(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の実質的に球状の半導体チップと、
上記各半導体チップの形状に応じた窪みを有する基板を備え、
上記各半導体チップは少なくとも一部が上記窪みに収容されており、
上記半導体チップの一部は、上記半導体チップの方向を定める方向合わせ部をなすように削られ、
上記基板に形成された上記窪みは、上記半導体チップの方向合わせ部に対応する方向合わせ部を持ち、
上記各半導体チップの表面にそれぞれ、論理回路、メモリ回路または論理回路とメモリ回路とを組み合わせた回路からなる基本回路ブロックが形成されるとともに、
上記各半導体チップの表面にそれぞれ、その半導体チップの表面に形成された基本回路ブロックと他の半導体チップの表面に形成された基本回路ブロックとの間における情報の送受信を行うための入出力回路が形成され、
上記各半導体チップの上記入出力回路間で情報を伝送する伝送手段を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
複数の実質的に球状の半導体チップを備え、
上記各半導体チップの表面にそれぞれ、論理回路、メモリ回路または論理回路とメモリ回路とを組み合わせた回路からなる基本回路ブロックが形成されるとともに、
上記各半導体チップの表面にそれぞれ、その半導体チップの表面に形成された基本回路ブロックと他の半導体チップの表面に形成された基本回路ブロックとの間における情報の送受信を行うための入出力回路が形成され、
上記各半導体チップの上記入出力回路間で情報を伝送する伝送手段を備え、
上記各半導体チップの表面に、その半導体チップを特定する自己識別情報と、情報を送るべき送り先を表す送り先情報との少なくとも一方を記憶し得る記憶手段が形成され、
上記自己識別情報、送り先情報はその半導体チップの外部から書込みおよび消去されるようになっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
少なくとも３個の上記入出力回路は上記伝送手段を共有し、
上記伝送手段を共有する入出力回路は、上記情報の送受信を多重伝送方式で行うことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の半導体装置において、
上記伝送手段はメタル配線を含み、上記伝送される信号はデジタル信号、変調されたデジタル信号、変調された高周波信号のうちの少なくとも一つであることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載の半導体装置において、
上記伝送手段は光導波路を含み、上記伝送される信号は変調された光信号であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項２または請求項３に記載の半導体装置において、
上記伝送手段はアンテナを含み、上記伝送される信号は変調された電磁波信号であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項２乃至請求項６のいずれか一つに記載の半導体装置おいて、
上記各入出力回路は上記情報の送受信を時分割多元接続方式によって行い、
上記記憶手段によって記憶される上記自己識別情報、送り先情報は、それぞれその半導体チップ表面の基本回路ブロックを特定する識別符号、上記送り先の半導体チップ表面の基本回路ブロックを特定する識別符号であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項２乃至請求項６のいずれか一つに記載の半導体装置おいて、
上記各入出力回路は上記情報の送受信を符号分割多元接続方式によって行い、
上記記憶手段によって記憶される上記自己識別情報、送り先情報は、それぞれその半導体チップ表面の基本回路ブロックの受信用拡散符号、上記送り先の半導体チップ表面の基本回路ブロックの受信用拡散符号であることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項６に記載の半導体装置において、
上記半導体チップの表面に、互いに方向の異なる上記アンテナが複数形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の半導体装置において、
上記アンテナは上記半導体チップの外部からの電磁波を受けて集電を行う機能を有し、
上記基本回路ブロックおよび上記入出力回路は上記アンテナが集電した電力により駆動されることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に関し、特に、複数の半導体チップを備え、それらの半導体チップにそれぞれ形成された基本回路ブロック間で通信を行う半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路は、微細加工技術の向上とともに、その集積度が著しく向上した。それにより、半導体集積回路の論理回路の規模は非常に大きくなり、高機能化が進んだ。システムを更に高機能化するために、薄厚の直方体状の集積回路チップを基板上に複数搭載し、各集積回路チップ間を配線により接続するという方法が広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、集積回路チップ間を接続する配線が非常に複雑になるという問題があった。集積回路チップ間でデータを転送する場合、データ長に応じてバスラインの配線数が決まるが、近年データ長はますます増加する傾向にある。また、集積回路チップの数が増えていくと、飛躍的に多くのバスラインが必要になる。したがって、集積回路チップ間を接続する配線も極めて複雑なものになる。集積回路チップ間を接続する配線が複雑になれば、配線容量が増加し、信号の伝送に要する時間が増大してシステムの動作速度の向上を阻害する。
【０００４】
そこで、この発明の課題は、集積回路間の配線を簡略化して配線容量を低減し、高速動作が可能な半導体装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明の半導体装置は、
