JP3846345B2 - High frequency semiconductor integrated circuit module - Google Patents
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- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、GaAsあるいはInP等の化合物半導体基板に形成した高周波・高出力用途の多層配線半導体集積回路チップとその実装基板で構成されるモジュール構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
図4は従来の多層配線半導体集積回路モジュール1の構造を示す図である。多層配線半導体集積回路チップ2は、GaAsあるいはInP等の半導体基板3上に、トランジスタ、抵抗、コンデンサなどの機能素子が形成され(図示せず)、保護膜形成されて各機能素子の電極部に開口が形成されている。さらに、多層配線半導体集積回路チップ2は、トランジスタの電極開口12、抵抗の電極開口13、コンデンサの電極開口14などを誘電率の低い層間絶縁膜4を用いて配線15とコンタクトホール16で接続する多層配線構造をなし、その最上層の周辺部に設けた端子電極7により、電源供給と信号の入出力を行なう。また、最上層の中央部には外部からの電波雑音を排除し、内部からの電波雑音発生を抑え、多層配線半導体集積回路チップ2の動作に対して周波数特性を安定化するためにグランドプレート8を設ける。このようにして形成した多層配線半導体集積回路チップ2は、実装基板5に金ピラー(あるいはバンプなど)9でフリップチップ接続され、耐衝撃性を向上するために、その間隙に接着性の樹脂6を充填して固着される。
【0003】
図5は図4で示した多層配線半導体集積回路モジュール1を構成する多層配線半導体集積回路チップ2を層間絶縁膜4の最上層側から見た平面図である。線分A−A’における断面が図4で示されている。点線で囲まれた内側の領域は、半導体基板3上にトランジスタ、抵抗、コンデンサなどの機能素子が形成された能動領域17となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来構造の多層配線半導体集積回路モジュール1では、多層配線半導体回路チップ2で発生する熱は金ピラー9を経由してしか逃がせられないので、発熱量の多い高出力の半導体集積回路には対応できない。従って、多層配線半導体集積回路モジュールの放熱性の向上が第一の課題である。
【0005】
また、樹脂6および層間絶縁膜4は透水性あるいは吸水性があり、半導体集積回路モジュール1の周囲環境の湿度が高いと、図5に示す能動領域17に水分が達して、トランジスタの故障の原因となる。従って、樹脂6および層間絶縁膜4に対する防湿性の向上が第二の課題である。
【0006】
【課題を解決するための手段】
図1は、本発明の多層配線半導体集積回路モジュール1であり、図2の多層配線半導体集積回路チップ2の表面パターンの線分A−A’における断面構造を示す図である。各部分の名称および番号は従来の多層配線半導体集積回路モジュール1の断面を示す図4、および多層配線半導体集積回路チップ2の表面パターンを示す図5と同じである。図中、11は、実装基板5上に設けられたシールドプレートであり、グランドプレート8と同じパターンである。18は、グランドプレート8および端子電極7の外周を取り囲むパターンからなる層間絶縁膜の各層に形成したメタル領域である。
【0007】
第一の課題である放熱性を向上するには、熱パスを短くすることと、放熱面積を大きくすることが必要である。そのために、配線15のメタルなどによる熱伝導で放熱する以外に、グランドプレート8をできるだけ大きく採り、ピラーあるいはバンプを介さず、直接実装基板5に熱圧着またははんだで接続することにより、この部分からも放熱を行なうようにする。このとき、モジュール落下などの際の耐衝撃性については、多層配線半導体集積回路チップ2と実装基板5間を接着性の樹脂6で充填するとともに、多層配線半導体集積回路チップの側面を前記樹脂6で覆って、両者を固着することによって実現する方法を用いる。
【0008】
第二の課題である防湿性を向上するためには、樹脂6および層間絶縁膜4は透水性または吸水性があるので、水分が侵入する経路の断面積を小さくする必要がある。図4に示すように、多層配線半導体集積回路チップ2周辺の水分が多層配線半導体集積回路チップ2の能動領域17に達する経路は2つある。第1の水分の侵入経路aは多層配線半導体集積回路チップ2と実装基板5の間隙に設けた接着性の樹脂層を経由して層間絶縁膜4を縦断するものである。第2の水分の侵入経路bは多層配線半導体集積回路チップ2周辺の樹脂から入って層間絶縁膜4を横断するものである。第1の水分の侵入経路aに対しては、多層配線半導体集積回路チップ2の端子電極7と実装基板の配線10とを直接接続するために、従来の構造で示したピラー9が無い分高さ方向が狭まることと、水平方向には従来構造のピラー間隔に比べ、端子電極7とグランドプレート8の間隔で制限されるために狭くなることによって、大幅に第1の水分の侵入経路の断面積が小さくなる。更に、経路の方向に対して奥行きのある端子電極7によって、小さな断面積の経路が長くなる。
【0009】
第2の水分の侵入経路bに対しては、グランドプレート8および端子電極7の外周を取り囲むパターンで形成されたメタル領域18を多層膜の各層毎に配置することで、横方向の経路断面を略1/(層数)に制限することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
(第一実施例)以下、本発明の第一実施の形態について図を参照して詳細に説明する。
図3は多層配線の1層分の製作工程を示す図である。図中の番号は図1および図2に示したものと同じであり、その他に、20はレジスト層、21はメッキ種メタル層である。本工程は、GaAsあるいはInPなどの半導体基板3上にトランジスタや抵抗、コンデンサ(図示せず)が形成され、さらに、窒化膜(図示せず)などのパッシベーション膜が形成されており、半導体回路チップとして機能するためには、各機能素子間を接続する必要がある。そのためにトランジスタ端子12、抵抗端子13、コンデンサ端子14などのコンタクト接続用開口が形成された状態から多層配線工程をスタートする。
【0011】
(1)スピンコート法によりポリイミドを2μm塗布し、350℃、40分の条件でキュアする。
(2)レジストを塗布し、配線15パターンおよびメタル領域18のパターンを形成する。
(3)酸素をエッチングガスとしてドライエッチングを行ない、ポリイミドにコンタクトホール16のパターンおよびメタル領域18のコンタクトホールパターンを形成する。
【0012】
(4)スパッタ法によりTiW/Auを0.2μm堆積し、メッキ種メタル層21を形成する。
(5)再び、レジストを塗布し、配線15のパターンおよびメタル領域18のパターンを形成する。
