説明

多層配線基板と半導体チップの接続方法

接続不良が少なく、接続密度が高く、接続信頼性の高い多層配線基板と半導体チップの接続方法を提供すること。
【構成】 配線層を形成した基板上に、配線層を介してビアポストを形成した後、絶縁層によりビアポストを覆う。配線層およびビアポストの表面上には接着層である酸化銅(CuO)の針状結晶が形成されている。次に、ビアポストの頭だしを行い、かつ絶縁層とビアポストの上端面とにより平坦面を形成する。さらに、同様な工程を繰り返して、多層配線基板を形成する。その後、絶縁層のエッチングを行うとともに、エッチングにより露出した部分の酸化銅(CuO)の針状結晶が除去される。このため、ビアポストの一部が、露出する。この露出部がバンプ29として機能する。そして、半導体チップと多層配線基板との接続を、半導体チップ33上に形成されているパッドとバンプとを接続することにより行う。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、多層配線基板と半導体チップの接続方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、多層配線基板と半導体チップの接続は、バンプを介して行っている。例えば、多層配線基板において、絶縁層を介して積層する上下の配線層間の導通を絶縁層に形成される孔(ビアホールまたはヴィアホールとも称する。)を通して行う。このようにして配線層間の導通を行った後、最表層の配線にスパッタやめっき等でパッド層を形成する。その後、半田バンプ等が形成された半導体チップをフェイスダウン接続する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の多層配線基板と半導体チップの接続方法では、配線層に厚みがあるため、配線層上に形成される絶縁層の厚さに、ばらつきが生じる。このため、配線層が積層されるたびに、上側となる表面層(以下、最表層ともいう。)での平坦度が損なわれていく。そのため、素子を実装するとき、半導体チップに形成された半田バンプ等と最表層の配線に形成されたパッドとの間の距離が一定ではなくなり、従って、両者の間に接続不良が生じたりする。
【0004】また、この接続不良を避けるために、半田を多量につけた半田バンプ等を半導体チップに形成すると、半田バンプの占有面積が広がるため接続密度が低下してしまう。
【0005】また、半導体チップに形成された半田バンプ等と最表層の配線に形成されたパッドとの距離が一定ではないため、半田バンプとパッドとの接続部に応力が不均一に生じ、接続の信頼性が低下してしまう。
【0006】従って、接続不良が少なく、接続密度が高く、接続信頼性の高い多層配線基板と半導体チップの接続方法が望まれていた。
【0007】
【課題を解決するための手段】このため、この発明の多層配線基板と半導体チップとを接続すの1つの方法によれば、(a)基板上に形成されている下層配線層上にビアポストを形成する工程と、(b)下層配線層とビアポストとを覆うように基板上に絶縁層を形成する工程と、(c)絶縁層をその上面側から除去していってビアポストの上端面の頭出しを行い、続いてビアポストの上端面と残存した絶縁層の表面とを平坦化処理して、全体として基板表面と対向する平坦面を形成する工程と、(d)平坦面上に上層配線層を形成する工程と、(e)上層配線層上にビアポストを形成する工程と、(f)必要ならば(b)から(e)の工程をN(Nは1以上の整数)回繰り返した後、(b)および(c)の工程を行う工程と、(g)ビアポストの上端面と半導体チップ上の電極とを導体を介して接続する工程とを含むことを特徴とする。
【0008】この接続方法の好適実施例では、少なくともビアポストの側面に、絶縁層との密着性を良くするための接着層を形成するのが良く、さらに残存した絶縁層を、その表面から厚みの一部分にわたり少なくとも上層配線層を露出させることなく、エッチングした後、ビアポストの上端面と半導体チップ上の電極とを導体を介して接続するのが良い。
