集成電路結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

當(dāng)前的微處理器能夠引起在非常短的時間內(nèi)(常常快于10納秒(ns))出現(xiàn)的大的負載瞬變。為了避免可能導(dǎo)致執(zhí)行錯誤的電壓下降，微處理器功率輸送網(wǎng)通常包含高頻去耦電容器，這些高頻去耦電容器穩(wěn)健地鄰接至微處理器管芯，或者被集成到管芯自身中。這對于將來的工藝節(jié)點會趨向于變得更加困難，因為預(yù)期器件密度將顯著地增大，而預(yù)期負載瞬變的幅度和速度將保持大致相同。對應(yīng)地，對于每個新的工藝節(jié)點而言，在縮小了大約50％的區(qū)域中將會需要相同量的功率輸送去耦。在過去和當(dāng)前的產(chǎn)品上通常使用兩種解決方案(有時被組合)。第一種解決方案是將多個陶瓷電容器放置在管芯側(cè)上、焊盤側(cè)上、或者嵌入封裝體襯底中。電容器使用寬的電源面或者通過密集陣列的鍍覆通孔(PTH)連接到管芯。這提供了大量的去耦電容，但是響應(yīng)速度根本上受限于電容器與管芯的物理距離以及電容器所連接到的管芯的面積，這會降低將來工藝節(jié)點的有效性并導(dǎo)致較大的電壓下降。第二種解決方案是在管芯上實現(xiàn)金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器。MIM電容器幾乎立即地對局部負載瞬變進行響應(yīng)，但是具有有限的電荷儲存容量。理想地，MIM密度將會與器件密度成反比，但這在實踐中已證實是具有挑戰(zhàn)性的，因此存在使MIM密度保持恒定的趨勢。

附圖說明

圖1示出了封裝體組件的實施例的橫截面?zhèn)纫晥D，其中封裝體組件包括具有穿硅過孔(TSV)的管芯以及連接到管芯的背側(cè)(backside)的MIM電容器。

圖2示出了圖1的結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖3示出了封裝體組件的另一個實施例的橫截面?zhèn)纫晥D，其中封裝體組件包括管芯以及連接到管芯的去耦電容器。

圖4示出了封裝體組件的另一個實施例的橫截面?zhèn)纫晥D，其中封裝體組件包括管芯以及連接到管芯的背側(cè)的去耦電容器。

圖5示出了計算設(shè)備的實施例。

具體實施方式

一種包括穿硅過孔(TSV)管芯以及連接到TSV的至少一個去耦電容器的裝置被描述為包含該裝置以及將去耦電容器連接到管芯(例如，TSV管芯)的背側(cè)的方法的封裝體結(jié)構(gòu)和計算設(shè)備。實施例包括被實現(xiàn)在管芯的背側(cè)上并與TSV連接的、用于微處理器(或芯片組)的去耦電容器。管芯減薄至代表性地100微米數(shù)量級的管芯厚度通常意味著個體TSV的長度會是小的，因此TSV陣列會具有相對低的電感，從而允許非?？焖俚乃沧冺憫?yīng)。實施例包括：在管芯的背側(cè)上的(多個)電容器，其被實現(xiàn)為管芯自身的背面上的MIM電容器層(與背側(cè)的再分布層類似地構(gòu)造)；被置于管芯的頂部上的陣列電容器；或者使用實現(xiàn)在堆疊的管芯上的MIM或器件電容器(例如，使用被添加到存儲器管芯的MIM層)。所描述的實施例提供了去耦電容的顯著增加，這在非常高的速度下是有效的，以便在不需要昂貴的MIM縮放(scaling)的情況下產(chǎn)生對于將來工藝節(jié)點而言相等或減小的電壓下降。

