專利名稱：半導(dǎo)體器件以及使用該器件的晶體振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)電容器型半導(dǎo)體器件以及使用該器件的晶體振蕩器，更具體而言，涉及形成MOS結(jié)構(gòu)電容器的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，諸如移動(dòng)電話的移動(dòng)通信設(shè)備得到快速改進(jìn)，并且存在在通信設(shè)備中進(jìn)行各種額外的功能性改進(jìn)的需求，比如尺寸的進(jìn)一步減小以及在更高的頻率下工作。因此，需要能夠在更高的頻率下工作的更小巧的晶體振蕩器，因?yàn)榫w振蕩器的頻率被用作標(biāo)準(zhǔn)通信頻率。
為了減小晶體振蕩器的尺寸并且使該器件進(jìn)行高頻工作，晶體振蕩器必須與振蕩頻率相關(guān)。當(dāng)通過(guò)選擇所使用的晶體取向并且當(dāng)改變電極的設(shè)計(jì)，比如形成在晶體表面上的電極的間距和阻抗時(shí)，能夠在某種程度上實(shí)現(xiàn)高頻工作。然而，這樣的改變會(huì)導(dǎo)致頻率靈敏度的降低，這將造成特性的劣化，因此，必須通過(guò)振蕩電路部分來(lái)補(bǔ)償頻率靈敏度的降低。
在使用這樣的晶體振蕩器的振蕩電路中，為了實(shí)現(xiàn)高頻工作，同時(shí)解決頻率靈敏度降低的問(wèn)題，增大了用作晶體振蕩器負(fù)載的電容值的最小和最大值，從而能夠增大頻率變化的寬度。
已知的是，利用通過(guò)P型和N型半導(dǎo)體的結(jié)所形成的電容器、具有可變電容的可變電容器(下文中稱為“開(kāi)關(guān)電容器”)或者用于增大頻率變化寬度的諸如MOS電容器的其他電容器，能夠改善振蕩電路的特性。
為了增大在P型和N型半導(dǎo)體的結(jié)中電容變化的寬度，必須改變P型和N型載流子濃度，以改變結(jié)電容，但是隨著濃度差的增大，絕對(duì)電容值的變化也增大。
在以上所描述的電容器中，開(kāi)關(guān)電容器的使用需要額外的開(kāi)關(guān)電容以增大電容變化的寬度，并且必須增大開(kāi)關(guān)電容值和開(kāi)關(guān)元件的面積。
當(dāng)使用MOS電容器時(shí)，必須增大電極之間的電容的變化寬度，因此，正如開(kāi)關(guān)電容器的情況那樣，需要額外的面積，但是與使用開(kāi)關(guān)元件的情況相比，能夠減小元件的面積。然而，高頻特性劣化了。
例如，如圖10所示，典型的常規(guī)MOS電容器型半導(dǎo)體器件包括硅襯底(或形成在硅襯底表面上的阱)37，其間具有柵電極35的源極區(qū)38和漏極區(qū)39，以及在該器件周圍的具有接觸擴(kuò)散區(qū)40的背柵(back gate)34。還存在源極線31、柵極線32、漏極線33以及背柵線34?？刂七@些線之間的電勢(shì)，從而在形成于柵電極35與硅襯底37之間的柵極氧化膜36處累積并改變電容。
在所提出的器件中，為了改善諸如最大振蕩頻率的整體高頻特性，在有源區(qū)上形成環(huán)形的柵電極，在有源區(qū)中柵電極的內(nèi)側(cè)區(qū)域中形成漏極區(qū)，在柵電極的外側(cè)區(qū)域中形成源極區(qū)，并且連接到柵電極的柵極延伸線從源極區(qū)的頂部延伸到元件隔離區(qū)上。這樣，獲得了良好的高頻特性(參見(jiàn)例如日本專利特開(kāi)No.H10-214971)。
然而，當(dāng)使用能夠在對(duì)應(yīng)于最大振蕩頻率的高頻下工作的MOS晶體管來(lái)產(chǎn)生電極之間的電容變化時(shí)，需要額外的面積。在采用電容器形成振蕩器時(shí)，這樣做并不合適，甚至可能劣化振蕩器的特性，而不是對(duì)其予以改善。
根據(jù)頻率和所使用的電極的結(jié)構(gòu)，以下定義了能夠在尺寸上減小并在高頻下工作的MOS電容器型半導(dǎo)體器件的頻率特性。
(1)使用柵極與源極(漏極)之間的電容值在由電子的移動(dòng)速度所定義的周期中，作為載流子的電子的移動(dòng)距離(擴(kuò)散長(zhǎng)度)能夠通過(guò)以下表達(dá)式表達(dá)電子的移動(dòng)距離Ln＝sqrt(Dn×τn)其中Dn是電子的擴(kuò)散系數(shù)，τn是所用頻率的周期[s]。
