JP2001024141A - 半導体装置用回路部材の製造方法 - Google Patents
半導体装置用回路部材の製造方法Info
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Abstract
て製造コストの低減を可能にする。 【解決手段】 絶縁層21にポジ型の感光性ポリイミド
樹脂材料を使用することで、フォトリソグラフィー法に
よって同一の樹脂に対して複数回の製版を行うことが可
能であり、従来の製造方法における半田ボール形成工
程、裏面エッチング工程時のレジストによるマスク形成
を省略することができるので、工程を簡略化でき、かつ
使用する材料を減らすことができるので、製造コストの
大幅な低減を図ることができる。
Description
して半導体装置を製造するために用いられる回路部材、
特に絶縁層をベースにしてリードが形成された半導体装
置用回路部材の製造方法とそれにより得られる半導体装
置用回路部材に関するものである。
傾向から、それに用いられる半導体装置は、LSIのA
SICに代表されるようにますます高集積化、高機能化
が進んでいる。高集積化、高機能化された半導体装置に
おいては、信号の高速処理のためにパッケージ内のイン
ダクタンスが無視できない状況となるので、そのインダ
クタンスの低減のために電源及びグランドの接続端子数
を多くし、実質的なインダクタンスを下げることで対応
してきた。このため、半導体の高集積化、高機能化は外
部端子(pin)の総数の増加を促すことになり、ます
ますの多ピン化が求められ、これに対応して先端のファ
インなL/F等やBGA、CSPに代表されるようなパ
ッケージが普及してきた。
造方法として、特開平9−246445号公報に記載の
ものが知られている。具体的には、厚い層と薄い層とを
エッチングストップ層を介して積層した金属積層板を準
備し、その薄い層側に複数のリードを形成した後、金属
積層板のリード形成面側に該リードを覆う厚さの絶縁層
を少なくともリードを露出させる開口を有するように選
択的に形成し、さらに厚い層における複数のリードが形
成されたリード形成領域に当たる部分をエッチングスト
ップ層に対して浸食性の弱いエッチング液によって選択
的にエッチングし、リードをマスクとして少なくともエ
ッチングストップ層をエッチングして各リード間を互い
に電気的に分離独立させるものである。
造方法は、得られたリードフレームにおいて絶縁層とリ
ードとの半導体素子側の表面が面一になるので凹凸のな
い面を半導体素子の表面と接着させることができて十分
な接着力が得られるという利点や、リードの絶縁層から
はみ出した部分の先端を半導体素子側の端子とすること
によってその端子をボンディングするに当たってカット
する必要がなく作業時間を短縮できるという利点など、
多くの優れた面を有しているが、一方では以下に述べる
ような問題点もある。
に開示された製造方法では、複数回の露光、現像工程が
あり、また十数μm程度のメッキを成長させるメッキ工
程を行うため、従来のエッチング法によるリードフレー
ムの製造方法と比較して格段に工程が長くなる。また、
選択的エッチングや選択的メッキのためにはパターン状
に保護層を設けることが必要であり、実際にはさらに工
程が長くなる。
する場合、取扱い上の便利さとウェットエッチング加工
のしやすさの観点から、従来用いられているポリイミド
の前駆体であるポリアミック酸を使用することがある。
しかしながら、銅上でポリアミック酸を硬化(イミド
化)すると、ポリイミド中にCuが拡散し、ポリイミド
の熱分解温度、引っ張り強さの物性が低下し、所謂マイ
グレーションを生じることが問題となる。(例えば、
「1998電子情報通信学会論文誌C VOL.J71
−C No.11」p.1510参照)
されたものであり、その目的とするところは、製造工程
を簡略化し、使用する材料を減らして製造コストの低減
