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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiter-Speicher-Bauelement und
ein Halbleiter-Bauelement
einschließlich
eines Halbleiter-Speicher-Bauelements. Insbesondere bezieht sich
die vorliegende Erfindung auf ein Halbleiter-Speicher-Bauelement,
welches effektiv hergestellt werden kann unter Verwendung von Mehr-Chip-Modul
(hiernach einfach als "MCM" bezeichnet)-Technologien
und eines Halbleiter-Bauelements einschließlich eines solchen Halbleiter-Speicher-Bauelements.
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2. Beschreibung des technologischen
Hintergrunds
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Ein
dynamisches Speicher mit direktem bzw. wahlfreiem Zugriff (DRAM)
Bauelement ist ein weithin verwendetes Halbleiter-Speicher-Bauelement.
Ein DRAM enthält
im Allgemeinen ein Speicher-Zellen-Array bzw. – Feld umfassend eine Mehrzahl
von Speicher-Zellen, welche in einem Array als ein Speicher-Abschnitt angeordnet
sind. Um die Anzahl der Pins zu verringern, welche für ein Gehäuse eines
DRAM verwendet werden, wird ein Chip mit einer Schaltungskonfiguration
wie in 1 gezeigt im Allgemeinen ausgebildet. Wie in 1 gezeigt,
enthält
der DRAM 95 einen Schaltungsblock 50, wo ein Speicherzellenfeld 1 umfassend
eine Mehrzahl von Speicher-Zellen, welche in einem Feld bzw. Array
angeordnet sind, vorgesehen ist, als ein zentraler bzw. Mittel-Abschnitt,
und die folgenden Schaltungen werden mit dem gleichen Abstand bzw.
Teilung (pitch) ausgelegt wie der Abstand für die Mehrzahl der Speicherzellen
innerhalb des Speicher-Zellen-Feldes 1: Ein Zeilen-Dekoder 5 und
ein Wort-Treiber bzw. -Ansteuerelement 6 zum Auswählen einer
Wort-Leitung; ein Leseverstärker 4 zum
Verstärken
eines Signals auf einer Bit-Leitung; eine Spalten-Auswählvorrichtung
bzw. – Selektor 3 zum
Auswählen
von Bit-Daten bei einer frei wählbaren
Position aus dem Signal, welches verstärkt wurde von dem Leseverstärker 4,
um so die ausgewählten
Daten an eine Datenleitung auszugeben; und einen Spalten-Dekoder 2 zum
Erzeugen eines Auswahlsignals, welches der Spalten-Auswählvorrichtung
bzw. -Selektor 3 zugeführt
werden soll. Hiernach werden ein solcher Schaltungsblock 50 einschließlich des
Speicher-Zellen-Feldes 1 und die obigen Schaltungen, welche
mit dem gleichen Abstand ausgelegt wurden wie der Abstand für die Mehrzahl
der Speicher-Zellen innerhalb des Speicher-Zellen-Feldes 1,
ein "Speicher-Kern-Abschnitt" genannt werden.
Des Weiteren sind die folgenden Schaltungen ausgelegt ohne von dem
Speicher-Zellen-Abstand innerhalb des Speicher-Zellen-Feldes 1 abzuhängen: Ein
Zeilen-Adress-Puffer 10 zum Empfangen einer Zeilen-Adresse
von einem Adress-Signal A (10:0) Eingabeanschluss 32; ein
Spalten-Adress-Puffer 9 zum
Empfangen einer Spalten-Adresse über
den gleichen Anschluss 32; ein Zeilen-Adress-Zähler 11 zum Erzeugen
einer Auffrischungs (refresh) -Adresse; ein Zeilen-Vor-Dekoder 8 zum
vorherigen Dekodieren eines eingegebenen Adress-Signals, um so das
Signal umzuwandeln, welches ausgegeben wird von dem Zeilen-Adress-Puffer 10,
in ein Signal, welches angelegt wird an den Zeilen-Dekoder 5;
ein Spalten-Vor-Dekoder 7 zum vorherigen Dekodieren eines
eingegebenen Adress-Signals, um das Signal umzuwandeln, welches ausgegeben
wird von dem Spalten-Adress-Puffer 9, in ein Signal, welches
angelegt wird an den Spalten-Dekoder 2; ein Daten-Eingabe-Puffer 12 zum
Eingeben von Daten an einen Daten DQ (7:0) Eingabeanschluss 36;
ein Daten-Ausgabe-Puffer 13 zum Ausgeben von Daten von
dem Daten DQ (7:0) Ausgabeanschluss 36; ein Schreib-Verstärker 14 zum
Schreiben von Daten auf bzw. in eine Speicherzelle; ein Leseverstärker 15 zum Auslesen
von Daten aus einer Speicher-Zelle; ein RAS/CAS Taktgenerator 16 zum
Erzeugen eines Zeitsteuersignal, welches verwendet wird innerhalb
des DRAM, basierend auf einem RAS Signal und einem CAS Signal, eingegeben über einen
RAS Signaleingabeanschluss 30 bzw. einen CAS Signaleingabeanschluss 31; ein
WE-Taktgenerator 17 zum Erzeugen eines Schreib-Zeitsteuer-Signals,basierend
auf einem WE Signal, eingegeben über
ein WE Signaleingabeanschluss 35; ein OE-Taktgenerator 18 zum
Erzeugen eines Zeitsteuersignals für Ausgabedaten basierend auf
einem OE Signal, eingegeben über
einen OE Signaleingabeanschluss 37; ein Potential-Erzhöhungs bzw.
Zusatz-Potenzial (boosting) -Generator 19 zum Erzeugen
einer Spannung, welche für
das innere des DRAM benötigt
wird, um so ein Wort-Leitungs-Potential zu erhöhen bzw. verstärken; ein
Substrat-Potential-Generator 20 zum Erzeugen eines Potentials,
welches an ein Substrat angelegt wird; und ein 1/2 VCC Generator 21 zum
Erzeugen einer 1/2 VCC, welche benötigt wird als ein Potential, welches
an eine Bit-Leitungs-Vorladung (pre-charge) und eine Zellen-Platte
bzw. -Elektrode angelegt wird. Hiernach werden die obigen Schaltungen,
welche ausgelegt wurden ohne von dem Speicher-Zellen-Abstand innerhalb
des Speicher-Zellen-Feldes 1 abzuhängen, als Ganzes als ein "peripherer Speicher-Schaltungs-Abschnitt" bezeichnet werden.
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Weil
der DRAM 95 auf einem Chip die oben beschriebenen in 1 gezeigten
Schaltungen enthält, sind
nur Adress-Pins, Daten-Pins, verschiedene Steuer-Signal-Pins und
Leistungsversorgungs-Pins erforderlich als externe Pins zum Anbringen
des DRAM in einem Gehäuse.
Deshalb kann der DRAM in einem kleinen Gehäuse angebracht bzw. montiert
werden. Zum Beispiel werden in einem 8-Bit-Daten I/O 16 Mbit DRAM,
11 Adress-Pins, 8 Daten-Eingabe/Ausgabe-Pins, 4 Steuersignal-Pins
und 2 Leistungsversorgungs-Pins, d.h. insgesamt 25 Pins verwendet.
Entsprechend kann ein solcher DRAM in einem Gehäuse mit 28 Pins angeordnet werden.
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2 zeigt
ein beispielhaftes Layout bzw. Anordnung für den DRAM (16 Mbit DRAM in
diesem Fall) mit der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung.
Wie in 2 gezeigt, ist das Speicher-Zellen-Array 1 unterteilt
in vier 4 Mbits Platten bzw. Elektroden, und jede 4 Mbit Platte
bzw. Elektrode ist weiter unterteilt in sechzehn 256 Kbit Speicher-Zellen-Blöcke. Jeder
256 Kbit Speicher-Zellen-Block 96 enthält Speicher-Zellen in 256 Zeilen × 1024 Spalten.
Die Anzahl der Leseverstärker 4 und
Spalten-Auswahlvorrichtungen 3, welche vorgesehen sind
für jeden
Speicher-Zellen-Block, ist die gleiche wie die Anzahl der Spalten
der Speicher-Zelle, d.h. 1024. Der Zeilen-Dekoder 5 und
der Wort-Treiber 6 sind für jeden Speicher-Zellen-Block
vorgesehen; der Spalten-Dekoder 2 ist für jede Platte bzw. Elektrode
vorgesehen; und der periphere bzw. äußere Speicher-Schaltungsabschnitt
ist in dem Teil 94 zwischen den Spalten-Dekodern der rechten
und linken Seite in dem Mittelteil des Chips und in dem peripheren
bzw. Umfangsteil des Chips angeordnet. In diesem Fall ist das Auswahlsignal,
ausgegeben von dem Spalten-Dekoder 2 an die Spalten-Auswahlvorrichtung 3 ein
Signal, welches gemeinsam verwendet wird für die Platten bzw. Elektroden
auf der rechten und linken Seite. Weil die Auswahl-Signal-Leitung
den äußeren bzw.
peripheren Speicherschaltungsabschnitt 94 in dem Mittelteil
nicht überkreuzen kann,
sind die Spalten-Dekoder 2 auf
den rechten bzw. linken Platten- bzw. Elektroden angeordnet. Die
Kontaktstellen (pads), welche verwendet werden zum Verbinden des
Chips mit äußeren Pins,
sind in Kontaktstellen-Ausbildungs-Abschnitten 40 in dem
Mittelteil des Chips angeordnet. Diese Kontaktstellen und die externen Pins
des Gehäuses
sind mit einer Drahtverbindung bzw. wire bond verbunden.
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In
diesem Fall wird die Anschluss-Kapazität des Daten-Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 36 zum
Eingeben/Ausgeben der Daten am größten unter den Anschluss-Kapazitäten der
jeweiligen Signalanschlüsse 30 bis 32 und 35 bis 37,
wenn der Chip auf dem Gehäuse angebracht
ist. Eine Gesamt-Anschluss-Kapazität, welche erhalten wird durch
Addieren der Gate-Kapazität
eines Eingangs-Transistors; einer Leitungs-Kapazität von den
Anschlüssen
zu dem Eingangs-Transistor; einer Kapazität eines Bauelements zum Schutz
des Eingangs-Transistors
vor einem elektrischen Stromstoss bzw. Überspannung; einer Diffusions-Kapazität eines
Signal-Ausgabe-Transistors; einer Kapazität eines Bauelements zum Schutz
des Ausgabe-Transistors vor einer elektrischen Überspannung bzw. Stromstoss;
und Kapazitäten
einer Leitungs- und einer Verdrahtungsverbindung des Gehäuses, sind
ungefähr
5 pF. Eine Mehrzahl der Speicher-Bauelemente sind allgemein für ein System
vorgesehen, und die jeweiligen Anschlüsse der Mehrzahl der Speicher-Bauelemente
sind gemeinsam miteinander über
Bus-Leitungen verbunden. Entsprechend werden die Eigenschaften eines
DRAM allgemein abgeschätzt
unter der Annahme, dass eine Last-Kapazität von 50 pF mit den jeweiligen
Pins verbunden ist. Momentan wird ein Daten I/O mit einer Bit-Breite
von ungefähr
8 bis 16 Bits praktisch verwendet im Hinblick nicht nur auf die
Begrenzung der Anzahl der Gehäuse-Pins,
sondern auch auf die Erhöhung
des Leistungsverbrauches und des Rauschens, verursacht durch das
Ansteuern der Last-Kapazität.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
eines Systems unter Verwendung eines DRAM. In 3 sind
ein in einem Gehäuse
angeordneter DRAM 72 und eine Signal-Verarbeitungs LSI 71,
wie z.B. eine CPU, zusammengelötet
mit einer gedruckten Leiterplatte 70. Der DRAM 72 und
die Signal-Verarbeitungs LSI 71 sind miteinander verbunden über eine
gedruckte Leitung bzw. Verdrahtung 73. 3 zeigt
eine Konfiguration eines Systems, welches einen DRAM verwendet.
Jedoch verwendet eine große
Anzahl von Systemen eine Mehrzahl von DRAMs.
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Ein
DRAM wird hergestellt durch das Durchführen von komplizierten Halbleiter-Herstellungs-Prozessen
mit einer großen
Anzahl von Prozess-Schritten, um einen Speicher-Zellen-Kondensator mit kleiner Fläche und
großer
Kapazität
oder einen Speicher-Zellen-Transistor
mit einer geringen Menge eines Leckstromes herzustellen. Entsprechend
sind die Herstellungskosten des DRAM unter Verwendung einer 0,5 μm Entwurfs
(design)-Regel ungefähr
1,5 mal so hoch wie die Herstellungskosten eines Prozesses zur Herstellung
einer logischen LSI zur Ausbildung einer logischen LSI unter Verwendung
der gleichen Entwurfs-Regel.
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In
dem DRAM mit der in 1 gezeigten Schaltungs-Konfiguration
ist der DRAM Herstellungsprozess nur erforderlich für das Speicher-Zellen-Feld 1,
und die Komponenten außer
dem Speicher-Zellen-Feld 1 auf dem Chip können hergestellt
werden unter Verwendung des logischen LSI Prozesses zur Ausbildung
einer logischen LSI. Jedoch, wie in 2 gezeigt,
sind alle Komponenten des DRAM mit der in 1 gezeigten
Schaltungs-Konfiguration
hergestellt unter Verwendung des DRAM Herstellungsprozesses, so
dass die Herstellungskosten des DRAM nachteilig hoch werden.
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Dies
gilt für
Halbleiter-Speicher-Bauelemente, welche verschieden sind von dem
DRAM. Bei einem SRAM, einem EEPROM, einem Flash-Speicher und ähnlichem
wird der Teil einschließlich
des peripheren Schaltungsabschnittes, welcher von dem Speicher-Zellen-Feld
verschieden ist, auf einem Chip ausgebildet unter Verwendung von
Prozessen, welche höhere
Kosten erfordern verglichen mit einem Prozess zur Herstellung einer
logischen LSI, wodurch die Kosten des Halbleiter-Speicher-Bauelements
weiter erhöht
werden.
