用于高速和高频器件的芯片间ESD保护结构及其形成方法技术

本发明专利技术涉及用于包括一个或多个直接、芯片间信号发送路径的高速和高频器件的芯片间静电放电（ＥＳＤ）保护结构。具体地说，本发明专利技术涉及一种结构，包括：（１）第一芯片，包括第一电路，（２）第二芯片，包括第二电路，（３）中间绝缘层，位于所述第一和第二芯片之间，其中所述第一和第二电路形成用于穿过所述中间绝缘层发送信号的信号发送路径。在所述结构中，在所述第一和所述第二芯片之间穿过所述中间绝缘层提供静电放电（ＥＳＤ）保护路径，以保护信号发送路径不受ＥＳＤ损坏影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及用于高速和高频应用的多芯片结构中的集成电路芯片的保护。更具体地说，本专利技术涉及保护集成电路芯片不受静电放电(ESD)或其它潜在损坏电压瞬态影响的结构，以及用于制造此结构的方法。
技术介绍
半导体芯片之间的信号发送对于获得系统性能的目的至关重要。在有线通信中，通过离线驱动器(OCD)或电路将信号发送到卡、板或基板。在典型的半导体设计中，通过信号衬垫、引线接合(或焊料球)和金属互连将信号发送到卡、板或基板。然后通过接收器网络通过金属互连、引线接合和信号衬垫接受信号。在系统设计中，渡越时间、电容负载、和电阻会影响系统性能。当技术性能增加时，这些互连的电容负载影响变得影响性能。在所有的外部管脚上(例如，信号发送管脚、接收器管脚、电源管脚)，为了保护敏感电路，都布置有静电放电(ESD)网络。ESD是一种公知的退化或损坏分立电子元件的现象。尤其，随着不断改进的工艺技术给出了不断减小的电路特征尺寸，静电可能损坏或基本上损坏许多今天的集成电路。两个分离的表面会在任何时间产生摩擦电荷而且如果一个或更多表面是非导体，就会产生静电放电。这是自然现象而且只在允许静电荷释放或将电荷引入集成电路时引起问题。这样的ESD事件可能出现高达几千伏的点。放电出现非常迅速，而且通过器件或半导体材料内的金属的气化引起通常的失效或退化。每个静电放电事件之后的损坏可能很快就变得严重。然而，通常集成电路不会完全失效，而是在最终将导致过早失效的潜在缺陷中保持工作。此事件也可以改变集成电路的工作特性，由此导致不满足需求并通常不可预见的工作。半导体器件芯片的输入/输出连接之间的静电释放可以出现在例如人工操作、自动电路测试或分立集成电路芯片的封装期间。为了减小操作的风险，ESD保护电路被置于半导体芯片的信号管脚上。然而，常规有线信号发送不允许直接的芯片到芯片的无线信号发送。相反，芯片间的信号必须通过具有相对高的电容负载的表面或边缘布线电发送，并且需要昂贵的半导体工艺，而且不适于高速、高带宽、或高频应用。另外，在常规有线信号发送系统中使用的ESD结构通常包括具有很大覆盖区(footprint)的ESD保护电路或元件。另外，离线驱动器(OCD)和接收器网络上的ESD保护电路导致附加的电容负载，这相反会影响系统性能。因此，常规有线信号发送系统中的ESD结构给进一步按比例缩放带来挑战并阻碍了系统性能的进一步改善。对允许在没有表面或边缘布线的情况下进行直接芯片到芯片无线信号发送，并适用于在高速、高带宽、和/或高频应用中使用的改进的半导体结构具有不断的需求。
技术实现思路
一方面，本专利技术涉及一种结构，包括第一芯片，包括第一电路；第二芯片，包括第二电路；中间绝缘层，位于所述第一和第二芯片之间，其中所述第一和第二电路形成用于穿过所述中间绝缘层发送信号的信号发送路径；以及静电放电(ESD)保护路径，在所述第一和第二芯片之间，穿过所述中间绝缘层。所述第一和第二芯片之间发送的信号选自数字信号、射频(RF)信号、微波信号、振荡信号、及其组合。优选所述ESD保护路径的特点是它的电阻抗小于所述信号发送路径的电阻抗。以此方式，通过允许电荷在所述第一和第二芯片之间通过ESD路径而不是通过信号发送路径中的中间绝缘层发送，所述ESD保护路径保护所述信号发送路径不受ESD损坏影响。所述ESD保护路径可以包括任何类型的电耦合，包括但不局限于电阻耦合、电容耦合、电感耦合、或其组合。优选所述ESD保护路径包括所述第一芯片和所述第二芯片之间的电阻耦合。在优选但非必须的本专利技术的实施例中，所述ESD保护路径包括第一导体，位于所述第一芯片中，第二导体，位于所述第二芯片中，以及互连，位于所述中间绝缘层中，用于电连接所述第一导体和所述第二导体。所述互连包括任何适当的材料，例如金属、金属合金、导电聚合物、及其组合。所述互连的电阻优选小于所述中间绝缘层的电阻。所述ESD保护路径与所述信号发送路径隔离，并优选平行。作为选择，所述ESD保护路径可以通过对所述第一和/或第二电路的负载具有很小或没有影响的任何类型的耦合连接到所述信号发送路径。例如，所述ESD保护路径可以通过电阻耦合、电容耦合、电感耦合、或其组合连接到信号发送路径。优选但非必须地是，所述信号发送路径的所述第一电路和所述第二电路在所述第一和所述第二芯片之间形成芯片间电容耦合(即，所述第一电路形成电容器的第一电极，而所述第二电路形成电容器的第二、相反的电极)。此芯片间电容耦合是本专利技术的特定特征。