DE2829212A1 - Planar double capacitance diode - has common cathode zone and two anode zones of opposite conduction type, surrounded by contact zones - Google Patents

Planar double capacitance diode - has common cathode zone and two anode zones of opposite conduction type, surrounded by contact zones

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Abstract

The double diode has a common cathode. This cathode is in the form of a zone (2) of the first conduction type, with anode zones (4, 5) of the second conduction type formed in it. Edges of the anode zones (4, 5) are at least in parts parallel to each other, and the first conduction type zone (2) is contacted by at least one surface zone (3a, 3b) of the same conduction type. It surrounds at least in part the anode zones (4, 5).

Description

Planare Doppel-Kapazitätsdiode Planar double capacitance diode

Die Erfindung betrifft eine planare Doppel-Kapazitätsdiode mit einer gemeinsamen Kathode, mit in einer die gemeinsame Kathode bildenden Zone vom ersten Leitungstyp eines Halbleiterkörpers angebrachten, die Anoden bildenden Oberflächenzonen vom zweiten Leitungstyp.The invention relates to a planar double capacitance diode with a common cathode, with in a zone forming the common cathode of the first Conductivity type of a semiconductor body attached, the anodes forming surface zones of the second type of conduction.

Eine Doppel-Kapazitätsdiode dieser Art ist aus der DE-OS 17 64 125 bekannt. Es ist bisher jedoch nicht möglich gewesen, solche planaren Doppel-Kapazitätsdioden mit solchen Güteeigenschaften herzustellen, daß es möglich war, sie in integrierte Schaltungen zur Erzeugung und Verarbeitung hoher, und höchster Frequenzen aufzunehmen.A double capacitance diode of this type is from DE-OS 17 64 125 known. However, it has not hitherto been possible to produce such planar double varactor diodes with such quality characteristics that it was possible to integrate them into Include circuits for generating and processing high and highest frequencies.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kapazitätsdiode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß sie solche Güteeigenschaften aufweist, daß ihre Anwendung in einer integrierten Schaltung zur Verarbeitung hoher und höchster Frequenzen, z.B. einem Oszillator oder einem selektiven Verstärker möglich ist, d.h., daß die Kapazitätsdiode Güteeigenschaften aufweist, die gleich oder besser sind als die der in diesen Anwendungsfällen bisher verwendeten diskreten Dioden.The invention is therefore based on the object of a capacitance diode according to the preamble of claim 1 so that they have such quality properties has that its application in an integrated circuit for processing high and highest frequencies, e.g. an oscillator or a selective amplifier is possible, i.e. that the varactor diode has quality properties which are the same or better than the discrete ones previously used in these applications Diodes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ränder der beiden die Anoden bildenden Zonen, mindestens teilweise, parallel zueinander verlaufen und die Zone vom zweiten Leitungstyp durch mindestens eine Oberflächenzone vom gleichen Leitungstyp kontaktiert wird, welche die die Anoden bildenden Zonen mindestens teilweise umgibt.This object is achieved according to the invention in that the edges of the two zones forming the anodes, at least partially, parallel run to each other and the zone of the second conductivity type by at least one Surface zone of the same conductivity type is contacted which the anodes at least partially surrounding forming zones.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further developments of the invention emerge from the subclaims.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß der HF-Widerstand der Dioden nur zwischen den, dank der besonderen Geometrie der die Anoden bildenden Zonen eng benachbarten Anoden wirksam wird und somit starK reduziert ist.The advantages achieved by the invention are in particular therein see that the RF resistance of the diodes is only between the, thanks to the special geometry the anodes that form the anodes in close proximity to one another becomes effective and thus strong is reduced.

Die die Anodenzonen umgebend angeordneten Kathodenzonen dienen lediglich zur Zuführung der Gleichspannung.The cathode zones arranged surrounding the anode zones are only used for supplying the DC voltage.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.Two embodiments of the invention are based on the following the accompanying drawings explained in more detail.

