TWI524474B - 鰭式場效電晶體可變電容電路及其形成方法 - Google Patents

鰭式場效電晶體可變電容電路及其形成方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI524474B
TWI524474B TW103146207A TW103146207A TWI524474B TW I524474 B TWI524474 B TW I524474B TW 103146207 A TW103146207 A TW 103146207A TW 103146207 A TW103146207 A TW 103146207A TW I524474 B TWI524474 B TW I524474B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
finfet
variable capacitor
voltage
capacitor
circuit
Prior art date
Application number
TW103146207A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201539664A (zh
Inventor
謝協宏
劉懿萱
周淳朴
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台灣積體電路製造股份有限公司 filed Critical 台灣積體電路製造股份有限公司
Publication of TW201539664A publication Critical patent/TW201539664A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI524474B publication Critical patent/TWI524474B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1237—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator
    • H03B5/1275—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator having further means for varying a parameter in dependence on the frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • H01L27/0629—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with diodes, or resistors, or capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232—Field-effect technology
    • H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823431—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of transistors with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232—Field-effect technology
    • H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823475—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type interconnection or wiring or contact manufacturing related aspects
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/0805—Capacitors only
    • H01L27/0808—Varactor diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/0886—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate including transistors with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1206—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification
    • H03B5/1212—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification the amplifier comprising a pair of transistors, wherein an output terminal of each being connected to an input terminal of the other, e.g. a cross coupled pair
    • H03B5/1215—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification the amplifier comprising a pair of transistors, wherein an output terminal of each being connected to an input terminal of the other, e.g. a cross coupled pair the current source or degeneration circuit being in common to both transistors of the pair, e.g. a cross-coupled long-tailed pair
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1228—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the amplifier comprising one or more field effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1237—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator
    • H03B5/124—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance
    • H03B5/1243—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance the means comprising voltage variable capacitance diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08—Details of the phase-locked loop
    • H03L7/085—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal
    • H03L7/089—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal the phase or frequency detector generating up-down pulses
