多層配線構造及びその製造方法、並びに多層配線構造を用いた半導体装置
【課題】製造過程において反りが発生した場合でも、反りを矯正できる多層配線構造及びその製造方法、並びに多層配線構造を用いた半導体装置を提供する。
【解決手段】メタル層と絶縁層とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造において、最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の上記メタル層と上記絶縁層は、それ以外のメタル層と絶縁層より膜厚が厚く、上記最上層及び上記最下層のうちの少なくとも一方の表面は略平坦である。
【解決手段】メタル層と絶縁層とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造において、最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の上記メタル層と上記絶縁層は、それ以外のメタル層と絶縁層より膜厚が厚く、上記最上層及び上記最下層のうちの少なくとも一方の表面は略平坦である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線構造及びその製造方法、並びに多層配線構造を用いた半導体装置に関し、特に良好な接続信頼性を確保できる多層配線構造及びその製造方法、並びに多層配線構造を用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ等に代表される電気機器の多くは、プリント配線基板を用いて構成されている。このプリント配線基板に搭載される部品に大規模集積回路（LSI: Large Scale Integration）等の半導体装置がある。半導体装置のパッケージは、ＢＧＡ（Ball Grid Array）等が使用されるケースが多い。近年、これら半導体装置等を搭載するプリント配線基板は、電気機器の高密度実装を実現するため薄型化が進んでいる。このプリント配線基板の薄型化に伴って、基板を構成する部材の熱膨張率の差から生じるパッケージの反りが大きくなり、後工程の部品実装時における接続不良、または接続信頼性の悪化を招く場合がある。
【０００３】
この課題を解決するために、特許文献１には、パッケージの反りに応じてパッド上に印刷する半田ペーストの量を制御して接続を行うことが記載されている。図８（ａ）はこのような背景技術の多層配線基板の断面図である。図８（ａ）は、プリント配線基板２０１上に、ＢＧＡの形態をした半導体パッケージを搭載する場合を示している。この半導体パッケージは、基板２０５の一主表面上に半導体素子２０６が搭載され、基板２０５の他主表面上に多数の半田ボール２０４が搭載された形態のものである。この半導体パッケージは下に凸に反った形状である。図８（ａ）では、半導体パッケージの反りを吸収するために、プリント配線基板２０１のパッド２０２上に印刷する半田ペースト２０３の量を、パッケージの反りが大きい場所は多く、反りが小さい場所は少なく制御している。
【０００４】
特許文献２には、パッケージの半田を受けるパッドの面積や形状を変更することで反りを吸収し、半田接続を行うことが記載されている。図８（ｂ）はこのような背景技術の多層配線基板を説明するための断面図である。図８（ｂ）は、プリント配線基板２０１上に、ＢＧＡの形態をした半導体パッケージを搭載する場合を示している。半導体パッケージは下に凸に反った形状である。この半導体パッケージもまた、図８（ａ）と同様に、基板２０５の一主表面上に半導体素子２０６が搭載され、基板２０５の他主表面上に多数の半田ボール２０４が搭載された形態のものである。図８（ｂ）では、半導体パッケージの反りを吸収するため、プリント配線基板２０１上のパッド２０２の面積を、パッケージの反りが大きい場所は小さく、反りが小さい場所は大きく、形成している。
【０００５】
特許文献３には、加熱しながらプリント配線板をプレスすることにより、プリント配線板の反りを矯正することが記載されている。
【０００６】
特許文献４には、４層の配線層を積層した構成の多層配線基板について、一つの配線層を補強用配線層とし、この補強用配線層の厚さを他の配線層の厚さよりも厚くすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１３５２７６号公報
【特許文献２】特開平９−８０８１号公報
【特許文献３】特開平０３−２３９５２８号公報
【特許文献４】特開２００７−７３７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した背景技術には以下のような課題がある。
【０００９】
第１の課題は、半導体パッケージの反りに応じて半田量を制御することや、設計段階でパッドの面積を変更することは困難であるためである。
【００１０】
半導体パッケージの反り量は、温度によって変化する。このため、特許文献１のように半導体パッケージの反り量に合わせて半田量を決定することは、現実には困難である。また多量の半田ペーストを用いた場合、隣接するパッドとのショート不良を引き起こす可能性もあり、大きな反りを吸収することは困難である。また、特許文献２のように半導体パッケージの反り量に合わせてパッドの大きさを設計段階で決定することは、現実には困難である。かつパッドのピッチ制限から大きな面積のパッドを形成することは困難であり、その結果、あまり大きな反りを吸収することはできないという課題がある。
【００１１】
第２の課題は、特許文献３のように加熱や加圧により半導体パッケージの反りを矯正する場合、半導体パッケージ内に残留応力が残る可能性がある。その結果、パッケージ搭載後の後工程において接続部分に残留応力が伝わり、接続部分の信頼性悪化を招くという課題がある。
【００１２】
第３の課題は、特許文献４のように一つの配線層を補強用配線層としても、製造過程において反り発生を完全に抑制することはできないため、製造過程において反りが発生してしまう可能性がある。
【００１３】
本発明の目的は、製造過程において反りが発生した場合でも、反りを矯正できる多層配線構造及びその製造方法、並びに多層配線構造を用いた半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明に係る多層配線構造は、メタル層と絶縁層とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造において、
最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の上記メタル層と上記絶縁層は、それ以外のメタル層と絶縁層より膜厚が厚く、
上記それ以外のメタル層と絶縁層は反りが生じた状態になっており、
上記最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の上記メタル層と上記絶縁層は、厚さが厚い箇所と厚さが薄い箇所とが存在しており、これによりその表面が略平坦となっていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る多層配線構造を用いた半導体装置は、メタル層と絶縁層とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造を用いた半導体装置において、
上記多層配線構造は、最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の上記メタル層と上記絶縁層が、それ以外のメタル層と絶縁層より膜厚が厚く、
上記それ以外のメタル層と絶縁層は反りが生じた状態になっており、
上記最上層及び上記最下層のうちの少なくとも一方の上記メタル層と上記絶縁層は、厚さが厚い箇所と厚さが薄い箇所とが存在しており、これによりその表面が略平坦となっており、
上記多層配線構造に半導体部品が搭載されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る多層配線構造の製造方法は、メタル層と絶縁層とを交互に複数層積層する多層配線構造の製造方法において、
最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の上記メタル層と上記絶縁層を、それ以外のメタル層と絶縁層より膜厚が厚く形成し、上記最上層及び上記最下層のうちの少なくとも一方の表面を、略平坦とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の多層配線構造によれば、最上層及び最下層以外のメタル層と絶縁層に反りが生じた状態になっていながらも、最上層及び最下層のうちの少なくとも一方のメタル層と絶縁層は、厚さが厚い箇所と厚さが薄い箇所とが存在しており、最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の表面が略平坦なので、後工程において良好な接続信頼性を確保することができる。