Es zeigen: Fig. 1 das Ersatzschaltbild einer Doppel-Kapazitätsdiode, Fig. 2 eine Draufsicht auf eine planare Doppel-Kapazitätsdiode, Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Doppel-Kapazitätsdiode nach Fig. 2 entlang der Linie III-III, Fig. 4 einen Schnitt durch eine andere #usführungsform einer Kapazitätsdiode gemäß Fig Fig. 1 zeigt das Prinzip-Schaltbild einer Doppel-Kapazitätsdiode mit zwei Einzeldioden D1 und D2, deren Kathoden zu einer gemeinsamen Kathode 5 verbunden sind.They show: FIG. 1 the equivalent circuit diagram of a double capacitance diode, FIG. 2 shows a plan view of a planar double capacitance diode, FIG. 3 shows a cross section by a double capacitance diode according to FIG. 2 along the line III-III, FIG. 4 a section through another # embodiment of a capacitance diode according to FIG Fig. 1 shows the principle circuit diagram of a double capacitance diode with two individual diodes D1 and D2, the cathodes of which are connected to form a common cathode 5.

Solche Doppel-Kapazitätsdioden dienen als Abstimmelemente in abstimmbaren Oszillatoren und selektiven, abstimmbaren Verstärkern. Will man solche Schaltungen in monolithisch integrierter Form aufbauen, so ist es erforderlich, auch solche Doppel-Kapazitätsdioden als planare Schaltungselemente im Rahmen einer integrierten Schaltung mit einer solchen Güte, d.h. insbesondere einem niedrigen Bahnwiderstand, zu realisieren, die der Güte diskreter Kapazitätsdioden entspricht.Such double capacitance diodes serve as tuning elements in tunable Oscillators and selective, tunable amplifiers. Do you want such circuits build in monolithically integrated form, so it is necessary to include such Double capacitance diodes as planar circuit elements as part of an integrated Circuit with such a quality, i.e. in particular a low rail resistance, to realize that corresponds to the quality of discrete capacitance diodes.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Doppel-Kapazitätsdiode gemäß der Erfindung, die diese Forderungen erfüllt.Fig. 2 shows a plan view of a double capacitance diode according to of the invention that meets these needs.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer solchen Diode.Fig. 3 shows a cross section through a first embodiment of a such diode.

Es ist zu beachten, daß eine solche planare Doppel-Kapazitätsdiode in der Regel ein Schaltungselement im Rahmen einer Zahlreiche weitere Schaltungselemente enthaltenden integrierten Schaltung darstellt. In den Fig. 2 bis 4 ist jedoch lediglich nur der Ausschnitt aus dem Halbleiterkörper der integierten Schaltung dargestellt, der das hxr besprochene Schaltungselement, nämlich die planare Doppel-Kapazitätsdiode,enthält.It should be noted that such a planar double capacitance diode usually a circuit element as part of a number of other circuit elements containing integrated circuit represents. In Figs. 2 to 4, however, is only only the section from the semiconductor body of the integrated circuit is shown, which contains the circuit element discussed, namely the planar double capacitance diode.

Wie de Fig. 3 zeigt, besteht der die Doppel-Kapazitätsdiode enthaltende Halbleiterkörper aus einem N+-leitenden Substrat 1, auf das eine N-leitende epitaktische Schicht 2 aufgewachsen ist.As de Fig. 3 shows, there is the double varactor containing diode Semiconductor body made of an N + -conductive substrate 1, on which an N -conductive epitaxial Layer 2 grew up.

Das Substrat 1 und die Schicht 2 bilden die gemeinsame Kathodenzone der beiden Kapazitätsdioden D1 und D2. Sie wird kataktiert über das gut leitende Substrat 1 und zwei in die epitaktische Schicht 2 eingebrachte und sich durch sie hindurch bis in das Substrat 1 erstreckende, ebenfalls N-leitende Zonen 3a und 3b, die an der Oberfläche des Halbleiterkörpers durch eine Kontaktbahn 6 miteinander verbunden sind.The substrate 1 and the layer 2 form the common cathode zone of the two capacitance diodes D1 and D2. She is catactivated by the well-managed Substrate 1 and two introduced into the epitaxial layer 2 and spread through it also N-conductive zones 3a and 3b extending through into the substrate 1, those on the surface of the semiconductor body by a contact track 6 with one another are connected.

