JP2010010644A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】支持基板を使用して半導体装置を製造するに際し、前記支持基板を繰り返し使用でき、前記支持基板の除去を、前記半導体装置を構成する配線層等に不具合を生じることなく短時間で行うことができ、もって前記半導体装置を簡易かつ短時間で製造できる手段を提供する。
【解決手段】支持基板１１上に熱可塑性樹脂からなる樹脂層１２を形成し、前記樹脂層上に絶縁層１３、１５及び配線層１４、１６を順次に形成し、前記絶縁層を貫通し、前記配線層に電気的に導通するようにして層間接続体１７、１８を形成する工程と、前記配線層上に半導体チップ２３、２４を実装する工程と、前記樹脂層を加熱させ、前記支持基板及び前記絶縁層を、平行及び垂直方向に相対的に移動させて前記樹脂層をせん断し、前記支持基板及び前記絶縁層を分離することにより半導体装置３０を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

携帯型電話器等の小型かつ薄型の携帯型電子機器に搭載される半導体装置では、その実装面積が狭く、かつ実装高さが低いことから、複数の半導体チップを搭載する場合、単一の基板の両面に前記複数の半導体チップをそれぞれ搭載し、いわゆる両面実装型の半導体装置として構成する。このような両面実装型の半導体装置において、前記複数の半導体チップを積層する前記基板としては、樹脂やＳｉ基板等が用いられる。

上記両面実装型の半導体装置を製造するに際しては、例えば、最初に所定の支持基板を準備し、この支持基板上に前記基板を配置し、所定の配線層を形成した後、前記配線層上に前記基板の一方の面に位置する半導体チップを実装する。次いで、前記支持基板を除去した後、前記基板の他方の面に、別途配線層を介してさらに半導体チップを追加形成することによって、目的とする両面実装型の半導体装置を得る。

なお、前記半導体装置は、必要に応じて、外部接続回路及び外部接続端子等が形成されたマザーボード等の上に実装することができる。

上述のようにして両面実装型の半導体装置を製造する際に、前記基板の厚さが約１００μｍと極めて薄いため、上記支持基板を除去するに際しては、単純な機械的剥離によって行うことができない。したがって、上記支持基板の除去に際しては、従来、様々な工夫がなされている。

例えば、特許文献１及び２などにおいては、前記支持基板をＣｕ等の金属から構成し、かかる支持基板をウエットエッチングによって溶解除去する方法が開示されている。しかしながら、これらの方法では、前記支持基板を除去する際に、前記支持基板を溶解して消失させてしまうことから、上述した半導体装置を製造する度に前記支持基板を準備作製しなければならない。このため、前記半導体装置の製造コストが増大してしまうという問題があった。

また、特許文献３では、前記支持基板をガラスから構成し、前記支持基板を介してその上に位置する前記基板にレーザ光を照射してアブレーションし、前記支持基板を前記基板から剥離する技術が開示されている。

しかしながら、この方法では、使用する前記レーザ光は、前記基板を構成する材料の種類及び前記支持基板を構成するガラスの種類等に依存して決定されるので、これら材料の組み合わせによっては、上記アブレーションを適切に行うことが可能な波長領域及び強度のレーザ光を準備できない場合がある。また、本方法では、前記レーザ光を用いているため、上記アブレーションを行うには厳密な制御が要求され、半導体装置全体の製造方法が複雑化してしまうという問題がある。

さらに、特許文献４では、上記支持基板と上記基板との間に有機溶剤に溶解するシートを形成し、前記シートを溶解除去することによって、前記支持基板を前記基板から剥離して除去することが開示されている。また、特許文献５では、前記シートに代えて金属層を形成し、かかる金属層を酸又はアルカリで溶解除去し、前記支持基板を前記基板から剥離して除去することが開示されている。

しかしながら、これらの技術において、有機溶剤及び酸、アルカリは、前記シートあるいは前記金属層の露出した側面から内部に浸透させて溶解除去するものであるため、前記浸透に長時間を要し、その結果、前記シートあるいは前記金属層の溶解除去、しいては前記支持基板の前記基板からの除去に際して長時間を要してしまうという問題があった。

また、特許文献４では、上記支持基板と上記基板との間に有機バインダ等を含む層を形成し、かかる層を高温で焼失させ、それによって前記支持基板を前記基板から除去することが開示されている。しかしながら、このような高温処理を用いると、半導体装置を構成する半導体チップや配線層等が変形したり、機能不全に陥ったりしてしまう。

さらに、特許文献６では、上記支持基板と上記基板との間に接着層を形成し、かかる接着層中の発泡剤を発泡させて、前記接着層の、前記支持基板との接着面積を減少させ、これによって前記支持基板を前記基板から除去することが開示されている。しかしながら、この方法では、前記発泡剤の発泡に伴って、前記基板の上方に形成されている配線層が変形したり、前記支持基板を前記基板から除去する以前に、半導体チップを前記基板上に実装する際のリフローにおける加熱操作によって発泡してしまい、前記半導体チップの実装を実際に行うことができなくなったりしてしまうという問題がある。

特開２０００−３２３６１３号 特開２００４−２００６６８号 特開２０００−１９６２４３号 特開平９−１８１４７号 特開２００２−１６４４６７号 特開２００７−１７３６２２号

本発明は、支持基板を使用して半導体装置を製造するに際し、前記支持基板を繰り返し使用でき、前記支持基板の除去を、前記半導体装置を構成する配線層等に不具合を生じることなく短時間で行うことができ、もって前記半導体装置を簡易かつ短時間で製造することを目的とする。

