JPH10313077A - 半導体装置およびその実装方法 - Google Patents

半導体装置およびその実装方法

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JPH10313077A
JPH10313077A JP9137813A JP13781397A JPH10313077A JP H10313077 A JPH10313077 A JP H10313077A JP 9137813 A JP9137813 A JP 9137813A JP 13781397 A JP13781397 A JP 13781397A JP H10313077 A JPH10313077 A JP H10313077A
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substrate
semiconductor device
transmission line
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロ波およびミリ波帯の半導体チップを
実装用基板に逆転実装する場合、伝送線路がコプレナ伝
送線路であっても、高精度な位置合わせなどを必要とせ
ずに、半導体チップと実装用基板との接続部における接
続距離を十分短かいものにすることができ、接続部での
寄生インダクタンスを低減可能な半導体装置およびその
実装方法を提供する。 【解決手段】 高周波伝送線路5が配置されている実装
用基板6上に半導体チップ1を逆転実装する場合に、実
装用基板の実装領域の一部に、半導体チップの最上層部
7の高さとボンディングパッドの高さとの差よりも大き
な深さに掘り込まれた掘り込み部10を形成し、半導体
チップ1の最上部層7が実装用基板の掘り込み部10に
収まるように、半導体チップ1を実装用基板6に逆転実
装する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話あるいは
PHSなどの情報機器やGHz帯無線LANシステムの
高周波信号処理部などに利用可能な半導体装置およびそ
の実装方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、マイクロ波あるいはミリ波帯の
半導体装置は、MESFETあるいはHEMTまたはH
BTなどの能動デバイスと、MIMキャパシタ,スパイ
ラルインダクタなどの受動部品と、マイクロストリップ
線路に代表される高周波用伝送線路とにより構成されて
いる。
【0003】図6には、この種の半導体装置が示されて
いる。図6を参照すると、この半導体装置は、伝送線路
5,誘電体膜3,接地導体2および誘電体基板(シリコ
ン基板あるいはガラス基板)6からなる実装用基板に、
マイクロ波あるいはミリ波帯の半導体チップ1が実装さ
れて、構成されている。ここで、伝送線路5は、誘電体
膜3と接地導体2とで、マイクロストリップ線路(高周
波伝送線路)として構成されている。
【0004】ところで、図6の半導体装置では、マイク
ロストリップ線路を有する実装用基板に半導体チップ1
を実装する場合、実装用基板と半導体チップ1とはワイ
ヤ4によるボンディングで接続されている。しかしなが
ら、これらをワイヤボンディングで接続する場合、半導
体装置で扱う信号が高周波化するに従い、ワイヤ4の寄
生インダクタンスにより反射や損失が生じ、半導体チッ
プ1の特性が乱されてしまうという問題が生じる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このようなワイヤボン
ディングによる寄生インダクタンスの問題を解決するた
め、逆転実装法(フリップチップ実装法)と呼ばれる技術
が提案されている。中でも、マイクロバンプボンディン
グ(以後、MBBと言う)と呼ばれる技術は、半導体チッ
プの表面を実装用基板側に向けて実装し、マイクロバン
プなる非常に小さなバンプを介して、実装用基板上の線
路と半導体チップ上の線路を接続するもので、ワイヤボ
ンディング実装方式に比べて、実装用基板と半導体チッ
プとの接続部の寄生インダクタンスを大きく低減するこ
とが期待できる。
【0006】例えば、特開平08−316368号に記
載の半導体装置には、図7(a),(b)に示すように、伝
