硅基低漏電流懸臂梁可動柵的環(huán)形振蕩器及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出了硅基低漏電流懸臂梁可動柵的環(huán)形振蕩器，屬于微電子機械系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的集成電路器件已經(jīng)不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求了，越來越多的新型結(jié)構(gòu)器件涌入人們的眼簾。在集成電路和一些數(shù)字電路中，振蕩器是一種很常見的器件，以前，人們都是用石英振蕩器來產(chǎn)生所需頻率的時鐘和波形，隨著集成電路的廣泛運用，用MOS器件制作的振蕩器代替了原來的石英振蕩器，其中環(huán)形振蕩器就是一種。環(huán)形振蕩器的結(jié)構(gòu)簡單，易于制作和集成，成本相對較低，而且容易起振，得到了人們的廣泛應用，但是由于傳統(tǒng)MOS管存在著漏電流等一系列問題，這使得環(huán)形振蕩器的直流功耗普遍較高，環(huán)形振蕩器的發(fā)熱情況較為嚴重，很多性能也受到了一定程度的影響，因此降低環(huán)形振蕩器的功率消耗就成了人們需要解決的問題之一。隨著MEMS技術(shù)的提高，一種具有MEMS懸臂梁可動柵的MOS管有效的解決了柵極漏電流的問題，把這種MOS器件應用于環(huán)形振蕩器是一種非常不錯的選擇，本發(fā)明就是在Si襯底上設(shè)計了一種具有很小的柵極泄漏電流的懸臂梁可動柵的環(huán)形振蕩器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種硅基低漏電流懸臂梁可動柵的環(huán)形振蕩器及制備方法，環(huán)形振蕩器是由奇數(shù)個CMOS倒相器首尾相接而構(gòu)成的，當環(huán)形振蕩器的工
[0004]作時，在理想情況下，這奇數(shù)個CMOS倒相器的柵極電流應該為0，但是在實際情況下，由于MOS管柵氧化層的厚度很小，部分動能極大的熱電子就會穿過柵氧化層從而形成柵極漏電流，這種柵極漏電流導致環(huán)形振蕩器的功耗問題日益突出，如果功耗太大，甚至可能損壞器件，而本發(fā)明就極為有效的降低了環(huán)形振蕩器中的柵極漏電流，從而很好的降低了環(huán)形振蕩器的功耗。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的硅基低漏電流懸臂梁可動柵的環(huán)形振蕩器由三個CMOS倒相器構(gòu)成的，它們首尾相接構(gòu)成環(huán)狀，整個環(huán)形振蕩器是基于P型Si襯底制作的，三個CMOS倒相器通過引線實現(xiàn)互連，每個CMOS倒相器又是由懸臂梁柵NMOS管和懸臂梁柵PMOS管組成，該NMOS管和PMOS管的柵極是懸浮在柵氧化層上的，形成懸臂梁柵，該懸臂梁柵由Al制作，而柵極的多晶硅錨區(qū)淀積在P型Si襯底上，在懸臂梁柵下方有一個下拉電極，其中NMOS懸臂梁柵下方的下拉電極是接地的，而POMS懸臂梁柵下方的下拉電極是接電源的，下拉電極上方覆蓋有氮化硅介質(zhì)層。
[0006]懸臂梁柵NMOS管和懸臂梁柵PMOS管14的閾值電壓的絕對值設(shè)計為相等，懸臂梁柵的下拉電壓設(shè)計為MOS管的閾值電壓的絕對值。當MOS管柵極與下拉電極之間的電壓小于閾值電壓絕對值的時候，懸浮的懸臂梁柵不會吸附下來，從而導致MOS管不能夠?qū)?，也正因為此，直流漏電流得到了很好的抑制；當MOS管的柵極與下拉電極間的電壓大于閾值電壓絕對值的時候，懸浮的懸臂梁柵就會吸附至柵氧化層上，MOS管就此導通，開始正常工作，該環(huán)形振蕩器通過減小直流漏電流，使得其直流功耗大大的降低了。
[0007]當其中某一個CMOS反相器的懸臂梁柵上存在高電平時，則NMOS管的懸臂梁柵就下拉并使其導通，而PMOS管還是處于截止狀態(tài)，此時該CMOS倒相器輸出低電平，相反的，當該CMOS倒相器的懸臂梁柵上有低電平時，則NMOS管截止、PMOS管導通，倒相器輸出高電平；由于三個倒相器循環(huán)相接，前一倒相器的輸出就是后一倒相器的輸入，因此便產(chǎn)生了自激振蕩，從而構(gòu)成環(huán)形振蕩器。
