JP2015179205A - semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
近年、半導体素子の微細化が進み、LSIの性能も飛躍的に向上している。例えば、トランジスタのゲート長は0.1μm以下となり、LSIを駆動するために供給されるクロック周波数もギガヘルツのオーダーになっている。しかしながら、半導体素子の微細化が進む一方でLSIの信号配線における配線遅延の問題は解決されておらず、かかる問題が顕在化してきている。このような状況下で、LSIの信号伝送に光配線を用いることが検討されている。 In recent years, the miniaturization of semiconductor elements has progressed, and the performance of LSIs has been dramatically improved. For example, the gate length of the transistor is 0.1 μm or less, and the clock frequency supplied to drive the LSI is on the order of gigahertz. However, while miniaturization of semiconductor elements has progressed, the problem of wiring delay in LSI signal wiring has not been solved, and this problem has become apparent. Under such circumstances, the use of optical wiring for LSI signal transmission has been studied.
光配線を用いることにより、LSIにおける配線遅延の増加を抑えることが可能となる。例えば特許文献1では、半導体チップ間の信号伝送に光を用いる手法が開示されている。この手法は、複数の半導体チップ間における光信号の伝送を可能とするものであり、異なる半導体チップ間の信号伝送を、光が透過可能な材質の光導波路を用いて行う。 By using the optical wiring, it is possible to suppress an increase in wiring delay in the LSI. For example, Patent Document 1 discloses a method of using light for signal transmission between semiconductor chips. This technique enables transmission of an optical signal between a plurality of semiconductor chips, and performs signal transmission between different semiconductor chips using an optical waveguide made of a material capable of transmitting light.
上記のように、複数の半導体チップ間で光信号を伝送する技術は提案されているものの、個々の半導体チップ内で光信号を伝送する技術は未だ確立されていない。半導体チップ内で光配線を用いて全信号伝送を行うことは現実的には困難であり、半導体チップ内で形成されるトランジスタ間の信号伝送は電気信号で行うことになる。そのため、半導体チップ内に光配線を用いた場合には、半導体チップ内で光信号を電気信号に変換する光電変換回路が必須となる。光信号の通り道となる光配線を半導体チップ内に構築する必要があり、更に前述のトランジスタ、光電変換回路、光配線の他に電気信号の通り道となる電気配線の配置を考慮したLSI設計を行わなければならない。そのため、光配線の効果を最大限に活用するための、光の屈折位置や各素子の配置関係について、半導体チップ全体の構成を考案する必要がある。 As described above, a technique for transmitting an optical signal between a plurality of semiconductor chips has been proposed, but a technique for transmitting an optical signal within each semiconductor chip has not yet been established. In practice, it is difficult to transmit all signals using optical wiring in a semiconductor chip, and signal transmission between transistors formed in the semiconductor chip is performed using electrical signals. Therefore, when an optical wiring is used in a semiconductor chip, a photoelectric conversion circuit that converts an optical signal into an electric signal in the semiconductor chip is essential. It is necessary to construct the optical wiring that will be the path of the optical signal in the semiconductor chip, and in addition to the transistor, photoelectric conversion circuit, and optical wiring described above, LSI design that considers the layout of the electrical wiring that will be the path of the electrical signal There must be. Therefore, it is necessary to devise a configuration of the entire semiconductor chip with respect to the light refraction position and the arrangement relationship of each element in order to make the best use of the effect of the optical wiring.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、半導体チップ内における配線遅延を抑えて、配線遅延が起因で問題となるクロックスキューを小さくし、クロックスキューを調整するための大量のバッファセルの挿入を抑制して、消費電力を削減することを可能とする信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and suppresses a wiring delay in a semiconductor chip, reduces a clock skew that becomes a problem due to the wiring delay, and a large number of buffers for adjusting the clock skew. An object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device capable of suppressing power consumption by suppressing insertion of cells.
