DE10131011B4 - Halbleiterchip und Anordnung eines Halbleiterbauelementes auf einem Substrat - Google Patents
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Abstract
Halbleiterchip (10; 20) mit – mindestens einem Kontaktpad (13), der sich in einer obersten Metalllage des Halbleiterchips (10, 20) befindet, – mindestens einer zugehörigen Kontaktfläche (12, 22), die an einer Oberfläche des Halbleiterchips (10, 20) angeordnet ist, und wobei die Kontaktfläche (12, 22) eine größere Fläche aufweist als der Kontaktpad (13), – mindestens einer Durchkontaktierung (14) von der Oberfläche zu dem mindestens einen Kontaktpad (13), über die der Kontaktpad (13) mit der mindestens einen zugehörigen Kontaktfläche (12, 22) verbunden ist, wobei die Durchkontaktierung (14) eine wesentlich geringere Fläche aufweist als die Kontaktfläche (12, 22), und wobei die Kontaktfläche (12, 22) als SOLID-Metallisierung ausgebildet ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung eines Halbleiterbauelementes aus zumindest zwei Halbleiberchips aufeinem als Chipträger vorgesehenen Substrat.
- Halbleiterbauelemente, welche aus einem ersten Chip und zumindest einem zweiten Chip bestehen, wobei der zweite Chip auf dem ersten Chip angeordnet ist und wobei der erste und der zweite Chip elektrisch miteinander verbunden sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Der zweite Chip, welcher üblicherweise auf einer ersten Hauptseite mit Kontaktflächen des ersten Chips angeordnet ist, ist regelmäßig über Borddrähte mit einigen der Kontaktflächen des ersten Chips elektrisch verbunden. Der zweite Chip wird folglich mit seiner Rückseite, also der Seite, die keine Kontaktflächen aufweist, auf der ersten Hauptseite des Chips angeordnet.
- Das so beschaffene Halbleiterbauelement wird seinerseits wiederum auf einem Substrat angeordnet und elektrisch mit diesem verbunden. üblicherweise wird der erste Chip mit seiner Rückseite – also der der ersten Hauptseite gegenüberliegenden Hauptseite – auf dem Substrat angeordnet. Auf der ersten Hauptseite des ersten Chips befindliche Kontaktflächen können dann über Bonddrähte mit entsprechenden Kontaktflächen auf der Bestückungsseite des Substrates verbunden werden.
-
US 5 977 640 A undUS 6 225 699 B1 beschreiben verschiedene Anordnungen von Halbleiterchips übereinander. Die Halbleiterchips sind beispielsweise über konventionelle Löttechnik unter Verwendung von Lotkugeln miteinander verbunden. -
DE 199 07 276 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Lötverbindung zwischen einem elektrischen Bauelement und einem Trägersubstrat. Bei dem Lötprozess bildet sich durch einen Diffusionsprozess eine dünne Schicht einer innermetallischen Phase. -
US 5 897 341 A zeigt das Auflöten eines Halbleiterchips auf ein Substrat. Dabei werden dünne Metallflächen auf dem Chip und auf dem Substrat vorgesehen, die ausgewählte unterschiedliche Metalle aufweisen. Die Metallflächen werden durch einen Feststoff-Diffusionsprozess miteinander verbunden. - Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Lösung für die Anordnung eines gattungsgemäßen Halbleiterbauelementes auf einem Substrat und einen besonders dafür geeigneten Chip anzugeben.
- Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. Anspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
- Die Erfindung schlägt eine Anordnung eines Halbleiterbauelementes auf einem Substrat vor, bei der das Substrat auf einer Bestückungsseite Kontaktflächen aufweist. Das Halbleiterbauelement besteht aus einem ersten Chip und zumindest einem zweiten Chip, wobei der zweite Chip auf dem ersten Chip angeordnet ist und wobei der erste und der zweite Chip elektrisch miteinander verbunden sind. Der erste Chip weist auf seiner ersten Hauptseite Kontaktflächen auf, über die der erste Chip elektrisch mit zugeordneten Kontaktflächen des Substrates verbunden weiden kann. Die Erfindung sieht vor, daß die auf der ersten Hauptseite des ersten Chips gelegenen Kontaktflächen, den Kontaktflächen des Substrates zugewandt sind und über ein Verbindungsmittel mit den Kontaktflächen des Substrates verbunden sind.
