專利名稱：帶靜電放電保護(hù)的rf晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括RF晶體管的電子器件，所述RF晶體管與帶有 另一晶體管的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)集成為一體，其中每一晶體管都包括(1)半 導(dǎo)體襯底柵區(qū)上的柵極介電層，(2)至少一部分柵極介電層上的柵極，和 (3)半導(dǎo)體襯底中鄰近柵極的源區(qū)和漏區(qū)，該源區(qū)與接地的襯底區(qū)耦合，
其中，靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的漏區(qū)耦合至RF晶體管的柵極，由于加入某一 輸入電壓，在該漏區(qū)與接地的襯底區(qū)之間形成寄生二極管。
背景技術(shù)：
從US6873017已知這樣一種電子器件。已知的器件包括作為RF晶體 管的LDMOS晶體管，并且使用NMOS晶體管作為另一晶體管。LDMOS 晶體管的柵極形成輸入端，使保護(hù)結(jié)構(gòu)耦合在輸入端和接地端之間。在另 一晶體管的漏區(qū)與襯底之間形成一個(gè)結(jié)。襯底中的另一p-摻雜區(qū)可被直接 提供在n-摻雜區(qū)的下面。當(dāng)加至LDMOS晶體管的輸入電壓較高時(shí)，保護(hù) 結(jié)構(gòu)將開始工作并且有電流在保護(hù)結(jié)構(gòu)中從輸入端(例如漏極)流入源極。 在負(fù)的電壓輸入時(shí)，寄生二極管中有電流從輸入端流入源極。
己知器件的缺點(diǎn)是不很適合于RF應(yīng)用。在RF應(yīng)用中，RF晶體管起 RP放大器的作用。對(duì)放大器的正常RF工作的要求是寄生二極管對(duì)RF工 作不產(chǎn)生負(fù)面影響。輸入電容量可能被增加得太多，如US6821831所述。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種適用于RF應(yīng)用的首節(jié)所述電子器件。 實(shí)現(xiàn)此目的的要點(diǎn)在于RF晶體管是設(shè)計(jì)用于基本RF頻率的RF
MOS晶體管，以及利用濾波器從寄生二極管中過濾基本RF頻率。
RF放大器通常工作于AB類。這意味著RF晶體管柵極上的DC電壓
正好在閾值以上。但是，柵極在當(dāng)前器件中也是RF晶體管的輸入端。因此，輸入信號(hào)同時(shí)包括DC信號(hào)和RF信號(hào)，在RF周期中具有變化的幅 度。在RF信號(hào)的猝發(fā)脈沖作用下，它的幅度可能大于DC信號(hào)。這可能 使柵極上的結(jié)果電壓(即Vgs)在RF周期的一部分中是負(fù)的。這種負(fù)的 柵壓導(dǎo)致保護(hù)結(jié)構(gòu)的寄生二極管的正偏壓，可能使電流逆向流動(dòng)，例如從 源極至柵極。
在RF周期的該部分中，電流流經(jīng)寄生二極管的結(jié)果是，當(dāng)電壓為負(fù) 時(shí)，結(jié)果平均電壓(它是有效DC電壓)增加。已證明在某些條件下，DC 電壓的這一增加不被立即校正。這一遺留結(jié)果是不希望有的，這是因?yàn)槠?移的DC電壓導(dǎo)致RF晶體管變成另一種設(shè)置，同時(shí)也降低效率和/或使 RF信號(hào)失真。
根據(jù)本發(fā)明，通過在保護(hù)結(jié)構(gòu)中加入濾波器，可以防止這種結(jié)果，這 個(gè)濾波器濾去RF輸入信號(hào)的基頻。
