JP2010212665A

JP2010212665A - ウェハレベル、チップスケール半導体デバイスパッケージング組成物、およびこれに関する方法

Info

Publication number: JP2010212665A
Application number: JP2010020332A
Authority: JP
Inventors: Yueh-Ling Lee; イユエ−リン; Bin-Hong Colin Tsai; ビン−ホン（コリン）ツァイ; James Chu; ジェームズチュ; Cheng-Chung Chen; チェンチャン−チュン; Hao Yun; ユンハオ
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2010-09-24
Also published as: CN101792651A; KR20100088567A; US20100193950A1; TW201029129A; DE102010006394A1

Abstract

【課題】フォトリソグラフィーを用いることなく高密度、微小配線を提供することが可能であるウェハレベル、チップスケール半導体デバイスパッケージング組成物、およびこれに関する方法を提供する。
【解決手段】ウェハレベルパッケージは、ポリマーバインダおよびスピネル結晶充填材を非活性化およびレーザで活性化された形態の両方で含有する応力緩衝層１０５を含む。応力緩衝層１０５は、レーザでパターン化され、これにより、充填材が活性化され、次いで、レーザ切削経路が選択的に金属化されることが可能である。
【選択図】図１

Description

本開示は、一般に、フォトリソグラフィーを用いることなく高密度で微小サイズの配線を形成することができるウェハレベル、チップスケール半導体デバイスパッケージング組成物に関する。より具体的には、本開示の半導体デバイスパッケージングは、より高度なＩ／Ｏ相互接続、および向上した製造コスト、単純性および信頼性を可能にする高性能、レーザ活性化可能（およびレーザパターン化可能）な基板を含む。

概して、ウェハレベル、チップスケールパッケージングが公知である（例えばＦａｒｎｗｏｒｔｈらへの（特許文献１）を参照のこと）。典型的には、金属回路構成要素は、フォトリソグラフィーを用いてこのようなパッケージングに組み込まれる。しかしながら、このようなフォトリソグラフィーは、産業界において、さらにより微細な寸法のより高密度の回路構成要素を含むより複雑なパッケージング構成に対する需要が高まるにつれ、ますます困難になっている。

米国特許第６，３６８，８９６号明細書

本開示は、ウェハレベルチップパッケージング組成物に関する。このパッケージング組成物は、応力緩衝層を含む。この応力緩衝層はポリマーバインダおよびスピネル結晶充填材を含む。スピネル結晶充填材は、非活性およびレーザ活性形態の両方である。ポリマーバインダは、４０〜９７重量パーセントの応力緩衝層を含む。このポリマーバインダは：
ポリイミド、
ベンゾシクロブテンポリマー、
ポリベンゾオキサゾール、
エポキシ樹脂、
シリカ充填エポキシ、
ビスマレイミド樹脂、
ビスマレイミドトリアジン、
フルオロポリマー、
ポリエステル、
ポリフェニレンオキシド／ポリフェニレンエーテル樹脂、
ポリブタジエン／ポリイソプレン架橋性樹脂（およびこれらのコポリマー）、液晶ポリマー、
ポリアミド、
シアン酸エステル、
上記のいずれかのコポリマー、および
上記のいずれかの組み合わせ
から選択されることが可能である。

このスピネル結晶充填材は、３〜６０重量パーセントの応力緩衝層を含む。非活性化形態中のスピネル結晶充填材は、ＡＢ₂Ｏ₄およびＢＡＢＯ₄の化学式によってさらに定義され、式中、Ａは原子価２を有する金属カチオンであって、銅、コバルト、錫、ニッケルおよびこれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択され、ならびに、Ｂは原子価３を有する金属カチオンであって、カドミウム、マンガン、ニッケル、亜鉛、銅、コバルト、マグネシウム、錫、チタン、鉄、アルミニウム、クロム、およびこれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択される。

レーザで活性化されたスピネル結晶充填材が金属経路への電気接続をもたらし、この金属経路の少なくとも一部が、半導体デバイスボンディングパッドおよびはんだボールの両方に対する電気接続を有する。

前述の概要および以下の詳細な説明の両方は、例示的であることが理解されるべきであると共に、特許請求されている本発明のさらなる説明を提供することを意図している。

添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供し、かつ、この明細書の一部に援用されていると共にこれを構成するよう包含されている。この図面は、本発明の実施形態を例示すると共に、この明細書と一緒に、本発明の原理を説明する役目を果たす。図面において：

本開示の一実施形態によるウェハレベルパッケージの作製における、ウェハ上に形成されたレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な応力緩衝層に係る一連のステップを概略的に示す断面図である。本開示の一実施形態によるウェハレベルパッケージの作製における、ウェハ上に形成されたレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な応力緩衝層に係る一連のステップを概略的に示す断面図である。本開示の一実施形態によるウェハレベルパッケージの作製における、ウェハ上に形成されたレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な応力緩衝層およびレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な再分散層に係る一連のステップを概略的に示す断面図である。本開示の一実施形態によるウェハレベルパッケージの作製における、ウェハ上に形成されたレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な応力緩衝層およびレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な再分散層に係る一連のステップを概略的に示す断面図である。本開示の一実施形態によるウェハレベルパッケージの作製における、ウェハ上に形成された従来の応力緩衝層およびレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な再分散層に係る一連のステップを概略的に示す断面図である。本開示の一実施形態によるウェハレベルパッケージの作製における、ウェハ上に形成された従来の応力緩衝層およびレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な再分散層に係る一連のステップを概略的に示す断面図である。

