JP2012069919A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップを封止した樹脂封止体等における樹脂に起因する反りを抑制することを可能にした半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】支持基板上１に剥離層２と配線層３とを形成する。配線層３上に複数の半導体チップ７を実装する。複数の半導体チップ７を封止樹脂層９で封止する。樹脂封止体１１全体を第１の保持体１２で平坦に保持し、剥離層２を加熱しつつせん断して支持基板１から樹脂封止体１１を分離する。分離された樹脂封止体１１を第１の保持体１２で平坦に保持した状態を維持しつつ冷却した後、第１の保持体１２による樹脂封止体１１の保持状態を解除する。樹脂封止体１１を切断して回路構成体を個片化する。
【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。

携帯電話等の小型・薄型の携帯型電子機器は、半導体装置の搭載領域の面積が狭く、かつ高さも低い。このため、基板の両面に半導体チップを実装した両面実装型の半導体装置のような薄型の半導体装置が求められている。薄型の半導体装置は、例えば以下のようにして作製される。まず、所定の支持基板上に配線層を形成した後、配線層の表面に半導体チップを実装する。半導体チップを樹脂封止して樹脂封止体を得た後、支持基板を除去することによって、薄型の半導体装置を作製する。両面実装型の半導体装置は、配線層の裏面にも半導体チップを実装することによって作製される。

上述した半導体装置の製造工程においては、支持基板の除去工程が重要となる。支持基板の除去工程には、支持基板の繰り返し使用を可能にしつつ、半導体チップや配線層に不具合を生じさせることなく、支持基板を短時間で簡便に除去することが求められる。このような点に対して、支持基板と配線層との間に形成した熱可塑性樹脂等からなる剥離層をせん断することによって、配線層と半導体チップと封止樹脂層とを有する回路構成体を支持基板から分離する方法が提案されている。

支持基板上に形成された配線層上には、通常、複数の半導体チップが実装される。複数の半導体チップを一括して樹脂封止して樹脂封止体を作製する。樹脂封止体の配線層を封止樹脂層と共に切断することによって、回路構成体（半導体装置）に個片化する。複数の半導体チップを有する樹脂封止体では、支持基板から剥離する際の反りを抑制することが求められている。樹脂封止体に生じた反りは、それを個片化した回路構成体にも残存しやすい。回路構成体（半導体装置）に生じた反りは、それを基板等に実装する際に接着性や接続性を低下させる要因となる。

特開２０１０−０１０６４４号

本発明が解決しようとする課題は、複数の半導体チップを一括して封止した樹脂封止体等における樹脂に起因する反りを抑制することを可能にした半導体装置の製造方法を提供することにある。

実施形態による半導体装置の製造方法は、支持基板上に剥離層を形成する工程と、剥離層上に複数の装置形成領域とダイシング領域とを有する配線層を形成する工程と、複数の装置形成領域にそれぞれ半導体チップが配置されるように、配線層上に複数の半導体チップを実装する工程と、配線層上に複数の半導体チップを覆う封止樹脂層を形成し、配線層と複数の半導体チップとを有する樹脂封止体を得る工程と、樹脂封止体を支持基板から分離する工程と、樹脂封止体をダイシング領域に基づいて切断し、配線層と半導体チップと封止樹脂層とを備える回路構成体を個片化する工程とを具備する。このような半導体装置の製造方法において、樹脂封止体を支持基板から分離するとき、または樹脂封止体を支持基板から分離した後に、樹脂封止体全体を保持体で平坦に保持しつつ樹脂封止体を加熱し、樹脂封止体を保持体で平坦に保持した状態を維持しつつ冷却した後、保持体による前記樹脂封止体の保持状態を解除する。

第１の実施形態の半導体装置の製造方法における剥離層の形成工程から封止樹脂層の形成工程までを示す断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造方法における樹脂封止体の分離工程から樹脂封止体の切断工程までを示す断面図である。 図１に示す半導体装置の製造工程における配線層の形成工程から封止樹脂層の形成工程までを拡大して示す断面図である。 図２に示す半導体装置の製造工程における樹脂封止体の分離工程から剥離層の除去工程までを拡大して示す断面図である。 図２に示す半導体装置の製造工程における樹脂封止体の分離工程から樹脂封止体の冷却工程までを示す断面図である。 樹脂封止体を徐冷した場合の反り量を急冷した場合と比較して評価した結果を示す図である。 樹脂封止体の冷却工程における温度プロファイルの一例を示す図である。 樹脂封止体の冷却工程の他の例を示す断面図である。 第１の実施形態で作製した半導体装置を使用した半導体パッケージの一例を示す断面図である。 第１の実施形態で作製した半導体装置を使用した両面実装型の半導体パッケージの一例を示す断面図である。 第２の実施形態の半導体装置の製造方法における配線基板の準備工程から封止樹脂層の形成工程までを示す断面図である。 第２の実施形態の半導体装置の製造方法における樹脂封止体の冷却工程を示す断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法における配線層の形成工程から半導体基板を削る工程までを示す断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法における半導体基板の分離工程から半導体基板の冷却工程までを示す断面図である。

