(57)【要約】【課題】絶縁材料層にガラスクロスや不織布等の補強繊維を含まない、金属薄膜配線層のファイン化、金属ビアの小径化、及び層間厚の薄化を可能とする半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置１００は補強繊維を含まない絶縁材料１１４ｂによって封止された１つないし複数の半導体素子１０７ａ、１０７ｂと、複数の金属薄膜配線層１０２と、金属薄膜配線層１０２間、及び、半導体素子１０７ａ、１０７ｂの電極１０６と金属薄膜配線層１０２とを電気的に接続する金属ビア１０９と、を含む絶縁材料層１０１、１０８と、絶縁材料層１０１、１０８の一方の主面側に配置され、絶縁材料層１０１、１０８の反りを相殺して、半導体装置の反りを低減する反り調整層１２３と、を備える。【選択図】図１
2020065088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強繊維を含まない絶縁材料によって封止された１つないし複数の半導体素子と、複数の金属薄膜配線層と、前記金属薄膜配線層間、及び、前記半導体素子の電極と金属薄膜配線層とを電気的に接続する金属ビアと、を含む絶縁材料層と、
前記絶縁材料層の一方の主面側に配置され、前記絶縁材料層の反りを相殺して、半導体装置の反りを低減する反り調整層と、
を備えていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に係わり、特に、大型のパネルスケールで薄膜配線工程及び組立工程を行なう、Panel scale Fan-out package 構造を有する半導体装置及びその製造方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の高機能化および軽薄短小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化、さらには高密度実装化が進んできており、これらの電子機器に使用される半導体装置は従来にも増して小型化が進んできている。
【０００３】
ＬＳＩユニットやＩＣモジュールのような半導体装置としては、図８に示すように、集積回路チップ３０が内層基板８及びプリプレグ４０の開口内で熱硬化性絶縁樹脂層４３に埋め込まれたタイプのものがある（特許文献１）。しかしながら、従来の半導体素子が絶縁材料層に埋め込まれたタイプの半導体装置においては、製造工程時における反り防止および製品としての反り防止や強度確保の目的から、絶縁材料層の少なくとも一部に補強繊
維にエポキシなどの熱硬化性樹脂を含浸し硬化させてなる剛性を有する複合材料（以下「プリプレグ」ということもある）が用いられている。
【０００４】
しかしながら、層間絶縁材としてプリプレグを用いると、当該プリプレグの薄化が困難であるばかりでなく、加工性、品質面等の観点から金属ビアや金属薄膜配線を微細化することが難しくなる。その結果、絶縁材料層の多層化が必要なため、半導体装置の大幅な小型・薄型化ができないという欠点があった。
【０００５】
また、特許文献２に記載の半導体装置は、図９に示すように、樹脂硬化体または金属から構成される支持板１を備えており、その一方の主面に、半導体チップ２が素子回路面（表側面）を上にして配置され、素子回路面と反対側の面（裏側面）が接着剤３により支持板１に固着されている。そして、支持板１の主面全体には、半導体チップ２の素子回路面を覆うようにして絶縁材料層４が一層だけ形成されている。この単層の絶縁材料層４の上には、銅等の導電性金属からなる配線層５が形成されており、半導体チップ２の電極パッドと配線層５とを電気的に接続する導電部６が形成されている。この装置は近年、益々要求の高まっている電子部品の高密度化、軽薄短小化に大きく貢献するものである。
【０００６】
この半導体装置２０においては支持板１としては絶縁樹脂を硬化させた樹脂硬化体、あるいはステンレススチールや４２アロイ等の金属から構成される均一な厚さを有する平板を用いており、これが半導体装置として一体化している。このため、最終製品としての半導体装置も厚くなってしまい、半導体装置の更なる低背化（薄型化）を困難にしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２５１６８８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１９４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、絶縁材料層にガラスクロスや不織布等の補強繊維を含まない、金属薄膜配線層のファイン化、金属ビアの小径化、及び層間厚の薄化を可能とする半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討を進めた結果、補強繊維を含まない絶縁材料によって封止された１つないし複数の半導体素子と、複数の金属薄膜配線層と、前記金属薄膜配線層間、及び、前記半導体素子の電極と金属薄膜配線層とを電気的に接続する金属ビアと、を含む絶縁材料層を含む半導体装置において、前記絶縁材料層の一方の主面側に反り調整層を配置して、絶縁材料層の反りを反り調整層の反りによって相殺することによって半導体装置の反りを低減することができることを見出して本発明を完成した。
すなわち、本発明は以下に記載する通りのものである。
【００１０】
（１）支持板の表面に金属薄膜配線層を形成する工程、
前記金属薄膜配線層上に補強繊維を含まない第１の層間絶縁材料を積層して、第１の絶縁材料層を形成する工程、
前記第１の絶縁材料層上に接着剤を介して半導体素子を電極を有する素子回路面を上にして搭載する工程、
補強繊維を含まない第２の層間絶縁材料によって半導体素子及びそれらの周辺を封止する工程、
前記第２の層間絶縁材料に対して前記金属薄膜配線層と半導体素子の電極に達する金属ビア用の穴を開口する工程、
