(57)【要約】 【課題】  回路基板や半導体装置の製造工程で応力の影響により生じる欠陥を抑制する。【解決手段】  半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子が搭載される有機基板と、前記半導体素子の前記有機基板に対向する第１面と前記基板の前記半導体素子に対向する第２面の少なくとも一方に配置される絶縁樹脂膜と、を有し、前記絶縁樹脂膜は、有機樹脂と、前記有機樹脂に含有される無機微粒子を含み、前記無機微粒子の含有率は膜厚方向に連続して変化し、前記含有率は前記半導体素子に近づくほど高く、前記基板に近づくほど低くなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子搭載面を有する有機基板と、
前記半導体素子搭載面に形成される絶縁樹脂膜と、
を有し、
前記絶縁樹脂膜は、有機樹脂と、前記有機樹脂に含有される無機微粒子を含み、前記無機微粒子の含有率は前記絶縁樹脂膜の膜厚方向に連続的に変化し、前記絶縁樹脂膜の最表層に近づくほど前記含有率が高くなることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記絶縁樹脂膜には、感光剤が添加され、前記感光剤の濃度は前記膜厚方向に連続的に変化していることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記絶縁樹脂膜に形成された開口パターンと、
前記開口パターン内に配置される電極と、
を有することを特徴とする請求項２に記載の回路基板。
【請求項４】
半導体素子と、
前記半導体素子が搭載される有機基板と、
前記半導体素子の前記有機基板に対向する第１面と、前記基板の前記半導体素子に対向する第２面の少なくとも一方に配置される絶縁樹脂膜と、
を有し、
前記絶縁樹脂膜は、有機樹脂と、前記有機樹脂に含有される無機微粒子を含み、前記無機微粒子の含有率は膜厚方向に連続して変化し、前記含有率は前記半導体素子に近づくほど高く、前記基板に近づくほど低くなることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁樹脂膜は感光剤を含み、前記感光剤の濃度は前記膜厚方向に変化することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁樹脂膜に形成された開口内に配置される電極、
をさらに有し、前記電極によって前記半導体素子と前記基板とが接合されることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
有機樹脂中に無機微粒子を含む原料塗液を用い、有機基板の主表面に複数の樹脂レイヤを積層して絶縁樹脂膜を形成し、
複数の前記樹脂レイヤを形成する際に、前記無機微粒子の比率を最表層に向かうにつれて増大させることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項８】
半導体素子を搭載する基板の素子搭載面と、前記半導体素子の前記基板への接合面の少なくとも一方に、無機微粒子を含有する有機樹脂を用いて複数の樹脂レイヤを積層して絶縁樹脂膜を形成し、
複数の前記樹脂レイヤを形成する際に、前記無機微粒子の含有率を連続的に変化させて前記含有率を前記半導体チップに近づくほど高くし、前記基板に近づくほど低くすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板、半導体装置、回路基板の製造方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体パッケージの高集積化、薄型化、小型化に伴い、ＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）チップとインタポーザやパッケージ基板との接続は、フリップチップ方式が主流となりつつある。フリップチップ方式は、接続用金属（バンプ）を介して、チップと基板を直接接続する実装方式である。従来の接続方式であるワイヤボンディングからフリップチップ接続への移行によって、高速化や多ピン接続が可能になる。その一方で、半導体等の無機材料を主体とするＩＣチップと、有機基板との熱膨張率の差によって接合構造体に反りが発生し、バンプの接合不良が生じる。また、基板内に発生する応力によって配線が断線するという問題が、これまで以上に生じやすくなる。
【０００３】
