[发明专利]半导体器件

说明书

技术领域

本发明一般涉及电子学和电子线路。具体而言，本发明着眼于退化低噪声放大器(LNA)和采用诸如无线接收机、集成电路以及各种宽带应用之类的设备。

背景技术

理想的放大器提高输入信号的幅度而不添加任何畸变或噪声。这种理想的放大器在其他有利的因素中还具有最小的NF(噪声系数)、优化的期望带宽以及最佳线性。然而，在实践中并不能取得理想的性能，因为现实中的放大器趋向于在放大处理期间将失真(artfact)引入到信号中。

LNA通常用作例如(无线)通信系统的系统的第一放大级，其中将以最小信号质量恶化来放大相对较弱的输入信号，从而可以通过不太苛刻的要求来实现后续级。

LNA通常被构建为包括尽可能少的晶体管，从而使添加到放大信号中的噪声最小化的电路。除了纯粹的内部噪声源之外，来自其他元件的干扰也会对LNA性能产生负面影响，特别是如果LNA集成在具有其他实体的公共管芯(die)上时更是如此。

可以通过采用多种不同的配置来构建LNA，这些配置包括电阻匹配的LNA 102、反馈LNA 104、共基极LNA 106以及电感退化LNA 108，如图1中利用双极晶体管(双极结型晶体管，BJT)所示。已经发现，电感退化LNA的优点特别在于提供低的NF而没有严重的缺陷。

图2A和图2B中示出了电感退化LNA的简化实例。

参考图2A并首先考虑更一般的具有标号202的略图，LNA包括MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)晶体管204、栅源电容器206以及源极电感208。此外，接合焊盘203，即管芯表面上的敷金区域用于容纳接合线路并将其耦合到晶体管输入，如图所示。在高频率中，接合焊盘203的寄生电容降低LNA的性能。此外，焊盘203的寄生在晶体管区域减小时并不降低。这是因为它们严重依赖于焊盘大小以及下部焊盘金属与衬底(或接地屏蔽)之间的氧化厚度。焊盘203的大小不能过分降低，因为其依赖于接合线路的宽度以及接合机的准确性。因此，重要的是LNA输入中接合焊盘203的影响被最小化。

接下来，在标号210附近展现了接合焊盘203更详细的结构视图。在图中，通过利用虚线来环绕焊盘203内部而将其突出。接合焊盘203包括到地的寄生电容214以及两个ESD(静电放电)保护二极管218。当焊盘203连接到LNA输入端口时，其寄生电容214和衬底电阻216可能会显著地降低LNA性能。LNA输入匹配可能很差并且部分信号泄漏到接地。结果，LNA增益降低而NF提高。此外，衬底电阻216自身是对LNA NF产生恶化的附加噪声源。电感器212表示接合线路。

参考图2B，更现代的处理可以产生略微不同的焊盘。该焊盘进一步包括处于上金属层222之下并处于衬底226之上的附加接地屏蔽224(接地平面)。这种屏蔽224连接到任一供电轨，而等同的电路并不包括衬底电阻216，由此从LNA输入中去除一个噪声分量。由电阻216所引起的噪声通过屏蔽224分流至接地。然而，在LNA输入处仍然存在寄生电容。在电路设计中可以例如通过改变LNA输入处的阻抗水平来考虑该电容。因此，该电容的影响可以略微降低。然而，焊盘电容的影响不能完全消除。结果，LNA性能如前所述一样发生恶化。此外，如果该电容限制了LNA的最大操作频率，那么不存在可行的解决方案来对其进行扩宽。

发明内容

鉴于LNA的前述问题，作为其一个方面，本发明提供一种新颖的LNA配置，其包括晶体管和连接到该晶体管输入端的接合焊盘，其中所述接合焊盘包括连接到该晶体管第二端的金属层或至少电容性地耦合至连接到该晶体管第二端的金属层，例如，该第二端在FET晶体管的情况下是源极而在BJT晶体管的情况下是发射极。LNA可以例如是电感退化或电阻退化的LNA。

在本发明的另一方面中，半导体器件包括：

-半导体衬底，

-形成在衬底上的晶体管，该晶体管具有输入端和第二端；以及

-连接到输入晶体管的输入端的接合焊盘，所述接合焊盘包括连接到所述晶体管的所述第二端的金属层。

当例如接合焊盘的接地屏蔽的前述金属层连接到LNA的源极电感器而不是连接到衬底接地时，由于源极电压跟随栅极电压，所以寄生电容的负面影响会受到压制。所得的结构提高最大LNA操作频率，并使其对接合焊盘电容的变化不太敏感。

结果，LNA的操作频带得到提高并且整体结构变得对接合焊盘的寄生性较不敏感。本发明的概念可以应用到各种技术，例如MOS、CMOS、BJT、不同的收发器/接收器解决方案、集成电路等等。