JPH04263462A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH04263462A
JPH04263462A JP3023351A JP2335191A JPH04263462A JP H04263462 A JPH04263462 A JP H04263462A JP 3023351 A JP3023351 A JP 3023351A JP 2335191 A JP2335191 A JP 2335191A JP H04263462 A JPH04263462 A JP H04263462A
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JP
Japan
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intermediate layer
substrate
layer
via hole
ceramic substrate
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Withdrawn
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JP3023351A
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English (en)
Inventor
Kozo Shimizu
浩三 清水
Yoshimi Yamashita
良美 山下
Koichi Niwa
丹羽 紘一
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04263462A publication Critical patent/JPH04263462A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation

Landscapes

  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、中間層(インターポー
ザ)を有する半導体装置及びその製造方法に関し、特に
多層セラミック基板を用いたマルチチップモジュールで
使用される中間層及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子部品の高密度化実装に伴い、
セラミック基板の使用は必要不可欠となっている。セラ
ミックは、Siとの熱膨張係数差が少ない。従って、S
i素子搭載用基板としてセラミック基板を用いれば、ハ
ンダ付け時においてハンダ付け部に発生する応力、或い
はダイボンディング時においてSi素子に発生する応力
を小さくすることができ、信頼性の高い接合部を有した
高密度実装の半導体装置を製造できる。
【0003】従来の実装構造について図5を用いて説明
する。多層セラミック基板1上にバンプ2を介してセラ
ミック基板の中間層(インターポーザ)4が搭載され、
セラミック基板の中間層(インターポーザ)4上にバン
プ6を介してLSI素子8が搭載されている。セラミッ
ク基板の中間層(インターポーザ)4は、素子間の高速
な信号伝達を可能にするため、セラミック基板上に複数
の配線層を有している。これらの複数の配線層間の接続
、及び多層セラミック基板1、Si素子8との接続のた
め、セラミック基板の中間層(インターポーザ)4には
、スルーホール等のいわゆるビアホールが形成されてい
る(図示せず)。
【0004】従来より、セラミック基板の中間層(イン
ターポーザ)4にビアホールを形成するために、次のよ
うな方法が用いられている。厚膜の銅ペーストを印刷し
たグリーンシートに、ビアホール用の打ち抜きをしてか
ら積層して一体焼結させる方法、或いは導体膜やスルー
ホールの形成等に用いるリフトオフやエッチング等の薄
膜プロセス技術を応用した方法である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記前者の方
法では、グリーンシートを焼成する際のシートの縮み、
反り、割れ等により発生する導体層のオープン不良を防
止するため、複雑な焼成条件のもとでビアホールのパタ
ーン形成を行わなければならないという問題がある。
【0006】また、後者の方法では、レジスト膜の形成
、蒸着、蒸着膜のエッチング、レジスト膜の剥離等、種
々の工夫を必要とし、製造に長時間を要するという問題
がある。さらに、上述の方法では、より高密度の信号層
を形成することは困難である。またSi素子の配線パタ
ーンがさらに微細化すると、現状では許容範囲にあるS
iとセラミックの熱膨張係数差が、今後問題になってく
ることが予想される。
【0007】本発明の目的は、複雑な焼成条件を必要と