當(dāng)施加電壓以使柵極被正向偏置時(shí)，電子從漏極和源極被提供，并累積在SiO2的柵極氧化膜與Si襯底之間的SiO2/Si界面處。此時(shí)，當(dāng)源極-漏極距離L較大時(shí)，通過(guò)擴(kuò)散移動(dòng)的作為少數(shù)載流子的電子不能到達(dá)中心部分，電容值減小。更具體而言，從圖5中響應(yīng)于柵極電壓變化的電容變化的測(cè)量結(jié)果可以看出，在100kHz頻率附近，示出了足夠的靈敏度特性，但是在約20MHz處，靈敏度特性大大降低。
這很可能是因?yàn)?，隨著所用頻率更高，所述移動(dòng)距離更短，電子不會(huì)到達(dá)中心部分。因此，對(duì)于高頻區(qū)域的工作，實(shí)際的源極-漏極距離L必須不大于電子的移動(dòng)距離Ln(Ln依賴性)。
(2)使用柵極與背柵之間的電容當(dāng)施加電壓從而負(fù)向偏置柵極時(shí)，空穴從背柵電極被提供并累積在SiO2/Si界面處。
在由空穴的移動(dòng)速度所定義的周期中作為載流子的空穴的移動(dòng)距離(擴(kuò)散長(zhǎng)度)能夠通過(guò)以下表達(dá)式表達(dá)一個(gè)周期內(nèi)空穴的移動(dòng)距離Wp＝sqrt(Dp×τp)其中Dp是空穴的擴(kuò)散系數(shù)，τp是所用頻率的周期[s]。
當(dāng)柵極和背柵之間的距離，換言之柵極端部和用于接觸背柵的接觸擴(kuò)散區(qū)40之間的距離LBG較大時(shí)，背柵中的移動(dòng)空穴在其擴(kuò)散時(shí)不到達(dá)所述端部，電容值較小。更具體而言，從圖6中柵極電壓變化時(shí)利用背柵的電容變化的測(cè)量結(jié)果可以看出，在100kHz頻率附近，示出了足夠的靈敏度特性，但是在20MHz的高頻，靈敏度特性大大降低。
更具體而言，當(dāng)所用頻率更高時(shí)，移動(dòng)距離更短，空穴不會(huì)到達(dá)柵極端部。因此，對(duì)于高頻工作，柵極和背柵之間的實(shí)際距離LBG必須等于或小于空穴的移動(dòng)距離Wp(Wp依賴性)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種形成了用于高頻操作的小巧電容元件的半導(dǎo)體器件，該電容元件能夠獲得良好的電容變化，同時(shí)防止頻率變化的寬度降低。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)調(diào)整電子和空穴距各個(gè)區(qū)域的距離，使電子和空穴在移動(dòng)時(shí)在移動(dòng)方向上反向，并且，由于這樣改進(jìn)布局，提供了能夠在高頻工作而不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題的半導(dǎo)體器件。
更具體而言，根據(jù)本發(fā)明的MOS電容器型半導(dǎo)體器件包括通過(guò)柵極絕緣膜形成在襯底表面上的柵電極，設(shè)置成其間具有所述柵電極的源極/漏極區(qū)，以及具有用于接觸襯底的接觸擴(kuò)散區(qū)的背柵。調(diào)整施加在源極/漏極區(qū)與柵電極之間或者施加在柵電極與背柵之間的電壓，從而使累積在柵極絕緣膜處的電荷能夠得到調(diào)整。確定源極區(qū)與漏極區(qū)之間的距離或者背柵與柵電極之間的距離，使得在疊加于所施加的電壓上的頻率的一個(gè)周期內(nèi)，電子或空穴能夠累積在柵極絕緣膜與襯底之間的界面處。
這樣，如果工作頻率較高，則移動(dòng)距離較短，電子或空穴不會(huì)到達(dá)柵極的端部，能夠防止電勢(shì)反相，因此該器件能夠在高頻下使用。更為優(yōu)選的是，確定所述距離，使得電子或空穴在柵極絕緣膜與襯底之間的界面處累積到基本飽和的水平。
在根據(jù)本發(fā)明的MOS電容器型半導(dǎo)體器件中，確定源極-漏極距離以及背柵與柵電極之間的距離，使得在疊加于所施加的電壓上的頻率的一個(gè)周期內(nèi)，電子或空穴能夠累積在柵極絕緣膜與襯底之間的界面處。
這樣，當(dāng)在工作頻率較高的情況下調(diào)整源極/漏極區(qū)與柵電極之間的電荷以及背柵與柵電極之間的電荷時(shí)，移動(dòng)距離較短，電子或空穴不會(huì)到達(dá)柵極的端部，能夠防止電勢(shì)反相。因此，該器件能夠在高頻下使用。
