專利名稱：可變電容結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可變電容結(jié)構(gòu)及其制造方法，尤其涉及一種具有高品質(zhì)因數(shù)及較佳線性度的可變電容結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代化資訊產(chǎn)業(yè)中，各種數(shù)據(jù)、資料、信息、影像等都是以電子信號(hào)的形式來傳遞，而用來處理電子信號(hào)的處理電路，也就成為現(xiàn)代資訊產(chǎn)業(yè)中最重要的基礎(chǔ)。而電路中的震蕩器(oscillator)則是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)中不可或缺的重要電路構(gòu)筑方塊之一。例如，在一般的資訊系統(tǒng)(例如個(gè)人電腦)中，需要一全局時(shí)鐘(global clock)以協(xié)調(diào)數(shù)字系統(tǒng)中的各個(gè)數(shù)字電路一起運(yùn)作，而時(shí)鐘則是由震蕩器所產(chǎn)生的。此外，要協(xié)調(diào)不同的時(shí)鐘同步(譬如說在傳輸信號(hào)的通訊系統(tǒng)中)，還需要使用鎖相(phase loop lock；PLL)電路；而鎖相電路中則需要精密的壓控震蕩器(voltage-controlled oscillators；VCOs)，以電壓來控制壓控震蕩器震蕩出頻率不同的震蕩信號(hào)，以協(xié)調(diào)各時(shí)鐘同步。此外，像是在某些精密的濾波器中，尚須使用能調(diào)整濾波頻率的電阻-電容(RC)濾波器。
然而，不論是電阻-電容(RC)濾波器的濾波特性(像是濾波器的通帶頻寬)，或是電感-電容(LC)壓控震蕩器的震蕩特性(像是震蕩信號(hào)的頻率)，都可以用改變電容值的方法來加以調(diào)整。因此，具有可調(diào)整電容值的電容，亦即可變電容，已被運(yùn)用于具有該些特性的元件中。而在可變電容的操作范圍內(nèi)，其電容值隨加諸其上的電壓(控制電壓)而減少。目前已發(fā)展出多種可應(yīng)用于集成電路元件中的可變電容，而其中以PN結(jié)可變電容(PN junctionvaractor)以及金屬氧化物半導(dǎo)體(metal oxide semiconductor，MOS)可變電容兩種結(jié)構(gòu)最常為常見。
無論是PN結(jié)可變電容或者M(jìn)OS可變電容，其設(shè)計(jì)一般皆以符合以下幾項(xiàng)要求為目標(biāo)高單位電容(unit capacitance)、高調(diào)諧比值(tuning ratio)、在其操作范圍內(nèi)的高線性度、以及高品質(zhì)因數(shù)(quality factor，Q)。高單位電容是指在單位電壓的作用下，單位面積的電容可儲(chǔ)存較高的電荷。調(diào)諧比值則是定義為最大電容和最小電容的差值比上最小電容值((Cmax-Cmin)/Cmin)。線性度則指操作電壓和電容值關(guān)系的線性程度。而品質(zhì)因數(shù)(Q值)則與電阻有關(guān)，阻值越小，則Q值越高。然而，在現(xiàn)實(shí)上難以同時(shí)針對(duì)以上各項(xiàng)目標(biāo)最佳化。
例如，對(duì)PN結(jié)施以逆向偏壓時(shí)，可使PN結(jié)可變電容具有較佳的Q值，然而此種可變電容的調(diào)諧比值較小，一般在30％左右，而線寬0.15微米(μm)的PN結(jié)可變電容的調(diào)諧比值更小，可能小于20％。相反的，一累積模式(accumulation mode)的MOS可變電容具有較大的調(diào)諧比值。然而其線性度較差，亦即小幅度改變提供于其上的控制電壓，將使壓控震蕩器的頻率劇烈改變，此項(xiàng)特性使MOS可變電容在操作上較為不便。因此在應(yīng)用上，往往需與其他電容并聯(lián)，以達(dá)到較佳的線性表現(xiàn)。且MOS可變電容的Q值較低，因此，盡管其具有較大的調(diào)諧比值，仍無法完全符合使用上的需求。
因此，需要一種同時(shí)具有較佳Q值、良好線性度且適當(dāng)調(diào)諧比值的可變電容，以符合目前產(chǎn)業(yè)上的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可變電容結(jié)構(gòu)及其制造方法，該可變電容結(jié)構(gòu)具有較高的Q值及較佳的線性度。
