KR101062848B1 - Shielding Structure for Cross-talk Shielding in Semiconductor Chips with Through Silicon Vias - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관통실리콘비아간의 크로스토크를 차폐하고 기판노이즈를 최소화할 수 있는 반도체칩을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 반도체칩은 실리콘기판; 상기 실리콘기판을 관통하는 복수의 관통실리콘비아; 및 적어도 어느 하나의 상기 관통실리콘비아의 주변을 에워싸는 크로스토크쉴딩부를 포함하고, 상술한 본 발명은 관통실리콘비아의 주변을 에워싸는 크로스토크쉴딩부를 구비함으로써 관통실리콘비아간의 크로스토크를 방지할 수 있는 효과가 있으며, 또한, 본 발명은 캐패시터를 이용하여 관통실리콘비아의 주변을 에워쌈으로써 관통실리콘비아간의 크로스토크 및 기판노이즈를 방지할 수 있는 효과가 있다.The present invention is to provide a semiconductor chip that can shield crosstalk between the through-silicon via and minimize the substrate noise, the semiconductor chip of the present invention comprises a silicon substrate; A plurality of through silicon vias penetrating the silicon substrate; And a crosstalk shielding portion surrounding the periphery of at least one of the through silicon vias, and the present invention includes a crosstalk shielding portion surrounding the periphery of the through silicon vias, thereby preventing crosstalk between the through silicon vias. In addition, the present invention has the effect of preventing the crosstalk between the through-silicon via and the substrate noise by enclosing the periphery of the through-silicon via using a capacitor.
반도체패키지, 관통실리콘비아, 크로스토크, 노이즈, 인터비아 Semiconductor Package, Through Silicon Via, Crosstalk, Noise, Intervia
Description
본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로, 특히 크로스토크 차폐를 위한 쉴딩구조를 갖는 관통실리콘비아 구조의 반도체칩에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor package, and more particularly, to a semiconductor chip having a through silicon via structure having a shielding structure for crosstalk shielding.
반도체 집적 장치에 대한 패키징 기술은 소형화 및 고용량화에 대한 요구에 따라 지속적으로 발전되어 왔다, 최근에는 소형화 및 고용량화와 더불어 실장 효율성을 만족시킬 수 있는 적층 반도체 패키지에 대한 다양한 기술들이 개발되고 있다.Packaging technologies for semiconductor integrated devices have been continuously developed in accordance with the demand for miniaturization and high capacity. Recently, various technologies for multilayer semiconductor packages that can satisfy the miniaturization and high capacity and the mounting efficiency have been developed.
수평적으로 하나의 패키지 안에 여러 개의 반도체칩을 집적하기 위해서는 긴 오프칩 연결배선(Off-chip interconnection)이 필요하게 되며, 저파워응용(low power application) 제품일 경우 연결배선(interconnection)에서 소비되는 파워의 소모량이 점점 커지고 있는 실정이다.Integrating multiple semiconductor chips in one package horizontally requires long off-chip interconnection, which is consumed in interconnection in low power applications. Power consumption is getting bigger.
이전에는 3차원 적층을 위해 와이어본딩(wirebonding)이 사용되어 왔다. 하지만 와이어본딩은 공간적 제약이 심하고 기생 인덕턴스(inductance)로 인하여 회로동작에 제한적인 요소로 작용해 왔다. Previously, wirebonding has been used for three-dimensional lamination. However, wire bonding has severe spatial constraints and has been a limiting factor in circuit operation due to parasitic inductance.
따라서 3차원적으로 반도체칩 위에 적층을 하는 3D IC 기술이 개발되고 있는 가운데, 가장 짧은 연결배선을 구현하기 위해 실리콘기판(Silicon Substrate)을 통과하는 관통실리콘비아(Through Silicon Via; TSV) 기술이 개발되었다. Therefore, while 3D IC technology is being developed that stacks on a semiconductor chip in three dimensions, a through silicon via (TSV) technology that passes through a silicon substrate is developed to realize the shortest connection wiring. It became.