以下、実施形態の半導体装置の製造方法について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態による半導体装置の製造方法について、図面を参照して説明する。図１ないし図５は、第１の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。まず、図１（ａ）に示すように、支持基板１として８インチのＳｉウエハ等を用意する。支持基板１上に剥離層２を形成する。支持基板１は、ガラス基板、サファイヤ基板、樹脂基板等であってもよい。

剥離層２は、例えばポリスチレン系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、セルロース系樹脂、ポリイミド系樹脂等の熱可塑性樹脂で形成される。剥離層２の厚さは１〜２０μｍの範囲とすることが好ましく、さらに３〜１５μｍの範囲とすることがより好ましい。剥離層２の厚さが１μｍ未満であると、支持基板１の分離工程で剥離層２を良好にせん断することが困難となるおそれがある。剥離層２を厚く形成した場合においても、その厚さは２０μｍ程度で十分である。剥離層２の厚さを２０μｍより厚くすると、製造コストの増加を招くことになる。

次に、図１（ｂ）に示すように、剥離層２上に配線層３を形成する。配線層３は複数の装置形成領域Ｘとそれらの間に設けられるダイシング領域Ｄとを有している。配線層３は図３（ａ）に示すような構造を有しており、例えば以下のようにして形成される。まず、剥離層２上に配線層３を構成する第１の有機絶縁膜４Ａを形成する。次いで、第１の有機絶縁膜４Ａに露光現像処理を施して開口部を形成する。開口部は配線層３の第１の面（支持基板１からの剥離面）３ａに配置される接続パッドと対応するように形成される。

次に、配線層３を構成する金属配線を形成する。例えば、第１の有機絶縁膜４Ａ上にめっきシード層５を形成し、その上にレジスト膜を形成して露光現像処理を施した後、めっきシード層５を電極として電解めっきを行って金属配線６を形成する。金属配線６はＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ等で形成される。レジスト膜および第１の有機絶縁膜４Ａ上に露出しためっきシード層５を除去した後、配線層３の第２の面３ｂ側の接続パッドに相当する部分を開口させた第２の有機絶縁膜４Ｂを形成する。金属配線６の一部は開口内に露出しており、この部分が有機絶縁膜４を貫通する接続パッド６ａを構成している。

金属配線６の接続パッド６ａは、配線層３の第１および第２の面３ａ、３ｂにそれぞれ露出している。接続パッド６ａの第２の面３ｂ側の露出部は、配線層３上に実装される半導体チップとの接続部として機能する。接続パッド６ａの第１の面３ａ側の露出部は、他の半導体チップや配線基板等との接続部として機能する。図３（ａ）では単層の金属配線６を示しているが、２層もしくはそれ以上の金属配線で配線層３を構成してもよい。有機絶縁膜４は金属配線６の層数に応じて形成される。ここで述べた配線層３の形成工程は一例であり、他の形成工程を適用して配線層３を形成してもよい。

次に、図１（ｃ）に示すように、配線層３上に複数の半導体チップ７を実装する。半導体チップ７は配線層３の装置形成領域Ｘ上にそれぞれ配置される。半導体チップ７の実装工程は、例えば図３（ｂ）に示すように、フリップチップ（ＦＣ）接続を適用して実施される。すなわち、半導体チップ７はＳｎ−Ａｇ合金等からなる金属バンプ８を有している。半導体チップ７は、金属バンプ８が接続パッド６ａの第２の面３ｂ側に露出した部分と接続するように実装される。配線層３と半導体チップ７との接続はＦＣ接続に限られるものではなく、ワイヤボンディングを適用して電気的に接続してもよい。

図１（ｄ）および図３（ｃ）に示すように、配線層３の第２の面３ｂ上に封止樹脂層９を形成する。封止樹脂層９はモールド成型等により形成される。封止樹脂層９は図３（ｃ）に示すように、必要に応じて半導体チップ７と配線層３との隙間にアンダーフィル樹脂１０を充填した後に形成される。封止樹脂層９は、配線層３上に実装された複数の半導体チップ７を一括して覆うように形成される。すなわち、複数の半導体チップ７はウエハレベルで一括して樹脂封止される。このようにして、配線層３上に実装された複数の半導体チップ７を一括して封止した樹脂封止体１１を作製する。

次に、図２（ａ）および図４（ａ）に示すように、支持基板１とその上に剥離層２を介して形成された樹脂封止体１１とを備える積層体を所定の温度に加熱し、剥離層２としての熱可塑性樹脂層を軟化させながら、支持基板１と樹脂封止体１１とを略平行な方向に相対的に移動させる。支持基板１と樹脂封止体１１との間に生じるせん断力を利用して、軟化した剥離層２をせん断することによって、支持基板１から樹脂封止体１１を分離する。この際、支持基板１と樹脂封止体１１との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ことによって、樹脂封止体１１の分離を促進することができる。

