(57)【要約】      （修正有）【課題】  半導体装置の組み立て工程後の有機樹脂基板の素子搭載面の反り上がりを抑制し、製造歩留まりを向上させる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  半導体装置１００は、有機樹脂基板１０１により構成されるインターポーザの素子搭載面１１１に半導体チップ１０５がはんだ接合されてなる。インターポーザは、有機樹脂基板１０１により構成されて、一方の面に半導体チップ１０５が搭載されるインターポーザであって、半導体装置１００の組み立て工程前の状態において、素子搭載面１１１の裏面１１３の側が凸状に湾曲した反りを有する。【選択図】  図１
2006294850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機樹脂基板の素子搭載面を凹状に湾曲させて、凹面を形成する工程と、
前記凹面に半導体素子を配置して加熱し、前記有機樹脂基板上に前記半導体素子を接合する工程と、
を含み、
半導体素子を接合する前記工程において、
前記凹面が平坦化されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体素子と前記有機樹脂基板との間にアンダーフィル層を形成する工程をさらに含み、
半導体素子を接合する前記工程およびアンダーフィル層を形成する前記工程において、
前記凹面が平坦化されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機樹脂基板を所定の温度で加熱処理した際の反り返り量をあらかじめ取得する工程を含み、
凹面を形成する前記工程において、前記反り返り量に応じて、前記有機樹脂基板を湾曲させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
凹面を形成する前記工程が、
前記凹面の形状に対応する凹部を有する第一の治具と、前記凹部の形状に対応する凸部を有する第二の治具と、を準備する工程と、
前記第一の治具と前記第二の治具との間に前記有機樹脂基板を配置して、前記第一の治具と前記第二の治具とを前記有機樹脂基板に押圧し、前記凹面を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
凹面を形成する前記工程が、前記有機樹脂基板の素子搭載面にスティフナを接合して積層体を形成するともに、前記積層体に前記凹面を形成する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
半導体素子を接合する前記工程が、前記半導体素子と前記有機樹脂基板とを、鉛フリーはんだにより接合する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
有機樹脂基板により構成されて、一方の面に半導体素子が搭載されるインターポーザであって、
素子搭載面の裏面の側が凸状に湾曲した反りを有することを特徴とするインターポーザ。
【請求項８】
請求項７に記載のインターポーザにおいて、前記裏面を上にして当該インターポーザを平坦面に設置した際の、前記平坦面の表面から前記素子搭載面の最高点の高さが、１０μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とするインターポーザ。
【請求項９】
請求項７または８に記載のインターポーザの前記素子搭載面に、前記半導体素子がはんだ接合された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、インターポーザおよびそれを用いた半導体装置、ならびに半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板（インターポーザ）上に半導体チップをフリップ接続する技術として、従来、特許文献１〜３に記載のものがある。
特許文献１には、ＢＧＡパッケージの製造において、半導体チップと絶縁性基板との間のアンダーフィル樹脂が硬化する際に絶縁性基板が反ることが記載されている。また、特許文献１では、アンダーフィル樹脂の注入量を調整することにより、この反り量を減少させようとしている。
【０００３】
また、特許文献２には、半導体を基板に搭載した後、凸形状を有する金型中で樹脂封止を行うことにより、パッケージ反りを防止する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献３には、シリコンからなるインターポーザの厚さを幅方向に変動させることにより、半導体チップや配線基板の反りを抑制する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３２３６２４号公報
【特許文献２】特開平１０−３２６８００号公報
