TW201034152A - Antenna integrated in a semiconductor chip - Google Patents

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TW201034152A
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TW
Taiwan
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antenna
antenna structure
integrated
wafer
tsv
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TW098140178A
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English (en)
Inventor
Arvind Chandrasekaran
Kenneth Kaskoun
Shiqun Gu
Original Assignee
Qualcomm Inc
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Description

201034152 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 以下描述大體而言係關於一種用於無線通信之天線，且 更特定言之係關於一種經由使用⑹穿妙通孔或裂縫終止 之半導體製造結構而整合於一半導體晶片中的天線。 【先前技術】 無線通信n件正變得日益流行。A體而言，無線通信使 得能夠在不使用資訊之實體載體（例如，導線）的情況下在 〇 某一距離上傳達資訊。取決於所使用無線通信技術之類 型，器件可支援短程通信（諸如，用於遠端控制之紅外線 (IR)通信、藍芽等）及/或遠程通信（諸如，蜂巢式電話通 信）。。此項技術中已知各種類型之無線通信器件。無線通 信器件之實例包括各種類型之固定、行動及攜帶型雙向無 線電（例如，專業LMR(陸地行動無線電）、賺（專用行動 無線電）、包括FRS(家庭無線電服務）、GMRS(通用行動無 ❿線電服務）及民用頻帶（「CB」）無線電之消費者雙向無線 電、業餘無線電服務（Ham無線電）、消費者及專業航海用 曹無線電等）、行動電話（例如，蜂巢式電話、無線電話 等）、傳啤機、個人數位助理（PDA)、傳啤機、無線掌上型 器件（例如，Blackberry™無線掌上型）、全球定位系統 (GPS)單元、無線電腦周邊裝置（例如，無線滑鼠、鍵盤、 印表機等）、無線感測器、RFm器件、視訊遊戲器件及具 有用於無線通信協定（諸如，射頻（rf)、藍芽、ieee
WiFi等）之通信介面的任何器件。無線通信器件可 144944.doc 201034152 蜂巢式網路及/ 支援點對點通信、點對多點通信、廣播、 或其他無線網路通信。 在無線通u件中，大體包括—用於傳輸及接收信號之 天線：·該天線按照慣例在半導體晶片外部(例如，「離矽 (f silieon)」）製造。因此’無線通信器件可包括一或多 個半導體晶片’其可包括用於執行無線通信所要之操作的 各種邏輯’諸如處理器及/或用於產生資訊以通信及/或用 ^處理所純龍的其他邏輯（作為實例）。另外，無線通 L器件可進-步包括—天線，且該天線按照慣例在器件之 上文所提及之半導體晶片外部製造。因此，由於該天線係 在半導體晶片外部製造而非為半導體晶片之整體部分，因 此其可被稱為外部天線。此外部天線可以某一方式與無線 通U件内之半導體晶片中之一或多者以通信方式介面連 接或耦接。因此，按照慣例，半導體晶片及天線常常各自 單獨預先製造，且可以後半導體製造方式（亦即，在半導 體製造如微影、沈積、钱刻及/或通常針對晶片之半導體 製造所執行的其他製程之後）耦接在一起。除由該一或多 個半導體晶片所消耗的空間之外，外部天線亦按照慣例佔 據無線通信器件内之不需要的大量空間。 在一些例子中’天線製造於半導體晶片上。亦即，在一 些例子中’天線可在晶片之半導體製造期間形成於晶片 上。按照慣例’此等天線藉由塗覆矽晶粒之表面的大部分 而製造於該晶粒上。