を可能にするとともに、さらにはマイグレーション問題
をも解決できる半導体装置用回路部材の製造方法を提供
することにある。
めに、本発明に係る半導体装置用回路部材の製造方法
は、少なくとも次の工程を行うことを特徴とする。 (1)金属基材を用意し、この金属基材にエッチングス
トップ層を先に形成し、続いてそのエッチングストップ
層の上にリード及び吊り部となる配線メッキ層を形成す
る工程。 (2)金属基材におけるリード形成面と反対側の面との
両面に可溶性でポジ型の感光性を有するポリイミドワニ
スを塗布して乾燥させ、両面にそれぞれ仮キュア状態の
感光性ポリイミド樹脂材料層を形成する工程。 (3)金属基材におけるリード形成面に形成した感光性
ポリイミド樹脂材料層をフォトリソグラフィー法により
パターニングして、リードの一部を露出させる開口を有
するように絶縁層を形成し、その絶縁層をマスクとして
メッキすることでリード表面に外部端子を形成する工
程。 (4)金属基材におけるリード形成面と反対側の面に形
成した感光性ポリイミド樹脂材料層をそのリード形成領
域に対応する部分を除くようにフォトリソグラフィー法
によりパターニングし、残った絶縁部分をマスクとして
金属基材を選択的にエッチングすることで外形リングと
なる部分よりも内側を除去する工程。 (5)エッチングストップ層をエッチングし、各リード
及び吊り部を独立させる工程。
性を有するポリイミドワニスとして、ジアゾナフトキノ
ン或いはジアゾナフトキノン誘導体と溶剤可溶性ポリイ
ミド樹脂とを含むものを使用するのが好ましい。
る場合、通常300℃近い高温での熱処理を必要とする
ことが問題となっているが、これに対して、溶剤可溶性
ポリイミドを使用した場合には、溶剤成分を除去させる
のに必要な熱処理だけで絶縁層が形成できるため、工程
の低温下が可能となる。
の感光性ポリイミド樹脂材料を使用することで、従来の
製造方法における半田ボール形成工程、裏面エッチング
工程時のレジストによるマスク形成を省略することがで
きる。また、ポリアミック酸をCuに塗布するのではな
く、可溶性のポリイミド樹脂材料をN−メチル−2−ピ
ロリドンのような極性溶媒に溶かした状態で塗布するた
め、Cuを浸食する恐れがなく、ポリイミドの硬化処理
(熱処理)の際にCuの拡散を起こさず、ひいてはマイ
グレーションの問題を起こすこともない。
路部材は、絶縁層の半導体素子搭載側に複数のリードが
該リード表面と該絶縁層表面とが同一平面上に位置する
ように形成され、各リードの絶縁層からはみ出した部分
の先端が半導体素子の電極と接続される半導体素子側の
端子とされ、前記絶縁層における半導体素子搭載側と反
対側に各リードに対してそれを露出させる開口が形成さ
れ、当該開口にリードにおける半導体素子と反対側の端
子が形成されてなる半導体装置用回路部材であって、前
記絶縁層がポジ型の感光性を有するポリイミドワニスを
用いて形成されたものとなる。
装置用回路部材の製造方法を示す工程図であり、以下、
これらの図面を参照して本発明の実施の形態について説
明する。
る金属基材10を用意する。この金属基材10は強度の
点から例えば125μm以上の厚みのものが好ましい。
そして図1(B)〜図1(E)に示すように、この金属
基材10の上に選択的にNiメッキからなるエッチング
ストップ層12を先に形成し、続いてエッチングストッ
プ層12の上にリード及び吊り部となる配線メッキ層1
3を積層する。
金属基材10の上にレジスト11を塗布し、マスクを介
しての露光とそれに続く現像により図1(C)に示す如
くリード及び吊り部を形成すべきパターンに製版した
後、図1(D)に示すように、パターニングされたレジ
スト11をマスクとして2μm程度のNiメッキするこ
とによりエッチングストップ層12を形成し、次に図1
(E)に示すように、配線メッキ層13としてAu/N
i/Cuをそれぞれ0.1/2.0/25μmの厚みで