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Zusätzlich,
wie oben beschrieben, ist die Bit-Breite des Daten I/O, welche im
Allgemeinen verwendet wird für
ein Speicher-Bauelement, so klein wie 8 bis 16 Bits. Deshalb ist
in einem System zur Übertragung
von Daten mit einer großen
Bit-Breite die Daten I/O mit einer großen Bit-Breite ausgebildet
unter Verwendung einer großen
Anzahl von Speicher-Bauelementen
mit einer kleinen Kapazität.
Als Ergebnis davon bekommt ein solches System große Ausmaße und erfordert
höhere
Kosten.
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Andererseits,
weil klein bemessene und schnell antwortende bzw. reagierende Systeme
entwickelt wurden, wurden MCM Techniken zum Montieren bzw. Befestigen
einer Mehrzahl von blanken bzw. einfachen (bare) Chips einschließlich Speicherbauelementen
auf ein und dem selben Substrat und zum Verbinden der Chips mit
der kürzesten
Verdrahtung entwickelt. Jedoch werden bei dem Speicherchip, welcher
für eine
solches MCM verwendet wird, die teuren Speicher-Bauelemente, hergestellt
mit einer herkömmlichen
Konfiguration, wie in 2 gezeigt, verwendet, und die
Bit-Breite der Daten I/O auf einem Speicherchip ist begrenzt. Deshalb
ist es erforderlich eine große
Anzahl von Speicher-Bauelementen mit einer kleinen Kapazität zu verwenden,
um eine Daten I/O mit großer
Bit-Breite zu realisieren.
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Des
Weiteren wird das Potential des Halbleiter-Substrats eines DRAM
so festgelegt, dass es negativ ist, um die Datenspeicher-Eigenschaften
der Speicher-Zellen zu verbessern und die Zugriffszeit zu beschleunigen.
Dieses negative Potential wird erzeugt durch einen Generator 20 für das Substrat-Potential,
welcher auf dem DRAM integriert ist. Andererseits ist das Halbleiter-Substrat,
welches für
eine logische LSI verwendet wird, im Allgemeinen geerdet. Deshalb
wird die Impedanz des Halbleitersubstrats für den DRAM höher als
die Impedanz des Halbleiter-Substrats für die logische LSI, so dass
das Latch-Up und die elektrische Überspannungs- bzw. Stromstoss-Beständigkeit
des DRAM verschlechtert werden. Als Ergebnis wird ein großer Flächenabschnitt
zum Schutz der Eingabe von einem elektrischen Spannungsstoss bzw.
Stromstoss benötigt, und
ein Dreifach-Wannen-Struktur-Prozess, bei welchem nur der Speicher-Zellen-Bereich
auf dem Substrat auf ein negatives Potential gelegt wird, wird für einen
DRAM benötigt,
welcher hergestellt wird durch einen Prozess mit feiner bzw. kleiner
Strukturbildung, wodurch die Kosten des DRAM weiter erhöht werden.
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Des
Weiteren werden bei einem System, welches Speicher-Bauelemente verwendet,
mehrere Arten von Speicher-Bauelementen, nicht nur der DRAM, sondern
auch ein SRAM, ein EEPROM, ein Flash-Speicher und ähnliches,
häufig
verwendet. Bei all diesen Speicher-Bauelementen sind die peripheren Schaltungen
auf ein und dem gleichen Chip angeordnet, wo die Speicher-Zellen
angeordnet sind, so dass jeder Speicherchip die Schaltungen enthält, welcher
auf die gleiche Art arbeiten.
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Das
Dokument
US 4 761 681 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements und das so hergestellte
Halbleiter-Bauelement, wobei das Verfahren die Schritte umfasst,
dass ein Mesa auf einer Seite einer Halbleiteroberfläche ausgebildet
wird und dann ein Leitungspfad von dem Mesa sich durch den Schnitt
erstreckend zu der gegenüberliegenden
Seite des Halbleitersubstrats ausgebildet wird. Aluminium-/Siliziumlegierung-Tröpfchen werden
auf der ersten Seite abgelegt und bilden ein flüssiges Eutektikum, welches
sich zu der gegenüberliegenden
Seite erstreckt durch Bereitstellen eines thermischen Gradienten quer
durch den Schnitt, welcher Thermomigration des flüssigen Eutektikums
hervorruft. Eine elektrische Schaltung wird dann auf der gegenüberliegenden
Seite ausgebildet und mit dem metallischen Leiter elektrisch verbunden,
welcher sich durch das Substrat ausgebildet durch die Thermomigration
des flüssigen
Eutektikums erstreckt. Eine Halbleiterstruktur wird auch beschrieben,
welche eine erhöhte
Oberfläche
auf der ersten Seite eines Halbleitersubstrats enthält und eine
Vertiefung in der anderen Seite enthält, auch die Kombination von zwei
oder mehr solcher Substrate angeordnet in einer Stapelkonfiguration.
Die erhöhte
Oberfläche
hat eine elektrisch leitfähige
Schicht darauf, welche mit einem elektrisch leitfähigen Material
verbunden ist, welches sich von der erhöhten Oberfläche zu der Vertiefung in der
gegenüberliegenden
Seite des Halbleitersubstrats erstreckt. Zumindest ein elektrisches
Schaltungselement befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des Halbleitersubstrats
und ist elektrisch mit dem leitfähigen
Material auf der gegenüberliegenden
Seite des Substrats verbunden.
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Das
Dokument
US 4 197 590 beschreibt
ein Computergrafikanzeigesystem, welches einen Zufallszugriffrasterspeicher
enthält
zum Speichern von anzuzeigenden Daten, eine Rasterspeichersteuereinheit
enthält zum
Schreiben von Daten in den Rasterspeicher, eine Videosteuereinheit
enthält
zum Veranlassen, dass solche Informationen auf einem CRT Anzeigebildschirm
angezeigt wird, eine Mikrosteuereinheit enthält zum Steuern der Funktion
und des Takts der Rasterspeichersteuereinheit und der Videosteuereinheit,
und einen Computer enthält,
welcher angepasst ist, um Datenaustausch zwischen der Mikrosteuereinheit
und einem Hauptcomputer zu ermöglichen.
Das angezeigte Bild kann extrem hohe Komplexität besitzen mit im Wesentlichen
keinem Problem von Bildschirmflimmern. Zoom- und Schwenkeigenschaften erlauben die
Benutzung eines sehr komplex gespeicherten Bildes auf eine flexible
Weise, und eine Bildschirmaufteilungs-Technik ermöglicht einem
Benutzer an einem sehr komplexen Bild auf einer Detailstufe zu arbeiten,
während
er weiter einen Überblick über das
gesamte Bild hat, oder einen Ausschnitt daraus, welches bzw. welcher
gleichzeitig vor ihm darstellt wird. Die Bildschirmaufteilungs-Eigenschaft
erlaubt auch die gleichzeitige Anzeige von alphanumerischen Nachrichten,
wie Kommandozeilen, Menüs,
oder X-Y Auslesen, welche der Graphikanzeige hinzugefügt werden
und ein kleiner Bereich des Rasterspeichers ist normalerweise für diesen
Zweck reserviert. Eine XOR-Eigenschaft erlaubt ein selektives Löschen, welches
Linien, die gelöschte
Linien schneiden oder gleichlaufend mit gelöschten Linien sind, wiederherstellen.
Die XOR-Eigenschaft ermöglicht
es, einen Teil der Zeichnung an einen Ort zu bewegen oder "hinzuziehen" ohne andere Teile
der Zeichnung zu löschen.
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Die
JP-A-58 148 992 beschreibt eine multifunktionale Uhr mit einem verringerten
Leistungsverbrauch durch das Trennen eines Haupt-Chips zum Steuern
der Zeit-Funktion und eines untergeordneten Chips, welcher die Anzeige
der Zeit auf einer Punkt-Matrix-Anzeige steuert, und welcher weiter
andere Funktionen der Uhr steuern kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Halbleiter-Bauelements,
wie in den beiliegenden Ansprüchen
definiert.
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Demzufolge
ermöglicht
die hierin beschriebene Erfindung den Vorteil der Schaffung eines
Halbleiter-Bauelements mit hoher Leistungsfähigkeit bei niedrigeren Kosten.
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Diesen
und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten
ersichtlich werden beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen
Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm und zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung
für einen
herkömmlichen
DRAM.
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2 ist
eine Draufsicht und zeigt ein beispielhaftes Layout für den in 1 gezeigten
DRAM.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht und zeigt eine beispielhafte Konfiguration
für ein
herkömmliches System
unter Verwendung eines Halbleiter-Speicher-Bauelements.
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4A zeigt
eine Mehrzahl von Schaltungs-Blöcken,
welche gruppiert sind basierend auf allgemein verwendeten funktionalen
Kriterien;
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4B zeigt
schematisch ein Layout eines Halbleiter-Bauelements, welches diese
Schaltungs-Blöcke umfasst,
integriert auf ein und demselben Halbleiter-Chip; und
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4C zeigt
schematisch ein Layout eines Halbleiter-Bauelements, wo diese Schaltungs-Blöcke klassifiziert
sind in zwei Gruppen, basierend auf dem Block-Parameter, ob jeder
Schaltungs-Block digital oder analog ist, und die jeweiligen Schaltungs-Blöcke sind
wieder-angeordnet bzw. umgeordnet auf zwei verschiedenen Halbleiter-Chips.
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5A ist
eine Draufsicht und zeigt ein MCM; 5B ist
eine Querschnittsansicht des MCM; und 5C ist
eine perspektivische Ansicht des MCM.
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6A und 6B sind
Draufsichten und veranschaulichen ein erstes Verfahren zur Verteilung
einer Mehrzahl von Blöcken.
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7A und 7B sind
Draufsichten und veranschaulichen ein zweites Verfahren zur Verteilung
einer Mehrzahl von Blöcken.
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8 ist
ein Ablaufdiagramm und zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines
Halbleiter-Bauelements gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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9 ist
ein Blockdiagramm und zeigt eine beispielhafte Konfiguration für ein Halbleiter-Bauelement gemäß einem
ersten Beispiel, welches durch die vorliegende Erfindung nicht gedeckt
ist.
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10 ist
eine Draufsicht und zeigt ein beispielhaftes Layout für das in 9 gezeigte
Halbleiter-Bauelement.
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11 ist
ein Blockdiagramm und zeigt eine beispielhafte Konfiguration für ein Halbleiter-Bauelement gemäß einem
zweiten Beispiel, welches durch die vorliegende Erfindung nicht
gedeckt ist.
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12 ist
eine Draufsicht und zeigt ein beispielhaftes Layout für das in 11 gezeigte
Halbleiter-Speicher-Bauelement.
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13 ist
eine Draufsicht und zeigt eine beispielhafte Konfiguration für ein Halbleiter-Bauelement
gemäß einem
dritten Beispiel, welches durch die vorliegende Erfindung nicht
gedeckt ist.
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14 ist
eine Draufsicht und zeigt eine beispielhafte Konfiguration für ein Halbleiter-Bauelement
gemäß einem
vierten Beispiel, welches durch die vorliegende Erfindung nicht
gedeckt ist.
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15 ist
eine Draufsicht und zeigt eine beispielhafte Konfiguration für ein Halbleiter-Bauelement
gemäß einem
fünften
Beispiel, welches durch die vorliegende Erfindung nicht gedeckt
ist.
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16A ist ein Diagramm und zeigt eine Leistungsspannungs-Abhängigkeit
der Verzögerungszeit des
logischen Gatters (gate), während 16B ein Diagramm ist und eine Leistungsspannungs-Abhängigkeit von
einer DRAM Zugriffs-Zeit zeigt.
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17 ist
eine Tabelle und zeigt im Vergleich verschiedene Eigenschaften von
jeweiligen beispielhaften Systemen.
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18 ist
eine Draufsicht und zeigt eine beispielhafte Konfiguration für ein Halbleiter-Bauelement
gemäß einem
sechsten Beispiel, welches durch die vorliegende Erfindung nicht
gedeckt ist.
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19A und 19B zeigen
eine andere beispielhafte Konfiguration für das Halbleiter-Bauelement gemäß dem sechsten
Beispiel, welches durch die vorliegende Erfindung nicht gedeckt
ist.
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20A ist ein Blockdiagramm und zeigt schematisch
eine Konfiguration für
eine Steuer-MCU, während 20B ein Blockdiagramm ist und schematisch eine
Konfiguration für
eine Video-Verarbeitungs MCU zeigt.
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21A veranschaulicht ein Verfahren zum Gruppieren
der Schaltungs-Blöcke
in Bezug auf die Steuer-MCU und die Video-Verarbeitungs-MCU, während
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21B eine Querschnittsansicht ist und schematisch
eine Verbindung der zwei Halbleiter-Chips zeigt, wo die gruppierten
Schaltungs-Blöcke
ausgebildet sind.
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22A veranschaulicht ein Verfahren zum Gruppieren
der Schaltungs-Blöcke
in Bezug auf die Steuer-MCU und die Video-Verarbeitungs-MCU, während 22B eine Querschnittsansicht ist und schematisch eine
Verbindung der zwei Halbleiter-Chips zeigt, wo die gruppierten Schaltungs-Blöcke ausgebildet
sind.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein
Halbleiter-Bauelement umfasst eine Mehrzahl von Schaltungsblöcken einschließlich mindestens eines
ersten Schaltungs-Blockes und eines zweiten Schaltungs-Blockes,
welche verschiedene Block-Parameter haben. Der erste Schaltungsblock
ist ausgebildet auf einem ersten Halbleiter-Chip, während der
zweite Schaltungsblock auf einem zweiten Halbleiter-Chip ausgebildet
ist. Der „Block-Parameter" hierin bezieht sich auf
verschiedene Unterschiede zwischen diesen zwei Schaltungs-Blöcken, zum
Beispiel eine Betriebs-Takt-Frequenz;
eine Design- bzw. Entwurfs-Regel, einen Grenzwert bzw. Schwellwert
(Vt) eines Transistors; eine Versorgungs- bzw. Leistungsspannung;
ob der Schaltungsblock aus digitalen Schaltungen oder analogen Schaltungen
besteht; ob die Schaltung eine gewöhnliche MOS Schaltung, eine
CMOS Schaltung, eine bipolare Schaltung oder eine bi-CMOS Schaltung
ist; und ähnliches.