本発明の一態様は、支持基板上に熱可塑性樹脂からなる樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層上に絶縁層及び配線層を順次に形成する工程と、前記絶縁層を貫通し、前記配線層に電気的に導通するようにして層間接続体を形成する工程と、前記配線層上に半導体チップを実装する工程と、前記樹脂層を加熱させ、前記支持基板及び前記絶縁層を、平行及び垂直方向に相対的に移動させて前記樹脂層をせん断し、前記支持基板及び前記絶縁層を分離する工程と、を具えることを特徴とする、半導体装置の製造方法に関する。

また、本発明の他の態様は、支持基板上に熱可塑性樹脂からなる樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層上にバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上に絶縁層及び配線層を順次に形成する工程と、前記絶縁層を貫通し、前記配線層に電気的に導通するようにして層間接続体を形成する工程と、前記配線層上に半導体チップを実装する工程と、前記樹脂層を加熱させ、前記支持基板及び前記バッファ層を、平行及び垂直方向に相対的に移動させて前記樹脂層をせん断し、前記支持基板及び前記バッファ層を分離する工程と、を具えることを特徴とする、半導体装置の製造方法に関する。

上記態様によれば、支持基板を使用して半導体装置を製造するに際し、前記支持基板を繰り返し使用でき、前記支持基板の除去を前記半導体装置を構成する配線層等に不具合を生じることなく短時間で行うことができ、もって前記半導体装置を簡易かつ短時間で製造することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。
最初に、図１（ａ）に示すように、支持基板１１を準備し、この支持基板１１上に熱可塑性樹脂からなる第１の樹脂層１２を形成する。第１の樹脂層１２は、スピンコート法、印刷法、及びラミネート法などの汎用の手法を用いて形成することができる。

支持基板１１は特に限定されるものではないが、Ｓｉ等の半導体基板の他、金属基板、ガラス基板等、目的とする半導体装置を製造するに際して行う熱処理や化学的処理等に耐えるような任意の基板から構成することができる。

第１の樹脂層１２は、後に示すような加熱処理によって粘度が低下し、その上に形成される絶縁層（を含むアセンブリ）と支持基板１１とをスライドさせることによって生じるせん断力が作用することによって、支持基板１１が前記絶縁層から剥離できるような熱可塑性樹脂からなることが必要である。具体的には、上記加熱処理が２００〜２５０℃の範囲で行うものであるので、これらの温度において剥離容易となるように、２５０℃の温度における粘度が１×１０^５ｃｐｓ以下となるようなものが好ましい。

上述のような要件を満足する熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン系、メタクリル樹脂系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系及びセルロース系を例示することができる。しかしながら、以下に示すように、加熱処理による粘度低下及び負荷されるせん断力によって、支持基板１１が、その上に形成される絶縁層（を含むアセンブリ）から容易に剥離できるものであれば、上述した具体的な熱可塑性樹脂に限定されるものではなく、任意の熱可塑性樹脂を用いることができる。

なお、第１の樹脂層１２の厚さの例としては０．１μｍから７０μｍである。

次いで、図１（ｂ）に示すように、第１の樹脂層１２上に、第１の絶縁層１３、第１の配線層１４、第２の絶縁層１５及び第２の配線層１６を順次に形成するとともに、層間接続体としてビア１７及び１８を形成する。ビア１７は、後に絶縁層１３及び１５を基板として、その両面に形成する半導体チップ間を直接電気的に接続するためのものであり、ビア１８は、第１の配線層１４及び第２の配線層１６を電気的に接続するとともに、これらで前記半導体チップを電気的に接続するためのものである。

第１の絶縁層１３及び第２の絶縁層１５は、例えばＣＶＤ法やスパッタリング法、あるいはスピンコート法などの公知の成膜手法を用いて形成することができる。第１の配線層１４及び第２の配線層１６は、メッキ法やスパッタリング法などの公知の成膜手法を用いてベタ状の金属膜を形成した後、露光現像処理によるパターニングによって得ることができる。

また、ビア１７及び１８は、予め第１の絶縁層１３及び第２の絶縁層１５に対してビアホールを形成した後、上記第１の配線層１４及び第２の配線層１６となる前記ベタ状の金属膜の形成と相伴って、前記ビアホールを埋設するように、絶縁層毎に形成する。なお、ビア１７及び１８をメッキ法によって形成する場合は、後の実施形態で示すように、例えばＴｉ膜／Ｃｕ膜のシード膜を前記ビアとなるスルーホール内に形成しておき、前記シード膜を電極としてメッキ処理を行ってビア１７及び１８を形成する。

なお、本例では、絶縁層の数を２とし、配線層の数を２としているが、必要に応じて任意の数とすることができる。例えば、３以上とすることもできるし、単層とすることもできる。また、図では上層の配線上に絶縁層が図示されていないが、もちろん前記絶縁層を形成してもよい。

次いで、図１（ｃ）に示すように、バンプ２１が裏面（機能面）側に形成された第１の半導体チップ２３及びバンプ２２が裏面（機能面）側に形成された第２の半導体チップ２４を準備し、バンプ２１及び２２が、それぞれ第２の配線層１６及びビア１７と電気的に接続するようにして第１の半導体チップ２３及び２４を実装する（フリップチップ実装）。第２の配線層１６がＣｕであればＣｕと半導体チップ２３及び２４に形成したバンプで接続を行う。またあらかじめフリップチップ実装前に第２の配線層１６上のパッドにバンプや金属膜を形成してもよい。バンプや金属膜はＳｎＡｇやＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂなどの金属、これらの混合層、合金、積層膜から構成することができる。無電解めっきでＮｉ／Ｐｄ／ＡｕやＮｉ／Ａｕを形成してもよい。