前記第２の層間絶縁材料上に金属薄膜配線層と金属ビアとを形成する工程、
更に第２の層間絶縁材料を形成し、穴を開口し、金属薄膜配線層及び金属ビアを形成する工程を繰り返して第２の絶縁材料層を形成する工程、
前記第２の絶縁材料層上に絶縁樹脂からなる反り調整層を形成する工程、
前記第１の絶縁材料層から前記支持板を剥離し、前記金属薄膜配線層の表面を露出させる工程
を含み、
前記反り調整層は第１の層間絶縁材料層及び第２の層間絶縁材料層の反りを相殺して、半導体装置の反りを低減する物性を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（２）支持板の表面に金属薄膜配線層を形成する工程、
前記金属薄膜配線層上に補強繊維を含まない第１の層間絶縁材料を積層して、第１の絶縁材料層を形成する工程、
前記第１の絶縁材料層上に接着剤を介して半導体素子を電極を有する素子回路面を上にして搭載する工程、
補強繊維を含まない第２の層間絶縁材料によって半導体素子及びそれらの周辺を封止する工程、
前記第２の層間絶縁材料に対して前記金属薄膜配線層と半導体素子の電極に達する金属ビア用の穴を開口する工程、
前記第２の層間絶縁材料上に金属薄膜配線層と金属ビアとを形成する工程、
更に第２の層間絶縁材料を形成し、穴を開口し、金属薄膜配線層及び金属ビアを形成する工程を繰り返して第２の絶縁材料層を形成する工程、
前記第２の絶縁材料層上にソルダーレジスト層を形成し、電子部品を実装する工程、
絶縁樹脂で前記電子部品を封止して反り調整層を形成する工程、
前記第１の絶縁材料層から前記支持板を剥離し、金属薄膜配線層の表面を露出させる工程
を含み、
前記反り調整層は第１の層間絶縁材料層及び第２の層間絶縁材料層の反りを相殺して、半導体装置の反りを低減する物性を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（３）前記支持板は平板、該平板上に形成された応力緩和層、及び該応力緩和層上に接着された銅箔キャリア付き極薄銅箔を有しており、前記極薄銅箔上に金属薄膜配線層を形成し、前記第１の絶縁材料層から前記支持板を剥離する工程が、前記銅箔キャリアを前記極薄銅箔から剥離することによって行われる、上記（１）又は（２）に記載の半導体装置の製造方法。
（４）同一温度条件下で、前記平板の弾性率をＡ、前記応力緩和層の弾性率をＢ、前記第１の層間絶縁材料の弾性率をＣとしたとき、Ａ＞Ｃ＞Ｂ又はＣ＞Ａ＞Ｂの関係が成り立つ、上記（３）に記載の半導体装置の製造方法。
（５）前記応力緩和層の弾性率Ｂは、室温で２ＧＰａ以下、かつ、１００℃を超える温度で１００ＭＰａ以下であることを特徴とする上記（４）に記載の半導体装置の製造方法。
（６）同一温度条件下で、前記平板の線膨張係数をａ、前記応力緩和層の線膨張係数をｂ、前記第１の層間絶縁材料の線膨張係数をｃとしたとき、ａ≦ｃ＜ｂ、又は、ａ≒ｃ＜ｂの関係が成り立つ、上記（３）〜（５）のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体装置は以下に記載する通りの効果を奏することができる。
・絶縁材料層に補強繊維を含まないため、金属薄膜配線層のファイン化、金属ビアの小径化、及び層間厚の薄化が可能となり、高密度配線と層数低減の効果により半導体装置の小型・薄型化が可能となる。
・支持板及びプリプレグを有しないが、反り調整層を有しているため、反りが発生しがたい。
・半導体素子−電子部品間の配線長を最短化できるため、電気特性を向上することができる。
・導体素子の任意層数面への搭載が可能なため、配線設計の自由度が増すほか、反り対策としての残銅率等とのバランス設計が可能となる。
・外部電極の側面が絶縁材料層に埋没しているため、外部電極の密着強度が増すことで耐衝撃性、二次実装信頼性が向上する。また、外部電極の表面処理めっき過多による隣接する外部端子間の短絡を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体装置を示す図である。
【図２】図１に示した半導体装置の外部電極の断面を示す図である。
【図３−１】本発明の第２の実施形態の半導体装置を示す図である。
【図３−２】本発明の第２の実施形態の半導体装置を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の半導体装置を示す図である。
【図５−１】本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図５−２】本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図６】図５に示した半導体の製造工程における銅箔キャリア付き極薄銅箔の剥がれ防止策の一例を示すパネル断面図である。
【図７】図５に示した半導体の製造工程における銅箔キャリア付き極薄銅箔の剥がれ防止策の一例を示すパネル断面図である。
【図８】従来の半導体装置の断面構造を示す図である。
【図９】従来の半導体装置の断面構造を示す図である。
【図１０】従来の半導体装置におけるＲＦ回路が発生する磁束の作用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下の記載では実施形態を図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。
【００１４】
前述したように、従来の半導体装置は反りを防ぐ等の目的で半導体素子を含む絶縁材料層中に剛性を有するプリプレグを有するか、剛性を有する支持板を積層したものであった。これに対し、本発明の半導体装置は、半導体素子を含む絶縁材料層中に繊維補強材を含まず、また、支持体を有することなく半導体装置の反りを防止することを特徴としている。
【００１５】
本発明において半導体装置の反りを防止する手段について以下詳述する。
