JP4931339B2 - 電気的にアライメントされた向上した近接性通信 - Google Patents
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Description
本出願が優先権を主張する米国特許出願第10/879,607号は、35U.S.C.§119の下で、2003年9月5日に出願された「Enhanced Electrically Aligned Proximity Communication」と称する、発明者Robert J. Drost、Ivan E. SutherlandおよびRonald Ho(代理人整理番号第SUN03−0272PSP)による米国仮特許出願第60/500,661号の優先権を主張する。
(政府のライセンスの権利)
本出願が優先権を主張する米国特許出願第10/879,607号は、Defense Advanced Research Projects Administrationにより授与された契約第NBCH020055の下で、米国政府支援によりなされた。米国政府は、本発明の確かな権利を有する。
(発明の分野)
本発明は、半導体ダイ間で信号を通信する技術に関する。本発明は、より詳細には、半導体ダイ間のアライメントに基づいて電気信号をルーティングすることによる、半導体ダイ間で通信する方法および装置に関する。
半導体技術における現在の利点は、数千万個のトランジスタを含む大規模システムを単一の半導体チップ内に組み込むことを可能にすることである。このような大規模システムを単一の半導体チップに組み込むことは、このようなシステムが動作し得る速度を増加させる。なぜならば、システムのコンポーネント間の信号がチップの境界を横断する必要がなく、チップからチップへの冗長な伝達遅延を受けにくくなるからである。さらに、大規模システムを単一の半導体チップに組み込むことは、生産コストを著しく低減する。なぜならば、所与のコンピュータ計算タスクを実行するために、より少ない半導体チップが必要とされるからである。
本発明の1つの実施形態は、容量性チップ間通信を円滑にするシステムを提供する。動作中、システムは、第1に、第1の半導体ダイと第2の半導体ダイとの間のアライメントを決定する。次に、電気信号が、そのアライメントに基づいて、複数の相互接続パッドの少なくとも1つの相互接続パッドに選択的にルーティングされ、それにより、第1の半導体ダイと第2の半導体ダイとの間の通信を円滑にする。複数の相互接続パッドは、送信パッド、受信パッド、および送受信パッドを含み得る。このアライメントは、連続的に、または、ある間隔で分割された時間に決定され得る。この間隔は、固定されているか、または、可変である。
以下の説明は、任意の当業者が本発明を作成および利用することが可能になるように提示され、特定の用途および要件の文脈で提供される。開示される実施形態のさまざまな改変は、当業者には容易に理解され、本明細書中に記載される一般原理は、本発明の意図および範囲から逸脱することなく、他の実施形態および用途に適用され得る。このように、本発明は、示される実施形態に制限されることが意図されず、本明細書中に記載される原理および特徴に一致する最大範囲に合致する。
(アレイの内部のルーティングメカニズムを用いたアライメント補正)
図1は、第1の半導体ダイ110と第2の半導体ダイ112との間で、電気信号の形態でデータ108の容量性通信を円滑にする本発明の実施形態100を示す。第1の半導体ダイ110の第1のアレイ116の内部のルーティングメカニズム114は、少なくとも1つの送信パッド118に電気信号を選択的にルーティングする。なお、第1のアレイ116は、複数の送信パッドを含む。電気信号は、第2の半導体ダイ112の第2のアレイ124の少なくとも1つの受信パッド122にこれらの送信パッドを介して容量性結合される。なお、第2のアレイ124は、複数の受信パッドを含む。電気信号は、第2のアレイ124の内部のルーティングメカニズム128を用いて、受信パッド122から選択的にルーティングされる。なお、送信パッド118および受信パッド122は、第1の半導体ダイ110および第2の半導体ダイ112のアライメントに基づいて選択される。このように、第1の半導体ダイ110および第2の半導体ダイ112のミスアライメントのための補正がなされ得、それにより、容量性結合の通信を円滑にする。
(アレイの外部のルーティングメカニズムを用いたアライメント補正)
図2は、より粗大なミスアライメントの補正による第1の半導体ダイ110と第2の半導体ダイ112との間の容量性通信を円滑にする本発明の実施形態200を示す。第1の半導体ダイ110の第1のアレイ116の外部のルーティングメカニズム210は、第1のアレイ116の内部のルーティングメカニズム114に、従って、少なくとも1つの送信パッド118に選択的に電気信号をルーティングする。なお、図2ならびに本発明の他の実施形態の図は、例示のためのみである。このように、第1のアレイ116の内部のルーティングメカニズム114は、パッドを含む層またはパッドの下の層に統合される第1のアレイ116のパッドの隣にあり得る。
