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JP2001257288A - フリップチップ型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

フリップチップ型半導体装置及びその製造方法

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JP2001257288A
JP2001257288A JP2000065792A JP2000065792A JP2001257288A JP 2001257288 A JP2001257288 A JP 2001257288A JP 2000065792 A JP2000065792 A JP 2000065792A JP 2000065792 A JP2000065792 A JP 2000065792A JP 2001257288 A JP2001257288 A JP 2001257288A
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JP
Japan
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substrate
layer
flip
multilayer wiring
semiconductor device
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JP2000065792A
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English (en)
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JP3677429B2 (ja
Inventor
Koichi Honda
広一 本多
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Priority to TW090105656A priority patent/TW558929B/zh
Priority to KR10-2001-0011929A priority patent/KR100395862B1/ko
Priority to US09/801,901 priority patent/US6406942B2/en
Publication of JP2001257288A publication Critical patent/JP2001257288A/ja
Priority to US10/131,486 priority patent/US20020121689A1/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 １０μｍ以下の微細な配線パターンピッチの
多層配線基板を低コストで製造することができ、反りに
よるフォトリソグラフィ工程の不整合の発生を防止で
き、更に、エッチング時間が長く製造工程が長時間に及
ぶという不都合が生じないフリップチップ型半導体装置
その製造方法を提供する。 【解決手段】 平坦な金属板１上に多層配線構造を形成
し、その後、金属板１を全面エッチング除去して、多層
配線層９のみとする。そして、穴あき加工部１２を有す
る絶縁席基板１１と多層配線層９とを張り合わせ、穴開
き加工部１２に導電性接着剤１３を埋込み、半導体チッ
プ１４を搭載し、半田ボール１７を接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多層配線基板上に半
導体チップを搭載したフリップチップ型半導体装置及び
その製造方法に関し、特に製造コストが低廉であり、多
層配線基板の配線パターンのピッチを１０μｍ以下とす
ることが可能なフリップチップ型半導体装置及びその製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１４（ａ）、（ｂ）は従来のフリップ
チップ型半導体装置１０１を示す。図１４（ａ）に示す
フリップチップ型半導体装置１０１においては、半導体
チップ１０２上に外部端子（図示せず）がチップの周辺
部又は活性領域上にエリアアレー配列で形成されてお
り、この外部端子上に、半田、Ａｕ又はＳｎ-Ａｇ系合
金等の金属材料により、突起状のバンプ１０３が形成さ
れている。
【０００３】このフリップフロップ半導体装置１０１
は、図１４（ｂ）に示すように、多層配線実装基板１０
４上に実装される。多層配線実装基板１０４には、電極
パッドがフリップチップ型半導体装置１０１のバンプ配
列パターンと同一パターンで形成されており、エンドユ
ーザにおいては、このフリップチップ型半導体装置１０
１をそのバンプ１０３と前記電極パッドとを整合させて
多層配線基板１０４に実装する。このフリップチップ型
半導体装置１０１を多層配線基板４に実装する際には、
バンプ材料として半田を使用した場合には、通常、フラ
ックス（Ｆｌｕｘ）を使用したＩＲリフロー工程で実装
される。
【０００４】しかしながら、従来のフリップチップ型半
導体装置１０１は、多層配線実装基板１０４に実装した
後、多層配線実装基板１０４とフリップチップ型半導体
装置１０１との線膨張係数のミスマッチにより、実装信
頼性のうち、特に温度サイクル特性が劣化するという問
題点が生じる。このような問題点を解決するために、従
来、以下のような対策が施されている。
【０００５】先ず、多層配線実装基板１０４の線膨張係
数をシリコンの線膨張係数に近づけるために、材料とし
ては高価であるＡｌＮ、ムライト又はガラスセラミック
ス等のセラッミックス系の材料を使用して、線膨張係数
のミスマッチを最小限にし、これにより、実装信頼性を
向上させるという試みがなされてきた。この試みは、実
装信頼性の向上という観点では効果があったものの、多
層配線基板の材料が高価なセラミックス系材料を使用し
ているため、一般的にはハイエンドのスーパーコンピュ
ーター又は大型コンピューター等に適用用途が限定され
てしまう。
【０００６】これに対して、近年、低廉でかつ線膨張係
数係数が大きい有機系材料を使用した多層配線基板と、
半導体チップとの間に、アンダーフィル樹脂を配置し
て、フリップチップ半導体装置を実装することにより、
実装信頼性を向上できる技術が提案されている。このよ
うに、アンダーフィル樹脂を半導体チップと有機系材料
を使用した多層配線基板との間に配置することにより、
半導体チップと有機系材料を使用した多層配線基板との
間に存在するバンプ接続部分に働くせん断応力を分散さ
せ、実装信頼性を向上させることができる。このよう
に、アンダーフィル樹脂を、半導体チップと有機系材料
製の多層配線基板との間に介在させることにより、安価
な有機系材料を使用した多層配線基板を使用することが
可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術においては、アンダーフィル樹脂内にボイドが存
在した場合、又は、アンダーフィル樹脂と半導体チップ
との界面及びアンダーフィル樹脂と有機系材料を使用し
た多層配線基板との界面の接着特性が悪い場合には、製
品の吸湿リフロー工程で、前記界面の剥離現象が発生し
て、製品が不良となってしまうという問題点がある。こ
のため、この従来技術により、確実にフリップチップ型
半導体装置の低コスト化を推進できるというものではな
かった。
【０００８】また、一般的にフリップチップ型半導体装
置の有機系材料を使用した多層配線基板には、バンプ配
列パターンの最小ピッチ及びピン数の関係上、ビルドア
ップ基板と呼ばれる多層配線基板を使用するのが通常で
ある。以下、このビルドアップ基板の製造方法を図１５
及び図１６を参照して説明する。
【０００９】先ず、図１５（ａ）において、絶縁性のガ
ラスエポキシ系基材からなるコア基板１１０の両面に１
０〜４０μｍ厚の所定厚さのＣｕ箔層１１１が貼りつけ
られ、更にパターニング処理されている。そして、コア
基板１１０にドリル加工等で穴開けした後、孔内にスル
ーホールメッキ処理を施すことにより、貫通スルーホー
ル部１１２が形成されており、これにより、コア基板１
１０の表裏両面のＣｕ箔層１１１が電気的に接続されて
いる。この場合に、後工程のプロセス安定性及び基板の
品質安定性を考慮して貫通スルーホール部１１２には絶
縁性のスルーホール穴埋め用樹脂１１３を充填するのが
通常である。
【００１０】次に、図１５（ｂ）に示すように、コア基
板１１０の表裏両面に存在するＣｕ配線パターン上に絶
縁性樹脂１１４を配置し、所定の位置にフォトレジスト
技術を使用したケミカルエッチング法又はレーザー加工