관통 실리콘 비아(Through silicon via : TSV)를 이용한 적층 반도체 패키지는 일반적으로 반도체칩 내에 반도체칩을 관통하는 비아홀(Via hole)을 형성하고, 관통된 비아홀 내에 전도성 물질을 채워 관통실리콘비아(Through Silicon Via; TSV)라는 관통 전극을 형성하며, 관통 전극을 매개로 상부 반도체칩과 하부 반도체칩 간을 전기적으로 연결하는 방식으로 구현하고 있다. A stacked semiconductor package using through silicon vias (TSVs) generally forms a via hole penetrating through the semiconductor chip in the semiconductor chip, and fills a conductive material in the through via hole to pass through silicon via. A through electrode called TSV), and is electrically connected between the upper semiconductor chip and the lower semiconductor chip through the through electrode.
도 1은 종래기술에 따른 관통실리콘비아를 구비한 반도체칩을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor chip having a through silicon via according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 반도체칩(100)은 실리콘기판(110), 실리콘기판(110)을 관통하는 복수의 관통실리콘비아(120)를 포함한다. 그리고, 관통실리콘비아의 양쪽 끝단에는 범프(130)가 형성되어 있고, 실리콘기판(110)의 상면 및 저면에는 절연막(140)이 피복되어 있으며, 절연막(140)은 관통실리콘비아(120)가 매립된 관통홀(도면부호 생략)의 측벽에도 피복되어 있다. As illustrated in FIG. 1, the
도시하지 않았지만, 복수의 반도체칩을 적층하는 경우, 반도체칩들은 관통실리콘비아(120)에 의해 상호간에 물리적 및 전기적인 연결을 이룬다. 관통실리콘비 아(120)는 재배선 등을 통해 반도체칩의 패드와 전기적으로 연결된 것으로서, 금속막으로 형성된다.Although not shown, in the case of stacking a plurality of semiconductor chips, the semiconductor chips are physically and electrically connected to each other by the through
그러나, 종래기술은 관통실리콘비아(120)가 실리콘기판(110)의 전체를 관통하게 됨에 따라 회로 동작에 영향을 줄 수 있는 기판 노이즈(substrate noise) 및 인접한 여러 개의 관통실리콘비아(120)간 커플링(Coupling) 현상에 의한 크로스토크(crosstalk)가 발생하는 문제가 있다. 또는 관통실리콘비아와 능동회로(Active circuit) 간에, 또는 관통실리콘비아와 수동회로(Passive circuit) 및 온칩 연결배선(On-chip Interconnection)으로 양방향 각각 크로스토크가 일어나기 쉬워진다.However, in the related art, as the through silicon via 120 penetrates through the entirety of the
따라서, 크로스토크를 차폐(shielding)하기 위한 구조가 필요하게 된다.Therefore, a structure for shielding crosstalk is needed.
크로스토크를 차폐하기 위해 접지된 관통실리콘비아(GND TSV, 이하, '접지관통실리콘비아'라 약칭함) 구조를 사용하게 되면 효과적으로 여러 구조간의 크로스토크를 줄일 수 있는 것은 당연하다. 하지만, 관통실리콘비아들 사이의 최소피치(minimum pitch) 자체가 온칩연결배선 구조에 비해 큰 편이기 때문에 접지관통실리콘비아(GND TSV)를 옆에 항상 두는 것은 칩 면적을 너무 크게 차지하게 된다.It is natural to use a grounded through silicon via (GND TSV, hereinafter abbreviated as 'Ground Through Silicon Via') structure to shield crosstalk, effectively reducing crosstalk between various structures. However, because the minimum pitch between the through-silicon vias is larger than the on-chip connection wiring structure, it is necessary to always keep the ground-through silicon via (GND TSV) next to the chip area.
따라서, 관통실리콘비아를 이용한 3차원 적층 집적회로에서 칩 면적을 많이 차지하지 않으면서 효과적으로 크로스토크를 줄일 수 있는 방법이 필요하다.Accordingly, there is a need for a method capable of effectively reducing crosstalk without occupying a large chip area in a three-dimensional multilayer integrated circuit using through silicon vias.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 관통실리콘비아간의 크로스토크를 차폐할 수 있는 반도체칩을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a semiconductor chip capable of shielding crosstalk between through silicon vias.
