(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
剥離層および該剥離層の下面に積層された保護膜形成用層の複数の箇所に形成された複数の貫通孔内に埋め込まれた複数の低融点金属柱の下面を回路基板上に形成された複数の外部接続端子上に配置し、前記保護膜形成用層を前記回路基板上に転写して前記回路基板上に保護膜を形成し、前記剥離層を剥離して前記低融点金属柱の上部を前記保護膜上に突出させ、熱処理により前記低融点金属柱を溶融してボール状とすることにより前記外部接続端子上に低融点金属ボールを形成し、且つ、該低融点金属ボールの根元を前記保護膜で覆うことを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、前記剥離層および該剥離層の下面に積層された前記保護膜形成用層の貫通孔内に埋め込まれた前記低融点金属柱の下部は前記保護膜形成用層の下面側にやや突出されていることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の発明において、前記低融点金属柱を形成するための低融点金属層下に前記剥離層、前記保護膜形成用層および別の剥離層をこの順で積層したものの複数の箇所に打ち抜きにより複数の貫通孔を形成するとともに、前記低融点金属層からの打ち抜き片からなる前記低融点金属柱を前記剥離層、前記保護膜形成用層および前記別の剥離層の貫通孔内に埋め込み、前記低融点金属層を取り除き、前記別の剥離層を剥離して前記低融点金属柱の下部を前記保護膜形成用層の下面側にやや突出させることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の発明において、前記剥離層、前記保護膜形成用層および前記別の剥離層の合計厚さは前記低融点金属層の厚さとほぼ同じであることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記保護膜形成用層は熱可塑性樹脂からなることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の発明において、前記保護膜形成用層の転写は、前記熱可塑性樹脂の溶融温度以上で前記低融点金属の溶融温度未満の温度に加熱して行うことを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記外部接続端子は、前記回路基板上に形成された再配線の先端のパッド部上に形成された接続端子であることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記外部接続端子は、前記回路基板上に形成された再配線の先端のパッド部であることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記外部接続端子は、前記回路基板上に形成された再配線の先端のパッド部上に形成された柱状電極であることを特徴とする回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半田ボール等からなる低融点金属ボールを備えた回路基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＢＧＡ(ball grid array)と呼ばれる半導体装置には、一例として、図１２に示すようなものがある。この半導体装置は、シリコン等からなる半導体基板１を備えている。半導体基板１の上面周辺部には複数の接続パッド２が形成されている。接続パッド２の中央部を除く上面全体には絶縁膜３が形成され、接続パッド２の中央部は絶縁膜３に形成された開口部４を介して露出されている。接続パッド２の中央部上面から絶縁膜３の上面の所定の箇所にかけて再配線５が形成されている。再配線５の先端のパッド部を除く上面全体には層間絶縁膜６が形成され、再配線５の先端のパッド部は層間絶縁膜６に形成された開口部７を介して露出されている。再配線５の先端のパッド部上面およびその周囲の層間絶縁膜６の上面には外部接続端子８が形成されている。外部接続端子８上には半田ボール９が形成されている。半田ボール９の根元から層間絶縁膜６の上面にかけて保護膜１０が形成されている。
【０００３】
この場合、保護膜１０は、半田ボール９を形成した後に、半田ボール９の根元の近傍における層間絶縁膜６の上面にポッティングより滴下された液状の樹脂が表面張力により半田ボール９の根元の表面に沿って登ることにより形成される。この保護膜１０は、この半導体装置を回路基板（図示せず）上に実装した後において、温度サイクル試験等を行ったとき、半導体基板１と回路基板との間の熱膨張係数差に起因して発生する応力により、半田ボール９と外部接続端子８との界面にクラックが発生しにくいようにするためのものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこのような半導体装置では、半田ボール９の形成工程と保護膜１０の形成工程とが別々である上、保護膜１０を形成するとき、ポッティングより液状の樹脂を各半田ボール９の根元の近傍における層間絶縁膜６の上面に滴下しているので、工程が長くなるという問題があった。
