(57)【要約】【課題】実装後の反りを抑制し平坦性を向上させた樹脂インターポーザを提供する。【解決手段】樹脂インターポーザ１０は、少なくとも一つの半導体チップ３が搭載され、半導体チップをプリント基板に接続する樹脂インターポーザであって、少なくとも一つの半導体チップに接続する樹脂製の配線層１１と、配線層のプリント基板２側に設けられた粘着性を有する粘着層１２を備え、粘着層には、配線層をプリント基板に接続する貫通ビア１５が形成されている樹脂インターポーザである。【選択図】図２
2017228647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの半導体チップが搭載され、前記半導体チップをプリント基板に接続する樹脂インターポーザであって、
前記少なくとも一つの半導体チップに接続する樹脂製の配線層と、
前記配線層の前記プリント基板側に設けられた粘着性を有する粘着層を備え、
前記粘着層には、前記配線層を前記プリント基板に接続する貫通ビアが形成されている、樹脂インターポーザ。
【請求項２】
少なくとも一つの半導体チップと、
プリント基板と、
前記少なくとも一つの半導体チップが搭載され、前記半導体チップに接続する樹脂製の配線層と、前記配線層を前記プリント基板に接続する貫通ビアが形成された粘着性を有する粘着層と、を有する樹脂インターポーザと、
を備える、半導体装置。
【請求項３】
少なくとも一つの半導体チップと、
前記少なくとも一つの半導体チップが搭載され、前記半導体チップに接続する樹脂製の配線層を有する樹脂インターポーザと、
前記樹脂インターポーザの前記配線層に接続する貫通ビアが形成され、前記樹脂インターポーザに接着する、粘着性を有する粘着層を備えるプリント基板と、
を備える、半導体装置。
【請求項４】
支持体上に粘着性を有する粘着層を形成し、前記粘着層に少なくとも一つの貫通孔を形成する工程と、
前記少なくとも一つの貫通孔を導体で埋めて貫通ビアを形成する工程と、
前記粘着層上に前記貫通ビアに接続する樹脂製の配線層を形成する工程と、
前記粘着層を前記支持体から剥離する工程と、
を含む、樹脂インターポーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は樹脂インターポーザ、それを用いた半導体装置、及び、樹脂インターポーザの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップの処理速度の高速化及び高集積化に伴い、半導体チップを搭載したサーバでは半導体チップ間を微細配線で接続するとともに、半導体チップ間の信号の伝送速度を高速化している。また、半導体チップに貫通ビア（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｖｉａ、以下ＴＳＶ）を形成し、半導体チップを積層して微細なバンプで接続することにより信号の高速伝送を実現する３次元実装が開発されている。しかしながら、半導体チップにＴＳＶを形成すると、半導体チップ自体が高コスト化するため、３次元実装はメモリなどの一部の用途に限定されている。
【０００３】
また、半導体チップとプリント基板との間に中間基板としてシリコンインターポーザを配置し、シリコンインターポーザを介して信号を高速伝送する２．５次元実装が開発されている。２．５次元実装も信号の高速伝送に優れているが、これもシリコンインターポーザにＴＳＶを形成する必要があるため、高コストになってしまう問題がある。そのため、さらなる低コスト化を目指し、樹脂を用いた樹脂インターポーザの使用が検討されている。特許文献１には、半導体チップを搭載した半導体装置の製造方法が、特許文献２には、多層プリント配線板の製造方法が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１３４８１７号公報
【特許文献２】特開２００６−１５６４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、樹脂インターポーザは、配線層も含めて全て樹脂層で形成されていることから、その反りが大きくなる場合があった。そのため、反りの大きな樹脂インターポーザをプリント基板に実装すると、反りの影響で樹脂インターポーザとプリント基板の一部のバンプとが接合されないという問題があった。
【０００６】
上述の問題に鑑み、実装後の反りを抑制し平坦性が向上した樹脂インターポーザ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】
一つの形態によれば、少なくとも一つの半導体チップが搭載され、半導体チップをプリント基板に接続する樹脂インターポーザであって、少なくとも一つの半導体チップに接続する樹脂製の配線層と、配線層のプリント基板側に設けられた粘着性を有する粘着層を備え、粘着層には、配線層をプリント基板に接続する貫通ビアが形成されている、樹脂インターポーザが提供される。
【０００８】
他の形態によれば、少なくとも一つの半導体チップと、プリント基板と、少なくとも一つの半導体チップが搭載され、半導体チップに接続する樹脂製の配線層と、配線層をプリント基板に接続する貫通ビアが形成された粘着性を有する粘着層と、を有する樹脂インターポーザと、を備える、半導体装置が提供される。