複数の実質的に球状の半導体チップと、
上記各半導体チップの形状に応じた窪みを有する基板を備え、
上記各半導体チップは少なくとも一部が上記窪みに収容されており、
上記半導体チップの一部は、上記半導体チップの方向を定める方向合わせ部をなすように削られ、
上記基板に形成された上記窪みは、上記半導体チップの方向合わせ部に対応する方向合わせ部を持ち、
上記各半導体チップの表面にそれぞれ、論理回路、メモリ回路または論理回路とメモリ回路とを組み合わせた回路からなる基本回路ブロックが形成されるとともに、
上記各半導体チップの表面にそれぞれ、その半導体チップの表面に形成された基本回路ブロックと他の半導体チップの表面に形成された基本回路ブロックとの間における情報の送受信を行うための入出力回路が形成され、
上記各半導体チップの上記入出力回路間で情報を伝送する伝送手段を備えたことを特徴とする。
【０００６】
この発明の半導体装置によれば、実質的に球状の半導体チップの表面に基本回路ブロックと入出力回路とが形成されている。そして、或る半導体チップ表面の基本回路ブロックからの信号は、その半導体チップ表面の入出力回路、伝送手段、他の半導体チップ表面の入出力回路を介して、後者の半導体チップ表面の基本回路ブロックへ送られる。したがって、複数の基本回路ブロック間では、上記各入出力回路および上記伝送手段を介して、変調された信号を用いて通信を行うことができる。それゆえ、上記各基本回路ブロック間の配線を大幅に簡略化することができる。したがって、配線の微細化及び複雑化に伴う配線容量の増加を緩和して、半導体装置の動作速度を向上することができる。
【０００７】
さらにまた、上記基本回路ブロックと入出力回路とは実質的に球状の半導体チップの表面に形成されている。半導体チップの質量と集積回路を形成可能な表面積との観点では、同じ質量の球状の半導体チップと板状の半導体チップとを比較すると、球の幾何学的性質に従って質量が小さくなるほど球状が有利になる。そこで、実質的に球状の半導体チップを用いることにより、集積度の向上や省資源化が可能になる。また、球状の半導体チップでは、板状の半導体チップの場合と異なり、成膜後に切断する工程が無いので、表面全体を連続的にパッシベーション膜で覆った状態に仕上げることができる。したがって、上記実質的に球状の半導体チップは、パッケージ無しで、いわゆるベアチップで基板に実装することが可能である。特に、上記半導体チップが搭載された基板が変形し得る素材からなっていても、実質的に球状の半導体チップは割れに対しては非常に耐性があるので、容易にベアチップで実装することができる。したがって、実装工程を簡略化することができる。
【０００８】
また、この半導体装置では、上記基板は、上記各半導体チップの形状に応じた窪みを有しているので、上記各半導体チップ（の少なくとも一部）を上記基板の上記窪みに容易に収容することができる。したがって、実装工程を容易にすることができる。
【０００９】
また、この半導体装置では、上記半導体チップの一部は、上記半導体チップの方向を定める方向合わせ部をなすように削られ、上記基板に形成された上記窪みは、上記半導体チップの方向合わせ部に対応する方向合わせ部を持っている。そのため、上記半導体チップの方向合わせ部と上記窪みの方向合わせ部とを対応させて上記窪みに上記半導体チップを配置すると、上記半導体チップは回転の自由度を一部または全部失う。したがって、実装時に基板に対する半導体チップの方向を容易に制御でき、実装工程を容易にすることができる。例えば、上記半導体チップの表面に形成された電極と上記窪みの内面に形成された電極とを適切かつ容易に接続することができる。
【００１０】
別の局面では、この発明の半導体装置は、
複数の実質的に球状の半導体チップを備え、
上記各半導体チップの表面にそれぞれ、論理回路、メモリ回路または論理回路とメモリ回路とを組み合わせた回路からなる基本回路ブロックが形成されるとともに、
上記各半導体チップの表面にそれぞれ、その半導体チップの表面に形成された基本回路ブロックと他の半導体チップの表面に形成された基本回路ブロックとの間における情報の送受信を行うための入出力回路が形成され、
上記各半導体チップの上記入出力回路間で情報を伝送する伝送手段を備え、
上記各半導体チップの表面に、その半導体チップを特定する自己識別情報と、情報を送るべき送り先を表す送り先情報との少なくとも一方を記憶し得る記憶手段が形成され、
上記自己識別情報、送り先情報はその半導体チップの外部から書込みおよび消去されるようになっていることを特徴とする。
【００１１】
この発明の半導体装置では、上記各半導体チップの表面に、その半導体チップを特定する自己識別情報と、情報を送るべき送り先を表す送り先情報との少なくとも一方を記憶し得る記憶手段が形成され、上記自己識別情報、送り先情報はその半導体チップの外部から書込みおよび消去されるようになっている。ここで、或る半導体チップ表面の記憶手段に上記自己識別情報が書き込まれていれば、その半導体チップ表面の基本回路ブロックは、他の半導体チップ表面の基本回路ブロックからの信号のうち上記自己識別情報によって特定されるものを受信する。また、上記記憶手段に上記送り先情報が書き込まれていれば、その半導体チップ表面の基本回路ブロックからの信号は、その半導体チップ表面の入出力回路、伝送手段、上記送り先情報が表す他の半導体チップ表面の入出力回路を介して、後者の半導体チップ表面の基本回路ブロックへ送られる。したがって、上記送り先情報または上記自己識別情報を目的に応じて適宜外部から設定することによって、処理する仕事の内容に応じて最適な論理回路が構築される。
【００１２】
さらに、外部から、上記送り先情報または上記自己識別情報を変化させることによって、半導体装置全体の機能を変化させることができ、限られた回路規模で多様な機能を効率良く持たせることが可能になる。さらに、上記送り先情報または自己識別情報を変更することによって、不良の基本回路ブロックを休止状態にして他の基本回路ブロックで代役させることができる。したがって、基本回路ブロックに多少の不良があったとしても、論理回路全体が不良になるのを避けることができ、半導体装置の歩留りが大幅に向上する。