(制御ループを用いたアライメント補正)
図5は、第1の半導体ダイ(図示されない)と第2の半導体ダイ(図示されない)との間のアライメントを判定する構造500を図示する。第1の半導体ダイは、第1の間隔512とともに複数の導電性素子510を含む。第2の半導体ダイは、第1の間隔512と異なる第2の間隔516とともに複数の導電性素子514を含む。バーニアアライメント構造は、導電性素子510と導電性素子514とのオーバーラップ518によって形成される。
(タイリングおよびタイリング解除を用いたアライメント補正)
図7は、より大きなミスアライメントの補正を可能にする本発明の実施形態における、アレイの複数の相互接続パッド上のデータ108(図1に示される)に対応する電気信号の空間的なタイリング700を示す。電気信号710、712、714、716、718、720、722、724および726は、タイミングメカニズムによって生成されるクロックの少なくとも1つのサイクルの間に、複数の相互接続パッド上で空間的に反復される。図7は、2次元アレイの2つの方向のタイリングを示す一方、タイリングはまた、2次元アレイのある方向、または、1次元アレイのある方向で実行され得る。図7に示される空間的タイリング700は、3本のワイヤ(この量のミスアライメント補正を円滑にするために必要とされる9本のワイヤと対称的に)を用いて最大±1.5相互接続パッド幅(図示されない)までのミスアライメントの補正を円滑にする。
(要約)
本発明の1つの実施形態は、容量性チップ間通信を円滑にするシステムを提供する。動作中、システムは、第1に、第1の半導体ダイと第2の半導体ダイとの間のアライメントを判定する。次に、電気信号は、アライメントに基づいて、複数の相互接続パッドの少なくとも1つの相互接続パッドに選択的にルーティングされ、それにより、第1の半導体ダイと第2の半導体ダイとの間の通信を円滑にする。複数の相互接続パッドは、送信パッド、受信パッドおよび送受信パッドを含み得る。アライメントは、連続的またはある間隔で分割された時間で判定され得、ここで、この間隔は、固定されているか、または、可変である。この実施形態のいくつかの変形が提供される。
110 第1の半導体ダイ
112 第2の半導体ダイ
114 ルーティングメカニズム
116 第1のアレイ
118 送信パッド
122 受信パッド
124 第2のアレイ
128 ルーティングメカニズム
130 第1の方向の送信パッド幅WT1
132 第2の方向の送信パッド幅WT2
134 第1の方向の受信パッド幅WR1
136 第2の方向の受信パッド幅WR2
138 第1のピッチ
140 ガードバンド
142 第2のピッチ
Claims (16)
- 第1の半導体ダイと第2の半導体ダイとの間で電気信号をルーティングする方法であって、該第1の半導体ダイは、該第1の半導体ダイにおける第1の複数のパッドからなるアレイを有し、該第2の半導体ダイは、該第2の半導体ダイにおける第2の複数のパッドからなるアレイを有し、
該方法は、
該第1の半導体ダイと該第2の半導体ダイとの間のアライメントを確立するステップであって、該確立するステップは、該第1の複数のパッドのうちの少なくとも1つのパッドが、該第2の複数のパッドのうちの少なくとも1つのパッドに容量性カプリングされるように、該第1の半導体ダイおよび該第2の半導体ダイを配置することによって行われる、ステップと、
該アライメントに基づいて該電気信号をルーティングすることにより、該第1の複数のパッドおよび該第2の複数のパッドのうちのどのパッドに該電気信号がルーティングされるかの選択が該アライメントに基づくようにして、該第1の半導体ダイと該第2の半導体ダイとの間のミスアライメントを補正し、容量性のカプリングを介して該第1の半導体ダイと該第2の半導体ダイとの間の通信を容易にするステップと
を包含する、方法。 - 前記電気信号は、前記第1の半導体ダイにおける1つよりも多くの送信パッドから選択された少なくとも1つの送信パッドにルーティングされる、請求項1に記載の方法。
- 前記電気信号は、前記第2の半導体ダイにおける1つよりも多くの受信パッドから選択された少なくとも1つの受信パッドからルーティングされる、請求項1に記載の方法。
- 前記電気信号は、前記第1の半導体ダイにおける1つよりも多くの送信パッドから選択された少なくとも1つの送信パッドに、前記第2の半導体ダイにおける1つよりも多くの受信パッドから選択された少なくとも1つの受信パッドからルーティングされる、請求項1に記載の方法。
