TW200532813A - Varactor and differential varactor - Google Patents

Description

200532813 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域 本發明是有關於一種可變電容器（v a r a c t 〇 r ) ’且特 別是有關於一種其電容與電壓皆具有大調變範圍之可變 電容器與差動式可變電容器（Differential Varactor)。 先前技術 在典型的通訊系統中，資訊訊號（例如：電.視節目） 會被調變（T u n e )，並放在高頻的載波上以方便訊號的傳 輸。藉著不同頻率具有不同載波訊號之特性，同時將許 多資訊訊號傳播出去。因此，通訊系統中的接收器需使 用電壓控制振盈器（Voltage Controlled Oscillator, V C 0 )，以將資訊訊號從載波中分離出來。在V C 0中，包括 有由可變電容器和電感所組成的LC(電感電容）電路。藉 由可變電容器其電容隨著電壓調變而改變的特性，可以 使得VC0的振盪頻率隨之改變。 常見的可變電容器包括有以金屬氧化半導體電晶體 Metal-Oxide Semiconductor Transistor ，M0S)結構為 主之MOS可變電容器，以及以p型摻雜區與n型摻雜區交錯 配置而成之接面式（Junction)可變電容器。其中，M0S可 變電容器雖然其電容具有大調變範圍（（最大電容-最小電 容）/最小電容）的特點，但是此調變範圍卻僅落在很小之 電壓調變範圍内（約為1 V)。亦即微小的電壓調變，將使 得電容大幅度地改變。然而，雖然M0S可變電容器的電容 具有大調變範圍，但是由於其電壓調變範圍太小因此對 於電容之調變有不易控制之缺點。另一方面，接面式可

12868TWF.PTD 第6頁 200532813 五、發明說明（2) 變電容器雖然其電壓具有大調變範圍（大於2 V )之特點’ 但是此調變範圍所對應之電容調變範圍卻不夠大，如此 將使得接面式可變電容器在使用上受到侷限。而且，對 於應用上述可變電容器而得之差動式可變電容器來說， 上述的問題可能會造成差動式可變電容器本身之品質因 子（Q - F a c t 〇 r )不佳，進而影響其電荷儲存能力的問題。 於是，發展出一種具有大範圍調變電壓且有大範圍調變 電容特性的可變電容器是需要的。 發明内容 有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種可變電容 器，以解決習知可變電容器其電容或是電壓之調變範圍 不夠大的問題。 本發明的再一目的是提供一種差動式可變電容器， 以改善差動式可變電容器的品質因子。 本發明提出一種可變電容器，此可變電容器包括一 第二型基底、兩個閘極結構、一第一型摻雜區與一第二 型摻雜區。其中，這兩個閘極結構係配置於第二型基底 上，且每一個閘極結構係由下層之閘介電層與上層之閘 極導電層所構成。另外，第一型摻雜區係配置於這兩個 閘極結構之間的第二型基底中。此外，第二型掺雜區係 配置於這兩個閘極結構之未配置有第一型摻雜區的另一 側之第二型基底中。其中，第一型摻雜區係電性連接至 第一電極端，且第二型摻雜區係電性連接至第二電極 端，而且上述兩個閘極結構係與第一電極端或是第二電