根據(jù)本發(fā)明，該方法首先是提供一襯底。該襯底具有一第一導(dǎo)電型離子井，以及多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)設(shè)于該第一導(dǎo)電型離子井周圍。接著，于該襯底表面的第一導(dǎo)電型離子井上方形成一柵極結(jié)構(gòu)，以作為可變電容結(jié)構(gòu)的第一電極。隨后對(duì)該襯底表面進(jìn)行一第一濃度的離子注入，以形成兩個(gè)第一導(dǎo)電型高摻雜區(qū)域。其中該第一導(dǎo)電型高摻雜區(qū)域中的摻雜物在經(jīng)過一熱工藝后將往柵極結(jié)構(gòu)下方擴(kuò)散，甚至互相接觸而形成相連的摻雜區(qū)域。接著于柵極結(jié)構(gòu)外側(cè)形成一側(cè)壁子結(jié)構(gòu)。最后對(duì)該襯底表面進(jìn)行一第二濃度的離子注入，以形成第一導(dǎo)電型電極摻雜區(qū)域，以作為可變電容結(jié)構(gòu)的第二電極。


圖1～3是根據(jù)本發(fā)明制造一可變電容結(jié)構(gòu)的方法示意圖；
圖4～7是根據(jù)本發(fā)明制造一可變電容結(jié)構(gòu)的方法示意圖；圖8是本發(fā)明的可變電容結(jié)構(gòu)的電容-電壓示意圖；圖9是本發(fā)明的可變電容結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有可變電容結(jié)構(gòu)的Q值比較圖；圖10是本發(fā)明的可變電容結(jié)構(gòu)在不同操作電壓下的漏電量示意圖。
主要元件符號(hào)說明10 半導(dǎo)體襯底 22 P型高摻雜區(qū)域12 隔離結(jié)構(gòu)24 側(cè)壁子結(jié)構(gòu)14 N深離子井 26 電極摻雜區(qū)域16 P型離子井 28 離子注入方向18 柵極結(jié)構(gòu)30 可變電容結(jié)構(gòu)20 P型低摻雜區(qū)域具體實(shí)施方式
請(qǐng)參見圖1至圖3，圖1至圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的方法制造一可變電容結(jié)構(gòu)30的實(shí)施例。首先請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1顯示用于制造本發(fā)明的可變電容結(jié)構(gòu)30的半導(dǎo)體襯底10。半導(dǎo)體襯底10包含有多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)12、一N型深離子井14，以及一P型離子井16，其中隔離結(jié)構(gòu)12可為一淺溝隔離結(jié)構(gòu)(shallow trench isolation，STI)。然而，根據(jù)本發(fā)明的方法，半導(dǎo)體襯底10亦可具有其他結(jié)構(gòu)，例如，半導(dǎo)體襯底10可為一N型襯底，則此時(shí)即無須于半導(dǎo)體襯底10上再形成一N型深離子井14，而可直接于其上形成一P型離子井16。且可在隔離結(jié)構(gòu)12形成后進(jìn)行離子摻雜以形成離子井14、16，亦可于離子井14、16完成后，于半導(dǎo)體襯底10表面形成隔離結(jié)構(gòu)12。
接著，如圖2所示，于上述P型離子井16上方形成一柵極結(jié)構(gòu)18，以作為可變電容結(jié)構(gòu)30的第一電極。并對(duì)半導(dǎo)體襯底10表面進(jìn)行一低濃度的離子注入，以于柵極結(jié)構(gòu)18兩側(cè)下方的P型離子井16中分別形成兩P型的低摻雜區(qū)域(light doped region)20。接著對(duì)半導(dǎo)體襯底10表面進(jìn)行一高濃度的離子注入，以于柵極結(jié)構(gòu)18兩側(cè)下方的P型離子井16中分別形成兩P型的高摻雜區(qū)域22。請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D3，接著進(jìn)行一熱工藝，使兩P型高摻雜區(qū)域22中的離子往柵極結(jié)構(gòu)18下方區(qū)域擴(kuò)散，其中于本實(shí)施例中兩P型高摻雜區(qū)域22于熱工藝后是相互接觸而形成一相連的摻雜區(qū)域。