TW201801360A - 用於耦合器線性改良及重組態的可調主動矽 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種電磁耦合器，其包括一操作晶圓，該操作晶圓具有經安置於其一第一表面上之一氧化物層。一主動半導體層係安置於該氧化物層上，且包括用以接收一供電電壓之一電壓端。一介電材料層係安置於該主動半導體層上。一主傳輸線係安置於該介電材料層上。一耦合傳輸線係安置於該主動半導體層上，且為經電感耦合至該主傳輸線與經電容耦合至該主傳輸線中之一者。該主傳輸線及該耦合傳輸線中之一者的至少一部分係安置於該主動半導體層的至少一部分正上方。

Description

用於耦合器線性改良及重組態的可調主動矽
諸如射頻(RF)耦合器之電磁耦合器用於多種應用中以擷取用於量測、監測或其他用途之信號。舉例來說，RF耦合器可包括於RF源與負載(諸如天線)之間的信號路徑中以提供對自RF源行進至負載之RF信號之前向RF功率的指示及/或對自負載反射回之反向RF功率的指示。RF耦合器通常具有功率輸入埠、功率輸出埠、耦合埠及絕緣埠。當將終端阻抗呈現至絕緣埠時，在耦合埠處提供對自功率輸入埠行進至功率輸出埠之前向RF功率的指示。當將終端阻抗呈現至耦合埠時，在絕緣埠處提供對自功率輸出埠行進至功率輸入埠之反向RF功率的指示。終端阻抗通常係由多種習知RF耦合器中之50歐姆分路電阻器實施。 圖1為說明如可用於諸如行動電話之通信裝置中(例如)以傳輸RF信號之RF「前端」子系統10的典型配置之實例的方塊圖。功率放大器11向輸入至子系統之RF信號提供增益，從而產生經放大RF信號。濾波器12用於自經放大RF信號濾出非所需頻率。RF耦合器13用於自行進於濾波器12與天線14之間的RF信號擷取功率之一部分。天線14傳輸RF信號。
各態樣及實施例係關於電子系統且尤其係關於電磁(EM)耦合器。 根據一個態樣，提供一種電磁耦合器。該電磁耦合器包含：操作晶圓，其包括安置於其第一表面上之氧化物層；主動半導體層，其安置於氧化物層上且包括用以接收供電電壓之電壓端；介電材料層，其安置於主動半導體層上；主傳輸線，其安置於介電材料層上；及耦合傳輸線，其安置於介電材料層上。耦合傳輸線為電感耦合至主傳輸線與電容耦合至主傳輸線中之一者。主傳輸線及耦合傳輸線中之一者的至少一部分安置於主動半導體層的至少一部分正上方。 在一些實施例中，該電磁耦合器進一步包含安置於主傳輸線與耦合傳輸線中之一者上方及主傳輸線與耦合傳輸線中之另一者下方的第二介電材料層。 在一些實施例中，主動半導體層包含N型矽及P型矽中之一者。 在一些實施例中，電壓端經定位至主傳輸線及耦合傳輸線之單側。 在一些實施例中，電壓端包圍主傳輸線及耦合傳輸線之部分的下方的區域。 在一些實施例中，主動半導體層安置在主傳輸線之一部分下方但不在耦合傳輸線下方。 在一些實施例中，主動半導體層安置在耦合傳輸線之一部分下方但不在主傳輸線下方。 在一些實施例中，主動半導體層包括安置在耦合傳輸線之一部分下方的第一部分及與第一部分電絕緣且安置在主傳輸線之一部分下方的第二部分。在一些實施例中，該電磁耦合器包括與主動半導體層之第一部分電連通的第一電壓端及與主動半導體層之第二部分電連通的第二電壓端。 在一些實施例中，主動半導體層包括彼此電絕緣的複數個部分，該複數個部分中之每一者安置在主傳輸線與耦合傳輸線之不同各別部分下方。 在一些實施例中，主動半導體層之該複數個部分中之每一者包括各別電壓端。 在一些實施例中，電壓端包括第一部分及第二部分，該第一部分在與穿過主傳輸線及耦合傳輸線中之一者的預期信號流之方向垂直的方向上安置於主傳輸線及耦合傳輸線下方自主傳輸線及耦合傳輸線之第一側側向定位的位置處，該第二部分在與穿過主傳輸線及耦合傳輸線中之一者的預期信號流之方向垂直的第二方向上安置於主傳輸線及耦合傳輸線下方自主傳輸線及耦合傳輸線之第二側側向定位的位置處。 在一些實施例中，電壓端包括第一部分及第二部分，該第一部分在與穿過主傳輸線及耦合傳輸線中之一者的預期信號流之方向平行的方向上安置於主傳輸線及耦合傳輸線下方自主傳輸線及耦合傳輸線之第一側側向安置的位置處，該第二部分在與穿過主傳輸線及耦合傳輸線中之一者的預期信號流之方向平行的第二方向上安置於主傳輸線及耦合傳輸線下方自主傳輸線及耦合傳輸線之第二側側向安置的位置處。 在一些實施例中，主動半導體層包括沿與穿過主傳輸線及耦合傳輸線中之一者的預期信號流之方向垂直的方向變化的摻雜濃度。 在一些實施例中，主動半導體層包括沿穿過主傳輸線及耦合傳輸線中之一者的預期信號流之方向平行的方向變化的摻雜濃度。 根據另一態樣，提供一種封裝模組。該封裝模組包含電磁耦合器總成。電磁耦合器總成包括：絕緣體上矽(SOI)晶圓，其包括操作晶圓，該操作晶圓具有安置於其第一表面上的氧化物層；主動半導體層，其安置於氧化物層上；電壓端，其安置於主動半導體層上用以接收供電電壓；介電材料層，其安置於主動半導體層上；主傳輸線，其安置於介電材料層上；及耦合傳輸線，其安置於介電材料層上且經組態以回應於主傳輸線上所接收的輸入信號的接收而在耦合線上提供耦合信號，主傳輸線及耦合傳輸線中之一者的至少一部分安置於主動半導體層之至少一部分上方。