DE112018001833T5

DE112018001833T5 - Resonanz-taktschaltkreis mit magnetischer abschirmung

Info

Publication number: DE112018001833T5
Application number: DE112018001833.4T
Authority: DE
Inventors: Rajiv Joshi; Naigang Wang; Bruce Doris
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2017-06-02
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2019-12-19
Anticipated expiration: 2038-06-01
Also published as: US20180351507A1; JP2020523776A; US10998854B2; CN110679086B; DE112018001833B4; GB2577210B; CN110679086A; GB2577210A; US10797642B2; GB201917541D0; US20180351506A1; JP7062694B2; WO2018220569A1

Abstract

Es werden Halbleitereinheiten und Verfahren in Bezug auf die Halbleitereinheiten bereitgestellt. Eine Halbleitereinheit beinhaltet einen Resonanz-Taktschaltkreis. Die Halbleitereinheit beinhaltet des Weiteren einen Induktor. Die Halbleitereinheit beinhaltet außerdem eine magnetische Schicht, die aus einem magnetischen Material gebildet ist, das zwischen einem Bereich des Resonanz-Taktschaltkreises und dem Induktor angeordnet ist. Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises werden von der magnetischen Schicht genutzt.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Taktschaltkreise und insbesondere auf einen Resonanz-Taktschaltkreis mit einer magnetischen Abschirmung.
Beschreibung des Stands der Technik
Halbleitereinheiten mit einem Resonanz-Taktschaltkreis können Pufferspeicher beinhalten, um eine Eingabe in den Resonanz-Taktschaltkreis zu puffern, und können des Weiteren ein Taktverteilungssystem beinhalten, um Taktsignale, die durch den Resonanz-Taktschaltkreis konditioniert werden, an weitere Schaltkreise zu verteilen, die überall in derartigen Halbleitereinheiten angeordnet sind. Bei dem Taktgitter-Verteilungssystem kann es sich um ein Taktgitter-Verteilungssystem handeln, das ein oder mehrere Taktgitter für eine Taktverteilung beinhaltet.
Es wurde gezeigt, dass die Verwendung eines Resonanz-Taktschaltkreises die globale Taktungsleistung und die Timing-Unsicherheit reduziert. Durch Mitschwingen der hohen globalen Taktkapazität mit einer Induktivität kann die Energie, die verwendet wird, um in jeder Periode den Taktknoten zu laden, innerhalb eines LC-Resonanz-Tanknetzwerks des Resonanz-Taktschaltkreises recycelt werden, was in einer geringeren Taktleistung resultiert.
Typischerweise geht eine derartige Anordnung, wie vorstehend beschrieben, mit der Verwendung von zahlreichen großen Kondensatoren ebenso wie von zahlreichen Induktoren einher. Darüber hinaus können die zahlreichen Induktoren bei verschiedenen Frequenzen abgestimmt sein, die sich eventuell um eine oder mehrere Größenordnungen voneinander unterscheiden.
Dementsprechend beinhalten unerwünschte Probleme, die aus einer derartigen Anordnung resultieren können und die das Leistungsvermögen der Halbleitereinheit nachteilig beeinflussen können, die intrinsische Kapazität der Resonanz-Taktschaltkreiselemente (z.B. der Induktoren) ebenso wie die parasitäre Kapazität der Resonanz-Taktschaltkreiselemente, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Darüber hinaus können die Resonanz-Taktschaltkreiselemente empfindlich gegenüber einer elektromagnetischen Störung (EMI, Electromagnetic Interference) durch externe Komponenten sein.
Infolgedessen besteht eine Notwendigkeit für einen Resonanz-Taktschaltkreis, der die vorstehend erwähnten Probleme löst.
KU RZDARSTELLU NG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitereinheit bereitgestellt. Die Halbleitereinheit beinhaltet einen Resonanz-Taktschaltkreis. Die Halbleitereinheit beinhaltet des Weiteren einen Induktor. Die Halbleitereinheit beinhaltet außerdem eine magnetische Schicht, die aus einem magnetischen Material gebildet ist, das zwischen einem Bereich des Resonanz-Taktschaltkreises und dem Induktor angeordnet ist. Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises werden von der magnetischen Schicht genutzt. Indem die magnetische Schicht zwischen dem Bereich des Resonanz-Taktschaltkreises und dem Induktor vorhanden ist, wird im Vergleich zum Stand der Technik eine Flächeneinsparung realisiert, wobei eine Abschirmung bereitgestellt wird, um unerwünschte Effekte zu vermeiden, wie beispielsweise eine EMI durch externe Komponenten.
Darüber hinaus beinhaltet das magnetische Material bei einer Implementierung in Bezug auf den vorstehend erwähnten Aspekt einen weiteren Induktor, und eine intrinsische Kapazität des weiteren Induktors wird für eine Speicherung verwendet. Auf diese Weise können weitere Merkmale/Fähigkeiten (d.h. eine Speicherung) realisiert werden.
Außerdem können die Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises bei einer Implementierung in Bezug auf den vorstehend erwähnten Aspekt von der magnetischen Schicht genutzt werden, um eine Auswirkung einer parasitären Kapazität des Resonanz-Taktschaltkreiselements zu reduzieren. Auf diese Weise wird das Gesamtleistungsvermögen des Schaltkreises verbessert.
Darüber hinaus werden die Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises bei einer Implementierung in Bezug auf den vorstehend erwähnten Aspekt von der magnetischen Schicht genutzt, um eine Auswirkung einer intrinsischen Kapazität des Resonanz-Taktschaltkreiselements zu reduzieren. Auf diese Weise wird das Gesamtleistungsvermögen des Schaltkreises verbessert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet ein Anordnen einer magnetischen Schicht zwischen einem Induktor und einem Bereich eines Resonanz-Taktschaltkreiselements eines Resonanz-Taktschaltkreises in einer Halbleitereinheit. Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises werden von der magnetischen Schicht genutzt. Indem die magnetische Schicht zwischen dem Bereich des Resonanz-Taktschaltkreises und dem Induktor vorhanden ist, wird ähnlich wie bei der vorstehend erwähnten Halbleitereinheit eine Flächeneinsparung im Vergleich zum Stand der Technik realisiert, wobei eine Abschirmung bereitgestellt wird, um unerwünschte Effekt zu vermeiden, wie beispielsweise eine EMI durch externe Komponenten.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitereinheit bereitgestellt. Die Halbleitereinheit beinhaltet einen Resonanz-Taktschaltkreis, der ein Resonanz-Taktschaltkreiselement aufweist. Die Halbleitereinheit beinhaltet des Weiteren eine magnetische Schicht, die aus einem magnetischen Material gebildet ist, das über einem Bereich des Resonanz-Taktschaltkreises angeordnet ist. Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises werden von der magnetischen Schicht genutzt. Indem die magnetische Schicht über einem Bereich des Resonanz-Taktschaltkreises vorhanden ist, wird eine Flächeneinsparung im Vergleich zum Stand der Technik realisiert, wobei eine Abschirmung bereitgestellt wird, um unerwünschte Effekte zu vermeiden, wie beispielsweise eine EMI durch externe Komponenten.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitereinheit bereitgestellt. Die Halbleitereinheit beinhaltet einen Resonanz-Taktschaltkreis, der ein Resonanz-Taktschaltkreiselement aufweist. Die Halbleitereinheit beinhaltet des Weiteren eine magnetische Schicht, die aus einem magnetischen Material gebildet ist, das unter einem Bereich des Resonanz-Taktschaltkreises angeordnet ist. Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises werden von der magnetischen Schicht genutzt. Indem die magnetische Schicht unter einem Bereich des Resonanz-Taktschaltkreises vorhanden ist, wird eine Flächeneinsparung im Vergleich zum Stand der Technik realisiert, wobei eine Abschirmung bereitgestellt wird, um unerwünschte Effekte zu vermeiden, wie beispielsweise eine EMI durch externe Komponenten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet ein Anordnen einer magnetischen Schicht unter einem Bereich eines Resonanz-Taktschaltkreiselements eines Resonanz-Taktschaltkreises in einer Halbleitereinheit. Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises werden von der magnetischen Schicht genutzt. Indem die magnetische Schicht unter einem Bereich des Resonanz-Taktschaltkreises vorhanden ist, wird ähnlich wie bei der vorstehend erwähnten Halbleitereinheit eine Flächeneinsparung im Vergleich zum Stand der Technik realisiert, wobei eine Abschirmung bereitgestellt wird, um unerwünschte Effekte zu vermeiden, wie beispielsweise eine EMI durch externe Komponenten.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von illustrativen Ausführungsformen ersichtlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist.
