[发明专利]用于无线芯片到芯片通信的通过芯片界面（TCI）结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体芯片到芯片无线通信系统。

背景技术

使用设置在三维IC(3DIC)布置中的单个芯片之间的通过芯片界面(through-chip interface，TCI)通信信道，能够实现电子元件的无线芯片到芯片通信。在这些无线通信信道中，期望在充当变压器并且彼此都处于无线通信中的单个芯片之间获得高耦合系数k。在用于RF和其他芯片到芯片无线通信系统的变压器中达到高耦合系数(k)可用于增加灵敏度并降低功耗。

为了从根本上适应提高耦合系数方面的尝试，已经对芯片进行了物理改变，且通常使芯片难于处理或者需要要求额外空间并且难以生产的更昂贵的结构。而且，以前的尝试在增强耦合系数方面并不是非常有效的。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于无线芯片到芯片通信的半导体器件，所述半导体器件包括：电感线圈，由位于衬底上方的介电材料中的至少两个金属层形成；以及匹配网络，与所述电感线圈相连接，所述匹配网络是至少二阶匹配网络。

在该半导体器件中，所述匹配网络提供与所述电感线圈基本上相同的阻抗。

在该半导体器件中，所述匹配网络包括至少两个电容器件或者至少两个电感器件。

在该半导体器件中，所述匹配网络包括至少一个电容器件和至少一个电感器件。

在该半导体器件中，所述至少一个电容器件由第一传输线形成，所述至少一个电感器件由第二传输线形成，所述第一传输线的宽度是所述第二传输线的宽度的至少约两倍，并且其中，所述匹配网络还包括至少一个另外的电容器件或至少一个另外的电感器件。

在该半导体器件中，所述匹配网络和所述电感线圈形成在所述衬底上，所述匹配网络连接在所述电感线圈和设置在所述衬底上的另外的元件之间，所述匹配网络包括所述至少一个电容器件中的第一电容器件，并且所述第一电容器件连接在所述电感线圈的端部之间。

在该半导体器件中，所述匹配网络和所述电感线圈形成在所述衬底上，所述匹配网络连接在所述电感线圈和设置在所述衬底上的另外的元件之间，所述匹配网络包含所述至少一个电感器件中的第一电感器件，并且所述第一电感器件连接在所述电感线圈的端部之间。

根据本发明的另一方面，提供了一种通过芯片界面(TCI)结构，包括：彼此相接触的至少两个芯片，所述至少两个芯片中的每个芯片都包括形成在衬底上方的介电材料中形成的至少一个电感线圈以及形成在所述衬底上方的匹配网络，所述至少一个电感线圈包括至少两个金属层，并且所述匹配网络连接至所述至少一个电感线圈并且是至少二阶匹配网络；所述至少两个芯片彼此处于无线电子通信中。

在该TCI结构中，所述至少两个芯片包括用于生成RF电磁辐射的第一芯片和用于接收所述RF电磁辐射的第二芯片。

在该TCI结构中，所述衬底包含硅、玻璃、GaAs、和III-V族材料中的一种，并且所述至少两个芯片包括相堆叠以使所述两个芯片的相应介电表面共用公共边界的两个芯片。

在该TCI结构中，所述至少两个芯片包括：第一芯片，具有形成在所述第一芯片上的所述至少一个电感线圈中的第一电感线圈和第二电感线圈，并且其中，所述第一电感线圈和所述第二电感线圈彼此间隔开，以使所述第一电感线圈和所述第二电感线圈之间的间距大于所述第一电感线圈的直径，并且大于所述第二电感线圈的直径；第二芯片，具有设置在所述第一电感线圈上方的所述至少一个电感线圈的第三电感线圈；以及第三芯片，具有设置在所述至少一个电感线圈中的第二电感线圈上方的所述至少一个电感线圈中的第四电感线圈。

在该TCI结构中，所述匹配网络提供与所述至少一个电感线圈基本上相同的阻抗，并且包括至少两个电容器件或至少两个电感器件。

在该TCI结构中，所述匹配网络包括至少一个电容器件和至少一个电感器件。

在该TCI结构中，所述匹配网络包括第一器件，所述第一器件是所述至少一个电容器件中的第一电容器件或者所述至少一个电感器件中的第一电感器件，所述第一器件连接在所述电感线圈的端部之间，并且其中，所述匹配网络连接在所述电感线圈和设置在所述衬底上的另外的元件之间。

在该TCI结构中，所述匹配网络包括由第一传输线形成的所述至少一个电感器件中的至少第一电感器件，以及由第二传输线形成的所述至少一个电容器件中的至少第一电容器件，其中，所述第二传输线的宽度是所述第一传输线的宽度的至少约2倍。