(57)【要約】【課題】  ＳＯＩ基板を有する半導体構成体をベース板上に設けた半導体装置において、ＳＯＩ基板の下面をグランド電位とする。【解決手段】  半導体構成体３のＳＯＩ基板６のシリコン基板７の下面は、突起電極５を介して、ベース板１の上面に設けられたグランド層２に接続されている。グランド層２は、上層絶縁膜２２、絶縁層２１、グランド層２およびベース板１に設けられた貫通孔３１内に設けられた上下導通部３２を介して、グランド用の上層配線２５に接続されている。これにより、半導体構成体３のＳＯＩ基板６のシリコン基板７の下面はグランド電位とされている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面にグランド接続用導電層を有するベース部材に、一面に集積回路が形成された半導体構成体の他面を接着層により接着すると共に、前記グランド接続用導電層と前記半導体構成体の他面との間に両者を電気的に接続する上下導通部材を介在したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、前記ベース部材上に突起電極が設けられ、該突起電極は前記半導体構成体の半導体基板の下面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】
請求項１に記載の発明において、前記上下導通部材は複数個介在されており、これら複数個の前記上下導通部材は、前記接着層の領域内に分散して配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の発明において、前記半導体構成体の半導体基板の下面は前記ベース部材上に異方性導電接着剤を介して接着されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１に記載の発明において、前記ベース部材は、絶縁性のベース板と、前記ベース板の上面に設けられたグランド層とからなることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１に記載の発明において、前記ベース部材はグランド層を兼ねた金属板からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の発明において、前記ベース板上に前記半導体構成体の周囲を外部から封止する絶縁層が設けられ、前記半導体構成体および前記絶縁層上に上層配線が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の発明において、前記上層配線の少なくとも一部は、前記絶縁層に設けられた開口部を介して前記グランド接続用導電層に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１に記載の発明において、前記半導体構成体は、半導体基板、該半導体基板上に設けられた絶縁膜、該絶縁膜上に設けられたＳＯＩ集積回路部および外部接続用電極を含む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】
この発明は半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置には、半導体基板のサイズ外にも接続端子としての半田ボールを備えるため、上面に複数の接続パッドを有する半導体基板の下面をベース板の上面に絶縁性接着層を介して接着し、半導体基板の上面およびその周囲におけるベース板の上面に絶縁層を設け、絶縁層の上面に上層配線を半導体基板の接続パッドに接続させて設け、上層配線の接続パッド部を除く部分をオーバーコート膜で覆い、上層配線の接続パッド部上に半田ボールを設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７２０３２号公報
【０００４】
ところで、上記のような半導体装置において、上面に複数の接続パッドを有する半導体基板の代わりに、ＳＯＩ(silicon on insulator)と呼ばれるもので、半導体基板上に絶縁膜を設け、絶縁膜上に薄膜トランジスタを形成してなるＳＯＩ集積回路部を設けた構造のＳＯＩ基板を用いることが考えられる。この場合、半導体基板の電位の安定化を図るために、半導体基板の下面はグランド電位とする必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような半導体装置では、半導体基板の下面をベース板の上面に絶縁性接着層を介して接着しているだけであるので、ＳＯＩ基板を用いる場合には、その半導体基板の下面をグランド電位とするための技術を開発する必要がある。
【０００６】
そこで、この発明は、ＳＯＩ基板のようにグランド電位にする必要がある半導体基板を確実にグランド電位に接続することができ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】