圖1示出了封裝體組件的實施例，其中封裝體組件包括TSV管芯和連接到管芯的背側(cè)的MIM電容器以及用作為MIM的導(dǎo)電層的背側(cè)金屬化/分布層。參考圖1，結(jié)構(gòu)100包括具有器件側(cè)115和背側(cè)120的管芯110。在該實施例中，管芯110是TSV管芯，其包括TSV 125，TSV 125從器件側(cè)115延伸至背側(cè)120并且界定背側(cè)上的接觸點127。接觸點為器件(例如在該實施例中，MIM電容器)提供連接點。接觸點可以位于對應(yīng)的TSV的位置處。替代地，可以提供導(dǎo)電金屬化層或分布層(例如，銅跡線)，以傳送與管芯110的背側(cè)120相關(guān)聯(lián)的區(qū)域中的一個或多個接觸點的位置，以便連接到器件。將諸如去耦電容器(例如，MIM電容器)之類的器件直接連接到由TSV界定的接觸點包括：將該電容器連接到位于對應(yīng)的TSV的位置處或者通過金屬化層被路由到背側(cè)120上的不同位置處的接觸點。在該實施例中，被連接到管芯110的背側(cè)120上的接觸點的一部分是MIM電容器。更具體而言，MIM電容器130由以下各項構(gòu)成：例如銅的金屬層135，例如具有大于二氧化硅(“高k電介質(zhì)材料”)的電介質(zhì)常數(shù)的電介質(zhì)材料(例如，基于鉿的電介質(zhì)(例如，氧化鉿))的絕緣體140；以及例如銅的金屬層145。在一個實施例中，通過例如形成圖案并引入銅材料(通過例如化學(xué)沉積晶種材料、隨后在暴露出的晶種區(qū)域上電鍍銅金屬)，在背側(cè)金屬化工藝中引入金屬層135?？梢酝ㄟ^沉積(例如，化學(xué)氣相沉積)來形成絕緣體140?？梢酝ㄟ^針對金屬層135所描述的銅引入工藝來形成金屬層145。在管芯的背側(cè)上的MIM 130可以占據(jù)管芯的背側(cè)的區(qū)域中的一部分(包括整個部分)。在一個實施例中，除了在管芯110的背側(cè)120上的MIM 130之外，還可以存在連接到接觸點127與TSV 125的其它器件，這些其它器件或者與MIM 130相鄰或者在MIM 130上方(例如，通過穿過MIM 130的路由互連件連接)。

圖1還示出了在管芯110的器件側(cè)115上的MIM 150。在一個實施例中，MIM 150包括：例如銅的金屬層155；例如高k電介質(zhì)(例如，氧化鉿)的電介質(zhì)層160；以及例如銅的金屬層165。在一個實施例中，MIM 150可以根據(jù)用于形成MIM 130的類似工藝，形成在器件側(cè)的最終金屬層(N)中作為金屬層165，其中金屬層165通過例如在倒數(shù)第二金屬層(N-1)與金屬層155和金屬層165中的每一層之間的單獨的導(dǎo)電過孔來連接到倒數(shù)第二金屬層。與MIM 130的情況一樣，MIM 150可以占據(jù)管芯110的器件側(cè)115的一部分(包括整個部分)。被布置在金屬層165上的是電介質(zhì)層(未示出)以及導(dǎo)電接觸點。在一個實施例中，器件互連件可以從管芯110的器件側(cè)115延伸通過MIM 150的金屬層165至接觸盤。當(dāng)這種互連件延伸通過MIM 150時，它們與MIM 150電隔離?？蛇x地，連接到互連件的導(dǎo)電金屬化層或分布層(例如，銅跡線)然后可以被布置在金屬層165上的電介質(zhì)層上。金屬化層用于置放接觸點以便連接到另一個襯底，例如封裝體170。圖1示出了電介質(zhì)材料的外部鈍化層167，其中外部鈍化層167覆蓋任何金屬化層(例如，銅跡線)并具有至接觸盤的開口，以允許這種互連件連接到焊料連接部180。如圖1中所示出的，在該實施例中，管芯110通過焊料連接部180連接到封裝體170。

圖1中的插圖示出了MIM 150的另一個實施例。在該實施例中，可以通過以下步驟來形成MIM 150：在最終金屬層155上沉積電介質(zhì)層(電介質(zhì)層1552)，隨后沉積鉭金屬層(層1553)、MIM電介質(zhì)層150、第二鉭層(層1653)、電介質(zhì)層1652以及銅層1651。導(dǎo)電過孔單獨地形成至層1553與層1653?？梢允褂妙愃频呐渲煤凸に囋诠苄?10的背側(cè)上形成MIM 130。

圖2示出了圖1的結(jié)構(gòu)100的俯視圖。圖2示出了連接到封裝體170的管芯110，并示出了與連接到MIM 130的對應(yīng)的TSV 125相關(guān)聯(lián)的接觸點127。

圖3示出了封裝體的另一個實施例的橫截面?zhèn)纫晥D，其中封裝體包括管芯以及連接到管芯的去耦電容器，管芯和去耦電容器轉(zhuǎn)而連接到封裝體襯底。在該實施例中，通過被置于管芯的背側(cè)上的陣列電容器來實現(xiàn)去耦電容。參考圖3，組件200包括具有器件側(cè)215與背側(cè)220的管芯210。管芯210還包括TSV 225，其中TSV 225從器件側(cè)215延伸至背側(cè)220并連接到或界定背側(cè)上的接觸點。

