(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層基板と、
前記多層基板上に形成された少なくとも２個の半導体チップと、
前記少なくとも２個の半導体チップを相互に接続する複数の導体と、
を有するマルチチップモジュールの基板に埋没されたモノリシック共鳴器において、
前記共鳴器（２４）は、
前記少なくとも２個の半導体チップを前記複数の導体のうちの少なくとも２個の導体を介して電気的に接続される重なり合った状態の第１と第２のスパイラル形状の金属材料製領域（２６，２８）と、
前記第１と第２のスパイラル形状の金属材料製領域の間に配置される誘電体材料層（４４）と、
前記第１と第２のスパイラル形状の金属材料製領域を接続する前記誘電体材料層を貫通する貫通導体（３６）と
からなることを特徴とするマルチチップモジュールの基板に埋没されたモノリシック共鳴器。
【請求項２】
前記第１と第２のスパイラル形状の金属材料製領域は、反対方向に巻かれている
ことを特徴とする請求項１記載の共鳴器。
【請求項３】
前記第１と第２のスパイラル形状の金属材料製領域は、物理的パターンでそれぞれ巻かれている
ことを特徴とする請求項１記載の共鳴器。
【請求項４】
前記物理的パターンは、環状，八角形，四角形のパターンからなるグループから選択される
ことを特徴とする請求項３記載の共鳴器。
【請求項５】
前記第１と第２のスパイラル形状の金属材料製領域の巻きパターンは、同一である
ことを特徴とする請求項３記載の共鳴器。
【請求項６】
前記第１と第２のスパイラル形状の金属材料製領域の巻きパターンは、異なる
ことを特徴とする請求項３記載の共鳴器。
【請求項７】
前記誘電体材料は、前記共鳴器が所望の自己共鳴周波数を有するように内部結合キャパシタンスをさまざまに選択できるような誘電体材料の所定のグループから選択される
ことを特徴とする請求項１記載の共鳴器。
【請求項８】
前記共鳴器のＱ係数は、共鳴周波数が９００ＭＨｚで１９以上、２ＧＨｚで２４以上である
ことを特徴とする請求項１記載の共鳴器。
【請求項９】
多層基板と、
前記多層基板上に形成された少なくとも２個の半導体チップと、
前記少なくとも２個の半導体チップを相互に接続する複数の導体と、
前記多層基板内に埋設され、少なくとも２個の半導体チップを複数の導体を介して電気的に接続し埋設された共鳴器と、
からなるマルチチップモジュールにおいて、
前記共鳴器は、
前記多層基板のベース基板層の上に配置され、前記複数の導体のうちの少なくとも２個の導体の電気的に接続される重なり合った状態の第１と第２のスパイラル形状の金属材料製領域と、
前記第１と第２のスパイラル形状の金属材料製領域の間に配置される誘電体材料層と、
前記第１と第２のスパイラル形状の金属材料製領域を接続する前記誘電体材料層を貫通する貫通導体と、
からなることを特徴とするマルチチップモジュール。
【請求項１０】
前記共鳴器のＱ係数は、共鳴周波数が９００ＭＨｚで１９以上、２ＧＨｚで２４以上である
ことを特徴とする請求項９記載のマルチチップモジュール。
【請求項１１】
前記第１のスパイラル形状の金属材料製領域と前記ベース基板層との間に配置された絶縁層
をさらに有することを特徴とする請求項９記載のマルチチップモジュール。
【請求項１２】
前記第２のスパイラル形状の金属材料製領域の上に配置された第２の誘電体材料層
をさらに有することを特徴とする請求項９記載のマルチチップモジュール。
【請求項１３】
前記第１と第２のスパイラル形状の金属材料製領域は、反対方向に巻かれている
ことを特徴とする請求項９記載のマルチチップモジュール。
【請求項１４】
前記第１と第２のスパイラル形状の金属材料製領域は、物理的パターンでそれぞれ巻かれている
ことを特徴とする請求項９記載のマルチチップモジュール。
【請求項１５】
前記物理的パターンは、環状，八角形，矩形のパターンからなるグループから選択される
ことを特徴とする請求項１４記載のマルチチップモジュール。
【請求項１６】
前記第１と第２のスパイラル形状の金属材料製領域の巻きパターンは、同一である
ことを特徴とする請求項１４記載のマルチチップモジュール。
【請求項１７】
前記第１と第２のスパイラル形状の金属材料製領域の巻きパターンは、異なる
ことを特徴とする請求項１４記載のマルチチップモジュール。
【請求項１８】
