[发明专利]一种三维智能微系统芯片

说明书

本发明涉及一种三维智能微系统芯片，主要包括第一芯片、第二芯片和第三芯片；其中，第一芯片包括传感层。针对传统传感器(如MEMS)难以与CMOS集成的痛点，本发明将传感器、处理器、存储器通过晶圆级的集成封装可实现更高的集成密度，更好的鲁棒性，降低电气连接中的寄生电容，降低测试成本，是大阵列传感器实现的前提，数据在内部传输也降低了数据被窃取的风险；同时保持了多芯片方案更好的材料兼容性和更快的产品开发周期的优点。

技术领域

本发明属于集成电路领域，特别涉及一种三维智能微系统芯片。

背景技术

智能微系统在一般意义上是指以微型化、系统化、智能化的理论为指导，在物质域、信息域、能量域等层级，采用新的架构思想与设计方法，通过三维/异质/异构集成等先进制造手段，形成特征尺度为微纳米量级，具备信息的获取、处理、通讯、执行以及能源供给等多种功能，并可独立智能化工作的微型化系统装置，也可称为智能微系统单元或智能微系统节点。传统微系统或经典计算机架构下，传感、存储和计算是分立的，体现在板级，传感器、存储芯片和计算芯片被独立封装在电路板上，通过板级导线交互数据。板级导线直径大，寄生电容也大。长久以来，传感器、存储芯片和计算芯片分别通过材料、工艺、架构等创新，性能显著提升。但分立架构和板级导线限制了数据传输的速度，并且传感器分立于芯片导致集成度低、测试成本高、鲁棒性差等缺陷。同时，因制造温度高(大于1000摄氏度)，传统传感器(如MEMS)难以与CMOS集成，需要额外的外延等工艺。传感器的采样区必须暴漏在待测物体前，难以简单采用晶圆-晶圆三维集成工艺。传感器采集到的数据是原始数据，必须采用模拟电路和处理器进行处理和计算，这增加了设计智能微系统的难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种三维智能微系统芯片，将传感器、处理器、存储器通过晶圆级的集成封装可实现更高的集成密度，更好的鲁棒性，降低电气连接中的寄生电容，降低测试成本，是大阵列传感器实现的前提，数据在内部传输也降低了数据被窃取的风险；同时保持了多芯片方案更好的材料兼容性和更快的产品开发周期的优点。

本发明提供了一种三维智能微系统芯片，所述芯片包括：

第一芯片；所述第一芯片包括第一传感层；

第二芯片；所述第二芯片包括第一衬底和第一有源区层；所述第一衬底和所述第一有源区层自上而下层叠连接；

第一导电通道；所述第一导电通道的一端连接所述第二芯片内部，作为所述集成芯片的输入端或输出端；

第二导电通道；所述第二导电通道的一端连接所述第二芯片内部，另一端连接所述第一传感层，作为所述第一芯片与所述第二芯片之间的数据传输通道。

可选的，所述芯片还包括：

第四衬底；所述第四衬底层叠于所述第一传感层。

可选的，所述芯片还包括：

导电凸块；所述导电凸块设于所述第一导电通道的一端，所述导电凸块和所述第一导电通道连接。

进一步的，所述第二芯片还包括：

第一金属层、第一介电层和至少一个第一通孔；所述第一衬底、所述第一有源区层、所述第一金属层和所述第一介电层自上而下依次层叠连接；所述第一通孔设于第一介电层内部，所述第一通孔连接所述第一金属层和所述第一介电层外部，所述第一通孔为所述第二芯片的输入端或输出端。

进一步的，所述第二芯片还包括：

第三存储层；所述第三存储层位于所述第一有源区层和所述第一金属层之间。

进一步的，所述第二芯片还包括：

第四金属层；所述第四金属层位于所述第一有源区层和所述第三存储层之间。

进一步的，所述芯片还包括：