JPH0521539A - Semiconductor device and computer - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置および計算機
に係り、特に高機能,高集積な半導体装置とこれを用い
た計算機に関する。詳しくは異なる半導体チップを融合
した半導体装置とこれを用いた計算機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a computer, and more particularly to a highly functional and highly integrated semiconductor device and a computer using the same. More specifically, the present invention relates to a semiconductor device in which different semiconductor chips are integrated and a computer using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、半導体ウェハ(シリコン基板等)
の中に、半導体チップ(半導体ウェハと同一材料による
半導体チップもしくは異種材料によるデバイスチップ
等)を組み込む技術としては、(公知例1)アール・ダ
ブリュー・ジョンソン他著,「シリコン ハイブリッド
ウエハスケール パッケージ テクノロジー」,アイ
・イー・イー・イー ジャーナル オブ ソリッドステ
ート サーキット,エスシー21巻,5号,1986年
10月,845頁乃至851頁(R.W.Johnson et.al.“S
ilicon Hybrid Wafer−Scale Package Techonology,”
IEEE JOURNAL OFSOLID-STATE CIRCUITS, VOL.SC−2
1,No.5,OCT.1986,pp.845−851)お
よび(公知例2)特開昭62−147746号公報に記載されて
いる。2. Description of the Related Art Conventionally, semiconductor wafers (silicon substrates, etc.)
As a technique for incorporating a semiconductor chip (a semiconductor chip made of the same material as the semiconductor wafer or a device chip made of a different material, etc.) into the device, (publicly known example 1) Earl W. Johnson et al., “Silicon Hybrid Wafer Scale Package Technology” , IEE Journal of Solid State Circuit, ESC 21 Vol. 5, No. 5, 1986, 845-851 (RWJohnson et.al. "S
ilicon Hybrid Wafer-Scale Package Techonology, ”
IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL.SC-2
1, No. 5, OCT. 1986, pp. 845-851) and (Publication 2) in JP-A-62-147746.
【0003】これらにおいては、半導体ウェハにチップ
大の穴を開け、ここにテスト済みの半導体チップをはめ
込み、すき間を充填材料(プラスチック樹脂等)で埋め
て平坦化し、チップ間にまたがって配線を行なう技術が
開示されている。In these methods, a chip-sized hole is formed in a semiconductor wafer, a tested semiconductor chip is fitted into the hole, the gap is filled with a filling material (plastic resin, etc.) to be flat, and wiring is carried out across the chips. The technology is disclosed.
【0004】また類似技術については、(公知例3)特
開昭55−95338 号公報に記載がある。ここではウェハ表
面に配線部分を形成した半導体ウェハにおいて、表面の
配線部分は切断せず、下の半導体部分だけをくり抜き、
ここに配線済みのチップをはめ込み、上下の配線を接触
させて接続する方法が開示されている。A similar technique is described in Japanese Patent Laid-Open No. 55-95338 (known example 3). Here, in a semiconductor wafer in which the wiring portion is formed on the wafer surface, the wiring portion on the surface is not cut, but only the lower semiconductor portion is hollowed out,
There is disclosed a method in which a wired chip is fitted in and the upper and lower wires are brought into contact with each other to be connected.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記の公知例1及び2
では、半導体ウェハに半導体チップを埋め込み、すき間
の溝を充填材料で埋めた後に、その上にフォトリソグラ
フィにより配線を形成する。このため第1に、すき間の
充填材料の表面部分に凹凸が生じたり半導体ウェハとチ
ップとの間に段差が生じたりしやすく、この上の配線が
段切れしやすいという問題がある。また第2に、配線や
コンタクトを形成するためのアニール等の工程で、高温
処理が必要になる。このため温度ストレスによって配線
の断線が生じやすい問題がある。第3に、充填材料の耐
熱性を確保するため、充填材料の選択に制約が生じる等
の問題がある。従って素子製造上の歩留まりや信頼性が
不十分であるという問題がある。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention Known examples 1 and 2 above
Then, a semiconductor chip is embedded in a semiconductor wafer, a groove is filled with a filling material, and then wiring is formed thereon by photolithography. For this reason, firstly, there is a problem that unevenness easily occurs on the surface portion of the filling material in the gap or a step is generated between the semiconductor wafer and the chip, and the wiring on this tends to be disconnected. Secondly, high temperature treatment is required in the steps such as annealing for forming wirings and contacts. For this reason, there is a problem that the wiring is likely to be broken due to temperature stress. Thirdly, in order to ensure the heat resistance of the filling material, there is a problem that the selection of the filling material is restricted. Therefore, there is a problem that the yield and reliability in manufacturing the device are insufficient.
【0006】上記の公知例3では、半導体ウェハ表面部
分の配線と半導体チップ上の配線を接続させるために、
接続部の両配線を露出して圧着させる。このため接続部
の配線金属がむき出しのままとなり、後から樹脂等を充
填しても、信頼性、耐久性がなお不十分であるという問
題がある。In the above-mentioned known example 3, in order to connect the wiring on the surface of the semiconductor wafer and the wiring on the semiconductor chip,
Both wires of the connection part are exposed and crimped. For this reason, there is a problem that the wiring metal of the connection portion remains exposed, and reliability and durability are still insufficient even if a resin or the like is filled later.