添付の図面を参照する以下の実施形態の詳細な説明および本発明の実施例は、単に例示的であると共に、非限定的であることが意図される。

定義：
そうでないと定義されていない限りにおいて、本願明細書において用いられるすべての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術分野における当業者によって普通理解されるものと同一の意味を有する。本願明細書に記載のものに類似のまたは均等な方法および材料を、本発明の実施または試験において一般的に用いることが可能であるが、好適な方法および材料が以下に記載されている。

説明：
本発明のウェハレベルパッケージングは、１種以上の光活性化可能で、レーザパターン化可能な材料、典型的には、フィルム、層または基板を含む。本開示の光活性化可能な、レーザパターン化可能な材料は：
ポリイミド、
ベンゾシクロブテンポリマー（「ＢＣＢ」）
ポリベンゾオキサゾール（「ＰＢＯ」）
エポキシ樹脂、
シリカ充填エポキシ、
ビスマレイミド樹脂、
ビスマレイミドトリアジン、
フルオロポリマー、
ポリエステル、
ポリフェニレンオキシド／ポリフェニレンエーテル樹脂、
ポリブタジエン／ポリイソプレン架橋性樹脂（およびこれらのコポリマー）、液晶ポリマー、
ポリアミド、
シアン酸エステル、
上記のいずれかのコポリマー、および
上記のいずれかの組み合わせ
から選択されるポリマーバインダを含む。

このポリマーバインダは、光活性化可能な基板の総重量に基づいて、以下の：４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９６または９７重量パーセントの割合のいずれか２つの間の量（および任意により両端を含む）で存在する。

バインダポリマーに追加して、レーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な材料はまた、スピネル結晶充填材を含む。スピネル結晶充填材は、光活性化可能な基板の総重量に基づいて、以下の：３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５および６０重量パーセントの割合のいずれか２つの間の量（および任意により両端を含む）で存在する。しかも、スピネル結晶充填材の平均粒径は、以下の５０、１００、３００、５００、８００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００および１００００ナノメートルのサイズのいずれか２つの間（および任意により両端を含む）である。

本開示の光活性化可能な（レーザパターン化可能な）組成物は：
１．スピネル結晶充填材を有機溶剤中に分散して分散体を形成するステップと、
２．この分散体を、ポリマーバインダまたはその前駆体と組み合わせるステップと、
３．８０、９０、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５重量パーセントまたはそれ以上の有機溶剤を除去するステップと
を含む方法により製造されることが可能である。

本開示の光活性化可能（レーザパターン化可能）な材料は、レーザビームで光活性化されることが可能である。このレーザビームは、光活性化可能な材料の表面上にパターンを切り出すために用いられることが可能であり、次いで、金属めっきステップを実施することが可能であり、ここでは、金属が、レーザで活性化された除去面に選択的に蓄積されることとなる。このような金属化は、無電解（または任意により、電解）めっき浴により実施されて、導電路を活性化されたパターンで形成することが可能であると共に、任意により基板を貫通する金属ビアもまた形成することが可能である。

一実施形態においては、光活性化可能（レーザパターン化可能）な材料は、以下の０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、および０．６／ミクロンのいずれか２つの間（および任意により両端を含む）の可視光−赤外光吸光係数を有する。

スピネル結晶充填材は、以下の大きさ：５０、１００、３００、５００、８００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００および１００００ナノメートルのいずれか２つの間（および任意により両端を含む）の平均粒径を有することが可能である。

本開示のレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な組成物は、ガラス構造中に含浸されてプリプレグを形成してもよく、繊維構造中に含浸されてもよく、またはフィルムの形態であってもよい。

本発明のフィルム複合体は、以下の大きさ：１、２、３、４、５、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、１２５、１５０、１７５および２００ミクロンいずれか２つの間（および任意により両端を含む）の厚さを有し得る。

本開示の半導体デバイスパッケージングは、（レーザ活性化可能な−レーザパターン化可能な基板に追加して）機能層を追加的に含むことが可能である。この機能層は、熱伝導層、キャパシタ層、抵抗層、寸法安定誘電体層または接着剤層などの多数の機能のいずれか一つを有することが可能である。

本開示のレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な組成物は、任意により、酸化防止剤、光安定剤、吸光係数変性剤、難燃性添加剤、静電防止剤、熱安定剤、強化剤、紫外光吸収剤、粘着促進剤、無機充填材（例えば、シリカ）界面活性剤、分散剤、またはこれらの組み合わせからなる群から選択される添加剤をさらに含んでいてもよい。吸光係数変性剤は、これらに限定されないが、炭素粉末またはグラファイト粉末を含む。

