JP4972633B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体素子上にさらに配線回路層が設けられてなる半導体装置の製造方法に関するものである。
シリコン半導体を用いたＩＣや、有機半導体を用いた有機ＥＬ素子など、種々の半導体材料にて構成される半導体素子（以下、単に「素子」とも言う）は、通常、ウェハ基板面に素子をマトリクス状に多数繰り返して形成した後、ダイシングによって個々の素子であるチップへと分断することによって製造される。以下、ウェハ基板上に半導体素子が形成された段階（ダイシング前の段階）のものを「半導体ウェハ」とも呼んで説明する。
半導体素子には、該素子の高機能化等のために、基本的な素子構造に加えて、さらに、種々の配線構造がウェハの段階で作り込まれる。そのような配線構造としては、例えば、再配線層(Redistribution Layer)や、ウェハ基板を貫通して素子側面と裏面とを電気的に連絡する導通路（スルーホールビア）などが挙げられる。
例えば、特許文献１では、アルミニウム電極（半導体素子構造として素子に含まれる電極パッド）を形成した後、その上に、絶縁層、Ｃｕめっき層などを順次形成して再配線層を形成している。
配線構造が加えられ、チップへと分断されたものは、単なる電極が露出しただけの元の素子に比べて、外部導体（外部回路など）との接続や実装を容易とする接続用導体を備えた１つの半導体装置となっている。
例えば、再配線層を設けることによって、素子のアルミニウム電極と、該素子を実装するための外部の回路上の導体とを、両者のサイズやピッチが互いに異なっていても、容易に接続することができる。
また、ウェハ基板を板厚方向に貫通する導通路を設けることによって、ウェハ基板の裏面に接続端子を形成することができる。
特開２０００−２４３７５４号公報
本発明者等は、半導体素子に付加される上記のような配線構造について検討し、次に挙げる２つの事項について、さらに改善し得る余地があることを見出し、本発明が解決すべき課題とした。
第一の事項は、再配線層に関連する製造コストである。再配線層を半導体ウェハ上に直接的に形成する加工は、半導体ウェハ１枚毎に再配線層を構築して行かねばならないために手間がかかっており、従来では特に問題とはされていなかったが、製造コストを低減する余地はあると着目した。また、形成した再配線層の品質が不良であった場合には、たとえ半導体ウェハが良品であっても、既に半導体ウェハに対して再配線層が一体的に形成されているために、該半導体ウェハをも一緒に廃棄しなければならず、製造コストを高くしている。
第二の事項は、半導体ウェハにスルーホールビアを形成し、これに別途形成したインターポーザ（チップ実装のために介在させる一種の配線回路基板）を接続する場合の品質である。スルーホールビアは、通常、導電性ペーストをスルーホールに充填して形成するので、その両端部は半導体ウェハの板面から突起する場合があり、しかもその突起の高さにはバラツキがある。そのような突起を持った素子を外部導体に接続する際に、両者の間にインターポーザを介在させた場合、該突起の高さのバラツキのため、インターポーザと半導体ウェハとの界面にわずかな隙間が生じ、いくつかの素子では接続不良が生じて、半導体装置の信頼性を低下させる場合がある。
本発明の課題は、本発明者等が着目した上記２つの事項を改善することであって、第一の課題は、半導体素子に付与される再配線層の製造コストをより低くし得る製造方法を提供することであり、第二の課題は、スルーホールビアの端部の突起の高さにバラツキがあっても、隙間の無い半導体装置を製造し得る製造方法を提供することすることである。
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行なった結果、再配線層を半導体ウェハから独立した配線回路層として別途形成し、かつ、その配線回路層に金属製の支持体層を剥離可能に付与しておくことによって、上記２つの課題を同時に解決し得ることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、次の特徴を有するものである。
（１）半導体素子と配線回路層とが積層された構造を有する半導体装置の製造方法であって、
半導体素子の電極に接続し得る接続用導体部を持った配線回路層を、金属製支持基板上に、該基板から剥離可能となるように、かつ、接続用導体部が該配線回路層の上面に露出するように形成する工程と、
前記配線回路層をウェハ状態の半導体素子に積層し、該配線回路層の接続用導体部と半導体素子の電極とを接続する工程と、
前記接続の後、金属製支持基板を配線回路層から剥離する工程とを、
有することを特微とする、前記半導体装置の製造方法。
（２）金属製支持基板と配線回路層との間に剥離層が形成されており、それによって、金属製支持基板から配線回路層が剥離可能となっている、上記（１）記載の製造方法。
（３）剥離層がポリイミドからなる層である、上記（２）記載の製造方法。
（４）剥離層が、金属、金属酸化物、および、無機酸化物から選ばれる１つの材料からなる層である、上記（２）記載の製造方法。
（５）配線回路層が、半導体素子にとって再配線層として機能するものである、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の製造方法。
