專利名稱：半導體器件和形成高衰減平衡帶通濾波器的方法
技術領域：
本發明總體上涉及半導體器件，并且更具體地說涉及半導體器件和形成高衰減平衡帶通濾波器的方法。
背景技術：
在現代電子產品中通常會發現有半導體器件。半導體器件在電部件的數量和密度上有變化。分立的半導體器件一般包括一種電部件，例如發光二極管(LED)、小信號晶體管、 電阻器、電容器、電感器、以及功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(M0SFET)。集成半導體器件通常包括數百到數百萬的電部件。集成半導體器件的實例包括微控制器、微處理器、電荷耦合器件(CXD )、太陽能電池、以及數字微鏡器件(DMD )。半導體器件執行多種功能，例如高速計算、發射和接收電磁信號、控制電子器件、 將日光轉換成電、以及為電視顯示器生成可視投影。在娛樂、通信、功率轉換、網絡、計算機、 以及消費品領域中有半導體器件的存在。在軍事應用、航空、汽車、工業控制器、以及辦公設備中也有半導體器件的存在。半導體器件利用半導體材料的電特性。半導體材料的原子結構允許通過施加電場或基極電流(base current)或者通過摻雜工藝來操縱(manipulated)它的導電性。摻雜把雜質引入半導體材料中以操縱和控制半導體器件的導電性。半導體器件包括有源和無源電結構。有源結構(包括雙極和場效應晶體管)控制電流的流動。通過改變摻雜水平并且施加電場或基極電流，晶體管促進或限制電流的流動。 無源結構(包括電阻器、電容器、和電感器)產生執行多種電功能所必需的電壓和電流之間的關系。無源和有源結構被電連接以形成電路，所述電路能夠使半導體器件執行高速計算和其它有用的功能。通常利用兩個復雜的制造工藝來制造半導體器件，即前端制造和后端制造，每個可能包括數百個步驟。前端制造包括在半導體晶片的表面上形成多個管芯。每個管芯通常相同并且包括通過電連接有源和無源部件形成的電路。后端制造包括從已完成的晶片單體化(singulating)單個管芯并且封裝管芯以提供結構支撐和環境隔離。半導體制造的一個目標是制造更小的半導體器件。更小的半導體器件通常消耗更少功率、具有更高的性能、并且能夠被更有效地制造。另外，更小的半導體器件具有更小的占地面積(footprint)，其對于更小的最終產品而言是期望的。通過改善導致產生具有更小、更高密度的有源和無源部件的管芯的前端工藝可以實現更小的管芯尺寸。通過改善電互連和封裝材料，后端工藝可以產生具有更小占地面積的半導體器件封裝。半導體制造的另一個目標是制造較高性能半導體器件。器件性能的提高可以通過形成能夠在較高速度下工作的有源部件來實現。在高頻應用中，例如射頻(RF)無線通信，集成無源器件(IPD)常常被包含在半導體器件內。IPD的實例包括電阻器、電容器和電感器。 典型RF系統需要在一個或多個半導體封裝中的多個IPD來執行所需的電功能。平衡一不平衡變換器(Balims)和RF帶通濾波器在無線通信系統中是重要部件。
5平衡一不平衡變換器抑制電噪聲，執行阻抗變換和匹配，并且通過電磁耦合最小化共模噪聲。帶通濾波器通過使具有指定帶寬的信號經過來除去來自露天環境和信號路徑的不想要的噪聲或干擾并且抑制通帶以外的信號。在圖1中示出利用LC (電感器和電容器)諧振器實現的常規RF帶通濾波器10。 電感器或線圈12包括耦合到端口 14和端口 16的第一和第二末端端子。在一個實施例中， 端口 14是單端不平衡端口并且端口 16是接地端子。可替換地，端口 16是單端不平衡端口并且端口 14是接地端子。電容器18被耦合在端口 14和16之間。電感器12和電容器18 構成第一 LC諧振器。電感器或線圈20包括耦合到平衡端口 22和M的第一和第二末端端子。電容器沈被耦合在平衡端口 22和M之間。電感器20和電容器沈構成第二 LC諧振器。電感器或線圈觀包括末端端子30和32。電容器34被串聯耦合在電感器觀的末端端子30和32之間。電感器28和電容器34構成第三LC諧振器。電感器28以平面分離的方式無交疊地形成在電感器12和20的周邊周圍。電感器觀可以具有比電感器12和20更大、更小、或對稱的值。電感器12和20有相同的尺寸和形狀(例如矩形、多邊形、或圓形)并且被纏繞以產生磁耦合。