更具體而言，根據(jù)本發(fā)明的MOS電容器型半導(dǎo)體器件包括通過(guò)柵極絕緣膜形成在襯底表面上的柵電極，設(shè)置成其間具有所述柵電極的源極/漏極區(qū)，以及具有用于接觸襯底的接觸擴(kuò)散區(qū)的背柵。調(diào)整施加在源極或漏極區(qū)與柵電極之間或者施加在柵電極與背柵之間的電壓，從而能使累積在柵極絕緣膜處的電荷能夠得到調(diào)整。確定源極-漏極距離或者背柵與柵電極之間的距離，使得在疊加于所施加的電壓上的頻率的一個(gè)周期內(nèi)，電子或空穴能夠累積在柵極絕緣膜與襯底之間的界面處。
這樣，如果在高頻下移動(dòng)距離較短，則電子或空穴不會(huì)到達(dá)柵極的端部，能夠防止電勢(shì)反相，從而使該器件能夠在高頻下使用。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的MOS電容器型半導(dǎo)體器件中，源極-漏極距離LSD設(shè)定成滿足基于所用頻率而確定的以下的表達(dá)式(1)LSD＜Ln，其中Ln＝sqrt(Dn×τn)...(1)其中Ln是電子在一個(gè)周期內(nèi)的移動(dòng)距離，Dn是電子的擴(kuò)散系數(shù)，τn是所用頻率的周期[s]。
這樣，當(dāng)源極-漏極距離LSD小于基于源極/漏極與柵極之間的電勢(shì)差而使電子在一個(gè)周期內(nèi)移動(dòng)的距離Ln時(shí)，電子不會(huì)到達(dá)柵極的端部，能夠防止電勢(shì)反相，使得該器件能夠在高頻下工作。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的MOS電容器型半導(dǎo)體器件中，背柵-柵極距離LBG設(shè)定成滿足基于所用頻率而確定的以下的表達(dá)式(2)LBG＜Wp，其中Wp＝sqrt(Dp×τp) ...(2)
其中Wp是空穴在一個(gè)周期內(nèi)的移動(dòng)距離，Dp是空穴的擴(kuò)散系數(shù)，τp是所用頻率的周期[s]。
這樣，當(dāng)背柵-柵極距離LBG小于基于柵極與背柵之間的電勢(shì)差而使空穴在一個(gè)周期內(nèi)移動(dòng)的距離Wp時(shí)，空穴不會(huì)到達(dá)柵極的端部，能夠防止電勢(shì)反相，使得該器件能夠在高頻下工作。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的MOS電容器型半導(dǎo)體器件中，源極-漏極距離LSD和柵電極與背柵之間的距離LBG設(shè)定成滿足以下的表達(dá)式(1)和(2)LSD＜Ln，其中Ln＝sqrt(Dn×τn) ...(1)其中Ln是電子在一個(gè)周期內(nèi)的移動(dòng)距離，Dn是電子的擴(kuò)散系數(shù)，τn是所用頻率的周期[s]，以及LBG＜Wp，其中Wp＝sqrt(Dp×τp) ...(2)其中Wp是空穴在一個(gè)周期內(nèi)的移動(dòng)距離，Dp是空穴的擴(kuò)散系數(shù)，τp是所用頻率的周期[s]。
在根據(jù)本發(fā)明的MOS電容器型半導(dǎo)體器件中，柵電極排列成H形。
這樣，背柵的排列能夠更加靈活，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。
在根據(jù)本發(fā)明的MOS電容器型半導(dǎo)體器件中，柵電極排列成十字形。
這樣，源極/漏極區(qū)的面積進(jìn)一步減小，因此能夠增大振蕩器件的頻率變化寬度。
在根據(jù)本發(fā)明的MOS電容器型半導(dǎo)體器件中，提供了形成背柵的襯底接觸，從而能夠設(shè)定源極-漏極距離LSD和背柵-柵極距離LBG，使得源極/漏極區(qū)設(shè)置在其半徑等于距柵電極中心的距離Ln的圓內(nèi)，該距離Ln根據(jù)基于所用頻率而定義的表達(dá)式(1)確定，并且背柵設(shè)置在其半徑等于距離Wp的圓內(nèi)，該距離Wp根據(jù)基于所用頻率而定義的表達(dá)式(2)確定。
在根據(jù)本發(fā)明的MOS電容器型半導(dǎo)體器件中，柵電極的中心位于柵電極的重心。
這樣，能夠形成不遭受掩模錯(cuò)位的器件。
根據(jù)本發(fā)明的MOS電容器型半導(dǎo)體器件形成在形成于襯底表面上的阱中并且與襯底隔離。
