JP7574632B2 - 基板ユニット、基板ユニットの製造方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板ユニット、基板ユニットの製造方法及び半導体装置の製造方法に関する。

近年半導体装置の高速、高集積化が進む中で、ＦＣ－ＢＧＡ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ－Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）基板に対しても、半導体素子との接合端子の狭ピッチ化、基板内の配線の微細化が求められている。一方、ＦＣ－ＢＧＡ基板とマザーボードとの接合は、従来とほぼ変わらないピッチの接合端子での接合が要求されている。

このような半導体素子との接合端子の狭ピッチ化、ＦＣ－ＢＧＡ基板内の配線の微細化に対応するため、いくつかの対応策が検討されている。

その一つは、シリコン基板上に微細な配線を形成した半導体素子接合用の基板（シリコンインターポーザ）を作成し、これをＦＣ－ＢＧＡ基板に接合する方式である。

また、シリコンインターポーザを用いずに、ＦＣ－ＢＧＡ基板の表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、化学機械研磨）等で平坦化し、ＦＣ－ＢＧＡ基板上に微細配線を形成する方式が特許文献１に開示されている。

さらに、支持体の上に微細な配線層を形成し、これをＦＣ－ＢＧＡ基板に搭載した後、支持基板を剥離することで狭ピッチな配線基板を形成する方式が特許文献２に開示されている。

特開２０１４－２２５６７１号公報 国際公開第２０１８／０４７８６１号

シリコンインターポーザは、シリコンウェハを利用して、半導体製造における前工程用の設備を用いて製作されている。シリコンウェハは形状、サイズに制限があり、１枚のウェハから製作できるインターポーザの数が少なく、製造設備も高価であるため、インターポーザも高価となる。また、シリコンウェハが半導体であることから、伝送特性も劣化するという問題がある。

また、ＦＣ－ＢＧＡ基板の表面の平坦化を行い、その上に微細配線層を形成する方式においては、シリコンインターポーザに見られる伝送特性劣化は小さいが、ＦＣ－ＢＧＡ基板自体の製造歩留まりや、ＦＣ－ＢＧＡ基板上に形成する微細配線の形成の難易度が高いため、微細配線形成の製造歩留まりが課題となっている。さらにＦＣ－ＢＧＡ基板の反り、歪みに起因した半導体素子の実装における課題も存在する。

一方、支持体の上に微細な配線層を形成し、これをＦＣ－ＢＧＡ基板に搭載する方式の場合には、次のような問題があった。すなわち、支持基板上に形成した微細配線層をＦＣ－ＢＧＡ基板に搭載し、その後に支持基板を剥離する際に、微細配線層をＦＣ－ＢＧＡ基板に搭載する時に用いた封止樹脂材が支持基板まで濡れ上がって支持基板の剥離を妨げる問題と、支持基板の剥離時に生じる力や内部に貯蔵されている応力で微細配線層全体が反るため、半導体素子を実装する際に不具合を生じる問題である。

さらに、別の手法として、支持基板の上に微細な配線層を形成し、この微細配線層の上に半導体素子を実装、封止を行った後に、支持基板から微細配線層を剥離し、剥離した半導体素子付きの微細配線層をＦＣ－ＢＧＡ基板へ搭載する方法がある。この方式によれば、支持基板に保持された微細配線層に半導体素子を搭載するため、変形が少ない状態で半導体素子を実装することが可能である。しかしながら、微細配線層は支持体の片側に形成されるため、配線層を形成する際の熱履歴によって反りが生じるという問題があった。特に、微細配線層に実装される半導体素子は、端子間の距離が短いため、わずかな反りが生じている場合においても、実装不良が生じやすいという問題があった。

そこで本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、変形しにくく、安定的な製造が可能な基板ユニット、基板ユニットの製造方法及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記した以外の課題及び効果は、以下の発明の実施形態において説明される。

上記の課題を解決するため、本発明の代表的な基板ユニットの一つは
支持体と支持体の上方に剥離層を介して複数の第１配線基板が載置された基板ユニットであって、
第１配線基板の第1の表面には、少なくとも一つの半導体素子を接合するための電極が設けられており、
第１配線基板の第２の表面には、第２配線基板と接合するための電極が設けられており、
支持体の下方に反り抑制層が形成されている。

また、本発明の本発明の代表的な基板ユニットの製造方法の一つは、
支持体の上面に剥離層を形成する工程と、
剥離層の上方に樹脂層を形成する工程と、
支持体の下面に反り抑制層を形成する工程と、
樹脂層に開口部を形成する工程と、
樹脂層および開口部の上方にシード層を形成する工程と、
シード層の上方に電解めっき層を形成する工程と、
電解めっき層とシード層を、樹脂層が露出するまで研磨し、第２配線基板と接合するための電極を形成する工程と、
露出した樹脂層及び電極の上面に、樹脂層と導体層の形成を繰り返して多層配線を得る工程と、
多層配線の最表面に半導体素子を接合するための電極を形成する工程と、
を含む。

