(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板と、
前記実装基板上に取り付けられ、且つ電圧調整器から調整された電圧を受けるように構成された第１の能動回路を有する第１の半導体ＩＣと、
前記実装基板上に取り付けられ、且つ前記第１の半導体ＩＣに結合された第２の半導体ＩＣであって、前記電圧調整器の能動部分が前記第２の半導体ＩＣ内に組み込まれ、且つ前記第２の半導体ＩＣ内の第１セットの基板スルービアに結合されており、前記第１セットの基板スルービアは前記電圧調整器の前記能動部分を前記電圧調整器の受動素子に結合するように使用可能であり、前記受動素子は前記第２の半導体ＩＣに結合された前記実装基板内に埋め込まれており、前記第２の半導体ＩＣは第２セットの基板スルービアを含む入出力領域を有しており、前記第２セットの基板スルービアは前記第１の半導体ＩＣ上の前記第１の能動回路と前記実装基板との間の連絡を可能にするように構成されており、前記第１の半導体ＩＣの前記第１の能動回路は前記第２の半導体ＩＣの第２の能動回路と向かい合っているところの第２の半導体ＩＣと、
前記第１の半導体ＩＣと前記第２の半導体ＩＣの少なくとも一方内の再分配層であって、前記調整された電圧を前記電圧調整器の前記能動部分から前記第１の半導体ＩＣと前記第２の半導体ＩＣの少なくとも一方に分配するように構成された再分配層と、
を備える積層集積回路（ＩＣ）。
【請求項２】
前記第１セットの基板スルービアに結合された前記第２の半導体ＩＣ上の実装接続部をさらに備えており、前記受動素子の少なくとも１つが前記実装基板内に少なくとも部分的に埋め込まれており、前記少なくとも１つの受動素子が、前記実装接続部に結合され、前記電圧調整器の前記能動部分と協働して、前記調整された電圧を前記第１の半導体ＩＣと前記第２の半導体ＩＣの少なくとも一方に供給する、請求項１に記載の積層集積回路。
【請求項３】
前記少なくとも１つの受動素子は、少なくとも１つのインダクタを備える、請求項２に記載の積層集積回路。
【請求項４】
前記実装基板に少なくとも部分的に埋め込まれ、前記電圧調整器の前記能動部分に結合されたデカップリングキャパシタをさらに備える、請求項３に記載の積層集積回路。
【請求項５】
前記少なくとも１つのインダクタは、前記実装基板内に、前記第１セットの基板スルービアに結合された複数の基板スルービアを備える、請求項３に記載の積層集積回路。
【請求項６】
前記実装基板内の前記複数の基板スルービアに結合された前記実装基板上の第２の実装接続部と、
前記実装基板に結合されたプリント回路板であって、前記実装基板内の前記複数の基板スルービアに結合され、前記電圧調整器の前記能動部分にさらなるインダクタンスを加える複数の基板スルービアを有するプリント回路板と、
前記プリント回路基板内の前記複数の基板スルービアの少なくとも２つの基板スルービアに結合された前記プリント回路板上の少なくとも１つの導電経路とをさらに備える、請求項５に記載の積層集積回路。
【請求項７】
前記少なくとも１つの導電経路は、ワイヤの非線形セグメントを備える、請求項６に記載の積層集積回路。
【請求項８】
前記少なくとも１つの導電経路は、前記プリント回路板の裏面上に取り付けられたインダクタコイルを備える、請求項６に記載の積層集積回路。
【請求項９】
前記少なくとも１つの受動素子は、少なくとも１つのキャパシタを備える、請求項２に記載の積層集積回路。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのキャパシタは、埋込みダイを備える、請求項９に記載の積層集積回路。
【請求項１１】
前記積層集積回路は、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、娯楽ユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、固定位置のデータユニット、およびコンピュータの少なくとも１つに組み込まれる、請求項１に記載の積層集積回路。
【請求項１２】
積層集積回路（ＩＣ）内に電圧調整器を製造する方法であって、
第１のティアＩＣ上に第２のティアＩＣを積層するステップであって、前記第１のティアＩＣは実装基板上に取り付けられているステップと、
前記電圧調整器の能動部分を前記第１のティアＩＣに組み込むステップと、
前記第１のティアＩＣ内の入出力（Ｉ／Ｏ）領域に含まれている第１セットの基板スルービアにより前記第１のティアＩＣ上の回路と前記実装基板との間の連絡を可能にさせるステップと、
第２セットの基板スルービアを用いて前記電圧調整器の前記能動部分を前記実装基板に少なくとも部分的に埋め込まれた少なくとも１つの受動素子に結合するステップと、
前記第２のティアＩＣを前記電圧調整器に結合するステップとを含み、
前記第２のティアＩＣを前記電圧調整器に結合するステップは、
前記第１のティアＩＣと前記第２のティアＩＣの少なくとも一方内に再分配層を組み込むステップと、
前記第１のティアＩＣを前記再分配層を通して前記第２のティアＩＣに結合させるステップとを含む方法。
【請求項１３】