    • H03L7/0891—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal the phase or frequency detector generating up-down pulses the up-down pulses controlling source and sink current generators, e.g. a charge pump
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08—Details of the phase-locked loop
    • H03L7/099—Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08—Details of the phase-locked loop
    • H03L7/099—Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop
    • H03L7/0995—Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop the oscillator comprising a ring oscillator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

鰭式場效電晶體可變電容電路及其形成方法
本發明係有關於鰭式場效電晶體(FinFET)可變電容電路，且特別是有關於形成鰭式場效電晶體可變電容電路之方法。
金屬氧化層半導體(metal-oxide-semiconductor,MOS)可變電容係具有一電容之半導體裝置，其中該電容隨著一施加電壓之一函數改變。可變電容通常被使用在電路中的調諧元件，像是壓控振盪器(voltage controlled oscillators,VCOs)、相位移位器、以及鎖相迴路(phase locked loops,PLLs)。例如，藉由改變施加至一可變電容之一電壓，調整一相關壓控振盪器之操作頻率。
一可變電容之一重要特徵在於施加電壓與響應電容值之間的關係。例如，電容值比例，亦稱為調諧率(tunibility)，係最高電容值和最低電容值(Cmax/Cmin)之一比例，可藉由施加一定範圍內電壓於一可變電容達成。該電容值比例告訴設計者可變電容之電容值是如何隨著一施加電壓改變。
本揭露之一實施例提供一種鰭式場效電晶體(FinFET)可變電容電路。該FinFET可變電容電路包括一鰭式場效電晶體(FinFET)金屬氧化層半導體(MOS)可變電容和一或多個控制元件。該FinFET MOS可變電容具有一第一端和一第二端，其中該第一端包括該FinFET MOS可變電容之一閘極端，而該第二端包括該FinFET MOS可變電容之一汲極端和一源極端。該一或多個控制元件被連接至該FinFET MOS可變電容之該第一端或該第二端。當一電壓被應用至該一或多個控制元件時，該一或多個控制元件被配置以改變該FinFET MOS可變電容之一或多個操作特性。
本揭露之一實施例提供一種FinFET可變電容電路。該FinFET可變電容電路包括一FinFET MOS可變電容、一分壓電路、一電容元件、以及一直流偏壓電壓源。該FinFET MOS可變電容具有一第一端和一第二端，其中該第一端包括該FinFET MOS可變電容之一閘極端，而該第二端包括該FinFET MOS可變電容之一汲極端和一源極端。該分壓電路具有一第一電阻元件和一第二電阻元件，其中該第一電阻元件被連接在一控制電壓和一第一節點之間，且該第一節點被耦接至上述第二電阻元件和上述FinFET MOS可變電容。該電容元件在該第一節點被以串聯方式連接至該FinFET MOS可變電容。該直流偏壓電壓源被耦接至該FinFET MOS可變電容，並被配置以選擇性將一直流偏壓應用至該FinFET MOS可變電容。
本揭露之一實施例提供一種形成一FinFET可變電容電路之方法。該方法包括提供具有一第一端和一第二端之一 鰭式場效電晶體(FinFET)金屬氧化層半導體(MOS)可變電容，其中該第一端包括該FinFET MOS可變電容之一閘極端，且該第二端包括該FinFET MOS可變電容之一汲極端和一源極端。該方法更包括將一或多個控制元件連接至該FinFET MOS可變電容之該第一端或該第二端，其中該一或多個控制元件被配置以操作該FinFET MOS可變電容之一或多個操作特性。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
100‧‧‧FinFET可變電容電路
102‧‧‧FinFET MOS可變電容
103‧‧‧控制元件
104‧‧‧串聯電容元件
106‧‧‧分壓電路
108‧‧‧直流偏壓電壓源
110‧‧‧控制單元
200‧‧‧FinFET MOS可變電容
202‧‧‧基板
204‧‧‧鰭
206‧‧‧絕緣區間
208‧‧‧閘極結構
210‧‧‧閘極材料層
212‧‧‧閘極介電層
214‧‧‧第一方向
216‧‧‧第二方向
218‧‧‧雙端的FinFET MOS可變電容
300‧‧‧FinFET可變電容電路
302‧‧‧FinFET MOS可變電容
304‧‧‧電容元件
306‧‧‧分壓電路
308‧‧‧直流偏壓電壓源
400、410、420‧‧‧圖式
402、404、406、408、412、414、422、424、426‧‧‧趨勢線
416a、416b、418a、418b‧‧‧箭頭方向
500‧‧‧FinFET可變電容電路
502‧‧‧串聯電容器
504‧‧‧分壓電路
506‧‧‧第一電阻元件
508‧‧‧第二電阻元件
512‧‧‧控制單元
600‧‧‧三維積體電路晶片
602‧‧‧半導體基板
604a-604b‧‧‧疊層
606‧‧‧ITVs
608‧‧‧電性絕緣層
610a-610b‧‧‧裝置層
612a-612b‧‧‧金屬開孔
614a-614b‧‧‧金屬線
616a-616b‧‧‧電介層
700‧‧‧壓控振盪器
701‧‧‧LC儲能電路
702a、702b‧‧‧第一電容性元件、第二電容性元件
703a、703b‧‧‧第一和第二FinFET可變電容電路
704a、704b‧‧‧分壓電路
706‧‧‧直流偏壓電壓源
707‧‧‧驅動電路
800‧‧‧鎖相迴路
802‧‧‧相位頻率偵測器
804‧‧‧電荷幫浦
806a、806b‧‧‧第一電流源、第二電流源
808‧‧‧濾波器
810‧‧‧可變電容
812‧‧‧壓控振盪器
814‧‧‧分壓電路
Sctrl1-Sctrl3‧‧‧控制信號
Tctrl‧‧‧控制端
Port1、Port2‧‧‧第一埠、第二埠
Vctrl‧‧‧控制電壓
Vbias‧‧‧偏壓
R1-R3‧‧‧電阻性元件
R11、R12、R13、R21、R22、R23‧‧‧電阻器
C11、C12、C13‧‧‧電容器
S11-S13、S21-S23、Sc1-Sc3‧‧‧開關
Cvar‧‧‧可變電容
Cvar1、Cvar2‧‧‧FinFET MOS可變電容
L1、L2‧‧‧第一電感元件、第二電感元件
VDD‧‧‧供應電壓
MN1、MN2‧‧‧第一電晶體、第二電晶體
Mtail‧‧‧尾電流源
+Vo、-Vo‧‧‧第一輸出電壓、第二輸出電壓
Iup、Idown‧‧‧電流
Ictrl‧‧‧控制電流
FREF‧‧‧外部參考時脈信號
IN1、IN2‧‧‧第一輸入節點、第二輸入節點
第1圖依據一些實施例舉例說明一鰭式場效電晶體(FinFET)可變電容電路之一區塊圖，其中該FinFET可變電容電路具有被配置以調整一施加電壓和一響應電容值之一關係之一或多個控制元件。
第2A圖至第2B圖依據一些實施例舉例說明FinFET可變電容電路之一三維視圖以及對應之一電路圖。
第3圖依據一些實施例舉例說明已揭示之一FinFET可變電容電路之一電路圖。
第4A圖至第4C圖依據一些實施例舉例說明一電容值與已揭示之一FinFET可變電容電路之一施加電壓之間之一關係圖。
第5圖舉例說明已揭示之一FinFET可變電容電路之一電路圖之一些替代實施例。
第6圖舉例說明一三維積體晶片(3DIC)之一剖面圖之一些 實施例，其中該三維積體晶片包括已揭示之一FinFET MOS可變電容電路，且該FinFET MOS可變電容電路具有放置在該三維積體晶片之不同層之不同元件。
