集成电路装置的制作方法

专利名称：集成电路装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路，特别涉及用以保护信号传输网络的静电放电电路，并且特别涉及改善静电放电电路的带宽。
背景技术：
在宽带网络中，信号在网络中的元件之间被传输，例如计算机网络、通信网络以及类似的网络。网络中的元件可能具有外露的接口，而使网络容易遭受源自于静电放电的静电放电电流的伤害。静电放电电流可能会在非常短的时间内达到非常高的电平，并且具有伤害网络中的元件的可能性。因此，静电放电防护电路被设计用以避免网络中的元件受到静电放电电流的伤害。
图1示出一种形成在印刷电路板上的公知的网络。发送机为包括集成电路的半导体芯片，用以传送数据至接收机，接收机可能为包括集成电路的另一半导体芯片。数据经由印刷电路板上的信道被发送。为了要保护发送机和
接收机，二极管D形成在半导体芯片内，用以当作静电放电装置。举例而言，当静电放电的暂态电流发生于半导体芯片的接脚PinA或PinB时，二极管D可能被导通用以导引静电放电电流，因此发送电路TX及接收电路RX得以被保护。
图1所示的电路也有缺点。因为封装/导线(package/trace)的关系，所以印刷电路板上的信道和二极管D具有寄生电容。特别在高频时，此寄生电容形成限制网络带宽的低通滤波器。所以，如图l所示的网络的带宽被限制介于约50亿赫兹(5GHz)至约60亿赫兹(6GHz)之间。然而，现今的数据网络通常要求100亿赫兹(10GHz)或以上的带宽。因此，公知的网络无法满足现今数据网络的带宽要求。
为了要解决上述讨论的带宽受限的问题， 一个解决办法被提出如图2所示。在此解决办法中，在网络中使用两个T形线圈提供电感值，用以补偿输入阻抗。图3示出由金属线圈形成的一个T形线圈。T形线圈具有终端(terminals)A、 B及X(故称为T形线圈)，其中终端X为中心抽头(central tap)。参考图2，电感器T1A和T1B属于第一T形线圈，其中点A1、B1及X1为第一T形线圈的终端。电感器T2A和T2B属于第二T形线圈，其中点A2、B2及X2为第二T形线圈的终端。电感器T1A、 T1B、 T2A及T2B的电感值补偿了因封装导线(package traces)、接合垫片及静电放电二极管D而造成的寄生电容，因此网络的带宽得以改善。
然而，如图2所示的网络也有缺点。图2示出了静电放电电流电流I一个可能的路径。因为静电放电电流必须流经为T形线圈的一部分的电感器T1A及T2A，所以T形线圈必须足够宽厚，如此具有小电阻值的电感器才不至于被高电平的静电放电电流所伤害。因此，T形线圈必须以多重金属层形成，或具有宽的金属宽度以符合高电阻值的要求。这个要求使T形线圈占据更多芯片面积或使用更低的金属层。然而，更大的T形线圈导致更大的寄生电容被产生，于是带宽的改善受到限制。因此，亟需一种具有改善带宽及减少芯片面积使用量新的静电放电电路。

发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，依据本发明的一实施例， 一种集成电路装置包括一第一垫片及一第二垫片；多个静电放电装置，用以将第一垫片及第二垫片耦接至一放电路径； 一变压器，包括一第一端点、 一第二端点、一第三端点及一第四端点，其中第一端点及第二端点分别耦接至第一垫片及第二垫片；以及一收发电路，耦接至变压器的第一及第二端点。
