层叠体的制作方法、绝缘材料及层叠体与流程

本发明涉及一种层叠体的制作方法、绝缘材料及层叠体。本发明涉及一种例如具备半导体芯片的层叠体(半导体装置)的制作方法、该层叠体的制作方法中使用的绝缘材料、以及具备半导体芯片的层叠体。

背景技术：

1、作为在纵向层叠的半导体芯片彼此的连接或硅酮中介层等半导体封装件与半导体芯片的连接中使连接端子连接的方法，近年来提出有使金属的连接端子彼此直接黏合的直接接合技术的各种方法(例如，参考专利文献1～3)。在基于直接接合技术的连接方法中，不仅黏合连接端子彼此，还黏合配置于连接端子的周围的绝缘层彼此。作为绝缘层，使用氧化硅等无机绝缘材料。

2、以往技术文献

3、专利文献

4、专利文献1：美国专利申请公开第2020/0135636号说明书

5、专利文献2：美国专利申请公开第2020/0135683号说明书

6、专利文献3：美国专利申请公开第2020/0135684号说明书

技术实现思路

1、发明要解决的技术课题

2、在使用无机绝缘材料作为绝缘层的直接接合技术中，在切割等工序中产生的切屑(碎屑)或表面上的凹凸等影响下，有时在绝缘层彼此的黏合中产生不良。因此考虑，通过使用比无机材料柔软且低价的树脂材料等有机绝缘材料作为绝缘层的直接接合技术，将碎屑等埋入有机树脂材料中或在加热成形时抑制表面的凹凸。另一方面，有机绝缘材料比无机绝缘材料更容易热膨胀且有时引起位置偏移，因此考虑在有机绝缘材料中加入无机填料以降低绝缘材料的热膨胀率。然而，通过加入无机填料会导致上述的碎屑等的埋入、表面凹凸的抑制能力及有机绝缘层彼此的接合力降低。因此，期望抑制在黏合有机绝缘层彼此时的位置偏移，并且提高有机绝缘层彼此的黏合强度。

3、用于解决技术课题的手段

4、作为本发明的一方面，提供一种层叠体的制作方法。该层叠体的制作方法包括：在第1支撑基板上形成包括第1热固性树脂及第1无机氧化物粒子的第1绝缘层的工序；及贴合第1绝缘层的第1表面和包括第2热固性树脂的第2绝缘层的第2表面的工序。在该制作方法中，第2绝缘层中实质上不包括无机氧化物粒子或包括含量比第1绝缘层中所包括的第1无机氧化物粒子少的第2无机氧化物粒子。

5、在该层叠体的制作方法中，第1绝缘层包括热固性树脂及无机氧化物粒子，另一方面，第2绝缘层包括热固性树脂但不包括无机氧化物粒子或包括比第1绝缘层少的无机氧化物粒子。而且，将这种第1及第2绝缘层彼此贴合来接合。在该情况下，通过第1绝缘层中所包括的无机氧化物粒子，抑制第1绝缘层的热膨胀率。另一方面，在第2绝缘层中不包括无机氧化物粒子或包括少的无机氧化物粒子，从而能够通过第2绝缘层实现碎屑的埋入、表面凹凸的抑制及绝缘层彼此的接合力的提高。由此，根据该层叠体的制作方法，能够抑制在黏合绝缘层彼此时的位置偏移，并且能够提高绝缘层彼此的黏合强度。在此所述的“实质上不包括”，旨在也包括第2绝缘层中包括极微量的无机氧化物的情况。

6、在上述层叠体的制作方法中，优选构成第2绝缘层的第2绝缘材料中的第2无机氧化物粒子的含量为构成第1绝缘层的第1绝缘材料中所包括的第1无机氧化物粒子的含量的5分之1以下。在该情况下，能够通过第2绝缘层更进一步实现碎屑的埋入、表面凹凸的抑制及绝缘层彼此的接合力的提高。

7、在上述层叠体的制作方法中，构成第2绝缘层的第2绝缘材料中的第2无机氧化物粒子的含量优选为5体积％以下。在该情况下，能够通过第2绝缘层更进一步实现碎屑的埋入、表面凹凸的抑制及绝缘层彼此的接合力的提高。

8、在上述层叠体的制作方法中，优选构成第2绝缘层的第2绝缘材料实质上不包括无机氧化物粒子。在该情况下，能够通过第2绝缘层更可靠地实现碎屑的埋入、表面凹凸的抑制及绝缘层彼此的接合力的提高。

