JP3583396B2 - 半導体装置の製造方法、薄膜多層基板及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法、薄膜多層基板及びその製造方法 Download PDF

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正栄 南澤
敦和 清水
和之 今村
敦 菊池
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修 山口
康則 藤本
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宗知 森岡
幸弘 栗城
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、高速な処理が要求されるロジックデバイス等が搭載される半導体装置に係り、特にキャパシタなどの受動素子がパッケージ内に組み込まれる半導体装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
【０００４】
一般に、高速動作するＬＳＩを搭載した半導体装置において、電源電圧の変動や高周波ノイズによる誤動作を防止し、高速動作領域において安定した動作を確保するために、パッケージ基板にバイパスコンデンサが組み込まれる。
【０００５】
バイパスコンデンサは、フリップチップ実装（ＦＣ実装）される半導体素子とは別個のチップ部品としてパッケージ基板に実装される。バイパスコンデンサを効果的に機能させるためには、半導体素子に近い位置に配置する必要がある。多くのバイパスコンデンサは、半導体素子が実装された部分におけるパッケージ基板の反対側の面に配置される。
【０００６】
ところが、多数の信号や電源・グランド用の実装端子が配置される場合や、システムインパッケージとして複数の半導体素子がパッケージ基板に搭載される場合では、半導体素子が搭載されたパッケージ基板の反対側の面にバイパスコンデンサ搭載用の領域を確保することは難しい。従って、パッケージ基板の内部にバイパスコンデンサを配置する構成が提案されている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えばガラスセラミック基板などのパッケージ基板にも、パイパスコンデンサを内蔵する試みがなされているが、配線層数が現状より増え、また一部特殊な材料と工程の導入が必要なことから、歩留り低下とコストアップを招くおそれがある。
【０００８】
このような問題を解消する方法として、パッケージ基板には従来の基板を使用し、バイパスコンデンサを必要とする半導体素子のみキャパシタ内蔵の中継基板を介してパッケージ基板に実装することが考えられる。
【０００９】
ただし、半導体素子の微細な電極パッド及びその間隔（ピッチ）に対応可能な基板技術（配線、多層、ビア形成技術）が必要となる。また、中継基板上の回路を裏面側に通すためのビアを形成する必要がある。このため、デバイスの性能を発揮しながらさらにコストダウンを行うことは実質的に難しい。当然のことながら、搭載する半導体素子が要求する電気特性を満たすため、また低コスト化を図るためにも、中継基板をなるべく簡単な構造にする必要がある。
【００１０】
しかし、中継基板を簡単な構造として中継基板の厚みが小さくなると、中継基板の剛性が小さくなり、半導体装置の製造工程において容易に変形したり損傷したりするおそれがある。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、中継基板のベース基板に特殊な処理を施すことなく、半導体素子とバイパスコンデンサ等の受動素子を内蔵した中継基板とをパッケージングした半導体装置の製造方法及びそのような半導体装置に好適な薄膜多層基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項１記載の発明は、半導体装置の製造方法であって、薄膜多層基板をベース基板上に形成する薄膜多層基板形成工程と、前記ベース基板上に形成された状態の前記薄膜多層基板の前記ベース基板とは反対側の面に少なくとも一つの半導体素子を実装する半導体素子実装工程と、前記ベース基板を前記薄膜多層基板から分離し、前記薄膜多層基板の他方の面を露出させるベース基板分離工程とを有し、前記ベース基板はシリコンウェハよりなり、複数の前記薄膜多層基板を該シリコンウェハ上に一体的に形成し、前記ベース基板分離工程の後に前記薄膜多層基板を個片化することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、薄膜多層基板に半導体素子が実装されるまで薄膜多層基板はベース基板に固定されており、薄膜多層基板はベース基板により補強されている。また、ベース基板を除去した後でも、半導体素子が実装されているため、半導体素子が補強の機能を果たす。したがって、薄膜多層基板は単体で扱われることはなく常に補強された状態であるので、薄膜多層基板の変形及び損傷を防止することができる。また、複数の薄膜多層基板を一体的に扱うことができ、半導体製造工程の簡略化を図ることができる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、前記半導体素子実装工程は、前記薄膜多層基板と前記半導体素子との間にアンダーフィルを充填する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、アンダーフィルにより薄膜多層基板は更に補強される。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、前記薄膜多層基板の他方の面に露出した電極パッドを介して前記薄膜多層基板をパッケージ基板に実装する薄膜多層基板実装工程を更に有することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、補強された薄膜多層基板を容易にパッケージ基板に実装することができる。
【００１９】
