专利名称：功率放大器及其形成方法
技术领域：
本发明提供一种功率放大器及其形成方法，尤指一种于半导体工艺中选择、控制掺杂物浓度以形成功率放大器的方法。
背景技术：
近年来无线通讯产品的应用迅速地成长，而适用于无线通讯IC的半导体工艺技术也广泛地被开发，其中以硅锗(Silicon Germanium，SiGe)两种元素所形成半导体的工艺技术是一种被许多无线通讯公司所采用的新技术。在众多无线通讯产品中，例如IEEE无线局域网络(IEEE wireless LAN)、无线电话及其它应用，该产品的效能表现和其无线通讯IC里的功率放大器有相当大的关系。经由控制功率放大器的输出功率(或是其消耗电流)且维持功率放大器的其它重要特性在可接受范围之下，则可使产品效能达到高功率及低电流的目的。
在半导体工艺中，为了改变功率放大器的输出功率，现有技术必须改变电路的设计，但是电路设计的改变会使得相对应的掩模也必须改变。换句话说，为了要生产各种不同输出功率的IC，现有技术必须要拥有许多不同的掩模组合，然而，额外制作不同的掩模不但会增加整体的成本，也延后了产品的上市时程，并不是一个符合经济效益的方法。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题，即是要提出一种能以较精简、较低成本、优选效率来形成不同输出功率的功率放大器的方法，以克服现有技术的缺点。
本发明在采用硅锗技术的双极半导体工艺中，依据掺杂物浓度和功率放大器输出特性的线性关系，选择、控制多晶硅层中的掺杂浓度，以形成不同输出功率等级的硅锗基功率放大器，其中在0.35微米和0.18微米工艺中，个别地使用不同的掺杂物于多晶硅中。0.35微米工艺使用磷元素(P，Phosphorous)为多晶硅中的掺杂物，其浓度介于4.6×1015到6.4×1015atom/cm3或6.8×1015到7.3×1015atom/cm3之间。而0.18微米工艺使用砷元素(As，Arsenic)为多晶硅中的掺杂物，其浓度介于3.8×1015到5.3×1015atom/cm3或5.7×1015到6.1×1015atom/cm3之间。
图1为硅锗技术应用于双极半导体工艺的示意图；图2为掺杂物浓度与硅锗基功率放大器的消耗电流的特性关系图；图3为掺杂物浓度与硅锗基功率放大器的输出功率的特性关系图；图4为本发明于运用硅锗技术的双极半导体工艺中形成功率放大器的流程图。
附图标记说明10 晶片 20 多晶硅30 侧壁子N 标准掺杂浓度N1 掺杂浓度 N2 掺杂浓度具体实施方式
请参考图1。图1是硅锗技术应用于双极半导体工艺的示意图。当晶片10上的多晶硅20形成之后，便开始掺杂的步骤，一般半导体工艺中的掺杂步骤很少直接利用该掺杂物的元素，反而需要利用该掺杂元素的化合物，藉由它们的固态、液态或气态的扩散源将掺杂物引入。举例来说，若要掺杂磷元素，以氯氧化磷(POCl3)为原料，并将其以液体状态保存在特定容器中，将氮气与氧气引入而通过容器后，掺杂磷原子的蒸气会被带入并沉积在晶片10的表面上，掺杂的磷原子会与多晶硅20产生作用而形成一层含有硅、氧与磷的氧化硅，然后磷原子会进一步地扩散于多晶硅20中。在完成掺杂的步骤后，晶片10会开始形成侧壁子(spacer)30，环绕于该多晶硅20的周围，并进而形成双极晶体管。一般而言，于0.35微米工艺中，该掺杂物是磷，其标准浓度是6.6×1015atom/cm3，而于0.18微米工艺中，该掺杂物是砷，其标准浓度是5.5×1015atom/cm3，这些标准浓度皆为业界的标准，IC设计者或公司通常依据此标准浓度设计IC。然而，根据本发明的研究，本发明可以依据掺杂物浓度与功率放大器的消耗电流及输出功率的线性关系，利用半导体工艺中的掺杂步骤，在标准浓度附近的特定范围内，经由选择、控制掺杂物的浓度，于晶片10上形成所需要的消耗电流及输出功率特性的功率放大器，并进而制造出所设计的输出功率等级的IC。
