JPH01161726A - 集積回路の相互接続構造及び相互接続方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、複数の集積回路のホルダーについての構造に
関するものであり、とりわけ、前記回路用のワイヤ相互
接続ネットワークを含むホルダーに関するものである。

（従来技術及びその問題点） 何年も前から、単一のウェーハに多数の集積回路を結合
しようとする試みがなされてきた。この努力は、ウェー
ハスケール集積化の問題として知られている。これまで
、いくつかの問題に直面してきたが、主として、ウェー
ハ集積化設計全体をだいなしにする可能性のある、ウェ
ーハの偶発欠陥に関するものであった。もう、１つの問
題は、いくつかの回路の相互接続に関するものであった
。

超大規模集積回路には、いくつかの金属層が含まれてお
り、従って、既存の層にさらに金属層を重ねるのは困難
であった。たとえ、それ以上金属層を加えないとしても
、回路間のスペースは限られているため、ウェーハ表面
での相互接続は困難であった。おそらく、さらに困難な
問題は、共通の基板上における極めて密集した回路構成
に対する冷却の問題である。

１９８３年７月の、５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ａｍｅｒｉ
ｃａｎの８６〜９６頁に掲載された、Ａ、Ｊ、　Ｂｌｏ
ｄｇｅｔｔによる論文には、多層セラミック基板に、ご
く近接してチップを取りつけ、チップの相互接続はチッ
プ取りつけレベルより下方で行なうようにする、集積回
路チップの取りつけシステムに関する説明がある。チッ
プの上には、水路を利用して熱を除去する冷却構造が設
けられる。

Ｆｅｉｎｂｅｒｇ他による米国特許第４，２４５，２７
３号には、信号平面の上下に導電性電圧面を配し、信号
ラインに対する伝送線路の働きをするようになっている
、内部配線ネットワークを備えた焼結セラミック多層基
板を特徴とする大規模集積回路装置のたるの取りつけパ
ッケージが開示されている。この配線ネットワークは、
電圧面ζ信号平面Ｘ及びＹｌ及び、論理出力面から構成
されている。

該装置の上には、熱除去キャップが取りつけられている
。

Ａ１口ｏｈｙａによる米国特許第４．６６５，４６８号
には、フォトリソグラフィー技術で形成されるワイヤラ
インマトリックスを支持する感光性絶縁層を含む、多層
モジコールが開示されている。先行技術によるチップ取
りつけ手法では、ウェーハスケール集積化に伴う実際の
困難を認識して、多数の集積素子、とりわけ、超大規模
集積回路を取りつけるための支持体を見つけようとして
きた。

先行技術の特徴は、絶縁基板、及び、ワイヤによる相互
接続が施された絶縁層に集積回路チップを取りつけると
いう点にある。

（解決しようとする問題点） 本発明の目的は、チップ相互接続の側面と冷却の側面を
組み合わせ、同時に、信号損失及びクロストークを減少
させる、多数の半導体集積色のための取りつけ構造を考
案することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的は、組込みワイヤ相互接続グリッドを備えた、
金属ブロックの半導体素子支持構造によって達成された
。本発明の半導体素子相互接続構造は、各層が、メタラ
イゼーションパターンのセクションをなし、残りが、レ
ジストになるようにして、各層毎に、基板上に築かれる
。各層によって、メタライゼーションパターンのＸ％３
’セクションが形成され、同時に、層の集合によって、
パターンのＺ成分が形成される。メタライゼーションパ
ターンが仕上がると、レジストの全てまたは一部が除去
され、露出金属ネットワークは、誘電材料によって、真
の同軸伝送線路に適した厚さになるまでコーティングが
施される。

該構造には、メツキが施されて、三次元支持ブロックを
形成する。誘電体のコーティングの際、レジストの一部
にマスキングを施して、支持体が得られるようになつい
る場合には、こ・こて、マスキングを施した部分を除去
し、前に行なったように、露出したワイヤ構造に誘電材
料のコーティングを施し、コーティングされた構造にメ
ツキを施す。基板のベースは、金属相互接続パターンに
接続されるピンを有しており、一方、メツキしたブロッ
クの上部には、相互接続パターンの露出端子が設けられ
、集積回路素子を結合するようになっている。メツキに
は、良好な導電率と熱伝導率の両方が備わっているのが
望ましい。ヒートシンクを金属ブロックに接触させるこ
とによって、熱を除去することができる。また、メツキ
によって、相互接続パターンに関する同軸伝送線路が完
成する。この伝送線路構造によって、コンポーネント間
の電気的損失が制限され、また、コンポーネント間の漂
遊容量に制限が加えられることになる。

（実施例） 第１図及び第２図を参照すると、集積回路相互接続構造
１１が示されている。該構造には、不導電性ブレーナ基
板１３が含まれてお、す、これを通って、電気端子部材
１５が突き出している。これらの端子部材は、コネクタ
が該構造を他の電気素子につなぐ信号インターフェース
位置に設けられている。

