[发明专利]使用超材料的增强型衬底

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路(IC)封装。更特别地本发明涉及在封装衬底中使用超材料(meta-material)，以减少可能在信号线上存在的噪声。

背景技术

电子工业继续依赖在半导体技术中的进展，以在更紧凑的面积上实现更高功能的器件。对于许多实现更高功能的器件的应用，要求在单个硅晶片中集成大量的电子器件。当硅晶片的每给定面积上电子器件的数量增加时，制作工艺变得更为困难。

各种半导体器件针对各种应用以多种规则而制作。这样的硅基半导体器件通常包括金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)，例如p沟道MOS(PMOS)、n沟道MOS(NMOS)和互补MOS(CMOS)晶体管、双极型晶体管、BiCMOS晶体管。这样的MOSFET器件包括在导电栅极与类似硅的衬底之间的绝缘材料；因此，这些器件通常称作IGFET(绝缘栅极FET)。

这些半导体器件中的每个通常包括其上形成多个有源器件的半导体衬底。给定有源器件的特殊结构可以在器件类型之间变化。例如，在MOS晶体管中，有源器件通常包括源极和漏极区以及调制源极和漏极区之间电流的栅极电极。

而且，这些器件可以是在多个晶片制作工艺中产生的数字或模拟器件，例如CMOS、BiCMOS、双极型等等。所述衬底可以是硅、砷化镓(GaAs)或其上适合于建立微电子电路的其它衬底。

在进行制作工艺后，硅晶片具有预定数量的器件。这些器件被测试。收集和封装好的器件。

当将更高性能和更多功能嵌入到IC器件中时，向IC内部和向IC外围的其它部件发送信号成为一种挑战。当从一个芯片向另一个发送信号时，信号通常必须通过各种各样的互连，例如封装、印刷板电路板和插座。通常，通过这些实体的信号线的阻抗互不相同。由于在阻抗边界处的能量反射，阻抗的不匹配一起线路上的噪声。在互连处这种能量导致了共振响应。典型地，这种共振处于不同于信号的频率和时间，因此被认为是电路中的噪声。

A.F.Starr等在他们的题目为“Fabrication and Characterization of aNegative-Refractive-Index Composite Meta-materail”，美国物理学会的Physical Review B 70，113102(2004)的论文中描写到：“当没有许多设计折射系数为负的材料的可行方法时，一种严格的方法是设计介电常数(ε)和磁导率(μ)同时为负的材料，…当没有已知的ε和μ同时为负的自然存在的材料或化合物时，可以设计人造结构材料，根据有效介质论点得出在有限的频带内它的有效的ε和μ都是负的。”

这种其中封装衬底的介电常数和磁导率能够在负方向被影响的超材料在高性能的IC器件中可能发挥作用。因此，需要以经济有效的方式使在IC器件的阻抗边界处的噪声最小化。

发明内容

本发明通过使用超材料作为衬底的绝缘体，可以有效地提高通过封装的信号质量。超材料是这样的材料，设计用于使得信号以这样的方式动作，使信号形状的行为好像介电常数和磁导率不同于所使用的绝缘体的实部介电常数和磁导率。应当注意，相对介电常数和相对磁导率包括实部和虚部，也就是ε_R＝ε_R+jε_R和μ_R＝μ_R+jμ_R。可以设计材料，以便使信号的响应好像介电常数和磁导率具有负值。在本发明中，绝缘体材料设计用于减小由于信号线共振模式而出现的噪声。超材料是在绝缘体中的导体的一种安排形式，它减小了在信号上的线路的共振响应。

在一个示例实施例中，衬底配置为超材料。所述超材料为在所述超材料上设置的具有预定长度的信号线提供噪声保护。所述衬底包括具有顶侧表面和底侧表面的介电材料(dielectric material)。导电材料设置为具有总长度(collective length)的预定形状。介电材料包封导电材料，并且在距离顶侧表面的第一预定距离和距离底侧表面的第二预定距离处设置导电材料。导电材料的总长度与信号线的预定长度相当。