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JP3973340B2 - 半導体装置、配線基板、及び、それらの製造方法 - Google Patents

半導体装置、配線基板、及び、それらの製造方法 Download PDF

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JP3973340B2 JP2000057767A JP2000057767A JP3973340B2 JP 3973340 B2 JP3973340 B2 JP 3973340B2 JP 2000057767 A JP2000057767 A JP 2000057767A JP 2000057767 A JP2000057767 A JP 2000057767A JP 3973340 B2 JP3973340 B2 JP 3973340B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板、配線基板を有する半導体装置、及び、配線基板の製造方法、半導体装置の配線基板への実装方法に関し、特に、多層化された配線基板にフリップチップ型半導体チップが実装される配線基板、配線基板を有する半導体装置、及び、その製造方法、実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高密度実装が可能な半導体装置として、フリップチップ型半導体装置の重要性が高まっている。図５２に従来のフリップチップ型半導体装置を示す。フリップチップ型半導体チップ１０１は、その周辺部又は活性領域上に所定のエリアアレー配列で形成された外部端子（図示せず）と、その外部端子上に設けられ、半田、Ａｕ、Ｓｎ−Ａｇ系合金等の金属性材料からなる突起状のバンプ１０２とを有する。
【０００３】
図５３に示すように、このフリップチップ型半導体チップ１０１は、バンプ配列パターンと同一パターンの電極パット（図示せず）を備えた多層配線基板１０３に実装される。通常、バンプ材料として半田を用いる場合には、Ｆｌｕｘを使用したＩＲリフロー工程により、フリップチップ型半導体チップ１０１を多層配線基板１０３に実装する。半導体チップ１０１が実装された多層配線基板１０３は、外部端子（図示せず）を介して、回路基板に実装される。
【０００４】
このような実装方法では、多層配線基板とフリップチップ型半導体チップ１０１の線膨張係数の相違により、実装信頼性のうち特に温度サイクル特性が劣るという問題点がある。この問題点を解決するために、従来から以下に述べるような施策がとられている。
【０００５】
まず、第１の方法は、多層配線基板として、半導体チップのシリコンとの線膨張係数の差が小さいＡｌＮ、ムライド、ガラセラ等のセラッミック系の材料を用いる方法である。この方法は、実装信頼性の向上という観点では効果があるが、多層配線基板の材料として高価なセラミック系材料を使用するため、適用範囲がＨｉｇｈエンドなスーパーコンピューターや、大型コンピューターの特定用途に限定される。
【０００６】
第２の方法として、半導体チップのシリコンよりも線膨張係数は大きいが、比較的安価である有機系材料からなる多層配線基板を用いる方法がある。この方法では、半導体チップと多層配線基板との間にアンダーフィル樹脂を設ける。この結果、半導体チップと多層配線基板とを接続するバンプ部分に働くせん断応力を、バンプを覆うアンダーフィル樹脂に分散させ、実装信頼性を向上させることができる。
【０００７】
第２の方法で用いる有機系材料を使用した多層配線基板としては、バンプ配列パターンの最小ピッチ及びピン数の関係上、通常ビルドアップ基板と呼ばれる多層配線基板が使用される。このビルドアップ基板の製造方法を、図５４乃至図５９に示す。
【０００８】
まず、図５４に示すように、ＦＲ４、ＦＲ５、ＢＴ基板等に代表される絶縁性のガラスエポキシ系基材１０４の両面に１０〜４０μｍの所定の厚みのＣｕ箔１０５を貼りつけ、パターニング処理する。次に、基板両面のＣｕ箔層を電気的に接続するために、ドリル加工等で基板に穴あけをし、スルーホールメッキ処理を施して、貫通スルーホール部１０６を形成する。この貫通スルーホール部１０６には絶縁性のスルーホール穴埋め用樹脂を充填して、後工程のプロセス安定性及び基板の品質安定性を確保する。これをコア基板１０７とする。
【０００９】
次に、図５５に示すように、Ｃｕ配線パターン上に絶縁性樹脂１０８を形成し、フォトレジスト技術によるケミカルエッチング法又はレーザー加工技術等で所定の位置に絶縁性樹脂開口部１０９を形成する。
次に、図５６に示すように、スパッタリング法又はＣｕ無電解メッキ法等によりＴｉ／Ｃｕ等の金属薄膜層１１０を形成する。続いて、図５７に示すように、厚さ２０〜４０μｍ程度のフォトレジスト１１１又はドライフィルムを金属薄膜層１１０上に形成し、露光・現像処理でパターニングする。その後、図５８に示すように、金属薄膜層１１０を給電層として電解Ｃｕメッキ処理により配線パターン部１１２を形成する。次に、図５９に示すように、フォトレジスト又はドライフィルムを剥離後、配線パターン部１１２をマスクとして、ウエットエッチング処理により金属薄膜層１１０を除去し、配線パターン部を電気的に独立させる。以上の図５４乃至図５９に示す工程を繰り返して、必要に応じて６層、８層の多層配線を有するビルドアップ基板を作成する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
第２の方法で用いる多層配線基板は、比較的安価で、スルーホール形成の加工性に優れたガラスエポキシ系基材で形成するが、ガラスエポキシ系基材は半導体チップとの熱膨張係数の差が大きいので、両者間には応力が発生し、接続の信頼性が低下する。そこで、この応力の緩和を目的として、ガラスエポキシ系基材上に形成する配線パターンには１０〜３０μｍ程度の膜厚を持たせている。従って、配線のパターニング時にマスクとして用いるフォトレジスト又はドライフィルムは、２０〜４０μｍ程度の厚みが必要である。この結果、露光・現像工程のパターンピッチ及び配線パターンピッチは、最小でも３０μｍ程度であり、多層配線基板の高密度化と基板外形の小型化とを図ることが出来ないという問題がある。
【００１１】
この様に、従来の多層配線基板はガラスエポキシ系基材を使用するため、必要な再配線機能を持たせたまま多層配線基板の外形寸法を縮小することが出来ない。そのため、基材そのものは安価であるにも関わらず、一枚の大パネルから製造できる多層配線基板の枚数が少なく、多層配線基板のコストの低減が困難である。また、ガラスエポキシ基材では、多層配線層を構成する絶縁性樹脂１０８形成時の応力に起因するソリが発生する。更に、実装時の多層配線基板と回路基板との熱膨張率の差に起因する応力により、両者間の接続の信頼性が劣るという問題がある。
【００１２】
本願発明は、金属板上に多層配線層を形成することで、これらの問題を解決するとともに、高信頼性の多層配線基板を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、金属板上に選択的に外部電極パッドを形成する工程と、前記外部電極パッドに対応する位置に第１の開口を有する第１絶縁層を形成する工程と、前記第１の開口を介して前記外部電極パッドに電気的に接続する第１配線層を形成する工程と、前記第１配線層に対応する位置に第２の開口を有する第２絶縁層を形成する工程と、前記第２の開口を介して前記第１配線層と電気的に接続する第２配線層を形成する工程と、 前記金属板の前記第１絶縁層に接する部分を選択的にエッチング除去し、前記外部電極パッドに一端が接し前記外部電極パッドと電気的に接続する柱状の導電体を形成する工程と、 前記第２配線層に外部電極を介して接続する半導体チップを搭載する工程と、前記柱状の導電体間に絶縁性樹脂層を形成する工程と、前記柱状の導電体の他端に、回路基板と前記半導体チップの外部電極端子とを電気的に接続するための外部端子を形成する工程と、 前記絶縁性樹脂層上に、前記外部端子に対応する位置に開口を有する支持板を設け、前記絶縁性樹脂層表面と前記外部端子側面と前記支持板内周面とで囲まれた空間に接着樹脂を注入する工程とを有することを特徴とする。