JP2008124398A - 半導体パッケージおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の限界を超えて配線を微細化した半導体パッケージおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂から成る絶縁層１６と導体めっき層から成る配線層１８とを積層したビルドアップ配線構造２０、導体張り付け樹脂テープ３２上の張り付け導体箔３４’のパターニングにより形成され上記ビルドアップ配線構造２０の配線１８よりも微細な配線層３４を含む微細配線構造３０、および熱可塑性樹脂から成り、上記のビルドアップ配線構造２０と微細配線構造３０との間に介在してこれらを接合する接合層２５を含む半導体パッケージ１００。その製造は、任意の方法でビルドアップ配線構造２０を作製し、別個に、サブトラクティブ法により微細配線構造３０を作製し、両構造２０、３０を接合層２５で接合することによって行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細配線構造を有する半導体パッケージおよびその製造方法に関する。

今日、多くの半導体パッケージは、ビルドアップ工法による多層配線構造を用いており、セミアディティブ法により配線幅１５〜２０μｍ程度までの微細配線を実現している。

しかし、更に配線幅１０μｍ以下というような微細化は、上記従来の技術では下記の問題点（１）〜（４）があるため実現できない。

（１）配線形成面の平坦性、平滑性
微細配線を形成するには、下層の平坦性が高いことが必要であるが、ビルドアップ工法では下層パターンの影響による凹凸が無視できない。また、下地の樹脂層を平滑にすることが有利であるが、樹脂層と配線層との密着性を得るための機械的なアンカー効果を確保するために樹脂層表面を粗化する必要がある。

（２）めっきレジストの解像性
配線の微細化はめっきレジストの解像性に左右されるが、セミアディティブ法ではレジストをめっき厚さ以上の厚さが必要であるため、例えばめっき幅１０μｍに対してレジスト厚さ２０〜２５μｍというように高アスペクト比となるため、得られる解像性に限界がある。

（３）配線厚さの均一性
配線部をめっきで形成するため、配線厚さの均一性に限界があり、インピーダンスマッチングに限界がある。

（４）シード層エッチング時のアンダーカット
配線めっき後のシード層エッチングの際にアンダーカットが生じ易く、微細化に限界がある。

特許文献１、２には、プリプレグシート（一般にガラスクロスに樹脂を含浸したもの）を用いて加熱・圧着するビルドアップ工法により多層配線構造を形成することが開示されているが、上記の問題点（１）〜（４）に対する対策は示されていない。

特開２００１−３３９１６７号公報 特開２００５−４５１５０号公報

本発明は、従来の限界を超えて配線を微細化した半導体パッケージおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、樹脂から成る絶縁層と導体めっき層から成る配線層とを積層したビルドアップ配線構造、
導体張り付け樹脂テープ上の張り付け導体箔のパターニングにより形成され上記ビルドアップ配線構造の配線よりも微細な配線層を含む微細配線構造、および
熱可塑性樹脂から成り、上記のビルドアップ配線構造と微細配線構造との間に介在してこれらを接合する接合層、
を含む半導体パッケージが提供される。

更に本発明によれば、本発明の半導体パッケージを製造する方法において、
樹脂から成る絶縁層と導体めっき層から成る配線層とを積層してビルドアップ配線構造を形成する工程、
上記ビルドアップ配線構造上に、熱可塑性樹脂の層を形成する工程、
導体張り付け樹脂テープ上の張り付け導体箔のパターニングにより、上記ビルドアップ配線構造の配線層よりも微細な配線層を形成して微細配線構造を作製する工程、および
上記ビルドアップ配線構造の熱可塑性樹脂の層上に上記微細配線構造を重ねて、加熱しつつ加圧することにより、上記熱可塑性樹脂層を可塑化させて両配線構造を接合する工程
を含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。が提供される。

本発明においては、ビルドアップ配線構造と微細配線構造とを別個に形成し、両者を接合することにより半導体パッケージを作製するので、半導体素子を搭載する上部のみを微細配線構造とし、下部はビルドアップ配線構造とすることができる。ビルドアップ配線構造は従来のようにセミアディティブ法その他等の特に限定しない適当な方法により形成することができる。一方、微細配線構造は樹脂テープ上の張り付け導体箔のパターニングにより、すなわちサブトラクティブ法により、上記ビルドアップ配線構造の配線層よりも微細な配線層を形成することができる。この微細配線構造は、半導体パッケージに搭載する半導体素子に対応させて微細な配線を形成する。

