JP2998690B2 - 半導体集積回路装置及びクロック信号供給方法 - Google Patents

半導体集積回路装置及びクロック信号供給方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置及び半導体チップ上の回路にクロック信号を供給する
クロック信号供給方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は従来例の半導体チップの構成を示
した図である。図6の例においては、半導体チップ10
0上に4つの回路ブロック101が設けられ、また、半
導体チップ100の一端部にはボンディングパット10
7、入力バッファ108が設けられている。各々の回路
ブロック101の入力には、クロックバッファ102が
設けられ、更にクロックバッファ102の出力に4つの
クロックバッファ103〜106が接続されている。
【0003】外部から供給されたクロックは、ボンディ
ングパット107から入力バッファ108に入力し、入
力バッファ108からツリー状に分岐された配線を通っ
て各々の回路ブロック101に供給される。また、各々
の回路ブロック101に供給されたクロックは、入力バ
ッファ102からツリー状に分配された配線を通って複
数のクロックバッファ103〜106に供給される。こ
のように各回路ブロックにクロックを供給することで、
4つの回路ブロック101は各々供給されたクロックに
同期して動作する。
【0004】図6の半導体集積回路装置では、外部から
供給されたクロックは、入力バッファ108から各々の
回路ブロック101にツリー状の配線を通って分配さ
れ、また、各々の回路ブロック101のクロックバッフ
ァ102からツリー状の配線を通って複数のクロックバ
ッファ103〜106に供給されるため、入力バッファ
108から各々の回路ブロック101に至る配線長が異
なってしまい、供給されたクロック信号に時間差(クロ
ックスキュー)を生じる。このクロックスキューは、半
導体集積回路装置の最高動作クロック周波数を制限する
一因となる。従って、大規模半導体集積回路装置を更に
高速クロック信号に同期して動作させるためには、クロ
ックスキューを低減することが重要である。
【0005】そこで、図7に示すように半導体チップ1
00のほぼ中央部にメインクロックバッファ109を設
け、メインクロックバッファ109から長さの等しい配
線を通って各々の回路ブロック101にクロックを供給
するものがある。また、図7では、各々の回路ブロック
101内のクロックバッファ102から長さの等しい配
線を通って複数のクロックバッファ103〜106にク
ロックを供給するように構成されている。
【0006】図7の半導体集積回路装置では、メインク
ロックバッファ109から各々の回路ブロック101ま
での配線長はほぼ等しいため、図6のものに比べて大幅
にクロックスキューを低減することが可能である。しか
しながら、図7の構成では、すべての配線長を最も長い
配線長に揃えなければならず、この冗長配線のためにク
ロック分配に要する総配線長の増加を招いてしまう。
【0007】このことは、特に、消費電力がクロック周
波数と負荷容量値の積に比例して増加するCMOS回路
においては、消費電力の増大を招くという問題があっ
た。また、すべての配線長を揃えるためには、特別な配
線層や配線チャネル領域を必要とし、製造コスト面でも
不利であった。
【0008】また、クロックスキューを低減する方法と
して、特開平4−313269号公報で提案されている
ように、クロック信号を発光素子の点滅による光信号で
供給する方法が知られている。図8は同公報に記載され
たクロック供給方法を示している。図中110はクロッ
ク供給源の発光素子、111はプリント基板である。プ
リント基板111上には、複数の半導体チップ112が
設けられていて、各々の半導体チップ112上には発光
素子110からの光信号を受光するための受光素子が設
けられている。受光素子で受光された光信号はクロック
信号として半導体チップ112の内部回路に供給され
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】特開平4−31326
9号公報で提案されたクロック供給方法では、光信号に
よって各半導体チップ上の内部回路にクロックを供給し
ているので、半導体チップ間のクロックスキューを小さ
くすることが可能である。しかし、同公報に記載された
方法においては、クロック信号源から送信された光信号
を受光し、電気信号に変換するための受光素子を必要と
する。
【0010】一般に、化合物半導体基板に受光素子をモ
ノリシックで形成することは可能であるが、そのために
は特別の工程を追加しなければならない。また、シリコ
ン基板上に効率の良い受光素子を形成することは、一般
に困難である。従って、この場合は、シリコン基板上に
化合物半導体技術による受光素子を何らかの方法で混載
しなければならず、いずれにしても半導体チップ上に受
光素子を形成するためには、製造工程が複雑となるばか
りでなく、製造コストも増加するという問題がっあっ
た。
【0011】本発明は、上記問題点に鑑み、何ら複雑な
製造工程を要することなく、簡単にクロックスキューを
低減することが可能な半導体集積回路装置及びクロック
信号供給方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上のような
目的を達成するために、半導体チップ上に、前記半導体
チップ上の回路で使用されるクロック信号のN倍の周波
数のクロック信号を送信するクロック信号源から電波に
よって送信されたクロック信号を受信する受信アンテ
ナ、前記受信アンテナで受信された信号を増幅し、クロ
