[发明专利]累积型场效应管可变电容及其制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及累积型场效应管(A-MOS，Accumulation MOS)可变电容及其制造工艺。

背景技术

图1是现有P型衬底A-MOS可变电容(Varactor)的结构示意图，图示A-MOS可变电容包括P型衬底(P-substrate)10、N阱(N-well)11、用作源极和漏极的N型掺杂区13、栅绝缘层15及多晶硅栅14。以N型掺杂区13上的电势为零电势位，则当多晶硅栅14上添加的栅电压Vg发生变动时，A-MOS的电容也随之变动。具体原理如下：

在Vg为负电压时，多晶硅栅14电势低于N阱11电势，多晶硅栅14内的自由电子将被吸引聚集到与栅绝缘层15的接触面，N阱11与栅绝缘层15的接触面构成带正电荷的耗尽层，达到电势平衡。由于N阱11的N型掺杂浓度较低，因此需要聚集的带正电荷的耗尽层厚度很高，而自由电子厚度可以忽略不计，因此在Vg为负电压时，A-MOS可变电容的电容主要取决于N阱11的耗尽层厚度及栅绝缘层厚度，由于电容与厚度成反比，因此此时A-MOS可变电容的电容较低为C1。

在Vg为正电压时，多晶硅栅14电势高于N阱11电势，在多晶硅栅14与栅绝缘层15的接触面形成带正电荷的耗尽层，N阱11的自由电子被吸引聚集至与栅绝缘层15的接触面，达到电势平衡。由于电子厚度忽略不计，因此此时A-MOS可变电容的电容主要取决于多晶硅栅14的耗尽层厚度及栅绝缘层厚度。多晶硅栅14是重掺杂，其掺杂离子浓度远高于N阱11内的浓度，只需要较少的耗尽便能提供与衬底自由电子相平衡的正电荷，因此与Vg为负电压时N阱11的耗尽层相比，多晶硅栅14的耗尽层厚度较低，此时A-MOS可变电容的电容较高为C2。其中C2与C1的比值为该A-MOS可变电容的电容调节范围。

随着可变电容的各种应用范围扩展，上述A-MOS可变电容的电容调节范围无法满足实际需要，因此亟需进一步扩大。

发明内容

本发明提供A-MOS可变电容结构及制造工艺，以提高A-MOS可变电容的电容调节范围。

根据发明人分析，图1所示的P型衬底A-MOS可变电容的电容调节范围主要由C1和C2决定，由于多晶硅栅14是重掺杂，因此C2基本与工艺无关而只与栅氧化层15的厚度相关，C1主要由N阱11掺杂浓度及其一致性决定，N阱11的掺杂浓度越低，其内形成的耗尽层厚度越大，则C1的值越小，此外N阱11的一致性越好，在同样电压下耗尽层会越厚，C1的值也越小，其可调节范围C2/C1也就越大。因此本发明提供的技术方案核心思路在于不增加工艺步骤的情况下采用掺杂浓度更低或一致性更好的阱结构，以便进一步降低C1的值，提高A-MOS可变电容的电容调节范围C2/C1。

本发明提供的一种A-MOS可变电容采用低阈值(Low-Vt)N阱替代常规N阱作为阱结构，低阈值N阱是半导体领域一种专业术语，意为表面掺杂浓度低于常规N阱表面掺杂浓度的一种阱，低阈值N阱用于提供阈值电压更低的N-MOS器件。

本发明提供的另一种A-MOS可变电容采用深N阱(DNW)作为阱结构，深N阱也是一种专业术语，其一致性(Uniform)远高于常规阱的一致性，深N阱在现有工艺中主要用于隔离P阱与P衬底，因此深N阱都是注入到P阱下方，当把深N阱直接注入P衬底的时候，由于P衬底的浓度很低，因此深N阱会让P衬底反型而变成掺杂浓度非常淡的N型阱，这种非常淡同时一致性非常好的N型阱会让C1接近于0，因此采用上述的结构和方法会让该A-MOS可变电容C1的值将大幅度降低。

本发明还提供一种A-MOS可变电容，采用VTP工艺获得的阱做为阱结构，VTP离子注入是半导体领域一种专业术语，意为调整P-MOS阈值电压的单独离子注入，是掺杂浓度较低的N型掺杂，通常VTP直接注入的区域是N阱区域以二次调整N阱区域的浓度，当将VTP直接对P型衬底进行VTP离子注入，P型衬底会反型成为N型阱，采用VTP工艺制出的阱相比常规N阱工艺掺杂浓度更低，从而降低了A-MOS可变电容的C1值，进而提高电容调节范围。

本发明提供的上述A-MOS可变电容制造工艺通常能够与现有制造工艺兼容，而且不会明显增加现有A-MOS可变电容制作成本。

由于本发明提供的上述A-MOS可变电容主要是采用了其它掺杂浓度或一致性更佳的阱，因此本发明提供的A-MOS可变电容制造工艺核心在于阱结构制作相关工艺改进，主要是采用制作Low-Vt阱、深N阱的工艺或VTP工艺来替代现有A-MOS可变电容的阱制造工艺。根据核心思路，本发明提供了下述A-MOS可变电容制造工艺。