一実施形態において、本開示のポリマー組成物は、その中に分散された高度に光活性化可能なスピネル結晶充填材を有し、ここで、この充填材は、画定可能な結晶形成の中に２つ以上の金属酸化物クラスター構成を含む。全体的な結晶形成は、理想的な（すなわち、汚染されておらず、派生的でない）状態にあるときは、以下の一般式を有する：
ＡＢ₂Ｏ₄
ここで：
ｉ．Ａ（一実施形態において、Ａは、主に、限定されない限りにおいて、２の原子価を有する金属カチオンである）は、ニッケル、銅、コバルト、錫、およびこれらの組み合わせを含む群から選択され、典型的には四面体構造である、第１の金属酸化物クラスター（「金属酸化物クラスター１」）の第一級カチオン成分を提供し、
ｉｉ．Ｂ（一実施形態において、Ｂは、主に、限定されない限りにおいて、３の原子価を有する金属カチオンである）は、クロム、鉄、アルミニウム、ニッケル、マンガン、錫、およびこれらの組み合わせを含む群から選択され、典型的には八面体構造である、第２の金属酸化物クラスター（「金属酸化物クラスター２」）の第一級カチオン成分を提供し、
ｉｉｉ．ここで、上記の基ＡまたはＢ中において、２の可能な原子価を有するいずれかの金属カチオンは、「Ａ」として用いられることが可能である、および３の可能な原子価を有するいずれかの金属カチオンは、「Ｂ」として用いられることが可能であり、
ｉｖ．ここで、「金属酸化物クラスター１」の幾何学的構成（典型的には四面体構造）は、「金属酸化物クラスター２」の幾何学的構成（典型的には八面体構造）とは異なり、
ｖ．ここで、Ａ〜Ｂの金属カチオンは、「逆」スピネル型結晶構造の場合のように、「金属酸化物クラスター２」（典型的には八面体構造）の金属カチオンとして用いられることが可能であり、
ｖｉ．ここで、Ｏは、主に、限定されない限りにおいて酸素であり；および
ｖｉｉ．ここで、「金属酸化物クラスター１」および「金属酸化物クラスター２」は一緒に、以下の特性により立証される電磁波に対する高められた感受性を有する単一の識別可能な結晶型構造を提供し、約１０〜約３０重量パーセントの充填量でポリマーベースの誘電体中に分散されたとき、「可視光−赤外光」吸光係数は、以下の数値０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５および０．６／ミクロンのいずれか２つの間（および任意により両端を含む）として計測されることが可能である。

スピネル結晶充填材は、ポリマーバインダ溶液中に分散されることが可能である。ポリマーバインダ溶液は、溶剤中に溶解されたポリイミドおよびコポリイミドポリマーおよび樹脂、エポキシ樹脂、シリカ充填エポキシ、ビスマレイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン、フルオロポリマー、ポリエステル、ポリフェニレンオキシド／ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブタジエン／ポリイソプレン架橋性樹脂（およびコポリマー）、液晶ポリマー、ポリアミド、シアン酸エステル、またはこれらの組み合わせを含む。充填材は、典型的には、以下の、ポリマーの３、５、７、９、１０、１２、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５および６０重量パーセントの数字のいずれか２つの間の（および任意によりを含む）重量パーセントで分散され、元々、以下の数値５０、１００、３００、５００、８００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００および１００００ナノメートルのいずれか２つの間の（および任意によりを含む）平均粒径を有する（ポリマーバインダへの組み込み後）。

スピネル結晶充填材は、（分散剤の補助ありで、または無しで）有機溶剤中に分散され、その後の工程において、ポリマーバインダ溶液中に分散されて、ブレンドポリマー組成物を形成することが可能である。ブレンドポリマー組成物は、次いで、平坦面（またはドラム）上にキャストされ、加熱され、乾燥され、および硬化され、または半硬化されて、その中に分散されたスピネル結晶充填材を含むポリマーフィルムを形成することが可能である。

次いで、ポリマーフィルムは、レーザビームを用いることによる光活性化工程を介して加工されることが可能である。レーザビームは、光学部品を用いて集束されて、回路トレース、または他の電気コンポーネントの配置が所望される、ポリマーフィルムの表面の一部分に指向されることが可能である。一旦、表面の選択された部分が光活性化されると、光活性化された部分は、例えば無電解めっき工程といった金属めっき工程により、後に形成されるべき回路トレース用の経路（または度々スポットのみ）として用いられることが可能である。

本開示のポリマーフィルムまたはポリマー複合体を用いる回路の形成に利用される加工工程の数は、度々、今日の産業において従来利用されているサブトラクティブ法における工程の数に比するとかなり少ない。

一実施形態においては、ポリマー組成物およびポリマー複合体は、以下の数値０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５および０．６／ミクロン（または１／ミクロン）のいずれか２つの間（および任意により両端を含む）の可視光−赤外（すなわち、１ｍｍ〜４００ｎｍの波長範囲）吸光係数を有する。可視光−赤外光が、各フィルムについての吸光係数を計測するために用いられる。フィルムの厚さが、吸光係数を判定するための計算に用いられる。

