用于堆疊式多芯片集成電路的靜電保護(hù)的制作方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]領(lǐng)域
[0002]各個(gè)特征涉及集成電路(IC)，尤其涉及用于堆疊式多芯片集成電路的靜電保護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0003]
[0004]對(duì)于更小、更輕且更快速的便攜式電子設(shè)備(諸如，移動(dòng)電話和膝上型計(jì)算機(jī))的不斷增長(zhǎng)的需求鼓勵(lì)了電子行業(yè)創(chuàng)建具有更大容量、性能和更小尺寸的電路組件。例如，便攜式設(shè)備現(xiàn)在可包含集成電路(IC)封裝，該IC封裝具有垂直堆疊且裝入在該IC封裝的同一模制料內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)半導(dǎo)體管芯。此類多芯片IC封裝可常常被稱為“芯片堆疊多芯片模塊”(MCM)。根據(jù)一種被稱為“穿硅堆疊”(TSS)的技術(shù)，垂直堆疊的多個(gè)半導(dǎo)體管芯使用穿板通孔(TSV)來(lái)彼此電耦合。TSV是通常由金屬制成的電導(dǎo)體，其垂直穿過(guò)管芯基板的厚度，以使得一端暴露在管芯基板的背側(cè)表面，而另一個(gè)相對(duì)端被電耦合至管芯的有效表面。
[0005]圖1解說(shuō)了現(xiàn)有技術(shù)中所見(jiàn)的TSS MCM 100的示意剖面?zhèn)纫晥D。MCM 100包括多個(gè)半導(dǎo)體管芯102a、102b、102c，這些半導(dǎo)體管芯使用TSV 104a、104b、104c彼此電耦合。頂部管芯102a具有有效表面106a和背側(cè)表面108a，有效表面106a包括多個(gè)集成電路組件(例如，晶體管、電容器、電感器、電阻器等)。TSV 104a電耦合至有效表面106a并穿過(guò)管芯102a基板的厚度。類似地，中間和底部的管芯102b、102c各自具有有效表面106b、106c和背側(cè)表面108b、108c。中間管芯的TSV 104b電耦合至中間管芯的有效表面106b，并且底部管芯的TSV 104c電耦合至底部管芯的有效表面106c。
[0006]TSV 104a、104b、104c在一端具有接觸焊盤110a、110b、110c，且在相對(duì)端具有接觸焊盤接納器105a、105b、105c。每個(gè)管芯的有效表面106a、106b、106c可電耦合至其相應(yīng)TSV 104a、104b、104c。接觸焊盤110a、110b、IlOc暴露在管芯的正側(cè)有效表面106a、106b、106c，而接觸焊盤接納器105a、105b、105c暴露在管芯的背側(cè)表面108a、108b、108c。接觸焊盤110a、110b、I1c是金屬“微凸起”，并且接觸焊盤接納器105、105b、105c可以是管芯上的金屬凹槽，其具有相應(yīng)的彎曲以接納微凸起110a、110b、IlOc并與其相配。
[0007]頂部管芯的接觸焊盤IlOa物理且電耦合至中間管芯的接觸焊盤接納器105b，并且中間管芯的接觸焊盤IlOb物理且電耦合至底部管芯的接觸焊盤接納器105c。以此方式，管芯的有效表面106a、106b、106c通過(guò)通孔104a、104b、104c彼此電耦合。
[0008]底部管芯102c以倒裝片方式使用底填劑和/或環(huán)氧樹(shù)脂115物理且電耦合至封裝基板112(例如，層壓基板，基于金屬的基板，諸如基于銅的基板等)。封裝基板112可包括多層，這多層之間具有多個(gè)互連(未示出)。這些互連進(jìn)而可電耦合至形成球柵陣列(BGA)的多個(gè)焊球114，MCM 100使用該BGA來(lái)電耦合至印刷電路板(未示出)。MCM 100的組件(包括管芯102a、102b、102c，TSV 104a、104b、104c)、以及基板112的至少一部分可被裝入模制料116里。