舉例而言，天線可藉由將金屬沈積於 半導體晶片之一層上而實施於晶片上，其中此水平導向之 144944.doc 201034152 天線可/肖耗晶片之一層之表面上的不需要之空間量。另 外，此實施需要使用僅專用於實施天線之金屬條。 【發明内容】 本發明之實施例大體而言係針對一種整合於半導體晶片 中之天線結構。根據一實施例，提供一種實施於積體電路 中之整合式天線結構。整合式天線結構包含半導體製造結 構。在某些實施例中，半導體製造結構包含穿矽通孔 (TSV)。另外或其他，在某些實施例中，半導體製造結構 ❿ 包含裂縫終止結構。在某些實施例中，天線結構包含一天 線元件。該天線元件可由TSV及/或裂縫終止結構形成。在 某些實施例中，天線結構包含一定向元件。該定向元件可 由TSV及/或裂縫終止結構形成。
根據另一例示性實施例，提供一種製造整合於半導體晶 片中之一天線結構的方法。該方法包括形成一半導體製造 結構以實施該天線結構。該半導體製造結構包含以下中之 至少一者：a) —或多個TSV ;及b) —或多個裂縫終止結 根據又一實施例’提供一種積體電路，其包括TSV及裂 縫終土結構。TSV及裂縫終止結構中之至少一者形成一天 線結構。 前述内容已相當廣泛地概述了本發明之特徵及技術優 點，以便可更好地理解以下之實施方式。下文將描述形成 本發明之申請專利範圍之標的的額外特徵及優點。熟習此 項技術者應瞭解，所揭示之概念及特定實施例可易於用作 144944.doc 201034152 修改或設計用於執行本發明之相同目的之其他結構的基 礎。熟習此項技術者亦應認識到，此等等效構造並不偏離 如在所附申請專利範圍中闡述之本發明的技術。當結合隨 附圖式考慮時，將自以下描述更好地理解咸信為本發明所 特有之新穎特徵（關於其組織及操作方法兩者）連同其他目 標及優點。然而，應清楚理解，僅為說明及描述之目的而 提供該等圖中之每一者，且其並不意欲作為本發明之限制 的定義。 【實施方式】 為更完整地理解本發明，現參考結合隨附圖式進行的以 下描述。 本發明之實施例大體而言係針對一種整合於半導體晶片 中之天線結構。如本文中所使用，天線結構大體指代天線 元件及/或任何相關聯之定向元件（例如，反射器、定向器 等）’其可有助於天線元件之效率。因此，「天線結構」可 指代天線元件、相關聯之定向元件或兩者。舉例而言，在 一些實施例中，具有整合式天線結構之晶片可具有一不具 有與其一起實施之相關聯定向元件的天線元件，而在其他 實施例中，具有整合式天線結構之晶片可包括天線元件與 相關聯定向元件兩者。 提供用於形成用於無線通信之天線結構的系統及方法， 其中該天線結構整合於半導體晶片中。在某些實施例中， 該天線結構經由使用半導體製造結構而實施於晶片中。如 本文中所使用，用於實施天線結構之「半導體製造結構」 144944.doc 201034152 被定義為穿矽通孔（TSV)、裂縫終止或兩者。某些實施例 在製造半導體晶粒時形成一天線結構使得該天線結構整體 地形成於半導體晶粒巾，而非形成一與半導體晶粒分離之 天線結構（且其後將該天線結構與預先製造之半導體晶粒 • 耦接）。 日日， •亦描述具有如此形成之整合式天線結構之所得半導體晶 片的例示性實施例。當然，如一般熟習此項技術者應認識 到，本文中所描述之概念及技術不限於整合式天線結構之 β 純特定實施或組態’而是可根據本文所揭示之概念及技 術形成可對於給定應用為所要的各種不同組態（例如，形 狀、長度等）之天線結構。 某些實施例利用存在於半導體晶片中之半導體製造結構 來實施天線結構。「半導體製造結構」（如該術語在本文中 使用）大體指代在半導體晶片之製造期間所形成的任何TSv 結構、裂縫終止結構或TSV結構與裂縫終止結構兩者。因 ❷ 此’不同於在晶片外部或與晶片分離而形成的結構此等 半導體製造結構大體指代在晶片之製造期間形成於晶片上 之結構。 在某些實施例中’半導體製造結構提供機械地或以其他 方式在結構上有助於製造半導體晶片以及充分用於實施天 線結構之雙重目的。舉例而言，可在製造半導體期間利用 裂缝終止（例如’當晶粒自晶圓分割成晶粒之功能部分 時’裂縫終止可圍繞晶粒之功能部分之周邊而實施以防止 任何裂縫之擴展發生）’且裂缝終止亦可用於在晶粒上實 144944.doc 201034152 施天線結構。 