根據另一態樣，提供一種電子裝置，其包括封裝模組。根據另一態樣，提供無線通信裝置，其包括封裝模組。 在一些實施例中，相較於在缺乏供電電壓至主動半導體層的施加的情況下電磁耦合器中的基板效應之量值，供電電壓至主動半導體層之施加減小電磁耦合器中的基板效應之量值。 根據另一態樣，提供一種電磁耦合器總成。該電磁耦合器總成包含：操作晶圓，其包括安置於其第一表面上的氧化物層；主動半導體層，其安置於氧化物層之至少一部分上；介電層，其安置於主動半導體層上；及耦合器，其安置於介電層上，該主動半導體層包括用以接收供電電壓之電壓端，該主動半導體層至少部分在耦合器下方延伸以基於供電電壓之施加使操作晶圓與耦合器電絕緣。 根據另一態樣，提供一種製造電磁耦合器總成之方法。該方法包含：在絕緣體上矽(SOI)晶圓之主動半導體之上表面上沈積介電材料層，該絕緣體上矽晶圓包括主動半導體層、安置於主動半導體層下方之內埋氧化物層及安置於內埋氧化物層下方之操作晶圓；形成與主動半導體層之電接頭；在介電材料層上方形成主傳輸線；及在介電材料層上方形成耦合傳輸線，該耦合傳輸線經配置以回應於主傳輸線上所接收之輸入信號的接收而在耦合傳輸線上提供耦合信號，主傳輸線及耦合傳輸線中之一者之至少一部分形成於主動半導體層之至少一部分上方。 在一些實施例中，主傳輸線及耦合傳輸線兩者經形成與介電材料層之上表面接觸。 在一些實施例中，該方法進一步包含：與介電材料層之上表面接觸形成主傳輸線及耦合傳輸線中之一者，於介電材料層上形成第二介電材料層，及在第二介電材料層之上表面上形成主傳輸線及耦合傳輸線中之另一者。 在一些實施例中，主傳輸線及耦合傳輸線中之一者形成於主動半導體層之至少一部分上方，且主傳輸線及耦合傳輸線中之另一者並不形成於主動半導體層之至少一部分上方。 在一些實施例中，主傳輸線及耦合傳輸線兩者形成於主動半導體層之至少一部分上方。 在一些實施例中，該方法進一步包含至少移除操作晶圓之下部分。 下文詳細論述另外的其他態樣、實施例及此等例示性態樣及實施例之優點。本文中所揭示之實施例可以與本文中所揭示之原理中之至少一者一致的任何方式而與其他實施例組合，且對「一實施例」、「一些實施例」、「一替代實施例」、「各種實施例」、「一個實施例」或其類似者之參考未必互斥，且意欲指示所描述之特定特徵、結構或特性可包括於至少一個實施例中。本文中之此等類術語之出現未必全部係指同一實施例。
本文所揭示之態樣及實施例包括用於減少電磁(EM)耦合器中之基板誘發非線性的系統和方法，及包括此等系統的設備。 EM耦合器(在本文中簡稱為「耦合器」)可係形成於(例如)矽(Si)操作晶圓基板或絕緣體上矽(SOI)操作晶圓基板上，從而使用兩個傳輸線(主線及耦合線)來產生電容及電感耦合效應。耦合器中的基板效應可包括來自耦合器傳輸線於操作晶圓基板之間之電容的電容效應，及歸因於在操作晶圓基板中流動之所誘發電感電流的電感效應(有時被稱作「鏡像效應」)。在矽操作晶圓基板中流動之所誘發電感電流可以諧波（例如，但不限於二階(2fo)諧波(穿過耦合器傳輸線之信號的第二諧波)的形式來產生非線性。SOI基板中之內埋氧化物為絕緣體，其幫助使矽基板操作晶圓與耦合器線絕緣，從而減少基板效應，但不完全消除基板效應。 耦合器通常包括攜載(例如) RF信號的主線，及用於獲得對行進穿過主線之信號之特性的指示的耦合線。耦合器中的主線及耦合線可係(例如)如圖2A至圖2D中所示以各種方式配置，以提供不同各別程度之電容及電感耦合。應瞭解，本文所揭示之實施例中之任一者中的主線及耦合線或其部分可在平行於晶粒(該主線及耦合線或其部分包括在該晶粒中)之表面的平面中相互替換，及/或可在垂直於晶粒(該主線及耦合線或其部分包括在該晶粒中)之表面的平面中相互替換，且可形成任一平面或三維耦合器。圖2B及本文所揭示之其他實施例中所說明之捲曲主線及耦合線的各種部分可如(例如)圖2C中所展示在層堆疊的不同層上或在晶粒(該等部分包括在該晶粒中)之介電層堆疊的不同介電層之間。圖2B及本文所揭示之其他實施例中所說明之主線及耦合之線圈可繞垂直於晶粒(該等線圈包括在該晶粒中)之表面的軸線捲曲、可繞平行於晶粒(該等線圈包括在該晶粒中)之表面的軸線捲曲、可繞相對於晶粒(該等線圈包括在該晶粒中)之表面成角的軸線捲曲或其組合。此外，儘管在本文中描述為主線及耦合線，但形成主線及耦合線之金屬結構不必為線性的，而是可具有非線性形狀。 圖3A中一般在100處示出使得能夠減少耦合器中之基板效應的結構。包括主線110及耦合線115的耦合器105係安置於第一介電層120上，且與其接觸。主線110及耦合線115可包含包括(例如)鋁、銅或其他金屬的金屬或金屬合金，或此項技術中已知之非金屬導體，或者由以上各者所構成。介電層120可包含(例如)二氧化矽、氮化矽，或此項技術中已知之其他介電質，或由以上各者所構成。介電層120係安置於主動層125上且與其接觸。主動層125在圖3A中經示出為包含N型矽，但在其他實施例中可為此項技術中已知之任何形式之半導體或半導體的組合。接頭130 (在本文中亦被稱作「電壓端」)經提供與主動層125電通信且實體接觸。