DE4006282A1 - Hochgeschwindigkeitssignaluebertragungsleitungs -streckenaufbau fuer integrierte halbleiterschaltkreisanordnungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Hochgeschwin­ digkeitshalbleiteranordnung, insbesondere die Verbesse­ rung eines inneren Leiterbahnenaufbaus, die dazu dient, den integrierten Halbleiterschaltchips eine Hochge­ schwindigkeitsarbeitsweise zu ermöglichen.

Mit dem derzeit ansteigenden Bedarf an mit Hochgeschwin­ digkeit arbeitenden logischen Verknüpfungen für digi­ tale Systeme, wie beispielsweise ein optisches Kommuni­ kationsgerät, ein Supercomputer o.dgl., ist eine Tech­ nik zur leistungsfähigen Verarbeitung von Hochgeschwin­ digkeitssignalen unerläßlich geworden. Basisanordnungen zur Schaffung der internen Schaltungen dieser elek­ tronischen Anordnungen wie ein HBT, ein HEMT, ein GaAs- MESFET, ein Si-Bipolartransistor und dgl. gehören zum bekannten Stand der Technik. Obwohl die Leistungsfähig­ keit solcher Basisanordnungen von Jahr zu Jahr ver­ bessert wurde, kann eine ausreichend wirkungsvolle Ver­ arbeitung von Hochgeschwindigkeitssignalen in digitalen Systemen nicht erwartet werden, wenn die Leiterbahn­ strecken (d.h. eine Signalübertragungsleitung, eine Strom- oder Spannungsversorgungsleitung, eine Erdungs­ leitung) einer Schaltkreiseinheit, die solche Basisan­ ordnungen enthält, in ihrer Leistungsfähigkeit nicht verbessert werden.

Generell muß ein idealer Leiterbahnaufbau, wie er für Schaltkreiseinheiten digitaler Hochgeschwindigkeits­ systeme erforderlich ist, die folgenden Bedingungen er­ füllen:

• 1) Zufriedenstellende Beeinflussung der Impedanz der Signalwege,
• 2) ein hoher Rauschabstand,
• 3) hervorragende Produktivität und
• 4) hohe Zuverlässigkeit auch bei Langzeitbenutzung.

Die Forderung (1) sollte erfüllt sein, damit Signalreflexion und/oder die Entstehung stehender Wellen in den Signal­ übertragungsleitungen der Schaltkreiseinheiten verhin­ dert bzw. unterdrückt werden. Zur Erfüllung der Bedin­ gung (2) sollte die Störspannung minimiert werden, die im Inneren des Schaltkreises erzeugt werden kann, so daß eine Stromschwankung verhindert oder unterdrückt wird. Zur Erfüllung der Bedingung (3) wird es notwendig sein, den Aufbau des Leiterbahnmusters sowohl in der horizontalen Anordnung als auch im Schnittaufbau zu vereinfachen, so daß dieser ohne großes Risiko mittels der zur Zeit verfügbaren Herstellungstechnologien ge­ fertigt werden kann. Zur Erfüllung der Bedingung (4) sollte der Aufbau des Leiterbahnmusters entsprechend der Bedingung (3) aus einem Material bestehen, daß chemisch und/oder physikalisch stabil ist und sich be­ reits als in hohem Maße zuverlässig erwiesen hat.

Von allen bisher für die Hochgeschwindigkeitssignalauf­ bereitung entwickelten Leiterbahnmusterstrukturen er­ füllt jedoch keines gleichzeitig alle der oben genannten Bedingungen. Der Grund dafür liegt darin, daß diese Bedingungen einander widersprechende Anforderungen ent­ halten, wie im folgenden beschrieben wird.

So erfüllt beispielsweise ein im Toshiba Technical Bulletin Vol. 5-9, 1. April 1987 vorgeschlagenes Leiter­ bahnaufbaumuster die Bedingung (2). In diesem ist ein isolierter Schichtaufbau aus einer Stromversorgungslei­ tung und einer Erdungsleitung um den Hauptschaltkreis­ abschnitt einer Halbleiteranordnung herum in einer sol­ chen Weise vorgesehen, daß zwischen der Stromversor­ gungsleitung und der Erdungsleitung ein Kapazitätsbe­ reich gebildet wird. Dieser Kapazitätsbereich umgibt den Hauptschaltkreisabschnitt auf dem Chip-Substrat. Er dient der Reduktion des inneren Rauschens, das durch Stromschwankungen hervorgerufen wird, die der Haupt­ schaltkreisabschnitt im Zusammenhang mit Pegelände­ rungen in einem Hochgeschwindigkeitssignal erfährt. Der Kapazitätsbereich dient weiterhin der Unterdrückung des äußeren Rauschens.