为进一步说明本发明实施的方法，请继续参考图2和图3(并一并参考图1)。图2为掺杂物浓度与功率放大器的消耗电流的特性关系图。图2的横轴为掺杂物浓度，纵轴为功率放大器的消耗电流；图3为掺杂物浓度与功率放大器的输出功率的特性关系图。图3的横轴为掺杂物浓度，纵轴为功率放大器的输出功率。在图2和图3中，根据本发明的研究，对于采用硅锗技术的双极半导体工艺中，掺杂物的浓度和硅锗基功率放大器的消耗电流及输出功率呈现正比的关系，且如图所示，上述关系在标准掺杂浓度N附近的范围内，例如在掺杂浓度N1和N2之间，拥有良好的线性关系。换句话说，若要增大功率放大器的消耗电流或输出功率，便可以依据此线性关系，增加掺杂物于多晶硅20中的浓度以达到所要求的消耗电流或输出功率。相对地，若要减少功率放大器的消耗电流或输出功率，也可以依据此线性关系，减少掺杂物于多晶硅20中的浓度以达到所要求的消耗电流或输出功率。
另外，对于0.35微米和0.18微米的晶片工艺，其掺杂物元素及掺杂物浓度皆有所不同。在0.35微米工艺中，其掺杂物元素是磷，而其掺杂浓度介于4.6×1015到7.3×1015atom/cm3之间，在此范围内，磷元素的掺杂浓度和硅锗基功率放大器的消耗电流及输出功率呈现正比的线性关系。另一方面，在0.18微米工艺中，其掺杂物元素是砷，而其掺杂浓度介于3.8×1015到6.1×1015atom/cm3之间，在此范围内，砷元素的掺杂浓度和硅锗基功率放大器的消耗电流及输出功率呈现正比的线性关系。举例来说，当本发明要于0.35微米的双极半导体工艺中，增大硅锗基功率放大器的输出功率，依据前述的线性关系，本发明可以增加磷元素在多晶硅20中的掺杂浓度来达到增大输出功率的目的。相对地，当本发明要于0.18微米的双极半导体工艺中，减少硅锗基功率放大器的消耗电流，依据前述的线性关系，本发明可以减少砷元素在多晶硅20中的掺杂浓度来达到减少消耗电流的目的。在上述两个例子中，为了要改变硅锗基功率放大器的输出特性，本发明并不需要改变原本的电路设计，仅需利用掺杂物浓度与功率放大器的消耗电流及输出功率的特性关系，针对所要达成的目的，选择、控制掺杂物于多晶硅20中的浓度即可。
总结来说，本发明于运用硅锗技术的双极半导体工艺中形成放大器的方法可归纳于图4的流程图。请参考图4；图4中的流程有下列步骤步骤110决定硅锗基功率放大器的消耗电流或输出功率。当要在保留原有功率放大器的电路设计的前提下，改变功率放大器的消耗电流或输出功率，本发明可根据前述的技术，首先决定所需要的硅锗基功率放大器的消耗电流或输出功率。
步骤120决定掺杂物在多晶硅中的浓度。依据掺杂物浓度和硅锗基功率放大器的消耗电流或输出功率的线性关系，找出相对应于所需要的消耗电流或输出功率的掺杂物浓度，并于半导体工艺的掺杂步骤中，控制多晶硅的掺杂浓度为上述的掺杂浓度。
步骤130形成所需要的硅锗基功率放大器。在完成前面的掺杂步骤后，本发明继续执行标准的半导体工艺，以形成所需要的硅锗基功率放大器。
步骤140形成IC。在完成所有的半导体工艺后，制造出所要求的输出功率等级的IC。
综合以上所述，依据本发明的形成功率放大器的方法，可将本发明运用于双极半导体工艺中，例如在目前的0.35微米与0.18微米的硅锗技术中。另外，根据不同精度的工艺，分别采用不同的掺杂物于多晶硅20中，并于标准浓度之外的特定浓度范围内选择、控制掺杂物的浓度，举例来说，0.35微米的半导体工艺采用磷元素掺杂于多晶硅20中，其掺杂浓度范围介于4.6×1015到6.4×1015tom/cm3或6.8×1015到7.3×1015atom/cm3之间；而0.18微米的半导体工艺采用砷元素掺杂于多晶硅20中，其掺杂浓度范围介于3.8×1015到5.3×1015atom/cm3或5.7×1015到6.1×1015atom/cm3之间。依此方法，于特定掺杂浓度范围内选择、控制多晶硅中的掺杂物浓度以形成所需要的输出特性的功率放大器，并进一步形成特定输出功率等级的IC。