接頭130允許將電壓V1自外部電壓源(未展示)施加至主動層125。接頭130可包含(例如)鋁、銅或此項技術中已知之適合於電接頭的其他材料，且可在接頭130的剩餘部分與主動層125之間的界面處包括為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、氧化銦、氮化鎢或此項技術中已知的其他擴散障壁，及/或黏著層材料的擴散障壁及/或黏著層132。內埋介電層135 (例如內埋二氧化矽層)係安置於主動層125下方且與其接觸。操作或承載晶圓140係安置於內埋介電層135下方且與其接觸。在一些實施例中，操作晶圓140經輕微摻雜或包含純質半導體，且因此為高度電阻性的，電阻率為(例如)約1 kΩ-cm或以上。主動層125、內埋介電層135及操作晶圓140之組合可統稱為SOI基板或SOI晶圓。在一些實施例中，操作晶圓140可在處理期間，(例如)藉由背面研磨來薄化或磨光。 與內埋介電層135組合的主動層125可被用以自操作晶圓140電屏蔽耦合器105，以減少或消除歸因於操作晶圓140之存在而顯現於耦合器105中的基板效應。在使用中，當向主動層125施加負電壓V1時，主動層125變得更導電，且類似於接地平面而起作用以自操作晶圓140電屏蔽耦合器105或以提高耦合器105自操作晶圓140之電屏蔽的程度。在不受特定理論限制的情況下，咸信將負電壓施加至主動層125的N型矽提高了主動層125中自由電子的濃度，因此提高主動層125的導電性。相較於缺乏施加至主動層125之電壓V1的情況下耦合器105的效能，藉由改良耦合器的線性，舉例而言，藉由減少歸因於操作晶圓140中流動之所誘發電流的第二諧波產生，負電壓V1至主動層125的施加提高了耦合器105的效能。 在圖3B中示出圖3A中所示之具有層堆疊之耦合器結構之實施例的平面視圖。第一介電層120在此圖式中係安置於主動層125之頂部上標記為120、125的區域中。圖3A中所示之視圖為沿圖3B中所示之線3A的視圖。 圖4A示出一般在100'處所指示之實例結構，該實例結構使得能夠減少將P型矽用作主動層125之耦合器中的基板效應。當所施加電壓V1為正時，主動層的導電性被提高，且相較於在缺乏施加至主動層125之電壓V1的情況下耦合器105的效能，耦合器105的效能被提高。亦如圖4A中所示，在一些實施例中，主動層125可係安置於主線110下方，但不必在耦合線115下方。 在圖4B中示出圖4A中所示的具有層堆疊之耦合器結構之實施例的平面視圖。第一介電層120在此圖式中安置於主動層125之頂部上標記為120、125之區域中。圖4A中所示之視圖為沿圖4B中所示之線4A的視圖。 代替接地平面，可經電偏壓以使得能夠自操作晶圓140屏蔽耦合器105的主動層125之使用可提供各種優點。在一些實施例中，主動層125在耦合器105中提供比接地平面低之插入損耗。接地平面效應為永久性的且其存在提高耦合器之接地寄生效應，因此具有較高插入損耗。主動層125之使用及其可調整偏壓允許將主動層125可選地用作接地平面。當不施加偏壓時(例如，0V/短路或浮動)，將不存在自耦合器至高度導電主動層125 (其特性類似接地平面)之外加寄生效應，從而具有較低插入損耗。又，將主動層125偏置至不同電壓的能力允許吾人(例如)藉由改變耦合器105之電感及電容特性來定製耦合器105之效能，從而在不同頻率下改變耦合器105之耦合係數及/或耦合器105之方向性。在一些實施例中，將施加電壓V1之量值或絕對值提高(當主動層125為N型時提高至更低負電壓，或當主動層125為P型時提高至更高正電壓)可減小耦合器105之耦合係數。 在另一實施例中，額外介電層可提供於耦合器105之主線110或耦合線115下方。舉例而言，如圖5A中一般在200處所示，提供於主線110下方及耦合線115上方(或反之亦然)之介電層205可提供用於主線110或耦合線115中之一者以穿過主線110或耦合線115中之另一者上方或下方以產生(例如)如圖2B中所示之組態。介電層205可包含與第一介電層120相同的一或多種材料或由該或該等材料構成，或者包含不同的一或多種材料或由該或該等材料構成。 在圖5B中示出圖5A中所示之具有層堆疊之耦合器結構之實施例的平面視圖。自此圖式省略第一介電層120以示出主動層125及介電層205相對於主線110及耦合線115的位置。在圖5B中，以虛線示出耦合線115以指示其在介電層205下方。圖5A中所示之視圖為沿圖5B中所示之線5A之視圖。 在另一實施例中，圖5C中一般在201處所示，介電層205基本上或完全與第一介電層120共同延伸。在圖5D中示出圖5C中所示之具有層堆疊之耦合器結構之實施例的平面視圖。並未在圖5D中單獨地示出第一介電層120，此係因為其在標記為205、120之區域中與介電層205共同延伸且安置於介電層205下方。在圖5D中，以虛線示出耦合線115以指示其在介電層205下方。圖5C中所示之視圖為沿圖5D中所示之線5C之視圖。 替代地，如圖5E中一般在202處所示，介電層205具有延伸超過第一介電層120之一或多個邊界的一或多個邊界。在圖5F中示出圖5E中所示之具有層堆疊之耦合器結構之實施例的平面視圖。