CN1218395C - 改进的集成振荡器和调谐电路 - Google Patents
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Abstract
一个集成电压控制振荡器(VCO)包括以“堆积”配置方式形成的变容器和固定电容器。由“堆积”固定电容器于构成的变容二极管之上来形成VCO集成电路使半导体表面区摆脱由其他电路元件使用或允许实施更小的集成电路封装。“堆积”还允许与VCO的固定电容和其他元件之间内联相关的寄生电容的减小。
Description
技术领域
本发明一般涉及集成电路，特别涉及包括有源电路和固定电容器的集成电路。
背景技术
在许多种不同电气电路中通常在一起使用电压可调电容器(变容二极管)和固定电容器。这样的电路例如包括可调电路(例如，低通，高通，带通，或带阻滤波器)或电压控制振荡器(VCO)。在这样的电路中，变容二极管结合一个可实施加电压和一个或多个固定电容的使用，以“调节”该电路的输出。在滤波器电路的情况下，施加到变容二极管的电压是改变的，以便“调节”该滤波器的输出电压响应与输入信号频率的函数关系。在U.S.5,107,233中公开了普通变容二极管-调谐滤波器的一个例子。在对于VCO的情况下，施加到该变容二极管的电压是改变的，以“调节”该振荡器的输出频率。在U.S.5,694,092中公开了一个普通变容二极管控制的振荡器的例子。
可调谐滤波器电路和VCO在包括因可接受电路尺度限制而要求使用集成电路的许多种电气电路中具有应用性。这样一些限制在包括在许多商业上可得到的设备的电路中是共同的，例如包括在移动无线电电话中的收发信机电路。在这种设备中使用集成电路可使该电路配置在比较小的机壳中从而使得整个设备更方便可携带性。可调滤波器电路和VCO因此在许多设备中都制作成半导体集成电路。例如在授权于Huang的U.S.4,458,215中公开了一种单片集成VCO。如该专利图1和图2中所示的那样，变容二极管(52，54，56，58)和固定电容器(15，16)一般制造在一个半导体基片(20)的指定地区。但是，对于这种普通配置的集成电路的缺陷包括相当大的表面积，因为变容二极管(52，54，56，68)和电容器(15，16)并排配置，以及与用在VCO元件间的相当长的内联相关的寄生电容。包括如由Huang所公开的VCO电路的集成电路的总成本是制作电路使用的半导体面积的总量的函数。此外，并排放置在集成电路中的元件之间的距离增加了与元件间内联相关的寄生电容。该寄生电容能减小VCO的可调范围，换句话说损伤VCO的性能。因此，如Huang那样并排配置普通集成电路的变容二极管和固定电容器将增加与集成电路相关的寄生电容以及与制造该集成电路有关的成本。
发明内容
由此本发明的示例性实施例的目的在于制造包括一个或多个有源电路和一个或多个固定电容器的集成电路，其减少由配置该集成电路元件所使用的半导体表面积和/或该集成电路的相关寄生电容。
本发明的一个示例性实施例将达到上述目的，该实施例包括一个集成电路，该电路包括具有第一表面和包括一或多层半导体材料的该集成电路的第一部分。该示例性实施例的集成电路还包括一个电容器，该电容器包括至少一个导电层和一个介电层，其中该电容器形成在该集成电路的第一部分的第一表面上。
根据本发明的一种集成电路，包括：一个集成电路的第一部分，所述第一部分包括一层硅基半导体材料和一个具有第一表面的变容二极管；和，一个电容器包括两个导电层和一个介电层，其中所述电容器形成在所述集成电路的变容二极管的第一表面上，并且在标准硅切片处理期间形成所述电容器的至少一个导电层。
根据描写的说明书和所附的附图，这些和其他目的和特征将更显而易见。提供以上所述作为一般性概述，受保护的本发明由专利权利要求和其等效物所限定。
附图说明
通过结合附图阅读下列详细说明将理解本发明的目的和优点，其中：
图1为使用一个变容二极管和固定电容器的本发明的示例性实施例的层结构的结构图；
图2为本发明另一示例性实施例的电压控制振荡器的示意图；
图3为按照普通技术的VCO元件的布局；
图4为接本发明示例性实施例的VCO的布局；