- 前記ミスアライメントを補正するプロセスは、連続的に実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記ミスアライメントを補正するプロセスは、ある間隔を空けた時刻で周期的に実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記間隔は、実質的に固定される、請求項6に記載の方法。
- 前記間隔は、実質的に可変である、請求項6に記載の方法。
- アライメント計測メカニズムを用いて前記アライメントを決定するステップをさらに包含し、
前記第2の半導体ダイにおける前記第2の複数のパッドは、前記第1の半導体ダイにおける前記第1の複数のパッドとは異なる間隔を有し、これにより、該第1の複数のパッドが該第2の複数のパッドと重なるとき、バーニア(vernier)アライメント構造を形成し、
該アライメント計測メカニズムは、
該第1の半導体ダイにおける該第1の複数のパッドの各パッドを選択的に充電するように構成される充電メカニズムであって、該第1の半導体ダイにおける該パッドが該第2の半導体ダイにおける1つ以上のパッドと重なるとき、該第1の半導体ダイにおけるパッドを充電することは、該第2の半導体ダイにおける1つ以上のパッドの充電を誘発する、充電メカニズムと、
該第2の半導体ダイにおける該パッドにおいて誘発された信号を増幅させるように構成された増幅メカニズムと、
該増幅された信号を解析して、該第1の半導体ダイと該第2の半導体ダイとの間のアライメントを決定するように構成された解析メカニズムと
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記電気信号をルーティングすることは、マルチプレクサを用いて実行される、請求項1に記載の方法。
- 第1の半導体ダイと第2の半導体ダイとの間の通信用の装置であって、
該装置は、
該第1の半導体ダイにおける第1のアレイに構成された複数の送信パッドと、
該第2の半導体ダイにおける第2のアレイに構成された複数の受信パッドと、
該第1のアレイ内部のルーティングメカニズムと、
該第2のアレイ内部のルーティングメカニズムであって、該第1のアレイのルーティングメカニズムは、該第1のアレイの1つよりも多くの送信パッドから選択された少なくとも1つの送信パッドに電気信号をルーティングし、該第2のアレイのルーティングメカニズムは、該第2のアレイの1つよりも多くの受信パッドから選択された少なくとも1つの受信パッドから電気信号をルーティングし、これにより、該第1のアレイの送信パッドと該第2のアレイの受信パッドとの間のミスアライメントを補正して、容量性のカプリングを介して該第1の半導体ダイと該第2の半導体ダイとの間の通信を容易にする、該第2のアレイ内部のルーティングメカニズムと
を含む、装置。 - 前記第1のアレイ内部のルーティングメカニズムおよび前記第2のアレイ内部のルーティングメカニズムは、バレルシフタを含む、請求項11に記載の装置。
- 前記第1のアレイは、送信パッド幅と等しい幅を有する一次元であり、前記第2のアレイは、受信パッド幅と等しい幅を有する一次元であり、該第1のアレイは、ある1つの送信パッドの中心から、隣接する送信パッドの中心までの距離によって定義されるピッチを有し、該第2のアレイは、該ピッチを有する、請求項11に記載の装置。
- 前記第1のアレイ内部のルーティングメカニズムおよび前記第2のアレイ内部のルーティングメカニズムは、前記ピッチの実質的に半分未満にミスアライメントを補正する、請求項13に記載の装置。
- 前記第1のアレイは、2次元であって、前記第1の半導体ダイの表面と実質的に同一平面上にあり、第1の方向の送信パッド幅および第2の方向の送信パッド幅を有し、前記第2のアレイは、2次元であって、前記第2の半導体ダイの表面と実質的に同一平面上にあり、該第1の方向の受信パッド幅および該第2の方向の受信パッド幅を有し、該第1のアレイは、ある1つの送信パッドの中心から該第1の方向の隣接する送信パッドの中心までの距離によって定義される第1のピッチを有し、該第1のアレイは、ある1つの送信パッドの中心から該第2の方向の隣接する送信パッドの中心までの距離によって定義される第2のピッチを有し、該第2のアレイは、該第1の方向の第1のピッチおよび該第2の方向の第2のピッチを有する、請求項11に記載の装置。
- 前記第1のアレイ内部のルーティングメカニズムおよび前記第2のアレイ内部のルーティングメカニズムは、前記第1の方向の前記第1のピッチの実質的に半分未満にミスアライメントを補正し、前記第2の方向の前記第2のピッチの実質的に半分未満にミスアライメントを補正する、請求項15に記載の装置。
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