JP5009576B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、能動素子と受動素子とが実装されてなる半導体装置の製造方法に関する。
例えば、能動素子や受動素子などの半導体素子が実装されてなる半導体装置には様々なタイプのものがあるが、近年、例えば、高周波(RF)通信部やMCU(マイコン)部、水晶振動子などを含む無線通信モジュールを有する半導体装置が様々な場面で多用されるようになってきている(例えば特許文献1参照)。
図1は、無線通信モジュールを有する半導体装置30の概略を示した図である。図1を参照するに、本図に示す半導体装置30は、配線基板10に無線通信モジュール20が実装されてなる構造を有している。
配線基板10は、絶縁層11乃至15が積層された構造に、ビアプラグ16、配線パターン17乃至20が形成された構造を有しており、バンプ21が形成された側の反対側(表面)には、無線通信モジュール20が実装されている。無線通信モジュール20は、例えば、ボンディングワイヤにより配線パターンと接続された能動素子21と、能動素子21の周囲に実装された受動素子22乃至26により構成されている。
また、能動素子21や、受動素子22乃至26は、いわゆるモールド樹脂と呼ばれる絶縁層27で封止された構造となっている。
特開2006−195918号公報 特開2006−108451号公報 特開2004―71961号公報
しかし、近年の半導体装置の小型化・高性能化の要求に伴い、上記の半導体装置をさらに小型化・高密度化させる必要が生じていた。
上記の半導体装置の小型化や、または実装される素子の高密度化または素子の追加などを考えた場合、半導体素子の上層にさらに配線層などの層を形成する方法をとることが考えられる。しかし、例えば無線通信モジュール20を構成する電子部品のうち、特に受動素子22乃至26には、実装面(配線基板10の表面)からの高さが、能動素子21よりも高いものがある。このために半導体装置のモジュール上に、ビアプラグを介して接続される構造を形成することが困難となっていた。
例えば、無線通信モジュールにおいては、主要部である能動素子に加えて、バランと呼ばれるインピーダンス変換のための素子や、キャパシタなどの受動素子が必要であり、これらの受動素子を含む無線通信モジュールを封止する絶縁層27が厚くなってしまう。
このため、絶縁層27を貫通するビアプラグを形成する場合には高いアスペクト比でビアプラグを形成する必要があり、一般的なメッキ法ではビアプラグの形成が困難となってしまう問題が生じていた。したがって、ビアプラグを介して接続される構造を上層に形成することが困難となり、半導体装置を多層化する上で問題となっていた。
そこで、本発明では上記の問題を解決した、新規で有用な半導体装置の製造方法を提供することを統括的課題としている。
本発明の具体的な課題は、電子部品が実装されてなる半導体装置を小型化する半導体装置の製造方法を提供することである。
本発明は上記の課題を、導電層に起立するビアプラグを形成し、該ビアプラグを絶縁層で埋設して配線構造を形成する工程と、無線通信モジュールを構成する能動素子と受動素子が実装された配線基板に前記配線構造を貼り付ける工程と、を有し、前記導電層は、前記無線通信モジュールを遮蔽するシールドを構成することを特徴とする半導体装置の製造方法により、解決する。
また、本発明は上記の課題を、導電層に起立するビアプラグを形成し、該ビアプラグを絶縁層で埋設して配線構造を形成する工程と、無線通信モジュールを構成する能動素子と受動素子が実装された配線基板に前記配線構造を貼り付ける工程と、前記導電層をパターニングして前記無線通信モジュールに接続されるアンテナを形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法により、解決する。
本発明によれば、電子部品が実装されてなる半導体装置を小型化する半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
本発明による半導体装置の製造方法は、導電層に起立するビアプラグを形成し、該ビアプラグを絶縁層で埋設して配線構造を形成する工程と、電子部品(例えば能動素子と該能動素子よりも実装面からの高さが高い受動素子)が実装された配線基板に前記配線構造を貼り付ける工程と、を有することを特徴としている。
