[发明专利]一种用于三维集成电路的硅通孔型开口谐振环带阻滤波器

说明书

本发明提供的一种用于三维集成电路的硅通孔型开口谐振环带阻滤波器，是基于TSV技术构造的三维结构，可同步实现三维集成电路堆叠层间的滤波和信号传播过程，避免了将平面滤波器引入三维集成电路所需添加的额外信号布线与相应的噪声串扰。同时，由于本发明中开口谐振环阵元在立体空间中可呈十字型布局围绕信号通路，而传统平面型结构仅能在平面上导体的两侧布局阵元，使得本发明可以进一步压缩信号在阻带内的增益，因此本发明具有更强的带阻特性。并且本发明中一部分平面布线长度被转换为了垂直方向的TSV高度，相较于传统平面型结构有效降低了所占用面积，节省的布线层空间可用于互连或其它片上器件的布线，使得本发明具有更高的集成密度。

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种用于三维集成电路的硅通孔型开口谐振环带阻滤波器。

背景技术

基于硅通孔TSV(Through silicon via)技术的三维集成电路可通过垂直芯片堆叠的方式获得更高的集成密度，并且相较于键合、倒装焊等传统芯片间互连技术拥有更小的互连RC。借助于TSV提供的垂直信号通路，多种功能的裸芯片可被直接集成并实现垂直方向的直接互连，这为系统的配置提供了很强的灵活性。对于包含无线通信功能的3-D IC系统，片上带阻滤波器不论对于发射还是接收端均是基本的射频器件，其功能为在阻带频段抑制无用信号并使通带频段的信号几乎无衰减的通过。带阻滤波器的性能将直接影响到整个系统的可靠性。目前其相关研究多基于新拓扑、工艺、材料等开展，其中采用磁性超材料构造的带阻滤波器由于其小型化及易于集成等特点而日益受到关注。

开口谐振环SRR(split-ring resonator)是人工获得的磁性超材料的一种，其最关键的特性为在特定频段范围内等效磁导率为负，其波矢k、磁场H和电场E的方向不再满足常规的右手定则，因此也被称为左手材料。SRR的结构由两个嵌套的导体回路组成，且两个回路在关于中心对称的位置处开口，在该开口处可获得等效的分布电容。当存在时变磁场通过SRR的垂直方向且频率处在其谐振频段范围内时，其整体产生磁谐振并对传输的电磁波产生带阻作用。虽然基于SRR的器件研究起步较晚，但其在射频及微波设计领域已得到越来越广泛的应用。利用其在谐振频段的带阻特性，可通过SRR构造滤波器结构，其具有体积紧凑、低插入损耗、高Q值等特点。

G.E.Ponchak在其发表的论文“Coplanar Stripline Coupled to Planar DoubleSplit-Ring Resonators for Bandstop Filters”(期刊名称：IEEE Microwave andWireless Components Letters，发表时间：2018年12月，页数：1101-1103)中公开了一种结合SRR和共面带线的平面带阻滤波器设计方法。该结构中SRR位于传输信号用的共面带线的两侧，且所有导体均位于同一水平面上，通过SRR与传输信号磁场间的磁谐振实现带阻的功能。这种结构存在的不足之处在于：SRR的回环形结构占去了大量的版图空间，增大了集成设计的难度，制约了其在高集成密度场景如三维集成电路下的应用前景。且为了与平面工艺兼容，SRR阵元仅能布局于水平面上，其带阻特性的效果与设计可调节性受到一定程度的制约。

J.Choi,S.Oh,S.Jo,W.Yoon，J.Lee在其发表的论文“Vertical Split RingResonator Using ViasWith Wide Bandwidth and Small Electrical Size”(期刊名称：IEEE Microwave and Wireless Components Letters，发表时间：2017年1月，页数：16-18)中公开了一种运用通孔制造的垂直SRR滤波器结构。该结构采用多层布线及金属层间的通孔构建垂直的SRR结构，以达到有效降低器件整体平面电尺寸的目的。但由于通孔高度受金属层间距离制约，且对于具体工艺条件为固定值，通常通孔高度远小于平面金属导体长度，导致其回环结构的长宽比过大，制约了其性能与设计灵活性。另一方面，虽然该结构的SRR为垂直方向，但其信号传输仍采用传统的平面微带线，导致其应用场景无法扩展至三维集成电路的堆叠层间滤波传输。

发明内容