送線路(高周波伝送線路)5,誘電体膜3,接地導体2お
よび誘電体基板(シリコン基板あるいはガラス基板)6か
らなる実装用基板とマイクロ波あるいはミリ波帯の半導
体チップ1との接続に、逆転実装法(フリップチップ実
装法)を採用することが提案されている。なお、図7
(a)は実装前の断面図であり、図7(b)は実装後の断面
図である。
【0007】図7(a)において、接地導体2は誘電体基
板(シリコン基板あるいはガラス基板)6の一主面上に例
えばAlSiCuなどを1μm程度堆積しGNDプレー
ンとして形成されている。また、誘電体膜3は、例えば
SiO2を20μm程度堆積して形成されている。ま
た、伝送線路5は、例えばAu等の材料を例えば3〜5
μm程度の厚さに形成して構成されている。
【0008】そして、この例では、実装用基板の伝送線
路5には、ボンディング用のパッド部51が形成され、
パッド部51には、MBB(マイクロバンプボンディン
グ)実装用のマイクロバンプ53が形成されている。
【0009】また、半導体チップ1の表面には、チップ
1上の線路(配線)9と、ボンディング用のパッド部52
とが設けられている。
【0010】この半導体チップ1をMBB実装技術によ
って実装用基板に接続すると、図7(b)に示したように
なる。これにより、半導体チップ1上のパッド52と実
装用基板のパッド51とは、接続部8(マイクロバンプ
53)を介して電気的に接続される。
【0011】なお、実装前のバンプ53の直径は通常1
0〜20μm程度、高さは数μm程度であるが、実装後
は実装時の加圧で変形して直径が数10μmに広がり、
高さは一部配線パッドにめり込む部分を除いて1〜2μ
m程度になる。このように、逆転実装法(フリップチッ
プ実装法)を採用することで(実装用基板と半導体チップ
の両配線面を対向させて接続することで)、実装後の半
導体チップ1と実装用基板との接続部8の距離(接続距
離)を1〜2μm程度の短かいものにすることが可能に
なり(従来のワイヤボンディングに比べて、接続部にお
ける接続距離を短かくでき)、寄生インダクタンスの影
響を減らすことが可能となる。
【0012】しかしながら、図7の半導体装置のように
実装用基板と半導体チップ1とを極めて接近させて接続
した場合、伝送線路5のインピーダンスが変化し、半導
体チップ1の動作に影響が出ることが予想される。特
に、伝送線路5がコプレナ伝送線路(半導体基板表面に
伝送線路およびその両側に接地導体を配置した伝送線
路)である場合には、線路の電界がマイクロストリップ
伝送線路よりもチップ上面に漏れているため、実装用基
板の誘電体膜3の影響が大きいと予想される。
【0013】また、実装用基板と半導体チップ1とを図
7(a),(b)に示すように接続するためには、高精度な
位置合わせ精度が必要とされ、信頼性の良い半導体装置
を得るためには、高価な製造装置が必要になるという問
題もある。
【0014】また、図7のような半導体装置において、
半導体チップ1の伝送線路および実装用基板の伝送線路
5がコプレナ伝送線路(実装用基板表面,半導体チップ
1表面に線路を配置するとともに、その両側に接地導体
を配置した形式の伝送線路)である場合、コプレナ伝送
線路では、線路の不連続部での不要モードの発生を防ぐ
ために、その不連続部に接地導体間を電気的に接続する
エアーブリッジを形成する必要がある。
【0015】図8(a),(b)は、それぞれ、半導体チッ
プ1に設けられるエアーブリッジの正面図,側面図であ
る。図8(a),(b)を参照すると、エアーブリッジ7
は、一般に、厚みが2〜4μm,幅が20〜30μm,
長さが50〜80μmの金メッキで形成され、高さ3〜
5μmの空隙部30を有している。その結果、半導体チ
ップ1の表面ではボンディングパッドからエアーブリッ
ジ7の最表面までの高さyは、空隙部30の高さ3〜5
μmとエアーブリッジの厚み2〜4μmとを加えた5〜
9μm程度の高さになってしまう。
【0016】図9には、図7(a),(b)に示したような
仕方で、5〜9μmの高さyのエアーブリッジ7を有す
る半導体チップ1を実装用基板に逆転実装する場合が示
されている。なお、図9では、エアーブリッジが図8
(b)のような側面図として示されている。この場合、図
9に示すように、半導体チップ1と実装用基板との接続
