體接觸部分耗盡絕緣體上矽電晶體的製作方法

2023-09-19 15:55:45 1

體接觸部分耗盡絕緣體上矽電晶體的製作方法
【專利摘要】公開了一種體接觸部分耗盡絕緣體上矽電晶體。實施例包括與可用在開關電路中的體接觸部分耗盡絕緣體上矽（PDSOI）電晶體有關的設備、系統和方法。在一些實施例中，開關電路可包括用於為開關電晶體的體提供放電路徑的放電電晶體。可描述和要求保護其它實施例。
【專利說明】體接觸部分耗盡絕緣體上矽電晶體
【技術領域】
[0001]本公開的實施例一般涉及電路領域，更具體地，涉及體接觸部分耗盡絕緣體上矽
電晶體。
【背景技術】
[0002]部分耗盡絕緣體上矽(PDSOI)電晶體是對於低功率射頻(RF)開關裝置的最佳選擇，尤其是在價格、性能和功耗是關鍵要素的移動應用中。然而，PDSOI電晶體在處理較大信號時受到挑戰。具體地，PDSOI開關的大信號性能受rosoi電晶體的體的準中性區域中的電荷累積影響。電荷累積會導致熱載流子累積、過度的柵極感應漏極洩露(GIDL)、負跨導、柵極控制的損耗、遲滯等等。這些問題通常可被稱為浮置體效應(FBE)。
[0003]在η溝道金屬氧化物半導體場效應電晶體(NMOS)器件中，用於抑制與FBE有關的熱載流子累積的最常用方式是創建用於累積電荷的放電路徑。負DC電壓被施加到NMOS的柵極，以關斷該NMOS同時體被保持浮置。因此，為了釋放累積電荷並且關斷跨越NMOS而形成的寄生雙極結型電晶體(BJT)，需要將負DC電壓傳送到體。
[0004]開發了一些技術來執行該任務。這些技術包括使用二極體或連接有二極體的FET將體連接到柵極，甚至使用大電阻器(稱為「電阻性體接點」)施加等於柵電壓的負DC電壓。儘管這些技術可釋放熱電荷，關斷寄生BJT，並且有助於抑制由被關斷的FET生成的諧波，但是它們也可能在其它方面不利地影響該器件的操作。
[0005]例如，連接有二極體的FET可傳送施加於柵極的負DC電壓加上DC閾值電壓Vth(對應於器件閾值電壓)。這可能損害電荷釋放機制的效率。
[0006]對於另一示例，電阻性體接點可能能夠將適當的負DC電壓施加到器件的體；然而，該電阻器可能與插入損耗過大以及關於互調失真(MD)和二次諧波的性能下降相關聯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]在附圖的圖示中作為示例而非作為限制示出了實施例，在附圖中，相同的附圖標記表示類似的元件，並且其中:
[0008]圖1示出了根據各個實施例的開關電路。
[0009]圖2示出了根據各個實施例的切換操作的流程圖。
[0010]圖3是根據各個實施例的示例性無線通信裝置的框圖。
【具體實施方式】
[0011]將使用本領域技術人員通常用來向本領域其他技術人員傳達其工作實質的術語來描述說明性實施例的各個方面。然而，對本領域技術人員來說明顯的是，可僅利用所描述的方面中的一些方面來實踐替選實施例。為了說明的目的，闡述了特定裝置和配置以提供對說明性實施例的透徹理解。然而，對本領域技術人員來說明顯的是，可在沒有具體細節的情況下來實踐替選實施例。在其它示例中，省略或簡化了公知的特徵以便不會使得說明性實施例難以理解。
[0012]此外，各種操作將以對理解本公開最有幫助的方式進而被描述為多個離散操作；然而，描述的順序不應被解釋為暗示這些操作必須是依賴於順序的。特別地，這些操作不需要按介紹的順序來執行。[0013]反覆地使用了短語「在一個實施例中」。該短語一般不是指的是同一實施例；然而，其可以指同一實施例。術語「包括」、「具有」和「包含」是同義的，除非上下文另外規定。
[0014]在為可結合各個實施例使用的語言提供一些澄清性上下文時，短語「A/B」和「A和/或B」表示(A)、(B)或(A和B);並且短語「A、B和/或C」表示(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和 C)、(B 和 C)或(A、B 和 C)。
