JPWO2013057886A1 - 集積回路、マルチコアプロセッサ装置及び集積回路の製造方法 - Google Patents
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Abstract
三次元集積回路を構成する各チップにおいて、チップ製造のためのマスクを共通のものとし、特に、バンプのためのバッファの領域も共通のものとして、製造コストを抑えた三次元集積回路を提供する。本発明に係る集積回路は、複数のチップを積層して構成される集積回路であって、シリコン貫通電極のレイアウトが同じである第1及び第2のチップを含み、第1のチップは、第1のバンプを介してボードに接続され、第1のチップにおいて、第1の個数のシリコン貫通電極が1つの第1のバンプに接続され、第1の個数は、2以上の自然数である。
Description
本発明は、三次元集積回路に関する。
複数のチップを積層してシリコン貫通電極(Through Silicon Via;以下、「TSV」と称するものとする。)やマイクロバンプなどでそれら複数のチップ間を接続する集積回路は、通常、三次元集積回路と称される。三次元集積回路は、回路の高速化、データ通信の広帯域化、及び低電力化などを実現する高性能の集積回路として期待を集めている。
なお、特許文献1には出力駆動回路を有する半導体集積回路が開示され、特許文献2には、出力バッファの電流駆動能力を可変としたメモリコントローラが開示される。
本発明は、三次元集積回路を構成する各チップにおいて、チップ製造のためのマスクを共通のものとし、製造コストを抑えた、三次元集積回路を提供することを目的とする。
本発明は、上記の目的を達成するために為されたものである。本発明に係る集積回路は、積層される同一レイアウトのチップを一つ若しくはそれ以上含む集積回路であって、チップは、シリコン貫通電極とシリコン貫通電極に接続する配線層とを有し、二つのチップにつきシリコン貫通電極の端部と配線層とを対向させて積層させたとき、シリコン貫通電極の端部の位置と配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、二つのチップにつき配線層同士を対向させて積層させたとき、一方の配線層のコンタクト用パッドの位置と他方の配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、更に、チップは、第1のバンプを介してボードに接続され、チップにおける第1の個数のシリコン貫通電極が1つの第1のバンプに接続され、第1の個数は、2以上の自然数である。
本発明によれば、TSVのためのバッファの駆動能力はチップ間接続用バンプに合わせて設計しておくことができ、且つ、チップとボード接続用バンプとの接続の際には複数のバッファを並列で用いて大きな駆動能力を確保できる。このことにより、チップ上にてより大きなバッファのための無駄な領域を確保する必要がなく、且つ、ボード接続用バンプのための駆動能力も十分に得ることができる。即ち、1つのチップで、チップ間接続用及びボード間接続用の双方の用途に対応できる。従って、本発明を利用することにより、三次元集積回路を構成する各チップを同一とすることができ、よって、チップ製造のためのマスクを共通のものとすることができるから、その結果として製造コストを抑えることができる。
[本発明の実施形態に到った経緯]
図10は、従来の三次元集積回路2’の構成の一例を示す図である。図10に示す三次元集積回路2’はプロセッサを実装するものであり、同じ構成を有する2枚のチップ(第1のチップ10’と第2のチップ10”)が積層して構成されている。図10(1)は従来の三次元集積回路2’の側断面図、図10(2)は第1のチップ10’の回路レイアウト図、図10(3)は第2のチップ10”の回路レイアウト図である。図10に示すように、各チップ(第1のチップ10’と第2のチップ10”)は同一のレイアウト(構成)を備えている。
図10は、従来の三次元集積回路2’の構成の一例を示す図である。図10に示す三次元集積回路2’はプロセッサを実装するものであり、同じ構成を有する2枚のチップ(第1のチップ10’と第2のチップ10”)が積層して構成されている。図10(1)は従来の三次元集積回路2’の側断面図、図10(2)は第1のチップ10’の回路レイアウト図、図10(3)は第2のチップ10”の回路レイアウト図である。図10に示すように、各チップ(第1のチップ10’と第2のチップ10”)は同一のレイアウト(構成)を備えている。
夫々のチップ10’、10”は、レイアウト上、主としてプロセッサコア及びレベル1キャッシュメモリ(CPU0、CPU1、CPU2、CPU3)と、レベル2(L2)キャッシュメモリとにより構成される。また、図10(1)に示すように、夫々のチップ10’、10”は、配線層12’と、複数のTSV6が配置されるトランジスタ層14’とが積層して構成される。配線層12’はTSV6を介してトランジスタ層14’の裏面(下面)と接続される。
個々のチップは、チップ単体で動作するように設計されている。第1のチップ10’、第2のチップ10”において、これらの回路部分の周辺には、外部のグラフィック回路や外部メモリ等へアクセスするための周辺回路が実装されている。各チップ10’、10”の中央部分には、複数のチップ間接続用バンプ4が配置される。各チップは、これらのチップ間接続バンプ4を経由して上層のチップと接続する。即ち、第2のチップ10”は、チップ間接続バンプ4を経由して第1のチップ10’と接続している。なお、下層のチップである第2のチップ10”は、チップ間接続用バンプ4よりも大きいボード接続用バンプ8により、ボード(回路基板)31と接続する。
図10に示すような積層の構成を利用してプロセッサコア数を変えることにより、様々なグレードの商品を設計することができる。例えば、1チップのみで構成され、4個のプロセッサコアを備えるローエンドの集積回路を設計することができる。同様に、2チップで構成され8個のプロセッサコアを備えるミドルレンジの集積回路や、4チップで構成され16個のプロセッサコアを備えるハイエンドの集積回路を設計することができる。
図10に示す集積回路は、同一の構成を有するチップが積層される。つまり、製造者は一種類のみのチップを大量に製造すればよいから、チップ製造のためのマスク等を含む、チップのバリエーションにより本来生じる製造コストを、大きく抑えることができる。
図10に示す三次元集積回路2’を構成する個々のチップでは、TSV6がチップ表面の配線層12’からチップ裏面側へ導通する。更に、ボード31と接続するチップ、即ち第2のチップ10”では、TSV6はボード接続用バンプ8と接続される。最下層より上に積層されるチップ、即ち第1のチップ10’では、TSV6はチップ間接続用バンプ4と接続される。
集積回路の製造コストを抑えるためには、第1のチップ10’と第2のチップ10”を同じ構成にすることが望ましい。この場合、チップに形成されるTSVは、チップ接続用のバンプに接続され得ると共に、ボード接続のためのバンプに接続され得るように、設計される必要がある。
しかし、この場合、TSV6に接続するバンプ及びバッファの設計に、次のような問題が生じる。図10に示すように、チップ間接続用バンプ4には、マイクロバンプのような微細なバンプが用いられる。その径は数μm程度であり、その容量も数pFである。よって、チップ間接続用バンプ4につながるバッファには、大きい駆動能力は要求されない。一方、ボード接続用バンプ8の径は、チップ間接続用バンプ4の径の10倍以上であり、その容量も径に応じて大きくなる。
このため、チップ間接続用バンプ4を基準としてTSV6に接続するバッファの駆動能力を設計するならば、そのようなバッファはボード接続用バンプ8を駆動するには能力が不足する可能性がある。図11(1)は、TSV6が、チップ間接続用バンプ4を基準として駆動能力を設計されたバッファ18と、ボード接続用バンプ8とに接続している様子を示す図である。
