形成3d晶片到晶片堆疊的方法、3d系統和電路布置的製作方法

2023-08-01 23:01:41 2

形成3d晶片到晶片堆疊的方法、3d系統和電路布置的製作方法
【專利摘要】在半導體晶片到晶片堆疊中的晶片之一可以相對於堆疊中的先前晶片被旋轉預定義數目的位置，並且在其中對準最大數目的良好裸片的位置被鍵合。在每個裸片上的調整電路對從已經由於旋轉而重定位的焊盤接收的信號重尋路由。由貫穿襯底過孔互連的焊盤對形成的通信信道可以放置於每個裸片中，並且可以從一個裸片向下一裸片傳送選擇的信息。可以在位於每個裸片上的可編程只讀存儲器中記錄或者可以從遠程源下載代表每個裸片的位置定向的代碼。可以連續地堆疊任何附加晶片，並且每個晶片可以相對於堆疊中的在它之前的晶片而旋轉。
【專利說明】形成3D晶片到晶片堆疊的方法、3D系統和電路布置
[0001]有關申請的交叉引用
[0002]本申請涉及於2011年3月17日公布、公布號為US2011/0065214A1並且向本申請的受讓人國際商業機器公司轉讓的美國公布專利申請。公布的專利申請以及其它教導公開一種用於通過旋轉晶片堆疊中的選擇的晶片來最大化對準良好裸片的工藝。
【技術領域】
[0003]本發明涉及半導體技術，並且更具體地涉及用於最大化來自晶片到晶片堆疊的3D產量的電路和工藝。
【背景技術】
[0004]半導體提供商的主要目標之一是以最低成本提供品質半導體器件。半導體器件即使不是所有最終用戶產品也是大多數最終用戶產品中的主要部件。由於這一普遍使用，所以半導體器件的成本直接影響用戶產品的總成本。相對低成本半導體器件可以減少最終用戶產品的價格；而相對高成本半導體器件可以增加最終用戶產品的價格。眾所周知，品質產品的低成本提供商最可能在市場中成功。
[0005]由於在部件的成本和最終產品的成本之間的這一相互關係，所以半導體產品或者部件的提供商不斷尋找用於降低部件成本的方式。已經確定優選地在設計和製作期間最大化半導體產品的產量對產品的成本具有直接影響。隨著產量增加，半導體產品的價格減少並且反之亦然。晶片堆疊是具有用於降低成本、降低功率並且提高性能的潛力的3D集成技術中的解決方案之一。然而有必要在堆疊、鍵合和切分晶片期間遵守某些規則，因為規則可以對產量和成本具有大的影響，由此減少3D堆疊的價值。重要堆疊規則之一在於所得堆疊必須僅包括有功能或者良好的裸片。如果在對中包括無功能或者不良的裸片，則整個堆可能無功能並且可能需要被電子修復、返工或者在最壞情況下作為堆產量損失而被丟棄。無論任一方式，必須最大化堆疊的裸片產量以維持或者減少成本。因此，將必須解決晶片到晶片堆疊的所有方面以便從3D堆疊工藝收穫完全益處。根據下文闡述的本發明的實施例解決用於最大化產量的其它方面和解決方案。

【發明內容】

[0006]根據本發明的一個實施例，在晶片對中的每個晶片具有N個裸片，其中N是大於一的定義值，並且每個裸片具有用於接地(GND)和電源焊盤的旋轉對稱性。將在晶片堆疊期間鍵合的輸入/輸出(I/O)信號焊盤放置於在每個裸片的對稱邊界周圍的固定位置。作為每個實施例的部分，首先分析被選擇用於堆疊的晶片作為晶片組以在完成Μ個晶片鍵合堆疊時優化產量，Μ是大於一的定義值。在堆疊中的每個相繼晶片相對於堆疊中的、在它之前的晶片被旋轉預定數量以最大化對準的良好裸片的數目。矩形裸片支持兩個旋轉位置，而方形裸片支持四個旋轉位置。然後在堆疊中鍵合晶片以實現3D堆疊的裸片的最優產量。在每個裸片上的電源和接地焊盤具有設計對稱性，由此保證這些焊盤在每個旋轉維持對準。然而，對於I/O信號焊盤而言，在每個裸片上提供電路用於在晶片旋轉之後對移位的I/O信號重尋路由。I/o信號重尋路由允許在已知良好裸片數目最高的定向中對準晶片而又維持信號完整性和裸片到裸片性能。在每個裸片中提供通信信道，並且通信信道允許從一個裸片到下一裸片的通信。在完成堆疊中的每個晶片的依次旋轉時，針對完成的堆疊中的所有鍵合的晶片記錄用於每個晶片的整個裸片的重尋路由的信號焊盤的位置。在公開的實施例的一個設計中，在每個裸片的外圍周圍放置電源焊盤、GND焊盤和I/O焊盤。在備選設計中，在具有與周界設計相似的旋轉對稱性的每個裸片的中心放置這些焊盤。集中式I/O放置最小化在I/O焊盤與重尋路由電路之間的布線長度和信號扭曲(skew)。