[0015]可在本文中使用術語「與……耦合」連同其衍生詞。「耦合」可以是指下文中的一個或多個。「耦合」可以是指兩個或更多個元件直接物理接觸或電接觸。然而，「耦合」還可以是指兩個或更多個元件彼此間接接觸，但是仍彼此配合或交互，並且可以是指一個或多個其它元件耦合或連接在被描述為彼此耦合的元件之間。
[0016]圖1示出了根據各個實施例的開關電路100。開關電路100可以是具有布置在絕緣層上的矽層的絕緣體上矽(SOI)器件，該絕緣層也可被稱為隱埋氧化物(BOX)層。在一些實施例中，另外的矽層可布置在絕緣層之下。
[0017]在各個實施例中，頂部矽層可為大約50至90納米(nm)厚，並且可以為二氧化矽或矽藍寶石層的絕緣層可為大約100至200nm厚。在一些實施例中，開關電路100可以是摻雜溝道下方的矽是移動電荷載流子部分耗盡的部分耗盡SOI (rosoi)器件。部分耗盡區可稱為準中性區域。
[0018]開關電路100可包括開關電晶體104。在開關電路100是rosoi的實施例中，開關電晶體104可具有在準中性區域中累積電荷的趨勢。這裡描述的實施例提供對這些累積電荷的放電，同時緩解了與被設計為解決FBE問題的其它技術有關的上述問題中的至少一部分問題。
[0019]開關電晶體104可包括柵極接點108、源極接點112、漏極接點116和體接點120。如所示出的，開關電路100還可包括電阻器124和128，電阻器124和128彼此串聯耦合併且還與源極接點112和漏極接點116耦合且耦合在源極接點112與漏極接點116之間。在一些實施例中，電阻器124和128可具有相等尺寸。開關電路100還可包括與柵極接點108率禹合的電阻器130。
[0020]儘管在圖1中開關電晶體104—般被示為NM0S，但是在其它實施例中，開關電晶體104可以是PM0S。
[0021]開關電路100還可包括放電電晶體132。放電電晶體132可用於創建用於釋放在開關電晶體104的準中性區域中累積的電荷的放電路徑。放電電晶體132可包括柵極接點136、源極接點140和漏極接點144。柵極接點136可與位於電阻器124與128之間的節點148耦合；源極接點140可與體接點120耦合；並且漏極接點144可與柵極接點108耦合。
[0022]電阻器124和128可在節點148處以及因此在柵極接點136處提供虛擬地(例如，固定電勢)。使用放電電晶體132來將體接點120、漏極接點116和源極接點112限制於節點148的固定電勢可有利於消除柵極接點108與體接點120之間的電勢差，因而釋放來自準中性區域的電荷。[0023]圖2示出了根據各個實施例的切換操作200的流程圖。切換操作200可由根據一些實施例的開關電路(例如，開關電路100)來執行。
[0024]在塊204處，切換操作200可包括接通開關電路。在一些實施例中，可通過接通開關電晶體(例如，開關電晶體104)以在源極接點與漏極接點之間傳遞信號(例如，射頻(RF)信號)來接通開關電路。
[0025]在一些實施例中，可通過將正DC電壓(例如，2.5伏特(V))施加到開關電晶體的柵極接點來接通開關電晶體。放電電晶體的漏極接點(例如，漏極接點144)也將見到該正DC電壓。放電電晶體的柵極接點(例如，柵極接點136)可在虛擬地處見到O電壓。這可導致在放電電晶體處-2.5V的柵源電壓V_gs。這將關斷放電電晶體，並且效果是從開關電路移除放電電晶體。
[0026]在塊208，切換操作200可包括關斷開關電路以及提供開關電晶體的柵極與體之間的放電路徑。在一些實施例中，可通過關斷開關電晶體以阻止信號(例如，RF信號)通過來關斷開關電路。在一些實施例中，可通過向開關電晶體的柵極接點施加負DC電壓(例如，-2.5V)來關斷開關電晶體。放電電晶體的漏極接點也將見到負DC電壓。這將導致在放電電晶體處2.5V的V_gs。這將接通放電電晶體132，從而通過將開關電晶體的柵極接點耦合到開關電晶體的體接點而創建放電路徑。由於不存在Vth降落，因此這可在無需提供電壓淨空的情況下來實現。
