本发明专利技术公开了一种基于硅通孔耦合电容的LC低通滤波器，该LC低通滤波器包括：顶层、中间层和底层，顶层结构中的两个螺旋电感器与中间层结构中的两个柱形电容器串联，形成L‑C‑C‑L的等效结构，与现有的LC低通滤波器的结构相比，体积大幅减小，最大尺寸小于100um，方便与传统CMOS集成电路单片集成；在顶层结构中，由于两个螺旋电感器的电场线被外围的非封闭的金属线完全收集，所以提高了能量利用率，又由于两个螺旋电感器的绕线方向相反，其对周边其它集成电路模块的耦合电感相互抵消，所以减小了寄生效应。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种滤波器，具体涉及一种基于硅通孔耦合电容的LC低通滤波器，属于面向射频/微波集成电路应用的无源器件领域。
技术介绍
低通滤波器作为模拟/射频前端电路的关键模块,被广泛用于选择或限定信号的频段范围，在电子系统中起到非常重要的作用。随着电子技术的飞速发展，电子整机系统对小型化、轻型化的要求越来越高，对单片集成系统(System on Chip，SoC)的需求也日益迫切。但是，目前已有的低通滤波器一般使用平面结构，占用芯片面积以毫米计，并且一般都需要制作在特定的介质材料上，只能实现同类微波模块的单片集成，或者不同类电路模块的系统级封装集成，已不能满足日益发展的现代通信系统对集成滤波器的要求。硅通孔(Through Silicon Via，TSV)是一种穿透硅衬底的三维结构，可以有效提高电路的集成度和电路系统的质量和性能，工艺技术也日渐成熟，为LC低通滤波器的设计和制造提供了新的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于硅通孔耦合电容的LC低通滤波器，该LC低通滤波器具有体积小、易集成、能量利用率高、寄生效应小等优点。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于硅通孔耦合电容的LC低通滤波器，包括：顶层、中间层和底层，其特征在于，前述顶层包括：顶层介质层(101)、顶层金属互连线(102)、顶层第一金属极板(103)和顶层第二金属极板(104)，其中，前述顶层金属互连线(102)在前述顶层介质层(101)上绕成两个四边形平面螺旋结构，绕线方向相反，形成两个螺旋电感器，前述两个螺旋电感器的最外围还围绕有一圈非封闭的金属线用以收集电场线，前述顶层第一金属极板(103)和顶层第二金属极板(104)分别连接于两个螺旋电感器的最外端，构成滤波器的两个引出端；前述中间层包括：半导体衬底(201)、绝缘层(202)和硅通孔金属(203)，其中，前述半导体衬底(201)为硅衬底，其上对称的刻蚀有两个贯通上下表面的通孔，通孔的内表面上制备有前述绝缘层(202)，制备有前述绝缘层(202)的通孔的内部制备有前述硅通孔金属(203)，硅通孔金属(203)将通孔完全填充，并且其顶部分别与前述两个螺旋电感器的中心端连接，中间层等效为两个柱形电容器；前述底层包括：底层介质层(301)和底层金属互连线(302)，其中，前述底层金属互连线(302)制作于前述底层介质层(301)内，两个硅通孔金属(203)的底部通过前述底层金属互连线(302)进行连接。前述的基于硅通孔耦合电容的LC低通滤波器，其特征在于，前述顶层介质层(101)、绝缘层(202)和底层介质层(301)为二氧化硅层、氮化硅层或氮氧化硅层。前述的基于硅通孔耦合电容的LC低通滤波器，其特征在于，前述硅通孔金属(203)为铜或铝。前述的基于硅通孔耦合电容的LC低通滤波器，其特征在于，前述顶层金属互连线(102)、顶层第一金属极板(103)和顶层第二金属极板(104)为铜线或铝线。本专利技术的有益之处在于：(1)顶层结构中的两个螺旋电感器与中间层结构中的两个柱形电容器串联，形成L-C-C-L的等效结构，与现有的LC低通滤波器的结构相比，体积大幅减小，最大尺寸小于100um，方便与传统CMOS集成电路单片集成；(2)在顶层结构中，由于两个螺旋电感器的电场线被外围的非封闭的金属线完全收集，所以提高了能量利用率；(3)在顶层结构中，由于两个螺旋电感器的绕线方向相反，其对周边其它集成电路模块的耦合电感相互抵消，所以减小了寄生效应。附图说明图1是本专利技术的LC低通滤波器的透视图；图2是图1中的LC低通滤波器的A-A’剖面图；图3是图1中的LC低通滤波器的顶层的主视图；图4是图1中的LC低通滤波器的中间层的主视图；图5是图1中的LC低通滤波器的底层的主视图；图6是本专利技术的LC低通滤波器的等效电路模型示意图；图7是本专利技术的LC低通滤波器的仿真结果。图中附图标记的含义：101-顶层介质层、102-顶层金属互连线、103-顶层第一金属极板、104-顶层第二金属极板、201-半导体衬底、202-绝缘层、203-硅通孔金属，301-底层介质层、302-底层金属互连线。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作具体的介绍。一、LC低通滤波器的结构参照图1至图5，本专利技术的基于硅通孔耦合电容的LC低通滤波器包括：顶层、中间层和底层。1、顶层参照图3，顶层包括：顶层介质层101、顶层金属互连线102、顶层第一金属极板103和顶层第二金属极板104。