(57)【要約】【課題】  薄く且つ導体パターンの寸法安定性にも優れた半導体装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  金属板１を部分的に除去して導体パターン１ａを形成する工程と、金属板１を支持体２に貼り付け、支持体２に貼り付けられた面の反対面に第１の絶縁樹脂材３を供給し、除去された部分にその第１の絶縁樹脂材３を充填させる工程と、金属板１から支持体２を剥離する工程と、導体パターン１ａに半導体チップ５を接合させる工程と、少なくとも導体パターン１ａと半導体チップ５との接合部を第２の絶縁樹脂材６で覆う工程とを有する【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板を部分的に除去して得られた導体パターン間に第１の絶縁樹脂材が充填され、前記導体パターンに半導体チップが接合され、少なくとも前記導体パターンと前記半導体チップとの接合部が第２の絶縁樹脂材で覆われている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
金属板を部分的に除去して得られた導体パターン間に第１の絶縁樹脂材が充填され、前記導体パターンに半導体チップが接合され、少なくとも前記導体パターンと前記半導体チップとの接合部が第２の絶縁樹脂材で覆われてなる複数の半導体装置が積層され、互いの前記導体パターンどうしが層間接続材を介して電気的に接続されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
金属板を部分的に除去して導体パターンを形成する工程と、
前記金属板を支持体に貼り付け、前記支持体に貼り付けられた面の反対面に第１の絶縁樹脂材を供給し、前記除去された部分に前記第１の絶縁樹脂材を充填させる工程と、
前記金属板から前記支持体を剥離する工程と、
前記導体パターンに半導体チップを接合させる工程と、
少なくとも前記導体パターンと前記半導体チップとの接合部を第２の絶縁樹脂材で覆う工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記金属板の全面に前記第１の絶縁樹脂材を供給した後、前記導体パターンの表面を露出させるように前記第１の絶縁樹脂材を研磨することで、前記第１の導体パターン間を前記第１の絶縁樹脂材で充填する
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の絶縁樹脂材が半硬化の状態で前記第２の絶縁樹脂材を前記金属板上に供給し、前記第１及び第２の絶縁樹脂材を一緒に硬化させる
ことを特徴とする請求項３に記載の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、インターポーザ基板上に半導体チップが実装された半導体装置及びその製造方法に関し、更に詳しくは、薄く且つ平坦な金属板を出発材として一連の工程を進めていくことで、薄型でありながら、ハンドリング性、加工性に優れた半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、小型化、薄型化を実現する半導体チップの実装技術の一つとしてＴＡＢ（Tape Automated Bonding）技術がある。これは、樹脂フィルムテープ上に銅箔リードを形成し、このリードと半導体チップの電極パッドとを金属で作ったバンプを介して接続するようにしている。例えば特許文献１参照。
【特許文献１】特開平６−３３３９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ＴＡＢテープは樹脂フィルムをベースとしているために可撓性を有し、半導体装置の薄型化を図るためにその厚さを薄くすると反りや撓みなどが生じて搬送不良などを来たし、生産性が低かった。
