專利名稱：用堆疊集成電路芯片平面陣列的方式來制作單片電子組件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及到可使給定體積中所含電路元件數(shù)目最優(yōu)化的高密度電子封裝。更確切地說，本發(fā)明涉及到一種用堆疊集成電路芯片陣列的方法來制作單片電子組件的技術(shù)。得到的電子組件可用作單一的高密度電子組件，也可再分成多個電子組件。
由于集成電路技術(shù)的發(fā)展，計算機和計算機存儲器件已由含有多個集成電路的半導(dǎo)體材料片子所構(gòu)成。在片子制成后，一般用將片子切割成單個的芯片的方法來將電路彼此分隔開來。然后，分立的芯片被安裝到各種類型的載體、用引線互連起來、并且封裝起來。這種“二維”芯片封裝不能使可能制造在給定空間內(nèi)的電路數(shù)目最優(yōu)化，而且當(dāng)信號在芯片間行進時還引入不可取的信號延遲、電容以及電感。近來，作為一種重要的封裝方法，已出現(xiàn)了單個芯片的三維堆疊。典型的多芯片電子組件由沿單一行或列的方向粘合固定在一起形成一個單片結(jié)構(gòu)的多個分立的集成電路芯片所組成。通常直接在組件的一個(或多個)側(cè)表面上提供金屬化圖形，用來作芯片互連和把芯片電連接到組件的外部電路。金屬化圖形可包括各分立接觸和總線接觸。
由堆疊分立集成電路芯片構(gòu)成電子組件的大規(guī)模生產(chǎn)受與其相關(guān)的高生產(chǎn)成本的限制。在制作單片電子組件中，切割、堆疊以及采用金屬化的各個步驟都是相當(dāng)復(fù)雜而昂貴的工藝步驟。而且，電路集成的總體水平和電子組件的密度必須被限制為延伸于行或列的一個方向的單一集成電路的堆疊。
簡言之，本發(fā)明在第一種情況下包含一個制作電子組件的新穎工藝。此工藝包括提供多個平面陣列，每一平面陣列包含多個集成電路(IC)芯片。平面陣列是一個單一的其上排列有多個IC芯片并組成網(wǎng)狀(陣列)的基本平面的襯底。然后將各平面陣列堆疊以形成電子組件。作為一種提高，各平面陣列可對準，使平面陣列的邊緣表面至少部分地確定電子組件的一個側(cè)面。作為一種進一步提高，金屬化圖形可沉積在電子組件基本平面的側(cè)表面上，并用來至少部分地與平面陣列電互連。
在另一種情況下，本發(fā)明包括一種含有多個堆疊平面陣列的電子組件，每一平面陣列帶有多個IC芯片。作為一種改進，每一平面陣列有一個邊緣表面，而且這些邊緣表面至少部分地確定電子組件的一個側(cè)表面。金屬化圖形沉積在組件的側(cè)表面上，至少部分地與平面陣列電連接。在一種進一步的改進中，每一平面陣列有一個伸向邊緣表面的傳送金屬。這些傳送金屬至少部分地與金屬化圖形電連接。
在本發(fā)明的又一種情況下，公開了一種形成用于電子組件(具有多個平面陣列)的平面陣列的方法。提供了一種帶有多個IC芯片的片子。然后切割此片子以形成至少二個平面陣列，每個平面陣列帶有多個IC芯片。作為一種改進，在切割片子之前，可確定一種切割圖形，根據(jù)切割圖形來進行切割?？梢詫η懈顖D形進行最優(yōu)化以便從片子得到最大的平面陣列產(chǎn)量。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有很多優(yōu)點。借助于從IC芯片平面陣列來制作電子組件，比起傳統(tǒng)的單一芯片堆疊技術(shù)來說，可達到更高的集成度。
