DE102021212644A1 - CIRCUITS INTEGRATED INTO A FRONT END WITH DIFFERENT SILICON-ON-INSULATOR TECHNOLOGIES - Google Patents
CIRCUITS INTEGRATED INTO A FRONT END WITH DIFFERENT SILICON-ON-INSULATOR TECHNOLOGIES Download PDFInfo
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Abstract
SOI-basierte Technologieplattformen werden beschrieben, die vollständig in ein Frontend integrierte Schaltungen (FEICs) mit Schaltern, rauscharmen Verstärkern (LNAs) und Leistungsverstärkern (PAs) bereitstellen. Die PAs können in einem Dickfilmbereich der integrierten Schaltung aufgebaut werden, wodurch ein teilweise verarmter auf Silizium-auf-Isolator-Technologie basierender PA entsteht, und die Schalter und LNAs können in einem Dünnfilmbereich der integrierten Schaltungen aufgebaut werden, wodurch vollständig verarmte auf Silizium-auf-Isolator-Technologie basierende rauscharme Verstärkervorrichtungen und Schalter entstehen. Die dadurch gebildete vollständig integrierte FEIC umfasst PDSOI-PAs mit FDSOI-Schaltern und LNAs. Passive Komponenten können in dem Dickfilmbereich und/oder dem Dünnfilmbereich aufgebaut werden. SOI-based technology platforms are described that provide fully front-end integrated circuits (FEICs) with switches, low-noise amplifiers (LNAs), and power amplifiers (PAs). The PAs can be built in a thick-film area of the integrated circuit, creating a partially depleted PA based on silicon-on-insulator technology, and the switches and LNAs can be built in a thin-film area of the integrated circuits, creating fully-depleted silicon-on -Isolator technology based low noise amplifier devices and switches are emerging. The resulting fully integrated FEIC includes PDSOI PAs with FDSOI switches and LNAs. Passive components can be built in the thick film domain and/or the thin film domain.
Description
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
Die Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr.
HINTERGRUNDBACKGROUND
GebietArea
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf in eine Frontend integrierte Schaltungen für Hochfrequenzanwendungen.The present disclosure generally relates to front end integrated circuits for high frequency applications.
Beschreibung verwandter TechnikDescription of related art
Frontendmodule (FEMs) sind eingebaute Module, die mit verschiedenen funktionalen Komponenten integriert werden, welche in drahtlosen Frontendschaltungen drahtloser Geräte eingesetzt werden. Frontendmodule können dazu ausgelegt werden, Hochfrequenzsignale (HF-Signale) zu verarbeiten, die an verschiedene Drahtlosübertragungsprotokolle angepasst sind, wie beispielsweise Breitbandmobilfunktechnologien (z.B. 3G, 4G, 5G, Long Term Evolution (LTE), etc.), drahtlose Netzwerktechnologien (z.B. Wi-Fi), kurzreichweitige drahtlose Technologien (z.B. BLUETOOTH®) und Technologien globaler Ortungssysteme („global positioning systems“, GPS). Frontendmodule weisen üblicherweise Schaltungen und elektrische Komponenten zwischen der Antenne und einem digitalen Basisbandsystem auf, welches ausreichend ist, um Hochfrequenzsignale zu empfangen und zu versenden. Bestimmte FEMs können alle Filter, rauscharme Verstärker („low-noise amplifiers“, LNAs) und Abwärtswandlermischer aufweisen, die notwendig sind, um die an der Antenne empfangenen modulierten Signal zu Signalen zu verarbeiten, die geeignet für eine Eingabe in einen Basisband-Analog-zu-Digital-Wandler („analog-to-digital converter“, ADC) sind. FEMs können auch Leistungsverstärker („power amplifiers“, PAs) und andere Senderschaltungen zur Verarbeitung von Signalen für ein Versenden über die Antenne aufweisen. FEMs können oberflächenmontierte („surface mount technology“, SMT) Module, Mehrfachchipmodule (MCMs) oder dergleichen sein. FEMs können PA-Blöcke, LNA-Blöcke, Eingangs- und Ausgangsanpassungen, digitale MIPI-Standardsteuerblöcke, Filter, Duplexer, Multiplexer, Antennenschalter, Bandauswahlschalter und dergleichen umfassen. Eine integrierte Frontendschaltung („front end integrated circuit“, FEIC) ist ein einzelner Halbleiterrohchip, welcher die Funktionalität eines FEM beinhaltet.Front-end modules (FEMs) are built-in modules that are integrated with various functional components used in wireless front-end circuits of wireless devices. Front-end modules can be designed to process radio frequency (RF) signals adapted to various wireless transmission protocols, such as broadband cellular technologies (e.g. 3G, 4G, 5G, Long Term Evolution (LTE), etc.), wireless network technologies (e.g. Wi- Fi), short-range wireless technologies (e.g. BLUETOOTH®) and global positioning systems (GPS) technologies. Front-end modules typically have circuitry and electrical components between the antenna and a digital baseband system that is sufficient to receive and transmit radio frequency signals. Certain FEMs may include all of the filters, low-noise amplifiers (LNAs), and down-converter mixers necessary to process the modulated signals received at the antenna into signals suitable for input to a baseband analog analog-to-digital converters (ADCs). FEMs may also include power amplifiers (PAs) and other transmitter circuitry to process signals for transmission over the antenna. FEMs may be surface mount technology (SMT) modules, multi-chip modules (MCMs), or the like. FEMs may include PA blocks, LNA blocks, input and output adjustments, MIPI standard digital control blocks, filters, duplexers, multiplexers, antenna switches, band select switches, and the like. A front end integrated circuit (FEIC) is a single semiconductor die that includes the functionality of an FEM.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Gemäß einer Anzahl vom Implementierungen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine in ein Frontend integrierte Schaltung, welche ein Substrat, eine Isolationsschicht auf dem Substrat und eine Halbleiterschicht auf der Isolationsschicht aufweist, wovon die Halbleiterschicht einen Dünnfilmbereich und einen Dickfilmbereich ausbildet, von denen der Dünnfilmbereich ein oder mehrere vollständig verarmte auf Silizium-auf-Isolator-Technologie basierende rauscharme Verstärkervorrichtungen („fully depleted silicon-on-insulator (FDSOI) low noise amplifier (LNA)“) und ein oder mehrere FDSOI-Schaltervorrichtungen aufweist und der Dickfilmbereich ein oder mehrere teilweise verarmte auf Silizium-auf-Isolator-Technologie basierende Leistungsverstärkervorrichtungen („partially depleted silicon-on-insulator (PDSOI) power amplifier (PA)“) aufweist.According to a number of implementations, the present disclosure relates to a circuit integrated in a front end, which has a substrate, an insulating layer on the substrate and a semiconductor layer on the insulating layer, of which the semiconductor layer forms a thin film region and a thick film region, of which the thin film region is a or has multiple fully depleted silicon-on-insulator (FDSOI) low noise amplifier (LNA) devices and one or more FDSOI switch devices and the thick film region has one or more partial partially depleted silicon-on-insulator (PDSOI) power amplifier (PA) devices.
In einigen Ausführungsformen ist die Isolationsschicht mindestens 100 nm dick. In einigen Ausführungsformen ist die Halbleiterschicht in dem Dünnfilmbereich mindestens 5 nm dick und 50 nm oder weniger dick. In einigen weiteren Ausführungsformen ist die Halbleiterschicht in dem Dickfilmbereich mindestens 50 nm dick und 180 nm oder weniger dick.In some embodiments, the isolation layer is at least 100 nm thick. In some embodiments, the semiconductor layer in the thin film region is at least 5 nm thick and 50 nm or less thick. In some further embodiments, the semiconductor layer in the thick film region is at least 50 nm thick and 180 nm or less thick.
In einigen Ausführungsformen ist die Isolationsschicht eine vergrabene Oxidschicht. In einigen Ausführungsformen weist die Halbleiterschicht in dem Dünnfilmbereich 1/4 einer Gatelänge des einen oder der mehreren FDSOI-LNA-Vorrichtungen auf. In einigen Ausführungsformen weist die in das Frontend integrierte Schaltung weiterhin ein oder mehrere im Dünnfilmbereich der Halbleiterschicht aufgebaute passive Vorrichtungen auf. In einigen Ausführungsformen umfasst die in das Frontend integrierte Schaltung weiterhin ein oder mehrere passive Vorrichtungen, die in den Dickfilmbereich der Halbleiterschicht eingebaut sind.In some embodiments, the insulating layer is a buried oxide layer. In some embodiments, the semiconductor layer in the thin film region is 1/4 of a gate length of the one or more FDSOI LNA devices. In some embodiments, the circuit integrated into the front end further comprises one or more passive devices built in the thin film portion of the semiconductor layer. In some embodiments, the circuit integrated into the front end further comprises one or more passive devices built into the thick film portion of the semiconductor layer.
In einigen Ausführungsformen wird der Dünnfilmbereich der Halbleiterschicht durch lokales Ausdünnen erzeugt. In einigen Ausführungsformen wird der Dickfilmbereich der Halbleiterschicht durch selektives epitaxiales Aufwachsen erzeugt.In some embodiments, the thin film portion of the semiconductor layer is created by local thinning. In some embodiments, the thick film portion of the semiconductor layer is formed by selective epitaxial growth.
Gemäß einer Anzahl vom Implementierungen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Herstellung einer in ein Frontend integrierten Schaltung. Das Verfahren umfasst ein Ausbilden einer Isolationsschicht auf einem Substrat. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbilden einer Halbleiterschicht auf der Isolationsschicht. Das Verfahren umfasst ferner ein Aufbauen einer oder mehrerer vollständig verarmter auf Silizium-auf-Isolator-Technologie basierender rauscharmer Verstärkervorrichtungen („fully depleted silicon-on-insulator (FDSOI) low noise amplifier (LNA)“) in der Halbleiterschicht. Das Verfahren umfasst ferner ein Aufbauen einer FDSOI-Schaltervorrichtung in der Halbleiterschicht. Das Verfahren umfasst ferner ein Erhöhen der Dicke eines Teils der Halbleiterschicht, um einen Dickfilmbereich der Halbleiterschicht auszubilden. Das Verfahren umfasst ferner ein Aufbauen einer teilweise verarmten auf Silizium-auf-Isolator-Technologie basierenden Leistungsverstärkervorrichtung („partially depleted silicon-on-insulator (PDSOI) power amplifier (PA)“) in dem Dickfilmbereich der Halbleiterschicht, so dass sich die FDSOI-LNA-Vorrichtung und die FDSOI-Schaltervorrichtung in einem Dünnfilmbereich der Halbleiterschicht und die PDSOI-PA-Vorrichtung in dem Dickfilmbereich der Halbleiterschicht befinden.According to a number of implementations, the present disclosure relates to a method of manufacturing a front end integrated circuit. The method includes forming an insulating layer on a substrate. The method further includes forming a semiconductor layer on the insulating layer. The Ver Driving further includes building one or more fully depleted silicon-on-insulator (FDSOI) low noise amplifier (LNA) devices based on silicon-on-insulator technology in the semiconductor layer. The method further includes building a FDSOI switch device in the semiconductor layer. The method further includes increasing the thickness of a portion of the semiconductor layer to form a thick film portion of the semiconductor layer. The method further includes building a partially depleted silicon-on-insulator (PDSOI) power amplifier (PA) device in the thick film region of the semiconductor layer such that the FDSOI LNA device and the FDSOI switch device are located in a thin film region of the semiconductor layer and the PDSOI PA device is located in the thick film region of the semiconductor layer.