在管芯210的器件側(cè)215上的是MIM 250。MIM 250包括：例如銅的第一導(dǎo)電層255；氧化硅、氮化硅的電介質(zhì)層260或用于半導(dǎo)體制造中的其它常見電介質(zhì)層；以及例如銅的導(dǎo)電層265。MIM 250被布置在器件側(cè)215的一部分上(包括整個部分)，并且可以如參考圖1中的MIM電容器所描述的來形成。導(dǎo)電過孔可以延伸通過MIM 250至金屬化層267，其中導(dǎo)電過孔界定了接觸點以便連接到焊料連接部280，以將管芯連接到封裝體270。在管芯210的背側(cè)220上，由TSV 225界定的接觸點用于通過至金屬化層235(例如通過電鍍工藝被形成為圖案化的銅層)的焊料連接部285將管芯連接到陶瓷陣列電容器280。在一個實施例中，陣列電容器使用交錯的地和V_cc凸塊的球柵陣列(BGA)。以此方式，減小或消除了對于雙端子電容器有問題的任何過量電感。

圖4示出了組件的另一個實施例的橫截面?zhèn)纫晥D，其中組件包括管芯以及連接到管芯的背側(cè)的去耦電容器。參考圖4，組件300包括管芯310，其中管芯310包括器件側(cè)315與背側(cè)320。管芯310包括TSV 325，其中TSV 325從器件側(cè)延伸至背側(cè)320，并連接到管芯的背側(cè)上的接觸點或?qū)⒔佑|點界定至圖案化的分布(導(dǎo)電)層335。連接到管芯310的器件側(cè)315的是MIM 350。MIM 350包括：連接到管芯上的接觸點的、例如銅的導(dǎo)電層355；例如氧化鉿的電介質(zhì)層360；以及例如銅的導(dǎo)電層365。MIM 350在管芯310的器件側(cè)315的一部分(包括整個部分)上延伸，并且可以如上針對圖1中的MIM 150所描述的來形成。被布置在導(dǎo)電層365上的是電介質(zhì)層(未示出)和接觸盤(銅接觸盤)以及可選地作為金屬化層或分布層的導(dǎo)電(例如，銅)跡線。圖4示出了電介質(zhì)材料的外部鈍化層367，其中外部鈍化層367覆蓋任何金屬化層(例如，銅跡線)并具有至接觸盤的開口，以使得焊料連接部380可以與接觸盤進行電接觸。焊料連接部380將管芯310連接到封裝體370。

在管芯310的背側(cè)320上的是存儲器管芯390。在該實施例中，存儲器390包括MIM 380，其中MIM 380包括：例如銅的導(dǎo)電層382；例如氧化鉿的電介質(zhì)層383；以及例如銅或鋁的導(dǎo)電層384。MIM 380可以如上針對例如圖1中的MIM 130所描述的來形成。包括MIM 380的存儲器管芯390通過焊料連接部385連接到管芯310。

不具有互補功率縮放的器件尺寸縮放使得高速負載瞬變成為性能限制因素。所描述的實施例能夠顯著地緩解與高速負載瞬變相關(guān)的問題，從而允許產(chǎn)品以較低的電壓操作(用于較低的功率操作以增加電池壽命或者以積極得多的設(shè)置進行操作以用于改善的峰值性能)。

圖5示出了根據(jù)一種實施方式的計算設(shè)備400。計算設(shè)備400容納板402。板402可以包括多個部件，包括，但不限于，處理器404和至少一個通信芯片406。處理器404物理地耦合并電耦合到板402。在一些實施方式中，至少一個通信芯片406也物理地耦合并電耦合到板402。在另外的實施方式中，通信芯片406是處理器404的一部分。

取決于計算設(shè)備400的應(yīng)用，計算設(shè)備400可以包括其它部件，這些其它部件可能或者可能沒有物理地耦合并電耦合到板402。這些其它部件包括，但不限于，易失性存儲器(例如，DRAM)、非易失性存儲器(例如，ROM)、閃存、圖形處理器、數(shù)字信號處理器、密碼處理器、芯片組、天線、顯示器、觸摸屏顯示器、觸摸屏控制器、電池、音頻編解碼器、視頻編解碼器、功率放大器、全球定位系統(tǒng)(GPS)設(shè)備、指南針、加速計、陀螺儀、揚聲器、照相機、以及大容量儲存設(shè)備(例如，硬盤驅(qū)動器、光盤(CD)、數(shù)字多功能光盤(DVD)等等)。

