JPH11354667A - 電子部品およびその実装方法 - Google Patents

電子部品およびその実装方法

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JPH11354667A
JPH11354667A JP17387298A JP17387298A JPH11354667A JP H11354667 A JPH11354667 A JP H11354667A JP 17387298 A JP17387298 A JP 17387298A JP 17387298 A JP17387298 A JP 17387298A JP H11354667 A JPH11354667 A JP H11354667A
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JP
Japan
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semiconductor chip
hole
wafer substrate
mounting
forming
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JP17387298A
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English (en)
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Ryusuke Kawano
龍介 川野
Naoaki Yamanaka
直明 山中
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体集積回路を実装する場合、極めて高密
度に実装することができ、高性能な冷却構造をとること
が可能であり、しかも、異なるデバイスプロセス技術で
作製されたチップと、受動部品また光部品とを小さなエ
リアに混載させることが可能な電子部品およびその実装
方法を提供することを目的とするものである。 【解決手段】 半導体チップをシリコンウエハ基板に搭
載し、このシリコンウエハ基板に絶縁膜を形成し、半導
体チップの電極パッド部分にのみ対応する絶縁膜にスル
ーホールを設け、このスルーホールと絶縁膜とに導体膜
を堆積し、この導体膜をパタン形成することによって配
線パタンを形成するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップ、受
動部品および光部品等をウエハ基板に実装する方法およ
び装置に係り、特に、高速多ピンLSIやレーザやフォ
トディテクタ等の高性能半導体チップの高密度ウエハ基
板実装方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図10は、半導体チップを基板へ実装す
る場合における従来のパッケージングの例とMCM実装
の例とを示す図である。
【0003】半導体チップを実装する場合、従来は、図
10(1)に示すQFP(Quad Flat Package )実装
や、図10(2)に示すCSP(Chip Scale Package)
や、BGA(Ball Grid Array )等のケースを用いてP
CB(Print Circuit Board )に実装する方法が知ら
れ、また、図1(3)に示す各種基板を用いたMCM
(Multi Chip Module )化する方法が知られている。な
お、MCM(Multi Chip Module )化するする場合、た
とえばMCM−L(MCM-Laminate)、MCM−D(MCM-
Doposite)、MCM−C(MCM-Co-fired)等が知られて
いる。また、最近は、ベアチップを、ビルドアップ基板
と呼ばれる多層基板に実装する方法も提案され、配線の
狭ピッチ化およびヴィアランドの小径化によってその実
装密度は小さくなっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体チッ
プのパッドピッチの微細化や多ピン化に、パッケージや
実装基板の加工精度が追い付かず、また、半導体チップ
の信号入出力速度の高速化に伴い、終端抵抗を実装する
必要性が高まっている。電子機器に半導体チップを実装
する場合、LSIにおける機能集積が留まることなく続
いているのに対して、LSIの周辺の電源や基板実装や
その他の周辺部品の高密度化が遅れ気味であり、半導体
集積回路における機能集積技術の恩恵を受け難くなりつ
つある。
【0005】つまり、2〜3cm角の非常に高集積化し
た半導体チップを実装する場合、実装上の制約があり、
たとえば、パッケージングのためのピンピッチ、終端抵
抗の物理的な大きさ、インピーダンス設計された伝送線
路の占有面積、多層配線のためのヴィアホールの最少サ
イズ等を確保する必要があるので、これら確保すべきエ
リア(実装エリア)として、半導体チップ自体の面積よ
りもはるかに大きな面積を必要とするという問題があ
る。
【0006】しかも、マイクロプロセッサの性能向上に
伴って、半導体チップの消費電力が確実に大きくなる傾
向にあるので、熱抵抗が大きい樹脂系のパッケージや実
装基板を用いると、冷却の観点からは望ましくないとい
う問題がある。
【0007】本発明は、半導体集積回路を実装する場
合、極めて高密度に実装することができ、高性能な冷却
構造をとることが可能であり、しかも、異なるデバイス
