JP5065586B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

従来の半導体装置としては、特許文献１に記載されたものがある。同文献には、回路基板の両面に半導体装置がフリップチップ実装により設けられている両面実装構造体が開示されている。特許文献１によれば、実装後の半導体装置を封止する封止樹脂のガラス転移温度を調節することにより、生産歩留まりおよび信頼性の向上が可能であるとされている。

特開２００１−３４５４１８号公報

ところが、上記文献記載の従来技術では、基板と半導体素子の基材との間の熱膨張係数の差により接合精度や品質が劣化する懸念があった。このため、半導体素子への微細な配線の接続が困難であった。

また、接続信頼性においても改善の余地があった。このため、配線密度の高い大規模なチップ間接続を実現することが困難であった。

本発明は、支持基板上に金属膜を形成する工程と、前記金属膜上に、第１パッド及び第１絶縁層を含む第１配線層を形成する工程と、前記第１配線層上に、前記第１パッドに電気的に接続する第２パッドを形成する工程と、前記第２パッドを覆うように熱可塑性樹脂からなる第２絶縁層を形成する工程と、前記第２絶縁層を加熱し軟化させた状態で、第１半導体チップと前記第２パッドと電気的に接続し、同時に、前記第１半導体チップと前記第１配線層との間の間隙を第２絶縁層で封止する工程と、を有すること、を特徴とする半導体装置の製造方法である。

本発明によれば、複数の半導体素子間を高密度で接続する技術が実現される。また、本発明によれば、複数の半導体素子の接続信頼性を向上させる技術が実現される。

本発明の実施の形態に係る製造方法について、図1ないし図１１を用いて説明する。

まず、図１を参照して、支持基板であるシリコンウェハ１上の略全面に、介在層として、金属膜であるシード層２をスパッタなどの手法により形成する。そして、この上に第1パッドである導体ポスト３をフォトリソグラフィー法とめっき法を用いて形成する。この導体ポスト３には、例えば、ＣｕやＮｉが用いられる。

次いで、図２を参照して、シード層２上に、導体ポスト３を覆うように、絶縁樹脂層４を形成する。絶縁樹脂としてはポリイミド樹脂、エポキシ樹脂など、各種の樹脂を用いることができる。絶縁樹脂の形成は、まず、スピンコート法などにより、液状の樹脂を塗布し、加熱して焼結させることにより行なう。あるいは、絶縁樹脂のフィルムを貼り付けることにより行なうことができる。

そして、図３を参照して、ＣＭＰ法、研削法、切削法などの手段で、絶縁樹脂層４の一部を除去して、導体ポスト３の上部を露出する。図３では、絶縁樹脂層４の表面を一様に除去し、平坦化させることにより、導体ポスト３を露出させる方法を示した。

次いで、図４を参照して、絶縁樹脂層４上に、配線である導体パターン５と、第２パッドである導体ポスト６を形成する。導体パターン５と導体ポスト６の材料には、ＣｕやＮｉを用いる。導体パターン５は、導体ポスト３と６とを電気接続する。

次いで、図５を参照して、絶縁樹脂層４上に、導体パターン５および導体ポスト６を覆うように、熱可塑性樹脂層７を形成する。

そして、図６を参照して、ＣＭＰ法、研削法、切削法などの方法で、熱可塑性樹脂層７の一部を除去して、導体ポスト６の上部を露出させる。導体ポスト６としてＣｕを用いる場合には、露出面がＣｕとなるので、その露出面の酸化を防止するために、表面にＡｕめっきを行うことが望ましい。以上のプロセスにより、支持基板１に形成されたシード層２の上に、表面に接着層として熱可塑性樹脂層７が形成された配線体８を製造することができる。

次に、図７を参照して、上記の支持基板１上に形成された配線体８に半導体チップ９を搭載する。半導体チップ９の電極１０には半田めっき（不図示）などがされていることが望ましい。