【０００４】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、薄く且つ導体パターンの寸法安定性にも優れた半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体装置は、金属板を部分的に除去して得られた導体パターン間に第１の絶縁樹脂材が充填され、導体パターンに半導体チップが接合され、少なくとも導体パターンと半導体チップとの接合部が第２の絶縁樹脂材で覆われていることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、金属板を部分的に除去して導体パターンを形成する工程と、金属板を支持体に貼り付け、支持体に貼り付けられた面の反対面に第１の絶縁樹脂材を供給し、金属板において除去された部分に第１の絶縁樹脂材を充填させる工程と、金属板から支持体を剥離する工程と、導体パターンに半導体チップを接合させる工程と、少なくとも導体パターンと半導体チップとの接合部を第２の絶縁樹脂材で覆う工程とを有することを特徴としている。
【０００７】
本発明では、金属板を部分的に除去することで導体パターンを形成し、更にその導体パターン間を第１の絶縁樹脂材で充填した後に半導体チップの実装を行うので、導体パターンの寸法安定性を高く維持した状態でハンドリング性良く一連の工程を行える。また、金属板は樹脂フィルムに比べて熱や薬品による影響が少ないので、金属板自体の材料や、加熱温度、用いる薬品などの選択性が広がる。
【０００８】
導体パターンに対する半導体チップの接合は、支持体を導体パターンから剥離する前でも後でもよい。
【０００９】
金属板を部分的に除去する方法としては、エッチングや、打ち抜き加工、プレス加工などの機械的加工、更にはレーザ加工などが挙げられる。
【００１０】
半導体チップと導体パターンとの接合信頼を確保するためには、少なくとも導体パターンと半導体チップとの接合部が第２の絶縁樹脂材で覆われるようにする。もちろん、半導体チップの全てが第２の絶縁樹脂材によって覆われるようにして半導体チップの完全な保護を図ってもよい。
【００１１】
また、上記半導体装置を複数積層させてもよい。この場合における各半導体装置間の電気的接続の方法としては、例えばはんだバンプ、めっきバンプ、スタッドバンプなどを層間接続材として各半導体装置の導体パターン間に介在させる、あるいは導体パターンの両端部を折り曲げて層間接続材として機能させてもよい。
【００１２】
第１の絶縁樹脂材は、例えばスクリーンマスクを用いて導体パターン間のみに選択的に供給されるようにしてもよいが、導体パターン間が狭くなってくるとこの方法では充填が困難になってくるので、例えば先ず金属板の全面に第１の絶縁樹脂材を供給した後、導体パターンの表面を露出させるようにその第１の絶縁樹脂材を研磨することで、第１の導体パターン間を第１の絶縁樹脂材で充填するようにすれば、導体パターン間が狭いものでも確実に第１の絶縁樹脂材の充填を行える。第１の絶縁樹脂材の供給方法としては、ワニス状のものをスプレーや塗布したり、あるいはフィルム状のものを貼り付けてもよい。
【００１３】
また、第１の絶縁樹脂材が半硬化の状態で第２の絶縁樹脂材を金属板上に供給し、第１及び第２の絶縁樹脂材を一緒に硬化させるようにすれば、第１及び第２の絶縁樹脂材間の接着力を高めて半導体装置の信頼性を向上できる。
【００１４】
第１、第２の絶縁樹脂材の材料としては、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、金属板を部分的に除去して得られた導体パターン間に第１の絶縁樹脂材を充填し、導体パターンには半導体チップを接合し、また少なくとも導体パターンと半導体チップとの接合部を第２の絶縁樹脂材で覆うので、既存の設備を用いた簡単な工程にて薄く且つ導体パターンの寸法安定性に優れた半導体装置が得られる。この結果、低コストで信頼性に優れた薄型の半導体装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［第１の実施形態］
本実施形態では半導体チップの実装形態の一例としてフリップチップ方式で半導体チップが導体パターンに接合された半導体装置及びその製造方法について説明する。
