JP2790455B2 - 多重チップ集積回路パッケージ及び集積回路チップをパッケージする方法 - Google Patents

多重チップ集積回路パッケージ及び集積回路チップをパッケージする方法

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、全般的には、現在達成し得るよりもパッケ
ージ密度をかなり高めた集積回路パッケージ構成に関す
る。更に具体的に言えば、本発明は、電子式集積回路チ
ップ、特に基板上のチップに重なっている着脱自在の重
合体フィルムをも有している、基板上の超大規模集積回
路（VLSI）装置をパッケージして、チップ間及びチップ
内接続導体を支持する手段を形成する方法に関する。更
に具体的に言えば、本発明は、ウェーハ規模の集積パッ
ケージ密度を達成すると同時に、重合体フィルムを取り
除き、異なる相互接続配置を有する第２のフィルム層を
再び沈積することによって、チップのシステムの形式を
変えることができるようにする、着脱自在のチップ間及
びチップ内相互接続手段に関する。 ［従来の技術］ 超大規模集積回路装置をパッケージする際、１つのチ
ップを隣りの装置に接続する機構のために、かなりの空
間がとられる。このため、集積回路装置及びその上にあ
る電子部品をパッケージするためには、必要以上に大き
な空間が必要になる。その結果、所謂ウェーハ規模の集
積過程を開発することに多くの人が関与している。しか
しながら、このような方向に向けられた努力も一般的に
は、歩留りの問題のために制限される傾向がある。１つ
のウェーハ上にあるある数のチップ又はダイが不良とわ
かる場合が多いので、作製されたウェーハのうち、完全
に用いることのできるウェーハの数は、一般的には所望
する数よりも少ない。更に、ウェーハ上の種々のチップ
を相互接続する問題と、それに伴って、非常に複雑な多
数の個別の集積回路部品を相互接続するときに起こるよ
うな大型システムを試験するという問題とが依然として
存在する。従って、試験し易い個別の集積回路チップか
らウェーハ規模の集積回路パッケージを作成することが
できれば、それが非常に望ましいことがわかる。本発明
が取り上げるのは、この点である。 更に具体的に言うと、本発明は、重合体フィルム・オ
ーバレイを用いる構成及び方法である。このフィルム
は、その下方にある基板の上にある互いに隣接した複数
の集積回路チップを覆っている。更に、重合体フィルム
は絶縁層となり、その上に個別の回路チップを相互接続
するためのメタライズ・パターンが沈積される。更に、
本発明の方式の重要な利点は、１つ又は更に多くのこの
ような相互接続層を取り除いて、多数の構成及び試験が
できるようにすることである。 本発明の１つの形式では、その下方にある基板に固定
された複数の集積回路チップの上に、重合体フィルムを
沈積する。このようなプロセスを実施する方法が、国際
特許出願番号PCT/US87/02501（特表平１−501032）に記
載されている。本発明を実施する際に好ましい重合体オ
ーバレイ方法を実施するための装置も、この国際特許出
願に記載されている。特にこの国際特許出願に記載され
ている発明は、このような処理に関する重要な問題、及
び不規則な面に対するプラスチック材料の優れた柔軟性
の条件を解決する。従って、この引用した国際特許出願
は、ここに参照されるべきものである。 同様に、本発明を実施する際、チップの種々の部分の
間で又はいくつかのチップの間で電気接続をすることが
できるように、重合体誘導体層にバイア開口を設けるこ
とが望ましい。このため、国際特許出願番号PCT/US87/0
2293（特表平１−500974）には、このような開口を設け
る方法を実施する好ましい実施例が記載されている。こ
の国際特許出願もここに参照されるべきものである。上
述の２つの国際特許出願は、本願の出願人に譲渡された
ものである。 一般的に、本発明が解決する問題は、集積回路チップ
を相互接続する問題である。最近、VLSI回路に伴う相互
接続の数が大幅に増加したことにより、この問題が複雑
になった。超大規模集積回路は、システム全体の大きな
部分を１つの集積回路に取り入れているので、VLSI回路
にはより多くの相互接続部を設けなければならない。 同時に、回路の複雑さが高まるにつれて、回路の寸法
を小さくすることも望まれており、回路の寸法を小さく
することは一層高速の装置に通ずるので、実際に採用さ
れている。速度を高めるために、１つのチップから他の
チップへの相互接続部は、最小限の容量負荷及び最小限
の相互接続長を用いて達成しなければならない。容量負
荷は信号の伝送を遅くする傾向があり、このため、チッ
プで達成される高い速度が１つのチップから他のチップ
への通信の際に維持することができなくなる。チップの
間の相互接続長も、回路の長さのために及び相互接続回
路の自己インダクタンスのために、誘電体媒質内の容量
負荷効果が一層大きくなることにより、やはり伝搬遅延
に寄与する。 パーソナル・コンピュータのような装置でも、空間又
は「チップの不動産」が他の重要な観点である。正規の
パーソナル・コンピュータに用いる各々のカード・スロ
ットの償却費に基づく単純な計算では、カード・スロッ
トの価値は約400ドルである。勿論、ポータブル装置で
