JP2010232524A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子に付与される再配線層の製造コストをより低くし得る製造方法を提供すること。
【解決手段】配線部分と絶縁性部分とを少なくとも有しかつ両面が接着面となっている配線回路層２を、金属製支持基板１の上に、該基板１から剥離可能となるように形成する。配線回路層２の接着面２０Ａには、接続用導体部２１が露出しており、ウェハ状態の半導体素子３の電極３１と接続可能となっている。この配線回路層２を素子３に積層し接続した後、金属製支持基板１を配線回路層２から剥離し、半導体装置４を得る。剥離で露出した他方の接着面２０Ｂには、別の素子を接続してもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線回路層の少なくとも一方の主面に半導体素子を接続してなる半導体装置の製造方法に関するものであって、特に、該配線回路層の表裏の主面が共に接着面となっており、他方の主面にも半導体素子を接続することが可能な半導体装置の製造方法に関するものである。

シリコン半導体を用いたＩＣや、有機半導体を用いた有機ＥＬ素子など、種々の半導体材料にて構成される半導体素子（以下、単に「素子」とも言う）は、通常、ウェハ基板面に素子をマトリクス状に多数繰り返して形成した後、ダイシングによって個々の素子である半導体チップ（ベアチップとも呼ばれる）へと分断することによって製造される。
以下の説明では、ウェハ基板上に半導体素子が形成された段階（ダイシング前の段階）のものを「半導体ウェハ」とも呼び、そのようなダイシング前の状態を「ウェハ状態」とも呼んで説明する。また、ダイシングされた半導体チップを、単に「チップ」とも呼び、そのようなダイシング後の状態を「チップ状態」とも呼んで説明する。

半導体素子には、該素子の高機能化等のために、基本的な素子構造に加えて、さらに、種々の配線構造がウェハ状態の段階で作り込まれる。そのような配線構造としては、例えば、再配線層(Redistribution Layer)や、ウェハ基板を貫通して素子側面と裏面とを電気的に連絡する導通路（スルーホールビア）などが挙げられる。
例えば、特許文献１では、アルミニウム電極（半導体素子構造として素子に含まれる電極パッド）を形成した後、その上に、絶縁層、Ｃｕめっき層などを順次形成して再配線層を形成している。

配線構造が加えられ、チップへと分断されたものは、単なる電極が露出しただけの元の素子に比べて、外部導体（外部回路など）との接続や実装を容易とする接続用導体を備えた１つの半導体装置となっている。
例えば、再配線層を設けることによって、素子のアルミニウム電極と、該素子を実装するための外部の回路上の導体とを、両者のサイズやピッチが互いに異なっていても、容易に接続することができる。
また、ウェハ基板を板厚方向に貫通する導通路を設けることによって、ウェハ基板の裏面に接続端子を形成することができる。

特開２０００−２４３７５４号公報

本発明者等は、半導体素子に付加される上記のような配線層について検討し、該配線層に関連する製造コストに、さらに改善し得る余地があることを見出し、本発明が解決すべき課題とした。
即ち、再配線層を半導体ウェハ上に直接的に形成する加工は、半導体ウェハ１枚毎に再配線層を構築して行かねばならないために手間がかかっている。従来では特に問題とはされていなかったが、本発明者等は、このような再配線層の形成に製造コストを低減する余地があると着目した。また、形成した再配線層の品質が不良であった場合には、たとえ半導体ウェハが良品であっても、既に半導体ウェハに対して再配線層が一体的に形成されているために、該半導体ウェハをも一緒に廃棄しなければならず、製造コストを高くしている。

本発明の課題は、本発明者等が着目した上記問題を解消し、半導体素子に付与される再配線層の製造コストをより低くし得る製造方法を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行なった結果、再配線層を半導体ウェハから独立した配線回路層として別途形成し、かつ、その配線回路層に金属製の支持体層を剥離可能に付与しておくことによって、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、次の特徴を有するものである。
（１）配線部分と絶縁性部分とを少なくとも有してなる配線回路層の表裏両方の主面のうち、少なくとも一方の主面に半導体素子が接続された積層構造を有する半導体装置の製造方法であって、
前記配線回路層は、両方の主面の側にそれぞれに絶縁性部分としての接着剤層を有し、それら接着剤層によって両方の主面は接着面となっており、少なくとも半導体素子が接続される主面には、該半導体素子の電極を接続し得るように接続用導体部が露出しており、該接続用導体部は、該配線回路層が有する配線部分の一部であるか、または、導通路を通じて該配線部分に接続されているものであり、
当該製造方法は、
金属製支持基板面に配線回路層を積層する積層工程を有し、該積層工程は、配線回路層が該基板から剥離可能となるように、かつ、前記接続用導体部が露出している主面が該基板の側とは反対側の面となるように形成する工程であり、
積層工程の後、前記接続用導体部が露出している主面にウェハ状態の半導体素子を接着すると共に、該素子の電極をその主面に露出している接続用導体部に接続する素子接続工程を有し、
素子接続工程の後、金属製支持基板を配線回路層から剥離する剥離工程を有する、
前記製造方法。
（２）積層工程において金属製支持基板上に配線回路層を積層し、
素子接続工程において、上面として露出している配線回路層の主面にウェハ状態の半導体素子を接着し、該素子の電極を該主面に露出している接続用導体部に接続する、上記（１）記載の製造方法。
（３）積層工程において、上記金属製支持基板とは別の第二の金属製支持基板を用い、この第二の金属製支持基板上に配線回路層を剥離可能に形成し、このとき、第二の金属製支持基板に接している側の主面に接続用導体部が露出するように形成しておき、次いで、上面となっている配線回路層の主面に上記金属製支持基板を剥離可能に積層し、次いで、第二の金属製支持基板を剥離して、接続用導体部が存在する主面を露出させ、
素子接続工程において、露出している配線回路層の主面に、ウェハ状態の半導体素子を接着し、該素子の電極を該主面に露出している接続用導体部に接続する、
上記（１）記載の製造方法。
（４）配線回路層の両方の主面のうち、上記剥離工程における剥離によって露出する主面にも、上記ウェハ状態の半導体素子とは別の第二の半導体素子の電極を接続し得るように第二の接続用導体部が露出しており、この第二の接続用導体部は、該配線回路層が有する配線部分の一部であるか、または、導通路を通じて該配線部分に接続されているものであり、
上記剥離工程の後に第二の素子接続工程をさらに有し、該工程において、前記剥離工程で露出した主面に、ウェハ状態またはチップ状態の第二の半導体素子を接着すると共に、該第二の半導体素子の電極を第二の接続用導体部に接続する、
上記（１）〜（３）のいずれかに記載の製造方法。
（５）配線回路層の両方の主面の側にあるそれぞれの接着剤層が、いずれも接着時に加熱を必要とする接着剤からなる層であって、素子接続工程において先に素子を接着する側の接着剤層とは異なる方の接着剤層が、先に素子を接着する際の加熱によっても接着性を失わない接着剤からなる層である、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の製造方法。
（６）金属製支持基板と配線回路層との間に剥離層が形成されており、それによって、金属製支持基板から配線回路層が剥離可能となっている、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の製造方法。
（７）剥離層がポリイミドからなる層である、上記（６）記載の製造方法。
（８）剥離層が、金属、金属酸化物、および、無機酸化物から選ばれる１つの材料からなる層である、上記（６）記載の製造方法。
（９）配線回路層が、接続される半導体素子にとって再配線層として機能するものである、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の製造方法。

