(57)【要約】  本開示の例は、接地平面（４１５）内のリターン電流（３３０）から、センシティブな部品（例えば、インダクタまたはキャパシタ）を含むＩＣ（１００）の部分を隔離するための技術を記載する。ＩＣ内のトランスミッタ（１０５）またはドライバによって生成される出力電流は、接地平面内にリターン電流を誘導する磁界（４０５）を発生させ得る。もし、リターン電流がセンシティブな部品（３０５）に近接していると、リターン電流は、ＩＣ内の他の部品に悪影響を及ぼすおそれのあるノイズを注入する可能性がある。リターン電流からセンシティブな部品を隔離するために、本開示の実施形態は、センシティブな部品の１つ以上の側面上に存在する接地平面を含む接地構造体を通ったスロット（５００）を形成することを含む。
2021512486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路であって、
接地構造体と、
ソースと、
トランスミッタとを備え、
前記トランスミッタがアクティブであるとき、リターン電流が前記接地構造体を通って前記ソースから前記トランスミッタへ流れ、
前記ソースと前記トランスミッタとの間に配置された受動部品と、
前記接地構造体を通って延びる第１のスロットとをさらに備え、
前記第１のスロットは、前記受動部品と前記ソースとの間に存在し、
前記接地構造体を通って延びる第２のスロットをさらに備えて、
前記第２のスロットは、前記受動部品と前記トランスミッタとの間に存在し、前記第１および第２のスロットのそれぞれの第１の端部は、前記接地構造体の縁部で終端する、集積回路。
【請求項２】
前記第１および第２のスロットのそれぞれの第２の端部は、前記リターン電流が前記それぞれの第２の端部の周りを流れることができるが、前記それぞれの第１の端部の周りを流れることが阻止されるように、前記接地構造体内で終端する、請求項１に記載の集積回路。
【請求項３】
半導体基板をさらに備え、
前記接地構造体は、前記半導体基板の上に配置された複数の金属ルーティング層を含み、
前記第１および第２のスロットは、前記複数の金属ルーティング層を通って延びている、請求項１または請求項２に記載の集積回路。
【請求項４】
前記受動部品は、前記複数の金属ルーティング層上に亘って配置されている、請求項３に記載の集積回路。
【請求項５】
前記受動部品は、インダクタおよびキャパシタのうちの少なくとも１つを備える、請求項４に記載の集積回路。
【請求項６】
前記リターン電流は、前記トランスミッタを用いて信号をドライブすることで誘起される磁界によって、前記ソースにおいて生成される、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の集積回路。
【請求項７】
前記受動部品を含む位相同期回路と、
信号をドライブするときに前記位相同期回路から制御信号を受信するように構成された第２のトランスミッタとをさらに備える、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の集積回路。
【請求項８】
集積回路であって、
接地構造体と、
ソースと、
シンクとを備え、
リターン電流が前記接地構造体を通って前記ソースから前記シンクへ流れ、
前記ソースと前記シンクとの間に配置されるインダクタと、
前記接地構造体を通って延びる第１のスロットとをさらに備え、
前記第１のスロットは、前記インダクタと前記ソースとの間に存在し、前記第１のスロットの第１の端部は、前記接地構造体の縁部で終端する、集積回路。
【請求項９】
前記接地構造体を通って延びる第２のスロットをさらに備え、前記第２のスロットは、前記インダクタと前記シンクとの間に存在し、前記第２のスロットの第１の端部は、前記接地構造体の縁部で終端する、請求項８に記載の集積回路。
【請求項１０】
前記第１および第２のスロットのそれぞれの第２の端部は、前記リターン電流が前記それぞれの第２の端部の周りを流れることができるように前記接地構造体内で終端し、前記リターン電流が前記第１および第２のスロットの前記第１の端部の周りを流れることが阻止される、請求項９に記載の集積回路。
【請求項１１】
前記シンクを含むトランスミッタをさらに備え、
前記リターン電流は、前記トランスミッタを用いて信号をドライブすることで誘起される磁界によって、前記ソースにおいて生成される、請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の集積回路。
【請求項１２】
半導体基板をさらに備え、
前記接地構造体は、前記半導体基板の上に配置された複数の金属ルーティング層を含み、
前記第１のスロットは、前記複数の金属ルーティング層を通って延びている、請求項８〜請求項１１のいずれか１項に記載の集積回路。
【請求項１３】
前記インダクタは、前記複数の金属ルーティング層上に亘って配置されている、請求項１２に記載の集積回路。
【請求項１４】
集積回路の製造方法であって、
半導体基板のアクティブ領域にアクティブデバイスを形成することと、
前記半導体基板の前記アクティブ領域上に亘って接地構造体を形成することと、
前記接地構造体を通じて第１のスロットおよび第２のスロットを形成することと、
前記接地構造体の上方で、かつ、前記第１のスロットと前記第２のスロットとの間に受動部品を形成することとを含み、
前記第１および第２のスロットのそれぞれの第１の端部は、前記接地構造体の縁で終端する、集積回路の製造方法。
【請求項１５】
前記第１および第２のスロットのそれぞれの第２の端部は、リターン電流が前記それぞれの第２の端部の周りを流れることができるが、前記それぞれの第１の端部の周りを流れることが阻止されるように、前記接地構造体内で終端する、請求項１４に記載の集積回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本開示の例は、一般的に、スロットを使用して集積回路（ＩＣ）内の受動部品を隔離することに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