在圖2中示出另一個常規RF帶通濾波器36。在該情形下，電感器或線圈37具有耦合到端口 38和端口 39的第一和第二末端端子。在一個實施例中，端口 38是單端不平衡端口并且端口 39是接地端子。可替換地，端口 39是單端不平衡端口并且端口 38是接地端子。電容器40被耦合在端口 38和端口 39之間。電感器37和電容器40構成第一 LC諧振器。電感器或線圈41包括耦合到平衡端口 42和43的第一和第二末端端子。電容器44被耦合在平衡端口 42和43之間。電感器41和電容器44構成第二 LC諧振器。電感器或線圈 45包括末端端子46和47。電容器48被串聯耦合在電感器41的末端端子46和47之間。 電感器45和電容器48構成第三LC諧振器。電感器37和41以垂直電隔離和平面分離的方式覆蓋電感器45。電感器45可以具有比電感器37和41更大、更小、或對稱的值。電感器37和41有相同的尺寸和形狀(例如矩形、多邊形、或圓形)并且被纏繞以產生磁耦合。對于最佳信號質量而言在阻帶處的高衰減和抑制以及在通帶處的低插入損耗是優選的。例如，在蜂窩式電話中的WiMAX器件或WiFi應用在蜂窩式電話頻帶(800 MHz到 2100 MHz)和WiFi頻帶(4900 MHz到5900 MHz)處必須具有足夠的衰減。然而，在兩端口帶通濾波器中，平衡狀態是難以實現的。在輸入線圈和輸出線圈具有相同尺寸和形狀的情況下，如圖1和2中所示，對于非50歐姆匹配(例如100歐姆或復數阻抗)而言，阻抗變換比被限制。另外，相同尺寸的輸入和輸出線圈通常不能在阻帶處實現期望的高衰減和抑制響應。
發明內容
存在對在阻帶處具有高衰減和抑制并且在通帶處具有低插入損耗的RF帶通濾波器的需要。因此，在一個實施例中，本發明是一種包括襯底和形成在襯底上的帶通濾波器的半導體器件。帶通濾波器包括被纏繞以展現電感特性的第一導電跡線(具有耦合到半導體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導體器件的第二端子的第二末端)、和耦合在第一導電跡線的第一和第二末端之間的第一電容器。帶通濾波器進一步包括被纏繞以展現電感特性的第二導電跡線(具有耦合到半導體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導體器件的第四端子的第二末端)、耦合在第二導電跡線的第一和第二末端之間的第二電容器、和圍繞第一和第二導電跡線纏繞以展現電感特性的第三導電跡線。第二導電跡線具有與第一導電跡線不同的尺寸和形狀。在另一個實施例中，本發明是一種包括襯底和形成在襯底上并且被纏繞以展現電感特性的第一導電跡線(具有耦合到半導體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導體器件的第二端子的第二末端)的半導體管芯。第二導電跡線(具有耦合到半導體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導體器件的第四端子的第二末端)形成在襯底上并且被纏繞以展現電感特性。第二導電跡線具有與第一導電跡線不同的尺寸或形狀。第三導電跡線形成在襯底上并且圍繞第一和第二導電跡線纏繞以展現電感特性。在另一個實施例中，本發明是一種包括襯底和形成在襯底上的第一電感器的半導體器件。第二電感器形成在襯底上。第二電感器具有與第一電感器不同的尺寸或形狀。第三電感器形成在第一和第二電感器周圍。在另一個實施例中，本發明是一種形成半導體管芯的方法，所述方法包括提供襯底以及在襯底上形成第一導電跡線的步驟。第一導電跡線(具有耦合到半導體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導體器件的第二端子的第二末端)被纏繞以展現電感特性。所述方法進一步包括在襯底上形成第二導電跡線以及在襯底上形成第三導電跡線的步驟。第二導電跡線(具有耦合到半導體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導體器件的第四端子的第二末端)被纏繞以展現電感特性。第三導電跡線圍繞第一和第二導電跡線纏繞以展現電感特性。第二導電跡線具有與第一導電跡線不同的尺寸或形狀。