In einigen Ausführungsformen ist die Isolationsschicht mindestens 100 nm dick. In einigen Ausführungsformen ist die Halbleiterschicht in dem Dünnfilmbereich mindestens 5 nm dick und 50 nm oder weniger dick. In einigen weiteren Ausführungsformen ist die Halbleiterschicht in dem Dickfilmbereich mindestens 50 nm dick und 180 nm oder weniger dick.In some embodiments, the isolation layer is at least 100 nm thick. In some embodiments, the semiconductor layer in the thin film region is at least 5 nm thick and 50 nm or less thick. In some further embodiments, the semiconductor layer in the thick film region is at least 50 nm thick and 180 nm or less thick.
In einigen Ausführungsformen weist die Halbleiterschicht in dem Dünnfilmbereich 1/4 einer Gatelänge der FDSOI-LNA-Vorrichtung auf. In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren weiterhin das Aufbauen ein oder mehrerer passiver Vorrichtungen im Dünnfilmbereich der Halbleiterschicht auf. In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren weiterhin das Aufbauen ein oder mehrerer passiver Vorrichtungen im Dickfilmbereich der Halbleiterschicht auf. In einigen Ausführungsformen erfolgt das Erhöhen der Dicke durch selektives epitaxiales Aufwachsen.In some embodiments, the semiconductor layer in the thin film region is 1/4 of a gate length of the FDSOI LNA device. In some embodiments, the method further comprises building one or more passive devices in the thin film portion of the semiconductor layer. In some embodiments, the method further comprises building one or more passive devices in the thick film portion of the semiconductor layer. In some embodiments, increasing the thickness is done by selective epitaxial growth.
Gemäß einer Anzahl vom Implementierungen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Herstellung einer in ein Frontend integrierten Schaltung. Das Verfahren umfasst ein Ausbilden einer Isolationsschicht auf einem Substrat. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbilden einer Halbleiterschicht auf der Isolationsschicht. Das Verfahren umfasst ferner ein Aufbauen einer teilweise verarmten auf Silizium-auf-Isolator-Technologie basierenden Leistungsverstärkervorrichtung („partially depleted silicon-on-insulator (PDSOI) power amplifier (PA)“) in der Halbleiterschicht. Das Verfahren umfasst ferner ein Verringern der Dicke eines Teils der Halbleiterschicht, um einen Dünnfilmbereich der Halbleiterschicht auszubilden. Das Verfahren umfasst ferner ein Aufbauen einer vollständig verarmten auf Silizium-auf-Isolator-Technologie basierenden rauscharmen Verstärkervorrichtung („fully depleted silicon-on-insulator (FDSOI) low noise amplifier (LNA)“) in dem Dünnfilmbereich der Halbleiterschicht. Das Verfahren umfasst ferner ein Aufbauen einer FDSOI-Schaltervorrichtung in dem Dünnfilmbereich der Halbleiterschicht, so dass sich die PDSOI-PA-Vorrichtung in einem Dickfilmbereich der Halbleiterschicht befindet und die FDSOI-LNA-Vorrichtung und die FDSOI-Schaltervorrichtung in einem Dünnfilmbereich der Halbleiterschicht befinden.According to a number of implementations, the present disclosure relates to a method of manufacturing a front end integrated circuit. The method includes forming an insulating layer on a substrate. The method further includes forming a semiconductor layer on the insulating layer. The method further includes building a partially depleted silicon-on-insulator (PDSOI) power amplifier (PA) device in the semiconductor layer. The method further includes reducing the thickness of a portion of the semiconductor layer to form a thin film portion of the semiconductor layer. The method further includes building a fully depleted silicon-on-insulator (FDSOI) low noise amplifier (LNA) device based on silicon-on-insulator technology in the thin-film region of the semiconductor layer. The method further includes building a FDSOI switch device in the thin film region of the semiconductor layer such that the PDSOI PA device is in a thick film region of the semiconductor layer and the FDSOI LNA device and the FDSOI switch device are in a thin film region of the semiconductor layer.
In einigen Ausführungsformen ist die Isolationsschicht mindestens 100 nm dick. In einigen Ausführungsformen ist die Halbleiterschicht in dem Dünnfilmbereich mindestens 5 nm dick und 50 nm oder weniger dick. In einigen weiteren Ausführungsformen ist die Halbleiterschicht in dem Dickfilmbereich mindestens 50 nm dick und 180 nm oder weniger dick.In some embodiments, the isolation layer is at least 100 nm thick. In some embodiments, the semiconductor layer in the thin film region is at least 5 nm thick and 50 nm or less thick. In some further embodiments, the semiconductor layer in the thick film region is at least 50 nm thick and 180 nm or less thick.
In einigen Ausführungsformen weist die Halbleiterschicht in dem Dünnfilmbereich 1/4 einer Gatelänge der FDSOI-LNA-Vorrichtung auf. In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren weiterhin das Aufbauen ein oder mehrerer passiver Vorrichtungen im Dünnfilmbereich der Halbleiterschicht auf. In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren weiterhin das Aufbauen ein oder mehrerer passiver Vorrichtungen im Dickfilmbereich der Halbleiterschicht auf. In einigen Ausführungsformen erfolgt das Verringern der Dicke durch lokales Ausdünnen.In some embodiments, the semiconductor layer in the thin film region is 1/4 of a gate length of the FDSOI LNA device. In some embodiments, the method further comprises building one or more passive devices in the thin film portion of the semiconductor layer. In some embodiments, the method further comprises building one or more passive devices in the thick film portion of the semiconductor layer. In some embodiments, the thickness reduction is done by local thinning.
Gemäß einer Anzahl vom Implementierungen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Herstellung einer in ein Frontend integrierten Schaltung. Das Verfahren umfasst ein Ausbilden einer Isolationsschicht auf einem Substrat. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbilden einer Halbleiterschicht mit einer ersten Dicke auf der Isolationsschicht. Das Verfahren umfasst ferner ein Erhöhen der Dicke eines Bereichs der Halbleiterschicht, um einen Dickfilmbereich der Halbleiterschicht auszubilden, während ein anderer Bereich der Halbleiterschicht mit der ersten Dicke einen Dünnfilmbereich bildet. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Aufbauen von analogen Hochvoltschaltungen in dem Dickfilmbereich. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Aufbauen von analogen Niedervoltschaltungen in dem Dünnfilmbereich.According to a number of implementations, the present disclosure relates to a method of manufacturing a front end integrated circuit. The method includes forming an insulating layer on a substrate. The method further includes forming a semiconductor layer having a first thickness on the insulating layer. The method further includes increasing the thickness of a portion of the semiconductor layer to form a thick film portion of the semiconductor layer while another portion of the semiconductor layer having the first thickness forms a thin film portion. The method further includes building high voltage analog circuits in the thick film area. The method further includes building low voltage analog circuits in the thin film region.
In einigen Ausführungsformen ist die Isolationsschicht mindestens 100 nm dick. In einigen Ausführungsformen ist die Halbleiterschicht in dem Dünnfilmbereich mindestens 5 nm dick und 50 nm oder weniger dick. In einigen weiteren Ausführungsformen ist die Halbleiterschicht in dem Dickfilmbereich mindestens 50 nm dick und 180 nm oder weniger dick.In some embodiments, the isolation layer is at least 100 nm thick. In some embodiments, the semiconductor layer in the thin film region is at least 5 nm thick and 50 nm or less thick. In some further embodiments, the semiconductor layer in the thick film region is at least 50 nm thick and 180 nm or less thick.
In einigen Ausführungsformen umfassen die analogen Hochvoltschaltungen einen Low-Drop-Spannungsregler. In einigen Ausführungsformen umfassen die analogen Hochvoltschaltungen einen Hochspannungsleistungsverstärker. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin ein Aufbauen digitaler Schaltungen in dem Dünnfilmbereich.In some embodiments, the high-voltage analog circuits include a low-drop voltage regulator. In some embodiments, the high-voltage analog circuits include a high-voltage power amplifier. In some embodiments, the method further includes building digital circuits in the thin film region.
Gemäß einer Anzahl vom Implementierungen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Herstellung einer in ein Frontend integrierten Schaltung. Das Verfahren umfasst ein Ausbilden einer Isolationsschicht auf einem Substrat. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbilden einer Halbleiterschicht mit einer ersten Dicke auf der Isolationsschicht. Das Verfahren umfasst ferner ein Verringern der Dicke eines Bereichs der Halbleiterschicht, um einen Dünnfilmbereich der Halbleiterschicht auszubilden, während ein anderer Bereich der Halbleiterschicht mit der ersten Dicke einen Dickfilmbereich bildet. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Aufbauen einer Hochfrequenzvorrichtung (HF-Vorrichtung) in dem Dickfilmbereich. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Aufbauen von analogen oder digitalen Schaltungen in dem Dünnfilmbereich.According to a number of implementations, the present disclosure relates to a method of manufacturing a front end integrated circuit. The method includes forming an insulating layer on a substrate. The method further includes forming a semiconductor layer having a first thickness on the insulating layer. The method further includes reducing the thickness of a portion of the semiconductor layer to form a thin film portion of the semiconductor layer while another portion of the semiconductor layer having the first thickness forms a thick film portion. The method further includes building a radio frequency (RF) device in the thick film region. The method further includes building analog or digital circuits in the thin film area.
In einigen Ausführungsformen ist die Isolationsschicht mindestens 100 nm dick. In einigen Ausführungsformen ist die Halbleiterschicht in dem Dünnfilmbereich mindestens 5 nm dick und 50 nm oder weniger dick. In einigen weiteren Ausführungsformen ist die Halbleiterschicht in dem Dickfilmbereich mindestens 50 nm dick und 180 nm oder weniger dick.In some embodiments, the isolation layer is at least 100 nm thick. In some embodiments, the semiconductor layer in the thin film region is at least 5 nm thick and 50 nm or less thick. In some further embodiments, the semiconductor layer in the thick film region is at least 50 nm thick and 180 nm or less thick.
