差分硅通孔阵列中的噪声抑制方法及其差分信号传输结构技术

本发明专利技术公开差分硅通孔阵列中的噪声抑制方法及其差分信号传输结构。本发明专利技术采用在差分对结构间引入补偿电容的方法，从而达到降低差分信号之间的串扰。差分信号传输结构包括顶层介质层和底层半导体衬底层。顶层介质层内设置有两个MIM电容；第一MIM电容由第一金属上极板、第一MIM电容介质、第一金属下极板构成，第二MIM电容由第二金属上极板、第二MIM电容介质、第二金属下极板构成；底层半导体衬底层内设有五个上下贯通的硅通孔；第一金属柱、第二金属柱组成第一个差分对结构，第三金属柱、第四金属柱组成第二个差分对结构，用于传输差分信号；第五金属柱作为返回路径。

【技术实现步骤摘要】
差分硅通孔阵列中的噪声抑制方法及其差分信号传输结构
本专利技术属于三维集成电路领域，具体涉及一种差分硅通孔阵列中的噪声抑制方法及其差分信号传输结构。
技术介绍
作为三维集成电路的关键技术，硅通孔技术在近几十年得到了广泛的研究。通过硅通孔技术，三维集成电路获得了巨大的进展，具有了更高的集成度、更短的互联长度、更好的噪声抑制能力，以及更低的传输损耗。但随着信号频率的增高，硅通孔技术带来的信号完整性问题也日益突出，主要体现在硅通孔之间的串扰问题。为了保证信号的完整性，提出了采用差分信号来传输。利用差分信号传输方式，可以有效提高信号的传输质量，但在差分信号之间的串扰也同样存在。
技术实现思路
本专利技术的一个目的针对目前差分信号传输的不足，提供了一种差分硅通孔阵列中的噪声抑制方法，是一种串扰补偿机制，来降低差分信号之间的串扰。本专利技术具体采用在两个差分对结构间引入补偿电容的方法，从而达到降低差分信号之间的串扰，补偿电容采用平板电容。本专利技术的另一个目的是提供基于上述方法的差分传输结构，该结构能够有效的降低差分信号之间的串扰。本专利技术的差分信号传输结构包括上下设置的顶层介质层(213)和底层半导体衬底层(111)；所述的顶层介质层(213)，材质为绝缘材料，内设置有第一、第二MIM电容；所述的第一MIM电容由上下设置的第一金属上极板(209)、第一MIM电容介质(214)、第一金属下极板(210)构成，第二MIM电容由上下设置的第二金属上极板(211)、第二MIM电容介质(215)、第二金属下极板(212)构成；所述的第一金属上极板(209)与第二金属上极板(211)的尺寸相同，第一金属下极板(210)与第二金属下极板(212)的尺寸相同，第一MIM电容介质(214)与第二MIM电容介质(215)的尺寸相同。所述的第一、二MIM电容介质(214-215)的厚度，第一金属极板(209-210)和第二金属极板(211-212)的面积决定了MIM电容值的大小，MIM电容值的大小影响差分信号之间串扰的抑制效果。两个MIM电容到半导体衬底层(111)顶面的最短距离相等。所述的底层半导体衬底层(111)，材质为硅材料，内设有五个上下贯通的硅通孔；所述的硅通孔内由金属柱填充，在金属柱与硅通孔之间由绝缘层填充；作为优选，上述五个硅通孔的直径均相等；第五金属柱(105)与其他四个金属柱间距离均相等。第一金属柱(101)、第二金属柱(102)组成第一个差分对结构，第三金属柱(103)、第四金属柱(104)组成第二个差分对结构，用于传输差分信号；第五金属柱(105)作为返回路径；第一个MIM电容的第一金属上极板(209)通过金属线与第一金属柱(101)顶面连接，第一金属下极板(210)通过金属线与第四金属柱(104)顶面连接；第二个MIM电容的第二金属上极板(211)通过金属线与第三金属柱(103)顶面连接，第二金属下极板(212)通过金属线与第二金属柱(102)顶面连接；所述的第一金属柱(101)、第五金属柱(105)、第四金属柱(104)三者中心位于同一直线上，第二金属柱(102)、第五金属柱(105)、第三金属柱(103)三者中心位于同一直线上；第一金属柱(101)与第二金属柱(102)之间的距离和金属柱(103)与金属柱(104)之间的距离相等，两个差分对结构之间的距离影响信号串扰的大小。第一MIM电容位于第一金属柱(101)、第五金属柱(105)、第四金属柱(104)三者中心所在的直线AA’上，第二MIM电容位于第二金属柱(102)、第五金属柱(105)、第三金属柱(103)三者中心所在的直线BB’上。第一个MIM电容与第一金属柱(101)的距离和第二个MIM电容与第二金属柱(102)的距离相等。工作过程：差分信号由第一差分对结构的第一、二金属柱(101-102)顶面输入，一部分从第一金属柱(101)顶面流入第一MIM电容的第一金属上级板(209)，流经第一金属下极板(210)流入第四金属柱(104)，从第四金属柱(104)底面流出，一部分从第二金属柱(102)顶面流入第二MIM电容的第二金属下极板(212)，流经第二金属上极板(211)流入第三金属柱(103)，从第三金属柱(103)底面流出，另一部分通过硅基底(111)流入第三、四金属柱(103-104)，从第三、四金属柱(103-104)底面流出。本专利技术的有益效果是：本专利技术运用平板电容作差分串扰补偿构成一种高性能的差分传输结构，极大的降低了差分信号之间的串扰。附图说明图1A为底层半导体衬底层的顶视图；图1B为底层半导体衬底层的前视图；图2A为顶层介质层的顶视图；图2B为顶层介质层和半导体衬底层沿AA’的切割侧视图；图2C为顶层介质层和半导体衬底层沿BB’的切割侧视图；图3为硅通孔的结构图；图4为本专利技术结构的等效电路图；图5为本专利技术运用平板电容作为差分串扰补偿的差分传输结构和一般未加串扰补偿的差分传输结构的传输特性对比图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示金属柱(105)位于底层半导体衬底层中间作为信号返回路径，第一个差分对由金属柱(101-102)组成，位于底层半导体衬底层左侧，其顶部作为差分信号的输入端。第二个差分对有金属柱(103-104)组成，位于底层半导体衬底层的右侧。金属柱(101-105)和硅通孔之间由绝缘层(106-110)填充。如图2所示第一金属上极板(209)、第一金属下极板(210)和第一MIM电容介质(214)组成第一个MIM电容，第二金属上极板(211)、第二金属下极板(212)和第二MIM电容介质(215)组成第二个MIM电容，两个MIM电容处于同一水平位置。金属线(205)连接第一个MIM电容的第一金属上极板(209)，金属线(206)连接第一个MIM电容的第一金属下极板(210)。金属线(207)连接第二个MIM电容的第二金属下极板(212)，金属线(208)连接第二个MIM电容的第二金属上极板(211)。金属柱(201)用于连接金属柱(101)的顶面和金属线(205)底面，金属柱(202)用于连接金属柱(102)的顶面和金属线(207)的底面，金属柱(203)用于连接金属柱(103)的顶面和金属线(208)的底面，金属柱(204)用于连接金属柱(104)的顶面和金属线(206)的底面。图3为现有硅通孔300的切面示意图，其有金属内芯301和绝缘层302贯穿基底303构成。金属内芯301可为铜、钨或多晶硅。为防止漏电流，在金属内芯301和基底303之间会形成一层氧化层302作为绝缘层。图4为本专利技术结构的等效电路模型，当MIM电容值C1为C14和C13的差值，MIM电容值C2为C23和C24的差值时，串扰补偿效果最好。图5为本专利技术运用平板电容作为差分串扰补偿的差分传输结构和一般未加串扰补偿的差分传输结构的传输特性对比图。由对比图可看出本专利技术的差分传输结构可以有效的降低差分对之间的串扰。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.差分硅通孔阵列中的噪声抑制方法，其特征在于在差分对结构间引入补偿电容的方法，从而达到降低差分信号之间的串扰。

