專利名稱：變?nèi)荻O管和制造變?nèi)荻O管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造變?nèi)荻O管的方法，其中有著第一導(dǎo)電類型外延層的硅襯底通過在外延層中加入第一導(dǎo)電類型摻雜原子而具有第一區(qū)，通過在外延層中加入和第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型摻雜原子而具有緊靠外延層表面的第二區(qū)，由此在第二區(qū)和第一區(qū)之間形成pn結(jié)。本發(fā)明還涉及變?nèi)荻O管、接收器元件和電視接收機。
變?nèi)荻O管是其pn結(jié)在使用中通過pn結(jié)上的反向電壓而被反向偏置的二極管。在這種情況下pn結(jié)周圍區(qū)域的電荷載流子被耗盡，從而起電容介質(zhì)的作用。該電容值可通過反向電壓來控制。反向電壓越高，耗盡區(qū)越大，電容也就越小。變?nèi)荻O管在LC電路(L線圈，C電容)調(diào)諧的應(yīng)用中通常被用作可變電容。如果電容C改變，該電路可被調(diào)諧，例如，變到不同的頻率。變?nèi)荻O管被廣泛使用，比如在電視機的接收器件中。
美國專利NO.4,475,117公開了一種如首段所述類型的方法。
所描述的已知方法的缺點是用已知方法制造的變?nèi)荻O管需要比較高的電壓變化以獲得足夠的電容變化。這樣用已知方法制造的變?nèi)荻O管在電壓變化約25V時電容變化約20pF(參見US 4,475,117中的圖5)。這樣高的電壓變化對許多應(yīng)用來說是不利的，特別是對用電池供電的便攜式應(yīng)用，于是需要特別的電路來提供所需的較大電壓變化。
本發(fā)明的目的是通過制造對小得多的電壓變化而具有比較大電容變化的變?nèi)荻O管的方法來特別克服這一缺點。
根據(jù)本發(fā)明，為此該方法的特征在于第二區(qū)通過在表面產(chǎn)生含有第二導(dǎo)電類型摻雜原子的多晶硅層而形成，以及摻雜原子從這一層擴散到外延層中，由此pn結(jié)形成在距多晶硅小于0.3μm的地方。
比較淺的、陡的pn結(jié)通過本發(fā)明的方法而制得，即從第二導(dǎo)電類型材料到第一導(dǎo)電類型材料有突變，摻雜側(cè)面非常陡，即第一導(dǎo)電類型摻雜原子的濃度隨在表面下的深度變化迅速下降?？梢园l(fā)現(xiàn)，具有這種摻雜側(cè)面的陡變pn結(jié)的變?nèi)荻O管對二極管上低得多的反向電壓會有大得多的電容變化。已知的變?nèi)荻O管所具有的pn結(jié)在表面下約1μm的深度，這樣摻雜側(cè)面的梯度不是十分陡。
多晶硅層可被原位摻雜，其中摻雜原子在硅層淀積過程中加入。不過因為多晶硅的淀積通常在比較高的溫度下進行，這樣在淀積過程中已經(jīng)有摻雜原子從多晶硅擴散到多延層中。優(yōu)選地，具有摻雜原子的多晶硅層這樣形成首先形成未摻雜的多晶硅層，然后摻雜原子通過離子注入加到多晶硅層中，但不進入外延層中。在這種方法中有關(guān)在多晶硅淀積過程中摻雜原子擴散這方面的問題不會產(chǎn)生。
所用的第一導(dǎo)電類型摻雜原子可以是，比如磷、銻或砷原子。優(yōu)選地，第一導(dǎo)電類型摻雜原子包括砷原子。砷原子擴散相當(dāng)困難，所以一旦形成了摻雜側(cè)面，就不會受到擴散的干擾，產(chǎn)生具有非常陡的梯度的摻雜側(cè)面也比較簡單。
當(dāng)?shù)诙?dǎo)電類型摻雜原子在850℃或更低溫度下從多晶硅層擴散到外延層中時，可得到另一個好處。薄的pn結(jié)在這種比較低的溫度下比較容易實現(xiàn)。在更高的擴散溫度下擴散時間變短了。這使得擴散過程更難控制，摻雜原子可輕易地擴散得過深，以至不能獲得陡的pn結(jié)。
