JP5589601B2 - Integrated circuit element built-in substrate and integrated circuit element built into the integrated circuit element built-in substrate - Google Patents
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Description
本発明は、集積回路素子内蔵基板及び該集積回路素子内蔵基板に内蔵される集積回路素子に関する。 The present invention relates to an integrated circuit element built-in substrate and an integrated circuit element built in the integrated circuit element built-in substrate.
電子機器の継続的な軽薄短小化に伴い、集積回路素子そのものの微細化やさらなる高集積化と共に、半導体パッケージにおける高密度実装技術がますます進展している。集積回路素子(ICやLSI等。以下、総称してLSIと記す)とパッケージの配線基板との接続には、金線等を用いるワイヤーボンディング接続や、半田ボール等を用いるフリップチップ接続が用いられている。 As electronic devices continue to become lighter, thinner, and smaller, integrated circuit elements themselves have become smaller and more highly integrated, and high-density mounting technology for semiconductor packages has been further developed. For connection between an integrated circuit element (IC, LSI, etc., hereinafter collectively referred to as LSI) and a wiring board of a package, wire bonding connection using a gold wire or flip chip connection using a solder ball or the like is used. ing.
ワイヤーボンディング接続は、LSIのパッド数が少ない場合には、低コストでパッケージングすることができる。しかしながら、LSIのパッドの狭ピッチ化に伴って、ワイヤー径を小さくする必要が生じ、ワイヤー切れ等の組立プロセスにおける歩留り低下が課題となっている。 Wire bonding connection can be packaged at low cost when the number of LSI pads is small. However, as the pitch of LSI pads becomes narrower, it is necessary to reduce the wire diameter, and there is a problem in yield reduction in assembly processes such as wire breakage.
フリップチップ接続は、ワイヤーボンディング接続に比べてLSIと配線基板間の高速信号伝送が可能であるというメリットがある。しかしながら、LSIのパッド数の増加や狭ピッチ化に伴って、半田バンプの接続強度が弱くなり、接続箇所のクラック発生等の不良が多発していた。 The flip-chip connection has an advantage that high-speed signal transmission between the LSI and the wiring board is possible compared to the wire bonding connection. However, with the increase in the number of LSI pads and the narrowing of the pitch, the connection strength of the solder bumps is weakened, and defects such as the occurrence of cracks at the connection locations frequently occur.
そこで、近年、LSIを内蔵するパッケージ技術、いわゆるLSI内蔵技術が提案されている(例えば、特許文献1、2)。この技術は、半導体装置のさらなる高集積化及び高機能化を実現し、パッケージの薄型化、低コスト化、高周波対応、低ストレス接続、エレクトロマイグレーション特性改善等を実現する高密度実装技術として期待されている。 Therefore, in recent years, a package technology incorporating an LSI, a so-called LSI built-in technology has been proposed (for example, Patent Documents 1 and 2). This technology is expected as a high-density packaging technology that realizes further high integration and high functionality of semiconductor devices, and realizes package thinning, low cost, high frequency response, low stress connection, improved electromigration characteristics, etc. ing.
ところで、このようなLSI内蔵技術に用いられるLSIとしては、上記のようなワイヤーボンディング接続やフリップチップ接続を前提とする外部端子を有するLSIを用いている。ワイヤーボンディング接続用のLSI(チップ)では、チップ外周端に等間隔で外部端子が配列されており、高速接続に適した形状となっている。また、フリップチップ接続のチップでは、チップの一面に外部端子を構成する半田バンプがアレイ状に配置されている。各半田バンプは半田高さを一定とするため、電流量にかかわらず同一形状に形成されている。 By the way, as an LSI used for such an LSI-embedded technology, an LSI having an external terminal on the premise of wire bonding connection or flip chip connection as described above is used. In an LSI (chip) for wire bonding connection, external terminals are arranged at equal intervals on the outer peripheral edge of the chip, and has a shape suitable for high-speed connection. In the flip chip connection chip, solder bumps constituting external terminals are arranged in an array on one surface of the chip. Each solder bump is formed in the same shape regardless of the amount of current in order to make the solder height constant.
一方、半導体装置の薄膜化、小型化、軽量化を実現する方法の一つとして、半導体装置を半導体チップの大きさに近づけるCSP技術(Chip Size Package又はChip Scale Package)がある。 On the other hand, as one of methods for realizing thinning, miniaturization, and weight reduction of a semiconductor device, there is a CSP technology (Chip Size Package or Chip Scale Package) that brings the semiconductor device close to the size of a semiconductor chip.
特に、リードフレームや実装基板を用いないW−CSP技術(Wafer Level-Chip Size Package又はWafer Level-Chip Scale Package)は、製造コストの低減などが期待でき、最終的に小型のパッケージを実現するものとして注目を集めている(例えば、特許文献3〜5)。 In particular, W-CSP technology (Wafer Level-Chip Size Package or Wafer Level-Chip Scale Package) that does not use a lead frame or mounting substrate can be expected to reduce manufacturing costs and ultimately realize a small package. (For example, Patent Documents 3 to 5).
特許文献3,4では、LSIの密で小さな端子配置をW−CSP技術を用いた再配線により疎で大きな端子としている。また、特許文献5では、LSIのコンタクトと外部端子とを複数形状の外部電極で接続する構造が示されており、複数のコンタクトを一つの外部電極で集約して一つの端子に接続する構造が示されている。いずれも、外部端子はアレイ状に同一形状で形成されている。 In Patent Documents 3 and 4, the dense and small terminal arrangement of LSI is made sparse and large terminals by rewiring using W-CSP technology. Patent Document 5 shows a structure in which LSI contacts and external terminals are connected by a plurality of external electrodes, and a structure in which a plurality of contacts are aggregated by one external electrode and connected to one terminal. It is shown. In either case, the external terminals are formed in the same shape in an array.
W−CPS技術では、確かに小型のパッケージが得られるものの、一つのLSIをパッケージ化しているに過ぎない。もちろん、ウエハレベルで複数のLSIを並列に並べれば、複数のLSIを含む小型パッケージの製造が可能なようだが、種類の異なるLSIをウエハレベルで並列に製造することは、製造歩留りが極めて悪く、また、素子特性上並列に製造することが困難な場合があり、実現的ではない。これに対して、LSI内蔵技術では、複数種のLSIをパッケージ化できるメリットがある。しかも、並列方向だけでなく、縦方向にも複数のLSIの搭載が可能である。 With the W-CPS technology, a small package can be obtained, but only one LSI is packaged. Of course, it seems that if a plurality of LSIs are arranged in parallel at the wafer level, it is possible to manufacture a small package including a plurality of LSIs. However, manufacturing different types of LSIs in parallel at the wafer level has a very poor manufacturing yield. Moreover, it may be difficult to manufacture in parallel due to element characteristics, which is not practical. On the other hand, the LSI built-in technology has an advantage that a plurality of types of LSIs can be packaged. Moreover, it is possible to mount a plurality of LSIs not only in the parallel direction but also in the vertical direction.
LSI内蔵基板においてさらなる薄型化を進めるためには、配線層数の低減が必要となっている。しかしながら、従来のLSIでは同一形状の接続端子が所定のピッチのアレイ状に配置されており、この配置が内蔵配線の引き回しに対する制約となり、配線層数の低減が困難であった。 In order to further reduce the thickness of an LSI-embedded substrate, it is necessary to reduce the number of wiring layers. However, in conventional LSIs, connection terminals having the same shape are arranged in an array with a predetermined pitch, and this arrangement is a restriction on the routing of built-in wiring, and it is difficult to reduce the number of wiring layers.
本発明の一実施形態によれば、
集積回路素子と、
前記集積回路素子を埋設する基板絶縁層と、
少なくとも一部が、前記集積回路素子に電気的に接続される配線構造と
を備える集積回路素子内蔵基板であって、
前記集積回路素子は、表面層に表面絶縁層で互いに分離された、外部接続のための複数の金属パターンを含み、該金属パターンが、第1の平面形状と、該第1の平面形状とは異なる第2の平面形状との少なくとも2種の形状を有し、
前記配線構造は、前記集積回路素子の金属パターンに接続される接続ビアと、該接続ビアに接続される配線とを含み、
前記金属パターンのそれぞれは、少なくとも1つの金属パターンと前記接続ビアとの接続部を有し、該接続部の少なくとも1つが所定ピッチのアレイ配置から逸れた位置に形成され、他の金属パターンと前記接続ビアとの接続部と同一又は異なる接触面積を有するように設けられていることを特徴とする集積回路素子内蔵基板
が提供される。
According to one embodiment of the present invention,
An integrated circuit element;
A substrate insulating layer in which the integrated circuit element is embedded;
An integrated circuit element-embedded substrate comprising at least a part of a wiring structure electrically connected to the integrated circuit element,
The integrated circuit element includes a plurality of metal patterns for external connection separated from each other by a surface insulating layer on a surface layer, and the metal pattern has a first planar shape and a first planar shape. Having at least two different shapes with different second planar shapes;
The wiring structure includes a connection via connected to the metal pattern of the integrated circuit element, and a wiring connected to the connection via,
Each of the metal patterns has a connection portion between at least one metal pattern and the connection via, and at least one of the connection portions is formed at a position deviating from an array arrangement of a predetermined pitch, An integrated circuit element-embedded substrate is provided which has the same or different contact area as a connection portion with a connection via.
本発明によれば、内蔵されるLSIの端子等を構成する金属パターンが複数の異なる形状を有し、その形状及び配置を内蔵基板の配線が引き出しやすい形状及び配置とすることで、LSI内蔵基板内の配線層数の低減が可能となる。 According to the present invention, the metal pattern that constitutes the terminal of the built-in LSI has a plurality of different shapes, and the shape and the arrangement are such that the wiring of the built-in board can be easily pulled out, so that the LSI built-in substrate The number of wiring layers inside can be reduced.
以下、本発明に係るLSI及びこのLSIを内蔵するLSI内蔵基板について具体的な実施形態例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施形態例のみに限定されるものでない。なお、図面は発明の理解を容易とするためのもので、縮尺等は実際のものと異なる。 Hereinafter, an LSI according to the present invention and an LSI-embedded substrate incorporating the LSI will be described by way of specific embodiments, but the present invention is not limited only to these embodiments. The drawings are for facilitating understanding of the invention, and the scale and the like are different from the actual ones.
図1は、LSI内蔵基板の構造を例示する模式的断面図であり、1は内蔵される集積回路素子(LSI)、2はLSI1を埋設する内蔵絶縁層、3は内蔵配線層、4はLSIの端子に接続する接続ビアを示す。内蔵配線層3と接続ビア4とにより配線構造が構成される。なお、この例は、最も単純な構造を示すもので、LSIの多機能化により端子数が増加すれば、さらに多数の配線構造が必要となる。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the structure of a substrate with a built-in LSI. 1 is a built-in integrated circuit element (LSI), 2 is a built-in insulating layer in which LSI 1 is embedded, 3 is a built-in wiring layer, and 4 is a LSI. The connection via connected to the terminal is shown. The internal wiring layer 3 and the connection via 4 constitute a wiring structure. This example shows the simplest structure. If the number of terminals increases due to multifunctional LSIs, a larger number of wiring structures are required.