[0007]在本發明的另一實施例中，可以在堆疊中的每個裸片和晶片上暫時或者持久編程(記錄)I/o信號的重尋路由的位置。可以在只讀存儲器(ROM)、一次性可編程ROM(0TPR0M)、現場可編程門陣列(FPGA)、邏輯鎖存器或者任何其它嵌入式晶片設計介質中在每個裸片上存儲編程的位置。備選地，也可以在計算機或者資料庫中存儲並且以後在處理期間的完成堆疊時、在最終部件組裝時或者系統應用在原處在暫時或者持久可編程介質中向每個裸片重載I/O信號的位置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1(包括圖1A和圖1B)示出在晶片內的可堆疊半導體裸片的頂側和底側，該頂側和底側示範在對稱定向中放置的焊盤和在外圍區段中放置的I/o信號焊盤。幾何形狀圖標用來區分焊盤。
[0009]圖2示出半導體裸片的頂側或者底側，該頂側或者底側示範在對稱定向中放置的焊盤和在裸片的中心(中心配置)中放置的I/o信號焊盤。
[0010]圖3(包括圖3A和圖3B)描繪裸片的截面，該截面具有兩個貫穿襯底過孔(TSV)的圖解表示，該截面示範其中頂部和底部晶片焊盤連接到相同TSV(圖3A)的對準配置以及其中頂部和底部焊盤連接到裸片中的分離電路的不相交配置(圖3B)。
[0011]圖4是可堆疊裸片的前視圖的框圖，該裸片具有在不同位置不對稱添加的不相交TSV焊盤。
[0012]圖5(包括圖5A和圖5B)描繪晶片堆疊中的不相交TSV的物理和邏輯框圖表示，該表示示範3D堆疊中的從裸片到裸片的串級鏈連接。
[0013]圖6是對準的兩個晶片的圖解表不，其中一個晶片相對於另一晶片旋轉。
[0014]圖7是對準的兩個裸片的圖解表示，其中一個裸片相對於另一裸片旋轉。
[0015]圖8描繪如下表，該表定義用於不同旋轉偏移數目⑵的代碼。
[0016]圖9描繪如下表，該表定義在P = 2個旋轉偏移的情況下需要的邏輯。
[0017]圖10描繪在3D配置中堆疊的晶片以及將在旋轉和非旋轉狀態中將I/O焊盤耦合到晶片上的電路的旋轉調整電路的框圖。
[0018]圖11 (包括圖11A和圖11B)是根據本發明的一個實施例的旋轉調整電路結構的互補實例的框圖。
[0019]圖12是根據本發明的一個實施例的方法的流程圖。
[0020]圖13是給出用於圖12的方法或者工藝中的動作或者步驟之一的更多細節的流程圖。[0021]圖14是圖示與公開的實施例關聯的示例硬體環境的框圖。
【具體實施方式】
[0022]圖1(包括圖1A和圖1B)示出用於半導體晶片101 (圖1A)的布局結構和用於在晶片101上製作的裸片100(圖1B)之一的分解圖。半導體裸片100示範根據本發明的一個實施例的裸片的俯視或者仰視圖。如下文將更具體討論的那樣，頂側焊盤用貫穿襯底過孔(TSV)連接到底側焊盤。在晶片101的前側上製作多個晶片或者裸片(圖1A)。在晶片中提供凹口或者標記104，並且該凹口或者標記用來對準一個晶片與下一晶片。晶片101由在其上製作裸片的單個半導體襯底形成。裸片可以採用許多不同形狀，諸如矩形、方形、圓形、橢圓形或者任何其它形狀。在晶片上的裸片可以是單個形狀或者混合。在襯底上在對稱定向中放置裸片。圖1B示出裸片的分解圖。在裸片上的連接器或者焊盤的特徵在於如下設計對稱性，該設計對稱性實現經過晶片堆疊的晶片到晶片連接。換而言之，連接器被對稱定位。連接器由如關鍵詞中所示幾何圖標標識。在本文中，可互換地使用連接器和焊盤。參照關鍵詞，空心圓圈代表輸入信號焊盤；影線圓圈代表輸出信號焊盤，空心方塊代表GND (接地)焊盤，影線方決代表電源焊盤，以此類推。
[0023]仍然參照圖1，可以通過用虛構X-Y (水平-豎直)軸和虛線矩形描繪的虛構分離框102將裸片分割成四個象限來示範焊盤的對稱性。虛構分離框102將裸片分割成外圍區段和中心區段。外圍區段可以由輸入/輸出(I/O)和電源/接地連接器的連續行或者迴路填充。例如圓形圖標描繪的I/O焊盤提供I/O信號，並且方形圖標提供電源/GND連接。命名的信號的這一混合僅為說明而不應解釋為關於實施例的限制。因為提供其它混合在相關領域技術人員的技能內而未脫離公開內容的範圍。在虛線分離框102內的非外圍或者中心區段也可以由對稱放置或者定位的焊盤填充。例如可以定義焊盤為與在倒裝晶片封裝中使用的C4焊球連接相似的C4焊球連接或者用於直接晶片鍵合或者其它方案的金屬焊盤。從裸片堆疊到封裝疊層的連接無需遵循晶片到晶片連接的旋轉對稱性，因為裸片堆疊可以總是在相同定向中附著到封裝。