この発明の課題は、半田ボール等の低融点金属ボールおよび該低融点金属ボールの根元の部分を保護するための保護膜を短い工程で形成することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、剥離層および該剥離層の下面に積層された保護膜形成用層の複数の箇所に形成された複数の貫通孔内に埋め込まれた複数の低融点金属柱の下面を回路基板上に形成された複数の外部接続端子上に配置し、前記保護膜形成用層を前記回路基板上に転写して前記回路基板上に保護膜を形成し、前記剥離層を剥離して前記低融点金属柱の上部を前記保護膜上に突出させ、熱処理により前記低融点金属柱を溶融してボール状とすることにより前記外部接続端子上に低融点金属ボールを形成し、且つ、該低融点金属ボールの根元を前記保護膜で覆うことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記剥離層および該剥離層の下面に積層された前記保護膜形成用層の貫通孔内に埋め込まれた前記低融点金属柱の下部は前記保護膜形成用層の下面側にやや突出されていることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記低融点金属柱を形成するための低融点金属層下に前記剥離層、前記保護膜形成用層および別の剥離層をこの順で積層したものの複数の箇所に打ち抜きにより複数の貫通孔を形成するとともに、前記低融点金属層からの打ち抜き片からなる前記低融点金属柱を前記剥離層、前記保護膜形成用層および前記別の剥離層の貫通孔内に埋め込み、前記低融点金属層を取り除き、前記別の剥離層を剥離して前記低融点金属柱の下部を前記保護膜形成用層の下面側にやや突出させることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記剥離層、前記保護膜形成用層および前記別の剥離層の合計厚さは前記低融点金属層の厚さとほぼ同じであることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記保護膜形成用層は熱可塑性樹脂からなることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記保護膜形成用層の転写は、前記熱可塑性樹脂の溶融温度以上で前記低融点金属の溶融温度未満の温度に加熱して行うことを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記外部接続端子は、前記回路基板上に形成された再配線の先端のパッド部上に形成された接続端子であることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記外部接続端子は、前記回路基板上に形成された再配線の先端のパッド部であることを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記外部接続端子は、前記回路基板上に形成された再配線の先端のパッド部上に形成された柱状電極であることを特徴とするものである。
そして、この発明によれば、剥離層および保護膜形成用層の貫通孔内に埋め込まれた低融点金属柱の下面を回路基板上に形成された外部接続端子上に配置し、保護膜形成用層を回路基板上に転写して回路基板上に保護膜を形成し、剥離層を剥離して低融点金属柱の上部を保護膜上に突出させ、熱処理により低融点金属ボールを形成し、且つ、該低融点金属ボールの根元を保護膜で覆うようにしているので、低融点金属ボールと保護膜をほとんど同じ工程で形成することができる上、保護膜を一括して形成することができ、したがって低融点金属ボールおよび保護膜を短い工程で形成することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態としての半導体装置の断面図を示したものである。この半導体装置は、シリコン等からなる半導体基板１１を備えている。半導体基板１１の上面周辺部には複数の接続パッド１２が形成されている。接続パッド１２の中央部を除く上面全体には絶縁膜１３が形成され、接続パッド１２の中央部は絶縁膜１３に形成された開口部１４を介して露出されている。接続パッド１２の中央部上面から絶縁膜１３の上面の所定の箇所にかけて再配線１５が形成されている。再配線１５の先端のパッド部を除く上面全体には層間絶縁膜１６が形成され、再配線１５の先端のパッド部は層間絶縁膜１６に形成された平面円形状の開口部１７を介して露出されている。再配線１５の先端のパッド部上面およびその周囲の層間絶縁膜１６の上面には平面円形状の外部接続端子１８が形成されている。外部接続端子１８上には半田ボール（低融点金属ボール）１９が形成されている。半田ボール１９の根元を含む層間絶縁膜１６の上面には保護膜２０がほぼ一定の厚さで形成されている。
【０００７】
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、ウエハ状態のシリコン基板からなる半導体基板１１の上面周辺部に複数の接続パッド１２が形成され、その上面の接続パッド１２の中央部を除く部分に絶縁膜１３が形成され、絶縁膜１３に形成された開口部１４を介して露出された接続パッド１２の上面から絶縁膜１３の上面の所定の箇所にかけて再配線１５が形成され、その上面の再配線１５の先端のパッド部を除く部分にポリイミド等からなる層間絶縁膜１６が形成され、層間絶縁膜１６に形成された平面円形状の開口部１７を介して露出された再配線１５の先端のパッド部上面およびその周囲の層間絶縁膜１６の上面に平面円形状の外部接続端子１８が形成されたものを用意する。
