BRPI9811639B1 - dispositivos elétricos, oscilador controlado por tensão, e, processo para fabricar um dispositivo elétrico - Google Patents
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Abstract
"dispositivos elétrico e de radiocomunicação, oscilador controlado por tensão, circuito em anel travado por fase, e, processo para fabricar um dispositivo elétrico" um dispositivo elétrico (10) tendo um capacitância dependente de tensão é fornecido, compreendendo uma primeira região(12) de um material semicondutor, e uma segunda região (13) e uma terceira região (14) de um material semicondutor formado na primeira região, a segunda e terceira regiões sendo separadas por uma região de separação, e uma camada eletricamente isolante (15) formada sobre a primeira região pelo menos em uma região correspondendo à região de separação, e um elemento substancialmente condutivo (16) formado sobre a camada isolante pelo menos em uma região correspondendo à região de separação, de forma que a camada isolante eletricamente isole o elemento substancialmente condutivo da primeira, segunda e terceira regiões, e um primeiro eletrodo (17) conectado ao elemento substancialmente condutivo, e um segundo eletrodo (18) conectado à segunda e terceira regiões. um processo de fabricar o dispositivo é também exposto.
Description
"DISPOSITIVOS ELÉTRICOS, OSCILADOR CONTROLADO POR TENSÃO, E, PROCESSO PARA FABRICAR UM DISPOSITIVO ELÉTRICO" CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO
[0001] A presente invenção relaciona-se a varactores e, em particular, a varactores adequados para integração. Estes tipos de varactores são encontrados, por exemplo, em Osciladores Controlados por Tensão e Circuitos de Elo Travado em Fase (“Phase Locked Loop circuits”) que, por sua vez, são frequentemente usados em dispositivos de radiocomunicação. A presente invenção também se relaciona à fabricação de tais dispositivos.
DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA
[0002] Um varactor é um dispositivo elétrico tendo uma capacitância que é controlada por uma adequada polarização de tensão ou corrente. Um varactor é usado, por exemplo, em Osciladores Controlados por Tensão, VCOs, onde uma frequência de um oscilador é controlada por uma polarização de tensão ou corrente aplicada. VCOs são usados, por exemplo, quando uma frequência variável é requerida ou quando um sinal necessita ser sincronizado a um sinal de referência. Em dispositivos de radiocomunicação, por exemplo, telefones portáteis/celulares, VCOs são frequentemente usados em circuitos de Elo Travado em Fase, PLL (“Phase Locked Loop”), para gerar sinais adequados. Geração de um sinal de referência que é sincronizado com o sinal recebido por um radio-receptor, operações de modulação/demodulação e síntese de frequência são exemplos de tais usos. Vários varactores adequados para tecnologias de Circuito Integrado, IC, são conhecidas na técnica prévia. R. A. Molin e G. F. Foxhall discutem em "lon -Implanted Hyperabrupt Junction voltage Variable Capacitors", IEEE Trans. Electron Devices, ED - 19, pp. 267f, 1972, O uso de diodos pn como varactores que podem ser usados em tecnologias bipolar, CMOS ou BiCMOS. É também conhecido o uso de diodos Schottky ou diodos MOS como varactores. O último é descrito, por exemplo, por S. M. Sze em "Physics of Semiconductor Devices" John Wiley & Sons, segunda Edição, pp. 368f. A integração dos varactores conhecidos depende da capacidade da tecnologia de Cl. Um panorama dos dispositivos integrados para aplicação de RF em alta frequência em um processo BiCMOS é dado por J. N. Burghartz, M. Soyuer e K. Jenkins em "Integrated RF and Microwave Components in BiCMOS Technology", IEEE Trans. Electron Devices, Vol. 43, pp. 1559-1570, setembro de 1996. Como é mostrado na página 1568 e na figura 12, os varactores não são uma parte do conjunto de dispositivo BiCMOS padrão. Em vez disso, é proposto usar uma junção coletor-base de um transistor bipolar como um varactor. J. Craninckx e M. S. J. Steyaert sugere em "A 1 . 8 — GHz Low — Phase - Noise CMOS VCO Using Optmized Hollow Spiral Inductors", IEEE J. Solid - State Circuits, Vol. 32, pp. 736 - 744, maio de 1997, o uso de um diodo de junção de poço p+/n como um varactor em um VCO que é integrado por meio de um processo CMOS.
[0003] Enquanto a forma conhecida de varactores descrita acima funciona bem adequadamente, eles tem um número de desvantagens.
[0004] Um obstáculo dos varactores conhecidos é que eles são difíceis de realizar com fatores de qualidade altos, Q, especialmente para aplicações de alta frequência em um processo CMOS convencional devido a sua alta resistência série ou etapas de fabricação adicionais requeridas. Isto resulta em baixa produção e altos custos de fabricação.
[0005] Outro obstáculo dos varactores de junção pn conhecidos é que em muitas aplicações, tal como quando usados na maioria de circuitos VCO, um capacitor de desacoplamento de CC precisa ser adicionado ao projeto que torna o projeto até mais difícil de integrar em um Cl. O uso de um capacitor de desacoplamento de CC externamente ao Cl adiciona no custo global da implementação e consome valioso espaço sobre uma Placa de Circuito Impresso, PCB. Estes obstáculos se tornam até mais pronunciados em dispositivos que podem ser segurados na mão, tais como telefones portáteis, que precisam ser pequenos e que são produzidos em altos volumes.