- Die Kontaktflächen auf der ersten Hauptseite des ersten Chips sind als sogenannte SOLID-Metallisierung ausgeführt, die an sich bekannt ist. Gegenüber konventionellen Bondpads in der obersten Metallage eines Chips weisen diese SOLID-Metallisierungen den Vorteil auf, daß diese wesentlich größer ausgeführt werden können. Die Bondpads bei konventionellen Chips sind üblicherweise in der obersten Metallebene auf der ersten Hauptseite des Chips ausgeführt. Die zur Verfügung stehende Fläche für das Bondpad ist deshalb aus Design-Gründen begrenzt. Die SOLID-Metallisierung hingegen ist auf der ersten Hauptseite des ersten Chips angeordnet und über eine wesentlich kleinere Durchkontaktierung mit dem Bondpad in der obersten Metallage des Chips elektrisch verbunden. Hierdurch kann fast die gesamte Fläche für die Bondpads im ersten Chip entfallen, da die zur Kontaktierung benötigte Fläche durch die SOLID-Metallisierung direkt auf der Passivierungsschicht des Chips bereitgestellt wird.
- SOLID-Metallisierungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, daß sie hoch temperaturfest sind. Die Metallisierungen überstehen unbeschadet Temperaturen über 600°C. Diese Eigenschaften erlauben es, bei der Kontaktierung des Halbleiterbauelementes mit einem Substrat anstatt der üblicherweise verwendeten Bondverbindungen kostengünstige Lötverfahren anzuwenden.
- Die Kontaktflächen bestehen beispielsweise aus AlSiCu oder sind bereits mit einer lötbaren Oberfläche, zum Beispiel Kupfer, metallisiert.
- Wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich werden wird, ermöglicht es die Erfindung, das Halbleiterbauelement, das heißt insbesondere den ersten Chip, nach dem Prinzip des ”Flip-Chip” mit dem Substrat zu kontaktieren.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der zumindest eine zweite Chip auf der ersten Hauptseite des ersten Chips angeordnet. Vorzugsweise befindet sich der zweite Chip folglich auf der Seite, auf der die mit dem Substrat zu verbindenden Kontaktflächen vorgesehen sind. Dieses Vorgehen ermöglicht, die Herstellung des Halbleiterbauelementes, solange die ersten Chips noch im Waferverbund vorliegen.
- Vorzugsweise ist der zumindest eine zweite Chip so zu dem ersten Chip hin angeordnet, daß einander zugeordnete Kontaktflächen des ersten und des zweiten Chips einander zugewandt und elektrisch miteinander verbunden sind, wobei der Abstand zwischen einer jeweiligen Kontaktfläche des ersten und des zweiten Chips weniger als 10 μm beträgt. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist dieser Abstand nur höchstens halb so groß oder besser nur höchstens ein Viertel so groß. Ein typischer Abstand von 2 μm zwischen den Kontaktflächen bei gleichzeitig hoher Kontaktdichte kann durch das Verfahren der Diffusionslöttechnik (SOLID), die an sich bekannt ist, erreicht werden.
- Diese erfindungsgemäße Anordnung mit einem geringen Abstand zwischen einer jeweiligen Kontaktfläche des ersten und des zweiten Halbleiterchips ist insbesondere vorteilhaft bei einer Verwendung eines dünnen, flexiblen zweiten Chips. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Chip ebenfalls dünn und flexibel ausgeführt ist. Es wurde in Versuchen nachgewiesen, daß eine ganzflächige Verbindung von erstem und zweitem Chip zu einer zuverlässigen Kontaktierung führt, auch wenn der Abstand weniger als 10 μm beträgt und die Verbindungszone oder Verbindungsschicht aus einem Material besteht, das kein plastisches Fließen ermöglicht, wie zum Beispiel die intermetallischen Phasen des Verbindungsmaterials, das beim Diffusionslöten eingesetzt wird.