請求項４記載の発明は、半導体装置の製造方法であって、薄膜多層基板をベース基板上に形成する薄膜多層基板形成工程と、前記ベース基板上に形成された状態の前記薄膜多層基板を、前記ベース基板とは反対側の面に露出した電極パッドを介してパッケージ基板に実装する薄膜多層基板実装工程と、前記ベース基板を前記薄膜多層基板から分離し、前記薄膜多層基板の他方の面を露出させるベース基板分離工程とを有し、前記ベース基板はシリコンウェハよりなり、複数の前記薄膜多層基板を該シリコンウェハ上に一体的に形成し、前記ベース基板分離工程の後に前記薄膜多層基板を個片化することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、薄膜多層基板がパッケージ基板に実装されるまで薄膜多層基板はベース基板に固定されており、薄膜多層基板はベース基板により補強されている。また、ベース基板を除去した後でも、パッケージ基板に実装されているため、パッケージ基板が補強の機能を果たす。したがって、薄膜多層基板は単体で扱われることはなく常に補強された状態であるので、薄膜多層基板の変形及び損傷を防止することができる。また、複数の薄膜多層基板を一体的に扱うことができ、半導体製造工程の簡略化を図ることができる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の半導体装置の製造方法であって、前記薄膜多層基板実装工程は、前記薄膜多層基板と前記パッケージ基板との間にアンダーフィルを充填する工程を含むことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項５記載の発明によれば、アンダーフィルにより薄膜多層基板は更に補強される。
【００２３】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の半導体装置の製造方法であって、前記薄膜多層基板の他方の面に露出した電極パッドを介して少なくとも一つの半導体素子を前記薄膜多層基板に実装する半導体素子実装工程を更に有することを特徴とするものである。
【００２４】
請求項６記載の発明によれば、半導体素子を容易に薄膜多層基板に実装することができる。
【００２５】
請求項７記載の発明は、半導体装置の製造方法であって、薄膜多層基板をベース基板上に形成する薄膜多層基板形成工程と、前記ベース基板を前記薄膜多層基板から分離するベース基板分離工程と、前記薄膜多層基板の一方の面に形成された電極パッドに対して少なくとも一つの半導体素子を実装する半導体素子実装工程とを有し、前記ベース基板はシリコンウェハよりなり、複数の前記薄膜多層基板を該シリコンウェハ上に一体的に形成し、前記ベース基板分離工程の後に前記薄膜多層基板を個片化することを特徴とするものである。
【００２６】
請求項７記載の発明によれば、薄膜多層基板のいずれの面側からでも実装工程を始めることができ、半導体製造工程の自由度が増す。また、複数の薄膜多層基板を一体的に扱うことができ、半導体製造工程の簡略化を図ることができる。
【００２７】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の半導体装置の製造方法であって、前記薄膜多層基板の他方の面に形成された電極パッドを介して前記薄膜多層基板をパッケージ基板に実装する薄膜多層基板実装工程を更に有することを特徴とするものである。
【００２８】
請求項８記載の発明によれば、薄膜多層基板を容易にパッケージ基板に実装することができる。
【００２９】
請求項９記載の発明は、請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、前記薄膜多層基板形成工程は、受動素子を内蔵した薄膜多層基板を前記ベース基板上に形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【００３０】
請求項９記載の発明によれば、薄膜多層基板に受動素子を内蔵した半導体装置を容易に形成することができる。
【００３１】
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、前記薄膜多層基板形成工程は、前記ベース基板とは反対側に形成される薄膜多層基板の電極パッド上に柱状金属部材を形成する工程と、該柱状金属部材の間に絶縁性樹脂を充填する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００３２】
請求項１０記載の発明によれば、絶縁性樹脂により薄膜多層基板が補強され、薄膜多層基板の変形や損傷を防止することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
【００３４】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００３５】
図１は本発明の第１実施例による半導体装置の断面図である。本発明の第１実施例による半導体装置は、パッケージ基板２と、パッケージ基板２に接続された中継基板４と、中継基板４に実装された第１及び第２の半導体素子６，８とよりなる。なお、中継基板４に実装される半導体素子の数は、一つでもよくまた３つ以上であってもよい。また、本実施例では、第１及び第２の半導体素子６，８の背面にヒートスプレッダ１０が接着剤１２により固定されており、半導体素子６，８からの放熱を促進する機能を果たしている。しかし、ヒートスプレッダは必ず必要なわけではなく、必要に応じて設けられる。
【００３６】
パッケージ基板２はガラスセラミック基板、アルミナ基板またはビルドアップ基板などにより構成される。パッケージ基板２の上面２ａには、ハンダバンプ１４が接続される電0極パッドが形成され、下面２ｂには外部接続端子としてのハンダボール１６が形成される電極パッドが形成される。パッケージ基板２は多層構造であり、層間を貫通接続するビア等により上面２ａの電極パッドは、下面２ｂの対応する電極パッドに電気的に接続される。
【００３７】
図１に示すように、中継基板４は多層構造であり、内部にバイパスコンデンサの機能を果たす内蔵キャパシタ１８が形成される。中継基板４の下面４ｂには、第１の導電体層により形成された電極パッドが露出しており、ハンダバンプ１４を介してパッケージ基板２の対応する電極バッドに接続される。また、中継基板４の上面４ａには、第４の導電体層により形成された電極パッドが露出しており、この電極パッドを用いて第１及び第２の半導体素子６，８が中継基板４に対してフリップチップ実装される。
【００３８】
