JP3955059B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は半導体装置およびその製造方法に関する。
従来の半導体装置には、半導体チップのサイズ外にも接続端子としての半田ボールを備えるため、上面に複数の接続パッドを有する半導体チップをベース板の上面に設け、半導体チップの周囲におけるベース板の上面に絶縁層を設け、半導体チップおよび絶縁層の上面に上層絶縁膜を設け、上層絶縁膜の上面に上層配線を半導体チップの接続パッドに接続させて設け、上層配線の接続パッド部を除く部分を最上層絶縁膜で覆い、上層配線の接続パッド部上に半田ボールを設けたものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−298005号公報
上記従来の半導体装置を製造する場合、生産性を高めるために、完成された半導体装置を複数個形成することが可能な面積を有するベース板の上面に複数の半導体チップを相互に離間させて配置し、各半導体チップの周囲におけるベース板の上面に絶縁層を形成し、半導体チップおよび絶縁層の上面に上層絶縁膜を形成し、上層絶縁膜の上面に上層配線を半導体チップの接続パッドに接続させて形成し、上層配線の接続パッド部を除く部分を最上層絶縁膜で覆い、上層配線の接続パッド部上に半田ボールを形成し、半導体チップ間におけるベース板、絶縁層、上層絶縁膜および最上層絶縁膜を切断して、上記従来の半導体装置を複数個得ている。
ところで、上記従来の半導体装置の製造方法では、各半導体チップの周囲におけるベース板の上面に絶縁層を形成するとき、エポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等の未硬化樹脂からなる絶縁層形成用層を加熱により硬化収縮させて絶縁層を形成するため、ベース板が大きく反ってしまい、それ以後の工程への搬送やそれ以後の工程での加工精度に支障を来すという問題があった。ちなみに、完成された半導体装置を複数個形成することが可能な面積を有するベース板のサイズが300mm×250mmである場合、ベース板の反り量が13〜15mmとかなり大きくなってしまう。
そこで、この発明は、ベース板の反りを低減することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本願発明の半導体装置は、半導体構成体およびその周囲に設けられた絶縁層の一面にベース板を、他面にハードシートを設け、該ハードシートの少なくとも上面にグラウンド層または電源層を設けたことを特徴とするものである。ベース板とハードシートは実質的に同じ材料からなるものが望ましく、あるいは、ベース板とハードシートは同じ程度の厚さとすることが望ましい。また、上記目的を達成するため、本願発明の半導体装置の製造方法は、ベース板上に半導体構成体を配置するとともにその周囲に半硬化または液状の絶縁層形成用層を配置し、この上にハードシートを配置して加熱加圧により絶縁層形成用層を本硬化して絶縁層を形成するとともに該絶縁層の上面にハードシートを固着することを特徴とするものである。
この発明によれば、半導体構成体および絶縁層の一面側にベース板が配置され、他面側にハードシートが配置されており、厚さ方向の上下に最初からシート状部材が配置されているため、ベース板の反りを低減することができる。特に、加熱加圧により絶縁層形成用層を本硬化して絶縁層にする場合にも、ベ絶縁層形成用層が厚さ方向にほぼ対称的に硬化収縮するので、この工程における反り低減には著しい効果を奏するものである。
(第1実施形態)
図1はこの発明の第1実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は平面方形状のベース板1を備えている。ベース板1は、例えば、通常、プリント基板用として用いられる材料であればよく、一例を挙げれば、ガラス布、ガラス繊維、アラミド繊維等の無機材料からなる基材にエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、BT(ビスマレイミド・トリアジン)樹脂等からなる熱硬化性樹脂を含浸させたもの、あるいは、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂のみからなっている。
ベース板1の上面には、ベース板1のサイズよりもある程度小さいサイズの平面方形状の半導体構成体2の下面がダイボンド材からなる接着層3を介して接着されている。この場合、半導体構成体2は、後述する配線11、柱状電極12、封止膜13を有しており、一般的にはCSP(chip size package)と呼ばれるものであり、特に、後述の如く、シリコンウエハ上に配線11、柱状電極12、封止膜13を形成した後、ダイシングにより個々の半導体構成体2を得る方法を採用しているため、特に、ウエハレベルCSP(W−CSP)とも言われている。以下に、半導体構成体2の構成について説明する。
半導体構成体2はシリコン基板(半導体基板)4を備えている。シリコン基板4の下面は接着層3を介してベース板1の上面に接着されている。シリコン基板4の上面には所定の機能の集積回路(図示せず)が設けられ、上面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド5が集積回路に接続されて設けられている。接続パッド5の中央部を除くシリコン基板4の上面には酸化シリコン等からなる絶縁膜6が設けられ、接続パッド5の中央部は絶縁膜6に設けられた開口部7を介して露出されている。
絶縁膜6の上面にはエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる保護膜8が設けられている。この場合、絶縁膜6の開口部7に対応する部分における保護膜8には開口部9が設けられている。保護膜8の上面には銅等からなる下地金属層10が設けられている。下地金属層10の上面全体には銅からなる配線11が設けられている。下地金属層10を含む配線11の一端部は、両開口部7、9を介して接続パッド5に接続されている。
配線11の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極(外部接続用電極)12が設けられている。配線11を含む保護膜8の上面にはエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる封止膜13がその上面が柱状電極12の上面と面一となるように設けられている。このように、W−CSPと呼ばれる半導体構成体2は、シリコン基板4、接続パッド5、絶縁膜6を含み、さらに、保護膜8、配線11、柱状電極12、封止膜13を含んで構成されている。