Der Block-Parameter umfasst weiter Differenzen bzw. Unterschiede
der logischen Eigenschaften bzw. Kennlinien: ob die Schaltung ein
ROM oder ein RAM ist; ob die Schaltung eine logische Schaltung oder
ein Speicher ist; und ähnliches.
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In
den zurückliegenden
Jahren wurde ein sogenanntes „System-on-Chip" die vorherrschende
Idee bei der Herstellung eines Halbleiter-Bauelements auf einem
Chip. In dem System-on-Chip
wird ein großes
bzw. Large-Scale-System auf ein und demselben Chip ausgebildet, wodurch
verschiedene Eigenschaften bzw. Kennlinien des Systems verbessert
werden, wie zum Beispiel die Betriebsgeschwindigkeit, und die Herstellungskosten
des Systems verringert werden. Bei einem solchen System-on-Chip
Typ Halbleiter-Bauelement sind eine Mehrzahl von Schaltungsblöcken integriert
auf ein und demselben Halbleiter-Chip und das Halbleiter-Bauelement ist so
ausgelegt bzw. designed, dass die Mehrzahl der Schaltungsblöcke in einem
optimalen Layout angeordnet sind. In einigen Fällen haben die Mehrzahl der
Schaltungsblöcke,
welche integriert werden sollen, jeweils unterschiedliche Parameter.
Jedoch wurde im Allgemeinen angenommen, dass es am meisten bevorzugt
ist, dass die Mehrzahl der Schaltungsblöcke auf ein und demselben Halbleiter-Chip
integriert sind. Die vorliegenden Erfinder mißtrauten dem im Stand der Technik
vorherrschenden Grundverständnis
und waren der Auffassung, dass dies problematisch ist und haben
herausgefunden, dass die Herstellungskosten effektiv verringert
werden können
durch Klassifizieren einer Mehrzahl von Schaltungsblöcken in
mehrere Gruppen, basierend auf verschiedenen Parametern und Verteilen
der jeweiligen Gruppen der Schaltungsblöcke auf verschiedenen Halbleiter-Chips,
entgegen der vorherrschenden allgemeinen Meinung.
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Beim
Gruppieren und Verteilen der Mehrzahl der Schaltungsblöcke ist
es wichtig, die Kriterien zum Gruppieren der Schaltungsblöcke zu bestimmen
und die Blöcke
auf den jeweiligen Halbleiter-Chips auszubilden. Dieser Punkt wird
unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben
werden.
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4A zeigt
eine Mehrzahl von Schaltungsblöcken,
welche gruppiert sind basierend auf allgemein verwendeten funktionalen
Kriterien; 4B zeigt schematisch ein Layout
eines Halbleiter-Bauelements einschließlich dieser Schaltungsblöcke, integriert
auf ein und demselben Halbleiter-Chip; und 4C zeigt
schematisch ein Layout eines Halbleiter-Bauelements, wo diese Schaltungsblöcke klassifiziert
sind in zwei Gruppen, basierend auf dem Block-Parameter, ob jeder
Schaltungsblock digital oder analog ist, und die jeweiligen Schaltungsblöcke sind
wieder-angeordnet bzw. umgeordnet auf zwei verschiedenen Halbleiter-Chips.
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Wie
in 4A gezeigt, umfasst ein Videoverarbeitungssystem,
welches verwendbar ist für
eine zu Hause verwendete Spiele-Vorrichtung oder ähnliches:
eine CPU; eine Video-Verarbeitungs
LSI für
Computer-Grafik (CG); und einen NTSC Kodierer. Der NTSC Kodierer
enthält
einen logischen Schaltungs (LOGIK)-Abschnitt und einen D/A Wandler (DAC)-Abschnitt.
Diese zwei Abschnitte arbeiten insgesamt als ein NTSC Kodierer.
Der LOGIK Abschnitt steuert einen Ausgabepegel des DAC Abschnittes,
basierend auf digitalen RGB Signalen. Der DAC Abschnitt enthält einen
Dekoder-Abschnitt (DAC-DEC) zum Dekodieren der digitalen Signale,
und einen aktuellen oder Strom-Zellen-Feld-Abschnitt (DAC-ARRAY)
zum Ausgeben eines analogen Signals in Reaktion auf die Signale,
welche von dem Dekoder-Abschnitt zugeführt wurden. Der DAC-DEC besteht
aus digitalen Schaltungen, während
das DAC-ARRAY aus analogen Schaltungen besteht. Als Ergebnis kann
der NTSC Kodierer ein zusammengesetztes NTSC Signal aus den digitalen
RGB Signalen erzeugen. Die CPU, die Video-Verarbeitungs-LSI und
der NTSC Kodierer sind jeweils auf verschiedenen Halbleiter-Chips
ausgebildet. Jeder Halbleiter-Chip ist auf einer Leiterplatte angeordnet
und die jeweiligen Halbleiter-Chips sind elektrisch miteinander
verbunden über
die Leitungen, welche auf der Leiterplatte vorgesehen sind. Die
Verbindung, welche die Leitungen auf der Leitungsplatte verwendet,
wird als ein Hindernis für
eine Hochgeschwindigkeits-Arbeitsweise des Systems angesehen. Deshalb
neigt das in 4A gezeigte System dazu auf
ein und dem gleichen Halbleiter-Chip integriert zu werden, wie in 4B gezeigt,
aufgrund der Entwicklung der Herstellungs-Technologien für hochintegrierte
LSI und die das Design bzw. den Entwurf unterstützenden Werkzeuge unter Verwendung
eines CAD Systems.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die Schaltungs-Blöcke des
Systems gruppiert, basierend auf dem Block-Parameter, ob der Schaltungsblock
digital oder analog ist, und sind dann verteilt auf verschiedene
Halbleiter-Chips. Insbesondere sind der LOGIK Abschnitt und die
digitalen Schaltungen des DAC Abschnittes in dem NTSC Kodierer von
den analogen Schaltungen des DAC Abschnittes getrennt, und dann
auf ein und demselben Halbleiter-Chip integriert (für digitale
Schaltungen) zusammen mit dem CPU Block und dem CG Block. Andererseits
sind die analogen Schaltungen des DAC Abschnittes in dem NTSC Kodierer
ausgebildet auf einem anderen Halbleiter-Chip (für analoge Schaltungen). Durch
das Anordnen der Schaltungsblöcke
auf diese Art werden die folgenden Effekte erhalten. Die analogen
Schaltungen des DAC Abschnittes in dem NTSC sind empfindlich bezüglich Rauschen
und es ist wahrscheinlich, dass sie nachteilig durch Rauschen beeinflusst
werden. Deshalb, wenn der DAC Abschnitt ausgebildet ist auf ein
und demselben Halbleiter-Chip, wo der LOGIK Abschnitt bestehend
aus digitalen Schaltungen ausgebildet ist, dann erreicht das Rauschen,
welches verursacht wird durch die Arbeitsweise der digitalen Schaltungen,
möglicherweise
den DAC Abschnitt über
den Halbleiter-Chip.
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Durch
das Gruppieren der jeweiligen Schaltungsblöcke auf die oben beschriebene
Art und das separate Ausbilden der gruppierten Schaltungsblöcke auf
den zwei verschiedenen Halbleiter-Chips, um vollständig Gebrauch zu machen von
der Funktion des NTSC Kodierers, ist es möglich, ein solches Problem,
welches durch Rauschen verursacht wird, zu eliminieren. Zusätzlich verwenden
die Prozeß-
bzw. Verfahrensschritte zur Ausbildung einer analogen Schaltung
und die Verfahrensschritte zur Ausbildung einer digitalen Schaltung
unterschiedliche Halbleiter-Herstellungsprozesse und haben jeweils
unterschiedliche Design- bzw.
Entwurfs-Regeln. Deshalb, wenn das Herstellungsverfahren zur Ausbildung
eines Halbleiter-Chips für
digitale Schaltungen und das Herstellungsverfahren zur Ausbildung
eines anderen Halbleiter-Chips für
analoge Schaltungen separat durchgeführt werden, dann ist es möglich, die
jeweiligen Halbleiter-Chips auszubilden, während einer optimalen Design-Regel
gefolgt wird und ein vereinfachtes Herstellungsverfahren durchzuführen, wobei
nicht erforderliche Verfahrensschritte ausgelassen werden. Im Allgemeinen
erfordert ein Verfahren bzw. Prozess mit einer strengen Design-Regel
relativ höhere
Kosten zur Durchführung
eines einzelnen Prozess- bzw. Verfahrens-Schrittes. Entsprechend,
wenn ein Schaltungsblock, welcher ausgebildet werden kann unter
Befolgung einer flexiblen Design-Regel, gefunden wird und von den
anderen Schaltungsblöcken
getrennt wird, um so auf einem anderen Halbleiter-Chip ausgebildet
zu werden, dann können
die Herstellungskosten als Ganzes verringert werden.
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Nachdem
die Schaltungsblöcke
separat auf einer Mehrzahl von Halbleiter-Chips ausgebildet sind,
wird ein MCM ausgebildet durch Verbinden der Mehrzahl der Halbleiter-Chips.
Ein MCM wird zum Beispiel ausgebildet durch das Anordnen und Verbinden
von zwei LSI Chips über
eine Lötmittel-Kontaktstelle,
wie in den 5A bis 5C gezeigt.
Das MCM für
das Halbleiter-Bauelement der vorliegenden Erfindung ist von einem herkömmlichen
MCM dadurch verschieden, dass das Halbleiter-Bauelement der vorliegenden
Erfindung kein Modul enthält,
welches ausgebildet ist durch das einfache Kombinieren einer Mehrzahl
von herkömmlichen Halbleiter-Chips,
sondern dass das Modul der Erfindung aus den Halbleiter-Chips besteht, welche
gruppiert wurden, basierend auf einem bestimmten Block-Parameter.
Insbesondere werden gemäß der vorliegenden
Erfindung, nachdem ein System einschließlich einer Mehrzahl von Schaltungsblöcken ausgebildet
ist, die Mehrzahl von Schaltungsblöcken klassifiziert in eine
Mehrzahl von Gruppen, wobei jede davon Schaltungsblöcke enthält, welche
gemeinsame oder ähnliche
Block-Parameter haben, und dann werden die jeweiligen Gruppen ausgebildet
auf verschiedenen Halbleiter-Chips, um so ein Modul zu bilden.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung sind ein Speicher-Zellen-Block einschließlich einer Mehrzahl
von Speicherzellen und ein Speicher-Peripherie-Schaltungs-Block zum Zugreifen
auf eine ausgewählte
Speicherzelle des Speicher-Zellen-Blockes auf verschiedenen Halbleiter-Chips
ausgebildet. Der Speicher-Zellen-Block und der Speicher-Peripherie-Schaltungs-Block
haben eine verschiedene Design- bzw. Entwurfs-Regel (minimale Größe) und
unterschiedliche Sequenzen bzw. Abfolgen für das Herstellungsverfahren. Jedoch
wurde herkömmlich
angenommen, dass diese Blöcke
auf ein und dem gleichen Halbleiter-Chip integriert werden sollten,
um vollständig
Verwendung von der Funktion eines DRAM zu machen. Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind der Speicher-Zellen-Block
und der peripherische Schaltungsblock gruppiert basierend auf einem
Block-Parameter
einer Design-Regel, und dann auf verschiedenen Halbleiter-Chips
ausgebildet. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung wird im Detail
in den Beispielen beschrieben werden.
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Bei
noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind ein CPU Kern
und ein peripherer Schaltungsblock separat auf verschiedenen Halbleiter-Chips
ausgebildet. Ein „CPU
Kern" bedeutet hierin
eine Einheit, welche mindestens einen Steuerabschnitt zum Durchführen einer
Steuerung durch das Dekodieren eines Befehls bzw. einer Anweisung,
und einen Betriebsabschnitt für
das Durchführen
eines arithmetischen und logischen Vorgangs umfasst, wodurch die
peripheren Schaltungen gesteuert werden.
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Es
gibt grob zwei Verfahren zum Verteilen der Mehrzahl der Schaltungs-Blöcke. Das
erste Verfahren wird bei dem Fall angewendet, wenn eine Mehrzahl
von Schaltungsblöcken
A, B und C auf einem einzelnen Halbleiter-Chip 700 ausgebildet
sind, um eine Funktion durchzuführen,
wie in 6A gezeigt. Gemäß dem ersten
Verfahren, wie in 6B gezeigt, wird ein Schaltungsblock
mit einem anderen Block-Parameter von denjenigen der anderen Schaltungs-Blöcke gefunden
und dann werden die Blöcke
A und B auf einem Halbleiter-Chip 710 ausgebildet und der
Block C wird auf einem anderen Halbleiter-Chip 720 ausgebildet.
Diese zwei Halbleiter-Chips 710 und 720 werden
miteinander verbunden.
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Das
zweite Verfahren wird angewendet in dem Fall, wenn eine Mehrzahl
von Schaltungs-Blöcken A, B
und C auf einem ersten Halbleiter-Chip 800 ausgebildet
sind, um eine erste Funktion durchzuführen und eine andere Mehrzahl
von Schaltungs-Blöcken
D und E sind auf einem zweiten Halbleiter-Chip 810 ausgebildet,
um eine zweite Funktion durchzuführen,
wie in 7A gezeigt. Gemäß dem zweiten
Verfahren, wie in 7B gezeigt, wird ein Schaltungs-Block
C mit einem anderen Block-Parameter als denjenigen der verbleibenden Schaltungs-Blöcke A und
B gefunden, und dann auf einem anderen Halbleiter-Chip 830 ausgebildet.
Die verbleibenden Schaltungs-Blöcke
A und B werden bzw. sind auf einem Halbleiter-Chip 820 ausgebildet.
Diese zwei Halbleiter-Chips 820 und 830 sind miteinander
verbunden.
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Hiernach
wird Bezug nehmend auf 8 ein Verfahren zur Herstellung
eines Halbleiter-Bauelements gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben werden.
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Zuerst
wird im Schritt 1, gezeigt in 8, eine
Netz-Liste bestimmt unter Verwendung eines CAD Systems, ein Block-Parameter
wird gelesen und dann werden die Hierarchien der jeweiligen Schaltungsblöcke klassifiziert.
