使用穿通效应的放大器电压限制的制作方法

文档序号:8432319阅读:507来源:国知局
使用穿通效应的放大器电压限制的制作方法
【专利说明】使用穿通效应的放大器电压限制
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2013年12月31日提交的题为"AMPLIFIER VOLTAGE LIMITINGUSING PUNCH-THROUGH EFFECT"的美国临时申请第61/922,618号的优先权,通过整体引用该临时申请的公开将其合并于此。
技术领域
[0003]本公开总体涉及半导体器件。
【背景技术】
[0004]某些半导体器件易受过电压状况影响,这种过电压状况会导致对器件和/或周围电路的损坏以及/或者对其产生其他不期望的影响。

【发明内容】

[0005]在一些实施方式中,本公开涉及半导体裸芯,其包含娃基底(substrate)、具有布置在所述基底上的集电极区、发射极区、基极区和子集电极区的双极型晶体管、和硅通孔(through-silicon via,TSV),该娃通孔位于所述子集电极区的35 μπι内,以便将所述双极型晶体管的峰值电压钳位于电压极限电平处。
[0006]该TSV可以布置为与所述双极型晶体管的子集电极区的距离在大约15-25 μπι之间。在某些实施例中,该TSV被布置为与所述双极型晶体管的子集电极区的距离为大约20 μ mo在某些实施例中,该TSV被布置为与所述双极型晶体管的子集电极区的距离在大约10-15 μ m 之间。
[0007]在某些实施例中,该电压极限电平在大约4-9伏特之间。该双极型晶体管可以是具有娃或娃错合金基极的双极型晶体管。该娃基底可以包含尚电阻率部分。另外,双极型晶体管可以被布置在所述高电阻率部分之上。该高电阻率部分可以具有大于5000hm*cm(欧姆*厘米)的电阻率值。例如,该高电阻率部分可以具有大约Ik Ohm*cm的电阻率。在某些实施例中,该双极型晶体管是功率放大器的组件。
[0008]在此公开的某些实施例提供制造半导体裸芯的工艺,包含提供硅基底;在所述基底上形成具有集电极区、发射极区和基极区的双极型晶体管;以及在所述基底上形成硅通孔(TSV),其位于所述子集电极区的35 μπι内,以便将所述双极型晶体管的峰值电压钳位于电压极限电平处。
[0009]该TSV可以被形成为与所述双极型晶体管的子集电极区的距离在大约15-25 μπι之间。在某些实施例中,该TSV被形成为与所述双极型晶体管的子集电极区的距离为大约20 μ mo在某些实施例中,该TSV形成为与所述双极型晶体管的子集电极区的距离在大约10-15 μ m之间。该电压极限电平在大约4-9伏特之间。
[0010]在此公开的某些实施例提供一种射频(RF)模块,包含:封装基底,被配置为容纳多个组件;以及安装在所述封装基底上的裸芯,所述裸芯包含功率放大器,所述功率放大器包含双极型晶体管,所述双极型晶体管具有集电极区、发射极区、基极区和子集电极区,所述裸芯还包含硅通孔(TSV),其位于所述子集电极区的35 μπι内,以便将所述双极型晶体管的峰值电压钳位于电压极限电平处。该RF模块还可以包含多个连接器,被配置为提供所述裸芯和所述封装基底之间的电连接。
[0011]该TSV可以被布置为与所述双极型晶体管的子集电极区的距离在大约15-25 μπι之间。在某些实施例中,该TSV被布置为与所述双极型晶体管的子集电极区的距离为大约20 μ mo在某些实施例中,该TSV被布置为与所述双极型晶体管的子集电极区的距离在大约10-15 μ m 之间。
【附图说明】
[0012]为了例示目的而在附图中绘出了各种实施例,且这些实施例决不应该被理解为限制本发明的范围。另外,不同的公开的实施例的各种特征可以被组合以形成额外附加的实施例,这些可以是本公开的部分。贯穿这些附图,可以重复使用参考标记来指示参考元件之间的关系。
[0013]图1是图示根据一个或多个实施例的无线通信设备的方框图。
[0014]图2提供根据一个或多个实施例的功率放大器的示意图。
[0015]图3图示根据一个或多个实施例的双极型晶体管的一个实施例的截面图。
[0016]图4图示根据一个或多个实施例的一个或多个双极型晶体管的俯视图,该一个或多个双极型晶体管具有置于其附近的一个或多个过电压保护TSV。
[0017]图5是根据一个或多个实施例的用于制造具有硅通孔过电压保护的放大器器件的工艺的流程图。
[0018]图6A图示了示出根据一个或多个实施例的在块硅(bulk silicon)电阻率和耗尽宽度之间的可能的关系的图。
[0019]图6B图示了示出根据一个或多个实施例的在基底掺杂水平和电阻率之间的可能的关系的图。
[0020]图7A-7D是示出根据一个或多个实施例的与一个或多个电压钳位TSV相关联的晶体管的潜在的穿通表现(punch-through behav1r)的图。