Figurenliste
Die folgende Beschreibung stellt Details bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren bereit, in denen:

1 eine schematische Darstellung einer exemplarischen Halbleitereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
3 ein Blockschaubild eines exemplarischen Entwurfsablaufs zeigt, der zum Beispiel in einem Logikentwurf, bei einer Simulation, einem Test, einem Layout und einer Herstellung eines Halbleiter-IC gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
4 bis 15 ein exemplarisches Verfahren 400 zur Herstellung eines Resonanz-Taktschaltkreises mit einer magnetischen Abschirmung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
16 einen exemplarischen Resonanz-Taktschaltkreis mit einer darunter liegenden magnetischen Abschirmung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf einen Resonanz-Taktschaltkreis mit einer magnetischen Abschirmung.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer exemplarischen Halbleitereinheit 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Halbleitereinheit 100 beinhaltet eine Eingangsstufe 110, eine programmierbare Pufferspeicherstufe 120, einen Resonanz-Taktschaltkreis 130 (auf den hierin auch austauschbar als eine „Resonanzstruktur“ Bezug genommen wird), einen Gitterkondensator 140, ein Taktgitter 150 sowie ein magnetisches Material 160. In 1 ist das magnetische Material 160 der Darstellung und der Deutlichkeit halber semitransparent gezeigt, um ein Verdecken der darunterliegenden Komponenten und Verbindungen zu vermeiden. Die Halbleitereinheit 100 kann außerdem eine Steuereinheit 170 beinhalten.
Ein Ausgang der Eingangsstufe 110 ist mit einem Eingang der programmierbaren Pufferspeicherstufe 120 verbunden. Ein Ausgang der programmierbaren Pufferspeicherstufe 120 ist mit einem Eingang des Resonanz-Taktschaltkreises 130 verbunden. Ein Ausgang des Resonanz-Taktschaltkreises ist mit einem Eingang des Taktgitters 150 verbunden. Das Taktgitter 150 beinhaltet eine Mehrzahl von Taktsignalleitungen, um verschiedenen Bereichen/Elementen der Halbleitereinheit 100 Taktsignale zuzuführen.
Die Eingangsstufe 110 kann eine Taktquelle 111 (z.B. eine Phase Locked Loop (PLL)) sowie einen Satz von Taktpufferspeichern 112 beinhalten. Der Satz von Taktpufferspeichern 112 empfängt ein globales Taktsignal von der Taktquelle 111. Die Pufferspeicher in dem Satz von Taktpufferspeichern 112 sind in einer Reihen-Konfiguration angeordnet.
Die programmierbare Pufferspeicherstufe 120 beinhaltet einen Satz von programmierbaren Pufferspeichern 121. Bei einer Ausführungsform können die programmierbaren Pufferspeicher 121 einen variierenden Widerstand aufweisen, der durch die Steuereinheit 170 gesteuert wird. Die Pufferspeicher in dem Satz von programmierbaren Pufferspeichern 121 sind in einer Parallel-Konfiguration angeordnet.
Der Resonanz-Taktschaltkreis 130 kann einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) 131, einen MOSFET 132, einen Kondensator 133, einen Kondensator 134, einen Induktor 135 sowie einen Induktor 136 beinhalten. Die Kondensatoren 133 und 134 und die Induktoren 135 und 136 können als „Resonanz-Taktschaltkreiselemente“ betrachtet werden (und auf diese kann austauschbar als „Resonanz-Taktschaltkreiselemente“ Bezug genommen werden). Die Kondensatoren 133 und 134 und die Induktoren 135 und 136 bilden ein LC-Resonanz-Tanknetzwerk 139. Bei einer Ausführungsform kann es sich bei den Kondensatoren 133 und 134 um große Kondensatoren handeln.
Die MOSFETs 131 und 132 werden dazu verwendet, dem Resonanz-Taktschaltkreis 130 Aktivierungs-/Deaktivierungssignale zuzuführen, um den Resonanz-Taktschaltkreis 130 und/oder selektive Modi (z.B. einen Resonanz-Modus oder mehrere Resonanz-Modi (z.B. einen Resonanz-Modus für niedrige Frequenzen, einen Resonanz-Modus für hohe Frequenzen etc.) und einen Nicht-Resonanz-Modus) des Resonanz-Taktschaltkreises 130 zu aktivieren/zu deaktivieren. Bei einer Ausführungsform ist zumindest eines des Resonanz-Taktschaltkreiselemente (z.B. der Induktor 135) bei einer Frequenz abgestimmt, die zumindest um eine Größenordnung höher als eine Frequenz ist, bei der zumindest ein anderes der Resonanz-Taktschaltkreiselemente (z.B. der Induktor 136) abgestimmt ist, um einen breiten Betriebsfrequenzbereich (z.B. von niedrigen Frequenzen bis zu hohen Frequenzen) für den Resonanz-Taktschaltkreis 130 bereitzustellen. Es wird angenommen, dass ein Resonanz-Taktmodus für hohe Frequenzen mit einer geringeren Taktleistung einhergeht als ein Resonanz-Taktmodus für niedrige Frequenzen (da die Spannung mit der Frequenz skaliert). Bei einer Ausführungsform kann der Resonanz-Taktmodus für hohe Frequenzen dazu verwendet werden, von 2,5 GHz > 5 GHz Leistung einzusparen.
Selbstverständlich können in Abhängigkeit von den gewählten Komponenten, die involviert sind, auch andere Bereiche verwendet werden, wie für einen Fachmann ohne Weiteres ersichtlich.
Bei einer Ausführungsform stellt der Resonanz-Taktschaltkreis 130 einen Nicht-Resonanz-Modus (wobei z.B. die MOSFETs 131 und 132 offen sind), einen Resonanz-Modus für niedrige Frequenzen (wobei z.B. einer der MOSFETs 131 und 132 geschlossen ist) sowie einen Resonanz-Modus für hohe Frequenzen bereit (wobei z.B. beide MOSFETs 131 und 132 geschlossen sind). Selbstverständlich können auch andere Schaltkonfigurationen (die z.B. mit anderen Anzahlen von Schaltern als den gezeigten einhergehen und/oder die mit anderen Anzahlen von offenen oder geschlossenen Schaltern einhergehen etc.) für ein Umschalten von Modi verwendet werden. Diese und weitere Variationen des Resonanz-Taktschaltkreises 130 werden unter Beibehaltung des Inhalts der vorliegenden Erfindung von einem Fachmann, dem die hier bereitgestellten Lehren der vorliegenden Erfindung zur Verfügung stehen, ohne Weiteres erkannt.
In dem Resonanz-Taktschaltkreis 130 schwingt die hohe Kapazität des globalen Takts mit einer Induktivität mit, so dass die Energie, die in jeder Periode zum Laden des Taktknotens verwendet wird, innerhalb des LC-Resonanz-Tanknetzwerks 139 des Resonanz-Taktschaltkreises 130 recycelt wird, was in einer geringeren Taktleistung resultiert.
Der Gitterkondensator 140 ist mit einem Ausgang des Resonanz-Taktschaltkreises 130 verbunden und wird dazu verwendet, eine Gleichspannung aufzubauen, bei der das Taktgitter 150 ungefähr betrieben wird.
Das Taktgitter 150 beinhaltet ein oder mehrere Taktgitter 151 für eine lokale Verteilung von Taktsignalen.
Das magnetische Material 160 ist über einem oder mehreren Bereichen des Resonanz-Taktschaltkreises 130 angeordnet. Das magnetische Material kann zum Beispiel über einem leitenden Material angeordnet sein (z.B. über elektrisch leitfähigen Leitungen in einer Back-End-Of-Line(BEOL)-Schicht), das die Resonanz-Taktschaltkreiselemente untereinander verbindet, und/oder kann (in einer BEOL-Schicht) über den Resonanz-Taktschaltkreiselementen selbst angeordnet sein. Es kann in Betracht gezogen werden, dass das magnetische Material 160 eine magnetische Abschirmung in der Halbleitereinheit 100 bildet.
Bei dem Beispiel von 1 ist das magnetische Material 160 über zumindest einem Bereich des leitenden Materials angeordnet, das die Kondensatoren 133 und 134 verbindet. Darüber hinaus ist das magnetische Material 160 bei dem Beispiel von 1 über zumindest einem Bereich des leitenden Materials angeordnet, das die Induktoren 135 und 136 verbindet.
Das magnetische Material 160 kann aus irgendeinem Material und/oder einem Schaltkreiselement mit magnetischen Eigenschaften gebildet sein, das einen Induktor und so weiter beinhaltet, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Bei einer Ausführungsform kann das magnetische Material 160 aus einem Induktor gebildet sein (z.B. einem Spuleninduktor, ist jedoch nicht auf diesen beschränkt). Der Induktor kann dazu verwendet werden, elektrische Energie zu speichern. Die gespeicherte elektrische Ladung kann dazu verwendet werden, unerwünschte Effekte zu kompensieren, wie beispielsweise eine parasitäre Kapazität und/oder eine intrinsische Kapazität der Induktoren 135 und 136.
Bei einer Ausführungsform kann ein Barrierenmaterial zwischen dem magnetischen Material 160 und den darunterliegenden Einheiten enthalten sein, über denen das magnetische Material 160 angeordnet ist. Das Barrierenmaterial trennt bevorzugt das magnetische Material 160 physisch von den darunterliegenden Einheiten und erlaubt eine Nutzung von Feldern in Bezug auf Strom und Magnetismus durch das magnetische Material 160.
Bei einer Ausführungsform kann ein Barrierenmaterial zwischen den Bereichen des magnetischen Materials 160 auf einer Schicht 161 aus einem magnetischen Material enthalten sein, um die Bereiche des magnetischen Materials 160 auf der gleichen Schicht zu trennen (d.h. der Schicht 161 aus einem magnetischen Material). In einem derartigen Fall handelt es sich bei der Schicht 161 aus einem magnetischen Material um eine nicht zusammenhängende Schicht in der BEOL, die über einem Bereich des Resonanz-Taktschaltkreises 130 angeordnet ist.
Bei der Steuereinheit 170 handelt es sich um eine Steuereinheit auf dem Chip, die so konfiguriert sein kann, dass sie die Pufferspeicherstärke (der Pufferspeicher, z.B. der Pufferspeicher 121) und den Schaltwiderstand (der Schalter, z.B. der MOSFETs 131 und 132) der Halbleitereinheit 100 (z.B. fein oder mit irgendeiner gewünschten Granularität) variiert, um eine On-The-Fly-Modus-Änderung zu erreichen.
Es ist ersichtlich, dass, während der Darstellung halber jeweils eine, einer bzw. eines von der Eingangsstufe 110, der programmierbaren Pufferspeicherstufe 120, des Resonanz-Taktschaltkreises 130, des Gitterkondensators 140 und des Taktgitters 150 des Halbleiters 100 in der Ausführungsform von 1 gezeigt ist, bei anderen Ausführungsformen in Abhängigkeit von der Ausführung eines oder mehrere von jedem dieser Elemente verwendet werden kann, wie für einen Fachmann, dem die hier bereitgestellten Lehren der vorliegenden Erfindung zur Verfügung stehen, ohne Weiteres ersichtlich.
Des Weiteren ist ersichtlich, dass, während bei der Ausführungsform von 1 MOSFETs gezeigt sind, unter Beibehaltung des Inhalts der vorliegenden Erfindung auch andere Schaltelemente verwendet werden können.
Darüber hinaus ist ersichtlich, dass sich die in 1 gezeigten Elemente auf einen dreidimensionalen Stapelchip beziehen können, der zwei oder mehr elektronische integrierte Schaltkreischips beinhaltet (auf die als Schichten oder Schicht Bezug genommen wird), die übereinander gestapelt sind. Die Schichten können mit Inter-Schichtverbindungen miteinander verbunden sein, bei denen eine C4-Technologie oder eine andere Technologie verwendet werden kann, und die Schichten können Silicium-Durchkontakte (TSVs, Through-Silicon Vias) verwenden, um eine Verbindung von der Vorderseite zu der Rückseite der Schichten herzustellen. Die Schichten können Vorderseite-an-Vorderseite oder Vorderseite-an-Rückseite gestapelt werden, wobei sich die aktive Elektronik auf irgendeiner von der „Vorderseite“ oder der „Rückseite“ einer speziellen Schicht befinden kann.
Wenngleich nicht gezeigt, können andere Ausführungsformen mit der Verwendung von Sektorpufferspeichern und Multiplexern einhergehen. Die Sektorpufferspeicher können dazu verwendet werden, mehrere Sektoren der Halbleitereinheit anzusteuern, die jeweils ein oder mehrere jeweilige Taktgitter aufweisen. Die Multiplexer können dazu verwendet werden, verschiedene Sektoren auszuwählen, denen Taktsignale zugeführt werden.
Diese und weitere Variationen der Halbleitereinheit 100 werden von einem Fachmann, dem die hier bereitgestellten Lehren der vorliegenden Erfindung zur Verfügung stehen, unter Beibehaltung des Inhalts der vorliegenden Erfindung ohne Weiteres erkannt.
Es ist ersichtlich, dass der Einbau des magnetischen Materials 160 in die Halbleitereinheit 100 von 1 die Auswirkungen einer parasitären Kapazität und einer intrinsischen Kapazität von Resonanz-Taktschaltkreiselementen, wie beispielsweise von Induktoren, reduzieren kann, so dass dadurch das Gesamtleistungsvermögen der Halbleitereinheit 100 verbessert wird. Darüber hinaus wird durch die Halbleitereinheit 100 von 1 ein Flächenmaß reduziert, das notwendig ist, um die Induktoren zu implementieren, was zusätzlich zu einer verbesserten Halbleitereinheit 100 führt. Darüber hinaus kann das magnetische Material 160 als eine magnetische Abschirmung dienen, um die Auswirkungen einer EMI auf das Leistungsvermögen der Einheit abzuschwächen oder zu eliminieren. Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von einem Fachmann, dem die hier bereitgestellten Lehren der vorliegenden Erfindung zur Verfügung stehen, ohne Weiteres festgestellt.
2 zeigt ein Flussdiagramm für ein exemplarisches Verfahren 200 zur Herstellung einer Halbleitereinheit (wie beispielsweise der Halbleitereinheit 100 von 1) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
In Schritt 210 wird die Herstellung einer Halbleitereinheit begonnen. Wie für einen Fachmann ohne Weiteres ersichtlich, kann der Schritt 210 mit der Herstellung eines Substrats und so weiter einhergehen.
