背硅化可变电容器器件的制作方法

优先权要求

本专利申请要求于2018年4月19日提交的题为“背硅化可变电容器器件”的申请号为15/957,484的优先权，该申请受让给本受让人并且本文中通过引用明确并入于此。

本公开的某些方面大体上涉及电子电路，更具体地涉及半导体器件。

背景技术：

半导体电容器是集成电路的基本部件。可变电容器是其电容在偏置电压的影响下可能有意且重复改变的电容器。可变电容器通常用于电感器-电容器(lc)电路，以设置振荡器的谐振频率，或用作可变电抗，例如，用于天线调谐器中的阻抗匹配。一种示例类型的可变电容器称为transcap(tc)器件，其是一种基于金属氧化物半导体(mos)的可变电容器，该可变电容器具有至少三个端子，其中一个端子用于调制tc器件的两个端子两端的电容。

压控振荡器(vco)是示例电路，其可以使用变容二极管，其中通过改变偏置电压以更改结电容来使p-n结二极管中形成的耗尽区域的大小发生变化。任何结二极管(包括晶体管中的p-n结)都会表现出这种效应，但是用作可变电容二极管的器件被设计有大的结面积和专门为提高诸如品质因数和调谐范围之类的器件性能而选择的掺杂分布。

技术实现要素：

本公开的某些方面通常涉及一种用于半导体器件的结构。

某些方面提供了一种半导体可变电容器。该半导体可变电容器大体上包括半导体区域，该半导体区域具有第一区域、第二区域、以及第三区域，该第三区域设置在第一区域与第二区域之间并且具有与第一区域或第二区域中的至少一个区域不同的掺杂类型或不同的掺杂浓度中的至少一个；绝缘层；第一端子；第一非绝缘区，其耦合到第一端子，该绝缘层设置于该第一非绝缘区与该半导体区域之间，其中该绝缘层相邻于该半导体区域的第一侧设置；第二端子；以及第一硅化物层，其耦合到第二端子并且相邻于半导体区域的第二侧设置，该第一侧和第二侧是半导体区域的相对侧。

某些方面提供了一种半导体可变电容器。该半导体可变电容器大体上包括半导体区域；绝缘层；第一端子；第一非绝缘区，其耦合到该第一端子，该绝缘层设置于该第一非绝缘区域与该半导体区域的仅一部分之间，其中该绝缘层相邻于该半导体区域的第一侧设置；第二端子；以及第一硅化物层，其耦合到第二端子并且相邻于半导体区域的第二侧设置，该第一侧和第二侧是半导体区域的相对侧。

某些方面提供了一种半导体可变电容器。该半导体可变电容器大体上包括半导体区域；掩埋氧化物(box)区域；第一非绝缘区域，该box区域设置在第一非绝缘区域与半导体区域之间，其中box区域相邻于半导体区域的第一侧设置；以及第一硅化物层，其相邻于半导体区域的第一侧设置。

某些方面提供了一种用于制作半导体可变电容器的方法。该方法通常包括：形成半导体区域，该半导体区域具有第一区域、第二区域、以及第三区域，该第三区域形成在第一区域与第二区域之间并且具有与第一区域或第二区域中的至少一个区域不同的掺杂类型或不同的掺杂浓度中的至少一个；形成绝缘层；形成第一非绝缘区，该绝缘层形成在该第一非绝缘区域与该半导体区域之间，其中该绝缘层相邻于该半导体区域的第一侧形成；将第一端子耦合到第一非绝缘区域；相邻于半导体区域的第二侧形成第一硅化物层，该第一侧和第二侧是半导体区域的相对侧；以及将第二端子耦合到第一硅化物层。

某些方面提供了一种用于制作半导体可变电容器的方法。该方法通常包括：形成半导体区域；形成绝缘层；形成第一非绝缘区域，该绝缘层形成在该第一非绝缘区域与该半导体区域的仅一部分之间，其中该绝缘层相邻于该半导体区域的第一侧形成；将第一端子耦合到第一非绝缘区域；相邻于半导体区域的第二侧形成第一硅化物层，该第一侧和第二侧是半导体区域的相对侧；以及将第二端子耦合到第一硅化物层。

