JPH01157560A - 基板空洞内に配設した能動装置を持った半導体モジュール - Google Patents

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】 技術分野 本発明は半導体モジュールに関するものであって、更に
詳細には、シリコン基板内にエツチング形成した空洞内
に能動装置を装着したハイブリッド集積回路モジュール
に関するものである。

災米技生 従来のモジュール型又はハイブリッド集積回路モジュー
ルは、通常、ガラス強化有機又はセラミック基板上に配
設した導体、抵抗、及び時にはコンデンサ等からなる厚
膜又は薄膜回路を有している。該回路は、基板上の導体
パターンにボンディングされたモノリシックな能動装置
及び／又はＩＣと結合される。１つのボンディング方法
では、能動装置をフェースアップで基板上に装着し、そ
れは不規則的で平坦でない構成を形成し、且つワイヤ又
は金属膜等のり−１−を該能動装置の端子から基板上の
導体へ延在させる。然し乍ら、接続用リー１への長さは
、信号伝播速度に影響を与え、且つ平坦でない構成の結
果として能動装置内の端子から基板上への導体へのリー
ドにおいて不可避的に発生するベンド即ち折曲げ点は高
周波数信号を過剰に散逸させる。その結果は、今日の高
度なＥＣＬ装置の場合に特に厳しいものとなっている。

更に、シリコンから構成される装置 ミック基板とは著しく異なった熱膨張係数を持っている
。このことは、動作中に熱応力を発生する。

最後に、セラミック基板の伝導率は劣っており、そのこ
とは、動作中に能動装置を適切に冷却することを一層困
難とさせている。

能動装置を基板へ装着する別の方法においては、能動装
置チップを反転させ、且つその端子を基板上の導体パタ
ーンへ直接的にボンディングさせる。

然し乍ら、この「フリップチップ」方法も、平坦でない
構成となる欠点を有しており、且つボンディング接続部
がチップの下側にあるので、それらを容易に検査するこ
とは不可能である。

目　　　的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消し、改良したハイブリッ
ド回路モジュール及びその製造方法を提供することを目
的とする。

構成 本発明の集積回路モジュールは、熱散逸特性が改善され
ており、熱応力を最小としており、且つプレーナ即ち平
担な構成を持つものとして形成されている。プレーナ構
成であるから、能動装置と基板上の導体との間に長尺で
曲折するワイヤ又は膜リード等を設ける必要性が排除さ
れている。

本発明の１実施形態においては、シリコン基板の上表面
内に形成した空洞内に能動装置を配設する。シリコン基
板は能動装置から熱を散逸させることに貢献し、且つ能
動装置及び基板は同一の物質から形成されているので、
能動装置と基板とが相互に膨張及び収縮する場合に熱応
力を最小としている。空洞内に配設されると、能動装置
の上表面は基板の上表面上に配設されている導体の上表
面と実質的に同一面となる。従って、能動装置の端子は
、極めて短く且つ直線的なリードを使用して導体の上層
へ接続させることが可能であり、その際に信号経路長さ
及び熱散逸を最小とさせることが可能である。

本発明に基づき半導体モジュールを製造する方法におい
ては、シリコン基板内に空洞をエッチング形成し、且つ
プラグ乃至は挿入物を該空洞内に挿入させる。次いで、
該基板を平坦化させ、且つ該平担な表面上に絶縁体とパ
ターン化した導体との交互の層を形成する。該プラグ上
方の層を除去して該プラグを露出させ、次いで該プラグ
を除去する。能動装置を該空洞内に挿入し、且つ能動装
置の端子を土金属層上の導体へ接続させる。

失族桝 以下、添付の図面を参考に本発明の具体的実施の態様に
付いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の好適実施例に基づく半導体モジュー
ル４の概略断面図である。図示した如く、モジュール４
は、複数個の空洞１２が形成されたベース６を有してい
る。能動装置１４を各空洞１２内に装着する。能動装置
１４は、回路内において利得又はスイッチング動作を発
生する為に電圧又は電流を制御することが可能な電気的
又は電子的な素子乃至は要素のいずれであっても良い。

本実施例においては、能動装置１４は集積回路チップ乃
至はダイである。ベース６は、シリコン基板８を有して
いる。第１金属層１６が基板８上に配設されており且つ
基板８の上表面１８に沿って且つ各空洞１２の内部表面
１９上を連続的に延在している。第１金属層１６を接地
プレーンとして使用することが可能であり、且つそれは
能動装置１４と基板８との間に熱的接続を与えている。