は、寸法及び重量が何よりも重量である。大型コンピュ
ータ及びスーパ・コンピュータ・システムでも、寸法及
び信号の速度は非常に重要である。 多くの用途では、半導体装置と、それを装着した基板
との間に緊密な接触をさせることが必要である。緊密な
接触は、最もよい電気的な接続、及び熱を取り去るため
の最もよい熱伝導度を保証するためにも非常に望まし
い。チップを上下逆さにして装着するような相互接続方
法では、熱を取り去るために、又はチップの基板に電気
接続をするために、大掛かりな構造を設けなければなら
ない。 電子システムの信頼性は、集積回路チップと外部との
間の各々の相互接続の信頼性のチェーンと同じ大きさに
過ぎない。普通のシステムでは、集積回路チップがパッ
ケージ内に配置されている。その後、ワイヤ・ボンド又
はテープ形自動ボンディング方法を用いて、チップのパ
ッドからパッケージのピンへの相互接続をする。その
後、パッケージのピンをはんだ付けにより、プリント配
線板の延長部に接続する。２つの集積回路を接続するた
めには、この後、プリント配線板の延長部を第２のパッ
ケージのピンにはんだ付けし、第２のパッケージのピン
をの上にある集積回路のパッドに結合する。１つの集積
回路を他の集積回路に接続するだけでも、多数の相互接
続部が必要であることがわかる。上に述べた理由で、こ
れは望ましくない。 相互接続はいくつかの異なる方法によって行われる場
合が多い。１番目は前に説明したが、相互接続は、チッ
プのパッドからパッケージのピンへのワイヤ結合によっ
て行われる。一般的に、この方法は１つのチップのみを
パッケージするために用いられている。多数のチップ
は、次に述べる方法で、ハイブリッド回路に相互接続さ
れる。基板を厚膜方法又は薄膜方法のいずれかの方法に
よって処理し、基板上に相互接続配線を設ける。チップ
を基板の上に取り付ける。ワイヤの結合を用いて、集積
回路チップのパッドからハイブリッド基板の配線への接
続を行う。この方法では、基板上の延びる部分の間の間
隔は、典型的には約20ミル（導体に10ミル、及び導体の
間のすき間に10ミル）である。このため、チップ上のパ
ッドの間と、チップの間の相互接続を行うのに必要な伸
びる部分の間にピッチの食違いを招く。従って、部品の
間の配線を収容するように、チップは比較的大きな距離
だけ離すことが必要になる。はんだ盛上げ方法によって
チップを装着したセラミック多重層が、もう１つの相互
接続方法である。この方法では、導体及びセラミック絶
縁体の交互の層を生の状態で圧接し、それを焼成して多
層構造を形成する。チップは各々のパッドの上にはんだ
の盛上げを設け、その後、上下逆さにして装着して、チ
ップ上のはんだ盛上げの位置がセラミックの多重層上の
相互接続区域と対応するようにする。この方法は、比較
的高い密度の相互接続ができるが、いくつかの制約があ
る。第１に、チップははんだの盛上げを設けるために、
特別の処理をしなければならない。第２に、導体区域が
スクリーン・プリント方法によって限定され、必要なバ
イアが機械的な打ち抜き方法によって限定される。一般
的に、これらの方法は信頼性及び反復性の問題があると
いう傾向がある。第３に、生のセラミックは、焼成過程
の間、約20％収縮する。これらのすべての因子が、任意
の所定の層における相互接続密度を比較的低いものにす
る。全体的な詰め込み密度を高くするためには、多数の
層を設けることが必要である（複雑な多層セラミック基
板では、このような層を10個から20個用いることも稀で
はない）。はんだの盛上げが十分に熱を運び去ることが
なく、普通はチップの裏側に何らかの大掛かりな機械的
な接続をしなければならないので、熱を取り去ることが
他の問題である。相当の工具加工が必要であるため、こ
の方法は低コストの少量生産には適さない。最後に、は
んだ盛上げの寸法が、パッドの隔たりを約10ミルに制限
する点で、他の問題がある。 本発明と同じ目的のいくつかを達成しようとする方法
では、半導体チップを基板の上に装着し、ポリテトラフ
ルオロエチレン（PTFE）のような材料の層をチップの上
に及びチップの周りに圧接して、チップがこの層内に完
全にカプセル封じされるようにする。チップ上のパッド
の位置に対応して、カプセル封じ層に孔をエッチする。
メタライズ部を適用し、パターンを定めて、相互接続部
を形成する。しかしながら、本発明は、次に述べる理由
で、この方法と重要な違いがある。この方法は、半導体
熱誘導体処理と呼ばれているが、チップがPTFE材料内に
完全に埋め込まれ、オーバレイ層というようなものは存
在しない。このため、チップを取り外すことができない
ので、集成体を修理することは不可能である。チップを
取り外すことができたとしても、残りのチップは依然と
してPTFE材料内にカプセル封じされており、交換のチッ
プを取り付け、そのチップをシステムの他の部分に相互
接続する方法がない。更に、半導体熱誘電体処理方法で
は、選択的にエッチされ、こうしてメタライズ層を完全
に取り外すことができるようにしながら、その下方にあ
る回路を保護する着脱自在のメタライズ層を設けること
ができない。更に、半導体熱誘電体処理方法は他の２つ
の問題に当面する。第１に、チップを重合体にカプセル
封じすることにより、熱膨張係数の違いによって、かな
