JP2008148041A - Semiconductor device - Google Patents

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Yasushi Shizuki
康 志津木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of supplying a clock with less skew for over a wide range of a chip and reducing power consumption. <P>SOLUTION: The semiconductor device is provided with a semiconductor chip on which a driver 14 which outputs a clock signal and a receiver 15 which receives the clock signal are integrally formed and a waveguide 13 mounted on the semiconductor chip. In the waveguide, a transmitting antenna 20 which transmits the clock signal supplied from the driver in the waveguide and a receiving antenna 21 which receives the clock signal transmitted in the waveguide to supply it to the receiver are arranged. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、金属導波管をクロック専用の導波路として用いる半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device using a metal waveguide as a waveguide dedicated to a clock.

GHz帯のクロックを使うシステムLSIでは、クロックディストリビューションにH-treeと呼ばれる分配装置が用いられている(例えば特許文献1参照)。このH-treeにより分配される同じクロックドメイン間内では、クロックスキュー(skew)が無視できる。   In a system LSI that uses a clock in the GHz band, a distribution device called an H-tree is used for clock distribution (see, for example, Patent Document 1). Within the same clock domain distributed by this H-tree, the clock skew can be ignored.

しかし、異なるクロックドメイン間ではスキューが生じ、ツリー(tree)内に配したバッファの特性ばらつきによってもスキューが生ずる。しかも、クロック周波数が高くなるのにしたがってスキューに対するバジェット(budget)が厳しくなり、且つ消費電力も増大する。   However, skew occurs between different clock domains, and skew is also caused by variations in characteristics of buffers arranged in the tree. In addition, as the clock frequency increases, the budget for skew becomes more severe and the power consumption increases.

従来の他のクロックディストリビューションとして、サルファシッククロックと呼ばれる方法も知られている(例えば非特許文献1参照)。このサルファシッククロック分配は、クロック周波数とほぼ同じ波長となる伝送線路の一端をオープンにして定在波を立たせ、広い範囲に渡りスキューのないクロック配線を得る技術である。   As another conventional clock distribution, a method called a sulphasic clock is also known (see, for example, Non-Patent Document 1). This sulphatic clock distribution is a technique for obtaining a clock wiring having no skew over a wide range by making a standing wave stand by opening one end of a transmission line having the same wavelength as the clock frequency.

しかしながら、この分配方法は、シリコン(Si)上の伝送線路のロスが大きいため、完全反射を得ることが難しく、実際にはスキューが生じてしまう。特に、Siは高周波での伝送損失が大きいこともあり、クロックの高周波化に不向きである。また、伝送線路上の位置により振幅が異なることに起因するスキューも発生する。   However, in this distribution method, since the loss of the transmission line on silicon (Si) is large, it is difficult to obtain complete reflection, and a skew actually occurs. In particular, Si has a large transmission loss at high frequencies, and is not suitable for high frequency clocks. In addition, skew is also caused due to the difference in amplitude depending on the position on the transmission line.

このように、従来技術では、クロックの周波数が高くなるにつれ、グローバルクロックから供給されるクロック位相のスキューが大きくなり、ジッターバジェット(jitter budget)に影響を与え、且つ消費電力も増大するという問題がある。
United States Patent No.6,876,794 B2 "Digital Systems Engineering" William J.Dally & John W.Poulton Cambridge University Press (1998/08)
As described above, according to the conventional technology, as the clock frequency increases, the skew of the clock phase supplied from the global clock increases, which affects the jitter budget and increases the power consumption. is there.
United States Patent No.6,876,794 B2 "Digital Systems Engineering" William J. Dally & John W. Poulton Cambridge University Press (1998/08)

この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、チップの広範囲に渡りスキューの少ないクロック信号を供給でき、且つ消費電力を低減できる半導体装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of supplying a clock signal with little skew over a wide area of a chip and reducing power consumption. is there.

この発明の一態様によると、クロック信号を出力するドライバと、クロック信号を受信するレシーバとが集積形成された半導体チップと、前記半導体チップに搭載された導波管と、前記導波管内に配置され、前記ドライバから供給されたクロック信号を前記導波管内に送出する送信アンテナと、前記導波管内に配置され、前記導波管内を伝送されたクロック信号を受信して前記レシーバに供給する受信アンテナとを具備する半導体装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, a semiconductor chip in which a driver that outputs a clock signal and a receiver that receives the clock signal are integrated, a waveguide mounted on the semiconductor chip, and a waveguide disposed in the waveguide A transmitting antenna that sends out a clock signal supplied from the driver into the waveguide, and a receiver that is arranged in the waveguide and receives the clock signal transmitted through the waveguide and supplies the received clock signal to the receiver. A semiconductor device including an antenna is provided.