相较于现有技术，本发明根据掺杂物浓度和功率放大器输出特性的线性关系，简单地利用半导体工艺中的掺杂步骤，选择、控制多晶硅中的掺杂物浓度，即可形成不同输出功率的功率放大器，不需如现有技术般改变功率放大器的电路设计，因此，本发明降低了制造的成本、制造的复杂程度及其所需的时间，并提高了将产品推入市场的效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种0.35微米半导体工艺所形成的功率放大器，其包含有一多晶硅，其掺杂物的浓度介于4.6×1015到6.4×1015atom/cm3的范围内或6.8×1015到7.3×1015atom/cm3的范围内；一侧壁子(spacer)，环绕于该多晶硅的周围。
2.如权利要求1所述的功率放大器，其中该半导体工艺为双极结晶体管工艺。
3.如权利要求1所述的功率放大器，其为硅锗基功率放大器。
4.如权利要求1所述的功率放大器，其中该多晶硅的掺杂物为磷元素。
5.一种0.18μm半导体工艺所形成的放大器，其包含有一多晶硅，其掺杂物的浓度介于3.8×1015到5.3×1015atom/cm3的范围内或5.7×1015到6.1×1015atom/cm3的范围内；一侧壁子(spacer)，环绕于该多晶硅的周围。
6.如权利要求5所述的功率放大器，其中该半导体工艺为双极结晶体管工艺。
7.如权利要求5所述的功率放大器，其为硅锗基功率放大器。
8.如权利要求5所述的功率放大器，其中该多晶硅的掺杂物为砷元素。
9.一种于0.35微米半导体工艺形成功率放大器的方法，其包含有下列步骤(a)形成一多晶硅；以及(b)对该多晶硅掺杂浓度介于4.6×1015到6.4×1015atom/cm3的范围内或6.8×1015到7.3×1015atom/cm3的范围内的掺杂物。
10.如权利要求9所述的方法，其中该半导体工艺为双极结晶体管工艺。
11.如权利要求9所述的方法，其中该功率放大器为硅锗基功率放大器。
12.如权利要求9所述的方法，其中步骤(b)是对该多晶硅掺杂浓度介于4.6×1015到6.4×1015atom/cm3的范围内或6.8×1015到7.3×1015atom/cm3的范围内的磷元素。
13.一种于0.18微米半导体工艺形成功率放大器的方法，其包含有下列步骤(a)形成一多晶硅；以及(b)对该多晶硅掺杂浓度介于3.8×1015到5.3×1015atom/cm3的范围内或5.7×1015到6.1×1015atom/cm3的范围内的掺杂物。
14.如权利要求13所述的方法，其中该半导体工艺为双极结晶体管工艺。
15.如权利要求13所述的方法，其中该功率放大器为硅锗基功率放大器。
16.如权利要求13所述的方法，其中步骤(b)是对该多晶硅掺杂浓度介于3.8×1015到5.3×1015atom/cm3的范围内或5.7×1015到6.1×1015atom/cm3的范围内的砷元素。
全文摘要
本发明提供一种功率放大器及其形成方法，在双极半导体工艺中，依据掺杂物浓度和功率放大器输出特性的线性关系，选择、控制多晶硅层中的掺杂浓度，以形成不同输出功率等级的硅锗基功率放大器。所述功率放大器包含有一多晶硅，其掺杂物的浓度介于4.6×10
文档编号H03F3/20GK1797938SQ20041010491
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月24日 优先权日2004年12月24日
发明者魏良光, 江志民 申请人:立积电子股份有限公司