【０００７】
この発明は、上記目的を達成するため、少なくとも表面にグランド接続用導電層を有するベース部材に、一面に集積回路が形成された半導体構成体の他面を接着層により接着すると共に、前記グランド接続用導電層と前記半導体構成体の他面との間に両者を電気的に接続する上下導通部材を介在したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、一面に集積回路が形成された半導体構成体の他面とベース部材のグランド接続用導電層との間に両者を電気的に接続する上下導通部材を介在させているので、半導体構成体のＳＯＩ基板のようにグランド電位にする必要がある半導体基板を確実にグランド電位に接続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は平面方形状のベース板１を備えている。ベース板１は、例えば、通常、プリント基板用として用いられる材料であればよく、一例を挙げれば、ガラス布、ガラス繊維等からなる基材にエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させたものからなっている。ベース板１の上面には銅箔からなるべたパターンのグランド層（グランド接続用導電層）２が設けられている。
【００１０】
グランド層２の上面には、ベース板１のサイズよりもある程度小さいサイズの平面方形状の半導体構成体３の下面がダイボンド材からなる絶縁性接着層４を介して接着されている。この場合、半導体構成体３の下側におけるグランド層２の上面の所定の複数箇所には金属ペーストや銅等からなる突起電極〔上下導通部材）５が設けられている。突起電極５は、絶縁性接着層４を貫通して半導体構成体３の下面に当接されている。
【００１１】
半導体構成体３は、一般的にはＣＳＰ(chip size package)と呼ばれるものであり、ＳＯＩ基板６を備えている。ＳＯＩ基板６は、平面方形状のシリコン基板（半導体基板）７の上面に酸化シリコン等からなる絶縁膜８が設けられ、絶縁膜８の上面に薄膜トランジスタを形成してなるＳＯＩ集積回路部９が設けられた構造となっている。この場合、ＳＯＩ集積回路部９の薄膜トランジスタのソース領域またはドレイン領域の一方は、絶縁膜８に設けられた導通部（図示せず）を介してシリコン基板７に接続されている。また、シリコン基板７の下面は、絶縁性接着層４を介してグランド層２の上面に接着され、且つ、突起電極（上下導通部材）５を介してグランド層２の上面に電気的に接続されている。
【００１２】
ＳＯＩ集積回路部９の上面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド１０がＳＯＩ集積回路部９に接続されて設けられている。接続パッド１０の上面中央部を除くＳＯＩ集積回路部９の上面には酸化シリコン等からなる絶縁膜１１が設けられ、接続パッド１０の上面中央部は絶縁膜１１に設けられた開口部１２を介して露出されている。
【００１３】
絶縁膜１１の上面にはポリイミド系樹脂等からなる保護膜１３が設けられている。この場合、絶縁膜１１の開口部１２に対応する部分における保護膜１３には開口部１４が設けられている。保護膜１３の上面には銅等からなる下地金属層１５が設けられている。下地金属層１５の上面全体には銅からなる配線１６が設けられている。下地金属層１５を含む配線１６の一端部は、保護膜１３および絶縁膜１１の開口部１４、１２を介して接続パッド１０に接続されている。
【００１４】
配線１６の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極（外部接続用電極）１７が設けられている。配線１６を含む保護膜１３の上面にはエポキシ系樹脂等からなる封止膜１８がその上面が柱状電極１７の上面と面一となるように設けられている。
【００１５】
半導体構成体３の周囲におけるグランド層２の上面には方形枠状の絶縁層２１が設けられている。絶縁層２１は、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂中にシリカフィラー等の無機材料からなる補強材を分散させたものからなっている。
【００１６】
半導体構成体３および絶縁層２１の上面には上層絶縁膜２２がその上面を平坦とされて設けられている。上層絶縁膜２２は、例えば、ガラス布、ガラス繊維、フッ素ポリマー等の３次元ポリマー等からなる基材にエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させたもの、あるいは、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂のみからなっている。半導体構成体３の柱状電極１７の上面中央部に対応する部分における上層絶縁膜２２には開口部２３が設けられている。
【００１７】
