高密度低寄生电感硅基半导体电容器的设计及验证.doc

高密度低寄生电感硅基半导体电容器的设计及验证 第29卷第3期 2010年3月 电子元件与材料 ELECTRONICCoMPONENTSAND【ATEmALS Vb1.29No.3 Mar2010 高密度低寄生电感硅基半导体电容器的 设计及验证 王惠娟,万里兮,吕盎,李宝霞,高巍 (中国科学院微电子研究所,北京100029) 摘要:采用在半导体材料表面深刻蚀三维图形以形成稳固蜂窝结构的方法,研究了一种适用于解决高频电路和 系统级封装中串扰耦合问题的高密度,低寄生电感,制作及排布容易的硅基电容.结果显示,所制作的电容,其密 度可增大至普通平面半导体电容的10倍以上,并较大程度地降低了电容的寄生电感,使其性能大大优于常用商业 陶瓷电容,更适用于高频电路和系统级封装中的有效退耦. 关键词:半导体电容;寄生电感;蜂窝结构;系统级封装 doi:10.3969~.issn.1001?2028.2010.03.019 中图分类号:TN912.205文献标识码:A文章编号:1001.2028(2010)03.0068.05 Designandvalidationofhighdensityandlowparasiticinductance semiconductorsilicon..basedcapacitor WANGHuijuan,WANLixi,LUYao,LIBaoxia,GAOwlei (InstituteofMicroelectronics,ChineseAcademyofSciences,Beijingl00029,China) Abstract:Introducingthemethodologyofdeepetching3Dpatternstoformstablehoneycombstructures,anew silicon-basedcapacitorwasinvestigated.Thiscapacitorpossessesthecharacteristicsofhighdensity,lowparasitic inductance,easytofabricateandlayout,SOitissuitableforsolvingthecrosstalkanddecouplingproblemsinhigh frequencycircuitsandsystem—in-packages.Thetestresultsshowthatthecapacitancedensityisincreasedabove10times higherthanthatofnormalplanesemiconductorcapacitors,andtheparasiticinductanceisdecreasedsteeply.Obtained performanceismuchbetterthanthatoftraditionalcommercializedceramiccapacitors.Therefore,thesilicon-based capacitorscanbeusedeffectivelyunderhigherfrequencycircuitdecoupling. Keywords:semiconductorcapacitor;parasiticinductance;honeycombstructure;system—in-package 随着集成电路的工作频率越来越高,速度越来 越快,电子系统中的电路供电网络的噪声问题也越 来越严重,这将会给整个电路带来严重危害.由于 电源网络中电感的存在使电源不可能及时响应,从 而使局部波形产生形变,信号完整受到破坏,另外, 电路处于瞬态工作状态时,经常会有一个不稳定的 脉冲经过该集成电路,使电路处于过冲等不稳定的 状况,这种无论是电压的过冲或是降低现象都会极 大影响电路运行,使该电路系统性能受损.为解决 这一问题,通常会在电源的输出端并联一个适当的 电容,犹如水库的缓冲作用,可以大大减小负载等 的波动对电源的影响,这就是退耦作用ll. 从电路角度看,包括去耦电容的供电网络是一 个阻抗网络.集成电路可看成一个等效电流或电压 源,为了使噪声最低,供电网络的阻抗应该尽可能 小.在一定的频率范围内,加大去耦电容可以有效 减小网络阻抗.但在实际应用中,由于电容器固有 的寄生电感和电阻,并且这些寄生参数随着频率的 收稿日期:2009.11—24通讯作者:王惠娟 基金项目:国家863计划资助项目(No.2007AA01Z2a6) 作者简介:万里兮(1955一),男,四川成都人,研究员,从事系统级封装的设计模拟与测试等技术的研究 王惠娟(1984一),女,湖北黄冈人,研究生,主要从事无源器件埋入及系统级封装技