技術等により絶縁性樹脂開口部１１５を形成する。
【００１１】次に、図１５（ｃ）に示すように、電解Ｃ
ｕメッキ処理の給電層及びコア基板上のＣｕ配線パター
ン部との電気的接続を確保するために、例えば、Ｔｉ又
はＣｕ等の金属をスパッタリングすることにより、又は
Ｃｕを無電解メッキすることにより、金属薄膜層１１６
を形成する。
【００１２】その後、図１６（ａ）に示すように、電解
Ｃｕメッキ処理による配線パターン形成のため、厚さが
２０乃至４０μｍ程度のフォトレジスト１１７又はドラ
イフィルムを金属薄膜層１１６上に配置し、露光・現像
処理を実施する。
【００１３】その後、図１６（ｂ）に示すように、金属
薄膜層１１６を給電層として電解Ｃｕメッキ処理するこ
とにより配線パターン部１１８を形成する。
【００１４】その後、図１６（ｃ）に示すように、フォ
トレジスト１１７又はドライフィルムを剥離した後、配
線パターン部１１８をマスクにして金属薄膜層１１６を
ウエットエッチングすることにより除去して、配線パタ
ーン部１１８を電気的に独立させる。
【００１５】そして、図１５（ｂ）乃至図１６（ｃ）の
工程を繰り返すことにより、必要であれば６層又は８層
のメタル構成の多層配線基板を作成することができる。
【００１６】しかしながら、前述のビルドアップ基板の
製造方法では、コア基板との熱膨張係数の不一致による
ストレス緩和及び接続ビア（Ｖｉａ）部の信頼性等の多
層配線基板の信頼性を考慮し、ビルドアップ層配線パタ
ーン部の厚さを確保するために、厚さが２０〜４０μｍ
程度のフォトレジスト１１７又はドライフィルムを使用
する必要性がある。よって、露光・現像工程でのパター
ン形成性は最小ピッチでも３０μｍ程度しか実現できな
かった。結果として、配線パターンピッチが最小でも３
０μｍ程度となってしまうため、多層配線基板の高密度
性及び基板外形の小型化を推進することができない。ま
た、通常ビルドアップ基板は、約５００ｍｍ×６００ｍ
ｍの大きさの大パネル上にて一括して製品を作成して、
最終工程にてカッティング処理を施して単体の多層配線
基板を取り出す製造工程を採用するため、多層配線基板
単体の外形寸法の小型化を推進することができれば、１
パネル当たりの取り数を増加させることができる。しか
しながら、現状のビルドアップ基板の製造方法では、前
述の配線パターンピッチが最小でも３０μｍ程度にしか
縮小できないため、多層配線基板単体の外形寸法を縮小
させることができず、多層配線基板のコストを大幅に低
減させることが困難であった。
【００１７】このような多層配線基板の製造方法におい
ては、さらに反りの問題がある。コア基板１１０には反
りが存在しており、ビルドアップ配線パターンを形成す
る露光・現像工程で、コア基板１１０に存在する反りに
よってレジストパターンの不整合が発生する。このよう
な不整合は、製造歩留まりの低下を招くことになる。
【００１８】更に、コア基板の反りを抑制させるため
に、コア基板の表裏両面にビルドアップ層を形成する必
要があり、本来必要とはしないビルドアップ配線層まで
形成する必要が存在した。その結果、有機系多層配線基
板は、必要以上の多層化をしいられることになってしま
い、製造歩留を低下させ、これが製造コストの削減を阻
止する要因になっている。
【００１９】なお、前述の問題点を解決する手段とし
て、本願発明者等は特願平１１−２８４５６６号に開示
の技術を提案した。この先行出願においては、平坦性か
つ高い剛性を有する第１基板（Ｂａｓｅ基板）上に、第
２基板層としてビルドアップ配線層が形成された構成を
有している。なお、この先行出願は本発明の出願時に未
だ公開されておらず、公知文献ではない。
【００２０】その後、平坦性かつ高い剛性を有する第１
基板（Ｂａｓｅ基板）層を選択的にエッチング除去し、
外部電極コラム部を形成し、その後、外部電極コラム部
の周囲に絶縁性応力緩衝樹脂層を形成した後に、外部端
子として半田ボールを形成する構成となっている。
【００２１】このように構成することにより、平面度を
高く維持しつづけることができる基体又は基層に力学的
に拘束して配線層、特に、多層配線を形成するので、そ
の多層配線層の内部応力の発生が抑制され、半導体装置
の製造工程における歩留を向上させることができる。
【００２２】また、最終ユーザー側での基板実装用途で
形成されている半田ボール部が、絶縁性応力緩衝樹脂層
に囲まれている外部電極コラム部上に形成されているた
め、スタンドオフ高さを高くすることが可能となり、か
つ絶縁性応力緩衝樹脂層の応力緩衝効果も加わるため、
実装信頼性が優れたフリップチップ型半導体装置を得る
ことができる。
【００２３】更に、従来技術のビルドアップ基板のよう
に必ずしも金属薄膜配線を１０〜３０μｍ程度に厚く形
成する必要もなく、かつ半導体ウエハーのメタライズ製
造工法及び製造装置を利用できるため、フォトレジスト
の厚さ及び金属薄膜配線部も１μｍ以下の薄い領域での
加工処理を容易に行うことが可能であり、配線パターン
の微細化を容易に推進することができる。更に、配線パ
ターンの微細化を推進することにより有機系多層配線基
板の高密度化及び多層配線基板単体の外形寸法を縮小さ
せることが可能となるため、コストを大幅に低減させる
ことできる。
【００２４】また、ウエハーレベルの加工処理にて各パ
ッケージを製造することが可能となるため、個片状態か
ら各パッケージを製造するパッケージング方法に比べて
大幅に工程を削減することが可能となり、コストの大幅
な削減が可能となる等のメリットを有していた。
【００２５】しかしながら、特願平１１−２８４５６６
が提案している構造では、平坦性かつ高い剛性を有する
第１基板（Ｂａｓｅ基板）層を選択的にエッチング除去
し、外部電極コラム部を形成させる工程において、特に
第１基板（Ｂａｓｅ基板）の厚さが１．０ｍｍ以上と極
めて厚い場合に、外部電極コラム部を形成するためのエ
ッチング除去工程が困難であるという問題点が存在し
た。
【００２６】エッチング除去方法には、ウエットエッチ
ング法とドライエッチング法の２種類方式が存在する
が、薬液を使用するウエットエッチング法の場合、厚さ
方向のみならず横方向へも同時にエッチングが進行する
等方性エッチングとなってしまうために、第１基板（Ｂ
ａｓｅ基板）の厚さが１．０ｍｍ以上と極めて厚い場合
に、特に、外部電極コラム部の形状安定性及びエリア内
での形状ばらつきを最小限にすることが困難であり、製
品品質面の確保が困難であった。
【００２７】一方、プラズマ技術を応用したドライエッ
チング法においては、厚さ方向のみエッチングされる異
方性エッチングとなるため、外部電極コラム部の形状安
定性及びエリア内での形状ばらつきを抑制することは容
易であるが、通常エッチング速度は１０ｎｍ／分乃至数
1００Å／分と遅く、第１基板（Ｂａｓｅ基板）の厚さ
が１．０ｍｍ以上と厚い場合には、エッチングが完了す
るまでの時間が長く、製造時間が長くなってしまい、こ
れがコスト上昇の要因になっている。
【００２８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、１０μｍ以下の微細な配線パターンピッチ
の多層配線基板を低コストで製造することができ、反り
によるフォトリソグラフィ工程の不整合の発生を防止で
き、更に、エッチング時間が長く製造工程が長時間に及
ぶという不都合が生じないフリップチップ型半導体装置
及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】本発明に係るフリップチ
ップ型半導体装置は、多層配線構造を有する多層配線層
と、貫通孔内に導電材料が埋め込まれた絶縁性基板又は
多層配線基板からなる基板と、前記多層配線層と前記基
板との間に介在して両者を接着する接着剤膜と、前記多
層配線層上に搭載された半導体チップとを有することを
特徴とする。
【００３０】このフリップチップ型半導体装置におい
て、例えば、前記導電材料は導電性接着剤であり、前記
基板の表面にて前記導電性接着剤に接合された端子用ボ
ールを有する。また、例えば、前記多層配線層の最上層
上に形成された外部電極パッド部と、前記半導体チップ
に設けられ前記外部電極パッド部に接続されたたバンプ
電極と、を有する。
【００３１】更に、本発明に係るフリップチップ型半導
体装置は、例えば、前記半導体チップの側部を埋める絶
縁性樹脂と、前記半導体チップに接合された放熱用のヒ
ートスプレッダとを有するか、又は前記半導体チップに
接合された放熱用のヒートスプレッダと、前記半導体チ
ップの両側部に配置され前記ヒートスプレッダと前記多
層配線層との間に介在するスティフナーとを有する。
【００３２】一方、本発明に係るフリップチップ型半導
体装置の製造方法は、平坦な金属板からなる第１基板上