この発明の他の一態様によると、クロック信号を出力するドライバと、クロック信号を受信するレシーバとが集積形成された半導体チップと、一方の面に前記半導体チップが実装され、この一方の面から他方の面に貫通する配線を有する多層配線層と、前記多層配線層の他方の面に搭載された導波管と、前記導波管内に配置され、前記ドライバから供給されたクロック信号を前記導波管内に送出する送信アンテナと、前記導波管内に配置され、前記導波管内を伝送されたクロック信号を受信して前記レシーバに供給する受信アンテナとを具備する半導体装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, a semiconductor chip in which a driver that outputs a clock signal and a receiver that receives the clock signal are integrated, and the semiconductor chip is mounted on one surface, A multilayer wiring layer having wiring penetrating on the other surface; a waveguide mounted on the other surface of the multilayer wiring layer; and a clock signal disposed in the waveguide and supplied from the driver. There is provided a semiconductor device comprising: a transmission antenna that transmits into a wave tube; and a reception antenna that is disposed in the waveguide and receives a clock signal transmitted through the waveguide and supplies the clock signal to the receiver.

この発明の更に他の一態様によると、クロック信号を出力するドライバと、クロック信号を受信するレシーバとが集積形成された第1の半導体チップと、前記クロック信号を受信するレシーバが集積形成された第2の半導体チップと、前記第1,第2の半導体チップの素子形成面間を対向させて挟まれた状態で搭載され、前記第1,第2の半導体チップで共用される導波管と、前記導波管内に配置され、前記ドライバから供給されたクロック信号を前記導波管内に送出する送信アンテナと、前記導波管内に配置され、前記導波管内を伝送されたクロック信号を受信して、前記第1の半導体チップ中のレシーバに供給する第1の受信アンテナと、前記導波管内に配置され、前記導波管内を伝送されたクロック信号を受信して、前記第2の半導体チップ中のレシーバに供給する第2の受信アンテナとを具備する半導体装置が提供される。   According to still another aspect of the present invention, a first semiconductor chip in which a driver that outputs a clock signal and a receiver that receives the clock signal are integrated, and a receiver that receives the clock signal are integrated. A second semiconductor chip, a waveguide mounted between the element forming surfaces of the first and second semiconductor chips facing each other, and shared by the first and second semiconductor chips; A transmitting antenna disposed in the waveguide and transmitting a clock signal supplied from the driver into the waveguide; and a clock signal disposed in the waveguide and transmitted in the waveguide. A first receiving antenna to be supplied to a receiver in the first semiconductor chip; and a clock signal disposed in the waveguide and transmitted in the waveguide to receive the second semiconductor Tsu semiconductor device and a receiving antenna a receiver in the second supply of in-flops are provided.

この発明の別の一態様によると、各々にクロック信号を受信するレシーバが集積形成され、少なくとも1つにクロック信号を出力するドライバが集積形成された複数の半導体チップと、前記複数の半導体チップの素子形成面上に搭載され、前記複数の半導体チップで共用される導波管と、前記導波管内に配置され、前記ドライバから供給されたクロック信号を前記導波管内に送出する送信アンテナと、前記導波管内に配置され、前記導波管内を伝送されたクロック信号を受信して、前記複数の半導体チップ中のレシーバにそれぞれ供給する複数の受信アンテナとを具備する半導体装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, a plurality of semiconductor chips each including a receiver that receives a clock signal and integrated with at least one driver that outputs a clock signal, and the plurality of semiconductor chips. A waveguide mounted on the element forming surface and shared by the plurality of semiconductor chips, a transmission antenna disposed in the waveguide and transmitting a clock signal supplied from the driver into the waveguide; There is provided a semiconductor device including a plurality of receiving antennas disposed in the waveguide, receiving a clock signal transmitted through the waveguide, and supplying the clock signal to receivers in the plurality of semiconductor chips.

この発明によれば、チップの広範囲に渡りスキューの少ないクロック信号を供給でき、且つ消費電力を低減できる半導体装置が得られる。   According to the present invention, a semiconductor device capable of supplying a clock signal with little skew over a wide range of chips and reducing power consumption can be obtained.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
図1及び図2はそれぞれ、この発明の第1の実施形態に係る半導体装置の概略構成を模式的に示す断面図及び平面図である。ここで、図2におけるX−X’線に沿った断面が図1に対応している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
1 and 2 are a cross-sectional view and a plan view, respectively, schematically showing a schematic configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Here, the cross section along the line XX ′ in FIG. 2 corresponds to FIG.

図1に示す如く、この半導体装置は、半導体チップ11が多層配線層12の一方の面に実装され、この多層配線層12の他方の面に導波管13が搭載された構成になっている。この多層配線層12と導波管13との接続には、例えばバンプにハンダ/ハンダを用いるC4接続(Controlled Collapse Chip Connection)が用いられている。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device has a configuration in which a semiconductor chip 11 is mounted on one surface of a multilayer wiring layer 12 and a waveguide 13 is mounted on the other surface of the multilayer wiring layer 12. . For the connection between the multilayer wiring layer 12 and the waveguide 13, for example, a C4 connection (Controlled Collapse Chip Connection) using solder / solder for bumps is used.