【技术特征摘要】
1.差分硅通孔阵列中的噪声抑制方法，其特征在于在差分对结构间引入补偿电容的方法，从而达到降低差分信号之间的串扰。2.如权利要求1所述的差分硅通孔阵列中的噪声抑制方法，其特征在于补偿电容采用平板电容。3.差分信号传输结构，其特征在于包括上下设置的顶层介质层和底层半导体衬底层；所述的顶层介质层内设置有第一、第二MIM电容；所述的第一MIM电容由上下依次设置的第一金属上极板、第一MIM电容介质、第一金属下极板构成，第二MIM电容由上下依次设置的第二金属上极板、第二MIM电容介质、第二金属下极板构成；所述的底层半导体衬底层内设有五个上下贯通的硅通孔；所述的硅通孔内由金属柱填充，在金属柱与硅通孔之间由绝缘层填充；第一金属柱、第二金属柱组成第一个差分对结构，第三金属柱、第四金属柱组成第二个差分对结构，用于传输差分信号；第五金属柱作为返回路径；第一个MIM电容的第一金属上极板通过金属线与第一金属柱顶面连接，第一金属下极板通过金属线与第四金属柱顶面连接；第二个MIM电容的第二金属上极板通过金属线与第三金属柱顶面连接，第二金属下极板通过金属线与第二金属柱顶面连接。4.如权利要求3所述的差分信号传输结构，其特征在于所述的第一金属上极板与第二金属上极板的尺寸相同，第一金属下极板与第二金属下极...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文生，泮金炜，王高峰，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33