部8における接続距離xを、エアーブリッジ7の高さ
(チップ段差)yを考慮して5〜9μmよりも長いものに
する必要があり、逆転実装の利点を十分発揮させること
が難かしいという問題がある。すなわち、接続部8にお
ける接続距離xが大きくなることによって、接続部8で
の寄生インダクタンスが大きくなるという問題が生じて
しまう。
【0017】本発明は、マイクロ波およびミリ波帯の半
導体チップを実装用基板に逆転実装する場合、伝送線路
がコプレナ伝送線路であっても、高精度な位置合わせな
どを必要とせずに、半導体チップと実装用基板との接続
部における接続距離を十分短かいものにすることがで
き、接続部での寄生インダクタンスを低減することの可
能な半導体装置およびその実装方法を提供することを目
的としている。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1乃至請求項7記載の発明は、高周波伝送線
路が配置されている実装用基板上に半導体チップを逆転
実装する場合に、前記実装用基板の実装領域の一部に、
半導体チップの最上層部の高さとボンディングパッドの
高さとの差よりも大きな深さに掘り込まれた掘り込み
部、または、貫通部を形成し、前記半導体チップの最上
部層が前記実装用基板の掘り込み部または貫通部に収ま
るように、前記半導体チップを前記実装用基板に逆転実
装することを特徴としている。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図1は本発明に係る半導体装置の構
成例(第1の実施形態)を示す図(断面図)である。また、
図2は図1の半導体装置の部分詳細図である。図1,図
2を参照すると、この半導体装置は、伝送線路(高周波
伝送線路)5,誘電体膜3,接地導体2および誘電体基
板(シリコン基板あるいはガラス基板)6からなる実装用
基板に、マイクロ波あるいはミリ波帯の半導体チップ1
が、逆転実装法(フリップチップ実装法)により実装され
て構成されている。
【0020】より詳細に、図2を参照すると、実装用基
板の表面には、さらに、伝送線路5と接してボンディン
グパッド15が形成され、また、半導体チップ1の表面
には、さらに、半導体チップ1の配線(図示せず)と接し
てボンディングパッド16が形成されており、実装用基
板のボンディングパッド15上のバンプ17(例えばマ
イクロバンプ)によって(すなわち接続部8によって)、
半導体チップ1のボンディングパッド16が接続され
て、逆転実装されている。すなわち、実装用基板のボン
ディングパッド15とボンディングパッド16とが接続
部8(バンプ17)によって接続されたものとなってい
る。なお、図1では、半導体チップ1側および実装用基
板側のボンディングパッドは簡略化のため省略してい
る。また、図2では、誘電体膜3,接地導体2は簡略化
のため省略している。
【0021】また、図1,図2の例では、半導体チップ
1の配線がコプレナ伝送線路となっている場合が示され
ており、この場合、半導体チップ1には前述のように5
〜9μm程度の高さyのエアーブリッジ7が形成されて
いる。なお、図1,図2では、エアーブリッジが図8
(b)のような側面図として示されている。
【0022】半導体チップ1の表面に5〜9μm程度の
高さのエアーブリッジ7が設けられているときには、こ
の半導体チップ1を実装用基板に逆転実装する際、半導
体チップ1と実装用基板との接続部8の接続距離xを短
かくするのは従来難かしかったが、本発明ではこの問題
を解決するため、第1の実施形態として、図1,図2に
示すように、高周波伝送線路5が配置されている実装用
基板の実装領域の一部をある深さまで掘り込んで、掘り
込み部10を設けている。
【0023】この場合、掘り込み部10の深さzは、半
導体チップ1のエアーブリッジ7の高さyとボンディン
グパッド16の高さdと接続部8の接続距離xとに対し
て、次式の関係を満たす大きさのものにする必要があ
る。
【0024】
【数1】z≧y−(x+d)
【0025】換言すれば、掘り込み部10の深さzは、
少なくとも、半導体チップ1の最上層部(この例では、
エアーブリッジ7)の高さyとボンディングパッドの高
さdとの差よりも大きな深さのものである必要がある。
【0026】このように、高周波伝送線路5が配置され
ている実装用基板の実装領域の一部を所定の深さzまで
