[发明专利]阶梯式电容结构、其制造方法、及应用其的基板

说明书

技术领域

本发明涉及一种阶梯式电容结构与其制造方法，及应用此阶梯式电容结 构的基板。

背景技术

电子电路，如计算机等，其功能与速度日益提升。随着电路的操作频率 提高，电源端与接地端的噪声问题更加严重。为降低噪声，可在电源与电路 之间加入所谓的去耦合电容(decoupling capacitor)。

有时，芯片在进行运算时所需的瞬间电流会高于芯片的内部电容 (on-chip capacitor)所能提供的电流，这可能会导致芯片的处理性能下降。为 解决此种问题，可在芯片外部/表面等适当位置配置芯片外部(off-chip)电容。 某些芯片位置可能抽取大量瞬间电流，在下文，称之为“热点(hot-spot)”。

一般来说，去耦合电容的配置点最好能尽量靠近芯片负载(die load)或热 点，以增加性能。通常，去耦合电容会配置在芯片的正面(die side)或背部(land side)。图1显示已知技术的具有正面电容106与背部电容108的集成电路104 的剖面图。如图1所示，集成电路104配置于基板102之上。顾名思义，正 面电容106配置于集成电路104的同一面；而背部电容108配置于集成电路 104的相对面。

图2显示图1的等效电路图。芯片负载202代表需要电容提供电流的芯 片104的某些部份。这些电流可能由芯片104的内部电容204提供。另外， 芯片外部电容206(比如，包括图1的电容106与108)也可提供电流。由于芯 片封装的限制，使得电容206与芯片负载202之间必然存在某间距，这会导 致电感效应。此电感效应由电感208所代表。如果电感208的电感值(或阻 抗值)愈大，则电容206的反应速度会变慢且其噪声处理能力也会下降。也 就是说，电感208的电感值(或阻抗值)愈大，则电容206所能处理的噪声的 频率愈低。这样将影响到电路效能。

目前，已发展出阶层式(hierarchical)电容结构。图3显示此已知阶层式 电容结构，而图4显示其等效电路。

请参考图3与图4，此已知阶层式电容结构300包含3层电容结构302， 304与306。电容结构302由层311～315所定义，但请注意，层312～315皆 包含了介电层与导体层。同样地，电容结构304由层316-320所定义，但请 注意，层316～320皆包含了介电层与导体层；电容结构306由层321-325所 定义，但请注意，层321～325皆包含了介电层与导体层。电容结构302，304 与306与层311-325的电性连接可通过导孔(conductive via)330，332与334。 其电性连接关系可由图3得知。

透过导孔330，332与334，可将电容结构302，304与306与外部电性 连接。此外部电性连接乃是透过顶端连接导体(top connector)340与底部连接 导体(bottom connector)342。

导孔330，332与334通过电容结构的数量会影响到电容结构的有效电 容值与有效电感值。也就是说，并联的贯穿导孔330，332与334的数量愈 多，电容结构的有效电容值与有效电感值会愈小。贯穿的导孔330，332与 334的长度愈长，电容结构的有效电感值会愈大。另外，透过导孔330，332 与334的并联，也可降低电容结构的有效电感值。

电容结构302可等效成图4的电容408与电感420。电容结构304可等 效成图4的电容410与电感422。电容结构306可等效成图4的电容412与 电感424。电容值大小关系为：412＞410＞408；电感值大小关系为： 424＞422＞420。电容提供电流的速度受到电流流经路径(亦即电感)的影响。所 以，此三个电容提供电流的速度为：408＞410＞412。图4显示出阶层式去耦 合电容结构的示意图。电容404代表芯片内部电容。

电容408与电感420的组合将使电容408能处理高频噪声。由于电容408 是小电容，其所能提供的瞬间(高频)电流不大。

电容410提供电流的速度较电容408慢。因此，电容410能处理中频噪 声。电容412提供电流的速度最慢。因此，电容412只能处理低频噪声。