RU2006990C1

RU2006990C1 - Large-scale integrated circuit (version)

Info

Publication number: RU2006990C1
Authority: RU
Inventors: Константин Иванович Баринов; Владимир Евгеньевич Власов; Юрий Иванович Горбунов; Юрий Эмильевич Шенауэр; Александр Никодимович Латышонок
Original assignee: Константин Иванович Баринов; Владимир Евгеньевич Власов; Юрий Иванович Горбунов; Юрий Эмильевич Шенауэр; Александр Никодимович Латышонок
Priority date: 1991-01-22
Filing date: 1991-01-22
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: microelectronics. SUBSTANCE: large-scale integrated circuit has base of crystal mount produced from semiconductor monocrystal material with crystallographic orientation (100). On both sides of it there are mounted multilevel commutation systems provided with contacting bodies which form in certain combinations sign positions for monolithic integrated circuits and other microelectronic components mounted by method of turned over crystal. Conductors presenting plates of monocrystal semiconductor material with crystallographic orientation (100) are placed on to surface of base of crystal mount. Bases of both crystal mount and conductor have proper protrusions and blind locating holes which duplicate conform shape and dimensions of guiding protrusions to ensure precision mounted of conductors on surface of base. In volumes present sets of equilateral trapeziums created by crystallographic planes (III) and serving as guides for assembly of crystals of monolithic integrated circuits having shape of truncated pyramids which side surface is also a family of crystallographic planes (III). EFFECT: facilitated manufacture of ultra-high-shaped integrated circuits. 7 cl, 1 dwg

Description

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 многокристальных 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. The invention relates to microelectronics and can be used in the manufacture of semiconductor integrated circuits (ICs) with a large (LSI), ultra-large (VLSI) and ultra-large (VLSI) degree of integration, as well as the creation of various kinds of integrated hybrid micro-assemblies and multi-chip modules (MKM), designed for the manufacture on the basis of the latest nodes and blocks of electronic equipment (IET) and electronic equipment (CEA) increased complexity of special and general industrial applications, providing Expansion of functionality and a reduction of weight and dimensions.

Известны конструкции БИС и СБИС, в которых функционирующие блоки или фрагменты отдельных ИС, БИС или СБИС, а также отдельные монолитные ИС по средней степенью интеграции различного функционального назначения, размещенные на одной полупроводниковой пластине посредством токопроводящих дорожек, образующих нерегулярную разводку, объединяют в единое функционально законченное устройство, расположенное целиком на едином основании [1] . LSI and VLSI designs are known, in which functioning blocks or fragments of individual ICs, LSI or VLSI, as well as individual monolithic ICs with an average degree of integration of various functional purposes, placed on one semiconductor wafer by means of conductive paths forming irregular wiring, are combined into a single functionally complete a device located entirely on a single base [1].

Известны конструкции полупроводниковых пластин, носящие название Unipro SSB фирмы Mosaics Systems, на поверхности которых с использованием методов планарной технологии сформированы два уровня токопроводящих металлизированных дорожек, в качестве материала которых используются пленки алюминия, разделенных в местах пересечения слоями аморфного кремния. Такая конструкция позволяет проводить программирование межсоединений, используя для этого процессы электродиффузии атомов алюминия в объем материала аморфного кремния. После монтажа и разварки ИС, размещенных на поверхности пластин известной конструкции, удается сравнительно простыми и доступными средствами объединить все ИС в единое функционально законченное устройство, размещенное на едином основании. Semiconductor wafer designs known as Unipro SSB by Mosaics Systems are known, on the surface of which, using planar technology methods, two levels of conductive metallized paths are formed, the material of which is used aluminum films separated at the intersection by layers of amorphous silicon. This design allows programming interconnects using the processes of electrodiffusion of aluminum atoms into the volume of amorphous silicon material. After mounting and uncoupling the ICs placed on the surface of the plates of known design, it is possible to combine all the ICs into a single functionally complete device placed on a single base with relatively simple and affordable means.

Основными недостатками известных конструкций БИС на одной пластине являются: трудности разработки математического обеспечения систем автоматизированного проектирования разводки (САПР); сложности реализации и высокая трудоемкость процесса трассировки; необходимость использования машинных комплексов, обладающих большим объемом памяти и высоким быстродействием; индивидуальность создания программ трассировки в силу непредсказуемости распределения годных ИС или функционирующих фрагментов последних по пластине; высокие производственные затраты, связанные с поддержанием на должном уровне высокого и стабильного процента выхода годных ИС или функционирующих фрагментов последних по пластине; необходимость разработки специальных приемов и методов, позволяющих проводить планаризацию поверхностного рельефа сформированных структур, размещенных на больших площадях; ограниченная номенклатура используемых ИС или других компонентов микроэлектронной аппаратуры (МЭА), что связано с использованием технологий, разработанных специально под конструкцию конкретного базового прибора; низкая степень надежности, связанная с невозможностью выявления потенциально ненадежных приборов в процессе функционального контроля параметров ИС в составе пластин; высокая себестоимость изготовления, связанная с низкой степенью надежности, которая обеспечивается за счет усложнения конструкции в связи с использованием дополнительного резервирования; низкая ремонтоспособность, связанная с необходимостью изготовления дополнительного индивидуального фотошаблона, позволяющего провести ремонт; неудовлетворительные массогабаритные показатели, связанные с необходимостью резервирования и введением дополнительных схем самотестирования; низкая эффективность использования объема материала кристаллоносителя. The main disadvantages of the well-known LSI designs on one plate are: difficulties in developing the software for computer-aided wiring design (CAD) systems; implementation difficulties and high complexity of the tracing process; the need to use computer systems with a large memory capacity and high speed; the individuality of creating trace programs due to the unpredictability of the distribution of suitable ICs or functioning fragments of the latter over the plate; high production costs associated with maintaining at the proper level a high and stable percentage of yield of suitable ICs or functioning fragments of the latter on the plate; the need to develop special techniques and methods to planarize the surface topography of formed structures located over large areas; limited range of used ICs or other components of microelectronic equipment (IEA), which is associated with the use of technologies developed specifically for the design of a specific base device; low degree of reliability associated with the inability to identify potentially unreliable devices in the process of functional control of IP parameters in the plates; high manufacturing costs associated with a low degree of reliability, which is provided due to the complexity of the design in connection with the use of additional redundancy; low maintainability associated with the need to manufacture an additional individual photomask, allowing for repairs; unsatisfactory weight and size indicators associated with the need for redundancy and the introduction of additional self-testing schemes; low efficiency of using the volume of the material of the crystal carrier.

Наиболее близким по технической сущности решением является конструкция большой интегральной схемы, описание которой представлено в патентных материалах [2] . The closest solution in technical essence is the design of a large integrated circuit, the description of which is presented in patent materials [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, в качестве основания которого 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 МКМ. Тело контактирования выполнено из меди и для обеспечения компенсации механических напряжений, возникающих при проведении процессов монтажа и пайки, нижняя часть тела контактирования отделена от объема материала основания слоями поликристаллического кремния, выполняющего функции демпфирующего элемента конструкции (спейсора). Физический контакт контактных площадок смонтированных кристаллов элементов конструкции и тел контактирования осуществлен методами пайки, что гарантирует высокую надежность микросборок и МКМ. In the well-known LSI design, in order to reduce the length of the connecting conductors, as well as expand the range of used ICs, the installation of monolithic IC crystals and other MEA components is carried out by the inverted crystal method using contact bodies, which are an integral part of the multi-level switching carrier system, the base of which is a single-crystal silicon plate n-type conductivity. In this case, the working surfaces of the base of the crystalline carrier are oriented in the direction of the crystallographic plane (100), and the lower part of the contact bodies is buried in the volume of the base material and forms a mechanically durable dovetail connection with the latter, which ensures high maintainability of microassemblies and MKM. The contact body is made of copper and in order to compensate for mechanical stresses arising during installation and soldering processes, the lower part of the contact body is separated from the volume of the base material by layers of polycrystalline silicon, which acts as a damping structural element (spacer). Physical contact of the contact pads of the mounted crystals of the structural elements and the contacting bodies is carried out by soldering, which guarantees high reliability of microassemblies and MKM.