9、在上述层叠体的制作方法中，优选包括第1热固性树脂及第1无机氧化物粒子的第1绝缘材料调整为具有比构成第2绝缘层的第2绝缘材料小的热膨胀率。在该情况下，能够降低第1绝缘层中的热膨胀率，因此能够抑制基于热膨胀的位置偏移。由此，能够获得接合精度高的层叠体。并且，在层叠体中设置铜(cu)等配线的情况下，有时可能导致包括热固性树脂等的绝缘材料的膨胀比配线的膨胀大，配线跟不上绝缘层的膨胀而导致配线彼此的接合会产生不良。然而，根据该制作方法，通过使第1绝缘材料的热膨胀率变低，能够降低绝缘材料与配线的热膨胀之差，并且能够抑制配线彼此的接合不良。

10、在上述层叠体的制作方法中，优选包括第1热固性树脂及第1无机氧化物粒子的第1绝缘材料调整为热膨胀率成为40×10-6/k以下。在该情况下，能够降低第1绝缘层中的热膨胀率，因此能够抑制基于热膨胀的位置偏移。由此，能够获得接合精度高的层叠体。并且，在层叠体中设置铜(cu)等配线的情况下，有时可能导致包括热固性树脂等的绝缘材料的膨胀比配线的膨胀大，配线跟不上绝缘层的膨胀而导致配线彼此的接合会产生不良。然而，根据该制作方法，通过使第1绝缘材料的热膨胀率变低，能够降低绝缘材料与配线的热膨胀之差，并且能够抑制配线彼此的接合不良。

11、在上述层叠体的制作方法中，包括第1热固性树脂及第1无机氧化物粒子的第1绝缘材料中的第1无机氧化物粒子的含量优选为15体积％～70体积％。在该情况下，能够通过包括无机氧化物粒子来降低第1绝缘层中的热膨胀率，因此能够抑制基于热膨胀的位置偏移。由此，能够获得接合精度高的层叠体。并且，在层叠体中设置铜(cu)等配线的情况下，有时可能导致包括热固性树脂等的绝缘材料的膨胀比配线的膨胀大，配线跟不上绝缘层的膨胀而导致配线彼此的接合会产生不良。然而，根据该制作方法，通过使第1绝缘材料的热膨胀率变低，能够降低绝缘材料与配线的热膨胀之差，并且能够抑制配线彼此的接合不良。

12、上述层叠体的制作方法还可以包括使第1绝缘层的第1表面平坦化的工序，在使第1绝缘层平坦化的工序中，可以研磨第1绝缘层使得第1表面的算术平均粗糙度成为50nm以下。在绝缘层中包括无机氧化物粒子的情况下，可能会导致其表面粗糙度变粗，但在本制作方法中，在贴合前研磨第1绝缘层。由此，能够更可靠地提高在将第1绝缘层贴合于第2绝缘层时的精度及黏合强度。其结果，能够更可靠地提高在贴合第1绝缘层和第2绝缘层时的精度及黏合强度。另外，在此使用的算术平均粗糙度为由jis b 06012001规定的算术平均粗糙度(ra)。也可以同样地研磨第2绝缘层。

13、在上述层叠体的制作方法中，第1支撑基板可以包括由无机材料构成的无机中介层或由包括无机氧化物粒子的有机材料构成的有机中介层。在该情况下，通过降低中介层侧的绝缘层的热膨胀率来降低绝缘层与中介层的热膨胀率之差，能够消除中介层中的翘曲、裂痕、安装不良、端子连接不良、绝缘层形成不良、界面剥离等封装件组装时的不良情况。并且，通过降低中介层侧的绝缘层的热膨胀率来降低绝缘层与中介层的热膨胀率之差，能够消除配线的变形、连接破坏、材料剥离、配线短路、材料故障等作为层叠体(或半导体装置)的不良情况。

14、在上述层叠体的制作方法中，在第2绝缘层的和第2表面相反侧的面上可以安装有半导体芯片。在该情况下，通过半导体芯片侧的绝缘层中不包括无机氧化物粒子或包括少量的无机氧化物粒子，能够抑制该粒子附着于半导体芯片而引起连接不良等。