掘り込んで、掘り込み部10を設けていることにより、
半導体チップ1を実装用基板に逆転実装するとき、半導
体チップ1の表面に設けられている最上層部(5〜9μ
m程度の高さyのエアーブリッジ7)は、図1,図2に
示すように、実装用基板の掘り込み部10内に収まり、
半導体チップ1のボンディングパッド16を実装用基板
のボンディングパッド15にバンプを介して密接させる
ときにも、5〜9μm程度の高さyのエアーブリッジ7
は実装用基板に当たることはなくなるので、半導体チッ
プ1と実装用基板との接続部8における接続距離xを十
分に短かいものにすることができ(エアーブリッジ7の
高さyを考慮せずとも良くなり)、逆転実装法の利点を
維持することができる。すなわち、接続部8の寄生イン
ダクタンスの影響を低減することが可能となり、半導体
装置の高周波化を図ることができる。
【0027】図1の半導体装置は、例えば、図3(a)乃
至(d)に示すような作製プロセスに従って作製できる。
すなわち、まず、例えば、(100)面誘電体基板(シリ
コン基板)6上に、接地導体2として、例えばアルミニ
ウムを約1μm程度の厚さに堆積し、次に、誘電体膜3
として、例えば酸化シリコンSiO2を約10μm程度
の厚さに堆積する(図3(a))。
【0028】その後、基板表面の逆転実装領域の一部に
掘り込み部を設けるため、この部分以外をホトレジスト
でマスクして、この部分の誘電体膜(SiO2)3をふっ
酸で除去する。次いで、レジストを除去し、除去されず
に残されている誘電体膜(SiO2)3をマスクにして、
アルカリ系のエッチング液、例えばKOH溶液によっ
て、誘電体膜(SiO2)3が除去されて露出している誘
電体基板(シリコン基板)6の部分をエッチングする。こ
の時、誘電体としてのシリコンは異方性エッチングされ
ることになり、図1,図2のような断面形状を持つ掘り
込み部10が形成される(図3(b))。
【0029】次いで、この掘り込み部10を有する実装
用基板の表面に伝送線路5,パッド15およびバンプ1
7を形成する(図3(c))。なお、図3(c)では、簡単の
ため、パッド15は示されていない。しかる後、半導体
チップ1を逆転実装して(図3(d))、図1の半導体装置
を作製することができる。
【0030】このように、本発明では、実装用基板の実
装領域の一部に、所定の深さの掘り込み部10を形成す
ることにより、逆転実装を行なう場合にも、半導体チッ
プ1表面の段差(図2の例では、y−(x+d))の制約を
受けることなく、接続部8の接続距離xを十分に短かい
ものにすることができ、接続部8での寄生インダクタン
スを低減することができる。
【0031】図4は本発明に係る半導体装置の他の構成
例(第2の実施形態)を示す図(断面図)である。図2を参
照すると、この半導体装置は、図1の半導体装置と同様
に、伝送線路(高周波伝送線路)5,誘電体膜3,接地導
体2および誘電体基板(シリコン基板あるいはガラス基
板)6からなる実装用基板とマイクロ波あるいはミリ波
帯の半導体チップ1とが、逆転実装法(フリップチップ
実装法)により接続されて構成されているが、図4の例
では、高周波伝送線路5が配置されている実装用基板の
実装領域の一部に、図1の掘り込み部10のかわりに、
実装用基板の実装領域の一部を貫通する開口,すなわち
貫通部11が設けられている。
【0032】このように、高周波伝送線路5が配置され
ている実装用基板(誘電体基板)の実装領域の一部に貫通
部11を設ける場合にも、掘り込み部10を設ける場合
と同様に、半導体チップ1を実装用基板に逆転実装する
とき、半導体チップ1の最上層部(例えば、5〜9μm
程度の高さyのエアーブリッジ7)は、図4に示すよう
に、実装用基板の貫通部11内に収まり、半導体チップ
1の表面を実装用基板に密接させるときにも、5〜9μ
m程度の高さyのエアーブリッジ7は実装用基板に当た
ることはなくなるので、半導体チップ1と実装用基板と
の接続部8における接続距離xを十分に短かいものにす
ることができ(エアーブリッジ7の高さyを考慮せずと
も良くなり)、逆転実装法の利点を維持することができ
る。すなわち、接続部の寄生インダクタンスの影響を低
減することが可能となり、半導体装置の高周波化を図る
ことができる。
【0033】すなわち、実装用基板の逆転実装領域の一
