[发明专利]一种基于TSV的全对称三维变压器

说明书

本发明公开了一种基于TSV的全对称三维变压器，包括顶部介质层a、中间硅衬底层m和底部介质层b。本发明所提出的1:1变压器初次级线圈以及结构全对称，可以与差分电路集成。本发明所提出的1:1,1:2和1:3变压器均具有大于0.93的耦合系数。

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，涉及一种基于TSV的全对称三维变压器。

背景技术

变压器作为一种重要的无源器件，广泛应用于实现阻抗匹配、低噪声反馈、混频器和压控振荡器。传统的二维片式变压器是平面或叠层结构，面临着占用芯片面积大的问题。现有的研究结果表明，基于TSV的三维变压器可以有效地降低大面积的硅耗，解决二维变压器面临的瓶颈，由于目前和未来射频集成电路设计中硅面积和损耗的限制，这已成为三维变压器的一个重要优势。然而现阶段研究人员提出的基于TSV的三维变压器或是具有优越的对称性，或是具有良好的耦合系数，还没有一种变压器同时兼具这两种特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于TSV的全对称三维变压器，该变压器为高耦合系数且全对称的三维变压器，该三维变压器的匝数比为分别1:1、1:2和1:3。

本发明所采用的技术方案是，一种基于TSV的全对称三维变压器，包括顶部介质层a、中间硅衬底层m和底部介质层b。

本发明的特点还在于：

顶部介质层a中制作有金属层P_a、S_a1、S_a2、S_a3和接触孔H_a1、H_a2、H_a3、H_a4。

中间硅衬底层m中制作有硅通孔TSV₁和硅通孔TSV₂，硅通孔TSV₁和硅通孔TSV₂从内到外均依次制作有金属柱和绝缘层。

底部介质层b中分别制作有金属层P_b、S_b1、S_b2、S_b3和接触孔H_b1、H_b2、H_b3、H_b4。

金属层P_a、接触孔H_a1、硅通孔TSV₁、接触孔H_b1、金属层P_b相连接构成1:1、1:2和1:3变压器的初级线圈。

金属层S_a1、接触孔H_a2、硅通孔TSV₂、接触孔H_b2、金属层S_b1相连接构成1:1变压器的次级线圈。

金属层S_a2、接触孔H_a3、金属层S_a1、接触孔H_a2、硅通孔TSV₂、接触孔H_b2、金属层S_b1、接触孔H_b3、金属层S_b2相连接构成了1:2变压器的次级线圈。

金属层S_a3、接触孔H_a4、金属层S_a2、接触孔H_a3、金属层S_a1、接触孔H_a2、硅通孔TSV₂、接触孔H_b2、金属层S_b1、接触孔H_b3、金属层S_b2、接触孔H_b4、金属层S_b3相连接构成了1:3变压器的次级线圈。