12868TWF.PTD 第7頁 200532813 五、發明說明（3) 極端電性連接。 本發明提出一種差動式可變電容器，此差動式可變 電容器係由配置在第二型基底上之至少一對的可變電容 器所構成，其中每一對可變電容器包括第一可變電容器 以及第二可變電容器。第一可變電容器係包括兩個第一 閘極結構、一第一型第一摻雜區與一第二型第一摻雜 區，而第二可變電容器係與第一可變電容器相鄰，且此 第二可變電容器包括兩個第二閘極結構、一第一型第二 摻雜區與一第二型第二摻雜區。其中，上述之這兩個第 一閘極結構配置於第二型基底上，且每一個第一閘極結 構係由下層之第一閘介電層與上層之第一閘極導電層所 構成。另外，第一型第一摻雜區配置於這兩個第一閘極 結構之間的第二型基底中。此外，第二型第一摻雜區配 置於這兩個第一閘極結構之未配置有第一型第一摻雜區 的另一側之第二型基底中。另外，上述這兩個第二閘極 結構配置於第二型基底上，且每一個第二閘極結構係由 下層之第二閘介電層與上層之第二閘極導電層所構成。 此外，第一型第二摻雜區配置於這兩個第二閘極結構之 間的第二型基底中。另外，第二型第二摻雜區配置於這 兩個第二閘極結構之未配置有第一型第二摻雜區的另一 側之第二型基底中，且與第二型第一摻雜區鄰接。而且 第一閘極結構及第一型第一摻雜區係電性連接至一調變 電壓端，且第二閘極結構及第一型第二摻雜區係電性連 接至一相對調變電壓端，而第二型第一摻雜區及第二型

12868TWF.PTD 第8頁 200532813 五、發明說明（4) 第二摻雜區係接地。 由於本發明之可變電容器或是差動式可變電容器皆 包含有以閘極結構為主之M0S可變電容器，以及以第一型 摻雜區與第二型摻雜區為主之接面式可變電容器，因此 此可變電容器或是差動式可變電容器係同時具有此二種 可變電容器的特點，故其電容與電壓皆具有較大的調變 範圍。而且，差動式可變電容器的品質因子也可獲得改 善。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更 明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作 詳細說明如下。 實施方式 在下述實施例中，係以第一型為P型摻雜型態以及第 二型為η型摻雜型態來加以說明本發明。惟熟習此技藝者 可輕易推知，第一型與第二型之摻雜型態可以彼此交 換，因此與下述實施例之摻雜型態相反之其他實施例係 省略說明之。此外，在下述實施例中，係以第一電極端 為陽極，且第二電極端為陰極，加以說明本發明。同樣 地，熟習熟技藝者亦可輕易推知，第一電極端與第二電 極端之電極亦可以彼此交換，因此與下述實施例之電極 相反之其他實施例係省略說明之。 第一實施例 圖1所示，其繪示依照本發明一較佳實施例的一種可 變電容器之剖面示意圖。請參照圖1 ，本發明之可變電容

12868TWF.PTD 第9頁 200532813 五、發明說明（5) 器包括η型基底1 〇 〇、兩個閘極結構1 〇 2、1 〇 4、p型摻雜區 1 0 6與η型摻雜區1 1 〇。在一較佳實施例中，此可變電容器 更包括ρ型淡摻雜區1 0 8、η型淡摻雜區1 1 2、間隙壁1 1 4與 矽化金屬層1 1 6。 其中，這兩個閘極結構1 〇 2與1 0 4係配置於η型基底 1 0 0上，且每一個閘極結構1 〇 2、1 〇 4係由下層之閘介電層 1 1 8與上層之閘極導電層1 2 0所構成。而且，這兩個閘極 結構102與104除了配置於η型基底1〇〇上之外，亦可以是 配置於具有η型井區（未繪示）之ρ型基底（未繪示）上。另 外’閘介電層1 1 8的材質例如是氧化矽、氮化矽或其他合 適之介電材料，而閘極導電層1 2 0的材質例如是多晶矽、 摻雜多晶石夕或其他合適之導電材料。 此外，ρ型摻雜區1 〇 6配置於這兩個閘極結構1 0 2與 1 0 4之間的η型基底1 〇 〇中，而且這兩個閘極結構丨〇 2與丨〇 4 係共用此ρ型摻雜區1 〇 6。在一較佳實施例中，更包括在 這兩個閘極結構102與1〇4下方之η型基底1〇〇與ρ型摻雜區 1 0 6之間配置ρ型淡摻雜區丨〇 8。 另外’ n型摻雜區1 1 0係配置於這兩個閘極結構1 0 2與 1 0 4之未配^置有ρ型摻雜區丨〇 6的另一側之^型基底丨〇 〇中。 在一較佳實施例中’更包括在這兩個閘極結構1 0 2與1 0 4 下方之η型基底1〇〇與^型摻雜區η〇之間配置^型淡摻雜區 112° 在一較佳實施例中，更包括於這兩個閘極結構1 0 2與 1 〇 4之側壁上配置間隙壁1 1 4，且間隙壁1 1 4係覆蓋ρ型淡

