一种基于同轴硅通孔和螺旋电感的三维低通滤波器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于同轴硅通孔和螺旋电感的三维低通滤波器，包括至少一个滤波器单元，所述滤波器单元包括自上而下依次设置的顶层、半导体衬底层和底层，其中，所述顶层上设置有顶层螺旋电感，所述半导体衬底层上设置有贯通上下表面的硅通孔结构，所述底层上设置有底层螺旋电感，所述顶层螺旋电感通过所述硅通孔结构与所述底层螺旋电感对应连接。本发明专利技术的三维低通滤波器，采用三维堆叠的方式，使电感器和电容器有机结合，大幅减小了芯片面积和尺寸，降低了加工成本低，提高了集成密度，降低了互连损耗。

A three-dimensional low-pass filter based on coaxial silicon through-hole and spiral inductor

【技术实现步骤摘要】
一种基于同轴硅通孔和螺旋电感的三维低通滤波器
本专利技术属于集成电路
，具体涉及一种基于同轴硅通孔和螺旋电感的三维低通滤波器。
技术介绍
低通滤波器作为模拟/射频前端电路的关键模块,被广泛用于选择或限定信号的频段范围，在电子系统中起到非常重要的作用。集成电路特征尺寸的减小，尤其是硅基有源器件的等比例缩小，带来芯片集成度、运算性能的巨大提升。然而，电感器、电容器、以及滤波器等不可或缺的无源器件及电路的发展相对滞后，成为集成电路发展的新瓶颈。一方面，在材料介电常数受限的条件下，电容值取决于其所占芯片的面积，传统二维集成电路的电容密度很难进一步提高。另一方面，片上电容、电感的大尺寸互连线还会造成较大的时间延迟以及各种耦合寄生，导致自谐振频率和Q值的降低。因此，受限于大尺寸、低质量、低频率的无源器件，普通的二维硅基电路中很难实现无源射频电路的集成。硅通孔(Through-Silicon-Via，TSV)是一种三维集成技术，它突破了传统的平面结构限制，极大地提高了芯片面积的利用效率、方便地实现了异质集成、减小了芯片面积和功耗、提高了芯片的集成度和系统性能,工艺技术也日渐成熟，为无源射频器件及电路的硅基片上集成设计提供了新的可行方案。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于同轴硅通孔和螺旋电感的三维低通滤波器。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术提供了一种基于同轴硅通孔和螺旋电感的三维低通滤波器，包括至少一个滤波器单元，所述滤波器单元包括自上而下依次设置的顶层、半导体衬底层和底层，其中，所述顶层上设置有顶层螺旋电感，所述半导体衬底层上设置有贯通上下表面的硅通孔结构，所述底层上设置有底层螺旋电感，所述顶层螺旋电感通过所述硅通孔结构与所述底层螺旋电感对应连接。在本专利技术的实施例中，所述顶层包括自上而下依次设置的顶层第一介质层、顶层第一隔离层、顶层第二介质层和顶层第二隔离层，其中，所述顶层第一介质层上对称设置有两个相互独立的所述顶层螺旋电感，分别为第一顶层螺旋电感和第二顶层螺旋电感，两个所述顶层螺旋电感的绕线方向相反；所述顶层第二介质层上对称设置有第一互连金属件和第二互连金属件，分别作为所述三维低通滤波器的接地端。在本专利技术的实施例中，所述底层包括自上而下依次设置的底层第一隔离层、底层第一介质层、底层第二隔离层和底层第二介质层，其中，所述底层第二介质层上对称设置有两个相互连接的所述底层螺旋电感，分别为第一底层螺旋电感和第二底层螺旋电感，两个所述底层螺旋电感的绕线方向相反，两个所述底层螺旋电感的外端通过第四互连金属件连接。在本专利技术的实施例中，所述硅通孔结构由外到内依次包括外层隔离介质环、外层金属环、内层隔离介质环和内层金属柱。在本专利技术的实施例中，所述半导体衬底层上设置有两个所述硅通孔结构，分别为第一硅通孔结构和第二硅通孔结构，所述底层第一介质层上设置有第三互连金属件，用于连接所述第一硅通孔结构和所述第二硅通孔结构。在本专利技术的实施例中，所述第一硅通孔结构的外层金属环的上端与所述第一互连金属件接触，所述第二硅通孔结构的外层金属环的上端与所述第二互连金属件接触；所述第一硅通孔结构和所述第二硅通孔结构的下端均与所述第三互连金属件接触；所述第一硅通孔结构的内层金属柱的上下两端分别与所述第一顶层螺旋电感和所述第一底层螺旋电感的中心端接触；所述第二硅通孔结构的内层金属柱的上下两端分别与所述第二顶层螺旋电感和所述第二底层螺旋电感的中心端接触。在本专利技术的实施例中，所述半导体衬底层的厚度为80～100μm。在本专利技术的实施例中，还包括多个所述滤波器单元，相邻的两个所述滤波器单元通过所述顶层螺旋电感的外端相连。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术的三维低通滤波器，采用三维堆叠的方式，使电感器、电容器有机结合，大幅减小了芯片面积和尺寸，降低了加工成本低，提高了集成密度，降低了互连损耗；2、本专利技术的三维低通滤波器，采用贯穿硅衬底的同轴硅通孔，一方面构成高电容密度的电容器，另一方面实现了电感器和电容器的互连。