JP4902558B2 - 半導体モジュールの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体モジュールの製造方法、半導体モジュール、携帯機器に関する。
近年、電子機器の小型化・高機能化に伴い、電子機器に使用される半導体素子（半導体モジュール）のさらなる小型化が求められている。半導体素子の小型化に伴い、配線基板に実装するための電極間の狭ピッチ化が不可欠となっている。半導体素子の表面実装方法として、半導体素子の電極にはんだバンプを形成し、はんだバンプと配線基板のパッド電極とをはんだ付けするフリップチップ実装方法が知られている。フリップチップ実装方法では、はんだバンプ自体の大きさや、はんだ付け時のブリッジ発生などが制約となり、電極の狭ピッチ化に限界があった。このような限界を克服するための方法として、金属板をハーフエッチすることによって形成した突起構造を電極またはビアとし、金属板にエポキシ樹脂などの絶縁層を介して半導体素子を装着し、突起構造に半導体素子の電極を接続する方法が知られている（特許文献１および特許文献２参照）。
特開平９−２８９２６４号公報 特開２０００−６８６４１号公報
ところで、突起構造を絶縁層に埋め込むようにして金属板、絶縁層、及び半導体素子を積層して一体化する際には、突起構造と半導体素子の電極との位置合わせ（アライメント）を行う必要がある。従来の製造技術においては、金属板側にドリルによってアライメント用貫通孔を設け、金属板の貫通孔とこれを通して認識される半導体素子上のアライメントマークとにより金属板の突起構造と半導体素子の電極との位置合わせを行っている。さらに、リソグラフィ技術とエッチング技術により金属板を所定の配線パターンに加工する際にも、こうしたアライメント用貫通孔を用いて位置合わせを行っている。しかしながら、ドリル加工の微細化限界およびその加工精度の低さためにアライメント精度の向上が難しく、製造マージン（位置合わせマージン）の低減による半導体素子（半導体モジュール）の微細化に対応してその低コスト化を図ることが困難であった。また、ドリル加工自体も処理工程の増加となり半導体素子（半導体モジュール）の製造コスト増の一因となっていた。
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属板の突起構造と半導体素子の電極とを対向させた状態で接続する際の位置合わせ精度を向上させるとともに、半導体モジュールの製造コストの低減を図る技術の提供にある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様は半導体モジュールの製造方法である。この半導体モジュールの製造方法は、表面に半導体素子と、この半導体素子と電気的に接続された電極と、所定の第１のパターン部とが設けられた基板を用意する第１の工程と、第１の主面およびその反対側の第２の主面を有し、第１の主面から突出して設けられた突起部と第２の主面に設けられた所定パターンの溝部とを備える金属板を用意する第２の工程と、第１のパターン部とこれに対応する溝部が所定の位置関係になるように金属板の位置を調整することで突起部と電極との位置合わせを行い、金属板の第１の主面側と基板とを絶縁層を介して圧着し、突起部が絶縁層を貫通した状態で突起部と電極とを電気的に接続する第３の工程と、金属板の第２の主面側に所定パターンの配線層を形成する第４の工程と、を備えることを特徴とする。
上記構成において、第４の工程は、金属板の第２の主面側をエッチバックして溝部の底部を第１の主面まで貫通させることにより金属板を所定パターンの配線層に加工していてもよい。
上記構成において、第４の工程は、配線層の側面と、配線層の絶縁層と反対側の主面との間の領域が面取り形状となるように、金属板を加工していてもよい。
上記構成において、第２の工程は、平板状の金属板の一方の面に突起部を形成する第１のステップと、突起部の所定の第２のパターン部を基準として平板状の金属板の他方の面に溝部を形成する第２のステップと、を備えていてもよい。
上記構成において、半導体素子は基板に複数形成され、溝部は複数の半導体素子間を区画するように設けられたスクライブ領域にさらに形成されていてもよい。
上記構成において、第３の工程は、金属板の第１の主面側と基板とを加熱しながら圧着し、第１のステップは、金属板の線膨張係数と基板の線膨張係数との差と、第３の工程における加熱温度と、第３の工程における加熱にともなう膨張によって移動しない金属板の基準点からの距離とに応じて、電極に対向する位置から金属板の膨張方向とは反対側にずらした位置に、突起部を形成していてもよい。
また、本発明の別の態様は半導体モジュールである。この半導体モジュールは、突起部が設けられた配線層と、表面に半導体素子と、この半導体素子と電気的に接続されるとともに突起部に対応するように配置された電極とが設けられた基板と、配線層と基板との間に設けられた絶縁層と、を備え、突起部が絶縁層を貫通した状態で突起部と電極とが電気的に接続され、配線層の側面と、配線層の絶縁層と反対側の主面との間の領域が面取り形状であることを特徴とする。
さらに、本発明の別の態様は携帯機器である。この携帯機器は、上述の態様の半導体モジュールを搭載したことを特徴とする。