剥離層２としての熱可塑性樹脂層の加熱温度は、例えば２２０〜２６０℃の範囲とすることが好ましい。このような温度の加熱処理であれば、半導体チップ７の熱的ダメージ、ＦＣ接続部や配線層３の変形等を招くことなく、支持基板１を短時間で簡便に分離することができる。さらに、分離した支持基板１は繰り返し使用することができる。加熱処理による支持基板１と樹脂封止体１１との分離をより容易に行うために、剥離層２を構成する熱可塑性樹脂の粘度は２５０℃で１００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。

支持基板１からの樹脂封止体１１の分離工程は、まず図５（ａ）に示すように、樹脂封止体１１と支持基板１を第１および第２の保持体１２、１３でそれぞれ平坦に保持する。第１および第２の保持体１２、１３は、樹脂封止体１１や支持基板１を平坦に保持する吸着保持機構を備えている。第１の保持体１２で樹脂封止体１１を吸着保持することによって、樹脂封止体１１をより平坦に保持することができる。樹脂封止体１１と支持基板１の保持機構は、それらの端面を機械的に保持する機構であってもよい。

樹脂封止体１１を吸着保持する第１の保持体１２には、剥離層２を所定の温度まで加熱する機構としてヒータ（図示せず）が内蔵されており、ヒータの出力を制御することで所定の温度勾配で樹脂封止体１１を加熱並びに冷却することが可能とされている。支持基板１を吸着保持する第２の保持体１３にも、必要に応じてヒータ（図示せず）が内蔵される。第１の保持体１２と第２の保持体１３とは、相対的に平行方向および上下方向に移動可能とされており、これにより支持基板１と樹脂封止体１１とを略平行な方向、さらに上下方向に移動させることができる。

支持基板１からの樹脂封止体１１の分離工程においては、樹脂封止体１１と支持基板１を第１および第２の保持体１２、１３でそれぞれ平坦に保持した後、剥離層２が軟化する温度まで樹脂封止体１１を加熱する。この状態で第１および第２の保持体１２、１３を相対的に移動させ、樹脂封止体１１と支持基板１との間にせん断力を生じさせることによって、加熱により軟化した剥離層２をせん断する。このように、剥離層２を加熱しながらせん断することによって、支持基板１から樹脂封止体１１を分離する。

剥離層２の加熱機構は上記した一般的なヒータに限らず、レーザ等を用いることも可能である。そのような場合には、支持基板１を例えばテンパックスガラスのようなレーザを透過し、かつ熱可塑性樹脂よりレーザの熱を蓄熱しやすい材料で構成することが好ましい。レーザ加熱を適用した場合においても、剥離層２が軟化する温度まで樹脂封止体１１を加熱した後、第１および第２の保持体１２、１３を相対的に移動させ、樹脂封止体１１と支持基板１との間にせん断力を生じさせて剥離層２をせん断する。

剥離層２の加熱源としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＩＲヒータ等の非接触で被加熱物を加熱できる熱源を用いてもよい。このような加熱源を用いて、樹脂封止体１１または支持基板１、もしくはその両方を加熱することによって、剥離層２である熱可塑性樹脂層を軟化させて分離することも可能である。その際に用いる支持基板１は、ガラスとカーボン系材料とを付与したもの、あるいはＳＵＳとカーボン系材料とを付与したもの等、熱源から放射される可視光や赤外線等の光の透過性や熱源からの熱エネルギーの蓄熱性等の特徴を活かせる材料を用いることが好ましい。

支持基板１から分離された樹脂封止体１１は、図５（ｂ）に示すように、第１の保持体１２で平坦に保持した状態を維持しつつ冷却する。剥離層２をせん断して樹脂封止体１１を分離した場合、配線層３の第１の面３ａには剥離層２の残渣層２ａが残存する。樹脂封止体１１の冷却工程は、分離工程から連続して封止樹脂層９のガラス転移点以上の温度まで加熱した後、ガラス転移点より低い温度まで冷却するか、あるいは一旦保持状態を解除して冷却した樹脂封止体１１を再度保持体１２で平坦に保持し、上記した加熱および冷却を行う。いずれの場合においても樹脂封止体１１の反りの抑制効果が得られる。樹脂封止体１１の加熱温度は、封止樹脂のガラス転移点より５〜１５℃高い温度とすることが好ましい。これによって、樹脂封止体１１の反りを有効に矯正することができる。

