DE102020133179A1

DE102020133179A1 - Mikrofonanordnung, die eine gleichstromvorspannungsschaltung mit tiefer grabenisolation aufweist

Info

Publication number: DE102020133179A1
Application number: DE102020133179.7A
Authority: DE
Inventors: Jakob Toft; Mohammad Shajaan; Mohsin Nawaz; Michael Pederson
Original assignee: Knowles Electronics LLC
Current assignee: Knowles Electronics LLC
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2021-06-24
Also published as: CN113098262A; CN215772915U; US20210195342A1; DE202020107185U1; US11553283B2

Abstract

Die Offenbarung beschreibt Vorrichtungen und Verfahren zur Bereitstellung einer DC-Vorspannung in einer Mikrofonanordnung. Insbesondere kann eine Implementierung einer solchen Vorrichtung auf einer integrierten Schaltung implementiert werden, die eine Gleichstrom (DC)-Vorspannungsschaltung umfasst. Die DC-Vorspannungsschaltung kann mit einem Wandler gekoppelt und so konfiguriert werden, dass sie ein DC-Vorspannungssignal an den Wandler liefert. Die DC-Vorspannungsschaltung umfasst eine mehrstufige Ladungspumpe und eine Tiefpassfilterschaltung (LPF). Die mehrstufige Ladungspumpe umfasst Transistoren, die mit tiefer Grabenisolation (DTI) gefertigt sind.

Description

BEREICH DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Mikrofonanordnungen, wie beispielsweise, aber nicht nur, solche mit MEMS-Wandlern (Mikroelektromechanische Systeme) und elektrischen Schaltkreisen dafür.
HINTERGRUND
Mikrofone, die einen Wandler aufweisen, der Schall in ein elektrisches Signal umwandelt, das durch einen integrierten Schaltkreis aufbereitet oder verarbeitet wird, sind häufig in Mobiltelefone, Personalcomputer und Internet-der-Dinge- (loT-) Vorrichtungen, unter anderen Host-Vorrichtungen, integriert.
Figurenliste
Die Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen aufgenommen wurden, vollständiger ersichtlich. Die Zeichnungen stellen nur repräsentative Ausführungsformen dar und gelten daher nicht als Einschränkung des Umfangs der Offenbarung, deren Beschreibung zusätzliche Spezifizität und Details umfasst.

1 ist eine Querschnittsansicht einer Mikrofonanordnung.
2 ist eine schematische Darstellung einer Audioschaltung.
3 ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer Ladungspumpenstufe.
4 ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels für eine Tiefpassfilterschaltung.
5 ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels für eine Schaltung zur elektrostatischen Entladung.
6 ist eine Seitenansicht eines ersten Transistorprozesses, der eine tiefe Grabenisolation (DTI) umfasst.
7 ist eine Draufsicht auf das Substrat aus 6.
8 ist eine Draufsicht auf das Substrat aus 6, die mehrere Transistoren aus der Ladungspumpenstufe von 3 umfasst.
9 ist eine Seitenansicht eines Transistorprozesses, der DTI und eine vergrabene Isolierschicht umfasst.
10 ist eine Seitenansicht eines Transistorprozesses, der DTI und vergrabene Wells umfasst.
11 ist eine Seitenansicht eines Transistorprozesses, der ein gemeinsames DTI umfasst.
12 ist eine Draufsicht auf ein Substrat eines Transistorprozesses, der ein gemeinsames DTI umfasst.
13 ist eine Seitenansicht eines Transistorprozesses, der mehrere Transistoren in einem DTI-Ring umfasst.
14 ist eine Draufsicht auf ein Substrat eines Transistorprozesses, der mehrere Transistoren in einem DTI-Ring umfasst.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung beschreibt Mikrofonanordnungen und andere Vorrichtungen, die eine DC-Vorspannungsschaltung (Gleichstrom-Vorspannungsschaltung) mit tiefer Grabenisolation („deep trench isolation“, DTI) und einen Ausgang umfassen, der mit einem Eingang eines Wandlers des Mikrofons oder einer anderen Vorrichtung verbunden ist, sowie Verfahren dafür. Mikrofonanordnungen, die eine immer kleinere Grundfläche aufweisen, werden zunehmend nachgefragt. Eine Mikrofonanordnung, die ein kleines mikroelektromechanisches (MEMS-)Modul (beispielsweise einen MEMS-Wandler) umfasst, das eine geringe mechanische Compliance aufweist, kann es dem MEMS-Modul ermöglichen, erwünschte Eigenschaften wie Kraftausgleich und/oder extreme Miniaturisierung aufzuweisen. Die geringe mechanische Compliance kann jedoch die Empfindlichkeit und das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) der Mikrofonanordnung einschränken. Um die Empfindlichkeit und das SNR zu erhöhen, kann eine DC-Vorspannung so erhöht werden, dass auch das elektrische Feld im Mikrofon erhöht wird. Die Erhöhung der DC-Vorspannung wird jedoch durch die Durchbruchspannungen der Transistoren in der DC-Vorspannungsschaltung und den verfügbaren Platz in der Mikrofonanordnung begrenzt. Daher wird in der vorliegenden Offenbarung eine DC-Vorspannungsschaltung beschrieben, die Spannungen von über 50 Volt ausgeben kann und dabei eine kleine Grundfläche beibehält.
Die DC-Vorspannungsschaltung kann mehrere Transistoren umfassen. Jeder der Transistoren wird entweder in einer N-Well oder einer P-Well in einem Substrat (beispielsweise einem P-Typ-Substrat) gebildet, angeordnet oder erzeugt. Die Durchbruchspannung der Transistoren (beispielsweise die Durchbruchspannung der N-Wells und der P-Wells zwischen dem Substrat) setzt eine Grenze für die Höhe der Spannungen, für deren Erzeugung eine Ladungspumpe entworfen werden kann. Die Grenze wird auferlegt, weil Spannungen oberhalb der Durchbruchspannung zu übermäßigen Leckagen zum Substrat führen, die die Ausgangsspannung der Ladungspumpe verringern und/oder die Schaltungen auf der integrierten Schaltung beschädigen. Durch die tiefe Grabenisolation wird eine bessere horizontale und vertikale Isolation zwischen den N-Wells und P-Wells) erreicht und die Durchbruchspannung erhöht. Die hier offengelegten Vorrichtungen und Verfahren können dazu verwendet werden, die DC-Vorspannungsschaltung auf Spannungen über 50 Volt zu erhöhen, um die Empfindlichkeit und das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) in Mikrofonanordnungen zu erhöhen, die einen Wandler mit geringer mechanischer Compliance aufweisen.
1 ist eine Querschnittsansicht einer Mikrofonanordnung 100, in der eine DC-Vorspannungsschaltung mit DTI dargestellt ist. Die Mikrofonanordnung 100 umfasst im Allgemeinen einen elektroakustischen Akustikwandler 102, der mit einem elektrischen Schaltkreis 103 gekoppelt ist, der in einem Gehäuse 110 angeordnet ist. Der Wandler ist so konfiguriert, dass er als Reaktion darauf ein elektrisches Signal erzeugt und so die akustische Aktivität erfasst. Bei dem Wandler kann es sich um eine kapazitive, piezoelektrische oder andere Wandlervorrichtung handeln, die mit Hilfe der Herstellung mikroelektromechanischer Systeme (MEMS-Vorrichtung) oder einer anderen bekannten oder zukünftigen Technologie implementiert wird. Die elektrische Schaltung kann aus einer oder mehreren integrierten Schaltungen bestehen, beispielsweise einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) mit analogen und digitalen Schaltungen und einem diskreten digitalen Signalprozessor (DSP), der die Audioverarbeitung durchführt (beispielsweise Schlüsselwort- /Befehlserkennung, Rauschunterdrückung, Authentifizierung...).