反対に、ボード接続用バンプ8を基準として、TSV6に接続するバッファの駆動能力を設計するならば、そのようなバッファは、チップ間接続用バンプ4を駆動するには能力が過剰なものとなる。つまり、過剰な電力を消費する可能性がある。また、チップ上の、バッファのための領域としてより大きいものを設定しなければならない。図11(2)は、TSV6が、ボード接続用バンプ8を基準として駆動能力を設計されたバッファ18’と、チップ間接続用バンプ4とに接続している様子を示す図である。
上述の問題を解決するための方法として、例えば、特許文献1や特許文献2に示されるようなバッファ切換の方法が挙げられる。これらは、異なる駆動能力を持つバッファを複数用意しておき、その出力先をセレクタスイッチにより切り替えることで駆動能力を動的に変更する方法、及び、駆動能力をアシストするバッファのオンオフの制御を行うことで駆動能力を動的に変更する方法である。しかしながら、いずれの方法においても、1つのバンプに対応するバッファの性能として、ボード接続用バンプに合わせた最大の駆動能力を備えさせる必要がある。このため、チップ上のバッファのための領域(面積)が大きくなり、他のトランジスタ等のための領域を圧迫する。
以下の実施形態は、このような問題点を解決するものであり、三次元集積回路を構成する各チップにおいてチップ製造のためのマスクを共通のものとしつつ、全体として製造コストを抑えた三次元集積回路を提供する。
以下、図面を参照して、好適な実施形態を説明する。
[第1の実施形態]
1.1.三次元集積回路の構成
図1(1)は、第1の実施形態に係る三次元集積回路の側断面図である。図1(1)に示す三次元集積回路2は、3つのチップ10が、積層されて構成されている。3層を成す個々のチップ10は同一の構成を有する。各チップ10は、配線層12と、複数のTSV(シリコン貫通電極)6が配置されるトランジスタ層14とが積層して構成される。配線層12はTSV6を介してトランジスタ層14の裏面(下面)と接続される。
1.1.三次元集積回路の構成
図1(1)は、第1の実施形態に係る三次元集積回路の側断面図である。図1(1)に示す三次元集積回路2は、3つのチップ10が、積層されて構成されている。3層を成す個々のチップ10は同一の構成を有する。各チップ10は、配線層12と、複数のTSV(シリコン貫通電極)6が配置されるトランジスタ層14とが積層して構成される。配線層12はTSV6を介してトランジスタ層14の裏面(下面)と接続される。
上層のチップ10と下層のチップ10とは、バンプ4(以下、「チップ間接続用バンプ」と言う。)を介して接続される。また、最下層のチップ10は、バンプ8(以下、「ボード接続用バンプ」と言う。)を介してボード(回路基板)31に接続される。
三次元集積回路2を構成する各チップ10において、TSV6、及びTSV6のためのバッファ18の構成は、同一である。つまり、チップ間接続用バンプ4に接続するチップ10であっても、ボード接続用バンプ8に接続するチップ10であっても、TSV6及びバッファ18のサイズや負荷容量等はチップ間で共通である。
チップ間接続の場合、図1(2)に示すように、1つのTSV6はそのTSV6に対応する1つのチップ間接続用バンプ4に接続する。個々のTSV6は、夫々のTSV6に接続するバッファ18により、夫々のTSV6に対する信号が駆動される。なお、本実施形態では、個々のバッファ18の駆動能力は、チップ間接続を前提とする負荷容量を基準にして設定されている。
チップ10とボード31間の接続の場合、図1(3)に示すように、複数のTSV6が、対応する1つのボード接続用バンプ8に接続する。1つのボード接続用バンプ8に接続する複数のTSV6には同一の信号が駆動されるように、回路設定がなされる。1つのボード接続用バンプ8に接続する複数のTSV6の夫々には、バッファ18が接続されているから、1つのボード接続用バンプ8を十分な駆動能力を備えた複数のバッファ18で駆動することになる。
ここで、チップ間接続の場合には、各TSV6に夫々のTSV6のための信号が駆動されるようにし、且つ、チップ10とボード31間の接続の場合には、1つのボード接続用バンプ8に接続する複数のTSV6に同一の信号が駆動されるようにするために、TSV6へ信号を駆動するバッファ18の手前に切換セレクタが実装されている。つまり、この切換セレクタの切換により、個々のTSV6に別々の信号が駆動されるのか、又は、所定の複数のTSV6に同一の信号が駆動されるのか、についての配線が設定される。
本実施形態では、複数のTSV6をボード接続用バンプ8に接続することを可能にするために、各チップ10において、TSV6が所定の径の範囲内に集められて配置されるようにレイアウトされることが好ましい。この所定の径は、ボード接続用バンプ8の径に対応する。図2は、本実施形態に係るチップ10のTSV6の配置の様子を示す図である。破線はチップ10の下面におけるボード接続用バンプ8(図2(1))とチップ間接続用バンプ4(図2(2))の設置範囲を示す。図2(1)に示すように、1つのボード接続用バンプ8に接続する4個のTSV6は、破線で示すボード接続用バンプ8の径の範囲内に配置されることが好ましい。なお、チップ間接続の場合には、図2(2)に示すように、各TSV6は対応する個々のチップ間接続用バンプ4に接続する。
図2において、例えば、ボード接続用バンプ8の径は100μm、TSVの径は7μmである。ボード接続用バンプ8と接続するために、その100μmの径の範囲内に、4個TSV6を並べるようにレイアウトされている。チップ間接続バンプ4の径は、例えば、10μmである。このとき、夫々のTSV6に夫々のチップ間接続バンプ4が接続され得る。
なお、図1(1)に示す三次元集積回路2を構成するチップ10の夫々の配線層12においては、上層に積層されるチップ10の個々のTSV6の下端と接続するチップ間接続用バンプ4に対して、適切に接続できるように、コンタクト用パッド(図示せず)が配置されている。下層のチップ10上に上層のチップ10を適切に積層することにより、下層のチップ20の配線層12のコンタクト用パッドと、上層のチップ10内の対応するTSV6及びチップ間接続用バンプ4とが適切に接続される。
1.2.三次元集積回路の動作
チップ10が複数積層されて三次元集積回路2が構築される。チップ間接続用バンプ4が用いられるチップ間接続では、チップ間接続用バンプ4に、1つのTSV6及び1つのバッファ18が接続する。一方、ボード接続用バンプ8が用いられるチップ10とボード31間の接続では、1つのボード接続用バンプ8に、複数のTSV6、及び、それらTSV6と同数のバッファ18が接続する。
チップ10が複数積層されて三次元集積回路2が構築される。チップ間接続用バンプ4が用いられるチップ間接続では、チップ間接続用バンプ4に、1つのTSV6及び1つのバッファ18が接続する。一方、ボード接続用バンプ8が用いられるチップ10とボード31間の接続では、1つのボード接続用バンプ8に、複数のTSV6、及び、それらTSV6と同数のバッファ18が接続する。
従って、チップ10同士間でのTSV6を介する信号の通信では、チップ間接続用バンプ4のために必要な駆動能力を備える1つのバッファ18が用いられる。つまり、チップ間接続用バンプ4のために過剰な駆動能力を備えるバッファが用いられることはない。よって、バッファ実装のための無駄な領域がチップ10にて割かれることもない。
また、チップ10とボード31間でのTSV6を介する信号の通信では、ボード接続用バンプ8のために必要な駆動能力を実現するため、複数のバッファ18が用いられる。つまり、ボード接続用バンプ8のために十分な駆動能力を備えるバッファが用いられない、ということは生じない。
1.3.まとめ
本実施形態では、複数のチップ10を積層して構成される三次元集積回路2において、チップ間の接続の場合には、1つのTSV6を1つのチップ間接続用バンプ4に接続し、ボード31とチップ10間の接続の場合には、複数のTSV6を1つのボード接続用バンプ8に接続する。