そして、樹脂封止体１１を所定の冷却工程に基づいて冷却した後、図５（ｃ）に示すように第１の保持体１２による樹脂封止体１１の保持状態を解除する。封止樹脂層９のガラス転移点以上の温度に加熱された樹脂封止体１１を、第１の保持体１２で平坦に保持した状態を維持しつつ封止樹脂層９のガラス転移点より低い温度まで冷却し、冷却後に樹脂封止体１１の保持状態を解除する。これによって、剥離層２をせん断する際に樹脂封止体１１に加わる応力等に基づく樹脂封止体１１の反りを抑制することができる。

樹脂封止体１１の冷却工程において、第１の保持体１２による樹脂封止体１１の保持状態は封止樹脂層９を構成する封止樹脂（例えばエポキシ樹脂）のガラス転移点（Ｔｇ）より低い温度、例えばガラス転移点より１０℃低い温度まで維持することが好ましい。このような温度まで樹脂封止体１１を第１の保持体１２で平坦に保持し続けることによって、樹脂封止体１１の反りの矯正効果を有効に得ることができる。従って、第１の保持体１２による保持状態を解除した後の樹脂封止体１１の反りを抑制することが可能となる。封止樹脂として用いられるエポキシ樹脂のガラス転移点は１３０〜１７０℃程度であり、常温の弾性率は２０〜３０ＧＰａ程度である。

樹脂封止体１１の冷却工程は、少なくとも封止樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）を通過する温度域（Ｔｇ前後の温度域）の温度勾配（冷却速度）が１〜１０℃／分の範囲となるように制御することが好ましい。加熱された封止樹脂層９の形状は冷却時の温度条件によっても変化する。封止樹脂のガラス転移点を通過する際の冷却条件に影響され、ガラス転移点を通過する温度域の温度勾配（冷却速度）が大きすぎると、封止樹脂層９内に生じた応力（反りを発生させる応力）を十分に解放することができない。このため、第１の保持体１２による保持状態を解除した樹脂封止体１１に反りが残るおそれがある。

そこで、樹脂封止体１１の冷却時における封止樹脂のガラス転移点を通過する温度域の温度勾配は１０℃／分以下とすることが好ましい。ただし、冷却時の温度勾配を小さくするとそれだけ冷却工程に要する時間が長時間化し、半導体装置の製造コストが増加することになる。このため、封止樹脂のガラス転移点を通過する温度域の温度勾配は１℃／分以上とすることが好ましい。冷却時の温度勾配を１℃／分未満としても、封止樹脂層９の反りの矯正効果はそれ以上に高めることができず、冷却工程の長時間化、ひいては半導体装置の製造コストの増加が顕著となる。ガラス転移点を通過する温度域の温度勾配は生産効率を高める上で、可能であれば１０℃／分に近付けることがより好ましい。

加熱後の封止樹脂層９を徐冷した場合と急冷した場合の反り量を評価した結果を図６に示す。徐冷の評価は、封止樹脂（エポキシ樹脂／Ｔｇ＝１５０℃前後）を吸着ステージ上で２００℃に加熱し、封止樹脂が軟化した状態で５分間放置した後に吸着し、吸着を維持しながら３℃／分で徐冷して矯正した際に、矯正前の反り量と矯正後の反り量を比較した。急冷の評価は、同様な封止樹脂をホットプレート上で２００℃に加熱し、封止樹脂が軟化した状態で５分間放置した後、封止樹脂を吸着ステージ上に移して吸着しながら１００℃／分で急冷して矯正した際に、矯正前の反り量と矯正後の反り量を比較した。図６から明らかなように、徐冷した場合には反りの矯正効果が高いことが分かる。

１〜１０℃／分の冷却速度は、剥離層２の加熱温度から常温までの冷却工程全体に適用してもよいが、冷却工程全体の冷却速度を上記範囲とすると半導体装置の生産効率が低下する。さらに、封止樹脂層９の反りは封止樹脂のガラス転移点を通過する温度域の冷却速度に影響される。このため、ガラス転移点を通過する温度域の冷却速度のみを１〜１０℃／分の範囲とした場合においても、反りの矯正効果を得ることができる。このため、図７に示すように、ガラス転移点Ｔｇを通過する温度域（第２の温度域Ｔ２）の温度勾配（例えば１〜１０℃／分）に対し、それ以前の温度域（第１の温度域Ｔ１）とそれ以降の温度域（第３の温度域Ｔ３）の温度勾配は大きくすることが好ましい。

図７の温度プロファイルにおいて、第２の温度域Ｔ２はガラス転移点Ｔｇに対して５〜１５℃高い温度から５〜１５℃低い温度までの範囲とすることが好ましい。第２の温度域Ｔ２の冷却速度（温度勾配）は、上述したように１〜１０℃／分の範囲とすることが好ましい。第１の温度域Ｔ１は剥離層２の加熱温度からガラス転移点Ｔｇより５〜１５℃高い温度までの範囲とすることが好ましい。第３の温度域Ｔ３はガラス転移点Ｔｇより５〜１５℃低い温度から常温までの範囲とすることが好ましい。これらの温度域Ｔ１、Ｔ３の冷却速度（温度勾配）は１０〜５０℃／分の範囲とすることが好ましい。