它提供了消除对引线接合、焊料球、过孔、以及布线互连的需求的能力，它又减小了所述第一芯片上的发射器和所述第二芯片上的接收器之间的负载电容。它还通过降低“净”电容，以及降低传感较小电路所需的电压，改善了系统性能。在本专利技术的优选但非必须的实施例中(将在下文中更加详细的说明)，所述第一芯片中的第一电路包括射频(RF)发射器电路，而所述第二电路包括RF接收器电路，所述RF发射器和接收器电路布置和构建为用于穿过所述中间绝缘层发送RF信号。更加优选，所述RF发射器和接收器电路相互对准，以提供由所述中间绝缘层的厚度限定的相对短长度的RF信号发送路径。此RF信号发送路径优选通过包括分别位于所述第一和所述第二芯片中的对准导体的ESD保护路径保护。本专利技术的ESD保护路径可以单独用于发送所述第一和第二芯片之间的电荷，以获得其间的电荷平衡，由此防止ESD出现在芯片之间。作为选择，所述ESD保护可以包括或电连接到ESD阻抗区，以使电荷可以从所述第一和/或第二芯片发送到所述ESD阻抗区。所述ESD阻抗区可以包括，例如，地终端或ESD保护电路。另一方面，本专利技术涉及一种结构，包括第一芯片，包括第一基板；第二芯片，包括第二基板；信号路径，用于通信耦合所述第一芯片和所述第二芯片；以及另一路径，具有在所述第一芯片中形成的第一部分和在所述第二芯片中形成的第二部分，用于提供用于所述信号路径的静电放电(ESD)保护。另一方面，本专利技术涉及一种用于形成结构的方法，包括以下步骤形成具有位于其中的第一电路和第一导体的第一芯片；形成具有位于其中的第二电路和第二导体的第二芯片；在至少一个所述第一和第二芯片上形成中间绝缘层；选择性除去一部分所述中间绝缘层，以暴露至少一个所述第一和第二导体；在所述中间绝缘层的所述除去部分中形成互连；以及将所述第一芯片连接到所述第二芯片，以使所述第一和第二电路形成信号发送路径，用于穿过所述中间绝缘层发送信号，并使所述第一导体、所述第二导体和所述互连在所述第一和第二芯片之间穿过所述中间绝缘层形成静电放电(ESD)保护路径。通过后面的公开和所附权利要求，本专利技术的其它方面、特征和优点将更加明显。附图说明图1A-1C示出了示意性半导体结构，它包括布置用于芯片间RF信号发送的具有RF发射器电路的第一芯片和具有RF接收器电路的第二芯片，以及它易于受芯片间ESD发生的影响。图2示出了根据本专利技术的一个实施例，具有ESD保护路径的示意性半导体结构的横截面图。图3示出了根据本专利技术的一个实施例，包括具有由导电聚合物形成的互连的ESD保护路径的示意性半导体结构的横截面图。图4示出了根据本专利技术的一个实施例，包括具有ESD保护电路的ESD保护路径的示意性半导体结构的横截面图。图5示出了根据本专利技术的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构，包括：第一芯片，包括第一电路；第二芯片，包括第二电路；中间绝缘层，位于所述第一和第二芯片之间，其中所述第一和第二电路形成用于穿过所述中间绝缘层发送信号的信号发送路径；以及静电放电（ＥＳＤ）保护路径， 在所述第一和第二芯片之间，穿过所述中间绝缘层。

【技术特征摘要】
US 2005-8-2 11/161,4141.一种结构，包括第一芯片，包括第一电路；第二芯片，包括第二电路；中间绝缘层，位于所述第一和第二芯片之间，其中所述第一和第二电路形成用于穿过所述中间绝缘层发送信号的信号发送路径；以及静电放电(ESD)保护路径，在所述第一和第二芯片之间，穿过所述中间绝缘层。2.根据权利要求1的结构，其中所述信号选自数字信号、射频(RF)信号、微波信号、振荡信号、及其组合。3.根据权利要求1的结构，其中所述ESD保护路径的电阻抗小于所述信号发送路径的电阻抗。4.根据权利要求1的结构，其中所述ESD保护路径包括电阻耦合、电容耦合、电感耦合、或其组合。5.根据权利要求1的结构，其中所述ESD保护路径包括第一导体，位于所述第一芯片中；第二导体，位于所述第二芯片中；以及互连，位于所述中间绝缘层中，用于电连接所述第一导体和所述第二导体。6.根据权利要求5的结构，其中所述互连包括选自金属、金属合金、半导体、导电聚合物、及其组合的材料，而且其中所述互连的电阻小于所述中间绝缘层的电阻。7.根据权利要求1的结构，其中所述ESD保护路径与所述信号发送路径隔离并平行。8.根据权利要求1的结构，其中所述ESD保护路径通过电阻耦合、电容耦合、电感耦合、或其组合耦合到所述信号发送路径。9.根据权利要求1的结构，其中所述第一和第二电路形成电容耦合。10.根据权利要求1的结构，其中所述第一电路包括RF发射器电路，而且其中所述第二电路包括RF接收器电路，而且其中所述RF发射器和接收器电路布置和构建为用于穿过所述中间绝缘层发送RF信号。11.根据权利要求10的结构，其中所述RF发射器和接收器电路相互对准。12.根据权利要求11的结构，其中所述ESD保护路径包括位于所述第一芯片中的第一导体，位于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：SH沃尔德曼，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]