【特許文献３】特開２００４−３１１５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、本発明者が検討したところ、特に有機樹脂基板を有するインターポーザを用いて半導体パッケージを組み立てる場合、上記特許文献３の場合のように、シリコンのインターポーザを用いる場合よりも、インターポーザの厚さが薄いことがあった。また、インターポーザがシリコン等にくらべて剛性に乏しい素材であった。このため、半導体チップとインターポーザとの熱膨張率差や液状樹脂の硬化収縮などの反り発生要因に対して、インターポーザの剛性が充分に確保できず、半導体パッケージの組み立て完了後に、インターポーザの素子搭載面の側が凸状に湾曲して、反り上がってしまいやすかった。そして、上記従来技術１に記載の技術を用いてもなお、組み立て後の平坦性（コプラナリティ）の規格を満足することができず、歩留まりの低下をもたらす懸念があった。
【０００６】
また、上記特許文献２においては、半導体を基板に搭載したあと、基板を反らせる処理を行うため、処理時に半導体が損傷する懸念があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、
有機樹脂基板の素子搭載面を凹状に湾曲させて、凹面を形成する工程と、
前記凹面に半導体素子を配置して加熱し、前記有機樹脂基板上に前記半導体素子を接合する工程と、
を含み、
半導体素子を接合する前記工程において、
前記凹面が平坦化されることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の製造方法においては、半導体素子を接合する工程において、有機樹脂基板に形成されていた凹面が平坦化される。このため、半導体素子の接合工程後の有機樹脂基板の平坦性を向上させることができるため、製造歩留まりを向上させることができる。
【０００９】
本発明によれば、
有機樹脂基板により構成されて、一方の面に半導体素子が搭載されるインターポーザであって、
素子搭載面の裏面の側が凸状に湾曲した反りを有することを特徴とするインターポーザが提供される。
【００１０】
本発明のインターポーザは、有機樹脂基板から構成されて、その素子搭載面の裏面の側が凸状に湾曲した反りを有している。このため、本発明のインターポーザの素子搭載面の素子搭載前の状態が凹状となっている。よって、素子搭載面に半導体素子を接合する際に、素子搭載面が凸状に反り上がることにより、予め有機樹脂基板に形成されていた逆向きの反りと相殺されるため、半導体装置の搭載後の平坦性に優れた構成となっている。
【００１１】
また、本発明によれば、前記インターポーザの前記素子搭載面に、前記半導体素子がはんだ接合されたことを特徴とする半導体装置が提供される。
【００１２】
本発明の半導体装置は、上述したインターポーザの素子搭載面に半導体素子がはんだ接合されている。このため、はんだ接合工程においてインターポーザに生じる反りが、インターポーザが予め有していた反りと相殺されて、インターポーザの有機樹脂基板の平坦性に優れた構成となっている。このため、平坦性要求を満足する割合が高く、製造歩留まりを向上可能な構成となっている。
【００１３】
なお、これらの各構成の任意の組み合わせや、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた本発明の態様として有効である。
【００１４】
たとえば、本発明によれば、前記半導体装置の製造方法により形成されたことを特徴とする半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、有機樹脂基板により構成されるインターポーザの素子搭載面の裏面の側が凸状に湾曲した反りを有するため、半導体装置の組み立て工程後の有機樹枝基板の素子搭載面の反り上がりを抑制し、製造歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
まず、本発明の理解のために、発明が解決しようとする課題で記載した従来の半導体装置の製造方法と、その過程で生じる反りについて説明する。
図１３は、従来のインターポーザの構成およびその作製方法を説明する斜視図である。図１３に示したインターポーザは、有機樹脂基板２５１から構成される。また、有機樹脂基板２５１の素子搭載面上に、平坦なプレスによりスティフナ２５３が積層されて、積層体２５０を構成している。スティフナ２５３には、有機樹脂基板２５１のチップ搭載領域２５７に対応する位置に開口部２５５が形成されており、開口部２５５からチップ搭載領域２５７が露出している。
【００１７】
なお、図１３において、有機樹脂基板２５１は、インターポーザ単体が平坦性を維持するように製造されているが、実際には、半導体チップの搭載前の状態においても、素子搭載面側が凸となっている反りを有するものがある。
【００１８】
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）および図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、図１３に示したインターポーザを用いた半導体装置の製造工程を示す断面図である。