Das Gehäuse 110 umfasst ein Substrat 116 und eine Abdeckung 118, die mit einer oberen Oberfläche 20 des Substrats 116 verbunden ist. Die Abdeckung 118 ist entlang eines Umfangs der Abdeckung 18 am Substrat 116 befestigt. Die Abdeckung 118 und das Substrat 116 bilden zusammen einen Innenabschnitt 122 (beispielsweise Hohlraum usw.). Die Abdeckung 118 kann eine Atmosphärenausgleichsentlüftung 126 (beispielsweise Öffnung, Loch usw.) umfassen, die eine fluidmäßige Verbindung zwischen einer das Gehäuse 110 umgebenden Umgebung und dem Innenabschnitt 122 herstellt. Die Atmosphärenausgleichslüftung 126 verhindert eine Entlüftung des Gehäuses 110 und/oder anderer Komponenten der Mikrofonanordnung 110, die sonst durch extreme Temperatur- und/oder Druckschwankungen in der Umgebung der Mikrofonanordnung 110 entstehen könnten.
Das Substrat 116 umfasst einen Sound-Port 128, der mit dem MEMS-Wandler 100 so ausgerichtet ist, dass der MEMS-Wandler 100 über den Sound-Port 128 Druckänderungen ausgesetzt ist. Die relative Position zwischen dem MEMS-Wandler 100 und dem Sound-Port 128 kann sich in verschiedenen veranschaulichenden Ausführungsformen unterscheiden. Zum Beispiel kann der Sound-Port 128 in die Abdeckung 118 statt in das Substrat 116 geformt sein, und der Wandler-Substrat 102 kann sich neben dem Sound-Port 128 befinden. In diesen Fällen kann der Wandler 102 gegenüber dem in 1 gezeigten Wandler invertiert sein.
Der Wandler 102 erzeugt elektrische Signale auf der Basis von Druckänderungen, die dem Wandler 102 über den Sound-Port 128 mitgeteilt werden (beispielsweise durch Bewegung oder Verschiebung einer Membran 108). Bei den Druckänderungen kann es sich um Änderungen des umgebenden atmosphärischen Drucks (beispielsweise ein Druck der die Mikrofonanordnung 110 umgebenden Umgebung) und/oder um Druckänderungen durch einen akustischen Reiz wie beispielsweise Schall handeln. Der elektrische Schaltkreis 103 ist mit dem Wandler 102 über Durchgangslöcher und Leiterbahnen 130 verbunden, um eine elektrische Verbindung zwischen diesen herzustellen. Der elektrische Schaltkreis 103 ist so konfiguriert, dass er die vom Wandler 102 erzeugten Signale empfängt und verarbeitet. Das Signal des Wandlers 102 kann in ein Ausgangssignal verarbeitet werden, das für die vom elektrischen Schaltkreis 103 erfasste akustische Aktivität repräsentativ ist. Der elektrische Schaltkreis 103 kann eine Signalaufbereitungsschaltung, eine Taktschaltung, eine DC-Vorspannungsschaltung, einen oder mehrere Tiefpassfilter und einen Regler umfassen, die im Folgenden beispielhaft beschrieben werden. In einigen Ausführungsformen wird eine DC-Vorspannungsschaltung über Durchgangslöcher und Leiterbahnen 130 des elektrischen Schaltkreises 103 an einen ersten Anschluss des Wandlers angelegt. In einigen Ausführungsformen ist die Signalaufbereitungsschaltung so konfiguriert, dass sie ein vom Wandler 102 erhaltenes elektrisches Signal aufbereitet, wenn der elektrische Schaltkreis 103 mit dem Wandler 103 gekoppelt ist.
Das Gehäuse 110 kann einen Sound-Port 180 und eine Schnittstelle für externe Vorrichtungen 113 mit Kontakten (beispielsweise für Strom, Daten, Masse, Steuerung, externe Signale usw.) umfassen, an die der elektrische Schaltkreis 103 angeschlossen ist. Die Schnittstelle für externe Vorrichtungen 113 ist für die Oberflächen- oder sonstige Montage an einer Host-Vorrichtung konfiguriert (beispielsweise durch Reflow-Löten). In einigen Ausführungsformen kann die Host-Vorrichtung eine Verstärkungsvorrichtung sein, die so konfiguriert ist, dass sie ein Audiosignal unter Verwendung des vom Wandler 102 erzeugten elektrischen Signals verstärkt und projiziert. In einigen Ausführungsformen kann die Host-Vorrichtung einen Personalcomputer, ein Mobiltelefon, ein mobiles Gerät, ein Headset, ein Kopfhörergerät und/oder ein Hörgerät umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst die elektrische Schaltung 103 eine Verarbeitungsschaltung für akustische Signale und atmosphärische Signale und/oder Software zur Interpretation des elektrischen Signals vom MEMS-Wandler 100.
2 ist ein schematisches Diagramm einer Audioschaltung, in der 200 gezeigt wird. Die Audioschaltung 200 umfasst im Allgemeinen eine DC-Vorspannungsschaltung 201, den Wandler 102 und eine Verstärkerschaltung 203. In einigen Ausführungsformen sind die DC-Vorspannungsschaltung 201 und die Verstärkerschaltung 203 in den elektrischen Schaltkreis 103 integriert. In einigen Ausführungsformen kann die Verstärkerschaltung 203 Teil der Host-Vorrichtung sein. In einigen Ausführungsformen kann die Verstärkungsschaltung 203 eine Signalaufbereitungsschaltung sein, die einen Puffer, einen Hochpassfilter und/oder einen Analog-Digital-Wandler umfasst (beispielsweise in digitalen Mikrofonen).
Die DC-Vorspannungsschaltung 201 ist so angeordnet, dass sie ein DC-Vorspannungssignal an den Wandler 102 liefert. In einigen Ausführungsformen umfasst die DC-Vorspannungsschaltung 201 eine mehrstufige Ladungspumpe (Schaltung 210) und einen Tiefpassfilter (LPF) (Schaltung 211). In einigen Ausführungsformen umfasst die DC-Vorspannungsschaltung 201 des Weiteren eine Schaltung 212 zur elektrostatischen Entladung (ESD), die mit einem Ausgang der DC-Vorspannungsschaltung 201 und Masse (beispielsweise einer zweiten Spannung) gekoppelt und so konfiguriert ist, dass sie die elektrostatischen Ladungen entlädt.
In einigen Ausführungsformen kann die DC-Vorspannungsschaltung 201 als Alternative oder zusätzlich zur mehrstufigen Ladungspumpenschaltung 210 auch andere Arten von DC-Verstärkerschaltungen umfassen. Die mehrstufige Ladungspumpe 210 ist so konfiguriert, dass sie eine Gleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung mit höherer Spannungsamplitude umwandelt. Zum Beispiel kann die mehrstufige Ladungspumpenschaltung 210 einen Eingang von einer Batterie oder einer anderen Stromquelle aufweisen, der etwa 5 Volt beträgt, und der Ausgang der mehrstufigen Ladungspumpenschaltung 210 kann einen Ausgang aufweisen, der 50 Volt oder mehr beträgt. In einigen Ausführungsformen basiert der Anstieg der Gleichspannung vom Eingang zum Ausgang der mehrstufigen Ladungspumpenschaltung 210 auf der Basis der Anzahl der Ladungspumpenstufen CP_1-N oder anderer Gleichstromverstärkerschaltungen innerhalb der mehrstufigen Ladungspumpenschaltung 210. Der LPF 211 ist so angeordnet, dass er ein Signal vom Ausgang der mehrstufigen Ladungspumpenschaltung 210 empfängt und das DC-Vorspannungsschaltungssignal an einen ersten Anschluss des Wandlers 102 ausgibt. In einigen Ausführungsformen, bei denen die mechanische Compliance des Wandlers 102 gering ist, kann die Ausgangsspannung der DC-Vorspannungsschaltung 201 erhöht werden, damit die Mikrofonanordnung eine höhere Empfindlichkeit und ein höheres SNR aufweist.