さらに、本発明の代表的な半導体装置の製造方法の一つは、
第１配線基板に半導体素子を接合するする工程と、
第１配線基板と半導体素子の間隙を第１封止樹脂で封止する工程と、
第１配線基板と半導体素子の側面を第２封止樹脂で封止する工程と、
支持体から第１配線基板を剥離する工程と、
第１配線基板に半導体素子が接合された集合体を得る工程と、
集合体を第１配線基板単位で個片化する工程と
第１配線基板を第２配線基板に接合する工程と、
第１配線基板と第２配線基板の間隙を第３封止樹脂で封止する工程と、
を含む。

本発明によれば、反りが発生しにくい基板ユニットを製造することが可能となり、反りが少ない状態で半導体素子を実装することできる。
上記した以外の課題及び効果は以下の実施形態において説明される。

支持体の上方に剥離層および第１配線基板、支持体の下方に反り抑制層を形成した状態を示す図である。 複数の第１配線基板を支持体の上方に載置した状態を示す平面図である。 支持体の上方に剥離層および絶縁樹脂層、支持体の下方に反り抑制層を形成した状態を示す断面図である。 絶縁樹脂層及び導体層を形成する工程を示す断面図である。 ビア部の絶縁樹脂層を形成してから導体層を形成する工程を示す断面図である。 レジストパターンを除去し不要なシード層をエッチング除去する工程を示す断面図である。 多層配線を形成した状態を示す断面図である。 半導体素子との接合用電極を形成した状態を示す断面図である。 表面処理層を形成し、支持体上の第１配線基板が完成した状態を示す断面図である。 第１配線基板への半導体素子を搭載した工程を示す断面図である。 剥離層を除去する工程を示す断面図である。 第１配線基板へのはんだ接合部形成を示す工程図である。 半導体素子を搭載した第１配線基板をＦＣ－ＢＧＡ基板に搭載する状態を示す断面図である。 本発明の半導体装置の一例を示す断面図である。 比較例の一例を示す断面図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

＜本発明の実施形態＞
以下、図面を用いて、本発明の一実施形態に係る支持体を用いた配線基板の製造工程の一例を説明する。
なお、本開示において「支持体」とは、面を有する物体を意味する。
また、「上面」とは面や層の法線方向の表面を意味し、「下面」とは面や層の法線方向の裏面を意味する。
また、「上方」とは、面又は層を水平に載置した場合の垂直上方の方向を意味する。
また、「下方」とは、面又は層を水平に載置した場合の垂直下の方向を意味する。
また、「平面形状」とは、上方から面又は層を視認した場合の形状を意味する。

まず、図１に示すように、矩形の板状部材である支持体１を用いた場合を例として説明する。図１は、支持体１の上面に剥離層２が形成され、剥離層２の上面に複数の第１配線基板１２が形成され、支持体１の下面に反り抑制層３が形成された状態を示す断面図である。

また、本実施形態では、図２に示すように、支持体１の上方には、複数の第１配線基板１２が載置され、基板ユニット１２Ａが形成されることとなる。

支持体１は、本実施形態では矩形の板状部材であるパネルを用いて説明するが、支持体１は、例えば、円形のウェハであってもよい。

支持体１は、支持体１を通じて剥離層２に光を照射させる場合もあるため、透光性を有するのが有利であり、例えば矩形のガラス板を用いることができる。矩形のガラスは大型化に適しているとともに、ガラスは平坦性に優れており、また、剛性が高いため、支持体上に微細なパターンを形成するのに適している。

また、ガラスはＣＴＥ（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ、熱膨張率）が小さく歪みにくいことから、パターン配置精度及び平坦性の確保に優れている。支持体１としてガラスを用いる場合、ガラスの厚さは、製造プロセスにおける反りの発生を抑制する観点から厚い方が望ましく、例えば０．７ｍｍ以上、好ましくは１．１ｍｍ以上の厚みである。

さらに、ガラスのＣＴＥは３ｐｐｍ以上１５ｐｐｍ以下が好ましく、ＦＣ－ＢＧＡ基板（第２配線基板）１２、半導体素子１１のＣＴＥとの整合性の観点から９ｐｐｍ程度がより好ましい。

ガラスの種類としては、例えば石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス、ソーダガラス、又は、サファイヤガラス等が用いることができる。

一方、剥離層２に熱によって発泡する樹脂を用いる等、支持体１を剥離する際に支持体１に光の透過性が必要でない場合は、支持体１には、歪みの少ない材質、例えばメタルやセラミックスなどを用いることができる。

