(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、半導体基板に形成された素子間を層間絶縁膜を介して多層に配線接続された多層配線半導体集積回路チップと、実装基板とを有し、
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。
【発明の詳細な説明】
【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
【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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