JP2003503834A - 半導体メモリチップモジュール - Google Patents

半導体メモリチップモジュール

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Abstract

(57)【要約】 スマートカード用半導体メモリチップモジュール(2')において、不揮発性メモリチップ(EEPROM)(4)及び揮発性メモリチップ(SRAM)(6)が積み重ねられ、縦方向チップ間配線(16)により直接接続される。高速アクセス揮発性メモリにより、プログラムの高速実行が可能になる。データの永続的で安全な格納が、データの不揮発性メモリへの再ロードにより実施される。デコーダ回路をもつチップ(8)を別の階層に入れることができる。動作中に一定の供給電圧まで常時再充電されるバッファコンデンサ(20)が、同様にチップに集積化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明はタイプの異なる複数の半導体メモリチップ、特に相異なる製造技術に
より作られた複数の半導体メモリチップを有する半導体メモリチップモジュール
に関する。詳しくは、本発明はスマートカードに適する半導体メモリチップモジ
ュール及びそのようなチップモジュールを装備したスマートカードに関する。
【0002】 現在利用可能な半導体メモリは、製造技術、動作パラメータ、容量等にしたが
って様々なタイプに分類することができる。半導体メモリは、例えば揮発性及び
不揮発性メモリに分けることができる。
【0003】 スマートカード及びスマートカード端末においては、内容を消去及び上書きす
ることもできる不揮発性メモリを用いると便宜がよい。そのような目的に用いら
れる代表的な半導体メモリはEEPROMである。
【0004】 そのようなEEPROM、すなわち電気的に消去/書込が可能なプログラマブ
ルリードオンリメモリは、データの消去及び再書込のために必然的に回路がある
程度複雑になり、揮発性メモリ、例えばDRAMまたはSRAMに比べて比較的
長いアクセス時間が必要となる。そのようなメモリをソフトウエアプログラムの
実行中に用いると、プログラムの実行が遅くならざるを得ない。さらに、EEP
ROMの可能な消去/書込動作回数は限られており、一般に10,000から1
00,000回の範囲でしかない。
【0005】 不揮発性メモリ、例えばEEPROMはなければならないが、プログラム実行
のためには高速アクセスメモリがやはり必要である場合に、一つの方法として、
EEPROMに加えて例えばSRAMを揮発性メモリとして備え、SRAMをプ
ログラム実行に用いることが考えられる。プログラム実行結果が実行後しばらく
の間格納されていなければならない場合には、必要なデータをEEPROMに再
ロードすることができる。
【0006】 タイプの異なる半導体メモリ、すなわち、本事例の場合には不揮発性メモリ(
EEPROM)及び揮発性高速メモリ(SRAM)は、異なる製造技術に基づく。
そのようなタイプの異なる2つの半導体メモリを並行して用いる場合、2つのメ
モリを使用できるように相互接続するためにはかなりの工数が必要となる。比較
的長い導電路が2つのメモリの間に必要である。この導電路は利用できるチップ
領域の比較的大きな部分を占める。
【0007】 本発明は、上記の欠点、すなわち大きな製造工数及び長い導電路を必要とせず
に、2つのタイプのメモリチップの利点を活用できる半導体メモリチップモジュ
ールを提供するという課題に基づく。
【0008】 上記課題は、本発明にしたがう、タイプの異なるメモリチップが相異なる階層
に縦積みされ、縦方向配線で接続される、タイプの異なるメモリチップをもつ半
導体メモリチップモジュールにおいて解決される。特に好ましい実施形態におい
て、第1のメモリチップのメモリセルが第2のメモリチップのメモリセルに位置
を合わせて配置され、位置が合わせられたメモリセルどうしが縦方向配線により
直接接続される。
【0009】 特に好ましい実施形態において、第1のタイプのメモリチップは不揮発性メモ
リ、特にEEPROMであり、第2のタイプは揮発性メモリ、例えばSRAMで
ある。
【0010】 本発明により、異なるタイプのメモリチップ、特に相異なる製造技術でつくら
れたメモリチップを有する半導体メモリチップモジュールの製造が可能になる。