【００１３】
また、一実施形態の半導体装置は、
少なくとも３個の上記入出力回路は上記伝送手段を共有し、
上記伝送手段を共有する入出力回路は、上記情報の送受信を多重伝送方式で行うことを特徴とする。
【００１４】
この一実施形態の半導体装置によれば、上記伝送手段を共有する入出力回路の制御によって、上記伝送手段を共有している上記基本回路ブロック間の情報の伝達が混信することなく行われる。それゆえ、配線をさらに簡略化することができる。したがって、配線容量の増加をさらに緩和して、動作速度を向上することができる。
【００１５】
また、一実施形態の半導体装置は、上記伝送手段はメタル配線を含み、上記伝送される信号はデジタル信号、変調されたデジタル信号、変調された高周波信号のうちの少なくとも一つであることを特徴とする。
【００１６】
この一実施形態の半導体装置は、上記伝送手段を具体的に明示したものである。形成が容易なメタル配線を用いており、入出力回路の規模を比較的小さくすることができる。
【００１７】
また、一実施形態の半導体装置は、上記伝送手段は光導波路を含み、上記伝送される信号は変調された光信号であることを特徴とする。
【００１８】
この一実施形態の半導体装置によれば、変調された光信号が光導波路を介して伝送されるので、メタル配線を介した信号の伝送よりも高速な通信が可能となり、寄生容量の問題も回避される。
【００１９】
なお、ここで言う光とは、赤外線および紫外線を含む概念である。
【００２０】
また、一実施形態の半導体装置は、上記伝送手段はアンテナを含み、上記伝送される信号は変調された電磁波信号であることを特徴とする。
【００２１】
この一実施形態の半導体装置によれば、変調された電磁波信号がアンテナを介して半導体チップ間の空間を通して伝送されるので、メタル配線を介した信号の伝送の場合に生じる寄生容量の問題が回避される。したがって、半導体装置の動作速度を向上することができる。
【００２２】
また、一実施形態の半導体装置は、
上記各入出力回路は上記情報の送受信を時分割多元接続方式によって行い、
上記記憶手段によって記憶される上記自己識別情報、送り先情報は、それぞれその半導体チップ表面の基本回路ブロックを特定する識別符号、上記送り先の半導体チップ表面の基本回路ブロックを特定する識別符号であることを特徴とする。
【００２３】
この一実施形態の半導体装置によれば、比較的小さな回路規模の入出力回路によって多重伝送通信が可能になる。また、半導体装置の論理回路全体の機能を変化させたり、不良基本回路ブロックを休止させてその機能を他の基本回路ブロックに割り振ることが、上記識別符号に基づいて効率良く行われる。
【００２４】
また、一実施形態の半導体装置は、
上記各入出力回路は上記情報の送受信を符号分割多元接続方式によって行い、
上記記憶手段によって記憶される上記自己識別情報、送り先情報は、それぞれその半導体チップ表面の基本回路ブロックの受信用拡散符号、上記送り先の半導体チップ表面の基本回路ブロックの受信用拡散符号であることを特徴とする。
【００２５】
この一実施形態の半導体装置によれば、耐ノイズ性能の高い多重伝送通信が可能になる。また、半導体装置の論理回路全体の機能を変化させたり、不良基本回路ブロックを休止させてその機能を他の基本回路ブロックに割り振ることが、上記受信用拡散符号に基づいて効率良く行われる。
【００２６】
また、一実施形態の半導体装置は、上記半導体チップの表面に、互いに方向の異なる上記アンテナが複数形成されていることを特徴とする。
【００２７】
この一実施形態の半導体装置によれば、上記半導体チップの表面に、互いに方向の異なる上記アンテナが複数形成されているので、上記実質的に球状の半導体チップの向きが異なっても送受信の状態があまり変化せず、安定した動作が可能となる。
【００２８】
また、一実施形態の半導体装置は、
上記アンテナは上記半導体チップの外部からの電磁波を受けて集電を行う機能を有し、
上記基本回路ブロックおよび上記入出力回路は上記アンテナが集電した電力により駆動されることを特徴とする。
【００２９】
この一実施形態の半導体装置によれば、上記基本回路ブロックおよび上記入出力回路は上記アンテナが集電した電力により駆動されるので、上記半導体チップに電力を供給するための配線および伝送線が不要となる。それゆえ、実装時に上記半導体チップを例えば所定の基板上に搭載するとき、上記半導体チップの向きを制御する必要がなく、配列も自由に行うことができる。したがって、上記半導体チップの実装工程が著しく容易となり、自由に配置することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の半導体装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３１】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態の半導体装置１００の平面レイアウト（基板１１の表面に垂直な方向から見たところ）を示し、図２は図１におけるＡ−Ａ’線矢視断面、図３は図１におけるＢ−Ｂ’線矢視断面をそれぞれ示している。
【００３２】
この半導体装置１００は、実質的に半球状の複数の窪み（図１では３個のみを示す）３１が形成された基板１１と、それらの窪み３１にそれぞれ嵌め込まれた実質的に球状の半導体チップ１とを備えている。このような半導体チップ１は、例えばボールセミコンダクター社の球体シリコン集積回路チップ技術を用いて作製することができる。
【００３３】