図２は中継基板４の構成および製造工程を説明するための断面図である。まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板等のベース基板２０上に、第１の導電体層２２としてプラチナ薄膜によるパターンを形成して電極パッドとする。次に、第１の絶縁層２４として高誘電率を有するＢＳＴ膜（バリウム・ストロンチウム・チタン膜）を形成する。そして必要な位置に第１のビア２６を形成した後、第１の絶縁層２４上に第２の導電体層２８としてプラチナ薄膜によるパターンを形成して電極パッドとする。第１の絶縁層２４の両面に形成された電極パッドのうち、第１のビア２６により接続された電極パッドは電気的に導通する回路として機能する。一方、間に第１のビア２６が設けられずに対向する電極パッドは、高誘電率を有するＢＳＴ膜が間に介在することによりキャパシタとして機能する。このキャパシタが内蔵キャパシタ１８となり、半導体装置に組み込まれた際にバイパスコンデンサの機能を果たす。
【００３９】
次に、図２（ｂ）に示すように、第２の導電体層２２上に第２の絶縁層３０を形成し、その上に第３の導電体層３２として銅配線パターンを形成する。第２の絶縁層３０はポリイミド又はＢＣＢ膜等により形成され、第２の導電体層２２による電極パッドに対応する位置にビア孔が形成される。第３の導電体層３２は例えば銅（Ｃｕ）メッキにより形成され、ビア孔に第２のビアが形成される。したがって、第２の絶縁層３０上に形成された銅配線パターンと第２の導電体層２８として形成されたプラチナ薄膜配線パターンとは第２のビア３４により電気的に接続される。第３の導電体層３２としての銅配線パターンは、引き回し用の配線パターンとなる。
【００４０】
次に、第３の導電体層３２の上に第３の絶縁層３６を形成し、その上に第４の導電体層４０として銅配線パターンを形成する。第３の絶縁層３６はポリイミド又はＢＣＢ膜等により形成され、第３の導電体層３２による銅配線パターンに対応する位置にビア孔が形成される。第４の導電体層４０は例えば銅（Ｃｕ）メッキにより形成され、ビア孔に第３のビア３８が形成される。したがって、第２の絶縁層３０上に形成された銅配線パターンと第３の絶縁層３６上に形成された銅配線パターンとは第３のビア３８により電気的に接続される。第４の導電体層４０としての銅配線パターンは電極パッドとして形成され、この電極パッドに対して上述の第１及び第２の半導体素子６，８がフリップチップ実装される。
【００４１】
上述の第３及び第４の導電体層３２，４０を銅メッキにより形成する際、下の絶縁層との密着性を確保し、電解メッキを可能とする目的で、銅メッキを施す前にＴｉやＣｒ，Ｗ等のスパッタ薄膜を形成しておくことが好ましい。また、上述の第２及び第３の絶縁層３０，３６の厚みは２μｍ〜１０μｍであり、銅配線パターンの厚みは数μｍ程度である。また、第４の導電体層としての配線パターンは、半導体素子がフリップチップ実装される電極パッドに相当するので、Ｎｉメッキ等のバリアメタルメッキを施し、且つＡｕ，Ｐｄ，Ｓｎなどのメッキ処理を施しておくことが好ましい。
【００４２】
図２（ｂ）に示すように、中継基板４はベース基板２０上に形成された状態であるが、中継基板４を用いて半導体装置を製造する段階でベース基板２０を除去することとなる。これは、中継基板４はその厚みが薄く、ベース基板２０から分離して単体とすると、容易に変形したり損傷したりするおそれがあるためである。
【００４３】
なお、上述の中継基板４は、特許出願２０００−８７８７２号により提案された方法によっても製造することができる。
【００４４】
次に、本実施例による半導体装置の製造方法について、図３及び図４を参照しながら説明する。
【００４５】
まず、図４のフローチャートに示すように、中継基板４を準備する。ステップＳ１において、ベース基板２０となるシリコンウェハ上にプラチナ薄膜からなる第１の導電体層２２を形成する。次に、ステップＳ２において、第１の導電体層２２上に第１の絶縁層２４となるＢＳＴ膜を形成する。そして、ステップＳ３において、ＢＳＴ膜上にプラチナ薄膜からなる第２の導電体層２８を形成する。
【００４６】
次に、ステップＳ４において、第２の導電体層２８上に第２の絶縁層３０となるポリイミド膜を形成する。ステップＳ５において、ポリイミド膜上に銅メッキよりなる第３の導電体層３２を形成する。ステップＳ６において、第３の導電体層３２上に第４の絶縁層３６となるポリイミド膜を形成する。ステップＳ７において、ポリイミド膜上に銅メッキよりなる第４の導電体層４０を形成する。
【００４７】
以上のステップＳ１〜Ｓ７までが、中継基板４を準備するための工程である。なお、ステップＳ５及びＳ６を繰り返すことにより、中継基板４を更に多層化することができる。
【００４８】
中継基板４の準備が完了したら、半導体素子６，８を中継基板４にフリップチップ実装するための処理を行う。すなわち、ステップＳ８において、中継基板４の第４の導電体層４０よりなる電極パッドにバリアメタルとしてＮｉメッキを施し、その上にＡｕ，Ｐｄ，Ｓｎなどのメッキ処理を施す。そして、ステップＳ９において、予めハンダバンプが形成された半導体素子６，８を、中継基板４の第４の導電体層４０に対してフリップチップ実装する。ハンダ接合の代わりに、半導体素子６，８にＡｕスタッドバンプを形成し、中継基板側に錫メッキを施しておき、金−錫接合を行ってもよい。
【００４９】
次に、ステップＳ１０において、中継基板と半導体素子６，８との間にアンダーフィル４４を注入しフリップチップ実装の信頼性を確保する。本実施例では２個の半導体素子６，８を中継基板４に対してフリップチップ実装しているが、実装する半導体素子の数は１個でもよく、また３個以上であってもよい。
【００５０】
以上の工程により、図３（ａ）に示すように、中継基板４に第１及び第２の半導体素子６，８が実装された状態となる。これまでの工程では、中継基板４はベース基板２０上に形成されたままで行われるため、ベース基板２０が厚みの薄い中継基板４を補強する機能を果たし、半導体素子６，８のフリップチップ実装を容易に行うことができる。また、中継基板４が変形したり損傷したりすることを防止することができる。
【００５１】
中継基板４に半導体素子６，８が実装されてアンダーフィル４４により固定された後、ステップ１１において、シリコン基板であるベース基板２０を除去する。ベース基板２０の除去は、エッチング又はバックグラインド（研磨）により行うことができる。またエッチングとバックグラインドとを併用することとしてもよい。ベース基板２０を除去することにより、図３（ｂ）に示すように中継基板４の表面に第１の導電体層４０が露出する。
【００５２】
なお、ベース基板２０を除去しても、中継基板４の反対側には半導体素子６，８がアンダーフィル４４により固定されているため、半導体素子６，８が中継基板４を補強する機能を果たし、中継基板４の変形及び損傷が防止される。
【００５３】
