(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体デバイスが積層された積層デバイスの製造方法であって、
表面の交差する分割予定ラインによって区画された領域にデバイスを形成した第１のデバイスウエーハを準備する第１のデバイスウエーハ準備工程と、
シリコンウエーハからなるサポートウエーハを準備するサポートウエーハ準備工程と、
表面の交差する分割予定ラインによって区画された領域にデバイスを形成した第２のデバイスウエーハを準備する第２のデバイスウエーハ準備工程と、
該第１のデバイスウエーハの表面と該サポートウエーハとを仮接着材によって仮接着して仮ウエーハを形成する仮ウエーハ形成工程と、
該仮ウエーハを構成する該サポートウエーハをチャックテーブルで保持して該第１のデバイスウエーハの裏面側を研削することにより該第１のデバイスウエーハを所定の厚みに薄化する薄化工程と、
該サポートウエーハを仮接着した状態を維持したまま、該薄化工程で薄化された該第１のデバイスウエーハの被研削面と該第２のデバイスウエーハの表面とを貼り合わせて貼り合わせウエーハを形成する貼り合わせウエーハ形成工程と、
該貼り合わせウエーハ形成工程で形成された該貼り合わせウエーハの該第２のデバイスウエーハの裏面をチャックテーブルで保持して該サポートウエーハを少なくとも研削して該仮接着材を表出させる仮接着材表出工程と、
該仮接着材表出工程で表出した仮接着材を該第１のデバイスウエーハの表面から除去し該第１のデバイスウエーハの表面を表出させる仮接着材除去工程と、
該仮接着材除去工程の後、該第１のデバイスウエーハと該第２のデバイスウエーハとを貫通する貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、
からなる積層デバイスの製造方法。
【請求項２】
該貫通電極形成工程の後、該第１のデバイスウエーハの分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割する分割工程を含む請求項１記載の積層デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、半導体デバイスの小型化にともなって、ウエーハとウエーハとを積層してそれぞれのウエーハに備える複数のデバイスをＴＳＶ（Through Silicon Via）と呼ばれる貫通電極で接続する３次元実装技術が開発されている。
【０００３】
かかる技術において、複数のウエーハを積層するために、例えば、仮接着材によってサポートウエーハにウエーハを仮接着した状態の仮ウエーハを薄化し、固定用接着材によって仮ウエーハを別のベースのウエーハに貼り合わせることにより貼り合わせウエーハを形成する方法がある。この方法では、固定用接着材を加熱することにより固定用接着材を軟化させつつ、固定用接着材を加圧して拡張させて仮ウエーハとベースのウエーハとの間に介在させたのち、固定用接着材が硬化することで２つのウエーハを貼り合わせることができる。
【０００４】
貼り合わせウエーハを形成した後は、サポートウエーハを仮接着材から剥がす必要があるため、仮接着材から剥離しやすいサポートウエーハとして、例えばガラス基板が用いられている。ガラス基板を仮接着材から剥がす際には、例えばガラス基板を通じてレーザ光を仮接着材に照射してガラス基板に接する仮接着材のみを硬化（灰化）させて接着力を弱めてからガラス基板を剥離したり、加熱処理で仮接着材の接着力を低減させ、ガラス基板とウエーハとを仮接着材で固定した面に対して水平にスライドさせてウエーハからガラス基板を剥離したりしている（例えば、下記の特許文献１及び２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２２５８１４号公報
【特許文献２】特開２０１０−５０６４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のように仮接着材からガラス基板を剥がす際に仮接着材を加熱すると、ウエーハとウエーハとを貼り合わせる場合には、仮接着材だけでなく固定用接着材も軟化してしまうため、固定用接着材が硬化する前に仮接着材が軟化して、ウエーハがずれて積層されてしまったり、固定用接着材の厚みが均一にならなかったりすることがある。