前記共鳴器が所望の自己共鳴周波数を有するように内部結合キャパシタンスをさまざまに選択できるような誘電体材料の所定のグループから選択される
ことを特徴とする請求項９記載のマルチチップモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチチップモジュール（ＭＣＭ）に関し、特に従来の低コストのシリコン技術を用いて形成されたＱ係数が高いモノリシックな共鳴器を有するマルチチップモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子回路は、小型化し、さらにその性能が単位時間当たり多数回の動作が行えるように要求する傾向にある。通常の最新型の電子回路は、複数の半導体チップ上に配置された膨大な数の集積回路を有している。現在の半導体チップは、十分高速で情報を処理でき、その結果半導体チップ全体の処理速度は相互接続導体の速度により主に制限されてしまう。
【０００３】
マルチチップモジュール（Ｍｕｌｔｉｃｈｉｐ  Ｍｏｄｕｌｅ−ＭＣＭ）は、相互接続導体としてのみ機能する極端に短い導体を用いて共通の基板上に複数の半導体チップを相互接続するデバイスである。この導体は極端に短いために、一端から他端への電気信号の伝送する際その遅延時間は短くなっている。ＭＣＭ基板上のこの極短い導体により導体の密度が向上し、パッケージの大きさが小さくなっている。
【０００４】
かくしてＭＣＭは、例えばページャー，形態電話，ワイアレスモデム，テレビ等のワイアレス製品において、高性能のデジタル電子回路用の高速度の相互接続機構を提供できる。キャパシタ・抵抗等の受動型の電子部品もまたこのＭＣＭ基板上に埋設され、マッチング，ディカップリング（脱結合），カップリング（結合），レゾナンス（共鳴）等のさまざまな機能を具備する回路を提供してる。
【０００５】
現在のＭＣＭに関連する大きな問題が、現在の埋設型の共鳴器の設計に際して存在する。共鳴器はバンドパスフィルタ，発振器，電圧制御発振器，イメージ拒絶回路あるいは所望の周波数における高いインピーダンスを必要とするような回路において重要な電子部品である。このような回路の効率を上げるためには、高いＱ係数を有する共鳴器を必要としている。
【０００６】
現在のＭＣＭは、別個に埋設されたインダクタと同じく別個に埋設されたキャパシタとを直列あるいは並列に接続することにより形成された共鳴器（ＬＣ共鳴器）を有している。他の現在のＭＣＭは、伝送ライン構造から形成された共鳴器を有している。このような共鳴器を有するＭＣＭは、多くの欠点を有している。例えば、ＬＣ共鳴器を含むＭＣＭは、ＭＣＭの基板スペースが広くなりこれによりＭＣＭの大きさが増加することになる。
【０００７】
さらにまた２個の別個の構成要素を用いるＬＣ共鳴器は、Ｑ係数が悪化し共鳴器に必要とされる小さなキャパシタンスは、低コストのシリコン製造プロセスを用いて正確に作ることは難しい。したがってこの低コストのプロセスを用いて形成されるＭＣＭは、歩留まりが悪くかつ品質が悪いものとなっている。
【０００８】
Ｑ係数が高いＬＣ共鳴器が現在のＭＣＭに必要とされる場合には、共鳴器はチップとは別個に構成され、このためチップ用の共鳴器のパッケージの入力−出力間の接続の数および構成が複雑となり、そのためパッケージの浮遊容量によるスプリアスな共鳴が発生することになる。伝送ラインを用いて実現した共鳴器を有するＭＣＭは、ワイアレスなアプリケーション用には現実的ではない。その理由は、５００ＭＨｚ−３ＧＨｚの間の高い周波数が必要とされるためである。このような分散した回路は、波長と同一のオーダーの動作周波数を達成するためには極めて長い導体ラインが必要となる。したがって、従来の分散型の共鳴器を具備するＭＣＭは、ワイアレスのアプリケーション用の回路には使用することはできない。
【０００９】