在某些實施例中’用於實施天線結構的半導體製造結構 之全部或一部分可用於實施天線之唯一目的，而非亦具有 有助於晶片製造的雙重目的。 在一實施例中’使用半導體晶粒或晶粒堆疊中之TSv來 建構一天線陣列。舉例而言，TSV之陣列可製造於一晶粒 上，TSV之陣列連接晶粒之頂表面及底表面上之襯墊。晶 粒可經單獨地固持或連續堆疊於另一晶粒上直至達成所要 通孔長度為止。晶粒可具有交替地連接蛇形結構（或其他 所要天線組態）中之通孔的合適之金屬層連接。在某些實 施例中，需要不超過兩個金屬層用於以此方式實施天線陣 列。例示性實施例使得能夠以此方式建構高頻、短程天線 陣列，使得其整合於半導體晶片中（例如，將此等半導體 製造結構用作TSV)。在一實施例中，將單一晶粒用作天 線’該單一晶粒堆疊於RF晶粒上。 在某些實施例中，天線結構（例如，藉由Tsv)實施於其 中的曰日粒堆疊彳包括—功能晶粒或亦使用tsv附接至該功 能晶粒。因此，所得半導體晶片可包括有效功能區域（例 如，用於實施無線通信器件之所要電路/邏輯，諸如處理 器及/或其他邏輯）以及天線結構兩者。 在一例示性實施例中，天線^件（例如，天線陣列）藉由 晶片内之TSV而實施。另外，—或多個^向元件可藉由裂 縫終止結構而實施。此裂縫終止結構可圍繞晶片之有效區 域之周邊而配置，且可用以防止應力裂縫擴展至晶片之有 144944.doc -10- 201034152 效區域中（例如，在自晶圓分割晶片期間）。另外，裂縫終 止結構可經組態以提供充當天線元件之定向元件的雙重’目 的’藉此增加天線元件之效率。 在另一例示性實施例中，天線元件（例如，天線陣列）藉 由晶片内之裂縫終止結構而實施。另外，一或多個定向元 . 件可藉由TSV而實施，藉此增加天線元件之效率。 在進一步描述具有形成於其中的整合式天線結構之半導 體晶片的例示性實施例之前，為說明之目的而簡要論述常 ❹ 1半導體製造過程。應認識到，本發明之實施例不限於本 文中所描述之說明性半導體製造過程。實情為，可使用除 本文中所描述之適於形成具有與其—起形成之整合式天線 結構之所要半導鱧晶粒的半導體製造過程之外的任何半導 體製造過程或替代於其的任何半導體製造過程。 半導體製造過程大體指代用於產生半導體晶片之製程。 通常用於習知半導體製造中的例示性半導體製造過程包括 籲 沈積製程、移除製程、圖案化製程及用於修改電屬性之製 程。沈積製程按照慣例用於使材料生長、塗覆材料或以其 他方式轉移材料至基板（例如，晶圓）上（經由使用諸如物理 氣相沈積（PVD)、化學氣相沈積（CVD)、電化學沈積 (ECD)、分子束磊晶法（MBE)及/或原子層沈積（ALD)之技 術）。移除製程按照慣例用於自基板（例如，晶圓）大量或選 擇性地移除材料（經由使用蝕刻製程、化學-機械平坦化 (CMP)等’作為實例）。圖案化可包括成形或更改所沈積材 料之現有形狀的一系列製程，且常常大體被稱為微影。作 144944.doc 201034152 為實例，可經由摻雜電晶體源極及汲極，接著是用於活化 所植入摻雜劑之爐退火或快速熱退火（RTA)，或藉由經由 在UV處理（UVP)中曝露至紫外光而減小低让絕緣材料之介 電常數來執行電屬性之修改。此等製程中之任何一或多者 (及在一些例子中，其他半導體製造過程）可用於產生半導 體晶片。 術δ吾「半導體製造結構」包括經由上文所提及及/或可 用於製造半導體晶片之其他半導體製造過程所形成的任何 TSV結構、裂縫終止結構或TSV結構與裂縫終止結構兩 者。如本文中進一步論述，使用此製造結構用於實施一天 線結構產生一具有整體形成於其中之天線結構的晶片。 一有時用於半導體製造中的製程為形成一穿矽通孔 (TSV)。大體而言，TSV指代一完全通過矽晶圓或晶粒（或 通過多個堆疊晶粒）之垂直孔（通孔）。在許多狀況下，垂直 孔用於形成一穿過晶粒之電連接。舉例而言，金屬條通常 形成於TSV中以提供一穿過晶粒之電連接。TSV技術通常 用於（例如）產生三維（「3D」）封裝及3D積體電路的過程 中。大體而言，3D封裝含有經垂直堆疊使得其佔據較小空 間之兩個或兩個以上晶片（積體電路）。在許多3D封裝中， 經堆疊之晶片沿其邊緣配線在一起；且此邊緣配線稍微增 加封裝之長度及寬度且通常需要一在晶片之間的額外「插 入器」層。在一些3D封裝中，替代於此邊緣配線而使用 TSV ’其中TSV產生穿過晶片本體的垂直連接，使得所得 封裝未增加長度或寬度。 