本実施形態では、複数のチップ10を積層して構成される三次元集積回路2において、チップ間の接続の場合には、1つのTSV6を1つのチップ間接続用バンプ4に接続し、ボード31とチップ10間の接続の場合には、複数のTSV6を1つのボード接続用バンプ8に接続する。
このように構成することにより、同一の構成を有するチップ10の使用が可能となり、特に、TSV6のためのバッファ18の駆動能力はチップ間接続用バンプ4に合わせて設計しておくことができ、且つ、ボード接続用バンプ8との接続の際には複数の駆動能力の低いバッファ18を並列で用いて大きな駆動能力を確保できる。このことから、チップ10上にてより大きなバッファのための無駄な領域を確保する必要がなく、且つ、ボード接続用バンプ8のための駆動能力が不十分である、ということもない。即ち、ボード接続用バンプ8に対するバッファを設ける必要が無い。
従って、本実施形態では、三次元集積回路2を構成する各プロセッサチップ10において、チップ製造のためのマスクを共通のものとすることができ、製造コストを抑制できる。
なお、図1及び図2に示す実施形態では、チップ間接続用バンプ4には1つのTSV6が接続し、ボード接続用バンプ8には2乃至4つのTSV6が接続しているが、チップ間接続用バンプ4に複数のTSV6が接続し、ボード接続用バンプ8にそれよりも多い数のTSV6が接続しても、本実施形態は実現される。つまり、このようにチップ10及び三次元集積回路2を構成しても、ボード接続用バンプ8のためのバッファの駆動能力は十分大きいものとなり、チップ間接続用バンプ4のためのバッファの駆動能力は必要以上に大きくならず、且つ、チップ10上にて大きなバッファのための領域を確保しなくてよいことになる。
1.4.変形例
図3は、第1の実施形態の変形例における、チップ10のTSV6の配置の様子を示す図である。破線はチップ10の下面におけるボード接続用バンプ8(図3(1))とチップ間接続用バンプ4(図3(2))の設置範囲を示す。
図3は、第1の実施形態の変形例における、チップ10のTSV6の配置の様子を示す図である。破線はチップ10の下面におけるボード接続用バンプ8(図3(1))とチップ間接続用バンプ4(図3(2))の設置範囲を示す。
通常、各TSV6は、径の大きさが同一である。このため、TSV6からボード接続用バンプ8へ大電流が流れる可能性がある場合には、設計上、注意が求められる。なぜならば、TSV6からバンプへ大電流が流れると、TSV6にてエレクトロマイグレーションを生じ、このことが断線に繋がるおそれがあるからである。このような現象の発生を回避するために、図3(1)に示すチップ10では、16個の(即ち、十分に多数の)TSV6が、ボード接続用バンプ8に接続されるように集中して配置されている。なお、このような配置において、チップ間接続用バンプ4に接続する際には、図3(2)に示すように、一部のTSV6のみを用いるようにしてもよい。
更に、図4は、第1の実施形態の別の変形例における、三次元集積回路22の側断面図であり、図5は、同じ別の変形例における、チップ10でのTSV6の配置の様子を示す図である。図4に示す本実施形態の別の変形例では、チップ間接続の場合、上層のチップ10のTSV6が下層のチップ10の配線層12と直接接続する。即ち、チップ10とボード31を接続する場合は、図5(1)に示すように、そのチップ10における複数(図では16本)のTSV6は、1つのボード接続用バンプ8に接続するが、チップ10とチップ10を接続する場合、図5(2)に示すように、そのチップ10におけるTSV6は、チップ間接続用バンプ4を介することなく、チップ10の配線層12に接続する。
図4に示す三次元集積回路22を構成するチップ10の夫々の配線層12においては、上層に積層されるチップ10における個々のTSV6の下端と適切に接続できるように、その配線が構成されている。下層のチップ10上に上層のチップ10を適切に積層することにより、下層のチップ20の配線層12の配線と、上層のチップ10内の対応するTSV6の下端とが適切に接続される。
このように、図4に示す三次元集積回路22では、チップ10同士の接続においてバンプが用いられないので、三次元積層回路22全体の容量を小さくすることができる。
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態に係る三次元集積回路を説明する。第2の実施形態に係る三次元集積回路は、第1の実施形態に係る三次元集積回路と略同様のものであり、よって、両者の差異を中心に説明する。
次に、第2の実施形態に係る三次元集積回路を説明する。第2の実施形態に係る三次元集積回路は、第1の実施形態に係る三次元集積回路と略同様のものであり、よって、両者の差異を中心に説明する。
2.1.三次元集積回路の構成
図6(1)は、第2の実施形態に係る三次元集積回路の側断面図である。図6(1)に示す第2の実施形態に係る三次元集積回路22aは、3つのチップ10、即ち、最下層、中層及び最上層のチップ10が、積層されて構成されている。3層を成す個々のチップ10は同一の構成を有するものである。各チップ10は、配線層12と、複数のTSV6が配置されるトランジスタ層14とが積層して構成される。配線層12はTSV6を介してトランジスタ層14の裏面と接続される。
図6(1)は、第2の実施形態に係る三次元集積回路の側断面図である。図6(1)に示す第2の実施形態に係る三次元集積回路22aは、3つのチップ10、即ち、最下層、中層及び最上層のチップ10が、積層されて構成されている。3層を成す個々のチップ10は同一の構成を有するものである。各チップ10は、配線層12と、複数のTSV6が配置されるトランジスタ層14とが積層して構成される。配線層12はTSV6を介してトランジスタ層14の裏面と接続される。
図6(1)に示す第2の実施形態に係る三次元集積回路22aでは、最下層のチップ10とその上層のチップ10(即ち、中層のチップ)とは、配線層12同士を対向させて積層される。対向する2つの配線層12は、チップ間接続用バンプ4を介して接続される。第2の実施形態に係る三次元集積回路22aを構成するチップ10の夫々の配線層12においては、配線層12同士が対向する場合に、チップ間接続用バンプ4を介して相対する配線層12と適切に接続し得るように、チップ間接続用バンプ4のためのコンタクト用パッド(図示せず)が複数配置されている。
最上層のチップ10とその下層のチップ10(即ち、中層のチップ)とは、配線層12とトランジスタ層14とを対向させて積層される。すなわち、最上層のチップ10における配線層12のコンタクト用パッド(図示せず)は、チップ間接続用バンプ4を介して、中層のチップ10におけるTSV6の端部と接続する。よって、チップ10の配線層12における、チップ間接続用バンプ4のためのコンタクト用パッドは、別のチップ10におけるTSV6の端部との接続も実現できるように、配置がなされている。
最下層のチップ10のTSV6は、ボード接続用バンプ8を介してボード31に接続する。
第2の実施形態に係る三次元集積回路22aを構成する各チップ10においても、TSV6、及びTSV6のためのバッファ18の構成は、同一である。すなわち、最下層、中層及び最上層のいずれのチップ10においても、TSV6及びバッファ18のサイズ及び負荷容量等は共通である。従って、最下層のチップ10とボード31間の接続の場合、図1(3)に示したように、複数のTSV6が、対応する1つのボード接続用バンプ8に接続する。1つのボード接続用バンプ8に接続する複数のTSV6の夫々にはバッファ18が接続されているから、1つのボード接続用バンプ8は十分な駆動能力を備えた複数のバッファ18で駆動される。
2.2.三次元集積回路の動作
図6(1)に示す第2の実施形態においては、チップ10が3層積層されて三次元集積回路22aが構築される。チップ間接続用バンプ4が用いられる、最上層のチップ10と中層のチップ10との間の接続では、1つのチップ間接続用バンプ4に対して、中層のチップ10における1つのTSV6及び1つのバッファ18が接続する。一方、ボード接続用バンプ8が用いられる、最下層のチップ10とボード31との間の接続では、1つのボード接続用バンプ8に対して、最下層のチップ10における複数のTSV6、及び、それらTSV6と同数のバッファ18が接続する。