ＩＣ内のトランスミッタおよび他のドライブ回路は、接地平面内に大きなリターン電流を生じさせる信号を出力し得る。換言すれば、トランスミッタは、例えば、クロッキングまたは電力ネットワークをドライブする電流を生成し、その電流は、リターン電流を誘導する磁界を結果的に生成する。通常、リターン電流は、トランスミッタのシンクに流れる。しかしながら、ＩＣを設計する際にリターン電流の方向およびソースを制御および予測することは困難である。もし、ＩＣ内またはＩＣ上の受動部品（例えば、インダクタまたはキャパシタ）の近くにかなりの量のリターン電流が流れると、リターン電流は、受動部品を含むＩＣ内の他のデバイス、例えば、発振器または位相同期回路、の機能に影響を及ぼし得るノイズを注入する可能性がある。したがって、リターン電流から受動部品を隔離できることによって、ＩＣの機能性を改善することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
概要
集積回路を動作させおよび製造するための技術が説明される。一例は、接地構造体と、ソースと、トランスミッタとを含む集積回路であり、トランスミッタがアクティブであるとき、リターン電流は、接地構造体を通ってソースからトランスミッタに流れる。集積回路はまた、ソースとトランスミッタとの間に配置された受動部品と、接地構造体を通って延びる第１スロットとを含み、第１スロットは、受動部品とソースとの間にあり、集積回路はさらに、接地構造体を通って延びる第２スロットを含み、第２スロットは、受動部品とトランスミッタとの間にあり、第１および第２スロットのそれぞれの第１の端部は、接地構造体の縁部で終端する。
【０００４】
いくつかの実施形態では、第１および第２のスロットのそれぞれの第２の端部は、リターン電流がそれぞれの第２の端部の周りを流れることができるが、それぞれの第１の端部の周りを流れることが阻止されるように、接地構造体内で終端してもよい。
【０００５】
いくつかの実施形態では、集積回路は、半導体基板をさらに含んでもよい。接地構造体は、半導体基板の上に配置された複数の金属ルーティング層を含んでもよい。第１および第２のスロットは、複数の金属ルーティング層を通って延びていてもよい。
【０００６】
いくつかの実施形態では、受動部品は、複数の金属ルーティング層上に亘って配置されてもよい。
【０００７】
いくつかの実施形態では、受動部品は、インダクタおよびキャパシタのうちの少なくとも１つを含んでもよい。
【０００８】
いくつかの実施形態では、リターン電流は、トランスミッタを使用して信号をドライブすることによって誘導される磁界によって、ソースにおいて発生されるものであってもよい。
【０００９】
いくつかの実施形態では、集積回路は、受動部品を含む位相同期回路と、信号をドライブするときに位相同期回路から制御信号を受信するように構成された第２のトランスミッタとをさらに含んでもよい。
【００１０】
本明細書で説明する一例は、接地構造体と、ソースと、シンクとを含み、リターン電流が接地構造体を通ってソースからシンクへ流れる集積回路である。集積回路はまた、ソースとシンクとの間に配置されたインダクタと、接地構造体を通って延びる第１のスロットとを含み、第１のスロットは、インダクタとソースとの間に存在し、第１のスロットの第１の端部は、接地構造体の縁部で終端する。
【００１１】
いくつかの実施形態では、集積回路は、接地構造体を通って延びる第２のスロットをさらに含んでもよい。第２のスロットは、インダクタとシンクとの間に存在してもよい。第２のスロットの第１の端部は、接地構造体の縁部で終端してもよい。
【００１２】
いくつかの実施形態では、第１および第２のスロットのそれぞれの第２の端部は、リターン電流がそれぞれの第２の端部の周りを流れることができるように、接地構造体内で終端してもよい。リターン電流が第１および第２のスロットの第１の端部の周りを流れることが阻止されるようにしてもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態では、集積回路は、シンクを含むトランスミッタをさらに含んでもよい。リターン電流は、トランスミッタを用いて信号をドライブすることで誘起される磁界の働きによって、ソースにおいて生成されるものであってもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態では、集積回路は、半導体基板をさらに含んでもよい。接地構造体は、半導体基板の上に配置された複数の金属ルーティング層を含んでもよい。第１のスロットは、複数の金属ルーティング層を通って延びていてもよい。
【００１５】
いくつかの実施形態では、インダクタは、複数の金属ルーティング層上に亘って配置されてもよい。
【００１６】
本明細書に記載する一例は、半導体基板のアクティブ領域にアクティブデバイスを形成することと、半導体基板のアクティブ領域上に亘って接地構造体を形成することと、接地構造体を通じて第１のスロットおよび第２のスロットをカットすることと、接地構造体の上方で、かつ、第１のスロットと第２のスロットとの間に受動部品を形成することとを含む方法であり、第１および第２のスロットのそれぞれの第１の端部は、接地構造体の縁部で終端する。
【００１７】
いくつかの実施形態では、第１および第２のスロットのそれぞれの第２の端部は、リターン電流がそれぞれの第２の端部の周りを流れることができるが、それぞれの第１の端部の周りを流れることが阻止されるように、接地構造体内で終端してもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態では、方法は、接地構造体を流れるリターン電流のソースを形成し、接地構造体を流れるリターン電流のシンクを形成することをさらに含んでもよい。第１のスロットは、受動部品とソースとの間にあってもよく、第２のスロットは、受動部品とシンクとの間にあってもよい。
【００１９】
いくつかの実施形態では、方法は、シンクと半導体基板のアクティブ領域内に存在する少なくとも１つのアクティブデバイスとを含むトランスミッタを形成することをさらに含んでもよい。リターン電流は、トランスミッタを使用して信号をドライブすることによって誘導される磁界によって、ソースにおいて発生されるものであってもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態では、接地構造体を形成することは、半導体基板のアクティブ領域上に亘って、誘電体によって隔離された複数の金属ルーティング層を形成することを含んでもよい。
