RU2068602C1 - Large integral circuit - Google Patents

Large integral circuit Download PDF

Info

Publication number
RU2068602C1
RU2068602C1 SU904882078A SU4882078A RU2068602C1 RU 2068602 C1 RU2068602 C1 RU 2068602C1 SU 904882078 A SU904882078 A SU 904882078A SU 4882078 A SU4882078 A SU 4882078A RU 2068602 C1 RU2068602 C1 RU 2068602C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crystal
crystals
conductor
microns
semiconductor material
Prior art date
Application number
SU904882078A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Иванович Баринов
Геннадий Федорович Васильев
Владимир Евгеньевич Власов
Юрий Иванович Горбунов
Original Assignee
Константин Иванович Баринов
Геннадий Федорович Васильев
Владимир Евгеньевич Власов
Юрий Иванович Горбунов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Константин Иванович Баринов, Геннадий Федорович Васильев, Владимир Евгеньевич Власов, Юрий Иванович Горбунов filed Critical Константин Иванович Баринов
Priority to SU904882078A priority Critical patent/RU2068602C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2068602C1 publication Critical patent/RU2068602C1/en

Links

Classifications

    • 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
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • 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
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/8138Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/81385Shape, e.g. interlocking features
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1015Shape
    • H01L2924/10155Shape being other than a cuboid

Landscapes

  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

FIELD: microelectronics. SUBSTANCE: circuit has crystal holder, which is designed as plate of single- crystal semiconductor material which crystal is oriented in (100). Physical layers of multiple-level commutation circuit are generated on surface of said plate. Commutation system has contact areas which provide certain combinations for locating crystals which are mounted by means of reverse crystal method, as well as single chip integral circuits and components of micro electronic design. Crystals are made from single-crystal material, are oriented in (100) and shaped as frustum of pyramid which side walls are shaped as sets of equilateral trapeziums which are generated by set of crystal planes {111}. Crystal holder support surface has conductor which is made from single-crystal semiconductor material which has through holes in which crystals of single-chip integral circuits and components are located. Through holes in conductor conform to shape and size of crystals. EFFECT: increased functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в производстве полупроводниковых интегральных схем (ИС) с большой (БИС) и сверхбольшой (СБИС) степенью интеграции, а также при производстве многокристальных модулей (МКМ) и других гибридных микросборок узлов и блоков изделий электронной техники (ИЭТ) и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) повышенной группы сложности, обладающих расширенными функциональными возможностями и малыми массо-габаритными показателями. The invention relates to the field of microelectronics and can be used in the manufacture of semiconductor integrated circuits (ICs) with a large (LSI) and ultra-large (VLSI) degree of integration, as well as in the production of multi-chip modules (MKM) and other hybrid microassemblies of units and blocks of electronic equipment ( IET) and electronic equipment (REA) of increased complexity, with advanced functionality and small overall dimensions.

Известны конструкции больших интегральных схем и других плотно упакованных устройств, описания которых представлены в материалах заявок Японии [2-4,6] и патентных документах других стран [5,7-9]
В материалах заявок [2-4,5] представлены описания конструкций больших интегральных схем, основанных на реализации принципа "интеграции на целой пластине", когда после формирования физических слоев 3-7 типов монолитных ИС, размещенных на поверхности одной полупроводниковой пластины, методами функционального контроля проводят фиксирование либо функционально годных кристаллов монолитных ИС, либо отдельных функционально законченных блоков и узлов ИС. После чего, используя методы машинного проектирования и трассировки, формируют индивидуально для каждой пластины многоуровневую разводку, позволяющую скоммутировать функционально годные кристаллы или отдельные блоки монолитных ИС в единую функционально законченную систему или устройство.
There are known designs of large integrated circuits and other tightly packed devices, the descriptions of which are presented in the materials of Japanese applications [2-4,6] and patent documents of other countries [5,7-9]
The application materials [2-4,5] provide descriptions of the designs of large integrated circuits based on the implementation of the principle of "integration on a whole plate", when after the formation of physical layers of 3-7 types of monolithic ICs located on the surface of a single semiconductor plate, functional control methods carry out the fixation of either functionally suitable crystals of monolithic IP, or individual functionally complete blocks and nodes of IP. Then, using the methods of computer-aided design and tracing, they form individually for each plate a multi-level wiring that allows you to connect functionally suitable crystals or individual blocks of monolithic ICs into a single functionally complete system or device.

В материалах заявок [6-8] представлены описания конструкций плотноупакованных устройств и блоков ИЭТ и РЭА, основанных на реализации принципов монтажа кристаллов монолитных ИС на поверхность инородных плат со сформированными коммутационными системами, позволяющими объединить изготовленные по разным технологиям отдельные монолитные ИС в функционально законченное устройство или блок, размещенный на едином основании. The application materials [6-8] provide descriptions of the designs of close-packed devices and IET and REA units based on the implementation of the principles of mounting monolithic IC crystals on the surface of foreign plates with formed switching systems that allow combining individual monolithic ICs made using different technologies into a functionally complete device or block placed on a single basis.