[0006] É um objetivo da presente invenção fornecer um varactor que supera ou alivia os problemas acima mencionados.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0007] Os problemas acima mencionados são superados ou aliviados fornecendo um dispositivo elétrico tendo uma capacitância dependente de tensão compreendendo uma primeira região de um material semicondutor, e uma segunda região e uma terceira região de um material semicondutor formada na primeira região, a segunda e terceira regiões sendo separadas por uma região de separação e uma camada eletricamente isolante formada sobre a primeira região pelo menos em uma região correspondendo à região de separação, e um elemento substancialmente condutivo formado sobre a camada isolante pelo menos em uma região correspondendo à região de separação, de forma que a camada isolante eletricamente isole o elemento substancialmente condutivo da primeira, segunda e terceira regiões, e um primeiro eletrodo conectado ao elemento substancialmente condutivo, e um segundo eletrodo conectado às segunda e terceira regiões.
[0008] Em uma concretização preferida da presente invenção um dispositivo elétrico tendo uma capacitância dependente de tensão é fornecido usando a porta de um transistor MOS como um primeiro eletrodo do dispositivo e conectando o dreno e a fonte em comum para formar um segundo eletrodo.
[0009] Os problemas da técnica prévia são superados fornecendo um dispositivo elétrico tendo uma capacitância dependente de tensão que pode ser implementado pelo uso de um processo CMOS convencional. Além do mais, uma vez que a camada isolante (no caso de um transistor MOS: uma camada de óxido) separa o elemento substancialmente condutivo conectado ao primeiro eletrodo (no caso de um transistor MOS: a porta) das segunda e terceira regiões conectadas ao segundo eletrodo (no caso de um transistor MOS: o dreno/fonte) o dispositivo pode ser usado, por exemplo, em um circuito VCO, sem a necessidade de um capacitor de desacoplamento de CC.
[0010] A presente invenção também fornece um VCO, um PLL e um dispositivo de radiocomunicação fazendo uso de um varactor como discutido acima. Além do mais, um processo de fabricar um varactor de acordo com a presente invenção é fornecido.
[0011] Uma vantagem da presente invenção é que um varactor tendo um fator de qualidade alto, Q, isto é com baixa resistência série, pode ser realizado mesmo para aplicações de alta frequência usando um processo CMOS convencional sem adicionar quaisquer etapas de fabricação. Os varactores podem, portanto, ser fabricados em alta produção e a baixos custos.
[0012] Além do mais, uma vantagem da presente invenção é que um VCO é fornecido que pode ser realizado usando um processo CMOS convencional e que não precisa de um capacitor de desacoplamento de CC no projeto. Isto torna a implementação do VCO barata e fisicamente pequena, uma vez que nenhum capacitor de desacoplamento de CC é necessário nem no Cl nem externamente ao Cl sobre uma PCB. Estas vantagens se tornam até mais pronunciadas quando implementadas em dispositivos que podem ser segurados na mão, tais como telefones portáteis, que necessitam ser pequenos e que são produzidos em altos volumes.
[0013] Vantajosamente, a presente invenção fornece um Oscilador Controlado por Tensão integrado e/ou circuito de elo travado em fase, PLL, que incluem um varactor como discutido acima, usando um processo CMOS convencional.
[0014] Uma vez que muitas das funções de um dispositivo de radiocomunicação podem ser integradas por processos CMOS convencionais, a integração de um VCO e/ou um circuito PLL junto com estas funções permite a presente invenção fornecer um dispositivo de radiocomunicação com um alto grau de integração e, assim, pequenas dimensões físicas. O alto grau de integração também reduz os custos de fabricação.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0015] Figura 1 ilustra um varactor de acordo com uma primeira concretização da presente invenção compreendendo um transistor de intensificação PMOS;
[0016] Figura 2 ilustra um varactor de acordo com uma segunda concretização da presente invenção compreendendo um transistor de intensificação NMOS;
[0017] Figura 3 ilustra um varactor de acordo com uma terceira concretização da presente invenção compreendendo um transistor de depleção NMOS;
[0018] Figura 4 ilustra um aspecto operacional da primeira concretização da presente invenção;
[0019] Figura 5 ilustra um diagrama de circuito equivalente da primeira concretização da presente invenção;
[0020] Figura 6 ilustra um diagrama de circuito de um Oscilador Controlado por Tensão de acordo com uma quarta concretização da presente invenção;
[0021] Figura 7 ilustra uma vista de topo de um varactor composto de acordo com uma quinta concretização da presente invenção;
[0022] Figura 8 ilustra uma vista de seção transversal ao longo do eixo VIII- VIII da Figura 7;
[0023] Figura 9 ilustra uma vista de seção transversal ao longo do eixo IX - IX da Figura 7;
[0024] Figura 10 ilustra uma vista de topo de um varactor composto de acordo com uma sexta concretização da presente invenção;
[0025] Figura 11 ilustra uma vista de seção transversal ao longo do eixo XI - XI da Figura 10;
[0026] Figura 12 ilustra uma vista de seção transversal ao longo do eixo XII - XII da Figura 10;
[0027] Figura 13 ilustra uma vista de seção transversal ao longo do eixo XIII -XIII da Figura 10;
DESCRIÇÃO DETALHADA DE CONCRETIZAÇÕES
[0028] Concretizações da presente invenção são descritas abaixo, por meio de exemplo somente. Deveria ser notado que detalhes ilustrados nas Figuras não devem ser desenhados em escala. Ao contrário, as dimensões dos detalhes das ilustrações são escolhidas de forma a melhorar a compreensão da presente invenção.
