半導体装置の製造方法
【課題】配線層の形成時や支持基板の剥離時に、配線層のずれや基板の割れといった不具合が発生しにくい半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、光の透過が抑制された第１の樹脂層３を支持基板２上に形成し、第１の樹脂層上に熱可塑性樹脂からなる第２の樹脂層４を形成する。第２の樹脂層上に絶縁層５および配線層８を形成し、配線層上に第１の半導体チップ１０を実装する。第１の樹脂層にレーザ光を照射して支持基板を剥離し、第２の樹脂層を除去することを特徴とする。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、光の透過が抑制された第１の樹脂層３を支持基板２上に形成し、第１の樹脂層上に熱可塑性樹脂からなる第２の樹脂層４を形成する。第２の樹脂層上に絶縁層５および配線層８を形成し、配線層上に第１の半導体チップ１０を実装する。第１の樹脂層にレーザ光を照射して支持基板を剥離し、第２の樹脂層を除去することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置には、単一の基板の両面に複数の半導体チップが実装される、いわゆる両面実装型の半導体装置や、一方の面に半導体チップが実装され、他方の面に端子が形成された片面実装型の半導体装置がある。上記のような半導体装置において、薄膜基板を用いた半導体装置の製造では、所定の支持基板上に基板や配線層が設けられる。そして、支持基板上の基板の一方の面に半導体チップが実装され、その後、支持基板が基板から剥離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３２３６１３号公報
【特許文献２】特開平０５−２５９６３９号公報
【特許文献３】特開２００４−２００６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような半導体装置では、配線層の形成時や支持基板の剥離時に、配線層のずれや基板の割れといった不具合が発生しにくい製造方法が望まれている。
【０００５】
本発明の実施の形態は、配線層の形成時や支持基板の剥離時に、配線層のずれや基板の割れといった不具合が発生しにくい半導体装置の製造方法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】
【０００６】
実施の形態の半導体装置の製造方法は、光の透過が抑制された第１の樹脂層を支持基板上に形成し、第１の樹脂層上に熱可塑性樹脂からなる第２の樹脂層を形成する。第２の樹脂層上に絶縁層および配線層を形成し、配線層上に第１の半導体チップを実装する。第１の樹脂層にレーザ光を照射して支持基板を剥離し、第２の樹脂層を除去することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図５】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図６】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図７】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図８】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図９】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１０】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１１】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１２】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１３】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１４】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１５】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１６】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１７】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１８】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１９】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２０】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
【図２１】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２２】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２３】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２４】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２５】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２６】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２７】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２８】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２９】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
【図３０】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３１】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３２】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３３】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３４】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３５】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３６】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３７】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３８】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３９】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図４０】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
【図４１】複数個の半導体チップを積層させてモールド封止させる場合の途中工程を例示する図である。
【図４２】再配線を行った面にさらに半導体チップをＦＣ実装した半導体装置を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１〜１９は、第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。図２０は、第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。なお、以下の説明において、有機絶縁層５のうち、支持基板２側の面を第二面５ｄとし、その裏側の面を第一面５ｃとする（図９などを参照）。
【００１０】
まず、支持基板２となる８インチガラスウエハの表面に、光の透過が抑制された光吸収層（第１の樹脂層）３を形成する（ステップＳ１、図１も参照）。光吸収層３は、光の透過を抑える透過阻害材を合成樹脂に混合したものが用いられる。透過阻害材は、例えばカーボンブラック、グラファイト粉末や鉄、酸化チタンなどの金属酸化物、あるいは染料や顔料である。光吸収層３は、後の工程において、レーザ光の照射によって分解される。
【００１１】