使用這個(gè)濾波器意味著靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)基頻是無效的。由于放電可能 有高到5GHz的頻率分量，所以這看起來是有問題的。但情況不是這樣， 因?yàn)檫@種RF晶體管被應(yīng)用在遠(yuǎn)離用戶接口的環(huán)境中。需要保護(hù)以免靜電 放電的有關(guān)時(shí)段只是將晶體管片切成多個(gè)單獨(dú)產(chǎn)品以及組裝的時(shí)段。在這 個(gè)時(shí)段中較少要求靜電放電，并且沒有任何這種高頻分量。
從它的性能來看，保護(hù)結(jié)構(gòu)可被視作電壓峰值檢測(cè)器。這一方面也使 保護(hù)結(jié)構(gòu)本身能用作檢測(cè)器。可以將檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給控制器，如果需要， 該控制器可校正輸入信號(hào)。
DC電壓的增加可以保持一些時(shí)間并產(chǎn)生存儲(chǔ)效應(yīng)的條件之一，是在 饋送信號(hào)面前有高阻抗。這一高輸入阻抗是某些寬頻帶應(yīng)用所希望的，例 如為了為視頻信號(hào)提供較大的帶寬。這種寬帶應(yīng)用的一個(gè)示例是通信協(xié)議 W-CDMA。這里的高阻抗例如阻抗至少為100Q，更特別的是高于lkQ， 尤其是至少5kQ。
本發(fā)明的器件適用于與預(yù)矯正(例如阻抗匹配)配合，最適合與數(shù)字 預(yù)矯正配合。與這種預(yù)矯正配合的問題甚至更明顯預(yù)矯正不再是精確的。 預(yù)矯正可集成在該器件中，但也可備選地單獨(dú)存在。
本領(lǐng)域技術(shù)人員公知多個(gè)濾波器概念，例如陷波濾波器、Tl形濾波器
等等。在一個(gè)實(shí)施例中，濾波器是LC濾波器。這種簡(jiǎn)單的濾波器是有效的，并且可適當(dāng)?shù)丶稍谠撈骷小?br> 在一個(gè)實(shí)施例中，在保護(hù)結(jié)構(gòu)與RF晶體管的柵極之間應(yīng)用LC濾波 器。特別是能連接成使輸入信號(hào)不經(jīng)過LC濾波器而到達(dá)RF晶體管柵極。 這時(shí)LC濾波器被設(shè)計(jì)成諧振器，例如電感器L和電容器C并聯(lián)。這個(gè)實(shí) 施例具有如下優(yōu)點(diǎn)它對(duì)基本RF頻率以上和以下的頻率提供保護(hù)，但它 也導(dǎo)致RF晶體管性能方面的某種損失。
在另一實(shí)施例中，將LC濾波器連接在RF晶體管的柵極與地之間， 并向該LC濾波器提供了串聯(lián)的電感器和電容器。然后，將保護(hù)結(jié)構(gòu)的漏 極耦合至LC濾波器的電感器和電容器之間的節(jié)點(diǎn)。這個(gè)實(shí)施例具有如下 優(yōu)點(diǎn)它提供RF晶體管的某種RF預(yù)匹配。這種預(yù)匹配在晶體管的基站 應(yīng)用中是特別需要的，與移動(dòng)電話中的應(yīng)用相比，那里對(duì)線性的要求很高。 但缺點(diǎn)是靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)只對(duì)基本RF頻率以下的頻率才是有效的?？梢灶A(yù) 見，可進(jìn)一步改善濾波器的布局以對(duì)兩個(gè)實(shí)施例都有利。
適當(dāng)?shù)?，在保護(hù)結(jié)構(gòu)與RF晶體管的柵極之間接一個(gè)電阻器。這個(gè)電 阻器在保護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入急速返回模式的情況下能起限流作用。該電阻器的電 阻值適宜小于100Q，更優(yōu)選地為小于20Q。
RF晶體管適宜為L(zhǎng)DMOS型的MOS晶體管。更適合的是，RF晶體 管包括雙漏極外延。最優(yōu)選的是，在RF晶體管的柵極和第一漏極的外延 上附加有屏蔽。例如從WO-A 2005/22645中已知的分段屏蔽結(jié)構(gòu)是優(yōu)選 的。
