JPH06283661A - マルチチップモジュールの構造 - Google Patents
マルチチップモジュールの構造Info
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- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Abstract
ュールを提供する。 【構成】 Cu/ポリイミド多層配線部2が、冗長な容
量を有するメモリの集積化された、1枚のウェハレベル
のSRAM Si基板1の上部に形成され、アドレスデ
コーダ/コントローラ3およびMPU4が、Cu/ポリ
イミド多層配線部2の上部にハイブリッドに構成されて
いる。
Description
グワークステーションやパーソナルコンピュータなどの
情報処理装置の中央演算処理装置と、その周辺の半導体
主記憶装置を一体化したマルチチップモジュールの構造
に関する。
において、半導体チップのベアチップ実装が行われ、そ
の後のバーンインテストで不良チップが確認された場
合、リペアによる不良チップの交換が必要になる。
場合、チップの交換は高度な技術を必要とし、さらにそ
の工数は多大なものとなる。
故障に対し、チップを交換する場合には、上述の理由か
ら、ユーザーに高額な修理費用を負担させることにな
る。
をウェハあがりの状態で、あらかじめ行うようにするこ
とができる。この場合、ウェハチェック(Wafer
Check)を行う装置が必要となるが、このようなウ
ェハチェック装置を製作するにあたっては、高度な技術
を必要とし、従って装置は高価なもので、さらにそのプ
ローブ部分の耐用回数が低い。
りの状態で行うには、巨額な投資と、多大な労力が必要
となる。
ールのパッド部分に損傷を与えてしまうと、フリップチ
ップ時のハンダリフロー後の信頼性に大きな影響を与え
るときがある。
6上にMPU(MPUブロック)91、コントローラ
(コントローラブロック)92、およびメモリ(メモリ
ブロック)93乃至95が形成されたLSIモジュール
が知られている。
メモリブロック93乃至95のうちの、例えばいずれか
1つを、冗長なメモリブロックとすることで、他のいず
れかのメモリブロックが故障した際、コントローラ92
によって、代替救済を行い、全体としての歩留まりを向
上させようとする。
リの歩留まりが、98%であるとして、ウェハ上に20
個などの多数のメモリチップを搭載した場合、すべての
チップが正常動作する確率は、0.9820≒0.67
(=67%)となる。さらに、歩留まりが、例えば95
%,80%の場合、すべてのチップが正常動作する確率
は、ほぼ36%,1.2%となる。
で構成され、さらにそのウェハ上には、冗長なメモリが
搭載されるため、即ち多数のメモリが搭載されるため、
歩留まり低下による高コスト化が生じる課題があった。
PU、コントローラ、および多数のメモリブロックを集
積化する場合、MPUブロックとしては、通常数万乃至
数十万ゲートの種々の論理構成ユニットが必要であり、
このMPUブロック内の欠陥がない確率は、相当低いも
のとなる。また、MPUブロックの動作が不良の場合、
メモリブロックのみを救済しても、LSIモジュール全
体としては救済されておらず、このLSIモジュールの
収益性は低下を免れない。
たものであり、低コストで信頼性の高いモジュールを提
供するものである。
チップモジュールの構造は、冗長な容量を有するメモリ
の集積化された、1枚のウェハレベルの基板層としての
SRAM Si基板1と、例えばポリイミド絶縁膜18
などの絶縁体と、例えばCu配線16などの導体が多層
に組み合わされた配線層としてのCu/ポリイミド多層
配線部2と、例えばMPU4などのプロセッサユニット
と、基板層のメモリとMPU4との接続を切り換える、
例えばアドレスデコーダ/コントローラ3などの切り換
えユニットが形成された集積回路層(例えばアドレスデ
コーダ/コントローラ3およびMPU4からなる層)と
を備え、Cu/ポリイミド多層配線部2は、SRAM
Si基板1の上部に形成され、アドレスデコーダ/コン
トローラ3およびMPU4は、Cu/ポリイミド多層配
線部2の上部にハイブリッドに構成されていることを特
徴とする。
の構造は、プロセッサユニットが形成された集積回路層
と、冗長な容量を有するメモリと、集積回路層のプロセ
ッサユニットとメモリとの接続を切り換える切り換えユ
ニットが集積化された、1枚のウェハレベルの基板層
と、絶縁体と導体が多層に組み合わされた配線層とを備
え、配線層は、基板層の上部に形成され、集積回路層
は、配線層の上部にハイブリッドに構成されていること
を特徴とする。
の構造は、配線層の導体が、銅であることを特徴とす
る。
