形成3D晶片到晶片堆叠的方法、3D系统和电路布置技术方案

在半导体晶片到晶片堆叠中的晶片之一可以相对于堆叠中的先前晶片被旋转预定义数目的位置，并且在其中对准最大数目的良好裸片的位置被键合。在每个裸片上的调整电路对从已经由于旋转而重定位的焊盘接收的信号重寻路由。由贯穿衬底过孔互连的焊盘对形成的通信信道可以放置于每个裸片中，并且可以从一个裸片向下一裸片传送选择的信息。可以在位于每个裸片上的可编程只读存储器中记录或者可以从远程源下载代表每个裸片的位置定向的代码。可以连续地堆叠任何附加晶片，并且每个晶片可以相对于堆叠中的在它之前的晶片而旋转。

【技术实现步骤摘要】
形成3D晶片到晶片堆叠的方法、3D系统和电路布置有关申请的交叉引用本申请涉及于2011年3月17日公布、公布号为US2011/0065214A1并且向本申请的受让人国际商业机器公司转让的美国公布专利申请。公布的专利申请以及其它教导公开一种用于通过旋转晶片堆叠中的选择的晶片来最大化对准良好裸片的工艺。
本专利技术涉及半导体技术，并且更具体地涉及用于最大化来自晶片到晶片堆叠的3D产量的电路和工艺。
技术介绍
半导体提供商的主要目标之一是以最低成本提供品质半导体器件。半导体器件即使不是所有最终用户产品也是大多数最终用户产品中的主要部件。由于这一普遍使用，所以半导体器件的成本直接影响用户产品的总成本。相对低成本半导体器件可以减少最终用户产品的价格；而相对高成本半导体器件可以增加最终用户产品的价格。众所周知，品质产品的低成本提供商最可能在市场中成功。由于在部件的成本和最终产品的成本之间的这一相互关系，所以半导体产品或者部件的提供商不断寻找用于降低部件成本的方式。已经确定优选地在设计和制作期间最大化半导体产品的产量对产品的成本具有直接影响。随着产量增加，半导体产品的价格减少并且反之亦然。晶片堆叠是具有用于降低成本、降低功率并且提高性能的潜力的3D集成技术中的解决方案之一。然而有必要在堆叠、键合和切分晶片期间遵守某些规则，因为规则可以对产量和成本具有大的影响，由此减少3D堆叠的价值。重要堆叠规则之一在于所得堆叠必须仅包括有功能或者良好的裸片。如果在对中包括无功能或者不良的裸片，则整个堆可能无功能并且可能需要被电子修复、返工或者在最坏情况下作为堆产量损失而被丢弃。无论任一方式，必须最大化堆叠的裸片产量以维持或者减少成本。因此，将必须解决晶片到晶片堆叠的所有方面以便从3D堆叠工艺收获完全益处。根据下文阐述的本专利技术的实施例解决用于最大化产量的其它方面和解决方案。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，在晶片对中的每个晶片具有N个裸片，其中N是大于一的定义值，并且每个裸片具有用于接地(GND)和电源焊盘的旋转对称性。将在晶片堆叠期间键合的输入/输出(I/O)信号焊盘放置于在每个裸片的对称边界周围的固定位置。作为每个实施例的部分，首先分析被选择用于堆叠的晶片作为晶片组以在完成Μ个晶片键合堆叠时优化产量，Μ是大于一的定义值。在堆叠中的每个相继晶片相对于堆叠中的、在它之前的晶片被旋转预定数量以最大化对准的良好裸片的数目。矩形裸片支持两个旋转位置，而方形裸片支持四个旋转位置。然后在堆叠中键合晶片以实现3D堆叠的裸片的最优产量。在每个裸片上的电源和接地焊盘具有设计对称性，由此保证这些焊盘在每个旋转维持对准。然而，对于I/O信号焊盘而言，在每个裸片上提供电路用于在晶片旋转之后对移位的I/O信号重寻路由。I/o信号重寻路由允许在已知良好裸片数目最高的定向中对准晶片而又维持信号完整性和裸片到裸片性能。在每个裸片中提供通信信道，并且通信信道允许从一个裸片到下一裸片的通信。在完成堆叠中的每个晶片的依次旋转时，针对完成的堆叠中的所有键合的晶片记录用于每个晶片的整个裸片的重寻路由的信号焊盘的位置。在公开的实施例的一个设计中，在每个裸片的外围周围放置电源焊盘、GND焊盘和I/O焊盘。在备选设计中，在具有与周界设计相似的旋转对称性的每个裸片的中心放置这些焊盘。集中式I/O放置最小化在I/O焊盘与重寻路由电路之间的布线长度和信号扭曲(skew)。在本专利技术的另一实施例中，可以在堆叠中的每个裸片和晶片上暂时或者持久编程(记录)I/o信号的重寻路由的位置。