半導体構成体2の周囲におけるベース板1の上面には方形枠状の絶縁層14が設けられている。絶縁層14は、通常、プリプレグ材と言われるもので、例えば、ガラス布、ガラス繊維、アラミド繊維等の無機材料からなる基材にエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、BT樹脂等からなる熱硬化性樹脂を含浸させたものからなっている。絶縁層14の上面周辺部には方形枠状のハードシート15が埋め込まれている。ハードシート15は、ベース板1と同じ材料同じ厚さのものからなっている。そして、絶縁層14およびハードシート15の上面は、半導体構成体2の上面とほぼ面一となっている。
半導体構成体2、絶縁層14およびハードシート15の上面には上層絶縁膜16がその上面を平坦とされて設けられている。上層絶縁膜16は、ビルドアップ基板に用いられる、通常、ビルドアップ材と言われるもので、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、BT樹脂等からなる熱硬化性樹脂中に繊維やフィラー等からなる補強材を分散させたものからなっている。この場合、繊維は、ガラス繊維やアラミド繊維等である。フィラーは、シリカフィラーやセラミックス系フィラー等である。
柱状電極12の上面中央部に対応する部分における上層絶縁膜16には開口部17が設けられている。上層絶縁膜16の上面には銅等からなる上層下地金属層18が設けられている。上層下地金属層18の上面全体には銅からなる上層配線(配線)19が設けられている。上層下地金属層18を含む上層配線19の一端部は、上層絶縁膜16の開口部17を介して柱状電極12の上面に接続されている。
上層配線19を含む上層絶縁膜16の上面にはソルダーレジスト等からなる最上層絶縁膜20が設けられている。上層配線19の接続パッド部に対応する部分における最上層絶縁膜20には開口部21が設けられている。開口部21内およびその上方には半田ボール22が上層配線19の接続パッド部に接続されて設けられている。複数の半田ボール22は、最上層絶縁膜20上にマトリクス状に配置されている。
ベース板1の下面には上層絶縁膜16と同じ材料からなる下層絶縁膜23が設けられている。下層絶縁膜23の下面には最上層絶縁膜20と同じ材料からなる最下層絶縁膜24が設けられている。
ところで、ベース板1のサイズを半導体構成体2のサイズよりもある程度大きくしているのは、シリコン基板4上の接続パッド5の数の増加に応じて、半田ボール22の配置領域を半導体構成体2のサイズよりもある程度大きくし、これにより、上層配線19の接続パッド部(最上層絶縁膜20の開口部21内の部分)のサイズおよびピッチを柱状電極12のサイズおよびピッチよりも大きくするためである。
このため、マトリクス状に配置された上層配線19の接続パッド部は、半導体構成体2に対応する領域のみでなく、半導体構成体2の周側面の外側に設けられた絶縁層14に対応する領域上にも配置されている。つまり、マトリクス状に配置された半田ボール22のうち、少なくとも最外周の半田ボール22は半導体構成体2よりも外側に位置する周囲に配置されている。
次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明するに、まず、半導体構成体2の製造方法の一例について説明する。この場合、まず、図2に示すように、ウエハ状態のシリコン基板(半導体基板)4上にアルミニウム系金属等からなる接続パッド5、酸化シリコン等からなる絶縁膜6およびエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる保護膜8が設けられ、接続パッド5の中央部が絶縁膜6および保護膜8に形成された開口部7、9を介して露出されたものを用意する。上記において、ウエハ状態のシリコン基板4には、各半導体構成体が形成される領域に所定の機能の集積回路が形成され、接続パッド5は、それぞれ、対応する領域に形成された集積回路に電気的に接続されている。
次に、図3に示すように、両開口部7、9を介して露出された接続パッド5の上面を含む保護膜8の上面全体に下地金属層10を形成する。この場合、下地金属層10は、無電解メッキにより形成された銅層のみであってもよく、またスパッタにより形成された銅層のみであってもよく、さらにスパッタにより形成されたチタン等の薄膜層上にスパッタにより銅層を形成したものであってもよい。
次に、下地金属層10の上面にメッキレジスト膜31をパターン形成する。この場合、配線11形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜31には開口部32が形成されている。次に、下地金属層10をメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜31の開口部32内の下地金属層10の上面に配線11を形成する。次に、メッキレジスト膜31を剥離する。
次に、図4に示すように、配線11を含む下地金属層10の上面にメッキレジスト膜33をパターン形成する。この場合、柱状電極12形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜33には開口部34が形成されている。次に、下地金属層10をメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜33の開口部34内の配線11の接続パッド部上面に柱状電極12を形成する。次に、メッキレジスト膜33を剥離し、次いで、配線11をマスクとして下地金属層10の不要な部分をエッチングして除去すると、図5に示すように、配線11下にのみ下地金属層10が残存される。
次に、図6に示すように、スクリーン印刷法、スピンコーティング法、ダイコート法等により、柱状電極12および配線11を含む保護膜8の上面全体にエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる封止膜13をその厚さが柱状電極12の高さよりも厚くなるように形成する。したがって、この状態では、柱状電極12の上面は封止膜13によって覆われている。
次に、封止膜13および柱状電極12の上面側を適宜に研磨し、図7に示すように、柱状電極12の上面を露出させ、且つ、この露出された柱状電極12の上面を含む封止膜13の上面を平坦化する。ここで、柱状電極12の上面側を適宜に研磨するのは、電解メッキにより形成される柱状電極12の高さにばらつきがあるため、このばらつきを解消して、柱状電極12の高さを均一にするためである。
次に、図8に示すように、シリコン基板4の下面全体に接着層3を接着する。接着層3は、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等のダイボンド材からなるものであり、加熱加圧により、半硬化した状態でシリコン基板4に固着する。次に、シリコン基板4に固着された接着層3をダイシングテープ(図示せず)に貼り付け、図9に示すダイシング工程を経た後に、ダイシングテープから剥がすと、図1に示すように、シリコン基板4の下面に接着層3を有する半導体構成体2が複数個得られる。
