[发明专利]具有可变电容的三端半导体器件

说明书

描述了用于实现可变(例如，可调谐)3端电容器件的方法和装置。在各实施例中，彼此间隔开的垂直控制柱在具有与控制柱的极性相反的极性的阱中延伸。控制柱按平行于深沟槽栅极与阱拾取区但在深沟槽栅极与阱拾取区之间延伸的一行来安排。通过改变施加到控制柱的电压，柱周围耗尽区的大小可变化，从而造成沟槽栅极与连接到阱拾取区的拾取端之间的电容的变化。控制柱的一般垂直的性质便于控制大范围的电压，同时允许使用常见半导体制造步骤进行制造，使得器件易于与其他半导体器件一起实现在芯片上。

优先权申请

本申请要求2013年2月19日提交的题为“THREE TERMINAL SEMICONDUCTOR DEVICEWITH VARIABLE CAPACITANCE(具有可变电容的三端半导体器件)”的美国专利申请序列号13/770,005的优先权，其通过援引整体纳入于此。

领域

描述了涉及电子半导体器件，且更具体地，涉及其两个端子之间的电容可通过向第三端子施加控制电压来改变的器件的方法和装置。

背景

诸如可调谐天线系统等各种电子通信系统从可变(例如，可调谐)电容器极大地获益。因为可调谐电容器的电容可变化，所以使用这样的电容器的天线系统可通过改变可调谐电容器的电容被用于不同的频率范围和/或被控制来展现不同的特性。因而，通过允许执行调谐从而允许单个天线系统在各种不同的频带中操作和/或通过与使用固定(不可调谐)电容器的天线系统相比降低天线系统的大小、成本、和/或复杂度，可调谐电容器可被用来减少或消除对多个天线系统的需求。

在许多应用中，可调谐电容器需要能够承受可能存在于天线系统中的大电压摆幅(例如，+/-35V)。在电容器被实现为半导体器件时，这样的大电压摆幅一般需要使用厚氧化层(约1000-2000A的量级)。不幸的是，使用这样的厚氧化层摧毁了或显著降低了标准的基于CMOS(互补金属氧化物半导体)的累积变容二极管的可调谐性，其中可调谐性可被表达为器件最大电容(Cmax)除以其最小电容(Cmin)的比率。即，对于厚氧化层器件而言，调谐比率接近1(Cmax/Cmin约为1)，从而使得使用厚氧化层CMOS变容二极管是不合乎需要的或甚至不可用作许多应用的可变电容器。

MOS(金属氧化物半导体)电容器的电容与电压之间的关系可从下式中理解：

其中C(V)是作为电压的函数的电容，T_ox是氧化层厚度，ε_ox是氧化层介电常数，ε_si是硅(Si)介电常数，W(V)是作为电压的函数的耗尽宽度。

因而，调谐比率(它被表达为Cmax/Cmin)随T_ox增加而逼近1，从而使得厚氧化层的使用对其中需要高调谐比率的应用而言是不合乎需要的。

在过去的几年中，已经作出了尝试以解决上述问题中的一些问题且制造具有某种经改进的可调谐性的电容器器件(如图1所示的具有经改进的调谐范围的3端栅极变容二极管)。图1中所示的3端栅极变容二极管100具有与标准PMOS晶体管相似的结构，除了漏极端的半导体材料由N+替换P型半导体材料(其通常用于PMOS中)之外。3端栅极变容二极管100包括三个端子，即源极端104、栅极端106、以及漏极端108。正漏极电势的施加扩张了栅极端下的耗尽层，从而进一步降低了电容。因而，已知变容二极管100遭受相对有限的电容范围的损害，从而使得它对于许多应用而言是小于理想的。

鉴于以上讨论，应当明白，存在对具有高可调谐性并具有耐受大电压摆幅的能力的可变(例如，可调谐)电容器的需求。尽管并非关键，新可调谐电容器能与标准半导体制造工艺流程整合在一起而无需添加许多复杂性和/或显著增加包括新可调谐电容器的半导体器件和/或系统的成本是合乎需要的。