に多層配線構造を形成する工程と、前記第１基板をエッ
チングにより除去して多層配線層からなる第２基板を形
成する工程と、第３基板と前記多層配線層からなる第２
基板とを接合して多層配線基板を得る工程と、前記第２
基板上に半導体チップを搭載する工程とを有することを
特徴とする。
【００３３】このフリップチップ型半導体装置の製造方
法において、前記第３基板は、孔が形成された絶縁性基
板又は多層配線基板とすることができる。
【００３４】また、前記第２基板は、前記第１基板上に
外部電極パッド部を形成する工程と、全面に絶縁性薄膜
層を形成した後前記外部電極パッド部上の前記絶縁性薄
膜層を除去して開口部を形成する工程と、全面に金属薄
膜層を形成した後パターニングして前記開口部で前記外
部電極パッド部に接続された金属薄膜配線部を形成する
工程と、絶縁性薄膜層の形成及び金属薄膜配線部の形成
を繰り返す工程と、全面に絶縁性樹脂薄膜層を形成した
後下層の金属薄膜配線部上に開口部を形成しこの開口部
にパッド電極部を形成する工程と、により製造すること
ができる。
【００３５】更に、前記第３基板の孔に導電性接着剤を
埋め込む工程を設け、更にまた前記導電性接着剤上に半
田ボールを接合する工程を設けることができる。
【００３６】前記半導体チップはバンプ電極を有し、前
記半導体チップの搭載工程において、前記バンプ電極を
前記第２基板の外部電極パッド部に接合することができ
る。
【００３７】また、前記半導体チップの裏面に熱伝達性
接着剤を介して放熱体を接合する工程を設けることがで
き、この場合に、前記半導体チップを挟む位置の前記第
２基板上にスティフナーを接合する工程と、前記半導体
チップ上及び前記スティフナー上に前記放熱体を搭載す
る工程とを有し、これにより、前記多層配線基板の平坦
度を得るように構成することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。図１乃至図７は
本発明の第１実施例に係る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。先ず、図１（ａ）に示
すように、平坦性が高い金属板１を準備する。この金属
板１は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ等を主成分とする金属又は合
金からなるものである。この平坦性が高い金属板１は、
半導体の製造工程で使用するウエハーの形状を有してい
ても良い。
【００３９】次に、図１（ｂ）に示すように、金属板１
の上に、金属板１との接着金属層として、Ｔｉ、Ｃｒ、
Ｍｏ、又はＷ系合金等をスパッタリングすることによ
り、この金属からなる薄膜を形成した後、電極材料とし
て、Ｃｕ、ＡＬ、又はＮｉ等の材料をスパッタリングす
ることにより、この電極金属層となる薄膜を前記接着金
属層の形成に引き続いて形成する。その後、フォトレジ
ストをコーティングした後、露光及び現像処理してレジ
ストをパターニングし、このレジスト膜をマスクとして
前記接着金属層及び電極層薄膜をウエットエッチング法
又はプラズマ表面処理技術を流用したドライエッチング
技術によりパターニングする。これにより、図１（ｂ）
に示すように、接着金属層及び電極金属層の積層体から
なる外部電極パッド部２を形成する。
【００４０】次に、図１（ｃ）に示すように、金属板１
の外部電極パッド部２が形成されている面上に、絶縁性
樹脂薄膜層３を配置する。この絶縁性樹脂薄膜層３の配
置方法としては、液状の絶縁性材料をスピンコーティン
グ法により形成するか、又はプラズマ表面処理技術を流
用したＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）若しくは
ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法により形成す
る。
【００４１】次に、図２（ａ）に示すように、外部電極
パッド部２上の絶縁性樹脂薄膜層３を部分的に除去処理
し、絶縁性樹脂薄膜層３に開口部４を形成する。この場
合に、フォトレジストをコーティングした後、露光・現
像処理を施してレジストパターンを形成し、その後、こ
のレジストをマスクとして絶縁性樹脂薄膜層３をエッチ
ングすることにより開口部４を形成する。この絶縁性樹
脂薄膜層３のエッチング方法としては、絶縁性樹脂薄膜
層３がケミカルエッチング可能な物質で構成されている
場合はウエットエッチング法を使用でき、また絶縁性樹
脂薄膜層３がケミカルエッチング不可能な物質で構成さ
れている場合は、プラズマ表面処理技術を流用したドラ
イエッチング技術を使用できる。
【００４２】次に、図２（ｂ）に示すように、絶縁性樹
脂薄膜層３上の全面に金属薄膜層５を形成する。この場
合に、外部電極パッド部２との接着金属層として、Ｔ
ｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、又はＷ系合金からなる薄膜をスパッタ
リング法等により形成した後、連続して、電極材料とし
て、Ｃｕ、ＡＬ、又はＮｉ等の材料からなる薄膜をスパ
ッタリング法、ＣＶＤ法又は無電解メッキ法等により形
成することにより、金属薄膜層５を形成する。
【００４３】その後、図２（ｃ）に示すように、この金
属薄膜層５上にフォトレジストをコーティングして露光
・現像処理することにより、レジストのパターンを形成
し、この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を流用したドライエッチン
グ技術により金属薄膜層５をエッチングして、金属薄膜
配線部６を形成する。
【００４４】本発明の配線パターン形成工程において
は、ビルドアップ基板のように必ずしも金属薄膜配線部
６を１０〜３０μｍ程度に厚く形成する必要がないた
め、また、半導体ウエハーのメタライズ製造方法及び製
造装置を利用できるため、フォトレジストの厚さ及び金
属薄膜配線部６も1μｍ以下に薄くすることができ、こ
のため、この金属薄膜配線部６を容易に加工処理するこ
とができ、配線パターンを容易に微細化することができ
る。
【００４５】また、金属薄膜配線部６のパターンピッチ
が粗くて良い場合等は、絶縁性樹脂薄膜層３上の全面に
金属薄膜層５を形成した後、フォトレジストをコーティ
ングし、露光・現像処理を施してレジストをパターニン
グした後、このレジストをマスクとして金属薄膜からな
る配線パターンを形成し、その後Ｃｕ等の電解メッキ処
理にて配線パターンを形成し、更にフォトレジストを剥
離し、前記配線パターンをマスクにして、金属薄膜層５
をエッチング処理することにより、金属薄膜配線部６を
形成しても良い。
【００４６】次に、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図４
（ａ）、（ｂ）に示すように、上述の絶縁性樹脂薄膜層
の形成（図１（ｃ））から金属薄膜配線部の形成（図２
（ｃ））までの工程を所定のパターンにより繰り返し処
理することにより、予め決められている所定積層数の多
層配線構造を形成する。例えば、図３（ａ）、図３
（ｃ）、図４（ｂ）は絶縁性樹脂薄膜層３及びその開口
部４を形成したところ、図３（ｂ）、図４（ａ）は、開
口部４に埋め込むようにして金属薄膜配線部６を形成し
たところである。
【００４７】次に、図４（ｃ）に示すように、多層配線
構造の最上層に金属薄膜配線部の形成技術を使用して、
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７を形成する。
【００４８】その後、図５（ａ）に示すように、前記多
層配線構造及びパッド電極部７を保護するために、ソル
ダーレジスト膜８を形成し、パッド電極部７上のソルダ
ーレジスト膜８に開口部８ａを設ける。このソルダーレ
ジスト膜８が非感光性材料で構成されている場合は、フ
ォトレジストをコーティングして露光及び現像処理した
後、ウエットエッチング法又はプラズマ表面処理技術を
流用したドライエッチング技術により、ソルダーレジス
ト膜８に開口部８ａを形成する。また、ソルダーレジス
ト膜８が感光性材料で形成されている場合は、そのまま
露光及び現像処理を施してソルダーレジスト膜８に開口
部８ａを形成しても良い。なお、多層配線構造中の絶縁
性樹脂薄膜層３が機械的及び化学的応力からの信頼性が
極めて高い場合には、ソルダーレジスト膜８を形成する
必要はない。
【００４９】次に、図５（ｂ）に示すように、前記多層
配線構造の下層に存在する平坦性の高い金属板１を、全
面エッチング処理により除去し、多層配線層９のみの状
態とする。この場合に、平坦性が高い金属板１がＣｕで
構成されている場合は、塩化第ニ銅又は塩化第ニ鉄等の
エッチング液を使用すれば、容易に全面エッチング除去