В материалах [9] представлено описание кремниевой подложки с универсально программируемыми межсоединениями, получившей название Unipro SSB и содержащей сетку тонкопленочных металлических межсоединений, которые в местах пересечения разделены тонким слоем аморфного поликристаллического кремния. При приложении к месту пересечения напряжения около 20 В аморфный кремний становится проводящим, образуя "заказное" межсоединение. Крепление компонентов, в том числе и кристаллов монолитных ИС, осуществляется посредством эпоксидного клея, а коммутирование контактных площадок смонтированных кристаллов с металлическими межсоединениями коммутационной платы выполнено с использованием токопроводящих проводников. The materials [9] describe a silicon substrate with universally programmable interconnects, called the Unipro SSB and containing a network of thin-film metal interconnects that are separated at the intersection by a thin layer of amorphous polycrystalline silicon. When a voltage of about 20 V is applied to the intersection, the amorphous silicon becomes conductive, forming a "custom" interconnect. Components, including crystals of monolithic ICs, are fastened by means of epoxy glue, and the contact pads of the mounted crystals with metal interconnects of the switching board are switched using conductive conductors.

Основными недостатками конструкций больших интегральных схем и многокристальных модулей на их основе, описание которых представлено в материалах патентных документов [2-4,5] являются:
низкие значения надежностных характеристик, что связано с недостаточностью информации при проведении функционального контроля кристаллов монолитных ИС в составе пластин;
индивидуальность создания коммутационной системы для каждой пластины в силу непредсказуемости распределения функционально годных кристаллов или блоков монолитных ИС, размещенных на одной пластине;
невозможность использования полупроводниковых приборов, изготовленных с использованием различных технологий;
необходимость создания технологических процессов и приемов, обеспечивающих планаризацию поверхностного рельефа большой площади.
The main disadvantages of the designs of large integrated circuits and multichip modules based on them, the description of which is presented in the materials of patent documents [2-4.5] are:
low values of reliability characteristics, which is associated with insufficient information during functional control of monolithic IC crystals in the wafer composition;
the individuality of creating a switching system for each plate due to the unpredictability of the distribution of functionally suitable crystals or blocks of monolithic ICs placed on one plate;
the inability to use semiconductor devices manufactured using various technologies;
the need to create technological processes and techniques that ensure the planarization of the surface relief of a large area.

К числу основных недостатков конструкций плотноупакованных узлов и блоков ИЭТ и РЭА, описание которых представлены в материалах патентных документов [6-8] следует отнести:
низкую плотность монтажа, связанную с невозможностью создания шин разводки шириной менее 100 мкм;
низкие показатели надежности, связанные с использованием материалов, обладающих различными коэффициентами термического расширения (КТР);
трудности, связанные с решением проблем теплоотвода выделяемой в процессе эксплуатации тепловой мощности;
низкие показатели ремонтоспособности;
высокую себестоимость изготовления и проведения испытаний;
широкое использование остродефицитных и драгоценных металлов, что в значительной мере ухудшает технико-экономические показатели производства.
The main disadvantages of the designs of close-packed assemblies and blocks of IET and REA, the description of which are presented in the materials of patent documents [6-8], should include:
low density of installation associated with the inability to create busbars with a width of less than 100 microns;
low reliability indicators associated with the use of materials with different coefficients of thermal expansion (CTE);
difficulties associated with solving the problems of heat dissipation during the operation of thermal power;
low rates of maintainability;
high cost of manufacturing and testing;
the widespread use of severely deficient and precious metals, which significantly worsens the technical and economic indicators of production.