[0024]仍然參照圖1 (包括圖1A和圖1B)，每個裸片可以是分離實體或者器件並且可以被設計用於提供具體功能，諸如處理器、控制器、可編程邏輯陣列(PLA)等。包括襯底和裸片的晶片101可以採用與圖1中所示形狀或者形式不同的形狀或者形式。因此應當解釋圖1中的圖示為說明而不是關於公開的實施例的限制。晶片101可以由常規測試例程測試以標識良好(有效)的晶片和不良(無效)的晶片。這些測試例程在半導體技術中眾所周知並且將不進一步加以討論。在與晶片101對準、堆疊並且以後物理地鍵合另一晶片時，針對在完工晶片堆疊中的每個晶片實現對準的最大化有效裸片數目準備用於切割和在下遊組件中使用。
[0025]圖2描繪在半導體裸片200的頂部或者底部上放置I/O焊盤的備選設計。在這一實施例中，虛線分離框202將裸片200分割成中心分節和非中心分節。在虛線分離框202以內的中心分節可以由實心和非實心圓形圖標描繪的I/O信號焊盤填充。如圖1中所示和先前描述的關鍵詞中所示，空心圓圈代表輸入信號焊盤，並且影線圓圈代表輸出信號焊盤。在虛線分離框202以外的非中心分節由例如實心和非實心矩形圖標描繪的電源和GND焊盤填充。如同圖1，所有焊盤被對稱定位。[0026]參照圖1和圖2，在圖1的外圍區段中的I/O信號焊盤和在圖2的中心分節中的I/o信號焊盤最終連接到相同晶片或者裸片上的電路或者另一晶片或者裸片上的電路。這裡可互換地使用晶片和裸片。然而在圖2中的I/O焊盤與片上電路之間的傳輸路徑可以比在圖1中的I/O焊盤與片上電路之間的傳輸路徑更短。應當注意，在通過傳輸線傳輸電信號時創建寄生電容。寄生電容的數量或者量與傳輸信號的距離有關。距離越長，生成的寄生電容的數量就越大。此外，
[0027]寄生電容對相對高頻信號具有它對相對低頻信號具有的不利影響更多的不利影響。作為結果，圖2的通信實施例可以對於高速應用更有利；而圖1的實施例可以適合於相對低速應用。
[0028]圖3(包括圖3A和圖3B)示出裸片和如下結構的截面圖300和320，該結構允許從可堆疊晶片中的一個裸片向下一裸片傳達信息。圖3A中的結構(稱為通信信道)舉例說明對準頂部焊盤配置；其中TSV308將底部焊盤306連接到直接在上方的頂部焊盤304以及片上電路310。圖3B中的結構舉例說明不相交頂部焊盤配置；其中頂側焊盤324連接到晶片電路330，並且底側焊盤326連接到不同電路332。裸片襯底300和320作為半導體器件在兩種情況下相似。除了過孔312(圖3A)之外，布線工藝級302和322基本上相同。
[0029]圖4示出具有與圖1基本上相同的對稱焊盤布置的裸片。此外，也在示例對稱位置中示出不相交TSV頂部輸入焊盤402和不相交TSV底部焊盤404。頂部輸入焊盤402和底部輸出焊盤404由關鍵詞中的相同圖標代表。換而言之，關鍵詞中的新符號或者新圖標代表輸入或者輸出焊盤。從下至上對關鍵詞中的圖標計數，新圖標或者新符號位於第一位置。在圖1中闡述的焊盤配置布局同樣適用於圖4，並且將不給出圖4的進一步討論。
[0030]圖5(包括圖5A和圖5B)示出堆疊的裸片或者晶片的物理表示(圖5A)和邏輯表示(圖5B)。該表示有助於理解如何從一個裸片或者晶片向下一裸片或者晶片傳遞對準信息。在圖中，第一裸片或者晶片500耦合到第二裸片或者晶片510，該第二裸片或者晶片稱合到第三裸片或者晶片520,從而形成經過不相交TSV的串級鏈連接(daisy chainedconnection)。
[0031]仍然參照圖5(包括圖5A和圖5B)，也在經過連接器或者焊盤532至562的串級鏈連接中示出圖5B的邏輯表示的分節。邏輯分節相同。因此，一個邏輯分節的描述適用於所有邏輯分節。每個分節包括接收支路，該接收支路具有串聯連接的焊盤或者連接器、接收器和晶片邏輯。此外，每個分節具有驅動器支路，該驅動器支路包括串聯連接的晶片邏輯、驅動器電路和連接器。經過不同焊盤或者連接器接收或者傳輸每個分節的輸入或者輸出信號。
