(57)【要約】【課題】ＬＳＩプロセスによる制約のない最上位配線層を提供することで長距離配線における信号遅延を低減可能な半導体集積回路装置の製造方法を提供する。【解決手段】  半導体集積回路基板を提供する過程は、半導体集積回路用ベース基板１１上に、半導体集積回路及び該半導体集積回路用の最上位配線層を含まない配線層１２を形成する過程と、半導体集積回路用ベース基板の配線層上に、該配線層に接続される接続パッド１３を形成する過程とからなる。配線基板を提供する過程は、配線基板用ベース基板１上に、半導体集積回路用の最上位配線層となる厚膜配線層３をメッキ形成する過程と、厚膜配線層上に、該厚膜配線層に接続される接合バンプ６を形成する過程とからなる。そして、半導体集積回路基板の接続パッドが形成される面と配線基板の接合バンプが形成される面とを対向させ接続パッド及び接合バンプを位置合わせして接合する。【選択図】図１
2008078514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路装置の製造方法であって、該方法は、
半導体集積回路基板と配線基板とを提供する過程であって、
前記半導体集積回路基板を提供する過程は、
半導体集積回路用ベース基板上に、半導体集積回路及び該半導体集積回路用の最上位配線層を含まない配線層を形成する過程と、
前記半導体集積回路用ベース基板の配線層上に、該配線層に接続される接続パッドを形成する過程と、
を有し、
前記配線基板を提供する過程は、
配線基板用ベース基板上に、前記半導体集積回路用の最上位配線層となる厚膜配線層をメッキ形成する過程と、
前記厚膜配線層上に、該厚膜配線層に接続される接合バンプを形成する過程と、
を有する、
半導体集積回路基板と配線基板とを提供する過程と、
前記半導体集積回路基板の接続パッドが形成される面と前記配線基板の接合バンプが形成される面とを対向させる過程と、
前記接続パッド及び接合バンプを位置合わせして接合する過程と、
を具備することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記厚膜配線層をメッキ形成する過程は、前記配線基板用ベース基板上に第１絶縁層を形成し、該第１絶縁層上に厚膜配線層をメッキ形成する過程であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記第１絶縁層は、低誘電率絶縁層からなることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記第１絶縁層は、膜厚が１０μｍ以上であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記接合バンプを形成する過程は、前記厚膜配線層上に第２絶縁層を形成し、該第２絶縁層に開口部をパターンニング形成し、該開口部に接合バンプを形成する過程であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記半導体集積回路用ベース基板と前記配線基板用ベース基板は、同一の材料からなることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、さらに、前記接合する過程の後に、アンダーフィルを流入する過程を具備することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れかに記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、さらに、前記配線基板用ベース基板上に、インダクタ素子を形成する過程を具備することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れかに記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記配線基板には、複数の厚膜配線層がメッキ形成されることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体集積回路装置の製造方法に関し、特に、最上位配線層を厚膜配線で構成する半導体集積回路装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積度の高い大規模集積回路装置（ＬＳＩ）においては、１つの平面上で複雑な配線を行うにはスペースが足りないため、多数の配線層を用いて３次元的に配線を行う多層配線構造が採用されている。多層配線構造では、下位層ほど配線が細く密度が濃いが、上位層にいくほど配線が太く密度が薄くなっている。また、上位層の配線ほど離れたトランジスタ間を接続するのに用いられるため、配線長が長くなっている。高性能で多機能なＬＳＩを１チップに集積するシステムオンチップ（ＳｏＣ）技術においては、チップサイズが大きくなることから配線長がさらに増加する傾向にある。
【０００３】