また、本発明の半導体装置の製造方法は、金属板上に直接に外部電極パッドを形成する工程と、 前記外部電極パッドに対応する位置に第１の開口を有する第１絶縁層を形成する工程と、前記第１の開口を介して前記外部電極パッドに電気的に接続する第１配線層を形成する工程と、前記第１配線層に対応する位置に第２の開口を有する第２絶縁層を形成する工程と、前記第２の開口を介して前記第１配線層と電気的に接続する第２配線層を形成する工程と、前記金属板を少なくとも前記外部電極パッドが露出するようにエッチング除去する工程と、前記金属板をエッチング除去する工程の後に、導電性接着剤を用いて柱状の導電体の一端を前記外部電極パッドに接続する工程と、前記第２配線層に外部電極端子を介して接続する半導体チップを搭載する工程と、前記柱状の導電体間に絶縁性樹脂層を形成する工程と、前記柱状の導電体の他端に、回路基板と前記半導体チップの外部電極端子とを電気的に接続するための外部端子を形成する工程と、前記絶縁性樹脂層上に、前記外部端子に対応する位置に開口を有する支持板を設け、前記絶縁性樹脂層表面と前記外部端子側面と前記支持板内周面とで囲まれた空間に接着樹脂を注入する工程とを有することを特徴とする。本発明の半導体装置の製造方法では、金属板上に多層配線層を形成する工程を有しており、製造中の熱処理等で配線層中に応力が発生しても、配線層は剛性の高い金属板に固着されているので反りが抑制され、微細なパターンを確実に形成できる。
【００１４】
この様にして、半導体チップとの熱膨張係数の差の大きなガラスエポキシ基板を介さずに半導体チップを回路基板に実装できるので、半導体チップとガラスエポキシ基板間の応力緩衝を目的として配線パターンの膜厚を大きくする必要は無い。
【００１５】
本発明の半導体装置は、外部電極パッドと、前記外部電極パッド上に設けられ、前記外部電極パッドの対応する位置に形成される第１の開口及び前記外部電極パッドの面と実質的に平坦である下面を有する第１絶縁層と、前記第１の開口を介して前記外部電極パッドと電気的に接続し前記第１絶縁層上に設けられた第１配線層と、前記第１配線層上に設けられ前記第１配線層の対応する位置に第２の開口を有する第２絶縁層と、前記第２の開口を介して前記第１配線層と電気的に接続する第２配線層と、一端が前記外部電極パッドに接合して電気的に接続され、前記外部電極パッド毎に独立して設けられた柱状の導電体と、により形成される配線基板と、前記第２配線層に外部電極端子を介して接続される半導体チップと、前記柱状の導電体の他端に、回路基板と前記半導体チップの外部電極端子とを電気的に接続するための外部端子と、を有し、前記柱状の導電体を複数有し、前記複数の導電体が絶縁性樹脂を介して互いに絶縁されているとともに、前記複数の柱状の導電体と前記絶縁性樹脂とで構成される基板層は、前記配線基板より高い剛性を有することを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、外部電極パッドと、前記外部電極パッドの上面に設けられ、前記外部電極パッドの対応する位置に形成される第１の開口及び前記外部電極パッドの面と実質的に平坦である下面を有する第１絶縁層と、前記第１の開口を介して前記外部電極パッドと電気的に接続し前記第１絶縁層上に設けられた第１配線層と、前記第１配線層上に設けられ前記第１配線層の対応する位置に第２の開口を有する第２絶縁層と、前記第２の開口を介して前記第１配線層と電気的に接続する第２配線層と、前記外部電極パッドに導電性接着剤で一端が電気的に接続され、前記外部電極パッド毎に独立して設けられた柱状の導電体と、により形成される配線基板と、前記第２配線層に外部電極端子を介して接続される半導体チップと、前記柱状の導電体の他端に、回路基板と前記半導体チップの外部電極端子とを電気的に接続するための外部端子と、を有し、前記柱状の導電体を複数有し、前記複数の導電体が絶縁性樹脂を介して互いに絶縁されているとともに、前記複数の柱状の導電体と前記絶縁性樹脂とで構成される基板層は、前記配線基板より高い剛性を有することを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、外部電極パッドと、前記外部電極パッドの上面に設けられ、前記外部電極パッドの対応する位置に形成される第１の開口及び前記外部電極パッドの面と実質的に平坦である下面を有する第１絶縁層と、前記第１の開口を介して前記外部電極パッドと電気的に接続し前記第１絶縁層上に設けられた第１配線層と、前記第１配線層上に設けられ前記第１配線層の対応する位置に第２の開口を有する第２絶縁層と、前記第２の開口を介して前記第１配線層と電気的に接続する第２配線層と、一端が前記外部電極パッドに接合して電気的に接続され、前記外部電極パッド毎に独立して設けられた柱状の導電体と、により形成される配線基板と、前記第２配線層に外部電極端子を介して接続される半導体チップと、前記柱状の導電体の他端に、回路基板と前記半導体チップの外部電極端子とを電気的に接続するための外部端子と、を有し、前記第１絶縁層の下面に接して前記柱状の導電体の側面と前記外部端子の側壁の一部を覆う接着樹脂を有することを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、外部電極パッドと、前記外部電極パッドの上面に設けられ、前記外部電極パッドの対応する位置に形成される第１の開口及び前記外部電極パッドの面と実質的に平坦である下面を有する第１絶縁層と、前記第１の開口を介して前記外部電極パッドと電気的に接続し前記第１絶縁層上に設けられた第１配線層と、前記第１配線層上に設けられ前記第１配線層の対応する位置に第２の開口を有する第２絶縁層と、前記第２の開口を介して前記第１配線層と電気的に接続する第２配線層と、前記外部電極パッドに導電性接着剤で一端が電気的に接続され、前記外部電極パッド毎に独立して設けられた柱状の導電体と、により形成される配線基板と、前記第２配線層に外部電極端子を介して接続される半導体チップと、前記柱状の導電体の他端に、回路基板と前記半導体チップの外部電極端子とを電気的に接続するための外部端子と、を有し、前記第１絶縁層の下面に接して前記柱状の導電体の側面と前記外部端子の側壁の一部を覆う接着樹脂を有すること を特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体装置は、一端が外部電極パッドに接続された柱状の導電体を備えており、この柱状の導電体は半導体装置と回路基板との間の応力を緩和する効果を有し、両者間の接続の信頼性を向上させることが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明によるフリップチップ型半導体装置の第１の実施の形態を示す。半導体チップ２が、多層配線層３で構成される多層配線基板にフリップ実装されている。図２は、図１に示す半導体装置３２を半田ボール１３側の底面から見た平面図である。
【００１８】
多層配線層３は、図３に示すように、第１配線層５、第２配線層６、第３配線層７、第４配線層８、第５配線層９とから形成されている。第２配線層６は第１配線層５の上面側に、第３配線層７は第２配線層６の上面側に、第４配線層８は第３配線層７の上面側に、第５配線層９は第４配線層８の上面側にそれぞれに形成されている。
【００１９】
第１配線層５は、第１配線層配線部５−１と第１配線層絶縁層５−２と第１配線層接続層５−３とから形成されている。第２配線層６は、第２配線層配線部６−１と第２配線層絶縁層６−２と第２配線層接続層６−３とから形成されている。第３配線層７は、第３配線層配線部７−１と第３配線層絶縁層７−２と第３配線層接続層７−３とから形成されている。第４配線層８は、第４配線層配線部８−１と第４配線層絶縁層８−２と第４配線層接続層８−３とから形成されている。第５配線層９は、第１配線層配線部９−１と第５配線層絶縁層９−２（後述されるソルダーレジスト層）とから形成されている。複数の配線部は、複数の接続層を介してそれぞれに接続している。
【００２０】
この多層配線層３には、その上面側に、フリップチップ型の半導体チップ２が電気的に接合されている。半導体チップ２は、その下面側に複数のバンプ電極１４が形成されており、これらのバンプ電極１４を介して、第１配線層配線部９−１に電気的に接合する。半導体チップ２と第５配線層９は、絶縁性樹脂被覆１５により覆われて外界から保護されている。
【００２１】