Die beiden Zonen 3a und 3b begrenzen, wie insbesontre die Fig. 2 zeigt, ein Gebiet in der epitaktischen Schicht 2 in der die die Anoden der beiden Kapazitätsdioden D1 und D2 bildenden Oberflächenzonen 4 und 5 angebracht sind.The two zones 3a and 3b delimit, as FIG. 2 shows in particular, an area in the epitaxial layer 2 in which the anodes of the two capacitance diodes D1 and D2 forming surface zones 4 and 5 are attached.

Diese sich in die epitaktische Schicht 2 erstreckenden P-leitenden Oberflächenzonen sind wie die Fig. 2 zeigt, so angeordnet, daß ihre Ränder, mindestens teilweise, parallel zueinander verlaufen. Dadurch ergeben sich für die an die Anoden der Doppel-Kapazitätsdioden angelegte Hochfrequenz kurze Wege und damit kurze Bahnwiderstände, d.h.These P-type conductors, which extend into the epitaxial layer 2 As shown in FIG. 2, surface zones are arranged so that their edges, at least partially, run parallel to each other. This results in the anodes The high frequency applied to the double capacitance diodes short distances and thus short track resistances, i.e.

eine hohe Güte der Doppel-Kapazitätsdiode.a high quality of the double capacitance diode.

Wie die Fig. 2 zeigt, sind die die Anoden bildenden Zonen 4 und 5 so ausgebildet, daß sie Teilzonen 4a, 4b und 5a, 5b bilden, die interdigital ineinandergreifen.As FIG. 2 shows, the zones 4 and 5 forming the anodes designed in such a way that they form sub-zones 4a, 4b and 5a, 5b which interdigitally interlock.

Eine Doppel-Kapazitätsdiode gemäß Fig. 3 kann wie folgt hergestellt werden. Ausgegangen wird von einem mit Arsen N+-dotierten Siliciumsubstrat 1 mit einem spezifischen Widerstand von 1 bis 3 mflcm. Auf dieses Substrat wird eine epitaktische Schicht 2 aufgewachsen, die mit Phosphor ebenfalls N-dotiert ist und einen spezifischen Widerstand von 1,2 bis 1,8 nom aufweist. Die Dicke dieser epitaktischen Schicht beträgt vorzugsweise 3 bis 3,5/um.A double capacitance diode according to FIG. 3 can be produced as follows will. The starting point is a silicon substrate 1 with N + doped with arsenic a specific resistance of 1 to 3 mflcm. On this substrate is an epitaxial Layer 2 grown, which is also N-doped with phosphorus and a specific Has a resistance of 1.2 to 1.8 nom. The thickness of this epitaxial layer is preferably 3 to 3.5 µm.

In die epitaktische Schicht 2 werden dann durch Eindiffusion von Phosphor die Kathoden-Kontaktzonen 3a und 3b mit einer Tiefe von etwa 4,5/um eingebracht. Diese Zonen weisen einen Flächenwiderstand von etwa 2 bis 5 Ohm auf.In the epitaxial layer 2 are then by diffusion of phosphorus the cathode contact zones 3a and 3b introduced with a depth of about 4.5 / μm. These zones have a sheet resistance of about 2 to 5 ohms.

