CN100353568C - 可变电容器与差动式可变电容器 - Google Patents

Abstract

一种可变电容器，此可变电容器包括第二型衬底、二栅极结构、第一型掺杂区与第二型掺杂区。其中此二栅极结构配置于衬底上，且各个栅极结构由栅介电层与栅极导电层所构成。另外，第一型掺杂区配置于此二栅极结构之间的衬底中。此外，第二型掺杂区配置于此二栅极结构的未配置有第一型掺杂区的另一侧的衬底中。其中第一型掺杂区电连接至第一电极端，且第二型掺杂区电连接至第二电极端，而且上述二栅极结构与第一电极端或第二电极端电连接。由于此可变电容器包括有MOS可变电容器与结式可变电容器的结构，因此同时具有此二种可变电容器的特点。

Description

可变电容器与差动式可变电容器

技术领域

本发明涉及一种可变电容器(Varactor)，特别是涉及一种其电容与电压皆具有大调制范围的可变电容器与差动式可变电容器(Differential Varactor)。

背景技术

在典型的通讯系统中，信息信号(例如：电视节目)会被调制(Tune)，并放在高频的载波上以方便信号的传输。借着不同频率具有不同载波信号的特性，同时将许多信息信号传播出去。因此，通讯系统中的接收器需使用电压控制振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)，以将信息信号从载波中分离出来。在VCO中，包括有由可变电容器和电感所组成的LC(电感电容)电路。藉由可变电容器其电容随着电压调制(或调变)而改变的特性，可以使得VCO的振荡频率随之改变。

常见的可变电容器包括有以金属氧化物半导体晶体管(Metal-OxideSemiconductor Transistor，MOS)结构为主的MOS可变电容器，以及以p型掺杂区与n型掺杂区交错配置而成的结式(Junction)可变电容器。其中，MOS可变电容器虽然其电容具有大调制范围((最大电容-最小电容)/最小电容)的特点，但是此调制范围却仅落在很小的电压调制范围内(约为1V)。也就是微小的电压调制，将使得电容大幅度地改变。然而，虽然MOS可变电容器的电容具有大调制范围，但是由于其电压调制范围太小因此对于电容的调制有不易控制的缺点。另一方面，结式可变电容器虽然其电压具有大调制范围(大于2V)的特点，但是此调制范围所对应的电容调制范围却不够大，如此将使得结式可变电容器在使用上受到局限。而且，对于应用上述可变电容器而得的差动式可变电容器来说，上述的问题可能会造成差动式可变电容器本身的品质因子(Q-Factor)不佳，进而影响其电荷储存能力的问题。于是，发展出一种具有大范围调制电压且有大范围调制电容特性的可变电容器是需要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种可变电容器，以解决现有可变电容器其电容或是电压的调制范围不够大的问题。

本发明的另一目的是提供一种差动式可变电容器，以改善差动式可变电容器的品质因子。

本发明提出一种可变电容器，此可变电容器包括一第二型衬底、两个栅极结构、一第一型掺杂区与一第二型掺杂区。其中，这两个栅极结构配置于第二型衬底上，且每一个栅极结构由下层的栅介电层与上层的栅极导电层所构成。另外，第一型掺杂区配置于这两个栅极结构之间的第二型衬底中。此外，第二型掺杂区配置于这两个栅极结构的未配置有第一型掺杂区的另一侧的第二型衬底中。其中，第一型掺杂区电连接至第一电极端，且第二型掺杂区电连接至第二电极端，而且上述两个栅极结构与第一电极端或是第二电极端电连接。