処理することが可能である。
【００５０】次に、図５（ｃ）に示すように、接着剤１
０が付着した絶縁性基板１１を用意し、この絶縁性基板
１１に、多層配線層９の最下層に存在する外部電極パッ
ド部２が露出するような位置に穴開き加工部１２を形成
する。
【００５１】次に、図６（ａ）に示すように、穴あけ加
工された接着剤付き絶縁性基板１１を、外部電極パッド
部２が露出するように、多層配線層９の所定位置に位置
合わせして、多層配線層９に貼りつける。
【００５２】次に、図６（ｂ）に示すように、多層配線
層９に貼りつけられている接着剤付き絶縁性基板１１に
設けられている穴開き加工部１２に、導電性接着剤１３
を充填する。これにより、多層配線基板が完成する。
【００５３】この場合に、工程を短縮させるために、予
め接着剤付き絶縁性基板に設けられている穴あけ加工部
分に導電性材料が充填されている基板を、多層配線層９
に貼りつけることとしても良い。
【００５４】また、本工程完了後に、多層配線基板が単
体の状態で電気特性試験を実施しておけば、その後のフ
リップチップ実装工程では、電気的に良品と判定された
部分にのみ良品のフリップチップ型半導体チップを実装
すれば良い。
【００５５】次に、図６（ｃ）に示すように、多層配線
層９の最上層に形成されているパッド電極部上に、フリ
ップチップ型半導体チップ１４をそのバンプ電極面を下
側にして搭載し、フリップチップ実装処理を施す。この
場合に、フリップチップ型半導体チップ１４のバンプ電
極１５がＳｎ、Ｐｂ等の金属材料を主成分とする半田で
あれば、フラックスを使用した加熱リフロー工程にてフ
リップチップ実装が可能である。また、バンプ電極１５
がＡｕ、Ｉｎ等の金属材料を主成分であるものならば、
熱圧着方式によるフリップチップ実装が可能である。
【００５６】その後、図７（ａ）に示すように、フリッ
プチップ半導体チップ１４、フリップチップ接続部分及
び多層配線層９を保護するために、フリップチップ半導
体チップ１４の側面とフリップチップ接合部及び多層配
線層が露出している領域に絶縁性樹脂１６を充填して配
置させる。
【００５７】この場合に、絶縁性樹脂１６の配置方法と
しては、真空封止技術を含む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を使用して、絶縁性樹
脂１６を配置することもできる。
【００５８】その後、図７（ｂ）に示すように、接着剤
付き絶縁性基板１１に設けられている穴あけ加工部１２
に充填されている導電性接着剤１３上に、外部端子とし
てＳｎ、Ｐｂ等の金属材料を主成分とする半田ボール１
７を取りつける。この場合に、穴あけ加工部１２に充填
されている導電性接着剤１３上にフラックスを選択的に
塗布した後、半田ボール１７を搭載し、ＩＲリフロー工
程により加熱処理を施すことにより、半田ボール１７を
搭載することができる。
【００５９】その後、図７（ｃ）に示すように、ダイシ
ングブレード等を使用した切断分離技術により、フリッ
プチップ型半導体装置の個片処理を実施することによ
り、フリップチップ型半導体装置が完成する。
【００６０】本発明によれば、多層配線基板の製造方法
において、平面度を高く維持することができ、この多層
配線層９の内部応力の発生が抑制される。即ち、本発明
においては、平坦性が高い金属板１上に多層配線構造
（多層配線層９）を形成するので、多層配線層９も平坦
性が高く、歪みがなく、内部応力が小さい。従って、こ
の多層配線層９に絶縁性基板１１を接着した後、半導体
チップ１４を搭載すれば、この半導体装置を高歩留で製
造することができる。
【００６１】また、最終ユーザー側で、本発明の半導体
装置を最終ユーザーの基板に実装するために、本発明の
半導体装置においては、半田ボール１７が設けられてい
るが、この半田ボール１７は、絶縁性基板１１に設けた
穴開き加工部１２内に充填された導電性接着剤１３を充
填し、この導電性接着剤１３上に半田ボール１７を接合
するから、この導電性接着剤１３が外部電極コラム部と
して機能し、半田ボール１７のスタンドオフ高さを高く
することが可能となる。また、絶縁性基板１１として、
樹脂基板を使用した場合には、絶縁性樹脂による応力緩
衝効果も加わるため、実装信頼性が優れたフリップチッ
プ型半導体装置を得ることができる。更に、絶縁性基板
１１は、容易に最終ユーザー側での実装基板の線膨張係
数値と近似している材料を使用することができる。この
ような絶縁性基板１１の材料としては、最終ユーザ側で
使用する実装基板の材料によるが、例えば、ポリイミ
ド、ガラスエポキシ、アルミナ又はムライト等がある。
このように、絶縁性基板１１の材料選択の幅が広いた
め、本発明のフリップチップ型半導体装置を最終ユーザ
ー側で実装基板へ実装した後の線膨張係数のミスマッチ
を防止でき、実装信頼性のうち、特に温度サイクル特性
を向上させることができる。
【００６２】このように、本発明のフリップチップ型半
導体装置においては、実装時のスタンドオフ高さを向上
させることが容易であると共に、線膨張係数のミスマッ
チを最小限にすることが可能であるため、実装信頼性が
優れたフリップチップ型半導体装置を容易に製造するこ
とができる。また、本発明のフリップチップ型半導体装
置では、半田ボールのスタンドオフ高さが高く、この部
分で応力を吸収することができるため、従来のように、
厚い配線を設けて応力を吸収する必要がない。
【００６３】また、本発明における多層配線基板の配線
パターン形成工程においては、従来技術のビルドアップ
基板のように必ずしも金属薄膜配線を１０〜３０μｍ程
度に厚く形成する必要がなく、かつ半導体ウエハーのメ
タライズ製造工法及び製造装置を利用できるため、フォ
トレジストの厚さ及び金属薄膜配線部も１μｍ以下の薄
い領域で加工処理することができるので、配線パターン
を容易に微細化することができる。更に、配線パターン
の微細化を推進することにより、有機系多層配線基板の
高密度化及び多層配線基板単体の外形寸法を縮小させる
ことも可能となるため、製造コストを大幅に低減させる
ことができる。
【００６４】また、特願平１１−２８４５６６号で提案
した構造では、平坦性かつ高い剛性を有する第１基板
（平坦性の高いＢａｓｅ基板）層を選択的にエッチング
除去し、外部電極コラム部を形成させる工程において、
特に第１基板（Ｂａｓｅ基板）の厚さが１．０ｍｍ以上
と極めて厚い場合に、外部電極コラム部を形成させるた
めのエッチング除去工程が困難であるという問題点が存
在した。しかしながら、本発明においては、平坦性が高
いＢａｓｅ基板を全面的に除去処理するので、特願平１
１−２８４５６６号のように、選択的にエッチング除去
する必要がないため、製造プロセスが極めて容易であ
る。
【００６５】また、本発明は、ウエハーレベルの加工処
理にて各パッケージを製造することが可能となるため、
個片状態から各パッケージを製造するパッケージング方
法に比べて大幅に工程を削減することが可能となり、コ
ストの大幅な削減が可能となる。
【００６６】なお、フリップチップ型半導体装置の製造
方法に関し、絶縁性樹脂薄膜層３の絶縁性樹脂は、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、又はナフタレン系樹脂のいずれかの樹脂
を主成分とするものであることが好ましい。
【００６７】次に、図８を参照して、本発明の第２実施
例について説明する。フリップチップ型半導体チップは
一般的には多ピン・高速ロジック系デバイスに適用され
ることが多く、その際半導体チップの放熱をいかに効率
よく実施するかが問題となってくる。第２実施例におい
ては、本発明のフリップチップ型半導体装置の熱特性を
向上させたものである。
【００６８】第２の実施例におけるフリップチップ型半
導体装置の製造方法は、図７（ｃ）の工程までは、第１
の実施例と全く同一プロセスであり、本第２実施例にお
いては、その後に図８の工程を有する。即ち、フリップ
チップ型半導体チップ１４の裏面に放熱性接着剤１８を
使用してヒートスプレッダー１９を取りつける。このヒ
ートスプレッダー１９により半導体チップ１４の放熱効
果が得られる。
【００６９】この放熱用のヒートスプレッダー１９は、
Ｃｕ、ＡＬ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、又はＣｒ等の金属
性材料を主成分として形成することができる。また、こ
のヒートスプレッダー１９は、アルミナ、ＡＬＮ、Ｓｉ
Ｃ、ムライト、等のセラミック材料により形成すること
もできる。
【００７０】更に、放熱性接着剤１８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、又はナフタレン系樹脂のいずれかの樹脂を主成分