本発明によれば、金属板の突起構造と半導体素子の電極とを対向させた状態で接続する際の位置合わせ精度を向上させるとともに、半導体モジュールの製造コストの低減を図る技術が提供される。
以下、本発明を具現化した実施形態について図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
（実施形態１）
図１は本実施形態に係る半導体モジュールの概略断面図である。図１に基づいて本実施形態の半導体モジュールについて説明する。
本実施形態の半導体モジュールにおける半導体基板１は、Ｐ型シリコン基板などが採用され、その表面Ｓ（下面側）に周知の技術により所定の電気回路などの半導体素子２が形成され、実装面となる表面Ｓ（特に半導体素子２の外周縁部）に半導体素子２と電気的に接続された電極２ａが形成されている。この電極２ａの所定の領域（中央部分）が露出するように半導体基板１の表面上の領域には保護膜３が形成されている。半導体基板１の表面Ｓでは、電極２ａのピッチをより広くするために電極２ａおよび保護膜３の上に絶縁層８が形成され、この絶縁層８を貫通して電極２ａの露出面に接続する突起部４ａとこの突起部４ａが一体的に設けられた再配線パターン４が形成されている。突起部４ａは再配線パターン４の第１の主面Ｓ１に設けられ、この第１の主面Ｓ１と反対側（下面側）の所定の領域には半導体モジュール外部との信号授受を行うための外部接続電極（はんだボール）９が設けられている。
具体的には、絶縁層８は、半導体基板１の表面Ｓに形成され、その厚さは、たとえば、約３５μｍである。絶縁層８としては、加圧したときに塑性流動を引き起こす材料が好ましい。加圧したときに塑性流動を引き起こす材料としては、エポキシ系熱硬化型樹脂が挙げられる。絶縁層８に採用されるエポキシ系熱硬化型樹脂は、たとえば、温度１６０℃、圧力８ＭＰａの条件下で、粘度が１ｋＰａ・ｓの特性を有する材料であればよい。また、温度１６０℃の条件下で、この材料は１５ＭＰａで加圧した場合に、加圧しない場合と比較して、樹脂の粘度が約１／８に低下する。
再配線パターン４は絶縁層８の上に形成されている。再配線パターン４には第１の主面Ｓ１から突出してこの絶縁層８を貫通する突起部４ａが一体的に設けられている。再配線パターン４および突起部４ａには、たとえば、圧延された銅からなる圧延金属が採用される。銅からなる圧延金属は、めっき処理等によって形成された銅からなる金属膜と比較すると、機械的強度の点において強く、再配線のための材料として優れている。再配線パターン４の厚さは、たとえば、約２０μｍであり、突起部４ａの高さ（厚さ）は、たとえば、約３５μｍである。突起部４ａは、円錐の頂点部がその底面部と平行に取り除かれた形状（以下、「円錐台」と称する）に設けられ、半導体基板１の電極２ａとの接触面と平行な先端部４ａ１と、先端部４ａ１に近づくにつれて径（寸法）が細くなるように形成された側面部４ａ２とを備えている。突起部４ａの先端（先端部４ａ１）の径および基面の径は、それぞれ約３５μｍφおよび約５０μｍφである。また、突起部４ａは電極２ａに対応する位置に設けられている。突起部４ａの先端（先端部４ａ１）は半導体基板１の電極２ａと直に接するように形成され、電極２ａと再配線パターン４とを電気的に接続している。
なお、半導体基板１は本発明の「基板」、半導体素子２は本発明の「半導体素子」、電極２ａは本発明の「電極」、突起部４ａは本発明の「突起部」、溝部４ｂは本発明の「溝部」、絶縁層８は本発明の「絶縁層」、及び再配線パターン４は本発明の「配線層」の一例である。
（製造方法）
図２および図３は突起部と溝部とを有する銅板の形成方法を説明するための概略断面図である。図４は複数のスクライブラインにより区画された半導体基板がマトリクス状に配置された半導体ウエハを示す平面図（上面図）である。図５および図６は図１に示した本実施形態に係る半導体モジュールの製造プロセスを説明するための概略断面図である。次に、図１〜図６を参照して本実施形態に係る半導体モジュールの製造プロセスについて説明する。
まず、図２（Ａ）に示すように、少なくとも突起部４ａの高さと再配線パターン４の厚さとの和よりも大きい厚さを有する平板状の銅板４ｚを用意する。銅板４ｚとしては圧延された銅からなる圧延金属が採用され、銅板４ｚの厚さは約１００μｍである。なお、平板状の銅板４ｚは本発明の「平板状の金属板」の一例である。
図２（Ｂ）に示すように、リソグラフィ技術を用いて各半導体モジュール形成領域６内における突起部形成領域にレジストマスクＰＲ１ａを形成する。ここで、突起部形成領域の配列は複数のスクライブライン５によって複数の半導体モジュール形成領域６に区画された半導体ウエハにおける半導体基板１の各電極２ａの位置に対応している。また、この際、レジストマスクＰＲ１ａには、半導体モジュール形成領域６の外側（たとえば、スクライブライン５）の所定の領域（所定の位置）に位置合わせ（アライメント）用パターン部（図７参照）を合わせて形成しておく。このパターン部には、たとえば、十字形、四角形、あるいは円などの位置合せマークが採用され、そのサイズ（全長）は、たとえば、約５μｍ〜約５００μｍの範囲である。そして、レジストマスクＰＲ１ａを設けた面の反対側（第２の主面Ｓ２）にレジスト保護膜ＰＲ１ｂを形成して銅板４ｚを保護しておく。なお、スクライブライン５は本発明の「スクライブ領域」の一例である。
