JP4297195B1 - Laminated chip - Google Patents
Laminated chip Download PDFInfo
- Publication number
- JP4297195B1 JP4297195B1 JP2008175780A JP2008175780A JP4297195B1 JP 4297195 B1 JP4297195 B1 JP 4297195B1 JP 2008175780 A JP2008175780 A JP 2008175780A JP 2008175780 A JP2008175780 A JP 2008175780A JP 4297195 B1 JP4297195 B1 JP 4297195B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- chip
- electrode
- substrate
- electrodes
- electrical coupling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H10W20/20—
-
- H10W90/00—
-
- H10W72/01—
-
- H10W72/07251—
-
- H10W72/20—
-
- H10W72/944—
-
- H10W90/297—
-
- H10W90/722—
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
【課題】貫通ビアを設けることなく、簡単な構造とプロセスにより経済的なチップ相互間の電気的結合手段を備えた積層チップを提供する。
【解決手段】本発明による積層チップは、基板の一側の面(表面)に複数個の第1の電極を備えた第1のチップと、導電性の基板の表面に半導体素子、及び基板の表面の前記第1の電極に対応する位置に各々第2の電極を備えた第2のチップとを含み、前記第1のチップの第1の電極と、前記第2のチップの他側の面(裏面)とが接着されて積層形成され、前記第1、前記第2の電極、及び前記第1と前記第2の電極に挟まれた前記第2のチップの基板内部の領域を、前記第1及び前記第2のチップ間の電気的結合手段とすることを特徴とする。
【選択図】図1Provided is a laminated chip provided with an economical means for electrical connection between chips by a simple structure and process without providing a through via.
A multilayer chip according to the present invention includes a first chip having a plurality of first electrodes on one surface (front surface) of a substrate, a semiconductor element on the surface of a conductive substrate, and the substrate. Second chips each having a second electrode at a position corresponding to the first electrode on the surface, the first electrode of the first chip, and the other surface of the second chip (Back side) is bonded and laminated, and the first chip, the second electrode, and the area inside the substrate of the second chip sandwiched between the first and second electrodes, An electrical coupling means between the first chip and the second chip is used.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、積層チップ、特に積層チップに適したチップ相互間の電気的結合パスを備えたチップを複数個積層してなる積層チップに関するものである。 The present invention relates to a multilayer chip, in particular, a multilayer chip in which a plurality of chips having electrical coupling paths between chips suitable for the multilayer chip are stacked.
半導体では、数10cm径のウェファの1面(表面)全面にトランジスタや配線などの素子からなるアクティブ領域を一斉に形成した後、ウェファを縦・横に切断し、数mm角のチップを得て、これを1個ずつ数cm角のパッケージに収容し、このパッケージを数cmピッチで回路基板に搭載してシステムを形成している。
そのためシステムレベルでは集積密度がチップレベルよりも2桁程度低下するだけでなく、チップ間の信号伝播に要する伝播時間・消費電力積がチップ内よりもやはり2桁程度悪化し、システムの高速化、低消費電力化、及びサイズ縮小が困難であった。
従って、複数個のチップを積層、即ち厚さ方向に重畳して1個のパッケージに収容するならば、集積密度とチップ間の信号伝播性能を飛躍的に向上できるので、チップの積層は半導体技術における永年の夢であった。
In semiconductors, active areas consisting of elements such as transistors and wiring are formed all at once on the entire surface (surface) of a wafer with a diameter of several tens of centimeters, and then the wafer is cut vertically and horizontally to obtain a chip of several mm square. These are housed one by one in a package of several centimeters, and this system is mounted on a circuit board at a pitch of several centimeters to form a system.
Therefore, not only the integration density is reduced by about two orders of magnitude at the system level, but also the propagation time / power consumption product required for signal propagation between chips is also deteriorated by about two orders of magnitude compared to the inside of the chip. Low power consumption and size reduction were difficult.
Therefore, if a plurality of chips are stacked, that is, if they are accommodated in one package by overlapping in the thickness direction, the integration density and the signal propagation performance between the chips can be dramatically improved. It was a long-standing dream.
チップを積層するためには、チップ相互間の電気的結合構造が鍵になる。
その実現方法としては、例えばチップのサイズを順次縮小して雛段状に重畳し、チップとパッケージ間の接続と同じようにワイヤ・バンプ等でボンディングする方法がある。
しかしながら、この方法では、構造自身が集積密度の向上を妨げている上に、バッチ(一斉)処理が困難であるので、生産性・信頼性が上げられない。
In order to stack chips, an electrical coupling structure between chips is a key.
As a realization method, for example, there is a method in which the size of the chip is sequentially reduced and superimposed in a tiered form, and bonding is performed using wires, bumps, or the like in the same manner as the connection between the chip and the package.
However, with this method, the structure itself prevents the integration density from being improved, and batch (simultaneous) processing is difficult, so productivity and reliability cannot be improved.
そこで、積層された第1と第2のチップ内又はチップ上にバッチ処理により一斉に形成できる電気的結合手段が各種提案されてきた。
電気的結合手段としては、光、インダクタンス性手段、キャパシタンス性手段、抵抗性(導電性)手段がある。
しかしながら、いずれの場合にも、ウェファの厚さ、従ってチップの厚さはウェファのハンドリング上の要請から、少なくとも数10μm必要であることが障害になっている。
Therefore, various electrical coupling means that can be simultaneously formed by batch processing in or on the stacked first and second chips have been proposed.
