专利名称：半导体集成电路中的波导以及电磁波屏蔽的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种集成电路(IC)设计，且特别有关于一 种集成电路中的波导(waveguide)设计。
背景技术：
在半导体元件中，无论于晶片(chip)级或基板(board)级中 皆需要传输线以传输信号。主要的传输线结构可分为四类微带 线(microstrip )、 带线(stripline )、 同轴线(coaxial line )以 及波导(waveguide )。
微带线是薄且平坦的导体，其通过绝缘层或空气缝隙与接地 面隔开，而带线则类似于微带线，然而带线是设置于两个接地面 及各个绝缘层之间。同轴线是导线位于中心，且沿着其外围具有 导电层，而内部的导体及外部的导体通过绝缘层隔开。简单的说， 由剖面图来看波导是完全由金属围绕的围封物(enclosure )。
由于微带线及带线是二维结构，因此在集成电路中制作微带 线及带线都是较简单的制程。波导相较于微带线及带线具有许多 优点，因为其完全的被屏蔽，所以邻近信号之间的隔离效果良好。 波导可传输极高波峰的能量，且在高微波频率时损耗极小，几乎 可忽略。
因此，目前亟需在集成电路中建立波导传输线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成电路中的波导，其是利用高 密度的导通孔阵列模仿金属平面以引导电磁波，其亦具有屏蔽电 磁波的功能。
本发明提供一种半导体集成电路中的波导，包括 一水平的 第一金属板； 一水平的第二金属板，位于该第一金属板之上，且 通过一第一绝缘材料与该第一金属板分隔；以及多个第一金属导 通孔，互相分隔且排列形成两个互相平行的平面，其中所述第一 金属导通孔垂直地形成于该第一绝缘材料中，且接触该第一金属 板及该第二金属板；其中该第一金属板、该第二金属板以及由所 述第一金属导通孔所形成的两个互相平行的平面形成一第一金属 围封物。
本发明所述的半导体集成电路中的波导，更包括一半导体基 底，形成于该第一金属板之下，其中该半导体基底上具有多个半 导体元件。
本发明所述的半导体集成电路中的波导，其中该第一金属板 包括铜、铜合金、铝或铝合金。
本发明所述的半导体集成电路中的波导，其中该第一金属板 具有一或多个开口 。
本发明所述的半导体集成电路中的波导，其中该第二金属板 包括铜、铜合金、铝或铝合金。
本发明所述的半导体集成电路中的波导，其中该第二金属板 具有一或多个开口 。
本发明所述的半导体集成电路中的波导，其中所述第一金属 导通孔的间距约小于传输至该第一金属围封物的电磁波的波长的 1/10。
本发明所述的半导体集成电路中的波导，其中所述第一金属 导通孔包括铜、铜合金、铝、铝合金或鴒。
本发明所迷的半导体集成电路中的波导，该两个互相平行的 平面更包括 一或多个导通孔叠层，其包括多个互相分隔的第二 金属导通孔，其中所述第二金属导通孔垂直地形成于该第一绝缘
材料中，且与所述第一金属导通孔排成一直线并形成于所述第一
金属导通孔之上；以及一或多个金属带，位于所述第一金属导通
孔及第二金属导通孔之间，且接触所述第一金属导通孔及第二金
属导通孔；其中该两个互相平行的平面是通过于所述第一金属导 通孔之上的该导通孔叠层以及该金属带所形成。
本发明所述的半导体集成电路中的波导，更包括一第一导线， 于该第一金属围封物内由该第一绝缘材料所围绕，且平行于该第 一金属板及第二金属板，其中该第一导线是作为中心导体，而该 第一金属围封物作为同轴线的外部导电层。
本发明所述的半导体集成电路中的波导，更包括 一水平的 第三金属板，位于该第二金属板上，通过一第二绝缘材料与该第 二金属板分隔；多个第三金属导通孔，于该两个互相平行的平面 中，垂直地形成于该第二绝缘材料中，且接触该第二金属板及第 三金属板；其中该第二金属板与第三金属板以及所述第三金属导 通孔形成一 第二金属围封物。
本发明所述的半导体集成电路中的波导，其中该第三金属板 包括铜、铜合金、铝或铝合金。
本发明所述的半导体集成电路中的波导，其中该第三金属板 具有一或多个开口 。
本发明所述的半导体集成电路中的波导，更包括一第二导线， 于该第二金属围封物内由该第二绝缘材料所围绕，且平行于该第 二金属板及第三金属板，其中该第二导线是作为中心导体，而该 第二金属围封物作为同轴线的外部导电层。
本发明另提供一种半导体集成电路中的电磁波屏蔽，包括 一水平的第一金属板； 一水平的第二金属板，设置于该第一金属 板上； 一水平的第三金属板，设置于该第一金属板及第二金属板 上，且平行于该第一金属板及第二金属板，并通过一绝缘材料与