図２（Ｃ）に示すように、レジストマスクＰＲ１ａをマスクとして塩化第二鉄溶液などの薬液を用いたウェットエッチング処理を行い、銅板４ｚの表面に分離溝を形成することにより、銅板４ｙの第１の主面Ｓ１から突出する所定の円錐台パターンの突起部４ａを形成する。この際、突起部４ａはその先端部４ａ１に近づくにつれて径（寸法）が細くなるテーパ状の側面部４ａ２を有するように形成される。また、突起部４ａの高さは約３５μｍとし、突起部４ａの先端（先端部４ａ１）の径および基面の径はそれぞれ約３５μｍφおよび約５０μｍφとしている。なお、上記処理においては、銅板４ｙの第２の主面Ｓ２側はレジスト保護膜ＰＲ１ｂにより保護されている。
図２（Ｄ）に示すように、レジストマスクＰＲ１ａおよびレジスト保護膜ＰＲ１ｂを除去する。これにより、銅板４ｙの第１の主面Ｓ１に対して突起部（先端部４ａ１およびこの先端部４ａ１に近づくにつれて径が細くなるように形成された側面部４ａ２を有する突起部）４ａが一体的に形成される。また、半導体モジュール形成領域６の外側（たとえば、スクライブライン５）の所定の領域（所定の位置）には位置合わせ用パターン部（図７参照）が形成される。なお、レジストマスクＰＲ１ａに代えて銀（Ａｇ）などの金属マスクを採用してもよい。この場合には、銅板４ｚとのエッチング選択比が十分確保されるため、突起部４ａや位置合わせ用パターン部のパターニングのさらなる微細化を図ることが可能となる。
次に、図３（Ａ）に示すように、銅板４ｙの第１の主面Ｓ１側に設けた位置合わせ用パターン部を目印にして位置合わせを行い、リソグラフィ技術を用いて銅板４ｙの第２の主面Ｓ２側の溝部形成領域にレジストマスクＰＲ２ａを形成する。この際、レジストマスクＰＲ２ａには、半導体モジュール形成領域６の外側（たとえば、スクライブライン５）の所定の領域（所定の位置）に位置合わせ用パターン部７ａを合わせて形成しておく。この位置合わせ用パターン部７ａには、たとえば、十字形、四角形、あるいは円などの位置合せマークが採用され、そのサイズ（全長）は、たとえば、約５μｍ〜約５００μｍの範囲である。そして、レジストマスクＰＲ２ａを設けた面の反対側（第１の主面Ｓ１）にレジスト保護膜ＰＲ２ｂを形成して銅板４ｙを保護しておく。なお、レジストマスクＰＲ２ａの形成時の位置合わせ方法については後述する。
図３（Ｂ）に示すように、レジストマスクＰＲ２ａをマスクとして塩化第二鉄溶液などの薬液を用いたウェットエッチング処理を行い、銅板４ｘに第２の主面Ｓ２から掘り下げて設けられた溝部４ｂを形成する。ここでは、溝部４ｂの深さは約２０μｍとしている。これにより、溝部４ｂは位置合わせ用パターン部７ａと所定のライン／スペースパターンとを有する再配線パターン４に対応したスペースパターンに形成される。
図３（Ｃ）に示すように、レジストマスクＰＲ２ａおよびレジスト保護膜ＰＲ２ｂを除去する。これにより、銅板４ｘの第１の主面Ｓ１から突出して設けられた突起部４ａと第２の主面Ｓ２から掘り下げて設けられた溝部４ｂと備える銅板４ｘが形成される。
このように製造した銅板４ｘを別途用意しておき、以下に説明する本実施形態での半導体モジュールの製造プロセスに採用する。
まず、図５（Ａ）に示すように、表面Ｓに半導体素子２、電極２ａ、及び保護膜３を有する半導体基板１がマトリクス状に形成された半導体ウエハを用意する。なお、半導体ウエハは、図４に示すように、複数のスクライブライン５によって複数の半導体モジュール形成領域６（半導体基板１）に格子状に区画されている。この半導体モジュール形成領域６は先に述べた半導体モジュールが形成される領域である。
具体的には、図５（Ａ）に示したように、Ｐ型シリコン基板などの半導体ウエハ内のそれぞれの半導体基板１に対して、その表面Ｓ（下面側）に周知の技術により所定の電気回路などの半導体素子２およびその周辺部に半導体素子２と電気的に接続された電極２ａを形成する。そして、半導体基板１の表面Ｓに銅板４ｘの位置合わせ用パターン部７ａに対応する領域（たとえば、スクライブライン５）の所定の位置に位置合わせ用パターン部７ｂを形成する。この位置合わせ用パターン部７ｂには、たとえば、十字形、四角形、あるいは円などの位置合せマークの中で、銅板４ｘの位置合わせ用パターン部７ａと一対となるものが採用される。また、電極２ａや位置合わせ用パターン部７ｂの材料にはアルミニウムなどの金属が採用される。そして、この電極２ａの所定の領域（中央部分）を除いた半導体基板１の表面Ｓ上の領域に、半導体基板１を保護するための絶縁性の保護膜３を形成する。保護膜３としてはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ）などが採用される。なお、位置合わせ用パターン部７ｂは本発明の「第１のパターン部」の一例である。
そして、銅板４ｘの第２の主面Ｓ２側に設けた位置合わせ用パターン部７ａと半導体基板１の表面Ｓに設けた位置合わせ用パターン部７ｂが所定の位置関係（たとえば、両者が重なった状態）になるように銅板４ｘの位置を調整することにより、突起部４ａと半導体
基板１の電極２ａとの位置合わせ（重ね合わせ）を行い、半導体基板１（表面Ｓ側）と、突起部４ａが形成された銅板４ｘ（第１の主面Ｓ１側）との間に絶縁層８を挟持する。絶縁層８の厚さは、突起部４ａの高さと同程度の約３５μｍである。なお、銅板４ｘと半導体基板１との位置合わせ方法については後述する。