Examples of the electrical coupling means include light, inductance means, capacitance means, and resistance (conductivity) means.
However, in any case, it is an obstacle that the thickness of the wafer, and thus the thickness of the chip, is required to be at least several tens of μm because of the requirement for handling the wafer.
例えば特許文献1には、第1のチップの表面に発光素子を設け、その上に積層した第2のチップの表面に受光素子を設け、第2のチップのバルク内部を透過する光でデータを伝送する方法が開示されている。
しかしながら、この方法は、少なくとも現在主流となっているシリコン系半導体の場合、チップのバルク内部を透過できる光に対する適切な発受光素子を形成するのが困難である。
For example, in Patent Document 1, a light emitting element is provided on the surface of a first chip, a light receiving element is provided on the surface of a second chip stacked thereon, and data is transmitted with light transmitted through the bulk of the second chip. A method of transmitting is disclosed.
However, in this method, at least in the case of silicon-based semiconductors which are currently mainstream, it is difficult to form an appropriate light emitting / receiving element for light that can be transmitted through the bulk of the chip.
次に、インダクタンス性手段、即ち第1と第2のチップの表面に各々コイルを形成し、第2のチップのシリコンを介した両コイル間の相互インダクタンスカップリングにより、データを伝送する方法が提案されたが、この方法は、チップ上に小面積で適切なインダクタンス値を得ることが困難な上に、大きなドライブ電流が必要になり、従って低電力高速化が困難であった。 Next, an inductive means, that is, a method in which coils are formed on the surfaces of the first and second chips, and data is transmitted by mutual inductance coupling between the two coils via the silicon of the second chip, is proposed. However, according to this method, it is difficult to obtain an appropriate inductance value in a small area on the chip, and a large drive current is required.
また、キャパシタンス性手段、即ち第1と第2のチップの表面に各々平面電極を形成して第2のチップのシリコンを誘電体層とする容量を用いた、キャパシタンスカップリングによりデータを伝送する方法が提案されたが、この方法も、チップ上に大面積を要する上に、上層チップへの電力供給が困難であり、しかも2層より多くの積層が困難であった。 Further, a method of transmitting data by capacitance coupling using capacitance means, that is, a capacitor having a planar electrode on each of the surfaces of the first and second chips and using silicon of the second chip as a dielectric layer. However, this method also requires a large area on the chip, and it is difficult to supply power to the upper chip, and more than two layers are difficult to stack.
そこで、抵抗性(導電性)手段、即ち、「貫通ビア」と呼ばれる、チップの裏面から表面に向かって、チップのバルク内部を厚さ方向に貫通する導電手段を設ける各種の方法が提案され研究されてきた。
例えば、特許文献2には、貫通ビアを設けた上に、その内部に導電性ピンを埋め込む技術が開示されている。
Therefore, various methods have been proposed and researched to provide resistive (conductive) means, that is, conductive means that penetrates the inside of the chip bulk in the thickness direction from the back surface to the front surface of the chip, called “through vias”. It has been.
For example, Patent Document 2 discloses a technique in which a through via is provided and a conductive pin is embedded therein.
しかしながら、半導体基板の厚さは通常数100μm、裏面研磨などにより薄くした場合でも数10μmあるので、周辺のシリコンバルク及びアクティブ領域(半導体素子・配線の形成領域)にダメージを与えずに、このバルクを貫く「貫通ビア」を設けることは、機械的ドリリング、化学的又は物理化学的エッチングいずれの手段によるにしても、チップ上に大面積を要しても精度が上がらない上に生産性が低く製造コストが高いという多大の困難を伴った。
ちなみにアクティブ領域の形成に用いられる(物理)化学的エッチングの対象とする膜厚はせいぜい1μ程度以内である。
Incidentally, the film thickness to be subjected to (physical) chemical etching used for forming the active region is at most about 1 μm.
本発明が解決しようとする課題は、貫通ビアを設けることなく、簡単な構造とプロセスにより経済的なチップ相互間の電気的結合手段を備えた積層チップを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a laminated chip having an electrical coupling means between chips with a simple structure and process without providing a through via.
上記課題を解決するための本発明の一実施形態による積層チップは、基板の一側の面(表面)に複数個の第1の電極を備えた第1のチップと、導電性の半導体基板の表面に半導体素子、及び基板の表面の前記第1の電極に対応する位置に各々第2の電極を備えた第2のチップとを含み、前記第1のチップの第1の電極と、前記第2のチップの他側の面(裏面)とが接着されて積層形成され、前記第1、前記第2の電極、及び前記第1と前記第2の電極に挟まれた前記第2のチップの基板内部の領域を、基板に貫通ビアを設けることなく、前記第1及び前記第2のチップ間の電気的結合手段とすることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a multilayer chip according to an embodiment of the present invention includes: a first chip having a plurality of first electrodes on one surface (front surface) of a substrate; and a conductive semiconductor substrate. A semiconductor chip on the surface, and a second chip provided with a second electrode at a position corresponding to the first electrode on the surface of the substrate, the first electrode of the first chip, The other surface (back surface) of the two chips is bonded and formed in layers, and the first chip, the second electrode, and the second chip sandwiched between the first and second electrodes. A region inside the substrate is used as an electrical coupling means between the first and second chips without providing a through via in the substrate .