144944.doc -12- 201034152 3D積體電路（r3D IC」或r3D晶片」）大體指代藉由堆 疊矽晶圓及/或晶粒且將其垂直互連使得其充當單一器件 所建構的單一晶片。藉由使用TSV技術，3D 1C可將大量 功能性包裝於小「佔據面積」中。另外，可大大縮短穿過 器件之關鍵電路徑，從而導致較快操作。 當然，TSV不限於應用於上文所提及之3D封裝及3〇晶 片’而可同樣用於其他半導體晶片結構中。可根據利用 TSV來形成天線結構的本發明之實施例使用現在已知或稍 後開發用於形成此等TSV的任何技術。 通常用於半導體製造中之另一製程被稱為晶片裂縫終 止。如上文所提及，半導體晶片通常形成於矽晶圓上。晶 片通常彼此鄰近地置放於晶圓上，且在製造過程完成之 後，藉由沿切口切割晶圓來分割晶圓。此將晶片彼此分 離。分割製程可誘發應力至晶片中。此應力可引起形成穿 過半導體晶片結構之應力裂縫◎亦即，裂縫可擴展至個別 半導體晶粒之有效/功能區域中。裂縫亦可歸因於半導體 晶片結構中之潛應力而形成。因此，裂縫終止結構通常圍 繞晶粒之有效區域之周邊而配置以防止裂縫擴展至有效區 域中。通常使用導電材料之環形結構來製造裂縫終止。可 根據本發明之實施例使用現在已知或稍後開發用於形成晶 片裂縫終止的任何技術。 圖1A展示具有整合於其中之一天線元件1〇1的一半導體 晶片100之一例示性實施例。在此例示性實施例中，天線 元件101藉由TSV形成。在此實例中，天線元件1〇1經實施 144944.doc -13- 201034152 為天線陣列，但一般熟習此項技術者應認識到，可根據本 發明之實施例以類似方式實施各種其他天線組態（形狀、 長度等）。 用於形成根據一實施例的此整合式天線元件1 〇 1之例示 性技術展示於圖1B之相應橫截面圖中。圖1B展示使用堆 疊晶粒所製造之例示性晶片。製造第一晶粒102，在此實 例中第一晶粒102包括一有效（或「功能」）區域1〇6，給定 應用所要的電路實施於有效（或「功能」）區域106中。製造 亦可包括有效區域107之第二晶粒103。又，在此例示性實 施例中，製造第三晶粒104及第四晶粒105，第三晶粒1〇4 及第四晶粒105可分別包括有效區域108及有效區域1〇9。 當然，在某些實施例中，該等晶粒中之一或多者可能不包 括有效區域。 在圖1B之此例示性實施例中，四個晶粒1 〇2至1 〇5以一堆 疊組態耦接在一起。在此實例中，TSV用於將晶粒1 〇2至 105耦接在一起。另外，TSV經組態以亦充當一天線元 件。舉例而言’晶粒103包括TSV 110C ;晶粒104包括TSV 110B ' 110E、110G及 1101 ;且晶粒 105 包括 TSV 110A、 110D、110F及 110H。如所示，TSV 110A、110B及 110C經 垂直對準。類似地，TSV 110D及110E經垂直對準；TSV 110F及110G經垂直對準；且TSV 110H及1101經垂直對準。 此等TSV可以金屬或用於充當天線元件之其他適當材料來 填充。另外，如所示’水平元件（例如，金屬或用於充當 天線元件之其他適當材料）111八、1118及111(：經製造以將 144944.doc -14- 201034152 垂直TSV麵接在一起。經由製造而形成的晶粒之所得堆疊 112展示於圖1B中；且為清楚起見，展示自所得堆疊112提 取之由TSV所形成的整合式天線元件1〇1之說明。 ❹
在以上實例中，包括用於實施整合式天線結構之TSV的 晶粒103至1 05可附接至一功能晶粒（諸如，功能晶粒丨〇2)。 亦可使用TSV而達成此附接，TSV可能或可能不為天線結 構之部分。又，用於製造用於形成天線結構之晶粒1〇3至 1〇5的製造步驟可與功能晶粒1〇2之製造組合，或此等晶粒 103至105可經單獨製造並附接至功能晶粒1 〇2(例如，晶粒 103至105可自不同鑄造源獲得）。另外，如圖1B中所示， 晶粒103至105中之一或多者亦可包括有效/功能區域（若給 定晶片組態需要如此）。在一實施例中，天線TSV遠離有效/ 功能區域而隔開以減少干擾。可根據本發明之實施例達成 各種組態，包括除功能晶粒之外之天線結構的製造，獨立 天線結構晶粒之製造及/或定製天線結構組態之製造。 