形成する。メッキの総厚みはこれに限定されるものでは
なく、パッケージの形状に応じた選定が必要であるが、
例えば、レジスト11の厚みが40μmの場合には、全
体で40μm以下にし、メッキの総厚みがレジストの厚
みを越えないようにする必要がある。メッキ後、図1
(F)に示すようにレジスト11を剥離してリード及び
吊り部を形成する。
に、半導体素子を囲む補強用リング又は補強用枠、さら
にはそれを支持するための吊り部を同時に形成する。吊
り部はリードと同じ層構成からなる。したがって、例え
ばAu/Ni/Cuのメッキ層からなる。一方、補強用
リング又は補強用枠は今の段階では形成されていない
が、後の工程で吊り部を介して回路部材の主部の外側に
一体に形成されるものであり、基材単層、又は基材を含
みかつ例えばAu/Ni/Cuのメッキ層が施されたも
のからなる。
10のリード形成面と反対側の面との両面に可溶性のポ
ジ型の感光性を有するポリイミドワニスを塗布し、例え
ば90℃で30分間のプリベークを行って乾燥させ、両
面にそれぞれ仮キュア状態の感光性ポリイミド樹脂材料
層20,30を形成する。
面に形成した感光性ポリイミド樹脂材料層20をマスク
を介して露光して現像することによりパターニングし、
図2(B)に示すようにリードの一部を露出させる開口
を有するように絶縁層21を形成した後、図2(C)に
示すように、その絶縁層21をマスクとしてリードの表
面に外部端子22を形成する。この外部端子22は例え
ばNiメッキと半田メッキ、若しくはNiメッキとAu
メッキにより形成される。このメッキ工程では、絶縁層
21に半田ボールを形成するための開口部が形成されて
おり、他の部分にはメッキが付かないためマスキングは
不要である。
面と反対側の面に形成した感光性ポリイミド樹脂材料層
30をマスクを介して露光して現像することによりパタ
ーニングし、図3(A)に示すようにリード形成領域に
対応する部分を除いて絶縁部分31を形成する。ここ
で、エッチングレジストとしては感光性ポリイミド樹脂
材料層30を使用するため、改めてレジストを形成する
必要がない。
った絶縁部分31をマスクとしてCuからなる金属基材
10を選択的にエッチングして外形リングとなる部分よ
りも内側を除去する。このエッチングは、例えば有機ア
ルカリ系のエッチング液を用いて行う。なぜならば、こ
のエッチング液はCuを侵すがNiは侵さないので、リ
ード層の下地に設けたNi層がエッチングストップ層と
しての役割を果たすことができるからである。これによ
り、各リード及び吊り部が独立し、ここではじめて互い
に電気的にショートした状態ではなくなる。
なるエッチングストップ層12をエッチングする。ここ
ではCuを溶かさないHNO3 /H2 SO4 /H2 O2
系のエッチング液を使用してNi層を選択的に溶解す
る。このようにエッチングストップ層12であるNi層
を剥離することにより、Au層が表面に現れ、半導体素
子とのワイヤーボンディング、シングルポイントボンデ
ィング等の電気的接続が可能となる。
とにより、前述までのプロセスにおいてメッキレジス
ト、エッチングレジストとして機能した樹脂を必要な形
状にパターニングする。これにより、図3(D)に示す
ように、半導体素子を搭載するIC毎に絶縁層21が分
割された形態となる。
ストップ層の上に選択的に形成したレジストをマスクと
してメッキ膜を成長させることにより形成したが、Cu
或いはNiからなる層を厚めに形成しておき、それを選
択エッチングによりパターニングして形成してもよい。
裏両面にポジ型の感光性ポリイミド樹脂材料層を仮キュ
ア状態で形成しておき、各面でのメッキ工程やエッチン
グ工程に際して、それらを複数回に渡ってフォトリソグ
ラフィー法によりパターニングするもので、ポジ型の感
光性樹脂の特性(光が照射された部分が現像によって選
択的に開口する)を生かした製造プロセスとなってい
る。