とし、この主成分に、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を含有するもの
である。
【００７１】次に、本発明の第３の実施例について、図
９を参照して説明する。本第３の実施例においては、フ
リップチップ半導体チップ１４と多層配線基板との間に
アンダーフィル樹脂２０を配置させ、その後、多層配線
基板の平面度を確保するために、接着剤２１を用いて金
属又はセラミック材料からなるスティフナー２２を取り
つける。その後、フリップチップ型半導体チップ１４の
裏面に、放熱性接着剤１８を用いて、放熱用のヒートス
プレッダー１９を取りつける。
【００７２】このように構成された第３実施例のフリッ
プチップ型半導体装置においては、第１及び第２の実施
例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１６の配置方法を使用
せずに、従来のフリップチップ型半導体装置の製造技術
として主流であるアンダーフィル樹脂２０を使用してい
る。このため、特別な製造装置も用いることなく本発明
の多層配線基板基板を有するフリップチップ型半導体装
置を製造することができる。
【００７３】また、アンダーフィル樹脂２０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、又は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ことができる。
【００７４】次に、本発明の第４の実施例について、図
１０を参照して説明する。この第４の実施例において
は、第１の実施例に使用されている絶縁性基板の替わり
に、パターン加工済みの両面配線基板を使用することに
より、更に一層の高性能化及びコスト低減を実現するこ
とができるフリップチップ型半導体装置を得ようとする
ものである。
【００７５】通常、ロジック系フリップチップ型半導体
チップを搭載する第１の実施例に使用されている多層配
線層は、層構成例として、ＧＮＤプレーン層／Ｓｉｇ層
／ＧＮＤプレーン層／電源プレーン層／ＧＮＤプレーン
層というように、Ｓｉｇ層をＧＮＤプレーンで挟みこむ
ストリップライン導体線路構成を有する。これにより、
Ｓｉｇ配線のインピーダンス制御及びインダクタンスの
低減と、クロストークノイズの低減といった電気的特性
の向上とが得られる。
【００７６】一方、各ロジック回路動作を安定化させる
ためには、安定した電源系の配線層、つまり電源プレー
ン層及びＧＮＤプレーン層の形成が必須であり、通常Ｓ
ｉｇ層の下層に追加で何層も形成される。しかしなが
ら、第１実施例のように、ビルドアップ方式で多層化を
繰り返すことは、それだけ工程数の増加をまねくことと
なり、かつ製造歩留まりが悪化する原因ともなる。この
ため、コストが上昇してしまう。
【００７７】そこで、本発明の第４の実施例は、上記第
１実施例の欠点を解消したものであり、この第４実施例
のフリップチップ型半導体装置は、必要最小限の多層配
線層の形成後に、両面パターンニング処理された電源プ
レーン機能とＧＮＤプレーン機能を付加してある両面配
線基板を、前記多層配線層に貼りつけることにより構成
されている。
【００７８】つまり、両面配線基板に電源プレーン機能
とＧＮＤプレーン機能を付加してあるので、平坦性に優
れた金属板上に形成される多層配線層としては、例えば
ＧＮＤプレーン層／Ｓｉｇ層／ＧＮＤプレーン層のみで
良いように層構成を削減することができる。このため、
結果として、容易に工程数の削減及び製造歩留まりの向
上を図ることができ、トータルコストの低減を図ること
が可能となる。
【００７９】以下、本発明の第４の実施例について、具
体的に説明する。第４実施例におけるフリップチップ型
半導体装置の製造方法は、図１０（ａ）に示す工程まで
は、第１の実施例と全く同一のプロセスである。また、
以下の説明は工程の一例を示すものであり、構造、構
成、材料等に関して、本発明の範囲を限定するものでは
ない。
【００８０】先ず、図１０（ａ）に示すように、多層配
線構造の下層に存在する平坦性の高い金属板１を、全面
エッチング除去し、多層配線層９のみの状態とする。こ
の場合に、例えば平坦性が高い金属板１がＣｕで構成さ
れている場合は、塩化第ニ銅又は塩化第ニ鉄等のエッチ
ング液を使用すれば、金属板１を容易に全面エッチング
除去処理することができる。
【００８１】次に、図１０（ｂ）に示すように、多層配
線構造の最下層に存在する外部電極パッド部２が露出す
るように穴あけ加工されている接着剤膜２１と両面配線
基板２２を準備する。
【００８２】図１３（ａ）はこの両面配線基板２２を拡
大して示す断面図、図１３（ｂ）はその電源プレーン２
９から見た平面図である。両面配線基板２２において
は、絶縁性樹脂コア基板２３の両面にＣｕ等の金属材料
により導体パターン層２４が形成されており、外部電極
パッド部２に相当する位置の絶縁性樹脂コア基板２３に
スルーホール加工部が形成され、このスルーホール加工
部２５の側面にＣｕ等の金属材料によりスルーホールメ
ッキ処理が施されている。また、絶縁性樹脂コア基板２
３の表面には、導体パターン層２４により、信号（Ｓｉ
ｇ）端子２６、電源端子２７、ＧＮＤ端子２８及び電源
プレーン２９が形成されており、基板２３の裏面には、
導体パターン層２４により、同じくＳｉｇ端子２６、電
源端子２７及びＧＮＤ端子２８と、ＧＮＤプレーン３０
とが形成されている。つまり、絶縁性樹脂コア基板２３
の表面は大部分が電源プレーン２９で被覆され、この電
源プレーン２９に対して、リング状の溝により、Ｓｉｇ
端子２６及びＧＮＤ端子２８が電気的に分離されてい
る。また、絶縁性樹脂コア基板２３の裏面は大部分がＧ
ＮＤプレーン３０で被覆され、このＧＮＤプレーン３０
に対して、リング状の溝により、Ｓｉｇ端子２６及び電
源端子２７が電気的に分離されている。そして、基板２
３の表面側のＳｉｇ端子２６、電源端子２７、ＧＮＤ端
子２８と、裏面側のＳｉｇ端子２６、電源端子２７、Ｇ
ＮＤ端子２８とは、夫々スルーホールメッキ処理により
スルーホールの内面に形成されたＣｕ膜等により接続さ
れている。
【００８３】このように構成された両面配線基板２２
は、多層配線層９の外部電極パッド部２のピン機能に対
応するように、両面配線基板２２にもＳｉｇ端子２６、
電源端子２７、ＧＮＤ端子２８が夫々形成されており、
かつ両面配線基板２２の上側の導体パターン層２４を電
源プレーン２９として、また両面配線基板２２の下側の
導体パターン層をＧＮＤプレーン３０として機能するよ
うに予め所定のパターンにて設計されている。
【００８４】また、上述の如く構成された両面配線基板
２２は、通常の回路基板で使用されているガラスエポキ
シ基材を使用した両面Ｃｕ箔貼付け基板を使用すれば、
容易に製造することが可能であり、低コストで製造する
ことが可能である。なお、この図１３に示す両面配線基
板は２層であるが、これに限らず、４層又は６層等の多
層構造も可能である。
【００８５】その後、図１０（ｃ）に示すように、両面
配線基板２２を、外部電極パッド部２が露出するように
多層配線層９の所定位置に位置合わせし、孔が形成され
ているシート状の接着剤膜３２を両面配線基板２２と多
層配線層９との間に介装し、この接着剤膜３２により両
面配線基板２２を多層配線層９に貼り付ける。
【００８６】この場合に、通常の回路基板の製造プロセ
スにて使用されている真空ラミネート装置又は真空プレ
ス機を使用すれば、前述の多層配線層９と両面配線基板
２２との貼付け処理が容易である。
【００８７】また、両面配線基板２２は、最終ユーザー
側での実装基板の線膨張係数値と近似している材料を用
いることが容易である。よって、フリップチップ型半導
体装置を最終ユーザー側で実装基板へ実装した後の線膨
張係数のミスマッチによる実装信頼性のうち、特に温度
サイクル特性が劣るという問題点を容易に解決すること
が可能である。
【００８８】次に、図１１（ａ）に示すように、多層配
線層９に貼りつけられている両面配線基板２２に設けら
れているスルーホール加工部２５に、導電性接着剤１３
を充填する。導電性接着剤１３としては、半田粉末のフ
ラックスを含有させている半田ペースト、又はＣｕ、Ｎ
ｉ等の半田濡れ性が優れている金属粉末と有機性絶縁接
着剤とを混合することにより構成されている材料を使用
することができる。また、導電性接着剤１３は、スクリ
ーン印刷法等により、スルーホール加工部分２５に充填
させて配置することができる。
【００８９】また、この場合に、工程を短縮させるため
に、予め両面配線基板２２に設けられているスルーホー
ル加工部２５に導電性材料を充填した後、この基板を、
多層配線層９に貼りつけることとしてもよい。