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第10頁 200532813 五、發明說明（6) 摻雜區1 0 8與η型淡摻雜區1 1 2。在另一較佳實施例中，更 包括一矽化金屬層1 1 6，其係配置於這兩個閘極結構 102、104之閘極導電層120上以及ρ型摻雜區106與η型摻 雜區1 1 0上，用以降低這兩個閘極結構1 〇 2、1 0 4、ρ型摻 雜區1 0 6與η型摻雜區1 1 0之阻值，進而增加其導電性。 特別是，上述之Ρ型摻雜區1 〇 6係電性連接至第一電 極1 2 2 (例如是陽極），且η型摻雜區1 1 0係電性連接至第二 電極1 2 4 (例如是陰極），而且這兩個閘極結構1 0 2、1 0 4係 與第一電極1 2 2電性連接。 當然，另一較佳實施例中，這兩個閘極結構1 〇 2、 1 0 4其例如是如圖4所示之與第二電極1 2 4電性連接（例如 是陰極）。詳細的說明是，上述之ρ型摻雜區1 0 6係電性連 接至第一電極1 2 2 (例如是陽極），且η型摻雜區1 1 0係電性 連接至第二電極1 2 4，而且這兩個閘極結構1 0 2、1 0 4係與 第二電極1 2 4電性連接。 由於上述之可變電容器包含有以閘極結構1 0 2或1 0 4 為主之MOS可變電容器，以及以ρ型摻雜區106 與η型摻雜 區1 1 0為主之接面式可變電容器，因此此可變電容器同時 具有此二種可變電容器的特點。詳細地說明是，本發明 之可變電容器除了ρ型摻雜區106 與η型摻雜區110之間的 區域可以用以儲存電荷（電容）外，閘介電層1 1 8亦可用以 儲存電荷。因此，本發明之可變電容器相較於習知之MOS 可變電容器或是接面式可變電容器，具有較佳之電荷儲 存的能力，即其電容之可調變範圍較大。

12868TWF.PTD 第11頁 200532813 五、發明說明（Ό 此外，本發明之可變電容器其ρ型摻雜區1 〇 6 與η型 摻雜區1 1 0之間的距離係由閘極結構1 0 2與1 0 4之線寬來控 制。亦即閘極結構1 0 2與1 0 4的線寬越窄，ρ型摻雜區1 〇 6 與η型摻雜區1 1 〇之間的距離會越小，如此可以降低可變 電容器之阻值，進而使得用以評估可變電容器之品質因 子（Q Factor)獲得提升。 另外，為了證明本發明的確可以增加電容之調變範 圍，係利用上述之可變電容器進行電壓調變與所對應之 電容的測量，其結果圖2所示。圖2是可變電容器其電容 與電壓之關係圖，其中橫軸係表示調變電壓（V )，而縱軸 係表示已經過正規化（Normalized)之電容。由圖2可知， 在電壓0.5V〜2.5V之如此大之調變範圍内，電容之調變範 圍可達7 0 %左右，相較於習知接面式可變電容器之電容的 調變範圍僅有4 0%，本發明之可變電容器其電容的確具有 較大的調變範圍，而且其電壓亦具有較大的調變範圍\ 第二實施例 圖3所示，其繪示依照本發明一較佳實施例的一種差 動式可變電容器之剖面示意圖，其係為第一實施例之單 一式可變電容器的一種變化應用。請參照圖3，本發明之 差動式可變電谷器係由配置在η型基底2〇2之至少一對的 可電谷态200所構成’且每一對可變電容器包括可 變電容器204a與可變電容器204b。

