一種苯環(huán)型基板通孔傳輸結(jié)構(gòu)及基板通孔垂直傳輸結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于面向高頻/高速應(yīng)用的三維集成電路領(lǐng)域，涉及電互連技術(shù)，具體地說(shuō)，是一種基板通孔傳輸結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]電路尺寸的減小推動(dòng)著模塊級(jí)集成技術(shù)的發(fā)展，但是，使用平面多芯片封裝、封裝體與封裝體之間的堆疊或者基于焊線的芯片堆疊等方案，其芯片間的互連線連接長(zhǎng)度仍然很長(zhǎng)，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)交換信號(hào)傳輸速度變慢，而且增加額外的功率損耗，因此，基于基板通孔的三維集成技術(shù)是解決問(wèn)題的最佳方案。TSV(Through Substrate Via，基板通孔)是在半導(dǎo)體集成電路基板(包括轉(zhuǎn)接板)或者介質(zhì)型封裝基板(包括轉(zhuǎn)接板)上制作的垂直互連結(jié)構(gòu)，通孔中填充導(dǎo)體從而形成互連線，極大地減小堆疊芯片間的互連線長(zhǎng)度，從而提高芯片運(yùn)行速度，降低傳輸損耗及系統(tǒng)功耗，在此基礎(chǔ)上，還可以提高封裝密度，實(shí)現(xiàn)模擬、邏輯、射頻電路等多種不同功能模塊的異質(zhì)集成。基于基板通孔的三維集成成為業(yè)界公認(rèn)的集成電路未來(lái)發(fā)展方向，也是摩爾定律得以延續(xù)的有力保證。
[0003]標(biāo)準(zhǔn)的基板通孔傳輸結(jié)構(gòu)是信號(hào)到地的雙通孔形式，即G-S(Ground-Signal，地-信號(hào))型。其中，一個(gè)通孔作為信號(hào)路徑，另一個(gè)作為其返回路徑。相比較G-S型傳輸結(jié)構(gòu)，目前比較流行的G-S-G (Ground-Signal-Ground，地-信號(hào)-地)型傳輸結(jié)構(gòu)因?yàn)槎嘁粋€(gè)G-TSV(Ground-TSV，地-TSV)作為屏蔽，而且可以在很大程度上避免微帶線的傳輸色散問(wèn)題，具有更好的傳輸性能，有利于G-S-G探針高頻測(cè)試，在轉(zhuǎn)接板上的布局也更貼近實(shí)際，但卻占用了更多的面積。
[0004]隨著對(duì)高帶寬、大容量數(shù)據(jù)交換的要求的增加，越來(lái)越多的S-TSV(Signal-TSVJt號(hào)-TSV)被集成在有限的基板面積上，而且TSV通道陣列密度越來(lái)越高。TSV陣列密度的增加雖然有利于減小芯片的面積，但是TSV之間信號(hào)的噪聲耦合強(qiáng)度也在不斷增強(qiáng)。射頻電路和高速數(shù)字信號(hào)電路對(duì)噪聲有嚴(yán)格的要求，TSV中信號(hào)的噪聲耦合對(duì)信號(hào)完整性和系統(tǒng)性能將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。TSV結(jié)構(gòu)中金屬導(dǎo)體外面淀積的一層薄的氧化物絕緣層，與金屬導(dǎo)體和基板共同構(gòu)成絕緣層電容，金屬導(dǎo)體部分產(chǎn)生的電場(chǎng)通過(guò)寄生電容耦合到基板中。由于某些基板的部分導(dǎo)電性，這部分電場(chǎng)可以直接對(duì)基板表面的有源電路或者基板中的其他互連線產(chǎn)生干擾，降低系統(tǒng)性能。
[0005]在現(xiàn)有的抑制噪聲方法中，大多采用各類屏蔽結(jié)構(gòu)來(lái)抑制噪聲耦合，如P+隔離環(huán)、深N阱隔離環(huán)和屏蔽TSV結(jié)構(gòu)等，這三種結(jié)構(gòu)都能對(duì)基板中的噪聲產(chǎn)生一定的抑制，其結(jié)構(gòu)原理相似，都是吸收基板的耦合噪聲而起到屏蔽的作用。其中p+隔離環(huán)和深N阱隔離環(huán)接地，為S-TSV提供了一個(gè)阻抗較低的接地端，使一部分基板的耦合噪聲被p+隔離環(huán)和深N阱隔離環(huán)所吸收，從而起到了對(duì)S-TSV電磁屏蔽的作用，使外部的信號(hào)無(wú)法干擾內(nèi)部信號(hào)的傳輸。而屏蔽TSV結(jié)構(gòu)則是直接在兩個(gè)S-TSV之間增加一個(gè)接地點(diǎn)，使S-TSV到地的距離縮短，阻抗降低，致使基板中耦合噪聲被屏蔽TSV吸收，使其無(wú)法干擾其他S-TSV。