JP4434845B2 - 半導体モジュールとその製造方法および半導体装置 - Google Patents

半導体モジュールとその製造方法および半導体装置 Download PDF

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Description

本発明は、回路素子を含む半導体モジュールおよび半導体装置に関する。
携帯電話、ＰＤＡ、ＤＶＣ、ＤＳＣといったポータブルエレクトロニクス機器の高機能化が加速するなか、こうした製品が市場で受け入れられるためには小型・軽量化が必須となっており、その実現のために高集積のシステムＬＳＩが求められている。一方、これらのエレクトロニクス機器に対しては、より使い易く便利なものが求められており、機器に使用されるＬＳＩに対し、高機能化、高性能化が要求されている。このため、ＬＳＩチップの高集積化にともないそのＩ／Ｏ数が増大する一方でパッケージ自体の小型化要求も強く、これらを両立させるために、半導体部品の高密度な基板実装に適合した半導体パッケージの開発が強く求められている。こうした要求に対応するため、ＣＳＰ（Chip Size Package）と呼ばれるパッケージ技術が種々開発されている。
こうしたパッケージの例として、ＢＧＡ（Ball Grid Array）が知られている。ＢＧＡは、パッケージ用基板の上に半導体チップを実装し、それを樹脂モールディングした後、反対側の面に外部端子としてハンダボールをエリア状に形成したものである。ＢＧＡでは、実装エリアが面で達成されるので、パッケージを比較的容易に小型化することができる。また、回路基板側でも狭ピッチ対応とする必要がなく、高精度な実装技術も不要となるので、ＢＧＡを用いると、パッケージコストが多少高い場合でもトータルな実装コストとしては低減することが可能となる。
図３は、一般的なＢＧＡの概略構成を示す図である。ＢＧＡ１００は、ガラスエポキシ基板１０６上に、接着層１０８を介してＬＳＩチップ１０２が搭載された構造を有する。ＬＳＩチップ１０２は封止樹脂１１０によってモールドされている。ＬＳＩチップ１０２とガラスエポキシ基板１０６とは、金属線１０４により電気的に接続されている。ガラスエポキシ基板１０６の裏面には、半田ボール１１２がアレイ状に配列されている。この半田ボール１１２を介して、ＢＧＡ１００がプリント配線基板に実装される。
このようなパッケージにおいて、半導体チップの封止には、たとえばトランスファーモールド、インジェクションモールド、ポッティングまたはディッピング等が用いられている（たとえば特許文献１）。
特開平８−１６２４８６号公報 特開２００２−１１０７１７号公報
しかしながら、これら従来のＣＳＰでは、ポータブルエレクトロニクス機器等において現在望まれている水準の小型化、薄型化、軽量化を実現することは難しかった。
本発明は上記事情を踏まえてなされたものであり、本発明の目的は、半導体モジュールを小型化・薄型化する技術を提供することにある。
本発明の半導体モジュールは、前記絶縁樹脂膜に埋め込まれた複数の回路素子と、前記絶縁樹脂膜上に設けられたソルダーレジスト層と、を含み、前記複数の回路素子は、前記絶縁樹脂膜に固着され、前記ソルダーレジスト層は、カルド型ポリマーを含むことを特徴とする。ここで、固着する手段としては圧着が好ましく、その中でも熱圧着が特に好ましい。回路素子は、半導体素子や受動素子を含む。
本発明によれば、ソルダーレジスト層はカルド型ポリマーを含むことによって、ソルダーレジスト層の解像度および吸湿特性などの諸特性を向上させることができる。また、ソルダーレジスト層を薄膜化することができる。したがって、信頼性が高く、かつ小型化された半導体モジュールを提供することができる。
また、本発明の半導体モジュールは、前記回路素子の一部または全部を構成する一以上の部材のうちいずれかの部材の上部の一面と、前記回路素子間の絶縁膜の上部の一面と、が同一平面を形成し、前記一以上の部材のうちいずれかの部材の下部の一面と、前記回路素子間の絶縁膜の下部の一面と、が同一平面を形成するように構成されていてもよい。
いずれかの部材の上部の一面と、回路素子間の絶縁膜の上部の一面と、が同一平面を形成するとは、この部材の上部の一面と、素子間絶縁膜の上部の一面とで、実質的に同一の平坦な面を形成することを意味する。
また、いずれかの部材の下部の一面と、素子間絶縁膜の下部の一面と、が同一平面を形成するとは、この部材の下部の一面と、素子間絶縁膜の下部の一面とで、実質的に同一の平坦な面を形成することを意味する。
さらに、本発明の半導体モジュールは、ソルダーレジスト層に回路素子を接続する配線が設けられていてもよい。
本発明の半導体モジュールの製造方法は、回路素子を固定した状態で、絶縁樹脂膜および導電性膜の積層体を配置し、前記回路素子を前記絶縁樹脂膜内に埋め込む工程と、圧着により前記回路素子を前記絶縁樹脂膜内に固定する工程と、前記回路素子を埋め込まれた絶縁樹脂膜より上層にソルダーレジスト層を形成する工程と、を含み、前記ソルダーレジスト層はカルド型ポリマーを含むことを特徴とする。
さらに本発明の半導体モジュールの製造方法は、表面に凹部を備える膜を形成する工程と、前記凹部の内部に埋込材料を埋め込み、前記凹部の内部に前記回路素子の一部または全部を構成する埋込部材を形成する工程と、を含んでもよい。
以上、本発明の構成について説明したが、これらの構成を任意に組み合わせたものも本発明の態様として有効である。また、本発明の表現を他のカテゴリーに変換したものもまた本発明の態様として有効である。
本発明によれば、半導体モジュールを小型化・薄型化させることができる。