造においては、Cu/ポリイミド多層配線部2が、冗長
な容量を有するメモリの集積化された、1枚のウェハレ
ベルのSRAM Si基板1の上部に形成され、アドレ
スデコーダ/コントローラ3およびMPU4が、Cu/
ポリイミド多層配線部2の上部にハイブリッドに構成さ
れている。従って、信頼性が高く、且つ安価なマルチチ
ップモジュールを提供することができる。
の構造においては、絶縁体と導体が多層に組み合わされ
た配線層が、冗長な容量を有するメモリと、集積回路層
のプロセッサユニットとメモリとの接続を切り換える切
り換えユニットが集積化された、1枚のウェハレベルの
基板層の上部に形成され、プロセッサユニットが形成さ
れた集積回路層が、配線層の上部にハイブリッドに構成
されている。従って、信頼性が高く、且つ安価なマルチ
チップモジュールを提供することができる。
の構造においては、配線層の導体が、銅であるので、さ
らに安価なマルチチップモジュールを提供することがで
きる。
て説明するが、その前段階の準備として、まず本発明の
背景となる技術に関して説明する。
ーションやパーソナルコンピュータなどの情報処理装置
においては、使用者からの装置の小型化、パーソナル化
に答えるべく、並列処理化、クロックの高速化による処
理能力の向上が図られている。
できる半導体集積化技術、および半導体LSIの高密度
な実装技術を適用したマルチチップモジュール(以下、
MCM:Multi-Chip Moduleと記載する)が注目されて
いる。
路の実装を達成するために、通常、特性インピーダンス
の考慮された伝送線路の形成された基板上に、例えばワ
イアボンディングやフリップチップ法などの実装技術に
より、LSIチップがベアチップの状態で実装されるよ
うになされる。
例えば安価なガラスエポキシやセラミック多層基板、S
i(シリコン)基板などを用いたものがある。
は、SOS(Si On Si)あるいはCOW(Ch
ip On Wafer)と呼ばれ、Si半導体プロセ
ス技術がそのまま応用できるため、即ち微細なパターン
の形成やコントロールが可能であるため、十分高速で、
高密度な信号の伝送を行うことが可能となり、将来、ま
すます高速化が予想されるMPU搭載技術として嘱望さ
れている。
一のSiを用いていることから、即ち基板材質とLSI
基板材質との熱膨張係数の差がないことから、例えばフ
リップチップ法などによりベアチップ実装を行った場
合、高い信頼性が得られるという利点がある。
モジュールの構成例を示す斜視図である。このMPUモ
ジュールは、Si基板11上に、配線材としての、例え
ばCu(銅)と、絶縁膜としての、例えばポリイミドと
が多層に形成された配線部60が形成され、さらに配線
部60上には、MPUチップ4やSRAM(Static RA
M)チップ51が実装されるとともに、デカップリング
コンデンサ5およびモジュールパッド(接続用パッド)
6が設けられて構成されている。
参照して詳述すると、Si基板11上には、GND(グ
ランド)用配線(GND電極)61を介してSiO2絶
縁膜15が形成され、さらに、その上部には、ポリイミ
ド絶縁膜18が形成されている。ポリイミド絶縁膜18
には、所望の箇所にビアホール17が設けられ、さら
に、Cu信号用配線62およびCu電源用配線63が、
必要に応じて形成されている。
ビアホール17、ポリイミド絶縁膜18、Cu信号用配
線62、およびCu電源用配線63からなる配線部60
の上部には、そこに搭載する半導体チップ(図1におい
ては、MPUチップ4とSRAMチップ51)のチップ
パッド20に対応する箇所に開口部が設けられ、さらに
ハンダバンプ19を形成するためのBLM(Ball Limit
ting Metalization)電極21が設けられている。
ップ4とSRAMチップ51が、ハンダバンプ19およ
び配線部60を介してSi基板11上に、フリップチッ
プ法により実装されている。
は、例えば図3に示すようにマザーボードへ実装され
る。
ルパッド6と、導電性インターポーザ78を介してLG
A(Land Grid Array)パッケージ81に電気的に接続
され、適当な圧力を得るために、取り付け用ネジ73と
スペーサ77を用いて、ヒートシンク72とLGAパッ
ケージ81の間に、図示の如く挟み込まれ、LGAパッ
ケージ81に固定される。
ップ4およびSRAMチップ51からの熱放散を促進す
るために、MPUモジュールのSi基板11とヒートシ
ンク72の間、および半導体チップ(MPUチップ4,
RAMチップ51)とLGAパッケージ81の間には、
熱伝導性の良いインターポーザ71が挿入される。
ランド79どうしを電気的に接続するための導電性イン
ターポーザ82が設けられたマザーボード71上に配置
