(57)【要約】 【課題】  半導体装置の製造の歩留まりを向上させることができるシート、半導体装置、シートの製造方法を提供すること。【解決手段】シート１は、基板２１と、この基板２１上に実装される半導体素子２２との間に配置されるシート１であって、シート状の樹脂層１１と、樹脂層１１の表裏面を貫通し、基板２１の電極２１１の配列ピッチおよび半導体素子２２の電極２２１の配列ピッチに応じて配置された複数の導体層１２とを備えるものである。【選択図】 図１
2008041862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に実装される半導体素子との間に配置されるシートであって、
シート状の樹脂層と、
前記樹脂層の表裏面を貫通し、前記基板の電極の配列ピッチおよび前記半導体素子の電極の配列ピッチに応じて配置された複数の導体層とを備えるシート。
【請求項２】
請求項１に記載のシートにおいて、
前記導体層は、鉛フリーはんだ、鉛を含むはんだ、金、アルミニウム、アルミニウム合金のいずれかを含むシート。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシートにおいて、
当該シートの厚み方向に沿った断面において、前記導体層の幅寸法は樹脂層表面側から裏面側にかけて略均一であるシート。
【請求項４】
請求項３に記載のシートにおいて、
前記導体層はめっき法により形成されたものであるシート。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のシートにおいて、
前記樹脂層は、熱硬化性樹脂を含有するものであり、前記熱硬化性樹脂は、フェノール系樹脂あるいはエポキシ系樹脂を含有するものであるシート。
【請求項６】
基板と、
この基板上に実装される半導体素子とを備え、
前記基板および前記半導体素子との間に、請求項１乃至５のいずれかに記載の前記シートを配置し、前記シートの導体層により、前記基板の電極と前記半導体素子の電極とを接続することにより構成された半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置において、
前記シートの平面における大きさは、前記半導体素子の平面における大きさと略同じ、または、前記半導体素子の平面における大きさよりも小さい半導体装置。
【請求項８】
基板と、この基板上に実装される半導体素子との間に配置されるシートの製造方法であって、
前記基板の電極の配列ピッチおよび前記半導体素子の電極の配列ピッチに応じて配置された複数の孔が形成されたマスクを導体製の板状部材上に形成する工程と、
前記マスクの孔内にめっき法により、導体層を形成する工程と、
前記マスクを除去し、前記各導体層の周囲を被覆するシート状の樹脂層を形成する工程と、
前記シート状の樹脂層および導体層から、前記板状部材を剥離する工程とを備えるシートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート、半導体装置、シートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置は、高密度化、高集積化、動作の高速化等の傾向にあり、小型化、薄型化することができる半導体装置が要求されている。
このような要求に対応するために、フリップチップ実装された半導体装置が提案されている。
この半導体装置は、図６に示すように、基板（多層配線基板）８０１と、この基板８０１上に実装された半導体素子８０２とを備えるものである。基板８０１上の電極８０１Ａと、半導体素子８０２の電極とが半田バンプＢにより接続されており、半田バンプＢの周囲には、樹脂８０３が充填されている。
このような半導体装置を製造する際には、基板８０１と半導体素子８０２とを半田バンプＢで接続した後、予め所定の温度まで基板８０１を加熱しておく。その後、半導体素子８０２の側面側から液状の樹脂８０３を注入する。基板８０１の熱によって樹脂８０３の粘度が低下し、樹脂８０３が毛細管現象により半導体素子８０２と基板８０１との間に充填される。その後、樹脂８０３を硬化させることで、半導体装置が得られる。
【０００３】
しかしながら、このような方法では、樹脂８０３を毛細管現象により、半導体素子８０２と基板８０１との間に充填しているため、液状の樹脂８０３を充填する際に、基板８０１の温度分布が均一でない場合には、樹脂８０３の浸透性にばらつきが生じ、樹脂８０３内にボイド８０３Ａが発生するという課題がある。
【０００４】
そこで、このような課題を解決するために、以下のような半導体装置の製造方法が提案されている（特許文献１参照）。
この方法では、図７に示すように、シート状のアンダーフィル樹脂シート８０４を用意する。このシート状のアンダーフィル樹脂シート８０４には、半導体素子８０２に設けられた半田バンプＢを収納する大きさのホール８０４Ａが形成されている。
半導体素子８０２に設けられた半田バンプＢをアンダーフィル樹脂シート８０４のホール８０４Ａに挿入し、リフロー処理することで、半導体素子８０２と基板８０１とを接続する。