例えば、従来のLSIを内蔵する場合について検討する。図2は、従来のフリップチップ用LSIの上面の一部を示す平面図である。同一形状の端子Tがアレイ状に配置されており、Gは接地回路(グランド回路)に接続されたグランド端子、Sは信号回路に接続された信号端子、S’はノイズ耐性を向上させたい信号回路(高速動作や高周波動作が要求される信号回路等)に接続された信号端子、V1、V2は電源回路に接続された電源端子(例えば、V1は1.2V駆動電源回路、V2は1.5V駆動電源回路にそれぞれ接続されている)を示す。図3はLSI1と、LSI内蔵基板内においてLSI表面の端子と接続される配線構造の関係を例示する斜視図である。同図に示すように、各信号端子Sは第1内蔵絶縁層21に形成した接続ビア41を介して第1内蔵絶縁層21表面に形成した内蔵配線層(信号配線LS)にそれぞれ接続され、グランド端子Gや電源端子(V1,V2)には供用できる場合は共通の配線が接続される。信号配線LSに対して、グランド配線の一部(LG1)を交差する構造とするためには、内蔵配線層を別層とする必要がある。また、信号配線においても、例えばノイズ耐性を向上させたい信号配線LS’では、他の信号配線LSと近接配置した場合、クロストークによりノイズ耐性が損なわれる場合がある。したがって、このような信号配線LS’についても、他の信号配線LSとは別層又は別方向に引き出す必要がある。同図では、第1内蔵絶縁層21上の第1内蔵配線層として各信号配線LSを、第2内蔵絶縁層22上の第2内蔵配線層として、グランド配線LG1,LG2,電源配線LV1,LV2,信号配線LS’を設けた例を示している。また、各端子にはそれぞれ接続ビア4を設けて内蔵基板の配線層と接続するため、接続ビアを密に配置しなければならない。内蔵するLSIが多機能化すると、端子数も増加し、接続ビアを避けて配線(この例では信号配線LS)を引き回すことが益々困難となる。なお、図2及び図3は、本発明の課題を説明するために発明者により作成されたものであり、従来技術において開示された構造そのものではない。 For example, consider the case of incorporating a conventional LSI. FIG. 2 is a plan view showing a part of the upper surface of a conventional flip-chip LSI. Terminals T having the same shape are arranged in an array, G is a ground terminal connected to a ground circuit (ground circuit), S is a signal terminal connected to a signal circuit, and S ′ is a signal to improve noise resistance. Signal terminals connected to a circuit (such as a signal circuit that requires high-speed operation or high-frequency operation), V1 and V2 are power supply terminals connected to a power supply circuit (for example, V1 is a 1.2V drive power supply circuit, V2 is 1.. Are respectively connected to the 5V drive power supply circuit). FIG. 3 is a perspective view illustrating the relationship between the LSI 1 and the wiring structure connected to the terminals on the LSI surface in the LSI built-in substrate. As shown in the figure, each signal terminal S is connected to a built-in wiring layer (signal wiring LS) formed on the surface of the first built-in insulating layer 21 via a connection via 41 formed in the first built-in insulating layer 21, respectively. Common wiring is connected to the ground terminal G and the power supply terminals (V1, V2) when they can be used. In order to have a structure in which a part of the ground wiring (LG1) intersects the signal wiring LS, the built-in wiring layer needs to be a separate layer. Also in the signal wiring, for example, in the signal wiring LS ′ for which noise resistance is to be improved, the noise resistance may be impaired due to crosstalk when the signal wiring LS ′ is arranged close to other signal wirings LS. Therefore, it is necessary to draw out such a signal wiring LS ′ in a different layer or a different direction from the other signal wirings LS. In the figure, each signal wiring LS is used as a first built-in wiring layer on the first built-in insulating layer 21, and ground wiring LG 1, LG 2, power supply wiring LV 1, LV 2 is used as a second built-in wiring layer on the second built-in insulating layer 22. , An example in which the signal wiring LS ′ is provided is shown. In addition, since each connection terminal 4 is provided with a connection via 4 to be connected to the wiring layer of the built-in substrate, the connection vias must be densely arranged. As the built-in LSI becomes multifunctional, the number of terminals increases, and it becomes increasingly difficult to route wiring (in this example, the signal wiring LS) while avoiding connection vias. 2 and 3 are created by the inventor in order to explain the problem of the present invention, and are not the structures disclosed in the prior art.
これに対して、本発明に係るLSI内蔵基板では、内蔵するLSIは、外部接続のための金属パターンが、第1の平面形状と、該第1の平面形状とは異なる第2の平面形状との少なくとも2種の形状(複数の任意形状)を有しており、前記金属パターンのそれぞれは、少なくとも1つの金属パターンと前記接続ビアとの接続部を有し、該接続部の少なくとも1つが所定ピッチのアレイ配置から逸れた位置に形成され、他の金属パターンと前記接続ビアとの接続部と同一又は異なる接触面積を有するように設けられている。なお、「所定ピッチのアレイ配置から逸れた位置」とは、製造誤差により直線状若しくは格子状に所定ピッチで配置される従来のアレイ配置からの微細なズレを包含するものではなく、明確に意図して従来のアレイ配置から逸れた位置とすることである。例えば、直線状若しくは格子状の配置であっても、ピッチが他の接続部のピッチと異なることや、直線状若しくは格子状の配置自体から逸れていることを意味する。また、本発明に係るLSIにおいては、LSIの外部接続のための金属パターンが、従来のグリッド形状等単一形状に制限されることなく複数の任意形状を有することにより、この金属パターンと内蔵基板の配線構造との接続部(接続ビア形成位置)を従来のアレイ配置から逸れた位置に形成できる。特に、接続ビア形成位置と、内蔵配線の引き出し方向、間隔、幅等を考慮して、従来のアレイ配置の場合よりも内蔵配線の引き回しが容易となる位置に接続部が形成できるように金属パターン形状を設計する。例えば、少なくとも一つの金属パターンは、その上を他の金属パターンに接続される直上の内蔵配線が通過する構造とすることや、LSIの各金属パターンに接続される内蔵基板内の内蔵配線層同士の立体的な交差が減る(あるいはなくなる)ように金属パターンの形状を変更し、接続部を配置することが挙げられる。これにより、内蔵基板内の内蔵配線の引き回しが容易となり、配線層数の削減が可能となる。また、複数の電源回路や接地回路に接続されるそれぞれの金属パターンを1つの金属パターンに集約することにより、形成する接続ビアの数も少なくすることができる。なお、内蔵基板の接続ビアとLSIの金属パターンとの接続部は、1つの金属パターンに少なくとも1つ形成されていれば良く、平面形状の大きな金属パターンの場合には、複数設けることもできる。 On the other hand, in the LSI-embedded substrate according to the present invention, the built-in LSI has a metal pattern for external connection having a first planar shape and a second planar shape different from the first planar shape. Each of the metal patterns has a connection portion between at least one metal pattern and the connection via, and at least one of the connection portions is predetermined. It is formed at a position deviating from the array arrangement of the pitch, and is provided so as to have the same or different contact area as the connection portion between the other metal pattern and the connection via. Note that the “position deviating from the array arrangement of a predetermined pitch” does not include a minute deviation from the conventional array arrangement arranged at a predetermined pitch in a linear or lattice shape due to a manufacturing error, and is clearly intended. Thus, the position deviates from the conventional array arrangement. For example, even in a linear or grid arrangement, it means that the pitch is different from the pitch of other connecting portions, or that the linear or grid arrangement is deviated. Further, in the LSI according to the present invention, the metal pattern for external connection of the LSI has a plurality of arbitrary shapes without being limited to a single shape such as a conventional grid shape. The connection portion (connection via formation position) with the wiring structure can be formed at a position deviating from the conventional array arrangement. In particular, the metal pattern is formed so that the connection portion can be formed at a position where it is easier to route the internal wiring than in the case of the conventional array arrangement in consideration of the connection via formation position and the internal wiring extraction direction, interval, width, etc. Design the shape. For example, at least one metal pattern has a structure in which a built-in wiring immediately above that is connected to another metal pattern passes, or built-in wiring layers in a built-in substrate connected to each metal pattern of an LSI. In other words, the shape of the metal pattern is changed so that the three-dimensional intersection is reduced (or eliminated) and the connecting portion is arranged. This facilitates the routing of the built-in wiring in the built-in substrate, and the number of wiring layers can be reduced. Further, the number of connection vias to be formed can be reduced by consolidating each metal pattern connected to a plurality of power supply circuits and ground circuits into one metal pattern. Note that at least one connection portion between the connection via of the built-in substrate and the LSI metal pattern may be formed in one metal pattern, and a plurality of metal patterns having a large planar shape may be provided.
本発明の構成について、図を参照して詳しく説明する。図4は、本発明に係るLSIの第1の実施形態例の上面の一部を示す平面図(a)とA−A’線での概略断面図(b)であり、回路構成は図2に示す従来のLSIと同等としている。 The configuration of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 4A is a plan view showing a part of the upper surface of the first embodiment of the LSI according to the present invention, and FIG. 4B is a schematic sectional view taken along line AA ′. The circuit configuration is shown in FIG. This is equivalent to the conventional LSI shown in FIG.
同図に示すように、各金属パターン18は、LSI表面上に金属パターン18の全てが突出して露出している。グランド端子Gは、従来構造では信号端子Sを挟んで2列に分かれていたものを、少なくとも2つの信号端子Sの間に延在する配線パターンとして一つの大きな金属パターンを構成している。この時、ノイズ耐性を向上させたい信号端子S’周囲にグランド端子Gとなる金属パターン18が近接して囲むように形成することで、ノイズ耐性を高めている。特に、外周長の1/2以上を取り囲むように配置することが好ましく、全周を取り囲むように配置しても良い。また、2種の電源端子(V1,V2)のうち、共通する電源端子V1は2つの端子から1つの大きな金属パターン18にまとめられている。また、信号端子Sの一部は、配線引き出しが容易な位置に接続ビアが形成できるように従来構造のグリッド形状から形状を変更した金属パターン18としている。さらにグランド回路や電源回路をまとめて面積を大きくしたことで、図4に示すLSIの金属パターン直下のグランド回路や電源回路とデカップリングキャパシタを形成することができ、LSI自体の電源ノイズ耐性を向上させることができる。 As shown in the figure, each metal pattern 18 has the entire metal pattern 18 protruding and exposed on the LSI surface. In the conventional structure, the ground terminals G that are divided into two rows with the signal terminals S interposed therebetween constitute one large metal pattern as a wiring pattern extending between at least two signal terminals S. At this time, the noise resistance is enhanced by forming the metal pattern 18 to be the ground terminal G in the vicinity of the signal terminal S ′ whose noise resistance is to be improved. In particular, it is preferable to arrange so as to surround half or more of the outer circumferential length, and it may be arranged so as to surround the entire circumference. Of the two types of power supply terminals (V1, V2), the common power supply terminal V1 is grouped into one large metal pattern 18 from the two terminals. Further, a part of the signal terminal S is a metal pattern 18 whose shape is changed from the grid shape of the conventional structure so that the connection via can be formed at a position where the wiring can be easily drawn. Furthermore, the ground circuit and power supply circuit are combined and the area is increased, so that the ground circuit and power supply circuit and the decoupling capacitor immediately below the metal pattern of the LSI shown in FIG. 4 can be formed, improving the power supply noise resistance of the LSI itself. Can be made.