Der Wandler 102 ist so angeordnet, dass er das DC-Vorspannungssignal von der DC-Vorspannungsschaltung 201 empfängt und ein elektrisches Signal erzeugt, das die erfasste akustische Energie anzeigt. Das elektrische Signal wird mit dem DC-Vorspannungssignal als Referenzspannung erzeugt. Zum Beispiel kann das DC-Vorspannungssignal 55 Volt (V) betragen, und das vom Wandler 102 erzeugte elektrische Signal kann ein Signal im Bereich von einigen Millivolt (mV) bis zu einigen hundert Millivolt (beispielsweise 0,001 mV - 100 mV) sein. Das elektrische Signal wird dann der Verstärkungsschaltung 203 (oder einem elektrischen Schaltkreis 103) zugeführt. Das elektrische Signal kann beispielsweise durch die Verstärkungsschaltung 203 verstärkt und des Weiteren durch einen Analog-Digital-Wandler so übertragen werden, dass eine digitale Darstellung des elektrischen Signals und der akustischen Aktivität, die das elektrische Signal darstellt, erzeugt wird.
3 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine Ladungspumpe der Stufe 300. In einigen Ausführungsformen kann die Ladungspumpe Stufe 300 als eine der mehreren Ladungspumpen-Stufen CP_1-N der in 2 dargestellten DC-Vorspannungsschaltung 201 implementiert sein. Es ist zu berücksichtigen, dass in anderen Ausführungsformen auch andere Typen, Formen oder Konfigurationen von Ladungspumpenstufen implementiert werden können. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen eine Ladungspumpenstufe mit einem oder mehreren Kondensatoren und einem oder mehreren Halbleiterbauelementen implementiert sein. In einigen Ausführungsformen können das eine oder die mehreren Halbleiterbauelemente eine oder mehrere Dioden und/oder einen oder mehrere Transistoren umfassen.
Die Ladungspumpenstufe 300 umfasst einen Eingang v_in, mehrere Transistoren M_1-6, einen ersten Kondensator C₁, einen zweiten Kondensator C₁ und einen Ausgang v_out. Die Ladungspumpe Stufe 300 ist so konfiguriert, dass sie über ein Durchgangsloch φ₁ und ein zweites Durchgangsloch φ₂ an eine Taktschaltung angeschlossen werden kann. Die Taktschaltung wird zur Ansteuerung der Ladungspumpe Stufe 300 verwendet. In einigen Ausführungsformen erzeugt die Taktschaltung ein zweiphasiges, sich nicht überlappendes Signal, wobei eine Phase so konfiguriert ist, dass sie an den ersten Anschluss φ₁ und eine zweite Phase so konfiguriert ist, dass sie an den zweiten Anschluss φ₂ geliefert wird. In anderen Ausführungsformen können mehr als zwei Phasen implementiert sein. Die Ladungspumpe Stufe 300 erhält am Eingang v_in eine Eingangsgleichspannung und gibt am Ausgang v_out eine Gleichspannung aus, deren Spannungsamplitude höher ist als die Eingangsgleichspannung. In einigen Implementierungen kann der Ausgang v_out der Ladungspumpenstufe 300 mit einem Eingang einer zweiten Ladungspumpenstufe 300 verbunden werden, so dass die Ladungspumpenstufen kaskadiert werden und eine Ausgangsgleichspannung der mehreren Ladungspumpenstufen höhere Spannungen erreichen kann.
4 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine LPF-Schaltung 400. In einigen Ausführungsformen kann der LPF-Schaltkreis 400 als der LPF-Schaltkreis 211 aus 2 implementiert sein. In anderen Ausführungsformen können zusätzlich oder alternativ zur LPF-Schaltung 400 andere Typen oder Formen von Tiefpassfiltern oder Teilschaltungen davon implementiert werden.
Die LPF-Schaltung 400 umfasst einen Eingang 401, der so konfiguriert ist, dass er mit einem Ausgang einer Mehrstufen-Ladungspumpenschaltung gekoppelt werden kann, und einen Ausgang 402, der so konfiguriert ist, dass er mit einem ersten Anschluss des Wandlers 102 gekoppelt werden kann. Die LPF-Schaltung 400 ist so konfiguriert, dass sie die DC-Vorspannungsschaltung v_bias an den Wandler 102 liefert. Der LPF-Schaltkreis 400 kann eine erste LPF-Stufe 410 und eine zweite LPF-Stufe 411 aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die LPF-Schaltung 400 nur eine LPF-Stufe aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die LPF-Schaltung 400 mehr als zwei LPF-Stufen aufweisen. Die LPF-Schaltung 400 umfasst einen ersten Kondensator C₁, der zwischen den Eingang 401 und Masse (beispielsweise zweite Spannung) geschaltet ist, einen zweiten Kondensator C₂, der zwischen die Verbindung der ersten und zweiten LPF-Stufen 410 und 411 und Masse (beispielsweise zweite Spannung) geschaltet ist, und einen dritten Kondensator, der zwischen den Ausgang 402 und Masse (beispielsweise zweite Spannung) geschaltet ist. In einigen Ausführungsformen können die Werte der Kondensatoren C_1-3 auf der Basis der gewünschten, vorgegebenen Grenzfrequenz der LPF-Schaltung 400 gewählt werden.
Die erste LPF-Stufe 410 umfasst einen Transistor 480, der mit einem Paar in umgekehrter Polarität geschalteten Dioden 481 parallel geschaltet ist. Die in umgekehrter Polarität geschalteten Dioden 481 umfassen eine erste Diode mit einem Anodenanschluss, der mit einem Kathodenanschluss einer zweiten Diode verbunden ist, und einem Kathodenanschluss der ersten Diode, der mit einem Anodenanschluss der zweiten Diode verbunden ist. Der Transistor 480 weist einen Steueranschluss (beispielsweise Gate-Anschluss) auf, der mit einem zweiten Anschluss 483 der ersten LPF-Stufe 410 und mit einem ersten Anschluss des Transistors 480 verbunden ist. Die zweite LPF-Stufe 411 umfasst einen Transistor 490, der mit einem Paar in umgekehrter Polarität geschalteter Dioden 491 parallel geschaltet ist. Die in umgekehrter Polarität geschalteten Dioden 491 umfassen eine erste Diode mit einem Anodenanschluss, der mit einem Kathodenanschluss einer zweiten Diode verbunden ist, und einem Kathodenanschluss der ersten Diode, der mit einem Anodenanschluss der zweiten Diode verbunden ist. Der Transistor 490 weist einen Steueranschluss (beispielsweise Gate-Anschluss) auf, der mit dem Ausgang 402 der LPF-Schaltung 400 und mit einem ersten Anschluss des Transistors 490 verbunden ist.