りの応力が発生する。第２に、チップの頂部の上にある
重合体の厚さは、チップの厚さと、チップをカプセル封
じする工具とによってのみ左右される。チップの厚さの
変動があると、チップの上の重合体の厚さの変動を招
く。 セラミック多重層構成及びセラミック基板上のハイブ
リット装置の場合の他の問題は、セラミック材料に伴う
相対的な誘電率であり、これは約６である。これも、典
型的には誘電率が約２から約４である重合体誘電体に比
べて、容量負荷が一層大きくなると共に伝搬遅延が大き
くなる。 ［発明の要約］ 本発明の好ましい実施例によれば、多重チップ集積回
路パッケージが、基板と、この基板の上に配設されてい
る複数の集積回路チップとを含んでいる。チップは、他
の集積回路部品に接続するための、又は同じチップの他
の部分に接続するための相互接続パッドを含んでいる。
重合体フィルムが基板上の集積回路チップに重ねられて
いると共に集積回路チップの間を架橋しており、少なく
ともいくつかの相互接続パッドと整合している複数のバ
イア開口を有している。相互接続導体のパターンを重な
っているフィルムの上に配置して、少なくともいくつか
のバイア開口の間を伸びるようにすると共に、パッドの
間の電気接続を成すようにする。硝子、セラミック、金
属、プラスチック及び複合体を含めて、種々の基板材料
を用いることができる。本発明の重要な一面は、重合体
フィルムが着脱自在であると共に、多数の相異なる重合
体材料で構成することができることである。 本発明に従って集積回路をパッケージする方法では、
複数の回路チップが基板の上に配設される。重合体フィ
ルムがチップ及び基板の上に適用され、フィルムがチッ
プを架橋するようにする。フィルムに複数のバイア開口
を設けて、チップ上の少なくともいくつかの相互接続パ
ッドを露出するようにする。その後、フィルムの上に電
気導体のパターンを設けて、導体が選択されたバイア開
口の間を伸び、選択された相互接続パッドを電気接続す
るようにする。 従って、本発明の目的は、信頼性が高く、最小限の数
の相互接続しか必要としないような、集積回路チップの
間の直接的な相互接続部を設けることにある。 本発明の他の目的は、試験を行って、不良でないとわ
かった残りのチップの部品を劣化させずに、集成体の修
理を行うことができるように、取り外して再び適用する
ことができるオーバレイ層を提供することにある。 本発明の他の目的は、集積回路チップ及び他の電子部
品を直接的に相互接続する方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、相互接続の静電容量があり最小
であり、相互接続の長さが最小であり、重合体誘電体を
用いることにより、非常に高速で動作し得る相互接続方
法を提供することにある。 本発明の他の目的は、厚さが変化するチップに対処し
ながら、熱を運び去るために及び電気接続のために、集
積回路チップを基板に簡単に取り付けることができる相
互接続方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、システムの全体的な寸法を小さ
くして、電子システム全体の面積が、個別に取り入れた
電子回路部品の面積よりも大幅に大きくならないような
相互接続部を提供することにある。 本発明の他の目的は、システムの部品の間の熱膨張及
び熱的な不釣り合いに対処するように、相互接続機構に
融通性を組み込んだ相互接続システムを提供することに
ある。 最後に、これに限定されないが、本発明の目的は、集
積回路チップの相互接続パッドの寸法を、はんだ盛上げ
及び浮き導線結合方式によって現在要求される寸法より
も小さくすることができるように相互接続方法を提供す
ることにある。 本発明の要旨は、特許請求の範囲の欄に具体的に指摘
し、明確に請求してある。しかしながら、本発明の構
成、作用、並びにその他の目的及び利点は、以下図面に
ついて説明するところから、最もよく理解されよう。 ［実施例］ 第１図は本発明の一実施例の分解図である。この図で
は別々の３層、即ち、基板層10と、パッケージ層と、オ
ーバレイ層20とが分解して示されている。パッケージ層
は、随意選択の詰め込み挿着体12を含んでいる。挿着体
12は開口を有しており、これらの開口内に、チップ15
a、15b及び15cが配置されている。第１図に示す集積回
路チップの数及び配置は、例に過ぎないことに注意され
たい。同様に、チップ上の相互接続パッド16の配置及び
層20上の相互接続メタライズ・パターンの配置も例に過
ぎない。チップの数をこれよりも多く又は少なく、種々
の配置に形成し、種々の異なる形式に相互接続すること
ができるが、それは、オーバレイ層20及びパッケージ装
着体12の導電パターンと、最も重要なことは、チップ・
システムの所望の機能とによって決定されることであ
る。更に、パッケージ挿着体12は好ましいが、随意選択
であることにも注意されたい。 基板10は多数の相異なる材料で構成することができ
る。例えば、アルミナ基板を用いることができる。基板
10は、熱の除去が最大になるように、又は導電度が最大
になるように、銅のような金属を含んでいてもよい。基
板材料の他の例としては、セラミック多層回路又はシリ
コンもあり、これは、特に集積回路チップ15a、15b及び