К числу основных недостатков конструкции, описание которой представлено в материалах [9] следует отнести:
низкую технологичность, связанную с необходимостью использования для фиксации кристаллов монолитных ИС на поверхности подложки с коммутационной системой различных клеевых композиций, что в значительной степени приводит к увеличению теплового сопротивления;
затруднен процесс монтажа кристаллов монолитных ИС на поверхность коммутационной платы в автоматическом режиме, что связано с использованием в качестве фиксирующих элементов конструкции клеевых композиций;
трудности с монтажом кристаллов на поверхность коммутационной платы из монокристаллического кремния, что связано с необходимостью использования прецизионного оптического оборудования с большой глубиной резкости;
отсутствие защитного покрытия коммутационной системы коммутационной платы в большинстве практических случаев использования может привести к снижению надежностных характеристик или уменьшению времени наработки на отказ;
ограничены функциональные возможности устройства вследствие использования в качестве коммутационной системы только двух уровней межсоединений, выполненных из алюминия;
недостаточный уровень плотности монтажа, связанный с необходимостью использования шин межсоединений, выполненных из алюминия, в качестве контактных площадок коммутационной системы коммутационной платы, что делает весьма ограниченными области применения известной конструкции.
The main disadvantages of the design, the description of which is presented in the materials [9] should include:
low manufacturability associated with the need to use monolithic ICs for fixing crystals on the surface of a substrate with a switching system of various adhesive compositions, which to a large extent leads to an increase in thermal resistance;
the process of mounting crystals of monolithic ICs on the surface of the circuit board in an automatic mode is complicated, which is associated with the use of adhesive compositions as fixing elements;
difficulties with the installation of crystals on the surface of a circuit board made of single-crystal silicon, which is associated with the need to use precision optical equipment with a large depth of field;
the absence of a protective coating for the switching system of the circuit board in most practical cases of use can lead to a decrease in reliability characteristics or a decrease in the time between failures;
the device’s functionality is limited due to the use of only two levels of interconnects made of aluminum as a switching system;
insufficient level of installation density associated with the need to use busbars of interconnects made of aluminum as contact pads of the switching system of the circuit board, which makes the application of the known design very limited.

Наиболее близким по технической сущности решением является конструкция большой интегральной схемы [2]
Известная конструкция обеспечивает наибольшую плотность компоновки из известных до настоящего времени конструкций плотноупакованных конструкций узлов и блоков, но вместе с тем известная конструкция обладает целым рядом существенных недостатков, к числу которых следует отнести:
необходимость использования для монтажа кристаллов монолитных ИС средств технического видения, что в значительной мере снижает технико-экономические показатели производства функционально сложных узлов и блоков ИЭТ и РЭА;
недостаточно эффективно используется объем материала кристаллодержателя, в известной конструкции полупроводниковой пластине отводится чисто пассивная роль, она выполняет функции кристаллоносителя и служит подложкой для формирования физических слоев коммутационной системы;
низкая степень автоматизации процессов монтажа и сборки, связанная с использованием дорогостоящего прецизионного оптического оборудования с большой глубиной резкости;
низкие надежностные показатели, связанные с небольшой толщиной пластин полупроводникового материала, используемой в качестве исходного материала.
The closest in technical essence solution is the design of a large integrated circuit [2]
The known design provides the highest density of the layout of the currently known designs of close-packed structures of nodes and blocks, but at the same time, the known design has a number of significant drawbacks, which include:
the need to use technical vision tools for mounting monolithic IC crystals, which significantly reduces the technical and economic indicators of the production of functionally complex components and assemblies of IET and CEA;
the volume of the material of the crystal holder is not used effectively, in the known construction of the semiconductor wafer, a purely passive role is assigned, it acts as a crystal carrier and serves as a substrate for the formation of the physical layers of the switching system;
low degree of automation of installation and assembly processes associated with the use of expensive precision optical equipment with a large depth of field;
low reliability associated with the small plate thickness of the semiconductor material used as the starting material.

Выше перечисленные недостатки известной конструкции, принятой за прототип, существенно затрудняют использование известной конструкции в качестве базовой для создания узлов и блоков ИЭТ и РЭА повышенной группы сложности, используемых в конструкциях электронных наручных часов (ЭНЧ), персональных компьютеров (ПК), автоматизированных рабочих мест (АРМ) на основе последних, а также других приборов и изделий бытового, общепромышленного или специального назначения. The above listed disadvantages of the known design adopted for the prototype significantly complicate the use of the known design as the basis for the creation of nodes and blocks of IET and REA of the increased complexity group used in the construction of electronic watches (ELF), personal computers (PCs), workstations ( AWP) on the basis of the latter, as well as other devices and products for household, general industrial or special purposes.

Целью изобретения является повышение надежности и технологичности изготовления больших интегральных схем. The aim of the invention is to increase the reliability and manufacturability of the manufacture of large integrated circuits.