5 ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels für einen ESD-Schaltkreis (elektrostatische Entladung) 500. In einigen Ausführungsformen kann der ESD-Schaltkreis 500 als der ESD-Schaltkreis 212 aus 2 implementiert sein. Es ist zu schätzen, dass in anderen Ausführungsformen andere Typen oder Formen von ESD-Schaltungen oder Teilschaltungen davon zusätzlich oder alternativ zur ESD-Schaltung 500 implementiert werden können.
Die ESD-Schaltung 500 umfasst einen ersten Anschluss 501, der so konfiguriert ist, dass er mit einem Ausgang einer mehrstufigen Ladungspumpenschaltung verbunden werden kann, und einen zweiten Anschluss 502, der so konfiguriert ist, dass er mit Masse (beispielsweise einer zweiten Spannung) verbunden werden kann. Die ESD-Schaltung 500 kann mehrere Transistoren 510a-d umfassen, die zwischen dem ersten Anschluss 502 und Masse gestapelt sind. Die mehreren Transistoren 510a-d können gestapelt werden, indem jeder der mehreren Transistoren 510a-d zwischen dem ersten Anschluss 501 und dem zweiten Anschluss 502 in Reihe geschaltet wird. In einigen Ausführungsformen weist jeder der mehreren Transistoren einen Steueranschluss (beispielsweise Gate-Anschluss) auf, der mit einem entsprechenden ersten Anschluss verbunden ist. In einigen Ausführungsformen ist jeder der mehreren Transistoren 510a-d ein PMOS-Transistor. In einigen Ausführungsformen umfasst jeder der mehreren Transistoren 510a-d eine Signalumkehrung (beispielsweise ein NOT-Gate) an den jeweiligen Steueranschlüssen. Auf diese Weise beginnt jeder der mehreren Transistoren 510a-d des ESD-Schaltkreises 500 zu leiten, wenn die Spannung am ersten Anschluss um eine vorbestimmte Spannung oder unter eine vorbestimmte Spannung abfällt, wodurch der erste Anschluss 501 elektrisch entladen wird. In einigen Ausführungsformen ist jeder der mehreren Transistoren 510a-d ein NMOS-Transistor. Die Anzahl der mehreren Transistoren 510a-d, die zusammen verwendet oder gestapelt werden, hängt von der jeweiligen Ausführung und dem Design der DC-Vorspannungsschaltung ab. Jeder der mehreren Transistoren 510a-d kann, wie hier beschrieben, in verschiedenen P-Wells oder N-Wells hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen werden die mehreren Transistoren 510a-d mit einem DTI um jeden Transistor herum hergestellt (oder beispielsweise um jede N-Well oder P-Well), so dass die Transistoren eine Durchbruchspannung aufweisen, die ausreicht, um sicherzustellen, dass der ESD-Schaltkreis 500 nicht durchschlägt oder Leckströme aufweist, während die Mikrofonanordnung in Betrieb ist.
Im Allgemeinen sind nun, bezogen auf 6 - 14, mehrere verschiedene Ansichten von mehreren Transistoren dargestellt. 6, 9, 11 und 13 zeigen die seitliche Schnittansicht eines entsprechenden Transistorprozesses. In den 7-8, 10, 12 und 14 sind Draufsichten der jeweiligen Transistorprozesse dargestellt. Ein Beispiel einer Ladungspumpe der Stufe 300, wie sie in 3 besprochen wird, wird zusammen mit der Beschreibung der 6-14 erwähnt und zur Referenz in den 6, 9 und 11 wiedergegeben. In einigen Ausführungsformen kann sich die P-Well-Region auf eine Region beziehen, die in ein Substrat eingebettet ist, das mit einem P-Typ-Material dotiert ist, und die N-Well-Region kann sich auf eine Region beziehen, die in ein Substrat eingebettet ist, das mit einem N-Typ-Material dotiert ist.
Unter Bezugnahme auf 6 ist nun ein Transistorprozess mit tiefer Grabenisolation (DTI) 600 dargestellt. Der Transistorprozess mit DTI 600 umfasst ein Substrat vom P-Typ 601 mit einer P-Well 602 und einer N-Well 603. Ein erster Transistor M₁ wird in der P-Well 602 mit einem ersten N+ -Pad 620 und einem zweiten N+ -Pad 621 gebildet, die in der P-Well 602 in einem Abstand voneinander angeordnet und durch ein Polysubstrat 622 verbunden sind. Ein zweiter Transistor M₃ ist in der N-Well 603 gebildet, mit einem ersten P+ -Pad 630 und einem zweiten P+ -Pad 631, die in der N-Well 603 in einem Abstand voneinander angeordnet und durch ein Polysubstrat 633 verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich können der erste Transistor M₁ und der zweite Transistor M₃ so konfiguriert werden, dass der zweite Transistor M₃ in der P-Well 602 und der erste Transistor M₁ in der N-Well 602 gebildet wird. Zusätzlich kann in einigen Ausführungsformen das P-Typ-Substrat 601 als N-Typ-Substrat implementiert sein. Das heißt, die Erklärung der verschiedenen Komponenten in 6 soll veranschaulichend sein, und in alternativen Ausführungsformen sind andere Dotierungskonfigurationen und Konfigurationen von zusätzlichen oder weniger der verschiedenen Komponenten möglich. Die P+- und N+ -Pads können sich auf Bereiche oder Regionen innerhalb der jeweiligen N-Well- und P-Well-Regionen beziehen, die entweder in P-Typ-Materialien oder in N-Typ-Materialien dotiert sind.
In 6 umfasst der Transistorprozess mit tiefer Grabenisolation (DTI) 600 auch eine erste tiefe N-Well 640, eine zweite tiefe N-Well 641, ein erstes DTI 643 und ein zweites DTI 644. Die erste tiefe N-Well 640 befindet sich neben der P-Well 602 zwischen einer Seite der P-Well 602 und dem P-Typ-Substrat 601. Das erste DTI 643 ist um den Umfang der P-Well 602 zwischen der P-Well 602 und dem P-Typ-Substrat 601 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das erste DTI 643 auch um den Umfang der ersten tiefen N-Well 640 angeordnet, so dass der Umfang der ersten tiefen N-Well 640 über das erste DTI 643 vom P-Typ-Substrat 601 durch ein Durchgangsloch vom P-Typ-Substrat 601 getrennt ist. Die zweite tiefe N-Well 641 befindet sich angrenzend an die N-Well 603 zwischen einer Seite der N-Well 603 und dem P-Typ-Substrat 601. Das zweite DTI 644 ist um den Umfang der N-Well 603 zwischen der N-Well 603 und dem P-Typ-Substrat 601 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das zweite DTI 644 ebenfalls um den Umfang der zweiten tiefen N-Well 641 herum angeordnet, so dass der Umfang der ersten tiefen N-Well 640 über das zweite DTI 644 vom P-Typ-Substrat 601 getrennt ist.