このため、本発明によれば、実装面からの高さが高い素子を含むモジュールの上層に、前記ビアプラグで接続される様々な構造を形成することが容易となる。このため、例えば、バランやキャパシタなどの実装面からの高さが高い素子を含む無線通信モジュールの上層にパターン配線などの構造体を形成することが可能になり、半導体装置の小型化・高密度化が可能となる。
次に、上記の半導体装置の製造方法の一例について、図面に基づき説明する。
図2は、本発明の実施例1による半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置400を模式的に示した図である。図2を参照するに、本図に示す半導体装置400の概略は、配線基板100に、電子部品として、能動素子201と受動素子202乃至206が実装されてなる構造となっている。
配線基板100は、コア基板101よりなる絶縁層101の表側(素子が実装される側)に、絶縁層102,103が順に積層され、絶縁層101の裏側には絶縁層104、105が順に積層された構造となっている。また、絶縁層102,104は例えばビルドアップ樹脂(エポキシ、またはポリイミドなど)より、絶縁層103,105はソルダーレジスト層よりなるように構成される。
また、絶縁層102、103、104、105にはそれぞれパターン配線107、108、109、110が形成されている。さらに絶縁層(コア基板)101を貫通するビアプラグによって上記のパターン配線が接続され、絶縁層101の表側と裏側の接続がとられる構造になっている。
また、配線基板100の表側(絶縁層103が形成された側)には、無線通信モジュール200を構成する、能動素子201と受動素子202乃至206とが実装されている。能動素子201は、例えばボンディングワイヤ201Aによって配線基板100に形成されたパターン配線108に接続(接続部分は図示を省略)されている。また、受動素子202乃至206もパターン配線108に接続(接続部分は図示を省略)されている。
本実施例の場合、上記の構造において、配線基板101の表側(素子が実装された側)に、配線構造300が貼り付けて接続されていることが特徴である。配線構造300は、絶縁層304と、絶縁層304を貫通するビアプラグ301と、ビアプラグ301に接続される、パターン配線(電極パッド)302と、パターン配線302上に形成された接続層303とを有する構造となっている。
ビアプラグ301は、パターン配線302と接続された側の反対側が、配線基板100のパターン配線108と接続され(接続部分は図示を省略)、パターン配線108とパターン配線302とがビアプラグ301を介して電気的に接続される構造になっている。また、絶縁層304は、無線通信モジュール200(能動素子201、受動素子202乃至206)を封止している。
上記の構造においては、ビアプラグ301を含む配線構造300が、貼り付けにより配線基板100に接合されていることが特徴である。また、配線構造300を形成する場合において、ビアプラグ301は、従来のようにビアフィルメッキ(ビアホールを埋設するメッキ)に依らず、導電層(配線パターン)に起立するように構成され、ビアプラグの形状が形成された後で絶縁層に埋設されていることが特徴である。
このため、本実施例による製造方法では、配線基板100(無線通信モジュール200)に接続される、アスペクト比の高いビアプラグを容易に形成することが可能となっている。
したがって、例えば実装面(絶縁層103またはパターン配線108)からの高さが、能動素子より高い受動素子を含むモジュールを実装する場合にも、当該モジュールの上層にパターン配線などの配線基板と接続される構造を形成することが可能になり、半導体装置を小型化・高密度化することが可能となる効果を奏する。
次に、上記の半導体装置400を製造する製造方法について、図3A〜図3Gを用いて、手順を追って説明する。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
まず、図3Aに示す工程において、例えばCuなどの導電材料よりなる被エッチング層301Aに、樹脂製のフィルムなどよりなる固定層305を貼り付ける。
次に、図3Bに示す工程において、所定のマスクパターン(図示せず)をマスクにしたエッチング(例えばウエットエッチング)により、被エッチング層301Aをパターンエッチングし、導電層302A上に起立したビアプラグ301を形成する。上記のマスクパターンを形成する場合には、フィルムの貼り付け、または、塗布によりレジスト層を形成し、該レジスト層を露光・現像することにより形成することができる。