（６）前記ウェハ状態の半導体素子の基板となっているウェハ基板には、該基板を厚さ方向に貫通する導通路が設けられており、半導体素子の電極が、該導通路を通じてウェハ基板の裏面側へと連絡し得る構造となっており、
前記配線回路層を該ウェハ基板のいずれかの面側に積層し、該導通路の端部と、該配線回路層の接続用導体部とを接続するものである、
上記（１）〜（４）のいずれかに記載の製造方法。
本発明の製造方法によれば、上記第一の課題は次のように解決される。
本発明の製造方法は、再配線層を半導体素子とは別個の配線回路層として作製しておき、それを半導体ウェハなどのウェハ状態の素子に再配線層となるように積層し、半導体装置とする方法であると言うことができる。
配線回路層を別途製造することによって、ロール・トウ・ロールにて、多数のウェハを包含し得る大面積のものが大量に容易に製造できるので、個々の半導体ウェハの上に直接的に再配線層を形成する場合と比べて、製造コストはより低くなる。
また、配線回路層に剥離可能に付与された金属製支持基板は、配線回路層に適度な剛性を与え、該配線回路層を半導体ウェハに積層するまでの取り扱い性を良好にして、製造コストの改善に寄与する。
また、本発明の製造方法では、良品の配線回路層のみを選択してウェハ状態の素子に接続することができるようになり、良品の素子を無駄に廃棄することが無くなる。
また、本発明の製造方法によれば、上記第二の課題は次のように解決される。
例えば、半導体ウェハの両面のうち、スルーホールビアの端部のように突起した端子を持った面に配線回路層の接続用導体部を接続する場合には、金属製支持基板が適度な剛性をもって配線回路層を背後から全面的に加圧する。このような加圧によって、配線回路層の接続用導体部の直下の部分には適度な圧縮が生じ、また、接続用導体部の周囲の絶縁層（特に、接着剤層（後述））は、端子部の突起の段差を埋めてウェハ面に密着し、配線回路層と半導体ウェハの界面に隙間が生じない。
以下に、具体例に沿って、本発明による製造方法を説明する。尚、本発明で用いている「上面」、「下面」など、上下を示す語句は、あくまで層の位置関係を説明するためのものであって、配線回路層や半導体装置の実際の上下の姿勢を限定するものではない。
図１は、当該製造方法を説明するために、各工程で形成されていく製品の様子を模式的に示した図である。同図に示す配線回路層内の層構造や接続パターンは説明のために簡略化したものであって、詳細は後述する。
当該製造方法は、先ず、図１（ａ）に示すように、金属製支持基板１の上に、配線回路層２を、該基板１から剥離可能に形成し積層体とする工程を有する。該配線回路層２は、接続対象である半導体素子３の電極３１に接続し得る接続用導体部２１を持っている。接続用導体部２１は、半導体素子３の電極３１に接続可能なように、金属製支持基板１の側の面とは反対側の面に露出している。実際の製造工程では、接続用導体部２１が露出している面を、さらに剥離ライナーで覆い、半導体素子との接続に臨んで該剥離ライナーを剥がして用いてもよい。
配線回路層をこのように独立工程で製造することによって、安価に大量にかつ、良品のものだけをウェハ状態の素子と接合することができる。
尚、図１（ａ）では、接続用導体部２１や電極３１などを実際よりも大きく突き出しているように描いているが、これは位置を明確に示すためである。また、図１では、１つの素子だけを拡大して描いているが、実際の素子は、ウェハ規模の基板上にマトリクス状に多数配置されたものである。
また、素子の電極には、金スタッドバンプやアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）などが形成される。該ＵＢＭとしては、無電解めっきにより形成されるＮｉ／Ａｕ層（Ｎｉが下地側である。他も同様であり、積層の下地側を先に記載している）や、スパッタリング法によるＴｉ／Ｃｕ層、Ｔｉ／Ｗ／Ｃｕ層、Ｔｉ／Ｎｉ／Ｃｕ層などが挙げられる。
次に、当該製造方法は、図１（ｂ）に示すように、前記積層体の配線回路層２をウェハ状態の半導体素子３に積層し、該配線回路層２の接続用導体部２１と、素子３の電極３１とを接続する工程を有する。
尚、図１（ｂ）では、接続用導体部２１、電極３１のそれぞれの突起を省略して描いている。実際の工程においても、半導体素子３と配線回路層２とは加圧によって隙間無く密着する。
さらに、当該製造方法は、図１（ｃ）に示すように、金属製支持基板を配線回路層から剥離する工程を有する。この工程によって、半導体素子３と配線回路層２とが積層された半導体装置４が得られる。
この段階の半導体装置は、ウェハの形態となっているため、これをさらにダイシングして、個々のチップ状の半導体装置を得る。また、金属製支持基板を剥離した配線回路層に対して、ダイシング前に、ハンダボールを付与するといった加工を施してもよい。
本発明でいう半導体素子は、配線回路層を積層し接続し得るものであればよく、例えば、単一の発光素子のような単純な構造のものやそれを集合させたアレイ、有機半導体素子、ＩＣ、種々の演算回路を集積したプロセッサ、メモリー、フォトセンサー、イメージセンサーなどの従来公知の素子の他、マルチチップモジュール、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems；機械要素部品、センサー、アクチュエータ、電子回路などを基板上に集積化したデバイス）などが挙げられる。
