JP2022054298A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献1に開示される半導体装置で、アンテナは、キャリアに含まれる誘電体層の表面に接し、誘電体層から露出して形成されているため、機械的な耐久性が弱いという課題がある。
第2の態様によると、半導体装置は、半導体素子と、アンテナとしての第1導電部と、前記半導体素子と電気的に接続されている第2導電部と、前記第1導電部と前記第2導電部とを電気的に接続する導電プラグと、前記第1導電部および前記第2導電部の少なくとも一部、および前記導電プラグを覆っている第1絶縁膜と、を備え、前記第1導電部の前記導電プラグとは反対側の面が前記第1絶縁膜から露出し、前記第1導電部の前記面以外の面は、前記第1絶縁膜で覆われている。
本発明の半導体装置によれば、アンテナ部分の機械的に耐久性に優れた半導体装置を実現することができる。
図6は、一実施形態による半導体装置100を示す図であり、図1から図5は、半導体装置100の製造方法を説明するための図である。各図に矢印で示したX方向、Y方向、およびZ方向は、それぞれ各図において同一の方向を示し、その矢印の指し示す方向を+方向とする。また、X方向、Y方向、およびZ方向は、相互に直交する方向である。本明細書では、X方向の位置をX位置、Y方向の位置をY位置とも呼ぶ。
図1(a)は、半導体装置100を製造するための基板10の断面図を示す図である。基板10は、支持基板11と、支持基板11の上面(+Z側の面)に、支持基板11側から順に形成された第1金属層12および第2金属層13を含んでいる。
基板10の+Z側の面を、以下では「第1面」S1とも呼ぶ。
なお、図1(b)以降の各図においては、支持基板11の厚さを一部省略して示している。
第2金属層13は、一例として銅を含む層であり、第1金属層12の厚さは一例として、0.1~3.0μm程度である。第2金属層13は、銅の代わりにCu合金層(例えばTiCu、TiCuFe)Ni、Cr、Taなどを含むものであっても良い。
支持基板11と第1金属層12との間に、炭素等を主成分とする不図示の剥離層が形成されていても良い。
上記の条件に適した、第1金属層12、第2金属層13が少なくとも形成された支持基板11が販売されていれば、それを購入して使用することができる。
図1(b)は、基板10の+Z側の面である第1面S1の上に、すなわち第2金属層13の上に、第1導電部15およびアライメントマーク16を形成した状態を示している。第1導電部15およびアライメントマーク16の形成に際しては、始めに第1面S1上の、すなわち第2金属層13上の全面にフォトレジスト14を形成し、このフォトレジスト14に第1導電部15およびアライメントマーク16の形状に対応する所望の開口部を形成する。そして、基板10をめっき液に浸し電解銅めっきを行うことで、第2金属層13が露出する部分(すなわちフォトレジスト14の開口部)に銅がめっきされ、第1導電部15およびアライメントマーク16が形成される。
その後、フォトレジスト14を除去する。
図1(c)は、第1導電部15およびアライメントマーク16が形成された基板10を+Z方向から見た上面図を示す図である。図1(c)に示したように、第1導電部15は、一例としてX方向に所定の間隔だけ離れて配置される、Y方向に延びた概ね楕円形の2つの導電部を有するアンテナ部を構成している。
X方向は、XY面と一致している第1面S1の面内の第1方向ということができる。
なお、第1導電部15は、上述したアンテナ部以外の部分をさらに含んでいても良い。また、アンテナ部は、2つに限らず、X方向に所定の間隔だけ離れて配置される3つ以上の導電部を有していても良い。
図2(a)は、基板10上に、第1導電部15およびアライメントマーク16を覆うように第1絶縁膜17を形成した状態を示している。第1絶縁膜17は、基板10の第1面S1のうち、第1導電部15と第1導電部16が形成されていない部分の少なくとも一部を覆うように形成される。
図2(b)は、第1絶縁膜17のうちの、第1導電部15の一部の上方(+Z方向)に相当する部分に、開口17aを形成した状態を示している。開口17aは第1絶縁膜17の所定の箇所にレーザ光等の整形された光を照射して、第1絶縁膜17の一部を蒸発させることにより形成する。第1導電部15の一部は、開口17aにより露出されている。
図2(b)に示した開口17aの内部に、第1導電部15を電極として電解めっきを行う。
図2(c)は、開口17aの内部に、第1導電部15を電極とした電解銅めっきにより、銅を主成分とする導電プラグ18が形成された状態を示している。導電プラグ18の長さ(Z方向の長さ)は、一例として100μm以上である。なお、導電プラグ18の長さは、第1絶縁膜17の厚さT1より短くても良い。
図2(c)に示した、導電プラグ18および第1絶縁膜17の+Z側の端面、および開口17aの内周面の一部に、無電解銅めっき等により導電性のシード層を形成する。
図2(d)は、シード層19が形成された状態を示す図である。
図3(b)は、第1配線21が形成され、ドライフィルムレジスト20およびシード層19が除去された状態を示している。