圖1是利用LC諧振器形成的常規帶通濾波器； 圖2是利用LC諧振器形成的另一個常規帶通濾波器； 圖3示出具有安裝到其表面的不同類型封裝的PCB ；
圖4a4c示出安裝到所述PCB的典型半導體封裝的更多細節； 圖5示出具有形成在有源表面上的集成無源器件的半導體管芯； 圖6示出具有連接到功率放大器和收發器的集成帶通濾波器的無線通信系統； 圖7示出集成RF帶通濾波器的更多細節； 圖8示出RF帶通濾波器的示意電路圖； 圖9示出集成RF帶通濾波器的另一個實施例； 圖10是集成RF帶通濾波器的插入損耗和衰減與頻率的關系的波形圖； 圖11是集成RF帶通濾波器的插入損耗和衰減在更寬的頻率上的波形圖；以及圖12是集成RF帶通濾波器的回波損耗與頻率的關系的波形圖。
具體實施例方式參考附圖在下列描述中的一個或多個實施例中描述本發明，在附圖中相似的數字表示相同或類似的元件。雖然根據用來實現本發明的目的的最佳方式描述本發明，但是本領域技術人員將理解的是，它旨在覆蓋可以被包含在由被下列公開和各圖所支持的所附權利要求及其等效物限定的本發明的精神和范圍內的替代物、變型、和等效物。
一般利用兩個復雜的制造工藝制造半導體器件前端制造和后端制造。前端制造包括在半導體晶片的表面上形成多個管芯。晶片上的每個管芯包括有源和無源電部件，所述有源和無源電部件被電連接以形成功能電路。有源電部件，例如晶體管和二極管，具有控制電流的流動的能力。無源電部件，例如電容器、電感器、電阻器、和變壓器，產生執行電路功能所必需的電壓和電流之間的關系。通過包括摻雜、沉積、光刻、刻蝕、和平面化的一系列工藝步驟在半導體晶片的表面上形成無源和有源部件。摻雜通過例如離子注入或熱擴散的技術將雜質引入到半導體材料中。所述摻雜工藝改變有源器件中的半導體材料的導電性，將半導體材料轉變成絕緣體、 導體，或響應于電場或基極電流動態改變半導體材料導電性。晶體管包括有變化的摻雜類型和程度的區域，所述區域根據需要被設置為使晶體管能夠在施加電場或基極電流時促進或限制電流的流動。通過具有不同電特性的材料的層形成有源和無源部件。所述層可以通過部分地由被沉積的材料的類型決定的多種沉積技術形成。例如，薄膜沉積可以包括化學汽相沉積 (CVD)、物理汽相沉積(PVD)、電解電鍍、以及無電極電鍍(electroless plating)工藝。每個層通常被圖案化以形成有源部件、無源部件、或部件之間的電連接的各部分。可以利用光刻圖案化所述層，所述光刻包括在將被圖案化的層上沉積光敏材料， 例如光致抗蝕劑。利用光將圖案從光掩模轉移到光致抗蝕劑。利用溶劑將經受光的光致抗蝕劑圖案部分除去，暴露將被圖案化的下層的各部分。光致抗蝕劑的剩余物被除去，留下被圖案化的層。可替換地，利用例如無電極電鍍或電解電鍍的技術通過直接將材料沉積到通過先前的沉積/刻蝕工藝形成的區域或空隙中來圖案化一些類型的材料。在現有圖案上沉積材料的薄膜可能會放大下面的圖案并且引起不均勻的平面。需要均勻的平面來制造更小和更密集包裝的有源和無源部件。可以利用平面化從晶片的表面除去材料和制造均勻平面。平面化包括利用拋光墊拋光晶片的表面。在拋光期間，磨料和腐蝕性化學品被添加到晶片的表面。組合的磨料機械作用和化學品腐蝕作用除去了任何不規則的表面形貌(topography )，產生均勻的平面。后端制造指的是將已完成的晶片切割或單體化成單個管芯，并且然后封裝管芯用于結構支撐和環境隔離。為單體化管芯，沿被叫做劃片街區(saw street)或劃線的晶片非功能區域刻劃和斷開所述晶片。利用激光切割工具或鋸條來單體化晶片。在單體化之后， 單個管芯被安裝到封裝襯底，所述封裝襯底包括用來與其它系統部件互連的引腳或接觸焊盤。形成在半導體管芯上的接觸焊盤然后被連接到封裝內的接觸焊盤。可以利用焊料凸塊、 柱形凸塊(stud bump)、導電膠、或線結合(wirebond)來制作電連接。密封劑或其它成型材料被沉積到封裝上以提供物理支撐和電隔離。已完成的封裝然后被插入電系統中并且半導體器件的功能可以用到其它系統部件。圖3示出具有芯片載體襯底或印刷電路板(PCB)52的電子器件50，所述芯片載體襯底或印刷電路板(PCB) 52具有多個安裝在它的表面上的半導體封裝。電子器件50可以具有一種半導體封裝、或多種半導體封裝，這取決于應用。為了說明的目的，在圖3中示出不同類型的半導體封裝。電子器件50可以是利用半導體封裝來執行一個或多個電功能的獨立系統。可替換地，電子器件50可以是更大系統的子部件。例如，電子器件50可以是能被插入計算機中
