專利名稱：利用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)的天線系統(tǒng)的制作方法
利用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)的天線系統(tǒng)每一個(gè)無(wú)線通信設(shè)備都有某種形式或結(jié)構(gòu)的天線。天線被設(shè)計(jì)成 以所需特性發(fā)射電磁信號(hào)，這些特性包括輻射方向、覆蓋區(qū)、發(fā)射強(qiáng) 度、波束寬度和旁瓣。天線有許多類型。每種類型一般都有導(dǎo)電金屬 結(jié)構(gòu)，例如導(dǎo)線或金屬表面，用來(lái)輻射和接收電磁能量。天線的常見(jiàn) 類型包括偶極子天線、環(huán)形天線、陣列天線、貼片天線、連接到波導(dǎo) 的錐形喇叭天線、毫米波微帶天線、共面波導(dǎo)天線、開(kāi)槽線天線和印 刷天線?？梢栽谖⒉呻娐?MIC)或者單片微波集成電路(MMIC) 中集成天線。這種集成天線將傳輸線和波導(dǎo)用作基本構(gòu)件。常規(guī)集成 天線是在單層基底上形成的，或者是在陶瓷和疊層上，或者是在砷化 鎵(GaAs)單片集成電路結(jié)構(gòu)上。用于這些應(yīng)用的傳輸線使用微帶 線或者共面波導(dǎo)(CPW),因?yàn)樗鼈內(nèi)菀字圃觳⑶遗c有源和離散元件 集成?？梢詾槲⒉姶蓬l譜的大量應(yīng)用設(shè)計(jì)毫米波微帶天線。毫米波微 帶天線工作在從30 GHz到300 GHz的電磁頻譜范圍內(nèi)，這個(gè)頻率范 圍與10 mm到1 mm的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)。這些天線的應(yīng)用包括個(gè)人區(qū)域聯(lián) 網(wǎng)(PAN)、寬帶無(wú)線聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線便攜式設(shè)備、無(wú)線計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、 工作站、膝上型電腦、超膝上型電腦(ultra-laptops)、手持計(jì)算機(jī)、 電話、蜂窩電話、尋呼機(jī)、對(duì)講機(jī)、路由器、交換機(jī)、橋、集線器、 網(wǎng)關(guān)、無(wú)線接入點(diǎn)(WAP)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、電視、運(yùn)動(dòng)圖像 專家組第3層音頻設(shè)備(MP3播放器)、全球定位系統(tǒng)(GPS)設(shè)備、 電子錢包、光學(xué)字符識(shí)別(OCR)掃描儀、醫(yī)療設(shè)備、照相機(jī)等等。


圖1說(shuō)明天線系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例；圖2是系統(tǒng)100 —個(gè)實(shí)施例的各層放大視圖； 圖3說(shuō)明CMOS半導(dǎo)體垂直切片的一個(gè)實(shí)施例； 圖4A 4C是微帶天線系統(tǒng)400 —個(gè)實(shí)施例的側(cè)視、頂視和正視 剖面圖；圖5A 5C是共面波導(dǎo)天線系統(tǒng)500 —個(gè)實(shí)施例的惻視、頂視和 正視剖面圖；圖6A 6C是開(kāi)槽線天線系統(tǒng)600 —個(gè)實(shí)施例的側(cè)視、頂視和正 視剖面圖；圖7是系統(tǒng)700—個(gè)實(shí)施例的框圖；以及圖8說(shuō)明形成具有天線系統(tǒng)100、 400、 500和600的CMOS半導(dǎo)體的一種方法的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
圖1說(shuō)明天線系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，天線系 統(tǒng)100可以是例如多個(gè)N單元毫米波(mmWave)無(wú)源天線系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，天線系統(tǒng)ioo可以用標(biāo)準(zhǔn)的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)制造和金屬化工藝實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100利用 例如與超大規(guī)模集成電路(VLSI) CMOS工藝有關(guān)的制造技術(shù)提供 毫米波集成電路(IC)通信系統(tǒng)，這種工藝用于形成金屬氧化物半導(dǎo) 體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)器件。在一個(gè)實(shí)施例中，天線系統(tǒng)100 可以形成例如一個(gè)或多個(gè)金屬化層，例如金屬層110和金屬層120等 等?？梢栽诮饘賹?10上形成電磁射頻(RF)導(dǎo)體，這些導(dǎo)體形成 與毫米波頻率(波長(zhǎng))對(duì)應(yīng)的傳輸線112。根據(jù)天線系統(tǒng)100的具體 實(shí)現(xiàn)方式，還可以在金屬層110上或者在金屬層110以下一個(gè)或多個(gè) 其它金屬層上形成用于信號(hào)/模場(chǎng)線終接的有關(guān)接地面。 一些實(shí)現(xiàn)方 式可能不需要接地面114，例如采用開(kāi)槽線傳輸線的一些實(shí)現(xiàn)方式。 例如，傳輸線112可以形成微帶線、帶線、共面波導(dǎo)和/或開(kāi)槽線傳 輸線和/或饋線等等。在一個(gè)實(shí)施例中，天線系統(tǒng)100可以包括在金 屬層120上形成的輻射單元122。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬層120可以