In Schritt 220 wird in einer Front-End-Of-Line(FEOL)-Herstellungsstufe der Herstellung der Halbleitereinheit die Herstellung einer Eingangsstufe, einer programmierbaren Pufferspeicherstufe, eines Resonanz-Taktschaltkreises, einer Taktverteilungsstufe (die z.B. eine oder mehrere Taktgitter für eine lokale Taktverteilung in der Halbleitereinheit aufweist) sowie einer Laststufe begonnen. Die Laststufe beinhaltet ein Element oder mehrere Elemente und/oder Schaltkreise, welche die von der Taktgitter-Verteilungsstufe bereitgestellten Takte verwenden. Der Resonanz-Taktschaltkreis beinhaltet einen Satz von Resonanz-Taktschaltkreiselementen. Der Satz von Resonanz-Taktschaltkreiselementen kann z.B. Induktoren (z.B. Spuleninduktoren) und Kondensatoren beinhalten. Der Resonanz-Taktschaltkreis kann außerdem Schaltelemente (z.B. MOSFETs) beinhalten, um den Resonanz-Taktschaltkreis und/oder Modi desselben zu aktivieren und zu deaktivieren. Bei einer Ausführungsform kann zumindest eines der Resonanz-Taktschaltkreiselemente bei einer Frequenz abgestimmt werden, die zumindest eine Größenordnung höher als eine Frequenz ist, bei der zumindest ein anderes der Resonanz-Taktschaltkreiselemente abgestimmt werden kann. Ein derartiges variiertes Abstimmen unterstützt verschiedene Resonanz-Taktmodi (z.B. einen Resonanz-Taktmodus für hohe Frequenzen und einen Resonanz-Taktmodus für niedrige Frequenzen).
In Schritt 230 wird in einer Back-End-Of-Line(EOL)-Herstellungsstufe der Herstellung der Halbleitereinheit die in der FEOL-Herstellungsstufe begonnene Herstellung der Stufen beendet, wobei ein Anordnen eines magnetischen Materials zwischen einem Induktor und einem Bereich des Resonanz-Taktschaltkreises enthalten ist. Das magnetische Material wird derart angeordnet, dass Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises von dem magnetischen Material genutzt werden. Es ist ersichtlich, dass irgendein Material, das magnetische Eigenschaften aufweist, als das magnetische Material verwendet werden kann. Bei einer Ausführungsform kann das magnetische Material einen Induktor beinhalten (z.B. einen Spuleninduktor).
Bei einer Ausführungsform kann die intrinsische Kapazität des magnetischen Materials (das z.B. als ein Induktor implementiert ist) für eine Speicherung verwendet werden. Zum Beispiel kann eine elektrische Energie in einem Magnetfeld des magnetischen Materials gespeichert werden (das z.B. als ein Induktor implementiert ist). Bei einer Ausführungsform kann das magnetische Material eine parasitäre Kapazität von einem oder mehreren der Resonanz-Taktschaltkreiselemente verwenden, um den Resonanz-Taktschaltkreis zu betreiben.
Bei einer Ausführungsform kann das magnetische Material dazu verwendet werden, eine Auswirkung (z.B. eine erhöhte Taktleistung) einer parasitären Kapazität von einem oder mehreren der Resonanz-Taktschaltkreiselemente zu reduzieren. Bei einer Ausführungsform kann das magnetische Material dazu verwendet werden, eine Auswirkung (z.B. eine erhöhte Taktleistung) einer intrinsischen Kapazität von einem oder mehreren der Resonanz-Taktschaltkreiselemente zu reduzieren.
Bei einer Ausführungsform kann das magnetische Material dazu verwendet werden, eine Auswirkung einer (z.B. externen) elektromagnetischen Störung auf die Halbleitereinheit zu reduzieren.
Bei einer Ausführungsform kann das magnetische Material in einer BEOL-Schicht der Halbleitereinheit über einer FEOL-Schicht angeordnet sein, in der ein Resonanz-Taktschaltkreiselement ausgebildet ist.
Bei einer Ausführungsform beinhaltet der Bereich des Resonanzschaltkreises, über dem das magnetische Material angeordnet ist, eine obere Schicht des Resonanz-Taktschaltkreises.
Bei einer Ausführungsform kann das magnetische Material über dem Resonanz-Taktschaltkreiselement angeordnet sein.
Bei einer Ausführungsform kann das magnetische Material auf dem Resonanz-Taktschaltkreiselement angeordnet sein.
Bei einer Ausführungsform kann das magnetische Material oberhalb von leitenden Materialien angeordnet sein, die zwei oder mehr Elemente des Resonanz-Taktschaltkreises verbinden.
Es ist ersichtlich, dass der Resonanz-Taktschaltkreis mit einer magnetischen Abschirmung für Anwendungen eingesetzt werden kann, die Mikroprozessoren (mit oder ohne einen On-Board-Cache), Machine Learning Accelerators mit geringer Leistung, Internet of Things mit niedriger Frequenz und so weiter beinhalten, jedoch nicht auf diese beschränkt sind. Diese und weitere Anwendungen, bei denen die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann, werden von einem Fachmann, dem die hier bereitgestellten Lehren der vorliegenden Erfindung zur Verfügung stehen, unter Beibehaltung des Inhalts der vorliegenden Erfindung ohne Weiteres erkannt.
3 zeigt eine Blockdarstellung eines exemplarischen Entwurfsablaufs 300, der zum Beispiel in einem Logikentwurf, bei einer Simulation, einem Test, einem Layout und einer Herstellung eines Halbleiter-IC verwendet wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Entwurfsablauf 300 beinhaltet Prozesse, Vorrichtungen und/oder Mechanismen für eine Bearbeitung von Entwurfsstrukturen oder Einheiten, um logisch oder anderweitig funktionell äquivalente Darstellungen der Entwurfsstrukturen und/oder Einheiten zu erzeugen, die vorstehend beschrieben und in 1 gezeigt sind. Die Entwurfsstrukturen, die mittels des Entwurfsablaufs 300 bearbeitet und/oder erzeugt werden, können in maschinenlesbaren Übertragungs- oder Speichermedien codiert werden, so dass sie Daten und/oder Anweisungen beinhalten, um bei einer Ausführung oder anderweitigen Bearbeitung in einem Datenverarbeitungssystem eine logisch, strukturell, mechanisch oder anderweitig funktionell äquivalente Darstellung von Hardware-Komponenten, Schaltkreisen, Einheiten oder Systemen zu erzeugen. Vorrichtungen beinhalten irgendeine Vorrichtung, die bei einem IC-Entwurfsprozess verwendet wird, wie beispielsweise bei einem Entwerfen, Herstellen oder Simulieren eines Schaltkreises, einer Komponente, einer Einheit oder eines Systems, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Vorrichtungen beinhalten zum Beispiel: Lithographie-Vorrichtungen, Vorrichtungen und/oder Anlagen für eine Erzeugung von Masken (z.B. Elektronenstrahlschreiber), Computer oder Anlagen für eine Simulierung von Entwurfsstrukturen, irgendeine Apparatur, die bei dem Herstellungs- oder Prüfprozess verwendet wird, oder irgendwelche Vorrichtungen für eine Programmierung von funktionell äquivalenten Darstellungen der Entwurfsstrukturen in irgendein Medium (z.B. eine Vorrichtung für eine Programmierung eines programmierbaren Gate-Array).
Der Entwurfsablauf 300 kann in Abhängigkeit von der Art einer Darstellung variieren, die entworfen wird. Zum Beispiel kann sich ein Entwurfsablauf 300 für den Aufbau eines anwendungsspezifischen IC (ASIC) von einem Entwurfsablauf 300 für das Entwerfen einer Standardkomponente oder von einem Entwurfsablauf 300 für ein Realisieren des Entwurfs in einem programmierbaren Array unterscheiden, zum Beispiel einem programmierbaren Gate-Array (PGA) oder einem Field Programmable Gate-Array (FPGA), die von Altera Inc. oder Xilinx, Inc., angeboten werden.