保護(hù)結(jié)構(gòu)的另一晶體管適宜為接地的共射共基MOS晶體管。最適合 的是使用共射共基的NMOS晶體管。


下面將參考附圖進(jìn)一步討論本發(fā)明的這些方面和其他方面，附圖中 圖1和2示出了本發(fā)明的RF晶體管的橫截面示意圖； 圖3示出了另一晶體管的橫截面示意圖，該晶體管是本發(fā)明ESD保 護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分；
圖4示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的電路圖； 圖5示出了本發(fā)明第二實(shí)施例的電路圖；圖6A-D示出了 RF晶體管漏極上的電流和電壓作為時(shí)間的函數(shù)的多 幅曲線圖7A-D示出了 S-參數(shù)的幅度隨頻率變化的多幅曲線圖。
具體實(shí)施例方式
這些圖完全是示意圖，沒有按比例繪出。不同圖中的相同參考號(hào)碼表
示一致的部件。
本發(fā)明的電子器件包括RF晶體管和作為ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)部件的另一晶 體管。兩個(gè)晶體管適宜集成為單一的器件，并且在單一的工藝流程中制造。 在圖4和5中示出了兩個(gè)晶體管之間的電路關(guān)系的兩個(gè)實(shí)施例。圖l和2 示出RF晶體管100。圖3示出另一晶體管200，它是ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)250
的部件。
器件(參見圖1-2)包括半導(dǎo)體本體1，在這個(gè)示例中由硅制成，當(dāng) 然，也可用其他適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料制造。向該半導(dǎo)體本體l提供了二氧化 硅的絕緣層76。該半導(dǎo)體本體由低歐姆、強(qiáng)摻雜p-型襯底2和相對(duì)弱摻 雜、高歐姆區(qū)3構(gòu)成，高歐姆區(qū)貼近硅體表面，其中收納有晶體管。在這 個(gè)示例中，區(qū)域3由具有厚度約為7pm、摻雜濃度約為每cn^5.10"個(gè)原 子的p-型外延層形成。起源區(qū)連接作用的襯底2的摻雜濃度高，例如每 cm3 1019至102()個(gè)原子。作用區(qū)6被限定在外延層中，這個(gè)區(qū)域被厚的場(chǎng) 氧化物7橫向界定。分別以強(qiáng)摻雜n-型表面區(qū)4和5的形式，將晶體管的 源區(qū)和漏區(qū)提供在作用區(qū)中。RF晶體管IOO包括多個(gè)指狀結(jié)構(gòu)，其包括 多個(gè)彼此相鄰的源/漏極指，這僅在附圖中示意地(圖1)或部分地(圖2) 示出?？捎煤?jiǎn)單方式獲得多指結(jié)構(gòu)，例如向左或向右延伸圖3中所示的部 分，直至獲得所希望的溝道寬度。優(yōu)選地，這些指狀結(jié)構(gòu)具有各不相同的 閾值電壓，以改善RF晶體管的線性特性。
為了提高擊穿電壓，在漏區(qū)5與晶體管的溝道之間，向漏區(qū)5提供高 歐姆n-型漏區(qū)外延8。在這個(gè)示例中，外延的長(zhǎng)度為3.5pm。晶體管的溝 道由外延8與源區(qū)4之間的p-型區(qū)13形成。在溝道的上面提供柵極9， 用厚度例如為70nm的柵氧化物10將這個(gè)柵極與溝道隔離。柵極9由厚 度約為0.3pm的多晶硅強(qiáng)摻雜條并在其上覆蓋有厚度約為0.2pm的硅化鈦形成，從表面上看，它在源區(qū)4與漏區(qū)外延8之間的作用區(qū)6上橫向延 伸。源區(qū)4通過深的強(qiáng)摻雜p-型區(qū)11與p-型區(qū)短路，這個(gè)強(qiáng)摻雜p-型區(qū) 11從表面向下延伸至強(qiáng)摻雜襯底，并通過襯底2將源區(qū)4連接至襯底下 面的源極12。將RF晶體管100實(shí)現(xiàn)為L(zhǎng)DMODT，以便它能在足夠高的 電壓下工作，為此，以擴(kuò)散p-型區(qū)13的形式，在溝道中提供附加的p-型 摻雜，以使摻雜濃度相比于弱的外延摻雜局部地有所增加。