某些方面提供了一种用于制作半导体可变电容器的方法。该方法通常包括：形成掩埋氧化物(box)区域；形成半导体区域；形成第一非绝缘区域，该box区域形成在第一非绝缘区域与半导体区域之间，其中box区域相邻于半导体区域的第一侧形成；以及相邻于半导体区域的第一侧形成第一硅化物层。

附图说明

为了可以详细理解本公开的上述特征的方式，可以参考各个方面来对上文所简要概述的更具体描述，其中一些方面在附图中图示。然而，应当指出，因为该描述可以容许其他同等有效的方面，所以附图仅图示了本公开的某些典型方面，因此不应被认为是对其范围的限制。

图1图示了示例transcap器件(tc)的剖视图。

图2图示了使用背栅极配置实现的示例tc器件。

图3a和图3b图示了根据本公开的某些方面的使用背硅化物层实现的示例tc器件。

图4图示了根据本公开的某些方面的使用用于阱端子的背硅化物层实现的示例tc器件。

图5图示了根据本公开的某些方面的使用背栅极配置并且使用背硅化物层实现的示例tc器件。

图6a和图6b图示了根据本公开的某些方面的使用背硅化物层的示例变容二极管。

图7是根据本公开的某些方面的用于制作具有半导体区域的半导体可变电容器的示例操作的流程图，该半导体区域具有掺杂浓度不同的区域。

图8是根据本公开的某些方面的用于制作具有顶栅极区域的半导体可变电容器的示例操作的流程图，该顶栅极区域设置在半导体区域的仅一部分上方。

图9是根据本公开的某些方面的用于制造使用背栅极配置实现的半导体可变电容器的示例操作的流程图。

具体实施方式

本公开的某些方面一般涉及一种半导体器件结构，该半导体器件结构例如使用背硅化物配置来实现，以设法减少器件的端子之间的寄生耦合。

词语“示例性”在本文中用来意指“用作示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何方面不必被解释为比其他方面优选或有利。

如本文中所使用的，在动词“连接”的各种时态中的术语“与...连接”可以意指元件a直接连接到元件b或其他元件可以连接在元件a和b之间(即，元件a与元件b间接连接)。在电气部件的情况下，术语“与...连接”在本文中也可以用于意指使用导线、迹线或其他导电材料来电连接元件a和b(以及在它们之间电连接的任何部件)。

示例transcap器件

图1图示了transcap(tc)器件100的示例结构。tc器件100包括耦合到板(p)端子101的非绝缘区域112、耦合到阱(w)端子103的非绝缘区域106、以及耦合到位移(d)端子102的非绝缘区域108。tc器件的某些实现方式使用设置在半导体区域114上方的板氧化物层110。板氧化物层110可以将w端子和p端子隔离，因此，实际上充当tc器件100的电介质。非绝缘区域106(例如，重n掺杂区域)和非绝缘区域108(例如，重p掺杂区域)可以形成在半导体区域114中和tc器件100的两侧上，以便产生p-n结。如本文中所使用的，非绝缘区域通常是指可以导电或半导电的区域。

在某些方面中，可以在d端子102与w端子103之间施加偏置电压，以便调制p端子与w端子之间的电容。例如，通过向d端子102施加偏置电压，可以在非绝缘区域108的p-n结与半导体区域114的区域115之间形成耗尽区域130。基于该偏置电压，该耗尽区域130可以在板氧化物层110下方加宽，从而减小了半导体区域114所形成的等效电极的面积，并因此减小了tc器件100的有效电容面积和电容值。更进一步地，w端子和p端子的偏置可以被设置为避免在氧化物下方形成倒置区域，并且以深度耗尽模式操作tc器件100。通过相对于p端子和d端子使w端子的电压发生变化，垂直耗尽区域和水平耗尽区域都可以用于调制w端子与p端子之间的电容。

可以选取板氧化物层110上方的非绝缘区域112的功函数以改善器件性能。例如，即使板氧化物层110下方的半导体区域114掺杂有n型杂质，也可以使用n掺杂多晶硅材料(代替p掺杂多晶硅材料)。在一些方面中，金属材料(如果需要，则也可以掺杂)可以用于具有适当功函数的非绝缘区域112或不同金属材料的多层堆叠以获得期望功函数。在某些方面中，非绝缘区域112可以被分为两个子区域，一个n掺杂子区域和一个p掺杂子区域，或不同的金属材料可以用于每个子区域。