In einigen Ausführungsformen umfasst die HF-Vorrichtung in dem Dickfilmbereich eine Leistungsverstärkervorrichtung (PA-Vorrichtung). In einigen weiteren Ausführungsformen umfasst die PA-Vorrichtung eine teilweise verarmte auf Silizium-auf-Isolator-Technologie basierende Leistungsverstärkervorrichtung („partially depleted silicon-on-insulator (PDSOI) power amplifier (PA)“).In some embodiments, the RF device in the thick film region includes a power amplifier (PA) device. In some other embodiments, the PA device comprises a partially depleted silicon-on-insulator (PDSOI) power amplifier (PA) device.
In einigen Ausführungsformen umfassen die digitalen Schaltungen Logikgatter.In some embodiments, the digital circuitry includes logic gates.
Zur Zusammenfassung der Offenbarung wurden hier bestimmte Aspekte, Vorteile und neue Merkmale beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass nicht unbedingt alle diese Vorteile in Übereinstimmung mit einer bestimmten Ausführungsform erreicht werden können. Somit können die offenbarten Ausführungsformen in einer Weise umgesetzt oder durchgeführt werden, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen, wie hier gelehrt, erreicht oder optimiert, ohne zwangsläufig andere Vorteile zu erzielen, wie sie hier gelehrt oder vorgeschlagen werden.Certain aspects, advantages, and novel features have been described herein in order to summarize the disclosure. It should be noted that not all of these advantages may necessarily be achieved in accordance with any particular embodiment. Thus, the disclosed embodiments may be implemented or performed in a manner that achieves or optimizes one or a group of advantages as taught herein, without necessarily achieving other advantages as taught or suggested herein.
Figurenlistecharacter list
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1A veranschaulicht eine vollständig in ein Frontend integrierte Schaltung („front end integrated circuit“, FEIC), welche unter Verwendung von Silizium-auf-Isolator-Fertigungstechnologie („silicon-on-insulator“, SOI) hergestellt worden ist.1A FIG. 12 illustrates a front end integrated circuit (FEIC) fabricated using silicon-on-insulator (SOI) fabrication technology. -
1B veranschaulicht eine weitere vollständig integrierte FEIC, welche unter Verwendung von SOI-Fertigungstechnologie hergestellt worden ist.1B Figure 12 illustrates another fully integrated FEIC fabricated using SOI fabrication technology. -
2A ,2B ,2C und2D veranschaulichen eine beispielhafte FEIC in unterschiedlichen Stadien eines Herstellungsprozesses.2A ,2 B ,2C and2D illustrate an example FEIC at different stages of a manufacturing process. -
3A ,3B ,3C und3D veranschaulichen eine Abwandlung des Herstellungsprozesses für die im Zusammenhang mit2A-2D beschriebene FEIC.3A ,3B ,3C and3D illustrate a modification of the manufacturing process for those related to2A-2D described FEIC. -
4A ,4B ,4C und4D veranschaulichen eine weitere beispielhafte FEIC in unterschiedlichen Stadien eines Herstellungsprozesses.4A ,4B ,4C and4D illustrate another exemplary FEIC at different stages of a manufacturing process. -
5A ,5B ,5C und5D veranschaulichen eine Abwandlung des Herstellungsprozesses für die im Zusammenhang mit4A-4D beschriebene FEIC.5A ,5B ,5C and5D illustrate a modification of the manufacturing process for those related to4A-4D described FEIC. -
6A und6B veranschaulichen Verfahren zum Aufbau einer integrierten FEIC mit einer teilweise verarmten Silizium-auf-Isolator-(PDSOI)-Leistungsverstärker-(PA)-Vorrichtung, einer vollständig verarmten Silizium-auf-Isolator-(FDSOI)-Rauscharmverstärker-(LNA)-Vorrichtung und einer FDSOI-Schaltvorrichtung.6A and6B illustrate methods of constructing an integrated FEIC with a partially depleted silicon-on-insulator (PDSOI) power amplifier (PA) device, a fully-depleted silicon-on-insulator (FDSOI) low-noise amplifier (LNA) device, and an FDSOI switching device. -
7A und7B veranschaulichen weitere Verfahren zum Aufbau einer integrierten FEIC mit einer PDSOI-PA-Vorrichtung, einer FDSOI-LNA-Vorrichtung und einer FDSOI-Schaltvorrichtung.7A and7B illustrate other methods of building an integrated FEIC with a PDSOI PA device, a FDSOI LNA device, and a FDSOI switch device.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINIGER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF SOME EMBODIMENTS
Die hierin falls überhaupt verwendeten Zwischenüberschriften dienen allen zu Orientierungszwecken und beeinflussen nicht notwendigerweise den Schutzbereich oder die Bedeutung der beanspruchten Gegenstände.The subheadings, if any, used herein are all for guidance purposes and do not necessarily affect the scope or meaning of the claimed subject matter.
Überblickoverview
Eine in ein Frontend integrierte Schaltung („front end integrated circuit“, FEIC) ist ein einzelner Halbleiterrohchip, welcher die Funktionalität eines Frontendmoduls (FEM) aufweist. Es wäre wünschenswert, eine Technologieplattform für eine FEIC zu schaffen, um die fortwährend steigenden Bedürfnisse nach höherer Leistungsfähigkeit, geringeren Bauraumgrößen und geringeren Kosten befriedigen zu können. Typischerweise wird die Leistungsfähigkeit von Chips durch analoge Schaltungen bestimmt, die Elemente wie etwa rauscharme Verstärker („low noise amplifiers“, LNAs), Schalter, Leistungsverstärker (PAs), passive Vorrichtungen, analoge Schaltungen (z.B. Pegelverschieber, Summierer, Stromspiegel usw.), digitale Schaltungen (z.B. Logikgatter), Regler (z.B. Low-Drop-Spannungsregler), Ladungspumpen und dergleichen beinhalten. Eine vollständig integrierte Hochfrequenz-FEIC, HF-FEIC, im Sinne der vorliegenden Offenbarung beinhaltet sowohl Elemente für eine Übertragung als auch einen Empfang in einem einzigen Chip. Diese Elemente umfassen PAs, LNAs und Schalter und können geeignete passive Vorrichtungen, analoge und digitale Schaltungen, Regler und dergleichen aufweisen.A front end integrated circuit (FEIC) is a single semiconductor die that has the functionality of a front end module (FEM). It would be desirable to have a technology platform for a To create FEIC in order to be able to satisfy the ever-increasing needs for higher performance, smaller installation space sizes and lower costs. Typically, chip performance is determined by analog circuitry, which includes elements such as low noise amplifiers (LNAs), switches, power amplifiers (PAs), passive devices, analog circuitry (e.g., level shifters, summers, current mirrors, etc.), include digital circuits (eg, logic gates), regulators (eg, low-drop voltage regulators), charge pumps, and the like. A fully integrated radio frequency FEIC, HF-FEIC, as used in the present disclosure, includes both elements for transmission and reception in a single chip. These elements include PAs, LNAs, and switches, and may include appropriate passive devices, analog and digital circuitry, controllers, and the like.
Vielversprechende Ansätze zur Herstellung vollständig integrierter HF-FEICs umfassen Silizium-auf-Isolator-(SOI-)Prozesstechnologien. SOI bezeichnet die Herstellung von Siliziumhalbleitervorrichtungen in einem geschichteten Silizium-Isolator-Silizium-Substrat, um eine parasitäre Kapazität innerhalb der Vorrichtungen zu verringern, so dass sich deren Leistungsfähigkeit erhöht. SOI-Prozesstechnologien können für verbesserte Eigenschaften von HF-FEICs sorgen (z.B. höhere Bandbreite, LNA-Leistungsfähigkeit bei geringerem Rauschen (NF), hohe Linearität, Energieeffizienz, geringen Bauraumbedarf, geringe Einfügedämpfung usw.). SOI kann von Volumenprozesstechnologien unterschieden werden, bei denen Gräben dotierten Siliziums verwendet werden, die sich tief in das Substrat hinein erstrecken statt an einer Isolationsschicht über der Substratschicht zu stoppen. Transistoren oder Vorrichtungen im Volumen umfassen Vorrichtungen, bei denen Source und Drain in das Siliziumsubstrat eingebaut werden und Dotanden zum Substrat hinzugefügt werden, um dessen Leitfähigkeitseigenschaften zu beeinflussen. Mit dem Schrumpfen der Vorrichtungsgröße (z.B. unter etwa 28 nm) werden Volumentransistoren zunehmend komplex und es ist dann vorteilhaft, Transistoren unter Nutzung von SOI-Technologie aufzubauen.Promising approaches to fabricating fully integrated RF FEICs include silicon-on-insulator (SOI) process technologies. SOI refers to the fabrication of silicon semiconductor devices in a layered silicon-insulator-silicon substrate to reduce parasitic capacitance within the devices, thereby increasing their performance. SOI process technologies can provide improved characteristics of RF FEICs (e.g. higher bandwidth, LNA performance with lower noise (NF), high linearity, energy efficiency, small footprint, low insertion loss, etc.). SOI can be distinguished from bulk process technologies that use trenches of doped silicon that extend deep into the substrate rather than stopping at an insulating layer over the substrate layer. Transistors or bulk devices include devices in which the source and drain are built into the silicon substrate and dopants are added to the substrate to affect its conductivity properties. As device size shrinks (e.g., below about 28 nm), bulk transistors become increasingly complex and it is then advantageous to build transistors using SOI technology.
Die SOI-Struktur umfasst einen Siliziumfilm (z.B. kristallines Silizium), welcher vom Volumensubstrat über eine dünne Isolatorschicht (z.B. vergrabenes Oxid oder BOX) getrennt ist. Die BOX-Schicht ist dazu ausgelegt, die Isolation zu verbessern, Kurzkanaleffekte zu vermindern, Leckströme zu verhindern sowie Schaltgeschwindigkeiten zu verbessern, zumindest teilweise geschuldet der verringerten Drain-Hauptkörper-Kapazität. In SOI-Wafern ist der Isolator üblicherweise eine thermische Siliziumdioxidschicht (SiO2) und das Substrat ist ein Siliziumwafer. Je nach Anwendungsart kann der Siliziumfilm in seiner Dicke variieren (z.B. von weniger als etwa 50 nm bis zu etlichen zig Mikrometern). Ebenso kann die Dicke der BOX-Schicht je nach Anwendungsart variieren (z.B. von zig Nanometern bis zu etlichen Mikrometern). SOI-Herstellungstechnologien umfassen Trennung durch implantierten Sauerstoff (SIMOX), SOI durch Bonden und Rückätzen (BESOI), epitaxialer Schichttransfer (ELTRAN®), NANOCLEAVE®, SMART CUT™, usw.The SOI structure comprises a silicon film (eg crystalline silicon) separated from the bulk substrate by a thin insulator layer (eg buried oxide or BOX). The BOX layer is designed to improve isolation, reduce short channel effects, prevent current leakage, and improve switching speeds, at least in part due to reduced drain-to-main body capacitance. In SOI wafers, the insulator is usually a thermal silicon dioxide (SiO 2 ) layer and the substrate is a silicon wafer. Depending on the type of application, the silicon film can vary in thickness (eg, from less than about 50 nm to several tens of microns). The thickness of the BOX layer can also vary depending on the type of application (eg from tens of nanometers to several micrometers). SOI fabrication technologies include Separation by Implanted Oxygen (SIMOX), SOI by Bonding and Etchback (BESOI), Epitaxial Layer Transfer (ELTRAN®), NANOCLEAVE®, SMART CUT™, etc.