本発明にしたがえば、それぞれのチップは、それぞれの一般的な製造プロセスを
用いて別々に製造することができる。完成チップのそれぞれに必要なチップ領域
面積は、場合によるが、比較的小さい。完成チップは次いで積み重ねられ、チッ
プ間の接続は縦方向配線である。すなわち余分のチップ領域面積はほとんど必要
とされない。積み重ねられたチップは次いで、スマートカードに搭載できるよう
に、自蔵ユニットとして形成され、詳しくはパッケージ封入により1つのモジュ
ールにされる。
【0011】 本発明の最も単純な実施形態において、2つのチップ階層を提供できる。それ
ぞれの半導体メモリは実メモリセルだけでなく、ここではデコーダと称される、
駆動回路も備えるから、特定の半導体チップとともにデコーダを形成することが
できる。しかし、本発明の特に有利な実施形態においては、チップモジュールの
全てのメモリチップのためのデコーダ回路をもつ別のチップが別の階層に与えら
れる。よって、チップが占める面積が、別のチップのデコーダ回路により−横方
向に−拡大することはない。デコーダ回路をもつチップも、第1または第2のタ
イプのメモリチップと、いずれのチップがデコーダ回路をもつチップの直下に配
置されているかに依存して、縦方向チップ間配線により接続される。
【0012】 スマートカード及びスマートカード端末とともにメモリチップを用いる上での
特別な特徴は、いわゆる電力解析攻撃に対する保護である。そのような攻撃では
保護されたデータの推定を可能にするために、特殊なセンサを用いて回路上の電
流及び電圧状態を解析する試みが不正な目的をもってなされる。全ての配線上の
電圧及び電流レベルが確実に、内部回路状態に無関係に定められる1つの、また
はいくつかの内の1つの、レベルに常にあるとすれば、そのような攻撃は不可能
である。
【0013】 常時再充電されるコンデンサ、いわゆるバッファコンデンサを、回路状態の推
定を可能にし得るレベル変化が外部からは認められないようなレベルまでチップ
への供給電圧を平滑化するために用いることができる。
【0014】 本発明の好ましい実施形態において、特に集積コンデンサの形態の、エネルギ
ーバッファがチップモジュールの階層の少なくとも1つに形成される。バッファ
コンデンサはあるチップ階層の全てを占めることができるが、好ましい多層構造
においては、バッファコンデンサをチップ領域の一部のみに限定し、よって、そ
の階層の残余部分をメモリセル、デコーダ回路またはロジック回路が利用できる
ようにすることもできる。揮発性メモリを用いて実行されたプログラム処理の終
了時に、プログラムの結果及びその他のデータを不揮発性メモリに格納するため
にバッファコンデンサを用いることができる。例えば外部擾乱の影響によりプロ
グラムの実行打切りが生じた場合に、プログラムの再スタートに必要なデータを
バッファコンデンサを用いて不揮発性メモリに永続的に格納することができる。
【0015】 以下に、本発明のいくつかの実施例を図面を参照してより詳細に説明する。
【0016】 図1は本発明の第1の実施形態にしたがう半導体メモリチップモジュール2を
示す。チップモジュール2には積み重ねられた3つのチップ、すなわち、ここで
はEEPROMとしてつくられた、すなわち不揮発性メモリチップの下層チップ
4,ここではDRAMとしてつくられた、すなわち揮発性メモリチップの中層チ
ップ6,及び2つのタイプのデコーダ回路10及び12を備える上層チップ8が
入っている。
【0017】 メモリチップ4はあらかじめ定められた数のメモリセルC4をもつ。メモリチ
ップ4と縦方向で位置合せされているメモリチップ6は、対応する数の揮発性メ
モリセルC6をもつ。
【0018】 メモリチップ4及び6のメモリセルC4及びC6は、図1の縦線で表示される
ように、縦方向で位置合せされる。縦方向で相互に位置合せされたメモリセルC
4とC6との間は、図2に示される実施例に対して以下でさらに詳細に説明され
る、いわゆる縦方向チップ間配線により電気的に直接接続されている。
【0019】 最上階層にある上層チップ8に入っているデコーダ回路10及び12は、メモ
リチップ4及び6に対し別々にアドレスすることができる。本実施形態において
は、デコーダ回路10は(図1に示されている回路に限り)下層メモリチップ4の
メモリセルC4を駆動するためにはたらき、一方デコーダ回路12は中層メモリ