フリップチップ実装は、フリップチップボンダーを用い、リフロー炉に入れて接続し、フラックスを洗浄液で除去するようにして実施する。またはフラックスを用いずにバンプ２１及び２２の酸化膜を、プラズマを用いて除去し、フリップチップボンダーを用いてパルスヒートで接続を行ってもよい。

なお、バンプ２１及び２２は、ＳｎＡｇやＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂなどの金属、これらの混合層、合金、積層膜から構成することができる。

なお、第１の半導体チップ２３及び２４と第２の絶縁層１５との間には、適宜アンダーフィル樹脂（図示せず）を充填し、第１の半導体チップ２３及び２４の固定を図るとともに、バンプ２１及び２２の保護を図ることができる。

次いで、同じく図１（ｃ）に示すように、第２の配線層１６、並びに第１の半導体チップ２３及び２４を封止するようにして、熱硬化性樹脂からなる第２の樹脂層２５を形成する。前記封止の方法は、圧縮成形や、トランスファー成形、インジェクション、印刷、フィルムラミネート等の汎用の方法を用いて行うことができる。

なお、前記熱硬化性樹脂は、エポキシ系樹脂等汎用のものを用いることができる。

また、上記アンダーフィル樹脂を形成する際に、ノーフローアンダーフィルを用いれば、第１の半導体チップ２３及び２４のフリップチップ実装とアンダーフィルを同時に行うこともできる。

次いで、図１（ｃ）に示すような半導体装置のアセンブリを所定温度に加熱し、図１（ｄ）に示すように、熱可塑性樹脂からなる第１の樹脂層１２の粘度を低下させ、前記アセンブリの第１の絶縁層１３から第２の樹脂層１５までの積層体と支持基板１１とを、これらの面と略平行となるような方向に相対的に移動させ、この際に生じるせん断力を利用して前記積層体を支持基板１１から分離する。この結果、図１（ｅ）に示すように、前記積層体を半導体装置中間体３０として支持基板１１から分離することができる。

半導体装置中間体３０は、第１の絶縁層１３及び第２の絶縁層１５を基板とした場合、片面のみが実装された半導体装置である。

なお、上述した略平行な移動に加えて、上下方向にも多少の割合で移動させる（引張上げる）ことによって、上記分離を促進することができる。

上述した加熱処理は、例えば２００〜２５０℃の範囲で行う。このような温度範囲であれば、前記加熱処理によって第１の半導体チップ２３及び第２の半導体チップ２４の、上述したフリップチップ接合等や配線層１４及び１５の変形等、前記半導体アセンブリが熱的なダメージを受けることがない。

また、上述したように、前記加熱処理による前記積層体と支持基板１１との分離を容易に行うようにするために、第１の樹脂層１２を構成する熱可塑性樹脂は、２５０℃の温度における粘度が１×１０^５ｃｐｓ以下となるようなものが好ましい。

なお、残存した第１の樹脂層１２は、適宜溶剤等で溶解除去する。

次いで、図１（ｆ）に示すように、半導体装置中間体３０における第１の絶縁層１３の、支持基板１１を分離除去した側の面に、ビア１７及び１８を介して第１の半導体チップ２３及び２４と電気的に接続するようにして第２の半導体チップ２８及び２９を実装する。第２の半導体チップ２８及び２９の裏面側（機能面側）には、バンプ２６及び２７が形成されているので、第２の半導体チップ２８及び２９は、実際にはバンプ２６及び２７を介して第１の半導体チップ２３及び２４と電気的に接合されるようになる。ビア１７および１８がＣｕであればＣｕと半導体チップ２８及び２９に形成したバンプで接続を行う。またあらかじめフリップチップ実装前にビア１７および１８上にバンプや金属膜を形成してもよい。バンプや金属膜はＳｎＡｇやＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂなどの金属、これらの混合層、合金、積層膜から構成することができる。無電解めっきでＮｉ／Ｐｄ／ＡｕやＮｉ／Ａｕを形成してもよい。

なお、バンプ２６及び２７は、ＳｎＡｇやＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂなどの金属、これらの混合層、合金、積層膜から構成することができる。

なお、第２の半導体チップ２８及び２９を実装する際に、片面実装の半導体装置である半導体装置中間体３０における第２の樹脂層２５は、既に硬化しているため、第２の樹脂層２５を搬送基材として利用することができる。

次いで、同じく図１（ｆ）に示すように、第２の半導体チップ２８及び２９を、半導体装置４０を形成するための封止材である、第３の樹脂層３５で封止することにより、目的とする半導体装置４０を得ることができる。なお、第２の半導体チップ２８及び２９と支持基板１１を分離除去した側の面との間にアンダーフィル樹脂を形成してもよい。半導体装置４０は、第１の絶縁層１３及び第２の絶縁層１４を基板とした場合、その両面に半導体チップが実装されてなる両面実装型の半導体装置である。