前記電圧調整器の前記能動部分を少なくとも１つの受動素子に結合するステップは、前記電圧調整器の前記能動部分を少なくとも１つのインダクタに結合するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記電圧調整器の前記能動部分を少なくとも１つのインダクタに結合するステップは、前記電圧調整器の前記能動部分を複数の基板スルービアに結合するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記電圧調整器の前記能動部分を結合するステップは、前記電圧調整器の前記能動部分を、前記実装基板に少なくとも部分的に埋め込まれた少なくとも１つのキャパシタに結合するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記電圧調整器の前記能動部分を少なくとも１つの受動素子に結合するステップは、前記電圧調整器の前記能動部分を少なくとも１つのキャパシタに結合するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記積層集積回路を、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、娯楽ユニット、ナビゲーションデバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、固定位置のデータユニット、およびコンピュータの少なくとも１つに組み込むステップをさらに含む、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、集積回路（ＩＣ）に関する。より詳細には、本開示は、集積回路を製造することに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）はウエハ上に組み立てられる。一般に、このようなウエハは、シリコンなどの半導体材料であり、個々のダイを形成するように単体化される。研究開発の取り組みによって、ＩＣを構成するトランジスタのサイズは、４５ｎｍまで縮小しており、間もなく３２ｎｍまで縮小することが予定されている。トランジスタのサイズが縮小するにつれて、トランジスタへの供給電圧が低下する。供給電圧は従来、大部分の国で利用可能な壁電圧またはポータブルデバイスにおいて使用されるバッテリー電圧よりも低い。たとえば、ＩＣは１．２５Ｖで動作することができ、一方、壁電圧は１２０Ｖまたは２４０Ｖである。セルラー電話などのポータブルデバイスでは、バッテリー電圧は完全充電時の６Ｖからほぼ無電荷時の３Ｖまでの範囲であり得る。
【０００３】
半導体ＩＣは、壁コンセントまたはバッテリーにおける利用可能な電圧を、ＩＣによって使用されるより低い電圧に変換する電圧調整器に結合されることがある。電圧調整器は、ＩＣに一定の電圧が供給されるようにする。トランジスタが目標電圧よりも低い電圧または目標電圧よりも高い電圧を許容する能力は低いので、電圧調整器がＩＣに一定の電圧を供給する機能は重要である。電圧が１０分の１低くなっただけで、ＩＣが不安定になることがあり、電圧が１０分の１高くなっただけで、ＩＣが損傷を受けることがある。
【０００４】
組立て時には、ＩＣが実装基板上に取り付けられ、実装基板が約１〜２ｍｍの厚さのプリント回路板（ＰＣＢ）上に取り付けられる。従来、電圧調整器は、電圧調整器が電圧を供給するＩＣを含むＰＣＢ上に配置される。電圧調整器をＰＣＢ上でＩＣから離して配置すると、電圧調整器と電圧調整器が電圧を供給するＩＣとの間で電圧降下が生じる。たとえば、供給電圧が１．１２５Ｖであるとき、電圧がＰＣＢ、実装基板、およびＩＣを通過するときに電圧調整器とＩＣとの間で０．１００Ｖの電圧降下が生じることがある。トランジスタサイズが縮小するとともに供給電圧が低下するにつれて、電圧降下は供給電圧のかなりの部分に相当するようになる。さらに、電圧調整器をＰＣＢ上に配置するとき、ＩＣが電圧調整器と連絡できるようにＩＣ上でピンが使用される。ＩＣは、電圧供給を増大または低減させるためのスリープまたはウェークアップのようなコマンドを電圧調整器に送ることができる。このような追加のピンは、ＩＣ上の空間を占有し、場合によってはこの空間がなくなることもある。
【０００５】
電圧調整器からＩＣへの電圧降下を低減させるとＩＣの性能が向上する。ＩＣの最大周波数は、供給電圧に比例して増減する。たとえば、０．１００Ｖの電圧降下をなくすとＩＣの最大周波数（ｆｍａｘ）を１００ＭＨｚだけ増大することができる。この代わりに、電圧降下を低減させ、かつ最大周波数を増大させない場合、ＩＣの電力消費量が少なくなる。電力消費量は、キャパシタンスに供給電圧の２乗を掛けた値に比例する。したがって、供給電圧を低下させると、電力が著しく節約される。
【０００６】
さらに、従来の電圧調整器は、電圧調整器とＩＣとの間の距離に起因して応答時間が長い。過渡電流が速過ぎて電圧調整器が応答できない場合、デカップリングキャパシタがＩＣに追加の電力を供給する。ＰＣＢ上に配置された電圧調整器は、マイクロ秒範囲の応答時間を有することが多い。したがって、実装基板上に大形のデカップリングキャパシタが配置され、長い応答時間が補償される。大形のデカップリングキャパシタは大面積を占有する。ある従来の構成は、ＰＣＢ上の電圧調整器と一緒に数マイクロファラッドのバルクキャパシタと数百ナノファラッドを有する多層チップキャパシタ（ＭＬＣＣ）とを含む。電圧調整器が過渡電流に応答する間、バルクキャパシタとＭＬＣＣの組合せがＩＣに電圧を供給する。