プロセス技術で作製されたチップと、受動部品また光部
品とを小さなエリアに混載させることが可能な電子部品
およびその実装方法を提供することを目的とするもので
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体チップ
をシリコンウエハ基板に搭載し、このシリコンウエハ基
板に絶縁膜を形成し、半導体チップの電極パッド部分に
のみ対応する絶縁膜にスルーホールを設け、このスルー
ホールと絶縁膜とに導体膜を堆積し、この導体膜をパタ
ン形成することによって配線パタンを形成するものであ
る。
【0009】
【発明の実施の形態および実施例】図1は、本発明の第
1の実施例である実装基板100を製造する方法の説明
図である。
【0010】まず、図1(1)に示すように、シリコン
ウエハ基板10にフォトレジスト11を塗付し、パタニ
ングを行った後、図1(2)に示すように、RIE(Re
active Ion Etching)またはウエットエッチングによっ
て、シリコンウエハ基板10に窪み21、22を形成す
る。この場合、シリコンウエハ基板10に搭載すべきL
SIチップ31、32のサイズよりもそれぞれやや大き
い窪み21、22を、シリコンウエハ基板10に形成す
る。そして、図1(3)に示すように、レジスト11を
除去する。
【0011】そして、必要に応じて裏面を予め研磨する
ことによって、シリコンウエハ基板10よりもLSI半
導体チップ31、32を薄くし、図1(4)に示すよう
に、レジスト11を除去した後に、シリコンウエハ基板
10よりも薄い半導体チップ31、32をそれぞれ窪み
21、22に搭載する。半導体チップ31、32を窪み
21、22に搭載する場合、半導体プロセスにおけるウ
エハの張り合わせ技術等を用いて、半導体チップ31、
32をシリコンウエハ基板10に接着する。
【0012】次に、図1(5)に示すように、第1層間
膜となるSiO2(二酸化シリコン)41を、CVD
(Chemical Vapor Deposition )等によって堆積する。
この場合、チップを埋め込んだ部分に段差が生じたら、
図1(6)に示すように、LSIの配線工程で用いられ
る平坦化技術によって平坦にする。そして、図1(7)
に示すように、上記と同様に、フォトリソグラフィーと
エッチングとによって第1層間膜41を加工し、第1層
間膜41にスルーホール61を形成する。この場合、半
導体チップ31、32の電極パッド部分31p、32p
にのみ対応する絶縁膜41にスルーホール61を設け
る。
【0013】次に、第1配線層となるAL51を蒸着し
た後、フォトリソグラフィーとエッチングとによって加
工し、図1(8)に示すように、配線を作る。これによ
って、配線が1層である実装基板が完成する。
【0014】その後、多層配線の実装基板を作る場合に
は、図1(9)、図1(10)に示すように、層間膜4
1と配線層51とを施す上記の方法と同様に、層間膜4
2と配線層52との加工を繰り返し、これによって、多
層配線を実現する。つまり、上記加工された導体膜51
と絶縁膜41とに第2の絶縁膜42を堆積する段階と、
配線パタン51に到達するように第2のスルーホールを
設ける段階と、第2の絶縁膜42と上記第2のスルーホ
ールとに第2の導体膜52を堆積する段階と、この堆積
された導体膜をパタン形成することによって第2の配線
パタン52を形成する段階とを繰り返し、これによっ
て、多層配線を形成し、半導体チップ31、32同士を
電気的に接続するか、または、配線層によって電極パッ
ドを構成する。
【0015】最後にシリコンウエハ基板10をダイシン
グし、所望の大きさの基板に加工する。
【0016】上記実施例において、LSIチップ31、
32自体は既に製造されていることが前提であり、した
がって、上記実施例における半導体プロセス技術として
は、配線技術のみを使用するので、LSIにおけるトラ
ンジスタを作る場合よりも、実装基板100の製造が容
易であり、また、トランジスタ活性層部分には影響を与
えないので、ナトリウム等の汚染の問題が生じない。
【0017】図2は、実装基板100と同様の実装基板
101を示す平面図である。
【0018】この実装基板101の大きさに規格を持た
せれば、実装基板101の外部の実装に対して汎用性を
確保することができる。図2に示す例では、多層配線プ
ロセスで形成した電極パッドを、実装基板101の周辺
に形成してある。
【0019】図3は、実装基板100と同様の実装基板
102から所定の基板を切り出す例を示す図である。
【0020】実装基板102を切り出す場合、ダイシン
グによって実装基板を分離し、図3において、この分離
位置を破線で示してある。
【0021】実装基板100〜102によれば、半導体
プロセス技術としては配線技術のみを使用すれば足りる
ので、プロセスルールが異なるLSIや化合物半導体I
C、CMOSLSI、バイポーラLSI等を互いに混載
することができ、また、半導体配線プロセスを用いて実
装基板100〜102を製造するので、極めて高密度に
半導体チップ31、32を実装することができ、しかも
半導体チップ31、32の裏面がSi基板であるので、
放熱特性が極めて優れ、また、実装した半導体チップ3
1、32からの電極を、LSIチップ31、32の中央
部や、Si基板10の中央部等、Si基板10上の所望
のあらゆる場所から取り出せるので、半導体チップの大
きさが同じである場合、半導体チップが内蔵されている