図４〜図２０に、本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す。図４に示すように、金属板１６は、半導体ウエハー形状をしたＣｕ板である。金属板１６を使用する理由は、十分な剛性を有するからである。金属板１６の材料としては、Ｃｕの他に、Ｎｉ、Ａｌ、Ｗ，Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔを主成分とする金属材料または異種金属の複合材料、セラミックスその他の高剛性材料が用いられ得る。
【００２２】
次に、図５に示すように、金属板１６の上面に、スパッタリング法等により接着金属層となるＴｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ系合金の薄膜を形成した後、スパッタリング法等により電極材料となるＣｕ、ＡＬ、又はＮｉ等の薄膜を形成する。その後、フォトレジストの露光・現像処理、ウエットエッチング法、又は、プラズマ表面処理技術が流用されるドライエッチングにより、先に形成した薄膜をパターニングして外部電極パッド部１７を形成する。尚、外部電極パッドピッチが狭ピッチでない場合には、金属板１６にフォトレジストをコーティングして露光・現像処理を施した後、Ｃｕ、Ｎｉ等の材料を用いた電解メッキ処理により形成することも出来る。
【００２３】
次に、図６に示すように、金属板１６と外部電極パッド部１７の上面に、絶縁性樹脂薄膜層１８を形成する。絶縁性樹脂薄膜層１８は、液状の絶縁性材料のスピンコーティング法、又は、プラズマ表面処理技術が流用されるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成されるポリイミド系樹脂である。
【００２４】
その他、絶縁性樹脂薄膜層１８としては、ポリイミド系樹脂の他に、ＳｉＯ２系無機材料、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、シアネートエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ナフタレン系樹脂等の有機系材料のいずれかを主成分として構成することが出来る。特に、１．０μｍ以下の微細パターンを形成する場合には、半導体の拡散プロセスを採用できるＳｉＯ２系無機材料を使用することが好ましい。
【００２５】
次に、図７に示すように、外部電極パッド部１７上の絶縁性樹脂薄膜層１８を部分的に除去し、絶縁性樹脂薄膜開口部１９を形成する。まず、フォトレジストを外部電極パッド部１７上にコーティングし、露光・現像処理を行う。次に、絶縁性樹脂薄膜層１８がケミカルエッチング可能な物質で構成されているならばウエットエッチングを、又は、絶縁性樹脂薄膜層１８がケミカルエッチング不可能な物質で構成されているならばプラズマ表面処理技術が流用されるドライエッチングを行い、絶縁性樹脂薄膜開口部１９を形成する。
【００２６】
次に、図８に示すように、外部電極パッド部１７と絶縁性樹脂薄膜層１８の上側の全面に、外部電極パッド部１７に対する金属薄膜層２１の接着金属層となるＴｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ系合金の薄膜をスパッタリング法等により形成する。その後、この接着金属層の上面に電極材料となるＣｕ、ＡＬ、又は、Ｎｉ等の薄膜をスパッタリング法・ＣＶＤ法無電解メッキ法等により形成し、金属薄膜２１とする。
【００２７】
次に、フォトレジストをマスクとして、ウエットエッチング法、又は、プラズマ表面処理技術が流用されるドライエッチング技術により、金属薄膜２１をパターニングして図９に示す金属薄膜配線部２２を形成する。外部電極パッド部１７は、図３に示される第１配線層配線部５−１に相当し、金属薄膜配線部２２は図３に示される第２配線層６の第２配線層配線部６−１と第１配線層接続層５−３とに相当する。尚、金属薄膜配線部２２のパターンピッチが粗い場合等には、金属薄膜層２１を形成後に、フォトレジストで金属薄膜配線パターンを形成し、Ｃｕ等の電解メッキ処理により配線パターンを形成してもよい。上記配線パターンの形成においては、フォトレジストの厚み及び金属薄膜配線部は、１μｍ以下とすることができる。
【００２８】
次に、フォトレジストの剥離と、配線パターンをマスクとする金属薄膜層のエッチング処理とを行い、金属薄膜配線部２２を形成する。引き続き、図１０〜図１４に示すように、絶縁性樹脂薄膜層１８の形成から金属薄膜配線部２２の形成までの工程を所定のそれぞれのパターンにより繰返し、所定の多層配線構造を形成し、図３に示す多層配線層３の第４配線層８までを形成する。
【００２９】
次に、図１５に示すように、金属薄膜配線形成技術により、第４配線層８の上層であって、フリップチップ型半導体チップのバンプ電極パターンに対応する位置に、パッド電極部２３を形成する。パッド電極部２３は、第５配線層９の第１配線層配線部９−１に相当する。
【００３０】
その後、パッド電極部２３を含む多層配線層３を保護するために、図１６に示すソルダーレジスト膜２４を形成する。ソルダーレジスト膜２４は、既述の通り、第５配線層絶縁層９−２に相当し、パッド電極部２３に対応する位置に開口部２４ａ（ソルダーレジスト膜２４に設けられる開口、第２の開口）が設けられている。この開口部は、ソルダーレジスト膜２４が非感光性材料で形成されている場合は、フォトレジストをマスクとして、ウエットエッチング法又はプラズマ表面処理技術が流用されるドライエッチングを行い形成する。また、ソルダーレジスト膜２４が感光性材料で形成されている場合は、そのまま露光・現像処理を行い形成する。
【００３１】
ソルダーレジスト膜としては、エポキシ系樹脂に酸化シリコンの微細粉末等の無機フィラー等を入れた有機系絶縁性材料を使用する。その他にも、外部からの機械的応力に強く、Ｆｌｕｘ洗浄液やＡｕメッキ液に対する耐性が大きく、アンダーフィル材等の封止材料との密着特性が優れた材料を選択することが出来る。
尚、多層配線構造中の絶縁性樹脂薄膜層１８が機械的応力と化学的応力に関して高い信頼性を有する場合には、ソルダーレジスト膜２４の形成は省略できる。
【００３２】
これらの工程の後、図１７に示すように、金属板１６を全てエッチング除去する。
【００３３】
次に、多層配線構造の最下層である外部電極パッド１７上、及び最上層であるパッド電極部２３上に、それぞれＮｉ／Ａｕ、Ｚｎ／Ｎｉ／Ａｕ等の無電解メッキ処理を施す。これにより、後述の外部電極パッド１７に対する半田ボール１３の取り付け性と、多層配線層３に対する半導体チップの実装特性とを向上させることが出来る。上記メッキ処理の後、複数の単位多層配線基板が形成されている多層配線基板の集合体に対して、単位多層配線基板毎に電気特性試験を行う。この電気特性試験によって電気的に良品であると判定された単位多層配線基板のみに後述する良品のフリップチップ型半導体チップを実装することが好ましい。
【００３４】
次に、図１８に示すように、多層配線層３の最上層であるパッド電極２３の上側に、フリップチップ型の半導体チップ２をフリップチップ実装する。半導体チップ２には、その下面側にバンプ電極１４が取り付けられており、複数のバンプ電極１４は複数のパッド電極２３にそれぞれに電気的に接続される。バンプ電極１４がＳｎ、Ｐｂ等の金属材料を主成分とする半田であれば、Ｆｌｕｘが使用された加熱リフロー工程によるフリップチップ実装が可能である。バンプ電極１４がＡｕ、Ｉｎ等の金属材料を主成分とするものであれば、熱圧着方式によるフリップチップ実装が可能である。
【００３５】
次に、図１９に示すように、半導体チップ２、フリップチップ接続部分、及び多層配線層３を保護するために、半導体チップ２の側面、フリップチップ接合部、及び多層配線層３の露出領域を絶縁性樹脂３１により被覆する。この被覆工程では、真空封止技術が取り込まれたインジェクション樹脂注入技術、又は、トランスファー封止技術が使用される。
【００３６】
絶縁性樹脂３１は、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、シアネートエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ナフタレン系樹脂のいずれかの樹脂を主成分として構成する。
【００３７】
