專利名稱：功率放大器及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種功率放大器及其形成方法，尤指一種于半導(dǎo)體工藝中選擇、控制摻雜物濃度以形成功率放大器的方法。
背景技術(shù)：
近年來無線通訊產(chǎn)品的應(yīng)用迅速地成長，而適用于無線通訊IC的半導(dǎo)體工藝技術(shù)也廣泛地被開發(fā)，其中以硅鍺(Silicon Germanium，SiGe)兩種元素所形成半導(dǎo)體的工藝技術(shù)是一種被許多無線通訊公司所采用的新技術(shù)。在眾多無線通訊產(chǎn)品中，例如IEEE無線局域網(wǎng)絡(luò)(IEEE wireless LAN)、無線電話及其它應(yīng)用，該產(chǎn)品的效能表現(xiàn)和其無線通訊IC里的功率放大器有相當(dāng)大的關(guān)系。經(jīng)由控制功率放大器的輸出功率(或是其消耗電流)且維持功率放大器的其它重要特性在可接受范圍之下，則可使產(chǎn)品效能達(dá)到高功率及低電流的目的。
在半導(dǎo)體工藝中，為了改變功率放大器的輸出功率，現(xiàn)有技術(shù)必須改變電路的設(shè)計(jì)，但是電路設(shè)計(jì)的改變會(huì)使得相對應(yīng)的掩模也必須改變。換句話說，為了要生產(chǎn)各種不同輸出功率的IC，現(xiàn)有技術(shù)必須要擁有許多不同的掩模組合，然而，額外制作不同的掩模不但會(huì)增加整體的成本，也延后了產(chǎn)品的上市時(shí)程，并不是一個(gè)符合經(jīng)濟(jì)效益的方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，即是要提出一種能以較精簡、較低成本、優(yōu)選效率來形成不同輸出功率的功率放大器的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
本發(fā)明在采用硅鍺技術(shù)的雙極半導(dǎo)體工藝中，依據(jù)摻雜物濃度和功率放大器輸出特性的線性關(guān)系，選擇、控制多晶硅層中的摻雜濃度，以形成不同輸出功率等級(jí)的硅鍺基功率放大器，其中在0.35微米和0.18微米工藝中，個(gè)別地使用不同的摻雜物于多晶硅中。0.35微米工藝使用磷元素(P，Phosphorous)為多晶硅中的摻雜物，其濃度介于4.6×1015到6.4×1015atom/cm3或6.8×1015到7.3×1015atom/cm3之間。而0.18微米工藝使用砷元素(As，Arsenic)為多晶硅中的摻雜物，其濃度介于3.8×1015到5.3×1015atom/cm3或5.7×1015到6.1×1015atom/cm3之間。


圖1為硅鍺技術(shù)應(yīng)用于雙極半導(dǎo)體工藝的示意圖；圖2為摻雜物濃度與硅鍺基功率放大器的消耗電流的特性關(guān)系圖；圖3為摻雜物濃度與硅鍺基功率放大器的輸出功率的特性關(guān)系圖；圖4為本發(fā)明于運(yùn)用硅鍺技術(shù)的雙極半導(dǎo)體工藝中形成功率放大器的流程圖。
附圖標(biāo)記說明10 晶片 20 多晶硅30 側(cè)壁子N 標(biāo)準(zhǔn)摻雜濃度N1 摻雜濃度 N2 摻雜濃度具體實(shí)施方式
請參考圖1。圖1是硅鍺技術(shù)應(yīng)用于雙極半導(dǎo)體工藝的示意圖。當(dāng)晶片10上的多晶硅20形成之后，便開始摻雜的步驟，一般半導(dǎo)體工藝中的摻雜步驟很少直接利用該摻雜物的元素，反而需要利用該摻雜元素的化合物，藉由它們的固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的擴(kuò)散源將摻雜物引入。舉例來說，若要摻雜磷元素，以氯氧化磷(POCl3)為原料，并將其以液體狀態(tài)保存在特定容器中，將氮?dú)馀c氧氣引入而通過容器后，摻雜磷原子的蒸氣會(huì)被帶入并沉積在晶片10的表面上，摻雜的磷原子會(huì)與多晶硅20產(chǎn)生作用而形成一層含有硅、氧與磷的氧化硅，然后磷原子會(huì)進(jìn)一步地?cái)U(kuò)散于多晶硅20中。在完成摻雜的步驟后，晶片10會(huì)開始形成側(cè)壁子(spacer)30，環(huán)繞于該多晶硅20的周圍，并進(jìn)而形成雙極晶體管。一般而言，于0.35微米工藝中，該摻雜物是磷，其標(biāo)準(zhǔn)濃度是6.6×1015atom/cm3，而于0.18微米工藝中，該摻雜物是砷，其標(biāo)準(zhǔn)濃度是5.5×1015atom/cm3，這些標(biāo)準(zhǔn)濃度皆為業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)，IC設(shè)計(jì)者或公司通常依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)濃度設(shè)計(jì)IC。