Wenn es erforderlich ist, daß Hochgeschwindigkeitssignal­ leitungen den Kapazitätsbereich durchqueren und sich bis zum Hauptschaltkreisabschnitt erstrecken, ohne daß die Anzahl der Leiterschichten erhöht wird, so wird bei dieser Anordnung ein Mikrostrip-Leitungsstreckenaufbau verwandt. So ist beispielsweise eine obere Stromversor­ gungsleitung des peripheren Kapazitätsbereichs teil­ weise auf der unteren Schicht gebildet, um einen peri­ pheren Teil des Kapazitätsbereichs zu umgehen. Auf der oberen Schicht sind Hochgeschwindigkeitssignalstrecken gebildet. Auf der unteren Schicht des Kapazitätsbereichs verlaufen daher in dem Abschnitt, wo die Hochgeschwin­ digkeitssignalleitungen vorgesehen sind, die Stromver­ sorgungsleitung und die Erdungsleitung parallel zuein­ ander. In diesem Fall kann jedoch die Impedanz der Hochgeschwindigkeitssignalleitungen nicht in zufrieden­ stellender Weise beeinflußt werden, so daß die oben ge­ nannte Bedingung (1) nur schwierig zu erfüllen ist. Um zu gewährleisten, daß die Hochgeschwindigkeitssignal­ leitungen die gewünschte Impedanz haben, müssen das Material und die Dicke einer sandwichartigen isolieren­ den Schicht in dem Kapazitätsbereich so festgelegt wer­ den, daß sie von den derzeit allgemein gültigen tech­ nischen Bedingungen abweichen (z.B. der sog. 2 µm Regel).

Zusätzlich muß die Breite und Dicke der Hochgeschwin­ digkeitssignalleitungen in gleicher Weise festgelegt werden. Wenn die isolierende Schicht und die Hochge­ schwindigkeitssignalleitungen in dieser Art und Weise speziell entworfen werden müssen, ist es unmöglich, die zuvor genannten Bedingungen (3) und (4) zu erfüllen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen neuen und verbesserten Leiterbahnaufbau für eine Hochgeschwindig­ keitshalbleiteranordnung zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines neuen und verbesserten Leiterbahnaufbaus, der den Erwartungen sowohl in Hinsicht auf Rauschunter­ drückungsverhalten wie auch Impedanzbeeinflussung ent­ spricht.

Diese Aufgabe wird durch einen speziellen Impedanz­ beeinflussenden Leiterbahnaufbau für eine integrierte Hochgeschwindigkeitshalbleiterschaltkreisanordnung ge­ löst. In diesem Leiterbahnaufbau ist eine Hochgeschwin­ digkeitssignalübertragungsleitung isoliert über dem Substrat der Anordnung vorgesehen und verfügt über einen Mikrostripleiterbahnaufbau. Erste und zweite Kapazitätsbereiche sind auf den jeweiligen Seiten der Signalübertragungsleitung gebildet. Jeder der Kapazitäts­ bereiche beinhaltet erste und zweite leitende Schichten, die isoliert übereinander gefügt sind. Die ersten lei­ tenden Schichten der ersten und zweiten Kapazitätsbe­ reiche sind miteinander über Verbindungsmusterbereiche verbunden; in gleicher Weise sind die zweiten leiten­ den Schichten der ersten und zweiten Kapazitätsbereiche miteinander verbunden. Der Verbindungsmusterbereich be­ inhaltet erste und zweite Verbindungsbereiche, die ab­ wechselnd und parallel zueinander auf dem Substrat vor­ gesehen sind, sich unter der Signalübertragungsleitung erstrecken und diese unter im wesentlichen rechten Winkeln kreuzen. Die ersten Verbindungsbereiche verbin­ den die ersten leitenden Schichten miteinander, während die zweiten Verbindungsbereiche die zweiten leitenden Schichten miteinander verbinden. Die Mikrostripimpedanz der Signalübertragungsleitung kann durch Änderung des Musters der ersten und zweiten Verbindungsbereiche auf einen gewünschten Wert abgestimmt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungs­ beispielen, welche in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm zur schematischen Darstellung der gesamten ebenen Anordnung einer integrier­ ten Hochgeschwindigkeits-Halbleiterschalt­ kreisanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm zur vergrößerten Darstellung des Hauptbereichs der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 bis 5 Diagramme zur Darstellung des jeweiligen Aufbaus entlang der Schnittlinien III-III, IV-IV und V-V in Fig. 2,

Fig. 6 ein Diagramm zur vergrößerten Darstellung des Hauptbereichs einer integrierten Hochge­ schwindigkeits-Halbleiterschaltkreisanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Er­ findung,

Fig. 7 bis 9 Diagramme zur jeweiligen Darstellung des Aufbaus entlang der Schnittlinien VII-VII, VIII-VIII und IX-IX in Fig. 6, und