通信芯片406實現(xiàn)了用于往來于計算設(shè)備400而進行數(shù)據(jù)的傳輸?shù)臒o線通信。術(shù)語“無線”及其派生詞可以用于描述可以通過使用穿過非固態(tài)介質(zhì)的調(diào)制電磁輻射來傳送數(shù)據(jù)的電路、設(shè)備、系統(tǒng)、方法、技術(shù)、通信信道等等。該術(shù)語并非暗示相關(guān)聯(lián)的設(shè)備不包含任何線，盡管在一些實施例中相關(guān)聯(lián)的設(shè)備可能不包含任何線。通信芯片406可以實現(xiàn)多個無線標準或協(xié)議中的任何標準或協(xié)議，包括，但不限于，Wi-Fi(IEEE 802.11族)、WiMAX(IEEE 802.16族)、IEEE 802.20、長期演進(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、藍牙、其派生物、以及被指定為3G、4G、5G及以上的任何其它無線協(xié)議。計算設(shè)備400可以包括多個通信芯片406。例如，第一通信芯片406可以專用于較短距離的無線通信(例如，Wi-Fi和藍牙)，并且第二通信芯片406可以專用于較長距離的無線通信(例如，GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO等等)。

計算設(shè)備400的處理器404包括被稱為處理器404中所封裝的集成電路管芯。在本發(fā)明的一些實施方式中，處理器的集成電路管芯是包含TSV的管芯，并且以例如上面所描述的方式連接到一個或多個無源器件，例如MIM電容器和/或去耦電容器。術(shù)語“處理器”可以指代對來自寄存器和/或存儲器的電子數(shù)據(jù)進行處理以將該電子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以被儲存在寄存器和/或存儲器中的其它電子數(shù)據(jù)的任何設(shè)備或設(shè)備的一部分。

通信芯片406還包括被封裝在通信芯片406內(nèi)的集成電路管芯。根據(jù)另一實施方式，通信芯片的集成電路管芯是包含TSV的管芯，并且以例如上面所描述的方式連接到一個或多個無源器件，例如MIM電容器和/或去耦電容器。

在其它實施方式中，容納在計算設(shè)備400內(nèi)的另一個部件可以包含通信芯片的集成電路管芯，該集成電路管芯是包含TSV的管芯，并且以例如上面所描述的方式連接到一個或多個器件，例如MIM電容器和/或去耦電容器。

在各種實施方式中，計算設(shè)備400可以是膝上型計算機、上網(wǎng)本、筆記本、超級本、智能電話、平板設(shè)備、個人數(shù)字助理(PDA)、超級移動PC、移動電話、臺式計算機、服務(wù)器、打印機、掃描儀、監(jiān)視器、機頂盒、娛樂控制單元、數(shù)字照相機、便攜式音樂播放器、或者數(shù)字視頻記錄器。在其它實施方式中，計算設(shè)備400可以是處理數(shù)據(jù)的任何其它電子設(shè)備。

示例

示例1是一種裝置，包括：管芯，所述管芯包括從所述管芯的器件側(cè)延伸至所述管芯的背側(cè)的多個穿硅過孔(TSV)；以及去耦電容器，所述去耦電容器耦合到所述TSV。

在示例2中，示例1的所述裝置中的所述去耦電容器包括金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器。

在示例3中，示例1的所述裝置中的所述TSV界定所述管芯的所述背側(cè)上的接觸點，并且所述MIM電容器包括直接耦合到所述接觸點的金屬層。

在示例4中，示例2的所述裝置還包括次級管芯，其中，所述MIM電容器形成在所述次級管芯上。

在示例5中，示例4的所述裝置中的所述TSV界定所述管芯的所述背側(cè)上的接觸點，并且所述MIM電容器的金屬層耦合到所述接觸點。

在示例6中，示例5的所述裝置中的所述MIM電容器的第一層通過焊料連接部耦合到所述接觸點。

在示例7中，示例1的所述裝置中的所述TSV界定所述管芯的所述背側(cè)上的接觸點，并且所述去耦電容器包括耦合到所述接觸點的陶瓷陣列電容器。

在示例8中，示例7的所述裝置中的所述陶瓷陣列電容器通過焊料連接部耦合到所述接觸點。

在示例9中，示例1中的所述裝置還包括位于所述管芯的器件側(cè)的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器。

示例10是一種方法，包括：提供管芯，所述管芯包括從所述管芯的器件側(cè)延伸至所述管芯的背側(cè)的多個穿硅過孔(TSV)；以及將去耦電容器耦合到所述管芯的所述背側(cè)。

在示例11中，示例10的所述方法中的所述去耦電容器包括金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器。