【0009】また、多層配線基板と半導体チップとを接続すのもう1つの方法によれば、(a)基板上に形成されている下層配線層上にビアポストを形成する工程と、(b)下層配線層とビアポストとを覆うように基板上に絶縁層を形成する工程と、(c)絶縁層をその上面側から除去していってビアポストの上端面の頭出しを行い、続いてビアポストの上端面と残存した絶縁層の表面とを平坦化処理して、全体として基板表面と対向する平坦面を形成する工程と、(d)平坦面上に上層配線層を形成する工程と、(e)上層配線層上にビアポストを形成する工程と、(f)必要ならば(b)から(e)の工程をN(Nは1以上の整数)回繰り返した後、(c)および(c)の工程を行う工程と、(g)残存した絶縁層を、その表面から厚みの一部分にわたり少なくとも上層配線層を露出させることなく、エッチングする工程と、(h)ビアポストの上端面と半導体チップ上の電極とを異方性導電性膜を介して接続する工程とを含むことを特徴とする。
【0010】この接続方法の好適実施例では、最上層の配線層以外の配線層上に形成されたビアポストの側面に、絶縁層との密着性を良くするための接着層を形成するのが良い。
【0011】
【作用】上述したこの発明の多層配線基板と半導体チップとの接続方法によれば、多層配線基板を形成するとき、同一の配線層上に設けられたビアポストの上端面を同一の高さで平坦化処理が行われている。従って、最上層の配線層に形成したビアポストの上端面間では高低差がないため、半導体チップの電極(パッド)位置に合わせた距離間隔でビアポストを設計通りに位置決め形成できる。また、この平坦化処理が施されたビアポストは、多層配線基板と半導体チップとを接続する場合、従来は半導体チップ側に設けていたバンプに代わるバンプとして機能させることができる。従って、半導体チップ上に形成されたパットと最上層の配線層上に設けられたバンプとの距離は一定となる。
【0012】その結果、半導体チップを多層配線基板に実装するときの接続不良を低減することが可能となる。また、半導体チップ側にバンプを設ける必要がなく、ビアポスト自体をバンプとして利用できるので、半導体チップのパッド間距離、従ってビアポスト間距離の短縮を図ることができ、よって接続密度を高くすることも可能となる。さらに、接続信頼性の向上を図ることも可能になる。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を説明する。これら図面において、各構成成分は、この発明が理解できる程度に各構成成分の形状、大きさ、および配置関係を概略的に示してあるにすぎない。また、断面のハッチング等は一部分を除き省略する。
【0014】図1(A)〜(C)、図2(A)〜(E)、図3(A)および(B)は、第1実施例の接続方法を説明するための工程図であり、各工程段階での図は、断面切口を概略的に示す断面図で示してある。
【0015】先ず、基板11上に、下層配線層13を形成する(図1(A))。基板11として、例えば、セラミックス基板やプリント配線基板などが用いられる。また、下層配線層13は、例えば、銅(Cu)を用い、めっきによるウェットプロセスで形成される場合は、無電解めっき、ホトリソ工程、エッチング、電解めっきを経て作製される。また、スパッタなどのドライプロセスにより作製しても良い。
【0016】次に、基板11と下層配線層13とを覆うように、例えば厚さ25μmの感光性レジスト(例えば、ヘキスト社製 LP−10(商品名))を形成した後、感光性レジストのパターニングを行い、下層配線層13上にビアポストを形成するための、例えば直径50μmの開口(ビアホールまたはヴィアホールとも称する。)15を作製する(図1(B))。なお、図中17はパターニング済み感光性レジスト膜を示す。
【0017】次に、開口15内に、例えば、銅(Cu)を用い、電解めっきを1〜2時間行うことにより直径50μm、高さ25μmの第1ビアポスト19を形成した後、パターニング済み感光性レジスト膜17を除去する(図1(C))。パターニング済み感光性レジスト膜17の除去は、例えばアセトンを用いたボイル洗浄やアセトンを用いた超音波洗浄により行う。
