TWI247362B - Varactor and differential varactor - Google Patents

Description

1247362 案號 93108629 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 θ 本發明是有關於一種可變電容器（Varactor)，且特別 =有關於一種其電容與電壓皆具有大調變範圍之可變電容 口口與差動式可變電容器（Differentiai 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 ，，變（Tune) ’並放在高頻的載波上以方便訊號的傳輸。 f，不同頻率具有不同載波訊號之特性，同時將許多資訊 訊就傳播出去。因此，通訊系統中的接收器需使用電壓控 =振靈器（Voltage Controlled Oscillator， VC0)，以將 f，訊號從載波中分離出來。在VC〇中，包括有由可變電 谷器和電感所組成的L C (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VC 〇的振盪 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 Transist〇;r，M〇s)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，M〇s可變 ，容器雖然其電容具有大調變範圍（（最大^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 電壓调變範圍内（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M〇s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 谷之调變有不易控制之缺點。另一方面，接面式可變電容 器雖然其電壓具有大調變範圍（大於2 V)之特點，但是此

12868twf1.ptc 第6頁 1247362 _案號 93108629_年月日__ 五、發明說明（2) 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-Factor)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 一型基底、兩個閘極結構、一第一型摻雜區與一第二型掺 雜區。其中，這兩個閘極結構係配置於第一型基底上，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 間的第一型基底中。此外，第二型摻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一型基底 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 容器係由配置在第一型基底上之至少一對的可變電容器所

12868twf1.ptc 第7頁 1247362 _案號 93108629_年月日__ 五、發明說明（3) 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 第一型基底上，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一型基底 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一型基底中。 另外，上述這兩個第二閘極結構配置於第一型基底上，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一型基底中。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一型基底中，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MOS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

12868twf1.ptc 第8頁 1247362 _案號 93108629_年月日__ 五、發明說明（4) 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 器包括η型基底1 0 0、兩個閘極結構1 0 2、1 0 4、ρ型摻雜區 1 0 6與η型摻雜區1 1 0。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 石夕化金屬層116。 其中，這兩個閘極結構1 0 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 0 2、1 0 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

12868twf1.ptc 第9頁 1247362 —-_案號 93108629 ___年 月_g_ 修正___ 五、發明說明（5) 102與104除了配置於n型基底上之外，亦可以是配置於 具有η型井區（未繪示）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 〇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1 0 6配置於這兩個閘極結構丨〇 2與1 〇 4 之間的η型基底1〇〇中，而且這兩個閘極結構1〇 2與1〇4係共 用此Ρ型摻雜區1 0 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11型基底1〇〇與1)型摻雜區1〇6之間 配置Ρ型淡摻雜區1 〇 8。 另外’ η型摻雜區1丨〇係配置於這兩個閘極結構丨〇 2與 104之^配置有ρ型摻雜區1〇6的另一側之n型基底ι〇〇中二 在較佳貝施例中’更包括在這兩個閘極結構1 〇 2與1 〇 4下 方之η型基底1〇〇與η型摻雜區11〇之間配置η型淡摻雜區 在一較佳實施例中，更包括於這兩個閘極結構丨〇 2與 ，側壁上配置間隙壁丨丨4，且間隙壁丨丨4係覆蓋 $區108與η型淡摻雜區112。在另一較佳實施例中，更包/ 7 η 一矽化金屬層1 1 6，其係配置於這兩個閘極結構1 0 2、 104之閘極導電層12〇上以及口型摻雜區1〇6與11型摻雜區ιι〇 剂换\以降低這兩個閘極結構102、104、Ρ型摻雜區1〇6與 n i払雜區1 1 〇之阻值，進而增加其導電性。 ，別是，上述之p型摻雜區1〇6係電性 ==是，極），且„型摻雜區"〇係電性連接至弟第二電電極 ° 列如疋陰極），而且這兩個閘極結構1 0 2、1 〇 4係與

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第一電極1 2 2電性連接。 装#丨^，另較仏貝/也例中，這兩個閘極結構1 〇 2、1 0 4 ί t之與f二電極124電性連接（例如是陰 箆 砰、、田I兄日疋，上述之P型摻雜區i 〇 6係電性連 ^電=22(例如是陽極），為型摻雜區11〇係電性連接 雷；極124，而且廷兩個閘極結構102、104係與第二 冤極1 2 4電性連接。 *夕mIc於上严之可變電容器包含有以閘極結構102或1 04為 可變電容器’以及以P型摻雜區106與η型摻雜區 lj〇為主之接面式可變電容器，因此此可變電容器同時具 Ϊ ί Γ種可變電容器的特點。詳細地說明是，本發明之可 k電谷器除了ρ型摻雜區1〇6與η型摻雜區11〇之間的區 可^用以儲存電荷（電容）外，閘介電層丨丨8亦可用以儲^ 電，。。因此，本發明之可變電容器相較於習知之M〇s可^ 電容器或是接面式可變電容器，具有較佳之電荷儲存\ 力’即其電容之可調變範圍較大。 9月匕

