CN110754003A - 用于改善金属氧化物半导体(mos)变容器品质因数的栅极上的自对准触点(sac) - Google Patents
用于改善金属氧化物半导体(mos)变容器品质因数的栅极上的自对准触点(sac) Download PDFInfo
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Abstract
一种短沟道金属氧化物半导体变容器可以包括具有源极过孔触点的第一极性的源极区域。变容器还可以包括具有漏极过孔触点的第一极性的漏极区域。变容器还可以包括在源极区域与漏极区域之间的第一极性的沟道区域。沟道区域可以包括栅极。变容器还可以包括在栅极上并且在源极过孔触点与漏极过孔触点之间的至少一个自对准触点(SAC)。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年6月19日提交的题为“SELF-ALIGNED CONTACT(SAC)ON GATEFOR IMPROVING METAL OXIDE SEMICONDUCTOR(MOS)VARACTOR QUALITY FACTOR”的美国临时专利申请号62/522,002的权益，其公开内容通过整体引用明确地并入本文。
技术领域
本公开的各方面涉及半导体器件，并且更具体地涉及用于改善金属氧化物半导体(MOS)变容器品质(Q)因数的自对准栅极触点。
背景技术
移动射频(RF)芯片设计(例如，移动RF收发器)由于使用无源器件而变得复杂，无源器件直接影响模拟/RF性能考虑因素，包括失配、噪声和其他性能考虑因素。无源器件可以包含高性能电感器和电容器部件。例如，RF模块(例如，RF前端(RFFE)模块)可以包括被布置为形成滤波器和其他RF器件的电感器(L)和电容器(C)。可以选择这些无源器件的布置以改善器件性能，同时抑制不想要的噪声(例如，人工谐波)以支持高级RF应用。
移动RF收发器的设计可以包括将压控电容和/或可调谐电容器(例如，变容器)用于高级RF应用。例如，可调谐电容器可以在高级RF应用的RF电路中提供RF和阻抗匹配。在这些高级RF技术中，期望具有高品质(Q)因数的短栅极长度(Lg)或短沟道MOS变容器。不幸的是，由于栅极电阻增加，短沟道/栅极长度MOS变容器可能会表现出不良的品质因数。
发明内容
一种短沟道金属氧化物半导体变容器可以包括具有源极过孔触点的第一极性的源极区域。变容器还可以包括具有漏极过孔触点的第一极性的漏极区域。变容器还可以包括在源极区域与漏极区域之间的第一极性的沟道区域。沟道区域可以包括栅极。变容器还可以包括在栅极上并且在源极过孔触点与漏极过孔触点之间的至少一个自对准触点(SAC)。
一种射频(RF)前端模块可以包括具有管芯的滤波器。衬底可以支撑管芯。模制化合物可以围绕管芯。RF前端模块还可以包括短沟道金属氧化物半导体(MOS)变容器，变容器包括具有源极过孔触点的第一极性的源极区域。变容器还可以包括具有漏极过孔触点的第一极性的漏极区域。变容器还可以包括在源极区域与漏极区域之间的第一极性的沟道区域。沟道区域可以包括栅极。变容器还可以包括在栅极上并且在源极过孔触点与漏极过孔触点之间的至少一个自对准触点(SAC)。天线可以被耦合到滤波器的输出。
一种制造短沟道金属氧化物半导体变容器的方法可以包括将源极过孔触点耦合到第一极性的源极区域。该方法还可以包括将漏极过孔触点耦合到第一极性的漏极区域。该方法还可以包括在第一极性的沟道区域上的栅极上制造至少一个自对准触点(SAC)。至少一个SAC可以设置在源极过孔触点与漏极过孔触点之间。
一种短沟道金属氧化物半导体变容器可以包括具有源极过孔触点的第一极性的源极区域。变容器还可以包括具有漏极过孔触点的第一极性的漏极区域。变容器还可以包括在源极区域与漏极区域之间的第一极性的沟道区域。沟道区域可以包括栅极。变容器还可以包括用于接触栅极的装置。栅极接触装置可以在源极过孔触点与漏极过孔触点之间。
下面将描述本公开的附加特征和优点。本领域技术人员应当理解，本公开可以容易地用作修改或设计用于实现本公开的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应当认识到，这种等效构造没有脱离所附权利要求中阐述的本公开的教导。当结合附图考虑时，从以下描述将更好地理解关于其组织和操作方法以及其他目的和优点而被认为是本公开的特征的新颖特征。然而，应当清楚地理解，每个附图被提供仅用于说明和描述的目的，并不旨在作为本公开的范围的定义。
附图说明
为了更完整地理解本公开，现在参考结合附图给出的以下描述。
图1是采用无源器件的射频(RF)前端(RFFE)模块的示意图。
图2是用于芯片组的采用无源器件的射频(RF)前端(RFFE)模块的示意图。
图3示出了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的截面图。
图4示出了鳍式场效应晶体管(FinFET)。
图5示出了常规的金属氧化物半导体(MOS)变容器。
图6A示出了根据本公开的各方面的短沟道金属氧化物半导体(MOS)变容器的截面图。
图6B示出了根据本公开的各方面的短沟道金属氧化物半导体(MOS)变容器的俯视图。
图7A-7C示出了根据本公开的各方面的短沟道金属氧化物半导体(MOS)变容器的各种示例性配置的俯视图。
图8示出了根据本公开的各方面的短沟道金属氧化物半导体(MOS)变容器的俯视图以及MOS变容器在各种截面处的截面图。
