CN104752059A - 可变电容器 - Google Patents

Abstract

一种可变电容器，包括：衬底；位于所述衬底上的介质层；位于所述介质层内并沿第一方向间隔设置的两个电容极板，所述电容极板为互连线或导电插塞，所述第一方向平行于衬底表面或垂直于衬底表面；位于所述介质层内的充电单元，所述充电单元包括两个沿垂直于所述第一方向的第二方向间隔设置的电极，所述电极对准所述两个电容极板之间的介质层。通过在两个电极之间形成电势差，可以向两个电容极板之间的介质层充入电荷，进而使得两个电容极板之间的电容值发生变化。

Description

可变电容器

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种可变电容器。

背景技术

可变电容器是电子技术领域的关键元件之一，可广泛应用于数字、模拟、数模混合及射频等集成电路系统。现有技术已研发出多种可变电容器，如PN二极管、肖特基二极管、金属氧化物半导体晶体管等。但是，可变电容器的种类并不应仅局限于此，应该创造出更多种类的可变电容器，以适应半导体技术的不断发展。

发明内容

本发明的目的是：提供一种新的可变电容器。

为达到上述问题，本发明提供了一种可变电容器，包括：

衬底；

位于所述衬底上的介质层；

位于所述介质层内并沿第一方向间隔设置的两个电容极板，所述电容极板为互连线或导电插塞，所述第一方向平行于衬底表面或垂直于衬底表面；

位于所述介质层内的充电单元，所述充电单元包括两个沿垂直于所述第一方向的第二方向间隔设置的电极，所述电极对准所述两个电容极板之间的介质层。

可选的，两个所述电极均为互连线或导电插塞。

可选的，所述两个电容极板为位于同一层的互连线，两个所述电极均为位于不同层的导电插塞，且所述电容极板与电极位于相邻层。

可选的，还包括：位于所述衬底上方并被所述介质层覆盖的栅极；

所述两个电容极板均为第一层互连线，两个所述电极中，其中一个电极为与所述栅极接触电连接的导电插塞。

可选的，所述两个电容极板为位于同一层的互连线或导电插塞；

两个所述电极中，一个电极为互连线或导电插塞，另一个电极为栅极，所述栅极位于所述衬底上方并被所述介质层覆盖，且所述栅极的材料为P型掺杂半导体材料或N型掺杂半导体材料。

可选的，所述半导体材料为多晶硅或锗。

可选的，作为所述电容极板的导电插塞与所述衬底表面接触。

可选的，作为所述电极的互连线为第一层互连线。

可选的，所述衬底具有位于表面的绝缘层。

可选的，所述衬底具有浅沟槽隔离结构，所述电容极板、充电单元位于所述浅沟槽隔离结构上。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

充电单元的两个电极、及位于两个电极之间的介质层可视作构成一个电容器。通过在两个电极之间形成电势差，可以向两个电容极板之间的介质层充入电荷，进而使得两个电容极板之间的电容值发生变化。

进一步地，可变电容器制作工艺能够与传统的CMOS工艺兼容，因此，可变电容器可以与传统的CMOS电路同步形成。

附图说明

图1是本发明的实施例一中可变电容器的剖面结构示意图；

图2是本发明的实施例二中可变电容器的剖面结构示意图；

图3是本发明的实施例三中可变电容器的剖面结构示意图；

图4是本发明的实施例四中可变电容器的剖面结构示意图；

图5是本发明的实施例五中可变电容器的剖面结构示意图；

图6是本发明的实施例六中可变电容器的剖面结构示意图；

图7是本发明的实施例七中可变电容器的剖面结构示意图；

图8是本发明的实施例八中可变电容器的剖面结构示意图；

图9是本发明的实施例九中可变电容器的剖面结构示意图;

图10是本发明的实施例十中可变电容器的剖面结构示意图。

具体实施方式

本发明的技术方案提供了一种新的可变电容器，它包括沿第一方向间隔设置的两个电容极板、以及充电单元，该充电单元包括两个沿垂直于所述第一方向的第二方向间隔设置的电极，且所述电极对准所述两个电容极板之间的介质层。通过在两个电极之间形成电势差，可以向两个电容极板之间的介质层充入电荷，进而使得两个电容极板之间的电容值发生变化。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例的可变电容器包括：