従来のパッケージからピンを取り出す場合よりも、上記
実施例におけるピンピッチが緩和される。
【0022】図4は、本発明の第2の実施例である実装
基板103を製造する方法の説明図である。
【0023】実装基板103は、基本的には、実装基板
100と同じ方法で製造されるが、抵抗体71を形成す
る点が、実装基板100とは異なる。つまり、図4
(5)に示すように、SiO2 膜41を堆積した後に、
図4(6)に示すように、不純物ドープ多結晶シリコン
膜70をCVDで堆積した後に、図4(8)、(9)に
示すように、フォトリソグラフィーとエッチングとによ
って加工を行い、抵抗体71を形成する。
【0024】図5は、実装基板103において、配線層
を利用してインダクタL、キャパシタCを形成する方法
を示す図である。
【0025】図5に示すように、多層配線プロセスによ
って、インダクタLやキャパシタCのような受動部品を
作り込む。実装基板103によれば、チップ内終端抵抗
を持たない多ピンの高速入出力端子を有するLSIを実
装する際に実装面積の増大を招いていた終端抵抗を半導
体プロセスで作ることによって、SMD(Surface Moun
t Device)で現在最も小型な1.0mm×0.5mmの
終端抵抗の1/500以下の大きさで、終端抵抗を実装
することができる。
【0026】図6は、本発明の第3の実施例である実装
基板104を製造する方法の説明図である。
【0027】実装基板100、103を製造する方法に
よって、図6に示すように、PD(Photo Detector)8
1〜84、LD(Laser Diode )91〜94等の多品種
の部品を混載した実装基板104、つまり、光の入出力
インタフェースを作ることができる。なお、実装基板1
00、103を製造する場合、レーザ、フォトディテク
タの代わりに、波長ルータ等の他の光部品を混載するよ
うにしてもよい。また、レーザ、フォトディテクタとと
もに、波長ルータ等の他の光部品を混載するようにして
もよい。
【0028】実装基板104によれば、光部品を混載す
ることによって、実装基板の入出力インタフェースとし
て、電極パッドを使用せずに、光を用いたもので実現す
ることができる。
【0029】図7は、本発明の第4の実施例である実装
基板105を製造する方法の説明図である。
【0030】実装基板105は、シリコンバイポーラL
SI31、CMOS(Complementary Metal Oxide Semi
conductor )LSI32〜34と、化合物半導体LSI
35と、LD91〜94と、抵抗体72と、多層配線プ
ロセスで作成されたインダクタLと、多層配線プロセス
で作成されたキャパシタCとを混載した例である。
【0031】実装基板105における高速信号伝送線路
として、図8に示すマイクロストリップ線路、図9に示
すコプレーナ線路のいずれも、容易に形成が可能であ
り、Si基板の比誘電率εr (=12)、SiO2 の比
誘電率εr (=3.5)、堆積できる層間膜厚、加工可
能な配線幅は、一般的に広く用いられている特性インピ
ーダンス50Ωの線路を形成する場合に、現実的な値で
あり、その実現が容易である。なお、実装基板105に
おける高速信号伝送線路として、マイクロストリップ線
路、コプレーナ線路の代わりに、ストリップ線路を採用
するようにしてもよい。
【0032】実装基板105によれば、配線基板構造
が、特性インピーダンス設計に対する自由度を持つの
で、実装基板上で極めて高速な信号を伝送する場合に、
容易に対応できる。
【0033】上記各実施例は、従来の半導体チップのよ
うに、半導体チップの電極パッドからワイヤボンディン
グ等によって各種LSIパッケージに電気接続し、プリ
ントボード上に展開する方法、またはワイヤボンディン
グ等によってMCM基板上に展開する方法とは異なり、
半導体チップの電極パッドから信号を取り出すものであ
り、この場合、全て半導体プロセス技術を用いることに
よって、上記電極パッドからの信号取り出しを行うもの
である。また、上記実施例は、異なるデバイスプロセス
技術の融合とチップレベルでの歩留まりとを確保できさ
えすれば、ウエハレベルでの完全動作が要求されるWS
Iよりは、製造歩留まりが格段に緩和される。
【0034】なお、上記各実施例において、半導体チッ
プをウエハ基板に搭載する場合、半導体プロセス技術に
よってウエハ基板に窪みを形成し、この形成された窪み
へ半導体チップを載せる段階を採用する代わりに、機械
的加工によってウエハ基板に窪みまたは穴を設け、この
設けられた窪みまたは穴に半導体チップを組み込み固定
する段階を採用するようにしてもよく、また、ウエハ基
板に窪みまたは穴を設けずにそのまま半導体チップを接
着して搭載する段階を採用するようにしてもよい。
【0035】なお、実装基板100〜105は、電子部
品の例である。
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、半導体集積回路の実装
において、極めて高密度に実装することができ、高性能
な冷却構造をとることが可能であり、しかも、異なるデ
バイスプロセス技術で作製されたチップと、受動部品ま
たは光部品とを小さなエリアに混載させることが可能で
あるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例である実装基板100の
製造方法の説明図である。
【図2】実装基板100と同様の実装基板101の平面
図である。
