JP6201610B2 - 電子装置の製造方法及び回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、電子装置の製造方法及び回路基板に関する。

近年では、電子機器の小型化に伴い、電子部品の高密度実装の要求が高まっており、特に半導体チップの多端子及び狭ピッチ化の進行により、半導体チップを搭載する多層回路基板にも微細配線化が求められている。例えば、集積回路を有する半導体チップとビルドアップ基板とを微細配線で接続する、いわゆるFan-out ＷＬＰ（Wafer Level Package）構造等の開発が行われている。

特開２００４−１４６６０２号公報 特開２００２−１６４４６７号公報

多層回路基板における微細配線接続を低コストで実現すべく、支持基板上に剥離層を介して形成した微細配線回路部をビルドアップ基板に転写し、支持基板を剥離する手法が案出されている（特許文献１を参照）。この場合、剥離層を金属で形成し、酸性溶液又はアルカリ性溶液を用いて剥離層を溶解することで支持基板を剥離する。或いは、剥離層を所定温度以上で剥離性が生じる樹脂で形成し、当該所定温度以上に加熱することで支持基板を剥離する。

しかしながら、前者の場合には、溶液により微細配線回路部の受けるダメージが大きく、しかも剥離層の溶解に比較的長時間を要するため、製品の信頼性を大きく低下させる。後者の場合には、支持基板、剥離層、及び微細配線回路部における熱膨張係数にミスマッチがあり、微細配線回路部に亀裂や部分破壊が発生し、歩留まりを著しく低下させる。このように、従来の技術では、製品の信頼性及び歩留まりを両立させることが極めて困難であるという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決すべくなされたものであり、優れた歩留まりで得ることができる信頼性の高い電子装置の製造方法及び回路基板を提供することを目的とする。

電子装置の製造方法の一態様は、支持体上に、主骨格をシロキサン結合とする無機絶縁材料からなる第１の剥離層を形成する工程と、前記第１の剥離層を覆って前記第１の剥離層を非露出状態とする、前記第１の剥離層よりも薄い膜である第２の剥離層を形成する工程と、前記第２の剥離層上に配線を備えた樹脂層を形成する工程と、基板に前記樹脂層を接続する工程と、前記第１の剥離層及び前記第２の剥離層を除去して前記支持体を剥離し、前記樹脂層の表面を露出させる工程と、前記樹脂層上に電子部品を接続する工程とを含む。

回路基板の一態様は、支持体と、前記支持体上に形成された、主骨格をシロキサン結合とする無機絶縁材料からなる第１の剥離層と、前記第１の剥離層を覆って前記第１の剥離層を非露出状態とする、前記第１の剥離層よりも薄い膜である第２の剥離層と、前記第２の剥離層上に形成された、配線を備えた樹脂層とを含み、前記支持体と前記樹脂層とは前記第１の剥離層及び前記第２の剥離層により接合されており、前記第１の剥離層及び前記第２の剥離層を除去することで前記支持体が剥離可能とされている。

本発明によれば、優れた歩留まりで得ることができる信頼性の高い電子装置及び回路基板が実現する。

本実施形態による半導体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、本実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。

以下、電子装置の製造方法及び回路基板について、図面を参照しながら詳細に説明する。電子装置として、いわゆるFan-out ＷＬＰ構造の半導体装置を例示する。
図１〜図２は、本実施形態による半導体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、支持基板１上に剥離膜２を形成する。
詳細には、支持基板１として、例えばＳｉ基板を用意する。
先ず、支持基板１上に第１の剥離層２ａを形成する。
次に、第１の剥離層２ａの全面（表面及び側面）を覆うように、支持基板１上に第２の剥離層２ｂを形成する。第１の剥離層２ａは、第２の剥離層２ｂにより外部に対して非露出状態とされる。第１の剥離層２ａ及び第２の剥離層２ｂにより、剥離膜２が構成される。

