DE2622623A1

DE2622623A1 - Mos-varaktor

Info

Publication number: DE2622623A1
Application number: DE19762622623
Authority: DE
Inventors: Paul-Werner V Dipl Ing Basse; Ruediger Dr Hofmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-05-20
Filing date: 1976-05-20
Publication date: 1977-12-01

Description

MOS-Varaktor
Die Erfindung bezieht sich auf einen MOS-Varaktor, bei dem eine Elektrode durch eine Isolierschicht von einem Halbleitersubstrat getrennt angeordnet ist und bei Anlegen einer eine Scbwellspannung übersteigende Spannung all die eine Elektrode sich eine Inversionsschi.cht unterhalb der Elektrode in dem Halbleitersubstrat bildet.
In hochintegrierten MOS-Bausteinen, z.B. Speicherbausteinen, müssen die einzelnen Bauelemente, wie z.B. Transistoren, Widerstände und Varaktoren mit möglichst kleinen Abmessungen ausgeführt werden. Aus elektrisclaen Gründen sind in vielen Fällen Jedoch Bauelemente mit größeren Abmessungen erforderlich. So benötigen 2. B. Varaktoren hoher Kapazität größere Flächen, Solche Varaktoren großer Kapazität sind z.B.fZlmltrarlsistorspeicherzellen notwendig, um ein entsprechend großes Lesesignal zu erreichen.
Bisher bestanden zwei Möglichkeiten bei der Realisierung von MOS-Varaktoren, um das angegebene Problem zu umgehen. Entweder wurden die Kapazitäten solcher Varaktoren unterdimensioniert oder sie mußten mit entsprechend größerem Platzbedarf ausgelegt werden.
Dies führte z.B. bei den Speicherbausteinen mit Eintransistorzellen zu sehr kleinen Lesesignalen, die mit aufwendigen Leseverstärkern hohen Platzbedarfs verstärkt werden mußten.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Varaktor anzugeben, dessen Kapazität erhöht wird, ohne daß dessen Platzbedarf größer wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,daß das Halbleitersubstrat im Bereich des Varaktors höher dotiert ist als in seinem übrigen Bereich.
Der Bereich des Varaktors erstreckt sich dabei im wesentlichen unterhalb der Elektrode, die durch die Isolierschicht getrennt über dem Halbleitersubstrat liegt. Durch die Erhöhung der Substratdotierung in seinem Bereich wird die Dicke der Raumladungszone (Sperrschicht) verringert und damit die Sperrschichtkapazität des Varaktors erhöht. Die Gesamtkapazität des Varaktors setzt sich nämlich aus der Sperrqchichtkapazität und der Oxidkapazität zusammen, die zwischen der einen Elektrode und der Inversionsschicht besteht.
Es ist zweckmäßig, das Halbleitersubstrat im Bereich des Varaktors dreimal höher zu dotieren als in seinem übrigen Bereich. Dadurch wird eine Erhöhung der Kapazität des Varaktors erreicht, die den Einsatz des Varaktars besonders bei Eintransistorspeicherzellen vorteilhaft macht.
Die Dicke der hochdotierten Schicht im Halbleitersubstrat kann etwa 2 /um betragen. Zur Herstellung der Dotierung können bekannte Verfahren verwendet werden.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Untranprüchn, Arihand eines Ausführungsbeispiels, das in der Figur dargestellt ist, wird die Erfindung weiter erläutert.
Die Figur zeigt im Prinzip einen Querschnitt durch eine Eintransistorspeicherzelle. Bei einer solchen Eintransistorspeicherzelle wird als Speicherkondensator ein MOS-Varaktor verwendet.
Dieser ist mit einem Auswahltransistor AT verbunden. Der Auswahltransistor AT liegt im Ausführungsbeispiel neben dem Varaktor VA.
Der AuswahltransiskrAT besteht aus zwei gesteuerten Elektroden SEI und SE2 und der Steuerelektrode G. Dabei liegt die Steuerelektrode G durch eine Isolierschicht IS getrennt oberhalb der gesteuerten Elektrode SEI und SE2. Die gesteuerte Elektrode SEI kann bei einer Eintransistorspeicherzelle Teil der Bitleitung sein. Dei gesteuerte Elektrode SE2 ist mit dem Varaktor verbunden.