半導体素子を形成するためのウェハ基板は、シリコンなどの半導体結晶基板の他、絶縁性の結晶基板、ガラス基板、有機化合物からなる基板など、半導体素子のためのあらゆる基板であってよい。これらの基板のなかでも、最も汎用的なものはシリコン結晶基板（シリコンウェハ）である。
本発明で言う「ウェハ状態の半導体素子」とは、ウェハ基板上に半導体素子がマトリクス状に多数形成された段階（ダイシング前の段階）のものだけでなく、ウェハ基板上に多数形成された各素子に対して品質検査を行ない、個々のチップへと一旦ダイシングした後、良品であったチップのみをウェハ基板と同形状のシート上に再配列したものをも含む。以下、「ウェハ状態の半導体素子」を「ウェハ状素子」とも呼んで説明する。
配線回路層は、半導体素子に積層され接続されることによって、再配線層として機能し、外部導体との接続に介在する。
素子の電極と配線回路層の接続用導体部とを接続する方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、Ａｕ−Ａｕ接合、Ａｕスタッドバンプ−はんだ接合、はんだバンプ接合、Ａｇペーストを用いた接合、ＡＣＦ（異方導電性フィルム）やＮＣＦ（非導電性フィルム）を用いた接合が挙げられる。ファインピッチに対応するために、Ａｕスタッドバンプ−はんだ接合が好適に用いられる。また、素子と配線回路層との間に、バンプ高さなどの為に間隙が生じる場合には、アンダーフィル材料などを充填してもよい。
また、ウェハ基板に、該基板を厚さ方向に貫通するスルーホールビア（導通路）が設けられ、半導体素子の電極が、該スルーホールビアを通じてウェハ基板の裏面側へと連絡し得る構造となっている場合には、配線回路層をウェハ基板の裏面側に積層し、配線回路層の接続用導体部を該スルーホールビアの端子に接続してもよい。また、その場合には、配線回路層を、ウェハ基板の裏面側ではなく、素子側において、素子の電極とスルーホールビアとを接続するために用いてもよく、裏面側および素子側の両方に配線回路層を積層してもよい。
分断前の配線回路層中に含まれる個々の配線回路層の配列パターンは、ウェハ状素子中の素子の配列パターンに対応し、個々の素子と配線回路層とが接続可能となっていればよい。
分断前の配線回路層全体としての外周形状は、ウェハ基板と同一またはそれに対応した形状、複数のウェハ基板を包含し得るさらに大面積の形状（単品のシート状、ロールから送りだされた帯状など）、個々のウェハ基板内の素子集合領域と同一またはそれに対応した形状などであってもよい。
分断前の配線回路層とウェハ状素子とを位置決めするための付加的な構成や、取り扱い性を良好にし得る工夫は、適宜加えればよい。
配線回路層の内部構造、導体の接続構造は、特に限定はされないが、有用な基本構造としては、図１（ａ）に示すように、絶縁層の一方の面に素子の電極との接続のための接続用導体部２１を有し、他方の面に外部導体（当該半導体装置を実装すべき外部回路のパッド等）との接続のための外部接続用導体部が形成され、これらが該絶縁層内に設けられた導体層を通じて互いに接続された構造が挙げられる。
このような典型的な構造例以外に、例えば、図２（ａ）に示すように、特定の接続用導体部２１ａ、２１ｂ同士が互いに接続された構造や、逆に、１つの接続用導体部が複数の外部接続用導体部と接続された構造（図示せず）、また、図２（ｂ）に示すように、特定の接続用導体部２１ａ、２１ｂ同士が層内で互いに接続されているだけで、下面の外部接続用導体部とは接続されていない構造など、その接続構造のパターンは用途に応じて自由に変更し、組合せてよい。
配線回路層内の配線（層内を横方向に延びる導体層）は、図１、図２に示すように単層であってもよいし、図７に示すように多層であってもよい。
図３は、配線回路層の内部構造の例をより詳しく示す模式図である。
図３（ａ）に示す例では、絶縁層２０の内部に導体層２３が所定の接続パターンにて形成されており、該導体層２３から素子側へ延びた導通路（金属柱）２４の先端部が接続用導体部２１となっており、逆に、該導体層２３から金属製支持基板側へ延びた導通路（金属柱）２５の先端部が外部接続用導体部２２となっている。図の例では、それぞれの導通路の先端部には、電気的な接続をより好ましく行い耐食性を高めるための金属膜が形成されている。
図３（ｂ）に示す例では、絶縁層２０の内部に、素子側の導体層２６と、金属製支持基板側の導体層２７とが、上下２段に分離した状態にて設けられている。素子側の導体層２６は、絶縁層内に埋没しており（図の例では、接着剤層２０ｂによって覆われている）、金属製支持基板側の導体層２７は、図の例では、剥離層５に直接隣接して設けられている。これら導体層２６、２７は、それらの間の所定位置に設けられた導通路２８によって互いに接続されている。接着剤層２０ｂの上面には、所定の位置に開口が設けられて導体層２６が露出しており、その開口内の露出部分が、素子との接続用導体部２１となっている。一方、図の例では、金属製支持基板側の導体層２７の下面は、全面的に絶縁層の下面に露出しており、金属製支持基板１の下面の所定位置に開口（貫通孔ｈ）が設けられ、剥離層５が除去されて、導体層２７の下面が露出しており、その開口内の露出部分が、外部接続用導体部２２となっている。それぞれの開口内の露出部分は、単に導体層が露出しただけの態様であってもよいが、図の例では、電気的な接続をより好ましく行い耐食性を高めるための金属膜が各露出部分の表面に形成されている。