图9示出了根据本公开的各方面的用于制造短沟道金属氧化物半导体(MOS)变容器的方法。
图10示出其中可以有利地采用本公开的一个方面的示例性无线通信系统的框图。
图11是示出设计工作站的框图，该设计工作站用于根据一种配置的基于鳍的结构的电路、布局和逻辑设计。
具体实施方式
以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而非旨在表示可以实践本文中描述的概念的仅有配置。详细描述包括具体细节，以便提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员很清楚的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。在一些实例中，以框图形式示出了公知的结构和部件，以避免模糊这些概念。
如本文所述，术语“和/或”的使用旨在表示“包括性的或”，并且术语“或”的使用旨在表示“排他性的或”。如本文所述，在整个说明书中使用的术语“示例性”是指“用作示例、实例或说明”，并且不必一定被解释为比其他示例性配置优选或有利。如本文所述，在整个说明书中使用的术语“耦合”是指“连接，无论直接地还是通过中间连接(例如，开关)间接地，无论是电气、机械还是以其他方式”，并且不必限于物理连接。另外，连接可以使得对象被永久地连接或者可释放地连接。连接可以通过开关进行。如本文所述，在整个说明书中使用的术语“接近”是指“相邻、非常靠近、紧邻或接近”。如本文所述，在整个说明书中使用的术语“在……上”在某些配置中是指“直接在……上”，并且在其他配置中是指“间接在……上”。
移动射频(RF)芯片设计(例如，移动RF收发器)由于使用无源器件而变得复杂，无源器件直接影响模拟/RF性能考虑因素，包括失配、噪声和其他性能考虑因素。无源器件可以包含高性能电感器和电容器部件。例如，RF模块(例如，RF前端(RFFE)模块)可以包括被布置为形成双工器、三工器、多路复用器、低通滤波器、巴伦滤波器和/或陷波滤波器以防止高阶谐波的电感器(L)和电容器(C)。可以选择这些无源器件的布置以改善器件性能，同时抑制不想要的噪声(例如，人工谐波)以支持诸如载波聚合等高级RF应用。
电容器是在集成电路中用于存储电荷的无源元件。电容器通常使用导电的极板或结构制成，其中在极板之间具有绝缘材料。给定电容器的存储量或电容取决于用于制造极板和绝缘体的材料、极板的面积以及极板之间的间距。绝缘材料通常是介电材料。
移动RF收发器的设计可以包括例如使用压控电容和/或可调谐电容器(例如，变容器)以提供压控振荡器。变容器也可以称为可变电容二极管。例如，可调谐电容器可以在RF电路中提供RF和阻抗匹配。互补金属氧化物半导体(CMOS)可调谐电容器可以通过改变电容器中的电介质两端的偏压来进行调谐，这可以产生电容变化。
在高级RF电路中，MOS变容器可以提供可调谐电容器。该MOS变容器是用于根据电容值在紧密间隔的电容器极板之间的电场中存储能量(例如，电荷)的电气设备的示例。该电容值提供了由电容器在某个电压下存储的电荷量的量度。除了其电荷存储能力之外，电容器还可以用作电子滤波器，因为它们可以区分高频信号和低频信号。在常规的变容器中，极板的宽度进行调制以改变在电容器极板之间形成的电场。该变容器提供可以在调谐电路中使用的电可控电容。
尽管变容器的使用在很多应用中是有利的(例如，由于尺寸小和成本降低)，但是变容器通常表现出较低的品质(Q)因数和非线性，因为变容器是不对称器件。也就是说，变容器的品质因数是重要的参数。品质因数可以定义为变容器阻抗的虚部除以变容器阻抗的实部。因此，通过减小变容器阻抗的实部(例如，其寄生电阻)来改善变容器的品质因数。
变容器阻抗的实部由两个因素控制：(1)栅极电阻——由于与栅极电阻的接触；以及(2)扩散区域之间的变容器沟道的沟道电阻。沟道电阻可以通过减小沟道长度(例如，从150纳米(nm)到80nm)来减小。然而，在当前工艺节点(例如，28nm沟道长度)中，沟道长度的进一步减小实际上相对于例如80nm沟道长度而言降低了品质因数。也就是说，通过进一步减小沟道长度来减小沟道电阻是不可能的，因为这种减小增加了栅极电阻，该栅极电阻成为寄生电阻的主要组成。
因此，MOS变容器的寄生电阻通常由有效栅极电阻(Rgate)控制。例如，具有短栅极长度(例如，Lg＝28nm)的器件的品质因数可以低于较长栅极器件(例如，Lg＝80nm)的品质因数。这种差异可能是由于减小的沟道长度(可以等于栅极长度)导致的栅极电阻增加而引起的。在高级RF技术中，需要具有高品质因数的短沟道(或短栅极长度(Lg))MOS变容器；然而，由于栅极电阻的增加，这些不容易获得。该栅极电阻可能会受到来自互连层的栅极触点的影响，该互连层用于将后端制程互连连接到RF集成电路的栅极。
互连层通常用于将集成电路上的不同器件连接在一起。用于制造集成电路的半导体工艺通常分为三个部分：前端制程(FEOL)、中间制程(MOL)和后端制程(BEOL)。前端制程工艺包括晶片制备、隔离、阱形成、栅极图案化、间隔物和掺杂剂注入。中间制程工艺包括栅极和端子触点形成。后端制程工艺包括形成用于耦合到FEOL器件的互连和介电层。然而，由于用于连接不同器件的互连层，中间制程工艺的栅极和端子触点形成可能会对栅极电阻产生不利影响。