本実施形態においては、片面実装の半導体装置である半導体装置中間体３０を製造する際に、支持基板１１と半導体装置中間体３０を構成する第１の絶縁層１３との間に、熱可塑性樹脂からなる第１の樹脂層１２を介在させ、この第１の樹脂層１２を加熱して粘度を低下させるとともに、支持基板１１及び第１の絶縁層１３間を相対的に平行移動させることによって生じたせん断力を利用して、支持基板１１を第１の絶縁層１３から分離し、半導体装置中間体３０を得るようにしている。そして、半導体装置中間体３０の、支持基板１１を分離した側の面に別途半導体チップ２８及び２９を実装して目的とする両面実装型の半導体装置４０を得るようにしている。

したがって、支持基板１１は、分離除去に際して消失することがないので、上述のような片面実装の半導体装置を作製する際に繰り返し使用することができる。また、支持基板１１の分離除去を、第１の樹脂層１２を構成する熱可塑性樹脂の加熱による粘度低下と、水平方向の相対移動による第１の樹脂層１２に作用するせん断力とを利用して実施しているのみであるので、極めて簡易に短時間で行うことができる。

また、前記加熱処理は、２００〜２５０℃程度の低い温度範囲で行っているので、半導体装置中間体３０となる半導体装置アセンブリのフリップチップ接合等や配線層１４及び１６の変形等の熱的な不具合を防止することができる。

なお、図１（ｆ）に示す半導体装置４０は、必要に応じて個片化することができる。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、第１の絶縁層１３の、第１の樹脂層１２と隣接する側に溝部１３Ａが設けられている点で相違し、その他の点については第１の実施形態と同様である。したがって、本実施形態では、かかる相違点のみについて説明する。

本実施形態では、第１の絶縁層１３の、第１の樹脂層１２と隣接する側に溝部１３Ａが形成されているので、第１の樹脂層１３を加熱する際に発生するガスを外部に放出させることができる。したがって、第１の樹脂層１３の加熱処理に際して、かかる層の膨張を抑制することができ、第１の樹脂層１３の膨張に起因したフリップチップ接合の不備や配線層の変形等の問題を回避することができる。

なお、本態様は、以下に述べる総ての態様に対して適用することができる。

なお、ガス放出口は、上述のような第１の絶縁層１３に形成した溝部１３Ａのみならず、任意の形状に形成することができる。例えば、第１の絶縁層１３及び第２の絶縁層１５を貫通し、第２の樹脂層２５で封止されていない表面に開口するような貫通孔とすることもできる。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、第１の樹脂層１２と第１の絶縁層１３との間に金属層１９が設けられている点で相違し、その他の点については第１の実施形態と同様である。したがって、本実施形態では、かかる相違点のみについて説明する。

本実施形態では、第１の樹脂層１２と第１の絶縁層１３との間に金属層１９が設けられている。したがって、第１の絶縁層１３中にビアホールを形成する際のエッチング液や、レーザ光等が第１の樹脂層１２中に浸漬したり浸透したりするのを効果的に抑制することができ、支持基板１１の分離以前に第１の樹脂層１２が部分的あるいは全体的に消失するようなことを防止することができる。

金属層１９は、例えば耐腐食性の高い、金や白金、パラジウム等の金属やＴｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄやこれらの複合膜などから構成することができる。

（第４の実施形態）
図４は、上述のようにして得た半導体装置４０のモジュールの一例を示す図である。本例の半導体装置モジュール５０では、図１（ｆ）に示す半導体装置４０の、第２の半導体チップ２８及び２９が第３の樹脂層３５で実装される以前の状態のアセンブリ４１を、マザーボード５２に第１の半導体チップ２３及び２４が下側となるようにして実装したものである。

したがって、半導体装置モジュール５０は、図４に示すように、絶縁性基板５１と、この基板５１の両面に実装された第１の半導体チップ２３及び２４、並びに第２の半導体チップ２８及び２９とを具えている。絶縁性基板５１は、上記第１の実施形態で説明したように、例えば第１の絶縁層１３、第１の配線層１４、第２の絶縁層１５及び第２の配線層１６が順次に形成されてなるとともに、ビア１７及び１８を含むようにして構成する。この場合、上述したように、第１の半導体チップ２３及び２４と、第２の半導体チップ２８及び２９とは、ビア１７及び１８を介して電気的に接続されている。もちろん、第１の半導体チップ２３及び２４と絶縁層間、第２の半導体チップ２８及び２９と絶縁層間にアンダーフィル樹脂を形成してもよい。

アセンブリ４１は、マザーボード５２上に接着剤５７を介して固定されている。さらにアセンブリ４１は、熱硬化性樹脂からなる樹脂層５６によって封止されている。

マザーボード５２の主面側には電極パッド５３が形成され、絶縁性基板５１上に形成した図示しない電極パッドとワイヤ５４で電気的に接続されている。なお、マザーボード５２の裏面側には半田ボール５５が形成されており、図示しない外部装置と電気的に接続されるように構成されている。

マザーボード５２の裏面側には適宜配線層を形成し、マザーボード５２内を貫通するようにして形成した電気プラグ５２Ａを介して、電極パッド５３と半田ボール５５とが互いに電気的に接続するように構成されている。

本例では、アセンブリ４１をマザーボード５２上に実装する際に、第１の半導体チップ２３及び２４が下側に位置するようにしている。この場合、第１の半導体チップ２３及び２４は、上述したように、既に熱硬化性樹脂からなる樹脂層２５によって封止されているので、樹脂層２５はアセンブリ４１をマザーボード５２上に実装する際の支持材として機能する。