依据本发明的另一实施例， 一种集成电路装置包括一半导体芯片，半导体芯片还包括一第一接合垫片及一第二接合垫片；以及一变压器。变压器还包括一第一金属线圈，包括一第一端点及一第二端点；以及一第二金属线圈，包括一第三端点及一第四端点，其中第一端点及第三端点分别连接至第一接合垫片及第二接合垫片。半导体芯片还包括一第一静电放电路径，耦接于第一接合垫片及一电源或一接地(电源/接地)之间； 一第二静电放电路径，耦接于第二接合垫片及电源/接地之间；以及一电路，包括一第一终端，耦接至第一接合垫片；以及一第二终端，耦接至第二接合垫片。
依据本发明的另一实施例， 一种集成电路装置包括一第一半导体芯片、
6一第二半导体芯片以及一安置板，其中第一半导体芯片及第二半导体芯片被安置在上述安置板之上，且通过上述安置板互相连接。第一半导体芯片包括
一第一对接合垫片； 一第一变压器，连接至第一对接合垫片； 一第一对静电放电装置，用以将第一对接合垫片耦接至一电源/接地；以及一接收电路，耦接至第一对接合垫片。第二半导体芯片包括一第二对接合垫片； 一第二变压器，连接至第二对接合垫片； 一第二对静电放电装置，用以将第二对接合垫片耦接至电源/接地；以及一发送电路，耦接至第二对接合垫片。本发明的优点包括增加带宽及减少芯片面积使用量。


为了完整理解本发明及其优点，利用以下说明搭配附图作为参考。
图1描述一种形成在印刷电路板上的公知的宽带数据网络；
图2描述形成在印刷电路板上的的另一公知的宽带数据网络；
图3描述一种T形线圈；
图4示出一种变压器；
图5示出本发明包括变压器的一实施例；
图6为在收发电路前端上一差动信号路径之一的一等效电路；以及
图7描述本发明的一实施例的频率响应。
上述附图中的附图标记说明如下
TX 发送电路； RX 接收电路；
CR 电路；
QFN 方形扁平无引脚封装；TF、 TF 变压器；
VDDTX、 VDDRX、 VDD 电源线；1~电流；
PA、 PB、 PA/PB 接合垫片；PinA、 PinB 接脚；D 二极管；
Dl、 D2、 D3、 D4、 Dl'、 D2' 静电放电二极管；RZ 电阻；Rg、 Rg' 终端电阻； RS 静电放电电阻；
T1A、 T2A、 T1B、 T2B、 LA、 LB、 Ll、 Ll'、 L2 电感器;
Cl、 C2、 Cgse 电容器；
Z0 元件；
X1A、 X2A、 X1B、 X2B 终端； Al、 Bl、 XI、 A2、 B2、 X2 点； Zin 输入阻抗。
具体实施例方式
本发明较佳实施例的组成及使用如下述的详细讨论。其应能具体实现， 然而，本发明提供许多可实施的发明概念是可以特定概念的许多变化具体化 实现。特定实施例的讨论仅为描述本发明组成及使用的特定方法，并非用以 限定本发明。
图4描述在本发明的实施例所使用的变压器TF。变压器TF可能设置于 半导体芯片(裸片)之内，并且由金属线圈所形成。金属线圈可能延伸进入两 层、三层或甚至更多金属层之内。然而，因为变压器不需要导引静电放电电 流，其可能为薄的，且可能形成于(半导体裸片的)较低的金属层之内，而不 是形成于最上面两层金属层(Mtop层及Mt叩-l层)之内。例如，变压器TF可 能形成于底部金属层Ml至Mtop-2之内的任一个，虽然其也可能形成于最上 面两层金属层之内。
变压器TF具有四个终端，即X1A、 X1B、 X2A及X2B。终端X1A及 X2A通过金属线及导孔相连。终端X1B及X2B通过金属线及导孔(via)相连。 因此，变压器TF等效为两个电感器，两个电感器之一连接于终端X1A及 X2A之间，而两个电感器的另一个连接于终端X1B及X2B之间。
图5示出含有图4中所示的变压器TF的一个数据网络。发送元件可为 包括集成电路的一个半导体裸片(本文之后以发送裸片或发送芯片称之)，用 以发送数据。接收元件可为包括集成电路的一个半导体裸片(本文之后以接收 裸片或接收芯片称之)，用以接收发送裸片所发送的数据。数据经由印刷电路 板之内(或其上)的一个信道而发送，或是经由包括传输线的其他任一个的信