このように端子形状を変更したLSI 1Aを用いて内蔵基板の配線層を形成した状態を図5に示す。同図に示すように、従来構造ではグランド端子Gの個々に接続される接続ビアを1つの接続ビアとし、信号配線LSの引き出し方向とは異なる位置に設けることにより、信号配線LSが引き出しやすくなっている。グランド端子Gや電源端子V1は、LSI 1A上で集約されており、信号配線LSと交差しない領域にグランド配線LG及び電源配線LV1,LV2を引き出すことができる。さらに、ノイズ耐性を向上させたい信号端子S’に接続される信号配線LS’についても、信号配線LSの引き出しが容易となっているために、隣接する信号配線LSとの間隔を広く取ることで、信号配線LSと同方向に引き出してもクロストークの影響を低減できる。また、信号端子S’に接続される信号配線LS’を変形したグランド端子G上を通るように配置することで、第1内蔵絶縁層21の膜厚が適切な場合、マイクロストリップ構造が形成され、さらにノイズ耐性が向上できる。 FIG. 5 shows a state in which the wiring layer of the built-in substrate is formed using the LSI 1A having the terminal shape changed as described above. As shown in the figure, in the conventional structure, the connection vias individually connected to the ground terminals G are set as one connection via and provided at a position different from the drawing direction of the signal wiring LS, so that the signal wiring LS can be easily drawn. ing. The ground terminal G and the power supply terminal V1 are integrated on the LSI 1A, and the ground wiring LG and the power supply wirings LV1 and LV2 can be drawn out to a region that does not intersect with the signal wiring LS. Further, the signal wiring LS ′ connected to the signal terminal S ′ whose noise tolerance is to be improved can be easily pulled out, so that the interval between the adjacent signal wirings LS can be widened. The influence of crosstalk can be reduced even if it is pulled out in the same direction as the signal wiring LS. Further, by arranging the signal wiring LS ′ connected to the signal terminal S ′ so as to pass over the modified ground terminal G, a microstrip structure is formed when the film thickness of the first built-in insulating layer 21 is appropriate. Furthermore, noise resistance can be improved.
このように、従来構造(図3)では、内蔵配線層を2層形成していたのに対し、本発明によれば、1層の内蔵配線層で配線引き出しが可能となる。 As described above, in the conventional structure (FIG. 3), two built-in wiring layers are formed, but according to the present invention, wiring can be drawn out by one built-in wiring layer.
上記の例では、LSI表面層の金属パターンを端子として説明しているが、ここでの端子とはLSIの最表面の絶縁層(パッシベーション膜)よりも突き出ているものを端子として表現する。 In the above example, the metal pattern on the LSI surface layer is described as a terminal, but the terminal here is expressed as a terminal protruding from the outermost insulating layer (passivation film) of the LSI.
このような端子構造を有するLSIは、新たに設計製造されたものを使用しても良く、また、既存のLSIを改良しても良い。例えば、図6の概略断面図に示すように、従来構造のグリッドアレイ端子19(G,S,V2など)を有するLSI1(Si基板11、LSI回路層12)の表面にパッシベーション膜13(一般的にはSiON、SiO2等の無機絶縁膜、ポリイミド等の有機絶縁膜)を形成した後、再配線層を形成することで、既存のLSIを本発明の第2の実施形態例に係る金属パターン18を有するLSI 1Bに改良することができる。 As the LSI having such a terminal structure, a newly designed and manufactured LSI may be used, or an existing LSI may be improved. For example, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 6, a passivation film 13 (general) is formed on the surface of LSI 1 (Si substrate 11, LSI circuit layer 12) having grid array terminals 19 (G, S, V2, etc.) having a conventional structure. Is formed with an inorganic insulating film such as SiON and SiO 2 , and an organic insulating film such as polyimide, and then a rewiring layer is formed, whereby an existing LSI is formed into a metal pattern according to the second embodiment of the present invention. The LSI 1B having 18 can be improved.
なお、端子の形状は、全ての端子をグリッド形状(たとえば四角形及び八角形状)と異なる任意の形状にする必要はなく、従来同様のグリッド形状が含まれていても良い。図4に示すように金属パターンの露出する形状の輪郭が直線成分を含む場合、2つの接続される直線成分のなす角が鋭角を含まないことが好ましい。2つの直線成分のなす角が鋭角になると、これと接触する内蔵基板の絶縁層(樹脂層)にクラックが生じやすくなるため、90度以上、好ましくは鈍角や円弧状に形成するのが望ましい。図4に示す例では、グランド端子Gの角部及び屈曲部を直角又は面取りした鈍角にしている。また、LSIの表面配線層を任意の形状に形成し、その上にパッシベーション膜を設けて開口部を形成する場合にも、開口部形状に鋭角が含まれないようにすることが好ましい。 Note that the shape of the terminals does not have to be an arbitrary shape different from the grid shape (for example, a square shape and an octagonal shape) for all terminals, and may include a grid shape similar to the conventional one. As shown in FIG. 4, when the contour of the exposed shape of the metal pattern includes a linear component, it is preferable that the angle formed by the two connected linear components does not include an acute angle. If the angle formed by the two linear components becomes an acute angle, cracks are likely to occur in the insulating layer (resin layer) of the built-in substrate that comes into contact therewith, and therefore, it is desirable to form it at 90 degrees or more, preferably an obtuse angle or an arc shape. In the example shown in FIG. 4, the corner portion and the bent portion of the ground terminal G have a right angle or a chamfered obtuse angle. Also, when the surface wiring layer of the LSI is formed in an arbitrary shape and a passivation film is provided thereon to form the opening, it is preferable that the opening shape does not include an acute angle.
最表面に露出する金属パターン(端子又は開口部)は、その輪郭が曲率の変化する曲線を用いることもできる。図7は、LSI 1C表面の金属パターン18上にパッシベーション膜13を設け、金属パターン18を露出するパッシベーション膜開口部の輪郭が曲率の変化する曲線を用いて形成した変形例(第3の実施形態例)を示している。なお、この例での下地の金属パターン18は形成が容易な直線パターンの組合せであっても良い。このように、本発明では、直線との組合せ以外に曲線のみを用いて任意形状の金属パターン(開口部)を形成することができる。また、この例では開口部形状で説明しているが、端子構造の金属パターンとしても良い。 The metal pattern (terminal or opening) exposed on the outermost surface can be a curve whose contour changes in curvature. FIG. 7 shows a modified example in which the passivation film 13 is provided on the metal pattern 18 on the surface of the LSI 1C, and the contour of the opening of the passivation film exposing the metal pattern 18 is formed by using a curve whose curvature changes (third embodiment). Example). Note that the underlying metal pattern 18 in this example may be a combination of linear patterns that are easy to form. As described above, in the present invention, it is possible to form a metal pattern (opening) having an arbitrary shape using only a curve other than a combination with a straight line. In this example, the opening shape is described, but a metal pattern having a terminal structure may be used.
なお、上記の例では、金属パターンは素子表面から突出する端子構造と素子表面から後退する開口部構造とにそれぞれ統一されているが、両者の組合せであっても良い。例えば、信号回路に接続される金属パターンを端子構造とし、電源回路及び接地回路に接続される金属パターンを開口部構造とし、信号回路に接続する内蔵基板の接続ビアは径の小さなビアで、電源回路及び接地回路に接続する接続ビアは径の大きなビアで接続するようにしても良い。 In the above example, the metal pattern is unified with the terminal structure protruding from the element surface and the opening structure retreating from the element surface, but may be a combination of both. For example, the metal pattern connected to the signal circuit has a terminal structure, the metal pattern connected to the power supply circuit and the ground circuit has an opening structure, and the connection via of the built-in substrate connected to the signal circuit is a via with a small diameter. The connection via connected to the circuit and the ground circuit may be connected with a via having a large diameter.
内蔵基板における内蔵配線層の内、グランド配線や電源配線では、信号配線に比較して大きな電流が流れる。そのため、図3や図5に示すように、グランド配線や電源配線は信号配線より断面積の大きな配線であることが好ましい。これは、接続ビア41やLSIの表面の端子についてもいえることで、従来は、電源端子やグランド端子に適したビア径及び端子形状に信号配線の接続ビアや信号端子も合わせていた。つまり、信号配線の接続ビアや信号端子は、必要とされるビア径や端子形状よりも大きな形状に形成されていた。その結果、信号端子の端子数はチップサイズにより制約されることとなり、さらなる多機能化、軽薄短小化を阻害する要因となっていた。これに対して、本発明に係るLSIでは、新たに設計製造する場合には、信号端子の形状を従来よりも小さくすることができるため、LSIのさらなる多機能化、軽薄短小化が可能となる。電源若しくはグランド回路に接続される金属パターン18の平均面積は、信号回路に接続される金属パターン18の平均面積よりも大きいことが好ましく、また、電源若しくはグランド回路に接続される金属パターン18の最小面積が、信号回路に接続される金属パターン18の最大面積と同等以上であることが好ましい。特に、信号回路に接続される金属パターン18の最大面積の2倍以上となる電源若しくはグランド回路に接続される金属パターン18が少なくとも1つ存在することが好ましい。また、金属パターン18の配置はLSI表面層において任意とすることができるが、最近接した金属パターン間の距離が、素子の平面中心部に行くに従い狭くなくように形成することが好ましい。また、ビア径に関しては、グランド配線や電源配線を集約した場合にはより多くの電流が流れることになり、インピーダンスを調整するためにビア径を大きくしたり、複数のビアで分担することが好ましい場合がある。 In the built-in wiring layer in the built-in substrate, a larger current flows in the ground wiring and the power supply wiring than in the signal wiring. Therefore, as shown in FIGS. 3 and 5, the ground wiring and the power supply wiring are preferably wiring having a larger cross-sectional area than the signal wiring. This can also be said for the connection via 41 and the terminal on the surface of the LSI. Conventionally, the connection via and signal terminal of the signal wiring are matched to the via diameter and terminal shape suitable for the power supply terminal and the ground terminal. That is, the connection via and the signal terminal of the signal wiring are formed in a shape larger than the required via diameter and terminal shape. As a result, the number of signal terminals is limited by the chip size, which is a factor that hinders further multifunctionalization, lightness, and shortening. On the other hand, in the LSI according to the present invention, when newly designed and manufactured, the shape of the signal terminal can be made smaller than before, so that it is possible to make the LSI more multifunctional, lighter and thinner. . The average area of the metal pattern 18 connected to the power supply or ground circuit is preferably larger than the average area of the metal pattern 18 connected to the signal circuit, and the minimum of the metal pattern 18 connected to the power supply or ground circuit. The area is preferably equal to or greater than the maximum area of the metal pattern 18 connected to the signal circuit. In particular, it is preferable that there is at least one metal pattern 18 connected to a power supply or ground circuit that is twice or more the maximum area of the metal pattern 18 connected to the signal circuit. Further, the metal pattern 18 can be arranged arbitrarily in the LSI surface layer, but it is preferable that the distance between the metal patterns closest to each other is not narrowed toward the center of the plane of the device. Further, regarding the via diameter, when ground wiring and power supply wiring are aggregated, a larger amount of current flows, and it is preferable to increase the via diameter or share a plurality of vias in order to adjust impedance. There is a case.