(6)金メッキにより前記パターンのレジスト開口のメッキ種メタル層21上に金を1μm堆積する。
【0013】
(7)ミリング法によりレジストおよび不要なメッキ種メタル層21を除去する。
以上の(1)〜(7)の工程を繰り返し、4乃至5層程度の多層化を行なう。最後に、
(8)多層配線の最上層として、上記(1)〜(7)の工程により、金メッキされた端子電極7とグランドプレート8を形成する。金メッキの厚みは、他の層より厚く2μm堆積し、熱圧着し易くする。ここで、実装基板の配線とショートすることを避けるために、この層にはメタル領域18は設けない。
【0014】
図3に示す通り、コンタクトホール16のパターンとメタル領域18のコンタクトホールのパターンを同時に形成するため、メタル領域18を設けることによって作業量が増えるということは無い。
以上のようにして作製した多層配線半導体集積回路チップ2は、金メッキでパターン化された実装基板5と熱圧着により接続される。その後、たとえばエポキシ系の接着性樹脂6を用いて多層配線半導体集積回路チップ2と実装基板5の間隙および、多層配線半導体集積回路チップ2の側面を前記樹脂で充填する。
(第二実施例)熱圧着で多層配線半導体集積回路チップ2と実装基板5を接合する以外に、はんだ接合によって両者を接合しても良い。
【0015】
その場合には、多層配線半導体集積回路チップ2の最上層形成後、Niをバリアメタルとし、はんだ層を1μm 付着、パターニングするとともに、実装基板5に も、同様にして、同じパターンのはんだ層を設ける。
多層配線半導体集積回路チップ2と実装基板5を位置合わせし、不活性ガス雰囲気(例えば、窒素ガス)中で、はんだ溶融温度以上(例えば、200℃)に保って、はんだ接続する。その後、例えばエポキシ系の接着性樹脂を用いて多層配線半導体集積回路チップ2と実装基板5の間隙および、多層配線半導体集積回路チップ2の側面を前記樹脂で充填する。
【0016】
なお、第一実施例では層間絶縁膜としてポリイミドを用いたが、凹凸面に対して平坦性を得やすい、例えばBCB(ベンゾシクロブテン)を用いても良い。
【0017】
【発明の効果】
本発明により、従来構造のものより、相対する電極同士をピラーを介さずに接続して熱パスを短くし、層間絶縁膜と実装基板間を直接接続することにより放熱性を改善し、水分が樹脂層を通過する経路を狭くすることにより防湿性を高め、接着性樹脂でチップと実装基板を固着して耐衝撃性を有する多層配線半導体集積回路モジュールを実現した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多層配線半導体集積回路モジュールの断面を示す図
【図2】本発明の多層配線半導体集積回路チップの表面パターンを示す図
【図3】多層配線工程を説明する図
【図4】従来の多層配線半導体集積回路モジュールの断面を示す図
【図5】従来の多層配線半導体集積回路チップの表面パターンを示す図
【符号の説明】
1 多層配線半導体集積回路モジュール
2 多層配線半導体集積回路チップ
3 半導体基板 4 層間絶縁膜
5 実装基板 6 樹脂
7 端子電極 8 グランドプレート
9 ピラー 10 基板配線
11 基板のシールドプレート 12 トランジスタ端子
13 抵抗端子 14 コンデンサ端子
15 配線 16 コンタクトホール
17 能動領域 18 メタル領域
20 レジスト層 21 メッキ種メタル層
a 第1の水分の侵入経路 b 第2の水分の侵入経路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-layered semiconductor integrated circuit chip for high frequency / high power application formed on a compound semiconductor substrate such as GaAs or InP and a module structure including the mounting substrate.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a diagram showing the structure of a conventional multilayer wiring semiconductor
[0003]
FIG. 5 is a plan view of the multilayer wiring semiconductor
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the multilayer wiring semiconductor
[0005]
Further, the
[0006]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 shows a multilayer wiring semiconductor integrated
[0007]
In order to improve heat dissipation, which is the first problem, it is necessary to shorten the heat path and increase the heat dissipation area. Therefore, in addition to dissipating heat by heat conduction by the metal of the
[0008]
In order to improve the moisture resistance, which is the second problem, the
[0009]
For the second moisture intrusion path b, the
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First Example) The first embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process for one layer of multilayer wiring. The numbers in the figure are the same as those shown in FIGS. 1 and 2, and 20 is a resist layer and 21 is a plating seed metal layer. In this process, transistors, resistors, capacitors (not shown) are formed on a
[0011]
(1) 2 μm of polyimide is applied by spin coating, and cured at 350 ° C. for 40 minutes.