8的圖形卡、網絡接口卡、或其它信號處理卡。半導體封裝可以包括微處理器、存儲器、專用集成電路(ASIC)、邏輯電路、模擬電路、RF電路、分立器件、或其它半導體管芯或電部件。在圖3中，PCB 52提供普通的襯底用于安裝在PCB上的半導體封裝的結構支撐和電互連。利用蒸發、電解電鍍、無電極電鍍、絲網印刷、或其它合適的金屬沉積工藝將導電信號跡線(trace) M形成在PCB 52的表面上或各層內。信號跡線M提供半導體封裝、安裝的部件、以及其它外部系統部件中的每一個之間的電通信。跡線M也將電源和地連接提供給半導體封裝中的每一個。在一些實施例中，半導體器件可以具有兩個封裝級。第一級封裝是用來將半導體管芯以機械和電的方式附著到中間載體的技術。第二級封裝包括將所述中間載體以機械和電的方式附著到PCB。在其它實施例中，半導體器件可以僅具有第一級封裝，其中管芯被以機械和電的方式直接安裝到PCB。為了說明的目的，幾種第一級封裝，包括線結合封裝56和倒裝芯片58，被示出在 PCB 52上。另外，幾種第二級封裝，包括球柵陣列(BGA)60、凸塊芯片載體(BCC)62、雙列直插式封裝(DIP)64、岸面柵格陣列(land grid array，LGA)66、多芯片模塊(MCM)68、四側無引腳扁平封裝(quad flat non-leaded package, QFN) 70、以及四側扁平封裝72被示出安裝在PCB 52上。根據系統要求，利用第一和第二級封裝形式的任何組合配置的半導體封裝的任何組合、以及其它電子部件，可以被連接到PCB 52。在一些實施例中，電子器件50包括單個附著的半導體封裝，雖然其它實施例要求多互連封裝。通過在單個襯底上組合一個或多個半導體封裝，制造商可以將預先制作的部件并入電子器件和系統中。因為所述半導體封裝包括復雜功能，所以可以利用更便宜的部件和流水線制造工藝來制造電子器件。所得到的器件較少可能失效并且制造起來花費較少，對用戶而言導致更低的成本。圖示出示范性半導體封裝。圖如示出安裝在PCB 52上的DIP 64的更多細節。半導體管芯74包括包含模擬或數字電路的有源區，所述模擬或數字電路被實現為根據管芯的電設計形成在管芯內并且被電互連的有源器件、無源器件、導電層、和介電層。例如，電路可以包括一個或多個晶體管、二極管、電感器、電容器、電阻器、以及形成在半導體管芯74的有源區內的其它電路元件。接觸焊盤76是一層或多層的導電材料，例如鋁(AL)、 銅(Cu)、錫(Sn)、鎳(Ni)、金(Au)、或銀(Ag)，并且電連接到形成在半導體管芯74內的電路元件。在DIP 64的組裝期間，利用金硅共晶層或粘附材料(例如熱的環氧或環氧樹脂)將半導體管芯74安裝到中間載體78。封裝體包括絕緣封裝材料，例如聚合物或陶瓷。導體引線80和線結合82在半導體管芯74和PCB 52之間提供電互連。密封劑84被沉積在封裝上用于通過防止濕氣與粒子進入所述封裝以及污染管芯74或線結合82來進行環境保護。圖4b示出安裝在PCB 52上的BCC 62的更多細節。半導體管芯88利用底層填充材料或環氧樹脂粘附材料92被安裝到載體90上。線結合94在接觸焊盤96和98之間提供第一級封裝互連。模塑料或密封劑100被沉積在半導體管芯88和線結合94上以為所述器件提供物理支撐和電隔離。接觸焊盤102利用電解電鍍或無電極電鍍這樣合適的金屬沉積形成在PCB 52的表面上以防止氧化。接觸焊盤102電連接到PCB 52中的一個或多個導電信號跡線M。凸塊104被形成在BCC 62的接觸焊盤98與PCB 52的接觸焊盤102之間。在圖如中，利用倒裝芯片型第一級封裝將半導體管芯58面朝下地安裝到中間載體106。半導體管芯58的有源區108包含模擬或數字電路，所述模擬或數字電路被實現為
