JP4356196B2 - 半導体装置組立体 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はマルチチップモジュール(MCM)におけるベアチップの半導体装置組立体の構造に関し、特に、多端子LSIチップの実装密度を従来よりも飛躍的に向上させた組立体に関する。
【0002】
【従来の技術】
図8は従来例の説明図であり、マルチチップモジュールにおけるベアチップ1を実装する多層配線基板7への縦型実装組立体構造の一例である。
【0003】
図において、1はベアチップ、7は多層配線基板、26はワイヤ結線、27ははんだバンプ、28は端子である。
【0004】
マルチチップモジュールは主としてLSIチップのような半導体素子を多数、一枚の基板に高密度に実装したものや、或いはこの基板を更にケースに入れたり、樹脂外装を被せたりしたものの総称で、システム全体の高速化並びに高性能化を図るために開発されたものである。
【0005】
半導体チップの電極パッドと基板の電極パッドとの電気的接続方法としては、ワイヤボンディング方式、TAB方式、或いはフリップチップ方式等があるが、高密度化には、ボンディングのための接続スペースを必要としないフリップチップ方式が採用されている。
【0006】
フリップチップ方式は、LSIチップの電極上にバンプを形成し、そのバンプと基板の電極パッドとを接続する方式である。
【0007】
図8は特開平8−288454号公報に開示されキャシュメモリチップを半導体基板に縦型に搭載したMCM構造の一例である。MCM用のベアチップ1を、図8(b)に示すように単にはんだバンプ27を介してベアチップ1の電極を多層配線基板7の電極にベアチップ1を縦型にして載置して、この半導体基板を図8(a)に示すようにパッケージとなる多層配線基板7にワイヤ結線26で接続してから、モールド樹脂で封止する構造であり、面積に対する端子数の割合に限りがある。
【0008】
しかしながら、近年のLSI入出力端子の増大に伴い、電極がチップの周辺にのみ形成されている周辺型のフリップチップから、基板面全体に電極が形成されているエリアアレイ型フリップチップに移行している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
LSIチップは更に高集積化が進んでおり、それに伴い多端子化の要求も強まる一方である。そして、多端子化に応じ、実装基板の配線もますます微細化、高密度化が求められ、いつの日か、コスト・技術、いずれの要求にも対応できなくなる恐れがあり、これに対処するLSIチップの微細化、多層配線化、実装基板の多層配線化と、これらLSIチップと実装基板の高集積実装技術の開発を早急に行う必要がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
図1〜2は本発明による原理説明図であり、MCMに用いるベアチップの半導体装置組立体の断面構造図、斜視図、ならびにMCM用実装基板へのベアチップ実装工程図と完成図を示す。
【0011】
図において、1はベアチップ、2は半導体基板、3は電極、4は多層絶縁層、5は配線、6はチップパッド、7は多層配線基板、8は基板、9は多層絶縁膜、10は配線、11は基板パッド、12は樹脂である。
【0012】
本発明では、上述の課題を解決するために、MCM用のベアチップの配線が形成されている面に多層絶縁層を被覆し、各層の配線から各層の層間絶縁膜のスルーホールを通して配線を多層絶縁膜上に引き出し、ベアチップの側面部まで配線を延伸して、多層配線基板と垂直に接する端面の辺に形成されたチップパッドと接続する構造とする。そして、LSIチップに要求される端子数に応じて、多層絶縁膜、信号引出し用の配線、及び入出力端子となるチップパッドの多層化を増大し、端子数を増加させて行き、上記構造のベアチップを入出力端子用のチップパッドが形成されたチップの側面部にて、多層配線基板上の基板パッドに垂直に衝合し、電気的に接続した後、エポキシ等の樹脂で封止固定する。
【0013】
従来より半導体のチップを基板に対して、チップ面が垂直に接続する方法は、半導体基板に複数のチップを立設した構造が、特開平8−288454号公報や特開平10−335374号公報に開示されているが、いずれも多端子化には対応できないものである。
【0014】
