使用隔离阱的MOS变容二极管制造技术

本发明专利技术提供了具有高可调谐性以及高品质因数Ｑ的变容二极管（２２），以及制造变容二极管（２２）的方法。本发明专利技术的方法可以集成到传统的ＣＭＯＳ加工流程中，或者可以集成到传统的ＢｉＣＭＯＳ加工流程中。该方法包括：提供包括第一导电类型的半导体衬底（１２）的结构，以及，可选的，位于衬底（１２）的上部区域（１１）下方的第二导电类型的子集电极（１４）或者隔离阱（也就是掺杂区），所述第一导电类型不同于所述第二导电类型。接下来，在所述衬底（１２）的所述上部区域（１１）中形成多个隔离区（１６），然后在所述衬底（１２）的所述上部区域（１１）中形成阱区。在某些情况下，在本发明专利技术的方法的此时形成掺杂区（１４）。所述阱区包括第二导电类型的外阱区（２０Ａ和２０Ｃ）和第一导电类型的内阱区（２０Ｂ）。所述阱区的每一个阱在上表面处由隔离区（１６）分隔开。然后在所述内阱区（２０Ｂ）上方形成至少具有第一导电类型的栅极导体（２６）的场效应晶体管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括变容二极管(可变电抗器)的互补金属氧化物半导体(CMOS)和双极/CMOS(BiCMOS)电子器件，所述变容二极管具有改善的可调谐性，这在某些情况下允许实现减少噪声例如寄生效应的负偏压和隔离。本专利技术还涉及用于制造这样的器件的方法。本专利技术的包括变容二极管的电子器件高度适合用于移动电话或者蜂窝电话、个人数字助理(PDA)以及其它高RF(射频)电子器件。
技术介绍
变容二极管是其电容能够由适当的电压或者电流偏置来控制的电子器件。变容二极管一般用在例如所谓的压控振荡器(VCO)中，在压控振荡器中，振荡器的频率由施加的电流或者电压控制。在这种情况下，当需要可变频率时，或者在需要使信号与参考信号同步时，就使用VCO。在无线通信设备中，比如在移动/蜂窝电话中，VCO一般用在锁相环路中来生成合适的信号，包括生成与无线电接收机接收到的信号同步的参考信号，调制/解调操作，以及频率合成。在集成电路技术中已经开发并成功地应用了许多变容二极管。例如，已知可以应用pn二极管、肖特基二极管或者MOS二极管，作为双极、CMOS和BiCMOS技术中的变容二极管。在R.A.Moline等人的题为“Ion-Implanted Hyperabrupt Junction Voltage VariableCapacitors”(IEEE Trans.Electron.Device，ED-19，pp267f，1972)的文章中，描述了包括pn二极管的变容二极管。Foxhall等人的美国专利No.3638300，Goodwin等人的美国专利No.4226648，Pavlidis等人的美国专利No.4827319，以及Nguyen等人的美国专利No.5557140描述了其它类型的包括超突变(hyper-abrupt)离子注入结的可变电容器二极管(也就是变容二极管)。术语“超突变”的意思是注入的掺杂分布区与相邻的非本征基极区的壁接触。另一方面，Embree等人的美国专利No.4973922、Stolfa等人的美国专利5965912和Litwin等人的美国专利No.6100770描述了用作变容二极管的MOS二极管。变容二极管的集成取决于集成电路技术的能力。例如在J.N.Burghartz等的“Integrated RF and Microwave Components inBiCMOS Technology”(IEEE Trans.Electron Devices，Col.43，pp1559，1996年9月)中，描述了BiCMOS技术中用于高RF应用的集成电路器件的概览。如其所述，变容二极管不是标准BiCMOS器件组的一部分。相反，其提出是为了将双极晶体管的集电极-基极结用作变容二极管。为了将一个器件用作变容二极管，该器件必须满足下列标准中的一个或者多个标准，最好是两个或者更多的标准(1)可调谐性(也就是最大电容与最小电容之比)必须高(大约3或者更高)；(2)品质因数Q必须高(大约20或者更大)；以及(3)器件必须表现出线性特性。许多已知的现有技术的变容二极管不满足上述标准。例如，传统的基极-集电极结变容二极管依赖于NPN基极-集电极掺杂分布，其对于变容二极管的可调谐性不是最优的。在超突变基极-集电极结变容二极管的情况下，注入的掺杂分布区位于非本征基极区的“壁”处，这种器件缺乏线性特性。对于传统的MOS变容二极管，可调谐性高；但是，常常需要更高的可调谐性。鉴于现有技术的变容二极管的上述缺点，存在提供新的改进的变容二极管的持续的需求，要满足上述的标准并且能够与CMOS和BiCMOS器件集成。另外，在传统的MOS变容二极管设计中，难以将MOS变容二极管与体衬底电隔离。缺乏充分的电隔离导致器件具有比较高的寄生现象，也就是噪声。因此，还存在提供这样的变容二极管设计的需求其应当具有充分的电隔离，从而减少器件中的噪声。
技术实现思路