【0007】以上により本発明の目的は、製造歩留まり
や信頼性及び耐久性に優れた埋込みチップを有する半導
体装置および計算機を提供することにある。It is therefore an object of the present invention to provide a semiconductor device and a computer having an embedded chip which is excellent in manufacturing yield, reliability and durability.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第1の手段は、半導体ウェハ(3)の表面に
絶縁膜(6)が堆積され、該絶縁膜(6)上に配線層
(5)が形成され、該ウェハの所望の個所において、上
記絶縁膜(6)の下側の半導体部分がくり抜かれて凹部
が形成され、該凹部の上面は該凹部の形成以前に形成さ
れた上記絶縁膜(6)に蓋われてなり、上記凹部中に、
表面付近に配線層を有する半導体チップ(1)が表面を
上向きにしてはめ込まれ、上記絶縁膜(6)上の上記配
線層(5)と上記半導体チップ(1)の表面付近の上記
配線層との間が、所望の個所において上記絶縁膜(6)
を突き抜けて設けられた接続導体(4)で接続されてな
ることを特徴とする半導体装置とすることである。(図
1,図2参照)。A first means of the present invention for achieving the above object is to deposit an insulating film (6) on the surface of a semiconductor wafer (3), and deposit the insulating film (6) on the insulating film (6). A wiring layer (5) is formed, and a semiconductor portion under the insulating film (6) is hollowed out at a desired portion of the wafer to form a recess, and the upper surface of the recess is formed before the formation of the recess. Is covered with the insulating film (6), and in the recess,
A semiconductor chip (1) having a wiring layer near the surface is fitted with the surface facing upward, and the wiring layer (5) on the insulating film (6) and the wiring layer near the surface of the semiconductor chip (1). The space between them is the insulating film (6) at a desired position.
The semiconductor device is characterized by being connected by a connection conductor (4) provided by penetrating. (See FIGS. 1 and 2).
【0009】本発明の第2の手段は、一つ又は複数のイ
ンストラクションプロセッサ(202)と、一つ又は複
数の入出力プロセッサ(203)と、一つ又は複数の拡
張メモリ(204)と、一つ又は複数の主メモリ(20
5)とを具備し、計算機におけるデータ及びアドレス情
報を含む信号が、上記の各プロセッサ(202,20
3)と各メモリ(204,205)との間で伝達されて
なり、上記信号の上記伝達を制御するシステムコントロ
ール(201)を具備し、上記の各プロセッサ(20
2,203)と各メモリ(204,205)およびシス
テムコントロール(201)のうち少なくとも一つが請
求項1記載の半導体装置を用いて形成されてなることを
特徴とする計算機とすることである(図13参照)。The second means of the present invention is to provide one or more instruction processors (202), one or more input / output processors (203), one or more expansion memories (204), and One or more main memories (20
5) and a signal including data and address information in the computer is sent to each processor (202, 20).
3) and each memory (204, 205), and comprises a system control (201) for controlling the above-mentioned transmission of the above-mentioned signal, and each processor (20)
2, 203), each memory (204, 205), and at least one of the system controls (201) are formed by using the semiconductor device according to claim 1 (Fig. 13).
【0010】[0010]
【作用】本発明の第1の手段によれば、半導体ウェハに
形成した凹部の上面が、凹部の形成以前に形成された絶
縁膜により蓋われている。従ってはめ込んだ半導体チッ
プと半導体ウェハとの境界に段差が形成されることがな
い。従って半導体ウェハと半導体チップの間を接続する
配線が段切れすることがない。According to the first means of the present invention, the upper surface of the recess formed in the semiconductor wafer is covered with the insulating film formed before the formation of the recess. Therefore, no step is formed at the boundary between the fitted semiconductor chip and the semiconductor wafer. Therefore, the wiring that connects the semiconductor wafer and the semiconductor chip does not break.
【0011】またシリコン裏面を除去して凹部を形成す
るとき、絶縁膜がストッピング層となって主面の配線及
びシリコンデバイスが保護される。従って、凹部の形成
前に半導体ウェハ上の全てのシリコンデバイスと配線を
形成しておくことが可能となる。このため半導体チップ
もしくは異種のデバイスを組み込んだ後に、高温プロセ
スにより配線を形成する必要がない。このため埋込み部
にストレス等が生じない。When the silicon back surface is removed to form the recess, the insulating film serves as a stopping layer to protect the wiring on the main surface and the silicon device. Therefore, it becomes possible to form all the silicon devices and wirings on the semiconductor wafer before forming the recesses. For this reason, it is not necessary to form wiring by a high temperature process after incorporating a semiconductor chip or a different type of device. Therefore, stress or the like does not occur in the embedded portion.
【0012】さらに半導体ウェハ上の配線層が絶縁膜上
に形成され、半導体チップとの接続は、絶縁膜を突き抜
けた接続導体で行なわれる。従って半導体ウェハ上の配
線層の接続部が露出することがない。従って信頼性の高
い半導体装置が得られる。Further, the wiring layer on the semiconductor wafer is formed on the insulating film, and the connection with the semiconductor chip is made by the connecting conductor penetrating the insulating film. Therefore, the connection portion of the wiring layer on the semiconductor wafer is not exposed. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be obtained.
【0013】以上により、種々の半導体チップや異なる
材料による半導体デバイスチップを埋め込んだ信頼性の
高い半導体装置が、高い製造歩留まりで得られる。As described above, a highly reliable semiconductor device in which various semiconductor chips and semiconductor device chips made of different materials are embedded can be obtained with a high manufacturing yield.
【0014】本発明の第2の手段によれば、異種の半導
体チップを埋め込んだ集積回路を用いることにより、光
送受信等を用いた計算機が、少ない集積回路チップ数で
容易に構成できる。According to the second means of the present invention, by using an integrated circuit in which different kinds of semiconductor chips are embedded, a computer using optical transmission / reception or the like can be easily constructed with a small number of integrated circuit chips.
