JP2007266399A - 配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体チップの電極との接続不良を抑制することが可能な配線基板の製造方法を提供する。
【解決手段】 シリコン基板１１上にシリコン酸化膜１３、Ｔａ膜１５、及びＣｕ膜１７を順に形成する工程と、Ｃｕ膜１７を配線用のパターンに加工する工程と、Ｃｕ膜１７の表面に第３の金属を形成する工程と、Ｃｏ系膜２１及びＣｕ膜１７を覆い、Ｔａ膜１５に接する樹脂からなる樹脂基板２５を形成する工程と、外側から力を加えて、Ｔａ膜１５とシリコン酸化膜１３との密着性を弱め、分離させる工程と、樹脂基板２５の表面を覆っているＴａ膜１５を除去し、樹脂基板２５の表面にパターンを有するＣｕ膜１７を露出させる工程とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、配線基板の製造方法に関する。

近年、半導体素子のますますの高集積化及び高性能化に伴って、半導体チップの電極数が増加し、その結果、電極の小型化及び電極の狭ピッチ化が必要になっている。半導体チップは、実装後の小型化等を図るために、パッケージ用あるいは実装用の配線基板にバンプを介して接続されることが多い。そのため、半導体チップが接続される配線基板等は、半導体チップに形成された電極ピッチに対応した配線を同様に備えることが必要となる。

従来、これらの配線基板は、銅張積層板をエッチングして導体回路を形成する配線基板が使われていた。しかしながら、エッチングで形成された配線基板は、一定の厚さの銅箔を使用し、これを所望の形状にエッチングすることが難しく、効率よく狭ピッチ化に対応することが困難であった。

そこで、例えば、微細配線を形成するために、ステンレス基板上のレジストにパターニングして、そのパターンに沿った銅を基板上に電界めっきにより形成し、形成された金属層（銅めっき層）の上から接着剤層を電着形成し、金属層を接着剤層を介して別の配線基板上に転写する配線基板の製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、この配線基板の製造方法は、配線となる金属層及びそれを接着する接着剤層がめっきにより形成されて、めっきの形状がそのまま配線に反映されているために、配線基板の表面方向の広がり及び表面からの高さ方向にばらつきが大きく、配線基板の配線と半導体チップの電極とを、例えば、バンプを介して全て確実に接続することは困難な場合があった。特に、半導体チップが大きく、半導体チップの電極ピッチが小さくなる場合は、接続不良をなくすことが難しいという問題があった。
特開平１１−１７７１９４号公報（第６−７頁、図４）

本発明は、半導体チップの電極との接続不良を抑制することが可能な配線基板の製造方法を提供する。

本発明の一態様の配線基板の製造方法は、シリコン基板上にシリコン絶縁膜、第１の金属、及び第２の金属の膜を順に形成する工程と、前記第２の金属を配線用のパターンに加工する工程と、前記第２の金属の表面に第３の金属を形成する工程と、前記第３の金属及び第２の金属を覆い、前記第１の金属に接する樹脂からなる樹脂基板を形成する工程と、外側から力を加えて、前記第１の金属と前記シリコン絶縁膜との密着性を弱め、分離させる工程と、前記樹脂基板の表面を覆っている前記第１の金属を除去し、前記樹脂基板の表面に前記パターンを有する前記第２の金属を露出させる工程とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、半導体チップの電極との接続不良を抑制することが可能な配線基板の製造方法を提供することが可能である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。各図では、同一の構成要素には同一の符号を付す。

本発明の実施例１に係る配線基板の製造方法について、図１乃至図３を参照しながら説明する。図１は配線基板の製造方法を工程順に模式的に示す層構造断面図である。図２は図１に示す工程に引き続き、配線基板の製造方法を工程順に模式的に示す層構造断面図である。図３は配線基板に半導体チップを接続した構造を模式的に示す断面図である。

まず、図１（ａ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板１１上にシリコン絶縁膜であるＳｉＯ2膜１３を形成し、その上に、第１の金属であるタンタル（Ｔａ）膜１５を形成し、その上に、第２の金属である銅（Ｃｕ）１７の膜を順に形成する。ＳｉＯ2膜１３は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法に限らず、例えば、スパッタ法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、Ｓｉ基板１１表面の酸化等で作製可能である。Ｔａ膜１５は、スパッタ法等のＰＶＤ法で作成するが、その他の方法も可能である。Ｃｕ膜１７は、例えば、スパッタ法で薄膜（シード層）が形成された後、電解めっき法にて積層し、Ｃｕ膜１７の表面はＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によって平坦化される。