チップと多層配線基板の間で発生する応力を緩和する方法として、多層配線板の配線最外層にある配線パターンの内側に位置して配線パターンと接する絶縁層の材料を、樹脂と無機フィラーを含む材料とすることが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この方法では、絶縁膜の熱膨張率は膜厚方向に一定であり、チップと多層配線板の間の熱膨張率の調整には限界がある。
【０００４】
コア基板と、コア基板上に形成された保護層との間の密着性を高めるために、保護層中に含まれる無機絶縁粉末の量を表面側よりもコア基板側で多くする構成が知られている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、多層チップキャリアのビルドアップ層を樹脂層で形成する際に、充填剤の含有量が高いほど表面粗さが強くなって高周波信号の処理能力に影響することから、これを防止するために、表層に向かうほど充填剤の濃度が低くなるように濃度勾配をつけることが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３４１０８３号公報
【特許文献２】特開２００３−１０１２０２号公報
【特許文献３】特表２０１１−５０１４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
回路基板や半導体装置の製造工程で応力の影響により生じる欠陥を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ひとつの態様では、半導体装置は、
半導体素子と、
前記半導体素子が搭載される有機基板と、
前記半導体素子の前記有機基板に対向する第１面と、前記基板の前記半導体素子に対向する第２面の少なくとも一方に配置される絶縁樹脂膜と、
を有し、
前記絶縁樹脂膜は、有機樹脂と、前記有機樹脂に含有される無機微粒子を含み、前記無機微粒子の含有率は膜厚方向に連続して変化し、前記含有率は前記半導体素子に近づくほど高く、前記基板に近づくほど低くなる。
【発明の効果】
【０００９】
回路基板や半導体装置の製造工程で、応力の影響により生じる欠陥を抑制することができる。これにより、回路基板や半導体装置の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の半導体装置で用いられる絶縁樹脂膜の概略構成図である。
【図２】実施形態の絶縁樹脂膜の形成に用いられる装置の構成例である。
【図３】実施形態の絶縁樹脂膜の形成に用いられる装置の構成例である。
【図４】実施形態の絶縁樹脂膜の形成に用いられる装置の構成例である。
【図５】絶縁樹脂膜を形成する装置のノズルとステージの駆動例を示す図である。
【図６】実施形態で用いる二種類の塗液の組成例を示す図である。
【図７】実施形態の絶縁樹脂膜の膜厚方向への濃度勾配を示すグラフである。
【図８】絶縁樹脂膜の原料塗液中に感光剤を添加することの効果を説明する図である。
【図９】実施形態の半導体装置の別の構成例を示す図である。
【図１０】実施形態の半導体装置の別の構成例を示す図である。
【図１１】信頼性試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施形態では、有機基板などの回路基板と、回路基板よりも低い熱膨張率を有する半導体基板とを接合する際に、回路基板と半導体基板との間に、応力緩和のための絶縁樹脂膜を配置する。発明者は、絶縁樹脂膜を有機樹脂と無機微粒子を含む材料で形成し、無機微粒子の濃度を回路基板側から半導体基板側へ向かって連続的に増大させることによって、熱膨張率の違いによる応力の発生を抑制できることを見出した。
【００１２】
図１（Ａ）は、実施形態の半導体装置１の概略構成図、図１（Ｂ）は、半導体装置１で用いられる絶縁樹脂膜１２の模式図である。半導体装置１は、回路基板１０と、この回路基板１０に搭載される半導体チップ（素子）２０とを含む。この例では、回路基板１０側に、濃度勾配を有する絶縁樹脂膜１２が配置されている。回路基板１０の電極１３は、絶縁樹脂膜１２に形成された図示しない導電プラグを介して基板１１上の配線に接続されている。半導体チップ２０の突起電極２１が回路基板１０の電極１３に接合されることで、回路基板１０と半導体チップ２０が電気的に接続される。
【００１３】
回路基板１０の基板１１は、半導体チップ２０に用いられる半導体基板と異なる種類の基板であり、たとえば有機基板１１である。有機基板１１の熱膨張率は半導体の熱膨張率より大きい。異種の材料で形成された基板同士を接合する場合、リフロー、冷却などの工程を経た結果、熱膨張率の大きい方の基板１１に反りが発生する。実施形態の半導体装置１では、膜厚方向に熱膨張係数が連続的に変化する絶縁樹脂膜１２を設けることにより、熱膨張率差に起因する応力を緩和する。
