專利名稱：半導(dǎo)體器件及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體器件，并且更具體地說涉及半導(dǎo)體器件和形成在LC諧振器之間具有減小的電容耦合與高CMRR的RF平衡-不平衡變換器的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中通常會(huì)發(fā)現(xiàn)有半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件在電部件的數(shù)量和密度上有變化。分立的半導(dǎo)體器件一般包括一種電部件，例如發(fā)光二極管(LED)、小信號(hào)晶體管、 電阻器、電容器、電感器、以及功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFET)。集成半導(dǎo)體器件通常包括數(shù)百到數(shù)百萬的電部件。集成半導(dǎo)體器件的實(shí)例包括微控制器、微處理器、電荷耦合器件(CXD )、太陽能電池、以及數(shù)字微鏡器件(DMD )。半導(dǎo)體器件執(zhí)行多種功能，例如高速計(jì)算、發(fā)射和接收電磁信號(hào)、控制電子器件、 將日光轉(zhuǎn)換成電、以及為電視顯示器生成可視投影。在娛樂、通信、功率轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、 以及消費(fèi)品領(lǐng)域中有半導(dǎo)體器件的存在。在軍事應(yīng)用、航空、汽車、工業(yè)控制器、以及辦公設(shè)備中也有半導(dǎo)體器件的存在。半導(dǎo)體器件利用半導(dǎo)體材料的電特性。半導(dǎo)體材料的原子結(jié)構(gòu)允許通過施加電場或基極電流(base current)或者通過摻雜工藝來操縱(manipulated)它的導(dǎo)電性。摻雜把雜質(zhì)引入半導(dǎo)體材料中以操縱和控制半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電性。半導(dǎo)體器件包括有源和無源電結(jié)構(gòu)。有源結(jié)構(gòu)(包括雙極和場效應(yīng)晶體管)控制電流的流動(dòng)。通過改變摻雜水平并且施加電場或基極電流，晶體管促進(jìn)或限制電流的流動(dòng)。 無源結(jié)構(gòu)(包括電阻器、電容器、和電感器)產(chǎn)生執(zhí)行多種電功能所必需的電壓和電流之間的關(guān)系。無源和有源結(jié)構(gòu)被電連接以形成電路，所述電路能夠使半導(dǎo)體器件執(zhí)行高速計(jì)算和其它有用的功能。通常利用兩個(gè)復(fù)雜的制造工藝來制造半導(dǎo)體器件，即前端制造和后端制造，每個(gè)可能包括數(shù)百個(gè)步驟。前端制造包括在半導(dǎo)體晶片的表面上形成多個(gè)管芯。每個(gè)管芯通常相同并且包括通過電連接有源和無源部件形成的電路。后端制造包括從已完成的晶片單體化(singulating)單個(gè)管芯并且封裝管芯以提供結(jié)構(gòu)支撐和環(huán)境隔離。半導(dǎo)體制造的一個(gè)目標(biāo)是制造更小的半導(dǎo)體器件。更小的半導(dǎo)體器件通常消耗更少功率、具有更高的性能、并且能夠被更有效地制造。另外，更小的半導(dǎo)體器件具有更小的占地面積(footprint)，其對(duì)于更小的最終產(chǎn)品而言是期望的。通過改善導(dǎo)致產(chǎn)生具有更小、更高密度的有源和無源部件的管芯的前端工藝可以實(shí)現(xiàn)更小的管芯尺寸。通過改善電互連和封裝材料，后端工藝可以產(chǎn)生具有更小占地面積的半導(dǎo)體器件封裝。半導(dǎo)體制造的另一個(gè)目標(biāo)是制造較高性能半導(dǎo)體器件。器件性能的提高可以通過形成能夠在較高速度下工作的有源部件來實(shí)現(xiàn)。在高頻應(yīng)用中，例如射頻(RF)無線通信，集成無源器件(IPD)常常被包含在半導(dǎo)體器件內(nèi)。IPD的實(shí)例包括電阻器、電容器和電感器。 典型RF系統(tǒng)需要在一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體封裝中的多個(gè)IPD來執(zhí)行所需的電功能。RF平衡一不平衡變換器(Balims)在無線通信系統(tǒng)中是重要部件。RF平衡一不平衡變換器被用來利用合適的阻抗變換將差分信號(hào)(例如來自功率放大器或收發(fā)器)轉(zhuǎn)換成單端信號(hào)。平衡一不平衡變換器抑制電噪聲，執(zhí)行阻抗變換和匹配，并且通過電磁耦合最小化共模噪聲(噪聲隨機(jī)噪聲或其它電干擾)。在圖1中示出常規(guī)RF平衡一不平衡變換器10，其中導(dǎo)電跡線或線圈12與導(dǎo)電跡線或線圈14相互纏繞或交織以增加電感器之間的相互耦合。導(dǎo)電跡線12具有耦合到平衡端口 16和18的第一和第二末端端子。