【００１７】
（図１Ａの工程）
平坦な薄い金属板１を用意する。材料は、例えば銅、銅合金、42Alloy（42Ni-58Fe合金）などである。厚さは、例えば0.1mm〜0.3mmである。
【００１８】
（図１Ｂの工程）
金属板１の両面に図示しないエッチングレジストを形成した後、そのエッチングレジストをマスクとして金属板１の両面側からスプレー法などで塩化第二鉄液などのエッチング液を供給して、金属板１を部分的にエッチングする。
【００１９】
これにより、金属板１には部分的に厚さ方向を貫通する孔が形成され、所望の形状の導体パターン１ａが得られる。すなわち、金属板１において上記エッチングで除去されなかった部分が導体パターン１ａとなる。
【００２０】
（図１Ｃの工程）
金属板１の下面に支持体２を貼り付け、この支持体２が貼り付けられた側の反対面に例えば印刷法にて第１の絶縁樹脂材３を供給する。支持体２は例えば絶縁性の樹脂フィルムであり、第１の絶縁樹脂材３は例えばエポキシ系の熱硬化性樹脂からなる。第１の絶縁樹脂材３はワニス状のＡステージ状態で支持体２及び導体パターン１ａ上に供給され、導体パターン１ａ間を埋めると共に導体パターン１ａの表面を覆う。
【００２１】
（図１Ｄの工程）
第１の絶縁樹脂材３を加熱によりＢステージの半硬化状態とした後、その表面側を例えばバフ研磨やベルトサンダにて研磨する。第１の絶縁樹脂材３の研磨は、導体パターン１ａの表面が露出し、且つ導体パターン１ａ間を充填する第１の絶縁樹脂材３の表面が導体パターン１ａの表面と面一になるまで行われる。
【００２２】
（図１Ｅの工程）
支持体２を金属板１から剥離して、支持体２によって覆われていた導体パターン１ａの他方の面も外部に露出させる。支持体２は例えば紫外線照射によって粘着力が消失あるいは低下するフィルムであり、紫外線を照射することでその剥離を行う。
【００２３】
そして、外部に露出している導体パターン１ａの両表面に、例えばめっき法で金属膜４ａ、４ｂ形成してインターポーザ基板２２が得られる。金属膜４ａ、４ｂは、例えばNi,Au,Ag,Sn,Sn-Pb,Sn-Agなどからなり、半導体チップやマザーボード、他の半導体装置との接合性を向上させる役割を担う。
【００２４】
（図２Ｆの工程）
インターポーザ基板２２上に半導体チップ５をマウントする。具体的には、半導体チップ５の主面に形成された複数の電極パッドの各々に例えばNi,Au,Ag,Sn,Sn-Pb,Sn-Agなどからなる導電性バンプ１９を形成し、これら導電性バンプ１９を導体パターン１ａの一方の表面に形成された金属膜４ａに押し付けた状態で加熱を行うことで、導電性バンプ１９は金属膜４ａを介して導体パターン１ａと金属接合される。これにより、半導体チップ５は、導電性バンプ１９を介して導体パターン１ａと電気的に接続される。
【００２５】
このとき、金属膜４ａは導電性バンプ１９と導体パターン１ａとの間のぬれ性や接合性を高めて、より低荷重、低温での接合が行え、半導体チップ５へのダメージの軽減化が図れる。
【００２６】
（図２Ｇの工程）
半導体チップ５とインターポーザ基板２２との間に、例えばシリンジを用いて第２の絶縁樹脂材６を供給する。第２の絶縁樹脂材６は例えばエポキシ系の熱硬化性樹脂からなり、ワニス状のＡステージ状態で供給される。このとき、導体パターン１ａ間を充填する第１の絶縁樹脂材３はまだ本硬化されおらず半硬化状態である。
【００２７】
そして、第２の絶縁樹脂材６の供給後、この第２の絶縁樹脂材６と第１の絶縁樹脂材３とを一緒に加熱してＣステージまで本硬化させて、図２Ｇに示す半導体装置７が得られる。
【００２８】
第１の絶縁樹脂材３をこの図２Ｇの工程まで半硬化状態としておくことで、図１Ｄの工程における第１の絶縁樹脂材３の研磨や、図１Ｅの工程における支持体２の剥離を行い易くする。更に、半導体チップ５とインターポーザ基板２２との間に流し込まれる第２の絶縁樹脂材６との接着力も高めることができ、両者の剥離を防いで信頼性を高めることができる。
【００２９】