図１（ｂ）に示すように、平坦化されたＣｕ膜１７の表面に、感光性のレジスト膜１９を形成し、配線形状及び個片化するためのダイシングライン部にパターニングされる。なお、この配線形状は、後工程で別の基板に転写されるために、所望の配線を反転した形状となっている。

図１（ｃ）に示すように、パターニングされたレジスト膜１９をＣｕ膜１７に転写するように、Ｃｕ膜１７はエッチングされ、レジスト膜１９が除去されたＣｕ膜１７上に、第３の金属であるコバルト（Ｃｏ）系膜２１が、無電解めっき法で形成される。Ｃｕ膜１７のエッチングは、塩化第二鉄溶液、過硫酸アンモニウム水溶液、市販されているＣｕエッチング液、またはドライエッチング法等によって行われる。パターニングされたＣｕ膜１７の表面にＣｏ系膜２１が、無電解めっき法で形成される。Ｃｏ系膜２１は、コバルトが約９０％、他に、タングステン（Ｗ）及びボロン（Ｂ）等を含有しているが、ＷまたはＢは含まれなくても差し支えない。Ｃｏ系膜２１は、後述の剥離のための応力を得るために厚さが３μｍ以上あることが好ましい。

図１（ｄ）に示すように、Ｃｏ系膜２１及びＣｕ膜１７を覆い、Ｔａ膜１５に接する樹脂で覆って板状の樹脂基板２５を形成する。樹脂基板２５は、エポキシ樹脂であり、室温で軟化している樹脂を、例えば、スピンコート法、スキージ法等で一定厚みになるように成形し、加熱硬化させてある。他に、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、及び、ポリエチレンテレフタレート樹脂等でも差し支えないし、または、これらの樹脂を接着材として介在させたセラミック板等でも差し支えない。

図２（ａ）に示すように、樹脂基板２５のＳｉ基板１１と反対側の表面から、Ｓｉ基板１１方向に、ダイシングライン（図示略）に沿って、Ｓｉ基板１１に届くまで、溝５１を形成する。溝５１は、ダイシング装置のブレード（図示略）が、樹脂基板２５の表面から、Ｃｏ系膜２１、Ｃｕ膜１７、Ｔａ膜１５、及びＳｉＯ2膜１３を通って、Ｓｉ基板１１に達している。ブレードによる振動や熱等による外から与える力、及び、Ｃｏ系膜２１が有する応力等により、密着力の比較的弱いＴａ膜１５とＳｉＯ2膜１３との界面は、一層弱い力で接触している状態となる。なお、Ｃｏ系膜２１が分離または剥離を促進するのに必要な応力を得るには、Ｃｏ系膜２１の膜厚は、約３μｍ以上が好ましく、また、外から与える力としては、例えば、超音波であってもよく、ブレードによる力に追加の力として適用することも可能である。

図２（ｂ）に示すように、Ｔａ膜１５とＳｉＯ2膜１３との界面５３を分離させる。弱い力で接触している状態となったＴａ膜１５とＳｉＯ2膜１３との界面５３は、例えば、樹脂基板２５をピンセット等（図示略）で引き離すことによって、界面５３で分離して個片化される。効率的には、例えば、Ｓｉ基板１１を固定して、個片を真空ピンセット等（図示略）で吸引すると、一つずつの分離させることが可能であり、一方、複数個をまとめて個片化する場合、樹脂基板２５側に粘着テープ（図示略）を貼って、Ｓｉ基板１１に対して、粘着テープを離す方向に引き剥がすことにより、複数個の個片を粘着テープに貼り付けた状態で得ることができる。

図２（ｃ）に示すように、分離された界面５３のＴａ膜１５をエッチング除去して、個片化された配線基板１が形成される。分離されて表面に露出したＴａ膜１５は、例えば、硝酸と弗酸を主成分とするエッチング液、市販のＴａエッチング液、またはドライエッチング法等でエッチング除去されて、配線基板１となる。

配線基板１は、ＳｉＯ2膜１３を介して、Ｓｉ基板１１の上に形成されたＴａ膜１５の有する平坦度で形成されたＣｕ膜１７が表面に配設され、Ｃｕ膜１７に接して樹脂基板２５側にＣｏ系膜２１が埋め込まれた構造を有している。その結果、配線、すなわち、Ｃｕ膜１７の露出する面は、Ｓｉ基板の表面に形成された半導体チップ表面の配線とほぼ同等の精度を有している。配線基板１は、例えば、厚さが約５０μｍ、Ｃｕ膜１７及びＣｏ系膜２１の合計の厚さは約１０μｍである。