せず、容易にビアホールを形成でき、また搭載する素子
との熱膨張係数のミスマッチも起こさない中間層及びそ
の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的は、多層セラミ
ック基板と、前記多層セラミック基板上に設けられた中
間層(マルチチップモジュール)と、前記中間層(マル
チチップモジュール)上に複数搭載されたSi素子とを
備えた半導体装置において、前記中間層(マルチチップ
モジュール)は、複数のSi素子を搭載したSi基板と
、前記Si基板上に形成された配線層とを有し、前記中
間層(マルチチップモジュール)には、前記配線層を前
記多層セラミック基板に接続するための所定のテーパ形
状のビアホールが形成されていることを特徴とする半導
体装置によって達成される。
【0009】また、上記目的は、Si基板の中間層(マ
ルチチップモジュール)にレーザを照射した後、所定の
処理時間でウエットエッチング処理を施して、所定のテ
ーパ形状を有し前記中間層(マルチチップモジュール)
を貫通するビアホールを形成する第1の工程と、前記ビ
アホール内壁に金属を蒸着するメタライズ処理を行い、
前記ビアホール内にハンダを蒸着してハンダバンプを形
成する第2の工程と、前記中間層(マルチチップモジュ
ール)を多層セラミック基板上に前記ハンダバンプを介
して接合し、前記中間層(マルチチップモジュール)上
に複数のSi素子を搭載する第3の工程とを有すること
を特徴とした半導体装置の製造方法によって達成される
【0010】
【作用】本発明によれば、複雑な焼成条件を必要とせず
、容易にビアホールを形成することができ、また搭載す
る素子との熱膨張係数のミスマッチを起こさない中間層
を実現することができる。
【0011】
【実施例】本発明の一実施例による中間層(マルチチッ
プモジュール)及びその製造方法を図1乃至図4を用い
て説明する。本実施例による中間層(マルチチップモジ
ュール)を用いた実装構造を図1を用いて説明する。
【0012】本実施例の実装構造は、多層セラミック基
板1上にバンプ2を介してSi基板の中間層(マルチチ
ップモジュール)10が搭載され、Si基板の中間層(
マルチチップモジュール)10上にバンプ6を介して複
数のLSI素子8が搭載されている構造である。Si基
板の中間層(マルチチップモジュール)10は、素子間
の高速な信号伝達を可能にするため、Si基板上に複数
の配線層を有している。これらの複数の配線層間の接続
、及び多層セラミック基板1、Si素子8との接続のた
め、Si基板の中間層(マルチチップモジュール)10
には、ビアホールが形成されている。
【0013】このように、中間層(マルチチップモジュ
ール)10の基板材料にLSI素子8と同種のSiを用
いたことにより、より高密度の信号層を形成することが
可能になり、また中間層(マルチチップモジュール)1
0とLSI素子8との間に熱膨張係数差が生じないので
、Si素子の配線パターンがさらに微細化しても、熱膨
張係数差による応力の発生という問題は生じない。
【0014】本実施例のマルチチップモジュール中間層
のビアホール形成方法を図2に示す。Ar雰囲気中で、
パルス型Nd−YAGレーザ30から、ミラー32を介
してXYテーブル(図示せず)上のSi基板36に、レ
ーザ光を照射する。このときのレーザ照射条件は、レー
ザ光がSi基板36裏面に達しない程度の照射条件とし
、パルス幅350μs、焦点はずし量0mm、出力15
W、レンズ焦点距離100mmである。シールドガスA
rは、ガス圧力1.5kg/cm−2、ガス流量30l
/minである。
【0015】ミラー32で直角に曲げられたレーザ光は
、集光レンズ34で集光されSi基板36に入射する。 Si基板36は、板厚が400μmの単結晶のSi基板
である。Si基板36上に照射されるレーザ光は、例え
ば200μm径、400μmピッチ、21×21マトリ
クスパターンのスポット照射である。
【0016】単結晶Si基板36のレーザ照射部分は、
溶融して母材と方位の異なるSiとなっている。次に、
このSi基板36をフッ酸系混酸エッチング液であるフ
ッ酸、硝酸、酢酸の混合液中に数分間浸漬してエッチン
グ処理を行う(図示せず)。Si基板36のレーザ光照
射により方位の変わったSi部分がエッチング除去され
、ビアホール38が形成される。エッチング時間は、サ
イドエッチング、及び板厚方向のエッチング量を抑える
ため、1〜6分程度が適当である。
【0017】図3にエッチング時間とビアホール径の関
係を示す。横軸にビアホール径(μm)を、縦軸にエッ
チング時間(min)を示す。図中、実線で示した直線
は形成されたビアホールの下孔径を、一点鎖線で示した
直線は上孔径を示している。エッチングによる下孔径の
拡がり速度が、上孔径の拡がり速度より大きいので、エ
