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her Güten anzustreben, den Serienwiderstand zur Kapazität möglichst klein zu machen.to strive for quality, to make the series resistance to capacity as small as possible.
Integrierte, abstimmbare Kapazitäten können in unterschiedli- chen Technologien und mit unterschiedlichem Aufbau hergestellt sein. Bekannt sind beispielsweise:Integrated, tunable capacities can be manufactured in different technologies and with different structures. For example:
Als abstimmbare Kapazitäten ausgebildete Kapazitätsdioden, welche entweder als single-ended- oder als differenziell aus- gebildete Bauteile integriert sein können, vergleiche beispielsweise A.-S. Porret, T. Melly, C. C. Enz, E. A. Vittoz "Design of High-Q varactors for Low-Power ireless Applications Using a Standard CMOS Process", IEEE Journal of Solid- State Circuits, Vol. 35, No. 3, March 2000, pp . 337-345.Capacitance diodes designed as tunable capacitors, which can be integrated either as single-ended or as differentially configured components, compare, for example, A.-S. Porret, T. Melly, C. C. Enz, E. A. Vittoz "Design of High-Q varactors for Low-Power ireless Applications Using a Standard CMOS Process", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 35, No. 3, March 2000, pp. 337-345.
Weiterhin können die abstimmbaren Kapazitäten auch als NMOS- oder PMOS-Feldeffekttransistoren mit kurzgeschlossenen Sour- ce-/Drain-Gebieten, beispielsweise in N-Wannen ausgebildet sein, siehe beispielsweise P. Andreani , S. Mattisson, "On the Use of MOS Varactors in RF VCO's", IEEE Journal of Solid- State Circuits, Vol. 35, No. 6, June 2000, pp . 905-910.Furthermore, the tunable capacitances can also be designed as NMOS or PMOS field effect transistors with short-circuited source / drain regions, for example in N wells, see for example P. Andreani, S. Mattisson, "On the Use of MOS Varactors in RF VCO's ", IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. 35, No. 6, June 2000, pp. 905-910.
Aus der Druckschrift von M. Tiebout, "A Fully Integrated 1.3 GHz VCO for GSM in 0.25 μm Standard CMOS with a Phasenoise of -142 dBc/Hz at 3 MHz Offset", European Microwave Week 2000, ist weiterhin ein VCO mit NMOS-Varaktoren bekannt.From the publication by M. Tiebout, "A Fully Integrated 1.3 GHz VCO for GSM in 0.25 μm Standard CMOS with aphaseoise of -142 dBc / Hz at 3 MHz Offset", European Microwave Week 2000, there is also a VCO with NMOS varactors known.
Ein differentiell arbeitender PMOS-FET, ein NMOS-FET in einer n- anne sowie ein NMOS-FET in einer n- anne ohne verbundene Diffusionsgebiete sind aus der oben genannten Literaturstelle Porret et al bekannt .A differentially working PMOS-FET, an NMOS-FET in an n-antenna and an NMOS-FET in an n-antenna without connected diffusion regions are known from the above-mentioned literature reference Porret et al.
Ein NMOS-Feldeffekttransistor gebildet in einer n-Wanne mit p+-Extraktionsgebieten ist in der Druckschrift F. Svelto et al : "A Three Terminal Varactor for RFIC's in Standard CMOS Technology", IEEE Transactions on Electron Devices, Band 47, Nr. 4, April 2000, Seiten 893-895 angegeben.
In dem Aufsatz von J.N. Burghartz, M. Soyuer und K.A. Jenkins mit dem Titel "Integrated RF and Microwave Components in BiCMOS Technology", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 43, No. 9, September 1996, sind PN-Dioden hergestellt in bipolarer Fertigungstechnik angegeben, die als Basis- Kollektor-Dioden arbeiten.An NMOS field effect transistor formed in an n-well with p + extraction areas is described in the publication F. Svelto et al: "A Three Terminal Varactor for RFIC's in Standard CMOS Technology", IEEE Transactions on Electron Devices, Volume 47, No. 4, April 2000, pages 893-895. In the article by JN Burghartz, M. Soyuer and KA Jenkins with the title "Integrated RF and Microwave Components in BiCMOS Technology", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 43, No. 9, September 1996, PN diodes are produced in bipolar manufacturing technology, which work as basic collector diodes.
