IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 凸版印刷株式会社の特許一覧

特開2024-85489インターポーザ、半導体パッケージ及びそれらの製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024085489
(43)【公開日】2024-06-27
(54)【発明の名称】インターポーザ、半導体パッケージ及びそれらの製造方法
(51)【国際特許分類】
   H01L 23/12 20060101AFI20240620BHJP
   H01L 23/32 20060101ALI20240620BHJP
   H05K 3/46 20060101ALI20240620BHJP
【FI】
H01L23/12 N
H01L23/32 D
H05K3/46 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022200016
(22)【出願日】2022-12-15
(71)【出願人】
【識別番号】000003193
【氏名又は名称】TOPPANホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000062
【氏名又は名称】弁理士法人第一国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】藤田 貴志
【テーマコード(参考)】
5E316
【Fターム(参考)】
5E316AA32
5E316AA35
5E316AA38
5E316AA43
5E316CC04
5E316CC09
5E316CC10
5E316CC13
5E316CC31
5E316CC32
5E316CC34
5E316CC36
5E316CC38
5E316CC39
5E316DD17
5E316DD24
5E316EE33
5E316FF03
5E316FF07
5E316FF14
5E316FF50
5E316GG15
5E316GG17
5E316GG18
5E316HH40
(57)【要約】
【課題】リペア可能な自立性を持たせ、さらに微細配線に対応可能な60μm以下の狭ピッチで、且つ高アスペクト比の半導体装置の接続用端子が形成可能なインターポーザを提供する。
【解決手段】インターポーザは、少なくとも1層の内層配線層を含む内層構造体と、内層構造体の第1面上に配置された第1外層構造体と、内層構造体の第2面上に配置された第2外層構造体とを備えるインターポーザであって、内層配線層は、第1絶縁樹脂層と第1絶縁樹脂層の表面に配置された配線と配線に接続し、第1絶縁樹脂層を貫通するビアとを備えており、第1外層構造体及び第2外層構造体は、第2絶縁樹脂層と第2絶縁樹脂層を貫通する外部接続ビアとを備えており、第1外層構造体又は第2外層構造体に備えられた外部接続ビアが、2つ以上のスタックされたビアから構成される。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも1層の内層配線層を含む内層構造体と、
前記内層構造体の第1面上に配置された第1外層構造体と、
前記内層構造体の第2面上に配置された第2外層構造体と、
を備えるインターポーザであって、
前記内層配線層は、第1絶縁樹脂層と前記第1絶縁樹脂層の表面に配置された配線と前記配線に接続し、前記第1絶縁樹脂層を貫通するビアとを備えており、
前記第1外層構造体及び前記第2外層構造体は、第2絶縁樹脂層と前記第2絶縁樹脂層を貫通する外部接続ビアとを備えており、
前記第1外層構造体又は前記第2外層構造体に備えられた前記外部接続ビアが、2つ以上のスタックされたビアから構成される、
インターポーザ。
【請求項2】
請求項1に記載のインターポーザであって、
前記スタックされたビアが、互いの接続部で異なる径である、
インターポーザ。
【請求項3】
請求項1に記載のインターポーザであって、
前記第1外層構造体及び前記第2外層構造体の、少なくとも一方の前記第2絶縁樹脂層の弾性率が、前記第1絶縁樹脂層の弾性率よりも高い、
インターポーザ。
【請求項4】
請求項1に記載のインターポーザであって、
前記第2絶縁樹脂層が、少なくともモールド樹脂またはガラス繊維が内包された樹脂を含む、
インターポーザ。
【請求項5】
請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のインターポーザに半導体装置を搭載した、
半導体パッケージ。
【請求項6】
請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のインターポーザの製造方法であって、
支持基板の上に前記第1外層構造体を形成する第1の工程と、
前記第1外層構造体の上に前記内層構造体を形成する第2の工程と、
前記内層構造体の上に前記第2外層構造体を形成する第3の工程と、
前記第1外層構造体と前記支持基板とを剥離する第4の工程と、
前記第1外層構造体及び前記第2外層構造体の最外層の上に接続端子を形成する第5の工程と、
を含むインターポーザの製造方法。
【請求項7】
請求項6に記載のインターポーザの製造方法であって、
前記第1の工程が、フォトリソグラフィー工程及びレーザー工程の、1つ以上を含む、
インターポーザの製造方法。
【請求項8】
請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のインターポーザの製造方法であって、
支持基板の上に前記第2外層構造体を形成する第1の工程と、
前記第2外層構造体の上に前記内層構造体を形成する第2の工程と、
前記内層構造体の上に前記第1外層構造体を形成する第3の工程と、
前記第2外層構造体と前記支持基板とを剥離する第4の工程と、
前記第1外層構造体及び前記第2外層構造体の最外層の上に接続端子を形成する第5の工程と、
を含むインターポーザの製造方法。
【請求項9】
請求項8に記載のインターポーザの製造方法であって、
前記第3の工程が、フォトリソグラフィー工程及びレーザー工程の、1つ以上を含む、
インターポーザの製造方法。
【請求項10】
請求項5に記載の半導体パッケージの製造方法であって、
支持基板の上に前記第1外層構造体を形成する第1の工程と、
前記第1外層構造体の上に前記内層構造体を形成する第2の工程と、
前記内層構造体の上に前記第2外層構造体を形成する第3の工程と、
前記第1外層構造体と前記支持基板とを剥離する第4の工程と、
前記第1外層構造体及び前記第2外層構造体の最外層の上に接続端子を形成する第5の工程と、
前記半導体装置を搭載する第6の工程と、
を含む半導体パッケージの製造方法。
【請求項11】
請求項10に記載の半導体パッケージの製造方法であって、
前記第1の工程が、フォトリソグラフィー工程及びレーザー工程の、1つ以上を含む、
半導体パッケージの製造方法。
【請求項12】
請求項5に記載の半導体パッケージの製造方法であって、
支持基板の上に前記第2外層構造体を形成する第1の工程と、
前記第2外層構造体の上に前記内層構造体を形成する第2の工程と、
前記内層構造体の上に前記第1外層構造体を形成する第3の工程と、
前記第2外層構造体と前記支持基板とを剥離する第4の工程と、
前記第1外層構造体及び前記第2外層構造体の最外層の上に接続端子を形成する第5の工程と、
前記半導体装置を搭載する第6の工程と、
を含む半導体パッケージの製造方法。
【請求項13】
請求項12に記載の半導体パッケージの製造方法であって、
前記第3の工程が、フォトリソグラフィー工程及びレーザー工程の、1つ以上を含む、
半導体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体装置を実装するためのインターポーザ、インターポーザに半導体装置を実装した半導体パッケージ及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年では、複数個の異種半導体装置(半導体チップ)をインターポーザ上に搭載し、一つの高機能半導体パッケージとする、SiP(System in Package)が実用化されている。この手法によればプロセスコストを増大させることなく、高機能化された一つの半導体装置である「半導体パッケージ」を得ることができる。
【0003】
また、上記のSiPに搭載される半導体装置としては、積層DRAMであるHBM(High Bandwidth Memory)が多く用いられる傾向にある。HBMは、一般的に接続端子のピッチが55μm程度の狭ピッチであり、インターポーザにも同程度の接続端子を形成する必要がある。
【0004】
また、上記のようなインターポーザは、FC-BGAに接続されることとなるが、FC-BGAのCTE(Coefficient of Thermal Expansion)は18ppm/℃程度であり、半導体チップのCTE3ppm/℃と比較すると高い。このため、インターポーザには、半導体チップとFC-BGAの間のCTEのミスマッチを緩和する機能を有することが求められる。
【0005】
さらに、半導体パッケージとしての組み立ての利便性のためには、半導体装置をインターポーザに実装した後に、これをFC-BGAに実装できることが望ましい。このため、インターポーザはFC-BGAと別個に自立する単体として存在できる必要がある。
【0006】
特許文献1においては、インターポーザの反りを抑制するために、半導体パッケージ(1)の製造方法として、板状の第1補強部材(5A)と、第1導体パターン配線基板用積層体(2A)と、第2導体パターン(221)上に配置された板状の第2補強部材(4A)とを有する積層体(20)を用意する工程と、積層体(20)を加熱して絶縁層を熱硬化する工程と、第1補強部材(5A)の一部を選択的に除去して、第1導体パターン(224)を露出させるための開口部を形成する工程と、第2補強部材(4A)の一部を選択的に除去して第2導体パターン(221)を露出させるための開口部41を形成する工程と第2補強部材(4A)の開口部から露出する第2導体パターン(221)に、半導体素子(3)を接続する工程とを含む技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】国際公開第2013/065287号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかし、特許文献1として示すインターポーザは、繊維基材に樹脂組成物を含浸させた構造であるため、形成できるビアの口径は直径50μmが限界となる。また、ビアとビアとのピッチについても130μmが限界となり、積層DRAMであるHBMを搭載することが難しい。
【0009】
さらに、従来のインターポーザ及びこれらを用いた半導体パッケージにおいては、インターポーザ自体を検査した後に半導体装置を実装する工程を経ることが想定されていない。
【0010】
このため、従来の製造方法では、インターポーザ自体が検査保証されていない状況で、複数個のチップをインターポーザに実装することになる。
【0011】
その結果、半導体パッケージの歩留まりは、インターポーザの製造不良とチップ実装不良の合算であり、夫々切り分けることができない。
【0012】
具体的には、SiPの製造歩留まりは、簡易的に以下の試算式(1)によって記述できる。
「インターポーザ歩留まり」(YINTERPOSER):(0~1の値)
半導体チップの実装の相乗平均歩留まり(「実装歩留まり」(YASSEMBRY):(0~1の値)
SiPへの半導体装置の搭載個数:N(1以上の整数)
SiPの製造歩留まり(YTOTAL):(0~1の値)
とすると、SiPの製造歩留まりは以下のとおりとなる。
(YTOTAL)=(YINTERPOSER)×(YASSEMBRY ・・・・・(1)
【0013】
式(1)に記載の通り、SiPの製造歩留まりはインターポーザ歩留まりと、チップ実装の相乗平均歩留まりのチップ数の累乗となる。
【0014】
ここで、「インターポーザ歩留まり」(YINTERPOSER)及び「実装歩留まり」(YASSEMBRY)がともに90%であり、7個のチップを搭載するSiPの場合
(YINTERPOSER)=(YASSEMBRY)=90%、 N=7・・・・・・(2)
(YTOTAL)=0.9×0.9=43.0%・・・・・・・・・・・・・(3)
となり、各プロセス歩留まりが90%としても、SiP全体の製造歩留まりは極めて低くなる問題を生じる。