【0015】[0015]
【実施例】図1に本発明を適用した場合の一実施例を示
す。半導体ウェハであるシリコン基板3の一部を除去
し、半導体チップとして異種のデバイス1を埋込み、シ
リコン基板3と異種のデバイス1の間にプラスチック樹
脂2を充填する。シリコン基板3はシリコンオンインシ
ュレータにより構成され、シリコン基板3をケミカルエ
ッチまたは他の手段によりシリコンを除去するとき、シ
リコンオンインシュレータの酸化膜6がケミカルエッチ
をストップする層として機能している。酸化膜6の上に
は、シリコンデバイス及び配線層5が構成されており、
異種のデバイス1と十分に近くに接することができる。
シリコンデバイス及び配線層5はフォーカストイオンビ
ームによる穴明け及び光CVDによる金属導体の穴埋め
を行うことにより異種のデバイス1と低温で接続するこ
とができる。図2は図1で述べた本発明の一実施例の平
面図である。配線5はシリコン上の他のシリコンデバイ
スと接続され異種のデバイスと接続される。FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is applied. A part of the silicon substrate 3 which is a semiconductor wafer is removed, a heterogeneous device 1 is embedded as a semiconductor chip, and a plastic resin 2 is filled between the silicon substrate 3 and the heterogeneous device 1. The silicon substrate 3 is composed of silicon-on-insulator, and the oxide film 6 of the silicon-on-insulator functions as a layer for stopping the chemical etching when the silicon is removed from the silicon substrate 3 by chemical etching or other means. A silicon device and a wiring layer 5 are formed on the oxide film 6,
It is possible to make contact with a heterogeneous device 1 sufficiently close.
The silicon device and the wiring layer 5 can be connected to the heterogeneous device 1 at a low temperature by making a hole by a focused ion beam and filling a metal conductor by photo CVD. FIG. 2 is a plan view of the embodiment of the present invention described in FIG. The wiring 5 is connected to another silicon device on silicon and is connected to a heterogeneous device.
【0016】本実施例によれば、半導体ウェハと半導体
チップを接続するためフォーカストイオンビームと光C
VDを使用する。このため低温プロセスで半導体ウェハ
の配線と半導体チップもしくは異種のデバイスの配線を
接続することが可能となる。図3に本発明を適用した場
合の別の一実施例を示す。異種のデバイスとしてレーザ
発光素子を選択した場合を示しており、シリコン基板3
に組み込まれた異種デバイスからレーザ光8が、シリコ
ン基板3の主面から垂直に出るとき、シリコンオンイン
シュレータの酸化膜6の上のシリコンの光透過率が良好
でないためエッチング技術によりシリコンを開口して光
の透過率を向上させる。このとき、酸化膜6は残すよう
にエッチされ、この酸化膜6を通してレーザ光が通過す
る。According to this embodiment, the focused ion beam and the light C are used to connect the semiconductor wafer and the semiconductor chip.
Use VD. Therefore, it becomes possible to connect the wiring of the semiconductor wafer and the wiring of the semiconductor chip or a different type of device in a low temperature process. FIG. 3 shows another embodiment when the present invention is applied. The case where a laser light emitting element is selected as a different type device is shown.
When a laser beam 8 from a different type of device incorporated in the laser exits vertically from the main surface of the silicon substrate 3, the silicon on the oxide film 6 of the silicon-on-insulator does not have a good light transmittance, and the silicon is opened by an etching technique. Improve the light transmittance. At this time, the oxide film 6 is etched so as to remain, and laser light passes through the oxide film 6.
【0017】図4は図3で述べた本発明の一実施例の平
面図である。異種のデバイス1と配線5の接続は開口7
を避けてフォーカストイオンビームと光CVDにより接
続される。FIG. 4 is a plan view of the embodiment of the present invention described with reference to FIG. Opening 7 is used to connect different types of devices 1 and wires 5.
The focused ion beam and the photo-CVD are used to connect with each other.
【0018】図5に本発明を適用した場合の別の一実施
例を示す。シリコン基板3の端面をケミカルエッチによ
り除去し、異種のデバイス1を組込み、プラスチック樹
脂を充填する。本実施例の異種のデバイスはレーザダイ
オードで、端面からレーザ光を発光する。異種のデバイ
スを組み込んだ融合デバイスの端面から発光し、光ファ
イバを端面に近付けることにより光インタコネクトする
ことが可能となる。異種のデバイスの上面からはフォー
カストイオンビーム及び光CVDにより配線4と接続す
ることができる。FIG. 5 shows another embodiment when the present invention is applied. The end surface of the silicon substrate 3 is removed by chemical etching, a different type of device 1 is incorporated, and a plastic resin is filled. The heterogeneous device of this embodiment is a laser diode, which emits laser light from the end face. It is possible to emit light from the end face of a fusion device incorporating different types of devices and bring an optical fiber close to the end face for optical interconnection. From the upper surface of a different type of device, it is possible to connect to the wiring 4 by a focused ion beam and photo CVD.
【0019】図6は本発明を適用した場合の別の一実施
例で、端面発光のレーザダイオードを組み込んだ図5の
構造を平面に展開したものである。シリコン基板3に一
部をコの字型に周囲をプラスチック樹脂2により充填し
ていることを示している。FIG. 6 shows another embodiment to which the present invention is applied, in which the structure of FIG. 5 incorporating an edge emitting laser diode is developed in a plane. It shows that the silicon substrate 3 is partially U-shaped and the periphery is filled with the plastic resin 2.
【0020】図7は本発明を適用した場合の別の一実施
例を示す。シリコン基板3の一部をケミカルエッチで除
去して異種のデバイス1を組込み、プラスチック樹脂を
充填し、フォーカストイオンビームと光CVDにより接
続導体4により接続し、シリコンの上面を除去し、その
上に光導波路を形成する。異種のデバイスは面発光のレ
ーザダイオードとしてもよく、レーザ光は融合したデバ
イス表面から出て、導波路の先端で反射して、光が伝え
られる。この導波路は、シリコンを除去する前に形成さ
れるが、シリコンオンインシュレータの酸化膜によりシ
リコンエッチが行なわれないため、導波路が破壊した
り、または異種のデバイスに障害となることは無い。図
8は図7で示した実施例の平面図であり、配線及び導波
路の例を示している。配線と導波路は別の層であるの
で、クロスしてレイアウトされても良い。FIG. 7 shows another embodiment to which the present invention is applied. A part of the silicon substrate 3 is removed by chemical etching to incorporate a different type device 1, a plastic resin is filled, the focused ion beam and photo-CVD are used to connect by a connecting conductor 4, and the upper surface of the silicon is removed. Form an optical waveguide. The heterogeneous device may be a surface emitting laser diode, in which laser light is emitted from the fused device surface and reflected at the tip of the waveguide to transmit the light. This waveguide is formed before removing the silicon, but since the silicon is not etched by the oxide film of the silicon-on-insulator, the waveguide is not broken or it does not interfere with other devices. FIG. 8 is a plan view of the embodiment shown in FIG. 7, showing an example of wirings and waveguides. Since the wiring and the waveguide are separate layers, they may be laid out in a cross manner.