【０００７】
ＩＣ上に電圧調整器を配置することが試みられている。しかし、電圧調整器は、同じくＩＣに埋め込まれるインダクタおよびキャパシタのような受動素子を含む。受動デバイスは、広いＩＣ面積を占有し、そのため、製造費が増大する。たとえば、４５ｎｍ技術を使用して製造されたＩＣは、キャパシタンス密度が１０フェムトファラッド／μｍ２である。この密度では、適切な量のキャパシタンスを得るのに２．５ｍｍ２超が占有されることがある。電圧調整器にインダクタンスを加える場合、従来、実装基板上に取り付けられたオンＩＣインダクタまたは個別インダクタが使用されている。従来のオンＩＣインダクタは、ＩＣ上の大面積を占有するだけでなく、Ｑ値が低い。
【０００８】
Ｑ値は、受動素子に貯蔵されるエネルギーと受動素子内で散逸するエネルギーとの比によって定義され、ＩＣに埋め込まれる受動素子の場合、Ｑ値は低い。従来、受動素子は、ＩＣに嵌め込めるように薄く製造され、Ｑ値を低下させる導電損失または磁気損失を受ける。
【０００９】
従来の解決策を使用して積層ＩＣの各ＩＣに電圧を供給すると、さらなる問題が生じる。具体的には、積層ＩＣの第２のティアへの電圧の供給は従来、ワイヤボンディングによって実現されている。ワイヤボンディングは、積層ＩＣが組み立てられた後に完了し、ワイヤボンドのサイズに基づいて接続密度が限定されている。別の従来の解決策は、第１のティアＩＣ内のスルーシリコンビアによって第２のティアＩＣに供給電圧を供給することを含む。スルーシリコンビアは、抵抗が大きく、電圧降下を生じさせて、性能をさらに低下させ、かつ場合によっては能動回路として使用されることもあるＩＣ上の空間をさらに占有する。
【００１０】
したがって、積層ＩＣの回路に極めて近接して位置するその積層ＩＣへの供給電圧が必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の一態様によれば、積層集積回路は、第１の能動面および第１の相互接続構造を有する第１の半導体ＩＣを含む。この積層集積回路は、第１の半導体ＩＣ上に積層され、第１の能動面と向かい合う第２の能動面および第１の相互接続構造に結合された第２の相互接続構造を有する第２の半導体ＩＣも含む。第２の能動面は、電圧調整器から調整された電圧を受け取る。積層集積回路は、第１の相互接続構造に結合され、調整された電圧を第１のＩＣに供給する、第１の半導体ＩＣ内の電圧調整器の能動部分をさらに含む。
【００１２】
本開示の別の態様によれば、実装基板上に取り付けられた第１のティアＩＣおよび第２のティアＩＣを有する積層ＩＣの電圧調整器を製造する方法は、電圧調整器の能動部分を第１のティアＩＣに組み込むことを含む。この方法は、電圧調整器の能動部分を、実装基板に少なくとも部分的に埋め込まれた少なくとも１つの受動素子に結合することも含む。この方法は、第１のティアＩＣの能動回路を電圧調整器に結合することをさらに含む。この方法は、第２のティアＩＣを電圧調整器に結合することも含む。
【００１３】
本開示のさらなる態様によれば、実装基板上に取り付けられ、第１のティアＩＣと第２のティアＩＣとを有する積層ＩＣに電圧を供給する方法であって、積層ＩＣの第１のティアＩＣに組み込まれた電圧調整器の能動部分に供給電圧を供給することを含む。この方法は、電圧調整器の能動部分から実装基板に少なくとも部分的に埋め込まれた少なくとも１つのインダクタに供給電圧を伝えることも含む。この方法は、供給電圧を少なくとも１つのインダクタから少なくとも１つのキャパシタに伝えることをさらに含む。この方法は、供給電圧を少なくとも１つのキャパシタから第１のティアＩＣに伝えることも含む。この方法は、供給電圧を第１のティアＩＣから第２のティアＩＣに伝えることもさらに含む。
【００１４】
本開示のさらに別の態様によれば、積層集積回路は実装基板を含む。積層集積回路は、実装基板に結合された第１の相互接続構造を有する第１のティアＩＣも含む。積層集積回路は、第１のティアＩＣに結合された第２の相互接続構造を有する第２のティアＩＣをさらに含む。積層集積回路は、第１のティアＩＣに組み込まれた電圧を調整する手段もさらに含む。
【００１５】
上記は、以下の詳細な説明をよりよく理解できるように、本開示の特徴および技術的利点をかなり広く概説したものである。本開示の特許請求の範囲の主題を形成する、さらなる特徴および利点が以下で説明される。本開示の同じ目的を実施することができるように他の構造を修正または設計するための基礎として、開示される概念および特定の実施形態を容易に利用できることが、当業者には理解されよう。そのような同等の構成が添付の特許請求の範囲に記載された開示の技術から逸脱しないことも、当業者には理解されよう。本開示の構成と動作方法の両方に関して本開示の特徴と考えられる新規の特徴は、さらなる目的と利点とともに、以下の説明を添付の図に関連して検討することによってよりよく理解されよう。しかし、各図は例示および説明のためのみのものであり、本開示の制限の定義を目的としたものではないことを明確に理解されたい。
【００１６】