第7圖舉例說明包括已揭示之一FinFET可變電容電路之一壓控振盪器(VCO)之一電路圖之一些實施例。
第8圖舉例說明包括已揭示之一FinFET可變電容電路之一鎖相迴路(PLL)之一電路圖之一些實施例。
第9圖舉例說明形成具有被配置以調整一施加電壓與一響應電容值之一關係之一或多個控制元件之一FinFET可變電容電路之一方法之一些實施例之一流程圖。
所請求保護的專利標的現在配合圖式描述，其中相似的參考數字一般用來代表相似的元件。在以下的描述中，為達到解釋的目的，闡述數個特定的細節以提供對所請求保護的專利標的之理解。然而，顯而易見的，沒有這些特定的細節，所請求保護的專利標的可被實施。在其他情況下，以方框圖的形式顯示結構和裝置以利描述所請求保護的專利標的。
鰭式場效電晶體(FinFET)裝置逐漸地普遍地被用於積體電路之中。FinFET裝置具有包括半導體材料-鰭(fin)之一導電通道，該半導體材質-鰭在一平面基板上升起以形成一三維架構。一閘極架構被配置以控制在該導電通道之中流動的電荷載體，且環繞該半導體材料-鰭。例如，在一三閘極(tri-gate)FinFET裝置中，其閘極架構環繞在該半導體材料-鰭之三側，藉以在該半導體材料-鰭之三側形成該導電通道。
由於FinFET裝置表現出良好的類比和射頻(RF)效能，FinFET裝置有很大的潛力被使用在金屬氧化層半導體(MOS)可變電容中之複數新興技術節點(例如，16奈米節點等等)。然而，相較平面的MOS裝置，由於FinFET裝置之三閘極結構，FinFET MOS可變電容之電容值對施加電壓的變化較為靈敏。這導致FinFET MOS可變電容對應之一施加電壓會具有較大的電容值變化(例如，一相對陡之電容值對電壓值(C-V)曲線)。較大的電容值變化允許FinFET MOS可變電容之效能更容易受雜訊影響而降低。
例如，FinFET MOS可變電容之較陡的電容值C對電壓值V曲線導致相較使用平面的MOS可變電容，在壓控振盪器(VCO)中需使用到較大VCO增益(KVCO)之FinFET MOS可變電容。較大的VCO增益會放大耦接至該壓控振盪器之雜訊，從而導致該壓控振盪器對雜訊較敏感而降低其相位雜訊效能。而該FinFET MOS可變電容之電容值對電壓值(C-V)曲線的斜率可藉由增加FinFET MOS可變電容中鰭的寬度而減少，增加鰭的寬度會改變FinFET MOS可變電容之製程中所使用到的參數，因而需要花費額外的工作在FinFET MOS可變電容之製程上。
因此，本發明之一些觀點提供一種FinFET可變電容電路，該FinFET可變電容電路具有被配置以控制一FinFET可變電容之一電壓和一電容值之間關係之一或多個控制元件，且以上控制操作無須改變FinFET MOS可變電容之製程中所使用到的參數。在一些實施例中，該FinFET可變電容電路包括具有一第一端和一第二端之一FinFET可變電容，其中該第一 端包括該FinFET MOS可變電容之一閘極端，且該第二端包括該FinFET MOS可變電容之一汲極端和一源極端。一或多個控制元件被連接至該FinFET MOS可變電容之該第一端或該第二端。當施加一電壓至該一或多個控制元件時，該一或多個控制元件被配置以改變該FinFET MOS可變電容之一或多個操作特性。藉由使用被連接至該FinFET MOS可變電容之該第一端和/或該第二端之該等控制元件改變該FinFET MOS可變電容之該一或多個操作特性，可在無須改變FinFET MOS可變電容之製程中所使用到參數的情形下調整FinFET MOS可變電容之特性(例如，電容值對電壓值(C-V)曲線)。
第1圖依據一些實施例舉例說明一鰭式場效電晶體(FinFET)可變電容電路100之一區塊圖，其中FinFET可變電容電路100具有被配置以調整一或多個操作特性(例如，一施加電壓和一響應電容值之一關係)之一或多個控制元件103。
FinFET可變電容電路100包括連接至一或多個控制元件103之一鰭式場效電晶體(FinFET)金屬氧化層半導體(MOS)可變電容102。一或多個控制元件103被配置以改變FinFET MOS可變電容102之一或多個操作特性。在一些實施例中，該一或多個操作特性包括FinFET MOS可變電容102之電容值和/或施加施加至FinFET MOS可變電容102之一電壓和一響應電容值之間的關係(例如，FinFET MOS可變電容102之電容值對電壓值(C-V)曲線)。例如，在一些實施例中，FinFET可變電容電路100包括一第一埠Port1、一第二埠Port2和一控制端T ctrl 。當一電壓被施加至第一埠Port1、第二埠Port2、或是 控制端T ctrl 之一者或一者以上時，一或多個控制元件103被配置以改變FinFET MOS可變電容102之電容值(例如，變化率、改變電容值大小...等等)。
在一些實施例中，FinFET MOS可變電容102包括一第一端T1和一第二端T2。在一些實施例中，第一端T1被耦接至FinFET MOS可變電容102之一閘極，而第二端T2被耦接至FinFET MOS可變電容102之源極端和汲極端。FinFET MOS可變電容102之一電容隨著施加至第一端T1和第二端T2之一施加電壓之一函數改變。在各種實施例之中，一或多個控制元件103被連接在第一埠Port1和第二埠Port2之間、和/或控制端T ctrl 和第一端T1之間、和/或FinFET MOS可變電容102之第二端T2。
在一些實施例中，一或多個控制元件103包括一分壓電路106，分壓電路106被配置以控制施加至FinFET MOS可變電容102之一電壓。藉由控制施加至FinFET MOS可變電容102之一電壓，分壓電路106得以讓施加至FinFET MOS可變電容102之該電壓和一響應電容之間的關係變得更為平滑(例如，使電容值對電壓值(C-V)曲線變得更為平滑)，從而減少雜訊的影響。在其他實施例中，一或多個控制元件103包括與FinFET MOS可變電容102串聯之一串聯電容性元件104。串聯電容性元件104被配置以調整FinFET可變電容電路100之一調諧性，該調諧性即藉由施加一定範圍之施加電壓以得到最高電容值和最低電容值(Cmax/Cmin)之一比例。在其他實施例中，一或多個控制元件103包括被連接至FinFET MOS可變電容102之一直流偏壓電壓源108。直流偏壓電壓源108藉由一施加電壓改 變FinFET可變電容電路100之一響應電容值。
在一些實施例中，一控制單元110被配置以控制一或多個控制元件103之操作以便選擇性地改變FinFET可變電容電路100之一或多的操作特性。例如，控制單元110產生一第一控制信號S ctrl1 以控制串聯電容性元件104之一電容值。同樣地，控制單元110產生一第二控制信號S ctrl2 以控制分壓電路106之操作和/或產生一第三控制信號S ctrl3 以控制直流偏壓電壓源108之操作。
第2A圖依據一些實施例舉例說明一鰭式場效電晶體(FinFET)MOS可變電容200之一三維視圖以及對應之一電路圖。
FinFET MOS可變電容200包括一FinFET電晶體，該FinFET電晶體具有座落在一基板202之一三維的鰭204。三維的鰭204沿者一第一方向214延伸在包括電介質材料之複數絕緣區間206之間。三維的鰭204沿者垂直於第一方向214之一第二方向216，延伸在源極區域和汲極區域之間(未圖示)。在另一實施例中，基板202可為任何材質(例如，矽、矽鍺、絕緣體上矽(silicon-on-insulator)等等)的半導體基板，像是一半導體晶圓和/或在一半導體晶圓上之一或多個晶粒、以及其他類型的板導體和/或相關聯之外延層。三維的鰭204包括一半導體材料，該半導體材料自基板202向外側突出以形成一正向地形起伏。
一閘極結構208包括向外側突出之一三維結構的一第二鰭，閘極結構208被放置在基板202上跨越三維的鰭204 的位置。閘極結構208被配置以控制在三維的鰭204之中一導電通道內流動的電荷載體。閘極結構208包括藉由一閘極介電層212而與三維的鰭204分隔之一閘極材料層210。在不同實施例中，閘極介電層212包括一二氧化矽(SiO2)層或一高-k介電層。在不同實施例中，閘極材料層210包括一多晶矽層或一金屬閘極層(例如，鋁、氧化鋁等等)。
