Большая интегральная схема (ее варианты)

 

Применение: изобретение относится к микроэлектронике, и может быть использовано при производстве интегральных схем, больших интегральных схем, сверхбыстродействующих интегральных схем, а также при создании многокристальных модулей и других типов интегральных гибридных микросборок. Сущность изобретения: большая интегральная схема содержит основание кристаллодержателя, на рабочей поверхности которого сформирована коммутационная система с телами контактирования, образующими в определенных сочетаниях знакомства для монтируемых методом перевернутого кристалла монолитных интегральных схем. На поверхности основания кристаллодержателя выполнены направляющие выступы, представляющие собой усеченные пирамиды, боковая поверхность которых образована кристаллографическими плоскостями { III} , а в объеме материала тела кондуктора, смонтированного на поверхности основания кристаллодержателя, выполнены глухие посадочные отверстия, которые конформно воспроизводят форму направляющих выступов, чем обеспечивают прецизионную сборку конструкции без использования средств технического видения. В объеме тела кондуктора непосредственно над знакоместами соответствующих кристаллов монолитных интегральных схем сформированы сквозные отверстия, конформно воспроизводящие форму кристаллов монолитных интегральных схем, выполненных в виде усеченных пирамид, боковыми поверхностями которых служат кристаллографические плоскости { III} , а основаниями - кристаллографические плоскости { 100} . При этом происходит объединение коммутационных систем монолитных ИС и кристаллодержателя в единое функциональное законченное устройство, расположенное на едином основании. 3 с. п. и 3 з. п. ф-лы. , 1 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при производстве полупроводниковых интегральных схем (ИС) с большой (БИС), сверхбольшой (СБИС) и ультрабольшой (УБИС) степенью интеграции, а также при создании различного рода интегральных гибридных микросборок и многокристалльных модулей (МКМ), предназначенных для изготовления на основе последних узлов и блоков изделий электронной техники (ИЭТ) и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) повышенной группы сложности специального и общепромышленного применения, обеспечивающих расширение функциональных возможностей и уменьшение массогабаритных показателей при повышении надежностных характеристик за счет автоматизации процессов монтажа.

Известны конструкции БИС и СБИС, в конструкции которых функционирующие блоки или фрагменты отдельных монолитных ИС, а также отдельные монолитные ИС со средней степенью интеграции различного функционального назначения, размещенные на одной пластине монокристаллического кремния, посредством токопроводящих дорожек, образующих нерегулярную разводку, объединяют в единое функционально законченное устройство, расположенные целиком на едином основании [1] .

Известны конструкции полупроводниковых пластин, носящих название Unipro SSB фирмы Mosaics Systems, на поверхности которых с использованием методов планарной технологии сформированы два уровня токопроводящих металлизированных дорожек, в качестве материала которых использованы пленки алюминия, разделенные в местах пересечения слоями аморфного кремния. Такая конструкция позволяет проводить программирование межсоединений, применяя для этого процессы электродиффузии атомов алюминия в объем материала аморфного кремния. После монтажа и разварки кристаллов монолитных ИС, размещенных на поверхности пластины известной конструкции и расположение которых зафиксировано с помощью эпоксидного клея, удается сравнительно простыми и доступными средствами объединить все ИС в единое функционально законченное устройство, размещенное на едином основании.

Основными недостатками известных конструкций БИС на одной пластине являются: трудности разработки математического обеспечения систем автоматического проектирования разводки (САПР); сложности реализации и высокая трудоемкость процесса трассировки; необходимость использования машинных комплексов, обладающих большими объемами памяти и высоким быстродействием; индивидуальность создания программ трассировки в силу непредсказуемости распределения годных ИС или функционирующих фрагментов последних по пластине монокристаллического кремния; высокие производственные затраты, связанные с поддержанием на должном уровне высокого и стабильного процента выхода годных ИС по пластине; необходимость разработки специальных приемов и методов, гарантирующих планарность поверхностного рельефа сформированных структур, размещенных на большой площади пластины; ограниченная номенклатура используемых ИС и/или других компонентов МЭА, что связано с использованием технологий, разработанных специально под конструкцию конкретного базового элемента ИС; низкая степень надежности, связанная с невозможностями выявления потенциально ненадежных ИС или фрагментов последних в процессе функционального контроля параметров ИС в составе пластины; высокая себестоимость изготовления, связанная с низкой степенью надежности, которая обеспечивается за счет усложнения конструкции в связи с использованием дополнительного резервирования; низкая ремонтоспособность; сравнительно большие геометрические размеры и неудовлетворительные массогабаритные показатели, связанные с необходимостью резервирования и введением дополнительных схем самотестирования; низкая эффективность использования объема материала кремния.