図6(1)に示す第2の実施形態においては、チップ10が3層積層されて三次元集積回路22aが構築される。チップ間接続用バンプ4が用いられる、最上層のチップ10と中層のチップ10との間の接続では、1つのチップ間接続用バンプ4に対して、中層のチップ10における1つのTSV6及び1つのバッファ18が接続する。一方、ボード接続用バンプ8が用いられる、最下層のチップ10とボード31との間の接続では、1つのボード接続用バンプ8に対して、最下層のチップ10における複数のTSV6、及び、それらTSV6と同数のバッファ18が接続する。
従って、最上層のチップ10と中層のチップ10との間のTSV6を介する信号の通信では、チップ間接続用バンプ4のために必要な駆動能力を備える1つのバッファ18が用いられる。つまり、チップ間接続用バンプ4のために過剰な駆動能力を備えるバッファが用いられることはない。よって、バッファ実装のための無駄な領域がチップ10にて必要になるようなことはない。
また、最下層のチップ10とボード31間でのTSV6を介する信号の通信では、ボード接続用バンプ8のために必要な駆動能力を実現するため、複数のバッファ18が用いられる。つまり、ボード接続用バンプ8のために十分な駆動能力を備えるバッファが用いられない、ということは生じない。
更に、中層のチップ10と最下層のチップ10との間のチップ間接続用バンプ4のみを介する信号の通信では、TSVを介さずに両方の配線層12が信号の伝送を行うため、高速処理が実現される。
2.3.まとめ
3層のチップ10を積層して構成される本実施形態の三次元集積回路22aにおいて、最上層のチップ10と中層のチップ10との間では、1つのTSV6を1つのチップ間接続用バンプ4に接続する。最下層のチップ10とボード31との間では、複数のTSV6を1つのボード接続用バンプ8に接続する。更に、中層のチップ10と最下層のチップ10との間では、チップ間接続用バンプ4のみを介して両方の配線層12が直接接続する。
3層のチップ10を積層して構成される本実施形態の三次元集積回路22aにおいて、最上層のチップ10と中層のチップ10との間では、1つのTSV6を1つのチップ間接続用バンプ4に接続する。最下層のチップ10とボード31との間では、複数のTSV6を1つのボード接続用バンプ8に接続する。更に、中層のチップ10と最下層のチップ10との間では、チップ間接続用バンプ4のみを介して両方の配線層12が直接接続する。
このように構成することにより、同一の構成を有する複数のチップ10の使用が可能となり、特に、TSV6のためのバッファ18の駆動能力はチップ間接続用バンプ4に合わせて設計しておくことができ、且つ、ボード接続用バンプ8との接続の際には複数の駆動能力の低いバッファ18を並列で用いて大きな駆動能力を確保できる。更に、チップ間接続用バンプ4のみを介する、対向する2つのチップ10の配線層12の接続によって、これらチップ10間の高速信号伝送を実現できる。これらのことから、三次元集積回路22aにおいて、ボード接続用バンプ8に対するバッファを特別に設ける必要が無く、且つ、中層のチップ10と最下層のチップ10との間でプロセッサ等にて用いるのが相応しい高速処理を実現できる。
従って、本実施形態では、三次元集積回路22aを構成する各プロセッサチップ10において、チップ製造のためのマスクを共通のものとすることができ、製造コストを抑制できる。更に、三次元集積回路22aにて高速処理を実現できる。
なお、図6(1)には、3層のチップ10により構成される三次元集積回路22aを示したが、本実施形態に係る三次元集積回路は、更に多層のチップ10により構成されてもよい。また、図6(2)に示すように、三次元集積回路22bは、2層のチップ10により構成されてもよい。この場合、下層のチップ10は、複数のTSV6と接続するボード接続用バンプ8を介してボード31と接続し、下層のチップ10と上層のチップ10とは、配線層12同士を対向させ、対向する配線層12はチップ間接続用バンプ4を介して接続する。
[第3の実施形態]
本実施形態では、第1の実施形態に示した三次元集積回路におけるチップの具体的な構成例を説明する。
本実施形態では、第1の実施形態に示した三次元集積回路におけるチップの具体的な構成例を説明する。
3.1.チップの構成
図7は、第3の実施形態の三次元積層回路における1つのチップの構成を具体的に示した図である。図7では、積層回路の最下層のチップ110内部のブロック構成を示している。図7では、主としてCPUコア間通信I/F(インタフェース)回路、外部メモリI/F回路、及びそれらに関連する回路について示している。
図7は、第3の実施形態の三次元積層回路における1つのチップの構成を具体的に示した図である。図7では、積層回路の最下層のチップ110内部のブロック構成を示している。図7では、主としてCPUコア間通信I/F(インタフェース)回路、外部メモリI/F回路、及びそれらに関連する回路について示している。
図7に示すチップ110は、最下層に積層され外部メモリ(図示せず)と接続するプロセッサチップである。なお図示されていないが、このチップ110の上層には1層又は複数層の同一のプロセッサチップ110bが積層されている。
夫々のプロセッサチップ110は、図7に示すように、2つのCPUコア114a、114b、2つのレベル1キャッシュメモリ116a、116b、及びレベル2キャッシュメモリ118を備える。各CPUコア114a、114bは、BCU(Bus Control Unit)120を経由して、他のプロセッサチップ110のCPUコアやキャッシュメモリと通信を行う。また、プロセッサチップ110内のCPUコア114a、114bから、外部メモリへアクセスする際にもBCU120が経由される。なお、外部メモリI/F回路124は、外部メモリとの通信を行なう回路部分である。
コア間通信I/F回路(RX)112a、112bは、上層に積層されたプロセッサチップ110bとの通信を行う回路部分である。これらの回路内には、CPUコア間のデータ受け渡しのための通信プロトコル処理回路等が含まれている。通信プロトコルは独自に決められた通信プロトコルでもよいし、PCI等のような汎用のものが用いられてもよい。通信方法によっては、コア間通信I/F回路(RX)112a、112bには、非同期信号を受けるシンクロナイザ回路等も含まれる。なお、コア間通信I/F回路(TX)122a、122bは、下層に積層されたプロセッサチップ110との通信を行う回路部分である。
コア間通信I/F回路(RX)(TX)は、主として、2つの目的のために用いられる回路である。一つは、異なるプロセッサチップ110間に存在するCPUコア間の通信のためである。もう一つは、上層のプロセッサチップ110bのCPUコアが外部メモリへアクセスするためである。外部メモリは最下層のプロセッサチップ110に接続しているので、上層のプロセッサチップ110内のCPUコアから外部メモリへアクセスするには、外部メモリと接続している最下層のプロセッサチップ110にまでデータを受け渡す必要があり、この際、コア間通信I/F回路(RX)(TX)が用いられる。
コア間通信I/F回路(TX)122a、122b、及び、外部メモリI/F回路124の下部には、セレクタ126a、126b及びeヒューズ128が配置されている。セレクタ126a、126bは、次の[1]又は[2]の選択を設定する回路である。
[1]コア間通信I/F回路(TX)122aを1つのバッファ18a及びTSV6aに接続し、且つ、コア間通信I/F回路(TX)122bを別のバッファ18b及びTSV6bに接続すること。
[2]外部メモリI/F回路124を、2つのバッファ18a、18b及びTSV6a、6bに接続すること。
[1]コア間通信I/F回路(TX)122aを1つのバッファ18a及びTSV6aに接続し、且つ、コア間通信I/F回路(TX)122bを別のバッファ18b及びTSV6bに接続すること。