第１の剥離層２ａは、例えばアルカリ性溶剤によって急速に剥離性又は溶解するアルカリ可溶の材料、ここでは主骨格をシロキサン結合とする無機絶縁材料で形成される。
第１の剥離層２ａは、急速な剥離性を発揮すべく、例えば３．０ｇ／ｃｍ³以下の低密度であることが好ましい。これは、アルカリ性溶剤が第１の剥離層２ａ内へ急速に浸入し、アルカリによる溶解剥離を加速する効果を得るためである。更に、アルカリ溶剤による溶解性及び浸透性を維持するために、主骨格であるシロキサン結合の他に、シラノール基やアルコキシ基を多く含有することが好ましい。これに対して、アルキル基等の非極性官能基は撥水特性を有しており、アルカリ性溶剤の浸透を阻害する働きを示すため、多く含有しない方が好ましい。しかしながら、第１の剥離層２ａの厚みとの関係から、第１の剥離層２ａの内部応力の低減及びクラック発生の防止のために、アルキル基等の非極性官能基を多少含んでいても構わない。

第２の剥離層２ｂは、例えばアルカリ不溶の材料、ここではＣｕ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｏの材料群から選ばれた少なくとも１種を含む金属系材料で形成される。第２の剥離層２ｂは、アルカリ性溶剤を用いた剥離とは異なる方法により剥離性を得られる材料であれば良く、酸、有機溶剤、ドライエッチング等により剥離される。ここで、剥離に要する時間を短くするため、第２の剥離層２ｂはできるだけ薄い膜であることが好ましい。第２の剥離層２ｂは例えば、Ｃｕ層とＴｉ層との積層構成としたり、Ｃｕ及びＴｉの合金層として形成しても良い。

剥離膜２は、後述する剥離工程までの間では高い接着性を発現し、剥離工程では高い剥離性を発現する。
剥離膜２は、剥離工程までの間では、支持基板１上に配線樹脂層を確実に保持する。配線樹脂層は、これと直接的に接触する接着性の高い第２の剥離層２ｂにより保持される。そのため、配線樹脂層を形成する工程及び配線樹脂層等にバンプを形成する工程で第１の剥離層２ａを保護し、第２の剥離層２ｂによる配線樹脂層の十分な保持力を確保すべく、第１の剥離層２ａの表面を非露出状態とする様態で第２の剥離層２ｂが形成されている。
剥離膜２は、剥離工程では、後述する配線樹脂層へのダメージを可及的に抑制した短時間での剥離が可能である。第１の剥離層２ａは、特定の剥離方法、ここではアルカリ性溶剤剥離方法により、第２の剥離層２ｂよりも剥離性の高い層である。第１の剥離層２ａにより、剥離膜２の優れた剥離性を得ることができる。

剥離膜としては、第２の剥離層上に、上述した第２の剥離層の材料群から選択される第３及び第４の剥離層等を積層形成した多層構成にしても良い。但し、剥離膜を３層以上の多層構成とすると、剥離工程が複雑化すると共に、剥離工程におけるビルドアップ基板へのダメージが発生する可能性がある。そのため、理想的には簡素な層構造であることが好ましく、剥離膜は、剥離膜２のように２層構成とすることが望ましい。

続いて、図１（ｂ）に示すように、剥離膜２上に配線樹脂層３を形成する。
詳細には、セミアディティブ法等により、第２の剥離層２ｂ上又は絶縁樹脂上に例えばＣｕ配線３Ａを形成する工程を繰り返し行い、例えば３層の配線構造を形成する。最下層の配線構造では、剥離膜２上にランド部３ａが形成される。最上層の配線構造では、ランド部３ｂが配線樹脂層３の表面で露出する。以上により、支持基板１上に剥離膜２を介して配線樹脂層３が形成される。配線樹脂層３は、剥離膜２の第２の剥離層２ｂと接着された状態に形成される。

続いて、図１（ｃ）に示すように、配線樹脂層３上にバンプ４を形成する。
詳細には、配線樹脂層３の表面で露出するランド部３ｂ上に、ハンダボール等のバンプ４を形成する。バンプ４の形成には、無電界メッキ法、バンプボールマウント法、電界メッキ法、印刷法等を用いる。

