[发明专利]以压电材料为IC器件的高频RBT的栅极介电质的方法

说明书

本发明涉及以压电材料为IC器件的高频RBT的栅极介电质的方法。本发明为利用压电材料作为一集成电路器件中的RBT中的一栅极介电层，以生成并感测高质量的更高频率的信号的方法及其器件。本发明的实施例包括形成包含多个传感RBT与驱动RBT的RBT于一半导体层的一上表面上，各该RBT包括一压电栅极介电层、一栅极、以及位于该压电栅极介电层的相对侧上与栅极上的一介电间隔，其中，至少一对传感RBT直接位于两组驱动RBT之间；形成通过层间介电层分隔的金属层于该RBT上方；以及形成通孔以通过该RBT上方的一介电层连接该RBT至一金属层。

技术领域

本发明通常涉及一种集成电路(IC)器件的设计及制造。本发明特别适用于28纳米(nm)及其上下的技术节点的IC器件中的集成高频谐振体晶体管(RBT)。

背景技术

一般而言，IC器件利用不同频率源来产生该IC器件中不同逻辑及 /或模拟电路所使用的时钟信号。高质量(High-Q)滤波器可用于通过将振荡器整合至具有提供适当增益的放大器的一正反馈回路中以产生振荡。这些振荡器是用于通讯系统以及模拟电子中的必不可少的一信号源。它们也可以被用于作为数字电子的一时钟源。高质量滤波器还可用于在通讯系统中选择特定的频段与信道，消除干扰，及抑制寄生传输，以及许多其他的用途。滤波器的质量因子Q值越高，其对于不同信号与频段所提供的选择越好，以及由这些滤波器所构建的振荡器的相位噪声和抖动也越低。然而，在千兆赫(GHz)频段甚至10GHz频段范围下呈现高质量滤波器的设计是非常具有挑战性的。此外，在芯片 (chip)上完成系统整合已成为满足日益增加的减少电子系统尺寸、重量以及功耗的需求的唯一方式。

从CMOS金属层建构电感以允许生成芯片上LC谐振电路。这些都是单片集成电谐振器，并可轻易地实现10GHz的频率。然而，他们会受到低质量因子(Q值小于50)以及电损耗较高的困扰。此外，芯片上电感通常会占据大的裸片(die)面积而无法安置其他的器件，导致了整体系统成本的增加。石英晶体以其高质量的因子(Q值～10⁵)、低插入损耗以及低温系数，占据了半个世纪以来的高精度振荡器市场。然而，石英晶体被限制于几百兆赫的频率，且难以扩展到千兆赫的频率。由于不兼容的制造工艺，它们在CMOS集成电路中的整合已被证明是非常具有挑战性的。

在CMOS集成电路中用于滤波器应用的机械谐振器的单片集成是过去30年来多个研究工作中的重点。依靠机械谐振器的滤波器在电气化 LC谐振电路上显示了优越的性能。微电子机械系统(MEMS)谐振器因其所具有的高品质因子，这些高品质因子通常超过10⁴，小尺寸(小于芯片上LC谐振电路1000倍)以及与CMOS电路整合的能力，从而使其成为一个潜在的解决方案以解决当前时间及RF挑战性的需求。MEMS 器件以及谐振器通常包括移动的表面。这些表面中的一些必须是自由的边界，且往往是整个MEMS器件必须被挂起。因此MEMS器件通常包括牺牲层以用于支持在制造过程中的器件，然后该牺牲层在一释放制程中被蚀刻以生成一自由挂起的器件。用于在CMOS制程中集成MEMS 谐振器的多种方案包括先MEMS，后MEMS，IC上MEMS以及CMOS-MEMS 均是可用的。该先MEMS技术为该MEMS器件在该CMOS电路之前先被制造并在该CMOS电路工艺的期间受到钝化层的保护。当CMOS工艺完成，该MEMS器件被暴露并采用蚀刻该牺牲层予以释放。该后MEMS技术依赖于先制造该CMOS电路。当该CMOS电路制造完成，其在制造该MEMS 器件时被钝化并受到保护，然后释放该MEMS器件以生成该所需的自由挂起结构。在上述两项技术中，该MEMS器件最终会损耗有价值的CMOS 面积。