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公開番号2024041688
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-27
出願番号2022160584
出願日2022-09-14
発明の名称半導体装置
出願人個人
代理人
主分類H01L 25/07 20060101AFI20240319BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】三次元積層型半導体装置の提供。
【解決手段】異なるXY座標平面上に電極端子60を有する複数の半導体デバイス511~513、521からなる複数の半導体デバイス群51、52を電気的に接続した半導体装置1は、1つのXY座標平面上に設置した任意の半導体デバイスの電極端子と接続する複数の電気端子212と任意の電気端子間を接続する導電性パターン213とが1つの誘電体シート311上に設置された平面方向配線装置21、22、1つの誘電体シート上に垂直方向Zに開放端を有し任意の半導体デバイスの複数の電極端子と接続する端子配列312と端子配列から継続する複数の導電性パターン313とを有する配線パターン群315、半導体デバイス群の電極端子占有平面外の空間に、少なくとも垂直方向に伸長する複数の導電性パターン314を含む配線パターン群316及び各配線パターン群を電気的に接続した垂直方向配線装置31、32を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
XY座標平面上の任意の座標に電極端子を有する複数の半導体デバイスで構成される第1の半導体デバイス群と、前記第1の半導体デバイス群を有するXY座標平面に対し垂直方向(Z方向)に異なるXY座標平面上の任意の座標に電極端子を有する複数の半導体デバイスで構成される第2の半導体デバイス群とを電気的に接続した半導体装置において、前記第1又は第2の半導体デバイス群における複数の半導体デバイスをXY平面方向に電気的に接続する配線装置であって、1つのXY座標平面上に設置した任意の前記半導体デバイスの電極端子と接続する複数の電気端子と任意の前記電気端子間を接続する導電性パターンとが1つの誘電体シート上に設置された平面方向配線装置と、
前記第1の半導体デバイス群における任意の半導体デバイスと、前記第2の半導体デバイス群における任意の半導体デバイスとを垂直方向(Z方向)に電気的に接続する配線装置であって、1つの誘電体シート上に垂直方向に開放端を有し任意の半導体デバイスの複数の電極端子と接続する端子配列と、前記端子配列から継続する複数の導電性パターンとを有する第1の配線パターン群と、前記半導体デバイス群の電極端子占有平面外の空間に設置し、少なくとも垂直方向に伸長する複数の導電性パターンを含む第2の配線パターン群とから成り、前記第1の配線パターン群と前記第2の配線パターン群とを電気的に接続した1つ又は複数の垂直方向配線装置とで構成されたこと
を特徴とする半導体装置
続きを表示(約 1,300 文字)【請求項2】
前記第1又は第2の半導体デバイス群と、前記第1又は第2の半導体デバイス群を構成するXY座標平面に対し垂直方向(Z方向)にそれぞれ異なるXY座標平面上の任意の座標に電極端子を有する複数の半導体デバイスで構成されるN個(Nは整数)の第3以降の半導体デバイス群とを電気的に接続した半導体装置において、
前記第1若しくは第2若しくは第3以降の何れかの半導体デバイス群における複数の半導体デバイスをXY平面方向に電気的に接続する配線装置であって、1つのXY座標平面上に設置した任意の前記半導体デバイスの電極端子と接続する複数の電気端子と任意の前記電気端子間を接続する導電性パターンとが1つの誘電体シート上に設置された平面方向配線装置と、
前記第1の半導体デバイス群における任意の半導体デバイスと、前記第2の半導体デバイス群における任意の半導体デバイスと、前記第3以降の複数の半導体デバイス群における任意の半導体デバイスとを垂直方向(Z方向)に電気的に接続する配線装置であって、垂直方向に開放端を有し任意の半導体デバイスの複数の電極端子と接続する端子配列と、前記端子配列から継続する複数の導電性パターンとを有する第1の配線パターン群と、前記半導体デバイス占有平面外の空間に設置し、少なくとも垂直方向に伸長する複数の導電性パターンを含む第2の配線パターン群とから成り、前記第1の配線パターン群と前記第2の配線パターン群と前記第3以降の配線パターン群の何れかを電気的に接続した1つ又は複数の垂直方向配線装置とで構成されたこと
を特徴とする半導体装置
【請求項3】
前記平面方向配線装置又は垂直方向配線装置において、前記電気端子及び前記導電性パターンがメッキ又はエッチング加工により形成されたこと
