具有實質(zhì)柵極封閉內(nèi)電極mosfet開關(guān)的電路的可配置模擬前端的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]所揭示實施例涉及電子電路，且更特定來說涉及包含可配置模擬前端及模擬總線的半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]一些微控制器單元(MCU)或大體來說芯片上系統(tǒng)(SoC)電路的開發(fā)工作包含用于提供高度可配置模擬電路的開關(guān)啟用式可配置模擬前端(cAFE)。高度可配置性在市場上是戰(zhàn)略優(yōu)勢。例如，具有cAFE的單SoC可由用戶針對用于各種不同用戶應(yīng)用的連接、功能及參數(shù)進(jìn)行自定義。
[0003]此外，這些裝置的可用內(nèi)建自測試(BIST)降低測試成本。這些基于cAFE的電路設(shè)計包含具有通常由常規(guī)線性金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)提供用于切換以提供靈活可配置信號路由及處理的可配置連接的集成模擬總線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本
【發(fā)明內(nèi)容】
經(jīng)提供以按簡化形式簡要介紹下文在【具體實施方式】(包含提供的圖式)中進(jìn)一步描述的所揭示概念。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并不希望限制所要求的主題的范圍。
[0005]所揭示實施例認(rèn)識到，可配置模擬集成電路(IC)中的常規(guī)線性金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)開關(guān)的寄生屬性導(dǎo)致切換配置中的電容及二極管泄漏，這可能限制電路性能及/或電路可配置性。還認(rèn)識到，這些寄生效應(yīng)中的大部分起因于MOSFET的源極或漏極(S/D)區(qū)域為允許其實施方案所致的大小擴(kuò)展。
[0006]所揭示實施例包含通過在開關(guān)電路中包含具有非標(biāo)準(zhǔn)裝置布局的所揭示MOSFET而實現(xiàn)的可配置1C，所揭示MOSFET包括本文中被稱為SGEFET的實質(zhì)柵極封閉(SGE)內(nèi)電極例如用于提供可配置模擬前端(cAFE)。SGEFET的內(nèi)電極(源極(S)或漏極(D)，在所屬技術(shù)領(lǐng)域中其可能在實際操作中在特定偏壓條件下動態(tài)地從其為S或D的標(biāo)稱名稱切換)連接到一般包含用于連接電路組件(或電路模塊)到彼此以及輸入及輸出(I/O)端口的多個總線線路的模擬總線。如本文中所使用，“模擬”總線線路意指這些總線線路具有經(jīng)選擇用于模擬信號傳輸?shù)膫鬏斕匦浴?br>[0007]如本文中所使用，所揭示SGEFET的“實質(zhì)柵極封閉”指代至少三側(cè)(270° )被MOS晶體管的柵極(G)環(huán)繞的內(nèi)S擴(kuò)散或內(nèi)D擴(kuò)散，其包含G完全環(huán)繞(360° )內(nèi)電極的環(huán)形FETo所揭示SGEFET可與常規(guī)線性MOSFET對照，常規(guī)線性MOSFET具有其中G呈線性形狀且位于S與D之間的線性布局。
[0008]所揭示實施例包含包括SGEFET的可配置AFE，所述SGEFET具有以幾乎所有任意方式提供多個模塊或電路的多個輸入及輸出的連接性的模擬總線。相比之下，專用的常規(guī)AFE具有兩個模塊之間或一個模塊與多個墊之間的減少的連接性。
[0009]應(yīng)認(rèn)識到，與常規(guī)線性MOSFET的S或D電極相比，所揭示MOSFET的內(nèi)電極具有實質(zhì)較低的內(nèi)面積且因此具有實質(zhì)較低的寄生效應(yīng)。已發(fā)現(xiàn)，所揭示SGEFET的寄生屬性為常規(guī)線性MOSFET的寄生屬性的大致約1/4，這允許更多所揭示基于MOSFET的開關(guān)放置在IC上及/或提供更低的二極管泄漏電流及寄生開關(guān)電容。所揭示cAFE的一個特定應(yīng)用是用于微控制器單元(MCU)，其中所揭示SGEFET用于在cAFE內(nèi)實施的開關(guān)。
[0010]如本文中所使用，“高度cAFE”為包含可通過可配置模擬總線互連且通過作為切換元件的所揭示SGEFET啟用的多個可配置模擬電路模塊的資源池?；ミB的資源池可包含可部分冗余(例如，在給定cAFE中的2個功率放大器(PA))的多個不同模擬電路，包含但不限于PA、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。
[0011]可配置模擬總線可對多數(shù)路線(即，多個路徑，例如兩個電路模塊端子之間的總線線路)提供一個以上互連選項?；蛘撸娐纺K的資源池可包含相同電路或單元(即，陣列)，且在這種情況下單線路可多路復(fù)用成所有電路或單元的子集。
【附圖說明】
[0012]現(xiàn)將參考不一定按比例繪制的隨附圖式，其中:
[0013]圖1A為常規(guī)線性MOSFET的布局的俯視透視圖。
[0014]圖1B為被展示為其內(nèi)電極被柵極堆疊完全包圍的環(huán)形FET的實例性SGEFET的布局的俯視透視圖。
[0015]圖1C為沿圖1B中所描繪的切割線A-A'的環(huán)形FET的橫截面圖。
[0016]圖1D為根據(jù)實例性實施例的另一實例性環(huán)形FET變體的布局的俯視透視圖。