15cがシリコンを基本とするときに、シリコンに対して
事実上同じ熱膨張係数を有すると共に良好な熱伝導度を
有することが可能になる。更に、チップは必ずしもシリ
コンを基本とした半導体装置を構成している必要はな
く、砒化ガリウム又はその他の形式の装置を含んでいて
もよいことに注意されたい。更に、すべてのチップに同
じ回路技術を用いる必要はない。チップの技術の種類
は、適切であれば、混在させて釣り合わせることができ
る。基板層10は、硝子、プラスチック材料、及び必要で
あれば複合体で構成されていてもよい。基板層10の最も
重要な性質は、その熱膨張係数が、集成体に用いられて
いる他の材料の熱膨張係数と大体等しいことである。 第１図に示す第２の層は、詰め込み挿着体12を含んで
いる随意選択のパッケージ層である。パッケージ挿着体
12を用いて、チップとパッケージのピンとの間の相互接
続を行うと共に、必要な場合には、電力及びアースのた
めの接続部を設けることができる。この層は、多数の相
異なる手段によって作成することができる。余分な相互
接続能力を必要としない基本的なシステムでは、この層
は、単に打ち抜き積層板で構成されており、相互接続メ
タライズを有していない。この代わりに、厚膜方法を用
いて詰め込み挿着体12を作成してもよく、この場合に
は、誘電体層を焼き付けて焼成し、その後、導体又は誘
電体の後続の層を設ける。第３の代替案としては、この
層を多層セラミック回路の一部として製造し、このセラ
ミックの底部を基板に結合し、中間層が詰め込み挿着体
12を形成するようにする。 チップ15a〜15cは、多数のダイ結合方法のいずれかに
よって、所定位置に装着されている。このような方法と
しては、共晶ダイス結合、エポキシ・ダイ結合及び熱可
塑性ダイ結合がある。共晶ダイ結合では、金ゲルマニウ
ムはんだの予備成形体を各々のチップの下方に配置し、
その後、基板を金ゲルマニウム予備成形体の共晶融点ま
で加熱する。シリコン−金はんだ共晶が形成される。第
２の代替案は、熱硬化性エポキシを用いるものであり、
これは導電度を有するように銀又は金を装入してもよい
し、又は熱伝導度を持たせるようにアルミナ又はベリリ
アを充填してもよい。エポキシは、スクリーン・プリン
ト方法により、又は針形先端からの分与によって適用す
る。チップをエポキシの上に配置し、この後、典型的に
は約30分間、基板を加熱して、エポキシを完全に硬化さ
せる。第３の代替案は、ULTEM（登録商標）樹脂（ゼネ
ラル・エレクトリック・カンパニイから販売されてい
る）のような熱可塑性材料又はシリコン・ポリイミド
を、NMP（Ｎ−メチル・ピロリドン）のような溶媒を用
いて基板に適用するものである。この後、チップを熱可
塑性材料内に配置し、熱可塑性材料が溶融するまで、及
び／又は残留溶媒が駆逐されるまで、オーブン又はホッ
ト・プレートで再び熱を加える。冷却したときに、チッ
プが基板に結合される。この点で、チップの頂部に重合
体上側層を積層する。現在好ましいと考えられる実施例
では、積層を行うのに、最初にチップ及びパッケージ装
着体層にULTEM1000樹脂、並びに塩化メチレン及びアセ
トフェノンの溶媒の薄層を吹き付ける。その後、この層
を約５分間、約200℃から約300℃までの温度で乾かし、
厚さ１ミルのKAPTONフィルム層をチップに結合するため
の熱可塑性接着剤として用いる。KAPTONはデュポン・ド
ゥ・ネムアース・カンパニイ・インコーポレイテット社
の登録商標である。普通のラミネータを用いると共に、
高さの差を均らすためのシリコーン・ゴムのプレス・パ
ッドを用いて、積層を行うことができる。この代わり
に、国際特許出願番号PCT/US87/02501（特表平１−5010
32）に記載されている真空−圧力ラミネータを用いて、
積層を行ってもよい。用いる積層温度は、熱可塑性接着
剤が溶融する温度である。ULTEM樹脂の場合、この温度
は約250℃から350℃である。 次に上に述べた方法の工程によって得られた構造にバ
イア孔を形成する。バイア孔は、回路チップ上にある相
互接続パッドのうち、電力、アース、信号又はパッケー
ジ・ピンに対する相互接続を所望するパッドの上方に形
成される。バイア孔を形成するためには、例えば厚さ10
00オングストロームのチタン又はクロム層のような薄い
メタライズ層を重合体の表面に沈積する。その後、普通
の写真製版方法を用いて、この層内にバイア開口の位置
をパターン決めする。即ち、フォトレジスト層を沈積
し、乾かし、マスクを介して露出し、その後、現像す
る。例えば、チタンを用いるときには、弗硼酸溶液でエ
ッチし、その後、酸素プラズマ反応性イオン・エッチン
グ装置内のエッチ・マスクとして、このチタンを用い
る。このようにすることにより、重合体に孔がエッチさ
れるが、酸素プラズマは集積回路チップ又は詰め込み挿
着体12の金属パッドを侵食しない。 このとき、最初にグロー放電を用いて、チップのパッ
ドの表面及び詰め込み挿着層の表面を綺麗にすることに
より、メタライズを適用することが好ましい。綺麗にし
た後に、チタン又はクロムのような緩衝メタライズ層を
適用して、オーバレイ層の全面を覆うと共に、バイア孔
を埋め、チップの相互接続パッド及び詰め込み挿着体の