Als Nächstes
werden in dem Schritt 2 die Schaltungsblöcke gruppiert, basierend auf
einem bestimmten Block-Parameter. Dann wird in Schritt 3 eine Gruppen-Hierarchie
zu der Netz-Liste hinzugefügt,
wodurch die Verteilung der Schaltungsblöcke auf eine bzw. unter einer
Mehrzahl von Halbleiter-Chips abgeschlossen wird.
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Von
Schritt 4 an werden bekannte Prozess- bzw. Verfahrensschritte zur
Herstellung von Halbleiter-Chips durchgeführt. Insbesondere wird das
Layout der auf den jeweiligen Halbleiter-Chips auszubildenden Schaltungen
in Schritt 4 bestimmt; das Layout wird in Schritt 5 untersucht;
Masken-Daten werden in Schritt 6 erzeugt; eine Maske wird in Schritt
7 ausgebildet; und dann werden die Schaltungen auf den jeweiligen
Halbleiter-Chips ausgebildet unter Verwendung der Maske in den Schritten
8 und 9. Die Schritte 8 und 9 enthalten eine Mehrzahl von Sub-Prozess
Schritten, wie zum Beispiel ein Prozess-Schritt einer Dünnfilmablagerung
und ein Fotolithografie-Prozess Schritt.
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Die
zwei so ausgebildeten Halbleiter-Chips werden miteinander verbunden,
vorzugsweise durch MCM Technologien, am so ein Halbleiter-Bauelement
auszubilden.
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Als
Nächstes
wird beschrieben werden, welche Arten von Effekten erhalten werden
können
durch das Gruppieren der Schaltungs-Blöcke, basierend auf einer bestimmten
Art eines Block-Parameters unter Bezugnahme auf die folgenden Tabellen
1 bis 5. Die Tabellen 1 bis 5 zeigen die jeweiligen Schaltungen,
welche in zwei verschiedene Gruppen von Schaltungsblöcken klassifiziert
sind, basierend auf den jeweiligen Block-Parametern und dann ausgebildet
sind auf dem ersten Halbleiter-Chip (LSI-1) und dem zweiten Halbleiter-Chip (LSI-2). [Tabelle
1: Wenn der Block-Parameter die Design-Regel ist]
LSI-1 | LSI-2 |
1 periphere
Schaltung | Speicher-Kern |
2 digitale
Schaltung | analoge
Schaltung |
3 Hochgeschwindigkeits-Schaltung | Schaltung
mit langsamer Geschwindigkeit |
4 CMOS
Schaltung | bipolare
Schaltung |
5 Benutzer-Schaltung | MCU
Kern |
6 Test-Schaltung | Nicht-Test-Schaltung |
[Tabelle
2: Wenn der Block-Parameter der Grenz- bzw. Schwellwert (Vt) ist]
LSI-1 | LSI-2 |
1 Hochgeschwindigkeits-Schaltung | Schaltung
mit langsamer Geschwindigkeit |
2 periphere
Schaltung | Speicher-Kern |
3 digitale
Schaltung | analoge
Schaltung |
[Tabelle
3: Wenn der Block-Parameter die Leistungs- bzw. Versorgungsspannung
ist]
LSI-1 | LSI-2 |
1 periphere
Schaltung | Speicher-Kern |
2 Benutzer-Schaltung | MCU
Kern |
3 digitale
Schaltung | analoge
Schaltung |
4 Benutzer-Schaltung | MCU
Kern |
[Tabelle
4: Wenn der Block-Parameter die Betriebsfrequenz ist]
LSI-1 | LSI-2 |
1 Benutzer-Schaltung | MCU
Kern |
2 Speicher | MCU
Kern |
3 Hochgeschwindigkeits-Schaltung | Schaltung
mit langsamer Geschwindigkeit |
4 Test-Schaltung | Nicht-Test-Schaltung |
[Tabelle
5: Wenn der Block-Parameter die Eigenschaft einer logischen Schaltung
ist]
LSI-1 | LSI-2 |
1 Benutzer-Schaltung | MCU
Kern |
2 Rechner
(FPU, etc.) | MCU
Kern |
3 Speicher | MCU
Kern |
4 Benutzer-Schaltung | Rechner
(FPU, etc.) |
5 Benutzer-Schaltung | Speicher |
6 digitale
Schaltung | analoge
Schaltung |
7 CMOS
Schaltung | bipolare
Schaltung |
8 Test-Schaltung | Nicht-Test-Schaltung |
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Wie
in der ersten Zeile von Tabelle 1 gezeigt, wenn die Design-Regel
als der Block-Parameter
ausgewählt
wird, werden periphere Schaltungen, wie zum Beispiel Zeilendekoder
und Spaltendekoder, auf dem ersten Halbleiter-Chip ausgebildet und
der Speicher-Kern-Schaltungsabschnitt,
einschließlich
einer großen
Anzahl von Speicherzellen, welche in einem Array bzw. Feld angeordnet
sind, wird auf dem zweiten Halbleiter-Chip ausgebildet. Diese zwei
Halbleiter-Chips werden elektrisch miteinander verbunden, um so
ein Halbleiterspeicherbauelement zu bilden.
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In
den in Tabelle 1 gezeigten Anordnungen können die Herstellungskosten
für das
Bauelement verringert werden. Wenn eine Mehrzahl von Schaltungs-Blöcken mit
verschiedenen Design-Regeln auf ein und demselben Halbleiter-Chip
ausgebildet werden, dann koexistieren Schaltungs-Blöcke mit
einer flexiblen Design-Regel mit Schaltungs-Blöcken
mit einer genauen bzw. strengen Design-Regel auf dem gleichen Chip.
In vielen Fällen
wird eine relativ teure Herstellungsvorrichtung benötigt zur
Herstellung der Schaltungs-Blöcke
mit einer genauen Design-Regel und insbesondere werden Herstellungs-Prozess-Schritte
benötigt,
welche zusätzlich
durchgeführt
werden sollen zum Ausbilden einer kleinen Struktur. Jedoch, wenn
die Schaltungs-Blöcke
mit einer relativ flexiblen Design-Regel separat auf einem anderen Halbleiter-Chip
als dem Chip, wo die Schaltungs-Blöcke mit einer relativ genauen
Design-Regel ausgebildet sind, ausgebildet werden, dann kann der
vorherige Halbleiter-Chip ausgebildet werden durch das Durchführen von
relativ kostengünstigen
Prozess-Schritten und die Produktionsausbeute wird erhöht. Als
Ergebnis kann ein solches Halbleiter-Bauelement einschließlich der
zwei Halbleiter-Chips hergestellt werden bei niedrigeren Kosten
und mit einer insgesamt zufriedenstellenden Produktions-Ausbeute.
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In
den in Tabelle 2 gezeigten Anordnungen kann ein Halbleiter-Bauelement
erhalten werden, welches bei einer hohen Geschwindigkeit mit einem
niedrigen Leistungsverbrauch arbeitet. Im Allgemeinen ist es wahrscheinlich,
dass eine große
Menge eines Leckstromes erzeugt wird in einem Halbleiter-Bauelement,
welches bei einer hohen Geschwindigkeit arbeiten kann, so dass das
Halbleiter-Bauelement dazu neigt, eine große Menge an Leistung zu verbrauchen.
Schaltungs-Blöcke
mit einem niedrigen Grenzwert bzw. Schwellwert eines Transistors
arbeiten bei einer relativ hohen Geschwindigkeit, jedoch ist die
Menge des darin erzeugten Leckstromes relativ groß. Wenn
die Schaltungs-Blöcke
gruppiert werden in die Schaltungs-Blöcke,
welche bei einer relativ hohen Geschwindigkeit betrieben werden
und die Schaltungs-Blöcke, welche
bei einer relativ niedrigen Geschwindigkeit betrieben werden, basierend
auf dem Schwellwert des Transistors, dann ist es möglich, die jeweiligen
Halbleiter-Chips auszubilden durch das Durchführen der Halbleiter-Herstellungs-Prozesse,
welche geeignet sind für
die jeweiligen Halbleiter-Chips. Als Ergebnis kann ein Halbleiter-Bauelement,
welches bei einer hohen Geschwindigkeit arbeitet mit einem niedrigen
Leistungsverbrauch ausgebildet werden bei relativ niedrigen Kosten.
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In
den in Tabelle 3 gezeigten Anordnungen kann eine optimale Versorgungs-
bzw. Leistungsspannung festgelegt werden für jeden der Halbleiter-Chips,
so dass ein Halbleiter-Bauelement,
welches bei einer hohen Geschwindigkeit arbeitet mit einem niedrigen
Leistungsverbrauch, ausgebildet werden kann bei relativ niedrigen
Kosten auf die gleiche Art, wie die in Tabelle 2 gezeigten Ausführungsformen.
Im Allgemeinen wird die Arbeits- bzw. Betriebsgeschwindigkeit der
hochintegrierten Schaltung (LSI) im Verhältnis zur Versorgungsspannung
erhöht.
Mit anderen Worten wird eine maximale Betriebsfrequenz verringert,
wenn die Versorgungsspannung abnimmt. Andererseits steht die Leistungsaufnahme
bzw. -verbrauch im Verhältnis
zum Quadrat der Versorgungsspannung. Wenn eine LSI bei der gleichen
Frequenz betrieben wird, wird die Leistung, welche verbraucht wird,
wenn die LSI bei einer Versorgungsspannung von 3 V angesteuert wird,
ungefähr
40 % der Leistung, welche verbraucht wird, wenn die LSI bei einer
Versorgungsspannung von 5 V angesteuert bzw. betrieben wird. Wenn
eine videoverarbeitende Mikro-Steuer-Einheit (MCU), welche bei einer
Frequenz von 25 MHz bei einer Versorgungsspannung von 3 V arbeitet,
ausgebildet wird unter Verwendung von MCU Kernen, welche bei einer
Frequenz von 50 MHz arbeiten bei einer Versorgungsspannung von 3
V und bei einer Frequenz von 25 MHz bei einer Versorgungsspannung
von 2 V, dann arbeitet die videoverarbeitende MCU bei einer relativ
höheren
Versorgungsspannung für
die Betriebsfrequenz davon, so dass die Leistung verloren wird.
In einigen Fällen
wird die MCU bevorzugt bei einer Versorgungsspannung von 2 V betrieben
und die peripheren Schaltungen werden bevorzugt bei einer Versorgungsspannung
von 3 V betrieben. In einem solchen Fall, wenn der MCU Kern und
die peripheren Schaltungen auf verschiedenen Halbleiter-Chips ausgebildet
sind und verschiedene Spannungen den jeweiligen Halbleiter-Chips
zugeführt
werden, dann wird eine Hochgeschwindigkeits-Arbeitsweise eines Halbleiter-Bauelements
realisiert bei einer niedrigeren Leistungsaufnahme durch das Betreiben
des Halbleiter-Bauelements
bei einer optimalen Versorgungsspannung.
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In
den in Tabelle 4 gezeigten Anordnungen können die Herstellungskosten
des Bauelements verringert werden. Schaltungs-Blöcke, welche bei einer relativ
hohen Arbeits- bzw. Betriebsfrequenz arbeiten und Schaltungs-Blöcke, welche
bei einer relativ niedrigen Betriebs-Frequenz arbeiten, haben verschiedene
Strukturen, welche hergestellt werden sollen durch das Durchführen von
verschiedenen Halbleiter-Herstellungs-Prozessen. Deshalb können durch
das Ausbilden der jeweiligen Schaltungs-Blöcke auf verschiedenen Halbleiter-Chips
die Herstellungskosten des Bauelements insgesamt verringert werden.
Zusätzlich
können
die Effekte, erhalten in den in Tabelle 2 gezeigten Ausführungsformen,
auch erhalten werden in den in Tabelle 4 gezeigten Ausführungsformen.
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In
den Anordnungen, welche in den ersten bis fünften Zeilen von Tabelle 5
gezeigt sind, können
die Herstellungskosten einschließlich der Design- bzw. Entwurfskosten
verringert werden. In diesen Ausführungsformen werden Schaltungs-Blöcke, welche
weithin verwendet werden können,
auf einem der Halbleiter-Chips ausgebildet, während die Anordnung der Schaltungen,
welche auf dem anderen Halbleiter-Chip ausgebildet werden, durch
einen Benutzer ausgewählt
werden können.
Deshalb kann der letztere Halbleiter-Chip designed bzw. entworfen
und hergestellt werden in Abhängigkeit
von der Wahl eines Benutzers, um so in verschiedenen Anordnungen
ausgebildet zu werden. Jedoch kann der weithin verwendete Halbleiter-Chip
gemeinsam bzw. üblicherweise
verwendet werden für
die verschiedenen Arten der Halbleiter-Chips, welche so ausgebildet
werden. Deshalb können
die Herstellungskosten vorteilhaft verringert werden in dem Fall
der Herstellung einer Mehrzahl von Halbleiter-Bauelement oder der
Veränderung
des Designs bzw. Entwurfs davon.
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In
den Anordnungen, welche in der sechsten Zeile von Tabelle 5 gezeigt
sind, kann die Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Bauelements, verursacht
durch das Rauschen, verhindert werden, wie oben beschrieben. In
den Ausführungsformen,
welche in den siebten und achten Zeilen von Tabelle 5 gezeigt sind, können die
Schaltungen auf den jeweiligen Halbleiter-Chips hergestellt werden
durch das Durchführen
von optimalen Halbleiter-Herstellungs-Prozessen
dafür,
so dass die Herstellungskosten vorteilhaft verringert werden können.
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Hiernach
werden einige Anordnungen anhand von veranschaulichenden Beispielen,
welche durch die vorliegende Erfindung nicht gedeckt sind, unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden.
