专利名称：并行变容二极管电容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电容器。
背景技术：
的描述
图1示意了常规的并行金属-绝缘体-金属(MIM )电容器100的 结构，它的第一和第二MIM电容器110和120并行连接。
如图1所示，常规的并行MIM电容器100具有简单的结构，但是， 因为低电容密度，当它使用在需要高电容的电路中时，它具有缺点，整 个电路的体积增加。
作为该问题的解决方案，提供一种串行金属氧化物半导体(MOS) 电容器。
图2示意了常规的串行金属-氧化物-半导体(MOS )电容器200 的结构，其第一和第二 MOS电容器210和220串行连接。大于500KQ 的等效电阻(R)插在第一和第二MOS电容器210和220之间。该等效 电阻(R)用来操作在强反转区中的第一或第二MOS电容器210和220。 然而，甚至在该结构中，因为等效电阻(R)，发生体积不能有效降低的 缺点。
发明概述
因此，本发明提供一种电容器，尽管其具有小尺寸，但用于维持相
同电容。
一方面，提供一种并行-变容二极管电容器。该并行-变容二极管 电容器包括第一变容二极管和第二变容二极管。第一变容二极管具有第 一电容，其取决于应用到第 一 变容二极管的第 一 阳极和第 一 阴极的电压 而改变。第二变容二极管具有第二电容，其取决于应用到第二变容二极 管的第二阳极和第二阴极的电压而改变。第一阳极连接第二阴极，并且
第一阴极连接第二阳极。
第一电容和第二电容的合成电容可以恒定。
第一变容二极管和第二变容二极管可以是金属_氧化物半导体
(MOS)型变容二极管。
通过改变第一变容二极管的MOS特性和第二变容二极管的MOS特 性，该合成电容可以恒定。
第一变容二极管的MOS特性和第二变容二极管的MOS特性取决于 通道宽度、通道长度和掺杂浓度而改变。
第一电容可等于第二电容。
并行变容二极管电容器可以是浮动电容器。
并行变容二极管电容器在两端可以相互对称。
第一变容二极管和第二变容二极管可在单块衬底中形成。
应当理解上述一般性描述和下面的详细描述都是示意性和解释性 的，并且用于对所要求的发明提供进一步的解释。
本发明将参考附图详细描述，附图中相同的数字表示相同部件。 图1是常规的并行金属-绝缘体-金属(MIM)电容器的示意电路 图，其第一和第二MIM电容器并行连接；
图2是常规串行金属-氧化物-半导体(MOS)电容器的示意电路 图，其第一和第二MOS电容器串行连接；
图3是根据本发明的并行变容二极管电容器的电路图4A和4B示意了常规的串行MOS电容器的电容特性；
图5A和5B示意了根据本发明的并行变容二极管电容器的电容特
性；
图6是用于描述由常规的并行MIM电容器、常规的串行MOS电容 器和根据本发明的并行变容二极管电容器占据的面积的比较框图，每个 电容器具有相同的电容；
图7是示意在包含根据本发明的并行变容二极管电容器的滤波器中 的频率响应图8是根据本发明的并行变容二极管电容器的剖面图，其中两个N 型井形成在掺杂有P型物质的衬底中。
优选实施例的详细描述
本发明的优选实施例将以参考附图的方式详细描述。
图3是根据本发明的并行变容二极管的电路框图。
如图3所示，根据本发明的该并行变容二极管电容器300包括第一 变容二极管30和第二变容二极管320。第一变容二极管3]0和第二变容 二极管320相互并行连接。
第一变容二极管310的阳极连接第一端(①)。第一变容二极管310 的阴极连接第二端(②)。第二变容二极管320的阳极连接第二端(②)。 第二变容二极管320的阴极连接第一端(①)。细节上，第一变容二极管 310的阳极电连4^第二变容二极管320的阴极，并且第一变容二极管310 的阴才及电连冲妄第二变容二极管320的阳极。
最好通过使用金属氧化物半导体(MOS)处理来制造第一和第二变