まず、図１４（ａ）に示すように、積層体２５０と半導体チップ２０５を準備する。半導体チップ２０５の素子形成面に、はんだボール２０７を設けておく。そして、有機樹脂基板２５１上に半導体チップ２０５を設置し（図１４（ｂ））、加熱することによりはんだボール２０７をリフローさせて、有機樹脂基板２５１上にはんだ接合する（図１４（ｃ））。この接合工程において、有機樹脂基板２５１が素子搭載面が凸となるように湾曲する（図１５（ａ））。この原因は必ずしも明らかではないが、有機樹脂基板２５１と半導体チップ２０５との熱膨張率の差やはんだボール２０７との剛性の違い等によるものと推察される。
【００１９】
そして、得られた半導体装置を室温に戻した後（図１５（ｂ））、半導体チップ２０５と有機樹脂基板２５１との間に液状のアンダーフィル樹脂を充填して加熱し、アンダーフィル樹脂を硬化させてアンダーフィル層２０９を形成する（図１５（ｃ））。アンダーフィル層２０９の形成工程においても、アンダーフィル樹脂の硬化収縮等により、有機樹脂基板２５１の素子搭載面の反り上がりが生じる。こうして、図１５（ｃ）に示した半導体装置２００が得られる。
【００２０】
以上のように、従来の半導体装置２００においては、有機樹脂基板２５１がシリコン等に比べて、熱膨張率が大きく、弾性率の低い材料で構成されるため、平坦性確保のためにスティフナ２５３を用いた場合においても、組み立てプロセスで発生する反りの発生を抑制することが、特に有機樹脂基板２５１の厚みが１．１ｍｍ以下であるような場合には困難であり、図１５（ｃ）に示したように、半導体装置２００の完成時には、有機樹脂基板２５１の反りが顕著となる。
【００２１】
この反りは、たとえば５０ｍｍ角の有機樹脂基板２５１を用いた場合、２００μｍ以上、さらに顕著な場合、２５０μｍ以上となる場合があり、半導体パッケージとしての平坦性規格を満足できない事態が生じる。この大きさの場合の平坦性規格は、一般的には、たとえば２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下である。このため、図１５（ｃ）の工程の後、スティフナ２５３上にリッド（ヒートスプレッダ）と呼ばれる蓋部材を設けた場合にも、平坦性規格を満足できないことがあった。
【００２２】
図１６は、半導体装置２００の組み立て工程と反り上がり量の関係を模式的に示す図である。図１６において、反り上がり量は、有機樹脂基板２５１を、素子搭載面を上にして平坦面に設置した際の、素子搭載面の最高点の高さである。図１６中に実線に示したように、はんだボール２０７として、高融点はんだをコアとし、その周囲を共晶はんだで覆ったものを用いる場合、アンダーフィル層２０９の形成工程において顕著に反りが生じる。また、はんだボール２０７を鉛フリーはんだとした場合には、図１６中に点線で示したように、はんだボール２０７の剛性が高いため、半導体チップ２０５の接合工程において、有機樹脂基板２５１の持ち上がりが生じ、顕著な反りが生じる。
【００２３】
このように、はんだボール２０７の材料により、反りが顕著に発生する工程は異なるものの、従来の半導体装置２００においては、組み立て時の加熱処理における有機樹脂基板２５１の反りを抑制することが困難であった。
【００２４】
そこで、本発明者は、以上の知見に基づき、半導体装置の組み立て後の反りを抑制すべく鋭意検討を行った。その結果、半導体チップが搭載される有機樹脂基板に、素子搭載面の裏面を凸状とする反りをチップ搭載前に形成しておくことにより、完成後のパッケージにおける有機樹脂基板の反りを顕著に減少させることができることを見出した。以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、共通の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。また、以下の実施形態においては、有機樹脂基板上にスティフナが接合されている場合を例に説明するが、スティフナは必ずしも必要ではなく、有機樹脂基板からなるインターポーザを有する構成であればよい。
【００２５】
（第一の実施形態）
図２は、本実施形態のインターポーザの構成を示す断面図である。また、図１は、図２に示したインターポーザを用いて製造される半導体装置の構成を示す断面図である。図２に示したインターポーザは、有機樹脂基板１０１により構成されて、一方の面に半導体素子（図１に示した半導体チップ１０５）が搭載されるインターポーザであって、素子搭載面１１１の裏面１１３の側が凸状に湾曲した反りを有する。インターポーザは、裏面１１３を上にして有機樹脂基板１０１を平坦面に設置した際の素子搭載面１１１の最高点の高さが、たとえば平坦面の表面から１０μｍ以上１５０μｍ以下である。また、有機樹脂基板１０１の素子搭載面に、素子搭載領域を取り囲むスティフナ１０３が接合されて、積層体１０２となっている。
【００２６】
以下、積層体１０２の構成をさらに詳細に説明する。