顶层介质层101为绝缘介质层，具体选用的是二氧化硅层(还可以选用氮化硅层或氮氧化硅层)，顶层介质层101用于电学隔离顶层金属互连线102、顶层第一金属极板103和顶层第二金属极板104。顶层金属互连线102在顶层介质层101上绕成两个四边形平面螺旋结构，绕线方向相反，形成两个螺旋电感器，螺旋电感器的两个极板分别为四边形平面螺旋结构的中心端和最外端。两个螺旋电感器的最外围围绕有一圈非封闭的金属线，该非封闭的金属线用以收集电场线，从而屏蔽滤波器对周边其它片上集成电路模块的影响。顶层第一金属极板103连接于其中一个螺旋电感器的最外端，顶层第二金属极板104连接于另一个螺旋电感器的最外端，顶层第一金属极板103和顶层第二金属极板104构成滤波器的两个引出端。顶层金属互连线102、顶层第一金属极板103、顶层第二金属极板104和最外围的非封闭的金属线均为铜线(或铝线)。在顶层结构中，由于两个螺旋电感器的电场线被外围的非封闭的金属线完全收集，所以提高了能量利用率；由于两个螺旋电感器的绕线方向相反，其对周边其它集成电路模块的耦合电感相互抵消，所以减小了寄生效应。2、中间层参照图4，中间层包括：半导体衬底201、绝缘层202和硅通孔金属203。半导体衬底201为硅衬底，其上对称的刻蚀有两个贯通上下表面的通孔，通孔的内表面上制备有绝缘层202，绝缘层202为二氧化硅层(还可以是氮化硅层或氮氧化硅层)，其厚度为0.1um～1.0um，制备有绝缘层202的通孔的内部制备有硅通孔金属203，该硅通孔金属203为铜(或者是铝)，硅通孔金属203将通孔完全填充，并且硅通孔金属203的顶部分别与两个螺旋电感器的中心端连接。硅通孔金属203与半导体衬底201之间能够产生耦合电容，整个中间层结构可以等效为两个柱形电容器。由于柱形电容器穿透了整个半导体衬底201，所以面积利用率高，所以本专利技术的LC低通滤波器具有结构紧凑、集成度高、占用芯片面积小、成本低等显著优点。3、底层参照图5，底层包括：底层介质层301和底层金属互连线302。底层介质层301为绝缘介质层，具体选用的是二氧化硅层(还可以选用氮化硅层或氮氧化硅层)，底层介质层301用于实现底层金属互连线302之间的电学隔离。底层金属互连线302制作于底层介质层301内，两个硅通孔金属203的底部通过底层金属互连线302进行连接，底层金属互连线302为铜线(或铝线)。本专利技术提出的LC低通滤波器，其顶层结构中的两个螺旋电感器与中间层结构中的两个柱形电容器串联，形成L-C-C-L的等效结构，其中L为信号节点之间串联连接，C为信号节点到地的并联连接，与现有的LC低通滤波器的结构相比，体积大幅减小，最大尺寸小于100um，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于硅通孔耦合电容的LC低通滤波器，包括：顶层、中间层和底层，其特征在于，所述顶层包括：顶层介质层(101)、顶层金属互连线(102)、顶层第一金属极板(103)和顶层第二金属极板(104)，其中，所述顶层金属互连线(102)在所述顶层介质层(101)上绕成两个四边形平面螺旋结构，绕线方向相反，形成两个螺旋电感器，所述两个螺旋电感器的最外围还围绕有一圈非封闭的金属线用以收集电场线，所述顶层第一金属极板(103)和顶层第二金属极板(104)分别连接于两个螺旋电感器的最外端，构成滤波器的两个引出端；所述中间层包括：半导体衬底(201)、绝缘层(202)和硅通孔金属(203)，其中，所述半导体衬底(201)为硅衬底，其上对称的刻蚀有两个贯通上下表面的通孔，通孔的内表面上制备有所述绝缘层(202)，制备有所述绝缘层(202)的通孔的内部制备有所述硅通孔金属(203)，硅通孔金属(203)将通孔完全填充，并且其顶部分别与所述两个螺旋电感器的中心端连接，中间层等效为两个柱形电容器；所述底层包括：底层介质层(301)和底层金属互连线(302)，其中，所述底层金属互连线(302)制作于所述底层介质层(301)内，两个硅通孔金属(203)的底部通过所述底层金属互连线(302)进行连接。...
【技术特征摘要】
1.一种基于硅通孔耦合电容的LC低通滤波器，包括：顶层、中间层和底层，其特征在于，所述顶层包括：顶层介质层(101)、顶层金属互连线(102)、顶层第一金属极板(103)和顶层第二金属极板(104)，其中，所述顶层金属互连线(102)在所述顶层介质层(101)上绕成两个四边形平面螺旋结构，绕线方向相反，形成两个螺旋电感器，所述两个螺旋电感器的最外围还围绕有一圈非封闭的金属线用以收集电场线，所述顶层第一金属极板(103)和顶层第二金属极板(104)分别连接于两个螺旋电感器的最外端，构成滤波器的两个引出端；所述中间层包括：半导体衬底(201)、绝缘层(202)和硅通孔金属(203)，其中，所述半导体衬底(201)为硅衬底，其上对称的刻蚀有两个贯通上下表面的通孔，通孔的内表面上制备有所述绝缘层(202)，制备有所述绝缘层(202)的通孔的内部制备有所述硅通孔金属(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹湘坤，朱樟明，杨银堂，李跃进，丁瑞雪，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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