表面覆有厚的玻璃層，其中，在源和漏區(qū)上面提供有接觸窗，源和漏 區(qū)經(jīng)過這些窗口分別被連接至金屬源和漏接觸部15和16。從圖2的平面 視圖可以看出，接觸部15和16由相互平行地在玻璃層上延伸的金屬條形 成。源接觸部15不僅連接至源區(qū)，而且也連接至深的p-型區(qū)11，并因此 將源區(qū)與襯底下面的連接部12互連。源區(qū)可通過這個(gè)連接部與外部的連 接部相連。
還向RF晶體管100的柵極9提供了金屬接觸部，它以窄條的形式在 金屬條15和16之間的氧化物層上延伸，并通過氧化物層中的接觸窗局部 地與柵極9相連。由于柵極上存在硅化鈦，柵極的電阻也被減小。可用分 段屏蔽的形式來提供硅化物。通過使用低電阻率的金屬，例如金和鋁，能 獲得很低的柵極電阻。
在柵極9的聚硅化物軌道與漏接觸部的Al軌道16之間提供另外的金 屬軌道20。所述軌道20與電容器30的一個(gè)電極31相連。(部分互連的) 屏蔽軌道20在均勻間隔的位置上與電容器30相連，所述軌道形成在兩個(gè) 金屬層20、 18的下層，這兩個(gè)金屬層借助于絕緣的二氧化硅層77而彼此 隔離。使用兩個(gè)金屬層工藝使金屬軌道20越過柵極9成為可能。這使得 有可能連接具有最小電阻率的金屬軌道20。在這個(gè)示例中，電容器30的 另一電極由存在于薄的氧化層36下面的半導(dǎo)體本體1的一部分形成，在 該情況下就是外延層3和襯底2的一部分，因此，這個(gè)電極與源連接部 12相連。上電極31通過金屬插塞34和合并在那里的附加金屬層37，與 存在于氧化層36上的多晶硅區(qū)99相連，并與另一金屬條20相連。在這 個(gè)示例中，電容量為100pF。己發(fā)現(xiàn)，電容器30對(duì)RF晶體管的性能具有 有利的影響。通過將電壓加至另一金屬條20， RF晶體管就可被視作包括 第一和第二晶體管，第一晶體管為增強(qiáng)型晶體管，其與柵極相關(guān)聯(lián)，第二晶體管則為耗盡型晶體管，可以說，其另一金屬條20形成柵極。
圖3示出ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)中的晶體管200的一個(gè)實(shí)施例。晶體管200 是級(jí)聯(lián)的NMOS晶體管，向其提供了第一柵極218和第二柵極219，表面 區(qū)221、 222、 223以及溝道224、 225。表面區(qū)221、 222、 223以及在晶 體管中起溝道作用的區(qū)域224、 225，被限定在另一相對(duì)低摻雜、高歐姆 區(qū)203中，該區(qū)203被限定在高摻雜區(qū)2的上面，也稱作外延，其延伸至 RF晶體管100。第一溝道區(qū)224被限定在輕摻雜區(qū)226也稱作p-陷井內(nèi)。 但是，第二溝道區(qū)225存在于外延區(qū)203內(nèi)。由于這種差別以及溝道224、 225中摻雜濃度的結(jié)果含義，第一溝道224的閾值電壓高于第二溝道225 的閾值電壓。實(shí)現(xiàn)這種差別為的是獲得共射共基的效果。第二表面區(qū)222 形成所述溝道224與225之間的連接區(qū)，因而不向第二表面區(qū)222提供單 獨(dú)的電極或接觸部。柵極218、 219被耦合至地。
表面區(qū)221在這里起源極作用，被耦合至地。表面區(qū)223起漏極作用， 其通過另外的元件被耦合至RF晶體管200的輸入端。深擴(kuò)散區(qū)211在這 個(gè)示例中為p-型摻雜，并以與區(qū)域11相同的方式形成，適宜與其同時(shí)形 成，它在表面區(qū)221和高摻雜區(qū)2之間延伸。雖然圖3趨向于暗示深擴(kuò)散 區(qū)211只延伸至p-陷井224，但這好像是圖的表示問題。