[0021]图8A-8B图示了具有在此描述的一个或多个特征的裸芯。
[0022]图9示意性地描述了根据一个或多个实施例的示例无线通信设备。
【具体实施方式】
[0023]虽然描述了某些实施例,但是这些实施例仅通过示例来呈现,而不意图限制保护范围。事实上,在此描述的新颖的方法和系统可以以各种其他形式来实施。另外,可以在不脱离保护范围的情况下进行在此描述的方法和系统的形式的各种省略、替换和改变。
[0024]无线发送器可以包含功率放大电路,其被配置为放大感兴趣的信号到可接受的输出功率电平,以用于其传输。在某些实施例中,以相对高的线性输出功率电平操作的功率放大器可能经受增加的对过电压状况的易感性,该过电压状况会潜在地损坏该放大器。另外,在例如发送天线和相关联的传输线之间的阻抗失配会有助于过电压易感性。鉴于与过电压状况相关联的潜在的负面影响,可能期望存在与功率放大器器件有关的一个或多个电压限制元件来至少部分地防止或减轻这种影响。
[0025]可以实施各种解决方案来防御功率放大器器件中的过电压。例如,可以使用利用例如二极管堆叠的电压驻波比(VSWR)传感器来感测过电压状况,其中,然后可以以某种方式(诸如通过减少电压偏压)来限制这种状况。作为另一示例,可以使用诸如砷化镓(GaAs)或其他II1-V化合物半导体技术的某些化合物半导体技术来构造功率放大器,与硅放大器相比,这些技术可以具有相对高的集电极-发射极击穿电压特性。但是,这种技术可能在某些应用中是相对昂贵或不期望的。
[0026]在此公开的某些实施例提供功率放大器器件中的相对简单和/或有效的电压限制功能。例如,某些实施例包含与功率放大器的功率传递器件(诸如双极性放大器器件的集电极区)连接或其附近的电压限制器元件。某些实施例提供在硅锗(SiGe)BiCMOS半导体技术工艺中使用现有技术元件(例如接地通孔)构造的限制器件。
[0027]在此公开的某些实施例提供通过形成器件集电极附近的硅通孔(TSV)来对双极性放大器器件的电压限制。例如,在双极型晶体管中,耗尽区可以在横向延伸到TSV金属壁的高电压状况下形成,使得可以通过TSV来分流电流。由此TSV可以实质上提供电压限制/钳位功能。TSV对该器件的接近的变化可以至少部分地确定过电压保护的水平,这可以是施加的功率和/或VSWR的功能。
[0028]图1是图示无线通信设备的实施例的方框图。虽然具体参考诸如移动电话或其他移动计算设备的无线通信设备来描述,但是在此描述的用于功率放大器过电压保护的系统和方法可以有利地应用于包含功率放大器或可期望过电压保护的其他设备的任何设备或系统中。在此描述的功率放大器过电压保护可以被实现为含有其他电路元件的集成模块的部分,或可以被实现为分离的功率放大器/控制模块。
[0029]可以以硬件实现在此描述的用于功率放大器过电压保护的系统和方法。这种硬件实施方式可以包含一个或多个分离的电组件、集成电组件、具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门的分离的逻辑电路、具有适当的逻辑门的专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等等。
[0030]过电压保护的系统和/或方法的实施例可以在具有RF功率放大器的任何设备(诸如无线通信设备100)中实现。例如,图1所示的无线通信设备100可以是移动电话的简化例子。为了简化,从图和/或所附文本中省略该无线通信设备100的某些操作/实现细节。无线通信设备100包含基带和/或收发器模块106和射频(RF)模块(例如前端模块)195,该射频模块195包含功率放大器模块101,该功率放大器模块101具有与其相关联的一个或多个电压限制元件102。基带/收发器模块106可以包含用于准备用于放大和发送的基带信息信号的模块和/或上变频电路,且可以包含用于接收RF信号并将其下变频为基带信息信号以恢复数据的滤波和/或下变频电路。虽然被图示为单个模块,但是模块106可以被物理地和/或逻辑地分离为一个或多个分离的基带和/或收发器块、芯片、模块等。
[0031]基带/收发器模块106可以包含以下中的一个或多个:处理器,诸如通用或专用微处理器;存储器;应用软件;模拟电路元件;数字电路元件;输入/输出(I/o)元件;和/或功率放大器软件;以上元件通过例如系统总线耦合。该系统总线可以包含物理和/或逻辑连接,以将上述元件耦合到一起且使能它们的互通性。
[0032]功率放大器模块101可能在某些实施例中易受到过电压状况影响,过电压状况可能是各种操作因素的结果。例如,阻抗失配可能导致在功率放大器处出现有问题的驻波,由此导致过电压。另外,在对功率放大器模块的功率供应中的波动和/或不一致可能有助于过电压易感性。在某些实施例中,无线通信设备100包含配置为向放大器模块提供电力
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