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Beispiel 1
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9 zeigt
eine Konfiguration für
ein Halbleiter-Bauelement gemäß einem
ersten Beispiel. In 9 verwendet das Halbleiter-Bauelement
eine Konfiguration für
einen DRAM, und die gleichen Schaltungen wie diejenigen, welche
in 1 gezeigt sind, werden verwendet und identifiziert
bzw. bezeichnet durch die gleichen Bezugszeichen. In dem DRAM 80 sind
ein Speicher-Kern-Abschnitt 50 und ein Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt 60 auf
zwei verschiedenen Halbleiter-Chips ausgebildet. Der Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 50 enthält: ein
Speicherzellen-Array bzw. -Feld 1; und Leseverstärker 4,
Spalten-Auswählvorrichtungen
bzw. -selektoren 3, Spalten-Dekoder 2, Wort-Ansteuereinheiten
(word drivers) 6 und Zeilen-Dekoder 5, welche mit dem gleichen
Abstand bzw. Teilung (pitch) ausgelegt sind wie der Abstand für die Speicherzellen innerhalb
des Speicherzellenfeldes 1. Die Signale, welche dem Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 50 eingegeben/von
diesem ausgegeben werden umfassen: ein Vor-Dekodier-Adress-Eingabe-Signal
XAi (27:0), eingegeben über
einen Eingabeanschluss 53 an den Zeilen-Dekoder 5;
ein Vor-Dekodier-Adress-Eingabe-Signal YAi (23:0), eingegeben über einen
Eingabeanschluss 52 an den Spalten-Dekoder 2;
ein Daten-Eingabe/Ausgabe-Signal
Dco (7:0) eingegeben/ausgegeben über
einen Anschluss 51 zu/von der Spalten-Auswählvorrichtung bzw.
-selektor 3; eine Substrat-Potential-Eingabe VBB, eingegeben über einen
Anschluss 56; eine Potential-Erhöhungs (boosting)-Eingabe VPP,
eingegeben über
einen Anschluss 55; eine Zellen-Platten- bzw. -Elektroden-Potential-
und -Bit-Leitungs-Vorladungs-Potential-Eingabe VBP, VCP eingegeben über einen
Anschluss 54; Versorgungsleistungs-Eingaben VCC und VSS,
eingegeben über
die Anschlüsse 57 und 58;
und verschiedene Steuersignaleingaben (nicht gezeigt).
-
Der
Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip 60 umfasst:
einen Zeilen-Adress-Puffer 10; einen Spalten-Adress-Puffer 9;
einen Zeilen-Adress-Zähler 11;
einen Zeilen-Vor-Dekoder 8; einen Spalten-Vor-Dekoder 7;
Daten-Eingabe/Ausgabe-Puffer 12 und 13; einen
Schreib-Verstärker 14;
einen Lese-Verstärker 15; einen
RAS/CAS-Takt-Generator 16; einen WE-Takt-Generator 17; einen OE-Takt-Generator 18;
einen Zusatz-Potential- bzw. Potential-Erhöhungs
(boosting)-Generator 19; einen Substrat-Potential-Generator 20;
und einen 1/2 VCC Generator 21. Die Signale, welche dem
Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip 60 eingegeben/von
diesem ausgegeben werden, umfassen: ein Adress-Eingabe-Signal A(10:0),
eingegebenen über einen
Anschluss 32, funktionierend als ein externes Signal für den DRAM 80;
ein Dateneingabe/Ausgabe-Signal DQ(7:0), eingegeben über einen
Anschluss 36; ein RAS Eingabesignal, eingegebenen über einen
Anschluss 30; ein CAS Eingabesignal, eingegeben über einen
Anschluss 31; ein WE Eingabesignal, eingegeben über einen
Anschluss 35; ein OE Eingabesignal, eingegeben über einen
Anschluss 37; und Leistungszufuhrsignale VCC und VSS, eingegeben über die
Anschlüsse 33 bzw. 34.
Die Signale, welche dem Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 50 zugeführt werden
sollen, umfassen: ein Vor-Dekodier-Adress-Ausgabe-Signal XAo(27:0),
ausgegeben von dem Zeilen-Vor-Dekoder 8 über einen
Anschluss 63; ein Vor-Dekodier-Adress-Ausgangs-Signal YAo(23:0),
ausgegeben von dem Spalten-Vor-Dekoder 7 über einen
Anschluss 62; ein Daten-Eingabe/Ausgabe-Signal
Dpe(7:0), eingegeben/ausgegeben über
die Datenleitung über
einen Anschluss 61; ein Substrat-Potential-Generator-Ausgabe-Signal
VBB, ausgegeben über
einen Anschluss 66; ein Zusatz- bzw. Erhöhungs (boosting)-Potential-Generator-Ausgabe-Signal
VPP, ausgegeben über
einen Anschluss 65; ein 1/2 VCC Generator-Ausgabe-Signal
VCP und VBP, ausgegeben über
einen Anschluss 64; und verschiedene Steuersignal-Ausgaben
(nicht gezeigt).
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Durch
das Verbinden der Signale, welche zur Verfügung gestellt werden müssen, zwischen
dem Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 50 und dem Speicher-Peripherie-Schaltung-Abschnitt-Chips 60 miteinander
ist es möglich,
einen DRAM 80 auszubilden, welcher auf die gleiche Art
funktioniert, wie der in 1 gezeigte DRAM 95.
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10 zeigt
ein beispielhaftes Layout des Speicher-Kern-Abschnitt-Chips 50 des
DRAM 80, unterteilt in den Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 50 und
den Speicher-Peripherie-Schaltung-Abschnitt-Chip 60,
wie in 9 gezeigt und eine beispielhafte Konfiguration
für die
zwei montierten bzw. angeordneten Chips. Der Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 50 wird
hergestellt durch das Durchführen
des DRAM Herstellungs-Prozesses und umfasst: ein Speicher-Zellen-Array
bzw. -Feld 1; Leseverstärker 4;
Spaltenauswahlvorrichtungen bzw. -selektoren 3; Zeilen-Dekoder 5;
und Wort-Ansteuervorrichtungen 6. Die vier unterteilten
Speicherplatten bzw. -elektroden des Speicher-Zellen-Feldes 1,
die Zeilen-Dekoder 5 und die Wort-Ansteuervorrichtungen 6 werden
auf die gleiche Art wie in 2 ausgelegt.
Jedoch ist ein Spaltendekoder 2 in der Mittelposition angeordnet
in Bezug auf ein Paar von Speicher-Platten bzw. – Elektroden, welche auf den
rechten und linken Seiten angeordnet sind, und das Spalten-Auswählvorrichtung-Auswahl-Signal,
ausgegeben von dem Spalten-Dekoder 2, wird gemeinsam den
Spalten-Auswahlvorrichtungen innerhalb der Speicherplatten, welche
auf den rechten und linken Seiten angeordnet sind, zugeführt.
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Auf
dem Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip 60 sind
die jeweiligen Schaltungen, welche in dem Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt 60 enthalten
sind und in 9 gezeigt sind, angeordnet, und
der Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip 60 wird
hergestellt durch das Durchführen
eines Herstellungs-Prozesses (wie zum Beispiel eines Herstellungs-Prozesses
für logische
LSI), welcher von dem DRAM Herstellungsprozess verschieden ist,
welcher für
die Herstellung des Speicher-Kern-Abschnitt-Chips 50 verwendet
wird. Durch das Anordnen bzw. Anbringen des Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chips 60 und
des Speicher-Kern-Abschnitt-Chips 50 auf einem gemeinsamen
Substrat 81 und das Verbinden dieser zwei Chips mit Draht-Verbindungs-Leitungen 82 wird
der DRAM 80, wie in 9 gezeigt,
ausgebildet. Eine Kontaktstelle bzw. Pad 83 zum Verbinden
des Chips 60 mit externen Pins ist auf dem Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip 60 angeordnet,
wodurch der DRAM mit der in 10 gezeigten
Konfiguration auf einem Gehäuse
angebracht wird, welches verwendet wird zum Anordnen bzw. Befestigen
eines herkömmlichen
DRAM und die Kontaktstelle bzw. Pad in dem Kontaktstellen-Ausbildungs-Teil 83 des
Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chips 60 wird
mit externen bzw. äußeren Pins
verbunden.
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In
dem Fall der Verwendung des 16 Mbit DRAM mit der in 9 gezeigten
Konfiguration wird die Anzahl der verbundenen Signalleitungen zwischen
dem Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip 60 und dem
Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 50 ungefähr 60. Deshalb wird
eine solche Verbindung mit niedrigeren Kosten realisiert unter Verwendung
der Draht-Verbindungs-Leitungen 82, wie in 10 gezeigt.
Eine Zwischen-Chip-Verbindung, welche eine größere Anzahl von verbundenen
Signalleitungen verwendet, wird leicht realisiert unter Verwendung
einer gedruckten Leiterplatte und das Anbringen der Chips auf der
Platte mit einem Kontakthöcker
bzw. Bump.
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Durch
das Ausbilden des Speicher-Bauelements auf die oben beschriebene
Art ist es möglich,
ein teures Speicher-Herstellungsverfahren bzw. -prozess nur für den Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 50 zu
verwenden und einen billigen Herstellungs-Prozess für logische
LSI für
den Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip 60 zu
verwenden, wodurch ein billiger DRAM hergestellt wird.
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Zusätzlich wird
nur das Potential des Halbleiter-Substrats für den Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 50 so festgelegt,
dass es das Substrat-Potential VBB ist, um die Leistungsfähigkeit
des DRAM zu verbessern und das Potential des Halbleitersubstrats
für den
Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip 60 kann
auf ein Erdungs-Potential festgelegt werden, wie eine logische LSI.
Des Weiteren existieren die Schaltungen, welche direkt mit den externen
Pins des Gehäuses
verbunden sind, nur auf dem Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip 60.
Als Ergebnis kann das Latch-up und die elektrische Überspannungs-Beständigkeit
des DRAM mit denjenigen einer logischen LSI abgeglichen werden;
der Bereich der Schutzschaltung kann verringert werden; und das
Latch-up und die elektrische Überspannung
bzw. Spannungsstoß können leicht
in einem DRAM verarbeitet werden, welcher durch einen kleinen Strukturierungs-Prozess
hergestellt wurde.
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In 10 sind
die jeweiligen in 9 gezeigten Schaltungen auf
dem Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 50 und
dem Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip 60 ausgebildet.
Jedoch hängen
die Schaltungs-Konfigurationen des Speicher-Kern-Abschnitt-Chips 50 und
des Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chips 60 von
dem Verfahren zum Ver- bzw. Unterteilen eines Speicher-Bauelements
in Blöcke
und der Anzahl der Leitungen zwischen den Chips ab. Ein optimales
Layout der Schaltungselemente auf dem Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 50 und
dem Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip 60 hängt von
den benötigten
Spezifikationen des herzustellenden Speicher-Bauelements ab.
-
In
der vorhergehenden Beschreibung wurde eine Ausführungsform eines kostengünstigen
DRAM beschrieben, wo der Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 50 und
der Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip 60 hergestellt
werden durch das Durchführen
von verschiedenen Halbleiter-Herstellungsprozessen. Jedoch, wie
leicht erkannt werden wird, können
durch das Anwenden der beispielhaften Speicher-Konfigurationen,
wie in den 9 und 10 gezeigt,
bei den Halbleiterspeicher-Bauelementen, welche anders sind als
der DRAM, zum Beispiel ein SRAM, ein EEPROM, ein Flash-Speicher
und ähnliches,
die gleichen Effekte erhalten werden.
-
Beispiel 2
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In
den 9 und 10 ist eine Ausführungsform
der Speicherbauelements, welche nur einen Speicher-Kern-Abschnitt
hat, gezeigt. Jedoch, wenn ein Speicher-Bauelement mit einer Kapazität, welche
für ein System
benötigt
wird, nicht ausgebildet werden kann unter Verwendung eines Chips,
dann ist es erforderlich, eine Mehrzahl von Chips zu verwenden zur
Ausbildung des Systems. 11 zeigt
eine Konfiguration für
ein Halbleiter-Bauelement gemäß einem
zweiten Beispiel. In 11 sind eine Mehrzahl von Speicher-Kern-Abschnitten (zwei
Speicher-Kern-Abschnitt-Chips in diesem Beispiel) vorgesehen und
die Speicher-Kern-Abschnitte und der Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt
sind auf verschiedenen Chips ausgebildet. Die Speicher-Kern-Abschnitt-Chips 121-1 und 121-2 enthalten
die gleichen Schaltungselemente wie diejenige, welche für den Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 50,
wie in 9 gezeigt, zur Verfügung gestellt werden Die Puffer 67 bis 69 sind
vorgesehen für
die Signale, welche eingegeben/ausgegeben werden zu/von den Speicher-Kern-Abschnitt-Chips 121-1 und 121-2,
und die jeweiligen Signale werden so gesteuert, dass sie aktiviert werden
durch die Chip-Auswahl-Signale CS eingegeben ausgegeben zu/von den
Anschlüssen 59-1 bzw. 59-2. Der
periphere Schaltungs-Abschnitt-Chip 122 hat
die gleiche Konfiguration wie diejenige des peripheren Schaltungs-Abschnitt-Chips 60,
wie in 9 gezeigt, außer
dass zwei Chip-Auswahl-Signale CS1 und CS2, welche eingegeben/ausgegeben
werden über
die Anschlüsse 38 bzw. 39,
den Chip überkreuzen. 12 zeigt ein
beispielhaftes Layout für
das Halbleiter-Bauelement, wo die Speicher-Kern-Abschnitt-Chips 121-1 und 121-2 und
der periphere Schaltungs-Abschnitt-Chip 122 auf einem Substrat 120 angebracht
sind und die jeweiligen Chips sind miteinander verbunden. Wie in 12 gezeigt,
sind die jeweiligen Signal-Kontaktstellen bzw. Pads über eine
Draht-Verbindung 82 mit dem Substrat 120 verbunden;
die Signalleitungen der Speicher-Kern-Abschnitt-Chips 121-1 und 121-2 sind
gemeinsam miteinander über
die Leitungen 131 auf dem Substrat 120 verbunden,
außer
für die
Chip-Auswahl-Signale CS und mit dem peripheren Schaltungs-Abschnitt-Chip 122 verbunden.
Die jeweiligen Chip-Auswahl-Signale CS der Speicher-Kern-Abschnitt-Chips 121-1 und 121-2 sind
unabhängig
verbunden mit den zwei Chip-Auswahl-Signalen CS1 und CS2, eingegeben/ausgegeben über die
Anschlüsse 38 bzw. 39 des
peripheren Schaltungs-Abschnitt-Chips 122.