頂部と接触させる。チタン又はクロムのメタライズは、
随意選択であるが、約1000オングストロームの厚さに沈
積する。このようなメタライズを用いる理由は、具体的
に４つある。第１に、それがこの後で沈積される銅のメ
タライズ部がチップのパッド内を移動し、チップの基板
にスパイク状に達するのを防止する緩衝層を形成する。
第２に、チタン及びクロムは比較的反応性の金属であ
り、オーバレイ層20の重合体とこの後で適用されるメタ
ライズ部との間に安定な化学結合を形成する。第３に、
チタン及びクロムが酸化アルミニウムと反応して、チッ
プのパッドに対する良好なオーミック接触をする。第４
に、チタン及びクロムは、この後の沈積に対する好まし
い金属である銅を侵食するエッチング溶液によって侵食
されない金属である。このため、後で詳しく説明する相
互接続を除去する過程の間、銅を完全に取り除くことが
できる。 工作物をスパッタリング室から取り出さずに、チタン
又はクロムの沈積物の上に直接的に銅の沈積物をスパッ
タリングする。銅を用いて高い導電度を持たせる。銅は
約２ミクロンから約５ミクロンの厚さに沈積する。銅の
沈積の後に、基板をスパッタリング室から取り出し、吹
き付け又は回転付着方法により、銅の表面の上にフォト
レジスト層を沈積する。次に、所望のメタライズ・パタ
ーンに応じた接触マスクを用いて、レジストを露出す
る。レジストを現像した後に、構造をエッチする。600
グラムの硝酸、600グラムの硫酸及び600グラムのH3PO4
を1.5リットルの水に溶かした溶液を、この目的に用い
ることができる。このエッチャントは銅を侵食するが、
障壁金属には接触しないままである。これはチップのメ
タライズ部にも影響しない。銅を適当にエッチした後
に、例えばフッ化ホウ素酸溶液を用いて、チタンをエッ
チする。この代わりに、CF4プラズマ中の反応性イオン
・エッチングを用いて、チタン層をエッチする。 プラズマを用いて障壁金属を除去することは、湿式処
理工程までのプロセス中の任意の時点で、重合体が直接
的に露出することを防止する点で魅力がある。もしこの
露出があると、重合体が、後でチップの表面を侵食する
おそれのある湿式処理材料を少量吸収するおそれがあ
る。フォトレジストを露出する接触マスク方法に代わる
ものとして、係属中の米国特許出願（出願人控え番号RD
−17,420）に記載されている方法に従って、計算機の制
御の下にレーザを走査する。 これまでに得られた構造の注目すべき特徴をここで指
摘しておく必要がある。第１に、メタライズ部は、非常
に細い線及び間隔、典型的には１ミル未満の線幅及び１
ミルの線の間隔を形成するようにパターン決めされる。
適応形写真製版装置を用いて行われた試験では、本発明
に従って、６ミクロンの線及び間隔が実証された。更
に、第１図から、このとき、チップは実質的に縁を合わ
せて配置することができることが理解されよう。メタラ
イズのピッチ（１ミルの線及び間隔）は、チップ自体に
関連するパッドの間隔（典型的には10ミル）よりもずっ
と狭いので、チップを相互接続することが容易である。
この結果得られる構造は、相互接続の長さが可能な限り
短くなり、導体の幅が約６ミクロンから約25ミクロンま
でになるような構造である。更に、誘導体は、典型的に
は厚さ１ミルであって、誘電率がULTEM樹脂及びKAPTON
フィルムの誘電率の中間又は約3.2である。この結果、
静電容量負荷が非常に小さいシステムになる。本発明の
システムの相互接続の長さ及び容量性負荷が、他のどの
方式で達成されるよりも大幅に低いことに注意された
い。更に、縁を合わせて配置することにより、パッケー
ジ全体の寸法と、用いられるシリコン面積との間の最小
の比が達成されることにも注意されたい。更に、１つの
チップから他のチップに接続するためには、１つの相互
接続用の伸びる部分及び２つの相互接続部しか必要とせ
ず、相互接続用の伸びる部分は、相互接続部の一体の一
部であることにも注意されたい。これまで知られている
技術では、これよりも相互接続部が少ないものはなく、
又は相互接続用の伸びる部分が相互接続部の一体の一部
であるものもない。更に、相互接続部及び相互接続用の
伸びる部分は、真空スパッタリング方法によって形成す
ることが好ましく、こうすれば、メタライズ・パターン
を受ける面は、スパッタリングによって綺麗にされ、そ
の後、直ちにメタライズされる。この方法により、汚染
レベルが非常に低い信頼性の高い相互接続部が得られ
る。この方法は、融剤による汚染、及びシステムを空気
の環境内で加熱することによる酸化による汚染を伴うは
んだ付けを利用する方法も優れている。 第２図は本発明に従ってこの結果得られる高密度の相
互接続構造の断面図である。この図からわかるように、
相互接続された２つのチップの間に、可撓性の重合体材
料20及び薄いメタライズ層で構成されている架橋部が存
在している。重合体層20及びメタライズ・パターン25
は、第１の更に広い範囲の斜視図にも示されている。メ
タライズ層は、前に述べたように、銅のメタライズ部25
を含んでいると共に、随意選択のチタンの障壁層24をも
含んでいることが好ましい。前に述べた接着剤材料11
が、集積回路チップ15a及び15bを基板10に固定するよう
に作用する。同様に、接着剤19を用いて、重合体層20を
