一种晶圆集成系统基板及直流压降优化方法技术方案

本发明专利技术提供了一种晶圆集成系统基板及直流压降优化方法，包括：晶圆基板与配电板；晶圆基板内设置有若干GND硅通孔和VCC硅通孔；晶圆基板内还设置有VCC网格层；配电板的上表面设置有若干GND焊盘和VCC焊盘；配电板内设置有VCC网络层，VCC网络层上设置有若干无铜区域；GND焊盘与晶圆基板中的GND硅通孔一一对应；VCC焊盘与晶圆基板中的VCC硅通孔一一对应；通过调整若干无铜区域的分布改变配电板中VCC网络层的电压分布，进而补偿晶圆基板中VCC网格层的直流压降。本发明专利技术解决了晶圆基板设计中直流压降大的难题，为晶圆集成系统的设计、制造提供了技术支撑。提供了技术支撑。提供了技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆集成系统基板及直流压降优化方法


[0001]本专利技术涉及硅基板重布线层设计和印制电路板设计领域，尤其涉及一种晶圆集成系统基板及直流压降优化方法。

技术介绍

[0002]摩尔定律对二十世纪后半叶的世界经济增长做出了贡献，并驱动了一系列科技创新、社会改革、生产效率的提高和经济增长。个人电脑、因特网、智能手机等技术改善和创新都离不开摩尔定律的延续。然而，近些年来，微纳加工线宽已达到2nm甚至更小尺寸，摩尔定律已逐渐失效，工艺进步对计算性能的提升明显放缓，而万物互联的数据量却在指数级爆炸式增长，数据规模和计算能力的“剪刀差”鸿沟越来越大，集成电路正在迎来“后摩尔时代”的技术与产业重大变革期。
[0003]软件定义晶上系统（简称：SOW）正是针对摩尔定律已存在不可延续的难题而提出来的，SOW所使用的基板为整张半导体晶圆，如2至12英寸硅晶圆，晶圆不划片，使用后道再布线层（RDL）工艺进行布线，采用半导体工艺根据系统功能制备有源器件，如开关、运算放大器、ADC、逻辑单元电路等，也可根据系统应用需求不制备器件，仅使用RDL布线，并使用整张晶圆替代传统基板，所有功能电路和有源单元均在晶圆上集成。SOW贯穿到集成电路设计、加工和封装的全流程，融合预制件组装和晶圆集成等先进理念，借助晶圆级互连的高带宽、低延迟、低功耗等显著优势，可以实现单一晶圆上集成成千上万的传感、射频、计算、存储、通信等“预制件”颗粒。通过打破现有集成电路的设计方法、实现材料、集成方式等边界条件，有效破解当前芯片性能极限并打破关键信息基础设施依赖“堆砌式”工程技术路线面临的“天花板效应”，刷新传统装备或系统的技术物理形态，使系统综合技术指标获得连乘性增益，满足智能时代5G、大数据、云平台、AI、边缘计算、智慧网络等新一代基础设施的可持续发展需求。
[0004]电源系统是SOW的重要组成部分，由于SOW的集成度极高，与之匹配的配电系统功率密度很大，散热要求高，在晶圆基板上单位面积的功率可达0.5W/mm2。与之相矛盾的是，基于半导体工艺制作的晶圆基板RDL层，受制于热应力、机械应力、金属覆盖率等工艺条件制约，导致电源网络、地网络层直流阻抗较大，主要表现在高密度、大电流输运时直流压降大，芯粒（系统）可能出现亚稳态而不能正常工作。因此，电源完整性是晶圆级基板设计的难点，一方面是因为基于中介层RDL的金属太薄、线条太细，金属层数量少；另一方面是因为芯粒汲取电流大，汲取电流不均匀导致电压降大、单个芯粒同电压域电压差过大。