樹脂封止体１１の冷却工程において、上述したようにガラス転移点Ｔｇを通過する温度域（第２の温度域Ｔ２）を徐冷（例えば１〜１０℃／分の温度勾配）し、その前後の温度域（第１および第３の温度域Ｔ１、Ｔ３）の温度勾配を第２の温度域Ｔ２より大きくすることによって、樹脂封止体１１の反りを有効に矯正しつつ、半導体装置の生産効率の低下を抑制することができる。すなわち、反りの少ない健全な樹脂封止体１１、ひいては半導体装置を、低コストで効率よく作製することが可能となる。

剥離層２をせん断した後の樹脂封止体１１は、例えば第１の保持体１２に内蔵したヒータの出力を制御して所定の温度プロファイルで冷却される。ただし、樹脂封止体１１によっては十分な冷却速度が得られない場合がある。このような点に対しては、図８に示すように、第１の保持体１２による保持状態を維持した樹脂封止体１１を放熱体１４に接触させることによって、冷却効率を高めることができる。配線層３の第１の面３ａには剥離層２の残渣層２ａが残存しているため、溶融状態の残渣層２ａの放熱体１４への付着を防止するために、放熱体１４の表面には離型層（フッ素系樹脂によるコーティング層や離型フィルム等）１５を設けておくことが好ましい。

放熱体１４は冷却速度に応じた熱伝導率を有する部材で形成される。例えば、ヒータを内蔵する保持体（加熱ステージ）１２は、一般に熱伝導性が高いアルミニウム（熱伝導率＝２４０Ｗ／ｍ・Ｋ）で形成されている。これより熱伝導率が低い部材からなる放熱体１４に樹脂封止体１１を接触させて冷却することで、適度な冷却速度（徐冷速度）を実現することができる。このような部材としては、アルミナ（熱伝導率＝３６Ｗ／ｍ・Ｋ）、ステンレス鋼（熱伝導率＝２７Ｗ／ｍ・Ｋ）、石英ガラス（熱伝導率＝１．４Ｗ／ｍ・Ｋ）、シリコーンゴム（熱伝導率＝０．２Ｗ／ｍ・Ｋ）等が挙げられる。放熱体１４は図示しない放熱機構を有しており、これにより温度制御が可能とされている。

熱伝導率が比較的低い部材からなる放熱体１４に樹脂封止体１１を接触させて冷却することで、例えば図７の第２の温度域Ｔ２における徐冷速度を効果的に得ることができる。図７の第１および第３の温度域Ｔ１、Ｔ３における冷却速度は、例えば熱伝導率が高いアルミニウム等からなる放熱体１４に樹脂封止体１１を接触させることで実現できる。このように、熱伝導率が異なる部材からなる放熱体１４を複数用意し、樹脂封止体１１を冷却速度に応じた放熱体１４と接触させることによって、樹脂封止体１１の冷却速度を制御しつつ効率よく冷却することができる。ヒータの出力制御や放熱体１４への接触と開放とを組み合わせることで、樹脂封止体１１をより効率よく冷却することが可能となる。

冷却後の樹脂封止体１１は、図４（ｂ）に示すように、配線層３の第１の面３ａに剥離層２の残渣層２ａが生じているため、これをアセトンやプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）等の溶剤で除去する。さらに、配線層３の第１の面３ａに露出しためっきシード層５をエッチングして除去する。これによって、接続パッド（Ｃｕパッド等）６ａを配線層３の第１の面３ａに露出させる。

樹脂封止体１１の支持基板１からの分離工程は、上述した熱可塑性樹脂層からなる剥離層２を軟化させてせん断する方法に限らず、Ｃｕ等の金属層を剥離層として形成し、この剥離層の接合界面を機械的に引き剥がす方法、有機物で構成された剥離層を溶剤により溶解する方法、ウェットエッチングやドライエッチングで剥離層を除去する方法等を適用することも可能である。さらに、光硬化型樹脂（ＵＶ硬化型樹脂等）で剥離層を形成すると共に、ガラスからなる支持基板１を介してＵＶ光を照射して分離する方法や、光分解型樹脂で剥離層を形成すると共に、ガラスからなる支持基板１を介してレーザ光や紫外光を照射し剥離層を分解して分離する方法等を適用してもよい。

加熱を伴わない分離工程を適用する場合には、樹脂封止体１１を支持基板１から分離した後、樹脂封止体１１を保持体１２で平坦に保持する。この状態で封止樹脂層９のガラス転移点以上の温度まで加熱した後、ガラス転移点より低い温度まで冷却する。そして、冷却後に保持体１２による樹脂封止体１１の保持状態を解除する。このように、分離工程とは別に樹脂封止体１１の加熱工程および冷却工程（平坦化工程）を実施した場合においても、樹脂封止体１１の反りを矯正して抑制することが可能である。冷却工程における具体的な条件（冷却時の温度勾配やそれを適用する温度域等）は上述した通りである。