剥離層２は、例えば、ＵＶ光などの光を吸収して発熱、もしくは、変質によって剥離可能となる樹脂でもよく、熱によって発泡して剥離可能となる樹脂でもよい。

具体的には、剥離層２は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、ポリエステル樹脂、オキセタン樹脂、マレイミド樹脂、及び、アクリル樹脂などの有機樹脂や、アモルファスシリコン、ガリウムナイトライド、金属酸化物層などの無機層から選ぶことが出来る。さらに剥離層２は光分解促進剤や光吸収剤、増感剤、フィラー等の添加剤を含有してもよい。

さらに剥離層２は複数層で構成されていてもよく、例えば、後の工程で支持体１上に形成される多層配線層の保護を目的として、剥離層２上にさらに保護層を設けることや、支持体１との密着性を向上させる層を剥離層２の下層に設けてもよい。さらに剥離層２と多層配線層との間にレーザー光反射層や金属層を設けてもよく、その構成は本実施形態により限定されない。

なお、剥離層２としてレーザー光などの光によって剥離可能となる樹脂を用いる場合、支持体１が透光性であれば、剥離層２に光を照射する方向は、剥離層２を設けた側とは反対側の面、すなわち反り抑制層３が形成された面から支持体１に光を照射してもよい。

反り抑制層３は、例えば、レーザー光などの光を透過する樹脂でもよい。具体的には、反り抑制層３は例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂などの有機樹脂を用いることができる。また、反り抑制層３には、第１配線基板１２の絶縁樹脂と同一の樹脂を用いることも可能であり、感光性を有していてもよい。

反り抑制層３の厚さは、５μｍ以上５０μｍ以下であることが望ましい。５μｍ以下であると、反り抑制効果が得られないおそれがある。５０μｍ以上とすると、反り抑制効果が過剰となり、反対方向の反りが発生するおそれがある。また、反り抑制層３の厚さは，第１配線基板よりも薄いことが望ましい。反り抑制層３が第１配線基板１２よりも厚くなると反り抑制効果が過剰となり、反対方向の（第１配線基板１２側に凸）反りが発生するおそれがある。

以下、本発明の一実施形態では、反り抑制層３にはＩＲ（赤外）レーザー光を透過する樹脂を用い、支持体１にはガラスを用い、剥離層２としてＩＲレーザー光を吸収して剥離可能となる樹脂を用いる例で説明する。

次に、図３から図８を用いて、本発明の一実施形態に係る支持体１上への第１配線基板１２の製造工程の一例を説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、支持体１の上面に剥離層２を形成する。

次に、図３（ｂ）に示すように、剥離層２の上面に絶縁樹脂層４、支持体１の下面に反り抑制層３を形成する。

本実施形態では、絶縁樹脂層を、例えば、感光性のエポキシ系樹脂をスピンコートすることにより形成する。感光性のエポキシ樹脂は比較的低温で硬化することができ、形成後の硬化による収縮が少なく、その後の微細パターン形成に優れている。

感光性樹脂の形成方法としては、液状の感光性樹脂を用いる場合は、スリットコート、カーテンコート、ダイコート、スプレーコート、静電塗布法、インクジェットコート、グラビアコート、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷、スピンコート、ドクターコートより選定できる。フィルム状の感光性樹脂を用いる場合は、ラミネート、真空ラミネート、真空プレスなどが適用できる。絶縁樹脂層には、例えば感光性ポリイミド樹脂、感光性ベンゾシクロブテン樹脂、感光性エポキシ樹脂およびその変性物、感光性ポリベンゾオキサゾール樹脂を用いることも可能である。

反り抑制層３の形成方法としては、液状の樹脂を用いる場合は、スリットコート、カーテンコート、ダイコート、スプレーコート、静電塗布法、インクジェットコート、グラビアコート、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷、スピンコート、ドクターコートより選定できる。フィルム状の樹脂を用いる場合は、ラミネート、真空ラミネート、真空プレスなどが適用できる。反り抑制層３は感光性を有していてもよく、例えば感光性ポリイミド樹脂、感光性ベンゾシクロブテン樹脂、感光性エポキシ樹脂およびその変性物、感光性ポリベンゾオキサゾール樹脂を用いることも可能である。

反り抑制層３は、絶縁樹脂層４と同一の樹脂を用いることもできる。絶縁樹脂層４と同一の樹脂を用いることにより、一連の工程での加工が可能となる。

絶縁樹脂層４と反り抑制層３を形成する順序は、どちらが先でも差し支えない。さらに、支持体１の下面に反り抑制層３を形成した後に、剥離層２、絶縁樹脂層４を形成することも可能である。

さらに、反り抑制層３には、絶縁樹脂層４と異なる樹脂を用いることも可能である。例えば、絶縁樹脂層４よりもヤング率が高く、ＣＴＥが大きい樹脂を用いることによって、反り抑制層３を薄くしても、反り抑制効果を得ることが可能となる。