例えば、図8は、本発明の第4の実施形態例に係るLSI 1Dの平面図であり、信号端子Sを従来よりも小さくして密に配置した例を示している。また、電源端子(V1,V2)やグランド端子Gは従来同等か従来より大きくしている。例えば、信号配線の引き出し方向にあるグランド端子Gはまとめて大きな端子とし、接続ビア形成位置(黒丸部分)が配線引き出し方向とぶつからないようにしている。このように新たに製造するLSIでは、信号端子形状が小さくできることから、同面積内の端子数の増加が図れ、配線引き出しも、他の端子形状を工夫することで容易となる。この結果、LSIのさらなる多機能化、軽薄短小化が可能となる。 For example, FIG. 8 is a plan view of an LSI 1D according to the fourth embodiment of the present invention, and shows an example in which the signal terminals S are made smaller and denser than in the prior art. Further, the power supply terminals (V1, V2) and the ground terminal G are equal to or larger than the conventional ones. For example, the ground terminals G in the signal wiring drawing direction are collectively set as large terminals so that the connection via formation position (black circle portion) does not collide with the wiring drawing direction. In such a newly manufactured LSI, since the signal terminal shape can be reduced, the number of terminals within the same area can be increased, and wiring drawing can be facilitated by devising other terminal shapes. As a result, it is possible to make the LSI more multifunctional, lighter and thinner.
また、従来のLSIでは、グリッド端子をアレイ状に配置するため、LSIの端子下の配線(後述するLSI回路層12)のレイアウトを綿密に設計する必要があったが、本発明に係るLSIを新たに製造する場合には、端子の配置の自由度が大きくなるため、LSI自体の設計が容易となる。 Further, in the conventional LSI, since the grid terminals are arranged in an array, it is necessary to carefully design the layout of the wiring under the LSI terminals (an LSI circuit layer 12 described later). In the case of newly manufacturing, since the degree of freedom of terminal arrangement is increased, the LSI itself can be easily designed.
例えば、図9は、金属パターン(端子)に接続されるLSI回路との接続ビア16の態様を示す模式的平面図である。少なくとも一部の端子(例えば、グランド端子Gや電源端子V1)では、LSIの端子下配線と複数の接続点を有することができる。この例では接続ビア16は均等配置としているが、均等配置としなくとも良い。その結果、LSIの設計自由度が向上する。なお、図9の接続ビア16は、理解を容易とするために実際のサイズより大きく記載している。 For example, FIG. 9 is a schematic plan view showing an aspect of the connection via 16 with the LSI circuit connected to the metal pattern (terminal). At least some of the terminals (for example, the ground terminal G and the power supply terminal V1) can have a plurality of connection points with the lower terminal wiring of the LSI. In this example, the connection vias 16 are evenly arranged, but they need not be evenly arranged. As a result, the degree of freedom of LSI design is improved. Note that the connection via 16 in FIG. 9 is shown larger than the actual size for easy understanding.
本発明のさらなる変形例について説明する。上記の図3及び図4に示す例では、信号端子S’に接続される信号配線LS’を変形したグランド端子G上を通るように配置していたが、グランド端子G上を通る配線は、このような信号配線LS’のみに限定されず、その他の配線がグランド端子G上を通るようにしても良い。例えば、図10に示すように、電源配線LV2とグランド端子Gが重なることでデカップリングとして機能するキャパシタ容量を増加させることができ、LSIの動作安定性を向上させることができる。 A further modification of the present invention will be described. In the example shown in FIG. 3 and FIG. 4 described above, the signal wiring LS ′ connected to the signal terminal S ′ is arranged so as to pass over the modified ground terminal G. However, the wiring passing over the ground terminal G is It is not limited only to such signal wiring LS ′, but other wiring may pass over the ground terminal G. For example, as shown in FIG. 10, the power supply line LV2 and the ground terminal G overlap to increase the capacitor capacity that functions as decoupling, thereby improving the operational stability of the LSI.
先に示した図4の例では、金属パターン18がLSI 1A表面上に全て突出して露出する形態を示したが、本発明はこのような形態以外に、金属パターン18の一部が露出している形態であっても良い。 In the example shown in FIG. 4 described above, the metal pattern 18 is shown in a form in which it protrudes and is exposed entirely on the surface of the LSI 1A. It may be a form.
図11は、本発明の第5の実施形態例に係るLSI 1Eを示す平面図(a)及び断面図(b)である。同図に示すように、金属パターン18はその一部が素子表面から突出する形状を有しており、この例では、ポスト電極18Aとして内蔵基板における接続ビア41を兼ねる構成を示しているが、これに限定されず、従来のグリッド端子形状であっても良い。この場合、端子形状は、従来のグリッド端子形状であっても、その配置が従来のアレイ配置から少なくとも1つの端子が逸れて配置されていればよい。なお、この例では、ポスト電極18Aの径がそれぞれ接続する金属パターン18に対してインピーダンス調整のために異なる場合を示しているが、これに限定されるものではない。金属パター18の露出部の大きさ及び配置は、内蔵基板の配線構造との接続を考慮して本発明の規定の範囲内において適宜選択すればよい。 FIG. 11A is a plan view showing an LSI 1E according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. As shown in the figure, the metal pattern 18 has a shape in which part of the metal pattern 18 protrudes from the element surface. In this example, the post electrode 18A also serves as the connection via 41 in the built-in substrate. The present invention is not limited to this, and a conventional grid terminal shape may be used. In this case, even if the terminal shape is a conventional grid terminal shape, it suffices if the arrangement is such that at least one terminal deviates from the conventional array arrangement. In this example, the case where the diameters of the post electrodes 18A are different for impedance adjustment with respect to the metal patterns 18 to be connected to each other is shown, but the present invention is not limited to this. The size and arrangement of the exposed portion of the metal putter 18 may be appropriately selected within the prescribed range of the present invention in consideration of the connection with the wiring structure of the built-in substrate.
以上の実施形態例では、LSIの外部接続のための金属パターン18は少なくとも一部が外部に露出する形態を示したが、本発明に係るLSIは内蔵基板に内蔵することを前提とするものであることから、金属パターン18が外部に露出していないものも使用できる。 In the above embodiments, the metal pattern 18 for external connection of the LSI has been shown to be at least partially exposed to the outside. However, the LSI according to the present invention is assumed to be built in the built-in substrate. Therefore, it is possible to use a metal pattern 18 that is not exposed to the outside.
図12は、金属パターン18が露出していない第6の実施形態例に係るLSI 1Fを示すもので、(a)は平面図、(b)はA−A’線での断面図、(c)は内蔵基板に内蔵した時の断面図を示す。同図(a)の平面図に示すように、金属パターン18は、図4に示すものと同様のパターンに形成されているが、素子表面に露出していない点で異なる。内蔵基板に内蔵する時に、接続ビア41のためのビアホールを第1内蔵絶縁層21に形成する際、LSI 1Fの表面絶縁層14を貫通してビアホールを形成し、金属パターン18を露出させる。そして、接続ビア41,第1内蔵配線層31を形成することで、LSI 1Fと内蔵基板の配線構造との接続ができる。このように素子表面に金属パターン18が露出していないLSI 1Fを用いることによって、内蔵基板の絶縁層(樹脂層)にクラックが生じやすくなるという問題が解決される。 12A and 12B show an LSI 1F according to the sixth embodiment in which the metal pattern 18 is not exposed. FIG. 12A is a plan view, FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line AA ′, and FIG. ) Shows a cross-sectional view when built in a built-in substrate. As shown in the plan view of FIG. 4A, the metal pattern 18 is formed in the same pattern as that shown in FIG. 4 except that it is not exposed on the element surface. When the via hole for the connection via 41 is formed in the first built-in insulating layer 21 when it is built in the built-in substrate, the via hole is formed through the surface insulating layer 14 of the LSI 1F to expose the metal pattern 18. Then, by forming the connection via 41 and the first built-in wiring layer 31, the LSI 1F and the wiring structure of the built-in substrate can be connected. By using the LSI 1F in which the metal pattern 18 is not exposed on the element surface in this way, the problem that cracks are likely to occur in the insulating layer (resin layer) of the built-in substrate is solved.
次に、本発明に係るLSIの製造方法について説明する。
本発明者らは、先に特開2009−71045号公報にて、共通する配線系統を集約してLSIの端子数を少なくする技術を提案している。ただし、この提案においても外部接続のための端子については、アレイ状に配置している。本発明では、この技術を利用して、表面層の金属パターンを上記の実施形態に示すように、複数の任意の形状及び/又は配置に形成することができる。
Next, an LSI manufacturing method according to the present invention will be described.
The inventors of the present invention have previously proposed a technique for reducing the number of LSI terminals by consolidating common wiring systems in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-71045. However, also in this proposal, terminals for external connection are arranged in an array. In the present invention, this technique can be used to form the metal pattern of the surface layer into a plurality of arbitrary shapes and / or arrangements as shown in the above embodiment.
図13は、本発明の上記実施形態例に係るLSI回路層12の構成を模式的に示した部分断面図である。図13を参照すると、LSI回路層12においては、まず、半導体基板11の表面にソース電極122及びドレイン電極123が相互に離隔して形成されており、これらのソース電極122とドレイン電極123とで挟まれたチャネル領域の上に、ゲート絶縁膜(不図示)を介してゲート電極121が形成されている。これらのゲート電極121、ソース電極122及びドレイン電極123によりMOS(Metal Oxide Semiconductor:金属酸化物半導体)トランジスタ124が構成される。半導体基板11上には、このMOSトランジスタ124が複数個設けられている。 FIG. 13 is a partial cross-sectional view schematically showing the configuration of the LSI circuit layer 12 according to the above embodiment of the present invention. Referring to FIG. 13, in the LSI circuit layer 12, first, a source electrode 122 and a drain electrode 123 are formed on the surface of the semiconductor substrate 11 so as to be separated from each other. A gate electrode 121 is formed on the sandwiched channel region via a gate insulating film (not shown). These gate electrode 121, source electrode 122 and drain electrode 123 constitute a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor 124. A plurality of MOS transistors 124 are provided on the semiconductor substrate 11.