Fig. 10 ein Diagramm zur schematischen Darstellung der gesamten ebenen Anordnung einer integrier­ ten Hochgeschwindigkeits-Halbleiterschalt­ kreisanordnung gemäß einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine integrierte Hochgeschwindigkeits-Halb­ leiterschaltkreisanordnung 10 gemäß einer ersten Aus­ führungsform der Erfindung. Die Schaltkreisanordnung verfügt über ein Chip-Substrat 12, das aus einem halb­ isolierenden Halbleitermaterial wie GaAs gebildet ist. Ein Hauptschaltkreisbereich 14 und ein Kapazitätsbe­ reich 16, der den Hauptschaltkreisbereich 14 um­ gibt, sind auf dem Substrat 12 gebildet. Der Kapazitätsbereich 16 besitzt einen doppelschichten Auf­ bau, der beispielsweise aus einer Stromversorgungslei­ terschicht 18 und einer Erdungsleiterschicht 20 gebil­ det ist. Die Stromversorgungsleiterschicht 18 hat eine ebene Form einer rechtwinkelig geschlossenen Schleife (Fig. 1). In dieser Ausführungsform ist die Stromver­ sorgungsleiterschicht 18 oberhalb und folglich elektrisch isoliert von der Erdungsleiterschicht 20 angeordnet. Ein Stromversorgungsanschlußfleck 22 (d.h., ein externer Anschlußfleck für die Stromversorgungsleiterschicht 18) und ein Erdungsanschlußfleck 24 (d.h. ein externer An­ schlußfleck für die Erdungsleiterschicht 20) sind außer­ halb des Kapazitätsbereichs 16 angeordnet und befinden sich im Randbereich des Substrats 12.

Die Hochgeschwindigkeitssignalübertragungsleitungen 26 a, 26 b und 26 c, die die Hochgeschwindigkeitssignale zu dem Hauptschaltkreisabschnitt 14 übertragen, durch­ queren den Kapazitätsbereich 16 und sind mit dem Haupt­ schaltkreisabschnitt 14, der von dem Kapazitätsbereich 16 umgeben ist, in der im folgenden beschriebenen Weise verbunden. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die externen Anschlußflecken 28 a, 28 b und 28 c der Signalübertra­ gungsleitungen 26 a, 26 b und 26 c ebenso wie der Strom­ versorgungsanschlußfleck 22 und der Erdungsanschluß­ fleck 24 auf dem Randbereich des Substrats 12 ange­ ordnet. Die Signalübertragungsleitungen 26 verfügen über einen Mikrostrip-Leitungsstreckenaufbau. Ihre Dicke und Breite wird in Übereinstimmung mit den Ein­ schränkungen der zur Zeit verfügbaren Technologie fest­ gelegt (d.h. der 2-µm-Regel).

Anhand der Fig. 2 bis 5 wird im folgenden detailliert beschrieben, wie die Hochgeschwindigkeitssignalüber­ tragungsleitungen 26 den Kapazitätsbereich 16 durch­ queren. Als Beispiel wird die Hochgeschwindigkeitssignal­ übertragungsleitung 26 a beschrieben. Innerhalb des Kapazitätsbereichs 16 ist eine Isolierschicht 30 zwi­ schen der Stromversorgungsleiterschicht 18 und der Erdungsleiterschicht 20 gebildet, wie in Fig. 3, 4 und 5 gezeigt. Die Isolierschicht 30 wirkt als eine iso­ lierende Zwischenschicht und ihr Material und ihre Dicke sind in Übereinstimmung mit der Einschränkung der gebräuchlichen Herstellungstechnologie festgelegt. Die Isolierschicht 30 kann ein dünner SiO₂-Film einer typischen Dicke von 600 Nanometern sein. Wie in Fig. 2 in einem vergrößerten Maßstab dargestellt, ist die Stromversorgungsleiterschicht 18 des Kapazitätsbereichs 16 dort abgeschnitten oder unterbrochen, wo die Signal­ übertragungsleitung 26 a verläuft. Eine Schaltungslei­ tung zum Verbinden der unterbrochenen Teile 18 a und 18 b auf den gegenüberliegenden Seiten der Signalübertra­ gungsleitung 26 a ist in der unteren Schicht des Kapazi­ tätsbereichs 16 gebildet, so daß die Signalübertragungs­ leitung 26 a überbrückt bzw. umgangen wird.

Im einzelnen ist eine ausgewählte Anzahl von Zwischen­ schichtverbindungsbereichen 32-1, 32-2 usw. (im folgenden als Kontaktfenster oder Durchkontaktierungsloch-Bereich bezeichnet) in gleichen Abständen im Randbereich des Stromversorgungsleiterschichtabschnitts 18 a auf einer Seite der Signalübertragungsleitung 26 a angebracht. In gleicher Weise ist dieselbe Anzahl von Zwischen­ schichtverbindungsbereichen 34-1, 34-2 usw. (im fol­ genden als Kontaktfenster oder Durchkontaktierungsloch- Bereich bezeichnet) in gleichen Abständen im Randbe­ reich des Stromversorgungsleiterschichtabschnitts 18 b auf der anderen Seite der Signalübertragungsleitung 26 a angebracht. Jedes der Kontaktfenster 32-1, 32-2 usw. ist durch eine der Überbrückungsverbindungslei­ tungen 36-1, 36-2 usw. mit dem entsprechenden Kontakt­ fenster 34-1, 34-2 usw. verbunden, wie in Fig. 4 ver­ deutlicht. Die Abstände, in denen die Überbrückungs­ verbindungsleitungen 36 angeordnet sind, entsprechen denen der Kontaktfenster 32 und 34. Wie Fig. 4 zeigt, sind die Überbrückungsverbindungsleitungen 36 in der unteren Schicht des Kapazitätsbereichs 16 gebildet, d.h. auf dem Substrat 12. Die Erdungsleiterschicht 20, die im wesentlichen die untere Schicht des Kapazitäts­ bereichs 16 darstellt, ist so ausgeführt, daß sie den Überbrückungsverbindungsleitungen 36 ausweicht bzw. diese umgeht, so daß die Erdungsleiterschicht 20 und die Überbrückungsverbindungsleitungen 36 einander nicht überlappen.