反り抑制層３は、第１配線基板１２の絶縁樹脂層４と異なる樹脂を含むことも可能である。反り抑制層３が絶縁樹脂層４と異なる樹脂を含む場合、選択可能な樹脂が増え、設計の自由度が上がる。例えば、第１配線基板１２の絶縁樹脂層４に感光性エポキシ樹脂を用い、反り抑制層３には非感光性、熱硬化性のポリイミド樹脂を使用することが可能である。

反り抑制層３のヤング率×厚さ×ＣＴＥは、第１配線基板の絶縁樹脂（絶縁樹脂層４）のヤング率×厚さ×ＣＴＥの０．９倍～１．１倍であることが望ましい。反り抑制層３のヤング率×厚さ×ＣＴＥが、第１配線基板の絶縁樹脂のヤング率×厚さ×ＣＴＥの０．９倍未満であると、反り抑制効果が得られないおそれがある。反り抑制層３のヤング率×厚さ×ＣＴＥが、第１配線基板の絶縁樹脂のヤング率×厚さ×ＣＴＥの１．１倍より大きいと、反り抑制効果が過剰となり、反対方向の反りが発生するおそれがある。

ヤング率とは、材料の弾性としての特性を反映しており、材料の変形しにくさを表す値である。縦弾性率、縦弾性係数ともいう。ヤング率は、万能材料試験機、薄膜高度計、動的粘弾性測定装置等を用いた測定によって得られる。反り抑制層３のヤング率と絶縁樹脂層４のヤング率は、同一の測定方法および温度における値を用いることが望ましい。

ＣＴＥとは、単位温度変化あたりの長さ変化率であり、熱膨張率、線膨張係数とも呼ばれる。ＣＴＥは、熱機械分析装置等用いた測定によって得られる。ＣＴＥには、ある温度範囲における平均ＣＴＥを用いることも可能である。反り抑制層３のＣＴＥと絶縁樹脂層４のＣＴＥは、同一の測定方法および温度または温度範囲における値を用いることが望ましい。

以下、本発明の一実施形態では、反り抑制層３には絶縁樹脂層４と同一の樹脂を用い、１５μｍの厚さで形成する例で説明する。

次いで、図３（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィーにより、絶縁樹脂層に開口部を設ける。開口部に対しては、現像時の残渣除去を目的として、プラズマ処理を行ってもよい。絶縁樹脂層４の厚みは、開口部に形成する導体層の厚みに応じて設定され、本発明の一実施形態では例えば７μｍとしている。また平面視の開口部形状は、ＦＣ－ＢＧＡ基板の接合用電極のピッチ、形状に応じて設定され、本発明の一実施形態では例えばφ８０μｍの開口形状とし、ピッチは１５０μｍとしている。

次に、図４～図８において、支持体１の面の上方に第１配線基板１２を製造するための工程を説明する。なお、図４～図８においては、支持体１の中心部の領域の一部を拡大した図を用いて、本発明の第１配線基板の多層配線の形成工程、接合用電極の形成工程の一例を説明する。

図４（ａ）においては、図３（ｃ）で説明したとおり、支持体１の面の上方に剥離層２および絶縁樹脂層４が形成されており、支持体１の下方には反り抑制層３が形成されている。

次に、図４（ｂ）に示すように、真空中で、剥離層２上にシード層５を形成する。シード層５は配線形成において、電解めっきの給電層として作用する。シード層５については、例えば、スパッタ法、またはＣＶＤ法などにより形成され、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕ、ＡｌＣｕ、ＮｉＦｅ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＺｎＯ、ＰＺＴ、ＴｉＮ、Ｃｕ_３Ｎ_４、これらの単独もしくは複数組み合わせたものを適用することができる。

本実施形態では、電気特性、製造の容易性の観点およびコスト面を考慮して、チタン層、続いて銅層を順次スパッタリング法で形成する。チタンと銅層の合計の膜厚は、電解めっきの給電層として１μｍ以下とするのが好ましい。本発明の一実施形態ではＴｉ：５０ｎｍ、Ｃｕ：３００ｎｍを採用している。

次に図４（ｃ）に示すように、シード層５の上方に電解めっきにより導体層６を形成する。この導体層６は、後に、ＦＣ－ＢＧＡ基板１３との接合用電極となる。電解めっきの種類としては、電解ニッケルめっき、電解銅めっき、電解クロムめっき、電解Ｐｄめっき、電解金めっき、電解ロジウムめっき、電解イリジウムめっき等が挙げられるが、電解銅めっきであることが簡便で安価で、電気伝導性が良好であることから望ましい。

電解銅めっきの厚みは、導体層６がＦＣ－ＢＧＡ基板１３との接合用電極となり、はんだ接合されることを踏まえ、１μｍ以上、且つ、生産性の観点から３０μm以下であることが望ましい。本発明の一実施形態では絶縁樹脂層４の開口部にはＣｕ：９μｍの厚みで電解銅めっきを施し、絶縁樹脂層４の上部にはＣｕ：２μｍの厚みで電解銅めっきを施している。