光吸収層３は、０．１μｍ以上であって５μｍ以下の厚さで形成されるのが好ましい。例えば、光吸収層３を１．５μｍの厚さで形成する。光吸収層３の厚さが０．１μｍ未満の場合は、レーザ光の照射時に光吸収が効率的に行われず、光吸収層３がうまく分解されない場合がある。また、光吸収層３の厚さが５μｍを超えると、一部の光吸収層３が分解されずに、残存してしまう場合がある。
【００１２】
次に、光吸収層３上に熱可塑性樹脂層（第２の樹脂層）４を形成する（ステップＳ２、図２も参照）。熱可塑性樹脂層４は、１μｍ以上であって５０μｍ以下の厚さで形成される。例えば、熱可塑性樹脂層４は、１５μｍの厚さで形成される。熱可塑性樹脂層４の材料としては、ポリスチレン系、メタクリル樹脂系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、セルロース系、ポリアミド系、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）系、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系、液晶ポリマー（ＬＣＰ）系、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）系、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）系、ポリアリレート（ＰＡＲ）系、ポリサルフォン（ＰＳＦ）系、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）系、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）系などの合成樹脂を使用することができる。なお、光吸収層３として、熱可塑性材料に光の透過を抑える透過阻害材を混合したものを用いれば、光吸収層３上の熱可塑性樹脂層４を省略することも可能である。
【００１３】
熱可塑性樹脂層４の厚さが１μｍ未満では、光吸収層３にレーザ光が照射された際に、熱の影響でダメージを受ける可能性がある。また、熱可塑性樹脂層４の厚さが５０μｍを超えると、その上部に形成される有機絶縁層５の開口に歪みが発生する場合がある。
【００１４】
また、熱可塑性樹脂層４の材料としては、ガラス転移温度が１５０℃以上であって２８０℃以下のものを使用する。ガラス転移温度が１５０℃未満の場合は、高温時に軟化し有機絶縁層の開口がゆがむ問題が発生する。また、ガラス転移温度が２８０℃を超える合成樹脂については合成樹脂の作製そのものが難しくなる。
【００１５】
また、熱可塑性樹脂層４の材料としては、分解温度が２００℃以上であって４００℃以下のものを使用する。分解温度が２００℃未満の場合は、有機絶縁層５のキュア工程において、高温に耐えきれず分解されてしまうおそれがある。また、分解温度が４００℃を超える樹脂については合成樹脂の作製そのものが難しくなる。
【００１６】
また、熱可塑性樹脂層４の材料としては、２５℃での弾性率が０．０１ＧＰａ以上であって１０ＧＰａ以下であるものを使用する。弾性率が０．０１ＧＰａ未満の場合は、弾性率が低いため、有機絶縁層５の開口に歪みが発生したり、開口のテーパが広がったりしてしまう場合がある。また、弾性率が１０ＧＰａを超える合成樹脂については、合成樹脂にフィラーを入れる必要があり、開口を形成することが困難になる。
【００１７】
また、熱可塑性樹脂層４の熱膨張係数ＣＴＥ１が有機絶縁層の熱膨張係数ＣＴＥ２に対して「ＣＴＥ２×０．７以上であってＣＴＥ２×１．３以下」とする。ＣＴＥ２×０．７未満や、ＣＴＥ×１．３を超える場合は有機絶縁層５を形成した場合、開口部分が歪む問題が発生しやすくなる。
【００１８】
また、熱可塑性樹脂層４の材料としては、有機絶縁層５に含まれる溶剤に耐性のあるものを選択して使用する必要がある。耐性の無い材料を使用した場合には、有機絶縁層５を形成したときに、有機絶縁層５に含まれる溶剤によって熱可塑性樹脂層４が溶解して有機絶縁層５に混合してしまい、後に残渣となって除去が難しくなる。
【００１９】
次に、熱可塑性樹脂層４の上に有機絶縁層（絶縁層）５としてポリイミドを３μｍの厚さで形成する（ステップＳ３、図３も参照）。次に、露光現像によって、有機絶縁層５に開口５ａを形成する（ステップＳ４、図４も参照）。開口５ａは、第二面５ｄの接続パッドが形成される位置に対応させて形成される。開口５ａは、例えば、２０μｍの径寸法、４０μｍのピッチで形成される。
【００２０】
次に、有機絶縁層５の表面、開口５ａの形成の内側面、および開口５ａの形成によって露出された熱可塑性樹脂層４の表面に、めっきのシード層としてＴｉ膜・Ｃｕ膜６を形成する（ステップＳ５、図５も参照）。Ｔｉ膜・Ｃｕ膜６は、厚さが０．０５μｍのＴｉ膜と、厚さが０．１μｍのＣｕ膜で構成される。
【００２１】
次に、Ｔｉ膜・Ｃｕ膜６の上にレジスト７を厚さが５μｍとなるように塗布し、露光現像によって、第一の配線層（３μｍ幅）用の開口を形成する（ステップＳ６、図６も参照）。次に、シード層であるＴｉ膜・Ｃｕ膜６を電極として、電解Ｃｕめっきを行い３μｍの第一の配線層８を形成する（ステップＳ７、図７も参照）。
【００２２】
次に、レジスト７を除去し、さらにシード層のＣｕ膜・Ｔｉ膜６をエッチングする（ステップＳ８、図８も参照）。Ｃｕ膜・Ｔｉ膜６のうち、Ｃｕ膜のエッチングには硫酸と過酸化水素水を混合させたものを用い、Ｔｉ膜のエッチングにはアンモニア水と過酸化水素水を混合させたものを用いる。
【００２３】
次に、ポリイミドなどを塗布して有機絶縁層５を積層し、第１の半導体チップとして第一面５ｃに実装される半導体チップ１０の金属バンプ１０ａに対応する箇所に、２０μｍ径（４０μｍピッチ）で開口５ｂを形成する（ステップＳ９、図９も参照）。次に、有機絶縁層５の第一面５ｃ上に、半導体チップ１０をフリップチップ実装する（ステップＳ１０、図１０も参照）。
【００２４】
半導体チップ１０の金属バンプ１０ａは、ＳｎＡｇで構成される。なお、開口５ｂの形成によって露出された第一の配線層８に、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ膜を形成した後にＳｎＡｇバンプを形成してもよい。
【００２５】
また、金属バンプ１０ａとしては、ＳｎＡｇバンプ以外にＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂなどを使用してもよい。また、これらの金属の合金、混合物でもよい。金属バンプ１０ａのピッチは４０μｍピッチで２０μｍ径のバンプである。ＦＣ実装は金属バンプ１０ａ上にフラックスを塗布して配線パッド上にフリップチップボンダーで搭載し、リフロー炉に入れて接続を行い、その後、フラックスを洗浄液で除去する。またはフラックスを用いずにＳｎＡｇバンプの酸化膜を、プラズマを用いて除去し、フリップチップボンダーを用いてパルスヒートで接続を行ってもよい。有機絶縁層５の第一面５ｃ上には、複数の半導体チップがフリップチップ実装される。
【００２６】
半導体チップ１０をフリップチップ実装後、チップ下に樹脂を流し込んでアンダーフィル１７を形成し（ステップＳ１１、図１１も参照）、さらに第一面５ｃ上を熱硬化性樹脂１３でモールド封止する（ステップＳ１２、図１２も参照）。
【００２７】
次に、支持基板２側から光吸収層３に向けてレーザ光を印加する（ステップＳ１３、図１３も参照）。レーザ光は支持基板２を透過して光吸収層３に到達する。光吸収層３は、光の透過が抑制されているので、印加されたレーザ光を吸収して温度が上昇する。これにより、光吸収層３が分解されるので、光吸収層３の部分で支持基板２を剥離する（ステップＳ１４、図１４も参照）。光吸収層３が分解されるので、支持基板２の剥離を円滑に行いやすくなり、有機絶縁層５に亀裂が入るなどの不具合の発生を抑えることができる。
【００２８】
印加するレーザ光としては、例えば、ＹＡＧレーザ、ルビーレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒイオンレーザ、半導体レーザなどを用いることができる。レーザ光の波長は、１０．６μｍ、１０６４ｎｍの赤外線や、６９４ｎｍ、６３３ｎｍ、５３２ｎｍ、５１４ｎｍ、４８８ｎｍの可視光や、３５５ｎｍ、３５１ｎｍ、３０８ｎｍ、２４８ｎｍなどの紫外線など、種々の波長を使用することが可能である。また、レーザは連続波、パルス波ともに使用することができる。
【００２９】
支持基板２を剥離した後に、光吸収層３、および熱可塑性樹脂層４をアセトンなどの溶剤で除去する（ステップＳ１５、図１５も参照）。ここで、熱可塑性樹脂層４は溶剤に溶解することが必要である。残渣が残っている場合はさらにプラズマを印加して除去してもよい。
【００３０】
光吸収層３、および熱可塑性樹脂層４を除去したあとに、有機絶縁層５の開口５ａから露出しているＴｉ膜・Ｃｕ膜６をエッチングにより除去する（ステップＳ１６、図１６も参照）。Ｃｕ膜のエッチングには硫酸と過酸化水素水を混合させたものを用い、Ｔｉ膜のエッチングにはアンモニア水と過酸化水素水を混合させたものを用いる。