또한, 본 발명의 다른 목적은 기판노이즈를 최소화할 수 있는 반도체칩을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a semiconductor chip that can minimize the substrate noise.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체칩은 실리콘기판; 상기 실리콘기판을 관통하는 복수의 관통실리콘비아; 및 적어도 어느 하나의 상기 관통실리콘비아의 주변을 에워싸는 크로스토크쉴딩부를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 실리콘기판의 어느 한쪽 면 상부에 형성된 절연막을 더 포함하고, 상기 크로스토크쉴딩부는 상기 절연막 내부에 구비되면서 상기 실리콘기판에 접속되어 접지되며, 상기 크로스토크쉴딩부는 상기 관통실리콘비아의 주변을 에워싸는 링; 및 상기 링을 관통하여 상기 실리콘기판에 접속되어 접지되는 복수의 비아를 포함하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor chip of the present invention for achieving the above object is a silicon substrate; A plurality of through silicon vias penetrating the silicon substrate; And a crosstalk shielding portion surrounding at least one of the through silicon vias, and further comprising an insulating layer formed on an upper surface of the silicon substrate, wherein the crosstalk shielding portion is provided inside the insulating layer. While being connected to the silicon substrate and grounded, the crosstalk shielding portion surrounding the periphery of the through silicon via; And a plurality of vias connected to the silicon substrate and grounded through the ring.
또한, 본 발명의 반도체칩은 실리콘기판; 상기 실리콘기판을 관통하는 복수의 관통실리콘비아; 상기 실리콘기판 상에 형성된 절연막; 상기 절연막 내에 형성되며 적어도 어느 하나의 상기 관통실리콘비아의 주변을 에워싸는 크로스토크쉴딩부; 및 상기 관통실리콘비아의 주변을 에워싸도록 상기 실리콘기판 내에 형성된 가 드링을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the semiconductor chip of the present invention is a silicon substrate; A plurality of through silicon vias penetrating the silicon substrate; An insulating film formed on the silicon substrate; A crosstalk shielding portion formed in the insulating layer and surrounding at least one of the through silicon vias; And a guard ring formed in the silicon substrate to surround the periphery of the through silicon via.
또한, 본 발명의 반도체칩은 실리콘기판과 상기 실리콘기판을 관통하는 복수의 관통실리콘비아를 구비한 반도체칩; 및 적어도 어느 하나의 상기 관통실리콘비아의 주변을 에워싸도록 상기 실리콘기판에 형성된 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the semiconductor chip of the present invention is a semiconductor chip having a silicon substrate and a plurality of through-silicon via penetrating the silicon substrate; And a capacitor formed on the silicon substrate so as to surround the at least one of the through silicon vias.
상술한 본 발명은 관통실리콘비아의 주변을 에워싸는 크로스토크쉴딩부를 구비함으로써 관통실리콘비아간의 크로스토크를 방지할 수 있는 효과가 있다.The present invention described above has an effect of preventing crosstalk between the through silicon vias by providing a crosstalk shielding portion surrounding the periphery of the through silicon vias.
또한, 본 발명은 캐패시터를 이용하여 관통실리콘비아의 주변을 에워쌈으로써 관통실리콘비아간의 크로스토크 및 기판노이즈를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of preventing the crosstalk between the through-silicon via and the substrate noise by enclosing the periphery of the through-silicon via using a capacitor.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention. .