次に、図3Cに示す工程において、例えばビルドアップ樹脂(エポキシ樹脂、または、ポリイミド樹脂)よりなる絶縁層304を、ビアプラグ301の周囲を覆うように導電層302A上に形成する。上記の絶縁層304は、例えばフィルム上の樹脂を貼り付けることにより、または、液状の樹脂を塗布することにより、形成することができる。さらに、絶縁層304を加熱・加圧することで硬化させる。
次に、図3Dに示す工程において、固定層305を除去(剥離)し、必要に応じて絶縁層304とビアプラグ301を研磨し、絶縁層304とビアプラグ301の先端が実質的に同一平面となるようにする。
次に、図3Eに示す工程において、所定のマスクパターン(図示せず)をマスクにしたエッチング(例えばウエットエッチング)により、導電層302をパターンエッチングし、ビアプラグ301にそれぞれ接続されたパターン配線(電極パッド)302を形成する。上記のマスクパターンを形成する場合には、フィルムの貼り付け、または、塗布によりレジスト層を形成し、該レジスト層を露光・現像することにより形成することができる。
次に、図3Fに示す工程において、例えばメッキ法により、パターン配線302上に、Ni層、Au層を順に形成して、Ni層とAu層が積層されてなる接続層303を形成する。このようにして、絶縁層304、絶縁層304を貫通するビアプラグ301、ビアプラグ301に接続されるパターン配線302、およびパターン配線302上に形成された接続層303とを有する配線構造300を形成することができる。
次に、図3Gに示す工程において、上記の配線構造300を、図2で先に説明した、無線通信モジュール(能動素子201、受動素子202乃至206)が実装された配線基板100に貼り付ける。この場合、配線構造300を配線基板100に押し付けるように加圧・加熱して配線基板100に貼り付ける。
例えば、上記の配線構造300の絶縁層304を構成する材料としては、熱硬化性樹脂もしくは熱可塑性樹脂などの熱により性質(硬度)が変化する樹脂材料を用いると好適である。
例えば、絶縁層304を構成する材料として熱硬化性樹脂を用いる場合には、図3Fに示す配線構造300を形成する場合において、絶縁層304が半硬化状態(完全には硬化していないものの、図3Cの絶縁層形成直後からはある程度硬化が進行した状態)とすればよい。その後、本工程(図3G)において、配線基板100上に配線構造300を積層し、加熱・加圧して絶縁層304を実質的に完全に硬化させる(上記の半硬化状態からさらに硬化を進行させる)ようにすればよい。
また、絶縁層304を構成する材料として熱可塑性樹脂を用いる場合には、図3Fに示す配線構造300を形成した後、次いで本工程(図3G)において、配線基板100上に配線構造300を積層し、加熱・加圧することにより、絶縁層304を軟化させ、電子部品(能動素子201、受動素子202乃至206)を絶縁層304内に埋め込むようにすればよい。
また、貼り付けられるビアプラグ301の先端は、配線基板100に形成されたパターン配線108に接合するように貼り合わせが行われる。上記のビアプラグ301の先端には、メッキ等により、Au層よりなる接合層306が形成されていると、パターン配線108との接合が容易となり、好ましい。また、同様にパターン配線108のビアプラグ301に対応する部分には、メッキ等により、Au層よりなる接合層が形成されていることが好ましい。上記のビアプラグとパターン配線にそれぞれ形成された、Au層よりなる接合層は、熱圧着により接合される。
また、上記の接合層を構成する材料はAuに限定されるものではなく、例えばCuなどAu以外の他の金属(合金)を用いてもよい。例えば、Au層とCu層を用いても熱圧着による接合を行うことが可能である。また、接合層が、異なる金属(合金)の積層構造を有するように構成してもよい。
このようにして、図2に示した半導体装置400を製造することができる。上記の半導体装置の製造方法では、導電層302Aに起立するビアプラグ301を形成し、ビアプラグ301を絶縁層304で埋設して配線構造300を形成した後で、配線構造300を配線基板100(モジュール200上)に貼り付けていることが特徴である。
このため、例えば特開2006−108451号公報に開示された従来の方法のように、絶縁層にビアホールを形成して、印刷法により導電ペーストでビアホールを埋設してビアプラグを形成する方法に比べて、アスペクト比の大きいビアプラグを容易に形成することが可能となっている。