在一些情况下，半导体区域114可以设置在绝缘体或区域116上方。可以选择用于区域116的材料的类型，以便提高tc器件100的性能。例如，区域116可以是绝缘体、半绝缘体、或本征半导体/近本征半导体，以便减小与tc器件100相关联的寄生电容。在一些情况下，区域116可以由具有适当掺杂分布的n掺杂半导体或p掺杂半导体制成，以便增加tc器件q和/或对耗尽区域130的控制，当向d端子102施加偏置电压时，该耗尽区域130可以形成在非绝缘区域108与半导体区域114的区域115之间。区域116也可以由多个半导体层或以不同方式(n、p或本征)掺杂的区域形成。更进一步地，区域116可以包括半导体、绝缘层和/或衬底，或可以形成在半导体、绝缘层和/或衬底之上。

为了更好理解tc器件100的工作原理，可以假设d端子102相对于w端子103使用负电压进行偏置。半导体区域114中的耗尽区域130的宽度可以通过向d端子102或w端子103施加控制电压来被控制。w端子与p端子之间的电容可以取决于半导体区域114中的耗尽区域130的宽度，因此可以通过向d端子102施加控制电压来被控制。更进一步地，施加到d端子102的偏置电压的变化不会更改w端子与p端子之间的直流(dc)电压，从而可以改善对器件特点的控制。

在一些情况下，可能优选的是使非绝缘区域106和/或非绝缘区域108与板氧化物层110相距一定距离，以便减小与非绝缘区域108相关联的寄生电容并且改善非绝缘区域106的隔离，以用于高控制电压。例如，非绝缘区域106可以与板氧化物层110部分重叠，或非绝缘区域106可以形成为与板氧化物层110的边缘相距一定距离，以增加器件调谐范围和线性度。在后一种情况下，由于可以施加到p端子和w端子的射频(rf)信号的一部分掉落在氧化物边缘与非绝缘区域之间，而非整体施加在板氧化层110两端，所以提高了器件的耐压能力。非绝缘区域108可以与板氧化层110部分重叠，或非绝缘区域108可以与板氧化层110隔开，以便减小p端子101与d端子102之间的寄生电容。

在某些方面中，半导体区域114可以使用p阱区域来实现，以提高非绝缘区域108与半导体区域114的区域115之间的p-n结的击穿电压，从而同时减小p端子101与d端子102之间的寄生电容。同样，半导体区域114可以使用非绝缘区域106与半导体区域114的区域115之间的n掺杂区域实现，以便调节板氧化物层110与非绝缘区域106之间的掺杂浓度。在本公开的某些方面中，半导体区域114可以使用具有不同掺杂浓度和/或不同掺杂类型的两个或更多个区域来实现。两个或更多个区域之间的结可以设置在板氧化物层110下方，以改善tc器件100的q。

图2图示了使用背栅极配置实现的示例tc器件200。例如，非绝缘区域202(例如，背面p端子)可以形成在tc器件200的掩埋氧化物(box)区域204的至少一部分的下方。因此，例如，box区域204可以用作板氧化物，而背侧腔接触可以用作p端子，从而使得在高压应用中能够使用tc器件200。

虽然降低最大控制电压不是该tc器件配置的主要目标，但是可以通过合并本征区域206来提高tc器件200的调谐范围对q性能。例如，tc器件200的配置允许制作氧化物厚度在30nm至40nm范围内的操作电压高达15v至20v的厚氧化物transcap。在某些方面中，可以在半导体区域114的至少一部分上方形成硅化物阻挡层208，以防止半导体区域114的不同区域之间的结被短路。

tc器件100和200可以使用衬底去除绝缘体上硅(soi)工艺技术制作在同一晶圆上。虽然图1的tc器件可以使用多晶硅或金属栅极作为p端子并且具有操作电压通常在2.5v至3.3v范围内的板氧化物，但是基于掩埋氧化物的tc器件200利用结构下方的金属腔作为p端子。因此，如先前所描述的，tc器件200能够以更高电压(例如，高达20v)操作。在器件性能方面，与掩埋氧化物tc器件200相比较，薄氧化物器件可能具有更高调谐范围和更高电容密度，但是质量因数和线性度更低，从而使后者成为用于调谐其中电压幅度可能达到高压(例如，20v至30v)的rf前端应用的有吸引力的解决方案。