本発明の製造方法によれば、上記課題は次のように解決される。
本発明の製造方法は、再配線層を半導体素子とは別個の配線回路層として作製しておき、それを半導体ウェハなどのウェハ状態の素子に再配線層となるように積層し、半導体装置とする方法であると言うことができる。
配線回路層を別途製造することによって、ロール・トウ・ロールにて、多数のウェハを包含し得る大面積のものが大量に容易に製造できるので、個々の半導体ウェハの上に直接的に再配線層を形成する場合と比べて、製造コストはより低くなる。
また、配線回路層に剥離可能に付与された金属製支持基板は、配線回路層に適度な剛性を与え、該配線回路層を半導体ウェハに積層するまでの取り扱い性を良好にして、製造コストの改善に寄与する。
また、本発明の製造方法では、良品の配線回路層のみを選択してウェハ状態の素子に接続することができるようになり、良品の素子を無駄に廃棄することが無くなる。

また、本発明では、配線回路層の両方の主面を接着面としているので、接着面を持った半導体装置が得られ、外部の回路への実装に有用である。
またさらに、配線回路層の両方の主面に、素子を接続し得るように接続用導体部を露出させておき、金属製支持基板を剥離した後、露出した主面にも素子を接続すれば、素子の実装密度が向上する。

図１は、本発明の製造方法を説明するために、各工程で形成されていく配線回路層の各部の様子を模式的に示した図である。ハッチングは、領域を区別するために適宜加えている（他の図も、同様である）。 図２は、本発明によって形成される配線回路層の内部構造、導体の接続構造のバリエーションを示す図である。 図３は、配線回路層の内部構造の例をより詳しく示す模式図である。 図４は、本発明の実施例１の加工手順を示す図である。 図５は、図４に続いて、本発明の実施例１の加工手順を示す図である。 図６は、本発明の実施例２の加工手順を示す図である。 図７は、図６に続いて、本発明の実施例２の加工手順を示す図である。

以下に、具体例に沿って、本発明による製造方法を説明する。尚、本発明で用いている「上」、「上面」など、上下を示す語句は、あくまで層や素子の積層方向の位置関係を説明するためのものであって、半導体装置の実際の上下の姿勢や、配線回路層と半導体素子との互いの上下の位置関係を限定するものではない。
図１は、当該製造方法を説明するために、各工程で形成されていく製品の様子を模式的に示した図である。同図に示す配線回路層内の層構造や接続パターンは説明のために一例を簡略化したものである。

本発明で言う「ウェハ状態の半導体素子」とは、ウェハ基板上に半導体素子がマトリクス状に多数形成された半導体ウエハだけでなく、半導体ウエハ中の多数の素子に対して品質検査を行ない、個々のチップへと一旦ダイシングした後、良品であったチップのみをウェハ基板と同形状のシート上に再配列したものをも含む。以下、「ウェハ状態の半導体素子」を「ウェハ状素子」とも呼んで説明する。

当該製造方法は、金属製支持基板上に配線回路層を剥離可能に形成する積層工程と、ウェハ状素子を接続する素子接続工程と、金属製支持基板を配線回路層から剥離する剥離工程とを少なくとも有する。
配線回路層は、その詳細な構造については後述するが、配線部分（即ち、パターニングされた導体層）と、その間を充填する絶縁性部分とを少なくとも有してなる層であって、接続される素子の再配線層として機能する層である。