[0029] De acordo com a presente invenção é fornecido um dispositivo elétrico tendo uma capacitância dependente de tensão. Tal dispositivo é também chamado um varactor. Será apreciado que o varactor da presente invenção pode facilmente ser integrado em um processo CMOS convencional.
[0030] Figura 1 ilustra um varactor 10 de acordo com uma primeira concretização da presente invenção, compreendendo um transistor de intensificação PMOS. O transistor é formado em um substrato de silício tipo p 11. Um poço tipo n 12 é formado no substrato de silício tipo p 11 de uma primeira superfície principal do substrato e uma região de fonte tipo p+ 13 e uma região de dreno tipo p+ 14 são formadas no poço tipo n 12. A concentração de impureza das regiões de fonte e dreno 13, 14 é escolhida para ser maior do que a concentração de impureza da região de poço 12. Posteriormente, uma camada isolante 15, preferivelmente de óxido de silício, é formada sobre a primeira superfície principal do substrato e uma porta de poli-silício 16 é formada sobre a camada isolante 15, pelo menos cobrindo uma parte da região de poço n 12, separando a região de fonte 13 e a região de dreno 14 e de forma que a porta 16 seja eletricamente isolada da região de poço n 12. Um eletrodo comum Ca do varactor 10 é formado conectando a região de fonte 13 à região de dreno 14. Conexão é feita à região de fonte 13 e à região de dreno 14 por meio de um eletrodo de fonte 17 e um eletrodo de dreno 18, respectivamente. Um segundo eletrodo Cb do varactor 10 está conectado à porta 16 por meio de um eletrodo de porta 19.
[0031] Figura 2 ilustra um varactor 20 de acordo com uma segunda concretização da presente invenção, compreendendo um transistor de intensificação NMOS. O transistor é formado em um substrato de silício tipo p 21. Um poço tipo p 22 é formado no substrato de silício tipo p 21 de uma primeira superfície principal do substrato e uma região de fonte tipo n+ 23 e uma região de dreno tipo n+ 24 são formadas no poço tipo p 22. A concentração de impureza das regiões de fonte e dreno 23, 24 é escolhida para ser maior do que a concentração de impureza da região de poço 22. Posteriormente, uma camada isolante 25, preferivelmente de óxido de silício, é formada sobre a primeira superfície principal do substrato e uma porta de poli-silício 26 é formada sobre a camada isolante 25, pelo menos cobrindo uma parte da região de poço p 22, separando a região de fonte 23 e a região de dreno 24 e de forma que a porta 26 seja eletricamente isolada da região de poço p 22. Um eletrodo comum Ca do varactor 20 é formado conectando a região de fonte 23 à região de dreno 24. Conexão é feita à região de fonte 23 e à região de dreno 24 por meio de um eletrodo de fonte 27 e um eletrodo de dreno 28, respectivamente. Um segundo eletrodo Cb do varactor 20 está conectado à porta 26 por meio de um eletrodo de porta 29.
[0032] Figura 3 ilustra um varactor 30 de acordo com uma terceira concretização da presente invenção, compreendendo um transistor de depleção NMOS. O transistor é formado em um substrato de silício tipo p 31. Um poço tipo n 32 é formado no substrato de silício tipo p 31 de uma primeira superfície principal do substrato e uma região de fonte tipo n+ 33 e uma região de dreno tipo n+ 34 são formadas no poço tipo p 32. A concentração de impureza das regiões de fonte e dreno 33, 34 é escolhida para ser maior do que a concentração de impureza da região de poço 32. Posteriormente, uma camada isolante 35, preferivelmente de óxido de silício, é formada sobre a primeira superfície principal do substrato e uma porta de poli-silício 36 é formada sobre a camada isolante 35, pelo menos cobrindo uma parte da região de poço n 32, separando a região de fonte 33 e a região de dreno 34 e de forma que a porta 36 seja eletricamente isolada da região de poço n 32. Um eletrodo comum Ca do varactor 30 é formado conectando a região de fonte 33 à região de dreno 34. Conexão é feita à região de fonte 33 e à região de dreno 34 por meio de um eletrodo de fonte 37 e um eletrodo de dreno 38, respectivamente. Um segundo eletrodo Cb do varactor 30 está conectado à porta 36 por meio de um eletrodo de porta 39.
[0033] Mais genericamente, o varactor pode ser definido como tendo uma primeira região 12, 22, 32 de um material semicondutor no qual uma segunda região 13, 23, 33 e uma terceira região 14, 24, 34 de um material semicondutor é formada. A segunda e terceira regiões são separadas por uma região de separação. Uma camada eletricamente isolante 15, 25, 35 é formada sobre a primeira região 12, 22, 32 pelo menos em uma região correspondendo à região de separação. Posteriormente, um elemento substancialmente condutivo 16, 26, 36 é formado sobre a camada isolante 15, 25, 35 pelo menos em uma região correspondendo à região de separação, de forma que a camada isolante 15, 25, 35 isola o elemento substancialmente condutivo 16, 26, 36 da primeira, segunda e terceira regiões. O elemento substancialmente condutivo 16, 26, 36 está conectado a um eletrodo Cb e a segunda e terceira regiões estão conectadas a um eletrodo comum Ca- [0034] Deveria ser notado que a presente invenção não está limitada ao uso de materiais semicondutores de silício. Outros materiais semicondutores, por exemplo, GaAs, pode ser usado em vez disso. Além do mais, outros materiais diferentes de óxido de silício, por exemplo, nitreto de silício ou uma combinação de óxido de silício e nitreto de silício, podem ser usados para formar a camada isolante 15, 25, 35. Naqueles casos é mais apropriado referir a transistores de Semicondutor Isolador de Metal, MIS, em vez de transistores de Semicondutor de Óxido de Metal, MOS.