К числу основных недостатков известной конструкции большой интегральной схемы, принятой за прототип, следует отнести: необходимость прецизионного позицирования кристаллов монтируемых элементов конструкции, что требует использования дорогостоящего и сложного в эксплуатации комплекса оборудования технического зрения или разработки высокопрецизионного комплекта оптического оборудования с большой глубиной резкости и оптического зеркального оборудования; трудности проведения контрольных операций в местах пайки, что требует разработки прецизионного оборудования и использования труда высококвалифицированного технического персонала, имеющего большой опыт практической работы; низкую плотность размещения кристаллов смонтированных компонентов МЭА в силу того, что для монтажа использована только одна сторона основания кристаллоносителя; низкую эффективность использования объема материала основания кристаллоносителя, так как последнее выполняет чисто пассивные функции, является несущим основанием микросборок или МКМ; затруднен процесс отвода выделяемой в процессе работы тепловой энергии, так как смонтированные кристаллы элементов конструкции не имеют непосредственного физического контакта с поверхностью основания кристаллоносителя; затруднен процесс автоматизированного монтажа и сборки кристаллов элементов конструкции, что связано с трудностями разработки специализированного оборудования, в комплект которого входят комплекты оборудования средств технического зрения или комплекты высокопрецизионного оптического оборудования с большой глубиной резкости, а также высококачественное оптическое оборудование, работающее на эффекте зеркального отображения, и специализированное оборудование и приспособления; высокая себестоимость изготовления, связанная с использованием дорогостоящего высокопрецизионного оборудования и труда высококвалифицированного технического и обслуживающего персонала, а также выпуском изделий мелкими сериями. The main disadvantages of the known design of a large integrated circuit adopted as a prototype include: the need for precise positioning of crystals of mounted structural elements, which requires the use of an expensive and difficult to operate complex of technical vision equipment or the development of a high-precision set of optical equipment with a large depth of field and optical mirror equipment; difficulties in conducting control operations at soldering sites, which requires the development of precision equipment and the use of labor of highly qualified technical personnel with extensive experience in practical work; low density of crystals of the mounted MEA components due to the fact that only one side of the base of the crystal carrier was used for installation; low efficiency of using the volume of the material of the base of the crystal carrier, since the latter performs purely passive functions, is the supporting base of microassemblies or MKM; the process of removing the thermal energy released during the operation is difficult, since the mounted crystals of the structural elements do not have direct physical contact with the surface of the base of the crystal carrier; the process of automated installation and assembly of crystals of structural elements is complicated, which is associated with difficulties in developing specialized equipment, which includes sets of equipment for technical vision equipment or sets of high-precision optical equipment with a large depth of field, as well as high-quality optical equipment that works on the effect of mirror imaging, and specialized equipment and devices; high manufacturing costs associated with the use of expensive high-precision equipment and labor of highly qualified technical and service personnel, as well as the production of products in small batches.

Вышеперечисленные недостатки известной конструкции большой интегральной схемы, принятой за прототип, существенным образом затрудняют использование известной конструкции в качестве базового конструктивного элемента для создания узлов и блоков, применяемых в конструкциях электронных (ЭНЧ) и электромеханических (ЭМНЧ) наручных часов со встроенным радиопередатчиком, предназначенным для автоматической подстройки времени, персональных компьютеров (ПК), автоматизированных рабочих мест (АРМ) на основе персональных ЭВМ, устройств отображения информации на ЖК-индикаторных панелях и других изделий общепромышленного, бытового и специального назначения, где предъявляются жесткие требования к надежности, потреблению и массогабаритным показателям, а также к быстродействию. The above disadvantages of the known design of a large integrated circuit adopted for the prototype significantly complicate the use of the known design as a basic structural element for creating assemblies and units used in the construction of electronic (ELF) and electromechanical (ELM) watches with a built-in radio transmitter designed for automatic time adjustment, personal computers (PCs), workstations (AWS) based on personal computers, display devices information Ia on the LCD display panels and other products for general industrial, household and special purpose, where there are stringent requirements for reliability, consumption and weight and size, as well as speed.

Целью изобретения является повышение плотности размещения элементов конструкции при одновременном повышении надежности устройства за счет более эффективного использования объема материала полупроводникового основания и осуществление возможности автоматизации процессов монтажа элементов конструкции. The aim of the invention is to increase the density of structural elements while increasing the reliability of the device due to more efficient use of the volume of material of the semiconductor base and the possibility of automating the installation processes of structural elements.

Цель достигается тем, что в большой интегральной схеме, содержащей кристаллоноситель, включающий основание, выполненное в виде пластины монокристаллического полупроводникового материала первого типа проводимости, 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 содержит дополнительно многоуровневую коммутационную систему с телами контактирования, образующую посредством сквозных токопроводящих каналов, представляющих собой области полупроводникового материала второго типа проводимости, с многоуровневой коммутационной системой, размещенной на противоположной поверхности основания кристаллоносителя, единую коммутационную систему кристаллоносителя, и кристаллодержатели, размещенные на обеих поверхностях основания кристаллоносителя и выполненные из пластин механически прочного монокристаллического полупроводникового материала, рабочие поверхности которых ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100), а коэффициенты термического расширения материалов кристаллодержателей близки по величине к коэффициенту термического расширения материала 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} , причем на каждой поверхности основания кристаллоносителя сформировано не менее четырех направляющих выступов для каждого кристаллодержателя, выполненных в виде усеченных пирамид, боковые грани которых представляют собой наборы равнобочных трапеций, образованных семейством кристаллографических плоскостей { 111} , в объеме материала кристаллодержателей сформированы соответствующие глухие отверстия, конформно воспроизводящие форму и геометрические размеры направляющих выступов основания кристаллоносителя и расположенные непосредственно над последними. The goal is achieved in that in a large integrated circuit containing a crystalline carrier, including a base made in the form of a plate of a single-crystal semiconductor material of the first type of conductivity, the working surfaces of which are oriented in the direction of the crystallographic plane (100), and a multilevel switching system with contact bodies forming familiarity for monolithic integrated circuit crystals mounted by the inverted crystal method, the device further comprises a multi-level a switching system with contacting bodies, which is formed by through conductive channels representing regions of a semiconductor material of the second type of conductivity, with a multi-level switching system located on the opposite surface of the crystal carrier base, a single crystal carrier switching system, and crystal holders placed on both surfaces of the crystal carrier base and made of plates of mechanically durable single-crystal semiconductor mat rial, the working surfaces of which are oriented in the direction of the crystallographic plane (100), and the thermal expansion coefficients of the crystal holder materials are close in magnitude to the coefficient of thermal expansion of the crystal carrier material, the side faces of the through holes of the crystal holders conformally reproducing the shape and geometric dimensions of the mounted crystals of the structural elements are sets isosceles trapezoid formed by the families of crystallographic planes {111}, at least four guiding protrusions for each crystal holder are formed on each surface of the base of the crystal carrier, made in the form of truncated pyramids, the side faces of which are sets of isosceles trapezoidal, formed by the family of crystallographic planes {111}, corresponding blind holes are formed in the volume of the material of the crystal holders, conformally reproducing the shape and geometric dimensions of the guide projections of the base of the crystal carrier and located directly over the last.

П. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности позицирования кристаллодержателей, основанием направляющих выступов кристаллоносителя служит квадрат с длиной стороны основания в 5-10 раз меньше длины основания кристаллодержателя. P. 2. The device according to p. 1, characterized in that, in order to simplify the design and improve the accuracy of positioning of the crystal holders, the base of the guiding protrusions of the crystal carrier is a square with a side length of the base 5-10 times less than the length of the base of the crystal holder.

На чертеже представлен поперечный вертикальный разрез структуры большой интегральной схемы. The drawing shows a transverse vertical section of the structure of a large integrated circuit.

Большая интегральная схема содержит пластину 1 монокристаллического кремния n-типа проводимости, выполняющую функции основания кристаллоносителя, сигнальные шины первого 2 и второго 3 уровней металлизации, слои межслойного диэлектрика 4, слои изолирующего диэлектрика 5 на поверхности основания кристаллоносителя, контактные окна 6 в слоях изолирующего диэлектрика, диффузионные области 7 и 12 р⁺-типа проводимости, сквозные токопроводящие каналы 8 р⁺-типа проводимости, контактные площадки 9, сформированные в верхнем уровне металлизации, тела 10 контактирования, нижние части 11 тел контактирования, полые тела 13, сформированные в объеме материала основания кристаллоносителя, слои поликристаллического кремния 14, слои защитного диэлектрика 15 на поверхности коммутационных систем основания кристаллоносителя, направляющие выступы 16 основания кристаллоносителя, основание 17 направляющего выступа, кристаллодержатели 18 и 19, размещенные с обеих сторон основания кристаллоносителя, глухие отверстия 20 и 21 кристаллодержателей, основание 22 глухого отверстия, слои диэлектрика 23 на поверхности кристаллодержателй, сквозные отверстия 24 и 25 кристаллодержателей, боковые грани 26 и 27 сквозных отверстий кристаллодержателей, кристаллы монолитных ИС 28 и других компонентов МЭА 29, боковые грани 30 кристаллов элементов конструкции, основания 31 и 32 монтируемых кристаллов элементов конструкции, слои защитного диэлектрика 33 на поверхности коммутационных систем монтируемых кристаллов, контактные площадки 34 коммутационных систем монтируемых кристаллов, контактные окна 35 в слоях межслойного диэлектрика.The large integrated circuit contains a plate 1 of n-type monocrystalline silicon that functions as the base of the crystal carrier, signal buses of the first 2 and second 3 metallization levels, layers of the interlayer dielectric 4, layers of the insulating dielectric 5 on the surface of the base of the crystal carrier, contact windows 6 in the layers of the insulating dielectric, diffusion regions of 7 and 12 p ⁺ conductivity type, through conductive channels of 8 p ⁺ conductivity type, contact pads 9 formed in the upper metallization level, bodies a contacting 10, the lower parts 11 of the contacting bodies, hollow bodies 13 formed in the volume of the material of the base of the crystal carrier, layers of polycrystalline silicon 14, layers of a protective dielectric 15 on the surface of the switching systems of the base of the crystal carrier, the guide projections 16 of the base of the crystal carrier, the base 17 of the guide protrusion, the crystal holder 18 and 19, placed on both sides of the base of the crystal carrier, blind holes 20 and 21 of the crystal holders, base 22 of the blind hole, layers of dielectric 23 on top crystal holders, through holes 24 and 25 of the crystal holders, side faces 26 and 27 of the through holes of the crystal holders, crystals of monolithic IC 28 and other MEA components 29, side faces 30 of the crystals of the structural elements, bases 31 and 32 of the mounted crystals of the structural elements, protective dielectric layers 33 on surfaces of switching systems of mounted crystals, contact pads 34 switching systems of mounted crystals, contact windows 35 in layers of an interlayer dielectric.

Далее приведены примеры практической реализации предлагаемой конструкции большой интегральной схемы. The following are examples of the practical implementation of the proposed design of a large integrated circuit.

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, рабочие поверхности которой ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100), сформированы многоуровневые коммутационные системы, представляющие собой чередование слоев проводящего материала первого 2 и второго 3 уровней металлизации, в качестве материала которых использованы слои проводящих металлов или силицидов тугоплавких металлов толщиной от 300 нм до 3,0-5,0 мкм, в большинстве практических случаев использования применяют слои меди и алюминия с различными технологическими подслоями, предотвращающими процессы электромиграции и улучшающие адгезионные свойства проводящих металлов, и слоев межслойного диэлектрика 4, в качестве материала которого использованы пленки на основе двуокиси кремния толщиной от 500 нм до 2,5 мкм, а также слоем защитного изолирующего диэлектрика 15, в качестве материала которого использованы слои на основе двуокиси кремния и/или нитрида кремния толщиной от 650 нм до 2,5 мкм. Проводящие шины первого 2 и второго 3 уровней металлизации отделены от материала основания 1 кристаллоносителя слоями 5 изолирующего диэлектрика, представляющего собой слои двуокиси кремния толщиной от 500 нм до 2,5 мкм, в которых методами фотолитографии сформированы контактные окна 6, посредством которых осуществляется контактирование к диффузионным областям 7 и 12 р⁺-типа проводимости, выполняющих функции приконтактных областей. кремния толщиной от 650 нм до 2,5 мкм. Проводящие шины первого 2 и второго 3 уровней металлизации отделены от материала основания 1 кристаллоносителя слоями 5 изолирующего диэлектрика, представляющего собой слои двуокиси кремния толщиной от 500 нм до 2,5 мкм, в которых методами фотолитографии сформированы контактные окна 6, посредством которых осуществляется контактирование к диффузионным областям 7 и 12 р⁺-типа проводимости, выполняющих функции приконтактных областей.PRI me R 1. On the basis of 1 crystal carrier, which is a plate of single-crystal silicon 100 KEF 4,5 (100) -480 that meets the requirements of ETO. 035.217 TU or ETO. 035.245 STU, the working surfaces of which are oriented in the direction of the crystallographic plane (100), multilevel switching systems are formed, which are alternating layers of conductive material of the first 2 and second 3 metallization levels, the material of which is used as layers of conductive metals or silicides of refractory metals with a thickness of 300 nm or more up to 3.0-5.0 microns, in most practical cases, use layers of copper and aluminum with various technological sublayers that prevent the process electromigration and improving the adhesive properties of conductive metals and layers of the interlayer dielectric 4, the material of which is used films based on silicon dioxide with a thickness of 500 nm to 2.5 μm, as well as a layer of protective insulating dielectric 15, the material of which the layers are used on based on silicon dioxide and / or silicon nitride with a thickness of 650 nm to 2.5 microns. The conductive busbars of the first 2 and second 3 metallization levels are separated from the base material 1 of the crystal carrier by layers 5 of an insulating dielectric, which are silicon dioxide layers with a thickness of 500 nm to 2.5 μm, in which contact windows 6 are formed by photolithography, through which contact is made to diffusion areas 7 and 12 p ⁺ -type conductivity, performing the functions of the contact areas. silicon with a thickness of 650 nm to 2.5 microns. The conductive busbars of the first 2 and second 3 metallization levels are separated from the base material 1 of the crystal carrier by layers 5 of an insulating dielectric, which are silicon dioxide layers with a thickness of 500 nm to 2.5 μm, in which contact windows 6 are formed by photolithography, through which contact is made to diffusion areas 7 and 12 p ⁺ -type conductivity, performing the functions of the contact areas.