図１は、本発明の実施の形態における半導体モジュールの製造工程を示す断面図である。
まず、図１（ａ）に示すように、基材１４０上に複数の半導体素子１４２や受動素子１４４等の回路素子を固定する。ここで、基材１４０は接着性を有し、半導体素子１４２および受動素子１４４を表面に固定することのできるテープ基材とすることができる。また、基材１４０は、半導体素子１４２および受動素子１４４を絶縁樹脂膜１２２に埋め込んだ後に絶縁樹脂膜１２２から剥離可能な材料により構成することができる。また基材１４０は、伸縮可能な材料を用いることもできる。このような材料として、たとえばＰＥＴフィルムを用いることができる。
半導体素子１４２は、たとえば、トランジスタ、ダイオード、ＩＣチップ等である。また、受動素子１４４は、たとえば、チップコンデンサ、チップ抵抗等である。
基材１４０として伸縮可能な材料を用いる場合には、図１（ａ）に示すように、基材１４０上に複数の半導体素子１４２および受動素子１４４を固定した後、基材１４０を図中１４６に示す引張方向に伸張させる。つづいて、基材１４０を伸張させた状態で、銅箔付き樹脂膜などの導電性膜付き絶縁樹脂膜を基材１４０上に配置し、真空プレスにより半導体素子１４２および受動素子１４４を第一の絶縁樹脂膜１２２ａ内に押し込む。続いて、図１（ｂ）に示すように、基材１４０を伸張させていた力を１４８に示す応力緩和方向に除去してチップ間の間隙を縮小させる。
これにより、半導体素子１４２および受動素子１４４が第一の絶縁樹脂膜１２２ａ内に埋め込まれ、半導体素子１４２および受動素子１４４が第一の絶縁樹脂膜１２２ａ内に圧着されて接着することになる。本実施の形態において、基材１４０として伸縮可能な材料を用いた場合、半導体素子１４２および受動素子１４４が固定された基材１４０を伸張させた状態で半導体素子１４２および受動素子１４４を第一の絶縁樹脂膜１２２ａ内に押し込むので、第一の絶縁樹脂膜１２２ａ内に半導体素子１４２および受動素子１４４を押し込む際に、素子間の間隔が広くなり、素子間に第一の絶縁樹脂膜１２２ａが押し込まれやすくなる。そのため、半導体素子１４２および受動素子１４４と第一の絶縁樹脂膜１２２ａとの密着性を良好にすることができる。
導電性膜１２３は、たとえば圧延銅箔等の圧延金属である。第一の絶縁樹脂膜１２２ａとしては、加熱することにより軟化する材料であればどのようなものを用いることもできるが、たとえばエポキシ樹脂、ＢＴレジン等のメラミン誘導体、液晶ポリマー、ＰＰＥ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等を用いることができる。このような材料を用いることにより、半導体モジュールの剛性を高めることができ、半導体モジュールの安定性を向上することができる。第一の絶縁樹脂膜１２２ａとして、エポキシ樹脂、またはＢＴレジン、ＰＰＥ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等の熱硬化性樹脂を用いることにより、さらに半導体モジュールの剛性を高めることができる。
エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂、ビスフェノールＳ型樹脂、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等が挙げられる。
メラミン誘導体としては、メラミン、メラミンシアヌレート、メチロール化メラミン、（イソ）シアヌール酸、メラム、メレム、メロン、サクシノグアミン、硫酸メラミン、硫酸アセトグアナミン、硫酸メラム、硫酸グアニルメラミン、メラミン樹脂、ＢＴレジン、シアヌール酸、イソシアネール酸、イソシアヌール酸誘導体、メラミンイソシアヌレート、ベンゾグアナミン、アセトグアナミン等のメラミン誘導体、グアニジン系化合物等が例示される。
液晶ポリマーとしては、芳香族系液晶ポリエステル、ポリイミド、ポリエステルアミドや、それらを含有する樹脂組成物が例示される。このうち、耐熱性、加工性および吸湿性のバランスに優れる液晶ポリエステルまたは液晶ポリエステルを含有する組成物が好ましい。
液晶ポリエステルとしては、たとえば、(１)芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオールと芳香族ヒドロキシカルボン酸とを反応させて得られるもの、(２)異種の芳香族ヒドロキシカルボン酸の組み合わせを反応させて得られるもの、(３)芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオールとを反応させて得られるもの、(４)ポリエチレンテレフタレート等のポリエステルに芳香族ヒドロキシカルボン酸を反応させて得られるもの、等が挙げられる。なお、これらの芳香族ジカルボン酸、芳香族ジオール及び芳香族ヒドロキシカルボン酸の代わりに、それらのエステル誘導体が使用されることもある。さらに、これらの芳香族ジカルボン酸、芳香族ジオール及び芳香族ヒドロキシカルボン酸は、芳香族部分がハロゲン原子、アルキル基、アリール基等で置換されたものが使用されることもある。
液晶ポリエステルの繰返し構造単位としては、芳香族ジカルボン酸に由来する繰返し構造単位（下記式(i)）、芳香族ジオールに由来する繰返し構造単位（下記式(ii)）、芳香族ヒドロキシカルボン酸に由来する繰返し構造単位（下記式(iii)）を例示することができる。
(i)−ＣＯ−Ａ１−ＣＯ−
（但しＡ１は、芳香環を含有する２価の結合基を示す。）
(ii)−Ｏ−Ａ２−Ｏ−
（但しＡ２は、芳香環を含有する２価の結合基を示す。）
(iii)−ＣＯ−Ａ３−Ｏ−
（但しＡ３は、芳香環を含有する２価の結合基を示す。）