次に図４（ｄ）に示すように、ＣＭＰ（化学機械研磨）加工等によって銅層を研磨し、導体層６、及び、シード層５を除去する。本発明の一実施形態では、絶縁樹脂層４の上部の導体層６のＣｕ：２μｍ、及び、シード層５を研磨により除去する。そして、研磨を行った後に残った導体層６が、ＦＣ－ＢＧＡ基板１３との接合用電極となる。つまり、本実施形態では、ダマシン法によりＦＣ－ＢＧＡ基板１３との接合用電極を形成する。

次いで、配線層を形成する。本発明の一例では、配線層はセミアディティブ法（ＳＡＰ）にて形成する。まず、図５Ａ（ａ）に示すように、図４（ａ）で説明したものと同様に、図４（ｄ）で形成した平面の上面に絶縁樹脂層４を形成する。絶縁樹脂層４の厚みは、開口部に形成する導体層の厚みに応じて設定され、本発明の一実施形態では例えば２μｍとしている。

また絶縁樹脂層４における開口部は、導体層６との接合が取れるように形成され、本発明の一実施形態では例えばφ１０μｍの開口として形成する。この開口部は多層配線の上下層をつなぐビア部の形状となる。

次いで、図５Ａ（ｂ）に示すように、図４（ｂ）で説明したものと同様に真空中で、シード層５を形成する。

次いで、図５Ａ（ｃ）に示すように、シード層５の上面にレジストパターン７を形成する。その後、図５Ａ（ｄ）のように電解めっきにより導体層６を形成する。導体層６はビア部、及び、配線部となる。

電解めっきの種類としては、電解ニッケルめっき、電解銅めっき、電解クロムめっき、電解Ｐｄめっき、電解金めっき、電解ロジウムめっき、電解イリジウムめっき等が挙げられるが、電解銅めっきであることが簡便で安価で、電気伝導性が良好であることから望ましい。

電解銅めっきの厚みは、配線部の電気抵抗の観点から０．５μｍ以上、生産性の観点から３０μｍ以下であることが望ましい。本発明の一実施形態では絶縁樹脂層４の開口部にはＣｕ：４μｍを形成し、絶縁樹脂層４の上部にはＣｕ：２μｍを形成している。

その後、図５Ｂ（ｅ）に示すようにレジストパターン７を除去する。その後、図５Ｂ（ｆ）に示すように不要なシード層５をエッチング除去する。

そして、図５Ａ及び図５Ｂの工程を繰り返すと、剥離層２の上方に多層構造の配線を形成することができる。図６の例ではでは、配線層を２層形成したものを例として示している。

多層化工程によって、基板ユニットの反りが増加した場合は、反り抑制層３の厚さを適宜増加させることも可能である。

次いで、図７に示すように、半導体素子１１との接合用電極とするための導体層６を形成して基板ユニットとすることができる。接合用電極の形成方法は、上述した配線層の形成方法と同様であるが、接合用電極と配線層とでは、電解銅めっきの厚みが異なる。接合用電極の電解銅めっきの厚みは、はんだ接合の観点から１μｍ以上、且つ、生産性の観点から３０μm以下であることが望ましい。本発明の一実施形態では絶縁樹脂層４の開口部にはＣｕ：９μｍを形成し、絶縁樹脂層４の上部にはＣｕ：７μｍを形成する。

次に、図８に示すように導体層６の表面の酸化防止とはんだバンプの濡れ性をよくするため、基板ユニットには、表面処理層８を設けることとしてもよい。本発明の実施形態では、表面処理層８として、電解Ｎｉ／ＳｎＡｇめっきを成膜する。なお、表面処理層８には、ＯＳＰ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｉｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ 水溶性プレフラックスによる表面処理）膜を形成してもよい。また、電解めっきとして、Ｓｎ、ＳｎＡｇ、Ｎｉ／Ｓｎ、Ｎｉ／ＳｎＡｇ、Ｎｉ／Ｃｕ／Ｓｎ、Ｎｉ／Ｃｕ／ＳｎＡｇ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、無電解めっきとして、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｓｎなどの表面処理から適宜用途に応じて選択しても良い。

これにより、図１に示すように、支持体上に第１配線基板１２が完成し、支持体上に第１配線基板１２が複数面付された基板ユニット１２Ａを得ることができる。

配線層の形成については、図５～図８に記載したＳＡＰ（Ｓｅｍｉ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）工法の他、ダマシン（Ｄａｍａｓｃｅｎｅ）法によって実現することも可能である。ダマシン法の場合は、絶縁樹脂層を積層後にフォトリソグラフィーよりパターン形成を行い、シード層を形成した後に電解銅めっき処理を行う。電解銅めっき処理後は、ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇによって平坦化処理をおこなえばよい。配線層の層数は少なくとも１層以上であり、第１配線基板の線幅に応じて、適宜設定して構わない。