本実施形態における回路基板は、図１（ｃ）の状態で構成される。
この回路基板は、支持基板１上に、第１の剥離層２ａとこれを非露出状態で覆う第２の剥離層２ｂとからなる剥離膜２が形成され、剥離膜２上に配線樹脂層３が形成され、配線樹脂層３上にバンプ４が形成されて構成されている。
この回路基板では、剥離性の高い第１の剥離層２ａの表面を非露出状態に覆う接着性の高い第２の剥離層２ｂが形成されて剥離膜２が形成されており、第１の剥離層２ａの高い剥離性が発現されない状態で保持されている。

続いて、図１（ｃ）の回路基板をダイシングし、所定のサイズに小片化する。小片化された回路基板を図１（ｄ）に示す。
図１（ｄ）では、ダイシングにより剥離膜２が加工され、小片化された回路基板において、剥離膜２の側面部位で第１の剥離層２ａが露出している。本実施形態では、このダイシング工程が、剥離膜２で第１の剥離層２ａの一部を露出させる、後述する剥離工程のうちの第１の剥離工程を兼ねている。

続いて、図２（ａ）に示すように、配線樹脂層３をビルドアップ基板６と接合する。
詳細には、配線樹脂層３をビルドアップ基板６と対向させ、配線樹脂層３上のバンプ４をビルドアップ基板６のランド部と当接させる。リフロー炉により所定温度でバンプ４を溶融させ、配線樹脂層３をビルドアップ基板６と接合する。配線樹脂層３とビルドアップ基板６との間にアンダーフィル材を注入し、アンダーフィル材を加熱硬化させる。

続いて、図２（ｂ）に示すように、剥離膜２を剥離して支持基板１を配線樹脂層３から分離する。
剥離膜２の剥離工程は、第１〜第３の剥離工程からなる。
第１の剥離工程は、剥離膜２において、第１の剥離層２ａの少なくとも一部を露出させる工程であり、本実施形態では上述のダイシング工程が兼ねている。ダイシング工程において剥離膜２の一部が除去され、剥離膜２の側面部位で第２の剥離層２ｂから第１の剥離層２ａが露出する。

なお、第１の剥離工程をダイシング工程で兼ねることなく、小片化した後に、小片化された回路基板の剥離膜２の一部を酸又は有機溶剤で処理して第２の剥離層２ｂの一部を溶解し、第１の剥離層２ａの一部を露出させるようにしても良い。当該溶解処理の代わりに、第２の剥離層２ｂの一部をレーザ加工又はエッチング等することで、第１の剥離層２ａの一部を露出させるようにすることもできる。

第２の剥離工程は、剥離膜２において、第１の剥離層２ａを剥離する工程であり、アルカリ性溶剤を用いてアルカリ可溶の第１の剥離層２ａを溶解除去する。
第２の剥離工程においては、第１の剥離工程により第２の剥離層２ｂから第１の剥離層２ａの一部が露出した状態とされており、アルカリ性溶剤が第１の剥離層２ａの露出した部位から低密度の第１の剥離層２ａ内に急速に浸入し、第１の剥離層２ａが溶解されて除去される。

第３の剥離工程は、剥離膜２のうち残存する第２の剥離層２ｂを剥離する工程であり、酸又は有機溶剤等を用いて第２の剥離層２ｂを溶解除去したり、或いはドライエッチング等により第２の剥離層２ｂを剥離する。
第２の剥離層２ｂは、アルカリ不溶の材料からなり、第１の剥離層２ａよりも剥離性が低い。第３の剥離工程においては、第２の剥離層２ｂは、酸又は有機溶剤等を用いたウェット処理又はドライエッチング等により、比較的容易に除去される。

以上のように第１〜第３の剥離工程を順次行うことにより、剥離膜２が剥離されて支持基板１が配線樹脂層３から分離する。支持基板１が除去された配線樹脂層３の表面には、ランド部３ａが露出する。

