[發明專利]一種用于三維集成電路的硅通孔型開口諧振環帶阻濾波器

有效

• 申請號: 202111458524.1
• 申請日: 2021-12-01
• 公開（公告）號: CN114430097B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 董剛;熊偉;朱樟明;楊銀堂
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01P1/20
• 分類號: H01P1/20;H01P1/212;H01L23/48;H01L21/768
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 王萌

本發明提供的一種用于三維集成電路的硅通孔型開口諧振環帶阻濾波器，是基于TSV技術構造的三維結構，可同步實現三維集成電路堆疊層間的濾波和信號傳播過程，避免了將平面濾波器引入三維集成電路所需添加的額外信號布線與相應的噪聲串擾。同時，由于本發明中開口諧振環陣元在立體空間中可呈十字型布局圍繞信號通路，而傳統平面型結構僅能在平面上導體的兩側布局陣元，使得本發明可以進一步壓縮信號在阻帶內的增益，因此本發明具有更強的帶阻特性。并且本發明中一部分平面布線長度被轉換為了垂直方向的TSV高度，相較于傳統平面型結構有效降低了所占用面積，節省的布線層空間可用于互連或其它片上器件的布線，使得本發明具有更高的集成密度。

技術領域

本發明屬于電子技術領域，具體涉及一種用于三維集成電路的硅通孔型開口諧振環帶阻濾波器。

背景技術

基于硅通孔TSV(Through silicon via)技術的三維集成電路可通過垂直芯片堆疊的方式獲得更高的集成密度，并且相較于鍵合、倒裝焊等傳統芯片間互連技術擁有更小的互連RC。借助于TSV提供的垂直信號通路，多種功能的裸芯片可被直接集成并實現垂直方向的直接互連，這為系統的配置提供了很強的靈活性。對于包含無線通信功能的3-D IC系統，片上帶阻濾波器不論對于發射還是接收端均是基本的射頻器件，其功能為在阻帶頻段抑制無用信號并使通帶頻段的信號幾乎無衰減的通過。帶阻濾波器的性能將直接影響到整個系統的可靠性。目前其相關研究多基于新拓撲、工藝、材料等開展，其中采用磁性超材料構造的帶阻濾波器由于其小型化及易于集成等特點而日益受到關注。

開口諧振環SRR(split-ring resonator)是人工獲得的磁性超材料的一種，其最關鍵的特性為在特定頻段范圍內等效磁導率為負，其波矢k、磁場H和電場E的方向不再滿足常規的右手定則，因此也被稱為左手材料。SRR的結構由兩個嵌套的導體回路組成，且兩個回路在關于中心對稱的位置處開口，在該開口處可獲得等效的分布電容。當存在時變磁場通過SRR的垂直方向且頻率處在其諧振頻段范圍內時，其整體產生磁諧振并對傳輸的電磁波產生帶阻作用。雖然基于SRR的器件研究起步較晚，但其在射頻及微波設計領域已得到越來越廣泛的應用。利用其在諧振頻段的帶阻特性，可通過SRR構造濾波器結構，其具有體積緊湊、低插入損耗、高Q值等特點。

G.E.Ponchak在其發表的論文“Coplanar Stripline Coupled to Planar DoubleSplit-Ring Resonators for Bandstop Filters”(期刊名稱：IEEE Microwave andWireless Components Letters，發表時間：2018年12月，頁數：1101-1103)中公開了一種結合SRR和共面帶線的平面帶阻濾波器設計方法。該結構中SRR位于傳輸信號用的共面帶線的兩側，且所有導體均位于同一水平面上，通過SRR與傳輸信號磁場間的磁諧振實現帶阻的功能。這種結構存在的不足之處在于：SRR的回環形結構占去了大量的版圖空間，增大了集成設計的難度，制約了其在高集成密度場景如三維集成電路下的應用前景。且為了與平面工藝兼容，SRR陣元僅能布局于水平面上，其帶阻特性的效果與設計可調節性受到一定程度的制約。

J.Choi,S.Oh,S.Jo,W.Yoon，J.Lee在其發表的論文“Vertical Split RingResonator Using ViasWith Wide Bandwidth and Small Electrical Size”(期刊名稱：IEEE Microwave and Wireless Components Letters，發表時間：2017年1月，頁數：16-18)中公開了一種運用通孔制造的垂直SRR濾波器結構。該結構采用多層布線及金屬層間的通孔構建垂直的SRR結構，以達到有效降低器件整體平面電尺寸的目的。但由于通孔高度受金屬層間距離制約，且對于具體工藝條件為固定值，通常通孔高度遠小于平面金屬導體長度，導致其回環結構的長寬比過大，制約了其性能與設計靈活性。另一方面，雖然該結構的SRR為垂直方向，但其信號傳輸仍采用傳統的平面微帶線，導致其應用場景無法擴展至三維集成電路的堆疊層間濾波傳輸。

發明內容