[0035] Embora eletrodos de fonte 17, 27, 37, eletrodos de dreno 18, 28, 38 e eletrodos de porta 19, 29, 39 estejam incluídos nas concretizações discutidas acima, deveria ser compreendido que a presente invenção não está limitada ao uso de tais eletrodos. Em vez da região de fonte, a região de dreno e a porta podem ser conectadas por outros meios. Por exemplo, poli-silício pode ser usado para obter uma adequada conexão à porta e regiões de ion implantado nas regiões de poço 12, 22, 32 ou no substrato 11, 21, 31 podem ser usadas para conectar a região de fonte 13, 23, 33 e a região de dreno 14, 24, 34. Uma combinação de processos diferentes de conexão pode ser usada para um e o mesmo varactor.
[0036] Figura 4 ilustra um aspecto operacional da primeira concretização da presente invenção. O varactor 40 corresponde ao varactor 10 da Figura 1, e Figura 5 ilustra um diagrama de circuito equivalente do varactor 40. Em operação, a tensão é aplicada entre os eletrodos Ca e Cb, de forma que o potencial em Ca seja maior do que o potencial em Cb- A região de superfície da região de poço 12 é então depletada e a largura de depleção é ilustrada na Figura 4 por um limite de depleção 41. A capacitância do varactor será, entre outras coisas, dependente da combinação série da capacitância de óxido Cox ou correspondente capacitância, se a camada isolante não é construída de um óxido, e da capacitância de camada de depleção semicondutora Cd. A capacitância de camada de depleção semicondutora Cd será, por sua vez, dependente do potencial do poço e da tensão aplicada sobre o dispositivo, isto é, entre a fonte/dreno e a porta. Uma alta faixa dinâmica do varactor é obtida fazendo a região de poço tão levemente dopada quanto possível na região de superfície de princípio, por exemplo, bloqueando a implantação limiar do processo CMOS. Um alto fator Q dos varactores é também obtido mantendo a resistência elétrica da porta Rp0rta (e sua conexão) e a resistência elétrica Rcanai na região de poço 12, entre a região de fonte 13 e a região de dreno 14 tão pequena quanto possível. A resistência elétrica de uma porta de poli-silício pode ser diminuída incluindo uma etapa para introduzir silício na porta. A resistência elétrica experimentada pelos portadores de carga minoritários 42 na região de poço 12 pode ser reduzida usando pequenas dimensões da porta e da região de canal. Pequenas dimensões da porta e da região de canal fazem, entretanto, dar aumento a um varactor tendo uma capacitância com um valor numérico pequeno algumas vezes inaceitável. Este problema é resolvido conectando um adequado número de varactores em paralelo para formar um varactor composto. As conexões entre os varactores são preferivelmente efetuadas por meio de um material de baixa resistência, tal como alumínio, para manter a resistência dos dispositivos baixa e por esse meio obtendo um alto fator Q global do varactor composto.
[0037] Como mencionado acima, a capacitância de camada de depleção Cd é também dependente do potencial do poço e, consequentemente, o dispositivo pode também ser operado aplicando potenciais fixos aos eletrodos Ca e Cb e controlando a capacitância do dispositivo por uma adequada tensão aplicada ao poço. Alternativamente, um potencial fixo é aplicado a um dos eletrodos Ca e Cb, o outro eletrodo é conectado ao poço e o dispositivo é controlado por uma adequada tensão aplicada ao poço.
[0038] Os aspectos operacionais da primeira concretização discutida acima se aplicam também às segunda e terceira concretizações depois de apropriadas adaptações às polaridades aplicadas de acordo com princípios bem conhecidos na técnica.
[0039] Embora as primeira, segunda e terceira concretizações discutidas acima todas façam uso de um substrato semicondutor tipo p, substrato semicondutor tipo n pode ser usado igualmente bem, se polaridades e tipos de condutividade forem adaptados de acordo com princípios bem conhecidos na técnica.
[0040] Em um processo CMOS de 0,25 μηι ou 0,35 μηι convencional, o comprimento de porta Lg, correspondendo substancialmente à distância entre a região de fonte e à região de dreno, é preferivelmente escolhido ser menos do que 2 μηι e mais preferivelmente menos do que 1 μιτι. A largura de porta Wg é preferivelmente escolhida ser menos do que 20 μιτι, por exemplo 15 μηι, 10 μηι ou 5 μιτι. No caso onde o material de porta de baixa resistência, tal como poli-silício siliciado de metal, é usado, a largura de porta pode ser escolhida ser menos do que 6 μιτι.
