采樣nmos管及其生成方法、電壓自舉采樣開(kāi)關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及模擬或數(shù)?；旌霞呻娐芳夹g(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種采樣NMOS管及 其生成方法、電壓自舉采樣開(kāi)關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)的進(jìn)一步提高，特別是隨著集成電路工藝技術(shù) 的不斷發(fā)展，對(duì)高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的研究也越來(lái)越深入。高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)采樣開(kāi)關(guān)提 出了更高的要求，通常采用NMOS管作為采樣開(kāi)關(guān)，傳統(tǒng)的電壓自舉采樣開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，雖然在 輸入電壓變化時(shí)，能保證采樣開(kāi)關(guān)源極和柵極的電壓之差保持不變，從而使得采樣開(kāi)關(guān)能 保持一定的線性度。但是，采樣NMOS管的源極和漏極分別和襯底之間會(huì)形成一個(gè)PN+二極 管，由于襯底接地，而輸入信號(hào)通常大于零，從而造成上述PN+二極管處于反偏狀態(tài)，這會(huì) 使得上述寄生電容隨著輸入信號(hào)的變化而變化，在高精度應(yīng)用時(shí)，上述效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重影響采 樣開(kāi)關(guān)的線性度，傳統(tǒng)的采樣開(kāi)關(guān)不能勝任更高精度下的工作需求。
[0003] 為了更詳細(xì)的描述上述問(wèn)題，先來(lái)分析PN結(jié)的電容特性，由晶體管原理的知識(shí)可 知，PN結(jié)存在兩種電容，第一種是勢(shì)皇電容CT，在PN結(jié)反偏和正偏情況下，這種電容均存 在，第二種是擴(kuò)散電容CD，只存在于PN結(jié)正偏情況下，由于本發(fā)明所涉及的PN結(jié)都工作在 反偏狀態(tài)，所以這里只討論P(yáng)N結(jié)的勢(shì)皇電容CT。PN結(jié)的空間電荷區(qū)示意圖如圖1所示，勢(shì) 皇電容可表不為：
[0004]
[0005] 對(duì)于PN+二極管而言，經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)，勢(shì)皇電容可以表示為：
[0006]
[0007] 其中，Al為PN+結(jié)面積，ε s為材料介電常數(shù)，q為單位電荷電量，NA為P區(qū)摻雜 濃度，V為陰極相對(duì)于陽(yáng)極的電壓差。
[0008] 基于上述分析，我們來(lái)討論傳統(tǒng)采樣開(kāi)關(guān)的寄生電容特點(diǎn)。傳統(tǒng)采樣開(kāi)關(guān)的原理 圖如圖2所示，其中用于采樣的NMOS管麗1的柵極接電壓自舉電路BOOST的輸出端，電壓 自舉電路BOOST的輸入端接用于采樣的NMOS管MNl的源極，同時(shí)接輸入信號(hào)VIN，用于采 樣的NMOS管麗1的漏極作為采樣信號(hào)的輸出端。為了更方便說(shuō)明寄生效應(yīng)，給出傳統(tǒng)采樣 開(kāi)關(guān)的剖面圖，如圖3所示。其中DNW表示深N阱，和深N阱DNW相連的NW表示N阱，N阱 NW中的N+表示N+注入?yún)^(qū)，用來(lái)引出NW的電位，深N阱DNW和N阱NW包圍的區(qū)域?yàn)镻阱 P-WELL，P-WELL作為深N阱管匪1的襯底，P阱P-WELL中的P+表示P+注入?yún)^(qū)，用來(lái)引出 P-WELL的電位，P阱P-WELL中的N+表示N+注入?yún)^(qū)，是深N阱管匪1的源漏區(qū)，G表示深N 阱管匪1的柵極。用于采樣的NMOS管麗1采用深N阱管，除了圖2中原理圖的描述之外， 可以看到，匪1管的襯底通過(guò)P+接地，而深N阱電位通過(guò)NW中的N+接電源VDD，匪1管的 源極N+和漏極N+與襯底P-WELL之間分別有一個(gè)寄生PN+二極管DPl和DP2。
[0009] 現(xiàn)在來(lái)分析PN+寄生二極管DPl和DP2在反向偏壓下的勢(shì)皇電容狀態(tài)。前文中， 式（2)中的V即是圖3中的輸入信號(hào)VIN，現(xiàn)結(jié)合圖3的結(jié)構(gòu)，其勢(shì)皇電容為：
[0010]
[0011] 其中，Al為PN+結(jié)面積，es為材料介電常數(shù)，q為單位電荷電量，NA為P區(qū)摻雜濃 度，VIN為輸入電壓。除了輸入電壓VIN之外，其余的物理量都是根據(jù)具體工藝來(lái)確定的， 也就是說(shuō)，其余物理量是電路設(shè)計(jì)人員無(wú)法改變的，所以，我們重點(diǎn)討論輸入電壓VIN對(duì)勢(shì) 皇電容大小的影響。根據(jù)式（3)可知，PN+二極管DPl和DP2的勢(shì)皇電容CT在反偏狀態(tài)下 隨輸入信號(hào)VIN的C-V曲線如圖4所示，此時(shí)VIN為輸入信號(hào)，同時(shí)也是PN+二極管陰極電 壓，PN+二極管的陽(yáng)極接地。從圖4中可以看到，隨著陰極電壓VIN的增加，PN+二極管DPl 和DP2的勢(shì)皇電容CT逐漸減小。正是由于圖4中的這種PN+二極管勢(shì)皇電容隨輸入信號(hào) 變化而變化的特點(diǎn)，導(dǎo)致了采樣開(kāi)關(guān)的非線性問(wèn)題。
[0012] 因此，如何克服PN+二極管勢(shì)皇電容隨輸入信號(hào)變化而變化所導(dǎo)致的非線性問(wèn)題 就成了本技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種NMOS管及應(yīng)用所述 NMOS管的采樣開(kāi)關(guān)電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中PN+二極管勢(shì)皇電容隨輸入信 號(hào)變化而變化所導(dǎo)致的非線性的問(wèn)題。