この半導体チップ１の表面には、図４中に示す基本回路ブロック２１と、その基本回路ブロック２１に対応する入出力回路２２とが形成されている。各基本回路ブロック２１は、論理回路又はメモリ、若しくはこれらが混載された回路からなる。基本回路ブロック２１は、それぞれ同じ回路を有していてもよいし、違う回路を有していてもよい。同じ半導体チップ１の表面に形成された基本回路ブロック２１と入出力回路２２とは、入出力データバス２３で接続されている。また、各半導体チップ１の入出力回路２２は、それぞれ分岐線１４を介して伝送手段としての伝送線１２ｃに接続されている。図１〜図３に示すように、基板１１上には、電源線１２ａ、接地線１２ｂ及び伝送線１２ｃが、この基板１１の平坦面と窪み３１の内面に沿ってストライプ状に形成されている。これらの電源線１２ａ，接地線１２ｂ，伝送線１２ｃと、各半導体チップ１の表面に形成された電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃとが窪み３１内で接続されている。上記構成により、或る半導体チップ１表面の基本回路ブロック２１からの情報（信号）は、入出力データバス２３、その半導体チップ１表面の入出力回路２２、それにつながる分岐線１４、伝送手段１２ｃ、他の分岐線１４、他の半導体チップ１表面の入出力回路２２を介して、後者の半導体チップ１表面の基本回路ブロック２１へ送られるようになっている。
【００３４】
なお、図５に示すように、各半導体チップ１表面に入出力回路２２の機能を分担する入力回路２４と出力回路２５とを設けて、或る基本回路ブロック２１から出力回路２５、分岐線１５及び伝送線１４を介して他の基本回路ブロック２１へ情報を出力し、逆に、他の基本回路ブロック２１から伝送線１４、分岐線１５及び入力回路２４を介して或る基本回路ブロック２１へ情報を入力するようにしても差し支えない。この場合、各基本回路ブロック２１と各入力回路２４とはそれぞれ入力データバス２６で接続され、各基本回路ブロック２１と各出力回路２５とはそれぞれ出力データバス２７で接続される。
【００３５】
伝送線１２ｃは、後述の多重伝送方式を用いた場合は、最低限１本あれば足りる。ただし、必要に応じて複数本設けて通信を分散しても良い。伝送線１２ｃを複数設けた場合、各基本回路ブロック間２１間の実効的な通信速度を上げることができる。その場合、複数本の伝送線と接続される基本回路ブロックには、複数の入出力回路または入力回路、出力回路を設ければ良い。
【００３６】
図１に示したように、各基本回路ブロック２１間（すなわち、各半導体チップ１間）は、電源線１２ａ，接地線１２ｂを除けば最小で１本の伝送線１２ｃのみで接続することができる。このため、各半導体チップ１間の配線は著しく簡略化される。その結果、配線容量が減少し、信号を伝送する際の遅延時間が減少し、伝送のための消費電流が低減される。したがって、半導体装置を高速化し、低消費電力化することが可能となる。
【００３７】
ところで、上記各入出力回路２２（または入力回路２４と出力回路２５。以下、簡単のため、入出力回路２２の例で説明する。）によって行われる各基本回路ブロック２１間の通信方式としては、例えばＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多元接続）方式がある。ＴＤＭＡ方式は、各基本回路ブロック２１毎に時間を割り振り、全ての基本回路ブロック２１が同一周波数を用いて通信する方式である。この方式を用いる場合には、全体を取りまとめる役割を果たす基本回路ブロック２１を１つ設けておく必要があるが、各入出力回路２２は比較的小さく構成することができる。
【００３８】
また、上記各基本回路ブロック２１間の通信方式は、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access：符号分割多元接続）方式であっても良い。ＣＤＭＡ方式は、各基本回路ブロック２１毎に拡散符号を割り振り、信号を拡散符号によって拡散変調して広帯域変調信号に変換する。そして、受信側では、受信した広帯域変調信号を送信時に用いた拡散符号を用いて逆拡散して、もとの信号を得るのである。つまり、送信側の基本回路ブロック２１は、受信側の基本回路ブロック２１の受信用の拡散符号を用いて拡散変調すれば、特定の基本回路ブロック２１に対して信号を送信することができるのである。このＣＤＭＡ方式を用いた場合には、耐ノイズ性能を向上させることができる。
【００３９】
各基本回路ブロック２１間の通信方式としては、他にＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access：周波数分割多元接続）方式や、ＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相変位変調）方式や、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying：周波数変位変調式や、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying：振幅変位変調）式等を用いても差し支えない。なお、多重伝送方式を用いない場合、基本的には伝送線を３個以上の基本回路ブロック２１で共有することは困難であるが、ある特定の２個の基本回路ブロック間は、１本の伝送線で接続されていれば良いので、データバス線で接続された従来技術の半導体装置に比べて大幅に配線を簡略化することが可能である。
【００４０】
各基本回路ブロック２１が入出力回路２２を介して信号を送信する先は、可変であることが好ましい。その場合に、上記信号の送り先を可変にする方法としては、例えば、各半導体チップ１表面に、そのチップ表面の基本回路ブロック２１に対応して記憶手段としてのメモリ（図示せず）を設けて、このメモリに対して信号の送り先を外部からプログラム（書込み）する方法がある。また、上述のように信号の送り先を外部からプログラム可能にするかわりに、自己の識別符号（自己の識別コードまたは受信用拡散符号）を外部からプログラム可能にしてもよい。
【００４１】
具体的には、上記基本回路ブロック２１間での通信方式としてＴＤＭＡ方式を用いる場合には、各半導体チップ１表面のメモリに記憶された信号の送り先の識別コードを外部から書き換え可能にしておけばよい。また、全体を取りまとめる役割を果たす基本回路ブロック２１には、全基本回路ブロック２１に割り振られた識別コードが全て記憶されているので、これらを外部から書き換え可能にしておけばよい。あるいは、各半導体チップ１表面のメモリにプログラムされた自己の識別コードを外部から書き換え可能にしておいてもよい。このようにすれば、各基本回路ブロック２１の役割を変更したり、役割を与えない（休止状態にする）ようにすることが容易になる。すなわち、回路全体の機能をプログラムによって効率良く変化させたり、不良基本回路ブロックを休止させて機能を他の基本回路ブロックに割り振って回路全体の機能を保つことが容易にできるのである。
