JP2019054131A - 半導体チップ搭載用再配線層及び半導体パッケージ、並びにこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】はんだとの接続信頼性に優れる半導体チップ搭載用再配線層及び半導体パッケージ、並びにこれらの製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体チップ搭載用再配線層の製造方法であって、基材及び前記基材上に設けられた感光性樹脂層を有する積層体を用意する工程と、上記感光性樹脂層の上記基材と反対側の面から上記感光性樹脂層の所定部分を露光する工程、上記感光性樹脂層の未露光部を除去することにより、貫通孔を有する樹脂硬化層を形成する工程と、上記樹脂硬化層の上記基材と反対側の面上及び上記貫通孔内に導電層を形成する工程と、を備え、上記再配線層が、上記基材を除去することにより露出させた上記貫通孔内の上記導電層にはんだを接続して用いられる再配線層である、製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップ搭載用再配線層及び半導体パッケージ、並びにこれらの製造方法に関する。

近年、ウエハレベルの再配線技術を用いてデバイスチップ（チップ）外に再配線層を形成したＦＯＷＬＰ（Fan-Out Wafer Level Package）と呼ばれる半導体パッケージの製造が開始されている（例えば、特許文献１参照）。ＦＯＷＬＰでは、チップとパッケージ基板との接続を薄膜の再配線層で行うため、ワイヤボンディング等を用いる従来のパッケージと比較して小型化に有利である。

ＦＯＷＬＰの製造方法は、再配線層（Redistribution Layer）を形成するタイミングの違いによって、チップファースト（Chip-first）法と、ＲＤＬファースト（RedistributionLayer-first）法とに分類される。

チップファースト法では、まず、任意の間隔で配列したチップを樹脂封止して疑似ウエハを形成し、この疑似ウエハに再配線層を設ける。その後、チップ間の分割予定ラインに沿って疑似ウエハを分割することで、複数の半導体パッケージを得ることができる。

一方、ＲＤＬファースト法では、再配線層を予め設けた仮固定材上に、チップを配列した後、樹脂封止を行う。その後、仮固定材を除去して複数のパッケージに分割することで、複数の半導体パッケージを得ることができる。このＲＤＬファースト法は、例えば、再配線層の不良部分を避けて半導体チップを配列することを可能にすることから、チップファースト法と比較して歩留まりの向上に有利である。

上述のようなＦＯＷＬＰの製造方法では、再配線層の半導体チップを搭載するための導電層を形成するにあたり、まず樹脂硬化層に貫通孔を形成する。そして、形成された貫通孔内及び樹脂硬化層の半導体チップを搭載する側の主面上の一部にめっきにて導電層を形成する。従来、導電層を容易に形成する観点から、樹脂硬化層に設けられる貫通孔は、半導体チップを搭載する側の主面における開口面積が、樹脂硬化層の反対側の主面における開口面積よりも大きくなるように形成される。

特開２０１３−０５８５２０号公報

ＦＯＷＬＰの製造方法では再配線層内に設けられた導電層をボール状のはんだ（はんだボール）と接続するが、本発明者らは、特に従来のＲＤＬファースト法により得られる半導体パッケージでは、はんだとの接続信頼性が低くなる傾向にあるという新たな課題を見出した。

そこで、本発明は、はんだとの接続信頼性に優れる半導体チップ搭載用再配線層及び半導体パッケージ、並びにこれらの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体チップ搭載用再配線層の製造方法は、基材及び上記基材上に設けられた感光性樹脂層を有する積層体を用意する工程と、上記感光性樹脂層の上記基材と反対側の面から上記感光性樹脂層の所定部分を露光する工程と、上記感光性樹脂層の未露光部を除去することにより、貫通孔を有する樹脂硬化層を形成する工程と、上記樹脂硬化層の上記基材と反対側の面上及び上記貫通孔内に導電層を形成する工程と、を備える。本発明に係る上記再配線層が、上記基材を除去することにより露出させた上記貫通孔内の前記導電層にはんだを接続して用いられる再配線層である。

本発明に係る半導体チップ搭載用再配線層の製造方法によれば、従来のＲＤＬ法により得られる再配線層に比べ、はんだとの接続信頼性に優れる再配線層を提供できる。本発明に係る製造方法によると、得られる再配線層について、樹脂硬化層の基材側の主面における貫通孔の開口面積が、樹脂硬化層の基材と反対側の主面における貫通孔の開口面積より大きくすることができる。また、樹脂硬化層に形成した上記のような貫通孔であっても、例えばめっき等により導電層を良好に形成することができる。これにより、再配線層は、ボール状のはんだと接続する際、はんだとの接続面積を確保できるため、はんだとの接続信頼性に優れている。また、本発明の半導体チップ再配線層を用いることにより、はんだ接続信頼性に優れる半導体パッケージを得ることができる。

