在无线频率集成电路中提供护罩用以降低噪声耦合的一种装置及方法

专利名称：在无线频率集成电路中提供护罩用以降低噪声耦合的一种装置及方法
技术领域：
本发明关于半导体集成电路的领域，且特别是关于一种以护罩层来降低此类电路中的噪声耦合的方法。
背景技术：
无线频率(RF)组件经常会搭配集成电路(ICs)一起应用于无线通讯系统的领域中，包括全球行动通讯系统(GSM)；数字强化无线通讯(DECT)；全球电信移动系统(UMTS)；以及蓝芽。每一系统所操作的频率范围不同，但都会产生高频信号。
在不同的组件里，RF电路不但常以电感来滤波、放大以及消除直流/交流信号的耦合效应，且亦用于阻抗匹配及无线频率中的谐振电路结构。就100Hz以下的频率而言，一般使用芯片外的分离电感组件，因为将具有集成电路所需高感抗值的电感整合成为集成电路，有其难度。然而，随着IC组件速度的增加及多层连接技术的进步，在集成电路(ICs)中结合其它被动组件，如电阻及电感于其中的做法是越来越普遍。
在无线频率集成电路中(RF ICs)，串音(如RF被动组件及下方内联机的交互干扰)会随着信号频率的增加而增加。为了减少此串音现象，可用一护罩结构来隔离各种的RF电路，并避免RF被动组件、下方内联机以及主动组件间的噪声耦合效应。目前一般是使用单一不中断的连续金属层来做为RFIC芯片中，隔绝金属内联机电路与RF被动组件的护罩层。然而，此种单一不中断的连续金属层通常违反了IC设计规则，且很浪费IC的表面积。此外，在半导体底材上制作此种RF电路时，以化学机械研磨(CMP)金属板所形成的大表面区域，将造成一种盘凹效应，使得金属表面呈凹盘形状，而不是平坦的形状。
据此，需要将RFICs的护罩做改良，并提供一种形成此种改良护罩的方法。

发明内容
本发明的目的在于提供在无线频率集成电路中提供护罩用以降低噪声耦合的一种装置及方法。
为实现上述目的，本发明提供具有一底材的半导体组件。在一实施例中，此组件包含在接近半导体底材处形成的主动电路层、一被动RF层以及置于主动电路层与被动RF层之间的第一护罩层，且第一护罩层具有一个第一开口。
在另一实施例中，此半导体组件更包含置于主动电路层与组件层之间的第二护罩层。
在另一实施例中，此半导体组件更包含连接于第一及第二护罩层的一防护环。
在另一实施例中，上述防护环接地。
在另一实施例中，至少第一及第二护罩层的其中之一连接于一固定电位。
在又一实施例中，第二护罩层包含至少一个第二开口。
在又一实施例中，此第二开口与第一开口彼此错开。
在另外的实施例中，说明了于一形成于底材上的集成电路中提供护罩的一种方法。此方法包含在一底材上提供第一结构层，其中第一结构层包含于第一结构层上形成一包含有金属绕线或者是无线频率(RF)被动组件的第一护罩层的步骤。图刻此第一护罩层，以在第一护罩层中形成至少一开口，并且在第一护罩层上形成第二结构层。其中如果第一结构层包含金属绕线，第二结构层则包含RF被动组件，如果第一结构层包含RF被动组件，第二结构层则包含金属绕线。
在另外的实施例中，此种方法更包含形成一接近第一护罩层的第二护罩层，且图刻此第二护罩层，以于第二护罩层中形成至少一开口。
同样在另一实施例中，图刻此第二护罩层，并包含第二开口与第一开口彼此错开。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图的简要说明下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式
详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
附图中，


图1a绘示一实施例中，具有一护罩层的无线频率集成电路(RFIC)的横剖面图。
图1b绘示一实施例中，可用于图1aRFIC中的护罩层。
图1c绘示另一实施例中，可用于图1aRFIC中的护罩层。
图2绘示另一实施例中，一RFIC具有多护罩层的横剖面图。
图3a绘示一实施例中，可用于图2中RFIC的多护罩层。
图3b绘示另一实施例中，可用于图2中RFIC的多护罩层。
图4绘示另一实施例中，一具有多护罩层及一防护环的RFIC的横剖面图。
图5绘示图4中RFIC的俯视图。
图6绘示各式实施例中，各护罩层所提供的护罩效率的曲线图。
图7绘示一实施例中，具有至少一RF护罩层的半导体组件的制造方法流程图。
