CN101593737B - 集成电路的封环结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供集成电路的多种封环结构,其中一种封环结构包括:封环,沿着集成电路的周边排列,其中,封环至少包括第一部分和第二部分,第二部分位于模拟和/或射频电路块的外侧,且第二部分将模拟和/或射频电路块进行屏蔽;P+区域,形成于P型衬底中,P+区域位于第二部分之下;以及浅沟隔离结构,围绕着P+区域并横向延伸至第二部分的导电环壁的底部。本发明提供的集成电路的封环结构能减少衬底的噪声耦合。
Description
技术领域
本发明是有关于半导体组件,更特别地,是有关于集成电路的封环(seal ring)结构。
背景技术
制造技术的改进促使整体功能块集成在单片IC上,而之前的整体功能块在电路板上以多个芯片的形式实现。混合信号电路是一个特别重要的发展,其组合模拟电路和数字电路在单片IC上。
然而,实现混合信号电路的一个主要技术障碍是IC的不同端口(例如,从数字端口到模拟端口)之间的噪声耦合。通常地,集成电路芯片包括一个封环,用以保护芯片免受潮湿降级(moisture degradation)或离子污染(ioniccontamination)的影响。封环典型地由金属和接触/通孔层(contact/via layer)的堆叠组成,并结合集成电路组件的制造,逐步地形成绝缘体和金属的序列沉积(sequential depositions)。
现已发现,噪声(例如可起源于数字电源信号线VDD或数字电路的信号焊盘的噪声)经过封环传送,并负面地影响敏感的模拟和/或射频(RF)电路的性能。
图1是传统的技术的封环结构524的概要的截面示意图。如图1所示,封环结构524分为两个部分,即第一部分524a和与第一部分524a空间相隔的第二部分524b。在第一部分524a和第二部分524b之间,有一个断开区域(chippedregion)525。第二部分524b包括一个导电环壁(conductive rampart)701,由金属层(M1和M2)和接触/通孔层(C和V1)的堆叠组成。第二部分524b进一步包括位于导电环壁701之下的P+区域702和位于P+区域702之下的P井704。P+区域702和P井704通过浅沟隔离(shallow trench isolation,STI)结构760与位于第一部分524a的导电环壁601之下的P+区域602和P井604相隔。
发明内容
混合信号电路的经过封环的噪声负面地影响敏感的模拟和/或RF电路的性能。本发明提供一种集成电路的封环结构以解决上述问题。
本发明提供一种集成电路的封环结构,包括:封环,沿着集成电路的周边排列,其中,封环至少包括第一部分和第二部分,第二部分位于模拟和/或射频电路块的外侧,且第二部分将模拟和/或射频电路块进行屏蔽,其中,该第二部分的导电环壁包括堆叠的硅层、金属层或接触/通孔层;P+区域,形成于P型衬底中,P+区域位于第二部分之下;以及浅沟隔离结构,围绕P+区域并横向延伸至第二部分的导电环壁的该硅层底部。
本发明另提供一种集成电路的封环结构,包括:封环,沿着集成电路的周边排列,其中,封环至少包括第一部分和第二部分,第二部分位于模拟和/或射频电路块的外侧,并将模拟和/或射频电路块进行屏蔽,其中,该第二部分的导电环壁包括堆叠的硅层、金属层或接触/通孔层;深N井,形成于P型衬底中,深N井位于第二部分之下;P+区域,位于深N井之上;以及浅沟隔离结构,围绕P+区域并横向延伸至该第二部分的导电环壁的该硅层的底部。
本发明提供的集成电路的封环结构能减少衬底的噪声耦合。
附图说明
图1是传统的技术的封环结构524的概要的截面示意图;
图2是本发明一实施例的具有封环结构12的集成电路芯片10的平面示意图;
图3是本发明的封环的第二部分布局(layout)的透视放大俯视示意图;
图4是本发明一实施例的概要的截面示意图;
图5是本发明另一实施例的概要的截面示意图;
图6是本发明再一实施例的概要的截面示意图;
图7是本发明另一较佳实施例的具有封环结构12的集成电路芯片10a的平面示意图。
具体实施方式
在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。所属技术领域的技术人员应可理解,制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异作为区分准则。在通篇说明书及权利要求中所提及的“包含”为开放式用语,故应解释成“包含但不限定于”。此外,“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。藉由以下的较佳实施例的叙述并配合全文的图2至图7说明本发明,但以下叙述中的装置、组件与方法、步骤乃用以解释本发明,而不应当用来限制本发明。
