利用空間變化的電荷分布確定間距的制作方法
【專利摘要】本發明描述了一種半導體裸片110-1。這種半導體裸片包括驅動器114-1，及電耦合到驅動器114-1并且靠近半導體裸片的表面112-1的空間對準換能器116-1。驅動器在空間對準換能器中的至少一個方向建立空間變化的電荷分布，由此方便該半導體裸片的表面與另一個半導體裸片110-2的表面112-2之間垂直間距210的確定。特別地，靠近該另一個半導體裸片的表面的空間對準傳感器120-2可以檢測與空間變化的電荷分布相關聯的電場(或者相關聯的靜電勢)。這種檢測到的電場可以允許確定半導體裸片的表面之間的垂直間距。
【專利說明】利用空間變化的電荷分布確定間距
[0001]發明人:1.E.蘇澤蘭【技術領域】
[0002]本公開內容總體上涉及半導體裸片的設計。更具體而言，本公開內容涉及包括具有空間變化的電荷分布的空間對準換能器的半導體裸片，這種電荷分布便于確定該半導體裸片與另一半導體裸片之間的空間對準。
【背景技術】
[0003]近距離通信(PxC)是一種允許兩個面對面的芯片在不需要電線的情況下通信的輸入/輸出(I/o)技術。雖然它承諾高得多的I/O密度和低得多的功率，但是利用PxC通信的芯片通常必須良好地對準，使得信號在發送襯墊和接收襯墊之間良好地耦合。如果例如在初始組裝或者系統操作期間發生未對準，則會導致通道串擾和潛在的位錯。
[0004]依賴芯片間隔，已經推薦了各種技術來校正物理未對準，包括電子對準校正和通過驅動電壓電平的適配。但是，這些技術通常涉及利用芯片上的位置傳感器來測量物理未對準。
[0005]但是，利用芯片上的位置傳感器確定芯片間隔常常涉及精密測量。例如，通過測量耦合電容來確定芯片間隔通常涉及毫微安培范圍內的非常小電流的精確測量。這些電流與晶體管泄漏電流具有可比性，這會危及測量的準確性。此外，隨著關鍵維度縮小至90nm及更小，其中泄漏電流會比小的信號電流更占優勢，這使得提取電流信號不可行，預期這個問題變得逐步惡化。此外，泄漏電流隨溫度變化，這使得它在校準過程中難以被除去。
[0006]在原理上，通過測量電壓來確定芯片間隔可能不太容易由于泄漏電流而出錯。但是，到目前為止，這證明是極其困難的。例如，雖然從理論上講有可能從一個芯片耦合到另一個芯片的電壓幅值推導出芯片到芯片的耦合電容，并且因此推導出芯片到芯片間隔，但是在實踐當中，因為接收芯片上寄生電容的不確定性，所以這種簡單的測量很難。特別地，在接收芯片上測出的電壓幅值是Vr = [Cc/(Cc+Cr)].Vt，其中\和Vt分別是接收到的信號幅值和發送的信號幅值，Cc是芯片到芯片的耦合電容，而(；是在接收節點的寄生電容負載。
[0007]由此，所需要的是在沒有上述問題的情況下方便確定芯片對準的半導體裸片。
【發明內容】
[0008]本公開內容的一種實施例提供了半導體裸片。這種半導體裸片包括驅動器、電耦合到驅動器并且靠近半導體裸片的表面的空間對準換能器。驅動器在空間對準換能器中的至少一個方向建立空間變化的電荷分布，由此方便該半導體裸片的表面與另一個半導體裸片的表面之間垂直間距的確定。
[0009]應當指出，空間對準換能器可以包括信號線陣列，并且驅動器可以向該信號線陣列提供具有公共時間頻率和不同相位的電信號，由此建立空間變化的電荷分布。在有些實施例中，驅動器在空間對準換能器中的兩個方向建立空間變化的電荷分布。
[0010]在有些實施例中，半導體裸片包括靠近表面的空間對準傳感器，該空間對準傳感器配置為檢測與另一個空間變化的電荷分布相關聯的電場，其中這另一個空間變化的電荷分布是由靠近另一個半導體裸片的表面的另一個空間對準換能器建立的，由此方便垂直間距的確定。此外，空間對準傳感器可以包括信號線陣列。
[0011]在有些實施例中，驅動器在一時間間隔期間提供電信號的時間序列。應當指出，該序列中的每個電信號都具有持續時間，并且該序列中的給定的電信號具有不同于與其它電信號相關聯的時間頻率的時間頻率。例如，驅動器可以在該時間間隔期間順序地增加時間頻率。此外，對時間頻率的改變可以包括連續的頻率增量和/或離散的頻率增量。
