TWI823526B - 以晶片上法拉第籠與光電導通半導體開關耦合之積體電路的晶片上emf隔離 - Google Patents
以晶片上法拉第籠與光電導通半導體開關耦合之積體電路的晶片上emf隔離 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI823526B TWI823526B TW111131248A TW111131248A TWI823526B TW I823526 B TWI823526 B TW I823526B TW 111131248 A TW111131248 A TW 111131248A TW 111131248 A TW111131248 A TW 111131248A TW I823526 B TWI823526 B TW I823526B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- emf
- integrated circuit
- semiconductor switch
- circuit structure
- light source
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 238000002955 isolation Methods 0.000 title 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 34
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 28
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 89
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 50
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 23
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 12
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 8
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/552—Protection against radiation, e.g. light or electromagnetic waves
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/02—Containers; Seals
- H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
- H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
- H01L25/065—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
- H01L25/0655—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the devices being arranged next to each other
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
本發明係關於一種積體電路結構，其包含一基板，其具有一上表面；氮化鎵層，其安置於該基板之該上表面上；及一光電導通半導體開關，其橫向安置於整合至該積體電路結構中之該氮化鎵層上之一電晶體旁邊；一EMF屏蔽，其圍封該基板、該氮化鎵層及橫向安置於整合至該積體電路結構中之該氮化鎵層上之該電晶體旁邊的該光電導通半導體開關；及一信號線，其與光電導通半導體開關電子耦合，該信號線穿透該EMF屏蔽。
Description
本發明係關於用於積體電路技術之電磁場(EMF)保護，特定言之，係關於一種包含用於GaN光電導通半導體開關(PCSS)及/或光電導通開關電晶體及GaN電晶體兩者之一導電EMF屏蔽之結構及隨附之積體電路結構。
電磁場(EMF)干擾係包含許多射頻(RF)器件在內之敏感電子器件之一關鍵問題。雜散或過強之電磁場可導致一器件發生故障，或甚至發生災難性故障。
屏蔽一器件使其免受EMF之影響之一種常見方式係透過一法拉第籠。一法拉第籠通常係一導電金屬，其將吸收傳入之EMF，將其分散在整個籠中，且防止EMF與內部電路相互作用。一完美之籠將完全圍封所有電子器件。但是，對於晶片上器件，一信號線或電力線可延伸至籠之外。信號線存在一潛在問題，因為其為通過保護籠之EMF洩漏之一源。EMF可與法拉第籠外之此信號線相互作用，及干擾可透過信號線傳播，從而影響內部電路。此「破壞」可為EMF屏蔽中故障之一源。
形成至Si CMOS積體電路之互連之一種常見方式係在介電結構中形成銅線互連。為了處理銅，開發鑲嵌製程(其為消減式的)。在Cu鑲嵌製程中，用於銅之一主體絶緣體材料(通常為一底層絶緣層(通常為二氧化矽))經圖案化有開口溝槽，在該等開口溝槽處將形成銅。明顯地過塡充溝槽之一厚的銅塗層沉積於絶緣層上，及化學機械平坦化(CMP)用於移除延伸於絶緣層頂部上方之過量銅。塡充在絶緣層溝槽內之銅沒有移除，且成為圖案化導電互連。障壁層完全包圍所有銅互連，因為銅擴散到周圍材料中會使其等性質劣化。通常，溝槽內襯有薄鉭(Ta)及/或氮化鉭(TaN)金屬層(作為鍍覆種子金屬堆疊之Ta/TaN/Cu之部分)以用作沿Cu金屬互連之底部及側面之擴散障壁。在Cu CMP後，互連金屬之頂部塗覆有SiN，以用作頂部介面擴散障壁，以防止層間氧化物沉積期間之氧化，及用作額外互連形成之一停止蝕刻層(在二氧化矽之溝槽蝕刻期間)。如本領域中已為人所知，此通常不用於化合物半導體之製造中，因為化合物半導體製造通常係基於剝離及金。