可以在只读存储器(ROM)、一次性可编程ROM(0TPR0M)、现场可编程门阵列(FPGA)、逻辑锁存器或者任何其它嵌入式芯片设计介质中在每个裸片上存储编程的位置。备选地，也可以在计算机或者数据库中存储并且以后在处理期间的完成堆叠时、在最终部件组装时或者系统应用在原处在暂时或者持久可编程介质中向每个裸片重载I/O信号的位置。【附图说明】图1(包括图1A和图1B)示出在晶片内的可堆叠半导体裸片的顶侧和底侧，该顶侧和底侧示范在对称定向中放置的焊盘和在外围区段中放置的I/o信号焊盘。几何形状图标用来区分焊盘。图2示出半导体裸片的顶侧或者底侧，该顶侧或者底侧示范在对称定向中放置的焊盘和在裸片的中心(中心配置)中放置的I/o信号焊盘。图3(包括图3A和图3B)描绘裸片的截面，该截面具有两个贯穿衬底过孔(TSV)的图解表示，该截面示范其中顶部和底部晶片焊盘连接到相同TSV(图3A)的对准配置以及其中顶部和底部焊盘连接到裸片中的分离电路的不相交配置(图3B)。图4是可堆叠裸片的前视图的框图，该裸片具有在不同位置不对称添加的不相交TSV焊盘。图5(包括图5A和图5B)描绘芯片堆叠中的不相交TSV的物理和逻辑框图表示，该表示示范3D堆叠中的从裸片到裸片的串级链连接。图6是对准的两个晶片的图解表不，其中一个晶片相对于另一晶片旋转。图7是对准的两个裸片的图解表示，其中一个裸片相对于另一裸片旋转。图8描绘如下表，该表定义用于不同旋转偏移数目⑵的代码。图9描绘如下表，该表定义在P = 2个旋转偏移的情况下需要的逻辑。图10描绘在3D配置中堆叠的芯片以及将在旋转和非旋转状态中将I/O焊盘耦合到芯片上的电路的旋转调整电路的框图。图11 (包括图11A和图11B)是根据本专利技术的一个实施例的旋转调整电路结构的互补实例的框图。图12是根据本专利技术的一个实施例的方法的流程图。图13是给出用于图12的方法或者工艺中的动作或者步骤之一的更多细节的流程图。图14是图示与公开的实施例关联的示例硬件环境的框图。【具体实施方式】图1(包括图1A和图1B)示出用于半导体晶片101 (图1A)的布局结构和用于在晶片101上制作的裸片100(图1B)之一的分解图。半导体裸片100示范根据本专利技术的一个实施例的裸片的俯视或者仰视图。如下文将更具体讨论的那样，顶侧焊盘用贯穿衬底过孔(TSV)连接到底侧焊盘。在晶片101的前侧上制作多个芯片或者裸片(图1A)。在晶片中提供凹口或者标记104，并且该凹口或者标记用来对准一个晶片与下一晶片。晶片101由在其上制作裸片的单个半导体衬底形成。裸片可以采用许多不同形状，诸如矩形、方形、圆形、椭圆形或者任何其它形状。在晶片上的裸片可以是单个形状或者混合。在衬底上在对称定向中放置裸片。图1B示出裸片的分解图。在裸片上的连接器或者焊盘的特征在于如下设计对称性，该设计对称性实现经过晶片堆叠的芯片到芯片连接。换而言之，连接器被对称定位。连接器由如关键词中所示几何图标标识。在本文中，可互换地使用连接器和焊盘。参照关键词，空心圆圈代表输入信号焊盘；影线圆圈代表输出信号焊盘，空心方块代表GND (接地)焊盘，影线方决代表电源焊盘，以此类推。仍然参照图1，可以通过用虚构X-Y (水平-竖直)轴和虚线矩形描绘的虚构分离框102将裸片分割成四个象限来示范焊盘的对称性。虚构分离框102将裸片分割成外围区段和中心区段。外围区段可以由输入/输出(I/O)和电源/接地连接器的连续行或者回路填充。例如圆形图标描绘的I/O焊盘提供I/O信号，并且方形图标提供电源/GND连接。命名的信号的这一混合仅为说明而不应解释为关于实施例的限制。因为提供其它混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在计算机控制的晶片堆叠装置上实施的用于形成三维(3D)晶片到晶片堆叠的方法，所述方法包括：在所述计算机控制的晶片堆叠装置中提供堆叠中的多个晶片，每个晶片具有N个芯片和在每个芯片的对称边界周围具有固定位置的I/O焊盘，N是大于1的定义值；与所述堆叠中的先前晶片邻近放置下一晶片；相对于所述堆叠中的所述先前晶片在定义数目的定向中对所述下一晶片定位；选择用于所述下一晶片的定向代码；存储用于所述下一晶片的如此选择的所述定向代码；并且在使所述下一晶片上的良好芯片与所述堆叠中的所述先前晶片上的良好芯片的对准最大化的定向中将所述下一芯片键合到所述现有堆叠。