在這三種屏蔽結(jié)構(gòu)中，P+隔離環(huán)和深N阱隔離環(huán)的噪聲隔離性能較低，而屏蔽TSV的噪聲隔離性能較高。但是由于屏蔽TSV的直徑較小，只能將部分耦合噪聲吸收，其余噪聲會(huì)繞過(guò)屏蔽TSV而進(jìn)入到鄰近的S-TSV中。在基板中，信號(hào)到屏蔽結(jié)構(gòu)的阻抗與信號(hào)到鄰近S-TSV的阻抗的比例決定了屏蔽結(jié)構(gòu)的隔離性能。當(dāng)S-TSV到屏蔽結(jié)構(gòu)的阻抗較小，到鄰近S-TSV的阻抗較大，則該屏蔽結(jié)構(gòu)具有較好的隔離性能；反之，當(dāng)信號(hào)到鄰近的S-TSV的阻抗較小，而到屏蔽結(jié)構(gòu)的阻抗較大，則該屏蔽結(jié)構(gòu)的隔離性能較差。為了提高噪聲隔離性能，一般采用增加屏蔽TSV數(shù)量的方法，因?yàn)樵黾拥钠帘蜹SV為基板耦合噪聲提供了一條阻抗更低的接地通道，使更多的耦合噪聲被屏蔽TSV所吸收。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種苯環(huán)型基板通孔傳輸結(jié)構(gòu)及基板通孔垂直傳輸結(jié)構(gòu)，既可以降低通孔間的噪聲耦合，提高信號(hào)完整性，保證良好的傳輸特性，又可以減少G-TSV的數(shù)量，采用本發(fā)明，在相同芯片面積上可實(shí)現(xiàn)更多的傳輸通道，提高芯片的面積利用率，有效改善越來(lái)越高的通孔密度和日益緊張的布線空間等問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明為一種苯環(huán)型基板通孔傳輸結(jié)構(gòu)。苯環(huán)型基板通孔傳輸結(jié)構(gòu)兼有G-S-G傳輸結(jié)構(gòu)和屏蔽TSV結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，而且還減少了所需的G-TSV和用來(lái)屏蔽噪聲的G-TSV的數(shù)量。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種苯環(huán)型基板通孔傳輸結(jié)構(gòu)，包括3個(gè)S-TSV和4個(gè)G-TSV，S-TSV和G-TSV在基板平面上呈苯環(huán)狀交替排列，苯環(huán)中心位置是G-TSV，如圖1所不。該傳輸結(jié)構(gòu)兼有G-S-G傳輸結(jié)構(gòu)和屏蔽TSV結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，一個(gè)苯環(huán)傳輸結(jié)構(gòu)可以傳輸三組G-S-G通道，相比傳統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)，節(jié)省了一半的G-TSV數(shù)量，苯環(huán)中心位置的G-TSV可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)三組G-S-G通道間的噪聲屏蔽。
[0009]所述的通孔傳輸結(jié)構(gòu)中通孔的直徑為1?30 μ m。
[0010]所述的通孔傳輸結(jié)構(gòu)中通孔的深寬比范圍為5:1?10:1。
[0011]所述的通孔傳輸結(jié)構(gòu)中相鄰?fù)椎拈g距為2?100 μπι。
[0012]所述的通孔傳輸結(jié)構(gòu)中S-TSV和G-TSV交替排列。
[0013]所述的通孔傳輸結(jié)構(gòu)的中心位置是G-TSV。
[0014]所述的通孔傳輸結(jié)構(gòu)中心位置處的G-TSV與苯環(huán)上的TSV結(jié)構(gòu)可以不相同。
[0015]所述的通孔傳輸結(jié)構(gòu)中的基板為金屬材料、絕緣材料或半導(dǎo)體材料中的一種或幾種的組合；
[0016]所述的通孔橫截面為圓形或方形，也可以是其他多邊形；
[0017]可選地，所述的通孔傳輸結(jié)構(gòu)中的通孔可以是實(shí)心通孔或環(huán)形通孔。實(shí)心通孔，是指由金屬填充的通孔。環(huán)形通孔是指由一個(gè)或多個(gè)介質(zhì)層、一個(gè)或多個(gè)金屬環(huán)和實(shí)心介質(zhì)芯填充的通孔。
[0018]可選地，所述實(shí)心通孔的金屬和基板之間，以及所述環(huán)形通孔的金屬環(huán)和基板之間，具有與基板相接的絕緣層。絕緣