絕緣區(qū)201被限定在高歐姆區(qū)203的周圍，這樣可將這個(gè)晶體管200 與RF晶體管100和/或任何另外的晶體管隔開。這個(gè)絕緣區(qū)201也稱為溝 道塞。柵氧化物210存在于柵極218、 219與相應(yīng)的溝道224、 225之間。 源區(qū)和漏區(qū)221、 223還配備有金屬接觸部231、 232，金屬接觸部231、 232被適當(dāng)?shù)叵薅ㄔ诠杌飳又?。柵極218、 219被適當(dāng)?shù)叵薅ㄔ诙嗑Ч?中，如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。至接觸部231、 232和柵極218、 219的另 外的連接沒有表示出來，但顯然是存在的。
可以看出，雙柵NMOS晶體管200雖然是優(yōu)選的，但只是一個(gè)示例。 可以備選地選用沒有第二柵極219和第二溝道225的晶體管，但這應(yīng)該降 低ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)的觸發(fā)電壓。由于提供的是RF信號(hào)，所以降低觸發(fā)電壓 的風(fēng)險(xiǎn)是在正常工作期間ESD保護(hù)已經(jīng)打開。這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)明顯地依賴于 降低的量以及正常電壓本身；如果當(dāng)前的RF晶體管是放大器的末級(jí)，其 前面有放大級(jí)，那么風(fēng)險(xiǎn)明顯地大于RF晶體管是第一級(jí)或信號(hào)級(jí)的情況。根據(jù)本發(fā)明，另一晶體管200耦合至RF晶體管IOO的起輸入端的作 用的柵極9。例如它可以連接至輸入信號(hào)的焊盤，也可以連接至柵極線。 另一晶體管200適宜小于RF晶體管，特別是如果RF晶體管是RF功率 晶體管的時(shí)候。優(yōu)選地，它的總溝道寬度小于RF晶體管的2%，更優(yōu)選 地，甚至小于0.5%或甚至0.2%或更小。
另一晶體管200的漏區(qū)223至RF晶體管100的柵極9的耦合，導(dǎo)致 在另一晶體管200的漏區(qū)223與接地的襯底區(qū)2之間產(chǎn)生寄生二極管300。 寄生二極管300因漏區(qū)223摻雜有與下面的低摻雜區(qū)203相反類型的摻雜 物而形成。在正常工作中，寄生二極管300不會(huì)產(chǎn)生問題，但有高的輸入 電壓時(shí)可能產(chǎn)生問題。
在當(dāng)前晶體管的設(shè)計(jì)中，輸入電壓高于2V時(shí)就能看到問題，輸入電 壓高于5V時(shí)，問題就更為顯著，但這取決于晶體管的設(shè)計(jì)。通常，當(dāng)RF 信號(hào)的峰值電壓大于柵極上的DC電壓時(shí)，問題就出現(xiàn)了。這里必須了解， 按照例如正弦波特性，RF信號(hào)具有隨時(shí)間變化的幅度。在這當(dāng)中一個(gè)RF 周期的時(shí)間是由頻帶決定的。這意味著只在RF周期的一部分中達(dá)到峰值 電壓和/或峰值電流，即使平均電壓被限制，峰值也可能是很高的。
在RF信號(hào)的該峰值電壓高于DC電壓的情況下，在RF晶體管100 的柵極9與源極之間的電壓差對(duì)于RF周期的一部分而言是負(fù)的。于是電 流有向相反方向流動(dòng)的趨勢(shì)。在這種條件下，寄生二極管300為正偏置因 而被打開，電流將從RF晶體管100的柵極9經(jīng)過二極管300流至地2。