[2]外部メモリI/F回路124を、2つのバッファ18a、18b及びTSV6a、6bに接続すること。
前述の選択[1][2]のうち、セレクタ126a、126bは、チップ間接続のときには選択[1]を設定し、ボード31とチップ110間接続のときには選択[2]を設定する。なお、図7のプロセッサチップ110は、セレクタ126a、126bにより、選択[2]に設定されている。
図7に示す第3の実施形態の三次元積層回路のチップ110における、セレクタ126a、126bについて説明する。
図7に示すプロセッサチップ110は、チップ間接続用バンプ4には1個のTSV6が接続され、ボード接続用バンプ8には複数のTSV6が接続されるように構成される。よって、同一のボード接続用バンプ8に接続する複数のTSV6には同一信号が駆動される必要がある。ここで、同一のボード接続用バンプ8に接続する複数のTSV6に同一信号が駆動されることは、セレクタ126a、126bの設定により実現される。
具体的に述べると、図7に示すプロセッサチップ110は、チップ110bとボード31との間に接続されるものであり、ボード接続用バンプ8に2つのTSV6a、6bが接続されている。ここで、2つのTSV6及びバッファ18が、外部メモリI/F回路124の信号をボード接続用バンプ8に対して駆動するように、セレクタ126a、126bの選択が設定される。このことにより、ボード接続用バンプ8には2個のバッファ18で同一信号が駆動される。即ち、駆動能力の大きなバッファで駆動されることになる。
セレクタ126a、126bの選択を設定する信号は、eヒューズ128によって書き込まれる。セレクタとeヒューズの組み合わせの代わりに、不揮発性の記憶素子が用いられてもよい。また、外部端子から初期値が書き込まれる記憶素子が用いられてもよい。
なお、図7に示すプロセッサチップ110の下層に、同一のプロセッサチップ110が接続(積層)される場合には、コア間通信I/F回路(TX)122aの信号を、1つのバッファ18a及びTSV6aがチップ間接続バンプ4に対して駆動し、同時に、コア間通信I/F回路(TX)122bの信号を、別のバッファ18b及びTSV6bが別のチップ間接続バンプ4に対して駆動するように、セレクタ124の選択が設定される。図7のプロセッサチップ110の上部に示される、2組のバッファ18a、18b及びTSV6a、18b並びにチップ間接続用バンプ4は、上層に同一のプロセッサチップ110bが接続(積層)される場合の、接続形態を表している。
3.2.チップの別の例について
図7に示す、第3の実施形態の三次元積層回路のチップ110では、バッファ18a、18bの直前のセレクタ126a、126bは、2つの選択肢(選択[1][2])から1つを選択するものであったが、セレクタが3つの選択肢から1つを選択するものであってもよい。図8は、第3の実施形態の三次元積層回路におけるチップの構成の別の例を示した図である。図8に示すセレクタ126a、126bは、次の[2−1]、[2−2]又は[2−3]の選択を設定する回路である。
[2−1]コア間通信I/F回路(TX)122aを1つのバッファ18及びTSV6に接続し、且つ、コア間通信I/F回路(TX)122bを別の1つのバッファ18及びTSV6に接続すること。
[2−2]コア間通信I/F回路(TX)122aを1つのバッファ18及びTSV6に接続し、且つ、コア間通信I/F回路(TX)122cを別の1つのバッファ18及びTSV6に接続すること。
[2−3]外部メモリI/F回路124を、2つのバッファ18及びTSV6に接続すること。
図7に示す、第3の実施形態の三次元積層回路のチップ110では、バッファ18a、18bの直前のセレクタ126a、126bは、2つの選択肢(選択[1][2])から1つを選択するものであったが、セレクタが3つの選択肢から1つを選択するものであってもよい。図8は、第3の実施形態の三次元積層回路におけるチップの構成の別の例を示した図である。図8に示すセレクタ126a、126bは、次の[2−1]、[2−2]又は[2−3]の選択を設定する回路である。
[2−1]コア間通信I/F回路(TX)122aを1つのバッファ18及びTSV6に接続し、且つ、コア間通信I/F回路(TX)122bを別の1つのバッファ18及びTSV6に接続すること。
[2−2]コア間通信I/F回路(TX)122aを1つのバッファ18及びTSV6に接続し、且つ、コア間通信I/F回路(TX)122cを別の1つのバッファ18及びTSV6に接続すること。
[2−3]外部メモリI/F回路124を、2つのバッファ18及びTSV6に接続すること。
なお、チップ210の上部に設置されているセレクタ136a、136bも、次の [3−1]又は[3−2]の選択を設定する回路である。
[3−1]1つのチップ間接続用バンプ8をコア間通信I/F回路(RX)112bに接続すること。
[3−2]1つのチップ間接続用バンプ8をコア間通信I/F回路(RX)112cに接続すること。
[3−1]1つのチップ間接続用バンプ8をコア間通信I/F回路(RX)112bに接続すること。
[3−2]1つのチップ間接続用バンプ8をコア間通信I/F回路(RX)112cに接続すること。
[第4の実施形態]
本実施形態でも、第1の実施形態に示した三次元集積回路におけるチップの具体的な構成例を説明する。
本実施形態でも、第1の実施形態に示した三次元集積回路におけるチップの具体的な構成例を説明する。
4.1.チップの構成
図9は、第4の実施形態の三次元積層回路における1つのチップの構成を具体的に示した図である。図9でも、積層回路の最下層のチップ310内部のブロック構成を示している。図9に示すプロセッサチップ310は、上層に位置するプロセッサチップ310のTSV6の一部を冗長救済TSVとして利用するチップである。なお、図9に示すブロック構成におけるCPUコア等のプロセッサ関連部分は、図7に示すブロック構成と略同一であるため、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
図9は、第4の実施形態の三次元積層回路における1つのチップの構成を具体的に示した図である。図9でも、積層回路の最下層のチップ310内部のブロック構成を示している。図9に示すプロセッサチップ310は、上層に位置するプロセッサチップ310のTSV6の一部を冗長救済TSVとして利用するチップである。なお、図9に示すブロック構成におけるCPUコア等のプロセッサ関連部分は、図7に示すブロック構成と略同一であるため、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
一般的に、チップ間の接続の場合、チップ間接続用バンプ4は微細なバンプであることから、接続欠陥が発生しやすい。このため、仮に接続欠陥が発生しても良品として出荷できるようにするために、冗長救済という方策が採られることがある。チップにおける冗長救済とは、複数のスペア用のTSV(以下、「冗長救済TSV」と称する)を通常のTSV(以下、「通常TSV」と称する)の周辺に配置しておくことである。
図9に示す三次元積層回路では、冗長救済TSVに対して本実施形態を応用している。まず、図9に示す回路では、図9中央に示されるプロセッサチップ310の上層に位置するプロセッサチップ310の下端右のTSV(6s)が、その左の通常TSV6に対する冗長救済TSVに当たる。
図9に示す回路において、もし、通常TSV6とチップ間接続用バンプ4との接続に欠陥があったならば、チップ外部に信号を送信するためのTSVとして、その通常TSV6の周辺の冗長救済TSV6sに切り替えられるように構成されている。この構成を実現するため、信号の受け手側のプロセッサチップ310内部にて、通常TSV6と冗長救済TSV6sとの間の選択を設定するセレクタ136が設けられている。一般に、通常TSV6とチップ間接続用バンプ4の間の接続欠陥の有無は、チップ積層後のチップに対する良品検査にて判明する。よって、セレクタ136の選択の設定は、三次元積層回路の出荷前に、eヒューズ138によって設定される。