上述したように、絶縁性基板５１は絶縁層等から構成されるため、その厚さは約１００μｍ以下と極めて低い。したがって、通常の操作でアセンブリ４１をマザーボード５２上に実装しようとすると、絶縁性基板５１に上方から圧力が負荷されたような場合に、絶縁性基板５１が割れてしまい、破損する場合がある。

しかしながら、本例では、絶縁性基板５１の下方に樹脂層２５が存在し、かかる樹脂層が支持材として機能するので、絶縁性基板５１に上方から圧力が負荷されたような場合においても、絶縁性基板５１の破損を防止することができる。したがって、図４に示すように、両面実装型半導体装置４０をマザーボードに実装して、マザーボード実装型の半導体装置モジュールを得る場合においても、その操作性を容易にし、絶縁性基板５１の破損防止による半導体装置モジュール５０の製造歩留まりを向上させることができる。

（第５の実施形態）
図５及び６は、本実施形態における半導体装置の製造方法における工程を示す断面図である。

最初に、図５（ａ）に示すように、Ｓｉ等の半導体基板（例えば８インチＳｉウエハ）等からなる支持基板１１を準備し、この支持基板１１上に熱可塑性樹脂からなる第１の樹脂層１２及びバッファ層６３を順次形成する。第１の樹脂層１２は、上述したように、ポリスチレン系、メタクリル樹脂系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、セルロース系の熱可塑性樹脂から構成することができ、その厚さは例えば５μｍとすることができる。

バッファ層６３は、例えば熱硬化性樹脂から構成することができる。これによって以下に示す剥離行程における加熱の際に、第１の樹脂層１２の軟化に伴ってバッファ層６３が硬化するようになり、両者の界面における応力生成を抑制することができる。したがって、バッファ層６３の割れ等を防止することができ、以下に示す剥離行程の際にその作用効果を十分に奏することができるようになる。

但し、バッファ層６３が以下に詳述するような効果を奏する限りにおいて、熱硬化性樹脂以外のその他の材料をも適宜に用いることができる。

なお、バッファ層６３を熱硬化性樹脂から構成する場合、ポリイミド、ザイロン、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂等から構成することができる。また、この場合のバッファ層１３の厚さは例えば３μｍとすることができる。

次いで、図５（ｂ）に示すように、バッファ層６３上に第１の絶縁層１３を形成する。この第１の絶縁層１３は、例えば厚さ３μｍのポリイミドから構成することができる。次いで、第１の絶縁層１３に対して露光現像処理を行い、例えば、２０μｍ径、４０μｍピッチで開口部を形成した後、前記開口部内に例えば厚さ０．１μｍのＴｉ膜及び厚さ０．３μｍのＣｕ膜をめっきのシード膜１４Ａとして形成する。

次いで、レジストを例えば５μｍの厚さに塗布し、露光現像処理を行うことによってマスクパターンを形成し、シード膜１４Ａを電極として電解Ｃｕめっきを行う。その後、レジストを除去し、シード膜１４Ａをエッチング除去することによって、図５（ｃ）に示すような第１の配線層１４を得ることができる。なお、上記電解Ｃｕめっきによって、上記開口部内には層間接続体としてのビア１４Ｃが形成される。

シード膜１４ＡのＣｕ膜は硫酸と過酸化水素水とを混合させた溶液を用いてウエットエッチングし、Ｔｉ膜はアンモニア水と過酸化水素水とを混合させた溶液を用いたウエットエッチングによって除去することができる。

その後、図５（ｃ）に示すような工程を繰り返し、第１の絶縁層１３上に第２の絶縁層１５及び第３の絶縁層６６を順次に形成し、得られた開口部内にシード膜１６Ａを用いて電界Ｃｕめっきを行い、第２の配線層１６を形成する。なお、上記電解Ｃｕめっきによって、上記開口部内には層間接続体としてのビア１６Ｃが形成される。

次いで、第３の絶縁層６６を第２の配線層１６のパッド部分が露出するようにして露光現像して開口部６６Ａを形成する（図５（ｄ）参照）。また、開口部６６Ａは、例えば２０μｍ径(４０μmピッチ)とすることができる。

その後、図６（ａ）に示すように、バンプが形成された第１の半導体チップ２３をフリップチップ実装する。フリップチップ実装は、上述したように、フリップチップボンダーを用い、リフロー炉に入れて接続し、フラックスを洗浄液で除去するようにして実施する。またはフラックスを用いずにバンプ２１の酸化膜を、プラズマを用いて除去し、フリップチップボンダーを用いてパルスヒートで接続を行ってもよい。また開口部６６Ａにあらかじめ、バンプや金属膜を形成してもよい。バンプや金属膜はＳｎＡｇやＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂなどの金属、これらの混合層、合金、積層膜から構成することができる。無電解めっきでＮｉ／Ｐｄ／ＡｕやＮｉ／Ａｕを形成してもよい。

その後、第１の半導体チップ２３と第３の絶縁層６６との間にアンダーフィル樹脂６９を注入するとともに、このアンダーフィル樹脂６９及び第１の半導体チップ２３を覆うようにして封止樹脂層（第２の樹脂層）２５を形成する。

バンプ２１は、ＳｎＡｇやＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂなどの金属、これらの混合層、合金、積層膜から構成することができる。

次いで、図６（ｂ）に示すような構造体を例えば２３０℃に加熱し、樹脂層１２の粘度を低下させて軟化せしめるとともに、支持基板１１及びバッファ層１３を、平行及び垂直方向に相対的に移動させて樹脂層１２をせん断し、支持基板１１及びバッファ層１３を分離する。なお、バッファ層１３は、上述のような温度では軟化することなく、堅固な状態を保持している。