【００９０】更に、本工程の完了後に、多層配線基板単
体状態で電気特性試験を実施しておけば、その後のフリ
ップチップ実装工程では、電気的に良品と判定された部
分にのみ良品のフリップチップ型半導体チップを実装す
れば良い。
【００９１】次に、図１１（ｂ）に示すように、多層配
線層９の最上層に形成されているパッド電極部７上に、
フリップチップ型半導体チップ１４をそのバンプ電極１
５側の面を下側にして実装する。この場合に、フリップ
チップ型半導体チップ１４のバンプ電極１５がＳｎ、Ｐ
ｂ等の金属材料を主成分とする半田であれば、フラック
スを使用した加熱リフロー工程にて実装が可能である。
また、バンプ電極がＡｕ、Ｉｎ等の金属材料を主成分で
あるものであるならば、熱圧着方式によるフリップチッ
プ実装が可能である。
【００９２】その後、図１１（ｃ）に示すように、フリ
ップチップ半導体チップ１４及びフリップチップ接続部
分及び多層配線層９を保護するために、フリップチップ
半導体チップ１４の側面とフリップチップ接合部及び多
層配線層９の露出している領域に、絶縁性樹脂１６を配
置させる。
【００９３】この場合に、絶縁性樹脂１６の配置方法と
しては、真空封止技術を取り込んだインジェクション樹
脂の注入技術、又はトランスファー封止技術を使用する
ものがある。
【００９４】その後、図１２（ａ）に示すように、両面
配線基板２２に設けられているスルーホール加工部分２
５に充填されている導電性接着剤１３上に、外部端子と
してＳｎ、Ｐｂ等の金属材料を主成分とする半田ボール
１７を形成する。この場合に、穴あけ加工部分１２に充
填されている導電性接着剤１３上にフラックスを選択的
に塗布した後に、半田ボール１７を搭載し、ＩＲリフロ
ー工程により加熱処理を施すことにより半田ボールを搭
載することが可能である。
【００９５】また、この半田ボール１７を搭載する面
を、両面配線基板２２に設けられているスルーホール加
工部分２５からずらして導体パターン層２４内のＧＮＤ
プレーン３０に半田ボール搭載用ランド部を形成するよ
うな設計仕様（スパイラルＶｉａ構造）の両面配線基板
２２を使用しても良い。
【００９６】その後、図１２（ｂ）に示すように、ダイ
シングブレード等を使用した切断分離技術を使用して、
フリップチップ型半導体装置の個片処理を実施すること
により、フリップチップ型半導体装置が製造される。
【００９７】このような構成により、第１の実施例に使
用されている絶縁性基板の代わりに、パターン加工済み
の両面配線基板を使用しているので、本実施例は、第１
の実施例よりも電源プレーン機能及びＧＮＤプレーン機
能が強化される。これにより、更に一層、高性能化さ
れ、び層配線層の削減効果が得られ、コスト削減が可能
である。
【００９８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多層配線基板の製造工程で、平面度を高く維持すること
ができ、多層配線層の内部応力の発生が抑制され、この
多層配線層に絶縁性基板を接着した後、半導体チップを
搭載するので、半導体装置を高歩留で製造することがで
きる。また、多層配線層の下層に、最終ユーザー側での
実装基板の線膨張係数値と近似している材料の絶縁性基
板を使用することができる。また、絶縁性基板内の穴開
き加工部内に充填されている導電性接着剤上に半田ボー
ルが形成されているので、実装時のスタンドオフ高さを
向上させることが容易であると共に、線膨張係数のミス
マッチを最小限にすることが可能であるために、実装信
頼性が優れたフリップチップ型半導体装置を容易に製造
することができる。
【００９９】また、本発明によれば、金属薄膜配線部を
従来のように１０〜３０μｍ程度に厚く形成する必要が
なく、かつ半導体ウエハーのメタライズ製造工法及び製
造装置を利用できるため、フォトレジストの厚さ及び金
属薄膜配線部も１μｍ以下の薄い領域で加工処理するこ
とができるので、配線パターンを容易に微細化すること
ができる。更に、配線パターンの微細化を推進すること
により、有機系多層配線基板の高密度化及び多層配線基
板単体の外形寸法を縮小させることも可能となるため、
製造コストを大幅に低減させることができる。
【０１００】更に、本発明においては、平坦性が高いＢ
ａｓｅ基板を全面的に除去処理するので、この基板を選
択的にエッチング除去する必要がないため、製造プロセ
スが極めて容易である。
【０１０１】更にまた、本発明は、ウエハーレベルの加
工処理にて各パッケージを製造することが可能となるた
め、個片状態から各パッケージを製造するパッケージン
グ方法に比べて大幅に工程を削減することが可能とな
り、コストの大幅な削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）乃至（Ｃ）は本発明の第１実施例に係る
フリップチップ型半導体装置の製造方法を工程順に示す
断面図である。
【図２】（ａ）乃至（ｃ）は図１の次の工程を示す断面
図である。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は図２の次の工程を示す断面
図である。
【図４】（ａ）乃至（ｃ）は図３の次の工程を示す断面
図である。
【図５】（ａ）乃至（ｃ）は図４の次の工程を示す断面
図である。
【図６】（ａ）乃至（ｃ）は図５の次の工程を示す断面
図である。
【図７】（ａ）乃至（ｃ）は図６の次の工程を示す断面
図である。
【図８】本発明の第２実施例により製造されたフリップ
チップ型半導体装置を示す断面図である。
【図９】本発明の第３実施例により製造されたフリップ
チップ型半導体装置を示す断面図である。
【図１０】（ａ）乃至（Ｃ）は本発明の第４実施例に係
るフリップチップ型半導体装置の製造方法を工程順に示
す断面図である。
【図１１】（ａ）乃至（Ｃ）は図１０の次の工程を示す
断面図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は図１１の次の工程を示す
断面図である。
【図１３】（ａ）は第４実施例の両面配線基板を拡大し
て示す断面図、（ｂ）はその平面図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は従来のフリップチップ型半
導体装置を示す断面図である。
【図１５】（ａ）乃至（ｃ）は従来のビルドアップ基板
の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１６】（ａ）乃至（ｃ）は図１５の次の工程を示す
断面図である。
【符号の説明】
１：平坦金属板 ２：外部電極パッド部 ３：絶縁性樹脂薄膜層 ４：開口部 ５：金属薄膜層 ６：金属薄膜配線部 ７：パッド電極部 ８：ソルダーレジスト膜 ９：多層配線層 １０、２１：接着剤 １１：絶縁性基板 １２：穴開き加工部 １３：導電性接着剤 １４：半導体チップ １５：バンプ電極 １６：絶縁性樹脂 １７：半田ボール １８：放熱性接着剤 １９：ヒートスプレッダー ２０：アンダーフィル樹脂 ２２：スティフナー ２３：絶縁性樹脂コア基板 ２４：導体パターン層 ２５：スルーホール加工部 ３１：両面配線基板 ３２：接着剤膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１０月１３日（２０００．１０．
１３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】このフリップチップ型半導体装置１０１
は、図１４（ｂ）に示すように、多層配線実装基板１０
４上に実装される。多層配線実装基板１０４には、電極
パッドがフリップチップ型半導体装置１０１のバンプ配
列パターンと同一パターンで形成されており、エンドユ
ーザにおいては、このフリップチップ型半導体装置１０
１をそのバンプ１０３と前記電極パッドとを整合させて
多層配線実装基板１０４に実装する。このフリップチッ
プ型半導体装置１０１を多層配線実装基板１０４に実装
する際には、バンプ材料として半田を使用した場合に
は、通常、フラックス（Ｆｌｕｘ）を使用したＩＲリフ
ロー工程で実装される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３０】このフリップチップ型半導体装置におい
て、例えば、前記導電材料は導電性接着剤であり、前記
基板の表面にて前記導電性接着剤に接合された端子用ボ
ールを有する。また、例えば、前記多層配線層の最上層
上に形成された外部電極パッド部と、前記半導体チップ
に設けられ前記外部電極パッド部に接続されたバンプ電
極と、を有する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】次に、図１（ｂ）に示すように、金属板１