-
In
dem Fall des externen Zugreifens auf den Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 121-1 werden
erforderliche Signale dem RAS Signal-Eingabeanschluss 30 zugeführt; dem
CAS Signal-Eingabeanschluss 31;
dem WE-Signal-Eingabeanschluss 35; und dem OE-Signal-Eingabeanschluss 37,
und ein Auswahlsignal wird dem CS1 Eingabeanschluss 38 zugeführt, wodurch
die Signal-Leitungs-Puffer 67 bis 69 des Speicher-Kern-Abschnitt-Chips 121-1 aktiviert
werden, die erforderlichen Signale dem Speicher-Kern zugeführt werden
und der Zugriff durchgeführt
wird. In diesem Fall, weil das Auswahlsignal nicht dem CS2 Eingabeanschluss 39 zugeführt wird,
werden die Signalleitungspuffer 67 bis 69 des
Speicher-Kern-Abschnitt-Chips 121-2 nicht
aktiviert und der Zugriff auf den Speicher-Kern-Abschnitt-Chip wird nicht durchgeführt. Deshalb
kann der Zugriff auf den gesamten Speicherraum, ausgebildet durch
die Speicher-Kern-Abschnitt-Chips 121-1 und 121-2,
durchgeführt werden,
durch das Erzeugen der Chip-Auswahl-Signale CS1 und CS2 durch ein
Bit einer Adresse für
den Speicher und das Zuführen
der verbleibenden Adressen an den Adress-Anschluss 32.
-
In
den 11 und 12 werden
zwei Speicher-Kern-Abschnitt-Chips verwendet. Jedoch, wie einfach
erkannt werden wird, selbst wenn eine größere Anzahl von Speicher-Kern-Abschnitt-Chips verwendet wird,
wird die gleiche Funktion realisiert durch das Zuführen der gleichen
Anzahl der Chip-Auswahl-Signale zu der Speicher-Peripherie-Schaltung,
wie die Anzahl der Speicher-Kern-Abschnitt-Chips.
-
Durch
die Verwendung der in den 11 und 12 gezeigten
Konfigurationen kann die Speicher-Peripherie-Schaltung gemeinsam
von einer Mehrzahl von Speicher-Kern-Abschnitt-Chips verwendet werden.
-
Beispiel 3
-
Wie
oben beschrieben, ist es möglich,
ein kostengünstiges
Halbleiter-Speicher-Bauelement herzustellen durch das Unterteilen
eines Halbleiter-Speicher-Bauelements in den Speicher-Kern-Abschnitt-Chip
und den Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip und das Verbinden
beider Chips unter Verwendung irgendeines Befestigungselements.
-
Jedoch
bildet ein solches Speicher-Bauelement zusammen mit einem anderen
LSI, wie zum Beispiel einem Signal-Verarbeitungs-LSI, ein System.
Hiernach wird ein Verfahren zum Realisieren eines optimalen Halbleiter-Bauelements
einschließlich
eines solchen Speicher-Bauelements
und einer Signal-Verarbeitungs-LSI beschrieben werden auf einem
systematischen Niveau.
-
Um
ein Signal-Verarbeitungssystem auszubilden, wird es bevorzugt, integrierte
Signal-Verarbeitungs-Chips
und Halbleiter-Speicherchips zu verwenden. Entsprechend wird ein
Signal-Verarbeitungssystem ausgebildet durch das Kombinieren einer
Mehrzahl von Signal-Verarbeitungs-Chips
und einer Mehrzahl von Speicherchips.
-
Andererseits
wurden Technologien zum Anbringen von blanken bzw. reinen (bare)
MCM Chips entwickelt zum Verkleinern eines Systems, wie zum Beispiel
eines tragbaren Geräts.
Gemäß den Technologien
zum Befestigen des blanken (bare) MCM Chips wird ein blanker LSI
Chip auf einem Substrat angeordnet bzw. befestigt und die jeweiligen
LSI Chips werden miteinander unter Verwendung verschiedener Verfahren
verbunden.
-
13 zeigt
eine beispielhafte Konfiguration für ein Halbleiter-Bauelement,
welches einen Halbleiter-Speicherchip und einen Signal-Verarbeitungs-Chip
verwendet gemäß einem
dritten Beispiel. In 13 wird ein DRAM als der Halbleiter-Speicherchip
verwendet. Wie in
-
13 gezeigt,
sind ein DRAM Kern-Abschnitt-Chip 201 und ein Signal-Verarbeitungs-Chip 202 auf einer
Leiterplatte 200 angeordnet. Der DRAM Kern-Abschnitt-Chip 201 hat
die gleiche Schaltungskonfiguration wie diejenige des Speicher-Kern-Abschnitt-Chips 50,
wie in 9 gezeigt, und wird hergestellt durch das Durchführen eines
Speicherherstellungsprozesses. Der Signal-Verarbeitungs-Chip 202 umfasst:
einen Signalprozessor 206 zum Durchführen einer logischen Operation
und ähnliches;
einen DRAM peripheren Schaltungsabschnitt 203; und einen
Kontaktstellen bzw. Pad-Ausbildungs-Abschnitt 204 zum Verbinden
der Kontaktstelle bzw. Pad mit den externen Pins. In dem Signal-Verarbeitungs-Chip 202 kann
der Signalprozessor 206 eine logische Verknüpfung bzw.
Arbeitsweise durchführen
und der DRAM periphere Schaltungsabschnitt 203 hat die
gleiche Schaltungskonfiguration wie diejenige des Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitts 60, wie
in 9 gezeigt. Entsprechend kann der Signal-Verarbeitungs-Chip 202 hergestellt
werden durch das Durchführen
von Herstellungsprozessen für
logische LSI. Der DRAM Peripherie-Schaltungs-Abschnitt 203 und der
DRAM Kern-Abschnitt-Chip 201 sind miteinander mit Verdrahtungsverbindungsleitungen 208 verbunden. In
diesem Fall, wenn die Speicherkapazität von 2 Mbytes benötigt wird
für das
System, dann wird die Speicherkapazität des DRAM Kern-Abschnitt-Chips 201 gleich
16 Mbits. Deshalb kann ein solches System hergestellt werden unter
Verwendung eines Chips gemäß den aktuellen
Halbleiter-Herstellungs-Technologien. In dem Fall der Übertragung
der Daten mit einer Bit-Breite
von 8 Bits zwischen dem Signalprozessor 206 und dem Speicher
wird die Anzahl der Signalleitungen, verbunden zwischen dem DRAM
Peripherie-Schaltungs-Abschnitt 203 und dem DRAM Kern-Abschnitt-Chip 201 ungefähr 70,
wie oben unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
Deshalb können
der DRAM Peripherie-Schaltungs-Abschnitt 203 und der DRAM
Kern-Abschnitt-Chip 201 verbunden werden durch ein Verdrahtungs-Verbindungs-Verfahren, wie in 13 gezeigt.
-
Bei
einer solchen Konfiguration, wenn der Signalprozessor 206 in
dem Signal-Verarbeitungs-Chip 202 auf
den DRAM zugreift, gibt der Signalprozessor 206 die Daten
ein und aus durch das Zuführen
von Adressen und Steuersignalen an den DRAM Peripherie-Schaltungs-Abschnitt 203,
vorgesehen auf dem gleichen Chip.
-
Unter
Verwendung einer solchen Konfiguration wird nur der Speicher-Kern-Abschnitt
des DRAM Kern-Abschnit-Chips 201, ausgelegt mit dem Abstand
bzw. Teilung (pitch) der Speicher-Zellen, hergestellt durch das
Durchführen
der teuren Speicher-Herstellungs-Prozesse und der DRAM Peripherie-Schaltungs-Abschnitt 203 zusammen
mit dem Signalprozessor 206 kann hergestellt werden durch
das Durchführen
von kostengünstigen
Halbleiter-Herstellungs-Prozessen.
In dem Fall, wenn ein großer
(large scale) Signal-Prozessor 206 in dem Signal-Verarbeitungs-Chip 202 ausgebildet
ist, kann der Anstieg der Größe des Signal-Verarbeitungs-Chips 202 erheblich
verringert werden, verglichen mit dem Fall, wenn der DRAM Peripherie-Schaltungs-Abschnitt 203 nicht
vorgesehen ist. Deshalb sind die Verringerung der Produktionsausbeute
und der Anstieg der Kosten, erforderlich zur Herstellung des Chips,
sehr klein, selbst wenn der DRAM Peripherie-Schaltungs-Abschnitt 203 zur
Verfügung
gestellt wird, und ein kostengünstiges
System kann hergestellt werden.
-
Wie
oben beschrieben, können
gemäß den MCM
Technologien der Signal-Verarbeitungs-Chip und der Speicherchip miteinander über eine
große
Anzahl von Leitungen verbunden werden. Deshalb wird ein Signal-Verarbeitungssystem
mit hoher Leistungsfähigkeit
realisiert bei niedrigeren Kosten durch das Verwenden der MCM Technologien.
-
Beispiel 4
-
14 zeigt
eine Konfiguration für
ein Halbleiter-Bauelement gemäß einem
vierten Beispiel. In 14 umfasst das Halbleiter-Bauelement
ein Signal-Verarbeitungssystem, welches aus einem Halbleiter-Speicher-Chip
und einem Signal-Verarbeitungs-Chip besteht, hergestellt durch die
MCM Technologien. In diesem Beispiel wird ein DRAM verwendet als
der Halbleiter-Speicherchip. Der Signal-Verarbeitungs-Chip 302 umfasst:
einen CPU Kern 303 zum Durchführen
einer Arbeitsweise bzw. eines Vorgangs; einen Daten-Cash bzw. – Cache-Speicher 304 und
einen Befehlsspeicher 305 zum Realisieren eines schnellen
Zugriffs auf den Speicher. In dem Fall, wenn der Zugriff von dem
CPU Kern 303 auf den Daten-Cash-Speicher 304 und den Befehls-Speicher 305 kein
Treffer ist, muss eine große
Menge an Daten übertragen
werden zwischen dem DRAM Chip 301 und dem Daten-Cash-Speicher 304 und
zwischen dem DRAM Chip 301 und dem Befehlsspeicher 305,
um die Daten des DRAM Chips 301 für die Block-Daten innerhalb
des Daten-Cash-Speichers 304 und des Befehlsspeichers 305 zu
ersetzen. Weil die Zeit, welche benötigt wird zum Übertragen
der Daten, die Verarbeitungs-Leistungsfähigkeit des Systems beeinflusst,
sollen die Daten in einem kurzen Zeitraum übertragen werden.
-
In
diesem Fall, wenn die Speicherkapazität von 2 Mbytes für das System
benötigt
wird, dann wird die Speicherkapazität für den DRAM Chip 301 gleich
16 Mbits. Deshalb kann ein solches System hergestellt werden unter
Verwendung eines Chips gemäß den aktuellen
Halbleiter-Herstellungs-Technologien. Bei einem herkömmlichen
16 Mbit DRAM ist die Bit-Breite
zum Eingeben/Ausgeben der Daten in einem ungefähren Bereich von 8 bis 16 Bits
im Hinblick auf das Ansteigen des Leistungsverbrauches und Rauschens,
verursacht durch die Last-Kapazitäts-Ansteuerung, wie oben beschrieben.
Andererseits wird die Kapazität
der Daten-Pin-Anschlüsse
des verpackten bzw. in ein Gehäuse
eingefügten
DRAM, wie in 3 gezeigt, ungefähr 5 pF,
wie oben beschrieben und die Kapazität der Daten-Pin-Anschlüsse der
Signal-Verarbeitungs-LSI ist im Wesentlichen die gleiche wie diejenige
des DRAM. Folglich wird die Kapazität der Daten-Leitungen, verbunden
mit der Signal-Verarbeitungs-LSI
und dem DRAM beim Anordnen bzw. Anbringen der Signal-Verarbeitungs-LSI
und dem DRAM auf einer gedruckten Leiterplatte, wie in 3 gezeigt,
gleich dem Gesamtwert der jeweiligen Anschluss-Kapazitäten und
der Kapazität
der gedruckten Leitungsplatte, zum Beispiel ungefähr 15 pF.
Andererseits sollen in der in 14 gezeigten
Konfiguration die jeweiligen Chips hergestellt werden unter Verwendung der
MCM Anbringungs- bzw. Befestigungs-Technologien. Entsprechend muss
eine Transistor-Größe der Eingabe/Ausgabe-Puffer nicht erhöht werden,
weil die externen Last-Kapazitäten
der Daten-Pins für
die Signal-Verarbeitungs-LSI
und den DRAM begrenzt ist. Zusätzlich,
weil die Daten-Pins nicht direkt verbunden sind mit den externen
Pins, ist es nicht erforderlich, ein Bauelement zum Schutz vor elektrischer Überspannung
vorzusehen, so dass die Anschluss-Kapazität der Daten-Pins auf ungefähr 1 pF
festgelegt werden kann. Deshalb wird der Leistungsverbrauch, welcher
erforderlich ist zum Ansteuern der Daten-Pin-Kapazität, ungefähr gleich dem
Leistungsverbrauch, welcher benötigt
wird für
die in 3 gezeigte Anordnung bzw. Bestückung, selbst wenn die Anzahl
der Daten-Pins in einem Bereich von 60 bis 120 Bits ist, weil die
Kapazität
der Daten-Leitungen, verbunden mit der Signal-Verarbeitungs-LSI
und dem DRAM, ungefähr
2 pF wird.
-
Deshalb
kann durch die Verwendung der in 14 gezeigten
System-Konfiguration eine Mehrzahl von Daten-Anschlüssen für den Signal-Verarbeitungs-Chip 302 und
dem DRAM Chip 301 zur Verfügung gestellt werden, um die
Daten zwischen dem Signal-Verarbeitungs-Chip 302 und dem DRAM Chip 301 bei
einer höheren
Rate zu übertragen.