上記チップ11中には、種々の半導体素子に加えて、クロック信号を出力して導波管内13内に送出するためのドライバ14と、クロック信号を受けるレシーバ15が集積形成されている。上記ドライバ14には、PLL(phase-locked loop)回路から所定の周波数のクロック信号CLKが供給される。また、上記レシーバ15の入力端には、保護素子として働くMIM-キャパシタ16の一方の電極と抵抗17の一端との接続点が接続されている。そして、上記抵抗17の他端と接地点間に定電流源18が接続されている。   In the chip 11, in addition to various semiconductor elements, a driver 14 for outputting a clock signal and sending it into the waveguide 13 and a receiver 15 for receiving the clock signal are integrated. The driver 14 is supplied with a clock signal CLK having a predetermined frequency from a PLL (phase-locked loop) circuit. A connection point between one electrode of the MIM-capacitor 16 serving as a protection element and one end of the resistor 17 is connected to the input end of the receiver 15. A constant current source 18 is connected between the other end of the resistor 17 and a ground point.

上記多層配線層12は、Siチップの多層配線層や配線基板等で形成され、チップ11の実装面側から導波管13の搭載面側に貫通する配線導体19−1,19−2を備えている。これらの配線導体19−1,19−2は、上記導波管13内に配置された送信アンテナ20と受信アンテナ21、及び接地導体に電気的に接続されている。配線導体19−1,19−2におけるそれぞれ3本の配線のうち中央の1本がアンテナ20,21に接続され、両側の2本が接地導体に接続される。   The multilayer wiring layer 12 is formed of a multilayer wiring layer of a Si chip, a wiring board, or the like, and includes wiring conductors 19-1 and 19-2 penetrating from the mounting surface side of the chip 11 to the mounting surface side of the waveguide 13. ing. These wiring conductors 19-1 and 19-2 are electrically connected to the transmission antenna 20, the reception antenna 21, and the ground conductor disposed in the waveguide 13. Of the three wires in each of the wiring conductors 19-1 and 19-2, one at the center is connected to the antennas 20 and 21, and two on both sides are connected to the ground conductor.

上記導波管13は、例えばMEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)技術を用いて形成した方形金属導波管である。この導波管13を形成する金属は、表皮厚さに対して充分に厚くなっている。図2に示すように、チップ11中に集積形成されたPLL回路10からドライバ14を介してチップ11の中央部に配置された送信アンテナ20に供給されたクロック信号は導波管13内に送出される。この導波管13内を伝搬されたクロック信号は、行列状に配置された受信アンテナ21−1,21−2,21−3,…で受信される。   The waveguide 13 is a rectangular metal waveguide formed using, for example, MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) technology. The metal forming the waveguide 13 is sufficiently thick with respect to the skin thickness. As shown in FIG. 2, the clock signal supplied from the PLL circuit 10 integrated in the chip 11 to the transmitting antenna 20 disposed in the center of the chip 11 via the driver 14 is sent into the waveguide 13. Is done. The clock signal propagated in the waveguide 13 is received by receiving antennas 21-1, 21-2, 21-3,... Arranged in a matrix.

上記導波管13は、平面伝送線路と比較して遙かに低損失であるため、この導波管13内部での信号の減衰は少ない。また、導波管13内を伝搬する波に対して平行な断面で見た場合、位相が等しくなる。更に、図3に示すように、導波管13の幅をaとしたとき、2aをクロック波長λに近づけることで位相速度Vpが非常に高くなり、ほぼ面内全域に渡り同位相の波形が得られる。よって、上記導波管13を共振器にしてしまえば、面内全てに渡り同位相となる。しかも、サルファシッククロック分配とは異なり、電圧制御がゼロとなる「節」が存在しない(節になるのは金属面)。   Since the waveguide 13 has a much lower loss than a planar transmission line, the signal attenuation inside the waveguide 13 is small. Further, when viewed in a cross section parallel to the wave propagating in the waveguide 13, the phases are equal. Further, as shown in FIG. 3, when the width of the waveguide 13 is a, the phase velocity Vp becomes very high by bringing 2a closer to the clock wavelength λ, and the waveform having the same phase is almost entirely in the plane. can get. Therefore, if the waveguide 13 is a resonator, the phase is the same over the entire surface. Moreover, unlike the sulphasic clock distribution, there is no “node” where the voltage control is zero (a metal surface is a node).

図4は、上記図1乃至図3に示した導波管13を、LSIの製造プロセスを利用して形成した場合の構成例を示す断面図である。この導波管13は、金属基板31、導波管側壁部32及びSiインターポーザ33を張り合わせて形成したものである。上記導波管側壁部32は、例えば面方位(110)の2枚のSi基板32A,32Bを張り合わせ、エッチングを行って開孔を形成することで導波管の側壁構造を形成した後、側壁部にバリアメタル34を形成し、Cu/Auなどのメタルでメッキ層35を形成したものである。上記Siインターポーザ33は、Si基板に貫通孔を形成し、この貫通孔内にメッキ層36を形成したものである。このメッキ層の一部(36A,36B,36C)はアンテナとして働き、一部(36D,36E)は導波管の下面の接地電極と側壁部との接続部を形成している。上記アンテナや上記接地電極にはそれぞれバンプ37,37,…が形成されている。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration example in which the waveguide 13 shown in FIGS. 1 to 3 is formed using an LSI manufacturing process. The waveguide 13 is formed by bonding a metal substrate 31, a waveguide side wall portion 32, and a Si interposer 33. For example, the waveguide side wall portion 32 is formed by bonding two Si substrates 32A and 32B having a plane orientation (110) and performing etching to form a side wall structure of the waveguide. A barrier metal 34 is formed on the portion, and a plating layer 35 is formed of a metal such as Cu / Au. The Si interposer 33 is obtained by forming a through hole in a Si substrate and forming a plating layer 36 in the through hole. Part of the plated layer (36A, 36B, 36C) functions as an antenna, and part (36D, 36E) forms a connection part between the ground electrode on the lower surface of the waveguide and the side wall part. Bumps 37, 37,... Are formed on the antenna and the ground electrode, respectively.

