[发明专利]具有厚氧化物输入级晶体管的深亚微米MOS前置放大器

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路管芯和包括这种集成电路管芯的电容式话筒装置。集成电路管芯利用深亚微米MOS技术制造，其包括前置放大器，该前置放大器包括具有厚氧化物MOS晶体管的输入级。

背景技术

随着近代MOS集成电路、特别是CMOS集成电路制造提术的进步，器件的几何特征不断缩小，使得有源器件、例如晶体管的密度能够不断提高。然而，几何特征的缩小引起的问题包括，严格限制电路的最大允许电压以避免例如晶体管的栅氧化物的破坏性击穿。在某些情况下，克服这些限制的一个方法是提供适合于较高电压工作的所谓厚氧化物晶体管。因此，通过增加栅氧化物层的厚度，晶体管就能够在较高的电压电位下工作。

在专利文献中能够找到适用于处理由电声换能器产生的信号的具有放大器和/或缓冲器的电子装置的技术领域中的各种文献。这样的文献例如有由本发明的受让人所提出的WO02/073792、US2004/0202345、US2005/0151589、US2007/0009111、US7,149,317和EP1599067。然而，所有这些文件的公开都关于仅具有薄氧化物晶体管的电子装置。

深亚微米CMOS技术的比较不被赏识的特性是，使用氮氧化物来实现典型的薄氧化物晶体管所需的非常薄的栅氧化物。对于具有最小特性尺寸低于0.35微米的深亚微米技术来说，作为栅氧化物材料的选择，用氧氮化物替代了传统的氧化硅。使用氧氮化物的一个显著的缺点是晶体管闪烁噪声的极大增加，该噪声的增加源于氧氮化物栅材料的载流子陷阱密度的提高。作为薄栅氧化物的结果，薄氧化物晶体管同时展现了可能严重损害某些类型的前置放大器、特别是适用于诸如微型电容式话筒和微型电子话筒之类电容性换能器的前置放大器的噪声特性的、更高的每单位栅面积的电容量。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种基于MOS晶体管的前置放大器，其具有由深亚微米MOS技术实现的低噪声输入级，基于MOS晶体管低噪声输入级的特征在于极低的闪烁噪声水平。

根据上述目，第一方面，本发明提供一种深亚微米MOS集成电路管芯，包括前置放大器，该前置放大器包括用于接收由相关联的电声换能器产生的电信号的第一信号输入端，所述第一信号输入端被可操作地耦合至前置放大器的输入级，所述输入级包括厚氧化物晶体管。

在此“输入级”含义是前置放大器中的、最靠近信号输入端的、被配置为接收来自诸如电容式话筒换能器或唱头之类电换能器的信号的放大或缓冲晶体管器件。

由于厚氧化物晶体管的单位栅面积的栅电容量低，并且由于已知可通过提高晶体管的栅尺寸来降低闪烁噪声，提高了栅尺寸的厚氧化物晶体管可以优选地被用于放大或缓冲来自诸如电容式话筒换能器或源电容量为0.5～10pF的唱头之类的容性话筒换能器的冲放大器信号。当源/发生器的电容量接近放大器或缓冲器中的第一级的输入电容量时，通常能达到噪声的最优耦合。

厚氧化物晶体管的栅氧化物的厚度可在4～40nm范围内，例如8～20nm范围内，例如近似为13.5nm。

该厚氧化物晶体管可以包括P型或N型MOS晶体管，其栅电容量近似与换能器或源电容量匹配。因此，对于微型电容式话筒换能或唱头，第一信号输入端的输入电容量可以小于50pF，例如小于40pF，例如小于30pF，例如小于10pF，例如小于5pF。类似地，第一信号输入端的输入阻抗可以大于10GΩ，例如大于50GΩ，例如大于100GΩ，或甚至更优选地大于1000GΩ。

深亚微米MOS集成电路管芯的厚氧化物晶体管可具有0.5～10pF的栅电容量，例如在1～8pF范围内，或甚至更优选地在2～6pF范围内。

在本发明的一个实施例中，前置放大器的PMOS输入晶体管的栅尺寸(W/L)被选择为600μm/1μm，这特别适合于耦合至具有约5～6pF发生器电容量的MEMS话筒换能器。

该前置放大器可以进一步包括可操作地耦合到P型MOS晶体管的源极输入的第二信号输入端，而该第一信号输入端可操作地耦合到P型或N型MOS晶体管的栅极输入。该第一和第二信号输入端分别可操作地连接到相关联的电容式话筒换能器的相关联的振动板和背板部件上。在本发明的另一实施例中，前置放大器包括具有一对厚氧化物NMOS或PMOS晶体管的差分输入级。

深亚微米MOS集成电路管芯的第一信号输入端可以通过直流阻断电容器耦合到厚氧化物晶体管。该直流阻断电容器的电容量可以为5～500pF。