本专利技术提供了具有高可调谐性以及高品质因数Q的变容二极管，以及制造变容二极管的方法。本专利技术的方法可以集成到传统的CMOS加工流程中，或者可以集成到传统的BiCMOS加工流程中。具体地，在广义上，本专利技术的变容二极管包括第一导电类型的半导体衬底，该衬底包括位于所述衬底的上部区域的下方的第二导电类型的掺杂区，该第一导电类型与第二导电类型的掺杂剂类型不同；位于所述衬底的所述上部区域中的阱区，其中，该阱区包括所述第二导电类型的外阱区以及所述第一导电类型的内阱区，所述阱区的每一个阱在上表面处由隔离区分开；以及至少具有位于所述内阱区上方的所述第一导电类型的栅极导体的场效应晶体管。在要制造BiCMOS或者双极晶体管的一些实施方式中，第二导电类型的掺杂区是子集电极。在要制造CMOS器件的其它实施方式中，第二导电类型的掺杂区是隔离阱。在本专利技术的代表优选实施方式的一种实施方式中，变容二极管包括p型半导体衬底，该p型衬底包括位于所述衬底的上部区域下方的掺杂区，即子集电极或者隔离阱；位于所述衬底的所述上部区域中的阱区，其中，所述阱区包括外N阱区和内P阱区，所述阱区的每一个阱在上表面处由隔离区分隔开；以及至少具有位于所述内P阱区上方的p型栅极导体的场效应晶体管。在本专利技术的另一种实施方式中，所述变容二极管包括n型半导体衬底，该n型衬底包括位于所述衬底的上部区域下方的p掺杂区，即子集电极或者隔离阱；位于所述衬底的所述上部区域中的阱区，其中，该阱区包括外P阱区和内N阱区，所述阱区的每一个阱在上表面处由隔离区分隔开；以及至少具有位于所述内N阱区上的n型栅极导体的场效应晶体管。除了变容二极管结构之外，本专利技术还提供制造变容二极管的方法。该方法包括下列步骤提供包括第一导电类型的半导体衬底的结构；在所述衬底的所述上部区域中形成多个隔离区；在所述衬底的所述上部区域中形成阱区，其中，所述阱区包括不同于第一导电类型的第二导电类型的外阱区，以及所述第一导电类型的内阱区，所述阱区的每一个阱在上表面处由隔离区分隔开；以及在所述内阱区上方形成至少具有所述第一导电类型的栅极导体的场效应晶体管。在一种实施方式中，所述衬底包括位于所述衬底的上部区域的下方的第二导电类型的掺杂区。该掺杂区可以在形成所述多个隔离区之前形成，或者在形成所述多个隔离区之后、然而仍然在阱区形成之前形成。还应注意到对于BiCMOS或者双极器件掺杂区可以是子集电极，或者，对于CMOS器件可以是隔离阱。在优选的变容二极管结构的情况下，该方法包括下列步骤提供包括p型半导体衬底的结构；在所述衬底的所述上部区域中形成多个隔离区；在所述衬底的所述上部区域中形成阱区，其中，该阱区包括外N阱区和内P阱区，所述阱区的每一个阱在上表面处由隔离区分隔开；以及形成至少具有在所述内阱区上方的p型栅极导体的场效应晶体管。在一种实施方式中，所述衬底包括位于所述衬底的上部区域下方的第二导电类型的掺杂区。该掺杂区可以在形成所述多个隔离区之前形成，或者在形成所述多个隔离区之后、然而仍在阱区形成之前形成。附图说明图1A-1D是说明在本专利技术中应用的用于制造用于BiCMOS或双极应用的积累型变容二极管的基本加工步骤的图示(以剖面图的形式)；图2是现有技术的n阱中NMOS的CV特性(电容密度-栅极电压Vg)曲线(曲线1)、现有技术的p阱中PMOS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变容二极管结构，包括：第一导电类型的半导体衬底，该衬底包括位于所述衬底的上部区域的下方的第二导电类型的掺杂区，该第一导电类型与所述第二导电类型不同；位于所述衬底的所述上部区域中的阱区，其中，该阱区包括所述第二导电类型的外 阱区以及所述第一导电类型的内阱区，所述阱区的每一个阱在上表面处由隔离区分开；以及至少具有位于所述内阱区上方的所述第一导电类型的栅极导体的场效应晶体管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-8-27 10/711,1441.一种变容二极管结构，包括第一导电类型的半导体衬底，该衬底包括位于所述衬底的上部区域的下方的第二导电类型的掺杂区，该第一导电类型与所述第二导电类型不同；位于所述衬底的所述上部区域中的阱区，其中，该阱区包括所述第二导电类型的外阱区以及所述第一导电类型的内阱区，所述阱区的每一个阱在上表面处由隔离区分开；以及至少具有位于所述内阱区上方的所述第一导电类型的栅极导体的场效应晶体管。2.如权利要求1所述的变容二极管结构，其中，所述第一导电类型包括p型掺杂剂，所述第二导电类型包括n型掺杂剂。3.如权利要求1所述的变容二极管结构，其中，所述第一导电类型包括n型掺杂剂，所述第二导电类型包括p型掺杂剂。4.如权利要求1所述的变容二极管结构，其中，所述第二掺杂区是子集电极或者隔离阱。5.如权利要求1所述的变容二极管结构，其中，每一个阱区在所述隔离区下方延伸，使得相邻的阱区相互接触。6.如权利要求1所述的变容二极管结构，其中，所述衬底的所述上部区域包括外延生长半导体层。7.如权利要求1所述的变容二极管结构，其中，所述场效应晶体管还包括位于所述栅极导体下方的栅极电介质、位于所述栅极导体上面的硬掩模、位于所述栅极导体的侧壁上并邻接源/漏区的至少一个隔离层。8.如权利要求1所述的变容二极管结构，其中，所述栅极导体包括多晶硅。9.一种变容二极管结构，包括p型半导体衬底，该p型衬底包括位于所述衬底的上部区域下方的n型掺杂区；位于所述衬底的所述上部区域中的阱区，其中，所述阱区包括外N阱区和内P阱区，所述阱区的每一个阱在上表面处由隔离区分隔开；以及至少具有位于所述内P阱区上方的p型栅极导体的场效应晶体管。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯D库尔伯格，道格拉斯B赫施伯格，罗伯特M拉塞尔，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]