積層体１０２は、有機樹脂基板１０１の素子搭載面１１１にスティフナ１０３が積層されたものである。スティフナ１０３は、有機樹脂基板１０１の素子搭載領域の周囲に、接着層（不図示）を介して接着されている。なお、素子搭載面１１１は、後工程において半導体チップが搭載される面である。
【００２７】
有機樹脂基板１０１の大きさは、有機樹脂基板１０１に搭載される半導体チップの大きさに応じて決定することができるが、たとえば２９ｍｍ角〜５０ｍｍ角程度の矩形の平面形状とする。有機樹脂基板１０１の厚さは、たとえば０．３ｍｍ以上、好ましくは０．７ｍｍ以上とする。こうすることにより、有機樹脂基板１０１の剛性をさらに充分に確保することができる。また、有機樹脂基板１０１の厚さは、たとえば１．８ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下とする。こうすることにより、有機樹脂基板１０１により構成されるインターポーザの電気的特性をさらに向上させることができる。
【００２８】
また、有機樹脂基板１０１は、素子搭載面１１１の裏面１１３を凸とする反りを有している。素子搭載面１１１の谷部に半導体チップが搭載される。有機樹脂基板１０１の反りｈは、有機樹脂基板１０１を、裏面１１３を上にして水平面に設置した際に、水平面と素子搭載面１１１の最高部との高さの差で表される。本実施形態のように有機樹脂基板１０１の平面形状が正方形または矩形の場合、反りｈは、たとえば矩形の対角線に沿って最高部を測定することにより求められる。また、反りｈは、後述する半導体装置１００の製造工程において素子搭載面１１１を凸とする方向に生じる反り上がりの量に応じて実験的に決定することができるが、たとえば、１０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上とする。こうすることにより、インターポーザ１０２を用いて製造された半導体装置１００における反りの発生をより一層確実に抑制することができる。また、反りｈは、たとえば１５０μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下とする。こうすることにより、半導体装置１００の製造安定性をさらに向上させることができる。
【００２９】
有機樹脂基板１０１の法線方向（ｚ方向）の線膨張率は、たとえば１０ｐｐｍ／℃以上、好ましくは２０ｐｐｍ／℃以上とすることができる。こうすることにより、加熱時の製造安定性をさらに充分に確保することができる。また、有機樹脂基板１０１の法線方向（ｚ方向）の線膨張率は、たとえば１００ｐｐｍ／℃以下、好ましくは５０ｐｐｍ／℃以下とすることができる。こうすることにより、半導体チップ１０５との熱膨張係数差を小さくすることができるため、半導体装置１００の完成時の反りをさらに確実に防止することができる。
【００３０】
また、有機樹脂基板１０１の弾性率は、１５ＧＰａ以上４０ＧＰａ以下とする。こうすることにより、半導体装置１００を製造安定性にさらに優れた構成とすることができる。
【００３１】
有機樹脂基板１０１は、コア（不図示）の両面に、それぞれ、ビルトアップ（不図示）およびソルダーレジスト（不図示）が下からこの順に積層された構成である。コアの樹脂成分として、たとえばＢＴレジンやエポキシ樹脂等を用いる。また、コアの基材はたとえばガラスとする。また、ビルトアップは、たとえばエポキシ樹脂とフィラーを含む構成とする。コアの各面に積層するビルトアップの層数は、積層体１０２が用いられる半導体装置１００の設計に応じて適宜決定することができる。また、ソルダーレジストとしては、たとえば感光性樹脂を用いることができる。感光性樹脂として、さらに具体的には、感光性エポキシ樹脂を用いる。
【００３２】
また、スティフナ１０３の材料は、たとえば銅または銅含有金属とする。スティフナ１０３の厚さは、たとえば０．３ｍｍ以上とする。こうすることにより、積層体１０２を用いて半導体装置１００を製造した際の有機樹脂基板１０１の反りをさらに効果的に抑制することができる。また、スティフナ１０３の厚さは、搭載される半導体チップ１０５の厚さに影響されるが、たとえば１ｍｍ以下とする。こうすることにより、積層体１０２をさらに薄型化することができる。スティフナ１０３の厚さは、さらに具体的には、０．６６ｍｍとする。
【００３３】
次に、積層体１０２の製造方法を説明する。積層体１０２は、たとえば、有機樹脂基板１０１とスティフナ１０３とを接着層（不図示）を介して積層し、反り形成用の治具に設置してこれらを接着することにより得られる。図３は、積層体１０２の反り形成用治具の構成を示す断面図である。図３に示した治具は、ＳＵＳ治具１２１上に枠治具１２３が設けられている。ＳＵＳ治具１２１上の枠治具１２３の内側の領域に、裏面側ＰＥＴフィルム１２９、有機樹脂基板１０１、接着層（不図示）、スティフナ１０３、素子搭載面側ＰＥＴフィルム１３１、およびアルミ板１２５が下からこの順に配置され、枠治具１２３およびアルミ板１２５の上面全体を蓋部１２７が被覆する。蓋部１２７は、有機樹脂基板１０１の設置領域の気密性を保ち、また、有機樹脂基板１０１を、上面（素子搭載面１１１）から下面（裏面１１３）に向かって加圧するために用いられる。