以上、述べたように、本発明のMCM用のベアチップ上の多層絶縁層の各層から該チップの側面部に段階的に順次露出した入出力端子用のチップパッドは、多層配線基板の多層配線膜の各層から段階的に順次表面に露出した基板パッドに、多層配線基板に対してベアチップが垂直になるように、ベアチップと多層配線基板とを衝合するとともに、ベアチップ上の入出力端子用のチップパッドと、多層配線基板上の基板パッドをそれぞれ電気的に接合し、衝合部位を樹脂で封止固定するベアチップ半導体装置を形成することで、従来のものより実装密度を飛躍的に向上させるた半導体装置を得ることが出来る。
【0015】
更に、この方法によれば、ベアチップの両面に回路を形成することもできるため、一層の高集積化を実現することが出来る。
【0016】
【発明の実施の形態】
図3は本発明の第1の実施例のMCMベアチップ実装のLSIのベアチップ製造の工程順模式断面図、図4は本発明の第1の実施例の実装基板製造の工程順模式断面図、図5は本発明の第1の実施例のMCMベアチップ実装の工程順模式断面図と完成俯瞰図、図6は本発明の第2の実施例のベアチップの両面実装の完成俯瞰図、図7は本発明の第3の実施例のベアチップのヒートシンク取り付けの完成俯瞰図である。
【0017】
図において、1はベアチップ、7は多層配線基板、13はSi基板、14はCu電極、15はエポキシ樹脂膜、16はめっきシード、17はCuチップパッド、18はビアホール、19はCu配線、20はセラミック基板、21はポリイミド絶縁膜、22はCu配線、23はCu基板パッド、24はエポキシ樹脂封止材、25はヒートシンクである。
【0018】
図3〜図5は本発明の第1の実施例の説明図である。
【0019】
先ず、図3のベアチップの製造の工程順模式断面図に従って、ベアチップの製造方法を説明する。
【0020】
図3(a)に示すように、Si基板13の活性領域形成面上にシリコン酸化膜等の多層絶縁層と多層配線層が形成されたベアチップ1の表面に、Cu(銅)電極14を形成する。
【0021】
図3(b)に示すように、ベアチップ1の電極形成面に多層絶縁膜としてエポキシ樹脂膜15をチップサイズにもよるが、5〜20μmの厚さに形成する。この多層絶縁膜は、感光性、或いは非感光性樹脂を用いることが出来るが、後のレーザエッチングが可能であれば、材料は問わない。
【0022】
図3(c)に示すように、めっきによる銅の端子電極形成のためのシードとなるめっきシード16を銅で1〜5μm程度の厚さにスパッタにより形成する。めっきシード16の形成方法としてはスパッタの他、蒸着、無電解めっきで行っても良い。導電性ペーストによる場合は、このプロセスは省略出来る。
【0023】
図3(d)に示すように、更に、エポキシ樹脂膜15からなる層間絶縁膜を5〜20μmの厚さに被覆する。
【0024】
図3(e)に示すように、レーザ等でめっきシード16上のCuチップパッド17の形成部分の層間絶縁膜をエッチングし、銅のめっきにより3〜20μmと所定の厚さのCuチップパッド17を形成する。
【0025】
図3(f)に示すように、レーザ等でCu電極14とCuチップパッド17を接続するために、Cu電極14上にレーザ等によりビアホール18を開口する。
【0026】
図3(g)に示すように、銅のめっきによりCu配線19を1〜5μm程度の厚さに形成する。
【0027】
上記のプロセスは、多層配線基板7に形成する多層薄膜配線技術と同じくすることが多いため、現行のプロセスをそのまま適用可能である。
【0028】
図3(h)に示すように、図3(b)から図3(g)のプロセスを繰り返し、多層配線の各層のすべてのCu電極14をCuチップパッド17に接続する。
【0029】
図3(h)において、各Cuチップパッド17上のエポキシ樹脂膜15は工程上二層となるが、便宜上、Cu配線19でCu電極14とCuチップパッド17を結線した後は、エポキシ樹脂膜15を各々一層で表示する。
【0030】
図3(i)に示すように、Cuチップパッド17が多層絶縁膜より全て露出するように、レーザを用いて階段上にエッチングする。
【0031】
次に、本発明の第1の実施例において、多層配線基板7の製造についてはベアチップ1のCu配線19からCuチップパッド17の作成と略同じ工程で作成される。
【0032】
図4により説明する。
【0033】
図4(a)に示すように、ガラス或いは厚さ1mm程度のセラミック基板20上にエポキシ樹脂、或いはポリイミド絶縁膜21を形成する。
【0034】