上記課題を解決するための本発明の他の実施形態による積層チップは、基板の一側の面(表面)に複数個の第1の電極を備えた第1のチップと、導電性の半導体基板の表面に半導体素子、及び基板の表面の前記第1の電極に対応する位置に各々第2の電極を備えた第2のチップとを含み、さらに、前記第2のチップの基板の裏面の前記複数個の第1の電極に対応する位置に各々、第3の電極を備え、前記第1の電極と、対応する前記第3の電極が接着されて積層形成され、接着された前記第1と前記第3の電極、前記第2の電極、及び前記第3と前記第2の電極に挟まれた前記第2のチップの基板内部の領域を、基板に貫通ビアを設けることなく、前記第1及び前記第2のチップ間の電気的結合手段とすることを特徴とする。
A laminated chip according to another embodiment of the present invention for solving the above problems includes a first chip having a plurality of first electrodes on one surface (front surface) of a substrate, and a conductive semiconductor substrate. A semiconductor chip on the surface of the substrate, and a second chip provided with a second electrode at a position corresponding to the first electrode on the surface of the substrate, and further on the back surface of the substrate of the second chip A third electrode is provided at each of the positions corresponding to the plurality of first electrodes, the first electrode and the corresponding third electrode are bonded to each other, stacked, and bonded to the first and second electrodes. A region inside the substrate of the second chip sandwiched between the third electrode, the second electrode, and the third and second electrodes can be formed without providing a through via on the substrate . And an electrical coupling means between the second chips.
本発明によれば、チップの導電性基板の表裏2面に電極を設けるだけで、両電極間の基板バルク領域を抵抗性の電気的結合手段とするので、基板に貫通ビアを設けることなく、簡単な構造とプロセスにより経済的なチップ相互間の電気的結合手段を備えた積層チップを提供することができる。 According to the present invention, since the substrate bulk region between both electrodes is made a resistive electrical coupling means only by providing electrodes on the front and back surfaces of the conductive substrate of the chip, without providing a through via on the substrate, With a simple structure and process, it is possible to provide a laminated chip provided with an economical means for electrical coupling between chips.
デジタル系、特に高性能プロセッサの設計においては、CPUと(外付けキャッシュ)メモリを従来通り「フェースアップ」で、即ちチップの表面(アクティブ領域のある面)を上にして個別にパッケージに収容した場合、両者間の信号伝播遅延がシステム性能を致命的に下げており、この信号伝播のワイドバンド化、即ちコンパクト化による高速化が切望されてきた。 In the design of digital systems, particularly high-performance processors, the CPU and (external cache) memory are “face-up” as before, that is, the chip surface (surface with the active area) is individually packaged. In this case, the signal propagation delay between the two has seriously lowered the system performance, and it has been eagerly desired to increase the speed of the signal propagation by making it wideband, that is, compact.
この要請に対しては、CPU・メモリのチップをパッケージに収容せずに「フェースダウン」で、即ちチップの表面(アクティブ領域のある面)を裏返しにして直接基板に搭載する方法もあるが、肝心のチップの(アクティブ領域)の信頼性確保が極めて高価につくか、もしくは困難であった。 In response to this request, there is a method of mounting the CPU / memory chip in a “face down” manner, that is, mounting the chip directly on the substrate with the surface of the chip (the surface having the active area) turned over, It was extremely expensive or difficult to ensure the reliability of the important chip (active area).
本発明の契機がこの要請にあったので、以下の実施例はCPUとメモリを、各々第1のチップと、第2及び第3のチップの代表として説明するが、本発明の範囲はこれに留まらず、複数のCPUを含むデジタル系、アナログ系、さらにはデジタル・アナログ混載系などの、任意の複数個のチップを含む系(システム)に適用できることは言うまでもない。
以下に本発明の利点と特徴、及びそれらを達成する方法を、図面を参照して説明する。
なお、明細書全体において同様の参照符号は同様の構成要素を示す。
Since the trigger of the present invention was this request, in the following embodiments, the CPU and the memory will be described as representatives of the first chip and the second and third chips, respectively, but the scope of the present invention is limited to this. Needless to say, the present invention can be applied to a system (system) including a plurality of chips, such as a digital system including a plurality of CPUs, an analog system, and a digital / analog mixed system.
Hereinafter, advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be described with reference to the drawings.
Note that the same reference numerals denote the same components throughout the specification.
図1は本発明の一実施形態に係る積層チップの断面図であって、基本となる2層積層の場合である。
第1のチップ(CPU)10は、基板13の第1の面(以下、表面という)16に接する内部に第1の半導体素子からなるCPU用の電気回路を有し(図示せず)、次に述べる第2のチップ(メモリ)20との電気的接続は、第1の複数個の電極19(通常、円形又は正方形でパッドと呼ばれる)を介して行われる。
第1の電極19は金属性で例えばアルミニウムからなり、基板13を覆う絶縁膜17の上に設けられ、ビア18を通じて基板内の電気回路に結合されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a multilayer chip according to an embodiment of the present invention, which is a basic two-layer stack.