互连层可以包括前端制程互连层、中间制程互连层和后端制程互连层。如本文所述，中间制程互连层可以是指用于将第一后端制程互连层(例如，金属1(M1))连接到集成电路的氧化物扩散(OD)层以及用于将M1连接到集成电路的有源器件的导电互连。用于将M1连接到集成电路的源极/漏极层的中间制程互连层可以被称为接触到有源(CA)沟槽触点。用于将M1连接到集成电路的栅极的中间制程互连层可以被称为接触到开路(CB)触点。
根据本公开的各方面，用有源栅极上的长自对准触点(LSAC)或多个自对准触点(MSAC)代替常规栅极触点，以形成短沟道金属氧化物半导体变容器。这些自对准触点可以将有效栅极电阻减小超过十六倍(例如，十六倍)。例如，当长自对准触点等于两个自对准触点(例如，1个LSAC＝2个SAC)时，将得到这种改进。有效栅极电阻的这种减小可以显著提高MOS变容器品质因数(例如，提高15.6倍以上)。
图1是可以包括变容器的射频(RF)前端(RFFE)模块100的示意图。RF前端模块100包括功率放大器102、双工器/滤波器104和射频(RF)开关模块106。功率放大器102将信号放大到某个功率水平以进行传输。双工器/滤波器104根据各种不同的参数(包括频率、插入损耗、拒绝或其他类似参数)对输入/输出信号进行滤波。另外，RF开关模块106可以选择输入信号的某些部分，以传递到RF前端模块100的其余部分。
射频(RF)前端模块100还包括调谐器电路装置112(例如，第一调谐器电路装置112A和第二调谐器电路装置112B)、双工器200、电容器116、电感器118、接地端子115和天线114。调谐器电路装置112(例如，第一调谐器电路装置112A和第二调谐器电路装置112B)包括诸如调谐器、便携式数据输入端子(PDET)和管家模数转换器(HKADC)等部件。调谐器电路装置112可以对天线114执行阻抗调谐(例如，电压驻波比(VSWR)优化)。RF前端模块100还包括耦合到无线收发器(WTR)120的无源组合器108。无源组合器108组合来自第一调谐器电路装置112A和第二调谐器电路装置112B的检测功率。无线收发器120处理来自无源组合器108的信息，并且将该信息提供给调制解调器130(例如，移动台调制解调器(MSM))。调制解调器130向应用处理器(AP)140提供数字信号。
如图1所示，双工器200位于调谐器电路装置112的调谐器部件与电容器116、电感器118以及天线114之间。双工器200可以放置在天线114与调谐器电路装置112之间，以从RF前端模块100到芯片组提供高系统性能，该芯片组包括无线收发器120、调制解调器130和应用处理器140。双工器200还在高频带频率和低频带频率上执行频域复用。在双工器200对输入信号执行其频率复用功能之后，双工器200的输出被馈送到包括电容器116和电感器118的可选的LC(电感器/电容器)网络。当需要时，LC网络可以为天线114提供额外的阻抗匹配部件。然后，由天线114发射或接收具有特定频率的信号。尽管示出了单个电容器和电感器，但是也可以考虑多个部件。
图2是包括用于芯片组260的RF前端(RFFE)模块250以提供例如载波聚合的无线局域网(WLAN)(例如，WiFi)模块270的示意图。WiFi模块270包括第一双工器200-1，第一双工器200-1将天线292可通信地耦合到无线局域网模块(例如，WLAN模块272)。RF前端模块250包括第二双工器200-2，第二双工器200-2通过双工器280将天线294可通信地耦合到无线收发器(WTR)220。无线收发器220和WiFi模块270的WLAN模块272被耦合到调制解调器(MSM，例如，基带调制解调器)230，调制解调器230由电源252通过功率管理集成电路(PMIC)256供电。芯片组260还包括电容器262和264以及电感器266，以提供信号完整性。PMIC 256、调制解调器230、无线收发器220和WLAN模块272均包括电容器(例如，258、232、222和274)并且根据时钟254进行操作。
芯片组260中的各种电感器和电容器部件的几何形状和布置可以减小部件之间的电磁耦合。电容器是在集成电路中用于存储电荷的无源元件。RF前端模块100的设计可以包括例如使用压控电容和/或可调谐电容器(例如，变容器)。
图3示出了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件300的截面图。MOSFET器件300可以具有四个输入端子。四个输入是源极302、栅极304、漏极306和衬底308。源极302和漏极306可以被制造为衬底308中的阱202和204，或者可以被制造为位于衬底308上方的区域，或者可以被制造为衬底308上的其他层的一部分。这种其他结构可以是鳍或从衬底308的表面突出的其他结构。此外，衬底308可以是管芯的衬底，但是衬底308也可以是耦合到衬底308的一层或多层(例如，210-214)。
MOSFET器件300是单极器件，因为取决于MOSFET的类型，电流仅由一种类型的电荷载流子(例如，电子或空穴)产生。MOSFET器件300通过控制源极302与漏极306之间的沟道310中的电荷载流子的量来操作。电压Vsource 312被施加到源极302，电压Vgate 314被施加到栅极304，并且电压Vdrain 316被施加到漏极306。尽管电压Vsubstrate 318可以耦合到电压Vsource 312、电压Vgate 314或电压Vdrain 316之一，但是单独的电压Vsubstrate318也可以被施加到衬底308。