본 발명에서 제안한 크로스토크를 차폐하기 위한 접지쉴딩(Ground Shielding) 구조는 이전에 온칩에서 사용되던 인터레벨 접지 비아(Inter-level Ground Via)와 접지(Ground)로 바이어스가 가해진 가드링(Guard Ring) 구조, 미세 하게 분포된 DRAM 셀 캐패시터 구조 두 가지이다. 이전에 존재하던 온칩에서의 간단한 구조 세 가지를 이용해서 접지와 연결함으로써 관통실리콘비아를 사용한 3D-IC에서 발생하는 크로스토크를 효과적으로 차폐할 수 있다. The ground shielding structure for shielding the crosstalk proposed by the present invention is a guard ring in which a bias is applied to an inter-level ground via and a ground previously used in on-chip. There are two structures, the finely distributed DRAM cell capacitor structure. Three simple structures on the on-chip can be used to connect to ground, effectively shielding crosstalk from 3D-IC using through silicon vias.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체칩의 구조를 도시한 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 A-A'선에 따른 단면도이며, 도 2c는 도 2a의 B-B'선에 따른 단면도이다.FIG. 2A is a plan view showing the structure of a semiconductor chip according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2A, and FIG. 2C is a line B-B ′ of FIG. 2A. According to the cross-sectional view.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 제1실시예에 따른 반도체칩(200)은 실리콘기판(210), 실리콘기판(210)을 관통하는 복수의 관통실리콘비아(220A, 220B) 및 적어도 어느 하나의 관통실리콘비아(220B)의 주변을 에워싸는 크로스토크쉴딩부(230)를 포함한다. 또한, 실리콘기판(210)의 상면 및 저면에는 실리콘산화막(SiO2) 등의 절연막(240)이 피복되어 있으며, 절연막(240)은 관통실리콘비아(220A, 220B)가 매립된 관통홀(도면부호 생략)의 측벽에도 피복되어 있다. 즉, 관통실리콘비아(220A, 220B)와 실리콘기판(210) 사이에도 절연막(240)이 형성되어 있다. 관통실리콘비아(220A, 220B)의 양쪽 끝단에는 범프(Bump, 250)가 접속되어 있고, 실리콘기판(210)의 어느 한쪽면(크로스토크쉴딩부 아래) 상에는 보호층(protecting layer, 260)이 피복되어 있다.2A to 2C, the
크로스토크쉴딩부(230)는 관통실리콘비아(220A, 220B)가 서로 마주보는 구조에서 서로간의 크로스토크를 줄이기 위한 것이다. 크로스토크쉴딩부(230)는 어느 한 쪽의 관통실리콘비아의 주변을 에워싸도록 온칩레이아웃(On-chip layout)에서 사용되는 인터비아(Inter Via)를 이용할 수 있다. 크로스토크쉴딩부(230)는 실리콘기판(210)으로 접지(Ground)되며, 이에 따라 이웃하는 관통실리콘비아(220A, 220B)간의 크로스토크가 방지된다. 바람직하게, 크로스토크쉴딩부(230)는 절연막(240) 내부에 위치할 수 있으며, 관통실리콘비아(220B)의 주변을 에워싸는 링(230A)과 링(230A)의 일부를 관통하는 복수개의 비아(230B)로 이루어질 수 있다. 여기서, 비아(230B)는 실리콘기판(210)으로 접지된다. 링(230A)은 사각형 형태를 가질 수 있으며, 이때 비아(230B)는 링(230A)의 각각의 변을 관통하여 실리콘기판(230)에 접속된다. 따라서, 링(230A)은 절연막(240)에 의해 실리콘기판(210)과 절연될 수 있다. 크로스토크쉴딩부(230)는 텅스텐막 등의 전도막으로 형성된다.The
상술한 제1실시예에서 관통실리콘비아(220A, 220B)는 모두 신호관통실리콘비아(Signal TSV)를 포함할 수 있다. 따라서, 크로스토크쉴딩부(230)에 의해 마주보는 신호관통실리콘비아간의 크로스토크가 방지된다.In the above-described first embodiment, the through
바람직하게, 관통실리콘비아(220A, 220B)은 알루미늄막(Al)을 포함하며, 관통실리콘비아(220A, 220B) 형성전에 실리콘기판과 절연막(240)의 배리어 역할을 하는 배리어막을 미리 형성할 수도 있다. 배리어막은 티타늄(Ti)과 티타늄질화막(TiN)을 순차적으로 형성할 수 있다. Preferably, the through
도 3a는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체칩의 구조를 도시한 평면도이다. 제2실시예는 신호관통실리콘비아와 접지관통실리콘비아간의 크로스토크를 방지하는 구조이다.3A is a plan view showing the structure of a semiconductor chip according to a second embodiment of the present invention. The second embodiment is a structure for preventing crosstalk between the signal through silicon via and the ground through silicon via.
