[发明专利]集成高压电容器

说明书

半导体器件包括半导体管芯和形成在半导体管芯上方的集成电容器。集成电容器配置为接收高压信号。在半导体管芯中形成跨阻抗放大器。雪崩光电二极管设置在半导体管芯上方或邻近处。集成电容器耦合在雪崩光电二极管和地节点之间。电阻器耦合在高压输入和雪崩光电二极管之间。电阻器是在半导体管芯上方形成的集成无源器件(IPD)。集成电容器的第一端子耦合到地电压节点。集成电容器的第二端子耦合到大于20伏的电压。在一个实施例中，集成电容器包括多个交叉指状物。在另一个实施例中，集成电容器包括多个垂直对齐的板。

对优先权的要求

本申请要求2018年4月16日提交的美国临时申请No.62/658,073的权利，其申请通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般涉及半导体器件，更具体地说，涉及使用集成高压电容器滤除干扰的半导体器件和方法。

背景技术

半导体器件通常存在于现代电子产品中。半导体设备在电子元件的数量和密度上有所不同分立半导体器件通常包含一种类型的电子元件，例如发光二极管(LED)、光电二极管、小信号晶体管、电阻器、电容器、电感器或功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。集成半导体器件通常包含数百至数百万个电子元件。集成半导体器件的示例包括微控制器、微处理器、电荷耦合器件(CCD)、太阳能电池和数字微镜器件(DMD)。

半导体器件执行广泛的功能，例如信号处理、高速计算、发送和接收电磁信号、控制电子设备、将太阳光转换为电能，以及为电视显示器创建视觉投影。半导体器件存在于娱乐、通信、电力转换、网络、计算机和消费产品领域。半导体器件也可用于军事应用、航空、汽车、工业控制器和办公设备。

光纤通常用于在彼此远离的半导体器件之间传输信号。发光二极管(LED)、激光二极管或其他电子可控光源用于产生进入光纤的光波。光纤指引光波从源设备到目标设备。目标设备包括将光信号转换为电信号的光电二极管。通常使用雪崩光电二极管(APD)。跨阻抗放大器(TIA)用于具有APD的电路中来调节电信号以供半导体器件使用。

图1示出了APD罐10的示例，APD罐10是光接收次组件(ROSA)的封装，其具有集成在罐形封装中的APD20、TIA30和其他支持的半导体器件。罐10的顶表面12包括开口13，以至少暴露罐内的APD20来接收输入的光信号。在一些实施例中，透镜设置在开口13中以将光波聚焦在APD20上。支腿14从罐向下延伸，用于将罐10安装到电路板或其他基板上。支腿14延伸穿过APD罐10的底部并且通过接合线16连接到APD罐内的半导体器件。APD罐10通过开口13接收光信号，并通过支腿14发送电信号，以由连接的半导体器件处理。

APD20使用高压电源，通常在20伏至90伏之间，例如40伏。高压功率信号可以包括来自电磁信号的干扰。随着最近在5GHz信道上运行的Wi-Fi的激增，特别需要在ROSA封装中滤除大约5GHz的电磁干扰(EMI)。

图2示出了用于接收光纤信号的APD20和TIA30的一个示例性电路图。电流源24和APD20串联耦合在高压源26和接地节点28之间。击中APD20的光波改变通过APD的电流的电阻，从而改变输入到电路节点29处的TIA30的电压。TIA30耦合在电路节点29和输出节点38之间。TIA30包括由MOSFET32和电阻器34组成的反馈电路。MOSFET32和电阻器34串联耦合在VDD或低压轨36与电路节点29处的TIA 30的输入之间。

高压源26上的噪声将影响输出节点38处的TIA 30输出的信号。一种解决方案是添加串联耦合在高压源26和APD 20之间的电阻器42以及从APD 20的阴极耦合到接地节点28的高压电容器40。高压电容器40包括适合于将5GHz范围内的干扰分流到地的电容值，例如200pf。电阻器42具有合适的电阻值以与电容器40形成单极低通滤波器，例如500欧姆。