を特徴とする請求項1又は2の何れか記載の半導体装置
【請求項4】
任意の1つの前記平面方向配線装置又は前記垂直方向配線装置において、2つ以上の前記導電性パターンの一部が段差を有して交差する配線交差部を有し、少なくとも前記配線交差部において各々の前記導電性パターン表面に独立して、又は複数の前記導体パターン表面に共通して誘電体膜を有すること
を特徴とする請求項1乃至3の何れか記載の半導体装置
【請求項5】
任意の1つの前記平面方向配線装置において、前記電気端子の一部又は全部に貫通穴を有すること
を特徴とする請求項1乃至4の何れか記載の半導体装置
【請求項6】
前記平面方向配線装置を、少なくとも、Central Processing Unit(CPU)とメモリーICとの接続に、又は、Graphics Processing Unit(GPU)とメモリーICとの接続に適用したこと
を特徴とする請求項1又は2の何れか記載の半導体装置
【請求項7】
前記垂直方向配線装置を、少なくとも、複数のCPU又は複数のGPUの共通信号バス配線に適用したこと
を特徴とする請求項1又は2の何れか記載の半導体装置

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の半導体デバイスを接続搭載する半導体装置に関する。
続きを表示(約 3,600 文字)【背景技術】
【0002】
IoT、AI、5G社会の到来と共に、これらに適用すべき半導体の多機能化、高機能化、小型化、低価格化が要求されている。このような要求を満たすべく、様々な半導体デバイスの実装形態が紹介されている。三次元(3D)積層と呼ばれているThrough-Silicon Via(TSV:シリコン貫通ビア)による垂直配線は、主としてDRAM等の同種のIC間接続に使用されている。一方、異種IC間の接続技術としては、多くは2.5次元(2.5D)積層と呼ばれる方法が一般的で、複数の異種ICを同一パッケージ面に実装してシステム化し、一つのデバイスチップとしたものをSystem In a Package(SiP:システムインパッケージ)と称している。
【0003】
SiPのさらなる高密度化・小型化を実現するパッケージング技術としては、上下間をTSV技術により導通可能にし、微細配線を備えたシリコン等を基材としたインターポーザをICチップ側の微細端子接続・配線手段とし、さらに有機基材によるビルドアップ配線板等で装置PCB側に接続する方法が多く採用されている(特許文献1)。さらに、シリコンブリッジと呼ばれている複数IC相互間の高密度信号接続のみにシリコン基板による高密度配線技術を適用し、それらのシリコン基板を有機材基板に埋め込み、電源・装置インターフェース信号等を有機基板内の配線が担う方法等(特許文献2)が実用化されている。
【0004】
このように、SiPの高密度化・小型化を実現する手段としては、
▲1▼ICチップ側の微細端子接続及び微細な再配線を実現する手段としての薄膜ウェハプロセス、
▲2▼シリコン基板上下の伝達手段としてのTSV技術、
▲3▼配線ピッチを広げ装置PCB端子へ接続する手段としてのビルドアップ有機基板技術
の選択、組合せによるものが主流となっている。
【0005】
しかしながら、特許文献1又は特許文献2に代表される従来の方法の特徴と問題点は、以下に示すようなものとなる。
1つには、搭載すべきIC数が増加し又は入出力(I/O)端子数が増加し高密度になるほど、端子間の配線数を増加させるか、又はより多層化せざるを得ないため、製造コストの増大につながるものである。
又、上記端子間配線数を増やすためには配線の微細化(例えば配線幅2μmクラス)が必要であり、そのためにはウェハプロセスによる製造工程を使用せざるを得ず、又、シリコン基板における表裏面の接続手段としてTSV技術が必須となり、製造コストの増大と歩留まりの低下につながる。
さらに、ウェハプロセスやTSV技術による配線基板と、有機基板技術による基板とを組み合わせることにより、特性の劣化や製造コストの増加、及び異種製造工程の混在による開発及び製造の長納期化にもつながっている。
【0006】
一方、電鋳、いわゆるメッキ手法による微細形状形成技術は、近年では広範囲の分野への応用が開発されている。多数の半導体デバイス端子間を接続する手段として、半導体デバイス端子配列平面に対し、垂直方向に突出した端子及び配線を有する配線パターンシートと、半導体デバイス外部の共通配線を有する配線パターンシートとを接続することにより、複数の半導体デバイス間を水平方向又は垂直方向のいずれにも接続可能とする方法が報告されている(特許文献3,特許文献4)。当該発明は微細配線を可能としながら配線基板の多層化を排除する利点を有するものである。しかしながら、本方式によれば、同一平面上で交差する配線に対応し難いという問題があった。