本发明是关于集成电路的封环结构。封环结构的封环数量取决于设计的需要而不是只限于下述实施例。如果是外部封环,那这个封环可以是一个连续封环,而内部封环可被划分为至少两个部分,包括位于集成电路的敏感的模拟和/或RF电路块之前的导电环壁。
位于导电环壁之下的深N井将模拟和/或RF电路进行屏蔽,免受衬底噪声(例如经过外部封环传送的噪声)的影响,因而减少噪声耦合效应。连续的外部封环防止水分和腐蚀性物质进入IC。本发明能通过延长内部封环的底部的分离的金属环壁部分和/或通过移除内部封环的底部的分离的金属环壁部分的P井,以减少或消除电阻式耦合噪声。当芯片衬底(bulk)的偏置电位和切换器的地电位相连时,电阻式耦合是指切换器的瞬态跳变通过P+型衬底的接触孔和衬底寄生电阻耦合到芯片的衬底电位。
图2至图7中,相同的数字指示相同的区域、层或组件。请参考图2至图4,图2是本发明一实施例的具有封环结构12的集成电路芯片10的平面示意图。图3是本发明的封环的第二部分布局(layout)的透视放大俯视示意图。图4是本发明一实施例的概要的截面示意图,进一步是为沿着图2的线路I-I’的概要的截面示意图。如图2所示,集成电路芯片10包括至少一个模拟和/或射频(RF)电路块14、数字电路16和围绕并保护模拟和/或RF电路块14和数字电路16的封环结构12。
集成电路芯片10进一步包括多个输入/输出(I/O)焊盘20。如上所述,噪声(例如起源于数字电源VDD信号线或数字电路16的信号输出焊盘20a的噪声)可经过封环传送并负面地影响敏感的模拟和/或RF电路14的性能。在图2中,特别指示出噪声传送路径30。噪声也可经过衬底传送,并负面地影响敏感的模拟和/或RF电路14的性能。本发明旨在处理此问题。
根据本发明,沿着芯片周边排列的封环结构12包括连续的外部封环122和非连续的内部封环124。尽管本实施例所示的封环结构12为双环结构,封环结构的封环数量取决于设计需要而不是只限于本实施例。此外,尽管在本实施例中外部封环122是连续的且内部封环124是非连续的,但内部封环既能是连续的又能是非连续的。内部封环124包括至少两个部分,即第一部分124a和与第一部分124a空间相隔的第二部分124b。在第一部分124a和第二部分124b之间,提供一个断开区域125。
如图4所示,第一部分124a和第二部分124b主要位于P型衬底100的主表面100a上。第一部分124a包括一个导电环壁201,导电环壁201包括堆叠的金属层(例如M1和M2)和接触/通孔层(例如C和V1),并结合集成电路组件的制造,逐步地形成绝缘体和金属的序列沉积。第一部分124a进一步包括位于导电环壁201之下的P+区域202,根据本发明,在P+区域202之下可以不存在P井。
第二部分124b可直接位于模拟和/或RF电路块14的外侧,用以屏蔽经过连续的外部封环122传送的噪声。更适合的是,第二部分124b的长度等于或大于被屏蔽的模拟和/或RF电路块14的跨度(span)。在P型衬底100的主表面100a上,第二部分124b包括导电环壁301,导电环壁301包括堆叠的环状硅层300、金属层(例如M1和M2)和接触/通孔层(例如C和V1),并结合集成电路组件的制造,逐步地形成绝缘体和金属的序列沉积。
如图3所示,由斜线区域所指示的环状硅层300,位于导电环壁301的底部,并围绕着P+区域302。在STI结构360上设置环状硅层300用以提供接触机械力,并避免芯片切割(die saw)问题。在导电环壁301的底部,STI结构360横向延伸,以增加电阻值,从而减少衬底噪声耦合。
在导电环壁301之下,第二部分124b进一步包括由STI结构360所环绕的P+区域302。根据本发明,P+区域302具有一个最小化表面区,且可使用严格的尺寸设计(dimension design)规则进行制造。P+区域302在制造过程中允许水分或离子的通过。在另一实施例中,可省略P+区域302,或将其从导电环壁301的下面移除。P+区域302的移除可增加电阻值,从而抑制衬底电阻式耦合噪声。通过延伸STI至导电环壁301之下,并通过从内部封环124中移除P井,可减少或消除电阻式耦合效应。
图5是本发明另一实施例的概要的截面示意图。如图5所示,内部封环124包括两个部分,即第一部分124a和与第一部分124a空间相隔的第二部分124b。在第一部分124a和第二部分124b之间,提供一个断开区域125。第二部分124b包括一个导电环壁301,导电环壁301包括堆叠的金属层(例如M1和M2)和接触/通孔层(例如C和V1)。第二部分124b进一步包括位于导电环壁301之下的P+区域302。P+区域302通过STI结构360’与位于导电环壁201之下的P+区域202相隔,其中在导电环壁301的底部STI结构360’并未横向延伸。从封环结构中移除P井以增加衬底电阻值。