【００３１】
裏面に接続パッドとなるＣｕが露出するので、そのＣｕ面へ無電解めっきにより、Ｎｉ・Ｐｄ・Ａｕ膜１４を形成する（ステップＳ１７、図１７も参照）。Ｎｉ・Ｐｄ・Ａｕ膜１４は、Ｎｉを３μｍ、Ｐｄを０．０５μｍ、Ａｕを０．５μｍの厚さで形成することで構成される。
【００３２】
次に、有機絶縁層５の第一面５ｃと同様に、第２の半導体チップとしての半導体チップ１０を第二面５ｄ上にフリップチップ実装する（ステップＳ１８、図１８も参照）。以上の工程により、半導体装置の中間体１５が製造される。その後、プリント基板１６にマウントペーストを用いて中間体１５を搭載し、Ａｕワイヤー２９を用いてプリント基板１６上にワイヤーボンディングする。さらに樹脂モールドを行い、裏面にボールを搭載することで（ステップＳ１９、図１９も参照）、半導体装置が完成する。
【００３３】
上述の工程に従って、半導体装置を製造し、温度サイクル試験に供して、その信頼性を調べた。なお温度サイクル試験は−５５℃（３０ｍｉｎ）〜２５℃（５ｍｉｎ）〜１２５℃（３０ｍｉｎ）を１サイクルとして行った。その結果３０００サイクル後でも第一面５ｃおよび第二面のフリップチップ接続箇所には破断の発生はほとんど認められなかった。
【００３４】
なお、有機絶縁層５としては、ポリイミドの他にも、ＰＢＯ（ポリベンゾオキサゾール）、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂などを使用してもよい。第一の配線層８の材料にはＣｕを例示したが、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなども使用できる。また、ガラスを支持基板２として配線層を形成したが、シリコン、サファイヤなどを使用してもよい。すなわち、支持基板２には、レーザ光が透過する材料であれば種々のものを使用することができる。
【００３５】
また、本実施の形態では、第一の配線層８のみの１層の構成を例示しているが、配線層を多層構成にしてもよい。配線層を多層構成にする場合には、ステップＳ８の工程を実施した後に、ステップＳ３〜ステップＳ８までの工程を繰り返して、第二の配線層、第三の配線層などを形成する。例えば、ステップＳ８に相当する工程の次に、ポリイミドをさらに塗布して有機絶縁層を積層するとともに、露光現像によりＶｉａ層を形成する。レジストを５μｍ塗布し、露光現像によって、第二の配線層（３μｍ幅）の開口を形成する。シード層を電極として電解Ｃｕめっきを行い３μｍの第一の配線層を形成する。レジストを除去し、さらにシード層のＣｕ膜とＴｉ膜をエッチングする。Ｃｕ膜は硫酸と過酸化水素水を混合させたものを用い、Ｔｉ膜はアンモニア水と過酸化水素水を混合させたものを用いる。
【００３６】
また、本実施の形態では、両面実装型の半導体装置を例示して説明したがこれに限られない。例えば、一方の面に半導体チップが実装され、他方の面に端子が形成された片面実装型の半導体装置の製造において、本実施の形態の製造方法を適用してもよい。
【００３７】
（第２の実施の形態）
図２１〜２８は、第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。図２９は、第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。実施の形態１と同様の構成については同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００３８】
第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法は、図２９に示すように、ステップＳ９までは実施の形態１で説明したものと同様の手順になっている。
【００３９】
そして、ステップＳ９の工程の後で、ポリイミドなどの有機膜を塗布して有機絶縁層５を積層するとともに、第一面５ｃの接続パッドに対応する部分に、短辺７０μｍ長辺１００ｕｍの開口を１００μｍピッチで形成する（ステップＳ２１、図２１も参照）。配線層は１層の例を説明したが、もちろん２層の構成や、それ以上の層で構成されてもよい。
【００４０】
次に、開口した接続パッド上にＮｉ・Ｐｄ・Ａｕ膜２４を形成する（ステップＳ２２、図２２も参照）。Ｎｉ・Ｐｄ・Ａｕ膜２４は、無電解めっきによりＮｉを３μｍ、Ｐｄを０．０５μｍ、Ａｕを０．５μｍの厚さで形成する。
【００４１】
半導体チップ２０を有機絶縁層５上にマウント材２５を用いてマウントする（ステップＳ２３、図２３も参照）。マウント材２５には、例えば樹脂を用いる。また、マウント材２５に用いる樹脂は、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系などの液状樹脂やフィルム状の樹脂を用いる。なお、本実施の形態２で用いる半導体チップ２０には、金属バンプ１０ａは設けられておらず、表面にＡｌパッド２０ａが形成されている。そのため、半導体チップ２０は、有機絶縁層５に対してフリップチップ実装ではなく、マウント材２５を用いたマウントがなされる。
【００４２】
有機絶縁層５上にマウントする半導体チップ２０は１個でもよいし、２個以上積層して多段にチップを形成してもよい。次に、マウントした半導体チップ２０のＡｌパッド２０ａを、Ａｕワイヤー２９を用いたワイヤーボンディングによってＮｉ・Ｐｄ・Ａｕ膜２４と電気的に接続する（ステップＳ２４、図２４も参照）。
【００４３】
次に、有機絶縁層５の第一面５ｃ上を熱硬化性樹脂１３でモールド封止する（ステップＳ２５、図２５も参照）。そして、実施の形態１で説明した手順と同様に、ステップＳ１３〜ステップＳ１７の工程を経て、樹脂体２７が製造される（図２６，２７も参照）。
【００４４】
そして、この樹脂体をダイシングにより個片化し、個片化したパッケージをさらに基板２８上に樹脂を使用してマウントする（ステップＳ２６）。図２８に示すように個片化されたパッケージを積層してもよい。積層されたパッケージに対して、さらにワイヤーボンディングを行う（ステップＳ２７）。次に、全体をモールド樹脂で覆い、基板２８の裏面にボール搭載を行うことで（ステップＳ２８）、半導体装置が完成する。
【００４５】
上述の工程に従って、半導体装置を製造し、温度サイクル試験に供して、その信頼性を調べた。なお温度サイクル試験は−５５℃（３０ｍｉｎ）〜２５℃（５ｍｉｎ）〜１２５℃（３０ｍｉｎ）を１サイクルとして行った。その結果３０００サイクル後でもワイヤーボンディング部分の破断の発生はほとんど認められなかった。配線層に形成した電極パッドが剥離層に向かって小さくなっていることと、配線層の外周にモールド樹脂があることにより、配線層の伸び縮みが抑えられ、電極パッドにかかる応力が小さくなり、リフローや、ＴＣＴ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｙｃｌｉｎｇ Ｔｅｓｔ）時の電極パッドと配線の破断が発生しにくくなっている。
【００４６】
なお、有機絶縁層５としては、ポリイミドの他にも、ＰＢＯ（ポリベンゾオキサゾール）、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂などを使用してもよい。第一の配線層８の材料にはＣｕを例示したが、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなども使用できる。また、ガラスを支持基板２として配線層を形成したが、シリコン、サファイヤなどを使用してもよい。すなわち、支持基板２には、レーザ光が透過する材料であれば種々のものを使用することができる。
【００４７】
（第３の実施の形態）
図３０〜３９は、第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。図４０は、第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。上記実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００４８】
まず、支持基板２となる８インチガラスウエハの表面に、光の透過が抑制された光吸収層（第１の樹脂層）３を形成する（ステップＳ３１）。光吸収層３は、光の透過を抑える透過阻害材を合成樹脂に混合したものが用いられる。透過阻害材は、例えばカーボンブラック、グラファイト粉末や鉄、酸化チタンなどの金属酸化物、あるいは染料や顔料である。光吸収層３は、後の工程において、レーザ光の照射によって分解される。
【００４９】
光吸収層３は、０．１μｍ以上であって５μｍ以下の厚さで形成されるのが好ましい。例えば、光吸収層３を１．５μｍの厚さで形成する。光吸収層３の厚さが０．１μｍ未満の場合は、レーザ光の照射時に光吸収が効率的に行われず、光吸収層３がうまく分解されない場合がある。また、光吸収層３の厚さが５μｍを超えると、一部の光吸収層３が分解されずに、残存してしまう場合がある。
