使用穿通效應(yīng)的放大器電壓限制的制作方法
【專利說明】使用穿通效應(yīng)的放大器電壓限制
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求于2013年12月31日提交的題為"AMPLIFIER VOLTAGE LIMITINGUSING PUNCH-THROUGH EFFECT"的美國臨時申請第61/922，618號的優(yōu)先權(quán)，通過整體引用該臨時申請的公開將其合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開總體涉及半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0004]某些半導(dǎo)體器件易受過電壓狀況影響，這種過電壓狀況會導(dǎo)致對器件和/或周圍電路的損壞以及/或者對其產(chǎn)生其他不期望的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一些實施方式中，本公開涉及半導(dǎo)體裸芯，其包含娃基底(substrate)、具有布置在所述基底上的集電極區(qū)、發(fā)射極區(qū)、基極區(qū)和子集電極區(qū)的雙極型晶體管、和硅通孔(through-silicon via，TSV)，該娃通孔位于所述子集電極區(qū)的35 μπι內(nèi)，以便將所述雙極型晶體管的峰值電壓鉗位于電壓極限電平處。
[0006]該TSV可以布置為與所述雙極型晶體管的子集電極區(qū)的距離在大約15-25 μπι之間。在某些實施例中，該TSV被布置為與所述雙極型晶體管的子集電極區(qū)的距離為大約20 μ mo在某些實施例中，該TSV被布置為與所述雙極型晶體管的子集電極區(qū)的距離在大約10-15 μ m 之間。
[0007]在某些實施例中，該電壓極限電平在大約4-9伏特之間。該雙極型晶體管可以是具有娃或娃錯合金基極的雙極型晶體管。該娃基底可以包含尚電阻率部分。另外，雙極型晶體管可以被布置在所述高電阻率部分之上。該高電阻率部分可以具有大于5000hm*cm(歐姆*厘米)的電阻率值。例如，該高電阻率部分可以具有大約Ik Ohm*cm的電阻率。在某些實施例中，該雙極型晶體管是功率放大器的組件。
[0008]在此公開的某些實施例提供制造半導(dǎo)體裸芯的工藝，包含提供硅基底；在所述基底上形成具有集電極區(qū)、發(fā)射極區(qū)和基極區(qū)的雙極型晶體管；以及在所述基底上形成硅通孔(TSV)，其位于所述子集電極區(qū)的35 μπι內(nèi)，以便將所述雙極型晶體管的峰值電壓鉗位于電壓極限電平處。
[0009]該TSV可以被形成為與所述雙極型晶體管的子集電極區(qū)的距離在大約15-25 μπι之間。在某些實施例中，該TSV被形成為與所述雙極型晶體管的子集電極區(qū)的距離為大約20 μ mo在某些實施例中，該TSV形成為與所述雙極型晶體管的子集電極區(qū)的距離在大約10-15 μ m之間。該電壓極限電平在大約4-9伏特之間。
[0010]在此公開的某些實施例提供一種射頻(RF)模塊，包含:封裝基底，被配置為容納多個組件；以及安裝在所述封裝基底上的裸芯，所述裸芯包含功率放大器，所述功率放大器包含雙極型晶體管，所述雙極型晶體管具有集電極區(qū)、發(fā)射極區(qū)、基極區(qū)和子集電極區(qū)，所述裸芯還包含硅通孔(TSV)，其位于所述子集電極區(qū)的35 μπι內(nèi)，以便將所述雙極型晶體管的峰值電壓鉗位于電壓極限電平處。該RF模塊還可以包含多個連接器，被配置為提供所述裸芯和所述封裝基底之間的電連接。