图6是本发明再一实施例的概要的截面示意图。如图6所示,在内部封环124的第二部分124b的导电环壁301之下,设置P+区域302、STI结构360和深N井310,其中,P+区域302位于深N井310之上,图6除深N井310之外的其它结构与图4相同。根据本发明,深N井可具有一个大约19000-21000埃的结深(junction depth)。深N井310可接地或耦接到供应电压,例如VDD。使用本发明是有益的,因为深N井310位于第二部分124b之下,可抑制电容式耦合。
图7是本发明另一较佳实施例的具有封环结构12的集成电路芯片10a的平面示意图,其中相同的数字指示相同的区域,层或组件。如图7所示,同样地,集成电路芯片10a包括至少一个模拟和/或RF电路块14、数字电路16和围绕并保护模拟和/或RF电路块14和数字电路16的封环结构12。集成电路芯片10a进一步包括多个输入/输出(I/O)焊盘20。噪声(例如起源于数字电源VDD信号线或数字电路16的信号输出焊盘20a的噪声)可经过封环传送并负面地影响敏感的模拟和/或RF电路14的性能。
封环结构12包括连续外部封环122和非连续内部封环124。尽管本实施例所示的封环结构12为双环结构,封环结构的封环数量取决于设计需要而不是只限于本实施例。此外,尽管在本实施例中外部封环122是连续的且内部封环124是非连续的,但外部封环既能是连续的又能是非连续的,内部封环同样既能是连续的又能是非连续的。内部封环124包括至少两个部分,即第一部分124a和第二部分124b。第二部分124b屏蔽经过外部封环122而传送的噪声。更适合的是,第二部分124b的长度等于或大于被屏蔽的模拟和/或RF电路块14的跨度(span)。
第二部分124b的封环结构可类似于前述的图3和图4所示的结构。根据本发明,第二部分124b可耦接独立的接地端或独立的供应电压。根据本发明,第二部分124b可通过独立的焊盘和互连引线(interconnection trace)而耦接到独立的接地端。在此使用的“独立”意味着接地端、焊盘或供应电压不是模拟电路、RF电路或数字电路所常用的。
在本实施例中,第二部分124b可通过互连引线124c耦接一独立焊盘20b。互连引线124c可包括集成电路芯片10a的一个最顶金属层和一个铝层(图未显示)。通过这样处理,第二部分124b可耦接独立的接地端(图未显示)或独立的供应电压,例如Vss,因而显著地减少噪声耦合。
上述的实施例仅用来例举本发明的实施方式,以及阐释本发明的技术特征,并非用来限制本发明的范畴。任何所属技术领域的技术人员依据本发明的精神而轻易完成的改变或均等性安排均属于本发明所主张的范围,本发明的权利范围应以权利要求为准。
Claims (14)
1.一种集成电路的封环结构,其特征在于,该封环结构包括:
封环,沿着该集成电路的周边排列,其中,该封环至少包括第一部分和第二部分,该第二部分位于模拟和/或射频电路块的外侧,且该第二部分将该模拟和/或射频电路块进行屏蔽,其中,该第二部分的导电环壁包括堆叠的硅层、金属层或接触/通孔层;
P+区域,形成于P型衬底中,该P+区域位于该第二部分之下;以及
浅沟隔离结构,围绕该P+区域并横向延伸至该第二部分的导电环壁的该硅层的底部。
2.如权利要求1所述的封环结构,其特征在于,该封环是非连续的,该第二部分与该第一部分空间相隔。
3.如权利要求1所述的封环结构,其特征在于,进一步包括位于该封环之外的连续的外部封环。
4.如权利要求1所述的封环结构,其特征在于,该第二部分的长度等于或大于该被屏蔽的模拟和/或射频电路块的跨度。
5.如权利要求1所述的封环结构,其特征在于,该导电环壁结合该集成电路的制造而形成。
6.如权利要求1所述的封环结构,其特征在于,在该P+区域之下无设置P井。
7.一种集成电路的封环结构,其特征在于,该封环结构包括:
封环,沿着该集成电路的周边排列,其中,该封环至少包括第一部分和第二部分,该第二部分位于模拟和/或射频电路块的外侧,并将该模拟和/或射频电路块进行屏蔽,其中,该第二部分的导电环壁包括堆叠的硅层、金属层或接触/通孔层;
深N井,形成于P型衬底中,该深N井位于该第二部分之下;
P+区域,位于该深N井之上;以及
浅沟隔离结构,围绕该P+区域并横向延伸至该第二部分的导电环壁的该硅层的底部。
8.如权利要求7所述的封环结构,其特征在于,该封环是非连续的,该第二部分与该第一部分空间相隔。
9.如权利要求7所述的封环结构,其特征在于,进一步包括位于该封环之外的连续外部封环。
10.如权利要求7所述的封环结构,其特征在于,该第二部分的长度等于或大于该被屏蔽的模拟和/或射频电路块的跨度。
11.如权利要求7所述的封环结构,其特征在于,该深N井具有一个19000-21000埃的结深。
12.如权利要求7所述的封环结构,其特征在于,该深N井接地或耦接到供应电压。
13.如权利要求7所述的封环结构,其特征在于,该导电环壁结合该集成电路的制造而形成。
14.如权利要求7所述的封环结构,其特征在于,在该P+区域之下无设置P井。
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