由多集成電路芯片的平面陣列來制作電子組件，比之基于單一芯片的方法，可得到更大的電子組件。這些更大的組件在處理、加工、封裝和密度方面具有優(yōu)越的特征。這樣，相關(guān)的工藝更簡單且便宜。而且，由于片子被切割成多集成電路芯片的平面陣列，降低了片子切割量，從而簡化了總的片子加工。
在本發(fā)明的實施例中(其中制造了電子組件并接著分成為更小的電子組件)，分享公共的切割、堆疊和互連(側(cè)表面金屬化)工序而制造了更小的電子組件。同單獨制造相反，這就降低了同得到的更小的電子組件相關(guān)的總體制造復(fù)雜性和成本。
在本說明書的結(jié)論部分中具體指出了本發(fā)明的要點并提出了明確的權(quán)利要求。然而，參照下列結(jié)合附圖的詳細描述，可以最好地了解本發(fā)明的組織和實踐方法及其其它的目的和優(yōu)點。在這些附圖中

圖1是含有多個集成電路芯片的片子的俯視圖；圖2是由切割圖1片子所形成的集成電路芯片陣列的俯視圖；圖3是由堆疊多個圖2集成電路芯片陣列而形成的本發(fā)明電子組件的透視圖；圖4-5是根據(jù)本發(fā)明具有側(cè)表面金屬化的電子組件的透視圖；以及圖6是本發(fā)明制作電子組件的最佳方法的流程圖。
此處提出了制作電子組件的一些最佳實施例。圖1是由用來形成IC芯片平面陣列的多集成電路(IC)芯片13所構(gòu)成的片子11的俯視圖。IC芯片的平面陣列是含有多個組織成網(wǎng)狀(陣列)的IC芯片的一個單一的大體平整的襯底。這些平面陣列然后被用來形成本發(fā)明的電子組件。集成電路芯片所完成的典型功能可包括例如存儲、連接、處理或控制功能。每一芯片可包括本技術(shù)領(lǐng)域所知的半導(dǎo)體芯片上實現(xiàn)的任一功能。片子的制造采用本技術(shù)領(lǐng)域熟知的常規(guī)技術(shù)來進行。
根據(jù)本發(fā)明，首先對片子進行測試以確定多個集成電路芯片中哪些具有功能。因為有些芯片可能出現(xiàn)缺陷，不希望它們混入本發(fā)明的最終電子組件中，故此步驟是必需的。在這方面，產(chǎn)生了表明片子中有功能和無功能芯片的“功能圖”(functional map)。然后利用此圖同有關(guān)所需IC芯片平面陣列維數(shù)(例如見圖2的1×4陣列)的信息一起，產(chǎn)生指明片子應(yīng)如何切成分立的IC芯片平面陣列的“切割圖形”(dicing pattern)。
可采用各種手動的或計算機控制的方法來確定切割圖形。作為一個工藝特例，如果需要1×4的(一個芯片乘四個芯片)平面陣列，四個有功能的芯片的鄰接線性組合是完全相同的。然后將各組合定為切割圖形的零件。通常應(yīng)注意片子中的各個陣列應(yīng)取相同的方向。亦即，片子上不能有二個沿相互垂直方向定位的陣列。為了簡化后面將傳送冶金層加至片子的工藝步驟，這是必須的。
作為一種改進，一種優(yōu)化算法(即聚類算法-clusteringalgorithm)可用于重組切割圖形以便優(yōu)化從片子得到陣列(例如1×4)的總產(chǎn)量。例如，此算法可自動計算片子上平面陣列的最佳取向。
以下繼續(xù)描述最佳實施例?！扒懈顖D形”一經(jīng)確定，就把各陣列置于片子上，可用常規(guī)技術(shù)在片子上沉積恰當(dāng)?shù)膫魉鸵苯饘?亦即“傳送金屬”-transfer maetals)(15)。傳送金屬提供各芯片表面上輸入/輸出焊點(未示出)至芯片邊緣的電連接。傳送冶金圖形結(jié)合切割圖形來設(shè)計，使傳送金屬伸向的芯片邊緣對應(yīng)于含有芯片的平面陣列的一個邊緣。最終就提供了從得到的電子組件(由分立堆疊平面陣列的邊緣表面確定)的側(cè)面到組件中各芯片的電連接。