次に、ステップ１２において、中継基板４の第１の導電体層４０よりなる電極パッドにハンダバンプを形成し、中継基板４をガラスセラミック基板やビルドアップ基板等のパッケージ基板２に実装する。そして、中継基板４とパッケージ基板２との間にアンダーフィル４６を注入して実装の信頼性を確保する。そして、ステップＳ１３において、ヒートスプレッダ１０を半導体素子６，８に接着剤１２を介して固定する。最後に、ステップＳ１４において外部接続端子としてハンダボール１６をパケージ基板２の底面側に設けられた電極パッドに形成し、図３（ｃ）及び図１に示す半導体装置が完成する。
【００５４】
ステップ１３におけるヒートスプレッダ１０を設ける必要が無い場合は、スッテプＳ１３を行わずにステップＳ１４に進んでもよい。また、ステップＳ１３とステップＳ１４はどちらを先に行ってもかまわない。
【００５５】
また、上述の例では、シリコンウェハをベース基板２０として用いているが、ベース基板２０がウェハの状態において複数の中継基板４をウェハ上に形成することもできる。この場合、中継基板４をダイシング等で個片化する処理は、ステップＳ７の処理が終了した後、あるいは、ステップＳ９又はＳ１０の処理が終了した後に行うことが好ましい。
【００５６】
次に、本発明の第２実施例について図５を参照しながら説明する。図５は本発明の第２実施例による半導体装置の断面図である。図５において図１に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００５７】
本発明の第２実施例による半導体装置は、上述の第１実施例による半導体装置と同じ構成部品を用いているが、中継基板４が上下逆に配置されている点が異なる。すなわち、中継基板４の第４の導電体層４０よりなる電極パッドがパッケージ基板２の電極パッドに接続され、半導体素子６，８は第１の導電体層２２よりなる電極パッドに対して実装される。
【００５８】
図６は図５に示す半導体装置の製造工程を説明するための断面図であり、図７は図５に示す半導体装置の製造工程のフローチャートである。
【００５９】
図７におけるステップＳ２１〜Ｓ２７までの工程は、中継基板４を形成する工程であり、図４におけるステップＳ１〜Ｓ７までの工程と同じである。本実施例では、中継基板４がベース基板２０上に形成された後、ステップＳ２８において、中継基板４をパッケージ基板に実装するための前処理が施される。すなわち、ハンダ接合による実装の場合はパッケージ基板２０にハンダバンプを形成しておく。あるいは、金−錫接合による実装の場合は、パッケージ基板２０の電極パッドに金スタッドバンプを形成し、中継基板４の電極パッドに錫メッキ処理を施す。
【００６０】
次に、ステップＳ２９において、図６（ａ）に示すように、中継基板４をパッケージ基板２０に実装し、ステップＳ３０において中継基板とパッケージ基板２０との間にアンダーフィル４６を注入する。その後、ステップＳ３１において、図６（ｂ）に示すように、ベース基板２０を除去する。ベース基板２０の除去は上述の第１実施例と同様な方法で行う。
【００６１】
このように、本実施例では、中継基板４からベース基板２０を除去する前に、中継基板４はパッケージ基板２に実装されるため、中継基板４は常にベース基板２０又はパッケージ基板２により補強されている。したがって、中継基板が単体となって変形や損傷が発生することが防止できる。
【００６２】
ステップＳ３１でベース基板２０が除去されると、中継基板４の表面に第１の導電体層２２が露出する。そこで、ステップＳ３２において半導体素子６，８を中継基板４にフリップチップ実装し、それらの間にアンダーフィル４４を注入する。そして、第１実施例と同様に、ステップＳ３３において、ヒートスプレッダ１０を半導体素子６，８に接着剤１２により接合する。ステップＳ３４において、ハンダボール１６をパッケージ基板の底面側の電極パッド上に形成して、図６（ｃ）及び図５に示す半導体装置が完成する。
【００６３】
次に、本発明の第３実施例について、図８を参照しながら説明する。本発明の第３実施例による半導体装置は、上述の第１実施例又は第２実施例による半導体装置と同様な構成であるが、その製造工程が異なる。
【００６４】
本発明の第３実施例では、図８（ａ）に示すように中継基板４をベース基板２０上に形成した後、図８（ｂ）に示すようにベース基板２０を中継基板４から分離するか、ベース基板２０を除去する。その後、中継基板４を半導体素子６，８及びパッケージ基板２と接合する。図８（ｃ）に示すように、半導体素子６，８を先に実装してもよく、図８（ｄ）に示すようにベース基板２を先に実装してもよい。この場合、中継基板４はベース基板２０が分離又は除去されても十分な強度を有するような厚みをもって形成される。あるいは、中継基板４を形成する材料は十分な強度を有する材料が選定される。
【００６５】
次に、本発明の第４実施例について図９を参照しながら説明する。図９は本発明の第４実施例による半導体装置の断面図である。図９において、図１に示す構成部品と同等の部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００６６】
本実施例による半導体装置は、上述の第１実施例による半導体装置と基本的な構成は同じであるが、中継基板の４Ａの構造が上述の中継基板４とは異なる。すなわち、本実施例における中継基板４Ａは、図９に示すように、電極パッドを構成する第４の導電体層４０の上に、さらに柱状金属部材５０（メタルピラー又はメタルポストと称する）を有している。そして、メタルピラー５０の間に絶縁性樹脂５２を充填して隣接したメタルピラー５０同士を絶縁し保持する。
【００６７】
メタルピラー５０の高さは、例えば１００μｍであり、絶縁性樹脂層５２の厚みは７０μｍ〜８０μｍである。絶縁性樹脂層５２の補強効果により、中継基板４Ａは十分な剛性を有し、中継基板４Ａの変形あるいは損傷を防止することができる。
【００６８】
図１０は中継基板４Ａの製造工程を説明するための断面図である。メタルピラー５０を第４の導電体層４０上に形成するには、中継基板４を形成した後、第４の導電体層上にＴｉやＣｒ等のバリアメタル層（図示せず）をスパッタ装置により形成する。そして、図１０（ａ）に示すように、バリアメタル層の上にフォトレジストよりなるドライフィルムを貼り付け、フォトリソグラフィ技術を用いてドライフィルムにメタルピラー５０の形状に対応する貫通孔を形成する。使用するドライフィルムの厚みは、形成すべきメタルピラーの高さと同程度とする。そして、図１０（ｂ）に示すように、Ｃｕ電解メッキ法によりドライフルムの貫通孔内に銅を堆積し、メタルピラー５０を形成する。