当該製造方法では、先ず、図１（ａ）に示すように、積層工程において、金属製支持基板１と配線回路層２との積層体を形成する。
その積層体の形成方法は、大きく２つに分けることができる。１つは、図４〜図５を用いて実施例で示すように、積層工程において金属製支持基板上に単純に配線回路層を剥離可能に積層する方法であり、他の１つは、図６〜図７を用いて実施例で示すように、仮の基板として第二の金属製支持基板を用意し、その上に配線回路層の全部の層または一部の層を剥離可能に積層し、さらにその上に金属製支持基板を剥離可能に積層した後、第二の金属製支持基板を剥離し、結果として、金属製支持基板と配線回路層との剥離可能な積層体を得る方法である。
前者の方法では、露出している主面を、さらに剥離ライナーで覆い、半導体素子との接続に臨んで該剥離ライナーを剥がして用いてもよい。後者の方法では、第二の金属製支持基板を剥離ライナーとして用いてもよい。また、後者の方法では、第二の金属製支持基板に接している側の主面に接続用導体部が露出するように形成しておく。

剥離工程における剥離によって露出する主面にも素子（第二の素子）を実装する場合には、その主面にも、第二の素子が接続可能なパターンおよび露出態様にて、第二の接続用導体部を形成しておけばよい。
第二の素子は、ウェハ状態が好ましいが、分断されたチップ状態であってもよい。第二の素子を接続するための第二の接続用導体部は、上記した接続用導体部と同様、該配線回路層が有する配線部分の一部であるか、または、導通路を通じて該配線部分に接続されているものであればよい。

次に、当該製造方法では、図１（ａ）〜（ｂ）に示すように、素子接続工程において、配線回路層２の露出している主面２０Ａに、ウェハ状素子３Ａを接着すると共に、該素子３Ａの電極３１を該主面２０Ａに露出している接続用導体部２１に接続する。
尚、図１（ａ）では、接続用導体部２１や電極３１などを実際よりも大きく突き出しているように描いているが、これは位置を明確に示すためである。また、図１では、ウェハ上の１つの素子だけを拡大して描いているが、実際の素子は、ウェハ規模の基板上にマトリクス状に多数配置されたものである。また、図１（ｂ）では、接続用導体部２１、電極３１のそれぞれの突起を省略して描いている。実際の工程においても、半導体素子と配線回路層とは加圧によって隙間無く密着する。

さらに、当該製造方法では、図１（ｃ）に示すように、剥離工程において、金属製支持基板１を配線回路層２から剥離し、該配線回路層の他方の主面（粘着面）２０Ｂを露出させ、目的の半導体装置４を得る。
この段階の半導体装置は、ウェハの形態となっているため、これをさらにダイシングして、個々のチップ状の半導体装置を得る。また、金属製支持基板を剥離した配線回路層に対して、ダイシング前に、ハンダボールを付与するといった加工を施してもよい。

半導体素子は、配線回路層に積層され得、その接続用導体部に接続し得るものであればよい。例えば、単一の発光素子のような単純な構造のものやそれを集合させたアレイ、有機半導体素子、ＩＣ、種々の演算回路を集積したプロセッサ、メモリー、フォトセンサー、イメージセンサーなどの従来公知の素子の他、マルチチップモジュール、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems；機械要素部品、センサー、アクチュエータ、電子回路などを基板上に集積化したデバイス）などが挙げられる。
半導体素子を形成するためのウェハ基板は、シリコンなどの半導体結晶基板の他、絶縁性の結晶基板、ガラス基板、有機化合物からなる基板など、半導体素子のためのあらゆる基板であってよい。これらの基板のなかでも、最も汎用的なものはシリコン結晶基板（シリコンウェハ）である。
素子の電極には、金スタッドバンプやアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）などが形成される。該ＵＢＭとしては、無電解めっきにより形成されるＮｉ／Ａｕ層（Ｎｉが下地側である。他も同様であり、積層の下地側を先に記載している）や、スパッタリング法によるＴｉ／Ｃｕ層、Ｔｉ／Ｗ／Ｃｕ層、Ｔｉ／Ｎｉ／Ｃｕ層などが挙げられる。

素子の電極と配線回路層の接続用導体部とを接続する方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、Ａｕ−Ａｕ接合、Ａｕスタッドバンプ−はんだ接合、はんだバンプ接合、Ａｇペーストを用いた接合、ＡＣＦ（異方導電性フィルム）やＮＣＦ（非導電性フィルム）を用いた接合が挙げられる。ファインピッチに対応するために、Ａｕスタッドバンプ−はんだ接合が好適に用いられる。また、素子と配線回路層との間に、バンプ高さなどの為に間隙が生じる場合には、アンダーフィル材料などを充填してもよい。
また、ウェハ基板に、該基板を厚さ方向に貫通するスルーホールビア（導通路）が設けられ、半導体素子の電極が、該スルーホールビアを通じてウェハ基板の裏面側へと連絡し得る構造となっている場合には、配線回路層をウェハ基板の裏面側に積層し、配線回路層の接続用導体部を該スルーホールビアの端子に接続してもよい。また、その場合には、配線回路層を、ウェハ基板の裏面側ではなく、素子側において、素子の電極とスルーホールビアとを接続するために用いてもよく、裏面側および素子側の両方に配線回路層を積層してもよい。

配線回路層は、配線部分（具体的には、回路パターンとして形成された導体層）と、その上下、周囲を全体的に覆っている絶縁性部分とを少なくとも有してなる。
配線回路層は、図２に構造の一例を示すように、両方の主面（２０Ａ、２０Ｂ）の側にそれぞれに絶縁性部分としての接着剤層（２０ａ、２０ｂ）を有し、それら接着剤層によって両方の主面は接着面となっている。図１に示すように、これらの主面のうち、少なくとも素子が接続される主面（図１では２０Ａ）には、素子３Ａの電極３１を接続し得るように接続用導体部２１が露出している。図１の例では、接続用導体部２１は、導通路を通じて層内の配線部分である導体層に接続されているが、該接続用導体部は、主面に露出した配線部分それ自体であってもよい。
配線回路層は、接続される素子の再配線層として機能する。配線回路層の両面に素子を接続する場合には、該配線回路層は、両方の素子の共通の再配線層として機能する。