FinFET MOS可變電容200係一雙端的FinFET裝置。FinFET MOS可變電容200之一第一端被耦接至閘極結構208。FinFET MOS可變電容200之一第一端被耦接至連接在一起之源極(S)和汲極(D)。第2B圖以對應至FinFET MOS可變電容200之一電路圖之一些實施例舉例說明一雙端的FinFET MOS可變電容200。
第3圖依據一些實施例舉例說明已揭示之一FinFET可變電容電路300之一電路圖。
FinFET可變電容電路300包括具有一可變電容值之一FinFET MOS可變電容302。一分壓電路306被連接至FinFET MOS可變電容302。在一些實施例中，分壓電路306被配置以減少施加至FinFET MOS可變電容302之一電壓。藉由減少施加至FinFET MOS可變電容302之該電壓，FinFET MOS可變電容302之電容值對電壓值(C-V)曲線因而變得平滑，從而減少在FinFET MOS可變電容302上雜訊的影響。
在一些實施例中，分壓電路306包括一第一電阻性元件R1和一第二電阻性元件R2。第一電阻性元件R1被連接在一控制電壓Vctrl和一第一節點N1之間。第一節點N1更耦接至第二 電阻性元件R2和FinFET MOS可變電容302。控制電壓Vctrl控制分壓電路306之一輸出，從而允許分壓電路306控制(例如，減少)施加至FinFET MOS可變電容302之一電壓以及使提供至第一埠Port1和第二埠Port2之一施加電壓與一響應電容值之間的關係變得平滑(例如，使電容值對電壓值(C-V)曲線變得平滑)。在一些實施例中，第一電阻性元件R1和第二電阻性元件R2可被選擇較高的電阻值以避免控制電壓Vctrl與接地端之間的漏電流。例如，第一電阻性元件R1和第二電阻性元件R2可被選擇在1千歐姆至一萬歐姆之間的電阻值。在一些實施例中，第一電阻性元件R1和第二電阻性元件R2分別包括其電阻值可隨著時間改變之一可變電阻。
一電容性元件304被以串聯方式連接至FinFET MOS可變電容302。藉由以串聯的方式將電容性元件304連接至FinFET MOS可變電容302，可調諧一施加電壓和一響應電容值之間的變化率(例如，斜率)和/或最高電容值和最低電容值(Cmax/Cmin)之一比例。在一些實施例中，電容性元件304包括其電容值可隨著時間改變之一可變電容。
一直流偏壓電壓源308被連接至FinFET MOS可變電容302。由於一電容器的之電容值係該電容器中之複數電極上之電荷載體除以該等電極之間之電壓之一比例，增加施加至FinFET MOS可變電容302之偏壓能夠增加或減少FinFET MOS可變電容302之電容值(例如，使電容值對電壓值(C-V)曲線往X方向平移)。例如，操作直流偏壓電壓源308以施加一偏壓至FinFET MOS可變電容302會增加FinFET MOS可變電容302之電 容值。在一些實施例中，FinFET MOS可變電容302藉由一電阻性元件R3連接至直流偏壓電壓源308。在一些實施例中，電阻性元件R3之電阻值會大於五千歐姆。
第4A圖至第4C圖舉出圖式400、410和420之一些實施例說明一電容值與已揭示之一FinFET MOS可變電容電路之一施加電壓之間之一關係。
第4A圖以圖式400之一電容值對電壓值(C-V)曲線之一些實施例舉例說明對於一平面的MOS可變電容和已揭示之一FinFET可變電容而言一施加電壓與一可變電容值之間之一關係。
趨勢線402說明在一平面的MOS可變電容之中，一施加電壓(如圖中X軸所標示Vctrl)與對應之一可變電容值(如圖中Y軸所標示Cvar)之間之一關係。如趨勢線402所示，在低施加電壓時，該平面的MOS可變電容具有電容值接近1飛法(fF)之一最小電容值(Cmin)。當該施加電壓增加時，該電容值繼續維持在常數直到該施加電壓達到-0.2伏特時。當該施加電壓由接近-0.2伏特增加至接近4伏特時，該平面的MOS可變電容之電容值急遽地增加至8飛法(fF)至9飛法(fF)之間。最終，在高施加電壓時，該平面的MOS可變電容達到接近0.9飛法(fF)之一最大電容值(Cmax)。該平面的MOS可變電容之最大電容值與最小電容值之比例(Cmax/Cmin)接近-6.0。
趨勢線404舉例說明趨勢線402之斜率值(如圖中Y軸所標示dcvar/dvctrl)。該斜率值係電容值隨著該平面的MOS可變電容之施加電壓改變之一函數。趨勢線404表示在該施加 電壓介於0.1伏特至0.2伏特之間時，趨勢線402之斜率值會達到最大斜率12。
趨勢線406表示在一FinFET MOS可變電容之中，一施加電壓與對應之一可變電容值之間之一關係。如趨勢線406所示，在低施加電壓時，該FinFET MOS可變電容具有電容值接近1飛法(fF)之一最小電容值(Cmin)。當該施加電壓增加時，該電容值繼續維持在常數直到該施加電壓達到-0.15伏特時。當該施加電壓由接近-0.2伏特增加至接近3伏特時，該FinFET MOS可變電容之電容值急遽地增加直到該FinFET MOS可變電容之電容值在9飛法(fF)至10飛法(fF)之間。最終，在高施加電壓時，該FinFET MOS可變電容達到接近0.9飛法(fF)之一最大電容值(Cmax)。該FinFET MOS可變電容之最大電容值與最小電容值之比例(Cmax/Cmin)接近-8.8。
趨勢線408表示趨勢線406之斜率值，係隨著該FinFET MOS可變電容之施加電壓改變之一函數。在該施加電壓介於0.1伏特至0.2伏特之間時，趨勢線406之斜率值會達到最大斜率24.9。因此，如圖式400所示，該FinFET MOS可變電容之最大斜率顯著高於該平面的MOS可變電容之最大斜率(趨勢線404)表示了該FinFET MOS可變電容更容易因雜訊而降低效能。
第4B圖以圖式410之一些實施例舉例說明已揭示之一FinFET可變電容電路之電容值對電壓值(C-V)曲線，其中使用一或多個控制元件改變該FinFET可變電容電路之一FinFET MOS可變電容之效能。儘管第4B圖舉例說明在已揭示 之一FinFET可變電容電路之該電容值對電壓值(C-V)曲線上的一些改變，應當理解的是本發明並不僅限於第4B圖所示在該電容值對電壓值(C-V)曲線上的改變。而是，亦可藉由該一或多個控制元件調整已揭示之FinFET可變電容電路之其他特性。
趨勢線412表示在已揭示之一FinFET可變電容電路之中，一施加電壓與其對應電容值(沿者第一Y軸)之間之一關係。趨勢線414舉例說明趨勢線412之斜率值(沿者第二Y軸)。如第4B圖中箭頭方向416和418所示，上述已揭示之FinFET可變電容電路中之該一或多個控制元件允許用以改變趨勢線412和/或趨勢線414。
例如，具有將一電容性元件以串聯方式(例如，對應至電容性元件304)連接至其可變電容之一FinFET可變電容電路能調整其最大和最小電容值，從而依據箭頭方向416a和416b調整該FinFET可變電容電路之調諧性(tunability)(趨勢線414)。同樣地，具有一直流偏壓電壓源(例如，對應至元件308)之一FinFET可變電容電路依據箭頭方向418a和418b沿著X軸方向平移趨勢線412。
第4C圖以一圖式420之一些實施例進行說明，其中圖式420比較一FinFET MOS可變電容與一平面的可變電容在第3圖所示FinFET可變電容電路之一電容值對電壓值(C-V)曲線。趨勢線422舉例說明一FinFET MOS可變電容之一電容值對電壓值(C-V)曲線。趨勢線424舉例說明該FinFET可變電容電路之一電容值對電壓值(C-V)曲線(例如，第3圖所示FinFET可變電容電路)。趨勢線426舉例說明一平面的MOS可變電容之一 電容值對電壓值(C-V)曲線。
由於已揭示FinFET可變電容電路之最大電容值(趨勢線424)小於該FinFET MOS可變電容之最大電容值(趨勢線422)，趨勢線422和趨勢線424之比較顯示藉由該串聯電容性元件之改變降低了調諧性(tunability)。此外，與該FinFET MOS可變電容之該電容值對電壓值(C-V)曲線(趨勢線422)相較之下，該FinFET可變電容電路之該電容值對電壓值(C-V)曲線(趨勢線424)沿者X軸方向平移，可以見到由該直流偏壓電壓源導致該電容值對電壓值(C-V)曲線之平移。藉由改變已揭示之FinFET可變電容之操作特性，該FinFET可變電容電路之趨勢線424可被改變以與該平面的MOS可變電容之趨勢線426符合。
