CN102569428B - 纵向电压控制变容器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纵向电压控制变容器，其包括衬底，所述衬底上有和衬底具有相同掺杂类型的外延层，所述外延层中至少包含一个沟槽，所述沟槽的内壁和所述外延层上表面覆盖有介电层，多晶硅填充在所述沟槽和所述外延层上表面，所述多晶硅通过金属连接形成电压控制变容器的一个电极，衬底背面通过金属淀积形成电压控制变容器的另一个电极。上述结构，使得两电极间的介电层面积变大，电容值调节范围变大。本发明还公开了一种纵向电压控制变容器的制备方法。

Description

纵向电压控制变容器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纵向电压控制变容器，特别涉及一种具有沟槽的纵向电压控制变容器。

背景技术

锁相环在模拟电路和射频电路中有着极其广泛的应用。而电压控制变容器是锁相环中的一个关键器件，其电容值可调节范围对锁相环的性能起着至关重要的影响。

现有技术中主要有两种电压控制变容器结构。一种是采用MOS电容，其中半导体衬底S(例如硅)经过轻掺杂，在金属/多晶硅栅和衬底间加上偏压，衬底形成耗尽层，电压调节耗尽宽度从而调节变容器电容值。另一种是采用PN结结构，通过其反向偏压调节结耗尽区的宽度来调节变容器的电容值。这两种变容器的调节范围都能通过改变结构来改善。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种纵向电压控制变容器，其能提高变容器中电容值的调节范围。

为解决上述技术问题，本发明的纵向电压控制变容器：包括衬底，所述衬底上有和衬底具有相同导电类型的外延层，所述外延层中至少包含一个沟槽，所述沟槽的内壁和所述外延层上表面覆盖有介电层，多晶硅填充在所述沟槽和所述外延层上表面，所述多晶硅通过金属连接形成电压控制变容器的一个电极，衬底背面通过金属淀积形成电压控制变容器的另一个电极。

本发明还提供一种纵向电压控制变容器的制备方法，其包括如下步骤：

(1)在衬底上生长和衬底具有相同导电类型的外延层；

(2)采用光刻和刻蚀工艺，在所述外延层内形成至少一个沟槽；

(3)在所述沟槽内壁和所述外延层的上表面覆盖介电层；

(4)多晶硅淀积以填充所述沟槽，并在所述外延层上形成预定厚度；

(5)将多晶硅通过金属引出形成一个电极，后在衬底背面淀积金属形成另一个电极。

本发明的纵向电压控制变容器的结构中，引入了沟槽概念，使得两电极间的氧化硅面积变大，电容值调节范围变大。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明的纵向电压控制变容器的结构示意图；

图2为本发明的纵向电压控制变容器制备流程图；

图3为实施本发明的流程中形成沟槽后的结构示意图；

图4为实施本发明的流程中氧化硅形成后的结构示意图；

图5为实施本发明的流程中多晶硅淀积后的结构示意图。

具体实施方式

本发明的纵向电压控制变容器，其结构为：包括衬底，衬底上有和衬底具有相同导电类型的外延层，外延层中至少包含一个沟槽，沟槽的内壁和外延层上表面覆盖有介电层，多晶硅填充在沟槽和外延层上表面，多晶硅通过金属连接形成电压控制变容器的一个电极，衬底背面通过金属淀积形成电压控制变容器的另一个电极。衬底一般可为硅衬底，介电层为氧化硅层，可用热氧氧化法来形成。因衬底和多晶硅需要通过电极引出，故在具体设计中，衬底和多晶硅的掺杂浓度一般要大于外延层的掺杂浓度。

所述衬底的掺杂浓度10¹⁴-10¹⁶个原子/cm²，所述外延层的掺杂浓度10¹²-10¹⁴个原子/cm²，所述多晶硅的掺杂浓度为10¹⁴-10¹⁶个原子/cm²。沟槽的宽度为0.1-100微米，深度为0.1-50微米。

在上述结构中引入沟槽，使得两电极间的氧化硅面积变大，电容值调节范围变大。

本发明的纵向电压控制变容器的制备方法，包括如下步骤(见图2)：

(1)在衬底上生长和衬底具有相同导电类型的外延层。衬底可选用重掺杂的硅衬底，在硅衬底上外延生长外延层可选轻掺杂的，一般可采用化学气相外延法。外延层的掺杂类型与衬底的掺杂类型相同。

(2)采用光刻和刻蚀工艺，在外延层内形成沟槽(见图3)。沟槽的宽度为0.1-100微米，深度为0.1-50微米。沟槽的个数与所要得到的电容值有关，沟槽越大，可变电容的范围越大。刻蚀一般采用干法刻蚀工艺。

