JP5870627B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えばチップの側面および裏面を樹脂層で覆う半導体装置の製造方法に関する。

高密度と低コストとを両立するパッケージ技術としてＣＳＰ（Chip-Size Package）が知られている。さらに、ＣＳＰの一つの形態として、ウエハ状態でパッケジングまで行なうＷＬＰ（Wafer Level Package）技術が注目されている。ＷＬＰ（Wafer Level Package）技術は、ＷＬ−ＣＳＰ（Wafer Level-CSP）またはＷ−ＣＳＰ（Wafer CSP）と呼ばれることもある。ＷＬＰ技術は、ウエハ状態において、ウエハ上面を封止層で封止する。ウエハ内のチップの周辺に形成された端子（例えばパッド）を封止層上の全面に再配線する。これにより、実装面積を低コストでチップサイズまで小さくできる。

特開２０００−３５３７６２号公報

これまで、ＷＬＰ技術は、チップの周辺に形成された端子をチップと同じ面積の封止層上に再配置するファンインを目的としていた。チップの多端子化に伴いチップの周辺に形成された端子をチップと同じ面積の封止層上に再配置することが難しくなる。そこで、チップの端子をチップエリアの外の封止層上にも再配置するファンアウトが求められる。ファンアウトを実現するため、チップの側面および裏面を樹脂層を用い支持すると、チップ表面と樹脂層表面との間に段差が生じてしまう。チップ表面と樹脂層表面との間に段差が生じると、例えば、チップおよび樹脂層上に再配線層を形成する場合に、配線のピッチを狭くできなくなる。

本半導体装置の製造方法は、チップ表面と樹脂層表面との段差を抑制することを目的とする。

例えば、支持体上に、フィルム上に金属膜が形成され前記金属膜上にカップリング剤が形成された前記フィルムを貼り付ける工程と、前記カップリング剤を介し前記金属膜上にチップを仮固定する工程と、前記金属膜上に前記チップを覆うように樹脂層を形成する工程と、前記カップリング剤と前記金属膜との間の化学結合が切断される温度で前記樹脂層をキュアする工程と、前記金属膜と前記カップリング剤との間を剥離することにより、前記支持体を前記チップおよび樹脂層から剥離する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を用いる。

本半導体装置の製造方法によれば、チップ表面と樹脂層表面との段差を抑制することを目的とする。

図１（ａ）から図１（ｅ）は、比較例に係る電子装置の製造方法を示す断面図である。 図２（ａ）および図２（ｂ）は、図１（ｃ）および図１（ｄ）の拡大図である。 図３（ａ）から図３（ｄ）は、実施例１に係る電子装置の製造方法を示す断面図（その１）である。 図４は、実施例１に係る電子装置の製造方法を示す平面図（その１）である。 図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１に係る電子装置の製造方法を示す断面図（その２）である。 図６（ａ）から図６（ｄ）は、実施例１に係る電子装置の製造方法を示す断面図（その３）である。 図７（ａ）から図７（ｅ）は、実施例１に係る電子装置の製造方法を示す平面図（その２）である。

まず、ファンアウトのＷＬＰの製造方法について比較例を例に説明する。図１（ａ）から図１（ｅ）は、比較例に係る電子装置の製造方法を示す断面図である。図１（ａ）に示すように、支持体１０上に熱発泡フィルム５０を用い複数のチップ２０が貼り付けられている。チップ２０の熱発泡フィルム５０に貼り付けられた面に回路等が形成されている。図１（ｂ）に示すように、熱発泡フィルム５０上にチップ２０を覆うようにモールド樹脂３０をディスペンスする。図１（ｃ）に示すように、樹脂３０を成型しキュアする。これにより、チップ２０の上面および側面を支持する樹脂層３２が形成される。図１（ｄ）に示すように、熱発泡フィルム５０に熱を加えることにより、支持体１０を樹脂層３２およびチップ２０から剥離する。図１（ｄ）は、図１（ｃ）の上下を逆にした図である。図１（ｅ）のように、樹脂層３２およびチップ２０上に再配線層４０を形成する。その後、樹脂層３２を切断し個片化する。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、図１（ｃ）および図１（ｂ）の拡大図である。図２（ａ）に示すように、熱発泡フィルム５０は、熱発泡層５２、基体５４および微接着層５６を含んでいる。熱発泡層５２は、図１（ａ）のように支持体１０を基体５４に接着する。さらに、熱発泡層５２は、熱を加えることにより発泡する。微接着層５６は、非常に弱い接着力を備える層である。図１（ａ）のように、微接着層５６により、チップ２０が基体５４に弱く接着される。これにより、図１（ｂ）および図１（ｃ）のように、樹脂層３２を形成する際に、チップ２０の配置がずれることを抑制できる。さらに、図１（ｄ）において、熱発泡フィルム５０を加熱すると、熱発泡層５２が発泡し、支持体１０と基体５４とが剥離する。さらに、微接着層５６の接着力がさらに弱まり、樹脂層３２およびチップ２０と、微接着層５６とも剥離する。

図２（ａ）のように、チップ２０が微接着層５６に接着されると、チップ２０は微接着層５６に沈み込む。このため。図２（ｂ）のように、熱発泡フィルム５０を剥離すると、樹脂層３２の表面とチップ２０の表面との間に高さＨの段差が形成される。樹脂層３２の表面とチップ２０の表面との間に段差が形成されると、再配線を行なう際に、配線を微細化し難くなる。

以上のように、ファンアウトのＷＬＰを製造する際には、支持体１０にチップ２０を仮固定させ樹脂層３２を形成した後に、チップ２０および樹脂層３２から支持体１０を剥離する。しかしながら、チップ２０を支持体１０に仮固定する際に比較例のように接着層を用いると、チップ２０が接着層に沈み込む。よって、樹脂層３２の表面とチップ２０の表面との間に段差が形成されてしまう。以下に、このような問題を解決するための実施例について説明する。

図３（ａ）から図３（ｄ）および図５（ａ）から図６（ｄ）は、実施例１に係る電子装置の製造方法を示す断面図である。図４および図７（ａ）から図７（ｅ）は、実施例１に係る電子装置の製造方法を示す平面図である。図３（ａ）のように、支持体１０上フィルム１２を貼り付ける。フィルム１２上には、金属膜１４が形成されている。金属膜１４上にはカップリング剤１６が形成されている。支持体１０としては、例えばシリコン基板、ガラス基板またはステンレス基板を用いることができる。支持体１０の上面は平坦であることが好ましい。フィルム１２は、例えば樹脂フィルムである。フィルム１２は、後に樹脂をキュアする際の熱に耐える程度の耐熱性を備えることが好ましい。この観点から、フィルム１２として、例えば、ポリイミド、シリコーン樹脂またはフッ素樹脂を用いることができる。金属膜１４は、フィルム１２の上面に例えばスパッタ法または無電解メッキ法を用い形成される。金属膜１４は、例えばＣｕ（銅）またはＣｕ合金を主に含む膜とすることができる。カップリング剤１６としては、例えばシランカップリング剤を用いることができる。カップリング剤の分子中に、アミノ基、メルカプト基、エポキシ基、イミダゾール基、ビニル基、ジアルキルアミノ基およびヒリジル基から選択された少なくとも１つの基を含むことができる。カップリング剤１６は、スピンコート法またはディップ法により形成する。カップリング剤１６の膜厚は例えば数ｎｍ以下である。金属膜１４とカップリング剤１６との間には化学結合が形成される。

図３（ｂ）のように、フィルム１２上にチップ２０をマウントする。チップ２０には、例えばパッド等の端子２２が形成されている。チップ２０は、例えば回路が形成された機能領域がカップリング剤１６側となるように金属膜１４上にマウントされる。チップ２０は、例えばシリコン基板またはＧａＡｓ基板等の半導体基板を含む。チップ２０の機能領域には、例えば半導体回路、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）素子、受動部品および無機材料上に形成された受動部品の少なくとも一つが形成されている。端子２２は、チップ２０の機能領域に形成された上記回路、素子または部品と電気的に接続されている。カップリング剤１６を例えば１００℃から１５０℃に加熱することにより、チップ２０の下面とカップリング剤１６との間に化学結合が形成される。これにより、チップ２０がカップリング剤１６を介し金属膜１４上に仮固定される。

図４のように、複数のチップ２０が、支持体１０、フィルム１２、金属膜１４およびカップリング剤１６が積層された基板３３上に配列されている。チップ２０は縦横にマトリックス状に形成されており、各チップ２０の縦方向の周期は同じであり、各チップ２０の横方向の周期は同じである。なお、図４においては、支持体１０上にチップ２０を４個×４個配列で図示しているが、さらに多くのチップを配列してもよい。