【００３４】
図４および図５は、それぞれ、図３の反り形成用治具の裏面側ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム１２９および素子搭載面側ＰＥＴフィルム１３１の構成を示す図ある。図４および図５において、下の図が裏面側ＰＥＴフィルム１２９および素子搭載面側ＰＥＴフィルム１３１の平面図であり、上の図が下の図のＡ−Ａ’断面図である。
【００３５】
図４に示したように、裏面側ＰＥＴフィルム１２９は、貫通孔を有しないＰＥＴフィルム１３３上に、ＰＥＴフィルム１３５ａ、ＰＥＴフィルム１３５ｂおよびＰＥＴフィルム１３５ｃが積層された構造である。ＰＥＴフィルム１３５ａ〜ＰＥＴフィルム１３５ｃは、それぞれ、中央部に貫通孔１４１ａ〜貫通孔１４１ｃが設けられているため、裏面側ＰＥＴフィルム１２９は中央部に凹部１４１を有する。なお、本実施形態では、ＰＥＴフィルム１３３上に貫通孔を有するＰＥＴフィルムを３枚重ねる場合を例示したが、貫通孔を有するＰＥＴフィルムの積層枚数は、有機樹脂基板１０１に形成する反りの大きさに応じて実験的に決定することができる。貫通孔を有するＰＥＴフィルムの積層数を変えることにより、裏面側ＰＥＴフィルム１２９に設けられる凹部１４１の深さが変わるため、有機樹脂基板１０１の反り量を調節することができる。
【００３６】
また、図５に示したように、素子搭載面側ＰＥＴフィルム１３１は、凹部を有しない一枚のＰＥＴフィルムにより構成される。
【００３７】
積層体１０２を反らせる際には、図３に示したように各部材を配置して、たとえば治具内を加熱しながら減圧した後、アルミ板１２５の側から大気圧に戻すことにより、積層体１０２を上面（素子搭載面１１１）側から加圧する。すると、裏面側ＰＥＴフィルム１２９に凹部１４１が形成されているため、有機樹脂基板１０１とスティフナ１０３とを接着するとともに、有機樹脂基板１０１に凹部１４１の深さに応じた反りを形成することができる。
【００３８】
次に、積層体１０２を用いた半導体装置の構成を説明する。図１に示した半導体装置１００は、有機樹脂基板１０１により構成されるインターポーザの素子搭載面１１１に半導体チップ１０５がはんだ接合されてなる。
【００３９】
また、半導体装置１００においては、有機樹脂基板１０１の素子搭載面１１１に半導体チップ１０５がはんだボール１０７によりフリップチップ接続されている。半導体チップ１０５と有機樹脂基板１０１との間には、アンダーフィル樹脂層１０９が形成されている。
【００４０】
次に、半導体装置１００の製造方法を説明する。図６（ａ）〜図６（ｃ）および図７（ａ）〜図７（ｃ）は、半導体装置１００の製造工程を示す断面図である。本実施形態の製造方法は、以下のステップを含む。
ステップ１０１：有機樹脂基板１０１の素子搭載面１１１を凹状に湾曲させて、凹面を形成する工程、および
ステップ１０３：凹面に半導体チップ１０５を配置して加熱し、有機樹脂基板１０１上に半導体チップ１０５を接合する工程。
ステップ１０３の半導体チップ１０５を接合する工程において、凹面が平坦化される。
また、半導体装置１００の製造方法は、
ステップ１０５：半導体チップ１０５と有機樹脂基板１０１との間に、アンダーフィル樹脂層１０９を形成する工程をさらに含む。
本実施形態では、ステップ１０５は、ステップ１０３の半導体チップ１０５を接合する工程の後に行われる。そして、ステップ１０３の半導体チップ１０５を接合する工程およびステップ１０５のアンダーフィル樹脂層１０９を形成する工程において、凹面が平坦化される。
また、
ステップ１０７：有機樹脂基板１０１を所定の温度で加熱処理した際の反り返り量をあらかじめ取得する工程
を含み、ステップ１０１の凹面を形成する工程において、ステップ１０７で取得された反り返り量に応じて、有機樹脂基板１０１を湾曲させる。なお、ステップ１０５のアンダーフィル樹脂層１０９を形成する工程の後、リッドを設ける工程をさらに含み、リッドを設ける工程での反り戻り量も考慮して基板を湾曲させることもできる。
ステップ１０１の凹面を形成する工程は、有機樹脂基板１０１の素子搭載面１１１にスティフナ１０３を接合して積層体を形成するともに、この積層体に凹面を形成する工程である。
ステップ１０３の半導体チップ１０５を接合する工程は、半導体チップ１０５と有機樹脂基板１０１とを、鉛フリーはんだにより接合する工程である。
【００４１】
以下、半導体装置１００の製造工程をさらに詳細に説明する。まず、図６（ａ）に示したように、以上の手順で積層体１０２を準備する。このとき、半導体装置１００の製造工程中で生じる反り返り量を予め取得して、その量に応じて、その反りを相殺する逆向きの反りを予め積層体１０２に与えておく。また、所定の素子を有する半導体チップ１０５を準備し、半導体チップ１０５の素子搭載面にはんだボール１０７を接合しておく。