(3)在沟槽内壁和外延层的上表面覆盖介电层(见图4)。该介电层一般选用氧化硅，可采用热氧氧化法，使沟槽内壁和外延层上表面的硅氧化生成氧化硅。

(4)多晶硅淀积以填充沟槽，并在外延层上形成预定厚度(可为100埃-5微米)(见图5)。多晶硅要求掺杂浓度较大，可在淀积的时候进行同步掺杂，也可在淀积完成之后通过离子注入加退火处理来形成。多晶硅超出外延层上的厚度一般可为：0.1-5微米。

(5)将多晶硅通过金属引出形成一个电极，后在衬底背面淀积金属形成另一个电极。考虑到多晶硅层表面的不平整，故可先通过CMP工艺(化学机械研磨工艺)进行多晶硅表面的平整化处理。电极的制作可通过如下步骤来完成：

1)在多晶硅上淀积层间膜，而后刻蚀所述层间膜形成所述多晶硅的接触孔；层间膜一般为氧化硅，通常采用淀积的方法来形成。

2)淀积金属填充接触孔，并形成金属线(即为图1中的正面金属)，作为电压控制变容器的一个电极。这里的接触孔填充和金属线可通过一次工艺形成，比如采用大马士革工艺来一次完成接触孔填充和金属线的制作。而在用铝或铝合金作为金属线的工艺中，通常为先采用金属钨来完成接触孔的填充，后淀积铝或铝合金形成金属线。

3)在衬底的背面淀积金属形成电压控制变容器的另一个电极。衬底一般先需要进行减薄处理，后淀积金属(即为图1中的背面金属)形成电极。

上述方法中，衬底的掺杂浓度可为10¹⁴-10¹⁶个原子/cm²，外延层的掺杂浓度可为10¹²-10¹⁴个原子/cm²，多晶硅的掺杂浓度可为10¹⁴-10¹⁶个原子/cm²。沟槽的宽度可设为0.1-100微米，深度可设为0.1-50微米。

Claims (9)

1.一种纵向电压控制变容器，其特征在于：包括衬底，所述衬底上有和衬底具有相同导电类型的外延层，所述外延层的掺杂浓度小于所述衬底的掺杂浓度，所述外延层中至少包含一个沟槽，所述沟槽的内壁和所述外延层上表面覆盖有介电层，多晶硅填充在所述沟槽和所述外延层上表面，所述多晶硅通过金属连接形成电压控制变容器的一个电极，衬底背面通过金属淀积形成电压控制变容器的另一个电极。

2.如权利要求1所述的电压控制变容器，其特征在于：所述衬底为硅衬底，所述介电层为氧化硅层。

3.如权利要求1或2所述的电压控制变容器，其特征在于：所述衬底的掺杂浓度为10¹⁴-10¹⁶个原子/cm³，所述外延层的掺杂浓度为10¹²-10¹⁴个原子/cm³，所述多晶硅的掺杂浓度为10¹⁴-10¹⁶个原子/cm³。

4.如权利要求1或2所述的电压控制变容器，其特征在于：所述沟槽的宽度为0.1-100微米，深度为0.1-50微米。

5.一种纵向电压控制变容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在衬底上生长和衬底具有相同导电类型的外延层；所述外延层的掺杂浓度小于所述衬底的掺杂浓度；

(2)采用光刻和刻蚀工艺，在所述外延层内形成沟槽；

(3)在所述沟槽内壁和所述外延层的上表面覆盖介电层；

(4)多晶硅淀积以填充所述沟槽，并在所述外延层上形成预定厚度；

(5)将多晶硅通过金属引出形成一个电极，后在衬底背面淀积金属形成另一个电极。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)具体可为：

1)在所述多晶硅上淀积层间膜，而后刻蚀所述层间膜形成所述多晶硅的接触孔；

2)淀积金属填充所述接触孔并形成金属线，作为所述电压控制变容器的一个电极；

3)在所述衬底的背面淀积金属形成所述电压控制变容器的另一个电极。

7.如权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4中多晶硅在所述外延层上的预定厚度为100埃-5微米。

8.如权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：所述衬底的掺杂浓度为10¹⁴-10¹⁶个原子/cm³，所述外延层的掺杂浓度为10¹²-10¹⁴个原子/cm³，所述多晶硅的掺杂浓度为10¹⁴-10¹⁶个原子/cm³。

9.如权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：所述沟槽的宽度为0.1-100微米，深度为0.1-50微米。