前記した金属膜の形成方法はメッキが好ましく、該金属膜の材料としては、銅、金、銀、白金、鉛、錫、ニッケル、コバルト、インジウム、ロジウム、クロム、タングステン、ルテニウムなどの単独金属、またはこれら２種類以上からなる合金などが挙げられる。これらの中でも好ましい材料としては、金、錫、ニッケルなどが挙げられ、下地層をＮｉとし、表層をＡｕとする２層構造などが好ましい金属膜の態様として挙げられる。
また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、金属製支持基板に対して、外部接続用導体部２２の位置に開口（貫通孔ｈ）を設けることによって、外部接続用導体部２２の先端部を絶縁層２０ａの下面から突起させることが可能となっている。
配線回路層の絶縁層２０は、同一のポリマーからなる単一層であってもよいが、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、金属製支持基板側のベース絶縁層２０ａと、素子に接着するための接着剤層２０ｂとを有する積層構造であってもよい。また、素子の電極と配線回路基板の接続用導体部との接合によって、両者が充分な機械的強度にて一体化する場合は、接着剤層を省略し、接着性の無い公知の絶縁層であってもよい。
ベース絶縁層の材料としては、特に限定はされないが、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などの公知の合成樹脂や、それらの樹脂と、合成繊維布、ガラス布、ガラス不織布、並びに、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２や鉱物、粘土などの微粒子との複合した樹脂などが挙げられる。特に、金属製支持体層を剥離した後、より薄く、より大きな機械的強度を有し、より好ましい電気的特性（絶縁特性など）を有するフレキシブルな絶縁層となる点からは、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ガラス布複合エポキシ樹脂が好ましい材料として挙げられる。
ベース絶縁層の厚さは、３〜５０μｍが好ましい。
接着剤層の材料としては、特に限定はされないが、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリヒダントイン、ポリエーテルイミド、ポリエステル、ポリイミドシロキサン、シロキサン変性ポリアミドイミドなどの熱可塑性樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド樹脂などが好ましいものとして挙げられ、これらをブレンドして用いてもよい。
尚、エポキシ系樹脂としては、特に限定はされないが、熱可塑性樹脂またはゴムまたはエラストマーなどとブレンドしたエポキシ樹脂や、シリカハイブリッド、ナノ粒子分散型エポキシ樹脂などが挙げられる。
また、アクリル系樹脂としては、特に限定はされないが、例えば、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、シリコーンアクリレートなどが挙げられる。
接着剤層の厚さは、１〜１００μｍが好ましい。
金属製支持基板上に配線回路層を形成する方法には、セミアディティブ法や、サブトラクティブ法など、従来公知の回路基板やインターポーザの製造技術を適用してもよい。
金属製支持基板上に配線回路層を形成することにより、製造工程中、寸法安定性が良好となり、また、薄い配線回路層の取り扱い性が良好となる。
セミアディティブ法によって配線回路層内に導体層や導通路を形成する場合には、図４に示すように、導体層２３および導通路２５となるべき部分の壁面に金属材料を良好に堆積させるための種膜（金属薄膜）２３ａを予めスパッタリングによって形成しておくことが好ましい。そのような種膜の材料としては、例えば、銅、金、銀、白金、鉛、錫、ニッケル、コバルト、インジウム、ロジウム、クロム、タングステン、ルテニウムなどの単独金属、またはこれら２種類以上からなる合金などが用いられる。
図３に示す導体層、導通路の材料としては、例えば、銅、金、銀、白金、鉛、錫、ニッケル、コバルト、インジウム、ロジウム、クロム、タングステン、ルテニウムなどから選ばれる単独金属や、または、これらを成分とする合金（例えば、はんだ、ニッケル−錫、金−コバルトなど）が挙げられる。これらのなかでも、電解メッキまたは無電解メッキ可能な金属が好ましく用いられる。導体層の回路パターンの形成容易性、および、電気的特性が優れている点からは、銅が好ましい材料として挙げられる。
導体層２３の厚さは、特に限定はされないが、１〜５０μｍの範囲で適宜選択すればよい。また、導通路２４、２５は円柱状が好ましい形状であって、その直径は５〜５００μｍ、好ましくは、５〜３００μｍである。
金属製支持基板の材料は、特に限定はされないが、銅または、銅を主体とする銅合金、ニッケルまたはニッケルを主体とするニッケル合金、ニッケルと鉄を主な成分とする合金、ステンレスなどが好ましい材料として挙げられる。
半導体ウェハとの線膨張係数の差を小さくするために、ニッケルと鉄を主な成分とする合金（例えば、４２アロイ）を用いることが好ましい。
金属製支持基板の厚さは、材料の剛性にもよるが、１０μｍ〜２００μｍ程度が好ましく、２０μｍ〜８０μｍ程度がより好ましい。
