JP2601640B2 - 電気的導体構造を作成する方法と大規模集積回路 - Google Patents

電気的導体構造を作成する方法と大規模集積回路

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の利用分野 本発明は大規模集積回路或いはマルチ・チップ・モジ
ュール（MCM）マイクロ回路の技術に関し、特に集積回
路チップ或いはモジュールチップから離隔されていて、
かつ高い熱消失効果を有する大規模モジュール或いはチ
ップの製造を可能にする構造上への電気線と他の導体の
配置に関する。
関連技術の記載 ハイブリッド或いはMCMモジュールによれば、大きさ
を減少でき、システムレベウの性能を向上できる。論文
“薄膜MCM,進歩したCMOSチャレンジの会合”、Advanced
Packing Vol.1,1992,pp.46−51に記載されているよう
に、MCMは１以上の集積回路チップが組立てられる基板
を含んでいる。基板は、交互にパターン化されたメタル
導体と絶縁層を有するマルチ構造を具備している。
導体層は薄膜スクリーン印刷、蒸着或いはメッキによ
り形成され、線或いは面としてパターン化されて、チッ
プ間の電源線と信号線となる。縦方向の配線（通路Via
s）が絶縁層を介して形成され、隣接導体層を適切に接
続する。絶縁層はポリイミド堆積により形成される。
多数の応用に適するけれども、MCMは、現在の低い製
造技術により、比較的簡単な構成に限定されてきた。導
体層のメタル線は、代表的に13ミクロンの幅で、３ミク
ロンの厚さを有し、互いに25ミクロンだけ離隔してい
る。線は高密度配置を可能にするためには、あまりにも
幅広くかつ十分に離隔されている。
ポリイミド絶縁層は熱伝導度が低く、従って、チップ
や基板に発生される熱を放散するために複雑なヒートシ
ンクが必要とされる。更に他の欠点として、従来のMCM
製造技術では、広いメタル領域を形成しなければならな
いことと、マルチレベル導体パターンに関連した平坦化
問題を含む技術的困難性により歩留まりが悪い。
発明の要約 本発明による電気的導体構造を形成する方法は、シリ
コンキャリアウエハーを熱的に処理して、ウエハー表面
に二酸化シリコン層を形成する。パターン化されたメタ
ル導体層が二酸化シリコン層上に形成される。
窒化シリコン層が導体層と二酸化シリコン層の露出領
域に形成される。通路がオーミックコンタクトのために
窒化シリコン層を介して導体層パターンの適切な点に形
成される。厚いメタルコンタクト層が通路とオーミック
接触状態で窒化シリコン層上に形成され、インジューム
バンプがコンタクト層に形成される。処理中に支持体と
して機能するキャリアは、二酸化シリコン層がエッチス
トップとして働いてエッチングにより除去される。集積
回路チップ或いは大規模シングルチップが二酸化シリコ
ン層上に設けられ、二酸化シリコン層に形成された開口
部を介して導体パターンに接続される。電気回路やその
上に形成されたバンプを有する基板は、回路がバンプに
より導体層に接続された状態でシリコン窒化層に接着さ
れる。
導体パターンは、基板上のチップと回路に対する電源
線と他の内部配線を提供し、その結果、回路集積化の寸
法と密度を増加させ、熱散逸、消散を改善する。本発明
によれば、メタル導体は、バンプや拡散コンタクトを介
した後工程のアタッチメントに対してオフチップ（off
−chip）で作成できる。この方法によれば、メタルの短
絡が少なくなるので、チップを高歩留まりで作成でき
る。
本発明の導体構造は、標準のシリコン処理技術を用い
てシリコン上に形成できる。導体パターンはCVD法によ
り形成され、このCVD法は、従来のMCM基板にパターンを
形成するのに用いられる工程より少なくとも１オーダー
高い解像度を有している。このために、非常に大規模な
チップの作成が可能となる。
熱排出パスは、ポリイミドより高い熱導電率を有して
いる酸化シリコン（ガラス）とメタルを含んでいるの
で、本発明の構造は従来のMCM構造よりより効果的に熱
消散を達成できる。
本発明では、大きなメタル領域を形成する際の処理問
題や、チップ上にマルチレベルのメタル配線を形成する
際の平坦化の問題を生ぜずに、チップを作成できる。
メタルをチップ外に移動できることにより、大きな厚
い電源導体を形成できるので、電源供給の際の抵抗ドロ
ップを防止できる。平坦化に関する歩留まりやそれに関
連した技術問題を除去できるので、大電流を供給できる
能力を有する３層或いは４層のメタル配線を用いること
ができる。
本発明のこの様な特徴或いは他の特徴は、図面を参照
して行われる以下の詳細な説明により、当業者に明らか
となるだろう。この図面において同一箇所には同一符号
が付されている。
図面の説明 図１は、本発明による典型的な電気導体構造を示す断
面図である。
図２から図11までは、本発明による図１の構造を作成
する方法を示す断面図である。
本発明の詳細な説明 本発明の電気的導体構造10が図１に示されていて、そ