是一個(gè)頂部金屬層，位于金屬層110和傳輸線112以上。例如，在一 個(gè)實(shí)施例中，輻射單元122可以作為突起的金屬"啞填充"用標(biāo)準(zhǔn) CMOS制造工藝形成。輻射單元122可以形成一個(gè)陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)毫米波 天線系統(tǒng)。如同在放大圖2 (圖2)中更加詳細(xì)地說(shuō)明的一樣，輻射 單元122可以通過(guò)互感耦合、電場(chǎng)耦合或磁場(chǎng)耦合與傳輸線112耦合。 利用通過(guò)激勵(lì)金屬層110上的傳輸線112 (例如共面波導(dǎo)帶線)產(chǎn)生 的橫電磁(TEM)模，可以在輻射單元122和傳輸線112之間耦合射 頻能量，在一個(gè)實(shí)施例中，其中的金屬層110可以比金屬層120低一 個(gè)金屬層。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬層110可以例如比金屬層120低大 約IO微米。在一個(gè)實(shí)施例中，可以這樣來(lái)形成輻射單元122，其尺 寸與金屬層110、 120的導(dǎo)電性能以及材料損耗正切和基底電介質(zhì)相 匹配，來(lái)獲得定向天線系統(tǒng)，用于毫米波頻率(波長(zhǎng))的信號(hào)發(fā)射。常規(guī)的片上毫米波天線系統(tǒng)一般都是用砷化鎵、磷化銦(InP) 或者其它高電子遷移率材料形成的。天線系統(tǒng)100可以在芯片上實(shí) 現(xiàn)。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，天線系統(tǒng)100可以作為毫米波天線系統(tǒng) 在芯片上形成，這個(gè)芯片包括與CMOS器件有關(guān)的材料，并且利用 了 CMOS處理技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，天線系統(tǒng)100可以用用于無(wú) 線通信應(yīng)用的大規(guī)模/低成本集成工藝形成。在一個(gè)實(shí)施例中，天線 系統(tǒng)100可以用130納米CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，獲得用于放大毫米波信 號(hào)的器件。系統(tǒng)100的其它實(shí)施例可以用例如90納米和65納米工藝 等等實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，天線系統(tǒng)100可以是片上定向毫米波天 線系統(tǒng)。天線系統(tǒng)100的實(shí)施例提供例如用于毫米波波長(zhǎng)無(wú)線通信的 "片上"高增益/定向天線，而不是象一些常規(guī)天線系統(tǒng)一樣用于聚 集毫米波信號(hào)的外部(片外/封裝外)天線系統(tǒng)。天線系統(tǒng)100的實(shí)施例還可以是集成電路互聯(lián)系統(tǒng)的一個(gè)部分。 例如，天線系統(tǒng)100的實(shí)施例可以是任意無(wú)線或倒裝互連裝置的一部 分，或者是可以用于毫米波無(wú)線通信系統(tǒng)的方案。在一個(gè)實(shí)施例中， 天線系統(tǒng)100可以是用于CMOS器件等等的毫米波頻率的片裝天線 空中無(wú)線接口 (die-package-antenna-air wireless interface)。在一"1^實(shí) 施例中，天線系統(tǒng)100可以是CMOS器件等等的毫米波頻率的片上
天線空中無(wú)線接口 (die-antenna-air wireless interface)。天線系統(tǒng)100 的各種實(shí)施例可以作為個(gè)人區(qū)域聯(lián)網(wǎng)器件的一部分，其中的器件包括 毫米波CMOS電路，系統(tǒng)100可以集成到消費(fèi)電子(CE)外圍設(shè)備 中去，與未來(lái)的個(gè)人區(qū)域聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)一致。圖2是系統(tǒng)100—個(gè)實(shí)施例中各層的放大圖。在一個(gè)實(shí)施例中， 圖2說(shuō)明金屬層110和金屬層120之間的層。在金屬層120的側(cè)面 124形成輻射單元122。在金屬層110的側(cè)面116形成傳輸線112。金 屬層110和金屬層120之間的距離210可以近似為10微米，雖然不 限于此。互感126提供金屬層120側(cè)面124上形成的輻射單元122和 金屬層110的側(cè)面116上形成的傳輸線112之間的耦合。