配線回路層の内部構造、導体の接続構造は、特に限定はされないが、有用な基本構造としては、図２に例示する構造が挙げられる。
図２の構造では、配線回路層は、絶縁性部分としての絶縁層２０を有し、該絶縁層２０は、接着剤層２０ａと、ベース絶縁層２０ｃと、接着剤層２０ｂとを有する積層構造となっている。図２（ａ）に示す例では、導体層は一層だけ（単層）であり、図２（ｂ）に示す例では、導体層は、配線回路層の厚さ方向に関して二層に分離した状態となっている。
絶縁層２０の一方の面（配線回路層の一方の主面２０Ａとなっている）には、素子の電極との接続のための接続用導体部２１が設けられている。また、他方の面（配線回路層の他方の主面２０Ｂとなっている）には、外部導体（当該半導体装置を実装すべき外部回路のパッド等）との接続や、第二の素子との接続のための第二の接続用導体部２２が形成され、これら接続用導体部２１、２２が、絶縁層内２０に設けられた導体層２３へと接続されている。両方の接続用導体部２１、２２は、導体層を通じて特定のもの同士が互いに接続されるなど、それらの接続パターンは、実際の素子の機能や電極の役割に応じて種々決定してよい。

図２（ａ）に示す例では、絶縁層２０の内部に導体層２３が所定の接続パターンにて形成されており、該導体層２３から一方の主面２０Ａへ延びた導通路（金属柱）２４の先端部が接続用導体部２１となっており、該導体層２３から他方の主面２０Ｂへ延びた導通路（金属柱）２５の先端部が外部接続用導体部２２となっている。図の例では、それぞれの導通路の先端部には、電気的な接続をより好ましく行い耐食性を高めるための金属膜が形成されている。より詳細には、図２（ａ）に示す例では、ベース絶縁層２０ｃの上面に導体層２３が形成され、それを覆って接着剤層２０ａが形成されており、この積層構造によって導体層２３は絶縁層２０の内部に埋没している。

図２（ｂ）に示す例では、導体層は、素子側の導体層２３ａと、金属製支持基板側の導体層２３ｂとを有している。これら導体層２３ａと２３ｂとは、互いに間隔をおいて設けられ、それら両層間の所定位置に設けられた導通路２６がこれら導体層を接続している。より詳細には、図２（ｂ）に示す態様では、導体層２３ｂがベース絶縁層２０ｃ内に埋没しており、素子側の導体層２３ａが、図２（ａ）に示す態様と同様に、ベース絶縁層２０ｃの上面に設けられ、その上を接着剤層２０ａが覆っている。
導体層を、２層以上、多層に形成する手順としては、例えば、ベース絶縁層を上下の複数層に分け、先ず、最下層側のベース絶縁層を形成し、その上に第一の導体層を形成し、それを覆って第二のベース絶縁層を形成して第一の導体層を埋没させ、第二のベース絶縁層の上面の所定の位置に開口を設けて第一の導体層を露出させ、該開口を導体材料で充填して導通路とし、第二のベース絶縁層の上面に第二の導体層を形成するというステップを、必要回数だけ繰り返すといった手順が例示される。

図２のような典型的な構造例以外に、例えば、図３（ａ）に示すように、特定の接続用導体部２１ａ、２１ｂ同士が互いに接続された構造や、逆に、１つの接続用導体部が複数の外部接続用導体部と接続された構造（図示せず）、また、図３（ｂ）に示すように、特定の接続用導体部２１ａ、２１ｂ同士が層内で互いに接続されているだけで、下面の外部接続用導体部とは接続されていない構造など、その接続構造のパターンは用途に応じて自由に変更し、組合せてよい。
配線回路層内の配線（層内を横方向に延びる導体層）は、上述のように単層または複数層であってもよい。

分断前の配線回路層中に含まれる個々の配線回路層の配列パターンは、ウェハ状素子中の素子の配列パターンに対応し、個々の素子と配線回路層とが接続可能となっていればよい。
分断前の配線回路層全体としての外周形状は、ウェハ基板と同一またはそれに対応した形状、複数のウェハ基板を包含し得るさらに大面積の形状（単品のシート状、ロールから送りだされた帯状など）、個々のウェハ基板内の素子集合領域と同一またはそれに対応した形状などであってもよい。
分断前の配線回路層とウェハ状素子とを位置決めするための付加的な構成や、取り扱い性を良好にし得る工夫は、適宜加えればよい。

前記した電気的な接続をより好ましく行い耐食性を高めるための金属膜の形成方法はメッキが好ましく、該金属膜の材料としては、銅、金、銀、白金、鉛、錫、ニッケル、コバルト、インジウム、ロジウム、クロム、タングステン、ルテニウムなどの単独金属、またはこれら２種類以上からなる合金などが挙げられる。これらの中でも好ましい材料としては、金、錫、ニッケルなどが挙げられ、下地層をＮｉとし、表層をＡｕとする２層構造などが好ましい金属膜の態様として挙げられる。
金属製支持基板に対して、接続用導体部の位置に開口（貫通孔）を設けることによって、接続用導体部の先端部を絶縁層の面から突起させることが可能となる。

配線回路層の絶縁性部分としての絶縁層は、上記した（接着剤層／ベース絶縁層／接着剤層）のような２層構造であることが好ましい。ベース絶縁層は、絶縁層の機械的強度を担い、かつ、回路パターン形成のベースとなる層である。
また、配線回路層は、２つの接着剤層だけからなる２層構造であってもよいし、さらなる絶縁層が加えられた４層以上の多層構造であってもよい。