第5圖舉例說明已揭示之一FinFET可變電容電路500之一電路圖之一些替代實施例。
FinFET可變電容電路500包括一分壓電路504，分壓電路504具有一第一電阻性元件506和耦接至一第一節點N1之一第二電阻性元件，其中第一節點N1被電性連接至FinFET MOS可變電容302。第一電阻性元件506包括由電阻器R11、電阻器R12和電阻器R13形成之一開關-電阻器網路。該等電阻器R11、R12、R13分別透過複數開關S11、S12、S13耦接至第一節點N1。同樣地，第二電阻性元件508包括由電阻器R21、電阻器R22和電阻器R23形成之一開關-電阻器網路。該等電阻器R21、R22、R23分別透過複數開關S21、S22、S23耦接至第一節點N1。在一些實施例中，該等開關S11-S13和S21-S23包括N型或P型金屬氧化物 半導體場效電晶體(MOS)裝置、或是互補式開關。
第一電阻性元件506和/或第二電阻性元件508之電阻值隨著開路或閉路一或多個該等開關S11-S13和S21-S23而改變。例如，藉由開路開關S11並閉路開關S12、S13，第一電阻性元件506具有一第一電阻值。上述開關配置使電阻器R12和電阻器R13並聯，並具有電阻值R12*R13/(R12+R13)。為了改變第一電阻性元件506為一第二電阻值，開關S11被閉路使得該等開關S11-S13皆為閉路。上述開關配置使該等電阻器R11、R12、R13並聯，並具有電阻值R11*R12*R13/(R11+R12+R13)。藉由改變第一電阻性元件506和第二電阻性元件508之電阻值，FinFET可變電容電路500之電容值對電壓值(C-V)曲線亦被隨之改變。
FinFET可變電容電路500更包括一串聯電容器502，串聯電容器502包括由電容器C11、電容器C12和電容器C13形成之一開關-電容器網路。該等電容器C11、C12、C13分別透過複數開關Sc1、Sc2、Sc3耦接至第一節點N1。串聯電容器502之電容值隨著開路或閉路一或多個該等開關Sc1、Sc2、Sc3而改變。例如，藉由開路開關Sc1並閉路開關Sc2、Sc3，串聯電容器502具有一第一電容值。上述開關配置使電容器C12和電容器C13並聯，並具有電容值C12*C13/(C12+C13)。為了改變串聯電容器502為一第二電容值，開關Sc1被閉路使得該等開關Sc1-Sc3皆為閉路。上述開關配置使該等電容器C11、C12、C13並聯，並具有電容值C11*C12*C13/(C11+C12+C13)。藉由改變串聯電容器502之電容值，FinFET可變電容電路500之調諧比例(tuning ratio)亦被隨之改變。
在一些實施例中，FinFET可變電容電路500包括一控制單元512，控制單元512被配置以產生一或多個控制信號以控制該等開關S11-S13、S21-S23和Sc1-Sc3之操作。藉由操作控制單元512控制該等開關S11-S13、S21-S23和Sc1-Sc3之操作，控制單元512得以隨著時間調整FinFET可變電容電路500之一電容值對電壓值(C-V)曲線。
在一些實施例中，已揭示之一FinFET MOS可變電容電路之不同元件可被放置到多維積體晶片之不同的晶粒或不同層之上。在不同實施例之中，該多維積體晶片可包括一單石三維(3D)積體晶片、包括堆疊在一內插基板上之複數積體晶片晶粒之一2.5維積體晶片(2.5DIC)、或是包括互相垂直堆疊之複數積體晶片晶粒之一三維積體晶片。
例如，第6圖舉例說明一三維積體晶片(3DIC)600之一剖面面圖之一些實施例，其中該三維積體晶片包括已揭示之一FinFET MOS可變電容電路，且該FinFET MOS可變電容電路具有放置在三維積體晶片600之不同層之不同元件。
三維積體晶片600包括放置在一半導體基板602之複數疊層604a-604b。複數疊層604a-604b各別包括一裝置層610和複數金屬互連層。裝置層610包括放置在一半導體材料(例如，矽)中之一或多個半導體裝置(例如，電晶體)。該等金屬互連層包括放置在一或多個電介層616中之金屬開孔612和複數金屬線614。在一些實施例中，三維積體晶片600包括一第一層604a和放置在第一層604a上之一第二層604b。在其他實施例中，三維積體晶片600包括以類似方式互相疊置之三或多疊 層。
該等疊層604a-604b被一電性絕緣層608(例如，二氧化矽)彼此分隔開來，並被電性內連接至一或多個內部層開孔(inter-tier vias,ITVs)606。在一些實施例中，電性絕緣層608之厚度在1微米至5微米的範圍之間。在一些實施例中，ITVs 606之尺寸與該等金屬互連層中之金屬開孔612之尺寸相同。例如，在一些實施例中，ITVs 606之直徑大小在50奈米至300奈米的範圍之間。
已揭示之一FinFET MOS可變電容電路之不同元件可被放置到複數疊層604a-604b之不同者之上。例如，在一些實施例中，一FinFET MOS可變電容(例如，對應至FinFET MOS可變電容302)可被放置在疊層604a之裝置層610a，而一開關-電容器網路(例如，對應至串聯電容器502)和/或一開關-電阻器網路(例如，對應至第一電阻性元件506和/或第二電阻性元件508)可被放置在疊層604b之裝置層610b。在上述實施例中，可透過一或多個ITVs 606將該開關-電容器網路和/或該開關-電阻器網路電性連接至該FinFET MOS可變電容。
第7圖舉例說明包括已揭示FinFET可變電容電路Cvar之一壓控振盪器(VCO)700之一電路圖之一些實施例。
壓控振盪器700包括耦接至一驅動電路707之一電感電容(LC)儲能電路701。LC儲能電路701包括一第一電感元件L1和一第二電感元件L2(例如，中心抽頭電感器(center-tap inductors))。第一電感元件L1被耦接至一供應電壓VDD，第二電感元件L2則被耦接至一第一FinFET可變電容電路703a和一 第二FinFET可變電容電路703b。第一FinFET可變電容電路703a包括一FinFET MOS可變電容Cvar1、一電容器C11、一分壓電路704a、以及一直流偏壓電壓源706。第二FinFET可變電容電路703b包括一FinFET MOS可變電容Cvar2、一電容器C12、一分壓電路704b、以及直流偏壓電壓源706。第一FinFET可變電容電路703a和第一電感元件L1形成一第一LC諧振器，且第二FinFET可變電容電路703b和第二電感元件L2形成一第二LC諧振器。
驅動電路707包括一正向回授網路和一尾電流源(tail current source)。該正向回授網路包括跨接的一第一電晶體MN1和跨接的一第二電晶體MN2。第一電晶體MN1包括連接至第一電感元件L1之一汲極、透過一尾電流源Mtail連接至一接地端之一源極、以及連接至第二電晶體MN2汲極之一閘極。第二電晶體MN2包括連接至第二電感元件L2之一汲極、透過尾電流源Mtail連接至該接地端之一源極、以及連接至第一電晶體MN1汲極之一閘極。一偏壓電壓源VG被配置以操作尾電流源Mtail提供至第一電晶體MN1和第二電晶體MN2之一電流。
在操作期間，LC儲能電路701產生諧振使壓控振盪器700在其諧振頻率產生一第一輸出電壓-Vo和差動的一第二輸出電壓+Vo。驅動電路707之跨接的第一和第二電晶體MN1、MN2提供一負向電阻值以藉由補償LC儲能電路701中的損耗來維持震盪。例如，驅動電路707之該負向電阻值偏移LC儲能電路701之一正向電阻值以便抵銷LC儲能電路701中的損耗。當LC儲能電路701震盪時，電流從尾電流源Mtail交替地通過跨接的第一和第二電晶體MN1、MN2，使LC儲能電路701之震盪與 第一和第二電晶體MN1、MN2之導通狀態或非導通狀態互相搭配，從而強化LC儲能電路701之震盪。
第一輸出電壓-Vo和第二輸出電壓+Vo具有受LC儲能電路701控制之一頻率，且該頻率與第一和第二FinFET可變電容電路703a、703b所提供電容值之平方根成反比。因此，第一FinFET可變電容電路703a和第二FinFET可變電容電路703b可透過使用分壓電路704a、分壓電路704b、第一電容性元件702a(C11)、第二電容性元件702b(C12)、或是直流偏壓電壓源706調諧壓控振盪器700在一寬廣的頻率範圍(例如，射頻(RF)頻率)。