【図3】実装基板100と同様の実装基板102から所
定の基板を切り出す例を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施例である実装基板103の
製造方法の説明図である。
【図5】実装基板103において、配線層を利用してイ
ンダクタ、キャパシタを形成する方法を示す図である。
【図6】本発明の第3の実施例である実装基板104の
製造方法の説明図である。
【図7】本発明の第4の実施例である実装基板105の
製造方法の説明図である。
【図8】上記実施例に使用するマイクロストリップ線路
の説明図である。
【図9】上記実施例に使用するコプレーナ線路の説明図
である。
【図10】半導体チップを基板へ実装する場合における
従来のパッケージングの例とMCM実装の例とを示す図
である。
【符号の説明】
100〜105…実装基板、 10…Si基板、 21、22…窪み、 31〜35…LSIチップ、 31p、32p…LSIパット、 41、42…SiO2 膜、 51、52…配線、 61、62…スルーホール、 70…ポリシリコン膜、 71、72…抵抗体、 81〜84…PD、 91〜94…LD、 L…インダクタ、 C…キャパシタ。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップをウエハ基板に搭載する半
    導体チップ搭載段階と;上記半導体チップと上記ウエハ
    基板との上に、半導体プロセス技術を用いて絶縁膜を形
    成する絶縁膜形成段階と;半導体プロセスのフォトリソ
    グラフィー工程とエッチング工程とによって、上記半導
    体チップの電極パッド部分にのみスルーホールを設ける
    スルーホール設置段階と;上記スルーホール設置段階の
    後に、上記絶縁膜と上記スルーホールとに導体膜を堆積
    する導体膜体積段階と;リソグラフィー工程によって、
    上記堆積された導体膜をパタン形成することによって配
    線パタンを形成する配線パタン形成段階と;を有するこ
    とを特徴とする電子部品の実装方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 上記半導体チップ搭載段階は、 半導体プロセス技術によって上記ウエハ基板に窪みを形
    成し、この形成された窪みへ上記半導体チップを載せる
    段階か、機械的加工によって上記ウエハ基板に窪みまた
    は穴を設け、この設けられた窪みまたは穴に上記半導体
    チップを組み込み固定する段階か、または、上記ウエハ
    基板に窪みまたは穴を設けずにそのまま上記半導体チッ
    プを接着して搭載する段階であることを特徴とする電子
    部品の実装方法。
  3. 【請求項3】 請求項1において、 導体膜と絶縁膜とに第2の絶縁膜を堆積する段階と、配
    線パタンに第2のスルーホールを設ける段階と、上記第
    2の絶縁膜と上記第2のスルーホールとに第2の導体膜
    を堆積する段階と、この堆積された導体膜をパタン形成
    することによって第2の配線パタンを形成する段階とを
    繰り返し、この繰り返しによって、多層配線を形成し、
    上記半導体チップ同士を電気的に接続するか、または、
    配線層によって電極パッドを構成することを特徴とする
    電子部品の実装方法。
  4. 【請求項4】 請求項3において、 上記多層配線層は、上記絶縁膜厚と上記導体膜加工寸法
    とによって、インピーダンス設計された伝送路を有する
    ものであることを特徴とする電子部品の実装方法。
  5. 【請求項5】 請求項4において、 上記インピーダンス設計された伝送路は、ストリップ線
    路、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路の少なく
    とも1つであることを特徴とする電子部品の実装方法。
  6. 【請求項6】 請求項1において、 上記絶縁膜と上記導体膜とによって形成されたキャパシ
    タ、上記導体膜をパタニングによってスパイラル状に加
    工して形成されたインダクタ、半導体プロセス技術によ
    って上記多層配線層中に形成された抵抗体等の受動部品
    を、上記ウエハ基板中に作り込むことを特徴とする電子
    部品の実装方法。
  7. 【請求項7】 請求項1において、 レーザ、フォトディテクタ、波長ルータ等の光部品を混
    載することを特徴とする電子部品の実装方法。
  8. 【請求項8】 ウエハ基板と;上記ウエハ基板に搭載さ
    れている半導体チップと;上記ウエハ基板と上記半導体
    チップとの上に形成されている絶縁膜と;上記半導体チ
    ップの電極パッド部分にのみ設けられているスルーホー
    ルと;上記絶縁膜と上記スルーホールとの上に形成され
    ている配線パタンと;を有することを特徴とする電子部
    品。
  9. 【請求項9】 請求項8において、 上記半導体チップは、上記ウエハ基板に形成されている
    窪みに搭載されているか、上記ウエハ基板に設けられて
    いる窪みまたは穴に固定されているか、または、上記ウ
    エハ基板に窪みまたは穴を設けずにそのまま上記ウエハ
    基板に接着されている半導体チップであることを特徴と
    する電子部品。
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