【００６９】
メタルピラー５０を形成した後、メタルピラー５０の先端が半導体素子６，８を実装するための電極パッドとして機能するように、図１１に示すように絶縁性樹脂層５２から突出した部分にメッキ層５４を形成する。メッキ層５４は、メタルピラー５０の表面に接する部分をＮｉメッキ層からなるバリアメタル層とし、その上にハンダ接合性を改善するためのＰｄメッキ層あるいはＡｕメッキ層を形成した２層構造とすることが好ましい。Ｎｉメッキ層の上にＰｄメッキ層を形成し、その上にＡｕメッキ層を形成した３層構造としてもよい。
【００７０】
メッキ層５４を形成した後、図１０（ｃ）に示すようにドライフィルムを除去する。その後、図１０（ｄ）に示すように、メタルピラー５０の間に絶縁性樹脂を充填して絶縁性樹脂層５２を形成する。絶縁性樹脂の充填には、例えば液状のエポキシ樹脂を注入する方法や、トランスファモールドによりエポキシ樹脂を充填する方法を用いることができる。
【００７１】
上述のように形成された中継基板４Ａには、上述の第１実施例と同様な方法で、半導体素子６，８がフリップチップ実装され、且つパッケージ基板２に実装されて図９に示す半導体装置に組み込まれる。
【００７２】
以上のように、本実施例による中継基板４Ａは、絶縁樹脂層５２により剛性が増大されており、半導体装置の製造工程において中継基板４Ａが変形したり損傷したりすることを防止することができ、半導体装置の製造歩留まりを改善することができる。
【００７３】
次に、本発明の第５実施例について図１２を参照しながら説明する。図１２は本発明の第５実施例による半導体装置の断面である。図１２において、図９に示す構成部品と同じ部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００７４】
本実施例による半導体装置は、上述の第４実施例による半導体装置と同じ構成部品を用いているが、中継基板４Ａが上下逆に配置されている点が異なる。すなわち、中継基板４Ａのメタルピラー５０がパッケージ基板２の電極パッドに接続され、半導体素子６，８は第１の導電体層２２よりなる電極パッドに対して実装される。
【００７５】
本実施例による半導体装置の製造方法は、上述の第２実施例による半導体装置の製造方法において、中継基板４を中継基板４Ａに置き換えたものであり、詳細な説明は省略する。
【００７６】
上述の第４実施例と同様に、本実施例による中継基板４Ａは、絶縁樹脂層５２により剛性が増大されており、半導体装置の製造工程において中継基板４Ａが変形したり損傷したりすることを防止することができ、半導体装置の製造歩留まりを改善することができる。
【００７７】
次に、本発明の第６実施例について図１３を参照しながら説明する。図１３は本発明の第６実施例による半導体装置の断面図である。図１３において図１に示す構成部品と同等の部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００７８】
本実施例による半導体装置は、上述の第１実施例による半導体装置と基本的な構成は同じであるが、中継基板の４Ｂの構造が上述の中継基板４とは異なる。すなわち、本実施例における中継基板４Ｂは、図１３に示すように、電極パッドを構成する第４の導電体層４０の上に、さらに柱状金属部材としてマイクロピン６０を有している。そして、マイクロピン６０の間に絶縁性樹脂６２を充填して隣接したマイクロピン同士を絶縁し保持する。
【００７９】
マイクロピン６０の高さは、例えば１００μｍであり、絶縁性樹脂層６２の厚みは７０μｍ〜８０μｍである。絶縁性樹脂層６２の補強効果により、中継基板４Ｂは十分な剛性を有し、中継基板４Ｂの変形あるいは損傷を防止することができる。
【００８０】
マイクロピン６０は、図１４（ａ）に示すように、金ワイヤ等の金属ワイヤをワイヤボンディング法で第４の導電体層４０に接合し、中継基板の厚み方向に例えば１００μｍの長さ（高さ）となるように先端を切断することにより形成される。マイクロピン６０の各々は、互いに接触することのないように、第４の導電体層４０からほぼ垂直に延在するように設けられる。
【００８１】
マイクロピン６０が形成されると、マイクロピン６０の表面に無電解メッキ法によりＮｉメッキが施され、さらに金メッキが施される。Ｎｉメッキはバリアメタルとして機能し、金メッキはハンダ接合性を改善するために施される。次に、図１４（ｂ）に示すように、マイクロピン６０の間にエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂が充填され、絶縁性樹脂層６２が形成される。
【００８２】
上述のように形成された中継基板４Ｂには、上述の第１実施例と同様な方法で、半導体素子６，８がフリップチップ実装され、且つパッケージ基板２に実装されて図１３に示す半導体装置に組み込まれる。
【００８３】
以上のように、本実施例による中継基板４Ｂは、絶縁樹脂層６２により剛性が増大されており、半導体装置の製造工程において中継基板４Ｂが変形したり損傷したりすることを防止することができ、半導体装置の製造歩留まりを改善することができる。
【００８４】
次に、本発明の第７実施例について図１５を参照しながら説明する。図１５は本発明の第７実施例による半導体装置の断面である。図１５において、図１３に示す構成部品と同じ部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８５】
本実施例による半導体装置は、上述の第４実施例による半導体装置と同じ構成部品を用いているが、中継基板４Ａが上下逆に配置されている点が異なる。すなわち、中継基板４Ａのメタルピラー５０がパッケージ基板２の電極パッドに接続され、半導体素子６，８は第１の導電体層２２よりなる電極パッドに対して実装される。
【００８６】
本実施例による半導体装置の製造方法は、上述の第２実施例による半導体装置の製造方法において、中継基板４を中継基板４Ｂに置き換えたものであり、詳細な説明は省略する。
【００８７】
ただし、本実施例では、中継基板４Ｂに絶縁性樹脂層６２を設けていない。マイクロピン６０の各々は、それ自体で直立しており、間に絶縁性樹脂を充填しなくても変形して隣接したマイクロピン６０に接触するおそれはない。そこで、マイクロピン６０を介して、ベース基板２０上に形成された中継基板４Ｂをパッケージ基板２にハンダ実装した後に、アンダーフィル４６をマイクロピン６０の間に充填する。
【００８８】