3 stellt mehrere derartige Entwurfsstrukturen dar, die eine Eingangs-Entwurfsstruktur 320 beinhalten, die bevorzugt durch einen Entwurfsprozess 310 bearbeitet wird. Bei der Eingangs-Entwurfsstruktur 320 kann es sich um eine logische Simulations-Entwurfsstruktur handeln, die durch den Entwurfsprozess 310 erzeugt und bearbeitet wird, um eine logisch äquivalente funktionelle Darstellung einer Hardware-Einheit zu erzeugen. Die Eingangs-Entwurfsstruktur 320 kann außerdem oder alternativ Daten und/oder Programmanweisungen aufweisen, die bei einer Bearbeitung durch den Entwurfsprozess 310 eine funktionelle Darstellung der physischen Struktur einer Hardware-Einheit erzeugen. Gleichgültig, ob funktionelle und/oder strukturelle Entwurfsmerkmale dargestellt werden, kann die Eingangs-Entwurfsstruktur 320 unter Verwendung eines elektronischen computerunterstützten Entwurfs (ECAD, Electronic Computer-Aided Design) erzeugt werden, wie beispielsweise durch einen Core-Entwickler/Konstrukteur realisiert. Bei einer Codierung in einer maschinenlesbaren Datenübertragung, einem Gate-Array oder einem Speichermedium kann durch ein oder mehrere Hardware- und/oder Software-Module innerhalb des Entwurfsprozesses 310 auf die Eingangs-Entwurfsstruktur 320 zugegriffen werden oder sie kann durch diese bearbeitet werden, um eine elektronische Komponente, einen Schaltkreis, ein elektronisches oder logisches Modul, eine Apparatur, eine Einheit oder ein System, wie beispielsweise jene in den 1 und 4 bis 16 gezeigten, zu simulieren oder anderweitig funktionell darzustellen. Derart kann die Eingangs-Entwurfsstruktur 320 Dateien oder andere Datenstrukturen aufweisen, die einen von einem Menschen lesbaren und/oder maschinenlesbaren Quellencode, kompilierte Strukturen und/oder durch einen Computer ausführbare Code-Strukturen beinhalten, die bei einer Bearbeitung durch ein Entwurfs- oder Simulations-Datenverarbeitungssystem Schaltkreise oder andere Ebenen eines Hardware-Logikentwurfs funktionell simulieren oder anderweitig darstellen. Derartige Datenstrukturen können Entwurfseinrichtungen für eine Hardware-Beschreibungssprache (HDL, Hardware-Description Language) oder andere Datenstrukturen beinhalten, die mit HDL-Entwurfssprachen einer niedrigeren Ebene, wie beispielweise Verilog und VHDL, und/oder Entwurfssprachen einer höheren Ebene, wie beispielsweise C oder C++, konform und/oder kompatibel sind.
Der Entwurfsprozess 310 verwendet und enthält bevorzugt Hardware- und/oder Software-Module, um ein funktionelles Entwurfs-/Simulations-Äquivalent der Komponenten, Schaltkreise, Einheiten oder logischen Strukturen, die in den 1 und 4 bis 16 gezeigt sind, zu synthetisieren, zu übersetzen oder anderweitig zu bearbeiten, um eine Netlist 380 zu erzeugen, die Entwurfsstrukturen enthalten kann, wie beispielsweise die Eingangs-Entwurfsstruktur 320. Die Netlist 380 kann zum Beispiel kompilierte oder anderweitig bearbeitete Datenstrukturen aufweisen, die eine Liste von Verdrahtungen, diskreten Komponenten, logischen Gattern, Steuerschaltkreisen, Einheiten, Modellen etc. repräsentieren, welche die Verbindungen zu anderen Elementen und Schaltkreisen in einem Entwurf für einen integrierten Schaltkreis beschreibt. Die Netlist 380 kann unter Verwendung eines iterativen Prozesses synthetisiert werden, bei dem die Netlist 380 in Abhängigkeit von Entwurfsspezifikationen und Parametern für die Einheit einmal oder mehrere Male resynthetisiert wird. Wie bei anderen Arten von Entwurfsstrukturen, die hierin beschrieben sind, kann die Netlist 380 in einem maschinenlesbaren Datenspeichermedium aufgezeichnet oder in ein programmierbares Gate-Array programmiert werden. Bei dem Medium kann es sich um ein nicht-flüchtiges Speichermedium handeln, wie beispielsweise ein magnetisches oder optisches Plattenlaufwerk, ein programmierbares Gate-Array, einen Compact-Flash- oder einen anderen Flash-Speicher. Darüber hinaus oder alternativ kann es sich bei dem Medium um einen System- oder Cache-Speicher, einen Pufferspeicherraum oder elektrisch oder optisch leitfähige Einheiten und Materialien handeln, in die oder auf die über das Internet oder andere geeignete Netzwerkmittel Datenpakete übertragen oder in denen oder auf denen diese zwischengespeichert werden können.
Der Entwurfsprozess 310 kann Hardware- und Software-Module für eine Bearbeitung einer Vielzahl von Arten von Eingangsdatenstrukturen beinhalten, die eine Netlist 380 beinhalten. Derartige Arten von Datenstrukturen können sich zum Beispiel innerhalb von Bibliothekselementen 330 befinden und können einen Satz von üblicherweise verwendeten Elementen, Schaltkreisen und Einheiten, die Modelle, Layouts und symbolische Darstellungen beinhalten, für eine gegebene Herstellungstechnologie beinhalten (z.B. verschiedene Technologieknoten 32 nm, 45 nm, 90 nm etc.). Die Arten von Datenstrukturen können des Weiteren Entwurfsspezifikationen 340, Charakterisierungsdaten 350, Verifikationsdaten 360, Entwurfsrichtlinien 1070 sowie Testdaten-Dateien 385 beinhalten, die Eingangsteststrukturen, Ausgangstestergebnisse sowie weitere Testinformationen beinhalten können. Der Entwurfsprozess 310 kann des Weiteren zum Beispiel übliche mechanische Entwurfsprozesse beinhalten, wie beispielsweise eine Spannungsanalyse, eine thermische Analyse, eine mechanische Ereignissimulation, eine Prozess-Simulation für Vorgänge, wie beispielsweise Gießen, Formgießen und Pressformgießen etc. Ein Fachmann für mechanische Entwürfe kann das Ausmaß möglicher mechanischer Entwurfshilfsmittel und Anwendungen erkennen, die in dem Entwurfsprozess 310 verwendet werden, ohne von dem Umfang und dem Inhalt der Erfindung abzuweichen. Der Entwurfsprozess 310 kann außerdem Module für eine Durchführung üblicher Schaltkreisentwurfsprozesse beinhalten, wie beispielsweise Timing-Analyse, Verifikation, Entwurfsrichtlinien-Überprüfung, Place-and-Route-Operationen etc.
Der Entwurfsprozess 310 verwendet und enthält logische und physische Entwurfshilfsmittel, wie beispielsweise HDL-Compiler und Hilfsmittel zur Errichtung von Simulationsmodellen, um die Eingangs-Entwurfsstruktur 320 zusammen mit einigen oder sämtlichen der dargestellten unterstützenden Datenstrukturen einhergehend mit irgendeinem zusätzlichen mechanischen Entwurf oder Daten (wenn anwendbar) zu bearbeiten, um eine zweite Entwurfsstruktur 390 zu erzeugen. Die Entwurfsstruktur 390 befindet sich in einem Speichermedium oder einem programmierbaren Gate-Array in einem Datenformat, das für den Austausch von Daten mechanischer Einheiten und Strukturen verwendet wird (z.B. von Informationen, die in einem IGES-, DXF-, Parasolid-XT-, JT-, DRG- oder irgendeinem anderen geeigneten Format gespeichert sind, um derartige mechanische Entwurfsstrukturen zu speichern oder wiederzugeben). Ähnlich wie die Eingangs-Entwurfsstruktur 320 weist die Entwurfsstruktur 390 bevorzugt eine oder mehrere Datei(en), Datenstruktur(en) oder andere mit einem Computer codierte Daten oder Anweisungen auf, die sich in Übertragungs- oder Datenspeichermedien befinden und die bei einer Bearbeitung durch ein ECAD-System eine logisch oder anderweitig funktionell äquivalente Form von einer oder mehreren der Ausführungsformen der Erfindung erzeugen, die in den 1 und 4 bis 16 dargestellt sind. Bei einer Ausführungsform kann die Entwurfsstruktur 390 ein kompiliertes, ausführbares HDL-Simulationsmodell aufweisen, das die in den 1 und 4 bis 16 gezeigten Einheiten funktionell simuliert.