の上に、金属板１との接着金属層として、Ｔｉ、Ｃｒ、
Ｍｏ、又はＷ系合金等をスパッタリングすることによ
り、この金属からなる薄膜を形成した後、電極材料とし
て、Ｃｕ、Ａｌ、又はＮｉ等の材料をスパッタリングす
ることにより、この電極金属層となる薄膜を前記接着金
属層の形成に引き続いて形成する。その後、フォトレジ
ストをコーティングした後、露光及び現像処理してレジ
ストをパターニングし、このレジスト膜をマスクとして
前記接着金属層及び電極層薄膜をウエットエッチング法
又はプラズマ表面処理技術を流用したドライエッチング
技術によりパターニングする。これにより、図１（ｂ）
に示すように、接着金属層及び電極金属層の積層体から
なる外部電極パッド部２を形成する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４２】次に、図２（ｂ）に示すように、絶縁性樹
脂薄膜層３上の全面に金属薄膜層５を形成する。この場
合に、外部電極パッド部２との接着金属層として、Ｔ
ｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、又はＷ系合金からなる薄膜をスパッタ
リング法等により形成した後、連続して、電極材料とし
て、Ｃｕ、Ａｌ、又はＮｉ等の材料からなる薄膜をスパ
ッタリング法、ＣＶＤ法又は無電解メッキ法等により形
成することにより、金属薄膜層５を形成する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５３】この場合に、工程を短縮させるために、予
め接着剤付き絶縁性基板１１に設けられている穴開き加
工部１２に導電性材料が充填されている基板を、多層配
線層９に貼りつけることとしても良い。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６９】この放熱用のヒートスプレッダー１９は、
Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、又はＣｒ等の金属
性材料を主成分として形成することができる。また、こ
のヒートスプレッダー１９は、アルミナ、ＡｌＮ、Ｓｉ
Ｃ、ムライト、等のセラミック材料により形成すること
もできる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７０】更に、放熱性接着剤１８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、又はナフタレン系樹脂のいずれかの樹脂を主成分
とし、この主成分に、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を含有するもの
である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７２】このように構成された第３実施例のフリッ
プチップ型半導体装置においては、第１及び第２の実施
例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１６の配置方法を使用
せずに、従来のフリップチップ型半導体装置の製造技術
として主流であるアンダーフィル樹脂２０を使用してい
る。このため、特別な製造装置も用いることなく本発明
の多層配線基板を有するフリップチップ型半導体装置を
製造することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７４】次に、本発明の第４の実施例について、図
１０を参照して説明する。この第４の実施例において
は、第１の実施例に使用されている絶縁性基板１１の替
わりに、パターン加工済みの両面配線基板３１を使用す
ることにより、更に一層の高性能化及びコスト低減を実
現することができるフリップチップ型半導体装置を得よ
うとするものである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７７】そこで、本発明の第４の実施例は、上記第
１実施例の欠点を解消したものであり、この第４実施例
のフリップチップ型半導体装置は、必要最小限の多層配
線層９の形成後に、両面パターンニング処理された電源
プレーン機能とＧＮＤプレーン機能を付加してある両面
配線基板３１を、前記多層配線層９に貼りつけることに
より構成されている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７８】つまり、両面配線基板３１に電源プレーン
機能とＧＮＤプレーン機能を付加してあるので、平坦性
に優れた金属板上に形成される多層配線層９としては、
例えばＧＮＤプレーン層／Ｓｉｇ層／ＧＮＤプレーン層
のみで良いように層構成を削減することができる。この
ため、結果として、容易に工程数の削減及び製造歩留ま
りの向上を図ることができ、トータルコストの低減を図
ることが可能となる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８１】次に、図１０（ｂ）に示すように、多層配
線構造の最下層に存在する外部電極パッド部２が露出す
るように穴あけ加工されている接着剤層３２と両面配線
基板３１を準備する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８２】図１３（ａ）はこの両面配線基板３１を拡
大して示す断面図、図１３（ｂ）はその電源プレーン２
９から見た平面図である。両面配線基板３１において
は、絶縁性樹脂コア基板２３の両面にＣｕ等の金属材料
により導体パターン層２４が形成されており、外部電極
パッド部２に相当する位置の絶縁性樹脂コア基板２３に
スルーホール加工部２５が形成され、このスルーホール
加工部２５の側面にＣｕ等の金属材料によりスルーホー
ルメッキ処理が施されている。また、絶縁性樹脂コア基
板２３の表面には、導体パターン層２４により、信号
（Ｓｉｇ）端子２６、電源端子２７、ＧＮＤ端子２８及
び電源プレーン２９が形成されており、基板２３の裏面
には、導体パターン層２４により、同じくＳｉｇ端子２
６、電源端子２７及びＧＮＤ端子２８と、ＧＮＤプレー
ン３０とが形成されている。つまり、絶縁性樹脂コア基
板２３の表面は大部分が電源プレーン２９で被覆され、
この電源プレーン２９に対して、リング状の溝により、
Ｓｉｇ端子２６及びＧＮＤ端子２８が電気的に分離され
ている。また、絶縁性樹脂コア基板２３の裏面は大部分
がＧＮＤプレーン３０で被覆され、このＧＮＤプレーン
３０に対して、リング状の溝により、Ｓｉｇ端子２６及
び電源端子２７が電気的に分離されている。そして、基
板２３の表面側のＳｉｇ端子２６、電源端子２７、ＧＮ
Ｄ端子２８と、裏面側のＳｉｇ端子２６、電源端子２
７、ＧＮＤ端子２８とは、夫々スルーホールメッキ処理
によりスルーホールの内面に形成されたＣｕ膜等により
接続されている。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８３】このように構成された両面配線基板３１
は、多層配線層９の外部電極パッド部２のピン機能に対
応するように、両面配線基板３１にもＳｉｇ端子２６、
電源端子２７、ＧＮＤ端子２８が夫々形成されており、
かつ両面配線基板３１の上側の導体パターン層２４を電
源プレーン２９として、また両面配線基板３１の下側の
導体パターン層２４をＧＮＤプレーン３０として機能す
るように予め所定のパターンにて設計されている。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８４】また、上述の如く構成された両面配線基板
３１は、通常の回路基板で使用されているガラスエポキ
シ基材を使用した両面Ｃｕ箔貼付け基板を使用すれば、
容易に製造することが可能であり、低コストで製造する
ことが可能である。なお、この図１３に示す両面配線基
板３１は２層であるが、これに限らず、４層又は６層等
の多層構造も可能である。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８５】その後、図１０（ｃ）に示すように、両面
配線基板３１を、外部電極パッド部２が露出するように
多層配線層９の所定位置に位置合わせし、孔が形成され
ているシート状の接着剤層３２を両面配線基板３１と多
層配線層９との間に介装し、この接着剤層３２により両
面配線基板３１を多層配線層９に貼り付ける。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８６】この場合に、通常の回路基板の製造プロセ
スにて使用されている真空ラミネート装置又は真空プレ
ス機を使用すれば、前述の多層配線層９と両面配線基板