Наиболее близким по технической сущности техническим решением является конструкция БИС, описанная в материалах [2] .

В известной конструкции БИС с целью сокращения длины соединительных проводников, а также расширения номенклатуры применяемых ИС монтаж кристаллов монолитных ИС и других компонентов МЭА производится методом перевернутого кристалла с использованием тел контактирования, являющихся неотъемлемой частью многоуровневой коммутационной системы кристаллоносителя, основанием которому служит пластина монокристаллического кремния n-типа проводимости. При этом рабочие поверхности основания кристаллоносителя ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100), а нижняя часть тел контактирования заглублена в объем материала основания и образует с последним механически прочное соединение типа "ласточкин хвост", чем обеспечивается высокая ремонтоспособность микросборок и узлов ИЭТ и РЭА. Само тело контактирования выполнено из меди и для обеспечения компенсации механических напряжений, возникающих при проведении процессов монтажа и пайки кристаллов монолитных ИС, нижняя часть тела контактирования отделена от основного объема материала основания кристаллоносителя слоями поликристаллического кремния. Физический контакт контактных площадок монтируемых кристаллов монолитных ИС и других компонентов МЭА с телами контактирования многоуровневой коммутационной системы кристаллоносителя осуществляется методами пайки, что гарантирует высокую надежность микросборок и многокристалльных модулей (МКМ).

К числу основных недостатков известной конструкции, принятой за прототип, следует отнести: необходимость прецизионного позицирования кристаллов монтируемых элементов конструкции при проведении процессов монтажа кристаллов, что требует использования дорогостоящего и сложного в эксплуатации прецизионного оптического оборудования с большой глубиной резкости или высокопрецизионных систем технического зрения; трудности проведения контрольных операций в местах пайки, что требует разработки специального сложного оборудования и использования труда высококвалифицированного технического и обслуживающего персонала; низкую плотность размещения кристаллов монтируемых компонентов МЭА; низкую эффективность использования объема материала основания кристаллоносителя, так как последнее используется только в качестве несущего основания и в полной мере не используются возможности кремниевой коммутационной платы в качестве хорошего теплопроводящего материала, позволяющего значительно улучшить условия эксплуатации; затруднен процесс отвода тепловой энергии, выделяемой в процессе работы активных элементов, поскольку кристаллы монолитных ИС не имеют непосредственного физического контакта с поверхностью основания кристаллоносителя; затруднен процесс автоматической сборки, связанный с трудностями и высокой стоимостью разработки специализированного оборудования, в комплект которого должны входить комплексы технического зрения или комплексы высокопрецизионного оптического оборудования с большой глубиной резкости или сложные зеркальные оптические системы; высокая себестоимость изготовления, связанная с использованием дорогостоящего прецизионного оборудования и труда высококвалифицированного технического и обслуживающего персонала, а также выпуском изделий мелкими сериями.

Вышеперечисленные недостатки известной конструкции, принятой за прототип, существенным образом затрудняет использование известной конструкции в качестве базовой конструкции для создания узлов и блоков, применяемых в конструкциях узлов и блоков электронных наручных часов (ЭНЧ), персональных компьютеров (ПК), автоматизированных рабочих мест (АРМ) на основе персональных ЭВМ, устройств отображения информации на ЖК-индикаторных панелях и других изделий электронной техники (ИЭТ) и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) общепромышленного, бытового и специального назначения, где предъявляются жесткие требования к надежности, потреблению, быстродействию и массогабаритным показателям.

Целью изобретения является осуществление возможности автоматизации процессов монтажа элементов конструкции при одновременном повышении надежности устройства за счет увеличения механической прочности конструкции.

Цель достигается тем, что в большой интегральной схеме, содержащей кристаллоноситель, включающий основание, выполненное в виде пластины монокристаллического полупроводникового материала, рабочие поверхности которой ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100), и многоуровневую коммутационную систему с телами контактирования, образующими знакоместа для монтируемых методом перевернутого кристалла кристаллов монолитных интегральных схем, устройство дополнительно содержит кристаллодержатели, размещенные на поверхности основания кристаллоносителя, на которой сформирована многоуровневая коммутационная система с телами контактирования, при этом кристаллодержатели выполнены из пластин механически прочного монокристаллического полупроводникового материала, рабочие поверхности которых ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100), а коэффициент термического расширения материала которых близок по величине к коэффициенту термического расширения материала основания кристаллоносителя, боковые грани сквозных отверстий кристаллодержателей, конформно воспроизводящих форму и геометрические размеры монтируемых кристаллов элементов конструкции, представляют собой наборы равнобочных трапеций, образованных семействами кристаллографических плоскостей { 111} , на поверхности основания кристаллоносителя, обращенной к кристаллодержателям, сформировано не менее четырех направляющих выступов, выполненных в виде усеченных пирамид, боковые грани которых представляют собой наборы равнобочных трапеций, образованных семействами кристаллографических плоскостей { 111} , а в объемах материалов кристаллодержателей сформированы глухие отверстия, конформно воспроизводящие форму и геометрические размеры соответствующих направляющих выступов основания кристаллоносителя.

П. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности позицирования кристаллодержателей, основанием направляющих выступов выбран квадрат со стороной основания в 5-10 раз меньше длины кристаллодержателя.

На чертеже представлен поперечный вертикальный разрез структуры большой интегральной схемы.

Большая интегральная схема содержит пластину 1 монокристаллического кремния, выполняющую функции основания кристаллоносителя, рабочие поверхности которой ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100), сигнальные шины первого 2 и второго 3 уровней металлизации многоуровневой коммутационной системы, слои межслойного диэлектрика 4 коммутационной системы, слои 5 изолирующего диэлектрика на поверхности основания кристаллоносителя, контактные окна 6 в слое изолирующего диэлектрика, диффузионные области 7 и 11 р⁺-типа проводимости, выполненные в объеме материала основания кристаллоносителя, контактные площадки 8 коммутационной системы кристаллоносителя, тела 9 контактирования коммутационной системы, нижние части 10 тел контактирования, полое тело 12, сформированное в объеме материала основания кристаллоносителя, слои поликристаллического кремния 13, слои защитного диэлектрика 14 на поверхности рельефа коммутационной системы кристаллоносителя, направляющие выступы 15, боковые грани 16 направляющих выступов, основания 17 направляющих выступов, пластина монокристаллического кремния 18, выполняющая функции кристаллодержателя, глухое отверстие 19 кристаллодержателя, боковые грани 20 глухого отверстия кристаллодержателя, основание 21 глухого отверстия кристаллодержателя, слой диэлектрика 22 на поверхности кристаллодержателя, сквозное отверстие 23 в кристаллодержателе, кристаллы 24 монолитных ИС и других компонентов МЭА, боковые грани 25 монтируемых кристаллов, боковые грани 26 сквозных отверстий кристаллодержателей, основания 27 и 28 кристаллов монтируемых ИС, контактные площадки 29 коммутационных систем монтируемых кристаллов, слои защитного диэлектрика 30 коммутационных систем кристаллов монтируемых ИС, контактные окна 31 в слоях межслойного диэлектрика.

Далее приведены примеры практической реализации предлагаемой конструкции большой интегральной схемы.

П р и м е р 1. На основании 1 кристаллоносителя, представляющем собой пластину монокристаллического кремния 100 КЭФ 4,5(100)-480, отвечающего требованиям ЕТО. 035.217 ТУ или ЕТО. 035.245 СТУ n-типа проводимости, рабочие поверхности которой ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100), сформирована многоуровневая коммутационная система, состоящая по крайней мере из двух уровней сигнальных шин первого 2 и второго слоев металлизации, разделенных слоями 4 межслойного диэлектрика и размещенных на поверхности изолирующего диэлектрика 5, расположенного на поверхности основания кристаллоносителя. Толщина физических слоев коммутационной системы выбирается исходя из условия обеспечения оптимальных условий работы устройства в целом, его предназначения. В большинстве случаев практического использования в качестве материала сигнальных шин первого 2 и второго 3 уровня металлизации используются металлизированные слои проводящего материала, например меди, алюминия, силицидов тугоплавких металлов и др. , толщиной от 300 нм до 3-5 мкм и с шириной топологического рисунка от 3,0 до 125,0 мкм, обеспечивающих сопротивление самого протяженного участка проводящей разводки не более 5,0 Ом. В качестве материала межслойного диэлектрика 4 использованы слои двуокиси кремния, или сочетание слоев двуокиси кремния и других диэлектриков, например, нитрида кремния или карбида кремния, окиси алюминия и пленок на основе полиимида, толщиной от 650 нм до 2,5-20 мкм. В качестве материала изолирующего диэлектрика 5 использованы слои двуокиси кремния толщиной от 650 нм до 2,5 мкм.