在完成P型高摻雜區(qū)域的離子注入后，于柵極結(jié)構(gòu)18兩側(cè)形成側(cè)壁子(spacer)結(jié)構(gòu)24。接著對(duì)襯底10表面進(jìn)行離子注入，以于兩P型的高摻雜區(qū)域22中分別形成兩P型的電極摻雜區(qū)域26，以作為可變電容結(jié)構(gòu)30的第二電極。其中P型高摻雜區(qū)域22，以及電極摻雜區(qū)域26的離子注入濃度皆高于P型的低摻雜區(qū)域20的離子注入濃度。相較于現(xiàn)有的可變電容結(jié)構(gòu)制造方法，本發(fā)明增加了一道高濃度離子注入，能有效改善電容的特性，增加其Q值以及線性度。
請(qǐng)參見圖4至圖6，圖4至圖6顯示另一根據(jù)本發(fā)明的方法制造一可變電容結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。如圖4所示，可在圖1的半導(dǎo)體襯底10上形成一柵極結(jié)構(gòu)18后，先對(duì)半導(dǎo)體襯底10表面進(jìn)行一低濃度的離子注入，以于柵極結(jié)構(gòu)18兩側(cè)下方的P型離子井16中分別形成兩P型的低摻雜區(qū)域20。接著于柵極結(jié)構(gòu)18的兩側(cè)形成一側(cè)壁子結(jié)構(gòu)24。其后，如圖5所示，于側(cè)壁子結(jié)構(gòu)24與半導(dǎo)體襯底10接觸處以一傾斜方向28對(duì)半導(dǎo)體襯底10表面進(jìn)行離子注入，以于柵極結(jié)構(gòu)18兩側(cè)下方的P型離子井16中分別形成兩P型高摻雜區(qū)域22。并進(jìn)行一熱工藝以軀入P型高摻雜區(qū)域22的離子。最后，如圖6所示，對(duì)襯底10表面進(jìn)行離子注入，以于兩P型高摻雜區(qū)域22中分別形成兩P型的電極摻雜區(qū)域26以作為可變電容結(jié)構(gòu)30的第二電極。其中P型高摻雜區(qū)域22，以及電極摻雜區(qū)域26的離子注入濃度皆高于P型的低摻雜區(qū)域20的離子注入濃度。此外，由于兩P型高摻雜區(qū)域22是朝向柵極結(jié)構(gòu)18下方的方向注入，因此兩P型高摻雜區(qū)域22較兩電極摻雜區(qū)域26更為靠近，并可能如圖6所示般互相連接。然而本發(fā)明的方法并未局限于此，如圖7所示，兩P型高摻雜區(qū)域22亦可不相互接觸。此外，亦可依工藝的需要，省略側(cè)壁子結(jié)構(gòu)24。
如圖3、圖6、與圖7所示，根據(jù)本發(fā)明所制造出的可變電容結(jié)構(gòu)30與現(xiàn)有可變電容結(jié)構(gòu)有相異之處。由于本發(fā)明的可變電容結(jié)構(gòu)30多了一道高濃度的離子注入，因此多了兩個(gè)互相分離或連接的高摻雜區(qū)域22。然而，高摻雜區(qū)域22亦可能于柵極結(jié)構(gòu)18外圍互相連接，因而僅呈現(xiàn)單一高摻雜區(qū)域22。無論如何，由于此高摻雜區(qū)域22的存在，本發(fā)明可大幅改善現(xiàn)有可變電容結(jié)構(gòu)在Q值及線性度等性質(zhì)尚無法突破的問題。
請(qǐng)參見圖8，如其所示，在未與其他電容并聯(lián)的情況下，本發(fā)明的方法所制造的可變電容結(jié)構(gòu)在施加-1至5伏特電壓的范圍內(nèi)已有極為線性的C-V曲線。此外，其調(diào)諧比值亦趨近于46％，此已足以應(yīng)付實(shí)際應(yīng)用上的需要。而圖9則顯示一根據(jù)本發(fā)明的方法所制造出的新可變電容結(jié)構(gòu)與一現(xiàn)有可變電容結(jié)構(gòu)的Q值差異。其中此新可變電容結(jié)構(gòu)的電容值約為450飛法拉(fF)，而此現(xiàn)有可變電容結(jié)構(gòu)的電容值則約為400飛法拉，亦即兩者電容值差距不大。但新可變電容結(jié)構(gòu)的Q值卻約是現(xiàn)有電容Q值的兩倍。亦即，根據(jù)本發(fā)明所制造出的電容具有較現(xiàn)有電容為佳的Q值表現(xiàn)。此外，請(qǐng)參照?qǐng)D10，根據(jù)本發(fā)明的方法所制造出的可變電容結(jié)構(gòu)，其于操作范圍內(nèi)的漏電量低于10皮安培(pA)。換言之，本發(fā)明的可變電容結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)?shù)目蓪?shí)施性。