本開示のより完全な理解のために、ここで、添付の図面と併せて以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示の実施形態を有利に使用できる例示的なワイヤレス通信システムを示すブロック図である。
【図２】開示される半導体ＩＣパッケージの回路設計、レイアウト設計、および論理設計に使用される設計用ワークステーションを示すブロック図である。
【図３Ａ】プリント回路板上の従来の電圧調整器を示すブロック図である。
【図３Ｂ】スルーシリコンビアの従来の配置を示す半導体ＩＣの縦断面図である。
【図４】一実施形態による積層ＩＣ内の例示的な一体型電圧調整器を示すブロック図である。
【図５】一実施形態による、インダクタとしてのスルービアを有する積層ＩＣ内の例示的な一体型電圧調整器を示すブロック図である。
【図６】一実施形態による、埋込みキャパシタンスを有する積層ＩＣ内の例示的な一体型電圧調整器を示すブロック図である。
【図７】一実施形態による、埋込みキャパシタンスとインダクタとしてのスルービアとを有する積層ＩＣ内の例示的な一体型電圧調整器を示すブロック図である。
【図８Ａ】インダクタンスを生じさせることのできる実装基板およびプリント回路板を通過する経路を示すブロック図である。
【図８Ｂ】インダクタンスを生じさせることのできる実装基板およびプリント回路板を通過する経路を示すブロック図である。
【図８Ｃ】インダクタンスを生じさせることのできる実装基板およびプリント回路板を通過する経路を示すブロック図である。
【図９】一実施形態によるスルーシリコンビアの例示的な構成を有する半導体ＩＣの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本開示の実施形態を有利に使用できる例示的なワイヤレス通信システム１００を示すブロック図である。例示のために、図１は、３つの遠隔ユニット１２０、１３０および１５０ならびに２つの基地局１４０を示している。ワイヤレス通信システムがこれよりも多くの遠隔ユニットおよび基地局を有してもよいことが、認識されよう。遠隔ユニット１２０、１３０および１５０は、以下に開示するようにＩＣデバイス１２５Ａ、１２５Ｂ、および１２５Ｃを含む。ＩＣを含む任意のデバイスは、本明細書において開示するプロセスによって製造され、基地局、スイッチングデバイスおよびネットワーク機器を含む、開示するフィーチャおよび／または構成要素を有する半導体構成要素も含み得ることが認識されよう。図１は、基地局１４０から遠隔ユニット１２０、１３０、および１５０への順方向リンク信号１８０、ならびに遠隔ユニット１２０、１３０、および１５０から基地局１４０への逆方向リンク信号１９０を示す。
【００１９】
図１では、遠隔ユニット１２０は携帯電話として示され、遠隔ユニット１３０は可搬型コンピュータとして示され、遠隔ユニット１５０はワイヤレスローカルループシステム中の固定位置の遠隔ユニットとして示されている。たとえば、遠隔ユニットは、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、娯楽ユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、固定位置のデータユニット、およびコンピュータのようなデバイスであってもよい。図１は、本開示の教示に従った遠隔ユニットを示すが、本開示は、これらの例示的な図示のユニットには限定されない。本開示は、後述のように半導体構成要素を含む任意のデバイスにおいて好適に用いることができる。
【００２０】
図２は、以下に開示するような半導体部品の回路設計、レイアウト設計、および論理設計のための設計用ワークステーションを示すブロック図である。設計用ワークステーション２００は、オペレーティングシステムソフトウェア、支援ファイル、および、ＣａｄｅｎｃｅまたはＯｒＣＡＤのような設計用ソフトウェアを含むハードディスク２０１を含む。設計用ワークステーション２００は、回路および半導体ＩＣを含んでもよい半導体部品２１０の設計を容易にするディスプレイも含む。記憶媒体２０４が、半導体部品２１０を有形化して記憶するために設けられている。半導体部品２１０は、ＧＤＳＩＩまたはＧＥＲＢＥＲのようなファイルフォーマットで、記憶媒体２０４上に記憶されてもよい。記憶媒体２０４は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ハードディスク、フラッシュメモリ、または他の適切なデバイスであってもよい。さらに、設計用ワークステーション２００は、記憶媒体２０４からの入力を受け入れ、または記憶媒体２０４に出力を書き込むための、駆動装置２０３を含む。
【００２１】
記憶媒体２０４に記録されるデータは、回路構成、フォトリソグラフィマスクのためのパターンデータ、または電子ビームリソグラフィのような連続書込みツールのためのマスクパターンデータを明示することができる。記憶媒体２０４にデータを供給すると、回路および半導体ＩＣを設計するためのプロセスの数が少なくなることによって、半導体部品２１０の設計が容易になる。
【００２２】