【００５０】
次に、光吸収層３上に熱可塑性樹脂層（第２の樹脂層）４を形成する（ステップＳ３２、図３０も参照）。熱可塑性樹脂層４は、１μｍ以上であって５０μｍ以下の厚さで形成される。例えば、熱可塑性樹脂層４は、１５μｍの厚さで形成される。熱可塑性樹脂層４の材料としては、ポリスチレン系、メタクリル樹脂系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、セルロース系などの合成樹脂を使用することができる。
【００５１】
熱可塑性樹脂層４の厚さが１μｍ未満では、光吸収層３にレーザ光が照射された際に、熱の影響でダメージを受ける可能性がある。また、熱可塑性樹脂層４の厚さが５０μｍを超えると、その上部へマウントする半導体チップ２０の位置ずれが発生しやすくなる。
【００５２】
また、熱可塑性樹脂層４の材料としては、ガラス転移温度が１５０℃以上であって２８０℃以下のものを使用する。ガラス転移温度が１５０℃未満の場合は、高温時に軟化してしまい、その上部へマウントする半導体チップ２０の位置ずれが発生しやすくなる。また、ガラス転移温度が２８０℃を超える合成樹脂については合成樹脂の作製そのものが難しくなる。熱可塑性樹脂層４には、接着性の性質を有しているものが用いられる。
【００５３】
次に、熱可塑性樹脂層４上に第１の半導体チップとして半導体チップ２０を位置合わせしてマウントする（ステップＳ３３、図３１も参照）。次に、半導体チップ２０がマウントされた熱可塑性樹脂層４の第一面４ａ上を熱硬化性樹脂１３でモールド封止する（ステップＳ３４、図３２も参照）。
【００５４】
次に、支持基板２側から光吸収層３に向けてレーザ光を印加する（ステップＳ３５、図３３も参照）。レーザ光は支持基板２を透過して光吸収層３に到達する。光吸収層３は、光の透過が抑制されているので、印加されたレーザ光を吸収して温度が上昇する。これにより、光吸収層３が分解されるので、光吸収層３の部分で支持基板２を剥離する（ステップＳ３６、図３４も参照）。光吸収層３が分解されるので、支持基板２の剥離を円滑に行いやすくなる。
【００５５】
印加するレーザ光としては、例えば、ＹＡＧレーザ、ルビーレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒイオンレーザ、半導体レーザなどを用いることができる。レーザ光の波長は、１０．６μｍ、１０６４ｎｍの赤外線や、６９４ｎｍ、６３３ｎｍ、５３２ｎｍ、５１４ｎｍ、４８８ｎｍの可視光や、３５５ｎｍ、３５１ｎｍ、３０８ｎｍ、２４８ｎｍなどの紫外線など、種々の波長を使用することが可能である。また、レーザは連続波、パルス波ともに使用することができる。
【００５６】
支持基板２を剥離した後に、光吸収層３、および熱可塑性樹脂層４をアセトンなどの溶剤で除去する（ステップＳ３７、図３５も参照）。ここで、熱可塑性樹脂層４は溶剤に溶解することが必要である。残渣が残っている場合はさらにプラズマを印加して除去してもよい。
【００５７】
ステップＳ３６，Ｓ３７の工程を経ることで、半導体チップ２０のパッドが露出するため、この面に再配線を形成する（ステップＳ３８）。再配線を形成する工程は、例えば、まず有機絶縁層５を形成する（図３６も参照）。そして、有機絶縁層５に開口を形成する。この開口は、半導体チップ２０のパッドと一致する位置に形成される。次に、Ｔｉ／Ｃｕなどの膜をスパッタし、再配線を形成するためのレジストを形成し、配線用の開口を形成する。そして、レジストの開口部にＣｕめっきを行い、レジストを除去し、スパッタした膜をエッチングすることで再配線３１を形成する（図３７も参照）。
【００５８】
このように、再配線を形成した後、有機絶縁層５を積層し、開口を形成する（ステップＳ３９、図３８も参照）。次に、開口を行った部分にはんだボール３０を形成する（ステップＳ４０、図３９も参照）。さらにダイシングを行う（ステップＳ４１）ことでＦａｎｏｕｔタイプのＣＳＰを形成することができる。
【００５９】
上述の工程に従って、半導体装置を製造し、温度サイクル試験に供して、その信頼性を調べた。なお温度サイクル試験は−５５℃（３０ｍｉｎ）〜２５℃（５ｍｉｎ）〜１２５℃（３０ｍｉｎ）を１サイクルとして行った。その結果３０００サイクル後でも再配線を行った箇所の配線の破断の発生はほとんど認められなかった。
【００６０】
なお、再配線を形成するときに、熱硬化性樹脂４の剛性が足りない場合、熱可塑性樹脂層４に対して、ガラスや金属板を貼り付けて、剛性を上げた状態で、再配線の工程を行ってもよい。
【００６１】
また、有機絶縁層５としてはポリイミドの他にも、ＰＢＯ（ポリベンゾオキサゾール）、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂などを使用してもよい。再配線の配線材料にはＣｕを例示したが、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなども使用できる。また、ガラスを支持基板２として配線層を形成したが、シリコン、サファイヤなどを使用してもよい。すなわち、支持基板２には、レーザ光が透過する材料であれば種々のものを使用することができる。
【００６２】
図４１は、複数個の半導体チップ２０を積層させてモールド封止させる場合の途中工程を例示する図である。図４１に示すように、チップを支持基板２（熱可塑性樹脂層４）上にマウントする半導体チップ２０は、複数個であってもよい。すなわち、最下層の第１の半導体チップ上に第３の半導体チップとしてさらに半導体チップ２０を積層してもよい。なお、複数個の半導体チップ２０は、例えば、予めＴＳＶで積層させた積層体をマウントしてもよい。また、ＴＳＶ用のチップを支持基板２（熱可塑性樹脂層４）上に１個ずつ積み上げながらＦＣ実装して積層させてもよい。
【００６３】
このように、支持基板２上で半導体チップ２０を予め積層すれば、最下層の半導体チップ２０、すなわち、支持基板２（熱可塑性樹脂層４）に直接マウントされる半導体チップ２０を、略平坦な支持基板２にマウントすることができる。したがって、最下層の半導体チップ２０に反りが発生しにくくなる。半導体チップ２０に反りがあると、半導体チップ２０同士の接続を確保しにくくなる。特に、半導体チップ２０に設けられるバンプのピッチが微細である場合に、半導体チップ２０に反りがあると、互いの接続を確保しにくくなる。一方、本実施の形態では、マウントされる半導体チップ２０の反りを抑えることができるので、半導体チップ２０同士を確実に接続させやすくなる。
【００６４】
図４２は、再配線を行った面にさらに半導体チップ２０をＦＣ実装した半導体装置を例示する図である。図４２に示すように、ステップＳ３８の再配線の工程の後に、再配線を行った面にさらに第４の半導体チップとして半導体チップ２０をＦＣ実装して半導体装置を構成してもよい。
【００６５】
なお、上記実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。
【符号の説明】
【００６６】
２ 支持基板、３ 光吸収層（第１の樹脂層）、４ 熱可塑性樹脂層（第２の樹脂層）、５ 有機絶縁層、５ａ，５ｂ 開口、５ｃ 第一面、５ｄ 第二面、６ Ｔｉ膜・Ｃｕ膜、７ レジスト、８ 第一の配線層、１０ 半導体チップ、１０ａ 金属バンプ、１３ 熱硬化性樹脂、１４ Ｎｉ・Ｐｄ・Ａｕ膜、１５ 中間体、１６ プリント基板、１７ アンダーフィル、２０ 半導体チップ、２０ａ Ａｌパッド、２４ Ｎｉ・Ｐｄ・Ａｕ膜、２５ マウント材、２７ 樹脂体、２８ 基板。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置には、単一の基板の両面に複数の半導体チップが実装される、いわゆる両面実装型の半導体装置や、一方の面に半導体チップが実装され、他方の面に端子が形成された片面実装型の半導体装置がある。上記のような半導体装置において、薄膜基板を用いた半導体装置の製造では、所定の支持基板上に基板や配線層が設けられる。そして、支持基板上の基板の一方の面に半導体チップが実装され、その後、支持基板が基板から剥離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３２３６１３号公報
【特許文献２】特開平０５−２５９６３９号公報
【特許文献３】特開２００４−２００６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような半導体装置では、配線層の形成時や支持基板の剥離時に、配線層のずれや基板の割れといった不具合が発生しにくい製造方法が望まれている。
【０００５】
本発明の実施の形態は、配線層の形成時や支持基板の剥離時に、配線層のずれや基板の割れといった不具合が発生しにくい半導体装置の製造方法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】
【０００６】