ベース６は、更に、絶縁層２４によって離隔されている
１つ又はそれ以上、例えば４個のパターン化された第２
金属層２０を有している。第２金属層２０は、一体とな
って、固体ポスト（支柱）ビア即ち貫通導体２８によっ
て相互接続されるモジュールトラッキング導体を形成す
る。各能動装置１４の上表面３２は、最上の第２金属層
２０と実質的に同一面であり、且つ各能動装置１４の端
子３６は非常に短く且つ直線的なり一層４０を介して最
上の第２金属層２ｏへ接続されている。

第１−図に示した装置を形成する為に使用するステップ
を第２図乃至第９図に示しである。第１に、第２図に示
した如く、シリコン基板８をホトレジスト層５０で被覆
し、次いで該ホトレジストを空洞］２を形成すべき個所
の基板８の区域の上方から除去する。次いで、基板８を
エツチングして穴１２を形成する。好適には、例えばプ
ラズマ又は反応性イオン衝撃等の公知の非等方性エツチ
ング技術をこの為に使用する。基板８を約６０’Ｃで水
酸化ナトリウム溶液中に浸漬させることによって、液体
エツチングを実施することも可能である。エツチングを
完了した後に、ホトレジスｊ〜５０を従来技術を使用し
て剥離する。

次のステップを第３図に示しであるが、フィラメンｌ−
Ｅビーム又はスパッタリング等の薄膜技術を使用する真
空付着により、基板８の上表面１８上及び空洞の内部表
面１９上に連続的な第１金属層１６を形成する。第１金
属層１２は、通常、約１ミクロンの厚さの銅又はアルミ
ニウムを有している。

次いで、第４図に示した如く、空洞１２と実質的に同一
の寸法のプラグ（充填物）５４を該空洞内に挿入し且つ
例えばインジウム等の低溶融温度無機媒体により内部表
面１９ヘボンＩ（させる。プラグ５４は、シリコン又は
アルミナ（Ａｌ、０３）又はムライト（３Ａ］２０３・
２　Ｓ　ｉ　Ｏ２）等のその他の容易に機械加工するこ
との可能な無機物質から構成することが可能である。プ
ラグ５４は基板８の平坦表面を略回復させる。

第５図に示した次のステップは、基板８及びプラグ５４
上に誘電体層２４を形成することである。

誘電体層２４は１．絶縁体として及び平坦化層として機
能する。好適には、誘電体層２４は、ポリイミド等有機
誘電体をスピニングさせることによって形成し、約１−
２ミルの厚さの層を形成する。

次いで、該誘電体を窒素等の非酸化雰囲気中において硬
化させる。

次のステップは、第６図に示してあり、公知のホ１〜リ
ングラフィ技術を使用し次いでウェッ１〜又はトライエ
ツチングを使用して、誘電体層２４内＝７− に開口６２をエツチング形成し、次いでトラッキング導
体を形成する為に誘電体層２４」二に第２銅金属層２０
を付着し且つパターン形成する。該付着された金属は開
口６２内に流れ込み且つ固体ポスｉ・貫通導体２８を形
成し、それはパターン形成した第２金属層２０の選択し
たトラックを第１金属層千６へ接続する。このプロセス
を繰返して、第７図に示した如く誘電体と金属との交互
の層を形成し、所望の導体Ｉ−ラック及び相互接続を提
供することが可能である。その後に、ホトレジスト層６
６を最上の金属層２０上に付着形成し、且つプラク５４
上方のホトレジスト層６６の部分を除去する。

次のステップは、第８図に示した如く、プラグを除去す
る為にプラグを露出させる為に、各プラク５４の上方の
誘電体層２４をエツチングする。

プラグ５４の除去は、好適には、各プラグ５４内に開ロ
ア０を穿設し旧つ各プラグ５４を基板８へ接着させてい
る媒体を溶融するのに十分な温度へ基板８を加熱するこ
とによって実施する。次いて、工具７４を使用して各プ
ラグ５４を除去させることが可能である。工具７４は、
実質的にプラグ５４の周辺部近傍に位置させた環状真空
通路８２を持ったノズル７８を有している。ノズル７８
は、更に、プラグ５４内の開ロア０へ加圧気体を供給す
る為の圧力通路８６を有している。環状通路８２内に発
生される真空は、ノズル７８をプラグ５４へ付着させる
のに十分であり、一方圧カ通路８６を介して及びプラグ
５４内の開ロアｏを介して流れる加圧気体はプラグ５４
を基板８がら剥離させるのに十分である。

