シリコンと銅を同時に研削する全自動装置の開発に成功～ビアミドルＳｉ貫通電極を用いた３次元実装技術の普及を後押し～

2024-10-29

2024-10-29 科学技術振興機構,株式会社岡本工作機械製作所

ポイント

半導体回路の性能向上を図る方法の１つとして、回路を平面ではなく立体に集積する「３次元実装技術」が注目されているが、コストの問題や歩留まり（良品率）の低さが制約となり、一部の高機能デバイスでしか実用化されていなかった。
本開発では、シリコン（Ｓｉ）ウェーハ裏面からＳｉ貫通電極を露出させる全自動研削装置を開発し、歩留まり低下の要因であるＳｉ貫通電極の長さのばらつきを低減するとともに、Ｓｉと金属部の銅（Ｃｕ）の安定的な同時研削を実現した。また、ウェーハ上の残留Ｃｕ除去にも成功した。
本装置により、Ｓｉ貫通電極形成プロセスが効率化され、接続電極を用いない直接積層が可能となったことで、さまざまなデバイスへの応用と半導体回路の高性能化が期待される。

ＪＳＴ（理事長橋本和仁）は、研究成果最適展開支援プログラム（Ａ－ＳＴＥＰ）ＮｅｘＴＥＰ－Ａタイプの開発課題「Ｓｉ貫通電極ウェーハ全自動研削装置」の開発結果を成功と認定しました。この開発課題は、産業技術総合研究所先端半導体研究センター渡辺直也主任研究員の研究成果を基に、ＪＳＴが支援し、平成２８年１０月から令和６年７月にかけて株式会社岡本工作機械製作所（本社：群馬県安中市、代表者：代表取締役社長石井常路）において実用化開発を進めていたものです。

本開発ではＳｉウェーハの裏面からＳｉ貫通電極を露出させるための研削加工を可能とする「Ｓｉ貫通電極ウェーハ全自動研削装置」を開発しました。この装置では、多くの気孔があり目詰まりしにくい研削砥石（といし）、ウェーハの厚み自動補正機能などにより、Ｓｉ貫通電極の長さのばらつきを極限まで小さくし、ＳｉとＣｕの安定的かつ精緻な同時研削を実現しました。また、研削加工後のウェーハをアルカリイオン水洗浄、無電解めっきおよびＳｉウエットエッチングにより処理することで、Ｓｉ上の残留Ｃｕを除去することにも成功しました。これにより、Ｓｉ貫通電極部分からのＣｕの溶け出しを防止しつつ、Ｓｉウェーハ上の残留Ｃｕを、一般的な金属濃度以下まで除去することができました。

本装置によって、Ｓｉ貫通電極形成プロセスが効率化されるとともに、ウェーハレベルでの直接積層（バンプを用いない積層）が可能になり、その結果、Ｓｉ貫通電極形成プロセスの低コスト化と歩留まりの向上が実現できると考えられます。今後はデバイスメーカーとの協業を通じて、さまざまなデバイスへの適用と半導体回路の高性能化が期待されます。

本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。

事業名
研究成果最適展開支援プログラム（Ａ－ＳＴＥＰ）ＮｅｘＴＥＰ－Ａタイプ

開発課題名
Ｓｉ貫通電極ウェーハ全自動研削装置

開発実施企業
株式会社岡本工作機械製作所

研究代表者
渡辺直也産業技術総合研究所先端半導体研究センター主任研究員

研究期間
平成２８年１０月～令和６年７月

上記研究課題では、Ｓｉ貫通電極ウェーハ全自動研削装置の開発・製品化を目的としています。