[0027]儘管一般就使用NMOS電晶體作為開關電晶體(也稱為「NMOS開關」)來討論了切換操作200，但是可使用適用於使用PMOS電晶體作為開關電路(也稱為「PMOS開關」)的實施例的切換操作。在各個實施例中，NMOS電晶體可用作要將負DC電壓傳送到開關電晶體的體的開關電路中的放電電晶體，而PMOS電晶體可用在要將正DC電壓傳送到開關電晶體的體的開關電路中。
[0028]如上所述使用開關電路100來提供放電路徑不會引起與連接有二極體的FET開關電路相關聯的、關於電壓閾值淨空的相同不利結果。示出了示例仿真，其中，關於連接有二極體的FET開關電路，開關電路100可與關於MD的3dB改進、關於三次諧波的2.5dB改進以及關於二次諧波的1.5dB改進相關聯。
[0029]如上所述使用開關電路100來提供放電路徑也不會引起與電阻性體接點(BC)開關電路相關聯的、關於插入損耗的相同不利結果。示出了示例仿真，其中，關於電阻性BC開關電路，開關電路100可與關於插入損耗的40毫分貝(mdB)以上改進、關於MD的IdB改進、關於二次諧波的3.5dB改進以及關於三次諧波的0.5dB改進相關聯。
[0030]開關電路100可以是共柵放大器並且可被併入大量應用中，包括但不限於互補金屬氧化物半導體(CMOS)開關、功率放大器、低噪聲放大器(LNA)、緩衝器、雙工器等。
[0031]開關電路100可被併入多種系統中。在圖3中示出了示例系統300的框圖。如所示出的，系統300包括功率放大器(PA)模塊302，在一些實施例中，該功率放大器模塊302可以是射頻(RF)PA模塊。如所示出的，系統300可包括與PA模塊302耦合的收發器304。PA模塊302可包括用於執行多種操作(諸如，放大、切換、混合等)中的任意操作的開關電路100。在各個實施例中，開關電路(例如，開關電路100)可另外/替選地包括在收發器304中以提供例如上轉換，或者包括在天線開關模塊(ASM) 306中以提供各種切換功能。
[0032]PA模塊302可從收發器304接收RF輸入信號RFin。PA模塊302可放大RF輸入信號RFin以提供RF輸出信號RFout。RF輸入信號RFin和RF輸出信號RFout均可以是傳送鏈的一部分，在圖3中分別以TX-RFin和TX-RFout來表示。
[0033]放大後的RF輸出信號RFout可經由天線結構308被提供到ASM306，這實現了 RF輸出信號RFout的空中(OTA)傳送。ASM306還可經由天線結構308接收RF信號，並且沿著接收鏈將所接收到的RF信號Rx耦合到收發器304。
[0034]在各個實施例中，天線結構308可包括一個或多個定向和/或全向天線，包括例如偶極天線、單極天線、貼片天線、環形天線、微帶天線或適合於RF信號的OTA傳送/接收的任意其它類型的天線。
[0035]系統300可以是包括功率放大的任意系統。在各個實施例中，當系統300用於高RF功率和頻率下的功率放大時，將開關電路100包括在系統300中以切換RF信號會尤其有用。例如，將開關電路100包括到系統300中對於具有大約32dBm以上的功率以及大約1800兆赫茲(MHz)以上的頻率的全球移動通信系統(GSM)信號以及具有大約34dBm以上的功率的低頻帶GSM信號(例如，800MHz至915MHz)的傳送尤其有利。
[0036]系統300可適合於地面通信和衛星通信、雷達系統以及可能地各種工業和醫療應用中的任意一個或多個。更具體地，在各個實施例中，系統300可以是選自雷達裝置、衛星通信裝置、移動計算裝置(例如，電話、平板電腦、筆記本電腦等)、基站、廣播無線電或者電視放大器系統中的一個。