次に、上述したような構成において、導波管13内のクロック信号の伝搬について図5乃至図7により説明する。図5は、TE10モードの電磁界分布を示しており、破線が磁界、実線の矢印が電界の向きを表している。図6に示すように、導波管13内に垂直に金属棒(送信アンテナ20、受信アンテナ21)を立てることにより、図5に示した電界分布と平行になり、結合が生じてエネルギーのやりとりが可能になる。このような金属棒は、導波管13内の任意の位置に挿入することが可能である。   Next, in the configuration as described above, the propagation of the clock signal in the waveguide 13 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows the TE10 mode electromagnetic field distribution, where the broken line represents the magnetic field and the solid arrow represents the direction of the electric field. As shown in FIG. 6, by vertically setting metal rods (transmitting antenna 20 and receiving antenna 21) in the waveguide 13, the electric field distribution shown in FIG. Is possible. Such a metal rod can be inserted into an arbitrary position in the waveguide 13.

なお、導波管13の真空中のカットオフ波長の半分の値λ/2は、例えば1GHzで15cm、5GHzで3cm、10GHzで1.5cmであり、チップ11のサイズ(10mm角程度)に比べて大きいが、導波管13内に低損失の誘電体(例えば誘電率の高いガス)を充填することで調整できる。また、図7に示すように、導波管13の一部に凹み22を形成することで、導波管13の幅aが同一の場合でも、カットオフ波長を長くすることもできる。具体的には、凹みの幅X=a/2、深さY=b×9/10で2.5倍程度になる。   Note that the half value λ / 2 of the cutoff wavelength in vacuum of the waveguide 13 is 15 cm at 1 GHz, 3 cm at 5 GHz, and 1.5 cm at 10 GHz, for example, compared to the size of the chip 11 (about 10 mm square). However, it can be adjusted by filling the waveguide 13 with a low-loss dielectric (for example, a gas having a high dielectric constant). Further, as shown in FIG. 7, by forming a recess 22 in a part of the waveguide 13, the cutoff wavelength can be increased even when the width a of the waveguide 13 is the same. Specifically, the width X of the dent X = a / 2 and the depth Y = b × 9/10 are about 2.5 times.

従って、上記のような構成の半導体装置によれば、導波管13は平面伝送線路と比較して遙かに低損失であるため、クロックの周波数が高くなってもチップの広範囲に渡りスキューの少ないクロックを供給でき、且つ消費電力を低減できる。   Therefore, according to the semiconductor device configured as described above, the waveguide 13 has much lower loss than the planar transmission line, and therefore, even if the clock frequency is increased, the skew is spread over a wide range of the chip. A small number of clocks can be supplied and power consumption can be reduced.

また、導波管13を用いてクロック信号を伝搬する上述した半導体装置は、回路構成の比較的簡単なドライバ14とレシーバ15をチップ11中に集積化すれば良いので、光ファイバーなどを用いて光学的にクロック信号を伝搬させる半導体装置に比べてパターン占有面積が小さくて済み、且つチップの全域に利用できる。光学的にクロックを伝搬させる半導体装置では、光信号を電気信号に変換する光電変換回路にサイズの大きなパターンが必要になり、しかもチップ上の一部には有効であるものの全域に渡って利用するのは困難である。   In addition, the above-described semiconductor device that propagates a clock signal using the waveguide 13 only needs to integrate the driver 14 and the receiver 15 having a relatively simple circuit configuration in the chip 11, so that an optical fiber or the like can be used. In comparison with a semiconductor device that propagates a clock signal, a pattern occupying area can be reduced, and it can be used over the entire area of the chip. In a semiconductor device that optically propagates a clock, a photoelectric conversion circuit that converts an optical signal into an electric signal requires a large pattern, and is effective for a part of the chip but is used over the entire area. It is difficult.

なお、上記第1の実施形態では、多層配線層12にチップ11を実装し、上記多層配線層12に導波管13を搭載した構成を例にとって説明した。しかしながら、チップ11の素子形成面側の配線領域に直接的に導波管13を搭載しても良い。この場合にも、例えばバンプにハンダ/ハンダを用いるC4接続を用いることができる。   In the first embodiment, the configuration in which the chip 11 is mounted on the multilayer wiring layer 12 and the waveguide 13 is mounted on the multilayer wiring layer 12 has been described as an example. However, the waveguide 13 may be directly mounted in the wiring region on the element forming surface side of the chip 11. Also in this case, for example, a C4 connection using solder / solder for bumps can be used.