このようにして得られた半導体構成体2では、シリコン基板4の下面に接着層3を有するため、ダイシング工程後に各半導体構成体2のシリコン基板4の下面にそれぞれ接着層を設けるといった極めて面倒な作業が不要となる。なお、ダイシング工程後にダイシングテープから剥がす作業は、ダイシング工程後に各半導体構成体2のシリコン基板4の下面にそれぞれ接着層を設ける作業に比べれば、極めて簡単である。
次に、このようにして得られた半導体構成体2を用いて、図1に示す半導体装置を製造する場合の一例について説明する。まず、図10に示すように、図1に示す完成された半導体装置を複数個形成することが可能な面積を有するベース板1を用意する。ベース板1は、限定する意味ではないが、例えば、平面方形状である。ベース板1は、ガラス布等からなる基材にエポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂を硬化させてシート状となしたものである。
次に、ベース板1の上面の所定の複数箇所にそれぞれ半導体構成体2のシリコン基板4の下面に接着された接着層3を接着する。ここでの接着は、加熱加圧により、接着層3を本硬化させる。次に、半導体構成体2の周囲におけるベース板1の上面に、格子状の2枚の絶縁層形成用シート(絶縁層形成用層)14a、14bおよび同じく格子状の1枚のハードシート15をピン等で位置決めしながら積層して配置する。なお、2枚の絶縁層形成用シート14a、14bおよび1枚のハードシート15を積層して配置した後に、半導体構成体2を配置するようにしてもよい。
格子状の絶縁層形成用シート14a、14bは、ガラス布等からなる基材にエポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態(Bステージ)にしてシート状となしたプリプレグ材に、パンチング、あるいは、ドリルまたはルーター加工等により、複数の方形状の開口部35を形成することにより得られる。格子状のハードシート15は、ベース板1と同じ材料同じ厚さのものからなっているが、そのうちの熱硬化性樹脂を硬化させてシート状となしたものに、パンチング、あるいは、ドリルまたはルーター加工等により、複数の方形状の開口部36を形成することにより得られる。
この場合、開口部35、36のサイズは半導体構成体2のサイズよりもやや大きくなっている。このため、絶縁層形成用シート14a、14bおよびハードシート15と半導体構成体2との間には隙間37が形成されている。また、絶縁層形成用シート14a、14bおよびハードシート15の合計厚さは、半導体構成体2の厚さよりもある程度厚く、後述の如く、加熱加圧されたときに、絶縁層形成用シート14a、14b中の熱硬化性樹脂によって隙間37を十分に埋めることができる程度の厚さとなっている。
ここで、絶縁層形成用シート14a、14bとして、厚さが同じものを用いているが、厚さが異なるものを用いてもよい。また、絶縁層形成用シートは、上記の如く、2層であってもよいが、1層または3層以上であってもよい。要は、絶縁層形成用シートの上面に、ベース板1と同じ材料からなり、つまり、ベース板1の熱膨張係数と同じ熱膨張係数を有し、且つ、厚さがベース板1の厚さと同じであるハードシート15が配置されていればよい。
次に、図11に示すように、一対の加熱加圧板38、39を用いて上下から絶縁層形成用シート14a、14bおよびハードシート15を加熱加圧する。すると、絶縁層形成用シート14a、14b中の溶融された熱硬化性樹脂が押し出されて、図10に示す隙間37に充填され、その後の冷却により、各半導体構成体2の周囲におけるベース板1の上面に絶縁層14が形成される。
一方、ハードシート15は、そのうちの熱硬化性樹脂が予め硬化されているため、加熱加圧されても変形せず、絶縁層14の上面の所定の領域(例えば、図10に示す隙間37を除く領域)に埋め込まれる。そして、この状態では、絶縁層14およびハードシート15の上面は、半導体構成体1の上面とほぼ面一となる。次に、必要に応じて、図10に示す隙間37から突出された余分の熱硬化性樹脂をバフ研磨等により除去する。なお、ハードシート15は、必ずしもその上面が絶縁層14の面一となるように埋め込む必要はなく、また、半導体構成体1の上面とも面一にする必要もない。
ところで、図10に示すように、ベース板1の上面に配置された絶縁層形成用シート14a、14bは、半硬化状態から溶融し硬化状態とされるため、冷却されて本硬化する過程で収縮する。このため、ハードシート15が絶縁層形成用シート14a、14b上に配置されていない場合には、ベース板1に大きな反りが生じる。しかるに、この第1実施形態では、ベース板1の上面に配置された絶縁層形成用シート14a、14bの上面に、ハードシート15が配置されており、ベース板1とハードシート15は予め硬化されており、つまり、最初からシート状部材であるので、加熱加圧されても収縮が発生しない。
しかも、ベース板1とハードシート15とは同じ材料からなり、つまり、同じ熱膨張係数を有し、且つ、同じ厚さとされ、この部分における厚さ方向の材料構成が対称的となっているので、絶縁層形成用シート14a、14bによる収縮に起因する応力はベース板1とハードシート15において同一となる。この結果、ベース板1に発生する反りが無くなり、あるいは低減され、それ以後の工程への搬送やそれ以後の工程での加工精度に支障を来しにくいようにすることができる。
なお、ベース板1およびハードシート15の材料を絶縁層形成用シート14a、14bと同一の材料とした場合にも、上述の作用により、ベース板1の反りを無くしあるいは低減することができる。この場合、半硬化状態とされ加熱により溶融される材料は予め硬化されている材料中に移動することは無いので、冷却して本硬化された状態では、ベース板1と絶縁層形成用シート14aとの境界、およびハードシート15と絶縁層形成用シート14bとの境界は、明瞭に残存する。
さらに、ハードシート15を用いない場合には、絶縁層形成用シート14a、14bの合計厚さをハードシート15の体積に相当する分だけ厚くする必要がある。この結果、絶縁層形成用シート14a、14bの上面が半導体構成体2の上面よりもある程度高い位置に位置し、半導体構成体2の上面に回り込む溶融樹脂の量が多くなってしまう。また、絶縁層形成用シート14a、14b中の熱硬化性樹脂が溶融すると、これに加わる圧力が不均一になり、溶融樹脂が流動し、上記問題が助長される。
これに対し、ハードシート15を用いる場合には、絶縁層形成用シート14a、14bの合計厚さをハードシート15の体積に相当する分だけ薄くすることができ、また、ハードシート15に圧力が均一に加わるため、絶縁層形成用シート14a、14b中の熱硬化性樹脂が溶融しても、これに加わる圧力を均一にすることができ、さらに、絶縁層形成用シート14a、14b中の熱硬化性樹脂が溶融しても、これをハードシート15によって押さえ付けて溶融樹脂の流動を抑制することができ、ひいては、半導体構成体2の上面に回り込む溶融樹脂の量をかなり少なくすることができる。
