JP6127664B2 - 電子装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子装置の製造方法に関する。

近年では、モバイル機器等の小型化及び高性能化が進行しており、搭載される電子装置に対しても、軽量化、高密度実装化、更には低コスト化の要求が高まっている。そのため、ロジック、メモリ、センサ等の異種デバイスをより高密度且つ低コストで基板に実装する技術が求められている。これらの様々な要求を満たし得るパッケージ技術として、いわゆる擬似ＳｏＣ（システム・オン・チップ）技術が注目されている。擬似ＳｏＣ技術は、複数の半導体チップを、封止用樹脂材料を用いてウェーハ状に再構築した後、半導体プロセスを用いて半導体チップ間に微細配線を形成する技術である（特許文献１〜３参照）。擬似ＳｏＣ技術によれば、小型で高性能な電子装置が実現する。

特開２０１２−１８８５５５号公報 特開２０１１−２４０６０６号公報 特開２００４−７９８１６号公報

しかしながら、擬似ＳｏＣ技術では、電子部品である半導体チップをウェーハ状に再構築する際に、固定用の熱発泡フィルムの厚みによる半導体チップの傾斜、沈み込み、封止用樹脂材料の加熱硬化時の樹脂流動による半導体チップの位置ズレが生じる。このような状態で再構築された半導体チップ上に再配線形成層となる絶縁層を形成すると、半導体チップの傾斜、出っ張りによって平坦性が損なわれ、微細加工時の精度が低下するという問題がある。また、封止用樹脂層と再配線形成層との密着性が悪く、十分な信頼性を確保することができないという問題がある。

上記の諸問題に対処すべく、特許文献２，３のように、半導体チップの傾斜、沈み込み、位置ズレの原因となる熱発泡フィルムを使用しない手法が案出されている。しかしながら、特許文献２では、製造プロセスが複雑であり、製造コストの大幅が上昇を招くという問題が発生する。特許文献３では、支持基板と再配線形成層となる絶縁層とを接着するために接着層を形成する。そのため、製造プロセスの増加及び製造コストの上昇を招く。更にこの場合、支持基板を剥離した際に剥離面に接着層の粘着性材料が付着する場合があり、これを除去する工程が必要となり、更なる製造プロセスの増加が避けられないという問題がある。

本発明は、上記の諸問題に鑑みてなされたものであり、電子部品を覆う封止樹脂層の平坦性を確保して再配線形成層となる絶縁層の高い微細加工精度を得るも、製造プロセスの増加及び製造コストの上昇を可及的に抑えた信頼性の高い電子装置の製造方法を提供することを目的とする。

電子装置の製造方法の態様は、絶縁層の表面に、複数の電子部品を、前記電子部品の電極の形成面を対向させて固定する第１工程と、前記第１工程の後、前記絶縁層の裏面に支持体を接触させて固定する第２工程と、前記第２工程の後、前記絶縁層上に前記電子部品を覆うように封止樹脂層を形成する工程と、加熱処理を施して、前記支持体を前記絶縁層から剥離する工程と、前記絶縁層に対して微細加工を行う工程とを含む。

上記の態様によれば、電子部品を覆う封止樹脂層の平坦性を確保して再配線形成層となる絶縁層の高い微細加工精度を得るも、製造プロセスの増加及び製造コストの上昇を可及的に抑えた信頼性の高い電子装置が実現する。

本実施形態による電子装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１に引き続き、本実施形態による電子装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 本実施形態の比較例による電子装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 本実施形態の比較例において発生する不都合を説明するための概略断面図である。 本実施形態において、比較例のような不都合が発生しない旨を説明するための概略断面図である。

以下、電子装置の製造方法の具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、いわゆる擬似ＳｏＣ技術による電子装置の製造方法を開示する。
図１及び図２は、本実施形態による電子装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。

先ず、図１（ａ）に示すように、絶縁層、ここでは有機絶縁層１を用意する。
有機絶縁層１は、絶縁性を有する有機材料であれば特に限定されるものではない。半導体チップ及び支持体を相異なる面に別々に接着することが必要であることから、例えば固体のドライフィルムレジストを好ましく用いることができる。ドライフィルムレジストとしては、後述する封止樹脂と同類の樹脂系を含む材料であることが好ましく、具体的にはエポキシ樹脂系の材料が好適である。また、微細加工の点では、感光性であっても非感光性であっても良い。これらの要件を満たす具体例としては、味の素ファインケミカル株式会社製のＡＢＦ−ＧＸ（非感光）、及び同様の特性を有するＡＢＦシリーズのドライフィルムを用いることができる。

