JP5732948B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

半導体チップ等の半導体素子を樹脂封止した半導体装置が用いられている。半導体装置において用いられるクロック周波数が高くなるにつれ、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interface）対策が重要になる。半導体素子から外部への電磁波の放射を抑制するため、半導体素子を封止する樹脂内に金属板等の電磁波を遮蔽するためのシールド導体を設けることが知られている。

特開平０５−６２０７２号公報 特開平０４−７４８７０号公報 特開２００１−４４３０５号公報 特開２００５−３５３７１３号公報 特開平０７−３２１２５４号公報

しかしながら、樹脂内にシールド導体を設けるためには、シールド導体を設ける工程やシールド導体を樹脂で囲う工程など工程が複雑化する。本半導体装置の製造方法は、簡単な製造工程を用い樹脂内にシールドのための導電体を設けることを目的とする。

例えば、基板上に半導体素子を搭載する工程と、前記基板上に、孔を備える導電体と、前記導電体の上に位置する樹脂シートとを、前記導電体が前記半導体素子に対向するように配置する工程と、前記樹脂シートを加熱して、前記樹脂シートの樹脂が前記基板と前記導電体との間に位置するように前記孔を介して流れ込み、前記樹脂シートを前記基板に貼り付けることにより、前記導電体が前記半導体素子を囲むように、前記半導体素子を前記樹脂を用い封止する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を用いる。

本半導体装置の製造方法によれば、簡単な製造工程を用い樹脂内にシールドのための導電体を設けることができる。

図１（ａ）から図１（ｄ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図２（ａ）および図２（ｂ）は、実施例２に係る半導体装置の製造工程を示す図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例２に用いる樹脂シートを示す図である。 図４は、実施例２に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１）である。 図５は、実施例２に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その２）である。 図６（ａ）は、実施例２に係る半導体装置の平面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 図７は、実施例３に係る半導体装置の断面図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例４に用いる樹脂シートの断面図である。 図９は、実施例４に係る半導体装置の断面図である。

以下、図面を参照し、実施例について説明する。

図１（ａ）から図１（ｄ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図１（ａ）のように、絶縁性の基板１０上に、半導体素子２０をバンプ２２を介しフリップチップ搭載する。半導体素子２０間の領域が後に樹脂と基板１０とを切断する領域３８である。図１（ｂ）のように、片面に樹脂シート５０が形成された支持シート５２を準備する。基板１０に樹脂シート５０を貼り付ける前において、樹脂シート５０に凹凸が形成された導電体４０が設けられている。以下の実施例では、導電体４０として、金属線を網の目状としたメッシュ状導電体を例に説明する。導電体４０の凸部４１は、例えばドーム状の形状である。凸部４１が半導体素子２０の上に、凹部４３が領域３８上に配置されるように、樹脂シート５０を、基板１０上に配置する。

図１（ｃ）のように、樹脂シート５０を加熱し基板１０と貼り合わせる。このとき。樹脂シート５０の樹脂５５が軟化し導電体４０の網の目の孔を介し半導体素子２０側に流れ込む。これにより、半導体素子２０は、樹脂５５により封止される。導電体４０の凸部４１は半導体素子２０の上に配置される。樹脂５５および基板１０を切断する領域３８上には、導電体４０の凹部４３が配置される。図１（ｄ）のように、例えばダイシング法を用い、樹脂５５および基板１０を切断する。以上により、半導体素子２０が樹脂５５により封止された半導体装置１００が完成する。

実施例１によれば、図１（ｂ）および図１（ｃ）のように、基板１０上に導電体４０を含む樹脂シート５０を貼り付けることにより、導電体４０が半導体素子２０を囲うように、半導体素子２０を樹脂５５を用い封止する。これにより、図１（ｄ）のように、半導体素子２０を封止する樹脂５５内に、半導体素子２０を覆う導電体４０を形成することができる。このように、簡単に、電磁波の遮蔽のための導電体４０を形成することができる。また、電磁波の遮蔽のための導電体４０が樹脂５５内に含まれるため、樹脂５５の外側に導電体を設けるのに比べパッケージの体積を削減できる。