次に、図12に示すように、半導体構成体2、絶縁層14およびハードシート15の上面に上層絶縁膜形成用シート16aを配置するとともに、ベース板1の下面に下層絶縁膜形成用シート23aを配置する。この場合、上層絶縁膜形成用シート16aおよび下層絶縁膜形成用シート23aは、限定する意味ではないが、シート状のビルドアップ材が好ましく、このビルドアップ材としては、当初、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂中にシリカフィラーを混入させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態にしたものがある。
次に、図示しない一対の加熱加圧板を用いて上下から上層絶縁膜形成用シート16aおよび下層絶縁膜形成用シート23aを加熱加圧すると、半導体構成体2、絶縁層14およびハードシート15の上面に上層絶縁膜16が形成されるとともに、ベース板1の下面に下層絶縁膜23が形成される。
この場合、上層絶縁膜形成用シート16aと下層絶縁膜形成用シート23aとは同じ材料であり、したがって、その熱膨張係数は同じであり、そして、その厚さが同じであると、絶縁層14の部分における厚さ方向の材料構成が対称的となる。この結果、加熱加圧により、上層絶縁膜形成用シート16aおよび下層絶縁膜形成用シート23aが厚さ方向に対称的に硬化収縮し、ひいては、ベース板1に発生する反りが低減され、それ以後の工程への搬送やそれ以後の工程での加工精度に支障を来しにくいようにすることができる。
また、上層絶縁膜16の上面は、上側の加熱加圧板38の下面によって押さえ付けられるため、平坦面となる。また、下層絶縁膜23の上面は、下側の加熱加圧板39の上面によって押さえ付けられるため、平坦面となる。したがって、上層絶縁膜16の上面および下層絶縁膜23の下面を平坦化するための研磨工程は不要である。
なお、上層絶縁膜形成用シート16aおよび下層絶縁膜形成用シート23aとして、ガラス布等からなる基材にエポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態にしてシート状となしたプリプレグ材、または、シリカフィラーが混入されない半硬化状態の熱硬化性樹脂のみからなるシート材を用いることもできる。
次に、図13に示すように、レーザビームを照射するレーザ加工により、柱状電極12の上面中央部に対応する部分における上層絶縁膜16に開口部17を形成する。次に、必要に応じて、開口部17内等に発生したエポキシスミア等をデスミア処理により除去する。
次に、図14に示すように、開口部17を介して露出された柱状電極12の上面を含む上層絶縁膜16の上面全体に、銅の無電解メッキ等により、上層下地金属層18を形成する。次に、上層下地金属層18の上面にメッキレジスト膜41をパターン形成する。この場合、上層配線19形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜41には開口部42が形成されている。
次に、下地金属層19をメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜41の開口部42内の上層下地金属層18の上面に上層配線19を形成する。次に、メッキレジスト膜41を剥離し、次いで、上層配線19をマスクとして上層下地金属層18の不要な部分をエッチングして除去すると、図15に示すように、上層配線19下にのみ上層下地金属層18が残存される。
次に、図16に示すように、スクリーン印刷法やスピンコーティング法等により、上層配線19を含む第2の上層絶縁膜20の上面にソルダーレジスト膜20aを形成するとともに、下層絶縁膜23の下面にソルダーレジスト膜24aを形成し、次いで、加熱すると、上層配線19を含む第2の上層絶縁膜20の上面に最上層絶縁膜20が形成されるとともに、下層絶縁膜23の下面に最下層絶縁膜24が形成される。
この場合、最上層絶縁膜20および最下層絶縁膜24を形成するための各ソルダーレジスト膜20a、24aは同じ材料であり、したがって、その熱膨張係数は同じであり、そして、その厚さが同じであると、絶縁層14の部分における厚さ方向の材料構成が対称的となる。この結果、最上層絶縁膜20および最下層絶縁膜23を形成するための各ソルダーレジスト膜20a、24aが厚さ方向に対称的に硬化収縮し、ひいては、ベース板1に発生する反りが低減され、それ以後の工程への搬送やそれ以後の工程での加工精度に支障を来しにくいようにすることができる。
次に、上層配線19の接続パッド部に対応する部分における最上層絶縁膜20に、フォトリソグラフィ法により開口部21を形成する。次に、開口部21内およびその上方に半田ボール22を上層配線19の接続パッド部に接続させて形成する。
次に、図17に示すように、互いに隣接する半導体構成体2間において、最上層絶縁膜20、上層絶縁膜16、ハードシート15、絶縁層14、ベース板1、下層絶縁膜23および最下層絶縁膜24を切断すると、図1に示す半導体装置が複数個得られる。
このようにして得られた半導体装置では、絶縁層14の上下にベース板1と同じ材料で同じ厚さのハードシート15およびベース板1が設けられ、その上下に上層絶縁膜16および該上層絶縁膜16と同じ材料でほぼ同じ厚さの下地絶縁膜23が設けられ、その上下に最上層絶縁膜20および該最上層絶縁膜20と同じ材料でほぼ同じ厚さの最下地絶縁膜24が設けられているので、この部分における厚さ方向の材料構成がほぼ対称的となり、したがって、全体として反りにくい構造とすることができる。
ところで、上記製造方法では、ベース板1上に複数の半導体構成体2を接着層3を介して配置し、複数の半導体構成体2に対して、上層配線19および半田ボール22の形成を一括して行い、その後に分断して複数個の半導体装置を得ているので、製造工程を簡略化することができる。また、図11に示す製造工程以降では、ベース板1と共に複数の半導体構成体2を搬送することができるので、これによっても製造工程を簡略化することができる。
(第2実施形態)
図18はこの発明の第2実施形態を説明するための所定の工程の断面図を示す。まず、上記第1実施形態では、図10に示す工程後に、図11に示すように、絶縁層14およびハードシート15を形成し、次いで、図12に示すように、上層絶縁膜16および下層絶縁膜23を形成している。
これに対し、この発明の第2実施形態では、図10に示す工程後に、図18に示すように、ハードシート15の上面に上層絶縁膜形成用シート16aを配置するとともに、ベース板1の下面に下層絶縁膜形成用シート23aを配置し、次いで、一対の加熱加圧板を用いて上下から加熱加圧して、例えば、図12に示すように、絶縁層14、ハードシート15、上層絶縁膜16および下層絶縁膜23を同時に形成する。したがって、この実施形態では、上記第1実施形態と比較して、加熱加圧工程数を少なくすることができる。