8道而发送。元件zo代表印刷电路板上的信道。发送裸片及接收裸片分别被 封装在封装A及B内。标记为QFN的元件代表发送及接收裸片的封装，可 能为方形扁平无引脚封装(quad flatno-lead， QFN)或其他类型的封装。
垫片PA及垫片PB分别为接收裸片及发送裸片的接合垫片。垫片PA的 每一个在耦接至接收电路RX的信号路径之一之上，其中信号路径可能形成 一对相异的信号路径。垫片PB的每一个在耦接至发送电路TX的信号路径 之一之上，其中信号路径可能形成差动对。静电放电装置，例如静电放电二 极管D1，形成于接收裸片之内，其中静电放电二极管Dl耦接于垫片PA与 放电路径之间。如图5所示的一实施例中，放电路径连接至电源或接地(本文 之后以电源/接地称之)。静电放电二极管D2形成于电源线VDD及垫片PA 之间，用以导引可能在电源线VDD及垫片PA间形成的静电放电暂态电流。 静电放电二极管Dl用以保护垫片PA并用以导引静电放电暂态电流至VSS。
第二静电放电保护电路可选择性地形成于第一静电放电二极管Dl及接 收电路RX之间。在一具体实施例中，第二静电放电保护电路包括静电放电 二极管D3及静电放电二极管D4。
变压器TF耦接至上述的静电放电保护电路。变压器具有两个功能。第 一，变压器TF用以使在(接合)垫片PA的阻抗匹配于接收电路RX的输入阻 抗。第二，变压器TF提供电感值，用以补偿静电放电二极管Dl、 D2、 D3 及封装A的寄生电容，因此包括封装A及接收裸片的接收元件的带宽，得 以改善。变压器TF的终端X1A及终端X1B连接至垫片PA，且终端X2A 及终端X2B连接至终端电阻Rg，终端电阻Rg更可能连接至电源/接地。在 一具体实施例中，终端电阻Rg具有约50欧姆的电阻值。变压器TF的等效 电感器如电感器LA及电感器LB所示，其中等效电感器LA介于终端X1A 及终端X2A之间的电感器(参考图4)，且等效电感器LB介于终端X1B及终 端X2B之间的电感器(参考图4)。在一具体实施例中，电感器LA及电感器 LB的电感值约为0.8至1.5奈亨禾U(nH)。然而，实际上最佳的电感值则视电 感器LA及电感器LB需补偿的寄生电容及封装类型有关。
图6示出在图5中标记为电路CR的部分等效电路图，其中等效电路图 仅显示差动信号路径之一。电感器Ll代表封装A的接合引线/导线的电感值， 其中接收裸片已经被封装。电容器C1代表(接合)垫片PA、静电放电二极管D1及D2的电容值，电容器C2代表静电放电二极管D3的电容值，以及自 电路RX的输入终端(界面)看进去的电路RX的等效电容值。电阻器Rz代表 静电放电二极管D3及静电放电电阻Rs的电阻值。电容器Cgse为包括所有 电容器Cl及电容器C2的电容值。电感器L2代表电感器LA或电感器LB 的电感值。
上述电路的截止频率w c可被表示为-<formula>formula see original document page 10</formula>
使用如图6所示的等效电路图及公式1 ，图7用以说明常规化(normalized) 的输入阻抗Zin/Rg随着常规化的频率("/"c)改变的函数关系，其中输入阻 抗Zin为在图5中垫片PA所量到的阻抗值。图7说明了电路CR的频率响 应被k值所影响，其中k值等于sqrt(L2/Ll)。图7揭示了通过调整k值，可 以改变频率响应图成想要的图形。因为封装所造成的电感器Ll的电感值主 要被封装结构所影响，所以相对比较稳定。因此，k值比较容易经由调整电 感器L2的电感值而被调整，其中电感器L2的电感值为变压器的电感值。所 以，如图5所示的实施例可以很容易地被设计，以达到想要的频率响应。