Mit anderen Worten, das erste DTI 643 ist um oder um den ersten Transistor M₁ herum angeordnet und das zweite DTI 644 ist um oder um den zweiten Transistor M₂ herum angeordnet. Das erste DTI 643 verhindert, dass eine Spannung am ersten Transistor M₁ (beispielsweise eine Spannung entweder am ersten Pad 620 oder am zweiten Pad 621) auf das P-Substrat 601 durchschlägt. Das zweite DTI 644 verhindert, dass eine Spannung am zweiten Transistor M₂ (beispielsweise eine Spannung entweder am ersten Pad 630 oder am zweiten Pad 631) auf das P-Typ-Substrat 601 durchschlägt. Mit anderen Worten, das erste und zweite DTI 643 und 644 erhöhen die elektrische Isolierung um die jeweiligen Transistoren, wodurch ein Schwellenwert für die Durchbruchspannung der jeweiligen Transistoren erhöht wird (beispielsweise die Durchbruchspannung an der P-Well 602 und N-Well 603). Die Durchbruchspannung der P-Well 602 und der N-Well 603 stellt eine Grenze dafür dar, wie hoch das Design einer Ladungspumpe sein kann, um hohe Spannungen zu erzeugen. So ermöglichen die um oder um die jeweiligen Transistoren M₁ und M₂ angeordneten DTI die Erzeugung höherer Gleichspannungen (beispielsweise 50-200 Volt), die zur Erhöhung der Empfindlichkeit und des SNR einer Mikrofonanordnung verwendet werden können.
Ähnlich wie bei den in der Ladungspumpenstufe 300 dargestellten Transistoren kann ein erstes Terminal-Pad (beispielsweise das erste Pad 620) des ersten Transistors M₁ über den Anschluss 691 elektrisch mit einem Eingang v_in der Ladungspumpenstufe 300 gekoppelt werden. Zusätzlich kann ein zweiter Anschluss (beispielsweise das zweite Pad 621) des ersten Transistors M₁ über den Anschluss 692 elektrisch mit einem ersten Anschluss (beispielsweise dem ersten Pad 630) des zweiten Transistors M₃ und einem ersten Anschluss eines ersten Kondensators C₁ über ein Durchgangsloch gekoppelt sein. Ein zweiter Anschluss (beispielsweise zweites Terminal-Pad 631) des zweiten Transistors M₂ kann über das Durchgangsloch 693 mit dem Ausgang v_out der Ladungspumpe Stufe 300 elektrisch gekoppelt werden. In einigen Ausführungsformen wird ein dritter Transistor M₂ ähnlich wie der erste Transistor M₁ und ein vierter, fünfter und sechster Transistor M_4-6 ähnlich wie der zweite Transistor gebildet.
Der erste Kondensator C₁ kann mit jedem bekannten Prozess oder als jede Art von Kondensator hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen umfasst der erste Kondensator C₁ einen ersten Anschluss 681, der so konfiguriert ist, dass er an eine Phase eines Taktgebers angeschlossen werden kann. Der erste Kondensator C₁ umfasst auch eine erste Metallplatte 682 und eine zweite Metallplatte 683, die elektrisch mit dem ersten Anschluss 681 verbunden ist. Die erste Metallplatte 682 ist zwischen einer dritten Metallplatte 684 und einer vierten Metallplatte 685 angeordnet und weist dazwischen einen dielektrischen Median auf. Die zweite Metallplatte 683, die zwischen einer Außenkante und der vierten Metallplatte 685 angeordnet ist, wobei die vierte Metallplatte 695 und die zweite Metallplatte 683 ein Dielektrikum dazwischen aufweisen. Die dritte Metallplatte 684 und die vierte Metallplatte 685 sind elektrisch mit einer zweiten Klemme 688 des ersten Kondensators C₁ gekoppelt. In einigen Ausführungsformen kann der zweite Kondensator C₂ der Ladungspumpenstufe 300 ähnlich geformt oder hergestellt sein wie der erste Kondensator C₁.
Der erste Kondensator C₁ kann mit jedem bekannten Prozess oder als jede Art von Kondensator hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen umfasst der erste Kondensator C₁ einen ersten Anschluss 681, der so konfiguriert ist, dass er an eine Phase eines Taktgebers angeschlossen werden kann. Der erste Kondensator C₁ umfasst auch eine erste Metallplatte 682 und eine zweite Metallplatte 683, die elektrisch mit dem ersten Anschluss 681 verbunden ist. Die erste Metallplatte 682 ist zwischen einer dritten Metallplatte 684 und einer vierten Metallplatte 685 angeordnet und weist dazwischen einen dielektrischen Median auf. Die zweite Metallplatte 683, die zwischen einer Außenkante und der vierten Metallplatte 685 angeordnet ist, wobei die vierte Metallplatte 695 und die zweite Metallplatte 683 ein Dielektrikum dazwischen aufweisen. Die dritte Metallplatte 684 und die vierte Metallplatte 685 sind elektrisch mit einer zweiten Klemme 688 des ersten Kondensators C₁ gekoppelt. In einigen Ausführungsformen kann der zweite Kondensator C₂ der Ladungspumpenstufe 300 ähnlich geformt oder hergestellt sein wie der erste Kondensator C₁.
8 zeigt eine Draufsicht des Transistorprozesses 800 ähnlich dem in Bezug auf 6 dargestellten Prozess und umfasst die mehreren Transistoren aus der Ladungspumpenstufe 300. Der Transistorprozess 800 umfasst das P-Typ Substrat 601, eine P-Well 602 und eine N-Well 603. Die Transistoren M₁ und M₂ sind in der P-Well 602-Region angeordnet oder ausgebildet, und die Transistoren M₃, M₄, M₅ und M₆ sind in der N-Well 603 angeordnet oder ausgebildet. Der erste DTI 643 ist um die gesamte N-Well angeordnet (beispielsweise die beiden Transistoren M₁ und M₂). Der zweite DTI 644 ist um die gesamte P-Well angeordnet (beispielsweise um alle Transistoren M₃, M₄, M₅ und M₆). Alternativ oder zusätzlich kann in einigen Ausführungsformen jeder Transistor M_1-6 ein entsprechendes DTI aufweisen, das um oder um jeden Transistor einzeln angeordnet ist.
Unter Bezugnahme auf 9 ist nun ein zweiter Transistorprozess mit tiefer Grabenisolation (DTI) 900 dargestellt. Der zweite Transistorprozess 900 ähnelt dem Transistorprozess 600, der mit Bezug auf 6 beschrieben wird. Der zweite Transistorprozess 900 umfasst jedoch eine vergrabene Isolierschicht 901 innerhalb des P-Typ-Substrats 601. Die vergrabene Isolierschicht 901 kann innerhalb des P-Typ-Substrats 601 angeordnet werden und sich horizontal unter den ersten und zweiten Transistoren M₁ und M₃ als ein zusammenhängendes Material erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann die vergrabene Isolierschicht 901 mehrere verschiedene Abschnitte umfassen, die jeweils so angeordnet sind, dass sie eine entsprechende P-Well oder N-Well isolieren. Die vergrabene Isolierschicht 901 kann eine vergrabene Oxidschicht, Siliziumoxid oder ein anderes elektrisch isolierendes Material umfassen. Die vergrabene Isolierschicht 901 ist neben der ersten tiefen N-Well 640 positioniert und so angeordnet, dass sie das erste DTI 643 kontaktiert, während sich das erste DTI um die P-Well 602 herum erstreckt, um die P-Well 102 vom P-Substrat elektrisch zu isolieren. Des Weiteren ist die vergrabene Isolierschicht 901 angrenzend an die zweite tiefe N-Well 641 positioniert und so angeordnet, dass sie das zweite DTI 644 kontaktiert, wenn sich das zweite DTI um die N-Well 603 herum erstreckt, um die N-Well 603 vom P-Substrat elektrisch zu isolieren. Mit anderen Worten, die vergrabene Isolierschicht 901 ist so konfiguriert, dass sie die Durchbruchspannung der Transistoren erhöht.