第8圖舉例說明包括具有已揭示FinFET可變電容之一壓控振盪器(對應至壓控振盪器700)之一鎖相迴路(PLL)800之一電路圖之一些實施例。
鎖相迴路800包括據有一第一輸入節點IN1和一第二輸入節點IN2之一相位頻率偵測器(phase frequency detector,PFD)802，其中第一輸入節點IN1被配置以接收一外部參考時脈信號FREF，且第二輸入節點IN2被配置以接收來自一分壓電路814之一分壓回授時脈信號。相位頻率偵測器802被配置以量測外部參考時脈信號FREF和該分壓回授時脈信號之間的相位差和頻率差，並依據該相位差和頻率差輸出提供至一電荷幫浦804之複數相位差信號。
電荷幫浦804包括一第一電流源806a和一第二電流源806b。第一電流源806a被配置以接收一第一相位差信號，並依據該第一相位差信號產生一電流I up 。第二電流源806b被配 置以接收一第二相位差信號，並依據該第二相位差信號產生一電流I down 。電流I up 與電流I down 相加以形成一控制電流I ctrl ，其中控制電流I ctrl 正比於偵測自相位頻率偵測器802之一相位差。控制電流I ctrl 係輸出至一濾波器808之電荷幫浦804之輸出。
一可變電容810被連接在濾波器808之輸出與包括已揭示FinFET可變電容電路之一壓控振盪器812之間。藉由改變輸入至壓控振盪器812之一電容值調整壓控振盪器812之頻率以便對齊外部參考時脈信號FREF與該分壓回授時脈信號之時脈邊緣。在一鎖定(locked)階段，從第一電流源806a輸出之電流I up 不同於從第二電流源806b輸出之電流I down ，藉此提供非零值(即I up -I down )之控制電流I ctrl 至壓控振盪器812之一電壓控制節點。電流I up 與電流I down 之間的差值被配置以產生使用在壓控振盪器812中之分壓電路之額外電阻值。壓控振盪器812被配置以接收控制電流I ctrl ，並基於控制電流I ctrl 改變壓控振盪器812之頻率。
第9圖舉例說明形成具有在電壓值與電容值間之一可變關係之一FinFET可變電容電路之一方法之一些實施例之一流程圖。
儘管方法900由以下一系列動作或事件進行說明或是描述，應當理解的是所述動作或事件的前後順序並不限制解釋本發明。例如，除了本發明所述之前後順序，一些動作可發生在不同的前後順序和/或與某些動作或事件一起進行。此外，並非本發明所說明的所有動作都需被執行在本發明所述一或多個觀點或實施例。然而，本發明所述一或多個動作可被執 行在一或多個分開動作和/或階段之中。
步驟902提供了一FinFET MOS可變電容。該FinFET MOS可變電容包括一第一端和一第二端，其中該第一端包括該FinFET MOS可變電容之一閘極端，且該第二端包括該FinFET MOS可變電容之相連接的一汲極端和一源極端。
在步驟904中，一或多個控制元件被連接至該FinFET MOS可變電容之該第一端和/或該第二端。該一或多個控制元件被配置以改變該FinFET MOS可變電容之一或多個操作特性。例如，該一或多個控制元件改變該FinFET MOS可變電容之一電容值和/或該FinFET MOS可變電容之其施加電壓與一響應電容之間的關係。
在步驟906中，在一些實施例中，該一或多個控制元件包括一分壓電路。在上述實施例中，該分壓電路被耦接至該FinFET MOS可變電容以使該FinFET MOS可變電容之電容值對電壓值(C-V)曲線變得平滑。
在步驟908中，在一些實施例中，該一或多個控制元件包括一電容性元件。在上述實施例中，該電容性元件被以串聯方式耦接至該FinFET MOS可變電容以在一定範圍之施加電壓內調諧最高電容值和最低電容值(Cmax/Cmin)之一比例。
在步驟910中，在一些實施例中，該一或多個控制元件包括一直流偏壓電壓源。在上述實施例中，該直流偏壓電壓源被耦接至該FinFET MOS可變電容以沿著X軸方向平移電容值對電壓值(C-V)曲線。
在步驟912中，在一些實施例中，該一或多個控制 元件調整該FinFET MOS可變電容之一或多個操作特性。例如，在一些實施例中，該串聯電容性元件之一電容值、該分壓電路中一電阻性元件之電阻值、和/或該直流偏壓電壓源提供之一偏壓之電壓值係可變的。
應當理解的是本領域通常知識者可基於閱讀和理解本說明書及所附圖式進行等效改變和/或修改。本揭露所包括所有修改或改變並非用於限制本發明之範圍。
另外，一特定特徵或觀點已被相對揭露於數個實施例之其中一個，該特定特徵或觀點可視需求與一或多個其他特徵和/或其他實施例之觀點結合。此外，於此所述範圍像是“包含”、“具有”、“帶有”和/或其他變形的本意是“包括”。而且，“示範性”僅僅是為了舉例而非最佳例子。亦應當理解的是以特定方向和/或相對彼此方向來說明於此所述特徵、疊層、和/或元件係為了簡易理解之目的，而實際之方向和/或方位可能大致不同於於此舉例說明所述之方向和/或方位。
因此，本發明係有關於FinFET可變電容電路及其形成方法，該FinFET可變電容電路具有被配置以控制一電容值與該FinFET可變電容之一電壓之關係之一或多個控制元件，且以上控制操作無須改變FinFET MOS可變電容之製程中所使用的參數。
在一些實施例中，本發明係有關於一種鰭式場效電晶體(FinFET)可變電容電路。該FinFET可變電容電路包括一鰭式場效電晶體(FinFET)金屬氧化層半導體(MOS)可變電容和 一或多個控制元件。該FinFET MOS可變電容具有一第一端和一第二端，其中該第一端包括該FinFET MOS可變電容之一閘極端，而該第二端包括該FinFET MOS可變電容之相連接的汲極端和一源極端。該一或多個控制元件被連接至該FinFET MOS可變電容之該第一端或該第二端。當一電壓被施加至該一或多個控制元件時，該一或多個控制元件被配置以改變該FinFET MOS可變電容之一或多個操作特性。
在另一些實施例中，本發明係有關於一種FinFET可變電容電路。該FinFET可變電容電路包括具有一第一端和一第二端的一FinFET MOS可變電容。該第一端包括該FinFET MOS可變電容之一閘極端，而該第二端包括該FinFET MOS可變電容之相連接的一汲極端和一源極端。一分壓電路具有連接於一控制電壓和一第一節點的一第一電阻性元件，上述第一節點更連接至一第二電阻元件和上述FinFET MOS可變電容。該電容性元件在該第一節點被以串聯方式連接至該FinFET MOS可變電容。該直流偏壓電壓源被耦接至該FinFET MOS可變電容，並被配置以選擇性將一直流偏壓施加至該FinFET MOS可變電容。
在另一些實施例中，本發明係有關於一種形成一FinFET可變電容電路之方法。該方法包括提供具有一第一端和一第二端之一鰭式場效電晶體(FinFET)金屬氧化層半導體(MOS)可變電容，其中該第一端包括該FinFET MOS可變電容之一閘極端，且該第二端包括該FinFET MOS可變電容之一汲極端和一源極端。該方法更包括將一或多個控制元件連接至該 FinFET MOS可變電容之該第一端或該第二端，其中該一或多個控制元件被配置以操作該FinFET MOS可變電容之一或多個操作特性。
100‧‧‧FinFET可變電容電路
102‧‧‧FinFET MOS可變電容
103‧‧‧控制元件
104‧‧‧串聯電容元件
106‧‧‧分壓電路
108‧‧‧直流偏壓電壓源
110‧‧‧控制單元
Sctrl1-Sctrl3‧‧‧控制信號
TCTRL‧‧‧控制端
Port1、Port2‧‧‧第一埠、第二埠

Claims (10)