本発明の半導体装置は、受光素子を有する半導体層と、前記半導体層の主面に形成されており、前記受光素子と接続された電気配線を有する電気配線層と、前記電気配線層の主面に形成されている第1の光配線層と、前記第1の光配線層と接続されており、前記電気配線層の主面に対して垂直方向に延在して前記受光素子と接続されている第2の光配線層とを具備する。 The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor layer having a light receiving element, an electric wiring layer formed on a main surface of the semiconductor layer, and having an electric wiring connected to the light receiving element, and a main surface of the electric wiring layer. A first optical wiring layer formed on the first optical wiring layer and connected to the first optical wiring layer, extending in a direction perpendicular to a main surface of the electric wiring layer and connected to the light receiving element. And a second optical wiring layer.
本発明によれば、半導体チップ内における配線遅延を抑えることができる。配線遅延が起因で問題となるクロックスキューを小さくし、クロックスキューを調整するための大量のバッファセルの挿入を抑制して、消費電力を削減することを可能とする信頼性の高い半導体装置が実現する。 According to the present invention, wiring delay in a semiconductor chip can be suppressed. Realizing a highly reliable semiconductor device that reduces power consumption by reducing clock skew, which is a problem due to wiring delay, and suppressing the insertion of a large amount of buffer cells to adjust the clock skew To do.
以下、本発明による半導体装置の諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態による半導体装置を示す概略斜視図である。図2は、第1の実施形態による半導体装置を一部拡大して示す概略図であり、半導体層及び電気配線層は断面を、光配線層は側面を表している。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram showing a partially enlarged view of the semiconductor device according to the first embodiment, in which the semiconductor layer and the electric wiring layer represent a cross section, and the optical wiring layer represents a side surface.
この半導体装置10は、半導体チップであるLSIチップ1と、このLSIチップ1が搭載されるLSIパッケージ基板2と、LSIパッケージ基板2上に形成され、LSIチップ1を覆って保護するLSIパッケージ3とを備えて構成される。LSIパッケージ3は、LSIチップ1をセラミックや金属等で覆って外部からの衝撃や塵等からLSIチップ1を保護するものである。図1では図示の判り易さを考慮して、LSIパッケージ3を透過してLSIチップ1が見えるように示している。
The
LSIチップ1は、半導体層11と、半導体層11の主面に形成された電気配線層12と、電気配線層12の主面に形成された光配線層13とを備えて構成されている。
The LSI chip 1 includes a
半導体層11は、発光素子21、受光素子22、及びトランジスタ23を備えており、これらを覆う絶縁膜24が形成されて構成されている。発光素子21は、クロック生成部として機能し、クロックの光信号を出射する光源である。受光素子22は、フォトダイオード等であって、発光素子21から出射した光信号を受光し、これを光電変換して電気信号とする。トランジスタ23は、受光素子22で光信号から変換されたクロックの電気信号が供給される機能素子である。トランジスタ23については、ゲート電極のみを図示しており、ゲート電極の両側のソース/ドレインについては図示を省略する。
The
電気配線層12は、Al(アルミニウム)又はCu(銅)等の配線及びビアと、当該配線及びビアを覆う層間絶縁膜とを有する配線層が複数積層された多層配線層である。図2では、一例として、受光素子22とトランジスタ23とを接続する配線構造12Aのみを図示する。配線構造12Aは、1層目及び2層目の配線層で形成される。1層目の配線層には、受光素子22及びトランジスタ23とそれぞれ接続されたビア12a1,12a2、及びビア12a1,12a2とそれぞれ接続された配線12a3,12a4が形成されている。2層目の配線層には、配線12a3,12a4とそれぞれ接続されたビア12b1,12b2、及びビア12b1,12b2と接続された配線12b3が形成されている。