[0017]圖1E為根據(jù)實例性實施例的另一實例性U形FET SGEFET變體的布局的俯視透視圖。
[0018]圖1F為根據(jù)實例性實施例的實例性華夫(waffle)結(jié)構(gòu)SGEFET變體的布局的俯視透視圖。
[0019]圖2A描繪根據(jù)實例性實施例的包含支撐電路模塊及1到SoC的MCU的可切換連接的高度可配置AFE(cAFE)的實例性半導(dǎo)體裝置的框圖布局，其中模塊中的一者具有內(nèi)置開關(guān)矩陣。
[0020]圖2B描繪根據(jù)實例性實施例的用于實施所揭示開關(guān)控件中的一部分以控制NMOSSGEFET的實例性電路。
[0021]圖3A及3B分別為根據(jù)實例性實施例的包含所揭示SGEFET的單晶體管開關(guān)及傳輸柵極實施方案的描繪。
[0022]圖4A及4B各自為根據(jù)實例性實施例的包含所揭示SGEFET的實例性級聯(lián)開關(guān)實施方案的描繪。
[0023]圖5為具有包含所揭示SGEFET的開關(guān)的電路以及用于最小化泄漏的緩沖器電路的示意圖，其中模擬總線或另一線路可用于分配相關(guān)線路的緩沖電壓電平。
[0024]圖6為根據(jù)實例性實施例的包含所揭示基于SGEFET的傳輸柵極的實例性級聯(lián)多路復(fù)用器電路實施方案。
【具體實施方式】
[0025]實例性實施例是參考圖式描述的，其中相同參考數(shù)字用于標(biāo)示相似或等效元件。所說明動作或事件的排序不應(yīng)被視為限制性，因為一些動作或事件可按不同次序發(fā)生及/或與其它動作或事件同時發(fā)生。此外，一些所說明動作或事件可無需實施根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0026]此外，如本文中所使用，無進(jìn)一步限定的術(shù)語“耦合到”或“與...耦合”(等)希望描述直接電連接或間接電連接。因此，如果第一裝置“耦合”到第二裝置，那么所述連接可通過其中在路徑中僅存在寄生效應(yīng)的直接電連接或通過經(jīng)由包含其它裝置及連接的中間項進(jìn)行的間接電連接。對于間接耦合，中間項通常不修改信號的信息但可調(diào)整其電流電平、電壓電平及/或功率電平。
[0027]圖1A為常規(guī)線性MOSFET 100的布局的俯視透視圖。MOSFET 100被展示為建置在具有半導(dǎo)體表面103的襯底102上。MOSFET 100的寬度被展示為W。MOSFET 100包含源極
(S)105、漏極(D) 106及在柵極電介質(zhì)(未展示)上包括柵電極的柵極堆疊(GS) 107。展示到D 106a的矩形接觸件及到S 105a的矩形接觸件。MOSFET 100的S及D在大小(面積)及其它特性(包含寄生電容)方面相同，且差別僅在于其布局及在電路操作期間的所得偏壓。
[0028]圖1B為圓環(huán)形FET 110 (后文為環(huán)形FET)的布局的俯視透視圖。環(huán)形FET被展示為建置在具有半導(dǎo)體表面103的襯底102上。環(huán)形FET 110包含內(nèi)源極(S) 115、外漏極(D) 116及在柵極電介質(zhì)(圖1B中未展示，參見圖1C)上包括柵電極且完全封閉S 115的柵極堆疊(GS) 117。到D 116的矩形接觸件被展示為116a，且到源極115的矩形接觸件被展示為115a。所揭示實施例的接觸件形狀不限于矩形。此外，環(huán)形無需為圓形。
[0029]可見，與線性MOSFET 100相比，環(huán)形FET 110使用明顯更大的布局面積，且與具有任選襯底(主體)連接的線性MOSFET 100不同，所揭示SGEFET (例如環(huán)形FET 110)需要連接到半導(dǎo)體表面103或襯底102 (或主體)以進(jìn)行正確操作。關(guān)于MOS晶體管寄生效應(yīng)，與線性MOSFET 100相比，所揭示SGEFET的寄生效應(yīng)僅在SGEFET柵極的內(nèi)側(cè)(圖1B中的S115)上較低。在SGEFET柵極的外側(cè)(圖1B中的D 116)上，SGEFET的寄生效應(yīng)高于線性MOSFET 100的寄生效應(yīng)。因此，僅通過將SGEFET (例如環(huán)形FET 110)用于如本文中所揭示的開關(guān)或多路復(fù)用器不一定減小寄生負(fù)載，因為G的一側(cè)上的寄生效應(yīng)減小被G的另一側(cè)上的寄生效應(yīng)增大抵消。這些差別同樣解釋了本發(fā)明之前的環(huán)形FET裝置為何大體上僅用作抗輻射電路的晶體管元件，而非例如在由IC設(shè)計者的制造商提供的程序開發(fā)包(TOK)中用作傳輸柵極中的標(biāo)準(zhǔn)組件。
[0030]然而，所揭示實施例認(rèn)識到，在SGEFET (例如環(huán)形FET 110)用于形成多路復(fù)用器以連接單線路、輸入或電路到大量的多個不同線路、輸入或電路...時明顯減小寄生效應(yīng)，其中在到多路復(fù)用的單線路的低寄生效應(yīng)內(nèi)電極接觸件之間存在直接連接。這種情況在IC設(shè)計中并不常見且僅在建置具有多個互連選項或陣列的所揭示高度可配置AFE時發(fā)生。
[0031]如上文所述，除矩形外，還可使用其它電極接觸件形狀，例如圓形。盡管環(huán)形FET110被標(biāo)記為“現(xiàn)有技術(shù)”，但已知環(huán)形FET 110僅用于抗輻射IC裝置，而非用于如本文中所揭示具有多個互連選