[发明专利]深沟槽变容器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体结构，尤其涉及与深沟槽线性电容器兼容的深沟槽变容器及其制造方法。

背景技术

变容器为具有压敏电容的半导体器件。通常与绝缘体接触的半导体表面处的空间电荷区以及累积随着所施加的电压而变，以产生依赖于偏压的电容。

许多电子电路内都可有利地采用变容器内电容的变化性，而在放大器、振荡器以及频率合成器内提供有用的功能。例如：变容器可用来构造电压控制振荡器(VCO)，其产生可调整的稳定频率，而不必采用具有多个振荡器的电路。Wu提出的美国专利第7,129,801号显示VCO电路内变容器的示例使用。VCO为构造收发器电路、锁相回路(PLL)电路以及其他无线通信电路的通用基本构造模块。

采用平面配置的金属氧化物半导体(MOS)变容器为此技术领域所熟知。这种先前的MOS变容器通常采用与栅极电介质相同的介电材料作为节点电介质，其将第一上覆电极与第二下覆电极分隔。不过，随着半导体技术中栅极电介质的缩小，这种MOS变容器的性能会因为漏电流通过节点电介质而有负面影响，此节点电介质的厚度与栅极电介质相同，因为这两者都用相同的工艺步骤形成，并且具有一致的成分与厚度。虽然在节点电介质使用较厚的介电层会减少漏电流通过熟知的变容器，但是这种改变将伴随具有栅极电介质厚度相应增加的场效晶体管器件性能劣化。另外，这种方式通过减少累积模式内的最大电容，对变容器的可调整性有负面影响。

虽然业界内也已知采用具有最低漏电流以及高面积电容密度的分离式厚节点电介质的深沟槽电容器，但是这种深沟槽电容器为具有固定电容的线性电容器，并且不提供电容的任何变动。

鉴于上述，需要一种可提供高面积电容密度和最少漏电流以及电容变化性的半导体变容器及其制造方法。

另外，许多半导体电路都需要变容器以及线性电容器。因此，存在对于一种包含这样的半导体变容器的半导体结构，以及在相同半导体芯片内具有高面积电容密度和最少漏电流的线性电容器的需求。

发明内容

本发明利用提供包含深沟槽变容器的半导体结构以及制造该结构的方法来解决上述需求，其中变容器具有高面积电容密度以及最少漏电流，且结构可以可选地包含线性深沟槽电容器。

根据本发明，第一深沟槽以及可选的第二深沟槽形成于半导体衬底内。掩埋板层形成于假设存在的可选的第二深沟槽的侧壁外，而第一深沟槽的侧壁受保护免于引入掺杂剂，以避免在第一深沟槽上形成任何掩埋板层。第一沟槽的内部填充导电材料，以形成变容器内部电极。从半导体衬底顶表面延伸至小于第一深沟槽深度的第一深度的第一掺杂阱形成于第一深沟槽上部外面并与之邻接，来构成外部变容器电极。第二沟槽的内部填充导电材料，以形成线性电容器的电容器内部电极。另一第一掺杂阱和与其连接的掩埋板层则共同构成线性电容器的外部电容器电极。

具有与第一掺杂阱相反导电类型的第二掺杂阱可在第一深沟槽四周形成于第一掺杂阱之下。第二掺杂阱构成可连接至变容器外部电极的第二变容器外部电极。在第二掺杂阱底下可形成其他掺杂阱，来形成可连接至变容器外部电极的其他变容器外部电极。许多阱的掺杂浓度与掺杂剂类型可调整，以形成具有不同依赖于电压的电容特性的组件变容器。通过并联多个组件变容器，提供对变容器内部电极与变容器外部电极之间的电压具有复杂的电压依赖性的电容的变容器。除了于第一深沟槽内形成的变容器以外，第二沟槽内的深沟槽电容器针对所施加的电压差异提供电容的线性响应，即固定电容。

根据本发明的一个方面，提供一种半导体结构，其包含：

深沟槽，其位于半导体衬底内并且具有位于距离半导体衬底顶表面第一深度的底表面；

节点电介质，其邻接深沟槽的侧壁及底表面；

导电内部电极，其位于节点电介质内；

掺杂阱，其从半导体衬底的顶表面延伸至第二深度，掺杂阱位于深沟槽之外，并且邻接并横向包围节点电介质，其中第二深度小于第一深度；以及

半导体区域，其具有与掺杂阱不同的掺杂剂浓度或不同导电类型的掺杂，半导体区域位于半导体衬底内，并且邻接并横向包围深沟槽的距半导体衬底的顶表面一深度之下的整体下部，其中该深度小于第一深度。

在具体实施例内，半导体结构还包含第二掺杂阱，其位于半导体衬底内并且从第二深度延伸至第三深度，其中第二掺杂阱位于深沟槽之外并且邻接并横向包围节点电介质，其中第三深度大于第二深度并且小于第一深度。