また、第２の絶縁樹脂材６の供給に際しては、すでに導体パターン１ａ間が第１の絶縁樹脂材３で埋め込まれて平坦化されたインターポーザ基板２２の上に供給することになるので、この供給時に第２の絶縁樹脂材６で導体パターン１ａを埋めることが不要となり、そのための各種条件（粘度や温度など）の調整にそれほど注意を払わなくて済み工程管理が容易になる。
【００３０】
特に、導体パターン１ａがファインピッチ化して導体パターン１ａ間が狭くなってくると半導体チップ５とインターポーザ基板２２との間に絶縁樹脂材を供給する工程によって導体パターン１ａ間を埋めることが困難になってくる。
【００３１】
これに対して、本実施形態のように、半導体チップ５を実装する前に、予め導体パターン１ａを覆うように第１の絶縁樹脂材３を供給してから不要な部分を研磨するようにすれば、狭い導体パターン１ａ間であっても確実に且つ簡単に絶縁樹脂材を充填させることができる。
【００３２】
半導体チップ５に形成された多数の電極パッドは、導体パターン１ａを介して、より拡大されたピッチでもって導体パターン１ａにおける半導体チップ５との接合面の反対面へと引き出されて再配置される。このような構造が、単層の導体パターン１ａの表裏を利用して実現できるので半導体装置７全体の薄型化が図れる。
【００３３】
また、本実施形態では、剛性のある金属板１を出発材とし、この金属板１に対してパターニングなどの加工を施したり、半導体チップ５の接合を行っていくので、ＴＡＢテープに比べて、ハンドリング時における伸縮や反りを抑制でき、ファインピッチな導体パターン１ａを高い寸法安定性でもって扱うことができる。
【００３４】
更に、金属板１は、熱処理や薬品を用いた処理における制約が有機材料に比べて少なく、材料や、加熱、加圧条件などの選択自由度が高い。
【００３５】
また、金属板１の材料を、半導体チップ５の材料としてよく用いられるシリコンの線膨張係数に近い値をもつ42Alloy（42Ni-58Fe合金）とすれば、熱プロセス時の半導体チップ５との線膨張係数の違いによる接合部（導電性バンプ１９）の剥がれや、第２の絶縁樹脂材６に生じるクラックを抑制できる。
【００３６】
［第２の実施形態］
次に本発明の第２の実施形態について説明する。なお、上記第１の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
本実施形態ではワイヤボンディング方式で半導体チップが導体パターンに接合された半導体装置及びその製造方法について説明する。図１Ａ〜図１Ｅまでは上記第１の実施形態と同様にして行われる。そして、本実施形態では図１Ｅの工程の後以下の工程が続けられる。
【００３８】
（図３Ｆの工程）
半導体チップ５を例えば熱硬化性樹脂などのダイボンディングペーストを用いてインターポーザ基板２２上にマウントすると共に、ボンディングワイヤ８を用いて、半導体チップ５の主面に形成された複数の電極パッドと、導体パターン１ａの表面に形成された金属膜４ａとを接合する。これにより、半導体チップ５は、ボンディングワイヤ８を介して導体パターン１ａと電気的に接続される。
【００３９】
（図３Ｇの工程）
半導体チップ５との接合が完了したインターポーザ基板２２を金型にセットして、金型のキャビティ内に液状化した例えばエポキシ系の熱硬化樹脂を流し込んでモールド成型を行う。その後、流し込んだ樹脂を半硬化状態の第１の絶縁樹脂材３と一緒に熱硬化させた後、インターポーザ基板２２を金型から離型させることで、半導体チップ５と導体パターン１ａとの接合部（ボンディングワイヤ８と半導体チップ５の電極パッドとの接合部、ボンディングワイヤ８と導体パターン１ａとの接合部）を含む半導体チップ５全体を覆う第２の絶縁樹脂材９が形成される。
【００４０】
なお、第２の絶縁樹脂材９内に収容される半導体チップ５は１個に限らず、図８に示す半導体装置１８のように２個の半導体チップ５ａ、５ｂであってもよい。半導体チップ５ｂは半導体チップ５ａの上にダイボンディングペーストで接合され、各半導体チップ５ａ、５ｂ各々の電極パッドはボンディングワイヤ８を介して導体パターン１ａと接続されている。なお、半導体チップは２個に限らずそれ以上であってもよい。