[第2の実施形態]
図8は、この発明の第2の実施形態に係る半導体装置の概略構成を模式的に示す断面図である。この半導体装置は、チップ11が薄厚化され、素子形成面の裏面側に導波管13が搭載された構成になっている。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a sectional view schematically showing a schematic configuration of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In this semiconductor device, the chip 11 is thinned, and the waveguide 13 is mounted on the back side of the element formation surface.

上記チップ11中には、クロック信号CLKを発生するPLL回路及びこのクロック信号を送り出すためのドライバ14と、クロック信号を受けるレシーバ15が集積形成されている。上記レシーバ15の入力端には、保護素子として働くMIM-キャパシタ16の一方の電極と抵抗17の一端との接続点が接続されている。そして、上記抵抗の他端と接地点間に定電流源18が接続されている。   In the chip 11, a PLL circuit that generates a clock signal CLK, a driver 14 for sending out the clock signal, and a receiver 15 that receives the clock signal are integrated. A connection point between one electrode of the MIM-capacitor 16 serving as a protection element and one end of the resistor 17 is connected to the input end of the receiver 15. A constant current source 18 is connected between the other end of the resistor and the ground point.

また、上記チップ11には、タングステンなどからなり、このチップ11を貫通する貫通電極24−1,24−2が設けられている。これらの貫通電極24−1,24−2は、一端が導波管13内に突出して送信アンテナ20及び受信アンテナ21として働く。上記貫通電極24−1,24−2は、チップ11に形成された貫通孔内に絶縁膜などを介在して形成されており、チップ11とは電気的に絶縁されている。そして、貫通電極24−1はチップの主表面に形成された配線導体を介して上記ドライバ14の出力端と電気的に接続され、貫通電極24−2はチップの主表面に形成された配線導体を介して上記レシーバ15の入力端と電気的に接続される。   Further, the chip 11 is made of tungsten or the like, and through electrodes 24-1 and 24-2 penetrating the chip 11 are provided. One end of each of the through electrodes 24-1 and 24-2 protrudes into the waveguide 13 and functions as the transmitting antenna 20 and the receiving antenna 21. The through electrodes 24-1 and 24-2 are formed in the through holes formed in the chip 11 with an insulating film or the like interposed therebetween, and are electrically insulated from the chip 11. The through electrode 24-1 is electrically connected to the output end of the driver 14 via a wiring conductor formed on the main surface of the chip, and the through electrode 24-2 is a wiring conductor formed on the main surface of the chip. And is electrically connected to the input end of the receiver 15.

このような構成であっても、上記第1の実施形態と同様に、周波数が高くなっても、チップの広範囲に渡りスキューの少ないクロック信号を供給でき、且つ消費電力を低減できる。   Even with such a configuration, as in the first embodiment, a clock signal with little skew can be supplied over a wide range of the chip and the power consumption can be reduced even when the frequency is increased.

[第3の実施形態]
図9は、この発明の第3の実施形態に係る半導体装置の概略構成を模式的に示す断面図である。この半導体装置は、基本的には上記第2の実施形態と同様な構成であるが、高調波のクロックを分配する点が異なっている。すなわち、クロック周波数の奇数高調波成分を取り出して送信アンテナ20から導波管13内に送出する(基本波成分などはカットオフされて伝搬されない)。PLL回路で使う周波数は、クロック周波数fの1/n(n=3,5,…)であり、このf/n(Hz)のクロック信号がドライバ14から送信アンテナ20に供給される。
[Third Embodiment]
FIG. 9 is a sectional view schematically showing a schematic configuration of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. This semiconductor device basically has the same configuration as that of the second embodiment, but differs in that a harmonic clock is distributed. That is, an odd harmonic component of the clock frequency is extracted and transmitted from the transmitting antenna 20 into the waveguide 13 (the fundamental wave component is cut off and not propagated). The frequency used in the PLL circuit is 1 / n (n = 3, 5,...) Of the clock frequency f, and the clock signal of f / n (Hz) is supplied from the driver 14 to the transmission antenna 20.

ここで、PLLのクロックはチップと同じ周波数であり、導波管13内を伝搬するのはクロックの高調波成分f(Hz)である。導波管13内を伝搬され、受信アンテナ21で受信されたクロック信号の高調波成分はレシーバ15で受信される。この高調波成分は、チップ11の内部に集積形成された分周回路23で分周して使用されることになる。   Here, the clock of the PLL has the same frequency as the chip, and the harmonic component f (Hz) of the clock propagates in the waveguide 13. The harmonic component of the clock signal propagated through the waveguide 13 and received by the receiving antenna 21 is received by the receiver 15. This harmonic component is frequency-divided and used by the frequency dividing circuit 23 integrated in the chip 11.