The first chip (CPU) 10 has an electric circuit for CPU (not shown) made of a first semiconductor element inside a
The
一方第2のチップ20も、基板23の第1の面26に接する内部に、第2の半導体素子からなるメモリ用の電気回路(図示せず)と並んで、前記第1のチップの第1の電極19に対応する直上の位置に各々、第2の電極25を備える。
基板13は導電性であっても絶縁性であってもよいが、基板23はp型又はn型のドーパントを有する導電性半導体である。
第2の電極25は、基板23のドーパントと同一導電型で且つ高濃度のドーパント層、もしくは、これに同じ平面形状の金属電極を接着したものからなり、平面形状は本実施形態では第1の電極19と同形であるが、以下に述べるように、これに限られない。
On the other hand, the
The
The
さて、第1のチップの基板の表面側に第2のチップをその基板24の裏面21が接するように置いて、第1の電極19を第2のチップの裏面21に接着すると、2層積層チップが得られる。
この状態で第1、第2の電極19、25は、第1と第2の電極に挟まれた第2のチップの導電性基板内部の領域24(1点鎖線で挟まれたバルク領域)を主とする抵抗器により接続され、これを、第1、第2のチップ間の電気的結合手段とすることができる。
Now, when the second chip is placed on the front surface side of the substrate of the first chip so that the
In this state, the first and
図2は本発明の他の実施形態に係る積層チップの断面図であって、3層積層の場合である。
図1と比較すると本実施形態では、第1のチップ10と第2のチップ20との間に第3のチップ30が介挿されている。
第3のチップは、導電性の基板33、第2電極35、絶縁膜37、ビア38、第1電極39、即ち、第1、第2のチップ双方の構成部品を備え、上下の第1、第2のチップ各々との電気的結合手段を有する。
その結果、例えば第1のチップ(CPU)の上に順次第3のチップ(1次キャッシュメモリ)、第2のチップ(2次キャッシュメモリ)をコンパクトに搭載することができる。
第3のチップをさらに介挿するならば、4個又はそれ以上のチップを積層できることが分かる。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a laminated chip according to another embodiment of the present invention, which is a case of three-layer lamination.
Compared with FIG. 1, in the present embodiment, a
The third chip includes the conductive substrate 33, the second electrode 35, the insulating film 37, the via 38, the first electrode 39, that is, the first and second chip components, and the upper and lower first, It has electrical coupling means with each second chip.
As a result, for example, the third chip (primary cache memory) and the second chip (secondary cache memory) can be sequentially compactly mounted on the first chip (CPU).
If a third chip is further inserted, it can be seen that four or more chips can be stacked.
以上により、2層積層の場合をベースとして任意の層数の積層が可能であることが分かったので、以下の説明は、本発明の要点である図1の2層積層、特に第2のチップ20内の電気的結合手段の詳細を主とするが、これらが3層以上の積層チップの場合にも適用できることは明らかであろう。 As described above, it has been found that any number of layers can be stacked on the basis of the case of two-layer stacking. Therefore, the following description is based on the two-layer stacking of FIG. Although the details of the electrical coupling means in 20 are mainly described, it will be apparent that these can be applied to the case of a laminated chip having three or more layers.
図3は、本発明の一実施形態の第1の変形例である。
図1と比較すると、第2のチップ20は、その基板23の裏面21の、第1のチップの第1の電極19に対応する位置に各々、同形の平面形状で金属性の第3の電極22を備えており、第1の電極19と対応する第3の電極22が接着されて積層チップが形成される。
このようにすると、第1の電極と第2のチップの基板の裏面との間の接触抵抗を低下させ、第1、第2のチップ間の電気的結合手段の抵抗値を基板のバルクで決まる比較的低い値に安定化できる。
FIG. 3 is a first modification of one embodiment of the present invention.
Compared to FIG. 1, the
This reduces the contact resistance between the first electrode and the back surface of the substrate of the second chip, and the resistance value of the electrical coupling means between the first and second chips is determined by the bulk of the substrate. It can be stabilized to a relatively low value.
図4は、本発明の一実施形態の第2の変形例である。
図3と比較すると、第2のチップの基板23の第3の電極22に接する部分には、基板のドーパント濃度よりも高濃度のドーパント層22aが設けられており、ドーパントの型を基板のドーパントの導電型と同じにするならば、第3の電極の基板に対するオーミックコンタクトを取り易くなり、電気的結合手段の抵抗値をさらに低い値に安定化できる。
FIG. 4 is a second modification of one embodiment of the present invention.
Compared with FIG. 3, a portion of the second chip in contact with the
図5は、本発明の一実施形態の第3の変形例であり、第2のチップの第3の電極を金に限定し、基板の導電型をp型に限定した場合である。
図4と比較すると、第2のチップの基板23の裏面21の第3の電極22に接する部分には、第3の電極に由来する金の拡散層22bが形成されており、第3の電極の基板に対するオーミックコンタクトを取り易くすると同時に、基板内部の電気的結合手段のバルク領域24のバルク抵抗値を低下し、第1、第2のチップ間の電気的結合手段の抵抗値をさらに低い値に安定化できる。
FIG. 5 shows a third modification of the embodiment of the present invention, in which the third electrode of the second chip is limited to gold and the conductivity type of the substrate is limited to p-type.
Compared with FIG. 4, a
以下の図6以降では、上記図3〜5に示すように、第3の電極22がある場合に限定するが、上記図1、2に示すように第3の電極22が無い場合には、図6以降の第3電極の22は接着後の第1チップの同形状の第1の電極で置換されるものとする。
In the following FIG. 6 and subsequent figures, as shown in FIGS. 3 to 5, it is limited to the case where there is a
図6は、電気的結合手段の信号伝達係数の算出方法の説明図である。
図6(A)は、以上の積層チップの実施形態に共通する第2のチップ20部分の断面図である。
電気的結合手段のバルク領域24は、第3の電極22から第2の電極25に至る主抵抗と、隣接する周辺の第3の電極及び第2の電極への寄生抵抗とからなる3次元の連続抵抗網をなしている。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a method for calculating a signal transmission coefficient of the electrical coupling means.