また、絶縁性樹脂層６２を設けることとすれば、アンダーフィル４６が不要となることもあり得る。また、マイクロピンがバネ性を有するため、バンプと接合されていれば、バネ性により温度サイクル、衝撃等に耐えることができる。
【００８９】
上述の各実施例では、ベース基板２０としてシリコン基板を用いているが、他の材料からなる基板を用いることもできる。
【００９０】
例えば、ベース基板２０としてサファイヤ基板を用いた場合、レーザ光の照射によりベース基板２０中継基板から分離することができる。すなわち、サファイヤ基板の上に薄い有機膜を形成しその上に中継基板を形成する。そして、サファイヤ基板にレーザ光を照射して有機膜を蒸発させることにより、サファイヤ基板を中継基板から分離する。
【００９１】
また、ベース基板２０を銅又は銅合金により形成した場合、ベース基板２０のみをエッチング液に浸漬することにより銅又は銅合金を溶解してベース基板２０を除去することができる。この場合、半導体装置の構成部品のうち、配線層や回路素子及びパッケージ基板等に銅が露出した部分がないように、予め樹脂コーティングを施したりすることが望ましい。
【００９２】
さらに、ベース基板を分離する方法として、ベース基板２０上に予め水溶性の剥離層を形成しておき、その上に中継基板を形成する方法がある。水溶性の剥離層の材料として、臭化カリウムＫＢｒを用いることができる。ベース基板２０に形成された水溶性の剥離層の上に中継基板を形成し、中継基板とベース基板２０とを水に浸漬することにより、水溶性の剥離層を溶解してベース基板２０を中継基板から分離する。
【００９３】
また、ベース基板２０自体を臭化カリウムＫＢｒのような水溶性材料により形成することにより、ベース基板２０を水に溶解して除去することもできる。
【００９４】
また、ベース基板と中継基板（配線層）を容易に剥離するために、窒化アルミニウム等のセラミック板上に銅（Ｃｕ）スパッタ膜を形成し、このＣｕスパッタ膜上にフォトリソグラフィにより配線層等を形成して中継基板を形成することもできる。Ｃｕスパッタ層とセラミック板の密着は悪いため、セラミック板とＣｕスパッタ膜はセラミック板から容易に剥離する。Ｃｕスパッタ膜を含む中継基板をセラミック板から剥離した後に、Ｃｕスパッタ膜をエッチングにより除去し、パッケージ基板や半導体層素子と接合するための電極を露出させる。中継基板の形成方法は上述の実施例と同様であり、その詳細な説明は省略する。
【００９５】
以上のように、本明細書は以下の発明を開示する。
【００９６】
（付記１）半導体装置の製造方法であって、
中継基板をベース基板上に形成する中継基板形成工程と、
前記ベース基板上に形成された状態の前記中継基板の前記ベース基板とは反対側の面に少なくとも一つの半導体素子を実装する半導体素子実装工程と、
前記ベース基板を前記中継基板から分離し、前記中継基板の他方の面を露出させるベース基板分離工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００９７】
（付記２）付記１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半導体素子実装工程は、前記中継基板と前記半導体素子との間にアンダーフィルを充填する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００９８】
（付記３）半導体装置の製造方法であって、
受動素子を内蔵した中継基板をベース基板上に形成する中継基板形成工程と、
前記ベース基板上に形成された状態の前記中継基板を、前記ベース基板とは反対側の面に露出した電極パッドを介してパッケージ基板に実装する中継基板実装工程と、
前記ベース基板を前記中継基板から分離し、前記中継基板の他方の面を露出させるベース基板分離工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００９９】
（付記４）付記３記載の半導体装置の製造方法であって、
前記中継基板実装工程は、前記中継基板と前記パッケージ基板との間にアンダーフィルを充填する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１００】
（付記５）付記１乃至４のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ベース基板はシリコンウェハよりなり、複数の前記中継基板を該シリコンウェハ上に一体的に形成し、前記ベース基板除去工程の後に前記中継基板を個片化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１０１】
（付記６）半導体装置の製造方法であって、
受動素子を内蔵した中継基板をベース基板上に形成する中継基板形成工程と、
前記ベース基板を前記中継基板から分離するベース基板分離工程と、
前記中継基板の一方の面に形成された電極パッドに対して少なくとも一つの半導体素子を実装する半導体素子実装工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１０２】
（付記７）付記１乃至６のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記中継基板形成工程は、前記ベース基板とは反対側に形成される中継基板の電極パッド上に柱状金属を形成する工程と、該柱状金属の間に絶縁性樹脂を充填する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１０３】
（付記８）付記１乃至７のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ベース基板はシリコンよりなり、
前記ベース基板分離工程は、シリコンをエッチングして除去する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１０４】
（付記９）付記１，２，３，４，６，７のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ベース基板は、前記中継基板が形成される面に薄有機膜を有するサファイヤ基板よりなり
前記ベース基板分離工程は、前記サファイヤ基板を介して前記薄有機膜にレーザ光を照射して前記薄有機膜を蒸発させる工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１０５】