例えば、本実施例に示したように、無線通信モジュールは、能動素子に加えて、能動素子よりも実装面からの高さが高い受動素子を含む構成になっている。このため、無線通信モジュールの上層にパターン配線を形成する場合には、ビアフィルメッキ法による方法ではメッキ液の浸透が問題となるために困難となっていた。
一方で本実施例による製造方法では、例えば無線通信モジュールなどの実装面からの高さが高い素子を含むモジュールの上層に、モジュールが実装された配線基板と接続されるパターン配線などの構造を容易に形成することが可能となる。
また、本発明による半導体装置の製造方法は上記の方法に限定されず、様々に変形・変更することができる。例えば、ビアプラグは、エッチングにより形成する方法に限定されず、例えば導電層上に突起状の導電体(ピンなど)を接合して形成するようにしてもよい。このような製造方法の例を、以下の実施例2において説明する。
次に、実施例2による半導体装置の製造方法について、図4A〜図4Gを用いて、手順を追って説明する。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
まず、図4Aに示す工程において、樹脂製のフィルムなどよりなる固定層305上の、例えばCuなどの導電材料よりなる導電層301B上に、マスクパターン306を形成する。上記のマスクパターン306を形成する場合には、フィルムの貼り付け、または、塗布によりレジスト層を形成し、該レジスト層を露光・現像することにより形成することができる。
次に、図4Bに示す工程において、例えばウェットエッチングにより、マスクパターン306の開口部に対応する部分の導電層301Bをエッチングし、凹部301Cを形成する。
次に図4Cに示す工程において、例えば印刷法により、例えば半田よるなる接続ペースト307を上記の凹部301に形成する。
次に、図4Dに示す工程において、導電層301B上に起立するように、接続ペースト306を用いて突起状の導電体309A(例えばピンなど)を接合する。本工程においては、導電体309Aが挿入される穴部308Aが形成された治具308を用いて、導電体309Aを接合する。穴部308Aに挿入された導電体309Aは、その一端が接続ペースト307(導電層301B)に押し付けられるようにして導電層301Bに接合される。また、導電体309Aの他方の一端は、平板状の加圧手段310によって接続ペースト307押し付けられる。さらに必要に応じて、接続ペースト307が溶融する程度に加熱されることが好ましい。
次に、図4Eに示す工程において、治具308を除去し、さらにマスクパターン306を除去(剥離)する。このようにして、導電層301B上に起立する突起状の導電体(ビアプラグ)309が形成される。
次に、図4Fに示す工程において、例えばビルドアップ樹脂(エポキシ樹脂、または、ポリイミド樹脂)よりなる絶縁層304を、ビアプラグ309の周囲を覆うように導電層301B上に形成する。上記の絶縁層304は、例えばフィルム上の樹脂を貼り付けることにより、または、液状の樹脂を塗布することにより、形成することができる。さらに、絶縁層304を加熱・加圧することで硬化させる。
次に、図4Gに示す工程において、固定層305を除去(剥離)し、所定のマスクパターン(図示せず)をマスクにしたエッチング(例えばウエットエッチング)により、導電層301Bをパターンエッチングし、ビアプラグ309にそれぞれ接続されたパターン配線(電極パッド)301Cを形成する。する。このようにして、絶縁層304、絶縁層304を貫通するビアプラグ(導電体)309、ビアプラグ309に接続されるパターン配線(導電層)301Cとを有する配線構造300Aを形成することができる。なお、実施例1のように、例えばメッキ法により、パターン配線(導電層)301B上に、Ni層、Au層を順に形成して、Ni層とAu層が積層されてなる接続層を形成してもよい。
次に、図4Hに示す工程において、上記の配線構造300Aを、図2で先に説明した、無線通信モジュール(能動素子201、受動素子202乃至206)が実装された配線基板100に貼り付ける。この場合、配線構造300Aを配線基板100に押し付けるように加圧・加熱して配線基板100に貼り付ける。
また、貼り付けられるビアプラグ309の先端が、配線基板100に形成されたパターン配線108に接合するように貼り合わせが行われる。上記のビアプラグ301の先端には、実施例1のようにメッキ等によりAu層よりなる接合層が形成されていると、パターン配線108との接合が容易となり、好ましい。また、同様にパターン配線108のビアプラグ301に対応する部分には、メッキ等によりAu層よりなる接合層が形成されていることが好ましい。このようにして、本図に示す半導体装置400Aを製造することができる。