В слое изолирующего диэлектрика 5 сформированы контактные окна 6, обеспечивающие надежный электрический контакт к диффузионным областям 7, сформированным в приповерхностном объеме полупроводникового материала основания 1 и выполняющими функции либо одного из уровней многоуровневой коммутационной системы кристаллоносителя (диффузионные шины, диффузионные "нырки" и т. п. ), либо диодной структуры охранного диода, либо другого полупроводникового прибора, обеспечивающего процент выхода годных структур в составе коммутационной платы на уровне 89-100% .

На контактных площадках 8 коммутационной системы кристаллоносителя 1, сформированных во втором 3 уровне металлизации, выполнены тела 9 контактирования сложной конфигурации, представляющие собой объемные выводы коммутационной системы кристаллоносителя. Нижняя часть 10 тел контактирования, представляющая собой объемный элемент конструкции, выполнена в виде незавершенного тетрагексаэдра, заглублена в объем 11 материала основания кристаллоносителя, представляющего собой область полупроводника р+-типа проводимости, в которой методами анизотропного травления сформировано полое тело 12, выполненное в виде многогранника с числом граней более пяти и представляющее собой незавершенный тетрагексаэдр, во внутреннем объеме которого размещена нижняя часть тела 10 контактирования, отделенная от основного объема материала 11 слоями поликристаллического кремния 13, выполняющего функции демпфирующего элемента конструкции, позволяющего компенсировать механические напряжения, возникающие в конструкции вследствие монтажа кристаллов с последующей пайкой. При этом нижняя часть 10 тел контактирования образует с материалом основания кристаллоносителя 1 конструктивно единое целое за счет образования механически прочного зацепления типа "ласточкин хвост", что способствует в значительной мере повышению ремонтоспособности предлагаемой конструкции. Грани, ограничивающие тело 12, представляют собой либо равнобочные треугольники, либо равнобочные трапеции, образованные семействами кристаллографических плоскостей { 111} и сочетанием семейств кристаллографических плоскостей { 111} и { 100} .

Диффузионные области 11 представляют собой области полупроводникового материала р⁺-типа проводимости так же, как и диффузионные области 7 с шириной линий топологического рисунка от 1,5 до 250 мкм при глубине залегания р-n-перехода на уровне от 125 нм до 11-15 мкм с концентрацией легирующей примеси, в качестве которой могут быть использованы либо атомы бора, либо атомы галия, на уровне от 10¹⁶ до 8 х 10²⁰ см^-3.

Поверхностный рельеф многоуровневой коммутационной системы основания 1 кристаллоносителя защищен слоями защитного диэлектрика 14, в качестве материала которого использованы композиционные диэлектрики на основе двуокиси кремния и нитрида кремния или двуокиси кремния и окиси алюминия толщиной от 650 нм до 2,5 мкм.

На поверхности основания 1, обращенной к кристаллодержателям, сформировано по крайней мере четыре направляющих выступа 15, выполненных в виде усеченных пирамид, боковые грани 16 представляют собой наборы равнобочных трапеций, образованных семействами кристаллографических плоскостей { 111} , а основаниями служат четырехугольные прямоугольники, образованные кристаллографическими плоскостями (100), основание 17 меньшей площади имеет сторону основания, длина которой в 5-10 раз меньше длины стороны основания кристаллодержателя. В данном примере основаниями пирамид служат квадраты со стороной а = 40 мкм. Высота направляющего выступа 15 может находиться в пределах от нескольких микрометров до нескольких десятков микрометров, она определяется назначением конкретной микросборки. Необходимым условием является выполнение соотношения: Н_{нап.выступ.} 2,5 Н_{ком.системы,} (1) где Н_{нап.выступ}. - высота направляющего выступа, мкм; Н_{ком.системы} - общая толщина слоев коммутационной системы, мкм.

На поверхности основания 1 кристаллоносителя непосредственно на поверхности защитного диэлектрика 14 смонтирован кристаллодержатель 18, представляющий собой пластину монокристаллического кремния 100 КЭФ 4,5(100)-480, отвечающего требованиям ЕТО. 035.217 ТУ или ЕТО. 035.245 СТУ, рабочие поверхности которой ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100) и имеющей то же значение коэффициента термического расширения, что КТР основания кристаллоносителя 1. В большинстве случаев практического использования в качестве исходных пластин для кристаллодержателей и кристаллоносителей используются пластины монокристаллического кремния, забракованные на тех или иных операциях технологического цикла изготовления как самих пластин монокристаллического кремния, так и изготовления ИС или СБИС и прошедших, если это необходимо, циклы регенерации, заключающиеся в удалении части кремния с поверхности пластин.