(2) A resist is applied to form a
(3) Dry etching is performed using oxygen as an etching gas to form a
[0012]
(4) Deposit 0.2 μm of TiW / Au by sputtering to form a plating
(5) A resist is applied again, and a pattern of the
(6) 1 μm of gold is deposited on the plating
[0013]
(7) The resist and the unnecessary plating
The above steps (1) to (7) are repeated to form a multilayer of about 4 to 5 layers. Finally,
(8) As the uppermost layer of the multilayer wiring, the gold-plated
[0014]
As shown in FIG. 3, since the pattern of the
The multilayer wiring semiconductor integrated
(Second Embodiment) In addition to joining the multilayer wiring semiconductor integrated
[0015]
In that case, after forming the uppermost layer of the multilayer wiring semiconductor integrated
The multilayer wiring semiconductor integrated
[0016]
In the first embodiment, polyimide is used as the interlayer insulating film. However, for example, BCB (benzocyclobutene) may be used which is easy to obtain flatness on the uneven surface.
[0017]
【The invention's effect】
According to the present invention, compared to the conventional structure, the electrodes are connected to each other without using a pillar to shorten the heat path, and the interlayer insulating film and the mounting substrate are directly connected to improve heat dissipation, so that the moisture content is reduced. By reducing the path through the resin layer, the moisture resistance is improved, and the chip and the mounting substrate are fixed with an adhesive resin to realize a shock-resistant multilayer wiring semiconductor integrated circuit module.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a multilayer wiring semiconductor integrated circuit module according to the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a surface pattern of a multilayer wiring semiconductor integrated circuit chip according to the present invention. 4 is a diagram showing a cross section of a conventional multilayer wiring semiconductor integrated circuit module. FIG. 5 is a diagram showing a surface pattern of a conventional multilayer wiring semiconductor integrated circuit chip.
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記多層配線半導体集積回路チップの最上層に形成されたチップ電極と、前記チップ電極に相対する位置に前記実装基板の表面層に形成された実装基板電極とで、接続用突起を用いること無く直接に、熱圧着またははんだ接続され、
前記多層配線半導体集積回路チップの前記最上層の少なくとも一部がメタルのグランドプレートで覆われ、前記チップ電極および前記グランドプレート領域の外周を囲むようなパターンをなすメタル壁が、前記最上層を除いて前記層間絶縁膜中に配線層より起立形成され、
前記実装基板の前記表面層に前記グランドプレートと略同じパターンのシールドプレートが設けられ、
前記多層配線半導体集積回路チップと前記実装基板との間に接着性樹脂が充填され、
かつ、前記多層配線半導体集積回路チップの側面が前記接着性樹脂で被覆されている
ことを特徴とする高周波半導体集積回路モジュール。At least, has a multi-layer wiring semiconductor integrated circuit chip which is wire connected to the multilayer between formed on the semiconductor substrate element through the layer insulating film, and a mounting board,
The multilayer wiring semiconductor integrated circuit chip chip electrodes formed on the uppermost layer of said at chip electrodes formed on the surface layer of the mounting board in a position opposite the mounting substrate electrode, directly without using a connection projection To, thermocompression bonding or solder connection,
Wherein the multilayer wiring semiconductor integrated circuit chip at least a portion of the top layer is covered with the ground plate of metal, metal walls forming a pattern so as to surround the outer periphery of the tip electrode and said ground plate region, except for the top layer Are formed upright from the wiring layer in the interlayer insulating film,
A shield plate having substantially the same pattern as the ground plate is provided on the surface layer of the mounting substrate.
An adhesive resin is filled between the multilayer wiring semiconductor integrated circuit chip and the mounting substrate,
And the side surface of the said multilayer wiring semiconductor integrated circuit chip is coat | covered with the said adhesive resin. The high frequency semiconductor integrated circuit module characterized by the above-mentioned.
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