【００１８】
本発明の多層配線構造の製造方法によれば、製造過程で多層配線構造に反りが発生した場合でも、内部に残留応力を残すことなく、多層配線構造の反りを矯正することができる。その結果、後工程において良好な接続信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の多層配線構造のプロトタイプを説明するための断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による、多層配線構造及びその製造方法を説明するための、工程順の断面図である。
【図３】本発明の多層配線構造のプロトタイプを説明するための断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による、多層配線構造及びその製造方法を説明するための、工程順の断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態による、多層配線構造を用いた半導体装置を説明するための断面図である。
【図６】図５の半導体装置の製造方法を説明するための、製造工程順の断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態による多層配線構造を説明するための断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ背景技術を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の好ましい実施形態について説明する前に、本発明のプロトタイプについて、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の多層配線構造のプロトタイプを説明するための断面図である。図３は、本発明の多層配線構造の他のプロトタイプを説明するための断面図である。
【００２１】
図１に示される多層配線構造１０は、メタル層１１と絶縁層１２とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造１０である。この多層配線構造１０は、メタル５層構造であり、メタル層１１間はビア１３を介して電気的に接続されている。特に、最上層及び最下層のメタル層と絶縁層が、それ以外のメタル層１１と絶縁層１２より膜厚が厚く、最上層又は最下層、或いは最上層及び最下層の表面が略平坦であるように、したものである。
【００２２】
すなわち、多層配線構造１０の最下層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第１の反り調整層１４から構成されており、最下層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第１のパッド１６から構成されている。この反り調整層１４及びパッド１６の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。さらに、多層配線構造１０の最上層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第２の反り調整層１５から構成されており、最上層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第２のパッド１７から構成されている。この反り調整層１５及びパッド１７の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。多層配線構造１０では、第２のパッド１７は第２の反り調整層１５に覆われておらず、メタル露出部１８が形成されている。このパッド１７のメタル露出部１８は、他部品との接続に使用される。さらに、第１の反り調整層１４及び第２の反り調整層１５の表面が、略平坦となっている。
【００２３】
図３に示される多層配線構造２０は、メタル層１１と絶縁層１２とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造２０である。この多層配線構造２０は、メタル５層構造であり、メタル層１１間はビア１３を介して電気的に接続されている。特に、最上層及び最下層のメタル層と絶縁層が、それ以外のメタル層１１と絶縁層１２より膜厚が厚く、最上層又は最下層、或いは最上層及び最下層の表面が略平坦であるように、したものである。
【００２４】
多層配線構造２０の最下層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第１の反り調整層１４から構成されており、最下層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第１のパッド１６から構成されている。この反り調整層１４及びパッド１６の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。さらに、多層配線構造２０の最上層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第３の反り調整層２２から構成されており、最上層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第２のパッド１７から構成されている。この反り調整層２２及びパッド１７の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。多層配線構造２０では、図１に示される多層配線構造１０とは異なり、第２のパッド１７は反り調整層２２に埋まった状態となって覆われており、メタル未露出部２１が形成されている。さらに、第１の反り調整層１４及び第２の反り調整層２２の表面が、略平坦となっている。この多層配線構造２０は、多層配線構造に反りが発生することを想定して、パッド１７上に他部品との接続用のメタル露出部を形成する工程をあえて省いた構造である。
【００２５】
〔第１実施形態〕
このようなプロトタイプを改良して、本発明の第１実施形態による多層配線構造及びその製造方法について、説明する。図２は、本発明の第１実施形態による多層配線構造及び多層配線構造の製造方法として、反り矯正方法を説明するための、工程順の断面図である。
【００２６】
本実施形態による多層配線構造は、図２（ｃ）に示されるように、メタル層１１と絶縁層１２とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造である。この多層配線構造は、メタル５層構造であり、メタル層１１間はビア１３を介して電気的に接続されている。特に、最上層及び最下層の上記メタル層と上記絶縁層は、それ以外のメタル層１１と絶縁層１２より膜厚が厚く、上記それ以外のメタル層１１と絶縁層１２には反りが生じた状態になっている。さらに、上記最上層及び上記最下層の上記メタル層と上記絶縁層は、厚さが厚い箇所と厚さが薄い箇所とが存在しており、これによりその表面が略平坦なフラット面１１２が形成されているように、したものである。
【００２７】
すなわち、多層配線構造の最下層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第１の反り調整層１４から構成されており、最下層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第１のパッド１６から構成されている。この反り調整層１４及びパッド１６の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。さらに、多層配線構造の最上層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第２の反り調整層１５から構成されており、最上層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第２のパッド１７から構成されている。この反り調整層１５及びパッド１７の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。第１の反り調整層１４及び第２の反り調整層１５の表面が、略平坦となっている。
【００２８】