ッチング時間が長くなるほど、下孔径と上孔径の差がな
くなってくる。このことを利用して、ビアホール38に
任意のテーパを形成することができる。
【0018】同図より、3〜5分程度のエッチング時間
で所望のテーパ形状のビアホール38が形成できること
が分かる。また、スルーホールを形成する場合には、前
述のレーザ照射条件中のレーザ出力を増加させることに
より可能である。図4に完成したSi基板の中間層(マ
ルチチップモジュール)10の部分断面図を示す。
【0019】Si基板12上に絶縁膜24を介して配線
14が形成され、その上部に絶縁膜26が形成されてい
る。ビアホール38内壁に、Ti層16を厚さ0.1μ
m、Cu層18を厚さ0.2μm、Ni層19を厚さ0
.1μm、Au層20を厚さ0.1μmだけ、この順に
蒸着してメタライズ処理を施している。その後、ビアホ
ール38内にハンダ22を蒸着し、多層セラミック基板
1との接合のためのハンダバンプを形成する。
【0020】図4においては、配線層が一層だけの中間
層(マルチチップモジュール)を示しているが、より複
数の配線層を有する中間層(マルチチップモジュール)
を形成することができるのはもちろんである。このよう
に、本実施例では、ビアホール形成工程を従来例よりも
大幅に削減できるとともに、レーザ照射エネルギ、エッ
チング液浸漬時間を適宜変えることにより、マトリクス
パターン(ビアホール径、ピッチ)、或いは、ビアホー
ル内面につけるテーパを所望の形状にすることが可能と
なる。また、異方性エッチング、薄膜プロセス等の微細
加工が可能であるため、より多層の信号層を形成するこ
とができる。さらに、基板材料に同種のSiを用いてい
るので、LSI素子との熱膨張係数のミスマッチの問題
もなくなる。
【0021】本発明は、上記実施例に限らず種々の変形
が可能である。例えば、ビアホール38を形成するため
のレーザ照射をAr雰囲気中で行ったが、大気中で行う
こともできる。
【0022】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、複雑な焼
成条件を必要とせず、容易にビアホールを形成すること
ができ、また搭載する素子との熱膨張係数のミスマッチ
を起こさない中間層(マルチチップモジュール)を実現
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるマルチチップモジュー
ルを用いた実装構造を示す図である。
【図2】本発明の一実施例によるマルチチップモジュー
ル中間層のビアホール形成方法を示す図である。
【図3】エッチング時間とビアホール径の関係を示す図
である。
【図4】本発明の一実施例によるマルチチップモジュー
ル中間層のビアホール形成方法を示す図である。
【図5】従来のインターポーザを用いた実装構造を示す
図である。
【符号の説明】
1…多層セラミック基板 2…バンプ 4…セラミック基板の中間層(インターポーザ)6…バ
ンプ 8…LSI素子 10…Si基板の中間層(マルチチップモジュール)1
2…Si基板 14…配線 16…Ti層 18…Cu層 19…Ni層 20…Au層 22…ハンダ 24…絶縁膜 26…絶縁膜 30…パルス型Nd−YAGレーザ 32…ミラー 34…集光レンズ 36…Si基板 38…ビアホール

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  多層セラミック基板と、前記多層セラ
    ミック基板上に設けられた中間層と、前記中間層上に搭
    載されたSi素子とを備えた半導体装置において、前記
    中間層は、Si基板と、前記Si基板上に形成された配
    線層とを有し、前記中間層には、前記配線層を前記多層
    セラミック基板に接続するための所定のテーパ形状のビ
    アホールが形成されていることを特徴とする半導体装置
  2. 【請求項2】  Si基板の中間層にレーザを照射した
    後、所定の処理時間でウエットエッチング処理を施して
    、所定のテーパ形状を有し前記中間層を貫通するビアホ
    ールを形成する第1の工程と、前記ビアホール内壁に金
    属を蒸着するメタライズ処理を行い、前記ビアホール内
    にハンダを埋込んでハンダバンプを形成する第2の工程
    と、前記中間層を多層セラミック基板上に前記ハンダバ
    ンプを介して接合し、前記中間層上にSi素子を搭載す
    る第3の工程とを有することを特徴とした半導体装置の
    製造方法。
JP3023351A 1991-02-18 1991-02-18 半導体装置及びその製造方法 Withdrawn JPH04263462A (ja)

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