[0032]圖6示出可以包括晶片602和晶片604的晶片到晶片堆疊600。示出在前後配置中堆疊晶片。每個晶片在前側上由多個裸片或者晶片606填充。在每個晶片上的晶片可以具有相同結構並且提供相同功能或者可以具有不同結構並且提供不同功能。此外，實現晶片用於3D堆疊，其中由多個晶片形成堆疊，從而包括在所述堆疊中的晶片之間的電和物理連接。最後，每個晶片可以與其它晶片獨立或者結合工作。在每個晶片中提供TSV(未示出)以連接頂部焊盤與底部焊盤(如圖3中所示)。在TSV中沉積的導體允許晶片間通信。常規手段可以提供晶片內通信。
[0033]仍然參照圖6，每個晶片的背側具有焊盤填充，如同圖4中描述的焊盤布局。備選焊盤設計將是上文在圖2中描述的焊盤設計。可以添加附加晶片以與晶片602或者604對準以創建所需深度的堆疊。在任何一對晶片(諸如晶片602與604)之間的關係可以使得一個晶片可以始於0度旋轉全360度。備選地，可旋轉的晶片可以僅跨越360度的部分。在本發明的一個實施例(圖6)中，旋轉角度的數目為兩個(0度和180度)，但是其它實施例可以包括90度、270度或者從0度旋轉的其它度數。在圖6中，包括附著或者包圍的裸片的晶片604從它的初始0度定向逆時針旋轉180度。箭頭608示出旋轉方向。下晶片602在如晶片凹口位置612所示固定(非旋轉)0度定向中。除了 180度定向之外，略微偏移具有晶片凹口位置612的上晶片604以顯示下晶片602。在鍵合時，晶片602直接在晶片602上方。在晶片604在0度定向中時(即在旋轉之前)，對準在兩個晶片上的凹口。
[0034]圖7示出上文在圖6中描述的晶片旋轉的裸片級視圖。示出從底部裸片702偏移頂部裸片704，但是在鍵合的堆疊中，頂部裸片704直接在底部裸片702上方。此外，在晶片702上的暴露的行中的外圍焊盤與在裸片704上的在虛線分離框線外部的裸片702外圍行中的焊盤對準。焊盤針對0度定向(未示出)和箭頭706所示180度定向而對準。在旋轉之前，I/O信號焊盤710將與在靜止的裸片702上的I/O信號焊盤708對準。然而在180度旋轉之後，I/O信號焊盤710相對於裸片702上的I/O信號焊盤708在不同位置。可以在每個裸片上製作的並且下文具體描述的旋轉調整電路可以補償這一不同。
[0035]圖8示出兩個表；每個表代表針對晶片相對於堆疊中的先前晶片的旋轉偏移位置數目(P)而分配的代碼。每個表具有標註為偏移和代碼的兩列。偏移列包含一個晶片相對於堆疊中的先前晶片而偏移的度數。代碼列包含可以針對特定旋轉偏移而分配的代碼。在左側上的代碼代表用於P = 2的信息而代碼0用於0度偏移並且代碼1用於180度的旋轉。類似地，在右側上的表代表用於旋轉位置P = 4的度數和代碼而代碼00用於0度、代碼01用於90度、以此類推。在裸片和晶片設計對稱性中支持的旋轉偏移數目P確定所需不同代碼值的數目。下文描述的旋轉調整電路使用來自表的代碼。
[0036]圖9示出如下表，該表定義用來針對在裸片和晶片設計對稱性中支持P = 2旋轉位置的情況驅動旋轉偏移調整電路MUX選擇信號S(圖11)的值。如在這一例子中所示，在當前晶片或者裸片上的旋轉偏移調整電路MUX選擇輸入S取決於在P = 2時與當前晶片的偏移代碼異或的在先前晶片上的MUX選擇輸入S的值。本領域技術人員可以定義用於其它P值的其它設計和相似表。
[0037]再次參照圖5和圖9，必須向堆疊中的下一晶片轉發先前晶片MUX選擇值S。為了這樣做，可以使用如下不相交TSV和焊盤(圖3和圖5)的唯一集合將先前MUX選擇值S從一個晶片連接到下一晶片，這些TSV和焊盤允許頂側輸入信號焊盤定位於底側輸出焊盤上方。可以重複這一唯一焊盤集合P次以允許焊盤無論相對於先前裸片或者晶片的裸片偏移旋轉如何都在裸片或者晶片上的相同相對位置。這些焊盤向堆疊中的下一晶片傳達先前堆疊的晶片的旋轉偏移電路MUX選擇值S用於由後續堆疊的晶片中的旋轉偏移調整邏輯使用。