【0007】
さらに、1つの平面上に設置した半導体デバイス端子に接続する複数の電気端子と、それらの電気端子間を接続する導電性パターンとが電鋳又はエッチング加工により形成された配線装置において、2つ以上の導電性パターンの一部がZ方向に段差を有して交差する交差部を有することにより、シリコンプロセスに依存しない微細配線を可能としながら複数の半導体デバイスの接続における配線基板の多層化を排除することにより、高密度な配線装置を低コストで提供するものが紹介されている。(特許文献5)しかしながら、本方式によれば、垂直方向に配線する半導体デバイスには対応し難いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
特開2009-110983号公報
特開2014-179613号公報
特開2021-1118341号公報
特開2021-121011号公報
特願2022-109339号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、従来の微細配線の多層基板化の問題点を解決するものであり、垂直方向(Z方向)に異なるXY座標平面上の座標に電極端子を有する複数の半導体デバイスで構成される半導体デバイス群どうしを、平面方向かつ垂直方向に電気的に接続する半導体装置において、複数の半導体デバイスを平面方向に配線接続する手段として、半導体デバイスの電極端子と接続する複数の電気端子と任意の前記電気端子間を接続する導電性パターンとが、電鋳又はエッチング加工により1つの誘電体シート上に形成され、単一の誘電体シート上で複数の交差配線部を含む配線パターンを構成した平面方向配線装置と、複数の半導体デバイスを垂直方向に配線接続する手段として、垂直方向に開放端を有し任意の半導体デバイスの複数の電極端子と接続する端子配列と、前記端子配列から継続する複数の導電性パターンとを有する第1の配線パターン群と、前記半導体デバイス群の電極端子占有平面外の空間に設置し、少なくとも垂直方向に伸長する複数の導電性パターンを含む第2の配線パターン群とから成り、前記第1の配線パターン群と前記第2の配線パターン群とを電気的に接続した構成による垂直方向配線装置とを組み合わせることにより、シリコンプロセスに依存しない微細配線を可能としながら複数の半導体デバイスの接続における配線基板の多層化を排除することにより、高密度な配線装置を低コストで提供することができる。
本発明により、例えば、Central Processing Unit(CPU)、Graphics Processing Unit(GPU)、メモリー等の半導体デバイスを同時に、かつ垂直方向に多段に、すなわち三次元(3D)積層搭載することが可能となり、コンピュータ等のシステム構成において、小型化・低コスト化を実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、XY座標平面上の任意の座標に電極端子を有する複数の半導体デバイスで構成される第1の半導体デバイス群と、前記第1の半導体デバイス群を有するXY座標平面に対し垂直方向(Z方向)に異なるXY座標平面上の任意の座標に電極端子を有する複数の半導体デバイスで構成される第2の半導体デバイス群とを電気的に接続した半導体装置において、
前記第1又は第2の半導体デバイス群における複数の半導体デバイスをXY平面方向に電気的に接続する配線装置であって、1つのXY座標平面上に設置した任意の前記半導体デバイスの電極端子と接続する複数の電気端子と任意の前記電気端子間を接続する導電性パターンとが1つの誘電体シート上に設置された平面方向配線装置と、
前記第1の半導体デバイス群における任意の半導体デバイスと、前記第2の半導体デバイス群における任意の半導体デバイスとを垂直方向(Z方向)に電気的に接続する配線装置であって、1つの誘電体シート上に垂直方向に開放端を有し任意の半導体デバイスの複数の電極端子と接続する端子配列と、前記端子配列から継続する複数の導電性パターンとを有する第1の配線パターン群と、前記半導体デバイス群の電極端子占有平面外の空間に設置し、少なくとも垂直方向に伸長する複数の導電性パターンを含む第2の配線パターン群とから成り、前記第1の配線パターン群と前記第2の配線パターン群とを電気的に接続した1つ又は複数の垂直方向配線装置とで構成される手段を有するため、
垂直方向(Z方向)に異なるXY座標平面上の座標に電極端子を有する複数の半導体デバイスで構成される半導体デバイス群どうしを、垂直方向に実装し、かつ、平面方向及び垂直方向に電気的に接続することが可能となる。
(【0011】以降は省略されています)

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