В объеме материала основания 1 кристаллоносителя методами электротермодиффузии атомов алюминия сформированы сквозные токопроводящие каналы 8, представляющие собой области монокристаллического кремния р⁺-типа проводимости с концентрацией атомов легирующей примеси на уровне 8,2 х 10¹⁸-6,8 х 10²¹ см^-3 и отделенные от основного материала основания 1 р-n-переходами. При этом сквозные проводящие каналы 8 пронизывают весь объем материала основания 1, выходя непосредственно на приконтактные области 7 и 12 р⁺-типа проводимости, размещенные на обеих сторонах основания 1 кристаллоносителя, образуя с последними конструктивно единое целое, обеспечивая надежную коммутацию многоуровневых коммутационных систем, расположенных на обеих поверхностях основания, создавая при этом оптимальные условия для реализации возможности параллельной обработки информационных сигналов, что в значительной мере повышает быстродействие, а также способствует расширению функциональных возможностей устройства в целом.Through the material of the base 1 of the crystal carrier, through conductive channels 8 were formed by the methods of electrothermodiffusion of aluminum atoms, which are regions of p ^- type single crystal silicon with a concentration of dopant atoms at the level of 8.2 x 10 ¹⁸ -6.8 x 10 ²¹ cm ^-3 and Separated from the base material by 1 pn junctions. In this case, through conductive channels 8 penetrate the entire volume of the material of the base 1, going directly to the contact areas 7 and 12 of the p ⁺ type of conductivity located on both sides of the base 1 of the crystal carrier, forming a structurally integrated whole with the latter, providing reliable switching of multilevel switching systems located on both surfaces of the base, while creating optimal conditions for realizing the possibility of parallel processing of information signals, which significantly increases the speed action, and also helps to expand the functionality of the device as a whole.

Топологические размеры сквозных проводящих каналов 8 определяются как 40,0 х 40,0 мкм при протяженности, определяемой толщиной исходной пластины монокристаллического кремния 1, которая для пластин 100 КЭФ 4,5(100)-480 определяется в соответствии с требованиями ЕТО. 035.217 ТУ как 450-480 мкм и обеспечивает величину сопротивления каналов на уровне 6,0-10,0 Ом. The topological dimensions of the through conductive channels 8 are defined as 40.0 x 40.0 μm with a length determined by the thickness of the initial single-crystal silicon wafer 1, which for plates 100 KEF 4.5 (100) -480 is determined in accordance with the requirements of the ETO. 035.217 TU as 450-480 microns and provides a channel resistance value of 6.0-10.0 Ohms.

В верхнем уровне 3 металлизации многоуровневых коммутационных систем, размещенных на обеих поверхностях основания, сформированы контактные площадки 9, на поверхности которых сформированы объемные тела 10 контактирования, являющиеся неотъемлемой частью многоуровневых систем кристаллоносителя. Нижняя часть 11 тел контактирования заглублена в объем материала основания 1 и образует с последним механически прочное соединение типа "ласточкин хвост" за счет специфической формы, которая представляет собой незавершенный тетрагексаэдр. При этом в объеме материала 12 кремния р⁺-типа проводимости сформировано полое тело 13, которое конформно воспроизводят форму и геометрические размеры нижней части 11 тела контактирования, а грани, ограничивающие полое тело 13, представляют собой наборы равнобочных треугольников или равнобочных трапеций, образованных семействами кристаллографических плоскостей { 111} . Нижняя часть 11 тела контактирования отделена от объема материала основания 1 слоями поликристаллического кремния 14 р⁺-типа проводимости. Такая конструкция обеспечивает возможность компенсации механических напряжений, возникающих из-за наличия термических или механических воздействий при проведении процессов монтажа и пайки монтируемых кристаллов элементов конструкции. Слои поликристаллического кремния 14 выполняют функции демпфирующего элемента конструкции (спейсора). Предлагаемая конструкция большой интегральной схемы позволяет не только проводить замену и ремонт вышедших из строя в процессе эксплуатации кристаллов, но и проводить комплексные испытания устройства в целом, выявление потенциально ненадежных компонентов МЭА, а также приборов, характеристики которых не удовлетворяют требованиям расчетных параметров, за счет чего в значительной степени могут быть снижены эксплуатационные расходы.In the upper metallization level 3 of multilevel switching systems located on both surfaces of the base, contact pads 9 are formed on the surface of which volumetric contacting bodies 10 are formed, which are an integral part of multilevel crystal carrier systems. The lower part 11 of the contact bodies is buried in the volume of the base material 1 and forms a mechanically durable dovetail connection with the latter due to the specific shape, which is an incomplete tetrahexahedron. In this case, a hollow body 13 is formed in the volume of the silicon material 12 of the p ⁺ type of conductivity, which conformally reproduces the shape and geometric dimensions of the lower part 11 of the contacting body, and the faces bounding the hollow body 13 are sets of isosceles triangles or isosceles trapezoid formed by families of crystallographic planes {111}. The lower part 11 of the contacting body is separated from the volume of the base material 1 by layers of polycrystalline silicon 14 p ⁺ -type conductivity. This design provides the ability to compensate for mechanical stresses arising due to the presence of thermal or mechanical stresses during the installation and soldering processes of mounted crystals of structural elements. Layers of polycrystalline silicon 14 perform the functions of a damping structural element (spacer). The proposed design of a large integrated circuit allows not only to replace and repair crystals that have failed during operation, but also conduct complex tests of the device as a whole, identifying potentially unreliable components of the MEA, as well as devices whose characteristics do not satisfy the requirements of the design parameters, due to which operating costs can be greatly reduced.

Поверхности многоуровневых коммутационных систем, размещенных на обеих поверхностях основания 1 кристаллоносителя, защищены слоями изолирующего диэлектрика 15, в качестве материала которого использованы композиции слоев двуокиси кремния и нитрида кремния общей толщиной от 500 нм до 2,5 мкм. The surfaces of multilevel switching systems located on both surfaces of the base 1 of the crystal carrier are protected by layers of insulating dielectric 15, the material of which is used as a composition of layers of silicon dioxide and silicon nitride with a total thickness of 500 nm to 2.5 μm.

На обеих поверхностях основания 1 сформировано по крайней мере по четыре направляющих выступа 16 для каждого кристаллодержателя, представляющие собой усеченные пирамиды, боковые грани которых представляют собой равнобочные трапеции, образованные семействами кристаллографических плоскостей { 111} , основаниями служат квадраты с длиной стороны а = 40,0 мкм, образованные кристаллографическими плоскостями (100). Это относится к меньшему по площади основанию 17. Высота направляющих выступов 16 может лежать в диапазоне величин от нескольких микрометров до нескольких десятков микрометров, все зависит от назначения данного многокристального модуля (МКМ). Необходимым условием является выполнение соотношения:
Н_{нап.выступ.} = 2,5 Н_{ком.системы}, (1) где Н_{нап.выступ.} - высота направляющего выступа основания, мкм;
Н_{ком.системы} - общая толщина слоев коммутационной системы, мкм.At least four guiding protrusions 16 are formed on both surfaces of the base 1 for each crystal holder, which are truncated pyramids, the lateral faces of which are isosceles trapezoidal, formed by the families of crystallographic planes {111}, the bases are squares with side length a = 40.0 microns formed by crystallographic planes (100). This refers to a smaller base 17. The height of the guide protrusions 16 may lie in the range of values from several micrometers to several tens of micrometers, it all depends on the purpose of this multi-chip module (MCM). A necessary condition is the fulfillment of the ratio:
N _Nap. = 2.5 N _kom.sistemy , (1) where N _{nap. Ledge.} - the height of the guide protrusion of the base, microns;
N _kom.sistemy - the total thickness of the layers of the switching system, microns.