このような構成であっても、上記第1,第2の実施形態と同様に、周波数が高くなっても、チップの広範囲に渡りスキューの少ないクロック信号を供給でき、且つ消費電力を低減できる。   Even with such a configuration, as in the first and second embodiments, even if the frequency is increased, a clock signal with less skew can be supplied over a wide range of the chip, and power consumption can be reduced.

[第4の実施形態]
図10は、この発明の第4の実施形態に係る半導体装置の概略構成を模式的に示す断面図である。この半導体装置は、2つのチップ11−1,11−2間に導波管13を挟み、これらのチップ11−1,11−2で導波管13を共用する構成になっている。すなわち、半導体チップ11−1,11−2の素子形成面間を対向させ、導波管13が挟まれた状態で搭載されている。
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. In this semiconductor device, a waveguide 13 is sandwiched between two chips 11-1 and 11-2, and the waveguide 13 is shared by these chips 11-1 and 11-2. That is, the device formation surfaces of the semiconductor chips 11-1 and 11-2 are opposed to each other, and the waveguide 13 is sandwiched between them.

図示しないが、上記チップ11−1または11−2にはクロック信号CLKを送り出すためのドライバが設けられ、上記チップ11−1,11−2中にはそれぞれクロック信号を受けるレシーバが設けられている。上記レシーバの入力端には、保護素子として働くMIM-キャパシタの一方の電極と抵抗の一端との接続点が接続されている。そして、上記抵抗の他端と接地点間に定電流源が接続されている。また、送信アンテナと受信アンテナが導波管13内に突出されている。そして、1つのクロック供給源(ドライバ)から導波管13を介して2つのチップ11−1,11−2にクロック信号を送る。   Although not shown, the chip 11-1 or 11-2 is provided with a driver for sending out a clock signal CLK, and each of the chips 11-1 and 11-2 is provided with a receiver for receiving the clock signal. . A connection point between one electrode of the MIM-capacitor serving as a protection element and one end of a resistor is connected to the input end of the receiver. A constant current source is connected between the other end of the resistor and the ground point. A transmitting antenna and a receiving antenna protrude into the waveguide 13. Then, a clock signal is sent from one clock supply source (driver) to the two chips 11-1 and 11-2 through the waveguide 13.

このような構成であっても、上記第1乃至第3の実施形態と同様に、周波数が高くなっても、チップの広範囲に渡りスキューの少ないクロック信号を供給でき、且つ消費電力を低減できる。   Even with such a configuration, as in the first to third embodiments, even if the frequency is increased, a clock signal with less skew can be supplied over a wide range of the chip, and power consumption can be reduced.

なお、上述した第1乃至第4の実施形態では、導波管13の両端を解放している構造を例にとって説明したが、片端を金属板で覆うと反射板として逆側に放射、散逸されるクロックエネルギーを利用できる。また、両端を金属板で覆うと空洞共振器として利用できる。   In the first to fourth embodiments described above, the structure in which both ends of the waveguide 13 are opened has been described as an example. However, if one end is covered with a metal plate, the light is radiated and dissipated to the opposite side as a reflector. Clock energy can be used. Moreover, when both ends are covered with a metal plate, it can be used as a cavity resonator.

[第5の実施形態]
図11は、この発明の第5の実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。この半導体装置は、送信アンテナ20が導波管13のコーナー部に設けられ、受信アンテナ21−1,21−2,21−3,…が上記コーナー部を除く領域に行列状に分散して配置されている。
[Fifth Embodiment]
FIG. 11 is a plan view showing a schematic configuration of a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. In this semiconductor device, the transmitting antenna 20 is provided at the corner portion of the waveguide 13, and the receiving antennas 21-1, 21-2, 21-3,... Are dispersed and arranged in a matrix in the region excluding the corner portion. Has been.

このような送信アンテナ20と受信アンテナ21−1,21−2,21−3,…の配置構成であっても第1の実施形態と同様な作用効果が得られる。また、第2乃至第4の実施形態のような構成にも本実施形態のアンテナ配置を適用できるのは勿論である。   Even with such an arrangement configuration of the transmission antenna 20 and the reception antennas 21-1, 21-2, 21-3,..., The same effects as those of the first embodiment can be obtained. Of course, the antenna arrangement of this embodiment can be applied to the configurations of the second to fourth embodiments.

[第6の実施形態]
図12は、この発明の第6の実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。この半導体装置は、複数の半導体チップ11−1,11−2,11−3の素子形成面上に導波管13が搭載され、複数の半導体チップ11−1,11−2,11−3で導波管13が共用される。半導体チップ11−1中には、クロック信号を出力するドライバとクロック信号を受信するレシーバが集積形成されている。また、半導体チップ11−2,11−3中には、クロック信号を受信するレシーバが集積形成されている。
[Sixth Embodiment]
FIG. 12 is a plan view showing a schematic configuration of a semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. In this semiconductor device, the waveguide 13 is mounted on the element formation surfaces of the plurality of semiconductor chips 11-1, 11-2, 11-3, and the plurality of semiconductor chips 11-1, 11-2, 11-3 are used. The waveguide 13 is shared. In the semiconductor chip 11-1, a driver that outputs a clock signal and a receiver that receives the clock signal are integrated. In addition, receivers that receive clock signals are integrated in the semiconductor chips 11-2 and 11-3.