[0038]圖10示出根據本發明的一個實施例的教導而製作的單個晶片設計1000的在3D晶片堆疊的一級中包含的部分。在襯底1002上構造的晶片設計1000包括旋轉調整電路1004和晶片電路器件1006，該晶片電路器件包括向裸片設計的其餘部分分發接收的信號(諸如W_EN1和W_EN2)的接收/驅動緩衝器。晶片器件1006實施微處理器、PLA、控制器等。在兩個定向中描繪I/o信號焊盤(諸如I/O信號焊盤710)(圖7):S卩0度和180度。出於說明的目的，在180度定向中的I/O焊盤可以標註為W_EN_180°，並且當在0度定向中時，它可以標註SW_EN — 0°。兩個焊盤耦合到旋轉調整電路1004。向旋轉調整電路1004遞送導體1008上的控制信號。可以根據裸片的旋轉從旋轉調整電路1004的輸出埠向片上分發信號W_EN1、W_EN2或者二者連接的晶片電路器件1006遞送來自W_EN_180°或者W_ΕΝ_0°的信號。旋轉調整電路1004具有標註為1和0的兩個輸入端子或者埠。埠 0可以連接到W_EN_0°，並且焊盤W_EN_180°可以連接到埠 1。可以將標註為Pre S的控制或者選擇埠設置成如作為來自先前晶片上的先前旋轉調整電路的輸入而在導體1008上接收的0或者1。從導體1010上的S輸出埠向堆疊中的下一晶片驅動用於襯底1002的旋轉調整電路1004MUX S輸出。
[0039]圖11A示出用於旋轉調整電路1004(圖10)的電路示意圖1100。電路示意圖包括復用器(MUX)電路1104、接收器/驅動器電路1106和異或門(X0R)1112。如圖中所示，操作性耦合命名的部件或者電路。用於存儲位置偏移代碼的PR0M1108可以連接到X0R電路1112的一個端子。在先前晶片的MUX選擇S輸入1116上的下拉電阻器1114可以連接到異或電路1112的另一端子。MUX1004具有標註為1和0的兩個輸入端子或者埠。埠 0可以連接到焊盤W_EN_0°，並且焊盤W_EN_180°可以連接到埠 1。可以根據裸片或者晶片的定向將標註為S的控制或者選擇埠設置成0或者1。在公開的實施例中，異或門1112可以生成MUX選擇信號S ;但是本領域技術人員可以提供其它類型的S生成邏輯而未脫離本公開內容的教導。可以向旋轉調整電路位於其上的晶片上的指定電路遞送來自接收器/驅動器電路1106的輸出。
[0040]圖11B示出用於提高信號焊盤利用效率的可選互補電路示意圖1120。MUX1124的標註為1的輸入可以連接到焊盤C-SEL-0度(圖11A中的標註為W_EN_180度的相同物理裸片焊盤)，並且MUX1124的標註為0的輸入可以連接到焊盤C-SEL-180度(圖11A中的標註為W_EN_0度的相同物理裸片焊盤)。互補電路1120允許在P = 2時在用於兩個位置偏移值的可交換布置中利用圖7中的焊盤708和710 二者，一個用於晶片信號W_EN而另一個用於晶片信號C_SEL。除了在焊盤連接中的這一切換之外，旋轉調整電路1120的部件和操作與旋轉調整電路1100的已經描述的部件和操作基本上相同。因此不必進一步討論圖11B中的旋轉調整電路。為了連接焊盤效率，可以需要在圖11B中所示焊盤連接中的切換。例如兩個不同信號可以佔用圖7中的可交換位置708和710。如果這將要出現，則圖11B的配置將是適合的。其它配置是可能的而未脫離實施例的教導。
[0041]參照圖11A和圖11B，對於公開的示例實施例而言，可以相對於先前堆疊的裸片或者晶片在兩個定向中放置旋轉裸片或者晶片:即0度和180度。因此如圖8中所示，對於P=2，具有兩個唯一狀態0和1的單個位便已足夠。根據圖9，在堆疊中的先前裸片具有旋轉偏移調整MUX選擇S = 0時和在後續裸片或者晶片相對於先如堆置的裸片或者晶片在0度定向時，可以向當前MUX選擇S施加0，並且可以選擇可以連接到埠 0的焊盤W_EN_0。類似地，在後續裸片或者焊盤在180度定向中時，可以向S施加1，並且可以選擇可以連接到埠 1的焊盤W_EN_180。可以在圖9中示出在先前堆疊的裸片或者晶片具有旋轉偏移調整MUX選擇S = 1時向旋轉偏移調整MUX1104選擇S施加的值。來自旋轉調整MUX1104的輸出埠可以耦合到接收器/驅動器1106。應當注意，定向選擇是設計選擇之一，並且可以選擇其它設計選擇而未脫離公開的實施例的教導。例如如果旋轉裸片具有四個定向(p =4)，諸如0、90、180和270 ;則兩位代碼便已足夠(圖8);並且可以將旋轉調整電路1104的埠 S設置成00、01、10或者11之一以選擇四個輸入之一。