上層絶縁膜２２の上面には銅等からなる上層下地金属層２４が設けられている。上層下地金属層２４の上面全体には銅からなる上層配線２５が設けられている。上層下地金属層２４を含む上層配線２５の一端部は、上層絶縁膜２２の開口部２３を介して半導体構成体３の柱状電極１７の上面に接続されている。
【００１８】
上層配線２５を含む上層絶縁膜２２の上面にはソルダーレジスト等からなる上層オーバーコート膜２６が設けられている。上層配線２５の接続パッド部に対応する部分における上層オーバーコート膜２６には開口部２７が設けられている。開口部２７内およびその上方には半田ボール２８が上層配線２５の接続パッド部に接続されて設けられている。複数の半田ボール２８は、上層オーバーコート膜２６上にマトリクス状に配置されている。
【００１９】
上層絶縁膜２２、絶縁層２１、グランド層２およびベース板１の所定の箇所には貫通孔３１が設けられている。貫通孔３１の内壁面には銅等からなる下地金属層３２ａと銅層３２ｂとからなる上下導通部３２がグランド層２に接続されて設けられている。この場合、上下導通部３２の上部はグランド用の上層下地金属層２４および上層配線２４に接続されている。
【００２０】
上下導通部３２の下部は、貫通孔３１の周囲におけるベース板１の下面に島状に設けられた下層下地金属層３３および下層配線３４に接続されている。この場合、下層下地金属層３３を含む下層配線３４は、島状であるため、上下導通部３２以外はどことも電気的に接続されていない。上下導通部３２内にはソルダーレジスト等からなる充填材３５が充填されている。下層配線３４を含むベース板１の下面にはソルダーレジスト等からなる下層オーバーコート膜３６が設けられている。
【００２１】
以上のように、この半導体装置では、半導体構成体３のＳＯＩ基板６のシリコン基板７の下面を、突起電極５を介して、ベース板１の上面に設けられたグランド層２に接続し、上層絶縁膜２２、絶縁層２１、グランド層２およびベース板１に設けられた貫通孔３１内に設けられた上下導通部３２を介して、グランド層２をグランド用の上層配線２５に接続しているので、半導体構成体３のＳＯＩ基板６のシリコン基板７の下面をグランド電位とすることができる。
【００２２】
次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図２に示すように、図１に示す完成された半導体装置を複数個形成することが可能な面積を有するベース板１を用意する。ベース板１は、限定する意味ではないが、例えば、平面方形状である。ベース板１は、ガラス布等からなる基材にエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂を硬化させてシート状となしたものである。
【００２３】
この場合、ベース板１の上面には銅箔からなるべたパターンのグランド層２が設けられている。グランド層２の上面の所定の箇所には複数の突起電極５が分散して設けられている。突起電極５は、金属ペーストをスクリーン印刷等により塗布して硬化させることにより形成するようにしてもよく、また銅の無電解メッキあるいは電解メッキにより形成するようにしてもよく、また真空法によりナノ金属粒子をジェットプリントすることにより形成するようにしてもよい。
【００２４】
ここで、一例として、スクリーン印刷により形成すると、突起電極５の形状をほぼ円錐形状とすることができる。すなわち、グランド層２の上面にスクリーン印刷により金属ペーストを塗布した後に、スクリーン版をグランド層２の上面から離間すると、このスクリーン版の離間に伴って、スクリーン版の円形状の開口部内に充填された金属ペーストが持ち上げられ、その粘性によりほぼ円錐形状となり、この状態で硬化させると、ほぼ円錐形状の突起電極が形成される。  
【００２５】
また、半導体構成体３のシリコン基板７の下面に絶縁性接着層４が設けられたものを用意する。この場合、絶縁性接着層４を有する半導体構成体３は、ウエハ状態のシリコン基板７上に絶縁膜８、ＳＯＩ集積回路部９、接続パッド１０、絶縁膜１１、保護膜１３、下地金属層１５、配線１６、柱状電極１７および封止膜１８を形成した後、ウエハ状態のシリコン基板７の下面に、ダイアタッチメントフィルムとして市販されているエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等のダイボンド材からなる絶縁性接着層４を加熱加圧により半硬化させた状態で固着し、ダイシングにより個片化することにより得られる。ここで、ベース板１の上面に設けられた複数の突起電極５は、いずれも絶縁性接着層４の領域内に配置されるようにする。  
【００２６】
次に、グランド層２の上面の所定の複数箇所に複数の半導体構成体３のシリコン基板７の下面に固着された絶縁性接着層４を相互に離間させて接着する。ここでの接着は、加熱加圧により、絶縁性接着層４を本硬化させる。この場合、加圧により、グランド層２の上面に設けられた突起電極５が半硬化状態の絶縁性接着層４に相対的に食い込み、シリコン基板７の下面に当接される。このように、突起電極５を半硬化状態の絶縁性接着層４に食い込ませるため、突起電極５の形状としてはほぼ円錐形状である方が好ましい。