高抵抗のシリコン基板上に形成した埋設型インダクタを具備するＭＣＭの研究によれば、注意深く設計することにより、このインダクタは高いＱ係数を実現することが分かった。良好なインダクタの設計目標は、立ち上がり特性を維持するために、動作周波数以上に自己共鳴周波数を立ち上げることである。しかし、浮遊キャパシタンスを内蔵しこれは現在の技術ではこの影響を低減することはできない。自己共鳴周波数を動作周波数以上に維持することによっては、達成すべきインピーダンスには上限がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、従来技術にかかるＭＣＭの欠点を回避し、Ｑ係数が高い共鳴器を有するＭＣＭを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のマルチチップモジュールは、多層基板上に配置された少なくとも２個の半導体チップと、この基板上に埋設された共鳴器とを有する。この基板状に配置された導体は、半導体チップと共鳴器とを接続する。この共鳴器は、ベース基板層の上に配置されて２本の導体により電気的に接続された重なり合った第１と第２のスパイラル形状の導体領域（層）を有する。誘電体材料層がこの第１と第２のスパイラル形状の領域の間に配置され、貫通導体がこの誘電体材料層を貫通して第１と第２のスパイラル形状の領域を電気的に接続する。この共鳴器のＱ係数は、共鳴周波数が９００ＭＨｚで１９以上，２ＧＨｚで２４以上である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１Ａはマルチチップモジュール（ＭＣＭ）１０の側面図である。このＭＣＭ１０は、２個の半導体チップ１４，１６を含むＭＣＭ基板１２とこのＭＣＭ基板１２を搭載するパッケージ１８とを有する。同図には２個の半導体チップ１４，１６がＭＣＭ基板１２上に示されているが、ＭＣＭにはいかなる数の半導体チップを搭載してもよい。
【００１３】
半導体チップ１４，１６はＭＣＭ基板１２に電気的に接続され、このＭＣＭ基板１２はパッケージ１８にワイヤボンド２０により電気的に接続されている。ＭＣＭ基板１２内には複数の受動型の電子部品（図示せず）が埋設され、これらが半導体チップ１４，１６と共に動作するさまざまな回路を構成する。図１Ｂに示すように金属製導体２２は、半導体チップ１４，１６をＭＣＭ基板１２内に埋設された受動型素子等に電気的に接続する。
【００１４】
図２は、図１のＭＣＭ基板１２内に埋設された受動型構成部品の１つを含む重なり合った状態の共鳴器２４の平面図である。この共鳴器２４は、重なり合った状態で誘電体層（図示せず）により分離された第１と第２の螺旋形状層２６，２８を有する。この第１と第２の螺旋形状層２６，２８は、誘導性素子およびキャパシタのプレートとして機能する。第１と第２の螺旋形状層２６，２８は、最も高いＱ係数を与えることのできる環状のパターンで構成されている。
【００１５】
以下に説明するように、この第１と第２の螺旋形状層２６，２８は、ＭＣＭ基板１２の大きさによっては、他の形状で構成してもよい。第１螺旋形状層２６は外側コネクタ領域３０から内側コネクタ領域３２に向かって内側に反時計方向に螺旋を描き、第２螺旋形状層２８は外側コネクタ領域３４から内側コネクタ領域３６に時計方向に内側に向かって螺旋を描く。
【００１６】
図３から分かるように、第１と第２の螺旋形状層２６，２８は内側コネクタ領域３２，３６の点で貫通導体３８により接続されている。この貫通導体３８は第１と第２の螺旋形状層２６，２８の間に延びる（図４の誘電体層４４を貫通して）。この構造により電流Ｉは、螺旋形状層２６，２８の両方上で、同一の螺旋方向Ｌに向かって流れ、これにより共鳴器２４の全インダクタンスを改善する。
【００１７】
図２において、螺旋形状層２６，２８の重なり合った部分は重なり領域４０で示されているが、この部分は共鳴周波数を低くかつＱ係数を高くするために重要である。しかし、重なり合った領域４０は、第１と第２の螺旋形状層２６，２８の一方の位置を相対的に調整し動かすことにより、ＭＣＭ基板１２の製造の間用いられる低コストのシリコン製造技術を用いて容易に制御可能である。
【００１８】
図４は、ＭＣＭ１０内に埋設された共鳴器２４を示すＭＣＭ基板１２の断面図である。同図に示すように、第１螺旋形状層２６は、ＳｉＯ２  の絶縁層４２の上に堆積され、そしてこの絶縁層４２は高抵抗シリコンのベース基板層４１をカバーしている。前述した誘電体層４４は、第１螺旋形状層２６と絶縁層４２の両方の上に堆積される。誘電体層４４は、ポリイミド材料製あるいは他の適当な誘電体材料製である。
【００１９】
開口（図示せず）が誘電体層４４に形成され、第１螺旋形状層２６の内側コネクタ領域３２を露出させ、その部分に導電性材料が充填されて貫通導体３８を形成する。第２の螺旋形状層２８は誘電体層４４の上に堆積され、その内側コネクタ領域３６が貫通導体３８に接触している。ポリイミド層４６が、第２の螺旋形状層２８と誘電体層４４の上に堆積される。
【００２０】