然而，根據(jù)本發(fā)明的研究，本發(fā)明可以依據(jù)摻雜物濃度與功率放大器的消耗電流及輸出功率的線性關(guān)系，利用半導(dǎo)體工藝中的摻雜步驟，在標(biāo)準(zhǔn)濃度附近的特定范圍內(nèi)，經(jīng)由選擇、控制摻雜物的濃度，于晶片10上形成所需要的消耗電流及輸出功率特性的功率放大器，并進(jìn)而制造出所設(shè)計(jì)的輸出功率等級(jí)的IC。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明實(shí)施的方法，請繼續(xù)參考圖2和圖3(并一并參考圖1)。圖2為摻雜物濃度與功率放大器的消耗電流的特性關(guān)系圖。圖2的橫軸為摻雜物濃度，縱軸為功率放大器的消耗電流；圖3為摻雜物濃度與功率放大器的輸出功率的特性關(guān)系圖。圖3的橫軸為摻雜物濃度，縱軸為功率放大器的輸出功率。在圖2和圖3中，根據(jù)本發(fā)明的研究，對于采用硅鍺技術(shù)的雙極半導(dǎo)體工藝中，摻雜物的濃度和硅鍺基功率放大器的消耗電流及輸出功率呈現(xiàn)正比的關(guān)系，且如圖所示，上述關(guān)系在標(biāo)準(zhǔn)摻雜濃度N附近的范圍內(nèi)，例如在摻雜濃度N1和N2之間，擁有良好的線性關(guān)系。換句話說，若要增大功率放大器的消耗電流或輸出功率，便可以依據(jù)此線性關(guān)系，增加摻雜物于多晶硅20中的濃度以達(dá)到所要求的消耗電流或輸出功率。相對地，若要減少功率放大器的消耗電流或輸出功率，也可以依據(jù)此線性關(guān)系，減少摻雜物于多晶硅20中的濃度以達(dá)到所要求的消耗電流或輸出功率。
另外，對于0.35微米和0.18微米的晶片工藝，其摻雜物元素及摻雜物濃度皆有所不同。在0.35微米工藝中，其摻雜物元素是磷，而其摻雜濃度介于4.6×1015到7.3×1015atom/cm3之間，在此范圍內(nèi)，磷元素的摻雜濃度和硅鍺基功率放大器的消耗電流及輸出功率呈現(xiàn)正比的線性關(guān)系。另一方面，在0.18微米工藝中，其摻雜物元素是砷，而其摻雜濃度介于3.8×1015到6.1×1015atom/cm3之間，在此范圍內(nèi)，砷元素的摻雜濃度和硅鍺基功率放大器的消耗電流及輸出功率呈現(xiàn)正比的線性關(guān)系。舉例來說，當(dāng)本發(fā)明要于0.35微米的雙極半導(dǎo)體工藝中，增大硅鍺基功率放大器的輸出功率，依據(jù)前述的線性關(guān)系，本發(fā)明可以增加磷元素在多晶硅20中的摻雜濃度來達(dá)到增大輸出功率的目的。相對地，當(dāng)本發(fā)明要于0.18微米的雙極半導(dǎo)體工藝中，減少硅鍺基功率放大器的消耗電流，依據(jù)前述的線性關(guān)系，本發(fā)明可以減少砷元素在多晶硅20中的摻雜濃度來達(dá)到減少消耗電流的目的。在上述兩個(gè)例子中，為了要改變硅鍺基功率放大器的輸出特性，本發(fā)明并不需要改變原本的電路設(shè)計(jì)，僅需利用摻雜物濃度與功率放大器的消耗電流及輸出功率的特性關(guān)系，針對所要達(dá)成的目的，選擇、控制摻雜物于多晶硅20中的濃度即可。
總結(jié)來說，本發(fā)明于運(yùn)用硅鍺技術(shù)的雙極半導(dǎo)體工藝中形成放大器的方法可歸納于圖4的流程圖。請參考圖4；圖4中的流程有下列步驟步驟110決定硅鍺基功率放大器的消耗電流或輸出功率。當(dāng)要在保留原有功率放大器的電路設(shè)計(jì)的前提下，改變功率放大器的消耗電流或輸出功率，本發(fā)明可根據(jù)前述的技術(shù)，首先決定所需要的硅鍺基功率放大器的消耗電流或輸出功率。
步驟120決定摻雜物在多晶硅中的濃度。依據(jù)摻雜物濃度和硅鍺基功率放大器的消耗電流或輸出功率的線性關(guān)系，找出相對應(yīng)于所需要的消耗電流或輸出功率的摻雜物濃度，并于半導(dǎo)體工藝的摻雜步驟中，控制多晶硅的摻雜濃度為上述的摻雜濃度。
步驟130形成所需要的硅鍺基功率放大器。在完成前面的摻雜步驟后，本發(fā)明繼續(xù)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體工藝，以形成所需要的硅鍺基功率放大器。
步驟140形成IC。在完成所有的半導(dǎo)體工藝后，制造出所要求的輸出功率等級(jí)的IC。