Schließlich ist in dem Aufsatz von Wallace Ming Yip Wong et al . "A Wide Tuning Range Gated Varactor", IEEE Journal of So- lid-State Circuits, Vol. 35, No. 5, May 2000, pp . 773-779 ein sogenannter Gated Varactor angegeben.Finally, in the essay by Wallace Ming Yip Wong et al. "A Wide Tuning Range Gated Varactor", IEEE Journal of Solid State Circuits, vol. 35, no. 5, May 2000, pp. 773-779 a so-called gated varactor.
Von den genannten bisherigen Lösungen zur Bereitstellung ei- ner abstimmbaren Kapazität sind die als Gated Varaktor und als NMOS-Feldeffekttransistor in einer n-Wanne mit p+ Extraktionsgebieten gebildeten diejenigen mit dem bisher größtmöglichen Abstimmbereich. Dabei wird das Hochfrequenzsignal üblicherweise an den Gate-Anschluß angelegt und ein zweiter An- Schluß zum Zuführen der Abstimmspannung benutzt, je nach Ausführung .Of the above-mentioned solutions for providing a tunable capacitance, those which have been formed as a gated varactor and as an NMOS field-effect transistor in an n-well with p + extraction areas are those with the largest possible tuning range to date. The high-frequency signal is usually applied to the gate connection and a second connection is used to supply the tuning voltage, depending on the version.
Die gesamte, effektive Kapazität eines derartigen Bauelements hängt von seinem jeweiligen Betriebszustand, wie Inversion, Verarmung oder Akkumulation beziehungsweise Anreicherung, ab, und ist durch die Spannungen an den genannten Knoten bestimmt. Die im allgemeinen konstanten, parasitären Kapazitäten eines derartigen Bauteils gehen dabei im allgemeinen stets additiv ein.The total effective capacity of such a component depends on its particular operating state, such as inversion, depletion or accumulation or enrichment, and is determined by the voltages at the nodes mentioned. The generally constant, parasitic capacitances of such a component are generally always additive.
In Inversion, wie auch in Akkumulation, ergibt sich die maximal erzielbare Kapazität als Summe von Gate-Oxid-Kapazität, bestimmt durch Gate-Fläche und Dicke der Gate-Oxid-Schicht, und aus den konstanten, parasitären Kapazitäten zwischen Gate und den Source- /Drain-Gebieten. Die minimal erzielbare Kapazität hingegen ergibt sich in Verarmung als Serienschaltung der Gate-Oxid-Kapazität und der Verarmungs- oder Depletion-
Kapazität und parallel dazu den konstanten, parasitären Kapazitäten zwischen Gate und den Source-/Drain-Gebieten. Bei gegebener Gate-Fläche und gegebener Technologie, welche die Gate-Oxid-Schichtdicke bestimmt, kann eine Vergrößerung des Ab- Stimmbereichs folglich nur durch Verringerung der minimalen Kapazität und/oder der konstanten Kapazitäten erfolgen.In inversion, as well as in accumulation, the maximum achievable capacitance results as the sum of gate oxide capacitance, determined by the gate area and thickness of the gate oxide layer, and from the constant, parasitic capacitances between the gate and the source / drain regions. The minimum achievable capacitance, on the other hand, results in depletion as a series connection of the gate oxide capacitance and the depletion or depletion Capacitance and in parallel the constant, parasitic capacitances between the gate and the source / drain regions. With a given gate area and given technology which determines the gate oxide layer thickness, the tuning range can therefore only be increased by reducing the minimum capacitance and / or the constant capacitances.