【００４２】
たとえば、有機樹脂基板１０１の平面形状を５０ｍｍ角とし、半導体チップ１０５の平面形状を１６．４７ｍｍ角とする。また、はんだボール１０７は、たとえば鉛フリーはんだとする。さらに具体的には、はんだボール１０７の成分をスズ、銀および銅とする。このときのはんだボール１０７の弾性率は、たとえば４１．６ＧＰａである。また、スズおよび銀のみとしてもよい。なお、以下においては、はんだボール１０７が鉛フリーはんだである場合を中心に説明するが、鉛フリーはんだにかえて、共晶はんだを用いてもよい。共晶はんだの弾性率は、たとえば２５．８ＧＰａである。また、高融点はんだのコアの周囲に共晶はんだを被覆したはんだボールを用いることもできる。
【００４３】
次に、半導体チップ１０５を素子搭載面１１１上に設置し（図６（ｂ））、これらを加熱してはんだボール１０７をリフローさせて有機樹脂基板１０１上に接合する（図６（ｃ））。このフリップチップ接続工程において、はんだボール１０７が再硬化する際の内部応力でインターポーザ１０２が持ち上がり、有機樹脂基板１０１の素子搭載面１１１を凸とする方向に反りが生じる。このときの反りは、あらかじめ有機樹脂基板１０１に形成されていた反りとは逆向きのため、インターポーザ１０２の反りが打ち消されて平坦化する（図７（ａ））。半導体チップ１０５が搭載された積層体１０２を常温に戻した後（図７（ｂ））、有機樹脂基板１０１と半導体チップ１０５との間に液状のアンダーフィル樹脂を流し込み、加熱固化させて、アンダーフィル樹脂層１０９を形成する（図７（ｃ））。こうして、図２に示した半導体装置１００が得られる。
【００４４】
なお、図７（ｃ）の工程の後においても、有機樹脂基板１０１に反りが生じている場合には、スティフナ１０３上に、半導体チップ１０５を覆うリッド（ヒートスプレッダ）（不図示）を接合してもよい。リッドを接合することにより、有機樹脂基板１０１をより一層確実に平坦化することができる。ここで用いるリッドは、たとえば銅、アルミ、シリコン、およびカーバイトなどから構成され、板厚が０．５〜１．５ｍｍ程度である。
【００４５】
また、図７（ｃ）に示した工程において液状のアンダーフィル樹脂を流しこむ代わりに、フィルム状の樹脂を用いてアンダーフィル樹脂層１０９を形成することもできる。
【００４６】
次に、本実施形態の作用効果を説明する。
本実施形態においては、有機樹脂基板１０１に、素子搭載面１１１が凹状となるようにあらかじめ反りを設けておく。これは、組み立て工程により発生する反りと反対側に予め反らせた構造である。この有機樹脂基板１０１を用いて、半導体装置１００のパッケージを組み立て、組み立て工程において発生する反りにより、予め反っていた有機樹脂基板１０１を平坦化する。このため、半導体装置１００の製造工程において、具体的には、半導体チップ１０５の接合工程およびアンダーフィル樹脂層１０９の形成工程において、加熱によりインターポーザ１０２が素子搭載面１１１を凸とする方向に反りが生じても、組み立てプロセスにより発生する反りと有機樹脂基板１０１に与えられていた反りとを相殺させることできる。よって、組み立て後の半導体装置１００においては、従来の装置に比べて、有機樹脂基板１０１の表面の平坦性に優れた構成となる。このように、組み立て工程を通った後に有機樹脂基板１０１が平坦化されるため、リッドを設けない場合においても、たとえば１５０μｍ以下または２００μｍ以下といったコプラナリティーの要求を充分に満たす程度の平坦化が可能であり、半導体装置１００の製造歩留まりを向上させることができる。
【００４７】
また、従来のインターポーザは、本実施形態のインターポーザとは逆に、素子搭載面１１１を凸とする反りを有している場合があるため、半導体チップ１０５を接合した際にその反りがさらに顕著となっていたが、本実施形態の有機樹脂基板１０１においては、半導体チップ１０５の接合時に生じる反りとは逆向きの反りが予め設けられているため、半導体チップ１０５の搭載工程における反り返りを利用して、完成時の有機樹脂基板１０１を平坦化することができる。
【００４８】
この効果は、はんだボール１０７として比較的剛性の高い鉛フリーはんだを用いた場合に顕著に発揮される。また、この効果は、図７（ｃ）を参照して前述した工程の後、リッドを接着せずに用いられる半導体装置１００の場合に顕著に発揮される。また、この効果は、有機樹脂基板１０１の厚さが薄化した際に顕著に発揮される。たとえば、電気特性の確保などの理由により、インターポーザの厚みを厚くできない等、プロセスによる反りへの応力に対してインターポーザの剛性で対抗できない場合にも、本実施形態の構成とすることにより、半導体装置１００組み立て後の有機樹脂基板１０１を平坦性に優れた構成とし、コプラナリティーの要求を満足させることができる。
【００４９】
また、本実施形態においては、有機樹脂基板１０１の底部に素子搭載面側ＰＥＴフィルム１３１を配置して上方から加圧することにより、反りを形成している。このため、素子搭載面側ＰＥＴフィルム１３１を構成するＰＥＴフィルム１３５ａ〜ＰＥＴフィルム１３５ｃの厚さまたは枚数を調節することにより、有機樹脂基板１０１の反りｈを容易に調整することができる。
