具有可变电容的三端半导体器件的制作方法
【专利说明】具有可变电容的H端半导体器件
[0001] 优先权申请
[0002] 本申请要求 2013 年 2 月 19 日提交的题为"THREETERMINALSEMICONDUCTOR DEVICEmHVARIABLECAPACITANCE(具有可变电容的S端半导体器件）"的美国专利申请 序列号13/770,005的优先权，其通过援引整体纳入于此。
[0003] 领域
[0004] 描述了设及电子半导体器件，且更具体地，设及其两个端子之间的电容可通过向 第=端子施加控制电压来改变的器件的方法和装置。 阳00引 宜量
[0006] 诸如可调谐天线系统等各种电子通信系统从可变（例如，可调谐）电容器极大地 获益。因为可调谐电容器的电容可变化，所W使用运样的电容器的天线系统可通过改变可 调谐电容器的电容被用于不同的频率范围和/或被控制来展现不同的特性。因而，通过允 许执行调谐从而允许单个天线系统在各种不同的频带中操作和/或通过与使用固定（不可 调谐）电容器的天线系统相比降低天线系统的大小、成本、和/或复杂度，可调谐电容器可 被用来减少或消除对多个天线系统的需求。
[0007] 在许多应用中，可调谐电容器需要能够承受可能存在于天线系统中的大电压摆幅 (例如，+/-35V)。在电容器被实现为半导体器件时，运样的大电压摆幅一般需要使用厚氧 化层（约1000-2000A的量级）。不幸的是，使用运样的厚氧化层摧毁了或显著降低了标准 的基于CMOS(互补金属氧化物半导体）的累积变容二极管的可调谐性，其中可调谐性可被 表达为器件最大电容（Cmax)除W其最小电容（Cmin)的比率。目P，对于厚氧化层器件而言， 调谐比率接近1 (Cmax/Cmin约为1)，从而使得使用厚氧化层CMOS变容二极管是不合乎需要 的或甚至不可用作许多应用的可变电容器。
[0008] MOS(金属氧化物半导体）电容器的电容与电压之间的关系可从下式中理解：
[0010] 其中C(V)是作为电压的函数的电容，Tm是氧化层厚度，eM是氧化层介电常数， 是娃仪）介电常数，W(V)是作为电压的函数的耗尽宽度。 W11] 因而，调谐比率（它被表达为Cmax/Cmin)随Tm增加而逼近1，从而使得厚氧化层 的使用对其中需要高调谐比率的应用而言是不合乎需要的。
[0012] 在过去的几年中，已经作出了尝试W解决上述问题中的一些问题且制造具有某种 经改进的可调谐性的电容器器件（如图1所示的具有经改进的调谐范围的3端栅极变容二 极管）。图1中所示的3端栅极变容二极管100具有与标准PMOS晶体管相似的结构，除了 漏极端的半导体材料由N+替换P型半导体材料（其通常用于PMOS中）之外。3端栅极变 容二极管100包括=个端子，即源极端104、栅极端106、W及漏极端108。正漏极电势的施 加扩张了栅极端下的耗尽层，从而进一步降低了电容。因而，已知变容二极管100遭受相对 有限的电容范围的损害，从而使得它对于许多应用而言是小于理想的。
[0013] 鉴于W上讨论，应当明白，存在对具有高可调谐性并具有耐受大电压摆幅的能力 的可变（例如，可调谐）电容器的需求。尽管并非关键，新可调谐电容器能与标准半导体制 造工艺流程整合在一起而无需添加许多复杂性和/或显著增加包括新可调谐电容器的半 导体器件和/或系统的成本是合乎需要的。
[0014] 避述
[0015] 描述了设及可被实现在半导体材料上的可变=端电容器件（例如，可调谐电容 器）的方法和装置。
[0016] 在各实施例中，彼此间隔开的垂直控制柱在具有与控制柱的极性相反的极性的阱 中延伸。控制柱按平行于深沟槽栅极与阱拾取区但在深沟槽栅极与阱拾取区之间延伸的一 行来安排。通过改变施加到控制柱的电压，柱周围耗尽区的大小可变化，从而造成沟槽栅极 与连接到阱拾取区的拾取端之间的电容的变化。控制柱的一般垂直的性质便于控制大范围 的电压，同时允许使用常见半导体制造步骤进行制造，使得器件易于与其他半导体器件一 起实现在忍片上。
[0017] 在各实现中，器件的两个端子之间的电容可W通过将控制电压施加到该器件的第 立端子（例如，控制柱端子）来改变。
[0018] 除了描述该器件之外，本申请还描述了制造运样的可变电容半导体器件W及使用 运样的器件（例如，作为电子电路的一部分）的方法。可变电容器件可W使用相对常规的 半导体制造技术和/或步骤来实现，从而允许器件被使用并集成到旨在支持大范围的操作 的大量器件（例如，忍片）中。
[0019] 在至少一些实施例中，与某些已知的基于半导体的可变电容器件相比，该可变电 容器件支持更宽的调谐范围和/或更高的电压。