【0021】図9は埋め込まれた異種のデバイス(光検
出器)の出力を、シリコン基板上の素子によって形成さ
れる回路により高速かつ低消費電力で変換する回路の、
実施例を示している。フォトトランジスタ101は光を
受けると電流を流す機能を持っており一般にはシリコン
と異なる素子により形成される。この素子のコレクタ側
とエッミタ側はシリコンに埋め込まれフォトトランジス
タのデバイスの表面部へフォーカストイオンビーム加工
にシリコン表面部を通してて穴開けされ、さらにレーザ
CVDによってフォトトランジスタとシリコンデバイス
は配線接続される。フォトトランジスタ101のコレク
タ端子114はシリコンデバイスと同じ部分にある抵抗
素子102と接続され、またフォトトランジスタのエッ
ミタ端子115は抵抗素子103と接続される。端子1
14はトランジスタ109のベースと、また端子115
はトランジスタ110のベースと接続される。同時に、
トランジスタ110のベースは容量素子104を介して
抵抗素子107と抵抗素子111とトランジスタ10
8、及びダイオード105,ダイオード106によって
形成されるカレントミラー型基準電圧発生回路によって
発生した電圧が印加される。本回路は電源端子としてグ
ランド端子112及び約ー2ボルトの電源端子113に
接続される。本回路の出力端子116はフォトトランジ
スタ101がオンの時には−1.4 ボルト、フォトトラ
ンジスタ101がオフの時には−0.8ボルトの電位が
発生するように設計できる。またトランジスタ109と
トランジスタ110とによりプッシュプル回路を形成し
ているため、出力端子116に付加した寄生容量,配線
容量を高速に駆動することができ、高速に光−電気変換
回路動作することができる。FIG. 9 shows a circuit for converting the output of a different type of embedded device (photodetector) by a circuit formed by elements on a silicon substrate at high speed and low power consumption.
An example is shown. The phototransistor 101 has a function of passing a current when receiving light, and is generally formed of an element different from silicon. The collector side and the emitter side of this element are embedded in silicon, and holes are formed in the device surface of the phototransistor through the silicon surface part by focused ion beam processing, and the phototransistor and the silicon device are wire-connected by laser CVD. The collector terminal 114 of the phototransistor 101 is connected to the resistance element 102 in the same part as the silicon device, and the emitter terminal 115 of the phototransistor is connected to the resistance element 103. Terminal 1
14 is the base of the transistor 109 and terminal 115
Is connected to the base of transistor 110. at the same time,
The base of the transistor 110 is connected to the resistive element 107, the resistive element 111, and the transistor 10 via the capacitive element 104.
8 and the voltage generated by the current mirror type reference voltage generating circuit formed by the diode 105 and the diode 106 is applied. This circuit is connected as a power supply terminal to the ground terminal 112 and the power supply terminal 113 of about −2 volts. The output terminal 116 of this circuit can be designed so that a potential of -1.4 V is generated when the phototransistor 101 is on, and a potential of -0.8 V is generated when the phototransistor 101 is off. Further, since the push-pull circuit is formed by the transistor 109 and the transistor 110, the parasitic capacitance and the wiring capacitance added to the output terminal 116 can be driven at high speed, and the photoelectric conversion circuit can operate at high speed. .
【0022】図10は本発明の実施例の工程フローを示
す断面図である。図10の工程Aでは、シリコンオンイ
ンシュレータ(SOI)による基板に異種のシリコンデ
バイス及び配線を完成させた状態を示す。図10の工程
Bではシリコン基板の裏面をケミカルエッチにより除去
した状態を示す。シリコンオンインシュレータ基板を使
用しているため、上層の酸化膜によりシリコンエッチが
ストップするので、シリコン基板の主面側にあるシリコ
ンデバイス及び配線5はシリコンエッチから保護されて
いる。図10の工程Cは異種のデバイス1を組込み異種
のデバイスとシリコン基板の間をプラスチック樹脂で充
填した断面図を示す。図10の工程Dはシリコン基板上
層のシリコンデバイスと配線をフォーカストイオンビー
ムと光CVDにより接続した断面図を示す。FIG. 10 is a sectional view showing the process flow of the embodiment of the present invention. Step A of FIG. 10 shows a state where different types of silicon devices and wirings are completed on a substrate made of silicon on insulator (SOI). Step B of FIG. 10 shows a state where the back surface of the silicon substrate is removed by chemical etching. Since the silicon-on-insulator substrate is used, the silicon etch is stopped by the upper oxide film, so the silicon device and the wiring 5 on the main surface side of the silicon substrate are protected from the silicon etch. Step C of FIG. 10 is a cross-sectional view in which the different type of device 1 is incorporated and the space between the different type of device and the silicon substrate is filled with plastic resin. Step D of FIG. 10 is a sectional view in which the silicon device and the wiring on the upper layer of the silicon substrate are connected by the focused ion beam and the photo-CVD.