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200532813 五、發明說明（8) 施例中，可變電容器2 0 4 a更包括P型淡摻雜區2 1 4 a、η型 淡摻雜區2 1 8 a、間隙壁2 2 0 a與矽化金屬層2 2 2 a。 其中，這兩個閘極結構2 0 8 a與2 1 0 a係配置於η型基底 2 0 2上，且每一個閘極結構2 0 8 a、2 1 0 a係由下層之閘介電 層224a與上層之閘極導電層226a所構成。而且，這兩個 閘極結構2 0 8a與2 10a除了配置於n型基底2 0 2上之外’亦 可以是配置於具有η型井區（未繪示）之Ρ裂基底（未繪不） 上。另外，間介電層2 2 4a的材質例如是氧化石夕、氮化石夕 或其他合適之介電材料，而閘極導電層2 2 6 a的材質例如 是多晶矽、摻雜多晶矽或其他合適之導電材料。 此外，p型摻雜區2 1 2 a配置於這雨個閘極結構2 0 8 a與 2 1 0 a之間的η型基底2 0 2中，而且這雨個間極結構2 0 8 a與 2 1 Oa係共用此p型摻雜區2 1 2a。在一較隹實施例中，更包 括於這兩個閘極結構2〇8a與210a下方之n型基底2〇2與P型 摻雜區2 1 2 a之間配置p型淡摻雜區2 1 4 a。 另外，η型摻雜區2 1 6 a係配置於這兩個閘極結構2 0 8 a 與210a之未配置有p型摻雜區212a的另〆側之η型基底20 2 中。在一較佳實施例中，更包括於這雨個閘極結構2 0 8 a 與210a下方之η型基底202與n型摻雜區216&之間配置η型 淡摻雜區218a。 少 在一較佳實施例中，更包括於這雨個閘極結構2 0 8 a 與2 1 0 a之側壁上配置間隙壁2 2 〇 a，且間隙壁2 2 0 a係覆蓋P 型淡換雜區214a與η型淡摻雜區218a。在另一較佳貫施例 中，更包括矽化金屬層2 2 2 a，其係配置於這兩個閘極結

12868TWF.PTD 第13頁 200532813 五、發明說明（9) 構208a與210a之閘極導電層226a上以及p型摻雜區212a與 η型摻雜區2 1 6 a上，以降低這兩個閘極結構2 〇 8 a與2丨〇 ^、 P型掺雜區212a與η型摻雜區216a之阻值，進而增加其導 電性。 另外，另一可變電容器2 0 4 b係與可變電容器2 〇 4 a相 鄰’且此可變電容器2 0 4b係包括兩個閘極結構2 〇 8 b、 2 1 0 b、p型摻雜區2 1 2 b與η型摻雜區2 1 6 b。在一較佳實施 例中，可變電容器2 0 4b更包括p型淡摻雜區214b、^型淡 摻雜區218b、間隙壁220b與矽化金屬層222b。其中每一 個閘極結構2 0 8 b、2 1 0 b係由下層之閘介電層2 2 4 b與上層 之閘極導電層226b所構成。此外，可變電容器2〇4b之η型 摻雜區2 16b係與可變電容器2 04 a之η型摻雜區^16a鄰接， 因此可視為同一摻雜區。另外，關於此可變電容器2 〇 4b 之其他相關構件之配置關係，係與可變電容器2 〇 4 a相 同，於此不再贅述。 " 特別是’上述之可變電容器2 0 4a的閘極結構2〇8a、 2 1 0 a及其p型摻雜區2 1 2 a係電性連接至一調變電壓端 2 2 8，且可變電容器2 0 4b的閘極結構2〇8b、2i〇b及其p型 摻雜區2 1 2 b係電性連接至一相對調變電壓端2 3 〇。因此， 在調變電壓與相對調變電壓之相互作用下，位於調變電 壓端2 28與相對調變電壓端2 3 0之間的n型摻雜區21\3與 2 1 6 b會接地。如此一來，此差動式可變電容器會具有更 ，的阻值’且其品質因子（q Factor)更可藉此^得提 升。