僅僅是電流經(jīng)寄生二極管300流過本身不會(huì)產(chǎn)生任何問題。問題特別 涉及可能出現(xiàn)的存儲(chǔ)效應(yīng)。DC線上阻抗較高時(shí)可看出存儲(chǔ)效應(yīng)，特別是 阻抗高于20歐姆時(shí)，尤其高于100歐姆時(shí)，輸入阻抗高于lk歐姆時(shí)更加 明顯。這樣高的輸入阻抗在RF晶體管100的柵極9上造成DC電壓增加。 換句話說，RF晶體管100的柵極與源極之間的負(fù)電壓差不會(huì)出現(xiàn)，除了 較高的峰值電壓以外。這里，超過RF晶體管100的擊穿電壓是一個(gè)次要 的風(fēng)險(xiǎn)。此外，更重要的是，這種DC電壓的增加可能逐漸損害RF晶體 管的理想控制，并導(dǎo)致RF晶體管的RF性能下降。這主要是由于存儲(chǔ)效 應(yīng)，如下面將要說明的。
這些問題在本發(fā)明中得到解決，其中采用如圖4和5所示的濾波器350，其從寄生二極管中'濾去基本RF頻率。這一方案背后的見識(shí)是寄 生二極管趨向于引起所述存儲(chǔ)效應(yīng)。我們可以將其理解為諧振的結(jié)果，同
時(shí)，二極管和RF晶體管的特征頻率中的某些延遲和/或差異也會(huì)起作用。
在高帶寬需要更高阻抗的情況下，延遲特別大。存儲(chǔ)效應(yīng)意味著柵極上的 電壓在流經(jīng)寄生二極管的電流被記憶的一個(gè)周期中未被校正。而且，由于
DC電壓的增加依賴于輸入信號(hào)的歷史，所以失真是不可預(yù)見的，預(yù)矯正
也就不會(huì)精確。
現(xiàn)在，通過確保具有應(yīng)用的基頻的任何信號(hào)不進(jìn)入二極管，可減小寄
生二極管對(duì)DC電壓的不期望的貢獻(xiàn)，直至可以忽略或者是零貢獻(xiàn)。
可使用不同的濾波器操作，以獲得所要求的效果。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例， 基頻和基頻附近的某一適當(dāng)頻帶處的信號(hào)遠(yuǎn)離地線進(jìn)行分布。根據(jù)另一實(shí) 施例，工作頻帶以外的頻率發(fā)生變換。這個(gè)變換的頻率可以是更低的頻率 或更高的頻率。合適的是更低的頻率，例如在100MHz和lGHz之間的頻 帶中，特別是在400和700MHz之間。
優(yōu)選地，使用LC濾波器，以捕獲特征頻率。這里可以看出，這個(gè)LC 濾波器的電感器與最鄰近的焊盤(例如輸入信號(hào)的焊盤)上存在的任何連 接線之間不相干擾。無干擾的獲得，在于電感器的電磁場(chǎng)在連接線的同一 方向上延續(xù)。最合適的是，將濾波器的電感器和電容器安排在電子器件區(qū) 域中，從RF晶體管的設(shè)計(jì)優(yōu)化的觀點(diǎn)來看，這些區(qū)域通常留有入口。因 此可改善可靠性而不增加任何體積。
圖4和5各示出一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的電路實(shí)施例。在這兩個(gè)實(shí)施例中， 濾波器350都是LC濾波器，具有電容器351和電感器352。圖4示出一 種配置，其中由電容器351和電感器352相互并聯(lián)而成的LC濾波器350 與另一晶體管200串聯(lián)。該濾波器在RF晶體管100與另一晶體管200之 間提供。LC濾波器350形成諧振器，其設(shè)計(jì)為在應(yīng)用的基頻上諧振。這 一方案可用作"插入件"，缺點(diǎn)是在諧振器中會(huì)引起某些RF損耗。
圖5示出另一配置，其中電容器351和電感器352串聯(lián)。另一晶體管 200在這里連接至電容器351和電感器352之間的節(jié)點(diǎn)。這里的電感器352 進(jìn)一步耦合至RF晶體管100的柵極9，而電容器351則進(jìn)一步耦合至地。 這個(gè)實(shí)施例具有另外的優(yōu)點(diǎn)它提供一定的RF預(yù)匹配。以此減小濾波器350引起的損耗。但缺點(diǎn)是ESD保護(hù)器250只對(duì)低于應(yīng)用頻率的頻率分 量有效。ESD保護(hù)電平與圖4所示的實(shí)施例相比進(jìn)一步降低?？杉尤腚娮?器353以改善電路的穩(wěn)定性。
