縱向pn結電壓控制變容器及其製備方法
2023-05-25 09:36:46 2
專利名稱：縱向pn結電壓控制變容器及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種電壓控制變容器，特別涉及一種縱向PN結結構的電壓控制變容
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背景技術：
鎖相環在模擬電路和射頻電路中有著極其廣泛的應用，而電壓控制變容器是鎖相環中的一個關鍵器件。電壓控制變容器的電容值可調節範圍對鎖相環的性能起著至關重要的影響。現有的電壓控制變容器主要有兩種結構一種是採用MOS電容，其中半導體襯底 s(例如矽)經過輕摻雜，在金屬或多晶矽柵和襯底間加上偏壓，襯底形成耗盡層，電壓調節耗盡寬度從而調節變容器的電容值；另一種是PN結結構，通過其反向偏壓調節結耗盡區的寬度來調節變容器的電容值。這兩種變容器的電容值調節範圍都能通過改變結構來改善。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種縱向PN結電壓控制變容器，該結構能增加電壓控制變容器的可調節範圍。為解決上述技術問題，本發明的縱向PN結電壓控制變容器，為由具有溝槽的外延層和在所述溝槽內壁以及所述外延層上面的離子注入層組成電壓控制變容器中的PN 結，所述離子注入層具有與所述外延層相反的導電類型，所述PN結製備在導電類型與所述外延層相同的襯底上，所述離子注入層連接金屬形成所述電壓控制變容器的一個電極，所述襯底連接金屬形成所述電壓控制變容器的另一個電極。本發明還提供了一種縱向PN結電壓控制變容器的製備方法，包括如下步驟(1)在襯底上外延生長一導電類型與襯底相同的外延層；(2)採用光刻和刻蝕工藝在所述外延層內至少形成一個溝槽；(3)採用離子注入在所述溝槽的內壁和所述外延層表面形成離子注入層，所述離子注入層的導電類型與所述外延層的導電類型相反；(4)將離子注入層通過金屬引出形成一個電極，後在襯底背面澱積金屬形成另一個電極。本發明的縱向PN結電壓控制變容器結構，弓丨入溝槽的設計，使得兩電極間的PN結的結面積變大，加上反向偏壓時耗盡區變寬，最終使電容值調節範圍變大。
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖1為本發明的電壓控制變容器的結構示意圖；圖2為本發明的電壓控制變容器的製備流程示意圖；圖3為實施本發明的流程中刻蝕形成溝槽後的結構示意圖4為實施本發明的流程中離子注入的示意圖；圖5為實施本發明的流程中形成注入層之後的結構示意圖。
具體實施例方式本發明的縱向PN結電壓控制變容器，電壓控制變容器中的PN結由具有溝槽的外延層和在溝槽內壁以及外延層上面的離子注入層組成，離子注入層具有與外延層相反的導電類型，PN結製備在摻雜類型與外延層相同的襯底上，離子注入層連接金屬形成電壓控制變容器的一個電極，襯底連接金屬形成所述電壓控制變容器的另一個電極(見圖1)。因襯底和離子注入層需要引出電極，故襯底和離子注入層的摻雜濃度一般要大於外延層的摻雜濃度。其中襯底的摻雜濃度可為1014-1016原子/cm2，外延層的摻雜濃度可為1012_1014 原子/cm2，離子注入層的摻雜濃度可為=IO14-IO"5原子/cm2，離子注入層的厚度可為0. 1-1 微米。溝槽的長度可為0. 2-200微米，寬可為0. 1-100微米，深可為0. 1-50微米。上述的縱向PN結電壓控制變容器的工藝實施步驟如下(見圖2)(1)選擇重摻雜矽襯底；在襯底上面生長輕摻雜外延層，外延層摻雜類型與襯底相同但劑量很輕；襯底的摻雜濃度IO14-IO15原子/cm2，外延層的摻雜濃度IO12-IO14原子/ cm2。外延層的生長可採用常規的化學氣相矽外延工藝，外延的同時進行摻雜。(2)對外延層進行光刻和刻蝕，在外延層中至少形成一個溝槽(見圖幻。溝槽的長度為0. 2-200微米，寬度為0. 1-100微米，深度為0. 1-50微米。溝槽的個數可通過所要求的電容的調節範圍來設定。(3)進行離子注入，在溝槽內壁和外延層表面，形成離子注入層(見圖4)。