配線回路層の絶縁層にベース絶縁層が含まれる場合、その材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などの公知の合成樹脂や、それらの樹脂と、合成繊維布、ガラス布、ガラス不織布、並びに、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２や鉱物、粘土などの微粒子との複合した樹脂などが挙げられる。特に、金属製支持体層を剥離した後、より薄く、より大きな機械的強度を有し、より好ましい電気的特性（絶縁特性など）を有するフレキシブルな絶縁層となる点からは、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ガラス布複合エポキシ樹脂が好ましい材料として挙げられる。
ベース絶縁層の厚さは、３〜５０μｍが好ましい。

配線回路層の両方の主面の側にあるそれぞれの接着剤層の材料は、接着時に加熱を必要としない接着剤であっても、加熱を必要とする接着剤（熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂）であってもよい。
接着時に加熱を必要とする接着剤を用いる場合には、後で接着を行う接着剤層には、先に接着を行う接着剤層の接着時の加熱によっても接着性を失わない接着剤を用いることが好ましい。例えば、後で接着を行う接着剤層の接着剤を、先に接着を行う接着剤層と同様の熱硬化性樹脂とした場合、先の接着時の加熱によって、後で接着を行う接着剤層も同時硬化してしまい、後で接着ができなくなる場合があるからである。
好ましい態様としては、次の態様が挙げられる。
（ａ）両方の接着剤層を熱可塑性樹脂で形成する態様。
（ｂ）先に接着を行う接着剤層を熱硬化性樹脂で形成し、後で接着を行う接着剤層を熱可塑性樹脂で形成する態様。
（ｃ）先に接着を行う接着剤層を熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂で形成し、後で接着を行う接着剤層を熱硬化性樹脂で形成しかつその硬化温度をより高いものとし、先の接着時の加熱によっても硬化しないようにする態様。

２つの接着剤層のそれぞれの材料としては、特に限定はされないが、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリヒダントイン、ポリエーテルイミド、ポリエステル、ポリイミドシロキサン、シロキサン変性ポリアミドイミドなどの熱可塑性樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド樹脂などが好ましいものとして挙げられ、これらをブレンドして用いてもよい。
尚、エポキシ系樹脂としては、特に限定はされないが、熱可塑性樹脂またはゴムまたはエラストマーなどとブレンドしたエポキシ樹脂や、シリカハイブリッド、ナノ粒子分散型エポキシ樹脂などが挙げられる。
また、アクリル系樹脂としては、特に限定はされないが、例えば、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、シリコーンアクリレートなどが挙げられる。
２つの接着剤層の材料の具体的な組合せとしては、（先に接着を行う接着剤層の材料、後に接着を行う接着剤層の材料）と表記するとして、（フェノールノボラック型エポキシ樹脂、熱可塑性ポリイミド）、（ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、ポリイミドシリコーン）、（ナフタレン含有ノボラック型エポキシ樹脂、シロキサン変性ポリアミドイミド）などが好ましいものとして挙げられる。
接着剤層の厚さは、それぞれ、１〜１００μｍが好ましい。

金属製支持基板上に配線回路層を形成する方法には、セミアディティブ法や、サブトラクティブ法など、従来公知の回路基板やインターポーザの製造技術を適用してもよい。
金属製支持基板上に配線回路層を形成することにより、製造工程中、寸法安定性が良好となり、また、薄い配線回路層の取り扱い性が良好となる。

セミアディティブ法によって配線回路層内に導体層や導通路を形成する場合には、図４〜図６に示すように、導体層や導通路となるべき部分の壁面に金属材料を良好に堆積させるための種膜（金属薄膜）２３ａを予めスパッタリングによって形成しておくことが好ましい。そのような種膜の材料としては、例えば、銅、金、銀、白金、鉛、錫、ニッケル、コバルト、インジウム、ロジウム、クロム、タングステン、ルテニウムなどの単独金属、またはこれら２種類以上からなる合金などが用いられる。

図２に示す導体層、導通路の材料としては、例えば、銅、金、銀、白金、鉛、錫、ニッケル、コバルト、インジウム、ロジウム、クロム、タングステン、ルテニウムなどから選ばれる単独金属や、または、これらを成分とする合金（例えば、はんだ、ニッケル−錫、金−コバルトなど）が挙げられる。これらのなかでも、電解メッキまたは無電解メッキ可能な金属が好ましく用いられる。導体層の回路パターンの形成容易性、および、電気的特性が優れている点からは、銅が好ましい材料として挙げられる。
導体層２３の厚さは、特に限定はされないが、１〜５０μｍの範囲で適宜選択すればよい。また、導通路２４、２５は円柱状が好ましい形状であって、その直径は５〜５００μｍ、好ましくは、５〜３００μｍである。

金属製支持基板の材料は、特に限定はされないが、銅または、銅を主体とする銅合金、ニッケルまたはニッケルを主体とするニッケル合金、ニッケルと鉄を主な成分とする合金、ステンレスなどが好ましい材料として挙げられる。
半導体ウェハとの線膨張係数の差を小さくするために、ニッケルと鉄を主な成分とする合金（例えば、４２アロイ）を用いることが好ましい。

金属製支持基板の厚さは、材料の剛性にもよるが、１０μｍ〜２００μｍ程度が好ましく、２０μｍ〜８０μｍ程度がより好ましい。
金属製支持基板の厚さが１０μｍを下回ると、該金属製支持基板に折れやシワが生じやすくなり、ロールプロセスでの取り扱い性が低下する。また、金属製支持基板の厚さが２００μｍを上回ると、その剛性によって巻き径が大きくなり、ロールプロセスでの取り扱いが困難となり、エッチングによる加工も困難となる。