Поставленная цель достигается тем, что в большой интегральной схеме, содержащей кристаллодержатель, выполненный из монокристаллического полупроводникового материала с кристаллографической ориентацией (100), со сформированной на его поверхности многоуровневой коммутационной системой, на контактных площадках которой выполнены частично размещенные в объеме полупроводникового материала тела контактирования, выполненные в виде шаровых или столбиковых выводов, покрытых слоем припоя, и по крайней мере один кристалл полупроводникового прибора с контактными площадками, на поверхности кристаллодержателя установлен кондуктор в виде пластины из монокристаллического полупроводникового материала с кристаллографической ориентацией (100), выполненный с отверстием, в котором размещен кристалл, боковая поверхность которого и боковая поверхность отверстия конформны и выполнены в виде равнобочных трапеций, образованных семействами кристаллографических плоскостейIII} а основаниями кристалла и отверстия служат прямоугольники, образованные кристаллографическими плоскостями (100), причем линейные размеры отверстия выбраны из соотношения:
Lконд Lкр + 1,41 (Нконд Нтела конт),
где Lкр линейный размер кристалла полупроводникового прибора, мкм;
Lконд линейный размер основания отверстия кондуктора, мкм;
Hконд толщина тела кондуктора, мкм;
Нтела конт высота тела контактирования, мкм.
This goal is achieved by the fact that in a large integrated circuit containing a crystal holder made of a single-crystal semiconductor material with a crystallographic orientation of (100), with a multi-level switching system formed on its surface, on the contact pads of which are made contacting bodies partially placed in the volume of the semiconductor material, made in the form of spherical or columnar leads coated with a layer of solder, and at least one semiconductor crystal boron with contact pads, a conductor in the form of a plate of a single-crystal semiconductor material with a crystallographic orientation of (100) is mounted on the surface of the crystal holder, made with an opening in which a crystal is placed, the side surface of which and the side surface of the hole are conformal and made in the form of isosceles trapezoidal formed by families crystallographic planes III} and the bases of the crystal and the holes are rectangles formed by crystallographic planes (100), moreover, the linear dimensions of the holes are selected from the ratio:
L cond L cr + 1,41 (N cond N body cont ),
where L cr the linear crystal size of the semiconductor device, microns;
L cond linear size of the base of the hole of the conductor, microns;
H cond the thickness of the conductor body, microns;
N body contact body height contact, microns.

На чертеже представлен поперечный вертикальный разрез структуры большой интегральной схемы. The drawing shows a transverse vertical section of the structure of a large integrated circuit.

Большая интегральная схема содержит первую пластину монокристаллического кремния 1, рабочая поверхность которой ориентирована в направлении кристаллографической плоскости (100), сигнальные шины 2 и 3 многоуровневой коммутационной системы, сформированной на поверхности пластины, выполняющей функции кристаллодержателя, слои межслойного диэлектрика 4, защитного диэлектрика 5, контактные площадки 6 коммутационной системы кристаллодержателя, выполненные в верхнем уровне металлизации тела контактирования 7, размещенные на контактных площадках 6 и нижней частью 8 заглубленные в объем материала полупроводникового кристаллодержателя, диффузионные области полупроводника 9 p-типа проводимости, в объем материала которых заглублены тела контактирования, слои олова 10 и индия 11, выполняющие функции припоя, контактные площадки 12 монолитных ИС и других компонентов в микроэлектронном исполнении, обеспечивающих работоспособность устройства в целом, кристаллы монолитных ИС 13, смонтированные на знакоместа, образованные телами контактирования кристаллодержателя, слои поликристаллического кремния 14, выполняющего функции демпфирующего слоя и отделяющие нижнюю часть тел контактирования от объема материала кристаллоносителя, кондуктор 15, представляющий собой пластину монокристаллического кремния, рабочая поверхность которой ориентирована в направлении кристаллографической плоскости (100), со сквозными отверстиями 16, служащими для размещения кристаллов монолитных ИС, боковые грани 17 кристаллов монолитных ИС, основания кристаллов 18 и 19 монолитных ИС, боковые грани 20 сквозных отверстий кондуктора, слои диоксида кремния 21 и 22 на поверхности кондуктора и кристаллов монолитных ИС. The large integrated circuit contains the first single-crystal silicon wafer 1, the working surface of which is oriented in the direction of the crystallographic plane (100), signal buses 2 and 3 of a multilevel switching system formed on the surface of the wafer that functions as a crystal holder, layers of an interlayer dielectric 4, protective dielectric 5, contact platforms 6 of the switching system of the crystal holder, made in the upper level of metallization of the contacting body 7, located on the contact area 6 and bottom 8 buried in the volume of the material of the semiconductor crystal holder, diffusion regions of the semiconductor 9 p-type conductivity, in the volume of the material of which are buried contact bodies, layers of tin 10 and indium 11, which act as solder, contact pads 12 of monolithic ICs and other components in microelectronic performance, ensuring the operability of the device as a whole, crystals of monolithic IC 13 mounted on familiarity, formed by the contact bodies of the crystal holder, polycrystalline layers silicon 14, which acts as a damping layer and separates the lower part of the contact bodies from the volume of the crystal carrier material, the jig 15, which is a single-crystal silicon plate, the working surface of which is oriented in the direction of the crystallographic plane (100), with through holes 16, which serve to accommodate monolithic crystals IC, side faces of 17 crystals of monolithic ICs, bases of crystals 18 and 19 of monolithic ICs, side faces of 20 through-holes of the conductor, layers of silicon dioxide 21 and 22 on the surface of the conductor and crystals of monolithic ICs.

Далее приведены примеры практической реализации конструкции большой интегральной схемы. The following are examples of the practical implementation of the design of a large integrated circuit.