SOI-Technologie kann mit komplementären Metalloxidhalbleitern („complementary metal oxide semiconductors“, CMOS) umgesetzt werden. SOI-CMOS beinhaltet den Aufbau von Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren („metal oxide semiconductor field effect transistors“, MOSFETs) auf der dünnen Halbleiterschicht (z.B. Silizium oder Germanium). Die dünne Halbleiterschicht ist vom Substrat durch eine Isolationsschicht (z.B. vergrabenes Oxid) getrennt, um die Vorrichtungen elektrisch von dem darunterliegenden Halbleitersubstrat und untereinander zu isolieren. Die Dicke der Isolationsschicht einer SOI-Vorrichtung kann irgendwo zwischen etwa 5 nm und etwa 400 nm liegen und die Dicke des Halbleiterfilms kann irgendwo zwischen etwa 5 nm und etwa 240 nm liegen.SOI technology can be implemented with complementary metal oxide semiconductors (CMOS). SOI-CMOS involves the construction of metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) on the thin semiconductor layer (e.g. silicon or germanium). The thin semiconductor layer is separated from the substrate by an insulating layer (e.g. buried oxide) to electrically isolate the devices from the underlying semiconductor substrate and from each other. The thickness of the isolation layer of an SOI device can be anywhere from about 5 nm to about 400 nm and the thickness of the semiconductor film can be anywhere from about 5 nm to about 240 nm.
Die MOSFETs auf einem SOI-Wafer umfassen eine Kanalverarmungsschicht zwischen Source und Drain. SOI-Vorrichtungen können in zwei Arten eingeteilt werden, je nach Ausmaß der Kanalverarmungsschicht im Vergleich zur Dicke des Siliziumfilms: teilweise verarmte SOI-Vorrichtungen (PDSOI) und vollständig verarmte SOI-Vorrichtungen (FDSOI). PDSOI-Vorrichtungen umfassen Vorrichtungen, bei denen der Siliziumfilm dicker als die maximal Gateverarmungsbreite ist, und solche Vorrichtungen zeigen den Effekt eines potentialfreien Hauptkörpers. FDSOI-Vorrichtungen umfassen Vorrichtungen, bei denen der Siliziumfilm dünn genug ist, um vollständig zu verarmen, bevor die Schwellbedingung erreicht ist.The MOSFETs on an SOI wafer include a channel depletion layer between the source and drain. SOI devices can be classified into two types based on the extent of the channel depletion layer compared to the thickness of the silicon film: partially depleted SOI devices (PDSOI) and fully depleted SOI devices (FDSOI). PDSOI devices include devices in which the silicon film is thicker than the maximum gate depletion width, and such devices exhibit the floating main body effect. FDSOI devices include devices in which the silicon film is thin enough to be fully depleted before the threshold condition is reached.
FDSOI-Vorrichtungen umfassend eine ultradünne Isolationsschicht (vergrabenes Oxid oder BOX), welche auf dem Substrat angeordnet ist, und ein sehr dünner Siliziumfilm wird eingesetzt, um einen Transistorkanal zu bilden. FDSOI-Vorrichtungen nutzen üblicherweise undotierte oder einen nur geringfügig dotierten Kanal. Typischerweise ist der Schicht des dünnen Siliziumfilms zwischen etwa 5 nm und etwa 50 nm dick oder beträgt üblicherweise 1/4 der Gatelänge. Außerdem kann die isolierende BOX-Schicht dick sein (z.B. zwischen etwa 100 nm und etwa 400 nm) oder sie kann ultradünn sein (z.B. zwischen etwa 5 nm und etwa 50 nm). Bei FDSOI-Vorrichtungen ist die Siliziumschicht unter dem Gateisolator dünn genug, dass sie vollständig von beweglichen Ladungsträgern befreit ist, daher ist so eine Vorrichtung „vollständig verarmt“. Anders ausgedrückt erreicht die Verarmungsregion das vergrabene Oxid während des Schaltens der FDSOI-Vorrichtung vom abgeschalteten in den angeschalteten Zustand.FDSOI devices comprising an ultra-thin insulating layer (buried oxide or BOX) disposed on the substrate and a very thin silicon film is used to form a transistor channel. FDSOI devices typically use an undoped or only lightly doped channel. Typically, the layer of thin silicon film is between about 5 nm and about 50 nm thick, or usually 1/4 the gate length. Additionally, the BOX insulating layer may be thick (eg, between about 100 nm and about 400 nm) or ultra-thin (eg, between about 5 nm and about 50 nm). In FDSOI devices, the silicon layer under the gate insulator is thin enough that it is completely depleted of mobile carriers, so it is a device "completely depleted". In other words, the depletion region reaches the buried oxide during switching of the FDSOI device from off to on state.
Der Halbleiterfilm ist in FDSOI-Vorrichtungen sehr dünn, so dass die Verarmungsregion den gesamten Film abdeckt. In FDSOI-Vorrichtungen trägt das Gateoxid (GOX) weniger Verarmungsladungen als die Volumenvorrichtung, so das seine Erhöhung der Inversionsladungen zu höheren Schaltgeschwindigkeiten führt. Eine Begrenzung der Verarmungsladung durch das BOX erzeugt eine Unterdrückung der Verarmungskapazität und damit eine erhebliche Verringerung der unterschwelligen Verschiebung, was es ermöglicht, FDSOI-MOSFETS bei geringeren Gatevorspannungen und damit mit geringerer Leistung zu betreiben.The semiconductor film is very thin in FDSOI devices, so the depletion region covers the entire film. In FDSOI devices, the gate oxide (GOX) carries fewer depletion charges than the bulk device, so its increase in inversion charges leads to higher switching speeds. Depletion charge limiting by the BOX produces depletion capacitance suppression and hence a significant reduction in subthreshold offset, allowing FDSOI MOSFETS to operate at lower gate biases and hence lower power.
PDSOI-Vorrichtungen umfassen eine dickere Siliziumschicht auf der BOX-Schicht, im Vergleich zu FDSOI-Vorrichtungen. Üblicherweise ist die obere Siliziumschicht zwischen etwa 50 nm und etwa 180 nm dick. Das Silizium unter dem Kanal ist teilweise an mobilen Ladungsträgern verarmt, wodurch die resultierende Vorrichtung „teilweise verarmt“ ist. Typischerweise ist die BOX-Schicht zwischen etwa 100 nm und etwa 400 nm dick.PDSOI devices include a thicker silicon layer on top of the BOX layer compared to FDSOI devices. Typically, the top silicon layer is between about 50 nm and about 180 nm thick. The silicon under the channel is partially depleted of mobile carriers, making the resulting device "partially depleted". Typically, the BOX layer is between about 100 nm and about 400 nm thick.
Aufgrund der hohe Integrationsfähigkeit und den geringeren Kosten ist die CMOS-Technologie einer der vielversprechendsten Kandidaten für vollständig integrierte FEICs. Typischerweise ist die Vorrichtung, die mit CMOS-Technologie am schwierigsten zu bauen ist, die Hochleistungs-PA-Vorrichtung, welche herkömmlicherweise lateral diffundierte MOSFETs (LDMOS) oder MOSFETs mit erweitertem Drain (EDMOS) bei Hochenergieanwendungen in geringen Frequenzen einsetzen. LDMOS- und EDMOS-PAs sind üblicherweise leichter mit Volumentechnologie oder SOI-Dickfilmtechnologie aufzubauen. Wenn jedoch die Vorrichtungsgröße klein ist (z.B. etwa 28 nm oder weniger), treten Schwierigkeiten auf. Da beispielsweise der Siliziumfilm relativ dünn ist, erfordert eine Herstellung üblicherweise ein Ätzen durch die BOX-Schicht auf dem Wafer. Dementsprechend wird der resultierende PA eher vergleichbar mit einer Dickfilm- oder einer Volumenvorrichtung als mit einer FDSOI-Vorrichtung. Bestehende CMOS-Technologien - sei es Volumen-CMOS, Dickfilm-SOI-CMOS oder Dünnfilm-SOI-CMOS - haben alle Nachteile entweder bei der Integration von Schaltern und LNAs mit LDMOS-PAs oder bei höheren Kosten für Integration dieser Elemente.Due to its high integration capability and lower cost, CMOS technology is one of the most promising candidates for fully integrated FEICs. Typically, the most difficult device to build with CMOS technology is the high power PA device, which traditionally employs laterally diffused MOSFETs (LDMOS) or extended drain MOSFETs (EDMOS) in high power, low frequency applications. LDMOS and EDMOS PAs are usually easier to build with bulk technology or SOI thick film technology. However, when the device size is small (e.g., about 28 nm or less), difficulties arise. For example, because the silicon film is relatively thin, fabrication typically requires etching through the BOX layer on the wafer. Accordingly, the resulting PA becomes more comparable to a thick film or a bulk device than to an FDSOI device. Existing CMOS technologies - be it bulk CMOS, thick film SOI CMOS or thin film SOI CMOS - all have disadvantages either in integrating switches and LNAs with LDMOS PAs or in the higher cost of integrating these elements.
Demgemäß werden zur Adressierung dieser und anderer Probleme hierin SOI-basierte Technologieplattformen beschrieben, welche vollständig integrierte FEICs mit Schaltern, LNAs und PAs bereitstellen. Die PAs können in einem Dickfilmbereich der integrierten Schaltung aufgebaut werden, was in einem PDSOI-PA resultiert, und die Schalter und LNAs können in einem Dünnfilmbereich der der integrierten Schaltung aufgebaut werden, was in FDSOI-Schaltern und -LNAs resultiert. Die entstehende vollständig integrierte FEIC umfasst PDSOI-PAs mit FDSOI-Schaltern und -LNAs. Passive Komponenten können in dem Dickfilmbereich, dem Dünnfilmbereich oder in beiden Bereichen aufgebaut werden. In manchen Implementierungsformen umfasst eine FEIC ein oder mehrere Leistungsverstärker im Dickfilmbereich der HF-Schaltung mit HF-Schaltungen im Dünnfilmbereich. In manchen Implementierungsformen umfasst eine FEIC analoge Hochspannungsschaltungen im Dickfilmbereich und analoge Niederspannungsschaltungen im Dünnfilmbereich. In bestimmten Implementierungsformen umfasst eine FEIC eine HF-Vorrichtung im Dickfilmbereich sowie analoge und/oder digitale Schaltungen, die im Dünnfilmbereich aufgebaut sind.Accordingly, to address these and other issues, SOI-based technology platforms are described herein that provide fully integrated FEICs with switches, LNAs, and PAs. The PAs can be built in a thick film area of the integrated circuit, resulting in a PDSOI PA, and the switches and LNAs can be built in a thin film area of the integrated circuit, resulting in FDSOI switches and LNAs. The emerging fully integrated FEIC includes PDSOI PAs with FDSOI switches and LNAs. Passive components can be built in the thick film domain, the thin film domain, or both domains. In some implementation forms, an FEIC includes one or more power amplifiers in the thick film portion of the RF circuitry with RF circuitry in the thin film portion. In some implementation forms, an FEIC includes high-voltage analog circuitry in the thick-film domain and low-voltage analog circuitry in the thin-film domain. In certain implementation forms, an FEIC includes an RF device in the thick film domain and analog and/or digital circuitry built in the thin film domain.