図３（ｃ）のように、金属膜１４上にチップ２０を覆うように樹脂３０をディスペンスする。樹脂３０は、例えば熱硬化型樹脂であり、例えばエポキシ樹脂を含む。また樹脂３０は、フィラーとして、アルミア、シリカ、水酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムから選択される少なくとも１つを含むことができる。フィラーにより、熱硬化時の収縮を抑制することができる。

図３（ｄ）のように、樹脂３０を成型し例えば２００℃に加熱する。これにより、樹脂３０が硬化し樹脂層３２が形成される。樹脂層３２は、チップ２０の上面（機能領域が形成されている面の反対の面）および側面を覆うように形成される。樹脂層３２の上面は平坦である。樹脂層３２の平面形状は、ウエハのように円形でもよいし、四角形でもよい。この際の加熱により、カップリング剤１６と金属膜１４との化学結合が切断される。これにより、支持体１０をチップ２０および樹脂層３２から剥離することができる。

図５（ａ）は、図３（ｃ）に比べ上下を逆にした図である。図５（ａ）に示すように、チップ２０の機能領域が上面となり、チップ２０の側面と下面に樹脂層３２が形成されている。

図７（ａ）は、カップリング剤１６を透過した図である。図７（ａ）に示すように、基板３５は、複数のチップ２０と樹脂層３２とを備えている。複数のチップ２０が図７（ａ）のように配列された状態で、樹脂層３２に埋め込まれている。図７（ｂ）は、図７（ａ）の１つのチップ２０の周辺を拡大した図である。図７（ｂ）のように、チップ２０の機能領域２４が形成された面が樹脂層３２から露出している。チップ２０の上面には端子２２が形成されている。端子２２は、例えばＣｕ等を含む金属パッドである。なお、図７（ｂ）においては、端子２２を４個記載しているが、端子２２は、チップ２０の周辺に多数形成してもよい。

図５（ｂ）に示すように、例えば感光性エポキシ樹脂をカップリング剤１６上に塗布し、プリベークする。これにより、カップリング剤１６上に例えば膜厚が１０μｍの絶縁膜６０が形成される。図５（ｃ）に示すように、露光、現像およびキュアすることにより、絶縁膜６０を上下に貫通する例えば直径が３０μｍの開口部６２を形成する。図５（ｄ）のように、例えば酸素プラズマ処理することにより、開口部６２下のカップリング剤１６を除去する。これにより、開口部６２を介し端子２２が露出する。図７（ｃ）は、図５（ｄ）の平面図である。絶縁膜６０に形成された開口部６２により、チップ２０の端子２２が露出される。

図６（ａ）に示すように、例えば膜厚が０．１μｍのチタン膜および膜厚が０．３μｍの銅膜をスパッタリング法を用い全面に形成する。これにより、絶縁膜６０上および開口部６２内にシード層６４が形成される。図６（ｂ）に示すように、絶縁膜６０上に開口部６８を備えるフォトレジスト６６を形成する。図７（ｄ）は、図６（ｂ）の平面図である。フォトレジスト６６に開口部６８が形成されている。開口部６８は開口部６２とも重なっており、端子２２は開口部６２および開口部６８を介し露出している。

図６（ｃ）に示すように、フォトレジスト６６をマスクに開口部６２および開口部６８に電解メッキ法を用い銅を含む配線層７０を形成する。図６（ｄ）に示すように、フォトレジスト６６を除去する。配線層７０をマスクにシード層６４を除去する。図７（ｅ）は、図６（ｄ）の平面図である。チップ２０の端子２２に電気的に接続する配線層７０が形成されている。配線層７０は、プラグ７２、配線７４および端子７６を含む。プラグ７２は絶縁膜６０を貫通し端子２２に電気的に接続している。端子７６は、樹脂層３２の上方に形成されたパッドである。配線７４は、プラグ７２と端子７６とを電気的に接続する。配線７４の幅は、例えば１０μｍである。図７（ｅ）においては、１つのチップ２０に対し、端子７６が４個形成されているが、端子７６は多数形成されていてもよい。例えば、端子７６は、樹脂層３２の上方およびチップ２０の上方にアレイ状に形成されていてもよい。以上により、再配線層４０が形成される。再配線層４０は、絶縁膜６０、シード層６４および配線層７０を含む。

