專利名稱：一種解耦噪聲的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路，具體說，涉及集成電路中的噪聲解耦(noisedecoupling)問題。
背景技術(shù)：
電源分布，高速運(yùn)作或著低功耗是集成電路芯片共有的特性。然而這樣的特性，會(huì)增加芯片中阻抗和感應(yīng)的寄生效應(yīng)，因此噪聲會(huì)產(chǎn)生在電源的分布中。
去耦電容位于芯片中噪聲信號(hào)最顯著或不允許噪聲出現(xiàn)的地方，它能夠提供隔離噪聲或者減小噪聲，同時(shí)它也能作為電源分離或者旁路電容，能夠在電路正常工作時(shí)作為噪聲信號(hào)的電源解耦。所配置的去耦電容是為了保持芯片的電壓值在一個(gè)給定的范圍內(nèi)。
對(duì)于多電源集成的電路和設(shè)備，例如半導(dǎo)體芯片有兩個(gè)或更多不同的負(fù)載電源需求，或者芯片有一個(gè)額外的電源分布系統(tǒng)，局部地電源解耦對(duì)于隔離噪聲和減少噪聲中是不夠的。既然給芯片所提供的電源能引入噪聲，而且所提供的電源與引入的噪聲成正比。然而高容量的芯片更容易產(chǎn)生噪聲問題。例如，越高容量的芯片，噪聲邊緣也就越小，同樣高密度的芯片也容易產(chǎn)生噪聲問題。
因此，對(duì)于整個(gè)芯片，有效的電源解耦是非常重要的。更進(jìn)一步在沒有額外的性能要求，花費(fèi)，設(shè)計(jì)，空間的條件下，大范圍的電源解耦是更為重要的。并且大范圍的電源解耦在芯片，裸片，封裝，板子中也是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種集成電路系統(tǒng)中減少電源分布中噪聲的方法。這個(gè)方法包括整個(gè)集成電路使用的電源分布的結(jié)構(gòu)，和與該結(jié)構(gòu)相一致的去耦網(wǎng)絡(luò)，以及連接電源分布結(jié)構(gòu)和去耦網(wǎng)絡(luò)的連接器。電源去耦網(wǎng)絡(luò)可以用來減少電路中耦合在電源中的噪聲，并且可以減少由于邏輯電路的搖擺而引起的電源回跳現(xiàn)象。它包括兩個(gè)去耦電容，一個(gè)連接到電源分布結(jié)構(gòu)的電源層和地層。另外一個(gè)替代第一個(gè)去耦電容并且連接到電源層和地面層。兩個(gè)去耦電容和電源分布結(jié)構(gòu)相互集成在一起。
本發(fā)明所涉及的集成電路系統(tǒng)包括一個(gè)電源環(huán)和兩組去耦電容電源環(huán)環(huán)繞在集成電路的外圍，兩個(gè)電源走線層穿過集成電路，兩組去耦電容器分別覆蓋在兩個(gè)電源走線層上。這兩個(gè)電源走線層相互平行且隔離。兩組去耦電容器的設(shè)置可以保證集成電路的電壓值逼近于兩個(gè)電源走線層的瞬時(shí)電流。電源環(huán)，兩個(gè)電源走線層構(gòu)成了一個(gè)電源分布系統(tǒng)。
在芯片中只要是噪聲可能出現(xiàn)的地方，大規(guī)模地噪聲去耦隔離形成了電源去耦網(wǎng)絡(luò)。電源去耦網(wǎng)絡(luò)是相鄰地，覆蓋地，或者集成在電源分布結(jié)構(gòu)中，如電源分布的結(jié)構(gòu)和電源去耦網(wǎng)絡(luò)并不相互限制，不同地電源分布結(jié)構(gòu)穿過芯片全部或者部分，并與電路和設(shè)備的電源需求相匹配。
附圖描述

圖1給出了一個(gè)半導(dǎo)體芯片或者底層的俯視圖；圖2給出了另一個(gè)半導(dǎo)體芯片或者底層的俯視圖；圖3給出了其它半導(dǎo)體芯片或者底層的俯視圖；圖4給出了圖1和圖3芯片的側(cè)面圖；圖5為圖2所示芯片俯視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1給出了一個(gè)半導(dǎo)體芯片或者底層的俯視圖它包括電源分布結(jié)構(gòu)和電源去耦網(wǎng)絡(luò)。芯片的俯視圖100包括電源分布的結(jié)構(gòu)101，它環(huán)繞在芯片的周圍；電源分布的結(jié)構(gòu)101包括了一個(gè)電源環(huán)102，電源環(huán)102中一系列平行間隔的金屬層或繞線104穿過芯片100；電源分布結(jié)構(gòu)101也可作為電源網(wǎng)絡(luò)或者電源環(huán)結(jié)構(gòu)；電源去耦網(wǎng)絡(luò)103包含一組去耦電容106，去耦電容的放置垂直于電源分布結(jié)構(gòu)的平臺(tái)，三個(gè)去耦電容相互平行，去耦電容的多少依賴于噪聲降低的程度。
圖2給出了另一個(gè)半導(dǎo)體芯片或者底層的俯視圖，它包括電源分配結(jié)構(gòu)和電源去耦網(wǎng)絡(luò)。芯片的頂視圖200包括電源分布的結(jié)構(gòu)201和電源去耦網(wǎng)絡(luò)203，電源分布結(jié)構(gòu)201包括一個(gè)外部的電源環(huán)202和一個(gè)內(nèi)部的電源環(huán)204；外部的電源環(huán)202環(huán)繞在芯片200的周圍，內(nèi)部的電源環(huán)204形成在內(nèi)部并且連接于外部的電源環(huán)202；電源去耦網(wǎng)絡(luò)203包含一組去耦電容206，去耦電容的位于外部202和內(nèi)部電源環(huán)204之間。