衬底1；

位于衬底1上的介质层2；

位于介质层2内并沿第一方向A间隔设置的两个电容极板4，两个电容极板4为位于同一层的互连线，第一方向A平行于衬底1表面；

位于介质层2内的充电单元，所述充电单元包括两个沿垂直于第一方向A的第二方向B间隔设置的电极5、6，电极5和电极6为位于不同层的导电插塞。

电极5、电极6、及位于电极5和电极6之间的介质层2可视作构成一个电容器。通过在电极5与电极6之间形成电势差，使得电极5与电极6能够向两个电容极板4之间的介质层2充入电荷，进而使得两个电容极板4之间的电容值发生变化。电极5与电极6之间的电势差越大，两个电容极板4之间的电容值越大。由于电极5和电极6的材料均为金属，故所述充入的电荷为电子，且无论电极5与电极6的电势差为正值还是负值，两个电容极板4之间的电容值均会发生变化。

在本实施例中，两个电容极板可以为第二层互连线、第三层互连线或更上层的互连线。在这种情况下，所述充电单元的两个电极可以与电容极板位于相邻层，或者，所述充电单元的两个电极也可以不与电容极板位于相邻层。当所述充电单元的两个电极与电容极板位于相邻层时，充电单元能够更为可靠地向两个电容极板之间的介质层充入电荷，使得两个电容极板之间的电容值能够有效地发生变化。

本实施例的可变电容器制作工艺能够与传统的CMOS工艺兼容，因此，该可变电容器可以与传统的CMOS电路同步形成。

在可变电容器工作时，可使两个电容极板4中，其中一个电容极板4接地、另一个电容极板4连接电压源；所述充电单元的电极5、6中，其中一个电极接地、另一个电极连接另一电压源。

在本实施例中，衬底1具有浅沟槽隔离结构7，两个电容极板4、所述充电单元均位于浅沟槽隔离结构7上，使得可变电容器抵抗衬底噪声的能力比较强。在本实施例的变换例中，浅沟槽隔离结构也可以替换为位于衬底表面的绝缘层。

实施例二

本实施例的可变电容器与实施例一的可变电容器之间的区别在于：如图2所示，本实施例的可变电容器还包括位于衬底1上方并被介质层2覆盖的栅极3；两个电容极板4a为第一层互连线，电极5a与栅极3接触电连接。

实施例三

本实施例的可变电容器与实施例一的可变电容器之间的区别在于：如图3所示，本实施例的可变电容器中，所述充电单元的两个电极5b、6b为位于不同层的互连线，其中，电极5b位于电容极板4b的下方、电极6b位于电容极板4b的上方。

实施例四

本实施例的可变电容器与实施例一的可变电容器之间的区别在于：如图4所示，本实施例的可变电容器中，两个电容极板4c为位于同一层的导电插塞，所述充电单元的两个电极5c、6c为位于不同层的导电插塞，其中，电极5c位于电容极板4c的下方、电极6c位于电容极板4c的上方。

实施例五

本实施例的可变电容器与实施例四的可变电容器之间的区别在于：如图5所示，本实施例的可变电容器中，所述充电单元的两个电极5d、6d为位于不同层的互连线，其中，电极5d位于电容极板4d的下方、电极6d位于电容极板4d的上方。

实施例六

本实施例的可变电容器与实施例一的可变电容器之间的区别在于：如图6所示，本实施例的可变电容器中，两个电容极板4e为位于不同层的互连线，所述充电单元的两个电极5e、6e为位于同一层的导电插塞。

实施例七

本实施例的可变电容器与实施例一的可变电容器之间的区别在于：如图7所示，本实施例的可变电容器中，两个电容极板4f均为与衬底1表面接触的导电插塞；所述充电单元的两个电极中，一个电极5f为第一层互连线，另一个电极6f为栅极，所述栅极位于衬底1上方并被介质层2覆盖，且所述栅极的材料为P型掺杂半导体材料或N型掺杂半导体材料。所述半导体材料可以为多晶硅或锗。