然后可根據(jù)已建立的切割圖形沿切口17切割片子以便形成IC芯片的平面陣列(切口是片子中各芯片之間的間距)。作為一個特例，如圖2所示，借助于將片子(11)切割成1×4的IC芯片平面陣列，已形成了IC芯片的線陣列23。因為陣列是由一個單一片子形成的，故含有一片單一的大體平整的帶有四個形成于其上的IC芯片的襯底(例如硅)。各IC芯片包括伸向一個芯片邊緣表面(因此也伸向陣列邊緣)用來連接到外部電路的傳送金屬15。
接下去，如圖3所示在本發(fā)明最佳實施例中，將多個集成電路芯片平面陣列堆疊起來以形成電子組件31(不帶側(cè)表面金屬化)。堆疊工序可用類似于形成“單一芯片”基電子組件的方法來執(zhí)行。IC芯片平面陣列通常有其有源電路層，有源電路層由含有適當(dāng)傳送金屬的絕緣物(未繪出)來保護。在絕緣物的表面上加粘合劑(未示出)并用來將一個集成電路芯片陣列連接到下一陣列的背面。各陣列就這樣固定到相鄰的陣列從而形成一個單片電子組件。
在“堆疊”工序中，各陣列要對準，使得到的電子組件的形狀大致為一長方體。這導(dǎo)致電子組件相鄰陣列中IC芯片(13)的列向?qū)?。而且獲得了陣列邊緣表面的對準。因此，由多個邊緣表面確定了電子組件大體平整的側(cè)表面。
在本發(fā)明的一個進一步工藝步驟中，對組件大體平整的側(cè)表面進行腐蝕和拋光以暴露傳送金屬(15)的各個端點。這些傳送金屬可用來互連各個陣列與/或?qū)⒔M件連接到外部電路。
圖4和5描述了本發(fā)明的實施例，其中已形成了側(cè)表面金屬化33以互連包含在組件中的各個芯片并使組件的外部電連接變得更為方便。在圖4中，由相鄰層中對準的IC芯片組成的各分立“芯片列”被當(dāng)作分離的電子組件。如所示，在各“芯片列”上，側(cè)表面金屬化含有相同的互連圖形。這使得電子組件若沿芯片間的切口分開的話就可形成多個帶有相關(guān)側(cè)表面金屬化的“芯片列”電子組件。各“芯片列”組件由公共的切割、堆疊和金屬化工序來制作，從而降低總的成本，這是有益處的。
作為一種改進，圖4的電子組件可分成其它各種維數(shù)更小的電子組件。例如，一個1×4的組件可分成一個1×1和一個1×3的組件，而不像上述那樣分成四個“芯片列”(1×1)組件。也可以分成二個1×2的組件。所用的側(cè)面金屬化圖形可以剪裁成適合于形成的較小的組件。例如，若從一個1×4組件要形成二個1×2組件，各個1×2組件可完全相同并各自由用于1×4組件的側(cè)面金屬化圖形來互連。
在圖5所示本發(fā)明實施例中，沉積了一種側(cè)表面金屬化，將整個陣列“堆疊”作為一個單一的甚高密度的單片電子組件進行互連。如上所述，沒有“芯片列”的區(qū)別。組件中任一IC芯片的信號都可以互連到其它任一IC芯片的信號。這在電子組件的整體組成和密度方面提供了有利的優(yōu)點。
在本發(fā)明的一個替代的實施例中，切割圖形可有目的地設(shè)計成在陣列中包括非工作芯片。包括非工作芯片是為了優(yōu)化從給定片子得到的陣列產(chǎn)量。此時，片子的功能圖被用來確定各陣列(從片子切割的)中有功能/無功能芯片。然后在電互連陣列中芯片的時候使用這些信息以便在功能上將非工作芯片從得到的電子組件排除。