金属製支持基板の厚さが１０μｍを下回ると、該金属製支持基板に折れやシワが生じやすくなり、ロールプロセスでの取り扱い性が低下する。また、金属製支持基板の厚さが２００μｍを上回ると、その剛性によって巻き径が大きくなり、ロールプロセスでの取り扱いが困難となり、エッチングによる加工も困難となる。
金属製支持基板と配線回路層とをよりスムーズに剥離するためには、両者の間に剥離層を介在させる構造が好ましい。剥離層は、配線回路層からは容易に剥離し、金属製支持基板からは剥離し難いように形成し、該剥離層が金属製支持基板と一体的に配線回路層から剥がれるようにすることが好ましい。
剥離層の材料としては、有機物（シリコーン樹脂、ポリイミドなど）、無機物（金属、金属酸化物、無機酸化物など）が挙げられる。前記無機物としては、Ａｇ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、ＳｉＯ2などが例示される。
配線回路層の製造工程や、該配線回路層を半導体ウェハに接続する際の高熱条件を考慮すると、シリコーン樹脂は劣化する場合があるので、ポリイミドや前記無機物がより好ましい材料である。
剥離層をポリイミド層とする場合、その厚さは０．１〜１０μｍが好ましく、配線回路層全体の反りを防止するためには、０．１〜５μｍがより好ましい。
剥離層を前記無機物からなる層とする場合、その厚さは、１〜１００ｎｍが好ましく、配線回路層全体の反りを防止するためには、１〜５０ｎｍがより好ましい。
剥離層をポリイミド層とする場合の該層の形成方法としては、溶液を塗工する方法、電着法やＣＶＤ法によって堆積させる方法、または、別途形成したポリイミドフィルムをラミネートする方法などが挙げられる。また、剥離層を、金属、金属酸化物、無機酸化物などの無機物からなる層とする場合の該層の形成方法としては、電解めっき法、真空蒸着法、スパッタリング法などが挙げられる。
以下、実際の製造例を挙げて、本発明の製造方法をより具体的かつ詳細に説明する。以下の説明に用いる図４〜７の配線回路層は、いずれも、１つの接続用導体部と、それに裏面で対応する１つの外部接続用導体部だけを拡大して描いたものである。
実施例１
本実施例では、４２アロイからなる金属製支持基板上に、ポリイミドからなる剥離層を形成し、その上に配線回路層を形成し、半導体ウェハに接合した。また、外部接続用導体部の端面に接点用の貴金属めっきを施す手順として、本実施例では、金属製支持基板に下面から開口を形成し、外部接続用導体部の端面を露出させてめっきを施している。
〔剥離層の形成〕
図４（ａ）に示すように、金属製支持基板１として、厚さ５０μｍの４２アロイ箔を用い、その上に、ポリアミック酸溶液（ピロメリット酸二無水物と２, ２’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニルを反応して得たもの）を塗布し、加熱により乾燥、イミド化することによって、厚さ２μｍのポリイミド剥離層５を全面に形成した。
〔ベース絶縁層の形成〕
図４（ｂ）に示すように、感光性ポリアミック酸（３，４’，３，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、パラフェニレンジアミンとを反応させて得たもので、感光剤を含有する）を用いて、ポリイミド層（ベース絶縁層）２０ａを形成した。また、外部接続用導体部を形成すべき位置には、開口ｈ１を形成した。該開口の底には剥離層が露出している。ベース絶縁層の厚さは５μｍ、開口形状は円形であり、直径１００μｍである。
〔種膜、下側の導通路、導体層の形成〕
図４（ｃ）に示すように、クロム、銅の順にスパッタリングを施して、種膜（クロム層の厚さ２０ｎｍ、銅層の厚さ１００ｎｍ）２３ａを形成し、電解銅めっきにより、所定の配線パターンとされた導体層２３、導通路２５を形成した。その後、導体層２３の無い部分の種膜を除去した。種膜のうちの銅層は、導通路および導体層の銅と一体化するので、図４（ｃ）では、該種膜２３ａをクロムからなる一層のように描いている。図５〜図７も同様である。
〔金属製支持基板への開口形成〕
図４（ｄ）に示すように、金属製支持基板１の下面側から、導通路２５に対応する位置に、塩化第２鉄水溶液にて直径３００μｍの開口ｈ２を形成し、該開口ｈ２内に剥離層（ポリイミド層）５を露出させ、さらに、該剥離層５をアルカリ性処理液にてエッチング除去し、種膜（クロム層）２３ａを露出させ、該クロム層をフェリシアン化カリウムと水酸化ナトリウムの混合水溶液にて、エッチングし、銅層を露出させた。
〔上側の導通路の形成〕
図４（ｅ）に示すように、導体層２３の上をめっきレジストｒ１にて覆い（導通路を形成すべき部分は除く）、かつ、金属製支持基板１の下面および開口ｈ２を全面的にレジストｒ２にて覆い、電解銅めっきにより、直径８０μｍ、高さ１５μｍの導通路２４を形成した。
〔接着剤層の形成〕
図４（ｆ）に示すように、上記めっきレジストｒ１、ｒ２を除去し、露出した導体層２３および導通路２４を埋没させるように、エポキシ及びポリイミドを主成分とする接着剤層２０ｂを形成し、導通路２４の上端面が端子部として接着層上面に露出するように、該接着層をアルカリ性溶液にてエッチングした。
〔端子部への金属膜の形成〕