基板／チップ構造に固定することが好ましい。しかしな
がら、接着剤層19は一般的に随意選択であり、あらゆる
製造方法に必ずしも含まれていないことに注意された
い。このシステムの任意の部品の間に熱的な不釣り合い
がある場合、比較的可撓性を有する重合体が必要に応じ
て伸び縮みして、相違した動きに対処する。メタライズ
部25は銅を含んでいることが好ましいが、これも相互接
続区域に実質的に何ら応力を加えずに、相違した膨張に
対処する。熱によって誘起された応力が、はんだ盛上げ
構造のような他の公知の構造や、チップを含んでいるパ
ッケージが、導線を用いずに、熱の点以外では釣り合っ
た回路板にはんだ付けされるようなチップ支持構造で
は、重大な問題である。 第２図の断面図に示されるように、本発明の方法で必
要な相互接続面積は、バイア孔の寸法と、メタライズ層
をパターン決めすることができるようにするととによっ
てのみ制限されることがわかる。この方法では、前に引
用した国際特許出願番号PCT/US87/02293（特表平１−50
0974）に記載されているマスクなしのバイア孔方法を用
いて、６ミクロンのバイアス孔が達成された。６ミクロ
ンから25ミクロンの領域のメタライズ部のパターン決め
も達成された。従って、６ミクロンから25ミクロンの直
径を有する領域が、相互接続に必要なすべての面積であ
る。これは、接続を行うために、チップ上に位置決めさ
れる相互接続パッドに要求される面積に対して意味する
所が深い。第１図から、チップ・パッドはチップの周辺
に制限する必要がないことがわかる。これも、相互接続
はチップ上の任意の便利な点で行うことができ、チップ
の周辺に達する余分の空間を用いる必要がないので、構
造的に意味がある。最後に、相互接続に伴う静電容量が
減少する結果、大電力駆動器の条件が低下する。これと
合わせて、パッドの寸法が一層小さいために、特定のチ
ップに対してずっと多くの相互接続をすることができる
ことにより、特定の方法で現像達成される歩留りに応じ
て、チップの寸法を最適にするような新しい構造的な選
択が可能になる。チップの歩留りを高める観点から、仕
切りの制約がチップを所望する以上に大きくしなければ
ならない場合が多かった。 以上説明した発明が、１つのメタライズ層に制限され
ないことに注意されたい。例えば、実施例では、多数の
手段のうちのどれによっても、追加の誘電体メタライズ
層が適用される。最初に、第２の誘電体層を適用する。
この誘電体層は、前に述べたように、塩化メチレン及び
アセトフェノンの溶媒内のULTEM樹脂で構成された接着
剤を吹き付けることによって適用することができる。こ
の後、乾かした後に、KAPTONフィルムで構成された第２
の層を現存の構造の上に積層する。次に、金属マスクと
エッチングとにより、又は国際特許出願番号PCT/US87/0
2293（特表平１−500974）に記載されているようなレー
ザを用いたマスクなしのバイア孔形成方法により、バイ
ア孔を形成する。前に述べたように、スパッタリングに
より、メタライズ部を適用する。フォトレジストを適用
し、普通の方法でパターン決めを行うことにより、又は
前に述べた適応形写真製版のレーザ装置を用いることに
より、メタライズ部のパターンを定める。第3A図はこう
して得られた構造の断面図である。特に、第２の接着剤
層29、第２の重合体層30及び第２のメタライズ層に注意
されたい。この第２のメタライズ層は、第２のチタンの
障壁層34と、好ましくは前と同じように銅で構成された
相互接続導体35とを合わせて含んでいる。 同様に、第3B図は多層系の断面図を示す。この場合、
第２の誘電体層は、ULTEM樹脂又はその他の重合体誘電
体で構成されており、これが第１の層の上に吹き付けら
れる。この場合、前に述べた接着剤層に用いられるのと
同じ混合物を誘電体層として用いる。第１の層を吹き付
け、約５分間、約250℃から約350℃の温度で乾かす。冷
却した後に、前と同じように、第２の層を吹き付けて乾
かす。最後に、第３の層を吹き付けて乾かす。この結
果、厚さ約12ミクロンの層が得られる。バイア孔及びメ
タライズ部は前に述べたように作成する。第３の代替案
は、誘電体としてパラキシレンを用いるものである。こ
の際、材料の沈積では、約１トルの真空中で基板を加熱
し、制御された形でパラキシレン単量体を導入し、基板
のすべての露出面の上に重合体が形成されるようにす
る。この化学反応気相成長は、被覆が非常に均一で、ピ
ンホールがないことを特徴とする。その後、前に述べた
ようにして、バイア孔とメタライズ部とを形成する。 本発明の好ましい実施例では、重合体層20の厚さは典
型的には、約12ミクロンから25ミクロンである。接着剤
層19及び29の各々は、典型的には約３ミクロンの厚さで
ある。第２の重合体層は、典型的には12ミクロンの厚さ
であり、積層されたフィルム層ではなく適用される場
合、特にこの厚さである。チタンの障壁24及び34はいず
れも、厚さが典型的には約0.1ミクロンから0.2ミクロン
である。同様に、各々の銅メタライズ層25及び35は、典
型的には厚さが約３ミクロンから６ミクロンである。銅
はスパッタリング又は真空沈積によって沈積することが
できる。しかしながら、現在ではこのどの方法も、他の