В объемах материалов кристаллодержателей 18 на поверхности, обращенной к основанию кристаллоносителя 1, сформированы непосредственно над направляющими выступами 15 глухие отверстия 19, которые конформно воспроизводят форму и геометрические размеры направляющих выступов 15. При этом глухие отверстия 19, выполняющие функции посадочных мест, представляют собой правильные усеченные пирамиды, боковые грани 20 которых представляют собой наборы равнобочных трапеций, образованных семействами кристаллографических плоскостей { 111} . Таким образом направляющие выступы 15 основания кристаллоносителя 1 размещены во внутреннем объеме, ограниченном боковыми гранями 20 и основанием 21, представляющим собой квадрат, образованный кристаллографической плоскостью (100). На поверхности рельефа глухого отверстия 19 кристаллодержателя сформирован защитный слой диэлектрического материала 22, в качестве материала которого использованы слои двуокиси кремния толщиной от 500 нм до 2,5 мкм. При этом глубина глухого отверстия 19 кристаллодержателя определяется, как это следует из рассмотрения фиг. 1, соотношением: Н_{гл.отвер.} = Н_{нап.выступ.} + Н_д/сл.22, (2) где Н _{гл.отвер.} - глубина глухого отверстия кристаллодержателя, мкм; Н_{нап.выступ.} - высота направляющего выступа основания, мкм; Н_д/сл.22 - толщина слоя защитного диэлектрика на поверхности кристаллодержателя, мкм.

Так как кристаллодержатель 18 выполнен из пластины монокристаллического кремния, то проблем согласования составных частей конструкции большой интегральной схемы по коэффициентам термического расширения материалов практически не существует, что гарантирует целостность и высокую механическую прочность конструкции. При этом такая сборка "в паз" повышает механическую прочность конструкции за счет увеличения общей толщины составного кристаллоносителя.

В объеме материала кристаллодержателя 18 непосредственно над знакоместами, образованными в определенных сочетаниях телами контактирования 9 и предназначенными для посадки методом перевернутого кристалла кристаллов монолитных ИС и других компонентов МЭА, сформированы сквозные отверстия 23, боковые грани которых представляют собой наборы равнобочных трапеций 26, образованных семейством кристаллографических плоскостей { 111} . При этом сквозные отверстия 23 выполняют функции посадочных мест монтируемых кристаллов 24 монолитных ИС и других компонентов МЭА. Кристаллы 24 представляют собой усеченные пирамиды, боковые грани которых 25 так же, как и боковые грани 27 соответствующих сквозных отверстий 23 кристаллодержателей 18 представляют собой наборы равнобочных трапеций, образованных семействами кристаллографических плоскостей { 111} , а основания, выполненные в виде четырехугольных прямоугольников, образованы кристаллографическими плоскостями (100). При этом меньшее по площади основание служит для формирования физических слоев структур ИС и других компонентов МЭА. В качестве материала подложек кристаллов 24 использованы пластины монокристаллического кремния, рабочие поверхности которых ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100), обладающие КТР, близким по величине КТР материала кристаллодержателя 18. Таким образом отсутствует проблем согласования вышеперечисленных элементов конструкции БИС по величинам КТР.

Тела 9 контактирования, образующие в определенных сочетаниях знакоместа для монтируемых методом перевернутого кристалла кристаллов 24, оказываются размещенными во внутреннем объеме сквозного отверстия 23, ограниченного с боков поверхностями 26, представляющими собой семейство кристаллографических плоскостей { 111} . Тем самым практически сводится к нулю вероятность повреждения тел 9 контактирования внешними воздействиями или неправильной посадкой кристаллов.

В силу того, что как кристаллы 24, так и сквозные отверстия 23 кристаллодержателя 18 сформированы с использованием методов анизотропного травления, то боковые грани, представляющие собой семейства кристаллографических плоскостей { 111} , образуют с плоскостями оснований угол, равный 54,75^о. Последнее обстоятельство делает возможным использование боковых граней 26 сквозного отверстия 23 кристаллодержателя 18 в качестве направляющих при монтаже кристаллов 24 в сквозные отверстия 23. При этом площадь окна сквозного отверстия 23, отстоящего от поверхности основания 1 кристаллоносителя на расстояние, равное толщине пластины кристаллодержателя 18, всегда больше площади основания 28 кристалла 24, на поверхности которого сформированы физические слои монолитных ИС и других компонентов МЭА, что позволяет реализовать принципы автоматизированного монтажа кристаллов 24 в сквозные отверстия 23 кристаллодержателей 18, обеспечивая при этом так называемую "бесшовную" сборку. Боковая поверхность граней 26 сквозных отверстий 23 защищена слоями 22 диэлектрического материала, легированного атомами германия, что позволяет проводить фиксирование положение кристалла 24 в сквозных отверстиях 23 кристаллодержателей 18 за счет использования процессов сварки легкоплавкими стеклами на основе окислов германия. Аналогичным образом производится фиксирование положения кристаллодержателей 18 относительно поверхности основания кристаллоносителя 1.