为了控制沟道310中的电荷载流子，当栅极304累积电荷时，电压Vgate 314在沟道310中产生电场。与在栅极304上累积的电荷相反的电荷开始在沟道310中累积。栅极绝缘体320使在栅极304上累积的电荷与源极302、漏极306和沟道310绝缘。其间具有栅极绝缘体320的栅极304和沟道310产生电容器，并且随着电压Vgate 314的增加，作为该电容器的一个极板的栅极304上的电荷载流子开始积累。栅极304上的这种电荷累积将相反的电荷载流子吸引到沟道310中。最终，足够的电荷载流子累积在沟道310中，以在源极302与漏极306之间提供导电路径。这种情况可以被称为打开FET的沟道。
通过改变电压Vsource 312和电压Vdrain 316、以及它们与电压Vgate 314的关系，施加到栅极304的用于打开沟道310的电压量可以改变。例如，电压Vsource 312通常具有比电压Vdrain 316更高的电势。使电压Vsource 312与电压Vdrain 316之间的电压差更大将改变用于打开沟道310的电压Vgate 314的量。此外，更大的电压差将改变使电荷载流子移动通过沟道310的电动势的量，从而产生通过沟道310的更大的电流。
栅极绝缘体320的材料可以是氧化硅，或者可以是介电常数(k)不同于氧化硅的介电材料或其他材料。此外，栅极绝缘体320可以是材料或不同材料层的组合。例如，栅极绝缘体320可以是氧化铝、氧化铪、氮化氧化铪、氧化锆、或这些材料的叠层和/或合金。在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用其他材料用于栅极绝缘体320。
通过改变栅极绝缘体320的材料和栅极绝缘体320的厚度(例如，栅极304与沟道310之间的距离)，用于打开沟道310的栅极304上的电荷量可以改变。还图示出了示出MOSFET器件300的端子的符号322。对于N沟道MOSFET(在沟道310中使用电子作为电荷载流子)，指向远离栅极304端子的箭头在符号322中被施加到衬底308端子。对于p型MOSFET(在沟道310中使用空穴作为电荷载流子)，指向栅极304端子的箭头在符号322中被施加到衬底308端子。
栅极304也可以由不同的材料制成。在一些设计中，栅极304由多晶硅(polycrystalline silicon)(也称为多晶硅(polysilicon)或多晶硅(poly))制成，多晶硅是硅的导电形式。尽管在本文中被称为“多晶硅(poly)”或“多晶硅(polysilicon)”，但是金属、合金或其他导电材料被认为是用于栅极304的合适材料。
在一些MOSFET设计中，在栅极绝缘体320中可能需要高k值的材料，并且在这样的设计中，可以采用其他导电材料。例如，但不作为限制，“高k金属栅极”设计可以采用诸如铜等金属用于栅极304端子。尽管被称为“金属”，但是多晶材料、合金或其他导电材料被认为是本公开中所描述的栅极304的适当的材料。
为了互连到MOSFET器件300或互连到管芯中的其他器件(例如，半导体衬底)，使用互连迹线或层。这些互连迹线可以在一层或多层(例如，210-214)中，或者可以在衬底308(或管芯)的其他层中。如本文所述，这些互连可能影响栅极电阻。
图4示出了以与关于图3所述的MOSFET器件300类似的方式操作的鳍结构FET(FinFET)400。然而，FinFET 400中的鳍410被生长或以其他方式被耦合到衬底308。衬底308可以是例如由氧化物层、氮化物层、金属氧化物层或硅层组成的半导体衬底或其他类似的支撑层。鳍410包括源极302和漏极306。栅极304通过栅极绝缘体320设置在鳍410和衬底308上。FinFET晶体管是基于3D鳍的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。结果，FinFET400的物理尺寸可以小于图3所示的MOSFET器件300的结构。这种物理尺寸的减小允许在管芯上的每单位面积上具有更多的器件。
图5示出了常规的金属氧化物半导体(MOS)变容器500。在高级RF电路中，MOS变容器500可以提供可调谐电容器。MOS变容器500可以包括源极区域512、漏极区域514和在衬底502中形成在源极区域512与漏极区域514之间的沟道504。栅极510在沟道504上，并且栅极电介质(未示出)可以在栅极510与沟道504之间。还示出了到源极区域512和漏极区域514的中间制程沟槽触点520。另外，MOS变容器500包括介电层506。
该MOS变容器500是用于根据电容值在紧密间隔的电容器极板(例如，栅极510和沟道504)之间的电场中存储能量(例如，电荷)的电气设备的示例。该电容值提供了由电容器在某个电压下存储的电荷量的量度。在MOS变容器500中，极板宽度(例如，沟道504)进行调制(例如，根据源极区域512和漏极区域514)以改变在电容器极板(例如，栅极510和沟道504)之间形成的电场。
MOS变容器500是期望的，因为它证明了可以在RF电路中使用的电可控电容。尽管变容器的使用在很多应用中是有利的(例如，由于尺寸小和低成本)，但是变容器通常表现出较低的品质(Q)因数和非线性，因为变容器是不对称器件。MOS变容器的重要参数之一是其品质因数。品质因数可以被定义为：
变容器阻抗的虚部/变容器阻抗的实部(1)