これらのMOSトランジスタ124及び半導体基板11の表面には、絶縁膜129で被覆した第1絶縁層127が形成されている。半導体基板11上の第1絶縁層127には、ソース電極122、ドレイン電極123に接続されたプラグ125が形成されている。第1絶縁層127上には第1配線層126が設けられている。第1配線層126は、配線128及び絶縁膜129によって構成されている。配線128は、第1絶縁層127に形成されたプラグ125によって夫々ソース電極122及びドレイン電極123と電気的に接続されている。さらに、第1配線層126上に第1絶縁層127が設けられており、その上に第1配線層126が設けられている。第1絶縁層127は、絶縁膜129及び第1ビア130で構成されている。第1絶縁層127の上段及び下段の第1配線層126の配線128は、対応する第1ビア130により電気的に接続されている。さらに、第1絶縁層127及び第1配線層126が交互に積層されてLSI回路層12が構成される。 A first insulating layer 127 covered with an insulating film 129 is formed on the surfaces of the MOS transistor 124 and the semiconductor substrate 11. A plug 125 connected to the source electrode 122 and the drain electrode 123 is formed on the first insulating layer 127 on the semiconductor substrate 11. A first wiring layer 126 is provided on the first insulating layer 127. The first wiring layer 126 includes a wiring 128 and an insulating film 129. The wiring 128 is electrically connected to the source electrode 122 and the drain electrode 123 by a plug 125 formed in the first insulating layer 127, respectively. Further, a first insulating layer 127 is provided on the first wiring layer 126, and the first wiring layer 126 is provided thereon. The first insulating layer 127 includes an insulating film 129 and a first via 130. The wirings 128 of the upper and lower first wiring layers 126 of the first insulating layer 127 are electrically connected by corresponding first vias 130. Furthermore, the LSI circuit layer 12 is configured by alternately stacking the first insulating layers 127 and the first wiring layers 126.
LSI回路層12の配線128及び第1ビア130は、例えば、主に銅やアルミニウムからなり、例えばダマシン法により形成することができる。ダマシン法は、ドライエッチングにより絶縁膜に所望の配線パターンやビアパターンの形状で溝(トレンチ)を形成し、バリアメタルと電解めっき用の給電層(不図示)をスパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、ALD(Atomic Layer Deposition)法等で設けた後、電解銅めっきにて溝(トレンチ)を銅で埋めた後にCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により溝(トレンチ)内のみに銅を残して所望の配線を得る方法である。 The wiring 128 and the first via 130 of the LSI circuit layer 12 are mainly made of copper or aluminum, for example, and can be formed by a damascene method, for example. In the damascene method, a trench (trench) is formed in the insulating film in the shape of a desired wiring pattern or via pattern by dry etching, a barrier metal and a power supply layer (not shown) for electrolytic plating are sputtered, and CVD (Chemical Vapor Deposition) ) Method, ALD (Atomic Layer Deposition) method, etc., and after filling the trench with copper by electrolytic copper plating, leave copper only in the trench (trench) by CMP (Chemical Mechanical Polishing) method This is a method for obtaining a desired wiring.
第1絶縁層127の厚さは、例えば、0.2〜1.6μmである。また、複数の第1絶縁層127のうち、半導体基板11近くに設けられている少なくとも1つの第1絶縁層127は、low−k材を使用することが望ましい。low−k材としては、例えば、多孔質酸化シリコン膜を使用し、その25℃での弾性率は4乃至10GPaである。 The thickness of the first insulating layer 127 is, for example, 0.2 to 1.6 μm. In addition, among the plurality of first insulating layers 127, it is desirable that at least one first insulating layer 127 provided near the semiconductor substrate 11 uses a low-k material. As a low-k material, for example, a porous silicon oxide film is used, and its elastic modulus at 25 ° C. is 4 to 10 GPa.
図14に示すように、LSI回路層12上には無機材料若しくは有機材料からなる絶縁性のパッシベーション膜13が設けられており、その上に第2配線層15と第2絶縁層14が設けられている。第2配線層15とLSI回路層12の表面の配線(図13の128)は第3ビア119を介して電気的に接続されている。さらに、第2絶縁層14及び第2配線層15が交互に積層されて表面層17が構成されている。複数の第2配線層15は、第2絶縁層14内に設けられている第2ビア16により電気的に接続されている。最表面の第2絶縁層14(パッシベーション膜13)の上には、外部端子となる金属パターン18が設けられている。金属パターン18は、対応する第2ビア16を通じて第2配線層15と電気的に接続されている。金属パターン18は、第2配線層15と同様に設けられ、上記実施形態に示す形状及び配置にパターン化される。つまり、最表面の第2配線層15が金属パターン18となる。図14において、(a)は第1の実施形態例に係るLSI 1Aを、(b)は第3の実施形態例に係るLSI 1Cを、(c)は第6の実施形態例に係るLSI 1Fの場合を示している。なお、本発明ではパッシベーション膜13と第2絶縁層14とは区別されるものではなく、配線層形成の終了面がパッシベーション膜13となることを意味する。 As shown in FIG. 14, an insulating passivation film 13 made of an inorganic material or an organic material is provided on the LSI circuit layer 12, and a second wiring layer 15 and a second insulating layer 14 are provided thereon. ing. The wiring on the surface of the second wiring layer 15 and the LSI circuit layer 12 (128 in FIG. 13) is electrically connected through the third via 119. Further, the second insulating layer 14 and the second wiring layer 15 are alternately stacked to form the surface layer 17. The plurality of second wiring layers 15 are electrically connected by second vias 16 provided in the second insulating layer 14. On the outermost second insulating layer 14 (passivation film 13), a metal pattern 18 serving as an external terminal is provided. The metal pattern 18 is electrically connected to the second wiring layer 15 through the corresponding second via 16. The metal pattern 18 is provided similarly to the second wiring layer 15 and is patterned into the shape and arrangement shown in the above embodiment. That is, the second wiring layer 15 on the outermost surface becomes the metal pattern 18. 14A shows an LSI 1A according to the first embodiment, FIG. 14B shows an LSI 1C according to the third embodiment, and FIG. 14C shows an LSI 1F according to the sixth embodiment. Shows the case. In the present invention, the passivation film 13 and the second insulating layer 14 are not distinguished from each other, and means that the end surface of the wiring layer formation is the passivation film 13.
第2配線層15は、例えば、銅により構成することができ、その厚さは5μmとすることができる。第2配線層15は、例えば、サブトラクティブ法、セミアディティブ法、フルアディティブ法等のLSI回路層12とは異なる配線形成法により形成する。サブトラクティブ法は、基板又は樹脂上に設けられた銅箔を所望のパターンで形成したレジストをエッチングマスクとし、エッチングを行った後にレジストを除去して所望の配線パターンを得る方法である。セミアディティブ法は、無電解めっき、スパッタ法、CVD法等で給電層を形成した後、所望のパターンに開講されたレジストを形成し、レジスト開口部内に電解めっきを析出させ、レジストを除去後に給電層をエッチングして所望の配線パターンを得る方法である。フルアディティブ法は、基板又は樹脂の表面に無電解めっき触媒を吸着させた後にレジストでパターンを形成し、このレジストを絶縁層として残したまま触媒を活性化して無電解めっき法により絶縁層の開口部に金属を析出させることで所望の配線パターンを得る方法である。 The second wiring layer 15 can be made of copper, for example, and the thickness thereof can be 5 μm. The second wiring layer 15 is formed by a wiring forming method different from the LSI circuit layer 12 such as a subtractive method, a semi-additive method, and a full additive method. The subtractive method is a method in which a resist obtained by forming a copper foil provided on a substrate or a resin in a desired pattern is used as an etching mask, and after the etching is performed, the resist is removed to obtain a desired wiring pattern. In the semi-additive method, a power supply layer is formed by electroless plating, sputtering, CVD, etc., then a resist with a desired pattern is formed, electrolytic plating is deposited in the resist openings, and power is supplied after removing the resist. In this method, a desired wiring pattern is obtained by etching a layer. In the full additive method, an electroless plating catalyst is adsorbed on the surface of a substrate or resin, a pattern is formed with a resist, and the catalyst is activated while leaving the resist as an insulating layer. In this method, a desired wiring pattern is obtained by depositing metal on the portion.
また、第2配線層15と金属パターン18は、半導体基板11側に接するパッシベーション膜13若しくは第2絶縁層14との間に密着層(不図示)を有していてもよい。密着層は、パッシベーション膜13や第2絶縁層14の材料に対して密着力を有する材料、例えば、チタン、タングステン、ニッケル、タンタル、バナジウム、クロム、モリブデン、銅、アルミニウムやこれらの合金等でも良く、中でもチタン、タングステン、タンタル、クロム、モリブデンやこれらの合金が好適であり、さらにはチタン、タングステンやこれらの合金が最も好適である。さらに、パッシベーション膜13や第2絶縁層14の表面が細かな凹凸を有する粗化面であっても良く、この場合は、銅やアルミニウムでも良好な密着力が得られやすくなる。さらに、より密着力を高める手段として、スパッタ法にて形成されることが好適である。第2ビア16と金属パターン18や第2配線層15との間に密着層が存在すること、及び、第2ビア16と金属パターン18や第2配線層15との接合面積より金属パターン18や第2配線層15の密着層の面積が大きい場合、第2ビアの周囲を含めた第2絶縁層14が金属パターン18や第2配線層15に矯正される。そのため、密着層の周囲にある金属パターン18や第2配線層15、第2ビア16、及び第2絶縁層14がほぼ同じ方向に移動することから、第2ビア16と金属パターン18や第2配線層15との接合界面は変形が少なくなり、微小なビア径の第2ビア16であっても接合界面での破断を効果的に防止することも実現できる。 Further, the second wiring layer 15 and the metal pattern 18 may have an adhesion layer (not shown) between the passivation film 13 or the second insulating layer 14 in contact with the semiconductor substrate 11 side. The adhesion layer may be a material having adhesion to the material of the passivation film 13 or the second insulating layer 14, such as titanium, tungsten, nickel, tantalum, vanadium, chromium, molybdenum, copper, aluminum, or an alloy thereof. Of these, titanium, tungsten, tantalum, chromium, molybdenum and alloys thereof are preferable, and titanium, tungsten and alloys thereof are most preferable. Furthermore, the surface of the passivation film 13 or the second insulating layer 14 may be a roughened surface having fine irregularities, and in this case, good adhesion can be easily obtained even with copper or aluminum. Furthermore, it is preferable to form by means of sputtering as a means for increasing the adhesion. Due to the presence of an adhesion layer between the second via 16 and the metal pattern 18 or the second wiring layer 15 and the bonding area between the second via 16 and the metal pattern 18 or the second wiring layer 15, When the area of the adhesion layer of the second wiring layer 15 is large, the second insulating layer 14 including the periphery of the second via is corrected to the metal pattern 18 and the second wiring layer 15. Therefore, the metal pattern 18 around the adhesion layer, the second wiring layer 15, the second via 16, and the second insulating layer 14 move in substantially the same direction, so that the second via 16, the metal pattern 18, and the second The joint interface with the wiring layer 15 is less deformed, and even the second via 16 having a small via diameter can effectively prevent breakage at the joint interface.