光電導通半導體開關(PCSS)及光電導通開關電晶體係不同器件，其等提供藉由光而非藉由金屬閘施加之偏壓來切換之高電壓開關能力、超快開關速度，或快速能量脈衝。因而，其等相對於傳統GaN HEMT開關及RF器件提供增加操作電壓之潛力。
需要受屏蔽電子器件使其免受EMF之影響之一結構來保護的一緊密整合光電導通半導體開關及光電導通開關電晶體。
根據本發明，提供一種EMF屏蔽積體電路結構，其包括：一基板，其具有一上表面；一半導體層，其安置於該基板之該上表面上；一光電導通半導體開關，其橫向安置於整合至該積體電路結構中之該半導體層上之一電晶體旁邊；一EMF屏蔽，其圍封該基板、該半導體層及橫向安置於整合至積體電路結構中之該半導體層上之該電晶體旁邊之該光電導通半導體開關；及一信號線，其與該光電導通半導體開關電子耦合，該信號線穿透該EMF屏蔽。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該基板包括一矽材料及一碳化矽材料之至少一者。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該基板及該半導體層包括一晶圓。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該電晶體包括一場效應電晶體。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該光電導通半導體開關包括安置於該GaN層上之一第一電接點及一第二電接點。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該EMF屏蔽包括一過渡部分，該過渡部分經組態以使來自一光源之發射傳遞通過該EMF屏蔽至該光電導通半導體開關。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該過渡部分係選自由一網格、一孔、一透明材料、一半透明材料及其組合組成之群組。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該EMF屏蔽經組態以防止EMF輻射穿過該EMF屏蔽之一壁。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該EMF屏蔽積體電路結構進一步包括：一光源，其光耦合至該光電導通半導體開關；一控制器，其與該光源電子通信，該控制器經組態以回應於EMF輻射偵測而停用該光源。
根據本發明，提供一種具有EMF屏蔽之橫向積體電路，其包括一基板，其具有一上表面；氮化鎵層，其安置於該基板之該上表面上；一光電導通半導體開關，其橫向安置於整合至該積體電路結構中之該氮化鎵層上之一電晶體旁邊；一EMF屏蔽，其包括具有形成一內部及與該內部相對之一外部之壁之一容器；該容器圍封該基板、該氮化鎵層及橫向安置於整合至該積體電路結構中之該氮化鎵層上之該電晶體旁邊之該光電導通半導體開關；一信號線，其與該光電導通半導體開關電子耦合，該信號線穿透該EMF屏蔽容器之該壁；及一光源，其光耦合至該光電導通半導體開關；及一過渡部分，其在該壁中形成，該過渡部分經組態以使來自該光源之發射傳遞通過該EMF屏蔽至該光電導通半導體開關。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該積體電路結構進一步包括與該光源電子通信之一控制器，該控制器經組態以回應於EMF輻射偵測而停用該光源。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該積體電路結構進一步包括與該控制器電子通信之一EMF偵測器，該EMF偵測器經組態以偵測該EMF輻射。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該光電導通半導體開關包括安置於該GaN層上之一第一電接點及一第二電接點。
根據本發明，提供一種保護一橫向積體電路免受EMF影響之方法，其包括：用一EMF屏蔽圍封該橫向積體電路；該橫向積體電路包括：一基板，其具有一上表面；一半導體層，其安置於該基板之該上表面上；一光電導通半導體開關，其橫向安置於整合至該積體電路結構中之該半導體層上之一電晶體旁邊；該EMF屏蔽包括：一容器，其具有形成一內部及與該內部相對之一外部之壁；該容器圍封該基板、該半導體層及橫向安置於整合至該積體電路結構中之該半導體層上之該電晶體旁邊之該光電導通半導體開關，一過渡部分，其在壁中形成，該過渡部分經組態以使來自一光源之發射傳遞通過該壁至該光電導通半導體開關；將一信號線與該光電導通半導體開關耦合，該信號線穿透該EMF屏蔽容器之該壁；及透過該過渡部分將該光源光耦合至該光電導通半導體開關。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該方法進一步包括將一控制器與該光源電子通信地耦合，該控制器經組態以回應於EMF輻射偵測而停用該光源。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該方法進一步包括將一EMF偵測器與該控制器電子通信地耦合，該EMF偵測器經組態以偵測該EMF輻射。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該方法進一步包括回應於該EMF輻射之一偵測而防止EMF輻射經由該信號線穿過該EMF屏蔽之該壁。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該光電導通半導體開關包括安置於該GaN層上之一第一電接點及一第二電接點。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：該方法進一步包括回應於透過該過渡部分將該光源光耦合至該光電導通半導體開關之該步驟而啟動該光電導通半導體開關。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：其中該等金屬互連及EMF屏蔽係由銅(Cu)鑲嵌整合形成，藉此銅跡線係嵌入介電材料中。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：其中該等金屬互連及EMF屏蔽係由基於金之金屬互連形成。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：其中該等電晶體係由元素半導體形成。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：其中該等電晶體係由除GaN外之化合物半導體形成。