[0042]圖12是根據公開的實施例的方法或者工藝的流程圖1200。該方法包括步驟或者動作1202至1214，而在流程圖1300(圖13)中示出動作1206的更多細節。該工藝在步驟1202中開始；其中可以提供多個晶片。每個晶片具有N個晶片，N是設計者的選擇的定義值；並且在裸片的外圍或者中心中對稱放置I/O焊盤。此外，用旋轉對稱性設計電源和GND焊盤，從而在這些特殊設計的晶片之一與另一晶片堆疊時，晶片電源和接地焊盤針對用於堆疊的晶片之一的任何旋轉位置總是對準。信號I/O焊盤也放置於固定位置，但是由於旋轉而改變位置。
[0043]在步驟1204中，可以鄰近放置晶片對。這一步驟可以由計算機控制的晶片堆疊裝置執行，該裝置可以被編程用於在堆疊布置中放置晶片、旋轉晶片並且執行為了形成晶片堆而需要的其它功能。
[0044]在步驟1206中，可以保持一個晶片靜止，並且可以相對於固定的晶片在預定數目的定向中放置另一晶片。下文闡述這一步驟的更多細節。
[0045]在步驟1208中，可以根據在裸片和晶片設計對稱性中支持的位置偏移數目P將在步驟1206中確定的旋轉偏移編碼成P個代碼之一。
[0046]在步驟1210中，可以用步驟1208的位置偏移代碼對在每個晶片上提供的調整電路PR0M編程，從而實現根據上文描述的旋轉調整電路對從I/O信號焊盤接收的信號重尋路由和遞送。
[0047]在步驟1212中，可以在使下一晶片上的良好晶片與堆疊中的先前晶片上的良好晶片的對準最大化的定向中將下一晶片與堆疊中的先前晶片進行鍵合。可以在任何如下設施處完成鍵合，該設施支持在半導體製作設施內的全晶片鍵合。
[0048]在步驟1211中，可以確定堆是否完成(也就是說，無更多晶片在堆疊中待處理)。如果它未完成，則工藝循環並且執行已經描述的步驟1204至1211。如果堆完成(也就是說，在堆疊中無更多晶片待處理)，則工藝執行如下文描述的步驟1214。
[0049]步驟1214可以是可選的；如果被執行，則然後在常規切分站處將鍵合的晶片切分成3D晶片。
[0050]參照圖13，流程圖示出用於執行位置步驟1206(圖12)的附加步驟。工藝在步驟1302中開始，其中第一(0度)定向通過對準在每個晶片上提供的凹口而出現。工藝然後通過對與良好裸片對準的良好裸片的數目進行計數來執行步驟1304。工藝然後通過將晶片之一旋轉預定偏移來執行步驟1306。在公開的實施例中，偏移可以是180度(步驟1308)。如果在當前傳遞(pass)中未達到最大旋轉偏移(對於P = 2為180度)，則工藝然後循環回到步驟1304。如果達到最大旋轉偏移，則工藝進入步驟1310並且對與良好裸片對準的良好裸片的數目計數。工藝然後進入步驟1312，並且選擇對準的良好裸片到良好裸片的數目最大的定向。然後在步驟1314中終止工藝。
[0051]圖14是圖示用於與公開的實施例關聯的計算機化晶片堆疊裝置的示例硬體環境的框圖。本領域技術人員可以設計適合於執行公開的實施例的功能的其它類型的系統。因此，不應解釋示例硬體為關於公開的實施例的範圍的限制。示例硬體1400包括輸入/輸出(I/O)總線 1402。CPU1404、R0M1408 和 RAM1408 連接到 I/O 總線 1402。通信(COM)控制器(Ctrl) 1410,1/0 Ctrll414和裝置(APP)Ctrl 1418也連接到I/O總線。相應控制器提供途徑，從而外部源、諸如在網絡1412上的伺服器等、I/O設備1416和晶片堆疊裝置1420可以與CPU以及關聯ROM和RAM通信。CPU可以採用具有如上文描述的結構的一個或者多個裸片的形式。類似地，可以實施用於CPU的控制器等為一個或者多個裸片。
[0052]仍然參照圖14，晶片堆疊裝置1420在CPU的控制之下如上文描述的那樣對晶片定位、旋轉等。操作者可以通過可以包括鍵盤、掃描儀、計算機可讀介質等的I/o設備1416錄入為了執行功能而必需的程序。程序可以存儲於R0M1408中並且可以在需要時由CPU取回。可以在RAM1406中存儲表、諸如上文描述的表。網絡1412可以包括區域網(LAN)、網際網路或者相似網絡。連接到網絡的設備、諸如伺服器等可以下載用於控制晶片堆疊裝置的信息。提供用於控制晶片堆疊裝置的其它手段在本領域技術人員的技能內而未脫離公開的實施例的教導。