【0018】次に、第1ビアポスト19の表面および下層配線層13の表面に第1絶縁層23との密着性をよくするための接着層21を形成する(図2(A))。接着層21は、例えばBO処理液(エバラ電産製 エレクトロブライト#499(商品名))を用いて、BO処理を行うことにより形成される。BO処理プロセスは、(1)アルカリ洗浄、(2)水洗、(3)中和、酸洗浄、(4)水洗、(5)ソフトエッチ、(6)水洗、(7)プリディップ、(8)BO処理、(9)水洗、(10)湯洗、(11)乾燥の工程により行われる。そして、BO処理により、ビアポスト19および下層配線層13上に酸化銅(CuO)の針状結晶が成長する。CuOの針状結晶が形成すると、アンカー効果、つまり表面上に凹凸ができることにより面積が広くなるための投錨効果により、後に形成される第1絶縁層23として使用する樹脂との密着性が向上する。さらに、酸化銅(CuO)の針状結晶は、酸に溶解し易いため還元処理を行い、耐酸性を向上させる。還元処理は、先ず、亜鉛粉末を40g/m2 の割合で塗布し、その後、約30℃の硫酸(20wt%)に1分程浸した後、水洗することにより行う。また、CuOの針状結晶は、例えば、BF処理液(日立化成工業社製)を用いて、BF処理により形成することもできるし、クロム酸を用いて、クロメート処理により形成することもできる。また、接着剤を用いて、第1ビアポストおよび下層配線層13と第1絶縁層23との密着性を向上することもできる。接着層21は、必ずしも必要ではないが、少なくとも、第2ビアポストの側面に形成されていればより良い。さらに、第1ビアポスト19の側面や配線層(下層配線層13、上層配線層27)上に接着層21を形成することにより接続信頼性は向上する。
【0019】次に、下層配線層13と第1ビアポスト19とを覆うように基板11上に第1絶縁層23を形成する(図2(B))。第1絶縁層23は、例えばエポキシ樹脂を用いて、スピンコーティング法により約25μmの厚さに形成する。また、第1絶縁層23として、BT樹脂やポリイミドなどを用いることもできるし、他の方法として、ドライフィルムをラミネートすることにより第1絶縁層23を形成することもできるし、印刷やバーコーティングなどを用いて形成することもできる。
【0020】次に、第1絶縁層23をその上面側から除去していき、第1ビアポスト19の上端面の頭出しを行う。続いて第1ビアポスト19の上端面と残存した第1絶縁層の表面とに対し平坦化処理を行って、両者で全体として第1平坦面25aを形成する(図2(C))。この実施例では、この除去と平坦化処理とを、例えばバフ研磨機を用いて行う。なお、図中19a、23aは、平坦化済み第1ビアポスト、平坦化済み第1絶縁層をそれぞれ示している。複数設けられた平坦化済み第1ビアポスト19aの上端面は平坦化処理されているので、それぞれの上端面間では高低差がなく、それぞれの第1ビアポストは同一の高さとなっている。
【0021】さらに、必要ならば上述の配線層を形成してから平坦面を形成するまでの各工程を同様に行うことにより、第2平坦面25bを形成する。なお、図中19b,23b,27は、平坦化済み第2ビアポスト、平坦化済み第2絶縁層、上層配線層を示している。この平坦化済み第2ビアポスト19bも、平坦化済み第1ビアポスト19aと同様に、同一の高さとなっている。
【0022】次に、残存している絶縁層、すなわちこの場合には平坦化済み第2絶縁層23bのエッチングを行う(図2(E))。このエッチングは平坦化済み第2絶縁層23bの表面から厚みの一部分にわたり行う。そこで、平坦化済み第2絶縁層23bのエッチングは、例えば、過マンガン酸カリウム水溶液を用いて、サーキュボジット 200 MBL プロセスにより行われる。このプロセスは、樹脂の膨潤、過マンガン酸カリウム水溶液による樹脂のエッチング、中和の3つの工程からなり、各工程には、シプレイファーイースト社製の溶液が用いられる。なお、中和の工程おいて、絶縁層がエッチングされた結果、露出した酸化銅(CuO)の針状結晶が除去される。絶縁層および酸化銅(CuO)の針状結晶が除去されたビアポストは、バンプ29として機能させることができる。従って、バンプは均一な高さである。なお、図中23cはエッチング済み第2絶縁層である。なお、第2絶縁層のエッチングは、必ずしも行う必要はないが、エッチングを行うことにより、半田めっき31の形成が容易になり、多層配線基板35と半導体チップ33の接続が容易になる。