На поверхностях основания 1 кристаллоносителя непосредственно на поверхности защитного диэлектрика 15 смонтированы кристаллодержатели 18 и 19, размещенные на обеих поверхностях основания. При этом кристаллодержатели 18 и 19 выполнены из пластин монокристаллического кремния 100 КЭФ 4,5(100)-480, отвечающего требованиям ЕТО. 035.217 ТУ или ЕТО. 035.245 СТУ, рабочие поверхности которых ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100). На поверхностях кристаллодержателей 18 и 19, обращенных непосредственно к поверхностям основания 1, сформированы окна, через которые методами анизотропного травления созданы глухие отверстия 20 и 21, размещенные непосредственно над направляющими выступами 16 основания кристаллоносителя. Глухие отверстия предназначены для размещения направляющих выступов 16 и поэтому конформно воспроизводят форму и геометрические размеры соответствующих направляющих выступов. При этом в силу используемых методов планарной технологии в сочетании с методами анизотропного травления пластин монокристаллического кремния с кристаллографической ориентацией (100) удается не только точно воспроизвести форму и геометрические размеры элементов конструкции 16, 20 и 21, но и с большой точностью воспроизвести местоположение центров соответствующих оснований направляющих выступов 16. Так как вышеперечисленные элементы позицирования получены с использованием методов анизотропного травления пластин монокристаллического кремния с кристаллографической ориентацией (100), то углы, образованные боковыми гранями как направляющих выступов 16, так соответствующих глухих отверстий 20 и 21, совпадают до сотых долей градуса и определяются как 54,75^о, в силу чего обеспечивается прецизионность монтажа кристаллодержателей 18 и 19 на поверхность основания 1 кристаллоносителя без использования дорогостоящих высокопрецизионных комплексов технического зрения или оптического оборудования с большой глубиной резкости, а также оптического зеркального оборудования с высокой разрешающей способностью. Таким образом появилась возможность реализации принципов автоматизированного монтажа кристаллодержателей на поверхности основания кристаллоносителя без использования оптического оборудования. При этом направляющие выступы 16 размещаются в объемах, ограниченных боковыми гранями глухих отверстий 20 и 21 кристаллодержателей 18 и 19. На боковых гранях глухих отверстий 20 и 21 сформированы слои диэлектрического материала 23, который защищает и всю остальную поверхность рельефа кристаллодержателя. Толщина этого слоя лежит в пределах от 500 нм до 2,5 мкм, в качестве материала этого слоя использованы слои двуокиси кремния, легированные атомами германия, которые, диффундируя в объем материала слоя 15 изолирующего диэлектрика основания 1 за счет создания легкоплавких стекол, позволяют фиксировать положение кристаллодержателей 18 и 19 относительно поверхности основания кристаллоносителя. В силу того, что и кристаллодержатели 18 и 19 и кристаллоноситель 1 выполнены из одного и того же материала, то проблем согласования составных частей конструкции по значениям коэффициентов термического расширения (КТР) материалов не существует, что в значительной степени гарантирует механическую целостность и надежность конструкции устройства в течение всего срока эксплуатации. Кроме того, за счет чисто механического соединения обеспечивается повышенная механическая прочность конструкции, т. е. за счет увеличения общей толщины конструкции.On the surfaces of the base 1 of the crystal carrier directly on the surface of the protective dielectric 15 mounted crystal holders 18 and 19, placed on both surfaces of the base. At the same time, the crystal holders 18 and 19 are made of 100 KEF 4.5 (100) -480 single-crystal silicon wafers, which meets the ETO requirements. 035.217 TU or ETO. 035.245 STU, the working surfaces of which are oriented in the direction of the crystallographic plane (100). On the surfaces of the crystal holders 18 and 19, directly facing the surfaces of the base 1, windows are formed through which blind holes 20 and 21 are created by anisotropic etching, located directly above the guide projections 16 of the base of the crystal carrier. Blind holes are designed to accommodate the guide projections 16 and therefore conformally reproduce the shape and geometric dimensions of the respective guide projections. Moreover, due to the methods of planar technology used in combination with the methods of anisotropic etching of single-crystal silicon wafers with a crystallographic orientation of (100), it is possible not only to accurately reproduce the shape and geometric dimensions of structural elements 16, 20 and 21, but also to accurately reproduce the location of the centers of the corresponding bases guiding projections 16. Since the above positioning elements are obtained using anisotropic etching of single crystal wafers emniya with the crystallographic orientation (100), the angles formed by both side faces of the guide projections 16, so the respective blind holes 20 and 21 coincide to a hundredth of a degree are defined as 54.75 and ^about, whereby the precision provided by mounting chip carriers 18 and 19 on the surface of the base 1 of the crystal carrier without the use of expensive high-precision complexes of technical vision or optical equipment with a large depth of field, as well as optical specular equipment with a high resolution depleting capacity. Thus, it became possible to implement the principles of automated installation of crystal holders on the surface of the base of the crystal carrier without the use of optical equipment. In this case, the guide projections 16 are placed in volumes limited by the side faces of the blind holes 20 and 21 of the crystal holders 18 and 19. On the side faces of the blind holes 20 and 21, layers of dielectric material 23 are formed, which protects the entire remaining surface of the crystal holder relief. The thickness of this layer ranges from 500 nm to 2.5 μm, as the material of this layer, silicon dioxide layers doped with germanium atoms are used, which, diffusing into the volume of the material of layer 15 of the insulating dielectric of base 1 due to the creation of low-melting glasses, allow fixing the position crystal holders 18 and 19 relative to the surface of the base of the crystal carrier. Due to the fact that both the crystal holders 18 and 19 and the crystal carrier 1 are made of the same material, there are no problems of matching the components of the structure with the values of the thermal expansion coefficients (CTE) of the materials, which largely guarantees the mechanical integrity and reliability of the device design during the entire period of operation. In addition, due to the purely mechanical connection, increased mechanical strength of the structure is ensured, i.e., by increasing the overall thickness of the structure.