Die Entwurfsstruktur 390 kann außerdem ein Datenformat, das für den Austausch von Layout-Daten integrierter Schaltkreise verwendet wird, und/oder ein symbolisches Datenformat einsetzen (z.B. Informationen, die in einem GDSII- (GDS2-), GL1-, OASIS-, Kennfelddateien- oder irgendeinem anderen geeigneten Format für ein Speichern derartiger Entwurfs-Datenstrukturen gespeichert sind). Die Entwurfsstruktur 390 kann Informationen aufweisen, wie zum Beispiel symbolische Daten, Kennfelddateien, Testdaten-Dateien, Entwurfsinhaltsdateien, Herstellungsdaten, Layout-Parameter, Verdrahtungen, Metallebenen, Durchkontakte, Formen, Daten für ein Routing durch die Fertigungslinie sowie irgendwelche andere Daten, die von einem Hersteller oder einem anderweitigen Konstrukteur/Entwickler für die Herstellung einer Einheit oder einer Struktur, wie vorstehend beschrieben und in den 1 und 4 bis 16 gezeigt, gefordert werden. Die Entwurfsstruktur 390 kann dann zu einer Stufe 395 vorrücken, bei der die Entwurfsstruktur 390 zum Beispiel: zu einem Tape-Out vorrückt, zur Herstellung freigegeben wird, an eine Maskierungsstelle abgegeben wird, an eine weitere Entwurfsstelle abgegeben wird, zum Auftraggeber zurückgesendet wird etc.
Die 4 bis 15 zeigen ein exemplarisches Verfahren 400 für eine Herstellung eines Resonanz-Taktschaltkreises mit einer magnetischen Abschirmung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Bezug auf das Verfahren 400 wurden der Darstellung halber bestimmte Materialien spezifiziert. Es ist jedoch ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht ausschließlich auf die erwähnten Materialien beschränkt ist und somit auch andere Materialien verwendet werden können, wie für einen Fachmann, dem die hier bereitgestellten Lehren der vorliegenden Erfindung zur Verfügung stehen, unter Beibehaltung des Inhalts der vorliegenden Erfindung ohne Weiteres ersichtlich ist. Während die 4 bis 15 die magnetische Abschirmung über dem Resonanz-Taktschaltkreis zeigen, zeigt 16 darüber hinaus eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der sich die magnetische Abschirmung unterhalb des Resonanz-Taktschaltkreises befindet.
Bezugnehmend auf 4 wird in Schritt 405 ein Wafer-Substrat 501 bereitgestellt.
Bezugnehmend auf 5 werden in Schritt 410 Front-End-Of-Line(FEOL)/Back-End-Of-Line(BEOL)-Schichten 502 für Schaltkreise gebildet und innerhalb der FEOL/BEOL-Schichten 502 ein Nicht-Resonanz-Taktschaltkreis 503 und ein Resonanz-Taktschaltkreis 504 gebildet.
Bezugnehmend auf 6 wird der Stapel in Schritt 415 bearbeitet, um eine magnetische Abschirmung hinzuzufügen. Bei einer Ausführungsform kann Schritt 415 zum Beispiel ein Hinzufügen einer Schicht mit einem niedrigen k oder eines SiO₂-Dielektrikums 505 umfassen.
Bezugnehmend auf 7 wird in Schritt 420 eine Bearbeitung des Stapels fortgesetzt, um einen magnetischen Induktor hinzuzufügen. Bei einer Ausführungsform kann Schritt 420 zum Beispiel ein Bilden von Durchkontakten 506 mittels einer herkömmlichen Photolithographie, eines Ätzvorgangs und einer Metallisierung sowie einen chemisch-mechanischen Poliervorgang umfassen. Bei einer Ausführungsform in Bezug auf den Schritt 420 verlaufen die Durchkontakte 506 durch die Abschirmung hindurch und stellen eine Verbindung mit Induktor-Verdrahtungen her.
Bezugnehmend auf 8, die sich auf eine alternative Ausführungsform in Bezug auf Schritt 420 und 7 bezieht, wird eine Bearbeitung des Stapels in Schritt 420A fortgesetzt, um einen magnetischen Induktor hinzuzufügen. Bei einer Ausführungsform kann Schritt 420A zum Beispiel ein Aufbringen eines Dielektrikums 507A und ein anschließendes Bilden von Verdrahtungen 508A mittels einer herkömmlichen Photolithographie, eines Ätzvorgangs und einer Metallisierung sowie einen chemisch mechanischen Poliervorgang umfassen.
Bezugnehmend auf 9 (und mit der Ausführungsform in Bezug auf 7 fortfahrend) wird die Bearbeitung des Stapels in Schritt 425 fortgesetzt, um einen magnetischen Induktor hinzuzufügen. Bei einer Ausführungsform kann Schritt 425 zum Beispiel ein Aufbringen eines Dielektrikums 507 umfassen.
Bezugnehmend auf 10 wird eine Bearbeitung des Stapels in Schritt 430 fortgesetzt, um einen magnetischen Induktor hinzuzufügen. Bei einer Ausführungsform kann Schritt 430 zum Beispiel ein Aufbringen eines magnetischen Materials 509 umfassen, um die magnetische Abschirmung herzustellen. Bei einer Ausführungsform besteht das magnetische Material 509 aus Cobalt (Co), das ein magnetisches Material aus FeTaN und/oder FeNi und/oder FeAlO und/oder irgendeine Kombination derselben beinhaltet.
Bezugnehmend auf 11 wird eine Bearbeitung des Stapels in Schritt 435 fortgesetzt, um einen magnetischen Induktor hinzuzufügen. Bei einer Ausführungsform kann Schritt 435 zum Beispiel ein Strukturieren des magnetischen Materials 509 umfassen. Bei einer Ausführungsform kann das Strukturieren des magnetischen Materials zum Beispiel eine Verwendung einer Hartmaske 510 aus einem Oxid und einen Photolithographie-Prozess umfassen, um zur Definition der Abschirmung (aus dem magnetischen Material 509) Resistbilder 511 zu erzeugen.
Bezugnehmend auf 12, die sich auf eine alternative Ausführungsform in Bezug auf Schritt 435 und 11 bezieht, wird eine Bearbeitung des Stapels in Schritt 435A fortgesetzt, um einen magnetischen Induktor hinzuzufügen. Bei der Ausführungsform von 14 bleibt die Abschirmung zusammenhängend (somit wird das Resistbild 511 nicht verwendet).
Bezugnehmend auf 13 wird eine Bearbeitung des Stapels in Schritt 440 fortgesetzt, um einen magnetischen Induktor hinzuzufügen. Bei einer Ausführungsform kann Schritt 440 zum Beispiel eine weitere Strukturierung des magnetischen Materials umfassen. Bei einer Ausführungsform kann die weitere Strukturierung des magnetischen Materials zum Beispiel eine weitere Verwendung eines Photolithographie-Prozesses und des Resistbilds 511 umfassen.
Bezugnehmend auf 14 wird eine Bearbeitung des Stapels in Schritt 445 fortgesetzt, um einen magnetischen Induktor hinzuzufügen. Bei einer Ausführungsform kann Schritt 445 zum Beispiel ein Entfernen des Resistbilds 511 (z.B. unter Verwendung eines Ablösens mit einem Lösungsmittel), ein Aufbringen eines Dielektrikums 512 sowie ein Durchführen eines Photolithographie-Prozesses und eines Ätzprozesses umfassen, um Durchkontakte 513 und einen Graben oder einen freien Raum 514 für den Induktor zu bilden.