本願明細書において用いられるところ、可視光−赤外光吸光係数（本願明細書においては、度々、簡単に「α」として称される）は計算値である。この計算値は、複合体フィルムのサンプルを光ビーム路中に置いた後の特定の波長の光の計測した強度（分光計を用いて）、およびこの値を空気中の同一の光の光強度で除した比をとることにより見出される。

この比の自然対数をとり、これを（−１）で積し、次いで、この値をフィルムの厚さ（ミクロンで計測）で除することにより、可視光−赤外光吸光係数を算出することが可能である。

可視光−赤外光吸光係数についての一般式は、一般式：
α＝−１×［ｌｎ（Ｉ（Ｘ）／Ｉ（Ｏ））］／ｔ
により表され、
式中、Ｉ（Ｘ）はフィルムを透過した光の強度を表し、
式中、Ｉ（Ｏ）は空気中を透過した光の強度を表し、および
式中、ｔはフィルムの厚さを表す。

典型的には、これらの計算におけるフィルム厚は、ミクロンで表記されている。それ故、特定のフィルムについての吸光係数（またはα数）は、１／ミクロン、またはインバースミクロン（例えば、ミクロン^-1）として表記される。本願明細書において考察される計測に有用である特定の波長の光は、典型的には、スペクトルの可視光−赤外光部分に係る波長の光である。

一実施形態において、吸光係数変性剤は、ピネル結晶充填材のすべてではないがその一部の部分的な代替物として添加されることが可能である。代替物の適切な量は、以下の、スピネル結晶充填材成分の総量の、１、２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、または４０重量パーセントの割合のいずれか２つの間およびを含む範囲であることが可能である。一実施形態において、スピネル結晶充填材の約１０重量パーセントを、炭素粉末またはグラファイト粉末で置き換えることが可能である。これから形成されるポリマー複合体は、ポリマー複合体に存在する十分な量のスピネル結晶構造を有して、その表面上への金属イオンの効果的なめっきを可能とするべきであり、一方で、上述の量の代替物（例えば、炭素粉末）が、十分な量の光エネルギー（すなわち、複合体の表面を効果的に光活性化する光エネルギーの量）を吸収することが可能であるようにポリマー複合体を十分に暗色化する。

特定の範囲の有用な吸光係数が、有利にポリマー組成物およびポリマー複合体用に見出されている。具体的には、ポリマー組成物およびポリマー複合体は、典型的には一定のレーザ機器を使用する高速の光活性化工程において効果的に機能するために、十分な程度の光吸収能を必要とすることが見出された。

例えば、利用される光活性化工程（例えば、レーザビームを使用する工程）の一つのタイプにおいては、本発明のポリマー組成物および複合体は、顕著な量の光エネルギーを吸収することが可能であり、従って、良好に画定された回路トレースパターンをその上に形成することが可能であることが見出された。これは、比較的短時間で行うことが可能である。逆に、市販されているポリマーフィルム（すなわち、これらの特定の充填材無しでのフィルム、または非官能性スピネル結晶充填材を含有するフィルム）は、より長くかかり、低すぎる吸光係数を有し得、および可能であるとしても、比較的短時間では光活性化できない可能性がある。それ故、多くのポリマーフィルムは、比較的高充填量の他のタイプのスピネル結晶充填材を含有するフィルムであっても、高速の、光活性生産に有用であるために十分な光エネルギーを吸収することができない可能性があり、ならびに良好に画定された回路パターンに金属のめっきを受けることができない場合がある。

本発明のポリマーバインダの調製に有用な有機溶剤は、ポリマーバインダを溶解させることが可能であるべきである。好適な溶剤はまた、ポリマー溶液を中程度の（すなわち、より簡便でコストが安い）温度で乾燥させることが可能であるように、例えば２２５℃未満の好適な沸点を有するべきである。２１０、２０５、２００、１９５、１９０、１８０、１７０、１６０、１５０、１４０、１３０、１２０および１１０℃未満の沸点が一般的に好適である。

本発明のポリマーバインダは、好適な溶剤に溶解されてポリマーバインダ溶液（および／またはキャスティング溶液）を形成するとき、１種または複数種の添加剤をも含有し得る。これらの添加剤としては、これらに限定されないが、加工助剤、酸化防止剤、光安定剤、吸光係数変性剤、難燃剤添加剤、静電防止剤、熱安定剤、紫外光吸収剤、無機充填材、例えば、シリコンオキシド、定着剤、強化剤、および界面活性剤または分散剤、およびこれらの組み合わせが挙げられる。

ポリマー溶液は、例えば無端状のベルトまたは回転ドラムといった支持体上にキャストされ、または塗布されてフィルム層を形成することが可能である。溶剤を含有しているフィルム層は、適切な温度での焼成工程（熱硬化工程であり得る）または、実質的に乾燥したフィルムをもたらす単なる乾燥工程（または「Ｂステージ」として公知である部分的な乾燥）により、自己支持性フィルムに転換されることが可能である。実質的に乾燥したフィルムは、本願明細書において用いられるところ、ポリマー複合体中に２、１．５、１．０、０．５、０．１、０．０５、または０．０１重量パーセント未満の揮発物（例えば溶剤または水）が残留しているフィルムとして定義される。さらに、その中に分散されたスピネル結晶充填材を有する熱可塑性ポリマー組成物は、押出成形されて、フィルムまたはいずれかの他の既定の付形物品の一方に形成されることが可能である。