共鳴器の第１と第２の螺旋形状層２６，２８の重なり領域４０を制御し調整することにより、内部周波数をワイアレス回路および無線回路の動作周波数に近づけ、内部キャパシタンスを与える。共鳴器を構成する余分な回路要素を削除することにより共鳴器のＱ係数が大幅に改善され、その結果ＭＣＭの動作が効率的となり、ＭＣＭの大きさを低減できる。さらに異なる誘電体材料を誘電体層４４用に用いることによりさまざまなアプリケーション用の共鳴器の共鳴周波数を調整できる。
【００２１】
図５，６には本発明のＭＣＭ内に用いられる重なり合ったモノリシックな共鳴器の他の実施例が示されている。共鳴器４８，５６は、前述した実施例のＭＣＭの共鳴器２４とほぼ同一であるが、ただし第１と第２の螺旋形状の金属材料層の形状が異なる。図５の共鳴器４８は重なり合った八角形の第１と第２の螺旋形状層５２，５０を有し、これらは貫通導体５４により結合されている。図６の共鳴器５６は、オーバラップした第１と第２の螺旋形状層６０，５８を有し、これらは四角形をしており貫通導体６２により結合されている。
【００２２】
図５，６の共鳴器４８，５６は、ＭＣＭ基板に対する空間的な制限のために、環状の螺旋形状を実現することが難しい場合に特に優れたものであるが、環状の共鳴器が３つのパターンのうち最も高いＱ係数を与えることが分かる。環状の共鳴器を実現することは難しいが、八角形または四角形以外ののモノリシックの共鳴器でもよい。
【００２３】
環状，八角形，四角形の重なり合ったモノリシックな共鳴器のインピーダンスの測定値を図７，８に示す。ピークインピーダンスがＱ値を与える。図７において、各共鳴器は、第１螺旋形状の導電層が２．７５巻回で、第２螺旋形状の導電層がも２．７５巻回で、全部で５．５巻回でもって構成した。このグループの環状状の共鳴器のＱ係数は約２５で、共鳴周波数は約８９６ＭＨｚであった。このグループの八角形と四角形の共鳴器のＱ係数は、それぞれ２２と１９であった。
【００２４】
図８には、各共鳴器が第１の螺旋形状誘電体層が１．７５巻回、第２の螺旋形状誘電体層が１．７５巻回で、全部で３．５巻回でもって構成した。このグループの環状状の共鳴器のＱ係数は約３０で、共鳴周波数は約１．８１ＧＨｚであった。このグループの八角形と四角形の共鳴器のＱ係数は、それぞれ２７と共鳴器２４であった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の共鳴器は、以上に記載した形状に限定されるものではなく異なる形状のパターンの螺旋形状層の共鳴器にも適用できる。さらに重なり合った状態の螺旋形状の層が互いに対称構造を構成しているが、本発明の共鳴器は重なり合った螺旋形状の層が異なる形状のパターンで対称構造に限定されるものではない。したがって、本明細書に記載した螺旋形状に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ  本発明の一実施例によるマルチチップモジュールを表す断面図
Ｂ  同上面図
【図２】図１の一実施例のマルチチップモジュール内に含まれる重なり合った状態の共鳴器の上面図
【図３】図２の共鳴器の斜視図
【図４】図２の共鳴器を含むマルチチップモジュール基板の断面図
【図５】本発明の第２実施例（八角形）による重なり合った状態の共鳴器の上面図
【図６】本発明の第３実施例（四角形）による重なり合った状態の共鳴器の上面図
【図７】９００ＭＨｚ近傍の共鳴周波数を生成する環状共鳴器と八角形共鳴器と四角形共鳴器のインピーダンス対周波数範囲の関係を表すグラフ
【図８】２ＧＨｚ近傍の共鳴周波数を生成する環状共鳴器と八角形共鳴器と四角形共鳴器のインピーダンス対周波数範囲の関係を表すグラフ
【符号の説明】
１０  マルチチップモジュール（ＭＣＭ）
１２  ＭＣＭ基板
１４，１６  半導体チップ
１８  パッケージ
２０  ワイヤボンド
２２  金属製導体
２４，４８，５６  共鳴器
２６，５２，６０  第１螺旋形状層
２８，５０，５８  第２螺旋形状層
３０，３４  外側コネクタ領域
３２，３６  内側コネクタ領域
３８，５４，６２  貫通導体
４０  重なり領域
４１    ベース基板層
４２  絶縁層
４４  誘電体層
４６  ポリイミド層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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