[0014] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
[0015] -種NMOS管，包括襯底以及在所述襯底上形成的N阱和P講，所述N阱包圍在所 述P阱周圍，在所述N阱中具有N+注入?yún)^(qū)，在所述P阱中具有P+注入?yún)^(qū)和N+注入?yún)^(qū)，所述 N阱和P阱上還覆蓋有一用于作為絕緣層的氧化物，在所述N阱和P阱之間的所述氧化物上 還裝有金屬電極，以作為所述NMOS管的柵極，其中，所述N阱中還具有P+注入?yún)^(qū)，其在所述 N阱中與所述N+注入?yún)^(qū)形成一補(bǔ)償二極管。
[0016] 另外本發(fā)明還提供了一種NMOS管，包括襯底以及在所述襯底上形成的深N阱、N阱 及P阱，所述深N阱連接于所述N阱，且所述深N阱和N阱將包圍在所述P阱的周圍，在所 述N阱中具有N+注入?yún)^(qū)，在所述P阱中具有P+注入?yún)^(qū)和N+注入?yún)^(qū)，所述N阱和P阱上還 覆蓋有一用于作為絕緣層的氧化物，在所述N阱和P阱之間的所述氧化物上還裝有金屬電 極，以作為所述NMOS管的柵極，所述N阱中還具有P+注入?yún)^(qū)，其在所述N阱中與所述N+注 入?yún)^(qū)形成一補(bǔ)償二極管。
[0017] 另外，本發(fā)明還提供了一種采樣開(kāi)關(guān)電路結(jié)構(gòu)，包括電壓自舉電路，還包括上述 NMOS管，其中所述電壓自舉電路的輸入端連接采樣開(kāi)關(guān)的輸入端，以供連接輸入電壓VIN， 所述電壓自舉電路的輸出端連接所述NMOS管的柵極，所述NMOS管的源極連接所述輸入電 壓VIN，所述NMOS管的漏極作為采樣開(kāi)關(guān)的輸出端輸，以輸出輸出電壓V0UT，且所述NMOS 管的所述N阱中的所述P+注入?yún)^(qū)分別連接輸入電壓VIN和輸出電壓V0UT。
[0018] 再者，本發(fā)明還提供了一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中包括上述的采樣開(kāi)關(guān)電路結(jié)構(gòu)。
[0019] 相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] 1、引入了一個(gè)P+N二極管D1/D2的勢(shì)皇電容CTD1,2, D1/D2寄生電容的容值隨輸入 電壓VIN的增加而增加，采樣開(kāi)關(guān)匪1原有PN+寄生二極管DP1/DP2的勢(shì)皇電容Ctdp1i2隨 輸入信號(hào)VIN的增加而減小，隨輸入信號(hào)的變化，這兩個(gè)寄生電容的容值可以相互補(bǔ)償，從 而使得采樣開(kāi)關(guān)匪1的寄生電容不隨輸入信號(hào)VIN的變化而變化，從而大大提高采樣開(kāi)關(guān) 匪1的線性度。
[0021] 2、實(shí)現(xiàn)上述補(bǔ)償所引入的P+N二極管D1/D2在標(biāo)準(zhǔn)工藝下就可以實(shí)現(xiàn)，不需要單 獨(dú)采用復(fù)雜的工藝技術(shù)，所以沒(méi)有增加工藝成本。
[0022] 3、實(shí)現(xiàn)上述補(bǔ)償所引入的P+N二極管D1/D2結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，在采樣開(kāi)關(guān)匪1信號(hào)輸 入通路上盡量少的引入了不必要的干擾。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖I PN結(jié)的空間電荷區(qū)示原理圖。
[0024] 圖2為傳統(tǒng)采樣開(kāi)關(guān)原理圖。
[0025] 圖3為傳統(tǒng)采樣開(kāi)關(guān)剖面圖。
[0026] 圖4為PN+二極管反偏狀態(tài)下勢(shì)皇電容與麗1輸入電壓的C-V曲線。
[0027] 圖5為一種用于采樣開(kāi)關(guān)的電容補(bǔ)償電路原理圖。
[0028] 圖6為一種用于采樣開(kāi)關(guān)的電容補(bǔ)償電路剖面圖。
[0029] 圖7為P+N二極管反偏狀態(tài)下勢(shì)皇電容與輸入電壓的C-V曲線。
[0030] 圖8為寄生電容Ctdi,2和Ctdp1i2的小信號(hào)等效電路原理圖。
[0031] 圖9為補(bǔ)償后總勢(shì)皇電容曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū) 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí) 施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，以下實(shí)施例及實(shí)施 例中的特征可以相互組合。
[0033] 需要說(shuō)明的是，以下實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu) 想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸 繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也 可能更為復(fù)雜。
[0034] 基于上述【背景技術(shù)】中的分析，本發(fā)明提出了一種用于采樣開(kāi)關(guān)的電容補(bǔ)償技術(shù)。 設(shè)想，如果在上述PN+二極管DPl和DP2的陰極引入一個(gè)可變電容，并且，這個(gè)可變電容隨 PN+二極管DPl和DP2的陰極電壓的增加而增加，那么，就可以補(bǔ)償上述PN+二極管DPl和 DP2在反偏狀態(tài)下勢(shì)皇電容的變化，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的寄生電容不隨輸入電壓變化而變化的 目