次に、多層配線構造の製造方法として、反り矯正方法を説明する。図２（ａ）は、メタル５層構造の多層配線構造を示す。この多層配線構造は、下に凸に反っている。本実施形態の多層配線構造では、第２のパッド１７は第２の反り調整層１５に覆われておらず、メタル露出部１８が形成されている。このパッド１７のメタル露出部１８は、他部品との接続に使用される。図２（ｂ）に示すように、多層配線構造に対し、第１の研磨ライン１１０及び第２の研磨ライン１１１を設定する。第１の研磨ライン１１０は、研磨後に多層配線構造の下面がフラットになるように、多層配線構造の下面側最下層の反り調整層１４及びパッド１６が研磨されるように設定する。また、第２の研磨ライン１１１は、研磨後に多層配線構造の上面がフラットになるように、多層配線構造の上面側最上層の反り調整層１５及びパッド１７が研磨されるように設定する。この研磨は、多層配線構造を研磨プレート上に押し付けることで実施する。研磨したい箇所に多層配線構造上から圧力を加え、所定量の研磨１９を行う。
【００２９】
この研磨の結果、図２（ｃ）に示すように、下面及び上面にフラット面１１２を備える本実施形態の多層配線構造が得られる。この研磨後の多層配線構造１１３は、下面側最下層の反り調整層１４及び上面側最上層の反り調整層１５が研磨されることによって、内部に残留応力が残っていない。このようにして、下面及び上面にフラット面１１２を備え、内部に残留応力が残っていない多層配線構造１１３を得ることができる。
【００３０】
〔第２実施形態〕
次に、上記プロトタイプを改良して、本発明の第２実施形態による多層配線構造及びその製造方法について、説明する。図４は、本発明の第２実施形態による多層配線構造及び多層配線構造の製造方法として、反り矯正方法を説明するための、工程順の断面図である。
【００３１】
本実施形態による多層配線構造は、図４（ｃ）に示されるように、メタル層１１と絶縁層１２とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造である。この多層配線構造は、メタル５層構造であり、メタル層１１間はビア１３を介して電気的に接続されている。特に、最上層又は最下層の上記メタル層と上記絶縁層は、それ以外のメタル層１１と絶縁層１２より膜厚が厚く、上記それ以外のメタル層１１と絶縁層１２には反りが生じた状態になっている。さらに、上記最上層及び上記最下層の上記メタル層と上記絶縁層は、厚さが厚い箇所と厚さが薄い箇所とが存在しており、これによりその表面が略平坦なフラット面１１２が形成されているように、したものである。
【００３２】
すなわち、多層配線構造の最下層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第１の反り調整層１４から構成されており、最下層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第１のパッド１６から構成されている。この反り調整層１４及びパッド１６の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。さらに、多層配線構造の最上層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第３の反り調整層２２から構成されており、最上層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第２のパッド１７から構成されている。この反り調整層２２及びパッド１７の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。さらに、第１の反り調整層１４及び第２の反り調整層２２の表面が、略平坦となっている。
【００３３】
次に、多層配線構造の製造方法として、反り矯正方法を説明する。図４（ａ）は、メタル５層構造の多層配線構造を示す。この多層配線構造は、下に凸に反っている。この多層配線構造は、多層配線構造に反りが発生することを想定して、パッド１７上に他部品との接続用のメタル露出部を形成する工程をあえて省いた構造である。図４（ｂ）に示すように、多層配線構造に対し、第３の研磨ライン１１４及び第４の研磨ライン１１５を設定する。第４の研磨ライン１１５は、研磨後に多層配線構造の下面がフラットになるように、多層配線構造の下面側最下層の反り調整層１４及びパッド１６が研磨されるように設定する。また、第３の研磨ライン１１４は、研磨後に多層配線構造の上面がフラットになるように、多層配線構造の上面側最上層の反り調整層２２及びパッド１７が研磨されるように設定する。この研磨は、多層配線構造を研磨プレート上に押し付けることで実施する。研磨したい箇所に多層配線構造上から圧力１９を加え研磨プレート上に押し付けて、所定量の研磨を行う。
【００３４】
この研磨の結果、図４（ｃ）に示すように、下面及び上面にフラット面１１２を備えた、本実施形態の多層配線構造が得られる。図３では反り調整層２２に埋まった状態であった第２のパッド１７は、多層配線構造の上面に露出する。この研磨後の多層配線構造１１３は、下面側最下層の反り調整層１４及び上面側最上層の反り調整層２２が研磨されることによって、内部に残留応力が残っていない。このようにして、下面及び上面にフラット面１１２を備え、内部に残留応力が残っていない多層配線構造１１３を得ることができる。
【００３５】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態による、多層配線構造を用いた半導体装置を説明するための断面図である。図５は、本発明の第３実施形態による、多層配線構造を用いた半導体装置を説明するための断面図である。図６は、図５の半導体装置の製造方法を説明するための、製造工程順の断面図である。
【００３６】
図５に、研磨後の多層配線構造１１３の上面に、半導体部品の一例としてＬＳＩ（大規模集積回路: Large Scale Integration）３２を搭載し、下面に半田ボール３１を組み立てて構成した半導体装置３０を示す。この半導体装置３０は、第１の実施形態で説明した研磨後の多層配線構造１１３を用いている。
【００３７】
この研磨後の多層配線構造１１３はその上面に、表面が研磨されてフラット面１１２となった反り調整層１５を備えている。反り調整層１５には、ＬＳＩ搭載用のメタル露出部を備える第２のパッド１７を備えている。ＬＳＩ３２はフリップチップ方式で研磨後の多層配線構造１１３上に搭載されている。ＬＳＩ３２の底面の接続端子３３と多層配線構造１１３との間の空間はアンダーフィル樹脂３４で充填され、接続端子３３と多層配線構造１１３とが固定されている。研磨後の多層配線構造１１３は、上面にフラット面１１２を備えるので、狭ピッチな接続端子のＬＳＩ３２との接続においても高い接続信頼性を実現できる。
【００３８】
また、研磨後の多層配線構造１１３はその下面に、表面が研磨されてフラット面１１２となった反り調整層１４を備えている。研磨後の多層配線構造１１３の下面には、他の基板と接続するための複数の半田ボール３１が組み立てられ、ボールグリッドアレイの形態の半導体装置３０を構成している。研磨後の多層配線構造１１３下面がフラットなので、信頼性の高い半田ボール３１の組み立てが実現できる。
【００３９】
次に、この多層配線構造１１３を用いた半導体装置３０の製造方法について説明する。図６（ａ）に示すように、メタル５層構造の多層配線構造３５を用意する。この多層配線構造３５は、下に凸に反っている。多層配線構造３５は、下面側最下層に反り調整層１４を、また上面側最上層に反り調整層２２を備える。反り調整層２２は、外部入出力用のパッド１７と絶縁層２２で構成される。パッド１７は、反り調整層２２内に埋まった状態であり、パッド１７上には、メタル未露出部２１を備える。本実施形態は、図３で示した実施形態と異なりＬＳＩ搭載用の多層配線構造３５であるので、反り調整層２２内部の外部入出力用のパッド１７のピッチを狭ピッチとしている。図６（ａ）に示すような研磨ライン１１４が、研磨後にパッド１７のメタル表面が露出し、かつ多層配線構造３５の上面がフラットになるよう、上面側最上層の反り調整層２２を研磨するように設定されている。研磨は、多層配線構造３５の上面を研磨プレート上に押し付けることで実施する。研磨したい箇所に多層配線構造３５の研磨面の反対側から圧力を加え、所定量の研磨１９を行う。図６（ｂ）に、上面のみ研磨を行った多層配線構造３５の断面図を示す。多層配線構造３５の上面には、パッド１７のＬＳＩ接続面が露出した、フラット面１１２が形成される。
【００４０】
次に、図６（ｃ）に示すように、多層配線構造３５の上面にＬＳＩ３２を搭載する。ＬＳＩ３２はフリップチップ方式で多層配線構造３５上に搭載され、ＬＳＩ３２底面の接続端子３３は、アンダーフィル樹脂３４で固定する。上面研磨後の多層配線構造３５は、上面にフラット面１１２を備えているので、ＬＳＩ３２が狭ピッチの接続端子３３を備えていても、高い接続信頼性を実現できる。
【００４１】