Als Ergebnis kann eine Mehrzahl von Daten gleichzeitig zwischen
diesen Chips übertragen
werden. Zusätzlich,
selbst wenn der Zugriff von dem CPU Kern 303 auf den Daten-Cash-Speicher 304 und
den Befehls-Speicher 305 kein Treffer (mishit) ist, kann
die Rate zum Übertragen
der Daten so eingestellt werden, dass sie hoch ist, zwischen dem
Signal-Verarbeitungs-Chip 302 und dem DRAM Chip 301,
wodurch ein System mit hoher Leistungsfähigkeit realisiert wird.
-
Wie
oben beschrieben, wenn ein LSI hergestellt wird in der in 14 gezeigten
System-Konfiguration durch
die Verwendung der MCM Technologien, kann der Signal-Verarbeitungs-Chip
und der Speicherchip miteinander über eine große Anzahl
von Leitungen verbunden werden. Deshalb können durch das Vorsehen einer Mehrzahl
von Datenanschlüssen
für den
Signal-Verarbeitungs-Chip 302 bzw. den DRAM Chip 301 eine
Mehrzahl von Daten gleichzeitig übertragen
werden, so dass eine Datenübertragung
mit hoher Geschwindigkeit realisiert wird.
-
Beispiel 5
-
Hiernach
wird ein Halbleiter-Bauelement mit einer System-Konfiguration gemäß einem
fünften
Beispiel beschrieben werden. Das Halbleiter-Bauelement des fünften Beispiels
kann gleichzeitig eine Mehrzahl von Daten übertragen durch das Verwenden
von MCM Technologien, wodurch eine Niederspannungs-Arbeitsweise
des Bauelements bei einem niedrigen Leistungsverbrauch realisiert
wird.
-
15 zeigt
eine Konfiguration für
das Halbleiter-Bauelement gemäß dem fünften Beispiel.
Das Halbleiter-Bauelement hat eine System-Konfiguration, welche
die Übertragung
einer Mehrzahl von Daten zwischen einem Halbleiter-Speicher und
einem Signal-Verarbeitungs-LSI
ermöglicht,
und eine parallele Verarbeitung der Daten in der Signal-Verarbeitungs-LSI.
In diesem Beispiel wird ein DRAM als der Halbleiter-Speicher verwendet.
Der Signal-Verarbeitungs-Chip 402 enthält zwei
CPU Kerne 403 und 404 zum Durchführen einer
parallelen Verarbeitung. Beide, der DRAM Chip 401 und der
Signal-Verarbeitungs-Chip 402 enthalten eine Mehrzahl von
Datenanschlüssen,
um die Daten durch die Datenanschlüsse zwischen dem DRAM Chip 401 und
dem Signal-Verarbeitungs-Chip 402 zu übertragen. Der DRAM Chip 401 und
der Signal-Verarbeitungs-Chip 402 sind miteinander über eine
große
Anzahl von Draht-Verbindungs-Leitungen 406 verbunden.
-
In
dem Fall, wenn das Signal verarbeitet wird durch das Signal-Verarbeitungssystem
mit einer Architektur von 8 Bits einschließlich der CPU Kerne 403 und 404 zum
Durchführen einer
8 Bit Verarbeitung, können zwei
Daten gleichzeitig verarbeitet werden durch die CPU Kerne 403 und 404,
wenn die Daten übertragen
werden bei 16 Bits zwischen dem DRAM Chip 401 und dem Signal-Verarbeitungs-Chip 402.
Deshalb kann das in 15 gezeigte Signal-Verarbeitungssystem
die Menge der zu verarbeitenden Daten verdoppeln, verglichen mit
dem System, welches in 3 gezeigt ist, wo die Daten übertragen
werden mit 8 Bits zwischen dem Signal-Verarbeitungs-LSI und dem
DRAM, und die Signal-Verarbeitungs-LSI verarbeitet die Daten mit
8 Bits.
-
Zusätzlich,
in dem Fall, wenn die gleiche Menge der Daten wie diejenige der
Daten, verarbeitet durch das in 3 gezeigte
System, verarbeitet wird durch das in 15 gezeigte
System, kann die Leistungsaufnahme bzw. der Leistungsverbrauch erheblich
verringert werden. 16A ist ein Diagramm und zeigt
die Abhängigkeit
der Zuführ-
bzw. Leistungsspannung von der Gatter (gate)-Verzögerung bei
den logischen Gattern bzw. Gates, verwendet in dem Signal-Verarbeitungs-Chip 402,
während 16B ein Diagramm ist und die Abhängigkeit
einer Versorgungsspannung von einer Zugriffszeit in dem DRAM Chip 401 zeigt.
Die Menge der Verzögerung
wird verdoppelt bei der Spannung von ungefähr 1,9 V, beides in dem logischen
Gatter bzw. Gate (16A) und dem DRAM (16B), in Bezug auf die Verzögerung bei der Versorgungsspannung
von 3,3 V, welche herkömmlich
verwendet wird. Deshalb kann die gleiche Menge an Daten, wie diejenige
der Daten, welche verarbeitet werden bei der Versorgungsspannung
von 3,3 V durch das in 3 gezeigte System, verarbeitet
werden bei der Versorgungsspannung von 1,9 V, durch die Verwendung
des in 15 gezeigten Systems, bei welchem
eine Zwei-Wort-Datenübertragung
durchgeführt
wird zwischen dem DRAM Chip 401 und dem Signal-Verarbeitungs-Chip 402 und
das Signal wird parallel verarbeitet durch die zwei CPU Kerne 403 und 404 des
Signal-Verarbeitungs-Chips 402.
-
17 ist
eine Tabelle zum Vergleichen von herkömmlichen Systemen und dem in 15 gezeigten System
des Halbleiter-Bauelements gemäß dem fünften Beispiel.
In 17 ist ein diskretes System (System 1) ein System,
bei welchem der eingepackte bzw. mit einem Gehäuse versehene Speicher und
die Signal-Verbeitungs-LSI auf einer gedruckten Leiterplatte angebracht
bzw. befestigt sind, wie in 3 gezeigt;
ein weithin verwendeter Chip (MCM; System 2) ist ein System, welches
erhalten wird durch Anbringen eines herkömmlichen Speicherchips und
eines Signalverarbeitungchips unter Verwendung der MCM Technologien;
und System 3 ist ein System, gezeigt in 15, des
Halbleiter- Bauelements
gemäß dem fünften Beispiel.
Die prinzipiellen Merkmale des Systems 3 liegen darin, dass eine
Mehrzahl von Daten gleichzeitig übertragen
und parallel verarbeitet wird zwischen dem Signal-Verarbeitungs-Chip
und dem Speicherchip. Die Systeme 1 und 2 arbeiten bei einem Takt
von 20 MHz, während
das System 3 bei einem Takt von 10 MHz arbeitet. Jedoch, weil eine
parallele Verarbeitung im System 3 durchgeführt wird, wird die gleiche
Leistungsfähigkeit,
wie diejenigen der Systeme 1 und 2 realisiert durch das System 3.
Deshalb wird eine Versorgungsspannung von 3,3 V benötigt zum
Betreiben der Systeme 1 und 2, während
die Versorgungsspannung, welche benötigt wird zum Betreiben von
System 3, gleich 1,9 V ist. Wenn ein Leistungsverbrauch von ungefähr 1 W benötigt wird
zum Betreiben der Systeme 1 und 2, ist der Leistungsverbrauch, welcher
benötigt
wird zum Betreiben von System 3, nur ungefähr 250 mW. Folglich realisiert
System 3 die gleiche Leistungsfähigkeit
durch das Verbrauchen einer Leistung, welche ein Viertel so klein
ist wie die Leistung, welche zum Betrieb der Systeme 1 und 2 benötigt wird.
-
Wie
oben beschrieben, wird durch das Übertragen einer Mehrzahl von
Daten und das parallele Verarbeiten der Daten unter Verwendung der
MCM Technologien gemäß der vorliegenden
Erfindung ein System realisiert, welches bei einer niedrigen Spannung
und mit einem niedrigen Leistungsverbrauch arbeitet.
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Beispiel 6
-
18 zeigt
ein Halbleiter-Bauelement gemäß einem
sechsten Beispiel zum Realisieren eines Systems, bei welchem eine
Mehrzahl von Daten übertragen
wird und parallel verarbeitet wird unter Verwendung von MCM Technologien
bei niedrigeren Kosten. 18 zeigt
eine beispielhafte Konfiguration für ein tragbares Informations-Endgerät oder ähnliches
einschließlich
eines DRAM Chips, eines Flash-Speicher-Chips und eines Signal-Verarbeitungs-Chips,
ausgebildet unter Verwendung der MCM Technologien. Wie in 18 gezeigt,
werden der Signal-Verarbeitungs-Chip 102, der DRAM Kern-Abschnitt-Chip 101 und
der Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 103 auf einem gemeinsamen
Substrat 100 angeordnet bzw. befestigt. Der Signal-Verarbeitungs-Chip 102 umfasst:
zwei CPU Kerne 107 und 108 zum Durchführen einer
parallelen Verarbeitung; einen DRAM Peripherie-Schaltungs-Abschnitt 104; und
einen Flash-Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt 105.
Des Weiteren werden, um eine Mehrzahl von Daten zwischen dem Signal-Verarbeitungs-Chip 102,
dem DRAM Kern-Abschnitt-Chip 101 und dem Flash-Speicher-Kern-Abschnitt- Chip 103 zu übertragen,
eine Mehrzahl von Datenanschlüssen
vorgesehen für
den DRAM Kern-Abschnitt-Chip 101, den Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 103,
und den DRAM Peripherie-Schaltungs-Abschnitt 104 und den Flash-Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt 105 innerhalb
des Signal-Verarbeitungs-Chip 102. Der Signal-Verarbeitungs-Chip 102,
der DRAM Kern-Abschnitt-Chip 101 und der Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 103 sind
miteinander verbunden über
eine große
Anzahl von Verdrahtungs-Verbindungs-Leitungen 110 und 111.
-
Bei
einer solchen System-Konfiguration wird ein System, welches bei
einer niedrigen Spannung und bei einer niedrigen Leistungsaufnahme
arbeitet, realisiert durch das Übertragen
einer Mehrzahl von Daten und das parallele Verarbeiten der Daten
unter Verwendung der MCM Technologien, wie unter Bezugnahme auf
die 15 bis 17 beschrieben.
Zusätzlich,
auf die gleiche Art wie das in 13 gezeigte
System, muss nur der Speicher-Kern-Abschnitt,
ausgelegt bzw. entworfen mit dem Abstand bzw. Teilung (pitch) für die Speicherzellen,
hergestellt werden unter Verwendung von teuren Halbleiter-Herstellungsprozessen
in dem DRAM Kern-Abschnitt-Chip 101 und dem Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 103.
Der DRAM Peripherie-Schaltungs-Abschnitt 104 und der Flash-Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt 105 können ausgebildet
werden auf ein und demselben Chip, wenn der Signalprozessor 106 und
die CPU Kerne 107 und 108 befestigt bzw. angeordnet
werden durch das Durchführen
der Halbleiter-Herstellungs-Prozesse, wie zum Beispiel einen Prozess
für eine
logische LSI, bei niedrigern Kosten, verglichen mit dem Speicher-Prozess.
Deshalb ist es möglich,
ein kostengünstiges
System zu realisieren, welches bei einer niedrigen Spannung und
mit einer niedrigen Leistungsaufnahme arbeitet.
-
Wie
schon unter Bezugnahme auf die 11 und 12 beschrieben,
in dem Fall der Verwendung einer Mehrzahl von Speicher-Kern-Abschnitt-Chips
mit der gleichen Konfiguration, kann die Speicher-Peripherie-Schaltung
gemeinsam verwendet werden. Auf die gleiche Art kann die Speicher-Peripherie-Schaltung
gemeinsam verwendet werden zwischen dem DRAM Kern-Abschnitt-Chip
und dem Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip, wie in 19A gezeigt, durch die Verwendung von ein und
derselben Wort-Konfiguration für
den DRAM Kern-Abschnitt-Chip 101 und den Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 103 in
dem in 18 gezeigten Halbleiter-Bauelement,
hergestellt unter Verwendung der MCM Technologien. Wie in 19A gezeigt, umfasst das Halbleiter-Bauelement:
einen DRAM Kern-Abschnitt-Chip 501; einen Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 503;
und einen Signal- Verarbeitungs-Chip 502.
Der Signal-Verarbeitungs-Chip 502 umfasst: einen Signalprozessor 506;
CPU Kerne 507 und 508; und eine Speicher-Peripherie-Schaltung 504.
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19B zeigt eine detaillierte Konfiguration für die Speicher-Peripherie-Schaltung 504.
Weil der DRAM Kern-Abschnitt-Chip 501 und der Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 503 auf
verschiedene Arten gesteuert werden, umfasst die Speicher-Peripherie-Schaltung 504 eine
DRAM Steuerung 520 und eine Flash-Speicher-Steuerung 523.
Die DRAM Steuerung 520 wird gesteuert, basierend auf einem
RAS Signal und einem CAS Signal, und die Flash-Speicher-Steuerung 523 wird
gesteuert, basierend auf einem Chip-Freigabe (CE; Chip Enable)-Signal.
Eine Adress-Schaltung 521 umfasst: den Spalten-Adress-Puffer 9;
den Zeilen-Adress-Puffer 10; den Zeilen-Adress-Zähler 11;
den Spalten-Vor-Dekoder 7; und den Zeilen-Vor-Dekoder 8,
wie in 9 gezeigt, und eine Daten-Schaltung 522 umfassend:
den Daten-Eingabepuffer 12; den Daten-Ausgabepuffer 13;
den Schreib-Verstärker 14;
und den Lese-Verstärker 15,
auch in 9 gezeigt, und diese werden
gemeinsam verwendet durch den DRAM Kern-Abschnitt-Chip 501 und
den Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 503.
-
Der
DRAM Kern-Abschnitt-Chip 501, der Signal-Verarbeitungs-Chip 502 und
der Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 503 sind
auf dem Substrat 500 angeordnet, die Signal-Anschlüsse zum
Verbinden der jeweiligen Chips miteinander sind mit dem Substrat 500 verbunden
durch die Drahtverbindung 510, und die jeweiligen Chips
sind verbunden miteinander über
die Leitungen 511 bis 513 auf dem Substrat 500.