Die Erdungsleiterschicht 20 verfügt über rechtwinklige Ausschnitte 40, die in einer Linie angeordnet sind und sich in dem Bereich befinden, wo die Signalübertra­ gungsleitung 26 a des Kapazitätsbereichs 16 verläuft. In den Ausschnitten 40 sind Erdungsverbindungsleitungen 42 festgelegt, die die Signalübertragungsleitung 26 a isoliert kreuzen. In dieser Ausführungsform sind die Erdungsverbindungsleitungen 42 der Erdungsleiterschicht 20 in gleichen Abständen angeordnet wie die Über­ brückungsverbindungsleitungen 36 der Stromversorgungs­ leiterschicht 18. Auf dem Substrat 12 ist jede der Überbrückungsverbindungsleitungen 36 im wesentlichen in der jeweiligen Mitte eines der Ausschnitte 40 der Erdungsleiterschicht 20 angeordnet. Somit sind die Überbrückungsverbindungsleitungen 36 und die Erdungs­ verbindungsleitungen 42 abwechselnd in der Richtung angeordnet, in der die Signalübertragungsleitung 26 a verläuft, wie in Fig. 2 gezeigt. In dem Bereich, in dem die Signalübertragungsleitung 26 a den Kapazitäts­ bereich 16 durchläuft, erscheint das Leiterbahnmuster von oben betrachtet leiterförmig, wie schematisch in Fig. 1 gezeigt.

In einem solchen leiterförmigen Leiterbahnmuster sind die Überbrückungsverbindungsleitungen 36 (als Teil der Stromversorgungsleiterschicht 18) und die Erdungs­ verbindungsleitungen 42 (als Teil der Erdungsleiter­ schicht 20) abwechselnd in einem Bereich unterhalb der Signalübertragungsleitung 26 a angeordnet, und er­ strecken sich isoliert im rechten Winkel zu dieser. Die Signalübertragungsleitung 26 a ist sowohl mit den Überbrückungsverbindungsleitungen 36 als auch mit den Erdungsverbindungsleitungen 42 kapazitiv gekoppelt, wodurch ein Mikrostrip-Leitungsstreckenaufbau darge­ stellt wird.

In dieser Ausführungsform kann die Mikrostripleitungs­ impedanz der Signalübertragungsleitung 26 a durch fol­ gende Variationen auf einen gewünschten Wert abge­ glichen werden: Die Breite jeder Überbrückungsverbin­ dungsleitung 36 der Stromversorgungsleiterschicht 18, der Abstand zwischen zwei nebeneinander liegenden Über­ brückungsverbindungsleitungen 36, die Breite jeder Erdungsverbindungsleitung 42 der Erdungsleiterschicht 20 und der Abstand zwischen zwei nebeneinander liegenden Erdungsverbindungsleitungen 42. Diese Faktoren können frei und leicht variiert werden mittels der Muster­ strukturierungstechnologie. Die Breite und Dicke der Signalübertragungsleitung 26 a muß zur Beeinflussung der Impedanz der Signalübertragungsleitung 26 a des Mikrostrip-Leitungsaufbaus nicht verändert werden. Dies trägt zu einer wirkungsvollen Impedanzbeeinflussung der Signalleitung 26 a bei. Darüber hinaus können sowohl die Produktivität als auch die Zuverlässigkeit der Halbleiteranordnung verbessert werden, da die Signal­ übertragungsleitungen 26 hergestellt werden können, ohne daß spezielle Musterstrukturierungsbedingungen erforderlich sind und die zwischenschichtige Isolier­ schicht 30 zur Beeinflussung der Impedanz keiner spe­ ziellen Festlegung bedarf. Wird beispielsweise als zwischenschichtige Isolierschicht 30 ein dünner SiO₂- Film mit einer Dicke von 300 Nanometern verwandt, so kann die Impedanz der Signalübertragungsleitung 26 a nach dem Mikrostriptyp 50 Ohm betragen (welches ein typischer Wert ist), in dem die Breite der Signal­ übertragungsleitung 26 a auf 2 µm festgelegt wird (ein gebräuchlicher Wert) und der Abstand D zwischen einer Überbrückungsverbindungsleitung 36 und der ihr gegen­ überliegenden Erdungsverbindungsleitung 42 auf 6 µm fest­ gelegt wird. Die Impedanz der Hochgeschwindigkeits­ signalleitung 26 a kann dadurch abgeglichen werden, daß im wesentlichen der Abstand D variiert wird, sofern ein abweichender Impedanzwert gewünscht wird.