電容器20被耦合在端口 16和18之間。電感器12 和電容器20構(gòu)成第一 LC (電感器和電容器)諧振器。導(dǎo)電跡線14具有耦合到不平衡端口對(duì)和沈的第一和第二末端端子(接地端子)。電容器觀被耦合在端口對(duì)和沈之間。中心抽頭30和導(dǎo)電跡線32提供DC偏置給平衡端口 16和18。電感器14和電容器觀構(gòu)成第二 LC諧振器。RF平衡一不平衡變換器性能的品質(zhì)因數(shù)是共模抑制比(CMRR)。不足的CMRR導(dǎo)致接收器電路(例如低噪聲放大器)中的電源調(diào)制和自混頻(self-mixing)。電器件(例如功率放大器)的諧波響應(yīng)經(jīng)常以共模形式存在。為減小不想要的諧波響應(yīng)，在RF平衡一不平衡變換器中高CMRR是令人期望的。利用圖1中所示的實(shí)施方式難以實(shí)現(xiàn)高CMRR，尤其在較高的頻率處，部分原因是由于LC諧振器12和20與LC諧振器14和28之間的電容耦合。LC諧振器中的電流通過互感耦合。到不平衡LC諧振器的輸入信號(hào)在平衡LC諧振器中感生出電流，并且反過來也是如此。理論上，施加到平衡端口 16和18的共模信號(hào)在電感器14中引起相等并且反向的電流流動(dòng)，并且沒有信號(hào)傳送到不平衡端口對(duì)。為了補(bǔ)償，RF平衡一不平衡變換器的尺寸被制作得相對(duì)較大用于強(qiáng)的磁耦合。LC諧振器之間的耦合系數(shù)通常被制作得與實(shí)際一樣大(例如大于0.6)以實(shí)現(xiàn)需要的磁耦合。另外，為了更大的帶寬，LC諧振器之間的電容耦合被制作得大。然而，LC諧振器之間的寄生電容耦合允許共模信號(hào)泄露到不平衡端口，尤其在較高頻率處。雖然具有交織的導(dǎo)電跡線的較大平衡一不平衡變換器具有特定優(yōu)點(diǎn)，即，對(duì)制造變化的魯棒性以及改善的帶寬、通帶響應(yīng)、匹配、負(fù)載時(shí)Q值、電阻損耗、和插入損耗，但是它也消耗管芯面積(其增加制造工藝的成本)、減小平衡、以及增大電容耦合(其減小CMRR)。

發(fā)明內(nèi)容
存在對(duì)具有減小的電容耦合與高CMRR的RF平衡-不平衡變換器的需要。因此， 在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是一種包括襯底和形成在襯底上的平衡-不平衡變換器的半導(dǎo)體器件。平衡-不平衡變換器包括被纏繞以展現(xiàn)電感特性的第一導(dǎo)電跡線(具有耦合到半導(dǎo)體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第二端子的第二末端)。第一電容器耦合在第一導(dǎo)電跡線的第一和第二末端之間。平衡-不平衡變換器進(jìn)一步包括被纏繞以展現(xiàn)電感特性的第二導(dǎo)電跡線(具有耦合到半導(dǎo)體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第四端子的第二末端)。第一導(dǎo)電跡線完全形成在第二導(dǎo)電跡線內(nèi)。第二電容器耦合在第二導(dǎo)電跡線的第一和第二末端之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是一種包括襯底和形成在襯底上并且被纏繞以展現(xiàn)電感特性的內(nèi)部導(dǎo)電跡線(具有耦合到半導(dǎo)體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第二端子的第二末端)的半導(dǎo)體管芯。外部導(dǎo)電跡線(具有耦合到半導(dǎo)體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第四端子的第二末端)形成在襯底上并且被纏繞以展現(xiàn)電感特性。內(nèi)部導(dǎo)電跡線形成在外部導(dǎo)電跡線內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是一種包括襯底和形成在襯底上的第一電感器的半導(dǎo)體器件。第二電感器形成在襯底上。第一電感器形成在第二電感器內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是一種形成半導(dǎo)體管芯的方法，所述方法包括以下步驟提供襯底；在襯底上形成內(nèi)部導(dǎo)電跡線，所述內(nèi)部導(dǎo)電跡線被纏繞以展現(xiàn)電感特性，并且具有耦合到半導(dǎo)體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第二端子的第二末端；以及在襯底上形成外部導(dǎo)電跡線，所述外部導(dǎo)電跡線被纏繞以展現(xiàn)電感特性，并且具有耦合到半導(dǎo)體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第四端子的第二末端。 內(nèi)部導(dǎo)電跡線形成在外部導(dǎo)電跡線內(nèi)。