され、取り付け金具74を取り付けネジ75およびスペ
ーサ76によってネジ止めすることにより適当な圧力が
かけられ、マザーボード71上に固定される。
U(MPUチップ)4は、高密度で伝送インピーダンス
の考慮された配線部60を介してSRAM(SRAMチ
ップ)51と信号のやりとりを高速で行うことができる
ようになる。さらに、非常にコンパクトで、熱分散性に
優れたモジュールを提供することが可能となる。
に信頼性の高いモジュールを低コストで提供することが
できるようになされている。
ジュールの一実施例の構成を示す斜視図であり、図5
は、その断面図である。図4または図5において、図1
または図2における場合と対応する部分については、同
一の符号を付してある。このマルチチップモジュール
は、MPU4が必要とするメモリ容量に対し、冗長なメ
モリ容量を有するメモリが形成された基板層としてのS
RAM Si基板1上に、配線層としてのCu/ポリイ
ミド多層配線部2が形成され、さらにその上部に、MP
Uチップ4、およびMPUチップ4とSRAM Si基
板1に形成された各メモリブロックとの接続を制御する
アドレスデコーダ/コントローラ3が実装されるととも
に、デカップリングコンデンサ5およびモジュールパッ
ド(接続用パッド)6が設けられて構成されている。
成を詳述すると、Si基板11上には、通常の、例えば
CMOSメモリ構造と同様にして、メモリセル構造やセ
ンスアンプ部、アドレスデコード部(いずれも図示せ
ず)などからなるCMOSアクティブ層12が作成さ
れ、その上部に、例えばPoly Si,Alなどの導
体と、SiO2などの絶縁層からなる配線部13が形成
されている。
層12、および配線部13からなるSRAM Si基板
1は、CMOSワンチップメモリと同様に、行アドレス
(Row Address)および列アドレス(Column Address)
で指定することのできるメモリブロックから構成され
る。
するため、例えばポリイミドなどの絶縁膜14が形成さ
れ、その上部には、絶縁膜15、Cu配線16、ビアホ
ール17、および絶縁膜18からなる、特性インピーダ
ンスの考慮された配線層としてのCu/ポリイミド多層
配線部2が形成されている。
ピンホールなどの欠陥を避けるために、SiO2絶縁膜
15が形成され、その上部には、所望の箇所にビアホー
ル17が設けられたポリイミド絶縁膜18と、Cu配線
(Cu信号用配線またはCu電源用配線)とが多層に形
成されている。
は、BLM21を介してハンダバンプ19を用いて、集
積回路層としてのMPU(MPUチップ)4、アドレス
デコーダ/コントローラ3などがハイブリッドにフリッ
プチップ実装されている。
メモリブロックの端子は、Cu/ポリイミド多層配線部
2を介してアドレスデコーダ/コントローラ3によっ
て、MPU4の端子に接続制御されるようになされてい
る。
電気的構成を説明するためのブロック図である。SRA
M Si基板1は、MPU4が必要とするメモリ容量に
対応するメモリブロック数の、例えば1.2倍程度冗長
な数NだけのメモリブロックB1乃至BNを有している。
容量が20Mビットであり、1つのメモリブロックのメ
モリ容量が1Mビットである場合、MPU4が必要とす
るメモリブロック数は20であり、従ってこの場合、S
RAM Si基板1は、24(=20×1.2)のメモ
リブロックを有し、4つのメモリブロックが冗長なメモ
リブロックであることになる。
・,N)は、スイッチSWdn,SWanを介してデータ
バス、アドレスバスとそれぞれ接続されており、データ
バス、アドレスバスは、データバッファ32、アドレス
バッファ33を介してMPU4にそれぞれ接続されてい
る。
Lビット分は、アドレスデコーダ/コントローラ3に接
続されており、アドレスデコーダ/コントローラ3は、
MPU4からの上位Lビットのアドレスをデコードし、
そのデコード結果に基づいて、各メモリブロックBnの
スイッチSWdn,SWan、およびSWbnのON/O
FFを制御する。
スデコーダ/コントローラ3からの信号によって、スイ
ッチSWdn,SWan、およびSWbnのすべてがON
/OFFのうちの、例えばON状態にされたとき、MP
U4からのアドレスに対してのデータの読み書きが行わ
れるようになされている。
揮発性のメモリで、メモリブロックB1乃至BNのうち、
不良ブロックに対応するアドレスを記憶する。
ュールにおいては、まず通常のメモリテストにおける場
合と同様にして、MPU4よりアドレスが出力され、そ
のうちの上位Lビットが、アドレスデコーダ/コントロ
ーラ3によってデコードされ、そのデコード結果に基づ
いて、メモリブロックBnのスイッチSWdn,SW
an、およびSWbnがON状態にされる。
選択される。