【００２１】
いくつかの実施形態では、第１および第２のスロットは、複数の金属ルーティング層を通って延びていてもよく、そのことによって、半導体基板のアクティブ領域を露出させてもよい。
【００２２】
いくつかの実施形態では、第１および第２のスロットのそれぞれの第１の端部は、複数の金属ルーティング層の縁部で終端してもよい。
図面の簡単な説明
上記で言及した特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した、より具体的な説明は、そのいくつかを添付の図面に示す例示的な実施形態を参照することによって得られるであろう。しかしながら、添付の図面は、典型的な例示的な実装を示すに過ぎず、したがって、その範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一例による集積回路のブロック図である。
【図２】一例によるジッタに対するリターン電流の影響を例示するチャートである。
【図３】一例による、受動部品に影響を及ぼすリターン電流を伴う集積回路を示す図である。
【図４】一例による、２つの短絡端を有するスロットを使用してリターン電流を遮断することを示す図である。
【図５】一例による、リターン電流から受動部品を隔離するための２つのスロットを有する接地構造体を示す図である。
【図６】一例による図５の接地構造体の上面図である。
【図７】一例による、図６の接地構造体におけるスロットの断面図である。
【図８】一例による、トランスインピーダンスに対してスロットが有する影響を示すチャートである。
【図９】一例による、受動部品をリターン電流から隔離するために接地構造体にスロットを製造するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
理解を容易にするために、可能な場合には、同一の参照番号は、図に共通の同一の要素を示すために使用されている。１つの例の要素は、他の例に有益に組み込まれ得ることが予期される。
詳細な説明
以下、図面を参照して、様々な特徴について説明する。図面は、同縮尺で描かれても描かれていなくもよく、同様の構造または機能の要素は、図面全体を通して同様の参照番号によって表されることに留意されたい。図面は、特徴の説明を容易にすることのみを意図していることに留意されたい。これらは、説明の余すところのない説明として、または特許請求の範囲に対する限定として意図されない。加えて、例示は、示されるすべての態様または利点を有する必要はない。特定の例に関連して説明される態様または利点は、必ずしもその例に限定されず、そのように例示されなくても、またはそのように明示的に説明されなくても、任意の他の例において実施され得る。
【００２５】
本明細書の例は、接地平面内のリターン電流からセンシティブな部品（例えば、インダクタまたはキャパシタ）を含むＩＣの部分を隔離するための技術を記載する。上述したように、ＩＣ内のトランスミッタまたはドライバによって生成される出力電流は、接地平面内にリターン電流を誘導する磁界を発生させ得る。もし、リターン電流がセンシティブな部品に近接していると、リターン電流は、ＩＣ内の他の部品に悪影響を及ぼすおそれのあるノイズを注入する可能性がある。リターン電流からセンシティブな部品を隔離するために、本開示の実施形態は、センシティブな部品の１つ以上の側面上に存在する接地平面を含む接地構造体を通ったスロットを形成することを含む。
【００２６】
一実施形態では、スロットはそれぞれ、開放された第１の端部と短絡された第２の端部とを有する。開放端は、接地構造体を通って流れるリターン電流が開放端の周りを流れないように、接地構造体の縁部まで延びていてもよい。例えば、スロットの開放端は、開放端の周りの接地平面内に導電経路が存在しないように、接地構造体の最遠の縁部で終端してもよい。対照的に、短絡端は、リターン電流がスロットのこの端の周りを流れることができるように接地構造体内で終端する。一実施形態では、センシティブな部品は、２つの平行なスロットの間に配置され、それによって、仮にスロットを配置しない場合にはセンシティブな部品の付近で流れてしまうであろういかなるリターン電流についても、代わりにスロットの短絡端の周りを流れるように仕向け、それによって部品へのリターン電流の影響を緩和する。
【００２７】
図１は、一例によるＩＣ１００のブロック図である。ＩＣ１００は、２つの位相同期回路（ＰＬＬ）１１０と共に４つのトランスミッタ（ＴＸ）１０５を含む。図示されないが、ＩＣ１００は、プロセッサブロック、ノン‐プログラマブル回路ブロック（例えば、デジタル信号処理ブロック、メモリ、レジスタ）、およびプログラマブル回路ブロック（例えば、設定可能な論理ブロック）などの多くの異なる回路ブロックおよび回路を含み得る。一実施形態では、ＩＣ１００は、プロセッサまたは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などのノン‐プログラマブルチップである。別の実施形態では、ＩＣ１００は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラマブルチップである。一実施形態では、トランスミッタ１０５は、クロックネットワークのためのクロック信号を提供するが、それに限定されず、データ信号、電力信号などをドライブしてもよい。
【００２８】
一実施形態では、ＰＬＬ１１０は、トランスミッタ１０５によって出力されるクロック信号の周波数を設定する制御信号をトランスミッタ１０５に提供する。しかしながら、トランスミッタ１０５によってドライブされる電流は、トランスミッタ１０５によって出力されるクロック信号に悪影響を及ぼす可能性があるリターン電流を誘導し得る。一実施形態では、トランスミッタ１０５は、それらのクロック信号を生成するために最も近いＰＬＬ１１０を使用しなくてもよい。すなわち、いくつかの設定においては、ＩＣ１００の左側に配置されるトランスミッタ１０５Ａは、ＰＬＬ１１０Ａではなく、ＰＬＬ１１０Ｂが出力する制御信号を使用してもよい。ＰＬＬ１１０Ｂに最も近いトランスミッタが動作していない限り、ＰＬＬ１１０Ｂによって生成される制御信号は、リターン電流の結果としてほとんどノイズがない。