[0053]可以完全或者部分實現如這裡詳述的本發明的實施例。包括本發明的一個實施例的晶片可以包括用於晶片的部分或者全部的僅中心定位的信號焊盤或者僅旋轉調整電路或者其組合。3D對可以在所述堆疊中的一個或者多個晶片上包括本發明的這一實施例的部分，該堆可以是具有多個相似晶片的同構堆或者具有多個不同類型的晶片的異構堆疊。
[0054]已經出於示例的目的而呈現本發明的各種實施例的描述、但是並非旨在於窮舉或者限於公開的實施例。許多修改和變化將為本領域普通技術人員所清除而未脫離描述的實施例的範圍和精神實質。選擇這裡所用術語以最好地說明實施例的原理、實際應用或者較在市面上發現的技術而言的技術改進或者使本領域其他技術人員能夠理解這裡公開的實施例。
【權利要求】
1.一種在計算機控制的晶片堆疊裝置上實施的用於形成三維(3D)晶片到晶片堆疊的方法，所述方法包括:在所述計算機控制的晶片堆疊裝置中提供堆疊中的多個晶片，每個晶片具有N個晶片和在每個晶片的對稱邊界周圍具有固定位置的I/O焊盤，N是大於1的定義值；與所述堆疊中的先前晶片鄰近放置下一晶片；相對於所述堆疊中的所述先前晶片在定義數目的定向中對所述下一晶片定位；選擇用於所述下一晶片的定向代碼；存儲用於所述下一晶片的如此選擇的所述定向代碼；並且在使所述下一晶片上的良好晶片與所述堆疊中的所述先前晶片上的良好晶片的對準最大化的定向中將所述下一晶片鍵合到所述現有堆疊。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述晶片中的每個晶片包括用於與另一晶片對準的凹口，並且所述定位動作還包括:對準所述堆疊中的所述下一晶片和所述先前晶片，從而對準所述凹口以指示所述定義數目的定向中的第一定向；處理器設備對與所述堆疊中的所述先前晶片的良好裸片對準的所述下一晶片的良好裸片的數目進行計數；所述處理器控制的晶片堆疊裝置將所述下一晶片旋轉定義的偏移以指示所述定義數目的定向中的第二定向；所述處理器對與所述堆疊中的所述先前晶片的良好裸片對準的所述下一晶片的良好裸片的數目進行計數；重複所述計 數和旋轉動作，直至所述旋轉的晶片在對準所述凹口之後具有近似360度減去原有旋轉數量的偏移；並且所述處理器選擇所述晶片的具有對準最大數目的良好裸片的定向。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述定義數目的定向中的所述第一定向為近似0度，並且所述定義數目的定向中的所述第二定向為近似180度。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述選擇動作還包括:定義所述下一晶片可以相對於所述堆疊中的所述先前晶片而旋轉的位置數目(P);針對所述下一晶片確定用於所述定義數目(P)的位置中的每個位置的偏移定向狀態；分配用於所述偏移定向狀態中的每個偏移定向狀態的代碼；並且在存儲器中記錄用於所述下一晶片的所述位置數目(P)、用於所述位置數目(P)的所述偏移定向狀態和用於每個定向狀態的對應分配代碼。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述存儲器在計算機中。
6.根據權利要求4所述的方法，其中所述存儲器在所述晶片中的至少一個晶片上。
7.根據權利要求4所述的方法，其中用於所述下一晶片的所述偏移定向狀態包括0度和180度。
8.根據權利要求1所述的方法，其中每個晶片包括對稱的電源焊盤和接地(GND)焊盤，並且相對於所述堆疊中的所述先前晶片在定義數目的定向中對所述下一晶片定位的動作出現於所述下一晶片上的所述接地和電源焊盤以及所述堆疊中的所述先前晶片上的所述接地焊盤和所述電源焊盤針對所述定義數目的定向中的每個定向而對準時。
9.根據權利要求1所述的方法，還包括:確定所述堆疊的狀態；並且如果所述下一晶片所述堆疊中的最後晶片，則將鍵合的晶片切分成三維晶片。
10.根據權利要求9所述的方法，其中如果所述下一晶片不是所述堆疊中的所述最後晶片，則重複動作1204至1211(圖12)，直至所述下一晶片是所述堆疊中的所述最後晶片。
11.根據權利要求1所述的方法，還包括用旋轉調整電路對所述I/O焊盤之一接收的信號重尋路由，所述I/O焊盤之一的位置由於所述下一晶片的旋轉而改變。