また、第一の絶縁樹脂膜１２２ａには、フィラーまたは繊維等の充填材を含めることができる。フィラーとしては、たとえば粒子状または繊維状のＳｉＯ２やＳｉＮを用いることができる。第一の絶縁樹脂膜１２２ａにフィラーや繊維を含めることにより、第一の絶縁樹脂膜１２２ａを加熱して半導体素子１４２および受動素子１４４を熱圧着した後、第一の絶縁樹脂膜１２２ａをたとえば室温に冷却する際に、第一の絶縁樹脂膜１２２ａの反りを低減することができる。これにより、半導体素子１４２および受動素子１４４と第一の絶縁樹脂膜１２２ａとの密着性を高めることができる。また、第一の絶縁樹脂膜１２２ａに繊維を含めた場合、第一の絶縁樹脂膜１２２ａの流動性を高めることができるため、第一の絶縁樹脂膜１２２ａと半導体素子１４２および受動素子１４４との密着性を高めることができる。このような観点からは、第一の絶縁樹脂膜１２２ａを構成する材料としてアラミド不織布が好ましく用いられる。これにより、加工性を良好にすることができる。
アラミド繊維としては、パラアラミド繊維またはメタアラミド繊維を用いることができる。パラアラミド繊維としては、たとえば、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）（ＰＰＤ−Ｔ）、メタアラミドとしては、たとえば、ポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）（ＭＰＤ−Ｉ）を用いることができる。
第一の絶縁樹脂膜１２２ａを構成する材料中における充填材の含有量は材料に応じて適宜設定することができるが、たとえば５０重量％以下とすることができる。これにより、第一の絶縁樹脂膜１２２ａと半導体素子１４２および受動素子１４４との接着性を良好に保つことができる。
導電性膜付き絶縁樹脂膜としては、フィルム状の第一の絶縁樹脂膜１２２ａ上に導電性膜１２３が付着したものを用いることができる。また、導電性膜付き絶縁樹脂膜は、導電性膜１２３上に第一の絶縁樹脂膜１２２ａを構成する樹脂組成物を塗布・乾燥することにより形成することもできる。本実施の形態において、樹脂組成物は、本発明の目的に反しない範囲において、硬化剤、硬化促進剤、その他の成分を含むことができる。導電性膜付き絶縁樹脂膜は、第一の絶縁樹脂膜１２２ａがＢステージ化（一次硬化、半硬化あるいは仮硬化した状態を意味する）した状態で基材１４０上に配置される。
このようにすれば、第一の絶縁樹脂膜１２２ａと半導体素子１４２および受動素子１４４との密着性を高めることができる。この後、第一の絶縁樹脂膜１２２ａを構成する樹脂の種類に応じて第一の絶縁樹脂膜１２２ａを加熱し、真空下または減圧下で導電性膜付き絶縁樹脂膜と半導体素子１４２および受動素子１４４を圧着する。また、他の例において、フィルム状の第一の絶縁樹脂膜をＢステージ化した状態で基材１４０上に配置し、さらにその上に導電性膜１２３を配置して第一の絶縁樹脂膜１２２ａを半導体素子１４２および受動素子１４４と熱圧着する際に、導電性膜１２３を第一の絶縁樹脂膜１２２ａに熱圧着することによっても導電性膜付き絶縁樹脂膜を形成することができる。
そして、導電性膜１２３を、レーザー直描法（トレパニングアライメント）またはウェット銅エッチングにより配線形成する配線パターニング工程を行う。その後、図１（ｃ）に示すように、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー、ドライエチングを組み合わせて第一の絶縁樹脂膜１２２ａにビアホール(スルーホール)を形成するビアホール形成工程を行う。
続いて、図１（ｄ）に示すように、高アスペクト比対応の無電解銅めっき、電解銅めっきにより導電性膜１２０を形成するとともに、スルーホール内を導電性材料で埋め込み、ビア１２１を形成するめっき工程を行う。次いで、導電性膜１２０をセミアディティブめっきによりパターニングして高密度配線を形成し、複数の半導体素子１４２および受動素子１４４間を電気的に接続する配線形成工程を行う。
次いで、図１（ｅ）に示すように、さらに導電性膜１２３付きの第二の絶縁樹脂膜１２２ｂを形成する第二の絶縁樹脂膜形成工程を行う。
第二の絶縁樹脂膜１２２ｂを構成する材料は、第一の絶縁樹脂膜１２２ａにおいて説明した、たとえばエポキシ樹脂、ＢＴレジン等のメラミン誘導体、液晶ポリマー、ＰＰＥ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等の中から適宜選択して用いることができる。
第二の絶縁樹脂膜１２２ｂの上部にさらに設けられる導電性膜１２３は、たとえば圧延銅箔等の圧延金属であってもよい。
ここで、たとえば、第一の絶縁樹脂膜１２２ａは、第二の絶縁樹脂膜１２２ｂを構成する材料よりも軟化しやすい材料により構成することができる。これにより、熱圧着時に第一の絶縁樹脂膜１２２ａの方が第二の絶縁樹脂膜１２２ｂよりも変形しやすくなるので、第一の絶縁樹脂膜１２２ａ内に半導体素子１４２および受動素子１４４がスムーズに押し込まれるとともに、第二の絶縁樹脂膜１２２ｂが剛直性を保ち、絶縁樹脂膜１２２（以下、「第一の絶縁樹脂膜１２２ａ」と「第二の絶縁樹脂膜１２２ｂ」とを総称して単に「絶縁樹脂膜１２２」ともよぶ）全体が変形するのを防ぐことができる。
また、たとえば、第一の絶縁樹脂膜１２２ａは、第二の絶縁樹脂膜１２２ｂを構成する材料よりもガラス転移温度の低い材料により構成することもできる。また、他の例において、第一の絶縁樹脂膜１２２ａは、第二の絶縁樹脂膜１２２ｂを構成する材料よりも、半導体素子１４２や受動素子１４４との密着性が高い材料により構成することもできる。このようにしても、上述したのと同様の効果を得ることができる。