【0023】次に、バンプ29の半田めっき31を行った後(図3(A))、半導体チップ33を多層配線基板35にフェイスダウン接続する(図3(B))。半導体チップ33と多層配線基板35との接続は、半導体チップ33上に形成されているパッド37とバンプ29とを接続することにより行う。
【0024】このような方法により、多層配線基板と半導体チップとを接続すると、半導体チップ上に形成されたパットとバンプとの距離は一定となる。その結果、半導体チップを多層配線基板に実装するときの接続不良を低減することが可能となる。また、平坦性の良い基板が形成できることから、配線も微細にすることが可能になり、接続部のサイズも小さくできる。その結果、接続密度を高くすることも可能となる。また、接続信頼性の向上を図ることも可能になる。さらに、多層配線基板と半導体チップとを接続した後、封止樹脂を半導体チップ33と多層配線基板35との間に均一に注入することができるため、接続信頼性において良い効果が得られる。
【0025】図4(A)〜(D)は、第2実施例の接続方法を概略的に示す断面図である。
【0026】第1実施例と同様な方法により、多層配線基板35を形成する(図4(A))。しかし、第2ビアポストの表面および上層配線層27の表面には、接着層21は形成されていない。従って、平坦化済み第2ビアポスト19bと平坦化済み第2絶縁層23bとの密着性は良くない。このため、平坦化済み第2絶縁層23bのエッチングを行う場合、エッチング液が平坦化済み第2ビアポスト19bの周囲に染み込む。そして、ビアポスト周辺エッチング部41が形成される(図4(B))。
【0027】次に、異方性導電性膜(以下、ACFと称する場合がある。)43を平坦化済み第2ビアポスト19bの上端面上に接着し(図4(C))、その後、半導体チップ33を熱圧着し、多層配線基板35と半導体チップ33を接続する。この場合、ACFとして、例えばエポシキ系の樹脂中に、プラスチック球に金めっきした導電ボールを均一に分散させたものを用い、ACF43が軟化する約150℃で、約3×105 kg/m2 の圧力で約10秒間圧着した後、約230℃で約18×105 kg/m2 の圧力で約45秒間熱圧着する。そして、熱圧着の方向にだけ導通するようになる。なお、図中45は熱圧着済みACFである。
【0028】このような方法により、多層配線基板と半導体チップとを接続すると、半導体チップ上に形成されたパットとバンプとの距離は一定となる。その結果、半導体チップを多層配線基板に実装するときの接続不良を低減することが可能となる。また、平坦性の良い基板が形成できることから、配線も微細にすることが可能になり、接続部のサイズも小さくできる。その結果、接続密度を高くすることも可能となる。また、接続信頼性の向上を図ることも可能になる。さらに、ACFの熱圧着により多層配線基板と半導体チップを接続する場合であっても、ビアポスト周辺エッチング部にACFが流れ込むため、半導体チップの外側へのACFの流れ出しを防止することが可能である。
【0029】この発明は、上述した実施例に限定されるものではないことは明らかである。
【0030】例えば、この実施例では2つの配線層が形成されている配線基板と半導体チップの接続方法について説明したが、3層以上の配線層が形成されている配線基板についても同様に用いることができる。
【0031】
【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この発明の多層配線基板と半導体チップとの接続方法によれば、多層配線基板を形成するとき、同一の配線層上に設けられたビアポストの上端面を同一の高さで平坦化処理が行われている。従って、最上層の配線層に形成したビアポストの上端面間では高低差がないため、半導体チップの電極(パッド)位置に合わせた距離間隔でビアポストを設計通りに位置決め形成できる。また、この平坦化処理が施されたビアポストは、多層配線基板と半導体チップとを接続する場合、従来は半導体チップ側に設けていたバンプに代わるバンプとして機能させることができる。従って、半導体チップ上に形成されたパットと最上層の配線層上に設けられたバンプとの距離は一定となる。