圖3給出了其它半導(dǎo)體芯片或者底層的俯視圖，它包括電源分配結(jié)構(gòu)和電源去耦網(wǎng)絡(luò)。芯片的俯視圖300包括電源分布的結(jié)構(gòu)301和電源去耦網(wǎng)絡(luò)303.它環(huán)繞在芯片的周圍。電源分布的結(jié)構(gòu)301包括了一個(gè)電源環(huán)302，電源環(huán)302包括兩組平行間隔的金屬層或繞線304和306.兩組平行間隔的金屬層304，306穿過芯片300，并且相互垂直。電源去耦網(wǎng)絡(luò)303包含去耦電容308，去耦電容位于兩組平行間隔的金屬層的交叉點(diǎn)，且形成了一個(gè)矩陣。
圖1，圖2，圖3中的電源分布結(jié)構(gòu)101，201，301是由傳導(dǎo)材料組成，例如金屬或者硅。雖然電源分布結(jié)構(gòu)和電源去耦網(wǎng)絡(luò)在芯片的俯視圖100，200，300中是可見的，然而全部或者部分的電源分布結(jié)構(gòu)或者電源去耦網(wǎng)絡(luò)也許會(huì)被電路或者芯片其它的結(jié)構(gòu)隱藏起來。例如，圖3中，第二組平行間隔的金屬層306也許被形成在第一組平行間隔的金屬層304的下面。去耦電容能夠被放置在電源分配結(jié)構(gòu)下面，在圖1和圖3中，去耦電容106和308分別放置在電源分配結(jié)構(gòu)101和301之下。因此，它們對(duì)于上層是不可見的。電源分布的結(jié)構(gòu)和電源去耦網(wǎng)絡(luò)，全部或者部分水平和垂直的結(jié)構(gòu)可以有效地減小空間，增加設(shè)備絕緣，減小裝配處理。
圖4給出了圖1和圖3芯片的側(cè)面圖，它們有相同的側(cè)面圖。圖1中芯片100的側(cè)面截面圖電源層400由電源分布結(jié)構(gòu)101組成，且它在電源層400之上接地層402可以是半導(dǎo)體底層或者金屬層。在電源層400和地層402之間是去耦電容106，每一個(gè)去耦電容106經(jīng)過410連接電源層400與電極408，這個(gè)電極408和接地層402之間填充的是絕緣材料406。通過半導(dǎo)體的裝配處理可以形成去耦電容106及它們連接到的電源層400之上接地層402。
圖4為的芯片300的側(cè)面截面圖電源層400由一系列層304組成，接地層402由另一系列層306組成。去耦電容308形成在電源層和接地層之間。另一可選擇的方案是電源層400由一系列層304組成，電極408由另一系列層306組成，接地層402可以是獨(dú)立的一個(gè)底層或者金屬層。在芯片100和300中，在電源層和接地層之間缺乏去耦電容時(shí)，其它的結(jié)構(gòu)將被提供。因此，電源去耦網(wǎng)絡(luò)不需要額外的空間，它也可以由其它現(xiàn)存的結(jié)構(gòu)來替代。
圖5為圖2所示芯片俯視圖當(dāng)電源線接地線屬于相同的層時(shí)，去耦電容結(jié)構(gòu)如圖2和圖5所示。圖5為去耦電容206的俯視圖去耦電容位于電源線500和接地線502之間。第一個(gè)電極504和第二個(gè)電極506之間填充的是絕緣材料508，第一個(gè)電極504位于絕緣材料508之上，在第二個(gè)電極506位于絕緣材料508之下。導(dǎo)孔510將電極504和電源線500連接，導(dǎo)孔512將電極506和接地線502連接，
金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管也可以被用作去耦電容。電容可以是溝槽電容，堆疊電容，金屬電容，或者其它類型的電容。電源分布結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)電源去耦網(wǎng)絡(luò)，電源分布結(jié)構(gòu)具有不同的密度與復(fù)雜性，并且有一個(gè)或者多個(gè)供電電源。電源去耦網(wǎng)絡(luò)可以被擴(kuò)展到裸片和封裝范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種減少集成電路電源分布中的噪聲的方法，包括使用電源分配結(jié)構(gòu)在集成電路中分布電源；根據(jù)電源分布結(jié)構(gòu)，在集成電路中形成去耦網(wǎng)絡(luò)，以減少集成電路中的噪聲；以及把電源分配結(jié)構(gòu)連接到去耦網(wǎng)絡(luò)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，去耦網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)電容組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，去耦網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)晶體管組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成去耦網(wǎng)絡(luò)包括在電源分配結(jié)構(gòu)的下面形成去耦網(wǎng)絡(luò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成去耦網(wǎng)絡(luò)包括在與電源分配結(jié)構(gòu)相同或者相鄰的位置上形成去耦網(wǎng)絡(luò)。