Um bei einer beispielsweisen Verwendung der abstimmbaren Kapazität in einem LC-VCO annehmbares Phasenrauschen des VCOs zu erhalten, ist es wünschenswert auch in dem LC-Kreis Serienwiderstände, wie oben erläutert, gering zu halten.In order to obtain acceptable phase noise of the VCO when using the tunable capacitance in an LC-VCO, for example, it is desirable to keep series resistances in the LC circuit low, as explained above.
Hierfür werden, wie bei Hochfrequenztransistoren üblich, sogenannte Fingerstrukturen sowie Transistoren mit geringer Ga- te-Länge verwendet. Die parasitären Kapazitäten sind hingegen weitgehend unabhängig von der Gate-Länge. Lediglich der variable Teil der Kapazitäten sinkt mit der Gate-Länge. Je kleiner also die Gate-Länge, desto größer sind die parasitären Kapazitäten im Vergleich zu den variablen Kapazitäten. Zum Erzielen höherer Güten muß man daher bisher in Kauf nehmen, einen geringeren Abstimmbereich zu erhalten. Auch der Umkehrschluß gilt: Je größer die Gate-Länge ist, desto weniger fallen die parasitären Kapazitäten ins Gewicht und demnach ist ein größerer Abstimmbereich erzielbar. Eine größere Gate-Länge führt jedoch zu steigenden Serienwiderständen und damit zu einer schlechteren Güte.As is customary with high-frequency transistors, so-called finger structures and transistors with a short gate length are used for this. In contrast, the parasitic capacitances are largely independent of the gate length. Only the variable part of the capacities decreases with the gate length. The smaller the gate length, the greater the parasitic capacitances compared to the variable capacitances. To achieve higher grades, it has therefore been necessary to accept a smaller tuning range. The reverse also applies: the larger the gate length, the less the parasitic capacitances are important and therefore a larger tuning range can be achieved. However, a larger gate length leads to increasing series resistances and thus to poorer quality.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine integrierte, abstimmbare Kapazität anzugeben, welche einen großen Abstimm- bereich aufweist und bei der die Güte verbessert ist.The object of the present invention is to provide an integrated, tunable capacitance which has a large tuning range and in which the quality is improved.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einer integrierten, abstimmbaren Kapazität, aufweisendAccording to the invention the object is achieved with an integrated, tunable capacity
- einen Halbleiterkörper, mit einem wannenförmig ausgebilde- ten Halbleitergebiet von einem ersten Leitfähigkeits-Typ, wobei der Halbleiterkörper von einem zweiten Leitfähigkeits-Typ ist,
- zumindest ein erstes isolierendes Gebiet, das in den Halbleiterkörper eingebracht ist, eine gemeinsame Grenzfläche mit dem wannenförmig ausgebildeten Halbleitergebiet und eine erste Schichtdicke hat, - ein zweites isolierendes Gebiet, das eine gemeinsame Grenzfläche mit dem Halbleitergebiet und eine gemeinsame Grenzfläche mit dem ersten isolierenden Gebiet hat,a semiconductor body with a trough-shaped semiconductor region of a first conductivity type, the semiconductor body being of a second conductivity type, - At least a first insulating region, which is introduced into the semiconductor body, has a common interface with the trough-shaped semiconductor region and a first layer thickness, - A second insulating region, which has a common interface with the semiconductor region and a common interface with the first insulating region Has,
- eine Gate-Elektrode, die auf dem zweiten isolierenden Gebiet angeordnet ist, und - zumindest ein Wannenanschlußgebiet zum Anschluß des Halbleitergebiets an eine Steuerspannung zum Abstimmen der Kapazität, welches eine höhere Dotierstoffkonzentration als das Halbleitergebiet aufweist und welches eine zweite Schichtdicke größer als die erste Schichtdicke hat.a gate electrode which is arranged on the second insulating region and at least one well connection region for connecting the semiconductor region to a control voltage for tuning the capacitance, which has a higher dopant concentration than the semiconductor region and which has a second layer thickness greater than the first layer thickness Has.