该第一金属板及笫二金属板分隔；多个第一金属导通孔，垂直地 形成于该绝缘材料中，且接触该第一金属板及该第二金属板；多 个第二金属导通孔，垂直地形成于该绝缘材料中，且接触该第二 金属板及该第三金属板；其中由该第一金属板、第二金属板与第 三金属板以及所述第一金属导通孔与第二金属导通孔形成一金属 空隙。
本发明所述的半导体集成电路中的电磁波屏蔽，其中更包括 一半导体基底，位于该第一金属板及第二金属板下，多个半导体 元件形成于该第一金属板及第二金属板之间。
本发明所述的半导体集成电路中的电磁波屏蔽，其中所述第 一金属导通孔的间距及第二金属导通孔的间距约小于被屏蔽的电 磁波的波长的1/10。
本发明所提供的半导体集成电路中的波导以及电磁波屏蔽， 以高密度的导通孔作为波导的侧壁可产生完全的三维围封物，具 有屏蔽电磁波的功能。
图l是绘示已知的微带线的剖面图； 图2是绘示已知的带线的剖面图3是绘示本发明实施例的于集成电路中的波导的透视图； 图4 A至图4 C是绘示本发明另 一 实施例的波导的剖面图； 图5是绘示本发明实施例的电磁波屏蔽的剖面图。
具体实施例方式
请参阅图l,其是绘示已知的微带线100的剖面图。在集成电 路中，于基底(图中未绘示)上沉积接地板110，接地板110是例 如为金属层的导电层，之后于接地板110上沉积绝缘材料120,接
着于绝缘材料120的顶部沉积金属带130，另 一层的绝缘材料120 沉积于金属带130及原有的绝缘材料120上，借此，金属带130完 全的被绝缘材料120所包围，且平行于位于其下的接地板IIO。
请参阅图2，其是绘示已知的带线200的剖面图。在集成电路 中，图1中微带线100与图2中带线200的差异在于在完成的图l的 微带线100结构上更沉积另 一如金属的接地板210，借此，金属带 130位于两个平行的接地板110、 210之间，如图2所示。值得注意 的是，微带线100及带线200皆不是包围的结构。
请参阅图3，其是绘示本发明实施例的于集成电路中的波导 400的透视图。排成两列的导通孔(via) 410形成波导400的側壁， 导通孔410例如为金属，其位于底部金属板420及顶部金属板430 之间。若在同一列中邻近的导通孔410的间距甚小于一波长，则就 电磁波的观点，该列的导通孔可被视为金属板。当导通孔410的间 距小于电磁波的波长的1/10时，所述导通孔即可^L为电磁波的金 属板，举例而言，毫米波的波长约为lmm，导通孔410的间距需 小于100pim;具有波长约为850nm的垂直激光二极管，导通孔410 的间距需小于85nm;具有波长约为1.3pm的垂直激光二极管，导 通孔410的间距需小于130nm。底部金属板420及顶部金属板430 可包括铜、铜合金、铝或铝合金，导通孔410可包括铜、铜合金、 铝、铝合金或鴒。
垂直共振腔面射型激光(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL)是一种半导体激光二极管(diode),其激光光的 发射方向垂直于晶片顶部的表面，有别于自晶片与晶圓的劈裂面 发射激光光束的传统边射型(edge - emitting )半导体激光。一 般而言，VCSEL的波长约介于650nm至1300nm,而其通常形成 于砷化镓(GaAs)晶圆。
请再次参阅图3，在相同 一列中的邻近的导通孔410的间距可
取决于设计规范(design rule )，举例而言，在0.18微米制程中， 导通孔间距的设计规范约为0.4微米。若是导通孔之间的间距过 小，则可能发生金属填入导通孔不完全的情况，然而由于导通孔 410是为波导400的用途，而不是作为底部金属板420及顶部金属 板430之间的固体连接，因此可忽略导通孔的最小间距的设计规 范，例如导通孔410的间距可为零。在导通孔间距为零的情况下， 波导的側壁为连续的金属侧壁，如此以形成完整的围封物。
在图3中，若有金属线沉积于底部金属板420及顶部金属板 430之间，且该金属线平行于两列的导通孔410，则此波导结构变 为一同轴线。
图4A至图4C其是绘示本发明另一实施例的波导的剖面图，此 波导是在集成电路中。首先请参阅图4A,在集成电路中具有两个 堆叠的波导500及505,在集成电路的制程中至少形成三个金属层 510、 520及530，在金属层510及520之间形成第 一导通孔阵列 540,而在金属层520及530之间形成第二导通孔阵列550。波导500 及505的制程原则大致上类似于图3中的单一波导400的形成方 法，然而需制作额外的导通孔及金属。