メッキによって形成する場合においても、メッキが付か
ないように保護するためのポッティング樹脂、バッキン
グ材等を使用する必要はなく、絶縁層自身がそのレジス
トの役割をもたせるため、材料費の軽減、ひいては製造
コストの低減を図ることができる。
おいて、従来の方法では、治具孔等のその他の部分をエ
ッチングしないようにネガ型ドライフィルムを製版する
必要があるが、本発明ではポジ型の絶縁層により保護す
るため、光が照射された部分のみ開口し、選択エッチン
グが可能となる。
の合成に用いられる酸二無水物としては特に限定されな
いが、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ベンゾフ
ェノンテトラカルボン酸二無水物、ビス(ジカルボキシ
ルフェニル)プロパン二無水物、4−4’−〔2,2,
2−トリフルオロ−1−(トリフルオロメチル)エチリ
デン〕ビス(1,2−ベンゼンジカルボン酸無水物)
(6FDA)、ビストリフルオロメチル化ピロメリット
酸、ビス(ジカルボキシルフェニル)スルホン二無水
物、ビス(ジカルボキシルフェニル)エーテル二無水
物、チオフェンテトラカルボン酸二無水物、ピロメリッ
ト酸二無水物、ナフタレンテトラカルボ酸二無水物等の
芳香族酸二無水物、1,2,3,4−ブタンテトラカル
ボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無
水物、ビシクロオクテンテトラカルボン酸、ビシクロ
(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−
テトラカルボン酸二無水物、5(2,5−ジオキソテト
ラヒドロフリル)3−メチル−3シクロヘキセン−1,
2−ジカルボン酸無水物等の脂肪族酸二無水物を挙げる
ことができる。これらは単独でもよいし2種以上混合し
てもよい。
に用いられるジアミンとしては特に限定されないが、
2,4ジアミノトルエン、1,4ベンゼンジアミン、
1,3ベンゼンジアミン、6−メチル1,3−ベンゼン
ジアミン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチル−
1,1’−ビフェニル、4,4’−メチレンビス(ベン
ゼンアミン)、4,4’−オキシビス(ベンゼンアミ
ン)、3,4’−オキシビス(ベンゼンアミン)、3,
3’−カルボキニル(ベンゼンアミン)、4,4’−チ
オビス(ベンゼンアミン)、4,4’−スルホニル(ベ
ンゼンアミン)、3,3’−スルホニル(ベンゼンアミ
ン)、1−メチルエチレンジ4,4’−ビス(ベンゼン
アミン)、1−トリフルオロメチル2,2,2−トリフ
ルオロエチリジン4,4’−ビス(ベンゼンアミン)、
4,4’−ジアミノベンズアニリド、3,5−ジアミノ
安息香酸、2,6−ジアミノピリジン、4,4’−ジア
ミノ−3,3’,5,5’−テトラメチルビフェニル、
2,2ビス(4(4−アミノフェノキシ)フェニル)プ
ロパン、ビス(4−(3−アミノフェノキシ)フェニ
ル)スルホン、ビス(4−(4−アミノフェノキシ)フ
ェニル)スルホン、ビス(4−(4−アミノフェノキ
シ)フェニル)エチル、1,4−ビス(4−アミノフェ
ノキシ)ベンゼン、1,3ビス(3−アミノフェノキ
シ)ベンゼン、9,9’−ビス(4−アミノフェニル)
フルオレン、ベンジジン−3,3−ジカルボン酸等を挙
げることができる。これらは単独でもよいし2種以上混
合してもよい。
リイミドであれば特に限定されないが、下記のようなポ
リイミドが挙げられる。 (1)シロキサン骨格を含有することにより溶剤可溶化
したポリイミド:ビス(γ−アミノプロピル)ポリジメ
チルシロキサン、ビス(γ−アミノプロピル)ポリジフ
ェニルシロキサン、シルセスキオキサン等を使用して合
成したポリイミド等、架橋性シロキサンモノマー(例え
ば、ビニル基を有するジアミノシロキサン等)を使用し