【0015】
複数の半導体装置を実装して1つの半導体パッケージを構成するSiPでは、個々の半導体装置が検査良品であったとしても、インターポーザの製造不良、実装不良が1か所でもある場合、SiP全体(複数個の半導体装置全部)の廃棄に繋がる。この結果、搭載チップ数が増大すると、SiP製造歩留まりは指数関数的に低下し、かつ廃棄される良品チップ数も増大する問題がある。
【0016】
さらに、従来の製造方法では、搭載半導体装置全面をモールド樹脂で固めるため、製造不良の存在する個々の半導体装置をリペアのために交換等をすることは不可能となる問題がある。
【0017】
リペアを可能にするためにはモールド前の電気検査が必要となるが、インターポーザが薄いためハンドリングが難しく、検査の実施が困難である。
【0018】
そこで、本発明では、リペア可能な自立性を持たせ、さらに微細配線に対応可能な60μm以下の狭ピッチで、且つ高アスペクト比の半導体装置の接続用端子が形成可能なインターポーザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0019】
上記の課題を解決するため、代表的な本発明のインターポーザの一つは、少なくとも1層の内層配線層を含む内層構造体と、内層構造体の第1面上に配置された第1外層構造体と、内層構造体の第2面上に配置された第2外層構造体とを備えるインターポーザであって、内層配線層は、第1絶縁樹脂層と第1絶縁樹脂層の表面に配置された配線と配線に接続し、第1絶縁樹脂層を貫通するビアとを備えており、第1外層構造体及び第2外層構造体は、第2絶縁樹脂層と第2絶縁樹脂層を貫通する外部接続ビアとを備えており、第1外層構造体又は第2外層構造体に備えられた外部接続ビアが、2つ以上のスタックされたビアから構成される。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、リペア可能な自立性を持たせ、さらに微細配線に対応可能な60μm以下の狭ピッチで、且つ高アスペクト比の半導体装置の接続用端子が形成可能なインターポーザを提供することができる。
【0021】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の発明を実施するための形態における説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1図1は、第1実施形態のインターポーザ及び半導体パッケージの断面図である。
図2図2は、全体のCTEと外層構造体のCTEの関係を示す図である。
図3図3は、製造不良率とインターポーザの厚みの関係を示す図である。
図4図4は、第1実施形態のインターポーザの変形例1を示す概略図である。
図5図5は、第1実施形態のインターポーザの変形例2を示す概略図である。
図6図6は、第1実施形態のインターポーザの変形例3を示す概略図である。
図7図7は、第1実施形態のインターポーザの変形例4を示す概略図である。
図8図8は、第1実施形態のインターポーザの変形例5を示す概略図である。
図9図9は、第1実施形態のインターポーザの変形例6を示す概略図である。
図10図10は、第1実施形態のインターポーザの変形例7を示す概略図である。
図11図11は、第1実施形態のインターポーザの変形例8を示す概略図である。
図12図12は、第1実施形態のインターポーザの製造工程を説明する図である。
図13図13は、第1実施形態のインターポーザの製造工程を説明する図である。
図14図14は、第1実施形態のインターポーザの製造工程を説明する図である。
図15図15は、第1実施形態のインターポーザの製造工程を説明する図である。
図16図16は、第1実施形態の半導体パッケージの製造工程を説明する図である。
図17図17は、第1実施形態の半導体パッケージの製造工程を説明する図である。
図18図18は、第1実施形態のインターポーザの製造工程の変形例を説明する図である。
図19図19は、第1実施形態のインターポーザの製造工程の変形例を説明する図である。
図20図20は、第1実施形態のインターポーザの製造工程の変形例を説明する図である。
図21図21は、第1実施形態のインターポーザの製造工程の変形例を説明する図である。
図22図22は、第1実施形態のインターポーザの製造工程の変形例を説明する図である。
図23図23は、第1実施形態のインターポーザの第1外層構造体5の他の製造工程の詳細を説明する図である。
図24図24は、第1実施形態のインターポーザの第1外層構造体5の他の製造工程の詳細を説明する図である。
図25】第1実施形態の変形例2のインターポーザの製造工程を説明する図である。
図26】第1実施形態の変形例2のインターポーザの製造工程を説明する図である。
図27】第1実施形態の変形例3、変形例5のインターポーザの製造工程を説明する図である。
図28】第1実施形態の変形例3、変形例5のインターポーザの製造工程を説明する図である。
図29】第1実施形態の変形例4のインターポーザの製造工程を説明する図である。
図30】第1実施形態の変形例4のインターポーザの製造工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。第1及び第2の呼称は特に順序や構成を限定するものではなく、説明の便宜上規定するものである。
【0024】
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
【0025】
なお、本開示において、「面」とは、板状部材の面のみならず、板状部材に含まれる層について、板状部材の面と略平行な層の界面も指すことがある。また、「上面」、「下面」とは、板状部材や板状部材に含まれる層を図示した場合の、上方又は下方に示される面を意味し、図中ではZ方向矢印の先端側を上面、矢印の反対側を下面と表記する。なお、「上面」、「下面」については、「第1面」、「第2面」と称することもある。
【0026】
また、「側面」とは、板状部材や板状部材に含まれる層における板状部材や層の厚みの部分を意味する。さらに、面の一部及び側面を合わせて「端部」ということがある。
【0027】
また、「上方」とは、板状部材又は層を水平に載置した場合の垂直上方の方向を意味する。さらに、「上方」及びこれと反対の「下方」については、これらを「Z軸プラス方向」、「Z軸マイナス方向」ということがあり、水平方向、及び垂直方向については、「X軸方向」、「Y軸方向」ということがある。
【0028】
また、「平面形状」、「平面視」とは、上方から面又は層を視認した場合の形状を意味する。さらに、「断面形状」、「断面視」とは、板状部材又は層を特定の方向で切断した場合の水平方向から視認した場合の形状を意味する。
【0029】
さらに、「中心部」とは、面又は層の周辺部ではない中心部を意味する。そして、「中心方向」とは、面又は層の周辺部から面又は層の平面形状における中心に向かう方向を意味する。
【0030】
説明図中の外部接続ビア4及び14について、インターポーザ100の図中Z軸方向の最外層側終端をトップ、内層構造体7側終端をボトムと定義する。
【0031】
(第1実施形態)
<インターポーザの構造>
図1(a)は本発明における第1実施形態のインターポーザ100の断面模式図の例である。図1(b)は本発明における第1実施形態のインターポーザ100の外部接続ビア4を拡大した断面模式図の例である。図1(d)は第1実施形態のインターポーザ100に、半導体装置50及び51を搭載した半導体パッケージ150の断面模式図の例である。
【0032】
なお、本開示では、インターポーザ100の上下の面について、半導体装置50及び51が搭載される側を「第1面側」と称し、インターポーザ100がマザーボードあるいはFC-BGAへの接続する側を「第2面側」と称する。
【0033】
本実施形態ではまた、第2外層構造体11の第2面側に第2接続端子17が配置されている。第2接続端子17はFC-BGA基板あるいはマザーボードへの接続端子となる。
【0034】
図1(a)におけるインターポーザ100は、主に、第1外層構造体5、内層構造体7、第2外層構造体11から構成される。
【0035】
第1外層構造体5は、内層構造体7の上方、つまりZ軸プラス方向に配置されている。また、第1外層構造体5は第2絶縁樹脂層6で形成されており、第2絶縁樹脂層6には、Z軸方向に第2絶縁樹脂層6を貫通する外部接続ビア4が形成されている。図1(b)に示す様に、外部接続ビア4は互いの接合面で径の異なる上段外部接続ビア4aと下段外部接続ビア4bから構成される。第2絶縁樹脂層6を貫通する外部接続ビア4は、第1外層構造体5の外部接続端子のパッドとして機能することができる。
【0036】
また、第1外層構造体5の第1面側には、第1接続端子(半田)16が配置されている。
【0037】
内層構造体7は、第1外層構造体5と第2外層構造体11との間に配置されている。
内層構造体7は、少なくとも1層の内層配線層を備えており、内層配線層は、第1絶縁樹脂層8、第1絶縁樹脂層の表面に配置された配線10、及び、配線10に接続し、第1絶縁樹脂層をZ軸方向に貫通する導電部材を備えている。また、第1絶縁樹脂層を貫通する導電部材は、内層配線層のビア9として機能することができる。
【0038】
第2外層構造体11は、内層構造体7の下方、つまりZ軸マイナス方向に配置されている。
【0039】
また、第2外層構造体11は第2絶縁樹脂層12で形成されており、第2絶縁樹脂層12には、Z軸方向に第2絶縁樹脂層12を貫通する外部接続ビア14が形成されている。第2絶縁樹脂層12を貫通する外部接続ビア14は、内層構造体7の最外層の配線層と接続するとともに、第2外層構造体11の外部接続端子のパッドとして機能することができる。
【0040】
また、第2外層構造体11の第2面側には、外部接続端子のパッド15及び第2接続端子(半田)17が配置されている。
【0041】
なお、インターポーザ100のZ軸方向の厚さは、内層構造体7、第1外層構造体5及び第2外層構造体11を含む総厚が50μm以上であることが望ましい。
【0042】
また、インターポーザ100の第1外層構造体5及び第2外層構造体11の厚みは、本実施形態で採用する厚さに限定されるものではないが、第1外層構造体5及び第2外層構造体11が内層構造体7に比較して物理的剛性が高い場合には、第1外層構造体5及び第2外層構造体11の厚みの和が内層構造体7よりも厚いことが望ましい。すなわち第1外層構造体5と第2外層構造体11は、インターポーザ100の総厚の半分以上あることが望ましい。
【0043】
<半導体パッケージの構造>
図1(d)は、図1(a)で説明したインターポーザ100の第1面側に半導体装置50、51をアンダーフィル19及びモールド樹脂20によって固定した半導体パッケージ150である。
【0044】
なお、図1に記載の第1接続端子16、及び第2接続端子17は半田であるが、本実施形態により半田種類や半田組成は限定されず公知の導電材料を用いることができる。また、図1(a)、図1(d)における第1接続端子16は、第1外層構造体5の外部接続ビア4の上方に面一に形成されているが、第1接続端子16と外部接続ビア4の位置関係や形状はこれに限定されるものではない。
【0045】
同様に、第2接続端子17は、第2外層構造体11の外部接続ビア14上の外部接続端子のパッド15に整合して形成されているが、必ずしもこのような構造に限定されるものではない。
【0046】
<第1絶縁樹脂層及び第2絶縁樹脂層>
図1(a)の第1実施形態におけるインターポーザ100は、複数の半導体装置を搭載するSiP用インターポーザとして適用する場合、配線ルールが少なくともL/S=8/8μm以下と微細配線が必要となる。このため、内層構造体7を構成する第1絶縁樹脂層8の厚みは少なくとも25μm以下に薄く構成せざるをえない。
【0047】
この結果、内層構造体7は、例え内層配線層が多層積層回路であっても、可撓性を有し、物理的剛性のない態様とならざるを得ない。
【0048】
<外部接続ビア>
図1(a)の第1実施形態におけるインターポーザ100は、複数の半導体装置を搭載するSiP用インターポーザとして適用する場合、外部接続ビア4のピッチは狭いことが望ましく、具体的には60μm以下が望ましい。
【0049】