[0011]該TSV可以被布置為與所述雙極型晶體管的子集電極區(qū)的距離在大約15-25 μπι之間。在某些實施例中，該TSV被布置為與所述雙極型晶體管的子集電極區(qū)的距離為大約20 μ mo在某些實施例中，該TSV被布置為與所述雙極型晶體管的子集電極區(qū)的距離在大約10-15 μ m 之間。
【附圖說明】
[0012]為了例示目的而在附圖中繪出了各種實施例，且這些實施例決不應(yīng)該被理解為限制本發(fā)明的范圍。另外，不同的公開的實施例的各種特征可以被組合以形成額外附加的實施例，這些可以是本公開的部分。貫穿這些附圖，可以重復(fù)使用參考標(biāo)記來指示參考元件之間的關(guān)系。
[0013]圖1是圖示根據(jù)一個或多個實施例的無線通信設(shè)備的方框圖。
[0014]圖2提供根據(jù)一個或多個實施例的功率放大器的示意圖。
[0015]圖3圖示根據(jù)一個或多個實施例的雙極型晶體管的一個實施例的截面圖。
[0016]圖4圖示根據(jù)一個或多個實施例的一個或多個雙極型晶體管的俯視圖，該一個或多個雙極型晶體管具有置于其附近的一個或多個過電壓保護(hù)TSV。
[0017]圖5是根據(jù)一個或多個實施例的用于制造具有硅通孔過電壓保護(hù)的放大器器件的工藝的流程圖。
[0018]圖6A圖示了示出根據(jù)一個或多個實施例的在塊硅(bulk silicon)電阻率和耗盡寬度之間的可能的關(guān)系的圖。
[0019]圖6B圖示了示出根據(jù)一個或多個實施例的在基底摻雜水平和電阻率之間的可能的關(guān)系的圖。
[0020]圖7A-7D是示出根據(jù)一個或多個實施例的與一個或多個電壓鉗位TSV相關(guān)聯(lián)的晶體管的潛在的穿通表現(xiàn)(punch-through behav1r)的圖。
[0021]圖8A-8B圖示了具有在此描述的一個或多個特征的裸芯。
[0022]圖9示意性地描述了根據(jù)一個或多個實施例的示例無線通信設(shè)備。
【具體實施方式】
[0023]雖然描述了某些實施例，但是這些實施例僅通過示例來呈現(xiàn)，而不意圖限制保護(hù)范圍。事實上，在此描述的新穎的方法和系統(tǒng)可以以各種其他形式來實施。另外，可以在不脫離保護(hù)范圍的情況下進(jìn)行在此描述的方法和系統(tǒng)的形式的各種省略、替換和改變。
[0024]無線發(fā)送器可以包含功率放大電路，其被配置為放大感興趣的信號到可接受的輸出功率電平，以用于其傳輸。在某些實施例中，以相對高的線性輸出功率電平操作的功率放大器可能經(jīng)受增加的對過電壓狀況的易感性，該過電壓狀況會潛在地?fù)p壞該放大器。另外，在例如發(fā)送天線和相關(guān)聯(lián)的傳輸線之間的阻抗失配會有助于過電壓易感性。鑒于與過電壓狀況相關(guān)聯(lián)的潛在的負(fù)面影響，可能期望存在與功率放大器器件有關(guān)的一個或多個電壓限制元件來至少部分地防止或減輕這種影響。
[0025]可以實施各種解決方案來防御功率放大器器件中的過電壓。例如，可以使用利用例如二極管堆疊的電壓駐波比(VSWR)傳感器來感測過電壓狀況，其中，然后可以以某種方式(諸如通過減少電壓偏壓)來限制這種狀況。作為另一示例，可以使用諸如砷化鎵(GaAs)或其他II1-V化合物半導(dǎo)體技術(shù)的某些化合物半導(dǎo)體技術(shù)來構(gòu)造功率放大器，與硅放大器相比，這些技術(shù)可以具有相對高的集電極-發(fā)射極擊穿電壓特性。但是，這種技術(shù)可能在某些應(yīng)用中是相對昂貴或不期望的。