- Die so übereinander angeordneten ersten und zweiten Chips sind hinsichtlich ihres Biegeverhaltens optimiert. Darüber hinaus ergibt sich ein äußerst dünner Schichtstapel, welcher in allen zu miniaturisierenden Anordnungen vorteilhaft eingesetzt werden kann.
- Gemäß dem Gedanken der Erfindung werden die Kontaktflächen des ersten Chips und des Substrates über ein Verbindungsmittel miteinander verbunden.
- Als Verbindungsmittel können dabei Leitkleber oder Lotbumps verwendet werden. In dieser Ausgestaltung sind, wie oben bereits erwähnt, die Kontaktflächen des ersten Chips und die des Substrates einander zugewandt. Der erste Chip wird somit über die Lotbumps oder den Leitkleber Flip-Chip mit dem Substrat kontaktiert. Wird der zweite Chip über die Diffusionslöttechnik (SOLID) mit dem ersten Chip verbunden, und ist dieser gleichzeitig auf seiner Rückseite gedünnt, so weist der zweite Chip eine geringere Dicke als die des Verbindungsmittels auf. Der beziehungsweise die zweiten Chips können somit geschützt in dem durch das Substrat, den ersten Chip und das Verbindungsmittel gebildeten Hohlraum angeordnet werden.
- Vorzugsweise weist auch das Substrat Kontaktflächen auf, die aus einer SOLID-Metallisierung bestehen. Da bei der beschriebenen Variante die Verbindung großflächig aufgrund der großen Kontaktflächen erfolgen kann, kann auf ein zusätzliches Stabilisierungsmittel zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Substrat verzichtet werden. üblicherweise wird als Stabilisierungsmittel ein ”Underfill” verwendet. Besonders vorteilhaft ist das beschriebene Vorgehen dann, wenn das Substrat ein Folienträger ist.
- Als Verbindungsmittel zwischen einander zugeordneten Kontaktflächen des ersten Chips und des Substrats kann auch ein Zwischenträger vorgesehen sein, der auf seiner Ober- und Unterseite Kontaktflächen aufweist, die so ausgerichtet sind, daß sie den Kontaktflächen des ersten Chips und den Kontaktflächen des Substrates zugewandt und mit diesen elektrisch verbunden sind, wobei jeweilige Kontaktflächen des Zwischenträgers über Durchkontakte elektrisch in Verbindung stehen. Bei der Verwendung eines Zwischenträgers können die einander zugeordneten Kontaktflächen auf der Oberseite und die Kontaktflächen des ersten Chips über eine Diffusionslotschicht verbunden werden, wodurch der Abstand zwischen den einander zugeordneten Kontaktflächen weniger als 10 μm beträgt. Gleiches gilt für die einander zugeordneten Kontaktflächen des Zwischenträgers und den Kontaktflächen des Substrates.
- Ist der zweite Chip auf der ersten Hauptseite des Trägers angeordnet, so weist der Zwischenträger vorteilhafterweise eine Ausnehmung auf, in die der zumindest eine zweite Chip hineinragt.
- Werden die Kontaktflächen des ersten Chips des Halbleiterbauelementes direkt mit den Kontaktflächen des Substrates über eine Diffusionslotschicht verbunden, so weist das Substrat vorzugsweise ebenfalls eine Ausnehmung auf, in die der zumindest eine zweite Chip hineinragt.
- Bei einer Verbindung über eine Diffusionslotschicht ist die Dicke des zweiten Chips in jedem Fall größer als die Dicke der Diffusionslotschicht. Ohne die genannte Ausnehmung müßte der zweite Chip auf der von dem Substrat abgewandten Hauptseite des ersten Chips angeordnet werden. Hierdurch würde sich jedoch die elektrische Kontaktierung von erstem und zweitem Chip verkomplizieren.