第1絶縁膜17および第1配線21の上(+Z側)への第2絶縁膜22の形成は、上述した第1絶縁膜17と同様に、ABFフィルムを貼り付けることにより行う。第2絶縁膜17の厚さは、一例として30~50μm程度である。
図3(d)は、シード層23が形成された状態を示す図である。
そして、ドライフィルムレジスト24をエッチング等により除去する。
その後、ドライフィルムレジスト26をエッチング等により除去するとともに、第2配線25をエッチングマスクとしてシード層23をエッチングにより除去する。
図4(c)は、基板10上に形成された第2配線25aに対して、ピラー28を介して半導体素子29が接合された状態を示している。半導体素子29は、RF集積回路、CPU等のロジック回路IC、またはDRAM等のメモリーIC等の、半導体ウエハから切断された半導体集積回路チップである。
また、基板10への接合に先立って、裏面(主面と反対側の面)を研磨し、半導体素子29を70μmから150μm程度の厚さにしておいても良い。
半導体素子29、ピラー28、第2配線25、およびポスト27の少なくとも一部を封止材により封止する。
図5(a)は、基板10上の第2絶縁膜22上に形成された半導体素子29、ピラー28、第2配線25、およびポスト27の少なくとも一部が封止材30により封止された状態を示している。
図5(b)は、封止材30の上(+Z側)に、第3配線31が形成された状態を示す図である。第3配線31の形成に際しては、封止材30のうちの、X位置およびY位置がポスト27の少なくとも一部と一致する部分に、リソグラフィーにより開口30aを形成する。そして、封止材30の上端面と、開口30aの内周面、および開口30aから露出するポスト27の上端に不図示のシード層を形成する。
中間生成体50を、一体的に、基板10から剥離する。図5(c)は、基板10から剥離された中間生成体50を示している。
中間生成体50を基板10からの剥離する際には、一例として、始めに基板10を構成する支持基板11を、中間生成体50、および中間生成体50と一体的に形成されている第2金属層13と第1金属層12から剥離しても良い。そして、その後、中間生成体50から第1金属層12および第2金属層13を、エッチング等により順次除去しても良い。
図6は、完成した半導体装置100の断面を示す図である。
図5(c)に示した中間生成体50に対して、第1絶縁膜17から露出している第1導電部15の-Z側端面に第3金属層32を形成し、第3配線31の+Z側端面の少なくとも一部にはんだボール33を形成することにより、図6に示した半導体装置100が完成する。
なお、ニッケルを主成分とする層、またはパラジウムを主成分とする層の少なくとも一方は、形成を省略しても良い。
第3配線31の+Z側端面へのはんだボール33の形成は、第3配線31の+Z側端面に、はんだボール33を配置し、加熱リフローを行うことで形成する。
以上の工程により、図6に示した半導体装置100が完成する。
ただし、特に第1導電部15と導電プラグ18とについては、同じ材料の物質(金属)で形成することにより、それらの結合の強度を一層向上させることができる。
また、半導体装置100の用途によっては、上述のはんだボール33の形成、または第3金属層32の形成の少なくとも一方を省略してもよい。
図7(a)から図7(c)は、それぞれ、基板10の第1面S1内に形成する第1導電部15の他の形状の例を表す図である。図7(a)に示した例では、第1導電部15の形状は、略正方形の導電部がX方向に2列、Y方向に2列の計4個配置された形状である。
(1)以上の半導体装置の製造方法は、基板10の第1面S1の少なくとも一部に、電解めっきにより第1導電部15を形成すること、第1導電部15、および基板10の第1面S1のうち第1導電部15が形成されていない部分の少なくとも一部を覆う第1絶縁膜17を形成すること、第1絶縁膜17の一部に、第1導電部15の一部を露出させる開口17aを形成すること、第1絶縁膜17の開口17aの内周面にシード層を形成することなく、第1導電部15を電極として電解めっきを行い、第1絶縁膜17の開口17aの内部に導電プラグ18を形成すること、を備えている。さらに、導電プラグ18の第1導電部15とは反対側の端部に電気的に接続する第2導電部(19、21、23、25、27、28)を形成すること、第2導電部に電気的に接続して、半導体素子29を配置すること、半導体素子29および第2導電部の少なくとも一部を封止材30により封止すること、第1導電部15、第1絶縁膜17、導電プラグ18、第2導電部、半導体素子29、および封止材30を一体的に、基板10から剥離すること、を備えている。
この構成により、第1絶縁膜17の厚さが厚く、従って開口17aの深さが深い場合であっても、開口17aの内部に確実に導電プラグ18を形成することができ、電気抵抗およびインピーダンスの低い導電プラグ18を製造することができる。従って、高周波の導電特性に優れた半導体装置を製造することができる。
上述したように、図6は、上述した一実施形態の半導体装置の製造方法により製造された一実施形態の半導体装置100を示す図である。上述した一実施形態の半導体装置の製造方法において説明した半導体装置100の構成や特徴は、全て一実施形態の半導体装置100についても援用されるものであるため、それらについての説明は重複するため省略する。