本发明提出一种差动式可变电容器，此差动式可变电容器由配置在第二型衬底上的至少一对的可变电容器所构成，其中每一对可变电容器包括第一可变电容器以及第二可变电容器。第一可变电容器包括两个第一栅极结构、一第一型第一掺杂区与一第二型第一掺杂区，而第二可变电容器与第一可变电容器相邻，且此第二可变电容器包括两个第二栅极结构、一第一型第二掺杂区与一第二型第二掺杂区。其中，上述的这两个第一栅极结构配置于第二型衬底上，且每一个第一栅极结构由下层的第一栅介电层与上层的第一栅极导电层所构成。另外，第一型第一掺杂区配置于这两个第一栅极结构之间的第二型衬底中。此外，第二型第一掺杂区配置于这两个第一栅极结构的未配置有第一型第一掺杂区的另一侧的第二型衬底中。另外，上述这两个第二栅极结构配置于第二型衬底上，且每一个第二栅极结构由下层的第二栅介电层与上层的第二栅极导电层所构成。此外，第一型第二掺杂区配置于这两个第二栅极结构之间的第二型衬底中。另外，第二型第二掺杂区配置于这两个第二栅极结构的未配置有第一型第二掺杂区的另一侧的第二型衬底中，且与第二型第一掺杂区邻接。而且第一栅极结构及第一型第一掺杂区电连接至一调制电压端，且第二栅极结构及第一型第二掺杂区电连接至一相对调制电压端，而第二型第一掺杂区及第二型第二掺杂区接地。

由于本发明的可变电容器或是差动式可变电容器皆包括有以栅极结构为主的MOS可变电容器，以及以第一型掺杂区与第二型掺杂区为主的结式可变电容器，因此此可变电容器或是差动式可变电容器同时具有此二种可变电容器的特点，故其电容与电压皆具有较大的调制范围。而且，差动式可变电容器的品质因子也可获得改善。

附图说明

为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图式作详细说明。附图中：

图1是依照本发明的一优选实施例的一种可变电容器的剖面示意图。

图2是依照本发明的一优选实施例的一种可变电容器其电容与电压的关系图。

图3是依照本发明的一优选实施例的一种差动式可变电容器的剖面示意图。

图4是依照本发明的另一优选实施例的一种可变电容器的剖面示意图。简单符号说明

100、202：n型衬底

102、104、208a、210a、208b、210b：栅极结构

106、212a、212b：p型掺杂区

108、214a、214b：p型轻掺杂区

110、216a、216b：n型掺杂区

112、218a、218b：n型轻掺杂区

114、220a、220b：间隙壁

116、222a、222b：硅化金属层

118、224a、224b：栅介电层

120、226a、226b：栅极导电层

122：阳极

124：阴极

200：一对的可变电容器

204a、204b：可变电容器

228：调制电压端

230：相对调制电压端

232：接地

具体实施方式

在下述实施例中，以第一型为p型掺杂型态以及第二型为n型掺杂型态来加以说明本发明。本领域技术人员可轻易推知，第一型与第二型的掺杂型态可以彼此交换，因此与下述实施例的掺杂型态相反的其它实施例省略说明之。此外，在下述实施例中，以第一电极端为阳极，且第二电极端为阴极，加以说明本发明。同样地，本领域技术人员也可轻易推知，第一电极端与第二电极端的电极也可以彼此交换，因此与下述实施例的电极相反的其它实施例省略说明之。

[第一实施例]

图1所示，其绘示依照本发明一优选实施例的一种可变电容器的剖面示意图。请参照图1，本发明的可变电容器包括n型衬底100、两个栅极结构102、104、p型掺杂区106与n型掺杂区110。在一优选实施例中，此可变电容器还包括p型轻掺杂区108、n型轻掺杂区112、间隙壁114与硅化金属层116。

其中，这两个栅极结构102与104配置于n型衬底100上，且每一个栅极结构102、104由下层的栅介电层118与上层的栅极导电层120所构成。而且，这两个栅极结构102与104除了配置于n型衬底100上之外，也可以是配置于具有n型井区(未绘示)的p型衬底(未绘示)上。另外，栅介电层118的材料例如是氧化硅、氮化硅或其它合适的介电材料，而栅极导电层120的材料例如是多晶硅、掺杂多晶硅或其它合适的导电材料。

