JPH07176683A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device

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Publication number
JPH07176683A
JPH07176683A JP5319824A JP31982493A JPH07176683A JP H07176683 A JPH07176683 A JP H07176683A JP 5319824 A JP5319824 A JP 5319824A JP 31982493 A JP31982493 A JP 31982493A JP H07176683 A JPH07176683 A JP H07176683A
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JP
Japan
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semiconductor
circuit
semiconductor chip
chip
input
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Pending
Application number
JP5319824A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsunobu Nakamura
厚信 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
Priority to JP5319824A priority Critical patent/JPH07176683A/en
Publication of JPH07176683A publication Critical patent/JPH07176683A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16135Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/16145Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked

Abstract

PURPOSE:To obtain a high integration MCM by providing an I/O circuit connected with a circuit on a semiconductor chip through bonding pads and a wiring pattern for interconnecting the semiconductor chips and connecting the semiconductor chip with an external circuit through the I/O circuit on a semiconductor board. CONSTITUTION:A semiconductor chip 210 is flip-chip bonded onto semiconductor boards 110a, 110b. An I/O circuit for the circuit formed on semiconductor chips 210a, b is formed on the semiconductor board 110. I/O transistors 112a-c constituting the I/O circuit are arranged on the board side. The I/O circuit is connected with through holes by means of aluminium deposition. The semiconductor chips 210a, b are interconnected by means of an aluminium wiring 142 formed on the semiconductor board 110 through the I/O circuit. This constitution enhances the integration.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マルチチップ・モジュ
ール技術に関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to multichip module technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIの高集積化・高速化は著しく、多
ピンでクロック周波数が100MHz以上で動作するチ
ップが出現している。シングルチップ実装では、パッケ
ージとプリント基板を伝搬する信号の遅延が大きく、寄
生容量やインダクタンスもシステム設計上無視できなく
なってきた。そこで、複数の半導体チップを基板上にベ
アチップで高密度に実装するマルチチップ・モジュール
が考えられている。
2. Description of the Related Art High integration and high speed of LSI are remarkable, and chips having a large number of pins and operating at a clock frequency of 100 MHz or more have appeared. With single-chip mounting, the delay of signals propagating through the package and the printed circuit board is large, and parasitic capacitance and inductance have become non-negligible in system design. Therefore, a multi-chip module has been considered in which a plurality of semiconductor chips are mounted on a substrate with bare chips at high density.

【0003】このようなマルチチップ・モジュールで
は、配線長の短縮及び負荷容量の低減などにより、チッ
プ間の遅延やモジュール全体の消費電力が抑えられる。
そして、例えば、「特開昭64−67951」にあるよ
うに、より実装密度を高めるための方法が考えられてい
る。この文献記載の方法では、半導体素子領域上に多層
配線層を介し、全面に渡って配線端子を配設し、半導体
チップがボンディングパッドを介して実装基板の配線に
対向するように接続されている。
In such a multi-chip module, by shortening the wiring length and the load capacity, the delay between chips and the power consumption of the entire module can be suppressed.
Then, as disclosed in, for example, "Japanese Patent Laid-Open No. 64-67951", a method for further increasing the mounting density has been considered. According to the method described in this document, wiring terminals are arranged over the entire surface of the semiconductor element region via a multilayer wiring layer, and the semiconductor chip is connected via bonding pads so as to face the wiring of the mounting substrate. .

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述の文献記載の方法
は、配線端子が多い場合の高密度実装の方法であるが、
配線端子が多い場合、半導体チップ上に配線端子の数に
比例した入出力用のトランジスタ領域が必要になる。そ
のため、配線端子を多くしたとしても、入出力用のトラ
ンジスタ領域が多くなり、プリミティブ用素子領域即ち
他の回路領域が小さくなってしまう。また、素子を微細
化してもESD対策により入出力用トランジスタの面積
はそれに応じて微細化することができないため、上記プ
リミティブ素子/入出力用のトランジスタ領域の比率は
より悪化してしまう。
The method described in the above literature is a method of high-density mounting when there are many wiring terminals.
When there are many wiring terminals, an input / output transistor region proportional to the number of wiring terminals is required on the semiconductor chip. Therefore, even if the number of wiring terminals is increased, the input / output transistor area is increased and the primitive element area, that is, the other circuit area is reduced. Further, even if the element is miniaturized, the area of the input / output transistor cannot be miniaturized accordingly due to the ESD countermeasure, and thus the ratio of the primitive element / input / output transistor region is further deteriorated.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体集積回路装置は、所定の機能の回路
が形成された複数の半導体チップと、これらのチップを
その表面に配置した半導体基板とを備え、半導体チップ
と半導体基板とはこれらの表面に形成されたボンディン
グパッドを介してフリップチップボンディングされ、半
導体基板は、半導体チップ上の回路とボンディングパッ
ドを介して接続された入出力回路と、入出力回路を介し
て半導体チップの間及び半導体チップと外部との間を接
続する配線パターンとを有する。
In order to solve the above problems, a semiconductor integrated circuit device of the present invention has a plurality of semiconductor chips on which circuits having a predetermined function are formed and these chips are arranged on the surface thereof. A semiconductor substrate is provided, and the semiconductor chip and the semiconductor substrate are flip-chip bonded via bonding pads formed on the surfaces thereof, and the semiconductor substrate is connected to the circuit on the semiconductor chip via the bonding pads. And a wiring pattern that connects between the semiconductor chips and between the semiconductor chip and the outside via an input / output circuit.