さらに、第一の絶縁樹脂膜１２２ａおよび第二の絶縁樹脂膜１２２ｂには、フィラーまたは繊維等の充填材を含めることができる。この場合、第一の絶縁樹脂膜１２２ａにおける充填材の含有量が、第二の絶縁樹脂膜１２２ｂにおける充填材の含有量よりも少なくなるように構成してもよい。また、第二の絶縁樹脂膜１２２ｂにのみ充填材を含め、第一の絶縁樹脂膜１２２ａには充填材を含めない構成とすることもできる。このようにすれば、第一の絶縁樹脂膜１２２ａの柔軟性を高めて半導体素子１４２および受動素子１４４の埋め込みを行いやすくするとともに、第二の絶縁樹脂膜１２２ｂにより絶縁樹脂膜１２２の反りを低減することができる。
以上のように、第一の絶縁樹脂膜１２２ａおよび第二の絶縁樹脂膜１２２ｂをそれぞれ目的に応じて好ましい材料により構成することにより、絶縁樹脂膜１２２への半導体素子１４２および受動素子１４４の埋め込みを良好に行うことができるとともに、半導体モジュールの剛性を高めたり、成型性を向上することができる。
図２は、本発明の実施の形態における回路装置の製造工程の後半部分を示す断面図である。
まず、図２（ｆ）に示すように、第二の絶縁樹脂膜１２２ｂおよびその上部の導電性膜１２３についても、上記と同様に、配線パターニング工程、ビアホール形成工程、めっき工程、配線形成工程を繰り返して、２層配線形成工程を行う。
なお、後述するように、第二の絶縁樹脂膜１２２ｂの上にさらに積層される積層膜１６０に、配線１２５や導電性膜１２４があらかじめ設けられている場合には、第二の絶縁樹脂膜１２２ｂの表面に別途配線を形成する必要はない。
続いて、図２（ｇ）に示すように、第二の絶縁樹脂膜１２２ｂの上部に、凹部１９０を構成する積層膜１６０を積層する機能層形成第一工程を行う。この積層膜１６０は、あらかじめレーザー加工またはプレス加工などで窪ませた凹部あるいは打ち抜いた貫通部を備えているため、第二の絶縁樹脂膜１２２ｂの上部に圧着などにより接着されると、凹部１９０を構成することになる。この凹部１９０は、底面を有し、積層膜１６０の上方にのみ開口する窪状の凹部であってもよく、積層膜１６０の両面に開口するトンネル状の貫通部と第二の絶縁樹脂膜１２２ｂの上面とで構成される凹部であってもよい。積層膜１６０は、真空貼付法、または減圧貼付法を用いて積層してもよい。
なお、絶縁樹脂膜１２２上に積層膜１６０を積層した後にパターニングやエッチングなどを施し、凹部１９０を形成してもよい。
この積層膜１６０は、絶縁樹脂膜であってもよい。積層膜１６０に用いられる絶縁樹脂膜としては、上記の絶縁樹脂膜１２２において説明した、たとえばエポキシ樹脂、ＢＴレジン等のメラミン誘導体、液晶ポリマー、ＰＰＥ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等の中から適宜選択して用いることができる。このような材料を用いることにより、後述する配線１２５や導電性膜１２４が他の導電性部材と好適に絶縁されるからである。また、このような材料は凹部の加工または真空貼付法による積層が容易だからでもある。
また積層膜１６０には、配線１２５や導電性膜１２４があらかじめ設けられていてもよい。これらの配線１２５や導電性膜１２４としては、たとえば圧延銅箔等の圧延金属を加工して用いることができる。
次いで、図２（ｈ）に示すように、ペースト状の埋込材料をこの積層膜１６０の構成する凹部１９０内部に埋め込む工程と、この埋込材料に乾燥などの処理を施して抵抗器１８０や後述するキャパシタ１７５を構成する高誘電率部材１７０などの回路素子の一部または全部を構成する埋込部材を形成する工程と、からなる機能層形成第二工程とを行う。
ここで、この回路素子の一部または全部を構成する埋込部材は、受動素子などを構成する部材とすることができる。例えば、この埋込部材は、抵抗器１８０や後述するキャパシタ１７５などの受動素子の一部または全部を構成する部材であってもよい。この埋込部材が抵抗器１８０の一部または全部を構成する部材である場合には、この埋込部材の材料である埋込材料は、高抵抗を有する材料であれば特に限定はないが、例えば、カーボンやＮｉ−Ｃｒ（ニクロム）をはじめとする金属材料を含む材料などを用いることができる。
また、この埋込部材が後述するキャパシタ１７５を構成する高誘電率部材１７０である場合には、この埋込部材の材料は、高誘電率を有する材料であれば特に限定はないが、例えば大きな比表面積を持つ活性炭などの炭素系材料や、五酸化タンタルなどを含む材料を用いることができる。
なお、キャパシタの下部電極または上部電極は、導電性を有する金属により形成することができる。例えば、銅、アルミニウムなどからなる薄膜電極などを用いることができる。
また、これらの埋込材料は、粉末状の固形物を溶媒中に懸濁したペースト状の材料であってもよく、スキージなどの掻取手段２００によって凹部１９０に埋め込んでもよい。あるいは、この埋込材料をスクリーン法により埋め込んでもよい。ここで、スクリーン法とは、孔版印刷法の一種で、版に絹やテトロン、ナイロン等の化学繊維、あるいは金属繊維などのスクリーンを利用する印刷法を意味する。スクリーン法を実施する手順としては、ます、スクリーンを枠に張り、四方を引張り緊張させて固定し、その上に機械的または光工学的（写真的）方法で版膜(レジスト)を作って必要な画線以外の目を塞いで版を作る。次に、枠内に埋込材料を入れ、スキージと呼ぶヘラ状のゴム板などからなる掻取手段２００でスクリーンの内面を加圧・移動する。すると埋込材料は、版膜のない部分のスクリーンを透過して版の下に置かれた被印刷物面である積層膜１６０の凹部１９０内部に押し出されて、凹部内部を隙間ない状態で埋め尽くすこととなる。さらに、凹部１９０外に残存するこの埋込材料をスキージ等の掻取手段２００などにより除去してもよい。