容二极管310和320。 MOS取决于通道宽度、通常长度和掺杂浓度具有 不同的初始电容。当正电压应用到MOS上时，在超过特定电压时，MOS 具有降低电容的特性，并且在超过饱和电压时具有电容恒定的特性。当 负电压应用道MOS上时，MOS具有恒定保持电容直到特定电压的特性， 并且在超过特定电压时增加电容，在超过饱和电压时再次使电容恒定。
根据本发明的并行变容二极管电容器300基于MOS的上述特性。在 并行变容二极管电容器300中，第一变容二极管310和第二变容二极管 320相互并行连接，并且基于电压具有可变电容。每个极性上相反的电压 应用到第一变容二极管310和第二变容二极管320的阳极和阴极。因此， 当第一变容二极管310的第一电容降低，第二变容二极管320的第二电 容增加，因此根据本发明的并行变容二极管电容器300形成恒定的合成 电容。
根据本发明的并行变容二极管电容器300具有在两端对称的结构， 因为第一变容二极管310和第二变容二极管320相互并行连接。
为了进一步理解本发明的特征，下面将描述图4A所示的常规串行 MOS电容器和图5A所示的根据本发明的并行变容二极管电容器300之 间的特性比较。
图4A示意了用于描述在常规串行MOS电容器200中的电容变化的 电路。图4B示意了在图4A的电路中的电容变化。
在图4A中，电路(a)包括具有大约4pF电容的第一MOS电容器， 和具有大约500KQ电阻的电阻器。大约500KQ的电阻器电连接在第一 MOS电容器和接地之间。'在图4B中，图形(a)显示了在图4A的电路 (a)中，当将0V应用于第一和第三端(①和③)时，并且应用于第二 端(②)的电压从大约-2V变为2V时，电容的变化。如果在图4A的
电路(a)中，应用于第二端(②)的电压从大约-2V增加到0.2V，电 容从大约4.4pF降低到lpF,如图4B的图形(a)所示。如果在图4A的 电路(a)中，应用于第二端(②)的电压从大约0.2V增加到0.6V时， 电容迅速从大约lpF增加到3.8pF,如图4B的图形(a)所示。如果在图 4A的电路(a)中，应用于第二端(②)的电压从大约0.6V增加到2V 时，电容从大约3.8pF緩慢增加到4.2pF，如图4B的图形(a)所示。
在图4A中，电路(b)包括具有大约4pF电容的第二MOS电容器， 和具有大约500KQ电阻的电阻器。大约500KQ的电阻器电连接在第二 MOS电容器和接地之间。在图4B中，图形(b)显示了在图4A的电路 (b)中，当通过将1V应用于第三端(③)使得第一端(①)具有大约 OV的电压时，并且应用于第二端(②)的电压从大约-2V变为2V时， 电容的变化。如果在图4A的电路(b)中，应用于第二端(②)的电压 从大约-2V增加到0.4V,电容从大约4.2pF緩慢降低到3.8pF,如图4B 的图形(b)所示。如果在图4A的电路(b)中，应用于第二端(②)的 电压从大约0.4V增加到0.8V时，电容迅速从大约3.8pF降低到lpF,如 图4B的图形(b)所示。如果在图4A的电路(b)中，应用于第二端(②) 的电压从大约0.8V增加到2V时，电容从大约lpF迅速增加到3.3pF,如 图4B的图形(b)所示。
在图4A中，电路(c)包括第一和第二MOS电容器，每个具有大约 4pF电容，和具有大约500KQ电阻的电阻器。第一和第二MOS电容器 相互串行连接。大约500KQ的电阻器电连接在第一和第二 MOS电容器 和接地之间。在图4B中，图形(c)显示了在图4A的电路(c)中，当 通过将1V应用于第三端(③)使得第一端(①)具有大约OV的电压时， 并且应用于第二端(②)的电压从大约-2V变为2V时，电容的变化。 如果在图4A的电路(c)中，应用于第二端(②)的电压从大约-2V增
加到-1.6V，合成电容从大约2.2pF緩慢降低到2pF,如图4B的图形(c) 所示。如果在图4A的电路(c)中，应用于第二端(②)的电压从大约 - 1.6V增加到0.2V时，合成电容从大约2pF緩慢降低到0.9pF,如图4B 的图形(c)所示。如果在图4A的电路(cj中，应用于第二端(②)的 电压从大约0.2V增加到0.6V时，合成电容从大约0.9pF迅速增加到 1.9pF,如图4B的图形(c)所示。如果在图4A的电路(c)中，应用于 第二端(②)的电压从大约0.6V增加到2V,合成电容从大约1.9pF緩慢 增加到2pF,如图4B的图形(C)所示。