图5为使用一个有源电路和固定电容器的本发明的示例性实施例的层结构的结构图。
具体实施方式
按照本发明的示例性实施例，在一个半导体集成电路中可以用这样一种方式制造一个有源电路例如一个变容二极管和一个固定电容器，即减少专用于该有源电路/固定电容器组合的半导体表面积以及有可能使寄生电容最小。图1说明本发明的组合变容二极管110和固定电容器105的一个示例性层结构100。在该所示的示例性实施例中，固定电容器105包括具有插入绝缘层125(例如，Si O，SiO2，GaAs，ZnS，MgF2)的两个导电层115和120。导电层115和120可以由材料如Al，Ti，W，或AlCu组成，虽然本专业技术人员将认为可以使用其他合适的导电材料。电容器105制作在变容二极管110的表面上，而不是在基片130上，从而要求更小的集成电路表面积专用于变容二极管/电容器组合。此外，将电容器105配置在变容二极管110的表面上可以允许减小变容二极管和电容器之间或变容二极管和电容器与周围电路之间的任意内联的长度。实际上，在电路配置要求集成电路的变容二极管110和电容器105部分之间直接电连接的场合，寄生电容可以最小。对于这种情况，将电容器105配置在变容二极管110的表面上使得两者间的内联长度最小，由此，使寄生电容最小。
可以使用CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺制作图1中说明的示例性实施例的层结构100。然而本专业技术人员理解可以使用其他的已知工艺例如包括BICMOS(双极互补金属氧化物半导体)，SiGe，或GaAs工艺制作该层结构100。在示例性的CMOS工艺中，一个N+掩埋层135形成在P基片130和N-外延层140中。一种掺杂物进而植入该外延层140以形成N+热沉(Sinker)区145。一种P导电性搀杂材料也植入该外延层140以产生P+区155。在N+热沉区145和P+区155之间还形成绝缘区150(例如，SiO，SiO2，GaAs，ZnS，MgF2)。就形成上述层或区而论，本专业技术人员将理解用于每个层/区的材料和搀杂浓度将是工艺相关的。例如，在硅工艺中，B，As，Sb，P，Ga和In掺杂物可以使用一般在1016-1020/cm2范围的搀杂浓度。
为得到低欧姆连接，导电层M1 160，M2 165和M3 170形成在N+热沉区145，绝缘层150，和P+区155之上。导电层160，165，和170可以由例如Al，Ti，W，或AlCu这些材料组成，然而本专业技术人员将理解可使用其他合适的导电材料。绝缘层175(例如，SiO，SiO2，GaAs，ZnS，MgF2)形成在每个导电层之间和可使用通路180将每个导电层连接到下一层。导电层M1和M2的第一部分形成第一阴极电极185。导电层M1和M2的第二部分以及导电层M3的第一部分形成第二阴极电极190。M1和M2的第三部分和M3的第二部分形成阳极电极197。为获得高Q的变容二极管，阴极电极185和190可以短路在一起(未示)。
还有一个绝缘层195形成在导电层M3 170上作为变容二极管110和电容器105之间的空隙层。但是，如果要求在导电层M4 120和M3 170之间基本上直接连接，则可使用通路(未示)内联M4 120与阴极电极190或阳极电极197。使用通路内联M4 120和M3 170层将保证低的寄生电容。
为制作电容器105，导电层M4 120形成在绝缘层195上以产生该电容器105的下平板。之后绝缘层125形成在导电层M4 120上和导电层M5 115形成在绝缘层125上以产生电容器105的上平板。如本专业技术人员将理解的那样，使用适用于所建层的普通技术-生长或淀积技术能实现形成上述变容二极管110和电容器105每一层，但并非局限于这些技术。
在第二示例性实施例中，在图1中说明的电容器105和变容二极管110组合能使用在如图2所示的、在应用特种集成电路(ASIC)中制作的示例性电压控制振荡器中。在图2的VCO中，每个C0 205和C2 215，以及C1 210和C3 220可相应于表示在图1层结构中的一个单元的变容二极管/电容器组合。使用普通集成电路配置，对于变容二极管C0 205和C1 210并排配置在半导体表面上可以得到如图3中所示的表面布局。但是，按照本发明“堆积”电容器105于变容二极管110之上将有利地允许降低对电容/变容二极管组合而由此更小的ASIC要求的表面积总量，或者更多的表面积可用于其他的电路元件。这是在图4中说明的，在那里电容器C2 215配置在变容二极管C0 205之上，而电容器C3 220配置在变容二极管C1 210之上。