【００５０】
（第二の実施形態）
第一の実施形態においては、有機樹脂基板１０１とスティフナ１０３とを積層した状態でＰＥＴフィルムの間に配置し、減圧および開放することにより反りを形成したが、反りｈに対応する凹部を有する冶具にインターポーザとスティフナを位置あわせし、上部から凹部に合致する凸部を有するポンチを下降させて、インターポーザとスティフナを接着しつつ、素子搭載面１１１が凹状になるように反らせることもできる。以下、金型を用いる場合を例に、説明する。
【００５１】
図８は、本実施形態のインターポーザの構成を示す斜視図であり、図９は、図８のＢ−Ｂ’断面図である。図８および図９に示した積層体１５０は、有機樹脂基板１５１により構成されるインターポーザおよびスティフナ１５３が接着層（不図示）を介して接合されている。スティフナ１５３の中央部には開口部１５５が設けられており、開口部１５５から有機樹脂基板１５１の素子搭載領域１５７が露出している。
【００５２】
有機樹脂基板１５１およびスティフナ１５３の材料や大きさ、厚さは、たとえば第一の実施形態に記載の有機樹脂基板１０１およびスティフナ１０３と同様とすることができる。
【００５３】
積層体１５０も、有機樹脂基板１０１の素子搭載面１１１の裏面１１３を凸とする反りを有している。なお、図２に示した積層体１０２は、有機樹脂基板１０１の素子搭載領域およびその周辺に反りを有していたが、本実施形態の積層体１５０は、有機樹脂基板１５１およびスティフナ１５３の全面に連続的な反りを有している。
【００５４】
次に、本実施形態のインターポーザの製造方法を説明する。図１０および図１１は、それぞれ、積層体１５０の製造方法を説明する斜視図および断面図である。本実施形態の製造方法は、ステップ１０１の凹面を形成する工程が、
ステップ１０９：凹面の形状に対応する凹部を有する第一の治具（凹金型１３７）と、凹部の形状に対応する凸部を有する第二の治具（凸金型１３９）と、を準備する工程、および
ステップ１１１：凹金型１３７と凸金型１３９との間に有機樹脂基板１０１を配置して、凹金型１３７と凸金型１３９とを有機樹脂基板１０１に押圧し、凹面を形成する工程、
を含む。
【００５５】
さらに具体的には、図１０および図１１に示したように、本実施形態では、まず、凹金型１３７および凹金型１３７の凹部の形状に対応する凸部を有する凸金型１３９を準備する。凹金型１３７の凹部は、有機樹脂基板１５１の反りｈの大きさに応じた形状となっている。
【００５６】
積層体１５０は、凹金型１３７上に、有機樹脂基板１５１、接着層（不図示）およびスティフナ１５３をこの順に積層して設置し、スティフナ１５３上に凸金型１３９を配置して上から下に向かって凸金型１３９を押圧することにより形成される。
【００５７】
本実施形態においても、積層体１５０を構成する有機樹脂基板１０１が、裏面１１３が凸状となる反りを有しており、半導体チップの搭載工程でインターポーザ１５０に生じる反りと逆向きの反りが予め形成された構成となっている。このため、第一の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００５９】
たとえば、以上の実施形態においては、有機樹脂基板にスティフナを積層した状態で、これらを接合するとともに、反らせる場合を例示したが、以上の実施形態において、スティフナを設ける必要は必ずしもなく、その場合、有機樹脂基板のみを用いて上述した方法を用いることにより、有機樹脂基板をあらかじめ湾曲させることができる。
【実施例】
【００６０】
（実験例１）
第一の実施形態に記載の方法を用いて半導体パッケージ（図１、図２）を作製した。有機樹脂基板１０１の各層の材料は、
コア：ＢＴレジン
ビルトアップ：メタルＣｕ、各面４層
ソルダーレジスト：感光性エポキシ樹脂
とした。また、スティフナ１０３として、０．６６ｍｍのＣｕ板に開口部を形成したものを用いた。
【００６１】
また、有機樹脂基板１０１の大きさは、５０ｍｍ角とし、半導体チップ１０５の大きさは、１６．４７ｍｍ角とした。また、有機樹脂基板１０１の厚さは１．０８ｍｍとした。
【００６２】
図３に示した治具を用いて積層体１０２を作製した。素子搭載面側ＰＥＴフィルム１３１、ＰＥＴフィルム１３３、およびＰＥＴフィルム１３５ａ〜ＰＥＴフィルム１３５ｃの厚さをいずれも２５μｍとし、１５０℃にて２時間、約１２０Ｎの加重をスティフナ１０３から有機樹脂基板１０１に向かう方向に印加し、有機樹脂基板１０１とスティフナ１０３とを接着した。なお、加重の大きさは、スティフナの接着面積１６．７ｃｍ2と接着剤が所要の接着力を発揮するために必要な要求加重７Ｎ／ｃｍ2とを乗じた値程度となるように決定した。
【００６３】
得られた積層体１０２において、有機樹脂基板１０１の反りｈは、３０〜５０μｍ程度であった。この積層体１０２を用いて、図６（ａ）〜図６（ｃ）および図７（ａ）〜図７（ｃ）を参照して前述した手順で半導体装置１００を作製した。はんだボール１０７としては、スズ、銀、および銅を含む鉛フリーはんだを用いた。