Unter Bezugnahme auf 10 ist nun ein dritter Transistorprozess mit tiefer Grabenisolation (DTI) 1000 dargestellt. Der dritte Transistorprozess 1000 ähnelt dem Transistorprozess 600, der mit Bezug auf 6 beschrieben wird. Der dritte Transistorprozess 1000 umfasst vergrabene Wells, um die elektrische Isolation zwischen der P-Well 602 und dem Substrat und der N-Well 603 und dem Substrat zu erhöhen. Die vergrabenen Wells umfassen ein vergrabenes P-Well 1001, das auf einer Seite des ersten tiefen N-Well 640 angeordnet oder ausgebildet ist, die der Seite des ersten tiefen N-Well 640, die an das P-Well 602 angrenzt, gegenüberliegt. Die vergrabenen Wells umfassen auch ein vergrabenes N-Well 1002, das auf einer Seite des vergrabenen P-Well 1001 angeordnet oder ausgebildet ist, die der Seite des vergrabenen P-Well 1001 gegenüberliegt, die an das tiefe N-Well 640 angrenzt. Das erste DTI 643 ist so konfiguriert, dass es sich tief genug in das P-Typ-Substrat 601 erstreckt, so dass die vergrabene P-Well 1001 und die vergrabene N-Well 1002 das erste DTI 643 kontaktieren, während sich das erste DTI 643 um die P-Well 602 herum erstreckt (beispielsweise und den ersten Transistor M₁).
Die vergrabenen Wells umfassen auch ein vergrabenes P-Well 1011, das auf einer Seite des zweiten tiefen N-Well 641 angeordnet oder ausgebildet ist, die der Seite des zweiten tiefen N-Well 641, die an das N-Well 603 angrenzt, gegenüberliegt. Die vergrabenen Wells umfassen auch ein vergrabenes N-Well 1012, das auf einer Seite des vergrabenen P-Well 1011 angeordnet oder ausgebildet ist, die der Seite des vergrabenen P-Well 1011, die an das zweite tiefe N-Well 641 angrenzt, gegenüberliegt. Das zweite DTI 644 ist so konfiguriert, dass es sich tief genug in das P-Typ-Substrat 601 erstreckt, so dass die vergrabene P-Well 1011 und die vergrabene N-Well 1012 das zweite DTI 643 kontaktieren, während sich das zweite DTI 644 um die N-Well 603 herum erstreckt (beispielsweise und der zweite Transistor M₃).
Unter Bezugnahme auf 11 ist nun ein vierter Transistorprozess mit tiefer Grabenisolation (DTI) 1100 dargestellt. Der vierte Transistorprozess 1100 ähnelt dem mit Bezug auf 6 beschriebenen Transistorprozess 600. Der vierte Transistorprozess 1100 umfasst die P-Well 602 und die N-Well 603, die sich einen Teil des DTI 1101 teilen. Der gemeinsam genutzte Teil von DTI 1101 kann Teile der P-Well 602 und der N-Well 603 umfassen, die nebeneinander liegen. In einigen Ausführungsformen entspricht die Dicke des gemeinsam genutzten Teils von DTI 1101 der Dicke der Teile von DTI 643 und 644, die nicht gemeinsam genutzt werden. In einigen Ausführungsformen ist die Dicke des gemeinsam genutzten Teils von DTI 1101 größer als die Dicke der nicht gemeinsam genutzten Teile von DTI 643 und 644.
12 zeigt eine Draufsicht des vierten Transistorprozesses 1100 ähnlich und umfasst die mehreren Transistoren aus der Ladungspumpe Stufe 300. Die Draufsicht des vierten Transistorprozesses 1100 zeigt das P-Typ-Substrat 601 mit der N-Well 602 und der P-Well 603. Die P-Well 602 ist von einer Kombination aus dem ersten Abschnitt des DTI 643 und dem gemeinsamen Abschnitt des DTI 1101 umgeben. Die N-Well 603 ist von einer Kombination aus dem zweiten DTI und dem gemeinsam genutzten Teil von DTI 1101 umgeben. Das heißt, auf der Seite (beispielsweise Teile) der angrenzenden P-Well 602 und der N-Well 603 teilen sich die P-Well 602 und die N-Well 603 einen DTI 1101. In einigen Ausführungsformen kann ein dritter DTI 1201 um die Außenseite sowohl des ersten als auch des zweiten DTI 643 und 644 Rings angeordnet oder gebildet werden. Das dritte DTI 1201 kann auch verwendet werden, um die Durchbruchspannungen der Transistoren zu erhöhen.
Unter Bezugnahme auf 13 wird nun eine Seitenansicht eines fünften Transistorprozesses 1300 gezeigt, der mehrere Transistoren innerhalb eines DTI-Rings umfasst. Der fünfte Transistorprozess 1300 ähnelt dem Transistorprozess 600, der mit Bezug auf 6 beschrieben wird. Der fünfte Transistorprozess 1300 umfasst eine P-Well 602 und eine N-Well 603 mit einem DTI-Ring 1301, der sowohl um die P-Well 602 als auch um die N-Well 603 herum angeordnet ist (beispielsweise um eine erste Well-Region angeordnet, die eine oder mehrere P-Well-Regionen und/oder N-Well-Regionen umfasst). Das heißt, in einigen Ausführungsformen kann der DTI 1301 in einem Ring angeordnet sein (beispielsweise um eine erste Vertiefungsregion), der eine oder mehrere P-Well 602 und eine oder mehrere N-Well 603 umfasst. In einigen Ausführungsformen können die eine oder mehrere P-Wells 602 und die eine oder mehrere N-Wells 603 eine flache Grabenisolation (STI) aufweisen, die zwischen den entsprechenden N-Wells 603 und P-Wells 602 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen weisen die eine oder mehrere P-Well 602 und die eine oder mehrere N-Well 603 keine STI- oder DTI-Barriere zwischen benachbarten N-Well 603 und/oder P-Well 602 auf. In einigen Ausführungsformen kann die Konfiguration von Größe, Position und Lage jeder der einen oder mehreren P-Wells 602 und der einen oder mehreren N-Wells 603, die sich innerhalb des DTI-Rings 1301 befinden, je nach der speziellen Anwendung oder Konfiguration oder der Art der in der Mikrofonanordnung implementierten Schaltungen variieren.
Der fünfte Transistorprozess 1300 umfasst auch eine tiefe N-Well-Region 1340, die sich entlang einer ersten Seite der N-Well-Region 603 und der P-Well-Region 602 erstreckt. Die tiefe N-Well-Region 1340 ist zwischen dem Substrat 601 und den N-Well- und P-Well-Regionen 603 und 602 angeordnet. In einigen Ausführungsformen können auch zusätzliche Deep-Well-Regionen oder Oxidschichten verwendet oder gestapelt werden, um Leckströme zu verringern und/oder die Durchbruchspannung der jeweiligen Transistoren zu erhöhen (beispielsweise durch elektrische Isolierschicht der Transistoren und der jeweiligen Wells vom Substrat 601.