Bezugnehmend auf 15 wird eine Bearbeitung des Stapels in Schritt 450 fortgesetzt, um einen magnetischen Induktor hinzuzufügen. Bei einer Ausführungsform kann Schritt 450 zum Beispiel ein Hinzufügen einer Metallisierung umfassen, um den Induktor 515 zu bilden. Nach Schritt 450 weist die endgültige Struktur eine Abschirmung auf, welche die (Resonanz- und Nicht-Resonanz-)Taktschaltkreise bedeckt, und ermöglicht, dass der Induktor 515 oben auf den Taktschaltkreisen gebildet wird, so dass im Vergleich zum Stand der Technik eine Flächeneinsparung ermöglicht wird.
Bezugnehmend auf 16 ist eine exemplarische Halbleitereinheit 1600, die einen Resonanz-Taktschaltkreis mit einer darunterliegenden magnetischen Abschirmung aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die gleichen Bezugszeichen aus den 4 bis 15 gelten auch für die in 16 dargestellten Elemente, was deutlich macht, dass der Unterschied zwischen den Strukturen in den 15 und 16 darin liegt, dass sich die magnetische Abschirmung über beziehungsweise unter dem Resonanzschaltkreis befindet.
Es versteht sich, dass Aspekte der vorliegenden Erfindung in Bezug auf einen gegebenen illustrativen Aufbau beschrieben werden; andere Aufbauten, Strukturen, Substratmaterialien und Prozessmerkmale sowie Prozessschritte können jedoch innerhalb des Umfangs von Aspekten der vorliegenden Erfindung variiert werden.
Es versteht sich außerdem, dass, wenn ein Element, wie beispielweise eine Schicht, ein Bereich oder ein Substrat, als „auf“ oder „über“ einem anderen Element liegend bezeichnet wird, sich dieses direkt auf dem anderen Element befinden kann oder auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als „direkt auf“ oder „direkt über“ einem anderen Element liegend bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Es versteht sich außerdem, dass, wenn ein Element als „verbunden“ oder „gekoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, dieses direkt verbunden oder gekoppelt mit dem anderen Element sein kann oder dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden.
Die vorliegenden Ausführungsformen können einen Entwurf für einen integrierten Schaltkreischip beinhalten, der in einer graphischen Computerprogrammiersprache erzeugt und in einem Computerspeichermedium gespeichert werden kann (wie beispielsweise einer Diskette, einem Band, einer physischen Festplatte oder einer virtuellen Festplatte, wie beispielsweise in einem Speicherzugriffsnetzwerk). Wenn der Konstrukteur keine Chips oder die photolithographischen Masken herstellt, die zur Herstellung von Chips verwendet werden, kann der Konstrukteur den resultierenden Entwurf durch physische Mittel (z.B. durch Bereitstellen einer Kopie des Speichermediums, in dem der Entwurf gespeichert ist) oder auf elektronischem Weg (z.B. durch das Internet) direkt oder indirekt zu derartigen Einrichtungen senden. Der gespeicherte Entwurf wird dann in das geeignete Format (z.B. GDSII) für die Herstellung von photolithographischen Masken umgewandelt, die typischerweise mehrere Kopien des betreffenden Chip-Entwurfs beinhalten, die auf einem Wafer zu bilden sind. Die photolithographischen Masken werden dazu verwendet, Bereiche des Wafers (und/oder der Schichten auf diesem) zu definieren, die zu ätzen oder anderweitig zu bearbeiten sind.
Verfahren, wie hierin beschrieben, können bei der Herstellung von integrierten Schaltkreis-Chips verwendet werden. Die resultierenden integrierten Schaltkreis-Chips können von dem Hersteller in Rohwafer-Form (das heißt, als ein einzelner Wafer, der mehrere nicht gepackte Chips aufweist), als ein blanker Chip oder in einer gepackten Form vertrieben werden. Im letzteren Fall ist der Chip in einer Einzel-Chip-Packung montiert (wie beispielsweise einem Kunststoffträger mit Leitungen, die an einer Hauptplatine oder einem anderen übergeordneten Träger befestigt sind) oder ist in einer Mehrfach-Chip-Packung montiert (wie beispielsweise einem keramischen Träger, der entweder Oberflächenverbindungen oder vergrabene Verbindungen oder beides aufweist). In jedem Fall wird der Chip dann mit anderen Chips, diskreten Schaltkreiselementen und/oder anderen signalverarbeitenden Einheiten als Teil entweder (a) eines Zwischenprodukts, wie beispielsweise einer Hauptplatine, oder (b) eines Endprodukts integriert. Bei dem Endprodukt kann es sich um irgendein Produkt handeln, das integrierte Schaltkreis-Chips beinhaltet, von Spielzeug und anderen Low-End-Anwendungen bis zu hochentwickelten Computerprodukten, die eine Anzeige, eine Tastatur oder eine andere Eingabeeinheit sowie eine Zentralprozessor aufweisen.
Es versteht sich außerdem, dass Materialverbindungen in Bezug auf aufgelistete Elemente beschrieben werden, z.B. SiGe. Diese Verbindungen beinhalten unterschiedliche Anteile der Elemente innerhalb der Verbindung. Z.B. beinhaltet SiGe Si_xGe_1-x, wobei x kleiner als oder gleich 1 ist, etc. Darüber hinaus können weitere Elemente in der Verbindung enthalten sein, und diese kann weiterhin gemäß den vorliegenden Grundgedanken ihre Funktion erfüllen. Auf die Verbindungen mit zusätzlichen Elementen wird hierin als Legierungen Bezug genommen.
Eine Bezugnahme in der Beschreibung auf „die eine Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ ebenso wie auf weitere Variationen bedeutet, dass ein spezielles Merkmal, eine spezielle Struktur, eine spezielle Eigenschaft und so weiter, das oder die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, in zumindest einer Ausführungsform enthalten ist. Somit beziehen sich die Erscheinungsformen der Formulierung „in der einen Ausführungsform“ oder „in einer Ausführungsform“ ebenso wie irgendwelche anderen Variationen, die überall in der Beschreibung an unterschiedlichen Stellen auftauchen, nicht zwangsläufig alle auf die gleiche Ausführungsform.
Es ist ersichtlich, dass die Verwendung von irgendeinem der folgenden „/“, „und/oder“ sowie „zumindest einer/eine/eines von“ zum Beispiel in den Fällen „A/B“, „A und/oder B“ sowie „zumindest eines von A und B“ die Auswahl nur der ersten aufgelisteten Option (A) oder die Auswahl nur der zweiten aufgelisteten Option (B) oder die Auswahl von beiden Optionen (A und B) umfassen soll. Als ein weiteres Beispiel soll eine derartige Formulierung in den Fällen „A, B und/oder C“ sowie „zumindest eines von A, B und C“ die Auswahl nur der ersten aufgelisteten Option (A) oder die Auswahl nur der zweiten aufgelisteten Option (B) oder die Auswahl nur der dritten aufgelisteten Option (C) oder die Auswahl nur der ersten und der zweiten aufgelisteten Option (A und B) oder die Auswahl nur der ersten und der dritten aufgelisteten Option (A und C) oder die Auswahl nur der zweiten und der dritten aufgelisteten Option (B und C) oder die Auswahl sämtlicher drei Optionen (A und B und C) umfassen. Dies kann für so viele Punkte erweitert werden, wie aufgelistet, wie für einen Fachmann auf diesem und verwandten Fachgebieten ohne Weiteres ersichtlich.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsformen und soll nicht auf beispielhafte Ausführungsformen beschränkt sein. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein, eine, eines“, „ein, eine, eines“ sowie „der, die, das“ ebenso die Pluralformen beinhalten, wenn der Kontext nicht klar etwas anderes anzeigt. Es versteht sich des Weiteren, dass die Begriffe „weist auf“, „aufweisend“, „beinhaltet“ und/oder „beinhaltend“, wenn sie hierin verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren weiteren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen derselben nicht ausschließen.