【０００９】
他の形態によれば、支持体上に粘着性を有する粘着層を形成し、粘着層に少なくとも一つの貫通孔を形成する工程と、少なくとも一つの貫通孔を導体で埋めて貫通ビアを形成する工程と、粘着層上に貫通ビアに接続する樹脂製の配線層を形成する工程と、粘着層を支持体から剥離する工程と、を含む、樹脂インターポーザの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
実装後の反りを抑制し平坦性が向上した樹脂インターポーザを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は比較技術の樹脂インターポーザを用いた半導体装置を示す断面図であり、（ｂ）は樹脂インターポーザが反った状態を示す図である。
【図２】開示の樹脂インターポーザを示す断面図である。
【図３】（ａ）は開示の樹脂インターポーザを用いた半導体装置を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は樹脂インターポーザの製造方法を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は樹脂インターポーザの配線層の製造方法を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、樹脂インターポーザに半導体チップを搭載する手順を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は貫通ビアの形成方法の他の例を示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｂ）は貫通孔の形成方法の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を用いて本出願の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。以下の実施の形態において同一又は類似の要素には共通の参照符号を付けて示し、理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。
【００１３】
図１（ａ）に比較技術の樹脂インターポーザ１１０を用いた半導体装置１０１を示す。比較技術の樹脂インターポーザ１１０は、配線層も含めて全て樹脂層で形成されていることから、形成した後に図１（ｂ）に示すようにその反りが大きくなる。そして、反りの大きな樹脂インターポーザ１１０をプリント基板１０２に実装する際、反りの影響で一部のバンプ１０４が接合されないという課題があった。これに対して、フリップチップ実装時に樹脂インターポーザ１１０をピックアップするツールで均一に圧力を印加することで、反りが低減した状態で仮固定までは行うことができる場合がある。しかしながら、圧力を印加したままリフロー半田付けを行うことができないため、リフロー半田付けの際に一部のバンプ１０４が接合されず、樹脂インターポーザ１１０が外れてしまうという課題があった。
【００１４】
また、樹脂インターポーザ１１０がプリント基板１０２と電気的に接合できたとしても樹脂インターポーザ１１０の表面が反った状態では、樹脂インターポーザ１１０上に半導体チップ１０３を実装することが困難となる。これはプリント基板１０２側のバンプサイズが９０μｍ程度であるのに対し、半導体チップ１０３側のバンプサイズが２５μｍ程度と小さく、樹脂インターポーザ１１０の反りに対応して配線層に接続させることが難しいからである。
【００１５】
図２は、本出願に係る実施形態の樹脂インターポーザ１０を示す断面図である。図３（ａ）は、樹脂インターポーザ１０を用いた半導体装置１を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。樹脂インターポーザ１０は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように半導体チップ３が搭載され、半導体チップ３をプリント基板２に接続する樹脂インターポーザ１０である。樹脂インターポーザ１０は、半導体チップ３に接続する樹脂製の配線層１１と、配線層１１のプリント基板２側に設けられる粘着性を有する粘着層１２を備える。粘着層１２には、配線層１１をプリント基板２に接続する複数の貫通ビア１５が形成されている。
【００１６】
本実施形態の樹脂インターポーザ１０を用いた半導体装置１は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ（ＣＰＵ）及びメモリ等の半導体チップ３と、樹脂インターポーザ１０と、プリント基板２とを備える。樹脂インターポーザ１０の配線層１１は、マイクロバンプ５により半導体チップ３と接続する。粘着層１２は、プリント基板２に接着している。粘着層１２の複数の貫通ビア１５は、配線層１１をプリント基板２にバンプ４を介して接続するよう形成される。樹脂インターポーザ１０は、粘着層１２により、プリント基板２と接着していることから、プリント基板２から剥がれ難くなり樹脂インターポーザの反りが抑制され、平坦性が向上する。