도 3a를 참조하면, 제2실시예에 따른 반도체칩(300)은 실리콘기판(310), 실 리콘기판(310)을 관통하는 접지관통실리콘비아(GTSV, 320A)와 신호관통실리콘비아(STSV, 320B) 및 신호관통실리콘비아(320B)의 주변을 에워싸는 크로스토크쉴딩부(330)를 포함한다. Referring to FIG. 3A, the
크로스토크쉴딩부(330)는 접지관통실리콘비아(320A)와 신호관통실리콘비아(320B)가 서로 마주보는 구조에서 서로간의 크로스토크를 줄이기 위한 것이다. 크로스토크쉴딩부(330)는 신호관통실리콘비아(320B)의 주변을 에워싸도록 온칩레이아웃(On-chip layout)에서 사용되는 인터비아(Inter Via)를 이용할 수 있다. 크로스토크쉴딩부(330)는 접지관통실리콘비아(320A)에 연결배선(340)을 통해 연결되어 실리콘기판(310)으로 접지(Ground)되며, 이에 따라 이웃하는 접지관통실리콘비아(320A)와 신호관통실리콘비아(320B)간의 크로스토크가 방지된다. 바람직하게, 크로스토크쉴딩부(330)는 신호관통실리콘비아(320B)의 주변을 에워싸는 링(Ring, 330A), 링(330A)의 일부를 관통하는 복수개의 비아(330B)로 이루어질 수 있다. 어느 하나의 비아(330B)는 연결배선(340)을 통해 접지관통실리콘비아(320A)와 연결된다. 여기서, 비아(330B) 모두는 실리콘기판(310)으로 접속될 수 있다. 링(330A)은 사각형 형태를 가질 수 있으며, 이때 비아(330B)는 링(330A)의 각각의 변을 관통하여 실리콘기판(310)에 접속된다. 크로스토크쉴딩부(330)는 텅스텐막 등의 전도막으로 형성된다.The
상술한 제2실시예에서 관통실리콘비아는 신호관통실리콘비아(STSV, 320B)와 접지관통실리콘비아(GTSV, 320A)가 마주보는 형태를 포함할 수 있다. 따라서, 크로스토크쉴딩부(330)에 의해 마주보는 신호관통실리콘비아(320B)와 접지관통실리콘비 아(320A)간의 크로스토크가 방지된다.In the above-described second embodiment, the through silicon via may include a form in which the signal through
제2실시예는 도 3b와 같은 구조를 가질 수도 있다.The second embodiment may have a structure as shown in FIG. 3B.
도 3b는 제2실시예의 변형예로서, 반도체칩(300A)은 실리콘기판(310)에 접지로 콘택된 가드링(Guard Ring, 350) 구조를 추가로 이용해서 크로스토크를 더욱 방지할 수 있다. 가드링(350)은 크로스토크쉴딩부(330)와 동시에 사용하거나 별도로 사용할 수 있다. 예를 들어, 가드링(350)은 관통실리콘비아가 형성될 영역의 에워싸도록 트렌치형태로 실리콘기판(310)을 식각한 후 트렌치 내부에 절연막을 매립하여 형성할 수 있다. 3B is a modified example of the second embodiment, and the
실리콘기판을 관통하는 신호관통실리콘비아(Signal TSV) 및 접지관통실리콘비아(GND TSV)가 존재할경우 관통실리콘비아간의 크로스토크와 인접해 있는 활성소자 즉 기판 커플링이 문제가 될수 있다. 이러한 크로스토크를 억제하기 위해서 제3실시예에서는 미세하게 비아가 분포된 캐패시터를 접지로 연결할 수 있다.In the presence of signal through silicon vias (GND TSVs) and through silicon vias that pass through the silicon substrate, crosstalk between the through silicon vias and the adjacent active devices, ie, substrate coupling, may be problematic. In order to suppress such crosstalk, in the third embodiment, a capacitor having finely distributed vias may be connected to ground.
셀캐패시터의 전극을 접지 전위에 연결할 경우 관통실리콘비아 구조에서 발생하는 노이즈를 억제하는 효과를 가진다. 셀캐패시터 구조는 대표적으로 두가지가 존재하는데 트렌치셀캐패시터 구조를 이용할 경우 기판 및 인접한 관통실리콘비아로의 노이즈 전파가 억제되며, 스택셀캐패시터 구조를 이용할경우 인접한 관통실리콘비아로의 노이즈 전파를 억제할수 있다. When the electrode of the cell capacitor is connected to the ground potential, it has an effect of suppressing noise generated in the through silicon via structure. Two types of cell capacitor structures exist. When the trench cell capacitor structure is used, noise propagation to the substrate and adjacent through silicon vias is suppressed, and when the stacked cell capacitor structure is used, noise propagation to adjacent through silicon vias can be suppressed. .