[0012]另一個實施例提供了包括該半導體裸片和另一個半導體裸片的系統。而且，這另一個半導體裸片可以包括靠近該另一個半導體裸片的表面的空間對準傳感器。這個空間對準傳感器可以檢測與空間變化的電荷分布相關聯的電場(或者相關聯的電勢)，由此方便該半導體裸片的表面和另一個半導體裸片的表面之間垂直間距的確定。
[0013]另一個實施例提供了用于確定該半導體裸片的表面和另一個半導體裸片的表面之間垂直間距的方法。在這個方法中，驅動器在空間對準換能器中的至少一個方向建立空間變化的電荷分布，其中空間對準換能器靠近半導體裸片的表面。然后，靠近另一個半導體裸片的表面的空間對準傳感器檢測與該空間變化的電荷分布相關聯的電場(或者相關聯的電勢)。以這種方式，可以確定該半導體裸片的表面和另一個半導體裸片的表面之間的垂直間距。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是說明根據本發明實施例的半導體裸片的側視圖的框圖。
[0015]圖2是說明根據本發明實施例的包括兩個半導體裸片的系統的側視圖的框圖。
[0016]圖3是根據本發明實施例、與空間變化的電荷線相關聯的電場的圖。
[0017]圖4是根據本發明實施例、對于電荷分布的各種空間波長，與空間變化的電荷線相關聯的電場強度作為離發送半導體裸片的平面的距離的函數的圖。
[0018]圖5是根據本發明實施例、在離發送半導體裸片的平面的各個距離處與空間變化的電荷線相關聯的電場強度作為電荷分布的空間波長的函數的圖。
[0019]圖6是根據本發明實施例、對于電荷分布的各個空間波長，電場強度靈敏度作為離發送半導體裸片的平面的距離的函數的圖。
[0020]圖7是根據本發明實施例、用于創建具有高空間頻率的空間變化電荷分布的空間對準換能器的框圖。
[0021]圖8是根據本發明實施例、用于創建具有低空間頻率的空間變化電荷分布的空間對準換能器的框圖。
[0022]圖9是說明根據本發明實施例的電信號的時間順序的時序圖。
[0023]圖10是根據本發明實施例的測量平面內對準的游標(Vernier)結構的框圖。
[0024]圖11是說明根據本發明實施例的用于確定一個半導體裸片和另一個半導體裸片之間的空間對準的方法的流程圖。
[0025]應當指出，貫穿所有附圖，相同的標號都指對應的部分。而且，同一部分的多個實例由通過破折號與實例號隔開的公共前綴指示。
【具體實施方式】
[0026]描述了半導體裸片、包括該半導體裸片和另一半導體裸片的系統以及用于確定兩個半導體裸片之間空間對準的方法的實施例。這種半導體裸片包括驅動器，以及電耦合到驅動器并且靠近半導體裸片的表面的空間對準換能器。驅動器在空間對準換能器中的至少一個方向建立空間變化的電荷分布，由此方便該半導體裸片和另一半導體裸片之間空間對準的確定。特別地，靠近該另一半導體裸片的表面的空間對準傳感器可以檢測與所述空間變化的電荷分布相關聯的電場(或者相關聯的靜電勢)。這個檢測到的電場可以允許確定半導體裸片的表面之間的垂直間距和/或半導體裸片之間的角對準。
[0027]通過方便半導體裸片對準的低成本且準確確定，這種對準技術可以允許芯片上的確定以及，如果需要的話，允許未對準的矯正或消除。因而，該對準技術可以方便利用近距離通信(PxC)的高輸入/輸出(I/O)密度、高帶寬、低延遲和低功率通信。
[0028]現在描述半導體裸片和包括該半導體裸片的系統的實施例。圖1給出了說明半導體裸片110-1(諸如硅)的側視圖的框圖。這種半導體裸片包括驅動器114-1和空間對準換能器116-1，該空間對準換能器電耦合到驅動器114-1并且靠近半導體裸片110-1的表面112-1。驅動器114-1可以在空間對準換能器116-1中的至少一個方向118建立空間變化的電荷分布，由此方便半導體裸片110-1和另一個半導體裸片(諸如圖2中的半導體裸片110-2)之間空間對準的確定。