在圖5F中，以虛線示出耦合線115以指示其在介電層205下方。圖5E中所示之視圖為沿圖5F中所示之線5E之視圖。 在另一實施例中，圖5G中一般在203處所示，介電層205及第一介電層120中之一或兩者可沈積於接頭130上方。導孔132可經蝕刻穿過介電層205及第一介電層120中之一或兩者以使得可製得至接頭130之電接觸。可在導孔132之蝕刻之前或之後沈積接頭130。在圖5H中示出圖5G中所示之具有層堆疊之耦合器結構之實施例的平面視圖。在圖5H中，以虛線示出耦合線115以指示其在介電層205下方。圖5G中所示之視圖為沿圖5H中所示之線5G之視圖。 應瞭解，在本文所揭示之耦合器結構之實施例中之任一者中，主線110及耦合線115不必具有相似尺寸，舉例而言，寬度或厚度。在各種實施例中，主線110可比耦合線115薄、粗、寬或窄。圖5I示出一般在204處所指示之實施例，其中主線110比耦合線115寬且薄。圖5I亦示出耦合線115可至少部分或整體安置於主線110上方。如所展示，耦合線115可安置於主線110正上方。在其他實施例中，主線110可至少部分或整體(居中或不居中)安置於耦合線115上方。圖5J中示出圖5I中所示之具有層堆疊之耦合器結構之實施例的平面視圖。在圖5J中，以虛線示出耦合線115以指示其在介電層205下方。圖5I中所示之視圖為沿圖5J中所示之線5I之視圖。 亦應瞭解，在本文所揭示之耦合器結構之實施例中之任一者中，主線110及耦合線115不必如圖4B、圖5B、圖5D、圖5F、圖5H及圖5J中所示為直線，而可如圖2B及圖2C中分別所示經形成為線圈或垛齊部分。 在一些實施例中，耦合器105為雙向耦合器。在各種實施例中，主動層125可提供在整個耦合器105下面、僅在耦合器105之主線110下方、僅在耦合器之耦合線115下方或部分在主線110、耦合線115或兩者下方。在一些實施例中，主動層125可為正方形或矩形或經圖案化為網格或梳狀結構。主動層125中之摻雜位準可經選擇以控制待施加以在耦合器105之不同部分中產生對基板效應之所要遏止的最佳電壓V1。接頭130可位於與圖3至圖5J中所示不同的位置或在距耦合器105不同距離處，且可在不同實施例中具有不同形狀。舉例而言，接頭130可呈點接頭、圓盤、線、正方形或矩形或另一多邊形的形式。在一些實施例中，耦合器105之設計可指示接頭130之所要位置或組態。 圖6示出其中接頭130在耦合器105之一側上呈線之形式的實施例。圖7示出其中接頭130包圍主動層125上耦合器105下方之區域的實施例。圖8A及圖8B示出其中主動層125形成於主線110下方而不在耦合線115下方且接頭130呈線之形式的實施例。圖8B為沿線8B所截取之圖8A之橫截面視圖。圖9A及圖9B示出其中主動層125形成於耦合線115下方但不在主線110下方且接頭130呈線之形式的實施例，其中圖9B為沿線9B所截取之圖9A之橫截面視圖。 圖10示出其中主動區經圖案化至分別安置於主線110及耦合線115下方之兩個單獨的主動區125A、125B中的實施例。每一主動區125A、125具有在圖10中以線之形式所示的相關聯接頭130A、130B。電壓V2、V3可施加至各別接頭130A、130B。電壓V2、V3可相同或不同。 圖11A示出其中主動區經圖案化至安置於主線110及耦合線115之不同部分下方的複數個單獨主動區125C、125D、125E、125F、125G中的實施例。單獨主動區125C、125D、125E、125F、125G中之每一者安置於主線110及耦合線115兩者之一部分下方。主動區125C、125D、125E、125F、125G具有相關聯接頭130C、130D、130E、130F、130G。電壓V3、V4、V5、V6及V7可施加至各別接頭130C、130D、130E、130F、130G。電壓V3、V4、V5、V6及V7中之任一者或多者可與電壓V3、V4、V5、V6及V7中之任一或多個其他者相同或不同。在圖11A之實施例的變體中，如圖11B中所示，主動區可形成梳狀結構，其中主動區125C、125D、125E、125F、125G藉由具有單一接頭130之一或多個匯流條125H連接。 在其他實施例中，主動層125中之摻雜位準或摻雜劑濃度及/或經由一或多個接頭施加至主動層125的偏壓可跨主動層125變化且跨主動層125產生偏壓梯度效應。如圖12中所示，主動層125之摻雜位準可在垂直於穿過主線110及/或耦合線115之信號傳播之方向的方向上變化。相較於施加至主線110及/或耦合線115之第二側上之接頭130I的電壓V9，不同之電壓V8可施加至主線110及/或耦合線115之第一側上之接頭130H，以於主動層125中在垂直於穿過主線110及/或耦合線115之信號傳播之方向的方向上產生偏壓梯度。 如圖13中所示，在另一實例中，主動層125之摻雜位準可在平行於穿過主線110及/或耦合線115之信號傳播之方向的方向上變化。相較於施加至主線110及/或耦合線115之第二側上之接頭130K的電壓V11，不同之電壓V10可施加至主線110及/或耦合線115之第一側上的接頭130J，以於主動層125中在平行於穿過主線110及/或耦合線115之信號傳播之方向的方向上產生偏壓梯度。