本発明によれば、サブトラクティブ法により微細配線構造を形成することにより、前記従来の問題点は以下のとおり解消する。

（１）配線形成面の平坦性、平滑性
微細配線構造の形成の際に、半導体素子と接続する配線層を、導体張り付け樹脂テープの張り付け導体箔をパターニングして形成、すなわちサブトラクティブ法により形成できるので、元々配線形成面の平坦性、平滑性は確保されている。

（２）めっきレジストの解像性
上記（１）において微細配線構造の形成は、サブトラクティブ法により、張り付け導体箔のパターニングにより行なうので、パターニングのためのエッチングレジストは数μｍ程度に薄く形成すればよく、高い解像性を容易に得ることができる。

（３）配線厚さの均一性
半導体素子を搭載する微細配線構造は、サブトラクティブ法により、張り付け導体箔をパターニングして配線を形成するので、配線厚さは導体箔の厚さに対応して均一に確保される。

（４）シード層エッチング時のアンダーカット
半導体素子を搭載する微細配線構造は、サブトラクティブ法により、張り付け導体箔をパターニングして配線を形成するので、セミアディティブ法に必要なシード層は必要とせず、したがってそのエッチングも行なうことがなく、それに伴いアンダーカットが発生することもない。

図1を参照して、本発明の望ましい実施形態による半導体パッケージの一例を説明する。

半導体パッケージ１００は、下層のビルドアップ配線構造２０と、上層の微細配線構造３０とが、両者の間に介在する接合層２５により接合されて成る。

ビルドアップ配線構造２０は、樹脂等の絶縁基材１２の両面の張り付け導体箔のエッチングによりパターニングして形成したベース配線層１４を有するコア基板１０の両面に、樹脂から成る絶縁層１６と導体から成る配線層１８とを積層して成る。なお、コア基板１０の両面のベース配線層１４同士は絶縁基材１２を貫通するスルーホール１３により所要箇所で接続されている。また、ベース配線層１４と最初の積層階の配線層１８、隣接積層階の配線層１８同士は、それぞれ絶縁層１６を貫通するビア１７により所要箇所で接続されている。

微細配線構造３０の上面側の配線層３４は、半導体パッケージに搭載される半導体素子の電極端子との接続用（インタポーザ）であり、導体張り付け樹脂テープ３２上の張り付け導体箔のエッチングによりパターニングするサブトラクティブ法により形成され、ビルドアップ配線構造２０の配線１４、１８よりも微細な配線層である。すなわち、ビルドアップ配線構造２０の配線１４、１８はセミアディティブ法により最小でも配線幅１５〜２０μｍ程度に形成されており、微細配線構造３０の上面側配線層３４はサブトラクティブ法により配線幅１０μｍあるいはそれ以下に形成されている。

微細配線構造３０に用いる導体張り付け樹脂テープは、典型的には片面銅張りポリイミドフィルムであり、例えば、厚さ２０〜２５μｍのポリイミドフィルムの片面に厚さ９μｍの銅箔が張り付けられたものである。この銅箔の表面の平坦性、平滑性は極めて高く、粗さＲａ＝０．１あるいはそれ以下である。したがって、この銅箔をエッチングによりパターニングするサブトラクティブ法で形成した微細配線層３４は、銅箔自体の高い平坦性、平滑性を備えており、且つ下地である樹脂テープ３２とは接着剤により強固に接合されており樹脂テープ３２の粗化を必要としない。従来は、配線層の密着性確保のために下地表面をＲａ＝０．６〜０．７μｍに粗化しており、配線層の下面もこれと対応した粗さとなることが不可避であった。

微細配線構造３０の下面側の配線層３６は、下層のビルドアップ配線構造２０との接続用であり、後に詳述するように、ビアフィルめっき＋パターニングにより形成され、特に半導体素子との接続のために微細化する必要はない。

ビルドアップ配線構造２０と微細配線構造３０との間に介在してこれらを接合する接合層２５は、熱可塑性樹脂から成り、その材料としては強度および絶縁性の観点から熱可塑性ポリイミド樹脂が適している。ポリイミド樹脂に代えて液晶ポリマーを用いることもできる。液晶ポリマーは、ポリイミド樹脂に比べて、低熱膨張、安価、非吸水性、低ガス透過性等の利点があり、フレキシブル基板用のポリイミド代替材として用いられることがある。接合層２５を貫通するビア２７により微細配線構造３０とビルドアップ配線構造２０とは所要箇所で接続されている。

次に、図２、図３を参照して、図１の半導体パッケージの製造方法を説明する。

先ず図２を参照して、図１のビルドアップ配線構造２０の製造方法を説明する。

図２（１）に示すビルドアップ配線基板２０’を形成する。すなわち、エポキシ樹脂等の絶縁基材１２の両面に銅箔を張り付けた両面銅張り積層板をコア基板１０として用い、その張り付け導体箔のエッチングによりパターニングしてベース配線層１４を形成する。両面のベース配線層１４同士を接続するスルーホール１３も所要箇所に形成する。

両面のベース配線層１４上に順次、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂シートの積層による絶縁層１６の形成、絶縁層１６にレーザビーム加工等によりビアホールの開口、銅シードめっき＋銅電気めっきによる導体層およびビア１７の形成、化学エッチング等により導体層をパターニングして配線層１８の形成を行ない、最初の積層階の絶縁層１６／ビア１７／配線層１８を形成する。その後、必要な配線層数に応じてコア基板１０の両面について同様の操作を行ない積層階の形成を繰返して、図示のビルドアップ配線基板２０’を得る。

次に、図２（２）に示すように、ビルドアップ配線基板２０’の上面に熱可塑性樹脂から成る接合層２５を形成する。すなわち、ポリイミド樹脂等の熱可塑性樹脂シートを積層し、レーザビーム加工等によりビアホール２７’を形成する。

また、図示のように、ビルドアップ配線基板２０’の下面にソルダーレジスト層２２を形成してビルドアップ配線構造２０を完成する。

更に、上面側および下面側の配線層１８の露出部にニッケル／金めっきを行なって汚染や酸化から保護する。

次いで、図２（３）に示すように、上面に形成した接合層２５のビアホール２７’にはんだめっきまたは導電性樹脂の充填によりバンプ２７を形成する。

以上の処理により、ビルドアップ配線構造２０とその上の接合層２５とから成るアセンブリ２８が得られる。

上記処理とは別個に、図３に示すように、微細配線構造３０を形成する。

図３（１）に示すように、導体張り付け樹脂テープとして、上面に銅箔３４’を張った片面銅張りポリイミドフィルム３２を用いる。典型的な一例としては、基材としてのポリイミドフィルム３２は厚さ２０〜２５μｍ程度、張り付けられている銅箔３４’は厚さ９μｍである。銅箔３４’は後に説明するように、サブトラクティブ法によりパターニングして微細配線層３４を形成するために用いる。

次に、図３（２）に示すように、下面側からのレーザビーム加工等によりフィルム３２にビアホール３７’を開口する。ビアホール３７’は下面側からフィルム３２を貫通し上面の銅箔３４’で閉鎖している。

次に、図３（３）に示すように、下面側からの銅シードめっき＋銅電気めっきにより下面側導体層３６’およびビア３７を形成する。

次に、図３（４）に示すように、両面を化学エッチング等によりパターニングして、上面の配線層３４と下面の配線層３６を同時に形成する。

このように上面の配線層３４は、完成後の半導体パッケージに搭載される半導体素子の電極端子との接続用（インタポーザ）であり、フィルム３２に張り付けられた銅箔のエッチングによるパターニングすなわちサブトラクティブ法により形成されるので、セミアディティブ法により形成されるビルドアップ配線構造２０の配線１４、１８よりも容易に微細化できる。

すなわちセミアディティブ法ではエッチング対象である配線層より厚いエッチングレジストが必要でエッチング部が高アスペクト比となるため、高解像度を必要とする微細配線のパターニングには適さない。これに対して、サブトラクティブ法では薄いエッチングレジストで十分であるため、高解像度が容易に得られ微細配線のパターニングを確実に行なうことができる。

典型的には、既述したように、セミアディティブ法によるビルドアップ配線構造２０の配線層１４、１８は最小でも配線幅１５〜２０μｍ程度が限界であるが、サブトラクティブ法を用いる微細配線構造３０の上面側配線層３４は配線幅１０μｍあるいはそれ以下に形成することが十分に可能である。また既述のように、銅箔３４’の表面の平坦性、平滑性は極めて高く、粗さＲａ＝０．１あるいはそれ以下である。したがって、この銅箔をエッチングによりパターニングするサブトラクティブ法で形成した微細配線層３４は、銅箔自体の高い平坦性、平滑性を備えており、且つ下地である樹脂テープ３２とは接着剤により強固に接合されている。

従来は、めっき配線層の密着性確保のために下地の樹脂表面をＲａ＝０．６〜０．７μｍに粗化しており、その上にめっきで形成される配線層の下面も下地の粗さをそのまま反映した粗さとなることが不可避であった。その結果、配線層の厚さが不均一となり、インピーダンスマッチングに問題が生じる。

本発明によれば、銅箔の平坦性、平滑性がそのまま配線層の平坦性、平滑性として活きるので、上記従来の問題が解消する。

微細配線構造３０の下面側の配線層３６は、下層のビルドアップ配線構造２０との接続用であり、上面の配線層３４のように半導体素子との接続のために微細化する必要はないので、上記のように銅めっき＋エッチングすなわちセミアディティブ法により形成すれば十分である。

最後に、図３（５）に示すように、微細配線層３４が形成されている上面にソルダーレジスト３８を形成して、微細配線構造３０を完成する。必要に応じて、酸化防止用の有機膜（ＯＳＰ）を被覆することもできる。

微細配線構造３０は導体テープ３２上にリールツウリール（reel-to-reel）ラインで製造できるので、４０〜１００ｍｍ程度と比較的狭いテープ幅内での処理となるため、特にめっき層等の厚さを均一にし易いという利点もある。更に、エッチングのばらつきが小さくなるという利点もある。

以上の図２の工程により作製した、ビルドアップ配線構造２０と接合層２５とのアセンブリ２８上に、図３の工程により作製した微細配線構造２０を載置して真空熱プレスにより加熱・加圧して両者を接合する。その際の加熱温度は、バンプ２７をはんだで形成した場合には、はんだバンプ２７のリフローと熱可塑性樹脂２５の可塑化（流動化）を可能とする温度であり、一般に熱可塑性樹脂の可塑化温度より高温であるはんだのリフロー温度に応じて設定する。典型的には、Ｓｎ単独、Ｓｎ−Ａｇ（−Ｃｕ）合金などのＰｂフリーはんだを用いた場合にはその融点より高温の２５０〜３００℃で加熱する必要がある。バンプ２７をはんだではなく導電性樹脂で形成した場合には、その可塑化温度と接合層の樹脂の可塑化温度の高い方の温度に応じて加熱温度を設定する。

典型的な製造形態においては、ビルドアップ配線構造２０＋接合層２５のアセンブリ２８は多数個取りの大判基板上に形成され、一方、微細配線構造３０は上述したように導体テープ３２上にリールツウリール（reel-to-reel）ラインで製造される。そのため、アセンブリ２８と微細配線構造３０の接合は、大判基板を個片に切断して個々のアセンブリ２８をテープ３２上の個々の微細配線構造３０上に載置して行なうこともできるし、あるいは、テープ３２を個片に切断して大判基板上の個々のアセンブリ２８上に載置して行なうこともできる。後者の場合、大判基板を適度な複数個取りの中型基板に切断してから接合を行なってもよい。

なお、本実施例においては、ビルドアップ配線構造２０をコア基板１０を用いて作製したが、特にこれに限定する必要はなく、コアレス構造であってもよい。

本発明によれば、従来の限界を超えて配線を微細化した半導体パッケージおよびその製造方法が提供される。

本発明の望ましい一実施形態による半導体パッケージの構造を示す断面図。 本発明の望ましい一実施形態により、図１の半導体パッケージのビルドアップ配線構造と接合層とのアセンブリを製造する工程を示す断面図。 本発明の望ましい一実施形態により、図１の半導体パッケージの微細配線構造を製造する工程を示す断面図。

符号の説明

１００ 半導体パッケージ
１０ コア基板
１２ 絶縁基材
１３ スルーホール
１４ ベース配線層
１６ 絶縁層
１７ ビア
１８ 配線層
２０ ビルドアップ配線構造
２２ ソルダーレジスト層
２５ 接合層
２７ ビア（バンプ）
３０ 微細配線構造
３２ 樹脂テープ
３４ 微細配線層
３６ 配線層
３７ ビア
３８ ソルダーレジスト層

Claims (2)

1. 樹脂から成る絶縁層と導体めっき層から成る配線層とを積層したビルドアップ配線構造、
   導体張り付け樹脂テープ上の張り付け導体箔のパターニングにより形成され上記ビルドアップ配線構造の配線よりも微細な配線層を含む微細配線構造、および
   熱可塑性樹脂から成り、上記のビルドアップ配線構造と微細配線構造との間に介在してこれらを接合する接合層、
   を含む半導体パッケージ。
2. 請求項１記載の半導体パッケージを製造する方法において、
   樹脂から成る絶縁層と導体めっき層から成る配線層とを積層してビルドアップ配線構造を形成する工程、
   上記ビルドアップ配線構造上に、熱可塑性樹脂の層を形成する工程、
   導体張り付け樹脂テープ上の張り付け導体箔のパターニングにより、上記ビルドアップ配線構造の配線層よりも微細な配線層を形成して微細配線構造を作製する工程、および
   上記ビルドアップ配線構造の熱可塑性樹脂の層上に上記微細配線構造を重ねて、加熱しつつ加圧することにより、上記熱可塑性樹脂層を可塑化させて両配線構造を接合する工程
   を含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。

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