図６（ｂ）に示すような剥離行程において、バッファ層６３が存在しないと、上述した加熱によって樹脂層１２が軟化した際に、その熱膨張によって上方に位置する絶縁層１３，１５及び６６や配線層１４及び１６に歪み応力が作用して変形し、配線層１４及び１６の剥離や位置ずれ等が生じてしまい、最終的に得た半導体装置において電気的な不良が発生し、前記半導体装置が目的とする作用効果を生じなくなってしまう場合がある。

一方、バッファ層６３が存在することによって、第１の樹脂層１２が軟化した際にもバッファ層６３自体は軟化することなく、元の状態（形態）を保持する。したがって、バッファ層６３上に位置する絶縁層１３，１５及び６６や配線層１４及び１６に歪み応力が作用することがなく、配線層１４及び１６の剥離や位置ずれ等が生じず、最終的に得た半導体装置において電気的な不良が発生することがなくなる。結果として前記半導体装置は目的とする作用効果を生じることができるようになり、前記半導体装置の製造歩留りが向上する。

なお、上述したように、バッファ層６３を熱硬化性樹脂から構成することによって、第１の樹脂層１２の軟化に伴ってバッファ層６３が硬化するようになるので、両者の界面における応力生成を抑制することができるようになる。したがって、上記剥離行程において、バッファ層６３の割れ等をより効果的に防止することができるようになる。

次いで、図６（ｃ）に示すように、バッファ層６３に付着した第１の樹脂層１２の残渣をアセトン等の溶剤で除去し、次いで、バッファ層６３をエッチング液あるいはＯ_２アッシャーで除去する。

次いで、図６（ｄ）に示すように、バッファ層６３の除去等によって出現したシード膜１４Ａを除去する。本例では、例えばシード膜１４Ａを構成するＴｉ膜をアンモニア水と過酸化水素水とを混合させた溶液を用いてウエットエッチングする。

その後、図６（ｅ）に示すように、露出したビア１４Ｃにバンプ２６を形成した第２の半導体チップ２８をフリップチップ実装する。バンプ２６はＳｎＡｇやＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂなどの金属、これらの混合層、合金、積層膜から構成することができる。

なお、露出したビア１４Ｃにあらかじめバンプや電極層を形成してもよい。バンプや金属膜はＳｎＡｇやＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂなどの金属、これらの混合層、合金、積層膜から構成することができる。無電解めっきでＮｉ／Ｐｄ／ＡｕやＮｉ／Ａｕを形成してもよい。

図７は、上述した製造方法を用いて得た半導体装置モジュールの一例を概略的に示す断面構成図である。

図７に示す半導体装置モジュール７０は、プリント配線板７１の上側に第２の半導体チップ２８及び２９がバンプ２６及び２７を介して電気的に接続されており、プリント配線板７１の下側には２組の第１の半導体チップ１８及び１９がバンプ２１及び２２を介して電気的に接続されている。また、プリント配線板４１及び半導体チップ１８、３３は、上述した工程で形成された封止樹脂層（第２の樹脂層）２５を介してマザーボード７４上に配置固定されている。マザーボード７４の下面には、外部回路と電気的な接続を行うための半田ボール７５が形成されている。

さらに、プリント配線板７１とマザーボード７４とはＡｕワイヤ７６で電気的に接続され、全体をモールド樹脂層（第３の樹脂層）３５で封止している。

図７に示す半導体装置７０において、プリント配線板７１は、上述した製造方法に基づいて、絶縁層１３、１５、６６、配線層１４、１６、及びビア１４Ｃ、１６Ｃから構成されている。また、バンプ２６に接触して形成されている電極層６７は省略している。同様に、アンダーフィル樹脂についても記載を省略している。

次いで、図７に示す半導体装置７０を温度サイクル試験に供して、その信頼性を調べた。なお温度サイクル試験は−５５℃（３０ｍｉｎ）〜２５℃（５ｍｉｎ）〜１２５℃（３０ｍｉｎ）を１サイクルとして行った。その結果３０００サイクル後でも、半導体チップ２３、２４及び２８，２９の接続箇所において破断が生じることはなかった。

（第６の実施形態）
図８は、本実施形態における半導体装置の製造方法における工程を示す断面図である。図８は、第５実施形態における図７（ｄ）に相当し、バッファ層６３と第１の絶縁層１３との間に金属層８１が介在している点で相違する。

本態様では、バッファ層６３と第１の絶縁層１３との間に金属層８１が設けられていることにより、金属層８１は、第１の実施形態の図６（ｃ）に関連させて説明した、第１の樹脂層１２を介した支持基板１１及びバッファ層６３の剥離後の、バッファ層６３をエッチング除去する際のエッチングストッパー膜として機能する。したがって、バッファ層６３のエッチング除去の際に、その上方に位置する絶縁層１３、１５、６６及び配線層１４、１６等が前記エッチングの影響を受けることなく、安定的に存在できるようになる。金属層８１としては例えば耐腐食性の高い、金や白金、パラジウム等の金属やＴｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄやこれらの複合膜などから構成することができる。