半導体チップ９を搭載するに際して、半導体チップ９と支持基板１のいずれか、もしくは双方を加熱することにより、熱可塑性樹脂層７が溶融により軟化する。その状態において、半導体チップ９の電極１０と導体ポスト６は接続し、同時に、熱可塑性樹脂層７により半導体チップ９と絶縁樹脂層４との間が封止され、半導体チップ９が配線体８に接着される。

このように、半導体チップ９と導体ポスト６との接続と、半導体チップ９と配線体８との接着、および、半導体チップ９と配線体８との間の封止を同時に行うことにより、製造工程数の削減を図ることができる。

また、薄い配線体８がシリコンウェハ１に貼り合わされた状態では、配線体８は、シリコンウェハ１の熱膨張・収縮に伴って、同様に膨張・収縮する。そのため、シリコンウェハ１と配線体８とが張り合わされた状態で、半導体チップ９と導体ポスト６との接続を行なうことにより、導体ポスト６のサイズが微細になり、かつ、導体ポスト６同士の間隔（ピッチ）が狭くなった場合でも、接続不良が発生することを防止することができる。

すなわち、本発明は、配線体が薄くなり、かつ、導体ポストが微細、狭ピッチになったとしても、製造工程数を削減しつつ、接続不良の発生を防止できるという、これまでの技術には無い優れた効果を奏するものである。

次いで、図８を参照して、半導体チップ９が搭載された配線体８の上面を封止樹脂１１により封止する。このとき半導体チップ９の裏面が絶縁樹脂１１から露出してもしなくても良い。封止の工法としては、モールド法、印刷法、ポッティング法などを用いることが可能である。

そして、図９を参照して、シリコンウェハ１を除去した後、シード層２をエッチング除去する。シリコンウェハ１の除去方法としては、研削、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）またはエッチング等により行なうことができる。これらは組み合わせて行なうことも可能で、研削した後、残った部分を、ＣＭＰもしくはエッチング、またはその両方を用いて除去することができる。エッチングは、ドライエッチングまたはウェットエッチングのどちらでも用いることができるが、最終除去の工程をドライエッチにすると、エッチング選択比を大きく取れるために、シード層２を安定的に残すことが可能となる。

本発明では、シリコンウェハ１を除去する際に、導体ポスト３の裏面、および、導体ポスト３と絶縁樹脂層４との境界が、シード層２に覆われて、保護されている。よって、シリコンウェハ１を除去する際に、導体ポスト３にダメージが及ぶことや、導体ポスト３と絶縁樹脂層４との境界にクラックが生じることを防止することができるという優れた効果を生じる。

次いで、図１０を参照して、介在層であるシード層２をエッチングし、配線体８を露出する。このとき、絶縁樹脂層４の裏面に、導体ポスト３が露出する。
そして、図１１を参照して、露出した導体ポスト３に、半田バンプなどの外部電極端子１２を接合する。図中には、一つの半導体チップのみ描かれているが、実際には、複数の半導体チップが搭載されている。そのため、最後に、ダイシング等の方法により個片化することにより、微細な配線体に高密度に接続された構造が完成する。

上記は一例であり、応用例として、例えば図１２のように配線層８を多層とすることもできる。配線層８は、複数の絶縁樹脂層４１，４２・・・、および、複数層の導体パターン５１，５２・・・、導体ポスト６，３１，３２・・・含んでもよい。また、支持体１を分離して露出した配線体８上にさらに別の配線層をビルドアップにより形成することも可能である。

配線体の形成方法としては上記プロセス以外を採用することもできる。例えば、まず、シード層の上に感光性樹脂を形成し、フォトリソグラフィー技術によりスルーホールを形成し、そのスルーホール内に第1パッドである導体ポストを形成することもできる。このプロセスの方が上記プロセスよりも工程数を削減できる。また熱可塑性樹脂以外に半硬化状態（Ｂ‐Ｓｔａｇｅ）のエポキシ樹脂を用いることも可能である。