一方で、プロセッサチップ310がボード接続用バンプ8を介してボード31に接続する際には、ボード接続用バンプ8が相応に大きいことから、接続欠陥が発生することが殆ど無い。つまり、ボード接続時には冗長救済TSVが必要になることは殆ど無い。この特徴を利用して、ボード接続用バンプ8には通常TSV6と冗長救済TSV6sとを接続して、同一信号が駆動されるように回路構成をする。このようにすることにより、通常TSV6と冗長救済TSV6sの2つのTSVは、ボード接続用バンプ8に対して2個のバッファ18により同一信号を駆動するので、駆動能力の大きなバッファで信号を駆動していることになる。
なお、プロセッサコア310下部に、eヒューズ128と共に配置されているセレクタ126a、126bは、次の[4−1]又は[4−2]の選択を設定する回路である。
[4−1]コア間通信I/F回路(TX)122aを、バッファ18及び通常TSV6、並びに、バッファ18s及び冗長救済TSV6sに接続すること。
[4−2]外部メモリI/F回路124を、バッファ18及び通常TSV6、並びに、バッファ18s及び冗長救済TSV6sに接続すること。
[4−1]コア間通信I/F回路(TX)122aを、バッファ18及び通常TSV6、並びに、バッファ18s及び冗長救済TSV6sに接続すること。
[4−2]外部メモリI/F回路124を、バッファ18及び通常TSV6、並びに、バッファ18s及び冗長救済TSV6sに接続すること。
つまり、プロセッサチップ310の下層に更にプロセッサチップ310が接続される場合には、上記[4−1]の選択が設定される。このとき、通常TSV6にも冗長救済TSV6sにも夫々チップ間接続用バンプ4が接続され、冗長救済TSV6sは本来の冗長救済の手段として機能する。また、プロセッサチップ310の下層にボード31が接続される場合には、上記[4−2]の選択が設定される。このとき、通常TSV6と冗長救済TSV6sは1つのボード接続用バンプ8に接続され、通常TSV6と冗長救済TSV6sとの2個のバッファ18が同一信号を駆動することになる。
[その他の実施形態]
前述の、第1乃至第4の実施形態の三次元積層回路では、同一のプロセッサチップが積層されているが、これらの実施形態の思想は、その他のチップを積層して形成される三次元集積回路にも適用することができる。例えば、チップがFPGA(Field−Programmable Gate Array)であってもよいし、テレビ受像機やレコーダ向けのシステムLSIであってもよい。
前述の、第1乃至第4の実施形態の三次元積層回路では、同一のプロセッサチップが積層されているが、これらの実施形態の思想は、その他のチップを積層して形成される三次元集積回路にも適用することができる。例えば、チップがFPGA(Field−Programmable Gate Array)であってもよいし、テレビ受像機やレコーダ向けのシステムLSIであってもよい。
また、積層チップ数、バンプやTSVの径などは、上述の例に限定されるものではなく、その他の数や大きさであってもよい。
また、図1や図4に示す三次元集積回路では、同一のチップが複数積層されているが、ボード31に接続するチップ10と最上層のチップ10が同一のものであり、その間に構成の異なるチップが挟まるような三次元集積回路であっても、前述の実施形態の思想を適用できる。即ち、このような三次元集積回路でも、最下層のチップ10と最上層のチップ10において、チップ製造のためのマスクを共通のものとすることができ、製造コストを抑制できる。更に同様に、ボード31に接続するチップ10と、複数の積層中の途中に挟まるチップ10が同一のものであり、その他のチップが構成の異なるものであるような三次元集積回路であっても、前述の実施形態の思想を適用できる。
[発明の一態様の概要]
(1)本発明の第1の態様の集積回路は、
積層される同一レイアウトのチップを一つ若しくはそれ以上含む集積回路であって、
前記チップは、
シリコン貫通電極と前記シリコン貫通電極に接続する配線層とを有し、
二つの前記チップにつき前記シリコン貫通電極の端部と前記配線層とを対向させて積層させたとき、前記シリコン貫通電極の端部の位置と前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、
二つの前記チップにつき前記配線層同士を対向させて積層させたとき、一方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置と他方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、
更に、前記チップは、
第1のバンプを介してボードに接続され、前記チップにおける第1の個数のシリコン貫通電極が1つの前記第1のバンプに接続され、
前記第1の個数は、2以上の自然数である。
(1)本発明の第1の態様の集積回路は、
積層される同一レイアウトのチップを一つ若しくはそれ以上含む集積回路であって、
前記チップは、
シリコン貫通電極と前記シリコン貫通電極に接続する配線層とを有し、
二つの前記チップにつき前記シリコン貫通電極の端部と前記配線層とを対向させて積層させたとき、前記シリコン貫通電極の端部の位置と前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、
二つの前記チップにつき前記配線層同士を対向させて積層させたとき、一方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置と他方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、
更に、前記チップは、
第1のバンプを介してボードに接続され、前記チップにおける第1の個数のシリコン貫通電極が1つの前記第1のバンプに接続され、
前記第1の個数は、2以上の自然数である。
このようにすることにより、TSVのためのバッファの駆動能力はチップ間接続用バンプに合わせて設計しておくことができ、且つ、チップとボード接続用バンプとの接続の際には複数のバッファを並列で用いて大きな駆動能力を確保できる。このことにより、チップ上にてより大きなバッファのための無駄な領域を確保する必要がなく、且つ、ボード接続用バンプのための駆動能力も十分に得ることができる。即ち、1つのチップで、チップ間接続用及びボード間接続用の双方の用途に対応できる。従って、本発明を利用することにより、三次元集積回路を構成する各チップを同一とすることができ、よって、チップ製造のためのマスクを共通のものとすることができるから、その結果として製造コストを抑えることができる。
(2)本発明の第2の態様の集積回路は、本発明の第1の態様の集積回路において、前記チップが複数積層される。
これにより、複数層集積される三次元集積回路において、チップ製造のためのマスクを共通のものとした上で、製造コストを抑えることができる。
(3)本発明の第3の態様の集積回路は、本発明の第1の態様の集積回路において、
前記チップは、第2のバンプを介して他の積層チップに接続され、
その際前記チップにおいて、第2の個数のシリコン貫通電極が1つの前記第2のバンプに接続され、
前記第2の個数は、前記第1の個数より小さい自然数である。
前記チップは、第2のバンプを介して他の積層チップに接続され、
その際前記チップにおいて、第2の個数のシリコン貫通電極が1つの前記第2のバンプに接続され、
前記第2の個数は、前記第1の個数より小さい自然数である。
これにより、3層以上のチップが集積される三次元集積回路において、チップ製造のためのマスクを共通のものとした上で、製造コストを抑えることができる。
(4)本発明の第4の態様の集積回路は、本発明の第3の態様の集積回路において、
前記チップにおいて、複数のシリコン貫通電極が前記第1のバンプの径内に集中して配置されている。
前記チップにおいて、複数のシリコン貫通電極が前記第1のバンプの径内に集中して配置されている。