本発明によれば、ポリマーバインダは、重要な物理特性を組成物およびポリマー複合体へもたらすために選択される。有利な特性としては、限定されないが、良好な接着性（すなわち、金属接着または金属への接着性）、高いおよび／または低い弾性率（用途に応じて）、高機械的伸度、低い湿度膨張係数（ＣＨＥ）、および高引張強度が挙げられる。

ポリマーバインダと同様に、スピネル結晶充填材もまた、強い光エネルギーが適用された後に良好に画定された光活性化された経路を有するポリマー複合体を提供するために、特定的に選択されることが可能である。例えば、良好に画定された光活性化された経路は、良好に画定された回路金属トレースを、光活性化された材料が無電解−めっき槽中に浸漬された後に、より容易に形成することが可能である。金属は、典型的には、ポリマー複合体の表面の光活性化された部分上に、無電解−めっき工程を介して堆積される。

一実施形態において、本発明のポリマー組成物は、マルチ−層（少なくとも２つ以上の層）ポリマー複合体の形成に用いられる。マルチ−層ポリマー複合体は、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）、チップスケールパッケージ、ウェハスケールパッケージ、高密度相互接続板（ＨＤＩ）、モジュール、「ＬＧＡ」ランドグリッドアレイ、「ＳＯＰ」（システムオンパッケージ）モジュール、「ＱＦＮ」クアッドフラットパッケージ−リードレス、「ＦＣ−ＱＦＮ」フリップチップクアッドフラットパッケージ−リードレス、または他の同様のタイプの電子基板の少なくとも一部分として用いられることが可能である。プリント回路基板（ポリマー複合体で被覆された、またはポリマー複合体に組み込まれた）は、片面、両面であり得、スタック中に組み込まれ得、またはケーブル（すなわち可撓性回路ケーブル）であり得る。スタックは、数々の個別の回路を含んで、普通、多層プリント板として称されるものを形成することが可能である。これらのタイプの回路のいずれも、単に可撓性または剛性回路において用いられ得、または組み合わされて、剛性／可撓性または可撓性／剛性プリント配線板またはケーブルを形成し得る。

３層ポリマー複合体の場合には、スピネル結晶充填材は、外層、内層、少なくとも２層、またはすべての３層にあることが可能である。さらに、スピネル結晶充填材の濃度（または充填量）は、各個別の層において、所望の最終特性に応じて異なっていても同一であることが可能である。

一実施形態において、電磁波（すなわち、レーザビームを介した光エネルギー）は、ポリマー複合体の表面に適用される。一実施形態において、ポリマーフィルムまたは複合体は、市販されている、エスコ−グラフィックスサイレル（Ｅｓｋｏ−ＧｒａｐｈｉｃｓＣｙｒｅｌ）（登録商標）ディジタルイメージャー（ＤｉｇｉｔａｌＩｍａｇｅｒ）（ＣＤＩ）を用いて光活性化されることが可能である。現像装置は、連続波モードで操作されることができ、またはパルスモードで操作されることができる。フィルムの特定の予め定められた部分上にこのエネルギーを適用する目的は、このフィルム表面を光活性化することである。本願明細書において定義されるとおり、光活性化された、という用語は、金属イオンがその表面に金属回路トレースを形成することが可能である態様で結合することが可能である、ポリマー複合体の表面の一部分として定義される。フィルムの表面の光活性化された部分上に、極少量の金属が無電解メッキされ、これにより、導電性路の形成が不可能になった場合には、フィルムは、本願明細書における目的の「光活性化可能である」としては見なされ得ない。

５０−ワットイットリウムアルミニウムザクロ石（ＹＡＧ）レーザが、ポリマー複合体を光活性化するために用いられ得る。しかしながら、他のタイプのレーザを用いることが可能である。一実施形態において、ＹＡＧレーザ（例えばシカゴレーザシステム（ＣｈｉｃａｇｏＬａｓｅｒＳｙｓｔｅｍｓ）モデルＣＬＳ−９６０−Ｓレジスタートリマーシステム（ＲｅｓｉｓｔｏｒＴｒｉｍｍｅｒＳｙｓｔｅｍ））を用いて、１および１００ワットの間のエネルギー、約３５５、５３２または１０６４ｎｍ波長光の範囲で放射することが可能である。一般的には、ポリマー複合体の表面の一部分を光活性化するために有用であるレーザ光の波長は、以下の数値２００ｎｍ、３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、１０６４ｎｍ、または３０００ｎｍのいずれか２つの間および以内の波長の範囲であることが可能である。

一般的には、レーザビームは、音響光学変調／分配／減衰装置（ＡＯＭ）を用いて変調することが可能であり、単一ビームで２３ワット以下を出力することが可能である。ポリマー複合体は、ドラムまたは金属プレートの外表面上に、吸引、または接着剤（または両方）により適切な位置に保持されることが可能である。ドラム−タイプアセンブリは、製造時間を短縮するために、フィルムを１〜２０００回転／分の範囲の速度で回転させることが可能である。レーザビームのスポット径（またはビーム径）は、以下の数値１、２、４、６、８、１０、１５、２０または２５ミクロンのいずれか２つの間（および任意により両端を含む）、典型的には１８または１２ミクロンの焦点距離であることが可能である。平均露光量（例えばエネルギー線量）は、以下の数値０．１、０．５、１．０、２、４、６、８、１０、１５または２０Ｊ／ｃｍ²のいずれか２つの間（および任意により両端を含む）であることが可能である。実施例においては、少なくとも４および８Ｊ／ｃｍ²を用いた。

イメージファイルとして知られているプリント回路基板のデジタルパターンを用いて、光をポリマー複合体の表面上の所望の部分（すなわち、位置）に向けることが可能である。ソフトウェアを用いて、配線、空隙、曲線、パッド、孔の位置、およびパッド径、パッドピッチ、および孔径などの他の情報に関する情報を保存しておいてもよい。このデータは、ＡＯＭ電子機器に容易にアクセス可能であるデジタルメモリに保存され得る。

レーザ光の動きはコンピュータによって制御され得、および組織だった、予め定められた、ピクセル毎（または配線毎）の方策で、パネルまたは複合体表面全体に向けられ得る。例えば、配線幅が１００、７５、５０または２５ミクロン未満である、回路パターンの微細な機構は、ポリマー複合体の表面上に刻まれる。光源、スキャン、ビーム変調、デジタルパターン転写、および上記の機械的条件の組み合わせは、すべて、所望の特定の回路パターンをもたらすために用いられ得る。

一実施形態において、金属は、実質的に、ポリマー複合体の光活性化された部分に適用される。これらのポリマー複合体について、金属は、無電解−めっき工程において「無電解」めっき槽を用いて表面上にめっきされることが可能である。めっき槽は、微量の他の添加剤に追加して、銅イオン源、還元剤、酸化剤、およびキレート化剤を含み得る。

めっき槽がフィルムの表面上に金属をめっきすることが可能である速度および品質を制御することが可能である可変要素としては、これらに限定されないが、めっき槽の温度、めっきされるべき表面の量、溶液の化学的バランス（例えば、めっき溶液を消費された物質で補充すること）、および機械的攪拌の程度が挙げられる。めっき槽の温度範囲は、室温〜約７０〜８０℃の間の温度で制御されることが可能である。温度は、用いられるキレート化剤（および他の添加剤）のタイプおよび量に応じて調節することができる。

デジタル的に現像された回路は、単一工程または２工程プロセスを用いることにより無電解で銅めっきされることが可能である。先ず、本発明のポリマー組成物または複合体は、光活性化工程によってデジタル的に現像される。光活性化デブリ、またはその他の粒子は、清浄な無電解銅−めっき工程を開始するために、機械的ブラッシング、空気または超音波処理により除去することが可能である。これらの初期工程を行った後、光活性化されたポリマー組成物または複合体は、無電解銅−めっき槽中に、およそ＞３ミクロン／時間のめっき速度で浸漬されることが可能である。

ここで、図１〜図３を参照すると、種々の断面図は、本発明の実施形態によるウェハレベルパッケージングにおける種々の段階を概略的に例示する。

図１を参照すると、ステップ１は、複数のボンディングパッド１０２をその上に有するウェハ１００を示す。ボンディングパッド１０２は、導電性金属、典型的にはアルミニウムを含む。典型的には窒化ケイ素を含むダイパッシベーション層１０４が存在する。（図１の）ステップ２に例示されているとおり、応力緩衝層１０５は、ダイパッシベーション層上に積層されている。応力緩衝層１０５は、本開示のレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な組成物を含む。（図１の）ステップ３に例示されているとおり、この応力緩衝層１０５がレーザ除去されてボンディングパッド１０２を露出させる開口１０７が形成される。

（図１の）ステップ４に例示されているとおり、次いで、アンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１０６を形成する金属化ステップが実施されて、任意により開口１０７を覆うよう延在し、および、任意によりまた応力緩衝層１０５の一部に沿って延在するアンダーバンプメタルコーティング１０６がパッド１０２上に設けられる。

（図１の）ステップ５に例示されているとおり、次いで、はんだボール１０８が開口１０７に適用されて、このはんだボール１０８がアンダーバンプメタル１０６に電気的に接続され、これが、次いで、パッド１０２に電気的に接続される。

次に図２を参照すると、ステップ１は、アルミニウムパッド１０２およびウェハパッシベーション層１０４を含むウェハ１００を示している。次いで、（図２の）ステップ２を参照すると、応力緩衝層１０５がウェハパッシベーション層１０４全体に適用される。この応力緩衝層１０５は、本開示のレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な組成物を含む。（図２の）ステップ３に例示されているとおり、この応力緩衝層１０５がレーザ除去されてボンディングパッド１０２を露出させる開口１０７が形成される。