圖12及圖13中之摻雜位準經說明為跨主動層125隨著距離單調地改變，然而，應瞭解，在其他實施例中，摻雜位準可跨主動層125視需要隨著距離以對數、階梯函數或其他方式改變。 儘管圖6至圖13中未展示，應理解，在此等實施例中，適當絕緣體或介電層(例如圖3至圖5J中所示之第一介電層120及/或圖5A至圖5J中所示之介電層205)使主線110及耦合線115彼此電絕緣、使主線110及耦合線115之重疊部分彼此電絕緣且使主線110及耦合線115與接頭130及主動層125電絕緣。 對類似於圖3A及圖3B中所示之耦合器執行測試，以測定在700 MHz下負電壓偏壓至主動層125之施加對二階(2fo)諧波之影響。在經測試裝置中，主線110及耦合線115由具有約3 µm之厚度的銅形成。主線110及耦合線115下方之氧化物層具有約5 µm之厚度。N型主動矽層具有約0.14 µm之厚度。內埋氧化物層具有約1 µm之厚度。操作晶圓具有約200 µm之厚度。在圖17中示出此測試之結果。如可見，二階諧波之量值隨增加之負偏壓而降低，自零伏之偏壓下的-98.9 dBm降低至負五伏之偏壓下的-101.1 dBm。隨著將負偏壓提高至負10伏，二階諧波之量值開始提高。在主動層125經偏壓至負五伏之情況下的二階諧波之量值比當主動層125左浮動或短接至地面時所觀察到的量值低。此等結果展示，在如本文中所揭示之耦合器結構中適當電壓偏壓至主動層之施加可有效地減少基板效應且提高耦合器之效能。 本文中所描述之耦合器100之實施例可實施於中多種不同模組中，包括(例如)獨立耦合器模組、前端模組組合耦合器與天線切換網路之模組、阻抗匹配模組、天線調諧模組或類似者。圖14示出模組300之一個實例，其可包括本文中論述之耦合器之實施例或實例中之任一者。模組300具有經組態以接納複數個組件之封裝基板302。在一些實施例中，此類組件可包括具有如本文中所描述之一或多個特徵的晶粒200。舉例而言，晶粒200可包括功率放大器(PA)電路202及耦合器100。複數個連接襯墊304可促進基板302上的連接襯墊310之電連接(諸如，線結合308)，以促進將各種功率及信號傳遞至晶粒200且自晶粒200傳遞各種功率及信號。 在一些實施例中，其他組件可安裝或形成於封裝基板302上。舉例而言，可實施一或多個表面黏著裝置(SMT) 314及一或多個匹配網路312。在一些實施例中，封裝基板302可包括層合基板。 在一些實施例中，模組300亦可包括一或多個封裝結構以(例如)提供保護且促進對模組300之較容易處置。此封裝結構可包括包覆模製件，其形成於封裝基板302上方且經設定尺寸以基本上囊封基板上之各種電路及組件。 將理解，儘管在基於線結合之電連接之上下文中描述模組300，但本發明之一或多個特徵亦可實施於其他封裝組態中，包括覆晶組態。 本文所揭示之耦合器之實施例(視情況封裝至模組300中)可有利地用於多種電子裝置中。電子裝置之實例可包括(但不限於)消費型電子產品、消費型電子產品之部分、電子測試裝備、蜂巢式通信基礎架構(諸如基地台)等。電子裝置之實例可包括(但不限於)諸如智慧型手機之行動電話、電話、電視、電腦監視器、電腦、數據機、手持型電腦、膝上型電腦、平板電腦、電子書閱讀器、諸如智慧型手錶之可穿戴式電腦、個人數位助理(PDA)、微波、冰箱、汽車、立體聲系統、DVD播放器、CD播放器、諸如MP3播放器之數位音樂播放器、收音機、攝錄影機、攝影機、數位相機、攜帶型記憶體晶片、健保監視裝置、諸如汽車電子系統或航空電子系統之車輛電子系統、洗滌機、乾燥器、洗滌機/乾燥器、周邊裝置、腕錶、時鐘等。此外，電子裝置可包括未完成之產品。 圖15為包括根據某些實施例之耦合器的無線裝置400之方塊圖。無線裝置400可為蜂巢式電話、智慧型手機、平板電腦、數據機、通信網路或經組態以用於語音及/或資料通信之任何其他攜帶型或非攜帶型裝置。無線裝置400包括接收且傳輸功率信號之天線440以及可量測所傳輸信號之強度且向其他電路元件提供對所量測強度之指示以用於分析目的或以調整後續傳輸的耦合器100。舉例而言，耦合器100可量測來自功率放大器(PA) 410之經傳輸RF功率信號，功率放大器410放大來自收發器402之信號。收發器402可經組態以按已知方式接收及傳輸信號。如熟習此項技術者將瞭解，功率放大器410可為包括一或多個功率放大器之功率放大器模組。無線裝置400可進一步包括用以將操作功率提供至無線裝置中之各種電子組件的電池404。 圖16為無線裝置400之實例的較詳細方塊圖。如所展示，無線裝置400可自天線440接收且傳輸信號。收發器402經組態以產生用於傳輸之信號及/或處理所接收信號。經產生以用於傳輸之信號由功率放大器(PA) 418接收，功率放大器418放大來自收發器402之所產生信號。 在一些實施例中，傳輸及接收功能性可實施於單獨組件(例如，傳輸模組及接收模組)中，或實施於同一模組中。天線切換模組406可經組態以在與不同頻帶及/或模式、傳輸及接收模式等之間切換。