ック信号に再生する受信回路、前記受信回路で再生され
たクロック信号をN分周する分周回路をそれぞれ複数配
置したことを特徴としている。また、本発明は、半導体
チップ上に、クロック信号源から電波によって送信され
たクロック信号を受信する受信アンテナ、前記受信アン
テナで受信された信号を増幅し、クロック信号に再生す
る受信回路をそれぞれ複数配置し、且つ、前記半導体チ
ップ上の受信アンテナ以外の領域をシールド部材によっ
てシールドしたことを特徴としている。また、本発明
は、半導体チップの上空に設けられたクロック信号源か
ら、前記半導体チップ上の回路で使用されるクロック信
号のN倍の周波数のクロック信号を電波によって送信
し、前記半導体チップ上には受信アンテナ、受信回路、
分周回路がそれぞれ複数配置されており、前記クロック
信号源から送信されたクロック信号を前記半導体チップ
上の複数の受信アンテナでそれぞれ受信し、受信された
信号を前記複数の受信回路によりそれぞれクロック信号
に再生し、再生されたクロック信号を前記複数の分周回
路によりそれぞれN分周し、N分周されたクロック信号
を各々前記半導体チップの内部回路に供給することを特
徴としている。
【0013】
【0014】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の第1
の実施形態を示した図である。なお、図1では図6及び
図7の従来装置と同一部分は同一符号を付している。図
1において、まず、半導体チップ100上には、4つの
回路ブロック101が設けられている。各々の回路ブロ
ック101の中央部付近には、それぞれ受信アンテナ1
20が設けられていて、詳しく後述するように半導体チ
ップ100の上空に設けられたクロック信号源から電波
によって送信されたクロック信号を受信するように構成
されている。
【0015】また、各々の受信アンテナ120で受信し
た微弱な信号(アナログ信号)は、それぞれ受信アンテ
ナ120に近接して設けられた受信回路121で増幅さ
れ、デジタル波形のクロック信号として再生される。各
々の受信回路121で再生されたクロック信号は、クロ
ックバッファ103〜106を介して各々の回路ブロッ
クに供給される。
【0016】図2はクロック信号源から各回路ブロック
にクロック信号を送信する様子を示している。図2にお
いて、クロック信号源123は半導体チップ100の上
空(例えば、パッケージ・リッドの裏面)に設けられ、
クロック信号を電波によって送信する。この場合、クロ
ック信号源123と各々の回路ブロック101の受信ア
ンテナ120との直線距離が等しくなるように、クロッ
ク信号源123を配置することにより、各々の回路ブロ
ック101間のクロックスキューを極めて小さくするこ
とが可能である。
【0017】図3は受信回路121の具体例を示してい
る。図3の例においては、多段のリミッタアンプ124
a〜124dが用いられている。このように多段のリミ
ッタアンプを用いることによって、簡単な構成で、しか
も低消費電力で、容易に受信アンテナで捉えられた信号
を増幅し、デジタル波形のクロック信号に再生すること
ができる。なお、リミッタアンプとしては、多段である
必要はなく、1段のものであってもよい。
【0018】本実施形態では、クロック信号源123か
ら電波によって各々の回路ブロックにクロック信号を供
給しているので、半導体チップ上に受光素子を必要とし
ないばかりか、前述のようなクロックスキューを低減す
るための冗長配線による等長配線も不要とすることがで
きる。特に、このことはCMOS回路において消費電力
を低減できるという効果をもたらす。また、等長配線の
ための特別な配線層や配線チャネルが不要であるので、
半導体集積回路装置を安価に作製することも可能であ
る。
【0019】図4は本発明の第2の実施形態を示した図
である。図4において、各々の回路ブロック101の受
信回路121の出力には分周回路(N分周)125が設
けられている。各々の受信回路121で得られたクロッ
ク信号は、分周回路125でN分周された後、クロック
バッファ103〜106を介して各々の回路ブロック1
01に供給される。
【0020】本実施形態においては、クロック信号源1
23から電波によって送信するクロック信号の周波数を
各々の回路ブロック101で使用するクロック信号の周
波数の整数倍(N倍)とし、分周回路125を用いて受
信回路121で受信されたクロック信号をN分周してい
るので、クロック信号源123から送信する電波の波長
は1/Nとなり、受信アンテナ120を小型化すること
ができる。但し、本実施形態では、複数の分周回路12
5間で同期をとる必要性を生じるが、図4に示すように
各々の分周回路125にリセット端子126を設け、シ
ステムの起動時に一度共通のリセット信号をリセット端
子126に供給することによって、半導体チップ100
全体の同期をとることができる。
【0021】図5は本発明の第3の実施形態の構成を示
した図である。第1、第2の実施形態では、半導体チッ
プ100の上空のクロック信号源123から電波によっ
てクロック信号を送信しているので、半導体チップ10
0の回路動作にこの電波が電磁的な干渉を及ぼす可能性
が考えられる。
【0022】そこで、本実施形態では、図5に示すよう
に半導体チップ100上の受信アンテナ120の領域を
除くほぼ全面にわたってシールド127を形成してい
る。シールド127としては、半導体チップ100の最
上位配線層が用いられ、この最上位配線層の固定電位に
接続されたクランドパターンをシールド部材として用い
ることで、前述のような電波による干渉を回避すること
ができる。なお、この場合、シールド部材としては、最
上位配線層でなくてもよく、他の配線層を用いてもよ