【００２９】
しかしながら、ＰＬＬ１１０Ｂの近くのトランスミッタ１０５Ｃまたはトランスミッタ１０５Ｄが信号を出力し始めると、関連する電流およびその磁界は、ＰＬＬ１１０Ｂの近くを流れるリターン電流を発生し得る。これらのリターン電流は、ＰＬＬ１１０Ｂの受動部品（例えば、インダクタまたはキャパシタ）にノイズを注入し得る。一実施形態では、トランスミッタ１０５Ａは、そのクロック信号の生成をＰＬＬ１１０Ｂに依存しているので、ＰＬＬ１１０Ｂにおけるノイズは、トランスミッタ１０５Ａの出力信号にジッタをもたらす。
【００３０】
図２は、一例による、トランスミッタ１０５Ａにおけるジッタに対するリターン電流の影響を示すチャート２００である。チャート２００のＹ軸は、他のトランスミッタが能動的に出力信号を送信しているときのトランスミッタ１０５Ａの出力信号のジッタの変化を示す。チャート２００のＸ軸は、異なるデータレートにおけるジッタを示す。
【００３１】
三角形は、トランスミッタ１０５Ｂが作動しているときのトランスミッタ１０５Ａにおけるジッタを表し、正方形は、トランスミッタ１０５Ｃが作動しているときのトランスミッタ１０５Ａにおけるジッタを表し、ひし形は、トランスミッタ１０５Ｄが作動しているときのトランスミッタ１０５Ａにおけるジッタを表す。図示のように、トランスミッタ１０５Ｂを作動させることは、トランスミッタ１０５Ａの出力信号のジッタにほとんど変化を与えない。これは、トランスミッタ１０５ＢがＰＬＬ１１０Ｂからかなり離れているためであり、したがって、トランスミッタ１０５Ｂを作動させることによって生成されるリターン電流は、ＰＬＬ１１０Ｂ内の受動部品に対してほとんど影響を与えないであろう。その結果、デルタジッタは非常に小さい。
【００３２】
しかしながら、トランスミッタ１０５Ｃまたは１０５Ｄを作動させると、トランスミッタ１０５Ａによって出力され信号のジッタが変化する。すなわち、チャート２００は、トランスミッタ１０５Ｃまたは１０５Ｄのいずれかが、ＰＬＬ１１０Ｂに影響を与えるリターン電流を生成し得、したがって、トランスミッタ１０５Ａの出力信号のジッタを増大させることを示している。
【００３３】
図３は、一例による、ＩＣ１００内の受動部品に影響を及ぼすリターン電流を示す。具体的には、図３は、ＩＣ１００内の接地構造体３００を示し、半導体基板および他の回路など、ＩＣ１００内に存在するであろう他の構造は省略されている。簡単にするために、接地構造体３００は、図１に示されるトランスミッタ１０５ＣおよびＰＬＬ１１０Ｂを含むが、他のトランスミッタおよびＰＬＬは省略されている。しかしながら、以下で説明する実施形態は、トランスミッタ１０５Ｄまたはトランスミッタ１０５Ａおよび１０５Ｂに等しく適用することができ、ＰＬＬ１１０Ａに対するそれらの影響に等しく適用することができる。
【００３４】
トランスミッタ１０５Ｃを使用して電流をドライブするとき、結果として生じる磁界は、ソース３２０においてリターン電流３３０を発生させ得る。リターン電流３３０の１つの経路だけが示されているが、接地構造体３００を通るリターン電流の複数の経路が存在してもよい。一般に、リターン電流３３０は、ＩＣ１００内の様々なソースから、接地構造体３００を通ってトランスミッタ１０５Ｃ内のシンク３２５に向かって戻る。
【００３５】
一実施形態では、ソース３２０は、ＩＣまたは下層にあるパッケージ（図示せず）内の他の部品よりも強力に磁界による影響を受けるコントロールド・コラプス・チップ・コネクション（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｏｌｌａｐｓｅ  Ｃｈｉｐ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）（すなわち、ｃ４はんだバンプ）としてもよい。したがって、ソース３２０とシンク３２５との間の経路におけるリターン電流の電流密度は、接地構造体３００の他のエリアにおける電流密度よりも大きいかもしれない。ＰＬＬ１１０Ｂ内のインダクタ３０５およびキャパシタは、リターン電流３３０の経路上、またはその近くにあるので、リターン電流３３０は、ＰＬＬ１１０Ｂの出力に依存する１つまたは複数のトランスミッタにおけるジッタに影響を与えるノイズを注入し得る。
【００３６】
一実施形態では、インダクタ３０５およびキャパシタ３１５は、ＰＬＬ１１０Ｂ内の電圧コントローラ発振器（ＶＣＯ）３１０のためのＬＣタンク回路を形成する。インダクタ３０５および／またはキャパシタ３１５は、リターン電流３３０が流れる接地構造体３００内の同じ接地平面に結合され得る。したがって、ＰＬＬ１１０Ｂに近い接地平面の部分におけるリターン電流３３０の電流密度が大きいほど、リターン電流３３０がインダクタ３０５およびキャパシタ３１５の動作に与える影響は大きくなる。
【００３７】
以下の実施形態は、ＰＬＬ１１０Ｂ内のセンシティブな部品（例えば、インダクタ３０５およびキャパシタ３１５）をリターン電流３３０から隔離するための異なる技術を説明する。換言すれば、接地平面内でＰＬＬ１１０Ｂの近くに流れるリターン電流３３０の量を減らすことによって、ＰＬＬ１１０Ｂのノイズを低減することができ、それによってＰＬＬ１１０Ｂによって出力される制御信号の品質を改善することができる。
【００３８】
図４は、一例による、２つの短絡端を有するスロット４００を使用してリターン電流を遮断することを示している。図３と同様に、図４は、接地平面４１５においてソース３２０からシンク３２５に流れるリターン電流を示す。この図では、リターン電流は、接地平面４１５においてソース３２０からシンク３２５に流れるときのリターン電流の経路を示す複数の矢印によって表される。さらに、図４は、リターン電流に関連する磁界４０５および電界４１０を示す。
【００３９】