В объемах материалов кристаллодержателей 18 и 19 непосредственно над областями знакомест, образуемыми в определенных сочетаниях телами 10 контактирования, сформированы сквозные отверстия 24 и 25, боковые грани 26 и 27 которых представляют собой наборы равнобочных трапеций, образованные семействами кристаллографических плоскостей { 111} . При этом сквозные отверстия 24 и 25 кристаллодержателей 18 и 19 выполняют функции посадочных мест кристаллов, монтируемых методом перевернутого кристалла кристаллов монолитных ИС 28 и других компонентов МЭА 29, обеспечивающих работоспособность устройства в целом. Кристаллы 28 и 29 представляют собой усеченные пирамиды, боковые грани 30 которых представляют собой наборы равнобочных трапеций, образованных семействами кристаллографических плоскостей { 111} , а основания 31 и 32, выполненные в виде четырехугольных прямоугольников, образованы кристаллографическим плоскостями (100). При этом на меньшем по площади основании 31 сформированы физические слои ИС и других компонентов МЭА, в частности слои изолирующего диэлектрика 33 и контактные площадки 34 коммутационных систем монтируемых кристаллов 28 и 29. В качестве материала подложек кристаллов 28 и 29 использованы пластины монокристаллического кремния 100 КЭФ 4,5(100)-480, обладающие коэффициентом термического расширения (КТР), близким КТР материалов кристаллодержателей 18 и 19. В силу этого отпадает необходимость в согласовании всех частей конструкции по КТР, что гарантирует надежность конструкции и ее механическую и конструкционную целостность во время всего срока эксплуатации. Through the volumes of materials of the crystal holders 18 and 19 immediately above the regions of familiarity formed in certain combinations by the contacting bodies 10, through holes 24 and 25 are formed, the side faces 26 and 27 of which are sets of isosceles trapezoidal formed by the families of crystallographic planes {111}. In this case, the through holes 24 and 25 of the crystal holders 18 and 19 perform the functions of seats of crystals mounted by the inverted crystal method of crystals of monolithic IC 28 and other components of the MEA 29, ensuring the operability of the device as a whole. Crystals 28 and 29 are truncated pyramids, the side faces 30 of which are sets of isosceles trapeziums formed by families of crystallographic planes {111}, and bases 31 and 32, made in the form of quadrangular rectangles, are formed by crystallographic planes (100). Moreover, on a smaller base 31, physical layers of IC and other MEA components are formed, in particular, insulating dielectric layers 33 and contact pads 34 of switching systems of mounted crystals 28 and 29. Single crystal silicon 100 KEF plates 4 were used as the substrate material of crystals 28 and 29 , 5 (100) -480, having a coefficient of thermal expansion (CTE) close to the CTE of the materials of the crystal holders 18 and 19. Therefore, there is no need to coordinate all parts of the structure for the CTE, which guarantees ezhnost structure and its mechanical and structural integrity during the entire period of operation.

Тела 10 контактирования оказываются размещенными в объемах, ограниченных боковыми гранями сквозных отверстий 24 и 25, тем самым обеспечивается целостность конструкции тел контактирования как во время процессов монтажа кристаллов в сквозные отверстия кристаллодержателей, так и во время проведения операций пайки. The contacting bodies 10 are placed in volumes limited by the side faces of the through holes 24 and 25, thereby ensuring the integrity of the design of the contacting bodies both during the installation of crystals into the through holes of the crystal holders and during soldering operations.

Боковые грани как сквозных отверстий кристаллодержателей, так и соответствующих кристаллов, монтируемых в сквозные отверстия образуют с плоскостями оснований угол наклона, равный 54,75^о, что представляет возможность использовать боковые грани сквозных отверстий в качестве направляющих при проведении процессов монтажа кристаллов 28 и 29 в сквозные отверстия 24 и 25. При этом площадь окна сквозного отверстия 24 и 25 кристаллодержателя всегда больше площади основания 31 кристаллов 28 и 29, что позволяет реализовать принципы автоматизированного монтажа кристаллов в сквозные отверстия кристаллодержателей, обеспечивая при этом так называемую "бесшовную" сборку.The side faces of the through holes as the chip carriers and the respective crystals, mounted in through-holes formed with the planes of the bases angle equal to ^about 54.75, which is able to use the side faces of the through holes as guides during the mounting process of crystals 28 and 29 through holes 24 and 25. The window area of the through hole 24 and 25 of the crystal holder is always larger than the base area of 31 crystals 28 and 29, which allows the principles of automated the assembly of crystals into the through holes of the crystal holders, while ensuring the so-called "seamless" assembly.

Боковые грани 26 и 27 сквозных отверстий 24 и 25 кристаллодержателей 18 и 19 защищены слоями диэлектрического материала 23, легированного атомами германия, что позволяет проводить фиксирование положение кристаллов 28 и 29 в сквозных отверстиях 24 и 25 за счет образования легкоплавких стекол на основе окислов германия. The lateral faces 26 and 27 of the through holes 24 and 25 of the crystal holders 18 and 19 are protected by layers of dielectric material 23 doped with germanium atoms, which allows fixing the position of crystals 28 and 29 in the through holes 24 and 25 due to the formation of fusible glasses based on germanium oxides.

Контактные площадки 34 коммутационных систем кристаллов 28 и 29 находятся в непосредственном физическом контакте с верхними частями тел 10 контактирования, образуя с последними конструктивно единое целое и обеспечивая надежный электрический контакт соответствующих контактных площадок 34 с контактными площадками 9 объединенной коммутационной системы кристаллоносителя. За счет протекания процессов пайки образуется единая электропроводящая система, объединяющая коммутационные системы всех смонтированных кристаллов в единую коммутационную систему кристаллоносителя, за счет такого объединения получено новое функционально законченное устройство ИЭТ и РЭА, размещенное на едином основании 1 с расширенными функциональными возможностями и новыми потребительскими качествами: возможностью реализации параллельной обработки информационных сигналов и двухсторонним монтажом кристаллов монолитных ИС. The contact pads 34 of the switching crystal systems 28 and 29 are in direct physical contact with the upper parts of the contacting bodies 10, forming a structurally integrated whole with the latter and providing reliable electrical contact of the corresponding contact pads 34 with the contact pads 9 of the integrated crystal carrier switching system. Due to the flow of soldering processes, a single electrically conductive system is formed that combines the switching systems of all mounted crystals into a single switching system of the crystal carrier, due to this combination, a new functionally complete device of IET and CEA is obtained, placed on a single base 1 with expanded functionality and new consumer qualities: the opportunity implementation of parallel processing of information signals and two-sided installation of monolithic IC crystals.

П р и м е р 2. Конструкция БИС аналогична конструкции БИС, описание которой представлено в материалах примера 1, за исключением того, что в качестве материала подложек монолитных ИС 28 использованы пластины полупроводниковых материалов с кристаллической решеткой типа алмаза, рабочие поверхности которых ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100), например германий, арменид галлия и т. п. EXAMPLE 2. The design of the LSI is similar to the design of the LSI described in the materials of example 1, except that as the substrate material of the monolithic IC 28, wafers of semiconductor materials with a crystal lattice such as diamond are used, the working surfaces of which are oriented in the direction the crystallographic plane (100), for example, germanium, gallium armenide, etc.

П р и м е р 3. Конструкция БИС аналогична конструкции БИС, описание которой представлено в материалах примера 1, за исключением того, что в качестве материала подложек монолитных ИС 28 наряду с пластинами монокристаллического кремния используются пластины других полупроводниковых материалов, имеющих кристаллическую решетку типа алмаза, и рабочие поверхности которых ориентированы в направлении кристаллографической плоскости (100). Example 3. The design of the LSI is similar to the design of the LSI described in the materials of example 1, except that as the substrate material of monolithic ICs 28, along with wafers of single-crystal silicon, wafers of other semiconductor materials having a diamond type crystal lattice are used. , and the working surfaces of which are oriented in the direction of the crystallographic plane (100).