また、インターポーザ100の第1外層構造体5及び第2外層構造体11の厚みは、本実施形態で採用する厚さに限定されるものではないが、第1外層構造体5及び第2外層構造体11が内層構造体7に比較して物理的剛性が高い場合には、第1外層構造体5及び第2外層構造体11の厚みの和が内層構造体7よりも厚いことが望ましい。すなわち第1外層構造体5と第2外層構造体11は、インターポーザ100の総厚の半分以上あることが望ましい。
【0050】
一方、外部接続ビア4の径と高さの比となるアスペクト比が1より大きいことが望ましい。
【0051】
このため、本実施形態においては、複数の半導体装置を搭載するSiP用インターポーザに求められる微細配線引き回しの構造を内層構造体7で形成している。その上で、内層構造体7の入出力端子の部分を、第1外層構造体5及び第2外層構造体11で形成することとしている。
【0052】
入出力端子の部分は、内層構造体7における微細配線に比較して、配線ルールに余裕があるため、第1外層構造体5及び第2外層構造体11は剛性を有する材料を用いて形成することが可能となる。このため、物理的剛性を有しない内層構造体7を、物理的剛性を備える第1外層構造体5及び第2外層構造体11によって挟み込むことにより、インターポーザ100を全体として剛性を備える装置に構成することが可能となる。つまり、回路の微細特性と物理的剛性の特性を内層構造体7と2つの外層構造体とで機能分割を図り、相反する特性を組み合わせることによって、両者の優れた特性を兼ね備えたインターポーザを実現したものである。
【0053】
さらに本実施形態によれば、60μmピッチ以下の狭ピッチ外部接続ビア4を複数段積み重ねることによって、1より大きいアスペクト比を持ったビアを実現可能となる。本実施形態により、狭ピッチを維持しつつ、第1外層構造体5の厚みを増加可能となることよって、狭ピッチ接続と物理的剛性を両立できるインターポーザを実現するものである。
【0054】
<外層構造体のCTEと弾性率>
第1外層構造体5及び第2外層構造体11を構成する第2絶縁樹脂層にはフィラーを含有する非感光性絶縁樹脂から選択することが好ましい。また、第2絶縁樹脂層は、フィラーを含有する非感光性樹脂層であり、弾性率が5GPa以上、線熱膨張係数CTEが20ppm/℃以下のプリプレグ、ビルトアップ樹脂、モールド樹脂から選択されることがさらに好ましい。
【0055】
本実施形態における内層構造体7に適用可能な第1絶縁樹脂層は、感光性絶縁樹脂やビルトアップ樹脂であり、一般的な材料物性はCTEが20~80ppm/℃、弾性率は1.5~10GPa以下の範囲の低弾性かつ高CTE材料である。
【0056】
このため、上記の材料だけから形成されたインターポーザであると、FC-BGAのCTE18ppm/℃よりもCTEが低く、半導体装置の低CTEとの緩衝機能を果たすインターポーザの実現は困難である。
【0057】
本実施形態では、この点においても、第1外層構造体5及び第2外層構造体11に用いる第2絶縁樹脂層のCTEが20ppm/℃以下であって、かつ、5GPa以上の高弾性率を有するモールド樹脂やプリプレグ、ビルトアップ樹脂から選択することで、インターポーザ全体のCTEをFC-BGAのCTEである15~30ppm/℃以下にすることが可能となる。
【0058】
第1外層構造体5及び第2外層構造体11に用いる第2絶縁樹脂層のCTEを20ppm/℃以下とした場合には、以下に説明する様に、インターポーザ100全体のCTEを低減できる効果を奏する。
【0059】
図2に本実施形態における総厚50μmのインターポーザ全体のCTEと第1外層構造体及び第2外層構造体の使用材料のCTE及び弾性率の関係のシミュレーション結果を記載する。Y軸にインターポーザ全体のCTE、X軸に第1及び第2外層構造体のCTEを記載する。シミュレーション条件は下記である。尚、第1外層構造体及び第2外層構造体のCTEと弾性率は同値の因子として計算した。
【0060】
・第1外層構造体
厚み:20μm、銅配線の体積比率10%固定 CTE、弾性率は因子
・第2外層構造体
厚み:20μm、銅配線の体積比率30%固定 CTE、弾性率は因子
・内層構造体
厚み:10μm、CTE:65ppm/℃、弾性率2GPa、銅配線厚2μm、銅配線体積比率85%
インターポーザ総厚50μm
【0061】
このような条件下でシミュレーションを行った結果は、図2のグラフに示すとおりである。すなわち、図2から明らかなように、第1外層構造体5及び第2外層構造体11のCTEが20ppm/℃以下のものを使用することで、インターポーザ100全体のCTEは従来技術のFC-BGA基板よりも低く出来ることがわかる。
【0062】
第1外層構造体5及び第2外層構造体11で高弾性材料を用いる程、インターポーザ全体のCTE低減効果が大きいこともわかる。
【0063】
これらのことから、第1外層構造体5及び第2外層構造体11の弾性率が5GPa以上あれば効果的にインターポーザ全体のCTEを低減できることが判明し、CTEは20ppm/℃以下、弾性率は5GPa以上から選択されることが望ましい。
【0064】
<外層構造体の構成・銅体積率>
図1(a)に示した第1実施形態のインターポーザ100の第1外層構造体5及び第2外層構造体11の外部接続ビア4及び外部接続ビア14、パッド15は、第1接続端子16及び第2接続端子17と内層構造体7の配線を電気的に接続する機能を有する。このため、第1外層構造体5及び第2外層構造体11においては、基本的にZ方向の接続経路で形成されている。
【0065】
一方、内層構造体7においては、微細化に適した配線を用いてZ軸方向及びZ軸に直行する方向、すなわち、水平方向の配線引き回しを実現している。
【0066】
本実施形態におけるインターポーザに用いられる導電部材としては基本的に銅が用いられるが、銅のCTEは16ppm/℃と比較的高いので第1外層構造体5及び第2外層構造体11において、銅体積率が高いと、インターポーザ100全体のCTEを低くすることが困難となる。
【0067】
このため、第1外層構造体5及び第2外層構造体11における銅体積率は80%以下であることが望ましい。より望ましくは50%以下であることが望ましい。さらに望ましくは30%以下であることが望ましい。
【0068】
<外層構造体の効果:クラック抑制>
上述の通り、内層構造体7には、温度変化などに起因してクラックが発生し、配線層の断線に繋がる不具合が発生することが懸念される。この点、本実施形態のインターポーザ100では、内層構造体7の両全面にわたり、第1外層構造体5及び第2外層構造体11を形成することにより、微細な配線構造を有する内層構造体7の信頼性を高めることができる。
【0069】
なお、第1外層構造体5及び第2外層構造体11が、内層構造体7の上面及び下面に部分的にしか形成されない場合には、内層構造体7に変形や応力集中によるクラックが発生することが判明している。
【0070】
このため、第1外層構造体5及び第2外層構造体11は、内層構造体7の両全面に形成する必要がある。
【0071】
なお、本実施形態においては、第1外層構造体5及び第2外層構造体11の物性及び特定の使用材料は特に規定しないが、第1外層構造体5及び第2外層構造体11のCTEは近いことが好ましい。
【0072】
<外層構造体の効果:実装性>
本実施形態によれば、第1外層構造体5及び第2外層構造体11を内層構造体7の両面に配置することは、半導体装置の実装性の観点からも好適である。前述のとおり、内層構造体7の下面のみに第2外層構造体11のみを配置する場合、各材料のCTE差異により、実装時の加熱によってインターポーザ100に反りが発生する。このような反りは半導体装置の接続不良に直結するため、極小化することが望ましい。
【0073】
本実施形態によるインターポーザ100においては、比較的CTEが高く、低弾性率の内層構造体7を、低CTE高弾性材料の第1外層構造体5及び第2外層構造体11によって両面から挟み込むことにより、内層構造体7の熱変形を効果的に抑制することができる。
【0074】
このため、半導体装置50及び51の実装工程においてもインターポーザ100の反りを十分抑制することが可能となる。
【0075】
<内層構造体の構成>
図1(a)及び図1(d)に記載の内層構造体7は、第1絶縁樹脂層8、配線10、第1絶縁樹脂層8を貫通する内層配線層のビア9から構成される。内層配線層の構成要素の厚み、層数、配線層パターン、ビア形状、ビアのテーパーの向き、ビア数等は本実施形態により限定されない。
【0076】
内層構造体7は内層配線層が単層であっても複数層形成されていてもよく、本実施形態により層数及び厚みが限定されるものではないが、本実施形態によりインターポーザ100においては、SiPへの適用を想定する場合、内層配線層は複数層形成されていることが好ましい。
【0077】
<内層配線層の配線ルール>
図1(a)に示した内層構造体7の内層配線層における配線10の配線設計ルールは、チップ間微細接続に適用可能な配線設計ルールであることが望ましい。好ましくはL/S=15/15μm以下であることが望ましい、より好ましくは10/10μm以下であることが望ましい。さらに好ましくはL/S=8/8μm以下であることが望ましい。L/Sが15/15μm以上である場合、従来技術のFC-BGAの配線ルールと同等となり、HBM等の実装には適さない。
【0078】
<外層構造体の絶縁樹脂層:非感光性樹脂>
図1(a)の第1外層構造体5及び第2外層構造体11の構成要素である第2絶縁樹脂層12は、非感光性絶縁樹脂であれば、エポキシ‐フェノール樹脂、エポキシ‐フェノールエステル樹脂、エポキシ‐シアネート樹脂、シアネート樹脂、ベンゾシクロブテン、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール等から選択できる。さらにフィラーやガラスクロスを含有していてもよい。
【0079】
<内層構造体の絶縁樹脂層:感光性樹脂>
図1(a)の内層構造体7の構成要素である第1絶縁樹脂層8の材料は、感光性絶縁樹脂であれば、ベンゾシクロブテン、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート、アクリレート等の公知技術を適用することができる。本実施形態における第1絶縁樹脂層8は、少なくともL/S=8/8μm以下の微細配線形成が必要なことから、微細配線形成に有利な感光性絶縁樹脂であることが望ましい。
【0080】
<内層構造体の絶縁樹脂層:非感光性樹脂>
第1絶縁樹脂層8は、非感光性絶縁樹脂を用いてもよい。例えば、第1絶縁樹脂層8は、エポキシ‐フェノール樹脂、エポキシ‐フェノールエステル樹脂、エポキシ‐シアネート樹脂、シアネート樹脂、ベンゾシクロブテン、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾールを用いることができる。第1絶縁樹脂層8は、さらにフィラーやガラスクロスを含有していてもよい。これにより、第1絶縁樹脂層8は、インターポーザに高い剛性を付与できる。
【0081】
<内層構造体の絶縁樹脂層:感光性樹脂のメリット>
第1絶縁樹脂層8が感光性絶縁樹脂である場合、直径20μm以下の微小ビアの形成が±3μm以下のフォトリソグラフィーの位置精度で形成することができる。このため、インターポーザに搭載する半導体装置の数を最大化することや、接続ビアの数についても最大化することが可能となる。
【0082】
感光性絶縁樹脂であれば、ビア形成時間がビア数に依存せず、一括で形成することができる点で有利である。なお、非感光性絶縁樹脂を用いた場合、レーザー加工などによってビアを形成するが、位置精度が±10μm程度となり、ビアの数が増加すると加工時間が長くなる。
【0083】
<内層配線層の絶縁樹脂層の厚み>
第1絶縁樹脂層8の厚みは、25μm以下とすることが望ましい。ここで言う第1絶縁樹脂層8の厚みは上下層の銅配線パターン間の樹脂厚を指す。第1絶縁樹脂層の厚みが25μm以上であると、直径20μm以下の小径ビアの形成が難しくなり、配線密度を上げることが困難となる。より好ましくは第1絶縁樹脂層の厚みは15μm以下である。さらに好ましくは10μm以下である。
【0084】
なお、第1絶縁樹脂層8の厚みは、適用する配線ルールや回路のインピーダンス整合によって適宜調整することが可能である。
【0085】
<内層配線層のビア径>