実施の形態の半導体装置の製造方法は、光の透過が抑制された第１の樹脂層を支持基板上に形成し、第１の樹脂層上に熱可塑性樹脂からなる第２の樹脂層を形成する。第２の樹脂層上に絶縁層および配線層を形成し、配線層上に第１の半導体チップを実装する。第１の樹脂層にレーザ光を照射して支持基板を剥離し、第２の樹脂層を除去することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図５】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図６】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図７】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図８】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図９】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１０】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１１】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１２】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１３】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１４】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１５】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１６】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１７】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１８】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１９】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２０】第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
【図２１】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２２】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２３】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２４】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２５】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２６】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２７】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２８】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２９】第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
【図３０】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３１】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３２】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３３】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３４】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３５】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３６】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３７】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３８】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３９】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図４０】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
【図４１】複数個の半導体チップを積層させてモールド封止させる場合の途中工程を例示する図である。
【図４２】再配線を行った面にさらに半導体チップをＦＣ実装した半導体装置を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１〜１９は、第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。図２０は、第１の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。なお、以下の説明において、有機絶縁層５のうち、支持基板２側の面を第二面５ｄとし、その裏側の面を第一面５ｃとする（図９などを参照）。
【００１０】
まず、支持基板２となる８インチガラスウエハの表面に、光の透過が抑制された光吸収層（第１の樹脂層）３を形成する（ステップＳ１、図１も参照）。光吸収層３は、光の透過を抑える透過阻害材を合成樹脂に混合したものが用いられる。透過阻害材は、例えばカーボンブラック、グラファイト粉末や鉄、酸化チタンなどの金属酸化物、あるいは染料や顔料である。光吸収層３は、後の工程において、レーザ光の照射によって分解される。
【００１１】
光吸収層３は、０．１μｍ以上であって５μｍ以下の厚さで形成されるのが好ましい。例えば、光吸収層３を１．５μｍの厚さで形成する。光吸収層３の厚さが０．１μｍ未満の場合は、レーザ光の照射時に光吸収が効率的に行われず、光吸収層３がうまく分解されない場合がある。また、光吸収層３の厚さが５μｍを超えると、一部の光吸収層３が分解されずに、残存してしまう場合がある。
【００１２】
次に、光吸収層３上に熱可塑性樹脂層（第２の樹脂層）４を形成する（ステップＳ２、図２も参照）。熱可塑性樹脂層４は、１μｍ以上であって５０μｍ以下の厚さで形成される。例えば、熱可塑性樹脂層４は、１５μｍの厚さで形成される。熱可塑性樹脂層４の材料としては、ポリスチレン系、メタクリル樹脂系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、セルロース系、ポリアミド系、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）系、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系、液晶ポリマー（ＬＣＰ）系、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）系、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）系、ポリアリレート（ＰＡＲ）系、ポリサルフォン（ＰＳＦ）系、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）系、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）系などの合成樹脂を使用することができる。なお、光吸収層３として、熱可塑性材料に光の透過を抑える透過阻害材を混合したものを用いれば、光吸収層３上の熱可塑性樹脂層４を省略することも可能である。
【００１３】
熱可塑性樹脂層４の厚さが１μｍ未満では、光吸収層３にレーザ光が照射された際に、熱の影響でダメージを受ける可能性がある。また、熱可塑性樹脂層４の厚さが５０μｍを超えると、その上部に形成される有機絶縁層５の開口に歪みが発生する場合がある。
【００１４】
また、熱可塑性樹脂層４の材料としては、ガラス転移温度が１５０℃以上であって２８０℃以下のものを使用する。ガラス転移温度が１５０℃未満の場合は、高温時に軟化し有機絶縁層の開口がゆがむ問題が発生する。また、ガラス転移温度が２８０℃を超える合成樹脂については合成樹脂の作製そのものが難しくなる。
【００１５】