これにより、複数層のチップが集積される三次元集積回路において、エレクトロマイグレーションによるTSVの断線を防ぐことができる。
(5)本発明の第5の態様の集積回路は、本発明の第4の態様の集積回路において、
1つの前記第1のバンプに接続する第1の個数のシリコン貫通電極のうちに、冗長救済用シリコン貫通電極が含まれる。
1つの前記第1のバンプに接続する第1の個数のシリコン貫通電極のうちに、冗長救済用シリコン貫通電極が含まれる。
これにより、複数層のチップが集積される三次元集積回路において、冗長救済用シリコン貫通電極を適切に組む込むことができる。
(6)本発明の第6の態様の集積回路は、本発明の第3の態様の集積回路において、
前記チップのシリコン貫通電極がバンプを介さずに直接的に他の積層チップの配線層に接続される。
前記チップのシリコン貫通電極がバンプを介さずに直接的に他の積層チップの配線層に接続される。
これにより、複数層のチップが集積される三次元集積回路全体の容量を小さくすることができる。
(7)本発明の第7の態様の集積回路は、
積層される同一レイアウトのチップを複数含む集積回路であって、
前記チップは、
シリコン貫通電極と前記シリコン貫通電極に接続する配線層とを有し、
二つの前記チップにつき前記シリコン貫通電極の端部と前記配線層とを対向させて積層させたとき、前記シリコン貫通電極の端部の位置と前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、
二つの前記チップにつき前記配線層同士を対向させて積層させたとき、一方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置と他方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、
更に、前記チップは、
ボードに接続する際、第1のバンプを介してボードに接続され、前記チップにおける第1の個数のシリコン貫通電極が1つの前記第1のバンプに接続され、前記第1の個数は、2以上の自然数であり、
他の積層チップに接続する際、第2のバンプを介して他の積層チップに接続され、前記チップにおける第2の個数のシリコン貫通電極が1つの前記第2のバンプに接続され、前記第2の個数は、前記第1の個数より小さい自然数であり、
更に、前記チップは、
同一のバンプに接続されるシリコン貫通電極が同一の信号を出力するように、それらシリコン貫通電極の各々に対する入力回路の配線を設定する設定部を含む。
積層される同一レイアウトのチップを複数含む集積回路であって、
前記チップは、
シリコン貫通電極と前記シリコン貫通電極に接続する配線層とを有し、
二つの前記チップにつき前記シリコン貫通電極の端部と前記配線層とを対向させて積層させたとき、前記シリコン貫通電極の端部の位置と前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、
二つの前記チップにつき前記配線層同士を対向させて積層させたとき、一方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置と他方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、
更に、前記チップは、
ボードに接続する際、第1のバンプを介してボードに接続され、前記チップにおける第1の個数のシリコン貫通電極が1つの前記第1のバンプに接続され、前記第1の個数は、2以上の自然数であり、
他の積層チップに接続する際、第2のバンプを介して他の積層チップに接続され、前記チップにおける第2の個数のシリコン貫通電極が1つの前記第2のバンプに接続され、前記第2の個数は、前記第1の個数より小さい自然数であり、
更に、前記チップは、
同一のバンプに接続されるシリコン貫通電極が同一の信号を出力するように、それらシリコン貫通電極の各々に対する入力回路の配線を設定する設定部を含む。
このようにすることにより、複数層集積される三次元集積回路において、チップ製造のためのマスクを共通のものとした上で、チップの集積時に回路の配線を設定することができる。よって、三次元集積回路の製造コストを抑えることができる。
(8)本発明の第8の態様のマルチコアプロセッサ装置は、
本発明の第2の態様の集積回路を含むマルチコアプロセッサ装置であって、
前記チップが、プロセッサコア及びレベル1キャッシュメモリと、レベル2キャッシュメモリと、及び、外部回路へアクセスするための周辺回路とにより構成される。
本発明の第2の態様の集積回路を含むマルチコアプロセッサ装置であって、
前記チップが、プロセッサコア及びレベル1キャッシュメモリと、レベル2キャッシュメモリと、及び、外部回路へアクセスするための周辺回路とにより構成される。
このようにすることにより、マルチコアプロセッサ装置の製造において、チップ製造のためのマスクを共通のものとした上で、製造コストを抑えることができる。
(9)本発明の第9の態様の、同一レイアウトのチップを複数積層して成る集積回路の製造方法は、
シリコン貫通電極と前記シリコン貫通電極に接続する配線層とを有する積層チップを形成する工程であって、二つの前記チップにつき前記シリコン貫通電極の端部と前記配線層とを対向させて積層させたとき、前記シリコン貫通電極の端部の位置と前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、二つの前記チップにつき前記配線層同士を対向させて積層させたとき、一方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置と他方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものである、工程と、
ボードに接続する第1のバンプの一つに対して、前記チップにおける、2以上の自然数である第1の個数のシリコン貫通電極を接続する工程と
を含む。
シリコン貫通電極と前記シリコン貫通電極に接続する配線層とを有する積層チップを形成する工程であって、二つの前記チップにつき前記シリコン貫通電極の端部と前記配線層とを対向させて積層させたとき、前記シリコン貫通電極の端部の位置と前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、二つの前記チップにつき前記配線層同士を対向させて積層させたとき、一方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置と他方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものである、工程と、
ボードに接続する第1のバンプの一つに対して、前記チップにおける、2以上の自然数である第1の個数のシリコン貫通電極を接続する工程と
を含む。
このようにすることにより、複数層集積される三次元集積回路の製造において、チップ製造のためのマスクを共通のものとした上で、全体のコストを抑えることができる。
本発明は、プロセッサチップ、FPGA、若しくはシステムLSI等を積層して構成される三次元集積回路に有効に利用できる。
2・・・三次元集積回路、4・・・チップ間接続用バンプ、6・・・TSV(シリコン貫通電極)、8・・・ボード接続用バンプ、10、110、210、310・・・プロセッサチップ、12・・・配線層、14・・・トランジスタ層、18・・・バッファ、31・・・ボード(回路基板)。
【0002】
含む集積回路であって、チップは、シリコン貫通電極と前記シリコン貫通電極に接続する配線層とを有し、チップをボードと接続する場合には、第1のバンプを介してボードに接続され、チップにおける第1の個数のシリコン貫通電極が1つの第1のバンプに接続され、第1の個数は、2以上の自然数であり、更に、チップ同士を二つ接続するため、シリコン貫通電極の端部と配線層とを対向させて積層させたときには、シリコン貫通電極の端部の位置と配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致することを特徴とする。