【００１４】
絶縁樹脂膜１２は、有機樹脂１２１と、無機微粒子１２２を含み、無機微粒子１２２の濃度は、半導体チップ２０を搭載する最表層に向かって、連続的に高くなる。無機微粒子１２２の熱膨張率は、有機樹脂１２１の熱膨張率よりも小さい。無機微粒子１２２の濃度を半導体チップ２０と接合される表層に向かって高くすることで、表層に向かって熱膨張係数を小さくすることができる。
【００１５】
無機微粒子１２２の連続的な濃度勾配は、後述するように、無機微粒子１２２の含有割合を変化させながら、複数の樹脂レイヤＬ１〜Ｌnを形成することで実現できる。樹脂レイヤＬ1〜Ｌnは、ディップコート法、スピンコート法、スプレーコート法、蒸気コート法、各種印刷法、ドクターブレード法などにより形成することができる。
【００１６】
無機微粒子１２２の種類としては、有機樹脂１２１よりも小さい熱膨張率を有するものであればよく、特に限定されないが、シリコン、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、セシウム、バリウムの酸化物や窒化物またはこれらの塩が好ましく、シリカ（酸化ケイ素）やアルミナ（酸化アルミニウム）、チタン酸化物が特に好ましい。
【００１７】
無機微粒子１２２の粒径は特に制限は無く、二峰性以上の粒度分布を有してもよいが、絶縁樹脂膜１２の表面の平坦性を考慮すると、粒径を１μｍ以下にすることが好ましい。また、熱膨張率低減効果や微細パターンの形成性を考慮すると、粒径は０．０５μｍ以上であることが好ましい。
【００１８】
絶縁樹脂膜１２の形成に用いる有機樹脂１２１としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド、シリコーン樹脂などを必要に応じて選択することが可能であり、またこれらの共重合体や混合物として使用することも可能である。
【００１９】
有機樹脂１２１の有機溶媒やアルカリ溶液に対する溶解性を調整し、感光剤を添加することで、絶縁樹脂膜１２あるいは絶縁樹脂膜１２の前駆体に感光性を付与することも可能である。この場合は、後述するように、電極１３の形成が容易となる。感光剤は、光照射により酸を生成させ、光照射した部分のアルカリ水溶液への可溶性を増大させる機能を有する。感光剤の例としては、ｏ−キノンジアジド化合物、アリールジアゾニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルホニウム塩等が挙げられる。これらの中で、感度が高いことから、ｏ−キノンジアジド化合物が好ましい。
【００２０】
有機樹脂１２１を溶解する溶媒としては、アルコール系、鎖状エステル系、環状エステル系、ケトン系、鎖状エーテル系、環状エーテル系、アミン系のいずれか少なくとも一種類の有機溶剤を用いることが好ましい。アルコール系有機溶剤の例として、イソプロピルアルコール、鎖状エステル系有機溶剤の例として、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールメチルエーテル（ＰＧＭＥ）、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、環状エステル系有機溶剤の例として、ラクトン系有機溶剤が好ましい。特に、γ−ブチロラクトンを好ましく用いることができる。ケトン系有機溶剤の例として、アセトン、シクロヘキサノン、ヘプタノン、メチルエチルケトン等を用いることができる。鎖状エーテル系有機溶剤の例として、エチレングリコールジメチルエーテル等を用いることができる。環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、ジオキサン等を用いることができる。アミン系溶剤としては N-メチル-2-ピロリドン（NMP）、ジメチルホルムアミド（DMF）、3. N,N-ジメチルアセトアミド（DMAC）、アミノアルコール等を用いることが出来る。
【００２１】
絶縁樹脂膜１２の架橋密度を向上させ、熱膨張率を抑制するために、絶縁樹脂膜１２の材料に架橋剤を添加してもよい。架橋剤としては、メラミン誘導体、ユリア誘導体、ウリル誘導体など必要に応じて選択することが可能である。メラミン誘導体としては、たとえばアルコキシメチルメラミン、これらの誘導体などが挙げられる。ユリア誘導体として、たとえば尿素、アルコキシメチレン尿素、Ｎ−アルコキシメチレン尿素、エチレン尿素、エチレン尿素カルボン酸、これらの誘導体などが挙げられる。ウリル誘導体として、たとえばベンゾグアナミン、グリコールウリル、これらの誘導体などが挙げられる。