れには二酸化シリコン外部絶縁層12と窒化シリコン内部
絶縁層14が含まれる。層12、14はそれぞれ約１ミクロン
の厚さである。窒化シリコン層14は非常に強くかつ持ち
の良いものであり、非常に薄くとも効果的に構造を強靭
にする。
パターン化されたアルミニウム導体層16が図１からみ
て、絶縁層12の底面に形成され、絶縁層14は導体16と絶
縁層12の露出面を覆っている。導体16はパターン化され
て、絶縁層12上に形成されたチップと、以下に説明する
他の構造に設けられた回路間を繋ぐ電気的配線を供給し
ている。
導体層16の主な機能はDC電源供給である。しかしなが
ら、本発明はこれに限定されず、導体層16はパターン化
されて必要な範囲の実用周波数の信号を運ぶこともでき
る。
層16の特定のパターンが本発明の主題ではなく、個々
の応用に基づいて設計可能である。図１の設置は例示で
あり、本発明の原理を説明するために簡略化されてい
る。導体層16は実際の応用の場面では、非常に多数の個
々の導体線にパターン化される。
導体層16は第１部分16aと第２部分16bを含み、それら
は互いに絶縁層12、14により電気的に絶縁されている。
集積回路チップ18は、接着等により絶縁層12上に設けら
れている。メタルボンディングパッド20、22が、部分16
a,16bそれぞれと配線するために、チップ18に設けられ
ている。開口部24、26が外部絶縁層12に形成され、導体
層16の部分16a,16bが露出されている。パッド20、22
が、開口部24、26をそれぞれ延びるワイヤー28、30によ
り部分16a,16bと接続されている。
導体アルミニウム通路32、34、36は内部絶縁層14の開
口部を通って延びている。通路32は導体層16の部分16a
の左端部とオーミックに接続されていて、一方通路34、
36は部分16bの左と右端部にオーミックに接続されてい
る。導体アルミニウムコンタクト層38、40、42は内部絶
縁層14上にオーミック接続状態で形成され、通路32、3
4、36と一体になっているほうが好ましい。
構造10の電流伝導能力は、コンタクト層38、40、42上
にそれぞれ好ましくは銅の中間層44、46、48を形成する
ことにより増加される。好ましくはインジウムのバンプ
50、52、54が、それぞれ中間層44、46、48上に形成さ
れ、内部絶縁層14から突出している。コンタクト層、中
間層及びバンプの組合は、外部配線を構成する。
絶縁半導体ウエハー或いはレジン基板56上には電気回
路が形成されている。基板56は、プロセッサ、導体や抵
抗が形成されたMCM構造或いは任意の他の適当な電子素
子のような大規模なチップのための集積回路チップパッ
ケージである。図示されているように、厚い銅の導体5
8、60、62が基板56の上面に形成され、アルミニウムの
コンタクト層64、66、68がそれぞれ導体58、60、62上に
形成されている。
インジウムバンプ70、72、74がそれぞれコンタクト層
64、66、68上に形成され、基板56から突出している。ポ
リシリコン抵抗76が基板56上に形成され、導体58、60と
コンタクト層64、66にそれぞれ両端部でオーミックにコ
ンタクトしている。導体層、コンタクト層及びバンプの
各組合せが内部配線を構成している。
基板56と内部絶縁層14との間に空間は、エポキシのよ
うな接着剤78で満たされ、この接着剤より基板と層14が
ボンディングされている。作成過程に於て、基板56から
突出しているバンプ70、72、74は、内部絶縁層14から突
出しているバンプ44、46、48と整合している。基板56が
層14に対して押されると、各バンプは互いに潰されて、
互いにオーミックコンタクトを形成する。
図１は本発明の構造10によって提供される内部配線の
一例を示している。導体部分16aは基板56上に導体層58
とチップ18上のボンディングパッド20とを接続させる。
導体部分16bは基板56上の導体層60,62とを接続させると
共に、導体層60、62とチップ上のボンディングパッド22
とを接続する。導体部分16a,16bは基板56上の抵抗76を
介してチップ18上のボンディングパッド20、22を接続す
る。
要するに、本発明の構造10によれば、任意の所望の配
置や組合せで次のような内部配線を可能とする。
1.外部絶縁層12上の任意の２点の間 2.基板56上の任意の２点の間 3.外部絶縁層12上の任意の点と基板56上の任意の点の間 本発明の導体構造を作成する方法が図２から図11に示
されている。図２では、物質80はシリコンウエハーの形
のキャリア82を含み、二酸化シリコン外部絶縁層12がそ
の上に形成されている。二酸化シリコンは熱酸化膜であ
り、層12は公知の方法でキャリア82の表面を熱処理する
ことにより形成される。キャリア82は以後に除去される
材料であり、以後の処理ステップにおいて支持体として
機能する。キャリア82の好ましい厚さは525ミクロンで
ある。
本発明は特定の物質に限定されないが、キャリア82に