図６、図７に示すように、第二の金属製支持基板１Ａを用いる場合も、第二の金属製支持基板には、上記した金属製支持基板と同様のものを用いてよい。

金属製支持基板と配線回路層とをよりスムーズに剥離するためには、両者の間に剥離層を介在させる構造が好ましい。剥離層は、配線回路層からは容易に剥離し、金属製支持基板からは剥離し難いように形成し、該剥離層が金属製支持基板と一体的に配線回路層から剥がれるようにすることが好ましい。
剥離層の材料としては、有機物（シリコーン樹脂、ポリイミドなど）、無機物（金属、金属酸化物、無機酸化物など）が挙げられる。前記無機物としては、Ａｇ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、ＳｉＯ₂などが例示される。
配線回路層の製造工程や、該配線回路層を半導体ウェハに接続する際の高熱条件を考慮すると、シリコーン樹脂は劣化する場合があるので、ポリイミドや前記無機物がより好ましい材料である。

剥離層をポリイミド層とする場合、その厚さは０．１〜１０μｍが好ましく、配線回路層全体の反りを防止するためには、０．１〜５μｍがより好ましい。
剥離層を前記無機物からなる層とする場合、その厚さは、１〜１００ｎｍが好ましく、配線回路層全体の反りを防止するためには、１〜５０ｎｍがより好ましい。
剥離層をポリイミド層とする場合の該層の形成方法としては、溶液を塗工する方法、電着法やＣＶＤ法によって堆積させる方法、または、別途形成したポリイミドフィルムをラミネートする方法などが挙げられる。また、剥離層を、金属、金属酸化物、無機酸化物などの無機物からなる層とする場合の該層の形成方法としては、電解めっき法、真空蒸着法、スパッタリング法などが挙げられる。

以下、実際の製造例を挙げて、本発明の製造方法をより具体的かつ詳細に説明する。以下の説明に用いる図４〜７の配線回路層は、いずれも、１つの接続用導体部と、それに裏面で対応する１つの外部接続用導体部だけを拡大して描いたものである。

実施例１
本実施例では、ＳＵＳ３０４からなる金属製支持基板上に、Ｔｉからなる剥離層を形成し、その上に両面を接着剤層とした配線回路層を形成し、半導体ウェハに接合した。

〔剥離層の形成〕
図４（ａ）に示すように、金属製支持基板１として厚さ２５μｍのステンレス箔（ＳＵＳ３０４）を用い、その上に、スパッタリング法にて厚さ２５μｍのＴｉから成る剥離層５を全面に形成した。

〔絶縁層中の下側の接着剤層の形成〕
図４（ｂ）に示すように、剥離層５の上面に、ポリアミック酸（オキシジフタル酸二無水物と２，２−ビス（４−アミノフェノキシフェニル）プロパンを反応して得たもの）の溶液を塗布し、熱硬化させて、熱可塑性ポリイミドから成る接着剤層２０ｂを形成した。該接着剤層の厚さは５μｍである。

〔絶縁層中のベース絶縁層の形成〕
接着剤層２０ｂの上面に、ポリアミック酸（３，４’，３，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、パラフェニレンジアミンを反応して得たもの）を塗布し、熱硬化させて、厚さ１０μｍのポリイミド層（ベース絶縁層）２０ｃを形成した。

〔接続用導体部、種膜、下側の導通路、導体層の形成〕
図４（ｃ）に示すように、接着剤層２０ｂ、ベース絶縁層２０ｃの積層体に対して、第二の素子を接続するための第二の接続用導体部を形成すべき位置に、レーザー加工によって開口ｈ１を形成し、該開口の底にＴｉ剥離層５を露出させた。開口形状は、直径１００μｍの円形である。
開口部内に露出しているＴｉ剥離層５の表面に、めっきによって金膜２２２、ニッケル膜２２１を順次形成した。金膜は、下側の接続用導体部の表面の金属膜となる。
さらに、図４（ｄ）に示すように、クロム、銅の順にスパッタリングを施して、種膜（クロム層の厚さ２０ｎｍ、銅層の厚さ１００ｎｍ）２３ａを形成し、電解銅めっきにより、所定の配線パターンとされた導体層２３、導通路２５を形成した。
種膜のうちの銅層は、導通路および導体層の銅と一体化するので、図４（ｃ）では、種膜２３ａをクロムからなる一層のように描いている。図５〜図７も同様である。
その後、導体層２３の無い部分の種膜（導体層からはみ出した種膜）を除去した。

〔上側の導通路の形成〕
導通路を形成すべき部分以外をめっきレジストにて全面的に覆い（図示せず）、電解銅めっきにより、図５（ｅ）に示すように、直径８０μｍ、高さ１５μｍの導通路（金属柱）２４を形成した。

〔絶縁層中の上側の接着剤層の形成〕
上記めっきレジストを除去し、図５（ｆ）に示すように、露出した導体層２３および導通路２４を埋没させるように、エポキシ及びポリイミドを主成分とする熱硬化性樹脂からなる接着剤層２０ａを形成し、導通路２４の上端面が接続用導体部として接着剤層上面に露出するように、該接着剤層をアルカリ性溶液にてエッチングした。

〔上側の接続用導体部の表面への金属膜の形成〕
図５（ｆ）に示すように、導通路２４の上面に、電解めっきにより、ニッケル膜２１１（厚さ２μｍ）、金膜２１２（厚さ０．５μｍ）を順次形成した。めっき加工にはレジストを用いたが、説明を省略する。