続いて、図１（ｂ）に示すように、有機絶縁層１の表面に半導体チップ２を固定する。
詳細には、有機絶縁層１の表面に複数個の半導体チップ２を例えばマトリクス状に配して固定する。半導体チップ２は、各種の半導体回路等が形成された回路形成面２ａが有機絶縁層１の表面と接触するように配置される。半導体チップ２を固定する際には、有機絶縁層１と半導体チップ２との接触部位において、接着性が発現する温度で有機絶縁層１を加熱処理することが好ましい。半導体チップ２を固定するための加熱温度は特に限定されず、適用する有機絶縁層１における接着性の発現に十分な温度で処理すれば良い。具体的には、３０℃程度〜１５０℃程度の範囲内の値であることが好適であり、より好ましくは７０℃程度〜１５０℃程度である。

続いて、図１（ｃ）に示すように、有機絶縁層１の裏面に支持体３を固定する。
詳細には、有機絶縁層１の裏面（半導体チップ２の固定されていない面）に、有機絶縁層１の支持体３を配して固定する。支持体３は、例えばシリコン基板、ガラス基板、ステンレス基板等を用いることができ、支持体３の上面は平坦であることが好ましい。本実施形態では、特に平坦性の点を考慮して、例えばシリコン基板を用いる。支持体３を固定する際には、有機絶縁層１と支持体３との接着面において接着性が示される温度で有機絶縁層１を加熱処理することが好ましい。支持体３を固定するための加熱温度は特に限定されず、適用する有機絶縁層１における接着性の発現に十分な温度で処理すれば良い。具体的には、３０℃程度〜２００℃程度の範囲内の値であることが好適であり、より好ましくは５０℃程度〜１５０℃程度である。

本実施形態では、上記のように、先ず有機絶縁層１の表面に半導体チップ２を固定した後に、有機絶縁層１の裏面に支持体３を固定する。これにより、後に封止樹脂４を形成し、支持体３を剥離して得られる目的の構造において、封止樹脂４に封止された半導体チップ２の固定位置が傾斜や回転が少なく正確なものとなる点で優位である。
勿論、従来の手法と同様に、有機絶縁層１の裏面に支持体３を固定した後に、有機絶縁層１の表面に半導体チップ２を固定する、または支持体３の固定と有機絶縁層１への表面に半導体チップ２の固定を同時に行うようにしても良い。

続いて、図１（ｄ）に示すように、有機絶縁層１の表面に半導体チップ２を覆うように封止樹脂４を形成する。
封止樹脂４は、特に限定されるものではなく、エポキシ樹脂系、シリコーン樹脂系、ゴム系等から適宜選択することができ、熱硬化性樹脂であることが望ましい。この場合、有機絶縁層１と同類の樹脂系を含む材料であることが好適である。封止樹脂４は、アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、及び窒化アルミニウムから選択される少なくとも１つを材料とするフィラーを含有させても良い。フィラーを含有する封止樹脂４を用いることにより、封止樹脂４の熱硬化時における収縮を抑制することができる。

続いて、図２（ａ）に示すように、封止樹脂４により封止樹脂層５を形成する。
詳細には、封止樹脂４を加熱し、キュア成型する。これにより、半導体チップ２の全面を覆う所定厚の封止樹脂層５が形成される。封止樹脂層５を形成するための加熱温度は特に限定されず、封止樹脂４が成形されるのに十分な温度で処理すれば良い。ここで、有機絶縁層１と封止樹脂４とで夫々の主成分である樹脂を同類の樹脂とした場合には、両者の界面では化学的な結合反応が惹起され、両者は一体化されて硬化することになる。この場合の加熱温度は、例えば５０℃程度〜２００℃程度の範囲内の値が好適であり、より好ましくは１００℃程度〜２００℃程度である。

ここで、有機絶縁層１と支持体３との固定における加熱処理、及び封止樹脂層５の形成における加熱処理については、それぞれ個別に段階的に行っても、同時に行っても良い。また、何れの加熱工程においてもその方法は特に限定されないが、ホットプレート及びオーブンを用いた加熱を適用することができる。加熱時間は、ホットプレートを用いる場合には、１０秒間程度〜１８０秒間程度、オーブンの場合を用いる場合には、１分間程度〜１２０分間程度で適宜選択することができる。具体例としては、支持体３の所期の固定は、オーブンを用いた１００℃程度で３０分間程度の加熱により、封止樹脂層５の所期の形成は、オーブンを用いた１８０℃程度で３０分間程度の加熱により、それぞれ達成される。