- Es folgt eine genauere Beschreibung von Beispielen der erfindungsgemäßen Anordnung anhand der
1 bis5 . Es zeigen: -
1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung in perspektivischer Ansicht, wobei das Halbleiterbauelement über Bonddrähte mit dem Substrat verbunden ist, -
2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der das Halbleiterbauelement über eine Diffusionslotverbindung mit dem Substrat kontaktiert ist, -
3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die Kontaktflächen des Halbleiterbauelementes und des Substrates über Leitkleber oder Lotbumps miteinander verbunden sind, -
4 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Substrat ein Zwischenträger vorgesehen ist und -
5 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem ersten Chip, der den Aufbau der SOLID-Metallisierung darstellt. -
1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung in einer perspektivischen Darstellung. Auf der Bestükkungsseite31 eines Substrates30 ist ein Halbleiterbauelement, bestehend aus einem ersten Chip10 und einem auf dessen erster Hauptseite11 aufgebrachten zweiten Chip20 angeordnet. Der zweite Chip20 weist, wie aus der1 gut ersichtlich ist, eine wesentlich kleinere Fläche als der erste Chip10 auf. Erster und zweiter Chip sind ”face-to-face” elektrisch miteinander verbunden. Der erste und der zweite Chip10 ,20 weisen somit jeweils einander zugeordnete Kontaktflächen auf, die elektrisch miteinander verbunden sind. Aus der in der1 gewählten perspektivischen Darstellung geht diese Art der Verbindung nicht hervor. Alternativ ist auch bekannt, den zweiten Chip20 mit seiner Rückseite auf die erste Hauptseite11 des ersten Chips10 aufzubringen und eine elektrische Verbindung zwischen jeweiligen Kontaktflächen des ersten und zweiten Chips10 ,20 über Bonddrähte zu realisieren. In diesem Fall müßten die dem zweiten Chip zugeordneten Kontaktflächen benachbart dessen Berandung angeordnet sein. - Der erste Chip
10 weist auf dessen erster Hauptseite11 Kontaktflächen12 auf, die über Banddrähte51 mit Kontaktflächen32 des Substrates30 elektrisch verbunden sind. Die mechanische Befestigung des Halbleiterbauelementes mit dem Substrat erfolgt beispielsweise durch Klebung oder Lötung. - In der
1 ist beispielhaft nur ein zweiter Chip20 auf der ersten Hauptseite11 des ersten Chips10 dargestellt. Es ist auch bekannt, mehrere zweite Chips20 jeweils auf der ersten Hauptseite11 anzuordnen. Denkbar ist auch, daß der zweite Chip20 als Chipstapel, also als mehrere übereinander angeordnete Chips, ausgebildet ist. Derartige Chipstapel und deren Kontaktierung untereinander sind aus dem Stand der Technik bekannt. -
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung. Das Halbleiterbauelement ist dabei prinzipiell wie in1 beschrieben, aufgebaut. Der erste und der zweite Chip10 ,20 sind vorzugsweise mittels Diffusionslöttechnik (SOLID) verbunden. Die jeweiligen Kontaktflächen12 ,22 sind dabei über Durchkontaktierungen, welche wesentlich kleiner als die Kontaktfläche selber ausgeführt sind, mit jeweiligen Kontaktpads in der obersten Metallage des ersten Chips10 bzw. zweiten Chips20 verbunden. Dies geht beispielsweise aus der5 der Anmeldung hervor. Der Abstand zwischen einer jeweiligen Kontaktfläche des ersten und des zweiten Chips beträgt dabei weniger als 10 μm. Der elektrische Kontakt mit Kontaktflächen32 des Substrates30 erfolgt nun ”Flip-Chip”. Im gewählten Ausführungsbeispiel werden einander zugeordnete Kontaktflächen12 ,32 über eine Diffusionslotschicht52 miteinander verbunden. Der Abstand