続いて、図２（ｃ）に示すように、配線樹脂層３上にバンプ５を形成する。
詳細には、配線樹脂層３の表面で露出するランド部３ａ上に、ハンダボール等のバンプ５を形成する。バンプ５の形成には、無電界メッキ法、バンプボールマウント法、電界メッキ法、印刷法等を用いる。

続いて、図２（ｄ）に示すように、配線樹脂層３上に半導体チップ７を接合する。
詳細には、配線樹脂層３上にバンプ５を介して電子部品、ここでは半導体チップ７を配置し、バンプ５を溶融させて配線樹脂層３と半導体チップ７とを接合する。

しかる後、配線樹脂層３と半導体チップ７との間にアンダーフィル材を注入し、アンダーフィル材を加熱硬化させる。以上により、本実施形態によるFan-out ＷＬＰ構造の電子装置が形成される。

以上説明したように、本実施形態によれば、優れた歩留まりで得ることができる信頼性の高い半導体装置が実現する。

以下、上述した実施形態の具体的な実施例について説明する。

支持基板として、６インチ径のＳｉ基板を準備した。
先ず、このＳｉ基板上に、第１の剥離層として多孔質シリカ膜（セラメートＮＣＳ）を回転数２０００ｒｐｍ、３０秒間の条件でスピンコート法により塗布し、２００℃のホットプレートで３分の仮硬化を行った。スピンコートの際には、Ｓｉ基板の外周５ｍｍにイソプロピルアルコールを噴射し、Ｓｉ基板が露出するようにした。
次に、Ｓｉ基板を酸素濃度１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気の電気炉に配置し、４００℃、３０分間の条件で焼成を行い、第１の剥離層を形成した。このときの第１の剥離層の厚みは約１μｍ程度であった。

続いて、第１の剥離層及びＳｉ基板の露出した外周上に、第２の剥離層としてＴｉをスパッタ法により形成した。このとき、第２の剥離層は、第２の剥離層の側面にも形成され、第１の剥離層を一様に覆うように形成された。このときの第２の剥離層の厚みは約０．５μｍ程度であった。
以上により、第１の剥離層及び第２の剥離層からなる剥離膜が形成された。

続いて、第２の剥離層上に、シード層として厚み０．５μｍ程度のＣｕをスパッタ法により形成し、その上にノボラック型の液状レジストをスピンコート法により塗布した。更に、φ１００μｍ程度のランドパターンを有するガラスマスクを用いて、コンタクトアライナーでレジストを露光・現像して、第２の剥離層上の所定位置にφ５００μｍ程度のランドパターンを形成した。

次に、電気Ｃｕメッキによりランドパターンにメッキした。このとき、Ｃｕメッキ部分は高さが５μｍ程度に形成された。
次に、Ｎ−メチル−２−ピロリジノンを用いてレジストを剥離した後、レジストの被覆によってメッキされなかった部分のシード層Ｃｕを過硫酸アンモニウムにてエッチングいた。以上により、ランド部が形成された。

次に、形成されたランド上に、セミアディティブ法により、所定の回路配線を有する配線樹脂層を形成した。配線樹脂層は、３層の配線構造に形成された。配線樹脂層の最上層の配線に、所定位置にφ５００μｍ程度のＣｕのランド部を形成した。

続いて、無電界メッキ法により、配線樹脂層のランド部上に、厚み５μｍ程度のＮｉ及び厚み０．１μｍ程度のＡｕを順次形成した。次に、メタルマスクを用いてランド部上にフラックスを塗布した後、φ５００μｍ程度のＳｎＡｇハンダボールを配置し、リフロー炉を通してバンプを形成した。
以上により、支持基板上に第１の剥離層及び第２の剥離層からなる剥離膜を介して、表面にバンプを有する配線樹脂層が形成されてなる回路基板が形成された。