ＬＳＩの高速化を妨げている原因の一つに信号遅延の問題がある。これまでの信号遅延の問題は、トランジスタのゲートにおけるゲート遅延が支配的であった。しかしながら、半導体集積回路の微細化が進むにつれ、ゲート遅延よりも配線長が長くなることによる長距離配線における信号遅延の影響が支配的になってきている。配線における信号遅延時間は配線抵抗と配線間容量に比例するため、ＬＳＩの高速化には、配線の低抵抗化と配線間容量の低減が不可欠である。このため、配線遅延を低減するための新たな多層配線技術の開発が課題となっている（非特許文献１）。
【０００４】
【非特許文献１】特許庁編「平成１５年度  特許出願技術動向調査報告書  ＬＳＩの多層配線技術」平成１６年３月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
配線遅延を低減するためには、配線層数を多くし、トータルの配線長を短くして配線抵抗を低減することも考えられるが、配線層数の増加は製造コストの観点から限界があり、現実的な解ではない。また、現状のＬＳＩ配線形成プロセスでは配線の膜厚は最大で１〜２μｍ程度が限界であり、配線の低抵抗化にも限界があった。したがって、今後益々顕在化する長距離配線における信号遅延の影響を低減することが望まれていた。
【０００６】
本発明は、斯かる実情に鑑み、ＬＳＩプロセスによる制約のない最上位配線層を提供することで長距離配線における信号遅延を低減可能な半導体集積回路装置の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による半導体集積回路装置の製造方法は、半導体集積回路基板と配線基板とを提供する過程であって、半導体集積回路基板を提供する過程は、半導体集積回路用ベース基板上に、半導体集積回路及び該半導体集積回路用の最上位配線層を含まない配線層を形成する過程と、半導体集積回路用ベース基板の配線層上に、該配線層に接続される接続パッドを形成する過程と、を有し、配線基板を提供する過程は、配線基板用ベース基板上に、半導体集積回路用の最上位配線層となる厚膜配線層をメッキ形成する過程と、厚膜配線層上に、該厚膜配線層に接続される接合バンプを形成する過程と、を有する、半導体集積回路基板と配線基板とを提供する過程と、半導体集積回路基板の接続パッドが形成される面と配線基板の接合バンプが形成される面とを対向させる過程と、接続パッド及び接合バンプを位置合わせして接合する過程と、を具備するものである。
【０００８】
ここで、厚膜配線層をメッキ形成する過程は、配線基板用ベース基板上に第１絶縁層を形成し、該第１絶縁層上に厚膜配線層をメッキ形成する過程であっても良い。
【０００９】
また、第１絶縁層は、低誘電率絶縁層からなっても良い。
【００１０】
また、第１絶縁層は、膜厚が１０μｍ以上であっても良い。
【００１１】
さらに、接合バンプを形成する過程は、厚膜配線層上に第２絶縁層を形成し、該第２絶縁層に開口部をパターンニング形成し、該開口部に接合バンプを形成する過程であっても良い。
【００１２】
さらにまた、半導体集積回路用ベース基板と配線基板用ベース基板は、同一の材料からなるものであっても良い。
【００１３】
さらに、接合する過程の後に、アンダーフィルを流入する過程を具備するものであっても良い。
【００１４】
またさらに、配線基板用ベース基板上に、インダクタ素子を形成する過程を具備するものであっても良い。
【００１５】
また、配線基板には、複数の厚膜配線層がメッキ形成されても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体集積回路装置の製造方法には、ＬＳＩプロセスによる制約のない厚い低抵抗な最上位配線層を提供することで、長距離配線における信号遅延を低減可能であるという利点がある。また、別途用意した基板上に厚膜配線層を形成するだけなので、低コストで製造可能であるという利点もある。さらに、配線基板側にインダクタ素子等の受動素子を形成することも可能であるという利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の半導体集積回路装置の配線基板の製造方法を説明するための図であり、図１（ａ）〜図１（ｆ）は各過程における半導体集積回路装置の配線基板の横断面図である。なお、図１では半導体デバイスを有するＬＳＩ基板の製造過程については省略してあるが、本発明は特定のＬＳＩ基板の製造方法に限定されるものではなく、一般的なＬＳＩ基板の製造方法を適用すれば良い。
【００１８】
まず、図１（ａ）に示されるように、本発明の半導体集積回路装置の配線基板は、配線基板用ベース基板１上に第１絶縁層２を形成する。配線基板用ベース基板１としては、Ｓｉ等からなれば良いが、ＧａＡｓ等からなる化合物半導体からなるものであっても良い。さらに、ガラスやプラスチック等の絶縁体からなるものであっても良い。なお、配線基板用ベース基板１がガラスやプラスチック等の絶縁体からなる場合には、絶縁層の作用が配線基板用ベース基板１に含まれることになるので、物理的な第１絶縁層２は用いなくても良い。
【００１９】