图8绘示另一实施例中，具有至少一RF护罩层的半导体组件的制造方法流程图。
具体实施例方式
本发明是有关于半导体集成电路的领域，且特别是有关于一种以护罩层，来降低此电路中的噪声耦合的方法。需要了解的是，本发明涵盖许多不同的实施例或范例，以体现本发明的多项特点。但为了简化文字起见，仅使用特定的一些组件与安排方式来举例说明。这些范例仅供举例说明之用，而非用以限制本发明的权利要求范围。此外，本发明在各个范例中可能会有一些重复出现的参考号及/或文字。此类重复仅为使文字简单易明，而非表示在各种实施例及/或结构间必然有某种关系。
参照图1a，以一个实施例来例示一种避免使用单一不中断连续金属层的无线频率集成电路(RFIC)，因为如果使用不中断的金属层，不但空间上的利用率变差，亦造成如前述的一种盘凹效应。此RFIC 100包含了半导体底材102、主动电路组件的传导绕线104、RF被动组件106以及置于主动电路组件的传导绕线104与RF被动组件106之间的RF护罩结构108。
此半导体底材102可以是元素半导体，像是硅晶体、多晶硅、非晶硅、锗以及钻石，或是化合物半导体，像是SiC、GaAs、AlP、AlAs、AlSb、GaP、GaSb、InP、InAs以及InSb，或是合金半导体，像是SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs或GaInP。另外，此半导体底材102亦可以是一种绝缘体上覆半导体，像是绝缘层上覆硅(SOI)或薄膜晶体管(TFT)。在一范例中，此半导体底材102可以包含一掺杂磊晶层或一埋入层。在另一范例中，可以使用化合物半导体底材，且更包含一多重硅结构。在另一范例中，此半导体底材102为一硅底材，且更包含一多层的化合物半导体结构。此半导体底材包含有掺杂区域、图案区域、组件以及电路，像是双载子晶体管、金氧半场效晶体管(MOSFETs)以及双极互补式金氧半晶体管(Bipolar andCOMS transistors)。
主动电路组件的传导绕线104包含有内联机，连接到下方半导体底材中的主动组件。此内联机可用传导性材料，像是铜、铜合金、铝、铝合金(Al-Cu-Si)、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、硅化金属、掺杂多晶硅以及奈米碳管来制成的。
RF被动组件106可包含电容性组件、电感性组件及电阻性组件。电容性组件包含有两极，且有一绝缘层介于电容性组件的两极之间。电容的电极所使用的材料有多种搭配方式，例如多晶硅-硅、多晶硅-硅化物、多晶硅-多晶硅、多晶硅-金属、或金属-金属等。电容绝缘层基于设计的考虑，可用高k值及/或低k值材料来制成，可使用四乙基正硅酸盐(TEOS)、氮氧化硅(SiON)、氮化硅(Si3N4)、氧化钽(TiO2)、五氧化二钽(Ta2O5)或钛酸钡锶(BST)来制成的。电感性及电阻性组件，能以传导性材料包含铜、铜合金、铝、铝合金(Al-Cu-Si)、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、硅化金属、掺杂多晶硅以及奈米碳管来制成的。
参考图1b及图1c，在主动电路组件的传导绕线104与RF被动组件106之间，设置有一个RF护罩结构108，以减少这两层之间的耦合效应。在此范例中，RF护罩结构包含以金属或合金，如铜、铜合金、铝、铝合金(Al-Cu-Si)、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、氮化钨或掺杂多晶硅所制成的单一护罩层110。如图1b及图1c中的图解，此护罩层包括有多个开口112。开口112可为任意外形(如圆形、方形、矩形等等)，并可排列成任意样式(如沟槽线轮廓、点状虚线轮廓等等)，不过在本例中，所示开口112为多个细长通孔，并横贯护罩层110(如图1c的图解)。开口112可用来提供垂直内联机所需的区域，以将护罩层110上方与下方的各式电路组件相连。
请参照图2，在另一实施例中，图1a的RF护罩结构108，说明了其亦具有第二护罩层114。在此范例中，每一护罩层110、114都分别包含有多个开口112、116。开口112、116可为任意外形且能被排列成任意样式，本例中开口112、116为多个细长通孔，且分别贯穿对应的护罩层110、114。然而，因为开口112、116可能会减少护罩层110及114所提供的护罩效果，所以各护罩层的开口最好彼此错开，以使护罩层整体在俯视时呈格状或实心形状。