【0006】半導体チップ上にはボンディングパッドが
格子状に配置されていることを特徴としても良い。
The bonding pads may be arranged in a grid pattern on the semiconductor chip.

【0007】[0007]

【作用】本発明の半導体集積回路装置では、半導体チッ
プ上の所定の機能の回路の入出力回路は、広い領域を必
要とするのであるが、半導体基板の方にこの入出力回路
を形成し、半導体チップ上の所定の機能の回路とボンデ
ィングパッドを介して接続している。したがって、半導
体チップにはこの入出力回路を形成する必要がなくな
り、この入出力回路の領域だけ、半導体チップが小さな
ものになるか、或いは、半導体チップ上の所定の機能の
回路のための領域とすることができる。
In the semiconductor integrated circuit device of the present invention, the input / output circuit of the circuit having the predetermined function on the semiconductor chip requires a large area. However, this input / output circuit is formed on the semiconductor substrate, It is connected to a circuit having a predetermined function on the semiconductor chip via a bonding pad. Therefore, it is not necessary to form this input / output circuit in the semiconductor chip, and the area of this input / output circuit makes the semiconductor chip small, or becomes an area for a circuit of a predetermined function on the semiconductor chip. can do.

【0008】[0008]

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0009】図1は、本発明の半導体集積回路装置の構
成例に付いてその外観を示したもので、この半導体集積
回路装置は、半導体基板110上に半導体チップ210
をフリップチップボンディングしたものである。半導体
チップ210にはCPU,その周辺回路,メモリなどの
所定の機能の回路がそれぞれ構成されている。
FIG. 1 shows an external view of a configuration example of a semiconductor integrated circuit device of the present invention. This semiconductor integrated circuit device has a semiconductor chip 210 on a semiconductor substrate 110.
Is flip-chip bonded. The semiconductor chip 210 includes a CPU, its peripheral circuits, and a circuit having a predetermined function such as a memory.

【0010】図2は、このフリップチップボンディング
のようす示したもので、半導体基板110及び半導体チ
ップ210a,bについて断面の一部を示したものであ
る。半導体チップ210a,bは、大型シリコン基板1
10に対抗して直接接続される。半導体チップ210
a,bの素子領域とパッド領域を多層になっており、半
導体チップ210a,bの表面は、シリコン酸化膜及び
ポリイミドの絶縁膜232a,bで覆われ、半導体チッ
プ210a,bには、それぞれの機能の回路が形成され
ている。そして、この回路は、アルミ配線234a〜
d,ボンディングパッド222を介して半導体基板11
0上の回路と接続されている。
FIG. 2 shows this flip chip bonding and shows a part of the cross section of the semiconductor substrate 110 and the semiconductor chips 210a, 210b. The semiconductor chips 210a and 210b are the large silicon substrate 1
Directly connected against 10. Semiconductor chip 210
The device regions of a and b and the pad region are multi-layered, and the surfaces of the semiconductor chips 210a and 210b are covered with a silicon oxide film and a polyimide insulating film 232a and 232b. A functional circuit is formed. And this circuit includes aluminum wiring 234a-
d, the semiconductor substrate 11 via the bonding pad 222
0 is connected to the circuit above.

【0011】図3は、半導体チップ210a,b上のボ
ンディングパッド222の配置を示したものであり、ボ
ンディングパッド222は半導体チップ210a,bの
周辺部だけでなく内部にも配置されている。そして、各
ボンディングパッド222の間に所定の機能の回路を構
成する素子212a〜dが形成されている(図2)。
FIG. 3 shows the arrangement of the bonding pads 222 on the semiconductor chips 210a and 210b. The bonding pads 222 are arranged not only on the periphery of the semiconductor chips 210a and 210b but also inside. Then, elements 212a to 212d forming a circuit having a predetermined function are formed between the respective bonding pads 222 (FIG. 2).