内層配線層のビア9の直径は、40μm以下であることが望ましい。ここで言うビア9の直径は、最大直径部を指す。ビア9の直径は40μm以上であると配線高密度化に支障を生じる。より好ましくは直径30μm以下が望ましい。さらに好ましくは20μm以下であることが配線高密度化に寄与できるので望ましい。
【0086】
<内層配線層の配線の厚み>
配線10の厚みは、15μm以下であることが望ましい。より好ましくは10μm以下であることが望ましい。さらに好ましくは8μm以下であることが望ましい。15μm以上である場合、使用するフォトリソグラフィー用のレジストにもよるが、L/S=15/15μm以下の微細配線形成が困難となる。配線の厚みは、適用する配線ルールや回路のインピーダンス整合によって適宜調整することが望ましい。
【0087】
<内層配線層の配線材料>
配線10に用いる材料は、銅、アルミニウム、ニッケル、銀、金、タングステン、鉄、ニオブ、タンタル、チタン、クロムからなる単体金属及びその合金あるいは添加元素を含んでいてもよい。またこれらの各種材料の層状構造としてもよい。あるいは、これらの材料を含む導電性ペースト、あるいはカーボン、導電性樹脂等であってもよい。
【0088】
例えば、第1絶縁樹脂層8上にスパッタで金属層を形成する場合、チタン、クロム、ニッケル等を単一の層または合金層として形成した後に、銅を形成することが一般的に行われる。第1絶縁樹脂層8の上面に無電解銅めっきあるいは無電解ニッケルめっきによる層を形成することも好ましい。配線10は電解銅めっきであることが一般的で簡便かつ安価で望ましい。
【0089】
<インターポーザの厚さ>
本実施形態におけるインターポーザ100の厚さは、少なくとも50μm以上であることが望ましい。図3に示すように、厚さが50μmより薄い場合、インターポーザ100自体に十分な剛性が得られず、後の外部接続端子形成工程、電気検査工程、半導体装置搭載工程で不良発生が極めて多くなる。
【0090】
本実施形態によれば、半導体装置を搭載する前段階でインターポーザ単体の電気検査が可能となるので、式1に記載するインターポーザの製造・検査後の歩留まりを
(YINTERPOSER)=100%・・・・・・・・・・・(4)
とすることができる。よってSiP製造歩留まり(YTOTAL)の向上に貢献することができる。
【0091】
<外層構造体内の外部接続ビアの構造>
第1外層構造体5を構成する第2絶縁樹脂層6はSiP製造歩留まりの向上を得るためには厚いことが望ましく、具体的には厚み25μm以上が望ましい。ここで、例えばHBM等の狭いピッチに対応するためには、外部接続ビア4の径が25μm以下となるため、外部接続ビア4の径と高さのアスペクト比は1以上が望ましい。
【0092】
外部接続ビア4の形成方法として、フォトリソグラフィーによる電解めっき法や、第2絶縁樹脂層6にレーザーで開口し開口部への電解めっきなどの形成方法がとられるが、いずれの方法も外部接続ビア4のアスペクト比が1までが一般的となっており、それ以上となると形状不良が発生し収率が大幅に低下する。
【0093】
そこで本実施形態では、外部接続ビア4の形成を2回以上に分けて実施することで、高いアスペクト比を実現する。具体的には図12(b)~(f)に示す様に、上段外部接続ビア4aをフォトリソグラフィーと電解めっきで形成し、第2絶縁樹脂層6を成膜の後、レーザーで下段外部接続ビア4bに該当する開口を形成し、開口部に電解めっきで下段外部接続ビア4bを形成する。いずれの工程でも上段外部接続ビア4a・下段外部接続ビア4bはアスペクト比が1以上となると形成の難易度が高くなるが、このように2回に分けて外部接続ビア4を形成することでさらに高いアスペクト比を実現する。本実施形態では2回の例を示しているが、第2絶縁樹脂層6の仕様に応じて複数回実施しても良く、上段外部接続ビア4a、及び下段外部接続ビア4bのそれぞれの製造方法には、フォトリソグラフィー工程、レーザー工程を任意に組み合わせで選択しても良い。
【0094】
本実施形態の、外部接続ビア4を上段外部接続ビア4a・下段外部接続ビア4bの2回に分けて形成する場合、上段外部接続ビア4a・下段外部接続ビア4bの位置ずれが課題となる。上段外部接続ビア4a・下段外部接続ビア4bのいずれか一方が、他方の径の外側にずれた場合、接触面積低下による電気抵抗の低下が懸念される。
【0095】
そこで、本実施形態では図1(b)に示す様に、上段外部接続ビア4aと下段外部接続ビア4bが互いの接合面で異なる径を持った構造となる。図1(b)では、上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2がφ1<φ2の関係となるが、これに限らず図1(c)に示す様に上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2がφ1>φ2の関係となっても同様の効果を得ることができる。図12に示す本実施形態では、下段外部接続ビア4bをレーザー加工によってビアを形成するが、位置精度が±10μm程度のため、上段外部接続ビア4aと下段外部接続ビア4bの径の差は20μm以上が望ましい。上段外部接続ビア4aと下段外部接続ビア4bの径の差は装置の精度に応じて適宜設定しても良い。
【0096】
<第1実施形態>
図1(b)を参照して、第1実施形態のインターポーザについて説明する。なお、以下に説明するテーパー形状・逆テーパー形状とは、本実施形態のインターポーザに対し半導体装置搭載面を上に見た場合の説明となる。説明のため各図には半導体装置搭載面を示すZ軸を記載しており、矢印の先端側が半導体装置搭載面、すなわちインターポーザの上側となる。
【0097】
図1(b)は本実施形態のインターポーザの外部接続ビア4周辺を拡大した図であり、上段外部接続ビア4aが円柱形状、下段外部接続ビア4bが円柱形状で構成されている。上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2が異なる径となり、図1(b)に示すφ1<φ2、もしくは図1(c)に示すφ1>φ2のいずれかとなる。
【0098】
<変形例>
次に、図4図11を参照して、インターポーザの変形例について説明する。
【0099】
図4は上段外部接続ビア4aの径がトップからボトムにかけて小さくなるテーパー形状、下段外部接続ビア4bが円柱形状で構成されている変形例1である。上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2がφ1<φ2の関係となる。
【0100】
図5は上段外部接続ビア4aの径がトップからボトムにかけて大きくなる逆テーパー形状、下段外部接続ビア4bが円柱形状で構成されている変形例2である。上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2が異なる径となり、図5(a)に示すφ1<φ2、もしくは図5(b)に示すφ1>φ2のいずれかとなる。
【0101】
図6は上段外部接続ビア4aが円柱形状、下段外部接続ビア4bの径がトップからボトムにかけて小さくなるテーパー形状で構成されている変形例3である。上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2が異なる径となり、図6(a)に示すφ1>φ2、もしくは図6(b)に示すφ1<φ2のいずれかとなる。
【0102】
図7は上段外部接続ビア4aの径がトップからボトムにかけて小さくなるテーパー形状、下段外部接続ビア4bの径がトップからボトムにかけて小さくなるテーパー形状で構成されている変形例4である。上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2がφ1<φ2となる。
【0103】
図8は上段外部接続ビア4aの径がトップからボトムにかけて大きくなる逆テーパー形状、下段外部接続ビア4bの径がトップからボトムにかけて小さくなるテーパー形状で構成されている変形例5である。上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2が図8(a)に示すφ1=φ2、図8(b)に示すφ1<φ2、図8(c)に示すφ1>φ2のいずれかを選択することができる。
【0104】
図9は上段外部接続ビア4aが円柱形状、下段外部接続ビア4bの径がトップからボトムにかけて大きくなる逆テーパー形状で構成されている変形例6である。上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2がφ1>φ2となる。
【0105】
図10は上段外部接続ビア4aの径がトップからボトムにかけて小さくなるテーパー形状、下段外部接続ビア4bの径がトップからボトムにかけて大きくなる逆テーパー形状で構成されている変形例7である。上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2が図10(a)に示すφ1=φ2、図10(b)に示すφ1<φ2、図10(c)に示すφ1>φ2のいずれかを選択することができる。
【0106】
図11は上段外部接続ビア4aの径がトップからボトムにかけて大きくなる逆テーパー形状、下段外部接続ビア4bの径がトップからボトムにかけて大きくなる逆テーパー形状で構成されている変形例8である。上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2がφ1>φ2となる。
【0107】
(製造工程の概略説明)
本実施形態におけるインターポーザ製造方法の概略は下記の工程からなる。
まず、支持基板を準備したのち、以下の工程によって、インターポーザを得ることができる。
支持基板の上に第1外層構造体を形成する第1の工程、
第1外層構造体の上に内層構造体を形成する第2の工程、
内層構造体の上に第2外層構造体を形成する第3の工程、
第1外層構造体と支持基板とを剥離する第4の工程、
第1外層構造体及び第2外層構造体の最外層の上に接続端子を形成する第5の工程
【0108】
第1外層構造体及び第2外層構造体の形成が完了すると、支持基板がなくともインターポーザ単体で十分な剛性を確保することができる。このため、以降の工程では、支持基板から剥離してインターポーザあるいは半導体パッケージを製造することができるようになる。
【0109】
支持基板がないため、基板両面に露出する外部接続端子に表面処理や、半田バンプ形成、突起電極形成が可能となる。こうしてインターポーザ両面に第1及び第2接続端子を形成できる。
【0110】
(製造方法の詳細説明)
以下では、図12図15を参照して、インターポーザ及び半導体パッケージの製造方法の詳細について説明する。
【0111】
<支持基板準備工程>
図12(a)に示すように、まず、支持基板1を準備する。支持基板1は、例えば、ガラス基板上にレーザー剥離層を設け、レーザー剥離層上に金属層2を設けたものを用いることができる。金属層2は無電解めっき、スパッタによって形成してもよい。あるいは、CCL(Cupper Clad laminate)基板上にプリプレグを介して、金属層2としてキャリア銅箔を形成した支持基板を用いてもよい。ここで、キャリア銅箔は、キャリア銅箔-剥離層-極薄銅箔の3層構造となっており、剥離層界面で物理的に容易に剥離することができる銅箔である。支持基板の種類は上記したものに限定されず、公知の様々な基板を用いることができる。
【0112】
図12(b)は金属層2上にフォトリソグラフィー用レジスト層形成後、パターニングしてフォトリソグラフィー用のレジストパターン3を形成した基板である。フォトリソグラフィー用レジストの厚みは形成するパッド高さを鑑みて適宜決定する。本実施形態では、液状のフォトリソグラフィー用レジストを30μmで塗布し、第1接続端子のパッドとして60μmピッチ、直径25μmの円柱パッドが形成できるようパターンを形成した。
【0113】
図12(c)は図12(b)の工程の後に、電解銅めっきにより上段外部接続ビア4aを形成し、その後、フォトリソグラフィー用レジスト剥離を行ったものである。円柱形状の上段外部接続ビア4aは、パッドとして機能することとなる。本実施形態では、銅めっきによる上段外部接続ビア4aのZ方向の平均高さを25μmで形成した。
【0114】
図12(d)は、第1外層構造体5となる第2絶縁樹脂層6を形成した図である。本実施形態における非感光性樹脂からなる第2絶縁樹脂層6は、少なくともフィラーを含有する非感光性樹脂であり、弾性率が5GPa以上、CTEが20ppm/℃以下のプリプレグ、ビルトアップ樹脂、モールド樹脂から選択されることが望ましい。本実施形態では、70μm厚のフィルム状モールド樹脂を用いて、真空ラミネートにより第2絶縁樹脂層6を形成した。非感光性樹脂の種類、厚み、形成方法は本実施形態に限るものではなく、適宜の材料や形成方法を選択することが可能である。
