专利名称：累积型场效应管可变电容及其制造工艺的制作方法
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 M0S)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-M0S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Cl。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Cl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Cl 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，Cl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Cl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，Cl 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Cl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Cl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Cl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Cl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。本发明提供的一种A-MOS可变电容制造工艺，采用制作Low-Vt阱、深N阱工艺或 VTP工艺制作阱结构。本发明提供的一种A-MOS可变电容制造工艺包括步骤提供衬底；在衬底上形成绝缘层；基于阱光掩模版，光刻绝缘层，形成阱掺杂区；对阱掺杂区进行杂质离子注入，形成低阈值阱或深阱；并通过后续常规工艺，完成栅极、源极及漏极结构的制作。本发明提供另一种A-MOS可变电容制造工艺，包括步骤提供衬底；在衬底上形成绝缘层；基于阱光掩模版，光刻绝缘层，形成阱掺杂区；采用VTP工艺形成阱结构；并通过后续常规工艺，完成栅极、源极及漏极结构的制作。
图1是现有P型衬底A-MOS可变电容(Varactor)的结构示意图；图2 图6为本发明实施例中P型衬底A-MOS可变电容的制造工艺中各阶段结构示意图；图7为本发明第二实施例中可变电容制作流程示意图。
具体实施例方式下面提供P型衬底A-MOS可变电容的三个实施例，对于N型衬底A-MOS可变电容的实施，本领域一般技术人员容易根据这三个实施例推出实施方式，不再赘述。实施例一、采用低阈值N阱的P型衬底A-MOS可变电容。
低阈值N阱的结构与N阱结构主要的区别在于掺杂浓度较低，其它尺寸等参数相同，因此采用低阈值N阱的P型衬底A-MOS可变电容的剖面结构也与图1所示结构相同，低阈值N阱的表面掺杂浓度通常是N阱掺杂浓度的一半左右，在下述制造工艺中体现在掺杂工艺参数不同。参照图2 图6，本实施例中该P型衬底A-MOS可变电容的制造工艺包括步骤al，如图2 ，提供P型衬底20，杂质浓度约7E14个/cm-3 ；步骤a2，如图3，在衬底20上形成绝缘层21，厚度约100A，材质可以是二氧化硅寸。步骤a3，如图4，基于阱光刻掩模版，光刻绝缘层21，形成阱掺杂区22 ；步骤a3，如图5，进行杂质离子注入，并推阱形成低阈值N阱23，其中注入离子可以是As或者Ph，注入剂量为lE12cnT2 lE13cnT2，注入能量为20Kev 400Kev，形成的低阈值N阱的掺杂离子浓度约lE17cnT3 6E17cm_3。步骤a4，如图6，通过后续常规工艺完成栅极、源极及漏极结构的制作，获得P型衬底A-MOS可变电容24。实施例二、采用深N阱(DNW)的P型衬底A-MOS可变电容。深N阱目前通常用在衬底隔离器件、高压器件及B⑶工艺中，进行的是浅掺杂，其一致性远高于N阱，因此该可变电容的最低电容值Cl就很低，提高了可变电容的电容调节范围。本实施例提供的该A-MOS可变电容制作过程包括如下，参照图7。