前述實施例之任一者之一進一步實施例可額外地及/或替代地包含：其中該PCSS係由除GaN外之直接帶隙半導體形成。
具有光電導通半導體開關之該EMF屏蔽積體電路之其他細節在以下詳細描述及附圖中闡述，其中相同元件符號描繪相同元件。
參考圖1，繪示一橫向積體電路結構10。橫向積體電路結構10包含與一PCSS 14電耦合之一電晶體12，PCSS 14及電晶體12各橫向整合且支撐在一共同基板16上。此處例如，電晶體12可為一元素或化合物半導體場效應電晶體(FET)；矽(Si)互補金屬氧化物半導體(CMOS)電晶體、氮化鎵(GaN)、基於磷化銦(InP)之電晶體、砷化鎵(GaAs)及碳化矽(SiC)及隨附積體電路結構。PCSS 14可包含一直接帶隙化合物半導體PCSS；此處例如GaN、GaAs或InP。基板16可包含一元素或化合物半導體；此處例如矽Si或SiC或GaAs或GaN或InP材料。吾人注意到，對於許多應用而言，間接帶隙基板(例如Si或SiC)可為較佳的以將載流子之啟動限制於PCSS 14。或者，基板16中載流子之產生可藉由利用一帶隙大於光源32之帶隙的一基板而限制。基板16包含一上表面18。
在一例示性實施例中，氮化鎵(GaN)層20安置於基板16之上表面18上以形成一Si上GaN晶圓22。GaN層20串聯地支撐電晶體12及PCSS 14，使得電晶體12及PCSS 14橫向整合且併入於同一積體電路中。將在以下段落中討論例示性GaN實施例及額外例示性替代實施例；其可由如前所述之多種材料形成。
FET 12包含安置於GaN層20上之氮化鋁鎵(AlGaN)層24。FET 12包含安置於AlGaN層24上、靠近FET 12之汲極D、閘極G及源極S之各者的氮化矽介電質(SiN/介電質)層26。二氧化矽介電質(SiO
2/介電質)層28使安置於二氧化矽介電質層28內之電晶體12電路及一中間層30(此處例如SiNx)及導電互連31絶緣。介電質28、26及中間層30對於利用於觸發PCSS 14傳導路徑之一光源32可為透明的。在一例示性實施例中，在介電質或中間層不透明之情況下，可在膜中打開窗口以允許光透射。
PCSS 14可包含安置於GaN層20上之一第一電接點34 (PCSS-1)及一第二電接點36 (PCSS-2)。在例示性實施例中，二氧化矽介電質層28使光電導通半導體開關14之第一電接點34及第二電接點36之各者絕緣。在例示性實施例中，介電質層28可為氮化矽或二氧化矽材料及類似物。在其他例示性實施例中，第一電接點34及第二電接點36不具有介電質絶緣。一光電導通半導體開關14係通常具有非常高電阻之半導體材料(諸如GaN)之一區域，此處例如無意地摻雜或摻雜有一深能隙(諸如)碳或鐵。此允許材料以非常低之洩漏阻擋大量電壓。然而，當用具有高於或接近帶隙能量之一能量的一光源32照射時，產生過多之受激發載流子。此等受激發載流子現形成用於開關之一低電阻傳導路徑。PCSS 14提供高電壓開關能力、超快開關速度或快速能量脈衝。至電晶體12之一輸入電壓可藉由PCSS 14之通斷狀態或其他方式來控制。
一法拉第籠或EMF屏蔽40安置於橫向積體電路10周圍。EMF屏蔽40可圍繞橫向積體電路10，使得一電場及EMF輻射42不能穿透EMF屏蔽40以對橫向積體電路10產生負面影響。EMF屏蔽40可為界定一內部46及一外部48之一容器44。EMF屏蔽40可由導電材料製成，諸如金屬線網格、金屬板及類似物，其經組態以防止EMF輻射42穿過容器44。EMF屏蔽40經組態以保護橫向積體電路10使其免受外部電場/EMF輻射42之影響。EMF屏蔽40可用於防止外部電磁干擾(EMI)或電雜訊干擾橫向積體電路10。EMF屏蔽40包含光耦合至光源32之一過渡部分50。過渡部分50經組態以允許光源32發射52穿過EMF屏蔽40以觸發PCSS 14。過渡部分50可在EMF屏蔽40之容器44之一壁54中包含可允許發射52穿過EMF屏蔽40之孔、槽、實體穿透部、透明/半透明材料及類似物。
一信號線56與PCSS 14電耦合。信號線56可與PCSS 14及一外部電路58串聯。信號線56穿透EMF屏蔽40之壁54。信號線56經組態以將來自橫向積體電路10外部之外部電路58之信號跨EMF屏蔽40傳輸至PCSS 14中，且在PCSS 14啟動時傳遞通過PCSS 14。當PCSS 14未啟動時，信號線56經隔離而不跨EMF屏蔽40傳遞任何信號或甚至EMF輻射42，因此防止任何EMF輻射42干擾橫向積體電路10。
注意，EMF屏蔽40、導電互連31及信號線56可為Cu鑲嵌或基於金的。Cu鑲嵌製程實施例具有為將Cu金屬跡線嵌入介電質中之平面製程之優點。此繼而使得能夠循序地添加額外Cu層，藉此使得能夠形成具有垂直及水平元件之複雜EMF屏蔽40導電互連31。其他實施例可包含藉由電子束沉積之金屬之剝離及/或電鍍形成的基於金之互連及EMF屏蔽，其中EMF屏蔽係藉由金屬沉積至介電溝槽、空氣橋狀結構中形成，或藉由將EMF屏蔽與在含有積體電路之PCSS上之腔接合而形成。
與PCSS 14及信號線56耦合之EMF屏蔽40之配置亦防止任何EMF輻射42自橫向積體電路10發射至EMF屏蔽40之外部，因此保護任何其他電路免受來自橫向積體電路10之發射之影響。