The
光配線層13は、光を透過する材料であるシリコン酸化物又はシリコン窒化物等により形成された、第1の光配線層13a、第2の光配線層13b、及び第3の光配線層13cを備えて構成されている。
第1の光配線層13aは、電気配線層12の主面に形成されている。第2の光配線層13bは、第1の光配線層13aと接続されており、電気配線層12の主面に対して垂直方向、ここでは電気配線層12の側面に延在して受光素子22と接続されている。第2の光配線層13bは、電気配線層12の互いに対向する2つの側面に複数配置されている。第3の光配線層13cは、第1の光配線層13aと接続されており、電気配線層12の主面に対して垂直方向、ここでは電気配線層12の側面に延在して発光素子21と接続されている。第3の光配線層13cは、電気配線層12の互いに対向する2つの側面に配置されている。
第1の光配線層13aと第2の光配線層13bとの接合面は、第2の光配線層13bの光信号の伝送方向(光導波方向であり、矢印Cで示す。)と略直交する位置に配置される。
The
The first
The joint surface between the first
第1の光配線層13aの第2の光配線層13bとの接合面の近傍には、反射膜14が配置されている。反射膜14は、Al又はAu(金)等の金属膜であって、約45°の傾斜面に形成されている。反射膜14は、ハーフミラーとして機能する。即ち、第1の光配線層13aを通過した水平方向の光信号は、反射膜14で反射して垂直方向に進行し、第2の光配線層13bを通過して受光素子22に受光する。それと共に、光信号は反射膜14を透過して第1の光配線層13aを水平方向に進行してゆき、同様にして他の受光素子22に受光する。
このように、1回の反射で光信号を受光素子22に導く反射膜14を設ける代わりに、複数回の反射によって段階的に水平方向から垂直方向となるように光信号の屈折を行う、異なる傾斜を有する複数の反射膜を形成しても良い。
A
In this way, instead of providing the
第1の光配線層13aの第3の光配線層13cとの接合面の近傍には、反射膜15が配置されている。反射膜15は、Al又はAu等からなる一対の金属膜であって、各々約45°の傾斜面に形成され、互いに略直交するように配置されている。反射膜15は、発光素子21から出射して第3の光配線層13cを通過した垂直方向の光信号を反射させ、第1の光配線層13aを水平方向に通過させる。
このように、1回の反射で光信号を第1の光配線層13aに導く反射膜15を設ける代わりに、複数回の反射によって段階的に垂直方向から水平方向となるように光信号の屈折を行う、異なる傾斜を有する複数の反射膜を形成しても良い。
A
In this way, instead of providing the
本実施形態では、第2の光配線層13b及び第3の光配線層13cをLSIチップ1の4側面のうち、対向する2側面に配置する場合を例示している。ここでは、各側面に、第2の光配線層13bを複数(図示の例では3つ)、第3の光配線層13cを1つ設けている。なお、図3に示すように、第2の光配線層13bをLSIチップ1の4側面の全てに配置するようにしても良い。
In the present embodiment, a case where the second
また、第2の光配線層13b及び第3の光配線層13cをLSIチップ1の側面に配置する代わりに、電気配線層12を貫通するビア状に、第1の光配線層13aと接続される第2の光配線層及び第3の光配線層を形成するようにしても良い。或いは、第2の光配線層及び第3の光配線層のうち、一方を電気配線層12の側面に形成し、他方を電気配線層12を貫通するビア状に形成することも考えられる。更には、第2の光配線層及び第3の光配線層のうち、いくつかを電気配線層12の側面に形成し、残りを電気配線層12を貫通するビア状に形成するようにしても良い。
Further, instead of disposing the second
LSIチップ1は、その上面である光配線層13の主面をLSIパッケージ基板2の主面に対向させてフェイスダウンし、フリップチップ実装されている。
第1の光配線層13aとLSIパッケージ基板2との接合面には、電極16が形成されている。電極16は、第1の光配線層13aを貫通する不図示のビアを介して電気配線層12の配線と接続されており、電気信号を用いてLSIチップ1とLSIパッケージ基板2との間で信号伝送が行われる。
The LSI chip 1 is flip-chip mounted with the main surface of the
An
以下、上記のように構成された半導体装置10におけるLSIチップ1内の信号伝達について、図2を用いて説明する。
先ず、クロックの光信号が発光素子21から出光する。光信号は、第3の光配線層13c内を矢印Aで示す垂直方向に伝送し、反射膜15で反射して第1の光配線層13a内を矢印Bで示す水平方向に伝送し、反射膜14で反射して第2の光配線層13b内を矢印Cで示す垂直方向に伝送して、受光素子22に供給される。この光信号は、受光素子22で光電変換されてクロックの電気信号とされる。この電気信号は、電気配線層12の配線及びビアを介してトランジスタ23に入力して、種々の信号伝送が行われる。また、発光素子21から出光して第3の光配線層13c内を伝送した光信号は、反射膜15で反射して第1の光配線層13a内を矢印Bとは異なる水平方向(例えば矢印Dで示す方向)に伝送し、他の受光素子に供給される。
