JP2006086334A - Pin diode element and transmission/reception changeover switch - Google Patents
Pin diode element and transmission/reception changeover switch Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006086334A JP2006086334A JP2004269627A JP2004269627A JP2006086334A JP 2006086334 A JP2006086334 A JP 2006086334A JP 2004269627 A JP2004269627 A JP 2004269627A JP 2004269627 A JP2004269627 A JP 2004269627A JP 2006086334 A JP2006086334 A JP 2006086334A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- layer
- intrinsic semiconductor
- pin diode
- diode element
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明はPINダイオード素子及びそのPINダイオード素子を組み込んだ送受信切替スイッチに関する。 The present invention relates to a PIN diode element and a transmission / reception changeover switch incorporating the PIN diode element.
携帯電話機等の無線通信システムにおける高周波スイッチ(送受信切替スイッチ)には、PINダイオード(素子)が多用されている(例えば、特許文献1、2)。
特許文献1には、携帯電話等の移動体通信に用いられる高周波スイッチとして、二つの帯域でON状態とOFF状態を切り替えることができる2周波スイッチが開示されている。
PIN diodes (elements) are frequently used in high-frequency switches (transmission / reception switching switches) in wireless communication systems such as cellular phones (for example,
特許文献2には、マイクロ波を用いた衛星通信や自動車電話あるいは携帯電話等の無線通信システムにおける送受信系の切替に用いる低挿入損失で高アイソレーションの高周波スイッチが開示されている。そして、特許文献1及び特許文献2のスイッチにおいてはPINダイオードが使用されている。
携帯電話機の送受信切替スイッチとして使用されているPINダイオード(素子)には低容量・低高周波抵抗特性が要求される。特に、近年では携帯電話機の低駆動化に伴い低駆動での低抵抗化が求められている。このため、PINダイオードは、その低駆動領域での高周波抵抗特性を他の特性に影響を与えることなく改善することが求められている。 A PIN diode (element) used as a transmission / reception selector switch of a cellular phone is required to have a low capacitance and a low frequency resistance characteristic. In particular, in recent years, there has been a demand for low resistance with low driving as the mobile phone has low driving. For this reason, PIN diodes are required to improve the high-frequency resistance characteristics in the low drive region without affecting other characteristics.
図12は従来のPINダイオード素子の構造と不純物濃度分布を示す模式図である。図12(a)はPINダイオード素子80の断面図である。図12(a)に示すように、PINダイオード素子80はシリコンからなる半導体基板81を基にした半導体チップ82に形成されている。半導体基板81の主面(上面)には不純物濃度が1E+12cm−3程度となるn層(n−層)83が形成されている。このn層83はエピタキシャル成長によって形成され、真性半導体層(I層)となっている。前記n層83の表層部分には選択的にp層(p++層)84が形成されている。また、半導体チップ82の主面の縁に沿ってp層84を囲むようにn層(n++層)からなるガードリング(ゲッタリング層)85が形成されている。また、図示はしないが、半導体チップ82の主面には絶縁膜が形成されている。絶縁膜のうちp層84上の絶縁膜は除去され、この除去された部分にp電極が形成されている。また、半導体チップ82の裏面(下面)にはn電極が形成されている。図12(a)において、点々が付された領域は、所定の電圧印加時に発生する空乏層86を示す。図12(b)は、PINダイオード素子における各半導体層での不純物濃度分布を示すグラフである。このグラフからも分かるように、n層(n−層)83は真性半導体層を形成するため不純物濃度が低くなっている。
FIG. 12 is a schematic diagram showing the structure and impurity concentration distribution of a conventional PIN diode element. FIG. 12A is a cross-sectional view of the
ここで、半導体チップ82の寸法の一例を挙げると、半導体チップは一辺が0.24mmとなる正方形であり、厚さは120μmである。エピタキシャル層は厚さ20μmである。p層84は深さ3μmで直径140μmである。n層のガードリング85の深さは2μmである。
Here, as an example of the dimensions of the
このようなPINダイオード素子では、高周波抵抗(高周波順抵抗:rf)を低下させるためには、pn接合面積を増大あるいはエピタキシャル層(n層83)の不純物濃度を増大させることが考えられる。しかし、pn接合面積の増大は容量増大となる。また、エピタキシャル層の不純物濃度増大は空乏層の幅が狭くなり容量増大を引き起こすことになる。一方、容量と高周波順抵抗rfはトレードオフの関係にあり、両者を良好な状態に改善することは難しい。 In such a PIN diode element, in order to reduce the high-frequency resistance (high-frequency forward resistance: rf), it is conceivable to increase the pn junction area or increase the impurity concentration of the epitaxial layer (n layer 83). However, an increase in pn junction area results in an increase in capacitance. In addition, an increase in the impurity concentration of the epitaxial layer causes a decrease in the width of the depletion layer and an increase in capacity. On the other hand, the capacitance and the high-frequency forward resistance rf are in a trade-off relationship, and it is difficult to improve both in a good state.
そこで、本発明者は、エピタキシャル層を2層とし、一方の層を高周波抵抗を低抵抗化する高濃度エピタキシャル層とし、他方の層を高周波容量特性を低容量化する低濃度エピタキシャル層とすることによって、低容量・低高周波抵抗特性のPINダイオード素子を提供できることに気がつき本発明をなした。 Therefore, the inventor of the present invention has two epitaxial layers, one layer is a high-concentration epitaxial layer that reduces high-frequency resistance, and the other layer is a low-concentration epitaxial layer that reduces high-frequency capacitance characteristics. Accordingly, the present invention has been made possible by providing a PIN diode element having low capacitance and low frequency resistance characteristics.