〔半導体ウェハへの接続〕
上記で得た配線回路層（金属製支持基板が剥離可能に付いたもの）を、下記の手順にて半導体ウェハに接続した。
半導体ウェハは、該ウェハ中の素子の数が２４０個、１つの素子中の電極パッド数が２４０個、各パッドは直径８０μｍの円形であって、各パッド上には直径６０μｍの金スタッドバンプが形成されている。
図５（ｇ）に示すように、配線回路層の上側の主面２０Ａに、イーヴィグループ社製のアライナー、ボンディング装置を用いて、アライメントを行い、真空度３Ｐａ、温度２００℃、１．５ｇ／バンプの圧力にて、半導体ウェハ３Ａを貼り合せた後、１８０℃にて２時間、接着剤層の硬化を行った後、剥離層５と下側の接着剤層２０ｂとの界面で剥離して、該剥離層５と金属製支持基板１とを除去した。
図５（ｈ）に示すように、剥離によって露出した下側の接着剤層の接着面（配線回路層の下側の主面２０Ｂ）に、上記と同じ半導体ウェハ３Ｂを、上記と同様にしてアライメントして、３００℃で熱圧着して半導体装置を得、さらに、ダイシングによって、個々のチップ状の半導体装置へと分断した。

本実施例では、先に半導体ウェハを接続する上側の接着剤層２０ａを熱硬化性樹脂からなる層とし、後に半導体ウェハを接続する下側の接着剤層２０ｂを熱可塑性樹脂からなる層としたので、先の接着時に加熱を行っても、後の接着には何らも影響はなく、好ましい両面実装体が得られた。

実施例２
本実施例では、図６、図７に示すように、仮の基板として第二の金属製支持基板を用意し、その上に配線回路層の一部の層（下側の接着剤層以外の層）を剥離可能に積層し、さらにその上に金属製支持基板を剥離可能に積層した後、第二の金属製支持基板を剥離し、下側の接着剤層を形成して、金属製支持基板と配線回路層との剥離可能な積層体を得た。

〔第二の金属製支持基板上への第二の剥離層の形成〕
図６（ａ）に示すように、第二の金属製支持基板１Ａとして厚さ２５μｍのステンレス箔（ＳＵＳ３０４）を用い、その上に、スパッタリング法にて厚さ２５μｍのＴｉから成る第二の剥離層５Ａを全面に形成した。

〔絶縁層中のベース絶縁層の形成〕
本実施例では、先にベース絶縁層を形成し、上側の接着剤層を形成し、第二の金属製支持基板１Ａを剥離した後で下側の接着剤層を形成する。
図６（ｂ）に示すように、第二の剥離層５Ａの上に、感光性ポリアミック酸（３，４’，３，４’−ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物と、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、パラフェニレンジアミンとを反応させて得たもので、感光剤を含有する）を用いて、ポリイミド層（ベース絶縁層）２０ｃを形成した。厚さは１０μｍである。
該ベース絶縁層２０ｃに対して、第二の素子を接続するための第二の接続用導体部を形成すべき位置に、レーザー加工によって開口ｈ２を形成し、該開口の底に第二の剥離層（Ｔｉ層）５Ａを露出させた。開口形状は、直径１００μｍの円形である。

〔種膜、下側の導通路の一部、導体層の形成〕
図６（ｃ）に示すように、クロム、銅の順にスパッタリングを施して、種膜２３ａを形成し、電解銅めっきにより下側の導通路の一部２５および所定の配線パターンとされた導体層２３を形成した。
その後、導体層２３の無い部分の種膜（導体層からはみ出した種膜）を除去した。

〔上側の導通路の形成〕
上記実施例１と同様にして、導通路を形成すべき部分以外をめっきレジストにて全面的に覆い（図示せず）、電解銅めっきにより、図６（ｄ）に示すように、直径８０μｍ、高さ１５μｍの導通路（金属柱）２４を形成した。

〔絶縁層中の上側の接着剤層の形成〕
上記めっきレジストを除去し、図６（ｅ）に示すように、露出した導体層２３および導通路２４を埋没させるように、ポリアミック酸（オキシジフタル酸二無水物と２，２−ビス（４−アミノフェノキシフェニル）プロパンを反応して得たもの）の溶液を塗布して、熱硬化させて、熱可塑性ポリイミドから成る接着剤層２０ａを形成した。そして、導通路２４の上端面が接続用導体部として接着剤層上面に露出するように、該接着剤層をアルカリ性溶液にてエッチングした。該接着剤層の厚さは５μｍである。

〔上側の導通路の上面への金属膜の形成〕
図６（ｅ）に示すように、導通路２４の上面に、電解めっきにより、ニッケル膜２１１（厚さ２μｍ）、金膜２１２（厚さ０．５μｍ）を順次形成した。めっき加工は、実施例１と同様、レジストを用いて行った。

〔金属製支持基板の貼付〕
別工程にて、第二の金属製支持基板１Ａと同様の厚さ２５μｍのステンレス箔（ＳＵＳ３０４）を用意し、これを金属製支持基板１として、その上にスパッタリング法にて厚さ２５μｍのＴｉから成る剥離層５を全面に形成した。
この金属製支持基板１と剥離層５からなる２層の積層体を、図７（ｆ）に示すように、上記で形成した上側の接着剤層２０ａの上面（主面２０Ａ）に熱圧着した。

〔第二の金属製支持基板の剥離、下側の導通路の形成〕
図７（ｇ）に示すように、第二の剥離層５Ａとベース絶縁体層２０ｃとの界面で剥離して、第二の剥離層５Ａと第二の金属製支持基板１Ａとを除去した。
剥離によって露出したベース絶縁体層の下面には、開口ｈ２の底に形成したクロム種膜の下面が露出した。これを除去した後、さらに、めっきレジストを用いて、電解銅めっきにより、図７（ｇ）に示すように、直径１００μｍ、高さ１５μｍの下側の導通路（金属柱）２５を形成した。