に対応するメモリブロックBnに対して、データの書き
込みおよび読み出しが行われ、MPU4の内蔵するコン
パレータ(図示せず)において、メモリブロックBnの
良否が判定される。MPU4において、メモリブロック
Bnが正常動作していると判定された場合、次のメモリ
ブロックBn+1のメモリテストが、上述のようにして行
われる。
Bnが正常動作しておらず、不良ブロックであると判定
された場合、例えば特開平4−152565に開示され
ているように、不良ブロックとしてのメモリブロックB
nに代えて、冗長なブロックが使用されるように設定が
なされる。
憶メモリ31に、不良ブロックのアドレスが書き込まれ
る。これにより、アドレスデコーダ/コントローラ3に
おいて、不良ブロック記憶メモリ31が適宜参照され、
不良ブロックメモリ31に記憶されたアドレスに対応す
るメモリブロックBn、即ち不良ブロックがMPU4に
よって選択されたときには、不良ブロックを使用せず、
冗長なメモリブロックのうち、まだ使用されていないブ
ロックの1つを有効にして使用するように、MPU4と
メモリブロックとの接続が制御されるようになる。
モリ容量が確保された時点でメモリテストを終了する。
成直後はもちろん、製品として出荷した後や電源投入時
ごとなど、随時行うようにすることができる。
示すように、セルC1乃至CM、データバッファ41、ア
ドレスバッファ42、およびアドレスデコーダ/コント
ローラ43から構成するようにすることができる。
に、そのうちのいくつかは、冗長なセルとして設けられ
ている。
ルが発見されたときには、その不良セルのアドレスが不
良ブロック記憶メモリ31に記憶されるようになされて
いる。これにより、MPU4によって、不良セルに対応
するアドレスが出力されたときには、上述の不良ブロッ
クにおけるときと同様にして、アドレスデコーダ/コン
トローラ43によって、不良ブロック記憶メモリ31が
参照され、その不良セルに代えて冗長なセルのうちの1
つが選択されるようになされている。
することにより、その有効利用効率を向上させることが
できる。
率をさらに向上させるには、セルの階層構造をさらに進
めれば良いが、あまり進めすぎると、アドレスデコーダ
/コントローラ43の負担が重くなるとともに、回路が
大規模化し、逆に有効利用効率が低下するので、バラン
スをとって階層構造を進める必要がある。
リ容量に対し、冗長なメモリ容量を有するメモリが形成
されたSRAM Si基板1上に、Cu/ポリイミド多
層配線部2を形成し、さらにその上部に、MPU4やア
ドレスデコーダ/コントローラ3を実装するようにした
ので、MPU4の必要とするメモリ容量を、欠陥の生じ
たメモリブロックを避け、冗長なメモリブロックを利用
して確保することができる、即ち自己修復能力のある、
非常に信頼度の高い、コンパクトなMCMを低コストで
提供することが可能となる。
4が配置されることから、平均配線長が短くなるので、
MCMの高密度化、およびその動作の高速化を図ること
ができる。
メモリ31またはアドレスデコーダ/コントローラ3
は、MPU4と同様に、Cu/ポリイミド多層配線部2
の上部に集積回路層として実装するようになされている
が、SRAM Si基板1の一部に集積化するようにす
ることができる。
記憶メモリ31を独立して設けるようにしたが、不良ブ
ロック記憶メモリ31は、例えばMPU4やアドレスデ
コーダ/コントローラ3に内蔵させるようにすることが
できる。
イミド多層配線部2の絶縁体として、ポリイミド(ポリ
イミド絶縁膜18)を用いるようにしたが、例えばSi
O2などの他の絶縁体を用いるようにすることができ
る。
ンコート法やバイアススパッタ法、Plasma CV
D法などのあらゆる成膜方法が適用可能である。
多層配線部2の導体としてCuを用いるようにしたが、
例えばAl(アルミニウム)やAu(金)などの様々な
金属を用いるようにすることができる。
応するアドレスを不良ブロック記憶メモリ31に記憶し
ておくことにより、不良ブロックに代えて、正常動作す
る冗長なブロックを選択して利用するようにしたが、他
の手法により同様のことを行うようにすることができ
る。
たアドレスデコードライン(アドレスデコーダ/コント
ローラ3と各メモリブロックとを接続している線)上
に、ヒューズラインを設けておき、不良ブロックと判定
されたメモリブロックに接続されたヒューズラインを過
電流により焼き切るようにすることができる。
デコードラインをレーザ光などによりトリミングするよ
うにすることができる。
実行可能であり、モジュール組立後に行うには、工数が
かかりすぎて現実的ではない。
最大値は、メモリ(SRAM Si基板1)の作成プロ
セスの平均的欠陥密度、MPU4の必要とする最低限の
