[發(fā)明專利]多維集成電路的電源線濾波器

有效

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• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103367336A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設計）人: 黃柏智;陳易緯;林冠諭;劉欽洲
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L23/64
• 分類號: H01L23/64;H03H9/46
• 代理公司: 北京德恒律治知識產(chǎn)權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術領域

本發(fā)明涉及一種將電路和電路封裝件的部分與電源線和其他導體上的高頻噪聲相去耦或隔離的技術。一個實施例具有通過形成與操作元件(尤其是在2D或3D集成電路結構中堆疊在中介層上的元件)相連接的導體部分而產(chǎn)生的帶有半導體通孔的中介層元件。使用導電線圈，或兩個或多個磁性連接的線圈(變壓器)將電感器設置在中介層內部，該電感器沿著中介層的多層形成，通孔在與交點相鄰的層之間延伸。在這些或其他實施例中，兩個或多個串聯(lián)連接的回路磁性耦合，從而形成了變壓器。這些串聯(lián)電感與一個或多個MOS電容器陣列(MOSCap)相結合，從而在操作電路頻率以上的頻率上提供了低阻抗接地路徑。

背景技術

供電電路到電路負載固有地具有串聯(lián)的電阻，這些電阻使得施加給電路負載的電壓根據(jù)流向負載的電流幅度而從與電源相關的任意給定的參考電壓變化成與負載相關的電壓。電源的內部電阻和將電源與各個電路相連接的導體的串聯(lián)電阻遵從歐姆定律，由此電壓降E＝IR降低了多個正電壓終端到負載的電源電壓，并且還增加了負載的接地或多個負終端處的電壓電平。通常，可以沿著電源導體連續(xù)地連接多個電路負載，從而使得流經(jīng)較為接近電源的負載的電流加載了電源電壓并且產(chǎn)生出IR電壓降，該IR電壓降影響了延著電源導體位于較遠處的負載上的電源電壓電平。

尤其是在數(shù)字集成電路中，各種負載包括有產(chǎn)生高頻信號的開關電路。例如，在互補金屬氧化物半導體(CMOS)器件(諸如，數(shù)字鎖存器和存儲器)中，在開關狀態(tài)下出現(xiàn)了電流尖峰。當保持邏輯狀態(tài)時出現(xiàn)了一些漏電電流，但該漏電電流的幅度小并且固定不變，然而在噪聲方面，高di/dt信號會導致較大問題。

一種將電路負載與噪聲相隔離的方案是為負載設置去耦電路。例如，將去耦電容器設置在負載電路的電源終端的兩端之間或將其與處在負載電路附近的以及進入到負載電路的電源導體相連接。通常以標稱電壓為電容器充電。如果由于電路或相鄰的電路上的噪聲或電源線的瞬間IR負載導致IR下降或負電平回彈的話，那么將利用從去耦電容器中導出的電荷來補充部分差額。

可以認為電容器形成了低通濾波器的部分，該低通濾波器減弱了在一些穿越頻率以上的可以參考電容和電阻值來確定的頻率上的噪聲。電容器與負載電路電源終端并聯(lián)連接。該負載及其并聯(lián)去耦的電容器通過電源導體的串聯(lián)電阻與電源相連接。電容器使負載與電源線上的噪聲以及其他電路的電源壓降和地彈相去耦。通常適合在電路區(qū)域上方分布去耦電容器，每個均將局部負載器件與電源噪聲上的噪聲相去耦，該電源導體可以包括并聯(lián)的導電路徑，導電面，諸如，接地面等。一種為電路區(qū)域上方的分布點上的負載去耦的技術可以是設置去耦電容器陣列，每個電容器(或也需相鄰地設置的并聯(lián)電容器組)為電路中的點或節(jié)點服務。去耦電容器在電路區(qū)域上方間隔和分布?？蛇x地或額外地，去耦電容器被設置在一些點上，在這些點上電源導體與待去耦的特定電路元件相連接。

在一個可能的布置中，去耦電容器是MOS電容器(“MOScap”)，被布置在集成電路元件的疊加層中。在將MOScap用作為分布陣列中的各個電容器的情況下，每個電容器均與附近相鄰的電容器相隔離?？蛇x地，MOScap彼此并聯(lián)連接，從而使得他們的電容被相加。

術語MOS在上下文中是“金屬氧化物半導體”的縮寫并且涉及的是場效應晶體管(FET)的典型配置。金屬代表的是柵極。實際上在現(xiàn)代MOS器件中，柵極通常是導電材料，諸如，多晶硅而不是金屬。氧化物代表的是柵極下面的介電層。其下面的半導體層通常是硅。MOScap與場效應晶體管結構，即，形成在疊加層中的金屬氧化物半導體配置類似，但并不具有用于源極或漏極的連接。器件代表的是電容器，該電容器的終端是被介電層彼此分開的柵極和半導體主體。由于電荷載體的損耗，MOSCAP的電容受到施加在柵極和半導體主體之間的電壓的影響。還存在一些由MOScap泄漏的電流。

在現(xiàn)已公知的多維配置的特定的集成電路結構中，通過彼此上下堆疊(在3D配置中)的集成電路元件或至少一個被支撐在中介層元件上的集成電路元件來形成有效的電路封裝件，該中介層元件反而支撐在基極或襯底(2.5D配置)上。具有明顯不同的功能的電路封裝件可以被使用在上面的層上，諸如，彼此相鄰地裝配在無源中介層上的數(shù)字存儲器和處理器，并且還有RF和模擬器件，在該無源中介層中導體橫向地和垂直地延伸，從而與電路封裝件形成必要連接以及在電路封裝件之間形成必要連接。