Пример 1. Example 1

На поверхности полупроводниковой пластины 1, представляющей собой пластину монокристаллического кремния 100 КЭФ 4,5 (100)-480, отвечающего требованиям ЕТО.035.206 ТУ, ЕТО.035.217 ТУ, ЕТО.035.240 ТУ или ЕТО.035.245 СТУ n-типа проводимости, выполняющей одновременно функции несущего основания и коммутационной платы, методами планарной технологии сформирована многоуровневая коммутационная система, состоящая из двух уровней металлизированных проводящих сигнальных шин 2 и 3, межслойного диэлектрика 4, защитного слоя 5, контактных площадок 6 со сформированными на поверхности последних телами контактирования 7, выполненными в виде шаровых или столбиковых выводов. Нижняя часть 8 тел контактирования 7 заглублена частично в приповерхностный объем 9, представляющий собой область полупроводника p-типа проводимости. Верхняя часть тел контактирования 7 покрыта слоями индия 10 и олова 11, имеющих низкую температуру плавления и выполняющих функции припоя, при этом тело контактирования 7 выполнено из меди. Для компенсации различного рода механических напряжений, возникающих как под воздействием температурных воздействий, так и при механических воздействиях во время проведения операций монтажа и присоединения контактных площадок 12 кристаллов монолитных ИС 13 или других компонентов в микроэлектронном исполнении, обеспечивающих работоспособность устройства в целом, нижняя часть 8 тела контактирования отделена от объема полупроводниковой пластины 1 слоем 14 поликристаллического кремния, толщиной 0,1-0,65 мкм, выполняющего функции демпфирующего элемента конструкции. On the surface of the semiconductor wafer 1, which is a single crystal silicon wafer 100 KEF 4.5 (100) -480, which meets the requirements of ETO.035.206 TU, ETO.035.217 TU, ETO.035.240 TU or ETO.035.245 STU of n-type conductivity, performing simultaneously the functions of the carrier base and the circuit board, using the methods of planar technology, a multilevel switching system is formed, consisting of two levels of metallized conductive signal buses 2 and 3, an interlayer dielectric 4, a protective layer 5, contact pads 6 with the surface of the latter by contacting bodies 7, made in the form of spherical or columnar leads. The lower part 8 of the contacting bodies 7 is partially buried in the near-surface volume 9, which is a region of the p-type semiconductor. The upper part of the contacting bodies 7 is covered with layers of indium 10 and tin 11 having a low melting point and performing the functions of solder, while the contacting body 7 is made of copper. To compensate for various kinds of mechanical stresses arising both under the influence of temperature influences and during mechanical influences during installation and connection of contact pads 12 crystals of monolithic IC 13 or other components in microelectronic design, ensuring the operability of the device as a whole, lower part 8 of the body contacting is separated from the volume of the semiconductor wafer 1 by a layer 14 of polycrystalline silicon, a thickness of 0.1-0.65 μm, which performs the function of damping th structural element.

На поверхности пластины 1 смонтирован кондуктор 15, представляющий собой пластину монокристаллического кремния 100 КЭФ 4,5 (100)-480, отвечающего требованиям, приведенным выше. В пластине 15 сформированы сквозные отверстия 16, форма и геометрические размеры которых конформно воспроизводят форму и геометрические размеры соответствующих кристаллов 13 монолитных ИС. При этом кристаллы 13 выполнены в виде усеченных пирамид, боковые грани которых представляют собой наборы равнобочных трапеций, образованных семейством кристаллографических плоскостейIII} Боковые грани 17 кристаллов монолитных ИС образуют с плоскостями оснований 18 или 19, представляющими собой прямоугольники, образованные кристаллографическими плоскостями (100), угол 54,75o или 125,25o. На меньшем по площади основании 18 кристалла монолитной ИС сформированы физические слои монолитной ИС или других компонентов в микроэлектронном исполнении с коммутационными системами, снабженными контактными площадками 12, находящимися в непосредственном физическом и электрическом контакте с телами контактирования 7 за счет образования паянного контакта с металлами 10 и 11, покрывающими тела контактирования 7.A conductor 15 is mounted on the surface of the plate 1, which is a 100 KEF 4.5 (100) -480 single-crystal silicon wafer that meets the requirements described above. Through holes 16 are formed in the plate 15, the shape and geometric dimensions of which conformally reproduce the shape and geometric dimensions of the respective crystals 13 of monolithic ICs. In this case, crystals 13 are made in the form of truncated pyramids, the lateral faces of which are sets of isosceles trapeziums formed by a family of crystallographic planes. III} The lateral faces of 17 crystals of monolithic ICs form with base planes 18 or 19, which are rectangles formed by crystallographic planes (100), the angle 54.75 o or 125.25 o . On a smaller base 18 of a monolithic IC crystal, physical layers of a monolithic IC or other components are formed in microelectronic design with switching systems equipped with contact pads 12 in direct physical and electrical contact with contact bodies 7 due to the formation of soldered contact with metals 10 and 11 covering contacting bodies 7.

