[发明专利]互连结构及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及互连结构和互连结构的设计方法，并且更加具体地，涉及半导体器件中包括键合线的互连结构和互连结构的设计方法。

背景技术

近年来，高速半导体器件已经引起了诸如电源噪声、信号反射、信号间干扰(串扰)以及EMI(电磁干扰)的问题。传统上，独立地讨论、分析和设计电源系统和信号系统，例如电源噪声和EMI、由于也会引起EMI的信号反射和偏移(skew)引起的信号质量恶化，由于信号间干扰和/或EMI导致的信号波形的劣化等等。

然而，在这些年来，随着信号密度和信号传输率增加，信号和电源之间的直接相互作用已经被指出，这发生在半导体器件封装或印刷电路板内部的信号传输期间。在非专利文献1和非专利文献2中描述了此问题。

在这里，由于传播信号等等导致的信号传输期间从电源线到信号线的直接共模噪声转换(transition)，或相反地从信号线到电源线的直接噪声传输正引起新问题。这些直接的信号-电源相互作用通过在信号和电源传输系统之间产生正反馈回路而引起EMI，其导致Gbps级的高速器件操作不稳定。

通常，建议提供接地屏蔽以防止包括噪声的信号间干扰。然而，在信号线的一部分是键合线的情况下，很难在半导体器件中在所有键合线中的每一根周围提供接地屏蔽。不仅难以制造这样的半导体器件，并且半导体器件的尺寸变大，因此制造成本增加。因此，优选的是，在不需要特殊的高成本的制造工艺的情况下实现电气性能。

图1A和图1B比较被安装在两个不同类型的插入板(interposer)上的完全相同的LSI的输出信号谱。图1A是示出插入板具有键合线的情况的图。图1B是示出插入板属于倒装芯片类型的情况的图。在倒装芯片型插入板中，电源线和信号线被提供在不同的层中并且通过接地面来彼此屏蔽。

这两个LSI在6.4Gbps的信号速率下进行操作。通过对观察到的共模信号波形执行傅立叶变换获得这些输出信号谱。在这些图形中，水平轴示出频率并且垂直轴示出噪声的强度。实线表示在没有电源噪声的情况下只有信号被输入到插入板的情况，并且虚线表示在电源噪声的情况下信号被输入到插入板的情况。

从图1A和图1B看到下述事实。即，在倒装芯片型插入板的情况下，因为信号和电源被很好地屏蔽，所以共模噪声谱非常一致，与电源噪声存在还是不存在无关。另一方面，在包含键合线的插入板的情况下，电源噪声的存在和不存在之间的共模噪声的差异是非常大的，特别在兆赫兹区域中。在本示例中，在兆赫兹区域中该差异大的原因在于，电源噪声的主频率分量处于兆赫兹区域中。倒装芯片型插入板比具有键合线的插入板更加昂贵。

如以上示例所示出的，当半导体器件在其中具有键合线时，插入板中从电源系统到信号系统的直接噪声转换(transition)大，因此需要减少噪声转换或干扰的一些措施。即，对于下一代低成本和高速器件，要求减少电源和信号之间的耦合和干扰以及减少电源噪声本身的新方案。另外，如各种公开所揭示的，对于Gbps量级高速器件的稳定操作来说，还需要减少由阻抗不连续性引起的信号反射和信号间干扰(串扰)。因为插入板上的布局资源有限，特别是对于低成本插入板，所以理想的是，以最优的平衡满足所有的要求。

图2A至图2C示出在专利文献1(USP 6,538,336)中描述的将LSI芯片连接到插入板基板的键合线的布置的示例。图2A是示出键合线的布置的透视图。图2B是示出键合线的布置的侧视图。图2C是沿着图2B中的线A-A’的键合线的截面图。

从图2A和图2B中看到，在该示例中，LSI芯片被安装在插入板基板上。在LSI芯片的表面和插入板基板的表面中的每一个中键合焊盘被布置为两行。键合线从LSI芯片上的键合焊盘连接到插入板基板上的键合焊盘。

图2C中所示的“S”、“G”以及“P”的符号意指键合线分别用于信号、接地以及电源。如在图2C中看到的，接地键合线或者电源键合线被布置为与信号键合线相邻。在这里，预先确定的电压可以被施加给接地键合线和电源键合线，其中该预先确定的电压可以被替换为与信号键合线的频率相比具有非常低的频率的信号。根据这一点，用于接地、电源以及极低频率信号的键合线被简称为固定电压键合线。

从图2B中可以看到，与被布置在LSI芯片上的两行中的靠近安装基板一侧上的第二行的键合焊盘中的一个相连接的键合线被提供为低于与作为另一行的第一行的键合焊盘中的一个相连接的键合线。换言之，与第一行键合焊盘连接的键合线被包含在第一包络(envelope)中，并且与第二行键合焊盘相连接的键合线被包含在位于第一包络下面的第二包络中。