Hereinafter, signal transmission in the LSI chip 1 in the
First, an optical signal of the clock is emitted from the
以下、半導体装置10の製造方法について説明する。
図4〜図8は、本実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略図であり、半導体層及び電気配線層は断面を、光配線層は側面を表している。
Hereinafter, a method for manufacturing the
4 to 8 are schematic views showing the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment in the order of steps, in which the semiconductor layer and the electric wiring layer represent a cross section, and the optical wiring layer represents a side surface.
先ず、図4に示すように、半導体層11及び電気配線層12を順次形成する。
詳細には、シリコン層(又はシリコン基板)上に発光素子21、受光素子22、及びトランジスタ23を適宜形成する。トランジスタ23を形成するには、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、ゲート電極の両側のシリコン層(又はシリコン基板)内にイオン注入等によりソース/ドレイン領域を形成する。発光素子21、受光素子22、及びトランジスタ23を覆う絶縁膜24を形成する。以上により、半導体層11が形成される。
次に、Al又はCu等の配線と、当該配線を覆う層間絶縁膜とを有する配線層を複数積層した多層配線構造とし、電気配線層12を形成する。ここで、Cuの配線及びビアを形成する場合には、いわゆるダマシン法が用いられる。
First, as shown in FIG. 4, the
Specifically, the
Next, an
続いて、図5に示すように、電気配線層12上に第1の光配線層13aを、第1の光配線層13a上に電極16を順次形成する。
詳細には、光を透過する材料、例えばシリコン酸化物をCVD法等により電気配線層12上に堆積する。これにより、第1の光配線層13aが形成される。第1の光配線層13a内には、反射膜14,15が形成される。
第1の光配線層13aを貫通して電気配線層12の配線と接続される不図示のビアを形成し、第1の光配線層13a上に当該ビアと接続される電極16を適宜形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 5, a first
Specifically, a light transmitting material, for example, silicon oxide is deposited on the
A via (not shown) that penetrates the first
続いて、図6に示すように、第1の光配線層13aと接続される第2の光配線層13b及び第3の光配線層13cを形成する。
詳細には、先ず、受光素子22及び発光素子21について、これらの表面の一部を露出するように、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより、電気配線層12の側面に複数の溝12a,12bを形成する。
次に、溝12aをシリコン酸化物等で埋め込む第2の光配線層13bを形成する。それと共に、溝12bをシリコン酸化物等で埋め込む第3の光配線層13cを形成する。
以上により、半導体層11、電気配線層12、及び光配線層13を備えたLSIチップ1が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 6, a second
Specifically, first, a plurality of
Next, a second
Thus, the LSI chip 1 including the
続いて、図7に示すように、LSIチップ1を、光配線層13の主面をLSIパッケージ基板2の主面に対向させてフェイスダウンし、フリップチップ実装する。このとき、LSIチップ1の電極16とLSIパッケージ基板2の不図示の電極とがバンプ接続される。
しかる後、図8に示すように、LSIチップ1をセラミックや金属等で覆って保護するLSIパッケージ3を形成する。
以上により、本実施形態による半導体装置が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 7, the LSI chip 1 is flip-chip mounted with the main surface of the
Thereafter, as shown in FIG. 8, an
As described above, the semiconductor device according to the present embodiment is formed.