次に、図９～図１３を用いて、本発明の一実施形態に係る半導体素子の実装工程、支持体並びに剥離層の除去工程、ＦＣ－ＢＧＡ基板への実装工程からなる半導体装置の製造方法の一例を説明する。図９～図１３は、支持体１の上方に載置された複数の第一配線基板の細部を説明するため、個片化後の第１配線基板１２の領域に限定した断面図で説明する。

まず、図９（ａ）に示す半導体素子１１の搭載工程を説明する。図９（ａ）において、９は半導体素子搭載用電極、１０はＦＣ－ＢＧＡ基板との接合用電極、１２は第１配線基板、１４は半導体素子と第１配線基板とのはんだ接合部である。

第１配線基板１２への半導体素子１１の搭載は、マウント＆リフロー、ＴＣＢ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｂｏｎｄｉｎｇ）などを使用して搭載する。ＴＣＢについては、はんだ接合後に第１封止樹脂１６を毛細管現象で注入するＴＣ-ＣＵＦ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ）方式、フィルム状接合材料（ＮＣＦ）や、接合前に液状の樹脂を予め配置し接合時に空間を充填する非導電ペースト（ＮＣＰ）などを用いてもよい。

本発明では、図９（ｂ）に示すはんだ接合後の第１封止樹脂１６による封止に当たっては、毛細管現象で注入するＴＣ－ＣＵＦを使用している。半導体素子１１の搭載方法については、半導体素子１１のサイズ、搭載に使用する設備の観点から、適宜変更しても良い。ただし、第１配線基板１２と、半導体素子１１の接合ピッチが微細である場合には、ＴＣＢのいずれかの方式を選択することが好ましい。

次に、図９（ｃ）に示すように、半導体素子１１の側面を保護するために第２封止樹脂１７で封止を行う。第２封止樹脂１７で使用される材料は、顆粒、液状、タブレット形状であり、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、オキセタン樹脂の１種又はこれらの樹脂の２種類以上が混合された樹脂に、フィラーとしてのシリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、又は酸化亜鉛等が加えられた材料が使用されおり、コンプレッションモールド、もしくはトランスファーモールドによって形成される。樹脂の形状、組成、形成方法については、支持体１への第１配線基板１２の載置の態様に応じて、適宜設定して構わない。本発明では、液状のエポキシ樹脂を使用し、コンプレッションモールドで成形している。

次に、図９（ｄ）に示すように第２封止樹脂１７で封止した第１配線基板１２に対し、半導体素子１１の上面の第２封止樹脂１７を除去する。半導体素子１１上に第２封止樹脂１７が残存すると、第２封止樹脂１７のＣＴＥの影響により反りが発生するおそれがあり、場合によっては、第１配線基板１２と第２封止樹脂１７の界面で剥離が発生する可能性がある。半導体素子１１上の第２封止樹脂１７の除去はＣＭＰ、グラインド加工等が採用できる。本発明ではグラインド加工によって半導体素子１１上の第２封止樹脂１７の除去を行っている。

次に、図１０を用いて、支持体１から第１配線基板及び半導体素子を分離する工程について説明する。なお、図１０では、図９に示した個片化後の半導体素子が接合された支持体１と第１配線基板１２について天地を逆にした様式で表記している。

剥離層２がレーザー光１９を照射して剥離可能な場合、支持体１が透光性であるので、図１０（ａ）に示すように、反り抑制層３側からレーザー光１９を反り抑制層３に照射する。レーザー光１９は反り抑制層３および支持体１を透過して剥離層２に照射され、図１０（ｂ）に示すように、支持体１を取り外すことが可能となる。本発明の一実施形態では、レーザー光１９に１０６４ｎｍのＩＲレーザー光を用いた。本発明の一実施形態では、支持体１はガラスであり、透光性があり、反り抑制層３に用いられる樹脂であるエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂は、ＩＲレーザーを透過する性質があるため、レーザー光は反り抑制層および支持体を透過して剥離層に照射される。

次に、図１０（ｃ）に示すように、剥離層２をドライエッチング、溶剤洗浄、超音波洗浄等によって確実に除去し、ＦＣ－ＢＧＡ基板１３との接合用電極１０を露出させる。ドライエッチングを使用する場合、使用するガスはＯ_２、Ａｒ、ＣＦ_４等のガス種を少なくとも一つ以上含むガスを使用しエッチングを行う。溶剤洗浄の場合は、アセトン、トルエン、ＭＥＫ、メタノール等の溶剤を使用する。超音波洗浄の場合は、発振周波数２８ｋＨｚ～１ＭＨｚの範囲で除去を行う。剥離層２の除去については、これらの除去方法をいずれか一つ以上を組み合わせて除去を行ってもよい。