圖1是具有第一和第二互相纏繞的線圈的常規(guī)RF平衡一不平衡變換器； 圖2示出具有安裝到其表面的不同類型封裝的PCB ；
圖3a-3c示出安裝到PCB的典型半導(dǎo)體封裝的更多細(xì)節(jié)； 圖4示出具有形成在有源表面上的集成無源器件的半導(dǎo)體管芯； 圖5示出具有連接到功率放大器和收發(fā)器的集成RF平衡一不平衡變換器的無線通信系統(tǒng)；
圖6示出集成RF平衡一不平衡變換器的更多細(xì)節(jié)； 圖7示出RF平衡一不平衡變換器的示意電路圖； 圖8示出集成RF平衡一不平衡變換器的另一個(gè)實(shí)施例；以及圖9是集成RF平衡一不平衡變換器的共模增益與頻率的關(guān)系的波形圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖在下列描述中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中描述本發(fā)明，在附圖中相似的數(shù)字表示相同或類似的元件。雖然根據(jù)用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的最佳方式描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，它旨在覆蓋可以被包含在由被下列公開和各圖所支持的所附權(quán)利要求及其等效物限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的替代物、變型、和等效物。一般利用兩個(gè)復(fù)雜的制造工藝制造半導(dǎo)體器件前端制造和后端制造。前端制造包括在半導(dǎo)體晶片的表面上形成多個(gè)管芯。晶片上的每個(gè)管芯包括有源和無源電部件，所述有源和無源電部件被電連接以形成功能電路。有源電部件，例如晶體管和二極管，具有控制電流的流動(dòng)的能力。無源電部件，例如電容器、電感器、電阻器、和變壓器，產(chǎn)生執(zhí)行電路功能所必需的電壓和電流之間的關(guān)系。通過包括摻雜、沉積、光刻、刻蝕、和平面化的一系列工藝步驟在半導(dǎo)體晶片的表面上形成無源和有源部件。摻雜通過例如離子注入或熱擴(kuò)散的技術(shù)將雜質(zhì)引入到半導(dǎo)體材料中。所述摻雜工藝改變有源器件中的半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性，將半導(dǎo)體材料轉(zhuǎn)變成絕緣體、 導(dǎo)體，或響應(yīng)于電場或基極電流動(dòng)態(tài)改變半導(dǎo)體材料導(dǎo)電性。晶體管包括有變化的摻雜類型和程度的區(qū)域，所述區(qū)域根據(jù)需要被設(shè)置為使晶體管能夠在施加電場或基極電流時(shí)促進(jìn)或限制電流的流動(dòng)。
通過具有不同電特性的材料的層形成有源和無源部件。所述層可以通過部分地由被沉積的材料的類型決定的多種沉積技術(shù)形成。例如，薄膜沉積可以包括化學(xué)汽相沉積 (CVD)、物理汽相沉積(PVD)、電解電鍍、以及無電極電鍍(electroless plating)工藝。每個(gè)層通常被圖案化以形成有源部件、無源部件、或部件之間的電連接的各部分?？梢岳霉饪虉D案化所述層，所述光刻包括在將被圖案化的層上沉積光敏材料， 例如光致抗蝕劑。利用光將圖案從光掩模轉(zhuǎn)移到光致抗蝕劑。利用溶劑將經(jīng)受光的光致抗蝕劑圖案部分除去，暴露將被圖案化的下層的各部分。光致抗蝕劑的剩余物被除去，留下被圖案化的層。可替換地，利用例如無電極電鍍或電解電鍍的技術(shù)通過直接將材料沉積到通過先前的沉積/刻蝕工藝形成的區(qū)域或空隙中來圖案化一些類型的材料。在現(xiàn)有圖案上沉積材料的薄膜可能會(huì)放大下面的圖案并且引起不均勻的平面。需要均勻的平面來制造更小和更密集包裝的有源和無源部件?？梢岳闷矫婊瘡木谋砻娉ゲ牧虾椭圃炀鶆蚱矫妗Ｆ矫婊ɡ脪伖鈮|拋光晶片的表面。在拋光期間，磨料和腐蝕性化學(xué)品被添加到晶片的表面。組合的磨料機(jī)械作用和化學(xué)品腐蝕作用除去了任何不規(guī)則的表面形貌(topography )，產(chǎn)生均勻的平面。后端制造指的是將已完成的晶片切割或單體化成單個(gè)管芯，并且然后封裝管芯用于結(jié)構(gòu)支撐和環(huán)境隔離。為單體化管芯，沿被叫做劃片街區(qū)(saw street)或劃線的晶片非功能區(qū)域刻劃和斷開所述晶片。利用激光切割工具或鋸條來單體化晶片。在單體化之后， 單個(gè)管芯被安裝到封裝襯底，所述封裝襯底包括用來與其它系統(tǒng)部件互連的引腳或接觸焊盤。形成在半導(dǎo)體管芯上的接觸焊盤然后被連接到封裝內(nèi)的接觸焊盤?？梢岳煤噶贤箟K、 柱形凸塊(stud bump)、導(dǎo)電膠、或線結(jié)合(wirebond)來制作電連接。密封劑或其它成型材料被沉積到封裝上以提供物理支撐和電隔離。已完成的封裝然后被插入電系統(tǒng)中并且半導(dǎo)體器件的功能可以用到其它系統(tǒng)部件。