【００２２】
絶縁樹脂膜１２の材料中における架橋剤の含有量は、有機樹脂１２１や無機微粒子１２２の種類・含有量等によって異なるが、目的に応じて適宜決定することができる。
【００２３】
塗布液中での無機微粒子１２２の分散性を高めて応力緩和の効果を高めるために、界面活性剤を添加してもよい。前記界面活性剤としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、非イオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、金属イオンを含有しない点で非イオン性界面活性剤が好ましい。
【００２４】
非イオン性界面活性剤としては、アルコキシレート系界面活性剤、脂肪酸エステル系界面活性剤、アミド系界面活性剤、アルコール系界面活性剤、及びエチレンジアミン系界面活性剤から選択されるものが好適に挙げられる。これらの具体例としては、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン縮合物化合物、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル化合物、ポリオキシエチレンアルキルエーテル化合物、ポリオキシエチレン誘導体化合物、ソルビタン脂肪酸エステル化合物、グリセリン脂肪酸エステル化合物、第１級アルコールエトキシレート化合物、フェノールエトキシレート化合物、ノニルフェノールエトキシレート系、オクチルフェノールエトキシレート系、ラウリルアルコールエトキシレート系、オレイルアルコールエトキシレート系、脂肪酸エステル系、アミド系、天然アルコール系、エチレンジアミン系、第２級アルコールエトキシレート系、などが挙げられる。
【００２５】
カチオン性界面活性剤は特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。たとえば、アルキルカチオン系界面活性剤、アミド型４級カチオン系界面活性剤、エステル型４級カチオン系界面活性剤などが挙げられる。
【００２６】
図２〜図４は、絶縁樹脂膜１２の形成に用いられる装置３０の構成例を示す。図２の装置３０Ａは、２ノズル型の装置である。装置３０Ａは、二種類の原料（原料１と原料２）をそれぞれ収容するタンク３２1、３２2と、原料１と原料２の供給割合を制御する制御部３３と、原料３２1、３２2をそれぞれ噴射するノズル３５1、３５2と、基板１１を保持するステージ３１を有する。この例では、原料１は溶剤中に主として有機樹脂１２１を混合した塗液であり、原料２は溶剤中に主として無機微粒子（フィラー）１２２を混合した塗液である。ポンプタンク３２2内の原料２は、攪拌機３７によって攪拌されている。制御部３３は、ポンプ３４1と３４2を制御することによって、原料１と原料２の供給比を制御する。
【００２７】
図２の装置３０Ａは、ノズル３５1と３５2から、第１の割合で原料１と原料２をそれぞれ噴射して、基板１１上に絶縁樹脂膜１２の第１レイヤＬ1を形成する。その後、制御部３３で原料２の割合が多くなるように供給比を制御して第２レイヤＬ2を形成し、最後のレイヤＬnまで、無機微粒子１２２の含有率を変化させながら順次樹脂レイヤＬi（ｉは２以上、ｎ以下の自然数）を形成する。
【００２８】
図３の装置３０Ｂは、シングルノズル型の装置である。装置３０Ｂは、二種類の原料（原料１と原料２）をそれぞれ収容するタンク３２1、３２2と、原料１と原料２の混合割合を制御する制御部３８と、原料１と原料２の混合物を噴射するノズル３５と、基板１１を保持するステージ３１を有する。制御部３８は、ポンプ３４1と３４2、及び混合器３６を有する。制御部３８はポンプ３４1、３４2の供給比を制御して、無機微粒子１２２の含有比を変化させた混合液をノズル３５に供給する。
【００２９】
装置３０Ｂを用いる場合は、第１の割合で混合された原料１と原料２の混合物をノズル３５から噴射して、基板１１上に絶縁樹脂膜１２の第１レイヤＬ1を形成する。その後、制御部３８で原料２の割合が多くなるように混合比を制御して第２レイヤＬ2を形成し、レイヤＬnまで無機微粒子１２２の含有率を変化させながら、順次樹脂レイヤＬiを形成する。
【００３０】