本実施例による製造方法では、実施例1による製造方法と同様の効果を奏することに加えて、実施例1よりも更に容易に微細なビアプラグを形成することができる。すなわち、本実施例においては、ビアプラグ形成時にエッチングに用いるエッチング液(ドライエッチングの場合にはエッチングガス)を用いる必要がなく、さらにマスクパターンを形成する工程も不要である。このため、半導体装置の製造方法が単純となり、製造コストが抑制される効果を奏する。
また、本実施例と、特開2004―71961号公報に開示された発明とを比較した場合、本実施例においてはビアプラグの微細化、またはビアプラグの狭ピッチでの形成が容易となっている。
特開2004―71961号公報に開示された発明では、素子が実装された基板に対してボンディングワイヤによってビアプラグを形成している。一方で、本実施例の場合には、素子が実装された基板と別個に配線構造を形成し、該配線構造を配線基板に貼り付けている。また、ビアプラグの形成は、突起状の導電体を導電層に接合する方法によっている。
本実施例では、素子が実装された基板に対してビアプラグを形成する場合のような、素子の配置による物理的なプラグ形成のためのスペースの制限が無く、狭ピッチでビアプラグを形成することができる。また、ワイヤボンディングによる方法に比べて導電体を接合する方法は、ビアプラグを微細化する上で有利である。
また、図5は、実施例3による半導体装置(半導体装置の製造方法)を示したものである。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する。また、特に説明しない部分は、実施例1記載の方法で製造が可能である。
図5を参照するに、本図に示す半導体装置400Bは、実施例1に記載した図2に示す半導体装置400に対して、パターン配線(電極パッド)302上に電子部品401,402を実装して構成している。本実施例による半導体装置400Bは、無線通信モジュール200の上層にさらに電子部品401,402が実装された構造となっている。
例えば、電子部品401としては、無線通信モジュールに接続して用いられるMEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)素子を用いることができる。例えば上記のMEMS素子としては、各種のセンサ(温度センサ、加速度センサなど)がある。また、MEMS素子とともに、MEMS素子のドライバICや、周辺回路に用いる受動素子(電子部品402)を実装してもよい。
また、上記の構成において、電子部品401,402と無線通信モジュール200を入れ換えるように構成してもよい。すなわち、電子部品401,402を配線基板100上に、無線通信モジュール200を電子部品401,402の上層に実装してもよい。
また、図6は、実施例4による半導体装置(半導体装置の製造方法)を示したものである。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する。また、特に説明しない部分は、実施例1記載の方法で製造が可能である。
図6を参照するに、本図に示す半導体装置400Cでは、実施例1の半導体装置400のパターン配線302に相当する導電層302Cが、無線通信モジュール200を遮蔽するシールドを構成していることが特徴である。すなわち、実施例1の配線構造300に相当する配線構造300Cが、シールド(導電層302C)を含むように構成されている。
本実施例による半導体装置を構成するには、図3Eに示した、導電層302Aをエッチングする工程において、導電層がシールドを構成する形状になるようにエッチングするか、またはエッチングをおこなわず、導電層がそのままシールドを構成するようにすればよい。
本実施例による半導体装置400Cは、ノイズの影響が排除されるために、誤動作の少ない信頼性の高い半導体装置となっている。
また、図7は、実施例5による半導体装置(半導体装置の製造方法)を示したものである。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する。また、特に説明しない部分は、実施例1記載の方法で製造が可能である。
図7を参照するに、本図に示す半導体装置400Dでは、実施例1の半導体装置400のパターン配線302に相当する導電層302Bが、無線通信モジュール200に接続されるアンテナを構成していることが特徴である。すなわち、実施例1の配線構造300に相当する配線構造300Dが、アンテナ(導電層302D)を含むように構成されている。
