具有可调谐特征阻抗的垂直共面波导、设计结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有可调谐特征阻抗的片上垂直共面波导、设计结构及其制造方法。片上传输线(60)包括信号线(65)、与信号线隔开且在信号线上方的上接地线(70)、以及与信号线隔开且在信号线下方的下接地线(75)。信号线、上接地线、和下接地线在介电材料(80)中基本上垂直对齐。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及片上传输线(on-chip transmission line)，更具体地涉及具有可调谐特征阻抗(tunable characteristic impedance)的片上垂直共面波导(coplanar waveguide)、设计结构及其制造方法。
技术介绍
片上互连(on-chip interconnect)(例如，片上传输线)的性能是影响整体芯片性能的重要因素。通常在生产开始前对片上传输线进行建模，以尽力减少设计时间。由于片上传输线对整体芯片性能的重要性，在评估高性能设计时需要片上传输线的准确模型。传输线模型中存在的任何错误都可能导致与片上传输线关联的特征阻抗和/或衰减的不准确估计。基于错误建模而生产的芯片可能无法以设计规范所需的方式执行，并因此无法有效率地使用时间、精力、和资金。片上传输线的通常类型是共面波导。传统的共面波导包括两侧有接地线的信号线。所有这三条线(例如，信号线和两条接地线)都形成在半导体结构的公共布线层 (common wiring level)中，因此在基本上水平的面上共面。传统的片上共面波导难以建模，因为在共面波导附近的半导体结构的不对称性产生了难以建模的不对称电场。当电场与空气相交(例如，在共面波导的上方)或与硅基板相交(例如，在共面波导的下方)时，加重了传统共面波导的建模的难度。这是因为，对于空气和/或基板耦合的效应，不存在高度准确的模型。因此，多数设计者不进行建模，而是依赖所制造的原型的硬件测量来验证芯片设计，这拉长了设计周期和产品上市的时间。因此，在该
中存在克服上述缺点和限制的需要。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面中，提供了一种片上传输线，包括信号线、与信号线隔开且在信号线上方的上接地线(upper ground line)、以及与信号线隔开且在信号线下方的下接地线(lower ground line)。信号线、上接地线、以及下接地线在介电材料中基本上垂直对齐(align)。在本专利技术的另一方面中，提供了一种制造半导体结构的方法。该方法包括在有源器件上方的至少一个布线层中形成片上传输线的下接地线，在该至少一个布线层上方的第二布线层中形成片上传输线的信号线，以及在该第二布线层上方的第三布线层中形成片上传输线的上接地线。在本专利技术的再一方面中，提供了一种有形地实施在机器可读介质中的设计结构， 用于设计、制造、或测试集成电路。该设计结构包括信号线、与信号线隔开且在信号线上方的上接地线、以及与信号线隔开且在信号线下方的下接地线。信号线、上接地线、以及下接地线在介电材料中基本上垂直对齐。附图说明下面参照所示的多个附图，通过本专利技术的示例性实施例的非限定示例对本专利技术进行详细说明。图1示出了水平共面波导；图2至4示出了根据本专利技术的方面的垂直共面波导；图5至7示出了根据本专利技术的方面的结构侧视图及各个工艺步骤；图8至13示出了根据本专利技术的方面的电路参数的数据图；以及图14是半导体设计、制造、和/或测试中使用的设计处理的流程图。具体实施例方式本专利技术一般涉及片上传输线，更具体地涉及具有可调谐特征阻抗的片上垂直共面波导、设计结构及其制造方法。在实施例中，片上传输线包括形成在有源器件上的布线层中的信号线。第一接地线形成在信号线下方的布线层中，且通过介电材料与信号线隔开。第二接地线形成在信号线上方的布线层中，且也通过介电材料与信号线隔开。信号线和这两条接地线在介电材料中垂直对齐，这为垂直共面波导产生了基本对称的电场。以此方式，本专利技术的实施方式提供了更易于准确建模的设计结构。根据本专利技术的方面，可以通过改变信号线和/或接地线的厚度(例如，水平尺寸) 来调谐(例如，调整)垂直共面波导的特征阻抗。根据本专利技术的附加方面，可以通过在垂直共面波导的任一侧上沿着垂直共面波导的长度方向形成金属带(metal strip)而调谐垂直共面波导的特征阻抗。例如，垂直共面波导的特征阻抗可能受到以下因素影响垂直共面波导与金属带之间的水平间隔；沿垂直共面波导长度方向的金属带之间的间隔；沿垂直共面波导长度方向的金属带的尺寸；以及/或者金属带是浮接(floating)还是连接到垂直共面波导的接地线。图1示出了水平共面波导5，其包括形成在氧化层25中的导电信号线10和导电接地线15、20。氧化层25形成在硅基板30上。氮化层35和钝化层40 (例如，聚酰亚胺 (polyimide))形成在氧化层25上。典型地，钝化层40的上表面与空气45接触。箭头“E” 表示电场，其从信号线10发出并结束于接地线15、20。