Контактные площадки 29 коммутационных систем кристаллов монолитных ИС 24 и других компонентов МЭА находятся в непосредственном физическом контакте с верхними частями тел 9 контактирования, образуя с последними конструктивно единое целое и обеспечивая надежный электрический контакт соответствующих контактных площадок и объединенные в единое устройство, размещенное на едином основании 1 кристаллоносителя. Таким образом, за счет протекания процессов пайки образуется единая электропроводящая система, объединяющая коммутационные системы всех смонтированных кристаллов монолитных ИС и других компонентов МЭА в сквозных отверстиях 23 кристаллодержателей 18, размещенных на поверхности основания 1 кристаллоносителя, за счет чего реализовано новое функционально законченное устройство МЭА, размещенное на едином основании.

П р и м е р 2. Конструкция аналогична конструкции, описание которой представлено в примере 1, за исключением того, что в качестве материала подложек кристаллов монолитных ИС 24 использованы подложки арсенида галлия, рабочие поверхности которых ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100).

П р и м е р 3. Конструкция аналогична конструкциям, описания которых представлены в примерах 1-2, за исключением того, что в качестве материала подложек кристаллов 24 монолитных ИС использованы подложки из монокристаллического германия, рабочие поверхности которых ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100).

П р и м е р 4. Конструкция аналогична конструкциям, описания которых представлены в примерах 1-3, за исключением того, что в качестве материала подложек кристаллов 24 монолитных ИС наряду с подложками из монокристаллического кремния использованы и подложки из германия, арсенида галлия и других полупроводниковых материалов, имеющих кристаллическую решетку типа алмаза, рабочие поверхности которых ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100).

П р и м е р 5. Конструкция аналогична конструкциям, описания которых представлены в примерах 1-4, за исключением того, что в качестве материала основания кристаллоносителя и кристаллодержателей использованы пластины монокристаллического кремния 100 КДБ 12(100)-480 р-типа проводимости.

При этом линейные размеры элементов конструкции связаны соотношениями: Н_{нап.выступ.} 2,5 Н_{ком.системы}, (1) Н_{гл.отвер.} = Н_{нап.выступ.} + Н_д/сл.22, (2) I_кр = I_кр.дер.- 1,41 (Н_кр.дер.- Н_{тела контакт.}), (3) где Н_{нап.выступ.} - высота направляющего выступа кристаллоностеля, мкм; Н_{ком.системы} - общая толщина слоев коммутационной системы кристаллоносителя, мкм;
Н_{гл.отвер.} - глубина глухого отверстия кристаллодержателя, мкм;
Н_д/сл.22 - толщина слоя защитного диэлектрика, мкм;
I_кр - топологический размер кристалла монтируемой ИС, мкм;
I_кр.дер. - топологический размер сквозного отверстия кристаллодержателя, мкм;
Н_{тела контакт.} - высота тела контактирования, мкм;
Н_кр.дер. - толщина пластины кристаллодержателя, мкм.

Большая интегральная схема предлагаемой конструкции работает следующим образом.

По сигнальным шинам первого 2 и второго 3 уровней металлизации многоуровневой коммутационной системы основания кристаллоносителя 1 информационный сигнал с внешнего устройства подается через тела 9 контактирования коммутационной системы на контактные площадки 29, смонтированные методом перевернутого кристалла. Кристаллы 24 в сквозных отверстиях 23 кристаллодержателей 18, размещенных на поверхности основания 1 кристаллоносителя, обрабатываются и через контактные площадки 29 монолитных ИС, тела 9 контактирования многоуровневой коммутационной системы кристаллоносителя 1, диффузионные шины 7 и 11 основания кристаллоносителя 1, шины 2 и 3 поступают на внешние контактные площадки большой интегральной схемы, скоммутированные с внешним устройством.

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 массогабаритными показателями и повышенными надежностными характеристиками в производстве электромеханических и электронных наручных часов, в производстве информационных панелей и дисплейных комплексов на ЖК-индикаторах, высокостабильных источников вторичного питания для средств вычислительной техники, в производстве средств вычислительной техники, в частности компьютеров, автоматизированных рабочих мест, станков с числовым программным управлением, в технике передачи и обработки информации, бортовых системах летательных аппаратов и т. п.