此外，p型掺杂区106配置于这两个栅极结构102与104之间的n型衬底100中，而且这两个栅极结构102与104共享此p型掺杂区106。在一优选实施例中，还包括在这两个栅极结构102与104下方的n型衬底100与p型掺杂区106之间配置p型轻掺杂区108。

另外，n型掺杂区110配置于这两个栅极结构102与104的未配置有p型掺杂区106的另一侧的n型衬底100中。在一优选实施例中，还包括在这两个栅极结构102与104下方的n型衬底100与n型掺杂区110之间配置n型轻掺杂区112。

在一优选实施例中，还包括于这两个栅极结构102与104的侧壁上配置间隙壁114，且间隙壁114覆盖p型轻掺杂区108与n型轻掺杂区112。在另一优选实施例中，还包括一硅化金属层116，其配置于这两个栅极结构102、104的栅极导电层120上以及p型掺杂区106与n型掺杂区110上，用以降低这两个栅极结构102、104、p型掺杂区106与n型掺杂区110的阻值，进而增加其导电性。

特别是，上述的p型掺杂区106电连接至第一电极122(例如是阳极)，且n型掺杂区110电连接至第二电极124(例如是阴极)，而且这两个栅极结构102、104与第一电极122电连接。

当然，另一优选实施例中，这两个栅极结构102、104其例如是如图4所示的与第二电极124电连接(例如是阴极)。详细的说明是，上述的p型掺杂区106电连接至第一电极122(例如是阳极)，且n型掺杂区110电连接至第二电极124，而且这两个栅极结构102、104与第二电极124电连接。

由于上述的可变电容器包括有以栅极结构102或104为主的MOS可变电容器，以及以p型掺杂区106与n型掺杂区110为主的结式可变电容器，因此此可变电容器同时具有此二种可变电容器的特点。详细地说明是，本发明的可变电容器除了p型掺杂区106与n型掺杂区110之间的区域可以用以储存电荷(电容)外，栅介电层118也可用以储存电荷。因此，本发明的可变电容器相对于现有的MOS可变电容器或是结式可变电容器，具有优选的电荷储存的能力，即其电容的可调制范围较大。

此外，本发明的可变电容器其p型掺杂区106与n型掺杂区110之间的距离由栅极结构102与104的线宽来控制。也就是栅极结构102与104的线宽越窄，p型掺杂区106与n型掺杂区110之间的距离会越小，如此可以降低可变电容器的阻值，进而使得用以评估可变电容器的品质因子(Q Factor)获得提高。

另外，为了证明本发明的确可以增加电容的调制范围，利用上述的可变电容器进行电压调制与所对应的电容的测量，其结果图2所示。图2是可变电容器其电容与电压的关系图，其中横轴表示调制电压(或称调变电压)(V)，而纵轴表示已经过正规化(Normalized)的电容。由图2可知，在电压0.5V～2.5V的如此大的调制范围内，电容的调制范围可达70％左右，相对于现有结式可变电容器的电容的调制范围仅有40％，本发明的可变电容器其电容的确具有较大的调制范围，而且其电压也具有较大的调制范围。

[第二实施例]

图3所示，其绘示依照本发明一优选实施例的一种差动式可变电容器的剖面示意图，其为第一实施例的单一式可变电容器的一种变化应用。请参照图3，本发明的差动式可变电容器由配置在n型衬底202的至少一对的可变电容器200所构成，且每一对可变电容器200包括可变电容器204a与可变电容器204b。

其中，可变电容器204a包括有两个栅极结构208a、210a、p型掺杂区212a以及n型掺杂区216a。在一优选实施例中，可变电容器204a还包括p型轻掺杂区214a、n型轻掺杂区218a、间隙壁220a与硅化金属层222a。