In dieser Ausführungsform kann darüber hinaus der Rauschabstand des Hauptschaltkreisabschnitts 14 der Halbleiteranordnung 10 verbessert werden. Grund hierfür ist, daß die rauschabschirmende Wirkung des Kapazitäts­ bereichs 16 dadurch maximiert werden kann, daß die Überbrückungsverbindungsleitungen 36 und die Erdungs­ verbindungsleitungen 42 in gleichen Abständen im Be­ reich unter jeder Signalübertragungsleitung 26 ange­ ordnet sind. In diesem Fall ist die Impedanzcharakteristik jeder Signalübertragungsleitung 26 über ihre gesamte Länge gleichförmig. Ist die Impedanzcharakteristik einer Hochgeschwindigkeitssignalleitung 26 i über ihre gesamte Länge gleichförmig, so heben die nachteiligen Auswirkungen einander auf, die das Rauschen in der Stromversorgungsleiterschicht 18 und der Erdungsleiter­ schicht 20 auf die Signalübertragungsleitung 26 i haben. Da zusätzlich die Zwischenverbindung in dem Bereich, wo die Signalübertragungsleitungen 26 den Kapazitätsbe­ reich 16 durchqueren verbessert werden können, kann die Entstehung von Rauschen in der Stromversorgungslei­ terschicht 18 unterdrückt werden.

Der Hauptschaltkreisabschnitt 14 der Halbleiteranordnung 10 gemäß der Ausführungsform wirkt auf eine Spannungs­ quelle vom Typ negativer Polarität. Daher liegt an der Erdungsleiterschicht 20 des Kapazitätsbereichs 16 inner­ halb der Anordnung 10 das höchste Potential an. In An­ betracht dieser Tatsache ist die Erdungsleiterschicht 20 auf dem Substrat 12 direkt als untere Schicht gebil­ det, wie Fig. 3, 4 und 5 zeigen. Mit dieser Anordnung werden die Arbeitscharakteristiken der Hochgeschwin­ digkeit FETs, die in dem Hauptschaltkreisabschnitt 14 eingesetzt sind, zuverlässig von Abweichungen aufgrund des sog. "Seitengattereffekts" abgehalten.

Fig. 6 zeigt in vergrößertem Maßstab den Hauptbereich einer integrierten Hochgeschwindigkeits-Halbleiterschalt­ kreisanordnung 50 entsprechend einer zweiten Ausfüh­ rungsform der Erfindung. In den Fig. 6 und 2 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Solche Teile werden im folgenden nicht erneut detailliert beschrieben. Die in Fig. 6 gezeigte Anordnung 50 unter­ scheidet sich von der in Fig. 2 gezeigten Anordnung 10 dadurch, daß die vertikale Anordnung der Stromversor­ gungsleiterschicht 18 und der Erdungsleiterschicht 20 auf den gegenüberliegenden Seiten der Signalübertra­ gungsleitung 26 a gegenüber der zuvor beschriebenen um­ gekehrt ist.

Die linke Seite der Signalübertragungsleitung 26 a, die Stromversorgungsleiterschicht 18 b ist über der Erdungs­ leiterschicht 20 b als die obere Schicht des Kapazitäts­ bereichs 16 gebildet, wie in Fig. 7 gezeigt. In diesem Punkt gleicht die in Fig. 6 gezeigte Anordnung der in Fig. 2 gezeigten Anordnung. Auf der rechten Seite der Signalübertragungsleitung 26 a ist die Stromversorgungs­ leiterschicht 18 a jedoch auf der Oberfläche des Sub­ strats 12 gebildet und stellt somit die untere Schicht des Kapazitätsbereichs 16 dar, während die Erdungs­ leiterschicht 20 b auf der zwischenschichtigen Isolier­ schicht 30 gebildet ist und damit oberhalb der Schicht 18 a als die obere Schicht des Kapazitätsbereichs 16 an­ geordnet ist.

Die obere Stromversorgungsschicht 18 b auf der linken Seite der Signalübertragungsleitung 26 a besitzt Kontakt­ fenster 52-1, 52-2 usw. in der Isolierschicht 30. Die untere Stromversorgungsschicht 18 a auf der rechten Seite der Hochgeschwindigkeitssignalleitung 26 a ver­ fügt über Verbindungsleitungen 54-1, 54-2 usw., die im Ganzen wie die Zähne eines Kamms aussehen. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist das Kontaktfenster 52-1 mit der entsprechenden Verbindungsleitung 54-1 verbunden. Die übrigen Kontaktfenster 52-2 usw. sind mit den ent­ sprechenden Verbindungsleitungen 54-2 usw. verbunden. Durch diese Kontaktfenster und Verbindungsleitungen sind die Stromversorgungsleiterschichten 18 a und 18 b auf den beiden jeweiligen Seiten der Hochgeschwindig­ keitssignalleitung 26 a miteinander elektrisch verbunden.