如具有整合式天線元件101之晶片之實施例的一例示性 應用（諸如，圖1A至圖1B之晶片100的應用），假定需要5 GHz之目標中心頻率。在此例子中，四分之一波長為 其中c為光速。 與展開之天線元件相比，摺疊天線元件具有較低效率， 但藉由增加天線元件之長度而改良由摺疊而產生之低效 率。假定天線元件增加2χ長度以補償摺疊損失，以上實例 144944.doc 201034152 中之天線元件的目標長度變為30毫米（mm)。假定TSV間距 為20微米（μπι)且高度為35微米，天線元件1〇1之一 L形部分 的長度為55微米。因此，在此實例中，待實施之單行L形 天線元件之數目等於545(亦即，30毫米/55微米）。配置於 一正方形陣列（具有20微米間距）中，545個元件可容納於23 列中（每一列23個L形元件），此消耗460微米χ460微米（大約 0.5毫米χ0.5毫米）的面積。 儘管以上實例係關於5 GHz之目標中心頻率，但本發明 不限於此頻率。藉由添加額外晶粒至堆疊，可降低頻率。 _ 在一實施例中’中心頻率僅為丨GHz，但又，此頻率為非 限制實例。 如本文中進一步論述，可藉由添加定向元件來改良天線 增益，且可藉由添加電感/電容補償元件以降低天線電抗 (與其電阻相比）來改良天線效率。假定補償被動元件消耗 3 X天線面積，所消耗之總面積為大約〇 5毫米χ丨5毫米。習 知a曰片上天線面積通常為約7毫米X 7毫米。最小習知晶片 上天線為約4毫米χ4毫米，且此等需要特殊材料（諸如，玻 _ 璃）或特殊製造/置放以達成。因此，本文中所描述之例示 性整合式天線結構之某些實施例（諸如，圖1Α至圖ιβ之實 施例）可用於使得能夠節省空間及將天線結構整合於現有 ， 矽製造技術中。 圖】Α至圖1Β之例示性實施例說明用於將一整合式天線 結構實施於半導體晶片中的Tsv之使用。可在某些實施例 中用於形成天線結構的另一半導體製造結構（除上文所提 144944.doc -16- 201034152 及之TSV之外或替代於上文所提及之TSV)為一晶片裂縫終 止（有時稱為晶粒裂縫終止）。在某些實施例中，晶片裂縫 終止可經組態以為天線元件（諸如，藉由如上文所論述的 TSV所形成之天線元件101)提供定向元件（例如，反射器、 疋向器等）。在其他實施例中，晶片裂縫終止可經組態以 實施天線元件’而非使用TSV來以上文論述之方式形成天 線元件。在另外其他實施例中，晶片裂縫終止可與上文所 描述之TSV天線元件耦接’藉此延長天線元件之長度。 圖2展示包括實施於其上之晶片裂縫終止2〇1之半導體晶 片200之例示性實施例。晶片裂縫終止2〇丄通常圍繞晶片 200之有效區域202的周邊而實施。通常使用導電材料之環 形結構來製造裂縫終止。作為一實例，有效區域2〇2可包 括上文所論述之圖1A至圖1B之例示性晶片1〇〇的有效區域 106至109中之一或多者。晶片裂縫終止2〇1可包括經配置 以阻止矽中之裂縫前進使得裂縫不擴展至有效區域2〇2中 的金屬條。 晶片裂縫終止之說明性形成技術及應用可在美國專利第 6,022,791號；及第6,495,918號中；及美國專利申請公開案 第2006/0220250號中找到。當然’用於形成及/或使用晶片 裂缝終止的技術不限於上文所提及之說明性專利及公開專 利申請案中所揭示之技術’且可根據本發明之實施例使用 現在已知或稍後開發用於形成晶片裂縫終止的任何技術。 在某些實施例中’晶片裂縫終止201經組態以不僅充當 晶片裂缝終止（用於阻止矽裂縫前進至有效區域202中）而且 144944.doc -17- 201034152 充當天線結構之一部分。在某些實施例中’晶片裂缝終止 201經組態為天線元件。舉例而言，晶片裂縫終止2〇1可包 括以蛇形或其他合適形狀配置以充當天線元件的一金屬結 構。在其他實施例中’晶片裂缝終止2 〇 1可經組態為天線 元件之疋向元件。舉例而言’晶片2〇〇可包括一天線元件 101，其可以上文關於圖1A至圖1B所論述之方式藉由Tsv 實施’且晶片裂縫終止201可經組態以充當與此天線元件 101相關聯的（多個）定向元件。 圖3展示半導體晶片3〇〇之例示性實施例。晶片3〇〇包括 ❺ 一天線元件101，其可以上文關於圖1A至圖1B所論述之方 式藉由TSV實施。又，晶片300包括實施於其上的晶片裂 縫終止201。