図３は、プリント回路板上の従来の電圧調整器を示すブロック図である。ＩＣ製品３００は、実装基板をサポートし、ＰＣＢ３１０上の実装基板同士の間の連絡を実現するプリント回路板（ＰＣＢ）３１０を含む。実装基板３２０は、バンプまたはピラーのような実装接続部３２２を通してＰＣＢ３１０に結合されており、ＰＣＢ３１０とＩＣ３３０との間の連絡を可能にするスルービア３２４を含む。ＩＣ３３０は、バンプまたはピラーのような相互接続構造３３２を通して実装基板３２０に結合されている。ＩＣ３３０の上方には第２のティアＩＣ３５０が積層している。相互接続構造３５２が、ＩＣ３３０内のスルーシリコンビア３３４によって第２のティアＩＣ３５０を実装基板３２０に結合している。
【００２３】
電圧調整器３４０が、実装接続部３４２を介してＰＣＢ３１０に結合されている。電圧調整器３４０は従来、ＰＣＢ３１０上に取り付けられたインダクタおよびキャパシタのような個別受動素子に結合されている。トレース３４４のような低インダクタンスパスは、スルーシリコンビア３２４およびスルーシリコンビア３３４によって電圧を電圧調整器３４０からＩＣ３５０に供給する。トレース３４４は、ＰＣＢ３１０上の位置を制限されており、それによって、電圧調整器３４０の位置も制限されている。したがって、電圧調整器３４０とＩＣ３５０との間の距離は、ＰＣＢ３１０に基づく一定の最小値を有する。
【００２４】
電圧調整器とＩＣとの間の電圧降下が顕著であること、ＩＣから電圧調整器までの距離に起因して応答時間が長いこと、ＰＣＢサイズが大きくなること、大形のデカップリングキャパシタが使用されること、および電圧調整器との連絡のためにＩＣ上で追加のピンが使用されることを含む上述の理由で、電圧調整器をＰＣＢ上で実装基板から離して配置すると、ＩＣに、適切に動作するのに十分な電圧が供給されないことがある。供給電圧が許容レベルよりも低い電圧に低下した場合、ＩＣは誤った結果を出力するかまたは作用が不完全になることがある。
【００２５】
図３Ｂは、スルーシリコンビアの従来の配置を示す半導体ＩＣの縦断面図である。スルーシリコンビア３３４は、ＩＣ３３０の両側間の連絡を可能にする。一実施形態では、スルーシリコンビア３３４は、ＩＣ３３０上に積層された第２のＩＣ３５０に電圧を供給する。この実施形態では、第２のＩＣ３５０に電圧および大電流を供給するためにスルーシリコンビア３３４のサイズが大きくなるので、スルーシリコンビア３３４同士が互いに間隔を置いて配置される。スルーシリコンビア３３４のサイズおよび位置を理由として、ＩＣ３３０上のスルーシリコンビア３３４の周りにデジタル回路を構成するのは困難である。
【００２６】
電圧調整器と第２のティアＩＣとの間の距離に起因して、ＰＣＢ上に取り付けられた電圧調整器から積層ＩＣの第２のティアＩＣに電圧を供給するのは困難である。第１のティア内に配置され、従来、第２のティアＩＣをＰＣＢに結合するのに使用されているスルーシリコンビアは、抵抗が大きい。したがって、供給電圧は、第１のティアＩＣの高抵抗スルーシリコンビアを通過した後品質が低下する。さらに、第１のティアＩＣを通して第２のティアＩＣに電圧を供給するビアの数によって、実装基板上への第１のティアＩＣの取付けに関して問題が生じる。たとえば、第１のティアＩＣが実装基板に溶接される組立て時に、第２のティアＩＣに電圧を供給するビアの数が多いので組立てスループットが低下し、歩留まりが低下する。
【００２７】
さらに、供給電圧をＰＣＢ上の電圧調整器から積層ＩＣの各ＩＣに伝える場合、電圧調整器と積層ＩＣの各ＩＣとの間の電圧降下が顕著になり、積層ＩＣの各ＩＣから電圧調整器までの距離に起因して応答時間が長くなり、ＰＣＢサイズが大きくなり、大形のデカップリングキャパシタが使用され、かつ電圧調整器との連絡のために積層ＩＣの各ＩＣ上で追加のピンが使用されるので、供給電圧が低下する。その結果、電圧調整器をＰＣＢ上で実装基板から離して配置すると、積層ＩＣの各ＩＣに、適切に動作するのに十分な電圧が供給されないことがある。
【００２８】
一実施形態によれば、電圧調整器の能動部分がＩＣに組み込まれる。電圧調整器の能動部分は、たとえば、トランジスタおよびドライバを含む。一体型電圧調整器の能動部分を第１のティアＩＣ内に配置すると、第１のティアＩＣと実装基板との間の実装接続部の数が少なくなる。一体型電圧調整器はまた、第１のティアＩＣおよび第２のティアＩＣのより近くに位置しており、それによって、過渡電流に対する応答時間が短くなり、電圧調整器の出力をフィルタリングするためのデカップリングキャパシタが小形化される。第２のティアＩＣの能動側面に対向する第１のティアＩＣの能動側面を有する積層ＩＣ構成では、電圧調整器の能動部分が、第１のティアＩＣ上と第２のティアＩＣ上の両方で回路に極めて近接している。さらに、受動素子は、電圧調整器によって占有される第１のティアＩＣ上の面積を小さくするように実装基板に埋め込まれてもよい。
【００２９】
別の実施形態では、受動素子がＰＣＢに埋め込まれる。受動素子を埋め込むと、電圧調整器からＩＣまでの経路として短く低インダクタンスの経路が維持される。さらに、電圧調整器の制御ループ帯域幅は、スイッチング周波数を高くし、電圧調整器とＩＣとの間のフィードバック経路を短くすることによって大きくなる。受動素子を埋め込むと、ＩＣ自体からの電圧調整器の個別受動素子が少なくなるかまたはなくなることによってＩＣサイズも小さくなる。