如图1所描绘，存在于水平共面波导5之上的电场“E”与存在于水平共面波导之下的电场“E”穿过不同材料的不同层。更具体地，在水平共面波导5的顶部，电场‘ ”穿过氧化层25的薄的一部分、氮化层35、钝化层40、和空气45。另一方面，在水平共面波导5的底部，电场“E”穿过氧化层25的厚的一部分以及硅基板30。环绕水平共面波导5的材料的不对称性产生了难以建模的不对称电场“E”。由于缺少针对空气45和硅基板30对电场 “E”的效应的准确模型，更加重了对水平共面波导5建模的难度。图1所描绘的水平共面波导5也因为电场“E”与硅基板30相交而遭受性能缺陷。在CMOS技术中，低电阻硅基板30与信号线10和接地线15、20电耦合的效应增加了片上传输线的插入损耗(insertion loss)。与这种基板耦合相关联的损耗诱发特性 (loss-inducing characteristic)对水平共面波导5的RF性能有不利的影响。图2示出了根据本专利技术的方面的垂直共面波导60。在实施例中，垂直共面波导60包括彼此基本垂直对齐地形成在介电材料80中的导电信号线65、导电上接地线70以及导电下接地线75。介电材料80可形成在有源器件的硅基板85上方。氮化层90和钝化层95 可形成在氧化层80上方，其中钝化层95的上表面暴露在空气100中。介电材料80可包括但不限于高k电介质、低k电介质、超低k电介质、氧化物等。例如，介电材料80可包括硼磷硅玻璃(borophosphosilicate glass, BPSG)或高密度等离子体(HDP)氧化物。如图2所描绘，垂直共面波导60的电场“E”完全或几乎完全存在于单一类型的材料(例如，介电材料80)内。与图1的水平共面波导5相比，垂直共面波导60具有更加对称的电场“E”。因此，与图1的水平共面波导5相比，垂直共面波导60更易于建模。仍参考图2，由于信号线65、上接地线70、下接地线75在介电材料80中的垂直布置，从而空气100和硅基板85对垂直共面波导60的电场“E”具有极小的影响。因此，与图 1的水平共面波导5相比，可以更准确地对垂直共面波导60建模。此外，根据本专利技术的方面，因为电场主要包括在介电材料80内，所以可以最小化垂直共面波导60的基板耦合效应 (substrate coupling effect)。因此，与图1的水平共面波导5相比，垂直共面波导60具有更好的损耗特性。图3示出了根据本专利技术的方面的分别位于垂直共面波导60的任一侧的可选金属带110和115。在实施例中，金属带110和115形成在介电材料80中且在信号线65、上接地线70、及下接地线75的左侧和右侧。如这里更详细地讨论本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.06.04 US 12/478,3851.一种片上传输线，包括 信号线；上接地线，与所述信号线隔开且在所述信号线上方；以及下接地线，与所述信号线隔开且在所述信号线下方；其中，所述信号线、所述上接地线、以及所述下接地线在介电材料中基本上垂直对齐。2.如权利要求1所述的片上传输线，其中，所述信号线、所述上接地线、和所述下接地线布置在各自不同的布线层中。3.如权利要求1所述的片上传输线，其中，所述信号线、所述上接地线、和所述下接地线在水平方向上具有相同厚度。4.如权利要求1所述的片上传输线，还包括至少一个金属带，与所述信号线、所述上接地线、和所述下接地线的第一侧相邻且隔开；以及至少另一个金属带，与所述信号线、所述上接地线、和所述下接地线的第二侧相邻且隔开；其中，所述第一侧与所述第二侧相对。5.如权利要求4所述的片上传输线，其中，所述至少一个金属带和所述至少另一个金属带相对于所述上接地线和所述下接地线为浮接。6.如权利要求4所述的片上传输线，其中，所述至少一个金属带和所述至少另一个金属带直接连接到所述上接地线和所述下接地线。7.如权利要求4所述的片上传输线，其中所述至少一个金属带包括多个第一金属带，所述多个第一金属带沿着所述信号线、所述上接地线、和所述下接地线的长度方向隔开；以及所述至少另一个金属带包括多个第二金属带，所述多个第二金属带沿着所述信号线、 所述上接地线、和所述下接地线的长度方向隔开。8.如权利要求7所述的片上传输线，其中，配置以下项中的至少一个以使得所述传输线的特征阻抗在约35欧姆至约75欧姆的范围中所述信号线、所述上接地线、和所述下接地线的厚度；在(i)所述信号线、所述上接地线、和所述下接地线与(ii)所述至少一个金属带之间的距离；在(i)所述信号线、所述上接地线、和所述下接地线与(ii)所述至少另一个金属带之间的距离；所述多个第一金属带和所述多个第二金属带中的每一个的宽度；以及所述多个第一金属带和所述多个第二金属带中的各个金属带之间的间隔。9.如权利要求1所述的片上传输线，其中，所述下接地线跨越多个布线层。10.如权利要求9所述的片上传输线，其中，所述信号线和所述上接地线各自被包含在相应的单个或多个布线层内。11...

【专利技术属性】
技术研发人员：E米娜，王国安，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：