そして、反りを矯正した封止樹脂体１１をブレード１６でダイシング領域Ｄに沿って切断することによって、図２（ｃ）および図４（ｃ）に示すように、配線層３と半導体チップ７と封止樹脂層９とを備える回路構成体（半導体装置）１７をそれぞれ個片化する。このようにして得られる半導体装置１７は、複数の半導体チップ７を一括封止した樹脂封止体１１の反りが抑制されているため、反り等の少ない健全な状態で得ることができる。従って、半導体装置１７の基板への実装性等を高めることが可能となる。

上述した製造工程で作製された半導体装置１７は、例えば図９に示すようにパッケージ基板１８に実装され、これにより半導体パッケージ１９が作製される。半導体装置１７とパッケージ基板１８とは、配線層３の接続パッド６ａ上に形成された金属バンプ２０により接続されている。半導体装置１７は反りの発生が抑制されているため、パッケージ基板１８への実装性を高めることができる。半導体パッケージ１９は半導体装置１７をパッケージ基板１８に接着し、配線層３とパッケージ基板１８とをワイヤポンディングにより電気的に接続して作製することもできる。このような場合には、半導体装置１７のパッケージ基板１８に対する接着性を高めることができる。

半導体装置１７は、図１０に示すような両面実装型の半導体パッケージ２１の構成部品として用いることもできる。図１０に示す両面実装型の半導体パッケージ２１において、配線層３の第１の面３ａに露出した接続パッド６ａ上には配線２２が形成されている。第２の半導体チップ２３の金属バンプ２４は、配線２２にＦＣ接続されている。第２の半導体チップ２３と配線層３との間には、アンダーフィル樹脂２５が充填されている。配線層３の第２の面３ｂ上には第１の半導体チップ７が実装されているため、第１および第２の半導体チップ７、２３は配線層３の両面に実装されている。

このような両面実装構造においても、半導体装置１７の反りが抑制されているため、第１の半導体チップ７と第２の半導体チップ２３との接続性を高めることができる。配線層３の両面に実装された第１および第２の半導体チップ７、２３は、パッケージ基板２６上に実装される。第１および第２の半導体チップ７、２３とパッケージ基板２６とは、ボンディングワイヤ２７を介して電気的に接続される。配線層３の両面に実装された第１および第２の半導体チップ７、２３全体を、パッケージ基板２６上に形成された封止樹脂層２８で封止することによって、半導体パッケージ２１が構成されている。

（第２の実施形態）
第２の実施形態による半導体装置の製造方法について、図面を参照して説明する。図１１および図１２は、第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。まず、図１１（ａ）に示すように、複数の装置形成領域Ｘとそれらの間に設けられるダイシング領域Ｄとを有する配線基板３１を用意する。次に、図１１（ｂ）に示すように、配線基板３１に複数の半導体チップ３２を実装する。半導体チップ３２は配線基板３１の装置形成領域Ｘ上にそれぞれ配置される。

半導体チップ３２の実装工程は、例えばフリップチップ（ＦＣ）接続を適用して実施される。配線基板３１と半導体チップ３２との接続はＦＣ接続に限られるものではなく、ワイヤボンディングを適用して電気的に接続してもよい。次いで、図１１（ｃ）に示すように、配線基板３１上に封止樹脂層３３を形成する。封止樹脂層３３はモールド成型等により形成される。封止樹脂層３３は、配線基板３１上に実装された複数の半導体チップ３２を一括して覆うように形成される。このようにして、配線基板３１上に実装された複数の半導体チップ３２を一括して封止した樹脂封止体３４を作製する。

次に、図１２（ａ）に示すように、樹脂封止体３４を保持体３５で平坦に保持する。保持体３５は、樹脂封止体３４を平坦に保持する吸着保持機構を備えている。保持体３５で樹脂封止体３４を吸着保持することによって、樹脂封止体３４をより平坦に保持することができる。樹脂封止体３４の保持機構は、機械的にチャックする機構であってもよい。保持体３５にはヒータ（図示せず）が内蔵されており、ヒータの出力を制御することで所定の温度勾配で樹脂封止体３４を加熱並びに冷却することが可能とされている。加熱機構は前述したレーザ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＩＲヒータ等でもよい。