12.根據權利要求1所述的方法，其中所述定向代碼包括用於0度定向的0和用於180度定向的1。
13.根據權利要求1所述的方法，其中所述晶片中的每個晶片還包括襯底，包括同構和異構的所述晶片對稱放置於所述襯底上並且焊盤也對稱放置於所述襯底上，並且其中在所述堆疊中的晶片的所述襯底上的所述對稱放置的焊盤針對所述下一晶片相對於所述堆疊中的所述晶片的任何定向總是與所述下一晶片上的對稱放置的焊盤對準。
14.一種3D系統，包括:至少兩個裸片；在所述至少兩個裸片中的一個裸片上製作的第一器件；在所述至少兩個裸片中的所述一個裸片上製作的至少一個輸入/輸出(I/O)連接器，其中所述至少一個連接器放置於在所述兩個裸片中的所述一個裸片的對稱邊界周圍的固定位置，並且所述至少一個I/o連接器可以由於所述至少兩個裸片中的所述一個裸片的旋轉而位於P個位置中的一個位置中，P是大於1的定義值；以及旋轉調整電路，可操作用於從在所述P個位置中的每個位置處的所述至少一個I/o連接器接收信號，其中所述旋轉調整電路基於所述至少兩個裸片中的所述一個裸片的定向來選擇來自所述P個位置中的一個位置的信號。
15.根據權利要求14所述的3D系統，還包括在所述至少兩個裸片中的所述一個裸片的所述對稱邊界周圍旋轉對稱放置的電源連接器和接地(GND)連接器。
16.根據權利要求15所述的3D系統，其中所述至少一個輸入/輸出連接器、所述電源連接器和所述GND連接器放置於所述至少兩個裸片中的所述一個裸片的中心位置中。
17.根據權利要求14所述的3D系統，還包括在所述至少兩個裸片中的另一裸片上製作的並且相對於所述第一器件堆疊的第二器件。
18.根據權利要求14所述的3D系統，其中所述旋轉調整電路包括:復用器，具有Μ個輸入、選擇輸入，Μ是大於1的定義值，所述選擇輸入可操作用於基於所述至少兩個裸片中的所述一個裸片的旋轉狀態選擇所述Μ個輸入中的一個輸入；以及，接收器/驅動器電路，連接到所述復用器的輸出埠。
19.根據權利要求17所述的3D系統，其中所述第一器件和所述第二器件同構，包括處理器。
20.根據權利要求17所述的3D系統，其中所述第一器件和所述第二器件非同構，包括處理器和控制器。
21.根據權利要求14所述的3D系統，還包括在所述至少兩個裸片中的每個裸片中製作的通信信道，所述通信信道可操作用於從一個裸片向下一裸片傳輸控制信息。
22.根據權利要求21所述的3D系統，其中所述通信信道包括:焊盤對，其中每個焊盤對稱地位於每個焊盤的相對側；以及貫穿襯底過孔(TSV)，互連每個裸片中的所述相對放置的焊盤。
23.—種在3D半導體結構中的用於對信號重尋路由的電路布置，所述電路布置包括:復用器，具有Ρ個輸入埠、選擇埠 S和輸出埠，其中Ρ是大於1的定義值；接收器/傳輸器電路，操作地耦合到所述輸出埠，其中所述選擇埠 S可操作用於接收控制信號，所述控制信號基於在所述P個輸入埠中的一個輸入埠與所述3D半導體結構中的裸片的旋轉狀態之間的關係選擇所述P個輸入埠中的一個輸入埠。
24.根據權利要求24所述的用於對信號重尋路由的電路布置，還包括操作地耦合到所述選擇埠 S的用於生成所述控制信號的邏輯電路。
25.根據權利要求24所述的用於對信號重尋路由的電路布置，其中所述邏輯電路包括:異或門；第一代碼，代表所述3D半導體結構內的裸片的定向，所述裸片操作地耦合到所述異或門的輸入埠 ；以及第二代碼，代表來自在所述裸片之前的另一裸片的用於輸入埠 S的值，所述另一裸片操作地耦合到所述異或門的另一輸入埠。
26.—種半導體系統，包括:襯底；在所述襯底上操作地製作的器件，用於生成具體功能；在所述襯底上操作地製作的多個輸入/輸出(I/O)焊盤，具有旋轉對稱性；以及在所述襯底上操作地製作的旋轉調整電路，用於對從所述焊盤中的選擇的焊盤接收的信號重尋路由。`
【文檔編號】H01L21/60GK103633002SQ201310177763
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年5月14日 優先權日:2012年5月15日
【發明者】J·M·薩夫蘭, D·J·費恩斯坦, G·W·邁爾, 宋雲升, N·W·羅布森 申請人:國際商業機器公司