Die hoch dotierten Wannenanschlußgebiete, welche in eine verhältnismäßig große Tiefe im Halbleitermaterial reichen, bewirken einen geringen Serienwiderstand der integrierten, abstimmbaren Kapazität bei zugleich hohem Variationsverhältnis, das heißt bei verhältnismäßig großen Quotienten aus maximal und minimal einstellbarer Kapazität der abstimmbaren Kapazität.The highly doped trough connection areas, which extend to a relatively large depth in the semiconductor material, bring about a low series resistance of the integrated, tunable capacitance with a high variation ratio, that is to say with relatively large quotients of the maximum and minimum adjustable capacitance of the tunable capacitance.
Die hoch dotierten Wannenanschlußgebiete dienen zum Verbinden des erfindungsgemäßen Varaktors mit einem Anschluß zur Zuführung einer Abstimmspannung zum Einstellen der Kapazität des Varaktors, während die Gate-Elektrode bevorzugt als Hochfrequenz-Anschluß ausgebildet ist.The highly doped trough connection regions serve to connect the varactor according to the invention to a connection for supplying a tuning voltage for adjusting the capacitance of the varactor, while the gate electrode is preferably designed as a high-frequency connection.
Der Halbleiterkörper kann einen Substratanschluß aufweisen, der mit einem Bezugspotentialanschluß oder einem Mittel zur Zuführung einer Vorspannung verbindbar ist.The semiconductor body can have a substrate connection which can be connected to a reference potential connection or a means for supplying a bias voltage.
Aufgrund von lateraler Ausdehnung der Wannenanschlußgebiete in einer Richtung parallel zur aktiven Vorderseite des Halbleiterkörpers unter das erste isolierende Gebiet können die Serienwiderstände des Varaktors weiter verringert werden. Da-
bei ist jedoch darauf zu achten, daß die Ausdehnung des Wan- nenanschlußgebietes unter dem ersten isolierenden Gebiet entlang nicht unter das zweite isolierende Gebiet reicht, welches bevorzugt als Gate-Oxidgebiet ausgebildet ist.Due to the lateral expansion of the trough connection regions in a direction parallel to the active front side of the semiconductor body under the first insulating region, the series resistances of the varactor can be reduced further. There- In the case of, however, care must be taken to ensure that the extension of the trough connection region under the first insulating region does not extend below the second insulating region, which is preferably designed as a gate oxide region.
Die beschriebenen Wannenanschlußgebiete mit hoher Dotierstoffkonzentration, welche in eine große Tiefe in den Halbleiterkörper hineinreichen, können beispielsweise in einer BiCMOS-Fertigungstechnik als sogenannte Kollektortiefimplan- tationen anstelle der üblicherweise bei CMOS-Varaktoren vorgesehenen Source-/Drain-Gebiete realisiert sein.The well connection regions described with a high dopant concentration, which extend into the semiconductor body to a great depth, can be implemented, for example, in a BiCMOS production technology as so-called collector deep implantations instead of the source / drain regions usually provided for CMOS varactors.
Bevorzugt ist die integrierte, abstimmbare Kapazität symmetrisch ausgebildet, das heißt mit je zwei ersten isolierenden Gebieten mit je zwei benachbarten Wannenanschlußgebieten, welche jeweils in eine größere Tiefe als die ersten isolierenden Gebiete reichen. Die ersten isolierenden Gebiete grenzen dabei an das zweite isolierende Gebiet und umgeben das wannenförmig ausgebildete Halbleitergebiet vom ersten Leitfä- higkeitstyp.The integrated, tunable capacitance is preferably of symmetrical design, that is to say with two first insulating regions each with two adjacent trough connection regions, each of which extends to a greater depth than the first insulating regions. The first insulating regions border on the second insulating region and surround the trough-shaped semiconductor region of the first conductivity type.