結果として、例えば図７のような形態で得られる半導体装置の特性劣化を効果的に抑制することができる。

（第７の実施形態）
図９及び１０は、本実施形態における半導体装置の製造方法における工程を示す断面図である。

最初に、図９（ａ）に示すように、例えば８インチＳｉウエハからなる支持基板１１を準備し、この支持基板１１上に熱可塑性樹脂からなる第１の樹脂層１２及びバッファ層６３を順次形成する。第１の樹脂層１２及びバッファ層６３は、第６の実施形態と同様の材料から構成することができ、それらの厚さについても第６の実施形態と同様に設定することができる。

次いで、バッファ層６３上に、例えばＣＶＤ法でＳｉＮ膜９４を０．１μｍの厚さに形成し、次いで、ＳｉＯ_２膜９５を０．１μｍの厚さに形成する。レジストを５μｍ塗布し、露光現像処理によって、ＳｉＮ膜９４及びＳｉＯ_２膜９５を２０μｍ径(４０μｍピッチ)で開口する。

なお、本例では、ＳｉＮ膜９４及びＳｉＯ_２膜９５に形成した開口部の大きさ及びピッチを上述した実施形態と同様に設定したが、本例のようにＳｉＮ等の無機膜を用いた場合は、より微細な径及びピッチとすることができる。したがって、以下に形成する配線層のパターンをより微細化することができる。

次いで、図９（ｂ）に示すように、前記開口部内にシード膜１４Ａを形成し、電解Ｃｕめっきを施す。その後、ＣＭＰを用いて形成されたＣｕめっき膜を平坦化し、前記開口部を埋設するとともに、ＳｉＯ_２膜９５の主面と同一平面レベルの第１の配線層１４を形成する。なお、シード膜１４Ａは、上記態様に従って、Ｔｉ膜及びＣｕ膜の２層構造とすることができる。

次いで、図９（ｃ）に示すように、ＳｉＮ膜９４及び第１の配線層１４上に第１の絶縁層１３を形成する。この第１の絶縁層１３は、上記形態と同様に、例えば厚さ３μｍのポリイミドから構成することができる。次いで、第１の絶縁層１３に対して露光現像処理を行い、例えば、２０μｍ径、４０μｍピッチで、第１の配線層１４に相当する箇所に開口部を形成した後、前記開口部内にシード膜１６Ａを形成し、電解Ｃｕめっきを行う。これによって、前記開口部内には層間接続体としてのビア１６Ｃが形成されるとともに、第１の絶縁層１３上には第２の配線層１５が形成される。

次いで、図９（ｄ）に示すように、第１の絶縁層１３上に第２の配線層１６を覆うようにして第２の絶縁層１５を形成し、所定のレジストをパターニングしてマスクとして用いることにより、第２の配線層１６のパッドが露出するようにして開口部９７Ａを形成する。

次いで、図１０（ａ）に示すように、前記開口部内にバンプ２１を形成するとともに、バンプ２１に対して第１の半導体チップ２３をフリップチップ実装する。

なお、フリップチップ実装及びバンプ２１に関しては、上述した実施形態と同様にして行うことができ、同様の材料から構成することができる。次いで、図１０（ｂ）に示すように、半導体チップ２３９を覆うようにして封止樹脂層（第２の樹脂層）２５を形成する。また開口部９７Ａ内にあらかじめ電極層を形成してから、バンプ２１を形成してもよい。前記電極層に関しては上述した実施形態と同様にして行うことができ、同様の材料から構成することができる。

次いで、上記実施形態と同様に、図１０（ｃ）に示すような構造体を例えば２３０℃に加熱し、第１の樹脂層１２の粘度を低下させて軟化せしめるとともに、支持基板１１及びバッファ層６３を、平行及び垂直方向に相対的に移動させて第１の樹脂層１２をせん断し、支持基板１１及びバッファ層６３を分離する。

本例では、バッファ層６３が存在することによって、第１の樹脂層１２が軟化した際にもバッファ層６３自体は軟化することなく、元の状態（形態）を保持する。したがって、バッファ層６３上に位置する絶縁層１３及び１５や配線層１４及び１６に歪み応力が作用することがなく、配線層１４及び１６の剥離や位置ずれ等が生じず、最終的に得た半導体装置において電気的な不良が発生することがなくなる。結果として前記半導体装置は目的とする作用効果を生じることができるようになり、前記半導体装置の製造歩留りが向上する。

なお、バッファ層６３が存在しない場合は上記実施形態で説明したとおりである。次いで、図１０（ｄ）に示すように、バッファ層６３に付着した第１の樹脂層１２の残渣をアセトン等の溶剤で除去し、次いで、バッファ層６３をエッチング液あるいはＯ_２アッシャーで除去する。

次いで、図１０（ｅ）に示すように、バッファ層６３の除去等によって出現したシード膜１４Ａを上記実施形態と同様にして除去する。その後、露出した第１の配線層１４にバンプ２６を形成する。バンプ２６はめっき法、印刷法、ボール搭載法などの手法により形成する。またバンプ２６はＳｎＡｇやＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂなどの金属、これらの混合層、合金、積層膜から構成することができる。

次いで、バンプの形成された半導体装置中間体をダイシングして個片化する。個片化した半導体装置中間体をパッケージ基板９８にフリップチップ実装する。次いで、個片化した半導体装置とパッケージ基板の間にアンダーフィル樹脂を充填する（図示せず）。次いで、パッケージ基板の裏面にはんだボールを形成し、ＢＧＡパッケージを完成する（図示せず）。なお露出した第１の配線層１４に電気的に接触するように電極層を形成してから、バンプを形成してもよい。電極層としてはＡｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔなどの金属、これらの混合層、合金、積層膜から構成することができる。無電解めっきでＮｉ／Ｐｄ／ＡｕやＮｉ／Ａｕを形成してもよい。