【技术特征摘要】
2012.05.15 US 13/471,8691.一种在计算机控制的晶片堆叠装置上实施的用于形成三维(3D)晶片到晶片堆叠的方法，所述方法包括:在所述计算机控制的晶片堆叠装置中提供堆叠中的多个晶片，每个晶片具有N个芯片和在每个芯片的对称边界周围具有固定位置的I/O焊盘，N是大于1的定义值；与所述堆叠中的先前晶片邻近放置下一晶片；相对于所述堆叠中的所述先前晶片在定义数目的定向中对所述下一晶片定位；选择用于所述下一晶片的定向代码；存储用于所述下一晶片的如此选择的所述定向代码；并且在使所述下一晶片上的良好芯片与所述堆叠中的所述先前晶片上的良好芯片的对准最大化的定向中将所述下一芯片键合到所述现有堆叠。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述晶片中的每个晶片包括用于与另一晶片对准的凹口，并且所述定位动作还包括:对准所述堆叠中的所述下一晶片和所述先前晶片，从而对准所述凹口以指示所述定义数目的定向中的第一定向；处理器设备对与所述堆叠中的所述先前晶片的良好裸片对准的所述下一晶片的良好裸片的数目进行计数；所述处理器控制的晶片堆叠装置将所述下一晶片旋转定义的偏移以指示所述定义数目的定向中的第二定向；所述处理器对与所述堆叠中的所述先前晶片的良好裸片对准的所述下一晶片的良好裸片的数目进行计数；重复所述计 数和旋转动作，直至所述旋转的晶片在对准所述凹口之后具有近似360度减去原有旋转数量的偏移；并且所述处理器选择所述晶片的具有对准最大数目的良好裸片的定向。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述定义数目的定向中的所述第一定向为近似0度，并且所述定义数目的定向中的所述第二定向为近似180度。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述选择动作还包括:定义所述下一晶片可以相对于所述堆叠中的所述先前晶片而旋转的位置数目(P);针对所述下一晶片确定用于所述定义数目(P)的位置中的每个位置的偏移定向状态；分配用于所述偏移定向状态中的每个偏移定向状态的代码；并且在存储器中记录用于所述下一晶片的所述位置数目(P)、用于所述位置数目(P)的所述偏移定向状态和用于每个定向状态的对应分配代码。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述存储器在计算机中。6.根据权利要求4所述的方法，其中所述存储器在所述芯片中的至少一个芯片上。7.根据权利要求4所述的方法，其中用于所述下一晶片的所述偏移定向状态包括0度和180度。8.根据权利要求1所述的方法，其中每个晶片包括对称的电源焊盘和接地(GND)焊盘，并且相对于所述堆叠中的所述先前晶片在定义数目的定向中对所述下一晶片定位的动作出现于所述下一晶片上的所述接地和电源焊盘以及所述堆叠中的所述先前晶片上的所述接地焊盘和所述电源焊盘针对所述定义数目的定向中的每个定向而对准时。9.根据权利要求1所述的方法，还包括:确定所述堆叠的状态；并且如果所述下一晶片所述堆叠中的最后晶片，则将键合的晶片切分成三维芯片。10.根据权利要求9所述的方法，其中如果所述下一晶片不是所述堆叠中的所述最后晶片，则重复动作1204至1211(图12)，直至所述下一晶片是所述堆叠中的所述最后晶片。11.根据权利要求1所述的方法，还包括用旋转调整电路对所述I/O焊盘之一接收的信号重寻路由，所述I/O焊盘之一的位置由于所述下一晶片的旋转而改变。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述定向代码包括用于0度定向的0和用于180度定向的1。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述晶片中的每个晶片还包括衬底，包括同构和异构的所述芯片对称放置于所述衬底上并且焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·萨夫兰，D·J·费恩斯坦，G·W·迈尔，宋云升，N·W·罗布森，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：