【００２７】
次に、図４に示すように、半導体構成体３の周囲におけるグランド層２の上面に格子状の絶縁層形成用シート２１ａをピン等で位置決めしながら配置する。格子状の絶縁層形成用シート２１ａは、熱硬化性樹脂中に補強材を分散させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態にしてシート状となしたものである。次に、半導体構成体３および絶縁層形成用層２１ａの上面に上層絶縁膜形成用シート２２ａを配置する。上層絶縁膜形成用シート２２ａは、ガラス布等にエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態にしてシート状となしたものである。
【００２８】
次に、一対の加熱加圧板４１、４２を用いて上下から絶縁層形成用層２１ａおよび上層絶縁膜形成用シート２２ａを加熱加圧する。そして、その後の冷却により、半導体構成体３の周囲におけるグランド層２の上面に絶縁層２１が形成され、また、半導体構成体３および絶縁層２１の上面に上層絶縁膜２２が形成される。この場合、上層絶縁膜２２の上面は、上側の加熱加圧板４１の下面によって押さえ付けられるため、平坦面となる。したがって、上層絶縁膜２２の上面を平坦化するための研磨工程は不要である。
【００２９】
次に、図５に示すように、レーザビームを照射するレーザ加工により、半導体構成体３の柱状電極１７の上面中央部に対応する部分における上層絶縁膜２２に開口部２３を形成する。また、メカニカルドリルを用いて、上層絶縁膜２２、絶縁層２１、グランド層２およびベース板１の所定の箇所に貫通孔３１を形成する。次に、必要に応じて、開口部２３内および貫通孔３１内等に発生したエポキシスミア等をデスミア処理により除去する。
【００３０】
次に、図６に示すように、開口部２３を介して露出された柱状電極１７の上面を含む上層絶縁膜２２の上面全体、ベース板１の下面全体および貫通孔３１の内壁面に、銅の無電解メッキにより、上層下地金属層２４、下層下地金属層３３、下地金属層３２ａを形成する。次に、上層下地金属層２４の上面に上層メッキレジスト膜４３をパターン形成し、また、下層下地金属層３３の下面に下層メッキレジスト膜４４をパターン形成する。この場合、貫通孔３１を含む上層配線２５形成領域に対応する部分における上層メッキレジスト膜４３には開口部４５が形成されている。また、貫通孔３１を含む下層配線３４形成領域に対応する部分における下層メッキレジスト膜４４には開口部４６が形成されている。
【００３１】
次に、下地金属層２４、３３、３２ａをメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、上層メッキレジスト膜４３の開口部４５内の上層下地金属層２４の上面に上層配線２５を形成し、また、下層メッキレジスト膜４４の開口部４６内の下層下地金属層３３の下面に下層配線３４を形成し、さらに、貫通孔３１内の下地金属層３２ａの表面に銅層３２ｂを形成する。
【００３２】
次に、両メッキレジスト膜４３、４４を剥離し、次いで、上層配線２５および下層配線３４をマスクとして下地金属層２４、３３の不要な部分をエッチングして除去すると、図７に示すように、上層配線２５下にのみ上層下地金属層２４が残存され、また、下層配線３４上にのみ下層下地金属層３３が残存される。この状態では、貫通孔３１の内壁面には下地金属層３２ａと銅層３２ｂとからなる上下導通部３２がグランド層２に接続されて形成されている。
【００３３】
次に、図８に示すように、スクリーン印刷法やスピンコーティング法等により、上層配線２５を含む上層絶縁膜２２の上面にソルダーレジスト等からなる上層オーバーコート膜２６を形成し、また、下層配線３４を含むベース板１の下面にソルダーレジスト等からなる下層オーバーコート膜３６を形成し、同時に、上下導通部３２内にソルダーレジスト等からなる充填材３５を充填する。この場合、上層配線２５の接続パッド部に対応する部分における上層オーバーコート膜２６には開口部２７が形成されている。
【００３４】
次に、開口部２７内およびその上方に半田ボール２８を上層配線２５の接続パッド部に接続させて形成する。次に、互いに隣接する半導体構成体３間において、上層オーバーコート膜２６、上層絶縁膜２２、絶縁層２１、グランド層２、ベース板１および下層オーバーコート膜３６を切断すると、図１に示す半導体装置が複数個得られる。
【００３５】
（第２実施形態）