続いて、図２（ｂ）に示すように、有機絶縁層１から支持体３を剥離する。
詳細には、有機絶縁層１を加熱処理する。これにより、有機絶縁層１から支持体３が剥離する。有機絶縁層１の面（支持体３の固定面）は、一定以上の温度に加熱されると表面形状が変化し、１００ｎｍ以上の凹凸が生じる。この凹凸の発生により、加熱処理のみで有機絶縁層１から支持体３を容易に剥離することが可能となる。

有機絶縁層１の加熱処理は、封止樹脂層５の形成時の加熱処理における加熱温度よりも高い温度で実行される。換言すれば、支持体３は、封止樹脂層５の形成時の加熱温度では有機絶縁層１から剥離せず、これよりも高い所定の加熱温度で有機絶縁層１から剥離する。これにより、封止樹脂層５の形成時には、支持体３を有機絶縁層１から剥離せしめることなく、支持体３による確実な支持を確保した状態で封止樹脂４が成形され、所期の封止樹脂層５が形成される。

有機絶縁層１の加熱温度は、具体的には、１００℃程度〜２５０℃程度の範囲内の値が好適であり、より好ましくは１８０℃程度〜２５０℃程度である。加熱温度が１００℃を下回ると、有機絶縁層１の裏面に、支持体３を剥離するに十分な凹凸が発生しない懸念がある。加熱温度が２５０℃を上回ると、封止樹脂層５及び半導体チップ２への悪影響が懸念される。加熱温度を１００℃程度〜２５０℃程度の範囲内の値、より好ましくは１８０℃程度〜２５０℃程度に設定することにより、封止樹脂層５及び半導体チップ２に悪影響を及ぼすことなく、加熱処理のみによる支持体３の有機絶縁層１からの確実な剥離が可能となる。

続いて、図２（ｃ）に示すように、有機絶縁層１に配線構造を形成するための微細加工を施す。本実施形態では、いわゆるダマシン法により配線構造を形成する場合を例示する。
詳細には、リソグラフィー及びドライエッチングにより有機絶縁層１を加工する。これにより、有機絶縁層１には、半導体チップ２の回路形成面の所定部位（例えば、トランジスタのソース／ドレイン領域等）を露出させる開口１ａが形成される。

次に、開口１ａの内壁面を覆うように、有機絶縁層１の裏面上にシード層となる金属膜を、例えばスパッタ法により形成する。この金属としては、Ｔｉ及び銅の積層構造が好ましく用いられる。これにより、開口１ａの内壁面を覆うように有機絶縁層１の裏面上にシード層６が形成される。

続いて、図２（ｄ）に示すように、配線構造８を形成する。
詳細には、有機絶縁層１上に所定の有機絶縁層７を形成し、リソグラフィー及びドライエッチングにより有機絶縁層７を加工する。これにより、有機絶縁層７に有機絶縁層１の開口１ａと通じる配線溝７ａが形成される。
次に、開口１ａ及び配線溝７ａを埋め込むように、電解メッキ法により銅又は銅合金を堆積する。化学機械研磨法（ＣＭＰ法）により有機絶縁層７上の銅又は銅合金を研磨平坦化し、除去する。以上により、開口１ａ及び配線溝７ａを銅又は銅合金で充填し、半導体チップ２の回路形成面と適宜導通する配線構造８が形成される。

しかる後、封止樹脂層５及び有機絶縁層１，７を含む構造体から、一個又は複数個の半導体チップ２を含む装置構成を切断して個片化する。個片化された各装置構成に所定の後処理を施す。以上により、本実施形態による電子装置が形成される。

ここで、本実施形態の比較例について説明する。この比較例では、本実施形態と同様に、擬似ＳｏＣ技術を用いて電子装置を製造する。
図３は、本実施形態の比較例による電子装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。

比較例では、図３（ａ）に示すように、支持体３０上に熱発泡フィルム１０を貼付する。
続いて、図３（ｂ）に示すように、熱発泡フィルム１０上に複数の半導体チップ２０を貼付固定する。半導体チップ２０は、各種の半導体回路等が形成された面が熱発泡フィルム１０の表面と接触するように配置される。

続いて、図３（ｃ）に示すように、熱発泡フィルム１０上に半導体チップ２０を覆うように封止樹脂４０を形成し、キュア成型する。これにより、図３（ｄ）に示すように、半導体チップ２０の全面を覆う封止樹脂層５０が形成される。

続いて、図３（ｅ）に示すように、熱発泡フィルム１０から支持体３０を剥離する。
続いて、図３（ｆ）に示すように、半導体チップ２０上を含む封止樹脂層５０上に、再配線層となる有機絶縁層６０を形成する。しかる後、有機絶縁層６０に配線構造を形成するための微細加工を施した後、封止樹脂層５０及び有機絶縁層６０を含む構造体から、一個又は複数個の半導体チップ２０を含む装置構成を切断して個片化する。個片化された各装置構成に所定の後処理を施す。以上により、本実施形態による電子装置が形成される。