【0115】
図12(e)は図12(d)の工程の後に、第2絶縁樹脂層6の下段外部接続ビア4bに該当する箇所にレーザー加工により開口部を形成したものである。開口部の径は35μmとした。
【0116】
図12(f)は図12(e)の工程の後に、電解銅めっき用のシード層を形成し、さらに開口部に電解銅めっきにより下段外部接続ビア4bを形成、さらに第2絶縁樹脂層6をCMP(Chemical Mechanical Polishing)を行い、下段外部接続ビア4bを露出させたものである。下段外部接続ビア4bの露出方法は、本実施形態の方法に限定されるものではなく、公知のグラインダーによる研磨、バフ研磨、ベルト研磨、フライカット法であってもよい。これにより、本実施形態では第1外層構造体5の第2絶縁樹脂層6の中にパッドとなる外部接続ビア4が形成されることとなる。本実施形態では、第1外層構造体5は厚さ60μmで形成した。
【0117】
図13(g)は、第1外層構造体5の上方に内層構造体7の第1絶縁樹脂層8を形成し、ビア9を形成したものである。本実施形態においては、第1絶縁樹脂層8を、感光性絶縁樹脂を用いて6μm厚で形成し、直径6μmのビア9を形成している。
【0118】
第1絶縁樹脂層8に非感光性樹脂を用いた場合、レーザー加工によってビア9を形成することができる。レーザー加工はCOレーザー、UVレーザー等の一般的レーザー加工を用いることができる。また、レーザー加工後の残渣を除去する目的で、適宜デスミア処理等の公知処理を行ってもよい。レーザー加工やデスミア処理は本実施形態により限定されない。非感光性絶縁樹脂層を用いた実施形態の場合、第1絶縁樹脂層8を10μm厚で形成し、直径15μmのビア9を形成している。
【0119】
図13(h)は、第1絶縁樹脂層8にシード金属層(非図示)を形成した後に、フォトリソグラフィー用のレジストパターン3を形成し、さらに電解めっきによって内層配線層のビア9及び配線10を形成したものである。第1絶縁樹脂層8に感光性絶縁樹脂を用いた場合の本実施形態においては、シード金属層としてTi/Cu=50/300nmをスパッタリングにより形成し、フォトリソグラフィー用レジスト厚は5μmで形成した。これにより、L/S=2/2μmのフォトリソグラフィー用のレジストパターン3を形成後、電解めっきを用いて厚さ2μmの配線10を形成した。
【0120】
第1絶縁樹脂層8に非感光性絶縁樹脂を用いた場合の本実施形態においては、図13(h)と同様、シード金属層(非図示)として無電解銅めっき層を0.8μmで形成し、フォトリソグラフィー用レジストを厚さ10μmで形成した。これにより、L/S=5/5μmのレジストパターン3を形成後、電解めっきを用いて厚さ5μmの配線10を形成した。
【0121】
図13(i)は、フォトリソグラフィー用のレジストパターン3を剥離後にシード金属層を除去し、第1絶縁樹脂層8及びビア9と配線10からなる内層配線層が形成された図を示している。
【0122】
なお、配線形成方法、絶縁樹脂層の形成方法は本実施形態の方法に限定されるものではなく、適宜の形成方法を選択することが可能である。
【0123】
図13(j)は図13(g)~(i)に示した工程をさらに3回繰り返すことで、配線10及び第1絶縁樹脂層8がそれぞれ4層積層された内層構造体7を示したものである。1層当たりの第1絶縁樹脂層8の厚さは6μm、配線10の厚さは2μmとし、最外層の配線10の厚さは12μmとしている。この結果、内層構造体7の厚みは36μmとなっている。
【0124】
第1絶縁樹脂層8に非感光性絶縁樹脂を用いた場合の本実施形態おいても、図13(j)の記載と同様に、図13(g)~(i)に示した工程をさらに3回繰り返すことで、配線10及び第1絶縁樹脂層8がそれぞれ4層積層された内層構造体7を形成した。1層当たりの第1絶縁樹脂層8の厚さは10μm、配線10の厚さは5μmとし、前述同様に最外層の配線10の厚さは12μmとしている。この結果、内層構造体7の厚みは52μmとなっている。
【0125】
図13(k)は、第2外層構造体11を形成する工程を説明する図である。まず、内層構造体7の上方に、第2外層構造体11の第2絶縁樹脂層12となるプリプレグ、キャリア付き銅箔を積層プレスで形成する。本実施形態では、キャリア箔厚18μm、薄銅箔側3μm厚のキャリア付き銅箔を用い、3μmの薄銅箔13をプリプレグ側に配置した。プリプレグは70μm厚のものを用いた。尚、図13(k)以降の工程は、第1絶縁樹脂層8に感光性絶縁樹脂及び非感光性絶縁樹脂を用いた場合も共通で同工程とした。
【0126】
図14(l)は、キャリア付き銅箔からキャリア箔を剥離除去し、さらにCOレーザーを用いて第2外層構造体11に外部接続ビア14を形成したものを示している。この後、レーザー開口部をデスミア処理し、さらに無電解銅めっきによりビア部へ0.6μm厚の無電解銅めっき層を形成した(非図示)。本実施形態では、直径60μmのビアを150μmピッチで形成した。
【0127】
図14(m)は、フォトリソグラフィー用のレジストパターン3を形成した後に、電解銅めっきによりパッド15を形成したものである。本実施形態では、電解銅めっき層をパッド15が18μm厚になるように形成した。
【0128】
図14(n)は、フォトリソグラフィー用のレジストパターン3の除去後、薄銅箔13及び無電解銅めっき層をエッチング除去し、第2外層構造体11を形成した図である。本実施形態では、第2外層構造体に直径75μm、パッド厚15μmのパッド15が、150μmピッチで形成されている。
【0129】
図14(o)は、図14(n)の上下を反転して示した図であり、支持基板1を除去する工程を示したものである。第2外層構造体11の表面に保護シートを設けた後に(非図示)金属層2をエッチング除去し、さらに第2外層構造体11の保護シートを除去(非図示)することによって、第1外層構造体5に外部接続ビア4と第2外層構造体11にパッド15が露出したインターポーザ100を得ることができる。
【0130】
本実施形態によれば、内層構造体7の両面に、高弾性、低CTE材料から選択される第1外層構造体5及び第2外層構造体11が形成されており、総厚50μm以上のインターポーザ100が形成されることとなる。このように形成されたインターポーザは、インターポーザ単体で、搬送することができる剛性を有している。また、インターポーザからは、支持体が除去されていることから、インターポーザの両面が露出された状態となっており、図14(o)以降の工程は、インターポーザ表裏に第1接続端子16及び第2接続端子17を形成することが可能となる。
【0131】
図15(p)は、第1外層構造体5の外部接続端子である外部接続ビア4(パッド)と第2外層構造体11の外部接続端子のパッド15に表面処理を行う工程を示している。これらの表面処理の種類や厚みは適宜の公知の手法を採用することができる。
【0132】
表面処理後には、両パッド層上に半田を形成することができる。この半田の形成方法についても、スクリーン印刷法、ボール搭載法、電気めっき法、フォトリソグラフィー用のレジストパターン形成後に溶融半田充填する等の公知方法を適宜に採用することができる。本実施形態では、表面処理として無電解Ni/Pd/Auを両面に実施し、表裏共にはんだボール工法を用いて半田形成した。こうして、第1外層構造体5及び第2外層構造体11上に第1接続端子16及び第2接続端子17が形成された本実施形態におけるインターポーザ100を得ることができる。
【0133】
図15(q)は、インターポーザ100の両面の第1接続端子16及び第2接続端子17に対して電気検査探針を同時に接触させてインターポーザ100の電気検査を実施する工程を示している。
【0134】
具体的な電気検査及びその結果を活用した製造手順は、以下のとおりとなる。
1) 接続端子からインターポーザの電気検査を行う第1の検査工程
2) 第1の検査工程の結果に基づき、インターポーザの良否を判断する第1の判断工程
3) 第1の判断工程において「良」と判断されたインターポーザに、半導体装置を搭載する仮接続工程
4) 仮接続された半導体パッケージに対して、電気検査を行う第2の検査工程
5) 第2の検査工程の結果に基づき、半導体パッケージの良否を判断する第2の判断工程
6) 第2の判断工程において「否」と判断された半導体パッケージに対して、実装の修復及び/又は交換を行う補修工程
【0135】
なお、上記の製造手順に加えて、以下の手順を実行してもよい。
7) 補修工程の後に半導体パッケージに対して電気検査を行う第3の検査工程
8) 第3の検査工程の結果に基づき、半導体パッケージの良否を判断する第3の判断工程
9) 第3の判断工程において「良」と判断された半導体パッケージの半導体装置とインターポーザとの間隙にアンダーフィルを供給する固定工程
【0136】
図15(r)は、本実施形態における複数個のインターポーザが格子状に連続的に形成されているパネル原反をA-A部分でダイシングすることで個片化し、個々のインターポーザを切り出す工程を示す図である。こうして本実施形態におけるインターポーザ100を製造することができる。
【0137】
(半導体装置搭載方法)
次に、図16を参照して、本実施形態におけるインターポーザへ半導体装置を搭載し半導体パッケージを製造する方法について説明する。
【0138】
図16(a)は、インターポーザ上に半導体装置50及び51を搭載し、半導体パッケージを製造する工程の概略断面図である。本実施形態において用いられるインターポーザは、インターポーザ単体としての電気検査を実施済みであり、良品であることが確認されたものを用いている。
【0139】
半導体装置の実装方法は、例えば、マスリフロー、TCB(Thermal-Compression Bonding)などの公知の実装技術を用いることができる。TCBを用いれば、複数半導体装置の搭載中やリフロー中に位置ズレや、インターポーザの高温加熱によるCTEミスマッチが発生しにくい。
【0140】
また、本実施形態におけるアンダーフィル工程は、NCF(Non-Conductive Film)やNCP(Non-Conductive Paste)等は採用せず、キャピラリーアンダーフィルを用いることが望ましい。これは、キャピラリーアンダーフィルを採用すれば、後の電気検査において、半導体装置に不良が発見された場合、不良となった半導体装置の交換が容易であるためである。
【0141】
次に、図16(b)は、本実施形態における半導体パッケージとしてのSiPの電気検査を示す図である。第2接続端子17に検査プローブ18を接触させて電気検査を行うことにより、個々に搭載された半導体装置を含めた「実装歩留まり(YASSEMBRY)」を検査することができ、実装不良あるいは半導体装置の不良を特定することができる。
【0142】
図16(c)は、前工程で特定した実装不良あるいは不良の半導体装置52を部分的に取り外し、良品の半導体装置53に交換する工程を示した断面模式図である。本実施形態においては、搭載した半導体装置は、モールド樹脂やアンダーフィルでチップ固定しないため、実装不良の箇所や不良の半導体装置を部分的修正することが可能となる。修正後に(YASSEMBRY)=100%にすることができる。
【0143】
よって本実施形態におけるインターポーザによれば、統合するチップ個数NによることなくSiP組立全歩留まり(YTOTAL)の向上に貢献することができる。修正は、TCB実装の逆の工程を行うことで実行可能である。
【0144】
図17(d)は、複数の半導体装置が搭載された本実施形態による半導体パッケージ150にアンダーフィル供給装置54を用いてアンダーフィル19を形成するキャピラリーアンダーフィル工程を示す図である。検査修正後にアンダーフィル19を用いて、半導体装置を本実施形態におけるインターポーザに固定することができる。
【0145】
図17(e)は、さらに半導体装置上にモールド樹脂20を形成した断面模式図である。本モールド樹脂による固定工程は必ずしも必須の工程ではない。また、モールドによる固定は、公知の適宜の方法を採用することができる。さらにモールド樹脂20上面を研磨し、半導体装置の上端を露出させてもよい。
【0146】