【0023】図11は図10で示した工程フローをフロ
ーチャートにより示したものである。工程Aではデバイ
ス配線完シリコンのSOIウエハを示し、工程Bではこ
のウエハの裏面に後の工程で必要なSiO2 デポを示
す。工程Cではシリコンの主面側に形成されたシリコン
デバイスと位置合わせをするために、両面露光アライナ
装置を使用してマスク又はEB直接描画技術により後の
工程で必要なパターンを形成して必要な部分のレジスト
パターンを除去しておく。工程Dでは、工程Cで形成し
たパターンに従い、後の工程で異種のデバイスを埋め込
む部分のSiO2 を除去する。次に、工程Eでは工程D
で形成されたSiO2 のパターンを使用して、SiO2
をマスクにしてSiエッチを行う。Siエッチはシリコ
ンウエハの裏面から主面側に向かってエッチが進むが、
SOIウエハを使用しているため、主面に近いところに
あるSiO2 膜のところでエッチがストップしてしま
う。次に工程Fでは、工程Eにより形成された、シリコ
ンエッチ部に異種のデバイスを挿入する。次に、工程G
ではシリコンと異種のデバイスの間にエポキシの樹脂を
充填する工程を示す。その後工程Hでフォーカストイオ
ンビーム(FIB)によりシリコン主面側表面と異種デ
バイスの表面へ達する穴明けを行う。最後に、工程Iで
レーザCVDにより配線用金属をデポしてシリコンデバ
イスと異種デバイスを電気的に接続する。FIG. 11 is a flow chart showing the process flow shown in FIG. In step A, an SOI wafer with device wiring complete silicon is shown, and in step B, a SiO 2 deposit required in a later step is shown on the back surface of this wafer. In step C, in order to align with a silicon device formed on the main surface side of silicon, a double-sided exposure aligner apparatus is used to form a necessary pattern in a subsequent step by a mask or EB direct writing technique. The resist pattern on the part is removed. In step D, according to the pattern formed in step C, SiO 2 in a portion where different types of devices are embedded is removed in a subsequent step. Next, in step E, step D
In using the SiO 2 pattern formed, SiO 2
Is used as a mask to perform Si etching. Si etching progresses from the back surface of the silicon wafer to the main surface side,
Since the SOI wafer is used, the etching stops at the SiO 2 film near the main surface. Next, in step F, a different type of device is inserted into the silicon etched portion formed in step E. Next, step G
Then, a step of filling an epoxy resin between silicon and a different type of device is shown. Then, in step H, a hole is formed by a focused ion beam (FIB) to reach the surface of the silicon main surface side and the surface of the different type device. Finally, in step I, the wiring metal is deposited by laser CVD to electrically connect the silicon device and the dissimilar device.
【0024】次に、本発明の他の実施例を図12の計算
機構成図で説明する。本実施例は、本発明による半導体
装置を、命令や演算を処理するプロセッサ500が、複
数個並列に接続された高速大型計算機に適用した例であ
る。本実施例では、本発明を適用した高速融合型半導体
集積回路の集積度が高いため、命令や演算を処理するプ
ロセッサ500や、記憶制御装置501や、主記憶装置
502などを、1辺が約10〜30mmの融合型半導体チ
ップで構成出来た。これら命令や演算を処理するプロセ
ッサ500と、記憶制御装置501と、化合物半導体集
積回路よりなるデータ通信インタフェース503を、同
一セラミック基板506に実装した。また、データ通信
インタフェース503と、データ通信制御装置504
を、同一セラミック基板507に実装した。これらセラ
ミック基板506並びに507と、主記憶装置502を
実装したセラミック基板を、大きさが1辺約50cm程
度、あるいはそれ以下の基板に実装し、大型計算機の中
央処理ユニット508を形成した。この中央処理ユニッ
ト508内データ通信や、複数の中央処理ユニット間デ
ータ通信、あるいはデータ通信インタフェース503と
入出力プロセッサ505を実装した基板509との間の
データの通信は、図中の両端矢印線で示される光ファイ
バ510を介して行なわれた。この計算機では、命令や
演算を処理するプロセッサ500や、記憶制御装置50
1や、主記憶装置502などのシリコン半導体集積回路
が、並列に高速で動作し、また、データの通信を光を媒
体に行なったため、1秒間当りの命令処理回数を大幅に
増加することができた。Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the computer block diagram of FIG. This embodiment is an example in which the semiconductor device according to the present invention is applied to a high-speed large-scale computer in which a plurality of processors 500 for processing instructions and operations are connected in parallel. In this embodiment, since the high-speed fusion type semiconductor integrated circuit to which the present invention is applied has a high degree of integration, one side of the processor 500 for processing instructions and operations, the storage control device 501, the main storage device 502, etc. It could be composed of a fusion type semiconductor chip of 10 to 30 mm. A processor 500 that processes these commands and operations, a storage controller 501, and a data communication interface 503 composed of a compound semiconductor integrated circuit are mounted on the same ceramic substrate 506. In addition, the data communication interface 503 and the data communication control device 504.