zwischen den einander zugeordneten Kontaktflächen12 ,32 beträgt somit maximal 10 μm. Da auch ein von seiner Rückseite her gedünnter zweiter Chip20 eine größere Dicke D1 aufweist, ist in dem Substrat30 eine Ausnehmung33 vorgesehen, in die der zweite Chip20 hineinragt. Die Ausnehmung33 ist dabei vorteilhafterweise an die Größe des zweiten Chips20 angepaßt. In der2 braucht der zweite Chip20 nicht notwendigerweise von seiner Rückseite gedünnt sein. Eine Dünnung bringt jedoch Vorteile bezüglich seiner Flexibilität und somit bezüglich seiner Zuverlässigkeit mit sich. - In dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß
3 sind einander zugeordnete Kontaktflächen12 ,32 mit einem Leitkleber oder Lotbumps50 miteinander elektrisch und mechanisch verbunden. Die Dicke D2 des Leitklebers beziehungsweise der Lotbumps50 ist dabei regelmäßig größer als die Dicke D1 des zweiten Chips20 . Deshalb ist in diesem Ausführungsbeispiel das Vorsehen einer Ausnehmung in dem Substrat30 nicht notwendig. Der zweite Chip20 kommt somit in dem durch den ersten Chip10 , das Substrat30 sowie den Leitkleber beziehungsweise die Lotbumps50 gebildeten Hohlraum zum Liegen. Eine weitere mechanische Befestigung des Halbleiterbauelementes mit dem Substrat, zum Beispiel mittels eines Underfill, ist nicht notwendig, aber denkbar, da durch die in SOLID-Technik hergestellten Kontaktflächen12 ,32 bereits eine ausreichend großflächige Verbindung gegeben ist. - Als Verbindungsmittel zwischen den einander zugeordneten Kontaktflächen
12 ,32 könnte auch jedes andere beliebige Lötverfahren eingesetzt werden. Dies ist deshalb möglich, da die SOLID-Metallisierungen eine besonders hohe Temperaturfestigkeit aufweisen. Im Gegensatz zum Stand der Technik zeichnet sich die SOLID-Metallisierung dadurch aus, daß die Kontaktpads13 in der obersten Metallage des ersten Chips beziehungsweise des Substrates über Durchkontaktierungen14 mit jeweiligen Kontaktflächen verbunden sind. Die Kontaktpads13 brauchen ihrerseits nur eine geringe Fläche. Die in dem Substrat beziehungsweise Chip gewonnene Fläche in der obersten Metallage kann somit für andere Zwecke verwendet werden. Den Aufbau einer derartigen SOLID-Metallisierung zeigt die vorliegende5 . -
4 stellt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung dar. Das Halbleiterbauelement, bestehend aus dem ersten und dem zweiten Chip10 ,20 ist hierbei über einen Zwischenträger40 mit dem Substrat30 kontaktiert. Der Zwischenträger40 ist mit seiner Unterseite42 mit der Bestückungsseite31 des Substrates30 verbunden. Auf seiner Unterseite42 weist der Zwischenträger40 Kontaktflächen45 auf, die den Kontaktflächen32 des Substrates zugeordnet sind. Die Kontaktflächen45 sind über Durchkontaktierungen46 mit Kontaktflächen44 auf der Oberseite41 elektrisch verbunden. Den Kontaktflächen44 sind die Kontaktflächen12 des ersten Chips10 zugeordnet. Vorzugsweise erfolgt die elektrische Kontaktierung jeweils zugeordneter Kontaktflächen mittels einer Diffusionslotverbindung. Aufgrund der geringen Dicke einer Diffusionslotverbindung weist der Zwischenträger40 eine Ausnehmung43 auf, in die der zweite Chip20 hineinragen kann. - Die Verwendung eines Leitklebers anstelle der auf den Kontaktflächen aufgewachenen Kopferschicht ermöglicht ebenfalls geringe Dicken zwischen jeweils zugeordneten Kontaktflächen.
- Der Zwischenträger, ebenso wie die Lothöcker oder Studbumps übernehmen den Ausgleich einer thermischen Fehlanpassung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Substrat, wie dies bei konventionellen Anordnungen üblich ist.