て合成したポリイミド等。 (2)アルキル鎖を含有することにより溶剤可溶化した
ポリイミド:ポリプロピレングリコシキジアミン等を使
用して合成したポリイミド等。 (3)フッ素基を含有することにより溶剤可溶化したポ
リイミド:テトラフェニルフラン、ビストリフルオロメ
チル化ピロメリット酸、4,4’−〔2,2,2−トリ
フルオロ−1−(トリフルオロメチル)エチリデン〕ビ
ス(1,2−ベンゼンアミン)等を使用して合成したポ
リイミド等。 (4)嵩高い置換基・骨格を含有することにより溶剤可
溶化したポリイミド:テトラフェニルチオフェン、テト
ラフェニルピロール、テトラフェニルエチレン、トリフ
ェニルアミン、トリ(またはテトラ)フェニルテルフェ
ニル等の側鎖置換基を有する芳香族ジアミン、またはテ
トラカルボン酸を使用して合成したポリイミド等。 (5)主鎖中に折れ曲がり構造、或いは非平面構造を導
入することにより溶剤可溶化したポリイミド:ジフェニ
ルフルオレン、オルトフェニレン、ビフェニル−2,2
−ジイル、1,1−ビナフチル−2,2ジイル、を有す
るモノマー、例えば2,3−ジフェニルキノキサリ、
2,2−ビスフェノキシ−1,1−ビナフチルなどのジ
アミンや、ビシクロオクテンテトラカルボン酸、ビシク
ロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6
−テトラカルボン酸二無水物等を使用して合成したポリ
イミド。 (6)極性溶媒と強い相互作用のある側鎖置換基を導入
することにより溶剤可溶化したポリイミド:水酸基、カ
ルボキシル基、アミノ基、スルホン酸基、ホスホン酸
基、チオール基、ニトロ基を有するモノマーを使用して
合成したポリイミドであり、例えば、ジアミノ安息請酵
酸を使用して合成したポリイミドや、水酸基をもつベン
ゾヒドロール構造のポリイミド等。 (7)アミド結合を有することにより溶剤可溶化したポ
リイミド。 (8)脂環式構造を有することにより溶剤可溶化したポ
リイミド:1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸ジ
無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、ビ
シクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,
5,6−テトラカルボン酸ジ無水物、5(2,5−ジオ
キソテトラヒドロフリル)3−メチル−3−シクロヘキ
セン−1,2−ジカルボン酸無水物等の脂肪族酸ジ無水
物を使用して合成したポリイミド等。 (9)低分子量(分子量1万以下)の溶剤可溶化ポリイ
ミド:熱硬化性ポリイミドを必要に応じて使用すること
ができ、架橋するポリイミドには例えば、アセチレン
基、ビニル基、ビスマレイミド基、ナジック基等を有す
るモノマーで合成されたポリイミドを使用できる。 (10)イソイミドを有することにより溶剤可溶化した
ポリイミド。 (11)上記(1)〜(10)の2つ以上の項目にある
ものを複合して合成したポリイミド。
おける含有量は、使用するポリイミド、絶縁層パターン
の要求特性等を考慮して適宜設定することができ、例え
ば2〜40の重量%の範囲で設定することができる。ま
た、本発明に使用する感光性ポリイミドワニスは、従来
から感光性材料に含有されるような公知の添加剤を含有
するものであってもよい。
を有するポリイミドワニスの一例をその製造方法ととも
に示すと次のようである。
コにおけるトラップにステンレス製イカリ攪拌器、窒素
導入管及びストップコックを付け、そのトラップの上に
玉付き冷却管を付けた還流冷却器を取り付けてなる装置
を準備する。そして、三つ口セパラブルフラスコに原料
を入れ、窒素気流中を流しながら温度調整機の付いたシ
リコーン浴中に浸けて加熱する。具体的には、4,4’
−ヘキサフルオロイソプロピリデンビスフタル酸二無水