Were mounted on the same ceramic substrate 507. The ceramic substrates 506 and 507 and the ceramic substrate on which the main memory device 502 is mounted are mounted on a substrate having a side of about 50 cm or less, and a central processing unit 508 of a large-scale computer is formed. Data communication within the central processing unit 508, data communication between a plurality of central processing units, or data communication between the data communication interface 503 and the board 509 on which the input / output processor 505 is mounted is indicated by double-ended arrow lines in the figure. This was done via the optical fiber 510 shown. In this computer, a processor 500 that processes instructions and operations, and a storage controller 50
1 and the silicon semiconductor integrated circuits such as the main memory device 502 operate in parallel at high speed, and data communication is performed using light as a medium, so that the number of instruction processings per second can be significantly increased. It was
【0025】図13は本発明を適用したメインフレーム
における光インタコネクトの実施例を示したものであ
る。システムコントロール201は複数のインストラク
ションプロセッサ202と接続される。またシステムコ
ントロール201は他のシステムコントロール201や
入出力プロセッサ203や拡張メモリ204や主メモリ
205と接続されている。一般にはこれらはデータ及び
アドレス信号及び多数の信号線からなり高速に信号転送
されている。本発明ではこれらの信号は複数の光ファイ
バライン206により伝送され、送端及び受端には光送
受信デバイス207があり、それぞれ、シリコンデバイス
チップに埋め込まれている。システムコントロール20
1には一般には多数の信号が集中するため、ピンネック
となりピン数が物理的に制約されてしまうが、本発明で
は光により高速に接続されるので少数の信号線ですみ、
ピンネックとならない。システムコントロール201は
インストラクションプロセッサ202と他のユニットを
高速に接続するための中心的部分であり、電気的に高速
にデータ交換する機能が要求される。この部分に注目
し、光インタコネクトと本発明の異種デバイスを融合し
た半導体を用いれば、極めてコンパクトで高性能なシス
テムを形成することが出来る。FIG. 13 shows an embodiment of an optical interconnect in a mainframe to which the present invention is applied. The system control 201 is connected to a plurality of instruction processors 202. The system control 201 is connected to the other system control 201, the input / output processor 203, the expansion memory 204, and the main memory 205. Generally, these are composed of data and address signals and a large number of signal lines, and are transferred at high speed. In the present invention, these signals are transmitted through a plurality of optical fiber lines 206, and optical transmitter / receiver devices 207 are provided at the sending end and the receiving end, each of which is embedded in a silicon device chip. System control 20
In general, since a large number of signals are concentrated on 1, the number of pins becomes a physical limitation and the number of pins is physically limited. However, since the present invention is connected at high speed by light, only a small number of signal lines are required.
It does not become a pin neck. The system control 201 is a central part for connecting the instruction processor 202 and other units at high speed, and a function of electrically exchanging data at high speed is required. By paying attention to this part and using a semiconductor in which the optical interconnect and the heterogeneous device of the present invention are fused, an extremely compact and high-performance system can be formed.
【0026】図14は、本発明を大規模なLSIに適用
した実施例を示している。このような代表的なLSIと
して光インタコネクトを持つマイクロプロセッサチッ
プ,ワークステーション用チップ,メインフレームのイ
ンストラクションプロセッサチップ、システムコントロ
ールチップなどが考えられる。この例では、シリコンチ
ップの部分に異種デバイス401が埋め込まれており端
面から光の送受信を行うために光ファイバ402が並ん
で配置されている。異種のデバイス401はシリコンに
おける電気回路素子による変換回路がある光ー電気変換
回路ブロック403と電気的に接続されている。シリコン
チップ409は命令処理ブロック405,浮動小数点処
理ブロック408,高速バッファメモリ404,コント
ロールメモリ407またボンディングパッド408など
から構成されている。ブロック403とブロック404
は密接に接続されており異種デバイス401で光で受け
たデータをメモリ404にブロック401で電気信号に
変換して高速にストアされる。また同様にしてメモリ4
04の内容はブロック401の中における駆動回路によ
り異種のデバイス内にあるレーザダイオードを駆動し光
に変換して光ファイバに送り出す。FIG. 14 shows an embodiment in which the present invention is applied to a large scale LSI. As such a typical LSI, a microprocessor chip having an optical interconnect, a workstation chip, a mainframe instruction processor chip, a system control chip, etc. can be considered. In this example, a heterogeneous device 401 is embedded in a silicon chip portion, and optical fibers 402 are arranged side by side for transmitting and receiving light from the end face. The heterogeneous device 401 is electrically connected to an opto-electric conversion circuit block 403 having a conversion circuit formed by an electric circuit element in silicon. The silicon chip 409 includes an instruction processing block 405, a floating point processing block 408, a high speed buffer memory 404, a control memory 407, a bonding pad 408 and the like. Block 403 and block 404
Are closely connected to each other, and the data received by the light from the different type device 401 is converted into an electric signal in the memory 401 in the block 401 and stored at high speed. Similarly, memory 4
The contents of 04 drive a laser diode in a different type of device by a drive circuit in a block 401 to convert it into light and send it to an optical fiber.
【0027】図15は本発明による融合型半導体チップ
をパッケージに実装した実施例を示している。この例で
は、放熱フィン604がついたピングリッドアレイパッ
ケーージ605に実装した例を示す。本発明の融合半導
体チップ601はパッケージ605にマウントされたの
ちボンディングワイア602によって接続されるが、光
と送受信する部分は光ファイバがパッケージ内を貫通し
てファイバ端がデバイス面と接するようにしている。電
気信号はパッケージのピン606からプリント基板を通
して行うことが出来る。FIG. 15 shows an embodiment in which the fused semiconductor chip according to the present invention is mounted in a package. In this example, an example of mounting on a pin grid array package 605 with a radiation fin 604 is shown. The fused semiconductor chip 601 of the present invention is mounted on a package 605 and then connected by a bonding wire 602. In a portion for transmitting and receiving light, an optical fiber penetrates through the package and a fiber end is in contact with a device surface. . Electrical signals can be routed from the package pins 606 through the printed circuit board.
【0028】[0028]
【発明の効果】本発明に依れば、シリコン基板上の全て
のシリコンデバイスと配線が完了した後に、シリコンエ
ッチをし、異種のデバイスを組み込むために、シリコン
基板と異種のデバイスの間に充填するプラスッチック樹
脂に耐熱性を必要としない材料を選択することができか
つ信頼度向上をはかることができる。また従来のシリコ
ン基板を打ち抜いて表面まで穴開けする方法と比べて、
表面は一切加工されないため、配線が保護され、配線を
形成するときの合わせ精度を考慮する必要が無く、また
溝を平坦化する必要が無い。また異種のデバイスとシリ
コンデバイスをフォーカストイオンビームと光CVD等
によって形成する接続導体により垂直に接続されるの
で、最短距離で接続され、配線抵抗及び、配線容量が最
小となり従来のワイヤボンドまたははんだによるフリッ
プチップ接続に比べて、電気的負荷が最も軽くなり、高
速動作が可能となる。According to the present invention, after all the silicon devices and wiring on the silicon substrate are completed, a silicon etch is performed to fill the gap between the silicon substrate and the heterogeneous device in order to incorporate the heterogeneous device. A material that does not require heat resistance can be selected for the plastic resin to be used, and reliability can be improved. Also, compared with the conventional method of punching a silicon substrate and making a hole to the surface,
Since the surface is not processed at all, the wiring is protected, it is not necessary to consider the alignment accuracy when forming the wiring, and it is not necessary to flatten the groove. In addition, different types of devices and silicon devices are vertically connected by a connecting conductor formed by a focused ion beam and photo-CVD etc., so that they are connected in the shortest distance, wiring resistance and wiring capacitance are minimized, and conventional wire bonding or soldering is used. Compared with flip-chip connection, the electrical load is lightest and high speed operation is possible.