Тела контактирования 7 в определенных сочетаниях образуют знакоместа для монтируемых методом перевернутого кристалла кристаллов монолитных ИС 13, которое к тому же ограничено и боковыми гранями 20 сквозных отверстий 16 кондуктора. При этом боковые грани 20 служат направляющими при монтаже кристаллов 13, что позволяет без использования дорогостоящих систем технического зрения производить монтаж кристаллов 13 в соответствующие отверстия кондуктора до физического контакта контактных площадок 12 с верхними частями тел контактирования 7. The contacting bodies 7 in certain combinations form familiarities for monolithic IC 13 crystals mounted by the inverted crystal method, which is also limited by the side faces 20 of the through holes 16 of the conductor. In this case, the lateral faces 20 serve as guides during the installation of crystals 13, which allows the use of crystals 13 in the corresponding holes of the conductor until the contact pads 12 are in contact with the upper parts of the contact bodies 7 without using expensive vision systems.

Вследствие того, что линейный размер сквозного отверстия 16 кондуктора всегда больше линейного размера основания 18 кристалла 13 монолитной ИС, реализуется возможность проведения автоматизированного монтажа кристаллов 13 в сквозные отверстия 16 кондуктора с последующим нагревом либо отдельных смонтированных кристаллов монолитных ИС, либо всех кристаллов 13, смонтированных в сквозные отверстия 16, до температур, при которых происходит расплавление слоев 10 и 11 припоя и образование эвтектического слоя, создающего паянный контакт с материалом контактной площадки 12. Due to the fact that the linear size of the through hole of the conductor 16 is always larger than the linear size of the base 18 of the crystal 13 of the monolithic IC, it is possible to automatically mount the crystals 13 into the through holes of the conductor 16 with subsequent heating of either individual mounted crystals of the monolithic ICs or of all crystals 13 mounted in through holes 16, to temperatures at which the solder layers 10 and 11 melt and the formation of a eutectic layer, creating a soldered contact with the material pad 12.

В силу того, что как сквозные отверстия 16 кондуктора 15, так и кристаллы 13 монолитных ИС получены с использованием методов фотолитографической обработки и анизотропного травления, то между линейными размерами элементов конструкции большой интегральной схемы выполняется следующее соотношение:
Lконд Lкр + 1,41 (Нконд Нтела конт),
где Lкр линейный размер кристалла полупроводникового прибора, мкм;
Lконд линейный размер основания отверстия кондуктора, мкм;
Нконд толщина пластины кондуктора, мкм;
Нтела высота тела контактирования, мкм.
Due to the fact that both the through holes 16 of the conductor 15 and the crystals 13 of the monolithic ICs were obtained using the methods of photolithographic processing and anisotropic etching, the following relation between the linear dimensions of the structural elements of a large integrated circuit is fulfilled:
L cond L cr + 1,41 (N cond N body cont ),
where L cr the linear crystal size of the semiconductor device, microns;
L cond linear size of the base of the hole of the conductor, microns;
H cond the thickness of the conductor plate, microns;
N body contact body height, microns.

Вследствие того, что поверхность тела кондуктора 15, также как и поверхность боковых граней 20 сквозных отверстий 16, покрыта слоями 21 двуокиси кремния, а в боковые грани 17 смонтированных кристаллов 13 проведена диффузия атомов германия, реализована возможность фиксации кристаллов 13 монолитных ИС в сквозных отверстиях 16 кондуктора за счет образования стекол с низкой температурой плавления. Due to the fact that the surface of the body of the conductor 15, as well as the surface of the side faces 20 of the through holes 16, is covered with layers 21 of silicon dioxide, and the diffusion of germanium atoms is carried out in the side faces 17 of the mounted crystals 13, it is possible to fix the crystals 13 of monolithic ICs in the through holes 16 conductor due to the formation of glasses with a low melting point.

Пример 2. Example 2

Конструкция большой интегральной схемы аналогична конструкции, описание которой представлено в примере 1, за исключением того, что в качестве материала как кристаллодержателя, так и кондуктора использованы пластины монокристаллического кремния 100 КДБ 10(100)-480, отвечающие требованиям ТУ, указанным выше. The design of the large integrated circuit is similar to the design described in Example 1, except that 100 KDB 10 (100) -480 single-crystal silicon wafers that meet the requirements of the above specifications are used as the material of both the crystal holder and the conductor.

Большая интегральная схема предлагаемой конструкции работает следующим образом. A large integrated circuit of the proposed design works as follows.