在此例示性實施例中，晶片裂縫終止2〇ι耦接 (例如，經由金屬跡線或其他合適之耦接3〇1)至天線元件 1〇1，藉此延長天線元件之長度。亦即，在此實例中，晶 片裂縫終止201形成天線元件之長度的一部分。 因此，晶片裂縫終止（諸如，圖2至圖3之晶片裂縫終止 。）可以以下形式整合至天線結構中：天線元件長度增加❹ 器（亦即，用以延長天線元件之長度）；或定向性元件。在 大約4毫米至1〇毫米之典型矽（Si)晶粒尺寸中，晶片裂縫終 止可經實施以針對圍繞晶粒之周邊的一單迴路增加16毫米 至40毫米之天線元件長度，且針對3個同心迴路增加μ毫 米至120毫米。補償摺疊損失（2χ)，且假定四分之—波 長’ 3〇毫米單迴路長度（針對7.5毫米χ7·5毫米晶粒）將暗示 5 GHZ之中心頻率。因此，晶片裂縫終止可在某些實施例 144944.doc -18- 201034152 中藉由將定向元件添加至TSV天線元件而用作天線元件長 度增加器或用作增益增加器。 或者，在某些實施例中，晶片裂縫終止201可實施為主 天線元件，且TSV可用以實施定向/效率元件。因此，晶片 裂縫終止及TSV可以各種不同串聯方式來使用以產生一小 型化及整合之晶片上天線結構。 圖4A至圖4C展示具有整合式天線結構之半導體晶片的 其他例示性實施例。將理解，圖4A至圖4C之例示性實施 ❹ 例可經由上文關於圖1A至圖1B所描述之例示性堆疊製造 過程而形成。圖4A展示晶片400A之第一實施例的等角三 維視圖。如所示，晶片400A包括有效區域202及如由隱線 所示之整合式天線元件101(其藉由丁8乂401八至401尺實 施）。TSV 401A至401K提供垂直金屬元件。如此實例中所 說明，藉由TSV 401A至401K所形成之垂直金屬元件藉由 上部水平金屬跡線402A至402E及藉由下部水平金屬跡線 403A至403E(亦以隱線展示）而耦接，藉此形成整合於晶片 ❿ 400A内之一大體上蛇形金屬結構。又，晶片400A包括實 施於其上之晶片裂縫終止201。在此例示性實施例中，晶 片裂縫終止201耦接（例如，經由TSV 401J)至天線元件 101，藉此延長天線元件之長度。亦即，在此實例中，晶 片裂縫終止201形成天線元件之長度的一部分。當然，在 其他實施例中，晶片裂縫終止201可實施為天線元件101之 定向元件。 圖4B展示晶片400B之另一實施例的例示性橫截面圖， 144944.doc -19- 201034152 其說明有效區域202、晶片裂縫終止2〇丨及蛇形天線元件 1〇1(例如’如可藉由圖4A之未特定展示的TSV 4〇1八至 401K、上部水平金屬跡線4〇2A至4〇2E及下部水平金屬跡 線403A至403E而形成）之一部分。 圖4C展示晶片400C之另一例示性實施的自頂部之平面 圖，再次說明有效區域202、晶片裂缝終止201及蛇形天線 元件101。在此例示性實施中，晶片裂縫終止2〇1比圖々a之 實例中的晶片裂縫終止長，因為晶片裂縫終止2〇1經實施 以在晶片400C之四邊中之每一者上完整地包圍該晶片之外 @ 邊緣兩遍。又’蛇形天線元件1〇1之例示性實施不同於圖 4A中所示的例示性結構。在圖4(：之實例中，展示上部水 平金屬跡線405入至405〖，且虛線指示丁8乂以類似於圖4八 中所示之方式的方式用於形成垂直金屬元件。又，如圖4A 之實例中所示，包括下部水平金屬跡線以將由TSV形成之 垂直金屬元件耦接在一起。因此，在晶片4〇〇c之此例示性 實施中’上部水平金屬跡線4〇5A至4〇5k、由TSV形成之垂 直金屬元件及下部水平金屬跡線共同形成圖4C中所指示的 ❿ 圖案之蛇形天線元件（類似於圖4A中所示之元件）。當然， 在其他實施例中，各種其他圖案可以類似方式而實施用於 形成整合式天線元件。 圖5展示用於形成具有整合式天線結構之半導體晶片的 例示性方法。在區塊501中，執行半導體製造以用於形成 以下中之至少一者：a)—或多個TSV ;及b)一或多個裂缝 終止結構。在區塊502中，將a)一或多個丁8¥及1?)一或多個 144944.doc •20· 201034152 裂縫終止結構中之至少一者用作天線結構。亦即，在形成 區塊501中，TSV及/或裂縫終止結構以一方式組態以充當