本発明の半導体装置はガラスクロスや不織布等の補強繊維を含まない絶縁材料層に１つないし複数の半導体素子が封止されており、前記絶縁材料層に付随する金属薄膜配線層と、任意の金属薄膜配線層間、及び、前記半導体素子の電極と金属薄膜配線層とを電気的に接続する金属ビアとを含んでいる。なお、本発明における「金属薄膜配線層」という用語は回路形成工程によって得られる導体パターンを総称するものであり（ただし、金属ビアを除く）、信号回路、電源／グランドのベタパターン、電極などすべてを含む。
【００１６】
前記絶縁材料層は絶縁材料層を形成する絶縁材料の種類、半導体素子の配置、半導体装置の占める体積、銅箔部の面積比率（残同率）等に応じて一定の反りを示す。
そこで、本発明においては、前記絶縁材料層の一方の主面側に、絶縁材料層が示す反りの方向とは反対の方向の反りを示す層（以下、「反り調整層」という）を配置して絶縁材料層の反りを相殺し、もって半導体装置の反りを低減する。
【００１７】
反り調整層は絶縁材料層との熱膨張係数のミスマッチによって反りを生じる層であり、単一の材料からなる層であっても良く、電子部品を含む層であっても良い。
具体的には、反り調整層は、絶縁樹脂からなる層又は１つないし複数の電子部品と該電子部品を封止する絶縁樹脂とからなる層が好ましい。
【００１８】
半導体装置の反りは絶縁材料層の反りと反り調整層の反りとによって決まってくる。このため、例えば反り調整層として特定の絶縁樹脂からなる層を選択したとき、半導体装置の反りが低減されるように、絶縁材料層の反りを調整するために、絶縁材料層を形成する絶縁材料の種類、半導体素子の配置、半導体素子装置の占める体積率、銅箔部の面積比率（残銅率）等を設計することが考えられる。
また、反り調整層として電子部品と該電子部品を封止する絶縁樹脂とからなる層を用いる場合には、絶縁材料層の反りを相殺するように、絶縁樹脂の種類、電子部品の配置及び電子部品の占める体積率等を設計することが考えられる。
更に、絶縁材料層の反りと反り調整層の反りとが相殺されるように、絶縁材料層及び反り調整層のそれぞれを設計することが考えられる。
【００１９】
本発明の半導体装置は支持板を備えていない。近年のＬＳＩでは、その内部搭載素子として、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ等の能動素子のほか、抵抗、コンデンサ、インダクタ等の受動素子を形成することが重要になってきている。
【００２０】
半導体装置を動作させると図１０に示すようにインダクタ２３に電流が流れる。インダクタ２３に電流が流れると図の矢印に示すような磁束（磁界)Ｍが発生する。発生した磁束ＭがＳｉ基板２１内に入るとＳｉは半導体である為、Ｓｉ基板２１内に矢印で示すような第１の渦電流Ｃ１が発生し第１の電力損失が起る。
また、同様に金属平板１にも磁束Ｍがかかる為、第２の渦電流Ｃ２が発生し第２の電力損失が起る。
【００２１】
半導体チップ２が薄いほど、金属平板１がインダクタ２３と近くなって金属平板１に渦電流が発生しやすくなり電力損失が大きくなる。大型のパネルスケールで薄膜配線工程及
び組立工程を行なうPanel scale Fan-out package 構造を有する半導体装置においては半導体チップ２の厚みは５０μｍ厚と薄いため渦電流が発生しやすい。
上記のようにインダクタ２３が発生する磁束ＭによってＳｉ基板２１及び金属平板１で渦電流Ｃ１、Ｃ２が発生して電力損失が大きくなり、支持体として金属平板を用いない半導体装置に比べてインダクタの特性を示すＱ値を低下させてしまう。
【００２２】
Ｑ値はインダクタの性能指標の一つであり、インダクタにおいて発生する電力損失の程度を表すものである。Ｑ値が大きいほどインダクタの電力損失が少なく高性能なインダクタであるといえる。Ｑ値の向上は高周波の信号を処理する集積回路（ＲＦＩＣ）の性能向上に非常に重要である。特に低消費電力が要求される携帯電話等の機器においてはインダクタのＱ値がわずかに改善することによっても、消費電流を大幅に低減することができるため、Ｑ値の高い高性能なインダクタが必要とされる。
これに対し、本発明は、支持体を用いないので、渦電流の発生を低減し、半導体装置のＲＦ回路のＱ値を向上させた半導体装置を提供することができる。
【００２３】
（実施形態１）
図１に本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１００の構造断面図を示す。
半導体装置１００はその一方の側に第１の絶縁材料層１０１を有している。
この第１の絶縁材料層１０１には外部電極１０２ａが設けられており、第１の絶縁材料層１０１の前記外部電極１０２ａの実装面１０３の背面側には、接着剤１０４を介して半導体素子１０７ａ及び１０７ｂが、素子回路面１０５及び該素子回路面１０５に配置された電極１０６を上にして搭載されている。
半導体素子１０７ａ、１０７ｂ及びそれらの周辺は第２の絶縁材料層１０８によって封止されている。
【００２４】
第１の絶縁材料層１０１及び第２の絶縁材料層１０８に付随するように銅又は銅合金からなる金属薄膜配線層１０２が設けられている。
前記金属薄膜配線層１０２の任意の配線層間、及び前記金属薄膜配線層１０２と前記半導体素子１０７ａ及び１０７ｂの前記電極１０６とは金属ビア１０９によって電気的に接続されている。
【００２５】
前記第２の絶縁材料層１０８上にはソルダーレジスト層１１０及び内部電極１０２ｂが設けられており、前記内部電極１０２ｂ上にはんだ材１１１を介して電子部品１１２ａ及び１１２ｂが実装されており、電子部品１１２ａ及び１１２ｂは絶縁樹脂１１３によって封止されている。
【００２６】
金属薄膜配線層１０２と、第１の絶縁材料層１０１に設けられた外部電極１０２ａと、半導体素子１０７ａ及び１０７ｂの電極１０６と、金属ビア１０９と、第２の絶縁材料層１０８上に設けられた内部電極１０２ｂと、該内部電極１０２ｂ上に実装された電子部品１１２ａ及び１１２ｂとは電気的に接続されている。