這樣，能夠?qū)⒈硸烹妱?shì)固定在與參考電勢(shì)不同的電勢(shì)上，并且將背柵電勢(shì)連接到源極或漏極，從而能夠增大變化量。
根據(jù)本發(fā)明的晶體振蕩器利用上述MOS電容器型半導(dǎo)體器件作為負(fù)載電容。使用于晶體振蕩器的該負(fù)載電容變化，從而使頻率變化，并且將控制電勢(shì)提供到作為負(fù)載電容的MOS電容器型半導(dǎo)體器件的柵電極、漏極或源極，從而控制電勢(shì)差以允許電容變化。
這樣，能夠增大MOS電容器型半導(dǎo)體器件的電容變化的寬度，并且能夠增大頻率變化的寬度。
在根據(jù)本發(fā)明的晶體振蕩器中，MOS電容器型半導(dǎo)體器件用作單元器件，并且提供至少兩個(gè)這樣的器件以形成MOS電容器。
以這樣的方式，多個(gè)元件被獨(dú)立地控制，從而能夠增大可供控制的電容量的寬度。
在根據(jù)本發(fā)明的晶體振蕩器中，沿對(duì)角線設(shè)置MOS半導(dǎo)體器件，使得重心位于兩個(gè)元件之間。
這樣，即使存在任何尺寸誤差，也能夠容易地被吸收，這能夠減少錯(cuò)誤操作。
在高的工作頻率下，從電極端注入的電子或空穴的移動(dòng)距離過(guò)短，從而使載流子不能到達(dá)界面，因此觀察到L依賴性和W依賴性。在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，為了確保所用電極之間足夠的電容，將源極、漏極和背柵的部分或全部設(shè)置在距柵電極的預(yù)定距離之內(nèi)。這樣，提供了不會(huì)產(chǎn)生與頻率變化寬度相關(guān)的問(wèn)題的MOS電容器型半導(dǎo)體器件。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的利用MOS電容器型半導(dǎo)體器件的晶體振蕩電路的等效電路圖；圖2(a)至2(d)是根據(jù)第一實(shí)施例的MOS電容器型半導(dǎo)體器件的視圖；圖3(a)至3(c)是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的MOS電容器型半導(dǎo)體器件的視圖；圖4(a)和4(b)是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的MOS電容器型半導(dǎo)體器件的視圖；圖5(a)和5(b)是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的MOS電容器型半導(dǎo)體器件的視圖；圖6(a)和6(b)是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的MOS電容器型半導(dǎo)體器件的視圖；
圖7至9是根據(jù)本發(fā)明第六至第八實(shí)施例的MOS電容器型半導(dǎo)體器件的視圖；圖10是常規(guī)器件結(jié)構(gòu)的截面圖；圖11是表示所施加的電壓與柵極-源極電容之間關(guān)系的曲線圖；圖12是表示所施加的電壓與柵極-背柵電容之間關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
第一實(shí)施例圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的利用MOS電容器型半導(dǎo)體器件的晶體振蕩電路的構(gòu)造圖。該晶體振蕩電路包括振蕩電路部分44、晶體振蕩器60以及負(fù)載電容器部分50。根據(jù)第一實(shí)施例，形成負(fù)載電容器部分50的MOS電容器型半導(dǎo)體器件56和57具有設(shè)置在由所用頻率周期限定的距柵電極中心規(guī)定距離之內(nèi)的背柵、源極和漏極。這樣，從電極端注入的電子或空穴的移動(dòng)距離不會(huì)過(guò)短從而使載流子不能到達(dá)界面。注意，負(fù)載電容器部分50包括MOS電容器型半導(dǎo)體器件56和57、電阻51至53以及電容器54和55。振蕩電路部分44包括反相器晶體管43、反饋電阻41以及限流電阻42。