対してシリコン、外部絶縁層12に対しては二酸化シリコ
ンの組合せが好ましい。というのは、二酸化シリコン
は、以後の説明で明らかとなるように、カリウム水酸化
物エッチャントに対して抵抗となり、シリコンは熱的に
二酸化シリコンを形成するのに必要な高い処理温度、す
なわち約摂氏1000度に絶え得るからである。シリコン酸
化物（ガラス）もまた従来のMCMのポリイミド絶縁層に
比べて高い熱伝導率を有し、熱消散を増加せしめる。
図３は、絶縁増12上にパターン化された導体層16を形
成するステップを示している。層16は標準のシリコン処
理技術を用いて形成され、この技術によれば従来のMCM
作成技術より高い解像度を可能とし、与えられた空間に
非常に沢山の薄い導体線が形成できる。本発明によれ
ば、２−４ミクロンピッチの導体線を得ることができ
る。これにより、非常に大きなチップを作成できる。
部分16a,16bは、約１％のシリコンを含むアルミニウ
ムを、CVD或いは他の適当なプロセスを用いて層12上に7
500オングストロームの厚みに均一に堆積することによ
りパターン化される。部分16a,16bを描画するために、
図示しないホトレジストマスクが、標準のフォトリング
ラフィを用いて層16上に形成され、部分16a,16b以外の
層16の領域は除去される。そしてマスクが除去され、図
３に示される構造が得られる。
図４では、窒化シリコン内部絶縁層14が、導体層16の
部分16a,16bの外部絶縁層12の表面の露出部にCVDを用い
て堆積される。図５では、フォトリソグラフィとエッチ
ングを用いて開口部84、86、88が層14に形成され、下に
ある導体層16が露出される。
図６は、通路32、34、36とコンタクト層38、40、42が
如何にして一体に形成されるかを示している。約１％の
シリコンを含むアルミニウム層が、CVD法を用いて内部
絶縁増14上に約7500−11000オングストロームの厚さに
堆積され、開口部84、86、88は通路36、34、32をそれぞ
れ形成するように満たされる。そして、アルミニウム層
はフォトリングラフィを用いてパターン化され、エッチ
ングされて、コンタクト層38、40、42が描画される。
図７は、コンタクト層38、40、42上にそれぞれ中間層
44、46、48を形成する方法を示している。層44、46、48
は、好ましくはCVDを用いて銅を約３−６ミクロンの厚
さに堆積して形成される。
図８では、バンプ50、52、54が、中間層44、46、48上
にフォトリソグラフィと熱蒸着を用いて約９ミクロンの
厚さに形成される。
銅の中間層44、46、48は、従来のMCM導体層に比べて
非常に薄い。これにより、本発明の構造10は従来のMCM
より遥かに高い電流伝導能力を有することができる。
キャリア82は上述したように標準のシリコン処理ステ
ップに対する支持体として機能する。終了時に、キャリ
ア82は図９に示されるように除去される。矢印90で示さ
れるように、キャリア82はカリウム水酸化物エッチャン
トを用いてエッチングされ除去される。二酸化シリコン
外部絶縁層12はカリウム水酸化物に対する抵抗となり、
エッチストップとして機能する。図９に示されている構
造は、図８の方向から反転されていることに注意してく
ださい。
図10では、開口部24、26がフォトリソグラフィとエッ
チングとを用いて外部絶縁層12に形成される。図11で
は、図10の構造が基板56に取り付けられる。
より詳しく説明すると、接着剤78が内部絶縁層14及び
／または基板56に供給され、基板56が層14に対して押圧
されて、層14から突出しているバンプ50、52、54が、基
板56から突出しているバンプ70、72、74に対して形が崩
れて、互いにオーミックコンタクトを形成するように保
たれる。接着剤78を硬化させると、チップ18が外部絶縁
層12上に設けられ、ワイヤーボンド28、30が形成され
て、図１の構造が形成される。
本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明の主旨を
逸脱することなく、当業者であれば種々の変形が可能で
ある。したがって、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。
例えば、インジウムバンプ50、52、54、70、72、74
は、拡散コンタクト或いは他のタイプの内部コンタクト
に置き換えることができる。また、基板56は、層46、48
に対して低い容量と高い導電率を有して相互接続される
大規模チップと置き換えることができる。
添付の請求の範囲によって規定されるように、本発明
の主旨を逸脱することなく種々の変形が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−42157（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）熱酸化外部絶縁層が形成されたキャ