第2配線層15は、LSI回路層12の第1配線層(図13の126)より厚く構成される。第2配線層15の厚さは、例えば、3〜12μmであり、中でも5〜10μmが適している。厚さが3μm以上であれば、配線抵抗が高くなりLSI内の電源回路における電気特性が悪化してしまうことがない。厚さが12μm以下であれば、第2配線層15を覆う第2絶縁層14の表面に配線層の凹凸を反映した大きなうねりが発生することによる積層数の制限がなくなり、また一方で、表面層17自体の厚みが増加することによるLSI全体の反りが抑制される。なお、金属パターン18の厚さは第2配線層15と同等であっても良く、また、第2配線層15より厚くても良い。例えば、金属パターン18上に絶縁層を設ける場合、絶縁層表面は必ずしも平坦である必要はなく、LSI表面に金属パターン18の凹凸を反映した形状が形成されていても良い。 The second wiring layer 15 is configured to be thicker than the first wiring layer (126 in FIG. 13) of the LSI circuit layer 12. The thickness of the second wiring layer 15 is, for example, 3 to 12 μm, and 5 to 10 μm is particularly suitable. When the thickness is 3 μm or more, the wiring resistance is increased and the electrical characteristics of the power supply circuit in the LSI are not deteriorated. If the thickness is 12 μm or less, there is no limitation on the number of layers due to the occurrence of large undulations reflecting the irregularities of the wiring layer on the surface of the second insulating layer 14 covering the second wiring layer 15. Warpage of the entire LSI due to an increase in the thickness of the layer 17 itself is suppressed. The thickness of the metal pattern 18 may be equal to that of the second wiring layer 15 or may be thicker than that of the second wiring layer 15. For example, when an insulating layer is provided on the metal pattern 18, the surface of the insulating layer is not necessarily flat, and a shape reflecting the unevenness of the metal pattern 18 may be formed on the LSI surface.
第2絶縁層14(パッシベーション膜13)は、例えば、有機材料で形成されており、例えば、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、BCB(Benzocyclobutene)、PBO(Polybenzoxazole)及びポリノルボルネン樹脂等で形成されている。特に、ポリイミド樹脂及びPBOは、膜強度、引張弾性率及び破断伸び率等の機械的特性が優れているため、高い信頼性を得ることができる。有機材料は、感光性、非感光性のいずれを用いても構わない。第2絶縁層14に有機材料を用いることで、LSIを内蔵基板に内蔵した際に金属パターン18からLSIの内部に掛かる応力を、主に第2絶縁層14の変形により緩和させ、LSI回路層12への応力伝搬を効果的に低減させることができる。 The second insulating layer 14 (passivation film 13) is made of, for example, an organic material. For example, epoxy resin, epoxy acrylate resin, urethane acrylate resin, polyester resin, phenol resin, polyimide resin, BCB (Benzocyclobutene), PBO (Polybenzoxazole) and polynorbornene resin. In particular, since polyimide resin and PBO have excellent mechanical properties such as film strength, tensile elastic modulus, and elongation at break, high reliability can be obtained. The organic material may be either photosensitive or non-photosensitive. By using an organic material for the second insulating layer 14, stress applied to the inside of the LSI from the metal pattern 18 when the LSI is built in the built-in substrate is relieved mainly by deformation of the second insulating layer 14, and the LSI circuit layer The stress propagation to 12 can be effectively reduced.
金属パターン18の表面は、金属パターン18の表面に接続される内蔵基板の接続ビアとの接続性を考慮して、例えば、銅、アルミニウム、金、銀及び半田材料からなる群から選択された少なくとも一種の金属及び合金で形成することができる。コストの観点からは、銅のみで構成されることが好ましい。また、金属パターン18は、複数の層が積層された構成にすることができ、例えば、銅層上にニッケル層と金層が積層され、金層を表面としたものとし、ニッケル層の厚さを3μm、金層の厚さを1μmとすることができる。 The surface of the metal pattern 18 is, for example, at least selected from the group consisting of copper, aluminum, gold, silver, and a solder material in consideration of connectivity with the connection via of the embedded substrate connected to the surface of the metal pattern 18. It can be formed of a kind of metal and alloy. From the viewpoint of cost, it is preferably composed of only copper. In addition, the metal pattern 18 can have a configuration in which a plurality of layers are laminated. For example, a nickel layer and a gold layer are laminated on a copper layer, and the gold layer is a surface. Can be 3 μm, and the thickness of the gold layer can be 1 μm.
なお、図14では、第2絶縁層14及び第2配線層15が各2層で示しているが、これに限定されるものではなく、必要に応じて層数を構成してもよい。また、第2配線層15が一層で金属パターン18を構成していても良い。また、図13では、第1配線層126、第1絶縁層127をそれぞれ8層として示しているが、これに限定されるものではなく、必要に応じて層数を構成してもよい。 In FIG. 14, the second insulating layer 14 and the second wiring layer 15 are shown as two layers each, but the present invention is not limited to this, and the number of layers may be configured as necessary. Further, the second wiring layer 15 may constitute the metal pattern 18 as a single layer. In FIG. 13, the first wiring layer 126 and the first insulating layer 127 are each shown as eight layers. However, the number of layers is not limited to this, and the number of layers may be configured as necessary.
また、第1配線層126及び第2配線層15の材料は、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、金及び銀からなる群から選択された少なくとも一種の金属から構成される。特に、電気抵抗値及びコストの観点から銅が好適である。また、ニッケルは、絶縁材料等の他の材料との界面反応を防止でき、磁性体としての特性を活用したインダクタ又は抵抗配線として使用できる。 The material of the first wiring layer 126 and the second wiring layer 15 is made of at least one metal selected from the group consisting of copper, aluminum, nickel, gold, and silver, for example. In particular, copper is preferable from the viewpoint of electrical resistance value and cost. Further, nickel can prevent an interface reaction with other materials such as an insulating material, and can be used as an inductor or a resistance wiring utilizing characteristics as a magnetic material.
表面層17の第2配線層15の厚みは、LSI回路層12の第1配線層126の2倍以上であるため、少なくとも2倍以上の許容電流量を有している。このため、表面層17の第2配線層15において、複数の同じ電圧を用いている電源系配線やグランド系配線を束ねて一つの配線とすることができる。これらの複数配線を一つにまとめることで、LSI回路層12表面に形成される表面層17の第2配線層15との電気的接続点数より減らし、さらに金属パターン18の一部がビア16との複数の接続点を形成することで、さらに表面端子の数を低減させることができる。 Since the thickness of the second wiring layer 15 of the surface layer 17 is twice or more that of the first wiring layer 126 of the LSI circuit layer 12, it has an allowable current amount of at least twice or more. For this reason, in the second wiring layer 15 of the surface layer 17, a plurality of power supply system wirings and ground system wirings using the same voltage can be bundled into one wiring. By combining these plural wirings into one, the number of electrical connection points between the surface layer 17 formed on the surface of the LSI circuit layer 12 and the second wiring layer 15 is reduced, and a part of the metal pattern 18 is connected to the via 16. By forming a plurality of connection points, the number of surface terminals can be further reduced.
LSIのLSI回路層12における第1配線層126の最小デザインルールは、配線幅/配線間隔(L/S)=0.01μm/0.01μmであることが好ましく、すなわち、LSI配線は、最小配線幅が0.01μm以上であり、最小配線間隔が0.01μm以上であることが好ましい。 The minimum design rule of the first wiring layer 126 in the LSI circuit layer 12 of the LSI is preferably: wiring width / wiring interval (L / S) = 0.01 μm / 0.01 μm. It is preferable that the width is 0.01 μm or more and the minimum wiring interval is 0.01 μm or more.
表面層17の第2配線層115の最小デザインルールは、L/S=2μm/2μmであることが好ましく、すなわち、第2配線層115は、最小配線幅が2μm以上であり、最小配線間隔が2μm以上であることが好ましい。 The minimum design rule of the second wiring layer 115 of the surface layer 17 is preferably L / S = 2 μm / 2 μm, that is, the second wiring layer 115 has a minimum wiring width of 2 μm or more and a minimum wiring interval. It is preferable that it is 2 micrometers or more.
内蔵基板の内蔵配線(第3配線層)の厚さは、設定した第2配線層の厚さより大きく設定することが好ましい。内蔵基板の内蔵配線の最小デザインルールは、L/S=5μm/5μmであることが好ましく、すなわち、内蔵基板の配線は、最小配線幅が5μm以上であり、最小配線間隔が5μm以上であることが好ましい。 The thickness of the built-in wiring (third wiring layer) of the built-in substrate is preferably set to be larger than the set thickness of the second wiring layer. The minimum design rule for the internal wiring of the internal substrate is preferably L / S = 5 μm / 5 μm, that is, the internal substrate wiring has a minimum wiring width of 5 μm or more and a minimum wiring interval of 5 μm or more. Is preferred.
配線幅と厚みには上記の通り、デザインルール差があり、このため、配線容量や抵抗値に違いが生じる。また、絶縁層に関しても内蔵基板の絶縁層(第3絶縁層)の方が厚くなるため寄生容量も少なく抑えることができる。 As described above, there is a design rule difference in the wiring width and thickness, and therefore, a difference occurs in the wiring capacitance and the resistance value. Also, with respect to the insulating layer, the insulating layer (third insulating layer) of the built-in substrate is thicker, so that the parasitic capacitance can be reduced.
電源・グランドを集約する能力は、配線容量が大きく、抵抗値が低くなるほど高まるため、配線幅と厚みには、内蔵基板(第3配線層)>表面層(第2配線層)>LSI回路層(第1配線層)の関係を満たすことが好ましい。一方で、配線層に挟まれる絶縁層を用いて構成されるキャパシタ(例として電源とグランドの間にて構成するデカップリングキャパシタ)などで容量を得るためには、絶縁層の誘電率が高く、厚みが薄い方が有利となるため、絶縁層の誘電率及び厚みに関して、LSI回路層(第1絶縁層)>表面層(第2絶縁層)>内蔵基板(第3絶縁層)の関係を満たすことが好ましい。 The ability to consolidate power supply and ground increases as the wiring capacitance increases and the resistance value decreases, so the wiring width and thickness are as follows: Built-in substrate (third wiring layer)> Surface layer (second wiring layer)> LSI circuit layer It is preferable to satisfy the relationship of (first wiring layer). On the other hand, in order to obtain a capacitance with a capacitor (for example, a decoupling capacitor configured between a power source and a ground) configured using an insulating layer sandwiched between wiring layers, the dielectric constant of the insulating layer is high, Since a thinner thickness is advantageous, the relationship of the dielectric constant and thickness of the insulating layer satisfies the relationship of LSI circuit layer (first insulating layer)> surface layer (second insulating layer)> built-in substrate (third insulating layer). It is preferable.