Versuche, eine vollständig integrierte FEIC aufzubauen, umschlossen ein Aufbauen jeder Vorrichtung (PAs, LNAs, Schalter) unter Verwendung von Volumentechnologien oder ein Aufbauen jeder Vorrichtung unter Verwendung von PDSOI-Technologien. Versuche umschlossen auch ein Aufbauen von Volumen-LDMOS-PAs (z.B. durch Entfernen der BOX-Schicht) mit FDSOI-LNAs und -Schaltern. Versuche umschlossen auch ein Aufbauen von PDSOI-LDMOS-PAs mit LDMOS-LNAs in einem Dickfilmbereich und Schaltern in einem lokal ausgedünnten Dünnfilmbereich.Attempts to build a fully integrated FEIC have included building each device (PAs, LNAs, switches) using bulk technologies or building each device using PDSOI technologies. Attempts have also included building bulk LDMOS PAs (e.g. by removing the BOX layer) with FDSOI LNAs and switches. Attempts also included building PDSOI LDMOS PAs with LDMOS LNAs in a thick film area and switches in a locally thinned thin film area.
Im Gegensatz zu diesen Ansätzen werden hierin vollständig integrierte FEICs mit FDSOI-Schaltern und -LNAs zusätzlich zu PDSOI-PAs offenbart. In den offenbarten Ausführungsformen wird im Gegensatz zu den oben beschriebenen Ansätzen die BOX-Schicht nicht entfernt. Stattdessen werden Schalter und LNAs in einem Dünnfilmbereich aufgebaut und die PAs werden in einem Dickfilmbereich aufgebaut. Dies kann erreicht werden, indem man mit einem dünnen Film beginnt, die Schalter und LNAs aufbaut, einen Dickfilmbereich aufbaut (z.B. unter Nutzung selektiven epitaxialen Aufwachsens oder SEG) und die PAs in dem aufgebauten Dickfilmbereich aufbaut. Dies kann auch erreicht werden, indem man mit einem dicken Film beginnt, die PAs in dem Dickfilmbereich aufbaut, lokales Verdünnen nutzt, um einen Dünnfilmbereich zu erzeugen, sowie die Schalter und LNAs in dem aufgebauten Dünnfilmbereich aufzubauen. Dies kann auch erreicht werden, indem man die BOX-Schicht und die Dünnfilmschicht vorbereitet, die Dicke eines Teils des Dünnfilmbereichs erhöht, um einen Dickfilmbereich zu erzeugen, und dann die FDSOI-LNA- und -Schaltervorrichtungen in dem Dünnfilmbereich und die PDSOI-PAs in dem Dickfilmbereich aufbaut. Dies kann auch erreicht werden, indem man die BOX-Schicht und die Dickfilmschicht vorbereitet, die Dicke eines Teils des Dickfilmbereichs verringert, um einen Dünnfilmbereich zu erzeugen, und dann die PDSOI-PAs in dem Dickfilmbereich sowie die FDSOI-LNA- und - Schaltervorrichtungen in dem Dünnfilmbereich aufbaut.In contrast to these approaches, fully integrated FEICs with FDSOI switches and LNAs in addition to PDSOI PAs are disclosed herein. In the disclosed embodiments, in contrast to the approaches described above, the BOX layer is not removed. Instead, switches and LNAs are built in a thin film area and the PAs are built in a thick film area. This can be achieved by starting with a thin film, building the switches and LNAs, building a thick film region (eg, using selective epitaxial growth or SEG), and building the PAs in the thick film built region. This can also be achieved by starting with a thick film, building the PAs in the thick film area, using local thinning to create a thin film area, and building the switches and LNAs in the built thin film area. This can also be achieved by preparing the BOX layer and the thin film layer, increasing the thickness of part of the thin film area to create a thick film area, and then placing the FDSOI LNA and switch devices in the thin film area and the PDSOI PAs in the thick film area. This can also be achieved by preparing the BOX layer and the thick film layer, reducing the thickness of part of the thick film area to create a thin film area, and then placing the PDSOI PAs in the thick film area and the FDSOI LNA and switch devices in the thin film area.
Die offenbarten FEICs sind deshalb vollständig integrierte CMOS-Schaltungen, die in ein Frontend eingebaut sind und welche verbesserte Leistungsfähigkeit und geringere Kosten aufweisen. Einige Ausführungsformen der sich ergebenden Struktur der offenbarten FEIC umfassen einen Dünnfilmbereich mit ein oder mehreren FDSOI-Schaltern und ein oder mehreren FDSOI-LNAs sowie einen Dickfilmbereich mit ein oder mehreren PDSOI-PAs (z.B. LDMOS-PAs oder EDMOS-PAs). In den offenbarten FEICs können passive Komponenten in dem Dickfilmbereich (mit den PAs), dem Dünnfilmbereich (mit den Schaltern und den LNAs) oder in beiden Bereichen aufgebaut werden. In einigen Ausführungsformen weisen die offenbarten FEICs ein oder mehrere Vorrichtungen im Dickfilmbereich auf, die eine analoge Hochspannungsschaltung ausbilden, welche einen Hochspannungsleistungsverstärker und/oder einen Low-Dropout-Spannungsregler aufweisen kann. In einigen Ausführungsformen weisen die offenbarten FEICs eine HF-Vorrichtung (z.B. einen PA) in dem Dickfilmbereich und analoge und/oder digitale Niederspannungsschaltungen in dem Dünnfilmbereich auf.The disclosed FEICs are therefore fully integrated CMOS circuits built into a front end, which have improved performance and reduced cost. Some embodiments of the resulting structure of the disclosed FEIC include a thin film region with one or more FDSOI switches and one or more FDSOI LNAs and a thick film region with one or more PDSOI PAs (e.g. LDMOS PAs or EDMOS PAs). In the disclosed FEICs, passive components can be built in the thick film domain (with the PAs), the thin film domain (with the switches and the LNAs), or in both domains. In some embodiments, the disclosed FEICs include one or more thick film devices that form a high voltage analog circuit, which may include a high voltage power amplifier and/or a low dropout voltage regulator. In some embodiments, the disclosed FEICs include an RF device (e.g., a PA) in the thick film region and low voltage analog and/or digital circuitry in the thin film region.
Vorteilhafterweise verringern die offenbarten FEICs parasitäre Effekte für die PAs im Vergleich zu Volumenlösungen. Dies resultiert in höherer Leistungsfähigkeit aktiver Vorrichtungen sowie anderen Gesamtleistungsfähigkeitsvorteilen der FEICs. Ein weiterer Vorteil der offenbarten FEICs besteht darin, dass es keine Notwendigkeit gibt, einen Teil der vergrabenen Oxidschicht zu entfernen, um die Vorrichtungen (z.B. PAs) in dem Dickfilmbereich aufzubauen. Dementsprechend kann die integrierte Schaltung in dem Dickfilmbereich einen dickeren Siliziumfilm bzw. eine dickere Siliziumschicht aufweisen, im Vergleich zu bestimmten Implementierungsformen integrierter Schaltungen mit FDSOI-PAs oder PAs in einem Dünnfilmbereich. Das führt dazu, dass die Leistungsfähigkeit der aktiven Vorrichtungen stabiler ist und die Leistungsfähigkeit der passiven Vorrichtungen im Dickfilmbereich besser wird. Dies verbessert die Gesamtleistungsfähigkeit der offenbarten FEICs.Advantageously, the disclosed FEICs reduce parasitic effects for the PAs compared to bulk solutions. This results in higher active device performance as well as other overall performance benefits of FEICs. Another advantage of the disclosed FEICs is that there is no need to remove part of the buried oxide layer to build up the devices (e.g. PAs) in the thick film area. Accordingly, the integrated circuit may have a thicker silicon film or layer in the thick film area compared to certain forms of implementation of integrated circuits with FDSOI-PAs or PAs in a thin film area. As a result, the performance of the active devices is more stable and the performance of the passive devices becomes better in the thick film area. This improves the overall performance of the disclosed FEICs.