ところで、上述の如く、ハードシート15を用いると、半導体構成体2の上面に回り込む溶融樹脂の量をかなり少なくすることができる。したがって、絶縁層14、ハードシート15、上層絶縁膜16および下層絶縁膜23を同時に形成する場合には、半導体構成体2の上面に回り込む溶融樹脂の量がかなり少ないため、半導体構成体2上において、回り込んだ溶融樹脂を含む上層絶縁膜16の厚さをほぼ均一にすることができる。この結果、図13に示すように、上層絶縁膜16に開口部17を形成するためのレーザ加工が容易となる。換言すれば、上層絶縁膜16に開口部17を形成するためのレーザ加工が容易となるため、絶縁層14、ハードシート15、上層絶縁膜16および下層絶縁膜23を同時に形成することが可能となる。
(第3実施形態)
図19はこの発明の第3実施形態を説明するための所定の工程の断面図を示す。まず、上記第1実施形態では、図10に示すように、半導体構成体2の周囲におけるベース板1の上面に、格子状の2枚の絶縁層形成用シート14a、14bおよび同じく格子状の1枚のハードシート15を積層して配置している。
これに対し、この発明の第3実施形態では、まず、図19に示すように、半導体構成体2の周囲におけるベース板1の上面に、スクリーン印刷法やスピンコーティング法等により、少なくとも液状の熱硬化性樹脂を含む材料からなる絶縁層形成用層14cを形成する。次に、絶縁層形成用層14cの上面に格子状のハードシート15を配置する。
次に、ハードシート15の上面に上層絶縁膜形成用シート16aを配置するとともに、ベース板1の下面に下層絶縁膜形成用シート23aを配置し、次いで、一対の加熱加圧板を用いて上下から加熱加圧して、例えば、図12に示すように、絶縁層14、ハードシート15、上層絶縁膜16および下層絶縁膜23を同時に形成する。したがって、この実施形態でも、上記第1実施形態と比較して、加熱加圧工程数を少なくすることができる。
(第4実施形態)
図20はこの発明の第4実施形態を説明するための所定の工程の断面図を示す。まず、上記第1実施形態では、図10に示すように、半導体構成体2の周囲におけるベース板1の上面に、格子状の2枚の絶縁層形成用シート14a、14bおよび同じく格子状の1枚のハードシート15を積層して配置している。
これに対し、この発明の第4実施形態では、まず、図20に示すように、平面方形状のハードシート15の上面に、スクリーン印刷法やスピンコーティング法等により、少なくとも液状の熱硬化性樹脂を含む材料を塗布し、熱硬化性樹脂を半硬化状態とした絶縁層形成用層14dを一体形成する。
次に、図21に示すように、絶縁層形成用層14dおよびハードシート15に、パンチング、あるいは、ドリルまたはルーター加工等により、複数の開口部35a、36を形成し、絶縁層形成用層14dおよびハードシート15を格子状とする。次に、図10を参照して説明すると、図20に示すものの上下を反転して、半導体構成体2の周囲におけるベース板1の上面に配置する。したがって、この実施形態では、上記第1実施形態と比較して、絶縁層形成用層14dおよびハードシート15の配置工程数を少なくすることができる。
(第5実施形態)
図22はこの発明の第5実施形態を説明するための所定の工程の断面図を示す。まず、上記第1実施形態では、図10に示すように、絶縁層形成用シート14a、14b上に1枚のハードシート15を配置している。これに対し、この発明の第5実施形態では、図22に示すように、同じ厚さの2枚の絶縁層形成用シート14a、14b間に1枚の別のハードシート43を介在させる。すなわち、同じ厚さの偶数枚の絶縁層形成用シートを積層するとともに、これらの絶縁層形成用シート間に奇数枚の別のハードシートを厚さ方向に対称的となるように介在させても、この部分における厚さ方向の材料構成を対称的とすることができる。
(第6実施形態)
図23はこの発明の第6実施形態を説明するための所定の工程の断面図を示す。まず、上記第1実施形態では、ベース板1として、少なくとも熱硬化性樹脂を含む材料からなるものを用い、ハードシート15として、ベース板1と同じ材料で同じ厚さのものを用いている。これに対し、この発明の第6実施形態では、図23に示すように、ベース板1aとして、銅やステンレス鋼等からなる金属シートを用い、ハードシート15aとして、ベース板1aと同じ材料で同じ厚さのものを用いる。すなわち、ベース板1aおよびハードシート15aは、少なくとも熱硬化性樹脂を含む材料からなるものに限らず、銅やステンレス鋼等からなる金属シートであってもよい。また、ベース板1およびハードシート15として、セラミック基板やガラス基板等を用いてもよい。
そして、この実施形態では、ハードシート15aの上面に上層絶縁膜形成用シート16aを配置するとともに、ベース板1の下面に下層絶縁膜形成用シート23aを配置して、絶縁層形成用シート14a、14bの部分における厚さ方向の材料構成を対称的とし、次いで、一対の加熱加圧板を用いて上下から加熱加圧して、絶縁層14、ハードシート15a、上層絶縁膜16および下層絶縁膜23を同時に形成する。
なお、図23において、ベース板1aまたはハードシート15aの一方を銅やステンレス鋼等からなる金属シートによって形成し、他方を熱膨張係数が一方の熱膨張係数とほぼ同じである、少なくとも熱硬化性樹脂を含む材料によって形成するようにしてもよい。例えば、銅の熱膨張係数は約16ppm/℃であり、ステンレス鋼の熱膨張係数は16ppm/℃である。一方、本硬化されたガラス布基材エポキシ樹脂の熱膨張係数は10〜20ppm/℃であるので、ハードシート15を熱膨張係数がベース板1の熱膨張係数とほぼ同じである、少なくとも熱硬化性樹脂を含む材料によって形成することができる。
(第7実施形態)
図24はこの発明の第7実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図1に示す場合と異なる点は、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂からなる下層絶縁膜23を有せず、ベース板1の下面にソルダーレジストからなる最下層絶縁膜24を設けた点である。
ここで、図11を参照して説明すると、加熱加圧後において、ベース板1、ベース板1上に設けられた半導体構成体2、半導体構成体2の周囲におけるベース板1上に設けられた絶縁層14および絶縁層14の上面に埋め込まれたハードシート15からなる部分は、図1に示す半導体装置全体から見ると、厚さ方向の大部分を占め、全体の剛性の大部分を占めている部分であり、全体の反りに最も効いてくる部分である。