本実施例による半導体装置を構成するには、図3Eに示した、導電層302Aをエッチングする工程において、導電層がアンテナを構成する形状になるようにエッチングすればよい。
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
例えば、無線通信モジュールの上層に形成される配線構造は1層に限定されず、さらに多層(例えば、2層、3層など)となるように形成してもよい。また、下層(配線基板100上)に形成されるモジュールは、無線通信モジュールに限定されず、他の様々なモジュールであってもよい。
また、ビアプラグを埋設する絶縁層は、ビアプラグを配線基板に接合する工程において、フィルム上の絶縁層をビアプラグと配線基板の間に挿入し、硬化させて形成するようにしてもよい。
本発明によれば、電子部品が実装されてなる半導体装置を小型化する半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
従来の半導体装置を示す図である。 実施例1による半導体装置を示す図である。 実施例1による半導体装置の製造方法を示す図(その1)である。 実施例1による半導体装置の製造方法を示す図(その2)である。 実施例1による半導体装置の製造方法を示す図(その3)である。 実施例1による半導体装置の製造方法を示す図(その4)である。 実施例1による半導体装置の製造方法を示す図(その5)である。 実施例1による半導体装置の製造方法を示す図(その6)である。 実施例1による半導体装置の製造方法を示す図(その7)である。 実施例2による半導体装置の製造方法を示す図(その1)である。 実施例2による半導体装置の製造方法を示す図(その2)である。 実施例2による半導体装置の製造方法を示す図(その3)である。 実施例2による半導体装置の製造方法を示す図(その4)である。 実施例2による半導体装置の製造方法を示す図(その5)である。 実施例2による半導体装置の製造方法を示す図(その6)である。 実施例2による半導体装置の製造方法を示す図(その7)である。 実施例2による半導体装置の製造方法を示す図(その8)である。 実施例3による半導体装置の製造方法を示す図である。 実施例4による半導体装置の製造方法を示す図である。 実施例5による半導体装置の製造方法を示す図である。
符号の説明
100 配線基板
101,102,103,104,105 絶縁層
106 ビアプラグ
107,108,109,110 パターン配線
111 バンプ
200 無線通信モジュール
201 能動素子
201A ボンディングワイヤ
202,203,204,205,206 受動素子
300 配線構造
301 ビアプラグ
302 パターン配線
302A シールド
302B アンテナ
303 接続層
304 絶縁層

Claims (4)

  1. 導電層に起立するビアプラグを形成し、該ビアプラグを絶縁層で埋設して配線構造を形成する工程と、
    無線通信モジュールを構成する能動素子と受動素子が実装された配線基板に前記配線構造を貼り付ける工程と、を有し、
    前記導電層は、前記無線通信モジュールを遮蔽するシールドを構成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 導電層に起立するビアプラグを形成し、該ビアプラグを絶縁層で埋設して配線構造を形成する工程と、
    無線通信モジュールを構成する能動素子と受動素子が実装された配線基板に前記配線構造を貼り付ける工程と、
    前記導電層をパターニングして前記無線通信モジュールに接続されるアンテナを形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 前記配線構造を形成する工程では、導電性の被エッチング層をパターンエッチングすることで前記導電層と前記ビアプラグが形成されることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記配線構造を形成する工程では、前記導電層に突起状の導電体を接合することで、前記ビアプラグが形成されることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。
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