【００４１】
［第３の実施形態］
次に本発明の第３の実施形態について説明する。なお、上記第１の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
本実施形態では、図４Ａに示すように、上記第１の実施形態で得られた２個の半導体装置７を、例えばトレー１１の中で重ねて収容した状態で、はんだ浴に浸漬させる。２個の半導体装置７は、トレー１１の中で互いに層間接続させるべき導体パターン１ａの両端部を対向させた状態で位置決めされている。
【００４３】
この状態で、トレー１１ごとはんだ浴に浸漬すると、相対向する導体パターン１ａの両端部において、上側の半導体装置７の導体パターン１ａの下面に形成された金属膜４ｂ、および下側の半導体装置７の導体パターン１ａの上面に形成された金属膜４ａにそれぞれぬれる。
【００４４】
そして、トレー１１をはんだ浴から引き上げると、表面張力によって相対向する導体パターン１ａの両端部間にはんだがボール状に介在され、これが上下の半導体装置７の導体パターン１ａどうしを接続する層間接続材１２として機能する。これにより、上下に重ねられた２個の半導体チップ５間が、層間接続材１２を介して電気的に接続された半導体装置１３が得られる。
【００４５】
あるいは、図９に示すように、上側に重ねられる半導体装置２０ａの導体パターン１ａの両端部を折り曲げて層間接続材２３を形成し、この層間接続材２３の下端部をはんだ２１を介して下側の半導体装置２０ｂの導体パターン１ａの表面に形成された金属膜４ａに接合させて、上下に重ねられた２個の半導体チップ５間が、層間接続材２３を介して電気的に接続された半導体装置２０を得るようにしてもよい。なお、半導体チップは２個に限らずそれ以上であってもよい。
【００４６】
［第４の実施形態］
次に本発明の第４の実施形態について説明する。なお、上記第１の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
（図５Ａの工程）
平坦な薄い金属板１４を用意する。材料は、例えば銅、銅合金、42Alloy（42Ni-58Fe合金）などである。厚さは、例えば0.1mm〜0.3mmである。
【００４８】
（図５Ｂの工程）
金属板１４の一方の面にエッチングレジスト１５ａを形成し、他方の面にエッチングレジスト１５ｂを形成した後、それらエッチングレジスト１５ａ、１５ｂをマスクとして金属板１４の両面側からスプレー法などで塩化第二鉄液などのエッチング液を供給して、金属板１４を部分的にエッチングする。エッチングレジスト１５ａ、１５ｂは互いにパターンが異なる。
【００４９】
（図５Ｃの工程）
これにより、金属板１４には部分的に厚さ方向を貫通する孔が形成され、一方の面に導体パターン１６ａが、他方の面に導体パターン１６ａとは異なるパターン形状の導体パターン１６ｂが形成される。
【００５０】
（図５Ｄの工程）
金属板１４の下面に支持体２を貼り付け、この支持体２が貼り付けられた側の反対面に例えば印刷法にて第１の絶縁樹脂材３を供給する。支持体２は例えば絶縁性の樹脂フィルムであり、第１の絶縁樹脂材３は例えばエポキシ系の熱硬化性樹脂からなる。第１の絶縁樹脂材３はワニス状のＡステージ状態で支持体２及び金属板１４上に供給され、導体パターン１６ａ間及び１６ｂ間を埋めると共に導体パターン１６ａの表面を覆う。
【００５１】
（図６Ｅの工程）
第１の絶縁樹脂材３を加熱によりＢステージの半硬化状態とした後、その表面側を例えばバフ研磨やベルトサンダにて研磨する。第１の絶縁樹脂材３の研磨は、導体パターン１６ａの表面が露出し、且つ導体パターン１６ａ間及び１６ｂ間を充填する第１の絶縁樹脂材３の表面が導体パターン１６ａの表面と面一になるまで行われる。
【００５２】
（図６Ｆの工程）
支持体２を金属板１４から剥離して、支持体２によって覆われていた導体パターン１６ｂの表面も外部に露出させる。支持体２は例えば紫外線照射によって粘着力が消失あるいは低下するフィルムであり、紫外線を照射することでその剥離を行う。