以上図16(a)~図17(d)あるいは(e)の工程を経て、半導体装置が搭載された、半導体パッケージ150を作成することができる。本実施形態によれば、インターポーザが独立して存在するため、下記利点が得られる。
1)(YINTERPOSER)=100%の検査保証済みインターポーザを実装工程で用いることができる。さらにリペア回収により(YASSEMBRY)=100%に近づけることができる。よってSiP組立全歩留まりを向上させることが可能となる。
2)FC-BGAとインターポーザ100が独立しているので、インターポーザに半導体装置を搭載し、半導体パッケージとした後にFC-BGAやマザーボードに実装することも可能であるし、インターポーザをFC-BGAやマザーボードに実装した後に半導体装置を搭載することも可能となり、製造工程の自由度を向上することができる。
3)各部材のCTEについても、インターポーザが半導体装置とFC-BGA基板の中間値とすることができるため、半導体装置とインターポーザを先に組立て、後にBGAへ実装することによって、半導体装置とFC-BGAとのCTEの整合を仲介することができ、接続信頼性向上に寄与する。
4)インターポーザをFC-BGAを介さす直接マザーボードに接続する形態も適宜選択することができる。
【0147】
(製造方法の変形例の詳細説明)
図12図15に示すインターポーザの製造方法は、支持基板上に、インターポーザの片面側の内、第1外層構造体(半導体装置搭載面側)より製造する製造方法である。図18図22に記載のインターポーザの製造方法の変形例として、支持基板上に、第2外層構造体(BGAやマザーボードへの接続側)より製造する製造方法を適宜選択することが可能である。インターポーザの製造方法の変形例を図18図22を参照し説明する。インターポーザの製造方法の変形例で使用する各材料及び各工程について、図12図15に示すインターポーザの製造方法と同様の項目に関しては詳細の説明を省略する。
【0148】
<支持基板準備工程>
図18(a)に示すように、まず、支持基板1を準備する。支持基板1は、例えば、ガラス基板上にレーザー剥離層を設け、レーザー剥離層上に金属層2を設けたものを用いることができる。金属層2は無電解めっき、スパッタによって形成してもよい。あるいは、CCL(Cupper Clad laminate)基板上にプリプレグを介して、金属層2としてキャリア銅箔を形成した支持基板を用いてもよい。ここで、キャリア銅箔は、キャリア銅箔-剥離層-極薄銅箔の3層構造となっており、剥離層界面で物理的に容易に剥離することができる銅箔である。支持基板の種類は上記したものに限定されず、公知の様々な基板を用いることができる。
【0149】
図18(b)は、第2外層構造体11を形成する工程を説明する図である。まず、支持基板1の上方に、第2外層構造体11の第2絶縁樹脂層12となるプリプレグ、キャリア付き銅箔を積層プレスで形成する。本実施形態では、キャリア箔厚18μm、薄銅箔側3μm厚のキャリア付き銅箔を用い、3μmの薄銅箔13をプリプレグ側に配置した。プリプレグは70μm厚のものを用いた。
【0150】
図18(c)は、キャリア付き銅箔からキャリア箔を剥離除去し、さらにCOレーザーを用いて第2外層構造体11に外部接続ビア14を形成したものを示している。この後、レーザー開口部をデスミア処理し、さらに無電解銅めっきによりビア部へ0.6μm厚の無電解銅めっきを形成した(非図示)。本実施形態では、直径60μmのビアを150μmピッチで形成した。
【0151】
図18(d)は、フォトリソグラフィー用のレジストパターン3を形成した後に、電解銅めっきにより配線10を形成したものである。本実施形態では、配線10を15μm厚で形成した。
【0152】
図18(e)は、フォトリソグラフィー用のレジストパターン3の除去後、薄銅箔13及び無電解銅めっき層をエッチング除去し、配線10をCMPを行い2μmまで薄化し、第2外層構造体11を形成した図である。
【0153】
図19(f)は、第2外層構造体11の上方に内層構造体7の第1絶縁樹脂層8を形成し、ビア9を形成したものである。本実施形態においては、第1絶縁樹脂層8を、感光性絶縁樹脂を用いて6μm厚で形成し、直径15μmのビア9を形成している。
【0154】
図19(g)は、第1絶縁樹脂層8にシード金属層(非図示)を形成した後に、フォトリソグラフィー用のレジストパターン3を形成し、さらに電解めっきによって内層配線層のビア9及び配線10を形成したものである。本実施形態においては、シード金属層としてTi/Cu=50/300nmをスパッタリングにより形成し、フォトリソグラフィー用レジスト厚は5μmで形成した。これにより、L/S=2/2μmのフォトリソグラフィー用のレジストパターン3を形成後、電解めっきを用いて厚さ2μmの配線10を形成した。
【0155】
図19(h)は、フォトリソグラフィー用のレジストパターン3を剥離後にシード金属層を除去し、第1絶縁樹脂層8及びビア9と配線10からなる内層配線層が形成された図を示している。
【0156】
なお、配線形成方法、絶縁樹脂層の形成方法は本実施形態の方法に限定されるものではなく、適宜の形成方法を選択することが可能である。
【0157】
図19(i)は図19(f)~(h)に示した工程をさらに3回繰り返すことで、配線10及び第1絶縁樹脂層8がそれぞれ4層積層された内層構造体7を示したものである。1層当たりの第1絶縁樹脂層8の厚さは6μm、配線10の厚さは2μmとし、最外層の配線10の厚さは5μmとしている。この結果、内層構造体7の厚みは29μmとなっている。
【0158】
図19(j)は、内層構造体7の露出面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)を行い平坦化した図を示す。表面を平坦化することで、以降のフォトリソグラフィー工程における解像性能を向上させることができるが、本工程は適宜選択して良い。
【0159】
図20(l)は図20(k)でシード金属層(非図示)を全面に形成後、シード金属層上にフォトリソグラフィー用レジスト層を形成し、パターニングしてフォトリソグラフィー用のレジストパターン3を形成した基板である。フォトリソグラフィー用レジストの厚みは形成するパッド高さを鑑みて適宜決定する。本実施形態では、液状のフォトリソグラフィー用レジストを30μmで塗布し、第1接続端子のパッドとして60μmピッチ、直径25μmの円柱パッドが形成できるようパターンを形成した。
【0160】
図20(m)は図20(l)の工程の後に、電解銅めっきにより下段外部接続ビア4bを形成し、その後、フォトリソグラフィー用レジストパターン3、シード金属層の除去を行ったものである。本実施形態では、銅めっきによる下段外部接続ビア4bのZ方向の平均高さを25μmで形成した。
【0161】
図20(n)は、第1外層構造体5となる第2絶縁樹脂層6を形成した図である。本実施形態における非感光性樹脂からなる第2絶縁樹脂層6は、少なくともフィラーを含有する非感光性樹脂であり、弾性率が5GPa以上、CTEが20ppm以下のプリプレグ、ビルトアップ樹脂、モールド樹脂から選択されることが望ましい。本実施形態では、70μm厚のフィルム状モールド樹脂を用いて、真空ラミネートにより第2絶縁樹脂層6を形成した。非感光性樹脂の種類、厚み、形成方法は本実施形態に限るものではなく、適宜の材料や形成方法を選択することが可能である。
【0162】
図21(o)は図20(n)の工程の後に、第2絶縁樹脂層6の上段外部接続ビア4aに該当する箇所にレーザー加工により開口部を形成したものである。開口部の径は20μmとした。
【0163】
図21(p)は図21(o)の工程の後に、電解銅めっき用のシード層(非図示)を形成し、さらに開口部に電解銅めっきにより上段外部接続ビア4aを形成、さらに第2絶縁樹脂層6をCMP(Chemical Mechanical Polishing)を行い、上段外部接続ビア4aを露出させたものである。上段外部接続ビア4aの露出方法は、本実施形態の方法に限定されるものではなく、公知のグラインダーによる研磨、バフ研磨、ベルト研磨、フライカット法であってもよい。これにより、本実施形態では第1外層構造体5の第2絶縁樹脂層6の中にパッドとなる外部接続ビア4が形成されることとなる。本実施形態では、第1外層構造体5は厚さ60μmで形成した。
【0164】
図21(q)は、支持基板1を除去する工程を示したものである。
【0165】
図22(r)はフォトリソグラフィー用のレジストパターン3を形成する工程を示したものである。
【0166】
図22(s)は、電解銅めっきによりパッド15を形成した後、フォトリソグラフィー用のレジストパターン3の除去後、金属層2を除去する工程を示したものである。
【0167】
以降、図15記載と同工程を経ることで、本実施形態におけるインターポーザ100を得ることができる。
【0168】
(第1実施形態)
図1(b)、及び図1(c)に記載の第1実施形態の他の製造工程を説明する。第1外層構造体5の製造方法は図23図24に示す。第1外層構造体5の第2絶縁樹脂層6を2層に分けて形成する。以降は図13図15に示す製造方法と同様のため説明を省略している。
【0169】
図23記載の支持基板1を準備する工程(a)、フォトリソグラフィー用のレジストパターン3を形成する工程(b)、上段外部接続ビア4aを形成する工程(c)、第2絶縁樹脂層6の形成(d)は図12に示す製造方法と同様である。
【0170】
図23(e)は、図23(d)の工程の後、第2絶縁樹脂層6を研磨し、上段外部接続ビア4aを露出させたものである。
【0171】
図23(f)は、図23(e)の工程の後、電解銅めっきのシード層となる金属層(非図示)を成膜後、フォトリソグラフィー用のレジストパターン3の形成を行ったものである。
【0172】
図24(g)は、図23(f)の工程の後、電解銅めっきにより下段外部接続ビア4bを形成し、その後、フォトリソグラフィー用レジスト剥離、電解銅めっきのシード層となる金属層の露出部をエッチングにより除去したものである。
【0173】
図24(h)は、図24(g)の工程の後、第2絶縁樹脂層6の形成を行ったものである。
【0174】
図24(i)は、図24(h)の工程の後、第2絶縁樹脂層6を研磨し、上段外部接続ビア4aを露出させたものである。
【0175】
以降、図13図15に示す工程を通ることで、図1(b)及び(c)に記載する本発明の第1実施形態の上段外部接続ビア4a、及び下段外部接続ビア4bの形状が円柱状であるインターポーザを得ることができる。
【0176】
(第1実施形態の効果)
第1実施形態の効果を図1(b)及び図1(c)を用いて説明する。外部接続ビア4が本発明の第1実施形態の形態をとることで、外層構造体の外部接続ビアを高アスペクトで形成できるため、HBM等の狭ピッチに対応可能なインターポーザを提供できる。
【0177】
さらに図1(b)に示す様に、上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2の関係が、φ1<φ2となるようにすることで、上段外部接続ビア4aボトムが下段外部接続ビア4bトップの外周より外側にずれることを防ぐことが可能となり、接続部の信頼性や抵抗値増大を防止することができる。
【0178】
また、図1(c)に示す様に、上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2の関係がφ1>φ2となるよう選択しても良く、下段外部接続ビア4bトップが上段外部接続ビア4aボトムの外周より外側にずれることを防ぐことが可能となり、接続部の信頼性や抵抗値増大を防止することができる。
【0179】
また、本実施形態によるインターポーザ100は、前述したように、インターポーザ単体で、搬送することができる剛性を有していることから、半導体装置の搭載前にインターポーザ100自体の電気検査を行うことができ、インターポーザの良否判定を行うことができる。このため、この後の半導体パッケージ製造工程に対して、良品と判断されたインターポーザのみを提供することができ、SiP組立歩留まり向上に貢献することができる。
【0180】
(第1実施形態の変形例1)