在圖2(a)至2(d)中也示出了根據(jù)第一實(shí)施例的MOS電容器型半導(dǎo)體器件。圖2(a)至2(c)分別是沿圖2(d)中的線A-A、B-B和C-C得到的截面圖。圖2(d)是其頂視圖。在MOS電容器型半導(dǎo)體器件中，柵電極11由形成在硅襯底13上的多晶硅制成，在柵電極11和硅襯底13之間具有柵極氧化膜12。背柵14、15和16由P型擴(kuò)散層制成，該P(yáng)型擴(kuò)散層通過(guò)將高濃度的P型半導(dǎo)體擴(kuò)散到P阱13中而形成，該P(yáng)阱13通過(guò)將P型半導(dǎo)體擴(kuò)散到N型硅襯底13的表面中而形成。漏極/源極區(qū)17、18和19由N型半導(dǎo)體層制成，該N型半導(dǎo)體層通過(guò)將N型半導(dǎo)體擴(kuò)散到P阱13中而形成。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，為了確保電極之間足夠的電容，源極-漏極距離LSD和背柵-柵極距離LBG設(shè)定為滿足基于所用頻率所定義的以下表達(dá)式(1)和(2)。實(shí)際上，源極/漏極區(qū)17、18和19設(shè)置在其半徑等于距離Ln的圓內(nèi)，該距離Ln根據(jù)基于所用頻率的表達(dá)式(1)而被確定，并且形成背柵的P型擴(kuò)散層14、15和16設(shè)置在其半徑等于距離Wp的圓內(nèi)，該距離Wp根據(jù)基于所用頻率的表達(dá)式(2)而被確定。
一個(gè)周期內(nèi)電子的移動(dòng)距離Ln＝sqrt(Dn×τn) ...(1)其中Dn是電子的擴(kuò)散系數(shù)，τn是所用頻率的周期[s]。
一個(gè)周期內(nèi)空穴的移動(dòng)距離Wp＝sqrt(Dp×τp) ...(2)其中Dp是空穴的擴(kuò)散系數(shù)，τp是所用頻率的周期[s]。
根據(jù)本實(shí)施例，柵電極排列成H形。
這樣，半導(dǎo)體器件設(shè)置成使得電子和空穴在一周期內(nèi)到達(dá)柵極并且電荷累積在柵極絕緣膜處，從而能夠響應(yīng)于頻率變化的寬度而保持電容變化的預(yù)期寬度。
在這種情況下，作為源極/漏極區(qū)的N型擴(kuò)散層17、18和19以及作為背柵的P型擴(kuò)散層14、15和16均設(shè)置在其半徑為距離Ln和Wp的圓內(nèi)，距離Ln和Wp分別根據(jù)表達(dá)式(1)和(2)而定義。
需注意的是，理想的是這些層完全設(shè)置在其半徑為表達(dá)式(1)和(2)所定義的距離Ln和Wp的圓內(nèi)，但是這些層必須至少一半在所述圓內(nèi)。
本發(fā)明不僅適用于NMOS器件，而且還適用于PMOS器件。對(duì)于PMOS器件，導(dǎo)電性相反，因此，表示一周期內(nèi)電子和空穴移動(dòng)距離的表達(dá)式(1)和(2)被相反地應(yīng)用。
第二實(shí)施例根據(jù)第一實(shí)施例，柵電極排列成H形，并且源極-漏極距離LSD和背柵-柵極距離LBG在移動(dòng)距離之內(nèi)。而根據(jù)第二實(shí)施例，柵電極排列成十字形，使得源極-漏極距離LSD和背柵-柵極距離LBG在移動(dòng)距離內(nèi)。
在圖3(a)至3(c)中示出了根據(jù)第二實(shí)施例的MOS電容器型半導(dǎo)體器件。圖3(a)和3(b)分別是沿圖3(c)中的線A-A和B-B得到的截面圖。圖3(c)是其頂視圖。在MOS電容器型半導(dǎo)體器件中，柵電極11由通過(guò)柵極氧化膜12形成在硅襯底13上的多晶硅制成，背柵14由P型擴(kuò)散層制成，該P(yáng)型擴(kuò)散層通過(guò)將高濃度的P型半導(dǎo)體擴(kuò)散到P阱13中而形成，該P(yáng)阱13通過(guò)將P型半導(dǎo)體擴(kuò)散到N型硅襯底13的表面中而形成。漏極/源極區(qū)18和19由N型半導(dǎo)體層制成，該N型半導(dǎo)體層通過(guò)將N型半導(dǎo)體擴(kuò)散到P阱13中而形成。
根據(jù)第二實(shí)施例，為了確保所用電極之間必要的電容，源極-漏極距離LSD和背柵-柵極距離LBG設(shè)定為滿足基于所用頻率而定義的表達(dá)式(1)和(2)。實(shí)際上，源極/漏極區(qū)18和19設(shè)置在其半徑等于距柵電極11中心的距離Ln的圓內(nèi)，該距離Ln根據(jù)基于所用頻率定義的表達(dá)式(1)而被確定，并且形成背柵的P型擴(kuò)散層14設(shè)置在其半徑等于距離Wp的圓內(nèi)，該距離Wp根據(jù)基于所用頻率定義的表達(dá)式(2)而被確定。