ＰＬＬ１１０Ｂをリターン電流から隔離するために、スロット４００は、接地平面４１５を通って切断され、それによって、リターン電流が流れることができない絶縁領域を形成する。代わりに、リターン電流がスロット４００に近づいたとき、矢印は、リターン電流の第１の部分がスロット４００の第１の端部４２０Ａの周りを流れることを示す一方、リターン電流の第２の部分がスロット４００の第２の端部４２０Ｂの周りを流れることを示す、Ｙ字型に分割される。リターン電流の第１の部分および第２の部分は、次いで、シンク３２５に流れる前に再結合する。もちろん、リターン電流を表す矢印は、リターン電流が接地平面４１５内で流れるであろう経路の簡略化された表現である。例えば、リターン電流の一部は、端部４２０の周りを流れた後に再結合せず、代わりに、一般的に直線でシンク３２５に直接的に移動するかもしれない。
【００４０】
図４では、端部４２０は、短絡端部と称されるが、これは、スロット４００が接地平面４１５内で終端し、それによって、リターン電流がスロット４００の周りを流れ、次いで、スロット４００の他方の側で再結合するための導電経路を提供するからである。対照的に、開放端は、接地平面４１５の縁上の終端である（以下の図に示される）。したがって、開放端は、リターン電流がスロットの周りを流れることを可能にする導電経路を有さない。換言すれば、短絡端４２０を使用してスロット４００の周りにリターン電流を方向転換させる代わりに、開放端は、スロット４００の周りに電流が流れるのを防止する。
【００４１】
仮に、リターン電流の大部分が、端部４２０の周りを流れた後にシンク３２５に直接、流れるのであれば、スロット４００は、リターン電流の大部分からＰＬＬ１１０Ｂを隔離することに成功するであろう。すなわち、リターン電流の最大密度は、ＰＬＬ１１０Ｂを通って流れるのではなく、ＰＬＬ１１０Ｂの左側および右側に存在することになるであろう。しかしながら、図示されるように、スロット４００は、端部４２０の周りでリターン電流を方向転換させるが、電流の大部分は、シンク３２５に向かって流れる際にスロット４００の他方の側で再結合する。したがって、リターン電流の大部分は、ＰＬＬ１１０ＢまたはＰＬＬ１１０Ｂの近くにある接地平面４１５の部分を流れることになり、よって、上述の問題を生じる。実際、シミュレーションは、スロット４００がＰＬＬ１１０Ｂとリターン電流との間の結合をわずか１０〜２０％しか低減できないことを示している。したがって、スロット４００は、ＰＬＬ１１０Ｂとリターン電流との間の結合を低減するが、以下で説明するスロット構造体は、より良い結果を提供することができる。
【００４２】
図５は、一例による、リターン電流から受動部品を隔離するための２つのスロット５００を有する接地構造体５０１である。接地構造体５０１は、シンク３２５、ＰＬＬ１１０Ｂ、およびソース３２０の下または上に配置される複数の層（例えば、複数の金属ルーティング層）を含んでもよい。一実施形態では、接地構造体５０１内の１つ以上の層が接地平面を形成し、その接地平面を通って、ソース３２０とシンク３２５との間にリターン電流が流れ、そのリターン電流は、ＰＬＬ１１０Ｂ内のインダクタ３０５および／またはキャパシタ３１５に悪影響を与え得る。一実施形態では、接地構造体５０１は、ＩＣ用のオンダイ（ｏｎ  ｄｉｅ）電力グリッドを形成する。
【００４３】
この実施形態では、ＰＬＬ１１０Ｂは、それぞれのスロット５００によってソース３２０およびシンク３２５から隔離される。スロット５００のうちの１つ（すなわち、スロット５００Ｂ）は、ＰＬＬ１１０Ｂとソース３２０との間に配置される一方、スロット５００Ａは、ＰＬＬ１１０Ｂとシンク３２５との間に存在する。この実施形態では、スロット５００は平行に延びるが、これは必須ではない。例えば、スロット５００は、スロット５００がＰＬＬ１１０Ｂとソース３２０との間で、かつ、ＰＬＬ１１０Ｂとシンク３２５との間にある限り、接地構造体５０１を通って異なる方向に延びていてもよい。
【００４４】
上述したように、シンク３２５は、ＩＣ内の信号をドライブする回路（例えば、トランスミッタ）の一部であってもよい。その結果、信号は、接地構造体５０１のソース３２０とシンク３２５との間にリターン電流（図示せず）を流す。しかしながら、スロット５００は、ＰＬＬ１１０Ｂまたはその近くで流れるリターン電流の量を軽減し、それにより、インダクタ３０５およびキャパシタ３１５に対するリターン電流のネガティブな影響を低減する。
【００４５】
図５では、２つの短絡端を有するスロット５００の代わりに、スロット５００の各々は、１つの短絡端５１０および１つの開放端５０５を含む。後述するように、リターン電流は、接地構造体５０１の短絡端５１０の周りを流れ得るが、開放端５０５の周りを流れることはできない。したがって、スロット５００は、ソース３２０からのリターン電流のすべてを本質的に短絡端５１０の周りに強制的に流す。
【００４６】
図示のように、開放端５０５は接地構造体５０１の縁部５１５で終端する。一実施形態では、縁部５１５は、接地構造体３００を形成する金属ルーティング層が終端するＩＣの平面である。縁部５１５は、ＩＣの縁部であってもよいが、しかし、図５では、接地構造体５０１は、接地構造体５０１が存在しないところにもＩＣの物理的寸法が及ぶことを示す周辺部５２０によって取り囲まれている。例えば、ＩＣを構成する半導体基板の表面の一部のみに接地構造体５０１を形成してもよい。周辺部５２０の材料（例えば、誘電体）は、接地構造体５０１を支持する基板の部分を取り囲む半導体基板の別の部分に配置することができる。接地構造体５０１の縁部５１５（そして、周辺部５２０内の材料が非導電性であると仮定する）で開放端５０５を終端することは、リターン電流がスロット５００の短絡端５１０の周りでのみ流れることを確実にする。
【００４７】
一実施形態では、ＰＬＬ１１０Ｂおよびシンク３２５は、接地構造体５０１の縁部５１５に近いＩＣの一部分に意図的に形成される。換言すれば、ＩＣを設計するとき、設計者は、ＰＬＬ１１０の位置を縁部５１５の近くに置く。したがって、スロット５００の長さは、ＰＬＬ１１０Ｂから縁部５１５までの距離に依存する。例えば、もし、ＰＬＬ１１０Ｂが縁部５１５から遠くに配置されると、スロット５００の長さは、短絡端５１０が縁部５１５とインダクタ３０５およびキャパシタ３１５との間の距離よりも縁部５１５から遠くの距離で終端するように増大される。