圖3說(shuō)明一個(gè)實(shí)施例中基底302上形成的CMOS半導(dǎo)體垂直剖 面300。圖3說(shuō)明例如一個(gè)八金屬層(M0~M7)器件。然而，可以在 包括Mw個(gè)金屬化層的CMOS半導(dǎo)體上形成實(shí)施例。例如，在一個(gè)實(shí) 施例中，金屬層MO 304是稱為"金屬1"的第一金屬層的簡(jiǎn)稱，按 照這種方式稱呼金屬層，直到頂部金屬層M7，第八金屬層120。在 金屬層120側(cè)面124.上形成一個(gè)或多個(gè)輻射單元122。金屬層110(M6) 是頂部金屬層120下面緊挨著頂部金屬層120的金屬層?？梢栽诮饘?層110的側(cè)面116上形成傳輸線112。通過(guò)過(guò)孔306將金屬層M0 M6 互相連接。傳輸線112和輻射單元122可以通過(guò)例如它們之間的互感 126連接或耦合。圖4A 4C是利用CMOS制造和金屬化工藝形成的微帶(例如帶 線)天線系統(tǒng)400—個(gè)實(shí)施例的側(cè)視、頂視和正視剖面圖。在一個(gè)實(shí) 施例中，可以用標(biāo)準(zhǔn)CMOS制造工藝形成一個(gè)或多個(gè)輻射單元422a、 b、 n，作為突起的"啞填充"的一個(gè)陣列。微帶天線系統(tǒng)400可以在 例如微波集成電路、電子元件和/或互連器件等等中的毫米波天線系 統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。例如，可以按照例如標(biāo)準(zhǔn)CMOS處理技術(shù)在頂部金屬層 Mw上形成有源單元，包括輻射單元422a、 b、 n。例如，可以在頂部 金屬層MN下面的一個(gè)或多個(gè)下金屬層404M廣M^上形成其它單元， 例如接地面414a、 b、 n和傳輸線412a、 b、 n。但是，實(shí)施例不限于 這些。
圖4A是微帶天線系統(tǒng)400的側(cè)面剖視圖，該系統(tǒng)400包括一個(gè) 或多個(gè)導(dǎo)電帶(例如帶線)，形成一根或多根微帶傳輸線412，該系 統(tǒng)400還包括一個(gè)或多個(gè)接地面414。傳輸線412和接地面414可以 在基底402上形成的CMOS半導(dǎo)體中分開(kāi)的下金屬層404(MHVIw) 上形成。在一個(gè)實(shí)施例中，微帶傳輸線412可以位于接地面414以上， 頂部金屬層Mn以下的金屬屋404中的任意一層上。微帶傳輸線412 可以位于一些金屬層上，這些金屬層不同于在上面形成輻射單元 422a、 b、 n的CMOS半導(dǎo)體的頂部金屬層MN。因此，在一個(gè)實(shí)施例 中，微帶傳輸線412可以?shī)A在例如接地面414和輻射單元422a、 b、 n之間。在一個(gè)實(shí)施例中，微帶傳輸線412、接地面414和輻射單元 422a、 b、 n可以具有與帶線毫米波應(yīng)用的有關(guān)波長(zhǎng)(或頻率)相一 致的幾何結(jié)構(gòu)(例如尺寸)。圖4B是微帶天線系統(tǒng)400的頂視剖面圖，它說(shuō)明在基底402上 形成的CMOS半導(dǎo)體的輻射單元422a、 b、 n，微帶傳輸線412a、 b、 n，以及接地面414a、 b、 n之間的關(guān)系。微帶傳輸線412 a、 b、 n可 以是例如CMOS半導(dǎo)體上金屬層上的導(dǎo)電帶，這些金屬層 位于接地面414 a、 b、 n以上，頂部金屬層Mw下，在其中的頂部金 屬層Mw上形成輻射單元422 a、 b、 n。如圖4B所示，輻射單元422 a、 b、 n，微帶傳輸線412a、 b、 n，以及接地面414a、 b、 n基本上互相 重疊。圖4C是微帶天線系統(tǒng)400的正視剖面圖，它說(shuō)明在CMOS半導(dǎo) 體的下金屬層404 (MHVIN)上形成的輻射單元422a、 b、 n，微帶傳 輸線412a、 b、 n，以及接地面414a、 b、 n之間的關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施 例中，微帶傳輸線412a、 b、 n和接地面414a、 b、 n可以在頂部金 屬層MN以下的下金屬層404 (圖4A， MHVL^)上形成。在一個(gè)實(shí) 施例中，微帶傳輸線412a、 b、 n可以是接地面414a、 b、 n上的導(dǎo) 電金屬帶，并且至少比頂部金屬層Mw (圖4A)低一個(gè)金屬層。在一個(gè)實(shí)施例中，微帶傳輸線412a、b、n可以分別通過(guò)互感426a、 b、 n耦合到輻射單元422a、 b、 n。在一個(gè)實(shí)施例中，位于金屬層MN 上的輻射單元422a、 b、 n可以分別通過(guò)互感耦合、電場(chǎng)耦合或磁場(chǎng)