Die obere Erdungsleiterschicht 20 a auf der rechten Seite der Signalübertragungsleitung 26 a hat Kontakt­ fenster 56-1 usw. in der Isolierschicht 30. Die untere Erdungsleiterschicht 20 b auf der linken Seite der Signalübertragungsleitung 26 a hat Verbindungsleitungen 58-1 usw., die im Ganzen das Aussehen der Zähne eines Kamms haben. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, ist das Kon­ taktfenster 56-1 mit der entsprechenden Verbindungslei­ tung 58-1 verbunden. Desgleichen sind die übrigen Kon­ taktfenster 56-2 usw. mit den jeweils entsprechenden Verbindungsleitungen 58-2 usw. verbunden. Durch diese Kontaktfenster und Verbindungsleitungen sind die Erdungs­ leiterschichten 20 a und 20 b auf den jeweiligen Seiten der Hochgeschwindigkeitssignalleitung 26 a elektrisch miteinander verbunden.

Wie in Fig. 6 gezeigt, sind die Verbindungsleitungen 54 und 58 abwechselnd und in gleichen Abständen zuein­ ander angeordnet, wodurch sich ein leiterförmiges Lei­ terbahnmuster ähnlich dem der in Fig. 2 gezeigten Aus­ führungsform ergibt. Das leiterförmige Leiterbahnmuster der Verbindungsleitungen 54 und 58 kreuzt die entspre­ chende Signalübertragungsleitung 26 a isoliert im rechten Winkel zu ihr. Demzufolge verfügt die Anordnung 50 in Fig. 6 über die gleichen Vorteile wie die in Fig. 2 gezeigte Anordnung 10.

Fig. 10 zeigt den Hauptbereich einer integrierten Hoch­ geschwindigkeits-Halbleiterschaltkreisanordnung 70 ge­ mäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die Anordnung 70 verfügt über einen Hauptschaltkreisab­ schnitt 74 auf dem Chip-Substrat 12, der in erste und zweite Funktionsschaltkreisblöcke 74 a und 74 b aufge­ teilt ist. Der Kapazitätsbereich 76 der Anordnung 70 hat die Form einer "8" und umgibt die zwei Schalt­ kreisblöcke 74 a und 74 b. Der Kapazitätsbereich 76 ist aus einem äußeren Rahmenbereich 78 a in der Form einer rechteckigen geschlossenen Schleife und einem inneren geradlinigen Bereich 78 b zusammengesetzt, der sich zwi­ schen den zwei Schaltkreisblöcken 74 a und 74 b befindet. Wie bei den vorausgegangenen Ausführungsformen ist der Kapazitätsbereich 76 von doppelschichtigem Aufbau und aus einer Stromversorgungsleiterschicht 80 und einer Erdungsleiterschicht 82 zusammengesetzt.

Wie in Fig. 10 gezeigt, ist die Stromversorgungsleiter­ schicht 80 mit einem externen Stromversorgungsanschluß­ fleck 84 verbunden, während die Erdungsleiterschicht 82 mit einem Erdungsanschlußfleck 86 verbunden ist. Die externen Anschlußflecken 88 und 90 sind Signalein­ gangsanschlußflecken, ein externer Anschlußfleck 92 ein Überwachungs- bzw. Aufzeichnungsanschlußfleck und die externen Anschlußflecken 94 und 96 Signalausgangs­ anschlußflecken. Der Signaleingangsanschlußfleck 88 ist mit einem Signalanschluß 102 des ersten Funktions­ schaltkreisblocks 74 a durch eine Hochgeschwindigkeits­ signalleitung 100 verbunden. Der Signalanschluß 102 ist mit einem Abschlußwiderstand versehen, der einen Widerstand von beispielsweise 50 Ohm hat. Der Signal­ eingangsanschlußfleck 90 ist mit einem weiteren Signal­ anschluß 106 des ersten Funktionsschaltkreisblocks 74 a durch eine Hochgeschwindigkeitssignalleitung 104 ver­ bunden. Der Signalanschluß 106 ist mit dem Überwachungs­ anschlußfleck 92 über eine Hochgeschwindigkeitssignal­ leitung 108 verbunden. Die Hochgeschwindigkeitssignal­ leitungen 100, 104 und 108 durchqueren den Kapazitäts­ bereich mittels eines leiterförmigen Leiterbahnmusters, das ähnlich aufgebaut ist wie das in den zuvor er­ läuterten Ausführungsformen beschriebene. Der Anschluß 106 ist direkt mit der Basiselektrode eines Feldeffekt­ transistors (FET) des ersten Funktionsschaltkreisblocks 74 a verbunden. Ein Signal, das von dem Signaleingangs­ anschlußfleck 90 aufgenommen wird, wird über die Hoch­ geschwindigkeitssignalleitung 104 zum Eingabeanschluß 106 übertragen und sodann an das Gatter des FETs ge­ liefert. Das Signal wird weiterhin durch die Hochge­ schwindigkeitssignalleitung 108 zu dem Überwachungs­ anschlußfleck 92 übertragen, wo es überwacht bzw. auf­ gezeichnet wird.

