[发明专利]半导体器件及其形成方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及半导体器件，并且更具体地说涉及半导体器件和形成具有用于附加RF信号处理的IPD的定向耦合器电路的方法。

背景技术

在现代电子产品中通常会发现有半导体器件。半导体器件在电部件的数量和密度上有变化。分立的半导体器件一般包括一种电部件，例如发光二极管(LED)、小信号晶体管、电阻器、电容器、电感器、以及功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。集成半导体器件通常包括数百到数百万的电部件。集成半导体器件的实例包括微控制器、微处理器、电荷耦合器件(CCD)、太阳能电池、以及数字微镜器件(DMD)。

半导体器件执行多种功能，例如高速计算、发射和接收电磁信号、控制电子器件、将日光转换成电、以及为电视显示器生成可视投影。在娱乐、通信、功率转换、网络、计算机、以及消费品领域中有半导体器件的存在。在军事应用、航空、汽车、工业控制器、以及办公设备中也有半导体器件的存在。

半导体器件利用半导体材料的电特性。半导体材料的原子结构允许通过施加电场或基极电流(base current)或者通过掺杂工艺来操纵(manipulated)它的导电性。掺杂把杂质引入半导体材料中以操纵和控制半导体器件的导电性。

半导体器件包括有源和无源电结构。有源结构(包括双极和场效应晶体管)控制电流的流动。通过改变掺杂水平并且施加电场或基极电流，晶体管促进或限制电流的流动。无源结构(包括电阻器、电容器、和电感器)产生执行多种电功能所必需的电压和电流之间的关系。无源和有源结构被电连接以形成电路，所述电路能够使半导体器件执行高速计算和其它有用的功能。

通常利用两个复杂的制造工艺来制造半导体器件，即前端制造和后端制造，每个可能包括数百个步骤。前端制造包括在半导体晶片的表面上形成多个管芯。每个管芯通常相同并且包括通过电连接有源和无源部件形成的电路。后端制造包括从已完成的晶片单体化(singulating)单个管芯并且封装管芯以提供结构支撑和环境隔离。

半导体制造的一个目标是制造更小的半导体器件。更小的半导体器件通常消耗更少功率、具有更高的性能、并且能够被更有效地制造。另外，更小的半导体器件具有更小的占地面积(footprint)，其对于更小的最终产品而言是期望的。通过改善导致产生具有更小、更高密度的有源和无源部件的管芯的前端工艺可以实现更小的管芯尺寸。通过改善电互连和封装材料，后端工艺可以产生具有更小占地面积的半导体器件封装。

半导体制造的另一个目标是制造更高性能的半导体器件。可以通过形成能够以更高速度工作的有源部件来实现器件性能的提高。在高频应用(例如射频(RF)无线通信)中，集成无源器件(IPD)经常被包含在半导体器件内。IPD的实例包括电阻器、电容器、和电感器。典型的RF系统需要在一个或多个半导体封装中的多个IPD以执行必要的电功能。

在无线通信系统中，Balun(平衡-不平衡变换器)、低通滤波器、和RF耦合器是重要的部件。平衡-不平衡变换器通过电磁耦合抑制电噪声，改变阻抗，以及将共模噪声减到最小。低通滤波器滤去输出信号中的谐波含量。RF耦合器检测来自功率放大器(PA)或收发器的发射功率水平。

基于耦合带状线的四分之一波长部分的定向RF耦合器使用相邻传输线之间的边缘耦合，并且特别适于较低功率(10到30dB)应用以感测和控制正向发射功率。典型的低功率RF耦合器电路可以包括迹线(trace)(电感器)、电容器、和电阻器，用于电感耦合和电容耦合的组合，以实现方向性。然而，这些部件提供相对低的方向性和耦合强度。对于更强的耦合，尤其是对于3dB混合电路而言，RF耦合器可以包括放置在功率放大器的输出级中的多层宽边耦合线。外部环境因素可以导致天线阻抗的显著变化，引起失配和反射功率，其降低了方向性。

发明内容

存在对高方向性RF耦合器和用于附加RF信号处理的IPD的需要。因此，在一个实施例中，本发明是包括衬底和形成在衬底上的RF耦合器的半导体管芯。所述RF耦合器包括第一导电迹线和第二导电迹线，所述第一导电迹线具有被耦合到半导体器件的第一端子的第一末端和被耦合到电路节点的第二末端，所述第二导电迹线具有被耦合到半导体器件的第二端子的第一末端和被耦合到半导体器件的第三端子的第二末端。第一导电迹线被放置在第二导电迹线的第一部分的附近。在衬底上形成低通滤波器。第二导电迹线的第二部分作为所述低通滤波器的电路部件进行工作。