図４の装置３０Ｃは、同心円ノズル型の装置である。装置３０Ｃは、二種類の原料（原料１と原料２）をそれぞれ収容するタンク３２1、３２1と、原料１と原料２の供給比を制御する制御部３３と、原料１と原料２を同心円状に噴射するノズル３９と、基板１１を保持するステージ３１を有する。制御部３３は、装置３０Ａと同様に、ポンプ３４1、３４2を制御して原料１と原料２の供給比を制御する。
【００３１】
装置３０Ｃを用いる場合は、第１の割合で供給される原料１と原料２を同心円ノズル３９から噴射して基板１１上に絶縁樹脂膜１２の第１レイヤＬ1を形成する。その後、制御部３３で原料２の割合が多くなるように供給比を制御して第２レイヤＬ2を形成し、最後のレイヤＬnまで、無機微粒子１２２の含有率を変化させながら、順次樹脂レイヤＬiを形成する。
【００３２】
図５は、装置３０Ａ〜３０Ｃにおけるノズルとステージ３１の駆動例を示す。図５（Ａ）の例では、ノズル３５あるいは３９の位置を固定とし、ステージ３１のみを駆動する。ステージ３１は所定の面内でたとえばミアンダ状に駆動される。
【００３３】
図５（Ｂ）の例では、ノズル３５あるいは３９が面内の第１の方向に駆動され、ステージ３１は面内で第１の方向と直交する第２の方向に駆動される。図５（Ｃ）例では、ノズル３５あるいは３９が面内の第１の方向に駆動され、ステージ３１は同じ面内で回転駆動される。
【００３４】
いずれの駆動方法でも、基板１１上に無機微粒子１２２の含有率が異なる樹脂レイヤＬiが均一に形成される。
【００３５】
図６は、実施形態で用いられる二種類の原料１と原料２の例を示す図である。図６の原料塗液Ａは図２〜図４の原料１に対応する。図６の原料塗液Ｂは図２〜図４の原料２に対応する。原料塗液Ａは、溶剤１８００重量部中に、有機樹脂１２１としてクレゾールノボラック樹脂１００重量部が混合され、有機樹脂以外に、感光剤８重量部、無機微粒子（フィラー）２重量部、界面活性剤０．０９重量部を含む。
【００３６】
原料塗液Ｂは、溶剤１８００重量部中に、無機微粒子（フィラー）１２２として２００ｎｍ径の粒状シリカ１００重両部が混合され、無機微粒子（フィラー）以外に、有機樹脂５重量部、感光剤１４重量部、界面活性剤０．０９重量部を含む。
【００３７】
一例として、２ノズル型の装置３０Ａ（図２参照）を用いて、基板１１上に絶縁樹脂膜１２を形成する。基板１１は、たとえばＦＲ−４基板などの有機基板１１である。
【００３８】
１層目(Ｌ1)のＡ／Ｂ供給比を１００／０、２層目(Ｌ2)のＡ／Ｂ供給比を97.5／2.5、３層目(Ｌ3)のＡ／Ｂ供給比を９５／５、というように、Ａの比率を２．５％ずつ減らしながら、４１層（ｎ＝４１）を繰り返し塗布して絶縁樹脂膜１２の前駆体を形成した。４１層目(Ｌ41)のＡ／Ｂ供給比は０／１００である。
【００３９】
その後、前駆体を窒素雰囲気下、２１０℃で６０分キュアし、厚さ約２０μｍの絶縁樹脂膜１２を形成した。この絶縁樹脂膜１２の断面を透過型電子顕微鏡で観察し、単位面積当たりの無機微粒子（フィラー）の含有率を測定した。
【００４０】
図７は、基板１１からの垂直方向（膜厚方向）距離の関数として、絶縁樹脂膜１２のフィラー含有率をプロットしたグラフである。絶縁樹脂膜１２の最も基板１１に近い測定領域でのフィラー含有率は３％、最表面（最も基板１１から遠い側）の測定領域でのフィラー含有率は８２％である。グラフから、絶縁樹脂膜１２において無機微粒子（フィラー）１２２の含有率が膜底面から表層にわたって連続的に変化していることがわかる。
【００４１】
なお、図２の装置３０Ａのノズル３５1、３５2への原料供給比を、(1) Ａ／Ｂ＝１００／０、(2) Ａ／Ｂ＝５０／５０、(3) Ａ／Ｂ＝０／１００で固定して作製した絶縁樹脂膜の線膨張率を測定したところ、それぞれ４７ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、１１ｐｐｍであった。この結果から、実施形態の方法でノズル３５1、３５2へ原料塗液Ａと原料塗液Ｂの供給比を連続して変化させた場合、絶縁樹脂膜１２の線膨張率は、膜底部から表層に向かって４７ｐｐｍから１１ｐｐｍへと連続的に小さくなっていると考えられる。
【００４２】
図８は、原料塗液Ａ，Ｂ中に感光剤を添加することの効果を説明する図である。絶縁樹脂膜１２の樹脂レイヤごとに原料塗液Ａ，Ｂの供給比あるいは混合比を変化させた場合、絶縁樹脂膜１２の前駆体中の無機微粒子（フィラー）１２２の濃度が連続的に変化するとともに、感光剤の濃度も変化させることができる。
【００４３】
図２の装置３０Ａを用いて、ノズル３５1、３５2に供給する原料塗液Ａ，Ｂの比率を変えながら樹脂レイヤＬ1〜Ｌ41を形成する。その後、絶縁樹脂膜１２の前駆体に選択的に放射線を照射して、開口４２を形成する。このとき、膜厚方向に感光剤の濃度を連続的に変化させることで、開口４２の形状を任意に変化させることができる。