圖2示出具有芯片載體襯底或印刷電路板(PCB)52的電子器件50，所述芯片載體襯底或印刷電路板(PCB) 52具有多個(gè)安裝在它的表面上的半導(dǎo)體封裝。電子器件50可以具有一種半導(dǎo)體封裝、或多種半導(dǎo)體封裝，這取決于應(yīng)用。為了說明的目的，在圖2中示出不同類型的半導(dǎo)體封裝。電子器件50可以是利用半導(dǎo)體封裝來執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)電功能的獨(dú)立系統(tǒng)?？商鎿Q地，電子器件50可以是更大系統(tǒng)的子部件。例如，電子器件50可以是能被插入計(jì)算機(jī)中的圖形卡、網(wǎng)絡(luò)接口卡、或其它信號(hào)處理卡。半導(dǎo)體封裝可以包括微處理器、存儲(chǔ)器、專用集成電路(ASIC)、邏輯電路、模擬電路、RF電路、分立器件、或其它半導(dǎo)體管芯或電部件。在圖2中，PCB 52提供普通的襯底用于安裝在PCB上的半導(dǎo)體封裝的結(jié)構(gòu)支撐和電互連。利用蒸發(fā)、電解電鍍、無電極電鍍、絲網(wǎng)印刷、或其它合適的金屬沉積工藝將導(dǎo)電信號(hào)跡線(trace) M形成在PCB 52的表面上或各層內(nèi)。信號(hào)跡線M提供半導(dǎo)體封裝、安裝的部件、以及其它外部系統(tǒng)部件中的每一個(gè)之間的電通信。跡線M也將電源和地連接提供給半導(dǎo)體封裝中的每一個(gè)。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件可以具有兩個(gè)封裝級(jí)。第一級(jí)封裝是用來將半導(dǎo)體管芯以機(jī)械和電的方式附著到中間載體的技術(shù)。第二級(jí)封裝包括將所述中間載體以機(jī)械和電的方式附著到PCB。在其它實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件可以僅具有第一級(jí)封裝，其中管芯被以機(jī)械和電的方式直接安裝到PCB。
為了說明的目的，幾種第一級(jí)封裝，包括線結(jié)合封裝56和倒裝芯片58，被示出在 PCB 52上。另外，幾種第二級(jí)封裝，包括球柵陣列(BGA)60、凸塊芯片載體(BCC)62、雙列直插式封裝(DIP)64、岸面柵格陣列(land grid array，LGA)66、多芯片模塊(MCM)68、四側(cè)無引腳扁平封裝(quad flat non-leaded package, QFN) 70、以及四側(cè)扁平封裝72被示出安裝在PCB 52上。根據(jù)系統(tǒng)要求，利用第一和第二級(jí)封裝形式的任何組合配置的半導(dǎo)體封裝的任何組合、以及其它電子部件，可以被連接到PCB 52。在一些實(shí)施例中，電子器件50包括單個(gè)附著的半導(dǎo)體封裝，雖然其它實(shí)施例要求多互連封裝。通過在單個(gè)襯底上組合一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體封裝，制造商可以將預(yù)先制作的部件并入電子器件和系統(tǒng)中。因?yàn)樗霭雽?dǎo)體封裝包括復(fù)雜功能，所以可以利用更便宜的部件和流水線制造工藝來制造電子器件。所得到的器件較少可能失效并且制造起來花費(fèi)較少，對(duì)用戶而言導(dǎo)致更低的成本。圖3a_3c示出示范性半導(dǎo)體封裝。圖3a示出安裝在PCB 52上的DIP 64的更多細(xì)節(jié)。半導(dǎo)體管芯74包括包含模擬或數(shù)字電路的有源區(qū)，所述模擬或數(shù)字電路被實(shí)現(xiàn)為根據(jù)管芯的電設(shè)計(jì)形成在管芯內(nèi)并且被電互連的有源器件、無源器件、導(dǎo)電層、和介電層。例如，電路可以包括一個(gè)或多個(gè)晶體管、二極管、電感器、電容器、電阻器、以及形成在半導(dǎo)體管芯74的有源區(qū)內(nèi)的其它電路元件。接觸焊盤76是一層或多層的導(dǎo)電材料，例如鋁(AL)、 銅(Cu)、錫(Sn)、鎳(Ni)、金(Au)、或銀(Ag)，并且電連接到形成在半導(dǎo)體管芯74內(nèi)的電路元件。在DIP 64的組裝期間，利用金硅共晶層或粘附材料(例如熱的環(huán)氧或環(huán)氧樹脂)將半導(dǎo)體管芯74安裝到中間載體78。封裝體包括絕緣封裝材料，例如聚合物或陶瓷。導(dǎo)體引線80和線結(jié)合82在半導(dǎo)體管芯74和PCB 52之間提供電互連。密封劑84被沉積在封裝上用于通過防止?jié)駳馀c粒子進(jìn)入所述封裝以及污染管芯74或線結(jié)合82來進(jìn)行環(huán)境保護(hù)。圖北示出安裝在PCB 52上的BCC 62的更多細(xì)節(jié)。半導(dǎo)體管芯88利用底層填充材料或環(huán)氧樹脂粘附材料92被安裝到載體90上。線結(jié)合94在接觸焊盤96和98之間提供第一級(jí)封裝互連。