図９はこの発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図１に示す半導体装置と異なる点は、半導体構成体３のシリコン基板７の下面を異方性導電接着剤５１を介してグランド層２の上面に接着するとともに電気的に接続した点である。すなわち、異方性導電接着剤５１は、詳細には図示していないが、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂からなる絶縁性接着剤中に導電性粒子を分散させたものであり、このうちの絶縁性接着剤により、シリコン基板７の下面がグランド層２の上面に接着され、導電性粒子により、シリコン基板７の下面がグランド層２の上面に電気的に接続される。従って、この実施形態では、異方性導電接着剤５１に分散して配置された導電性粒子がグランド層２と半導体構成体３の裏面とを電気的に接続する上下導通部材となる。
【００３６】
（第３実施形態）
図１０はこの発明の第３実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図１に示す半導体装置と大きく異なる点は、上層絶縁膜および上層配線を２層とした点である。すなわち、第１の上層配線２５Ａを含む第１の上層絶縁膜２２Ａの上面には、第１の上層絶縁膜２２Ａと同じ材料からなる第２の上層絶縁膜２２Ｂが設けられている。第２の上層絶縁膜２２Ｂの上面には第２の上層下地金属層２４Ｂを含む第２の上層配線２５Ｂが設けられている。
【００３７】
第１の上層下地金属層２４Ａを含む第２の上層配線２５Ａの一端部は、第１の上層絶縁膜２２Ａの開口部２３Ａを介して半導体構成体３の柱状電極１７の上面に接続されている。第２の上層下地金属層２４Ｂを含む第２の上層配線２５Ｂの一端部は、第２の上層絶縁膜２２Ｂの開口部２３Ｂを介して第１の上層配線２５Ａの接続パッド部上面に接続されている。半田ボール２８は、上層オーバーコート膜２６の開口部２７を介して第２の上層配線２５Ｂの接続パッド部上面に接続されている。
【００３８】
（その他の実施形態）
上記第１実施形態には、互いに隣接する半導体構成体３間において切断したが、これに限らず、２個またはそれ以上の半導体構成体３を１組として切断し、マルチチップモジュール型の半導体装置を得るようにしてもよい。この場合、２個で１組の半導体構成体３は同種、異種のいずれであってもよい。
【００３９】
また、ベース板１は、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム等からなる導電性金属板であってもよい。ベース板１をこのような導電性金属板によって形成した場合には、ベース板１自体にグランド層としての機能を持たせることができるので、上述の銅箔からなるグランド層２は省略してもよい。また、ベース板１をステンレス鋼によって形成し、その上面に銅箔からなるグランド層２を設けるようにしてもよい。
【００４０】
さらに、上記各実施形態では、半導体構成体３として、封止膜１８を有し、且つ、外部接続用電極としての柱状電極１７を有する場合について説明したが、これに限らず、例えば、封止膜１８および柱状電極１７を有せず、外部接続用電極としての接続パッド部を有する配線１６を有するものとしてもよい。この場合、配線１６の接続パッド部以外を覆うオーバーコート膜を有するものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図。
【図２】図１に示す半導体装置の製造方法の一例において、当初用意したものの断面図。
【図３】図２に続く工程の断面図。
【図４】図３に続く工程の断面図。
【図５】図４に続く工程の断面図。
【図６】図５に続く工程の断面図。
【図７】図６に続く工程の断面図。
【図８】図７に続く工程の断面図。
【図９】この発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図。
【図１０】この発明の第３実施形態としての半導体装置の断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１  ベース板
２  グランド層
３  半導体構成体
４  絶縁性接着層
５  突起電極
６  ＳＯＩ基板
７  シリコン基板
８  酸化シリコン膜
９  ＳＯＩ集積回路部
１０  接続パッド
１１  絶縁膜
１３  保護膜
１６  配線
１７  柱状電極
１８  封止膜
２１  絶縁層
２２  上層絶縁膜
２５  上層配線
２６  上層オーバーコート膜
２８  半田ボール
３１  貫通孔
３２  上下導通部
３４  下層配線
３６  下層オーバーコート膜
【図１】
2007035989.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】
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【図７】
2007035989.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007035989.tif 000011
【図１０】
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