In ein Frontend integrierte SchaltungsstrukturCircuit structure integrated into a front end
Eine teilweise verarmte SOI-Leistungsverstärkervorrichtung (PDSOI-PA-Vorrichtung) 110 wird in dem Dickfilmbereich 108 ausgebildet. Eine vollständig verarmte rauscharme SOI-Verstärkervorrichtung (FDSOI-LNA-Vorrichtung) 120 und eine FDSOI-Schaltervorrichtung 130 werden in dem Dünnfilmbereich 108b ausgebildet. Die PDSOI-PA-Vorrichtung 110, die FDSOI-LNA-Vorrichtung 120 und die FDSOI-Schaltervorrichtung 130 können jeweils einen n-MOSFET und/oder einen p-MOSFET aufweisen.A partially depleted SOI power amplifier (PDSOI-PA)
Die PDSOI-PA-Vorrichtung 110 umfasst einen MOSFET, der eine Gatestruktur mit einem Gateleiter 112 (z.B. Polysilizium) und einen Gateisolator 119 (z.B. ein Oxid) aufweist. Ein oder mehrere Abstandhalter können auch eingesetzt werden. Die PDSOI-PA-Vorrichtung 110 umfasst eine Sourcediffusion 114 und eine Draindiffusion 116. In bestimmten Implementierungsformen können sich die Sourcediffusion 114 und/oder die Draindiffusion 116 durch die Tiefe der Siliziumschicht 106 erstrecken, um die Isolationsschicht zu erreichen oder nahezu zu erreichen. In einigen Ausführungsformen kann die Draindiffusion 116 so ausgelegt werden, dass die PDSOI-PA-Vorrichtung 110 ein lateral diffundierter MOSFET (LDMOS) oder ein MOSFET mit erweitertem Drain (EDMOS) ist. Die PDSOI-PA-Vorrichtung 110 umfasst einen Kanal 118 unter dem Gateisolator 119 zwischen der Sourcediffusion 114 und der Draindiffusion 116. Der Kanal 118 kann dotiert werden, um gezielte Leistungsfähigkeitseigenschaften zu erreichen. Der Kanal 118 kann so ausgelegt werden, dass er eine Dicke aufweist, bei der die Verarmungsschicht den Raum zu dem Gateisolator 119 teilweise abdeckt, wenn die PDSOI-PA-Vorrichtung 110 im aktivierten Zustand ist. Deshalb ist die PDSOI-PA-Vorrichtung 110 zumindest teilweise verarmt, zumindest teilweise aufgrund der Tatsache, dass sie in den Dickfilmbereich 108a eingebaut ist.The PDSOI-
Die FDSOI-LNA-Vorrichtung 120 ist der PDSOI-LNA-Vorrichtung 110 dahingehen ähnlich, dass sie ein Gate mit einem Gateleiter 122 und einem Gateisolator 129, einer Sourcediffusion 124, einer Draindiffusion 126 und einem Kanal 128 unter dem Gateisolator 129 aufweist. In der FDSOI-LNA-Vorrichtung 120 ist der Kanal 128 so ausgelegt, dass er eine Dicke aufweist, welche ausreicht, dass die Verarmungsschicht den Raum unter dem Gateisolator 129 abdeckt, wenn die FDSOI-LNA-Vorrichtung 120 in einem aktivierten Betriebszustand ist. Deshalb ist die FDSOI-LNA-Vorrichtung 120 vollständig verarmt, zumindest teilweise aufgrund der Tatsache, dass sie in dem Dünnfilmbereich 108b aufgebaut ist. In einigen Ausführungsformen ist der Kanal 128 undotiert oder nur geringfügig dotiert.The
Die FDSOI-Schaltervorrichtung 130 ist der FDSOI-LNA-Vorrichtung 120 dahingehend ähnlich, dass sie ein Gate mit einem Gateleiter 132 und einem Gateisolator 139, einer Sourcediffusion 134, einer Draindiffusion 136 und einem Kanal 138 unter dem Gateisolator 139 aufweist. Der Kanal 138 ist so ausgelegt, dass er eine Dicke aufweist, welche ausreicht, dass die Verarmungsschicht den Raum unter dem Gateisolator 139 abdeckt, wenn die FDSOI-Schaltervorrichtung 130 in einem aktivierten Betriebszustand. Deshalb ist die FDSOI-Schaltervorrichtung 130 vollständig verarmt, zumindest teilweise aufgrund der Tatsache, dass sie in dem Dünnfilmbereich 108b aufgebaut ist. In einigen Ausführungsformen ist der Kanal 138 undotiert oder nur geringfügig dotiert.The
Die FEIC 100a umfasst ein Substrat 102, eine Isolationsschicht 104 auf dem Substrat 102 und eine Halbleiterschicht 106 auf der Isolationsschicht 104. Die Halbleiterschicht 106 bildet einen Dünnfilmbereich 108b und einen Dickfilmbereich 108a aus. Der Dünnfilmbereich 108b umfasst ein oder mehrere FDSOI-LNA-Vorrichtungen 120 und ein oder mehrere FDSOI-Schaltervorrichtungen 130. Der Dickfilmbereich 108a umfasst ein oder mehrere PDSOI-PA-Vorrichtungen 110. Damit ist die Halbleiterschicht 106 dünner in der LNA-Vorrichtung 120 und in der Schaltervorrichtung 130 als in der PA-Vorrichtung 110.The
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Die aufgebaute Region 207 erzeugt einen Dickfilmbereich 208a der Siliziumschicht 206, der eine größere Dicke aufweist als ein Dünnfilmbereich 208b der Siliziumschicht 206. Die sich einstellende Dicke des Dickfilmbereichs 208a kann dazu geeignet sein, um PDSOI-Vorrichtungen darin aufzubauen. Beispielsweise kann die Dicke der Siliziumschicht 206 in dem Dickfilmbereich 208a zwischen etwa 50 nm und etwa 180 nm betragen. Diese aufgebaute Region 207 wird als schraffierter Bereich auf der Oberseite der Siliziumschicht 206 dargestellt, aber es sollte klar sein, dass die sich einstellende Erhöhung der Dicke der Siliziumschicht 206 nicht zwangsläufigerweise in einer zusätzlichen Schicht auf der Oberseite der Siliziumschicht 206 führt. Vielmehr stellt die zusätzliche Dicke der aufgebauten Region 207 eine Zunahme der Dicke der Siliziumschicht 206 selbst dar.The built-up
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Beispielhaft genannt kann ein geeignetes Verfahren zum Herstellen der FEIC 200 ein Ausbilden der Isolationsschicht 104 auf der Oberseite des Substrats 102 aufweisen. Das Verfahren umfasst ein Ausbilden einer Halbleiterschicht 206 auf der Oberseite der Isolationsschicht 104. Das Verfahren umfasst ein Aufbauen der FDSOI-LNA-Vorrichtung 220 in der Halbleiterschicht 206. Das Verfahren umfasst ein Aufbauen der FDSOI-Schaltervorrichtung 230 in der Halbleiterschicht 206. Das Verfahren umfasst ein Erhöhen der Dicke eines Teils der Halbleiterschicht 206, um einen Dickfilmbereich 208a der Halbleiterschicht 206 auszubilden. Das Verfahren umfasst ein Aufbauen der PDSOI-PA-Vorrichtung 210 in dem Dickfilmbereich 208a der Halbleiterschicht 206, so dass sich die FDSOI-LNA-Vorrichtung 220 und die FDSOI-Schaltervorrichtung 230 in dem Dünnfilmbereich 208b der Halbleiterschicht 206 befinden und sich die PDSOI-PA-Vorrichtung 210 in dem Dickfilmbereich 208a der Halbleiterschicht 206 befindet.By way of example, a suitable method of fabricating the
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Der entfernte Bereich 307 erzeugt einen Dickfilmbereich 308a der Siliziumschicht 306, der eine größere Dicke aufweist als ein Dünnfilmbereich 308b der Siliziumschicht 306. Die sich einstellende Dicke des Dünnfilmbereichs 308b kann dazu geeignet sein, um FDSOI-Vorrichtungen darin aufzubauen. Beispielsweise kann die Dicke der Siliziumschicht 206 in dem Dünnfilmbereich 308b zwischen etwa 5 nm und etwa 50 nm oder etwa 1/4 der Gatelänge einer in dem Dünnfilmbereich 308b aufzubauenden FDSOI-Vorrichtung betragen.The removed
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Beispielhaft genannt kann ein geeignetes Verfahren zum Herstellen der FEIC 300 ein Ausbilden der Isolationsschicht 104 auf der Oberseite des Substrats 102 aufweisen. Das Verfahren umfasst ein Ausbilden einer Halbleiterschicht 306 auf der Oberseite der Isolationsschicht 104. Das Verfahren umfasst ferner ein Aufbauen der PDSOI-PA-Vorrichtung 310 in der Halbleiterschicht 306. Das Verfahren umfasst ferner ein Verringern der Dicke eines Teils der Halbleiterschicht 306, um den Dünnfilmbereich 308b der Halbleiterschicht 306 auszubilden. Das Verfahren umfasst ferner ein Aufbauen der FDSOI-LNA-Vorrichtung 320 in dem Dünnfilmbereich 308b der Halbleiterschicht 306. Das Verfahren umfasst ferner ein Aufbauen der FDSOI-Schaltervorrichtung 330 in dem Dünnfilmbereich 308b der Halbleiterschicht 306. Die PDSOI-PA-Vorrichtung 310 liegt im Dickfilmbereich 308a der Halbleiterschicht 306 und die FDSOI-LNA-Vorrichtung 320 sowie die FDSOI-Schaltervorrichtung 330 liegen im Dünnfilmbereich 308b der Halbleiterschicht 306.By way of example, a suitable method of fabricating the
Herstellung von in ein Frontend integrierter SchaltungenProduction of circuits integrated in a front end
In Block 605, wird ein Substrat mit einer vergrabenen Oxidschicht (BOX) und einer Dünnfilm-Siliziumschicht vorbereitet. Das Substrat mit der BOX-Schicht und dem Dünnfilmsilizium kann zum Beispiel die Form eines Silizium-auf-Isolator-Wafers (SOI-Wafer) annehmen. Das Vorbereiten des SOI-Wafers kann in einem separaten Prozess erfolgen, so dass der Schritt in Block 605 ein Empfangen oder Bereitstellen des SOI-Wafers statt eines Fertigens des SOI-Wafers beinhaltet. Das Vorbereiten kann auch jeden Schritt beinhalten, welcher das Vorbereiten der Struktur aufweist, um das Aufbauen aktiver Vorrichtungen in der Dünnfilm-Siliziumschicht zu ermöglichen.
Das Substrat kann ein Trägerwafer sein. Die BOX-Schicht kann jeder geeignete Isolator sein, wie beispielsweise ein thermisches Siliziumdioxid (SiO2). Die Dünnfilm-Siliziumschicht kann ein dünner, über dem BOX aufgebrachter Film sein, wie zum Beispiel kristallines Silizium. Die Dicke der BOX-Schicht kann irgendetwas zwischen etwa 5 nm und etwa 400 nm betragen, und kann zumindest etwa 100 nm und/oder gleich oder weniger als etwa 200 nm betragen. Die BOX-Schicht wird manchmal als dicke BOX-Schicht bezeichnet, im Gegensatz zu einer dünnen oder ultradünnen BOX-Schicht, welche typischerweise zwischen etwa 5 nm und 50 nm dick ist. Die Dicke der Dünnfilm-Siliziumschicht kann zwischen etwa 5 nm und etwa 50 nm oder etwa 1/4 der Gatelänge einer in der Dünnfilm-Siliziumschicht aufzubauenden aktiven Vorrichtung betragen. Jeder geeignete Prozess kann verwendet werden, um den SOI-Wafer vorzubereiten, inklusive Trennung durch implantierten Sauerstoff (SIMOX), SOI durch Bonden und Rückätzen (BESOI), epitaxialer Schichttransfer (ELTRAN@), NANOCLEAVE®, SMART CUT™, usw.The substrate can be a carrier wafer. The BOX layer can be any suitable insulator, such as thermal silicon dioxide (SiO 2 ). The thin film silicon layer can be a thin film deposited over the BOX, such as crystalline silicon. The thickness of the BOX layer can be anything between about 5 nm and about 400 nm, and can be at least about 100 nm and/or equal to or less than about 200 nm. The BOX layer is sometimes referred to as a thick BOX layer, in contrast to a thin or ultra-thin BOX layer, which is typically between about 5 nm and 50 nm thick. The thickness of the thin film silicon layer can be between about 5 nm and about 50 nm, or about 1/4 the gate length of an active device to be built in the thin film silicon layer. Any suitable process can be used to prepare the SOI wafer, including separation by implanted oxygen (SIMOX), SOI by bonding and etch-back (BESOI), epitaxial layer transfer (ELTRAN@), NANOCLEAVE®, SMART CUT™, etc.
