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公開番号2025165163
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-04
出願番号2024069099
出願日2024-04-22
発明の名称基板積層体の製造方法
出願人積水化学工業株式会社
代理人弁理士法人WisePlus
主分類H01L 21/60 20060101AFI20251027BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ハイブリッドボンディングを用いた基板積層体において、絶縁層に樹脂材料を用いながらも耐久性に優れた基板積層体を得る基板積層体の製造方法を提供する。
【解決手段】基板積層体の製造方法は、電極3を有する第1の基板1の電極面上に第1絶縁層4を形成する工程と、電極を有する第2の基板2の電極面上に第2絶縁層を形成する工程と、前記第1絶縁層及び前記第2絶縁層を研磨して接合面を形成する工程と、前記第1の基板又は前記第2の基板の少なくとも一方の接合面を活性化する工程と、前記第1の基板又は前記第2の基板の少なくとも一方の接合面に塩基性水溶液を接触させる工程と、前記第1の基板又は前記第2の基板の少なくとも一方の接合面にカップリング剤を含有する溶液を接触させる工程と、前記第1の基板の接合面と前記第2の基板の接合面を接合する工程とを有し、前記第1絶縁層又は前記第2絶縁層の少なくとも一方が、有機絶縁層である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電極を有する第１の基板の電極面上に第１絶縁層を形成する工程と、
電極を有する第２の基板の電極面上に第２絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層を研磨して接合面を形成する工程と、
前記第１の基板又は前記第２の基板の少なくとも一方の接合面を活性化する工程と、
前記第１の基板又は前記第２の基板の少なくとも一方の接合面に塩基性水溶液を接触させる工程と、
前記第１の基板又は前記第２の基板の少なくとも一方の接合面にカップリング剤を含有する溶液を接触させる工程と、
前記第１の基板の接合面と前記第２の基板の接合面を接合する工程とを有し、
前記第１絶縁層又は前記第２絶縁層の少なくとも一方が、有機絶縁層である基板積層体の製造方法。
続きを表示（約 670 文字）【請求項２】
前記接合面を活性化する工程において前記第１の基板の接合面及び前記第２の基板の接合面の両方を活性化し、
前記接合面に塩基性水溶液を接触させる工程において前記第１の基板の接合面及び前記第２の基板の接合面の両方に塩基性水溶液を接触させる、請求項１記載の基板積層体の製造方法。
【請求項３】
前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層が前記有機絶縁層である、請求項１又は２記載の基板積層体の製造方法。
【請求項４】
前記カップリング剤は前記カップリング剤を含有する溶液中で加水分解された状態で存在する、請求項１又は２記載の基板積層体の製造方法。
【請求項５】
前記カップリング剤はフラックス性を有する、請求項１又は２記載の基板積層体の製造方法。
【請求項６】
前記カップリング剤はカルボキシ基、酸無水物基、アミノ基及びエステル構造からなる群より選択される少なくとも１種を有する、請求項１又は２記載の基板積層体の製造方法。
【請求項７】
前記カップリング剤は、シランカップリング剤又はチタンカップリング剤である、請求項１又は２記載の基板積層体の製造方法。
【請求項８】
前記有機絶縁層は硬化性樹脂組成物の硬化物であり、前記硬化性樹脂組成物はフェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリイミド前駆体、ポリアミド樹脂、マレイミド樹脂及びエポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも１種を含有する、請求項１又は２記載の基板積層体の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板積層体の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高性能化に伴い、複数の半導体チップを積層させる三次元化が進行している。このような複数の半導体チップを積層させた基板積層体では、従来はんだを介して基板の電極間を接合していたが、近年電極の接合方法としてハイブリッドボンディングが検討されている。
【０００３】
図１にハイブリッドボンディングによる基板積層体の製造の様子を表した模式図を示す。ハイブリッドボンディングでは、まず第１の基板１、第２の基板２の片面に電極３と絶縁層４を形成する。次いで、電極３と絶縁層４を形成した表面を研磨して平坦化した後に高温処理によって第１の基板１及び第２の基板２の電極３と絶縁層４を同時に接合することで基板積層体を得る。ハイブリッドボンディングによる基板積層体は、はんだを介さないことから配線距離が短くなるとともに電気特性の向上、実装密度の向上といった優れた特性を有している。