図４（ｇ）に示すように、導通路２４の上面、および、金属製支持基板の開口内の底面（導通路２５の下端面）に、電解めっきにより、ニッケル膜（厚さ２μｍ）、金膜（厚さ０．５μｍ）を順次形成した。
〔半導体ウェハへの接続〕
上記で得た配線回路層（金属製支持基板が剥離可能に付いたもの）を、下記の手順にて半導体ウェハに接続した。
半導体ウェハは、該ウェハ中の素子の数が２４０個、１つの素子中の電極パッド数が２４０個、各パッドは直径８０μｍの円形であって、各パッド上には直径６０μｍの金スタッドバンプが形成されている。
上記で得た配線回路層を、イーヴィグループ社製のアライナー、ボンディング装置を用いて、アライメントを行い、真空度３Ｐａ、温度３００℃、圧力１．５ｇ／バンプの圧力にて、貼り合せた後、１８０℃にて２時間、接着剤層の硬化を行った後、剥離層５とベース絶縁層２０ａとの界面で剥離して、該剥離層５と金属製支持基板とを除去し、半導体装置を得た。
実施例２
本実施例では、外部接続用導体部の端面に接点用の貴金属めっきを施す手順として、金属製支持基板には開口を形成せず、初めから剥離層の所定位置に開口を設け、先に接点用の貴金属層を形成し、その上に導通路を形成している。
〔剥離層の形成〕
図５（ａ）に示すように、金属製支持基板１として、実施例１と同様の４２アロイ箔を用い、その上に、実施例１と同様の感光性ポリアミック酸溶液を用いて、ポリイミドから成る厚さ２μｍの剥離層５を形成した。剥離層のうち、外部接続用導体部を形成すべき所定位置には、開口ｈ３が設けられている。該開口の形状は円形であって、直径１００μｍである。
〔ベース絶縁層の形成、接点用の金属膜の形成〕
図５（ｂ）に示すように、実施例１と同様の感光性ポリアミック酸を用いて、開口ｈ３と一致した開口ｈ４を有するポリイミド層を形成し、ベース絶縁層２０ａとした。該ベース絶縁層２０ａの厚さは５μｍ、開口形状は円形であり、直径１００μｍである。
そして、開口（ｈ４＋ｈ３）内に露出している金属製支持基板の表面に、電解めっきにより、金層２１２、ニッケル層２１１を順次形成した。
〔種膜、下側の導通路、導体層の形成〕
図５（ｃ）に示すように、クロム、銅の順にスパッタリングを施して、種膜（クロム層の厚さ２０ｎｍ、銅層の厚さ１００ｎμｍ）２３ａを形成し、電解銅めっきにより、所定の配線パターンとされた導体層２３、導通路２５を形成した。その後、導体層２３の無い部分の種膜を除去した。
〔上側の導通路の形成〕
図５（ｄ）に示すように、導体層２３の上をめっきレジストｒ１にて覆い（導通路を形成すべき部分は除く）、かつ、金属製支持基板１の下面を全面的にレジストｒ２にて覆い、電解銅めっきにより、直径８０μｍ、高さ１５μｍの導通路２４を形成した。
〔接着剤層の形成〕
図５（ｅ）に示すように、上記実施例１と同様の材料、手順にて、めっきレジストｒ１、ｒ２を除去し、露出した導体層２３および導通路２４を埋没させるように、接着剤層２０ｂを形成し、導通路２４の上端面が端子部として接着層上面に露出するように、該接着層をエッチングした。
〔接続用導体部の端面への金属膜の形成〕
図５（ｆ）に示すように、導通路２４の上端面に、電解めっきにより、ニッケル膜（厚さ２μｍ）、金膜（厚さ０．５μｍ）を順次形成した。
本実施例２では、図５（ａ）のように、最初に剥離層に開口を形成したので、実施例１に比べて、図４（ｄ）のように、端子のニッケルめっき、金めっきのために、金属製支持基板に開口部を形成する必要がない。
〔半導体ウェハへの接続〕
上記で得た配線回路層（金属製支持基板が剥離可能に付いたもの）を、実施例１と同様の手順にて、半導体ウェハに接続し、該剥離層と金属製支持基板とを除去し、半導体装置を得た。
実施例３
本実施例では、剥離層の材料として金属を用いた。
〔剥離層の形成〕
図６（ａ）に示すように、金属製支持基板１として、実施例１と同様の４２アロイ箔を用い、その上に、Ａｇから成る剥離層５（厚さ２５ｎｍ）を、真空蒸着法にて形成した。
〔ベース絶縁層の形成、接点用の金属膜の形成〕
図６（ｂ）に示すように、実施例１と同様の感光性ポリアミック酸を用いて、開口ｈ５を有するポリイミド層を形成し、ベース絶縁層２０ａとした。該ベース絶縁層２０ａの厚さは５μｍ、開口形状は円形であり、直径１００μｍである。
そして、開口内に露出しているＡｇの表面に、電解めっきにより、金層２１２、ニッケル層２１１を順次形成した。
〔種膜、下側の導通路、導体層の形成〕
図６（ｃ）に示すように、クロム、銅の順にスパッタリングを施して、種膜（クロム層の厚さ２０ｎｍ、銅層の厚さ１００ｎｍ）２３ａを形成し、電解銅めっきにより、所定の配線パターンとされた導体層２３、導通路２５を形成した。その後、導体層２３の無い部分の種膜を除去した。
図６（ｄ）に示すように、導体層２３の上をめっきレジストｒ１にて覆い（導通路を形成すべき部分は除く）、かつ、金属製支持基板１の下面を全面的にレジストｒ２にて覆い、電解銅めっきにより、直径８０μｍ、高さ１５μｍの導通路２４を形成した。
〔接着剤層の形成〕
図６（ｅ）に示すように、上記実施例１と同様の材料、手順にて、めっきレジストｒ１、ｒ２を除去し、露出した導体層２３および導通路２４を埋没させるように、接着剤層２０ｂを形成し、導通路２４の上端面が端子部として接着層上面に露出するように、該接着層をエッチングした。
〔接続用導体部の端面への金属膜の形成〕
図６（ｆ）に示すように、導通路２４の上端面に、電解めっきにより、ニッケル膜２１１（厚さ２μｍ）、金膜２１２（厚さ０．５μｍ）を順次形成した。