【0012】半導体基板110の表面も、シリコン酸化
膜及びポリイミドの絶縁膜232a,bで覆われ、ボン
ディングパッド222が設けられている。半導体基板1
10と半導体チップ210a,bとは、バンブ122に
よって機械的に接着がなされ、また、電気的な接続もな
されている。そして、半導体基板110には、半導体チ
ップ210a,bに形成された回路の入出力回路が形成
されている。この入出力回路としては、オープンコレク
タ・トランジスタ,CMOSなどで構成されたバッファ
や双方向バッファなどで構成され、この回路を構成する
入出力用トランジスタ112a〜cはこの基板側に配設
されている。この入出力回路とバンブ122とは、アル
ミ蒸着によるスルーホールによって接続されている。そ
して、半導体チップ210a,bの間は、これらの入出
力回路を介して半導体基板110上に形成されたアルミ
配線142で接続されている。アルミ配線234a〜d
は、従来と同じ工程で形成されている。
The surface of the semiconductor substrate 110 is also covered with a silicon oxide film and polyimide insulating films 232a and 232b, and a bonding pad 222 is provided. Semiconductor substrate 1
10 and the semiconductor chips 210a and 210b are mechanically bonded by the bump 122, and also electrically connected. Then, on the semiconductor substrate 110, input / output circuits of the circuits formed on the semiconductor chips 210a and 210b are formed. This input / output circuit is composed of an open collector transistor, a buffer composed of CMOS or the like, a bidirectional buffer, etc., and the input / output transistors 112a to 112c constituting this circuit are arranged on the side of this substrate. . The input / output circuit and the bump 122 are connected by a through hole formed by aluminum vapor deposition. The semiconductor chips 210a and 210b are connected by an aluminum wiring 142 formed on the semiconductor substrate 110 via these input / output circuits. Aluminum wiring 234a-d
Is formed in the same process as the conventional one.

【0013】このように半導体基板110を用い、ボン
ディングパッド222を格子状に配置することで、プリ
ント基板を用いるよりも微細なパターンを形成すること
が可能になり、多ピンで狭ピッチなI/Oパッドを持つ
LSIでもフリップチップボンディングできるようにし
ている。
By using the semiconductor substrate 110 and arranging the bonding pads 222 in a grid pattern as described above, it becomes possible to form a finer pattern than when a printed circuit board is used. Even LSIs with O-pads can be flip-chip bonded.

【0014】また、シリコン実装基板110に半導体チ
ップ210が対向して接続され、半導体チップ210
a,b側はすべてプリミティブ回路であり、入出力用の
回路は、通常の場合と異なり、シリコン実装基板110
上に形成されていることから、入出力用回路を構成する
素子(FET,トランジスタなど)を微細に構成するこ
とができるようになる。特に、半導体チップの素子が微
細化するようになると、入出力用の回路は大きな面積を
要するようになり、半導体チップ上の面積が無視できな
くなり、ボンディングパッド222を格子状に配置した
としても高集積化に限界が生じるようになる。しかし、
入出力用の回路を基板110上に形成していることか
ら、結果として積層されるようになるので、より高集積
化が可能になる。
Further, the semiconductor chip 210 is connected to the silicon mounting substrate 110 so as to face the semiconductor chip 210.
The a and b sides are all primitive circuits, and the circuit for input / output is different from the usual case, and the silicon mounting substrate 110
Since it is formed above, the elements (FET, transistor, etc.) forming the input / output circuit can be minutely formed. In particular, as the elements of the semiconductor chip become finer, the circuit for input / output requires a large area, the area on the semiconductor chip cannot be ignored, and even if the bonding pads 222 are arranged in a grid pattern, the area is high. There will be limits to integration. But,
Since the input / output circuits are formed on the substrate 110, they are stacked as a result, so that higher integration is possible.

【0015】また、半導体チップ210a,b側に入出
力用の大型トランジスタがないことにより、それに起因
したラッチアップがなくなる。そして、シリコン基板1
10上に入出力トランジスタ112a〜cを配設できる
のでESD対策としての十分大きなトランジスタを形成
することが可能になる。また、トランジスタ112a〜
c間隔を十分確保できるためラッチアップが起こりにく
くなる。この様に、集積度がより高く、高性能のマルチ
チップモジュールを構成することができる。
Since there is no large-sized input / output transistor on the side of the semiconductor chips 210a, 210b, latch-up due to it is eliminated. And the silicon substrate 1
Since the input / output transistors 112a to 112c can be arranged on the transistor 10, it is possible to form a sufficiently large transistor as an ESD countermeasure. In addition, the transistors 112a to
Since the c-interval can be sufficiently secured, latch-up hardly occurs. In this way, a highly integrated multi-chip module having a higher degree of integration can be constructed.