[0008]這三個CMOS倒相器的輸出端和輸入端首尾相連構(gòu)成環(huán)狀，組成環(huán)形振蕩器，環(huán)形振蕩器起振時，假設(shè)CMOS倒相器柵極上的有一個高電平電壓的激勵，由于NMOS的懸臂梁柵下方的下拉電極接的是低電位，從而NMOS管的懸浮柵極就會下拉并貼至柵氧化層上，從而NMOS管才開始正常導通工作，而此時PMOS管的懸臂梁柵極還是處于懸浮狀態(tài)，倒相器輸出為低電平；相反的，當柵極上的電壓為低電平時，PMOS管的懸浮柵極才會下拉貼至柵氧化層上，PMOS管就此導通，而NMOS管截止，倒相器輸出高電平，這三個CMOS倒相器前后相互工作不斷產(chǎn)生自激振蕩，從而形成了環(huán)形振蕩器，此處的高電平是大于MOS管的閾值電壓絕對值的電源電壓，可根據(jù)需要設(shè)置為相應的值，而低電平即是地。
[0009]本發(fā)明的硅基低漏電流懸臂梁可動柵的環(huán)形振蕩器的制備方法如下:
[0010]I)準備P型Si襯底；
[0011]2)進行P型Si襯底的初始氧化，形成一層S1Jl;
[0012]3)進行光刻，刻出N阱注入孔的圖形，用于制作PMOS管；
[0013]4)對N阱進行摻雜注入，形成N阱；
[0014]5)去除表面氧化層，提供平整的硅表面；
[0015]6)底氧生長；
[0016]7)涂覆光刻膠，去除下拉電極處的光刻膠；
[0017]8)淀積一層多晶硅，其厚度約為0.3 μ m ;
[0018]9)去除剩余光刻膠以及光刻膠上的多晶硅，形成下拉電極；
[0019]10)沉積氮化硅并光刻氮化硅，保留下拉電極上的氮化硅和有源區(qū)的氮化硅；
[0020]11)進行場氧化；
[0021]12)去除底氧層和有源區(qū)的氮化硅；
[0022]13)進行柵氧化，并對有源區(qū)進行氧化，生長一層氧化層；
[0023]14)涂覆光刻膠，去除懸臂梁的錨區(qū)位置的光刻膠；
[0024]15)淀積一層多晶硅，其厚度約為0.3 μ m ;
[0025]16)去除剩余光刻膠以及光刻膠上的多晶硅，形成多晶硅錨區(qū)；
[0026]17)淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層:在Si襯底上涂覆1.6 μ m厚的聚酰亞胺犧牲層，要求填滿凹坑；光刻聚酰亞胺犧牲層，僅保留懸臂梁下方的犧牲層；
[0027]18)蒸發(fā)淀積Al，形成懸臂梁圖形；
[0028]19)涂覆光刻膠，保留懸臂梁柵上方的光刻膠；
[0029]20)反刻Al，形成懸臂梁柵極；
[0030]21)涂覆光刻膠，光刻出硼的注入孔，注入硼，形成PMOS管有源區(qū)；
[0031]22)涂覆光刻膠，光刻出磷的注入孔，注入磷，形成NMOS管有源區(qū)；
[0032]23)光刻并刻蝕接觸孔、引線、電源線和地線；
[0033]24)釋放聚酰亞胺犧牲層，形成懸浮的懸臂梁柵。
[0034]在本發(fā)明中，可以直觀的看到構(gòu)成環(huán)形振蕩器的MOS管的柵極不是貼附在氧化層上的，而是懸浮在氧化層上方，構(gòu)成了懸臂梁結(jié)構(gòu)，NMOS管和PMOS管的閾值電壓的絕對值設(shè)計為相等，懸臂梁柵的下拉電壓設(shè)計為MOS管的閾值電壓的絕對值。當MOS管柵極與下拉電極間的電壓小于閾值電壓絕對值的時候，懸浮的柵極不會吸附下來，從而導致MOS管不能夠?qū)?，這樣柵極的直流漏電流就有效的降低了 ；當MOS管的柵極與下拉電極電壓大于閾值電壓絕對值的時候，懸浮的柵極就會吸附至氧化層上，MOS管就此導通，開始正常工作。
[0035]有益效果:本發(fā)明的硅基低漏電流懸臂梁可動柵的環(huán)形振蕩器具有懸浮的可動柵，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且極大的減小了柵極的直流漏電流，從而環(huán)形振蕩器的功耗問題得到可很大的解決，環(huán)形振蕩器的性能也得到了較大的提高。
【附圖說明】
[0036]圖1、圖2為本發(fā)明的硅基低漏電流懸臂梁可動柵的環(huán)形振蕩器的原理圖，
[0037]圖3為本發(fā)明的硅基低漏電流懸臂梁可動柵的環(huán)形振蕩器的俯視圖，
[0038]圖4為圖3硅基低漏電流懸臂梁可動柵的環(huán)形振蕩器的P-P’向的剖面圖，
[0039]圖5為圖3硅基低漏電流懸臂梁可動柵的環(huán)形振蕩器的A-A’向的剖面圖，
[0040]圖6為圖3硅基低漏電流懸臂梁可動柵的環(huán)形振蕩器的B-B’向的剖面圖。
[0041]圖中包括:P型Si襯底1，多晶硅錨區(qū)2，懸臂梁柵3，接觸孔4，N