本実施形態によれば、LSIチップ1内における伝送距離の長い信号伝送を、光配線層13を用いて光信号により行うことにより、電気配線による信号伝送よりも配線遅延を抑制させることが可能となる。この構成により、配線遅延の影響で遅延調整に必要となる半導体素子を削減させることができる。具体的には、配線遅延が起因で問題となるクロックスキューを小さくし、クロックスキューを調整するための大量のバッファセルの挿入が抑制される。これにより、消費電力を削減することを可能とする信頼性の高い半導体装置が実現する。
According to the present embodiment, by performing signal transmission with a long transmission distance in the LSI chip 1 using an optical signal using the
(第2の実施形態)
次いで、第2の実施形態について説明する。本実施形態では、第1の実施形態と同様に、半導体チップをパッケージングした半導体装置を開示するが、クロックの光信号の光源が異なる点で第1の実施形態と相違する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. In the present embodiment, a semiconductor device in which a semiconductor chip is packaged is disclosed as in the first embodiment, but differs from the first embodiment in that the light source of the clock optical signal is different.
図9は、第2の実施形態による半導体装置を一部拡大して示す概略断面図であり、第1の実施形態における図2に相当する概略図である。なお、第1の実施形態と同様の構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。電極16については図示を省略する。
この半導体装置は、第1の実施形態と異なり、半導体チップであるLSIチップ31とは別個にLSIチップ外光源32を備えている。LSIチップ31及びLSIチップ外光源32は、LSIパッケージ基板2に搭載され、不図示のLSIパッケージで覆われる。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a partially enlarged semiconductor device according to the second embodiment, and is a schematic view corresponding to FIG. 2 in the first embodiment. In addition, about the same structural member as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. The illustration of the
Unlike the first embodiment, this semiconductor device includes an LSI chip external
LSIチップ31は、半導体層33と、半導体層33の表面に形成された電気配線層12と、電気配線層12の表面に形成された光配線層34とを備えて構成されている。
半導体層33は、第1の実施形態と同様に受光素子22及びトランジスタ23を備え、これらを覆う絶縁膜24が形成されているが、第1の実施形態と異なり発光素子21を有していない。
The
The
LSIチップ外光源32は、レーザダイオード等の発光素子を有するモジュールであり、LSIチップ31から離間してLSIパッケージ基板2上に配置されている。LSIチップ外光源32は、クロック生成部として機能し、クロックの光信号を出射する光源である。
光配線層34は、第1の実施形態と同様に第1の光配線層13a及び第2の光配線層13bを有しており、第3の光配線層13cに代わって第4の光配線層34aを備えて構成されている。
第4の光配線層34aは、LSIチップ外光源32と第1の光配線層13aとを接続する光導波路であり、LSIパッケージ基板2の同一平面上で第1の光配線層13aと水平に形成されている。
The
Similar to the first embodiment, the
The fourth optical wiring layer 34a is an optical waveguide that connects the LSI chip external
以下、上記の半導体装置におけるLSIチップ31内の信号伝達について説明する。
先ず、クロックの光信号がLSIチップ外光源32から出光する。この光信号は、第4の光配線層34a内を矢印Aで示す水平方向に伝送し、反射膜14で反射して第2の光配線層13b内を矢印Bで示す垂直方向に伝送して、受光素子22に供給される。この電気信号は、電気配線層12の配線及びビアを介してトランジスタ23に入力して、種々の信号伝送が行われる。また、LSIチップ外光源32から出光して第4の光配線層34a内を伝送した光信号は、反射膜14を透過して第1の光配線層13aを矢印Cで示す水平方向に通過してゆき、同様にして他の受光素子に受光し、種々の信号伝送が行われる。
Hereinafter, signal transmission in the
First, an optical signal of the clock is emitted from the
本実施形態では、LSIチップ外光源32と第2の光配線層13bとを接続する第4の光配線層34aは、第1の光配線層13a及び第2の光配線層13bと同一平面上に形成されている。そのため、LSIチップ外光源32から出光した光が急激な段差なく第1の光配線層13a(の反射膜14)に入光することができる。
In the present embodiment, the fourth optical wiring layer 34a for connecting the LSI chip external