亦如16中所展示，天線440經由天線切換模組406接收提供至收發器402之信號，且亦經由收發器402、PA 418、耦合器100及天線切換模組406傳輸來自無線裝置400的信號。然而，在其他實例中可使用多個天線。 圖16之無線裝置400進一步包括經連接至收發器402之功率管理系統408，功率管理系統408管理用於無線裝置之操作的功率。功率管理系統408亦可控制無線裝置400之基頻子系統410及其他組件的操作。例如，功率管理系統408經由電池404以已知方式向無線裝置400提供功率，且包括可控制信號的傳輸，且亦可基於所傳輸之信號的頻率來組態耦合器100的一或多個處理器或控制器。 在一個實施例中，基頻子系統410經連接至使用者介面412，以促進提供至使用者及自使用者接收之語音及/或資料的各種輸入及輸出。基頻子系統410亦可經連接至經組態以儲存資料及/或指令之記憶體414，以促進無線裝置的操作，及/或提供對用於使用者之資訊的儲存。 功率放大器418可用於放大廣泛多種RF或其他頻帶傳輸信號。舉例而言，功率放大器418可接收可用以加脈衝於功率放大器的輸出，以輔助傳輸無線區域網路(WLAN)信號或任何其他合適脈衝式信號的啟用信號。功率放大器418可經組態以放大多種類型之信號中的任一者，包括(例如)全球行動系統(GSM)信號、分碼多重存取(CDMA)信號、W-CDMA信號、長期演進(LTE)信號或EDGE信號。在某些實施例中，可使用(例如) pHEMT或BiFET電晶體，將功率放大器110以及包括開關及其類似者之相關聯組件製造於GaAs基板上，或使用CMOS電晶體，將功率放大器110以及包括開關及其類似者之相關聯組件製造於矽基板上。 仍參看圖16，無線裝置400亦可包括具有一或多個方向性EM耦合器的耦合器100，該一或多個方向性EM耦合器用於量測來自功率放大器418之經傳輸功率信號，且用於將一或多個耦合信號提供至感測器模組416。圖16中所示的耦合器100可為上文參考圖1至圖13描述之耦合器100、100'、200等中的任一者。感測器模組416又可將資訊作為回饋發送至收發器402，及/或直接地發送至功率放大器418，以作出調節功率放大器418之功率位準的調整。以此方式，耦合器100可被用於增加/減少具有相對低/高功率之傳輸信號的功率。然而，應瞭解，耦合器100可被用於多種其他實施中。 在其中無線裝置400為具有分時多重存取(TDMA)架構之行動電話的某些實施例中，耦合器100可有利地管理來自功率放大器418之RF傳輸功率信號的放大。在具有分時多重存取(TDMA)架構(諸如，在全球行動通信系統(GSM)、分碼多重存取(CDMA)及寬頻分碼多重存取(W-CDMA)系統中發現之彼等者)的行動電話中，功率放大器418可被用於在功率相對於時間之指定限制內，使功率包絡向上及向下移位。舉例而言，可針對特定頻道之傳輸時間槽，指派特定行動電話。在此情況下，功率放大器418可用於隨時間推移來輔助調節一或多個RF功率信號的功率位準，以便防止在經指派接收時間槽期間，對傳輸之信號干擾，且減少功率消耗。在此類系統中，耦合器100可用於量測功率放大器輸出信號的功率，以輔助控制功率放大器418，如上文所論述。展示於圖16中之實施為例示性且非限制性的。舉例而言，圖16之實施示出結合RF信號之傳輸使用的耦合器100，然而，應瞭解，本文中論述之整合式濾波器-耦合器之各種實例亦可用於所接收RF或其他信號。 本文中所使用之措詞及術語係出於描述之目的，且不應被視為限制性的。如本文中所使用，術語「複數個」指兩個或多於兩個項目或組件。術語「包含」、「包括」、「攜載」、「具有」、「含有」及「涉及」無論是在書面描述中，還是在申請專利範圍及其類似者中，皆為開放術語，亦即意謂「包括(但不限於)」。因此，此類術語之使用意圖涵蓋其後所列舉之項目及其等效物，以及額外項目。僅過渡片語「由……組成」及「基本上由……組成」分別為關於申請專利範圍之封閉或半封閉式過渡片語。在申請專利範圍中使用諸如「第一」、「第二」、「第三」及其類似者之序數術語來修飾請求項要素本身不意味著請求項要素相對於另一要素的任何優先權、優先性或次序或執行方法動作的時間次序，而是僅用作標籤以區分具有某一名稱之一個請求項要素與具有相同名稱(但使用序數術語)之另一要素，以區分該等請求項要素。 在已因此描述至少一個實施例之若干態樣後，應瞭解，熟習此項技術者將易於想到各種改變、修改及改良。任何實施例中所描述之任何特徵可被包括於任何其他實施例之任何特徵中或被其取代。此等改變、修改及改良意欲為本發明之部分，且意欲在本發明之範疇內。因此，前述描述及圖式僅為舉例。
10‧‧‧RF「前端」子系統
11‧‧‧功率放大器
12‧‧‧濾波器
13‧‧‧RF耦合器
14‧‧‧天線
15‧‧‧耦合埠
100‧‧‧耦合器
100'‧‧‧耦合器
105‧‧‧耦合器
110‧‧‧主線
115‧‧‧耦合線
120‧‧‧第一介電層
125‧‧‧主動層
125A‧‧‧主動區
125B‧‧‧主動區
125C‧‧‧主動區
125D‧‧‧主動區
125E‧‧‧主動區
125F‧‧‧主動區
125G‧‧‧主動區
125H‧‧‧匯流條
130‧‧‧接頭
130A‧‧‧接頭
130B‧‧‧接頭