模塑料或密封劑100被沉積在半導(dǎo)體管芯88和線結(jié)合94上以為所述器件提供物理支撐和電隔離。接觸焊盤102利用電解電鍍或無電極電鍍這樣合適的金屬沉積形成在PCB 52的表面上以防止氧化。接觸焊盤102電連接到PCB 52中的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電信號(hào)跡線M。凸塊104被形成在BCC 62的接觸焊盤98與PCB 52的接觸焊盤102之間。在圖3c中，利用倒裝芯片型第一級(jí)封裝將半導(dǎo)體管芯58面朝下地安裝到中間載體106。半導(dǎo)體管芯58的有源區(qū)108包含模擬或數(shù)字電路，所述模擬或數(shù)字電路被實(shí)現(xiàn)為根據(jù)管芯的電設(shè)計(jì)形成的有源器件、無源器件、導(dǎo)電層、和介電層。例如，該電路可以包括一個(gè)或多個(gè)晶體管、二極管、電感器、電容器、電阻器、以及在有源區(qū)108內(nèi)的其它電路元件。 半導(dǎo)體管芯58通過凸塊110被電連接和機(jī)械連接到載體106。BGA 60利用凸塊112電連接和機(jī)械連接到具有BGA型第二級(jí)封裝的PCB 52。半導(dǎo)體管芯58通過凸塊110、信號(hào)線114、以及凸塊112電連接到導(dǎo)電信號(hào)跡線M。模塑料或密封劑116被沉積在半導(dǎo)體管芯58和載體106上以為所述器件提供物理支撐和電隔離。 倒裝芯片半導(dǎo)體器件提供從半導(dǎo)體管芯58上的有源器件到PCB 52上的導(dǎo)電軌跡的短導(dǎo)電路徑以便減小信號(hào)傳播距離、降低電容、并且改善總的電路性能。在另一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體管芯58可以在沒有中間載體106的情況下利用倒裝芯片型第一級(jí)封裝被以機(jī)械和電的方式直接連接到PCB 52。在圖4中，相對(duì)于圖2和3a_3c示出半導(dǎo)體管芯或封裝120，其具有利用基底材料而制作的半導(dǎo)體襯底122，所述基底材料例如是硅(Si )、鍺、砷化鎵(GaAs )、玻璃、低溫共燒陶瓷(LTCC)、PCB、或其它體半導(dǎo)體材料，用于結(jié)構(gòu)支撐。有源區(qū)IM形成在半導(dǎo)體襯底122 的頂表面上。有源區(qū)1 包括模擬或數(shù)字電路，所述模擬或數(shù)字電路被實(shí)現(xiàn)為根據(jù)管芯的電設(shè)計(jì)和功能形成在管芯內(nèi)并且電互連的有源器件、無源器件、導(dǎo)電層、和介電層。例如，該電路可以包括一個(gè)或多個(gè)晶體管、二極管、和形成在管芯的有源表面內(nèi)的其它電路元件以實(shí)現(xiàn)模擬電路或數(shù)字電路。半導(dǎo)體管芯122也包括一個(gè)或多個(gè)IPD，例如薄膜電感器、電容器、和電阻器，用于RF信號(hào)處理。有源區(qū)124占據(jù)半導(dǎo)體管芯120的總厚度或高度Hl的大約5-10%。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體管芯120占據(jù)0.8毫米(mm) X0. 45 mm的區(qū)域。半導(dǎo)體管芯120可以利用倒裝芯片、接合線、或互連引腳電連接到其它器件。包括多個(gè)IPD的半導(dǎo)體器件可以在高頻應(yīng)用，例如微波雷達(dá)、電信、無線收發(fā)器、 電子開關(guān)、和執(zhí)行RF電功能的其它器件中使用。IPD為電路功能提供電特性，所述電路功能例如是平衡-不平衡變換器、諧振器、高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器(BPF)、對(duì)稱 Hi-Q諧振變壓器、匹配網(wǎng)絡(luò)、RF耦合器、和調(diào)諧電容器。例如，IPD可以用作前端無線RF部件，所述前端無線RF部件可以位于天線和收發(fā)器之間。平衡-不平衡變換器通過電磁耦合最小化共模噪聲、抑制電噪聲、提供從單端到差分端口的模式變換并且執(zhí)行阻抗變換和匹配。在一些應(yīng)用中，在公共襯底上形成多個(gè)平衡-不平衡變換器，允許多帶操作。例如， 在用于移動(dòng)電話或其它GSM通信的四頻中使用兩個(gè)或更多個(gè)平衡-不平衡變換器，每個(gè)平衡-不平衡變換器專用于四頻器件的操作的頻帶。典型的RF系統(tǒng)在一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體封裝中需要多個(gè)IPD和其它高頻電路以執(zhí)行必要的電功能。無線應(yīng)用可以是使用多帶操作(例如寬帶碼分多址(WCDMA)帶(PCS、IMT、低)和全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)帶(低和高))的蜂窩式電話。圖5示出使用RF集成電路(RFIC) 128的無線通信系統(tǒng)126。