次に図１１に示す第１配線基板１２のＦＣ－ＢＧＡ基板１３との接合用電極１０へのはんだ形成を行う。はんだ形成については、ＦＣ－ＢＧＡ基板１３との接合用電極１０にＯＳＰ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ 水溶性プレフラックスによる表面処理）膜、または無電解めっき処理にてＮｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｓｎを形成した後にフラックス印刷をし、はんだボールを搭載しリフロー、もしくは電解めっき処理でＳｎ、ＳｎＡｇ、Ｎｉ／Ｓｎ、Ｎｉ／ＳｎＡｇ、Ｎｉ／Ｃｕ／Ｓｎ、Ｎｉ／Ｃｕ／ＳｎＡｇ、Ｓｎを形成した後にフラックスを印刷した後にはんだボールを搭載する方法、もしくは、電解めっき処理にてＳｎ、ＳｎＡｇ、Ｎｉ／Ｓｎ、Ｎｉ／ＳｎＡｇ、Ｎｉ／Ｃｕ／Ｓｎ、Ｎｉ／Ｃｕ／ＳｎＡｇを形成してリフロー、または、直接印刷ではんだペーストを印刷しリフローを行う方法がある。本発明の実施形態では、無電解めっき処理にてＮｉ／Ｐｄ／Ａｕを形成した後にフラックス印刷をし、はんだボールを搭載しリフローを行っている。これによって第１配線基板とＦＣ－ＢＧＡ基板とのはんだ接合部１５を形成され、半導体素子１１が第１の封止樹脂及び第２の封止樹脂で固定された第１配線基板１２の集合体が完成する。

次に、ボール搭載後の集合体としての第１配線基板１２は、支持体又はウェハの形状に応じて、ピースサイズに個片化を行う。個片化方式についてはブレードダイシング、レーザダイシング、プラズマダイシング等の方式が挙げられるが、方式については適宜設定して良い。本発明では、ブレードダイシングを使用しピースサイズに個片化を行っている。

次に図１２に示すように、ＦＣ－ＢＧＡ基板１３に、個片化された半導体素子１１を搭載した第１配線基板１２が搭載される。半導体素子１１を搭載した第１配線基板１２の搭載はマウント＆リフロー、ＴＣＢなどを使用してＦＣ－ＢＧＡ基板１３に搭載される。

本実施形態では、ＦＣ－ＢＧＡ基板１３に半導体素子１１を搭載した第１配線基板１２を搭載しマウント＆リフロー方式でＦＣ－ＢＧＡ基板１３と半導体素子１１を搭載した第１配線基板１２とのはんだ接合を行い、第３封止樹脂１８を毛細管現象でＦＣ－ＢＧＡ基板１３と第１配線基板１２の隙間に注入する。この結果、図１３に示すように、本発明の半導体装置２０を得ることができる。

以上、本発明の一実施形態を例示したが、本発明は上記実施形態に限定されたものではなく、本発明の実施形態の技術的思想が逸脱しない限り、配線基板としての用途を考慮し、要求される他の物性である剛性、強度、耐衝撃性などを向上する目的で、他の層や構造を任意に形成できることはいうまでもない。

＜作用効果＞
次に、上述したような基板ユニットの構成とその製造方法を用いた場合の作用効果について説明する。

本発明の一態様によれば、支持体の上に剥離層および微細な配線層を形成し、半導体素子を実装、封止を行った後に支持基板の剥離、ＦＣ－ＢＧＡ基板へ搭載する方法おいて、
基板ユニットの反りを抑制し、反りが少ない状態で半導体素子を実装することが可能となる。

＜比較例＞
支持体の下方に反り抑制層３を形成せずに基板ユニットを製造した構成について、比較例として図１４を参照して説明する。図１４は、支持体１の上面に剥離層２が形成され、剥離層２の上面に複数の第１配線基板１２が形成された状態を示す断面図である。支持体１の下面に反り抑制層３は形成されていない。

このとき、反り抑制層３が形成されていないため、基板ユニット１２Ｂに反りが発生するおそれがある。基板ユニット１２Ｂに反りが発生することによって、半導体素子の実装不良が発生するおそれがある。近年の高性能な半導体素子は面積が大きく、面積の大きい半導体素子においては、より実装不良が起こりやすくなる。

＜作用効果の確認＞
本実施形態の効果の確認として、実施例の基板ユニット１２Ａと比較例での基板ユニット１２Ｂのシミュレーションモデルを作成した。実施例、比較例とも基板ユニットの大きさは３００ｍｍ角とした。第１配線基板の絶縁樹脂には、ヤング率１．５ＧＰａ、ＣＴＥ６５ｐｐｍの材料を使用した。実施例、比較例ともに第１配線基板の絶縁樹脂層の厚さは１７μｍとした。実施例では、支持体の下面に１５μｍの反り抑制層３を第１配線基板の絶縁樹脂と同一の材料を用いて形成した。