在一例示性實施例中，一控制器60可與光源32進行電子通信。控制器60可包含用於自動致動光源32之處理器62。光源控制器60可包含一或多個處理器62(例如，具有一中央處理單元及記憶體之電腦系統)用於記錄、處理及儲存接收到之資料。處理器62可包含一通用處理器、一數位信號處理器(DSP)、一特定應用積體電路(ASIC)、一場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯器件、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件，或其等之任何組合。一EMF偵測器64可與控制器60電子通信。EMF偵測器64可經組態以偵測EMF輻射42。控制器60可經組態以在偵測到EMF輻射42時防止光源32之啟動，以便防止PCSS 14意外啟動而允許不想要之EMF輻射42沿著信號線56傳輸且進入橫向積體電路10。
光源32可在整個積體電路結構10之外部，或可位於實施例之平面Cu鑲嵌結構之一上層中，因為Cu鑲嵌使得材料及器件之晶粒至晶圓接合或晶圓至晶圓接合或其之一組合能夠進入結構之上層中，隨後進一步與額外Cu導電互連連接至控制電路。
本發明之一技術優點包含將光閘控開關直接與Si上GaN製程流程整合，以實現光閘控開關之固有高電壓能力及快速回應時間，同時防止不想要之EMF輻射。
本發明之另一技術優點包含一結構，其保護一積體電路免受EMF之影響，該結構包含與信號/電力線串聯之一高電阻PCSS，以防止來自一法拉第籠外部之雜散信號干擾內部積體電路。
本發明之另一技術優點包含一結構，其包含圍封具有光電導通半導體開關之一積體電路之一法拉第籠。
本發明之另一技術優點包含一PCSS器件，其控制同質整合在同一晶圓中之一GaN加Si器件或受其控制。
本發明之另一技術優點包含一結構，其具有對於控制PCSS所需之發射係透明之一法拉第籠材料，但將保護免受將損壞積體電路之波長中之EMF。
本發明之另一技術優點包含一PCSS器件，其將信號中繼至一本端FET/積體電路。
本發明之另一技術優點包含：製造GaN PCSS可為基於層消減，利用Si鑄造厰之傳統技術。
本發明之另一技術優點包含：使用相同處理步驟同時製造GaN PCSS及GaN/Si電晶體兩者。
本發明之另一技術優點包含將PCSS添加至Si上GaN器件，其係一非顯然添加，因為其利用不會在一獨立Si上GaN或獨立PCSS器件中使用之層及結構。
本發明之另一技術優點包含一結構，其可與多種積體電路或FET應用一起工作。
本發明之另一技術優點係使用Cu鑲嵌使得能夠將光源、電晶體及PCSS之多層三維整合在一製造之晶圓橫截面內。因而，可存在含有可與其他EMF屏蔽電路通信之EMF屏蔽電路之多層。或者，一或多個未屏蔽區域可與一或多個屏蔽區域及/或一或多個外部光源及偵測器通信。
已提供具有光電導通半導體開關之一EMF屏蔽積體電路。儘管具有光電導通半導體開關之一EMF屏蔽積體電路已在其特定實施例之上下文中予以描述，但對於已閲讀上述描述之熟悉此項技術者來説，其他不可預見之替代、修改及變化可變得顯而易見。因此，意欲涵蓋落入隨附申請專利範圍之廣泛範疇內之此等替代、修改及變化。
10:橫向積體電路結構/橫向積體電路
12:電晶體/FET
14:光電導通半導體開關
16:基板
18:上表面
20:氮化鎵(GaN)層
22:Si上GaN晶圓
24:氮化鋁鎵(AlGaN)層
26:氮化矽介電質層/介電質
28:二氧化矽介電質層/介電質
30:中間層
31:導電互連
32:光源
34:第一電接點
36:第二電接點
40:EMF屏蔽
42:EMF輻射
44:容器
46:內部
48:外部
50:過渡部分
52:發射
54:壁
56:信號線
58:外部電路
60:控制器
62:處理器
64:EMF偵測器
D:汲極
G:閘極
S:源極
圖1係具有法拉第籠之一例示性橫向積體電路結構之一橫截面示意圖。
10:橫向積體電路結構/橫向積體電路
12:電晶體/FET
14:光電導通半導體開關
16:基板
18:上表面
20:氮化鎵(GaN)層
22:Si上GaN晶圓
24:氮化鋁鎵(AlGaN)層
26:氮化矽介電質層/介電質
28:二氧化矽介電質層/介電質
30:中間層
31:導電互連
32:光源
34:第一電接點
36:第二電接點
40:EMF屏蔽
42:EMF輻射
44:容器
46:內部
48:外部
50:過渡部分
52:發射
54:壁
56:信號線
58:外部電路
60:控制器
62:處理器
64:EMF偵測器
D:汲極
G:閘極
S:源極
Claims (19)
- 一種EMF屏蔽積體電路結構，其包括：一基板，其具有一上表面；一半導體層，其安置於該基板之該上表面上；一光電導通半導體開關，其橫向安置於整合至該積體電路結構中之該半導體層上之一電晶體旁邊；一EMF屏蔽，其圍封該基板、該半導體層及橫向安置於整合至該積體電路結構中之該半導體層上之該電晶體旁邊的該光電導通半導體開關；及一信號線，其與該光電導通半導體開關電子耦合，該信號線穿透該EMF屏蔽。
- 如請求項1之EMF屏蔽積體電路結構，其中該基板包括一矽材料及一碳化矽材料之至少一者。
- 如請求項1之EMF屏蔽積體電路結構，其中該基板及該半導體層包括一晶圓。
- 如請求項1之EMF屏蔽積體電路結構，其中該電晶體包括一場效應電晶體。
- 如請求項1之EMF屏蔽積體電路結構，其中該光電導通半導體開關包括安置於該半導體層上之一第一電接點及一第二電接點。
- 如請求項1之EMF屏蔽積體電路結構，其中該EMF屏蔽包括一過渡部分，該過渡部分經組態以使來自一光源之發射傳遞通過該EMF屏蔽至該光電導通半導體開關。
- 如請求項6之EMF屏蔽積體電路結構，其中該過渡部分係選自由一網格、一孔、一透明材料、一半透明材料及其組合組成之群組。
- 如請求項1之EMF屏蔽積體電路結構，其中該EMF屏蔽經組態以防止EMF輻射穿過該EMF屏蔽之一壁。
