專利名稱：將薄膜電阻器嵌入電力輸送網絡的襯底中的制作方法
技術領域：
本發(fā)明 一般涉及集成電路的電力輸送網絡。
背景技術：
電力輸送網絡將電力從電源提供到集成電路。集成電路通常裝配 在安裝到印刷電路板的封裝中。印刷電路板可合并到可以插入母板或 印刷電路板的電子組件中。
一般來說，使半導體封裝和更有效的集成電路具有高去耦電容和 低電感是有利的。為此目的，可以用電阻器和電容器來設計電力輸送 網絡，以便降低阻抗和增大集成電路內從電源傳遞到負載的電力。
因而，電力輸送網絡的總體目標是要降低集成電路的功率損耗和 改善其性能。最好以最低的可能成本來這樣做。


圖l是本發(fā)明一個實施例的示意橫截面圖； 圖2A是按照本疼明一個實施伊j圖1電力輸送網絡的簡化電路圖； 圖2B是按照本發(fā)明一個實施例圖1封裝的更詳細電路圖； 圖3是一般沿著圖4中線3-3截取的部分放大的橫截面圖； 圖4是按照本發(fā)明一個實施例圖3所示實施例的頂視平面圖； 圖5是按照本發(fā)明一個實施例一般沿著圖4中的線5-5截取的橫 截面圖6是本發(fā)明另 一個實施例的放大的橫截面圖7是一般沿著圖6中的線7-7截取的部分簡化的橫截面圖8是本發(fā)明的再一個實施例的放大的透視圖9是按照本發(fā)明一個實施例一般-沿著圖8中的線9-9截取的圖8所示實施例的平面橫截面圖；和
圖10A-10E是按照本發(fā)明不同實施例一般沿著圖6中的線7-7截 取的部分筒化的橫截面圖。
具體實施例方式
按照本發(fā)明的一些實施例，可以將電阻器嵌入集成電路金屬化層
-'、
內，以便實現(xiàn)可以較低成本制造的電力輸送網絡。另外，嵌入式電阻 器可以允許對電阻值進行較大控制。在一些實施例中，可以將電阻器 嵌入金屬化層內，而在其它實施例中，可以將嵌入式電阻器置于金屬 化層的頂上。
參見圖1,電力輸送網絡IO可以包括其上安裝了電源110的印刷 電路板100。電源110通過印刷電路板100內的互連向安裝在印刷電 路板100上的集成電路140供電。集成電路140可以包括封裝120和 所述封裝內的半導體管芯130。按照本發(fā)明的一些實施例，嵌入式電 阻器(圖1中未示出)可以設置在管芯130上。
因而，參見圖2A，電力輸送網絡10的模型描繪示出了電源110， 電源110在電源金屬化線12上提供稱為Vcc的電位。還示出了提供 稱為Vss的電位的地金屬化線18。
當管芯130電容(Cdie)完全放電以便向管芯130供電時，接下來響 應的電容器是具有內部電阻(Rpk^p)和電感(Lpkg,)(圖2B)的封裝電容 器(Cpkg,)24。這個封裝電容器連接到封裝120，通過焊盤14b再到Vcc 金屬化線12。該電容器的另一端通過焊盤14a連接到封裝120。電容 器24的電源放電通路通過嵌入式電阻器22。
在一些實施例中，嵌入式電阻器可以減少增大管芯上的去耦電容 的需要，因為，主要由于所需的高成本基本投資的緣故，硅成本本身 大于襯底成本。在一些實施例中，通過嵌入式電阻器而不是管芯上的 電容器來推動降低高頻阻抗。
因為嵌入式電阻器允許電容器中所需的定制的電阻值，所以，與
高等效串聯(lián)電阻(ESR)電容器相比，嵌入式電阻器是有利的?？墒故?場上可買到的高ESR電容器達到具有相對有限選擇的特定電阻值，因 為它們的電阻主要是由利用特定的高電阻材料來改變電容器端子電阻 而引起的。
用嵌入式電阻器，可以通過設計薄膜嵌入式電阻器的不同物理尺 寸來獲得特定的電阻值。此外，嵌入式電阻器可以允許減少電容器的 數(shù)目，由此降低材料和制造成本。 .
圖3中描繪了按照本發(fā)明一個實施例與電力輸送網絡10有關的集 成電路管芯130的一部分的配皇。在半導體襯底(未示出)上可以是一 個或多個層間電介質30、 32和28。在電介質30和32之間是層1或 電源金屬化線12。在電介質28和30之間是層2或地金屬化線18。 最后，在電介質28上可以是金屬焊盤14b和14a。在一個實施例中， 可以用阻焊劑15覆蓋結構上表面的相當大部分，以便可以將電容器24 準確地放置成落在焊盤14b和14a上。
將焊盤14b耦合到電源金屬化線12的是通孔16。事實上，可以 利用多個并行通孔16通過提供并行通路來減小有效電阻。因而，在 本發(fā)明的一個實施例中，多個通孔16可以擴展到圖3中的頁面上， 所有通孔的一端都連接到焊盤14b，并且下端連接到電源金屬化線12。
類似地，如圖3中右側所描繪的，可以在焊盤14a和地金屬化線 18之間設置雙通孔20。，雖然圖中示出了雙通孔20，但是可以提供兩 個以上的并行通路，再一次借助于通路的并行特性來降低阻抗。
由此，比較圖2B和3，地金屬化線18最終耦合到電源110和電 容器24,以及電阻器2厶(圖3中未示出電阻器22)。
參見圖4，該圖是頂部平面視圖，電阻器22被隱藏在一部分電介 質層28和阻焊劑15的下面。電阻器22電耦合在Vss金屬化烀盤26 和Vss焊盤14a之間。焊盤14a也被阻焊劑15部分覆蓋。焊盤14a的 暴露部分電耦合到倒U形電容24的上引線，而焊盤14b的暴露部分 電耦合到電容器24的下引線。焊盤14b也可以被阻焊劑15部分覆蓋。
在該圖解說明的實施例中，焊盤26耦合到Vss，焊盤14a耦合到Vss, 而焊盤14b耦合到Vcc,所有這些都在圖3和5中進一步圖解說明。
接著參見圖5,焊盤26和焊盤14a被阻焊劑15至少部分覆蓋。 電阻器22在阻焊劑15下面，與焊盤26和14a相鄰，但在它們的下 部區(qū)域。有效地，電阻器22位于電介質28a上面和電介質28a下面。 焊盤26通過雙通孔20耦合到電源金屬化線18。電介質28a實際上疊 置在電阻器22和阻焊劑15之間的區(qū)域。
由此，可以在管芯130上以集成的方式提供嵌入式電阻器22和管 芯側電容器(DSC)24。在一些實施例中，'電阻器22的尺寸可以是可控 的，以便設定精確的所需電阻值。在一些實施例中，基于表面的電阻 器22可能是有利的，因為可以更容易地制造這種電阻器。
參見圖6和7，按照本發(fā)明的另一個實施例，可以將電阻器22嵌 入在圖6中所示的結構內更深處，具體地說，與電源金屬化線12相 關聯(lián)。
具體地說，在制造期間可以在線12中形成一個開口。然后，可以 用形成電阻器22的材料填充該開口，使所述材料形成圖案并蝕刻為 落入開口內并略樣i超出開口，以便略微與線12重疊。例如，線12和 線18—般由銅形成。電阻器22可以由更大電阻的材料形成，諸如鎳。 在形成上覆的電介質28和30之后，可以切溝槽并用通孔16填充所 述溝槽，通孔16則又落在金屬島層88的頂部上，金屬島層88電連 接到電阻器22。另外，所述結構與結合第一實施例所描述的相同。
參見圖7，在一個宰施例中，電阻器22相當于線12內的島。多 個并行通孔16可以從被電阻器22包圍的金屬島88向上延伸到焊盤 14b。
由此，由電阻器22在垂直和水平方向的長度來確定電流通路。通 過調整那些長度，可以仔細地控制電阻的范圍。在一些實施例中，因 為利用光刻法來定義電阻器22的這些長度和寬度，所以可以非常精 確地確定電阻器22的特性。
按照圖8和9中所示的.本發(fā)明第三實施例，可以利用圖3-5的布 置。但是，在這樣的實施例中，不是僅用單個焊盤26和單個電阻器22， 而是可以提供一組3個這樣的焊盤26和電阻器22。由此，焊盤26和 電阻器22可以包圍焊盤14a。但是，到焊盤26的連接性質和焊盤26 的布置與以前相對于圖3-5的單個焊盤實施例所描述的精確地相同。
在一些情況下，提供多個焊盤26和多個并聯(lián)電阻器22可以減小 電阻，有利地改善了互連網絡的性能。
最后，參見圖10A-10E,各種各樣的實施例使用與線12相關聯(lián)的 電阻器22。它們在電阻器22的布置方面有所不同，并且尤其是在其 相對于與耦合到上覆通孔16的金屬島88的其觸點的尺寸方面。
更具體地說，在圖10A的情況下，從島88到電阻器22的垂直邊 和水平邊的尺寸U是相等長度。，因而，電阻器22的垂直長度(從島88 向外移動)和水平長度(兩者都示為U)實際上可以是相同的。
參見圖10B,長度Ll和水平長度L2不再相等。可以通過在淀積 和圖案形成期間簡單地修整電阻器22來做出這種長度差異。
接下來，參見圖IOC，電阻器22連接到島88，在其左右側寬度 為Wl。在島88和電阻器22的頂部和底側是用電介質99填充的區(qū)域。 這將保證電流在左側和右側通過電阻器22從島88流到金屬12,而不 是頂部和底部。
圖IOD對應于圖10C,只是電阻器22具有水平長度L2和寬度W2， 寬度W2延伸到島88的頂部和底部，但僅在與島88接觸的那點對齊 的區(qū)域中。因而，在本發(fā)明的一些實施例中，Ll可以不等于L2,并 且Wl可以不等于W2。
最后，參見圖10E,電阻器22遠離其與島88接觸的那點僅向上 延伸。因而，電阻器22具有尺寸U.和Wl。
雖然圖10A-10E提供了電阻器22變化的可提供的有限數(shù)目的示 例，但是，本領域的技術人員要理解許多其它變化。然后應該認識到， 可以通過提供電阻器22的形狀、大小和數(shù)目的任何數(shù)目的布置來精 確地控制電阻器22的電阻。
按照本發(fā)明的一些實施例，電阻器22可以具有大約Q.l微米的厚 度和4.9 x 106S/m的導電率。例如，在一些實施例中，電阻器22可以 具有在100和200歐姆之間的電阻率?？梢允褂镁哂?0x 20密耳尺 寸的幾個電容器24。在一個實施例+ ，可以使用4個電容器24,表 示電容器數(shù)目的減少。此外，與叉指式電容器(IDC)相反，電容器24 可以是管芯側電容器(DSC)。嵌入式電阻器可以設計用于其它形狀因 數(shù)的兩端電容器，還有IDC電容器。
在一些實施例中，在襯底內提供電阻使低成本的兩端電容器能夠 代替叉指式電容器。在一些情況下，這種代替可以導致高達60%或更 大的成本降低。另外，在一些實施例中，可以減少電容器的數(shù)目。
一般來說，電力輸送網絡10的目的是保證最大的電力從功率調節(jié) 器通過網絡通路傳遞到集成電路。這可通過保證電力輸送網絡通路的 最低阻抗(Z)來實現(xiàn)，因為功率等于阻抗上所加電壓的平方。由Z。等 于電感除以電容與電阻的乘積來提供圖2A的簡化諧振阻抗(Z。)。電容 可以用管芯上的去耦電容表示，而電感和電阻表示分立去耦電容器的 電感和電阻，包括封裝電容器或母板電容器。
可通過以下方法來降低筒化諧振阻抗ZQ:增大管芯上電容、增大 分立去耦電容器的電阻或者降低或保持去耦電容器的電感。按照本發(fā) 明的一些實施例，可以通過以下方法來增大電力輸送網絡10的電阻 將電阻器22嵌入分立電容器中，或者在襯底表面上布線，或者在襯 底的內層中布線，同時保持低電感?？梢酝ㄟ^將嵌入的電阻設計成具 有特定尺寸的長度、寬度和厚度來控制嵌入的電阻。 一般來說，電容 器布線所需的電阻器的電阻從100毫,到1歐姆。
在本說明書中 一直提到"一個實施例"或"實施例"是指結合所述實 施例描述的特定特征、結構^4^性被包括在本發(fā)明內包含的至少一個 實現(xiàn)方案中。因而，短語"一個實施例"或"在實施例中"的出現(xiàn)不一定 是指同一實施例。而且，可以其它適當?shù)男问蕉皇撬鶊D解說明的具
體實施例來建立所述特定的特征、結構或特性，并且所有這樣的形式 都可以被包括在本發(fā)明的權利要求書內。
雖然已經就有限數(shù)目的實施例描述了本發(fā)明，但是，本領域的技 術人員將由此理解許多修改和變化。所附權利要求書意欲含蓋落在本 發(fā)明的真實的精神和范i內的所有這樣的修改和變化。
權利要求
1.一種集成電路，包括去耦電容器；和嵌入式電阻器，電耦合到所述去耦電容器。
2. 如權利要求1所述的電路，包括至少兩個金屬化層，所述嵌入 式電阻器位于所述金屬化層的上層之間。
3. 如權利要求1所述的電路，包括至少兩個金屬化層，所述嵌入 式電阻器與所述金屬化層的下層相關聯(lián)。
4. 如權利要求1所述的電路，其中所述電容器是U形的，并且包 括一對向下延伸的引線和與所述31線電接觸的焊接區(qū)。
5. 如權利要求4所述的電路，包括與所述焊接區(qū)之一隔開的焊盤， 所述電阻器電定位在所述焊盤和所述焊接區(qū)之一之間。
6. 如權利要求5所述的電路，其中所述電阻器通過所述焊盤耦合 到電源金屬化層。