Die die Anoden bildenden Zonen 4 und 5 werden dann durch Implantation von Borionen und die übliche sich anschliessende thermische Behandlung eingebracht, so daß sich P-leitende Zonen mit einer Tiefe von etwa 0,8/um und einem Flächenwiderstand von etwa 120 Ohm ergeben. Die Breite der Anodenzonen 4 und 5 beträgt etwa 20/um und ihr gegen- seitiger Abstand ebenfalls etwa 20/um. Die Länge und die Breite der Kathoden-Kontaktzonen 3 beträgt etwa 100Xum bzw.The zones 4 and 5 forming the anodes are then implanted introduced by boron ions and the usual subsequent thermal treatment, so that there are P-conductive zones with a depth of about 0.8 / .mu.m and a sheet resistance of about 120 ohms. The width of the anode zones 4 and 5 is approximately 20 μm and you against lateral distance also about 20 / um. The length and the width of the cathode contact zones 3 is about 100Xum or

20zum, so daß die gesamte Doppel-Kapazitätdiode etwa eine Fläche von 260 x 180/um' einnimmt.20zum, so that the entire double capacitance diode has an area of about Occupies 260 x 180 / um '.

Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Doppel-Kapazitätsdiode, das weitgehend dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 entspricht, mit der Ausnahme, daß zwischen dem Substrat 1 und der epitaktischen Schicht 2 noch eie vergrabene Schicht 2a angebracht ist. Diese vergrabene Schicht erlaubt es, ohne eine Erhöhung des Bahnwiderstandes und damit eine Verschlechterung der Doppel-Kapazitätsdiode erwarten müssen, von einem Substrat 1 auszugehen, das den entgegengesetzten Leitungstyp hat, wie die epitaktische Schicht 2.Fig. 4 shows a further embodiment of a double capacitance diode, which largely corresponds to the embodiment according to FIG. 3, with the exception that between the substrate 1 and the epitaxial layer 2 still eie buried Layer 2a is attached. This buried layer allows it without an elevation the rail resistance and thus a deterioration in the double capacitance diode have to expect to start from a substrate 1 that has the opposite conductivity type like the epitaxial layer 2.

Die Anordnung gemäß Fig. 4 kann wie folgt hergestellt werden.The arrangement according to FIG. 4 can be produced as follows.

Ausgegangen wird von einem mit Bor dotierten P-leitenden Substrat mit einem spezifischen Widerstand von etwa 2 bis 5 n cm. Auf dieses Substrat 1 wird dann auf den für die Doppel-Kapazitätsdiodn vorgesehenen Flächenbereichen zunächst durch Eindiffusion von Arsen in einer Ampulle eine N+-leitende Schicht 2a mit einer Dicke von etwa 4,5/um und einem Flächenwiderstand von etwa 15 acm erzeugt. Auf diese Schicht 2a wird daiiri#bei dem obenbeschriebenen Ausführungsbeispiel eine N-leitende, mit Phosphor dotierte epitaktische Schicht mit einer Dicke von etwa 3,8/um und einem spezifischen Widerstand von etwa 1,5 n cm aufgewachsen.A boron-doped P-conductive substrate is used as a starting point with a resistivity of about 2 to 5 n cm. On this substrate 1 is then initially on the surface areas provided for the double capacitance diode by diffusing arsenic in an ampoule an N + -conducting layer 2a with a Thickness of about 4.5 / µm and a sheet resistance of about 15 acm. To this Layer 2a becomes an N-conductive, phosphorus doped epitaxial layer with a thickness of about 3.8 / µm and a specific resistance of about 1.5 n cm grew.

über der vergrabenen Schicht 2a verringert sich durch Ausdiffusion die aktive Diode der epitaktischen Schicht auf etwa 3/um.above the buried layer 2a is reduced by out-diffusion the active diode of the epitaxial layer to about 3 / µm.

In diese epitaktische Schicht 2 werden dann, wie oben beschrieben, zunächst die Kathoden-Kontaktzonen 3a und Db durch Eindiffusion von Phosphor so tief eingebracht, daß sie sich bis zu der vergrabenen N+-leitenden Schicht 2a erstrecken. Die Anodenzonen 4 und 5 werden ebenfalls durch Implanation von Borionen und eine anschließende thermische Behandlung so eingebracht, daß sie eine Tiefe von etwa 0,8/um und einen Flächenwiderstand von etwa 120 Ohm aufweisen.In this epitaxial layer 2 are then, as described above, first the cathode contact zones 3a and Db by diffusion of phosphorus see above deeply introduced that they extend to the buried N + -conductive layer 2a. The anode zones 4 and 5 are also by implantation of boron ions and a subsequent thermal treatment introduced so that they have a depth of about 0.8 / µm and a sheet resistance of about 120 ohms.