【０００８】
また、図３に示すように、最終的には図１に示す半田ボール１９を形成するための半田層（低融点金属層）２１、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等からなる第１の剥離層２２、熱可塑性エポキシ樹脂やＢ−ステージエポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂からなる保護膜形成用層２３およびＰＥＴ等からなる第２の剥離層２４を用意する。この場合、熱可塑性樹脂からなる保護膜形成用層２３は若干の粘着性を有しているので、第１および第２の剥離層２２、２４は保護膜形成用層２３の上面および下面に貼り付けられている。
【０００９】
半田層２１の厚さは、後述する打ち抜き用の上金型２５の平面円形状の突起２６の直径との関係もあるが、一応、形成すべき半田ボール１９の１個の体積に対応する厚さとなっている。保護膜形成用層２３の厚さは、形成すべき保護膜２０の厚さに対応する厚さとなっている。第１の剥離層２２、保護膜形成用層２３および第２の剥離層２４の合計厚さは、半田層２１の厚さとほぼ同じとなっている。第１の剥離層２２の厚さは、後述する役目から比較的厚くなっており、第２の剥離層２４の厚さは、後述する役目から比較的薄くなっている。
【００１０】
一方、この場合の製造方法では、図３に示すように、打ち抜き用の上金型２５および下金型２７を用いる。上金型２５の下面および下金型２７には、図２に示す外部接続端子１８の上面中央部に対応する位置に平面円形状の突起２６および貫通孔２８が設けられている。この場合、上金型２５の突起２６の高さは半田層２１の厚さとほぼ同じであるが、それよりもやや高くなるようにしてもよい。
【００１１】
さて、図１に示す半導体装置を製造する場合には、まず、図３に示すように、下金型２７の上面に第２の剥離層２４、保護膜形成用層２３、第１の剥離層２２および半田層２１をこの順で載置する。次に、上金型２５を下降させる。すると、図４に示すように、上金型２５の突起２６により半田層２１が打ち抜かれ、その打ち抜き片からなる半田柱（低融点金属柱）３１により第１の剥離層２２、保護膜形成用層２３および第２の剥離層２４が打ち抜かれ、それらの打ち抜き片３２が下金型２７の貫通孔２８から排出される。これにより、第１の剥離層２２、保護膜形成用層２３および第２の剥離層２４に貫通孔３３が形成され、且つ、当該貫通孔３３内に半田柱３１が埋め込まれる。
【００１２】
この状態では、上金型２５の突起２６の高さが半田層２１の厚さとほぼ同じであるので、突起２６の下面が第１の剥離層２２の上面とほぼ同一面となり、半田柱３１の上面が第１の剥離層２２の上面とほぼ同一面となる。また、半田層２１の厚さが、第１の剥離層２２、保護膜形成用層２３および第２の剥離層２４の合計厚さとほぼ同じであるので、半田柱３１の下面が第２の剥離層２４の下面とほぼ同一面となる。ここで、第１の剥離層２２は、形成すべき半田ボール１９の１個の体積に対応する高さの半田柱３１を得るために、比較的厚くなっている。
【００１３】
次に、上金型２５を上昇させ、半田層２１を取り出し、また半田柱３１を含む第１の剥離層２２、保護膜形成用層２３および第２の剥離層２４を取り出す。半田層２１は、ここで用済みとなる。次に、第２の剥離層２４を剥離すると、図５に示すように、保護膜形成用層２３の下面が露出され、半田柱３１の下部が保護膜形成用層２３の下面側にやや突出される。ここで、第２の剥離層２４は、この時点まで保護膜形成用層２３の下面を覆っていることにより、若干の粘着性を有する保護膜形成用層２３の下面に塵埃等が付着するのを防止するためのものであり、比較的薄くなっている。
【００１４】
次に、図６に示すように、図２に示すものを下加熱板３４の上面に載置し、その上面に図５に示すものを位置合わせして載置し、その上面に上加熱板３５を載置する。この状態では、半田柱３１の下部は平面円形状の外部接続端子１８の上面中央部に載置され、保護膜形成用層２３と層間絶縁膜１６との間に若干の隙間が形成されている。
【００１５】
次に、両加熱板３５、３６による加熱により、半田の溶融温度（１８０〜２３０℃程度）未満で保護膜形成用層２３の溶融温度（１００〜２００℃程度）以上の温度（例えば１３０〜２２０℃程度）で加熱すると、図７に示すように、保護膜形成用層２３が溶融して外部接続端子１８の周辺部を含む層間絶縁膜１６の上面に転写され、外部接続端子１８の周辺部を含む層間絶縁膜１６の上面に保護膜２０が形成される。
【００１６】
次に、上加熱板３５を上昇させ、保護膜２０が固化した後に第１の剥離層２２を剥離すると、図８に示すものが得られる。この状態では、保護膜２０は、外部接続端子１８の周辺部を含む層間絶縁膜１６の上面および半田柱３１の下部外周面に固着されている。また、半田柱３１の上部は保護膜２０の上面側に突出されている。
【００１７】