圖6和7示出從模擬圖5所示第二實(shí)施例而得到的曲線圖。出于模擬 的目的，模擬模型中僅包括寄生二極管300。寄生二極管300的電容量假 定為0.7pF。電容器351的電容量假定為10pF。電感器352的電感量假定 為10nH，電阻器353的電阻值為3.5歐姆。
圖6包括四幅曲線圖。在每幅曲線圖中，虛線涉及未濾波的情況，而 正常線則涉及根據(jù)本發(fā)明的器件。圖6a和圖6b揭示電流對(duì)經(jīng)歷時(shí)間的關(guān) 系。圖6c和圖6d揭示電壓對(duì)經(jīng)歷時(shí)間的關(guān)系。圖6a和圖6c涉及RF晶 體管100的漏極電流和電壓。圖6b和圖6d涉及另一晶體管200上的電流 和電壓。曲線圖指示的時(shí)間為毫微秒，電流為毫安。圖6c中指示的電壓 為伏特，圖6d中指示的電壓為毫伏。從圖中能推導(dǎo)出工作頻率為2GHz。
圖6a和圖6c表明濾波器對(duì)漏極電流和漏極電壓的附加影響是可以忽 略的，這意味著濾波器對(duì)RF性能沒有負(fù)面的影響，至少不明顯。
圖6b和圖6d表明濾波器對(duì)另一晶體管200的影響是相當(dāng)大的。另一 晶體管200上的電流和電壓的幅度下降約20倍。因此很明顯，濾波器保 護(hù)另一晶體管200不受RF信號(hào)的影響。
圖7示出將S-參數(shù)幅度示作信號(hào)頻率的函數(shù)的曲線圖。如同圖6，虛 線涉及RF晶體管和另一晶體管的未濾波配置，而正常線則涉及根據(jù)本發(fā) 明的器件。這里所示的S-參數(shù)中，指數(shù)l涉及輸入，指數(shù)2涉及輸出。圖 7a示出S11，其為回波損耗。圖7b示出S12，其涉及因電流反向流動(dòng)而 引起的損耗。圖7c示出S21，其為增益。圖7d示出反射損耗。
從圖7可清楚看出，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的器件，曲線圖表明在約為 600MHz的頻率處有非理想影響，除此以外是均勻的。但是，這種非理想 影響發(fā)生在相關(guān)頻帶以外的頻率處，因此與器件的工作無關(guān)。非理想影響 設(shè)想為由于濾波器的諧振。它的起因是濾波器組件的寄生效應(yīng)，特別是電 感器的寄生電容。
簡(jiǎn)而言之，由于為濾去基頻而在RF晶體管與ESD保護(hù)的另一晶體管 之間插入濾波器，存儲(chǔ)效應(yīng)被防止，同時(shí)RF性能在與應(yīng)用相關(guān)的頻帶內(nèi)不受負(fù)面影響。因此，這個(gè)方案的可靠性得到改善。這個(gè)方案適合于所有
頻率，但特別適合于與W-CDMA協(xié)議相關(guān)的頻率。
參考號(hào)碼
1 半導(dǎo)體本體
2 強(qiáng)摻雜P-型襯底
3 較弱摻雜、高歐姆區(qū)
4 n-型表面區(qū)(源區(qū))
5 n-型表面區(qū)(漏區(qū))
6 作用區(qū)
7 場(chǎng)氧化物
8 漏區(qū)5的外延
9 柵極
10 柵氧化物
11 形成源區(qū)4和源極12之間連接的深的強(qiáng)摻雜P-型區(qū)
12 源極(背面接觸)
13 形成溝道的P-型區(qū)
15 源接觸部(正面接觸)
16 漏接觸部(正面接觸) 20 另一些金屬屏蔽軌道
30 電容器
31 電容器30的電極 34 金屬插塞
36 氧化物層
37 附加金屬層
76 絕緣層
77 電容器的二氧化硅層
99 多晶硅區(qū)
100 RF晶體管 200 另一晶體管201 區(qū)域203周圍的隔離區(qū)，也稱溝道塞
203 相對(duì)于區(qū)域2較低摻雜的區(qū)
210 柵氧化物
211 在源區(qū)221與區(qū)域2之間延伸的深擴(kuò)散區(qū)
218 第一柵極
219 第二柵極