此外，本發明之可變電容器其p型掺雜區1〇6與„型换 雜區1 1 0之間的距離係由閘極結構丨〇 2與1 〇 4之線寬來押多 制。亦即閘極結構102與104的線寬越窄，p型摻雜區 與η型摻雜區1 1 〇之間的距離會越小，如此可以降低可辦” 容器之阻值，進而使得用以評估可變電容器之品質因$電 Factor)獲得提升。 、 Q 另外，為了證明本發明的確可以增加電容之調變範 圍，係利用上述之可變電容器進行電壓調變與所對應$。 容的測量，其結果圖2所示。圖2是可變電容器其電^與電 /、電

案號 93108629

1247362 五、發明說明（7) 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（Normal i zed)之電容。由圖2可知，在^ 壓0.5V〜2.5V之如此大之凋變範圍内，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40%，本發明之可變電容器其電容的確具有較大 的调變範圍’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 動式可變電容器係由配置在n型基底2〇2之至少一對的可 電容器200所構成，且每一對可變電容器2〇〇包括可變電容 器2 0 4a與可變電容器2 0 4b 。 其中’可變電容器2〇4a包括有兩個閘極結構2〇8a、 210a、p型摻雜區212a以及n型摻雜區216a。在一較佳實施 例中’可變電容器2 0 4a更包括p型淡摻雜區214a、^型淡摻 雜區218a、間隙壁220a與矽化金屬層222a。 其中，這兩個閘極結構2 0 8 a與21 〇a係配置於η型基底 2 0 2上，且每一個閘極結構2〇8a、21〇a係由下層之閘介電 層2 24a與上層之閘極導電層2 2 6 a所構成。而且，這兩個閘 極結構2 0 8 a與2 10a除了配置於n型基底2〇2上之外，亦可以 是配置於具有η型井區（未繪示）ip型基底（未繪示）上。另 外，閘介電層2 24a的材質例如是氧化矽、氮化矽或其他合 適之介電材料，而間極導電層2 26a的材質例如是多晶矽、

第12頁 12868twf1.ptc 1247362 ---案说 9310862¾__年 月_日 修正 五、發明說明（8) 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配置於這兩個閘極結構2 0 8 a與 210a之間的η型基底2〇2中，而且這兩個閘極結構2〇8a與 210a係共用此p型摻雜區212a。在一較佳實施例中，更包 括於這兩個閘極結構2〇8&與21〇3下方之n型基底202與p型 摻雜區2 1 2 a之間配置ρ型淡摻雜區2 1 4 a。 另外’ η型摻雜區216a係配置於這兩個閘極結構2 08a 與210a之未配置有p型摻雜區212a的另一側之^型基底2〇2 中。在一較佳實施例中，更包括於這兩個閘極結構2 〇 8a與 210a下方之η型基底202與η型摻雜區216a之間配置η型淡摻 雜區2 1 8 a。 在一較佳實施例中，更包括於這兩個閘極結構2 〇 8a與 210a之側壁上配置間隙壁22〇a，且間隙壁22〇a係覆蓋ρ型 淡摻雜區2 1 4 a與η型淡摻雜區2 1 8 a。在另一較佳實施例 中’更包括矽化金屬層2 2 2 a，其係配置於這兩個閘極結構 208a與210a之閘極導電層226a上以及ρ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 1 0 a、ρ型 摻雜區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204b係與可變電容器204a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、 210b、p型摻雜區212b與η型摻雜區216b。在一較佳實施例 中，可變電容器204b更包括ρ型淡摻雜區214b、η型淡摻雜 區2 1 8 b、間隙壁2 2 0 b與矽化金屬層2 2 2 b。其中每一個閘極 結構2 0 8b、21 Ob係由下層之閘介電層2 2 4b與上層之閘極導

12868twf1.ptc 第13頁 1247362 __索號 93108629_年月日_____ 五、發明說明（9) 電層226b所構成。此外，可變電容器204b之η型摻雜區 2 16b係與可變電容器2 0 4a之η型摻雜區21 6a鄰接，因此可 視為同一摻雜區。另外，關於此可變電容器2 0 4b之其他相 關構件之配置關係，係與可變電容器2 04a相同，於此不再 贅述。 上述之可變電容器 特別是一又％分命m ,,工而辦w〇a、 210a及其p型摻雜區212a係電性連接至一調變電壓端22g， 且可變電容器2 0 4 b的閘極結構2 〇 8 b、2 1 0 b及其p型摻雜區 2 12b係電性連接至一相對調變電壓端“ο。因此，在調^ 電壓與相對調變電壓之相互作用下，位於調變電壓 與相對调變電壓端230之間的η型摻雜區216a與216b合接 。13二差動1可變電容器會具有更低的：值， 且…口口貝口子（Q Factor)更可藉此獲得提升。 動式施例中的可變電容器，此差 2 1〇a U ^2 0 83 ' 2〇8b ' _、⑽與n型摻雜 容器。因此此差動式可變雷交 為主之接面式可變電 容器的特點。換言之，此差動^糸=日守具有此二種可變電 M0S可變電容器或接 < 式可變電容器相較習知之 存的能力，且其電容盥電壓 备^具有較佳之電荷儲 雖然本發明已以較佳實施；J ^:調變範圍。 限定本發明，任何熟習此技藝j揭，如上，然其並非用以 和範圍内，當可作些許之更動盥不t離本發明之精神 範圍當視後附之申請專利範圍。定者：J本發明之保護