そして、保持体３５で平坦に保持された樹脂封止体３４を、封止樹脂層３３のガラス転移点以上の温度まで加熱した後、保持状態を維持しつつガラス転移点より低い温度まで冷却する。樹脂封止体３４の加熱条件や冷却条件は、第１の実施形態と同様とすることが好ましい。樹脂封止体３４は封止樹脂のガラス転移点より５〜１５℃高い温度まで加熱することが好ましい。樹脂封止体３４の冷却工程において、封止樹脂のガラス転移点を通過する温度域の温度勾配は１０℃／分以下とすることが好ましい。上記ガラス転移点を通過する温度域に達する以前の温度域、およびガラス転移点を通過する温度域以降の温度域における温度勾配は、ガラス転移点を通過する温度域の温度勾配より大きくすることが好ましい。他の条件も第１の実施形態と同様とすることが好ましい。

樹脂封止体３４を所定の冷却条件に基づいて冷却した後、図１２（ｂ）に示すように保持体３５による樹脂封止体３４の保持状態を解除する。このように、樹脂封止体３４を保持体３５で平坦に保持しつつ加熱および冷却を行うことによって、樹脂封止体３４の反りを矯正並びに抑制することができる。この後、樹脂封止体３４を切断して半導体装置を個片化する。個片化された半導体装置は、各種のパッケージ等に使用される。

（第３の実施形態）
第３の実施形態による半導体装置の製造方法について、図面を参照して説明する。図１３および図１４は、第３の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。図１３および図１４は１つの半導体装置の製造工程を示しているが、第３の実施形態の製造方法は複数の装置形成領域を有する半導体基板を用いた製造工程にも同様に適用することができる。この場合、最終的に半導体基板をダイシング領域に沿って切断することにより半導体装置を個片化することを除いて、同様な製造工程が適用される。

まず、図１３（ａ）に示すように、半導体基板４１の第１の面４１ａ側に配線層４２を形成する。配線層４２は、半導体基板４１の第１の面４１ａ上に形成された導体層４３と、貫通電極となる導体充填層４４とを有している。導体充填層４４は、半導体基板４１に設けられた溝内に導電材料を充填、もしくはメッキすることにより形成される。次いで、配線層４２を覆うように半導体基板４１の第１の面４１ａ上に絶縁樹脂層４５を形成する。絶縁樹脂層４５は配線層４２の保護膜として機能するものである。

次に、図１３（ｂ）に示すように、絶縁樹脂層４５を介して半導体基板４１の第１の面４１ａ上に支持基板４６を接着する。支持基板４６は接着剤層４７により半導体基板４１と接着される。接着剤層４７は後工程の分離工程で加熱した際に剥離しやすいように、熱可塑性樹脂からなる接着剤で構成することが好ましい。加熱・冷却工程を分離工程とは別に実施する場合には、紫外線硬化型樹脂等による接着剤を用いてもよい。

図１３（ｃ）に示すように、半導体基板４１の第２の面４１ｂを機械研削やエッチング等により削ることによって、半導体基板４１を薄板化する。半導体基板４１の第２の面４１ｂは、導体充填層４４が露出するように削られる。これによって、半導体基板４１を貫通する貫通電極４４Ａが形成される。半導体基板４１の第２の面４１ｂには、貫通電極４４Ａを露出させるように絶縁膜４８が形成される。

次に、図１４（ａ）に示すように、半導体基板４１を第１の保持体４９で平坦に保持すると共に、支持基板４６を第２の保持体５０で平坦に保持する。第１および第２の保持体４９、５０は、半導体基板４１や支持基板４６を平坦に保持する吸着保持機構を備えている。第１の保持体４９にはヒータ（図示せず）が内蔵されており、ヒータの出力を制御することで所定の温度勾配で半導体基板４１を加熱並びに冷却することが可能とされている。加熱機構は前述したレーザ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＩＲヒータ等でもよい。第２の保持体５０にも必要に応じて加熱機構等が内蔵される。

そして、第１の保持体４９で平坦に保持された半導体基板４１を、接着剤層４７が軟化して支持基板４６を剥離させることが可能な温度まで加熱する。この状態で第１および第２の保持体４９、５０を相対的に移動させることによって、支持基板４６から半導体基板４１を分離する。支持基板４６から分離された半導体基板４１は、図１４（ｂ）に示すように、第１の保持体４９で平坦に保持された状態を維持しつつ冷却される。

半導体基板４１の冷却工程は、分離工程から連続して絶縁樹脂層４５のガラス転移点以上の温度まで加熱した後、ガラス転移点より低い温度まで冷却する。あるいは、第１の保持体４９による半導体基板４１の保持状態を一旦解除して冷却した後、半導体基板４１を保持体４９で再度平坦に保持し、上記した加熱工程および冷却工程を行ってもよい。いずれの場合においても、半導体基板４１の反りを抑制する効果を得ることができる。