【００１７】
樹脂インターポーザ１０の粘着層１２としてシリコーン系、ウレタン系の高耐熱性のものが好ましい。また、貫通ビア１５内部に埋め込まれる金属は、接続抵抗の観点から銅又は銅合金、銀、錫、金などから選ばれる少なくとも１種の金属又は合金を用いてもよい。また、粘着層１２は、シリコーン系、ウレタン系の高耐熱性の単一の材料から形成されてよいが、粘着層１２は、基材に粘着剤等を塗布することで形成されてもよい。粘着層１２に基材を用いる場合は、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエステル（ＰＳ）、テフロン（登録商標）などの耐熱性に優れる基材を用いることができる。粘着層１２の作製に基材を用いることで強度が高まり貫通ビア１５の形成が容易になる。
【００１８】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、樹脂インターポーザ１０の粘着層１２側がプリント基板２に実装され、貫通ビア１５とプリント基板側の配線層にあるパッド（図示しない）とがバンプ４により接合する。さらに半導体チップ３を樹脂インターポーザ１０上にマイクロバンプ５を用いて実装することにより、半導体装置１が完成する。
【００１９】
半導体チップ３は、シリコンだけでなく、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などを用いたデバイスも用いることができる。さらに半導体チップ３の表面には樹脂インターポーザ１０と接合するためのポスト（図示しない）が形成されていることが好ましい。ポストは銅又は銅合金、銀、錫、金などから選ばれる少なくとも１種の金属から形成されてよい。ポストは１種類の金属から形成されるか、合金を用いて形成されてよい。また樹脂インターポーザ１０とプリント基板２の実装面にアンダーフィルを用いてもよい。
【００２０】
樹脂インターポーザ１０及び半導体チップ３の実装は、フリップチップボンダ又はマウンター等の半導体製造装置を用いて行うことができる。
【００２１】
図４（ａ）〜（ｄ）を用いて、樹脂インターポーザ１０の製造方法について説明する。樹脂インターポーザ１０は、図４（ａ）に示すように、剥離可能な支持体２１上に粘着層１２を形成し、粘着層１２に少なくとも一つの貫通孔１３を形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、少なくとも一つの貫通孔１３に導体を埋めて貫通ビア１５を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、粘着層１２上に配線層１１を形成する。そして、図４（ｄ）に示すように、粘着層１２を支持体２１から剥離することで樹脂インターポーザ１０が完成する。
【００２２】
支持体２１としては、表面の平坦性を有するものであれば良く、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、ステンレス鋼材（ＳＵＳ）、アルミ板（Ａｌ）などを用いることができる。粘着層１２は、シリコーン系やウレタン系などの耐熱性を有するものを用いることができる。粘着層１２の形成は、基材にフィルム形状の粘着剤をラミネートしても良いし、液状の粘着剤を塗布することでも形成することができる。
【００２３】
図４（ａ）に示すように粘着層１２に貫通孔１３を形成する方法としては、レーザを用いる方法が好ましい。貫通孔１３の形成にレーザを用いる場合には、炭酸ガスレーザ、ＵＶ−ＹＡＧレーザ、エキシマレーザなどを用いることができる。
【００２４】
また、粘着層１２に貫通孔１３を形成する方法として、ドライエッチングを用いることもできる。貫通孔１３をドライエッチングにより作製する場合には、まず貫通孔１３を形成する以外の部分をレジストで保護する。そして、酸素や４フッ化炭素などのガスを用いたドライエッチングで貫通孔１３を形成した後、レジストを剥離する手法で所定の位置に貫通孔１３を形成する。
【００２５】
貫通ビア１５を形成する手法として、金属ペーストを印刷する手法がある。また、シード層を形成した後に電気めっきを用いることでも貫通ビアを形成することができる。
【００２６】
図５（ａ）〜（ｄ）に配線層１１の作製手順を示す。配線層１１の形成は、絶縁樹脂１６と金属配線１８を交互に積層することで形成することができる。図５（ａ）に示すように、貫通ビア１５が形成された粘着層１２上に、絶縁樹脂１６を積層し、露光、現像してパターンを形成する。図５（ｂ）に示すように、例えばシード層１９（Ｔｉ／Ｃｕ）を絶縁樹脂１６上にスパッタリングにより形成する。図５（ｃ）に示すように、レジスト１７によりパターニングを行う。図５（ｄ）に示すように、金属配線１８をめっきし、金属配線１８が作製された後、レジスト１７を剥離する。その後、支持体２１から樹脂インターポーザ１０を剥がす。
【００２７】
絶縁樹脂１６として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）などを用いることができる。金属配線１８としては、銅及び銅合金、銀、金、アルミなどを用いることができる。