図３に示すように、配線基板１は、半導体チップ３１と配線面同士を対向させて、バンプ３５を介して接続される。半導体チップ３１に形成された電極３３に、例えば、金または金を主成分とする合金のスタッドバンプからなるバンプ３５が形成された半導体チップ３１が固定され、正対する方向から、配線基板１を接触させて、配線基板１に超音波及び荷重を掛けることにより、接合部を外部から加熱することなく、半導体チップ３１と配線基板１とを接続することができる。半導体チップ３１と配線基板１との間にある封止樹脂３９は、例えば、予め配線基板１に配設しておき、フリップチップ接続と同時に樹脂封止させてある。

そして、例えば、長辺が約１５ｍｍの外周部に配置された間隔５０μｍ、一辺の幅３０μｍの電極３３に、高さ約３０μｍのバンプ３５を配設された半導体チップ３１は、配線基板１に超音波を印加して押圧することによって、配線基板１のＣｕ膜１７と確実に接続することが可能である。

上述したように、配線基板１は、半導体チップの製造工程と同様な工程で、Ｓｉ基板１１の上に形成され、ＳｉＯ2膜１３とＴａ膜１５の界面５３の密着強度が比較的弱いために、ダイシングによる外力を利用して、Ｃｕ膜１７及びＣｏ系膜２１が転写して形成された樹脂基板２５の分離を促進して、個片化される。配線となる表面側のＣｕ膜１７及び内側のＣｏ系膜２１は、めっき等で形成させた後、フォトリソグラフィ技術により、パターンニングされ、エッチングされる。製造工程では、Ｃｕ膜１７の表面に出ない側からエッチングを行い、Ｔａ膜１５に接している表面側となるＣｕ膜１７の部分がエッチングで精度よく規定される。Ｃｕ膜１７は、転写及びＴａ膜１５のエッチング除去により、配線の幅や間隔等の外形を維持したまま、配線基板１の表面に、樹脂基板２５とほぼ同一面をなして、一部が露出した配線となる。すなわち、配線基板１は、フォトリソグラフィ技術による精度を有している。

その結果、配線基板１の配線となるＣｕ膜１７は、半導体チップ３１の表面の平坦性に相当する平坦性を有して、半導体チップ３１の表面の電極３３の配置精度に相当する配置精度を有している。すなわち、上述した製造方法によれば、半導体チップ３１の電極３３との接続不良を抑制することが可能な配線基板１を提供することが可能である。

また、Ｃｕ膜１７の内側に埋め込まれたＣｏ系膜２１があることにより、超音波のエネルギーを有効にＣｕ膜１７のバンプ３５との接続部に供給することができる。つまり、Ｃｏ系膜２１は、Ｃｕ膜１７に比較して数倍の硬度を有し、比較的硬度の低いＣｕ膜１７のみの場合と比較して、接続に必要な超音波及び荷重のエネルギーを小さくできる等の効果をもたらす。その結果、バンプ３５のつぶれ過ぎ等を起こすことなく、配線基板１と半導体チップ３１とは、確実に、精度よく接続される。

また、Ｃｏ系膜２１があることにより、バンプ３５接続時に加熱等によるエネルギーの追加が不要となるために、配線基板１を高温に置く必要がなくなる。その結果、熱膨張等による変形が抑制されて、配線基板１と半導体チップ３１とは、精度よく接続される。

本発明の実施例２に係る配線基板の製造方法について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は配線基板の製造方法を工程順に模式的に示す層構造断面図である。図５は配線基板に半導体チップを接続した構造を模式的に示す断面図である。実施例１とは、配線となるＣｕ膜を、金（Ａｕ）膜に置き換えてあることが異なっている。以下、実施例１と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略し、異なる構成部分について説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、個片化された配線基板１は、実施例１の配線基板１と同じである。従って、配線基板１に至るまでの製造方法は、実施例１の製造方法と同様である。