必須說明的是，除了上述實(shí)施例之外，兩高摻雜區(qū)域22亦可依實(shí)際需求以N型離子進(jìn)行摻雜，此時(shí)深離子井14為一P型深離子井，而離子井16則為一N型的離子井。同樣地，當(dāng)兩高摻雜區(qū)域22為N型高摻雜區(qū)域時(shí)，亦可以一P型半導(dǎo)體襯底進(jìn)行此可變電容結(jié)構(gòu)30的制造，此時(shí)可省略深離子井14的工藝，而進(jìn)行N型離子井16的離子注入。此外，由于高摻雜區(qū)域22將覆蓋整個(gè)低摻雜區(qū)域20，因此低摻雜區(qū)域?qū)o法維持低摻雜濃度，然而本發(fā)明的可變電容結(jié)構(gòu)仍可具有優(yōu)良的電性表現(xiàn)。換言之，低摻雜區(qū)域20的存在與否并不影響可變電容結(jié)構(gòu)的電性表現(xiàn)。因此，可選擇性地略去形成低摻雜區(qū)域20的工藝。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造可變電容結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括下列步驟(a)提供一襯底，其具有一第一導(dǎo)電型離子井，以及多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)設(shè)于該第一導(dǎo)電型離子井周圍的該襯底中；(b)于該襯底的該第一導(dǎo)電型離子井上形成一柵極結(jié)構(gòu)；(c)對(duì)該襯底表面進(jìn)行一第一濃度的離子注入，以于該第一導(dǎo)電型離子井中形成至少一第一導(dǎo)電型高摻雜區(qū)域；以及(d)對(duì)該襯底表面進(jìn)行一第二濃度的離子注入，以于該第一導(dǎo)電型高摻雜區(qū)域中形成至少一第一導(dǎo)電型電極摻雜區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該襯底為一第二導(dǎo)電型襯底。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該襯底還包括一第二導(dǎo)電型深離子井設(shè)于該襯底中并環(huán)繞該第一導(dǎo)電型離子井。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括于步驟(b)后對(duì)該襯底進(jìn)行一第三濃度的離子注入，以于該第一導(dǎo)電型離子井中形成至少一第一導(dǎo)電型低摻雜區(qū)域。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該第三濃度低于該第一濃度且低于該第二濃度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括于步驟(c)后于該柵極結(jié)構(gòu)外側(cè)形成一側(cè)壁子結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括于步驟(b)后于該柵極結(jié)構(gòu)外側(cè)形成一側(cè)壁子結(jié)構(gòu)，并以一傾斜方向?qū)υ撘r底表面進(jìn)行步驟(c)的離子注入。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括于步驟(c)后進(jìn)行一熱工藝。
9.一種可變電容結(jié)構(gòu)，包括一襯底；一第一導(dǎo)電型離子井，設(shè)于該襯底中；多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)，設(shè)于該第一導(dǎo)電型離子井周圍的該襯底中；一柵極結(jié)構(gòu)，設(shè)于該襯底的該第一導(dǎo)電型離子井表面；兩第一導(dǎo)電型高摻雜區(qū)域，分別設(shè)于該柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)下方的該第一導(dǎo)電型離子井中；以及兩個(gè)第一導(dǎo)電型電極摻雜區(qū)域，分別設(shè)于各該第一導(dǎo)電型高摻雜區(qū)域中。
10.如權(quán)利要求9所述的可變電容結(jié)構(gòu)，其中該兩第一導(dǎo)電型高摻雜區(qū)域間的距離小于該兩第一導(dǎo)電型電極摻雜區(qū)域間的距離。