步骤bl，提供P型衬底，杂质浓度约7E14个/cm_3步骤b2，在该衬底上形成绝缘层，厚度约100A，材质可以是二氧化硅；步骤b3，基于阱光刻掩模版，光刻绝缘层，形成阱掺杂区；步骤b4，将深N阱通过阱掺杂区注入P型衬底，使得注入区域的P型衬底变为弱N型，其中注入离子可以是Ph，注入剂量为lE12cnT2 2E13cnT2，注入能量为20Kev 2000Kev,形成的深N阱的掺杂离子浓度约4E16cnT3 4E17cnT3步骤b5，通过后续常规工艺完成栅极、源极及漏极结构的制作，获得P型衬底 A-MOS可变电容实施例三、采用VTP工艺制作阱结构的P型衬底A-MOS可变电容。通过VTP工艺制作的阱结构掺杂浓度极低，从而提高A-MOS可变电容的Cl值，进而提高电容调节范围。本实施例中，A-MOS可变电容制造工艺包括步骤cl，提供P型衬底，杂质浓度约7E14个/cm_3 ；步骤c2，在该衬底上形成绝缘层，厚度约100A，材质可以是二氧化硅；步骤c3，基于阱光刻掩模版，光刻绝缘层，形成阱掺杂区；步骤c4，向阱掺杂区注入VTP离子(η型掺杂)，所述VTP离子可以是As或Ph，注入剂量为lE12cnT2 lE13cnT2，注入能量为20Kev 130Kev，形成的阱结构的掺杂浓度约 lE16cm_3 2E17cm_3步骤c5，通过后续常规工艺完成栅极、源极及漏极结构的制作，获得P型衬底 A-MOS可变电容。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这 些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种累积型场效应管可变电容，包括阱结构、源端、漏端及栅端，其特征在于，所述阱结构为低阈值阱或深阱。
2.如权利要求1所述的可变电容，其特征在于，所述低阈值阱的掺杂浓度为4E16cnT3 6E17cnT3，以及所述深阱的深度为0. 5微米 2微米，所述深阱的掺杂浓度为4E16cm_3 4E17cm_3。
3.一种累积型场效应管可变电容，包括阱结构、源端、漏端及栅端，其特征在于，所述阱结构采用P-MOS阈值电压调整离子注入工艺形成。
4.如权利要求3所述的可变电容，其特征在于，所述采用P-MOS阈值电压调整离子注入工艺形成的阱结构掺杂浓度为lE16cnT3 2E17cnT3。
5.一种累积型场效应管可变电容制造工艺，所述可变电容包括阱结构、源端、漏端及栅端，其特征在于，该工艺包括步骤提供衬底；在衬底上形成绝缘层；基于阱光掩模版，光刻绝缘层，形成阱掺杂区；对阱掺杂区进行杂质离子注入，形成低阈值阱或深N阱；通过后续常规工艺，完成栅极、源极及漏极结构的制作。
6.如权利要求5所述的制造工艺，其特征在于，所述低阈值阱的掺杂浓度为4E16cm_3 6E17cnT3，以及所述深阱的深度为0. 2微米 1微米，所述深阱的掺杂浓度为4E16cm_3 4E17cm_3。
7.如权利要求6所述的制造工艺，其特征在于，所述杂质离子是As或者Ph，注入剂量为 lE12cnT2 lE13cnT2，注入能量为 20Kev 400Kev。
8.如权利要求6所述的制造工艺，其特征在于，所述杂质离子Ph，注入剂量为 lE12cnT2 2E13cnT2，注入能量为 20Kev 2000Kev。
9.一种累积型场效应管可变电容制造工艺，所述可变电容包括阱结构、源端、漏端及栅端，其特征在于，该工艺包括步骤提供衬底；在衬底上形成绝缘层；基于阱光掩模版，光刻绝缘层，形成阱掺杂区；采用P-MOS阈值电压调整离子注入工艺形成阱结构；通过后续常规工艺，完成栅极、源极及漏极结构的制作。
10.如权利要求9所述的制造工艺，其特征在于，所述离子注入工艺注入的离子是As或 Ph，注入剂量为lE12cnT2 lE13cnT2，注入能量为20Kev 130Kev。
11.如权利要求9所述的制造工艺，其特征在于，所述阱结构的掺杂浓度为lE16cm_3 2E17 cm_3o
全文摘要
本发明提供A-MOS可变电容及其制造工艺，以提高可变电容的电容调节范围，该可变电容包括阱结构、源端、漏端及栅端，所述阱结构为低阈值阱或深阱，该制造工艺包括步骤提供衬底；在衬底上形成绝缘层；基于阱光掩模版，光刻绝缘层，形成阱掺杂区；对阱掺杂区进行杂质离子注入，形成低阈值阱或深阱；通过后续常规工艺，完成栅极、源极及漏极结构的制作。
文档编号H01L29/06GK102280497SQ20111025735
公开日2011年12月14日 申请日期2011年9月1日 优先权日2011年9月1日
发明者黎坡 申请人:上海宏力半导体制造有限公司