[0009]圖2解說(shuō)了在MCM 100的制造期間將頂部管芯102a電且物理耦合至中間管芯102b的過(guò)程。在所解說(shuō)的示例中，模制料116(見(jiàn)圖1)已被移除以示出頂部管芯102a如何放置到中間管芯102b上(圖2中的三個(gè)定向箭頭解說(shuō)了頂部管芯102a朝向中間管芯102b的運(yùn)動(dòng))。在此過(guò)程期間，頂部管芯102a被移至靠近中間管芯102b，并且堆疊在上面，以使得頂部管芯102a的接觸焊盤I 1a與中間管芯102b的接觸焊盤接納器105b相配。然而，有時(shí)頂部管芯102a可具有與中間管芯102b(其可接地)顯著不同(例如，大很多或小很多)的靜電電位。當(dāng)兩個(gè)管芯102a、102b足夠靠近時(shí)(例如，在接觸之際)，靜電放電(ESD)事件(即，靜電)可被觸發(fā)，以使得相對(duì)大量的電流即刻流經(jīng)中間管芯102b的TSV 104b。在不具有適當(dāng)?shù)腅SD保護(hù)電路系統(tǒng)的情況下，位于中間管芯的有效表面106b上的被電耦合至TSV 104b的敏感IC組件(諸如，緩沖器電路晶體管)可因ESD事件而被損害。在一些情形中，位于頂部管芯102a的有效表面106a上的電路系統(tǒng)也可被損害。類似地，當(dāng)中間管芯102b電且物理耦合至底部管芯102c時(shí)，MCM 100內(nèi)的其他管芯(包括底部管芯102c)也易于遭受此類ESD危害。
[0010]圖3解說(shuō)了現(xiàn)有技術(shù)中所見(jiàn)的ESD保護(hù)電路300的示意圖，ESD保護(hù)電路300可耦合至中間管芯的TSV 104b以保護(hù)中間管芯102b的電路系統(tǒng)310不受ESD損害。ESD保護(hù)電路300以二極管302、304為特征，二極管302、304形成使ESD電流繞開(kāi)敏感電路系統(tǒng)310的分流器，電路系統(tǒng)310可以例如是輸出信號(hào)緩沖器。
[0011]盡管ESD保護(hù)電路300在保護(hù)輸出信號(hào)緩沖器310不受ESD損害方面可能是有效的，但ESD保護(hù)電路300具有顯著缺點(diǎn)。例如，二極管302、304可占據(jù)相當(dāng)大的硅/管芯面積，這是因?yàn)樗鼈兊娜菁{高ESD電流所需的相對(duì)較大的尺寸。此外，二極管302、304在TSV104輸出節(jié)點(diǎn)306處創(chuàng)生了寄生效應(yīng)，包括寄生電容和/或電感。為了補(bǔ)償這些寄生效應(yīng)，緩沖器310尺寸可能必須較大，從而它能充分驅(qū)動(dòng)輸出節(jié)點(diǎn)306處的輸出信號(hào)。較大的緩沖器310消耗較多功率并且還占據(jù)更大的有效硅/管芯面積。因此，專用于ESD保護(hù)電路系統(tǒng)300的硅/管芯面積直接地(例如，二極管302、304組件面積)和間接地(例如，較大的緩沖器310)使用了原本可被用于其他IC組件的有效表面積。
[0012]因此，需要充分地保護(hù)MCM的管芯而不遭受到前述尺寸和功耗問(wèn)題的高級(jí)ESD保護(hù)電路。
[0013]概述
[0014]一個(gè)特征提供一種多芯片模塊，包括:第一集成電路(IC)管芯，第二 IC管芯，其具有通過(guò)穿板通孔(TSV)電耦合至第一 IC管芯的輸入/輸出(I/O)節(jié)點(diǎn)，以及第二 IC管芯的有效表面上的熔絲，該熔絲電耦合至I/o節(jié)點(diǎn)，其中該熔絲適配成保護(hù)第二 IC管芯不受由靜電放電(ESD)所導(dǎo)致的損害。根據(jù)一個(gè)方面，該熔絲適配成保護(hù)第二 IC管芯不受由響應(yīng)于將第一 IC管芯電耦合至第二 IC管芯而發(fā)生的ESD所導(dǎo)致的損害。根據(jù)另一方面，該熔絲包括第一端子和第二端子，其中第一端子耦合至I/O節(jié)點(diǎn)并且第二端子耦合至地。根據(jù)又一方面，在該熔絲處于閉合狀態(tài)的情況下，該熔絲提供從I/O節(jié)點(diǎn)到地的短路路徑，并且在該熔絲處于斷開(kāi)狀態(tài)的情況下，該熔絲將I/O節(jié)點(diǎn)與地?cái)嚅_(kāi)電連接。