通过该结果，常规的串行MOS电容器200包括第一和第二MOS电 容器，每个具有大约4pF的电容，能用于具有大约IV的参考电压的电路， 参考电压的范围大约0.6V到1.4V,和基于2pF电容的大约4.7%的容差。
图5A是用于描述根据本发明的并行变容二极管电容器300中电容变 化的电路。图5B是示意图5A的电路中电容变化的图形。
在图5A中，电路(a)包括具有大约lpF电容的第一变容二极管(Cl)。 在图5B中，图形(a )显示了在图5A电路(a)中当将1V应用于第二端(②)， 并且应用于第一端(①)的电压从大约-2V变为2V时，电容的变化。 如果在图5A的电路(a)中，应用于第一端(①)的电压从大约-2V增 加到0.2V，电容保持为1.5pF,如图5B的图形(a)所示。如果在图5A 的电路(a)中应用于第一端(①)的电压从大约0.2V增加到1.4V时， 电容从大约1.5pF降低到0.4pF,如图5B的图形(a)所示。如果在图5A 的电路(a)中应用于第一端(①)的电压从大约1.4V增加到2V时，电 容从大约0.4pF緩慢降低到0.3pF,如图5B的图形(a)所示。
在图5A中，电路(b)包括具有大约lpF电容的第二变容二极管(C2)。 在图5B中，图形(b)显示了在图5A电路(b)中当将1V应用于第二端 (②)，并且应用于第一端(①)的电压从大约-2V变为2V时，电容的
变化。如果在图5A的电路(b)中，应用于第一端(①)的电压从大约 -2V增加到0.4V,电容保持为0.3pF,如图5B的图形(b)所示。如果 在图5A的电路(b)中应用于第一端(①)的电压从大约0.4V增加到 1.4V时，电容/人大约0.3pF降低到1.5pF，如图5B的图形(b)所示。如 果在图5A的电路(b)中应用于第一端(①)的电压从大约1.4V增加到 2V时，电容保持为1.5pF，如图5B的图形(b)所示。
在图5A中，电路(c)包括每个具有大约lpF电容的第一和第二变 容二极管(Cl )和(C2 )。第一和第二变容二极管(Cl和C2 )相互并行 连接。在图5B中，图形(c)显示了在图5A电路(c)中当将1V应用于第 二端(②)，并且应用于第一端(①)的电压从大约-2V变为2V时，电 容的变化。如果在图5A的电路(c)中，应用于第一端(①)的电压从 大约-2V增加到0.2V，合成电容保持为1.8pF,如图5B的图形(c)所 示。如果在图5A的电路(c)中应用于第一端(①)的电压从大约0.2V 增加到IV时，合成电容从大约1.8pF緩慢上升到2.0pF，如图5B的图形 (c)所示。如果在图5A的电路(c)中应用于第一端(①)的电压从大 约l.OV增加到2V时，合成电容从大约2.0pF緩慢降低到1.8pF,如图5B 的图形(c)所示。
如上所述，根据本发明的并行变容二极管电容器300包括第一和第 二变容二极管(Cl和C2)，每个具有大约lpF的电容，用于具有大约1V 参考电压的电路，参考电压的范围从大约0.6V到1.4V,和基于大约2pF 电容的大约6.5%的容差。因此，无论在预定电压范围内应用的电压发生 变化，该并行变容二极管电容器300具有恒定的合成电容。
图6示意了基于比例大小的常规并行MIM电容器100,常规的串行 MOS电容器200,和根据本发明的并行变容二极管电容器300,它们中 的每个具有相同电容。
如图6所示，在合成电容等于2pF的情况下，根据本发明的并行变 容二极管电容器300具有495|im2,并且比具有3234nm2的常规并行MIM 电容器100和具有大约1272|im2大小的常规串行MOS电容器200小的多。
图7是示意在包括根据本发明的并行变容二极管电容器300的滤波 器中的频率特性的图表。