以上の実施形態例では、LSIの片面(LSI配線層12が形成された表面側)にのみ金属パターン18が設けられる構成を示したが、本発明では対向する他面(LSI配線層12が形成された表面側に対向する裏面)にも金属パターン18’を備える表面層17’を形成しても良い。図15(a)〜(c)はそれぞれ、図14に示したLSI 1A,1C,1Fの変形例を示すもので、裏面にも表面層17’を形成したLSI 1A’、1C’、1F’の模式的断面図である。表面層17’における第2配線層15’、金属パターン18’は表面層17における第2配線層15、金属パターン18と同一パターンである必要はなく、表面側及び裏面側の内蔵基板の配線の引き出しを考慮して適宜調整すればよい。また、裏面表面層17’側への電気的接続は、これらの例では基板貫通ビア60を設けているが、これに限定されず、LSIの側面に配線層を設けて接続しても良い。接続長が短くなることから、基板貫通ビア60で接続することが好ましい。このような基板貫通ビア60を設けて裏面も有効活用することにより、さらに端子数の削減が可能となり、内蔵基板の配線構造の引き回しが容易となる。さらに、放熱性やノイズシールド特性などをさらに向上させることもできる。このような裏面表面層17’を設ける場合、表面層17の金属パターン18と裏面表面層17’の金属パターン18’の少なくとも一方が、上記の任意形状若しくは配置パターンであればよい。また、金属パターン18,18’の露出形態(凸状に露出、凹状に露出又は未露出)は、同一である必要はなく、表面側及び裏面側に形成する内蔵基板の配線構造を考慮して適宜選択すればよい。 In the above embodiment example, the configuration in which the metal pattern 18 is provided only on one side of the LSI (the surface side on which the LSI wiring layer 12 is formed) is shown. However, in the present invention, the other side (LSI wiring layer 12 is formed on the opposite side). A surface layer 17 ′ having a metal pattern 18 ′ may also be formed on the rear surface facing the front surface side. FIGS. 15A to 15C show modifications of the LSIs 1A, 1C, and 1F shown in FIG. 14, respectively. LSIs 1A ′, 1C ′, and 1F ′ having a surface layer 17 ′ formed on the back surface. FIG. The second wiring layer 15 ′ and the metal pattern 18 ′ in the surface layer 17 ′ do not have to be the same pattern as the second wiring layer 15 and the metal pattern 18 in the surface layer 17. What is necessary is just to adjust suitably considering drawer | drawing-out. The electrical connection to the back surface layer 17 ′ side is provided with the through-substrate via 60 in these examples, but is not limited thereto, and may be connected by providing a wiring layer on the side surface of the LSI. Since the connection length is shortened, it is preferable to connect via the substrate through via 60. By providing such a through-substrate via 60 and effectively utilizing the back surface, the number of terminals can be further reduced, and the wiring structure of the built-in substrate can be easily routed. Furthermore, heat dissipation and noise shield characteristics can be further improved. When such a back surface layer 17 ′ is provided, at least one of the metal pattern 18 of the surface layer 17 and the metal pattern 18 ′ of the back surface layer 17 ′ may be any shape or arrangement pattern as described above. Further, the exposed form of the metal patterns 18 and 18 ′ (exposed in a convex shape, exposed in a concave shape or not exposed) does not need to be the same, considering the wiring structure of the built-in substrate formed on the front side and the back side. What is necessary is just to select suitably.
最後に、本発明に係るLSI内蔵基板のその他の例を示す。図16は、内蔵配線層を多層に形成した場合を示している。図中、21〜26は第1〜第6内蔵絶縁層を、31〜36は第1〜第6内蔵配線層を、41〜45は接続ビアを、51はパッシベーション膜、52は外部基板に搭載するためのボールグリッドを示す。この例では、6層の配線層を有する場合を説明しているが、これは、多層配線とすることで、LSIからファンアウトしているものである。図5で説明したように、本発明に係るLSI 1A等を用いることで、従来のアレイ状端子を有するLSI 1を用いる場合と比較して、1層又は2層以上の配線層の削減が可能である。 Finally, another example of the LSI-embedded substrate according to the present invention is shown. FIG. 16 shows a case where the built-in wiring layer is formed in multiple layers. In the figure, reference numerals 21 to 26 denote first to sixth built-in insulating layers, 31 to 36 denote first to sixth built-in wiring layers, 41 to 45 denote connection vias, 51 denotes a passivation film, and 52 denotes an external substrate. A ball grid is shown. In this example, the case of having six wiring layers is described, but this is a fan-out from an LSI by using multilayer wiring. As described with reference to FIG. 5, by using the LSI 1A according to the present invention, it is possible to reduce one or more wiring layers as compared with the case of using the conventional LSI 1 having arrayed terminals. It is.
第1〜第6内蔵絶縁層21〜26は、例えば、感光性又は非感光性の有機材料を用いて形成することができる。有機材料としては、例えば、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、BCB(Benzocyclobutene)、PBO(Polybenzoxazole)及びポリノルボルネン樹脂等を適用することができる。また、これら樹脂群から選ばれる少なくとも1種の樹脂を、ガラスクロスやアラミド繊維などで形成された織布や不織布に含浸させた材料を用いてもよい。また、これら樹脂群から選ばれる樹脂等やケイ素樹脂に、無機フィラーや有機フィラーを含ませたものを用いてもよい。もちろん、これらに限定されるものではなく、無機材料を含め、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々のものを適用することができる。 The first to sixth built-in insulating layers 21 to 26 can be formed using, for example, a photosensitive or non-photosensitive organic material. As the organic material, for example, epoxy resin, epoxy acrylate resin, urethane acrylate resin, polyester resin, phenol resin, polyimide resin, BCB (Benzocyclobutene), PBO (Polybenzoxazole), and polynorbornene resin can be applied. Moreover, you may use the material which impregnated the woven fabric and nonwoven fabric formed with the glass cloth, the aramid fiber, etc. with at least 1 sort (s) of resin chosen from these resin groups. Moreover, you may use what added the inorganic filler and the organic filler to the resin etc. which are chosen from these resin groups, or a silicon resin. Of course, the present invention is not limited to these, and various materials including inorganic materials can be applied without departing from the spirit of the present invention.
LSI 1Aは、接着層を設けて固定することができ、例えば、ダイアタッチメントフィルム(DAF;Die Attachment Film)と呼ばれる半硬化樹脂や、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、BCB(benzocyclobutene)、PBO(polybenzoxazole)などの樹脂ペースト、あるいは銀ペーストなどが好適である。無論、これらに限定されない。 The LSI 1A can be fixed by providing an adhesive layer. For example, a semi-cured resin called Die Attachment Film (DAF), epoxy resin, polyimide resin, BCB (benzocyclobutene), PBO (polybenzoxazole), etc. The resin paste or silver paste is suitable. Of course, it is not limited to these.
接続ビア41は、第1内蔵絶縁層21の表面からLSI1の金属パターン18(不図示)まで貫通するビアホールに、導電体が充填されたものである。接続ビア41は、例えば、レーザにより第1内蔵絶縁層21にビアホールを形成し、第1内蔵配線層31の形成と同時に形成することができる。また、図11に示したように、金属パターン18の一部をポスト電極とすることにより、これを接続ビア41として好適に適用することができる。 The connection via 41 is formed by filling a via hole penetrating from the surface of the first built-in insulating layer 21 to the metal pattern 18 (not shown) of the LSI 1 with a conductor. The connection via 41 can be formed simultaneously with the formation of the first built-in wiring layer 31 by forming a via hole in the first built-in insulating layer 21 with a laser, for example. Further, as shown in FIG. 11, by using a part of the metal pattern 18 as a post electrode, this can be suitably applied as the connection via 41.
第1内蔵配線層〜第6内蔵配線層31〜36は、例えば、銅、銀、金、ニッケル、アルミニウム、チタン、モリブデン、タングステン、及びパラジウムからなる群から選択された少なくとも1種の金属、若しくはこれらを主成分とする合金、あるいは導電性フィラーを含有する樹脂から成る導電性樹脂などが好適であるが、これらに限定されない。電気抵抗値及びコストの観点からは、銅により形成することが望ましい。 The first internal wiring layer to the sixth internal wiring layers 31 to 36 are, for example, at least one metal selected from the group consisting of copper, silver, gold, nickel, aluminum, titanium, molybdenum, tungsten, and palladium, or An alloy containing these as a main component or a conductive resin made of a resin containing a conductive filler is suitable, but is not limited thereto. From the viewpoint of electrical resistance value and cost, it is desirable to form with copper.
各内蔵配線層の厚み、幅、配線間隔等は、前記したようなデザインルールに従って適宜設定される。 The thickness, width, wiring interval, etc. of each built-in wiring layer are appropriately set according to the design rules as described above.
次に、LSI内蔵基板の製造方法の一例について図17(a)〜図18(g)の製造工程断面図を用いつつ説明する。 Next, an example of a method for manufacturing an LSI-embedded substrate will be described with reference to the manufacturing process cross-sectional views of FIGS. 17 (a) to 18 (g).
まず、支持体50の主面上に第4内蔵配線層34を形成する(図17(a)参照)。そして支持体50及び第6内蔵配線層34を第4内蔵絶縁層24により被覆する(図17(b)参照)。支持体50としては、樹脂、金属、ガラス、半導体、セラミック等のいずれか又はそれらの組み合わせたものを用いることができる。また、LSI1Aを搭載する位置を明確にするために、支持体50上に位置マーク(不図示)を適宜設けてもよい。 First, the fourth built-in wiring layer 34 is formed on the main surface of the support body 50 (see FIG. 17A). Then, the support body 50 and the sixth built-in wiring layer 34 are covered with the fourth built-in insulating layer 24 (see FIG. 17B). As the support 50, any one of resin, metal, glass, semiconductor, ceramic, or a combination thereof can be used. Further, in order to clarify the position where the LSI 1A is mounted, a position mark (not shown) may be appropriately provided on the support 50.
次に、本発明に係るLSI 1Aを用意する。そして、支持体50の所定の位置の上層に、LSI 1Aを搭載する(図17(b)参照)。その後、第4内蔵絶縁層24及びLSI 1Aを被覆するように第1内蔵絶縁層21を形成する(図17(c)参照)。LSI 1Aの支持体50上への搭載は、フェースアップの状態で半導体搭載機を用いて行う。 Next, an LSI 1A according to the present invention is prepared. Then, the LSI 1A is mounted on the upper layer of the support 50 at a predetermined position (see FIG. 17B). Thereafter, the first built-in insulating layer 21 is formed so as to cover the fourth built-in insulating layer 24 and the LSI 1A (see FIG. 17C). The LSI 1A is mounted on the support 50 using a semiconductor mounting machine in a face-up state.
第1内蔵絶縁層21は、LSI 1Aを埋設するように形成する。また、LSI 1A周囲に配される第1内蔵絶縁層21は、ガラスクロスなどで補強した樹脂層からなる補強層を含んでいても良く、そのような補強層を含む場合は、LSI 1A搭載部を事前にパンチ抜きなどにより開口したものを貼り合わせた後、充填樹脂で充填して第1内蔵絶縁層21を形成しても良い。 The first built-in insulating layer 21 is formed so as to bury the LSI 1A. Further, the first built-in insulating layer 21 disposed around the LSI 1A may include a reinforcing layer made of a resin layer reinforced with glass cloth or the like, and when such a reinforcing layer is included, the LSI 1A mounting portion Alternatively, the first built-in insulating layer 21 may be formed by pasting together those that have been opened by punching or the like and then filling with a filling resin.