[0041] Figura 6 ilustra um diagrama de circuito de um Oscilador Controlado por Tensão 60 de acordo com uma quarta concretização da presente invenção. Os corpos e as fontes de um primeiro, um segundo e um terceiro transistor de intensificação NMOS, T-ι, T2 e T3, respectivamente, estão conectados ao potencial de terra. A porta do primeiro transistor Ti está conectada ao dreno do segundo transistor T2eà porta do terceiro transistor T3. A porta do segundo transistor T2 está conectada ao dreno do primeiro transistor Ti e a um primeiro eletrodo do primeiro indutor L-ι. Um segundo eletrodo do primeiro indutor Li está conectado a um primeiro eletrodo de um primeiro resistor R^ O dreno do segundo transistor T2 está conectado a um primeiro eletrodo de um segundo indutor L2. Um segundo eletrodo do segundo indutor está conectado a um segundo resistor R2. Um segundo eletrodo do primeiro resistor Ri está conectado a um segundo eletrodo do segundo resistor R2 a um primeiro eletrodo de um terceiro resistor Rext e a um primeiro eletrodo de um primeiro capacitor Cext. Um segundo eletrodo do terceiro resistor Rext está conectado a uma tensão de alimentação + Vcc e um segundo eletrodo do primeiro capacitor Cext está conectado ao potencial de terra. O circuito adicionalmente compreende pelo menos dois varactores \Λ - Vn, onde n é um número de varactores. Um primeiro varactor composto é formado acoplando um predeterminado número de varactores Vi - Vn em paralelo e um segundo varactor composto é formado conectando os varactores restantes em paralelo. Uma conexão de entrada para receber uma tensão Vfreq que controla a frequência do Oscilador Controlado por Tensão está conectada a um primeiro eletrodo de cada um do primeiro e segundo varactores compostos. Um segundo eletrodo do primeiro varactor composto está conectado ao dreno do primeiro transistor T eum segundo eletrodo do segundo varactor composto está conectado ao dreno do segundo transistor T2. Nesta concretização, os varactores V! - Vn são constituídos de transistores de depleção NMOS. O primeiro eletrodo dos varactores compostos é constituído por uma conexão comum entre o corpo e todas as regiões de fonte e regiões de dreno dos transistores de depleção NMOS. O segundo eletrodo do primeiro varactor composto é constituído por uma conexão comum entre as portas dos transistores de depleção NMOS do primeiro varactor composto e o segundo eletrodo do segundo varactor composto é constituído por uma conexão comum entre as portas dos transistores de depleção NMOS do segundo varactor composto. As portas dos transistores de depleção NMOS são preferivelmente conectadas ao circuito de VCO, e não à conexão de entrada para receber uma tensão Vfreq, uma vez que a porta tem uma baixa capacitância parasítica. O sinal de saída lout do VCO é obtido no dreno do terceiro transistor T3. Opcionalmente, o terceiro resistor Rext e o primeiro capacitor Cext não são integrados sobre o chip. Além do mais, é possível implementar o primeiro e segundo indutores L-ι, L2 fazendo uso da indutância de fios de união do Cl. Deveria ser notado que o corpo dos transistores MOS construindo os varactores compostos Vi - Vn pode ser conectado a um potencial diferente de Vfreq, por exemplo, potencial zero, contanto que o corpo não forme um diodo polarizado direto com quaisquer outras regiões dos transistores. A operação do circuito VCO, como tal, é bem conhecida na técnica.
[0042] O melhor desempenho para um dado circuito VCO com dados indutores é determinado pelo fator Q e a faixa dinâmica (valor de capacitância mínima e máxima) dos varactores (compostos). De acordo com a quarta concretização da presente invenção, transistores NMOS são usados. Estes dão a mais baixa resistência parasítica e assim o mais alto fator Q. A tensão limiar é ajustada de forma a dar a mais ampla faixa dinâmica dos varactores (compostos) como é possível dentro de uma predeterminada faixa de polarização (tensão).
[0043] No caso onde os varactores da presente invenção são integrados em um processo CMOS convencional junto com outros dispositivos, as regiões de fonte e dreno precisam ser isoladas do substrato, por exemplo, formando o varactor pelo menos em uma região de poço. Embora uma alta faixa dinâmica dos varactores seja obtida fazendo a região de poço tão levemente dopada quanto possível na região de superfície de princípio, por exemplo, bloqueando a implantação limiar do processo CMOS, isto não é sempre necessário e, naqueles casos, transistores MOS convencionais podem ser usados. Deveria ser notado que a integração do varactor da presente invenção pode também ser efetuada em processo CMOS mais antigos, onde somente uma região de poço tendo um tipo de condutividade oposta ao tipo de condutividade do substrato está disponível.
[0044] Vantajosamente, a presente invenção fornece um circuito Oscilador Controlado por Tensão integrado e/ou circuito de elo travado em fase, PLL, (não mostrado), que incluem um varactor como discutido acima, usando um processo CMOS convencional. Um PLL é frequentemente usado em dispositivos de radiocomunicação (não mostrados), tais como telefones portáteis/celulares, para sincronizar sinais com sinais de referência possivelmente recebidos por meio de um radio-receptor e para gerar frequências desejáveis em um sintetizador de frequência. Uma vez que muitas das funções de um dispositivo de radiocomunicação podem ser integradas por processos CMOS convencionais, a integração de circuitos VCO e/ou PLL juntos com estás funções, permite a presente invenção fornecer um dispositivo de radiocomunicação com um alto grau de integração e, assim, pequenas dimensões físicas. O alto grau de integração também reduz os custos de fabricação.
[0045] Duas concretizações de varactores (compostos) adicionais são apresentadas abaixo para ilustrar que os dispositivos elétricos da presente invenção podem ser implementados em um grande número de modos sem se afastar do campo da presente invenção.