優(yōu)選地，在第一區(qū)形成以前，通過在外延層中加入第一導(dǎo)電類型摻雜原子，在外延層中形成比較深的第三區(qū)，之后在第三區(qū)中形成比較淺的第一區(qū)。具有不同注入量的第一導(dǎo)電類型的淺第一區(qū)和深第三區(qū)相結(jié)合，可提供更多的選擇摻雜梯度的可能性，以得到所需的電容/電壓曲線。該第三區(qū)的必要性特別通過應(yīng)用中所需的電壓/電容變化量來確定。第一區(qū)通常具有陡摻雜側(cè)面，而深第三區(qū)使電容在更高電壓下隨反向電壓有更為平緩的梯度，這對使用變?nèi)荻O管的接收器件的調(diào)諧行為具有良好作用。
第一區(qū)和第二區(qū)可以通過不同的掩模來形成。優(yōu)選地，第一區(qū)和第三區(qū)，如果存在的話，通過掩模中的開口形成，之后不使用另外的掩模使上述開口擴大，第二區(qū)通過擴大的開口來形成。這樣使得可能只通過一次掩模而形成相互對準(zhǔn)的兩個區(qū)。掩模是通過光刻工藝和腐蝕工藝形成的標(biāo)準(zhǔn)掩模。掩模中的開口可被擴大，比如其中掩模材料用各向同性腐蝕工藝腐蝕掉。這樣掩模厚度變得更薄，而掩模中的開口變得更大。
本發(fā)明還涉及一種變?nèi)荻O管，它含有襯底、位于襯底上的第一導(dǎo)電類型硅外延層、位于外延層中并含有第一導(dǎo)電類型摻雜原子但比外延層摻雜更重的第一區(qū)，以及含有和第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型摻雜原子并和第一區(qū)形成pn結(jié)的第二表面區(qū)。
這樣變?nèi)荻O管不同于US Pantent NO.4,475,117。
那里所描述的已知變?nèi)荻O管的缺點是需要比較大的電壓變化以獲得足夠的電容變化。這樣已知的變?nèi)荻O管在電壓變化約33V時電容變化約20pF。這樣大的電壓變化在許多應(yīng)用中是不利的，特別是在用電池供電的便攜式應(yīng)用中，在這種情況下需要可提供所需較大電壓變化的特別的電壓。
本發(fā)明的目的是通過提供對低得多的電壓變化而具有比較大的電容變化的變?nèi)荻O管來特別克服上述缺點。
根據(jù)本發(fā)明，為此該變?nèi)荻O管的特征在于第二表面區(qū)被摻雜有第二導(dǎo)電類型摻雜原子的多晶硅層覆蓋，pn結(jié)在距多晶硅小于0.3μm的地方。于是使得根據(jù)本發(fā)明的變?nèi)荻O管在二極管上有低得多的反向電壓時將顯出大得多的電容變化。
根據(jù)本發(fā)明的變?nèi)荻O管可有利地用在電視機的接收器件中。這種接收器件被調(diào)諧到通過天線接收到的信號上。調(diào)諧LC電路通常用在接收器件中，其具有變?nèi)荻O管作為可變調(diào)諧元件C來使接收器件調(diào)諧到天線信號上。
已知的接收器件需要約33V的電源電壓以獲得足夠的調(diào)諧范圍。這樣高的電源電壓是不利的，因為在很多情況下它不得不單獨產(chǎn)生。于是在電視機中有一個獨立元件來產(chǎn)生這一電源電壓。這使得電視機更加復(fù)雜和昂貴。
本發(fā)明的目的是提供一種不需要高電源電壓但仍可在寬頻率范圍內(nèi)調(diào)諧的接收器件。
為此，根據(jù)本發(fā)明的接收器件的特征在于，該接收器件具有根據(jù)本發(fā)明的變?nèi)荻O管或具有通過根據(jù)本發(fā)明的方法制造的變?nèi)荻O管。比較低的電源電壓就足以滿足這種接收器件，因為該變?nèi)荻O管為獲得比較大的電容變化只需要較小的反向電壓變化量。
本申請還涉及具有根據(jù)本發(fā)明的接收器件的電視機。這種電視機不需要有特殊的元件來產(chǎn)生比較高的、約33V的電源電壓。因此該電視機比已知的電視機更簡單、能量效率更高。這是一個重要優(yōu)點，特別是在用電池工作的便攜式電視機中。
下面將參照附圖以實例對本發(fā)明作更加詳細的說明，附圖中