Die Wannenanschlußgebiete gemäß vorliegendem Prinzip zeichnen sich dadurch aus, daß sie im Verhältnis zu Source-/Drain- Gebieten eine deutlich größere Tiefe der Dotiergebiete errei- chen.The well connection regions according to the present principle are distinguished in that they reach a significantly greater depth of the doping regions in relation to source / drain regions.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung grenzt eine vergrabene Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp mit der höheren Dotierstoffkonzentration an das zu- mindest eine Wannenanschlußgebiet an.In a preferred embodiment of the present invention, a buried layer of the first conductivity type with the higher dopant concentration adjoins the at least one well connection region.
Mit einer vergrabenen Schicht, einem sogenannten Buried Lay- er, unterhalb des wannenförmig ausgebildeten Halbleitergebiets und angrenzend an das zumindest eine Wannenanschlußge- biet ist die Güte der abstimmbaren Kapazität weiter verbessert, da die Serienwiderstände weiter verringert sind.
Eine noch weitere Verbesserung der Güte der Anordnung kann dadurch erreicht werden, daß die vergrabene Schicht unmittelbar unterhalb des zumindest einen ersten isolierenden Gebiets angeordnet ist. Sind jedoch die Dotierungsverhältnisse so, daß ohne die vergrabene Schicht die maximale Raumladunsgzone tiefer ist als die erste isolierende Schicht, so würde durch eine vergrabene Schicht direkt unterhalb der ersten isolierenden Schicht der Abstimmbereich verringert. Soll der Abstimmbereich nicht durch die vergrabene Schicht verringert werden bei etwas weniger stark verbesserter Güte, so beginnt die vergrabene Schicht vorteilhafterweise direkt (in vertikaler Richtung) angrenzend an die maximal ausgedehnte Raumladungszone. Jedoch grenzen sie in jedem Fall bevorzugt an die Wannenanschlußgebiete, liegen also nicht tiefer.With a buried layer, a so-called buried layer, below the trough-shaped semiconductor region and adjacent to the at least one trough connection region, the quality of the tunable capacitance is further improved, since the series resistances are further reduced. A still further improvement in the quality of the arrangement can be achieved in that the buried layer is arranged immediately below the at least one first insulating region. However, if the doping ratios are such that the maximum space charge zone is deeper than the first insulating layer without the buried layer, the tuning range would be reduced by a buried layer directly below the first insulating layer. If the tuning range is not to be reduced by the buried layer with somewhat less improved quality, the buried layer advantageously begins directly (in the vertical direction) adjacent to the maximally extended space charge zone. In any case, however, they preferably border on the tub connection areas, so they are not lower.
Bei symmetrischer Ausführung der abstimmbaren Kapazität ist im Querschnitt das wannenförmig ausgebildete Halbleitergebiet unterhalb der Gate-Elektrode von Wannenanschlußgebieten und vergrabener Schicht eingeschlossen.With a symmetrical design of the tunable capacitance, the trough-shaped semiconductor region below the gate electrode is enclosed by trough connection regions and the buried layer in cross section.
In einer weiteren, bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung ist das zumindest eine Wannenanschlußgebiet in bipolarer Fertigungstechnik gebildet.In a further preferred embodiment of the present invention, the at least one tub connection area is formed using bipolar manufacturing technology.
Die Wannenanschlußgebiete können beispielsweise als Kollektortiefimplantationen, hergestellt in bipolaren Prozeßschrit- tenschritten einer BiCMOS-Fertigung, ausgebildet sein.The trough connection areas can be designed, for example, as deep collector implants, produced in bipolar process step steps of a BiCMOS production.
In einer weiteren, bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung hat das zumindest eine Wannenanschlußgebiet je eine gemeinsame Grenzfläche mit dem zweiten isolierenden Gebiet und dem Halbleitergebiet unter der Gate-Elektrode.In a further preferred embodiment of the present invention, the at least one well connection region has a common interface with the second insulating region and the semiconductor region under the gate electrode.