[0046] Figura 7 ilustra uma vista de topo de um varactor composto 70 de acordo com uma quinta concretização da presente invenção. Além do mais, Figura 8 e Figura 9 ilustram vistas de seção transversal ao longo dos eixos VIII - VIII e IX - IX, respectivamente, da Figura 7. Uma região de poço tipo n 72 é formada em um substrato de tipo p 71. Regiões tipo p+73, 74 são formadas na região de poço 72, de modo a formar ilhas espaçadas igualmente em uma matriz bidimensional. Uma porta 76, separada do poço e do substrato semicondutor por uma camada isolante (não mostrada), é formada em regiões correspondendo a regiões entre as regiões tipo p+ 73, 74. Preferivelmente, mas não necessariamente, a porta 76 também se estende de forma que todas as regiões tipo p+ sejam circundadas pela porta. A porta 76 forma um primeiro eletrodo do varactor composto 70. Todas as regiões tipo p+ 73, 74 são conectadas em comum por meio de uma segunda camada de poli-silício 77/78 e elementos de conexão 77, 78 e forma um segundo eletrodo do varactor composto 70. As regiões tipo p+ 73, 74 constróem as regiões de fonte 73 e as regiões de dreno 74 de forma que as regiões mais próximas a cada região de fonte 73 sejam regiões de dreno 74 e vice versa.
[0047] Em um exemplo de um processo de fabricar o varactor composto 70 da quinta concretização, a região de poço tipo n 72 é primeiro formada no substrato semicondutor tipo p 71. Uma camada isolante (não mostrada) é formada sobre a superfície da região de poço e uma primeira camada de poli-silício é formado nela. Uma primeira camada de máscara (não mostrada) é formada sobre a primeira camada de poli-silício. A primeira camada de máscara é exposta e gravada por corrosão para adotar uma forma de grade (não mostrada). A seguir, a primeira camada de poli-silício é gravada por corrosão para formar a porta 76. A porta 76 consequentemente adota a forma de grade da máscara. A porta 76 forma o primeiro eletrodo do varactor composto. O restante da máscara é removido e as regiões de fonte tipo p+ 73 e as regiões de dreno tipo p+ 74 são formadas por implantação de ion usando a porta 76 como uma máscara. Durante este processo, a condutividade da porta 76 aumentará devido à implantação de ion da porta. Alternativamente, a máscara é mantida durante a implantação de ion. Preferivelmente, a condutividade da porta é aumentada tendo a porta 76 siliceto de metal. Uma camada isolante (não mostrada) é formada através da estrutura e uma segunda camada de máscara (não mostrada) é formada nela. A segunda camada de máscara é exposta e gravada por corrosão para formar uma máscara (não mostrada) tendo aberturas sobre cada uma das regiões de fonte 73 e regiões de dreno 74. A seguir, o material isolante em comum com as aberturas será removido em uma etapa de gravação por corrosão. A segunda máscara é então removida e a segunda camada de poli-silício 77/78 é formada nela. Deve ser notado que, devido à prévia etapa de gravação por corrosão, a segunda camada de poli-silício se conectará a cada uma das regiões de fonte 73 e regiões de dreno 74 por meio de elementos de conexão de poli-silício 77 e 78, respectivamente. Por esse meio, a segunda camada de poli-silício 77/78 forma o segundo eletrodo do varactor composto. Em uma concretização alternativa poli-silício é usado para formar os elementos de conexão 77, 78 e um eletrodo de metal é usado, em vez da camada de poli-silício 77/78, para conectar os elementos de conexão 77, 78 em comum.
[0048] O dispositivo da quinta concretização pode ser considerado como construído de um número de transistores MOS, cada um tendo uma região de fonte 73, uma região de dreno 74, uma porta 76 e uma região de canal formada entre a região de fonte 73 e a região de dreno 74, que estão acopladas em paralelo por meio da segunda camada de poli-silício para formar um varactor composto. A operação de cada um dos transistores MOS, portanto, corresponderá à operação dos varactores compreendendo um transistor MOS como discutido acima.
[0049] Figura 10 ilustra uma vista de topo de um varactor composto 80, de acordo com uma sexta concretização da presente invenção. Além do mais, Figura 11, Figura 12 e Figura 13 ilustram vistas de seção transversal ao longo dos eixos XI - XI , XII -XII e XIII - XIII, respectivamente, da Figura 10. Uma região de poço tipo n 82 é formada em um substrato tipo p 81. Uma região tipo p+ 83, 91, 84, 90 tendo uma forma de pente é formada na região de poço 82. Uma porta 86, separada do substrato 81 e da região de poço 82 por uma camada isolante (não mostrada), é formada em regiões correspondendo às regiões entre os "dedos" da região tipo p+ em forma de pente 83, 91, 84, 90. A porta 86 também se estende ao longo das arestas dos "dedos" de forma que uma porta comum 86 é formada. A porta 86 forma um primeiro eletrodo do varactor composto 80 e a região tipo p+ 83, 91,84, 90 é conectada a um segundo eletrodo (não mostrado) do varactor composto 81.