次いで、図２（ｉ）に示すように、積層膜および回路装置の構成部材のさらに上部に、上層絶縁樹脂膜２１０を形成したのち、フォトソルダーレジスト層２２０を圧着して形成する。圧着の条件としては、たとえば、温度１１０℃、時間１〜２分、２気圧などが用いられる。その後、アフターベーク工程によりフォトソルダーレジスト層２２０を一部硬化させる。
フォトソルダーレジスト層２２０には、後述する、カルド型ポリマー含有樹脂膜が用いられる。
次いで、図２（ｊ）に示すように、ガラスをマスクとして露光することでパターニングした後、フォトソルダーレジスト層２２０をマスクとして、たとえば、薬液による化学エッチング加工によって、ビアホールを形成し、めっき工程、配線形成工程を繰り返して、３層配線形成工程を行う。そして、最上層の上部に形成された導電性膜１２６上に、半田印刷法などにより裏面電極として半田電極（ハンダボール）２３０を形成する半田電極形成工程を行う。
以下、本実施形態において、カルド型ポリマー含有樹脂膜を、フォトソルダーレジスト層２２０に用いることの効果について説明する。
ここで、カルド型ポリマーとは、式（I）に示すように、環状の基がポリマー主鎖に直接結合した構造を有するポリマーの総称である。なお、式（I）において、Ｒ1、Ｒ2はアルキレン基や芳香環を含む２価の基などの２価の基を表す。
Figure 0004434845
すなわち、このカルド型ポリマーとは、四級炭素を有する嵩高い置換基が、主鎖に対して、ほぼ直角に存在する構造を有しているポリマーのことである。
ここで、環状部は、飽和結合でも不飽和結合を含んでいてもよく、炭素の他、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子等の原子を含んでいてもよい。また、環状部は多環であってもよく、縮合環であってもよい。また、環状部は、他の炭素鎖と結合していても、更には、架橋していてもよい。
なお、嵩高い置換基としては、たとえば、式（I）に示すように、五員環の両側に六員環が結合し、五員環の残り一つの炭素原子が主鎖と結合した構造を有する縮合環を有するフルオレニル基などの環状の基が挙げられる。
フルオレニル基とは、式（II）に示すように、フルオレンの９位の炭素原子が脱水素化された基であり、カルド型ポリマーにおいては、式（I）に示すように、脱水素化された炭素原子の位置で、主鎖であるアルキル基の炭素原子と結合している。
Figure 0004434845
カルド型ポリマーは、上記構造を有するポリマーであるため、
（１）ポリマー主鎖の回転拘束
（２）主鎖及び側鎖のコンフォメーション規制
（３）分子間パッキングの阻害
（４）側鎖の芳香族置換基導入等による芳香族性の増加
といった効果を奏する。
したがって、カルド型ポリマーは、高い機械的強度、高耐熱性、溶剤溶解性、高透明性、高屈折率、低複屈折率、更には、より高い気体透過性といった特徴を有する。
ここで、フォトソルダーレジスト層２２０に用いるカルド型ポリマー含有樹脂膜は、所定の添加剤を用いて、ボイドや凹凸などの発生が抑制された状態で薄膜に成形可能である。このため、フォトソルダーレジスト層２２０に、２５μｍ程度の厚さのフィルムを用いることができ、フォトソルダーレジスト層２２０に通常用いられている樹脂材料の厚さである５０μｍ程度と比較すると、約１／２の厚さとなる。したがって、フォトソルダーレジスト層２２０にカルド型ポリマー含有樹脂膜を用いることにより、本実施形態における半導体モジュールを小型化することができる。
また、カルド型ポリマー含有樹脂膜は後述するように優れた耐湿性と密着性を有する。このため、フォトソルダーレジスト層２２０に、カルド型ポリマー含有樹脂膜を用いることにより、半導体モジュールの表面に搭載される素子や他の層との密着性を向上させることができる。
また、カルド型ポリマー含有樹脂膜は後述するように、優れた解像度を有する。また、本実施形態において用いられるフィルムの厚さは、フォトソルダーレジスト層に通常用いられている厚さの約１／２であるから、カルド型ポリマー含有樹脂膜を用いたフォトソルダーレジスト層２２０は、より優れた解像度を有する。このため、ビアホールを形成する際の寸法精度を向上させることができる。したがって、半導体モジュールの信頼性を向上させることができる。
また、カルド型ポリマー含有樹脂膜は後述するように、優れた誘電特性を有する。このため、フォトソルダーレジスト層２２０に、カルド型ポリマー含有樹脂膜を用いることにより、フォトソルダーレジスト層２２０内に埋設された配線間の寄生容量が低減される。したがって、半導体モジュールの信頼性を向上させることができる。
また、カルド型ポリマー含有樹脂膜は高い機械的強度を有することにより、フォトソルダーレジスト層２２０の厚さを従来の約１／２の厚さとしても、機械的強度を保つことができる。そのため、半導体モジュールの基板全体の反りを抑制させることができる。したがって、半導体モジュール上に搭載される素子のボンディングの精度を向上させることができる。
また、フォトソルダーレジスト層の形成に通常用いられるスピンコート法においては、フォトソルダーレジスト層の外周部にボイドが生じやすいという点で改善の余地を有していた。また、ポッティング法では、接着前の状態が液体であり、塗布した後にボイドが生じやすいという点で改善の余地を有していた。これに対して、本実施形態におけるフォトソルダーレジスト層２２０は、フィルムを圧着する際に、ボイドや凹凸などの発生が抑制されるので、フィルムが圧着された半導体モジュールのフォトソルダーレジスト層２２０にもボイドや凹凸は少ない。したがって、半導体モジュールの信頼性および製造安定性を向上させることができる。