圖1到圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明制造變?nèi)荻O管的各個階段。
附圖完全是示意的、并沒有按比例畫出。在附圖中相對應(yīng)的部分一般給予相同的參考標(biāo)號。
圖1畫出了硅襯底1，在該實例中是低阻、銻摻雜的n++硅片，上面有第一導(dǎo)電類型外延層2，在該實例中為n型。在實施方案中制造的變?nèi)荻O管適合用于電視機的接收器件中，頻帶為VHF低帶48-170MHz，VHF中帶170-460MHz，和UHF470-860MHz。外延層的厚度和摻雜由應(yīng)用情況(電容-反向電壓曲線)和變?nèi)荻O管所需的低串聯(lián)電阻來確定(見表1)。表1給出的厚度是在制造開始時的厚度。由于在變?nèi)荻O管的制造過程中外延層的氧化以及摻雜原子從襯底向外延層的擴散，完成的變?nèi)荻O管中外延層的最終厚度會小一些。
表1適合不同頻率范圍的變?nèi)荻O管外延層2
的磷摻雜和層厚
外延層2通過在其中加入第一導(dǎo)電類型摻雜原子而具有第一區(qū)3(見圖2)。為此掩模層4形成在外延層2的表面上，在該實例中為1.2μm厚的二氧化硅(場氧化物)層。層4通過標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝形成圖案，由此形成有開口5的掩模。接著為了在后續(xù)注入中得到更均勻的摻雜原子分布，生長上30nm厚的散射氧化物6。在本實例中，以80keV的注入能量，通過開口5用比較深的摻雜原子注入，首先形成第三區(qū)7。摻雜原子，注入劑量，以及熱處理時間和溫度在以表2中給出。
表2對適合不同頻率范圍的變?nèi)荻O管形成第三區(qū)7的摻雜
原子、劑量、后處理時間和溫度
比較淺的第一區(qū)3通過開口5由砷原子注入在第三區(qū)7中形成。注入劑量和能量在以下表3中給出。
表3對適合不同頻率范圍的變?nèi)荻O管
形成第一區(qū)3的劑量和注入能量
然后第一區(qū)3在900℃給予后處理30分鐘。接著第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)8在第一區(qū)3中形成。第一區(qū)3和第二區(qū)8可通過不同的掩模形成。在本實例中，第一區(qū)3通過掩模4中的開口5形成，之后不使用另外的掩模使開口5擴大成擴大開口5′，隨后第二區(qū)8通過擴大開口5′形成。這樣就可能只通過一次掩模4而形成相互對準(zhǔn)的兩個區(qū)3和8。掩模4中的開口5可通過用各向同性腐蝕工藝從掩模腐蝕掉材料來擴大。在這一過程中掩模4的的氧化物厚度從1.2μm減小到0.5μm，掩模中的開口5變大約1.4μm(見圖3)。緊靠外延層表面12的第二區(qū)8通過擴大開口5′形成，其中和第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型摻雜原子引入到外延層中，由此pn結(jié)15形成在第二區(qū)和第一區(qū)之間。根據(jù)本發(fā)明，在第二區(qū)的形成中，具有第二導(dǎo)電類型摻雜原子的多晶硅層9加在表面12上(見圖4)。在該實例中，300nm厚、未摻雜的多晶硅9首先形成在外延層2的表面12之上。然后硼摻雜原子加入多晶硅層9中，但不進入外延層2中。為此，硼離子用離子注入方法以30keV注入能量、5×1015/cm2的劑量注入到多晶硅層中。對這一厚度的多晶硅層，硼離子注入能量必須低于40keV，因為在高于40keV的注入能量下部分硼已經(jīng)會注入到外延層2中。在這種方法中、在多晶層的淀積過程中不會有摻雜原子擴散開的問題，因為在淀積中多晶層中還沒有硼原子。摻雜層9通過標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝形成圖案。硼摻雜原子從摻雜層9擴散到外延層2中。