図５（Ｂ）に示すように、上記のように挟持した上で、プレス装置を用いて加圧成形することにより、半導体基板１、絶縁層８、及び銅板４ｘを一体化して積層する。プレス加工時の圧力および温度は、それぞれ約５ＭＰａおよび２００℃である。プレス加工により、絶縁層８の粘度が低下し、絶縁層８は塑性流動を起こす。これにより、突起部４ａが絶縁層８を貫通し、突起部４ａと電極２ａとが電気的に接続される。また、突起部４ａが先端部４ａ１に近づくにつれて径が細くなるように形成された側面部４ａ２を有することにより、突起部４ａが絶縁層８にスムースに貫通する。この結果、突起部４ａと電極２ａとの界面から絶縁層８が効果的に押し出されて絶縁層８の一部が界面に残存しにくくなる。
そして、エッチング技術を用いて銅板４ｘの第２の主面Ｓ２側を全面エッチバックすることにより、図５（Ｃ）に示すように、銅板４ｘを一様に薄膜化するとともに、溝部４ｂの底部を第１の主面Ｓ１まで貫通させる。これにより、溝部４ｂのスペースパターンが反映され、自己整合的に位置合わせ用パターン部７ａと所定のライン／スペースパターンを有する再配線パターン４が形成される。再配線パターン４の厚さは、溝部４ｂの深さが反映され、約２０μｍである。また、再配線パターン４は、銅板４ｘの第２の主表面Ｓ２側を全面エッチバックすることにより形成されるため、その角部、すなわち再配線パターン４の側面と、絶縁層８と反対側の主面との間の領域がＲ形状などの面取り形状となっている。そのため、後述する外部接続電極（はんだボール）９を再配線パターン４に形成する前に、再配線パターン４を保護するための保護層としてたとえばフォトソルダーレジスト（図示せず）を積層する場合に、再配線パターン４間にフォトソルダーレジストが入り込みやすくなる。その結果、半導体素子２の小型化にともなって配線ピッチが微細化しても、再配線パターン４とフォトソルダーレジストとの間にボイド（空洞）が生じ難くなり、フォトソルダーレジストの剥離などを抑えることができる。
次に、図６（Ａ）に示すように、はんだ印刷法を用いて突起部４ａを介して電極２ａと接続されている部分の再配線パターン４に対して半導体モジュール外部との信号授受を行うための外部接続端子として機能する外部接続電極（はんだボール）９を形成する。具体的には、樹脂とはんだ材をペースト状にした「はんだペースト」を、スクリーンマスクにより所望の箇所に印刷し、はんだ溶融温度に加熱することで外部接続電極（はんだボール）９を形成する。あるいは、別の方法として再配線パターン４側にあらかじめフラックスを塗布しておき、はんだボールを再配線パターン４にマウントしてもよい。
図６（Ｂ）に示すように、複数の半導体モジュール形成領域６を区画するスクライブライン５に沿って、半導体ウエハをダイシングすることにより半導体基板１を個別化する。この後、薬液による洗浄処理を行うことで、ダイシング時に発生する残渣などを除去する。
これらの工程により、先の図１に示した本実施形態の半導体モジュールが製造される。
以下に、本実施形態における突起部を有する金属板（銅板）に関する位置合わせ方法について説明する。
まず、図７は第１の主面に突起部を有する銅板の第２の主面に対して溝部を形成する際の位置合わせ方法を説明するための概略断面図である。
図７（Ａ）に示すように、アライメント機能を有する露光装置においてマスクホルダ４０に固定された溝部形成用マスク（所定のライン／スペースパターン４１ａと位置合わせ用パターン部７ｃが設けられたマスク）４１を用いて銅板４ｙの第２の主面Ｓ２に溝部を形成する際、まず、溝部形成用マスク４１（位置合わせ用パターン部７ｃ）の位置合わせ用パターン部７ｃの像を投影し、溝部形成用マスク４１（位置合わせ用パターン部７ｃ）の下面側に設けたＣＣＤカメラ等の撮像手段４２によって撮影する。そしてこの撮影データをコンピュータに取り込んで位置合わせ用パターン部７ｃの画像を記憶する。
図７（Ｂ）に示すように、基板ホルダ４３に固定された銅板４ｙを所定の位置に介挿する。この銅板４ｙには先の図２（Ａ）〜（Ｄ）で示した工程を経て第１の主面Ｓ１に突起部４ａおよび位置合わせ用パターン部７ｄが形成され、さらに第２の主面Ｓ２にレジスト膜ＰＲ２が成膜されている。また、銅板４ｙはその第２の主面Ｓ２上のレジスト膜ＰＲ２を溝部形成用マスク４１に対向させるように基板ホルダ４３に固定されている。なお、位置合わせ用パターン部７ｄは本発明の「第２のパターン部」の一例である。
そして、先と同一のＣＣＤカメラ等の撮像手段４２を用いて銅板４ｙの位置合わせ用パターン部７ｄを撮影する。
引き続き、先の記憶した溝部形成用マスク４１の位置合わせ用パターン部７ｃの画像を基準にして銅板４ｙの位置合わせ用パターン部７ｄの画像を重ね合わせ、両者が所定の位置関係になるように基板ホルダ４３の位置を移動・調整する。このようにして銅板４ｙと溝部形成用マスク４１と位置合わせが行われる。
図７（Ｃ）に示すように、溝部形成用マスク４１と銅板４ｙとを位置合わせした状態で、基板ホルダ４３を溝部形成用マスク４１側に移動させ、レジスト膜ＰＲ２を溝部形成用マスク４１に近接または接触させて露光を行う。こうした露光の後、所定の熱処理および現像工程を経て図３（Ａ）に示したレジストマスクＰＲ２ａが形成される。
以上のように、露光装置のアライメント機能を採用して位置合わせを行うことができるので、容易に高精度の位置合わせが実現できる。
次に、図８は銅板の突起部と半導体基板の電極との位置合わせ方法を説明するための概略断面図である。