突き出た他の電気端子部材については、図示されていな
い。基板の上には、いくつかの層２１．２３、及び、２
５によって導電性の金属ブロック１７が形成されている
。各層には、相互接続伝送線路の一部が含まれている。

セグメント３１〜３７は、全て層２５に含まれているの
が図面から分る。これらの伝送線路セグメントは、その
構造について後述することになる層を完全に貫通して伸
びている。層２３には、セグメント４１及び４３が見受
けられる。層２１には、セグメント４５．４７、及び、
４９を見ることができる。第１図に示す垂直経路は；１
つの層とその層が重ねられる隣の層とを通るようにして
形成されている。第３図〜第６図を参照すると分かるよ
うに、重なり合ったセグメントが交差する場所に、垂直
経路が形成されることになる。信号インターフェース位
置から離れた、ワイヤ相互接続の成端位置で、隆起した
ハンダ（ｓｏｌｄｅｒ　ｂｕｍｐｓ）等によって、チッ
プ１４．１６．１８、及び、２０とワイヤ相互接続ネッ
トワークとの相互接続が行なえるようになっている。チ
ップは完成した半導体の集積回路である。ワイヤネット
ワークは、他の、電気素子に対する信号及びユーティリ
ティ経路の形成を意図したものである。

第３図を参照すると、基板１３には、レジスト層５１の
コーティングが施されている。この層には、半導体の集
積回路を作る通常の方法で、開口部（オープニング）５
３がパターン形成される。すなわち、レジストは、マス
キングを施して露光され、露光後、開口部５３が形成さ
れる。

第４図では、開口部に金属５５が充填されている。

金属は、できれば、少な（ともアルミニウムと同程度の
良好な導電率を有するものが選択される。

金属は、化学蒸着、スパッタリング、あるいは、メツキ
といったような集積回路の処理に通常用いられる従来の
方法のうち任意の方法で貼着させる。

次に、上部表面５７に化学的エツチングを施して、余分
な金属を除去し、金属がそ、の開口部にだけ存在するよ
うにする。

第５図では、第１のレベルに、レジストの第２の層６１
が重ねられている。開口部６３及び６５が形成されてお
り、それらには、前述の方法で導電性金属が充填される
。第６図では、層６１に対し、さらに、レジストの層６
７および６９が順次付着（ｄｅｐｏｓｉｔ）させられる
。これらレジスト層は、それぞれ、パターン形成が施さ
れ、次に、前述の方法で開口部が形成されて、さらに、
前述と同じ導電性金属が開口部に充填され、個々の層に
存在するＸ及びＹの成分を有し、また、同じＸＹ位置に
金属の層を順次重ねることによって生じる、垂直すなわ
ちＺ成分の部分を備えた金属部材７１が残されることに
なる。

金属相互接続構造が完成すると、溶剤またはエツチング
液によって、残りのレジストが全て除去される。残され
るのは、レジストによって形成された、いくつかの位置
に広がる極めてもろいワイヤネットワークである。金属
には、レジスト溶液を用いてわずかにエツチングを施し
、金属を十分にクリーニングし、金属のコーナにまるみ
をもたせる。但し、まるみ付けはクリティカルではない
。

次に、金属ネットワークを後続のメツキから絶縁するの
に十分な、誘電材料によるコーティングが金属に対し施
されることになる。誘電材料の厚さは、所望の同軸伝送
経路特性、主として、所望のインピーダンスが得られる
厚さであることが望ましい。誘電材料の選択がインピー
ダンスに影響するため、誘電材料は慎重に選択すべきで
ある。可能性のある材料には、シリコン（Ｋ＝２．７）
やテフロン（Ｋ＝２．２）がある。テフロンは、ポリテ
トラフルオロエチレンに対する商標である。２つのワイ
ヤ間のスペーシングは、クリティカルではないが、クロ
ストークを避けるため、信号浸透厚さ（ｓｉｇｎａｌ　
５ｋｉｎ　ｄｅｐｔｈ）よりも接近させてはならない。

選択した誘電材料で金属ネットワークのコーティングを
すますと、導電性材料７８によって構造全体にメツキを
施し、伝送線路構造を完成させることができる。第７図
には、矢印、で示す半径ａを有する中心金属導体７５が
示されている。矢印で示す半径すを有する周囲の誘電材
料７７も示されている。

半径という用語は、半径方向における寸法を表わすのに
用いられる。但し、導体７５及び誘電体シース７７の断
面は、製造上可能であれば、円形であることが望ましい
が、全体として完全な円形にはなっていない。第７図に
は、はぼ円形の断面針状が示されている。場合によって
は、多角形の断面でも、円形断面に近似させることが可
能である。

ｂ　／　ａの比は、下記式で求められる、伝送線路の、
オームで表示のインピーダンス（ＺＯ）を設定するのに
重要である： ここで、Ｋは、誘電材料の誘電率、ＫＯは、自由空間で
の誘電率である。導電性金属ブロック７８が、誘電体シ
ース７７を包囲している。金属相互接続は、静かで、ノ
イズのない電気信号用媒体をもたらす、真の同軸伝送経
路である。