[0026]在此公開的某些實施例提供功率放大器器件中的相對簡單和/或有效的電壓限制功能。例如，某些實施例包含與功率放大器的功率傳遞器件(諸如雙極性放大器器件的集電極區(qū))連接或其附近的電壓限制器元件。某些實施例提供在硅鍺(SiGe)BiCMOS半導(dǎo)體技術(shù)工藝中使用現(xiàn)有技術(shù)元件(例如接地通孔)構(gòu)造的限制器件。
[0027]在此公開的某些實施例提供通過形成器件集電極附近的硅通孔(TSV)來對雙極性放大器器件的電壓限制。例如，在雙極型晶體管中，耗盡區(qū)可以在橫向延伸到TSV金屬壁的高電壓狀況下形成，使得可以通過TSV來分流電流。由此TSV可以實質(zhì)上提供電壓限制/鉗位功能。TSV對該器件的接近的變化可以至少部分地確定過電壓保護(hù)的水平，這可以是施加的功率和/或VSWR的功能。
[0028]圖1是圖示無線通信設(shè)備的實施例的方框圖。雖然具體參考諸如移動電話或其他移動計算設(shè)備的無線通信設(shè)備來描述，但是在此描述的用于功率放大器過電壓保護(hù)的系統(tǒng)和方法可以有利地應(yīng)用于包含功率放大器或可期望過電壓保護(hù)的其他設(shè)備的任何設(shè)備或系統(tǒng)中。在此描述的功率放大器過電壓保護(hù)可以被實現(xiàn)為含有其他電路元件的集成模塊的部分，或可以被實現(xiàn)為分離的功率放大器/控制模塊。
[0029]可以以硬件實現(xiàn)在此描述的用于功率放大器過電壓保護(hù)的系統(tǒng)和方法。這種硬件實施方式可以包含一個或多個分離的電組件、集成電組件、具有用于對數(shù)據(jù)信號實現(xiàn)邏輯功能的邏輯門的分離的邏輯電路、具有適當(dāng)?shù)倪壿嬮T的專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等等。
[0030]過電壓保護(hù)的系統(tǒng)和/或方法的實施例可以在具有RF功率放大器的任何設(shè)備(諸如無線通信設(shè)備100)中實現(xiàn)。例如，圖1所示的無線通信設(shè)備100可以是移動電話的簡化例子。為了簡化，從圖和/或所附文本中省略該無線通信設(shè)備100的某些操作/實現(xiàn)細(xì)節(jié)。無線通信設(shè)備100包含基帶和/或收發(fā)器模塊106和射頻(RF)模塊(例如前端模塊)195，該射頻模塊195包含功率放大器模塊101，該功率放大器模塊101具有與其相關(guān)聯(lián)的一個或多個電壓限制元件102。基帶/收發(fā)器模塊106可以包含用于準(zhǔn)備用于放大和發(fā)送的基帶信息信號的模塊和/或上變頻電路，且可以包含用于接收RF信號并將其下變頻為基帶信息信號以恢復(fù)數(shù)據(jù)的濾波和/或下變頻電路。雖然被圖示為單個模塊，但是模塊106可以被物理地和/或邏輯地分離為一個或多個分離的基帶和/或收發(fā)器塊、芯片、模塊等。
[0031]基帶/收發(fā)器模塊106可以包含以下中的一個或多個:處理器，諸如通用或?qū)Ｓ梦⑻幚砥?；存儲器；?yīng)用軟件；模擬電路元件；數(shù)字電路元件；輸入/輸出(I/o)元件；和/或功率放大器軟件；以上元件通過例如系統(tǒng)總線耦合。該系統(tǒng)總線可以包含物理和/或邏輯連接，以將上述元件耦合到一起且使能它們的互通性。
[0032]功率放大器模塊101可能在某些實施例中易受到過電壓狀況影響，過電壓狀況可能是各種操作因素的結(jié)果。例如，阻抗失配可能導(dǎo)致在功率放大器處出現(xiàn)有問題的駐波，由此導(dǎo)致過電壓。另外，在對功率放大器模塊的功率供應(yīng)中的波動和/或不一致可能有助于過電壓易感性。在某些實施例中，無線通信設(shè)備100包含配置為向放大器模塊提供電力