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1是本专利技术实施例的三维低通滤波器的三维透视图；图2是本专利技术实施例的三维低通滤波器的剖面图；图3a是本专利技术实施例的三维低通滤波器的顶层第一介质层的示意图；图3b是本专利技术实施例的三维低通滤波器的顶层第一隔离层的示意图；图3c是本专利技术实施例的三维低通滤波器的顶层第二介质层的示意图；图3d是本专利技术实施例的三维低通滤波器的顶层第二隔离层的示意图；图4a是本专利技术实施例的三维低通滤波器的半导体衬底层的示意图；图4b是图4a中区域A的放大图；图5a是本专利技术实施例的三维低通滤波器的底层第一隔离层的示意图；图5b是本专利技术实施例的三维低通滤波器的底层第一介质层的示意图；图5c是本专利技术实施例的三维低通滤波器的底层第二隔离层的示意图；图5d是本专利技术实施例的三维低通滤波器的底层第二介质层的示意图；图6是本专利技术实施例的三维低通滤波器的等效电路图；图7是本专利技术实施例的另一个三维低通滤波器的三维简化示意图；图8是本专利技术实施例的另一个三维低通滤波器的等效电路图。附图标记说明101-顶层第一介质层；102-顶层螺旋电感；1021-第一顶层螺旋电感；1022-第二顶层螺旋电感；201-顶层第一隔离层；301-顶层第二介质层；302-第一互连金属件；303-第二互连金属件；401-顶层第二隔离层；501-半导体衬底层；502-硅通孔结构；5021-第一硅通孔结构；5022-第二硅通孔结构；503-外层隔离介质环；504-外层金属环；505-内层隔离介质环；506-内层金属柱；601-底层第一隔离层；701-底层第一介质层；702-第三互连金属件；801-底层第二隔离层；901-底层第二介质层；902-底层螺旋电感；9021-第一底层螺旋电感；9022-第二底层螺旋电感；903-第四互连金属件。具体实施方式为了进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本专利技术提出的一种基于同轴硅通孔和螺旋电感的三维低通滤波器进行详细说明。有关本专利技术的前述及其他
技术实现思路
、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本专利技术为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本专利技术的技术方案加以限制。实施例一请参见图1和图2，如图所示，本实施例的一种基于同轴硅通孔和螺旋电感的三维低通滤波器，包括至少一个滤波器单元，所述滤波器单元包括自上而下依次设置的顶层、半导体衬底层501和底层，其中，所述顶层上设置有顶层螺旋电感102，半导体衬底层501上设置有贯通上下表面的硅通孔结构502，所述底层上设置有底层螺旋电感902，顶层螺旋电感102通过硅通孔结构502与底层螺旋电感902对应连接。进一步的，所述顶层包括自上而下依次设置的顶层第一介质层101、顶层第一隔离层201、顶层第二介质层301和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于同轴硅通孔和螺旋电感的三维低通滤波器，其特征在于，包括至少一个滤波器单元，所述滤波器单元包括自上而下依次设置的顶层、半导体衬底层(501)和底层，其中，所述顶层上设置有顶层螺旋电感(102)，所述半导体衬底层(501)上设置有贯通上下表面的硅通孔结构(502)，所述底层上设置有底层螺旋电感(902)，所述顶层螺旋电感(102)通过所述硅通孔结构(502)与所述底层螺旋电感(902)对应连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于同轴硅通孔和螺旋电感的三维低通滤波器，其特征在于，包括至少一个滤波器单元，所述滤波器单元包括自上而下依次设置的顶层、半导体衬底层(501)和底层，其中，所述顶层上设置有顶层螺旋电感(102)，所述半导体衬底层(501)上设置有贯通上下表面的硅通孔结构(502)，所述底层上设置有底层螺旋电感(902)，所述顶层螺旋电感(102)通过所述硅通孔结构(502)与所述底层螺旋电感(902)对应连接。2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述顶层包括自上而下依次设置的顶层第一介质层(101)、顶层第一隔离层(201)、顶层第二介质层(301)和顶层第二隔离层(401)，其中，所述顶层第一介质层(101)上对称设置有两个相互独立的所述顶层螺旋电感(102)，分别为第一顶层螺旋电感(1021)和第二顶层螺旋电感(1022)，两个所述顶层螺旋电感(102)的绕线方向相反；所述顶层第二介质层(301)上对称设置有第一互连金属件(302)和第二互连金属件(303)，分别作为所述三维低通滤波器的接地端。3.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，所述底层包括自上而下依次设置的底层第一隔离层(601)、底层第一介质层(701)、底层第二隔离层(801)和底层第二介质层(901)，其中，所述底层第二介质层(901)上对称设置有两个相互连接的所述底层螺旋电感(902)，分别为第一底层螺旋电感(9021)和第二底层螺旋电感(9022)，两个所述底层螺旋电感(902)的绕线方向相反，两个所述底层螺旋电感(902)的外端通过第四互连金属件(903)连接。...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹湘坤，朱樟明，杨银堂，李跃进，丁瑞雪，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61