【０００７】
また、ガラス基板をウエーハから剥離した後、仮接着材がデバイス領域に残存する場合があるため、洗浄液などによって該デバイス領域を洗浄する必要があり、作業負担が大きい。
さらに、ガラス基板を再使用するためには、仮接着材の除去と洗浄とが必要であり、作業負担が大きい。
【０００８】
本発明は、上記の事情にかんがみてなされたものであり、サポートウエーハをウエーハから容易に除去できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、複数の半導体デバイスが積層された積層デバイスの製造方法であって、表面の交差する分割予定ラインによって区画された領域にデバイスを形成した第１のデバイスウエーハを準備する第１のデバイスウエーハ準備工程と、シリコンウエーハからなるサポートウエーハを準備するサポートウエーハ準備工程と、表面の交差する分割予定ラインによって区画された領域にデバイスを形成した第２のデバイスウエーハを準備する第２のデバイスウエーハ準備工程と、該第１のデバイスウエーハの表面と該サポートウエーハとを仮接着材で仮接着して仮ウエーハを形成する仮ウエーハ形成工程と、該仮ウエーハ形成工程で形成した該仮ウエーハを構成する該サポートウエーハをチャックテーブルで保持して該第１のデバイスウエーハの裏面側から研削して該第１のデバイスウエーハを所定の厚みに薄化する薄化工程と、該サポートウエーハを仮接着した状態を維持したまま、該薄化工程で薄化された該第１のデバイスウエーハの被研削面と該第２のデバイスウエーハの表面とを貼り合わせて貼り合わせウエーハを形成する貼り合わせウエーハ形成工程と、該貼り合わせウエーハ形成工程で形成された該貼り合わせウエーハの該第２のデバイスウエーハの裏面をチャックテーブルで保持して該サポートウエーハを少なくとも研削して該仮接着材を表出させる仮接着材表出工程と、該仮接着材表出工程で表出した仮接着材を該第１のデバイスウエーハの表面から除去し該第１のデバイスウエーハの表面を表出させる仮接着材除去工程と、該仮接着材除去工程の後、該第１のデバイスウエーハと該第２のデバイスウエーハとを貫通する貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、からなる。
該貫通電極形成工程の後、該第１のデバイスウエーハの分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割する分割工程を実施してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の積層デバイスの製造方法は、仮ウエーハ形成工程を実施して第１のデバイスウエーハの表面にシリコンウエーハからなるサポートウエーハを仮接着材で仮接着して仮ウエーハを形成した後、薄化工程で薄化された第１のデバイスウエーハの被研削面と第２のデバイスウエーハの表面とを、第１のデバイスウエーハが仮接着材でサポートウエーハに仮接着された状態を維持したまま貼り合わせて貼り合わせウエーハ形成工程を実施するようにしたため、第１のデバイスウエーハと第２のデバイスウエーハとがずれて貼り合わせられることはない。
また、仮接着材を加熱せずに、サポートウエーハを少なくとも研削して仮接着材を表出させるようにしたため、第１のデバイスウエーハから容易にサポートウエーハを除去することができ、積層された状態の第１のデバイスウエーハと第２のデバイスウエーハとにずれが生じることはない。
さらに、仮接着材表出工程の後に仮接着材除去工程を実施するときは、仮接着材を第１のデバイスウエーハのデバイスから除去するため、仮接着材の除去と第１のデバイスウエーハの表面の洗浄とを同時に行うことが可能となり、作業負担が軽減する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は第１のデバイスウエーハ準備工程、（ｂ）はサポートウエーハ準備工程、（ｃ）は第２のデバイスウエーハ準備工程を示す断面図である。
【図２】仮ウエーハ形成工程を示す断面図である。
【図３】薄化工程を示す断面図である。
【図４】貼り合わせウエーハ形成工程を示す断面図である。