リフロー処理により、アンダーフィル樹脂シート８０４の粘度が低下し、アンダーフィル樹脂シート８０４が半田バンプＢの周囲を覆うこととなる。従って、このような方法によれば、毛細管現象を利用して樹脂をバンプ間に流し込む必要がないので、アンダーフィル樹脂でボイドが発生しないとされている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４０２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、半導体素子８０２に設けられた半田バンプＢをアンダーフィル樹脂シート８０４のホール８０４Ａに挿入しなければならない。半田バンプＢの大きさ形状や、アンダーフィル樹脂シート８０４のホール８０４Ａの大きさ形状にばらつきが生じた場合、半田バンプＢをアンダーフィル樹脂シート８０４のホール８０４Ａに挿入することが困難となる場合がある。そのため、半田バンプＢの大きさ形状や、アンダーフィル樹脂シート８０４のホール８０４Ａの大きさ形状を精度よく形成しなければならず、半導体装置の製造の歩留まりを向上させることが難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、基板と、この基板上に実装される半導体素子との間に配置されるシートであって、シート状の樹脂層と、前記樹脂層の表裏面を貫通し、前記基板の電極、および前記半導体素子の電極の配列ピッチに応じて配置された複数の導体層とを備えるシートが提供される。
ここで、シートとは、半導体装置に組み込む前の状態において、半導体素子、基板とは別に独立して存在しうるものをいう。
【０００８】
本発明のシートには予め、シート状の樹脂層の表裏面を貫通する複数の導体層が設けられている。基板と半導体素子とを接続し、半導体装置を製造する際には、本発明のシートを基板と、半導体素子との間に配置し、シートの導体層により、基板の電極と、半導体素子の電極とを接続すればよい。従って、半導体装置を製造する際に、従来のように、アンダーフィル樹脂シートのホールに半導体素子に設けられた半田バンプを挿入する必要がない。そのため、本発明のシートを用いて、半導体装置を製造すれば、半導体装置の製造の歩留まりを向上させることができる。
【０００９】
また、本発明によれば、上述したシートを使用した半導体装置を提供することができる。具体的には、本発明によれば、基板と、この基板上に実装される半導体素子とを備え、前記基板および前記半導体素子との間に上述した前記シートを配置し、前記シートの導体層により、前記基板の電極と前記半導体素子の電極とを接続することにより構成された半導体装置も提供することができる。
【００１０】
さらには、本発明によれば、上述したシートの製造方法を提供することができる。具体的には、本発明によれば、基板と、この基板上に実装される半導体素子との間に配置されるシートの製造方法であって、前記基板の電極の配列ピッチおよび前記半導体素子の電極の配列ピッチに応じて配置された複数の孔が形成されたマスクを導体製の板状部材上に形成する工程と、前記マスクの孔内にめっき法により、導体層を形成する工程と、前記マスクを除去し、前記各導体層の周囲を被覆するシート状の樹脂層を形成する工程と、前記シート状の樹脂層および導体層から、前記板状部材を剥離する工程とを備えるシートの製造方法も提供することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半導体装置の製造の歩留まりを向上させることができるシート、半導体装置、シートの製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１を参照して、本実施形態にかかるシート１、半導体装置２の概要について説明する。
本実施形態のシート１は、基板２１と、この基板２１上に実装される半導体素子２２との間に配置されるシート１であって、シート状の樹脂層１１と、樹脂層１１の表裏面を貫通し、基板２１の電極２１１の配列ピッチおよび半導体素子２２の電極２２１の配列ピッチに応じて配置された複数の導体層１２とを備えるものである。
また、本実施形態の半導体装置２は、半導体素子２２、基板２１とを備える。この半導体装置２は、基板２１および半導体素子２２との間に、シート１を配置し、シート１の導体層１２により、基板２１の電極２１１と半導体素子２２の電極２２１とを接続することにより構成されたものである。
【００１３】
次に、シート１および半導体装置２について詳細に説明する。
シート１は、平面略矩形形状のシートであり、前述したように、シート状の樹脂層１１と、樹脂層１１の表裏面を貫通する導体層１２とを備えるものである。
樹脂層１１は、絶縁性の樹脂層であり、たとえば、熱硬化性樹脂を含む層である。
熱硬化性樹脂としては、たとえば、フェノール系樹脂あるいはエポキシ系樹脂があげられる。
エポキシ系樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂などが例示される。
フェノール系樹脂としては、フェノール樹脂が例示できる。
さらに、樹脂層１１は、熱可塑性樹脂、シリカ粒子等、無機フィラー等の無機充填材を含むものであってもよい。
このような樹脂層１１は、加熱すると、所定の温度（たとえば、２００℃）で粘度が低下し、さらに加熱し、所定の温度（たとえば、２３０℃）以上とすると、硬化を開始するという特性を有するものである。
【００１４】
導体層１２は、樹脂層１１の表裏面を貫通し、所定の配列ピッチで配列されている。導体層１２としては、たとえば、鉛フリーはんだ（たとえば、Sn-Agを主成分とするはんだ、Sn-Ag-Cuを主成分とするはんだ）、鉛を含むはんだ（たとえば、Sn-Pbを主成分とする共晶はんだ）、金、アルミニウム、アルミニウム合金等が例示できる。
導体層１２の融点は、樹脂層１１の硬化温度よりも低いことが好ましい。
この導体層１２は、本実施形態では、めっき法により形成されたものであり、当該シート１の厚み方向に沿った断面において、導体層１２の幅寸法は樹脂層１１表面側から裏面側にかけて略均一となっている。
具体的には、本実施形態では、各導体層１２は、高さ寸法が略等しい円柱形状となっている。
【００１５】
ここで、このようなシート１の平面における大きさは、半導体素子２２の平面における大きさと略同じ、または、半導体素子２２の平面の大きさよりも小さい（図２参照）。
【００１６】
半導体装置２は、基板２１と、半導体素子２２とを備えるものである。
基板２１は、たとえば、多層配線基板であり、表面には、配線と接続される電極２１１が所定のピッチで形成されている。
ここで基板２１の−５０℃〜３００℃における平均線膨張係数は、２０〜２５ｐｐｍ／℃であることが好ましい。
基板２１の平面における大きさは、図２にも示すように、半導体素子２２、シート１の平面における大きさよりも大きい。
【００１７】
半導体素子２２は、裏面に複数の電極２２１が形成されたものであり、たとえば、ロジックデバイス、メモリデバイス等である。半導体素子２２の−５０℃〜３００℃における平均線膨張係数が３〜８ｐｐｍ／℃であることが好ましい。
【００１８】
基板２１上には、半導体素子２２が搭載され、基板２１と半導体素子２２との間には、シート１が配置されている。そして、シート１の導体層１２は、基板２１の電極２１１と、半導体素子２２の電極２２１とを接続している。
【００１９】
次に、以上のようなシート１およびこのシート１を使用した半導体装置２の製造方法について説明する。
まず、はじめにシート１の製造方法について説明する。
図３（Ａ）に示すように、導体で構成された板状部材３１（たとえば、Ｃｕ等の金属板）を用意する。
次に、この板状部材３１の全面に、レジストを塗布する。そして、このレジスト上に所定のピッチで配列された孔が形成されたマスク（図示略）を配置し、露光・現像処理を行う。レジストのうち、光照射されなかった部分が現像液に溶解して除去されるとともに、光照射された部分が現像液に溶解せずに、残ることとなる。
これにより、レジストが、基板２１の電極２１１の配列ピッチおよび半導体素子２２の電極２２１の配列ピッチに応じて配置された複数の孔３２１が形成されたマスク３２となる。
次に、図３（Ｂ）に示すように、マスク３２の孔３２１内に導体層１２をそれぞれ形成する。具体的には、めっき法（電解めっき）により、導体層１２を形成する。ここでマスク３２の孔３２１からはみだした導体層１２がある場合には、はみだした部分を研磨により除去し、導体層１２の表面を平坦化して導体層１２の形状を整える。
その後、図３（Ｃ）に示すように、マスク３２を、たとえば、溶剤により、除去する。次に、ワニス状の樹脂層１１を板状部材３１上の全面に塗布する。これにより、図３（Ｄ）に示すように、各導体層１２間が樹脂層１１により埋め込まれることとなる。その後、樹脂層１１を加熱し、必要に応じて乾燥させ、不要な部分を研磨等により除去する。
さらに、板状部材３１をエッチング等により溶解し、シート状の樹脂層１１および導体層１２から、板状部材３１を剥離する（図３（Ｅ））。
以上の工程により、図４に示すようなシート１が得られる。なお、図４は、シート１の平面図である。
【００２０】
次に、シート１を使用して、半導体装置２を製造する。
まず、図５に示すように、シート１の導体層１２と、基板２１の電極２１１とが重なりあうように、基板２１上にシート１を配置する。
このとき、導体層１２と電極２１１とが容易に金属結合するように、無洗浄フラックスを導体層１２あるいは、電極２１１にあらかじめ塗布することが好ましい。
さらに、シート１上に導体層１２と電極２２１とが重なりあうように、半導体素子２２を設置する。
この場合にも、導体層１２と電極２２１とが容易に金属結合するように、無洗浄フラックスを導体層１２あるいは、電極２２１にあらかじめ塗布することが好ましい。
次に、基板２１、シート１、半導体素子２２からなる積層体全体を加熱し、シート１の樹脂層１１を液状化させる。更に加熱を行い、導体層１２を融解して導体層１２と電極２１１、導体層１２と電極２２１とを金属接合させる。その後、更に加熱を行い、樹脂層１１を硬化させる。