次に、外部電極パッド部１７上に直接、外部端子としての半田ボール１３を形成する。半田ボール１３は、Ｓｎ、Ｐｂ等の金属材料が主成分である。尚、本発明での半田ボールは、鉛フリーの半田ボールを含み、低温度で溶融し、熱伝導率が高く速やかに固化する性質、及び表面張力が強く外部電極パッド部表面上でボール上に固化する性質を有する電気伝導材料で形成される。
【００３８】
次に、図２０に示すように、ダイシングブレード等を使用して、フリップチップ型半導体装置の個片処理を行い、複数のフリップチップ型半導体装置を作製する。
【００３９】
次に、フリップチップ型半導体装置の半導体チップ２の裏面（図では上面）に、放熱性接着剤層４１を介して、ヒートスプレッダ４２を取り付け、図１に示す半導体装置３２を得る。半導体チップ２で発生する熱は、放熱性接着剤層４１を介して、ヒートスプレッダ４２の広い表面から放熱される。
【００４０】
ヒートスプレッダー４２は、Ｃｕ、ＡＬ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の金属性材料を主成分として構成されているか、又は、アルミナ、ＡＬＮ、ＳｉＣ、ムライト等のセラミック材料から成る。放熱性接着剤４１は、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、シアネートエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ナフタレン系樹脂のいずれかの樹脂を主成分とし、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕ、ＡＬ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、ダイヤモンド、アルミナ、ＡＬＮ、ムライト、ＢＮ、ＳｉＣ等のセラミック材料から構成されている。
【００４１】
一般的にフリップチップは、多ピン・高速系Ｌｏｇｉｃ系のデバイスに適用されることが多く、半導体チップ２の放熱の実行が重要である。本実施の形態では、ヒートスプレッダーを用いてその熱特性を向上させることが出来る。
【００４２】
本実施の形態の半導体装置では、半導体チップとの熱膨張率の差が大きい有機系材料から成る多層配線基板を使用しないので、半導体チップと多層配線基板との間の応力による接続信頼性の低下は起こらない。従って、図５〜図１６の一連の工程において、公知の多層配線基板のように、金属薄膜配線を１０〜３０μｍ程度に厚く形成して応力緩衝効果を持たせる必要はなく、その厚さは１μｍ程度で十分である。更に、半導体ウエハーのメタライズ製造方法とその製造装置を利用するので、フォトレジスト及び金属薄膜配線を１μｍ以下の薄い領域で加工処理することが容易になり、配線パターンの微細化を図ることが出来る。
【００４３】
上述の製造工程、特に、多層配線層の形成工程において、高剛性の金属板１６が、多層配線層の平面度を確保している。金属板１６は剛性が高いので、全工程中で平面度が高く保持されており、金属板と多層配線層との間に線膨張差があっても、金属板に接合されてた多層配線層は内部応力の発生、及び膨張が抑えられ、そのソリが防止される。この結果、絶縁層及び配線部のパターニング時の不整合も生じず、歩留まりが良いという効果がある。
【００４４】
この様に、金属層は、多層配線層の製造工程において効果を有するので、最終製品には存在しなくてもよい。金属板を除去した場合、多層配線層３の最下層が露出されるために、絶縁性樹脂薄膜１８としては、有機系材料のようにそれ自身に外部応力からの柔軟性を有するものが好ましい。
【００４５】
金属板１６の除去は、本実施の形態の様に図１６に示した工程の後で行わなければならないのではなく、多層配線層３に半導体チップ２を実装する工程の後に取り除いても良い。特に、半導体チップ２を実装する工程やヒートスプレッダー４２を取り付ける工程等において、金属板１６を残存させておけば、多層配線層３、半導体チップ２等に作用する機械的応力、熱的応力に起因する多層配線層の全体、その内部の各層、及びチップの歪みの発生を防ぐことが出来る。更に、多層配線層やチップの平面度を保持する必要がある工程では、取り除かずに、半田ボール１３を接合する直前まで残存させておくことが好ましい。
【００４６】
尚、本発明の半導体装置では、多層配線層は、金属板の片面のみに形成されており、非対称な構造となっているが、金属板は高剛性であるので、製造時、特に多層配線構造中の絶縁性樹脂薄膜層１８製造時の応力による反りは生じない。また、金属板の両側に多層配線層を設けた場合に必要になるスルーホールの形成が不要であるので、スルーホール形成時に発生するゴミに起因する不良を防止することが出来、更に工程減によるコストの低減という効果も有する。
しかしながら、本実施の形態では、最終ユーザー側の回路基板への実装で用いる半田ボール１３のスタンドオフ高さが低く、半導体装置と回路基板との間で生じる応力の緩衝を考慮していないので、両者間の接続信頼性には問題がある。この問題を解決するのが、以下に示す第２の実施の形態である。
【００４７】
〔第２の実施の形態〕
図２１に、本発明によるフリップチップ型半導体装置の第２の実施の形態を示す。本実施の形態では、半導体チップ２が多層配線基板１に、フリップ実装されており、多層配線基板１は、第２基板層である多層配線層３と、第１基板層である緩衝層４とから構成されている。
【００４８】
緩衝層４は、その一端が外部電極パッド部１７に接続された複数金属層１１から構成される。緩衝層４の周辺部、即ち複数金属層１１の周囲部分には、閉じられた環状の支持枠２５が設けられている。この支持枠は、製品のハンドリング時等に発生する機械的応力から多層配線構造部分（多層配線層）３を保護する効果を有する。
【００４９】
複数金属層１１の他端には、半田ボール１３が接合されている。半田ボール１３は、回路基板（図示せず）の電気的接合部に接合される。従って、緩衝層４が回路基板の電気的接合部に固着されることになる。
【００５０】
この半導体装置では、半田ボール１３が複数金属層１１先端部に接合されており、外部端子としての半田ボール１３を介して回路基板に実装される。この外部端子は、充分なスタンドオフ高さを有し、半導体装置とそれが実装される回路基板との間で生じる応力を主に複数金属層で緩衝する。従って、第１の実施の形態と比較して、回路基板と半導体装置との間の実装信頼性をより向上させることが出来る。
【００５１】
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、第１の実施の形態の図４乃至図１６に示す工程を行った後、図２２（ａ）に示すように、多層配線層の下側に存在する金属板１６を、フォトリソ技術が用いられるエッチング技術により選択的に除去する。その除去部分は、絶縁性樹脂薄膜層１８に接する部分、即ち外部電極パッド部１７に接しない部分である。このような選択的除去により、既述の複数金属層１１を形成する。複数金属層１１は、外部電極コラム部を形成している。
【００５２】
この選択的除去は、図２２（ｂ）に示すように、金属版１６の厚みの半分以上をレーザー加工、放電加工、あるいは部分切削加工等の手法により選択的にエッチング除去した後、レジストをマスクとして絶縁性樹脂薄膜層１８表面が露出するまでエッチングして行うことが好ましい。特に、金属板１６が５００μｍ乃至３ｍｍ程度と大きな厚みを有する場合、１回のエッチング除去工程では外部電極コラムの直径寸法の制御が困難であり、更にエッチング時間が長くなるため、１回のエッチング除去工程中にレジストパターン部分が落下し、選択的除去が出来ないといった問題がある。本実施の形態に示すように、金属板１６厚みの半分以上を選択的に除去した後、レジストをマスクとして再度エッチングを行い外部電極コラム部を形成することにより、５００μｍ乃至３ｍｍ程度と厚みの大きい金属板１６を確実に選択エッチングして、充分な高さを有する外部電極コラム部を形成することが出来る。この結果、後の工程で形成する半田ボール１３のスタンドオフ高さを大きくし、回路基板に対する実装信頼性向上を図ることが出来る。
【００５３】
次に、外部電極コラム部１１の端部表面、及びパッド電極部２３表面に、半田との密着性を向上させるために、それぞれＮｉ／Ａｕ等のメッキ処理を施す。次に、図２３に示すように、多層配線基板の集合体に対して単位多層配線基板毎に電気試験を行い、電気的に良品と判定された多層配線基板のみに、図２３に示すように半導体チップ２に設けられたバンプ電極１４を介して半導体チップ２を実装する。