上記導波管13内には、半導体チップ11−1中のドライバから供給されたクロック信号を送出する送信アンテナ20と、伝送されたクロック信号を受信して上記半導体チップ11−1,11−2,11−3中のレシーバに供給する複数の受信アンテナ21−1,21−2,21−3,…が配置されている。   In the waveguide 13, a transmission antenna 20 that sends out a clock signal supplied from a driver in the semiconductor chip 11-1, and a received clock signal to receive the semiconductor chip 11-1 and 11-2. , 11-3, a plurality of receiving antennas 21-1, 21-2, 21-3,.

このような構成によれば、3個の半導体チップ11−1,11−2,11−3に渡りスキューの少ないクロック信号を供給でき、且つ消費電力を低減できる
なお、上記第6の実施形態では、3個の半導体チップ11−1,11−2,11−3で導波管13を共用するように構成したが、2個で共用しても良く、4個以上で共用しても良い。
According to such a configuration, a clock signal with little skew can be supplied to the three semiconductor chips 11-1, 11-2, and 11-3, and power consumption can be reduced. In the sixth embodiment, Although the three semiconductor chips 11-1, 11-2, and 11-3 are configured to share the waveguide 13, they may be shared by two or may be shared by four or more.

以上第1乃至第6の実施形態を用いてこの発明の説明を行ったが、この発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば分周回路を用いる第3の実施形態は、第1,第2、及び第4乃至第6の実施形態にも適用できる。また、各実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも1つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも1つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。   Although the present invention has been described using the first to sixth embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. It is possible. Each of the above embodiments includes inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, the third embodiment using a frequency dividing circuit can be applied to the first, second, and fourth to sixth embodiments. In addition, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in each embodiment, at least one of the problems described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. In a case where at least one of the obtained effects can be obtained, a configuration in which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.

この発明の第1の実施形態に係る半導体装置の概略構成を模式的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. この発明の第1の実施形態に係る半導体装置の概略構成を模式的に示す平面図。1 is a plan view schematically showing a schematic configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 導波管の寸法とクロック信号の波長との関係について説明するための斜視図。The perspective view for demonstrating the relationship between the dimension of a waveguide, and the wavelength of a clock signal. 図1乃至図3に示した導波管を、LSIの製造プロセスを利用して形成した場合の構成例を示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration example when the waveguide shown in FIGS. 1 to 3 is formed using an LSI manufacturing process. 導波管内のクロック信号の伝搬について説明するためのもので、TE10モードの電磁界分布を示す模式図。The schematic diagram which shows the electromagnetic field distribution of TE10 mode for demonstrating propagation of the clock signal in a waveguide. 導波管内のクロック信号の伝搬について説明するためのもので、導波管内に垂直に立てた金属棒を送信アンテナと受信アンテナに用いる様子を示す断面図。Sectional drawing which is a thing for demonstrating propagation | transmission of the clock signal in a waveguide, and shows a mode that the metal rod set up perpendicularly in the waveguide is used for a transmission antenna and a reception antenna. 導波管内のクロック信号の伝搬について説明するためのもので、カットオフ波長を制御する構成について説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating propagation of the clock signal in a waveguide, and explaining the structure which controls a cutoff wavelength. この発明の第2の実施形態に係る半導体装置の概略構成を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically schematic structure of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. この発明の第3の実施形態に係る半導体装置の概略構成を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically schematic structure of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. この発明の第4の実施形態に係る半導体装置の概略構成を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically schematic structure of the semiconductor device which concerns on 4th Embodiment of this invention. この発明の第5の実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図。The top view which shows schematic structure of the semiconductor device which concerns on 5th Embodiment of this invention. この発明の第6の実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図。The top view which shows schematic structure of the semiconductor device which concerns on 6th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…PLL回路、11,11−1,11−2,11−3…半導体チップ、12…多層配線層、13…導波管、14…ドライバ、15…レシーバ、16…MIM-キャパシタ、17…抵抗、18…定電流源、19−1,19−2…配線導体、20…送信アンテナ、21…受信アンテナ、22…凹み、23…分周回路、24−1,24−2…貫通電極。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... PLL circuit, 11, 11-1, 11-2, 11-3 ... Semiconductor chip, 12 ... Multilayer wiring layer, 13 ... Waveguide, 14 ... Driver, 15 ... Receiver, 16 ... MIM-capacitor, 17 ... Resistance, 18 ... Constant current source, 19-1, 19-2 ... Wiring conductor, 20 ... Transmission antenna, 21 ... Reception antenna, 22 ... Recess, 23 ... Frequency divider, 24-1, 24-2 ... Through electrode.

