CN102456671A - 射频单芯片系统中的屏蔽环结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射频单芯片系统中的屏蔽环结构；屏蔽环从第一层金属开始，连接金属层间通孔和各金属层，直到顶层金属；屏蔽环通过一个NPN和PNP管的基区和集电区连接到基板上；所述NPN和PNP管的发射极连接到射频接地端。本发明可以在晶片的工艺流程中，有一个与基板的连接，从而避免由于电荷积累引起的等离子体弧形放电而造成整个芯片的损坏。另一方面，由于屏蔽环连在三极管上，在电路应用过程中，当感应电压或感应电流较大时，可通过三极管的基极和集电极直接接到发射极并由射频地流走，避免了在基板上形成较大的感生电压或电流而对电路的正常工作造成影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成电路结构，具体涉及一种射频芯片屏蔽环结构。
背景技术
随着无线通信得到越来越广泛的应用，应用波段也越向高频段推进。射频电路中电感和电容是必不可少的器件。电容可隔离直流而通过交流信号，而电感则有很小的直流阻抗但可作为交流信号的负载。电感和电容在通过交流信号后，会产生电磁波。这些电磁波会在邻近的其他电路的金属连线上感应出交流电压和电流。由于金属线本身可作为一电感，交流信号频率越高在金属线上感应的电压和电流也就越大。
目前比较复杂而完整的射频单芯片系统(SOC)电路包括如下部分：射频模块，用于高频信号的处理及收发；模拟模块，用于信号调制、滤波等；逻辑模块，进行逻辑控制。为避免射频信号对逻辑电路和模拟电路的干扰和误触发，围绕射频电路会使用一个屏蔽环以隔绝射频信号的逻辑和模拟模块的干扰。屏蔽环从第一层金属开始，连接金属层间通孔和各金属层，直到顶层金属，如图1所示。屏蔽环需要通过接触孔与基板相连。这是因为在芯片的工艺流程中，介质层的淀积，金属的干刻，金属间通孔的干刻都是在等离子体环境下进行的，这些工艺流程都会在隔离环上积累电荷。如果没有合适的放电通道，则会在工艺流程中引起等离体弧形放电而损坏整个晶片。但接触孔的引出会带来另一个问题，就是在电路的应用过程中，射频电路的电感和电容中大的电压或电流变化会在屏蔽环上感应出大的电压或电流，它通过基板会干扰到模拟和逻辑模块，并且随着频率的增加，这种干扰会更加强烈。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种射频单芯片系统中的屏蔽环结构，它可以在射频信号有很大振荡时避免在模拟/逻辑电路中感生电压或电流而引起干扰，并且在单晶硅片流片时，不会引起电荷积累造成的弧形放电。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种射频单芯片系统中的屏蔽环结构；屏蔽环从第一层金属开始，连接金属层间通孔和各金属层，直到顶层金属；屏蔽环通过一个NPN和PNP管的基区和集电区连接到基板上；所述NPN和PNP管的发射极连接到射频接地端。
本发明的有益效果在于：可以在晶片的工艺流程中，有一个与基板的连接，从而避免由于电荷积累引起的等离子体弧形放电(plasma arching)而造成整个芯片的损坏。另一方面，由于屏蔽环连在三极管上，在电路应用过程中，当感应电压或感应电流较大时，可通过三极管的基极和集电极直接接到发射极并由射频地流走，避免了在基板上形成较大的感生电压或电流而对电路的正常工作造成影响。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是现有射频单芯片系统中屏蔽结构的示意图；
图2是本发明实施例所述N型三极管结构的示意图；
图3是本发明实施例所述射频单芯片系统中屏蔽结构的电路图。
图中各附图标记名称：
101：P型基板 102：P型赝埋层 103：浅槽隔离
104：N型赝埋层 105：N型深阱 111：接触孔
112：发射极 113：基极 114：集电极
115：基板连接 116：第一层金属铝 117：顶层通孔
118：顶层金属铝
具体实施方式
本发明公开了一种在射频单芯片系统(SOC)中用于将射频模块和其他电路进行电磁场隔离的屏蔽环结构。屏蔽环从第一层金属开始，连接金属层间通孔和各金属层，直到顶层金属。屏蔽环本身和基板没有直接连接，而是通过一个NPN和PNP管的基区和集电区连接到基板上。NPN和PNP管的发射极连接到射频接地端。这样一种连接结构，可以在晶片的工艺流程中，有一个与基板的连接，从而避免由于电荷积累引起的等离子体弧形放电(plasma arching)而造成整个芯片的损坏。另一方面，由于屏蔽环连在三极管上，在电路应用过程中，当感应电压或感应电流较大时，可通过三极管的基极和集电极直接接到发射极并由射频地流走，避免了在基板上形成较大的感生电压或电流而对电路的正常工作造成影响。
本发明所要解决的问题是提供一种在射频单芯片电路系统中进行电磁屏蔽环结构。它提供在射频信号有很大振荡时避免在模拟/逻辑电路中感生电压或电流而引起干扰，并且在单晶硅片流片时，不会引起电荷积累造成的弧形放电。
本发明涉及的射频屏蔽环结构包括如下两个部分：
第一、屏蔽环由第一层金属铝开始，金属宽度应比设计规则允许的最小宽度略大，以保证足够大的电流通过能力。第一层金属铝上面密布一铝和二铝之间的穿孔，穿孔密度必须保证对传播过来的电磁波有足够的阻挡。然后用同样结构叠加第二层金属，第二层穿孔，直到顶层金属。屏蔽环可以是闭环的，也可以根据工艺要求和设计允许做开环设计。
第二、屏蔽环连接到双极型三极管的基极和集电极。三极管需要具备高的截止频率。当隔离环上有大的感生电压或电流时，三极管有足够的速度抽走。N型三极管结构如图2所示，他由N型赝埋层和N型离子注入区作为集电极，锗硅外延层作为基极，多晶硅作为发射极。N型赝埋层外围有P型赝埋层，它作为和其他线路的隔离。N型和P型赝埋层的距离以及P型赝埋层的宽度足够宽，这样隔离环上的感生电压或感生电流如果漏向P型赝埋层，则可以由P型赝埋层流走，从而提供了进一步的隔离。P型双极型三极管与N型相似，只须要将各区域的极性用相反的杂质类型即可。
本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施结构，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。
Claims (5)
1.一种射频单芯片系统中的屏蔽环结构；其特征在于，屏蔽环从第一层金属开始，连接金属层间通孔和各金属层，直到顶层金属；
屏蔽环通过一个NPN三极管和一个PNP三极管的基区和集电区连接到基板上；
所述NPN和PNP管的发射极连接到射频接地端。
2.如权利要求1所述的射频单芯片系统中的屏蔽环结构，其特征在于，所述PNP型三极管由N型掩埋层和N型离子注入区作为集电极，锗硅外延层作为基极，多晶硅作为发射极。
3.如权利要求2所述的射频单芯片系统中的屏蔽环结构，其特征在于，所述三极管的外围有隔离环。
4.如权利要求1所述的射频单芯片系统中的屏蔽环结构，其特征在于，所述屏蔽环是全闭合结构。
5.如权利要求1所述的射频单芯片系统中的屏蔽环结构，其特征在于，所述屏蔽环是开环结构。
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