図4(b)に図4(a)の丸印の領域の拡大図で示すように、ポリイミド絶縁膜21の中には多層のCu配線22が形成され、それぞれのCu配線22の端末には、Cu基板パッド23を形成する。
【0035】
図4(c)に示すように、Cu配線22のCu基板パッド23上の部分のポリイミド絶縁膜21をレーザにより階段状にエッチングして、各々のCu配線22のCu基板パッドを23を順次露出する。
【0036】
本発明の第1の実施例の半導体装置組立体におけるベアチップの実装を図5により説明する。
【0037】
先ず、図5(a)に示すように、多層配線基板7のポリイミド絶縁膜21のビアホールエッチング部分に、多層配線基板7上に露出したCu基板パッド23の対応する位置に合わせて、多層配線基板7にそれぞれのベアチップ1をほぼ垂直に立て、衝合して挿入し、図5(b)に示すように、複数のベアチップ1と多層配線基板7の衝合部位をエポキシ樹脂封止材24でそれぞれ封止固定する。
【0038】
図5(c)に複数のベアチップ1を多層配線基板7に実装した半導体装置組立体の完成品の俯瞰図を示す。
【0039】
次に、図6は本発明の第2の実施例である。
【0040】
図6に完成俯瞰図で示すように、第2の実施例では、ベアチップ1の一端だけでなく、ベアチップ1の両端にチップパッドを形成する。
【0041】
そして、ベアチップ1の両端に2枚の多層配線基板7を片方ずつ実装し、つまり、ベアチップ1を多層配線基板7で挟み込む様にして封止固定し、一枚のベアチップ1の信号を振り分けて伝送し、伝送の効率化、高速化を図る。
【0042】
更に、図7は本発明の第3の実施例である。
【0043】
図7に完成俯瞰図で示すように、第3の実施例では、全てのベアチップ1をベアチップ1の裏面がアルミニウム等のヒートシンク25の冷却部品に接するようにして実装し、一連のベアチップ1からの発熱を効率良く放散させるように実装する。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体装置組立体は多端子多層配線のベアチップを多層配線基板に差し込む様に衝合して実装出来るので、従来の単層ベアチップよりも実装密度を飛躍的に向上出来る上に、ベアチップを衝合により確実に固定出来るため、信頼性も高くなる。また、この組立体構造によれば、ベアチップの両面に回路を形成できるため、一層の高集積化を図ることも出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図(その1:ベアチップの製造)
【図2】 本発明の原理説明図(その2:ベアチップの実装基板への実装)
【図3】 本発明の第1の実施例の説明図(その1:ベアチップの製造)
【図4】 本発明の第1の実施例の説明図(その2:実装基板の製造)
【図5】 本発明の第1の実施例の説明図(その3:ベアチップの実装)
【図6】 本発明の第2の実施例の説明図(ベアチップの両面実装)
【図7】 本発明の第3の実施例の説明図(ベアチップのヒートシンク)
【図8】 従来例の説明図
【符号の説明】
図において
1 ベアチップ
2 半導体基板
3 電極
4 多層絶縁層
5 配線
6 チップパッド
7 多層配線基板
8 基板
9 多層絶縁膜
10 配線
11 基板パッド
12 樹脂
13 Si基板
14 Cu電極
15 エポキシ樹脂膜
16 めっきシード
17 Cuチップパッド
18 ビアホール
19 Cu配線
20 セラミック基板
21 ポリイミド絶縁膜
22 Cu配線
23 Cu基板パッド
24 エポキシ樹脂封止材
25 ヒートシンク
26 ワイヤ結線
27 はんだバンプ
28 端子

Claims (2)

  1. ベアチップ上に形成された多層配線層の配線が、介在する絶縁層と対をなして該ベアチップの側面部位に階段状に露出している複数のチップパッドと、
    多層配線基板上に形成された多層配線膜の配線が、介在する絶縁膜と対をなして該多層配線基板の上面部位に階段上に露出している複数の基板パッドとを有し、
    該チップパッドと該基板パッドとが相互に衝合して電気的に接合されており、該衝合部位が樹脂によって封止固定されていることを特徴とする半導体装置組立体。
  2. 前記ベアチップが裏面に冷却部品を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置組立体。
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