図４（ｂ）に示すように、配線基板１の表面に露出しているＣｕ膜１７が、膜厚を薄くした第４の金属であるＡｕ膜４１に置換されて、Ａｕ膜４１を露出面に有する配線基板２を形成している。Ｃｕ膜１７は、上述のエッチング法等を利用して、除去される。Ｃｕ膜１７が除去され、Ｃｏ系膜２１が露出した配線基板１に、Ａｕ膜４１の無電解めっきを施す。除去されたＣｕ膜１７の膜厚は約５μｍ、一方、新たにめっきされたＡｕ膜４１の膜厚は約２〜３μｍであり、Ａｕ膜４１の露出面は、樹脂基板２５の表面から約３〜２μｍ窪んでいる。なお、Ｃｕ膜１７の一部だけが除去され、Ｃｕ膜１７の一部はＣｏ系膜２１に接した状態で残され、残されたＣｕ膜１７の上にＡｕ膜４１の無電解めっきを施してもよい。

配線基板２は、配線基板１と同様な製造方法で作製されて、Ｃｕ膜１７が、膜厚を薄くしたＡｕ膜４１に置換された構造である。Ａｕ膜４１は、無電解めっき法で形成され、そのままの表面を利用しているため、膜厚には多少のばらつきが見られる。しかしながら、Ａｕ膜４１の膜厚は約２〜３μｍと比較的薄いために、ばらつきが１μｍを越えることはなく、ほぼ平坦な接続面を有する配線基板２が完成する。

図５に示すように、配線基板２は、半導体チップ３１と配線面同士を対向させて、バンプ３５を介して接続される。半導体チップ３１に形成された電極３３に、例えば、スタッドバンプからなるバンプ３５が形成された半導体チップ３１が固定され、正対する方向から、配線基板２を接触させて、配線基板２に超音波及び荷重を掛けることにより、接合部を外部から加熱することなく、半導体チップ３１と配線基板２とを接続することができる。半導体チップ３１と配線基板１との間にある封止樹脂３９は、例えば、予め配線基板２に配設しておき、フリップチップ接続と同時に樹脂封止させてある。

そして、例えば、長辺が約１５ｍｍの外周部に配置された間隔５０μｍ、一辺の幅３０μｍの電極３３に、高さ約３０μｍのバンプ３５を配設された半導体チップ３１は、配線基板２に超音波を印加して押圧することによって、配線基板２のＡｕ膜４１と確実に接続することが可能である。

上述したように、配線基板２は、実施例１の配線基板１と同様な製造工程を経た後、Ｃｕ膜１７が、無電解めっき法で形成される膜厚を薄くしたＡｕ膜４１に置換された構造をなしている。配線の幅や間隔等は、配線基板１と同等である。配線の膜厚には多少のばらつきが見られるが、ばらつきは比較的小さく抑えられており、ほぼ平坦な接続面を有する配線基板２となっている。すなわち、配線基板２は、ほぼ、フォトリソグラフィ技術による精度を有している。その結果、配線基板２は、実施例１の配線基板１と同様な効果を有している。

更に、Ａｕ膜４１のバンプ３５との接続面は、配線基板２の樹脂基板２５の表面から約２〜３μｍ窪んでいるので、超音波及び荷重によりつぶされたバンプ３５が樹脂基板２５の表面側に脱落して、接続不良を起こすことを抑制することが可能である。

また、Ａｕ膜４１とＡｕからなるバンプ３５との接続は、印加する超音波及び荷重をより少なくできるので、位置ずれが少なく、精度の高い接続が可能となる。

本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々、変形して実施することができる。

例えば、実施例では、シリコン絶縁膜として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）の例を示したが、ポーラスなシリコン酸化膜等を使用することは差し支えない。

また、実施例では、第１の金属としてＴａ、第２の金属としてＣｕの例を示したが、第１の金属としてＴｉ、ＴａＮ、ＴｉＮ等、または、他の高融点金属及びその化合物、また、第２の金属としてＡｕ、Ａｌ等を使用することは差し支えない。

また、実施例では、Ｃｏ系膜をＣｕ膜またはＡｕ膜の内側に配設する例を示したが、Ｃｏ系膜と同様な硬度、電気抵抗率、及び熱膨張係数等を有する他の金属及び合金、例えば、Ｎｉ膜等であっても差し支えない。

また、実施例では、個片化のためにブレードにより形成される溝は、Ｃｕ膜及びＣｏ系膜が存在する領域を通る例を示したが、Ｃｕ膜またはＣｏ系膜が存在しない樹脂基板の領域に形成されても差し支えない。