По сигнальным шинам 2 и 3 многоуровневой коммутационной системы кристаллодержателя 1 сигнал с внешнего устройства через тела контактирования 7 подается на контактные площадки 12 монолитных интегральных схем 13, размещенных в сквозных отверстиях 16 кондуктора 15, смонтированного на поверхности кристаллодержателя 1, обрабатывается и через тела контактирования 7 и сигнальные шины 2 и 3 многоуровневой коммутационной системы кристаллодержателя поступает на внешние контактные площадки большой интегральной схемы, скоммутированные с внешними устройствами. On the signal lines 2 and 3 of the multilevel switching system of the crystal holder 1, the signal from the external device through the contacting bodies 7 is fed to the contact pads 12 of monolithic integrated circuits 13 located in the through holes 16 of the conductor 15 mounted on the surface of the crystal holder 1, and is processed through the contacting bodies 7 and signal buses 2 and 3 of the multilevel switching system of the crystal holder enters the external contact pads of a large integrated circuit, connected to external devices oystvami.

Конструкция большой интегральной схемы, в технологическом цикле изготовления которой широко использованы приемы и методы планарной технологии, найдет широкое применение при создании узлов и блоков ИЭТ и РЭА повышенной группы сложности с расширенными функциональными возможностями, улучшенными массо-габаритными показателями и повышенными надежностными характеристиками в производстве электромеханических и электронных наручных часов, в производстве информационных панелей на ЖК-индикаторах, высокостабилизированных вторичных источников питания, средств вычислительной техники, в частности компьютеров типа "Миллион на столе" и автоматизированных рабочих мест. The design of a large integrated circuit, in the manufacturing cycle of which the techniques and methods of planar technology are widely used, will find wide application in the creation of assemblies and blocks of IET and REA of an increased complexity group with expanded functional capabilities, improved mass-dimensional parameters and increased reliability characteristics in the production of electromechanical and electronic watches, in the production of information panels on LCD indicators, highly stabilized secondary sources Power Cove, computer facilities, such as "A million on the table," such as computers and computer workstations.

Использование предлагаемой конструкции большой интегральной схемы по сравнению с конструкцией большой интегральной схемы, принятой за прототип, позволяет получить следующие преимущества:
автоматизировать процесс монтажа кристаллов монолитных ИС за счет использования кондуктора со сквозными отверстиями, боковые грани которых служат направляющими;
снизить производственные затраты за счет отказа от использования дорогостоящего высокопрецизионного оборудования для монтажа кристаллов, в частности средств технического зрения;
повысить надежность конструкции многокристальной сборки за счет точного позицирования кристаллов монолитных ИС в сквозных отверстиях кондуктора;
повысить механическую прочность конструкции за счет увеличения общей толщины кристаллодержателя с учетом толщины пластины кондуктора;
обеспечивает прецизионность монтажа кристаллов монолитных ИС за счет использования в технологическом цикле изготовления только процессов планарной технологии и селективного травления;
позволяет повысить эффективность производства полупроводниковых приборов за счет использования в качестве исходных материалов для кристаллодержателя и кондуктора пластин монокристаллического кремния, ушедших в брак на отдельных этапах технологического цикла изготовления полупроводниковых приборов, т.е. создать безотходное производство.
Using the proposed design of a large integrated circuit in comparison with the design of a large integrated circuit adopted as a prototype allows you to get the following advantages:
automate the process of mounting crystals of monolithic ICs through the use of a conductor with through holes, the side faces of which serve as guides;
reduce production costs due to the rejection of the use of expensive high-precision equipment for the installation of crystals, in particular means of technical vision;
to increase the reliability of the design of a multi-chip assembly due to the precise positioning of crystals of monolithic ICs in the through holes of the conductor;
to increase the mechanical strength of the structure by increasing the total thickness of the crystal holder, taking into account the thickness of the conductor plate;
provides precision mounting of monolithic IC crystals due to the use of planar technology and selective etching processes in the manufacturing technological cycle;
allows to increase the production efficiency of semiconductor devices due to the use of single-crystal silicon wafers that have been rejected at certain stages of the technological cycle of manufacturing semiconductor devices as starting materials for the crystal holder and conductor create non-waste production.

Claims (1)