Der Varaktor VA besteht aus einer Elektrode SE3, die durch eine Isolierschicht IS getrennt über dem Halbleitersubstrat SU angeoranet ist. Als Isolierschicht wird gewöhnlich Siliziumoxid verwendet. Die Elektrode SE3 des Varaktors VA ist mit einer Leiterbahn LB verbunden, die zur Zuleitung einer Spannung an die Elektrode SE3 dient. Diese Leiterbahn LB ist durch eine größere Isolierschicht GS vom Halbleitersubstrat SU getrennt.
Wird an die Elektrode SE3 eine geeignete Spannung gelegt, dann bildet sich unterhalb der Elektrode SE3 an der Grenzfläche zwischen der Isolierschicht IS und dem Halbleitersubstrat SU eine sogenannte Inversionsschicht V. Diese Inversionsschicht V ist mit der Elektrode 5E2 des Auswahltransistors AT verbunden.
Die Kapazität eines solchen MOS-Varaktors VA wird dann gebildet aus der Kapazität zwischen der Elektrode 5E3 und der Inversionsschicht (Oxidkapazität) und weiterhin aus der Kapazität zwischen der Inversionsschicht V und dem Halbleitersubstrat SU. Diese zweite Kapazität ist eine Sperrschichtkapazität.
Erfindungsgemäß wird nun die Gesamtkapazität des Varaktors VA dadurch erhöht, daß die Sperrschichtkapazität vergrößert wird.
Dazu wird im Bereich des Varaktors VA das Halbleitersubstrat SU höher dotiert als in dessen übrigen Bereich. Der Bereich des Halbleitersubstrats SU, in dem dieses höher dotiert ist, ist in der Figur mit BE bezeichnet. Dieser Bereich liegt genau unterhalb der Elektrode SE3 und umfaßt etwa deren Größe. Durch diese Erhöhung der Dotierung im Bereich BE wird die Dicke der Sperrschicht (Raumladungszone RZ) verringert. Dies aber bedingt wieder eine Erhöhung der Kapazität einer solchen Sperrschicht. Die Raumladungszone ist in der Figur durch die gestrichelte Linie dargestellt. Sie umfaßt den Bereich BE des Halbleitersubstrats SU und einen Bereich unterhalb der gesteuerten Elektrode SE2 des Auswahltransistors AT. Die den Varaktor bildenden Kapazitäten sind schematisch in der Figur eingezeichnet mit CG für die Oxidkapazität und CS für die Sperrschichtkapazität.
Der Bereich BE kann in etwa zwei /um in das Halbleitersubstrat SU hinein gehen. Dabei ist es zweckmäßig, diesen Bereich BE dreimal so hoch zu dotieren als im übrigen Bereich des Kalbleitersubstrats SU. Für das Halbleitersubstrat kann von einer VotierungskonzenCration von ca.1014 Störatome pro cm3 ausgegangen werden.
Die zusätzliche Substratdotierung im Varaktorbereich kann mit Hilfe bekannter Verfahren erreicht werden. Zum Beispiel kann die Substratdotierung mit Hilfe der Diffusion oder Implantation oder auch einer Felddotierung durchgeführt werden.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Varaktors besteht darin, daß die Kapazität des Varaktors erhöht werden kann, ohne daß dessen Fläche vergrößert-wird. Dadurch wird z.B. bei Eintransistorspeicherzellen eine Erhöhung des Lesesignales erreicht, ohne daß der Platzbedarf für die Eintransistorzelle erhöht werden muß.
4 Patentansprüche 1 Figur L e e r s e i te

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e (###)MOS-Varaktor, bei dem eine Elektrode durch eine Isolierschicht von einem Halbleitersubstrat getrennt angeordnet ist und bei Anlegen einer eine Schwelispannung übersteigenden Spannung an die eine Elektrode sich eine Inversionsschicht unterhalb der Elektrode in dem Halbleitersubstrat bildet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Halbleitersubstrat (su) im Bereich (BE) des Varaktors (VA) höher dotiert ist als in seinem übrigen Bereich.
2. Varaktor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß das Halbleitersubstrat im Bereich des Varaktors dreimal so hoch dotiert ist als in seinem übrigen Bereich.
3. Varaktor nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Dicke der höher dotierten Schicht im iialbleitersubstrat 2 /um beträgt.
4. Anwendung eines MOS-Varaktors nach Anspruch 1 bei einer MOS-Eintransistorspeicherzelle, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß der Speicherkondensator der Eintransistorspeicherzelle so ausgeführt ist, daß in seinem Bereich das Halbleitersubstrat höher dotiert ist als in seinem übrigen Bereich.