耦合分別耦合到位于金屬層M^上的微帶傳輸線412a、 b、 n，將它 們一般性地表示為例如互感426a、 b、 n。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通 過(guò)例如對(duì)微帶傳輸線412a、 b、 n進(jìn)行電激勵(lì)產(chǎn)生的橫電磁(TEM) 模，在輻射單元422a、 b、 n和微帶傳輸線412a、 b、 n之間耦合射頻 能量。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬層M^可以位于金屬層MN以下例如大 約10微米處。在一個(gè)實(shí)施例中，輻射單元422a、 b、 n的尺寸可以與 包括Mw (圖4A)的金屬層404的導(dǎo)電率、材料損耗正切和基底電介 質(zhì)一致，得到定向天線系統(tǒng)，用于在毫米波頻率(波長(zhǎng))上發(fā)射和接 收信號(hào)。但是，這些實(shí)施例不限于上述情況。圖5A 5C是共面波導(dǎo)天線系統(tǒng)500 —個(gè)實(shí)施例的側(cè)視、頂視和 正視剖面圖，該系統(tǒng)500是用CMOS制造和金屬化工藝形成的。在 一個(gè)實(shí)施例中，還可以用標(biāo)準(zhǔn)CMOS制造工藝形成一個(gè)或多個(gè)輻射 單元522a、 b、 n，成為一個(gè)突起的金屬"啞填充"陣列。共面波導(dǎo) 天線系統(tǒng)500可以用例如微波IC、電子元件和/或互連器件等等中的 毫米波天線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。所有有源單元，包括輻射單元522a、 b、 n， 都可以按照標(biāo)準(zhǔn)CMOS處理技術(shù)在頂部金屬層Mn上形成。其它單元， 例如接地面514a、 b、 n和傳輸線512a、 b、 n，可以在例如頂部金屬 層Mw以下的下金屬層504 MHVlN.,上形成。但是，這些實(shí)施例不限 于這種情況。圖5A是包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體，形成共面波導(dǎo)傳輸線512的共面 波導(dǎo)天線系統(tǒng)500的側(cè)視剖面圖，這些傳輸線在橫向與一個(gè)或多個(gè)接 地面514以互不重疊的方式互相分離。在一個(gè)實(shí)施例中，共面波導(dǎo)傳 輸線512和接地面514可以是共面的，例如位于同一平面內(nèi)。在一個(gè) 實(shí)施例中，共面波導(dǎo)傳輸線512和接地面514可以在基底502上形成 的CMOS半導(dǎo)體的互相分離的下金屬層504 (M廣Mn.。上形成，但 是在橫向仍然互相分離，從而使共面波導(dǎo)傳輸線512和接地面514不 重疊。在一個(gè)實(shí)施例中，共面波導(dǎo)傳輸線512可以位于接地面514以 上的金屬層上，也可以位于作為接地面514的同一金屬層上。例如， 在一個(gè)實(shí)施例中，共面波導(dǎo)傳輸線512和接地面514在橫向互相分離， 輻射單元522a、 b、 n位于CMOS半導(dǎo)體的頂部金屬層Mw上的共面
波導(dǎo)傳輸線512以上。不管具體情況下共面波導(dǎo)傳輸線512和接地面 514是在同一金屬層平面上還是在分開(kāi)的金屬層平面上，共面波導(dǎo)傳 輸線512都位于接地面514與輻射單元522a、 b、 n以下的一個(gè)或多 個(gè)金屬層之間。在一個(gè)實(shí)施例中，共面波導(dǎo)傳輸線512、接地面514 和輻射單元522a、 b、 n的幾何形狀(例如尺寸)可以兼容于與例如 帶線毫米波應(yīng)用相聯(lián)系的波長(zhǎng)(或頻率)。圖5B是共面波導(dǎo)天線系統(tǒng)500的一個(gè)頂視剖面圖，它說(shuō)明輻射 單元522a、 b、 n，共面波導(dǎo)傳輸線512a、 b、 n和接地面514a、 b、 n 之間的關(guān)系。共面波導(dǎo)傳輸線512a、 b、 n可以是金屬層M^上的導(dǎo) 電帶，這些傳輸線可以位于作為接地面514a、 b、 n的同一金屬層平 面以上或上面。共面波導(dǎo)傳輸線512a、 b、 n可以位于CMOS半導(dǎo)體 的頂部金屬層Mw上面形成的輻射單元522a、 b、 n以下。例如，共 面波導(dǎo)傳輸線512a、 b、 n可以在金屬層M^上形成。共面波導(dǎo)傳輸 線512a、 b、 n在橫向以不重疊的方式與接地面514a、 b、 n分離。輻 射單元522a、 b、 n以例如充分重疊的方式位于共面波導(dǎo)傳輸線512a、 b、 n以上。圖5C是共面波導(dǎo)天線系統(tǒng)500的正視剖面圖，它說(shuō)明輻射單元 522a、 b、 n，共面波導(dǎo)傳輸線512a、 b、 n和在CMOS半導(dǎo)體的頂部 金屬層MM以下的下金屬層504 (圖5A， M廣M^)上形成的接地面 514a、 b、 n之間的關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施例中，共面波導(dǎo)傳輸線512a、 b、 n可以是接地面514a、 b、 n與頂部金屬層MN (圖5A)上形成的輻 射單元522a、 b、 n以下的至少一個(gè)金屬層以上和之間的導(dǎo)電金屬帶。在一個(gè)實(shí)施例中，共面波導(dǎo)傳輸線512a、 b、 n可以分別通過(guò)互 感526a、 b、 n耦合到輻射單元522a、 b、 n。在一個(gè)實(shí)施例中，位于 金屬層Mw上的輻射單元522a、 b、 n可以通過(guò)分別一般性地表示為 互感526a、 b、 n的互感耦合、電場(chǎng)耦合或磁場(chǎng)耦合分別耦合到位于 金屬層M^上的共面波導(dǎo)傳輸線512a、 b、 n。在一個(gè)實(shí)施例中，可 以通過(guò)例如對(duì)共面波導(dǎo)傳輸線512a、 b、 n進(jìn)行電激勵(lì)產(chǎn)生的橫電磁 模在輻射單元522a、 b、 n和共面波導(dǎo)傳輸線512a、 b、 n之間耦合射 頻能量。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬層Mw.,可以位于金屬層Mw以下例如 大約10微米處。