(3)半導体装置100は、半導体素子29と、アンテナとしての第1導電部15と、半導体素子29と電気的に接続されている第2導電部(19、21、23、25、27、28)と、第1導電部15と第2導電部とを電気的に接続する導電プラグ18とを備えている。半導体装置100は、さらに、第1導電部15および第2導電部の少なくとも一部、および導電プラグ18を覆っている第1絶縁膜17と、を備えている。そして、第1導電部15の導電プラグ18とは反対側の面が第1絶縁膜17から露出し、第1導電部15の前記導電プラグの導電プラグ18とは反対側の面以外の面は、第1絶縁膜17で覆われている。
この構成においては、アンテナとしての第1導電部15は、その殆どが、第1絶縁膜17の内部に埋没して設けられているため、外部から異物が第1導電部15に接触しても、第1導電部15は剥離または損傷することがない。従って、アンテナ部分の機械的な耐久性に優れた半導体装置を実現することができる。
第2の態様によると、半導体装置は、半導体素子と、アンテナとしての第1導電部と、前記半導体素子と電気的に接続され、配線を含む第2導電部と、前記第1導電部と前記第2導電部とを電気的に接続する導電プラグと、前記第1導電部および前記第2導電部の少なくとも一部、および前記導電プラグを覆っている第1絶縁膜と、を備え、前記第1導電部の前記導電プラグとは反対側の面が前記第1絶縁膜から露出し、前記第1導電部の前記面以外の面は、前記第1絶縁膜で覆われており、前記第1導電部と前記第2導電部との間隔は100μm以上であり、前記導電プラグの長さは100μm以上であり、前記導電プラグは、前記第1絶縁膜の開口の内周面にシード層を形成することなく、前記第1導電部を電極として電解めっきを行うことで、前記第1絶縁膜の前記開口の内部に形成されている。
Claims (10)
- 基板の第1面の少なくとも一部に、電解めっきにより第1導電部を形成すること、
前記第1導電部、および前記基板の前記第1面のうち前記第1導電部が形成されていない部分の少なくとも一部を覆う第1絶縁膜を形成すること、
前記第1絶縁膜の一部に、前記第1導電部の一部を露出させる開口を形成すること、
前記第1絶縁膜の前記開口の内周面にシード層を形成することなく、前記第1導電部を電極として電解めっきを行い、前記第1絶縁膜の前記開口の内部に導電プラグを形成すること、
前記導電プラグの前記第1導電部側とは反対側の端部に電気的に接続する第2導電部を形成すること、
前記第2導電部に電気的に接続して、半導体素子を配置すること、
前記半導体素子および前記第2導電部の少なくとも一部を封止材により封止すること、
前記第1導電部、前記第1絶縁膜、前記導電プラグ、前記第2導電部、前記半導体素子、および前記封止材を一体的に、前記基板から剥離すること、
を備える、半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1絶縁膜として、100μm以上の厚さの絶縁膜を形成し、
前記導電プラグとして100μm以上の長さのプラグを形成する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
前記開口の径は、前記第1絶縁膜の厚さの0.5倍以上、かつ4倍以下である、半導体装置の製造方法。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1絶縁膜の形成は、相互に線膨張係数の異なる複数の膜を重ねて形成する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1導電部、前記第1絶縁膜、前記導電プラグ、前記第2導電部、前記半導体素子、および前記封止材を一体的に前記基板から剥離した後に、前記第1導電部の前記導電プラグとは反対側の面に、金を含む金属をめっきする、半導体装置の製造方法。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1導電部は、前記第1面内の少なくとも第1方向に所定の間隔だけ離れて配置される複数の導電部を有するアンテナ部を含む、半導体装置の製造方法。 - 半導体素子と、
アンテナとしての第1導電部と、
前記半導体素子と電気的に接続されている第2導電部と、
前記第1導電部と前記第2導電部とを電気的に接続する導電プラグと、
前記第1導電部および前記第2導電部の少なくとも一部、および前記導電プラグを覆っている第1絶縁膜と、
を備え、
前記第1導電部の前記導電プラグ側とは反対側の面が前記第1絶縁膜から露出し、
前記第1導電部の前記面以外の面は、前記第1絶縁膜で覆われている、半導体装置。 - 請求項7に記載の半導体装置であって、前記第1導電部と前記導電プラグとは、同じ材質の物質である、半導体装置。
- 請求項7または請求項8に記載の半導体装置であって、
前記第1導電部と前記第2導電部との間隔は100μm以上であり、前記導電プラグの長さは100μm以上である、半導体装置。 - 請求項7から請求項9までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、
前記第1導電部の前記導電プラグとは反対側の面には、金を含む金属の膜が形成されている、半導体装置。
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