チップ6のメモリセルC6を駆動するためにはたらく。しかし改変された実施形
態においては、場合により、デコーダ回路10及び12をメモリチップ4及び6
の両者に対して用いることもできる。
【0020】 図2は、図1に示したチップモジュールを基にして構成された、第2の実施形
態の半導体メモリチップモジュール2'を示す。
【0021】 第1の実施形態と同様に、下層チップ4はEEPROMとしてつくられ、その
上の次の階層にはSRAMとしてつくられたチップ6がある。縦方向に相互に位
置合せされたメモリセルC4及びC6は、縦方向チップ間配線16により電気的
に直接接続される。
【0022】 同様の縦方向チップ間配線14がメモリチップ6を、(詳細は示されていない)
デコーダ回路及び付加バッファコンデンサ20をもつチップ8と接続する。バッ
ファコンデンサ20は、下に配置されたメモリチップ6と縦方向チップ間配線2
2aにより、また上に配置された別のチップ18とチップ間配線22bにより、
同様に接続され、さらに、チップ8に入れられているデコーダ回路と24で表示
される配線により接続される。バッファコンデンサ20は、図示されていない配
線により、下層メモリチップ4とも接続される。
【0023】 図2に示される実施形態の半導体メモリチップモジュール2'は、エネルギー
バッハとしてはたらくバッファコンデンサ20だけでなく、最上階層にチップ1
8ももち、チップ18は例えば、その機能を他の全てのチップ4,6及び8が利
用できる、ロジック回路ももつ。
【0024】 図2にしたがう実施形態において、バッファコンデンサ20は交互する複数の
導電体層と誘電体層からつくられる。給電線(図示せず)が、バッファコンデンサ
20を常時供給電圧レベルに保つために用いられる。バッファコンデンサ20の
容量は、例えばチップモジュール2'の使用打切りの場合に、メモリチップ6の
SRAMからメモリチップ4のEEPROMの対応するメモリセルへのデータの
書込を可能とするような容量である。
【0025】 本発明並びに図1及び2に示されるチップモジュールの実施形態は、スマート
カードまたはスマートカード端末への組込に特に適しているが、本発明は前記の
用途に限定されない。本発明の別の改変形態として、メモリチップの順序を変え
ることができる。例えば、図1において互いに異なるチップ4,6及び8の順序
を変えることができる。図2にしたがう配置についても同じことが成り立つ。バ
ッファコンデンサ20は1つのチップ階層全体を占めることもできる。図1の上
層チップ8において10及び12で示されるデコーダ回路を、別々のチップ階層
にかけて分散配置することもできる。
【0026】 図1及び2に示される半導体メモリチップモジュールの実施例には、別々の製
造プロセスでつくられたチップ4,6,8及び18が入っている。別々につくら
れたチップが積み重ねられ、ボンディングにより縦方向に相互接続される。ここ
での場合、ボンディングとは個々のチップ間またはチップをもつウエハ間を接続
することを指す。この目的のため、チップまたはウエハは薄くされる。すなわち
、製造後に厚さが減じられる。個々のチップ間またはウエハ間の実際の電気的接
続は、上述したように、縦方向チップ間配線により行われる。縦方向チップ間配
線は、個々のチップまたはウエハの製造時のメタライゼーションプロセスに相当
する、メタライゼーションプロセスによりつくられる。これにより、例えば、相
異なる階層にある、すなわち相異なるチップ上の個々のメモリセルを、上述した
ように電気的に相互接続できる、高密度配線が可能になる。これによりさらに、
内部縦方向チップ間配線は外部からアクセスできず、よって解析目的のために傍
受することができないから、保全性が高められる。
【0027】 上記のようにして得られた全集成体はケースに収められ、例えばスマートカー
ドへの搭載に利用できるようになる。外部に向けて導かれるリードの接続を含む
ケースへの収容は従来通りであるため、本明細書では詳細な説明は行わない。
【0028】 スマートカードに搭載されると、図1または図2にしたがう半導体メモリチッ
プモジュールは、永続的に格納されたデータが下層チップ4,すなわち不揮発性
メモリのEEPROMにおかれた態様で動作する。プログラム実行時に、必要な
データが中層チップ、すなわち揮発性メモリ(SRAM)に再ロードされる。中層
