CN104954008B - 硅基低漏电流双悬臂梁可动栅mos管或非门 - Google Patents
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Abstract
本发明的硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOS管或非门由一个双悬臂梁可动栅NMOS管和一个电阻构成，该NMOS管的源极接地，两个悬臂梁栅极作为信号的输入端，漏极都与电阻相接，电阻与电源电压相接；该或非门制作在P型硅衬底上，下拉电极在悬臂梁栅下的部分被在二氧化硅层覆盖，下拉电极接地；该或非门所用的悬臂梁栅MOSFET的栅极并不是直接紧贴在二氧化硅层上方，而是依靠锚区的支撑悬浮在二氧化硅层上方；悬臂梁栅的下拉电压设计的与NMOS管的阈值电压相等，当该或非门工作时，当NMOS管处于关断时其悬臂梁栅就处于悬浮态，降低了栅极漏电流，从而降低了电路的功耗。
Description
技术领域
本发明提出了硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOS管或非门，属于微电子机械系统的技术领域。
背景技术
伴随着微电子技术的深入发展集成电路单位面积的集成度仍然在不断地提升，芯片的功能也日趋复杂，同时芯片的处理速度越来越高。人们对于芯片的功耗越来越重视。太高的功耗会对芯片的散热材料提出更高的要求，还会使芯片的性能受到影响。所以过热的芯片温度不仅会使芯片寿命降低，而且会影响芯片的稳定性。并且移动终端的广泛使用，对于器件的功耗要求更加显著，所以对电子器件低功耗的设计就显得十分重要。
或非门电路作为数字电路的重要组成部分，它能够实现两个输入端所输入的数字信号的或非逻辑功能，由于或非门电路在中央处理器等数字式电路中有巨大的应用，所以对或非门电路的功耗和温度的控制就显得十分重要，由常规MOS管组成的或非门，随着集成度的提升，功耗变得越来越严重，功耗过大带来的芯片过热问题会严重影响集成电路的性能，MEMS技术的发展使得制造具有可动栅的晶体管成为可能，具有可动栅的晶体管可以有效降低栅极电压带来的栅极漏电流，进而降低或非门电路的功耗。
发明内容
技术问题:本发明的目的是提供一种硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET或非门，将传统或非门中采用的两个常规MOS管换为一个具有双悬臂梁栅的MOS管，可以有效地减小栅极漏电流从而降低电路的功耗。
技术方案：本发明的硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOS管或非门由一个双悬臂梁可动栅NMOS管、电阻和电源组成，该硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOS管制作在P型Si衬底上，有两个用Al制作而成的对称设计的悬臂梁栅分别依靠锚区的支撑悬浮在栅氧化层上方，两个悬臂梁栅的悬浮端之间留有一缝隙以保证两个悬臂梁栅下拉时互不干扰，两个悬臂梁栅的位置关于该MOS管源-漏方向对称，悬臂梁栅的锚区用多晶硅制作在栅氧化层上，悬臂梁栅下方设计有下拉电极板，下拉电极板接地，下拉电极在悬臂梁栅下的部分被二氧化硅层覆盖，该双悬臂梁可动栅NMOS管的N+有源区的源极接地，N+有源区的漏极通过电阻与电源VCC相连，源极和漏极通过通孔与引线连接，引线用Al制作，两路输入信号分别在双悬臂梁可动栅NMOS管的两个悬臂梁栅输入，输出信号在该双悬臂梁可动栅NMOS管的漏极和电阻之间输出，电阻的阻值远大于该MOS管导通的阻抗，从而保证在MOS管导通时输出为低电平。
所述的两个悬臂梁栅并不是直接紧贴在二氧化硅层上方，而是依靠锚区的支撑悬浮在二氧化硅层上方，该NMOS管的两个悬臂梁栅的下拉电压设计的与该NMOS管的阈值电压相等，只有当NMOS管的悬臂梁栅上所加的电压大于NMOS管的阈值电压时，其悬臂梁栅才能下拉并接触二氧化硅层从而使悬臂梁栅NMOS管导通，当所加电压小于NMOS管的阈值电压时悬臂梁栅就不能下拉，在或非门工作时，当NMOS管处于关断时其悬臂梁栅就处于悬浮态，降低了栅极漏电流，从而降低了电路的功耗。
在工作时，该或非门的两个数字信号输入端A和B，只要有一路为高电平，该高电平输入信号通过锚区加在双悬臂梁栅NMOS管的悬臂栅极上，能够使双悬臂梁栅NMOS管的悬臂梁栅下拉并且导通，从而使输出Y为低电平。只有当两个数字信号输入端都为低电平时，双悬臂梁栅NMOS管的两个悬臂梁栅都不能下拉，该NMOS管不能导通，则输出Y为高电平，从而实现对输入信号进行或非的功能()。该或非门中的双悬臂梁栅NMOS管处于关断态时其悬臂梁栅处于悬浮状态，此时该或非门中的MOSFET上不存在栅极漏电流，降低了电路的功耗。或非门的真值表：