また、実施例では、樹脂基板からＳｉ基板の上部（樹脂基板寄りの部分）まで溝を入れる（ハーフカット）例を示したが、樹脂基板からＳｉ基板の下部まで溝を入れて（フルカット）、樹脂基板及びＳｉ基板を溝により分離してしまっても差し支えない。

また、実施例では、バンプはスタッドバンプである例を示したが、めっき等により形成されたバンプ等であっても差し支えない。

また、実施例では、封止樹脂を予め配線基板に配設しておく例を示したが、封止樹脂を予め半導体チップに配設しておいても、また、バンプによる接続が完了した後、封止樹脂を配線基板と半導体チップ間に充填しても差し支えない。

本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
（付記１） シリコン基板上にシリコン絶縁膜、第１の金属、及び第２の金属の膜を順に形成する工程と、前記第２の金属を配線用のパターンに加工する工程と、前記第２の金属の表面に第３の金属を形成する工程と、前記第３の金属及び第２の金属を覆い、前記第１の金属に接する樹脂からなる樹脂基板を形成する工程と、外側から力を加えて、前記第１の金属と前記シリコン絶縁膜との密着性を弱め、分離させる工程と、前記樹脂基板の表面を覆っている前記第１の金属を除去し、前記樹脂基板の表面に前記パターンを有する前記第２の金属を露出させる工程とを備えている配線基板の製造方法。

（付記２） 前記樹脂基板の表面に、ほぼ同一平面をなして露出している前記第２の金属の少なくとも一部をエッチングにより除去し、前記エッチングにより露出した面に第４の金属を形成する工程を更に有する付記１に記載の配線基板の製造方法。

（付記３） 前記第３の金属は、無電界メッキ法により形成される付記１または２に記載の配線基板の製造方法。

（付記４） 前記第４の金属は、金であって、前記第４の金属は無電界メッキ法により形成される付記２または３に記載の配線基板の製造方法。

（付記５） 前記外側から加えられる力は、超音波である付記１乃至４に記載の配線基板の製造方法。

（付記６） 前記第２の金属の膜表面は平坦化された後、前記配線用のパターンに加工される付記１乃至５に記載の配線基板製造方法。

（付記７） 前記シリコン絶縁膜はシリコン酸化膜である付記１乃至６に記載の配線基板製造方法。

本発明の実施例１に係る配線基板の製造方法を工程順に模式的に示す層構造断面図。 本発明の実施例１に係る配線基板の製造方法を工程順に模式的に示す層構造断面図。 本発明の実施例１に係る配線基板に半導体チップを接続した構造を模式的に示す断面図。 本発明の実施例２に係る配線基板の製造方法を工程順に模式的に示す層構造断面図。 本発明の実施例２に係る配線基板に半導体チップを接続した構造を模式的に示す断面図。

符号の説明

１、２ 配線基板
１１ Ｓｉ基板
１３ ＳｉＯ2膜
１５ Ｔａ膜
１７ Ｃｕ膜
１９ レジスト膜
２１ Ｃｏ系膜
２５ 樹脂基板
３１ 半導体チップ
３３ 電極
３５ バンプ
３９ 封止樹脂
４１ Ａｕ膜
５１ 溝
５３ 界面

Claims (5)

1. シリコン基板上にシリコン絶縁膜、第１の金属、及び第２の金属の膜を順に形成する工程と、
   前記第２の金属を配線用のパターンに加工する工程と、
   前記第２の金属の表面に第３の金属を形成する工程と、
   前記第３の金属及び第２の金属を覆い、前記第１の金属に接する樹脂からなる樹脂基板を形成する工程と、
   外側から力を加えて、前記第１の金属と前記シリコン絶縁膜との密着性を弱め、分離させる工程と、
   前記樹脂基板の表面を覆っている前記第１の金属を除去し、前記樹脂基板の表面に前記パターンを有する前記第２の金属を露出させる工程と、
   を備えていることを特徴とする配線基板の製造方法。
2. 前記第１の金属はタンタル、前記第２の金属は銅、前記第３の金属はコバルト系金属であることを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。
3. 前記外側から加えられる力は、個片化のためにブレードによって与えられる力であることを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板の製造方法。
4. 前記樹脂基板の表面に、ほぼ同一平面をなして露出している前記第２の金属の少なくとも一部をエッチングにより除去し、前記エッチングにより露出した面に第４の金属を形成する工程を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法。
5. 前記第４の金属の露出した面は、前記樹脂基板の前記表面に対して窪んでいることを特徴とする請求項４に記載の配線基板の製造方法。

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