（付記１０）付記１，２，３，４，６，７のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ベース基板は銅又は銅合金よりなり、
前記ベース基板分離工程は、ベース基板をエッチングしてベース基板のみ溶解する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１０６】
（付記１１）付記１，２，３，４，６，７のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ベース基板は、前記中継基板が形成される面に水溶性の剥離層を有し、
前記ベース基板分離工程は、ベース基板を水に浸漬して前記剥離層を水に溶解する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１０７】
（付記１２）付記１１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記水溶性の剥離層は、臭化カリウム（ＫＢｒ）よりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１０８】
（付記１３）付記１，２，３，４，６，７のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ベース基板は水溶性基板よりなり、
前記ベース基板分離工程は、ベース基板を水に浸漬して前記剥離層を水に溶解する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１０９】
（付記１４）付記１３記載の半導体装置の製造方法であって、
前記水溶性基板は、臭化カリウム（ＫＢｒ）よりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１１０】
（付記１５）付記７記載の半導体装置の製造方法であって、
前記柱状金属部材を形成する工程は、銅メッキ法により銅を前記電極パッド上に柱状に堆積する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１１１】
（付記１６）付記７記載の半導体装置の製造方法であって、
前記柱状金属部材を形成する工程は、金ワイヤをワイヤボンディング法により前記電極パッドに接合する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１１２】
（付記１７）受動素子を内蔵した中継基板であって、
表面及び裏面のいずれか一方に形成された電極パッド上に形成され、前記中継基板の厚み方向に所定の長さだけ延在する柱状金属部材と、
該柱状金属部材の間に充填された絶縁性樹脂よりなる絶縁性樹脂層と
を有することを特徴とする中継基板。
【０１１３】
（付記１８）付記１７記載の中継基板であって、
前記柱状金属部材は柱状に堆積した銅メッキ層よりなることを特徴とする中継基板。
【０１１４】
（付記１９）付記１７記載の中継基板であって、
前記柱状金属部材は金ワイヤよりなり、前記電極パッドにワイヤボンディング法により接合されていることを特徴とする中継基板。
【０１１５】
（付記２０） 受動素子を内蔵した中継基板の製造方法であって、
セラミック板上に銅スパッタ膜を形成する工程と、
受動素子を内蔵した中継基板を該銅スパッタ膜上に形成する中継基板形成工程と、
前記セラミック板を前記銅スパッタ膜から剥離して分離するベース基板分離工程と、
前記銅スパッタ膜をエッチングにより除去して前記中継基板の電極を露出させる工程と
を有することを特徴とする中継基板の製造方法。
【発明の効果】
【０１１６】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
【０１１７】
請求項１記載の発明によれば、薄膜多層に半導体素子が実装されるまで薄膜多層基板はベース基板に固定されており、薄膜多層基板はベース基板により補強されている。また、ベース基板を除去した後でも、半導体素子が実装されているため、半導体素子が補強の機能を果たす。したがって、薄膜多層基板は単体で扱われることはなく常に補強された状態であるので、薄膜多層基板の変形及び損傷を防止することができる。また、複数の薄膜多層基板を一体的に扱うことができ、半導体製造工程の簡略化を図ることができる。
【０１１８】
請求項２記載の発明によれば、アンダーフィルにより薄膜多層基板は更に補強される。
【０１１９】
請求項３記載の発明によれば、補強された薄膜多層基板を容易にパッケージ基板に実装することができる。
【０１２０】
請求項４記載の発明によれば、薄膜多層基板がパッケージ基板に実装されるまで薄膜多層基板はベース基板に固定されており、薄膜多層基板はベース基板により補強されている。また、ベース基板を除去した後でも、パッケージ基板に実装されているため、パッケージ基板が補強の機能を果たす。したがって、薄膜多層基板は単体で扱われることはなく常に補強された状態であるので、薄膜多層基板の変形及び損傷を防止することができる。また、複数の薄膜多層基板を一体的に扱うことができ、半導体製造工程の簡略化を図ることができる。
【０１２１】
請求項５記載の発明によれば、アンダーフィルにより薄膜多層基板は更に補強される。
【０１２２】
請求項６記載の発明によれば、半導体素子を容易に薄膜多層基板に実装することができる。
【０１２３】
請求項７記載の発明によれば、薄膜多層基板のいずれの面側からでも実装工程を始めることができ、半導体製造工程の自由度が増す。また、複数の薄膜多層基板を一体的に扱うことができ、半導体製造工程の簡略化を図ることができる。
【０１２４】
請求項８記載の発明によれば、薄膜多層基板を容易にパッケージ基板に実装することができる。
【０１２５】
請求項９記載の発明によれば、薄膜多層基板に受動素子を内蔵した半導体装置を容易に形成することができる。
【０１２６】
請求項１０記載の発明によれば、絶縁性樹脂により薄膜多層基板が補強され、薄膜多層基板の変形や損傷を防止することができる。
【０１２７】
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の第１実施例による半導体装置の断面図である。
【図２】中継基板の構成および製造工程を説明するための断面図である。
【図３】図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図４】図１に示す半導体装置の製造工程のフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施例による半導体装置の断面図である。