また、図１（ｂ）および図１（ｃ）のように、導電体４０は、半導体素子２０を樹脂５５を用い封止する際に、樹脂５５および基板１０が切断される領域３８に導電体４０の凹部４３が配置されるように、樹脂シート５０を貼り付ける。これにより、半導体装置１００において、樹脂５５の端面における導電体４０の位置（例えば高さＨ１）が半導体素子２０上の導電体４０の位置（例えば高さＨ２）より低い。半導体素子２０から放射される電磁波は、樹脂５５の端面の導電体４０の下の部分３９から外部に放出される。多くの電磁波は、樹脂５５内の導電体４０により遮蔽される。よって、導電体４０が平面状に樹脂５５内に設けられる場合に比べ、導電体４０がドーム状に樹脂５５内に設けられることにより、導電体４０による電磁波の遮蔽効果が大きくなる。なお、樹脂５５の端面における導電体４０の高さＨ１は、半導体素子２０から放射される電磁波を遮断する程度であることが好ましい。さらに、導電体４０は基板１０に接していることが好ましい。

樹脂５５の端面における導電体４０の位置が半導体素子２０上の導電体４０の位置より低いのは、４つの樹脂５５の端面のうち少なくとも一部でもよいが、全ての端面であることが好ましい。

導電体４０は、例えば導電膜であり、膜厚方向に貫通する孔を複数備えてもよい。しかしながら、図１（ｃ）において、導電体４０の孔を樹脂５５が通過し易くし、かつ導電体４０を変形し易くするためには、導電体４０は、金属線を用いた網の目状（メッシュ状）の導電体であることが好ましい。また、柔らかく導電性の高い金属線としてＣｕ線を用いることが好ましい。例えば、半導体素子２０から放射される電磁波の周波数が２ＧＨｚの場合、シールドの効果を高めるため導電体４０の孔の大きさ（例えば、網の目の金属線の間隔）は１ｍｍ以下であることが好ましい。導電体４０の孔の大きさは、半導体素子２０から放射される周波数に反比例するように設定することができる。なお、導電体４０は、外部からの電磁波が半導体素子２０に影響するＥＭＳ（Electro Magnetic Susceptibility）を抑制する機能もある。

半導体装置の小型化のため、半導体素子２０は、基板１０にフリップチップ法を用い搭載されることが好ましいが、フェースアップ法を用い搭載されていてもよい。

実施例２は、半導体素子と受動部品とを封止する半導体装置の例である。図２（ａ）および図２（ｂ）は、実施例２に係る半導体装置の製造工程を示す図である。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は、Ａ−Ａ断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）においては、４個の半導体装置を製造する工程を示しているが、１つの基板から４個以外の複数の半導体装置を製造してもよい。図２（ａ）および図２（ｂ）を参照し、基板１０は、例えばガラスエポキシ等の絶縁体により形成されている。基板１０の膜厚は、例えば０．３ｍｍである。基板１０の下面には、例えばＣｕ等の金属膜１２が形成されている。半田ボール用のパッドおよび配線は金属膜１２により形成されている。また、基板１０の下面には、半田による配線等の短絡を抑制するためのソルダーレジスト１６が形成されている。

基板１０の上面には、例えばＣｕ等の金属膜１４が形成されている。バンプ２２用のパッド、受動部品３０を実装するパッド、および配線等は金属膜１４により形成されている。基板１０の上面には、半田による配線等の短絡を抑制するためのソルダーレジスト１８が形成されている。ソルダーレジスト１６および１８は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂から形成されている。

基板１０の上面のパッドには、半田またはＡｕ等のバンプ２２を介し半導体素子２０がフリップチップ実装されている。半導体素子２０と基板１０との間には、異物の混入等を抑制するためのアンダーフィル材２４が設けられている。アンダーフィル材２４は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂から形成されている。半導体素子２０は、例えばシリコン基板に形成されている。半導体素子２０の下面には、メモリ回路、ロジック回路またはメモリ回路とロジック回路との混成回路等の電子回路が形成されている。半導体素子２０の厚さは例えば１００μｍである。

基板１０内には基板１０を上下に貫通し金属が埋め込まれたバイアホール１５が形成されている。バイアホール１５により、基板１０の上面の金属膜１４と下面の金属膜１２とが電気的に接続される。基板１０上のパッドには、受動部品３０が半田ペースト３２等のロウ材を介し実装されている。半田ペースト３２はエポキシ樹脂等の絶縁体にて補強されている。例えば、エポキシ樹脂が半田ペースト３２を覆っている。受動部品３０の高さは例えば２００μｍである。受動部品３０としては、例えば、チップ抵抗、チップコンデンサまたはチップインダクタを用いることができる。