9根據管芯的電設計形成的有源器件、無源器件、導電層、和介電層。例如，該電路可以包括一個或多個晶體管、二極管、電感器、電容器、電阻器、以及在有源區108內的其它電路元件。 半導體管芯58通過凸塊110被電連接和機械連接到載體106。BGA 60利用凸塊112電連接和機械連接到具有BGA型第二級封裝的PCB 52。半導體管芯58通過凸塊110、信號線114、以及凸塊112電連接到導電信號跡線M。模塑料或密封劑116被沉積在半導體管芯58和載體106上以為所述器件提供物理支撐和電隔離。 倒裝芯片半導體器件提供從半導體管芯58上的有源器件到PCB 52上的導電軌跡的短導電路徑以便減小信號傳播距離、降低電容、并且改善總的電路性能。在另一個實施例中，半導體管芯58可以在沒有中間載體106的情況下利用倒裝芯片型第一級封裝被以機械和電的方式直接連接到PCB 52。在圖5中，相對于圖3和示出半導體管芯或封裝120，其具有利用基底材料而制作的半導體襯底122，所述基底材料例如是硅(Si )、鍺、砷化鎵(GaAs )、玻璃、低溫共燒陶瓷(LTCC)、PCB、或其它體半導體材料，用于結構支撐。有源區IM形成在半導體襯底122 的頂表面上。有源區1 包括模擬或數字電路，所述模擬或數字電路被實現為根據管芯的電設計和功能形成在管芯內并且電互連的有源器件、無源器件、導電層、和介電層。例如，該電路可以包括一個或多個晶體管、二極管、和形成在管芯的有源表面內的其它電路元件以實現模擬電路或數字電路。半導體管芯122也包括一個或多個IPD，例如薄膜電感器、電容器、和電阻器，用于RF信號處理。有源區124占據半導體管芯120的總厚度或高度Hl的大約5-10%。在一個實施例中，半導體管芯120占據2.0毫米(mm) X 1.3 mmXO. 4 mm的區域。半導體管芯120可以利用倒裝芯片、接合線、或互連引腳電連接到其它器件。包括多個IPD的半導體器件可以在高頻應用，例如微波雷達、電信、無線收發器、 電子開關、和執行RF電功能的其它器件中使用。IPD為電路功能提供電特性，所述電路功能例如是平衡-不平衡變換器、諧振器、高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器(BPF)、對稱 Hi-Q諧振變壓器、匹配網絡、RF耦合器、和調諧電容器。例如，IPD可以用作前端無線RF部件，所述前端無線RF部件可以位于天線和收發器之間。平衡-不平衡變換器通過電磁耦合最小化共模噪聲、抑制電噪聲并且執行阻抗變換和匹配。在一些應用中，在公共襯底上形成多個平衡-不平衡變換器，允許多帶操作。例如，在用于移動電話或其它GSM通信的四頻中使用兩個或更多個平衡-不平衡變換器，每個平衡-不平衡變換器專用于四頻器件的操作的頻帶。帶通濾波器可以被用來抑制通帶以外的輸出信號中的諧波含量。典型的RF系統在一個或多個半導體封裝中需要多個IPD和其它高頻電路以執行必要的電功能。無線應用可以是使用多帶操作(例如寬帶碼分多址(WCDMA)帶(PCS、IMT、低)和全球移動通信系統 (GSM)帶(低和高))的蜂窩式電話。圖6示出使用RF集成電路(RFIC) 128的無線通信系統1沈。RFIC 128包括集成在單個半導體管芯120的襯底122上的作為IPD的RF帶通濾波器。例如，RF帶通濾波器可以在2. 46 — 2. 69 GHz的頻帶中操作。RFIC 1 在端子130上接收RF信號并且在不同端口 134和136上將經帶通濾波的RF信號提供給功率放大器(PA)和收發器138。PA和收發器138放大經濾波的RF信號以進行發射并且全雙工地接收RF信號，以及對所述信號進行濾波和調節以便進一步處理。在圖7中示出具有利用LC諧振器實現的集成RF帶通濾波器140的RFIC 128的更多細節。導電跡線或線圈142被纏繞以展現電感特性并且包括耦合到端口 144和端口 146 的第一和第二末端端子。在一個實施例中，端口 144是單端不平衡端口并且端口 146是接地端子。可替換地，端口 146是單端不平衡端口并且端口 144是接地端子。電容器148被耦合在端口 144和146之間。電感器142和電容器148構成第一 LC諧振器。導電跡線或線圈150被纏繞以展現電感特性并且包括耦合到平衡端口 152和端口 IM的第一和第二末端端子。