【図６】図５に示す半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図７】図５に示す半導体装置の製造工程のフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施例による半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の第４実施例による半導体装置の断面図である。
【図１０】図９に示す中継基板の製造工程を説明するための断面図である。
【図１１】図９において点線により囲まれた部分を拡大して示す図である。
【図１２】本発明の第５実施例による半導体装置の断面である。
【図１３】本発明の第６実施例による半導体装置の断面図である。
【図１４】図１３に示す中継基板の製造工程を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の第７実施例による半導体装置の断面である。
【符号の説明】
【０１２９】
２ パッケージ基板
４，４Ａ，４Ｂ 中継基板
６ 第１の半導体素子
８ 第２の半導体素子
１０ ヒートスプレッダ
１２ 接着剤
１４ ハンダバンプ
１６ ハンダボール
１８ 内蔵キャパシタ
２０ ベース基板
２２ 第１の導電体層
２４ 第１の絶縁層
２６ 第１のビア
２８ 第２の導電体層
３０ 第２の絶縁層
３２ 第３の導電体層
３４ 第２のビア
３６ 第３の絶縁層
３８ 第３のビア
４０ 第４の導電体層
４４，４６ アンダーフィル
５０ メタルピラー
５２，６２ 絶縁性樹脂層
５４ メッキ層
６０ マイクロピン

Claims (10)

  1. 半導体装置の製造方法であって、
    薄膜多層基板をベース基板上に形成する薄膜多層基板形成工程と、
    前記ベース基板上に形成された状態の前記薄膜多層基板の前記ベース基板とは反対側の面に少なくとも一つの半導体素子を実装する半導体素子実装工程と、
    前記ベース基板を前記薄膜多層基板から分離し、前記薄膜多層基板の他方の面を露出させるベース基板分離工程と
    を有し、
    前記ベース基板はシリコンウェハよりなり、複数の前記薄膜多層基板を該シリコンウェハ上に一体的に形成し、前記ベース基板分離工程の後に前記薄膜多層基板を個片化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であって、
    前記半導体素子実装工程は、前記薄膜多層基板と前記半導体素子との間にアンダーフィルを充填する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記薄膜多層基板の他方の面に露出した電極パッドを介して前記薄膜多層基板をパッケージ基板に実装する薄膜多層基板実装工程を更に有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 半導体装置の製造方法であって、
    薄膜多層基板をベース基板上に形成する薄膜多層基板形成工程と、
    前記ベース基板上に形成された状態の前記薄膜多層基板を、前記ベース基板とは反対側の面に露出した電極パッドを介してパッケージ基板に実装する薄膜多層基板実装工程と、
    前記ベース基板を前記薄膜多層基板から分離し、前記薄膜多層基板の他方の面を露出させるベース基板分離工程と
    を有し、
    前記ベース基板はシリコンウェハよりなり、複数の前記薄膜多層基板を該シリコンウェハ上に一体的に形成し、前記ベース基板分離工程の後に前記薄膜多層基板を個片化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 請求項４記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記薄膜多層基板実装工程は、前記薄膜多層基板と前記パッケージ基板との間にアンダーフィルを充填する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 請求項４記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記薄膜多層基板の他方の面に露出した電極パッドを介して少なくとも一つの半導体素子を前記薄膜多層基板に実装する半導体素子実装工程を更に有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 半導体装置の製造方法であって、
    薄膜多層基板をベース基板上に形成する薄膜多層基板形成工程と、
    前記ベース基板を前記薄膜多層基板から分離するベース基板分離工程と、
    前記薄膜多層基板の一方の面に形成された電極パッドに対して少なくとも一つの半導体素子を実装する半導体素子実装工程と
    を有し、
    前記ベース基板はシリコンウェハよりなり、複数の前記薄膜多層基板を該シリコンウェハ上に一体的に形成し、前記ベース基板分離工程の後に前記薄膜多層基板を個片化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 請求項７記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記薄膜多層基板の他方の面に形成された電極パッドを介して前記薄膜多層基板をパッケージ基板に実装する薄膜多層基板実装工程を更に有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  9. 請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記薄膜多層基板形成工程は、受動素子を内蔵した薄膜多層基板を前記ベース基板上に形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  10. 請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記薄膜多層基板形成工程は、前記ベース基板とは反対側に形成される薄膜多層基板の電極パッド上に柱状金属部材を形成する工程と、該柱状金属部材の間に絶縁性樹脂を充填する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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