這樣，半導(dǎo)體器件設(shè)置成使得電子和空穴在一周期內(nèi)到達(dá)柵極并且電荷累積在柵極絕緣膜處，從而能夠響應(yīng)于頻率變化的寬度而保持電容變化的預(yù)期寬度。
第三實(shí)施例根據(jù)前面所描述的實(shí)施例，柵電極排列成十字形或H形，使得源極-漏極距離LSD和背柵-柵極距離LBG在移動(dòng)距離之內(nèi)。根據(jù)第三實(shí)施例，僅利用柵極與源極/漏極區(qū)之間的電容變化，使得源極-漏極距離LSD在移動(dòng)距離之內(nèi)。
在圖4(a)至4(b)中示出了根據(jù)第三實(shí)施例的MOS電容器型半導(dǎo)體器件。圖4(a)是沿圖4(b)中的線A-A得到的截面圖，圖4(b)是其頂視圖。與第一和第二實(shí)施例類似，在MOS電容器型半導(dǎo)體器件中，柵電極11由通過(guò)柵極氧化膜12形成在硅襯底13上的多晶硅制成，漏極/源極區(qū)18和19由P型半導(dǎo)體層制成，該P(yáng)型半導(dǎo)體層通過(guò)將P型半導(dǎo)體擴(kuò)散到P阱13中而形成。
根據(jù)第三實(shí)施例，為了確保所用電極之間必要的電容，源極-漏極距離LSD設(shè)定為滿足基于所用頻率而定義的表達(dá)式(2)。實(shí)際上，源極/漏極區(qū)18和19設(shè)置在其半徑等于距柵電極11中心的距離Wp的圓內(nèi)，該距離Wp根據(jù)基于所用頻率定義的表達(dá)式(2)而被確定。
這樣，半導(dǎo)體器件設(shè)置成使得電子在一周期內(nèi)到達(dá)柵極并且電荷累積在柵極絕緣膜處，從而能夠響應(yīng)于頻率變化的寬度而保持電容變化的預(yù)期寬度。能夠增大柵極與源極/漏極區(qū)之間的區(qū)域上的電壓，同時(shí)能夠?qū)㈦娙輳男〉牧恐底兊酱蟮牧恐怠?br> 第四實(shí)施例根據(jù)第三實(shí)施例，源極-漏極距離LSD在移動(dòng)距離之內(nèi)，而根據(jù)第四實(shí)施例，僅利用通過(guò)控制施加到背柵與柵極之間的區(qū)域上的電壓所引起的電容變化，使得背柵-柵極距離LBG設(shè)定在以上所述的移動(dòng)范圍內(nèi)。
在圖5(a)和5(b)中示出了根據(jù)第四實(shí)施例的MOS電容器型半導(dǎo)體器件。圖5(a)是沿圖5B中的線A-A得到的截面圖，圖5(b)是其頂視圖。與第一至第三實(shí)施例類似，在MOS電容器型半導(dǎo)體器件中，柵電極11由通過(guò)柵極氧化膜12形成在硅襯底13上的多晶硅制成，背柵15和16由N型半導(dǎo)體層制成，該N型半導(dǎo)體層通過(guò)將N型半導(dǎo)體擴(kuò)散到P阱13中而形成。
根據(jù)第四實(shí)施例，為了確保電極之間必要的電容，背柵-柵極距離LBG設(shè)定為滿足基于所用頻率而定義的表達(dá)式(1)。實(shí)際上，用于背柵的P型擴(kuò)散區(qū)15和16設(shè)置在其半徑等于距柵電極11中心的距離Ln的圓內(nèi)，該距離Ln根據(jù)基于所用頻率定義的表達(dá)式(1)而被確定。
這樣，半導(dǎo)體器件設(shè)置成使得空穴在一周期內(nèi)到達(dá)柵極并且電荷累積在柵極絕緣膜處，從而能夠響應(yīng)于頻率變化的寬度而保持電容變化的預(yù)期寬度。能夠增大柵極與背柵之間的區(qū)域上的電壓，同時(shí)能夠?qū)㈦娙輳拇蟮牧恐底兊叫〉牧恐怠?br> 根據(jù)本實(shí)施例，柵電極排列成H形。
第五實(shí)施例根據(jù)第四實(shí)施例，背柵-柵極距離LBG設(shè)定在移動(dòng)距離之內(nèi)，并且這也應(yīng)用于第五實(shí)施例。柵電極具有從其H形排布向外的突出體，并且背柵-柵極距離LBG設(shè)定在移動(dòng)距離之內(nèi)。
在圖6(a)和6(b)中示出了根據(jù)第五實(shí)施例的MOS電容器型半導(dǎo)體器件。圖6(a)是沿圖6(b)中的線A-A得到的截面圖，圖6(b)是其頂視圖。與第一至第四實(shí)施例類似，在MOS電容器型半導(dǎo)體器件中，柵電極11由通過(guò)柵極氧化膜12形成在硅襯底13上的多晶硅制成，背柵14由N型半導(dǎo)體層制成，該N型半導(dǎo)體層通過(guò)將N型半導(dǎo)體擴(kuò)散到P阱13中而形成。