したがって、図24に示す半導体装置のように、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂からなる下層絶縁膜23を有せず、ベース板1の下面にソルダーレジストからなる最下層絶縁膜24を設けたものであっても、ベース板1の反りを許容範囲内に抑えることができる。なお、ソルダーレジストの収縮はエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂と比較してかなり大きいので、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂からなる下層絶縁膜23を省略しても、ソルダーレジストからなる最下層絶縁膜24を省略することは好ましくない。
すなわち、絶縁層14の部分における厚さ方向の材料構成の対称性は、ベース板1の反りを許容範囲内に抑えることができれば、多少崩れていてもよい。したがって、ハードシート15の厚さがベース板1の厚さと多少異なっていてもよく、また、最下層絶縁膜24の厚さが最上層絶縁膜20の厚さと多少異なっていてもよい。また、下層絶縁膜23を省略しない場合には、下層絶縁膜23の厚さが上層絶縁膜16の厚さと多少異なっていてもよい。
(第8実施形態)
図25はこの発明の第8実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置の半導体構成体2において、図1に示す半導体構成体2と異なる点は、柱状電極12および封止膜13を有せず、外部接続用電極としての接続パッド部を有する配線11を有する点である。この場合、上層下地金属層18を含む上層配線19の一端部は、上層絶縁膜16の開口部17を介して配線11の接続パッド部に接続されている。
(第9実施形態)
図26はこの発明の第9実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置の半導体構成体2において、図25に示す半導体構成体2と異なる点は、配線11を含む保護膜8の上面にエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなるオーバーコート膜43を設けた点である。この場合、配線11の接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜43には開口部44が設けられている。そして、上層下地金属層18を含む上層配線19の一端部は、上層絶縁膜16およびオーバーコート膜43の開口部17、44を介して配線11の接続パッド部に接続されている。
なお、図26において、半導体構成体2は、当初、オーバーコート膜43に開口部44が設けられていないものであってもよい。そして、この場合には、図13を参照して説明すると、レーザビームを照射するレーザ加工により、上層絶縁膜16およびおよびオーバーコート膜43に開口部17、44を連続して形成するようにすればよい。
(第10実施形態)
図27はこの発明の第10実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置の半導体構成体2において、図26に示す半導体構成体2と異なる点は、オーバーコート膜43の開口部44内およびその近傍のオーバーコート膜43の上面に下地金属層45および外部接続用電極としての上層接続パッド46を設けて点である。この場合、下地金属層45を含む上層接続パッド46は、配線11の接続パッド部に接続されている。また、上層下地金属層18を含む上層配線19の一端部は、上層絶縁膜16の開口部17を介して上層接続パッド46に接続されている。
ここで、図25〜図27に示す半導体構成体2では、特に、図1に示す封止膜13を有していないため、上面側がどちらかと言えば機械的ダメージに弱い。そこで、図25〜図27に示す半導体装置を製造する場合には、図11に示す加熱加圧工程を採用するよりも、図18および図19に示す加熱加圧工程を採用すると、上層絶縁膜形成用シート16aによる加圧力緩和により、半導体構成体2の上面側への機械的ダメージを小さくすることができる。
(第11実施形態)
図28はこの発明の第11実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図1に示す場合と大きく異なる点は、ハードシート15の上面および下面に銅箔等の金属箔からなる上面配線51および下面配線52を設けた点である。この場合、上面配線51はべたパターンからなるグラウンド配線であり、下面配線52はべたパターンからなる電源配線である。
そして、下面配線52は、ハードシート15内に設けられた上下導通部53を介して、ハードシート15の上面に設けられた中継配線54に接続されている。下地金属層18を含む上層配線19の一部の一端部は、上層絶縁膜16の開口部55を介して上面配線51に接続されている。下地金属層18を含む上層配線19の他の一部の一端部は、上層絶縁膜16の開口部56を介して中継配線54に接続されている。
なお、図28において、上面配線51がべたパターンからなるグラウンド配線であるので、このグラウンド配線を構成する上面配線51と上層絶縁膜16上の上層配線19とにより、マイクロストリップライン構造を形成するようにしてもよい。また、ハードシート15の上面のみに、べたパターンからなるグラウンド配線または電源配線を上層配線19に接続させて設けるようにしてもよい。また、ハードシート15の上面のみに、通常の配線パターンを上層配線19に接続させて設けるようにしてもよい。
(第12実施形態)
図29はこの発明の第12実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図28に示す場合と大きく異なる点は、ベース板1の上面および下面に銅箔等の金属箔からなるべた状の放熱層57、58を設けた点である。なお、ベース板1のいずれか一方の面のみに放熱層を設けるようにしてもよい。
(第13実施形態)
図30はこの発明の第13実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図1に示す場合と大きく異なる点は、上層絶縁膜、上層配線および下層絶縁膜を2層とした点である。すなわち、第1の上層配線19A含む第1の上層絶縁膜16Aの上面には第1の上層絶縁膜16Aと同じ材料からなる第2の上層絶縁膜16Bが設けられている。第2の上層絶縁膜16Bの上面には下地金属層18Bを含む第2の上層配線19Bが設けられている。
下地金属層18Aを含む第1の上層配線19Aの一端部は、第1の上層絶縁膜16Aの開口部17Aを介して柱状電極12の上面に接続されている。下地金属層18Bを含む第2の上層配線19Bの一端部は、第2の上層絶縁膜16Bの開口部17Bを介して第1の上層配線19Aの接続パッド部に接続されている。半田ボール22は、最上層絶縁膜22の開口部21を介して第2の上層配線19Bの接続パッド部に接続されている。
そして、製造工程中および製造工程後におけるベース板1の反りを低減するため、ベース板1の下面には第1の上層絶縁膜16Aと同じ材料で同一の厚さの第1の下層絶縁膜23Aが設けられ、第1の下層絶縁膜23Aの下面に第2の上層絶縁膜16Bと同じ材料で同一の厚さの第2の下層絶縁膜23Bが設けられ、第2の下層絶縁膜23Bの下面に最上層絶縁膜20と同じ材料で同一の厚さの最下層絶縁膜24が設けられている。なお、上層絶縁膜、上層配線および下層絶縁膜は3層以上としてもよい。