【００４４】
たとえば、図６の組成を有する原料塗液Ａ，Ｂを用いて上述した方法で形成した４１層の絶縁樹脂膜１２の前駆体に対し、高圧水銀灯を備えたプロキシミティ露光機を用い、マスクを介して全波長で露光（５００〜９００ｍＪ／ｃｍ2）を行う。露光後、水酸化テトラメチルアンモニウムの２．３８％水溶液にて現像を行うと、５０μｍ径の開口４２をテーパ角３°で形成することができる。この開口４２を電極１３用のピアホール４２として用いてもよい。
【００４５】
次に、図６の原料塗液Ｂの感光剤添加量を１４重量部から８重量部に減らし、上記と同じ条件で開口４２の形成を行うと、テーパ角は−２°となる。これは膜厚方向に連続して変化する感光剤含有率の勾配の角度と方向が、変化したためである。
【００４６】
このように、原料塗液ＡとＢの少なくも一方の感光剤添加量を変えることで、絶縁樹脂膜１２の開口４２の形状を制御することができる。
【００４７】
図２のように、無機微粒子（フィラー）を含む原料１、２内で感光剤の含有量を調整して、同じノズル３５1、３５2で塗布する場合は、フィラー濃度と感光剤の濃度を独立して制御することは困難である。しかし、３種類の原料を用意してノズルを追加する（図２の変形）、あるいは３種類の原料を混合器で混合する（図３の変形）ことにより、感光剤の濃度変化をフィラーの濃度変化と独立して制御することができる。これにより、所望のパターン形状に加工することが容易になる。
【００４８】
図９は、別の実施形態の半導体装置２の概略構成図である。半導体装置２では、半導体チップ２０側に、無機微粒子（フィラー）の濃度が連続的に変化する絶縁樹脂膜２２を配置する。一般に無機材料の半導体チップ２０の熱伝導率は、有機材料の基板１１の熱伝導率よりも小さい。絶縁樹脂膜２２の無機微粒子の含有量を膜厚方向に変化させて、基板１１側に近づくにつれて無機微粒子の含有率を小さくする。
【００４９】
図９の絶縁樹脂膜２２を形成する場合は、図６と同様の原料塗液Ａと原料塗液Ｂを用いることができる。ただし、無機微粒子（フィラー）の濃度の変化の方向が図１の構成と逆になるため、供給比の制御の方向が逆になる。
【００５０】
以下の方法で、サンプルを作成する。熱酸化膜が形成されたシリコン基板上に、図２の装置３０Ａを用いて、１層目のＡ／Ｂ供給比を０／１００、２層目のＡ／Ｂ供給比を2.5／97.5、３層目のＡ／Ｂ供給比を５／９５、というように、Ａの比率を２．５％ずつ増やしながら、４１層（ｎ＝４１）繰り返し塗布を行って、絶縁樹脂膜２２の前駆体を形成する。４１層目のＡ／Ｂ供給比は１００／０である。
【００５１】
その後、前駆体を窒素雰囲気下、２１０℃で６０分キュアし、厚さ約２０μｍの絶縁樹脂膜２２を形成した。この絶縁樹脂膜２２の断面を透過型電子顕微鏡で観察し、単位面積当たりの無機微粒子（フィラー）の含有率を測定した。
【００５２】
絶縁樹脂膜２２の底面側（シリコン基板に近い測）でのフィラー含有率は７８％、最表面（回路基板１１側）でのフィラー含有率は２％であり、絶縁樹脂膜２２において無機微粒子（フィラー）の含有率が膜底面から表層にわたって連続的に減少していることがわかる。絶縁樹脂膜２２の熱膨張率は、回路基板１１側に向かうにつれて大きくなっている。
【００５３】
図９の構成でも、原料塗液Ａ，Ｂに感光剤を添加して添加量を制御することによって、絶縁樹脂膜２２に形成される開口の形状を制御することができる。この場合、絶縁樹脂膜２２に形成した開口内に、たとえばアンダーバンプ電極２４を効率良く形成することができる。
【００５４】
図１０は、さらに別の実施形態の半導体装置２３概略構成図である。半導体装置３では基板１１の側に絶縁樹脂膜１２が配置され、半導体チップ２０の側に絶縁樹脂膜２２が配置されている。絶縁樹脂膜１２と絶縁樹脂膜２２はともに、無機微粒子の濃度が膜厚方向に変化する。
【００５５】
絶縁樹脂膜１２では、半導体チップ２０側に向かうにつれて膜厚方向に熱膨張率が小さくなる（無機微粒子の濃度が高くなる）。絶縁樹脂膜２２では、回路基板１０に向かうにつれて膜厚方向に熱膨張率が大きくなる（無機微粒子の濃度が小さくなる）。
【００５６】
図１０の構成でも、図６に示す原料塗液Ａと原料塗液Ｂを用いることができるが、絶縁樹脂膜１２と絶縁樹脂膜２２の互いに対向する面（最表面）で、熱膨張率が一致することが望ましい。
【００５７】