Claims (5)

クロック信号を出力するドライバと、クロック信号を受信するレシーバとが集積形成された半導体チップと、
前記半導体チップに搭載された導波管と、
前記導波管内に配置され、前記ドライバから供給されたクロック信号を前記導波管内に送出する送信アンテナと、
前記導波管内に配置され、前記導波管内を伝送されたクロック信号を受信して前記レシーバに供給する受信アンテナと
を具備することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor chip in which a driver that outputs a clock signal and a receiver that receives the clock signal are integrated; and
A waveguide mounted on the semiconductor chip;
A transmitting antenna disposed in the waveguide and for sending a clock signal supplied from the driver into the waveguide;
A semiconductor device comprising: a receiving antenna disposed in the waveguide, receiving a clock signal transmitted through the waveguide and supplying the clock signal to the receiver.
クロック信号を出力するドライバと、クロック信号を受信するレシーバとが集積形成された半導体チップと、
一方の面に前記半導体チップが実装され、この一方の面から他方の面に貫通する配線を有する多層配線層と、
前記多層配線層の他方の面に搭載された導波管と、
前記導波管内に配置され、前記ドライバから供給されたクロック信号を前記導波管内に送出する送信アンテナと、
前記導波管内に配置され、前記導波管内を伝送されたクロック信号を受信して前記レシーバに供給する受信アンテナと
を具備することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor chip in which a driver that outputs a clock signal and a receiver that receives the clock signal are integrated; and
The semiconductor chip is mounted on one surface, and a multilayer wiring layer having a wiring penetrating from one surface to the other surface;
A waveguide mounted on the other surface of the multilayer wiring layer;
A transmitting antenna disposed in the waveguide and for sending a clock signal supplied from the driver into the waveguide;
A semiconductor device comprising: a receiving antenna disposed in the waveguide, receiving a clock signal transmitted through the waveguide and supplying the clock signal to the receiver.
クロック信号を出力するドライバと、クロック信号を受信するレシーバとが集積形成された第1の半導体チップと、
前記クロック信号を受信するレシーバが集積形成された第2の半導体チップと、
前記第1,第2の半導体チップの素子形成面間を対向させて挟まれた状態で搭載され、前記第1,第2の半導体チップで共用される導波管と、
前記導波管内に配置され、前記ドライバから供給されたクロック信号を前記導波管内に送出する送信アンテナと、
前記導波管内を伝送されたクロック信号を受信して、前記第1の半導体チップ中のレシーバに供給する第1の受信アンテナと、
前記導波管内に配置され、前記導波管内を伝送されたクロック信号を受信して、前記第2の半導体チップ中のレシーバに供給する第2の受信アンテナと
を具備することを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor chip in which a driver that outputs a clock signal and a receiver that receives the clock signal are integrated;
A second semiconductor chip integrated with a receiver for receiving the clock signal;
A waveguide mounted between the element forming surfaces of the first and second semiconductor chips facing each other, and shared by the first and second semiconductor chips;
A transmitting antenna disposed in the waveguide and for sending a clock signal supplied from the driver into the waveguide;
A first receiving antenna that receives a clock signal transmitted through the waveguide and supplies the clock signal to a receiver in the first semiconductor chip;
A second receiving antenna disposed in the waveguide, receiving a clock signal transmitted in the waveguide, and supplying the clock signal to a receiver in the second semiconductor chip. apparatus.
各々にクロック信号を受信するレシーバが集積形成され、少なくとも1つにクロック信号を出力するドライバが集積形成された複数の半導体チップと、
前記複数の半導体チップの素子形成面上に搭載され、前記複数の半導体チップで共用される導波管と、
前記導波管内に配置され、前記ドライバから供給されたクロック信号を前記導波管内に送出する送信アンテナと、
前記導波管内に配置され、前記導波管内を伝送されたクロック信号を受信して、前記複数の半導体チップ中のレシーバにそれぞれ供給する複数の受信アンテナと
を具備することを特徴とする半導体装置。
A plurality of semiconductor chips each having a receiver for receiving a clock signal integrated therein and a driver for outputting the clock signal at least one integrated;
A waveguide mounted on the element formation surface of the plurality of semiconductor chips and shared by the plurality of semiconductor chips;
A transmitting antenna disposed in the waveguide and for sending a clock signal supplied from the driver into the waveguide;
A plurality of receiving antennas arranged in the waveguide, receiving a clock signal transmitted through the waveguide, and supplying the clock signal to the receivers in the plurality of semiconductor chips, respectively. .
前記レシーバは分周回路を備え、前記導波管内を伝搬されたクロック信号の高調波成分を分周して使用することを特徴とする請求項1乃至4いずれか1つの項に記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the receiver includes a frequency dividing circuit and divides and uses a harmonic component of a clock signal propagated in the waveguide. 6. .
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016016968A1 (en) * 2014-07-30 2016-02-04 富士通株式会社 Electronic device and electronic device manufacturing method
JPWO2016016968A1 (en) * 2014-07-30 2017-04-27 富士通株式会社 Electronic device and method of manufacturing electronic device
US10389006B2 (en) 2014-07-30 2019-08-20 Fujitsu Limited Electronic apparatus and manufacturing method thereof

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