【００５３】
そして、外部に露出している導体パターン１６ａ、１６ｂの両表面に、例えばめっき法で金属膜４ａ、４ｂ形成してインターポーザ基板２４が得られる。金属膜４ａ、４ｂは、例えばNi,Au,Ag,Sn,Sn-Pb,Sn-Agなどからなり、半導体チップやマザーボード、他の半導体装置との接合性を向上させる役割を担う。
【００５４】
（図６Ｇの工程）
インターポーザ基板２４上に半導体チップ５をマウントする。具体的には、半導体チップ５の主面に形成された複数の電極パッドの各々に例えばNi,Au,Ag,Sn,Sn-Pb,Sn-Agなどからなる導電性バンプ１９を形成し、これら導電性バンプ１９を導体パターン１６ａの表面に形成された金属膜４ａに押し付けた状態で加熱を行うことで、導電性バンプ１９は金属膜４ａを介して導体パターン１６ａと金属接合される。これにより、半導体チップ５は、導電性バンプ１９を介して導体パターン１６ａ及び１６ｂと電気的に接続される。
【００５５】
更に、半導体チップ５とインターポーザ基板２４との間に、例えばシリンジを用いて第２の絶縁樹脂材６を供給する。第２の絶縁樹脂材６は例えばエポキシ系の熱硬化性樹脂からなり、ワニス状のＡステージ状態で供給される。このとき、第１の絶縁樹脂材３はまだ本硬化されおらず半硬化状態である。
【００５６】
そして、第２の絶縁樹脂材６の供給後、この第２の絶縁樹脂材６と第１の絶縁樹脂材３とを一緒に加熱してＣステージまで本硬化させて、図６Ｇに示すように、半導体チップ５の接合面となる導体パターン１６ａと、マザーボードや他の半導体装置との接合面となる導体パターン１６ｂとでパターン形状が異なる半導体装置１７が得られる。
【００５７】
なお、導体パターン１６ａ、１６ｂを得るに際しては、エッチングに限らず、機械的加工法を用いてもよい。
【００５８】
具体的には、図７Ａで示される金属板１４を先ず部分的に打ち抜いて図７Ｂに示すように部分的に貫通孔を形成する。そして、図７Ｂにおいて破線でハッチングした部分をプレス加工することで、図７Ｃに示すように、金属板１４の両面に互いにパターン形状の異なる導体パターン１６ａ、１６ｂを形成することができる。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００６０】
図２Ｇに示す第１の実施形態に係る半導体装置７において、第２の絶縁樹脂材６は半導体チップ５の全てを覆うように形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２】図１に続く工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】図５に続く工程を示す断面図である。
【図７】変形例による半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】他変形例による半導体装置の断面図である。
【図９】更なる他変形例による半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…金属板、１ａ…導体パターン、２…支持体、３…第１の絶縁樹脂材、５…半導体チップ、５ａ，５ｂ…半導体チップ、６…第２の絶縁樹脂材、７…半導体装置、９…第２の絶縁樹脂材、１０…半導体装置、１３…半導体装置、１４…金属板、１６ａ，１６ｂ…導体パターン、１７…半導体装置、１８…半導体装置、２０，２０ａ，２０ｂ…半導体装置。
【図１】
2005026636.tif 000003
【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】
2005026636.tif 000008
【図７】
2005026636.tif 000009
【図８】
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【図９】
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