次に、図６（ｄ）に示すように、ＬＳＩ３２搭載後の多層配線構造３５の下面側最下層に位置する反り調整層１４に、研磨ライン１１５を設定する。研磨ライン１１５は、研磨後に多層配線構造３５の下面がフラットになるように、下面側最下層に備える反り調整層１４を研磨するように設定する。この時点で多層配線構造３５の反りは、ＬＳＩ３２搭載による影響も受けていることになる。研磨１９は、ＬＳＩを搭載した多層配線構造３５の下面を研磨プレート上に押し付けることで実施する。研磨したい箇所に多層配線構造３５の研磨面の反対側から圧力を加え、所定量の研磨１９を行う。図６（ｅ）に、下面の研磨を行った多層配線構造３５の断面図を示す。ＬＳＩ搭載用パッケージ３５の下面には、パッド１６のメタル面が露出した、フラット面１１２が形成される。次に、図６（ｆ）に示すように、研磨が終わった多層配線構造３５の下面に他の基板と接続するための複数の半田ボール３１を組み立てる。本半導体装置３０は、ボールグリッドアレイの形態のパッケージを構成している。
【００４２】
本実施形態の半導体装置３０は、下面にフラット面１１２を備えているので、信頼性の高い半田ボール３１の組み立てが実現できる。なお、本実施形態では、ＬＳＩ搭載用の多層配線構造３５に反りがある場合を想定し、さらにＬＳＩ３２搭載側から研磨及び部品搭載を行う製造工程にて説明した。しかしながら、半田ボール３０の組み立て側から、研磨及び部品搭載を行ってもよい。また、ＬＳＩ搭載用の多層配線構造３５に発生する反りや凹凸が後工程で問題とならない範囲内にあるときは、研磨工程を省略することも可能である。
【００４３】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態による多層配線構造及びその製造方法について、説明する。図７は、本発明の第４実施形態による多層配線構造を説明するための断面図である。
【００４４】
本実施形態の多層配線構造４０は、図２で示した反り矯正工程により形成される研磨後多層配線構造１１３の上面及び下面にネジ止め用パッド４３をさらに備えている。このネジ止め用パッド４３は、ネジ止め部の周辺に配置されている。ネジ止め用パッド４３は、多層配線構造４０の内層と接続している。内層は例えばグランド層である。多層配線構造４０は、多層配線構造４０の上下に位置するネジ止め用パッド４３を貫くように機械穴４２を備えている。機械穴４２は、多層配線構造を研磨後に形成しているので、研磨後の多層配線構造１１３の上下面に対して垂直に形成されている。従って、機械穴４２と多層配線構造の内層とは、必ずしも直交していない。
【００４５】
さらに、多層配線構造４０の下面のネジ止め用パッド４３の表面には、ドーナツ状の金属製スティフナ４４が取り付けられている。金属製スティフナ４４は、ネジ止め用の機械穴を備え、ネジ４５とワッシャー４１によって多層配線構造の下面に固定されている。機械穴４２に上面からネジ４５を挿入し、金属製スティフナ４４をネジ止めしている。第４の多層配線構造４０は、上面及び下面に研磨後のフラット面１１２を備えている。
【００４６】
この第４の多層配線構造４０は、下面及び上面にフラット面１１２を備える多層配線構造が、内部に残留応力を残さない状態で、ネジ４５及び金属製スティフナ４４により固定される。よって、後工程の部品搭載時における反り発生のリスクをより抑制することができる。
【００４７】
以上好ましい実施形態について図面を参照しながら説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものでなく、様々な変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態の多層配線構造では、上面側最上層及び下面側最下層の両方に反り調整層を備えた例を示しているが、上面側最上層のみ、あるいは下面側最下層のみに反り調整層を備えることも可能である。また、多層配線構造は、実施形態で例示した反りが下に凸の場合だけではなく、上に凸の場合や、さらに凹凸やうねりを持つような場合にも対応可能である。また実施形態で説明した反り矯正のための研磨工程を、周辺温度を考慮して行うことで、所定の温度環境下でパッケージの上下面をフラットに制御することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、半導体装置等のパッケージを用いた電気機器全般に適用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１０、２０、３５、４０ 多層配線構造
１１ メタル層
１２ 絶縁層
１３ ビア
１４、１５，２２ 反り調整層
１６、１７ パッド
１８ メタル露出部
２１ メタル未露出部
３０ 半導体装置
３１ 半田ボール
３２ ＬＳＩ
３３ 接続端子
３４ アンダーフィル樹脂
１１０、１１１、１１４、１１５ 研磨ライン
１１２ フラット面
１１３ 研磨後の多層配線構造
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線構造及びその製造方法、並びに多層配線構造を用いた半導体装置に関し、特に良好な接続信頼性を確保できる多層配線構造及びその製造方法、並びに多層配線構造を用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ等に代表される電気機器の多くは、プリント配線基板を用いて構成されている。このプリント配線基板に搭載される部品に大規模集積回路（LSI: Large Scale Integration）等の半導体装置がある。半導体装置のパッケージは、ＢＧＡ（Ball Grid Array）等が使用されるケースが多い。近年、これら半導体装置等を搭載するプリント配線基板は、電気機器の高密度実装を実現するため薄型化が進んでいる。このプリント配線基板の薄型化に伴って、基板を構成する部材の熱膨張率の差から生じるパッケージの反りが大きくなり、後工程の部品実装時における接続不良、または接続信頼性の悪化を招く場合がある。
【０００３】
この課題を解決するために、特許文献１には、パッケージの反りに応じてパッド上に印刷する半田ペーストの量を制御して接続を行うことが記載されている。図８（ａ）はこのような背景技術の多層配線基板の断面図である。図８（ａ）は、プリント配線基板２０１上に、ＢＧＡの形態をした半導体パッケージを搭載する場合を示している。この半導体パッケージは、基板２０５の一主表面上に半導体素子２０６が搭載され、基板２０５の他主表面上に多数の半田ボール２０４が搭載された形態のものである。この半導体パッケージは下に凸に反った形状である。図８（ａ）では、半導体パッケージの反りを吸収するために、プリント配線基板２０１のパッド２０２上に印刷する半田ペースト２０３の量を、パッケージの反りが大きい場所は多く、反りが小さい場所は少なく制御している。
【０００４】
特許文献２には、パッケージの半田を受けるパッドの面積や形状を変更することで反りを吸収し、半田接続を行うことが記載されている。図８（ｂ）はこのような背景技術の多層配線基板を説明するための断面図である。図８（ｂ）は、プリント配線基板２０１上に、ＢＧＡの形態をした半導体パッケージを搭載する場合を示している。半導体パッケージは下に凸に反った形状である。この半導体パッケージもまた、図８（ａ）と同様に、基板２０５の一主表面上に半導体素子２０６が搭載され、基板２０５の他主表面上に多数の半田ボール２０４が搭載された形態のものである。図８（ｂ）では、半導体パッケージの反りを吸収するため、プリント配線基板２０１上のパッド２０２の面積を、パッケージの反りが大きい場所は小さく、反りが小さい場所は大きく、形成している。
【０００５】
特許文献３には、加熱しながらプリント配線板をプレスすることにより、プリント配線板の反りを矯正することが記載されている。
【０００６】
特許文献４には、４層の配線層を積層した構成の多層配線基板について、一つの配線層を補強用配線層とし、この補強用配線層の厚さを他の配線層の厚さよりも厚くすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１３５２７６号公報
【特許文献２】特開平９−８０８１号公報
【特許文献３】特開平０３−２３９５２８号公報
【特許文献４】特開２００７−７３７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した背景技術には以下のような課題がある。
【０００９】
第１の課題は、半導体パッケージの反りに応じて半田量を制御することや、設計段階でパッドの面積を変更することは困難であるためである。
【００１０】
半導体パッケージの反り量は、温度によって変化する。このため、特許文献１のように半導体パッケージの反り量に合わせて半田量を決定することは、現実には困難である。また多量の半田ペーストを用いた場合、隣接するパッドとのショート不良を引き起こす可能性もあり、大きな反りを吸収することは困難である。また、特許文献２のように半導体パッケージの反り量に合わせてパッドの大きさを設計段階で決定することは、現実には困難である。かつパッドのピッチ制限から大きな面積のパッドを形成することは困難であり、その結果、あまり大きな反りを吸収することはできないという課題がある。