メモリ6はキャッシュメモリのようなはたらきをする。次いで、結果データ及び
例えば使用打切りの場合に保護されるべきデータは、バッファコンデンサに蓄え
られたエネルギーを用いて、中層メモリチップ6から下層メモリチップ4に再ロ
ードされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例にしたがう半導体メモリチップモジュールの簡略な縦断
面図を示す
【図2】 本発明の第2の実施例の図1と同様の図を示す
【符号の説明】
2,2' 半導体メモリチップモジュール 4,6 メモリチップ 8,18 チップ 10,12 デコーダ回路 14,16 縦方向チップ間配線 20 バッファコンデンサ 22a,22b 縦方向コンデンサ−チップ間配線 24 コンデンサ−チップ間配線 C4,C6 メモリセル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DK,DM,DZ ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM, HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,K G,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT ,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN,MW, MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,S D,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR ,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN,YU, ZA,ZW

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のタイプの第1のメモリチップ(4)、第2のタイプの第
    2のメモリチップ(6)、並びに前記第1及び第2のメモリチップ(4,6)の間の
    電気配線(14,16)を有する半導体メモリチップモジュールにおいて、前記メ
    モリチップ(4,6)が相異なる階層に縦積みされ、縦方向チップ間配線(14,
    16)により接続されることを特徴とするチップモジュール。
  2. 【請求項2】 前記第1のメモリチップ(4)のメモリセル(C4)が前記第2
    のメモリチップ(6)のあるメモリセル(C6)と固定的に位置合せされ、前記相互
    に位置合せされたメモリセル(C4,C6)が電気的に直接接続されることを特徴
    とする請求項1記載のチップモジュール。
  3. 【請求項3】 前記第1のタイプが不揮発性メモリ、例えばEEPROMに
    相当し、前記第2のタイプが揮発性メモリ、例えばSRAMに相当することを特
    徴とする請求項1または2記載のチップモジュール。
  4. 【請求項4】 少なくとも1つの別のチップ(8,18)が別の階層に与えら
    れることを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載のチップモジュール。
  5. 【請求項5】 前記別のチップが前記メモリチップ(4,6)のためのデコー
    ダ回路(10,12)をもつことを特徴とする請求項4記載のチップモジュール。
  6. 【請求項6】 前記階層の内の少なくとも1つにエネルギーバッファが形成
    されることを特徴とする請求項1から5いずれか1項記載のチップモジュール。
  7. 【請求項7】 前記エネルギーバッファが集積化バッファコンデンサ(20)
    として形成されることを特徴とする請求項6記載のチップモジュール。
  8. 【請求項8】 スマートカード用につくられていることを特徴とする請求項
    1から7いずれか1項記載のチップモジュール。
  9. 【請求項9】 請求項1から8いずれか1項記載の半導体メモリチップモジ
    ュールを有することを特徴とするスマートカード。
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