當(dāng)?shù)诙?dǎo)電類型摻雜原子在850℃或更低溫度下從多晶層擴散到外延層可得到另一個好處。在這種比較低的溫度下薄pn結(jié)比較容易實現(xiàn)。在更高擴散溫度下擴散時間變短了，這使得擴散過程很難控制，摻雜原子也容易擴散過深。在本實例中，采用850℃約40分鐘的熱處理，于是pn結(jié)15形成在距多晶硅9小于0.3μm的地方，這里的距離是0.06μm(見圖5)。然后0.5μm厚的鋁層10形成在表面上，并通過標(biāo)準(zhǔn)光刻和腐蝕工藝形成圖案。該鋁層10用來接觸多晶層9。該器件還通過PECVD工藝以標(biāo)準(zhǔn)方式加上0.75μm氮化硅鈍化層11。然后襯底被分成單個變?nèi)荻O管，每個最終被安裝在封裝之中。
圖5所示的變?nèi)荻O管含有襯底1，位于襯底上的第一導(dǎo)電類型硅外延層2，在外延層中并含有第一導(dǎo)電類型摻雜原子但比外延層2摻雜更重的第一區(qū)3，以及含有和第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型摻雜原子、并和第一區(qū)形成pn結(jié)15的第二表面區(qū)8。根據(jù)本發(fā)明，該變?nèi)荻O管的特征在于第二表面區(qū)8覆蓋摻雜有第二導(dǎo)電類型摻雜原子的多晶硅層9，而pn結(jié)位于距多晶硅9小于0.3μm的地方。
圖6顯示出根據(jù)本發(fā)明的變?nèi)荻O管的電容電壓特性，適合的頻率范圍為VHF低帶(曲線20)、VHF中帶(曲線21)和UHF帶(曲線22)。圖中變?nèi)荻O管的電容C畫在縱坐標(biāo)上，變?nèi)荻O管上的反向電壓Vs在橫坐標(biāo)上。根據(jù)本發(fā)明的變?nèi)荻O管對于變?nèi)荻O管上約8V的電壓變化有約40pF的電容變化。這樣根據(jù)本發(fā)明的變?nèi)荻O管對二極管上較低的反向電壓具有大的電容變化。根據(jù)本發(fā)明的變?nèi)荻O管具有和已知變?nèi)荻O管幾乎相等的串聯(lián)電阻。
本發(fā)明并不局限于以上所述的實施方案和應(yīng)用。在實例中制造了用于電視機特殊頻帶的這些變?nèi)荻O管。很明顯，通過調(diào)節(jié)外延層、第一、第二和第三區(qū)，用于其他頻帶的變?nèi)荻O管也可制造出來。根據(jù)本發(fā)明，例如，變?nèi)荻O管也可適用于電訊目的具有約250MHz到3GHz的頻帶。也有可能制造具有比較低的所謂電容比(＝電容變化量/反向電壓變化量)的變?nèi)荻O管，例如，對約10V的反向電壓變化有因子3的電容變化。已知的變?nèi)荻O管也具有這樣低的電容比，但那種情況下變?nèi)荻O管的串聯(lián)電阻比較高。根據(jù)本發(fā)明的變?nèi)荻O管由于調(diào)節(jié)外延層的厚度而具有低串聯(lián)電阻。
上面描述了某些制造變?nèi)荻O管的技術(shù)。這并不意味著根據(jù)本發(fā)明的方法只能采用這些技術(shù)。例如，摻雜原子注入到多晶硅層中的方法可由另外的技術(shù)來替換。比如用低溫CVD的淀積方法，如在750℃。已知技術(shù)的更多細節(jié)可在一些手冊中找到，比如施敏的“VLSI工藝”(S.M.Sze“VLSI Technology”，Mc-Graw-Hill Book Company)和S.Wolf的“用于VLSI Era的硅工藝”(“Silicon Processing for theVLSI Era”，Vols.1，2，Lattic Press)。
權(quán)利要求