半導体基板４１の加熱条件や冷却条件は、第１の実施形態と同様とすることが好ましい。半導体基板４１は絶縁樹脂のガラス転移点より５〜１５℃高い温度まで加熱することが好ましい。半導体基板４１の冷却工程において、絶縁樹脂のガラス転移点を通過する温度域の温度勾配は１０℃／分以下とすることが好ましい。上記ガラス転移点を通過する温度域に達する以前の温度域、およびガラス転移点を通過する温度域以降の温度域における温度勾配は、ガラス転移点を通過する温度域の温度勾配より大きくすることが好ましい。他の条件も第１の実施形態と同様とすることが好ましい。

図１４（ｃ）に示すように、半導体基板４１を所定の冷却工程に基づいて冷却した後、第１の保持体４９による半導体基板４１の保持状態を解除することによって、半導体装置５１が得られる。半導体基板４１を保持体４９で平坦に保持しつつ加熱および冷却を行うことによって、半導体装置５１の反りを矯正並びに抑制することができる。半導体基板４１はアクティブ素子を含むものに限らず、配線のみを有するものであってもよい。さらに、半導体基板４１上に他のアクティブチップや能動チップを搭載した構造に、第３の実施形態による製造工程を適用することも可能である。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…支持基板、２…剥離層、３…配線層、７…半導体チップ、９…封止樹脂層、１１…樹脂封止体、１２…第１の保持体、１３…第２の保持体、１４…放熱体、１７…半導体装置、３１…配線基板、３２…半導体チップ、３３…封止樹脂層、３４…樹脂封止体、３５…保持体、４１…半導体基板、４２…配線層、４５…絶縁樹脂層、４６…支持基板、４７…接着剤層、４９…第１の保持体、５０…第２の保持体、５１…半導体装置。

Claims (5)

1. 支持基板上に剥離層を形成する工程と、
   前記剥離層上に複数の装置形成領域とダイシング領域とを有する配線層を形成する工程と、
   前記複数の装置形成領域にそれぞれ半導体チップが配置されるように、前記配線層上に複数の半導体チップを実装する工程と、
   前記配線層上に前記複数の半導体チップを覆う封止樹脂層を形成し、前記配線層と前記複数の半導体チップとを有する樹脂封止体を得る工程と、
   前記樹脂封止体を前記支持基板から分離する工程と、
   前記樹脂封止体を前記ダイシング領域に基づいて切断し、前記配線層と前記半導体チップと前記封止樹脂層とを備える回路構成体を個片化する工程とを具備し、
   前記樹脂封止体を前記支持基板から分離するとき、または前記樹脂封止体を前記支持基板から分離した後に、前記樹脂封止体全体を保持体で平坦に保持しつつ加熱し、
   前記樹脂封止体を前記保持体で平坦に保持した状態を維持しつつ冷却した後、前記保持体による前記樹脂封止体の保持状態を解除することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記樹脂封止体全体を第１の保持体で平坦に保持すると共に、前記支持基板を第２の保持体で保持し、
   前記樹脂封止体および前記剥離層を加熱しつつ、前記第１の保持体と前記第２の保持体とを相対的に移動させることによって、前記樹脂封止体を前記支持基板から分離することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 複数の装置形成領域とダイシング領域とを有する配線基板を用意する工程と、
   前記複数の装置形成領域にそれぞれ半導体チップが配置されるように、前記配線基板上に複数の半導体チップを実装する工程と、
   前記配線基板上に前記複数の半導体チップを覆う封止樹脂層を形成し、前記配線基板と前記複数の半導体チップとを有する樹脂封止体を得る工程と、
   前記樹脂封止体全体を保持体で平坦に保持しつつ、前記樹脂封止体を加熱する工程と、
   前記樹脂封止体を前記保持体で平坦に保持した状態を維持しつつ冷却した後、前記保持体による前記樹脂封止体の保持状態を解除する工程と、
   前記樹脂封止体を前記ダイシング領域に基づいて切断し、前記配線基板と前記半導体チップと前記封止樹脂層とを備える回路構成体を個片化する工程と
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法において、
   前記樹脂封止体を前記封止樹脂のガラス転移点より低い温度まで冷却すると共に、前記ガラス転移点を通過する温度域の温度勾配を１〜１０℃／分の範囲とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 第１の面と第２の面とを有する半導体基板を用意する工程と、
   前記半導体基板の前記第１の面側に、貫通電極を含む配線層を形成する工程と、
   前記配線層を覆うように前記半導体基板上に絶縁樹脂層を形成する工程と、
   支持基板を、前記絶縁樹脂層を介して前記半導体基板と接着剤層により接着する工程と、
   前記半導体基板の前記第２の面を削って前記半導体基板を薄板化する工程と、
   前記半導体基板を前記支持基板から分離する工程とを具備し、
   前記半導体基板を前記支持基板から分離するとき、または前記半導体基板を前記支持基板から分離した後に、前記半導体基板を全体的に保持体で平坦に保持しつつ加熱し、
   前記半導体基板を前記保持体で平坦に保持した状態を維持しつつ冷却した後、前記保持体による前記半導体基板の保持状態を解除することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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