綜合以上所述，依據(jù)本發(fā)明的形成功率放大器的方法，可將本發(fā)明運(yùn)用于雙極半導(dǎo)體工藝中，例如在目前的0.35微米與0.18微米的硅鍺技術(shù)中。另外，根據(jù)不同精度的工藝，分別采用不同的摻雜物于多晶硅20中，并于標(biāo)準(zhǔn)濃度之外的特定濃度范圍內(nèi)選擇、控制摻雜物的濃度，舉例來說，0.35微米的半導(dǎo)體工藝采用磷元素?fù)诫s于多晶硅20中，其摻雜濃度范圍介于4.6×1015到6.4×1015tom/cm3或6.8×1015到7.3×1015atom/cm3之間；而0.18微米的半導(dǎo)體工藝采用砷元素?fù)诫s于多晶硅20中，其摻雜濃度范圍介于3.8×1015到5.3×1015atom/cm3或5.7×1015到6.1×1015atom/cm3之間。依此方法，于特定摻雜濃度范圍內(nèi)選擇、控制多晶硅中的摻雜物濃度以形成所需要的輸出特性的功率放大器，并進(jìn)一步形成特定輸出功率等級(jí)的IC。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明根據(jù)摻雜物濃度和功率放大器輸出特性的線性關(guān)系，簡單地利用半導(dǎo)體工藝中的摻雜步驟，選擇、控制多晶硅中的摻雜物濃度，即可形成不同輸出功率的功率放大器，不需如現(xiàn)有技術(shù)般改變功率放大器的電路設(shè)計(jì)，因此，本發(fā)明降低了制造的成本、制造的復(fù)雜程度及其所需的時(shí)間，并提高了將產(chǎn)品推入市場的效率。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種0.35微米半導(dǎo)體工藝所形成的功率放大器，其包含有一多晶硅，其摻雜物的濃度介于4.6×1015到6.4×1015atom/cm3的范圍內(nèi)或6.8×1015到7.3×1015atom/cm3的范圍內(nèi)；一側(cè)壁子(spacer)，環(huán)繞于該多晶硅的周圍。
2.如權(quán)利要求1所述的功率放大器，其中該半導(dǎo)體工藝為雙極結(jié)晶體管工藝。
3.如權(quán)利要求1所述的功率放大器，其為硅鍺基功率放大器。
4.如權(quán)利要求1所述的功率放大器，其中該多晶硅的摻雜物為磷元素。
5.一種0.18μm半導(dǎo)體工藝所形成的放大器，其包含有一多晶硅，其摻雜物的濃度介于3.8×1015到5.3×1015atom/cm3的范圍內(nèi)或5.7×1015到6.1×1015atom/cm3的范圍內(nèi)；一側(cè)壁子(spacer)，環(huán)繞于該多晶硅的周圍。
6.如權(quán)利要求5所述的功率放大器，其中該半導(dǎo)體工藝為雙極結(jié)晶體管工藝。
7.如權(quán)利要求5所述的功率放大器，其為硅鍺基功率放大器。
8.如權(quán)利要求5所述的功率放大器，其中該多晶硅的摻雜物為砷元素。
9.一種于0.35微米半導(dǎo)體工藝形成功率放大器的方法，其包含有下列步驟(a)形成一多晶硅；以及(b)對該多晶硅摻雜濃度介于4.6×1015到6.4×1015atom/cm3的范圍內(nèi)或6.8×1015到7.3×1015atom/cm3的范圍內(nèi)的摻雜物。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該半導(dǎo)體工藝為雙極結(jié)晶體管工藝。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該功率放大器為硅鍺基功率放大器。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中步驟(b)是對該多晶硅摻雜濃度介于4.6×1015到6.4×1015atom/cm3的范圍內(nèi)或6.8×1015到7.3×1015atom/cm3的范圍內(nèi)的磷元素。
13.一種于0.18微米半導(dǎo)體工藝形成功率放大器的方法，其包含有下列步驟(a)形成一多晶硅；以及(b)對該多晶硅摻雜濃度介于3.8×1015到5.3×1015atom/cm3的范圍內(nèi)或5.7×1015到6.1×1015atom/cm3的范圍內(nèi)的摻雜物。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該半導(dǎo)體工藝為雙極結(jié)晶體管工藝。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該功率放大器為硅鍺基功率放大器。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中步驟(b)是對該多晶硅摻雜濃度介于3.8×1015到5.3×1015atom/cm3的范圍內(nèi)或5.7×1015到6.1×1015atom/cm3的范圍內(nèi)的砷元素。
全文摘要
本發(fā)明提供一種功率放大器及其形成方法，在雙極半導(dǎo)體工藝中，依據(jù)摻雜物濃度和功率放大器輸出特性的線性關(guān)系，選擇、控制多晶硅層中的摻雜濃度，以形成不同輸出功率等級(jí)的硅鍺基功率放大器。所述功率放大器包含有一多晶硅，其摻雜物的濃度介于4.6×10
文檔編號(hào)H03F3/20GK1797938SQ20041010491
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月24日
發(fā)明者魏良光, 江志民 申請人:立積電子股份有限公司