硅基低漏電流懸臂梁浮動(dòng)?xùn)诺膔s觸發(fā)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提出了硅基低漏電流懸臂梁浮動(dòng)?xùn)诺腞S觸發(fā)器，屬于微電子機(jī)械系統(tǒng) (MEMS)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 大多數(shù)數(shù)字集成電路中，除了需要具有邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算功能的組合邏輯電路 之外，還需要具有存儲(chǔ)功能的電路，而RS觸發(fā)器就是一種將組合邏輯電路和存儲(chǔ)電路相結(jié) 合的時(shí)序邏輯電路，RS觸發(fā)器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成、速度快等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各種 數(shù)字電路中。把兩個(gè)與非門(mén)的輸入和輸出交叉連接即可得到最為簡(jiǎn)單的RS觸發(fā)器，它擁有 兩個(gè)輸入端R端、S端以及兩個(gè)輸出端Q和f，這種基本RS觸發(fā)器中最為主要的結(jié)構(gòu)就是 MOS開(kāi)關(guān)管，MOS器件的優(yōu)點(diǎn)眾多，但是在集成電路的尺寸不斷縮小、集成度不斷上升的趨 勢(shì)下，RS觸發(fā)器的功耗問(wèn)題逐漸引起了人們的重視，功耗過(guò)大導(dǎo)致器件的穩(wěn)定性下降甚至 功能失效的情況屢見(jiàn)不鮮，因此如何降低RS觸發(fā)器的功耗是人們必須要解決的問(wèn)題。
[0003] 由于集成電路的規(guī)模不斷增大，而且頻率也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的MOS器件已經(jīng)不能 滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求了，但是隨著MEMS技術(shù)的深入發(fā)展，一種具有MEMS懸臂梁浮動(dòng)?xùn)?結(jié)構(gòu)的新型MOS器件有效地解決了傳統(tǒng)MOS器件在漏電和功耗方面的問(wèn)題，本發(fā)明就是在 Si襯底上設(shè)計(jì)了一種具有極小的柵極漏電流的懸臂梁柵的RS觸發(fā)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是提供一種硅基低漏電流懸臂梁浮動(dòng)?xùn)诺腞S觸發(fā)器，RS 觸發(fā)器中的開(kāi)關(guān)主要是由MOS開(kāi)關(guān)管構(gòu)成的，而傳統(tǒng)MOS器件由于其柵氧化層厚度較薄，導(dǎo) 致柵極漏電流不可忽略，正是這種柵極漏電流的存在導(dǎo)致了RS觸發(fā)器的功耗增大，而本發(fā) 明利用獨(dú)特的MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)作為MOS器件的懸浮柵極，就極為有效的降低了RS觸發(fā)器 中的柵極漏電流，從而也極大的降低了RS觸發(fā)器的功耗。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明的硅基低漏電流懸臂梁浮動(dòng)?xùn)诺腞S觸發(fā)器由兩個(gè)與非門(mén)構(gòu)成， 每一個(gè)與非門(mén)由兩個(gè)NMOS開(kāi)關(guān)管與一個(gè)電阻R串聯(lián)組成，其中，第一與非門(mén)的一個(gè)輸入端 接第二與非門(mén)的輸出端，第二與非門(mén)的一個(gè)輸入端接第一與非門(mén)的輸出端，第一輸入信號(hào) 接第一與非門(mén)中NMOS開(kāi)關(guān)管的懸臂梁浮動(dòng)?xùn)?，第二輸入信?hào)接第二與非門(mén)中NMOS開(kāi)關(guān)管 的懸臂梁浮動(dòng)?xùn)?；整個(gè)RS觸發(fā)器基于P型Si襯底上制作，四個(gè)NMOS開(kāi)關(guān)管具有可以上下 浮動(dòng)的懸臂梁浮動(dòng)?xùn)?，該懸臂梁浮?dòng)?xùn)庞葾1制作，懸臂梁浮動(dòng)?xùn)诺囊欢斯潭ㄔ阱^區(qū)上，另 一端橫跨在柵氧化層上方，在懸臂梁浮動(dòng)?xùn)畔路接袃蓚€(gè)下拉電極，分布在錨區(qū)與柵氧化層 之間，下拉電極是接地的，其上還覆蓋有氮化硅介質(zhì)層，這種結(jié)構(gòu)具有低漏電流、低功耗的 巨大優(yōu)點(diǎn)。
[0006]四個(gè)NMOS開(kāi)關(guān)管的閾值電壓設(shè)計(jì)為相等，而懸臂梁浮動(dòng)?xùn)诺南吕妷涸O(shè)計(jì)為與NMOS開(kāi)關(guān)管的閾值電壓相等，只有當(dāng)NMOS開(kāi)關(guān)管的懸臂梁浮動(dòng)?xùn)排c下拉電極間的電壓大 于閾值電壓時(shí)，懸浮的懸臂梁浮動(dòng)?xùn)挪艜?huì)下拉貼至柵氧化層上使得NMOS開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，否則 NMOS開(kāi)關(guān)管就截止。
[0007] 當(dāng)R端和S端都為高電平時(shí)，與這兩端相連的NMOS開(kāi)關(guān)管的懸臂梁浮動(dòng)?xùn)艜?huì)下拉 使其導(dǎo)通，但兩輸入信號(hào)對(duì)輸出Q和f5并沒(méi)有影響，由Q和《爐斤控制的NM0S開(kāi)關(guān)管還是處 于原來(lái)的狀態(tài)，所以觸發(fā)器狀態(tài)保持不變；當(dāng)R端為高電平、S端為低電平時(shí)，與R端相連的 NMOS開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通、與S端相連的NMOS開(kāi)關(guān)管截止，因此Q:為高電平，與端相連的NMOS開(kāi) 關(guān)管導(dǎo)通，于是Q輸出低電平，此時(shí)觸發(fā)器狀態(tài)穩(wěn)定為低電平；當(dāng)R端為低電平、S端為高電 平時(shí)，與R端相連的NMOS開(kāi)關(guān)管截止、與S端相連的NMOS開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，因此Q為高電平，與 Q端相連的NMOS開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，于是輸出低電平，此時(shí)觸發(fā)器狀態(tài)穩(wěn)定為高電平；當(dāng)R端和S端都為低電平時(shí)，與這兩端相連的NMOS開(kāi)關(guān)管都截止，因此Q與丑都是高電平，這時(shí)RS觸 發(fā)器處于既非1又非0的不確定狀態(tài)，因此若要使RS觸發(fā)器正常工作，輸入信號(hào)必須遵守R+S= 1的約束條件，即不允許R=S= 0。
[0008] 在本發(fā)明中，RS觸發(fā)器是由有4個(gè)N0MS開(kāi)關(guān)管和兩個(gè)上拉電阻組成的，這4個(gè) NMOS管都具有MEMS懸臂梁浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，而且它們的閾值電壓設(shè)計(jì)為相等，而懸臂梁柵的下 拉電壓設(shè)計(jì)為與NMOS管的閾值電壓相等。NMOS管的懸臂梁柵是通過(guò)錨區(qū)懸浮在柵氧化層 上方的，而不是貼附在柵氧化層上的，由于下拉電極接地，只有當(dāng)懸臂梁柵與下拉電極間的 電壓大于閾值電壓時(shí)，懸臂梁柵才會(huì)吸附下來(lái)并貼至氧化層上，從而使得NMOS管導(dǎo)通，否 則NMOS管就截止，正是由于該NMOS管的懸臂梁結(jié)構(gòu)，柵極的直流漏電流才得到了很好的抑 制，從而降低了RS觸發(fā)器的功耗。
[0009] 有益效果：本發(fā)明的硅基低漏電流懸臂梁浮動(dòng)?xùn)诺腞S觸發(fā)器具有可浮動(dòng)的懸臂 梁柵極，這種結(jié)構(gòu)可以有效的減小觸發(fā)器中的柵極漏電流，從而降低整個(gè)RS觸發(fā)器的直流 功耗，提高了RS觸發(fā)器的工作穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的硅基低漏電流懸臂梁浮動(dòng)?xùn)诺腞S觸發(fā)器的符號(hào)和真值表，
[0011] 圖2為本發(fā)明的硅基低漏電流懸臂梁浮動(dòng)?xùn)诺腞S觸發(fā)器的內(nèi)部原理圖，
[0012] 圖3為本發(fā)明的硅基低漏電流懸臂梁浮動(dòng)?xùn)诺腞S觸發(fā)器的俯視圖，
[0013] 圖4為圖3硅基低漏電流懸臂梁浮動(dòng)?xùn)诺腞S觸發(fā)器的P-P'向的剖面圖，
[0014] 圖5為圖3硅基低漏電流懸臂梁浮動(dòng)?xùn)诺腞S觸發(fā)器的A-A'向的剖面圖。
[0015] 圖中包括：NMOS開(kāi)關(guān)管1，P型Si襯底2,引線3,接觸孔4,錨區(qū)5,懸臂梁浮動(dòng)?xùn)?6,下拉電極7,氮化硅介質(zhì)層8,NMOS管有源區(qū)9,柵氧化層10,電阻R。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本發(fā)明的硅基低漏電流懸臂梁浮動(dòng)?xùn)诺腞S觸發(fā)器是基于P型Si襯底2制作的， 四個(gè)開(kāi)關(guān)都是是由NMOS開(kāi)關(guān)管1構(gòu)成，而這四個(gè)NMOS開(kāi)管1的柵極是懸浮在柵氧化層10 上方的懸臂梁浮動(dòng)?xùn)?,并且由A1制作，懸臂梁浮動(dòng)?xùn)?是通過(guò)錨區(qū)5固定住的，在懸臂梁 柵6的下方淀積有一個(gè)下拉電極7,它分布在錨區(qū)5與柵氧化層10之間，其上覆蓋有氮化硅 介質(zhì)層8,該下拉電極是接地的，這四個(gè)獨(dú)特結(jié)構(gòu)的NMOS開(kāi)關(guān)管1與兩個(gè)電阻R共同構(gòu)成了 RS觸發(fā)器。
[0017] 本發(fā)明的硅基低漏電流懸臂梁浮動(dòng)?xùn)诺腞S觸發(fā)器主要是由兩個(gè)與非門(mén)構(gòu)成的， 其中與非門(mén)①的輸出端Q和與非門(mén)②的一個(gè)輸入端相連，而與非門(mén)②的輸出端奪郝與非門(mén) ①的一個(gè)輸入端相連，與非門(mén)①的另一個(gè)輸入端為R端（清零端），而與非門(mén)②的另一個(gè)輸 入端為S端（置位端），組成該RS觸發(fā)器的與非門(mén)則是由兩個(gè)NMOS開(kāi)關(guān)管和一個(gè)上拉電阻 R串聯(lián)相接所構(gòu)成的，在NMOS開(kāi)關(guān)管與電阻之間取一點(diǎn)作為輸出端Q和Q。
[0018] 該RS觸發(fā)器是基于Si襯底制作的，其中最主要的特點(diǎn)就是構(gòu)成該RS觸發(fā)器的四 個(gè)NMOS開(kāi)關(guān)管具有懸浮在氧化層上方的懸臂梁柵極，而并不是如傳統(tǒng)NMOS器件一樣貼附