技术实现思路

[0005]针对现有技术不足，本专利技术提供了一种晶圆集成系统基板及直流压降优化方法。
[0006]根据本专利技术实施例的第一方面，提供了一种晶圆集成系统基板，晶圆基板与配电板；晶圆基板内设置有若干GND硅通孔和VCC硅通孔；晶圆基板内还设置有VCC网格层；配电板的上表面设置有若干GND焊盘和VCC焊盘；配电板内设置有VCC网络层，VCC网络层上设置
有若干无铜区域；GND焊盘与晶圆基板中的GND硅通孔一一对应；VCC焊盘与晶圆基板中的VCC硅通孔一一对应；通过调整若干无铜区域的分布改变配电板中VCC网络层的电压分布，进而补偿晶圆基板中VCC网格层的直流压降。
[0007]进一步地，所述晶圆基板包括硅基板，所述硅基板的上表面设置有再布线层；所述再布线层包括自下而上布置的GND网格层、第一二氧化硅层、VCC网格层、第二二氧化硅层；所述GND硅通孔与GND网格层电连接，所述VCC硅通孔与VCC网格层电连接；所述第一二氧化硅层中设置有第一过孔阵列，所述第二二氧化硅层中设置有第二过孔阵列；所述第二二氧化硅层的表面设置有若干GND触点和若干VCC触点；所述VCC触点与VCC网格层电连接；所述GND触点与GND网格层电连接。
[0008]进一步地，所述晶圆基板的内部设置有若干深沟槽电容；所述深沟槽电容包括上极板、氧化铪层和下极板；所述氧化铪层位于上极板和下极板之间，并同时与上极板和下极板相连，所述上极板与GND网格层电连接，所述下极板与VCC硅通孔电连接。
[0009]进一步地，GND触点和VCC触点的数量、相对位置由晶圆基板所适配的芯粒决定。
[0010]进一步地，所述VCC触点通过第二过孔阵列穿过第二二氧化硅层与VCC网格层电连接；所述GND触点通过第二过孔阵列和第一过孔阵列依次穿过第二二氧化硅层、VCC网格层、第一二氧化硅层与GND网格层电连接。
[0011]进一步地，配电板的下表面设置有GND输入端和VCC输入端，所述配电板的上表面设有若干GND焊盘和若干VCC焊盘；所述GND输入端通过GND过孔阵列与GND网络层连接，所述GND网络层通过GND网络过孔与GND焊盘连接；所述VCC输入端通过VCC过孔阵列与VCC网络层连接，所述VCC网络层通过VCC网络过孔与VCC焊盘连接。
[0012]进一步地，VCC网格层的电压分布规律为中间高、四周低；VCC网络层的电压分布为中心低、四周高。
[0013]进一步地，VCC网络层上设置的无铜区域为圆周分布。
[0014]根据本专利技术实施例的第二方面，提供了一种晶圆集成系统基板的直流压降优化方法，包括：
[0015]设置晶圆基板中的VCC网格层与配电板中的VCC网络层的电压差Vs；
[0016]绘制VCC网格层的电压分布图；
[0017]绘制VCC网络层的电压分布图；
[0018]根据VCC网格层的电压分布图，抽取晶圆基板中的VCC网格层上的N
×
N组电压值，记为V
1,1
，
……
，V
N,N
；
[0019]根据VCC网络层的电压分布图，在配电板中的VCC网络层上对应于V
1,1
，
……
，V
N,N
的位置均匀抽取N
×
N组电压值，记为v
1,1
，
……
，v
N,N
；
[0020]将对应位置V
i,j
与v
i,j
作差，1≤i,j≤N，得到N
×
N组|V
i,j
‑
v
i,j
|值；
[0021]比较|V
i,j
‑
v
i,j
|与Vs的大小，当每一组|V
i,j
‑
v
i,j
|的差都小于Vs时，输出VCC网络层的覆铜信息，完成晶圆集成系统基板的直流压降优化；
[0022]当存在至少一组|V
i,j
‑
v
i,j
|的差大于Vs时，调整配电板中VCC网络层（1502）上的无铜区域的分布，重复步骤S6，直至每一组|V
i,j
‑
v
i,j
|的差都小于Vs时，完成晶圆集成系统基板的直流压降优化。
[0023]进一步地，调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶圆集成系统基板，其特征在于，包括：晶圆基板与配电板；晶圆基板内设置有若干GND硅通孔（8）和VCC硅通孔（9）；晶圆基板内还设置有VCC网格层（5）；配电板的上表面设置有若干GND焊盘（1601）和VCC焊盘（1602）；配电板内设置有VCC网络层（1502），VCC网络层（1502）上设置有若干无铜区域（1503）；GND焊盘（1601）与晶圆基板中的GND硅通孔（8）一一对应；VCC焊盘（1602）与晶圆基板中的VCC硅通孔（9）一一对应；通过调整若干无铜区域的分布改变配电板中VCC网络层（1502）的电压分布，进而补偿晶圆基板中VCC网格层（5）的直流压降。2.根据权利要求1所述的晶圆集成系统基板，其特征在于，所述晶圆基板包括硅基板（1），所述硅基板（1）的上表面设置有再布线层（2）；所述再布线层（2）包括自下而上布置的GND网格层（3）、第一二氧化硅层（4）、VCC网格层（5）、第二二氧化硅层（6）；所述GND硅通孔（8）与GND网格层（3）电连接，所述VCC硅通孔（9）与VCC网格层（5）电连接；所述第一二氧化硅层（4）中设置有第一过孔阵列（10），所述第二二氧化硅层（6）中设置有第二过孔阵列（11）；所述第二二氧化硅层（6）的表面设置有若干GND触点（12）和若干VCC触点（13）；所述VCC触点（13）与VCC网格层（5）电连接；所述GND触点（12）与GND网格层（3）电连接。3.根据权利要求1或2所述的晶圆集成系统基板，其特征在于，所述晶圆基板的内部设置有若干深沟槽电容（7）；所述深沟槽电容（7）包括上极板（701）、氧化铪层（703）和下极板（702）；所述氧化铪层（703）位于上极板（701）和下极板（702）之间，并同时与上极板（701）和下极板（702）相连，所述上极板（701）与GND网格层（3）电连接，所述下极板（702）与VCC硅通孔（9）电连接。4.根据权利要求2所述的晶圆集成系统基板，其特征在于，GND触点（12）和VCC触点（13）的数量、相对位置由晶圆基板所适配的芯粒决定。5.根据权利要求2所述的晶圆集成系统基板，其特征在于，所述VCC触点（13）通过第二过孔阵列（11）穿过第二二氧化硅层（6）与VCC网格层（5）电连接；所述GND触点（12）通过第二过孔阵列（11）和第一过孔阵列（10）依次穿过第二二氧化硅层（6）、VCC网格层（5）、第一二氧化硅层（4）与GND网格层（3）电连接。6.根据权利要求1所述的晶圆集成系统基板，其特征在于，配电板的下表面设置有GND输入端（1401）和VCC输入端（1402），所述配电板的上表面设有若干GND焊盘（1601）和若干VCC焊盘（1602）；所述GND输入端（1401）通过GND过孔阵列（1701）与GND网络层（1501）连接，所述GND网络层（1501）通过GND网络过孔（1801）与GND焊盘（1601）连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓庆文，张坤，霍婷婷，万智泉，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：