図１３に、本発明のその他の応用例を示す。この応用例に係る半導体装置は、図１１の絶縁樹脂層４を熱可塑性樹脂層７２として、配線体８の裏面（第1の半導体チップ９１が搭載された面と反対側の面）に、第２の半導体チップ９２を搭載したものである。熱可塑性樹脂層７２を加熱し軟化させた状態で、電極１０１と導体ポスト３０１とを電気的に接続し、同時に、半導体チップ９２を配線体８に接着する。尚、導体ポスト３０１は、外部端子１２が接続されているパッド３００と同時に形成される。すなわち、図１に示す導体ポスト３を形成する工程において、金属膜２上に同時に形成される。

図１４に、本発明のさらにその他の応用例をしめす。この応用例に係る半導体装置は、図１２の絶縁樹脂層４１を熱可塑性樹脂層７２として、配線体８の裏面に第２の半導体チップ９２を搭載したものである。第２の半導体チップ９２は、図１３に示した応用例と同様の搭載方法により、導体ポスト３１１と電極１０１とを接続される。尚、導体ポスト３１１は、外部端子１２が接続されているパッド３１０と同時に形成される。すなわち、図１に示す導体ポスト３を形成する工程において、金属膜２上に同時に形成される。

本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、発明の思想から乖離することなく、適宜、修正や変更を伴うことができる。

本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の応用例を説明するための図である。 本発明の応用例を説明するための図である。 本発明の応用例を説明するための図である。

符号の説明

１ シリコンウェハ
２ シード層
３ 導体ポスト
４ 絶縁樹脂膜
５ 配線パターン
６ 導体ポスト
７ 熱可塑性樹脂
８ 配線体
９ 半導体チップ
１０ 半導体チップの電極
１１ 封止樹脂
１２ 半田バンプ

Claims (8)

1. 支持基板上に金属膜を形成する工程と、
   前記金属膜上に、第１パッド及び第１絶縁層を含む第１配線層を形成する工程と、
   前記第１配線層上に、前記第１パッドに電気的に接続する導体ポストを形成する工程と、
   前記導体ポストを覆うように熱可塑性樹脂からなる第２絶縁層を形成する工程と、
   前記第２絶縁層の一部を除去し、前記導体ポストの上部を露出させる工程と、
   前記第２絶縁層を加熱し軟化させた状態で、第１半導体チップの電極と前記導体ポストとを電気的に接続し、同時に、前記第１半導体チップと前記第１配線層との間の間隙を第２絶縁層で封止する工程と、
   前記第２絶縁層上に、前記第１半導体チップを封止する封止樹脂を形成する工程と、
   前記支持基板を研削、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）またはエッチングにより除去する工程と、
   前記金属膜を除去し、前記第１パッドを前記第１絶縁層から露出させる工程と、
   を有し、
   前記第１絶縁層が熱可塑性樹脂からなり、
   前記第１絶縁膜を加熱し軟化させた状態で、前記第１絶縁層の裏面において前記第１パッドと第２半導体チップとを電気的に接続し、同時に、前記第２半導体チップと前記第２絶縁層との間の間隙を前記第１絶縁層で封止すること、
   を特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記封止樹脂を形成する工程の後、前記支持基板を除去すること、
   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. 前記第１パッドが複数形成され、
   前記第１パッドの一部に前記第２半導体チップが接続され、他の第１パッドに外部電極端子が接続されること、
   を特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記第１絶縁層上に、前記第１パッドと前記導体ポストとを電気的に接続する配線を形成する工程をさらに有すること、
   を特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記第１絶縁層の少なくとも一部を除去し、前記第１パッドの表面を露出する工程をさらに有すること、
   を特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記第1配線層を形成する工程が、
   前記金属膜上に前記第1パッドを形成する工程と、
   前記金属膜上に前記第１パッドを覆うように前記第1絶縁膜を形成する工程と、
   を有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。
7. 前記第1絶縁膜の少なくとも一部を除去して、前記第1パッドを前記第1絶縁膜から露出させる工程をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記第1配線層を形成する工程が、
   前記金属膜上に前記第1絶縁膜を形成する工程と、
   前記第１絶縁膜を部分的に除去してスルーホールを形成し、当該スルーホールの底に前記金属膜を露出する工程と、
   前記スルーホールの底に露出した前記金属膜上に前記第1パッドを形成する工程と、
   を有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。

Images