比較例では、熱発泡フィルム１０は、肉厚（例えば厚み１５μｍ程度）の接着層を含んでいることから、半導体チップ２０を支持体３０に接着する際に、また、封止樹脂層５０を形成する際に、半導体チップ２０の配置の位置ズレを引き起こす原因となる。具体的には、図３（ｄ）において、図４（ａ）に示すように、半導体チップ２０の封止樹脂層５０への沈み込み、傾斜が発生する。これにより、図４（ｂ）を経て図４（ｃ）のように有機絶縁層６０を塗布形成した際に、半導体チップ２０の沈み込み及び傾斜に誘発されてグローバルな段差が発生し、有機絶縁層６０の表面の平坦性が損なわれる。その結果、続く微細配線の形成工程である露光工程において、加工精度の低下が発生し、所期の微細化が極めて困難となる。

この点、本実施形態においても、図２（ａ）において、図５（ａ）に示すように、有機絶縁層１の硬化性等に依存して、一般的な発砲性フィルムに比較しては少ないながらも、同様に半導体チップ２の有機絶縁層１への沈み込み及び傾斜が発生する可能性はある。しかしながら本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、有機絶縁層１を剥離せずにそのまま再配線形成層として適用するため、有機絶縁層１の表面は平坦に保持される。従って、有機絶縁層１の微細加工を行う際に加工精度の低下が生じることなく、低コストで信頼性の高い電子装置を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、半導体チップ２を覆う封止樹脂層５の平坦性を確保して再配線形成層となる有機絶縁層１の高い微細加工精度を得るも、製造プロセスの増加及び製造コストの上昇を可及的に抑えた信頼性の高い電子装置が実現する。

以下、電子装置の製造方法の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）絶縁層の裏面に支持体を接触させて固定する工程と、
前記絶縁層の表面に、複数の電子部品を、前記電子部品の電極の形成面を対向させて固定する工程と、
前記絶縁層上に前記電子部品を覆うように封止樹脂層を形成する工程と、
加熱処理を施して、前記支持体を前記絶縁層から剥離する工程と、
前記絶縁層に対して微細加工を行う工程と
を含む電子装置の製造方法。

（付記２）前記加熱処理は、前記封止樹脂層を形成する際の加熱温度よりも高い温度で行うことを特徴とする付記１に記載の電子装置の製造方法。

（付記３）前記加熱処理は、１００℃〜２５０℃の範囲内の温度で行うことを特徴とする付記１又は２に記載の電子装置の製造方法。

（付記４）前記支持体を固定する工程は、前記絶縁層の表面に前記電子部品を固定する工程の後、前記封止樹脂層を形成する工程する前に行うことを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の電子装置の製造方法。

（付記５）前記絶縁層及び前記封止樹脂層は、夫々の主成分である樹脂が同類であることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の電子装置の製造方法。

（付記６）前記樹脂は、エポキシ樹脂系の熱硬化性樹脂であることを特徴とする付記５に記載の電子装置の製造方法。

（付記７）前記絶縁層は、前記封止樹脂層と接合された状態で前記微細加工されることを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の電子装置の製造方法。

１，７，６０ 有機絶縁層
１ａ 開口
２，２０ 半導体チップ
２ａ 回路形成面
３，３０ 支持体
４，４０ 封止樹脂
５，５０ 封止樹脂層
６ シード層
７ａ 配線溝
８ 配線構造
１０ 熱発泡フィルム

Claims (4)

1. 絶縁層の表面に、複数の電子部品を、前記電子部品の電極の形成面を対向させて固定する第１工程と、
   前記第１工程の後、前記絶縁層の裏面に支持体を接触させて固定する第２工程と、
   前記第２工程の後、前記絶縁層上に前記電子部品を覆うように封止樹脂層を形成する工程と、
   加熱処理を施して、前記支持体を前記絶縁層から剥離する工程と、
   前記絶縁層に対して微細加工を行う工程と
   を含む電子装置の製造方法。
2. 前記加熱処理は、前記封止樹脂層を形成する際の加熱温度よりも高い温度で行うことを特徴とする請求項１に記載の電子装置の製造方法。
3. 前記加熱処理は、１００℃〜２５０℃の範囲内の温度で行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置の製造方法。
4. 前記絶縁層及び前記封止樹脂層は、夫々の主成分である樹脂が同類であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子装置の製造方法。

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