い。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、次の効果
がある。 (1)電波によって送信されたクロック信号を受信アン
テナで受信し、この受信信号をリミッタアンプから成る
受信回路でクロック信号に再生しているので、クロック
スキューを低減できるばかりでなく、簡単な構成で、し
かも低消費電力で、容易に受信アンテナで捉えられた信
号を増幅し、デジタル波形のクロック信号に再生するこ
とができる。 (2)クロック信号源から電波によって送信するクロッ
ク信号の周波数を半導体チップ上の回路で使用するクロ
ック信号の周波数のN倍とし、半導体チップ上の分周回
路により受信されたクロック信号をN分周しているの
で、受信アンテナを小型化することができる。 (3)半導体チップ上の受信アンテナ以外の領域をシー
ルド部材でシールドすることにより、電波によってクロ
ック信号を送信することによる電磁的な干渉を半導体チ
ップの回路動作に及ぼすことがないため、半導体チップ
の回路動作を安定させることができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の構成を示した平面図
である。
【図2】図1の実施形態のクロック信号源から半導体チ
ップ上の回路ブロックに電波によるクロック信号を送信
する様子を示した斜視図である。
【図3】図1の実施形態に用いられる受信回路の具体例
を示した図である。
【図4】本発明の第2の実施形態を示した図である。
【図5】本発明の第3の実施形態を示した図である。
【図6】従来の半導体集積回路装置の例を示した図であ
る。
【図7】従来の半導体集積回路装置の他の例を示した図
である。
【図8】従来の半導体集積回路装置の更に他の例を示し
た図である。
【符号の説明】
100 半導体チップ 101 回路ブロック 102〜106 クロックバッファ 120 受信アンテナ 121 受信回路 123 クロック信号源 124a〜124d リミッタアンプ 125 分周回路 126 リセット端子 127 シールド

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップ上に、前記半導体チップ上
    の回路で使用されるクロック信号のN倍の周波数のクロ
    ック信号を送信するクロック信号源から電波によって送
    信されたクロック信号を受信する受信アンテナ、前記受
    信アンテナで受信された信号を増幅し、クロック信号に
    再生する受信回路、前記受信回路で再生されたクロック
    信号をN分周する分周回路をそれぞれ複数配置したこと
    を特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 半導体チップ上に、クロック信号源から
    電波によって送信されたクロック信号を受信する受信ア
    ンテナ、前記受信アンテナで受信された信号を増幅し、
    クロック信号に再生する受信回路をそれぞれ複数配置
    し、且つ、前記半導体チップ上の受信アンテナ以外の領
    域をシールド部材によってシールドしたことを特徴とす
    る半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】 前記シールド部材は、前記半導体チップ
    の最上位配線層であることを特徴とする請求項2に記載
    の半導体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 前記受信回路は、リミッタアンプからな
    ることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3のい
    ずれかに記載の半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】 前記受信回路及び受信アンテナは、前記
    半導体チップ上の回路ブロック毎に配置されていること
    を特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4
    のいずれかに記載の半導体集積回路装置。
  6. 【請求項6】 前記受信アンテナは、前記半導体チップ
    上の回路ブロックの略中央に設けられていることを特徴
    とする請求項5に記載の半導体集積回路装置。
  7. 【請求項7】 半導体チップの上空に設けられたクロッ
    ク信号源から、前記半導体チップ上の回路で使用される
    クロック信号のN倍の周波数のクロック信号を電波によ
    って送信し、前記半導体チップ上には受信アンテナ、受
    信回路、分周回路がそれぞれ複数配置されており、前記
    クロック信号源から送信されたクロック信号を前記半導
    体チップ上の複数の受信アンテナでそれぞれ受信し、受
    信された信号を前記複数の受信回路によりそれぞれクロ
    ック信号に再生し、再生されたクロック信号を前記複数
    の分周回路によりそれぞれN分周し、N分周されたクロ
    ック信号を各々前記半導体チップの内部回路に供給する
    ことを特徴とするクロック信号供給方法。
  8. 【請求項8】 前記受信回路は、リミッタアンプからな
    ることを特徴とする請求項7に記載のクロック信号供給
    方法。
  9. 【請求項9】 前記クロック信号源と前記複数の受信ア
    ンテナとの間の直線距離は、略同じ距離に設定されてい
    ることを特徴とする請求項7または請求項8のいずれか
    に記載のクロック信号供給方法。
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