130C‧‧‧接頭
130D‧‧‧接頭
130E‧‧‧接頭
130F‧‧‧接頭
130G‧‧‧接頭
130H‧‧‧接頭
130I‧‧‧接頭
130J‧‧‧接頭
130K‧‧‧接頭
132‧‧‧擴散障壁及/或黏著層
135‧‧‧內埋介電層
140‧‧‧操作或承載晶圓
200‧‧‧晶粒
202‧‧‧功率放大器(PA)電路
205‧‧‧介電層
300‧‧‧模組
302‧‧‧封裝基板
304‧‧‧連接襯墊
308‧‧‧線結合
310‧‧‧連接襯墊
312‧‧‧匹配網路
314‧‧‧表面黏著裝置
400‧‧‧無線裝置
402‧‧‧收發器
404‧‧‧電池
406‧‧‧天線切換模組
408‧‧‧功率管理系統
410‧‧‧基頻子系統
412‧‧‧使用者介面
414‧‧‧記憶體
416‧‧‧感測器模組
418‧‧‧功率放大器
440‧‧‧天線
下文參考附圖論述至少一個實施例之各種態樣，該等附圖並不意欲按比例繪製。包括該等圖式以提供對各種態樣及實施例之說明及進一步理解，且該等圖式併入於本說明書中且構成本說明書之部分，但並不意欲作為本發明之限制的界定。在諸圖中，各種圖式中所示的各相同或接近相同的組件用類似數字表示。出於清晰之目的，並非每一組件皆可標註於每一圖式中。在圖式中： 圖1為包括與RF耦合器級聯之個別濾波器的習知RF前端系統之一個實例的方塊圖； 圖2A為RF耦合器中之主線及耦合線之一個配置的簡化平面視圖； 圖2B為RF耦合器中之主線及耦合線之另一配置的簡化平面視圖； 圖2C為圖2B之RF耦合器中之主線及耦合線的簡化橫截面視圖； 圖2D為RF耦合器中之主線及耦合線之另一配置的簡化平面視圖； 圖3A為RF耦合器結構之實施例的簡化圖形表示； 圖3B為圖3A之實施例的簡化平面視圖； 圖4A為RF耦合器結構之另一實施例的簡化圖形表示； 圖4B為圖4A之實施例的簡化平面視圖； 圖5A為RF耦合器結構之另一實施例的簡化圖形表示； 圖5B為圖5A之實施例的簡化平面視圖； 圖5C為RF耦合器結構之另一實施例的簡化圖形表示； 圖5D為圖5C之實施例的簡化平面視圖； 圖5E為RF耦合器結構之另一實施例的簡化圖形表示； 圖5F為圖5E之實施例的簡化平面視圖； 圖5G為RF耦合器結構之另一實施例的簡化圖形表示； 圖5H為圖5G之實施例的簡化平面視圖； 圖5I為RF耦合器結構之另一實施例的簡化圖形表示； 圖5J為圖5I之實施例的簡化平面視圖； 圖6為RF耦合器結構之實施例的簡化平面視圖； 圖7為RF耦合器結構之另一實施例的簡化平面視圖； 圖8A為RF耦合器結構之另一實施例的簡化平面視圖； 圖8B為圖8A之RF耦合器結構的簡化橫截面視圖； 圖9A為RF耦合器結構之另一實施例的簡化平面視圖； 圖9B為圖9A之RF耦合器結構的簡化橫截面視圖； 圖10為RF耦合器結構之另一實施例的簡化平面視圖； 圖11A為RF耦合器結構之另一實施例的簡化平面視圖； 圖11B為RF耦合器結構之另一實施例的簡化平面視圖； 圖12為RF耦合器結構之另一實施例的簡化平面視圖； 圖13為RF耦合器結構之另一實施例的簡化平面視圖； 圖14為包括根據本發明之態樣之耦合器的模組之一個實例之方塊圖； 圖15為包括根據本發明之態樣之耦合器的無線裝置之一個實例之方塊圖； 圖16為展示圖15之無線裝置之一個實例之較詳細表示的方塊圖；及 圖17示出對如本文中所揭示之RF耦合器之實施例執行的測試的結果。
100‧‧‧耦合器
105‧‧‧耦合器
110‧‧‧主線
115‧‧‧耦合線
120‧‧‧第一介電層
125‧‧‧主動層
130‧‧‧接頭
132‧‧‧擴散障壁及/或黏著層
135‧‧‧內埋介電層
140‧‧‧操作或承載晶圓

Claims (26)

  1. 一種電磁耦合器總成，其包含： 一絕緣體上矽(SOI)晶圓，其包括一操作晶圓，該操作晶圓具有經安置於其一第一表面上之一氧化物層、經安置於該氧化物層上之一主動半導體層； 一電壓端，其經安置於該主動半導體層上以接收一供電電壓； 一介電材料層，其經安置於該主動半導體層上； 一主傳輸線，其經安置於該介電材料層上；及 一耦合傳輸線，其經安置於該介電材料層上，且經組態以回應於在該主傳輸線上所接收之一輸入信號的接收而在該耦合傳輸線上提供一耦合信號，該主傳輸線及該耦合傳輸線中之一者的至少一部分係安置於該主動半導體層的至少一部分上方。
  2. 如請求項1之電磁耦合器總成，進一步包含一第二介電材料層，其係安置於該主傳輸線與該耦合傳輸線中之一者上方，及該主傳輸線與該耦合傳輸線中之另一者下方。
  3. 如請求項1之電磁耦合器總成，其中該主動半導體層包含N型矽及P型矽中之一者。
  4. 如請求項1之電磁耦合器總成，其中該電壓端經定位至該主傳輸線及該耦合傳輸線之單側。
  5. 如請求項1之電磁耦合器總成，其中該電壓端包圍該主傳輸線及該耦合傳輸線之部分下方之一區域。
  6. 如請求項1之電磁耦合器總成，其中該主動半導體層係安置於該主傳輸線之一部分下方但不在該耦合傳輸線下方。
  7. 如請求項1之電磁耦合器總成，其中該主動半導體層係安置於該耦合傳輸線之一部分下方但不在該主傳輸線下方。