请参阅图4B，图4A中的堆叠波导500及505设置于另外的金属 层560及565之间，其中金属层560位于波导500及505之下，而金 属层565位于波导500及505之上。图4B的结构说明波导不需形成 于顶部金属层及底部金属层之间，任何两个金属层即可形成波导， 如图4C所示。
在图4C中，波导570是由两个堆叠的导通孔阵列540及550所 形成，并且通过中间金属层520协助导通孔阵列540及550两者之 间的相互连接，由于中间金属层520在波导570中是空的，因此波 导570的侧壁即为两个堆叠的导通孔阵列540及550所形成。
在图3至图4C中，顶部及底部金属层不限定于连续的金属板，
在某些半导体制程中，较大的金属板可具有一或多个开口以释放 应力，而在此的顶部及底部金属层可具有直径小于导通孔间距的
开口 。
在图1至图4C中，用以形成上述的微带线、带线及波导的基底 可包括硅、玻璃或如砷化镓三-五族化合物，或者亦可包括桂覆 盖绝缘层(SOI)或玻璃覆盖绝缘层(GOI)。底部金属层不限定 于直接沉积于基底上，其亦可沉积于基底上的绝缘层，并且在基 底与绝缘层之间可存在其他的绝缘层或金属层。再者，基底上可 形成各种半导体元件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)、电阻、电感器以及电容。金属层510、 520及530 可包括铜、铜合金、铝或铝合金，导通孑LP车歹'J540及550可包括铜、 铜合金、铝、铝合金或鴒。
当半导体制程通常涉及较机械制程更有形态灵活性 (geographic flexibility)的光刻及化学制程，本发明亦可应用 于L形波导、定向耦合器及其他微波元件。
本发明的利用高密度的导通孔阵列模仿金属平面以引导电磁 波的概念，亦具有屏蔽电磁波的功能。在许多集成电路中，某些 部分的电路系统，如低噪声放大器，对于其他电路或传输线产生 的电磁干扰相当敏感，因此这些电路系统通常需要屏蔽。已知的 屏蔽电路的方法通常为设置金属带于该敏感电路的周围，以及设 置金属板于电路区域之上。然而，以高密度的导通孔作为波导的 侧壁可借此产生完全的三维围封物。
请参阅图5，其是绘示本发明实施例的电磁波屏蔽600的剖面 图。电磁波屏蔽600具有金属板610于其上，两个导通孔阵列630 于其两侧，并由两个金属带620所围绕。于半导体基底650中的N 型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管640为敏感电路系统，其可 通过位于其上的金属板610及侧边的导通孔阵列630完全的屏蔽。
以上所揭露多个不同的实施例以实施各种实施例的不同特 征，上述说明特定实施例中的元件及制程以简化说明，其仅用以 作为示例而非用以限定本发明。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明 的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范 围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护 范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下
100:微带线
110:接地板
120:绝缘材料
130:金属带
200:带线
210:接地板
400:波导
410:金属导通孔
420:底部金属板
430:顶部金属板
500、505、 570:波导
510、520、 530:金属层
540、550、 630:导通孔阵列
560、565:金属层
600:电磁波屏蔽
610:金属板
640'.N型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管
650:半导体基底
权利要求
1.一种半导体集成电路中的波导，其特征在于，包括一水平的第一金属板；一水平的第二金属板，位于该第一金属板之上，且通过一第一绝缘材料与该第一金属板分隔；以及多个第一金属导通孔，互相分隔且排列形成两个互相平行的平面，其中所述第一金属导通孔垂直地形成于该第一绝缘材料中，且接触该第一金属板及该第二金属板；其中该第一金属板、该第二金属板以及由所述第一金属导通孔所形成的两个互相平行的平面构成一第一金属围封物。
2. 根据权利要求l所述的半导体集成电路中的波导，其特征 在于，更包括一半导体基底，形成于该第一金属板之下，其中该 半导体基底上具有多个半导体元件。