请参照图3a及图3b，上文解说图2时所提及的错开排列，有各种可能的实现方法。举例来说，可以设计成，使各护罩层中的开口112、116方向不同而错开(如图3a的图解)，或者在护罩层开口排列方向相同时(如图3b的图解)，使护罩层110、114彼此错开。当然，要设计成使得各护罩层的开口并不与另一护罩层错开，或仅有单一开口错开，也是可能的。
请参照图4及图5，在另一实施例中，图2中的RF护罩结构108，具有一防护环118及一接地结构120。此防护环118连接了第二护罩层114及第一护罩层110。在此范例中，此防护环以数个细长条结构来设计，直立于第一及第二护罩层110、114之间，且每一垂直细长片皆连接两个护罩层。假如还有更多护罩层的话(未绘示)，可设计成使此垂直细长条形成的防护环延伸通过每一护罩层且与其它护罩层接触，或设计成使护罩层两两之间各有一单独的防护环。需注意的是，防护环118并不一定要使用垂直细长条结构，也不限定于本范例所说明的方式。RF护罩结构108可借由接地结构120来接地。
请参照图6，图表121说明在一传导绕线层与一或多个RF被动组件(如图1a的传导绕线104与RF被动组件106)之间的耦合效应。在本例中，将RF被动组件106的特性描绘成四种情况，每一种情况各以曲线122、124、126以及128来描绘。曲线122描绘不使用护罩层的情况；曲线124描绘此护罩使用不具任何开口的单一金属板；曲线126描绘此护罩使用一具有一沟槽开口的单一金属层；曲线128描绘此护罩使用两个金属层，此两金属层的沟槽开口彼此错开。为说明起见，以耦合力(用相对单位表示)-频率图来表示耦合效应强弱。耦合力由0到-1代表着由强到弱。由图标可知，当使用护罩结构时，能减小或消除耦合力。如图6所绘示，此结果说明了使用具有一沟槽开口(曲线126)的单一金属层，能使护罩的效能提升；使用不具任何开口(曲线124)的单一金属板，将能使效能再提高；而使用两层互相错开的沟槽开口(曲线128)，效能将更加提升。应了解的是，各种材料、结构、厚度、开口数目、错开方向等等的变动，将能改变图6中所示的结果。
请参照图7，在另一实施例当中，示范说明了一种制作RF护罩结构(例如上述图1a中所提及的RF护罩结构108)的方法130。此方法130由步骤132开始，首先在半导体底材上形成第一结构层。此第一结构层可为一传导层，像是传导绕线104(图1a)或其它组件层，像是RF被动组件106(图1a)。
在步骤134中，在第一结构层上形成由传导性材料制成的护罩层。传导性材料实质上可包含金属或合金，可用铝、铝合金(Al-Cu-Si)、钛、氮化钛、钽、氮化钽、掺杂多晶硅或其它适合的传导性材料来形成的。再者，此传导性材料可沉积为多层结构。举例来说，可使用钛与氮化钛来构成铝合金(Al-Cu-Si)层的阻障层。沉积的方法可以是物理气相沉积(PVD)制程，包括蒸镀及溅镀；可以是镀金制程，包括无电电镀或电镀；可以是化学气相沉积(CVD)制程，包括常压化学气相沉积(APCVD)制程、低压CVD(LPCVD)制程、电浆增强CVD(PECVD)或高密度电浆CVD(HDP CVD)制程。举例来说，可使用溅镀制程来沉积铝合金(Al-Cu-Si)薄膜，做为护罩层之用。
在步骤136中，此护罩层可被图刻，以在护罩层中产生一预定排列的开口。本例中是使用传统的微影制程，但应该了解的是，使用其它制程来产生相同或近似的结果，也是可能的。为易于明了起见简述微影制程如下。制程流程包括以旋涂方式于护罩层上形成一光阻层，烘烤光阻层，并透过一光罩来曝光此光阻层，接着显影此光阻层，并进行已显影光阻层的后烘烤制程。此制程流程将光罩上的护罩层的开口图案转移到光阻上。接着可移除此护罩层的曝露部分，至此，图案已由光阻转移到护罩层。此移除制程可包括干式蚀刻、湿式蚀刻、反应性离子蚀刻(RIE)或其它适当的制程。此光阻接着能借由湿式剥离或电浆灰化来剥去。
在步骤138中，可将第二结构层形成于经图刻后的护罩层上。此第二结构层可为一传导层，像传导绕线104(图1a)或其它组件层，像是RF被动组件106(图1a)。在此范例中，第一结构层为一传导绕线层，且第二结构层为一RF被动组件层。本方法130把护罩层置于第一及第二结构层之间，以减低噪声耦合效应。
请参照图8，在另一实施例当中，示范说明了一种制作RF护罩结构(例如上述图4中所提及的RF护罩结构108)的方法140。此方法140由步骤142开始，首先在半导体底材上形成第一结构层。此第一结构层可为一传导层，像是传导绕线104(图1a)或其它组件层，像是RF被动组件106(图1a)。
在步骤144中，可形成并图刻第一及第二护罩层以形成一种多层的护罩层。尽管可依照图7中所说明的方法130来沉积及图刻此护罩层，但在本范例中以镶嵌法或双重镶嵌法制程来进行。介电材料可借由旋涂式制程、热或RTP氧化法、APCVD、LP CVD、PECDV或HDP CVD方法沉积于第一结构层上。介电材料可包含氧化硅、碳化硅、掺氟硅玻璃(FSG)、氢硅酸盐(HSQ)、有机聚合物或黑晶钻(Black Diamond)。
接着，可将光阻层涂在介电层上，并依照预定的开口排列方式将其图刻。举例来说，制程流程可以如下使用多个步骤，像旋涂、软烤、曝光、显影及硬烤，来转移光罩上的图案，而图刻光阻层。接着可移除此介电层的曝露部分，并形成一沟渠结构。在此制程中，借由干式蚀刻、湿式蚀刻或反应性离子蚀刻来转移光阻上的图案到介电层。此光阻接着可借由一湿式剥离或电浆灰化制程来将其剥去。
接着可用传统的沉积制程在沟渠结构上形成一传导材料层，此传导材料实质上可包含如铜、铜合金、铝、铝合金(Al-Cu-Si)、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、硅化金属、掺杂多晶硅或类似的适当材料。如同前述所说明的，此传导材料的结构可包含许多层，例如使用钛及氮化钛阻障层与铜层的组合。可使用各式，包含PVD、CVD或电镀法的沉积制程。在此范例中，利用溅镀来沉积含有钛及氮化钛的阻障层及铜种晶层，接着可用电镀沉积法来沉积铜层。如此，在沟渠里面及介电层上方会形成铜，并借由回蚀或CMP来移除介电层上过剩的传导材料，可重复此制程来形成的护罩层。
这让人了解到亦可借由近似的方法来沉积其它传导层。如先前所述及，不同传导层中开口的排列方式可以彼此错开，使在以垂直角度来看时，可呈现一实心的护罩。举例来说，可以使用相同的光罩但予以移位，以造成错开，或可利用不同的光罩来图刻不同的传导层。
在步骤146中，形成一防护环且连接第一及第二护罩层。为易于明了起见，说明如下可用制造金属通孔或金属接触的现有方法来制造此防护环，步骤如介电层沉积、通孔图刻、以一传导材料像是铜、铜合金、铝、铝合金(Al-Cu-Si)、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、硅化金属、掺杂多晶硅或奈米碳管来充填此图案。在一些实施例中，防护环与第一或第二护罩层之一可以并在同一制程中制成。举例来说，在沉积一介电层后，可图刻并蚀刻成一或多个通孔，以一传导性材料来充填介电层上的通孔，接着可图案化此护罩层以建立开口排列。因此，虽然步骤146中所说明的防护环的形成，于步骤144中，形成第一及第二护罩层之后执行，此步骤146同样也能在步骤144之前或同时来执行。
在步骤148中，可将此第一及第二护罩层连接到共同的电位(如接地)。此步骤同样能在形成第一及第二及/或防护环的期间发生。
在步骤150中，可于此护罩层上形成第二结构层。此第二结构层可为一传导层，像RF被动组件层106(图1a)。在此范例中，第一结构层为一传导绕线层而第二结构层为一RF被动组件层，当然这顺序是可以颠倒的。此方法140将此些具有错开开口的护罩层置于第一及第二结构层之间，以降低噪声耦合。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
权利要求
1.具有一底材的一半导体组件，其特征在于，该组件至少包含一主动电路层，位于接近该半导体底材之处；一组件层，其中至少形成有一RF被动组件；以及一第一护罩层，置于该主动电路层及该组件层之间，其中该第一护罩层中包含至少一第一开口。
2.如权利要求1所述的该半导体组件，其特征在于，更包含一第二护罩层，置于该主动电路层及该组件层之间。
3.如权利要求2所述的该半导体组件，其特征在于，更包含连接该第一及该第二护罩层两者的防护环。
4.如权利要求3所述的该半导体组件，其特征在于，该防护环包含一通孔长条。
