[發明專利]一種半導體變容器及其制造方法

有效

• 申請號: 201810980459.0
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN109326655B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 劉歡;方孺牛;繆旻;金玉豐
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L29/94
• 分類號: H01L29/94;H01L27/10;H01L21/82;H01L21/329
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 余長江

本發明公開了一種半導體變容器及其制造方法，該半導體變容器包括具有相對的第一表面和第二表面的襯底、襯底上的深孔、與襯底導電類型相反的第一高摻雜區和相同的第二高摻雜區、襯底的第一表面上的介質層和控制電極；深孔可為盲孔或通孔，填充有絕緣層和導電材料；控制電極位于介質層之上，并且兩者的外緣與絕緣層和第一高摻雜區鄰接。本發明通過利用兩個金屬?氧化物?半導體結構來實現變容器，使得變容器的可調范圍和調制電壓可以分別設計優化，具有較好的靈活性且制作工藝簡單。

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，具體涉及一種半導體變容器及其制造方法。

背景技術

變容器是一種可以隨著控制參量的變化而改變電容值的器件，比如隨著施加于其上的電壓變化時，電容值也會發生變化。這種具有變容特性的器件被廣泛地應用于放大器、振蕩器以及頻率合成器中。射頻通訊系統中最重要的基礎構件之一壓控振蕩器(VoltageControlled Oscillator，VCO)中，就使用變容器作為組件來產生可調整的穩定頻率。

常用的變容器有金屬氧化物半導體(MOS)變容器和微電子機械系統(MEMS)變容器。MOS變容器通過改變金屬電極上的電壓，控制襯底處于堆積、耗盡或者反型的狀態，從而得到不同的電容值。MEMS變容器通過改變空氣層的厚度，電極的重疊面積或兩極板間的介質實現電容量的可調。

另一方面，隨著摩爾定律難以持續，二維平面集成電路的發展受到限制，基于在半導體襯底中制造通孔來實現三維集成是一種先進的有望超越摩爾定律的技術路徑，具有小尺寸、高性能、低功耗、多功能集成的優點。利用這些深孔結構(包括盲孔和通孔)，來提供一些片上的變容器，有助于拓寬三維集成技術在射頻領域的應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種半導體變容器及其制造方法，充分利用三維集成技術中形成的深孔結構，獲得一種性能優異的半導體變容器。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種半導體變容器，包括襯底、襯底上的深孔和高摻雜區、襯底表面的介質層和控制電極。所述襯底具有相對的第一表面和第二表面；所述深孔可為盲孔或通孔，其中填充有絕緣層和第一導電材料。

所述深孔中的第一導電材料具體包括了銅、金、銀、鉑、鎳、鎢、鋁、多晶硅、碳納米管等材料中的一種或幾種。

可選地，所述通孔中的第一導電材料和絕緣層之間，具有粘附層和阻擋層，其作用為防止第一導電材料向襯底中擴散，并增強第一導電材料與絕緣層的粘附性，可選材料為鈦、鎢、鉭、氮化鈦的組合。

所述襯底具有第一導電類型的摻雜，襯底材質為硅、鍺、硅鍺合金、硅碳合金、硅鍺碳合金、砷化鎵、砷化銦、磷化銦、III-V族半導體材料、II-IV族半導體材料、有機半導體材料以及其他族半導體材料中的一種或幾種。

所述襯底中具有兩類高摻雜區，分別具有與襯底相同和相反導電類型的高濃度摻雜，與襯底相反導電類型的高摻雜區與深孔側壁絕緣層不接觸。

所述襯底第一表面具有一介質層，所述介質層之上設有控制電極。該介質層水平方向上介于深孔側壁的絕緣層和與所述襯底具有相反導電類型的高摻雜區之間，介質層的外邊緣與該絕緣層和該高摻雜區連接。所述介質層可為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅以及高分子化合物介質材料中的一種或幾種。所述控制電極的材質為銅、金、銀、鉑、鎳、鎢、鋁、多晶硅、碳納米管等材料中的一種或幾種。

為了實現與其它器件的連接及電壓的施加，在深孔中的第一導電材料、高摻雜區、控制電極這些區域之上具有接觸通路孔。

所述襯底為裸片或所述襯底的第一表面和/或第二表面上具有下列結構中的一種或多種：半導體器件、電學互連層、微傳感器結構、焊盤和鈍化層。