FIG. 6A is a cross-sectional view of the portion of the
The
図6(B)は第2のチップ部分の平面図であり、第3の電極22、第2の電極25の平面形状が共に同一サイズの円形で、第2チップの厚さがt、第1、第2、第3の電極の水平方向の代表的寸法、即ちここでは円の直径がd、隣接して取り囲む電気的結合手段との代表的距離、即ちここでは最隣接円の中心間距離がL/2、の場合である。
FIG. 6B is a plan view of the second chip portion. The planar shapes of the
この場合、図6(C)の等価回路図に示すように、隣接する周辺の第3の電極及び第2の電極(図では8組ある)をノード「O(オー)」と見なして、第3の電極22、第2の電極25、及びノードOの3節点間の抵抗器に集中定数化する。
In this case, as shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 6C, the adjacent third and second electrodes (there are eight pairs in the figure) are regarded as the node “O (O)” and The lumped constant is applied to the resistor between the three
さらに、第3の電極22、第2の電極25間の主抵抗に当たる信号コンダクタンスgcを平行平板電極間コンダクタンスで近似し、第3の電極22、第2の電極25とノードO間の抵抗に当たる寄生コンダクタンス2gpを共軸円筒電極間コンダクタンスで近似すると、第3の電極22から第2の電極25への信号伝達係数Avの概数が次式で算出される。
[数式1]
Av= gc/(gc+gp)
= 1/(1+(1/((d/2t)2・ln(L/d))))
ただし、ここで基板の比抵抗をρとして、
[数式2]
gc=π・d・d/(4・ρ・t)
2gp=2・π・t/(ρ・ln(L/d))
Further, the signal conductance gc corresponding to the main resistance between the
[Formula 1]
Av = gc / (gc + gp)
= 1 / (1+ (1 / ((d / 2t) 2 · ln (L / d))))
However, where the specific resistance of the substrate is ρ,
[Formula 2]
gc = π · d · d / (4 · ρ · t)
2gp = 2 · π · t / (ρ · ln (L / d))
この見積方法により注目されることは、寄生コンダクタンスgp、従って信号伝達係数Avが電極直径(d)と隣接電極間距離(L/2)の比に対数的にしか依存しないことである。
即ち、電極の形状が円と異なっても、あるいは隣接電極の位置や距離がばらついている場合に、適当な代表的数値を用いても、信号伝達係数Avの概数が比較的安定に得られる。
What is noticed by this estimation method is that the parasitic conductance gp, and thus the signal transfer coefficient Av, depends only logarithmically on the ratio of the electrode diameter (d) to the distance between adjacent electrodes (L / 2).
In other words, even when the electrode shape is different from a circle, or when the position and distance of adjacent electrodes vary, the approximate number of the signal transmission coefficient Av can be obtained relatively stably even if an appropriate representative value is used.
例えば、基板比抵抗ρ=20Ωcm、基板厚さt=20μm、電極直径d=40μm、隣接電極間距離の2倍、L=120μmの場合、gc=gp=0.63mSとなり、信号伝達係数Av=0.5となる。
即ち、第1のチップ側の送信信号は、半分に減衰して第2のチップ側の受信信号となる。
例えばデジタル信号の場合、この程度の減衰ならば、第2のチップ側のラッチ又はアンプにより十分元のレベルを回復できることが分かる。
For example, when the substrate specific resistance ρ = 20 Ωcm, the substrate thickness t = 20 μm, the electrode diameter d = 40 μm, twice the distance between adjacent electrodes, and L = 120 μm, gc = gp = 0.63 mS, and the signal transmission coefficient Av = 0.5.
That is, the transmission signal on the first chip side is attenuated by half to become the reception signal on the second chip side.
For example, in the case of a digital signal, it can be understood that the original level can be sufficiently restored by the latch or the amplifier on the second chip side when the attenuation is about this level.
ただし、この見積は、周辺の隣接電極の信号電圧が全て静止状態にあるという前提に立っている。
実際には、周辺の隣接電極の信号電圧が全て、注目している電極の信号電圧と逆方向に動くという最悪ケースがあり得る。
However, this estimation is based on the premise that all the signal voltages of neighboring neighboring electrodes are in a stationary state.
Actually, there may be a worst case in which the signal voltages of neighboring neighboring electrodes all move in the opposite direction to the signal voltage of the electrode of interest.
その場合、寄生コンダクタンス2gpに相当するノイズが生じ、ノイズ伝達係数はAg=gp/(gc+gp)となるので、最終的な信号伝達係数はAf=Av−Agになると考えられる。
従って、この概算方法から、gc/gpを上記のように1としてはAf=0、即ち動作不能になり、Af=1/3〜1/2で動作可能にするためには、gc/gp=2〜3が必要であることが分かる。
In that case, noise corresponding to the parasitic conductance of 2 gp is generated, and the noise transfer coefficient is Ag = gp / (gc + gp). Therefore, it is considered that the final signal transfer coefficient is Af = Av−Ag.
Therefore, from this estimation method, if gc / gp is set to 1 as described above, Af = 0, that is, the operation becomes impossible, and in order to enable the operation at Af = 1/3 to 1/2, gc / gp = It turns out that 2-3 is required.
図7は電気的結合手段にシールドを施す方法と、その場合の信号伝達係数の算出方法の説明図であり、図6(A)と同様に、上述の積層チップの実施形態のいずれにも適用可能である。
図7(A)は、第2のチップ20の部分断面図であり、図7(B)は第2のチップの部分平面図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a method of shielding the electrical coupling means and a method of calculating a signal transmission coefficient in that case, and is applicable to any of the above-described laminated chip embodiments as in FIG. 6 (A). Is possible.
FIG. 7A is a partial cross-sectional view of the
シールド手段は、基板の裏面21と表面26に各々形成された円環状の第3のシールド用電極42、第2のシールド用電極45と、その間に挟まれた円筒状のバルク領域44とからなり、円形の第3の電極22、バルク領域24、円形の第2の電極25からなる円柱状の電気的結合手段は、円筒状のシールド手段の中心部に位置する。
The shield means includes an annular
円形の第3の電極22、第2の電極25の直径をd、シールド手段との代表的距離、即ちシールド手段の円筒の直径の中央値をLとする。
この場合も、図7(C)の等価回路図に示すように、シールド手段全体をノード「G」と見なして、第3の電極22、第2の電極25、及びノードGの3節点間の抵抗器に集中定数化する。
The diameters of the circular
Also in this case, as shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 7C, the entire shield means is regarded as the node “G”, and the
この場合、シールド手段のノードGは接地電位で概略静止していると見なせるので、上記図6でノイズ伝達係数は概略ゼロ、従って、最終的な信号伝達係数は概略、Af=Av=gc/(gc+gp)となり、シールド手段を施さない場合に比べて同じgc/gp比でもAf値を上げることができる。 In this case, since the node G of the shield means can be regarded as substantially stationary at the ground potential, the noise transfer coefficient is approximately zero in FIG. gc + gp), and the Af value can be increased even with the same gc / gp ratio as compared with the case where the shielding means is not applied.
また図7では、1個の電気的結合手段に個別に1個のシールド手段を施す場合を示したが、隣接する複数個の電気的結合手段にシールド手段を施す場合には、シールド手段の平面形状を複数の三角、四角、又は六角形からなる格子状にして、格子の各目に電気的結合手段を置いてもよい。
これにより、隣接する電気的結合手段がシールド手段を共有できるので、チップ面積の効率化を図ることができる。
FIG. 7 shows a case where one shield means is individually applied to one electrical coupling means. However, when shield means are provided to a plurality of adjacent electrical coupling means, the plane of the shield means is shown. The shape may be a grid made of a plurality of triangles, squares, or hexagons, and an electrical coupling means may be placed on each grid.
Thereby, since the adjacent electrical coupling means can share the shield means, the chip area can be made more efficient.
図8は、3重ウェル型CMOSにおける本発明の一実施形態の断面図である。
3重ウェル型CMOSは、最近の高性能デジタル半導体CMOS_LSIにおいて賞用されているデバイス構造であるが、図8に示すように、本発明による第2の電極25は、3重ウェルのうちのn−MOST用のpウェルとそのコンタクト用p+層とを転用して同一マスク工程で、別工程を追加することなく形成することができ、さらに、全てのMOST素子はnウェルに収容されているので、信号が電気的結合手段に印加されても、基板側からのノイズとしてMOST素子に影響することはなく、好都合である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of one embodiment of the present invention in a triple well CMOS.
The triple well type CMOS is a device structure that has been used in recent high-performance digital semiconductor CMOS_LSI. As shown in FIG. 8, the
以上図1〜図7を参照して述べてきた本発明による積層チップは、デジタル、アナログ、又は両者の混載を含む半導体LSIに適用可能であるが、特に高密度、高性能デジタルLSIに対して有効であり、その場合、上述の電気的結合手段は、経時的に変化する0又は1に対応する電圧又は電流を伝送するデジタル信号パスとなる。 The multilayer chip according to the present invention described above with reference to FIGS. 1 to 7 can be applied to a semiconductor LSI including digital, analog, or a combination of both. In this case, the electrical coupling means described above is a digital signal path that transmits a voltage or current corresponding to 0 or 1 that changes over time.
また、その場合、単一又は複数個の前記デジタル信号パスに対して、前記0と1の中間値に対応する電圧又は電流を伝送する参照信号パスをさらに含み、受信側では、各デジタル信号と参照信号を差動増幅することにより、コモンモードノイズを抑えることができる。
特に、デジタル信号パスに対して参照信号パスを1対1で備える場合、参照信号をデジタル信号と逆相にすると、隣接するデジタル信号パスとのノイズ干渉を軽減できる。
In this case, the digital signal path further includes a reference signal path for transmitting a voltage or current corresponding to an intermediate value between 0 and 1 for the single or plural digital signal paths. By differentially amplifying the reference signal, common mode noise can be suppressed.
In particular, when a reference signal path is provided on a one-to-one basis with respect to a digital signal path, noise interference with an adjacent digital signal path can be reduced by setting the reference signal in reverse phase to the digital signal.
図9は、本発明の一実施形態の第4の変形例であり、図9(A)の断面図に示すように、第3の電極22のサイズが第2の電極25に比べて拡大されている。
具体的には、図9(B)の平面図に示すように第2の電極25が直径drの円形であるのに対して、第3の電極22の平面形状は、図9(C)(D)(E)に示すように、いずれもその代表的寸法ddは、図示するように例えばdrの5倍ある。
FIG. 9 shows a fourth modification of the embodiment of the present invention. As shown in the sectional view of FIG. 9A, the size of the
Specifically, as shown in the plan view of FIG. 9B, the
ただし、(C)の場合、第3の電極22は第2の電極25と同寸の5個の小電極からなり、図1も参照すると、それらの小電極は一点鎖線で示すように、第1のチップの第1の電極19により、又は第1のチップのビア18よりも第1のチップの内部側で配線(図示せず)により短絡されている。
However, in the case of (C), the
逆に、(D)(E)の場合、第1のチップの第1の電極19の平面形状は、第3の電極22と合同であってもよく、又は、第3の電極22より小さく、例えば第1の電極19と同寸であってもよい。
Conversely, in the case of (D) and (E), the planar shape of the
このように、拡大された第3の電極を有する電気的結合手段は、特に信号コンダクタンスgcを増大でき、従って最終的な信号伝達係数Afを増大できるので、例えば、デジタル系におけるクロック信号の信号パスとして好適である。 In this way, the electrical coupling means with the enlarged third electrode can in particular increase the signal conductance gc and thus the final signal transfer coefficient Af, for example the signal path of a clock signal in a digital system. It is suitable as.