| A | B | Y |
| 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
在本发明中的或非门所用的双悬臂梁可动栅NMOS管的栅极并不是直接紧贴在二氧化硅层上，而是依靠锚区的支撑悬浮在二氧化硅层上方。双悬臂梁可动栅NMOS管的悬臂梁栅的下拉电压设计得与NMOS管的阈值电压相等，只有当NMOS管的悬臂梁栅上所加的电压大于NMOS管的阈值电压时，其悬臂梁栅才能下拉并到二氧化硅层使悬臂梁栅NMOS管导通，当所加电压小于其阈值电压时悬臂梁栅就不能下拉，因此本发明中的或非门具有较小的栅极漏电流。
有益效果：本发明的硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOS管或非门是由一个双悬臂梁可动栅MOS管和电阻构成，该NMOS管处于关断时，其悬臂梁栅处于悬浮状态，降低了栅极漏电流，从而该或非门的功耗得到了降低。
附图说明
图1为本发明硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOS管或非门的俯视图,
图2为图1硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOS管或非门的P-P’向的剖面图,
图3为图1硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOS管或非门的A-A’向的剖面图,
图中包括：双悬臂梁可动栅MOS管1，电阻2，P型Si衬底3，引线4，栅氧化层5，悬臂梁栅6，锚区7，悬臂梁下极板8，通孔9，源极10，漏极11。
具体实施方式
本发明的硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET或非门主要是由一个双悬臂梁栅NMOS管和一个电阻构成。双悬臂梁栅MOS管是制作在P型硅衬底上，其栅极不是附在氧化层上的多晶硅，而是两个对称设计的悬臂梁，悬浮在氧化层的上方，悬臂梁由Al制作，悬臂梁栅的锚区用多晶硅制作在栅氧化层上，该双悬臂梁可动栅NMOS管的两个悬臂梁栅依靠锚区的支撑悬浮在栅氧化层上方，两个悬臂梁栅的悬浮端之间留有一定缝隙以保证两个悬臂梁栅下拉时互不干扰，两个悬臂梁栅的位置关于该MOS管源-漏方向对称。悬臂梁下方设有下拉电极板，下拉电极接地，下拉电极在悬臂梁栅下的部分被在二氧化硅层包裹。该或非门的双悬臂梁栅NMOS管的源极接地，双悬臂梁栅极都是数字信号的输入端，双悬臂梁栅NMOS管的漏极与一电阻相接，该电阻远远大于导通的NMOS管的阻抗。电阻与电源电压相接，数字信号在双悬臂梁栅NMOS管的两个悬臂梁栅极上输入。
该硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOS管的源极接地，两路输入信号分别接在该MOS管的两个悬臂梁栅上，漏极与电阻相连并与电源接在一起，输出信号在漏极与电阻之间输出，该电阻远大于MOS管导通电压从而在MOS管导通时输出为低电平。该双悬臂梁可动栅MOS管是制作在P型Si衬底3制作。双悬臂梁可动栅MOS管的两个对称设计的悬臂梁栅极是悬浮在栅氧化层5的上方，形成两个悬臂梁栅6，两个悬臂梁栅6的位置关于该MOS管源-漏方向对称。悬臂梁栅6的锚区7制作在栅氧化层上。悬臂梁下方设有下拉电极板8，下拉电极板8在悬臂梁栅6下的部分被在二氧化硅层5包裹，下拉电极板8接地。
该或非门的两个数字信号输入端只要有一路为高电平，该高电平输入信号通过锚区7加在双悬臂梁栅NMOS管的悬臂栅极6上，能够使双悬臂梁栅NMOS管的悬臂梁栅6下拉并且导通，从而使输出为低电平。只有当两个数字信号输入端都为低电平时，双悬臂梁栅NMOS管的两个悬臂梁栅6都不能下拉，该NMOS管不能导通，则输出为高电平，从而实现对输入信号进行或非的功能()。该或非门中的双悬臂梁栅NMOS管处于关断态时其悬臂梁栅6处于悬浮状态，此时该或非门中的MOSFET上不存在栅极漏电流，降低了电路的功耗。
或非门的真值表：
| A | B | Y |
| 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
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硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOS管或非门的制备方法包括以下几个步骤：
1)准备P型Si衬底3；
2)初始氧化，生长SiO2层，作为掺杂的屏蔽层；