【００５４】
次に、図２４に示す樹脂封止を行い、図２５に示すように、外部電極コラム部１１の端部表面に、外部端子として半田ボール１３を接合する。この際、外部電極コラム部１１にＦｌｕｘを選択的に塗布後、搭載した半田ボール１３に対しＩＲリフロー工程による加熱処理を施すことが好ましい。従って、本実施の形態では、金属板１６として、剛性が高く、半田との濡れ性の良好な材料を用いることが好ましい。上記条件を満たし、半田ボール１３と外部電極パッド部１７とを電気的に接続できる材料であれば、金属に限られない。
【００５５】
次に、図２６に示すように半導体装置の個片処理を行い、複数のフリップチップ型半導体装置を作製する。次に、第１の実施の形態に示した方法により半導体チップの裏面にヒートスプレッダを取り付け、図２１に示した半導体装置を得る。
【００５６】
本実施の形態では、半田ボール１３が外部電極コラム１１の上に形成されており、スタンドオフ高さが大きい。従って、半導体装置とそれが実装される最終ユーザーの回路基板との間の熱膨張率の差に起因する応力を、主に外部電極コラムのたわみにより緩和することが出来、両者間の接続信頼性が向上すると共に、多層配線層の歪み（反り）を抑制する効果もある。
【００５７】
しかしながら、この応力は外部電極パッド部１７と外部電極コラム部１１との接続部分に集中する傾向があるので、当該部分において外部電極コラムの接続不良が生じ易いという問題がある。この問題を解決するのが、以下に示す第３の実施の形態である。
【００５８】
〔第３の実施の形態〕
図２７に、本発明によるフリップチップ型半導体装置の第３の実施の形態を示す。本実施の形態が第２の実施の形態と異なる点は、第１基板層である緩衝層４が、複数金属層１１と複数応力吸収層１２とから構成されている点である。
図２７に示すように、緩衝層４を構成する複数金属層１１と複数応力吸収層１２は、多層配線層３と緩衝層４との対向方向に直交する方向に交互に配置されている。複数応力吸収層１２は、シリコーン系樹脂により形成され、歪み力、応力を吸収する物理的性質を有する多層構造を有する。
【００５９】
複数応力吸収層１２としては、その他に、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、シアネートエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ナフタレン系樹脂等の有機絶縁材料のいずれかの樹脂を主成分として構成する。
【００６０】
図２８は、図２７に示す半導体装置を半田ボール１３側の底面から見た平面図である。複数応力吸収層１２は、縦横に帯状に延び格子状に単一化された一体物（単体）であり、複数金属層１１は、格子点に島状に配置されている。両者の体積比率、配列構造の変更は、半導体チップ、多層配線層３、及び緩衝層４が接合される回路基板から成る製品全体の仕様に対応する。緩衝層４の周辺部、即ち複数金属層１１の周囲部分は閉じられた環状の支持枠２５が設けられている。この支持枠は、後工程のハンドリング時等に発生する機械的応力から多層配線構造部分３を保護する効果を有する。但し、緩衝層４の緩衝性を高めるためには、支持枠は削除する方が好ましい。
【００６１】
この緩衝層４は、多層配線層３よりも高い剛性を有している。それに加え、この部分にかかる応力の緩衝性も有する。
【００６２】
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、第２の実施の形態の図２２に示す工程を行った後、図２９に示すように、複数金属層１１間及び複数金属層１１と支持枠２５との間の空間領域２６（図２２（ａ）参照）に絶縁性応力緩衝樹脂１２を埋め込み、既述の複数応力吸収層１２を形成する。この絶縁性応力緩衝樹脂１２は、スピンコーティング法又はトランスファー封止技術等により形成され、多層配線層３及び外部電極コラム部１１を機械的及び化学的応力から保護する効果を有する。
【００６３】
続いて、外部電極コラム部１１の端部表面が絶縁性応力緩衝樹脂１２により覆われている場合には、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術、プラズマ表面技術で外部電極コラム部１１の端部表面を覆う絶縁性応力緩衝樹脂１２を除去する。
【００６４】
次に、外部電極コラム部１１の端部表面、及びパッド電極部２３表面にそれぞれＮｉ／Ａｕ等のメッキ処理を施す。その後、第２の実施の形態の図２３乃至図２６と同様にして、半導体チップの実装、樹脂封止、半田ボールの接合及び個片処理を行い、図２７に示す半導体装置を得る。
【００６５】
本実施の形態の半導体装置では、第２の実施の形態と同様に、半田ボール１３が絶縁性応力緩衝樹脂１２に囲まれた外部電極コラム１１の上に形成されており、スタンドオフ高さが大きい。従って、半導体装置とそれが実装される最終ユーザーの回路基板との間の熱膨張率の差に起因する応力を、外部電極コラムのたわみにより緩和することが出来、両者間の接続信頼性が向上する。
【００６６】
更に、この応力を、緩衝層４の絶縁性応力緩衝樹脂１２で吸収するので、外部電極コラムの外部電極パッドに対する接続信頼性を低下させることがない。更に、緩衝層の応力吸収効果により、半導体装置と回路基板との間の接続信頼性を高めることが出来る。
【００６７】
〔第４の実施の形態〕
図３０に、本発明によるフリップチップ型半導体装置の第４の実施の形態を示す。本実施の形態が、第３の実施の形態と異なる点は、フリップチップ型半導体装置３２の半導体チップ２の裏面（図では上面）に、放熱性接着剤層４１を介して、ヒートスプレッダ４２が設けられている点である。半導体チップで発生する熱は、放熱性接着剤層４１を介してヒートスプレッダ４２の広い表面から放熱される。ヒートスプレッダ４２と放熱性接着剤４１の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００６８】
本実施の形態の半導体装置では、第３の実施の形態と比較して放熱性を向上させることが出来る。
【００６９】
〔第５の実施の形態〕
図３１は、本発明によるフリップチップ型半導体装置の第５の実施の形態を示す。本実施の形態が第３の実施の形態と異なる点は、半導体チップ２と多層配線層３との間に、絶縁性樹脂３１を設けずに、アンダーフィル樹脂層４３を設けている点である。この形成の後に、スティフナー４４を介在させてヒートスプレッダ４２を多層配線層３に取り付ける。
【００７０】
アンダーフィル樹脂としては、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、シアネートエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ナフタレン系樹脂のいずれかの樹脂を主成分として構成されている。
本実施の形態では、既述の第１乃至第３の実施の形態で使用されているインジェクション方式又はトランスファー封止方式による絶縁性樹脂３１を使用せず、従来のフリップチップ型半導体装置の製造技術の主流であるアンダーフィル樹脂４３を用いるので、特別な製造装置を用いる必要がないという利点がある。
【００７１】
本実施の形態において、アンダーフィル樹脂４３は多層配線層３上の一部を覆うだけであるが、スティフナー４４を取り付けることで多層配線層３である多層配線基板の平面度を確保している。スティフナー４４は、金属又はセラミック材料から形成されており、接着剤４５を用いて多層配線層３に取り付ける。その後、半導体チップ２の裏面に放熱性接着剤４１を介して放熱用のヒートスプレッダー４２を取り付ける。
【００７２】
〔第６の実施の形態〕
第１の実施の形態の半導体装置では、外部電極パッド部１７に対する半田ボール１３の接着性が不足であるという問題がある。これを解決するのが、以下に示す第６の実施の形態である。
【００７３】
図３２は、本発明の半導体装置の第６の実施の形態であり、図３３及び図３４にその製造方法を示す。本実施の形態の製造方法では、第１の実施の形態の図４乃至図２０に示す工程を行った後、図３３に示すように、多層配線層３に対向させてサポート板５１を設ける。サポート板５１には、半田ボールの配置パターンと同じ配置パターンで半田ボール挿入孔５２が形成されており、半田ボール挿入孔５２の直径は、半田ボール１３の直径より大きい。サポート板５１には、更に、樹脂注入口５３が開けられている。サポート板５１の材質としては、絶縁性材料であるか導電性材料であるかは問わない。