前面几段所讨论的变压器TF也可能形成于发送裸片之内。再度参考图 5，变压器TF形成于发送裸片的终端电阻Rg'及接合垫片PB之间，其中变压 器TF大体上具有与图4相同的结构。类似于接收侧，变压器TF不仅用于阻 抗匹配的目的，也用以补偿静电放电二极管D1'、 D2'及封装B的寄生电容， 因此发送侧的带宽也得以改善。静电放电二极管Dl'及D2'连接至(接合)垫片 PB,用以导引可能发生在垫片PB的任何静电放电电流。因此，变压器可能 在收发机(接收机及发送机)的两个前端被形成(接收机的接收端点及发送机 的发送端点)。
虽然由前面几段所讨论的实施例可以知道，变压器形成于宽带网络中的 收发器的前端，变压器也可能使用于其他裸片。因此，如图5所示的电路RX 可能为另一种类型的电路。
本发明的实施例具有数种优点。第一，变压器提供附加的电感，用以补 偿在收发机前端的寄生电容，因此在收发机前端形成的静电放电保护电路的 带宽得以改善。第二，参考图5，若静电放电暂态电流发生在垫片PA，个别 的静电放电暂态电流可能通过静电放电二极管Dl直接流向接地，而不流经变压器TF。所以，变压器可能以薄金属线或窄版的导线形成，因此可以减少 芯片的面积。第三，与公知静电放电电路所使用的两个T形线圈相比较，本 发明的实施例在每一对差动信号路径仅需要一个变压器。因此，变压器所需 的芯片面积最多只有两个T形线圈所需的芯片面积的一半。再者，在发送裸 片或接收裸片中，变压器可与基本的垫片PA或PB —起形成以更进一步减 少芯片面积。
虽然本发明及其优点已经详尽地说明，在不脱离权利要求定义的本发明 的精神与范围的情况之下，本发明当可作不同的改变、替换及选替。此外， 权利要求并非用以限定说明书中特定实施例的工艺、机台、制造、物质的成 分、手段、方法及步骤。如本发明的揭示而使本领域公知技术之一易于理解 一般，目前存在或较晚发展出的工艺、机台、制造、物质的成分、手段、方 法或步骤，凡与相应实施例大体上执行类似功能或大体上达到相同结果，当 被视为利用本发明。因此，权利要求得以延伸涵盖其范围，如工艺、机台、 制造、物质的成分、手段、方法或步骤。
权利要求
1.一种集成电路装置，包括一第一垫片及一第二垫片；多个静电放电装置，用以将上述第一垫片及上述第二垫片耦接至一放电路径；一变压器，包括一第一端点、一第二端点、一第三端点及一第四端点，其中上述第一端点及上述第二端点分别耦接至上述第一垫片及上述第二垫片；以及一收发电路，耦接至上述变压器的上述第一端点及上述第二端点。
2. 如权利要求1所述的集成电路装置，还包括-一第一终端电阻；以及一第二终端电阻，其中上述变压器的上述第三端点及上述第四端点分别 耦接上述第一终端电阻及上述第二终端电阻。
3. 如权利要求2所述的集成电路装置，其中上述第一终端电阻和上述第 二终端电阻为接地。
4. 如权利要求1所述的集成电路装置，其中上述静电放电装置、上述变 压器及上述收发电路是在一第一半导体芯片之内，并且其中上述第一垫片及 J^第二垫片为上述第一半导体芯片的接合垫片。
5. 如权利要求4所述的集成电路装置，其中上述变压器的上述第一端点 及上述第二端点分别直接连接至上述第一垫片及上述第二垫片。
6. 如权利要求1所述的集成电路装置，还包括 一第二半导体芯片，包括一第三垫片及一第四垫片；多个附加的静电放电装置，耦接至上述第三垫片及上述第四垫片； 一附加的变压器，耦接至上述第三垫片及上述第四垫片；以及 一附加的收发电路，耦接至上述附加的变压器，其中上述收发电路为一接收电路，且上述附加的收发电路为一发送电路；以及一传输信道，用以将上述第一垫片及上述第二垫片耦接至上述第三垫片及上述第四垫片。
7. 如权利要求1所述的集成电路装置，还包括-多个附加的静电放电装置，耦接于上述变压器及上述收发电路的间，其 中上述附加的静电放电装置用以将上述收发电路的输入端耦接至上述放电 路径。