【００１１】
第２の課題は、特許文献３のように加熱や加圧により半導体パッケージの反りを矯正する場合、半導体パッケージ内に残留応力が残る可能性がある。その結果、パッケージ搭載後の後工程において接続部分に残留応力が伝わり、接続部分の信頼性悪化を招くという課題がある。
【００１２】
第３の課題は、特許文献４のように一つの配線層を補強用配線層としても、製造過程において反り発生を完全に抑制することはできないため、製造過程において反りが発生してしまう可能性がある。
【００１３】
本発明の目的は、製造過程において反りが発生した場合でも、反りを矯正できる多層配線構造及びその製造方法、並びに多層配線構造を用いた半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明に係る多層配線構造は、メタル層と絶縁層とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造において、
最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の上記メタル層と上記絶縁層は、それ以外のメタル層と絶縁層より膜厚が厚く、
上記それ以外のメタル層と絶縁層は反りが生じた状態になっており、
上記最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の上記メタル層と上記絶縁層は、厚さが厚い箇所と厚さが薄い箇所とが存在しており、これによりその表面が略平坦となっていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る多層配線構造を用いた半導体装置は、メタル層と絶縁層とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造を用いた半導体装置において、
上記多層配線構造は、最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の上記メタル層と上記絶縁層が、それ以外のメタル層と絶縁層より膜厚が厚く、
上記それ以外のメタル層と絶縁層は反りが生じた状態になっており、
上記最上層及び上記最下層のうちの少なくとも一方の上記メタル層と上記絶縁層は、厚さが厚い箇所と厚さが薄い箇所とが存在しており、これによりその表面が略平坦となっており、
上記多層配線構造に半導体部品が搭載されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る多層配線構造の製造方法は、メタル層と絶縁層とを交互に複数層積層する多層配線構造の製造方法において、
最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の上記メタル層と上記絶縁層を、それ以外のメタル層と絶縁層より膜厚が厚く形成し、上記最上層及び上記最下層のうちの少なくとも一方の表面を、略平坦とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の多層配線構造によれば、最上層及び最下層以外のメタル層と絶縁層に反りが生じた状態になっていながらも、最上層及び最下層のうちの少なくとも一方のメタル層と絶縁層は、厚さが厚い箇所と厚さが薄い箇所とが存在しており、最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の表面が略平坦なので、後工程において良好な接続信頼性を確保することができる。
【００１８】
本発明の多層配線構造の製造方法によれば、製造過程で多層配線構造に反りが発生した場合でも、内部に残留応力を残すことなく、多層配線構造の反りを矯正することができる。その結果、後工程において良好な接続信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の多層配線構造のプロトタイプを説明するための断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による、多層配線構造及びその製造方法を説明するための、工程順の断面図である。
【図３】本発明の多層配線構造のプロトタイプを説明するための断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による、多層配線構造及びその製造方法を説明するための、工程順の断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態による、多層配線構造を用いた半導体装置を説明するための断面図である。
【図６】図５の半導体装置の製造方法を説明するための、製造工程順の断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態による多層配線構造を説明するための断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ背景技術を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の好ましい実施形態について説明する前に、本発明のプロトタイプについて、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の多層配線構造のプロトタイプを説明するための断面図である。図３は、本発明の多層配線構造の他のプロトタイプを説明するための断面図である。
【００２１】
図１に示される多層配線構造１０は、メタル層１１と絶縁層１２とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造１０である。この多層配線構造１０は、メタル５層構造であり、メタル層１１間はビア１３を介して電気的に接続されている。特に、最上層及び最下層のメタル層と絶縁層が、それ以外のメタル層１１と絶縁層１２より膜厚が厚く、最上層又は最下層、或いは最上層及び最下層の表面が略平坦であるように、したものである。
【００２２】
すなわち、多層配線構造１０の最下層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第１の反り調整層１４から構成されており、最下層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第１のパッド１６から構成されている。この反り調整層１４及びパッド１６の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。さらに、多層配線構造１０の最上層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第２の反り調整層１５から構成されており、最上層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第２のパッド１７から構成されている。この反り調整層１５及びパッド１７の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。多層配線構造１０では、第２のパッド１７は第２の反り調整層１５に覆われておらず、メタル露出部１８が形成されている。このパッド１７のメタル露出部１８は、他部品との接続に使用される。さらに、第１の反り調整層１４及び第２の反り調整層１５の表面が、略平坦となっている。
【００２３】
図３に示される多層配線構造２０は、メタル層１１と絶縁層１２とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造２０である。この多層配線構造２０は、メタル５層構造であり、メタル層１１間はビア１３を介して電気的に接続されている。特に、最上層及び最下層のメタル層と絶縁層が、それ以外のメタル層１１と絶縁層１２より膜厚が厚く、最上層又は最下層、或いは最上層及び最下層の表面が略平坦であるように、したものである。
【００２４】
多層配線構造２０の最下層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第１の反り調整層１４から構成されており、最下層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第１のパッド１６から構成されている。この反り調整層１４及びパッド１６の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。さらに、多層配線構造２０の最上層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第３の反り調整層２２から構成されており、最上層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第２のパッド１７から構成されている。この反り調整層２２及びパッド１７の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。多層配線構造２０では、図１に示される多層配線構造１０とは異なり、第２のパッド１７は反り調整層２２に埋まった状態となって覆われており、メタル未露出部２１が形成されている。さらに、第１の反り調整層１４及び第２の反り調整層２２の表面が、略平坦となっている。この多層配線構造２０は、多層配線構造に反りが発生することを想定して、パッド１７上に他部品との接続用のメタル露出部を形成する工程をあえて省いた構造である。