以上のような工程により半導体装置２が得られることとなる。
【００２１】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
シート１には予め、シート状の樹脂層１１の表裏面を貫通する複数の導体層１２が設けられている。基板２１と半導体素子２２とを接続し、半導体装置２を製造する際には、シート１を基板２１と、半導体素子２２との間に配置し、シート１の導体層１２により、基板２１の電極２１１と、半導体素子２２の電極２２１とを接続すればよい。従って、半導体装置を製造する際に、従来のように、アンダーフィル樹脂シートのホールに半導体素子に設けられた半田バンプを挿入する必要がない。そのため、本実施形態のシート１を用いて、半導体装置２を製造すれば、半導体装置２の製造の歩留まりを向上させることができる。
【００２２】
また、本実施形態では、シート１の導体層１２をめっき法により形成しているため、印刷法により形成する場合にくらべ、導体層１２の高さ寸法を一定にそろえることができる。これにより、導体層１２と電極２１１、導体層１２と電極２２１とを確実に接合させることができ、半導体装置２での導通不良の発生を低減させることができる。
【００２３】
さらに、本実施形態では、シート１の平面における大きさ形状を半導体素子２２の平面における大きさと略同じ、または、半導体素子２２の平面の大きさよりも小さいとしている。そのため、半導体装置２を製造した際に、シート１の樹脂層１１が半導体素子２２の側面に付着することを防止できる。
半導体素子２２の側面に樹脂層が付着した場合には、半導体素子にクラックが発生する要因となる場合があるが、本実施形態では、シート１の樹脂層１１が半導体素子２２の側面に付着しないため、半導体素子２２のクラックの発生を抑制することができる。
【００２４】
また、本実施形態では、半導体装置２を製造する際に、基板２１と半導体素子２２との間にシート１を配置しており、液状の樹脂をバンプ間に流し込む必要がない。そのため、樹脂層１１内でのボイドの発生を防止することができる。
【００２５】
さらに、本実施形態では、シート１の導体層１２として、鉛フリーはんだ、鉛を含むはんだ、金、アルミニウム、アルミニウム合金のいずれかを使用しており、従来からあるバンプと同様の材料で導体層１２を構成することができるので、基板２１の電極２１１や半導体素子２２の電極２２１に、特殊な金属材料を使用する必要がない。
【００２６】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記実施形態では、導体層１２をめっき法により形成していたが、これに限らず、印刷法により導体層を形成してもよい。
ただし、前記実施形態のように導体層１２をめっき法で形成すれば、導体層１２の材料に応じて、めっき液をかえるだけでよく、導体層１２の種類によらず、めっき装置を共通で使用することができる。
これに対し、印刷法により導体層を形成する場合には、導体層の材料に応じて装置をそれぞれ用意することが一般的である。
従って、めっき法により導体層１２を形成する方が、シート１の製造コストの低減を図ることができる。
【００２７】
さらには、前記実施形態では、シート１の平面における大きさを、半導体素子２２の平面における大きさと等しい、あるいは小さいとしていたが、これに限らず、シート１の平面における大きさを、半導体素子２２の平面における大きさよりも大きなものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体装置を示す断面図である。
【図２】半導体装置の平面図である。
【図３】シートの製造工程を示す図である。
【図４】シートの平面図である。
【図５】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図６】従来の半導体装置を示す図である。
【図７】従来の半導体装置の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    シート
２    半導体装置
１１    樹脂層
１２    導体層
２１    基板
２１１    電極
２２    半導体素子
２２１    電極
３１    板状部材
３２    マスク
３２１    孔
８０１    基板
８０１Ａ    電極
８０２    半導体素子
８０３    樹脂
８０３Ａ    ボイド
８０４    アンダーフィル樹脂シート
８０４Ａ    ホール
Ｂ    半田バンプ
【図１】
2008041862.tif 000003
【図２】
2008041862.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008041862.tif 000007
【図６】
2008041862.tif 000008
【図７】
2008041862.tif 000009