Mit einer derartigen Direktanbindung der Wannenanschlußgebiete an das zweite isolierende Gebiet und das Halbleitergebiet direkt darunter ist eine weitere Verbesserung der Güte er-
reicht. Betrachtet man jedoch die gesamte von der abstimmbaren Kapazität eingenommene Chipfläche, so nimmt die beschriebene Direktanbindung lediglich eine verhältnismäßig geringe Fläche ein, um eine unerwünschte Erhöhung der paraistären Ka- pazitäten zu vermeiden.With such a direct connection of the trough connection regions to the second insulating region and the semiconductor region directly below, a further improvement in the quality is achieved. enough. However, if one looks at the total chip area occupied by the tunable capacity, the described direct connection takes up only a relatively small area in order to avoid an undesired increase in the para-capacitance.
Die abstimmbare Kapazität ist, wie bei Feldeffekttransistoren für Hochfrequenzanwendungen üblich, bevorzugt in einer sogenannten Fingerstruktur mit mehreren, parallel verlaufenden Gate-Elektrodenbahnen ausgebildet.As is customary with field effect transistors for high-frequency applications, the tunable capacitance is preferably formed in a so-called finger structure with a plurality of gate electrode tracks running in parallel.
In einer weiteren, bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Gebiet zum Anschluß an Bezugspotential vorgesehen, welches von einem zweiten Leitfähigkeitstyp sowie hochdotiert ist und je eine gemeinsame Grenzfläche mit dem zweiten isolierenden Gebiet und dem Halbleitergebiet unter der Gate-Elektrode hat.In a further preferred embodiment of the present invention, an area for connection to reference potential is provided which is of a second conductivity type and is highly doped and has a common interface with the second insulating area and the semiconductor area under the gate electrode.
Wie bei der bereits beschriebenen Direktanbindung der Wannen- anschlußgebiete an das wannenförmig ausgebildete Halbleitergebiet direkt entlang des Gate-Oxids beziehungsweise des zweiten isolierenden Gebiets durch Weglassen des ersten isolierenden Gebiets an wenigen Stellen der abstimmbaren Kapazität nimmt auch die beschriebene Direktanbindung an Bezugspo- tential bezüglich der gesamten, von der abstimmbaren Kapazität eingenommenen Chipfläche eine geringe Fläche ein beziehungsweise erfolgt nur an verhältnismäßig wenigen Stellen im Halbleiter.As with the direct connection of the trough connection regions to the trough-shaped semiconductor region already described, directly along the gate oxide or the second insulating region by omitting the first insulating region at a few points of the tunable capacitance, the described direct connection also takes on reference potential with respect to the whole , of the tunable capacity occupied by the chip area takes up a small area or takes place only in relatively few places in the semiconductor.
Mit der beschriebenen Direktanbindung an Bezugspotential mittels eines hochdotierten Gebietes vom entgegengesetzten Leitf higkeitstyp bezüglich des wannenförmig ausgebildeten Halbleitergebiets kann eine noch weitere Verbesserung der Güte erzielt werden.With the described direct connection to reference potential by means of a highly doped region of the opposite conductivity type with respect to the trough-shaped semiconductor region, a further improvement in the quality can be achieved.