【００７４】
続いて、図３４に示すように、樹脂注入口５３から樹脂を注入する。この樹脂は、絶縁性樹脂薄膜層１８の表面、半田ボール１３の側面、及びサポート板５１の内周面とで形成される空間を埋めて注入層５４を形成する。このような樹脂注入により、外部電極パッド部１７と半田ボール１３との接合を強化する。次に、ダイシングプレートを用いて、フリップチップ型多層配線半導体装置の個片処理を行い、図３２に示すフリップチップ型多層配線半導体装置を得る。
【００７５】
サポート板５１は、樹脂注入時に注入された樹脂の表面高さを規定する効果がある。この結果、回路基板への接続面となる半田ボール１３の頂部表面を確実に樹脂から露出させることが出来る。
【００７６】
図３５は、図３２中の円内部Ａを拡大してその詳細を示している。円内部Ａは、外部電極コラム１１の端部表面に接合された半田ボール１３の周辺領域である。半田ボール１３の球面と、半田ボール挿入孔５２の内周面と、絶縁性樹脂薄膜層１８表面とで形成される空間領域が注入層５４により埋め尽くされ、半田ボール１３と外部電極パッド部１７とが強固に接合されている。
【００７７】
本実施の形態の半導体装置では、樹脂補強効果により、半導体装置１の回路基板への実装時、その部分の応力変形を防止し、最終的な組付であるＰＫＧ形態の基板実装信頼性を向上させることが出来る。
【００７８】
〔第７の実施の形態〕
図３６は、本発明の半導体装置の第７の実施の形態である。本実施の形態が、第３の実施の形態と異なる点は、サポート板５１及び注入層５４が設けられている点である。応力吸収層１２の表面、半田ボール１３の側面、及びサポート板５１の内周面で形成される空間に樹脂が注入され注入層５４を形成し、半田ボール１３と外部電極コラム１１との接合を補強している。この結果、第６の実施の形態と同様に、半導体装置１の回路基板への実装時の応力変形を防止し、実装信頼性を向上させることができる。
【００７９】
本実施の形態の製造方法は、第３の実施の形態の図２９に示す工程及び図２３乃至図２６と同様の工程を行った後、図３７に示すように、多層配線基板１にサポート板５１を挿入する。次に、図３８に示すように、サポート板の樹脂注入口５３から樹脂を注入し、絶縁性応力緩衝樹脂１２の表面、半田ボール１３の側面、及びサポート板５１の内周面で形成される空間を埋めて注入層５４を形成する。
【００８０】
これにより、外部電極コラム部１１と半田ボール１３との接合を補強出来、半導体装置の回路基板への実装時、その部分の応力変形を防止し、実装信頼性を向上出来る。
【００８１】
〔第８の実施の形態〕
図３９は、本発明の半導体装置の第８の実施の形態を示す。本実施の形態が図３０に示す第４の実施の形態と異なる点は、サポート板５１及び注入層５４が追加されている点であり、第４の実施の形態と比較して、図３５に示す樹脂補強効果が追補されている。
【００８２】
〔第９の実施の形態〕
図４０は、本発明の半導体装置の第９の実施の形態を示す。本実施の形態が図３１に示す第５の実施の形態と異なる点は、サポート板５１及び注入層５４が追加されている点であり、第５の実施の形態と比較して、図３５に示す樹脂補強効果が追補されている。
【００８３】
〔第１０の実施の形態〕
図４１は、本発明の半導体装置の第１０の実施の形態を示す。本実施の形態の半導体装置の製造方法は、第１の実施の形態の図４乃至図１６に示す工程を行った後、図１７に示すように、金属板１６をエッチング技術により完全に削除する。金属板１６の平面度維持の役目は、多層配線構造を形成した後には不要であるため、完全に除去しても問題ない。エッチング速度を大きくするため、そのエッチング特性を考慮し、薬液使用によるウエットエッチング法を用いる。
【００８４】
次に、図１８及び図１９に示す工程を行い、その後、図４２に示すように、多層配線構造３の最下層に形成されている金属配線層２２（又は１７）に、導電性接着剤６１を用いて導電性コラム電極１１’を接合する。導電性接着剤６１の材料としては、金属配線層２２と導電性コラム電極１１’の両方の金属に対して濡れ性がよい材料が好ましい。
【００８５】
次に、図４３に示すように、応力吸収層１２’を形成する。応力吸収層１２’は、複数導電性コラム電極１１’の間を埋め、且つ多層配線構造３の最下層の表面を被覆しており、導電性コラム電極１１’と多層配線構造３とを機械的応力と化学的応力から保護する。
【００８６】
次に、導電性コラム電極１１’の端部表面の樹脂除去処理及びメッキ処理を行った後、図２５に対応する方法で図４４に示すように、導電性コラム電極１１’の端部表面に半田ボール１３を接合する。
【００８７】
更に、導電性コラム電極１１’に対する半田ボール１３の接着強度が不足している場合には、図３７に対応する方法で図４５に示すように、サポート板５１を取り付ける。更に、図３８に対応する方法で図４６に示すように樹脂注入を行い、導電性コラム電極１１’と半田ボールとの接合を樹脂補強し、図４１に示す半導体装置を得る。
【００８８】
本実施の形態は、第３の実施の形態等では必要であった外部電極コラム部１１を形成するための金属板１６の選択的なエッチングの工程が無い。従って、エッチングの金属板面内でのばらつきを考慮する必要が無いという特徴がある。つまり、金属板１６を完全に除去した後、多層配線層３の外部電極パッド部１７に予め形成した導電性コラム電極１１’を接合させることが出来る。
【００８９】
〔第１１の実施の形態〕
図４７は、本発明の半導体装置の第１１の実施の形態を示す。本実施の形態では、第１０の実施の形態の図４２に示す工程を行い導電性コラム電極１１’を形成した後、多層配線層に対向させてサポート板５１’を設ける。その後、絶縁性樹脂薄膜層１８の表面、導電性コラム電極１１’の側壁、半田ボール１３の側面、及びサポート板５１’の内周面で形成される空間に樹脂注入を行い注入層５４を形成する。
【００９０】
本実施の形態では、第１０の実施の形態と比較して、応力吸収層１２’を形成する工程、及び応力吸収層１２’形成後、導電性コラム電極１１’の半田ボール接合面の樹脂除去工程が省略されており、プロセスを短縮し、コストを削減する効果がある。更に、第１０の実施の形態と比較して、厚みの大きいサポート板を用いるので、注入される樹脂量が多くサポート板にかかる圧力が大きいにも関わらず、この圧力に抗してサポート板表面を平坦に保ち、注入された樹脂の表面高さを規定することが出来る。この結果、回路基板への接続面となる半田ボール１３の頂部表面を確実に樹脂から露出させることが出来る。
【００９１】
〔第１２の実施の形態〕
図４８は、本発明の半導体装置の第１２の実施の形態を示している。本実施の形態では、ピン形状の外部電極７１が外部電極パッド部１７に直接に接合されている。ピン形状の外部電極７１は、主に金属合金で形成され、それ自体が剛性を有している。また、その一端で回路基板に接合する側が、その他端で外部電極パッド部に接合する側よりも細い形状をしているので、フレキシブルである。従って、最終ユーザーが回路基板へ実装した後、外部応力に対して緩衝性を有し、接続信頼性が高い。更に、ピン先端部が細い形状であるので、微細なパターンを有する回路基板への実装が可能になるという特徴がある。
【００９２】
〔第１３の実施の形態〕
図４９は、本発明の半導体装置の第１３の実施の形態を示す。本実施の形態では、スプリング状の外部電極７１’が外部電極パッド部１７に直接に接合されている。外部電極７１’の側面部分を絶縁体で被覆しても良い。外部電極７１’は、螺旋状の弾性体であり、それ自体に剛性はないが、その柔構造によって緩衝性に優れている。従って、最終ユーザーが回路基板へ実装した後も、外部応力に対して優れた緩衝性を有する。
【００９３】
第１２、１３の実施の形態は、外部電極コラム部１１を形成するための金属板１６の選択的なエッチングを行う必要が無いので、エッチングの金属板面内でのばらつくを考慮する必要が無いという特徴がある。つまり、金属板１６を完全に除去した後、多層配線構造３の外部電極パッド部１７に予め形成した外部電極７１、７１’を接合させることができる。
【００９４】
〔第１４の実施の形態〕