続いて、第1内蔵絶縁層21の表面から、LSI 1Aの金属パターン18(不図示)の表面まで貫通するビアホール41Aを設ける。同時に、第1内蔵絶縁層21の表面から、第4内蔵配線層34の表面まで貫通するビアホール42Aを形成する(図17(d)参照)。例えば、レーザ加工法を用いてビアホール41A,42Aを形成することができる。図11に示したLSI 1Eのようにポスト電極18Aを形成したLSIを使用する場合は、ビアホール41Aの形成は不要となる。また、図12に示したLSI 1Fのように、金属パターン18が素子表面に露出していない場合は、素子表面の表面絶縁層も貫通するように、ビアホール41Aを形成する。ビアホール41Aは、従来のアレイ状グリッドを有するLSIの場合と異なり、使用する本発明に係るLSIの金属パターン18の配置情報に基づいて、例えば、X−Yステージ上での位置合わせを行いつつ、レーザ照射などにより配線引き出しが容易となる位置にビアホール41Aを形成すればよい。 Subsequently, a via hole 41A penetrating from the surface of the first built-in insulating layer 21 to the surface of the metal pattern 18 (not shown) of the LSI 1A is provided. At the same time, a via hole 42A penetrating from the surface of the first built-in insulating layer 21 to the surface of the fourth built-in wiring layer 34 is formed (see FIG. 17D). For example, the via holes 41A and 42A can be formed using a laser processing method. When using an LSI in which the post electrode 18A is formed like the LSI 1E shown in FIG. 11, the formation of the via hole 41A is not necessary. When the metal pattern 18 is not exposed on the element surface as in the LSI 1F shown in FIG. 12, the via hole 41A is formed so as to penetrate the surface insulating layer on the element surface. Unlike the case of an LSI having a conventional array grid, the via hole 41A is, for example, aligned on an XY stage based on the arrangement information of the metal pattern 18 of the LSI according to the present invention to be used. The via hole 41A may be formed at a position where the wiring can be easily pulled out by laser irradiation or the like.
次に、ビアホール41A,42Aの内部に導体を形成し、第1内蔵絶縁層21上に第1内蔵配線層31を形成する(図18(e)参照)。ビアホール41Aに導体を充填することにより接続ビア41が、ビアホール42Aに導体を充填することにより第1内蔵絶縁層貫通ビア42が形成される。 Next, a conductor is formed inside the via holes 41A and 42A, and the first built-in wiring layer 31 is formed on the first built-in insulating layer 21 (see FIG. 18E). By filling the via hole 41A with a conductor, the connection via 41 is formed, and by filling the via hole 42A with a conductor, the first built-in insulating layer through via 42 is formed.
さらに、第1内蔵絶縁層21及び第1内蔵配線層31を第2内蔵絶縁層22で被覆し、接続ビア43、第2内蔵配線層32を同様に形成する。さらに、第2内蔵絶縁層22及び第2内蔵配線層32を第3内蔵絶縁層23で被覆し、接続ビア44、第3内蔵配線層33を同様に形成する(図18(e)参照)。 Further, the first built-in insulating layer 21 and the first built-in wiring layer 31 are covered with the second built-in insulating layer 22, and the connection via 43 and the second built-in wiring layer 32 are formed in the same manner. Further, the second built-in insulating layer 22 and the second built-in wiring layer 32 are covered with the third built-in insulating layer 23, and the connection via 44 and the third built-in wiring layer 33 are similarly formed (see FIG. 18E).
その後、支持体50を除去する。支持体50の除去は、銅合金である支持体の場合、アルカリ性のウェットエッチング液を用いて実施することができる。 Thereafter, the support 50 is removed. In the case of a support made of a copper alloy, the support 50 can be removed using an alkaline wet etching solution.
支持体50を除去した後、第4内蔵配線層34上に第5内蔵絶縁層25、接続ビア45,第5内蔵配線層35,第6内蔵絶縁層26,接続ビア46,第6内蔵配線層36を上記と同様に形成する(図18(f)参照)。 After the support 50 is removed, the fifth built-in insulating layer 25, the connection via 45, the fifth built-in wiring layer 35, the sixth built-in insulating layer 26, the connection via 46, and the sixth built-in wiring layer are formed on the fourth built-in wiring layer 34. 36 is formed in the same manner as described above (see FIG. 18F).
最後に、第6内蔵配線層36上に開口部を有するソルダーレジストなどパッシベーション膜51を形成し、パッシベーション膜51側において、第6内蔵配線層36と接続するBGAなどのボールグリッド52を形成する。上記工程等を経て、図18(g)に示すLSI内蔵基板が製造される。 Finally, a passivation film 51 such as a solder resist having an opening is formed on the sixth built-in wiring layer 36, and a ball grid 52 such as BGA connected to the sixth built-in wiring layer 36 is formed on the passivation film 51 side. Through the above-described steps and the like, the LSI built-in substrate shown in FIG.
1 集積回路素子(LSI)
1A〜1F 本発明に係るLSI
11 半導体基板
12 LSI回路層
13 パッシベーション膜
14 第2絶縁層
15 第2配線層
16 端子下接続ビア
17 表面層
18 金属パターン
2 内蔵絶縁層
21 第1内蔵絶縁層
22 第2内蔵絶縁層
23 第3内蔵絶縁層
24 第4内蔵絶縁層
25 第5内蔵絶縁層
26 第6内蔵絶縁層
3 内蔵配線層
31 第1内蔵配線層
32 第2内蔵配線層
33 第3内蔵配線層
34 第4内蔵配線層
35 第5内蔵配線層
36 第6内蔵配線層
4 接続ビア
41 素子接続ビア
42 内蔵絶縁層貫通ビア
43〜45 配線層間接続ビア
51 パッシベーション膜
52 ボールグリッド
50 支持基板
60 基板貫通ビア
1 Integrated circuit elements (LSI)
1A to 1F LSI according to the present invention
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Semiconductor substrate 12 LSI circuit layer 13 Passivation film 14 2nd insulating layer 15 2nd wiring layer 16 Under-terminal connection via 17 Surface layer 18 Metal pattern 2 Built-in insulating layer 21 1st built-in insulating layer 22 2nd built-in insulating layer 23 3rd Built-in insulating layer 24 Fourth built-in insulating layer 25 Fifth built-in insulating layer 26 Sixth built-in insulating layer 3 Built-in wiring layer 31 First built-in wiring layer 32 Second built-in wiring layer 33 Third built-in wiring layer 34 Fourth built-in wiring layer 35 Fifth built-in wiring layer 36 Sixth built-in wiring layer 4 Connection via 41 Element connection via 42 Built-in insulating layer through via 43 to 45 Wiring interlayer connection via 51 Passivation film 52 Ball grid 50 Support substrate 60 Through-substrate via
Claims (35)
前記集積回路素子を埋設する基板絶縁層と、
少なくとも一部が、前記集積回路素子に電気的に接続される配線構造と
を備える集積回路素子内蔵基板であって、
前記集積回路素子は、表面層に表面絶縁層で互いに分離された、外部接続のための複数の金属パターンを含み、該金属パターンが、第1の平面形状と、該第1の平面形状とは異なる第2の平面形状との少なくとも2種の形状を有し、
前記配線構造は、前記集積回路素子の金属パターンに接続される接続ビアと、該接続ビアに接続される配線とを含み、
前記金属パターンのそれぞれは、少なくとも1つの金属パターンと前記接続ビアとの接続部を有し、該接続部の少なくとも1つが所定ピッチのアレイ配置から逸れた位置に形成され、他の金属パターンと前記接続ビアとの接続部と同一又は異なる接触面積を有するように設けられていることを特徴とする集積回路素子内蔵基板。 An integrated circuit element;
A substrate insulating layer in which the integrated circuit element is embedded;
An integrated circuit element-embedded substrate comprising at least a part of a wiring structure electrically connected to the integrated circuit element,
The integrated circuit element includes a plurality of metal patterns for external connection separated from each other by a surface insulating layer on a surface layer, and the metal pattern has a first planar shape and a first planar shape. Having at least two different shapes with different second planar shapes;
The wiring structure includes a connection via connected to the metal pattern of the integrated circuit element, and a wiring connected to the connection via,
Each of the metal patterns has a connection portion between at least one metal pattern and the connection via, and at least one of the connection portions is formed at a position deviating from an array arrangement of a predetermined pitch, A substrate with a built-in integrated circuit element, which is provided so as to have the same or different contact area as a connection portion with a connection via.
表面層に、表面絶縁層で互いに分離された、外部接続のための複数の金属パターンを含み、
該金属パターンが、第1の平面形状と、該第1の平面形状とは異なる第2の平面形状との少なくとも2種の形状を有し、
前記金属パターンのそれぞれは、少なくとも一部で素子の表面に露出しており、1つの金属パターンにおける露出部の総面積が、他の金属パターンにおける露出部の総面積と異なることを特徴とする集積回路素子。 A semiconductor element embedded in an integrated circuit element embedded substrate,
The surface layer includes a plurality of metal patterns for external connection, separated from each other by a surface insulating layer,
The metal pattern has at least two shapes of a first planar shape and a second planar shape different from the first planar shape,
Each of the metal patterns is at least partially exposed on the surface of the element, and the total area of the exposed portions in one metal pattern is different from the total area of the exposed portions in the other metal patterns. Circuit element.
表面層に、表面絶縁層で互いに分離された、外部接続のための複数の金属パターンを含み、
該金属パターンが、第1の平面形状と、該第1の平面形状とは異なる第2の平面形状との少なくとも2種の形状を有し、
前記金属パターンのそれぞれは、少なくとも一部で素子の表面に露出しており、該露出部の配置が、所定ピッチのアレイ配置から逸れた配置であることを特徴とする集積回路素子。 A semiconductor element embedded in an integrated circuit element embedded substrate,
The surface layer includes a plurality of metal patterns for external connection, separated from each other by a surface insulating layer,
The metal pattern has at least two shapes of a first planar shape and a second planar shape different from the first planar shape,
Each of the metal patterns is exposed at least partially on the surface of the element, and the arrangement of the exposed portions is an arrangement deviated from the array arrangement of a predetermined pitch.
表面層に、表面絶縁層で互いに分離された、外部接続のための複数の金属パターンを含み、
該金属パターンが、第1の平面形状と、該第1の平面形状とは異なる第2の平面形状との少なくとも2種の形状を有し、
前記金属パターンは、表面絶縁層で覆われて露出していないことを特徴とする集積回路素子。 A semiconductor element embedded in an integrated circuit element embedded substrate,
The surface layer includes a plurality of metal patterns for external connection, separated from each other by a surface insulating layer,
The metal pattern has at least two shapes of a first planar shape and a second planar shape different from the first planar shape,
The integrated circuit device, wherein the metal pattern is covered with a surface insulating layer and is not exposed.
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