以上説明したように、本実施形態によれば、LSIチップ31内における伝送距離の長い信号伝送を、光配線層34を用いて光信号により行うことにより、電気配線による信号伝送よりも配線遅延を抑制させることが可能となる。この構成により、配線遅延の影響で遅延調整に必要となる半導体素子を削減させることができる。具体的には、配線遅延が起因で問題となるクロックスキューを小さくし、クロックスキューを調整するための大量のバッファセルの挿入が抑制される。これにより、消費電力を削減することを可能とする信頼性の高い半導体装置が実現する。
As described above, according to the present embodiment, signal transmission with a long transmission distance in the
(第3の実施形態)
次いで、第3の実施形態について説明する。本実施形態では、第1及び第2の実施形態と同様に、半導体チップをパッケージングした半導体装置を開示するが、クロックの光信号の光源が異なる点で第1及び第2の実施形態と相違する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. In the present embodiment, a semiconductor device in which a semiconductor chip is packaged is disclosed as in the first and second embodiments, but differs from the first and second embodiments in that the light source of the optical signal of the clock is different. To do.
図10は、第3の実施形態による半導体装置を一部拡大して示す概略断面図であり、第1の実施形態における図2に相当する概略図である。なお、第1の実施形態と同様の構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。電極16については図示を省略する。
この半導体装置は、第1の実施形態と異なり、半導体チップであるLSIチップ41とは別個にLSIチップ外光源42を備えている。LSIチップ41及びLSIチップ外光源42は、LSIパッケージ基板2に搭載され、不図示のLSIパッケージで覆われる。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a partially enlarged semiconductor device according to the third embodiment, and is a schematic view corresponding to FIG. 2 in the first embodiment. In addition, about the same structural member as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. The illustration of the
Unlike the first embodiment, this semiconductor device includes an LSI chip external light source 42 separately from an
LSIチップ41は、半導体層43と、半導体層43の表面に形成された電気配線層12と、電気配線層12の表面に形成された光配線層44とを備えて構成されている。
半導体層43は、第1の実施形態と同様に受光素子22及びトランジスタ23を備え、これらを覆う絶縁膜24が形成されているが、第1の実施形態と異なり発光素子21を有していない。
The
The semiconductor layer 43 includes the
LSIチップ外光源42は、レーザダイオード等の発光素子を有するモジュールであり、第1の光配線層13aとLSIパッケージ基板2を介して対向するようにLSIパッケージ基板2の裏面に配置されている。LSIチップ外光源42は、クロック生成部として機能し、クロックの光信号を出射する光源である。
光配線層44は、第1の実施形態と同様に第1の光配線層13a及び第2の光配線層13bを有しており、第3の光配線層13cに代わって第5の光配線層44aを備えて構成されている。
第5の光配線層44aは、LSIチップ外光源42と第1の光配線層13aとを接続する光導波路であり、LSIパッケージ基板2に形成された貫通口2aを埋め込むように第1の光配線層13aの主面に対して垂直方向に形成されている。
The LSI chip external light source 42 is a module having a light emitting element such as a laser diode, and is disposed on the back surface of the
Similar to the first embodiment, the optical wiring layer 44 includes a first
The fifth optical wiring layer 44a is an optical waveguide that connects the LSI chip external light source 42 and the first
以下、上記の半導体装置におけるLSIチップ41内の信号伝達について説明する。
先ず、クロックの光信号がLSIチップ外光源42から出光する。この光信号は、第5の光配線層44a内を矢印Aで示す垂直方向に伝送し、反射膜15で反射して第1の光配線層13aを矢印Bで示す水平方向に伝送し、反射膜14で反射して第2の光配線層13b内を矢印Cで示す垂直方向に伝送して、受光素子22に供給される。この光信号は、受光素子22で光電変換されてクロックの電気信号とされる。この電気信号は、電気配線層12の配線及びビアを介してトランジスタ23に入力して、種々の信号伝送が行われる。また、LSIチップ外光源42から出光して第5の光配線層44a内を伝送した光信号は、反射膜15で反射して第1の光配線層13a内を矢印Bとは異なる方向(例えば矢印Dで示す方向)に伝送し、他の受光素子に供給される。
Hereinafter, signal transmission in the