[0037]儘管根據以上示出的實施例描述了本公開，但是本領域的普通技術人員應理解，在不背離本公開的範圍的情況下，打算用來實現相同目的的各種替選和/或等同實現可替換所示出和描述的特定實施例。本領域技術人員將容易理解，可在各種實施例中實現本公開的教導。該描述被視為說明性的而非限制性的。
【權利要求】
1.一種電路,包括: 開關電晶體，具有柵極接點、源極接點、漏極接點和體接點； 第一電阻器和第二電阻器，所述第一電阻器和所述第二電阻器彼此串聯耦合，並且還與所述源極接點和所述漏極接點耦合且耦合在所述源極接點與所述漏極接點之間；以及放電電晶體，具有與所述開關電晶體的體接點耦合的第一接點、與所述開關電晶體的柵極接點耦合的第二接點以及與所述第一電阻器和所述第二電阻器耦合的柵極接點。
2.根據權利要求1所述的電路，其中，所述柵極接點與所述第一電阻器與所述第二電阻器之間的第一節點耦合。
3.根據權利要求1所述的電路，其中，所述第一節點是虛擬地。
4.根據權利要求1所述的電路，其中，所述電路是絕緣體上矽SOI器件。
5.根據權利要求4所述的電路，其中，所述SOI器件包括部分耗盡SOI器件。
6.根據權利要求1所述的電路，其中，所述電路是被配置成傳送負直流電壓的η溝道金屬氧化物半導體場效應電晶體NMOS開關。
7.根據權利要求1所述的電路，其中，所述電路是被配置成傳送正直流電壓的P溝道金屬氧化物半導體場效應電晶體PMOS開關。
8.根據權利要求1所述的電路，其中，所述第一電阻器和所述第二電阻器具有相同尺寸。
9.根據權利要求1所述的電路，其中，所述放電電晶體的第一接點是所述放電電晶體的源極接點，並且所述放電電晶體的第二接點是所述放電電晶體的漏極接點。
10.根據權利要求1所述的電路，其中，所述電路包括共柵放大器。
11.一種部分耗盡絕緣體上矽rosoi器件，包括: 第一電晶體，被配置成在接通時傳遞信號，而在關斷時阻止所述信號通過； 被配置成提供虛擬地的節點；以及 第二電晶體，具有與所述節點耦合的第一接點和與所述第一電晶體的體耦合的第二接點，以在所述第一電晶體關斷時提供到所述體的放電路徑。
12.根據權利要求11所述的rosoi器件，其中，所述第一接點是柵極接點，並且所述第二接點是源極接點。
13.根據權利要求1i所述的rosoi器件，還包括: 彼此串聯耦合的第一電阻器和第二電阻器， 其中，所述節點布置在所述第一電阻器與所述第二電阻器之間。
14.根據權利要求11所述的rosoi器件，其中，所述第一電晶體包括與所述第一電阻器耦合的源極接點和與所述第二電阻器耦合的漏極接點。
15.根據權利要求11所述的rosoi器件，其中，所述第二電晶體被配置成在所述第一電晶體接通時關斷。
16.根據權利要求15所述的rosoi器件，其中，所述第二電晶體還被配置成在所述第一電晶體關斷時接通。
17.—種系統,包括: 收發器，被配置成提供信號； 功率放大模塊，被配置成接收來自所述收發器的信號並且放大所述信號以進行傳送；以及 開關電路，布置在所述收發器中或所述功率放大器模塊中，所述開關電路包括部分耗盡絕緣體上矽rosoi器件，所述rosoi器件具有: 開關電晶體，被配置成切換所述信號； 一對電阻器，被配置成在第一節點處提供虛擬地；以及 放電電晶體，與所述開關電晶體和所述第一節點耦合，並且被配置成提供用於釋放所述開關電晶體的體中的電荷的放電路徑。
18.根據權利要求17所述的系統，其中，所述放電電晶體被配置成在所述開關電晶體關斷時提供所述放電路徑。
19.根據權利要求17所述的系統，其中，傳送具有32dBM以上的功率並且具有1800兆赫茲以上的頻率的信號。
20.根據權利要求17所述的系統，其中，傳送具有34dBM以上的功率並且具有800兆赫茲至915兆赫茲內的頻率的信號。
【文檔編號】H03K17/687GK103516342SQ201310254880
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月25日 優先權日:2012年6月27日
【發明者】喬治·努赫拉 申請人:特裡奎恩特半導體公司