中心抽頭端子156被耦合在電感器150的第一和第二端子的中間。中心抽頭端子 156是虛接地，在差分模式中沒有電流流動。電容器158被耦合在平衡端口 152和IM之間。電感器150和電容器158構成第二 LC諧振器。導電跡線或線圈160被纏繞以展現電感特性并且包括末端端子162和164。電容器166與電感器160的末端端子162和164串聯耦合。電感器160和電容器166構成第三LC諧振器。電感器160以平面分離的方式無交疊地設置在電感器142和150的周邊周圍。電感器142相對于電感器150具有不同的尺寸和/或形狀。在一個實施例中，導電跡線142 是30 — 50微米(μ m)寬并且被形成為具有Dl = 200 μ m和D2 = 400 μ m的外部尺寸的橢圓形狀。導電跡線150是30 — 50 μ m寬并且被形成為具有圓角并且具有D3 = 600 ym 和D4 = 400 μ m的外部尺寸的矩形形狀。電感器142與電感器150分開D5 = 100 ym； 電感器142與電感器160分開D6 = 50 μ m ；電感器150與電感器160具有最大間隔D7 = 100 μπι。電感器142和150也可以具有圓形、多邊形、或共形形狀(conformal shape)，用來增強品質因子以及減小管芯面積。不同尺寸的電感器142和150產生不同的端口阻抗。圖8示出具有電感器142、150、和160以及電容器148、158、和166的RF帶通濾波器140的電氣示意圖。電感器142、150、和160被纏繞以在電感器之間產生相對小的磁耦合 (例如耦合系數小于0. 2)，用于抑制帶中的高衰減。例如，電感器142、150、和160的值分別被設置成0. 46、1. 1、和2. 6納亨(nH)。電容器148、158、和166的值分別被設置成8. 5,3. 6、 和1. 7皮法(pF)。電感器142和160之間的耦合系數是CC142 — 160 = 0. 13，電感器150 和160之間的耦合系數是CC150 - 160 = 0. 13，并且電感器142和150之間的耦合系數是 CC142 - 150 = 0. 04。電感器142和160之間的耦合通過增加D6而減小，導致更窄的通帶響應，尤其是在響應的高頻邊緣處。電感器150和160之間的耦合通過減小D5而增加，并且在通帶的較低側的衰減極移動到高頻，導致更窄的帶寬，以及更高的抑制。電感器150和 160之間的耦合系數應當匹配電感器142和150之間的耦合。所述布局以中心抽頭LC諧振器150、158提供平衡操作。在另一個實施例中，在圖9中示出利用LC諧振器實現的集成RF帶通濾波器170。 導電跡線或線圈172被纏繞以展現導電特性并且包括耦合到端口 174和端口 176的第一和第二末端端子。在一個實施例中，端口 174是單端不平衡端口并且端口 176是接地端子。可替換地，端口 176是單端不平衡端口并且端口 174是接地端子。電容器178被耦合在端口 174和端口 176之間。電感器172和電容器178構成第一 LC諧振器。導電跡線或線圈180 被纏繞以展現電感特性并且包括耦合到平衡端口 182和184的第一和第二末端端子以及中心抽頭端子186。中心抽頭端子186是虛接地，在差分模式中沒有電流流動。電容器188被耦合在平衡端口 182和184之間。電感器180和電容器188構成第二 LC諧振器。導電跡線或線圈190被纏繞以展現電感特性并且包括末端端子192和194。電容器196與電感器 190的末端端子192和194串聯耦合。電感器190和電容器196構成第三LC諧振器。共面接地結構198形成在電感器190周圍以便于G-S-G探針測量。電感器190以平面分離的方式無交疊地設置在電感器172和180的周邊周圍。電感器172相對于電感器180具有不同的尺寸和/或形狀。在一個實施例中，導電跡線172 是30 — 50 μ m寬并且被形成為具有D8 = 200 μ m和D9 = 400 μ m的外部尺寸的橢圓形狀。導電跡線180是30 — 50 μ m寬并且被形成為具有圓角并且具有DlO = 600 ym和 Dll = 400 μ m的外部尺寸的矩形形狀。