本発明に係る半導体チップ搭載用再配線層は、貫通孔を有する樹脂硬化層と、上記樹脂硬化層の一方の主面上及び上記貫通孔内に設けられた導電層と、を備え、上記樹脂硬化層の他方の主面における上記貫通孔の開口面積が、上記樹脂硬化層の上記一方の主面における上記貫通孔の開口面積より大きく、上記樹脂硬化層の上記他方の主面に露出した上記貫通孔内の上記導電層にはんだを接続して用いられる。

本発明に係る半導体パッケージの製造方法は、基材及び上記基材上に設けられた感光性樹脂層を有する積層体を用意する工程と、上記感光性樹脂層の上記基材と反対側の面から上記感光性樹脂層の所定部分を露光する工程と、上記感光性樹脂層の未露光部を除去することにより、貫通孔を有する樹脂硬化層を形成する工程と、上記樹脂硬化層の上記基材と反対側の面上及び上記貫通孔に導電層を形成する工程と、上記樹脂硬化層の上記基材と反対側に、上記導電層に接続させるように半導体チップを搭載する工程と、上記基材を除去することにより露出させた上記貫通孔内の上記導電層にはんだを接続する工程と、を備える。

本発明に係る半導体パッケージは、貫通孔を有する樹脂硬化層と、上記樹脂硬化層の一方の主面上及び上記貫通孔内に設けられた導電層と、上記樹脂硬化層の上記一方の主面側に、上記導電層に接続させるように搭載された半導体チップと、上記樹脂硬化層の他方の主面に露出した上記貫通孔内の上記導電層に接続されたはんだと、を備え、上記樹脂硬化層の他方の主面における上記貫通孔の開口面積が、上記樹脂硬化層の上記一方の主面における上記貫通孔の開口面積より大きい。

本発明によれば、はんだとの接続信頼性に優れる半導体チップ搭載用再配線層及び半導体パッケージ、並びにこれらの製造方法を提供することができる。

（ａ）〜（ｄ）は、一実施形態に係る半導体チップ搭載用再配線層の製造方法を説明するための模式断面図である。 図１に示した再配線層の要部を示す模式断面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、他の一実施形態に係る半導体チップ搭載用再配線層の製造方法を説明するための模式断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法を説明するための模式断面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、従来のＲＤＬファースト法により得られる半導体パッケージの一例を示す模式断面図である。

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、寸法比率は図示された比率に限られるものではない。

［半導体チップ搭載用再配線層の製造方法］
図１は、一実施形態に係る半導体チップ搭載用再配線層の製造方法を説明するための模式断面図である。本実施形態の方法は、基材及び基材上に設けられた感光性樹脂層（感光層）を有する積層体を用意する工程（図１の（ａ））と、感光性樹脂層の基材と反対側の面から感光性樹脂層の所定部分を露光する工程（図１の（ｂ））と、感光性樹脂層の未露光部を除去することにより、貫通孔を有する樹脂硬化層を形成する工程（図１の（ｃ））と、樹脂硬化層の基材と反対側の面上及び貫通孔内に導電層を形成する工程（図１の（ｄ））とを備える。

＜用意工程＞
本実施形態に係る半導体チップ搭載用再配線層の製造方法においては、まず、図１の（ａ）に示すように、基材２と、基材２上に設けられた感光性樹脂層３とを備える積層体４を用意する（用意工程）。

基材（仮固定材）２は、例えば、シリコンウエハ、ガラス、セラミックス板、ＳＵＳ板（ステンレス鋼板）、プリント基板等であってよい。

基材２の厚みは、例えば、５０μｍ以上であってよく、２０００μｍ以下であってよい。基材２の厚みが、５０μｍ以上であることにより、より充分な機械的強度を得ることができる。基材２の厚みが、２０００μｍ以下であることにより、感光性樹脂層３を光硬化等させた後の樹脂硬化層との剥離がより容易となる。

感光性樹脂層３は、例えば感光性樹脂組成物から形成されている。感光性樹脂層３は、感光性樹脂組成物を基材２上に直接塗工して形成してもよく、必要に応じて、メタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、トルエン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、プロピレングリコールモノメチルエーテル等の溶剤又はこれらの混合溶剤に溶解した、固形分１０〜６０質量％程度の感光性樹脂組成物の溶液を塗工した後、溶剤を除去することにより形成してもよく、又は、予め支持フィルム上に感光性樹脂層３を形成した積層フィルム（感光性エレメント）を用意し、積層フィルムから感光性樹脂層３を基材２上に転写することにより形成してもよい。

塗工は、スクリーン印刷法、ロールコート法、コンマコート法、グラビアコート法、エアーナイフコート法、ダイコート法、バーコート法、スプレーコート法等の公知の方法で行うことができる。塗工後、溶剤等を除去するための乾燥は、例えば、７０〜１５０℃で５〜３０分間程度、熱風対流式乾燥機等で行うことができる。

転写により基材２上に感光性樹脂層３を設ける場合には、基材２と感光性樹脂層３との密着性及び追従性の観点から、好ましくは転写は減圧下で行う。また、基材２と感光性樹脂層３との密着性及び追従性を更に向上させる観点からは、転写は、積層フィルムの感光性樹脂層３及び／又は基材２を、例えば７０〜１３０℃に加熱して行ってもよい。