如等式(1)所示，可以通过减小变容器阻抗的实部(例如，其寄生电阻)来改善常规MOS变容器500的品质因数。变容器阻抗的实部由两个因素控制：(1)栅极电阻——由于与栅极电阻的接触；以及(2)扩散区域之间的变容器沟道的沟道电阻。沟道电阻可以通过减小沟道长度(例如，从150纳米(nm)到80nm)来减小。然而，在当前工艺节点(例如，28nm沟道长度)中，沟道长度的进一步减小实际上相对于例如80nm沟道长度而言降低了品质因数。也就是说，栅极电阻成为寄生电阻的主要组成，因为沟道长度的进一步减小会增大栅极电阻。
因此，MOS变容器的寄生电阻通常由有效栅极电阻(Rgate)控制。例如，具有短栅极长度(例如，Lg＝28nm)的器件的品质因数可以低于较长栅极器件(例如，Lg＝80nm)的品质因数。这种差异可能是由于减小的沟道长度(可以等于栅极长度)导致的栅极电阻增加而引起的。在高级RF技术中，需要具有高品质因数的短沟道(或短栅极长度(Lg))MOS变容器；然而，由于栅极电阻的增加，这些不容易获得。该栅极电阻可能会受到来自互连层的栅极触点的影响，该互连层用于将后端制程互连连接到RF集成电路的栅极。
根据本公开的各方面，用MOS变容器的有源栅极上的长自对准触点(LSAC)或多个自对准触点(MSAC)代替常规栅极触点。这些自对准触点(SAC)可以将有效栅极电阻降低16倍(例如，降低16倍以上)。例如，当长自对准触点等于两个自对准触点(例如，1个LSAC＝2个SAC)时，栅极电阻将减小16倍。有效栅极电阻的这种减小可以显著提高MOS变容器品质因数(例如，提高15.6倍以上)。
图6A示出了根据本公开的各方面的短沟道金属氧化物半导体(MOS)变容器600的截面图。MOS变容器600可以包括源极区域612、漏极区域614以及在源极区域612与漏极区域614之间的沟道604。另外，栅极610在沟道604上。在该示例中，栅极610的长度(Lg)可以小于50nm(例如，14nm和/或28nm)。另外，源极区域612和漏极区域614可以各自掺杂有第一极性(例如，N++)，并且沟道604也可以掺杂有第一极性(N+)。源极区域612、漏极区域614和沟道604可以形成在衬底602中。电介质606(例如，模制化合物)可以沉积在衬底602上。
根据本公开的各方面，可以穿过电介质606形成自对准栅极触点640(例如，至少一个自对准接触(SAC))以耦合到栅极610。栅极触点640可以是长自对准触点(LSAC)或多个自对准触点(MSAC)。自对准栅极触点640的形状可以是圆柱形或正方形，其宽度大于栅极610的长度Lg。例如，自对准栅极触点640可以是有源区域中的源极触点与漏极触点之间的自对准栅极触点过孔。
根据本公开的各方面，自对准触点可以由铜(Cu)、钨(W)、镍(Ni)、铝(Al)、金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)和/或石墨烯组成。
根据一个方面，短沟道MOS变容器600可以根据类似于图4的FinFET 400的配置来形成。替代地，短沟道MOS变容器600可以被形成为类似于图3的MOSFET器件300的配置的基于平面的器件，或者形成为围绕(GAA)MOS变容器(未示出)的栅极。
图6B示出了根据本公开的各方面的短沟道金属氧化物半导体(MOS)变容器600的俯视图。栅极610可以在多个半导体鳍630之上延伸并且与之接触。此外，还示出了沟槽源极触点620和沟槽漏极触点622。在这种布置中，自对准栅极触点640位于沟槽源极触点620的源极触点624(例如，源极触点过孔)与沟槽漏极触点622的漏极触点626(例如，漏极触点过孔)之间。
例如，自对准栅极触点640的长度可以延伸源极触点624与漏极触点626之间的整个长度。自对准栅极触点640在可以是自对准触点的第一端栅极触点642与第二端栅极触点644之间。在该示例中，自对准栅极触点640可以被称为长自对准触点。另外，自对准栅极触点640的宽度可以大于栅极610的栅极长度Lg。自对准栅极触点640的这种布置通过减小由于自对准栅极的接触面积较大而导致的与触点到栅极电阻来改善MOS变容器600的品质因数。
图7A-7C示出了根据本公开的各方面的短沟道金属氧化物半导体(MOS)变容器600的各种示例性配置的俯视图。
图7A示出了具有第二端栅极触点644的MOS变容器700。图7B示出了具有第一端栅极触点642和第二端栅极触点644的MOS变容器710。这些栅极触点可以是自对准的并且在栅极610的相对端。图7C示出了具有与图6B所示的MOS变容器600相似的配置的MOS变容器720。在这种布置中，自对准栅极触点640被替换为在源极触点624与漏极触点626之间的多个自对准触点(MSAC)，包括第一自对准栅极触点650和第二自对准栅极触点652。例如，源极触点624与漏极触点626之间的自对准栅极触点640可以是长自对准触点，如图6B所示，或者是多个自对准触点(例如，650、652)，如图7C所示。根据本公开的一个方面，长自对准触点可以等效于大于四个未对准触点。
图8示出了根据本公开的各方面的图6B的短沟道金属氧化物半导体(MOS)变容器600的俯视图以及MOS变容器600在各种截面处的截面图。如图所示，自对准栅极触点640可以沿着栅极610在沿着源极触点624与漏极触点626之间的整个长度的任何位置处形成。例如，很多SAC(例如，与栅极宽度允许的一样多)被放置在MOS变容器器件上，以减小栅极电阻并且提高品质因数。这对于用于5G技术的RF电路特别有利，诸如毫米波应用(例如，30至300GHz的极高频(EHF)频谱)。