【００２５】
〔第１実施形態〕
このようなプロトタイプを改良して、本発明の第１実施形態による多層配線構造及びその製造方法について、説明する。図２は、本発明の第１実施形態による多層配線構造及び多層配線構造の製造方法として、反り矯正方法を説明するための、工程順の断面図である。
【００２６】
本実施形態による多層配線構造は、図２（ｃ）に示されるように、メタル層１１と絶縁層１２とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造である。この多層配線構造は、メタル５層構造であり、メタル層１１間はビア１３を介して電気的に接続されている。特に、最上層及び最下層の上記メタル層と上記絶縁層は、それ以外のメタル層１１と絶縁層１２より膜厚が厚く、上記それ以外のメタル層１１と絶縁層１２には反りが生じた状態になっている。さらに、上記最上層及び上記最下層の上記メタル層と上記絶縁層は、厚さが厚い箇所と厚さが薄い箇所とが存在しており、これによりその表面が略平坦なフラット面１１２が形成されているように、したものである。
【００２７】
すなわち、多層配線構造の最下層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第１の反り調整層１４から構成されており、最下層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第１のパッド１６から構成されている。この反り調整層１４及びパッド１６の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。さらに、多層配線構造の最上層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第２の反り調整層１５から構成されており、最上層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第２のパッド１７から構成されている。この反り調整層１５及びパッド１７の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。第１の反り調整層１４及び第２の反り調整層１５の表面が、略平坦となっている。
【００２８】
次に、多層配線構造の製造方法として、反り矯正方法を説明する。図２（ａ）は、メタル５層構造の多層配線構造を示す。この多層配線構造は、下に凸に反っている。本実施形態の多層配線構造では、第２のパッド１７は第２の反り調整層１５に覆われておらず、メタル露出部１８が形成されている。このパッド１７のメタル露出部１８は、他部品との接続に使用される。図２（ｂ）に示すように、多層配線構造に対し、第１の研磨ライン１１０及び第２の研磨ライン１１１を設定する。第１の研磨ライン１１０は、研磨後に多層配線構造の下面がフラットになるように、多層配線構造の下面側最下層の反り調整層１４及びパッド１６が研磨されるように設定する。また、第２の研磨ライン１１１は、研磨後に多層配線構造の上面がフラットになるように、多層配線構造の上面側最上層の反り調整層１５及びパッド１７が研磨されるように設定する。この研磨は、多層配線構造を研磨プレート上に押し付けることで実施する。研磨したい箇所に多層配線構造上から圧力を加え、所定量の研磨１９を行う。
【００２９】
この研磨の結果、図２（ｃ）に示すように、下面及び上面にフラット面１１２を備える本実施形態の多層配線構造が得られる。この研磨後の多層配線構造１１３は、下面側最下層の反り調整層１４及び上面側最上層の反り調整層１５が研磨されることによって、内部に残留応力が残っていない。このようにして、下面及び上面にフラット面１１２を備え、内部に残留応力が残っていない多層配線構造１１３を得ることができる。
【００３０】
〔第２実施形態〕
次に、上記プロトタイプを改良して、本発明の第２実施形態による多層配線構造及びその製造方法について、説明する。図４は、本発明の第２実施形態による多層配線構造及び多層配線構造の製造方法として、反り矯正方法を説明するための、工程順の断面図である。
【００３１】
本実施形態による多層配線構造は、図４（ｃ）に示されるように、メタル層１１と絶縁層１２とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造である。この多層配線構造は、メタル５層構造であり、メタル層１１間はビア１３を介して電気的に接続されている。特に、最上層又は最下層の上記メタル層と上記絶縁層は、それ以外のメタル層１１と絶縁層１２より膜厚が厚く、上記それ以外のメタル層１１と絶縁層１２には反りが生じた状態になっている。さらに、上記最上層及び上記最下層の上記メタル層と上記絶縁層は、厚さが厚い箇所と厚さが薄い箇所とが存在しており、これによりその表面が略平坦なフラット面１１２が形成されているように、したものである。
【００３２】
すなわち、多層配線構造の最下層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第１の反り調整層１４から構成されており、最下層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第１のパッド１６から構成されている。この反り調整層１４及びパッド１６の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。さらに、多層配線構造の最上層の絶縁層は、絶縁層１２より膜厚が厚い第３の反り調整層２２から構成されており、最上層のメタル層は、メタル層１１より膜厚が厚い第２のパッド１７から構成されている。この反り調整層２２及びパッド１７の厚さは、矯正する反り量を考慮して、所定の厚さで形成する。さらに、第１の反り調整層１４及び第２の反り調整層２２の表面が、略平坦となっている。
【００３３】
次に、多層配線構造の製造方法として、反り矯正方法を説明する。図４（ａ）は、メタル５層構造の多層配線構造を示す。この多層配線構造は、下に凸に反っている。この多層配線構造は、多層配線構造に反りが発生することを想定して、パッド１７上に他部品との接続用のメタル露出部を形成する工程をあえて省いた構造である。図４（ｂ）に示すように、多層配線構造に対し、第３の研磨ライン１１４及び第４の研磨ライン１１５を設定する。第４の研磨ライン１１５は、研磨後に多層配線構造の下面がフラットになるように、多層配線構造の下面側最下層の反り調整層１４及びパッド１６が研磨されるように設定する。また、第３の研磨ライン１１４は、研磨後に多層配線構造の上面がフラットになるように、多層配線構造の上面側最上層の反り調整層２２及びパッド１７が研磨されるように設定する。この研磨は、多層配線構造を研磨プレート上に押し付けることで実施する。研磨したい箇所に多層配線構造上から圧力１９を加え研磨プレート上に押し付けて、所定量の研磨を行う。
【００３４】
この研磨の結果、図４（ｃ）に示すように、下面及び上面にフラット面１１２を備えた、本実施形態の多層配線構造が得られる。図３では反り調整層２２に埋まった状態であった第２のパッド１７は、多層配線構造の上面に露出する。この研磨後の多層配線構造１１３は、下面側最下層の反り調整層１４及び上面側最上層の反り調整層２２が研磨されることによって、内部に残留応力が残っていない。このようにして、下面及び上面にフラット面１１２を備え、内部に残留応力が残っていない多層配線構造１１３を得ることができる。
【００３５】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態による、多層配線構造を用いた半導体装置を説明するための断面図である。図５は、本発明の第３実施形態による、多層配線構造を用いた半導体装置を説明するための断面図である。図６は、図５の半導体装置の製造方法を説明するための、製造工程順の断面図である。
【００３６】
図５に、研磨後の多層配線構造１１３の上面に、半導体部品の一例としてＬＳＩ（大規模集積回路: Large Scale Integration）３２を搭載し、下面に半田ボール３１を組み立てて構成した半導体装置３０を示す。この半導体装置３０は、第１の実施形態で説明した研磨後の多層配線構造１１３を用いている。