【００２８】
樹脂インターポーザ１０を作製した後、フリップチップボンダ等の半導体製造装置を用いて、図６（ａ）に示すように、樹脂インターポーザ１０とプリント基板２を実装しリフロー半田付けを行う。次に、図６（ｂ）に示すように、半導体チップ３を実装する。そして、図６（ｃ）に示すように、半導体チップ３と樹脂インターポーザ１０の間にアンダーフィル２０を流し込み、所定の温度でアンダーフィル２０を硬化させて半導体装置１を完成させる。
【００２９】
以下に、本実施形態による樹脂インターポーザの製造方法による実施例１〜３を示す。
【００３０】
（実施例１）
図４(ａ）に示すように、シリコンウェハ（支持体２１）上に２０μｍのシリコーン系粘着層（１２）を形成し、炭酸ガスレーザによりΦ６０μｍの貫通孔１３を加工した。その後、図４（ｂ）に示すように、鉛フリー半田の半田ペースト（千住金属、型番Ｍ７０５）を印刷した。
【００３１】
図５（ａ）に示すように、感光性フェノール樹脂をスピンコートで塗布し、プリベーク、露光、現像、キュアを行い、膜厚１０μｍの絶縁層を形成した。次に、図５（ｂ）に示すようにスパッタリングでチタンと銅をそれぞれ０．１μｍ、０．３μｍの厚さで製膜し、シード層１９を形成した。その後、図５（ｃ）に示すように、貫通ビア１５、配線層１１の部分を開口したフォトレジストパターンを形成し、図５（ｄ）に示すように、先に形成したシード層１９を用いて銅の電気めっきを行った。電気めっき後、フォトレジストを剥離し、フォトレジストの下に残存していたシード層１９をウエットエッチングとドライエッチングで除去することでＬ／Ｓ＝２０／２０μｍの再配線を形成した。
【００３２】
さらに図４（ｄ）に示すように、シリコンウェハ（支持体２１）と粘着層１２の間を剥離することで樹脂インターポーザ１０を形成した。
【００３３】
図６（ａ）に示すように、粘着層１２を備える樹脂インターポーザ１０を、粘着層１２がプリント基板２の銅パッド側に来るように位置合わせを行い搭載し、リフロー半田付けによって接合させた。
【００３４】
さらに図６（ｂ）に示すように、Φ５０μｍで高さが４０μｍの銅ポスト上に１０μｍのＳｎＡｇ（錫銀）半田が形成された半導体チップ３を樹脂インターポーザ１０に搭載したのち、リフロー半田付けによって半田部を接合した。そして、図６（ｃ）に示すように、アンダーフィル２０を流し込み１６５℃でキュアすることでアンダーフィル２０を硬化させ半導体装置１を完成させた。
【００３５】
（実施例２）
実施例２では、貫通ビア１５を図７（ａ）〜（ｃ）に示す方法で形成している。まず、シリコンウェハ（支持体２１）上に２０μｍのシリコーン系粘着層１２を形成した。図７（ａ）に示すように、炭酸ガスレーザによりΦ６０μｍの貫通孔１３を加工した。その後、図７（ｂ）に示すように、銅めっき３２により貫通孔１３を埋めた。図７（ｃ）に示すように、エッチングを行うことで貫通孔１３以外の部分の銅を除去し、貫通ビア１５を形成した。さらにチタンをエッチング除去して図４（ｂ）に示した樹脂インターポーザ１０と同じ樹脂インターポーザを形成した。その後の工程は、実施例１の図４（ｃ）以降の製造方法と同様であるので説明を省略する。
【００３６】
（実施例３）
実施例３では、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、貫通孔１３を形成する前に、粘着層１２と、粘着層１２上に絶縁樹脂１６による層（絶縁層）を形成している。具体的には、シリコンウェハ（支持体２１）上に２０μｍのシリコーン系粘着層１２及び２５μｍのポリイミドフィルム（絶縁樹脂１６）を形成した。炭酸ガスレーザによりΦ６０μｍの貫通孔１３を加工した後、鉛フリー半田の半田ペースト（千住金属、型番Ｍ７０５）を印刷した。その後の工程は、実施例１及び２と同様であるので説明を省略する。
【００３７】
本出願の樹脂インターポーザ１０によれば、樹脂インターポーザの実装時に圧力を印加することで貫通ビア１５のプリント基板２への接合と粘着層１２による樹脂インターポーザ１０の固定を行うことができる。そのため、樹脂インターポーザ１０に反りが生じたとしても、リフロー半田付けの際、反りの影響で樹脂インターポーザ１０が外れることが防止される。
【符号の説明】
【００３８】
１    半導体装置
２    プリント基板
３    半導体チップ
４    バンプ
５    マイクロバンプ
１０    樹脂インターポーザ
１１    配線層
１２    粘着層
１３    貫通孔
１５    貫通ビア
１６    絶縁樹脂
１７    レジスト
１８    金属配線
２０    アンダーフィル
２１    支持体
【図１】
2017228647.tif 000003
【図２】
2017228647.tif 000004
【図３】
2017228647.tif 000005
【図４】
2017228647.tif 000006
【図５】
2017228647.tif 000007
【図６】
2017228647.tif 000008
【図７】
2017228647.tif 000009
【図８】
2017228647.tif 000010