部を貫通させ貫通部11を形成することによっても、半
導体チップ1表面の段差に制約されずに、半導体チップ
1を実装用基板に実装することが可能となり、寄生イン
ダクタンスの影響を低減することができる。
【0034】なお、図4の半導体装置は、実装用基板に
誘電体膜3として100μmのポリイミドを使用し、逆
転実装する領域の一部を機械的に切り落とし貫通部11
を形成し、次いで、ポリイミド表面にボンディングパッ
ド15および伝送線路5を形成し、半導体チップ1を逆
転実装することで、作製できる。
【0035】以上の説明からわかるように、図1あるい
は図4の半導体装置では、実装用基板の実装領域の一部
に掘り込み部10あるいは貫通部11が設けられている
ことにより、接続部8における接続距離xを十分短かい
ものにしても、半導体チップ1の最上層部の高さ(エア
ーブリッジ7の高さ(チップ段差)y)に影響されずに、
半導体チップ1を実装用基板に逆転実装することができ
る。
【0036】なお、上述した第1の実施形態(図1)で
は、シリコンの異方性エッチを利用して、実装用基板に
掘り込み部10を形成するとしたが、シリコン以外の誘
電体、例えば、アルミナ等を用いて化学的あるいは物理
的に掘り込み部10を形成することもでき、この場合に
も、シリコンを異方性エッチして掘り込み部を形成する
場合と同様な効果が得られる。
【0037】また、上述した第2の実施形態(図4)で
は、実装用基板の誘電体膜3にポリイミドを用いるとし
たが、誘電体膜3に他の誘電体材料を用いても同様な効
果を得られることができる。
【0038】また、掘り込み部10や貫通部11が形成
される誘電体基板6には加工性の良好な材料が用いられ
るのが望ましいが、加工性が良好で誘電体としても良好
な(誘電体損が少ない)材料は少ない。例えば、誘電体と
してシリコンを使用する場合でも、不純物が少なく絶縁
性の高いシリコンは高価で、かつ入手することは困難で
ある。そこで、誘電体基板6として、掘り込み部10や
貫通部11を形成するための第1の誘電体層と、伝送線
路5を形成するための第2の誘電体層との2つの誘電体
層からなるものを用いることで(2つの層に機能分離す
ることで)、加工性の良い安価な基板とすることができ
る。
【0039】すなわち、上述の第1,第2の実施形態の
説明では、実装用基板の誘電体基板6として、例えばシ
リコンだけの基板(シリコン基板)を用いたが、図5に示
すように(なお、図5は第1の実施形態に対応したもの
である)、例えば、誘電体のシリコンを第1の誘電体層
21とし、該第1の誘電体層21上に、第2の誘電体層
22としてSiO2膜を成膜したものを誘電体基板6と
して使用することもできる。このとき、シリコンを第1
の誘電体層21に使用することで、シリコンの異方性エ
ッチングにより再現性良く、誘電体基板に掘り込み部
(開口)10や貫通部11を形成できる。
【0040】また、誘電体基板6として2層以上の誘電
体層が形成されたものを使用することにより、下地のシ
リコン(図5の例では、第1の誘電体層21)の掘り込み
を行なうときに、SiO2膜(図5の例では第2の誘電体
層22)を第1の誘電体層21に対するマスク材として
用いることができる。
【0041】なお、上記第1の誘電体層21としてはシ
リコン以外の誘電体材料を用いることもでき、また、上
記第2の誘電体層22としてSiO2以外の誘電体材料
を用いることもできるが、第1の誘電体層21として
は、シリコンが用いられるのが良い。
【0042】また、上述の各実施形態では、実装用基板
の伝送線路5,半導体チップ1の伝送線路(配線)がコプ
レナ伝送線路であるとしたが、これらの伝送線路がマイ
クロストリップ伝送線路である場合にも、本発明を同様
に適用できる。すなわち、伝送線路がマイクロストリッ
プ伝送線路である場合にも、実装用基板の実装領域の一
部に掘り込み部10あるいは貫通部11が形成されてい
ても良い。
【0043】また、上述の各実施形態では、バンプ17
を実装用基板側のパッド15上に形成したが、半導体チ
ップ1側のパッド16上に設けても良い。
【0044】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項1乃至請
求項7記載の発明によれば、高周波伝送線路が配置され
ている実装用基板上に半導体チップを逆転実装するとき