5.如权利要求4所述的该半导体组件，其特征在于，该第一护罩层、该第二护罩层以及该防护环的至少其中之一，由一高传导性材料所制成，该高传导性材料为铜、铝、多晶硅、钨、硅化金属或其组合。
6.如权利要求2所述的该半导体组件，其特征在于，该第一及第二护罩层的至少其中之一，为接地或连接于一固定电位。
7.如权利要求2所述的该半导体组件，其特征在于，该第二护罩层中包含至少一第二开口。
8.如权利要求7所述的该半导体组件，其特征在于，该第二开口与第一开口彼此错开。
9.如权利要求7所述的该半导体组件，其特征在于，该第一开口的方向不同于该第二开口的方向。
10.如权利要求1所述的该半导体组件，其特征在于，至少一该RF被动组件包含一电容、一电阻、一电感或该些组件的组合。
11.如权利要求1所述的该半导体组件，其特征在于，该底材为金氧半场效晶体管、双载子晶体管、电容、电阻、电感、或其组合。
12.如权利要求1所述的该半导体组件，其特征在于，该主动电路层包含一内联机结构。
13.如权利要求1所述的该半导体组件，其特征在于，该内联机结构由一材料制成，该材料为铜、铝、多晶硅、钨、硅化金属或其组合。
14.一无线频率集成电路(RFIC)的一护罩结构，其中该RFIC包含具有至少一RF被动组件的一第一结构层，且包含具有主动组件绕线的一第二结构层，其特征在于，该护罩结构包含一第一传导护罩层，置于该第一及该第二结构层之间，其中该第一传导层中具有至少一开口；一第二传导护罩层，置于该第一及该第二结构层之间，且接近于该第一传导层，其中该第二传导护罩层中具有一第二开口；以及一防护环，连接该第一及该第二传导护罩层，其中该第一及该第二传导护罩层连接于一共同电位。
15.如权利要求14所述的护罩结构，其特征在于，该第一开口系与该第二开口彼此错开。
16.一种提供护罩于一底材上所形成的一集成电路中的方法，其特征在于，至少包含在该底材上形成一第一结构层，其中该第一结构层包含金属绕线或是无线频率(RF)被动组件；图案化该第一护罩层，以在该第一护罩层中形成至少一开口；以及在该第一护罩层上形成一第二结构层，其中如果该第一结构层包含金属绕线，该第二结构层则包含RF被动组件，如果该第一结构层包含RF被动组件，该二结构层则包含金属绕线。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，更包含形成接近于该第一护罩层的一第二护罩层；以及图案化该第二护罩层，以在该第二护罩层中形成至少一开口。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，图案化该第二护罩层包含使该第一开口与该第二开口彼此错开。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，该方法更包含连接第一及第二护罩层的至少其中之一到一共同电位。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，该方法更包含形成一防护环以连接该第一及第二护罩层。
21.一半导体组件，具有一底材，其特征在于，该组件至少包含一主动电路的金属绕线层，位于接近该底材之处；一无线频率(RF)层，且于该无线频率(RF)层中至少形成一RF组件；以及一第一金属护罩层，置于该绕线层及该RF层之间，其中该第一金属护罩层中具有一第一开口。
22.如权利要求21所述的该半导体组件，其特征在于，更包含置于该金属绕线层及该RF层间的一第二护罩层。
23.如权利要求21所述的该半导体组件，其特征在于，更包含连接该第一及该第二金属护罩层的一防护环。
全文摘要
本发明揭露一种半导体无线频率(RF)组件，此组件具有一个护罩结构，用以降低RF被动组件及主动组件的传导绕线之间的耦合效应。在一范例中，此组件于RF被动组件及传导绕线间设有至少一个护罩层。此护罩层包含至少一个开口。在另一范例中，可使用第二个护罩层。此第二护罩层也同样可以含有一个开口，且第一及第二护罩层中的开口彼此错开。第一及第二护罩层可透过一防护环来彼此连接，且亦能连接到一共同电位。
文档编号H05K9/00GK1661800SQ200410088048
公开日2005年8月31日 申请日期2004年10月15日 优先权日2003年10月15日
发明者连万益, 张家龙, 郭治群, 陈冠中 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司