根據(jù)第五實(shí)施例，為了確保所用電極之間必要的電容，背柵-柵極距離LBG設(shè)定為滿足基于所用頻率而定義的表達(dá)式(1)。實(shí)際上，用于背柵的P型擴(kuò)散區(qū)14設(shè)置在其半徑等于距柵電極11中心的距離Ln的圓內(nèi)，該距離Ln根據(jù)基于所用頻率定義的表達(dá)式(1)而被確定。
這樣，與第四實(shí)施例類似，半導(dǎo)體器件設(shè)置成使得空穴在一周期內(nèi)到達(dá)柵極并且電荷累積在柵極絕緣膜處，從而能夠響應(yīng)于頻率變化的寬度而保持電容變化的預(yù)期寬度。能夠增大柵極與背柵之間的區(qū)域上的電壓，同時(shí)能夠?qū)㈦娙輳拇蟮牧恐底兊叫〉牧恐怠?br> 第六實(shí)施例圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的MOS電容器型半導(dǎo)體器件的布局圖。
在該實(shí)例中，將根據(jù)第一至第五實(shí)施例中任意一個(gè)實(shí)施例的MOS電容器型半導(dǎo)體器件設(shè)置為單元器件，并且四個(gè)這樣的器件用于形成負(fù)載電容器。
這樣，能夠在更高的頻率下工作。
第七實(shí)施例圖8示出了根據(jù)第一至第五實(shí)施例的兩個(gè)或更多個(gè)MOS電容器型半導(dǎo)體器件的排布，其中兩個(gè)器件沿對(duì)角線設(shè)置，重心位于其間，并且在頂視圖中，這樣的器件被相對(duì)地設(shè)置在垂直和對(duì)角線方向上。
在這種排布中，能夠吸收工藝中引起的誤差，從而能夠減小半導(dǎo)體器件的電容值的偏差，并能夠獲得更精確的電容值。
第八實(shí)施例圖9示出了兩個(gè)或更多個(gè)塊的排布，每個(gè)塊包括根據(jù)第一至第五實(shí)施例中任意一個(gè)的MOS結(jié)構(gòu)，其中重心位于兩個(gè)塊之間，并且在頂視圖中，所述塊沿對(duì)角線并且相對(duì)地設(shè)置在垂直和對(duì)角線方向上。
在這種排布中，能夠減小半導(dǎo)體器件的電容值的偏差，并且能夠提供更精確的電容值。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件能夠作為高頻MOS電容器型半導(dǎo)體器件應(yīng)用，該器件允許其電容在高頻帶內(nèi)被高度精確地調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種金屬氧化物半導(dǎo)體電容器型半導(dǎo)體器件，包括柵電極，其通過(guò)柵極絕緣膜形成在襯底的表面上；源極/漏極區(qū)，其間設(shè)置有所述柵電極；以及背柵，其具有用于接觸所述襯底的接觸擴(kuò)散區(qū)，其中調(diào)整施加在所述源極/漏極區(qū)與所述柵電極之間或者施加在所述柵電極與所述背柵之間的電壓，使得能夠調(diào)整累積在所述柵極絕緣膜處的電荷；并且確定所述源極區(qū)與漏極區(qū)之間的距離或者所述背柵與所述柵電極之間的距離，使得在疊加于所施加的電壓上的頻率的一個(gè)周期內(nèi)，電子或空穴能夠累積在所述柵極絕緣膜與所述襯底之間的界面處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電容器型半導(dǎo)體器件，其中確定源極-漏極距離以及所述背柵與所述柵電極之間的距離，使得在疊加于所施加的電壓上的頻率的一個(gè)周期內(nèi)，電子或空穴能夠累積在所述柵極絕緣膜與所述襯底之間的界面處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電容器型半導(dǎo)體器件，其中源極-漏極距離LSD設(shè)定成滿足基于所用頻率而確定的以下的表達(dá)式1LSD＜Ln，其中Ln＝sqrt(Dn×Tn) 1其中Ln是電子的移動(dòng)距離，Dn是電子的擴(kuò)散系數(shù)，Tn是所用頻率的周期[s]。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電容器型半導(dǎo)體器件，其中所述背柵與所述柵電極之間的距離LBG設(shè)定成滿足基于所用頻率而確定的以下的表達(dá)式2LBG＜Wp，其中Wp＝sqrt(Dp×τp) 2其中Wp是空穴的移動(dòng)距離，Dp是空穴的擴(kuò)散系數(shù)，τp是所用頻率的周期[s]。