なお、上記カルド型ポリマーは、カルボン酸基とアクリレート基とを同一分子鎖内に有するポリマーが架橋してなるポリマーであってもよい。従来の一般的な感光性ワニスとしては、現像性を持つカルボン酸基オリゴマーと多官能アクリルとのブレンドが用いられているが、解像度の面でさらなる改善の余地があった。一般的な感光ワニスの代わりに、カルボン酸基とアクリレート基とを同一分子鎖内に有するポリマーが架橋してなるカルド型ポリマーを用いると、現像性を持つカルボン酸と架橋基であるアクリレート基とを同一分子鎖中に有し、主鎖に嵩高い置換基を持ちラジカル拡散し難いため、カルド型ポリマー含有樹脂膜の解像度が向上する利点がある。
また、カルド型ポリマー含有樹脂膜は、以下に示す諸物性値を満たすことが望ましい。なお、以下の諸物性値は、フィラーなどを含まない樹脂部分についての値であり、フィラーなどを添加することにより、適宜調整可能である。
ここで、上記カルド型ポリマー含有樹脂膜のガラス転移温度（Ｔｇ）は、例えば１８０℃以上とすることができ、特に好ましくは１９０℃以上である。ガラス転移温度がこの範囲にあると、カルド型ポリマー含有樹脂膜の耐熱性が向上する。
また、上記カルド型ポリマー含有樹脂膜のガラス転移温度（Ｔｇ）は、例えば２２０℃以下とすることができ、特に好ましくは２１０℃以下である。ガラス転移温度がこの範囲のカルド型ポリマー含有樹脂膜であれば、通常の製法により安定的に製造可能である。ガラス転移温度は、例えばバルク試料の動的粘弾性測定（ＤＭＡ）により測定可能である。
また、上記カルド型ポリマー含有樹脂膜のＴｇ以下の領域における線膨張係数（ＣＴＥ）は、例えば８０ｐｐｍ／℃以下とすることができ、特に好ましくは７５ｐｐｍ／℃以下である。線膨張係数がこの範囲にあると、カルド型ポリマー含有樹脂膜と、他の部材などとの密着性が向上する。
また、上記カルド型ポリマー含有樹脂膜のＴｇ以下の領域における線膨張係数（ＣＴＥ）は、例えば５０ｐｐｍ／℃以上とすることができ、特に好ましくは５５ｐｐｍ／℃以上である。また、上記カルド型ポリマー含有樹脂膜にフィラーを配合することにより、ＣＴＥを２０ｐｐｍ／℃以下の樹脂組成物を得ることもできる。線膨張係数がこの範囲のカルド型ポリマー含有樹脂膜であれば、通常の製法により安定的に製造可能である。線膨張係数は、例えば熱機械分析装置（ＴＭＡ）による熱膨張測定により測定可能である。
また、上記カルド型ポリマー含有樹脂膜の熱伝導率は、例えば０．５０Ｗ／ｃｍ2・ｓｅｃ以下とすることができ、特に好ましくは０．３５Ｗ／ｃｍ2・ｓｅｃ以下である。熱伝導率がこの範囲にあると、カルド型ポリマー含有樹脂膜の耐熱性が向上する。
また、上記カルド型ポリマー含有樹脂膜の熱伝導率は、例えば０．１０Ｗ／ｃｍ2・ｓｅｃ以上とすることができ、特に好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ2・ｓｅｃ以上である。熱伝導率がこの範囲のカルド型ポリマー含有樹脂膜であれば、通常の製法により安定的に製造可能である。熱伝導率は、例えば円板熱流計法（ＡＳＴＭ Ｅ１５３０）により測定可能である。
また、上記カルド型ポリマー含有樹脂膜の１０〜１００μｍ直径のビアにおけるビアアスペクト比は、例えば０．５以上とすることができ、特に好ましくは１以上である。ビアアスペクト比がこの範囲にあると、カルド型ポリマー含有樹脂膜の解像度が向上する。
また、上記カルド型ポリマー含有樹脂膜の１０〜１００μｍ直径のビアにおけるビアアスペクト比は、例えば５以下とすることができ、特に好ましくは２以下である。ビアアスペクト比がこの範囲のカルド型ポリマー含有樹脂膜であれば、通常の製法により安定的に製造可能である。
また、上記カルド型ポリマー含有樹脂膜の周波数１ＭＨｚの交流電界を印加した場合の誘電率は、例えば４以下とすることができ、特に好ましくは３以下である。誘電率がこの範囲にあると、カルド型ポリマー含有樹脂膜の高周波特性をはじめとする誘電特性が向上する。
また、上記カルド型ポリマー含有樹脂膜の周波数１ＭＨｚの交流電界を印加した場合の誘電率は、例えば０．１以上とすることができ、特に好ましくは２．７以上である。誘電率がこの範囲のカルド型ポリマー含有樹脂膜であれば、通常の製法により安定的に製造可能である。
また、上記カルド型ポリマー含有樹脂膜の周波数１ＭＨｚの交流電界を印加した場合の誘電正接は、例えば０．０４以下とすることができ、特に好ましくは０．０２９以下である。誘電正接がこの範囲にあると、カルド型ポリマー含有樹脂膜の高周波特性をはじめとする誘電特性が向上する。
また、上記カルド型ポリマー含有樹脂膜の周波数１ＭＨｚの交流電界を印加した場合の誘電正接は、例えば０．００１以上とすることができ、特に好ましくは０．０２７以上である。誘電正接がこの範囲のカルド型ポリマー含有樹脂膜であれば、通常の製法により安定的に製造可能である。
また、上記カルド型ポリマー含有樹脂膜の２４時間吸水率（ｗｔ％）は、例えば３ｗｔ％以下とすることができ、特に好ましくは１．５ｗｔ％以下である。２４時間吸水率（ｗｔ％）がこの範囲にあると、カルド型ポリマー含有樹脂膜の耐湿性を向上することができる。
また、上記カルド型ポリマー含有樹脂膜の２４時間吸水率（ｗｔ％）は、例えば０．５ｗｔ％以上とすることができ、特に好ましくは１．３ｗｔ％以上である。２４時間吸水率（ｗｔ％）がこの範囲のカルド型ポリマー含有樹脂膜であれば、通常の製法により安定的に製造可能である。
これら上記の複数の特性をカルド型ポリマー含有樹脂膜が満たす場合には、カルド型ポリマー含有樹脂膜を用いるフォトソルダーレジスト層２２０に要求される、薄膜化、機械的強度、耐熱性、他の部材との密着性、解像度、誘電特性、耐湿性などの諸特性がバランス良く実現される。