さらに、このようなクロック信号パスに対する電気的結合手段に上記の環状のシールド手段を施し、その際、環状のシールド用電極の環の幅を、一般信号パスに対する電気的結合手段の環状のシールド用電極の環の幅よりも大きくとると、クロック信号の波形の近隣信号からのノイズによる歪みを抑制することができる。 Further, the above-described annular shield means is applied to the electrical coupling means for such a clock signal path, and at this time, the ring width of the annular shield electrode is set to be used for the annular shield of the electrical coupling means for the general signal path. If it is larger than the width of the ring of electrodes, distortion due to noise from neighboring signals in the waveform of the clock signal can be suppressed.
以上の説明では、第1のチップから第2のチップへの信号伝達の場合を扱ったが、本電気的結合手段は双方向性があり、送信側と受信側を交換した、第2のチップから第1のチップへの信号伝達の場合も、その信号伝達係数Av、Afの算出を含めて同様に扱うことができる。
ただし、上記第4の変形例の場合については、第2の電極25(送信側)のサイズを第3、第1の電極(受信側)のサイズよりも拡大する。
In the above description, the case of signal transmission from the first chip to the second chip has been dealt with. However, this electrical coupling means is bidirectional, and the second chip is exchanged between the transmission side and the reception side. The signal transmission from the first chip to the first chip can be handled in the same manner including calculation of the signal transmission coefficients Av and Af.
However, in the case of the fourth modified example, the size of the second electrode 25 (transmission side) is made larger than the sizes of the third and first electrodes (reception side).
また、以上の実施形態では、全ての層のチップの基板の表面に電極と半導体素子を備えた場合を示したが、一部の層のチップの基板は、半導体素子を欠いてもよい。
例えば、2層又は3層以上の積層チップの最下層のチップの基板は半導体素子を欠き、電極だけを備えていてもよく、その場合、この最下層のチップの基板は電極に接続された配線専用の基板となる。
その場合、この最下層のチップの基板に、別チップの半導体素子もしくは抵抗器、キャパシタを含む受動素子を、周知のワイヤボンド、又はフリップチップボンドなどにより搭載してもよい。
Further, in the above embodiments, the case where the electrodes and the semiconductor elements are provided on the surface of the substrate of all layers of the chip has been described. However, the substrate of the chips of some layers may lack the semiconductor elements.
For example, the substrate of the lowermost chip of a laminated chip of two layers or three or more layers may lack a semiconductor element and include only an electrode. In this case, the substrate of the lowermost chip is connected to the electrode. It becomes a dedicated board.
In that case, a passive element including a semiconductor element, a resistor, or a capacitor of another chip may be mounted on the substrate of the lowermost chip by a well-known wire bond or flip chip bond.
10、20、30 第1、第2、第3のチップ
11、21、31 基板の裏面
12、22、32 第3の電極
22a 高濃度ドーパント層
22b 金の拡散層
13、23、33 基板
14、24、34 バルク領域
15、25、35 第2の電極
16、26、36 基板の表面
17、27、37 絶縁膜
18、28、38 ビア
19、29、39 第1の電極
42、44、45 第3のシールド用電極、バルク領域、第2のシールド用電極
10, 20, 30 First, second,
22a High concentration dopant layer
22b
Claims (11)
前記第1のチップの第1の電極と、前記第2のチップの他側の面(裏面)とが接着されて積層形成され、
前記第1、前記第2の電極、及び、前記第1と前記第2の電極に挟まれた前記第2のチップの基板内部の領域を、基板に貫通ビアを設けることなく、前記第1及び前記第2のチップ間の電気的結合手段とすることを特徴とする積層チップ。 A first chip having a plurality of first electrodes on one surface (front surface) of the substrate, a semiconductor element on the surface of the conductive semiconductor substrate, and the first electrode on the surface of the substrate. A second chip, each having a second electrode in position,
The first electrode of the first chip and the surface (back surface) on the other side of the second chip are adhered and laminated,
A region inside the substrate of the second chip sandwiched between the first electrode, the second electrode, and the first and second electrodes can be formed without providing a through via on the substrate. A laminated chip, characterized in that the second chip is electrically coupled.
さらに、前記第2のチップの基板の裏面の前記複数個の第1の電極に対応する位置に各々、第3の電極を備え、
前記第1の電極と、対応する前記第3の電極が接着されて積層形成され、
接着された前記第1と前記第3の電極、前記第2の電極、及び前記第3と前記第2の電極に挟まれた前記第2のチップの基板内部の領域を、基板に貫通ビアを設けることなく、前記第1及び前記第2のチップ間の電気的結合手段とすることを特徴とする積層チップ。 A first chip having a plurality of first electrodes on one surface (front surface) of the substrate, a semiconductor element on the surface of the conductive semiconductor substrate, and the first electrode on the surface of the substrate. A second chip, each having a second electrode in position,
And a third electrode at a position corresponding to the plurality of first electrodes on the back surface of the substrate of the second chip,
The first electrode and the corresponding third electrode are bonded to form a laminate,
A region inside the substrate of the second chip sandwiched between the first and third electrodes, the second electrode, and the third and second electrodes that are bonded together, and a through via is formed in the substrate A multilayer chip characterized in that it is an electrical coupling means between the first and second chips without being provided .