【図５】仮接着材表出工程のうち、貼り合わせウエーハの第２のデバイスウエーハをチャックテーブルで保持する状態を示す断面図である。
【図６】仮接着材表出工程のうち、研削手段によって貼り合わせウエーハを構成するサポートウエーハを研削する状態を示す断面図である。
【図７】仮接着材除去工程を示す断面図である。
【図８】貫通電極形成工程を示す断面図である。
【図９】分割工程を示す断面図である。
【図１０】積層デバイスウエーハを示す断面図である。
【図１１】積層デバイスウエーハが分割された状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、添付の図面を参照しながら、半導体デバイスが複数積層された積層デバイスの製造方法について説明する。
【００１３】
（１）第１のデバイスウエーハ準備工程
図１（ａ）に示すように、第１のデバイスウエーハ１を準備する。第１のデバイスウエーハ１は、表面１ａの交差する分割予定ラインＳによって区画された各領域にデバイスＤが形成されている。表面１ａと反対側の裏面１ｂにはデバイスが形成されておらず、例えば研削砥石によって研削される被研削面となっている。図示の例における第１のデバイスウエーハ１は、例えばシリコンウエーハから構成されており、表面１ａ側を下向きにし、裏面１ｂ側を上向きにしておく。
【００１４】
（２）サポートウエーハ準備工程
図１（ｂ）に示すように、第１のデバイスウエーハ１の表面１ａを保護するためのサポートウエーハ３を準備する。サポートウエーハ３は、シリコンウエーハから構成されている。サポートウエーハ３の表裏面には、特に何も形成されていない。サポートウエーハ３は、第１のデバイスウエーハ１の研削時や搬送時などにおいて表面１ａの全面に被覆されて使用される。
【００１５】
（３）第２のデバイスウエーハ準備工程
図１（ｃ）に示すように、第２のデバイスウエーハ２を準備する。第２のデバイスウエーハ２も、第１のデバイスウエーハ１と同様に構成されている。すなわち、表面２ａの交差する分割予定ラインＳによって区画された各領域にデバイスＤが形成され、表面２ａと反対側の裏面２ｂにはデバイスが形成されていない。図示の例における第２のデバイスウエーハ２は、第１のデバイスウエーハ１と同様に例えばシリコンウエーハから構成されており、表面２ａ側を上向きにして裏面２ｂ側を下向きにしておく。なお、第２のデバイスウエーハ準備工程は、少なくとも後記の貼り合わせウエーハ形成工程の前までに実施すればよい。
【００１６】
（４）仮ウエーハ形成工程
第１のデバイスウエーハ１とサポートウエーハ３とを仮接着する。具体的には、図２に示すように、第１のデバイスウエーハ１の表面１ａとサポートウエーハ３とを仮接着材４によって仮接着することにより、第１のデバイスウエーハ１とサポートウエーハ３とが一体となった仮ウエーハ５を形成する。このようにして、サポートウエーハ３により第１のデバイスウエーハ１の表面１ａの全面を覆って複数のデバイスＤを保護する。仮接着材４の材質は、特に限定されるものではなく、第１のデバイスウエーハ１の研削時や搬送時などで、該第１のデバイスウエーハ１が動かないよう仮接着した状態を維持できる接着力を有するものを使用する。
【００１７】
（５）薄化工程
仮ウエーハ形成工程を実施した後、図３に示すように、研削手段２０によって、チャックテーブル１０に保持される仮ウエーハ５を研削する。チャックテーブル１０は、ポーラス部材１１を有しており、ポーラス部材１１の上面がウエーハの一方の面を吸引保持する保持面１２となっている。ポーラス部材１１には吸引源１３が接続されており、保持面１２に吸引源１３の吸引力を作用させることができる。研削手段２０は、鉛直方向の軸心を有するスピンドル２１と、スピンドル２１の下端に装着された研削ホイール２２と、研削ホイール２２の下部に環状に固着された研削砥石２３とを少なくとも備えている。図示しないモータによって駆動されてスピンドル２１が所定の回転速度で回転することにより、研削ホイール２２を所定の回転速度で回転させることができる。
【００１８】