【００３７】
この研磨後の多層配線構造１１３はその上面に、表面が研磨されてフラット面１１２となった反り調整層１５を備えている。反り調整層１５には、ＬＳＩ搭載用のメタル露出部を備える第２のパッド１７を備えている。ＬＳＩ３２はフリップチップ方式で研磨後の多層配線構造１１３上に搭載されている。ＬＳＩ３２の底面の接続端子３３と多層配線構造１１３との間の空間はアンダーフィル樹脂３４で充填され、接続端子３３と多層配線構造１１３とが固定されている。研磨後の多層配線構造１１３は、上面にフラット面１１２を備えるので、狭ピッチな接続端子のＬＳＩ３２との接続においても高い接続信頼性を実現できる。
【００３８】
また、研磨後の多層配線構造１１３はその下面に、表面が研磨されてフラット面１１２となった反り調整層１４を備えている。研磨後の多層配線構造１１３の下面には、他の基板と接続するための複数の半田ボール３１が組み立てられ、ボールグリッドアレイの形態の半導体装置３０を構成している。研磨後の多層配線構造１１３下面がフラットなので、信頼性の高い半田ボール３１の組み立てが実現できる。
【００３９】
次に、この多層配線構造１１３を用いた半導体装置３０の製造方法について説明する。図６（ａ）に示すように、メタル５層構造の多層配線構造３５を用意する。この多層配線構造３５は、下に凸に反っている。多層配線構造３５は、下面側最下層に反り調整層１４を、また上面側最上層に反り調整層２２を備える。反り調整層２２は、外部入出力用のパッド１７と絶縁層２２で構成される。パッド１７は、反り調整層２２内に埋まった状態であり、パッド１７上には、メタル未露出部２１を備える。本実施形態は、図３で示した実施形態と異なりＬＳＩ搭載用の多層配線構造３５であるので、反り調整層２２内部の外部入出力用のパッド１７のピッチを狭ピッチとしている。図６（ａ）に示すような研磨ライン１１４が、研磨後にパッド１７のメタル表面が露出し、かつ多層配線構造３５の上面がフラットになるよう、上面側最上層の反り調整層２２を研磨するように設定されている。研磨は、多層配線構造３５の上面を研磨プレート上に押し付けることで実施する。研磨したい箇所に多層配線構造３５の研磨面の反対側から圧力を加え、所定量の研磨１９を行う。図６（ｂ）に、上面のみ研磨を行った多層配線構造３５の断面図を示す。多層配線構造３５の上面には、パッド１７のＬＳＩ接続面が露出した、フラット面１１２が形成される。
【００４０】
次に、図６（ｃ）に示すように、多層配線構造３５の上面にＬＳＩ３２を搭載する。ＬＳＩ３２はフリップチップ方式で多層配線構造３５上に搭載され、ＬＳＩ３２底面の接続端子３３は、アンダーフィル樹脂３４で固定する。上面研磨後の多層配線構造３５は、上面にフラット面１１２を備えているので、ＬＳＩ３２が狭ピッチの接続端子３３を備えていても、高い接続信頼性を実現できる。
【００４１】
次に、図６（ｄ）に示すように、ＬＳＩ３２搭載後の多層配線構造３５の下面側最下層に位置する反り調整層１４に、研磨ライン１１５を設定する。研磨ライン１１５は、研磨後に多層配線構造３５の下面がフラットになるように、下面側最下層に備える反り調整層１４を研磨するように設定する。この時点で多層配線構造３５の反りは、ＬＳＩ３２搭載による影響も受けていることになる。研磨１９は、ＬＳＩを搭載した多層配線構造３５の下面を研磨プレート上に押し付けることで実施する。研磨したい箇所に多層配線構造３５の研磨面の反対側から圧力を加え、所定量の研磨１９を行う。図６（ｅ）に、下面の研磨を行った多層配線構造３５の断面図を示す。ＬＳＩ搭載用パッケージ３５の下面には、パッド１６のメタル面が露出した、フラット面１１２が形成される。次に、図６（ｆ）に示すように、研磨が終わった多層配線構造３５の下面に他の基板と接続するための複数の半田ボール３１を組み立てる。本半導体装置３０は、ボールグリッドアレイの形態のパッケージを構成している。
【００４２】
本実施形態の半導体装置３０は、下面にフラット面１１２を備えているので、信頼性の高い半田ボール３１の組み立てが実現できる。なお、本実施形態では、ＬＳＩ搭載用の多層配線構造３５に反りがある場合を想定し、さらにＬＳＩ３２搭載側から研磨及び部品搭載を行う製造工程にて説明した。しかしながら、半田ボール３０の組み立て側から、研磨及び部品搭載を行ってもよい。また、ＬＳＩ搭載用の多層配線構造３５に発生する反りや凹凸が後工程で問題とならない範囲内にあるときは、研磨工程を省略することも可能である。
【００４３】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態による多層配線構造及びその製造方法について、説明する。図７は、本発明の第４実施形態による多層配線構造を説明するための断面図である。
【００４４】
本実施形態の多層配線構造４０は、図２で示した反り矯正工程により形成される研磨後多層配線構造１１３の上面及び下面にネジ止め用パッド４３をさらに備えている。このネジ止め用パッド４３は、ネジ止め部の周辺に配置されている。ネジ止め用パッド４３は、多層配線構造４０の内層と接続している。内層は例えばグランド層である。多層配線構造４０は、多層配線構造４０の上下に位置するネジ止め用パッド４３を貫くように機械穴４２を備えている。機械穴４２は、多層配線構造を研磨後に形成しているので、研磨後の多層配線構造１１３の上下面に対して垂直に形成されている。従って、機械穴４２と多層配線構造の内層とは、必ずしも直交していない。
【００４５】
さらに、多層配線構造４０の下面のネジ止め用パッド４３の表面には、ドーナツ状の金属製スティフナ４４が取り付けられている。金属製スティフナ４４は、ネジ止め用の機械穴を備え、ネジ４５とワッシャー４１によって多層配線構造の下面に固定されている。機械穴４２に上面からネジ４５を挿入し、金属製スティフナ４４をネジ止めしている。第４の多層配線構造４０は、上面及び下面に研磨後のフラット面１１２を備えている。
【００４６】
この第４の多層配線構造４０は、下面及び上面にフラット面１１２を備える多層配線構造が、内部に残留応力を残さない状態で、ネジ４５及び金属製スティフナ４４により固定される。よって、後工程の部品搭載時における反り発生のリスクをより抑制することができる。
【００４７】
以上好ましい実施形態について図面を参照しながら説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものでなく、様々な変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態の多層配線構造では、上面側最上層及び下面側最下層の両方に反り調整層を備えた例を示しているが、上面側最上層のみ、あるいは下面側最下層のみに反り調整層を備えることも可能である。また、多層配線構造は、実施形態で例示した反りが下に凸の場合だけではなく、上に凸の場合や、さらに凹凸やうねりを持つような場合にも対応可能である。また実施形態で説明した反り矯正のための研磨工程を、周辺温度を考慮して行うことで、所定の温度環境下でパッケージの上下面をフラットに制御することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、半導体装置等のパッケージを用いた電気機器全般に適用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１０、２０、３５、４０ 多層配線構造
１１ メタル層
１２ 絶縁層
１３ ビア
１４、１５，２２ 反り調整層
１６、１７ パッド
１８ メタル露出部
２１ メタル未露出部
３０ 半導体装置
３１ 半田ボール
３２ ＬＳＩ
３３ 接続端子
３４ アンダーフィル樹脂
１１０、１１１、１１４、１１５ 研磨ライン
１１２ フラット面
１１３ 研磨後の多層配線構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタル層と絶縁層とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造において、
最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層と前記絶縁層は、それ以外のメタル層と絶縁層より膜厚が厚く、
前記それ以外のメタル層と絶縁層は反りが生じた状態になっており、
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層と前記絶縁層は、厚さが厚い箇所と厚さが薄い箇所とが存在しており、これによりその表面が略平坦となっていることを特徴とする多層配線構造。
【請求項２】