根据本公开的各方面，自对准触点(SAC)将有效栅极电阻减小了十六倍(例如，大于16倍)。例如，长自对准触点可以等于两个自对准触点(例如，1个LSAC＝2个SAC)。有效栅极电阻的这种减小可以显著改善MOS变容器品质因数(例如，提高15.6倍以上)。此外，变容器或其他射频(RF)有源器件的其他部分均不受影响。
图9是示出了根据本公开的各方面的制造短沟道金属氧化物半导体(MOS)变容器的方法900的工艺流程图。制作MOS变容器包括形成第一极性的源极区域、第一极性的漏极区域和第一极性的沟道区域。方法900在框902处开始，在框902中，将源极过孔触点耦合到源极区域。框904，将漏极过孔触点耦合到漏极区域。例如，如图6A所示，源极和漏极可以是N掺杂的，并且源极和漏极触点可以在彼此相对的侧。另外，可以在源极区域与漏极区域之间形成N掺杂的沟道区域。MOS变容器的栅极可以在沟道区域上。在框906处，在源极过孔与漏极过孔之间的栅极上制造至少一个自对准触点(SAC)。例如，如图6B和7A-7C所示，可以有1、2、4或超过4个自对准触点。
根据本公开的一个方面，描述了一种短沟道MOS变容器。在一种配置中，短沟道MOS变容器包括用于接触的装置。接触装置可以是所描述的自对准触点、长自对准触点或多个自对准触点之一。在另一方面，前述装置可以是被配置为执行由前述装置叙述的功能的任何模块或任何装置或材料。
图10是示出可以在其中有利地采用本公开的一方面的示例性无线通信系统1000的框图。出于说明的目的，图10示出了三个远程单元1020、1030和1050以及两个基站1040。将认识到，无线通信系统可以具有更多远程单元和基站。远程单元1020、1030和1050包括IC器件1025A、1025B和1025C，这些IC器件包括所公开的变容器。将认识到，其他设备也可以包括所公开的变容器，诸如基站、交换设备和网络设备。图10示出了从基站1040到远程单元1020、1030和1050的前向传送链路信号1080以及从远程单元1020、1030和1050到基站1040的反向传送链路信号1090。
在图10中，远程单元1020被示出为移动电话，远程单元1030被示出为便携式计算机，并且远程单元1050被示出为无线本地回路系统中的固定位置远程单元。例如，远程单元可以是移动电话、手持个人通信系统(PCS)单元、诸如个人数据助理等便携式数据单元、GPS使能设备、导航设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、诸如抄表设备等固定位置数据单元、或者存储或检索数据或计算机指令的其他设备、或其组合。尽管图10示出了根据本公开的各方面的远程单元，但是本公开不限于这些示例性示出的单元。本公开的各方面可以合适地用在包括所公开的变容器的很多设备。
图11是示出用于IC结构(诸如上面公开的变容器)的电路、布局和逻辑设计的设计工作站的框图。设计工作站1100包括硬盘1101，硬盘1101包含操作系统软件、支持文件以及诸如Cadence或OrCAD等设计软件。设计工作站1100还包括显示器1102以促进电路1110或包括CMOS晶体管的变容器结构1112的设计。提供存储介质1104用于有形地存储电路1110或变容器结构1112的设计。电路1110或变容器结构1112的设计可以以诸如GDSII或GERBER等文件格式存储在存储介质1104上。存储介质1104可以是CD-ROM、DVD、硬盘、闪存或其他适当的器件。此外，设计工作站1100包括用于接受来自存储介质1104的输入或向存储介质1104写入输出的驱动装置1103。
记录在存储介质1104上的数据可以指定逻辑电路配置、用于光刻掩模的图案数据、或用于诸如电子束光刻等串行写入工具的掩模图案数据。数据还可以包括逻辑验证数据，诸如与逻辑模拟相关联的时序图或网络电路。通过减少用于设计半导体晶片的工艺数目，在存储介质1104上提供数据促进了电路1110或变容器结构1112的设计。
对于固件和/或软件实现，可以使用执行本文中描述的功能的模块(例如，过程、函数等)来实现方法。有形地实施指令的机器可读介质可以用于实现本文中描述的方法。例如，软件代码可以存储在存储器中并且由处理器单元执行。存储器可以在处理器单元内实现或者在处理器单元外部实现。如本文中使用的，术语“存储器”指的是长期、短期、易失性、非易失性或其他存储器类型，并且不限于特定类型的存储器或特定数目的存储器或者存储器存储在其上的介质类型。
如果以固件和/或软件实现，则可以将功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上。示例包括用数据结构编码的计算机可读介质和用计算机程序编码的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是可以由计算机访问的可用介质。作为示例而非限制，这样的计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储设备、或者可以用于以指令或数据结构的形式存储期望的程序代码并且可以由计算机访问的其他介质；如本文中使用的，磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘用激光光学地再现数据。上述的组合也应当被包括在计算机可读介质的范围内。