天線結構之至少—部分。舉例而言，如上文所提及，TSV 及/或裂縫終止結構可各自經組態卩充當天線元件或充當 天線結構之定向元件。 本發明之某些實施例使得一天線結構能夠整合至半導體 晶片中。經由在矽上整合，與實施於系統板、封裝基板或 矽上的平面天線相比，可達成空間節省。本文所揭示之例 性概念及技術可用以產生大天線陣列及，或具有廣泛多 種形狀之天線以達成給定應用的所需傳輸特性。此外，在 某些實施例中，歸因於將天線結構整合於矽上而遭遇最小 接觸/行進損失。又，某些實施例提供靈活性以將不同天 線組態與不同供應源（sources 〇f supply)組合。且某些實 施例使得能夠經由使用現有製造/半導體製造方法在半導 體晶片中達成一整合式天線結構。一般熟習此項技術者應 認識到，此整合式天線結構適用於廣泛多種應用中，特別 適用於許多高頻/短程無線通信應用。 圖6展示可有利地使用一整合式天線結構之實施例的例 示性無線通k系統600。為了說明之目的，圖6展示三個遠 端單元620、630及650以及兩個基地台64〇。應認識到，典 型無線通信系統可具有更多遠端單元及基地台。遠端單元 620、630及650可包括具有諸如以上本文中所揭示的整合 式天線結構之半導體晶片。圖6展示自基地台640至遠端單 元620、63 0及650之前向鏈路信號680及自遠端單元62〇、 144944.doc •21· 201034152 630及650至基地台64〇之反向鏈路信號69〇。 在圖6中，遠端單元62〇經展示為一行動電話，遠端單元 630經展示為一攜帶型電腦，立遠端單元65〇經展示為在— 無線區域迴路系統午的一固定位置遠端單元。舉例而古， 遠端單元可為行動電話、掌上型個人通信系統（PCS)單 元、諸如個人資料助理之攜帶型資料單元或諸如儀錶讀取 設備之固定位置資料單元。儘管圖6說明可包括一具有根 據本發明之教示的整合式天線結構之晶片的某些例示性遠 端單元，但本發明不限於此等例示性說明單元。本發明之 實施例彳同樣合適地用於需要天線之任肖無線通信器件 中。 儘管已詳細描述本發明及其優點，但應理解，可在不偏 離如由所附申請專利範圍所界定之本發明之技術的情況下 在本文中進行各種改變、取代及更改。此外，本申請案之 範疇不欲限於本說明書中所描述之過程、機器、製造、物 質組成、手段、方法及步驟之特定實施例。如一般熟習此 項技術者將容易自本發明瞭解，可根據本發明利用目前現 有或稍後將開發的執行與本文中所描述之相應實施例大體 上相同之功能或達成與其大體上相同之結果的過程、機 器、製造、物質組成、手段、方法或步驟。目此，所附申 "月專利範圍意欲在其範疇内包括此等過程、機器、製造、 物質組成、手段、方法或步驟。 【圖式簡單說明】 圖1A為展示具有整合於其中之天線元件的半導體晶片之 144944.doc -22· 201034152 一例示性實施例的說明視圖。 圖1B為展示根據一實施例的用於形成圖ία之整合式天 線元件之例示性技術的橫截面圖。 圖2為展示包括一於上面實施之晶片裂縫終止之半導體 晶片的例示性實施例之方塊圖，其中此晶片裂縫終止經組 - 態以形成天線結構之至少一部分。 圖3為展示包括一於上面實施之晶片裂縫終止之半導體 晶片的另一例示性實施例之方塊圖，其中此晶片裂缝終止 Φ 與一天線元件耦接以延長天線元件長度。 圖4A至圖4C展示具有整合式天線結構之半導體晶片的 其他例示性實施例。 圖5為展示用於形成具有整合式天線結構之半導體晶片 之例示性操作流程的流程圖。 圖6為展示可有利地使用本發明之實施例的例示性無線 通信系統之方塊圖。 _ 【主要元件符號說明】 100 101 102 103 104 105 106 107 半導體晶片 天線元件/整合式天線元件/蛇形天線元件 第一晶粒/功能晶粒 第二晶粒 第三晶粒 第四晶粒 有效（或「功能」）區域 有效區域 144944.doc •23· 201034152 108 有效區域 109 有效區域 110A 穿矽通孔（TSV) 110B 穿矽通孔（TSV) 110C 穿矽通孔（TSV) 110D 穿矽通孔（TSV) 110E 穿矽通孔（TSV) 110F 穿矽通孔（TSV) 110G 穿矽通孔（TSV) 110H 穿矽通孔（TSV) 1101 穿矽通孔（TSV) 111A 水平元件 111B 水平元件 me •水平元件 112 晶粒之所得堆疊 200 半導體晶片 201 晶片裂縫終止 202 有效區域 300 半導體晶片 301 耦接 400A 晶片 400B 晶片 400C 晶片 401A 穿矽通孔（TSV) •24- 144944.doc 201034152