[0029]特別地，空間對準可以通過檢測與空間變化的電荷分布相關聯的電場(或者相關聯的電勢)來確定。這在圖2中示出，圖2給出了說明包括半導體裸片110-1和半導體裸片110-2的系統200的側視圖的框圖。應當指出，半導體裸片110-2包括靠近半導體裸片110-2的表面112-2的空間對準傳感器120-2(諸如信號線陣列)。這個空間對準傳感器(或者有可能是接收器122-2)可以檢測與空間變化的電荷分布相關聯的電場(或者相關聯的電勢)，由此方便半導體裸片110之間空間對準的確定。例如，因為電場是空間變化的電荷分布的空間頻率以及半導體裸片110的表面112之間垂直間距210的函數，因此空間對準換能器116-1和空間對準傳感器120-2可以方便垂直間距210的確定。作為替代或者附加地，空間對準換能器116-1和空間對準傳感器120-2可以方便半導體裸片110的角對準的確定。如以下參考圖10進一步描述的，在有些實施例中，空間對準換能器116-1和空間對準傳感器120-2可以定義游標結構(諸如游標結構1000)，并且角對準可以在半導體裸片110-1的表面112-1的平面內。
[0030]類似地，在有些實施例中，半導體裸片110-2包括驅動器114-2和空間對準換能器116-2，該空間對準換能器電耦合到驅動器114-2并且靠近半導體裸片110-2的表面112-2。驅動器114-2可以在空間對準換能器116-2中的至少一個方向118建立空間變化的電荷分布。結果產生的電場(或者相關聯的電勢)可以由靠近半導體裸片110-1的表面112-1的空間對準傳感器120-1 (并且有可能是接收器122-1)檢測，由此方便半導體裸片110之間空間對準的確定。
[0031]通過確定空間對準，該對準技術可以方便未對準的減少或消除，包括在PxC期間電子對準校正的使用以及通過驅動電壓電平的適配。因而，該對準技術可以方便表面112上或者其附近至少部分重疊的PxC連接器或襯墊(未示出)之間的PxC。在有些實施例中，半導體裸片110之間的(以及，更一般地說，系統200中的部件之間的或者系統200與外部設備之間的)通信可以涉及耦合的信號的PxC，諸如:電容耦合信號的通信(也稱為“電氣近距離通信”)、電磁耦合信號的通信(也稱為“電磁近距離通信”)、光信號的通信(也稱為“光學近距離通信”)、電感耦合信號的通信，和/或傳導耦合信號的通信。應當指出，在光學近距離通信期間，半導體裸片110之間的垂直間距210可以小于光信號的載波波長或與其處于相同量級。
[0032]此外，在其中電信號利用PxC傳送的實施例中，相關聯的PxC連接器或電觸點的阻抗可以是傳導性和/或電容性的，即，可以具有包括同相成分和/或異相成分的復數阻抗。不管電接觸的機制(諸如焊接、微彈簧、各向異性層等)，如果與觸點相關聯的阻抗是傳導性的，則傳統的發送和接收I/o電路(未示出)可以在系統200的實施例中的部件中使用。但是，對于具有復數(并且有可能是變化的)阻抗的觸點，發送和接收I/O電路可以包括在于2009年4月17日由Robert J.Drost等人提交、代理人案號為SUN09-0285且標題為“Receive Circuit for Connectors with Variable Complex Impedance”的美國專利申請12/425,871中描述的一種或多種實施例，該申請的內容在此引入作為參考。
[0033]現在進一步描述用于在空間對準換能器116-1和/或116-2中的至少一個方向118建立空間變化的電荷分布并且用于確定半導體裸片110之間空間對準的技術。特別地，空間對準可以通過以下來確定:調制沿發送半導體裸片的平面或表面(諸如半導體裸片110-1的表面112-1)傳播的一組電信號的空間頻率，然后在接收半導體裸片(諸如半導體裸片110-2)測量在距離z處結果產生的電場強度。當半導體裸片110靠在一起時(B卩，當z小時)，電場對發送半導體裸片上電信號的空間頻率只有很弱的依賴性。這是因為檢測器或傳感器(諸如空間對準傳感器120-2)處的電場主要受一個小面積上電荷的影響。但是，當半導體裸片HO相隔很遠時(即，當z大時)，電場對驅動電信號的空間頻率有更強的依賴性。因此，傳感器處的電場受發送半導體裸片的更大面積上電荷的影響。通過響應對驅動電信號空間頻率的調制而測量電場強度或幅度的變化，可以確定垂直間距210。
[0034]考慮具有空間變化的電荷密度(每單位長度)的一維電荷線，其分布由下式給出:
[0035]
【權利要求】
1.一種半導體裸片,包括: 驅動器；及 電耦合到驅動器的空間對準換能器，其中該空間對準換能器靠近半導體裸片的表面，并且其中驅動器配置為在空間對準換能器中的至少一個方向建立空間變化的電荷分布，由此方便該半導體裸片的表面與另一個半導體裸片的表面之間垂直間距的確定。