既述のように、ワイヤ相互接続パターンが形成されると
、ワイヤに誘電体のコーティングを施す前に、全てのレ
ジストを除去することになる。第８図の実施例の場合、
レジストの一部をワイヤパターン用の支持体として利用
するため、レジストには、チエッカ−盤のようなパター
ン形成が施されている。例えばレジスト領域８１．８３
．８５、及び、８７を除去すると、ワイヤ９１．９３．
９５、及び、９７が露出する。これら露出したワイヤに
誘電材料によるコーティングを施して、同軸伝送線路の
一部を形成すると、次に、露出した伝送線路にメツキを
施し、メツキ材料とレジストからなるチエッカ−盤ブロ
ックを形成する。伝送線路ネットワークは、このメツキ
によって完全に包みこむのが望ましい。

次に、残りのレジスト領域８９を除去すると、ワイヤの
残りの部分が露出し、これに対して誘電材料によるコー
ティングを施して、さらに、チエッカ−盤パターンのメ
ツキしていない領域に同じメツキ材料でメツキを施すと
、導電性ブロックによって、ワイヤネットワークが完全
に密閉または密封されることになる。次に、集積回路チ
ップが、各チップに関連したハンダの隆起部等によって
、ワイヤネットワークに取りつけられる。

メツキ材料は、導電体としても、熱伝導体としても良好
であることが望ましい。メツキは、無電解メツキまたは
電解メツキによって行なうことが可能である。例えば、
銅または無電解ニッケル、あるいは、任意の導電性材料
を用いて、伝送線路ネットワークの外部導体を形成する
こができる。

銅の場合は、シンプルなメツキ処理が可能であり、電気
特性及び熱特性も良好である。メツキによって形成され
る金属ブロックの利点は１つは、集積回路チップから発
生する熱が、このソリッドな金属ブロックに直接伝わる
という点である。このブロックは、効果的なヒートンシ
ンクの形態をとるようにし、空気または液体で冷却され
るようにすることができる。

第９図には、集積回路チップ２２．２４、及び、２６の
上部にさらにメツキを施した金属ブロック９２が示され
ている。チップの上部にメツキを施すことによって、熱
を散逸させるためのフィ°ン９４が形成されている。た
だし、チップの上部には、冷却構造は不要である。代わ
りに、金属ブロックの側部に接触するように、ヒートン
シンクを配置することも可能である。

第１０図は、異なる誘電材料のインピーダンスに対する
、内部導体の半径対そのまわりの誘電材料の半径の比（
ｂ／ａ）についてプロットしたグラフである。広範囲に
わたる一般的な誘電材料を利用して、１０〜５０オーム
のインピーダンスが得られることがわかる。

〔効　果〕

本発明は、上記のように構成され作用するものであるか
ら、集積回路チップのための相当複雑な相互接続を形成
することが可能であり、相互接続が金属ブロック内に形
成され熱が直接金属ブロックに伝わるため冷却が容易で
あり、相互接続が同軸構造であるため良好な伝送特性が
得られるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、集積回路相互接続構造の斜視図、第２図は、
第１図の各層を分解して示す斜視図、第３図、第４図、
第５図及び第６図は、本発明の集積回路相互接続構造の
製造工程を示す図、第７図は、第１図に示す伝送線の拡
大断面図、第８図は、本発明の製造方法の一つを説明す
るための斜視図、 第９図は、本発明による集積回路相互接続構造と組み合
わせられた冷却構造の斜視図、第１０図は、伝送線のパ
ラメータとインピーダンスとの関係とを表すグラフであ
る。 １４．１６．１８．２０　　：集積回路チップ、３１．
３２．３３．３４．３５．３６．３７．３Ｂ、４１．４
３．４５．４７．４９　：同軸伝送線、 ？５．９１．９３　：導体ワイヤ、 ７７：絶縁材料、 ７８：金属、 ８９：金属ブロック。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）集積回路チップ接続位置と該チップ接続位置に対し
   て間隔を有する信号インタフェース位置との間に三次元
   的に回路網を構成する導体ワイヤと、該導体ワイヤを被
   覆する絶縁材料と、該被覆されたワイヤを囲む金属とか
   らなる同軸伝送線回路網を具備することを特徴とする集
   積回路の相互接続構造。 ２）集積回路チップ接続位置から該チップ接続位置に対
   して間隔を有する信号インタフェース位置へ導体ワイヤ
   による回路網を三次元的に構成し、前記導体ワイヤを絶
   縁材料で被覆し、該被覆されたワイヤを金属で囲むこと
   により、同軸伝送線回路網を形成することを特徴とする
   集積回路の相互接続方法。 ３）前記ワイヤを囲む金属は、ブロック状であることを
   特徴とする請求項１に記載の集積回路の相互接続構造。