第１絶縁層２は、例えばポリイミドやエポキシ、シリコーン樹脂等からなるものであれば良く、その膜厚は例えば１０μｍ〜２０μｍ、好ましくは１０μｍであれば良い。第１絶縁層２は、回転塗布法や印刷法、ラミネート法等により形成すれば良い。さらに、第１絶縁層２は、低誘電率絶縁層（Ｌｏｗ−ｋ絶縁層）からなることが好ましい。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示されるように、第１絶縁層２の上に半導体集積回路用の最上位配線層となる厚膜配線層３をメッキ形成する。厚膜配線層３は、例えばＣｕ等の低抵抗材料からなるものであり、その膜厚は例えば１０μｍ〜５０μｍである。厚膜配線層３は、例えば第１絶縁層２の全面にＴｉ，Ｃｒ等からなるシード層を形成後、厚膜配線に相当するパターンをフォトリソグラフィ技術によってエッチング開口し、メッキ法により開口にＣｕ等を成膜すれば良い。
【００２１】
このように、本発明による半導体集積回路装置の最上位配線層は、ＬＳＩ基板とは別の基板上に形成するため、ＬＳＩプロセスに制限されることなく、任意の膜厚で配線を形成することが可能となる。また、既存の半導体製造プロセスを用いることが可能であるので、安価に製造可能である。ここで、ＬＳＩプロセスでは複数の井桁状の配線により多層配線が形成されるが、本発明によれば、ＬＳＩプロセスには拠らないので最上位配線は任意の形状の配線とすることが可能であるため、任意の角度に曲げたり曲線の配線とすることも可能となる。
【００２２】
さらに、最上位配線層は単層である必要はなく、必要により複数の厚膜配線層が形成されるものであっても構わない。これにより、最上位配線層だけでなく、さらにその下の配線層も含めて厚膜配線化、すなわち低抵抗化を図ることが可能となる。また、配線基板には、厚膜配線だけでなく、インダクタ素子等の受動素子を形成することも可能である。例えば、既存の半導体プロセスを用いて、メアンダ形状やスパイラル形状等のインダクタ素子を配線基板用ベース基板上にパターンニング形成することが可能である。これにより、Ｑ値の高い高性能なインダクタも含まれる半導体集積回路装置が製造可能となる。
【００２３】
次に、図１（ｃ）に示されるように、厚膜配線層３上に第２絶縁層４を形成する。第２絶縁層４は、第１絶縁層と同様、例えばポリイミドやエポキシ、シリコーン樹脂等からなるものであれば良く、その膜厚は例えば１０μｍ〜２０μｍであれば良い。第２絶縁層４は、第１配線層と同様、回転塗布法や印刷法、ラミネート法等により形成すれば良い。
【００２４】
そして、図１（ｄ）に示されるように、第２絶縁層４に開口部５が形成される。開口部５は、ＬＳＩ基板側の半導体集積回路の下層配線と接続される位置に形成される。開口部５には、後述の接合バンプが形成される。開口部５は、例えば第２絶縁層４をフォトリソグラフィ技術によりパターンニングして形成されれば良い。
【００２５】
その後、図１（ｅ）に示されるように、開口部５に接合バンプ６が形成される。接合バンプ６は、Ａｕ等からなるものであり、例えばボンディング法によるスタッドバンプからなるものである。また、蒸着法やメッキ法、印刷法等により形成しても良い。なお、図示例では第２絶縁層４を設けて開口部５に接合バンプ６を形成したが、本発明はこれに限定されず、厚膜配線層３上に直接接合バンプ６を形成しても良い。
【００２６】
一方、半導体集積回路を有するＬＳＩ基板１０は、図１（ｆ）に示されるように、半導体集積回路用ベース基板１１上に半導体集積回路及び半導体集積回路用の最上位配線層を含まない配線層１２（多層配線層）からなる。この配線層１２上には、配線層に接続される接続パッド１３が形成されている。
【００２７】
図１（ｆ）に示されるように、上述した図１（ａ）〜図１（ｅ）のように形成された配線基板及びＬＳＩ基板は、ＬＳＩ基板の接続パッド１３が形成される面と配線基板の接合バンプ６が形成される面とが対向させられる。そして、接続パッド１３及び接合バンプ６が位置合わせされて接合される。接合は、例えば、フリップチップボンダを用いて超音波接合されれば良い。これにより、ＬＳＩ基板の配線層と配線基板の厚膜配線層が電気的に接続される。接合後、ＬＳＩ基板と配線基板の間にアンダーフィルを流入しても良い。これにより、ヒートサイクル等の熱的応力に対する接続信頼性や衝撃や折り曲げ等の物理的応力に対する接続信頼性の向上が図れる。
【００２８】
ここで、半導体集積回路用ベース基板１１と配線基板用ベース基板１とは、異なる材料からなるものであっても構わないが、同一の材料からなることが好ましい。同一の材料で構成することにより、ベース基板の熱膨張率が等しくなるので接合バンプ６と接続パッド１３の接合部のクラック等が起こり難くなる。
【００２９】
なお、本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の半導体集積回路装置の配線基板の製造方法を説明するための図であり、図１（ａ）〜図１（ｆ）は各過程における半導体集積回路装置の配線基板の横断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    配線基板用ベース基板
２    第１絶縁層
３    厚膜配線層
４    第２絶縁層
５    開口部
６    接合バンプ
１０    ＬＳＩ基板
１１    半導体集積回路用ベース基板
１２    配線層
１３    接続パッド
【図１】
2008078514.tif 000003