図８（Ａ）に示すように、アライメント機能を有する圧着装置（貼り合わせ装置）において固定ホルダ５０に固定された半導体ウエハ（電極２ａと位置合わせ用パターン部７ｂを有する半導体基板１）の位置合わせ用パターン部７ｂの像を投影し、半導体ウエハ（半導体基板１）の下面側に設けたＣＣＤカメラ等の撮像手段５２によって撮影する。そしてこの撮影データをコンピュータに取り込んで位置合わせ用パターン部７ｂの画像を記憶する。
図８（Ｂ）に示すように、基板ホルダ５３に固定された銅板４ｘを所定の位置に介挿するとともに、半導体ウエハ（半導体基板１）と銅板４ｘとの間に絶縁層８を介在させて配置する。この銅板４ｘには第１の主面Ｓ１に突起部４ａおよび位置合わせ用パターン部（図７参照）が形成され、さらに第２の主面Ｓ２に所定パターンの溝部４ｂおよび位置合わせ用パターン部７ａが形成されている。そして、銅板４ｘはその第１の主面Ｓ１の突起部４ａを半導体ウエハ（半導体基板１）に対向させた状態で基板ホルダ５３に固定されている。
そして、先と同一のＣＣＤカメラ等の撮像手段５２を用いて銅板４ｘの位置合わせ用パターン部７ａを撮影する。
引き続き、先の記憶した半導体ウエハ（半導体基板１）の位置合わせ用パターン部７ｂの画像を基準にして銅板４ｘの位置合わせ用パターン部７ａの画像を重ね合わせ、両者が所定の位置関係になるように基板ホルダ５３の位置を移動・調整する。このようにして銅板４ｘと半導体ウエハ（半導体基板１）と位置合わせが行われる。
図８（Ｃ）に示すように、銅板４ｘと半導体ウエハ（半導体基板１）とを位置合わせした状態で、基板ホルダ５３を半導体ウエハ（半導体基板１）側に移動させ、銅板４ｘを半
導体ウエハ（半導体基板１）に絶縁層８を介して圧着する。この際、突起部４ａが絶縁層８を貫通することにより突起部４ａと半導体基板１の電極２ａとが電気的に接続される。なお、位置合わせを行った後、別の装置にて圧着処理を行ってもよい。
このようにして先の図５（Ａ）および図５（Ｂ）で示した工程が処理され、圧着装置（貼り合わせ装置）のアライメント機能を採用して位置合わせを行うことができるので、容易に高精度の位置合わせが実現できる。
本実施形態の半導体モジュールの製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）第１の主面Ｓ１に突起部４ａを有する銅板４ｘにおいてその反対側の第２の主面Ｓ２に溝部４ｂを設け、こうした銅板４ｘを半導体基板１に圧着する際、溝部４ｂを位置合わせのための目印として利用することで、従来のドリル加工による位置合わせ用パターン部（アライメント用貫通孔）の形成工程が不要となり、半導体モジュールを低コストで製造することができる。また、位置合わせのための目印を再配線パターン４のスペースパターンに対応する溝部４ｂとしたことで、再配線パターン４に対応する加工精度を利用して位置合わせを行うことができるため、従来のドリル加工による位置合わせ用パターン部（アライメント用貫通孔）を用いた位置合わせに比べて位置合わせを高精度に行うことができる。この結果、銅板４ｘの突起部４ａと半導体基板１の電極２ａとの圧着の際に、突起部４ａと電極２ａとが高精度に位置合わせされた半導体モジュールを低コストで製造することができる。
（２）第１の主面Ｓ１に突起部４ａを有する銅板４ｘにおいてその反対側の第２の主面Ｓ２に再配線パターン４のスペースパターンに対応する溝部４ｂを設け、こうした銅板４ｘを半導体基板１に圧着した後、この溝部４ｂの底部を貫通させて銅板４ｘを再配線パターン４に加工するようにしたことで、圧着後における再配線パターン４の形成にリソグラフィ工程が不要となり、半導体モジュールを低コストで製造することができる。
（３）第１の主面Ｓ１に突起部４ａを有する銅板４ｘにおいてその反対側の第２の主面Ｓ２に溝部４ｂを設けたことで、少なくとも溝部４ｂ部分で銅板４ｘが薄膜化されて銅板４ｘの反りを低減することができるので、銅板４ｘと半導体基板１との圧着時の位置合わせ精度をさらに向上させることができる。
（４）平板状の銅板４ｚの一方の面に突起部４ａを形成した後、従来のドリル加工による位置合わせ用パターン部（アライメント用貫通孔）を採用せず、突起部４ａの位置合わせ用パターン部７ｄを基準にして平板状の銅板４ｚの他方の面に溝部４ｂを形成したことで、溝部４ｂとその反対の面にある突起部４ａとの位置関係が高精度に制御される。このため、溝部４ｂを位置合わせのための目印として利用した際、突起部４ａと半導体基板１の電極２ａとの位置合わせをより高精度に行うことができる。
（５）スクライブライン５は一般に半導体ウエハ（半導体基板１）の表面に縦横に形成された複数の半導体素子２を個々の半導体素子２に区画するように囲む格子状の領域であり、半導体ウエハ（半導体基板１）をダイシングして個別化する際に除去される領域である。このため、スクライブライン５には、溝部４ｂ（位置合わせ用パターン部７ａ）を半導体素子２の電極２ａなどの、再配線パターン４のレイアウトを考慮せずに設けることができ、さらに別の半導体素子を新たに製造する場合にも共通化して利用することが可能となる。したがって、銅板４ｘの溝部４ｂ（位置合わせ用パターン部７ａ）を複数の半導体素子２間を区画するスクライブライン５にさらに形成したことで、銅板４ｘと半導体基板１との圧着の際に突起部４ａと電極２ａとの位置合わせ精度が向上した半導体モジュールをさらに低コストで製造することができる。