図７（ａ）のように、樹脂層３２の平面形状が円形の場合、再配線層４０は半導体製造装置を用い形成することができる。樹脂層３２の平面形状が四角形の場合、再配線層４０はプリント板製造装置を用い形成することができる。

その後、端子７６上にハンダボール等を形成してもよい。また、樹脂層３２を切断し個片化してもよい。

図３（ａ）として、支持体１０上にシリコン樹脂を含む平均表面粗さＲａが０．１μｍのフィルム１２上に０．０５μｍの銅を金属膜１４として形成する。金属膜１４上にγ−メルカプトプロピルトリメトキシラン（ＫＢＭ−８０３：信越化学製）処理する。これにより、金属膜１４上にカップリング剤１６が形成される。図３（ｂ）として、金属膜１４上に、大きさが５ｍｍ×５ｍｍ、膜厚が０．４ｍｍのシリコンベアチップをフリップチップボンダを用いマウントする。図３（ｄ）として、熱硬化型エポキシ樹脂を用い、樹脂層３２を厚さが０．６ｍｍ、直径が１５０ｍｍのウエハ形状に成型する。樹脂層３２のキュアにより、カップリング剤１６と金属膜１４との化学結合が切断し、支持体１０を剥離する。このように、基板３５を形成した場合、チップ２０の表面と樹脂層３２の表面との段差の高さは２μｍであった。チップ２０および樹脂層３２上に、絶縁膜６０の膜厚が１０μｍ、配線７４の幅が１０μｍの再配線層４０を形成する。

比較例として、図１（ａ）において、熱発泡層５２の膜厚が４８μｍの熱発泡フィルム５０を用いる。微接着層５６の膜厚が１０μｍの大きさが５ｍｍ×５ｍｍ、膜厚が０．４ｍｍのシリコンベアチップを熱発泡フィルム５０上にマウントする。図２（ｃ）において、熱硬化型エポキシ樹脂を用い、樹脂層３２を厚さが０．６ｍｍ、直径が１５０ｍｍのウエハ形状に成型する。このように、基板３５を形成した場合、チップ２０の表面と樹脂層３２の表面との段差の高さは１５μｍであった。再配線層４０を、実施例１と同様に形成する。しかしながら、チップ２０の表面と樹脂層３２の表面との段差の影響により、幅が１０μｍの配線７４は形成できなかった。このように、比較例では、再配線層４０の配線７４の微細化が難しかったが、実施例１においては、再配線層４０の配線７４の微細化が可能となった。

実施例１によれば、図３（ｂ）のように、カップリング剤１６を用い、金属膜１４とチップ２０とを化学結合させる。図３（ｄ）および図４（ａ）のように、金属膜１４とカップリング剤１６との間の化学結合を切断する。これにより、金属膜１４とカップリング剤１６との間を剥離することができる。よって、支持体１０がチップ２０および樹脂層４２から剥離される。これにより、比較例のように接着層を用いないため、チップ２０が接着層に埋め込まれることを抑制できる。よって、チップ２０の表面と樹脂層３２の表面との段差の高さを小さくできる。よって、再配線層の配線の微細化が可能となる。

また、金属膜１４は、銅または銅合金を含むことが好ましい。これにより、カップリング剤１６と金属膜１４との化学結合を、比較的低い温度（例えば樹脂層３２のキュア温度）で切断することができる。金属膜１４は銅以外の金属を含む膜でもよい。

さらに、カップリング剤１６はシランカップリング剤であることが好ましい。これにより、カップリング剤１６とチップ２０とを比較的低い温度で化学結合させることができ、かつカップリング剤１６と金属膜１４との化学結合を比較的低い温度で切断することができる。

金属膜１４とカップリング剤１６との組み合わせは、カップリング剤１６と金属膜１４との化学結合が、カップリング剤１６とチップ２０との間の化学結合が切断される温度より低い温度で切断できる組み合わせであることが好ましい。また、カップリング剤１６と金属膜１４との化学結合が、樹脂層３２のキュア温度で切断できる組み合わせであることが好ましい。

図３（ｂ）において、カップリング剤１６上にチップ２０を配置してから、カップリング剤１６を加熱しチップ２０を仮固定するまでの間に、チップ２０の位置がずれてしまうこともありうる。そこで、フィルム１２の上面に粗くすることにより、チップ２０の位置ずれを抑制することができる。平均表面粗さＲａが小さいと、チップ２０の位置ずれ抑制効果が小さい。一方、平均表面粗さＲａが大きいとチップ２０の下面が支持体１０の上面に対し平行に配置されない可能性がある。よって、フィルム１２の上面の平均表面粗さＲａは０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下であることが好ましい。平均表面粗さＲａは０．５μｍ以上かつ２μｍ以下がより好ましい。

フィルム１２の上面を粗くした場合、金属膜１４の膜厚が大きいと、金属膜１４の表面の粗さが小さくなってしまう。そこで、金属膜１４の膜厚は平均表面粗さＲａより小さいことが好ましい。

図３（ｂ）のように、チップ２０を仮固定する際は、複数のチップ２０を互いに離間させ金属膜１４の上面に仮固定することが好ましい。これにより、離間したチップ２０間に樹脂層３２を設けることができる。

図３（ｂ）のように、複数のチップ２０を仮固定する工程は、カップリング剤１６を加熱する工程を含む。これにより、カップリング剤１６とチップ２０の表面とを化学結合させることができる。よって、チップ２０を金属膜１４に仮固定できる。

さらに、図３（ｄ）のように、樹脂層３２を形成する工程において、カップリング剤１６を加熱する工程の加熱温度より高い温度で樹脂３０を硬化させることにより樹脂層３２を形成することができる。これにより、金属膜１４とカップリング剤１６との間を剥離することができる。このように、樹脂層３２を硬化させる際の加熱により、金属膜１４とカップリング剤１６との化学結合を切断することができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

実施例１を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
付記１：
支持体上に、フィルム上に金属膜が形成され前記金属膜上にカップリング剤が形成された前記フィルムを貼り付ける工程と、前記カップリング剤を介し前記金属膜上にチップを仮固定する工程と、前記金属膜上に前記チップを覆うように樹脂層を形成する工程と、前記金属膜と前記カップリング剤との間を剥離することにより、前記支持体を前記チップおよび樹脂層から剥離する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
付記２：
前記金属膜は、銅または銅合金を含むことを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
付記３：
前記カップリング剤はシランカップリング剤であることを特徴とする付記１または２記載の半導体装置の製造方法。
付記４：
前記フィルムの上面の平均表面粗さは０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下であることを特徴とする付記１から３のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
付記５：
前記金属膜の膜厚は前記平均表面粗さより小さいことを特徴とする付記４記載の半導体装置の製造方法。
付記６：
前記チップを仮固定する工程は、複数の前記チップを互いに離間させ前記金属膜上に仮固定する工程を含むことを特徴とする付記１から５のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
付記７：
前記複数のチップを仮固定する工程は、前記カップリング剤を加熱する工程を含むことを特徴とする付記１から６のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
付記８：
前記樹脂層を形成する工程は、前記カップリング剤を加熱する工程の加熱温度より高い温度で樹脂を硬化させることにより前記樹脂層を形成する工程を含むことを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造方法。
付記９：
前記樹脂を硬化させることにより前記樹脂層を形成する工程は、前記金属膜と前記カップリング剤との間を剥離する工程を含むことを特徴とする付記８記載の半導体装置の製造方法。
付記１０：
前記樹脂層および前記チップ上に再配線層を形成する工程を含むことを特徴とする付記１から９のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。

１０ 支持体
１２ フィルム
１４ 金属膜
１６ カップリング剤
２０ チップ
３０ 樹脂
３２ 樹脂層
４０ 再配線層

Claims (5)

1. 支持体上に、フィルム上に金属膜が形成され前記金属膜上にカップリング剤が形成された前記フィルムを貼り付ける工程と、
   前記カップリング剤を介し前記金属膜上にチップを仮固定する工程と、
   前記金属膜上に前記チップを覆うように樹脂層を形成する工程と、
   前記カップリング剤と前記金属膜との間の化学結合が切断される温度で前記樹脂層をキュアする工程と、
   前記金属膜と前記カップリング剤との間を剥離することにより、前記支持体を前記チップおよび樹脂層から剥離する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記金属膜は、銅または銅合金を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記カップリング剤はシランカップリング剤であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記フィルムの上面の平均表面粗さは０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記金属膜の膜厚は前記平均表面粗さより小さいことを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。

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