発明の効果
[0007]
本発明によれば、TSVのためのバッファの駆動能力はチップ間接続用バンプに合わせて設計しておくことができ、且つ、チップとボード接続用バンプとの接続の際には複数のバッファを並列で用いて大きな駆動能力を確保できる。このことにより、チップ上にてより大きなバッファのための無駄な領域を確保する必要がなく、且つ、ボード接続用バンプのための駆動能力も十分に得ることができる。即ち、1つのチップで、チップ間接続用及びボード間接続用の双方の用途に対応できる。従って、本発明を利用することにより、三次元集積回路を構成する各チップを同一とすることができ、よって、チップ製造のためのマスクを共通のものとすることができるから、その結果として製造コストを抑えることができる。
図面の簡単な説明
[0008]
[図1](1)は、本発明の第1の実施形態に係る三次元集積回路の側断面図である。(2)は、TSVが、対応するチップ間接続用バンプに接続する様子を示す図である。(3)は、複数のTSVが、対応する1つのボード接続用バンプに接続する様子を示す図である。
[図2](1)は、本発明の第1の実施形態に係るプロセッサチップでのTSVの配置の様子を示す一部平面図であり、破線はプロセッサチップの下面におけるボード接続用バンプの設置位置を示す。(2)は、本発明の第1の実施
含む集積回路であって、チップは、シリコン貫通電極と前記シリコン貫通電極に接続する配線層とを有し、チップをボードと接続する場合には、第1のバンプを介してボードに接続され、チップにおける第1の個数のシリコン貫通電極が1つの第1のバンプに接続され、第1の個数は、2以上の自然数であり、更に、チップ同士を二つ接続するため、シリコン貫通電極の端部と配線層とを対向させて積層させたときには、シリコン貫通電極の端部の位置と配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致することを特徴とする。
発明の効果
[0007]
本発明によれば、TSVのためのバッファの駆動能力はチップ間接続用バンプに合わせて設計しておくことができ、且つ、チップとボード接続用バンプとの接続の際には複数のバッファを並列で用いて大きな駆動能力を確保できる。このことにより、チップ上にてより大きなバッファのための無駄な領域を確保する必要がなく、且つ、ボード接続用バンプのための駆動能力も十分に得ることができる。即ち、1つのチップで、チップ間接続用及びボード間接続用の双方の用途に対応できる。従って、本発明を利用することにより、三次元集積回路を構成する各チップを同一とすることができ、よって、チップ製造のためのマスクを共通のものとすることができるから、その結果として製造コストを抑えることができる。
図面の簡単な説明
[0008]
[図1](1)は、本発明の第1の実施形態に係る三次元集積回路の側断面図である。(2)は、TSVが、対応するチップ間接続用バンプに接続する様子を示す図である。(3)は、複数のTSVが、対応する1つのボード接続用バンプに接続する様子を示す図である。
[図2](1)は、本発明の第1の実施形態に係るプロセッサチップでのTSVの配置の様子を示す一部平面図であり、破線はプロセッサチップの下面におけるボード接続用バンプの設置位置を示す。(2)は、本発明の第1の実施
Claims (9)
- 積層される同一レイアウトのチップを一つ若しくはそれ以上含む集積回路であって、
前記チップは、
シリコン貫通電極と前記シリコン貫通電極に接続する配線層とを有し、
二つの前記チップにつき前記シリコン貫通電極の端部と前記配線層とを対向させて積層させたとき、前記シリコン貫通電極の端部の位置と前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、
二つの前記チップにつき前記配線層同士を対向させて積層させたとき、一方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置と他方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、
更に、前記チップは、
第1のバンプを介してボードに接続され、前記チップにおける第1の個数のシリコン貫通電極が1つの前記第1のバンプに接続され、
前記第1の個数は、2以上の自然数である
集積回路。 - 前記チップが複数積層される、請求項1に記載の集積回路。
- 前記チップは、第2のバンプを介して他の積層チップに接続され、
その際前記チップにおいて、第2の個数のシリコン貫通電極が1つの前記第2のバンプに接続され、
前記第2の個数は、前記第1の個数より小さい自然数である
請求項2に記載の集積回路。 - 前記チップにおいて、複数のシリコン貫通電極が前記第1のバンプの径内に集中して配置されている
請求項3に記載の集積回路。 - 1つの前記第1のバンプに接続する第1の個数のシリコン貫通電極のうちに、冗長救済用シリコン貫通電極が含まれる
請求項4に記載の集積回路。 - 前記チップのシリコン貫通電極がバンプを介さずに直接的に他の積層チップの配線層に接続される
請求項3に記載の集積回路。 - 積層される同一レイアウトのチップを複数含む集積回路であって、
前記チップは、
シリコン貫通電極と前記シリコン貫通電極に接続する配線層とを有し、
二つの前記チップにつき前記シリコン貫通電極の端部と前記配線層とを対向させて積層させたとき、前記シリコン貫通電極の端部の位置と前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、
二つの前記チップにつき前記配線層同士を対向させて積層させたとき、一方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置と他方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、
更に、前記チップは、
ボードに接続する際、第1のバンプを介してボードに接続され、前記チップにおける第1の個数のシリコン貫通電極が1つの前記第1のバンプに接続され、前記第1の個数は、2以上の自然数であり、
他の積層チップに接続する際、第2のバンプを介して他の積層チップに接続され、前記チップにおける第2の個数のシリコン貫通電極が1つの前記第2のバンプに接続され、前記第2の個数は、前記第1の個数より小さい自然数であり、
更に、前記チップは、
同一のバンプに接続されるシリコン貫通電極が同一の信号を出力するように、それらシリコン貫通電極の各々に対する入力回路の配線を設定する設定部を含む、
集積回路。 - 請求項2に記載の集積回路を含むマルチコアプロセッサ装置であって、
前記チップが、プロセッサコア及びレベル1キャッシュメモリと、レベル2キャッシュメモリと、及び、外部回路へアクセスするための周辺回路とにより構成される
マルチコアプロセッサ装置。 - 同一レイアウトのチップを複数積層して成る集積回路の製造方法において、
シリコン貫通電極と前記シリコン貫通電極に接続する配線層とを有する積層チップを形成する工程であって、二つの前記チップにつき前記シリコン貫通電極の端部と前記配線層とを対向させて積層させたとき、前記シリコン貫通電極の端部の位置と前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものであり、二つの前記チップにつき前記配線層同士を対向させて積層させたとき、一方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置と他方の前記配線層のコンタクト用パッドの位置とが合致するものである、工程と、
ボードに接続する第1のバンプの一つに対して、前記チップにおける、2以上の自然数である第1の個数のシリコン貫通電極を接続する工程と
を含む製造方法。
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