除了存储在计算机可读介质上之外，指令和/或数据还可以被提供为在通信装置中包括的传输介质上的信号。例如，通信装置可以包括具有指示指令和数据的信号的收发器。指令和数据被配置为引起一个或多个处理器实现权利要求中概述的功能。
尽管已经详细描述了本公开及其优点，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的技术的情况下，可以对本文进行各种改变、替换和更改。例如，相对于衬底或电子器件使用诸如“上方”和“下方”等关系术语。当然，如果衬底或电子器件被倒置，则上面变为下面，反之亦然。另外，如果侧向定向，则上面和下面可以是指衬底或电子器件的侧面。此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定配置。本领域普通技术人员根据本公开内容将容易理解，可以根据本公开内容来利用与本文中描述的对应配置执行基本上相同的功能或实现基本上相同的结果的当前现有或稍后开发的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在在其范围内包括这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。
本领域技术人员将进一步认识到，结合本文中的公开内容所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上面已经在功能方面对各种说明性的部件、块、模块、电路和步骤进行了总体描述。将这样的功能实现为硬件还是软件取决于特定应用和强加于整个系统的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同方式实现所描述的功能，但是这种实现决策不应当被解释为导致脱离本公开的范围。
结合本文中的公开内容描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以使用被设计为执行本文中描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或其任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但是在替代方案中，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实现为计算设备的组合(例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP核、或任何其他这样的配置)。
结合本公开所描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、由处理器执行的软件模块或两者的组合来实施。软件模块可以驻留在RAM、闪存、ROM、EPROM、EEPROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域已知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息和向存储介质写入信息。在替代方案中，存储介质可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在替代方案中，处理器和存储介质可作为分立部件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性设计中，所描述的功能可以用硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果用软件实现，则这些功能可以存储在计算机可读介质上的一个或多个指令或代码上或者通过其来传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，包括促进将计算机程序从一个地方传送到另一地方的任何介质。存储介质可以是可以由通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这种计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储设备、或者可以用于以指令或数据结构的形式携带或存储指定程序代码装置并且可以由通用或专用计算机、或者通用或专用处理器访问的任何其他介质。而且，任何连接都适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或者诸如红外线、无线电和微波等无线技术从网站、服务器或其他远程源传输软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或者诸如红外、无线电和微波等无线技术被包括在介质的定义中。本文中使用的磁盘和光盘包括光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字通用光盘(DVD)和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘用激光光学地再现数据。上述的组合也应当被包括在计算机可读介质的范围内。