電感器172與電感器180分開D12 = 100 ym;電感器172與電感器180分開D13 = 50 μ m ；電感器180與電感器190具有最大間隔D14 = 100 μπι。電感器142和150也可以具有圓形、多邊形、或共形形狀，用來增強品質因子以及減小管芯面積。不同尺寸的電感器142和150產生不同的端口阻抗。圖10-12示出2. 46 一 2. 69 GHz帶通濾波器的用dB表示的S參數與用GHz表示的頻率的關系的比較波形圖。圖10是插入損耗和衰減，其中線210表示現有技術圖1的 RF帶通濾波器實施方式(相同尺寸和形狀的電感器)，線212表示圖7中的本發明實施例的 RF帶通濾波器實施方式(不同尺寸和形狀的電感器)。圖11是在更寬頻率范圍的情況下圖 10的插入損耗和衰減。線212示出與線210相比在2.46 — 2.69 GHz通帶以外的更高的衰減。例如，在2.1 GHz (WCDMA)處，與具有一 10 dB衰減的線210相比，線212具有一 25 dB衰減。同樣地，在5 GHz (WiFi高帶)處，與具有一觀dB衰減的線210相比，線212具有一 43 dB衰減。圖12是回波損耗，其中線214表示現有技術圖1的RF帶通濾波器實施方式(相同尺寸和形狀的電感器)，線216表示圖7中的本發明實施例的RF帶通濾波器實施方式(不同尺寸和形狀的電感器)。雖然已經詳細說明本發明的一個或多個實施例，但是本領域技術人員將理解的是，在不脫離由下列權利要求所闡述的本發明的范圍的情況下可以對那些實施例進行變型和修改。
1權利要求
1.一種半導體器件，包括襯底；以及形成在襯底上的帶通濾波器，所述帶通濾波器包括，(a)第一導電跡線，第一導電跡線被纏繞以展現電感特性，并且具有耦合到半導體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導體器件的第二端子的第二末端，(b)耦合在第一導電跡線的第一和第二末端之間的第一電容器，(c)第二導電跡線，第二導電跡線被纏繞以展現電感特性，并且具有耦合到半導體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導體器件的第四端子的第二末端，第二導電跡線具有與第一導電跡線不同的尺寸和形狀，(d)耦合在第二導電跡線的第一和第二末端之間的第二電容器，以及(e)圍繞第一和第二導電跡線被纏繞以展現電感特性的第三導電跡線。
2.根據權利要求1的半導體器件，進一步包括耦合在第三導電跡線的第一和第二末端之間的第三電容器。
3.根據權利要求1的半導體器件，其中第一和第二導電跡線均具有橢圓形、圓形、多邊形、或共形形狀。
4.根據權利要求1的半導體器件，其中第一和第二導電跡線具有小于0.2的耦合系數，以及第一和第三導電跡線具有小于0. 2的耦合系數，并且第二和第三導電跡線具有小于0.2的耦合系數。
5.根據權利要求1的半導體器件，進一步包括耦合在第二導電跡線的第一和第二末端中間的中心抽頭。
6.一種半導體器件，包括襯底；形成在襯底上并且被纏繞以展現電感特性的第一導電跡線，并且具有耦合到半導體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導體器件的第二端子的第二末端；形成在襯底上并且被纏繞以展現電感特性的第二導電跡線，并且具有耦合到半導體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導體器件的第四端子的第二末端，第二導電跡線具有與第一導電跡線不同的尺寸或形狀；以及第三導電跡線，第三導電跡線形成在襯底上并且圍繞第一和第二導電跡線被纏繞以展現電感特性。
7.根據權利要求6的半導體器件，進一步包括形成在襯底上并且被耦合在第一導電跡線的第一和第二末端之間的第一電容器；以及形成在襯底上并且被耦合在第二導電跡線的第一和第二末端之間的第二電容器。
8.根據權利要求7的半導體器件，進一步包括形成在襯底上并且被耦合在第三導電跡線的第一和第二末端之間的第三電容器。
9.根據權利要求6的半導體器件，其中第一和第二導電跡線均具有橢圓形、圓形、多邊形、或共形形狀。