(その他の実施形態)
上記第1実施形態では、図17に示すように、互いに隣接する半導体構成体2間において切断したが、これに限らず、2個またはそれ以上の半導体構成体2を1組として切断し、マルチチップモジュール型の半導体装置を得るようにしてもよい。この場合、複数で1組の半導体構成体2は同種、異種のいずれであってもよい。
この発明の第1実施形態としての半導体装置の断面図。 図1に示す半導体装置の製造方法の一例において、当初用意したものの断面 図。 図2に続く工程の断面図。 図3に続く工程の断面図。 図4に続く工程の断面図。 図5に続く工程の断面図。 図6に続く工程の断面図。 図7に続く工程の断面図。 図8に続く工程の断面図。 図9に続く工程の断面図。 図10に続く工程の断面図。 図11に続く工程の断面図。 図12に続く工程の断面図。 図13に続く工程の断面図。 図14に続く工程の断面図。 図15に続く工程の断面図。 図16に続く工程の断面図。 この発明の第2実施形態を説明するために示す所定の工程の断面図。 この発明の第3実施形態を説明するために示す所定の工程の断面図。 この発明の第4実施形態を説明するために示す所定の工程の断面図。 図20に続く工程の断面図。 この発明の第5実施形態を説明するために示す所定の工程の断面図。 この発明の第6実施形態を説明するために示す所定の工程の断面図。 この発明の第7実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第8実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第9実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第10実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第11実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第12実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第13実施形態としての半導体装置の断面図。
符号の説明
1 ベース板
2 半導体構成体
3 接着層
4 シリコン基板
5 接続パッド
11 配線
12 柱状電極(外部接続用電極)
13 封止膜
14 絶縁層
15 ハードシート
16 上層絶縁膜
19 上層配線(配線)
20 最上層絶縁膜
22 半田ボール
23 下層絶縁膜
24 最下層絶縁膜

Claims (41)

  1. ベース板と、前記ベース板上に設けられ、且つ、半導体基板および該半導体基板上に設けられた複数の外部接続用電極を有する半導体構成体と、前記半導体構成体の周囲における前記ベース板上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられたハードシートと、前記半導体構成体の外部接続用電極に接続された配線と、前記ハードシートの少なくとも上面に前記配線に接続されて設けられたベタパターンからなるグラウンド層または電源層とを有することを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載の発明において、前記ハードシートは前記ベース板と同じ材料からなることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項1に記載の発明において、前記ハードシートの厚さは前記ベース板の厚さと同じであることを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1に記載の発明において、前記ベース板および前記ハードシートは少なくとも熱硬化性樹脂を含む材料からなることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項4に記載の発明において、前記ベース板および前記ハードシートは無機材料からなる基材を有することを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項1に記載の発明において、前記ハードシートは前記絶縁層と同じ材料からなることを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項1に記載の発明において、前記ハードシートは熱膨張係数が前記ベース板の熱膨張係数と実質的に同じである材料からなることを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項1に記載の発明において、前記ベース板または前記ハードシートの一方は金属シートからなり、他方は少なくとも熱硬化性樹脂を含む材料からなることを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項8に記載の発明において、前記金属シートは銅またはステンレス鋼からなることを特徴とする半導体装置。
  10. 請求項1に記載の発明において、前記ハードシートは前記絶縁層の上面に埋め込まれていることを特徴とする半導体装置。
  11. 請求項10に記載の発明において、前記ハードシートの上面は前記絶縁層の上面と面一であることを特徴とする半導体装置。
  12. 請求項1に記載の発明において、前記ハードシートと同じ材料からなる別のハードシートが前記絶縁層中に設けられていることを特徴とする半導体装置。
  13. 請求項1に記載の発明において、前記配線は前記半導体構成体、前記絶縁層および前記ハードシート上に設けられた上層絶縁膜上に設けられた上層配線であることを特徴とする半導体装置。
  14. 請求項13に記載の発明において、前記ベース板下に前記上層絶縁膜と同じ材料からなる下層絶縁膜が設けられていることを特徴とする半導体装置。
  15. 請求項13に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部を除く部分を覆う最上層絶縁膜と、前記ベース板の最下面に設けられ、且つ、前記最上層絶縁膜と同じ材料からなる最下層絶縁膜とを有することを特徴とする半導体装置。
  16. 請求項15に記載の発明において、前記最上層絶縁膜および前記最下層絶縁膜はソルダーレジストからなることを特徴とする半導体装置。
  17. 請求項15に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部上に半田ボール(22)が設けられていることを特徴とする半導体装置。
  18. 請求項1に記載の発明において、前記ハードシートの上面にグラウンド層が形成され、前記ハードシートの下面に電源配線が設けられていることを特徴とする半導体装置。