【００２７】
第１の絶縁材料層１０１は、第１の層間絶縁材料１１４ａの片側に前記外部電極１０２ａを含む前記金属薄膜配線層１０２を備えた、片面１層基板として構成する。前記第１の層間絶縁材料１１４ａとしては、ガラスクロスや不織布等の補強繊維を含まない熱硬化樹脂を用いる。これにより、付随する前記金属薄膜配線層１０２のファイン化、前記金属ビア１０９の小径化、及び層間厚の薄化ができるため、高密度配線と層数低減の効果により半導体装置の小型・薄型化が可能となる。
【００２８】
外部電極１０２ａ及び同一層面上の前記金属薄膜線層１０２の導体側面は、図２に示すように第１の絶縁材料層１０１に完全に埋没している。これにより導体の接触面積が大き
くなり、外部電極１０２ａの密着強度が増すことで、耐衝撃性、二次実装信頼性が向上する。また、外部電極１０２ａに表面処理として無電解ニッケル−金めっき等を施す場合に、めっき厚過多による短絡の危険性を低減できる。
【００２９】
前記第１の絶縁材料層１０１は、片面１層基板に限定されるものではなく、配線設計、構造設計の最適化のために、メタル１層基板、両面基板、又は多層基板としてもよい。第１の絶縁材料層１０１の替わりにメタル１層基板又は両面基板とする場合は、金属薄膜配線層１０２上に、前記接着剤１０４を介して、前記半導体素子１０７ａ及び１０７ｂを搭載する。多層基板とする場合においても、前記層間絶縁材料１１４ａ上への搭載に限定されるものではなく、金属薄膜配線層１０２上に、接着剤１０４を介して、半導体素子１０７ａ及び１０７ｂを搭載してもよい。このとき、前記接着剤１０４として熱伝導率の高い材料を用いることで、前記半導体装置１００の放熱設計を容易にすることが可能となる。
【００３０】
さらに、外部電極１０２ａと同一層面に銅ベタパターンを設置し、金属薄膜配線層１０２及び金属ビア１０９を介して前記半導体素子１０７ａ及び１０７ｂの電極１０６と接続することでより高い放熱効果が得られる。半導体素子１０７ａ及び１０７ｂは、電極１０６が前記電子部品１１２ａ及び１１２ｂの搭載面と対向するように配置しており最短距離で結線できるので、電気特性を向上させることができる。
【００３１】
半導体素子１０７ａ、１０７ｂを封止する前記第２の絶縁材料層１０８は、第１の絶縁材料層１０１と同様に、ガラスクロスや不織布等の補強繊維が入らない熱硬化樹脂からなる第２の層間絶縁材料１１４ｂと、前記金属薄膜配線層１０２とから構成され、多層化はそれらの逐次積層によって行う。前述のように第１の前記絶縁材料層１０１の層数は自由に変えることができ、加えて、前記第２の絶縁材料層１０８は逐次積層を行うので、任意の単数又は複数層面に任意の数の半導体素子を搭載することが可能である。これにより、半導体素子の任意層数面への搭載が可能なため、配線設計の自由度が増すほか、反り対策として残銅率等とのバランス設計が可能となる。
【００３２】
前記ソルダーレジスト層１１０は、本実施形態の図１では、前記第２の絶縁材料層１０８の内部電極１０２ｂ側だけに形成しているが、この限りではなく、第１の絶縁材料層１０１の外部電極１０２ａを含む金属薄膜配線層１０２側にも形成できる。前記外部電極１０２ａをＳＭＤ（Ｓｏｌｄｅｒ  Ｍａｓｋ  Ｄｅｆｉｎｅｄ）構造にできるため、前記外部電極１０２ａの密着強度をさらに高めることが可能となる。また、ＢＧＡボールを搭載する場合に、前記ソルダーレジスト層１１０の側壁が支持体となり、ＢＧＡボールの欠落を防止することができる。
【００３３】
前記電子部品１１２ａ及び１１２ｂは、反り調整層１２３を構成する部材であり、製造工程中の流動品及び完成品の初期反り、使用時の反りを抑制することを意図している。なお、図１では便宜上、２つの同種の電子部品がはんだ実装された形態を示している。そのため、実装面に占める電子部品の割合は、２５％以上となるように部品点数及び部品種類を決めている。電子部品は、受動部品、能動部品、機構部品などの種類を問わず、異なる電子部品の混載であってもよい。また、実装方法も、金−金超音波接合、金バンプ圧接、導電粒子圧着、導電性接着剤接着などでもよい。
【００３４】
前記電子部品１１２ａ及び１１２ｂを封止する絶縁樹脂１１３は、反り調整層１２３を構成する部材であり、製造工程中の流動品及び完成品の初期反り、使用時の反りを抑制することを意図している。絶縁樹脂１１３としては、熱硬化樹脂又は写真現像型の光＋熱硬化樹脂を適用し、半導体用の封止樹脂や、プリント配線板用の絶縁材料である例えば層間絶縁材料シート、ソルダーレジスト材料を適用することができる。絶縁樹脂１１３の熱膨張係数（α１）は、３０ｐｐｍ／℃以下で前記第１の層間絶縁材料１１４ａ及び前記第２
の層間絶縁材料１１４ｂの熱膨張係数（α１）の０．８〜１．５倍に調整する。
【００３５】
本発明の半導体装置構造体における、金属ビアの接続信頼性を保持するために必要な層間絶縁材料の熱膨張係数（α１）と、銅または銅合金からなる金属薄膜配線層の熱膨張係数（α１）およびその残銅率の設計領域とにおいては、絶縁樹脂１１３の熱膨張係数（α１）による反り調整範囲は層間絶縁材料の熱膨張係数（α１）の０．８〜１．５倍の範囲にあることを見出した。前記第１の層間絶縁材料１１４ａと前記第２の層間絶縁材料１１４ｂの熱膨張係数（α１）は同等である。
【００３６】
ガラス転移点（ＤＭＡ）は、いずれの材料も１５０℃以上である。前記絶縁樹脂１１３の弾性率（ＲＴ）は３５ＧＰａ以下である。これにより、製造工程中の流動品及び完成品の初期反り、使用時の反りを最小化できる。長期信頼性確保のため、前記電子部品１１２ａ及び１１２ｂと前記第２の絶縁材料層１０８との隙間は、図１に示されるように絶縁樹脂１１３によって確実に充填されている。前記電子部品１１２ａ及び１１２ｂを、前記絶縁樹脂１１３内に完全に埋没させることなく電子部品１１２ａ及び１１２ｂの上側３分の１程度を露出させてもよい。これにより、半導体装置の薄型化に寄与できる。
【００３７】
なお、図１に示される実施形態１の半導体装置の製品仕様の詳細の一例を挙げると以下の通りである。
・製品サイズ（半導体装置１００）：５ｍｍ×５ｍｍ
・半導体素子（１０７ａ、１０７ｂ）
サイズ ：２ｍｍ×２ｍｍ
厚み   ：５０μｍ（２個とも同サイズ）
・金属薄膜配線層（１０２、１０２ａ、１０２ｂ）
厚み    ：１５μｍ（全層共通）
残銅率  ：  ６５〜９５％（全層共通）
・層間絶縁材料（１１４a、１１４ｂ）
材料    ：  エポキシ系樹脂、
物性値  ：  ガラス転移点（ＤＭＡ）１７２℃
熱膨張係数（α１） ２３ｐｐｍ／℃、
各層間厚み：２０μｍ
（金属薄膜配線層−金属薄膜配線層間、金属薄膜配線層−半導体素子ボトム面            間、及び半導体素子トップ面−金属薄膜配線層間は、すべて同じ仕様）
・ソルダーレジスト層（１１０）
厚み  ：２０μｍ
・絶縁樹脂（１１３）
材料： エポキシ系樹脂、
物性値：  ガラス転移点（ＤＭＡ）１８５℃、
熱膨張係数（α１）：２８ｐｐｍ／℃、
厚み ：３５０μｍ
【００３８】
（実施形態２）
図３−１は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置２００の構造断面図である。
第１の実施形態においては、反り調整層１２３としての機能を電子部品１１２ａ及び１１２ｂと絶縁樹脂１１３の両方に付与しているが、絶縁樹脂１１３だけとしても良い。
図３−２は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置２００の平面図であり、内部電極１０２ｂ及び第２の層間絶縁材料１１４ｂの周囲部分が絶縁樹脂１１３によって覆われている状態を示している。
【００３９】
反り調整層１２３を絶縁樹脂１１３だけとする場合は、ソルダーレジスト層１１０を備
えず、絶縁樹脂１１３にソルダーレジスト層１１０としての機能を付与させることもできる。よって、絶縁樹脂１１３にはソルダーレジスト材料を適用してもよい。また、所望の物性値を得るなど樹脂組成物の設計の容易さを考えると、光硬化機構を用いない熱硬化型樹脂を適用するのが好ましい。熱硬化型の場合は、たとえば該樹脂を硬化させた後、レーザー直描や、銅箔またはドライフィルムをマスクにしてレーザー加工、ブラスト処理、過マンガン酸塩水溶液等でエッチングを行うことで所望のソルダーレジスト・パターンを形成することができる。なお、該半導体装置構造においては、外部電極１０２ａ及び内部電極１０２ｂの機能の限定が解除され、それらの機能をてれこにすることが可能となるため、前記電子部品１１２ａ及び１１２ｂの有無やＰｏＰ（Ｐａｃｋａｇｅ  ｏｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ  ｉｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）など、顧客の実装形態に半導体装置の構造仕様を合わせることが可能となる。
【００４０】
（実施形態３）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置３００の構造断面図である。第１の絶縁材料層１０１上に、接着剤１０４を介して、半導体素子１０７ａを搭載し、第２の絶縁材料層１０８上に、前記接着剤１０４を介して、前記半導体素子１０７ｂ及び１０７ｃを搭載している。前述したように任意の単数又は複数層面に任意の数の半導体素子を搭載した実施形態である。
【００４１】
図５は、本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図であり、パネルに多面付けされた製品単位の内、１つの製品単位部分を示している。
図５Ａに示すように、平板１１５の表面に応力緩和層１１６及び接着層１１７を介して、銅箔キャリア１２１と極薄銅箔１２０とからなる銅箔キャリア付き極薄銅箔１１８を張り付けて支持板１１９を形成する。支持板１１９は、パネルに剛性を与え製造工程流動中の反り防止の役割を果たす。
【００４２】
前記応力緩和層について説明する。
一般に金属と樹脂とでは熱膨張係数に大きな差があるため、平板として金属基板を用いた半導体パッケージの製造工程においては、金属基板と半導体素子を封止する樹脂との間における熱膨張係数の差に起因して内部応力が発生し、封止体に反りが発生する。
応力緩和層１１６の役割は、平板１１５の物性値と第１の層間絶縁材料１１４ａの物性値との差に起因する内部応力（平板１１５と第１の層間絶縁材料１１４ａとの境界面に生じる応力）を低減することである。そのため、応力緩和層１１６としては、平板１１５及び第１の層間絶縁材料１１４ａの弾性率より小さい弾性率を有する絶縁層を用いることが望ましい。
【００４３】
なお、この応力緩和層１１６は支持板１１９の一部を構成しており、製造工程途中で第１の層間絶縁材料１１４ａから剥離される。従って、応力緩和層は製造工程中における半導体装置の反りを抑制するものであり、支持体１１９を剥離した後における半導体措置の反り抑制の役割は反り調整層１２３に引き継がれる。
【００４４】
具体的には、同一温度条件下で、平板１１５の弾性率をＡ、応力緩和層１１６の弾性率をＢ、第１の層間絶縁材料１１４ａの弾性率をＣとした場合、Ａ＞Ｃ＞Ｂ若しくはＣ＞Ａ＞Ｂが成り立つように、平板１１５、応力緩和層１１６及び第１の層間絶縁材料１１４ａの組み合わせを決定すればよい。
【００４５】
このように応力緩和層１１６は、低弾性であることが望ましい。例えば、約２５℃（室温）の温度領域で２ＧＰａ以下、かつ、１００℃を超える温度領域で１００ＭＰａ以下の弾性率を有することが望ましい。それぞれの温度領域において弾性率に上限を設けた理由は、それら上限値を超えると応力緩和層１１６が硬すぎて応力緩和層としての機能が落ち
てしまうからである。
【００４６】
すなわち、室温においては、ある程度の硬さがあっても（弾性率が高くても）応力緩和層として十分機能するため、応力緩和層１１６の弾性率は、少なくとも２ＧＰａ以下であればよい。一方、熱硬化性樹脂の硬化温度（１７０℃前後）付近など、１００℃を超える温度領域（望ましくは１５０℃を超える温度領域）においては、応力緩和層１１６の弾性率を１００ＭＰａ以下とする。そのような高温域で１００ＭＰａを上回ると、応力緩和層としての機能を果たせなくなる虞があるからである。
【００４７】
なお、弾性率が低ければ低いほど応力緩和層としての機能は高くなるが、あまりにも弾性率が低すぎると流動性が極端に高くなり、もはや層としての形状を維持できなくなる虞がある。したがって、室温から２６０℃（リフロー温度）の範囲内において形状を維持できる範囲の弾性率であることが条件となる。
【００４８】
また、応力緩和層１１６として、上述した弾性率の関係を満たす絶縁層を用いた場合、結果的に、同一温度条件下で、平板１１５の線膨張係数をａ、応力緩和層１１６の線膨張係数をｂ、第１の層間絶縁材料１１４ａの線膨張係数をｃとすると、ａ≦ｃ＜ｂ（又は、ａ≒ｃ＜ｂ）が成り立つ。
一般的に、金属基板の線膨張係数は、２０ｐｐｍ／℃程度であり、第１の層間絶縁材料１１４ａの線膨張係数は、数十ｐｐｍ／℃程度である。そのため、本実施形態に係る半導体装置では、２００℃以下の温度領域において、線膨張係数が１００〜２００ｐｐｍ／℃、望ましくは１００〜１５０ｐｐｍ／℃である絶縁層を用いる。なお、２００℃以下の温度領域という条件は、半導体装置の製造工程における上限温度が２００℃前後であることに因る。少なくとも半導体装置の製造工程中において、線膨張係数が前述の範囲に収まることが望ましいという趣旨である。
【００４９】
さらに、本発明の実施形態に係る半導体装置では、応力緩和層１１６として、５％質量減少温度が３００℃以上である接着剤を用いることが望ましい。この条件は、一般的なリフロー温度が  ２６０℃前後であるため、リフロー処理を経ても質量減少の少ない絶縁層（すなわち、リフロー耐性のある絶縁層）を用いることにより、半導体装置の信頼性の低下を防ぐためである。
なお、「質量減少温度」とは、物質の耐熱性を示すために用いられる指標の一つであり、窒素ガスや空気を流しながら、室温から徐々に微量の物質を加熱していき、一定の質量減少が起きる温度で示す。ここでは、５％の質量減少が起きる温度を示している。
【００５０】
さらに、応力緩和層１１６として、平板（鉄合金や銅合金等の代表的な金属材料で構成される基板）１１５と第１の層間絶縁材料１１４ａ（エポキシ系、フェノール系またはポリイミド系などの樹脂）の双方に対して、ＪＩＳの碁盤目テープ試験（旧ＪＩＳＫ５４００）において「分類０」に分類される密着力を有する樹脂を用いることが望ましい。これにより、平板１１５と第１の層間絶縁材料１１４ａとの聞の密着性を高め、さらに第１の層間絶縁材料１１４ａの膜剥がれを抑制することができる。
【００５１】
上記のように、応力緩和層１１６として、（１）同一温度条件下で、平板１１５の弾性率をＡ、応力緩和層１０２の弾性率をＢ、第１封止体１０５の弾性率をＣとした場合、Ａ＞Ｃ＞Ｂ若しくはＣ＞Ａ＞Ｂが成り立つこと、（２）同一温度条件下で、支持基板１０１の線膨張係数をａ、応力緩和層１０２の線膨張係数をｂ、第１封止体１０５の線膨張係数をｃとした場合、ａ≦ｃ＜ｂ（又は、ａ≒ｃ＜ｂ）が成り立つこと、の少なくともいずれか１つ（望ましくは全て）を満たすことが好ましい。
これにより、平板１１５と第１の層間絶縁材料１１４ａとの間の物性値の差に起因する内部応力の発生を低減し、平板１１５や第１の層間絶縁材料１１４ａに極力反りを発生さ
せないようにすることができる。
なお、応力緩和層１１６に関しては、特願２０１４−１２５９８２号（半導体パッケージ及びその製造方法）を参考にすることができる。
【００５２】
平板１１５は、樹脂硬化体又はステンレススチール、４２アロイ、銅、銅合金等の金属板を用い、サイズとしてはプリント配線板のワークサイズを適用し、例えば４００ｍｍ×５００ｍｍ、５００ｍｍ×６００ｍｍなどを用いることができる。従来のウェハレベルパッケージングに対し、大面積のパネル状態で製造工程を流動させることで生産効率が高まり、低コスト化が可能となる。前記銅箔キャリア付き極薄銅箔１１８の上下向きは、製品側が１．５μｍ〜５μｍの極薄銅箔１２０となるようにする。銅箔キャリア付き極薄銅箔１１８としては、プリント配線板のＭＳＡＰ（ＭｏｄｉｆｉｅｄＳｅｍｉＡｄｄｉｔｉｖｅＰｒｏｃｅｓｓ）回路形成用やコアレス基板の製造用途として広く使われている市販品を用いることができる。
【００５３】
なお、製造工程を流動中に銅箔キャリア付き極薄銅箔１１８が剥がれるのを防止するために、図６に示すように、銅箔キャリア付き極薄銅箔１１８のサイズを平板１１５、接着層１１７及び第１の層間絶縁材料１１４ａより小サイズとし、銅箔キャリア１２１と極薄銅箔１２０の境界端部を前記接着層１１７及び前記第１の層間絶縁材料１１４ａで被覆保護することができる。
【００５４】
後述する図５Ｉに示されるように支持板１１９は製品から剥離される。なお、銅箔キャリア１２１と極薄銅箔１２０とからなる銅箔キャリア付き極薄銅箔１１８は支持板１１９を構成する部材であるが、支持板１１９を剥離する際には極薄銅箔１２０は製品側に残され、次いでエッチングして除去される。
【００５５】
支持板１１９を剥離する際には、図６のＡからＢの点線部分でパネルを切断し、銅箔キャリア１２１と極薄銅箔１２０の境界端部を再び露出させることで、支持板１１９の剥離は容易となる。さらに、工程能力を高める等の目的で製造工程途中でパネルを分割、切断する場合がある。このような場合には、銅箔キャリア付き極薄銅箔１１８の剥がれ防止策として、図７に示すように、切断部分（図７のＣからＤの点線部分）の銅箔キャリア付き極薄銅箔１１８を銅箔キャリア１２１の厚み方向の途中までハーフエッチングを行い銅箔キャリア付き極薄銅箔の溝１２２を形成し、この溝１２２に第１の層間絶縁材料１１４ａを充填する。第１の層間絶縁材料１１４ａが充填されることで、パネルを分割、切断した後の銅箔キャリア１２１と極薄銅箔１２０の境界端部を前記第１の層間絶縁材料１１４ａによって被覆保護することができる。支持板１１９を剥離する際には、図７のＥからＦ、Ｅ’からＦ’の点線部分でパネルを切断し、銅箔キャリア１２１と極薄銅箔１２０の境界端部を再び露出させることで、支持板１１９の剥離が容易となる。
【００５６】
次に図５Ｂに示すように、極薄銅箔１２０上にセミアディティブ工法によって外部電極１０２ａを含む金属薄膜配線層１０２を形成する。セミアディティブ工法に限定されるものではないが、極薄銅箔１２０を電解銅めっきのシード層として使える点や、回路形成のファイン化に適している点などから、当該工法を適用するのが好ましい。
【００５７】
次に図５Ｃに示すように、外部電極１０２ａを含む金属薄膜配線層１０２上に前記第１の層間絶縁材料１１４ａを積層し、第１の絶縁材料層１０１を形成する。
【００５８】
次に図５Ｄに示すように、第１の絶縁材料層１０１上に接着剤１０４を介して、半導体素子１０７ａ及び１０７ｂを電極１０６が上向きになるように搭載する。
【００５９】
次に図５Ｅに示すように、第２の層間絶縁材料１１４ｂによって半導体素子１０７ａ、
１０７ｂ、及びそれらの周辺を封止し、次いで、ＣＯ２レーザー加工、ＵＶ−ＹＡＧレーザー加工等の従来技術を用いて、第２の層間絶縁材料１１４ｂに対して外部電極１０２ａを含む前記金属薄膜配線層１０２と半導体素子１０７ａ及び１０７ｂの電極１０６に達する金属ビア１０９用の穴あけを行う。
【００６０】
次に図５Ｆに示すように、セミアディティブ工法やＭＳＡＰ工法等の従来技術を用いて回路形成を行うことで第２の層間絶縁材料１１４ｂ上に金属薄膜配線層１０２を形成すると共に金属ビア１０９を形成する。第２の層間絶縁材料１１４ｂの形成、穴あけ加工、及び回路形成を繰り返すことで第２の絶縁材料層１０８を形成する。
【００６１】
次に図５Ｇに示すように、ソルダーレジスト層１１０をフォトリソグラフィによって形成し、次いで、電子部品１１２ａ及び１１２ｂをはんだ材１１１を用いて実装する。
【００６２】
次に図５Ｈに示すように、トランスファーモールド、コンプレッションモールド、インジェクションモールド等の従来のモールディング技術を用いて電子部品１１２ａ及び１１２ｂを絶縁樹脂１１３で封止し、熱硬化する。ただし、絶縁樹脂１１３の形態によって封止方法は異なり、液状樹脂のコーティング、樹脂シートの真空ラミネーションなどを適用する。このとき、電子部品１１２ａ及び１１２ｂと第２の絶縁材料層１０８との隙間を絶縁樹脂１１３で完全に充填する（ＭＵＦ：Ｍｏｌｄｅｄ  Ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ）ことで長期信頼性が確保される。反り調整層に絶縁樹脂を用いる場合、例えばＴＭＶ（Ｔｈｏｕｇｈ  Ｍｏｌｄ  Ｖｉａ）技術を用いれば、反り調整層上と電気的に接続することができ、パッケージ積層が可能となる。ただし、絶縁樹脂１１３にソルダーレジスト層１１０としての機能を付与させる場合は、ＭＵＦは適用されない。
【００６３】
次に図５Ｉに示すように、パネルから前記支持板１１９を剥離し、極薄銅箔１２０を過酸化水素と硫酸の混合液や過硫酸塩の水溶液等でエッチング除去し、図５Ｊに示すように、外部電極１０２ａを含む金属薄膜配線層１０２の表面を露出させる。
このとき、第１の層間絶縁材料１１４ａは表面粗度を有しており銅残りが懸念されるため、樹脂面より１μｍ〜５μｍ窪むようにエッチバックするのがよい。
支持板１１９の剛性付与機能が、工程途中で絶縁樹脂１１３及び電子部品１１２ａ及び１１２ｂへ引き継がれることにより、製造バックエンド工程中の流動品及び完成品の反り特性は低下することなく維持される。次に、ブレード等で個片化することにより、本発明の第１の実施形態による半導体装置１００を得る。
【００６４】
なお、本発明の第２の実施形態及び第３の実施形態の半導体装置の製造方法においては、基本的に、前記第１の絶縁材料層１０１及び前記第２の絶縁材料層１０８の層数が異なるだけで各製造工程の要素技術は共通であるため、図５に示したと同様の製造工程を適宜適用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
（図１〜７）
１００  半導体装置
１０１  第１の絶縁材料層
１０２  金属薄膜配線層
１０２ａ  外部電極
１０２ｂ  内部電極
１０３  実装面
１０４  接着剤
１０５  素子回路面
１０６  電極
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ  半導体素子
１０８  第２の絶縁材料層
１０９  金属ビア
１１０  ソルダーレジスト層
１１１  はんだ材
１１２ａ、１１２ｂ  電子部品
１１３  絶縁樹脂
１１４ａ  第１の層間絶縁材料
１１４ｂ  第２の層間絶縁材料
１１５  平板
１１６  応力緩和層
１１７  接着層
１１８  銅箔キャリア付き極薄銅箔
１１９  支持板
１２０  極薄銅箔
１２１  銅箔キャリア
１２２  銅箔キャリア付き極薄銅箔の溝
１２３  反り調整層
２００  半導体装置
３００  半導体装置
（図８）
１  支持基板
２  絶縁樹脂層
６  配線パターン
６ｂ  ランド
７  非導電接着樹脂膜
８  内層基板
３０  集積回路チップ
３１  バンプ電極
４０  開口プリプレグ
４３  熱硬化性絶縁樹脂層
５２、５２ｂ  絶縁樹脂層
５５、５５ｂ  フィルドビアホール
５８  ソルダーレジストパターン
（図９）
１  支持板
２  半導体チップ
３  接着剤
４  絶縁材料層
５  配線層
６  ビア部
７  はんだボール
