МДП-КОНДЕНСАТОР Советский патент 1996 года по МПК H01L29/94 

Изобретение относится к элементам интегральных схем и может быть использовано при создании различных аналоговых и аналого-цифровых систем в интегральном исполнении.

Известен МОП-конденсатор, выполненный на полупроводниковой подложке и содержащий область в первом слое поликремния, изолированную от подложки слоем толстого окисла, образующего нижнюю обкладку, область во втором слое поликремния, образующую верхнюю обкладку, слой тонкого окисла, разделяющий нижнюю и верхнюю обкладки, а также контактные окна, расположенные на верхней и нижней обкладках.

Недостатком известного технического решения является большая паразитная емкость нижней обкладки относительно подложки, что приводит к невозможности реализации таких элементов на переключаемых конденсаторах, как эквивалентные индуктивности, элементы с частотно-зависимым отрицательным сопротивлением и схемы с билинейными резисторами на основе известного МОП-конденсатора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является МОП-конденсатор, выполненный на полупроводниковой подложке первого типа проводимости и содержащий две области с высокой удельной проводимостью, изолированные от подложки и между собой диэлектрическими слоями, образующие нижнюю и верхнюю обкладки второго типа проводимости, сформированные в подложке и расположенные по длине с обеих сторон обкладок без перекрытия с ними.

Известный МОП-конденсатор имеет большую паразитную емкость нижней обкладки относительно подложки, что ограничивает область применения данного МОП-конденсатора.

Цель изобретения расширение области применения МОП-конденсатора посредством уменьшения паразитной емкости нижней обкладки относительно подложки.

Поставленная цель достигается тем, что в МОП-конденсатор, выполненный на полупроводниковой подложке первого типа проводимости и содержащий две области с высокой удельной проводимостью, изолированные от подложки и между собой диэлектрическими слоями, образующие нижнюю и верхнюю обкладки конденсатора, контактные окна, выполненные на верхней и нижней обкладках, высоколегированные области второго типа проводимости, сформированные в подложке и расположенные по длине с обеих сторон обкладок без перекрытия с ними, введен источник напряжения смещения, один полюс которого подключен к подложке, а второй полюс соединен с высоколегированными областями второго типа проводимости и его полярность противоположна знаку заряда основных носителей высоколегированных областей.

На фиг.1 представлен МОП-конденсатор, общий вид; на фиг.2 то же, поперечный разрез.

В представленном на чертеже примере конкpетного выполнения МОП-конденсатора в качестве полупроводника первого типа проводимости принят полупроводник, легированный примесью р-типа; второго типа проводимости, легированный примесью n-типа.

МОП-конденсатор выполнен на подложке 1 р-типа, содержит нижнюю обкладку 2, верхнюю обкладку 3, контактное окно 4 к нижней обкладке, слой диэлектрика между нижней обкладкой и подложкой 6, слой диэлектрика между обкладками 7, высоколегированные n-области 8, источник напряжения смещения 9.

МОП-конденсатор функционирует следующим образом. Посредством контактных окон 4 и 5 обкладки конденсатора подключаются к схеме, в которой используется предлагаемое решение, высоколегированные n-области 8 и подложка 1 под воздействием источника напряжения смещения 9 образуют обратносмещенный р-n-переход. При этом под нижней обкладкой образуется область, обедненная подвижными носителями. Пусть основание нижней обкладки конденсатора имеет форму прямоугольника
W•L,
где W ширина прямоугольника;
L длина прямоугольника.

При приложении обратного напряжения Е к p-n-переходу протяженность слоя, обедненного подвижными носителями, составит

где ε_Si диэлектрическая проницаемость кремния;
Φ контактный потенциал;
q заряд электрона;
N концентрация легирующей примеси подложки.

В выражении (1) предполагается, что концентрация легирующей примеси в n⁺-областях много больше концентрации легирующей примеси подложки.

Таким образом, паразитная емкость нижней обкладки относительно подложки по сравнению с прототипом будет меньше на
DC_p=2ΔL•W•C_р.уд., (2)
где С_р.уд паразитная емкость единицы площади нижней обкладки относительно подложки.

Наибольшее преимущество предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом обеспечивается при смыкании областей, обедненных подвижными носителями. Последнее будет иметь место при выполнении условия

а это произойдет при

где Е напряжение источника смещения.

Например, для типовых параметров технологического процесса N 10¹⁵ см^-3, Φ 0,8 В, при L 10 мкм смыкание наступит при Е 18,4 В. При этом уменьшение паразитной емкости эквивалентного увеличению расстояния между обкладками паразитного конденсатора, образованного нижней обкладкой МОП-конденсатора и объемом подложки, содержащим подвижные носители.

Использование: изобретение относится к элементам интегральных схем и может быть использовано при создании различных аналоговых и аналого-цифровых систем в интегральном исполнении. Сущность изобретения: МОП-конденсатор, содержащий две обкладки, одна из которых выполнена в слое поликремния, а вторая - в слое материала с высокой удельной проводимостью, разделенные слоем диэлектрика, высоколегированные области, сформированные в подложке, и источник напряжения смещения, один полюс которого подключен к подложке, а второй полюс соединен с высоколегированными областями второго типа проводимости и его полярность противоположна знаку заряда основных носителей в высоколегированных областях. 2 ил.

МОП-конденсатор, выполненный на полупроводниковой подложке первого типа проводимости и содержащий две области с высокой удельной проводимостью, изолированные от подложки и между собой диэлектрическими слоями, образующие нижнюю и верхнюю обкладки конденсатора, контактные окна, выполненные на верхней и нижней обкладках, высоколегированные области второго типа проводимости, сформированные в подложке и расположенные по длине с обеих сторон обкладок без перекрытия с ними, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет уменьшения паразитной емкости нижней обкладки относительно подложки, в него введен источник напряжения смещения, один полюс которого подключен к подложке, а второй полюс соединен с высоколегированными областями второго типа проводимости и его полярность противоположна знаку заряда основных носителей высоколегированных областей.