15、上述层叠体的制作方法还可以包括使第1绝缘层的第1表面平坦化的工序；在第2支撑基板上形成包括第2热固性树脂的第2绝缘层的工序；及使第2绝缘层的第2表面平坦化的工序。在贴合工序中，可以贴合平坦化的第1表面和平坦化的第2表面。在绝缘层中包括无机氧化物粒子的情况下，可能会导致其表面粗糙度变粗，但在本制作方法中，在贴合前通过研磨等使绝缘层平坦化。由此，能够进一步提高第1绝缘层与第2绝缘层的接合强度。

16、上述层叠体的制作方法优选还包括对第2绝缘层的第2表面照射紫外线的工序。在该情况下，构成第2绝缘层的树脂材料的表面与因紫外线的照射产生的臭氧反应，并且表面自由能增大，从而在第2绝缘层的表面生成反应性高的官能团。换言之，构成第2绝缘层的热固性树脂的固化物成为接近固化前的状态。由此，能够进一步提高第1绝缘层与第2绝缘层的接合强度。另外，在照射紫外线的情况下，与等离子体处理不同，第2绝缘层的第2表面不会粗糙化，因此不会阻碍第1绝缘层与第2绝缘层的接合。然而，可以进行使用等离子体处理的表面处理。并且，在该制作方法中，如上所述通过紫外线照射而促进第1绝缘层与第2绝缘层的接合，因此能够比以往降低在贴合第1绝缘层和第2绝缘层时的加热温度或能够缩短加热的时间。由此，能够简化贴合工艺或能够抑制加热对层叠体(或半导体装置)的影响。

17、在上述层叠体的制作方法中，在贴合第1表面和第2表面的工序中，可以在250℃以下加热第1绝缘层及第2绝缘层来贴合。在该情况下，能够抑制加热对层叠体(或半导体装置)的影响。

18、上述层叠体的制作方法还可以包括在第1支撑基板上形成第1配线电极的工序，在形成第1绝缘层的工序中，第1配线电极可以利用包括第1热固性树脂及第1无机氧化物粒子的第1绝缘材料密封。由此，第1配线电极被第1绝缘材料保护。

19、上述层叠体的制作方法还可以包括：在第2支撑基板上形成第2配线电极的工序；及在第2支撑基板上形成第2绝缘层，使得利用包括第2热固性树脂的第2绝缘材料密封第2配线电极的工序，在贴合工序中，贴合第1绝缘层的第1表面和第2绝缘层的第2表面时，可以接合第1配线电极的连接端子和第2配线电极的连接端子。在该情况下，能够更可靠地接合第1连接端子和第2连接端子。

20、作为本发明的另一方面，提供一种绝缘材料。该绝缘材料为层叠体的制作方法中使用的绝缘材料，所述层叠体的制作方法包括：利用包括第1热固性树脂及第1无机氧化物粒子的绝缘材料在第1支撑基板上形成第1绝缘层的工序；及贴合第1绝缘层的第1表面和包括第2热固性树脂的第2绝缘层的第2表面的工序。在使用该绝缘材料的制作方法中，第2绝缘层中实质上不包括无机氧化物粒子或包括含量比第1绝缘层中所包括的第1无机氧化物粒子少的第2无机氧化物粒子。

21、该绝缘材料包括热固性树脂及无机氧化物粒子，将使用该绝缘材料形成的第1绝缘层贴合于第2绝缘层来接合。在该情况下，通过第1绝缘层中所包括的无机氧化物粒子，抑制第1绝缘层的热膨胀率。由此，能够抑制在黏合绝缘层彼此时的位置偏移。

22、上述绝缘材料优选调整为线膨胀系数成为40×10-6/k以下。在该情况下，能够更可靠地抑制第1绝缘层的热膨胀率。由此，能够更可靠地抑制在黏合绝缘层彼此时的位置偏移。

23、上述绝缘材料中，该绝缘材料中的第1无机氧化物粒子的含量可以为15体积％～70体积％。在该情况下，能够更可靠地抑制第1绝缘层的热膨胀率。由此，能够更可靠地抑制在黏合绝缘层彼此时的位置偏移。

24、作为本发明的又另一方面，提供另一种绝缘材料。该绝缘材料为层叠体的制作方法中使用的绝缘材料，所述层叠体的制作方法包括：在第1支撑基板上形成包括第1热固性树脂及第1无机氧化物粒子的第1绝缘层的工序；及贴合第1绝缘层的第1表面和由包括第2热固性树脂的绝缘材料形成的第2绝缘层的第2表面的工序。在使用该绝缘材料的制作方法中，第2绝缘层中实质上不包括无机氧化物粒子或包括含量比第1绝缘层中所包括的第1无机氧化物粒子少的第2无机氧化物粒子。