最後に、第９図に示した如く、集積回路等の能動装置１
４を各空洞」−２内に配置させる。次いで、リード４０
を好適にはテープボンディングによって、端子３６と土
金属層２ｏとの間に固着させる。

能動装置１４の上表面３２は最上金属層２ｏと実質的に
同一面であり、従ってり−１り４０は可及的に短く形成
され且つ能動装置１４の端子３６がら最上金属層２０へ
延在する」二で曲折することは必要ではない。

以上、本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
では無く、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種
々の変形が可能であることは勿論である。例えば、第１
金属層１２を省略することも可能であり、且つより多く
の数の又はより少ない数の第２金属層２０を設けること
も可能である。基板８も、歩留が悪く影響されるのでな
ければ、能動領域を有することも可能である。

尚、本発明は、その実施上、以下の構成の１つ又はそれ
以上を取りえるものである。

（１）空洞が形成されたベース、前記空洞内に拝察され
た能動装置を有する半導体モジュールにおいて、前記能
動装置は前記ベースの上表面と略同一面である上表面を
持っていることを特徴とする半導体モジュール。

（２）上記第（１）項において、前記ベースがシリコン
基板を有することを特徴とするモジュール。

（３）上記第（２）項において、前記空洞の寸法は能動
装置の寸法と実質的に同一であることを特徴とするモジ
ュール。

（４）上記第（３）項において、前記ベースは、前記基
板上に配設した平坦化用層、前記平坦化用層上に配設し
た金属層、を有しており、前記金属層は、能動装置の上
表面と実質的に同一面であり。

且つ能動装置の上表面は前記金属層に接続されているこ
とを特徴とするモジュール。

（５）複数個の空洞が形成されたシリコン基板、前記基
板の上表面及び各空洞の内部表面上に連続的に配設され
ている第１金属層、前記第１金属層上に配設され且つ前
記空洞と略整合した開口を持った平坦化層、前記平坦化
層上に配設されパターン化された第２金属層、空洞内に
配設された能動装置、を有しており、前記能動装置が前
記第２金属層に接続されており且つ前記第２金属層と実
質的に同一面である上表面を有することを特徴とする半
導体モジュール。

（６）上記第（５）項において、前記平坦化用層は誘電
体物質から形成されていることを特徴とするモジュール
。

＝１１− （７）上記第（６）項において、複数個の第２金属層が
設けられており、各第２金属層は導体トラックを形成す
る為にパターン化されていることを特徴とするモジュー
ル。

（８）上記第（８）項において、各第２金属層の間に配
設されている誘電体層を有することを特徴とするモジュ
ール。

（９）上記第（７）項において、２つの第２金属層に接
続され且つそれらの間に配設されている金属ビア（貫通
導体）を有することを特徴とするモジュール。

（１０）上記第（９）項において、能動装置は集積回路
であることを特徴とするモジュール。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適実施例に基づくハイブリッド集積
回路モジュールの概略断面図、第２図乃至第９図は第１
図の装置を形成する為の本発明の１実施例に基づく各ス
テップにおける構成を示した各概略断面図、である。 （竹号の説明） ４：半導体モジュール ６：ベース ８：基板 １２：空洞 １４：能動装置（アクティブデバイス）１６：第１金属
層 １８：上表面 ２０：第２金属層 ２４：誘電体層 ２８：ボストビア（支柱貫通導体） ４０：リード ５０：ホトレジスト 特許出願人　　　　フェアチャイルド　セミコンダクタ
　コーポレーショ ン 手続補正書（斌） 平成元年１月７３日 特許庁長官　　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示　　　昭和６３年　特許願　第２２８３
１５号３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 ４、代理人

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．空洞が形成されたベース、前記空洞内に配設された
   能動装置を有する半導体モジュールにおいて、前記能動
   装置は前記ベースの上表面と略同一面である上表面を持
   っていることを特徴とする半導体モジュール。
2. ２．複数個の空洞が形成されたシリコン基板、前記基板
   の上表面及び各空洞の内部表面上に連続的に配設されて
   いる第１金属層、前記第１金属層上に配設され且つ前記
   空洞と略整合した開口を持った平坦化層、前記平坦化層
   上に配設されパターン化された第２金属層、空洞内に配
   設された能動装置、を有しており、前記能動装置が前記
   第２金属層に接続されており且つ前記第２金属層と実質
   的に同一面である上表面を有することを特徴とする半導
   体モジュール。