6.一種去耦網(wǎng)絡(luò)，包含第一去耦電容，連接到電源分配結(jié)構(gòu)的電源層和接地層；以及第二去耦電容，替代第一個(gè)電容，且連接到電源層和接地層；其中，第一和第二去耦電容與電源分配結(jié)構(gòu)相互結(jié)合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的去耦網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，電源層位于接地層之上，第一和第二去耦電容設(shè)置于電源層和接地層之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的去耦網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，第一去耦電容包括一個(gè)連接到電源平面的導(dǎo)孔、一個(gè)連接到導(dǎo)孔的電極，以及一耦聯(lián)到電極和接地層的絕緣材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的去耦網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，電源線和接地線屬于同一平面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的去耦網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，第一去耦電容包括第一導(dǎo)孔，連接到電源層；第一個(gè)電極，連接到第一導(dǎo)孔；第二導(dǎo)孔，連接到接地層；第二電極，連接到第二導(dǎo)孔；以及絕緣材料連接到第一和第二電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的去耦網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，第一去耦電容至少是溝槽電容、堆疊式電容、金屬絕緣電容和金屬氧化半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的去耦網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，電源層包括一個(gè)電源環(huán)。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的去耦網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，在芯片上設(shè)置有電源分配結(jié)構(gòu)和第一去耦電容。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的去耦網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，在裸片上設(shè)置有電源分配結(jié)構(gòu)和第一去耦電容。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的去耦網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，在芯片包上設(shè)置有電源分配結(jié)構(gòu)和第一去耦電容。
16.一種集成電路中大規(guī)模地減小噪聲的系統(tǒng)，包括一個(gè)電源環(huán)，環(huán)繞在集成電路的外圍；第一電源走線層，穿過集成電路；第二電源走線層，穿過集成電路，并與第一電源走線層相互隔開且平行；第一組去耦電容器，覆蓋在第一電源走線層的位置上；以及第二組去耦電容器，覆蓋在第二電源走線層的位置上，其中，第一組和第二組去耦電容器設(shè)置成可以保持集成電路區(qū)域的電壓值逼近于相應(yīng)的第一和第二電源走線層上的瞬時(shí)電流，電源環(huán)、第一電源走線層和第二兩個(gè)電源走線層構(gòu)成集成電路的電源分配系統(tǒng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，電源環(huán)、第一電源走線層和第二走線層彼此電耦聯(lián)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包含第三電源走線層，以與第一電源走線層相垂直的方向，穿過集成電路；以及第四電源走線層，以與第一電源走線層相垂直的方向，穿過集成電路，第三和第四電源走線層相互隔開且平行；其中，第一和第二組去耦電容位于第一，第二，第三和第四電源走線層的交叉點(diǎn)上。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一和第二組去耦電容中的每一個(gè)電容是溝槽電容，堆疊式電容或金屬絕緣電容。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一和第二組去耦電容中的每一個(gè)電容是金屬氧化半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種大規(guī)模電源去耦網(wǎng)絡(luò)的方法和系統(tǒng)。這個(gè)集成電路中包括電源去耦網(wǎng)絡(luò)和電源分配結(jié)構(gòu)。電源去耦網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)系于電源分配結(jié)構(gòu)，且它由很多去耦電容組成，如溝槽電容，堆疊式電容，金屬絕緣電容或金屬氧化半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管。
文檔編號(hào)H01L23/522GK1607656SQ20041004358
公開日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2004年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者武平, 陳大同, 范仁勇, 冀晉 申請(qǐng)人:展訊通信(上海)有限公司