In einer weiteren, bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung hat das zweite isolierende Gebiet eine dritte
Schichtdicke, die deutlich kleiner als die erste Schichtdicke des ersten isolierenden Gebiets ist. Das zweite isolierende Gebiet ist bevorzugt als sogenannte Gate-Oxidschicht in einem CMOS-Fertigungsschritt gebildet. Die ersten isolierenden Ge- biete hingegen sind bevorzugt als sogenannte Dickoxidgebiete ausgebildet, beispielsweise als sogenanntes Shallow Trench Insulation, STI , zur Erzielung eines verbesserten Variationsverhältnisses .In a further preferred embodiment of the present invention, the second insulating area has a third Layer thickness that is significantly smaller than the first layer thickness of the first insulating region. The second insulating region is preferably formed as a so-called gate oxide layer in a CMOS manufacturing step. In contrast, the first insulating regions are preferably designed as so-called thick oxide regions, for example as a so-called shallow trench insulation, STI, in order to achieve an improved variation ratio.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Aus- führungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert.Further details of the invention are the subject of the dependent claims. The invention is explained in more detail below using several exemplary embodiments with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer prinzipiellen Anordnung einer erfindungsgemäßen abstimmbaren Kapazität,FIG. 1 shows a cross section through an exemplary embodiment of a basic arrangement of a tunable capacitance according to the invention,
Figur 2 einen Querschnitt durch einen bezüglich Figur 1 weitergebildeten Gegenstand mit Direktanbindung des wannenförmig ausgebildeten Halbleitergebiets entlang des Gateoxids an ein Wannenanschlußgebiet,FIG. 2 shows a cross section through an object developed with respect to FIG. 1 with a direct connection of the trough-shaped semiconductor region along the gate oxide to a trough connection region,
Figur 3 eine schematische Draufsicht auf einen Gegenstand mit Querschnitten gemäß Figuren 1 und 2,FIG. 3 shows a schematic plan view of an object with cross sections according to FIGS. 1 and 2,
Figur 4 einen Querschnitt durch einen bezüglich Figur 1 weitergebildeten Gegenstand mit Direktanbindung an Bezugspotential und4 shows a cross section through an object developed with respect to FIG. 1 with a direct connection to reference potential and
Figur 5 eine schematische Draufsicht auf eine Kapazität mit einem Querschnitt gemäß Figur 4,FIG. 5 shows a schematic top view of a capacitance with a cross section according to FIG. 4,
Figur 6 anhand eines Schaubilds den Verlauf Güte einer beispielhaften erfindungsgemäßen Kapazität in Abhän-
4-> xi JFIG. 6 is a graph showing the quality of an exemplary capacitance according to the invention as a function of 4-> xi J
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sollten sie in jedem Fall an die Wannenanschlußgebiete 6 grenzen, also nicht tiefer liegen.they should in any case border on the tub connection areas 6, ie not lower.
Die vergrabene Schicht 7 verläuft parallel zur Gateoxid- Schicht 4 entlang der aktiven Vorderseite des Halbleiterkörpers 1.The buried layer 7 runs parallel to the gate oxide layer 4 along the active front side of the semiconductor body 1.
Zum besseren Verständnis der elektrischen Verhältnisse in der integrierten abstimmbaren Kapazität sind sowohl die gewünsch- ten als auch die parasitären elektrischen Ersatzelemente in Figur 1 eingezeichnet, welche zum einen den Serienwiderstand des Varaktors und zum anderen das Verhältnis der veränderbaren Kapazität zu den parasitären Kapazitäten und damit das Variationsverhältnis der Kapazität bestimmen. Das Variations- Verhältnis ist dabei definiert als Quotient aus maximal und minimal einstellbarem Kapazitätswert.For a better understanding of the electrical conditions in the integrated tunable capacitance, both the desired and the parasitic electrical replacement elements are shown in FIG. 1, which on the one hand show the series resistance of the varactor and on the other hand the ratio of the variable capacitance to the parasitic capacitances and thus that Determine the variation ratio of the capacity. The variation ratio is defined as the quotient of the maximum and minimum adjustable capacitance value.
Im einzelnen bezeichnen CHH die einstellbare Raumladungskapazität, Cox die Gateoxidkapazität, Cr Randkapazitäten und Cu die Überlappungskapazität. Die Widerstände Rg und Rι_ bis R4 bestimmen den auftretenden Serienwiderstand des Varaktors, der zusammen mit den Kapazitäten die Güte desselben festlegt.In particular, CHH denotes the adjustable space charge capacity, C ox the gate oxide capacity, C r edge capacities and C u the overlap capacity. The resistors Rg and Rι_ to R4 determine the series resistance of the varactor which, together with the capacities, determines the quality of the varactor.