In Block 610 werden ein oder mehrere FDSOI-LNA-Vorrichtungen und ein oder mehrere FDSOI-Schaltervorrichtungen in der Dünnfilm-Siliziumschicht aufgebaut. Diese aktiven Vorrichtungen können ohne Kanaldotierung zwischen deren Source- und Draindiffusionen aufgebaut werden bzw. deren Kanal kann nur leicht dotiert werden. Die Dicke des Dünnfilmsiliziums kann so gewählt werden, dass der Kanal vollständig verarmt ist, wenn die aktiven Vorrichtungen in ihrem aktivierten Betriebszustand sind.
In Block 615 wird die Dicke eines Bereichs des Dünnfilmsiliziums erhöht, um einen Dickfilmbereich zu erzeugen, welcher keine aktiven FDSOI-Vorrichtungen aufweist. Dementsprechend kann der Bereich des Dünnfilmsiliziums, der nicht dem Prozess der Erhöhung der Dicke der Siliziumfilmschicht unterworfen wird, als Dünnfilmbereich der Siliziumschicht bezeichnet werden, welcher die ein oder mehreren FDSOI-LNA-Vorrichtungen und die ein oder mehreren FDSOI-Schaltervorrichtungen aufweist. Die Dicke des sich ergebenden Dickfilmbereichs kann zwischen etwas 50 nm und etwa 180 nm liegen.
Epitaxiale Abscheidungsprozesses, oder auch Epitaxie, kann verwendet werden, um die Dicke der Siliziumschicht zu erhöhen. Diese Prozesse kann eingesetzt werden, um eine Schicht von Silizium (z.B. kristallines Silizium) über einem Siliziumfilm (z.B. kristallines Silizium) oder einem Substrat aufzuwachsen. Selektives epitaxiales Aufwachsen („selective epitaxial growth“, SEG) ist ein solcher beispielhafter Prozess, der genutzt werden kann, um Silizium auf freigelegten Siliziumflächen eines Siliziumfilms aufzuwachsen. Bereiche, in denen Siliziumwachstum nicht erwünscht ist, können über einen dielektrischen Film, typischerweise Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid maskiert werden. Epitaxiales Aufwachsen kann eine Kondensation von Flüssigkeits- oder Gasvorstufen beinhalten, um einen Film auf einem Substrat zu bilden. Gasvorstufen können zum Beispiel durch chemische Dampfabscheidung und/oder Laserabtragung erhalten werden.Epitaxial deposition process, or epitaxy, can be used to increase the thickness of the silicon layer. These processes can be used to grow a layer of silicon (e.g. crystalline silicon) over a silicon film (e.g. crystalline silicon) or substrate. Selective epitaxial growth (SEG) is one such exemplary process that can be used to grow silicon on exposed silicon areas of a silicon film. Areas where silicon growth is not desired can be masked with a dielectric film, typically silicon dioxide or silicon nitride. Epitaxial growth can involve condensation of liquid or gaseous precursors to form a film on a substrate. Gaseous precursors can be obtained, for example, by chemical vapor deposition and/or laser ablation.
In Block 620 werden ein oder mehrere PDSOI-PA-Vorrichtungen in dem Dickfilmbereich aufgebaut. Die ein oder mehreren PDSOI-PA-Vorrichtungen können LDMOS- und/oder EDMOS-PA-Vorrichtungen sein. Die Dicke des Dickfilmsiliziums kann so eingerichtet werden, dass der Kanal teilweise verarmt ist, wenn die aktiven Vorrichtungen im aktivierten Betriebszustand sind.
Das Verfahren 600 bietet eine Anzahl von Vorteilen. Beispielsweise sind die zugehörigen parasitischen Effekte bei LDMOS-PA-Vorrichtungen und EDMOS-PA-Vorrichtungen auf SOI-Basis geringer als Implementierungsformen, die Volumentechnologien nutzen. Dies führt zu verbesserter oder besserer Leistungsfähigkeit aktiver Vorrichtungen. Als weiteres Beispiel kann die vergrabene Oxidschicht eine dicke BOX-Schicht sein (statt einer ultradünnen Schicht), um erwünschte Charakteristiken der Leistungsfähigkeit zu erreichen. Dies resultiert in stabilerer Leistungsfähigkeit aktiver Vorrichtungen, höherem Leistungsvermögen und verbesserter Leistungsfähigkeit passiver Vorrichtungen. Als weiteres Beispiel hat die sich ergebende FEIC die Vorteile von sowohl aktiven FDSOI-Vorrichtungen (z.B. die Schaltervorrichtungen und die LNA-Vorrichtungen) als auch aktiven PDSOI-Vorrichtungen (z.B. die PA-Vorrichtungen).The
In Block 655 wird ein Substrat mit einer vergrabenen Oxidschicht (BOX) und einer Dünnfilm-Siliziumschicht vorbereitet und kann beispielsweise in der Form eines SOI-Wafers vorliegen.
In Block 660 wird die Dicke eines Bereichs des Dünnfilmsiliziums erhöht, um einen Dickfilmbereich zu erzeugen. Dementsprechend kann der Bereich des Dünnfilmsiliziums, der nicht dem Prozess der Erhöhung der Dicke der Siliziumfilmschicht unterworfen wird, als Dünnfilmbereich der Siliziumschicht bezeichnet werden. Die Dicke des sich ergebenden Dickfilmbereichs kann zwischen etwas 50 nm und etwa 180 nm liegen.
In Block 665 werden ein oder mehrere FDSOI-LNA-Vorrichtungen und ein oder mehrere FDSOI-Schaltervorrichtungen in dem Dünnfilmbereich der Siliziumschicht aufgebaut. Diese aktiven Vorrichtungen können ohne Kanaldotierung zwischen deren Source- und Draindiffusionen aufgebaut werden bzw. deren Kanal kann nur leicht dotiert werden. Die Dicke des Dünnfilmsiliziums kann so gewählt werden, dass der Kanal vollständig verarmt ist, wenn die aktiven Vorrichtungen in ihrem aktivierten Betriebszustand sind. In Block 670 werden ein oder mehrere PDSOI-PA-Vorrichtungen in dem Dickfilmbereich aufgebaut. Die ein oder mehreren PDSOI-PA-Vorrichtungen können LDMOS- und/oder EDMOS-PA-Vorrichtungen sein. Die Dicke des Dickfilmsiliziums kann so eingerichtet werden, dass der Kanal teilweise verarmt ist, wenn die aktiven Vorrichtungen im aktivierten Betriebszustand sind. Optional können in Block 675 passive Vorrichtungen in dem Dünnfilmbereich, dem Dickfilmbereich oder beiden dieser Bereich aufgebaut werden.In
In Block 705 wird ein Substrat mit einer vergrabenen Oxidschicht (BOX) und einer Dickfilm-Siliziumschicht vorbereitet. Das Substrat mit der BOX-Schicht und dem Dickfilmsilizium kann zum Beispiel die Form eines Silizium-auf-Isolator-Wafers (SOI-Wafer) annehmen. Das Vorbereiten des SOI-Wafers kann in einem separaten Prozess erfolgen, so dass der Schritt in Block 705 ein Empfangen oder Bereitstellen des SOI-Wafers statt eines Fertigens des SOI-Wafers beinhaltet. Das Vorbereiten kann auch jeden Schritt beinhalten, welcher das Vorbereiten der Struktur aufweist, um das Aufbauen aktiver Vorrichtungen in der Dickfilm-Siliziumschicht zu ermöglichen.
Das Substrat kann ein Trägerwafer sein. Die BOX-Schicht kann jeder geeignete Isolator sein, wie beispielsweise ein thermisches Siliziumdioxid (SiO2). Die Dünnfilm-Siliziumschicht kann ein dünner, über dem BOX aufgebrachter Film sein, wie zum Beispiel kristallines Silizium. Die Dicke der BOX-Schicht kann irgendetwas zwischen etwa 5 nm und etwa 400 nm betragen, und kann zumindest etwa 100 nm und/oder gleich oder weniger als etwa 200 nm betragen. Die BOX-Schicht wird manchmal als dicke BOX-Schicht bezeichnet, im Gegensatz zu einer dünnen oder ultradünnen BOX-Schicht, welche typischerweise zwischen etwa 5 nm und 50 nm dick ist. Die Dicke der Dickfilm-Siliziumschicht kann zwischen etwa 50 nm und etwa 180 nm betragen. Jeder geeignete Prozess kann verwendet werden, um den SOI-Wafer vorzubereiten, inklusive Trennung durch implantierten Sauerstoff (SIMOX), SOI durch Bonden und Rückätzen (BESOI), epitaxialer Schichttransfer (ELTRAN@), NANOCLEAVE®, SMART CUT™, usw.The substrate can be a carrier wafer. The BOX layer can be any suitable insulator, such as thermal silicon dioxide (SiO 2 ). The thin film silicon layer can be a thin film deposited over the BOX, such as crystalline silicon. The thickness of the BOX layer can be anything between about 5 nm and about 400 nm, and can be at least about 100 nm and/or equal to or less than about 200 nm. The BOX layer is sometimes referred to as a thick BOX layer, in contrast to a thin or ultra-thin BOX layer, which is typically between about 5 nm and 50 nm thick. The thickness of the thick film silicon layer can be between about 50 nm and about 180 nm. Any suitable process can be used to prepare the SOI wafer, including separation by implanted oxygen (SIMOX), SOI by bonding and etch-back (BESOI), epitaxial layer transfer (ELTRAN@), NANOCLEAVE®, SMART CUT™, etc.
In Block 710 werden ein oder mehrere PDSOI-PA-Vorrichtungen in der Dickfilm-Siliziumschicht aufgebaut. Die ein oder mehreren PDSOI-PA-Vorrichtungen können LDMOS- und/oder EDMOS-PA-Vorrichtungen sein. Die Dicke des Dickfilmsiliziums kann so eingerichtet werden, dass der Kanal teilweise verarmt ist, wenn die aktiven Vorrichtungen im aktivierten Betriebszustand sind.
In Block 715 wird die Dicke eines Bereichs des Dickfilmsiliziums verringert, um einen Dünnfilmbereich zu erzeugen, welcher keine aktiven PDSOI-Vorrichtungen aufweist. Dementsprechend kann der Bereich des Dickfilmsiliziums, der nicht dem Prozess der Verringerung der Dicke der Siliziumfilmschicht unterworfen wird, als Dickfilmbereich der Siliziumschicht bezeichnet werden, welcher die ein oder mehreren PDSOI-PA-Vorrichtungen aufweist. Die Dicke des sich ergebenden Dünnfilmbereichs kann zwischen etwa 5 nm und etwa 50 nm oder etwa 1/4 der Gatelänge einer in dem Dünnfilmbereich aufzubauenden aktiven Vorrichtung betragen.