- 如請求項1之EMF屏蔽積體電路結構，其進一步包括：一光源，其光耦合至該光電導通半導體開關；一控制器，其與該光源電子通信，該控制器經組態以回應於EMF輻射偵測而停用該光源。
- 一種具有EMF屏蔽之橫向積體電路，其包括：一基板，其具有一上表面；氮化鎵層，其安置於該基板之該上表面上；一光電導通半導體開關，其橫向安置於整合至該積體電路結構中之該氮化鎵層上之一電晶體旁邊；一EMF屏蔽，其包括具有形成一內部及與該內部相對之一外部之壁之一容器；該容器圍封該基板、該氮化鎵層及橫向安置於整合至該積體電 路結構中之該氮化鎵層上之該電晶體旁邊之該光電導通半導體開關；一信號線，其與該光電導通半導體開關電子耦合，該信號線穿透該EMF屏蔽容器之該壁；一光源，其光耦合至該光電導通半導體開關；及一過渡部分，其在該壁中形成，該過渡部分經組態以使來自該光源之發射傳遞通過該EMF屏蔽至該光電導通半導體開關。
- 如請求項10之具有EMF屏蔽之橫向積體電路，其進一步包括：一控制器，其與該光源電子通信，該控制器經組態以回應於EMF輻射偵測而停用該光源。
- 如請求項11之具有EMF屏蔽之橫向積體電路，其進一步包括：一EMF偵測器，其與該控制器電子通信，該EMF偵測器經組態以偵測該EMF輻射。
- 如請求項10之具有EMF屏蔽之橫向積體電路，其中該光電導通半導體開關包括安置於該氮化鎵層上之一第一電接點及一第二電接點。
- 一種保護一橫向積體電路免受EMF影響之方法，其包括：用一EMF屏蔽圍封該橫向積體電路；該橫向積體電路包括：一基板，其具有一上表面；一半導體層，其安置於該基板之該上表面上；一光電導通半導體開關，其橫向安置於整合至該積體電路結構中之 該半導體層上之一電晶體旁邊；該EMF屏蔽包括：一容器，其具有形成一內部及與該內部相對之一外部之壁；該容器圍封該基板、該半導體層及橫向安置於整合至該積體電路結構中之該半導體層上之該電晶體旁邊的該光電導通半導體開關，一過渡部分，其在壁中形成，該過渡部分經組態以使來自一光源之發射傳遞通過該壁至該光電導通半導體開關；將一信號線與該光電導通半導體開關耦合，該信號線穿透該EMF屏蔽容器之該壁；及將該光源光耦合至該光電導通半導體開關。
- 如請求項14之方法，其進一步包括：將一控制器與該光源電子通信地耦合，該控制器經組態以回應於EMF輻射偵測而停用該光源。
- 如請求項15之方法，其進一步包括：將一EMF偵測器與該控制器電子通信地耦合，該EMF偵測器經組態以偵測該EMF輻射。
- 如請求項16之方法，其進一步包括：回應於該EMF輻射之一偵測而防止EMF輻射經由該信號線穿過該EMF屏蔽之該壁。
- 如請求項14之方法，其中該光電導通半導體開關包括安置於該氮化鎵層上之一第一電接點及一第二電接點。
- 如請求項14之方法，其進一步包括：回應於透過該過渡部分將該光源光耦合至該光電導通半導體開關之該步驟而啟動該光電導通半導體開關。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/406,541 US11710708B2 (en) | 2021-08-19 | 2021-08-19 | On-chip EMF isolation of an integrated circuit coupled with photoconductive semiconductor switch under an on-chip faraday cage |
| US17/406,541 | 2021-08-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202315041A TW202315041A (zh) | 2023-04-01 |
| TWI823526B true TWI823526B (zh) | 2023-11-21 |
Family
ID=83229021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111131248A TWI823526B (zh) | 2021-08-19 | 2022-08-19 | 以晶片上法拉第籠與光電導通半導體開關耦合之積體電路的晶片上emf隔離 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11710708B2 (zh) |
| EP (1) | EP4388588A1 (zh) |
| KR (1) | KR20240019300A (zh) |
| IL (1) | IL310899A (zh) |
| TW (1) | TWI823526B (zh) |
| WO (1) | WO2023023238A1 (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0235029A1 (fr) * | 1986-02-25 | 1987-09-02 | Thomson-Csf | Tête de détection optique réalisée en optique intégrée et procédé de réalisation |
| US4939375A (en) * | 1988-06-17 | 1990-07-03 | Hewlett-Packard Company | Solid state relay with shield means |
| US6864484B1 (en) * | 1999-07-26 | 2005-03-08 | Edge Medical Devices, Ltd | Digital detector for x-ray imaging |
| TW200527695A (en) * | 2004-01-26 | 2005-08-16 | Rohm Co Ltd | Light-receiving module |