【００６４】
（実験例２）
実験例１において、ＰＥＴフィルム１３５ａ〜ＰＥＴフィルム１３５ｃに代えて、貫通孔１４１ａ〜貫通孔１４１ｃを有しないＰＥＴフィルム１３３を用いた。つまり、裏面側ＰＥＴフィルム１２９として、ＰＥＴフィルム１３３を４枚重ねて用いた。そして、実験例１の手順を用いて積層体を作製した。得られた積層体を用いて、実験例１の手順を用いて半導体装置を作製した。
【００６５】
（評価）
実験例１および実験例２で作製した半導体装置について、組み立て後、つまりアンダーフィル樹脂層形成後の有機樹脂基板の素子搭載面の反り上がり量を測定した。得られた半導体装置を、有機樹脂基板の素子搭載面を上にして平坦面に設置し、超音波測定器を用いて、平坦面から有機樹脂基板の最高点までの高さを測定した。図１２は、実験例１（ロット♯１〜４）および実験例２（ロット♯７〜１０）で得られた半導体装置の有機樹脂基板の反り上がり量（μｍ）を示す図である。
【００６６】
図１２より、実験例２に対して、実験例１では、有機樹脂基板１０１に予め素子搭載面１１１を凹部とする反りを形成しておくことにより、組み立て後の半導体装置１００における有機樹脂基板１０１の反り上がりがコプラナリティーの要求を満たす程度に抑制されていることがわかる。
【００６７】
なお、実験例１で得られた半導体装置１００に、さらにリッドを接着したところ、有機樹脂基板１０１の反り上がりをさらに５０μｍ程度低減させることが可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるインターポーザの構成を示す斜視図である。
【図３】インターポーザの反り形成治具の構成を示す断面図である。
【図４】インターポーザの反り形成治具の構成を説明する図である。
【図５】インターポーザの反り形成治具の構成を説明する図である。
【図６】図１に示した半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】図１に示した半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態におけるインターポーザの構成を示す断面図である。
【図９】図９のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１０】図８のインターポーザの製造方法を説明する斜視図である。
【図１１】図８のインターポーザの製造方法を説明する断面図である。
【図１２】実験例の半導体装置の製造工程における基板反り量を示す図である。
【図１３】従来のインターポーザの構成および製造方法を説明する斜視図である。
【図１４】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１５】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１６】半導体装置の製造工程と基板反り量との関係を模式的にを示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１００  半導体装置
１０１  有機樹脂基板
１０２  積層体
１０３  スティフナ
１０５  半導体チップ
１０７  はんだボール
１０９  アンダーフィル樹脂層
１１１  素子搭載面
１１３  裏面
１２１  ＳＵＳ治具
１２３  枠治具
１２５  アルミ板
１２７  蓋部
１２９  裏面側ＰＥＴフィルム
１３１  素子搭載面側ＰＥＴフィルム
１３３  ＰＥＴフィルム
１３５ａ  ＰＥＴフィルム
１３５ｂ  ＰＥＴフィルム
１３５ｃ  ＰＥＴフィルム
１３７  凹金型
１３９  凸金型
１４１  凹部
１４１ａ  貫通孔
１４１ｂ  貫通孔
１４１ｃ  貫通孔
１５０  積層体
１５１  有機樹脂基板
１５３  スティフナ
１５５  開口部
１５７  素子搭載領域
【図１】
2006294850.tif 000003
【図２】
2006294850.tif 000004
【図３】
2006294850.tif 000005
【図４】
2006294850.tif 000006
【図５】
2006294850.tif 000007
【図６】
2006294850.tif 000008
【図７】
2006294850.tif 000009
【図８】
2006294850.tif 000010
【図９】
2006294850.tif 000011
【図１０】
2006294850.tif 000012
【図１１】
2006294850.tif 000013
【図１２】
2006294850.tif 000014
【図１３】
2006294850.tif 000015
【図１４】
2006294850.tif 000016
【図１５】
2006294850.tif 000017
【図１６】
2006294850.tif 000018