【0029】本発明による融合型の半導体装置を用い
て、各半導体装置の間を接続する光ファイバは他のチッ
プまたは通信用回線と接続して超高速にデータをやり取
りすることができる。たとえばローカルエリアネットワ
ークに接続すれば、直接チップに何も介在することな
く、直接、光信号を入れることが出来、システムを極め
てコンパクトに実装することが出来る。融合したデバイ
スは従来のシリコンチップと同じように裏面側はパッケ
ージにマウントすることが出来るので、従来形式の大規
模,大パワーシリコンチップ実装技術をそのまま使用す
ることが出来る。例えば冷却用フィンつきパッケージ
や、また水冷用パッケージに十分良くなじむことが出来
る。従って、特別な実装方式が不要であり、低コスト化
を図ることが出来る。By using the fusion type semiconductor device according to the present invention, an optical fiber connecting between the semiconductor devices can be connected to another chip or a communication line to exchange data at a very high speed. For example, if it is connected to a local area network, an optical signal can be directly input without any intervention on the chip, and the system can be mounted extremely compactly. Since the integrated device can be mounted on the back side of the package like a conventional silicon chip, the conventional large-scale, large-power silicon chip mounting technology can be used as it is. For example, it can fit well into a package with cooling fins or a package for water cooling. Therefore, no special mounting method is required, and the cost can be reduced.
【図1】本発明の一実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
【図4】本発明の一実施例を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing an embodiment of the present invention.
【図5】本発明の一実施例を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
【図6】本発明の一実施例を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing an embodiment of the present invention.
【図7】本発明の一実施例を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
【図8】本発明の一実施例を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing an embodiment of the present invention.
【図9】本発明の光検出器−電気変換回路を示す図であ
る。FIG. 9 is a diagram showing a photodetector-electric conversion circuit of the present invention.
【図10】本発明の一実施例の工程フローを示す断面図
である。FIG. 10 is a sectional view showing a process flow of an example of the present invention.
【図11】本発明の一実施例の工程フローのフローチャ
ートである。FIG. 11 is a flowchart of a process flow of an example of the present invention.
【図12】本発明の計算機における実施例を示す図であ
る。FIG. 12 is a diagram showing an example of the computer of the present invention.
【図13】本発明の一実施例による、メインフレームに
おける光インタコネクトを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an optical interconnect in a mainframe according to an embodiment of the present invention.
【図14】本発明の一実施例による、大規模集積LSI
を示す図である。FIG. 14 is a large-scale integrated LSI according to an embodiment of the present invention.
FIG.
【図15】本発明の一実施例による実装例を示す図であ
る。FIG. 15 is a diagram showing an implementation example according to an embodiment of the present invention.
1…異種のデバイス、2…プラスッチック樹脂、3…シ
リコン基板、4…接続導体、5…シリコンデバイスおよ
び配線、6…酸化膜、7…シリコン除去部、8…レーザ
光、9…導波路、101…フォトトランジスタ、102
…コレクタ接続用抵抗素子、103…エミッタ接続用抵
抗素子、104…容量素子、105…ダイオード、10
6…ダイオード、107…カレントミラー電源回路用抵
抗素子、108…シリコントランジスタ、109…シリ
コントランジスタ、110…シリコントランジスタ、1
11…カレントミラー電源回路用抵抗素子、112…グ
ランド端子、113…電源端子、201…システムコン
トロールチップ、202…インストラクションチップ、
203…入出力プロセッサチップ、204…拡張メモ
リ、205…主メモリ、206…光ファイバ、207…
光送受信デバイス、401…光送受信デバイス、402
…光ファイバ、403…変換回路、404…バッファメ
モリ、405…命令処理ブロック、406…浮動小数点
ブロック、408…コントロールメモリ、408…ボン
ディングパッド、409…シリコンチップ、500…融
合半導体集積回路よりなる命令や演算を処理するプロセ
ッサ、501…融合半導体集積回路よりなるシステム制
御装置、502…シリコン半導体集積回路よりなる主記
憶装置、503…化合物半導体集積回路よりなるデータ
通信インタフェース、504…データ通信制御装置、5
05…入出力プロセッサ、506…セラミック基板、5
07…セラミック基板、508…中央処理ユニット、5
09…入出力プロセッサ実装基板、510…データ通信
用光ファイバ、601…デバイス融合チップ、602…
ボンディングワイヤ、603…光ファイバ、604…放
熱フィン、605…パッケージ本体、606…パッケー
ジピン。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Different type device, 2 ... Plastic resin, 3 ... Silicon substrate, 4 ... Connection conductor, 5 ... Silicon device and wiring, 6 ... Oxide film, 7 ... Silicon removal part, 8 ... Laser beam, 9 ... Waveguide, 101 … Phototransistor, 102
... collector connecting resistance element, 103 ... emitter connecting resistance element, 104 ... capacitance element, 105 ... diode, 10
6 ... Diode, 107 ... Current mirror power circuit resistance element, 108 ... Silicon transistor, 109 ... Silicon transistor, 110 ... Silicon transistor, 1
11 ... Current mirror power supply circuit resistance element, 112 ... Ground terminal, 113 ... Power supply terminal, 201 ... System control chip, 202 ... Instruction chip,
203 ... I / O processor chip, 204 ... Expansion memory, 205 ... Main memory, 206 ... Optical fiber, 207 ...
