[發(fā)明專利]互連結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310395701.5
• 申請(qǐng)日: 2013-09-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104422987B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘匯才;朱慧瓏;張鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): G02B6/12
• 分類號(hào): G02B6/12
• 代理公司: 北京藍(lán)智輝煌知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11345
• 代理人: 陳紅

本發(fā)明公開(kāi)了一種互連結(jié)構(gòu)，包括：芯片，具有上表面和下表面；穿硅通孔（TSV），貫穿芯片的上下表面；TSV光纖通路，由光纖填充在TSV中形成，作為芯片間的互連介質(zhì)，至少與芯片一個(gè)表面中的半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)電接觸和/或電連接。依照本發(fā)明的互連結(jié)構(gòu)，在TSV結(jié)構(gòu)的3D封裝中使用光纖替代傳統(tǒng)的金屬互連，解決了在高速數(shù)據(jù)傳輸中電互連存在的延遲、功耗、帶寬等缺點(diǎn)，另外提出了在電信號(hào)的輸出端與光發(fā)送器之間根據(jù)需要增加可編程器件或數(shù)據(jù)分配器，極大的增加了封裝設(shè)計(jì)的靈活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，特別是涉及一種采用光纖填充半導(dǎo)體芯片間穿硅通孔的互連結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著制造技術(shù)受到物理極限的挑戰(zhàn),3D封裝技術(shù)越來(lái)越成為行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。3D封裝將兩片或更多的集成電路垂直堆疊封裝在同一芯片中，從而可以減少占用的空間，在3D封裝中，常用的承載集成電路的襯底往往具有穿硅通孔結(jié)構(gòu)（TSV，Through-Silicon-Vias）。通過(guò)采用穿硅通孔結(jié)構(gòu)來(lái)取代傳統(tǒng)的邊緣連線來(lái)進(jìn)行3D封裝，可以在一個(gè)小的器件封裝（footprint）中集成更多的邏輯功能。此外，采用穿硅通孔結(jié)構(gòu)可以有效的縮短關(guān)鍵路徑（critical path），減小延遲，提高器件速度。

穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法主要包括：在半導(dǎo)體基底上形成貫穿的通孔，并在其中填充形成連接釘（nail），該連接釘與半導(dǎo)體基底中的互連線相連，之后通過(guò)連接釘與另一晶圓或另一芯片上的互連結(jié)構(gòu)相連，從而實(shí)現(xiàn)3D封裝。現(xiàn)有技術(shù)的穿硅通孔結(jié)構(gòu)主要是基于銅互連工藝形成的。圖1所示為TSV結(jié)構(gòu)的3D封裝示意圖，圖2及圖3為典型的兩種TSV連接方式――face-to-back方式（面對(duì)背方式）以及face-to-face方式（面對(duì)面方式）。

如圖4所示，上述現(xiàn)有技術(shù)的穿硅通孔結(jié)構(gòu)主要是基于銅互連工藝形成的，在納米工藝水平下，當(dāng)集成電路工作頻率迅速提高至幾GHz甚至更高時(shí)，基于金屬的常規(guī)互連將無(wú)法高效的傳輸信號(hào)，越來(lái)越難以滿足集成電路芯片在延遲、功耗、帶寬和延遲不確定性方面的要求，將成為限制集成電路快速發(fā)展的瓶頸。

另一方面，作為業(yè)界目前研究重點(diǎn)之一，光互連與電互連相比,具有高帶寬、并行性、高互連密度、無(wú)串?dāng)_等優(yōu)點(diǎn)。然而如何高效、低成本、高質(zhì)量地在封裝結(jié)構(gòu)之間形成光互連，成為目前提高IC整體性能的重大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

由上所述，本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)困難，有效提高半導(dǎo)體集成電路芯片之間的互連效率，特別是提高芯片在延遲、功耗、帶寬和延遲不確定性方面的性能。

為此，本發(fā)明提供了一種互連結(jié)構(gòu)，包括：芯片，具有上表面和下表面；穿硅通孔（TSV），貫穿芯片的上下表面；TSV光纖通路，由光纖填充在TSV中形成，作為芯片間的互連介質(zhì)，至少與芯片一個(gè)表面中的半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)電接觸和/或電連接。

其中，光纖為單束光纖、多束光纖或者光纜，包括高折射率的內(nèi)層以及低折射率的外層。

其中，芯片中還具有光發(fā)射器電路和/或光接收器電路。

其中，光發(fā)射器電路包括光源和光調(diào)制器，光調(diào)制器將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)。

其中，在光發(fā)射器電路前端具有可編程器件與光發(fā)射器電路的片選信號(hào)相連，從而能夠通過(guò)對(duì)可編程器件的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)TSV光纖通路的通或者斷。

其中，在光發(fā)射器電路與電信號(hào)的輸出端之間還增設(shè)有數(shù)據(jù)分配器，在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)地址信號(hào)的要求，將一路數(shù)據(jù)分配到指定的其它輸出通路上去。

其中，可編程器件包括電容、熔絲、反熔絲、帶浮柵的MOS晶體管及其組合。

其中，數(shù)據(jù)分配器包括2路數(shù)據(jù)分配器、4路數(shù)據(jù)分配器、或8路數(shù)據(jù)分配器。

其中，多個(gè)芯片上下層疊或者左右并列分布。