本実施例３では、図６（ｂ）のように、剥離層（Ａｇ層）を通して通電し、金、ニッケルめっきができるので、実施例１に比べて、図４（ｄ）のように、端子のニッケルめっき、金めっきのために、金属製支持基板に開口部を形成する必要がない。
〔半導体ウェハへの接続〕
上記で得た配線回路層（金属製支持基板が剥離可能に付いたもの）を、実施例１と同様の手順にて、半導体ウェハに接続し、該剥離層と金属製支持基板とを除去し、半導体装置を得た。
実施例４
本実施例では、剥離層の材料として無機酸化物（ＳｉＯ2）を用いた。
〔剥離層の形成〕
図４（ａ）に示すように、金属製支持基板１として、実施例１と同様の４２アロイ箔を用い、その上に、ＳｉＯ2 から成る剥離層５（厚さ７ｎｍ）を、スパッタリング法で形成した。
以下、〔ベース絶縁層の形成、接点用の金属膜の形成〕、〔種膜、下側の導通路、導体層の形成〕、〔接着剤層の形成〕、〔接続用導体部の端面への金属膜の形成〕、〔半導体ウェハへの接続〕の手順、材料等は、実施例１と全く同様である。
なお、本実施例では、図４（ｄ）に示した工程において、金属製支持基板１の下面側から開口をエッチングで形成する際に、剥離層であるＳｉＯ2膜が非常に薄いので、金属製支持基板のエッチングによって、同時に除去される。
実施例５
本実施例では、図７に示すように、配線回路層内の導体層を多層とした。
図７の例は、ベース絶縁層と導体層とが繰り返して積層されていること以外は、上記実施例１で得られた構造と同様である。
本実施例では、図４（ａ）の〔金属製支持基板上への剥離層の形成〕から、図４（ｄ）の〔金属製支持基板への開口形成〕までは、実施例１と同様の加工を行う。この加工によって、図７に示すように、金属製支持基板１、剥離層５、第一のベース絶縁層２０１、第一の導通路２５１、第一の導体層２３１が形成される。種膜も、実施例１と同様である。
次に、本実施例では、図４（ｅ）の工程に進む替わりに、図４（ｂ）と同様の加工を再び行ない、第一の導体層２３１を第二のベース絶縁層２０２で埋め込み、その所定位置に開口を形成して、図４（ｃ）の如く、第二の導通路２５２、第二の導体層２３２を形成する。さらに前記と同様の加工を再び行ない、第三のベース絶縁層２０３、第三の導通路２５３、第三の導体層２３３を形成する。
次に、図４（ｅ）〜（ｆ）の工程に進み、上側の導通路２４の形成、接着剤層２０ｂの形成、端子部２１への金属膜の形成を行なう。
以上の加工によって、図７の配線回路層を得た。
実施例６
本実施例では、ウェハ面から端子が突起したスルーホールビアを有する半導体ウェハに対して、配線回路層を隙間無く接合し得ることを確認した。
〔半導体ウェハ〕
半導体ウェハとして、厚さ４００μｍ、直径６インチのシリコンウェハを用意し、該ウェハに対して、直径１００μｍの貫通孔を設け、該貫通孔に印刷法にて銅ペーストを端子部が５μｍ程度盛り上がるように充填し、焼成して突起状の端子部を形成した。
〔配線回路層〕
実施例１と同様にして金属製支持基板を剥離可能に有する配線回路層を得た。
〔接続〕
実施例１と同様の条件で、配線回路層と半導体ウェハとを圧着し、半導体装置を得た。 得られた半導体ウェハと配線回路層の間には隙間が全く無く、全ての素子の電極と、配線回路層の接続用導体部との接続が良好であった。
本発明の製造方法によって、半導体素子に対してより安価に再配線層を付与することができ、しかも、再配線層が不良であるために良品の半導体素子までもが廃棄されるということがなくなった。また、本発明の製造方法によって、スルーホールビアの端部が突起していても、隙間の無い半導体装置を製造することが可能となった。
本発明の製造方法を説明するために、各工程で形成されていく配線回路層の各部の様子を模式的に示した図である。ハッチングは、領域を区別するために適宜加えている（他の図も、同様である）。 本発明によって形成される配線回路層の内部構造、導体の接続構造のバリエーションを示す図である。 配線回路層の内部構造の例をより詳しく示す模式図である。 本発明の実施例の加工手順を示す図である。 本発明の実施例の加工手順を示す図である。 本発明の実施例の加工手順を示す図である。 配線回路層内の導体層を多層とする場合の構造例を示す図である。
符号の説明
１ 金属製支持基板
２ 配線回路層
２１ 接続用導体部
２２ 外部接続用導体部
３ ウェハ状態の半導体素子
４ 半導体装置

Claims (12)

  1. 半導体素子と配線回路層とが積層された構造を有する半導体装置の製造方法であって、
    前記配線回路層は、絶縁層の一方の面に前記半導体素子の電極に接続するための接続用導体部を有し、該絶縁層の他方の面に外部導体に接続するための外部接続用導体部を有し、これら接続用導体部と外部接続用導体部とが該絶縁層内に設けられた導体層を通じて互いに接続された構造を有する層であり、
    該絶縁層は、金属製支持基板側のベース絶縁層と半導体素子側の絶縁層とを有する積層構造であり、前記導体層から該ベース絶縁層を貫通し金属製支持基板側へ延びた導通路の先端部が外部接続用導体部となっており、
    当該製造方法は、
    前記配線回路層を、金属製支持基板上に、剥離層を介在させて該金属製支持基板から剥離可能となるように、かつ、接続用導体部が該配線回路層の上面に露出するように形成する工程と、