（６）半導体モジュールが個別化される前の半導体ウエハの状態で一括して突起部４ａおよび溝部４ｂを有する銅板４ｘを圧着して再配線パターン４を形成したので、半導体モジュールごとに個別に銅板４ｘを圧着して再配線パターン４などを形成する場合に比べて、半導体モジュールの製造コストを低減することができる。
（７）本製造方法によれば、銅板４ｘの突起部４ａと半導体基板１の電極２ａとの位置合わせを高精度に行うことができるので、それらの位置合わせマージンを低減することができ、たとえば、半導体基板１の電極２ａのサイズ（寸法）を微細化することが可能となる。このため、半導体モジュールを小型化することができる。
（８）再配線パターン４は、その側面と、絶縁層８と反対側の主面との間の領域が面取り形状となっているため、再配線パターン４を保護するための保護層を積層する場合に、再配線パターン４間に保護層が入り込みやすくなる。そのため、半導体素子２の小型化にともなって配線ピッチが微細化しても、再配線パターン４と保護層との間にボイド（空洞）が生じ難くなり、保護層の剥離などを抑えることができ、その結果、半導体モジュールの実装信頼性が向上する。
（実施形態２）
上述の実施形態１では、銅板４ｚにおける半導体基板１の各電極２ａに対応した位置に突起部４ａを形成したが、本実施形態では銅板４ｘと半導体基板１のそれぞれの線膨張係数の差異と、銅板４ｘと半導体基板１の圧着時の加熱温度と、加熱にともなう膨張によって移動しない銅板４ｘの基準点からの距離とを考慮した位置に突起部４ａを形成した点が実施形態１と異なる。以下、本実施形態について説明する。なお、実施形態１と同様の構成、方法については、同一の符号を付し、その説明は省略する。
図９および図１０は本実施形態に係る突起部と溝部とを有する銅板の形成方法を説明するための概略断面図である。図１１は本実施形態に係る半導体モジュールの製造プロセスを説明するための概略断面図である。
図９（Ａ）に示すように、リソグラフィ技術を用いて、用意した銅板４ｚの所定の突起部形成領域にレジストマスクＰＲ１ａを形成する。所定の突起部形成領域は、後述する突起部４ａと溝部４ｂと備える銅板４ｘの線膨張係数と半導体基板１の線膨張係数との差と、銅板４ｘと半導体基板１との圧着時の加熱温度と、加熱にともなう膨張によって移動しない銅板４ｘの基準点からの距離とに応じて、電極２ａに対向する位置から銅板４ｘの膨張方向とは反対側にずらした位置となっている。ここで、銅板４ｘおよびシリコンからなる半導体基板１の線膨張係数は、それぞれ約１７ｐｐｍ／℃および約３ｐｐｍ／℃である。また、加熱にともなう膨張によって移動しない基準点は、通常、銅板４ｘの中心点である。
本実施形態では、図４に示すように、複数のスクライブライン５により区画された半導体基板１がマトリクス状に配置された半導体ウエハに銅板４ｘを圧着している。そこで、スクライブライン５の幅を、銅板４ｘの線膨張係数と半導体基板１の線膨張係数との差と、圧着時の加熱温度とに応じた距離だけ狭くしている。すなわち、本実施形態では、半導体基板１に対応する銅板４ｘの区画単位で銅板４ｘの突起部４ａを半導体ウェハの中心方向内側にずらしている。また、半導体ウェハの中心点に対応する銅板４ｘの点を、加熱にともなう膨張によって移動しない基準点とし、また各スクライブライン５の幅を狭くしている。そのため、基準点から離れた銅板４ｘの区画ほど中心方向への移動距離が大きくなり、すなわち突起部４ａは区画単位で基準点からの距離に応じた距離だけずれることとなる。具体的には、たとえば半導体基板１の大きさが一辺１０ｍｍであった場合、各スクライブライン５の幅を１０μｍ狭くしている。なお、図９では、中央の半導体モジュール形成領域６にある銅板４ｚの区画を半導体ウェハの中央の半導体基板１に対応する区画としている。
図９（Ｂ）に示すように、レジストマスクＰＲ１ａをマスクとしてウェットエッチング処理を行い、突起部４ａを形成する。
図９（Ｃ）に示すように、レジストマスクＰＲ１ａおよびレジスト保護膜ＰＲ１ｂを除去する。これにより、銅板４ｙの第１の主面Ｓ１に対して突起部４ａが一体的に形成される。
次に、図１０（Ａ）に示すように、リソグラフィ技術を用いて銅板４ｙの第２の主面Ｓ２側の溝部形成領域にレジストマスクＰＲ２ａを形成する。
図１０（Ｂ）に示すように、レジストマスクＰＲ２ａをマスクとしてウェットエッチング処理を行い、溝部４ｂを形成する。ここで、溝部４ｂは、突起部４ａの形成領域に対応するように、銅板４ｘの線膨張係数と半導体基板１の線膨張係数との差と、加熱温度と、加熱により移動しない基準点からの距離に応じた距離だけ銅板４ｘの膨張方向とは反対側にずらした位置に形成する。本実施形態では、一辺１０ｍｍの半導体基板１に対して各スクライブライン５の幅を１０μｍ狭くして、各半導体基板１に対応する銅板４ｙの区画単位で溝部４ｂを半導体ウェハの中心方向内側にずらしている。
図１０（Ｃ）に示すように、レジストマスクＰＲ２ａおよびレジスト保護膜ＰＲ２ｂを除去する。これにより、突起部４ａと溝部４ｂと備える銅板４ｘが形成される。
このように製造した銅板４ｘを別途用意しておき、以下に説明する本実施形態での半導体モジュールの製造プロセスに採用する。