- Bezugszeichenliste
-
- 10
- erster Chip
- 11
- erste Hauptseite
- 12
- Kontaktfläche
- 13
- Kontaktpad (in der obersten Metallage des Chips)
- 14
- Durchkontaktierung (Via)
- 20
- zweiter Chip
- 21
- erste Hauptseite
- 22
- Kontaktfläche
- 30
- Substrat
- 31
- Bestückungsseite
- 32
- Kontaktfläche
- 33
- Ausnehmung
- 40
- Zwischenträger
- 41
- Oberseite
- 42
- Unterseite
- 43
- Ausnehmung
- 44
- Kontaktfläche
- 45
- Kontaktfläche
- 46
- Durchkontaktierung
- 50
- Leitkleber, Lothöcker, Studbumps
- 51
- Bonddraht
- 52
- Diffusionslötverbindung
- D1
- Dicke des zweiten Chips
- D2
- Dicke des Verbindungsmittels
Claims (10)
- Halbleiterchip (
10 ;20 ) mit – mindestens einem Kontaktpad (13 ), der sich in einer obersten Metalllage des Halbleiterchips (10 ,20 ) befindet, – mindestens einer zugehörigen Kontaktfläche (12 ,22 ), die an einer Oberfläche des Halbleiterchips (10 ,20 ) angeordnet ist, und wobei die Kontaktfläche (12 ,22 ) eine größere Fläche aufweist als der Kontaktpad (13 ), – mindestens einer Durchkontaktierung (14 ) von der Oberfläche zu dem mindestens einen Kontaktpad (13 ), über die der Kontaktpad (13 ) mit der mindestens einen zugehörigen Kontaktfläche (12 ,22 ) verbunden ist, wobei die Durchkontaktierung (14 ) eine wesentlich geringere Fläche aufweist als die Kontaktfläche (12 ,22 ), und wobei die Kontaktfläche (12 ,22 ) als SOLID-Metallisierung ausgebildet ist. - Anordnung mit einem Halbleiterbauelement, das auf einem Substrat angeordnet ist, wobei – das Substrat (
30 ) auf einer Bestückungsseite (31 ) Kontaktflächen (32 ) aufweist, – das Halbleiterbauelement einen ersten Chip (10 ) und zumindest einem zweiten Chip (20 ) aufweist, wobei der zweite Chip (20 ) auf dem ersten Chip (10 ) angeordnet ist und wobei der erste und der zweite Chip (10 ,20 ) elektrisch miteinander verbunden sind, – der erste Chip (10 ) auf seiner ersten Hauptseite (11 ) Kontaktflächen (12 ) aufweist und mit – seiner ersten Hauptseite (11 ) der Bestückungsseite (31 ) des Substrates (30 ) zugewandt ist, – die Kontaktflächen (12 ) des ersten Chips (10 ) mit einander zugeordneten Kontaktflächen (32 ) des Substrates (30 ) über ein Verbindungsmittel (40 ,50 ,51 ,52 ) elektrisch miteinander verbunden sind, und wobei mindestens der erste Chip (10 ) oder der zweite Chip (20 ) ein Halbleiterchip (10 ,20 ) gemäß Anspruch 1 ist. - Anordnung nach Anspruch 2, bei der der zumindest eine zweite Chip (
20 ) auf der ersten Hauptseite (11 ) des ersten Chips (10 ) angeordnet ist. - Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei der der zumindest eine zweite Chip (
20 ) so zu dem ersten Chip (10 ) hin angeordnet ist, dass einander zugeordnete Kontaktflächen (12 ,22 ) des ersten und des zweiten Chips (10 ,20 ) einander zugewandt und elektrisch miteinander verbunden sind, wobei der Abstand zwischen einer jeweiligen Kontaktfläche des ersten und des zweiten Chips (10 ,20 ) weniger als 10 μm beträgt. - Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der der zumindest eine zweite Chip (
20 ) auf der seinen Kontaktflächen (22 ) gegenüberliegenden Hauptseite dünn geschliffen ist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der als Verbindungsmittel zwischen einander zugeordneten Kontaktflächen (
12 ,32 ) des ersten Chip (10 ) und des Substrats (30 ) ein Zwischenträger (40 ) vorgesehen ist, der auf seiner Ober- und Unterseite (41 ,42 ) Kontaktflächen (44 ,45 ) aufweist, die so ausgerichtet sind, dass sie den Kontaktflächen (12 ) des ersten Chips (10 ) bzw. den Kontaktflächen (32 ) des Substrates (30 ) zugewandt und mit diesen elektrisch verbunden sind, wobei jeweilige Kontaktflächen (44 ,45 ) des Zwischenträgers (40 ) über Durchkontakte (46 ) elektrisch in Verbindung stehen. - Anordnung nach Anspruch 6, bei der als Verbindungsmittel zwischen einander zugeordneten Kontaktflächen (
12 ,44 ) des ersten Chip (10 ) und des Zwischenträgers (40 ) und zwischen einander zugeordneten Kontaktflächen (45 ,32 ) des Zwischenträgers und des Substrats (32 ) eine Diffusionslotschicht vorgesehen ist, wodurch der Abstand zwischen den einander zugeordneten Kontaktflächen (12 ,44 ;45 ,32 ) weniger als 10 μm beträgt. - Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der als Verbindungsmittel Leitkleber, Lotbumps oder Studbumps vorgesehen ist.