研削手段２０によって仮ウエーハ５を研削する際には、例えば吸引保持可能な搬送手段により仮ウエーハ５を保持し、チャックテーブル１０の保持面１２にサポートウエーハ３側を載置して第１のデバイスウエーハ１の裏面１ｂを上向きに露出させる。続いて、吸引源１３の吸引力を保持面１２に作用させて保持面１２においてサポートウエーハ３側を吸引保持するとともに、チャックテーブル１０を例えば、矢印Ａ方向に回転させる。次いで、スピンドル２１を回転させ研削ホイール２２を矢印Ａ方向に回転させながら第１のデバイスウエーハ１の裏面１ｂに接近する方向に研削手段２０を下降させ、回転する研削砥石２３で第１のデバイスウエーハ１の裏面１ｂを押圧しながら所定の厚みに至るまで研削して薄化する。
【００１９】
（６）貼り合わせウエーハ形成工程
図４に示すように、薄化工程で薄化された第１のデバイスウエーハ１と、第２のデバイスウエーハ準備工程で準備した第２のデバイスウエーハ２とを固定用接着材６によって貼り合わせる。まず、第１のデバイスウエーハ１の被研削面である裏面１ｂと第２のデバイスウエーハ２の表面２ａと対面させる。続いて第１のデバイスウエーハ１の裏面１ｂと第２のデバイスウエーハ２の表面２ａとを固定用接着材６によって接着する。固定用接着材６は、特にその材質が限定されるものではない。
【００２０】
貼り合わせウエーハを形成する際には、例えば、固定用接着材６を加熱して軟化させつつ、図示しない押圧部材でサポートウエーハ３側から下方に押圧して固定用接着材６を径方向に拡張させる。このとき、シリコンウエーハからなるサポートウエーハ３側も加熱されるが、第１のデバイスウエーハ１が動かないように仮接着材４でサポートウエーハ３に固着されているため、第１のデバイスウエーハ１を第２のデバイスウエーハ２に対してずれて貼り合わせてしまうことがない。その後、固定用接着材６が例えば冷却等されて硬化すると、第１のデバイスウエーハ１と第２のデバイスウエーハ２とが積層した状態の貼り合わせウエーハ７となって形成される。
【００２１】
（７）仮接着材表出工程
図５及び図６に示すように、研削手段２０を用いて、貼り合わせウエーハ７からサポートウエーハ３を除去することにより仮接着材４を表出させる。具体的には、チャックテーブル１０の保持面１２に第２のデバイスウエーハ２側を載置してサポートウエーハ３側を上向きに露出させる。また、吸引源１３の吸引力を保持面１２に作用させて保持面１２において第２のデバイスウエーハ２の裏面２ｂを吸引保持するとともに、チャックテーブル１０を例えば、矢印Ａ方向に回転させる。そして、スピンドル２１を回転させ研削ホイール２２を矢印Ａ方向に回転させながらサポートウエーハ３に接近する方向に研削手段２０を下降させ、回転する研削砥石２３でサポートウエーハ３の上端面を押圧しながら研削する。
【００２２】
ここで、研削手段２０によって、仮接着材４が表出するまでサポート基板３を研削してもよいが、仮接着材４が表出する直前までサポートウエーハ３を研削した段階で研削手段２０による研削を停止して、薄化されたサポートウエーハ３に対してウエットエッチングやドライエッチングを施すことにより仮接着材４を表出させることもできる。このように、少なくとも仮接着材４が表出する前までに研削を停止すれば、研削砥石２３の目詰まりを防止して研削力の低下を低減することができる。また、研削後にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を行うことにより、サポートウエーハ３を除去して仮接着材４を表出させるようにしてもよい。最初に研削を行うことで、サポートウエーハ３の除去を効率よく行うことができる。
【００２３】
（８）仮接着材除去工程
仮接着材表出工程を実施した後は、図７に示すように、第１のデバイスウエーハ１の表面１ａから図６に示す表出した仮接着材４を除去する。具体的には、例えばガス供給部３０を用いてプラズマアッシングを実施する。ガス供給部３０は、ガス３２からチャンバ内に酸素などのガスを供給するとともに電源３１から高周波電力を加えることにより酸素プラズマを発生させ、仮接着材４のみを第１のデバイスウエーハ１のデバイスＤから除去する。その結果、第１のデバイスウエーハ１の表面１ａが露出した状態となる。
【００２４】
また、例えばオゾン等のガスが充填したアッシング装置の処理室内に貼り合わせウエーハ７を搬送し、ガスとの化学反応を利用して仮接着材４をデバイスＤから除去するようにしてもよい。
【００２５】
（９）貫通電極形成工程