【００４８】
スロット５００の深さは、構造体５０１内の金属ルーティング層の数に応じて変化し得る接地構造体５０１の厚さに依存して変化する。一実施形態では、スロット５００の深さは、スロット５００が接地構造体５０１内のすべての金属ルーティング層を通って延びることを確実にする。スロット５００の幅は、ＩＣを製造する場合に、スロット５００が接地構造体を通って延びることを可能にするのに十分である。例えば、その幅は５〜１０ミクロンの範囲であってもよい。
【００４９】
図６は、一例による、図５の接地構造体５０１の上面図である。図５中の矢印は、リターン電流がソース３２０とトランスミッタ１０５Ｃ（例えば、シンク）との間で流れ得る異なる経路を示す。一般に、矢印の個々の厚さは、接地構造体５０１における電流の密度を示す。図示のとおり、リターン電流は、短絡端５１０の周りを流れる。さらに、リターン電流の大部分（例えば、最大電流密度）は、ＰＬＬ１１０Ｂのインダクタ３０５の右側に位置する。すなわち、インダクタ３０５の下方に位置する接地構造体５０１の部分には、比較的、リターン電流がわずかしか流れない。例えば、インダクタ３０５の周囲の周りに少量のリターン電流が流れてもよい。このようにして、スロット５００は、インダクタ３０５が結合される接地構造体５０１内の接地平面の部分またはその近くのリターン電流を緩和する。一実施形態では、インダクタ３０５の周囲またはインダクタ３０５の周りの隔離壁の周りにエッチングされた六角形のスロットまたはカットアウトホールが存在してもよく、それによって、リターン電流が直接的にインダクタ３０５の下に流れるのを防止するが、これらの特徴は必ずしも必要ではない。一実施形態では、スパイラルインダクタ３０５は、その差動レッグターミナルにおいてキャンセル電磁誘導電圧を経験する。
【００５０】
図５および図６は、２つのスロット５００の使用を示すが、一実施形態では、１つのスロットだけが使用されてもよい。例えば、接地構造体５０１は、ソース３２０をインダクタ３０５から切り離すスロット５００Ｂのみ、またはインダクタ３０５をトランスミッタ１０５Ｃから切り離すスロット５００Ａのみを含んでもよい。そのようにすることは、スロットを使用しない、または２つの短絡端を有する図４に示されるスロット４００を使用するよりも、より良い結果を提供するであろう。一実施形態では、両方のスロット５００の使用は、インダクタ３０５に対してリターン電流を対称にし、このことは、スロット５００のうちの１つのみが使用される場合に発生しない。例えば、もし、１つのスロット５００のみが使用される場合、スロット５００を通過した後、リターン電流の経路は制御されにくく、このことは、かなりの部分がインダクタ３０５またはその近くを通過するおそれがあることを意味する。すなわち、シンク３２５に至るより短い経路（例えば、最小のインピーダンスとなる経路）は、短絡端５１０の間にあり、そのことは、最も高い電流密度がインダクタ３０５の右に位置することを意味する。
【００５１】
一実施形態では、インダクタ３０５は、トランスミッタ１０５Ｃおよびソース３２０から１００〜１０００ミクロンの間に位置してもよい。
【００５２】
図７は、一例による、図６の接地構造体５０１におけるスロット５００の断面図である。具体的には、図７は、図６に示すＡ−Ａ線に従う断面図であるが、ソース３２０は省略されている。この例では、接地構造体５０１は、それらの層間に誘電体が配置され得る複数の金属ルーティング層７０５を含む。図示されていないが、接地構造体５０１は、金属ルーティング層７０５の間に延びて層７０５の間に相互接続を形成するビアを含んでもよい。
【００５３】
接地構造体５０１は、シリコン基板７１５上に配置されている。シリコンが説明されるが、ＩＣ１００は、任意の種類の半導体材料を含んでもよい。さらに、基板７１５は、他の層と同様に結晶半導体を含んでもよい。例えば、基板７１５は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造であってもよい。この実施形態では、接地構造体５０１に接触する基板７１５の部分は、アクティブ領域７１０を含む。一実施形態では、接地構造体５０１を形成する前に、アクティブ領域７１０が処理（例えば、ドープまたはエッチング）されて、トランジスタまたは他のアクティブ部品を含み得るアクティブデバイス７２０が形成される。この例では、アクティブデバイス７２０は、トランスミッタ１０５Ｃの一部を形成してもよい。例えば、アクティブデバイス７２０は、クロックネットワーク上にクロック信号をドライブするために使用されるＭＯＳＦＥＴを含んでもよい。一実施形態では、接地構造体５０１は、シリコン基板７１５に最も近い金属ルーティング層７０５をアクティブ領域７１０内のアクティブデバイス７２０に接続するビアを含む。
【００５４】
スロット５００は、接地構造体５０１を通ってアクティブ領域７１０に達するところまで延びている。要求はされないが、一実施形態では、スロット５００は、シリコン基板７１５内に延びることができる。いずれの場合においても、スロット５００は、両側の金属ルーティング層７０５を電気的に絶縁する障壁を提供する。したがって、スロット５００の一方の側の金属ルーティング層７０５に流れるリターン電流は、スロット５００を通って他方の側の金属ルーティング層７０５に到達するように流れることができない。代わりに、リターン電流は、上述のようにスロット５００の短絡端の周りを流れる。
【００５５】
インダクタ３０５を形成する導電材料は、ＩＣ１００の上面７２５に配置されている。したがって、インダクタ３０５は、シリコン基板７１５上に接地構造体５０１を形成した後に形成されることになる。さらに、図示されないが、追加のスロットがインダクタの周囲に続くインダクタのすぐ隣の接地構造体５０１に形成されてもよい。さらに、接地構造体５０１は、接地平面を形成する金属ルーティング層７０５にインダクタ３０５を結合する１つ以上のビアを含んでもよい。
【００５６】