8. 如权利要求1所述的集成电路装置，其中上述变压器包括一第一金属 线圈及一第二金属线圈，其中上述第一金属线圈包括上述第一端点，且上述 第二金属 圈包括上述第二端点。
9. 一种集成电路装置，包括 一半导体芯片，包括一第一接合垫片及一第二接合垫片； 一变压器，包括-一第一金属线圈，包括一第一端点及一第二端点；以及 一第二金属线圈，包括一第三端点及一第四端点，其中上述第一端点及上述第三端点分别连接至上述第一接合垫片及上述第二接合垫片；一第一静电放电装置，耦接于上述第一接合垫片及一放电路 径之间，其中上述放电路径选自于一电源及一接地；一第二静电放电装置，耦接于上述第二接合垫片及上述放电 路径之间；以及一电路，包括一第一终端，耦接至上述第一接合垫片；以及一第二终端，耦接至上述第二接合垫片。
10. 如权利要求9所述的集成电路装置,其中上述第一静电放电装置及上 述第二静电放电装置分别直接连接至上述第一接合垫片及上述第二接合垫 片。
11. 如权利要求9所述的集成电路装置，还包括一第三静电放电装置，耦接于上述第一接合垫片及一电源线之间；以及 一第四静电放电装置，耦接于上述第二接合垫片及上述电源线之间。
12. 如权利要求9所述的集成电路装置，还包括一第一终端电阻，具有连接至上述变压器的上述第二端点的一第一端 点，以及连接至上述放电路径的一第二端点；以及一第二终端电阻，具有连接至上述变压器的上述第四端点的一第一端 点，以及连接至上述接地的一第二端点。
13. —种集成电路装置，包括 一第一半导体芯片，包括-一第一对接合垫片；一第一变压器，连接至上述第一对接合垫片；一第一对静电放电装置，用以将上述第一对接合垫片耦接至一接地；以及一接收电路，耦接至上述第一对接合垫片； 一第二半导体芯片，包括 一第二对接合垫片；一第二变压器，连接至上述第二对接合垫片；一第二对静电放电装置，用以将上述第二接合垫片耦接至上述接地；以及一发送电路，耦接至上述第二对接合垫片；以及 一安置板，其中上述第一半导体芯片及上述第二半导体芯片被安置在上 述安置板的上，且通过上述安置板互相连接。
14. 如权利要求13所述的集成电路装置，其中上述第一半导体芯片还包括.-一第一终端电阻，连接至上述接地；以及一第二终端电阻，连接至上述接地，其中上述第一变压器包括一第一对 端点直接连接至上述第一对接合垫片，以及一第二对端点连接至上述第一终 端电阻及上述第二终端电阻。
15. 如权利要求14所述的集成电路装置，其中上述第二半导体芯片还包括: 一第一终端电阻，连接至上述接地；以及一第二终端电阻，连接至上述接地，其中上述第二变压器包括一第三对 端点直接连接至上述第二对接合垫片，以及一第四对端点连接至上述第一终 端电阻及上述第二终端电阻。
16. 如权利要求13所述的集成电路装置，.其中上述第一变压器仅具有两 端点，连接于上述第一对接合垫片及上述接收电路之间，并且其中上述第二 变压器仅具有两端点，连接于上述第二对接合垫片及上述发送电路之间。
全文摘要
一种集成电路装置，包括一第一垫片及一第二垫片；多个静电放电装置，用以将第一垫片及第二垫片耦接至一放电路径；一变压器，包括一第一端点、一第二端点、一第三端点以及一第四端点，其中第一端点及第二端点分别耦接至第一垫片及第二垫片；以及一收发电路，耦接至变压器的第一端点及第二端点。本发明的优点包括增加带宽及减少芯片面积使用量。
文档编号H01L23/64GK101677098SQ20091013770
公开日2010年3月24日 申请日期2009年4月27日 优先权日2008年9月16日
发明者洪宗扬, 邓国樑 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司