示例背硅化可变电容器器件

tc器件100的性能与将tc器件连接到电路中的其他部件的金属化的寄生电容有关。例如，w端子103与p端子101之间以及d端子102与p端子101之间可能存在寄生电容，从而降低了tc器件100的性能。本公开的某些方面提供了用于减轻了由于这些寄生电容而导致的器件性能下降的器件解决方案。例如，本公开的某些方面提供了用于通过在晶圆和阱的一侧上制造板金属互连和/或在另一侧上制造位移互连来减小tc器件的端子之间的耦合电容的技术。比如，在翻转晶圆并且蚀刻掉掩埋氧化物(box)电介质之后，硅化物层可以形成在晶圆的底部上，并且用于d端子和/或w端子，如本文中所更详细描述的。

图3a和图3b图示了根据本公开的某些方面的使用背硅化物层实现的示例tc器件300和301。非绝缘区域108可以耦合到d端子303的硅化物层302。例如，硅化物层302可以耦合到d端子303。如所图示的，硅化物层302和板氧化物层110相邻于半导体区域114的相对侧(例如，第一侧330和第二侧332)设置。板氧化物层110和非绝缘区域112使用soi技术制作，并且设置在半导体区域114的仅一部分上方。在某些方面中，半导体区域114可以是单晶半导体。

另外，非绝缘区域106可以耦合到用于w端子305的硅化物层304。例如，如所图示的，硅化物层304可以耦合到w端子305。硅化物层304和板氧化物层110可以相邻于半导体区域114的相对侧设置。与传统transcap器件相比较，通过在半导体区域114的与p端子101相反的一侧上具有d端子303和w端子305，p端子101与d端子303和w端子305中的每个端子之间的寄生电容减小。

如图3a所示，硅化物层304可以相邻于高掺杂区域(非绝缘区域106)设置。在一些情况下，硅化物层304可以延伸为也与低掺杂n阱区域(例如，区域115)相邻，如图3b所示，以便以调谐范围为代价增加tc器件的品质因数。

在某些方面中，box区域306可以设置在d端子30与w端子305之间。例如，在制作tc器件300期间，可以翻转其上制作有tc器件300的晶圆，并且可以蚀刻box区域306，以分别形成用于d端子303和w端子305的硅化物层302和304。

图4图示了根据本公开的某些方面的使用用于w端子的背硅化物层实现的示例tc器件400。如所图示的，硅化物层402和404相邻于半导体区域114的与p端子101的非绝缘区域112相同的一侧设置。硅化物层402和404分别耦合到d端子403和405，如所图示的。

tc器件400还包括耦合到w端子407的硅化物层406。硅化物层406和非绝缘区域112相邻于区域115的相对侧设置，从而减小了p端子101与w端子407之间的寄生电容。

如所图示的，w端子407设置在box区域410与box区域412之间。例如，在tc器件400的制作期间，可以翻转其上制作有tc器件400的晶圆，并且可以蚀刻box区域，以形成用于阱区域(和w端子407)的硅化物层406，从而形成两个单独的box区域410和412。

tc器件400的结构利用背硅化物工艺使位移扩散加倍，从而增加了对板氧化物层110下方的耗尽区域的控制。在某些方面中，浅n型注入物可以形成在硅化物层406与区域115之间，以减小w端子407的接触电阻。

图5图示了根据本公开的某些方面的使用背栅极配置和使用背硅化物层实现的示例tc器件500。tc器件500包括耦合到d端子503的硅化物层502和耦合到w端子505的硅化物层504。硅化物层502和504相邻于区域115的与box区域204相同的一侧设置。

图6a和图6b图示了根据本公开的某些方面的使用背硅化物层的示例变容二极管600和601。如所图示的，变容二极管600包括耦合到非绝缘区域112的阳极端子602和耦合到硅化物层606的阴极端子604。非绝缘区域112和硅化物层606相邻于区域115的相对侧设置，以减小阳极端子602与阴极端子604之间的寄生电容，从而改善变容二极管的调谐范围。在某些方面中，变容二极管600可以包括非绝缘区域608和610(例如，高掺杂区域)，如图6a所示。如图6b中的变容二极管601的结构所示，该变容二极管可以在没有非绝缘区域608和610的情况下实现，以进一步减小阳极端子602与阴极端子604之间的寄生电容。