メモリ容量、およびメモリブロックの細分化によるアド
レスデコーダ/コントローラ3の負担をバランスさせて
決定する必要がある。
成するセルC1乃至CMの中から、不良セルが発見された
ときには、その不良セルのアドレスを不良ブロック記憶
メモリ31に記憶させるようにしたが、各メモリブロッ
ク内に、不良セルを記憶させるメモリを設けるようにす
ることができる。
リ容量を含むメモリ容量を、MPU4が必要とするメモ
リ容量の1.2倍のメモリ容量としたが、これに限られ
るものではない。
すると、冗長なメモリ容量としては、メモリ作成プロセ
スの欠陥密度から予想されるメモリブロックの歩留まり
で、MPU4の必要とするメモリ容量を除算した値の、
1.1乃至1.2倍程度が妥当である。
ルの構造によれば、配線層が、冗長な容量を有するメモ
リの集積化された、1枚のウェハレベルの基板層の上部
に形成され、切り換えユニットおよびプロセッサユニッ
トが、配線層の上部にハイブリッドに構成されている。
従って、信頼性が高く、且つ安価なマルチチップモジュ
ールを提供することができる。
の構造によれば、冗長な容量を有するメモリと、切り換
えユニットが集積化された、1枚のウェハレベルの基板
層の上部に、配線層が形成され、プロセッサユニットが
形成された集積回路層が、配線層の上部にハイブリッド
に構成されている。従って、信頼性が高く、且つ安価な
マルチチップモジュールを提供することができる。
の構造によれば、配線層の導体が、銅であるので、さら
に安価なマルチチップモジュールを提供することができ
る。
ルの構成例を示す斜視図である。
る。
71に実装した様子を説明するための断面図である。
したマルチチップモジュールの一実施例の構成を示す斜
視図である。
ある。
メモリブロックの構成を示すブロック図である。
面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 冗長な容量を有するメモリの集積化され
た、1枚のウェハレベルの基板層と、 絶縁体と導体が多層に組み合わされた配線層と、 プロセッサユニットと、前記基板層のメモリと前記プロ
セッサユニットとの接続を切り換える切り換えユニット
が形成された集積回路層とを備え、 前記配線層は、前記基板層の上部に形成され、 前記集積回路層は、前記配線層の上部にハイブリッドに
構成されていることを特徴とするマルチチップモジュー
ルの構造。 - 【請求項2】 プロセッサユニットが形成された集積回
路層と、 冗長な容量を有するメモリと、前記集積回路層のプロセ
ッサユニットと前記メモリとの接続を切り換える切り換
えユニットが集積化された、1枚のウェハレベルの基板
層と、 絶縁体と導体が多層に組み合わされた配線層とを備え、 前記配線層は、前記基板層の上部に形成され、 前記集積回路層は、前記配線層の上部にハイブリッドに
構成されていることを特徴とするマルチチップモジュー
ルの構造。 - 【請求項3】 前記配線層の導体は、銅であることを特
徴とする請求項1または2に記載のマルチチップモジュ
ールの構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06956693A JP3318786B2 (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | マルチチップモジュールの構造 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06956693A JP3318786B2 (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | マルチチップモジュールの構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06283661A true JPH06283661A (ja) | 1994-10-07 |
JP3318786B2 JP3318786B2 (ja) | 2002-08-26 |
Family
ID=13406459
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06956693A Expired - Lifetime JP3318786B2 (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | マルチチップモジュールの構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3318786B2 (ja) |
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