Die weiteren Abmessungen dieses Ausführungsb ei spiels entsprechen dem oben anhand der Fig. 3 erläuterten Ausführungsbeispiel.The other dimensions of this Ausführungsb ei match the exemplary embodiment explained above with reference to FIG. 3.

Die die einzelnen Zonen der Anordnung kontaktierenden und miteinander verbindenden Kontaktbahnen 6, 8 und 9 werden auf übliche - Weise hergestellt. Kontaktbahnen,die zu den weiteren Schaltungselementen bzw. Anschlußpunkten der integrierten Schaltung führen, sind nicht dargestellt.Those contacting the individual zones of the arrangement and with one another connecting contact tracks 6, 8 and 9 are produced in the usual way. Contact tracks that to the further circuit elements or connection points of the integrated circuit lead are not shown.

In der Regel ist es erforderlich, die einzelnen in einer integrierten Schaltung realisierten Schaltungselemente elektrisch voneinander zu isolieren. Die Isolierung des hier beschriebenen Schaltungselementes der Doppel-Kapazitätsdiode kann bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, bei dem das Substrat und die epitaktische Schicht, in der das Schaltungselement realisiert ist, vom gleichen Leitungstyp sind, dadurch geschehen, daß von den bekannten Verfahren der Luftisolation oder dielektrischen Isolation Gberauch gemacht wird. Dies heißt, daß der die Doppel-Kapazitätsdiode enthaltende, in der Fig. 3 dargestellte Teil des Halbleiterkörpers nach der Herstellung der elektrischen Verbindungen auf seiner Oberfläche, von den benachbarten, andere Schaltungselemente enthaltenden Teilen dadurch isoliert wird, daß in den Halbleiterkörper von der Rückseite Gruben geätzt werden, welche die einzelnen von- einander zu isolierenden Teile des Halbleiterkörpers so voneinander trennen, daß sie nur noch durch die Oxidschichten und die Leiterbahnen auf ihren Oberflächen miteinander verbunden sind.Usually it is necessary to integrate the individual Circuit realized circuit elements to isolate electrically from each other. the Isolation of the circuit element of the double capacitance diode described here can in the embodiment of FIG. 3, in which the substrate and the epitaxial The layer in which the circuit element is implemented are of the same conductivity type, done in that of the known methods of air insulation or dielectric Isolation is also made. This means that the double varactor containing, shown in Fig. 3 part of the semiconductor body after manufacture of electrical connections on its surface, from neighboring, other Circuit elements containing parts is isolated in that in the semiconductor body from the back pits are etched, which the individual of- each other to be isolated parts of the semiconductor body so separate that they only nor through the oxide layers and the conductor tracks on their surfaces with one another are connected.

Die Gruben können aber auch mit einem geeigneten Isoliermaterial (z.B. Siliciumoxid oder Glas) wieder gefüllt werden.The pits can also be covered with a suitable insulating material (e.g. Silicon oxide or glass).

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 kann der die Doppel-Kapazitätsdiode enthaltende Teil der epitaktischen Schicht 2 leicht durch eine Isolationsdiffusionszone von den benachbarten Teilen der epitaktischen Schicht und den darin enthaltenden Schaltungselementen getrennt werden.In the embodiment according to FIG. 4, the double capacitance diode containing part of the epitaxial layer 2 easily through an isolation diffusion zone from the adjacent parts of the epitaxial layer and those contained therein Circuit elements are separated.