提供先前对本发明的描述是为了使得所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。对于本领域技术人员来说，对本公开的各种修改是很清楚的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，本文中定义的一般原理可以应用于其他变型。因此，本公开不旨在限于本文中描述的示例和设计，而是与符合本文中公开的原理和新颖特征的最宽范围相一致。
Claims (20)
1.一种短沟道金属氧化物半导体变容器，包括：
第一极性的源极区域，包括源极过孔触点；
所述第一极性的漏极区域，包括漏极过孔触点；
所述第一极性的沟道区域，在所述源极区域与所述漏极区域之间，所述沟道区域包括栅极；以及
至少一个自对准触点(SAC)，在所述栅极上并且在所述源极过孔触点与所述漏极过孔触点之间。
2.根据权利要求1所述的短沟道金属氧化物半导体变容器，其中所述至少一个SAC包括多个自对准触点(MSAC)。
3.根据权利要求1所述的短沟道金属氧化物半导体变容器，其中所述至少一个SAC的形状为圆柱形或正方形。
4.根据权利要求1所述的短沟道金属氧化物半导体变容器，其中所述至少一个SAC延伸所述源极过孔触点与所述漏极过孔触点之间的整个长度。
5.根据权利要求1所述的短沟道金属氧化物半导体变容器，其中所述至少一个SAC包括铜(Cu)、钨(W)、镍(Ni)、铝(Al)、金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)或石墨烯。
6.根据权利要求1所述的短沟道金属氧化物半导体变容器，其中所述至少一个SAC的宽度大于所述栅极的长度。
7.根据权利要求1所述的短沟道金属氧化物半导体变容器，被集成到移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、计算机、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元和/或固定位置数据单元中。
8.一种射频(RF)前端模块，包括：
滤波器，包括：管芯，支撑所述管芯的衬底，围绕所述管芯的模制化合物；短沟道金属氧化物半导体(MOS)变容器，包括：包括源极过孔触点的第一极性的源极区域，包括漏极过孔触点的所述第一极性的漏极区域，在所述源极区域与所述漏极区域之间的所述第一极性的沟道区域，所述沟道区域包括栅极，以及在所述栅极上并且在所述源极过孔触点与所述漏极过孔触点之间的至少一个自对准触点(SAC)；以及
天线，被耦合到所述滤波器的输出。
9.根据权利要求8所述的RF前端模块，其中所述至少一个SAC包括多个自对准触点(MSAC)。
10.根据权利要求8所述的RF前端模块，其中所述至少一个SAC的形状是圆柱形或正方形。
11.根据权利要求8所述的RF前端模块，其中所述至少一个SAC延伸所述源极过孔触点与所述漏极过孔触点之间的整个长度。
12.根据权利要求8所述的RF前端模块，其中所述至少一个SAC包括铜(Cu)、钨(W)、镍(Ni)、铝(Al)、金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)或石墨烯或石墨烯。
13.根据权利要求8所述的RF前端模块，被集成到移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、计算机、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元和/或固定位置数据单元中。
14.一种制造短沟道金属氧化物半导体变容器的方法，包括：
将源极过孔触点耦合到第一极性的源极区域；
将漏极过孔触点耦合到所述第一极性的漏极区域；以及
在所述第一极性的沟道区域上的栅极上制造至少一个自对准触点(SAC)，所述至少一个SAC设置在所述源极过孔触点与所述漏极过孔触点之间。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述短沟道金属氧化物半导体变容器被集成到移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、计算机、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元和/或固定位置数据单元中。
16.一种短沟道金属氧化物半导体变容器，包括：
第一极性的源极区域，包括源极过孔触点；
所述第一极性的漏极区域，包括漏极过孔触点；
所述第一极性的沟道区域，在所述源极区域与所述漏极区域之间，所述沟道区域包括栅极；以及
用于接触所述栅极的装置，在所述源极过孔触点与所述漏极过孔触点之间。
17.根据权利要求16所述的短沟道金属氧化物半导体变容器，其中用于接触的所述装置延伸所述源极过孔触点与所述漏极过孔触点之间的整个长度。
18.根据权利要求16所述的短沟道金属氧化物半导体变容器，其中用于接触的所述装置的宽度大于所述栅极的长度。
19.根据权利要求16所述的短沟道金属氧化物半导体变容器，其中所述栅极的长度小于50纳米。
20.根据权利要求16所述的短沟道金属氧化物半导体变容器，被集成到移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、计算机、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元和/或固定位置数据单元中。
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