具有耦合器的半导体芯片配置制造技术

本发明专利技术公开了具有耦合器的半导体芯片配置。半导体器件包括半导体衬底、初级线圈和次级线圈。耦合器的初级线圈设置在半导体衬底上方并且耦合器的次级线圈设置在半导体衬底上方邻近初级线圈。初级线圈包括耦合到第一接触端子的第一端、耦合到第二接触端子的第二端和耦合到参考节点的第一中心抽头。

【技术实现步骤摘要】
具有耦合器的半导体芯片配置
本专利技术一般地涉及半导体封装，并且更具体地涉及具有耦合器的半导体芯片配置。
技术介绍
最近，对在30GHz到300GHz的毫米波频谱的关注已大大地增加。低成本、高性能Si基技术的出现为寻求制造在毫米波频谱内运行的半导体器件的系统设计者和服务提供商打开了新的远景。这些Si基技术实现了用在吉赫兹范围或更小中操作的无线电的相同成本结构开发毫米波无线电器件。组合可用的超宽带宽，这使得毫米波频谱对于支持新类别的系统和应用比以前更有吸引力。例如，毫米波器件可以用于来自所有类型的超高速数据传输、视频分发、便携雷达、感测、检测和成像范围中的应用。然而，利用毫米波无线电频谱涉及为毫米波半导体器件设计和制造低成本、高性能无线电频率前端电路的能力。在一些情况中，为毫米波半导体器件设计和制造前端电路可能比预期的更复杂。可能需要附加的部件来提供保护以免于机械和环境风险同时仍然保持被设计成在毫米波频率运行的器件的最优信号性能。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，半导体器件包括半导体衬底、初级线圈和次级线圈。耦合器的初级线圈设置在半导体衬底上方并且耦合器的次级线圈设置在半导体衬底上方邻近初级线圈。初级线圈包括耦合到第一接触端子的第一端、耦合到第二接触端子的第二端和耦合到参考节点的第一中心抽头。根据本专利技术的替代实施例，半导体封装包括耦合器的初级线圈和次级线圈。初级线圈设置在半导体芯片内并且次级线圈设置在半导体芯片外侧的绝缘材料内。次级线圈包括耦合到参考节点的中心抽头连接。根据替代实施例，形成半导体封装的方法包括：提供半导体衬底；在半导体衬底上方的第一金属层中形成次级线圈；在次级线圈上方形成第一介电层；在第一介电层和次级线圈上方的第二金属层中形成初级线圈；在初级线圈的第一中心抽头和参考节点之间形成连接；以及形成耦合到初级线圈的接触端子。根据本专利技术的再另一实施例，呈现了用于操作半导体器件的方法。半导体器件包括半导体衬底和耦合器，耦合器包括初级线圈和次级线圈。初级线圈设置在半导体衬底上方并且次级线圈设置在半导体衬底上方邻近初级线圈。初级线圈包括耦合到第一接触端子的第一端、耦合到第二接触端子的第二端以及耦合到参考节点的第一中心抽头。把毫米波信号施加到第一和第二接触端子。从初级线圈经由次级线圈接收毫米波信号。通过设置在半导体衬底上的、耦合到次级线圈的电路来执行接收。附图说明为了更完全地理解本专利技术及其优点，现在参考与附图一起做出的后面的描述，其中：图1图示了半导体封装的示意图；图2A和2B图示了具有毫米波信号源的半导体封装的示意图；图3图示了耦合到负载的半导体封装的示意图；图4图示了耦合器的俯视图；图5图示了耦合器的透视图；图6图示了半导体封装的截面图；图7图示了半导体封装的替代实施例的示意图；图8图示了半导体封装的替代实施例的截面图；图9图示了耦合器中线圈的替代配置的透视图；图10图示了用于形成具有静电放电保护的半导体封装的过程的流程图；图11图示了用于操作半导体器件的过程的流程图；以及图12A和12B图示了半导体封装的电路示意图。在不同的图中对应的数字和符号通常指代对应的部分，除非另外指示。图被绘制以清楚地图示实施例的相关方面并且不一定按比例绘制。具体实施方式下面详细描述各个实施例的制作和使用。然而，应当意识到的是，本专利技术提供许多可应用的专利技术构思，这些专利技术构思可以体现在广泛的各种具体上下文中。论述的具体实施例仅说明制作和使用本专利技术的具体方式，并且不限制本专利技术的范围。基于在毫米波频率的无线传输的许多应用可以需要封装结构，封装结构保护封装内的部件免于机械和环境应力。例如，静电放电（ESD）事件（例如脉冲）可以损坏或损毁半导体封装内的栅极氧化物、金属化部、结、和其它部件。ESD事件可以由各种源（诸如触及集成电路的带电体、触及接地表面的带电集成电路、触及集成电路的带电机器以及各种其它源）引起。为了反对来自ESD事件的潜在损坏，目前使用的半导体封装可以包括大的箝位器件，箝位器件限制接触端子处的信号的电压摆动。然而，在高速和无线电频率（RF）应用中，ESD保护电路的寄生电容可以降级高频信号。此外，ESD保护器件的添加增加系统的成本和复杂性。用于ESD保护的目前使用的方法在不同频率不同地运转。例如，用于低频器件的ESD保护器件可以提供可以是可接受的信号损失。然而在高频（诸如毫米波频率），由这样的器件所涉及的信号损失可以降级电路的性能。在实施例中，毫米波半导体器件包括耦合器，在耦合器中初级线圈具有耦合到低阻抗节点（诸如地节点）的中心抽头。在一些实施例中，中心抽头是可以对其进行接触的线圈的共模区段。在中心抽头处的低阻抗节点在低频为ESD脉冲提供共模/低阻抗路径，而在高频当纯差分信号施加在初级线圈的两端之间时允许无信号衰减。将使用图1描述半导体封装的示意布局。将使用图2、3、4、7和12描述替代布局。将使用图4-6、8和9描述半导体封装的结构实施例。