【００４２】
また、上記基本回路ブロック２１間での通信方式としてＣＤＭＡ方式を用いる場合には、各半導体チップ１表面のメモリにプログラムされた送信用の拡散符号を外部から書き換え可能にしておいてもよい。あるいは、各半導体チップ１表面のメモリにプログラムされた受信用の拡散符号を外部から書き換え可能にしておいてもよい。このようにすれば、各基本回路ブロック２１の役割を変更したり、役割を与えない（休止状態にする）ようにすることが容易になる。すなわち、回路全体の機能をプログラムによって効率良く変化させたり、不良基本回路ブロックを休止させて機能を他の基本回路ブロックに割り振って回路全体の機能を保つことが容易にできるのである。
【００４３】
図６は、複数の基本回路ブロック２１（それぞれ符号Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥで特定されている。）の間の信号の流れを模式的に示している。例えば、初期設定では図６（ａ）に示すように信号の流れはＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄとなっていたとする。ここで、例えば、外部から基本回路ブロックＡに対応するメモリに対して信号の送り先として基本回路ブロックＢとＣとをプログラムする一方、基本回路ブロックＢに対応するメモリに基本回路ブロックＤをプログラムすることによって、図６（ｂ）に示すように、基本回路ブロックＡからの信号を基本回路ブロックＢとＣとに並列に入力することができる。このように、情報の送信先を目的に応じて適宜外部から設定することによって、処理する仕事の内容に応じて最適な論理回路を構築することができる。また、回路全体の機能を上記メモリに対するプログラムによって変化させることができ、限られた回路規模で多様な機能を効率よく持たせることが可能になるのである。これに対して、従来の半導体装置の場合には、各回路ブロックの役割は固定され、各回路ブロック間の信号の流れも固定されている。したがって、システム全体の機能も固定され、新たな機能を加えるためには、その都度論理回路を増設しなければならず、回路規模が増大を招いていた。
【００４４】
さらに、図６（ａ）において、上記基本回路ブロックＡに対応するメモリにプログラムされた信号の送り先を、基本回路ブロックＢから同じ機能を有する基本回路ブロックＥに書きかえる一方、基本回路ブロックＥに対応するメモリに信号の送り先として基本回路部ブロックＣをプログラムすることによって、図６（ｃ）に示すように、基本回路ブロックＥを基本回路ブロックＢのかわりに使用することが可能になる。すなわち、一部の基本回路ブロックに不良が生じた場合、他の基本回路ブロックに代役をさせることができるのである。なお、上記基本回路ブロックＡに対応するメモリにプログラムされた信号の送り先を基本回路ブロックＥに書きかえるかわりに、基本回路ブロックＥの自己認識符号（受信用の拡散符号）を基本回路ブロックＢと同じものにしても同様な効果を得ることができる。これにより、回路全体の歩留りを大幅に改善することが可能になる。これに対して、従来の集積回路の場合には、各回路ブロックの役割は固定され、各回路ブロック間の信号の流れも固定されている。したがって、複数の回路ブロックのうちの一つが不良を起こしただけで全体が不良となり、歩留りが低下する要因となっていた。
【００４５】
半導体チップ１として、実質的に球状の外形を持つものを用いることにより、平面の半導体チップを用いる場合に比べて以下に述べる利点がある。球状半導体は、材質としては半導体単結晶母材と基本的に同じ半導体単結晶であるが、応力を受けない状態で凝固して実質的に真球の形状を有するものである。半導体チップの質量と集積回路を形成可能な表面積との観点では、同じ質量の球状の半導体チップと板状の半導体チップと比較すると、球の幾何学的性質に従って質量が小さくなるほど球状が有利になる（板状の半導体チップは、その厚さが一定であるとする）。そこで、上記球状半導体の表面に集積回路等を作り込んで半導体チップとし、その球状の半導体チップを用いて半導体装置を製造することにより、集積度の向上や省資源化が可能になる。また、球状の半導体チップでは、板状の半導体チップの場合と異なり、成膜後に切断する工程が無いので、表面全体を連続的にパッシベーション膜で覆った状態に仕上げることができ。したがって、球状の半導体チップは、パッケージ無しで、いわゆるベアチップで実装することが可能である。特に、基板１１が変形し得る素材、例えばプラスチックからなっていても、球状の半導体チップ１は割れに対しては非常に耐性があるので、容易にベアチップで基板に実装することができる。したがって、実装工程を簡略化することができる。
【００４６】
図１〜図３に示したように、各半導体チップ１は、基板１１に形成された実質的に半球状の窪み３１に嵌め込まれている。この窪み３１の形状は、単に球面の一部であっても良い。その場合は、各半導体チップ１の表面に形成された電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃと、窪み３１の内面に形成された配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃとが正しく接触するように、実装時に半導体チップ１の方向を厳密に制御する必要がある。そこで、この半導体装置１００では、各半導体チップ１には、このチップ１の方向を定めるように球の一部が削られて、方向合わせ部としての平坦部１ａが形成されている。また、窪み３１の側部には、半導体チップ１の平坦部１ａと対応する方向合わせ部としての平坦部３１ａが形成されている。これにより、半導体チップ１の平坦部１ａと窪み３１の平坦部３１ａとを対応させて半導体チップ１を窪み３１に嵌め込んだ場合、半導体チップ１は基板１１に対する回転の自由度を一部失う。つまり、半導体チップ１の回転の自由度は平坦部１ａに垂直な軸の周りの回転のみに制限される。したがって、窪み３１の内面の配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃを、図示のように半導体チップ１の上記軸の周りにリング状に形成しておけば、各半導体チップ１の表面に形成された電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃと、窪み３１の内面に形成された配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃとがそれぞれ正しく接続される。
【００４７】
なお、半導体チップ１をより複雑な形状に研磨し、窪み３１をそれに対応した形状とすれば、半導体チップ１を窪み３１に嵌め込むことによって、基板１１に対する半導体チップ１の回転の自由度を全くなくすことができる（すなわち、基板１１に対する半導体チップ１の向きを固定することができる）。この場合、基板１１と半導体チップ１をより多数の配線で接続するのが容易となる。
【００４８】
一方、本実施形態のように、半導体チップ１に平坦部１ａに垂直な軸の周りの回転の自由度を残した場合、より簡便な実装方法をとることが可能である。例えば、基板１１上に多数の半導体チップ１を含む流体を流し、半導体チップ１を自然に窪み３１に嵌め込む方法を用いることができる。
【００４９】
上述したように、本実施形態の半導体装置１００においては、各半導体チップ１の表面に、論理回路、メモリ回路または論理回路とメモリ回路とを組み合わせた回路からなる基本回路ブロック２１と、この基本回路ブロック２１に対応する入出力回路２２を設けている。また、各入出力回路２２間は、基板１１上を通る共通の伝送線１２ｃ及び分岐線１４によって接続されている。そして、各基本回路ブロック２１は、入出力回路２２を介して、他の基本回路ブロック２１と変調された信号で情報のやり取りを行うようにしている。したがって、各基本回路ブロック２１間の配線が大幅に簡略化される。その結果、配線の微細化及び複雑化に伴う配線容量の増加を緩和して、動作速度を向上することができる。
【００５０】
その際に、各半導体チップ１の表面の、基本回路ブロック２１に対応するメモリ（図示せず）に記憶された信号の送り先または自身の識別符号を外部からプログラム可能にして、このプログラムを変更することによって、信号を送る先を可変にすることができる。したがって、処理する仕事の内容によって最適な論理回路を構築することができる。また、回路全体の機能を上記メモリに対するプログラムによって変化させることができるので、限られた回路規模で多様な機能を効率良く持たせることができる。さらに、上記メモリにプログラムされた信号の送り先を書き換えることによって、或る基本回路ブロックに不良が発生した場合に他の基本回路ブロックに代用をさせることができ、歩留りを大幅に改善してコストを削減することができる。
【００５１】
その際に、基本回路ブロック２１間の情報のやり取りを、ＴＤＭＡ方式、ＣＤＭＡ方式、ＦＤＭＡ方式の多重伝送方式によって行うようにすれば、混信することなく全ての基本回路ブロック２１からの信号を１本の伝送線を介して伝達できる。したがって、各入出力回路２２間の伝送線１２ｃは最低限１本あればよく、配線をさらに簡略化することができる。その結果、配線容量の増加をさらに緩和して、動作速度を向上することができる。
【００５２】
（第２実施形態）
図７は第２実施形態の半導体装置２００の平面レイアウト（基板１１の表面に垂直な方向から見たところ）を示している。
【００５３】
この半導体装置２００は、第１実施形態の半導体装置１００と同様に、実質的に半球状の複数の窪み（図７では３個のみを示す）２３１が形成された基板２１１と、それらの窪み２３１にそれぞれ嵌め込まれた実質的に球状の半導体チップ２とを備えている。なお、第１実施形態のものとは異なり、半導体チップ２、窪み２３１には方向合わせ部（平坦部）が設けられていない。
【００５４】
この半導体チップ２の表面には、図９中に示す基本回路ブロック２１と、その基本回路ブロック２１に対応する入出力回路２２と、その入出力回路２２に対応するアンテナ２６とが形成されている。同じ半導体チップ２の表面に形成された基本回路ブロック２１と入出力回路２２とは、入出力データバス２３で接続されている。
【００５５】
この半導体装置２００は、第１実施形態の半導体装置１００とは異なり、各基本回路ブロック２１は、各入出力回路２２に接続されたアンテナ２６を介して、電磁波により通信を行うようになっている。或る半導体チップ２表面のアンテナ２６からは、それに対応する基本回路ブロック２１からの信号であって入出力回路２２によって変調されたものが、空間を介して電磁波として、他の半導体チップ２表面の基本回路ブロック２１に対して送信される。また、このアンテナ２６によって、他の半導体チップ２表面の基本回路ブロック２１からの電磁波が受信される。したがって、メタル配線を介した信号の伝送の場合に生じる寄生容量の問題が回避される。したがって、半導体装置の動作速度を向上することができる。
【００５６】
ところで、半導体チップ２に基本回路ブロック２１が複数設けられた場合は、例えば、同一の半導体チップ２表面の基本回路ブロック２１間では有線による通信を行い、互いに異なる半導体チップ２表面の基本回路ブロック２１間ではアンテナ２６を介した無線通信を行っても良い。
【００５７】
図７に示すように、各半導体チップ２の表面上で或る位置にアンテナ２６が１個設けられていても良いし、図８に示すように、各半導体チップ３の表面上で互いに異なる位置にアンテナ２６ａ，２６ｂ，２６ｃが複数個（図８の例では３個）設けられていても良い。各半導体チップ３上に複数個のアンテナ２６ａ，２６ｂ，２６ｃが設けられた場合、基板２１１に形成された窪み２３１内で各半導体チップ３の向きが変わっても、送受信の状態があまり変化しない。したがって、安定した動作が可能となる。
【００５８】