在一個(gè)實(shí)施例中，輻射單元522a、 b、 n的尺寸可以 與包括Mw (圖5A)的金屬層504的導(dǎo)電率、材料損耗正切和基底電 介質(zhì)一致，得到定向天線系統(tǒng)，用于在毫米波頻率(波長(zhǎng))上發(fā)射和 接收信號(hào)。但是，這些實(shí)施例不限于上述情況。圖6A 6C是開(kāi)槽線天線系統(tǒng)600 —個(gè)實(shí)施例的側(cè)視、頂視和正 視剖面圖，系統(tǒng)600是用CMOS制造和金屬化工藝形成的。在一個(gè) 實(shí)施例中，還可以用標(biāo)準(zhǔn)CMOS制造工藝形成輻射單元，成為一個(gè) 突起的金屬"啞填充"陣列。開(kāi)槽線系統(tǒng)600可以用例如微波IC、 電子元件和/或互連器件等等中的毫米波天線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。所有有源單 元，包括輻射單元622a、 b、 n，都可以按照標(biāo)準(zhǔn)CMOS處理技術(shù)在 頂部金屬層Mw上形成。其它單元，例如傳輸線612a、 b、 c、 n+l， 可以在例如頂部金屬層MN以下的下金屬層604 M廣M^上形成。但 是，這些實(shí)施例不限于這種情況。圖6A是包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體，形成開(kāi)槽線傳輸線612的開(kāi)槽線 天線系統(tǒng)600的側(cè)視剖面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)槽線傳輸線612可 以例如位于同一金屬層平面內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)槽線傳輸線612 可以在基底602上形成的CMOS半導(dǎo)體的下金屬層604 (M廣M^) 上形成。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)槽線傳輸線612可以和位于CMOS 半導(dǎo)體的頂部金屬層Mw上的輻射單元622a、 b、 n分離。例如，在 一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)槽線傳輸線612位于輻射單元622a、 b、 n以下。 在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)槽線傳輸線612和輻射單元622a、 b、 n的幾何 形狀(例如尺寸)可以兼容于與例如開(kāi)槽線毫米波應(yīng)用相聯(lián)系的波長(zhǎng) (或頻率)。圖6B是開(kāi)槽線天線系統(tǒng)600的一個(gè)頂視剖面圖，它說(shuō)明輻射單 元622a、 b、 n，開(kāi)槽線傳輸線612a、 b、 c、 n+l之間的關(guān)系。開(kāi)槽線 傳輸線622a、 b、 n可以是基底602上形成的CMOS半導(dǎo)體的下金屬 層604 (M廣M^)(圖6A)上的導(dǎo)電帶。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)槽線 傳輸線612 a、 b、 c、 n+l可以是剛好在頂部金屬層MN以下的金屬層 M^上的導(dǎo)電帶。開(kāi)槽線傳輸線612 a、 b、 c、 n+l可以位于CMOS 半導(dǎo)體的頂部金屬層Mw上形成的輻射單元622a、 b、 n以下。例如， 可以在金屬層M^上形成開(kāi)槽線傳輸線612 a、 b、 c、 n+l，從而使 輻射單元622a、 b、 n分別與開(kāi)槽線傳輸線612a、 b、 c、 n+l的邊緣 630 a、 b、 n和632a、 b、 n重疊。圖6C是開(kāi)槽線天線系統(tǒng)600的正視剖面圖，它說(shuō)明輻射單元 622a、 b、 n和開(kāi)槽線傳輸線612a、 b、 c、 n+l之間的關(guān)系，其中的開(kāi) 槽線傳輸線612a、 b、 c、 n+l是在頂部金屬層MN以下的下金屬層604 (圖6A， M廣Mn.,)上形成的開(kāi)槽線傳輸線612a、 b、 n—個(gè)實(shí)施例 上形成的。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)槽線傳輸線612a、 b、 c、 n+l可以是 具有與頂部金屬層Mw (圖6A)上形成的輻射單元622a、 b、 n重疊 的邊緣630a、 b、 n和632a、 b、 n的導(dǎo)電金屬帶。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)槽線傳輸線612a、 b、 c、 n+l可以分別通過(guò) 互感626a、 b、 n耦合到輻射單元622a、 b、 n。在一個(gè)實(shí)施例中，位 于金屬層Mw上的輻射單元622a、 b、 n可以通過(guò)分別一般性地表示 為互感626a、 b、 n的互感耦合、電場(chǎng)耦合或磁場(chǎng)耦合分別耦合到位 于金屬層M^上的開(kāi)槽線傳輸線612a、 b、 c、 n+l。在一個(gè)實(shí)施例中， 可以通過(guò)例如對(duì)開(kāi)槽線傳輸線612a、 b、 c、 n+l進(jìn)行電激勵(lì)產(chǎn)生的橫 電磁模在輻射單元622a、 b、 n和開(kāi)槽線傳輸線612a、 b、 c、 n+l之 間耦合射頻能量。