このとき、実施例のシミュレーションモデルにおいては、第１配線基板が支持体の上方となる配置にて、凸部の高さが５０μｍである、下に凸の反りが算出された。一方、比較例のシミュレーションモデルにおいては、第１配線基板が支持体の上方となる配置にて、凸部の高さが４００μｍである、下に凸の反りが算出された。反り抑制層３の形成によって、反りを少なくする効果が確認された。

上述の実施形態は一例であって、その他、具体的な細部構造などについては適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明は、半導体素子をＦＣ－ＢＧＡ基板に搭載するために用いる基板ユニット等に利用できる。

１ 支持体
２ 剥離層
３ 反り抑制層
４ 絶縁樹脂層
５ シード層
６ 導体層
７ レジストパターン
８ 表面処理層
９ 半導体素子搭載用電極
１０ ＦＣ－ＢＧＡ基板との接合用電極
１１ 半導体素子
１２ 第１配線基板
１２Ａ 本発明の基板ユニット
１２Ｂ 比較例の基板ユニット
１３ ＦＣ－ＢＧＡ基板（第２配線基板）
１４ 半導体素子と第１配線基板とのはんだ接合部
１５ 第１配線基板とＦＣ－ＢＧＡ基板とのはんだ接合部
１６ 第１封止樹脂
１７ 第２封止樹脂
１８ 第３封止樹脂
１９ レーザー光
２０ 半導体装置

Claims (13)

1. 支持体と
   前記支持体の上方に剥離層を介して複数の第１配線基板が載置された基板ユニットであって、
   前記第１配線基板の第１の表面には、少なくとも一つの半導体素子を接合するための電極が設けられており、
   前記第１配線基板の第２の表面には、第２配線基板と接合するための電極が設けられており、
   前記支持体の下方に反り抑制層が形成されていることを特徴とする基板ユニット。
2. 前記反り抑制層は、樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の基板ユニット。
3. 前記反り抑制層の厚さは、５μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の基板ユニット。
4. 前記反り抑制層には、前記第１配線基板の絶縁樹脂と同一の樹脂が含まれることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の基板ユニット。
5. 前記反り抑制層の厚さは、前記第１配線基板の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の基板ユニット。
6. 前記反り抑制層には、前記第１配線基板の絶縁樹脂と異なる樹脂が含まれることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の基板ユニット。
7. 前記反り抑制層のヤング率×厚さ×ＣＴＥは、前記第１配線基板の絶縁樹脂のヤング率×厚さ×ＣＴＥの０．９倍～１．１倍であることを特徴とする請求項１、２、３、６のいずれか一項に記載の基板ユニット。
8. 前記支持体はガラスからなることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の基板ユニット。
9. 前記反り抑制層の樹脂が、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂及びベンゾシクロブテン樹脂から選ばれる１種または２種以上の混合物であることを特徴とする請求項３に記載の基板ユニット。
10. 支持体の上方に複数の第１配線基板が載置された基板ユニットの製造方法において、
    前記支持体の上面に剥離層を形成する工程と、
    前記剥離層の上方に樹脂層を形成する工程と、
    前記支持体の下面に反り抑制層を形成する工程と、
    前記樹脂層に開口部を形成する工程と、
    前記樹脂層および前記開口部の上方にシード層を形成する工程と、
    前記シード層の上方に電解めっき層を形成する工程と、
    前記電解めっき層と前記シード層を、前記樹脂層が露出するまで研磨し、第２配線基板と接合するための電極を形成する工程と、
    露出した前記樹脂層及び電極の上面に、樹脂層と導体層の形成を繰り返して多層配線を得る工程と、
    前記多層配線の最表面に半導体素子を接合するための電極を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする基板ユニットの製造方法。
11. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の基板ユニットを用いた半導体装置の製造方法において、
    前記第１配線基板に前記半導体素子を接合する工程と、
    前記第１配線基板と前記半導体素子の間隙を第１封止樹脂で封止する工程と、
    前記第１配線基板と前記半導体素子の側面を第２封止樹脂で封止する工程と、
    前記支持体から前記第１配線基板を剥離する工程と、
    前記第１配線基板に前記半導体素子が接合された集合体を得る工程と、
    前記集合体を第１配線基板単位で個片化する工程と
    前記第１配線基板を前記第２配線基板に接合する工程と、
    前記第１配線基板と前記第２配線基板の間隙を第３封止樹脂で封止する工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 前記支持体から前記第１配線基板を剥離する工程において、
    前記反り抑制層にレーザー光を照射する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記レーザー光は、ＩＲレーザー光であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。

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