При этом линейные соотношения предлагаемой конструкции большой интегральной схемы связаны соотношениями:
Н_{нап.выступ.} = 2,5 Н_{ком.системы.}; (1)
Н_{гл.отвер.} = Н_{ком.системы} + Н_{нап.выступ.} +
+ Н _д/сл.23; (2)
I_кр = I_кр.дер.- 1,41(Н_кр.дер. - Н_тела _{контак.}), (3) где Н_{нап.выступ.} - высота направляющего выступа основания, мкм;
Н_{ком.системы} - общая толщина слоев коммутационной системы, сформированной на одной из поверхностей основания, мкм;
Н_{гл.отвер.} - глубина глухого отверстия кристаллодержателя, мкм;
Н_д/сл.23 - толщина слоя защитного диэлектрика на поверхности рельефа кристаллодержателя, мкм;
I_кр - топологический размер кристалла монтируемого элемента конструкции, мкм;
I_кр.дер. - топологический размер окна сквозного отверстия кристаллодержателя, мкм;
Н_кр.дер. - толщина пластины кристаллодержателя, мкм;
Н_тела _{контак.} - высота тела контактирования кристаллоносителя, мкм.Moreover, the linear relations of the proposed design of a large integrated circuit are related by the relations:
N _Nap. = 2.5 N _com.system. ; (1)
H _{gl. Hole.} = N _com.system + H _{nap. Ledge.} +
+ N _{d / sl} ; ₂₃ ; (2)
I _cr = I _cr. - 1.41 (N _{cr. Der.} - N _{of the} _contact _body _. ), (3) where N is the _protrusion. - the height of the guide protrusion of the base, microns;
N _kom.sistemy - the total thickness of the layers of the switching system formed on one of the surfaces of the base, microns;
H _{gl. Hole.} - depth of the blind hole of the crystal holder, microns;
N _{d / sl.23} - the thickness of the protective dielectric layer on the surface of the relief of the crystal _holder , microns;
I _cr - the topological crystal size of the mounted structural member, microns;
I _cr. - topological window size of the through hole of the crystal holder, microns;
N _cr. - thickness of the crystal holder plate, microns;
N _body _contact. - the height of the contact body of the crystal carrier, microns.

Большая интегральная схема предлагаемой конструкции работает следующим образом. A large integrated circuit of the proposed design works as follows.

По сигнальным шинам первого 2 и второго 3 уровней металлизации коммутационной системы кристаллоносителя, а также по областям токопроводящих каналов 8 р⁺-типа проводимости информационные сигналы с внешнего устройства подаются через диффузионные шины 7 и 12 р⁺-типа проводимости и тела 10 контактирования многоуровневой коммутационной системы кристаллоносителя на контактные площадки 34 коммутационных систем, смонтированных в сквозные отверстия 24 и 25 кристаллодержателей 18 и 19, размещенных на обеих поверхностях основания 1 кристаллоносителя, обрабатываются и через контактные площадки 34 кристаллов 28 и 29, тела 10 контактирования, сквозные проводящие каналы 8 и сигнальные шины 2 и 3 коммутационной системы кристаллоносителя поступают на внешние контактные площадки устройства, скоммутированные с внешним устройством.On signal buses of the first 2 and second 3 metallization levels of the crystal carrier switching system, as well as in the areas of the conductive channels of the 8 p ⁺ type of conductivity, information signals from an external device are fed through diffusion buses of the 7 and 12 p ⁺ type of conductivity and the contact body 10 of the multilevel switching system the crystal carrier to the contact pads 34 switching systems mounted in through holes 24 and 25 of the crystal holders 18 and 19, placed on both surfaces of the base 1 of the crystal carrier, are processed and through the contact pads 34 crystals 28 and 29, the contacting bodies 10, the through conductive channels 8 and the signal lines 2 and 3 of the crystal carrier switching system are supplied to the external contact pads of the device, which are connected to an external device.

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, повышенной надежностью и расширенным динамическим диапазоном рабочих частот в производстве электромеханических, электронных наручных часов с автоматической подстройкой времени, в производстве устройств отображения на основе ЖК-индикаторных панелей, в производстве высокостабильных источников вторичного питания для средств вычислительной техники, в производстве блоков средств вычислительной техники, в производстве автоматизированных рабочих мест (АРМ) на основе персональных ЭВМ, в производстве средств обработки и передачи информации, бортовых систем летательных аппаратов и многих других приборах и устройствах. The design of a large integrated circuit, in the manufacturing cycle of which the techniques and methods of planar technology are widely used, will find wide application in the creation of nodes and blocks of IET and REA of an increased complexity group with expanded functional capabilities, improved overall dimensions, increased reliability, and an extended dynamic range of operating frequencies in the production of electromechanical, electronic watches with automatic time adjustment, in the manufacture of selection devices living on the basis of LCD display panels, in the production of highly stable sources of secondary power for computer equipment, in the production of blocks of computer equipment, in the production of workstations based on personal computers, in the production of processing and transmission of information, on-board flight systems devices and many other devices and devices.

Использование предлагаемой конструкции большой интегральной схемы по сравнению с конструкцией большой интегральной схемы, принятой за прототип, позволяет получать следующие преимущества: позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет повышения плотности размещения кристаллов элементов конструкции, а также за счет реализации принципов параллельности обработки информационных сигналов; позволяет повысить плотность размещения элементов МЭА за счет использования обеих поверхностей основания кристаллоносителя; позволяет реализовать принципы автоматизированного монтажа элементов конструкции за счет использования элементов конструкции, выполняющих функции направляющих и фиксирующих узлов (направляющие выступы и глухие отверстия, кристаллы монолитных ИС и сквозные отверстия); проводить в автоматическом режиме процессы монтажа кристаллов монолитных ИС, а также кристаллодержателей на поверхность кристаллоносителя без использования высокопрецизионного и дорогостоящего оборудования технического зрения или оптического оборудования с большой глубиной резкости; повысить надежностные характеристики устройства за счет обеспечения точного позицирования кристаллов монолитных ИС в сквозных отверстиях кристаллодержателей и кристаллодержателей на поверхности основания кристаллоносителя, обеспечиваемых использованием процессов фотолитографической обработки и анизотропного травления пластин монокристаллического кремния; повысить механическую и конструктивную прочность устройства за счет увеличения общей толщины элементов конструкции, а также за счет специфических особенностей конструкции, использующей сочетание направляющих выступов и соответствующих глухих посадочных мест, сформированных в разных элементах конструкции составного кристаллоносителя; повысить надежность многокристальной сборки за счет повышения механической прочности конструкции, а также за счет использования материалов с близкими значениями КТР и разделения функций между составными элементами конструкции устройства; исключает практически полностью вероятность нарушения целостности конструкции тел контактирования за счет размещения последних в объемах, ограниченных боковыми гранями сквозных отверстий кристаллодержателей; улучшить условия работы монолитных ИС за счет улучшения условий теплоотвода; повысить эффективность использования объема материала полупроводникового основания за счет формирования в последнем сквозных проводящих каналов; впервые появилась возможность интеграции на уровне устройства; появилась возможность создания безотходного производства полупроводниковых приборов с использованием отходов производства исходных пластин и монолитных полупроводниковых приборов. (56) 1. Заявка Японии N 59-43823, кл. Н 01 L 21/82, 1984. Using the proposed design of a large integrated circuit in comparison with the design of a large integrated circuit adopted as a prototype allows you to obtain the following advantages: allows you to expand the functionality of the device by increasing the density of the crystals of the structural elements, as well as by implementing the principles of parallel processing of information signals; allows to increase the density of the MEA elements due to the use of both surfaces of the base of the crystal carrier; allows you to implement the principles of automated installation of structural elements through the use of structural elements that perform the functions of guides and fixing nodes (guiding protrusions and blind holes, crystals of monolithic ICs and through holes); carry out automatically the processes of mounting crystals of monolithic ICs, as well as crystal holders on the surface of the crystal carrier without the use of high-precision and expensive equipment for technical vision or optical equipment with a large depth of field; to increase the reliability characteristics of the device by ensuring the accurate positioning of crystals of monolithic ICs in the through holes of the crystal holders and crystal holders on the surface of the base of the crystal carrier, provided by the use of photolithographic processing and anisotropic etching of single crystal silicon wafers; to increase the mechanical and structural strength of the device by increasing the total thickness of the structural elements, as well as due to the specific features of the structure, using a combination of guide protrusions and corresponding blind seats formed in different structural elements of the composite crystal carrier; to increase the reliability of multi-chip assembly by increasing the mechanical strength of the structure, as well as through the use of materials with close KTP values and separation of functions between the constituent elements of the device structure; almost completely eliminates the probability of violating the integrity of the design of the contacting bodies due to the placement of the latter in volumes bounded by the side faces of the through holes of the crystal holders; to improve the working conditions of monolithic ICs by improving the conditions of heat removal; to increase the efficiency of using the volume of the material of the semiconductor base due to the formation of through channels in the latter; For the first time, the possibility of integration at the device level; it became possible to create a non-waste production of semiconductor devices using waste from the production of source plates and monolithic semiconductor devices. (56) 1. Japan Application N 59-43823, cl. H 01 L 21/82, 1984.