[0020] 在各实施例中，可调谐电容器包括基板，由所述基板支撑的沟槽栅极，其中所述沟 槽栅极具有第一（例如，深的）深度且在第一方向上延伸。可调谐电容器还包括第一极性 的第一阱，其中第一阱在第一方向上与沟槽栅极平行地延伸且所述第一极性的第一阱拾取 区与所述第一阱相邻且在第一方向上延伸。沟槽栅极可W并且在一些实施例中确实通过填 充向下延伸到覆盖基板的埋藏氧化层或实际上延伸到覆盖基板的埋藏氧化层中的深阱来 实现。可调谐电容器包括位于所述第一阱中在所述沟槽栅极与第一阱拾取区之间的第二极 性的至少第一多个耗尽控制柱。因而，各柱可垂直站立，在一行中彼此间隔开，该行在阱拾 取区的侧壁与沟槽栅极的侧壁之间延伸。在各实施例中，第二极性不同于第一极性，例如， 控制柱的极性不同于沟槽栅极和阱拾取区的极性。例如，在一些实施例中，沟槽栅极具有负 极性且由N+渗杂多晶材料形成，而在运样的示例性实施例中，控制柱由P+渗杂材料形成。
[0021] 示例性可控制电容器件的各端子包括与阱拾取区电接触的第一端子（例如，阱拾 取端）、与控制柱接触的第二端子（例如，控制端）、W及与形成沟槽栅极的栅极材料接触的 第=端子（例如，栅极端）。控制柱可W且在一些实施例中确实按在第一方向上延伸的一行 彼此间隔开来安排，该第一方向例如是与沟槽栅极的侧壁平行且与阱拾取区的侧壁平行延 伸的方向。
[0022] 在各实施例中，耗尽控制柱高于它们的宽度，且被安排在沟槽栅极的侧壁与阱拾 取区的侧壁之间的中途或大约中途处。因而，在各实施例中，耗尽控制柱的高度大于它们的 宽度。
[0023] 使用本文描述的新颖方法制造的可调谐3端电容器提供W下可能性：调谐比率 比具有在本申请的【背景技术】部分所描述的类型的常规CMOS变容二极管的可能调谐比率更 高。各实施例与SOI或块体基板上的CMOS、BiCMOS、BCD工艺流程兼容。另外，至少一些实 施例允许具有高可调谐性的可调谐电容器，甚至对具有厚氧化层实现而言。
[0024] 虽然已在上面的概述中讨论了各个实施例，但是应当领会，未必所有实施例都包 括相同的特征，并且上面描述的运些特征中有一些并不是必需的，但在某些实施例中可能 是期望的。众多附加特征、实施例W及各个实施例的益处在接下来的详细描述中进行讨论。 阳0巧]附图简沐
[0026] 图1解说已知3端可变电容器。
[0027] 图2解说可被用作可变电容器且可W使用根据一些实施例的示例性方法来制造 的示例性电子半导体器件的从左到右截面图。
[0028] 图3解说在沿水平面切割且从顶部来看的图2的示例性电子半导体器件的俯视 图。
[0029] 图4解说图2示例的替换实施例，它具有与图2中示出的器件的结构相类似的结 构，但具有N(负）基板而非正任）基板。
[0030] 图5解说使用厚SON基底实现的可被用作可变电容器的替换S端半导体器件。
[0031] 图6示出另一示例性实施例，但使用块体SI代替厚SOI。 阳03引图7是示出NMOS-N阱变容二极管的电容对电压（VSB)图的示图。
[0033]图8是解说根据示例性实施例的示例性半导体器件（例如，可调谐耗尽控制电容 器）的电容对电压（耗尽控制电压）图的示图。
[0034] 图9是解说根据一个示例性实施例的控制设备的示例性方法的流程图。
[0035] 图10解说使用根据一些实施例实现的示例性可调谐电容器的示例性通信设备。 阳的6] 详细描沐
[0037] 图2解说示例性电子半导体器件200(例如，根据一个示例性实施例实现的可调 谐3端耗尽控制电容器）的结构。该器件的=个端子包括N阱（NW)拾取端216、耗尽控制 端218W及电容器栅极端220。施加到耗尽控制端的电压（它可相对于NW拾取端216来 测量）控制电容器栅极端220与NW拾取区之间的电容。因此，通过改变施加到耗尽控制端 218的电压，可W改变电容。相对大范围的电压可被施加到耗尽控制端218,其中在一些实 施例中，对于70伏或甚至更大的总电压范围，所施加的电压范围是至少+/-35伏。尽管在 一些实施例中支持+/-35伏范围，但在其他实施例中，支持并使用更小和/或更大的电压范 围。
[0038] 如图所示，示例性=端耗尽控制电容器器件200包括基板202,在运一实施例中， 基板202是P型娃（Si)基板，然而，应当明白，在其他实现中，可W使用具有不同极性的其 他类型的基板（例如，N型Si,等等）。
[0039] 器件200还包括由基板202支撑且具有第一深度并在第一方向上延伸的深沟槽栅 极208。电容器栅极端220与深沟槽栅极的内容物电接触。在图2示例中，第一方向从器 件200的前方朝器件200的后方延伸，其中沟槽栅极的深度与垂直于所述第一方向的垂直 方向相对应。器件200还包括在第一方向上与所述沟槽栅极208平行地延伸的第一N(负） 阱206、与第一N阱206相邻且在第一方向上延伸的第一N阱拾取区204、W及位