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記絶縁層の表面は略平坦であり、この平坦面に前記最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層が露出しており、前記露出したメタル層は前記平坦面の一部を構成していることを特徴とする、請求項１に記載の多層配線構造。
【請求項３】
前記それ以外のメタル層と絶縁層は、それぞれ略均一の厚さで形成され、反りが生じた状態になっていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の多層配線構造。
【請求項４】
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層と前記絶縁層は、反り調整層を構成していることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の多層配線構造。
【請求項５】
周辺部にその上下面を貫通するように設けられた機械穴と、下面に配置されたスティフナと、前記貫通穴に上面から挿入されて前記スティフナをネジ止めするネジとをさらに備えることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の多層配線構造。
【請求項６】
メタル層と絶縁層とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造を用いた半導体装置において、
前記多層配線構造は、最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層と前記絶縁層が、それ以外のメタル層と絶縁層より膜厚が厚く、
前記それ以外のメタル層と絶縁層は反りが生じた状態になっており、
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層と前記絶縁層は、厚さが厚い箇所と厚さが薄い箇所とが存在しており、これによりその表面が略平坦となっており、
前記多層配線構造に半導体部品が搭載されていることを特徴とする、多層配線構造を用いた半導体装置。
【請求項７】
メタル層と絶縁層とを交互に複数層積層する多層配線構造の製造方法において、
最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層と前記絶縁層を、それ以外のメタル層と絶縁層より膜厚が厚く形成し、
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の表面を、略平坦とすることを特徴とする多層配線構造の製造方法。
【請求項８】
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記絶縁層を研磨することにより、前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の表面を、略平坦とすることを特徴とする、請求項７に記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項９】
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記絶縁層を研磨することにより、前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層を露出させることを特徴とする、請求項８に記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項１０】
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記絶縁層を、所定の温度環境下で研磨することを特徴とする請求項９に記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項１】
メタル層と絶縁層とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造において、
最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層と前記絶縁層は、それ以外のメタル層と絶縁層より膜厚が厚く、
前記それ以外のメタル層と絶縁層は反りが生じた状態になっており、
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層と前記絶縁層は、厚さが厚い箇所と厚さが薄い箇所とが存在しており、これによりその表面が略平坦となっていることを特徴とする多層配線構造。
【請求項２】
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記絶縁層の表面は略平坦であり、この平坦面に前記最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層が露出しており、前記露出したメタル層は前記平坦面の一部を構成していることを特徴とする、請求項１に記載の多層配線構造。
【請求項３】
前記それ以外のメタル層と絶縁層は、それぞれ略均一の厚さで形成され、反りが生じた状態になっていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の多層配線構造。
【請求項４】
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層と前記絶縁層は、反り調整層を構成していることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の多層配線構造。
【請求項５】
周辺部にその上下面を貫通するように設けられた機械穴と、下面に配置されたスティフナと、前記貫通穴に上面から挿入されて前記スティフナをネジ止めするネジとをさらに備えることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の多層配線構造。
【請求項６】
メタル層と絶縁層とを交互に複数層積層して形成された多層配線構造を用いた半導体装置において、
前記多層配線構造は、最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層と前記絶縁層が、それ以外のメタル層と絶縁層より膜厚が厚く、
前記それ以外のメタル層と絶縁層は反りが生じた状態になっており、
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層と前記絶縁層は、厚さが厚い箇所と厚さが薄い箇所とが存在しており、これによりその表面が略平坦となっており、
前記多層配線構造に半導体部品が搭載されていることを特徴とする、多層配線構造を用いた半導体装置。
【請求項７】
メタル層と絶縁層とを交互に複数層積層する多層配線構造の製造方法において、
最上層及び最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層と前記絶縁層を、それ以外のメタル層と絶縁層より膜厚が厚く形成し、
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の表面を、略平坦とすることを特徴とする多層配線構造の製造方法。
【請求項８】
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記絶縁層を研磨することにより、前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の表面を、略平坦とすることを特徴とする、請求項７に記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項９】
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記絶縁層を研磨することにより、前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記メタル層を露出させることを特徴とする、請求項８に記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項１０】
前記最上層及び前記最下層のうちの少なくとも一方の前記絶縁層を、所定の温度環境下で研磨することを特徴とする請求項９に記載の多層配線構造の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４９１１（Ｐ２０１３−４９１１Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３７５５１（Ｐ２０１１−１３７５５１）
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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