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電容器型半導(dǎo)體器件，其中源極-漏極距離LSD和所述背柵與所述柵電極之間的距離LBG分別設(shè)定成滿足以下的表達(dá)式1和2LSD＜Ln，其中Ln＝sqrt(Dn×τn) 1其中Ln是電子的移動(dòng)距離，Dn是電子的擴(kuò)散系數(shù)，τn是所用頻率的周期[s]，以及LBG＜Wp，其中Wp＝sqrt(Dp×τp)2其中Wp是空穴的移動(dòng)距離，Dp是空穴的擴(kuò)散系數(shù)，τp是所用頻率的周期[s]。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電容器型半導(dǎo)體器件，其中提供形成所述背柵的襯底接觸，從而設(shè)定所述源極-漏極距離LSD和所述背柵與所述柵電極之間的距離LBG，使得所述源極/漏極區(qū)設(shè)置在其半徑等于距所述柵電極中心的距離Ln的圓內(nèi)，該距離Ln根據(jù)基于所用頻率而定義的表達(dá)式1確定，并且所述背柵設(shè)置在其半徑等于距離Wp的圓內(nèi)，該距離Wp根據(jù)基于所用頻率而定義的表達(dá)式2確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電容器型半導(dǎo)體器件，其中所述柵電極排列成H形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電容器型半導(dǎo)體器件，其中所述柵電極排列成十字形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電容器型半導(dǎo)體器件，其中該金屬氧化物半導(dǎo)體電容器型半導(dǎo)體器件形成在形成于所述襯底表面上的阱中并且與所述襯底隔離。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電容器型半導(dǎo)體器件，其中所述柵電極的中心位于所述柵電極的重心。
11.一種晶體振蕩器，其利用根據(jù)權(quán)利要求1的金屬氧化物半導(dǎo)體電容器型半導(dǎo)體器件作為負(fù)載電容，其中用于該晶體振蕩器的該負(fù)載電容是可變的，從而使頻率變化，并且控制電勢(shì)被提供到作為負(fù)載電容的該金屬氧化物半導(dǎo)體電容器型半導(dǎo)體器件的柵電極、漏極或源極，從而控制電勢(shì)差以允許電容變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的晶體振蕩器，其中所述金屬氧化物半導(dǎo)體電容器型半導(dǎo)體器件用作單元器件，并且提供至少兩個(gè)所述器件以形成金屬氧化物半導(dǎo)體電容器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的晶體振蕩器，其中所述金屬氧化物半導(dǎo)體半導(dǎo)體器件沿對(duì)角線設(shè)置，使得重心位于所述兩個(gè)器件之間。
全文摘要
提供了一種小巧的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件形成了能夠獲得良好的電容變化的用于高頻的電容元件。還提供了一種MOS電容器型半導(dǎo)體器件，該器件包括通過(guò)柵極絕緣膜形成在襯底表面上的柵電極，設(shè)置成其間具有所述柵電極的源極/漏極區(qū)，以及包括用于接觸襯底的接觸擴(kuò)散區(qū)的背柵。調(diào)整施加在源極或漏極區(qū)與柵電極之間的區(qū)域上或者施加在柵電極與背柵之間的區(qū)域上的電壓，使得能夠調(diào)整累積在柵極絕緣膜處的電荷。在該器件中，確定源極區(qū)與漏極區(qū)之間的距離或者背柵與柵電極之間的距離，使得在所施加的電壓的一個(gè)周期內(nèi)，電子或空穴能夠累積在柵極絕緣膜與襯底之間的界面處。
文檔編號(hào)H01L29/78GK1761061SQ20051011371
公開(kāi)日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月14日
發(fā)明者立山雄一 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社