2. Авторское свидетельство СССР N 1524743, кл. Н 01 L 25/04, 1989. 2. USSR author's certificate N 1524743, cl. H 01 L 25/04, 1989.

Claims

1. A large integrated circuit containing a crystalline carrier, including a base made in the form of a plate of a single-crystal semiconductor material of the first type of conductivity, the working surfaces of which are oriented in the direction of the crystallographic plane (100), and a multi-level switching system with contact bodies forming familiarities for mounted by the inverted crystal method crystals of monolithic integrated circuits, characterized in that, in order to increase the density of the elements of the con structure while improving the reliability of the circuit due to more efficient use of the volume of material of the semiconductor base and the possibility of automating the installation processes of structural elements, the circuit further comprises a multi-level switching system with contact bodies, which forms through the conductive channels, which are regions of the semiconductor material of the second type of conductivity, with multi-level switching system located on the opposite of the crystal carrier base surface, a unified crystal carrier switching system, and crystal holders placed on both surfaces of the crystal carrier base and made of plates of mechanically strong single-crystal semiconductor material, the working surfaces of which are oriented in the direction of the crystallographic plane (100), and the coefficient of thermal expansion of the crystal holder material is close in magnitude to the coefficient of thermal expansion of the material of the crystal carrier, side the wounds of the through holes of the crystal holders conformally reproducing the shape and geometrical dimensions of the mounted crystals of the structural elements are sets of isosceles trapezoidal formed by the families of crystallographic planes {111}, and at least four guiding protrusions for each crystal holder are made on each surface of the carrier of the crystal, made in the form of truncated pyramids, the side faces of which are sets of isosceles trapezoids formed by families m crystallographic planes {111}, chip carriers in the bulk material corresponding blind holes formed conformally reproducing the shape and geometrical dimensions of the base chip carriers and the guide projections are located directly above the latter.

2. The circuit according to claim 1, characterized in that, in order to simplify the design and improve the accuracy of positioning crystals of structural elements, the base of the guide projections of the crystal carrier is a square with a side length of the base 5-10 times less than the length of the base of the crystal holder.

3. A large integrated circuit containing a crystalline carrier, including a base made in the form of a plate of a single-crystal semiconductor material of the first type of conductivity, the working surfaces of which are oriented in the direction of the crystallographic plane (100), and a multi-level switching system with contact bodies forming familiarities for mounted by the inverted crystal method crystals of monolithic integrated circuits, characterized in that, in order to increase the density of the elements of the cons with the simultaneous increase in the reliability of the circuit due to more efficient use of the volume of material of the semiconductor base and the possibility of automating the installation processes of structural elements, the circuit additionally contains a multi-level switching system with contact bodies, which forms through the conductive channels, which are regions of the semiconductor material of the second type of conductivity, with multi-level switching system located on the opposite side crystal carrier base surfaces, a unified crystal carrier switching system, and crystal holders placed on both surfaces of the crystal carrier base and made of plates of mechanically strong single-crystal semiconductor material, the working surfaces of which are oriented in the direction of the crystallographic plane (100), and the coefficient of thermal expansion of the crystal holder material is close to coefficient of thermal expansion of the material of the crystal carrier, side gras and through holes of crystal holders conformally reproducing the shape and geometric dimensions of mounted crystals of structural elements are sets of isosceles trapezoidal formed by families of crystallographic planes {111}, and at least four guiding protrusions formed on each surface of the crystal holders facing the base of the crystal carrier in the form of truncated pyramids, the lateral faces of which are sets of isosceles trapezoids formed by families m crystallographic planes {111}, in the chip screen base material corresponding blind holes formed conformally reproducing the shape and dimensions of the projections and guide chip carriers located directly below the latter.

4. The circuit according to claim 3, characterized in that, in order to simplify the design and improve the accuracy of positioning crystals of structural elements, the base of the guiding protrusions of the crystal holders is a square with a side length of the base 5-10 times less than the length of the base of the crystal holder.

5. A large integrated circuit containing a crystalline carrier, including a base made in the form of a plate of a single-crystal semiconductor material of the first type of conductivity, the working surfaces of which are oriented in the direction of the crystallographic plane (100), and a multi-level switching system with contact bodies forming familiarities for mounted by the inverted crystal method crystals of monolithic integrated circuits, characterized in that, in order to increase the density of the elements of the con structure while improving the reliability of the circuit due to more efficient use of the volume of material of the semiconductor base and the possibility of automating the installation processes of structural elements, the circuit further comprises a multi-level switching system with contact bodies, which forms through the conductive channels, which are regions of the semiconductor material of the second type of conductivity, with multi-level switching system located on the opposite crystal carrier base surfaces, a single crystal carrier switching system, and crystal holders placed on both surfaces of the crystal carrier base and made of plates of mechanically strong single-crystal semiconductor material, the working surfaces of which are oriented in the direction of the crystallographic plane (100), and the coefficient of thermal expansion of the material of the crystal holders is close to coefficient of thermal expansion of the material of the base of the crystal carrier, the shackles of the through holes of the crystal holders conformally reproducing the shape and geometric dimensions of the mounted crystals of the structural elements are sets of isosceles trapezoidal formed by the families of crystallographic planes {111}, and on the surfaces of the crystal holders facing the base of the crystal carrier, as well as on the surfaces of the base of the crystal carrier guiding protrusions are formed facing each other, made in the form of truncated pyramids, the side faces of which are presented They are sets of isosceles trapezoid formed by the families of crystallographic planes {111}, and in the volumes of materials of the base of the crystal carrier and crystal holders corresponding blind holes are formed conformally reproducing the shape and geometric dimensions of the guide protrusions and located directly above the latter.

6. The circuit according to claim 5, characterized in that, in order to simplify the design and improve the accuracy of positioning of the crystal holders, the base of the guide protrusions are squares with a side length of the base 5-10 times less than the length of the base of the crystal holder.