に、前記実装用基板の実装領域の一部に、半導体チップ
の最上層部の高さとボンディングパッドの高さとの差よ
りも大きな深さに掘り込まれた掘り込み部、または、貫
通部を形成し、前記半導体チップの最上部層が前記実装
用基板の掘り込み部または貫通部に収まるように、前記
半導体チップを前記実装用基板に逆転実装するので、半
導体チップ,実装用基板の伝送線路がコプレナ伝送線路
であっても、高精度な位置合わせなどを必要とせずに、
半導体チップと実装用基板との接続部における接続距離
を十分短かいものにすることができ、従って、接続部で
の寄生インダクタンスを低減することが可能となり、半
導体装置の高周波化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体装置の第1の実施形態を示
す断面図である。
【図2】図1の半導体装置の接続部の詳細を示す図であ
る。
【図3】図1の半導体装置の作製工程例を示す図であ
る。
【図4】本発明に係る半導体装置の第2の実施形態を示
す断面図である。
【図5】図1のまたは図4の半導体装置における誘電体
基板の他の構成例を示す図である。
【図6】従来の半導体装置の構成例を示す断面図であ
る。
【図7】従来の半導体装置の他の構成例を示す断面図で
ある。
【図8】エアーブリッジを説明するための図である。
【図9】従来の半導体装置の問題点を説明するための図
である。
【符号の説明】
1 半導体チップ 2 接地導体 3 誘電体膜 5 伝送線路 6 誘電体基板 7 エアーブリッジ 8 接続部 9 チップ内配線 10 掘り込み部 11 貫通部 15,16 パッド 17 バンプ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高周波伝送線路が配置されている実装用
    基板上に半導体チップが逆転実装されて構成される半導
    体装置であって、前記実装用基板の実装領域の一部が掘
    り込まれて掘り込み部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】 高周波伝送線路が配置されている実装用
    基板上に半導体チップが逆転実装されて構成される半導
    体装置において、前記実装用基板の実装領域の一部に貫
    通部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体装置において、前
    記掘り込み部は、半導体チップの最上層部の高さとボン
    ディングパッドの高さとの差よりも大きな深さを有して
    いることを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 請求項1または請求項2記載の半導体装
    置において、前記半導体チップの配線がコプレナ伝送線
    路であることを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項5】 請求項1または請求項2記載の半導体装
    置において、前記実装用基板は、掘り込み部または貫通
    部が形成される誘電体基板を有し、該誘電体基板上に高
    周波伝送線路が配置されていることを特徴とする半導体
    装置。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の半導体装置において、前
    記誘電体基板は複数の誘電体層で形成されており、少な
    くとも1層の誘電体層はシリコンで形成されていること
    を特徴とする半導体装置。
  7. 【請求項7】 高周波伝送線路が配置されている実装用
    基板上に半導体チップを逆転実装する半導体装置の実装
    方法であって、前記実装用基板の実装領域の一部に、半
    導体チップの最上層部の高さとボンディングパッドの高
    さとの差よりも大きな深さに掘り込まれた掘り込み部、
    または、貫通部を形成し、前記半導体チップの最上部層
    が前記実装用基板の掘り込み部または貫通部に収まるよ
    うに、前記半導体チップを前記実装用基板に逆転実装す
    ることを特徴とする半導体装置の実装方法。
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