Räumlich relative Begriffe, wie beispielsweise „unterhalb“, „unter“, „unterer, untere, unteres“, „oberhalb“, „oberer, obere, oberes“ und dergleichen können hierin der Einfachheit der Beschreibung halber dazu verwendet werden, die Beziehung von einem Element oder einem Merkmal zu einem anderen Element (anderen Elementen) oder einem anderen Merkmal (anderen Merkmalen) zu beschreiben, wie in den FIG. dargestellt. Es versteht sich, dass die räumlich relativen Begriffe verschiedene Orientierungen der Einheit in der Verwendung oder im Betrieb zusätzlich zu der in den FIG. dargestellten Orientierung umfassen sollen. Wenn die Einheit in den FIG. zum Beispiel umgedreht wird, sind die Elemente, die als „unter“ anderen Elementen oder Merkmalen oder „unterhalb“ derselben beschrieben sind, dann „über“ den anderen Elementen oder Merkmalen orientiert. Somit kann der Begriff „unter“ sowohl eine Orientierung darüber als auch darunter umfassen. Die Einheit kann anderweitig orientiert sein (um 90 Grad oder in anderen Orientierungen gedreht), und die hierin verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können dementsprechend interpretiert werden. Darüber hinaus versteht es sich außerdem, dass, wenn eine Schicht als „zwischen“ zwei Schichten liegend bezeichnet wird, diese die einzige Schicht zwischen den zwei Schichten sein kann oder auch eine oder mehrere dazwischenliegende Schichten vorhanden sein können.
Es versteht sich, dass, wenngleich die Begriffe erster/erste/erstes, zweiter/zweite/zweites etc. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente zu beschreiben, diese Elemente nicht auf diese Begriffe beschränkt sind. Diese Begriffe werden lediglich dazu verwendet, ein Element von einem anderen Element zu unterscheiden. Somit kann ein erstes Element, das nachstehend erörtert wird, als ein zweites Element bezeichnet werden, ohne von dem Umfang des vorliegenden Konzepts abzuweichen.
Nachdem bevorzugte Ausführungsformen eines Systems und eines Verfahrens beschrieben wurden (die illustrativ und nicht beschränkend sein sollen), ist anzumerken, dass von einem Fachmann angesichts der vorstehenden Lehren Modifikationen und Variationen durchgeführt werden können. Es versteht sich daher, dass in den speziellen offenbarten Ausführungsformen Änderungen durchgeführt werden können, die innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche beschrieben ist. Nachdem somit Aspekte der Erfindung mit den Details und der Genauigkeit beschrieben wurden, die von den Patentgesetzen gefordert werden, ist in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, was beansprucht wird und durch die Patenturkunde geschützt werden soll.

Claims

Verfahren, das aufweist: Anordnen einer magnetischen Schicht zwischen einem Induktor und einem Bereich eines Resonanz-Taktschaltkreiselements eines Resonanz-Taktschaltkreises in einer Halbleitereinheit, wobei Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises von der magnetischen Schicht genutzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Resonanz-Taktschaltkreiselement den Induktor aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Induktor in einer Front-End-Of-Line-Schicht der Halbleitereinheit gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das magnetische Material in einer Back-End-Of-Line-Schicht der Halbleitereinheit über der Front-End-Of-Line-Schicht angeordnet wird, in welcher der Induktor ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Resonanz-Taktschaltkreiselement einen Kondensator aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bereich des Resonanzschaltkreises, über dem das magnetische Material angeordnet wird, eine obere Schicht des Resonanz-Taktschaltkreises aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das magnetische Material oberhalb des Resonanz-Taktschaltkreiselements angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das magnetische Material unter dem Resonanz-Taktschaltkreiselement angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das magnetische Material auf dem Resonanz-Taktschaltkreiselement angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das magnetische Material in einer Back-End-Of-Line-Schicht der Halbleitereinheit angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das magnetische Material einen weiteren Induktor aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei eine intrinsische Kapazität des weiteren Induktors für eine Speicherung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich das Resonanz-Taktschaltkreiselement nahe bei einem weiteren Resonanz-Taktschaltkreiselement befindet und das magnetische Material über zumindest einem Bereich eines leitenden Materials angeordnet wird, welches das Resonanz-Taktschaltkreiselement mit dem weiteren Resonanz-Taktschaltkreiselement verbindet.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Resonanz-Taktschaltkreiselement bei einer Frequenz abgestimmt wird, die zumindest um eine Größenordnung höher als eine Frequenz ist, bei der das weitere Resonanz-Taktschaltkreiselement abgestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Resonanz-Taktschaltkreis des Weiteren einen Satz von Pufferspeichern aufweist, die mit dem Resonanz-Taktschaltkreiselement gekoppelt sind, und wobei das magnetische Material über zumindest einem Bereich eines leitenden Materials angeordnet wird, das den Satz von Pufferspeichern mit dem Resonanz-Taktschaltkreiselement verbindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Resonanz-Taktschaltkreiselement durch ein leitendes Material mit einem weiteren Resonanz-Taktschaltkreiselement elektrisch verbunden wird und wobei das magnetische Material über dem leitenden Material angeordnet wird, um eine parasitäre Kapazität des Resonanz-Taktschaltkreiselements und des weiteren Resonanz-Taktschaltkreiselements zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Resonanz-Taktschaltkreiselement durch ein leitendes Material mit einem weiteren Resonanz-Taktschaltkreiselement elektrisch verbunden wird und wobei das magnetische Material oberhalb des leitenden Materials angeordnet wird, um eine parasitäre Kapazität des Resonanz-Taktschaltkreiselements und des weiteren Resonanz-Taktschaltkreiselements für ein Betreiben des Resonanz-Taktschaltkreises zu verwenden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Resonanz-Taktschaltkreiselement ein Induktor-Kondensator-Paar aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises von der magnetischen Schicht genutzt werden, um eine Auswirkung einer parasitären Kapazität des Resonanz-Taktschaltkreiselements zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises von der magnetischen Schicht genutzt werden, um eine Auswirkung einer intrinsischen Kapazität des Resonanz-Taktschaltkreiselements zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Resonanz-Taktschaltkreis mehrere Resonanz-Modi aufweist.
Halbleitereinheit, die aufweist: einen Resonanz-Taktschaltkreis; einen Induktor; und eine magnetische Schicht, die aus einem magnetischen Material gebildet ist, das zwischen einem Bereich des Resonanz-Taktschaltkreises und dem Induktor angeordnet ist, wobei Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises von der magnetischen Schicht genutzt werden.
Halbleitereinheit, die aufweist: einen Resonanz-Taktschaltkreis, der ein Resonanz-Taktschaltkreiselement aufweist; und eine magnetische Schicht, die aus einem magnetischen Material gebildet ist, das über einem Bereich des Resonanz-Taktschaltkreises angeordnet ist, wobei Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises von der magnetischen Schicht genutzt werden.
Halbleitereinheit, die aufweist: einen Resonanz-Taktschaltkreis, der ein Resonanz-Taktschaltkreiselement aufweist; und eine magnetische Schicht, die aus einem magnetischen Material gebildet ist, das unterhalb eines Bereichs des Resonanz-Taktschaltkreises angeordnet ist, wobei Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises von der magnetischen Schicht genutzt werden.
Verfahren, das aufweist: Anordnen einer magnetischen Schicht unterhalb eines Bereichs eines Resonanz-Taktschaltkreiselements eines Resonanz-Taktschaltkreises in einer Halbleitereinheit, wobei Taktsignale des Resonanz-Taktschaltkreises von der magnetischen Schicht genutzt werden.