| JP2007005806A (ja) * | 2005-06-23 | 2007-01-11 | Samsung Electronics Co Ltd | 半導体集積回路素子及びその製造方法 |
| TW201438212A (zh) * | 2013-03-25 | 2014-10-01 | Toshiba Kk | 固體攝影裝置 |
| WO2017142978A1 (en) * | 2016-02-15 | 2017-08-24 | Transsip Inc | Emi shielded integrated circuit packages and methods of making the same |
Family Cites Families (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004047560A (ja) | 2002-07-09 | 2004-02-12 | Olympus Corp | 光導電スイッチモジュール |
| DE102006022360B4 (de) | 2006-05-12 | 2009-07-09 | Infineon Technologies Ag | Abschirmvorrichtung |
| US7741567B2 (en) | 2008-05-19 | 2010-06-22 | Texas Instruments Incorporated | Integrated circuit package having integrated faraday shield |
| US8853745B2 (en) | 2009-01-20 | 2014-10-07 | Raytheon Company | Silicon based opto-electric circuits |
| US7834456B2 (en) | 2009-01-20 | 2010-11-16 | Raytheon Company | Electrical contacts for CMOS devices and III-V devices formed on a silicon substrate |
| US7994550B2 (en) | 2009-05-22 | 2011-08-09 | Raytheon Company | Semiconductor structures having both elemental and compound semiconductor devices on a common substrate |
| US8212294B2 (en) | 2010-01-28 | 2012-07-03 | Raytheon Company | Structure having silicon CMOS transistors with column III-V transistors on a common substrate |
| US8154432B2 (en) | 2010-03-22 | 2012-04-10 | Raytheon Company | Digital to analog converter (DAC) having high dynamic range |
| US8669646B2 (en) | 2011-05-31 | 2014-03-11 | Broadcom Corporation | Apparatus and method for grounding an IC package lid for EMI reduction |
| US8466555B2 (en) | 2011-06-03 | 2013-06-18 | Raytheon Company | Gold-free ohmic contacts |
| US9147701B2 (en) * | 2011-09-22 | 2015-09-29 | Raytheon Company | Monolithic InGaN solar cell power generation with integrated efficient switching DC-DC voltage convertor |
| US8575666B2 (en) | 2011-09-30 | 2013-11-05 | Raytheon Company | Method and structure having monolithic heterogeneous integration of compound semiconductors with elemental semiconductor |
| US9154045B2 (en) | 2011-10-07 | 2015-10-06 | Raytheon Company | Distributed power conditioning with DC-DC converters implemented in heterogeneous integrated circuit |
| US10033149B2 (en) * | 2012-04-20 | 2018-07-24 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. | Opto-electronic device and pulse processing method |
| US8665013B2 (en) | 2012-07-25 | 2014-03-04 | Raytheon Company | Monolithic integrated circuit chip integrating multiple devices |