（図２の）ステップ４に例示されているとおり、次いで、アンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１０６を形成する金属化ステップが実施されて、任意により開口１０７を覆うよう延在し、および、任意によりまた応力緩衝層１０５上面の一部に沿って延在するアンダーバンプメタルコーティング１０６がパッド１０２に設けられる。

（図２の）ステップ５に例示されているとおり、次いで、分散層１１０が、アンダーバンプメタル１０６および応力緩衝層１０５上に積層されている。この分散層１１０はまた、本開示のレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な組成物を含むと共に、応力緩衝層１０５のレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な組成物とは同一であること、または、異なることが可能である。

（図２の）ステップ６に例示されているとおり、次いで、この分散層１１０がレーザ除去されて開口１１２が形成され、ボンディングパッド１０２から応力緩衝層１０５の表面部分に延在するアンダーバンプメタルの一部分１１３が露出される。レーザ除去は、金属が、完全にではなくても優先的に（金属化されることのない非活性化部分１１５と対比的に）活性化された表面に蓄積されることとなるよう、開口１１２の表面を活性化する。

（図２の）ステップ７に例示されているとおり、次いで、金属化ステップが実施されて、第２のアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）コーティング１１４が開口１１２内に形成される。

（図２の）ステップ８に例示されているとおり、はんだバンプが第２のアンダーメタルバンプコーティング１１４上に蓄積されて（および、これにより、電気的に接続されて）おり、これが、次いで、第１のアンダーバンプメタル１０６に電気的に接続されており、これが、次いで、ウェハボンドパッド１０２に接続されている。

図３を参照すると、ステップ１は、その上に複数のボンディングパッド１０２を有するウェハ１００を示す。ボンディングパッド１０２は、導電性金属、典型的にはアルミニウムを含む。典型的には窒化ケイ素を含むダイパッシベーション層１０４が存在する。ポリイミドまたはベンゾシクロブテンポリマー（「ＢＣＢ」）の従来の応力緩衝層１０５が、ダイパッシベーション層１０４上に配置されている。この応力緩衝層１０５は開口１０７を有し、これは、アンダーバンプメタル層１０６で金属化されている。

（図３の）ステップ２に例示されているとおり、次いで、分散層１１０が、アンダーバンプメタル１０６および応力緩衝層１０５上に積層されている。この分散層１１０はまた、本開示のレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な組成物を含むと共に、応力緩衝層１０５のレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な組成物とは同一であること、または、異なることが可能である。

（図３の）ステップ３に例示されているとおり、次いで、この分散層１１０がレーザ除去されて開口１１２が形成され、ボンディングパッド１０２から応力緩衝層１０５の表面部分に延在する第１のアンダーバンプメタルの一部分１１３が露出される。レーザ除去は、金属が、完全にではなくても優先的に（金属化されることのない非活性化部分１１５と対比的に）活性化された表面に蓄積されることとなるよう、開口１１２の表面を活性化する。

（図３の）ステップ４に例示されているとおり、次いで、金属化ステップが実施されて、第１のアンダーバンプメタルコーティング１０６に電気的に接続されると共に、任意により開口１１２を覆うよう延在し、および、任意によりまた分散層１１０の一部に沿って延在する、第２のアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１１４が形成される。

（図１の）ステップ５に例示されているとおり、次いで、はんだボール１０８が開口１１２に適用されて、はんだボール１０８が第２のアンダーバンプメタル１１４に電気的に接続され、これが、次いで、第１のアンダーバンプメタル層１０６に電気的に接続され、これが、次いで、パッド１０２に電気的に接続される。

本開示のレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な基板は、半導体パッケージング用の入力／出力シグナル経路を形成するための従来の方法と比して、イメージ化およびパターン化にレーザを用いる容易性のために、半導体パッケージの入力／出力シグナル経路数を増やすことが可能である。本開示のレーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な基板はまた、フォトレジスト、光現像等についての必要性を含むフォトリソグラフィーについての必要性を排除することにより、パッケージング製作を単純化する。レーザ活性化可能（レーザパターン化可能）な基板のレーザパターン化が完了した後に、外部電気接続用のバンプ下地金属（ＵＢＭ）および再分散トレース（ＲＤＬ）を（無電解金属めっきを介して）形成することが可能である。

応力緩衝層および／または再分散層は、粘度および層の所望の厚さに応じた積層またはスピンコーティングなどによる多数の方法のいずれか１つで適用されることが可能である。

本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく本発明の構造に種々の変更および変形をなすことが可能であることは当業者に明らかであろう。

１００ウェハ
１０２ボンディングパッド
１０４ダイパッシベーション層
１０５応力緩衝層
１０６アンダーバンプメタル
１０７開口
１０８はんだボール
１１０分散層
１１２開口
１１３アンダーバンプメタルの一部分
１１４第２のアンダーバンプメタル
１１５非活性化部分