12868TWF.PTD 第14頁 200532813 五、發明說明（ίο) 此外，如同上述之第一實施例中的可變電容器，此 差動式可變電容器亦同樣包含有以閘極結構2 〇 8 a、 208b、210a或210b為主之M 0S可變電容器，以及以p型摻 雜區212a、212b與η型摻雜區216a、216b為主之接面式可 變電容器。因此此差動式可變電容器係同時具有此二種 可變電容器的特點。換言之，此差動式可變電容器相較 習知之M0S可變電容器或接面式可變電容器，具有較佳之 電荷儲存的能力，且其電容與電壓皆具有較大的調變範 圍。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上’然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明 之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

12868TWF.PTD 第15頁 200532813 圖式簡單說明 圖1是依照本發明之一較佳實施例的一種可變電容器 之剖面示意圖。 圖2是依照本發明之一較佳實施例的一種可變電容器 其電容與電壓之關係圖。 圖3是依照本發明之一較佳實施例的一種差動式可變 電容器之剖面示意圖。 圖4是依照本發明之另一較佳實施例的一種可變電容 器之剖面示意圖。 【圖式標記說明】 1 00、2 0 2 : η型基底 1 0 2、1 0 4、2 0 8 a、2 1 0 a、2 0 8 b、2 1 0 b :閘極結構 106、212a、212b :p 型摻雜區 108、214a、214b :p型淡摻雜區 110 、 216a 、 216b :n 型摻雜區 112、218a、218b :n型淡摻雜區 1 1 4、2 2 0 a、2 2 0 b :間隙壁 116、222a、222b :矽化金屬層 118、224a、224b :閘介電層 1 2 0、2 2 6 a、2 2 6 b :閘極導電層 122： 陽 極 124： 陰 極 2 0 0 ： 一 對的可變電容器 2 0 4 a 、2 0 4 b :可變電容 2 2 8 ： 調 變電壓端

12868TWF.PTD 第16頁 200532813 圖式簡單說明 2 3 0 :相對調變電壓端 2 3 2 :接地

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Claims (1)

1. 200532813 六、申請專利範圍 1. 一種可變電容器（Varactor)，包括： 一第二型基底； 二閘極結構，配置於該第二型基底上，且各該閘極 結構係由下層之一閘介電層與上層之一閘極導電層所構 成； 一第一型摻雜區，配置於該二閘極結構之間的該第 二型基底中；以及 一第二型摻雜區，配置於該二閘極結構之未配置有 該第一型摻雜區的另一側之該第二型基底中， 其中該第一型摻雜區係電性連接至一第一電極端， 且該第二型摻雜區係電性連接至一第二電極端，而且該 二閘極結構係與該第一電極端及該第二電極端其中之一 電性連接。 2 .如申請專利範圍第1項所述之可變電容器，其中該 第一型摻雜區為p型摻雜區，且該第二型摻雜區為η型摻 雜區。 3 .如申請專利範圍第1項所述之可變電容器，其中該 第一型摻雜區為η型摻雜區，且該第二型摻雜區為ρ型摻 雜區。 4 .如申請專利範圍第1項所述之可變電容器，更包括 一矽化金屬層，配置於該閘極導電層、該第一型摻雜區 與該第二型摻雜區上。 5 .如申請專利範圍第1項所述之可變電容器，更包 括：