RFIC 128包括單片式集成在單個(gè)半導(dǎo)體管芯120的襯底122上的作為IPD的RF平衡一不平衡變換器。RF平衡一不平衡變換器可以在多個(gè)頻率范圍(例如1. 71 一 1. 91或5. 15 - 5. 83 GHz)中工作。 RFIC 128在不平衡端口 130上接收RF信號(hào)并且在端口 134和136上將平衡差分RF信號(hào)提供給功率放大器(PA)和收發(fā)器132。PA和收發(fā)器132放大RF信號(hào)以進(jìn)行發(fā)射并且全雙工地接收RF信號(hào)，以及對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行濾波和調(diào)節(jié)以便進(jìn)一步處理。隨著在無線消費(fèi)產(chǎn)品中逐漸強(qiáng)調(diào)小型化，存在將RF平衡一不平衡變換器集成到普通封裝中的趨勢(shì)(利用片上無源部件或作為分離的IPD)。由于普通形狀因素和低成本， IPD對(duì)于集成到RFIC 1 中尤其具有吸引力。IPD也具有優(yōu)于片上無源部件的性能優(yōu)勢(shì)。在圖6中示出具有利用LC諧振器實(shí)現(xiàn)的集成RF平衡一不平衡變換器140的RFIC 128的更多細(xì)節(jié)。導(dǎo)電跡線或線圈142被纏繞以展現(xiàn)電感特性并且包括耦合到端口 144和端口 146的第一和第二末端端子。在一個(gè)實(shí)施例中，端口 144是單端不平衡端口并且端口 146是接地端子?？商鎿Q地，端口 146是單端不平衡端口并且端口 144是接地端子。導(dǎo)電跡線142被形成為具有20微米(μ m)的線寬和10 μ m的間距或間隔的多邊形、圓形、或橢圓形形狀。電容器148被耦合在端口 144和146之間。電感器142和電容器148構(gòu)成第一 LC諧振器。另一個(gè)導(dǎo)電跡線或線圈150被纏繞以展現(xiàn)電感特性并且包括耦合到平衡端口 152 和端口 IM的第一和第二末端端子。導(dǎo)電跡線150形成在導(dǎo)電跡線142周圍使得導(dǎo)電跡線142 (內(nèi)部導(dǎo)電跡線)主要或基本上被設(shè)置在導(dǎo)電跡線150 (外部導(dǎo)電跡線)內(nèi)部(具有間隔 Dl = 50 μ m)以減小導(dǎo)電跡線之間的電感耦合和電容耦合。換句話說，導(dǎo)電跡線142的纏繞部分的所有部件被完全設(shè)置在導(dǎo)電跡線150的纏繞部分的所有部件內(nèi)，如圖6中所示。導(dǎo)電跡線150可以被形成為多邊形、圓形、或橢圓形形狀，并且具有20 μ m的線寬和10 μ m的間距或間隔。電容器156被耦合在平衡端口 152和IM之間。電感器150和電容器156構(gòu)成第二 LC諧振器。圖7示出具有電感器142和150以及電容器148和156的RF平衡一不平衡變換器140的電氣示意圖。電感器142和150被纏繞以在電感器之間產(chǎn)生相對(duì)小的磁耦合，例如耦合系數(shù)k = 0. 2到0. 45，用于窄帶響應(yīng)?？梢酝ㄟ^改變兩個(gè)線圈之間的距離Dl來調(diào)整電感耦合強(qiáng)度。在另一個(gè)實(shí)施例中，在圖8中示出利用LC諧振器實(shí)現(xiàn)的集成RF平衡一不平衡變換器170。導(dǎo)電跡線或線圈172被纏繞以展現(xiàn)電感特性并且包括耦合到平衡端口 174和176 的第一和第二末端端子。導(dǎo)電跡線172被形成為具有20 μ m的線寬和10 μ m的間距或間隔的多邊形、圓形、或橢圓形形狀。電容器178被耦合在平衡端口 174和176之間。中心抽頭180通過電容器178提供DC偏置給端口 174和176。DC偏置從電源總線182通過導(dǎo)電跡線184提供給中心抽頭180。電容器178可以被分成連接到中心抽頭180的兩個(gè)部分。 通過稍微使兩個(gè)分開的電容器不平衡，可以優(yōu)化平衡。電感器142和電容器148構(gòu)成第一 LC諧振器。另一個(gè)導(dǎo)電跡線或線圈190被纏繞以展現(xiàn)電感特性并且包括耦合到端口 192和端口 194的第一和第二末端端子。在一個(gè)實(shí)施例中，端口 192是單端不平衡端口并且端口 194 是接地端子?？商鎿Q地，端口 194是單端不平衡端口并且端口 192是接地端子。導(dǎo)電跡線 190形成在導(dǎo)電跡線172內(nèi)使得導(dǎo)電跡線190 (內(nèi)部導(dǎo)電跡線)主要或基本上被設(shè)置在導(dǎo)電跡線172 (外部導(dǎo)電跡線)內(nèi)部(具有間隔D2 = 50ym)以減小導(dǎo)電跡線之間的電感耦合和電容耦合。換句話說，導(dǎo)電跡線190的纏繞部分的所有部件被完全設(shè)置在導(dǎo)電跡線172的纏繞部分的所有部件內(nèi)，如圖8中所示。導(dǎo)電跡線190可以被形成為多邊形、圓形、或橢圓形形狀，并且具有20 μ m的線寬和10 μ m的間距或間隔。電容器196被耦合在端口 192和端口 194之間。電感器190和電容器196構(gòu)成第二 LC諧振器。