【００３０】
図４は、一実施形態による積層ＩＣ内の例示的な一体型電圧調整器を示すブロック図である。実装されたＩＣ４００は、第１のティアＩＣ４３０と第２のティアＩＣ４４０とを有する積層ＩＣを含む。第１のティアＩＣ４３０の能動面４３９は、第２のティアＩＣ４４０の能動面４４９に対向している。第１のティアＩＣ４３０は、マイクロバンプなどの相互接続構造４４２を通して第２のティアＩＣ４４０に結合されている。第１のティアＩＣ４３０は、電圧調整器４３２の能動部分と入出力領域４３６とを含む。電圧調整器４３２の能動部分および入出力領域４３６は、スルーシリコンビア４３４、４３８を含む。スルーシリコンビア４３８は、第２のティアＩＣ４４０と実装基板４２０との間の連絡を可能にする。ある場合には、第２のティアＩＣ４４０は、第１のティアＩＣ４３０と協働するメモリデバイスである。この場合、存在するスルーシリコンビア４３８の数は少なくなる。一実施形態によれば、電圧調整器４３２の能動部分および入出力領域４３６の外側に位置する第１のティアＩＣ内のスルーシリコンビアの数が少なくされるかまたは零にされる。
【００３１】
第１のティアＩＣ４３０は実装基板４２０に結合されている。インダクタのような、電圧調整器４３２の能動部分用の受動素子は、実装基板４２０に埋め込まれている。実装基板４２０の埋込みインダクタンス４２８は、電気経路４２６によって実装接続部４３１に結合されている。したがって、埋込みインダクタンス４２８は、電気経路４２６、実装接続部４３１、およびスルーシリコンビア４３４を通して電圧調整器４３２の能動部分に結合されている。過渡電流が、電圧調整器４３２の能動部分の、電圧を供給する能力を上回っている場合に、瞬間電圧を供給するように、デカップリングキャパシタ（図示せず）を同様に実装基板４２０に埋め込んでもよい。
【００３２】
プリント回路板（ＰＣＢ）４１０内の相互接続部（図示せず）を通して電圧調整器４３２の能動部分に供給電圧が供給される。ＰＣＢ４１０は、実装接続部４２２を通して実装基板４２０に結合されている。実装基板４２０内の電気経路４２４が実装接続部４２２を実装接続部４３１に結合している。したがって、供給電圧は、ＰＣＢ４１０、実装接続部４２２、電気経路４２４、実装接続部４３１、およびスルーシリコンビア４３４を通過させられる。電気経路４２４、４２６は、実装基板４２０内に導電経路を形成するビア、スルービア、および／または相互接続部を含んでもよい。
【００３３】
電圧調整器（受動素子を含む）は、第１のティアＩＣ４３０上の回路（図示せず）および第２のティアＩＣ４４０上の回路（図示せず）に極めて近接している。その結果、回路と電圧調整器との間の電圧降下が低減される。たとえば、電圧降下を数十ミリボルト程度に抑えることができる。一実施形態によれば、第２のティアＩＣ４４０は、相互接続構造４４２によって電圧調整器４３２の能動部分に結合される。さらに、第２のティアＩＣ４４０を電圧調整器に結合するように再分配層４３７を第１のティアＩＣ４３０上に付着させてもよい。代替として、再分配層４３７は、電圧調整器を第１のティアＩＣ４３０に結合するように第２のティアＩＣ４４０上に位置してもよい。再分配層４３７は、また第１のティアＩＣ４３０上の回路に供給電圧を分配してもよい。一実施形態によれば、再分配層４３７は、アルミニウムのような厚い導電層である。
【００３４】
マイクロバンプを使用して、第１のティアＩＣに組み込まれた電圧調整器から積層ＩＣの第２のティアＩＣに電圧を供給すると、密度が高く抵抗が小さい経路が構成され、第２のティアＩＣ用の供給電圧の品質および安定性が向上する。
【００３５】
別の実施形態では、電圧調整器の能動部分へのインダクタンスが、実装基板内のスルービアおよび場合によってはＰＣＢ内のスルービアによって加えられる。図５は、一実施形態による、インダクタとしてのスルービアを有する積層ＩＣ内の例示的な一体型電圧調整器を示すブロック図である。実装基板４２０内の電気経路５２２は、電圧調整器４３２の能動部分にインダクタンスを加える。電気経路５２２は、たとえば、一対のスルービアを含んでもよい。インダクタンスは、電気経路５２２の長さに比例する。電気経路５２２は、実装基板４２０内の相互接続部を介して、あるいはＰＣＢ４１０に対向する実装基板４２０の側の導電層を介して結合してもよい。さらなるインダクタンスが必要である場合、ＰＣＢ４１０内の電気経路５１２によって追加の長さが加えられてもよい。電気経路５１２は、最終的にＰＣＢ４１０の底部導電層５１４を通過する。実装接続部４２２は電気経路５２２を電気経路５１２に結合している。電圧調整器４３２の能動部分に加えられるインダクタンスは、電気経路５２２および電気経路５１２の累積長さに比例する。
【００３６】
一実施形態によれば、インダクタンスは、実装基板４２０の外側に位置してもよい。たとえば、ワイヤボンド（図示せず）が、インダクタンスを加えるように第１のティアＩＣ４３０から実装基板４２０に結合してもよい。さらに別の実施形態（図示せず）では、インダクタンスが、電気経路５２２および５１２／５１４だけではなくワイヤボンドからも得られる。
【００３７】