- Anordnung nach Anspruch 8, bei der der zumindest eine zweite Chip (
20 ) eine Dicke (D1) aufweist, die geringer als die Dicke des Verbindungsmittels (D2) zwischen einander zugeordneten Kontaktflächen (12 ,32 ) des ersten Chip (10 ) und des Substrats (30 ) ist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der das Substrat (
30 ) oder der Zwischenträger (40 ) eine Ausnehmung (33 ,43 ) aufweist, in die der zumindest eine zweite Chip (20 ) hineinragt.
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Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5897341A (en) * | 1998-07-02 | 1999-04-27 | Fujitsu Limited | Diffusion bonded interconnect |
JPH11177020A (ja) * | 1997-12-11 | 1999-07-02 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体実装構造およびその実装方法 |
US5977640A (en) * | 1998-06-26 | 1999-11-02 | International Business Machines Corporation | Highly integrated chip-on-chip packaging |
DE19856573C1 (de) * | 1998-12-08 | 2000-05-18 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur vertikalen Integration von aktiven Schaltungsebenen und unter Verwendung desselben erzeugte vertikale integrierte Schaltung |
DE19907276A1 (de) * | 1999-02-20 | 2000-09-07 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Herstellung einer Lötverbindung zwischen einem elektrischen Bauelement und einem Trägersubstrat |
JP2000269409A (ja) * | 1999-03-16 | 2000-09-29 | Nec Corp | 半導体装置 |
US6225699B1 (en) * | 1998-06-26 | 2001-05-01 | International Business Machines Corporation | Chip-on-chip interconnections of varied characteristics |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6150724A (en) * | 1998-03-02 | 2000-11-21 | Motorola, Inc. | Multi-chip semiconductor device and method for making the device by using multiple flip chip interfaces |
US6154370A (en) * | 1998-07-21 | 2000-11-28 | Lucent Technologies Inc. | Recessed flip-chip package |
KR100470386B1 (ko) * | 1998-12-26 | 2005-05-19 | 주식회사 하이닉스반도체 | 멀티-칩패키지 |
-
2001
- 2001-06-27 DE DE10131011.0A patent/DE10131011B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2002
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- 2002-06-12 TW TW091112788A patent/TW552696B/zh active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11177020A (ja) * | 1997-12-11 | 1999-07-02 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体実装構造およびその実装方法 |
US5977640A (en) * | 1998-06-26 | 1999-11-02 | International Business Machines Corporation | Highly integrated chip-on-chip packaging |
US6225699B1 (en) * | 1998-06-26 | 2001-05-01 | International Business Machines Corporation | Chip-on-chip interconnections of varied characteristics |
US5897341A (en) * | 1998-07-02 | 1999-04-27 | Fujitsu Limited | Diffusion bonded interconnect |
DE19856573C1 (de) * | 1998-12-08 | 2000-05-18 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur vertikalen Integration von aktiven Schaltungsebenen und unter Verwendung desselben erzeugte vertikale integrierte Schaltung |
DE19907276A1 (de) * | 1999-02-20 | 2000-09-07 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Herstellung einer Lötverbindung zwischen einem elektrischen Bauelement und einem Trägersubstrat |
JP2000269409A (ja) * | 1999-03-16 | 2000-09-29 | Nec Corp | 半導体装置 |
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Publication number | Publication date |
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