また、熱可塑性樹脂層４の材料としては、分解温度が２００℃以上であって４００℃以下のものを使用する。分解温度が２００℃未満の場合は、有機絶縁層５のキュア工程において、高温に耐えきれず分解されてしまうおそれがある。また、分解温度が４００℃を超える樹脂については合成樹脂の作製そのものが難しくなる。
【００１６】
また、熱可塑性樹脂層４の材料としては、２５℃での弾性率が０．０１ＧＰａ以上であって１０ＧＰａ以下であるものを使用する。弾性率が０．０１ＧＰａ未満の場合は、弾性率が低いため、有機絶縁層５の開口に歪みが発生したり、開口のテーパが広がったりしてしまう場合がある。また、弾性率が１０ＧＰａを超える合成樹脂については、合成樹脂にフィラーを入れる必要があり、開口を形成することが困難になる。
【００１７】
また、熱可塑性樹脂層４の熱膨張係数ＣＴＥ１が有機絶縁層の熱膨張係数ＣＴＥ２に対して「ＣＴＥ２×０．７以上であってＣＴＥ２×１．３以下」とする。ＣＴＥ２×０．７未満や、ＣＴＥ×１．３を超える場合は有機絶縁層５を形成した場合、開口部分が歪む問題が発生しやすくなる。
【００１８】
また、熱可塑性樹脂層４の材料としては、有機絶縁層５に含まれる溶剤に耐性のあるものを選択して使用する必要がある。耐性の無い材料を使用した場合には、有機絶縁層５を形成したときに、有機絶縁層５に含まれる溶剤によって熱可塑性樹脂層４が溶解して有機絶縁層５に混合してしまい、後に残渣となって除去が難しくなる。
【００１９】
次に、熱可塑性樹脂層４の上に有機絶縁層（絶縁層）５としてポリイミドを３μｍの厚さで形成する（ステップＳ３、図３も参照）。次に、露光現像によって、有機絶縁層５に開口５ａを形成する（ステップＳ４、図４も参照）。開口５ａは、第二面５ｄの接続パッドが形成される位置に対応させて形成される。開口５ａは、例えば、２０μｍの径寸法、４０μｍのピッチで形成される。
【００２０】
次に、有機絶縁層５の表面、開口５ａの形成の内側面、および開口５ａの形成によって露出された熱可塑性樹脂層４の表面に、めっきのシード層としてＴｉ膜・Ｃｕ膜６を形成する（ステップＳ５、図５も参照）。Ｔｉ膜・Ｃｕ膜６は、厚さが０．０５μｍのＴｉ膜と、厚さが０．１μｍのＣｕ膜で構成される。
【００２１】
次に、Ｔｉ膜・Ｃｕ膜６の上にレジスト７を厚さが５μｍとなるように塗布し、露光現像によって、第一の配線層（３μｍ幅）用の開口を形成する（ステップＳ６、図６も参照）。次に、シード層であるＴｉ膜・Ｃｕ膜６を電極として、電解Ｃｕめっきを行い３μｍの第一の配線層８を形成する（ステップＳ７、図７も参照）。
【００２２】
次に、レジスト７を除去し、さらにシード層のＣｕ膜・Ｔｉ膜６をエッチングする（ステップＳ８、図８も参照）。Ｃｕ膜・Ｔｉ膜６のうち、Ｃｕ膜のエッチングには硫酸と過酸化水素水を混合させたものを用い、Ｔｉ膜のエッチングにはアンモニア水と過酸化水素水を混合させたものを用いる。
【００２３】
次に、ポリイミドなどを塗布して有機絶縁層５を積層し、第１の半導体チップとして第一面５ｃに実装される半導体チップ１０の金属バンプ１０ａに対応する箇所に、２０μｍ径（４０μｍピッチ）で開口５ｂを形成する（ステップＳ９、図９も参照）。次に、有機絶縁層５の第一面５ｃ上に、半導体チップ１０をフリップチップ実装する（ステップＳ１０、図１０も参照）。
【００２４】
半導体チップ１０の金属バンプ１０ａは、ＳｎＡｇで構成される。なお、開口５ｂの形成によって露出された第一の配線層８に、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ膜を形成した後にＳｎＡｇバンプを形成してもよい。
【００２５】
また、金属バンプ１０ａとしては、ＳｎＡｇバンプ以外にＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂなどを使用してもよい。また、これらの金属の合金、混合物でもよい。金属バンプ１０ａのピッチは４０μｍピッチで２０μｍ径のバンプである。ＦＣ実装は金属バンプ１０ａ上にフラックスを塗布して配線パッド上にフリップチップボンダーで搭載し、リフロー炉に入れて接続を行い、その後、フラックスを洗浄液で除去する。またはフラックスを用いずにＳｎＡｇバンプの酸化膜を、プラズマを用いて除去し、フリップチップボンダーを用いてパルスヒートで接続を行ってもよい。有機絶縁層５の第一面５ｃ上には、複数の半導体チップがフリップチップ実装される。
【００２６】
半導体チップ１０をフリップチップ実装後、チップ下に樹脂を流し込んでアンダーフィル１７を形成し（ステップＳ１１、図１１も参照）、さらに第一面５ｃ上を熱硬化性樹脂１３でモールド封止する（ステップＳ１２、図１２も参照）。
【００２７】
次に、支持基板２側から光吸収層３に向けてレーザ光を印加する（ステップＳ１３、図１３も参照）。レーザ光は支持基板２を透過して光吸収層３に到達する。光吸収層３は、光の透過が抑制されているので、印加されたレーザ光を吸収して温度が上昇する。これにより、光吸収層３が分解されるので、光吸収層３の部分で支持基板２を剥離する（ステップＳ１４、図１４も参照）。光吸収層３が分解されるので、支持基板２の剥離を円滑に行いやすくなり、有機絶縁層５に亀裂が入るなどの不具合の発生を抑えることができる。
【００２８】
印加するレーザ光としては、例えば、ＹＡＧレーザ、ルビーレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒイオンレーザ、半導体レーザなどを用いることができる。レーザ光の波長は、１０．６μｍ、１０６４ｎｍの赤外線や、６９４ｎｍ、６３３ｎｍ、５３２ｎｍ、５１４ｎｍ、４８８ｎｍの可視光や、３５５ｎｍ、３５１ｎｍ、３０８ｎｍ、２４８ｎｍなどの紫外線など、種々の波長を使用することが可能である。また、レーザは連続波、パルス波ともに使用することができる。
【００２９】
支持基板２を剥離した後に、光吸収層３、および熱可塑性樹脂層４をアセトンなどの溶剤で除去する（ステップＳ１５、図１５も参照）。ここで、熱可塑性樹脂層４は溶剤に溶解することが必要である。残渣が残っている場合はさらにプラズマを印加して除去してもよい。
【００３０】
光吸収層３、および熱可塑性樹脂層４を除去したあとに、有機絶縁層５の開口５ａから露出しているＴｉ膜・Ｃｕ膜６をエッチングにより除去する（ステップＳ１６、図１６も参照）。Ｃｕ膜のエッチングには硫酸と過酸化水素水を混合させたものを用い、Ｔｉ膜のエッチングにはアンモニア水と過酸化水素水を混合させたものを用いる。
【００３１】
裏面に接続パッドとなるＣｕが露出するので、そのＣｕ面へ無電解めっきにより、Ｎｉ・Ｐｄ・Ａｕ膜１４を形成する（ステップＳ１７、図１７も参照）。Ｎｉ・Ｐｄ・Ａｕ膜１４は、Ｎｉを３μｍ、Ｐｄを０．０５μｍ、Ａｕを０．５μｍの厚さで形成することで構成される。
【００３２】
次に、有機絶縁層５の第一面５ｃと同様に、第２の半導体チップとしての半導体チップ１０を第二面５ｄ上にフリップチップ実装する（ステップＳ１８、図１８も参照）。以上の工程により、半導体装置の中間体１５が製造される。その後、プリント基板１６にマウントペーストを用いて中間体１５を搭載し、Ａｕワイヤー２９を用いてプリント基板１６上にワイヤーボンディングする。さらに樹脂モールドを行い、裏面にボールを搭載することで（ステップＳ１９、図１９も参照）、半導体装置が完成する。
【００３３】
上述の工程に従って、半導体装置を製造し、温度サイクル試験に供して、その信頼性を調べた。なお温度サイクル試験は−５５℃（３０ｍｉｎ）〜２５℃（５ｍｉｎ）〜１２５℃（３０ｍｉｎ）を１サイクルとして行った。その結果３０００サイクル後でも第一面５ｃおよび第二面のフリップチップ接続箇所には破断の発生はほとんど認められなかった。
【００３４】
なお、有機絶縁層５としては、ポリイミドの他にも、ＰＢＯ（ポリベンゾオキサゾール）、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂などを使用してもよい。第一の配線層８の材料にはＣｕを例示したが、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなども使用できる。また、ガラスを支持基板２として配線層を形成したが、シリコン、サファイヤなどを使用してもよい。すなわち、支持基板２には、レーザ光が透過する材料であれば種々のものを使用することができる。
【００３５】
また、本実施の形態では、第一の配線層８のみの１層の構成を例示しているが、配線層を多層構成にしてもよい。配線層を多層構成にする場合には、ステップＳ８の工程を実施した後に、ステップＳ３〜ステップＳ８までの工程を繰り返して、第二の配線層、第三の配線層などを形成する。例えば、ステップＳ８に相当する工程の次に、ポリイミドをさらに塗布して有機絶縁層を積層するとともに、露光現像によりＶｉａ層を形成する。レジストを５μｍ塗布し、露光現像によって、第二の配線層（３μｍ幅）の開口を形成する。シード層を電極として電解Ｃｕめっきを行い３μｍの第一の配線層を形成する。レジストを除去し、さらにシード層のＣｕ膜とＴｉ膜をエッチングする。Ｃｕ膜は硫酸と過酸化水素水を混合させたものを用い、Ｔｉ膜はアンモニア水と過酸化水素水を混合させたものを用いる。