Unter Bezugnahme auf 14 wird nun eine Draufsicht auf ein Substrat eines Transistorprozesses gezeigt, der mehrere Transistoren innerhalb eines DTI-Rings 1400 umfasst. Die Draufsicht des Transistorprozesses, der mehrere Transistoren in einem DTI-Ring 1400 umfasst, zeigt das P-Typ-Substrat 601 mit einer P-Well-Region 602 und einer N-Well-Region 603, die nebeneinander angeordnet sind. Das Substrat vom P-Typ umfasst auch eine DTI-Barriere 1301, die um oder um die P-Well-Region 602 und die N-Well-Region 603 herum angeordnet ist. Das heißt, die DTI-Barriere 1301 erstreckt sich um einen Teil des Umfangs der P-Well-Region 602 und einen Teil des Umfangs der N-Well-Region 603. Die DTI-Barriere 1301 ist so konfiguriert, dass sie (beispielsweise in Kombination mit vergrabenen Schichten wie der tiefen N-Well-Schicht 1340) die P-Well-Region 602 und die N-Well-Region 603 vom P-Typ-Substrat 601 elektrisch isoliert (beispielsweise in Kombination mit vergrabenen Schichten wie der tiefen N-Well-Schicht 1340). Die N-Well-Region 603 kann einen oder mehrere Transistoren 1401 (oder beispielsweise Dioden) aufweisen, die sich innerhalb der N-Well-Region 603 befinden, und die P-Well-Region 604 kann einen oder mehrere Transistoren 1402 aufweisen, die sich innerhalb der P-Well-Region 603 befinden. Die DTI-Barriere 1301 erhöht die Durchbruchspannung der Transistoren 1401 und 1402 und ermöglicht es, effizient höhere Spannungen (beispielsweise über 55 Volt) zu erreichen oder an den Transistoren zu verwenden.
In einigen Ausführungsformen kann sich die DTI-Barriere 1301 um oder um einen Bereich erstrecken, der mehrere diskrete P-Well-Regionen 602 und/oder mehrere diskrete N-Well-Regionen 603 umfasst. Die mehreren P-Well-Regionen 602 und die mehreren N-Well-Regionen 603 können in jeder beliebigen Geometrie positioniert, lokalisiert oder angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann jede der mehreren P-Well-Regionen 602 und der mehreren N-Well-Regionen 603 einen oder mehrere Transistoren (oder beispielsweise Dioden) aufweisen, die sich in der jeweiligen Region befinden. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere der mehreren P-Well-Regionen 602 und der mehreren N-Well-Regionen 603 auch eine andere oder entsprechende DTI-Barriere oder einen Ring aufweisen, der um die jeweilige Region herum angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen können die P-Well-Region 602 und die N-Well-Region 603 keine Barriere oder eine dazwischen angeordnete flache Grabenisolationsbarriere aufweisen.
Der hier beschriebene Gegenstand veranschaulicht manchmal verschiedene Komponenten, die in verschiedenen anderen Komponenten enthalten oder mit ihnen verbunden sind. Es ist zu verstehen, dass solche dargestellten Architekturen veranschaulichend sind, und dass tatsächlich viele andere Architekturen implementiert werden können, die die gleiche Funktionalität erreichen. In einem konzeptionellen Sinne ist jede Anordnung von Komponenten zur Erzielung der gleichen Funktionalität effektiv „verbunden“, so dass die gewünschte Funktionalität erreicht wird. Daher können zwei beliebige Komponenten, die hier kombiniert werden, um eine bestimmte Funktionalität zu erreichen, als miteinander „verbunden‟ angesehen werden, so dass die gewünschte Funktionalität erreicht wird, unabhängig von Architekturen oder intermedialen Komponenten. Gleichermaßen können zwei auf diese Weise verknüpfte Komponenten auch als „betriebsfähig miteinander verbunden“ oder „betriebsfähig miteinander gekoppelt“ angesehen werden, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen, und zwei Komponenten, die auf diese Weise verknüpft werden können, können auch als „betriebsfähig miteinander koppelbar“ angesehen werden, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen. Spezifische Beispiele für betriebsfähig koppelbare Komponenten umfassen, sind aber nicht beschränkt auf physikalisch koppelbare und/oder physikalisch interagierende Komponenten und/oder drahtlos interagierende und/oder drahtlos interagierende Komponenten und/oder logisch interagierende und/oder logisch interagierende Komponenten.
Was die Verwendung von Plural- und/oder Singulartermini in diesem Dokument betrifft, so können diejenigen, die Geschick in der Technik aufweisen, vom Plural in den Singular und/oder vom Singular in den Plural übersetzen, wie es dem Kontext und/oder der Anwendung angemessen ist. Die verschiedenen Singular/Plural-Permutationen können hier der Klarheit halber ausdrücklich aufgeführt werden.
Diejenigen, die in der Technik tätig sind, werden verstehen, dass die hierin und insbesondere in den beigefügten Ansprüchen verwendeten Begriffe (beispielsweise Hauptteile der beigefügten Ansprüche) im Allgemeinen als „offene“ Begriffe gedacht sind (beispielsweise sollte der Begriff „einschließlich“ als „einschließlich, aber nicht beschränkt auf‟, der Begriff „haben“ als „wenigstens haben“, der Begriff „umfasst“ als „umfasst, aber nicht beschränkt auf“ usw. ausgelegt werden).
Obwohl die Figs. und die Beschreibung eine bestimmte Reihenfolge der Verfahrensschritte veranschaulichen können, kann die Reihenfolge dieser Schritte von der dargestellten und beschriebenen Reihenfolge abweichen, sofern oben nicht anders angegeben. Außerdem können zwei oder mehr Schritte gleichzeitig oder teilweise gleichzeitig ausgeführt werden, sofern oben nicht anders angegeben. Eine solche Variation kann zum Beispiel von den gewählten Software- und Hardwaresystemen und von der Wahl des Designers abhängen. Alle derartigen Variationen fallen in den Geltungsbereich der Offenbarung. Ebenso könnten Software-Implementierungen der beschriebenen Verfahren mit Standard-Programmiertechniken mit regelbasierter Logik und anderer Logik durchgeführt werden, um die verschiedenen Verbindungsschritte, Verarbeitungsschritte, Vergleichsschritte und Entscheidungsschritte zu erreichen.
Diejenigen in der Technik werden des Weiteren verstehen, dass, wenn eine bestimmte Anzahl einer eingeführten Anspruchsaufzählung beabsichtigt ist, eine solche Absicht im Anspruch explizit aufgeführt wird, und dass in Ermangelung einer solchen Aufzählung keine solche Absicht vorliegt. Als Verständnishilfe können zum Beispiel die folgenden beigefügten Ansprüche die Verwendung der einleitenden Sätze „wenigstens einer“ und „einer oder mehrere“ enthalten, um Anspruchsrezitationen einzuführen. Die Verwendung solcher Sätze sollte jedoch nicht dahingehend ausgelegt werden, dass die Einführung einer Anspruchswiederholung durch die unbestimmten Artikel „ein“ oder „eine“ einen bestimmten Anspruch, der eine solche eingeführte Anspruchswiederholung enthält, auf Erfindungen beschränkt, die nur eine solche Wiederholung enthalten, selbst wenn derselbe Anspruch die einleitenden Sätze „ein/e oder mehrere“ oder „wenigstens eine/n“ und unbestimmte Artikel wie „ein“ oder „eine“ umfasst (beispielsweise „ein“ und/oder „eine“ ist typischerweise so auszulegen, dass damit „wenigstens ein“ oder „einer oder mehrere“ gemeint sind); dasselbe gilt für die Verwendung bestimmter Artikel, die zur Einführung von Anspruchsrezitationen verwendet werden. Darüber hinaus werden diejenigen, die sich in der Technik auskennen, auch dann, wenn eine bestimmte Zahl einer eingeführten Anspruchs-Rezitation explizit rezitiert wird, erkennen, dass eine solche Rezitation typischerweise so interpretiert werden sollte, dass zumindest die rezitierte Zahl gemeint ist (beispielsweise bedeutet die bloße Rezitation von „zwei Rezitationen“ ohne andere Modifikatoren typischerweise wenigstens zwei Rezitationen oder zwei oder mehr Rezitationen).
Darüber hinaus ist in den Fällen, in denen eine Konvention analog zu „wenigstens einem von A, B und C usw.“ verwendet wird, im Allgemeinen eine solche Konstruktion in dem Sinne gemeint, dass jemand, der in der Technik bewandert ist, die Konvention verstehen würde (beispielsweise „ein System, das wenigstens eines von A, B und C aufweist“ würde Systeme umfassen, die A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen und/oder A, B und C zusammen usw. aufweisen, ohne darauf beschränkt zu sein). In den Fällen, in denen eine Konvention analog zu „wenigstens einem von A, B oder C usw.“ verwendet wird, ist eine solche Konstruktion im Allgemeinen in dem Sinne beabsichtigt, dass jemand, der in der Technik bewandert ist, die Konvention verstehen würde (beispielsweise „ein System, das wenigstens eines von A, B oder C aufweist“ würde Systeme umfassen, die A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen und/oder A, B und C zusammen usw. aufweisen, ohne darauf beschränkt zu sein). Des Weiteren wird von denjenigen in der Technik verstanden werden, dass praktisch jedes disjunktive Wort und/oder jeder Satz, das/der zwei oder mehr alternative Begriffe enthält, sei es in der Beschreibung, in den Ansprüchen oder in den Zeichnungen, so verstanden werden sollte, dass die Möglichkeiten, einen der Begriffe, einen der Begriffe oder beide Begriffe zu umfassen, in Betracht gezogen werden sollten. Zum Beispiel wird der Ausdruck „A oder B“ so verstanden werden, dass er die Möglichkeiten von „A“ oder „B“ oder „A und B“ umfasst.
Des Weiteren bedeutet, sofern nicht anders angegeben, die Verwendung der Wörter „ungefähr“, „annähernd“, „circa“, „in etwa“ usw. plus oder minus zehn Prozent.
Die vorstehende Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen wurde zu Illustrations- und Beschreibungszwecken dargestellt. Sie ist nicht als erschöpfend oder einschränkend in Bezug auf die genaue offengelegte Form gedacht, und Änderungen und Variationen sind im Lichte der obigen Lehren möglich oder können aus der Praxis der offengelegten Ausführungsformen gewonnen werden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.

Claims

Integrierte Schaltung zur Kopplung mit einem kapazitiven MEMS-Wandler (Mikroelektromechanisches System) und zur Signalaufbereitungsschaltung, wobei die integrierte Schaltung umfasst: eine Signalaufbereitungsschaltung mit einem Eingang, der elektrisch mit einem Ausgang eines kapazitiven MEMS-Wandlers verbindbar ist, wobei die Signalaufbereitungsschaltung einen Ausgang aufweist; eine Wandler-Vorspannungsschaltung, umfassend: eine Ladungspumpenschaltung, die eine Vielzahl von kaskadierten Ladungspumpenstufen zwischen einem Eingang und einem Ausgang der Ladungspumpe umfasst, wobei jede Ladungspumpenstufe einen Kondensator umfasst, der mit einem ersten Halbleiterbauelement gekoppelt ist, wobei das erste Halbleiterbauelement in einer ersten Well-Region angeordnet ist, die in ein Substrat eingebettet und mit einem Material vom P- oder N-Well-Typ dotiert ist, wobei eine erste tiefe Grabenisolationsbarriere um die erste Well-Region herum angeordnet ist und wenigstens einen Abschnitt der ersten Well-Region vom Substrat isoliert; eine an den Ausgang der Ladungspumpe gekoppelte Schutzschaltung für elektrostatische Hochspannungsentladungen; und einen an den Ausgang der Ladungspumpe gekoppelten Filter.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Kondensator mit einer zweiten Halbleitervorrichtung gekoppelt ist, die mit der ersten Halbleitervorrichtung gekoppelt ist, wobei die zweite Halbleitervorrichtung in einer zweiten Well-Region angeordnet ist, die in das Substrat eingebettet und mit einem Material vom P- oder N-Typ dotiert ist, das zu dem Material vom P- oder N-Typ der ersten Well-Region komplementär ist, wobei eine zweite tiefe Grabenisolationsbarriere um wenigstens einen Abschnitt der zweiten Well-Region angeordnet ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Kondensator mit einer zweiten Halbleitervorrichtung gekoppelt ist, die mit der ersten Halbleitervorrichtung gekoppelt ist, wobei die zweite Halbleitervorrichtung in einer zweiten Well-Region angeordnet ist, die in das Substrat eingebettet und mit einem Material vom P- oder N-Typ dotiert ist, das zu dem Material vom P- oder N-Typ der ersten Well-Region komplementär ist, wobei die erste tiefe Grabenisolationsbarriere um wenigstens einen Abschnitt der zweiten Well-Region herum angeordnet ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterbauelement eine Diode oder einen Transistor umfasst.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei die erste tiefe Grabenisolationsbarriere um eine Peripherie der ersten Well-Region angeordnet ist und ein tiefer Well in das Substrat unterhalb der ersten Well-Region eingebettet ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Oxidschicht, die in dem Substrat unterhalb der ersten Well-Region vergraben ist und mit wenigstens einem Abschnitt der ersten tiefen Grabenisolationsbarriere verbunden ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine äußere tiefe Grabenisolationsbarriere, die um die erste tiefe Grabenisolationsbarriere herum angeordnet ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Vorspannungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie eine Gleichspannung von wenigstens 60 Volt ausgibt, wenn die Vorspannungsschaltung mit einer Stromquelle verbunden ist, die eine Gleichspannung von 3-6 Volt liefert.
Kapazitive Wandler-Vorspannungsschaltung, umfassend: eine Ladungspumpenschaltung, umfassend: eine Vielzahl von kaskadierten Ladungspumpenstufen zwischen einem Eingang und einem Ausgang, wobei die Vielzahl von kaskadierten Ladungspumpenstufen eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen umfasst, die jeweils innerhalb einer P-Well-Region oder einer N-Well-Region eines Substrats angeordnet sind, wobei die P-Well-Region oder die N-Well-Region entlang eines Umfangs der P-Well-Region oder der N-Well-Region über eine tiefe Grabenisolationsbarriere von dem Substrat elektrisch isoliert ist; und die Vielzahl von kaskadierten Ladungspumpenstufen so konfiguriert ist, dass sie eine Gleichstrom (DC) -Spannung von wenigstens 60 Volt ausgibt; eine Schutzschaltung für elektrostatische Hochspannungsentladungen, die mit dem Ausgang der Ladungspumpe gekoppelt ist; und einen an den Ausgang der Ladungspumpe gekoppelten Filter.
Schaltung nach Anspruch 9, wobei die N-Well-Region über die tiefe Grabenisolationsbarriere und eine tiefe N-Well-Region elektrisch vom Substrat isoliert ist.
Schaltung nach Anspruch 10, wobei die P-Well-Region über ein zweites Durchgangsloch mit tiefer Grabenisolation und die tiefe N-Well-Region von dem Substrat elektrisch isoliert ist.
Schaltung nach Anspruch 9, wobei die tiefen Grabenisolationsgräben mit einer vergrabenen Oxidschicht verbunden sind, wobei die vergrabene Oxidschicht und der tiefe Grabenisolationsgraben die P-Well-Region vom Substrat und die N-Well-Region vom Substrat elektrisch isolieren.
Schaltung nach Anspruch 9, des Weiteren umfassend eine äußere tiefe Grabenisolationsbarriere, die um die tiefe Grabenisolationsbarriere herum angeordnet ist.