221 晶體管200的第一表面區(qū)，起源極作用
222 晶體管200的第二表面區(qū)
223 晶體管200的第三表面區(qū)，起漏極作用
224 在第一和第二表面區(qū)221與222之間延伸的溝道區(qū)
225 在第二和第三表面區(qū)222與223之間延伸的溝道區(qū)
231 源區(qū)221的接觸部
232 漏區(qū)223的接觸部 250 ESD保護(hù)結(jié)構(gòu) 300 寄生二極管
350 濾波器
351 濾波器的電容器
352 濾波器的電感器
權(quán)利要求
1. 一種電子器件，包括RF晶體管，設(shè)計(jì)用于基本RF頻率，并與帶有另一晶體管的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)集成為一體，每一晶體管包括(1)半導(dǎo)體襯底柵極區(qū)上的柵極介電層，(2)柵極介電層的至少一部分上的柵極，以及(3)半導(dǎo)體襯底中鄰近柵極的源區(qū)和漏區(qū)，其中源區(qū)耦合至接地的襯底區(qū)，其中，另一晶體管的漏區(qū)耦合至RF晶體管的柵極，在加入某一輸入電壓的條件下，在另一晶體管的漏區(qū)與接地的襯底區(qū)之間形成寄生二極管，以及提供有濾波器，用于從寄生二極管中濾去基本RF頻率。
2. 如權(quán)利要求1中所要求的電子器件，其中濾波器是LC濾波器。
3. 如權(quán)利要求1或2所要求的電子器件，其中濾波器連接在另一晶 體管的漏極與RF晶體管的柵極之間。
4. 如權(quán)利要求2中所要求的電子器件，其中濾波器耦合在RF晶體 管的柵極與地之間，而ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)連接至LC濾波器的電感器和電容 器之間的節(jié)點(diǎn)。
5. 如權(quán)利要求1中所要求的電子器件，其中電阻器存在于ESD保護(hù) 結(jié)構(gòu)與RF晶體管的柵極之間。
6. 如權(quán)利要求5中所要求的電子器件，其中電阻器至少為1K歐姆。
7. 如權(quán)利要求l中所要求的電子器件，其中靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)包括接地 的共射共基晶體管。
8. 如權(quán)利要求1或7所要求的電子器件，其中另一晶體管為NMOS 晶體管。
9. 如權(quán)利要求1中所要求的電子器件，其中RF晶體管為L(zhǎng)DMOS 晶體管。
10. 如權(quán)利要求2中所要求的電子器件，其中，在MMIC配置中提供所述器件。
11. 一種基站，包括如前述任一權(quán)利要求中所要求的電子器件。
12. —種移動(dòng)電話，包括如前述任一權(quán)利要求中所要求的電子器件。
全文摘要
本發(fā)明提出的電子器件包括RF晶體管(100)，其設(shè)計(jì)用于基本RF頻率，并與帶有另一晶體管(200)的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)(250)集成為一體。晶體管適宜為MOS晶體管，有柵極、源極和漏極，其中源極耦合至接地的襯底區(qū)。另一晶體管的漏區(qū)耦合至RF晶體管(100)的柵極，在加入某一輸入電壓的條件下，在另一晶體管的漏區(qū)與接地的襯底區(qū)之間形成寄生二極管(300)。提供有濾波器(350)，用于從寄生二極管(300)中濾去基本RF頻率。
文檔編號(hào)H01L27/02GK101421845SQ200780013318
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者彼得拉·C·A·哈梅斯, 約瑟夫斯·H·B·范德贊登, 約翰內(nèi)斯·A·M·德波特 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司