本专业技术人员将理解，虽然示例性VCO是相对图2描述的，任何数量的不同的ASIC能使用图1中说明的变容二极管/电容的层结构。例如这样的ASIC可以包括既使用变容二极管又使用电容器的可调滤波器装置，例如可调低通，高通，带通，或带阻滤波器。本专业技术人员还将理解本发明的示例性实施例可以广泛地应用到包括在一个集成电路中的任何有源电路，其另外地使用一个或多个电容器。如图5所示，一个电容器层结构500可以“堆积”在任何有源电路505之上，而不是在基片510上形成。目的是节省半导体表面积和允许增加ASIC的封装密度。有源电路505例如可包括混频器，放大器，模-数或数-模转换器，解调器，调制器，或功率或电流控制振荡器。
虽然为说明目的，在此描述了多个实施例。但这些实施例并非意味着是一种限制。本专业技术人员将理解到能在所说明的实施例中作出修改。这样的修改意味着由附加的权利要求的精神和范围所复盖。
Claims (25)
1.一种集成电路，包括：
一个集成电路的第一部分，所述第一部分包括一层硅基半导体材料和一个具有第一表面的变容二极管；和
一个电容器包括两个导电层和一个介电层，其中所述电容器形成在所述集成电路的变容二极管的第一表面上，并且在标准硅切片处理期间形成所述电容器的至少一个导电层。
2.如权利要求1的集成电路，其中，所述集成电路的第一部分包括第一层，并且该第一层的表面构成所述第一表面。
3.如权利要求1的集成电路，其中，所述变容二极管包括一个或多个阳极电极和一个或多个阴极电极，并且其中所述一个或多个阳极电极或者所述一个或多个阴极电极是由一个或多个导电层形成的。
4.如权利要求1的集成电路，其中，所述集成电路的第一部分是一个振荡器。
5.如权利要求4的集成电路，其中，所述振荡器是一个电压控制振荡器。
6.如权利要求4的集成电路，其中，所述振荡器是电流控制振荡器。
7.如权利要求4的集成电路，其中，所述振荡器是功率控制振荡器。
8.如权利要求1的集成电路，其中，所述集成电路的第一部分是一个混频器。
9.如权利要求1的集成电路，其中，所述集成电路的第一部分是一个放大器。
10.如权利要求1的集成电路，其中，所述集成电路的第一部分是一个模-数转换器。
11.如权利要求1的集成电路，其中，所述集成电路的第一部分是一个数-模转换器。
12.如权利要求1的集成电路，其中，所述集成电路的第一部分是一个调制器。
13.如权利要求1的集成电路，其中，所述集成电路的第一部分是一个解调器。
14.如权利要求1的集成电路，其中，所述集成电路的第一部分是一个滤波器。
15.如权利要求1的集成电路，其中，所述集成电路的第一部分是一个可调滤波器。
16.如权利要求1的集成电路，其中，使用互补金属氧化物半导体工艺形成该集成电路。
17.如权利要求1的集成电路，其中，使用双极互补金属氧化物半导体工艺形成该集成电路。
18.如权利要求1的集成电路，其中，使用SiGe工艺形成该集成电路。
19.如权利要求2的集成电路，其中，所述第一层由绝缘材料组成。
20.如权利要求2的集成电路，其中，所述第一层至少一部分是由导电材料组成。
21.如权利要求3的集成电路，其中，所述变容二极管包括至少两个阴极电极。
22.如权利要求21的集成电路，其中，所述至少两个阴极电极是短路在一起。
23.如权利要求19的集成电路，其中，绝缘材料是由包含SiO和SiO2的组选出的。
24.如权利要求1的集成电路，其中，至少一个导电层是由从包含Al、Ti、W和AlCu的组中选出的材料形成的。
25.如权利要求3的集成电路，其中，一个或多个导电层是由从包含Al、Ti、W和AlCu的组选出的材料形成的。
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