本実施の形態おける半導体モジュールは、予め樹脂層に半導体素子１４２および受動素子１４４を埋め込み、導電性膜付き絶縁樹脂膜との接着面を平坦にしてから導電性膜付き絶縁樹脂膜を貼り付ける。さらに積層膜１６０において埋込材料を凹部１９０に埋め込めば、上層絶縁樹脂膜２１０の表面においても、各素子に起因する凹凸がなく平坦であるため、カルド型ポリマー含有樹脂膜を用いるフォトソルダーレジスト層２２０との相乗効果により、寸法精度のよい加工が実現できる。
次に、図２（ｋ）に示すように、基材１４０を絶縁樹脂膜１２２から剥離する基材剥離工程を行う。この基材剥離工程は、機械的な方法を用いて行ってもよいが、基材１４０がＵＶ光反応性フィルムである場合には、ＵＶを照射して基材１４０内で架橋反応を起こさせて粘着力を低下させることにより、基材１４０を除去してもよい。
これにより、半導体素子１４２および受動素子１４４をそれぞれ一方の面で絶縁樹脂膜１２２により封止するとともに、他方の面で露出させた構造体を得ることができる。
（ＩＳＢパッケージへの適用）
なお、本実施の形態における半導体モジュールの製造方法は、ＩＳＢ（Integrated System in Board；登録商標）パッケージの製造に適用することができる。この方法を用いることにより、ＩＳＢパッケージの製造工程を簡略化することができる。以下、ＩＳＢパッケージについて説明する。
ＩＳＢとは、半導体ベアチップを中心とする電子回路のパッケージングにおいて、銅による配線パターンを持ちながら回路部品を支持するためのコア(基材)を用いない独自のコアレスシステム・イン・パッケージである。特開２００２−１１０７１７号公報には、こうしたシステム・イン・パッケージが記載されている。
ここで、従来、ＩＳＢパッケージは、支持基板としても機能する導電箔上に複数層の導電パターンを形成して多層配線構造を作り、さらに回路素子を実装し、絶縁樹脂でモールドし、導電箔を除去することにより得られる。
このパッケージによれば、以下の利点が得られる。
（ｉ）コアレスで実装できるため、トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩの小型・薄型化を実現できる。
（ｉｉ）トランジスタからシステムＬＳＩ、さらにチップタイプのコンデンサや抵抗を回路形成し、パッケージングすることができるため、高度なＳＩＰ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｅ）を実現できる。
（ｉｉｉ）現有の半導体チップを組み合わせできるため、システムＬＳＩを短期間に開発できる。
（ｉｖ）半導体ベアチップが直下の銅材に直接マウントされており、良好な放熱性を得ることができる。
（ｖ）回路配線が銅材でありコア材がないため、低誘電率の回路配線となり、高速データ転送や高周波回路で優れた特性を発揮する。
（ｖｉ）電極がパッケージの内部に埋め込まれる構造のため、電極材料のパーティクルコンタミの発生を抑制できる。
（ｖｉｉ）パッケージサイズはフリーであり、１個あたりの廃材を６４ピンのＳＱＦＰパッケージと比較すると、約１／１０の量となるため、環境負荷を低減できる。
（ｖｉｉｉ）部品を載せるプリント回路基板から、機能の入った回路基板へと、新しい概念のシステム構成を実現できる。
（ｉｘ）ＩＳＢのパターン設計は、プリント回路基板のパターン設計と同じように容易であり、セットメーカーのエンジニアが自ら設計できる。
本実施の形態における半導体モジュールの製造方法をＩＳＢパッケージの製造に適用する場合、回路素子の一部または全部を構成する埋込部材の表面が平坦であり、積層膜の上部の一面と埋込部材の上部の一面とで平坦な面を形成するように構成されているため、さらに上部に積層される膜の表面も平坦となる。さらに上層の絶縁層形成にカルド型ポリマーを含むフォトソルダーレジスト層２２０を導入することにより、加工精度が向上するため、ＩＳＢパッケージの製造コストまたは製造安定性を改善するか、あるいは高速信号伝送を実現させることができる。
また、本実施の形態によれば、回路素子が封止された絶縁樹脂膜自体を支持基盤として機能させることができるため、多層配線構造を形成した後に基板を除去するという手間を省くことができる。これにより、ＩＳＢパッケージの製造工程を簡略化することができるとともに、上述の利点を得ることもできる。
よって、本実施の形態によれば、ウェハ工程と、ＩＳＢの技術、装置を活用した、マルチチップＳｉＰを実現することができる。そして、バンプレス構造が実現でき、高速信号伝送、薄型パッケージが実現できる。さらに、上層の絶縁層形成にカルド型ポリマーを含むフォトソルダーレジスト層２２０を導入することにより、外層により高密度な配線を行うことで、小型化、多ピン化に対応したパッケージが実現できる。また、回路装置内に受動素子を内臓させることが可能になり、薄型の高機能ＳｉＰを提供することができる。
以上、本発明を実施の形態および実施例に基づいて説明した。この実施の形態および実施例はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
たとえば、配線層において、層間の電気的接続は、スルーホールを導電性材料で埋め込む方法に限られず、たとえば、ワイヤを介して行うこともできる。この場合ワイヤを封止材により覆ってよい。
また、配線１２５、導電性膜１２４、高誘電率部材１７０および抵抗器１８０を、ＣＶＤ法、スパッタリング法などによる膜形成、パターニング、エッチングなどを経て形成してから、積層膜１６０を成膜してもよい。この場合、カルド型ポリマー含有フォトソルダーレジスト層２２０の形成は、積層膜１６０の成膜後に行われる。その後の配線形成に至る工程は上述のとおりである。