其中，这两个栅极结构208a与210a配置于n型衬底202上，且每一个栅极结构208a、210a由下层的栅介电层224a与上层的栅极导电层226a所构成。而且，这两个栅极结构208a与210a除了配置于n型衬底202上之外，也可以是配置于具有n型井区(未绘示)的p型衬底(未绘示)上。另外，栅介电层224a的材料例如是氧化硅、氮化硅或其它合适的介电材料，而栅极导电层226a的材料例如是多晶硅、掺杂多晶硅或其它合适的导电材料。

此外，p型掺杂区212a配置于这两个栅极结构208a与210a之间的n型衬底202中，而且这两个栅极结构208a与210a共享此p型掺杂区212a。在一优选实施例中，还包括于这两个栅极结构208a与210a下方的n型衬底202与p型掺杂区212a之间配置p型轻掺杂区214a。

另外，n型掺杂区216a配置于这两个栅极结构208a与210a的未配置有p型掺杂区212a的另一侧的n型衬底202中。在一优选实施例中，还包括于这两个栅极结构208a与210a下方的n型衬底202与n型掺杂区216a之间配置n型轻掺杂区218a。

在一优选实施例中，还包括于这两个栅极结构208a与210a的侧壁上配置间隙壁220a，且间隙壁220a覆盖p型轻掺杂区214a与n型轻掺杂区218a。在另一优选实施例中，还包括硅化金属层222a，其配置于这两个栅极结构208a与210a的栅极导电层226a上以及p型掺杂区212a与n型掺杂区216a上，以降低这两个栅极结构208a与210a、p型掺杂区212a与n型掺杂区216a的阻值，进而增加其导电性。

另外，另一可变电容器204b与可变电容器204a相邻，且此可变电容器204b包括两个栅极结构208b、210b、p型掺杂区212b与n型掺杂区216b。在一优选实施例中，可变电容器204b还包括p型轻掺杂区214b、n型轻掺杂区218b、间隙壁220b与硅化金属层222b。其中每一个栅极结构208b、210b由下层的栅介电层224b与上层的栅极导电层226b所构成。此外，可变电容器204b的n型掺杂区216b与可变电容器204a的n型掺杂区216a邻接，因此可视为同一掺杂区。另外，关于此可变电容器204b的其它相关构件的配置关系，与可变电容器204a相同，于此不再赘述。

特别是，上述的可变电容器204a的栅极结构208a、210a及其p型掺杂区212a电连接至一调制电压端228，且可变电容器204b的栅极结构208b、210b及其p型掺杂区212b电连接至一相对调制电压端230。因此，在调制电压与相对调制电压的相互作用下，位于调制电压端228与相对调制电压端230之间的n型掺杂区216a与216b会接地。如此一来，此差动式可变电容器会具有更低的阻值，且其品质因子(Q Factor)还可藉此获得提高。

此外，如同上述的第一实施例中的可变电容器，此差动式可变电容器也同样包括有以栅极结构208a、208b、210a或210b为主的MOS可变电容器，以及以p型掺杂区212a、212b与n型掺杂区216a、216b为主的结式可变电容器。因此此差动式可变电容器同时具有此二种可变电容器的特点。换言之，此差动式可变电容器相对于现有的MOS可变电容器或结式可变电容器，具有优选的电荷储存的能力，且其电容与电压皆具有较大的调制范围。

虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。

Claims (14)