【0032】その結果、半導体チップを多層配線基板に実装するときの接続不良を低減することが可能となる。また、半導体チップ側にバンプを設ける必要がなく、ビアポスト自体をバンプとして利用できるので、半導体チップのパッド間距離、従ってビアポスト間距離の短縮を図ることができ、よって接続密度を高くすることも可能となる。さらに、接続信頼性の向上を図ることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(C)は第1実施例の接続方法の工程を概略的に示す断面図である。
【図2】(A)〜(E)は第1実施例の接続方法の図1に続く工程を概略的に示す断面図である。
【図3】(A)、(B)は第1実施例の接続方法の図2に続く工程を概略的に示す断面図である。
【図4】(A)〜(D)は第2実施例の接続方法の工程を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
11:基板 13:下層配線層
15:開口
17:パターニング済みレジスト膜
19:第1ビアポスト
19a:平坦化済み第1ビアポスト
19b:平坦化済み第2ビアポスト
21:接着層 23:第1絶縁層
23a:平坦化済み第1絶縁層
23b:平坦化済み第2絶縁層
23c:エッチング済み第2絶縁層
25a:第1平坦面 25b:第2平坦面
27:上層配線層 29:バンプ
31:半田めっき 33:半導体チップ
35:多層配線基板 37:パット
41:ビアポスト周辺エッチング部
43:異方性導電性膜(ACF)
45:熱圧着済みACF

【特許請求の範囲】
【請求項1】 多層配線基板の複数の配線層をビアポストを介して半導体チップに接続するに当り、最上層配線層上に形成される前記ビアポストをバンプとして用い、前記ビアポストと前記半導体チップ上の電極とを導体を介して接続する工程を含むことを特徴とする多層配線基板と半導体チップの接続方法。
【請求項2】 多層配線基板と半導体チップとを接続するに当たり、(a)基板上に形成されている下層配線層上にビアポストを形成する工程と、(b)前記下層配線層と前記ビアポストとを覆うように前記基板上に絶縁層を形成する工程と、(c)前記絶縁層をその上面側から除去していって前記ビアポストの上端面の頭出しを行い、続いて前記ビアポストの上端面と残存した絶縁層の表面とを平坦化処理して、全体として前記基板表面と対向する平坦面を形成する工程と、(d)前記平坦面上に上層配線層を形成する工程と、(e)前記上層配線層上にビアポストを形成する工程と、(f)必要ならば(b)から(e)の工程をN(Nは1以上の整数)回繰り返した後、(b)および(c)の工程を行う工程と、(g)前記ビアポストの上端面と半導体チップ上の電極とを導体を介して接続する工程とを含むことを特徴とする多層配線基板と半導体チップの接続方法。
【請求項3】 多層配線基板と半導体チップとを接続するに当たり、(a)基板上に形成されている下層配線層上にビアポストを形成する工程と、(b)少なくとも前記ビアポストの側面に、絶縁層との密着性を良くするための接着層を形成する工程と、(c)前記下層配線層と接着層形成済みビアポストとを覆うように前記基板上に前記絶縁層を形成する工程と、(d)前記絶縁層をその上面側から除去していって前記ビアポストの上端面の頭出しを行い、続いて前記ビアポストの上端面と残存した絶縁層の表面とを平坦化処理して、全体として前記基板表面と対向する平坦面を形成する工程と、(e)前記平坦面上に上層配線層を形成する工程と、(f)前記上層配線層上にビアポストを形成する工程と、(g)必要ならば(b)から(f)の工程をN(Nは1以上の整数)回繰り返した後、(b)から(d)までの工程を行う工程と、(h)前記ビアポストの上端面と半導体チップ上の電極とを導体を介して接続する工程とを含むことを特徴とする多層配線基板と半導体チップの接続方法。