また、第１実施形態の場合と同様に、基板２１１上に電源線及び接地線を形成して、配線を介して各半導体チップ２，３間を接続しても良い。この場合、この第２実施形態では、アンテナ２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃのお蔭で信号線が不要になるから、配線を簡略化することができる。
【００５９】
また、各半導体チップ２，３へアンテナ２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃを介して電力を供給してもよい。この場合、各半導体チップ２，３の外部から電力源となる電磁波を照射すればよい。この場合、各半導体チップ２，３のための配線は全く不要となる。さらに、各半導体チップ２，３の向きを制御する必要がなくなり、実装の工程が簡略化される。例えば、基板１１上に多数の半導体チップ２，３を含む流体を流し、半導体チップ２，３を自然に窪み３１に嵌め込む方法を用いることができる。また、各半導体チップ２，３の配置を自由に行うことができ、例えば、３次元的に配置するのも容易である。
【００６０】
なお、使用する電磁波が赤外線や可視光線等のように波長が短い場合には、各入出力回路２２間を光導波路で接続すれば良い。この場合、光導波路には配線容量がつかない上に、高速な通信が可能になる。
【００６１】
本実施形態における半導体装置２００，３００によれば、第１実施形態において説明したように、限られた規模の回路で多様な機能を実現したり、歩留りを大幅に改善してコストを低減することができる。また、通信に電磁波を用いるために配線容量は極めて小さくなり、高速動作が可能となる。さらにまた、各半導体チップ２，３へアンテナ２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃを介して電力供給を行えば、各半導体チップ２，３のための配線をなくすことができるので、各半導体チップの実装工程が容易となり、自由に配置することができる。
【００６２】
なお、上述の半導体装置２００，３００では各半導体チップ２，３を基板２１１上に搭載しているが、これに限られるものではない。各半導体チップ２，３は、アンテナ２６を介して互いに通信ができる一定距離範囲内に存在すれば良い。例えば、複数の半導体チップ２，３を１本の瓶の中に収容した状態でも良い。その場合、個々の半導体チップ２，３を瓶に取り付ける（固定する）必要がなく、実装工程をさらに簡略化できる。
【００６３】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の半導体装置によれば、実質的に球状の半導体チップの表面に基本回路ブロックと入出力回路とが形成されている。そして、或る半導体チップ表面の基本回路ブロックからの信号は、その半導体チップ表面の入出力回路、伝送手段、他の半導体チップ表面の入出力回路を介して、後者の半導体チップ表面の基本回路ブロックへ送られる。したがって、複数の基本回路ブロック間では、上記各入出力回路および上記伝送手段を介して、変調された信号を用いて通信を行うことができる。それゆえ、上記各基本回路ブロック間の配線を大幅に簡略化することができる。したがって、配線の微細化及び複雑化に伴う配線容量の増加を緩和して、半導体装置の動作速度を向上することができる。
【００６４】
さらにまた、上記基本回路ブロックと入出力回路とは実質的に球状の半導体チップの表面に形成されている。半導体チップの質量と集積回路を形成可能な表面積との観点では、同じ質量の球状の半導体チップと板状の半導体チップとを比較すると、球の幾何学的性質に従って質量が小さくなるほど球状が有利になる。そこで、実質的に球状の半導体チップを用いることにより、集積度の向上や省資源化が可能になる。また、球状の半導体チップでは、板状の半導体チップの場合と異なり、成膜後に切断する工程が無いので、表面全体を連続的にパッシベーション膜で覆った状態に仕上げることができる。したがって、上記実質的に球状の半導体チップは、パッケージ無しで、いわゆるベアチップで基板に実装することが可能である。特に、上記半導体チップが搭載された基板が変形し得る素材からなっていても、実質的に球状の半導体チップは割れに対しては非常に耐性があるので、容易にベアチップで実装することができる。したがって、実装工程を簡略化することができる。
【００６５】
また、一実施形態の半導体装置によれば、上記基板は、上記各半導体チップの形状に応じた窪みを有しているので、上記各半導体チップ（の少なくとも一部）を上記基板の上記窪みに容易に収容することができる。したがって、実装工程を容易にすることができる。
【００６６】
また、一実施形態の半導体装置では、上記半導体チップの一部は、上記半導体チップの方向を定める方向合わせ部をなすように削られ、上記基板に形成された上記窪みは、上記半導体チップの方向合わせ部に対応する方向合わせ部を持っている。そのため、上記半導体チップの方向合わせ部と上記窪みの方向合わせ部とを対応させて上記窪みに上記半導体チップを配置すると、上記半導体チップは回転の自由度を一部または全部失う。したがって、実装時に基板に対する半導体チップの方向を容易に制御でき、実装工程を容易にすることができる。例えば、上記半導体チップの表面に形成された電極と上記窪みの内面に形成された電極とを適切かつ容易に接続することができる。
【００６７】
また、一実施形態の半導体装置では、上記各半導体チップの表面に、その半導体チップを特定する自己識別情報と、情報を送るべき送り先を表す送り先情報との少なくとも一方を記憶し得る記憶手段が形成され、上記自己識別情報、送り先情報はその半導体チップの外部から書込みおよび消去されるようになっている。ここで、或る半導体チップ表面の記憶手段に上記自己識別情報が書き込まれていれば、その半導体チップ表面の基本回路ブロックは、他の半導体チップ表面の基本回路ブロックからの信号のうち上記自己識別情報によって特定されるものを受信する。また、上記記憶手段に上記送り先情報が書き込まれていれば、その半導体チップ表面の基本回路ブロックからの信号は、その半導体チップ表面の入出力回路、伝送手段、上記送り先情報が表す他の半導体チップ表面の入出力回路を介して、後者の半導体チップ表面の基本回路ブロックへ送られる。したがって、上記送り先情報または上記自己識別情報を目的に応じて適宜外部から設定することによって、処理する仕事の内容に応じて最適な論理回路が構築される。