物132.8g(300ミリモル)、4,4’−ビス
(m−アミノフェノキシ)ビフェニルスルホン64.9
g(150ミリモル)、3,5−ジアミノ安息香酸2
2.8g(150ミリモル)、バレロラクトン4.5g
(45ミリモル)、ピリジン7.2g(90ミリモル)
を三つ口セパラブルフラスコに入れるとともに、N−メ
チル−2−ピロリドン800g、トルエン80gを添加
したものを調合し、これを窒素を通しながら180rp
mで攪拌した後、シリコン浴中にて180℃、180r
pmの条件で加熱攪拌し、水−トルエン共沸物を系外に
除きながら2時間反応させた。反応終了後、メタノール
に再沈殿し、やや灰色がかったポリイミド粉末(A)を
得た。この粉末を高速液体クロマトグラフィーにかけて
ポリスチレン換算の分子量を測定したところ、数平均分
子量Mn=14000、重量平均分子量Mw=2100
0、Mw/Mn=1.50であった。このようにして得
られたポリイミド粉末(A)20gと、ジナフトキン
(DNQ)化合物6gをN−メチル−2−ピロリドン8
0gに溶解し、ポジ型感光性ポリイミドワニスを得た。
このポジ型感光性ポリイミドワニスは露光量が1000
mJ/cm2 で、現像液としては5%テトラメチルアン
モニウムヒドロキシド水溶液が使用される。
絶縁層の形成にポジ型の感光性樹脂を使用することによ
って、フォトリソグラフィー法によって同一の樹脂に対
して複数回の製版を行うことが可能であり、例えば絶縁
層パターンによって得られた必要な部分にのみメッキを
施し、その後、2回目の製版で不必要な部分を削除して
所望の形状に整えることができ、従来ではレーザー加
工、又は保護フィルム等を使用することでしか可能では
なかった工程を簡略化でき、かつ使用する材料を減らす
ことができるので、製造コストの大幅な低減を図ること
ができる。
リドン等の有機溶媒に溶かし、それをCu上に塗布して
熱処理することにより、従来より懸念されているCuの
アミック酸への拡散を防き、マイグレーション問題を解
決できる。
の最初の部分を示す工程図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 少なくとも次の工程を行うことを特徴と
する半導体装置用回路部材の製造方法。 (1)金属基材を用意し、この金属基材にエッチングス
トップ層を先に形成し、続いてそのエッチングストップ
層の上にリード及び吊り部となる配線メッキ層を形成す
る工程。 (2)金属基材におけるリード形成面と反対側の面との
両面に可溶性でポジ型の感光性を有するポリイミドワニ
スを塗布して乾燥させ、両面にそれぞれ仮キュア状態の
感光性ポリイミド樹脂材料層を形成する工程。 (3)金属基材におけるリード形成面に形成した感光性
ポリイミド樹脂材料層をフォトリソグラフィー法により
パターニングして、リードの一部を露出させる開口を有
するように絶縁層を形成し、その絶縁層をマスクとして
メッキすることでリード表面に外部端子を形成する工
程。 (4)金属基材におけるリード形成面と反対側の面に形
成した感光性ポリイミド樹脂材料層をそのリード形成領
域に対応する部分を除くようにフォトリソグラフィー法
によりパターニングし、残った絶縁部分をマスクとして
金属基材を選択的にエッチングすることで外形リングと
なる部分よりも内側を除去する工程。 (5)エッチングストップ層をエッチングし、各リード
及び吊り部を独立させる工程。 - 【請求項2】 ポジ型の感光性を有するポリイミドワニ
スとして、ジアゾナフトキノン或いはジアゾナフトキノ
ン誘導体と溶剤可溶性ポリイミド樹脂とを含むものを使
用した請求項1に記載の半導体装置用回路部材の製造方
法。
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1999
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