25、该另一绝缘材料成为包括热固性树脂，但不包括无机氧化物粒子或包括比第1绝缘层少的无机氧化物粒子，将使用该绝缘材料形成的第2绝缘层贴合于第1绝缘层来接合。在该情况下，能够通过第2绝缘层实现碎屑的埋入、表面凹凸的抑制及绝缘层彼此的接合力的提高。由此，能够提高绝缘层彼此的黏合强度。

26、上述另一种绝缘材料优选在加热至至少300℃时，具有比构成第1绝缘层的材料低的弹性模量。在该情况下，能够通过第2绝缘层更进一步实现碎屑的埋入、表面凹凸的抑制及绝缘层彼此的接合力的提高。由此，能够进一步提高绝缘层彼此的黏合强度。

27、在上述另一种绝缘材料中，该绝缘材料中的第2无机氧化物粒子的含量可以为5体积％以下。在该情况下，能够通过第2绝缘层更进一步实现碎屑的埋入、表面凹凸的抑制及绝缘层彼此的接合力的提高。由此，能够进一步提高绝缘层彼此的黏合强度。

28、作为本发明的又另一方面，提供一种层叠体。该层叠体具备：第1支撑基板；第1绝缘层，包括第1热固性树脂的固化物及第1无机氧化物粒子，并且形成在第1支撑基板上；及第2绝缘层，包括第2热固性树脂的固化物，并且贴合于第1绝缘层。第2绝缘层中实质上不包括无机氧化物粒子或包括含量比第1绝缘层中所包括的第1无机氧化物粒子少的第2无机氧化物粒子。

29、在该层叠体中，成为第1绝缘层包括热固性树脂的固化物及无机氧化物粒子，另一方面，第2绝缘层包括热固性树脂的固化物但不包括无机氧化物粒子或包括比第1绝缘层少的无机氧化物粒子，将这种第1及第2绝缘层彼此贴合来接合。在该情况下，通过第1绝缘层中所包括的无机氧化物粒子，抑制第1绝缘层的热膨胀率。另一方面，在第2绝缘层中不包括无机氧化物粒子或包括少的无机氧化物粒子，从而能够通过第2绝缘层实现碎屑的埋入、表面凹凸的抑制及绝缘层彼此的接合力的提高。由此，能够抑制在黏合绝缘层彼此时的位置偏移，并且能够获得提高绝缘层彼此的黏合强度的层叠体。

30、在上述层叠体中，第2绝缘层中的第2无机氧化物粒子的含量可以为5体积％以下。在该情况下，能够通过第2绝缘层获得更进一步实现碎屑的埋入、表面凹凸的抑制及绝缘层彼此的接合力的提高的层叠体。

31、在上述层叠体中，还可以具备半导体芯片，所述半导体芯片配置于第2绝缘层的与第1绝缘层贴合的面相反的面。

32、在上述层叠体中，第1绝缘层中的第1无机氧化物粒子的含量可以为15体积％～70体积％。在该情况下，能够通过包括无机氧化物粒子来降低第1绝缘层中的热膨胀率，因此能够设为抑制了基于热膨胀的位置偏移的层叠体。由此，能够获得接合精度高的层叠体。并且，在层叠体中设置铜(cu)等配线的情况下，有时可能导致包括热固性树脂等的绝缘材料的膨胀比配线的膨胀大，配线跟不上绝缘层的膨胀而导致配线彼此的接合会产生不良。然而，根据该层叠体，通过使第1绝缘材料的热膨胀率变低，能够降低绝缘材料与配线的热膨胀之差，从而能够获得抑制了配线彼此的接合不良的层叠体。

33、上述层叠体还可以具备：第1配线电极，至少一部分配置于第1绝缘层中，连接端子从第1绝缘层的与第2绝缘层贴合的第1表面露出；及第2配线电极，至少一部分配置于第2绝缘层中，连接端子从第2绝缘层的与第1绝缘层贴合的第2表面露出。在该层叠体中，第1配线电极的连接端子和第2配线电极的连接端子可以接合。

34、发明效果

35、根据本发明，能够抑制在黏合绝缘层彼此时的位置偏移，并且能够提供一种提高绝缘层彼此的黏合强度的层叠体。