  1. 一種鰭式場效電晶體可變電容電路，包括：一鰭式場效電晶體(FinFET)金屬氧化層半導體(MOS)可變電容，具有一第一端和一第二端，其中上述第一端包括上述FinFET MOS可變電容之一閘極端，且上述第二端包括上述FinFET MOS可變電容之相連接的汲極端和源極端；一或多個控制元件，被連接至上述FinFET MOS可變電容之上述第一端或上述第二端，且當一電壓被施加至上述一或多個控制元件時，上述一或多個控制元件被配置以改變上述FinFET MOS可變電容之一或多個操作特性；以及一控制單元，被配置以產生一或多個控制信號，其中上述一或多個控制信號被配置以隨著時間調整上述一或多個控制元件之操作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鰭式場效電晶體可變電容電路，其中上述一或多個控制元件包括一分壓電路，上述分壓電路具有連接於一控制電壓和一第一節點的一第一電阻性元件，上述第一節點更連接至一第二電阻元件和上述FinFET MOS可變電容；其中上述第一電阻性元件包括具有第一複數電阻器之一第一開關-電阻器網路，且上述第一複數電阻器分別藉由第一複數開關被耦接至上述第一節點；其中上述第二電阻性元件包括具有第二複數電阻器之一第二開關-電阻器網路，且上述第二複數電阻器分別藉由第二複數開關被耦接至上述第一節點。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之鰭式場效電晶體可變電容電路，其中上述一或多個控制元件包括在一第一節點以串聯方式連接至上述FinFET MOS可變電容之一電容性元件；其中上述電容性元件包括具有複數電容器之一開關-電容器網路，且上述電容器分別藉由複數開關被耦接至上述第一節點。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之鰭式場效電晶體可變電容電路，其中上述一或多個控制元件包括一直流偏壓電壓源，上述直流偏壓電壓源被耦接至上述FinFET MOS可變電容，並被配置以選擇性將一直流偏壓施加至上述FinFET MOS可變電容。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之鰭式場效電晶體可變電容電路，其中上述鰭式場效電晶體可變電容電路被包含在一壓控振盪器電路之一電感電容槽電路之中；其中上述壓控振盪器電路被包含在一鎖相迴路之中，且上述鎖相迴路包括：一相位偵測器，被配置以比較一參考時脈信號和一分壓回授信號之複數相位，並依此產生一第一輸出信號和一第二輸出信號；一電荷幫浦，包括一第一電流源和一第二電流源，上述第一電流源被配置以依據上述第一輸出信號產生一第一電流，上述第二電流源被配置以依據上述第二輸出信號產生一第二電流，其中上述第一和第二電流共同形成提供至上述壓控振盪器電路之一控制信號，且其中上述控制信號具 有等於上述第一和第二電流之一差值之一非零值；以及一回授路徑，被從上述壓控振盪器電路延伸至上述相位偵測器。
  6. 一種鰭式場效電晶體可變電容電路，包括：一鰭式場效電晶體(FinFET)金屬氧化層半導體(MOS)可變電容，具有一第一端和一第二端，其中上述第一端包括上述FinFET MOS可變電容之一閘極端，且上述第二端包括上述FinFET MOS可變電容之相連接的汲極端和源極端；一分壓電路，具有連接於一控制電壓和一第一節點的一第一電阻性元件，上述第一節點更連接至一第二電阻元件和上述FinFET MOS可變電容；一電容性元件，在上述第一節點被以串聯方式連接至上述FinFET MOS可變電容；一直流偏壓電壓源，被耦接至上述FinFET MOS可變電容，並被配置以選擇性將一直流偏壓施加至上述FinFET MOS可變電容；以及一控制單元，被配置以產生一或多個控制信號，其中上述一或多個控制信號被配置以隨著時間調整上述分壓電路、上述電容性元件或上述直流偏壓電壓源之操作。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之鰭式場效電晶體可變電容電路，其中上述第一電阻性元件包括具有第一複數電阻器之一第一開關-電阻器網路，且上述第一複數電阻器分別藉由一第一複數開關被耦接至上述第一節點；以及其中上述第二電阻元件包括具有一第二複數電阻器之一第 二開關-電阻器網路，且上述第二複數電阻器分別藉由第二複數開關被耦接至上述第一節點。
  8. 一種形成一鰭式場效電晶體可變電容電路之方法，包括：提供具有一第一端和一第二端之一鰭式場效電晶體(FinFET)金屬氧化層半導體(MOS)可變電容，其中上述第一端包括上述FinFET MOS可變電容之一閘極端，且上述第二端包括上述FinFET MOS可變電容之相連接的汲極端和源極端；以及將一或多個控制元件連接至上述FinFET MOS可變電容之上述第一端或上述第二端，其中上述一或多個控制元件被配置以操作上述FinFET MOS可變電容之一或多個操作特性。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之形成一鰭式場效電晶體可變電容電路之方法，其中上述一或多個控制元件包括一分壓電路，上述分壓電路具有連接於一控制電壓和一第一節點的一第一電阻性元件，上述第一節點更連接至一第二電阻元件和上述FinFET MOS可變電容。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之形成一鰭式場效電晶體可變電容電路之方法，其中上述一或多個控制元件包括在上述第一節點以串聯方式連接至上述FinFET MOS可變電容之一電容性元件。
TW103146207A 2014-01-28 2014-12-30 鰭式場效電晶體可變電容電路及其形成方法 TWI524474B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/165,765 US9160274B2 (en) 2014-01-28 2014-01-28 FinFET varactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201539664A TW201539664A (zh) 2015-10-16
TWI524474B true TWI524474B (zh) 2016-03-01

Family

ID=53680028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103146207A TWI524474B (zh) 2014-01-28 2014-12-30 鰭式場效電晶體可變電容電路及其形成方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9160274B2 (zh)
TW (1) TWI524474B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI707438B (zh) * 2019-07-19 2020-10-11 力晶積成電子製造股份有限公司 電路架構

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9231601B1 (en) * 2015-01-09 2016-01-05 Altera Corporation Techniques relating to phase-locked loop circuits
US10522534B2 (en) 2016-04-29 2019-12-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. FinFET varactor with low threshold voltage and method of making the same
US11295053B2 (en) * 2019-09-12 2022-04-05 Arm Limited Dielet design techniques
CN113540019B (zh) * 2020-04-20 2023-07-21 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 可变电容器及可变电容器的形成方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3264811B2 (ja) * 1995-11-20 2002-03-11 アルプス電気株式会社 電圧制御可変同調回路
US5625325A (en) * 1995-12-22 1997-04-29 Microtune, Inc. System and method for phase lock loop gain stabilization