  19. 請求項に記載の発明において、前記ベタパターンはグラウンド層であり、該グラウンド層と前記配線とによりマイクロストリップライン構造が構成されていることを特徴とする半導体装置。
  20. 請求項1に記載の発明において、前記ベース板の少なくとも一方の面にベタパターンからなる放熱層が設けられていることを特徴とする半導体装置。
  21. ベース板上に、各々が半導体基板および該半導体基板上に設けられた複数の外部接続用電極を有する複数の半導体構成体を相互に離間させて配置し、前記半導体構成体の周囲における前記ベース板上に、半硬化樹脂または液状樹脂を含む材料からなる絶縁層形成用層を形成し、前記絶縁層形成用層上に、前記各半導体構成体に対応する部分に開口部を有するハードシートを配置する工程と、
    加熱加圧により、前記絶縁層形成用層中の半硬化樹脂または液状樹脂を本硬化させて前記各半導体構成体の周囲における前記ベース板上に絶縁層を形成するとともに、前記絶縁層の上面に前記ハードシートを埋め込む工程と、
    前記各半導体構成体の外部接続用電極に接続される配線を形成する工程と、
    前記半導体構成体間における前記ハードシート、前記絶縁層および前記ベース板を切断して半導体装置を複数個得る工程と、
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  22. 請求項21に記載の発明において、前記絶縁層形成用層は、前記各半導体構成体に対応する部分に開口部を有し、且つ、少なくとも半硬化樹脂を含む材料からなる絶縁層形成用シートからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  23. 請求項22に記載の発明において、前記絶縁層形成用シートは偶数枚の絶縁層形成用シートからなり、これらの絶縁層形成用シートを積層するとともに、これらの絶縁層形成用シート間に前記ハードシートと同じ材料からなる別のハードシートを設ける工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  24. 請求項21に記載の発明において、前記絶縁層形成用層は、前記半導体構成体の周囲における前記ベース板上に塗布された、液状の熱硬化性樹脂を含む材料からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  25. 請求項21に記載の発明において、前記絶縁層形成用層は、前記ハードシートの上面に一体形成された、少なくとも半硬化樹脂を含む材料からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  26. 請求項21に記載の発明において、前記ハードシートは前記ベース板と同じ材料からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  27. 請求項21に記載の発明において、前記ハードシートの厚さは前記ベース板の厚さと同じであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  28. 請求項21に記載の発明において、前記ベース板および前記ハードシートは少なくとも熱硬化性樹脂を含む材料からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  29. 請求項21に記載の発明において、前記ベース板および前記ハードシートは、無機材料からなる基材を有することを特徴とする半導体装置。
  30. 請求項21に記載の発明において、前記ハードシートは前記絶縁層と同じ材料からなることを特徴とする半導体装置。
  31. 請求項21に記載の発明において、前記ハードシートは熱膨張係数が前記ベース板の熱膨張係数と実質的に同じである材料からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  32. 請求項21に記載の発明において、前記ベース板または前記ハードシートの一方は金属シートからなり、他方は少なくとも熱硬化性樹脂を含む材料からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  33. 請求項32に記載の発明において、前記金属シートは銅またはステンレス鋼からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  34. 請求項21に記載の発明において、前記配線は上層配線であり、前記半導体構成体、前記絶縁層および前記ハードシート上に上層絶縁膜を形成し、前記上層絶縁膜上に前記上層配線を形成有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  35. 請求項34に記載の発明において、前記上層絶縁膜は、当初、少なくとも半硬化樹脂を含む材料からなり、加熱加圧により、当該半硬化樹脂を本硬化させて形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  36. 請求項35に記載の発明において、前記絶縁層および前記上層絶縁膜を同時に加熱加圧して形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  37. 請求項35に記載の発明において、前記上層絶縁膜の加熱加圧による形成と同時に、前記ベース板の下面に前記上層絶縁膜と同じ材料からなる下層絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  38. 請求項37に記載の発明において、前記絶縁層、前記上層絶縁膜および前記下層絶縁膜を同時に加熱加圧して形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  39. 請求項34に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部を除く部分を覆う最上層絶縁膜を形成するとともに、前記ベース板の最下面に前記最上層絶縁膜と同じ材料からなる最下層絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  40. 請求項39に記載の発明において、前記最上層絶縁膜および前記最下層絶縁膜をソルダーレジストによって同時に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  41. 請求項39に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部上に半田ボールを形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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