なお、回路素子は、図１および図２に示すように、第一の素子上に第二の素子が配置された回路素子を含む構成とすることもできる。第一の素子上に第二の素子の組み合わせとしては、たとえばＳＲＡＭとＦｌａｓｈメモリ、ＳＲＡＭとＰＲＡＭとすることができる。この場合、第一の素子上に第二の素子とはビアにより電気的に接続され得る。
また、積層膜１６０の材料は、絶縁樹脂膜に限られず、抵抗器の材料となるカーボン材料やキャパシタ構成部材となる高誘電率材料であってもよい。この場合、積層膜１６０の凹部１９０に埋め込まれる埋込材料は、絶縁性樹脂材料であることができる。
さらに、キャパシタや抵抗器をはじめとする回路素子の一部または全部を構成する埋込部材を形成するための上記の埋込材料の処理方法としては、乾燥処理に限定されず、例えば、焼成、圧着、圧縮、固化、凝固、成型、架橋、硬化、変性などの様々な処理を、目的とする埋込部材の特性に応じて用いることができる。
本発明の実施の形態における半導体モジュールの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態における半導体モジュールの製造工程を示す断面図である。 一般的なＢＧＡの概略構成を示す図である。
符号の説明
１２０ 導電性膜、 １２１ ビア、 １２２ 絶縁樹脂膜、 １２３ 導電性膜、 １２４ 導電性膜、 １２５ 配線、 １２６ 導電性膜、 １４０ 基材、 １４２ 半導体素子、 １４４ 受動素子、 １４６ 引張方向、 １４８ 応力緩和方向、 １６０ 積層膜、 １７０ 高誘電率部材、 １７５ キャパシタ、 １８０ 抵抗器、 １９０ 凹部、 ２００ 掻取手段、 ２１０ 上層絶縁樹脂膜、 ２２０ フォトソルダーレジスト層、 ２３０ 半田電極。

Claims (8)

  1. 第１の絶縁樹脂膜と、
    前記第１の絶縁樹脂膜に埋め込まれた第１の複数の回路素子と、
    前記第１の絶縁樹脂膜より上層に設けられ、埋込材料からなる第２の複数の回路素子を内部に備えた第２の絶縁樹脂膜と、
    前記第２の回路素子を覆うように形成されたソルダーレジスト層と、
    を含み、
    前記第１の複数の回路素子は、前記第１の絶縁樹脂膜に固着され、
    前記ソルダーレジスト層は、カルド型ポリマーを含むことを特徴とする半導体モジュール。
  2. 請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記第１の回路素子の一部または全部を構成する一以上の部材のうちいずれかの部材の上部の一面と、前記第１の回路素子間の前記第１の絶縁樹脂膜の上部の一面と、が同一平面を形成し、
    前記一以上の部材のうちいずれかの部材の下部の一面と、前記第１の回路素子間の前記第１の絶縁樹脂膜の下部の一面と、が同一平面を形成するように構成されていることを特徴とする半導体モジュール。
  3. 請求項１または２に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記ソルダーレジスト層に前記第１の回路素子を接続する配線が設けられていることを特徴とする半導体モジュール。
  4. 請求項１から３のいずれかに記載の半導体モジュールにおいて、
    前記ソルダーレジスト層のガラス転移温度が１８０℃以上２２０℃以下であり、
    前記ソルダーレジスト層の周波数１ＭＨｚの交流電界を印加した場合の誘電正接が０．００１以上０．０４以下であることを特徴とする半導体モジュール。
  5. 請求項４に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記ソルダーレジスト層のガラス転移温度以下の領域における線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃以上８０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする半導体モジュール。
  6. 第１の回路素子を固定した状態で、第１の絶縁樹脂膜および導電性膜の積層体を配置し、前記第１の回路素子を前記第１の絶縁樹脂膜内に埋め込む工程と、
    圧着により前記第１の回路素子を前記第１の絶縁樹脂膜内に固定する工程と、
    前記第１の回路素子を埋め込まれた前記第１の絶縁樹脂膜より上層に設けられ、埋込材料からなる第２の複数の回路素子を内部に備えた第２の絶縁樹脂膜と、前記第２の回路素子を覆うように形成されたソルダーレジスト層とを形成する工程と、
    を含み、
    前記ソルダーレジスト層はカルド型ポリマーを含むことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  7. 請求項６に記載の半導体モジュールの製造方法において、
    表面に凹部を備える第２の絶縁樹脂膜を形成する工程と、
    前記凹部の内部に埋込材料を埋め込み、前記凹部の内部に前記第２の回路素子の一部または全部を構成する埋込部材を形成する工程と、
    をさらに含むことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  8. 請求項１から５のいずれかに記載の半導体モジュールと、
    前記半導体モジュールに搭載されている半導体素子と、
    を備えることを特徴とする半導体装置。
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