在示例12中，示例10的所述方法中的所述TSV界定所述管芯的所述背側(cè)上的接觸點，并且耦合所述MIM電容器包括：將所述MIM的金屬層直接耦合到所述接觸點。

在示例13中，示例11的所述方法中的將去耦電容器耦合到所述管芯的所述背側(cè)包括：將次級管芯耦合到所述管芯的所述背側(cè)，并且所述MIM電容器形成在所述次級管芯上。

在示例14中，示例13的所述方法中的所述TSV界定所述管芯的所述背側(cè)上的接觸點，并且所述MIM電容器的金屬層耦合到所述接觸點。

在示例15中，示例14的所述方法中的所述MIM電容器的所述金屬層通過焊料連接部耦合到所述接觸點。

在示例16中，示例10的所述方法中的所述TSV界定所述管芯的所述背側(cè)上的接觸點，并且所述去耦電容器包括陶瓷陣列電容器，并且耦合到所述管芯的所述背側(cè)包括：將所述陶瓷陣列電容器耦合到所述接觸點。

在示例17中，示例16的所述方法中的所述陶瓷陣列電容器通過焊料連接部耦合到所述接觸點。

在示例18中，示例10中的所述方法還包括將金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器耦合到所述管芯的器件側(cè)。

示例19是一種裝置，包括：計算設(shè)備，所述計算設(shè)備包括封裝體，所述封裝體包括包含有器件側(cè)和背側(cè)的微處理器，其中穿硅過孔(TSV)從所述器件側(cè)延伸至所述背側(cè)，以及去耦電容器，所述去耦電容器耦合到所述管芯的所述背側(cè)；以及印刷電路板，其中，所述封裝體耦合到所述印刷電路板。

在示例20中，示例19的所述裝置中的所述去耦電容器包括金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器。

在示例21中，示例20的所述裝置中的所述TSV界定所述管芯的所述背側(cè)上的接觸點，并且所述MIM電容器包括直接耦合到所述接觸點的金屬層。

在示例22中，示例20的所述裝置還包括次級管芯，其中，所述MIM電容器形成在所述次級管芯上。

在示例23中，示例22的所述裝置中的所述TSV界定所述管芯的所述背側(cè)上的接觸點，并且所述MIM電容器的金屬層耦合到所述接觸點。

在示例24中，示例23的所述裝置中的所述MIM電容器的第一層通過焊料連接部耦合到所述接觸點。

在示例25中，示例19的所述裝置中的所述TSV界定所述管芯的所述背側(cè)上的接觸點，并且所述去耦電容器包括耦合到所述接觸點的陶瓷陣列電容器。

在示例26中，示例19的所述裝置中的所述陶瓷陣列電容器通過焊料連接部耦合到所述接觸點。

在示例27中，示例19中的所述裝置還包括連接到所述微處理器的所述器件側(cè)的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器。

在以上描述中，出于解釋的目的，闡述了眾多具體細節(jié)，以便提供對實施例的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節(jié)中的一些細節(jié)的情況下實踐一個或多個其它實施例。提供所描述的具體實施例并非為了限制本發(fā)明，而是為了對本發(fā)明進行說明。本發(fā)明的保護范圍不應(yīng)由以上所提供的特定示例來確定，而僅由所附權(quán)利要求書來確定。在其它實例中，以框圖形式或者未詳細示出公知的結(jié)構(gòu)、設(shè)備和操作，以便避免混淆對本說明書的理解。在認為適當(dāng)?shù)牡胤?，附圖標記或附圖標記的末尾部分在附圖中重復(fù)，以指示相對應(yīng)或相似的元件，這些元件可選地可以具有類似的特征。

還應(yīng)當(dāng)意識到，貫穿本說明書對例如“一個實施例”、“實施例”、“一個或多個實施例”或“不同的實施例”的引用表示在本發(fā)明的實踐中可以包括特定特征。類似地，應(yīng)當(dāng)意識到，在本說明中，出于簡化公開內(nèi)容并幫助理解各個創(chuàng)造性方面的目的，各個特征有時一起被組合在單個實施例、附圖或者對其的描述中。然而，本公開內(nèi)容的方法不應(yīng)解釋為反映如下意圖：本發(fā)明需要比每項權(quán)利要求中明確記載的特征更多的特征。相反，如所附權(quán)利要求書反映的，創(chuàng)造性方面可以在于比單個公開的實施例的所有特征少的特征中。因此，隨附具體實施方式的權(quán)利要求書故此被明確地并入該具體實施方式中，其中每項權(quán)利要求本身代表本發(fā)明的單獨實施例。