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬層M^可以位于金屬層MN 以下例如大約10微米處。在一個(gè)實(shí)施例中，輻射單元622a、 b、 n的 尺寸可以與包括MN (圖6A)的金屬層604的導(dǎo)電率、材料損耗正切 和基底電介質(zhì)一致，得到定向天線系統(tǒng)，用于在毫米波頻率(波長(zhǎng)) 上發(fā)射和接收信號(hào)。但是，這些實(shí)施例不限于上述情況。圖7是系統(tǒng)700的一個(gè)框圖。例如，系統(tǒng)700可以包括具有多個(gè) 節(jié)點(diǎn)的通信系統(tǒng)。節(jié)點(diǎn)可以包括在系統(tǒng)700中具有唯一地址的任何物 理或邏輯實(shí)體。節(jié)點(diǎn)的實(shí)體可以包括，但是不限于，計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、 工作站、膝上型電腦、超膝上型電腦(ultra-laptops)、手持計(jì)算機(jī)、 電話、蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、路由器、交換機(jī)、橋、集 線器、網(wǎng)關(guān)、無(wú)線接入點(diǎn)(WAP)等等。唯一地址可以包括例如因特 網(wǎng)協(xié)議(IP)地址這樣的網(wǎng)絡(luò)地址，媒體訪問(wèn)控制(MAC)地址這 樣的設(shè)備地址等等。實(shí)施例不限于這種情況。
系統(tǒng)700的節(jié)點(diǎn)可以用來(lái)傳遞不同類型的信息，例如媒體信息和 控制信息。媒體信息可以指代表用戶需要的內(nèi)容的任何數(shù)據(jù)，例如語(yǔ) 音信息、視頻信息、音頻信息、文字信息、字母符號(hào)、圖形圖像等等。 控制信息可以指代表給自動(dòng)系統(tǒng)的命令、指令或控制字的任意數(shù)據(jù)。 例如，控制信息可以用來(lái)通過(guò)系統(tǒng)傳遞媒體信息，或者指令節(jié)點(diǎn)按照 預(yù)定方式處理媒體信息。系統(tǒng)700的節(jié)點(diǎn)可以按照一個(gè)或多個(gè)協(xié)議傳遞媒體和控制信息。 協(xié)議可以包括一組預(yù)定規(guī)則或指令，用來(lái)控制節(jié)點(diǎn)如何互相傳遞信 息。協(xié)議可以由一個(gè)或多個(gè)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)定義，如同因特網(wǎng)工程任務(wù)組 (IETF)、國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)、電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)等 等標(biāo)準(zhǔn)組織推動(dòng)的一樣。系統(tǒng)700可以是無(wú)線通信系統(tǒng)，也可以包括用來(lái)通過(guò)一種或多種 無(wú)線通信媒體傳遞信息的一個(gè)或多個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)。無(wú)線通信媒體的一個(gè) 實(shí)例可以包括無(wú)線頻譜的一些部分，例如射頻(RF)頻譜。無(wú)線節(jié) 點(diǎn)可以包括適合于在指定無(wú)線頻譜上傳遞信息信號(hào)的組件和界面，例 如一個(gè)或多個(gè)天線、無(wú)線發(fā)射機(jī)/接收機(jī)(收發(fā)信機(jī))、放大器、濾波 器、控制邏輯等等。天線的實(shí)例可以包括內(nèi)部天線、全向天線、單極 天線、偶極天線、端饋天線、圓極化天線、微帶天線、分集天線、雙 天線、天線陣等。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)700的節(jié)點(diǎn)可以包括如上所 述的天線系統(tǒng)IOO、 400、 500和600。實(shí)施例不限于這些情況。參考圖7，系統(tǒng)700可以包括節(jié)點(diǎn)702、 704和706，用來(lái)形成無(wú) 線通信網(wǎng)絡(luò)，例如PAN。盡管圖7中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量有限，并且它們構(gòu)成 特定的拓?fù)洌菓?yīng)該明白對(duì)于給定實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)700可以包括任意類 型拓?fù)涞母嗷蚋俚墓?jié)點(diǎn)。實(shí)施例不限于上述情況。在一個(gè)實(shí)施例 中，系統(tǒng)700可以包括節(jié)點(diǎn)702、 704和706，每一個(gè)都可以分別包 括收發(fā)信機(jī)708、 710和712，以及CMOS集成電路器件750。 CMOS 集成電路器件750可以包括任意數(shù)量的天線系統(tǒng)100、 400、 500和 600，用來(lái)形成通過(guò)無(wú)線鏈路752、 754、 756等等的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。圖8說(shuō)明形成具有例如天線系統(tǒng)100、 400、 500和600的CMOS 半導(dǎo)體的一個(gè)方法實(shí)施例。在塊800處，在CMOS集成電路基底上，