まず、図１１（Ａ）に示すように、表面Ｓに半導体素子２、電極２ａ、及び保護膜３を有する半導体基板１がマトリクス状に形成された半導体ウエハを用意する。そして、半導体基板１（表面Ｓ側）と、突起部４ａが形成された銅板４ｘ（第１の主面Ｓ１側）との間に絶縁層８を挟持する。その際、実施形態１と同様に、銅板４ｘの第２の主面Ｓ２側に設けた位置合わせ用パターン部７ａと半導体基板１の表面Ｓに設けた位置合わせ用パターン部７ｂが所定の位置関係になるように銅板４ｘの位置を調整することにより、銅板４ｘと半導体基板１との位置合わせを行うようにしてもよい。
図１１（Ｂ）に示すように、プレス装置を用いて加圧成形することにより、半導体基板１、絶縁層８、及び銅板４ｘを一体化して積層する。これにより、突起部４ａが絶縁層８を貫通し、突起部４ａと電極２ａとが電気的に接続される。ここで、プレス装置での加圧成形時の温度上昇によって、銅板４ｘおよび半導体基板１が熱膨張する。前述の通り、突起部４ａは銅板４ｘおよび半導体基板１の線膨張係数の差と、加熱温度と、加熱により移動しない基準点からの距離に応じた距離だけずらした位置に形成されているため、プレス装置での加圧成形時の熱膨張により、突起部４ａは電極２ａに対向する位置に移動する。そのため、突起部４ａと電極２ａとをより高精度に位置合わせすることができ、その結果、突起部４ａと電極２ａとの間の接続信頼性がさらに向上する。また、溝部４ｂについても、突起部４ａと同様の距離だけずらした位置に形成されているため、熱膨張により溝部４ｂは再配線パターン４に対応する位置に移動する。
続く再配線パターン４の形成、外部接続電極（はんだボール）９の形成、半導体基板１の個別化は、実施形態１と同様であり、その説明は省略する。
本実施形態の半導体モジュールの製造方法によれば、実施形態１の上記（１）〜（８）の効果に加え、以下のような効果を得ることができるようになる。
（９）銅板４ｘの線膨張係数と半導体基板１の線膨張係数との差と、圧着時の加熱温度と、加熱により移動しない基準点からの距離に応じた距離だけ、電極２ａに対向する位置から銅板４ｘの膨張方向とは反対側にずらした位置に突起部４ａを形成している。そのため、銅板４ｘの突起部４ａと半導体基板１の電極２ａとの圧着の際に、突起部４ａと電極２ａとがより高精度に位置合わせされた半導体モジュールを製造することができ、半導体モジュールの接続信頼性をさらに向上させることができる。
（実施形態３）
次に、本発明の各実施形態に係る半導体モジュールを備えた携帯機器について説明する。なお、携帯機器として携帯電話に搭載する例を示すが、たとえば、個人用携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルビデオカメラ（ＤＶＣ）、及びデジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）といった電子機器であってもよい。
図１２は本発明の実施形態に係る半導体モジュールを備えた携帯電話の構成を示す図である。携帯電話１１１は、第１の筐体１１２と第２の筐体１１４が可動部１２０によって連結される構造になっている。第１の筐体１１２と第２の筐体１１４は可動部１２０を軸として回動可能である。第１の筐体１１２には文字や画像等の情報を表示する表示部１１８やスピーカ部１２４が設けられている。第２の筐体１１４には操作用ボタンなどの操作部１２２やマイク部１２６が設けられている。なお、本発明の各実施形態に係る半導体モジュールはこうした携帯電話１１１の内部に搭載されている。
図１３は図１２に示した携帯電話の部分断面図（第１の筐体１１２の断面図）である。本発明の各実施形態に係る半導体モジュールは、外部接続電極（はんだボール）９を介してプリント基板１２８に搭載され、こうしたプリント基板１２８を介して表示部１１８などと電気的に接続されている。また、半導体モジュールの裏面側（外部接続電極（はんだボール）９とは反対側の面）には金属基板などの放熱基板１１６が設けられ、たとえば、半導体モジュールから発生する熱を第１の筐体１１２内部に篭もらせることなく、効率的に第１の筐体１１２の外部に放熱することができるようになっている。
本発明の実施形態に係る半導体モジュールを備えた携帯機器によれば、以下の効果を得ることができる。
（１０）突起部４ａと電極２ａとの間の位置合わせ精度が向上し、半導体モジュールの接続信頼性が向上するので、こうした半導体モジュールを搭載した携帯機器の信頼性が向上する。
（１１）半導体モジュールの製造コストが低減されるので、こうした半導体モジュールを搭載した携帯機器の製造コストを抑制することができる。
本発明は、上記した各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
上記実施形態では、スクライブライン５内に位置合わせ用パターン部７ｂおよびこれに対応する位置合わせ用パターン部７ａを設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、半導体モジュール形成領域６内に設けるようにしてもよい。この場合には上記（５）以外の効果を享受することができる。
上記実施形態では、銅板４ｘの突起部４ａを円錐台で、その先端部４ａ１に近づくにつれて径が細くなるように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、所定の径（寸法）を有する円柱状の突起部であってもよい。また、突起部４ａとして丸型のものを採用したが、四角形などの多角形であってもよい。この場合にも同様の効果を享受することができる。