RF平衡一不平衡變換器的品質(zhì)因數(shù)可以被表示為在差分端口處的輸入和輸出回波損耗、插入損耗、和平衡(幅度和相位)。在RF平衡一不平衡變換器中的共模抑制與平衡緊密相關(guān)。在接收器電路(例如低噪聲放大器)中，共模信號(hào)導(dǎo)致電源調(diào)制和自混頻。在發(fā)射器中，偶次諧波通常存在于共模輸出中。期望阻斷諧波以維持高線性度和電磁順應(yīng)性。由于共模偏置連接沒有被理想地隔離，耦合到偏置電源的RF可能在平衡端子處引入共模分量。在更高的輸出功率處，接近放大器的壓縮點(diǎn)，在輸出譜中的偶次諧波分量也被引入共模中。因此，高CMRR對(duì)從RF平衡一不平衡變換器的輸出除去共模信號(hào)是重要的。插入損耗或差模增益是從不平衡端口散射到差分端口的功率的度量，正如等式 (1)所給出的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底；以及形成在襯底上的平衡一不平衡變換器，所述平衡一不平衡變換器包括，(a)第一導(dǎo)電跡線，第一導(dǎo)電跡線被纏繞以展現(xiàn)電感特性，并且具有耦合到半導(dǎo)體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第二端子的第二末端，(b)耦合在第一導(dǎo)電跡線的第一和第二末端之間的第一電容器，(c)第二導(dǎo)電跡線，第二導(dǎo)電跡線被纏繞以展現(xiàn)電感特性，并且具有耦合到半導(dǎo)體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第四端子的第二末端，第一導(dǎo)電跡線完全形成在第二導(dǎo)電跡線內(nèi)，以及(d)耦合在第二導(dǎo)電跡線的第一和第二末端之間的第二電容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中第一導(dǎo)電跡線和第二導(dǎo)電跡線被分開50微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中第一導(dǎo)電跡線和第二導(dǎo)電跡線均具有橢圓形、 圓形、或多邊形形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中第一導(dǎo)電跡線和第二導(dǎo)電跡線具有在0.2和 0. 45之間的耦合系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括耦合在第二導(dǎo)電跡線的第一和第二末端中間的中心抽頭；以及耦合到所述中心抽頭的DC偏置。
6.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底；形成在襯底上并且被纏繞以展現(xiàn)電感特性的內(nèi)部導(dǎo)電跡線，所述內(nèi)部導(dǎo)電跡線具有耦合到半導(dǎo)體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第二端子的第二末端；以及形成在襯底上并且被纏繞以展現(xiàn)電感特性的外部導(dǎo)電跡線，所述外部導(dǎo)電跡線具有耦合到半導(dǎo)體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第四端子的第二末端，所述內(nèi)部導(dǎo)電跡線被形成在所述外部導(dǎo)電跡線內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括形成在襯底上并且被耦合在內(nèi)部導(dǎo)電跡線的第一和第二末端之間的第一電容器；以及形成在襯底上并且被耦合在外部導(dǎo)電跡線的第一和第二末端之間的第二電容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體器件，其中內(nèi)部導(dǎo)電跡線和外部導(dǎo)電跡線被分開50微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體器件，其中內(nèi)部導(dǎo)電跡線和外部導(dǎo)電跡線均具有橢圓形、 圓形、或多邊形形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括耦合在外部導(dǎo)電跡線的第一和第二末端中間的中心抽頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括耦合到中心抽頭的DC偏置。