10.根據權利要求6的半導體器件，其中第一和第二導電跡線具有小于0.2的耦合系數，以及第一和第三導電跡線具有小于0. 2的耦合系數，并且第二和第三導電跡線具有小于0.2的耦合系數。
11.根據權利要求6的半導體器件，進一步包括耦合在第二導電跡線的第一和第二末端中間的中心抽頭。
12.—種半導體器件，包括襯底；形成在襯底上的第一電感器；形成在襯底上的第二電感器，第二電感器具有與第一電感器不同的尺寸或形狀；以及形成在第一和第二電感器周圍的第三電感器。
13.根據權利要求12的半導體器件，其中第一電感器包括第一導電跡線，第一導電跡線被纏繞以展現電感特性，并且具有耦合到半導體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導體器件的第二端子的第二末端。
14.根據權利要求13的半導體器件，其中第二電感器包括第二導電跡線，第二導電跡線被纏繞以展現電感特性，并且具有耦合到半導體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導體器件的第四端子的第二末端。
15.根據權利要求14的半導體器件，其中第三電感器包括被纏繞以展現電感特性的第三導電跡線。
16.根據權利要求15的半導體器件，進一步包括形成在襯底上并且被耦合在第一導電跡線的第一和第二末端之間的第一電容器；以及形成在襯底上并且被耦合在第二導電跡線的第一和第二末端之間的第二電容器。
17.根據權利要求16的半導體器件，進一步包括形成在襯底上并且被耦合在第三導電跡線的第一和第二末端之間的第三電容器。
18.根據權利要求14的半導體器件，其中第一和第二導電跡線均具有橢圓形、圓形、多邊形、或共形形狀。
19.根據權利要求14的半導體器件，進一步包括耦合在第二導電跡線的第一和第二末端中間的中心抽頭。
20.一種形成半導體器件的方法，包括提供襯底；在襯底上形成第一導電跡線，第一導電跡線被纏繞以展現電感特性，并且具有耦合到半導體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導體器件的第二端子的第二末端；在襯底上形成第二導電跡線，第二導電跡線被纏繞以展現電感特性，并且具有耦合到半導體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導體器件的第四端子的第二末端，第二導電跡線具有與第一導電跡線不同的尺寸或形狀；以及在襯底上形成第三導電跡線，第三導電跡線圍繞第一和第二導電跡線被纏繞以展現電感特性。
21.根據權利要求20的方法，進一步包括在襯底上形成第一電容器并且將第一電容器耦合在第一導電跡線的第一和第二末端之間；以及在襯底上形成第二電容器并且將第二電容器耦合在第二導電跡線的第一和第二末端之間。
22.根據權利要求21的方法，進一步包括在襯底上形成第三電容器并且將第三電容器耦合在第三導電跡線的第一和第二末端之間。
23.根據權利要求22的方法，其中第一、第二、和第三導電跡線、以及第一、第二、和第三電容器用作帶通濾波器。
24.根據權利要求20的方法，其中第一和第二導電跡線均具有橢圓形、圓形、多邊形、 或共形形狀。
25.根據權利要求20的方法，進一步包括耦合在第二導電跡線的第一和第二末端中間的中心抽頭。
全文摘要
本發明涉及半導體器件和形成高衰減平衡帶通濾波器的方法。一種半導體器件具有襯底和形成在襯底上的帶通濾波器。所述帶通濾波器包括被纏繞以展現電感特性的第一導電跡線(具有耦合到半導體器件的第一端子的第一末端和耦合到半導體器件的第二端子的第二末端)和耦合在第一導電跡線的第一和第二末端之間的第一電容器。第二導電跡線(具有耦合到半導體器件的第三端子的第一末端和耦合到半導體器件的第四端子的第二末端)被纏繞以展現電感特性。第二導電跡線具有與第一導電跡線不同的尺寸和形狀。第二電容器被耦合在第二導電跡線的第一和第二末端之間。第三導電跡線圍繞第一和第二導電跡線被纏繞以展現電感特性。
文檔編號H01L23/64GK102208395SQ20111007822
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者R·C·弗里, 劉凱 申請人:新科金朋有限公司