仮接着材除去工程を実施した後、図８に示すように、第１のデバイスウエーハ１と第２のデバイスウエーハ２とを貫通する貫通電極を形成する。すなわち、積層されたそれぞれのデバイスＤの表裏面を貫通する貫通孔を形成して、該貫通孔に電極となる導電材を充填して貫通電極８を形成する。
【００２６】
（１０）分割工程
貫通電極形成工程を実施した後、図９に示すように、貼り合わせウエーハ７を個々のデバイスＤを有するチップに分割する。例えば、テープ９に貼り合わせウエーハ７を貼着して、第１のデバイスウエーハ１の分割予定ラインＳに沿って切削ブレードをテープ９に至るまで切り込ませてフルカットしたり、レーザ照射によってフルカットしたりすることにより個々のチップＣに分割する。その後、図示しない搬送手段によって各チップＣをピックアップする。なお、分割工程は、本例に示したものに限定されない。
【００２７】
以上のとおり、本発明の積層デバイスの製造方法では、第１のデバイスウエーハ１の表面１ａに仮接着材４で仮接着されるサポートウエーハ３がシリコンウエーハからなり、貼り合わせウエーハ形成工程において固定用接着材６を加熱しながら加圧して拡張させても、第１のデバイスウエーハ１が動かないように仮接着材４を介してサポートウエーハ３に接着された状態が維持されているため、第１のデバイスウエーハ１を第２のデバイスウエーハ２に対してずれて貼り合わせてしまうことはなく、拡張される固定用接着材６の厚みを均一にすることができる。
また、仮接着材４を加熱せずに、サポートウエーハ３を少なくとも研削することによってサポートウエーハ３を除去するため、第１のデバイスウエーハ１から容易にサポートウエーハ３を除去することができ、積層された第１のデバイスウエーハ１と第２のデバイスウエーハ２とにずれが生じることはない。
さらに、仮接着材表出工程の後、仮接着材除去工程を実施するときは、プラズマアッシングによって仮接着材４を第１のデバイスウエーハ１のデバイスＤから除去するため、仮接着材４の除去とデバイスＤの洗浄とを同時に行うことが可能になる。
【００２８】
なお、第２のデバイスウエーハは、例えば図１０に示す積層デバイスウエーハ４０であっても良い。この積層デバイスウエーハ４０は、図１（Ｃ）に示した第２のデバイスウェーハ２の上に、薄化されたデバイスウエーハ４１を複数積層し、複数のデバイスウエーハ４１を固定用接着材６によって固定することにより構成されている。
【００２９】
この積層デバイスウエーハ４０は、デバイスウエ-ハ準備工程から仮接着剤除去工程までを、積層枚数と同じ回数繰り返し行うことにより形成される。すなわち、図１０に示した積層デバイスウエーハ４０は、デバイスウエ-ハ準備工程から仮接着剤除去工程までを４回繰り返すことにより、第２のデバイスウエーハ２の表面２ａ側に４枚のデバイスウエーハ４１が積層される。そしてその後、貫通電極形成工程を実施することで、すべてのデバイスＤを貫通する貫通電極４２を形成する。
【００３０】
この積層デバイスウエーハ４０を構成する個々のデバイスウエーハ４１は、表面４１ａの交差する分割予定ラインＳによって区画された各領域にデバイスＤが形成されており、図１１に示すように、最下層の第２のデバイスウエーハ２をテープ９に貼り合わせ、デバイスウエーハ４１の分割予定ラインＳに沿って切削等することにより、個々のチップＣ１に分割される。
【符号の説明】
【００３１】
１：第１のデバイスウエーハ  １ａ：表面  １ｂ：裏面
２：第２のデバイスウエーハ  ２ａ：表面  ２ｂ：裏面
３：サポートウエーハ
４：仮接着材  ５：仮ウエーハ  ６：固定用接着材  ７：貼り合わせウエーハ
８：貫通電極  ９：テープ
１０：チャックテーブル  １１：保持部  １２：保持面  １３：吸引源
２０：研削手段  ２１：スピンドル  ２２：研削ホイール  ２３：研削砥石
３０：ガス供給部  ３１：電源  ３２：ガス
４０：積層デバイスウエーハ
４１：デバイスウエーハ  ４１ａ：表面  ４２：貫通電極
Ｄ：デバイス  Ｃ，Ｃ１：チップ  Ｓ：分割予定ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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