Signalausgangsanschlüsse 110 des ersten Funktionsschalt­ kreisblocks 74 a sind durch Hochgeschwindigkeitssignal­ leitungen 112 mit Signaleingangsanschlüssen 114 des zweiten Funktionsschaltkreisblocks 74 b verbunden. Die Hochgeschwindigkeitssignalleitungen 112 durchqueren den inneren geraden Bereich 78 b des Kapazitätsbereichs 76 in gleicher Weise wie zuvor beschrieben. Jede der Hochgeschwindigkeitssignalleitungen 112 ist mit einem Abschlußwiderstand versehen, der einen Widerstand von beispielsweise 50 Ohm hat. Die Signalausgangsanschlüsse 116 und 118 des zweiten Funktionsschaltkreisblocks 74 b sind über die Hochgeschwindigkeitssignalleitungen 120 und 122 mit den Signalausgangsanschlußflecken 94 und 96 verbunden. Die Signalleitungen 120 und 122 durch­ queren den äußeren Bereich 82 des Kapazitätsbereichs 76 in gleicher Weise wie zuvor beschrieben mittels einer leiterförmigen Leiterbahnmusteranordnung. Für diese Hochgeschwindigkeitssignalleitungen 120 und 122 ist kein Abschlußwiderstand vorgesehen.

In dem Kapazitätsbereich 76 der dritten Ausführungsform kann die vertikale Anordnung der Stromversorgungsleiter­ schicht und der Erdungsleiterschicht ähnlich der in der ersten Ausführungsform (Fig. 1 bis 5) beschrie­ benen sein. Alternativ dazu kann die vertikale Anordnung so festgelegt sein, wie sie in der zweiten Ausführungs­ form (Fig. 6 bis 9) beschrieben ist, d.h. die Anordnung der Stromversorgungsleiterschicht und der Erdungslei­ terschicht kann auf beiden Seiten einer Hochgeschwin­ digkeitssignalleitung umgekehrt sein. In der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 10 sind die meisten der Hochgeschwindigkeitssignalleitungen, insbesondere die Signalleitungen 100, 104, 108, 112 und 120) von dem leiterförmigen Leiterbahnmusteraufbau, wie er anhand der Fig. 2 bis 5 beschrieben wurde. Die Hochgeschwin­ digkeitssignalleitung 122 hat einen umgekehrten leiter­ förmigen Leiterbahnmusteraufbau entsprechend dem in den Fig. 6 bis 9 beschriebenen. Die obere Schicht des Kapazitätsbereichs 76 besteht aus unterschiedlichen Elementen zwischen der rechten und linken Seite der Hochgeschwindigkeitssignalleitung 122. Auf der linken Seite der Signalleitung 122 wird die obere Schicht des Kapazitätsbereichs 76 von der Stromversorgungsleiter­ schicht 80 dargestellt, während auf der rechten Seite die Erdungsleiterschicht 82 die obere Schicht des Kapazitätsbereichs 76 darstellt. Die Anordnung gemäß der dritten Ausführungsform verfügt über einen Blind­ belegungsabschnitt 124 mit einem leiterförmigen Leiter­ bahnmuster, so daß die vertikale Anordnung an einer Stelle wieder umgekehrt wird. Über diesen Blindbele­ gungsabschnitt 124 verläuft keine Hochgeschwindigkeits­ signalleitung.

Die Hochgeschwindigkeitssignalleitungen 112 zur Ver­ bindung der zwei Funktionsschaltkreisblöcke 74 a und 74 b unterscheiden sich in der Leitungsbreite von den Hoch­ geschwindigkeitssignalleitungen 100, 104, 108, 120 und 122, die mit den Anschlußflecken 88, 90, 92, 94 und 96 verbunden sind. Im Vergleich mit den Signalleitungen 100, 104, 108, 120 und 122 sind die Signalleitungen 112 länger und haben eine kleinere stromtreibende Kapazität, weshalb die Signalleitungen 112 nicht ver­ breitert werden müssen. Im Fall der dritten Ausführungs­ form ist die Breite der Signalleitungen 112 auf 4 µm festgelegt, die Breite der Leitungen des entsprechenden leiterförmigen Leiterbahnmusters beträgt 2 µm und der Abstand D (Fig. 2) zwischen den Leitungen des leiter­ förmigen Leiterbahnmusters ist mit 2 µm festgelegt. Die Mikrostrip-Impedanz jeder Hochgeschwindigkeits­ signalleitung wird somit auf 50 Ohm festgelegt.

In den zuvor beschriebenen Ausführungsformen umfaßt der Kapazitätsbereich (16, 76) vollständig den Haupt­ schaltkreisabschnitt (14, 74). Der Kapazitätsbereich kann jedoch ebenso den Hauptschaltkreisabschnitt nur teilweise umfassen oder an seiner Seite angeordnet sein, wie dies dem Stand der Technik entspricht. Auch in diesem Fall kann eine Hochgeschwindigkeitssignallei­ tung 26 a mit den zuvor genannten herausragenden Vor­ teilen durch Einsatz der leiterförmigen Leiterbahnmuster­ anordnung für Hochgeschwindigkeitssignal des Mikrostrip- Aufbaus benutzt werden.