Большая интегральная схема, содержащая кристаллодержатель, выполненный из монокристаллического полупроводникового материала с кристаллографической ориентацией (100), со сформированной на его поверхности многоуровневой коммутационной системой, на контактных площадках которой выполнены частично размещенные в объеме полупроводникового материала тела контактирования, выполненные в виде шаровых или столбиковых выводов, покрытых слоем припоя и, по крайней мере, один кристалл полупроводникового прибора с контактными площадками, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и технологичности, на поверхности кристаллодержателя установлен кондуктор в виде пластины из монокристаллического полупроводникового материала с кристаллографической ориентацией (100), выполненный с отверстием, в котором размещен кристалл, боковая поверхность которого и боковая поверхность отверстия конформны и выполнены в виде равнобочных трапеций, образованных семействами кристаллографических плоскостей III} а основаниями кристалла и отверстия служат прямоугольники, образованные кристаллографическими плоскостями (100), причем линейные размеры отверстия выбраны из соотношения:
Lконд Lкр + 1,41 (Нконд Нтела конт ), где Lкр линейный размер кристалла полупроводникового прибора, мкм;
Lконд линейный размер основания отверстия кондуктора, мкм;
Нконд толщина пластины кондуктора, мкм;
Нтела конт. - высота тела контактирования, мкм.
A large integrated circuit containing a crystal holder made of a single-crystal semiconductor material with a crystallographic orientation of (100), with a multi-level switching system formed on its surface, on the contact pads of which are made contacting bodies partially placed in the volume of the semiconductor material, made in the form of spherical or bar terminals, coated with a layer of solder and at least one crystal of a semiconductor device with contact pads, featuring In order to increase reliability and manufacturability, a conductor is installed on the surface of the crystal holder in the form of a plate of a single-crystal semiconductor material with a crystallographic orientation (100), made with an opening in which a crystal is placed, the side surface of which and the side surface of the hole are conformal and made in the form of isosceles trapeziums formed by families of crystallographic planes III} and the rectangles formed by the crystal serve as the bases of the crystal and the hole graphic planes (100), and the linear dimensions of the hole are selected from the relation:
L to about n d L to p + 1.41 (N c o n d H m l f o n a to t ), where L to p linear crystal size of a semiconductor device, microns;
L to about n d linear size of the base of the hole of the conductor, microns;
N to o n d conductor plate thickness, microns;
H m l f o n a to t. - contact body height, microns.
SU904882078A 1990-11-13 1990-11-13 Large integral circuit RU2068602C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904882078A RU2068602C1 (en) 1990-11-13 1990-11-13 Large integral circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904882078A RU2068602C1 (en) 1990-11-13 1990-11-13 Large integral circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2068602C1 true RU2068602C1 (en) 1996-10-27

Family

ID=21545011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904882078A RU2068602C1 (en) 1990-11-13 1990-11-13 Large integral circuit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2068602C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7036017B2 (en) 1999-12-02 2006-04-25 Infineon Technologies Ag Microprocessor configuration with encryption

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1524743, кл. H 01 L 23/00, 1988. 2. Заявка Японии N 59-43823, кл. H 01 L 21/82, H 01 L 27/04. 3. Заявка Японии N 56-15577, кл. H 01 L 21/82, H 01 L 21/04. 4. Патент Японии N 57-36825, кл. 99(5) E 40. 5. Заявка Франции N 2558989, кл. H 01 L 21/82, G 01 R 32/28. 6. Заявка ЕПВ N 0148683, кл. H 01 23/43, H 01 23/56. 7. Патент США N 436416, кл. H 05 K 3/00. 8. Патент Японии N 57-12298, кл. H 01 L 25/04, H 05 K 1/18. 9. Экспресс-информация. Радиоэлектроника за рубежом. - М.: НИИ экономики и информации по радиоэлектронике, вып. 26 (1102), 1987. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7036017B2 (en) 1999-12-02 2006-04-25 Infineon Technologies Ag Microprocessor configuration with encryption

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0222144B1 (en) A wafer-scale semiconductor device
EP0559366B1 (en) Stackable three-dimensional multiple chip semiconductor device and method for making the same
US4991000A (en) Vertically interconnected integrated circuit chip system
US4672421A (en) Semiconductor packaging and method
US3968193A (en) Firing process for forming a multilayer glass-metal module
EP0073149B1 (en) Semiconductor chip mounting module
US4730232A (en) High density microelectronic packaging module for high speed chips
EP0257119B1 (en) Integrated wiring system for vlsi
US5475264A (en) Arrangement having multilevel wiring structure used for electronic component module
US5418687A (en) Wafer scale multi-chip module
JP4594934B2 (en) Integrated electronic chip and interconnect device, and method for manufacturing the same
US6307261B1 (en) Method for the manufacturing of a semiconductor device which comprises at least one chip and corresponding device
US20080119029A1 (en) Wafer scale thin film package
US5770889A (en) Systems having advanced pre-formed planar structures
WO1987004316A1 (en) Ultra high density pad array chip carrier
US5877943A (en) Clustering adapter for spherical shaped devices
US5213676A (en) Method of generating a substrate electrode for flip chip and other applications
RU2190284C2 (en) Two-sided electronic device
RU2068602C1 (en) Large integral circuit
RU2006990C1 (en) Large-scale integrated circuit (version)
US8988893B2 (en) Method for electrical connection between elements of a three-dimensional integrated structure and corresponding device
RU2006991C1 (en) Large-scale integrated circuit (version)
Bernhardt et al. Multichip packaging for very-high-speed digital systems
RU2713908C2 (en) Microcontact for surface mounting and array of microcontacts
GB2194388A (en) Integrated circuit devices