7. 如權利要求3所述的電斧，其中所述金屬化層之一是電源金屬 化層，所述電源金屬化層具有開口，所述電阻器形成在所述開口中。
8. 如權利要求7所述的電路，其中所述電阻器耦合到所述電容器， 所述電容器是U形的，并且位于兩個隔開的焊盤上，所述焊盤之一通 過通孔耦合到所述電源金屬化層。
9. 如權利要求8所述的電路，包括從所述電阻器延伸到焊盤的多 個通孔，所述焊盤耦合到所述電容器。
10. 如權利要求1所述的電路，包括形成為嵌入式薄膜電阻器的 多個并聯(lián)電阻器。
11. 一種系統(tǒng)，包括 印刷電路板；電源，耦合到所述印刷電路板；和集成電路，耦合到所述印刷電路'板，所述集成電路包括去耦電容器和電耦合到所述去耦電容器的嵌入式電阻器。
12. 如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述集成電路包括至少兩個 金屬化層，所述嵌入式電阻器位于所述金屬化層的上層上。
13. 如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述集成電路包括至少兩個 金屬化層，所述嵌入式電阻器與所述金屬化層的下層相關聯(lián)。
14. 如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述電容器是U形的，并且 包括一對向下延伸的引線和與所述引線電接觸的焊接區(qū)。
15. 如權利要求14所述的系統(tǒng)，包括與所述焊接區(qū)之一隔開的焊 盤，所述電阻器電定位在所述焊盤和所述焊接區(qū)之一之間。
16. 如權利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述電阻器通過所述焊盤耦 合到電源金屬化層。
17. 如權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述金屬化層之一是電源金 屬化層，所述電源金屬化層具有開口，所述電阻器位于所述開口中。
18. 如權利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述電阻器耦合到所述電容 器，所述電容器是U形的，并且位于兩個隔開的焊盤上，所述焊盤之 一通過通孔耦合到所述電源金屬化層。
19. 如權利要求18所述的系統(tǒng)，包括從所述電阻器延伸到焊盤的 多個通孔，所述焊盤耦合到所述電容器。
20. 如權利要求11所述的系統(tǒng)，包括形成為嵌入式薄膜電阻器的 多個并聯(lián)電阻器。
21. —種方法，包括形成電力輸送網絡，所述電力輸送網絡包括去耦電容器和耦合到 集成電路的金屬化層的嵌入式薄膜電阻器。
22. 如權利要求21所述的方法，包括提供上和下金屬化層。
23. 如權利要求22所述的方法，包括在所述下金屬化層上形成所 述薄膜電阻器。
24. 如權利要求22所述的方法，包括在所述上金屬化層上形成所 述薄膜電阻器。
25. 如權利要求21所述的方法，包括形成U形的集成電容器，所 述電容器具有兩個自由臂，將所述自由臂耦合到金屬焊盤，以及將所 述金屬焊盤耦合到所述金屬化層。
26. 如權利要求25所述的方法，包括形成與連接到所述電容器的 所述焊盤之一隔開的第二焊盤，以及在所述隔開的焊盤之間形成所述 電阻器。
27. 如權利要求26所述的方法，包括形成從所述第二焊盤到電源 或地金屬化層的通孔。
28. 如權利要求25所述的方法，包括利用光刻法改變所述薄膜電 阻器的尺寸。
29. 如權利要求21所述的方法，包括提供多個并聯(lián)薄膜嵌入式電 阻器。
30. 如權利要求28所述的方法，包括在每個金屬化層中每個焊盤 之間利用至少兩個并行通路將所述焊盤耦合到金屬化層。
全文摘要
利用管芯側電容器和嵌入式電阻器可以實現(xiàn)有利的電力輸送網絡。在一些實施例中，嵌入式電阻器可以是更精確可控的?？赏ㄟ^將嵌入式電阻器與這些電容器組合來減少管芯側電容器的數(shù)目，以便降低成本。嵌入式電阻器可以設置在金屬化層內，在上層或者在下層。
文檔編號H01L23/522GK101208800SQ200680023059
公開日2008年6月25日 申請日期2006年6月28日 優(yōu)先權日2005年6月28日
發(fā)明者E·S·李, K·倫帕, M·S·麥亞特, M·張, Y·閔 申請人:英特爾公司