３１との貼付け処理が容易である。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８７】また、両面配線基板３１は、最終ユーザー
側での実装基板の線膨張係数値と近似している材料を用
いることが容易である。よって、フリップチップ型半導
体装置を最終ユーザー側で実装基板へ実装した後の線膨
張係数のミスマッチによる実装信頼性のうち、特に温度
サイクル特性が劣るという問題点を容易に解決すること
が可能である。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８８】次に、図１１（ａ）に示すように、多層配
線層９に貼りつけられている両面配線基板３１に設けら
れているスルーホール加工部２５に、導電性接着剤１３
を充填する。導電性接着剤１３としては、半田粉末のフ
ラックスを含有させている半田ペースト、又はＣｕ、Ｎ
ｉ等の半田濡れ性が優れている金属粉末と有機性絶縁接
着剤とを混合することにより構成されている材料を使用
することができる。また、導電性接着剤１３は、スクリ
ーン印刷法等により、スルーホール加工部２５に充填さ
せて配置することができる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８９】また、この場合に、工程を短縮させるため
に、予め両面配線基板３１に設けられているスルーホー
ル加工部２５に導電性材料を充填した後、この基板３１
を、多層配線層９に貼りつけることとしてもよい。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９４】その後、図１２（ａ）に示すように、両面
配線基板３１に設けられているスルーホール加工部２５
に充填されている導電性接着剤１３上に、外部端子とし
てＳｎ、Ｐｂ等の金属材料を主成分とする半田ボール１
７を形成する。この場合に、スルーホール加工部２５に
充填されている導電性接着剤１３上にフラックスを選択
的に塗布した後に、半田ボール１７を搭載し、ＩＲリフ
ロー工程により加熱処理を施すことにより半田ボール１
７を搭載することが可能である。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９５】また、この半田ボール１７を搭載する面
を、両面配線基板３１に設けられているスルーホール加
工部２５からずらして導体パターン層２４内のＧＮＤプ
レーン３０に半田ボール搭載用ランド部を形成するよう
な設計仕様（スパイラルＶｉａ構造）の両面配線基板３
１を使用しても良い。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９７】このような構成により、第１の実施例に使
用されている絶縁性基板１１の代わりに、パターン加工
済みの両面配線基板３１を使用しているので、本実施例
は、第１の実施例よりも電源プレーン機能及びＧＮＤプ
レーン機能が強化される。これにより、更に一層、高性
能化され、多層配線層の削減効果が得られ、コスト削減
が可能である。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
【手続補正２６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１１】
【手続補正２７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１３】

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多層配線構造を有する多層配線層と、貫
    通孔内に導電材料が埋め込まれた絶縁性基板又は多層配
    線基板からなる基板と、前記多層配線層と前記基板との
    間に介在して両者を接着する接着剤膜と、前記多層配線
    層上に搭載された半導体チップとを有することを特徴と
    するフリップチップ型半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記導電材料は導電性接着剤であり、前
    記基板の表面にて前記導電性接着剤に接合された端子用
    ボールを有することを特徴とする請求項１に記載のフリ
    ップチップ型半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記多層配線層の最上層上に形成された
    外部電極パッド部と、前記半導体チップに設けられ前記
    外部電極パッドに接続されたたバンプ電極と、を有する
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフリップチッ
    プ型半導体装置。
  4. 【請求項４】 前記半導体チップの側部を埋める絶縁性
    樹脂と、前記半導体チップに接合された放熱用のヒート
    スプレッダとを有することを特徴とする請求項１乃至３
    のいずれか１項に記載のフリップチップ型半導体装置。
  5. 【請求項５】 前記半導体チップに接合された放熱用の
    ヒートスプレッダと、前記半導体チップの両側部に配置
    され前記ヒートスプレッダと前記多層配線層との間に介
    在するスティフナーとを有することを特徴とする請求項
    １乃至３のいずれか１項に記載のフリップチップ型半導
    体装置。
  6. 【請求項６】 平坦な金属板からなる第１基板上に多層
    配線構造を形成する工程と、前記第１基板をエッチング
    により除去して多層配線層からなる第２基板を形成する
    工程と、第３基板と前記多層配線層からなる第２基板と
    を接合して多層配線基板を得る工程と、前記第２基板上
    に半導体チップを搭載する工程とを有することを特徴と
    するフリップチップ型半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記第３基板は、孔が形成された絶縁性
    基板又は多層配線基板であることを特徴とする請求項６
    に記載のフリップチップ型半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記第２基板を形成する工程は、前記第
    １基板上に外部電極パッド部を形成する工程と、全面に
    絶縁性薄膜層を形成した後前記外部電極パッド部上の前
    記絶縁性薄膜層を除去して開口部を形成する工程と、全
    面に金属薄膜層を形成した後パターニングして前記開口
    部で前記外部電極パッド部に接続された金属薄膜配線部
    を形成する工程と、絶縁性薄膜層の形成及び金属薄膜配
    線部の形成を繰り返す工程と、全面に絶縁性樹脂薄膜層
    を形成した後下層の金属薄膜配線部上に開口部を形成し
    この開口部にパッド電極部を形成する工程と、を有する
    ことを特徴とする請求項６又は７に記載のフリップチッ
    プ型半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記第３基板の孔に導電性接着剤を埋め
    込む工程を有することを特徴とする請求項８に記載のフ
    リップチップ型半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記導電性接着剤上に半田ボールを接
    合する工程を有することを特徴とする請求項９に記載の
    フリップチップ型半導体装置の製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記半導体チップはバンプ電極を有
    し、前記半導体チップの搭載工程において、前記バンプ
    電極を前記第２基板の外部電極パッド部に接合すること
    を特徴とする請求項１０に記載のフリップチップ型半導
    体装置の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記半導体チップの裏面に熱伝達性接
    着剤を介して放熱体を接合する工程を有することを特徴
    とする請求項６乃至１１のいずれか１項に記載のフリッ
    プチップ型半導体装置の製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記半導体チップを挟む位置の前記第
    ２基板上にスティフナーを接合する工程と、前記半導体
    チップ上及び前記スティフナー上に前記放熱体を搭載す
    る工程とを有することを特徴とする請求項１２に記載の
    フリップチップ型半導体装置の製造方法。
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