当所述栅极的材料为P型掺杂半导体材料时，通过在电极5f与电极6f之间形成电势差，且电极6f的电势高于电极5f的电势时，使得电极6f能够向两个电容极板4f之间的介质层2充入空穴，进而使得两个电容极板4f之间的电容值发生变化。

当所述栅极的材料为N型掺杂半导体材料时，通过在电极5f与电极6f之间形成电势差，且电极6f的电势低于电极5f的电势时，使得电极6f能够向两个电容极板4f之间的介质层2充入电子，进而使得两个电容极板4f之间的电容值发生变化。

实施例八

本实施例的可变电容器与实施例七的可变电容器之间的区别在于：如图8所示，本实施例的可变电容器中，所述充电单元的两个电极5g、6g中，电极5g为位于电容极板4g上方的导电插塞，电极6g为栅极，所述栅极位于衬底1上方并被介质层2覆盖，且所述栅极的材料为P型掺杂半导体材料或N型掺杂半导体材料。所述半导体材料可以为多晶硅或锗。

实施例九

本实施例的可变电容器与实施例七的可变电容器之间的区别在于：如图9所示，本实施例的可变电容器中，两个电容极板4h为位于同一层的互连线。

实施例十

本实施例的可变电容器与实施例九的可变电容器之间的区别在于：如图10所示，本实施例的可变电容器中，所述充电单元的两个电极5i、6i中，电极5i为位于电容极板4i上方的导电插塞，电极6i为栅极，所述栅极位于衬底1上方并被介质层2覆盖，且所述栅极的材料为P型掺杂半导体材料或N型掺杂半导体材料。所述半导体材料可以为多晶硅或锗。

本发明中，各实施例采用递进式写法，重点描述与前述实施例的不同之处，各实施例中的相同部分可以参照前述实施例。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种可变电容器，其特征在于，包括：

衬底；

位于所述衬底上的介质层；

位于所述介质层内并沿第一方向间隔设置的两个电容极板，所述电容极板为互连线或导电插塞，所述第一方向平行于衬底表面或垂直于衬底表面；

位于所述介质层内的充电单元，所述充电单元包括两个沿垂直于所述第一方向的第二方向间隔设置的电极，所述电极对准所述两个电容极板之间的介质层。

2.根据权利要求1所述的可变电容器，其特征在于，两个所述电极均为互连线或导电插塞。

3.根据权利要求2所述的可变电容器，其特征在于，所述两个电容极板为位于同一层的互连线，两个所述电极均为位于不同层的导电插塞，且所述电容极板与电极位于相邻层。

4.根据权利要求3所述的可变电容器，其特征在于，还包括：位于所述衬底上方并被所述介质层覆盖的栅极；

所述两个电容极板均为第一层互连线，两个所述电极中，其中一个电极为与所述栅极接触电连接的导电插塞。

5.根据权利要求1所述的可变电容器，其特征在于，所述两个电容极板为位于同一层的互连线或导电插塞；

两个所述电极中，一个电极为互连线或导电插塞，另一个电极为栅极，所述栅极位于所述衬底上方并被所述介质层覆盖，且所述栅极的材料为P型掺杂半导体材料或N型掺杂半导体材料。

6.根据权利要求5所述的可变电容器，其特征在于，所述半导体材料为多晶硅或锗。

7.根据权利要求5所述的可变电容器，其特征在于，作为所述电容极板的导电插塞与所述衬底表面接触。

8.根据权利要求7所述的可变电容器，其特征在于，作为所述电极的互连线为第一层互连线。

9.根据权利要求1至8任一项所述的可变电容器，其特征在于，所述衬底具有位于表面的绝缘层。

10.根据权利要求1至8任一项所述的可变电容器，其特征在于，所述衬底具有浅沟槽隔离结构，所述电容极板、充电单元位于所述浅沟槽隔离结构上。