3)去除硅表面的全部氧化层；
4)底氧生长。通过热氧化在平整的硅表面生长一层均匀的氧化层，作为缓冲层。
5)沉积氮化硅，然后光刻和刻蚀氮化硅层，保留有源区的氮化硅，场区的氮化硅去除；
6)场氧化。对硅片进行高温热氧化，在场区生长了所需的厚氧化层；
7)去除氮化硅和底氧层，采用干法刻蚀技术将硅片表面的的氮化硅和底氧全部去除。
8)在硅片上涂覆一层光刻胶，光刻和刻蚀光刻胶，去除需要制作下拉电极板8位置的光刻胶。然后淀积一层Al，去除光刻胶以及光刻胶上的Al，形成下拉电极板；
9)进行栅氧化。形成一层高质量的氧化层；
10)离子注入，调整NMOS的阈值电压；
11)利用CVD技术沉积多晶硅，光刻栅图形和多晶硅引线图形，通过干法刻蚀技术刻蚀多晶硅，保留输入引线4和悬臂梁栅MOS管6的锚区7位置的多晶硅。
12)通过旋涂方式形成PMGI牺牲层，然后光刻牺牲层，仅保留悬臂梁栅MOS管6下方的牺牲层；
13)蒸发生长Al；
14)涂覆光刻胶，保留悬臂梁栅MOS管6上方的光刻胶；
15)反刻Al，形成悬臂梁栅MOS管6；
16)涂覆光刻胶，光刻并刻蚀出磷的注入孔，注入磷，形成NMOS管的有源区11；
17)制作通孔9和引线10；
18)释放PMGI牺牲层，形成悬浮的悬臂梁栅MOS管6；
本发明与现有技术的区别在于：
本发明中的硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOS管或非门与传统或非门最大的区别在于所用的双悬臂梁可动栅MOSFET的栅极并不是直接紧贴在氧化层上方，而是依靠锚区的支撑悬浮在氧化层上，形成两个对称的悬臂梁结构。本发明中的硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOS管或非门由一个双悬臂梁可动栅MOS管和电阻构成。该NMOS管的悬臂梁栅的下拉电压设计得与该NMOS管的阈值电压相等，只有当悬臂梁栅上所加的下拉电压大于该NMOS管的阈值电压时，其悬臂梁栅才能下拉并接触二氧化硅层从而使该NMOS管导通，当所加电压小于NMOS管的阈值电压时悬臂梁栅就不能下拉，当该或非门在工作时，双悬臂梁可动栅MOS管在导通或者截止状态之间变化，当双悬臂梁可动栅MOS管关断时其悬臂梁栅就处于悬浮状态，减少了栅极漏电流，降低了电路的功耗。
满足以上条件的结构即视为本发明的硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOS管或非门。
Claims (1)
1.一种硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOS管或非门，其特征是该或非门由一个双悬臂梁可动栅NMOS管(1)、电阻(2)和电源组成，该硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOS管(1)制作在P型Si衬底(3)上，有两个用Al制作而成的对称设计的悬臂梁栅(6)分别依靠锚区(7)的支撑悬浮在栅氧化层(5)上方，两个悬臂梁栅(6)的悬浮端之间留有一缝隙以保证两个悬臂梁栅(6)下拉时互不干扰，两个悬臂梁栅(6)的位置关于该MOS管源-漏方向对称，悬臂梁栅(6)的锚区(7)用多晶硅制作在栅氧化层(5)上，悬臂梁栅(6)下方设计有下拉电极板(8)，下拉电极板(8)接地，下拉电极(8)在悬臂梁栅(6)下的部分被二氧化硅层(5)覆盖，该双悬臂梁可动栅NMOS管(1)的N+有源区的源极(10)接地，N+有源区的漏极(11)通过电阻(2)与电源VCC相连，源极(10)和漏极(11)通过通孔(9)与引线(4)连接，引线(4)用Al制作，两路输入信号分别在双悬臂梁可动栅NMOS管(1)的两个悬臂梁栅(6)输入，输出信号在该双悬臂梁可动栅NMOS管(1)的漏极(11)和电阻(2)之间输出，电阻(2)的阻值远大于该MOS管导通的阻抗，从而保证在MOS管导通时输出为低电平；
所述的两个悬臂梁栅(6)并不是直接紧贴在二氧化硅层(5)上方，而是依靠锚区(7)的支撑悬浮在二氧化硅层(5)上方，该NMOS管的两个悬臂梁栅(6)的下拉电压设计的与该NMOS管的阈值电压相等，只有当NMOS管的悬臂梁栅(6)上所加的电压大于NMOS管的阈值电压时，其悬臂梁栅(6)才能下拉并接触二氧化硅层(5)从而使悬臂梁栅NMOS管导通，当所加电压小于NMOS管的阈值电压时悬臂梁栅(6)就不能下拉，在或非门工作时，当NMOS管处于关断时其悬臂梁栅(6)就处于悬浮态，降低了栅极漏电流，从而降低了电路的功耗。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20170825 |