〔絶縁層中の下側の接着剤層の形成〕
上記めっきレジストを除去し、図７（ｈ）に示すように、露出したベース絶縁体層２０ｃおよび導通路２５を埋没させるように、エポキシ及びポリイミドを主成分とする熱硬化性樹脂からなる下側の接着剤層２０ａを形成した。そして、導通路２５の下端面が接続用導体部として接着剤層の下面に露出するように、該接着剤層をアルカリ性溶液にてエッチングした。該接着剤層の厚さは５μｍである。

〔下側の接続用導体部の表面への金属膜の形成〕
図７（ｈ）に示すように、下側の接続用導体部の表面に、電解めっきにより、ニッケル膜２２１（厚さ２μｍ）、金膜２２２（厚さ０．５μｍ）を順次形成した。めっき加工にはレジストを用いたが、説明を省略する。

〔半導体ウェハへの接続〕
上記で得た配線回路層（金属製支持基板が剥離可能に付いたもの）の両面に、実施例１と同様の手順にて半導体ウェハを接続し、ダイシングによって、個々のチップ状の半導体装置へと分断した。

本実施例において最終的に得られた配線回路層における２つの接着剤層は、金属製支持基板に対する位置関係の点では実施例１と同じであり、先に半導体ウェハを接続する下側の接着剤層２０ｂが熱硬化性樹脂からなる層となっており、後に半導体ウェハを接続する上側の接着剤層２０ａが熱可塑性樹脂からなる層となっている。これによって、先の接着時に加熱を行っても、後の接着には何らも影響はなく、好ましい両面実装体が得られた。

本発明の製造方法によって、半導体素子に対してより安価に再配線層を付与することができ、しかも、再配線層が不良であるために良品の半導体素子までもが廃棄されるということがなくなった。また、両面への素子の実装が可能となり、実装密度をより高めることもできた。

１ 金属製支持基板
２ 配線回路層
２１ 接続用導体部
２２ 接続用導体部
３ ウェハ状態の半導体素子
４ 半導体装置

Claims (9)

1. 配線部分と絶縁性部分とを少なくとも有してなる配線回路層の表裏両方の主面のうち、少なくとも一方の主面に半導体素子が接続された積層構造を有する半導体装置の製造方法であって、
   前記配線回路層は、両方の主面の側にそれぞれに絶縁性部分としての接着剤層を有し、それら接着剤層によって両方の主面は接着面となっており、少なくとも半導体素子が接続される主面には、該半導体素子の電極を接続し得るように接続用導体部が露出しており、該接続用導体部は、該配線回路層が有する配線部分の一部であるか、または、導通路を通じて該配線部分に接続されているものであり、
   当該製造方法は、
   金属製支持基板面に配線回路層を積層する積層工程を有し、該積層工程は、配線回路層が該基板から剥離可能となるように、かつ、前記接続用導体部が露出している主面が該基板の側とは反対側の面となるように形成する工程であり、
   積層工程の後、前記接続用導体部が露出している主面にウェハ状態の半導体素子を接着すると共に、該素子の電極をその主面に露出している接続用導体部に接続する素子接続工程を有し、
   素子接続工程の後、金属製支持基板を配線回路層から剥離する剥離工程を有する、
   前記製造方法。
2. 積層工程において金属製支持基板上に配線回路層を積層し、
   素子接続工程において、上面として露出している配線回路層の主面にウェハ状態の半導体素子を接着し、該素子の電極を該主面に露出している接続用導体部に接続する、請求項１記載の製造方法。
3. 積層工程において、上記金属製支持基板とは別の第二の金属製支持基板を用い、この第二の金属製支持基板上に配線回路層を剥離可能に形成し、このとき、第二の金属製支持基板に接している側の主面に接続用導体部が露出するように形成しておき、次いで、上面となっている配線回路層の主面に上記金属製支持基板を剥離可能に積層し、次いで、第二の金属製支持基板を剥離して、接続用導体部が存在する主面を露出させ、
   素子接続工程において、露出している配線回路層の主面に、ウェハ状態の半導体素子を接着し、該素子の電極を該主面に露出している接続用導体部に接続する、
   請求項１記載の製造方法。
4. 配線回路層の両方の主面のうち、上記剥離工程における剥離によって露出する主面にも、上記ウェハ状態の半導体素子とは別の第二の半導体素子の電極を接続し得るように第二の接続用導体部が露出しており、この第二の接続用導体部は、該配線回路層が有する配線部分の一部であるか、または、導通路を通じて該配線部分に接続されているものであり、
   上記剥離工程の後に第二の素子接続工程をさらに有し、該工程において、前記剥離工程で露出した主面に、ウェハ状態またはチップ状態の第二の半導体素子を接着すると共に、該第二の半導体素子の電極を第二の接続用導体部に接続する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. 配線回路層の両方の主面の側にあるそれぞれの接着剤層が、いずれも接着時に加熱を必要とする接着剤からなる層であって、素子接続工程において先に素子を接着する側の接着剤層とは異なる方の接着剤層が、先に素子を接着する際の加熱によっても接着性を失わない接着剤からなる層である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
6. 金属製支持基板と配線回路層との間に剥離層が形成されており、それによって、金属製支持基板から配線回路層が剥離可能となっている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
7. 剥離層がポリイミドからなる層である、請求項６に記載の製造方法。
8. 剥離層が、金属、金属酸化物、および、無機酸化物から選ばれる１つの材料からなる層である、請求項６に記載の製造方法。
9. 配線回路層が、接続される半導体素子にとって再配線層として機能するものである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の製造方法。

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