[数式1]
Av= 1/(1+(gp/gc))
= 1/(1+(1/((d/2t)2・ln(L/d)))) In the electrical coupling means, the thickness of the second chip is t, the horizontal dimension of the first and second electrodes is d, and the horizontal dimension of the electrical coupling means that surrounds the adjacent electrodes is horizontal. Assuming that the representative distance is L / 2, the signal conductance gc is approximated by the conductance between the parallel plate electrodes, and the parasitic conductance 2gp is approximated by the conductance between the coaxial cylindrical electrodes. The multilayer chip according to claim 1, wherein the multilayer chip is calculated.
[Formula 1]
Av = 1 / (1+ (gp / gc))
= 1 / (1+ (1 / ((d / 2t) 2 · ln (L / d))))
The digital signal is composed of a clock signal and a general signal, and the width of the ring of the annular shield electrode of the electrical coupling means with respect to the clock signal path is the width of the ring of the annular shield electrode of the electrical coupling means with respect to the general signal path. The multilayer chip according to claim 8, which is larger than the width of the multilayer chip.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008175780A JP4297195B1 (en) | 2008-07-04 | 2008-07-04 | Laminated chip |
| PCT/JP2008/062758 WO2010001495A1 (en) | 2008-07-04 | 2008-07-15 | Laminated chip |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008175780A JP4297195B1 (en) | 2008-07-04 | 2008-07-04 | Laminated chip |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP4297195B1 true JP4297195B1 (en) | 2009-07-15 |
| JP2010016238A JP2010016238A (en) | 2010-01-21 |
Family
ID=40921912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008175780A Expired - Fee Related JP4297195B1 (en) | 2008-07-04 | 2008-07-04 | Laminated chip |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4297195B1 (en) |
| WO (1) | WO2010001495A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013501356A (en) * | 2009-07-30 | 2013-01-10 | メギカ・コーポレイション | System in package |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7082562B2 (en) * | 2018-11-21 | 2022-06-08 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Control system, semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device |
| CN120933277A (en) * | 2025-10-14 | 2025-11-11 | 湖北星辰技术有限公司 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3819483B2 (en) * | 1996-07-17 | 2006-09-06 | 三洋電機株式会社 | Semiconductor device |
| JP2006019455A (en) * | 2004-06-30 | 2006-01-19 | Nec Electronics Corp | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JP4425235B2 (en) * | 2006-03-28 | 2010-03-03 | 三洋電機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
2008
- 2008-07-04 JP JP2008175780A patent/JP4297195B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2008-07-15 WO PCT/JP2008/062758 patent/WO2010001495A1/en not_active Ceased
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013501356A (en) * | 2009-07-30 | 2013-01-10 | メギカ・コーポレイション | System in package |
| US8804360B2 (en) | 2009-07-30 | 2014-08-12 | Megit Acquisition Corp. | System-in packages |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010001495A1 (en) | 2010-01-07 |
| JP2010016238A (en) | 2010-01-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103094257B (en) | 3D chip packages with shielding construction | |
| US7067909B2 (en) | Multi-layer integrated semiconductor structure having an electrical shielding portion | |
| JP5568644B2 (en) | Via structure embedded in electronic substrate | |
| US8791550B1 (en) | Hybrid conductor through-silicon-via for power distribution and signal transmission | |
| TWI358776B (en) | Flip chip interconnection pad layout | |
| US9368456B2 (en) | Semiconductor package having EMI shielding and method of fabricating the same | |
| KR20150043933A (en) | Integrated circuit device having through-silicon via structure and method of manufacturing the same | |
| JP2009290191A (en) | Seal ring structure of integrated circuit | |
| CN103650136B (en) | Three-dimensional integrated circuit having stabilization structure for power supply voltage, and method for manufacturing same | |
| JP2005150717A (en) | IC device and manufacturing method thereof | |
| US8906781B2 (en) | Method for electrically connecting wafers using butting contact structure and semiconductor device fabricated through the same | |
| US20150129978A1 (en) | Semiconductor integrated circuit, method for fabricating the same, and semiconductor package | |
| TW201225246A (en) | Multi-chip stack structure | |
| WO2015136821A1 (en) | Laminated semiconductor integrated circuit device | |
| CN103946962A (en) | Semiconductor device and fabrication method for same, and electronic component | |
| JP2016035948A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| JP2007067057A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP4297195B1 (en) | Laminated chip | |
| CN101533813B (en) | Contact bonding pad for reducing parasitic capacitance and manufacturing method thereof | |
| JP2012221973A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| TWI811287B (en) | Wiring boards and semiconductor devices | |
| TW202407945A (en) | System for routing connections to logic circuit and integrated circuit and method for manufacturing the same | |
| JP5278747B2 (en) | Laminated chip | |
| JP2014038880A (en) | Layer integrated circuit | |
| JP2012222256A (en) | Semiconductor integrated circuit device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090406 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120424 Year of fee payment: 3 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120424 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130424 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130424 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140424 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |