[發明專利]MEMS開關用高升壓倍數電荷泵電路及其制造方法

有效

• 申請號: 201610256375.3
• 申請日: 2016-04-25
• 公開（公告）號: CN105789110B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 孫俊峰;朱健;郁元衛;李曉鵬
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L27/12;H02M3/07
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

本發明是MEMS開關用高升壓倍數電荷泵電路，其結構是第二Trench結構的版圖、第三Trench結構的版圖分別包圍第一Trench結構的版圖，SOI晶片從上到下為頂層硅，二氧化硅層，高阻載片；在SOI晶片的頂層硅上進行Trench結構，實現每個MOS管襯底電學隔離，MOS管和第三電容互連構成電荷泵子電路單元，若干級電荷泵子電路單元和輸出級級聯構成整個電荷泵電路。本發明優點：電路全部采用CMOS技術，具有集成度高、功耗低、容易獲得高升壓倍數等優點。

技術領域

本發明涉及的是一種MEMS開關用高升壓倍數電荷泵電路及其制造方法，屬于半導體集成電路技術領域。

背景技術

RF_MEMS開關因具有高線性度、高帶寬、高隔離度、低功耗等優點，成為提高射頻系統性能的關鍵元件。其驅動也有著高電壓低電流的特點，尤其在高可靠接觸時，驅動電壓要求達到30~90V，電流在納安級以下。然而日益小型化的射頻系統，特別手持微型系統的電源電壓僅在幾伏以內，無法直接提供足夠高的驅動電壓使MEMS開關可靠工作。所以需要一種高升壓倍數的升壓電路芯片，把電源電壓轉換到較高電壓輸出，同時要求芯片功耗盡可能低且容易與其它電路集成。鑒于MEMS開關驅動電流小的特點，CMOS電荷泵電路無疑是最好的選擇。但常見的CMOS電荷泵電路升壓倍數僅幾倍，很少具有十倍以上的高升壓倍數電荷泵電路報道。相對來講低升壓倍數的電荷泵比較容易實現，隨著升壓倍數的提高，需要電荷泵級數增加，寄生效應影響加劇，最終通過增加電荷泵的級數無法實現升壓倍數的繼續提高，反而會使其下降。此時必須改進電路減小寄生效應影響，實現升壓倍數持續提高。另一方面隨著升壓倍數的增加，電路中高壓擊穿也會成為問題，這些是高升壓倍數電荷泵電路設計所面臨的問題。本發明通過采用高阻載片的SOI材料，充分利用Trench結構，以及從整體進行版圖布局優化，實現電路的寄生耦合效應大大降低。由若干級電荷泵子電路級聯，在幾兆赫茲的差分方波信號激勵和幾百兆歐姆的負載下，電荷泵電路實現對電源電壓十幾倍以上的提升，基本可以滿足靜電驅動MEMS開關的需要。通過配置差分方波激勵電路和輸出控制電路，形成的高壓驅動電路可適合需要大電壓小電流驅動的器件，尤其可用于MEMS開關，以及基于MEMS開關的移相器、濾波器、數字衰減器等器件模塊的驅動控制。

發明內容

本發明提出的是一種MEMS開關用高升壓倍數電荷泵電路及其制造方法，其目的旨在解決電荷泵電路形成的驅動電路高升壓倍數較低，難適用于靜電驅動MEMS器件或其他需要高電壓微電流驅動器件等問題。

本發明的技術解決方案：MEMS開關用高升壓倍數電荷泵電路，其結構包括SOI晶片1、頂層硅2、 Trench結構3、高阻載片4、二氧化硅層5、第一Trench結構的版圖6、第二Trench結構的版圖7、第三Trench結構的版圖8、MOS管9、MOS管電容；其中，第二Trench結構的版圖7、第三Trench結構的版圖8分別包圍第一Trench結構的版圖6；SOI晶片1從上到下為頂層硅2，二氧化硅層5，高阻載片4在SOI晶片1的頂層硅2上進行Trench結構3，實現每個MOS管9襯底電學隔離，MOS管9和MOS管電容互連構成電荷泵子電路單元，若干級電荷泵子電路單元和輸出級級聯構成整個電荷泵電路。

其制造方法包括如下步驟：

1）SOI晶片1的制作，SOI晶片1的載片4選擇高阻硅片或絕緣介質基片（例如玻璃）；在載片4上方為二氧化硅介質層5；二氧化硅介質層5上方是頂層硅2，制作工藝為業界采用的SOI晶片制作方法；