| US8823146B1 (en) | 2013-02-19 | 2014-09-02 | Raytheon Company | Semiconductor structure having silicon devices, column III-nitride devices, and column III-non-nitride or column II-VI devices |
| US9356045B2 (en) | 2013-06-10 | 2016-05-31 | Raytheon Company | Semiconductor structure having column III-V isolation regions |
| US9331153B2 (en) | 2013-12-13 | 2016-05-03 | Raytheon Company | Methods and structures for forming microstrip transmission lines on thin silicon on insulator (SOI) wafers |
| US9761445B2 (en) | 2013-12-13 | 2017-09-12 | Raytheon Company | Methods and structures for forming microstrip transmission lines on thin silicon carbide on insulator (SICOI) wafers |
| US9478508B1 (en) | 2015-06-08 | 2016-10-25 | Raytheon Company | Microwave integrated circuit (MMIC) damascene electrical interconnect for microwave energy transmission |
| US9419125B1 (en) | 2015-06-16 | 2016-08-16 | Raytheon Company | Doped barrier layers in epitaxial group III nitrides |
| US10096550B2 (en) | 2017-02-21 | 2018-10-09 | Raytheon Company | Nitride structure having gold-free contact and methods for forming such structures |
| US10224285B2 (en) | 2017-02-21 | 2019-03-05 | Raytheon Company | Nitride structure having gold-free contact and methods for forming such structures |
| US20190097001A1 (en) | 2017-09-25 | 2019-03-28 | Raytheon Company | Electrode structure for field effect transistor |
| US10566428B2 (en) | 2018-01-29 | 2020-02-18 | Raytheon Company | Method for forming gate structures for group III-V field effect transistors |
| JP2019152595A (ja) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | 富士フイルム株式会社 | 放射線画像検出装置 |
| US11469337B2 (en) | 2019-09-24 | 2022-10-11 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optically controlled millimeter-wave switch based on substrate integrated waveguide |
| US11476154B2 (en) | 2019-09-26 | 2022-10-18 | Raytheon Company | Field effect transistor having improved gate structures |
-
2021
- 2021-08-19 US US17/406,541 patent/US11710708B2/en active Active
-
2022
- 2022-08-18 WO PCT/US2022/040735 patent/WO2023023238A1/en active Application Filing
- 2022-08-18 EP EP22765688.1A patent/EP4388588A1/en active Pending
- 2022-08-18 IL IL310899A patent/IL310899A/en unknown
- 2022-08-18 KR KR1020247000752A patent/KR20240019300A/ko unknown
- 2022-08-19 TW TW111131248A patent/TWI823526B/zh active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0235029A1 (fr) * | 1986-02-25 | 1987-09-02 | Thomson-Csf | Tête de détection optique réalisée en optique intégrée et procédé de réalisation |
| US4939375A (en) * | 1988-06-17 | 1990-07-03 | Hewlett-Packard Company | Solid state relay with shield means |
| US6864484B1 (en) * | 1999-07-26 | 2005-03-08 | Edge Medical Devices, Ltd | Digital detector for x-ray imaging |
| TW200527695A (en) * | 2004-01-26 | 2005-08-16 | Rohm Co Ltd | Light-receiving module |
| JP2007005806A (ja) * | 2005-06-23 | 2007-01-11 | Samsung Electronics Co Ltd | 半導体集積回路素子及びその製造方法 |
| TW201438212A (zh) * | 2013-03-25 | 2014-10-01 | Toshiba Kk | 固體攝影裝置 |
| WO2017142978A1 (en) * | 2016-02-15 | 2017-08-24 | Transsip Inc | Emi shielded integrated circuit packages and methods of making the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4388588A1 (en) | 2024-06-26 |
| US11710708B2 (en) | 2023-07-25 |
| US20230056601A1 (en) | 2023-02-23 |
| TW202315041A (zh) | 2023-04-01 |
| IL310899A (en) | 2024-04-01 |
| KR20240019300A (ko) | 2024-02-14 |
| WO2023023238A1 (en) | 2023-02-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI412103B (zh) | 用於積體電路之封環結構 | |
| TWI464840B (zh) | 在後段製程形成懸吊式傳輸線結構之方法 | |
| JP6235353B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| US6720245B2 (en) | Method of fabrication and device for electromagnetic-shielding structures in a damascene-based interconnect scheme | |
| KR20150135255A (ko) | 반도체 장치 및 그 제조 방법 | |
| US20080061397A1 (en) | Semiconductor device | |
| US20150061075A1 (en) | Metal trench de-coupling capacitor structure and method for forming the same | |
| US10062636B2 (en) | Integration of thermally conductive but electrically isolating layers with semiconductor devices | |
| US9041134B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| TW201513303A (zh) | 具有ｉｉｉ－ｖ族隔離區域的半導體結構 | |
| JP2012182336A (ja) | 半導体装置 | |
| JP2024512626A (ja) | ＧａＮ－ｏｎ－Ｓｉ電界効果トランジスタと横方向に並んで製造された光導電性半導体スイッチ | |
| TWI823526B (zh) | 以晶片上法拉第籠與光電導通半導體開關耦合之積體電路的晶片上emf隔離 | |
| US10796992B2 (en) | Stack of layers for protecting against a premature breakdown of interline porous dielectrics within an integrated circuit | |
| US9978638B2 (en) | Metal trench de-noise structure and method for forming the same | |
| US20210028121A1 (en) | Semiconductor structure | |
| JPH10270562A (ja) | 半導体集積回路 | |
| US6597053B1 (en) | Integrated circuit arrangement with a number of structural elements and method for the production thereof | |
| WO2007119278A1 (ja) | 半導体装置 | |
| JP2993456B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JP7495551B2 (ja) | 半導体装置 | |
| WO2018078894A1 (ja) | 化合物半導体デバイス | |
| CN104134642B (zh) | 自定义、低电容焊线盘 | |
| US20040085704A1 (en) | Integrated circuit with reduced substrate coupling | |
| JP6233547B1 (ja) | 化合物半導体デバイス |