形成包括輻射單元的第一金屬層，并且形成包括耦合到輻射單元的第 一導(dǎo)體的第二金屬層。第一導(dǎo)體和輻射單元互相耦合，形成以無(wú)線方式傳遞信號(hào)的天線。在塊802處，形成位于第二金屬層和第一導(dǎo)體以 下的第三金屬層，并且在第三金屬層上形成第一接地面。在塊804處， 在第二金屬層以下形成第一接地面，并且形成充分與第一導(dǎo)體重疊形 成微帶傳輸線的輻射單元。在塊806處，形成第一接地面和位于第二 金屬層上的第二接地面，并且形成第一和第二接地面之間的第一導(dǎo)體 以及與第一導(dǎo)體充分重疊形成共面波導(dǎo)傳輸線的輻射單元。在一個(gè)實(shí) 施例中，形成第三金屬層并形成第三金屬層上的第一和第二接地面。 在塊808處，形成第二金屬層上，在橫向與第一導(dǎo)體分離的第二導(dǎo)體。 在塊810處，在第一和第二導(dǎo)體以上形成輻射單元，在第一側(cè)面上與 第一導(dǎo)體的邊緣部分重疊，在第二側(cè)面上與第二導(dǎo)體的邊緣部分重 疊，形成開(kāi)槽線傳輸線。在這里已經(jīng)給出了數(shù)不清的細(xì)節(jié)，以幫助全面理解這些實(shí)施例。 但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員要明白，可以實(shí)踐這些實(shí)施例而沒(méi)有這些具體 細(xì)節(jié)。在其它情況下，沒(méi)有詳細(xì)描述公知的操作、元件和電路，以免 喧賓奪主。顯然，這里描述的具體結(jié)構(gòu)和功能是代表性的，而不是要 限制這些實(shí)施例的范圍。還值得注意，說(shuō)"一個(gè)實(shí)施例"指的是結(jié)合這個(gè)實(shí)施例描述的一 個(gè)特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在至少一個(gè)實(shí)施例中。在說(shuō)明書(shū)中各個(gè) 地方出現(xiàn)的"一個(gè)實(shí)施例中"不必指同一個(gè)實(shí)施例。一些實(shí)施例可以用"耦合"和"連接"及其等同詞語(yǔ)來(lái)描述。要 明白這些術(shù)語(yǔ)并不是互為同義詞。例如， 一些實(shí)施例可以用"連接" 來(lái)描述，以表明兩個(gè)或多個(gè)單元直接物理連接或電氣連接。在另一個(gè) 實(shí)例中，可以用"耦合"來(lái)描述一些實(shí)施例，以表明兩個(gè)或多個(gè)單元 直接物理連接或電氣連接。但是，"耦合"還可以表示兩個(gè)或多個(gè)單 元不是直接連接，但是仍然相互作用。實(shí)施例不限于上述情況。盡管在這里描述了實(shí)施例的特定特征，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì) 想到許多改進(jìn)、替換、改變和等同替代。因此，后面的權(quán)利要求覆蓋 了實(shí)施例實(shí)際范圍內(nèi)的所有這些改進(jìn)和改變。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路器件，該器件具有包括輻射單元的第一金屬層；以及包括與所述輻射單元耦合的第一導(dǎo)體的第二金屬層；其中所述第一導(dǎo)體和所述輻射單元互相耦合，形成以無(wú)線方式傳遞信號(hào)的天線。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括第三金屬層，該層包括在 所述第二金屬層和所述第一導(dǎo)體以下的第一接地面。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述第一接地面位于所述第 二金屬層以下，所述輻射單元充分與所述第一導(dǎo)體重疊，形成微帶傳 輸線。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括所述第二金屬層上的第一 和第二接地面，其中所述第一導(dǎo)體位于所述第一和第二接地面之間， 所述輻射單元充分與所述第一導(dǎo)體重疊，形成共面波導(dǎo)傳輸線。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，還包括第三金屬層，其中所述第 一和第二接地面位于所述第三金屬層上。
6. 如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括在所述第二金屬層上的第 二導(dǎo)體，該第二導(dǎo)體在橫向與所述第一導(dǎo)體分離，其中所述輻射單元 位于所述第一和第二導(dǎo)體以上，與第一側(cè)面上所述第一導(dǎo)體的邊緣部 分重疊，與第二側(cè)面上所述第二導(dǎo)體的邊緣部分重疊，形成開(kāi)槽線傳 輸線。
7. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述輻射單元形成天線系統(tǒng)陣列的一部分。
8. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述輻射單元是用所述CMOS 集成電路器件的頂部金屬層上面的突起金屬形成的。
9. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述通信發(fā)生在從1米到1 毫米的任意一個(gè)毫米波波長(zhǎng)上。
10. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述第一導(dǎo)體中的電能是通 過(guò)對(duì)所述第一導(dǎo)體進(jìn)行電激勵(lì)產(chǎn)生的橫電磁模耦合到所述輻射單元 的。
11. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述第二金屬層比所述第一 金屬層低一個(gè)金屬層。
12. 如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述第二金屬層比所述第 一金屬層低大約10微米。
13. 如權(quán)利要求1所述的裝置 包括130納米CMOS器件。
14. 如權(quán)利要求1所述的裝置 包括90納米CMOS器件。
15. 如權(quán)利要求1所述的裝置 包括65納米CMOS器件。
16. —種系統(tǒng)，包括 收發(fā)信機(jī)；以及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路器件，該器件具有，其中所述CMOS集成電路器件 ，其中所述CMOS集成電路器件 ，其中所述CMOS集成電路器件 包括輻射單元的第一金屬層；以及包括與所述輻射單元耦合的第一導(dǎo)體的第二金屬層；其中所述第一導(dǎo)體和所述輻射單元互相耦合，形成以無(wú)線方式傳 遞信號(hào)的天線。
17. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，還包括第三金屬層，該層包括在所述第二金屬層和所述第一金屬以下的第一接地面。
18. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述第一接地面位于所述 第二金屬層以下，所述輻射單元充分與所述第一導(dǎo)體重疊，形成微帶 傳輸線。
19. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，還包括所述第二金屬層上的第 一和第二接地面，其中所述第一導(dǎo)體位于所述第一和第二接地面之 間，所述輻射單元充分與所述第一導(dǎo)體重疊，形成共面波導(dǎo)傳輸線。
20. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括第三金屬層，其中所述 第一和第二接地面位于所述第三金屬層上。
21. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，還包括在所述第二金屬層上的 第二導(dǎo)體，該第二導(dǎo)體在橫向與所述第一導(dǎo)體分離，其中所述輻射單 元位于所述第一和第二導(dǎo)體以上，與第一側(cè)面上所述第一導(dǎo)體的邊緣 部分重疊，與第二側(cè)面上所述第二導(dǎo)體的邊緣部分重疊，形成開(kāi)槽線 傳輸線。
22. —種方法，包括在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路基底上，形成包括 輻射單元的第一金屬層；以及形成包括與所述輻射單元耦合的第一導(dǎo)體的第二金屬層； 其中所述第一導(dǎo)體和所述輻射單元互相耦合，形成以無(wú)線方式傳 遞信號(hào)的天線。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，還包括形成第三金屬層，該層 在所述第二金屬層和所述第一導(dǎo)體以下，在所述第三金屬層上形成第 一接地面。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中形成所述第一接地面包括 在所述第二金屬層以下形成所述第一接地面，形成所述輻射單元包括 形成所述輻射單元，該輻射單元充分與所述第一導(dǎo)體重疊，形成微帶 傳輸線。
25. 如權(quán)利要求22所述的方法，還包括形成所述第二金屬層上 的第一和第二接地面，形成所述第一導(dǎo)體包括形成位于所述第一和第 二接地面之間的所述第一導(dǎo)體，所述輻射單元充分與所述第一導(dǎo)體重 疊，形成共面波導(dǎo)傳輸線。
26. 如權(quán)利要求25所述的方法，還包括形成第三金屬層，并且 在所述第三金屬層上形成所述第一和第二接地面。
27. 如權(quán)利要求22所述的方法，還包括在所述第二金屬層上形 成第二導(dǎo)體，該第二導(dǎo)體在橫向與所述第一導(dǎo)體分離，其中所述輻射 單元是在所述第一和第二導(dǎo)體以上形成的，與第一側(cè)面上所述第一導(dǎo) 體的邊緣部分重疊，與第二側(cè)面上第二導(dǎo)體的邊緣部分重疊。
全文摘要
描述了裝置、系統(tǒng)和方法，用于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路器件，該器件具有包括輻射單元的第一金屬層；以及包括與所述輻射單元耦合的第一導(dǎo)體的第二金屬層。所述第一導(dǎo)體和所述輻射單元互相耦合，形成以無(wú)線方式傳遞信號(hào)的天線。
文檔編號(hào)H01Q23/00GK101133516SQ200680006479
公開(kāi)日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者K·廷斯利, S-Y·徐 申請(qǐng)人:英特爾公司