    リアを含む物質を供給するステップと、 （ｂ）前記外部絶縁層上にパターン化された導体層を形
    成するステップと、 （ｃ）前記導体層と前記外部絶縁層の露出部上に内部絶
    縁層を形成するステップと、 （ｄ）導電外部配線を前記内部絶縁層を通って形成し
    て、前記外部配線を前記導体層にオーミックに接続する
    ステップと、 （ｅ）前記外部絶縁層から前記キャリアを除去し、前記
    外部絶縁層を残すステップと、 を具備する電気的導体構造を作成する方法。
  2. 【請求項２】前記ステップ（ｄ）は、 （ｆ）前記内部絶縁層を介して前記導体層を露出させる
    開口部を形成するステップと、 （ｇ）前記開口部に導電通路を形成して、前記通路を前
    記導体層にオーミックに接続するステップと、 （ｈ）前記内部絶縁層上に導電コンタクト層を形成し
    て、前記コンタクト層を前記通路にオーミックに接続す
    るステップと、 （ｉ）前記コンタクト層上に電気的導電バンプを形成す
    るステップと、 を具備する請求の範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記ステップ（ｄ）は、前記内部絶縁層か
    ら突出する電気的に導電バンプを具備するように前記外
    部配線を形成し、 前記ステップ（ｄ）は、インジウムを含むように前記バ
    ンプを形成し、 前記ステップ（ｇ）と（ｈ）は一体に実行され、導電物
    質を堆積するステップを含む請求の範囲第１項に記載の
    方法。
  4. 【請求項４】前記ステップ（ｇ）と（ｈ）はアルミニウ
    ムを含むように前記導電物質を堆積し、 前記ステップ（ｄ）は、 （ｊ）前記コンタクト層上に銅を含む導電中間層を形成
    するステップを、前記ステップ（ｈ）と（ｉ）との間に
    実行する、 請求の範囲第３項に記載の方法。
  5. 【請求項５】（ｆ）電気回路手段を有する基板を供給す
    るステップと、 （ｇ）前記回路手段に電気的に接続された基板上に内部
    配線を形成するステップと、 （ｈ）前記基板を前記内部絶縁層を取り付けて、前記内
    部配線を前記外部配線にオーミックにコンタクトさせる
    ステップとを更に具備し、 前記ステップ（ｄ）は、前記内部絶縁層から突出する導
    電バンプを含むように前記外部配線を形成するステップ
    を含み、 前記ステップ（ｇ）は、前記基板から突出する内部導電
    バンプを含むように前記内部配線を形成するステップを
    含み、 前記ステップ（ｈ）は、前記内部バンプが前記外部バン
    プに対してオーミックに押圧されるように前記基板と前
    記内部絶縁層を一緒に押圧するステップを含み、 前記ステップ（ｈ）は、前記基板と前記内部絶縁層間に
    接着剤を供給するステップと、 前記基板と前記内部絶縁層とを一緒に押圧して、前記基
    板と前記内部絶縁層とが前記接着剤により互いに接着さ
    れるステップとを更に具備する請求の範囲第１項に記載
    の方法。
  6. 【請求項６】複数の電気的ボンディング・パッドを有す
    る少なくとも１つの集積回路チップと、 電気的回路構成を有し、かつ表面に複数の第１の電気的
    導電性バンプを有する基板と、 前記少なくとも１つの集積回路チップと前記基板とを電
    気的に相互接続する電気的導体構造とを具備し、 前記電気的導体構造が、 互いに向い合う第１と第２の表面と複数の第１の開口と
    を有し、前記第１の表面上に前記集積回路チップが配置
    されている第１の誘電体層と、 互いに向い合う第１と第２の表面とを有し、前記複数の
    第１の開口のうちの少なくとも数個を横切って延びてい
    て、その第１の表面が前記第１の誘電体層の前記第２の
    表面上に位置するパターン化された導体層と、 前記電気的ボンディング・パッドの１つに電気的に接続
    され、複数の前記第１の開口の１つを通って延びてい
    て、前記パターン化された導体層に電気的に接続された
    電気的コネクターと、 互いに向い合う第１と第２の表面を有し、前記パターン
    化された導体層に通じる複数の第２の開口を有してい
    て、その第１の表面が前記パターン化された導体層の前
    記第２の表面と前記第１の誘電体層の前記第２の表面上
    にある第２の誘電体層と、 前記複数の第２の開口に隣接する前記第２の誘電体層の
    前記第２の表面上に位置し、前記パターン化された導体
    層に電気的にコンタクトために貫通して延びている部分
    を有する導電性コンタクト層と、 前記導電性コンタクト層上に位置し、前記基板上の前記
    複数の第１の電気的導電性バンプと電気的にコンタクト
    する複数の第２の電気的導電性バンプとを具備する、 ことを特徴とする大規模集積回路。
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