電圧調整器の能動部分にインダクタンスを加えるだけなく、電圧調整器の能動部分に埋込みキャパシタンスを加えてもよい。図６は、一実施形態による、埋込みキャパシタンスを有する積層ＩＣ内の例示的な一体型電圧調整器を示すブロック図である。電圧調整器４３２の能動部分に結合された受動素子は、たとえば、埋込みＩＣ基板（ＥＤＳ）技術を使用して、埋込みインダクタンス４２８および埋込みキャパシタンス６２６のように実装基板４２０に埋め込まれてもよい。
【００３８】
電気経路４２６は、埋込みインダクタンス４２８を実装接続部４３１に結合している。さらに、電気経路６２４は、埋込みキャパシタンス６２６を埋込みインダクタンス４２８に結合している。すなわち、埋込みキャパシタンス６２６は、電気経路６２４、電気経路４２６、実装接続部４３１、およびスルーシリコンビア４３４を通して電圧調整器４３２の能動部分に結合されている。
【００３９】
代替として、電圧調整器の能動部分へのインダクタンスは、実装基板内のスルービアによって加えられてもよい。図７は、一実施形態による、埋込みキャパシタンスとインダクタとしてのスルービアとを有する積層ＩＣ内の例示的な一体型電圧調整器を示すブロック図である。実装基板４２０内の電気経路７２０は、電圧調整器４３２の能動部分にインダクタンスを加える。電気経路７２０は、たとえばスルービアを含んでもよい。インダクタンスは、電気経路７２０の長さに比例する。電気経路７２０は、実装基板４２０内の相互接続部を通過して、あるいはＰＣＢ４１０に対向する実装基板４２０の側の導電層を通過して結合してもよい。さらなるインダクタンスが必要である場合、ＰＣＢ４１０内の電気経路７１２によって追加の長さが加えられてもよい。電気経路７１２は、最終的にＰＣＢ４１０の底部導電層７１４を通過する。実装接続部４２２は電気経路７２０を電気経路７１２に結合している。すなわち、電圧調整器４３２の能動部分に加えられるインダクタンスは、電気経路７２０および電気経路７１２の累積長さに比例する。
【００４０】
埋込みキャパシタンス６２６は、たとえば埋込みダイ基板（ＥＤＳ）技術を使用して実装基板４２０に埋め込まれる。電気経路６２４は、埋込みキャパシタンス６２６を埋込みインダクタンス７２０に結合している。すなわち、埋込みキャパシタンス６２６は、電気経路６２４、埋込みインダクタンス７２０、実装接続部４３１、およびスルーシリコンビア４３４を通して電圧調整器４３２の能動部分に結合されている。
【００４１】
次に、スルービアが電圧調整器用のインダクタンスを生じさせる埋込み受動素子について詳しく説明する。図８Ａ〜図８Ｃは、実装基板と、インダクタンスを生じさせることのできるＰＣＢとを通過する経路を示すブロック図である。
【００４２】
図８Ａは、一実施形態による実装基板およびＰＣＢを通過する経路８００を示すブロック図である。実装基板の上部導電層８０２および底部導電層８１０が図示されている。実装基板の内側層８０４、８０６も図示されている。一連のビア８０５が上部導電層８０２と底部導電層８１０を結合している。実装接続部８１２は、ボールグリッドアレイのバンプまたはピラーであってもよく、底部導電層８１０をＰＣＢの上部導電層８２０に結合している。スルービア８２２ａが上部導電層８２０を底部導電層８３０に結合している。底部導電層８３０は、ＰＣＢ内の別のスルービア８２２ｂに結合される相互接続部であってもよい。経路８００内のインダクタンスの量は経路８００の長さに比例する。
【００４３】
図８Ｂは、経路８００よりも長い経路８４０を示すブロック図である。底部導電層８４２が、スルービア８２２ａをＰＣＢの別のスルービア８２２ｂに結合している。底部導電層８４２は、経路８４０のインダクタンスを増大させる、たとえばコイルにおける追加の長さを含む。
【００４４】
図８Ｃは、経路８４０よりも長い経路８５０を示すブロック図である。ＰＣＢの裏面に取り付けられたインダクタコイル８５２が、スルービア８２２ａをＰＣＢの別のスルービア８２２ｂに結合している。この場合、巻きワイヤ８５４が別のインダクタコイル８５２を覆って経路８５０の長さにわたって延びている。
【００４５】
受動素子が実装基板に埋め込まれた電圧調整器は、電圧調整器からＩＣまでの経路として短く低インダクタンスの経路を維持する。さらに、埋込み受動素子は、受動素子によって占有される実装基板上面の面積を小さくする。
【００４６】
電圧調整器の能動部分を積層ＩＣの第１のティアＩＣ内に配置することの１つの利点は、第１のティアＩＣ内に作られるスルーシリコンビアの数が少なくなることである。電圧調整器の能動部分は、第１のティアＩＣに組み込まれると、第１のティアＩＣと第２のティアＩＣとの間の相互接続構造を通して第２のティアＩＣに電圧を供給する。したがって、第２のティアＩＣに電圧を供給するのに使用される第１のティアＩＣ内のスルーシリコンビアの数が少なくなる。すなわち、第１のティアＩＣ上の電圧調整器から電力が供給されるので、第２のティアＩＣをＰＣＢ上の電源に結合する第１のティアＩＣ内のスルーシリコンビアの数が少なくなるかまたは零になる。積層ＩＣの第１のティアＩＣ内のスルーシリコンビアの例示的な一構成について図９を参照して説明する。
【００４７】