（第８の実施形態）
図１１は、本実施形態における半導体装置の製造方法における工程を示す断面図である。本態様では、図１１（ａ）に示すように、第７の実施形態の図１０（ｃ）の工程の終了後に、バッファ層６３を除去することなく、レーザ加工等により開口部を形成している。次いで、図１１（ｂ）に示すように、バンプ２６を形成する。バンプ２６はめっき法、印刷法、ボール搭載法などの手法により形成する。またバンプ２６はＳｎＡｇやＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂなどの金属、これらの混合層、合金、積層膜から構成することができる。

次いで、バンプの形成された半導体装置中間体をダイシングして個片化する。個片化した半導体装置中間体をパッケージ基板９８にフリップチップ実装する。次いで、個片化した半導体装置とパッケージ基板の間にアンダーフィル樹脂を充填する（図示せず）。次いで、パッケージ基板の裏面にはんだボールを形成し、ＢＧＡパッケージを完成する（図示せず）。なお露出した第１の配線層１４に電気的に接触するように電極層を形成してから、バンプを形成してもよい。電極層としてはＡｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔなどの金属、これらの混合層、合金、積層膜から構成することができる。無電解めっきでＮｉ／Ｐｄ／ＡｕやＮｉ／Ａｕを形成してもよい。

したがって、上記第７の実施形態と比較してパッド開口部の形成の形態が異なるのみで、その他の構成は全く同じであることから、上記実施形態と同様に、バッファ層６３を設けたことによる作用効果を享受することができる。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

例えば、上記具体例では、第１の半導体チップ２３，２４及び第２の半導体チップ２８、２９をフリップチップ接合によって実装しているが、ワイヤボンディング接合によって実装することもできる。

また、上述した半導体装置４０において、第２の樹脂層２５で封止する際に、Ｃｕポスト等からなる導体層を予め形成し、その後、第２の樹脂層２５を適宜研削して前記Ｃｕポストの表面を露出させることによって、前記Ｃｕポストを介して半導体装置４０を複数積層してなるようなモジュールを得ることができる。

また、上述した第7の実施形態ではバッファ層を用い、無機絶縁層及び有機絶縁層を用いて配線層を形成し、さらに半導体チップを搭載した後に、支持基板を除去して片面がフリップチップ方式の半導体装置を形成するようにしている。例えば、実施例１〜３及び５，６の構造を用いて樹脂層、配線層を形成し半導体チップを搭載した後に、支持基板を除去後、片面がフリップチップ方式の半導体装置を形成することもできる。また第７、第８の実施例において、支持基板を除去した後に、第２の半導体チップを搭載して、両面構造の半導体装置を形成することもできる。

第１の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。 第２の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。 第３の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。 第４の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。 第５の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。 第５の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。 実施形態における半導体装置の一例を概略的に示す断面構成図である。 第６の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。 第７の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。 第７の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。 第８の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１１…支持基板、１２…第１の樹脂層、１３…第１の絶縁層、１４…第１の配線層、１５…第２の絶縁層、１６…第２の配線層、１７，１８…ビア、１９…金属膜、２１，２２，２６，２７…半田バンプ、２３，２４…第１の半導体チップ、２５…第２の樹脂層、２８，２９…第２の半導体チップ、３０…半導体装置中間体、３５…第３の樹脂層、４０…半導体装置、５０、７０…半導体装置モジュール、５２、７４…マザーボード、５４，７６…ワイヤ、５５，７５…半田ボール、６３…バッファ層、６６…第３の樹脂層、６６Ａｔ…電極層、６９…アンダーフィル樹脂、７１…プリント配線基板、８１…金属層、９８…パッケージ基板

Claims (5)

1. 支持基板上に熱可塑性樹脂からなる樹脂層を形成する工程と、
   前記樹脂層上に絶縁層及び配線層を順次に形成する工程と、
   前記絶縁層を貫通し、前記配線層に電気的に導通するようにして層間接続体を形成する工程と、
   前記配線層上に半導体チップを実装する工程と、
   前記樹脂層を加熱させ、前記支持基板及び前記絶縁層を、平行及び垂直方向に相対的に移動させて前記樹脂層をせん断し、前記支持基板及び前記絶縁層を分離する工程と、
   を具えることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
2. 前記樹脂層と前記絶縁層との間に、金属層を形成する工程を具え、前記支持基板及び前記絶縁層を分離する工程の後、前記金属層を除去することを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 支持基板上に熱可塑性樹脂からなる樹脂層を形成する工程と、
   前記樹脂層上にバッファ層を形成する工程と、
   前記バッファ層上に絶縁層及び配線層を順次に形成する工程と、
   前記絶縁層を貫通し、前記配線層に電気的に導通するようにして層間接続体を形成する工程と、
   前記配線層上に半導体チップを実装する工程と、
   前記樹脂層を加熱させ、前記支持基板及び前記バッファ層を、平行及び垂直方向に相対的に移動させて前記樹脂層をせん断し、前記支持基板及び前記バッファ層を分離する工程と、
   を具えることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
4. 前記バッファ層と前記配線層との間に金属層を形成する工程を具え、前記支持基板及び前記絶縁層を分離する工程の後、前記金属層を除去することを特徴とする、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記絶縁層及び前記配線層の少なくとも一方に、前記樹脂層を加熱した際に生成されるガスの排出口を形成する工程を具えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。

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