2.如權利要求1所述的半導體裸片，其中驅動器配置為在空間對準換能器中的兩個方向建立空間變化的電荷分布。
3.如權利要求1所述的半導體裸片，其中空間對準換能器包括信號線陣列；并且 其中驅動器配置為向該信號線陣列提供具有公共時間頻率和不同相位的電信號，由此建立空間變化的電荷分布。
4.如權利要求1所述的半導體裸片，其中半導體裸片還包括靠近該半導體裸片的表面的空間對準傳感器，該空間對準傳感器配置為檢測與另一個空間變化的電荷分布相關聯的電場，其中該另一個空間變化的電荷分布是由靠近另一個半導體裸片的表面的另一個空間對準換能器建立的，由此方便該半導體裸片和另一半導體裸片之間垂直間距的確定。
5.如權利要求4所述的半導體裸片，其中空間對準傳感器包括信號線陣列。
6.如權利要求1所述的半導體裸片，其中驅動器配置為在一時間間隔期間提供電信號的時間序列； 其中該序列中的每個電信號都具有持續時間；并且 其中該序列中的給定的電信號具有不同于與其它電信號相關聯的時間頻率的時間頻率。
7.如權利要求6所述的半導體裸片，其中驅動器配置為在該時間間隔期間順序地增加時間頻率。
8.如權利要求7所述的半導體裸片，其中驅動器配置為在該時間間隔期間利用離散的頻率增量順序增加時間頻率。
9.一種系統,包括: 第一半導體裸片，其中該第一半導體裸片包括: 驅動器 '及 電耦合到驅動器的空間對準換能器，其中該空間對準換能器靠近第一半導體裸片的表面，并且其中驅動器配置為在空間對準換能器中的至少一個方向建立空間變化的電荷分布；及 第二半導體裸片，其中該第二半導體裸片包括靠近該第二半導體裸片的表面的空間對準傳感器，其中該空間對準傳感器配置為檢測與空間變化的電荷分布相關聯的電場，由此方便第一半導體裸片的表面和第二半導體裸片的表面之間垂直間距的確定。
10.如權利要求9所述的系統，其中驅動器配置為在空間對準換能器中的兩個方向建立空間變化的電荷分布。
11.如權利要求9所述的系統，其中空間對準換能器包括信號線陣列；及 其中驅動器配置為向該信號線陣列提供具有公共時間頻率和不同相位的電信號，由此建立空間變化的電荷分布。
12.如權利要求9所述的系統，其中空間對準傳感器包括信號線陣列。
13.如權利要求9所述的系統，其中驅動器配置為在一時間間隔期間提供電信號的時間序列； 其中該序列中的每個電信號都具有持續時間；并且 其中該序列中的給定的電信號具有不同于與其它電信號相關聯的時間頻率的時間頻率。
14.如權利要求13所述的系統，其中驅動器配置為在該時間間隔期間順序地增加時間頻率。
15.如權利要求14所述的系統，其中驅動器配置為在該時間間隔期間利用離散的頻率增量順序增加時間頻率。
16.—種用于確定第一半導體裸片的表面和第二半導體裸片的表面之間的垂直間距的方法，包括: 在空間對準換能器中的至少一個方向建立空間變化的電荷分布，其中空間對準換能器靠近第一半導體裸片的表面；及 利用靠近另一個半導體裸片的表面的空間對準傳感器檢測與空間變化的電荷分布相關聯的電場，由此方便第一半導體裸片的表面和第二半導體裸片的表面之間垂直間距的確定。
17.如權利要求16所述的方法，其中空間變化的電荷分布是在空間對準換能器中的兩個方向建立的。
18.如權利要求16所述的方法，其中空間對準換能器包括信號線陣列；并且 其中建立空間變化的電荷分布涉及向該信號線陣列提供具有公共時間頻率和不同相位的電信號。
19.如權利要求16所述的方法，其中空間對準換能器包括信號線陣列；并且 其中建立空間變化的電荷分布涉及在一時間間隔期間提供電信號的時間序列； 其中該序列中的每個電信號都具有持續時間；并且 其中該序列中的給定的電信號具有不同于與其它電信號相關聯的時間頻率的時間頻率。
20.如權利要求19所述的方法，其中時間頻率在該時間間隔期間順序增加。
【文檔編號】H01L25/065GK103918075SQ201280055575
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年10月2日 優先權日:2011年10月5日
【發明者】I·E·蘇澤蘭 申請人:甲骨文國際公司