次に、第1実施形態の図4記載の変形例1による製造工程を説明する。製造工程に、製造工程の変形例となる図18図22を用いる点が異なり、以降は図15を用いる。下段外部接続ビア4bを図20(l)~(m)に示すフォトリソグラフィーで形成することで、下段外部接続ビア4bの形状を円柱状にすることができる。また、上段外部接続ビア4aを、図21(o)に示すレーザー開口によりテーパー形状のビア開口を形成することで、上段外部接続ビア4aの形状をテーパー形状にすることができる。
【0181】
(第1実施形態の変形例1の効果)
図4記載の変形例1に図示するように上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2の関係が、φ1<φ2となるようにすることで、上段外部接続ビア4aボトムが下段外部接続ビア4bトップの外周より外側にずれることを防ぐことが可能となり、接続部の信頼性や抵抗値増大を防止することができる。
【0182】
(第1実施形態の変形例2)
次に、第1実施形態の図5記載の変形例2による製造工程を説明する。製造工程に、製造工程の変形例となる図18図19、第1外層構造体5の製造工程に図25図26を用いる点が異なり、以降は図15を用いる。第1外層構造体5の第2絶縁樹脂層6を2層に分けて製造する点が大きく異なり、以降に製造工程を図25図26を用いて説明する。なお、詳細な説明は図12図15に示す製造方法と同様のため省略している。
【0183】
図25(a)は図20(k)の内層構造体7を形成した図である。図25(b)は図25(a)の工程の後に、フォトリソグラフィー用レジスト層形成後、パターニングしてフォトリソグラフィー用のレジストパターン3を形成した。
【0184】
図25(c)は図25(b)の工程の後に、電解銅めっきにより円柱状の下段外部接続ビア4bを形成し、その後、フォトリソグラフィー用レジスト剥離、エッチングによる電解銅めっき用のシード層の除去を行った。
【0185】
図25(d)は図25(c)の工程の後に、第1外層構造体5となる第2絶縁樹脂層6を形成し、さらに第2絶縁樹脂層6をグラインダーで研削し、下段外部接続ビア4bを露出させた図である。本実施形態では、35μm厚のフィルム状モールド樹脂を用いて、真空ラミネートにより第2絶縁樹脂層6を形成した。
【0186】
図26(e)は図25(d)の工程の後に、フォトリソグラフィー用レジスト層形成後、パターニングして逆テーパー形状になるようにフォトリソグラフィー条件を調整し、フォトリソグラフィー用のレジストパターン3を形成した基板である。
【0187】
図26(f)は図26(e)の工程の後に、電解銅めっきにより上段外部接続ビア4aを形成し、その後、フォトリソグラフィー用レジスト剥離、エッチングによる電解銅めっき用のシード層の除去を行ったものである。
【0188】
図26(g)は図26(f)の工程の後に、第1外層構造体5となる第2絶縁樹脂層6をさらに形成し、さらに第2絶縁樹脂層6をグラインダーで研削し、上段外部接続ビア4aを露出させた図である。本実施形態では、35μm厚のフィルム状モールド樹脂を用いて、真空ラミネートにより第2絶縁樹脂層6を形成した。
【0189】
以降、図15の製造工程を経ることで、図5記載の第1実施形態の変形例2の逆テーパー形状を持った上段外部接続ビア4a、円柱形状を持った下段外部接続ビア4bの外部接続ビア4を形成することができる。
【0190】
(第1実施形態の変形例2の効果)
変形例2の効果を図5(a)及び(b)を用いて説明する。外部接続ビア4が変形例2の形態をとることで、外部接続ビア4がパッドとして半導体装置と接続される際、隣接するパッド間のギャップを広く取ることができる。第1接続端子16に半田が用いられる場合、半導体装置との接合で押しつぶされた半田は隣接するパッド方向に広がり、ショートする可能性があるが、本変形例ではギャップが広く取れるためショートを防ぐことが可能となり、収率改善の効果を得ることができる。
【0191】
さらに図5(a)に示す様に、上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2の関係が、φ1<φ2となるようにすることで、上段外部接続ビア4aボトムが下段外部接続ビア4bトップの外周より外側にずれることを防ぐことが可能となり、接続部の信頼性や抵抗値増大を防止することができる。
【0192】
また、図5(b)に示す様に、上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2の関係がφ1>φ2となるよう選択しても良く、下段外部接続ビア4bトップが上段外部接続ビア4aボトムの外周より外側にずれることを防ぐことが可能となり、接続部の信頼性や抵抗値増大を防止することができる。
【0193】
(第1実施形態の変形例3)
次に、第1実施形態の図6記載の変形例3による製造工程を説明する。製造工程に、製造工程の変形例となる図18図20(k)、第1外層構造体5の製造工程に図27図28を用いる点が異なり、以降は図15を用いる。第1外層構造体5の第2絶縁樹脂層6を2層に分けて製造する点が大きく異なり、製造工程を図27図28を用いて示す。
【0194】
図27(a)は図20(k)の内層構造体7を形成した図である。図27(b)は、内層構造体7上に、第1外層構造体5となる第2絶縁樹脂層6を形成した図である。本実施形態では、35μm厚のフィルム状モールド樹脂を用いて、真空ラミネートにより第2絶縁樹脂層6を形成した。
【0195】
図27(c)は図27(b)の工程の後に、第2絶縁樹脂層6の下段外部接続ビア4bに該当する箇所にレーザー加工によりテーパー形状の開口部を形成したものである。
【0196】
図27(d)は図27(c)の工程の後に、電解銅めっき用のシード層(非図示)を形成し、さらに開口部に電解銅めっきにより下段外部接続ビア4bを形成、さらに第2絶縁樹脂層6表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)を行い、下段外部接続ビア4bを露出させたものである。
【0197】
図28(e)は図27(d)の工程の後に、フォトリソグラフィー用レジスト層形成後、パターニングしてフォトリソグラフィー用のレジストパターン3を形成した基板である。
【0198】
図28(f)は図28(e)の工程の後に、電解銅めっきにより円柱状に上段外部接続ビア4aを形成し、その後、フォトリソグラフィー用レジスト剥離、エッチングによる電解銅めっき用のシード層の除去を行ったものである。
【0199】
図28(g)は、第1外層構造体5となる第2絶縁樹脂層6を形成し、さらに第2絶縁樹脂層6をグラインダーにて研磨を行い、上段外部接続ビア4aを露出させたものである。
【0200】
以降、図15の製造工程を経ることで、図6記載の第1実施形態の変形例3の円柱形状を持った上段外部接続ビア4a、テーパー形状を持った下段外部接続ビア4bの外部接続ビア4を形成することができる。
【0201】
(第1実施形態の変形例3の効果)
変形例3の効果を図6を用いて説明する。外部接続ビア4が変形例3の形態をとることで、インターポーザ100に半導体装置を実装する際に、内層構造体7内のビア9や配線10へのダメージを軽減し破断を防ぐことができる。半導体装置をTCBで搭載する場合、熱と同時に大きな荷重をかけるため、この荷重が内層構造体7内のビア9や配線10へのダメージとなる。本変形例3の外部接続ビア4の形状では、半導体装置からの荷重に対し第1外層構造体5内の第2絶縁樹脂層6で負荷を分散する効果がある。即ち、上段外部接続ビア4aのボトム外周部や、下段外部接続ビア4bのテーパー形状部を第2絶縁樹脂層6が支える構造となっているため、内層構造体7内のビア9や配線10への負荷が低減し破断を防止する。
【0202】
さらに図6(a)に示す様に、上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2の関係がφ1>φ2となるよう選択しても良く、下段外部接続ビア4bトップが上段外部接続ビア4aボトムの外周より外側にずれることを防ぐことが可能となり、接続部の信頼性や抵抗値増大を防止することができる。
【0203】
また、図6(b)に示す様に、上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2の関係が、φ1<φ2となるようにすることで、上段外部接続ビア4aボトムが下段外部接続ビア4bトップの外周より外側にずれることを防ぐことが可能となり、接続部の信頼性や抵抗値増大を防止することができる。
【0204】
(第1実施形態の変形例4)
次に、第1実施形態の図7記載の変形例4による製造工程を説明する。製造工程に、製造工程の変形例となる図18図20(k)、第1外層構造体5の製造工程に図29図30を用いる点が異なり、以降は図15を用いる。第1外層構造体5の第2絶縁樹脂層6を2層に分けて製造する点が大きく異なり、第1外層構造体5の製造工程の詳細を図29図30を用いて示す。
【0205】
図29(a)は図20(k)の内層構造体7を形成した図である。
【0206】
図29(b)は、内層構造体7上に、第1外層構造体5となる第2絶縁樹脂層6を形成した図である。本実施形態では、35μm厚のフィルム状モールド樹脂を用いて、真空ラミネートにより第2絶縁樹脂層6を形成した。
【0207】
図29(c)は図29(b)の工程の後に、第2絶縁樹脂層6の下段外部接続ビア4bに該当する箇所にレーザー加工によりテーパー形状の開口部を形成したものである。
【0208】
図29(d)は図29(c)の工程の後に、電解銅めっき用のシード層(非図示)を形成し、さらに開口部を含む全面に電解銅めっき(非図示)により下段外部接続ビア4bを形成、さらに第2絶縁樹脂層6表面の余分な銅(非図示)をCMP(Chemical Mechanical Polishing)を行い、下段外部接続ビア4bを露出させたものである。
【0209】
図30(e)は図29(d)の工程の後に、第1外層構造体5となる第2絶縁樹脂層6をさらに形成した図である。本実施形態では、35μm厚のフィルム状モールド樹脂を用いて、真空ラミネートにより第2絶縁樹脂層6を形成した。
【0210】
図30(f)は図30(e)の工程の後に、第2絶縁樹脂層6の上段外部接続ビア4aに該当する箇所にレーザー加工によりテーパー形状の開口部を形成したものである。
【0211】
図30(g)は図30(f)の工程の後に、電解銅めっき用のシード層を形成し、さらに開口部を含む全面に電解銅めっき(非図示)により上段外部接続ビア4aを形成、さらに第2絶縁樹脂層6表面の余分な銅(非図示)をCMP(Chemical Mechanical Polishing)を行い、上段外部接続ビア4aを露出させたものである。
【0212】
以降、図15の製造工程を経ることで、図7記載の第1実施形態の変形例4のテーパー形状を持った上段外部接続ビア4a、テーパー形状を持った下段外部接続ビア4bの外部接続ビア4を形成することができる。
【0213】
(第1実施形態の変形例4の効果)
変形例4の効果を図7を用いて説明する。外部接続ビア4が図7の形状を持つことで、外部接続ビア4形成以降、第2絶縁樹脂層6の最終熱硬化工程において、第2絶縁樹脂層6の硬化収縮による外部接続ビア4と第2絶縁樹脂層6間の剥離を防止することができる。本変形例4では上段外部接続ビア4aをテーパー形状にすることにより、第2絶縁樹脂層6が硬化収縮すると下段外部接続ビア4bのトップを押さえつける方向に応力が働く。また、図30(f)で、レーザー加工後かつ開口の上段外部接続ビア4a形成前に、第2絶縁樹脂層6の熱硬化収縮をすると、外部接続ビア4と第2絶縁樹脂層6間の剥離を防止することができる。
【0214】
さらに、上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2の関係がφ1<φ2となるよう選択しても良く、上段外部接続ビア4aボトムが下段外部接続ビア4bトップより外側にずれることを防ぐことが可能となり、接続部の信頼性や抵抗値増大を防止することができる。
【0215】
(第1実施形態の変形例5)
次に、第1実施形態の図8記載の変形例5による製造工程を説明する。製造工程は図18図20(k)、第1外層構造体5の製造工程に図27図28、以降は図15を用いることができる。図28(e)において、先に説明した変形例3のレジストパターニング条件のみが異なる。図28(e)で露光量、現像条件、レジスト材料にて適宜調整することで、レジスト開口に逆テーパー形状を持たせることができ、図8記載の形状の外部接続ビア4を得ることができる。
【0216】