絶縁樹脂膜１２を作製する場合、図２の装置３０Ａを用いて、有機基板（たとえばＦＲ−４基板）１１上に絶縁樹脂膜１２を形成する。１層目のＡ／Ｂ供給比を１００／０、２層目のＡ／Ｂ供給比を98.75／1.25、３層目のＡ／Ｂ供給比を97.5／2.5、というように、Ａの比率を１．２５％ずつ減らしながら、４１層繰り返し塗布を行って、絶縁樹脂膜１２の前駆体を形成する。４１層目のＡ／Ｂ供給比は５０／５０である。その後、前駆体を窒素雰囲気下、２１０℃で６０分キュアし、厚さ約２０μｍの絶縁樹脂膜１２を形成する。
【００５８】
チップ２０側にも、図２の装置３０Ａを用いて絶縁樹脂膜２２を形成する。１層目のＡ／Ｂ供給比を０／１００、２層目のＡ／Ｂ供給比を1.25／98.75、３層目のＡ／Ｂ供給比を2.5／97.5、というように、Ａの比率を１．２５％ずつ増やしながら、４１層（ｎ＝４１）繰り返し塗布を行って、絶縁樹脂膜２２の前駆体を形成する。４１層目のＡ／Ｂ供給比は５０／５０である。その後、前駆体を窒素雰囲気下、２１０℃で６０分キュアし、厚さ約２０μｍの絶縁樹脂膜２２を形成する。
【００５９】
この方法によると、基板１１と半導体チップ２０の双方の側で、無機微粒子の含有率が互いに近づく方向に変化し、対向する表層部での含有率は等しくなる。したがって、バンプ２１により半導体チップ２０を基板１１の電極１３に接合する場合でも、リフロー及び冷却後の基板１１の反りを低減することができる。
【００６０】
図１１は、実施形態の半導体装置２、３に対する信頼性試験の結果を示す図である。サンプルとして、図９の半導体装置２のサンプルを５０個作製する。サンプルでは、上述したようにシリコン基板上に４１層の樹脂レイヤを含む厚さ２０μｍの絶縁樹脂膜２２を形成し、絶縁樹脂膜２２にテーパ角３°の開口を形成する。開口内に電極２４及びバンプ２１を形成して、基板１１上の電極１３に接合する。サンプルに対して−２５℃から１２５℃の温度サイクル試験を１０００サイクル行ったところ、不良発生率は４％と良好であった。
【００６１】
同様に、図１０の半導体装置３のサンプルを５０個作製して、同じ条件で信頼性試験を実施したところ、不良発生率は１％以下であった。
【００６２】
比較例１として、同じ膜厚で無機微粒子（フィラー）を含まない絶縁樹脂膜をシリコン基板に形成して基板１１に接合したサンプルを作成する。比較例２として、同じ膜厚で無機微粒子(フィラー)濃度が膜厚方向に一定（７０％）の絶縁樹脂膜をシリコン基板に形成して基板１１に接合したサンプルを作成する。
【００６３】
比較例１，２に対して同じ条件で信頼性試験を行ったところ、比較例１の不良発生率は４８％、比較例２の不良発生率は４０％であった。
【００６４】
このように、実施形態の構成と手法によると、異種材料の基板同士を接合する場合に、急峻な熱膨張率変化を抑制し、接合構造体の反りを低減することができる。実施形態では半導体チップ２０を搭載する回路基板１０を例にとって説明したが、熱膨張率の異なる基板同士を接合する場合にも、本願の絶縁樹脂膜の構成を適用することができる。この場合は、熱膨張率の異なる２つの基板の接合面の少なくとも一方の側に、膜厚方向に無機微粒子の含有率が連続的に変化し、熱膨張率の低い方の基板側に向かって、無機微粒子の含有量を高くすることができる。
【００６５】
また、実施形態では、原料塗液Ａと原料塗液Ｂの供給比を直線的に変化させたが、曲線的な勾配がつくように変化させてもよい。
【００６６】
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
半導体素子搭載面を有する有機基板と、
前記半導体素子搭載面に形成される絶縁樹脂膜と、
を有し、
前記絶縁樹脂膜は、有機樹脂と、前記有機樹脂に含有される無機微粒子を含み、前記無機微粒子の含有率は前記絶縁樹脂膜の膜厚方向に連続的に変化し、前記絶縁樹脂膜の最表層に近づくほど前記含有率が高くなることを特徴とする回路基板。
（付記２）
前記絶縁樹脂膜には、感光剤が添加され、前記感光剤の濃度は前記膜厚方向に連続的に変化していることを特徴とする付記１に記載の回路基板。
（付記３）
前記絶縁樹脂膜に形成された開口パターンと、
前記開口パターン内に配置される電極と、
を有することを特徴とする付記２に記載の回路基板。
（付記４）
前記無機微粒子は、シリコン、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、セシウム、バリウムから選択される少なくとも一種を含む化合物であることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の回路基板。
（付記５）