11.如權(quán)利要求9所述的可變電容結(jié)構(gòu)，其中該兩第一導(dǎo)電型高摻雜區(qū)域于該柵極結(jié)構(gòu)下方互相接觸。
12.如權(quán)利要求9所述的可變電容結(jié)構(gòu)，其中該襯底為一第二導(dǎo)電型襯底。
13.如權(quán)利要求9所述的可變電容結(jié)構(gòu)，其中該襯底還包括一第二導(dǎo)電型深離子井設(shè)于該襯底中并環(huán)繞該第一導(dǎo)電型離子井。
14.如權(quán)利要求9所述的可變電容結(jié)構(gòu)，還包括兩第一導(dǎo)電型低摻雜區(qū)域分別設(shè)于該柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的該第一導(dǎo)電型離子井中，其中該第一導(dǎo)電型低摻雜區(qū)域的摻雜濃度低于該第一導(dǎo)電型高摻雜區(qū)域且低于該第一導(dǎo)電型電極摻雜區(qū)域。
15.如權(quán)利要求9所述的可變電容結(jié)構(gòu)，還包括一側(cè)壁子結(jié)構(gòu)設(shè)于該柵極結(jié)構(gòu)外側(cè)。
16.一種可變電容結(jié)構(gòu)，包括一襯底；一第一導(dǎo)電型離子井，設(shè)于該襯底中；多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)，設(shè)于該第一導(dǎo)電型離子井周圍的該襯底中；一柵極結(jié)構(gòu)，設(shè)于該襯底的該第一導(dǎo)電型離子井表面；以及一第一導(dǎo)電型高摻雜區(qū)域，設(shè)于該柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)下方與該柵極結(jié)構(gòu)正下方的該第一導(dǎo)電型離子井中。
17.如權(quán)利要求16所述的可變電容結(jié)構(gòu)，還包括兩第一導(dǎo)電型電極摻雜區(qū)域，設(shè)于該柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)下方的該第一導(dǎo)電型高摻雜區(qū)域中。
18.如權(quán)利要求16所述的可變電容結(jié)構(gòu)，其中該襯底為一第二導(dǎo)電型襯底。
19.如權(quán)利要求16所述的可變電容結(jié)構(gòu)，其中該襯底還包括一第二導(dǎo)電型深離子井設(shè)于該襯底中并環(huán)繞該第一導(dǎo)電型離子井。
20.如權(quán)利要求17所述的可變電容結(jié)構(gòu)，還包括兩第一導(dǎo)電型低摻雜區(qū)域分別設(shè)于該柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的該第一導(dǎo)電型離子井中，其中該些第一導(dǎo)電型低摻雜區(qū)的摻雜濃度低于該第一導(dǎo)電型高摻雜區(qū)的摻雜濃度且低于該些第一導(dǎo)電型電極摻雜區(qū)的摻雜濃度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有高品質(zhì)因數(shù)以及較佳線性度的可變電容結(jié)構(gòu)及其制造方法。該方法于形成一柵極結(jié)構(gòu)以作為可變電容結(jié)構(gòu)的第一電極后，進(jìn)行一第二電極的離子注入前，多進(jìn)行一道離子注入，以形成一高摻雜區(qū)域。換言之，該可變電容結(jié)構(gòu)于第二電極與襯底間具有一與第二電極同一導(dǎo)電型的高摻雜區(qū)域。此種具有額外高摻雜離子注入?yún)^(qū)的可變電容結(jié)構(gòu)，不但具有較高的品質(zhì)因數(shù)、較佳的線性度，其調(diào)諧比值的表現(xiàn)亦佳。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1901145SQ20051008474
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2005年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月20日
發(fā)明者高境鴻 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司