方よりも好ましいというものではない。 本発明の最も重要な一面についてこれから説明する。
特に、本発明の１つの重要な利点は、オーバレイ層20
（及びそれに関連したメタライズ・パターン）を取り除
くことができることである。例えば、層の除去は、メタ
ライズ層を交互にエッチング又は溶解した後に、重合体
層をエッチング又は溶解することから成るバッチ・プロ
セスによって行うことができる。残っている層が、最初
に適用された重合体フィルム及びメタライズ層になるま
で、このプロセスを続ける。そうなった点で、前に述べ
たように、硝酸、硫酸及びH3PO4の浴内で溶解すること
により、銅のメタライズ部を除去する。このエッチャン
トによってチタンは侵食されないので、チタンは残る。
実質的に全部の銅が除去されたときに、構造をフッ化ホ
ウ素酸溶液に浸漬することにより、又はその代わりに、
現在好ましいと考えられる実施例では、気体状CF4の雰
囲気内の反応性イオン・エッチングにより、チタンを除
去する。チタン層は比較的薄い（約1000オングストロー
ム）ので、プラズマによって直ぐに除去される。150ワ
ットのRF入力で約５分間動作するプラズマ装置を用い
て、所望の結果が達成される。チップ上に及び詰め込み
層の上にある露出したパッドがあれば、それがプラズマ
によって有利に綺麗にされる。この時点で、プラズマ・
ガスを、CF4によって補強された酸素プラズマに取り替
えることができる。これによってKAPTONフィルム材料
と、ULTEM樹脂とを基本とした重合体の複合体がたちま
ちエッチされ、再処理が直ぐ行える裸の綺麗なチップの
みが残る。他の実施例では、基板を塩化メチレン内に２
時間浸けておくと、KAPTONフィルム材料が浮上る。この
とき、基板を特定のダイ取り付け方法の軟化点まで加熱
することにより、個別のチップ部品が取り除かれる。こ
の加熱する点は典型的には、共晶ダイ取り付けを用いる
場合には、はんだの融点であり、エポキシ・ダイ取り付
けを用いる場合には、エポキシの撓み点（又はそれ以上
であり）、熱可塑性ダイ取り付け方法を用いる場合に
は、熱可塑性材料の融点である。この後、不良のチップ
があれば、それと交換するために新しいチップを用い、
この方法を繰り返すことができる。 オーバレイ層を取り除くことができることは非常に重
要である。これによって、チップが最初は試験形式に配
置された多重チップ集積回路パッケージを製造すること
ができる。このことは試験能力の点で非常に重要であ
る。チップのシステムが、それ自身の回路及び相互接続
及び相互作用の両方の点で、次第に複雑になるにつれ
て、その結果得られたチップ及びシステムの試験が段々
難しくなる。チップ試験の困難のレベルは、実際、複雑
さが組み合わせによって大きくなるために、指数関数的
な増加よりも大きな割合で増大することがわかる。しか
しながら、オーバレイ層を取り除くことができることと
合わせて、新しい層を適用し、チップを異なるパターン
で接続し、不良のチップを取り除くことができることに
より、試験能力を何ら制限せずに、ウェーハ規模の集積
が有効に達成される。 以上の説明は、全般的に複数のチップを用いるパッケ
ージを対象とするものであるが、本発明の構成及び方法
は、１つのチップしか存在しない場合にも適用し得るこ
とに注意されたい。この場合には、重合体フィルム（又
は多重レベルのフィルム）が着脱自在の絶縁構造とな
り、その中にバイアが設けられており、その上にメタラ
イズ・パターンが配置されて、チップ間の接続のため
に、及び／又は選択されたチップのパッドを外部ピン若
しくはチップを取り付けた基板上に配置されたパッドに
接続するために用いられる。 以上の説明から、本発明のパッケージ構成及び方法
が、半導体パッケージ技術を著しく前進させたものであ
ることが理解されよう。本発明の方法を用いて、本発明
に従って多数のパッケージを相互接続すること、即ち、
第２又は第３のオーバレイ層を用いて、そのいずれもが
本発明に従って製造された何組かの多重チップ・パッケ
ージを接続することができることが理解されよう。更
に、ここで説明した構成及び方法は、経済的であって、
製造上の複雑さを伴わずに容易に達成されることがわか
る。更に、ここで説明した処理方法は、その結果得られ
る回路パッケージの物理的及び電気的な特性について重
要な利点をもたらすことがわかる。更に、本発明のシス
テムは、前に述べたすべての目的を十分に満たすことが
理解されよう。 本発明をある好ましい実施例について詳しく説明した
が、当業者であれば、それに対して種々の改変及び変更
を加えることができよう。従って、特許請求の範囲は、
本発明の要旨の範囲内に含まれるこのようなすべての改
変及び変更を包括するものであることを承知されたい。 図面の簡単な説明 第１図は本発明のパッケージ形式及び方法を部分的に
略図で示す分解斜視図である。 第２図は側面断面図であって、本発明によるチップ間
の接続を示す図である。 第3A図は第２図と同様な図であって、更に複雑で平面
状でない相互接続配置に対して多重のオーバレイ・フィ
ルムを利用することを特に示す図である。 第3B図は第3A図と同様な図であって、第２に適用した
重合体層と共に、積層されたフィルム層を利用すること