[0015]根據(jù)一個(gè)方面，該多芯片模塊進(jìn)一步包括放大器電路，其具有電耦合至I/O節(jié)點(diǎn)的放大器輸入端子和/或放大器輸出端子中的至少一者。該熔絲可適配成保護(hù)放大器電路不受ESD所導(dǎo)致的損害。根據(jù)一個(gè)方面，放大器電路生成使該熔絲從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)變成斷開(kāi)狀態(tài)的熔斷電流。根據(jù)另一方面，該熔絲響應(yīng)于熔斷電流具有I毫安(HiA)到10mA的參數(shù)持續(xù)50微秒(μ s)到200 μ s、具有5mA到10mA的參數(shù)持續(xù)10 μ s到200 μ s、或者具有1mA到10mA的參數(shù)持續(xù)10 μ s到200 μ s而從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)變成斷開(kāi)狀態(tài)。根據(jù)一個(gè)方面，熔斷電路被電耦合至I/O節(jié)點(diǎn)，生成使該熔絲從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)變成斷開(kāi)狀態(tài)的熔斷電流。根據(jù)另一方面，該熔絲響應(yīng)于I/O節(jié)點(diǎn)處由ESD生成的電流浪涌而保持在閉合狀態(tài)，并且響應(yīng)于由放大器電路或熔斷電路生成的熔斷電流而轉(zhuǎn)變成斷開(kāi)狀態(tài)。
[0016]根據(jù)一個(gè)方面，該熔絲是沒(méi)有二極管的ESD保護(hù)電路的一部分。根據(jù)另一方面，該熔絲是金屬熔絲或多晶硅熔絲。在該熔絲處于斷開(kāi)狀態(tài)的情況下，該熔絲可在I/o節(jié)點(diǎn)與地之間提供大于或等于十(10)兆歐的電阻。根據(jù)一個(gè)示例，該多芯片模塊可以被納入以下至少一者中:音樂(lè)播放器、視頻播放器、娛樂(lè)單元、導(dǎo)航設(shè)備、通信設(shè)備、移動(dòng)電話、智能電話、個(gè)人數(shù)字助理、固定位置終端、平板計(jì)算機(jī)、和/或膝上型計(jì)算機(jī)。
[0017]另一特征提供一種制造多芯片模塊的方法，該方法包括:提供第一 IC管芯，提供第二 IC管芯，提供穿板通孔(TSV)，其將第二 IC管芯的I/O節(jié)點(diǎn)電耦合至第一 IC管芯，在第二 IC管芯的有效表面上形成熔絲，以及將該熔絲電耦合至I/O節(jié)點(diǎn)，其中該熔絲適配成保護(hù)第二 IC管芯不受由ESD所導(dǎo)致的損害。根據(jù)一個(gè)方面，該方法進(jìn)一步包括:將該熔絲的第一端子耦合至I/o節(jié)點(diǎn)，以及將該熔絲的第二端子耦合至地。根據(jù)另一方面，該方法進(jìn)一步包括:通過(guò)將該熔絲維持在閉合狀態(tài)來(lái)提供從I/o節(jié)點(diǎn)至地的短路路徑。根據(jù)又一方面，該方法進(jìn)一步包括:通過(guò)使該熔絲從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)變成斷開(kāi)狀態(tài)來(lái)將I/o節(jié)點(diǎn)與地?cái)嚅_(kāi)電連接。根據(jù)又