図８は、一例による、トランスインピーダンスに対してスロットが有する影響を示すチャート８００である。プロット８０５は、トランスミッタ１０５Ｃがアクティブであるが接地構造体内にスロットがない場合に生じるインダクタ３０５の電圧の差を表す。プロット８１０は、トランスミッタ１０５Ｄがアクティブであるが接地構造体内にスロットがない場合に生じるインダクタ３０５の電圧の差を表す。プロット８１５は、トランスミッタ１０５Ｃがアクティブであり、図５および図６に示されるように接地構造体内にスロットが存在する場合に生じるインダクタ３０５の電圧の差を表す。プロット８２０は、トランスミッタ１０５Ｄがアクティブであり、図５および図６に示されるように接地構造体内にスロットが存在する場合に生じるインダクタ３０５の電圧の差を表す。
【００５７】
プロット８０５および８１０と、プロット８１５および８２０との比較は、インダクタ３０５と、トランスミッタ１０５Ｃおよび１０５Ｃによって生じるリターン電流との間の結合をスロットが低減することを示している。したがって、インダクタ３０５に注入されるノイズが少ないので、ＩＣの全体的な性能が向上され得る。これにより、インダクタ３０５に依存する下流側の任意の回路（例えば、図１のトランスミッタ１０５Ａまたは１０５Ｂ）の機能が改善される。
【００５８】
図９は、一例による、受動部品をリターン電流から隔離するために接地構造体にスロットを製造するための方法９００のフローチャートである。ブロック９０５では、アクティブデバイスが半導体基板内のアクティブ領域内に形成される。一実施形態では、アクティブデバイスは、トランジスタを含むが、それに限定されない。アクティブデバイスは、複数の異なる処理ステップを使用して形成することができる。例えば、アクティブ領域は、アクティブデバイスを形成するためにドープおよびエッチングされてもよい。さらに、アクティブデバイスを形成するために、ポリシリコン、誘電体、金属などの追加の材料が、アクティブ領域上またはアクティブ領域内に堆積されてもよい。
【００５９】
ブロック９１０では、複数の金属ルーティング層がアクティブ領域の上方に形成される。例えば、アクティブデバイスが形成された後、ＩＣの他の領域への相互接続を提供するために、複数の金属ルーティング層がアクティブデバイス上に形成される。例えば、複数の金属ルーティング層は、ＩＣのための電力グリッドまたは通信ネットワークを確立する接地構造体の一部であってもよい。
【００６０】
一実施形態では、誘電体層は、複数の金属ルーティング層の間に交互配置される。しかしながら、接地構造体は、金属ルーティング層を相互接続する誘電体層を通って延びるビアを含むことができる。さらに、追加のビアを使用して、金属ルーティング層をアクティブ領域内のアクティブデバイスならびに金属ルーティング層の上に配置され得る部品に接続してもよい。
【００６１】
ブロック９１５では、金属ルーティング層を通って延びる２つのスロットが形成される。一実施形態では、スロットは、複数の金属ルーティング層が形成されるブロック９１０と並列に形成される。すなわち、各金属ルーティング層が形成されたとき、層の部分は、２つのスロットを形成するために開いたままにされる。このようにして、２つのスロットが形成されると同時に、複数の金属ルーティング層が形成され得る。あるいは、別の実施形態では、スロットは、複数の金属ルーティング層が形成された後に、任意の適切なエッチング技術を使用して、複数の金属ルーティング層および誘電体層を除去し、それらの層の下にある半導体基板を露出させることによって、形成されてもよい。
【００６２】
一実施形態では、スロットは、図５および図６に示されるように、金属ルーティング層の縁部で終端する一端（例えば、開放端）を有する一方、反対側の端部が金属ルーティング層内で終端する（例えば、短絡端）。
【００６３】
ブロック９２０において、受動部品（例えば、コンデンサまたはインダクタ）が、金属ルーティング層の上方で、かつ、２つのスロットの間に形成される。上述のように、スロットは、受動部品の近くの金属ルーティング層を通って流れるリターン電流のネガティブな影響を低減し得る。これにより、リターン電流によって受動部品へ注入されるノイズを低減することができる。
【００６４】
図面のフローチャートおよびブロック図は、本発明の様々な例による、システム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実装の構造、機能、および動作を示す。この点に関して、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、モジュール、セグメント、または命令の一部を表し得るのであり、それらは、指定された論理機能を実装するための１つまたは複数の実行可能な命令を含む。いくつかの代替的な実装形態では、ブロックに示される機能は、図に示される記述の順序から外れて発生するかもしれない。例えば、連続して示される２つのブロックは、事実上、実質的に同時に実行される可能性があり、またはブロックは、関連する機能に応じて、時折、逆の順序で実行される可能性がある。ブロック図および／またはフローチャート図の各ブロック、ならびに、ブロック図および／またはフローチャート図のブロックの組み合わせは、指定された機能または行為を遂行するか、または、専用ハードウエアとコンピュータ命令との組み合せを実行する、専用ハードウエア−ベースのシステムによって実装され得ることにも留意されたい。
【００６５】
上述した点は、特定の例に向けられているが、他の例およびさらなる例は、その基本的な範囲から逸脱することなく創作されることができ、その範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
2021512486.tif 000003
【図２】
2021512486.tif 000004
【図３】
2021512486.tif 000005
【図４】
2021512486.tif 000006
【図５】
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【図６】
2021512486.tif 000008
【図７】
2021512486.tif 000009
【図８】