对于变容二极管600和601，掺杂类型与区域115的掺杂类型相同的浅注入区域可以设置在硅化物层606与区域115之间，以减小阴极端子604的接触电阻。在某些方面中，一系列阴极端子和硅化物层可以相邻于区域115的底部侧设置，以减小阴极接触电阻。

图7是根据本公开的某些方面的用于制作半导体可变电容器的示例操作700的流程图。操作700可以例如由半导体处理腔室执行。

操作700可以在框702处通过形成具有第一区域(例如，非绝缘区域108)、第二区域(例如，非绝缘区域106)、以及第三区域(例如，区域115)的半导体区域(例如，半导体区域114)来开始，该第三区域形成在第一区域与第二区域之间并且具有与第一区域或第二区域中的至少一个区域不同的掺杂类型或不同的掺杂浓度中的至少一个。在框704处，形成绝缘层(例如，板氧化物层110)，并且在框706处，形成第一非绝缘区域(例如，非绝缘区域112)，该绝缘层设置在第一非绝缘区域与半导体区域之间，其中绝缘层相邻于半导体区域的第一侧设置。在框708处，第一端子(例如，p端子101)耦合到第一非绝缘区域，并且在框710处，第一硅化物层(例如，硅化物层302)相邻于半导体区域的第二侧形成，该第一侧和第二侧是半导体区域的相对侧。在框712处，第二端子(例如，d端子303)耦合到第一硅化物层。

图8是根据本公开的某些方面的用于制作半导体可变电容器的示例操作800的流程图。操作800可以例如由半导体处理腔室执行。

操作800在框802处通过形成半导体区域(例如，半导体区域114)，以及在框804处通过形成绝缘层(例如，板氧化物层110)来开始。在框806处，形成第一非绝缘区域(例如，非绝缘区域112)，该绝缘层形成在第一非绝缘区域与半导体区域的仅一部分之间，其中该绝缘层相邻于半导体区域的第一侧(例如，侧330)设置。在框808处，第一端子(例如，阳极端子602)耦合到第一非绝缘区域，并且在框810处，第一硅化物层(例如，硅化物层606)相邻于半导体区域的第二侧(例如，侧332)形成，该第一侧和第二侧是半导体区域的相对侧。在框812处，第二端子(例如，阴极端子604)耦合到第一硅化物层。

图9是根据本公开的某些方面的用于制作半导体可变电容器的示例操作900的流程图。操作900可以例如由半导体处理腔室执行。

操作900在框902处通过形成box区域(例如，box区域204)来开始，并且在框904处，形成半导体区域(例如，半导体区域114)。在框906处，形成第一非绝缘区域(例如，非绝缘区域202)，box区域形成在第一非绝缘区域和半导体区域之间，其中box区域相邻于半导体区域的第一侧形成。在框908处，第一硅化物层(例如，硅化物层502)相邻于半导体区域的第一侧形成。

上文所描述的方法的各种操作可以通过能够执行对应功能的任何合适器件来执行。该器件可以包括各种硬件和/或软件部件和/或模块，其包括但不限于电路、专用集成电路(asic)、或处理器。通常，在附图中图示了操作的情况下，那些操作可以具有编号相似的对应配对器件加功能部件。

如本文中所使用的，术语“确定”涵盖广泛多种动作。例如，“确定”可以包括计算、运算、处理、推导、调查、查找(例如，在表、数据库或另一数据结构中查找)、确认等。此外，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。此外，“确定”可以包括解析、选择、选取、建立等。

如本文中所使用的，是指项列表中的“至少一个”的短语是指那些项的任何组合，其包括单个构件。作为一个示例，“a、b或c中的至少一个”旨在涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c、以及a-b-c，以及与同一元件的倍数的任何组合(例如，a-a、a-a-a、a-a-b、a-a-c、a-b-b、c-c、b-b、b-b-b、b-b-c、c-c、以及c-c-c或a、b和c的任何其他排序)。

本文中所公开的方法包括用于实现所描述的方法的一个或多个步骤或动作。在不背离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可以彼此互换。换句话说，在不背离权利要求的范围的情况下，除非指定了步骤或动作的特定次序，否则可以修改特定步骤和/或动作的次序和/或使用。

应当理解，权利要求书不限于上文所图示的精确配置和部件。在不背离权利要求的范围的情况下，可以在上文所描述的方法和装置的布置、操作和细节上进行各种修改、改变和变化。