図５０は、本発明の半導体装置の第１４の実施の形態を示す。本実施の形態では、柱状の外部電極７１”が導電性接着剤により、外部電極パッド部１７に直接に接合されている。外部電極７１”は、それ自体に緩衝性はないが、剛性を有しているので、半導体装置全体の剛性を強化し、ハンドリング時や回路基板への実装時においても多層配線構造部分の平坦性を確保する。また、フレキシビリティーには乏しいが、スタンドオフ高さが大きいので、回路基板への実装信頼性は高い。
【００９５】
〔第１５の実施の形態〕
図５１は、第２の実施の形態の変形例であり、図２２に示す工程において、金属板１６のエッチング条件を適当に設定することにより、金属層１１Ａ又は格子体１１Ａが、逆エンタシス形状を有し、中細りの鼓状に形成されている。逆エンタシス形状は、高さ方向長さは一定であるが横方向の太さが変化しており、横方向に受ける応力をより有効に吸収することができる。
【００９６】
多層配線構造の形成時の剛性、外部電極が接合された後にも継続される剛性、外部電極が接合された後の剛性と緩衝性、外部電極自体が持つ剛性、外部電極部分自体が持つ柔軟性、外部電極自体が持つ剛性と柔軟性は、それぞれに、製品の利用状態に応じて適正に評価され実施されることになる。多層配線構造の形成時の剛性は、あらゆる場合に共通する優れた工程上の物性である。
【００９７】
本発明の半導体装置は、実施の形態を通じて明らかにされたように、半導体チップとの熱膨張係数の差の大きなガラスエポキシ基板を介さずに半導体チップを回路基板に実装できるので、半導体チップとガラスエポキシ基板間の応力緩衝を目的として配線パターンの膜厚を大きくする必要は無く、配線基板において微細な配線パターン形成が可能になる。この結果、多層配線基板単体の外形寸法を縮小することが出来、装置の微細化が可能になる。更に、一枚の大パネルから製造できる多層配線基板の枚数を増加させることが出来、コストの削減が可能になる。
【００９８】
更に、本発明の半導体装置の多層配線構造は、半導体ウエハレベルの加工処理により形成できるので、従来の多層配線基板と比較して大幅に工程を削減することが出来、配線パターンの微細化を容易に行うことが出来る。
【００９９】
本発明の半導体装置が有する柱状の導電体は、半導体装置とそれが実装される回路基板との間の応力を緩和する効果を有し、両者間の接続の信頼性を向上させることが出来る。
【０１００】
本発明の半導体装置の製造方法では、金属板上に多層配線層を形成するので、製造中の熱処理等で配線層中に応力が発生しても、配線層は剛性の高い金属板に固着されているので反りが抑制され、微細なパターンを確実に形成できる。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明による配線基板、配線基板を有する半導体装置、及び、その製造方法、実装方法は、信頼性が高い多層化配線基板を有する半導体装置を提供することができ、信頼性が高い実装を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による半導体装置の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の底面図である。
【図３】図３は、多層配線層の一部を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明による半導体装置の製造方法の実施の形態を示す断面図である。
【図５】図５は、図４の次のステップを示す断面図である。
【図６】図６は、図５の次のステップを示す断面図である。
【図７】図７は、図６の次のステップを示す断面図である。
【図８】図８は、図７の次のステップを示す断面図である。
【図９】図９は、図８の次のステップを示す断面図である。
【図１０】図１０は、図９の次のステップを示す断面図である。
【図１１】図１１は、図１０の次のステップを示す断面図である。
【図１２】図１２は、図１１の次のステップを示す断面図である。
【図１３】図１３は、図１２の次のステップを示す断面図である。
【図１４】図１４は、図１３の次のステップを示す断面図である。
【図１５】図１５は、図１４の次のステップを示す断面図である。
【図１６】図１６は、図１５の次のステップを示す断面図である。
【図１７】図１７は、図１６の次のステップを示す断面図である。
【図１８】図１８は、図１７の次のステップを示す断面図である。
【図１９】図１９は、図１８の次のステップを示す断面図である。
【図２０】図２０は、最終品を示す断面図である。
【図２１】図２１は、本発明による半導体装置の実施の他の形態を示す断面図である。
【図２２】図２２（ａ），（ｂ）は、製造の各ステップを示す断面図である。
【図２３】図２３は、次のステップを示す断面図である。
【図２４】図２４は、更に次のステップを示す断面図である。
【図２５】図２５は、更に次のステップを示す断面図である。
【図２６】図２６は、更に次のステップを示す断面図である。
【図２７】図２７は、本発明による半導体装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図２８】図２８は、図２７の底面図である。
【図２９】図２９は、製造のステップを示す断面図である。
【図３０】図３０は、本発明による半導体装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図３１】図３１は、本発明による半導体装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図３２】図３２は、本発明による半導体装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図３３】図３３は、製造のステップを示す断面図である。
【図３４】図３４は、次のステップを示す断面図である。
【図３５】図３５は、図３２の一部を示す断面図である。
【図３６】図３６は、本発明による半導体装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図３７】図３７は、製造のステップを示す断面図である。
【図３８】図３８は、次のステップを示す断面図である。
【図３９】図３９は、本発明による半導体装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図４０】図４０は、本発明による半導体装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図４１】図４１は、本発明による半導体装置の製造方法の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図４２】図４２は、本発明による半導体装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図４３】図４３は、製造のステップを示す断面図である。
【図４４】図４４は、次のステップを示す断面図である。
【図４５】図４５は、更に次のステップを示す断面図である。
【図４６】図４６は、更に次のステップを示す断面図である。
【図４７】図４７は、本発明による半導体装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図４８】図４８は、本発明による半導体装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図４９】図４９は、本発明による半導体装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図５０】図５０は、本発明による半導体装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図５１】図５１は、本発明による半導体装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図５２】図５２は、公知のフリップチップ型半導体装置を示す正面図である。
【図５３】図５３は、公知のフリップチップ型半導体装置の実装を示す正面図である。
【図５４】図５４は、公知のフリップチップ型半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５５】図５５は、図５４の次のステップを示す断面図である。
【図５６】図５６は、図５５の次のステップを示す断面図である。
【図５７】図５７は、図５６の次のステップを示す断面図である。
【図５８】図５８、図５７の次のステップを示す断面図である。
