[发明专利]多维集成电路的电源线滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种将电路和电路封装件的部分与电源线和其他导体上的高频噪声相去耦或隔离的技术。一个实施例具有通过形成与操作元件(尤其是在2D或3D集成电路结构中堆叠在中介层上的元件)相连接的导体部分而产生的带有半导体通孔的中介层元件。使用导电线圈，或两个或多个磁性连接的线圈(变压器)将电感器设置在中介层内部，该电感器沿着中介层的多层形成，通孔在与交点相邻的层之间延伸。在这些或其他实施例中，两个或多个串联连接的回路磁性耦合，从而形成了变压器。这些串联电感与一个或多个MOS电容器阵列(MOSCap)相结合，从而在操作电路频率以上的频率上提供了低阻抗接地路径。

背景技术

供电电路到电路负载固有地具有串联的电阻，这些电阻使得施加给电路负载的电压根据流向负载的电流幅度而从与电源相关的任意给定的参考电压变化成与负载相关的电压。电源的内部电阻和将电源与各个电路相连接的导体的串联电阻遵从欧姆定律，由此电压降E＝IR降低了多个正电压终端到负载的电源电压，并且还增加了负载的接地或多个负终端处的电压电平。通常，可以沿着电源导体连续地连接多个电路负载，从而使得流经较为接近电源的负载的电流加载了电源电压并且产生出IR电压降，该IR电压降影响了延着电源导体位于较远处的负载上的电源电压电平。

尤其是在数字集成电路中，各种负载包括有产生高频信号的开关电路。例如，在互补金属氧化物半导体(CMOS)器件(诸如，数字锁存器和存储器)中，在开关状态下出现了电流尖峰。当保持逻辑状态时出现了一些漏电电流，但该漏电电流的幅度小并且固定不变，然而在噪声方面，高di/dt信号会导致较大问题。

一种将电路负载与噪声相隔离的方案是为负载设置去耦电路。例如，将去耦电容器设置在负载电路的电源终端的两端之间或将其与处在负载电路附近的以及进入到负载电路的电源导体相连接。通常以标称电压为电容器充电。如果由于电路或相邻的电路上的噪声或电源线的瞬间IR负载导致IR下降或负电平回弹的话，那么将利用从去耦电容器中导出的电荷来补充部分差额。

可以认为电容器形成了低通滤波器的部分，该低通滤波器减弱了在一些穿越频率以上的可以参考电容和电阻值来确定的频率上的噪声。电容器与负载电路电源终端并联连接。该负载及其并联去耦的电容器通过电源导体的串联电阻与电源相连接。电容器使负载与电源线上的噪声以及其他电路的电源压降和地弹相去耦。通常适合在电路区域上方分布去耦电容器，每个均将局部负载器件与电源噪声上的噪声相去耦，该电源导体可以包括并联的导电路径，导电面，诸如，接地面等。一种为电路区域上方的分布点上的负载去耦的技术可以是设置去耦电容器阵列，每个电容器(或也需相邻地设置的并联电容器组)为电路中的点或节点服务。去耦电容器在电路区域上方间隔和分布。可选地或额外地，去耦电容器被设置在一些点上，在这些点上电源导体与待去耦的特定电路元件相连接。

在一个可能的布置中，去耦电容器是MOS电容器(“MOScap”)，被布置在集成电路元件的叠加层中。在将MOScap用作为分布阵列中的各个电容器的情况下，每个电容器均与附近相邻的电容器相隔离。可选地，MOScap彼此并联连接，从而使得他们的电容被相加。

术语MOS在上下文中是“金属氧化物半导体”的缩写并且涉及的是场效应晶体管(FET)的典型配置。金属代表的是栅极。实际上在现代MOS器件中，栅极通常是导电材料，诸如，多晶硅而不是金属。氧化物代表的是栅极下面的介电层。其下面的半导体层通常是硅。MOScap与场效应晶体管结构，即，形成在叠加层中的金属氧化物半导体配置类似，但并不具有用于源极或漏极的连接。器件代表的是电容器，该电容器的终端是被介电层彼此分开的栅极和半导体主体。由于电荷载体的损耗，MOSCAP的电容受到施加在栅极和半导体主体之间的电压的影响。还存在一些由MOScap泄漏的电流。

在现已公知的多维配置的特定的集成电路结构中，通过彼此上下堆叠(在3D配置中)的集成电路元件或至少一个被支撑在中介层元件上的集成电路元件来形成有效的电路封装件，该中介层元件反而支撑在基极或衬底(2.5D配置)上。具有明显不同的功能的电路封装件可以被使用在上面的层上，诸如，彼此相邻地装配在无源中介层上的数字存储器和处理器，并且还有RF和模拟器件，在该无源中介层中导体横向地和垂直地延伸，从而与电路封装件形成必要连接以及在电路封装件之间形成必要连接。