401B
401C
401D
401E
401F
. 401G 401H 4011
φ 401J 401Κ 402Α 402Β 402C 402D 402Ε 403Α • 403Β
403C 403D 403Ε 405Α 405Β 405C 405D 穿矽通孔（TSV) 穿矽通孔（TSV) 穿矽通孔（TSV) 穿矽通孔（TSV) 穿矽通孔（TSV) 穿矽通孔（TSV) 穿矽通孔（TSV) 穿矽通孔（TSV) 穿矽通孔（TSV) 穿矽通孔（TSV) 上部水平金屬跡線 上部水平金屬跡線 上部水平金屬跡線 上部水平金屬跡線 上部水平金屬跡線 下部水平金屬跡線 下部水平金屬跡線 下部水平金屬跡線 下部水平金屬跡線 下部水平金屬跡線 上部水平金屬跡線 上部水平金屬跡線 上部水平金屬跡線 上部水平金屬跡線 144944.doc -25- 201034152 405E 上部水平金屬跡線 405F 上部水平金屬跡線 405G 上部水平金屬跡線 405H 上部水平金屬跡線 4051 上部水平金屬跡線 405J 上部水平金屬跡線 405K 上部水平金屬跡線 600 無線通信系統 620 遠端單元 630 遠端單元 640 基地台 650 遠端單元 680 前向鍵路信號 690 反向鍵路信號 144944.doc - 26 -

Claims (1)

  1. 201034152 七、申請專利範圍： 1. 一種實施於一積體電路中之整合式天線結構該整合式 天線結構包含： 一半導體製造結構。 • 2.如請求項丨之整合式天線結構，其中該半導體製造結構 ，包含一穿矽通孔（TSV)。 3.如請求項2之整合式天線結構，其中該半導體製造結構 包含—裂縫終止結構。 碜 眚求項1之整合式天線結構，其中該半導體製造、结構 包含—裂縫終止結構。 5.如請求之整合式天線結構，其中該天線結構包含一 天線元件。 6·如請求項5之整合式天線結構，其中該天線元件包含/ 蛇形形狀。 7·如請求項5之整合式天線結構’其中該天線元件係由-裂縫終止結構形成。 • 8·如請求項5之整合式天線結構其中該天線結構進〆梦 包含一定向元件。 如吻求項1之整合式天線結構，其中該半導體製造，结構 包含— Tsv與一裂縫終止結構兩者。 如凊求項9之整合式天線結構，其中該TSV與該裂缝終土 、σ構輕接在一起以形成一天線元件。 11.如請求項1之整合式天線結構其中該天線結構包含/ 定向元件。 144944.doc 201034152 12. 如請求項丨丨之整合式天線結構，其中該定向元件係由一 裂縫終止結構形成。 13. 如晴求項11之整合式天線結構，其中該定向元件係由一 TSV形成。 14. 如请求項1之整合式天線結構，其中該半導體製造結構 包含配置於該積體電路之一有效區域中的一 Tsv及至少 部分地圍繞該有效區域之一周邊而配置的一裂縫終止結 構。 15. 如請求項1之積體電路，其包含： 一第一晶粒； 堆疊於該第一晶粒上之一第二晶粒；及 複數個TSV，其實施於該第一晶粒及該第二晶粒中以 形成一天線結構。 16. 如請求項15之積體電路’其中該天線結構與實施於該第 一晶粒上之電路電耦接。 17· —種製造整合於一半導體晶片中之一天線結構的方法’ 該方法包含： 形成一半導體製造結構； 其中該形成包含形成該半導體製造結構以實施該天線 結構。 18. 如請求項17之方法’其中該半導體製造結構包含以下中 之至少一者：a)一或多個穿矽通孔（TSV);及b)—或多個 裂縫終止結構。 19. 如請求項17之方法，其中該形成包含形成一或多個TSV 144944.doc 201034152 以實施該天線結構之-天線元件。 20. 如請求項19之方法，其進一步包含： 形成一或多個裂縫終止結構以實施該天線結構之一定 向元件。 21. 如請求項17之方法，其中該形成包含形成一或多個裂缝 終止結構以實施該天線結構之一天線元件。 22·如請求項21之方法，其進一步包含： 形成一或多個TSV以實施該天線結構之一定向元件。 144944.doc
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