具體地說，必須保證功能上將非工作芯片從包封的電子組件中清除掉。因此，側(cè)表面金屬化圖形可被裁剪以便從非工作芯片引出信號。而且，如果多余的芯片包括在組件中，則側(cè)表面金屬化圖形可用多余者在電氣上(及功能上)代替非工作芯片。這樣，借助于在陣列中包括非工作芯片并在組件層面電氣上替代(或排除)非工作芯片，在制作平面陣列時片子就可更充分地被利用。此技術(shù)避開了對切割圖形的限制，從而避免在陣列中包括失效芯片以及降低從片子獲得的陣列總產(chǎn)量。
在本發(fā)明的一個可替代實施例中，集成電路芯片陣列的其它維數(shù)是可能的(未示出)。例如，陣列可以是二個芯片寬和四個芯片長(2×4)，或者一個芯片寬和8個芯片長(1×8)。實質(zhì)上，陣列維數(shù)的任何組合都是可能的。
在本發(fā)明的又一實施例中(未示出)，金屬化可沉積在電子組件的額外的側(cè)面(或端面)上。這些金屬化圖形的每一種都允許在電子組件各芯片之間進行更復(fù)雜的互連。然而為制作這種金屬化所需的額外工藝步驟會增加成本。特別是，若采用額外的(例如第二)側(cè)面金屬化，因為必須連接到二個陣列邊緣(相應(yīng)于二個側(cè)表面)以及組成陣列的各芯片表面上的I/O焊點，各陣列上的傳送冶金圖形變得更為復(fù)雜。盡管如此，帶有額外互連而形成的組件更為復(fù)雜、更為有用，而且同外部電路連接更為簡單。
在本發(fā)明的一個可替代實施例中，組件中各平面陣列的維數(shù)可以不同。例如，在一個主要包括1×4陣列的組件中，端部陣列可以是一個1×3陣列。作為另一個例子，“堆疊”的一半可包含2×8陣列而另一半為1×8陣列。這就獲得了有用組件范圍的額外變化。
概括一下，圖6的流程圖描述了一種制作本發(fā)明電子組件的最佳方法。此法以獲得含有多個IC芯片的片子(61)開始。然后對片子上的芯片進行測試并產(chǎn)生“功能圖”(63)。之后，切割片子以形成IC芯片的平面陣列，但在執(zhí)行切割之前必須確定切割圖形?；陉嚵械木S數(shù)和功能圖來建立切割圖形。若希望優(yōu)化從片子可獲得的陣列總數(shù)(65)，則必須用手工或計算機驅(qū)動工序來確定最優(yōu)的切割圖形(67)。否則，在片子上找出適當(dāng)維數(shù)的IC芯片功能陣列就可容易地確定切割圖形(69)。
在實際切割之前，將傳送冶金層加于片子(71)上的各個IC芯片，但此傳送冶金層要剪裁成適合于所確定的切割圖形。傳送冶金層一般伸向?qū)?yīng)于陣列一個邊緣的各芯片的一個邊緣。然而，沿多個方向伸向多個陣列邊緣的傳送冶金層也可以提供以使額外的互連變得容易。在加以傳送冶金之后，片子就可切割成IC芯片的平面陣列(73)。這就形成了多個平面陣列，每個含有多個IC芯片。
此時可用堆疊平面陣列(75)的方法來裝配電子組件。各陣列的大體平整的表面被粘固到相鄰陣列的大體平整的主表面。這樣，每個陣列都大體平行于下一個，從而形成一個大體長方體形狀的電子組件。
接下去，對傳送金屬伸向的電子組件側(cè)表面進行拋光(77)，暴露出傳送金屬的端點。然后將金屬化圖形加于(79)側(cè)表面并電連接到傳送金屬。此金屬化圖形提供了電子組件平面陣列各IC芯片之間的互連。作為一種可選工藝步驟，電子組件可進一步分成較小的電子組件(81)。若再要求分割，則沿芯片之間的切口區(qū)將組件分成更小的組件(83)。