   12868TWF.PTD 第18頁 200532813 六、申請專利範圍 一第一型淡摻雜區，配置於各該閘極結構下方之該 第二型基底與該第一型摻雜區之間；以及 一第二型淡摻雜區，配置於各該閘極結構下方之該 第二型基底與該第二型摻雜區之間。 6 ·如申請專利範圍第5項所述之可變電容器，更包括 一間隙壁，配置於各該閘極結構的側壁，且覆蓋該第一 型淡摻雜區與該第二型淡摻雜區。 7. —種差動式可變電容器（Differential Varactor)，該差動式可變電容器係由配置在一第二型基 底上之至少一對的可變電容器所構成，其中每一對可變 電容器包括： 一第一可變電容器，該第一可變電容器包括： 二第一閘極結構，配置於該第二型基底上，且 各該第一閘極結構係由下層之一第一閘介電層與上層之 一第一閘極導電層所構成； 一第一型第一摻雜區，配置於該二第一閘極結 構之間的該第二型基底中；以及 一第二型第一摻雜區，配置於該二第一閘極結 構之未配置有該第一型第一摻雜區的另一側之該第二型 基底中；以及 一第二可變電容器，與該第一可變電容器相鄰，且 該第二可變電容器包括： 二第二閘極結構，配置於該第二型基底上，且 各該第二閘極結構係由下層之一第二閘介電層與上層之

   12868TWF.PTD 第19頁 200532813 六、申請專利範圍 一第二閘極導電層所構成， 一第一型第二摻雜區，配置於該二第二閘極結 構之間的該第二型基底中；以及 一第二型第二摻雜區，配置於該二第二閘極結 構之未配置有該第一型第二摻雜區的另一側之該第二型 基底中，且與該第二型第一摻雜區鄰接， 其中，該第一閘極結構及該第一型第一摻雜區係電 性連接至一調變電壓端，且該第二閘極結構及該第一型 第二摻雜區係電性連接至一相對調變電壓端，而且該第 二型第一摻雜區及該第二型第二摻雜區係接地。 8.如申請專利範圍第7項所述之差動式可變電容器， 其中該第一型第一摻雜區與該第一型第二摻雜區為P型摻 雜區，且該第二型第一摻雜區與該第二型第二摻雜區為η 型摻雜區。 9 ·如申請專利範圍第7項所述之差動式可變電容器， 其中該第一型第一摻雜區與該第一型第二摻雜區為η型摻 雜區，且該第二型第一摻雜區與該第二型第二摻雜區為ρ 型摻雜區。 1 0 ·如申請專利範圍第7項所述之差動式可變電容 器，更包括一矽化金屬層配置於該第一閘極導電層、該 第二閘極導電層、該第一型第一摻雜區、該第一型第二 摻雜區、該第二型第一摻雜區與該第二型第二摻雜區 上。 1 1 ·如申請專利範圍第7項所述之差動式可變電容

   12868TWF.PTD 第20頁 200532813 六、申請專利範圍 器，更包括： 一第一型淡摻雜區，配置於各該第一閘極結構下方 之該第二型基底與各該第一型第一摻雜區之間；以及 一第二型淡摻雜區，配置於該第一閘極結構下方之 該第二型基底與該第二型第一摻雜區之間。 1 2.如申請專利範圍第1 1項所述之差動式可變電容 器，更包括一間隙壁，配置於各該第一閘極結構的側 壁，且覆蓋該第一型淡摻雜區與該第二型淡摻雜區。 1 3.如申請專利範圍第7項所述之差動式可變電容 器，更包括： 一第一型淡摻雜區，配置於各該第二閘極結構下方 之該第二型基底與該第一型第二摻雜區之間；以及 一第二型淡摻雜區，配置於各該第二閘極結構下方 之該第二型基底與該第二型第二摻雜區之間。 1 4.如申請專利範圍第1 3項所述之差動式可變電容 器，更包括一間隙壁，配置於各該第二閘極結構的側 壁，且覆蓋該第一型淡摻雜區與該第二型淡摻雜區。

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