[0050] Em um exemplo de um processo de fabricar o varactor composto 80 da sexta concretização, a região de poço tipo n 82 é formada no substrato semicondutor tipo p 81. Uma camada isolante (não mostrada) é formada sobre a superfície da região de poço e uma camada de poli-silício é formado nela. Uma primeira camada de máscara (não mostrada) é formada sobre a camada de poli-silício. A primeira camada de máscara é exposta e gravada por corrosão para formar uma primeira máscara (não mostrada) tendo uma forma de pente. A seguir, a camada de poli-silício é gravada por corrosão para formar a porta 86. A porta 86 consequentemente adota a forma de pente da máscara. A porta 86 forma o primeiro eletrodo do varactor composto. O restante da máscara é removido e uma segunda camada de máscara (não mostrada) e formada sobre a estrutura. A segunda camada de máscara é exposta e gravada por corrosão para formar uma segunda máscara (não mostrada) com uma abertura de forma que os "dedos" da porta em forma de pente e uma área circundando os "dedos" não sejam cobertas pela máscara. Posteriormente, uma região de fonte 83, regiões de fonte e dreno tipo P+ combinadas 91, uma região de dreno 84 e regiões de conexão 90 para conectar estas regiões são formadas por implantação de ion usando não somente a segunda máscara, mas também a porta 86 como uma máscara. Durante este processo a condutividade da porta 86 aumentará devido à implantação de ion da porta. Alternativamente, a primeira máscara é mantida durante a implantação de ion. Preferivelmente, a condutividade da porta é aumentada tendo a porta 86 metal siliciada. As regiões implantadas por ions 83, 91, 84 e 90 são conectadas e esta conexão forma um segundo eletrodo do varactor composto.
[0051] O dispositivo da sexta concretização pode ser considerado como construído de um número de transistores MOS, cada um tendo uma região de fonte 91 (ou 83), uma região de dreno 91 (ou 84), uma porta 86 e uma região de canal formada entre a região de fonte e a região de dreno, que são acopladas em paralelo por meio das regiões de conexão 90 para formar um varactor composto. A operação de cada um dos transistores MOS, portanto, corresponderá à operação dos varactores compreendendo um transistor MOS como discutido acima. Em uma concretização alternativa (não mostrada) a porta 86 é formada (pelo menos temporariamente durante a fabricação) de forma que ela também realize a função da segunda máscara e, portanto, nenhuma segunda máscara é necessária para definir as regiões que estão para serem implantadas por ions 83, 91, 84 e 90 nas etapas que seguem.
[0052] Os varactores compostos (70, 80) da quinta e sexta concretizações mostram exemplos de dispositivos tendo um número de varactores acoplados em paralelo. Como discutido acima, um alto fator Q de cada varactor pode ser obtido usando pequenas dimensões da porta e da região de canal e mantendo a resistência da porta (e sua conexão) tão pequena quanto possível. Pequenas dimensões da porta e da região de canal fazem, entretanto, dar aumento a um varactor tendo uma capacitância com um valor numérico pequeno algumas vezes inaceitável. Uma adequada capacitância de um varactor composto, por exemplo, dos varactores compostos das quinta e sexta concretizações (70, 80), é, portanto, obtida acoplando um número adequado de varactores em paralelo. Varactores compostos tendo altos fatores Q e adequadas capacitâncias são, por esse meio, fornecidos.
[0053] Deve ser notado que, embora os dispositivos das quinta e sexta concretizações tenham sido ilustrados por meio e seu processo de fabricação, outros processos de fabricação podem ser contemplados pelo homem qualificado na técnica podem ser usados sem se afastar do campo da presente invenção. Além disso, é óbvio que um dispositivo com qualquer número de transistores MOS acoplados juntos pode ser formado.
[0054] Uma vantagem da presente invenção é que varactor tendo altos fatores de qualidade, Q, isto é com baixa resistência série, pode ser realizado mesmo para aplicações de alta frequência usando um processo CMOS convencional sem adicionar quaisquer etapas de fabricação. Os varactores podem, portanto, ser fabricados em alta produção e a baixos custos.
[0055] Além disso, uma vantagem da presente invenção é que um VCO é fornecido, que pode ser realizado usando um processo CMOS convencional e que não precisa da adição de um capacitor de desacoplamento CC ao projeto. Isto faz a implementação do VCO barata e fisicamente pequena, uma vez que nenhum capacitor de desacoplamento CC é necessário nem sobre o Cl nem externamente ao Cl sobre a PCB. Estas vantagens se tornam até mais pronunciadas quando implementadas em dispositivos que podem ser segurados na mão, tais como telefones portáteis, que precisam ser pequenos e que são produzidos em grandes quantidades.
REIVINDICAÇÕES
Claims (15)
1. Dispositivo elétrico (10; 20; 30; 40; V,-Vn; 70; 80), o qual compreende: uma primeira região (12; 22; 32; 72; 82) de um material semi condutor; e uma segunda região (13; 23; 33; 73; 83, 91} e uma terceira região (14; 24; 34; 74; 84, 91) de um material semicondutor formado na primeira região, ditas segunda e terceira regiões sendo separadas por uma região de separação; e uma camada eletricamente isolante {15; 25; 35) formada sobre a primeira região pelo menos numa região que corresponde ã região de separação; e um elemento substancialmente condutivo (16; 26; 36; 76; 86) formado sobre a camada isolante pelo menos numa região que corresponde à região de separação, tal que a camada isolante isole eletricamente o elemento substancialmente condutivo das ditas primeira, segunda e terceira regiões; e um primeiro eletrodo (17; 27: 37) conectado ao dito elemento substancialmente condutivo; e um segundo eletrodo (18; 28; 38) conectado às ditas segunda e terceira regiões; a segunda região, a terceira região e o elemento substancialmente condutivo constituindo o dreno, fonte, e porta, respectiva mente, de um transistor MOS, em que as regiões de dreno e fonte são substancialmente alinhadas com o elemento condutivo; o dito dispositivo elétrico sendo caracterizado pelo fato de que: o elemento substancialmente condutivo (16; 26; 36; 76; 86) possui um comprimento de porta menor do que 2 μιτι e uma largura de porta menor do que 20 μηι.
2. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comprimento de porta é de aproximadamente 1 μηι.
3. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento substancialmente condutivo compreende poli-silício.
4. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que o elemento substancialmente condutivo compreende siliceto de metal.
5. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a largura de porta é menor do que 5 μιτι.
6. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a primeira região (12; 22; 32; 72; 82) de um material semicondutor constitui uma região de poço em um substrato semi-condutor (11; 21; 31; 71; 81), sendo um terceiro eletrodo conectado ao substrato.
7. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o terceiro eletrodo é conectado ou ao primeiro ou ao segundo eletrodo.
8. Dispositivo elétrico (70; 80), caracterizado pelo fato de que tem uma capacitância dependente de tensão entre primeiros eletrodos e segundos eletrodos de uma pluralidade de dispositivos elétricos (Vi-Vn) conforme definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, a dita pluralidade de dispositivos elétricos sendo acoplada em paralelo.
9. Oscilador Controlado por Tensão (VCO) (60), caracterizado pelo fato de que tem um terminal de entrada para a aplicação de uma tensão de entrada (Vfreq) e um terminal de saída para a saída de um sinal oscilante (lout) com uma frequência dependendo da tensão de entrada, o VCO compreendendo um dispositivo elétrico (Vi-Vn) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, tendo uma capacitância dependente de tensão.
10. Processo para fabricar um dispositivo elétrico, o qual possui uma capacitância dependente de tensão, por intermédio de um processo CMOS convencional, compreendendo as etapas de: formar uma primeira região de semi-condutor; e formar uma segunda região e uma terceira região de um material semicondutor formado na primeira região, as segunda e terceira regiões sendo separadas por uma região de separação; e formar uma camada eletricamente isolante sobre a primeira região pelo menos numa região que corresponde à região de separação; e formar um elemento substancialmente condutivo sobre a camada isolante pelo menos numa região que corresponde à região de separação, tal que a camada isolante isole eletricamente o elemento substancialmente condutivo das ditas primeira, segunda e terceira regiões; e formar um primeiro eletrodo eletricamente conectado ao elemento substancialmente condutivo; e formar um segundo eletrodo eletricamente conectado às segunda e terceira regiões; a segunda região, a terceira região e o elemento substancialmente condutivo constituindo o dreno, fonte, e porta, respectivamente, de um transistor MOS; caracterizado pelo fato de que as regiões de fonte e de dreno são formadas substancialmente alinhadas com a porta, usando a porta como uma máscara, sendo o comprimento de porta menor que 2 μπι e a largura de porta menor que 20 μιτι.
11. Processo para fabricar um dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a porta possui uma forma de grade.
12. Processo para fabricar um dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente as etapas de: formar uma segunda camada isolante sobre a estrutura; formar uma segunda camada de máscara sobre a estrutura; expor a segunda camada de máscara, e gravar por corrosão a camada de máscara para formar aberturas sobre cada uma dentre as regiões de fonte e regiões de dreno; remover o material isolante em regulação com as aberturas por meio de gravação por corrosão; remover a segunda máscara; formar uma segunda camada de poli-silício sobre a estrutura, com isso conectando cada uma dentre as regiões de fonte e regiões de dreno.
13. Processo para fabricar um dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a porta possui uma forma de pente.
14. Processo para fabricar um dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que as regiões de fonte e dreno são conectadas por regiões tipo p+.
15. Processo para fabricar um dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de: formar uma camada de bloqueio, para bloquear uma última etapa de implantação limiar de transistor MIS de um processo para fabricação de Cl, pelo menos numa região que corresponde à região de separação.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] | ||
| B09B | Patent application refused [chapter 9.2 patent gazette] |
Free format text: INDEFIRO O PEDIDO DE ACORDO COM ART. 8O COMBINADO COM ART. 11 E 13 DA LPI |
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| B12B | Appeal against refusal [chapter 12.2 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 02/08/2016, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |
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| B22O | Other matters related to patents and certificates of addition of invention: legal action concerning patent |
Free format text: INPI NO 52402.008128/2022-14 ORIGEM: 22O VC CIVEL DA SJDF - TRF1 PROCESSO NO: 1046665-08.2022.4.01.3400 ACAO PELO PROCEDIMENTO COMUM AUTOR: TELEFONAKTIEBOLAGET L.M. ERICSSON REU(S): APPLE COMPUTER BRASIL LTDA. E INSTITUTO NACIONAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL ? INPI |
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| B22O | Other matters related to patents and certificates of addition of invention: legal action concerning patent |
Free format text: INPI NO 52402.008749/2022-90 ORIGEM: 13A VARA FEDERAL DO RIO DE JANEIRO PROCESSO NO: 5059836-72.2022.4.02.5101/RJ NULIDADE DA PATENTE DE INVENCAO AUTOR: APPLE COMPUTER BRASIL LTDA. REU(S): TELEFONAKTIEBOLAGET L.M. ERICSSON E INSTITUTO NACIONAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL ? INPI |