雖然此處已根據(jù)某些最佳實施例對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員可在其中做出許多的修改和改變。因此，所附的權(quán)利要求是用來覆蓋所有落在本發(fā)明的實際構(gòu)思和范圍之內(nèi)的這類修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種制作電子組件的方法，它包含下列步驟(a)提供多個平面陣列，上述多個平面陣列的每一個平面陣列具有多個集成電路(IC)芯片；以及(b)堆疊上述多個平面陣列以形成一個電子組件。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征是每個平面陣列有一個第一維和一個第二維，上述第二維垂直于上述第一維，而且上述提供的步驟(a)還包括這樣地提供各平面陣列，使每個平面陣列沿上述第一維延伸一個等于至少一個芯片長度的距離，而且每個平面陣列沿上述第二維延伸一個等于至少二個芯片長度的距離。
3.權(quán)利要求2的方法，其特征是上述方法包括將電子組件這樣地分割為至少二個較小的電子組件的步驟，從而減少了沿上述第一維延伸至少一個芯片長度的上述多個平面陣列的至少一個平面陣列，以及沿上述第二維延伸至少二個芯片長度的上述多個平面陣列的每一個平面陣列步驟。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征是每個平面陣列具有一個邊緣表面，而且上述堆疊步驟(b)包括使上述多個平面陣列對準，從而使上述平面陣列的上述邊緣表面至少部分地確定上述電子組件的一個側(cè)表面的步驟。
5.權(quán)利要求4的方法，其特征是上述提供的步驟(a)包括提供上述多個平面陣列，使每個平面陣列有一個伸向上述邊緣表面的傳送金屬，上述傳送金屬用來使上述電子組件的上述側(cè)表面的各平面陣列進行電連接變得更容易。
6.按權(quán)利要求4的方法，其特征是上述方法包括在電子組件的上述側(cè)表面上沉積金屬化圖形以便至少部分地電互連上述多個平面陣列的步驟。
7.按權(quán)利要求6的方法，其特征是上述堆疊步驟(b)包括對準包含上述多個IC芯片的上述多個平面陣列，使各平面陣列的每個IC芯片同電子組件中相鄰平面陣列的一個IC芯片對準。
8.按權(quán)利要求7的方法，其特征是第一平面陣列的第一IC芯片同上述電子組件中第二平面陣列中一個第二IC芯片列向?qū)?，上述第一IC芯片和上述第二IC芯片形成一個IC芯片列，而且上述沉積金屬化圖形的步驟包含沉積一個各自互連上述IC芯片列的上述第一IC芯片和上述第二IC芯片的金屬化圖形。
9.按權(quán)利要求1的方法，其特征是上述提供的步驟(a)包括將片子切割成上述多個平面陣列的至少二個平面陣列。
10.按權(quán)利要求9的方法，其特征是上述切割步驟包括確定一個用來使從上述片子得到上述平面陣列的產(chǎn)量最大的最優(yōu)切割圖形。
11.按權(quán)利要求1的方法，其特征是上述提供的步驟(a)包含提供一個具有第一IC芯片數(shù)量的上述多個平面陣列的第一平面陣列，以及提供一個具有第二IC芯片數(shù)量的上述多個平面陣列的第二平面陣列，而且上述第一IC芯片數(shù)量同上述第二IC芯片數(shù)量是不同的。
12.一種電子組件，它包含多個平面陣列，每個平面陣列有多個集成電路(IC)芯片，上述多個平面陣列被堆疊起來以形成一個電子組件。
13.按權(quán)利要求12的電子組件，其特征是上述多個平面陣列的每一個平面陣列還包含一個第一IC芯片和一個第二IC芯片，而且每個平面陣列有一個排列在上述第一IC芯片和上述第二IC芯片之間用來使分離上述第一IC芯片和上述第二IC芯片變得更容易的切口。