【０００４】
ハイブリッドボンディングにおいて上記絶縁層はＳｉＯ
２
等の無機物が検討されてきたが、無機物の絶縁層を用いると基板間に異物やボイドが噛みこんだ場合に接合不良が起きやすいという問題があった。そこで、絶縁層に熱硬化性樹脂のような樹脂材料を用いることが提案されている（例えば、特許文献１、２）。絶縁層に樹脂材料を用いることで、異物やボイドが噛みこんだ場合であってもこれらを絶縁層に埋め込むことができ、接合不良を抑えることができる。また、有機絶縁層は柔軟であるため無機絶縁層同士を接合する場合よりも接合部に隙間が生じにくいことから、水分の侵入を抑えて耐久性を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２１－１９７４３０号公報
特開２０２３－０３９８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２のような樹脂材料を用いた絶縁層であっても耐久性（過酷な条件下及び長期での接合安定性）はまだ満足のいくものとは言えず、絶縁層に樹脂材料を用いながらも耐久性に優れた基板積層体が求められている。
【０００７】
本発明は、ハイブリッドボンディングを用いた基板積層体において、絶縁層に樹脂材料を用いながらも耐久性に優れた基板積層体を得ることができる基板積層体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下の開示１～８より構成される。以下、本発明について詳述する。
［開示１］
電極を有する第１の基板の電極面上に第１絶縁層を形成する工程と、
電極を有する第２の基板の電極面上に第２絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層を研磨して接合面を形成する工程と、
前記第１の基板又は前記第２の基板の少なくとも一方の接合面を活性化する工程と、
前記第１の基板又は前記第２の基板の少なくとも一方の接合面に塩基性水溶液を接触させる工程と、
前記第１の基板又は前記第２の基板の少なくとも一方の接合面にカップリング剤を含有する溶液を接触させる工程と、
前記第１の基板の接合面と前記第２の基板の接合面を接合する工程とを有し、
前記第１絶縁層又は前記第２絶縁層の少なくとも一方が有機絶縁層である基板積層体の製造方法。
［開示２］
前記接合面を活性化する工程において前記第１の基板の接合面及び前記第２の基板の接合面の両方を活性化し、
前記接合面に塩基性水溶液を接触させる工程において前記第１の基板の接合面及び前記第２の基板の接合面の両方に塩基性水溶液を接触させる、開示１記載の基板積層体の製造方法。
［開示３］
前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層が前記有機絶縁層である、開示１又は２記載の基板積層体の製造方法。
［開示４］
前記カップリング剤は前記カップリング剤を含有する溶液中で加水分解された状態で存在する、開示１～３のいずれかに記載の基板積層体の製造方法。
［開示５］
前記カップリング剤はフラックス性を有する、開示１～４のいずれかに記載の基板積層体の製造方法。
［開示６］
前記カップリング剤はカルボキシ基、酸無水物基、アミノ基及びエステル構造からなる群より選択される少なくとも１種を有する、開示１～５のいずれかに記載の基板積層体の製造方法。
［開示７］
前記カップリング剤は、シランカップリング剤又はチタンカップリング剤である、開示１～６のいずれかに記載の基板積層体の製造方法。
［開示８］
前記有機絶縁層は硬化性樹脂組成物の硬化物であり、前記硬化性樹脂組成物はフェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリイミド前駆体、ポリアミド樹脂、マレイミド樹脂及びエポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも１種を含有する、開示１～７のいずれかに記載の基板積層体の製造方法。
【０００９】
本発明の基板積層体の製造方法は、まず、電極を有する第１の基板の電極面上に第１絶縁層を形成する工程と、電極を有する第２の基板の電極面上に第２絶縁層を形成する工程を行う。
上記第１の基板及び第２の基板は特に限定されず、素子、配線が形成された回路素子を用いることができる。例えば、画素部（画素領域）が設けられたセンサ回路素子、固体撮像装置の動作に係る各種信号処理を実行するロジック回路等の周辺回路部が搭載された回路素子、記憶回路等の周辺回路が搭載された回路素子などを用いることができる。
【００１０】
上記電極の材料は特に限定されず、金、銅、アルミニウム、ニッケル等の従来公知の電極材料を用いることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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