도 4a는 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체칩의 구조를 도시한 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 A-A'선에 따른 단면도이다. 제3실시예는 신호관통실리콘비아와 접지관통실리콘비아간의 크로스토크를 방지하는 크로스토크쉴딩부가 캐패시터인 경우 이다.4A is a plan view illustrating a structure of a semiconductor chip according to a third exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 4A. The third embodiment is a case where the crosstalk shielding portion which prevents crosstalk between the signal through silicon via and the ground through silicon via is a capacitor.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제3실시예에 따른 반도체칩(400)은 실리콘기판(410), 실리콘기판(410)을 관통하는 관통실리콘비아(420), 관통실리콘비아(420)의 주변을 에워싸면서 실리콘기판(410) 내에 형성된 캐패시터(430)를 포함한다. 또한, 실리콘기판(410)의 상면 및 저면에는 실리콘산화막 등의 절연막(440)이 피복되어 있으며, 절연막(440)은 관통실리콘비아(420)가 매립된 관통홀(도면부호 생략)의 측벽에도 피복되어 있다. 즉, 관통실리콘비아(420)와 실리콘기판(410) 사이에도 절연막(440)이 형성되어 있다. 관통실리콘비아(420)의 양쪽 끝단에는 범프(Bump, 450)이 접속되어 있다. 실리콘기판(410)의 어느 한쪽면(크로스토크쉴딩부 아래) 상에는 보호층(protecting layer, 460)이 피복되어 있다.4A and 4B, the
위와 같이, 캐패시터(430)를 이용하면 의사 동축 관통실리콘비아(Quasi-coaxial TSV) 구조가 된다.As described above, when the
캐패시터(430)는 접지로 연결된 것으로서, 관통실리콘비아(420)간의 크로스토크를 방지하면서 동시에 기판노이즈를 감소시키기 위한 구조이다. 캐패시터(430)는 관통실리콘비아(420)의 주변을 에워싸도록 온칩레이아웃(On-chip layout)에서 사용되는 DRAM 셀 캐패시터(Cell capacitor)를 이용할 수 있다. 따라서, 캐패시터(430)는 플레이트전극(Plate node)과 전하저장전극(Storage node), 플레이트전극과 전하저장전극 사이의 유전막을 갖는 캐패시터를 포함할 수 있다. 또한, 캐패시터(430)는 트렌치캐패시터(Trench capacitor) 또는 스택캐패시터(Stack capacitor)를 포함할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 캐패시터(430)는 트렌치캐패시터를 적용한 경우이다.The
트렌치캐패시터를 적용하는 경우, 크로스토크쉴딩부는 실리콘기판내에 제공된 트렌치 내부에 형성될 수 있다.In the case of applying the trench capacitor, the crosstalk shielding portion may be formed inside the trench provided in the silicon substrate.
상술한 제3실시예에서 접지연결된 캐패시터(430)에 의해 마주보는 관통실리콘비아간의 크로스토크가 방지된다. 아울러, 제3실시예는 크로스토크쉴딩부로서 캐패시터를 적용하므로써 기판노이즈를 억제할 수도 있다.In the above-described third embodiment, cross talk between the through-silicon vias is prevented by the
본 발명에서 제안하는 구조의 크로스토크 최소화 효과를 입증하기 위해 3D 풀웨이브시뮬레이션(Full-wave simulation)을 통해 그 차이를 알아보기로 한다.In order to prove the crosstalk minimization effect of the structure proposed in the present invention, the difference will be examined through 3D full-wave simulation.
도 5a는 S 파라미터를 비교한 도면이고, 도 5b는 크로스토크전압을 비교한 도면이다. 도 5a 및 도 5b에서, 쉴딩 구조가 없는 기준(Reference) 반도체칩과 제1실시예에 따른 크로스토크쉴딩부를 갖는 반도체칩(Inter-Via)을 비교하고 있다.5A is a diagram comparing S parameters, and FIG. 5B is a diagram comparing crosstalk voltages. 5A and 5B, a reference semiconductor chip without a shielding structure and a semiconductor chip Inter-Via having a crosstalk shielding portion according to the first embodiment are compared.