【0016】本発明は前述の実施例に限らず様々な変形
が可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but various modifications can be made.

【0017】例えば、基板110に半導体チップ210
a,b上の回路の一部の素子を作っても良い。また、図
4に示すように、図1のようなシリコン基板110及び
半導体チップ210で構成された半導体装置をさらに半
導体の実装基板310上に図2と同様にしてマルチチッ
プモジュール化し、2段,3段に重ねるような構成も可
能である。
For example, the semiconductor chip 210 on the substrate 110.
Some elements of the circuit on a and b may be made. In addition, as shown in FIG. 4, the semiconductor device configured by the silicon substrate 110 and the semiconductor chip 210 as shown in FIG. 1 is further formed on the semiconductor mounting substrate 310 as a multi-chip module in the same manner as in FIG. A configuration in which three layers are stacked is also possible.

【0018】また、半導体基板と半導体チップは、異な
るプロセスで製造することも可能であり、例えば、一方
をパイポーラ、一方をCMOSとして構成してもよい。
ここで望ましくは、入出力回路を有する方をパイポーラ
とて、他方をCMOS構成とする方が好ましい。
Further, the semiconductor substrate and the semiconductor chip can be manufactured by different processes. For example, one may be configured as a bipolar and one may be configured as a CMOS.
Here, it is preferable that one having an input / output circuit is a bipolar and the other has a CMOS structure.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上の通り本発明の半導体集積回路装置
によれば、半導体チップ上の所定の機能の回路の入出力
回路を、半導体チップ上に形成する必要がなくなり、こ
の入出力回路の領域だけ、半導体チップが小さなものに
なるか、或いは、半導体チップ上の所定の機能の回路の
ための領域とすることができるため、より集積度を高め
ることができる。
As described above, according to the semiconductor integrated circuit device of the present invention, it becomes unnecessary to form an input / output circuit of a circuit having a predetermined function on the semiconductor chip on the semiconductor chip. Only, the semiconductor chip can be made small, or can be used as a region for a circuit having a predetermined function on the semiconductor chip, so that the degree of integration can be further increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の半導体集積回路装置の構成例の外観を
示す図。
FIG. 1 is a diagram showing an appearance of a configuration example of a semiconductor integrated circuit device of the present invention.

【図2】半導体基板110及び半導体チップ210a,
bについて断面の一部を示した図。
FIG. 2 shows a semiconductor substrate 110 and a semiconductor chip 210a,
The figure which showed a part of cross section about b.

【図3】ボンディングパッド222の配置を示した図。FIG. 3 is a diagram showing an arrangement of bonding pads 222.

【図4】本発明の半導体集積回路装置の構成例の外観を
示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an appearance of a configuration example of a semiconductor integrated circuit device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

110…半導体基板、210,210a,b…半導体チ
ップ、122,222…ボンディングパッド、142,
234a〜d…アルミ配線。
110 ... Semiconductor substrate, 210, 210a, b ... Semiconductor chip, 122, 222 ... Bonding pad, 142,
234a-d ... Aluminum wiring.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の機能の回路が形成された複数の半
導体チップと、 これらのチップをその表面に配置した半導体基板とを備
え、 前記半導体チップと前記半導体基板とはこれらの表面に
形成されたボンディングパッドを介してフリップチップ
ボンディングされ、 前記半導体基板は、前記半導体チップ上の回路と前記ボ
ンディングパッドを介して接続された入出力回路と、前
記入出力回路を介して前記半導体チップの間及び前記半
導体チップと外部との間を接続する配線パターンとを有
する半導体集積回路装置。
1. A semiconductor device having a plurality of semiconductor chips on which a circuit having a predetermined function is formed, and a semiconductor substrate having the chips arranged on the surface thereof, wherein the semiconductor chip and the semiconductor substrate are formed on the surfaces thereof. The semiconductor substrate is flip-chip bonded via a bonding pad, the semiconductor substrate is connected to a circuit on the semiconductor chip via the bonding pad, an input / output circuit between the semiconductor chip via the input / output circuit, and A semiconductor integrated circuit device having a wiring pattern for connecting between the semiconductor chip and the outside.
【請求項2】 前記半導体チップ上には前記ボンディン
グパッドが格子状に配置されていることを特徴とする請
求項1記載の半導体集積回路装置。
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the bonding pads are arranged in a grid pattern on the semiconductor chip.
JP5319824A 1993-12-20 1993-12-20 Semiconductor integrated circuit device Pending JPH07176683A (en)

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