得られた回路基板を、第１の剥離工程を兼ねたダイシング工程により、所定の大きさに小片化した。このとき、小片化された回路基板は、側面に第１の剥離層及び第２の剥離層が露出した状態とされた。
次に、ビルドアップ基板の所定のランド部上にフラックスを塗布した後、小片化された回路基板のバンプをビルドアップ基板に押し当て、ランド部間を当接させた状態でリフロー炉に設置し、バンプを溶融させてランド部間を接合した。
次に、ビルドアップ基板と配線樹脂層との間にアンダーフィル材を注入し、１５０℃、２時間の条件でアンダーフィルを加熱硬化した。
以上により、バンプ及びアンダーフィルを介してビルドアップ基板と小片化された回路基板とを貼り合わせた構造体が得された。

続いて、第２の剥離工程として、この構造体を１０％濃度の水酸化カリウム水溶液に１分間浸漬し、第１の剥離層を溶解剥離する。
続いて、第３の剥離工程として、この構造体を１０％濃度のフッ化アンモニウム水溶液に１分間浸漬し、第２の剥離層を溶解剥離する。
以上により、剥離膜が剥離除去されて支持基板が配線樹脂層から分離した。このとき、配線樹脂層の表面には、φ１００μｍ程度のランド部が露出した。

続いて、予め電極上にφ１００μｍ程度のＳｎＡｇバンプを形成した半導体チップを、チップマウンタを用いて配線樹脂層上に配置し、リフロー炉にてバンプを溶融接合して配線樹脂層と半導体チップとを接合した。
次に、配線樹脂層と半導体チップとの間にアンダーフィル材を注入し、１５０℃、２時間の条件でアンダーフィルを加熱硬化した。以上により、Fan-out ＷＬＰ構造の半導体装置が得られた。

上記のように得られた半導体装置について、ビルドアップ基板の導通評価用電極を用いて、ビルドアップ基板−配線樹脂層−半導体チップ−配線樹脂層−ビルドアップ基板の導通検査を行った。その結果、抵抗値１ｋΩ以下の良好な導通を得ることができた。同様にして半導体装置を２０個作製して検査をしたところ、歩留まり率は１００％であった。

以下、本実施例の半導体装置の比較例について説明する。

（比較例１）
本実施例における剥離膜の代わりに、一層のみの剥離層とし、剥離層として厚み１μｍ程度のＣｕを形成した。剥離層上に配線樹脂層を形成した後、この構造体を１０％濃度の硝酸水溶液に浸漬し、剥離層の溶解剥離を実施した。その結果、１時間経過した後でも、外周部に一部剥離が生じる程度であり、十分な剥離性は得られなかった。その後、２２時間経過した後に配線樹脂層と支持基板とを剥離することができた。続いて、本実施例と同様にして半導体装置を形成した。

上記のように得られた半導体装置について、ビルドアップ基板の導通評価用電極を用いて、ビルドアップ基板−配線樹脂層−半導体チップ−配線樹脂層−ビルドアップ基板の導通検査を行った。その結果、抵抗値１ＧΩ以上と非常に高い値であった。半導体装置の断面を観察したところ、長時間の剥離工程によって、配線樹脂層中の配線が腐食し、断線が生じていた。同様にして半導体装置を２０個作製して検査をしたところ、抵抗値１ｋΩ以下の歩留まり率は０％であった。

（比較例２）
本実施例における剥離膜の代わりに、一層のみの剥離層とし、剥離層として厚み１μｍ程度の、加熱により剥離性を生じる樹脂層を形成した。剥離層上に配線樹脂層を形成したところ、配線樹脂層の硬化工程において剥離層が剥離してしまい、配線樹脂層を形成することができなかった。

以下、電子装置の製造方法及び回路基板の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）支持体上に第１の剥離層を形成する工程と、
前記第１の剥離層を覆って前記第１の剥離層を非露出状態とする第２の剥離層を形成する工程と、
前記第２の剥離層上に配線を備えた樹脂層を形成する工程と、
基板に前記樹脂層を接続する工程と、
前記第１の剥離層及び前記第２の剥離層を除去して前記支持体を剥離し、前記樹脂層の表面を露出させる工程と、
前記樹脂層上に電子部品を接続する工程と
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。