Claims

ウェハレベルチップパッケージング組成物であって、
応力緩衝層であって、ポリマーバインダおよびスピネル結晶充填材を含み、前記スピネル結晶充填材は非活性化形態およびレーザ活性化形態の両方であり、前記ポリマーバインダは応力緩衝層の４０〜９７重量パーセントを構成し、前記ポリマーバインダは：
ポリイミド、
ベンゾシクロブテンポリマー
ポリベンゾオキサゾール
エポキシ樹脂、
シリカ充填エポキシ、
ビスマレイミド樹脂、
ビスマレイミドトリアジン、
フルオロポリマー、
ポリエステル、
ポリフェニレンオキシド／ポリフェニレンエーテル樹脂、
ポリブタジエン／ポリイソプレン架橋性樹脂（およびこれらのコポリマー）、液晶ポリマー、
ポリアミド、
シアン酸エステル、
上記のいずれかのコポリマー、および
上記のいずれかの組み合わせ
からなる群から選択される、応力緩衝層を含み、
前記スピネル結晶充填材が前記応力緩衝層の３〜６０重量パーセントを構成し、非活性化形態の前記スピネル結晶充填材がＡＢ₂Ｏ₄およびＢＡＢＯ₄の化学式（式中、Ａは原子価２を有する金属カチオンであって、銅、コバルト、錫、ニッケルおよびこれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択され、ならびに、Ｂは原子価３を有する金属カチオンであって、カドミウム、マンガン、ニッケル、亜鉛、銅、コバルト、マグネシウム、錫、チタン、鉄、アルミニウム、クロム、およびこれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択される）によりさらに定義され、
レーザで活性化された前記スピネル結晶充填材が金属経路に対する電気接続を有し、金属経路の少なくとも一部分が、半導体デバイスボンディングパッドおよびはんだボールの両方に対する電気接続を有する、組成物。
前記応力緩衝層の上に再分散層をさらに含み、前記再分散層が、レーザ活性化されたおよび非活性化スピネル結晶充填材ならびにポリマーバインダを含み、前記再分散層の前記スピネル結晶充填材および前記ポリマーバインダは前記応力緩衝層の前記スピネル結晶充填材および前記ポリマーバインダと同一であるかまたは異なり、前記ボンディングパッドと前記はんだボールとの間の距離が２ミリメートル超である、請求項１に記載のウェハレベルパッケージ。
ウェハレベルチップパッケージング組成物の製造方法であって、
複数のボンディングパッドを有する上面を備えるウェハを提供するステップと、
応力緩衝層を前記ボンディングパッドと前記ウェハの上面との上に設けるステップであって、前記応力緩衝層がポリマーバインダを含み、前記ポリマーバインダが応力緩衝層の４０〜９７重量パーセントであり、前記ポリマーバインダが：
ポリイミド、
ベンゾシクロブテンポリマー
ポリベンゾオキサゾール
エポキシ樹脂、
シリカ充填エポキシ、
ビスマレイミド樹脂、
ビスマレイミドトリアジン、
フルオロポリマー、
ポリエステル、
ポリフェニレンオキシド／ポリフェニレンエーテル樹脂、
ポリブタジエン／ポリイソプレン架橋性樹脂（およびこれらのコポリマー）、液晶ポリマー、
ポリアミド、
シアン酸エステル、
上記のいずれかのコポリマー、および
上記のいずれかの組み合わせ
から選択され、
前記応力緩衝層が、さらにスピネル結晶充填材を含み、前記スピネル結晶充填材は前記応力緩衝層の３〜６０重量パーセントを構成し、前記スピネル結晶充填材は化学式ＡＢ₂Ｏ₄またはＢＡＢＯ₄（式中、Ａは原子価２を有する金属カチオンであって、銅、コバルト、錫、ニッケルおよびこれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択され、ならびに、Ｂは原子価３を有する金属カチオンであって、カドミウム、マンガン、ニッケル、亜鉛、銅、コバルト、マグネシウム、錫、チタン、鉄、アルミニウム、クロム、およびこれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択される）を有するステップと、
前記応力緩衝層をレーザビームで除去して少なくとも１つのボンディングパッドを露出させるステップであって、前記レーザビーム除去が除去面を形成し、前記除去面がレーザビームによって活性化されるステップと、
応力緩衝層除去面の少なくとも一部分を金属化するステップと
を含む、製造方法。
前記応力緩衝層の上に再分散層を適用するステップであって、
前記再分散層はレーザ活性化されたおよび非活性化スピネル結晶充填材ならびにポリマーバインダを含み、前記再分散層の前記スピネル結晶充填材および前記ポリマーバインダは、前記応力緩衝層の前記スピネル結晶充填材および前記ポリマーバインダと同一であるかまたは異なるステップと、
前記再分散層をレーザビームで除去して少なくとも１つのボンディングパッドを露出させるステップであって、前記レーザビーム除去が除去面を形成し、前記除去面が前記レーザビームによって活性化されるステップと、
前記再分散層除去面の少なくとも一部分を金属化するステップと
をさらに含む請求項３に記載の方法。