Использование предлагаемой конструкции большой интегральной схемы по сравнению с конструкцией большой интегральной схемы, принятой за прототип, позволяет получать следующие преимущества:
- реализует принципы автоматизированного монтажа кристаллов в сквозные отверстия кристаллодержателя и кристаллодержателей на поверхность основания кристаллоносителя за счет использования в качестве направляющих боковых граней сквозных и глухих отверстий кристаллодержателей и кристаллоносителя соответственно;
- позволяет проводить процессы монтажа кристаллов монолитных ИС крсталлодержателей без использования высокопрецизионного и дорогостоящего оборудования с большой глубной резкости или комплексов оборудования технического зрения;
- повысить надежность конструкции многокристалльных модулей и многокристалльных сборок за счет прецизионного позиционирования кристаллов в сквозных отверстиях кристаллодержателей, а также за счет размещения тел контактирования в объемах, ограниченных боковыми гранями сквозных отверстий кристаллодержателя;
- повысить механическую прочность конструкции за счет использования в конструкции элементов материалов с близкими значениями коэффициентов термического расширения, а также за счет разделения функций между составными частями кристаллоносителя, что в значительной степени позволило упростить технологический цикл изготовления многокристалльных модулей и повысило процент выхода годных;
- повысить механическую конструктивную прочность конструкции за счет увеличения общей толщины материала несущего основания;
- исключается полностью вероятность нарушения целостности конструкции тел контактирования за счет размещения последних в объемах, ограниченных боковыми гранями сквозных отверстий кристаллодержателей;
- улучшить условия работы и эксплуатации устройства в целом за счет улучшения условий теплоотвода, так как кристаллодержатели имеют непосредственный физический контакт с поверхностью основания кристаллоносителя, а теплоотвод выделяемой в кристаллах ИС тепловой энергии осуществляется за счет физического контакта боковых граней самих кристаллов и сквозных отверстий;
- повысить надежность и другие эксплуатационные характеристики устройства за счет размещения кристаллов монолитных ИС в сквозных отверстиях кристаллодержателей, материал которых защищает кристаллы от внешних воздействий;
- повысить быстродействие за счет улучшения условий теплоотвода;
- реализована возможность создания безотходной технологии, так как в качестве материалов основания кристаллоносителя и кристаллодержателей использованы пластины монокристаллического кремния, забракованных на тех или иных этапах технологического цикла изготовления исходных пластин монокристаллического кремния или непосредственно ИС, БИС, СБИС и УБИС;
- в значительной мере снизить уровень производственных затрат за счет исключения затрат, связанных с приобретением и эксплуатацией высокопрецизионного и дорогостоящего оптического оборудования либо с большой глубиной резкости, либо зеркального оптического оборудования, а также оборудования технического зрения, и затрат, связанных с использованием труда высококвалифицированного технического и обслуживающего персонала, что в значительной мере повышает рентабельность производства. (56) Заявка Японии N 59-43823, кл. Н 01 L 21/82, 1984.

Авторское свидетельство СССР N 1524743, кл. Н 01 L 25/04, 1989.

Формула изобретения

1. Большая интегральная схема, содержащая кристаллоноситель, включающий основание, выполненное в виде пластины монокристаллического полупроводникового материала, рабочие поверхности которой ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100), и многоуровневую коммутационную систему с телами контактирования, образующими знакоместа для монтируемых методом перевернутого кристалла кристаллов монолитных интегральных схем, отличающаяся тем, что, с целью осуществления автоматизации процессов монтажа элементов конструкции при одновременном повышении надежности схемы за счет увеличения механической прочности конструкции, схема дополнительно содержит кристаллодержатели, размещенные на поверхности основания кристаллоносителя, на которой сформирована многоуровневая коммутационная система с телами контактирования, при этом кристаллодержатели выполнены из пластин механически прочного монокристаллического полупроводникового материала, рабочие поверхности которых ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100), а коэффициент термического расширения материала которых близок по величине к коэффициенту термического расширения материала основания кристаллоносителя, боковые грани сквозных отверстий кристаллодержателей, конформно воспроизводящих форму и геометрические размеры монтируемых кристаллов элементов конструкции, представляют собой наборы равнобочных трапеций, образованных семействами кристаллографических плоскостей { 111} , на поверхности основания кристаллоносителя, обращенной к кристаллодержателям, сформировано не менее четырех направляющих выступов, выполненных в виде усеченных пирамид, боковые грани которых представляют собой наборы равнобочных трапеций, образованных семейством кристаллографических плоскостей { 111} , а в объемах материалов кристаллодержателей сформированы глухие отверстия, конформно воспроизводящие форму и геометрические размеры соответствующих направляющих выступов основания кристаллоносителя.