如图7所示，包括根据本发明的并行变容二极管电容器300的滤波 器实质上具有与包括常规的并行MIM电容器100的滤波器相同的截止频 率(Fc)和频率响应特性。在图7中，PVFC是包括根据本发明的并行变 容二极管电容器300的滤波器的频率响应特性，并且MMFC包括常规的 并行MIM电容器100的滤波器的频率响应特性。在包括根据本发明的并 行变容二极管电容器300的滤波器的特性中，1分贝增益衰减特性、3阶 互调失真能特性(IMD_3)、带内瞬变特性、带外瞬变特性，和在基于 典型处理的制造过程(TTTT)、基于最佳情况或快速处理的制造过程 (FFFF),和基于最差情况或緩慢处理的制造过程(SSSS)中的特性等 效于包括常规并行MIM电容器100的滤波器的特性。
如上所述，4艮据本发明的并行变容二极管电容器300与常^见的并行 MIM电容器100相比具有与之相同的特性，并且具有高电容密度的特点。
图8是根据本发明的并行变容二极管电容器300的剖面图，其中两 个N型井(n井)中的每个形成在掺杂有P型物质的单块衬底(P-衬底) 中。
如图8所示，在P型衬底(P-衬底)中形成的每个N型井(n井) 包括门控(G,和G2),和n +整体端(B,和B2)。形成在P型衬底中的rT 整体端(Bi和B2)是举例，在本发明的本质内可进行各种修改，如形成 在N型衬底中的p +整体端。
第一门控(G1 ),图3中第二变容二极管320的阳极连接第二端(②)。
第一整体端(Bl ),图3中第二变容二极管320的阴极连接第一端(①)。 第二门控(G2)，图3中第一变容二极管310的阳极连接第一端(①)。 第二整体端(B2),图3中第一变容二极管310的阴极连接第二端(②)。
因此，4艮据本发明的并行变容二极管电容器300具有这样的优点， 即制造过程简单，产品成本便宜，制造时间缩短，容易形成对称结构， 并且因为在相同的过程中制造的变容二极管具有相同的结构，因此它的 面积比常规的电容器小。
如上所述，根据本发明，该电容器可具有小的尺寸并具有相同的电容。
由此描述了本发明，显然其能以各种方式改变。该变化不净皮认为脱 离了本发明的本质和范围，并且对于本领域技术人员来说，所有的修改 都包含在以下权利要求的范围内。
权利要求
1.一种并行变容二极管电容器，包括第一变容二极管，具有第一电容，该电容取决于应用到第一变容二极管的第一阳极和第一阴极的电压而改变；和第二变容二极管，具有第二电容，其取决于应用到第二变容二极管的第二阳极和第二阴极的电压而改变，其中第一阳极连接第二阴极，并且第一阴极连接第二阳极。
2. 如权利要求1所述的并行变容二极管电容器，其中第一电容和第二电容的合成电容是恒定的。
3. 如权利要求2所述的并行变容二极管电容器，其中第一变容二极管和 第二变容二极管可以是金属-氧化物半导体(MOS)型变容二极管。
4. 如权利要求3所述的并行变容二极管电容器，其中通过改变第一变容 二极管的MOS特性和第二变容二极管的MOS特性的合成电容是恒定的。
5. 如权利要求4所述的并行变容二极管电容器，其中第一变容二极管的 MOS特性和第二变容二极管的MOS特性取决于通道宽度、通道长度和 掺杂浓度而改变。
6. 如权利要求1所述的并行变容二极管电容器，其中第一电容等于第二 电容。
7. 如权利要求1所述的并行变容二极管电容器，该电容器是浮动电容器。
8. 如权利要求7所述的并行变容二极管电容器，其中该电容器在两端相 互对称。
9. 如权利要求1所述的并行变容二极管电容器，其中第一变容二极管和 第二变容二极管在单块衬底中形成。
全文摘要
提供一种并行变容二极管电容器。该电容器包括第一变容二极管和第二变容二极管。第一变容二极管具有第一电容，其取决于应用到第一变容二极管的第一阳极和第一阴极的电压而改变。第二变容二极管具有第二电容，其取决于应用到第二阳极和第二阴极的电压而改变。第一阳极连接第二阴极，并且第一阴极连接第二阳极。
文档编号H01L27/08GK101110421SQ20071013039
公开日2008年1月23日 申请日期2007年7月19日 优先权日2006年7月21日
发明者金世晔 申请人:因特格瑞特科技有限公司