基板１０の上面の金属膜１４上にはＣｕ等の金属から形成される導電性のポスト３４が形成されている。ポスト３４の高さは、例えば３００μｍである。ポスト３４は、金属膜１４、バイアホール１５および金属膜１２を介し、後に設けられる接地用の半田ボールと電気的に接続される。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例２に用いる樹脂シートを示す図である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は断面図である。図３（ａ）において、樹脂シートは図示を省略している。図３（ａ）のように、支持シート５２の片面上に樹脂シート５０が形成されている。樹脂シート５０の膜厚は、例えば０．５ｍｍから１．５ｍｍ程度である。樹脂シート５０の膜厚は、後にポスト３４等が封止できる厚さであることが好ましい。導電体４０は、樹脂シート５０に一部が埋め込まれている。導電体４０には凹凸が形成されている。凸部４１（図３（ｂ）では凹状の部分）はお碗状の形状をしている。凸部４１は、図３（ａ）のように、４箇所に設けられている。凹部４３（図３（ｂ）では凸状の部分）は、図３（ａ）のように格子状に形成されている。導電体４０としては、例えば２５μｍφのＣｕ線を網の目状とした膜である。図１（ｂ）においては、導電体４０は、一部が樹脂シート５０内に埋め込まれているが、全部が埋め込まれていてもよい。また、導電体４０は、樹脂シート５０に埋め込まれておらず、樹脂シート５０の表面に接していてもよい。

支持シート５２の材料としては、例えばＰＥＴ（polyethylene terephthalate）を用いることができる。支持シート５２は、樹脂シート５０を基板１０に貼り付ける際の温度で溶融しないことが好ましく、柔軟性があることが好ましい。樹脂以外にも、金属等を用いることもできる。樹脂シート５０は、例えば熱硬化型エポキシ樹脂等の樹脂から形成されている。

図４は、実施例２に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。基板１０をローラ用シート６２上に配置する。導電体４０を含む樹脂シート５０を基板１０上に配置する。樹脂シート５０を、例えば１７５℃に加熱し、２つのローラ６０を回転させることにより加圧しながら、樹脂シート５０を基板１０に端から順次貼り付けていく。このとき、導電体４０の凹部４３が領域３８と重なるように樹脂シート５０を基板１０に貼り付ける。このように、樹脂シート５０をローララミネート法を用い基板１０に貼り付ける。ポスト３４の先端領域７０が導電体４０に当り、ポスト３４により、導電体４０が支持されるため、導電体４０の凹凸の形状を保ちつつ、樹脂５５が導電体４０の孔を通過し半導体素子２０および受動部品３０を囲う。樹脂５５が硬化することにより、半導体素子２０および受動部品３０樹脂封止される。

ローララミネート法を用いる代わりに、支持シート５２を金属等の硬い材質とし、加熱した樹脂シート５０に平面状に圧力を加え、樹脂シート５０を基板１０に貼り付けてもよい。

図５は、実施例２に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図５のように、支持シート５２を除去する。導電体４０は、図３（ｂ）の形状をほぼ維持し、基板１０の領域３８上に導電体４０の凹部４３が位置している。ポスト３４の先端領域７０において、導電体４０とポスト３４とが電気的に接続している。領域７２において、半田ペースト３２が導電体４０と接触しているが、半田ペースト３２はエポキシ樹脂にて補強されているため、導電体４０と受動部品３０とが電気的に短絡することはない。領域３８を、一点鎖線のように、例えばダイシング法を用い切断する。

図６（ａ）は、実施例２に係る半導体装置の平面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図６（ａ）において、樹脂５５および導電体４０は図示を省略している。半導体装置１００は、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさである。図６（ｂ）のように、切断した基板１０の下面に半田ボール４５を形成する。半田ボール４５は、金属膜１２により形成されたパッドに形成される。これにより、半導体素子２０と半田ボール４５とは、バンプ２２、金属膜１４、バイアホール１５および金属膜１２を介し電気的に接続される。図６（ｂ）においては、半田ボール４５を模式的に図示しており、ソルダーレジスト１６の開口を介した半田ボール４５と金属膜１２との接続は図示を省略している。なお、半田ボール４５は、樹脂５５および基板１０を切断する前に形成してもよい。

実施例２によれば、樹脂５５が半導体素子２０と受動部品３０とを封止する半導体装置を製造することができる。なお、樹脂５５に封止される部品は、複数の積層された半導体素子、複数の平面方向に実装された半導体素子等を含んでもよい。