(第1実施形態の変形例5の効果)
変形例5の効果を図8を用いて説明する。外部接続ビア4が本形態を持つことによって、外部接続ビア4のビア抜け防止の効果が得られる。すなわち、図8(a)に示す様に、第2絶縁樹脂の厚み方向の中間部にて外部接続ビア4の径が太くなる構造となり、外部接続ビア4のZ軸方向にかかる引っ張り力に対してアンカーとなりビア抜けを防止する。
【0217】
また、外部接続ビア4がパッドとして半導体装置と接続される際、隣接するパッド間のギャップを広く取ることができる。第1接続端子16に半田が用いられる場合、半導体装置との接合で押しつぶされた半田は隣接するパッド方向に広がり、ショートする可能性があるが、本変形例ではギャップが広く取れるためショートを防ぐことが可能となり、収率改善の効果を得ることができる。
【0218】
さらに図8(b)に示す様に、上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2の関係がφ1<φ2となるよう選択しても良く、上段外部接続ビア4aボトムが下段外部接続ビア4bトップの外周より外側にずれることを防ぐことが可能となり、接続部の信頼性や抵抗値増大を防止することができる。
【0219】
また、図8(c)に示す様に、上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2の関係がφ1>φ2となるよう選択しても良く、下段外部接続ビア4bトップが上段外部接続ビア4aボトムの外周より外側にずれることを防ぐことが可能となり、接続部の信頼性や抵抗値増大を防止することができる。
【0220】
(第1実施形態の変形例6)
次に、第1実施形態の図9記載の変形例6による製造工程を説明する。製造工程は図12図15と同様となり、同工程を経ることで、図9に示す形状の外部接続ビア4を得ることができる。
【0221】
(第1実施形態の変形例6の効果)
変形例6の効果を図9を用いて説明する。外部接続ビア4が本形態を持つことによって、インターポーザ100に半導体装置を実装する際に、内層構造体7内のビア9や配線10へのダメージを軽減し破断を防ぐことができる。半導体装置をTCBで搭載する場合、熱と同時に大きな荷重をかけるため、この荷重が内層構造体7内のビア9や配線10へのダメージとなる。本変形例6の外部接続ビア4の形状では、半導体装置からの荷重に対し第1外層構造体5内の第2絶縁樹脂層6で負荷を分散する効果がある。即ち、上段外部接続ビア4aのボトム外周部を第2絶縁樹脂層6が支える構造となっているため、内層構造体7内のビア9や配線10への負荷が低減し破断を防止する。
【0222】
さらに、上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2の関係がφ1>φ2となるよう選択しても良く、下段外部接続ビア4bトップが上段外部接続ビア4aボトムの外周より外側にずれることを防ぐことが可能となり、接続部の信頼性や抵抗値増大を防止することができる。
【0223】
(第1実施形態の変形例7)
次に、第1実施形態の図10記載の変形例7による製造工程を説明する。製造工程は図12(a)~(f)と同様となり、図12(b)で露光量、現像条件、レジスト材料にて適宜調整することで、レジスト開口がテーパー形状となり、上段外部接続ビア4aを得ることができる。以降、図13図15の工程を経ることで、図10に示す形状の外部接続ビア4を得ることができる。
【0224】
(第1実施形態の変形例7の効果)
図10に示す変形例7の効果を、図12(e)の製造方法を用いて説明する。下段外部接続ビア4bの開口内へスパッタ法でシード層を形成する場合、テーパー形状であると開口部ボトム周りがスパッタを遮蔽するためスパッタ膜未着が発生する。そこでビア開口形状を逆テーパー形状とすることでビア開口内側面へのシード層形成不良を防止することができる。また、無電解めっき法でシード層を形成する場合、逆テーパー形状を選択することで薬液の侵入が容易となるため、シード層形成不良を防止することができる。
【0225】
さらに図10(b)に示す様に、上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2の関係が、φ1<φ2となるようにすることで、上段外部接続ビア4aボトムが下段外部接続ビア4bトップの外周より外側にずれることを防ぐことが可能となり、接続部の信頼性や抵抗値増大を防止することができる。
【0226】
また、図10(c)に示す様に、上段外部接続ビア4aのボトム径φ1と下段外部接続ビア4bのトップ径φ2の関係がφ1>φ2となるよう選択しても良く、下段外部接続ビア4bトップが上段外部接続ビア4aボトムの外周より外側にずれることを防ぐことが可能となり、接続部の信頼性や抵抗値増大を防止することができる。
【0227】
(第1実施形態の変形例8)
次に、図11記載の第1実施形態の変形例8による製造工程を説明する。製造工程は図12(a)~(f)と同様となり、図12(b)のレジストパターニング条件が異なる。図12(b)で露光量、現像条件、レジスト材料にて適宜調整することで、レジスト開口に逆テーパー形状を持たせることができる。以降、図13~15の工程を経ることで、図11に示す形状の外部接続ビア4を得ることができる。
【0228】
(第1実施形態の変形例8の効果)
これによって、外部接続ビア4がパッドとして半導体装置と接続される際、隣接するパッド間のギャップを広く取ることができる。第1接続端子16に半田が用いられる場合、半導体装置との接合で押しつぶされた半田は隣接するパッド方向に広がり、ショートする可能性があるが、本変形例ではギャップが広く取れるためショートを防ぐことが可能となり、収率改善の効果を得ることができる。さらに、レーザー開口の位置精度に起因する、下段外部接続ビア4bトップが上段外部接続ビア4aボトムの外周より外側にずれることを防ぐことが可能となり、接続部の信頼性や抵抗値増大を防止することができる。
【0229】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、上段外部接続ビア4aと下段外部接続ビア4bとの間に、パッドを設けても良く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【0230】
また、本実施形態におけるインターポーザの製造方法の概略を示す図12図15(q)、図18図30では、便宜上、1つのインターポーザのみを図示している。しかし、本開示の製造方法は、1つのインターポーザが複数配置された角型パネル又は円形のウエハー上に形成された状態で製造してもよいことは言うまでもない。
【0231】
さらに、本開示において説明した製造パネルの形状や支持基板の厚みやサイズについても何ら限定されるものではなく、適宜の形状や大きさのものを採用することができる。
【0232】
なお、以下の各態様も本開示に含まれる。
【0233】
(態様1)
少なくとも1層の内層配線層を含む内層構造体と、
前記内層構造体の第1面上に配置された第1外層構造体と、
前記内層構造体の第2面上に配置された第2外層構造体と、
を備えるインターポーザであって、
前記内層配線層は、第1絶縁樹脂層と前記第1絶縁樹脂層の表面に配置された配線と前記配線に接続し、前記第1絶縁樹脂層を貫通するビアとを備えており、
前記第1外層構造体及び前記第2外層構造体は、第2絶縁樹脂層と前記第2絶縁樹脂層を貫通する外部接続ビアとを備えており、
前記第1外層構造体又は前記第2外層構造体に備えられた前記外部接続ビアが、2つ以上のスタックされたビアから構成される、
インターポーザ。
【0234】
(態様2)
態様1に記載のインターポーザであって、
前記スタックされたビアが、互いの接続部で異なる径である、
インターポーザ。
【0235】
(態様3)
態様1又は態様2に記載のインターポーザであって、
前記第1外層構造体及び前記第2外層構造体の、少なくとも一方の前記第2絶縁樹脂層の弾性率が、前記第1絶縁樹脂層の弾性率よりも高い、
インターポーザ。
【0236】
(態様4)
態様1乃至態様3のいずれか一つに記載のインターポーザであって、
前記第2絶縁樹脂層が、少なくともモールド樹脂またはガラス繊維が内包された樹脂を含む、
インターポーザ。
【0237】
(態様5)
態様1乃至態様4のいずれか一つに記載のインターポーザに半導体装置を搭載した、
半導体パッケージ。
【0238】
(態様6)
態様1乃至態様4のいずれか一つに記載のインターポーザの製造方法であって、
支持基板の上に前記第1外層構造体を形成する第1の工程と、
前記第1外層構造体の上に前記内層構造体を形成する第2の工程と、
前記内層構造体の上に前記第2外層構造体を形成する第3の工程と、
前記第1外層構造体と前記支持基板とを剥離する第4の工程と、
前記第1外層構造体及び前記第2外層構造体の最外層の上に接続端子を形成する第5の工程と、
を含むインターポーザの製造方法。
【0239】
(態様7)
態様6に記載のインターポーザの製造方法であって、
前記第1の工程が、フォトリソグラフィー工程及びレーザー工程の、1つ以上を含む、
インターポーザの製造方法。
【0240】
(態様8)
態様1乃至態様4のいずれか一項に記載のインターポーザの製造方法であって、
支持基板の上に前記第2外層構造体を形成する第1の工程と、
前記第2外層構造体の上に前記内層構造体を形成する第2の工程と、
前記内層構造体の上に前記第1外層構造体を形成する第3の工程と、
前記第2外層構造体と前記支持基板とを剥離する第4の工程と、
前記第1外層構造体及び前記第2外層構造体の最外層の上に接続端子を形成する第5の工程と、
を含むインターポーザの製造方法。
【0241】
(態様9)
態様8に記載のインターポーザの製造方法であって、
前記第3の工程が、フォトリソグラフィー工程及びレーザー工程の、1つ以上を含む、
インターポーザの製造方法。
【0242】
(態様10)
態様5に記載の半導体パッケージの製造方法であって、
支持基板の上に前記第1外層構造体を形成する第1の工程と、
前記第1外層構造体の上に前記内層構造体を形成する第2の工程と、
前記内層構造体の上に前記第2外層構造体を形成する第3の工程と、
前記第1外層構造体と前記支持基板とを剥離する第4の工程と、
前記第1外層構造体及び前記第2外層構造体の最外層の上に接続端子を形成する第5の工程と、
前記半導体装置を搭載する第6の工程と、
を含む半導体パッケージの製造方法。
【0243】
(態様11)
態様10に記載の半導体パッケージの製造方法であって、
前記第1の工程が、フォトリソグラフィー工程及びレーザー工程の、1つ以上を含む、
半導体パッケージの製造方法。
【0244】
(態様12)
態様5に記載の半導体パッケージの製造方法であって、
支持基板の上に前記第2外層構造体を形成する第1の工程と、
前記第2外層構造体の上に前記内層構造体を形成する第2の工程と、
前記内層構造体の上に前記第1外層構造体を形成する第3の工程と、
前記第2外層構造体と前記支持基板とを剥離する第4の工程と、
前記第1外層構造体及び前記第2外層構造体の最外層の上に接続端子を形成する第5の工程と、
前記半導体装置を搭載する第6の工程と、
を含む半導体パッケージの製造方法。
【0245】
(態様13)
態様12に記載の半導体パッケージの製造方法であって、
前記第3の工程が、フォトリソグラフィー工程及びレーザー工程の、1つ以上を含む、
半導体パッケージの製造方法。
【符号の説明】
【0246】
1・・・支持基板
2・・・金属層
3・・・レジストパターン
4・・・外部接続ビア
4a・・・上段外部接続ビア
4b・・・下段外部接続ビア
5・・・第1外層構造体
6・・・第2絶縁樹脂層
7・・・内層構造体
8・・・第1絶縁樹脂層
9・・・ビア
10・・・配線
11・・・第2外層構造体
12・・・第2絶縁樹脂層
13・・・薄銅箔
14・・・外部接続ビア
15・・・パッド
16・・・第1接続端子
17・・・第2接続端子
18・・・検査プローブ
19・・・アンダーフィル
20・・・モールド樹脂
50、51、52、53・・・半導体装置
54・・・アンダーフィル供給装置
100・・・インターポーザ
150・・・半導体パッケージ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19
図20
図21
図22
図23
図24
図25
図26
図27
図28
図29
図30