Um ein großes Variationsverhältnis zu Erhalten, ist es wün- sehenswert, einen großen Variationsbereich der Raumladungskapazität C-jd zu erhalten bei zugleich geringen, im allgemeinen festen Kapazitäten Cr und Cu. Zur Erhöhung der Güte ist ein möglichst geringer Serienwiderstand wünschenswert.In order to obtain a large variation ratio, it is desirable to obtain a large variation range of the space charge capacity C-jd with simultaneously small, generally fixed capacities C r and C u . To increase the quality, the lowest possible series resistance is desirable.
Bei vorliegender Anordnung ist die Güte dadurch verbessert, daß die Widerstände R3 und R aufgrund der hoch dotierten Kollektortiefimplantationsgebiete 6 im Vergleich zu einem CMOS-Varaktor deutlich verringert sind. Mit der vergrabenen Schicht 7, welche ebenfalls hoch dotiert ist, können zusätz- lieh vor allem die Widerstände R2 verringert werden.
PQ l 4-) 4->In the present arrangement, the quality is improved in that the resistors R3 and R are significantly reduced compared to a CMOS varactor due to the highly doped collector deep implantation regions 6. With the buried layer 7, which is also highly doped, the resistances R2 can be reduced in particular. PQ l 4- ) 4->
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H CN ro ro
H CN ro ro
daß mit vorliegendem Gegenstand die minimale Güte bei geringer Wannenspannung von 16 auf 34 und bei hoher Wannenspannung von 67 auf 145 verbessert werden konnte.that with the subject matter the minimum quality could be improved from 16 to 34 at low tub tension and from 67 to 145 at high tub tension.
Die Güte der abstimmbaren Kapazität berechnet sich dabei aus der Serienschaltung der variablen Kapazität C sowie eventuell vorhandener Serienwiderstände R mit der Formel Q = 1 / ωRC mit ω = Betriebs-Kreisfrequenz und Q = Güte.The quality of the tunable capacitance is calculated from the series connection of the variable capacitance C and any existing series resistances R with the formula Q = 1 / ωRC with ω = operating angular frequency and Q = quality.
Anstelle der gezeigten Ausführungsbeispiele mit P-Substrat und N-Wanne sowie N+ Kollektortiefimplantationsgebiete kann vorliegendes Prinzip selbstverständlich auch auf Fertigungsprozesse mit N-Substrat übertragen werden. Dabei ist P- dotiertes Gebiet als wannenförmiges Gebiet 2 zu verwenden, während die Kollektortiefimplantationsgebiete sowie die vergrabene Schicht P+ dotiert auszuführen sind. Die beschriebenen Direktanbindungen sind dann ebenfalls mit umgekehrtem Leitfähigkeitstyp bezüglich der gezeigten Ausführungsbeispiele vorzusehen.
Instead of the exemplary embodiments shown with P substrate and N well and N + collector deep implantation areas, the present principle can of course also be applied to production processes with N substrate. P-doped area is to be used as trough-shaped area 2, while the deep collector implantation areas and the buried layer are to be P + doped. The described direct connections are then also to be provided with the opposite conductivity type with respect to the exemplary embodiments shown.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 P-Substrat1 P substrate
2 N-Wanne 3 Dickoxid, STI2 N-tub 3 thick oxide, STI
4 Gateoxid4 gate oxide
5 Gate-Elektrode5 gate electrode
6 N+ Wannenanschlußgebiet6 N + tub connection area
7 N+ Buried Layer 8 Bezugspotential-Anschlußgebiet7 N + Buried Layer 8 reference potential connection area
9 Güte9 goodness
10 Güte A Dicke B Dicke D Dicke10 Grade A Thickness B Thickness D Thickness
Cox Gateoxid-KapazitätC ox gate oxide capacity
Cjd RaumladungskapazitätC jd space charge capacity
Cr RandkapazitätC r marginal capacity
Cü Überlappungskapazität Rx WiderstandC ü overlap capacity R x resistance
R2 WiderstandR 2 resistance
R3 WiderstandR 3 resistance
R4 WiderstandR 4 resistance
RG Widerstand
R G resistance