また、図４のように、樹脂シート５０を、基板１０にローラを用い加圧することにより貼り付ける。これにより、簡単に、半導体素子２０および受動部品３０を樹脂封止することができる。

さらに、図３（ｂ）のように、導電体４０は、複数の半導体装置となるべき領域を覆い、図５のように、樹脂５５、導電体４０および基板１０を切断する。これにより、樹脂５５の全面に導電体を形成することができる。

さらに、図５のように、半導体素子２０を樹脂５５を用い封止する際に、導電体４０を基板１０上に形成され接地された接地体に電気的に接触させることが好ましい。これにより、導電体４０を接地することができ、電磁波の遮蔽効果を高めることができる。接地体として、導電性のポスト３４を用いることができる。ポスト３４の高さを基板１０に実装された他の部品（例えば、半導体素子２０および受動部品３０）より高くする。これにより、ポスト３４を確実に導電体４０に接触させることができる。また、他の部品と導電体４０との接触を抑制することができる。ポスト３４の断面は、導電体４０の孔より大きいことが好ましい。これにより、ポスト３４と導電体４０とをより確実に電気的に接続させることができる。

実施例３は、接地体が半導体素子の例である。図７は、実施例３に係る半導体装置の断面図である。図７のように、図６（ｂ）に比べ、ポスト３４が設けられていない。また、半導体素子２０が厚い（例えば２００μｍ）。半導体素子２０の裏面（図７においては上面）には、金属膜２９が形成されている。半導体素子２０を上下に貫通し金属が埋め込まれたバイアホール２８が形成されている。バイアホール２８は、例えばＴＳＶ（Though Silicon Via）である。半導体素子２０の表面（図７においては下面）には、金属膜２６が形成されている。金属膜２６はバンプ２２が形成されるパッドである。金属膜２９は、バイアホール２８、金属膜２６、バンプ２２、金属膜１４、バイアホール１５および金属膜１２を介し接地用の半田ボール４５に電気的に接続されている。これにより、金属膜２９は、接地される。

実施例３においては、半導体素子２０が厚く、ポスト３４が形成されていないため、金属膜２６と導電体４０とが電気的に接触する。これにより、導電体４０を接地することができる。

実施例３によれば、接地体として、半導体素子２０の上面を用いる。これにより、導電体４０が接地され遮蔽効果が高まる。また、ポスト３４を形成しなくともよいため、半導体装置１００を小型化することができる。さらに、導電体４０を介し半導体素子２０において発生する熱を放熱できるため熱抵抗を下げることができる。

なお、金属膜２９は、ボンディングワイヤを用い金属膜１４と電気的に接続することにより接地することもできる。また、金属膜２９は、他の導電性材料を用い接地することもできる。

実施例４は、導電体４０が平面状の例である。図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例４に用いる樹脂シートの断面図である。図８（ａ）のように、実施例４では、樹脂シート５０内に平面状の導電体４０が埋め込まれている。樹脂シート５０は、複数の薄い樹脂シートを張り合わせて作製する。よって、樹脂シート５０の作製の際に、樹脂シート５０内に平面状の導電体４０を埋め込むのは容易である。図８（ｂ）のように、実施例４の別の例においては、樹脂シート５０の最上面に導電体４０が配置されている。

図９は、実施例４に係る半導体装置の断面図であり、図８（ａ）または図８（ｂ）の樹脂シート５０を用い作製した半導体装置の断面図である。図９のように、導電体４０は、領域７０、７２および７４のように、ポスト３４、半田ペースト３２または半導体素子２０に接触し変形する。結果的に、導電体４０は、半導体素子２０等を囲う形状となる。

実施例４の図８（ａ）のように、基板１０に樹脂シート５０を貼り付ける前において、導電体４０は、樹脂シート５０に含まれ、かつ平坦であってもよい。また、図８（ｂ）のように、基板１０に樹脂シート５０を貼り付ける前において、導電体４０は、樹脂シート５０の基板１０側の表面（図８（ｂ）においては、上面）に設けられていてもよい。このように、導電体４０が平坦なため、導電体４０を含む樹脂シート５０を簡単に作製することができる。

なお、ポスト３４等と導電体４０との電気的接触をより確実に行なうためには、図８（ｂ）のように、樹脂シート５０の表面に導電体４０が露出していることが好ましい。これにより、樹脂シート５０を基板１０に貼り合わせる際に、最初に、導電体４０とポスト３４等が接触するため、導電体４０とポスト３４等とを確実に電気的に接触させることができる。