【請求項4】 多層配線基板と半導体チップとを接続するに当たり、(a)基板上に形成されている下層配線層上にビアポストを形成する工程と、(b)前記下層配線層と前記ビアポストとを覆うように前記基板上に絶縁層を形成する工程と、(c)前記絶縁層をその上面側から除去していって前記ビアポストの上端面の頭出しを行い、続いて前記ビアポストの上端面と残存した絶縁層の表面とを平坦化処理して、全体として前記基板表面と対向する平坦面を形成する工程と、(d)前記平坦面上に上層配線層を形成する工程と、(e)前記上層配線層上にビアポストを形成する工程と、(f)必要ならば(b)から(e)の工程をN(Nは1以上の整数)回繰り返した後、(b)および(c)の工程を行う工程と、(g)前記残存した絶縁層を、その表面から厚みの一部分にわたり少なくとも前記上層配線層を露出させることなく、エッチングする工程と、(h)前記ビアポストの上端面と半導体チップ上の電極とを導体を介して接続する工程とを含むことを特徴とする多層配線基板と半導体チップの接続方法。
【請求項5】 多層配線基板と半導体チップとを接続するに当たり、(a)基板上に形成されている下層配線層上にビアポストを形成する工程と、(b)少なくとも前記ビアポストの側面に、絶縁層との密着性を良くするための接着層を形成する工程と、(c)前記下層配線層と接着層形成済みビアポストとを覆うように前記基板上に前記絶縁層を形成する工程と、(d)前記絶縁層をその上面側から除去していって前記ビアポストの上端面の頭出しを行い、続いて前記ビアポストの上端面と残存した絶縁層の表面とを平坦化処理して、全体として前記基板表面と対向する平坦面を形成する工程と、(e)前記平坦面上に上層配線層を形成する工程と、(f)前記上層配線層上にビアポストを形成する工程と、(g)必要ならば(b)から(f)の工程をN(Nは1以上の整数)回繰り返した後、(b)から(d)までの工程を行う工程と、(h)前記残存した絶縁層を、その表面から厚みの一部分にわたり少なくとも前記上層配線層を露出させることなく、エッチングする工程と、(i)前記ビアポストの上端面と半導体チップ上の電極とを導体を介して接続する工程とを含むことを特徴とする多層配線基板と半導体チップの接続方法。
【請求項6】 多層配線基板と半導体チップとを接続するに当たり、(a)基板上に形成されている下層配線層上にビアポストを形成する工程と、(b)前記下層配線層と前記ビアポストとを覆うように前記基板上に絶縁層を形成する工程と、(c)前記絶縁層をその上面側から除去していって前記ビアポストの上端面の頭出しを行い、続いて前記ビアポストの上端面と残存した絶縁層の表面とを平坦化処理して、全体として前記基板表面と対向する平坦面を形成する工程と、(d)前記平坦面上に上層配線層を形成する工程と、(e)前記上層配線層上にビアポストを形成する工程と、(f)必要ならば(b)から(e)の工程をN(Nは1以上の整数)回繰り返した後、(b)および(c)の工程を行う工程と、(g)前記残存した絶縁層を、その表面から厚みの一部分にわたり少なくとも前記上層配線層を露出させることなく、エッチングする工程と、(h)前記ビアポストの上端面と半導体チップ上の電極とを異方性導電性膜を介して接続する工程とを含むことを特徴とする多層配線基板と半導体チップの接続方法。
【請求項7】 多層配線基板と半導体チップとを接続するに当たり、(a)基板上に形成されている下層配線層上にビアポストを形成する工程と、(b)少なくとも前記ビアポストの側面に、絶縁層との密着性を良くするための接着層を形成する工程と、(c)前記下層配線層と接着層形成済みビアポストとを覆うように前記基板上に前記絶縁層を形成する工程と、(d)前記絶縁層をその上面側から除去していって前記ビアポストの上端面の頭出しを行い、続いて前記ビアポストの上端面と残存した絶縁層の表面とを平坦化処理して、全体として前記基板表面と対向する平坦面を形成する工程と、(e)前記平坦面上に上層配線層を形成する工程と、(f)前記上層配線層上にビアポストを形成する工程と、(g)必要ならば(b)から(f)の工程をN(Nは1以上の整数)回繰り返した後、(c)および(d)の工程を行う工程と、(h)前記残存した絶縁層を、その表面から厚みの一部分にわたり少なくとも前記上層配線層を露出させることなく、エッチングする工程と、(i)前記ビアポストの上端面と半導体チップ上の電極とを異方性導電性膜を介して接続する工程とを含むことを特徴とする多層配線基板と半導体チップの接続方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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