  8. 如請求項1之電磁耦合器總成，其中該主動半導體層包括經安置於該耦合傳輸線之一部分下方之一第一部分，及與該第一部分電絕緣且經安置於該主傳輸線之一部分下方之一第二部分。
  9. 如請求項8之電磁耦合器總成，其包括與該主動半導體層之該第一部分電連通之一第一電壓端，及與該主動半導體層之該第二部分電連通之一第二電壓端。
  10. 如請求項1之電磁耦合器總成，其中該主動半導體層包括彼此電絕緣之複數個部分，該複數個部分中之每一者係安置於該主傳輸線及該耦合傳輸線之不同各別部分下方。
  11. 如請求項10之電磁耦合器總成，其中該主動半導體層之該複數個部分中之每一者包括一各別電壓端。
  12. 如請求項1之電磁耦合器總成，其中該電壓端包括一第一部分及一第二部分，該第一部分在與穿過該主傳輸線及該耦合傳輸線中之一者之預期信號流之一方向垂直之一方向上係安置於該主傳輸線及該耦合傳輸線下方自該主傳輸線及該耦合傳輸線之一第一側側向定位之一位置處，該第二部分在與穿過該主傳輸線及該耦合傳輸線中之該者之預期信號流之該方向垂直之一第二方向上係安置於該主傳輸線及該耦合傳輸線下方自該主傳輸線及該耦合傳輸線之一第二側側向定位之一位置處。
  13. 如請求項1之電磁耦合器總成，其中該電壓端包括一第一部分及一第二部分，該第一部分在與穿過該主傳輸線及該耦合傳輸線中之一者之預期信號流之一方向平行之一方向上係安置於該主傳輸線及該耦合傳輸線下方自該主傳輸線及該耦合傳輸線之一第一側側向安置之一位置處，該第二部分在與穿過該主傳輸線及該耦合傳輸線中之該者之預期信號流之該方向平行之一第二方向上係安置於該主傳輸線及該耦合傳輸線下方自該主傳輸線及該耦合傳輸線之一第二側側向安置之一位置處。
  14. 如請求項1之電磁耦合器總成，其中該主動半導體層包括沿與穿過該主傳輸線及該耦合傳輸線中之一者之預期信號流之一方向垂直之一方向變化之一摻雜濃度。
  15. 如請求項1之電磁耦合器總成，其中該主動半導體層包括沿與穿過該主傳輸線及該耦合傳輸線中之一者之預期信號流之一方向平行之一方向變化之一摻雜濃度。
  16. 如請求項1之電磁耦合器總成，其中相較於在缺乏該供電電壓至該主動半導體層之施加的情況下該電磁耦合器中之基板效應之一量值，該供電電壓至該主動半導體層之施加減小該電磁耦合器中之基板效應之一量值。
  17. 一種封裝模組，其包含： 一電磁耦合器總成，該電磁耦合器總成包括： 一絕緣體上矽(SOI)晶圓，其包括一操作晶圓，該操作晶圓具有經安置於其一第一表面上之一氧化物層， 一主動半導體層，其係安置於該氧化物層上， 一電壓端，其係安置於該主動半導體層上以接收一供電電壓， 一介電材料層，其係安置於該主動半導體層上， 一主傳輸線，其係安置於該介電材料層上，及 一耦合傳輸線，其係安置於該介電材料層上，且經組態以回應於在該主傳輸線上所接收之一輸入信號的接收，而在該耦合線上提供一耦合信號，該主傳輸線及該耦合傳輸線中之一者的至少一部分係安置於該主動半導體層的至少一部分上方。
  18. 一種電子裝置，其包括如請求項17之封裝模組。
  19. 一種無線通信裝置，其包括如請求項17之封裝模組。
  20. 一種電磁耦合器總成，其包含： 一操作晶圓，其包括經安置於其一第一表面上之一氧化物層； 一主動半導體層，其經安置於該氧化物層之至少一部分上，該主動半導體層包括用以接收一供電電壓之一電壓端； 一介電層，其係安置於該主動半導體層上；及 一耦合器，其係安置於該介電層上，該主動半導體層至少部分在該耦合器下方延伸，而基於該供電電壓之施加，使該操作晶圓與該耦合器電絕緣。
  21. 一種製造一電磁耦合器總成之方法，其包含： 在一絕緣體上矽(SOI)晶圓之一主動半導體上表面上沈積一介電材料層，該絕緣體上矽晶圓包括一主動半導體層、經安置於該主動半導體層下方之一內埋氧化物層，及經安置於該內埋氧化物層下方之一操作晶圓； 形成與該主動半導體層之一電接頭； 在該介電材料層上方形成一主傳輸線；及 在該介電材料層上方形成一耦合傳輸線，該耦合傳輸線經組態以回應於在該主傳輸線上所接收之一輸入信號的接收而在該耦合傳輸線上提供一耦合信號，該主傳輸線及該耦合傳輸線中之一者的至少一部分係形成於該主動半導體層的至少一部分上方。
  22. 如請求項21之方法，其中該主傳輸線及該耦合傳輸線兩者經形成與該介電材料層之一上表面接觸。
  23. 如請求項21之方法，進一步包含： 與該介電材料層之一上表面接觸而形成該主傳輸線及該耦合傳輸線中之一者； 在該介電材料層上方形成一第二介電材料層；及 在該第二介電材料層之一上表面上形成該主傳輸線及該耦合傳輸線中之另一者。
  24. 如請求項21之方法，其中該主傳輸線及該耦合傳輸線中之一者係形成於該主動半導體層之至少一部分上方，且該主傳輸線及該耦合傳輸線中之另一者並不是形成於該主動半導體層之至少一部分上方。
  25. 如請求項21之方法，其中該主傳輸線及該耦合傳輸線兩者係形成於該主動半導體層之至少一部分上方。
  26. 如請求項21之方法，進一步包含至少移除該操作晶圓之一下部分。
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