離子注入可採用傾斜角的離子束注入，注入角度範圍可為7-80度，以保證溝槽的側壁能夠均勻注入離子。注入離子的劑量可為1014-1016原子/cm2，離子注入層的厚度可為0. 1-1微米。熱退火激活摻雜離子使得溝槽底部、側壁以及外延層表面形成重摻雜層(離子注入層)。(4)接下來是電極的製作，外延層頂部離子注入層通過歐姆接觸與正面金屬連接形成變容器的一個電極，襯底通過歐姆接觸與背面金屬連接形成變容器的另一個電極。具體可為先澱積層間膜，填充溝槽並在外延層上形成預定厚度；而後通過光刻和刻蝕工藝在層間膜上形成接觸孔；接著澱積接觸金屬，回刻或化學機械研磨接觸金屬至層間膜表面； 澱積正面金屬形成一個電極；襯底背面減薄，之後再襯底背面澱積金屬，形成另一個電極， 最終形成如圖1所示的結構。本發明的縱向PN結電壓控制變容器結構，弓丨入溝槽的設計，使得兩電極間的PN結的結面積變大，加上反向偏壓時耗盡區變寬，最終使電容值調節範圍變大。
權利要求
1.一種縱向PN結電壓控制變容器，其特徵在於由具有溝槽的外延層和在所述溝槽內壁以及所述外延層上面的離子注入層組成電壓控制變容器中的PN結，所述離子注入層具有與所述外延層相反的導電類型，所述PN結製備在導電類型與所述外延層相同的襯底上， 所述離子注入層連接金屬形成所述電壓控制變容器的一個電極，所述襯底連接金屬形成所述電壓控制變容器的另一個電極。
2.如權利要求1所述的電壓控制變容器，其特徵在於所述襯底的摻雜濃度為 IO14-IO16個原子/cm2，所述外延層的摻雜濃度為IO12-IO14個原子/cm2，所述離子注入層的摻雜濃度為=IO14-IO"5個原子/cm2。
3.如權利要求1或2所述的電壓控制變容器，其特徵在於所述溝槽的長度為0.2-200 微米，寬為0. 1-100微米，深為0. 1-50微米，所述離子注入層的厚度為0. 1-1微米。
4.一種縱向PN結電壓控制變容器的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟(1)在襯底上外延生長一導電類型與襯底相同的外延層；(2)採用光刻和刻蝕工藝在所述外延層內形成至少一個溝槽；(3)採用離子注入在所述溝槽的內壁和所述外延層表面形成離子注入層，所述離子注入層的導電類型與所述外延層的導電類型相反；(4)將離子注入層通過金屬引出形成一個電極，後在襯底背面澱積金屬形成另一個電極。
5.如權利要求4所述的製備方法，其特徵在於所述步驟(4)具體可為1)在襯底上澱積層間膜，填充所述溝槽並至外延層表面預定厚度，而後刻蝕所述層間膜形成所述離子注入層的接觸孔；2)澱積金屬填充所述接觸孔，並澱積金屬形成金屬線，作為所述電壓控制變容器的一個電極；3)在所述襯底的背面澱積金屬形成所述電壓控制變容器的另一個電極。
6.如權利要求4或5所述的製備方法，其特徵在於所述溝槽的長度為0.2-200微米， 寬為0. 1-100微米，深為0. 1-50微米，所述襯底的摻雜濃度為IO14-IO16個原子/cm2，所述外延層的摻雜濃度為1012-1014個原子/cm2 ；所述離子注入層的摻雜濃度為1014-1016個原子/cm2，所述離子注入中離子束的角度7-80度，所述離子注入層的厚度為0. 1-1微米。
全文摘要
本發明公開了一種縱向PN結電壓控制變容器，為電壓控制變容器中的PN結由具有溝槽的外延層和在所述溝槽內壁以及所述外延層上面的離子注入層組成，所述離子注入層具有與所述外延層相反的導電類型，所述PN結製備在摻雜類型與所述外延層相同的襯底上，所述離子注入層連接金屬形成所述電壓控制變容器的一個電極，所述襯底連接金屬形成所述電壓控制變容器的另一個電極。上述結構中，引入了溝槽設計，使得兩電極間的PN結的結面積變大，加上反向偏壓時耗盡區變寬，最終使電容值調節範圍變大。本發明還公開了一種縱向PN結電壓控制變容器的製備方法。
文檔編號H01L29/93GK102544120SQ201010598399
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月21日 優先權日2010年12月21日
發明者康志瀟, 張智侃, 金勤海 申請人:上海華虹Nec電子有限公司