Techniklexikon

Wafer Scale Integration

Engl., Ganzscheibenintegration. Abk. WSI. Variante der Höchstintegration f VLSI), bei der keine Zerlegung des Wafer in einzelne Chips erfolgt, sondern ein integriertes Gesamtsystem auf der Fläche einer ganzen Halbleiterscheibe untergebracht ist. Während üblicherweise in der integrierten Mikroelektronik größere Systeme, wie Mikrorechner oder Hauptspeicher, durch Zusammensetzen mehrerer unterschiedlicher hochintegrierter Schaltungen auf einer oder mehreren Leiterplatten gebildet werden, enthält eine WSI-Schaltung alle erforderlichen Baugruppen des ganzen Systems in Form verschiedener unverbundener Einzelchips auf einer einzigen Siliciumscheibe. Damit entfällt praktisch der Großteil des Zyklus II: Der Wafer muß nicht mehr durch Chipvereinzelung aufgetrennt und jeder einzelne Chip in Gehäuse verpackt werden. Außerdem spart man die untereinander erforderlichen Verbindungen der Chips auf der Leiterplatte ein. Gleichzeitig wird dadurch die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems wesentlich erhöht. Der dadurch erzielten Kostensenkung (etwa 90% der Kosten von üblichen VLSI-Schal-tungen entstehen im Zyklus II und III) stehen folgende Probleme gegenüber: Nach der Fertigung (Zyklus I) müssen alle auf dem Wafer befindlichen Einzelschaltungen auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft und die Lage der schadhaften IS gekennzeichnet werden (Ausbeute). Erst mit einer für jeden Wafer entsprechend maßgeschneiderten Maske für die noch offenen Verbindungen (Leitbahn) kann die endgültige Verdrahtung durchgeführt werden. Dazu bedarf es einer ausreichend hohen Redundanz an Funktionselementen, um die schadhaften Schaltkreise überbrücken und durch intakte ersetzen zu können. Insbesondere die maßgeschneiderte Maske führte zu wesentlich höheren Zusatzkosten, so daß die WSI bisher nur in Sonderfällen angewendet wurde. Erst in jüngster Zeit ließ sich die wirtschaftliche Redundanzforderung bei wafergroßen RAM in MOS-Technik (Dmr. etwa 100 mm) mit einer Speicherkapazität von mehr als 1000 Kbit kostengünstig erfüllen. Dazu wurde eine besondere Form der Selbsttestung und -Verdrahtung untereinander gefunden, die von einem zusätzlich auf dem Wafer mit untergebrachten Mikroprozessor gesteuert wird und die Selbstreparatur ermöglicht. Der Superspeicher ist für die Erzeugung von Farbfernsehstandbildern in Bildschirmterminals vorgesehen. In ähnlicher Weise könnten zukünftig sogar scheibengroße Mikrocomputersysteme hergestellt werden.