【００３６】
また、本実施の形態では、両面実装型の半導体装置を例示して説明したがこれに限られない。例えば、一方の面に半導体チップが実装され、他方の面に端子が形成された片面実装型の半導体装置の製造において、本実施の形態の製造方法を適用してもよい。
【００３７】
（第２の実施の形態）
図２１〜２８は、第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。図２９は、第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。実施の形態１と同様の構成については同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００３８】
第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法は、図２９に示すように、ステップＳ９までは実施の形態１で説明したものと同様の手順になっている。
【００３９】
そして、ステップＳ９の工程の後で、ポリイミドなどの有機膜を塗布して有機絶縁層５を積層するとともに、第一面５ｃの接続パッドに対応する部分に、短辺７０μｍ長辺１００ｕｍの開口を１００μｍピッチで形成する（ステップＳ２１、図２１も参照）。配線層は１層の例を説明したが、もちろん２層の構成や、それ以上の層で構成されてもよい。
【００４０】
次に、開口した接続パッド上にＮｉ・Ｐｄ・Ａｕ膜２４を形成する（ステップＳ２２、図２２も参照）。Ｎｉ・Ｐｄ・Ａｕ膜２４は、無電解めっきによりＮｉを３μｍ、Ｐｄを０．０５μｍ、Ａｕを０．５μｍの厚さで形成する。
【００４１】
半導体チップ２０を有機絶縁層５上にマウント材２５を用いてマウントする（ステップＳ２３、図２３も参照）。マウント材２５には、例えば樹脂を用いる。また、マウント材２５に用いる樹脂は、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系などの液状樹脂やフィルム状の樹脂を用いる。なお、本実施の形態２で用いる半導体チップ２０には、金属バンプ１０ａは設けられておらず、表面にＡｌパッド２０ａが形成されている。そのため、半導体チップ２０は、有機絶縁層５に対してフリップチップ実装ではなく、マウント材２５を用いたマウントがなされる。
【００４２】
有機絶縁層５上にマウントする半導体チップ２０は１個でもよいし、２個以上積層して多段にチップを形成してもよい。次に、マウントした半導体チップ２０のＡｌパッド２０ａを、Ａｕワイヤー２９を用いたワイヤーボンディングによってＮｉ・Ｐｄ・Ａｕ膜２４と電気的に接続する（ステップＳ２４、図２４も参照）。
【００４３】
次に、有機絶縁層５の第一面５ｃ上を熱硬化性樹脂１３でモールド封止する（ステップＳ２５、図２５も参照）。そして、実施の形態１で説明した手順と同様に、ステップＳ１３〜ステップＳ１７の工程を経て、樹脂体２７が製造される（図２６，２７も参照）。
【００４４】
そして、この樹脂体をダイシングにより個片化し、個片化したパッケージをさらに基板２８上に樹脂を使用してマウントする（ステップＳ２６）。図２８に示すように個片化されたパッケージを積層してもよい。積層されたパッケージに対して、さらにワイヤーボンディングを行う（ステップＳ２７）。次に、全体をモールド樹脂で覆い、基板２８の裏面にボール搭載を行うことで（ステップＳ２８）、半導体装置が完成する。
【００４５】
上述の工程に従って、半導体装置を製造し、温度サイクル試験に供して、その信頼性を調べた。なお温度サイクル試験は−５５℃（３０ｍｉｎ）〜２５℃（５ｍｉｎ）〜１２５℃（３０ｍｉｎ）を１サイクルとして行った。その結果３０００サイクル後でもワイヤーボンディング部分の破断の発生はほとんど認められなかった。配線層に形成した電極パッドが剥離層に向かって小さくなっていることと、配線層の外周にモールド樹脂があることにより、配線層の伸び縮みが抑えられ、電極パッドにかかる応力が小さくなり、リフローや、ＴＣＴ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｙｃｌｉｎｇ Ｔｅｓｔ）時の電極パッドと配線の破断が発生しにくくなっている。
【００４６】
なお、有機絶縁層５としては、ポリイミドの他にも、ＰＢＯ（ポリベンゾオキサゾール）、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂などを使用してもよい。第一の配線層８の材料にはＣｕを例示したが、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなども使用できる。また、ガラスを支持基板２として配線層を形成したが、シリコン、サファイヤなどを使用してもよい。すなわち、支持基板２には、レーザ光が透過する材料であれば種々のものを使用することができる。
【００４７】
（第３の実施の形態）
図３０〜３９は、第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。図４０は、第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。上記実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００４８】
まず、支持基板２となる８インチガラスウエハの表面に、光の透過が抑制された光吸収層（第１の樹脂層）３を形成する（ステップＳ３１）。光吸収層３は、光の透過を抑える透過阻害材を合成樹脂に混合したものが用いられる。透過阻害材は、例えばカーボンブラック、グラファイト粉末や鉄、酸化チタンなどの金属酸化物、あるいは染料や顔料である。光吸収層３は、後の工程において、レーザ光の照射によって分解される。
【００４９】
光吸収層３は、０．１μｍ以上であって５μｍ以下の厚さで形成されるのが好ましい。例えば、光吸収層３を１．５μｍの厚さで形成する。光吸収層３の厚さが０．１μｍ未満の場合は、レーザ光の照射時に光吸収が効率的に行われず、光吸収層３がうまく分解されない場合がある。また、光吸収層３の厚さが５μｍを超えると、一部の光吸収層３が分解されずに、残存してしまう場合がある。
【００５０】
次に、光吸収層３上に熱可塑性樹脂層（第２の樹脂層）４を形成する（ステップＳ３２、図３０も参照）。熱可塑性樹脂層４は、１μｍ以上であって５０μｍ以下の厚さで形成される。例えば、熱可塑性樹脂層４は、１５μｍの厚さで形成される。熱可塑性樹脂層４の材料としては、ポリスチレン系、メタクリル樹脂系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、セルロース系などの合成樹脂を使用することができる。
【００５１】
熱可塑性樹脂層４の厚さが１μｍ未満では、光吸収層３にレーザ光が照射された際に、熱の影響でダメージを受ける可能性がある。また、熱可塑性樹脂層４の厚さが５０μｍを超えると、その上部へマウントする半導体チップ２０の位置ずれが発生しやすくなる。
【００５２】
また、熱可塑性樹脂層４の材料としては、ガラス転移温度が１５０℃以上であって２８０℃以下のものを使用する。ガラス転移温度が１５０℃未満の場合は、高温時に軟化してしまい、その上部へマウントする半導体チップ２０の位置ずれが発生しやすくなる。また、ガラス転移温度が２８０℃を超える合成樹脂については合成樹脂の作製そのものが難しくなる。熱可塑性樹脂層４には、接着性の性質を有しているものが用いられる。
【００５３】
次に、熱可塑性樹脂層４上に第１の半導体チップとして半導体チップ２０を位置合わせしてマウントする（ステップＳ３３、図３１も参照）。次に、半導体チップ２０がマウントされた熱可塑性樹脂層４の第一面４ａ上を熱硬化性樹脂１３でモールド封止する（ステップＳ３４、図３２も参照）。
【００５４】
次に、支持基板２側から光吸収層３に向けてレーザ光を印加する（ステップＳ３５、図３３も参照）。レーザ光は支持基板２を透過して光吸収層３に到達する。光吸収層３は、光の透過が抑制されているので、印加されたレーザ光を吸収して温度が上昇する。これにより、光吸収層３が分解されるので、光吸収層３の部分で支持基板２を剥離する（ステップＳ３６、図３４も参照）。光吸収層３が分解されるので、支持基板２の剥離を円滑に行いやすくなる。
【００５５】
印加するレーザ光としては、例えば、ＹＡＧレーザ、ルビーレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒイオンレーザ、半導体レーザなどを用いることができる。レーザ光の波長は、１０．６μｍ、１０６４ｎｍの赤外線や、６９４ｎｍ、６３３ｎｍ、５３２ｎｍ、５１４ｎｍ、４８８ｎｍの可視光や、３５５ｎｍ、３５１ｎｍ、３０８ｎｍ、２４８ｎｍなどの紫外線など、種々の波長を使用することが可能である。また、レーザは連続波、パルス波ともに使用することができる。