次に、図示しないオーブン等の加熱装置を用いて、半田の溶融温度（１８０〜２３０℃程度）以上の温度（例えば２１０〜２５０℃程度）で加熱すると、半田柱３１が溶融して表面張力により丸まることにより、図９に示すように、外部接続端子１８上に半田ボール１９が形成される。このとき、保護膜２０も溶融し、そのうちの半田ボール１９の形成の邪魔になる部分が周囲に広がって表面張力により半田ボール１９の表面に沿ってやや登る。したがって、この状態では、半田ボール１９の根元は保護膜２０によって覆われている。次に、ダイシング工程を経ると、図１に示す半導体装置が得られる。
【００１８】
このようにして得られた半導体装置では、保護膜形成用層２３を層間絶縁膜１６上に転写して層間絶縁膜１６上に保護膜２０を形成し、第１の剥離層２２を剥離して半田柱３１の上部を保護膜２０上に突出させ、熱処理により半田柱３１をボール状にして半田ボール１９を形成し、且つ、該半田ボール１９の根元を保護膜２０で覆うようにしているので、半田ボール１９と保護膜２０をほとんど同じ工程で形成することができる上、保護膜２０を一括して形成することができ、したがって半田ボール１９および保護膜２０を短い工程で形成することができる。
【００１９】
なお、上記実施形態では、ウエハ状態のシリコン基板からなる半導体基板１１を用いた場合について説明したが、これに限らず、例えば図２に示す状態においてダイシングして個々の半導体チップに分断し、検査により良品と判断された半導体チップのみに対して、図６〜図９に示すような工程を行うようにしてもよい。このようにした場合には、検査により不良品と判断された半導体チップに対して、図６〜図９に示すような工程は行わないので、材料費を節約することができる。
【００２０】
また、上記実施形態では、図１に示すように、再配線５の先端のパッド部上面に形成された外部接続端子１８上に半田ボール１９を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１０に示すこの発明の他の実施形態のように、図１に示す外部接続端子１８を形成せずに、再配線５の先端のパッド部を外部接続端子とし、この上に半田ボール１９を形成するようにしてもよい。
【００２１】
また、図１１に示すこの発明のさらに他の実施形態のように、図１に示す層間絶縁膜１６および外部接続端子１８を形成せずに、再配線５の先端のパッド部上面に形成された柱状電極４１を除く上面全体に封止膜４２が形成されたものにおいて、外部接続端子となる柱状電極４１上に半田ボール１９を形成し、且つ、封止膜４２上に保護膜２０を形成するようにしてもよい。さらに、この発明は、ボール状の電極を半導体基板に形成する場合に限らず、フェノール樹脂硬質基板やセラミック基板、あるいはフィルム基板等の回路基板にも適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、剥離層および保護膜形成用層の貫通孔内に埋め込まれた低融点金属柱の下面を回路基板上に形成された外部接続端子上に配置し、保護膜形成用層を回路基板上に転写して回路基板上に保護膜を形成し、剥離層を剥離して低融点金属柱の上部を保護膜上に突出させ、熱処理により低融点金属ボールを形成し、且つ、該低融点金属ボールの根元を保護膜で覆うようにしているので、低融点金属ボールと保護膜をほとんど同じ工程で形成することができる上、保護膜を一括して形成することができ、したがって低融点金属ボールおよび保護膜を短い工程で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一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に際し、当初用意したものを説明するために示す断面図。
【図３】図１に示す半導体装置の製造に際し、当初用意した別のものを説明するとともに当初の工程を説明するために示す断面図。
【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】図８に続く工程の断面図。
【図１０】この発明の他の実施形態としての半導体装置の断面図。
【図１１】この発明のさらに他の実施形態としての半導体装置の断面図。
【図１２】従来の半導体装置の一例の断面図。
【符号の説明】
１１  半導体基板
１２  接続パッド
１５  再配線
１６  層間絶縁膜
１８  外部接続端子
１９  半田ボール
２０  保護膜
２１  半田層
２２  第１の剥離層
２３  保護膜形成用層
２４  第２の剥離層
【図１】
0003731805.tif 000002
【図２】
0003731805.tif 000003
【図３】
0003731805.tif 000004
【図４】
0003731805.tif 000005
【図５】
0003731805.tif 000006
【図６】
0003731805.tif 000007
【図７】
0003731805.tif 000008
【図８】
0003731805.tif 000009
【図９】
0003731805.tif 000010
【図１０】
0003731805.tif 000011
【図１１】
0003731805.tif 000012
【図１２】
0003731805.tif 000013