Claims (12)

1. Leiterbahnaufbau zur Beeinflussung der Impedanz, gekennzeichnet durch
ein Substrat (12, 72),
eine Signalübertragungsleitung (26, 100, 104, 108, 112, 120, 122), die isoliert über dem Substrat an­ gebracht ist und einen Mikrostrip-Leiterbahnaufbau aufweist,
erste und zweite Kapazitätsbereiche (16, 76) auf jeder Seite der Signalübertragungsleitung, wobei jeder der ersten und zweiten Kapazitätsbereiche erste und zweite leitende Schichten (16, 18, 80, 82) enthält, die jeweils isoliert übereinander angeordnet sind,
eine Verbindungseinrichtung zum miteinander Verbin­ den der ersten leitenden Schichten der ersten und zweiten Kapazitätsbereiche und zum miteinander Ver­ binden der zweiten leitenden Schichten der ersten und zweiten Kapazitätsbereiche,
erste und zweite parallele Verbindungsabschnitte (36, 42, 54, 58) der Verbindungseinrichtungen, wo­ bei diese Verbindungsabschnitte abwechselnd auf dem Substrat angeordnet sind, sich unterhalb der Signal­ übertragungsleitung befinden und diese unter im we­ sentlichen rechten Winkeln kreuzen, und
die ersten Verbindungsabschnitte die ersten leiten­ den Schichten miteinander verbinden und die zweiten Verbindungsabschnitte die zweiten leitenden Schichten miteinander verbinden.

2. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Verbindungsabschnitte auf dem Substrat (12, 72) unter im wesentlichen konstanten, im voraus festgelegten Abständen gebildet sind.

3. Aufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten leitenden Schichten (18 a, 18 b), die durch die ersten Verbindungsabschnitte (36) miteinander verbunden sind und die zweiten leitenden Schichten (20 a, 20 b), die durch die zweiten Verbindungsab­ schnitte (42) miteinander verbunden sind an Span­ nungen anliegen, die ein unterschiedliches Niveau haben.

4. Aufbau nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten leitenden Schichten (18 a, 20 a) des ersten Kapazitätsbereichs in der gleichen Reihen­ folge übereinander angeordnet sind wie die ersten und zweiten leitenden Schichten (18 b, 20 b) des zwei­ ten Kapazitätsbereichs.

5. Aufbau nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten leitenden Schichten (18 a, 20 a) des ersten Kapazitätsbereichs in einer anderen Reihenfolge übereinandergefügt sind als die ersten und zweiten leitenden Schichten (18 b, 20 b) des zwei­ ten Kapazitätsbereichs.

6. Integrierte Halbleiterschaltkreisanordnung, gekenn­ zeichnet durch
ein Substrat (12, 72),
einen Hauptschaltkreisabschnitt (14, 74), der auf dem Substrat gebildet ist,
einen Kapazitätsbereich, der auf dem Substrat ge­ bildet ist und an den Hauptschaltkreisabschnitt anliegend angeordnet ist, wobei der Kapazitätsbe­ reich eine untere leitende Schicht beinhaltet, über dieser eine obere leitende Schicht isoliert ange­ ordnet ist und die obere und untere Schicht jeweils an ersten und zweiten Spannungen anliegen, die ein unterschiedliches Niveau haben,
eine Signalübertragungsleitung (16, 18, 80, 82), die den Kapazitätsbereich isoliert durchquert und mit dem Hauptschaltkreisabschnitt verbunden ist, wobei die Signalübertragungsleitung den Kapazitäts­ bereich in einen ersten und zweiten Kapazitätsunter­ bereich aufteilt, und
eine Impedanzbeeinflussungseinrichtung zum Verbinden der entsprechenden Schichten der ersten und zweiten Kapazitätsunterbereiche miteinander und zur Beein­ flussung der Impedanz der Signalübertragungsleitung, wobei die Impedanzbeeinflussungseinrichtung erste Leiterbahnen beinhaltet, die eine der oberen und unteren Schichten des ersten Kapazitätsunterbe­ reichs mit einer entsprechenden leitenden Schicht des zweiten Kapazitätsunterbereichs elektrisch ver­ bindet, weiterhin
zweite Leiterbahnen beinhaltet, die die andere der oberen und unteren Schichten des ersten Kapazitäts­ unterbereichs mit der verbleibenden leitenden Schicht des zweiten Kapazitätsunterbereichs elek­ trisch verbinden und
die ersten und zweiten Leiterbahnen abwechselnd an­ geordnet sind und sich unter im wesentlichen rechten Winkeln zu der Signalübertragungsleitung erstrecken.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine Oberseite aufweist, auf der die ersten und zweiten Leiterbahnen gebildet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Isolierschicht (30), die zwischen den oberen und unteren Schichten jeder der ersten und zweiten Kapazitätsunterbereiche gebildet ist, wobei die Isolierschicht die ersten und zweiten Leiterbahnen (36, 42, 54, 58) bedeckt.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzbeeinflussungseinrichtung Kontakt­ fenster (32, 34, 52, 56) enthält, die als Durch­ kontaktierungsausschnitte in der Isolierschicht ge­ bildet sind.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapazitätsbereich den Hauptschaltkreisab­ schnitt auf dem Substrat horizontal umfaßt.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptschaltkreisabschnitt in eine Anzahl von Unterschaltkreisabschnitten (74 a, 74 b) aufge­ teilt ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den ersten und zweiten Spannungen um eine Versorgungsspannung und eine Erdungsspannung der Anordnung handelt.