Optical transmitting / receiving device, 401 ... Optical transmitting / receiving device, 402
... optical fiber, 403 ... conversion circuit, 404 ... buffer memory, 405 ... instruction processing block, 406 ... floating point block, 408 ... control memory, 408 ... bonding pad, 409 ... silicon chip, 500 ... instruction consisting of fused semiconductor integrated circuit And a processor for processing operations, 501 ... System control device composed of integrated semiconductor integrated circuit, 502 ... Main memory device composed of silicon semiconductor integrated circuit, 503 ... Data communication interface composed of compound semiconductor integrated circuit, 504 ... Data communication control device, 5
05 ... I / O processor, 506 ... Ceramic substrate, 5
07 ... Ceramic substrate, 508 ... Central processing unit, 5
09 ... Input / output processor mounting substrate, 510 ... Data communication optical fiber, 601 ... Device integrated chip, 602 ...
Bonding wire, 603 ... Optical fiber, 604 ... Radiating fin, 605 ... Package body, 606 ... Package pin.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/82 // H01L 21/285 C 7738−4M 21/3205 27/15 8934−4M ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/82 // H01L 21/285 C 7738-4M 21/3205 27/15 8934-4M
Claims (8)
該絶縁膜上に配線層が形成され、該ウェハの所望の個所
において、上記絶縁膜の下側の半導体部分がくり抜かれ
て凹部が形成され、該凹部の上面は該凹部の形成以前に
形成された上記絶縁膜に蓋われてなり、 上記凹部中に、表面付近に配線層を有する半導体チップ
が表面を上向きにしてはめ込まれ、上記絶縁膜上の上記
配線層と上記半導体チップの表面付近の上記配線層との
間が、所望の個所において上記絶縁膜を突き抜けて設け
られた接続導体で接続されていることを特徴とする半導
体装置。1. An insulating film is deposited on the surface of a semiconductor wafer,
A wiring layer is formed on the insulating film, and a semiconductor portion under the insulating film is hollowed to form a recess at a desired portion of the wafer, and an upper surface of the recess is formed before the formation of the recess. A semiconductor chip having a wiring layer near the surface is fitted into the recess with the surface facing upward, and the wiring layer on the insulating film and the vicinity of the surface of the semiconductor chip are covered with the insulating film. A semiconductor device is characterized in that the wiring layer is connected to a wiring layer by a connection conductor provided through the insulating film at a desired position.
ップの表面付近の上記配線層との間の接続が、上記凹部
への上記半導体チップのはめこみの後に形成された上記
接続導体で接続されていることを特徴とする請求項1記
載の半導体装置。2. The connection between the wiring layer on the insulating film and the wiring layer near the surface of the semiconductor chip is connected by the connection conductor formed after the semiconductor chip is fitted into the recess. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is provided.
ム法もしくはレーザCVD法を用いて形成されてなるこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the connection conductor is formed by using a focused ion beam method or a laser CVD method.
てなることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the recess is formed by chemical etching.
てなることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a light emitting element is formed on the semiconductor chip.
光導波路が形成されてなることを特徴とする請求項1記
載の半導体装置。6. The semiconductor device according to claim 1, wherein an optical waveguide is formed on the insulating film on the surface of the semiconductor wafer.
形成され、 上記半導体ウェハ上に、トランジスタ,抵抗,容量素子
からなるアクティブプルダウン回路が形成されてなり、 上記光検出用デバイスのコレクタ端子およびエッミタ端
子が上記接続導体により取り出され、上記アクティブプ
ルダウン回路に接続されてなることを特徴とする請求項
1記載の半導体装置。7. A photo-detecting device is formed on the semiconductor chip, and an active pull-down circuit including a transistor, a resistor, and a capacitive element is formed on the semiconductor wafer, and a collector terminal of the photo-detecting device and The semiconductor device according to claim 1, wherein an emitter terminal is taken out by the connection conductor and is connected to the active pull-down circuit.
ッサと、一つ又は複数の入出力プロセッサと、一つ又は
複数の拡張メモリと、一つ又は複数の主メモリとを具備
し、 計算機におけるデ−タ及びアドレス情報を含む信号が、
上記の各プロセッサと各メモリとの間で伝達されてな
り、 上記信号の上記伝達を制御するシステムコントロールを
具備し、 上記の各プロセッサと各メモリおよびシステムコントロ
ールのうち少なくとも一つが請求項1記載の半導体装置
を用いて形成されてなることを特徴とする計算機。8. Data in a computer, comprising one or a plurality of instruction processors, one or a plurality of input / output processors, one or a plurality of extended memories, and one or a plurality of main memories. And a signal containing address information,
The system control system comprises: a system control, which is transmitted between each processor and each memory, and controls the transmission of the signal; and at least one of each processor, each memory, and a system control. A computer which is formed using a semiconductor device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3172179A JPH0521539A (en) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | Semiconductor device and computer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3172179A JPH0521539A (en) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | Semiconductor device and computer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0521539A true JPH0521539A (en) | 1993-01-29 |
Family
ID=15937045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3172179A Pending JPH0521539A (en) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | Semiconductor device and computer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0521539A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6458634B1 (en) * | 2001-04-18 | 2002-10-01 | International Business Machines Corporation | Reduction of induced charge in SOI devices during focused ion beam processing |
JP2008521213A (en) * | 2004-11-16 | 2008-06-19 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | Devices and methods for making double-sided SOI wafer scale packages with through-via connections |
-
1991
- 1991-07-12 JP JP3172179A patent/JPH0521539A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6458634B1 (en) * | 2001-04-18 | 2002-10-01 | International Business Machines Corporation | Reduction of induced charge in SOI devices during focused ion beam processing |
JP2008521213A (en) * | 2004-11-16 | 2008-06-19 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | Devices and methods for making double-sided SOI wafer scale packages with through-via connections |
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