積層フィルムは、感光性樹脂層３の支持フィルムとは反対側の面に保護フィルムが設けられていてもよい。この場合、感光性エレメントから、まず保護フィルムを剥離し、ラミネータ等を用いて、基材２上に感光性樹脂層が密着するようにしてラミネートすることで、基材２上に感光性樹脂層３を形成させる。

感光性エレメントを構成する支持フィルムの厚みは、例えば、５〜１００μｍ、１０〜５０μｍ、又は１５〜２５μｍであってよい。支持フィルムの厚みが、５μｍ以上であることにより、より充分な機械的強度を得ることができ、取扱性に優れるため好ましい。支持フィルムの厚みが、１００μｍ以下とすることにより、感光性樹脂層３の転写の際に、剥離がより容易となる。保護フィルムの厚みは、例えば、上記支持フィルムの厚みと同じ厚みであってよい。

基材２上に形成された感光性樹脂層３の厚みは、好ましくは１０μｍ以下、９μｍ以下、又は８μｍ以下であってよい。感光性樹脂層３の厚みが５μｍ以下であると、現像により、感光性樹脂層３をより効率よく除去することができ、貫通孔６をより容易に形成することができる。基材２上に形成された感光性樹脂層３の厚みは、例えば、０．５μｍ以上、１μｍ以上、又は２μｍ以上であってよい。

感光性樹脂組成物は、感光性樹脂と、光酸発生剤（「光カチオン重合開始剤」とも呼ばれる）と、を含有する。すなわち、感光性樹脂層３は、感光性樹脂及び光酸発生剤を含有する。

感光性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂及びオキセタン樹脂からなる群より選択される１種以上を含んでよい。感光性樹脂は、感光性樹脂組成物の耐熱性を向上させる観点から、好ましくはエポキシ樹脂である。

エポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のグリシジル基を有するエポキシ樹脂が挙げられる。１分子中に２個以上のグリシジル基を有するエポキシ樹脂は、例えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＴ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＺ型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂、トリフェニル型エポキシ樹脂、テトラフェニル型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレンジオールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂、エチレン性不飽和基を骨格に有するエポキシ樹脂、脂環式型エポキシ樹脂、脂肪族の骨格を有するエポキシ樹脂等が挙げられる。

オキセタン樹脂としては、液状オキセタン樹脂等が挙げられる。液状オキセタン樹脂は、例えば、３−エチル−３−ヒドロキシエチルオキセタン、１，４−ビス（（３−エチル−３−オキセタニルメトキシ）メチル）ベンゼン、４，４’−ビス（（３−エチル−３−オキセタニル）メトキシメチル）ビフェニル、（３−エチル−３−オキセタニル）メトキシメチルメタクリレート等が挙げられる。

光酸発生剤は、活性光線等の照射によって酸を発生する化合物である。光酸発生剤としては、例えば、オニウム塩化合物等が挙げられる。

オニウム塩化合物は、例えば、スルホニウム塩化合物、ヨードニウム塩化合物、ホスホニウム塩化合物、ジアゾニウム塩化合物、及びピリジニウム塩化合物から選ばれる少なくとも１種を含んでよい。オニウム塩化合物は、好ましくはスルホニウム塩化合物及びヨードニウム塩化合物からなる群より選択される１種以上である。オニウム塩化合物は、活性光線に対する感度及び熱的安定性に優れる観点から、好ましくはスルホニウム塩化合物である。

スルホニウム塩化合物は、熱的安定性により優れる観点から、好ましくはアリールスルホニウム塩化合物である。アリールスルホニウム塩化合物は、例えば、トリアリールスルホニウム塩化合物等が挙げられる。

トリアリールスルホニウム塩化合物としては、例えば、下記式（１）で表されるカチオン、下記式（２）で表されるカチオン、下記式（３）で表されるカチオン及び下記式（４）で表されるカチオンからなる群より選択される１種以上のカチオンと、テトラフェニルボレート骨格、炭素数１〜２０のアルキルスルホネート骨格、フェニルスルホネート骨格、１０−カンファースルホネート骨格、炭素数１〜２０のトリスアルキルスルホニルメタニド骨格、テトラフルオロボレート骨格、ヘキサフルオロアンチモネート骨格及びヘキサフルオロホスフェート骨格からなる群より選択される１種以上の骨格を有するアニオンと、で構成されるトリアリールスルホニウム塩化合物が挙げられる。

上記式（１）〜（４）中のフェニル基の水素原子は、水酸基、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１２のアルコキシ基、炭素数２〜１２のアルキルカルボニル基、及び炭素数２〜１２のアルコキシカルボニル基からなる群より選択される１種以上の置換基によって置換されていてもよい。置換基が複数存在する場合には、複数存在する置換基は互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。

アニオンを構成するテトラフェニルボレート骨格が有するフェニル基の水素原子、アルキルスルホネート骨格が有する水素原子、フェニルスルホネート骨格が有するフェニル基の水素原子、及びトリスアルキルスルホニルメタニド骨格が有する水素原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、水酸基、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１２のアルコキシ基、炭素数２〜１２のアルキルカルボニル基、及び炭素数２〜１２のアルコキシカルボニル基からなる群より選択される１種以上の置換基によって置換されていてもよい。置換基が複数存在する場合には、複数存在する置換基は互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。

アニオンを構成するヘキサフルオロホスフェート骨格が有するフッ素原子は、水素原子、炭素数１〜１２のアルキル基、及び炭素数１〜１２のパーフルオロアルキル基からなる群より選択される１種以上の置換基によって置換されていてもよい。置換基が複数存在する場合には、複数存在する置換基は互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。

ヨードニウム塩化合物は、好ましくはジアリールヨードニウム塩化合物である。ジアリールヨードニウム塩化合物としては、例えば、ジフェニルヨードニウム トリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム ノナフルオロブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム ヘプタデカフルオロオクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム ｐ−トルエンスルホネート、ジフェニルヨードニウム ヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニルヨードニウム ヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウム トリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウム テトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウム テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、ジフェニルヨードニウム トリス［（トリフルオロメチル）スルホニル］メタニド等が挙げられる。

オニウム塩化合物は、上述の化合物の中でも、好ましくは、トリフルオロメタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、ヘキサフルオロアンチモネート、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、トリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート及びテトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレートからなる群より選択される１種以上をアニオンとして有する化合物である。オニウム塩化合物が、上述のアニオンを有する化合物であると、感光性樹脂組成物を感度及び解像性により優れたものとすることができる。

感光性樹脂の配合量は、感光性樹脂及び光酸発生剤の合計量を１００質量部として、好ましくは１０質量部以上であり、より好ましくは３０質量部以上であり、更に好ましくは４０質量部以上である。感光性樹脂の配合量は、感光性樹脂及び光酸発生剤の合計量を１００質量部として、好ましくは９０質量部以下であり、より好ましくは８０質量部以下であり、更に好ましくは６０質量部以下である。

光酸発生剤の配合量は、感光性樹脂及び光酸発生剤の合計量を１００質量部として、好ましくは２質量部以上であり、より好ましくは３質量部以上であり、更に好ましくは４質量部以上である。光酸発生剤の配合量は、感光性樹脂及び光酸発生剤の合計量を１００質量部として、好ましくは１０質量部以下であり、より好ましくは９質量部以下であり、更に好ましくは８質量部以下である。

＜貫通孔形成工程＞
本実施形態に係る半導体チップ搭載用再配線層の製造方法においては、用意工程に続いて、感光性樹脂層３の基材２とは反対側の面から感光性樹脂層３の所定部分を露光する工程（図１の（ｂ））と、感光性樹脂層３の未露光部Ｐ１を除去することにより、貫通孔６を有する樹脂硬化層５を形成する工程（図１の（ｃ））とを備える。これにより、樹脂硬化層５（感光性樹脂層の硬化物）の所定領域に貫通孔６が形成される（両工程を合わせて、貫通孔形成工程ともいう）。

貫通孔形成工程では、まず、図１の（ｂ）に示すように、感光性樹脂層３に対して基材２と反対側の面から活性光線Ｌを照射する（露光する）。活性光線Ｌの照射によって感光性樹脂層３が硬化され、樹脂硬化層５が形成される。このとき、貫通孔６を形成する予定の領域が露光されない未露光部Ｐ１となるように、未露光部Ｐ１に対応する遮光パターンを有するマスクＭを用いて、未露光部Ｐ１以外の所定部分（露光部）Ｐ２にのみ活性光線Ｌを照射する（露光工程）。

露光方法は、従来公知の方法を使用することができ、好ましくは直接描画方式、投影露光方式又はコンタクト露光方式であってよい。

活性光線Ｌの光源は、公知の光源であってよく、例えば、カーボンアーク灯、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、キセノンランプ等の紫外線、可視光線等を有効に放射するものを使用することができる。

露光工程における活性光線Ｌの露光量は、例えば、１００〜１０００Ｊ／ｍ^２で行われる。活性光線Ｌの露光量は、使用する装置、感光性樹脂組成物の組成等によって調整することができる。

貫通孔形成工程は、露光工程に続いて、図１の（ｃ）に示すように、感光性樹脂層３の未露光部Ｐ１を除去することにより、貫通孔６を有する樹脂硬化層５を形成する工程（現像工程）を備える。現像工程では、感光性樹脂層３の未露光部Ｐ１が除去される。こうすることで、樹脂硬化層５の所定領域に貫通孔６が形成される。

本実施形態に係る半導体チップ搭載用再配線層の製造方法においては、露光工程の後、かつ現像工程の前に、露光後の感光性樹脂層３を加熱する工程（加熱工程）を更に備えてもよい。加熱工程により、感光性樹脂層３の少なくとも露光部Ｐ２を更に硬化させることができる。加熱方法は、従来公知の方法であってよく、好ましくはホットプレート、オーブン等を用いる方法であってよい。加熱工程における加熱は、例えば６０〜１２０℃で５〜３０分間行われる。

現像工程後に、必要に応じて、加熱工程又は露光工程を行うことにより、樹脂硬化層５を更に硬化させてもよい。現像工程後の加熱工程、露光工程はその両方を行ってもよい。

現像方法としては、ウエット現像及びドライ現像が挙げられる。ウエット現像は、アルカリ性水溶液、有機溶剤系現像液等の感光性樹脂組成物の種類に対応した現像液を用いることができる。アルカリ性水溶液、有機溶剤系現像液等は、安全かつ安定であり操作性に優れる。現像方法としては、公知の方法が挙げられ、例えば、ディップ方式、パドル方式、高圧スプレー方式等のスプレー方式、ブラッシング、スラッピング等が挙げられる。現像方法は、解像度向上の観点から、好ましくは高圧スプレー方式である。

アルカリ性水溶液の塩基としては、安全かつ安定であり操作性に優れる観点から、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ金属の重炭酸塩、アンモニウムの炭酸塩、アンモニウムの重炭酸塩、アルカリ金属のリン酸塩、アルカリ金属のピロリン酸塩、アルカリ金属のホウ酸塩、アルカリ金属のメタケイ酸塩等が挙げられる。アルカリ金属は、好ましくはリチウム、ナトリウム又はカリウムであってよい。アルカリ性水溶液の塩基がアルカリ金属のリン酸塩又はアルカリ金属のピロリン酸塩である場合、アルカリ金属は、好ましくはナトリウム又はカリウムであってよい。アルカリ性水溶液の塩基がアルカリ金属のホウ酸塩又はアルカリ金属のメタケイ酸塩である場合、アルカリ金属は、好ましくはナトリウムであってよい。

アルカリ性水溶液の塩基としては、上記以外に有機塩基が挙げられ、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム、エタノールアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、２−アミノ−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、１，３−ジアミノ−２−プロパノール、モルホリン等が挙げられる。

アルカリ性水溶液は、好ましくは０．１〜５質量％炭酸ナトリウム水溶液、０．１〜５質量％炭酸カリウム水溶液、０．１〜５質量％水酸化ナトリウム水溶液、又は０．１〜５質量％四ホウ酸ナトリウム水溶液であってよい。アルカリ性水溶液のｐＨは、好ましくは９〜１１であってよい。アルカリ性水溶液の温度は、感光性樹脂層の現像性に合わせて調節され、好ましくは２０〜５０℃であってよい。

アルカリ性水溶液は、現像を促進させる観点から、界面活性剤、消泡剤、又は少量の有機溶剤を更に含有してよい。

また、水又はアルカリ水溶液と１種以上の有機溶剤とからなる水系現像液を用いることができる。ここで、アルカリ水溶液に含まれる塩基としては、上述の塩基以外に、ホウ砂、メタケイ酸ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、エタノールアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、２−アミノ−２−ヒドロキシメチル−１、３−プロパンジオール、１，３−ジアミノプロパノール−２、モルホリン等が挙げられる。

有機溶剤としては、例えば、アセトン、酢酸エチル、炭素数１〜４のアルコキシ基を有するアルコキシエタノール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。有機溶剤は、上記有機溶剤の１種であってよく、２種以上の混合物であってもよい。

アルカリ性水溶液が有機溶剤を含有する場合、有機溶剤の含有率は、アルカリ性水溶液の全量を基準として、好ましくは２〜９０質量％である。

有機溶剤系現像液に用いられる有機溶剤としては、１，１，１−トリクロロエタン、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。有機溶剤系現像液における有機溶剤の濃度は、引火防止の観点から、有機溶剤系現像液全量を基準として、好ましくは１〜２０質量％であってよい。有機溶剤の濃度の調整方法として、有機溶剤と水とを混合する方法が挙げられる。

＜導電層形成工程＞
本実施形態に係る半導体チップ搭載用再配線層の製造方法においては、貫通孔形成工程に続いて、樹脂硬化層５の基材２と反対側の主面５ｂ上及び貫通孔６内に導電層８を形成する導電層形成工程（図１の（ｄ））を備える。

この工程では、貫通孔６内を導電層８で充填すると共に、樹脂硬化層５の基材２と反対側の主面５ｂ上に所定のパターンで導電層８を形成する。導電層８を形成する方法としては、例えば、上記樹脂硬化層５上に所定のパターンでレジスト層を形成した後、導電層８を形成する方法、上記樹脂硬化層５上に導電層を形成し、その後、エッチング等によってパターニングする方法などが挙げられる。導電層８は、例えば、電解めっき法等により形成される。

レジスト層を形成した後に導電層８を形成する場合、例えば、まず、基材２と、基材２上に形成され、貫通孔６を有する樹脂硬化層５とを備える積層体に、バリア層及びシード層を順に形成する。バリア層及びシード層は、スパッタリング法により形成することができる。バリア層は、好ましくはＴｉ、Ｃｒ等からなり、その厚さは１０〜１００ｎｍであってよい。また、シード層は、好ましくはＣｕ等からなり、その厚さは５０〜４００ｎｍであってよい。

次いで、バリア層及びシード層が形成された積層体の所定部分に導電層を形成するため、所定のパターンでレジスト層を形成する。レジスト層は、例えば、レジスト材料をスピンコート等により形成してもよい。レジスト層は、好ましくは感光性材料からなり、露光及び現像によってパターニングしてもよい。

所定のパターンのレジスト層を形成した後、導電層を形成する。導電層の形成後、レジスト層を全て除去することで、樹脂硬化層５上に所定のパターンの導電層を形成する。導電層は、レジスト層が現像により除去された部分、すなわちシード層が露出した部分に形成される。導電層は、例えば、電解めっき法により形成される。導電層は、好ましくはＣｕからなり、その厚さは１〜１０μｍであってよい。

所定のパターンの導電層を形成した後、導電層に覆われていないバリア層及びシード層を全て除去する。バリア層及びシード層は、ウエットエッチングで除去するのが好ましい。バリア層及びシード層が除去された部分から樹脂硬化層５が露出する。このとき、導電層についてもバリア層及びシード層の合計層厚に相当する分の厚さだけウエットエッチングにより除去される。

以上説明した方法により、目的とする再配線層１０（以下、「第一の再配線層」ともいう）を形成することができ、半導体チップ搭載用再配線層付き基材１００（以下、「第一の再配線層付き基材」ともいう）を得ることができる。この半導体チップ搭載用再配線層１０は、貫通孔６を有する樹脂硬化層５と、樹脂硬化層５の一方の主面（基材２と反対側の主面）５ｂ上及び貫通孔６内に設けられた導電層８と、を備えている。

図２は、再配線層１０の要部（貫通孔６付近）を示す模式断面図である。図２に示すように、本実施形態に係る半導体チップ搭載用再配線層の製造方法で得られる再配線層１０では、樹脂硬化層５の他方の主面（基材２側の主面）５ａにおける貫通孔６の開口面積６ａが、樹脂硬化層５の一方の主面（基材２と反対側の主面）５ｂにおける貫通孔６の開口面積６ｂより大きくなっている。

上記のような貫通孔６が形成できる理由について、本発明者らは以下のように推測している。本発明者らは検討により、感光性樹脂層３に活性光線Ｌを照射し硬化させる場合、感光性樹脂層３の活性光線Ｌ照射側からその反対側に向かって、感光性樹脂組成物における架橋反応が進行しにくくなること、架橋反応の反応による架橋形成の程度が小さくなるにしたがって、現像速度が速くなり、現像によって除去されやすくなることを見出した。すなわち、活性光線Ｌの活性光線Ｌ照射側の面から遠ざかるにつれて未架橋の範囲が広がり、この状態で現像を行い、未硬化部を除去すると、上記のような貫通孔６を得ることができるものと推測される。より具体的にいえば、感光性樹脂層３として、例えば、光酸発生剤を含む感光性樹脂層等を用いることで、基材２と反対側から感光性樹脂層３に貫通孔６を形成する領域以外に活性光線Ｌを照射（露光）すると、露光部Ｐ２においては、基材２と反対側の感光性樹脂層３界面から基材２側の感光性樹脂層３界面にいくに従って光酸発生剤による酸の放出量が減少し、加熱を行う際、酸の発生量が小さい（又は大きい）と架橋反応の反応度が小さく（又は大きく）なり、現像を行う際、反応度が小さい（又は大きい）ほど現像速度が速く（又は遅く）なるため、貫通孔６の基材２側の面積６ａが、基材２の反対側の面積６ｂよりも大きい貫通孔６を形成できる。

この再配線層１０は、基材２を除去することにより、樹脂硬化層５の他方の主面（基材２側の主面）５ａに露出した貫通孔６内の導電層８にはんだを接続して用いられる。その際、上述したとおり、樹脂硬化層５の基材２側の主面５ａにおける貫通孔６の開口面積６ａが、樹脂硬化層５の基材２と反対側の主面５ｂにおける貫通孔６の開口面積６ｂより大きくなっているため、再配線層１０は、はんだとの接続面積を確保でき、はんだとの接続信頼性に優れている。つまり、再配線層１０は、はんだとの接続信頼性に優れる半導体パッケージの製造に好適である。

図３は、他の一実施形態に係る半導体チップ搭載用再配線層の製造方法を説明するための模式断面図である。図３に示すように、本実施形態に係る半導体チップ搭載用再配線層の製造方法は、必要に応じて、上述の方法で得られた第一の再配線層付き基材１００の第一の再配線層１０上に第二の再配線層を更に形成する工程を更に備えていてもよい。

具体的には、まず、上述の方法により第一の再配線層付き基材１００を得た後（図３の（ａ））、第一の再配線層付き基材１００の樹脂硬化層５及び導電層８を覆うように第２の感光性樹脂層を設ける。次いで、上述の貫通孔形成工程から導電層形成工程までを同様に行うことで、第二の樹脂硬化層７と、第二の樹脂硬化層７の基材２と反対側の主面７ｂ上及び第二の樹脂硬化層７に形成された第二の貫通孔１１内に設けられた第２の導電層９とを備える第二の再配線層２０が形成される。これにより、第一及び第二の再配線層付き基材１２０を得る（図３の（ｂ））。

本実施形態に係る半導体チップ搭載用再配線層の製造方法では、同様の工程を更に繰り返し、３以上の再配線層からなる積層構造を形成することもできる。なお、第一の再配線層１０以外は、はんだボールとの直接の接続に関わらないため、従来の方法で再配線層を形成してもよく、上記本実施形態に係る貫通孔形成工程から導電層形成工程までを任意の回数繰り返して再配線層を形成してもよい。すなわち、例えば第二の再配線層２０に形成される第二の貫通孔１１については、第二の樹脂硬化層７の基材２側の主面７ｂにおける開口面積が、第二の樹脂硬化層７の基材２と反対側の主面７ａにおける開口面積より大きくても、小さくても、同じでもよい。

［半導体パッケージの製造方法］
図４は、本実施形態に係る半導体パッケージの製造方法の一例を説明するための模式断面図である。本実施形態に係る半導体パッケージの製造方法は、半導体チップ搭載用再配線層付き基材を用意する工程（再配線層付き基材用意工程、図４の（ａ））と、再配線層上に半導体チップを搭載する工程（半導体チップ搭載工程、図４の（ｂ））と、基材を除去し、再配線層にはんだを接続する工程（はんだ接続工程、図４の（ｃ）及び（ｄ））とを備える。

より具体的には、当該製造方法は、基材及び基材上に設けられた感光性樹脂層を有する積層体を用意する工程と、感光性樹脂層の基材と反対側の面から感光性樹脂層の所定部分を露光する工程と、感光性樹脂層の未露光部を除去することにより、貫通孔を有する樹脂硬化層を形成する工程と、樹脂硬化層の基材と反対側の面上及び貫通孔に導電層を形成する工程（ここまでの工程が再配線層付き基材用意工程に含まれる）と、樹脂硬化層の基材と反対側に、導電層に接続させるように半導体チップを搭載する工程（半導体チップ搭載工程）と、基材を除去することにより露出させた貫通孔内の導電層にはんだを接続する工程（はんだ接続工程）と、を備える。なお、半導体チップ搭載工程においては、半導体チップを、樹脂硬化層の基材と反対側の面上及び貫通孔に形成された導電層に接するように電気的に接続してもよく、後述するとおり、他の層を介して導電層に電気的に接続してもよい。

＜再配線層付き基材用意工程＞
再配線層付き基材用意工程では、まず、上述の半導体チップ搭載用再配線層の製造方法で説明した各工程により、第一及び第二の再配線層付き基材１２０を得た後、上記再配線層付き基材１２０における第二の再配線層２０上に感光性樹脂層を更に設ける。当該感光性樹脂層に対して、露光及び現像することにより、半導体チップ５０を再配線層に電気的に接続する位置に対応する所定位置に貫通孔を有する樹脂硬化層４０を形成する。その後、樹脂硬化層４０の貫通孔を充填するように導電層１４を設けることで、半導体チップ搭載用再配線層付き基材１３０を用意する。

＜半導体チップ搭載工程＞
本実施形態に係る半導体パッケージの製造方法においては、半導体チップ搭載用再配線層付き基材１３０を用意する工程に続いて、図４の（ｂ）に示すように半導体チップ搭載用再配線層上に、樹脂硬化層４０が有する導電層１４と電気的に接続させるように半導体チップ５０を搭載し、その後、封止材６０により半導体チップ５０を覆い封止する（半導体チップ搭載工程）。この工程では、半導体チップ５０を予め封止材６０で封止した後に、半導体チップ５０及び封止材６０を再配線層上に搭載してもよい。

半導体チップ５０の搭載は、従来公知の方法を用いることができる。例えば、半導体チップ搭載用再配線層上に接着剤（図示せず）を介して半導体チップ５０を搭載してもよい。封止材６０は、例えば、樹脂製の封止材であってよい。

＜はんだ接続工程＞
本実施形態に係る半導体パッケージの製造方法においては、半導体チップ搭載工程に続いて、基材２を除去し、樹脂硬化層５の半導体チップ５０と反対側の面に露出させた貫通孔６内の導電層８にはんだ（はんだボール）７０を接続する（はんだ接続工程）。

はんだ接続工程においては、はんだ供給の容易性から、はんだペーストを用いることが好ましい。はんだペーストとしては、例えば、クリームはんだと呼ばれる材料などが使用できる。クリームはんだは、はんだ粒子、フラックス成分、及び溶剤を含む組成物である。

以上説明した方法により、半導体パッケージ２００が得られる。本実施形態に係る半導体パッケージ２００は、貫通孔６を有する樹脂硬化層５と、樹脂硬化層５の一方の主面５ｂ上及び貫通孔６内に設けられた導電層８と、樹脂硬化層５の一方の主面５ｂ側に、導電層８に接続させるように搭載された半導体チップ５０と、樹脂硬化層５の他方の主面５ａに露出した貫通孔６内の導電層８に接続されたはんだ７０と、を備え、樹脂硬化層５の他方の主面５ａにおける貫通孔６の開口面積が、樹脂硬化層５の一方の主面５ｂにおける貫通孔６の開口面積より大きくなっている。

本実施形態の半導体パッケージ２００では、再配線層中の最も外側（半導体チップ５０と反対側）に位置する樹脂硬化層５に形成された貫通孔６について、樹脂硬化層５の半導体チップ５０と反対側の主面５ａにおける開口面積６ａが、樹脂硬化層５の半導体チップ５０側の主面５ｂにおける開口面積６ｂより大きくなっており、貫通孔６の樹脂硬化層５の主面５ａ側において、貫通孔６を満たすように導電層８が形成されているため、貫通孔６内の導電層８とはんだ７０との接続面積を確保できる。したがって、この半導体パッケージ２００は、再配線層３０とはんだ７０との接続信頼性に優れている。

図５の（ａ）は、従来のＲＤＬファースト法により得られる半導体パッケージの一例を示す模式断面図であり、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）の半導体パッケージにおける要部（貫通孔付近）を示す模式断面図である。本発明者らの検討により、従来のＲＤＬファースト法で得られる半導体パッケージ５００では、再配線層８０中のもっとも外側（半導体チップ５０から遠い側）に位置する樹脂硬化層２５に形成された貫通孔２６について、樹脂硬化層２５の半導体チップ５０と反対側の主面２５ａ（はんだと接続する側）における開口面積２６ａが、樹脂硬化層２５の半導体チップ５０側の主面２５ｂにおける開口面積２６ｂと同じ又はより小さくなることが確認されている。このため、貫通孔２６に充填される銅等の金属（樹脂硬化層一方の主面２５ａ上に露出した導電層８）と、はんだ７０との接触面積が小さく、従来のＲＤＬファースト法により得られる半導体パッケージ５００では、はんだ７０との接続信頼性が低下していたものと推測される。

２…基材、３…感光性樹脂層、４…積層体、５…樹脂硬化層、５ａ…樹脂硬化層の他方の主面、５ｂ…樹脂硬化層の一方の主面、７…第二の樹脂硬化層、６…貫通孔、８…導電層、９…第２の導電層、１０…再配線層、１１…第二の貫通孔、２０…第二の再配線層、４０…樹脂硬化層、５０…半導体チップ、６０…封止材、７０…はんだ。

Claims (4)

1. 半導体チップ搭載用再配線層の製造方法であって、
   基材及び前記基材上に設けられた感光性樹脂層を有する積層体を用意する工程と、
   前記感光性樹脂層の前記基材と反対側の面から前記感光性樹脂層の所定部分を露光する工程と、
   前記感光性樹脂層の未露光部を除去することにより、貫通孔を有する樹脂硬化層を形成する工程と、
   前記樹脂硬化層の前記基材と反対側の面上及び前記貫通孔内に導電層を形成する工程と、
   を備え、
   前記再配線層が、前記基材を除去することにより露出させた前記貫通孔内の前記導電層にはんだを接続して用いられる再配線層である、製造方法。
2. 貫通孔を有する樹脂硬化層と、
   前記樹脂硬化層の一方の主面上及び前記貫通孔内に設けられた導電層と、を備え、
   前記樹脂硬化層の他方の主面における前記貫通孔の開口面積が、前記樹脂硬化層の前記一方の主面における前記貫通孔の開口面積より大きく、
   前記樹脂硬化層の前記他方の主面に露出した前記貫通孔内の前記導電層にはんだを接続して用いられる、半導体チップ搭載用再配線層。
3. 基材及び前記基材上に設けられた感光性樹脂層を有する積層体を用意する工程と、
   前記感光性樹脂層の前記基材と反対側の面から前記感光性樹脂層の所定部分を露光する工程と、
   前記感光性樹脂層の未露光部を除去することにより、貫通孔を有する樹脂硬化層を形成する工程と、
   前記樹脂硬化層の前記基材と反対側の面上及び前記貫通孔に導電層を形成する工程と、
   前記樹脂硬化層の前記基材と反対側に、前記導電層に接続させるように半導体チップを搭載する工程と、
   前記基材を除去することにより露出させた前記貫通孔内の前記導電層にはんだを接続する工程と、
   を備える、半導体パッケージの製造方法。
4. 貫通孔を有する樹脂硬化層と、
   前記樹脂硬化層の一方の主面上及び前記貫通孔内に設けられた導電層と、
   前記樹脂硬化層の前記一方の主面側に、前記導電層に接続させるように搭載された半導体チップと、
   前記樹脂硬化層の他方の主面に露出した前記貫通孔内の前記導電層に接続されたはんだと、を備え、
   前記樹脂硬化層の他方の主面における前記貫通孔の開口面積が、前記樹脂硬化層の前記一方の主面における前記貫通孔の開口面積より大きい、半導体パッケージ。

Images