1、一种可变电容器，包括：

一第二型衬底；

二栅极结构，配置于该第二型衬底上，且各该栅极结构由下层的一栅介电层与上层的一栅极导电层所构成；

一第一型掺杂区，配置于该二栅极结构之间的该第二型衬底中；以及

一第二型掺杂区，配置于该二栅极结构的未配置有该第一型掺杂区的另一侧的该第二型衬底中，

其中该第一型掺杂区电连接至一第一电极端，且该第二型掺杂区电连接至一第二电极端，而且该二栅极结构与该第一电极端及该第二电极端其中之一电连接。

2、如权利要求1所述的可变电容器，其中该第一型掺杂区为p型掺杂区，且该第二型掺杂区为n型掺杂区。

3、如权利要求1所述的可变电容器，其中该第一型掺杂区为n型掺杂区，且该第二型掺杂区为p型掺杂区。

4、如权利要求1所述的可变电容器，还包括一硅化金属层，配置于该栅极导电层、该第一型掺杂区与该第二型掺杂区上。

5、如权利要求1所述的可变电容器，还包括：

一第一型轻掺杂区，配置于各该栅极结构下方的该第二型衬底与该第一型掺杂区之间；以及

一第二型轻掺杂区，配置于各该栅极结构下方的该第二型衬底与该第二型掺杂区之间。

6、如权利要求5所述的可变电容器，还包括一间隙壁，配置于各该栅极结构的侧壁，且覆盖该第一型轻掺杂区与该第二型轻掺杂区。

7、一种差动式可变电容器，该差动式可变电容器由配置在一第二型衬底上的至少一对的可变电容器所构成，其中每一对可变电容器包括：

一第一可变电容器，该第一可变电容器包括：

二第一栅极结构，配置于该第二型衬底上，且各该第一栅极结构由下层的一第一栅介电层与上层的一第一栅极导电层所构成；

一第一型第一掺杂区，配置于该二第一栅极结构之间的该第二型衬底中；以及

一第二型第一掺杂区，配置于该二第一栅极结构的未配置有该第一型第一掺杂区的另一侧的该第二型衬底中；以及

一第二可变电容器，与该第一可变电容器相邻，且该第二可变电容器包括：

二第二栅极结构，配置于该第二型衬底上，且各该第二栅极结构由下层的一第二栅介电层与上层的一第二栅极导电层所构成；

一第一型第二掺杂区，配置于该二第二栅极结构之间的该第二型衬底中；以及

一第二型第二掺杂区，配置于该二第二栅极结构的未配置有该第一型第二掺杂区的另一侧的该第二型衬底中，且与该第二型第一掺杂区邻接，

其中，该第一栅极结构及该第一型第一掺杂区电连接至一调制电压端，且该第二栅极结构及该第一型第二掺杂区电连接至一相对调制电压端，而且该第二型第一掺杂区及该第二型第二掺杂区接地。

8、如权利要求7所述的差动式可变电容器，其中该第一型第一掺杂区与该第一型第二掺杂区为p型掺杂区，且该第二型第一掺杂区与该第二型第二掺杂区为n型掺杂区。

9、如权利要求7所述的差动式可变电容器，其中该第一型第一掺杂区与该第一型第二掺杂区为n型掺杂区，且该第二型第一掺杂区与该第二型第二掺杂区为p型掺杂区。

10、如权利要求7所述的差动式可变电容器，还包括一硅化金属层，配置于该第一栅极导电层、该第二栅极导电层、该第一型第一掺杂区、该第一型第二掺杂区、该第二型第一掺杂区与该第二型第二掺杂区上。

11、如权利要求7所述的差动式可变电容器，还包括：

一第一型轻掺杂区，配置于各该第一栅极结构下方的该第二型衬底与各该第一型第一掺杂区之间；以及

一第二型轻掺杂区，配置于该第一栅极结构下方的该第二型衬底与该第二型第一掺杂区之间。

12、如权利要求11所述的差动式可变电容器，还包括一间隙壁，配置于各该第一栅极结构的侧壁，且覆盖该第一型轻掺杂区与该第二型轻掺杂区。

13、如权利要求7所述的差动式可变电容器，还包括：

一第一型轻掺杂区，配置于各该第二栅极结构下方的该第二型衬底与该第一型第二掺杂区之间；以及

一第二型轻掺杂区，配置于各该第二栅极结构下方的该第二型衬底与该第二型第二掺杂区之间。

14、如权利要求13所述的差动式可变电容器，还包括一间隙壁，配置于各该第二栅极结构的侧壁，且覆盖该第一型轻掺杂区与该第二型轻掺杂区。

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