US5739730A (en) * 1995-12-22 1998-04-14 Microtune, Inc. Voltage controlled oscillator band switching technique
JPH11507192A (ja) * 1996-04-02 1999-06-22 フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ 接続可能な回路を有する携帯型無線機
US5949291A (en) * 1998-01-21 1999-09-07 Lucent Technologies, Inc. Cordless telephone with digital frequency adjustment
US6308055B1 (en) * 1998-05-29 2001-10-23 Silicon Laboratories, Inc. Method and apparatus for operating a PLL for synthesizing high-frequency signals for wireless communications
US6900675B2 (en) * 2003-09-02 2005-05-31 Standard Microsystems Corporation All digital PLL trimming circuit
US7026883B2 (en) 2004-03-12 2006-04-11 Intel Corporation Feedback loop for LC VCO
DE102004041656B4 (de) * 2004-08-27 2007-11-08 Infineon Technologies Ag Phasenregelkreis und Verfahren zum Abgleichen eines Schleifenfilters
US7560798B2 (en) 2006-02-27 2009-07-14 International Business Machines Corporation High performance tapered varactor
JP5071079B2 (ja) * 2007-12-05 2012-11-14 ソニー株式会社 電力制御装置
WO2011046845A2 (en) * 2009-10-15 2011-04-21 Rambus Inc. Signal distribution networks and related methods
JP5655534B2 (ja) * 2009-12-18 2015-01-21 日本電波工業株式会社 電圧制御可変容量及び電圧制御発振器
KR101004766B1 (ko) * 2010-05-31 2011-01-03 주식회사 아나패스 Ｌｃ ｖｃｏ를 포함하는 ｐｌｌ 및 타이밍 컨트롤러
JP6123983B2 (ja) * 2012-09-28 2017-05-10 セイコーエプソン株式会社 発振回路、半導体集積回路装置、振動デバイス、電子機器、および移動体

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI707438B (zh) * 2019-07-19 2020-10-11 力晶積成電子製造股份有限公司 電路架構
US10910368B1 (en) 2019-07-19 2021-02-02 Powerchip Semiconductor Manufacturing Corporation Circuit structure

Also Published As

Publication number Publication date
TW201539664A (zh) 2015-10-16
US9160274B2 (en) 2015-10-13
US20150214892A1 (en) 2015-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI524474B (zh) 鰭式場效電晶體可變電容電路及其形成方法
TWI278177B (en) Symmetrical linear voltage controlled oscillator
JP3877597B2 (ja) マルチ端子型ｍｏｓバラクタ
US7602260B1 (en) Programmable supply voltage regulator for oscillator
US9379663B1 (en) LC oscillator circuit with wide tuning range
US8665030B2 (en) Voltage-controlled oscillator
US9812251B2 (en) Varainductor and operation method thereof based on mutual capacitance
US9197222B2 (en) Method and apparatus of a resonant oscillator separately driving two independent functions
US20220286087A1 (en) Method of using varainductor having ground and floating planes
US8098109B2 (en) Differential varactor circuit for a voltage controlled oscillator
TWI788181B (zh) 鎖相環電路和訊號處理設備
US8217728B2 (en) LC voltage-controlled oscillator
US20120169428A1 (en) Ac coupled stack inductor for voltage controlled oscillator
US9166052B1 (en) Multiple gate semiconductor devices and their applications
US6650194B1 (en) Phase shift control for voltage controlled oscillator
US9252717B2 (en) Phase noise reduction in LC-VCO
US6737929B1 (en) Hybrid n+ and p+ gate-doped voltage variable capacitors to improve linear tuning range in voltage controlled oscillators
JP3835666B2 (ja) 位相同期回路およびクロック発生回路
US20130141178A1 (en) Injection Locked Divider with Injection Point Located at a Tapped Inductor
WO2017126241A1 (ja) 可変容量回路、発振回路、および、可変容量回路の制御方法
US8493155B2 (en) Multiband voltage controlled oscillator without switched capacitor
US20130169373A1 (en) Method and Apparatus of Capacitively Coupling an Adjustable Capacitive Circuit in a VCO
CN101453213A (zh) 电荷泵锁相环阻尼因子补偿电路
US20230198467A1 (en) Voltage-controlled oscillator device
Bhattacharyya et al. 20GHz CMOS distributed voltage controlled oscillators with frequency tuning by MOS varactors