1.一種制造變?nèi)荻O管的方法，其中有著第一導(dǎo)電類型外延層的硅襯底通過在外延層中加入第一導(dǎo)電類型摻雜原子而具有第一區(qū)，通過在外延層中加入和第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型摻雜原子而具有緊靠外延層表面的第二區(qū)，由此pn結(jié)形成在第二區(qū)和第一區(qū)之間，其特征在于第二區(qū)通過在表面產(chǎn)生含有第二導(dǎo)電類型摻雜原子的多晶硅層而形成，以及，摻雜原子從這一層擴散到外延層中，由此pn結(jié)形成在距多晶硅小于0.3μm的地方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在形成含有摻雜原子的多晶硅層時，首先形成未摻雜的多晶硅層，然后摻雜原子通過離子注入加到多晶硅層中，但不進入外延層中。
3.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求的方法，其特征在于第一導(dǎo)電類型摻雜原子包括砷原子。
4.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求的方法，其特征在于第二導(dǎo)電類型摻雜原子在850℃或更低溫度下從多晶層擴散到外延層中。
5.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求的方法，其特征在于，在第一區(qū)形成前，比較深的第三區(qū)通過在外延層中加入第一導(dǎo)電類型摻雜原子形成在外延層中，之后比較淺的第一區(qū)形成在該第三區(qū)中。
6.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求的方法，其特征在于第一區(qū)通過掩模中的開口形成，之后該開口不使用另外的掩模被擴大，第二區(qū)通過該擴大開口形成。
7.一種變?nèi)荻O管，它含有襯底，位于襯底上的第一導(dǎo)電類型硅外延層，位于外延層中、并含有第一導(dǎo)電類型摻雜原子但比外延層摻雜更重的第一區(qū)，以及含有和第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型摻雜原子，并和第一區(qū)形成pn結(jié)的第二表面區(qū)，其特征在于第二表面區(qū)上覆蓋了摻雜有第二導(dǎo)電類型摻雜原子的多晶硅層，pn結(jié)位于距多晶硅小于0.3μm的地方。
8.一種用在電視機中的接收器件，其特征在于接收器件具有根據(jù)權(quán)利要求7的變?nèi)荻O管或具有用根據(jù)權(quán)利要求1到6中任何一項的方法制造的變?nèi)荻O管。
9.一種電視機，其特征在于具有根據(jù)權(quán)利要求8的接收器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造變?nèi)荻O管的方法，其中有著第一導(dǎo)電類型外延層的硅襯底通過在外延層中加入第一導(dǎo)電類型摻雜原子而具有第一區(qū)，通過在外延層中加入和第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型摻雜原子而具有緊靠外延層表面的第二區(qū)，由此在第二區(qū)和第一區(qū)之間形成pn結(jié)。根據(jù)本發(fā)明，這種方法的特征在于在第二區(qū)的形成中，具有第二導(dǎo)電類型摻雜原子的多晶硅層在表面形成，以及摻雜原子從這一層擴散到外延層中，由此pn結(jié)形成在距多晶硅小于0.3μm的地方。根據(jù)本發(fā)明的措施導(dǎo)致變?nèi)荻O管的制造，其pn結(jié)在pn結(jié)上的反向電壓變化比較小時、pn結(jié)周圍的耗盡區(qū)電容有很寬的變化范圍。
文檔編號H01L29/93GK1165586SQ96191080
公開日1997年11月19日 申請日期1996年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月18日
發(fā)明者F·R·J·休斯曼, O·J·A·拜克, W·拜奇 申請人:菲利浦電子有限公司