【００５６】
支持基板２を剥離した後に、光吸収層３、および熱可塑性樹脂層４をアセトンなどの溶剤で除去する（ステップＳ３７、図３５も参照）。ここで、熱可塑性樹脂層４は溶剤に溶解することが必要である。残渣が残っている場合はさらにプラズマを印加して除去してもよい。
【００５７】
ステップＳ３６，Ｓ３７の工程を経ることで、半導体チップ２０のパッドが露出するため、この面に再配線を形成する（ステップＳ３８）。再配線を形成する工程は、例えば、まず有機絶縁層５を形成する（図３６も参照）。そして、有機絶縁層５に開口を形成する。この開口は、半導体チップ２０のパッドと一致する位置に形成される。次に、Ｔｉ／Ｃｕなどの膜をスパッタし、再配線を形成するためのレジストを形成し、配線用の開口を形成する。そして、レジストの開口部にＣｕめっきを行い、レジストを除去し、スパッタした膜をエッチングすることで再配線３１を形成する（図３７も参照）。
【００５８】
このように、再配線を形成した後、有機絶縁層５を積層し、開口を形成する（ステップＳ３９、図３８も参照）。次に、開口を行った部分にはんだボール３０を形成する（ステップＳ４０、図３９も参照）。さらにダイシングを行う（ステップＳ４１）ことでＦａｎｏｕｔタイプのＣＳＰを形成することができる。
【００５９】
上述の工程に従って、半導体装置を製造し、温度サイクル試験に供して、その信頼性を調べた。なお温度サイクル試験は−５５℃（３０ｍｉｎ）〜２５℃（５ｍｉｎ）〜１２５℃（３０ｍｉｎ）を１サイクルとして行った。その結果３０００サイクル後でも再配線を行った箇所の配線の破断の発生はほとんど認められなかった。
【００６０】
なお、再配線を形成するときに、熱硬化性樹脂４の剛性が足りない場合、熱可塑性樹脂層４に対して、ガラスや金属板を貼り付けて、剛性を上げた状態で、再配線の工程を行ってもよい。
【００６１】
また、有機絶縁層５としてはポリイミドの他にも、ＰＢＯ（ポリベンゾオキサゾール）、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂などを使用してもよい。再配線の配線材料にはＣｕを例示したが、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなども使用できる。また、ガラスを支持基板２として配線層を形成したが、シリコン、サファイヤなどを使用してもよい。すなわち、支持基板２には、レーザ光が透過する材料であれば種々のものを使用することができる。
【００６２】
図４１は、複数個の半導体チップ２０を積層させてモールド封止させる場合の途中工程を例示する図である。図４１に示すように、チップを支持基板２（熱可塑性樹脂層４）上にマウントする半導体チップ２０は、複数個であってもよい。すなわち、最下層の第１の半導体チップ上に第３の半導体チップとしてさらに半導体チップ２０を積層してもよい。なお、複数個の半導体チップ２０は、例えば、予めＴＳＶで積層させた積層体をマウントしてもよい。また、ＴＳＶ用のチップを支持基板２（熱可塑性樹脂層４）上に１個ずつ積み上げながらＦＣ実装して積層させてもよい。
【００６３】
このように、支持基板２上で半導体チップ２０を予め積層すれば、最下層の半導体チップ２０、すなわち、支持基板２（熱可塑性樹脂層４）に直接マウントされる半導体チップ２０を、略平坦な支持基板２にマウントすることができる。したがって、最下層の半導体チップ２０に反りが発生しにくくなる。半導体チップ２０に反りがあると、半導体チップ２０同士の接続を確保しにくくなる。特に、半導体チップ２０に設けられるバンプのピッチが微細である場合に、半導体チップ２０に反りがあると、互いの接続を確保しにくくなる。一方、本実施の形態では、マウントされる半導体チップ２０の反りを抑えることができるので、半導体チップ２０同士を確実に接続させやすくなる。
【００６４】
図４２は、再配線を行った面にさらに半導体チップ２０をＦＣ実装した半導体装置を例示する図である。図４２に示すように、ステップＳ３８の再配線の工程の後に、再配線を行った面にさらに第４の半導体チップとして半導体チップ２０をＦＣ実装して半導体装置を構成してもよい。
【００６５】
なお、上記実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。
【符号の説明】
【００６６】
２ 支持基板、３ 光吸収層（第１の樹脂層）、４ 熱可塑性樹脂層（第２の樹脂層）、５ 有機絶縁層、５ａ，５ｂ 開口、５ｃ 第一面、５ｄ 第二面、６ Ｔｉ膜・Ｃｕ膜、７ レジスト、８ 第一の配線層、１０ 半導体チップ、１０ａ 金属バンプ、１３ 熱硬化性樹脂、１４ Ｎｉ・Ｐｄ・Ａｕ膜、１５ 中間体、１６ プリント基板、１７ アンダーフィル、２０ 半導体チップ、２０ａ Ａｌパッド、２４ Ｎｉ・Ｐｄ・Ａｕ膜、２５ マウント材、２７ 樹脂体、２８ 基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の透過が抑制された第１の樹脂層を支持基板上に形成し、
前記第１の樹脂層上に熱可塑性樹脂からなる第２の樹脂層を形成し、
前記第２の樹脂層上に絶縁層および配線層を形成し、
前記配線層上に第１の半導体チップを実装し、
前記第１の樹脂層にレーザ光を照射して前記支持基板を剥離し、
前記第２の樹脂層を除去する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁層内で前記配線層により電気的に導通された層間接続体を形成し、
前記層間接続体に電気的に接続するように、前記第２の樹脂層の除去により露出された面に対し第２の半導体チップを実装する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
光の透過が抑制された第１の樹脂層を支持基板上に形成し、
前記第１の樹脂層上に熱可塑性樹脂からなる第２の樹脂層を形成し、
前記第２の樹脂層上に第１の半導体チップを実装し、
前記第１の樹脂層にレーザ光を照射して前記支持基板を剥離し、
前記第２の樹脂層を除去する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記支持基板は、透光性の材料で構成され、
前記レーザ光は、前記支持基板を通して前記第１の樹脂層に照射される請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の樹脂層は、光の透過を抑える透過阻害材を合成樹脂に混入させて構成される請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
光の透過が抑制された第１の樹脂層を支持基板上に形成し、
前記第１の樹脂層上に熱可塑性樹脂からなる第２の樹脂層を形成し、
前記第２の樹脂層上に絶縁層および配線層を形成し、
前記配線層上に第１の半導体チップを実装し、
前記第１の樹脂層にレーザ光を照射して前記支持基板を剥離し、
前記第２の樹脂層を除去する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁層内で前記配線層により電気的に導通された層間接続体を形成し、
前記層間接続体に電気的に接続するように、前記第２の樹脂層の除去により露出された面に対し第２の半導体チップを実装する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
光の透過が抑制された第１の樹脂層を支持基板上に形成し、
前記第１の樹脂層上に熱可塑性樹脂からなる第２の樹脂層を形成し、
前記第２の樹脂層上に第１の半導体チップを実装し、
前記第１の樹脂層にレーザ光を照射して前記支持基板を剥離し、
前記第２の樹脂層を除去する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記支持基板は、透光性の材料で構成され、
前記レーザ光は、前記支持基板を通して前記第１の樹脂層に照射される請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の樹脂層は、光の透過を抑える透過阻害材を合成樹脂に混入させて構成される請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【公開番号】特開２０１２−６９７３４（Ｐ２０１２−６９７３４Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１３２１６（Ｐ２０１０−２１３２１６）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
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