将使用图10和11描述形成和操作半导体封装的方法。参照图1，半导体封装10包括半导体芯片12，半导体芯片12包括用于发射器或接收器的前端电路14。在这些示例中，前端电路14通过耦合器18耦合到天线16。前端电路14可以被配置成操作在大约30GHz到大约300GHz之间的毫米波频率，而且可以被配置成也操作在更低或更高频率。在这个描绘的示例中，耦合器18包括初级线圈20和次级线圈22，其是半导体芯片12的两部分。天线16可以是半导体封装10的部分或可以是通过印刷电路板耦合到半导体封装10的单独单元。应当理解的是，对于本文中描述的所有实施例，耦合器18的初级线圈20和次级线圈22可以被磁耦合和/或静电耦合。另外，在一些实施例中，耦合器18可以用作变压器，其中初级线圈20磁耦合到次级线圈22。半导体封装10具有耦合到天线16的输入/输出。如将被更详细地描述的，本专利技术的实施例可以应用到各种接收器和发射器封装中芯片毫米波设计。在各个实施例中，前端电路14可以包括耦合到耦合器18的次级线圈22的电路28。电路28例如可以包括接收器电路、发射器电路、收发器电路或其它电路类型。在描绘的实施例中，电路28是使用MOSFET差分放大器实施的发射器。MOSFET差分对包括耦合到公共源节点的第一晶体管M1和对应的第二晶体管M2。MOSFET差分对具有由此形成差分输入的第一输入电压节点Vin1和第二输入电压节点Vin2以及由此形成差分输出的第一输出电压节点Vout1和第二输出电压节点Vout2。因此，最大和最小电压电平被很好地限定并且独立于输入共模电压。在各个实施例中，针对第一晶体管M1和第二晶体管M2的器件参数是相同的。晶体管被使用共模电流源29偏置，并且通过电阻器偏置到供应电压VDD。当然，在前端电路14中可以存在部件的其它配置。例如，前端电路14可以包括附加电路，诸如接收器电路、频率生成电路、基带电路和其它适合的部件。在一些实施例中，前端电路14可以包括可以把信号转换到基带或从基带转换信号的频率转换电路。初级线圈20包括第一端和第二端。第一端耦合到第一接触端子21而第二端耦合到第二接触端子23。第一接触端子21和第二接触端子23可以被配置成使得这些接触端子由耦合到参考节点的第一中心抽头24保护而免于E本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：半导体衬底；耦合器的初级线圈，设置在所述半导体衬底上方，其中所述初级线圈包括耦合到第一接触端子的第一端、耦合到第二接触端子的第二端和耦合到参考节点的第一中心抽头；以及耦合器的次级线圈，设置在所述半导体衬底上方邻近初级线圈。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 13/8389801.一种半导体器件，包括：半导体衬底；耦合器的初级线圈，设置在所述半导体衬底上方，其中所述初级线圈包括耦合到第一接触端子的第一端、耦合到第二接触端子的第二端和耦合到参考节点的第一中心抽头；以及耦合器的次级线圈，设置在所述半导体衬底上方邻近初级线圈，其中所述次级线圈包括第二中心抽头，并且偏置电路耦合到所述第二中心抽头。2.根据权利要求1的半导体器件，其中所述初级线圈设置在所述次级线圈上方。3.根据权利要求1的半导体器件，其中第一和第二接触端子被配置成经由第一中心抽头耦合到信号路径，信号路径耦合到参考节点。4.根据权利要求1的半导体器件，其中所述初级线圈设置在第一金属层上并且所述次级线圈设置在第二金属层上。5.根据权利要求4的半导体器件，进一步包括设置在第三金属层上的参考平面，其中：所述参考平面围绕所述初级线圈和所述次级线圈；以及所述参考平面耦合到所述参考节点。6.根据权利要求5的半导体器件，其中所述参考节点被配置成耦合到地。7.根据权利要求1的半导体器件，进一步包括耦合到所述次级线圈的第一端和第二端的电路。8.根据权利要求1的半导体器件，进一步包括：第一电路，耦合到所述次级线圈的第一端和第二端。9.根据权利要求8的半导体器件，其中所述第一电路被配置成操作在毫米波频率。10.根据权利要求9的半导体器件，进一步包括毫米波信号源，所述毫米波信号源耦合到第一和第二接触端子。11.根据权利要求9的半导体器件，其中初级线圈的电感以及第一和第二接触端子的电容在所述第一电路的通带内的频率形成并联谐振。12.根据权利要求1的半导体器件，其中所述初级线圈和所述次级线圈中的至少一个是多匝线圈。13.根据权利要求1的半导体器件，其中所述初级线圈磁耦合到所述次级线圈。14.根据权利要求1的半导体器件，其中所述耦合器包括变压器。15.一种半导体封装，包括：耦合器的次级线圈，设置在半导体芯片内；以及耦合器的初级线圈，设置在半导体芯片外侧的绝缘材料内，设置在半导体芯片内的、耦合到所述次级线圈的电路，其中所述初级线圈包括耦合到参考节点的第一中心抽头连接，其中所述次级线圈包括第二中心抽头连接，所述第二中心抽头连接耦合到设置在所述半导体芯片内的所述电路的偏置电路。16.根据权利要求15的半导体封装，其中所述参考节点包括地节点。17.根据权利要求15的半导体封装，其中所述初级线圈设置在再分配层中，所述再分...

【专利技术属性】
技术研发人员：G萨波内，S特罗塔，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE