硅基低漏电流固支梁栅的开关电容滤波器及制备方法技术

本发明专利技术是一种硅基低漏电流固支梁栅的开关电容滤波器及制备方法，该滤波器由两个NMOS管、运算放大器、电容和电感所组成，整个结构是基于P型Si衬底制作的，该NMOS管是一种新型的MOS管，它具有横跨在栅氧化层上的固支梁栅，固支梁栅由Al制作，在固支梁栅下方设有两个下拉电极，下拉电极接地，其上覆盖一层氮化硅介质层，这两个NMOS管的阈值电压设计为相等，而固支梁栅的下拉电压设计为与NMOS管的阈值电压相等。整个滤波器的性能仅取决于电容C1、C2的比值和时钟频率fc，不仅速度快，集成度高，而且大大降低了栅极漏电流，使得滤波器的直流功耗得到有效的降低。

【技术实现步骤摘要】
硅基低漏电流固支梁栅的开关电容滤波器及制备方法
本专利技术提出了硅基低漏电流固支梁栅的开关电容滤波器，属于微电子机械系统(MEMS)的

技术介绍
开关电容滤波器是一种可以对模拟数据信号直接进行采样和处理的滤波器，它被广泛应用于各种通信系统中，这种滤波器主要是由MOS开关、MOS电容和运算放大器三个模块构成，由于MOS工艺具有尺寸小、成本低、速度快、集成度高等得天独厚的优势，因此用MOS器件制作的开关电容滤波器受到了人们广泛的青睐。随着集成电路工艺的不断发展与完善，开关电容滤波器也在不断的发展，同时也在不断接受各种各样的挑战，由传统MOS晶体管制造的开关普遍应用于各种开关电路中，但是传统MOS管开关也存在着一些不足之处，例如栅极漏电流的存在使得器件功耗增加等等。随着MEMS技术的快速发展，并随着对MEMS固支梁结构的深入研究，将MEMS固支梁结构的开关MOS管应用于开关电容滤波器已经成为了一种可能，为了解决传统的开关电容滤波器中MOS开关管的漏电流问题，本专利技术在Si衬底上设计了一种具有极小的栅极漏电流的固支梁栅的开关电容滤波器。
技术实现思路
技术问题：在本专利技术中，提供了一种硅基低漏电流固支梁栅的开关电容滤波器及制备方法，通过控制两个MOS开关管的固支梁栅极的上下浮动来实现这两个开关一开一断，达到给电容充电和放电的目的，然后通过一个积分电路输出信号电压，从而实现信号的滤波功能，开关电容滤波器的中心频率仅取决于电容的比值和开关频率，因此电容和时钟频率的取值关乎到整个开关电容滤波器的滤波性能，必须谨慎选择。技术方案：本专利技术的硅基低漏电流固支梁栅的开关电容滤波器由两个NMOS开关管、运算放大器、电容器所组成，制作在P型Si衬底上，在P型Si衬底上设有锚区、NMOS管有源区、固支梁栅、下拉电极、氮化硅介质层和栅氧化层；这两个NMOS管具有悬浮的固支梁栅，固支梁栅由Al制作，通过锚区横跨在栅氧化层上方，与栅氧化层有一间隙，在固支梁下方设有两个下拉电极，分布在锚区与栅氧化层之间，下拉电极是接地的，其上还覆盖有氮化硅介质层，这两个NMOS管串联连接，与电容C1、C2和运算放大器共同构成开关电容滤波器，具有低漏电流、低直流功耗的特点。把NMOS管的栅极制作成固支梁结构，该固支梁结构包括锚区、悬浮的固支梁栅、下拉电极和氮化硅介质层，并且固支梁栅上接有高频扼流圈L，NMOS开关管的源极接有隔直电容C0，下拉电极是接地的，两个NMOS开关管的阈值电压设计为相等，而固支梁栅的下拉电压设计为与NMOS管的阈值电压相等。只有当NMOS管的固支梁栅与下拉电极间的电压大于阈值电压时，悬浮的固支梁栅才会下拉贴至栅氧化层上使得NMOS管导通，否则NMOS管就截止。第一NMOS开关管和第二NMOS开关管的固支梁栅上接有完全对称相反的时钟信号，这样第一NMOS开关管和第二NMOS开关管就会保持一开一关的状态，当第一NMOS开关管导通、第二NMOS开关管截止时，输入信号会向电容C1充电，当第一NMOS开关管截止、第二NMOS开关管导通时，电容C1就会向后级放电，再经过积分电路的运算实现信号的滤波功能，此开关电容滤波器的滤波性能仅取决于电容C1、C2的比值和开关频率。构成NMOS管的有源区是通过离子注入方式注入N+离子而形成的，然后通过淀积金属引线形成源极与漏极，信号就是从NMOS管的源极向漏极传输的。该NMOS管的栅极是横跨在整个栅氧化层上的，栅极通过锚区固定，与栅氧化层之间有一层空隙，由此来形成固支梁结构，该固支梁由Al制作。在固支梁的下方制作了两个下拉电极，同时还有一层绝缘介质层覆盖在下拉电极上，该下拉电极的作用就是将悬浮的固支梁吸附下来或者抬升上去，此处下拉电极是接地的，当高频率的时钟信号加载到固支梁栅极上时，固支梁栅就会由于下拉电极的作用在up态和down态之间不断转换，从而实现NMOS管的导通与断开，通过对电容的不断充放电就实现了信号的滤波功能。在该NMOS管的固支梁栅极上还各自接上了一个高频扼流圈，该高频扼流圈是为了防止输入交流信号通过固支梁栅极的耦合作用对栅极上的直流偏置产生影响，同时，输入交流信号也要通过一个隔直电容来防止栅极上的直流偏置通过固支梁栅极的耦合作用对输入信号的影响。本专利技术的硅基低漏电流固支梁栅的开关电容滤波器的制备方法如下：1)准备P型Si衬底；2)进行P型Si衬底的初始氧化，形成一层SiO2层；3)去除表面氧化层，提供平整的硅表面；4)底氧生长；5)涂覆光刻胶，去除下拉电极处的光刻胶；6)淀积一层多晶硅，其厚度约为0.3μm；7)去除剩余光刻胶以及光刻胶上的多晶硅，形成下拉电极；8)沉积氮化硅并光刻氮化硅，保留下拉电极上的氮化硅和有源区的氮化硅；9)进行场氧化；10)去除底氧层和有源区的氮化硅；11)进行栅氧化，并对有源区进行氧化，生长一层氧化层；12)涂覆光刻胶，去除固支梁的锚区位置的光刻胶；13)淀积一层多晶硅，其厚度约为0.3μm；14)去除剩余光刻胶以及光刻胶上的多晶硅，形成多晶硅锚区；15)淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层：在Si衬底上涂覆1.6μm厚的聚酰亚胺牺牲层，要求填满凹坑；光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留固支梁下方的牺牲层；16)蒸发淀积Al，形成固支梁图形；17)涂覆光刻胶，保留固支梁栅上方的光刻胶；18)反刻Al，形成固支梁栅极；19)涂覆光刻胶，光刻出磷的注入孔，注入磷，形成NMOS管有源区；20)光刻并刻蚀接触孔、引线；21)释放聚酰亚胺牺牲层，形成悬浮的固支梁栅；在本专利技术中，构成开关电容滤波器的两个开关都是用具有MEMS固支梁结构的NMOS管制作的，这两个NMOS管的阈值电压设计为相等，而固支梁栅的下拉电压设计为与NMOS管的阈值电压相等。NMOS管的固支梁栅是通过锚区悬浮在栅氧化层上方，而不是贴附在栅氧化层上的，由于下拉电极接地，只有当固支梁栅与下拉电极间的电压大于阈值电压时，固支梁栅才会吸附下来并贴至氧化层上，从而使得NMOS管导通，否则NMOS管就截止，正是由于该NMOS管的固支梁结构，使得栅极的直流漏电流得到很好的抑制。有益效果：本专利技术的硅基低漏电流固支梁栅的开关电容滤波器具有可浮动的固支梁栅，不仅结构简单、易于集成，而且有效的减小了栅极漏电流，使得整个开关电容滤波器在速度方面更加优越，微功耗也有效的得到降低，提高了开关电容滤波器的滤波性能。