    前記配線回路層をウェハ状態の半導体素子に積層し、該配線回路層の接続用導体部と半導体素子の電極とを接続する工程と、
    前記接続の後、金属製支持基板を配線回路層から剥離する工程とを、
    有し、
    配線回路層の形成に先立って、前記剥離層に、該配線回路層の外部接続用導体部を形成すべき位置に開口を設けておき、配線回路層の形成においては、前記剥離層の開口に一致した開口を有するベース絶縁層を形成し、該開口内に露出した金属製支持基板の表面に、電気的な接続性と耐食性を高めるための金属膜を形成しておき、該開口内に金属材料を充填して導通路とすることによって、該配線回路層の外部接続用導体部の表面に前記金属膜を設けることを特微とする、前記半導体装置の製造方法。
  2. 上記金属膜の形成において、上記開口内に露出した金属製支持基板の表面に、電解めっきにより、金層、ニッケル層の順に形成し、それによって、該配線回路層の外部接続用導体部の表面に、下地層をニッケルとし表層を金とする２層構造の金属膜を得る、請求項１に記載の製造方法。
  3. 剥離層がポリイミドからなる層であって、それによって、該剥離層と金属製支持基板とが一体的に配線回路層から剥がれるようになっている、請求項１または２に記載の製造方法。
  4. 剥離層が、金属、金属酸化物、および、無機酸化物から選ばれる１つの材料からなる層であって、それによって、該剥離層と金属製支持基板とが一体的に配線回路層から剥がれるようになっている、請求項１または２に記載の製造方法。
  5. 半導体素子側の絶縁層が、接着剤層である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
  6. 配線回路層が、半導体素子にとって再配線層として機能するものである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
  7. 前記ウェハ状態の半導体素子の基板となっているウェハ基板には、該基板を厚さ方向に貫通する導通路が設けられており、半導体素子の電極が、該導通路を通じてウェハ基板の裏面側へと連絡し得る構造となっており、
    前記配線回路層を該ウェハ基板のいずれかの面側に積層し、該導通路の端部と、該配線回路層の接続用導体部とを接続するものである、
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
  8. 半導体素子と配線回路層とが積層された構造を有する半導体装置の製造方法であって、
    前記配線回路層は、絶縁層の一方の面に前記半導体素子の電極に接続するための接続用導体部を有し、該絶縁層の他方の面に外部導体に接続するための外部接続用導体部を有し、これら接続用導体部と外部接続用導体部とが該絶縁層内に設けられた導体層を通じて互いに接続された構造を有する層であり、
    該絶縁層は、金属製支持基板側のベース絶縁層と半導体素子側の絶縁層とを有する積層構造であり、前記導体層から該ベース絶縁層を貫通し金属製支持基板側へ延びた導通路の先端部が外部接続用導体部となっており、
    当該製造方法は、
    前記配線回路層を、金属製支持基板上に、剥離層を介在させて該金属製支持基板から剥離可能となるように、かつ、接続用導体部が該配線回路層の上面に露出するように形成する工程と、
    前記配線回路層をウェハ状態の半導体素子に積層し、該配線回路層の接続用導体部と半導体素子の電極とを接続する工程と、
    前記接続の後、金属製支持基板を配線回路層から剥離する工程とを、
    有し、
    前記剥離層は、金属および金属酸化物から選ばれる１つの材料からなる層であって、それによって、該剥離層と金属製支持基板とが一体的に配線回路層から剥がれるようになっており、
    配線回路層の形成において、外部接続用導体部を形成すべき位置に開口を有するベース絶縁層を形成し、該開口内に露出した剥離層の表面に、電気的な接続性と耐食性を高めるための金属膜を形成しておき、該開口内に金属材料を充填して導通路とすることによって、該配線回路層の外部接続用導体部の表面に前記金属膜を設けることを特微とする、前記半導体装置の製造方法。
  9. 上記金属膜の形成において、開口内に露出した剥離層の表面に、電解めっきにより、金層、ニッケル層の順に形成し、それによって、該配線回路層の外部接続用導体部の表面に、下地層をニッケルとし表層を金とする２層構造の金属膜を得る、請求項８に記載の製造方法。
  10. 半導体素子側の絶縁層が、接着剤層である、請求項８または９に記載の製造方法。
  11. 配線回路層が、半導体素子にとって再配線層として機能するものである、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
  12. 前記ウェハ状態の半導体素子の基板となっているウェハ基板には、該基板を厚さ方向に貫通する導通路が設けられており、半導体素子の電極が、該導通路を通じてウェハ基板の裏面側へと連絡し得る構造となっており、
    前記配線回路層を該ウェハ基板のいずれかの面側に積層し、該導通路の端部と、該配線回路層の接続用導体部とを接続するものである、
    請求項８〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
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