[发明专利]适用于高频操作中去耦应用的沟槽电容器

说明书

技术领域

本发明涉及电容器以及包括信号线和接地接触之间并联电容器的电子电路。本发明还涉及制造电容器的方法。 

背景技术

沟槽电容器在电子电路中用作电路配置中的去耦电容器，这里也称作旁路电容器，其中所述电容器在信号线和地面电势之间并联地插入。 

在该配置中，沟槽电容器提供小阻抗的优势，由下述公式给出 

Z＝1/jωC    (1) 

这里，Z表示阻抗，ω是角频率并且涉及信号频率f即ω＝2πf，C是电容，j是众所周知的虚数单位数。典型地，沟槽电容器具有大电容值，因此代表在信号线和地面电势之间对于交流信号(AC)近似理想的短路。公式(1)意味着电容越大，对地短路越好。 

图1示出了已知沟槽电容器结构100以获得大电容值。该沟槽电容器结构在F.Roozeboom等人的“High-Density，Low-Loss MOSCapacitors for Integrated RF Decoupling”，Int.J.Microcircuitsand Electronic Packaging，24(3)(2001)pp.182-196中公布。图1的沟槽电容器100嵌入在硅衬底102中并且包括耦合层结构阵列，其中层结构104至112以截面图示出。层结构在与衬底102的顶面114和底面116垂直的平面中形成U-型截面轮廓的阵列。U-型层结构是同样的，以及层结构的相应层彼此相连。层结构包括由n⁺-硅层形成的第一下电极118。该n⁺-层出现在n--掺杂硅衬底上。电介质层120，例如可以是30mm厚的氧化物/氮化物/氧化物叠层，将下电极118与上电极122隔离，所述上电极是n+多晶硅层。金属顶电极124沉积在上电极122的顶部。 

典型地，U-型层结构118至122可在直径为2μm，深度102为20-30μm的孔隙中形成。典型的单位面积电容密度在25nF/mm²-75nF/mm² 之间，可用图1所示的电容器实现。 

图2示意性地示出了具有现有技术沟槽电容器202的电路配置200，所述电容器在信号线和地面电势之间作为旁路电容器。由于具有大电容，图1所示的沟槽电容器结构100适用于电容器202中。然而，在本电路配置中用作旁路电容器，必须在衬底102的底面116上提供接地接触，图2中用参考数字206标记。接地接触206与地面电势相连。电容器202还有接触结构204，带有两个端口204.1和204.2用于信号输入和输出，可与信号线(未示出)相连。理论上，如果电容器200可以提供理想对地短路，可以完全反射进入端口1204.1的信号波。因此，端口2204.2可以理想地与端口1204.1去耦。 

然而，已知沟槽电容器的性能取决于频率，而非提供在图2电路配置中的理想对地短路。下面将参考图3进行解释。图3是现有技术沟槽电容器S21传输系数作为频率的函数的依赖关系图。频率用对数比例以赫兹(Hz)为单位绘制。传输系数S21的单位是dB。三条测定曲线分别与电容为2.2nF、22nF和380nF的不同沟槽电容器相对应。三条曲线在1MHz至约50MHz(标记为“范围I”)的频率范围内都呈现了传输系数S₂₁的下降。取决于电容值，在每条曲线中都可见所示传输特性的共振效应发生在100MHz至1GHz之间。 

所示频率依赖性是由于沟槽电容器的自感。在自谐振频率，沟槽电容器的电容C和自感L_self共振。此时电容器的操作最好，例如出现最大信号抑制，尽管在GHz范围的抑制仍然比离散SMD放置的电容(discreteSMD placed capacitor)的抑制好得多。 

下面的表1示出了几个现有技术电容在表面积、电容C、电阻R和自感L_self值的比较。