８  ソルダーレジスト層
２０  半導体装置
（図１０）
１  金属平板
２  半導体素子チップ
３  接着層
４  絶縁材料層
５  配線層
６  導電部
７  外部電極
８  配線保護層
２１  シリコン基板
２２  電極
２３  ＲＦ回路（インダクタ）
２４  パッシベーション膜
Ｃ１  第１の渦電流
Ｃ２  第２の渦電流
Ｍ  磁束
【図１】
2020065088.tif 000003
【図２】
2020065088.tif 000004
【図３−１】
2020065088.tif 000005
【図３−２】
2020065088.tif 000006
【図４】
2020065088.tif 000007
【図５−１】
2020065088.tif 000008
【図５−２】
2020065088.tif 000009
【図６】
2020065088.tif 000010
【図７】
2020065088.tif 000011
【図８】
2020065088.tif 000012
【図９】
2020065088.tif 000013
【図１０】
2020065088.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和2年2月28日(2020.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１絶縁材料と第１薄膜配線とを含む第１部分と、
前記第１部分に接触し、層間絶縁材料を含む中間部分と、
前記中間部分に設けられた半導体素子と、
前記中間部分に接触し、第２絶縁材料と第２薄膜配線とを含む第２部分と、
を含み、
前記半導体素子は、前記半導体素子の第１面の第１電極から突出する第１コンタクトを有し、
前記層間絶縁材料は、第１コンタクト、前記半導体素子の前記第１面、及び前記半導体素子の側面に接触し、
前記第１コンタクトは、前記第２薄膜配線に直接接触する、半導体装置。
【請求項２】
前記中間部分を貫通し、前記第２薄膜配線と前記第１薄膜配線とを接続する第２コンタクトをさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１薄膜配線に接続された電子部品をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２薄膜配線に接続された電子部品をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１薄膜配線に接続された外部電極をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２薄膜配線に接続された外部電極をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
断面から見て、
前記第１コンタクトは、互いに平行であり且つ前記第１電極及び前記第２薄膜配線の両方に対して実質的に垂直な第１対向側壁を備え、
前記第１コンタクトの導電材料は、前記第１対向側壁を規定し、それらの間の空間を充填する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
断面から見て、
前記第２コンタクトは、互いに平行であり且つ前記第２薄膜配線及び前記第２薄膜配線の両方に対して実質的に垂直な第２対向側壁を備え、
前記第２コンタクトの導電材料は、前記第２対向側壁を規定し、それらの間の空間を充填する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
第１絶縁材料と第１薄膜配線とを含む第１部分を設け、
前記第１部分に隣接する半導体素子を設け、
前記半導体素子の第１面の第１電極から突出する第１コンタクトを設け、
前記第１部分に接触し、層間絶縁材料を含む中間部分を設け、
前記中間部分に接触し、第２絶縁材料と第２薄膜配線とを含む第２部分を設ける、
ことを含み、
前記層間絶縁材料は、前記第１コンタクト、前記半導体素子の前記第１面、及び前記半導体素子の側面に接触し、
前記第１コンタクトは、前記第２薄膜配線に直接接触する、半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記中間部分を貫通して延在し、前記第２薄膜配線を前記第１の薄膜配線に接続する第２コンタクトを設けることをさらに含む、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１薄膜配線に接続された電子部品を設けることをさらに含む、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２薄膜配線に接続された電子部品を設けることをさらに含む、請求項９に記載の半導体装置の方法。
【請求項１３】
前記第１薄膜配線に接続された外部電極を設けることをさらに含む、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第２薄膜配線に接続された外部電極を設けることをさらに含む、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１コンタクトは、互いに平行であり且つ前記第１電極及び前記第２薄膜配線の両方に対して実質的に垂直な第１対向側壁を備え、
前記第１コンタクトの導電材料は、前記第１対向側壁を規定し、それらの間の空間を充填する、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第２コンタクトは、互いに平行であり且つ前記第２薄膜配線及び前記第２薄膜配線の両方に対して実質的に垂直な第２対向側壁を備え、
前記第２コンタクトの導電材料は、前記第２対向側壁を規定し、それらの間の空間を充填する、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。