図９は、一実施形態によるスルーシリコンビアの例示的な構成を有する半導体ＩＣの縦断面図である。半導体ＩＣ９２０は、電圧調整器９２２の能動部分と入出力領域９２６とを含む。半導体ＩＣ９２０は、たとえば積層ＩＣの第１のティアＩＣであってもよい。入出力領域９２６は、スルーシリコンビア９２８を含んでもよい。スルーシリコンビア９２８は、半導体ＩＣ９２０の下方の実装基板（図示せず）から半導体ＩＣ９２０の上方に積層されたＩＣ（図示せず）上の回路による入出力のための連絡を可能にする。電圧調整器９２２の能動部分内のスルーシリコンビア９２４は、電圧調整器９２２の能動部分を半導体ＩＣ９２０の下方の実装基板（図示せず）に埋め込まれた受動素子に結合している。
【００４８】
スルーシリコンビア９２４、９２８は、半導体ＩＣ９２０の各部に分離されてもよい。この結果、半導体ＩＣ９２０のサイズを小さくすることができる。たとえば、半導体ＩＣ９２０上の回路は、スルーシリコンビア９２４、９２８からの干渉を避けるように構成される。すなわち、半導体ＩＣ９２０内のスルーシリコンビア９２４、９２８が存在する場所には、回路は組み立てられない。スルーシリコンビア９２４、９２８を半導体ＩＣ９２０の各領域に分離すると、半導体ＩＣ９２０上の回路の設計の複雑さが軽減され、回路の密度を高めることができる。一実施形態（図示せず）では、入出力ビア９２８は、図９に示されている領域９２６ではなくＩＣ９２０の周辺に設けられる。
【００４９】
「スルーシリコンビア」という用語はシリコンという言葉を含むが、スルーシリコンビアは、必ずしもシリコンで構成されないことに留意されたい。むしろ、材料は、任意のデバイス基板の材料であってよい。
【００５０】
本開示およびその利点について詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲によって規定される本開示の技術から逸脱することなく、本明細書において様々な変更、代用および改変を施せることを理解されたい。さらに、本出願の範囲は、本明細書において説明したプロセス、機械、製造、物質組成、手段、方法、およびステップの特定の実施形態に限定されるものではない。当業者には本開示から容易に理解されるように、本明細書で説明した対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行する、または実質的に同じ結果を実現する、現存するまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、物質組成、手段、方法、またはステップを、本開示に従って利用してもよい。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのようなプロセス、機械、製造、物質組成、手段、方法、またはステップを範囲内に含むものである。
【符号の説明】
【００５１】
１００  ワイヤレス通信システム
１２０、１３０、１５０  遠隔ユニット
１２５Ａ、１２５Ｂ、１２５Ｃ  ＩＣデバイス
１４０  基地局
１８０  順方向リンク信号
１９０  逆方向リンク信号
２００  設計用ワークステーション
２０１  ハードディスク
２０３  駆動装置
２０４  記憶媒体
２１０  半導体部品
３００  ＩＣ製品
３１０  プリント回路板
３２０  実装基板
３２２  実装接続部
３２４  スルーシリコンビア
３３０  ＩＣ
３３２  相互接続構造
３３４  スルーシリコンビア
３４０  電圧調整器
３５０  第２のティアＩＣ
３５２  相互接続構造
４００  実装されたＩＣ
４１０  プリント回路板（ＰＣＢ）
４２０  実装基板
４２２  実装接続部
４２４  電気経路
４２６  電気経路
４２８  埋込みインダクタンス
４３０  第１のティアＩＣ
４３１  実装接続部
４３２  電圧調整器
４３４  スルーシリコンビア
４３６  入出力領域
４３７  再分配層
４３８  スルーシリコンビア
４３９  能動面
４４０  第２のティアＩＣ
４４２  相互接続構造
４４９  能動面
５１２  電気経路
５１４  底部導電層
５２２  電気経路
６２４  電気経路
６２６  埋込みキャパシタンス
７１２  電気経路
７１４  底部導電層
７２０  電気経路
８００  経路
８０２  上部導電層
８０５  ビア
８１０  底部導電層
８１２  実装接続部
８２０  上部導電層
８２２ａ  スルービア
８２２ｂ  スルービア
８３０  底部導電層
８４０  経路
８４２  底部導電層
８５０  経路
８５２  インダクタコイル
８５４  巻きワイヤ
９２０  半導体ＩＣ
９２２  電圧調整器
９２４  スルーシリコンビア
９２６  入出力領域
９２８  スルーシリコンビア
【図１】
0005854338.tif 000002
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
0005854338.tif 000007
【図６】
0005854338.tif 000008
【図７】
0005854338.tif 000009
【図８Ａ】
0005854338.tif 000010
【図８Ｂ】
0005854338.tif 000011
【図８Ｃ】
0005854338.tif 000012
【図９】
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