도 5a는 3D 풀웨이브시뮬레이터의 주파수도메인(Frequency Domain) 결과는 연결되지 않은 두 개의 신호관통실리콘비아(STSV) 사이의 커플링된 크로스토크를 의미하는 'S' 파라미터 결과로서, 본 발명에서 제안된 인터비아로 접지쉴딩된 구조가 쉴딩 구조가 없는 기준(Reference) 반도체칩보다 더 낮아지는 효과가 있음을 알 수 있다. FIG. 5A shows a frequency domain result of a 3D full-wave simulator as an 'S' parameter result, which means a coupled crosstalk between two unconnected signal through silicon vias (STSVs). It can be seen that the structure grounded with intervia has a lower effect than a reference semiconductor chip without a shielding structure.
도 5a의 S 파라미터를 이용해서 타임도메인(Time Domain)에서 TDR/TDT 시뮬레이션을 해보면, 도 5b와 같이 기준반도체칩보다 인터비아를 이용한 반도체칩의 경우 크로스토크 전압 크기가 줄어듦을 확인할 수 있다. 즉, 니어커플링(Near coupling)은 35mV에서 22mV로 줄어들고, 파커플링(Far coupling)은 22mV에서 15mV로 줄어듦을 알 수 있다.When the TDR / TDT simulation is performed in the time domain using the S parameter of FIG. 5A, as shown in FIG. 5B, in the case of the semiconductor chip using intervia rather than the reference semiconductor chip, the magnitude of crosstalk voltage is reduced. That is, it can be seen that the near coupling is reduced from 35mV to 22mV, and the far coupling is reduced from 22mV to 15mV.
도 6은 제3실시예와 같이 캐패시터를 이용한 쉴딩구조를 사용한 경우의 노이즈 억제 효과 도시한 도면으로서, 캐패시터를 이용한 쉴딩구조가 구비된 경우(W Quasi-Coaxial)가 캐패시터를 이용한 쉴딩구조가 없는 경우(WO Quasi-coaxial)보다 약 10dB 이상의 노이즈 억제효과가 있음을 알 수 있다.FIG. 6 is a diagram illustrating noise suppression effect when a shielding structure using a capacitor is used as in the third embodiment, in which the shielding structure using a capacitor is provided (W Quasi-Coaxial) when there is no shielding structure using a capacitor. It can be seen that the noise suppression effect is about 10dB higher than that of (WO Quasi-coaxial).
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
도 1은 종래기술에 따른 관통실리콘비아를 구비한 반도체칩을 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a semiconductor chip having a through silicon via according to the prior art.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체칩의 구조를 도시한 평면도.2A is a plan view showing the structure of a semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention.
도 2b는 도 2a의 A-A'선에 따른 단면도.FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2A;
도 2c는 도 2a의 B-B'선에 따른 단면도.FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 2A;
도 3a는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체칩의 구조를 도시한 평면도. 3A is a plan view showing the structure of a semiconductor chip according to a second embodiment of the present invention.
도 3b는 제2실시예의 변형예.3B is a modification of the second embodiment.
도 4a는 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체칩의 구조를 도시한 평면도.4A is a plan view showing the structure of a semiconductor chip according to a third embodiment of the present invention.
도 4b는 도 4a의 A-A'선에 따른 단면도. 4B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 4A.
도 5a는 S 파라미터를 비교한 도면.5A is a comparison of S parameters.
도 5b는 크로스토크전압을 비교한 도면. 5B is a diagram comparing crosstalk voltage.
도 6은 제3실시예와 같이 캐패시터를 이용한 쉴딩구조를 사용한 경우의 노이즈 억제 효과를 도시한 도면.FIG. 6 is a diagram showing a noise suppression effect when a shielding structure using a capacitor is used as in the third embodiment; FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
210 : 실리콘기판 220A, 220B : 관통실리콘비아210:
230 : 크로스토크쉴딩부 240 : 절연막230: crosstalk shielding portion 240: insulating film
250 : 범프250: bump
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