（付記２）前記第１の剥離層はアルカリ可溶の材料からなり、且つ前記第２の剥離層はアルカリ不溶の材料からなる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）前記支持体を剥離する工程は、少なくとも相異なる３段階の剥離工程を含む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）前記支持体を剥離する工程は、
前記第１の剥離層の少なくとも一部を露出させる第１の剥離工程と、
前記第１の剥離層を除去する第２の剥離工程と、
前記第２の剥離層を除去する第３の剥離工程と
を含むことを特徴とする付記３に記載の電子装置の製造方法。

（付記５）前記第１の剥離層は、主骨格をシロキサン結合とする無機絶縁材料からな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）前記第２の剥離層は、Ｃｕ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｏの群から選ばれた少なくとも１種を含む材料からなることを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載の電子装置の製造方法。

（付記７）支持体と、
前記支持体上に形成された第１の剥離層と、
前記第１の剥離層を覆って前記第１の剥離層を非露出状態とする第２の剥離層と、
前記第２の剥離層上に形成された、配線を備えた樹脂層と
を含み、
前記支持体と前記樹脂層とは前記第１の剥離層及び前記第２の剥離層により接合されており、前記第１の剥離層及び前記第２の剥離層を除去することで前記支持体が剥離可能とされていることを特徴とする回路基板。

（付記８）前記第１の剥離層はアルカリ可溶の材料からなり、且つ前記第２の剥離層はアルカリ不溶の材料からなることを特徴とする付記７に記載の回路基板。

（付記９）前記第１の剥離層は、主骨格をシロキサン結合とする無機絶縁材料からなることを特徴とする付記７又は８に記載の回路基板。

（付記１０）前記第２の剥離層は、Ｃｕ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｏの群から選ばれた少なくとも１種を含む材料からなることを特徴とする付記７〜９のいずれか１項に記載の回路基板。

１ 支持基板
２ 剥離膜
２ａ 第１の剥離層
２ｂ 第２の剥離層
３ 配線樹脂層
３Ａ Ｃｕ配線
３ａ，３ｂ ランド部
４，５ バンプ
６ ビルドアップ基板
７ 半導体チップ

Claims (5)

1. 支持体上に、主骨格をシロキサン結合とする無機絶縁材料からなる第１の剥離層を形成する工程と、
   前記第１の剥離層を覆って前記第１の剥離層を非露出状態とする、前記第１の剥離層よりも薄い膜である第２の剥離層を形成する工程と、
   前記第２の剥離層上に配線を備えた樹脂層を形成する工程と、
   基板に前記樹脂層を接続する工程と、
   前記第１の剥離層及び前記第２の剥離層を除去して前記支持体を剥離し、前記樹脂層の表面を露出させる工程と、
   前記樹脂層上に電子部品を接続する工程と
   を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
2. 前記第１の剥離層はアルカリ可溶の材料からなり、且つ前記第２の剥離層はアルカリ不溶の材料からなる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. 前記支持体を剥離する工程は、
   前記第１の剥離層の少なくとも一部を露出させる第１の剥離工程と、
   前記第１の剥離層を除去する第２の剥離工程と、
   前記第２の剥離層を除去する第３の剥離工程と
   を含む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. 支持体と、
   前記支持体上に形成された、主骨格をシロキサン結合とする無機絶縁材料からなる第１の剥離層と、
   前記第１の剥離層を覆って前記第１の剥離層を非露出状態とする、前記第１の剥離層よりも薄い膜である第２の剥離層と、
   前記第２の剥離層上に形成された、配線を備えた樹脂層と
   を含み、
   前記支持体と前記樹脂層とは前記第１の剥離層及び前記第２の剥離層により接合されており、前記第１の剥離層及び前記第２の剥離層を除去することで前記支持体が剥離可能とされていることを特徴とする回路基板。
5. 前記第１の剥離層はアルカリ可溶の材料からなり、且つ前記第２の剥離層はアルカリ不溶の材料からなることを特徴とする請求項４に記載の回路基板。

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