実施例４のように、平坦な導電体４０を用いる場合、導電体４０をポスト３４、受動部品３０および半導体素子２０等により変形させる。このため、導電体４０は、比較的変形容易であることが好ましい。また、導電体４０を変形させるため、ローラを用い樹脂シート５０を基板１０に貼り付けることが好ましい。一方。実施例２のように、凹凸状の導電体４０を用いる場合、導電体４０はあまり変形しなくてもよい。このため、導電体４０は、比較的変形し難くてもよい。また、平面的に樹脂シート５０を基板１０に貼り付けることもできる。

導電体４０は平坦な状態で半導体素子２０を囲んでもよい。これにより、少なくとも半導体素子２０の上方への電磁波の放射を遮蔽することができる。このように、導電体４０は半導体装置２０の少なくとも一部（例えば上面）を囲めばよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

実施例１〜４を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
付記１：基板上に半導体素子を搭載する工程と、前記基板上に、孔を備える導電体を含む樹脂シートを貼り付けることにより、前記導電体が前記半導体素子を囲むように、前記半導体素子を樹脂を用い封止する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
付記２：前記樹脂および前記基板を切断する工程を含み、前記基板に前記樹脂シートを貼り付ける前において、前記導電体には凹凸が形成されており、前記半導体素子を前記樹脂を用い封止する工程は、前記樹脂および前記基板が切断される領域に前記導電体の凹部が配置されるように、前記樹脂シートを貼り付ける工程を含むことを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
付記３：前記半導体素子を前記樹脂を用い封止する工程は、前記樹脂シートを、前記基板にローラを用い加圧する工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
付記４：前記半導体素子を前記樹脂を用い封止する工程は、前記基板上に形成され接地された接地体に、前記導電体を、電気的に接触させる工程を含むことを特徴とする付記１から３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
付記５：前記導電体は、金属線が網の目状に形成されていることを特徴とする付記１から４のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
付記６：前記接地体は、前記半導体素子の上面であることを特徴とする付記４記載の半導体装置の製造方法。
付記７：前記接地体は、前記基板上に形成された金属ポストであることを特徴とする付記４記載の半導体装置の製造方法。
付記８：前記基板に前記樹脂シートを貼り付ける前において、前記導電体は、前記樹脂シートに含まれ、かつ平坦であることを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
付記９：前記基板に前記樹脂シートを貼り付ける前において、前記導電体は、前記樹脂シートの前記基板側の表面に設けられていることを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
付記１０：基板と、前記基板上に搭載された半導体素子と、前記基板上に設けられ前記半導体素子を封止する樹脂と、前記樹脂に含まれ、前記半導体素子を囲み、前記樹脂の端面での位置が前記半導体素子上の位置より低く、孔を備える導電体と、を具備することを特徴とする半導体装置。

１０ 基板
２０ 半導体素子
２９ 金属膜
３０ 受動部品
３４ ポスト
４０ 導電体
４１ 凸部
４３ 凹部
５０ 樹脂シート
５５ 樹脂
６０ ローラ

Claims (5)

1. 基板上に半導体素子を搭載する工程と、
   前記基板上に、孔を備える導電体と、前記導電体の上に位置する樹脂シートとを、前記導電体が前記半導体素子に対向するように配置する工程と、
   前記樹脂シートを加熱して、前記樹脂シートの樹脂が前記基板と前記導電体との間に位置するように前記孔を介して流れ込み、前記樹脂シートを前記基板に貼り付けることにより、前記導電体が前記半導体素子を囲むように、前記半導体素子を前記樹脂を用い封止する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記樹脂および前記基板を切断する工程を含み、
   前記基板に前記樹脂シートを貼り付ける前において、前記導電体には凹凸が形成されており、
   前記半導体素子を前記樹脂を用い封止する工程は、前記樹脂および前記基板が切断される領域に前記導電体の凹部が配置されるように、前記樹脂シートを貼り付ける工程を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記半導体素子を前記樹脂を用い封止する工程は、前記樹脂シートを、前記基板にローラを用い加圧する工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記半導体素子を前記樹脂を用い封止する工程は、前記基板上に形成され接地された接地体に、前記導電体を、電気的に接触させる工程を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記導電体は、金属線が網の目状に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。

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