上記実施形態では、半導体基板１（半導体素子２）の電極２ａのピッチをより広くするために、突起部４ａを絶縁層８に埋め込むようにして銅板４ｘ、絶縁層８、及び半導体素子２を積層させて再配線パターン４を形成し、その裏面側に外部接続電極（はんだボール）９を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、突起部と溝部とを有する銅板を用いて配線層を繰り返し形成して多層化するようにしてもよい。これによれば、配線層と突起部（ビアコンタクトに相当）との位置合わせ精度が向上した多層配線とすることができる。
実施形態１に係る半導体モジュールの概略断面図である。 図２（Ａ）〜（Ｄ）は突起部と溝部とを有する銅板の形成方法を説明するための概略断面図である。 図３（Ａ）〜（Ｃ）は突起部と溝部とを有する銅板の形成方法を説明するための概略断面図である。 複数のスクライブラインにより区画された半導体基板がマトリクス状に配置された半導体ウエハを示す平面図である。 図５（Ａ）〜（Ｃ）は半導体モジュールの製造プロセスを説明するための概略断面図である。 図６（Ａ），（Ｂ）は半導体モジュールの製造プロセスを説明するための概略断面図である。 図７（Ａ）〜（Ｃ）は位置合わせ方法を説明するための概略断面図である。 図８（Ａ）〜（Ｃ）は位置合わせ方法を説明するための概略断面図である。 図９（Ａ）〜（Ｃ）は実施形態２に係る突起部と溝部とを有する銅板の形成方法を説明するための概略断面図である。 図１０（Ａ）〜（Ｃ）は突起部と溝部とを有する銅板の形成方法を説明するための概略断面図である。 図１１（Ａ），（Ｂ）は半導体モジュールの製造プロセスを説明するための概略断面図である。 実施形態３に係る携帯電話の構成を示す図である。 携帯電話の部分断面図である。
符号の説明
１ 半導体基板、 ２ 半導体素子、 ２ａ 電極、 ３ 保護膜、 ４ 再配線パターン、 ４ａ 突起部、 ４ａ１ 突起部の先端部、 ４ａ２ 突起部の側面部、 ４ｂ 溝部、 ５ スクライブライン、 ６ 半導体モジュール形成領域、 ７ａ，７ｂ 位置合わせ用パターン部、 ８ 絶縁層、 ９ 外部接続電極（はんだボール）。

Claims (6)

  1. 表面に半導体素子と、この半導体素子と電気的に接続された電極と、所定の第１のパターン部とが設けられた基板を用意する第１の工程と、
    第１の主面およびその反対側の第２の主面を有し、前記第１の主面から突出して設けられた突起部と前記第２の主面に設けられた所定パターンの溝部と当該溝部内に設けられた凸部とを備える金属板を用意する第２の工程と、
    前記第１のパターン部とこれに対応する前記凸部とが所定の位置関係になるように金属板の位置を調整することで前記突起部と前記電極との位置合わせを行い、前記金属板の前記第１の主面側と前記基板とを絶縁層を介して圧着し、前記突起部が前記絶縁層を貫通した状態で前記突起部と前記電極とを電気的に接続する第３の工程と、
    前記金属板の前記第２の主面側に所定パターンの配線層を形成する第４の工程と、
    を備えることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  2. 前記第４の工程は、前記金属板の前記第２の主面側をエッチバックして前記溝部の底部を前記第１の主面まで貫通させることにより前記金属板を所定パターンの配線層に加工していることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュールの製造方法。
  3. 前記第４の工程は、前記配線層の側面と、前記配線層の前記絶縁層と反対側の主面との間の領域が面取り形状となるように、前記金属板を加工していることを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュールの製造方法。
  4. 前記第２の工程は、平板状の金属板の一方の面に前記突起部を形成する第１のステップと、前記突起部の所定の第２のパターン部を基準として前記平板状の金属板の他方の面に前記溝部および前記凸部を形成する第２のステップと、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュールの製造方法。
  5. 前記半導体素子は前記基板に複数形成され、
    前記溝部は複数の前記半導体素子間を区画するように設けられたスクライブ領域にさらに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュールの製造方法。
  6. 前記第３の工程は、前記金属板の前記第１の主面側と前記基板とを加熱しながら圧着し、
    前記第１のステップは、前記金属板の線膨張係数と前記基板の線膨張係数との差と、前記第３の工程における加熱温度と、前記第３の工程における加熱にともなう膨張によって移動しない前記金属板の基準点からの距離とに応じて、前記電極に対向する位置から前記金属板の膨張方向とは反対側にずらした位置に、前記突起部を形成していることを特徴とする請求項４に記載の半導体モジュールの製造方法。
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