附图说明图1为本专利技术的硅基低漏电流固支梁栅的开关电容滤波器的原理图，图2为本专利技术的硅基低漏电流固支梁栅的开关电容滤波器的俯视图，图3为图2硅基低漏电流固支梁栅的开关电容滤波器的P-P’向的剖面图，图4为图2硅基低漏电流固支梁栅的开关电容滤波器的A-A’向的剖面图，图中包括：P型Si衬底1，锚区2，NMOS管有源区3，固支梁栅4，下拉电极5，氮化硅介质层6，接触孔7，引线8，栅氧化层9，运算放大器10，第一NMOS开关管11，第二NMOS开关管12，高频扼流圈L，隔直电容C0，电容C1、C2。具体实施方式本专利技术的硅基低漏电流固支梁栅的开关电容滤波器是基于P型Si衬底1制作的，两个开关是由NMOS管构成，该NMOS管由源极、漏极、锚区2、固支梁栅4、下拉电极5和氮化硅介质6所组成。NMOS管的源极和漏极分别作为输入和输出，两个NMOS开关管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基低漏电流固支梁栅的开关电容滤波器，其特征在于该滤波器由两个NMOS开关管、运算放大器、电容器所组成，制作在P型Si衬底(1)上，在P型Si衬底(1)上设有锚区(2)、NMOS管有源区(3)、固支梁栅(4)、下拉电极(5)、氮化硅介质层(6)和栅氧化层(9)；这两个NMOS管具有悬浮的固支梁栅(4)，固支梁栅(4)由Al制作，通过锚区(2)横跨在栅氧化层(9)上方，与栅氧化层(9)有一间隙，在固支梁下方设有两个下拉电极(5)，分布在锚区(2)与栅氧化层(9)之间，下拉电极(5)是接地的，其上还覆盖有氮化硅介质层(6)，这两个NMOS管串联连接，与电容C1、C2和运算放大器(10)共同构成开关电容滤波器，具有低漏电流、低直流功耗的特点。

【技术特征摘要】
1.一种硅基低漏电流固支梁栅的开关电容滤波器，其特征在于该滤波器由两个NMOS开关管、运算放大器、电容器所组成，制作在P型Si衬底(1)上，在P型Si衬底(1)上设有锚区(2)、NMOS开关管有源区(3)、固支梁栅(4)、下拉电极(5)、氮化硅介质层(6)和栅氧化层(9)；这两个NMOS开关管具有悬浮的固支梁栅(4)，固支梁栅(4)由Al制作，通过锚区(2)横跨在栅氧化层(9)上方，与栅氧化层(9)有一间隙，在固支梁下方设有两个下拉电极(5)，分布在锚区(2)与栅氧化层(9)之间，下拉电极(5)是接地的，其上还覆盖有氮化硅介质层(6)，两个NMOS开关管的阈值电压设计为相等，而固支梁栅的下拉电压设计为与NMOS开关管的阈值电压相等，这两个NMOS开关管串联连接，两个NMOS开关管中间与地之间接有一个电容器C1，电容器C2跨接在运算放大器(10)的输出端和输入负端之间，电容器C1、电容器C2和运算放大器(10)组成一个积分电路，这两个NMOS开关管、电容器C1、电容器C2和运算放大器(10)共同构成开关电容滤波器，第一NMOS开关管(11)和第二NMOS开关管(12)的固支梁栅上接有完全对称相反的时钟信号，这样第一NMOS开关管(11)和第二NMOS开关管(12)就会保持一开一关的状态，当第一NMOS开关管(11)导通、第二NMOS开关管(12)截止时，输入信号会向电容器C1充电，当第一NMOS开关管(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖小平，褚晨蕾，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32