【００６８】
さらに、外部から、上記送り先情報または上記自己識別情報を変化させることによって、半導体装置全体の機能を変化させることができ、限られた回路規模で多様な機能を効率良く持たせることが可能になる。さらに、上記送り先情報または自己識別情報を変更することによって、不良の基本回路ブロックを休止状態にして他の基本回路ブロックで代役させることができる。したがって、基本回路ブロックに多少の不良があったとしても、論理回路全体が不良になるのを避けることができ、半導体装置の歩留りが大幅に向上する。
【００６９】
また、一実施形態の半導体装置は、少なくとも３個の上記入出力回路は上記伝送手段を共有し、上記伝送手段を共有する入出力回路は、上記情報の送受信を多重伝送方式で行うので、上記伝送手段を共有する入出力回路の制御によって、上記伝送手段を共有している上記基本回路ブロック間の情報の伝達が混信することなく行われる。それゆえ、配線をさらに簡略化することができる。したがって、配線容量の増加をさらに緩和して、動作速度を向上することができる。
【００７０】
また、一実施形態の半導体装置は、上記伝送手段を具体的に明示したものである。形成が容易なメタル配線を用いており、入出力回路の規模を比較的小さくすることができる。
【００７１】
また、一実施形態の半導体装置は、変調された光信号が光導波路を介して伝送されるので、メタル配線を介した信号の伝送よりも高速な通信が可能となり、寄生容量の問題も回避される。なお、ここで言う光とは、赤外線および紫外線を含む概念である。
【００７２】
また、一実施形態の半導体装置は、上記伝送手段はアンテナを含み、上記伝送される信号は変調された電磁波信号であることを特徴とする。
【００７３】
この一実施形態の半導体装置によれば、変調された電磁波信号がアンテナを介して半導体チップ間の空間を通して伝送されるので、メタル配線を介した信号の伝送の場合に生じる寄生容量の問題が回避される。したがって、半導体装置の動作速度を向上することができる。
【００７４】
また、一実施形態の半導体装置は、上記各入出力回路は上記情報の送受信を時分割多元接続方式によって行い、上記記憶手段によって記憶される上記自己識別情報、送り先情報は、それぞれその半導体チップ表面の基本回路ブロックを特定する識別符号、上記送り先の半導体チップ表面の基本回路ブロックを特定する識別符号であるので、比較的小さな回路規模の入出力回路によって多重伝送通信が可能になる。また、半導体装置の論理回路全体の機能を変化させたり、不良基本回路ブロックを休止させてその機能を他の基本回路ブロックに割り振ることが、上記識別符号に基づいて効率良く行われる。
【００７５】
また、一実施形態の半導体装置は、上記各入出力回路は上記情報の送受信を符号分割多元接続方式によって行い、上記記憶手段によって記憶される上記自己識別情報、送り先情報は、それぞれその半導体チップ表面の基本回路ブロックの受信用拡散符号、上記送り先の半導体チップ表面の基本回路ブロックの受信用拡散符号であるので、耐ノイズ性能の高い多重伝送通信が可能になる。また、半導体装置の論理回路全体の機能を変化させたり、不良基本回路ブロックを休止させてその機能を他の基本回路ブロックに割り振ることが、上記受信用拡散符号に基づいて効率良く行われる。
【００７６】
また、一実施形態の半導体装置によれば、上記半導体チップの表面に、互いに方向の異なる上記アンテナが複数形成されているので、上記実質的に球状の半導体チップの向きが異なっても送受信の状態があまり変化せず、安定した動作が可能となる。
【００７７】
また、一実施形態の半導体装置では、上記アンテナは上記半導体チップの外部からの電磁波を受けて集電を行う機能を有し、上記基本回路ブロックおよび上記入出力回路は上記アンテナが集電した電力により駆動されるので、上記半導体チップに電力を供給するための配線および伝送線が不要となる。それゆえ、実装時に上記半導体チップを例えば所定の基板上に搭載するとき、上記半導体チップの向きを制御する必要がなく、配列も自由に行うことができる。したがって、上記半導体チップの実装工程が著しく容易となり、自由に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態の半導体装置１００の平面レイアウトを示す図である。
【図２】  図１におけるＡ−Ａ’線矢視断面を示す図である。
【図３】  図１におけるＢ−Ｂ’線矢視断面を示す図である。
【図４】  上記半導体装置１００の回路構成を示すブロック図である。
【図５】  上記半導体装置１００の変形例の回路構成を示すブロック図である。
【図６】  上記半導体装置１００におけるデータの流れを説明する図である。
【図７】  本発明の第２実施形態の半導体装置２００の平面レイアウトを示す図である。
【図８】  上記半導体装置２００の変形例３００の平面レイアウトを示す図である。
【図９】  上記半導体装置２００，３００の回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，２，３  半導体チップ
１１，２１１  基板
２１  基本回路ブロック
２２  入出力回路
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ  アンテナ
３１，２３１  窪み
１００，２００，３００  半導体装置
【図１】
0004758030.tif 000002
【図２】
0004758030.tif 000003
【図３】
0004758030.tif 000004
【図４】
0004758030.tif 000005
【図５】
0004758030.tif 000006
【図６】
0004758030.tif 000007
【図７】
0004758030.tif 000008
【図８】
0004758030.tif 000009
【図９】
0004758030.tif 000010