3. 根据权利要求l所述的半导体集成电路中的波导，其特征 在于，该第一金属板包括铜、铜合金、铝或铝合金。
4. 根据权利要求l所述的半导体集成电路中的波导，其特征 在于，该第一金属板具有一或多个开口。
5. 根据权利要求l所述的半导体集成电路中的波导，其特征 在于，该第二金属板包括铜、铜合金、铝或铝合金。
6. 根据权利要求l所述的半导体集成电路中的波导，其特征 在于，该第二金属板具有一或多个开口。
7. 根据权利要求l所述的半导体集成电路中的波导，其特征 在于，所述第一金属导通孔的间距小于传输至该第一金属围封物 的电^f兹波的波长的1/10。
8. 根据权利要求l所述的半导体集成电路中的波导，其特征 在于，所述第一金属导通孔包括铜、铜合金、铝、铝合金或鴒。
9. 根据权利要求l所述的半导体集成电路中的波导，其特征 在于，该两个互相平行的平面更包括 一i^多冬l通乱4屋，真fe括l冬互4目夯隔的苐二佥属导通 孔，其中所述第二金属导通孔垂直地形成于该第一绝缘材料中， 且与所迷第一金属导通孔排成一直线并形成于所述第一金属导通孔之上；以及一或多个金属带，位于所述第一金属导通孔及第二金属导通 孔之间，且接触所述第一金属导通孔及第二金属导通孔；其中该两个互相平行的平面是通过于所述第一金属导通孔之 上的该导通孔叠层以及该金属带所形成。
10. 根据权利要求l所述的半导体集成电路中的波导，其特征 在于，更包括一第一导线，于该第一金属围封物内由该第一绝缘 材料所围绕，且平行于该第一金属板及第二金属板，其中该第一导线是作为中心导体，而该第 一金属围封物作为同轴线的外部导电层。
11. 根据权利要求l所述的半导体集成电路中的波导，其特征 在于，更包括一水平的第三金属板，位于该第二金属板上，通过一第二绝 缘材料与该第二金属板分隔；多个第三金属导通孔，于该两个互相平行的平面中，垂直地 形成于该第二绝缘材料中，且接触该第二金属板及第三金属板；其中该第二金属板与第三金属板以及所述第三金属导通孔形 成一第二金属围封物。
12. 根据权利要求ll所述的半导体集成电路中的波导，其特 征在于，该第三金属板包括铜、铜合金、铝或铝合金。
13. 根据权利要求ll所述的半导体集成电路中的波导，其特 征在于，该第三金属板具有一或多个开口。
14. 根据权利要求ll所述的半导体集成电路中的波导，其特 征在于，更包括一第二导线，于该第二金属围封物内由该第二绝 缘材料所围绕，且平行于该第二金属板及第三金属板，其中该第 二导线是作为中心导体，而该第二金属围封物作为同轴线的外部 导电层。
15. —种半导体集成电路中的电磁波屏蔽，其特征在于，包括一水平的第一金属板；一水平的第二金属板，设置于该第一金属板上；一水平的第三金属板，设置于该第一金属板及第二金属板上， 且平行于该第一金属板及第二金属板，并通过一绝缘材料与该第 一金属板及第二金属板分隔；多个第一金属导通孔，垂直地形成于该绝缘材料中，且接触 该第 一金属板及该第二金属板；多个第二金属导通孔，垂直地形成于该绝缘材料中，且接触该第二金属板及该第三金属板；其中由该第一金属板、第二金属板与第三金属板以及所述第一金属导通孔与第二金属导通孔形成一金属空隙。
16. 根据权利要求15所述的半导体集成电路中的电磁波屏蔽， 其特征在于，更包括一半导体基底，位于该第一金属板及第二金 属板下，多个半导体元件形成于该第一金属板及第二金属板之间。
17. 根据权利要求15所述的半导体集成电路中的电磁波屏蔽， 其特征在于，所述第一金属导通孔的间距及第二金属导通孔的间 距小于被屏蔽的电磁波的波长的1/10。
全文摘要
本发明提供一种半导体集成电路中的波导以及电磁波屏蔽，特别涉及一种半导体集成电路中的波导，包括一水平的第一金属板；一水平的第二金属板，位于该第一金属板之上，且通过一第一绝缘材料与该第一金属板分隔；以及多个第一金属导通孔，互相分隔且排列形成两个互相平行的平面，其中所述第一金属导通孔垂直地形成于该第一绝缘材料中，且接触该第一金属板及该第二金属板；其中该第一金属板、该第二金属板以及由所述第一金属导通孔所形成的两个互相平行的平面形成一第一金属围封物。本发明所提供的半导体集成电路中的波导以及电磁波屏蔽，以高密度的导通孔作为波导的侧壁可产生完全的三维围封物，具有屏蔽电磁波的功能。
文档编号H01L23/552GK101106208SQ20071007991
公开日2008年1月16日 申请日期2007年2月16日 优先权日2006年7月14日
发明者庄建祥, 薛福隆 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司