1247362 _案號93108629_年月日_«_ 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 102、104、2 0 8 a、210a、2 0 8b、210b :閘極結構 106、212a、212b :p 型摻雜區 108、214a、214b :p型淡掺雜區 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 ： 一一 對的可變電容器 2 04a 、2 0 4b :可變電容： 2 28 ： 調 變電壓端

12868twf1.ptc 第15頁 1247362 案號93108629 年月日 修正 圖式簡單說明 2 3 0 :相對調變電壓端 232 :接地 mi 第16頁 12868twf1.ptc

Claims (1)

1247362 _案號 93108629_年月日__ 六、申請專利範圍 1· 一種可變電容器（Varactor)，包括： 一第一型基底； 二閘極結構，配置於該第一型基底上，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一 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一型基底中， 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 · 一第一型淡摻雜區，配置於各該閘極結構下方之該第

12868twf1.ptc 第17頁 1247362 案號93108629 年月日 修正 六、申請專利範圍 一型基底與 一第二 一型基底與 6 ·如申 一間隙壁， 淡摻雜區與 7· —種 Varactor) 底上之至少 容器包括： 一第一 極電一第一有 二電二極電 閘導 該 置及第變 閘導 一極 的 配以一可 二極 第問 間 未； 二 第閘 該一 之 之中 第 該二 該第一型摻雜區之間；以及 型淡摻雜區，配置於各該閘極結構下方之該第 該第二型掺雜區之間。 請專利範圍第5項所述之可變電容器，更包括 配置於各該閘極結構的側壁，且覆蓋該第一型 該第二型淡摻雜區。 差動式可變電容器（Differential ，該差動式可變電容器係由配置在一第一型基 一對的可變電容器所構成，其中每一對可變電 可變電容器，該第一可變電容器包括： 第一閘極結構，配置於該第一型基底上，且各 結構係由下層之一第一閘介電層與上層之一第 層所構成； 第一型第一摻雜區，配置於該二第一閘極結構 一型基底中；以及 第二型第一摻雜區，配置於該二第一閘極結構 該第一型第一摻雜區的另一側之該第一型基底 可變電容器，與該第一可變電容器相鄰，且該 容器包括： 第二閘極結構，配置於該第一型基底上，且各 結構係由下層之一第二閘介電層與上層之一第 層所構成；

12868twf1.ptc 第18頁 1247362 案號93108629 年月日 修正 構 結 極 閘二 第二 該 於 置 配 區 雜 摻二 第 型 1 第 圍一 範 利 專 請 申 六 構 結 極 閘二 第二 該 於 置 配 及區 以雜 •， 中二 底第 基型 型二 一第 第一 該 的 間 之 底 基 型一 第 該 之 側一 另， 的接 區鄰 雜區 摻雜 二摻 第一 型第 一型 第二 該第 有該 置與 配且 未， 之中 性二第 電第型 係型二 區一第 雜第該 摻該且 一及而 第構， 型結端 一 極壓 第閘電 該二變 及第調 構該對 結且相 極，一 閘端至 一壓接 第電連 該變性 ，調電 中一係 其至區 接雜 連摻 地 接 係 區 摻。 二第 第圍 ¾範 二利 第專 該請 及申 區如 隹 . 砉8 摻 器 容 電 變 可 式 差 之 述 所 項 摻 η 為 型-Ρ區 為雜 區摻 雜二 摻第 二型 第二 型第 一該 第與 該區 與雜 區摻 雜一 摻第 一型 第二 型第 一該 第且 該， 中區 其雜 器 容 1^00 變 可 式 差 之 述 所 項 7 第 圍 範 利 專 請 〇 區如 隹 · — 9 掺 型 Γ區 I雜 區摻 雜二 摻第 二型 第二 型第 一該 第與 該區 與雜 區摻 雜一 摻第 一型 第二 型第 一該 第且 該， 中區 其雜 摻 型 為 區 雜10.括 摻 包 型 更 專 請 申 如 金 化 矽 己 酉 Arc I L, 層 利 屬 第 圍 置 ，閘 器二 容第 電該 變、 可層 式電 動導 差極 之閘 述一 所第 項該 於 區 雜 摻 二。 第上 型區 一雜 第摻 該二 、第 區型 雜二 摻第 一該 第與 型區 一雜 第摻 該一 、第 層型 電二 導第 極該 專 請 中 如 括 包 更 第 ， 之 器 方 容 下 電 構 變 結 可 極 式 閘 勤 一 ^3- 差 第 之 該 述 各 所 於 項 置 ^ 配 第 圍 區 範 I J 雜 摻 淡 型

12868twf1.ptc 第19頁 1247362 _案號93108629_年月日__ 六、申請專利範圍 該第一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 第一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 該第一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 該第一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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