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【図９】
2021512486.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月18日(2020.9.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路であって、
接地構造体と、
ソースと、
トランスミッタとを備え、
前記トランスミッタがアクティブであるとき、リターン電流が前記接地構造体を通って前記ソースから前記トランスミッタへ流れ、
前記ソースと前記トランスミッタとの間に配置された受動部品と、
前記接地構造体を通って延びる第１のスロットとをさらに備え、
前記集積回路の上面に関連して、前記第１のスロットは、前記受動部品と前記ソースとの間に存在し、
前記接地構造体を通って延びる第２のスロットをさらに備え、
前記上面に関連して、前記第２のスロットは、前記受動部品と前記トランスミッタとの間に存在し、前記第１および第２のスロットのそれぞれの第１の端部は、前記接地構造体の縁部で終端し、
前記第１および第２のスロットのそれぞれの第２の端部は、前記接地構造体内で終端し、前記上面に関連する前記受動部品は、前記第１スロットの前記それぞれの第１および第２の端部の間、および前記第２スロットの前記それぞれの第１および第２の端部の間、に完全に配置される、集積回路。
【請求項２】
前記第１および第２のスロットの前記それぞれの第２の端部は、前記リターン電流が前記それぞれの第２の端部の周りを流れることができるが、前記それぞれの第１の端部の周りを流れることが阻止されるように配置される、請求項１に記載の集積回路。
【請求項３】
半導体基板をさらに備え、
前記接地構造体は、前記半導体基板の上に配置された複数の金属ルーティング層を含み、
前記第１および第２のスロットは、前記複数の金属ルーティング層を通って延びている、請求項１または請求項２に記載の集積回路。
【請求項４】
前記受動部品は、前記複数の金属ルーティング層上に亘って配置されている、請求項３に記載の集積回路。
【請求項５】
前記受動部品は、インダクタおよびキャパシタのうちの少なくとも１つを備える、請求項４に記載の集積回路。
【請求項６】
前記リターン電流は、前記トランスミッタを用いて信号をドライブすることで誘起される磁界によって、前記ソースにおいて生成される、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の集積回路。
【請求項７】
前記受動部品を含む位相同期回路と、
信号をドライブするときに前記位相同期回路から制御信号を受信するように構成された第２のトランスミッタとをさらに備える、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の集積回路。
【請求項８】
集積回路であって、
接地構造体と、
ソースと、
シンクとを備え、
リターン電流が前記接地構造体を通って前記ソースから前記シンクへ流れ、
前記ソースと前記シンクとの間に配置されるインダクタと、
前記接地構造体を通って延びる第１のスロットとをさらに備え、
前記集積回路の上面に関連して、前記第１のスロットは、前記インダクタと前記ソースとの間に存在し、前記第１のスロットの第１の端部は、前記接地構造体の縁部で終端し、前記第１のスロットの第２の端部は、前記接地構造体内で終端し、前記上面に関連する前記インダクタは、前記第１のスロットの前記第１および第２の端部の間に完全に配置される、集積回路。
【請求項９】
前記接地構造体を通って延びる第２のスロットをさらに備え、前記第２のスロットは、前記インダクタと前記シンクとの間に存在し、前記第２のスロットの第１の端部は、前記接地構造体の縁部で終端する、請求項８に記載の集積回路。
【請求項１０】
前記第１および第２のスロットのそれぞれの第２の端部は、前記リターン電流が前記それぞれの第２の端部の周りを流れることができるように前記接地構造体内で終端し、前記リターン電流が前記第１および第２のスロットの前記第１の端部の周りを流れることが阻止される、請求項９に記載の集積回路。
【請求項１１】
前記シンクを含むトランスミッタをさらに備え、
前記リターン電流は、前記トランスミッタを用いて信号をドライブすることで誘起される磁界によって、前記ソースにおいて生成される、請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の集積回路。
【請求項１２】
半導体基板をさらに備え、
前記接地構造体は、前記半導体基板の上に配置された複数の金属ルーティング層を含み、
前記第１のスロットは、前記複数の金属ルーティング層を通って延びている、請求項８〜請求項１１のいずれか１項に記載の集積回路。
【請求項１３】
前記インダクタは、前記複数の金属ルーティング層上に亘って配置されている、請求項１２に記載の集積回路。
【請求項１４】
集積回路の製造方法であって、
半導体基板のアクティブ領域にアクティブデバイスを形成することと、
前記半導体基板の前記アクティブ領域上に亘って接地構造体を形成することと、
前記接地構造体を通じて第１のスロットおよび第２のスロットを形成することと、
前記集積回路の上面に関連して、受動部品が前記第１のスロットと前記第２のスロットとの間に存在するように、前記接地構造体の上方に前記受動部品を形成することとを含み、
前記第１および第２のスロットのそれぞれの第１の端部は、前記接地構造体の縁で終端し、前記第１および第２のスロットのそれぞれの第２の端部は、前記接地構造体内で終端し、
前記上面に関連する前記受動部品は、前記第１のスロットのそれぞれの前記第１および第２の端部の間に完全に配置される、集積回路の製造方法。
【請求項１５】
前記第１および第２のスロットのそれぞれの第２の端部は、リターン電流が前記それぞれの第２の端部の周りを流れることができるが、前記それぞれの第１の端部の周りを流れることが阻止されるように、前記接地構造体内で終端する、請求項１４に記載の集積回路の製造方法。
【国際調査報告】
2021512486.tif 000012
2021512486.tif 000013