First, an optical signal of the clock is emitted from the light source 42 outside the LSI chip. This optical signal is transmitted in the vertical direction indicated by the arrow A in the fifth optical wiring layer 44a, reflected by the
本実施形態では、LSIチップ外光源42から各受光素子22までの光路距離が異なる場合でも、信号伝送が光で行われるために光配線の遅延差は無視することができる。そのため、LSIチップ外光源42を介したLSIパッケージ基板2の裏面における任意の位置にLSIチップ外光源42を配置することが可能であり、LSIチップ外光源42の配置箇所の選択自由度が高い。
In the present embodiment, even when the optical path distance from the light source 42 outside the LSI chip to each light receiving
以上説明したように、本実施形態によれば、LSIチップ41内における伝送距離の長い信号伝送を、光配線層44を用いて光信号により行うことにより、電気配線による信号伝送よりも配線遅延を抑制させることが可能となる。この構成により、配線遅延の影響で遅延調整に必要となる半導体素子を削減させることができる。具体的には、配線遅延が起因で問題となるクロックスキューを小さくし、クロックスキューを調整するための大量のバッファセルの挿入が抑制される。これにより、消費電力を削減することを可能とする信頼性の高い半導体装置が実現する。
As described above, according to the present embodiment, signal transmission with a long transmission distance in the
1:LSIチップ 2:LSIパッケージ基板 2a:貫通口 3:LSIパッケージ 10:半導体装置 11:半導体層 12:電気配線層 12A:配線構造 12a1,12a2,12b1,12b2:ビア 12a3,12a4,12b3:配線 13:光配線層 13a:第1の光配線層 13b:第2の光配線層 13c:第3の光配線層 14,15:反射膜 16:電極 21:発光素子 22:受光素子 23:トランジスタ 24:絶縁膜 31:LSIチップ 32:LSIチップ外光源 33:半導体層 34:光配線層 34a:第4の光配線層 41:LSIチップ 42:LSIチップ外光源 43:半導体層 44:光配線層 44a:第5の光配線層
1: LSI chip 2: LSI package substrate 2a: Through-hole 3: LSI package 10: Semiconductor device 11: Semiconductor layer 12:
Claims (9)
前記半導体層の主面に形成されており、前記受光素子と接続された電気配線を有する電気配線層と、
前記電気配線層の主面に形成されている第1の光配線層と、
前記第1の光配線層と接続されており、前記電気配線層の主面に対して垂直方向に延在して前記受光素子と接続されている第2の光配線層と
を具備することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor layer having a light receiving element;
An electrical wiring layer formed on the main surface of the semiconductor layer and having electrical wiring connected to the light receiving element;
A first optical wiring layer formed on the main surface of the electrical wiring layer;
A second optical wiring layer connected to the first optical wiring layer and extending in a direction perpendicular to a main surface of the electric wiring layer and connected to the light receiving element. A featured semiconductor device.
前記第1の光配線層と接続されており、前記電気配線層の主面に対して垂直方向に延在して前記発光素子と接続されている第3の光配線層を更に具備することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 The semiconductor layer has a light emitting element,
A third optical wiring layer connected to the first optical wiring layer, extending in a direction perpendicular to a main surface of the electric wiring layer and connected to the light emitting element; The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is characterized.
前記光源と前記第1の光配線層とを接続する第4の光配線層と
を更に具備することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 A light source provided outside the semiconductor layer;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a fourth optical wiring layer that connects the light source and the first optical wiring layer.
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