Die Isolationsdiffusionszone hat den gleichen Leitungstyp wie das Substrat und erstreckt sich durch die epitaktische Schicht und hindurch bis in das Substrat.The isolation diffusion zone has the same conductivity type as that Substrate and extends through the epitaxial layer and into the Substrate.

Claims (6)

Patentansprüche: ~rr Q)i. Planare Doppel-Kapazitätsdiode mit einer gemeinsamen Kathode, mit in einer die gemeinsame Kathode bildende Zone (2) vom ersten Leitungstyp eines Halbleiterkörpers angebrachten, die Anoden bildenden Oberflächenzonen (4, 5) vom zweiten Leitungstyp, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der beiden die Anoden bildenden Zonen (4, 5), mindestens teilweise, parallel zueinander verlaufen und die Zone (2) vom ersten Leitungstyp durch mindestens eine Oberflächenzone (3a, 3b) vom gleichen Leitungstyp kontaktiert wird, welche die die Anoden bildenden Zonen (4, 5), mindestens teilweise, umgibt. Claims: ~ rr Q) i. Planar double capacitance diode with a common cathode, with a common cathode forming zone (2) from the first Conductivity type of a semiconductor body attached, the anodes forming surface zones (4, 5) of the second conduction type, characterized in that the edges of the two the anode-forming zones (4, 5) run, at least partially, parallel to one another and the zone (2) of the first conductivity type by at least one surface zone (3a, 3b) of the same conductivity type as the zones forming the anodes (4, 5), at least partially, surrounds. 2. Kapazitätsdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzechnet, daß die die Anoden bildenden Zonen (4, 5) interdigital ineinandergreifende Teilzonen (4a, 4b, 5a, 5b) aufweisen. 2. Capacitance diode according to claim 1, characterized in that the the anode-forming zones (4, 5) interdigitally interlocking sub-zones (4a, 4b, 5a, 5b). 3. Kapazitätsdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kathode bildende Zone (2) durch zwei, die Anodenzonen (4, 5) teilweise umgebende Oberflächenzonen (3a, 3b) kontaktiert ist, die an der Oberfläche des Halbleiterkodrpers von einer die Kathodenzonen (4, 5) ebenfalls teilweise umgebenden Kontaktbahn (6) verbunden sind. 3. Capacitance diode according to claim 1, characterized in that the the cathode-forming zone (2) by two, the anode zones (4, 5) partially surrounding Contact is made with surface zones (3a, 3b) on the surface of the semiconductor body from a contact track (6) also partially surrounding the cathode zones (4, 5) are connected. 4. Kapazitätsdiode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die gemeinsame Kathode bil- dende Zone (2) eine auf dem Halbleitersubstrat (1) aufgebrachte epitaktische Schicht ist. 4. Capacitance diode according to one of the preceding claims, characterized characterized in that they form the common cathode end zone (2) is an epitaxial layer applied to the semiconductor substrate (1). 5. Kapazitätsdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeschnet, daß das Halbleitersubstrat (1) ebenfalls vom ersten Leitungstyp ist und sich die die Kathode kontaktierenden Oberflächenzonen (3a, 3b) bis in das Substrat erstrecken (Fig. 3).5. Capacitance diode according to claim 4, characterized in that the Semiconductor substrate (1) is also of the first conductivity type and is the cathode contacting surface zones (3a, 3b) extend into the substrate (Fig. 3). 6. Kapazitätsdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) vom zweiten Leitungstyp ist, das auf ihm unter der epitaktischen Schicht (2) vom ersten Leitungstyp eine hochdotierte vergrabene Schicht (2a) vom ersten Leitungstyp angebracht ist und daß sich die die Kathode kontaktierenden Oberflächenzonen (3a, 3b) bis in das Substrat erstrecken (Fig. 4).6. Capacitance diode according to claim 4, characterized in that the Semiconductor substrate (1) of the second conductivity type is that on it under the epitaxial Layer (2) of the first conductivity type is a highly doped buried layer (2a) from first type of conduction is attached and that the surface zones contacting the cathode (3a, 3b) extend into the substrate (Fig. 4).
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