12.—種半導(dǎo)體器件，包括襯底；形成在襯底上的第一電感器；以及形成在襯底上的第二電感器，第一電感器被形成在第二電感器內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的半導(dǎo)體器件，其中第一電感器包括第一導(dǎo)電跡線，第一導(dǎo)電跡線被纏繞以展現(xiàn)電感特性，并且具有耦合到半導(dǎo)體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第二端子的第二末端。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的半導(dǎo)體器件，其中第二電感器包括第二導(dǎo)電跡線，第二導(dǎo)電跡線被纏繞以展現(xiàn)電感特性，并且具有耦合到半導(dǎo)體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第四端子的第二末端。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體器件，其中第一導(dǎo)電跡線和第二導(dǎo)電跡線被分開50微米。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括形成在襯底上并且被耦合在第一導(dǎo)電跡線的第一和第二末端之間的第一電容器；以及形成在襯底上并且被耦合在第二導(dǎo)電跡線的第一和第二末端之間的第二電容器。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體器件，其中第一導(dǎo)電跡線和第二導(dǎo)電跡線具有在0.2和 0. 45之間的耦合系數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體器件，其中第一導(dǎo)電跡線和第二導(dǎo)電跡線均具有橢圓形、圓形、或多邊形形狀。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括耦合在第二導(dǎo)電跡線的第一和第二末端中間的中心抽頭；以及耦合到所述中心抽頭的DC偏置。
20.一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括提供襯底；在襯底上形成內(nèi)部導(dǎo)電跡線，所述內(nèi)部導(dǎo)電跡線被纏繞以展現(xiàn)電感特性，并且具有耦合到半導(dǎo)體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第二端子的第二末端；以及在襯底上形成外部導(dǎo)電跡線，所述外部導(dǎo)電跡線被纏繞以展現(xiàn)電感特性，并且具有耦合到半導(dǎo)體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第四端子的第二末端，所述內(nèi)部導(dǎo)電跡線被形成在所述外部導(dǎo)電跡線內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括在襯底上形成第一電容器并且將第一電容器耦合在內(nèi)部導(dǎo)電跡線的第一和第二末端之間；以及在襯底上形成第二電容器并且將第二電容器耦合在外部導(dǎo)電跡線的第一和第二末端之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中內(nèi)部導(dǎo)電跡線和外部導(dǎo)電跡線被分開50微米。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中內(nèi)部導(dǎo)電跡線和外部導(dǎo)電跡線均具有橢圓形、圓形、 或多邊形形狀。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括提供耦合在外部導(dǎo)電跡線的第一和第二末端中間的中心抽頭；以及將DC偏置連接到所述中心抽頭。
25.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中第一導(dǎo)電跡線和第二導(dǎo)電跡線具有在0.2和0. 45之間的耦合系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其形成方法。一種半導(dǎo)體器件具有形成在襯底上的RF平衡－不平衡變換器。所述RF平衡－不平衡變換器包括被纏繞以展現(xiàn)電感特性的第一導(dǎo)電跡線(具有耦合到半導(dǎo)體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第二端子的第二末端)。第一電容器被耦合在第一導(dǎo)電跡線的第一和第二末端之間。第二導(dǎo)電跡線(具有耦合到半導(dǎo)體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導(dǎo)體器件的第四端子的第二末端)被纏繞以展現(xiàn)電感特性。第一導(dǎo)電跡線完全形成在第二導(dǎo)電跡線內(nèi)。第一導(dǎo)電跡線和第二導(dǎo)電跡線可以具有被分開50微米的橢圓形、圓形、或多邊形形狀。第二電容器被耦合在第二導(dǎo)電跡線的第一和第二末端之間。
文檔編號(hào)H03H7/42GK102208903SQ20111007826
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者R·C·弗里, 劉凱 申請(qǐng)人:新科金朋有限公司