を特に示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウォジナロウスキイ，ロバート・ジョン アメリカ合衆国、12019、ニューヨーク 州、バルストン・レーク、アール・ディ ー・ナンバー６、ハットリー・ロード、 102番 (56)参考文献 特開 昭61−111561（ＪＰ，Ａ) ＩＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓ ｃｌｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ Ｖ ｏｌ．24 Ｎｏ．２ Ｊｕｌｙ 1981 Ｐａｇｅ 1214−1215

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 １．基板と、 該基板上に設けられている複数の集積回路チップであっ
    て、該チップ上に相互接続パッドを有している複数の集
    積回路チップと、 該集積回路チップに重なっていると共に該集積回路チッ
    プを架橋しており、少なくともいくつかの前記相互接続
    パッドと整合している複数のバイア開口を有している重
    合体フィルムと、 少なくともいくつかの前記開口の間を接続すると共に少
    なくともいくつかの前記相互接続パッドの間の電気接続
    を前記開口を介して成すように、前記重合体フィルムの
    上面に設けられているパターン状の相互接続導体とを備
    えた多重チップ集積回路パッケージ。 ２．前記フィルムは、前記パターン状の相互接続導体と
    共に除去可能である特許請求の範囲第１項に記載の集積
    回路パッケージ。 ３．前記基板は、硝子と、金属と、セラミックと、プラ
    スチックと、シリコンと、複合体とから成っている群か
    ら選択された材料を含んでいる特許請求の範囲第１項に
    記載の集積回路パッケージ。 ４．前記重合体フィルムは、熱可塑性材料と、熱硬化性
    材料とから成っている群から選択されている特許請求の
    範囲第１項に記載の集積回路パッケージ。 ５．第１の前記重合体フィルム及び前記パターン状の相
    互接続導体に重なっており、前記第１の重合体フィルム
    の上に設けられている少なくともいくつかの前記パター
    ン状の相互接続導体と整合している複数のバイア開口を
    含んでいる第２の重合体フィルムと、 該第２のフィルムの上に設けられている第２の複数の相
    互接続導体であって、前記第１の重合体フィルムの上に
    設けられているパターン状の相互接続導体の間の電気接
    続を成すように、前記第２のフィルムに設けられた少な
    くともいくつかの開口の間を延在している第２の複数の
    相互接続導体とを更に含んでいる特許請求の範囲第１項
    に記載の集積回路パッケージ。 ６．前記パターン状の相互接続導体は、前記重合体フィ
    ルムと接触しているチタンの層を含んでいる特許請求の
    範囲第１項に記載の集積回路パッケージ。 ７．前記パターン状の相互接続導体は、前記チタンと接
    触している銅の層を含んでいる特許請求の範囲第６項に
    記載の集積回路パッケージ。 ８．前記銅の層の厚さは、約３ミクロンから約６ミクロ
    ンである特許請求の範囲第７項に記載の集積回路パッケ
    ージ。 ９．前記チタンの層の厚さは、約1000オングストローム
    である特許請求の範囲第６項に記載の集積回路パッケー
    ジ。 １０．相互接続パッドを含んでいる複数の集積回路チッ
    プを基板の上に設ける工程と、 前記チップ及び前記基板の上方に重合体フィルム層を適
    用する工程であって、前記フィルムが該フィルムと前記
    基板との間に空所を残すようにして前記チップを架橋す
    るように重合体フィルム層を適用する工程と、 前記重合体フィルムに複数のバイア開口を設ける工程で
    あって、前記開口は、少なくともいくつかの前記相互接
    続パッドの上方に設けられている、複数のバイア開口を
    設ける工程と、 前記フィルムの上にパターン状の電気導体を設ける工程
    であって、前記導体は、選択された相互接続パッドを電
    気接続するように前記バイア開口の間を接続している。
    パターン状の電気導体を設ける工程とを備えた集積回路
    チップをパッケージする方法。 １１．前記基板は、硝子と、金属と、セラミックと、プ
    ラスチックと、シリコンと、複合体とから成っている群
    から選択された材料を含んでいる特許請求の範囲第10項
    に記載の方法。 １２．前記重合体フィルムは、熱可塑性材料と、熱硬化
    性材料とから成っている群から選択された材料を含んで
    いる特許請求の範囲第10項に記載の方法。 １３．前記パターン状の電気導体及び前記重合体フィル
    ムを取り除く工程と、 他の重合体フィルム及び他のパターン状の電気導体を再
    び適用する工程とを更に含んでいる特許請求の範囲第10
    項に記載の方法。 １４．前記重合体フィルム層は、除去可能な層を含んで
    いる特許請求の範囲第10項に記載の方法。
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