2. Схема по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности позицирования кристаллодержателей, основанием направляющих выступов выбран квадрат со стороной основания в 5 - 10 раз меньше длины кристаллодержателя.

3. Большая интегральная схема, содержащая кристаллоноситель, включающий основание, выполненное в виде пластины монокристаллического полупроводникового материала, рабочие поверхности которой ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100), и многоуровневую коммутационную систему с телами контактирования, образующими знакоместа для монтируемых методом перевернутого кристалла кристаллов монолитных интегральных схем, отличающаяся тем, что, с целью осуществления автоматизации процессов монтажа кристаллов и других элементов конструкции при одновременном повышении надежности схемы за счет увеличения прочности конструкции, схема дополнительно содержит кристаллодержатели, размещенные на поверхности основания кристаллоносителя, на которой сформирована многоуровневая коммутационная система с телами контактирования, при этом кристаллодержатели выполнены из пластин механически прочного полупроводникового монокристаллического материала, рабочие поверхности которых ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100), а коэффициент термического расширения материала последних близок по величине к коэффициенту термического расширения материала основания кристаллоносителя, боковые грани сквозных отверстий кристаллодержателей, конформно воспроизводящих форму и геометрические размеры монтируемых кристаллов элементов конструкции, представляют собой наборы равнобочных трапеций, образованных семействами кристаллографических плоскостей { 111} , на поверхностях кристаллодержателей, обращенных к поверхности основания кристаллоносителя, на которой сформирована коммутационная система, сформировано не менее четырех направляющих выступов, выполненных в виде усеченных пирамид, боковые грани которых представляют собой наборы равнобочных трапеций, образованных семействами кристаллографических плоскостей { 111} , а в объеме материала основания кристаллоносителя сформированы глухие отверстия, конформно воспроизводящие форму и геометрические размеры соответствующих направляющих выступов кристаллодержателей и размещенных непосредственно под последними.

4. Схема по п. 3, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности позицирования кристаллодержателей, в качестве основания направляющих выступов кристаллодержателей выбран квадрат со стороной основания в 5 - 10 раз меньше длины кристаллодержателя.

5. Большая интегральная схема, содержащая кристаллоноситель, включающий основание, выполненное в виде пластины монокристаллического полупроводникового материала, рабочие поверхности которой ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100), и многоуровневую коммутационную систему с телами контактирования, образующими знакоместа для монтируемых методом перевернутого кристалла кристаллов монолитных интегральных схем и других компонентов микроэлектронной аппаратуры, отличающаяся тем, что, с целью осуществления автоматизации процессов монтажа кристаллов и других элементов конструкции при одновременном повышении надежности устройства за счет увеличения прочности конструкции и упрощения позицирования кристаллодержателей на поверхность основания кристаллоносителя, схема дополнительно содержит кристаллодержатели, размещенные на поверхности основания кристаллоносителя, на которой сформирована многоуровневая коммутационная система с телами контактирования, при этом кристаллодержатели выполнены из пластин механически прочного монокристаллического полупроводникового материала, рабочие поверхности которых ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100), а коэффициент термического расширения материала последних близок по величине к коэффициенту термического расширения материала основания кристаллоносителя, боковые грани сквозных отверстий кристаллодержателей, конформно воспроизводящих форму и геометрические размеры монтируемых кристаллов элементов конструкции, представляют собой наборы равнобочных трапеций, образованных семействами кристаллографических плоскостей { 111} , на поверхностях кристаллодержателей, обращенных к поверхности основания кристаллоносителя, а также на поверхности основания кристаллоносителя, на которой сформирована коммутационная система, в диаметрально противоположных концах кристаллодержателей сформировано не менее четырех направляющих выступов, размещенных попарно на составных частях конструкции, выполненных в виде усеченных пирамид, боковые грани которых представляют собой наборы равнобочных трапеций, образованных семействами кристаллографических плоскостей { 111} , в объемах материалов кристаллодержателей и основания кристаллоносителя сформированы соответствующие глухие отверстия, конформно воспроизводящие форму и геометрические размеры соответствующих направляющих выступов, размещенных во внутренних объемах, ограниченных боковыми гранями.

6. Схема по п. 5, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности позицирования кристаллодержателей относительно основания кристаллоносителя, в качестве основания направляющих выступов выбран квадрат со стороной основания в 5 - 10 раз меньше длины наименьшей стороны кристаллодержателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1