Das Verringern der Dicke der Dickfilm-Siliziumschicht kann jeden geeigneten Prozess des lokalen Ausdünnens aufweisen. Beispielsweise kann das Ausdünnen mechanisches Schleifen, chemisch-mechanisches Einebnen, nasses Einebnen, atmosphärisches nachgeschaltetes Plasma-trockenchemisches Ätzen („atmospheric downstream plasma dry chemical etching“, ADP DCE) usw. aufweisen.Reducing the thickness of the thick film silicon layer may include any suitable local thinning process. For example, thinning may include mechanical grinding, chemical-mechanical planing, wet planing, atmospheric downstream plasma dry chemical etching (ADP DCE), and so on.
In Block 710 werden ein oder mehrere FDSOI-LNA-Vorrichtungen und ein oder mehrere FDSOI-Schaltervorrichtungen in der Dünnfilm-Siliziumschicht aufgebaut. Diese aktiven Vorrichtungen können ohne Kanaldotierung zwischen deren Source- und Draindiffusionen aufgebaut werden bzw. deren Kanal kann nur leicht dotiert werden. Die Dicke des Dünnfilmbereichs kann so gewählt werden, dass der Kanal vollständig verarmt ist, wenn die aktiven Vorrichtungen in ihrem aktivierten Betriebszustand sind.
Das Verfahren 700 bietet eine Anzahl von Vorteilen. Beispielsweise sind die zugehörigen parasitischen Effekte bei LDMOS-PA-Vorrichtungen und EDMOS-PA-Vorrichtungen auf SOI-Basis geringer als Implementierungsformen, die Volumentechnologien nutzen. Dies führt zu verbesserter oder besserer Leistungsfähigkeit aktiver Vorrichtungen. Als weiteres Beispiel kann die vergrabene Oxidschicht eine dicke BOX-Schicht sein (statt einer ultradünnen Schicht), um erwünschte Charakteristiken der Leistungsfähigkeit zu erreichen. Dies resultiert in stabilerer Leistungsfähigkeit aktiver Vorrichtungen, höherem Leistungsvermögen und verbesserter Leistungsfähigkeit passiver Vorrichtungen. Als weiteres Beispiel hat die sich ergebende FEIC die Vorteile von sowohl aktiven FDSOI-Vorrichtungen (z.B. die Schaltervorrichtungen und die LNA-Vorrichtungen) als auch aktiven PDSOI-Vorrichtungen (z.B. die PA-Vorrichtungen). Außerdem kann das Verfahren 700 weniger kostenintensiv als das Verfahren 600 sein, da ein Ausdünnen üblicherweise ein kostengünstigerer Prozess ist als epitaxiales Aufwachsen oder Abscheiden.The
In Block 755 wird ein Substrat mit einer vergrabenen Oxidschicht (BOX) und einer Dickfilm-Siliziumschicht vorbereitet und kann beispielsweise in der Form eines SOI-Wafers vorliegen.
In Block 760 wird die Dicke eines Bereichs des Dickfilmsiliziums verringert, um einen Dünnfilmbereich zu erzeugen. Dementsprechend kann der Bereich des Dickfilmsiliziums, der nicht dem Prozess der Verringerung der Dicke der Siliziumfilmschicht unterworfen wird, als Dickfilmbereich der Siliziumschicht bezeichnet werden. Die Dicke des sich ergebenden Dünnfilmbereichs kann zwischen etwas 5 nm und etwa 50 nm liegen.
In Block 765 werden ein oder mehrere PDSOI-PA-Vorrichtungen in dem Dickfilmbereich aufgebaut. Die ein oder mehreren PDSOI-PA-Vorrichtungen können LDMOS- und/oder EDMOS-PA-Vorrichtungen sein. Die Dicke des Dickfilmsiliziums kann so eingerichtet werden, dass der Kanal teilweise verarmt ist, wenn die aktiven Vorrichtungen im aktivierten Betriebszustand sind. In Block 770 werden ein oder mehrere FDSOI-LNA-Vorrichtungen und ein oder mehrere FDSOI-Schaltervorrichtungen in dem Dünnfilmbereich der Siliziumschicht aufgebaut. Diese aktiven Vorrichtungen können ohne Kanaldotierung zwischen deren Source- und Draindiffusionen aufgebaut werden bzw. deren Kanal kann nur leicht dotiert werden. Die Dicke des Dünnfilmsiliziums kann so gewählt werden, dass der Kanal vollständig verarmt ist, wenn die aktiven Vorrichtungen in ihrem aktivierten Betriebszustand sind. Optional können in Block 775 passive Vorrichtungen in dem Dünnfilmbereich, dem Dickfilmbereich oder beiden dieser Bereich aufgebaut werden.In
Zusätzlich sollte es angemerkt werden, dass die Verfahren 600, 650, 700, 750 genutzt werden können, um die FEIC 100b, die in
Zusätzliche Ausführungsformen und BegrifflichkeitenAdditional Embodiments and Terminology
Die vorliegende Offenbarung beschreibt verschiedene Merkmale, von denen keines allein für die hierin beschriebenen Vorteile verantwortlich ist. Es soll davon ausgegangen werden, dass verschiedene hierin beschriebene Merkmale kombiniert, geändert oder weggelassen sein können, wie es für einen Fachmann offensichtlich wäre. Andere Kombinationen und Subkombinationen als die hierin spezifisch beschriebenen sind für einen Fachmann offensichtlich und sollen einen Teil dieser Offenbarung bilden. Im Folgenden werden verschiedene Methoden in Verbindung mit verschiedenen Flussdiagrammschritten und/oder -phasen beschrieben. Es versteht sich, dass in vielen Fällen bestimmte Schritte und/oder Phasen miteinander kombiniert sein können, so dass mehrere in den Flussdiagrammen dargestellte Schritte und/oder Phasen als ein einziger Schritt und/oder eine einzige Phase durchgeführt sein können. Außerdem können bestimmte Schritte und/oder Phasen in weitere Unterkomponenten unterteilt werden, die separat ausgeführt werden müssen. In einigen Fällen kann die Reihenfolge der Schritte und/oder Phasen neu geordnet werden und bestimmte Schritte und/oder Phasen können ganz weggelassen werden. Auch die hierin beschriebenen Verfahren sind als offen zu verstehen, so dass neben den hierin dargestellten und beschriebenen auch weitere Schritte und/oder Phasen durchgeführt sein können.The present disclosure describes various features, none of which are solely responsible for the advantages described herein. It is to be understood that various features described herein may be combined, altered, or omitted as would be apparent to one skilled in the art. Combinations and sub-combinations other than those specifically described herein will be apparent to those skilled in the art and are intended to form a part of this disclosure. Different methods are described below in connection with different flowchart steps and/or phases. It goes without saying that in many cases certain steps and/or phases can be combined with one another, so that several steps and/or phases illustrated in the flowcharts can be carried out as a single step and/or phase. Additionally, certain steps and/or phases may be broken down into further sub-components that need to be performed separately. In some cases, the order of the steps and/or phases may be rearranged and certain steps and/or phases may be omitted altogether. The methods described herein are also to be understood as open, so that in addition to those illustrated and described herein, further steps and/or phases can also be carried out.
Sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes erfordert, sind die Worte „umfassen“, „umfassend“ und dergleichen in der Beschreibung und den Ansprüchen in einem integrativen Sinne auszulegen, im Gegensatz zu einem ausschließlichen oder erschöpfenden Sinne; das heißt, im Sinne von „einschließend, aber nicht beschränkt auf“. Das Wort „gekoppelt“, wie hierin allgemein verwendet, bezieht sich auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt miteinander verbunden oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Darüber hinaus beziehen sich die Worte „hierin“, „oben“, „unten“ und Worte von ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung als Ganzes und nicht auf einen bestimmten Teil dieser Anmeldung. Wenn der Kontext es zulässt, können Wörter in der obigen Detailbeschreibung mit der Singular- oder Pluralzahl auch die Plural- oder Singularzahl umfassen. Das Wort „oder“ in Bezug auf eine Liste von zwei oder mehr Elementen, wobei dieses Wort alle folgenden Interpretationen des Wortes abdeckt: eines der Elemente in der Liste, alle Elemente in der Liste und jede Kombination der Elemente in der Liste. Das Wort „exemplarisch“ wird hier ausschließlich verwendet, um „als Beispiel, Instanz oder Illustration zu dienen“. Eine Implementierung, die hierin als „exemplarisch“ beschrieben wird, ist nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Implementierungen zu verstehen.Unless the context clearly dictates otherwise, the words "comprise," "comprehensive," and the like in the specification and claims are to be construed in an inclusive sense, as opposed to an exclusive or exhaustive sense; that is, in the sense of "including but not limited to." The word "coupled," as used generically herein, refers to two or more elements that can be either directly connected to one another or connected through one or more intermediate elements. Additionally, the words "herein," "above," "below," and words of similar import, when used in this application, refer to this application as a whole and not to a specific portion of this application. In the above detailed description, where the context permits, words containing the singular or plural number may also include the plural or singular number. The word "or" in relation to a list of two or more items, where that word covers any of the following interpretations of the word: any of the items in the list, all of the items in the list, and any combination of the items in the list. The word "exemplary" is used herein solely to "serve as an example, instance, or illustration." Any implementation that is described herein as “exemplary” is not necessarily to be construed as preferred or advantageous over other implementations.
Die Offenbarung soll sich nicht auf die hierin dargestellten Implementierungen beschränken. Verschiedene Änderungen an den in dieser Offenbarung beschriebenen Implementierungen können für Fachkräfte leicht ersichtlich sein, und die hierin definierten allgemeinen Grundsätze können auf andere Implementierungen angewendet werden, ohne vom Geist oder Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Die Lehren der hierin enthaltenen Erfindung können auf andere Methoden und Systeme angewendet werden und sind nicht auf die vorstehend beschriebenen Verfahren und Systeme beschränkt, und Elemente und Schritte der verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden. Dementsprechend können die hierin beschriebenen neuen Verfahren und Systeme in einer Vielzahl anderer Formen verkörpert sein; ferner können verschiedene Auslassungen, Substitutionen und Änderungen in der Form der hierin beschriebenen Verfahren und Systeme vorgenommen werden, ohne vom Geist der Offenbarung abzuweichen. Die begleitenden Ansprüche und ihre Entsprechungen sollen solche Formen oder Änderungen abdecken, die in den Anwendungsbereich und den Geist der Offenbarung fallen würden.The disclosure is not intended to be limited to the implementations presented herein. Various changes to the implementations described in this disclosure may be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other implementations without departing from the spirit or scope of this disclosure. The teachings of the invention contained herein may be applied to other methods and systems and are not limited to the methods and systems described above, and elements and steps of the various embodiments described above may be combined to form further embodiments. Accordingly, the novel methods and systems described herein may be embodied in a variety of other forms; furthermore, various omissions, substitutions, and changes in the form of the methods and systems described herein may be made without departing from the spirit of the disclosure. The accompanying claims and their equivalents are intended to cover such forms or changes as would come within the scope and spirit of the disclosure.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0027120000 Ipc: H10D0086000000 |