Durch die Signal-Anschlüsse der
Speicher-Peripherie-Schaltung 504 wird ein DRAM Kern-Steuer-Signal
verbunden mit dem DRAM Kern-Abschnitt-Chip 501 über die
Leitungen 511, ein Flash-Speicher-Steuer-Signal wird verbunden
mit dem Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 503 über die
Leitungen 512, und Signale für die Adresse und die Daten-Schaltungen
werden bzw. sind verbunden mit dem DRAM Kern-Abschnitt-Chip 501 und
dem Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 503 durch
die Leitungen 513.
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In
dem Fall, wenn der Signal-Verarbeitungs-Chip 502 die Daten
aus dem DRAM Kern-Abschnitt-Chip 501 ausliest,
werde die RAS, CAS und OE Signale erzeugt durch den Signal-Prozessor 506 und
dann der Speicher-Peripherie-Schaltung 504 zusammen mit
den Adressen zugeführt.
In der Speicher-Peripherie-Schaltung 504 erzeugt die DRAM
Steuerung 520 ein DRAM Kern-Steuer-Signal basierend auf
den RAS, CAS und OE Signalen und die Adress-Schaltung 521 erzeugt eine
vor-dekodierte Adresse und führt
die Adresse dem DRAM Kern- Abschnitt-Chip 501 zu,
wodurch die Daten von dem DRAM Kern ausgelesen werden und die Daten
ausgegeben werden an den Signal-Prozessor 506 über die
Datenschaltung 522. In diesem Fall wird das Flash-Speicher-Steuer-Signal
nicht erzeugt, weil CE nicht der Flash-Speicher-Steuerung 523 zugeführt wird, und
der Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 503 verbleibt in
dem Warte-Zustand. In dem Fall, wenn der Signal-Verarbeitungs-Chip 502 die
Daten aus dem Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 503 ausliest,
werden die CE und OE Signale erzeugt durch den Signal-Prozessor 506 und
dann der Speicher-Peripherie-Schaltung 504 zusammen mit
den Adressen zugeführt.
In der Speicher-Peripherie-Schaltung 504 erzeugt die Flash-Speicher-Steuerung 523 ein
Flash-Speicher-Kern-Steuer-Signal basierend auf den CE und OE Signalen
und die Adress-Schaltung 521 erzeugt eine vor-dekodierte
Adresse und führt
die Adresse dem Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 503 zu,
wodurch die Daten von dem Flash-Speicher-Kern ausgelesen werden
und die Daten ausgegeben werden an den Signal-Prozessor 506 über die
Daten-Schaltung 522. In diesem Fall, weil RAS und CAS der
DRAM Steuerung 520 nicht zugeführt werden, wird das DRAM Steuer-Signal
nicht erzeugt und der DRAM Kern-Abschnitt-Chip 501 bleibt
in dem Wartezustand. Beim Schreiben der Daten von dem Signal-Verarbeitungs-Chip 502 zu
dem DRAM Kern-Abschnitt-Chip 501 oder dem Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 503 können die
Daten geschrieben werden auf entweder dem DRAM Kern-Abschnitt-Chip 501 oder
dem Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 503, durch das Zuführen von
entweder den RAS oder CAS Signalen oder dem CE Signal zu der Speicher-Peripherie-Schaltung 504.
-
In
dem in den 19A und 19B gezeigten
Halbleiter-Bauelement wird die gleiche Wortkonfiguration verwendet
für den
Speicher-Kern-Abschnitt des DRAM Kern-Abschnitt-Chip 501 und den Flash-Speicher-Kern-Abschnitt-Chip 503.
Jedoch selbst wenn verschiedene Wort-Konfigurationen verwendet werden
für die
zwei Chips, kann ein Teil des Spalten-Adress-Puffers, des Zeilen-Adress-Puffers,
des Spalten-Vor-Dekoders und des Zeilen-Vor-Dekoders in der Adress-Schaltung 521 und
ein Teil des Daten-Eingabepuffers, des Daten-Ausgabepuffers, des Lese-Verstärkers und
des Schreib-Verstärkers
in der Daten-Schaltung 522 gemeinsam verwendet werden,
wie leicht verstanden wird.
-
Wie
oben beschrieben, selbst wenn eine Mehrzahl von Speichern verschiedener
Arten verwendet werden, kann ein Teil einer Speicher-Peripherie-Schaltung
gemeinsam verwendet werden durch das Ausbilden eines Speicher-Kern-Abschnitts
und eines Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitts
auf verschiedenen Chips.
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In
den vorhergehenden Beispielen wurde die vorliegende Erfindung beschrieben,
wenn sie bei einem DRAM angewendet wird. Jedoch, wie zuerst beschrieben,
ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen DRAM beschränkt. Die
Ausführungsformen,
bei welchen die vorliegende Erfindung eingesetzt wird bei dem DRAM, wurden
im Detail beschrieben. Dies ist der Fall, weil wenn ein prinzipieller
Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei welchem ein Speicher-Kern-Abschnitt
und ein Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt eines DRAM ausgebildet
sind auf verschiedenen Halbleiter-Chips im Detail beschrieben wird,
dann ist es möglich,
am geeignetsten eines der Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung
zu veranschaulichen und die Probleme der herkömmlichen Idee aufzuzeigen,
dass der Speicher-Kern-Abschnitt
und der Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt des DRAM auf ein
und demselben Halbleiter-Chip ausgebildet werden sollten. Zusätzlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf ein MCM beschränkt.
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Beispiel 7
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Hiernach
wird ein Verfahren zum Gruppieren der Schaltungsblöcke in die
Gruppen, welche ausgebildet werden sollen auf verschiedenen Halbleiter-Chips,
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
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20A ist ein Blockdiagramm und zeigt eine Konfiguration
für eine
allgemein verwendete Steuer MCU 902, während 20B ein
Blockdiagramm ist und eine Konfiguration für eine allgemein verwendete
Video-Verarbeitungs MCU 903 zeigt.
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Zuerst
werden die Schaltungsinformation der Steuer MCU 902 und
die Block-Parameter, welche die Merkmale der jeweiligen Schaltungs-Blöcke darstellen,
gewonnen bzw. extrahiert und in ein CAD System eingelesen. Als Nächstes werden
die Hierarchien der jeweiligen Blöcke klassifiziert, bis die
Blöcke
gruppiert werden können.
Zum Beispiel wird ein LSI-0 klassifiziert in die folgenden Schaltungs-Blöcke: einen
MCU Kern; ein serielles I/F; ein ROM; ein RAM; eine Zeitsteuerung
(timer); eine Unterbrechungs(interrupt)-Steuerung; ein D/A; und
ein A/D.
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Als
Nächstens
werden basierend auf einem Parameter, ob jeder Schaltungs-Block
ein „MCU
Kern" oder eine „periphere
Schaltung" ist,
die hierarchisch klassifizierten Schaltungs-Blöcke gruppiert.
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In
diesem Beispiel werden die Schaltungs-Blöcke in dem MCU Kern ausgewählt als
eine Gruppe von LSI-1 und die Schaltungs-Blöcke in dem seriellen I/F, dem
ROM, dem RAM, der Zeitsteuerung, der Unterbrechungs-Steuerung, dem
D/A und dem A/D werden ausgewählt
als Gruppen von LSI-2, so dass die Hierarchien LSI-1 und LSI-2 erzeugt
werden.
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Durch
das Durchführen
des gleichen Verfahrens können
die Hierarchien LSI-1 und LSI-2 erzeugt werden in Bezug auf die
Video-Verarbeitungs-MCU.
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21A zeigt schematisch einen Zustand, bei welchem
ein MCU Kern 905 und periphere Schaltungen 904 von
der Steuer-MCU 902 und der Video-Verarbeitungs MCU 903 getrennt
sind. 21B zeigt schematisch den Querschnitt
eines Halbleiter-Bauelements, bei welchem der MCU Kern-Abschnitt-Chip 905 und der
Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip 904 oder 906 miteinander
verbunden sind unter Verwendung von MCM Technologien.
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22A zeigt einen Fall bei welchem der MCM Kern,
der ROM und der RAM ausgewählt
werden als die Schaltungs-Blöcke,
welche zu der Gruppe LSI-1 gehören,
und das serielle I/F, die Zeitsteuerung, die Unterbrechungs(interrupt)-Steuerung,
der D/A und der A/D werden ausgewählt als die Schaltungs-Blöcke, welche zu
der Gruppe LSI-2 gehören,
beim Gruppieren der jeweiligen Schaltungs-Blöcke. 22B zeigt
schematisch den Querschnitt eines Halbleiter-Bauelements, bei welchem
ein Chip 908 für
den MCU Kern und den gemeinsamen Abschnitt verbunden ist mit einem
Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip 907 oder 909 unter
Verwendung der MCM Technologien.
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Durch
das Gruppieren der Schaltungen, so dass sie auf dem „MCU Kern-Abschnitt-Chip" (oder einem „Chip für den MCU
Kern und den gemeinsamen Abschnitt") und dem peripheren Schaltungs-Abschnitt-Chip ausgebildet
werden, können
die folgenden Vorteile erhalten werden. Wenn die Schaltungs-Blöcke, welche
gemeinsam verwendet werden für
die zwei Arten der MCUs, ausgebildet sind auf ein und demselben
Halbleiter-Chip, dann wird die Schaltungs-Fläche des Halbleiter-Bauelements,
bestehend aus den zwei Chips, als Ganzes verringert und die Produktionsausbeute
wird erhöht.
Zusätzlich,
in dem Fall, wenn eine MCU neu designed bzw. entworfen wird, oder
in dem Fall, wenn das Design der MCU verändert wird, ist es ausreichend, die
peripheren Schaltungen mit einer relativ kleinen Größe neu zu
entwerfen oder das Design bzw. den Entwurf davon zu verändern ohne
das Design des MCU Kerns zu verändern.
Des Weiteren müssen
nur die neu entworfenen peripheren Schaltungen getestet werden,
so dass es nicht erforderlich ist, zusätzlich eine Testschaltung vorzusehen.
Als Ergebnis können
die Kosten zum Entwickeln eines Halbleiter-Bauelements insgesamt verringert
werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es durch das Ausbilden eines ersten Schaltungs-Blockes und eines
zweiten Schaltungs-Blockes, welche jeweils verschiedene Block-Parameter
haben, auf verschiedenen Halbleiter-Chips und das elektrische Verbinden
dieser Schaltungs-Blöcke möglich, verschiedene
Probleme zu lösen,
welche verursacht werden durch die Schaltung, wo eine Mehrzahl von
Schaltungs-Blöcken
mit verschiedenen Block-Parametern auf ein und demselben Halbleiter-Chip
integriert sind.
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Insbesondere
muss durch das Klassifizieren der Schaltungs-Blöcke in zwei Gruppen und das
separate Ausbilden der zwei Gruppen der Schaltungs-Blöcke auf
einem Speicher-Kern-Abschnitt-Chip,
ausgebildet durch das Durchführen
eines ersten Halbleiter-Herstellungsprozesses
und einem Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip, ausgebildet
durch das Durchführen
eines zweiten Halbleiter-Herstellungsprozesses verschieden von dem
ersten Halbleiter-Herstellungsprozess, nur der Speicher-Kern-Abschnitt-Chip ausgebildet werden
durch einen teuren Speicher-Prozess und der Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt-Chip
kann ausgebildet werden durch einen kostengünstigen logischen LSI Prozess,
so dass die Kosten zur Herstellung eines Halbleiter-Speicher-Bauelements
vorteilhaft verringert werden können.
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Zusätzlich wird
der teure Prozess nur für
den Speicher-Kern-Abschnitt benötigt,
ausgelegt bzw. entworfen mit dem Abstand (pitch) der Speicherzellen
in dem Speicher-Kern-Abschnitt-Chip,
so dass der Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt, sowie der
Signal-Prozessor hergestellt werden können durch das Durchführen eines
Halbleiter-Herstellungsverfahrens bei niedrigeren Kosten verglichen
mit dem teuren Speicher-Prozess. Entsprechend, wenn ein großer (large-scale)
Signal-Prozessor ausgebildet ist in dem Signal-Verarbeitungs-Chip,
kann der Anstieg der Größe des Signal-Verarbeitungs-Chips
mit einem Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt
erheblich verringert werden, verglichen mit einem Signal- Verarbeitungs-Chip ohne
einen Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt. Des Weiteren verringert
das Vorsehen des Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitts kaum
die Produktionsausbeute des Chips und erhöht kaum die Kosten davon, wodurch
effektiv die Kosten des Halbleiter-Bauelements verringert werden,
welche das System bilden.
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Des
Weiteren können
durch das Verbinden eines Speicher-Kern-Abschnitt-Chips, welcher
Speicherzellen enthält,
zum Speichern von Daten darin, und ausgebildet ist durch das Durchführen eines
ersten Halbleiter-Herstellungsprozesses, und eines Signal-Verarbeitungs-Chips, welcher einen
Speicher-Peripherie-Schaltungs-Abschnitt enthält und einen Signalprozessor
zum Verarbeiten eines Signals unter Verwendung der in dem Speicher-Kern-Abschnitt-Chip gespeicherten
Daten und ausgebildet ist durch Durchführen eines zweiten Halbleiter-Herstellungsprozesses,
verschieden von dem ersten Halbleiter-Herstellungsprozess, die Daten
mit einer hohen Rate übertragen
werden zwischen dem Signal-Verarbeitungs-Chip und dem Speicher-Kern-Abschnitt-Chip,
wodurch effektiv die Leistungsfähigkeit
des Systems verbessert wird. Des Weiteren kann durch das Übertragen
einer Mehrzahl von Daten und das parallele Verarbeiten der Daten
das System effektiv bei einer niedrigen Spannung und einem niedrigen
Leistungsverbrauch betrieben werden, und das System kann bei niedrigeren
Kosten hergestellt werden.
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Verschiedene
andere Modifikationen bzw. Abwandlungen werden den Fachleuten offensichtlich
sein und können
von diesen leicht durchgeführt
werden ohne von dem Schutzbereich dieser Erfindung abzuweichen.
Entsprechend ist es nicht beabsichtigt, dass der Schutzbereich der
beiliegenden Ansprüche
auf die Beschreibung beschränkt
wird, wie hierin ausgeführt,
sondern dass die Ansprüche
breit ausgelegt werden.