【図５９】図５９は、図５８の次のステップを示す断面図である。
【符号の説明】
２…半導体装置（半導体チップ）
３…配線層、多層配線層（第２基板層）
４…緩衝層（第１基板層）
５−２…第１絶縁層
１１，１１’…複数金属層（導電体）
１２，１２’…複数応力吸収層
１３…半田ボール
１４…バンプ電極（外部電極端子）
１６…金属板
１７外部電極パッド
１９…第１の開口
２３…パッド電極
２４，９−２…第２絶縁層
４１…熱伝達性接着剤
４２…放熱体
４４…スティフナー
５１…支持体
７１，７１’…導電性支柱

Claims (7)

  1. 外部電極パッドと、
    前記外部電極パッドの上面に設けられ、前記外部電極パッドの対応する位置に形成される第１の開口及び前記外部電極パッドの面と実質的に平坦である下面を有する第１絶縁層と、
    前記第１の開口を介して前記外部電極パッドと電気的に接続し前記第１絶縁層上に設けられた第１配線層と、
    前記第１配線層上に設けられ前記第１配線層の対応する位置に第２の開口を有する第２絶縁層と、
    前記第２の開口を介して前記第１配線層と電気的に接続する第２配線層と、
    一端が前記外部電極パッドに接合して電気的に接続され、前記外部電極パッド毎に独立して設けられた柱状の導電体と、
    により形成される配線基板と、
    前記第２配線層に外部電極端子を介して接続される半導体チップと、
    前記柱状の導電体の他端に、回路基板と前記半導体チップの外部電極端子とを電気的に接続するための外部端子と、
    を有し、
    前記柱状の導電体を複数有し、前記複数の導電体が絶縁性樹脂を介して互いに絶縁されているとともに、
    前記複数の柱状の導電体と前記絶縁性樹脂とで構成される基板層は、前記配線基板より高い剛性を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 外部電極パッドと、
    前記外部電極パッドの上面に設けられ、前記外部電極パッドの対応する位置に形成される第１の開口及び前記外部電極パッドの面と実質的に平坦である下面を有する第１絶縁層と、
    前記第１の開口を介して前記外部電極パッドと電気的に接続し前記第１絶縁層上に設けられた第１配線層と、
    前記第１配線層上に設けられ前記第１配線層の対応する位置に第２の開口を有する第２絶縁層と、
    前記第２の開口を介して前記第１配線層と電気的に接続する第２配線層と、
    前記外部電極パッドに導電性接着剤で一端が電気的に接続され、前記外部電極パッド毎に独立して設けられた柱状の導電体と、
    により形成される配線基板と、
    前記第２配線層に外部電極端子を介して接続される半導体チップと、
    前記柱状の導電体の他端に、回路基板と前記半導体チップの外部電極端子とを電気的に接続するための外部端子と、
    を有し、
    前記柱状の導電体を複数有し、前記複数の導電体が絶縁性樹脂を介して互いに絶縁されているとともに、
    前記複数の柱状の導電体と前記絶縁性樹脂とで構成される基板層は、前記配線基板より高い剛性を有することを特徴とする半導体装置。
  3. 外部電極パッドと、
    前記外部電極パッドの上面に設けられ、前記外部電極パッドの対応する位置に形成される第１の開口及び前記外部電極パッドの面と実質的に平坦である下面を有する第１絶縁層と、
    前記第１の開口を介して前記外部電極パッドと電気的に接続し前記第１絶縁層上に設けられた第１配線層と、
    前記第１配線層上に設けられ前記第１配線層の対応する位置に第２の開口を有する第２絶縁層と、
    前記第２の開口を介して前記第１配線層と電気的に接続する第２配線層と、
    一端が前記外部電極パッドに接合して電気的に接続され、前記外部電極パッド毎に独立して設けられた柱状の導電体と、
    により形成される配線基板と、
    前記第２配線層に外部電極端子を介して接続される半導体チップと、
    前記柱状の導電体の他端に、回路基板と前記半導体チップの外部電極端子とを電気的に接続するための外部端子と、
    を有し、
    前記第１絶縁層の下面に接して前記柱状の導電体の側面と前記外部端子の側壁の一部を覆う接着樹脂を有することを特徴とする半導体装置。
  4. 外部電極パッドと、
    前記外部電極パッドの上面に設けられ、前記外部電極パッドの対応する位置に形成される第１の開口及び前記外部電極パッドの面と実質的に平坦である下面を有する第１絶縁層と、
    前記第１の開口を介して前記外部電極パッドと電気的に接続し前記第１絶縁層上に設けられた第１配線層と、
    前記第１配線層上に設けられ前記第１配線層の対応する位置に第２の開口を有する第２絶縁層と、
    前記第２の開口を介して前記第１配線層と電気的に接続する第２配線層と、
    前記外部電極パッドに導電性接着剤で一端が電気的に接続され、前記外部電極パッド毎に独立して設けられた柱状の導電体と、
    により形成される配線基板と、
    前記第２配線層に外部電極端子を介して接続される半導体チップと、
    前記柱状の導電体の他端に、回路基板と前記半導体チップの外部電極端子とを電気的に接続するための外部端子と、
    を有し、
    前記第１絶縁層の下面に接して前記柱状の導電体の側面と前記外部端子の側壁の一部を覆う接着樹脂を有することを特徴とする半導体装置。
  5. 前記接着樹脂上に、前記外部端子に対応する位置に開口を有する支持板を有することを特徴とする請求項３または４記載の半導体装置。
  6. 金属板上に選択的に外部電極パッドを形成する工程と、
    前記外部電極パッドの対応する位置に第１の開口を有する第１絶縁層を形成する工程と、
    前記第１の開口を介して前記外部電極パッドに電気的に接続する第１配線層を形成する工程と、
    前記第１配線層の対応する位置に第２の開口を有する第２絶縁層を形成する工程と、
    前記第２の開口を介して前記第１配線層と電気的に接続する第２配線層を形成する工程と、
    前記金属板の前記第１絶縁層に接する部分を選択的にエッチング除去し、前記外部電極パッドに一端が接し前記外部電極パッドと電気的に接続する柱状の導電体を形成する工程と、
    前記第２配線層に外部電極を介して接続する半導体チップを搭載する工程と、
    前記柱状の導電体間に絶縁性樹脂層を形成する工程と、
    前記柱状の導電体の他端に、回路基板と前記半導体チップの外部電極端子とを電気的に接続するための外部端子を形成する工程と、
    前記絶縁性樹脂層上に、前記外部端子に対応する位置に開口を有する支持板を設け、前記絶縁性樹脂層表面と前記外部端子側面と前記支持板内周面とで囲まれた空間に接着樹脂を注入する工程と、
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 金属板上に直接に外部電極パッドを形成する工程と、
    前記外部電極パッドに対応する位置に第１の開口を有する第１絶縁層を形成する工程と 、
    前記第１の開口を介して前記外部電極パッドに電気的に接続する第１配線層を形成する工程と、
    前記第１配線層に対応する位置に第２の開口を有する第２絶縁層を形成する工程と、
    前記第２の開口を介して前記第１配線層と電気的に接続する第２配線層を形成する工程と、
    前記金属板を少なくとも前記外部電極パッドが露出するようにエッチング除去する工程と、
    前記金属板をエッチング除去する工程の後に、導電性接着剤を用いて柱状の導電体の一端を前記外部電極パッドに接続する工程と、
    前記第２配線層に外部電極端子を介して接続する半導体チップを搭載する工程と、
    前記柱状の導電体間に絶縁性樹脂層を形成する工程と、
    前記柱状の導電体の他端に、回路基板と前記半導体チップの外部電極端子とを電気的に
    接続するための外部端子を形成する工程と、
    前記絶縁性樹脂層上に、前記外部端子に対応する位置に開口を有する
    支持板を設け、前記絶縁性樹脂層表面と前記外部端子側面と前記支持板内周面とで囲まれ
    た空間に接着樹脂を注入する工程と、
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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