前記無機微粒子の粒径は０．０５μｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の回路基板。
（付記６）
前記有機樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド、シリコーン樹脂から選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の回路基板。
（付記７）
半導体素子と、
前記半導体素子が搭載される有機基板と、
前記半導体素子の前記有機基板に対向する第１面と、前記基板の前記半導体素子に対向する第２面の少なくとも一方に配置される絶縁樹脂膜と、
を有し、
前記絶縁樹脂膜は、有機樹脂と、前記有機樹脂に含有される無機微粒子を含み、前記無機微粒子の含有率は膜厚方向に連続して変化し、前記含有率は前記半導体素子に近づくほど高く、前記基板に近づくほど低くなることを特徴とする半導体装置。
（付記８）
前記絶縁樹脂膜は感光剤を含み、前記感光剤の濃度は前記膜厚方向に変化することを特徴とする付記７に記載の半導体装置。
（付記９）
前記絶縁樹脂膜に形成された開口内に配置される電極、
をさらに有し、前記電極によって前記半導体素子と前記基板とが接合されることを特徴とする付記８に記載の半導体装置。
（付記１０）
有機樹脂中に無機微粒子を含む原料塗液を用い、有機基板の主表面に複数の樹脂レイヤを積層して絶縁樹脂膜を形成し、
複数の前記樹脂レイヤを形成する際に、前記無機微粒子の比率を最表層に向かうにつれて増大させることを特徴とする回路基板の製造方法。
（付記１１）
前記原料塗液は、前記有機樹脂が前記無機微粒子よりも多く含まれる第１液と、前記無機微粒子が前記有機樹脂よりも多く含まれる第２液を含み、
前記第１液と前記第２液を、前記第１液と前記第２液の供給比又は混合比を変えながら前記有機基板の前記主表面に供給して前記絶縁樹脂膜を形成することを特徴とする付記１０に記載の回路基板の製造方法。
（付記１２）
前記第１液と前記第２液の少なくとも一方に感光剤を含み、
前記複数の樹脂レイヤを形成する際に前記感光剤の濃度を前記最表面に向かうにつれて変化させることを特徴とする付記１１に記載の回路基板の製造方法。
（付記１３）
前記絶縁樹脂膜に所望の形状の開口パターンを形成し、
前記開口パターン内に電極を形成することを特徴とする付記１２に記載の回路基板の製造方法。
（付記１４）
半導体素子を搭載する基板の素子搭載面と、前記半導体素子の前記基板への接合面の少なくとも一方に、無機微粒子を含有する有機樹脂を用いて複数の樹脂レイヤを積層して絶縁樹脂膜を形成し、
複数の前記樹脂レイヤを形成する際に、前記無機微粒子の含有率を連続的に変化させて前記含有率を前記半導体チップに近づくほど高くし、前記基板に近づくほど低くすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１５）
前記有機樹脂が前記無機微粒子よりも多く含まれる第１液と、前記無機微粒子が前記有機樹脂よりも多く含まれる第２液を、前記第１液と前記第２液の供給比を変えながら前記基板の前記素子搭載面または前記半導体素子の前記接合面上に供給して、複数の前記樹脂レイヤを形成することを特徴とする付記１４に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１６）
前記第１液と前記第２液の少なくとも一方に感光剤を含み、
前記複数の樹脂レイヤを形成する際に前記感光剤の濃度を前記最表面に向かうにつれて変化させることを特徴とする付記１５に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１７）
前記絶縁樹脂膜に所望の形状の開口パターンを形成し、
前記開口パターン内に電極を形成し、
前記電極を介して前記半導体素子と前記基板を接合することを特徴とする付記１６に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００６７】
１、２、３  半導体装置
１０  回路基板
１１  基板
１２、２２  絶縁樹脂膜
１３、２４  電極
２０  半導体チップ（半導体素子）
２１  バンプ
４２  開口
１２１  有機樹脂
１２２  無機微粒子（フィラー）
Ｌ1〜Ｌn  樹脂レイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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