14.按權(quán)利要求12的電子組件，其特征是每個平面陣列有一個第一維和一個第二維，上述第二維垂直于上述第一維，而且每個平面陣列沿上述第一維延伸至少一個芯片長度而每個平面陣列沿上述第二維延伸至少二個芯片長度。
15.按權(quán)利要求12的電子組件，其特征是每個平面陣列有一個邊緣表面，上述邊緣表面至少部分地確定上述電子組件的一個上述側(cè)表面，而且上述電子組件包括一個沉積在上述側(cè)表面上用來至少部分地電互連上述多個平面陣列的金屬化圖形。
16.按權(quán)利要求15的電子組件，其特征是每個平面陣列還包含多個伸向其上述邊緣表面的傳送金屬，而且上述多個傳送金屬至少部分地電連接于上述金屬化圖形。
17.按權(quán)利要求15的電子組件，其特征是上述多個平面陣列這樣地對準，使每個平面陣列的上述多個IC芯片的每一個IC芯片同電子組件中一個相鄰平面陣列的上述多個IC芯片的一個IC芯片對準。
18.按權(quán)利要求17的電子組件，其特征是上述電子組件包含一個上述多個平面陣列的第一平面陣列中的第一IC芯片和一個上述多個平面陣列的第二平面陣列中的第二IC芯片，而且上述第一IC芯片和上述第二IC芯片被列向?qū)室孕纬梢粋€IC芯片列，上述金屬化圖形各自互連上述IC芯片列的上述第一IC芯片和上述第二IC芯片。
19.按權(quán)利要求12的電子組件，其特征是上述多個平面陣列的一個第一平面陣列有一個第一IC芯片數(shù)量，并且上述多個平面陣列的一個第二平面陣列有一個第二IC芯片數(shù)量，而且上述第一IC芯片數(shù)量不同于上述第二IC芯片數(shù)量。
20.一種用來形成用于包含多個平面陣列的電子組件的平面陣列的方法，它包含下列步驟(a)提供一個帶有多個集成電路(IC)芯片的片子；以及(b)切割上述片子以形成至少二個平面陣列，上述至少二個平面陣列的每一個平面陣列包含多個IC芯片。
21.按權(quán)利要求20的方法，其特征是上述切割之前，上述方法包括確定切割圖形的步驟，而且上述切割步驟(b)是根據(jù)上述切割圖形來執(zhí)行的。
22.權(quán)利要求21的方法，其特征是上述確定步驟包括優(yōu)化上述切割圖形以提供從上述片子獲得上述平面陣列的基本上最大的產(chǎn)量。
23.權(quán)利要求21的方法，其特征是上述確定步驟之前，上述方法包括測試上述片子的上述多個IC芯片的每一個IC芯片以便確定其功能度，而且上述確定步驟至少部分地基于上述測試。
24.按權(quán)利要求23的方法，其特征是上述切割步驟包含在切割上述片子以形成上述至少二個平面陣列的過程中采用上述測試步驟的結(jié)果，而且上述至少二個平面陣列的每個平面陣列中的上述多個IC芯片的每一個IC芯片都是有功能的IC芯片。
全文摘要
含有多個堆疊的集成電路芯片平面延伸陣列的單片電子組件的一種制造方法和得到的電子組件。此制造方法包括將集成電路芯片的片子切割成多個集成電路芯片的陣列。然后將各集成電路芯片陣列堆疊以形成電子組件。金屬化圖形可沉積在電子組件大體平整的表面上，并用來對包含在其中的各種集成電路芯片陣列進行互連。提出了制造方法和得到的多芯片封裝的具體細節(jié)。
文檔編號H01L25/00GK1143263SQ9510817
公開日1997年2月19日 申請日期1995年7月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月22日
發(fā)明者M·A·C·科克里爾, J·G·馬爾塔貝斯, L·J·歐康納, S·H·沃爾德曼 申請人:國際商業(yè)機器公司