本発明の目的は、低容量でかつ低高周波抵抗特性を有するPINダイオード素子を提供することにある。
本発明の他の目的は、特性が良好な送受信切替スイッチを提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
An object of the present invention is to provide a PIN diode element having a low capacity and a low frequency resistance characteristic.
Another object of the present invention is to provide a transmission / reception selector switch with good characteristics.
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
(1)PINダイオード素子は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板の第1の面に形成される第1導電型の第1の真性半導体層と、前記第1の真性半導体層上に形成される第1導電型の第2の真性半導体層と、前記第2の真性半導体層の表層部に選択的に形成される第2導電型の半導体層と、前記第2導電型の半導体層上に形成される第1の電極と、前記半導体基板の第2の面に形成される第2の電極とを有し、前記第2の真性半導体層の不純物濃度は前記第1の真性半導体層の不純物濃度よりも濃度が高く、前記第2の真性半導体層は零バイアス状態で空乏層が所定の領域広がり、前記第1の真性半導体層は零バイアス状態で空乏層が広がらない層となっていることを特徴とする。
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
(1) A PIN diode element includes a first conductivity type semiconductor substrate, a first conductivity type first intrinsic semiconductor layer formed on a first surface of the semiconductor substrate, and the first intrinsic semiconductor layer. A first conductive type second intrinsic semiconductor layer formed on the second intrinsic semiconductor layer, a second conductive type semiconductor layer selectively formed on a surface layer of the second intrinsic semiconductor layer, and the second conductive type semiconductor A first electrode formed on the layer and a second electrode formed on a second surface of the semiconductor substrate, wherein the impurity concentration of the second intrinsic semiconductor layer is the first intrinsic semiconductor. The impurity concentration is higher than the impurity concentration of the layer, the second intrinsic semiconductor layer is a zero bias state and the depletion layer is spread over a predetermined region, and the first intrinsic semiconductor layer is a layer without the depletion layer being spread in the zero bias state It is characterized by.
前記半導体基板はシリコンからなり、その抵抗率は0.02Ω−cm程度であり、前記第1の真性半導体層の抵抗率は4100Ω−cm程度であり、前記第2の真性半導体層の抵抗率は43〜420Ω−cm程度である。 The semiconductor substrate is made of silicon, the resistivity is about 0.02 Ω-cm, the resistivity of the first intrinsic semiconductor layer is about 4100 Ω-cm, and the resistivity of the second intrinsic semiconductor layer is It is about 43 to 420 Ω-cm.
このようなPINダイオード素子は送受信切替スイッチに使用される。送受信切替スイッチは、送信端子と受信端子との間の信号伝送線路に並列に接続されるアンテナと、前記送信端子と前記アンテナの前記信号伝送線路との接続部間に直列に接続される第1のPINダイオードと、前記接続部から前記受信端子に向かって送信波長の1/4の長さ離れた位置に接続され、前記第1のPINダイオードに対して並列にかつ逆バイアス状態で接続される第2のPINダイオードとを有する送受信切替スイッチであって、前記第1及び第2のPINダイオードは前記PINダイオード素子で構成されている。 Such a PIN diode element is used for a transmission / reception selector switch. The transmission / reception selector switch is connected in series between an antenna connected in parallel to a signal transmission line between a transmission terminal and a reception terminal, and a connection part between the transmission terminal and the signal transmission line of the antenna. Are connected to the first PIN diode in parallel and in a reverse-biased state, at a position that is a quarter of the transmission wavelength away from the connecting portion toward the receiving terminal. A transmission / reception changeover switch having a second PIN diode, wherein the first and second PIN diodes are constituted by the PIN diode element.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
前記(1)の手段によれば、PINダイオード素子の真性半導体層を第1の真性半導体層と第2の真性半導体層で形成している。第2の真性半導体層の不純物濃度は第1の真性半導体層の不純物濃度よりも濃度が高く、高周波抵抗を低抵抗化する高濃度エピタキシャル層となるため低高周波抵抗特性を有することになる。また、第1の真性半導体層は不純物濃度が低い低濃度エピタキシャル層となることから高周波容量特性の低容量化が可能になる。これにより、低容量・低高周波抵抗特性のPINダイオード素子を提供することができる。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
According to the means (1), the intrinsic semiconductor layer of the PIN diode element is formed of the first intrinsic semiconductor layer and the second intrinsic semiconductor layer. Since the impurity concentration of the second intrinsic semiconductor layer is higher than the impurity concentration of the first intrinsic semiconductor layer and becomes a high-concentration epitaxial layer that lowers the high-frequency resistance, it has low-frequency resistance characteristics. In addition, since the first intrinsic semiconductor layer is a low-concentration epitaxial layer having a low impurity concentration, it is possible to reduce the high-frequency capacitance characteristics. Thereby, it is possible to provide a PIN diode element having low capacitance and low high frequency resistance characteristics.
このような低容量・低高周波抵抗特性のPINダイオード素子を組み込んだ送受信切替スイッチは特性(アイソレーション・インサーションロス)が向上する。 A transmission / reception changeover switch incorporating such a low-capacitance / low-frequency resistance PIN diode element has improved characteristics (isolation / insertion loss).
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment of the invention, and the repetitive description thereof is omitted.
図1乃至図10は本発明の実施例1であるPINダイオード(素子)に係わる図である。本実施例1のPINダイオード(PINダイオード素子)1は、図1に示すように、シリコンからなる半導体基板2を基にして形成された半導体チップ3に形成されている。半導体チップ3は、例えば、1辺が0.24mmの正方形であり、厚さは120μmである。
1 to 10 are diagrams relating to a PIN diode (element) which is
半導体基板2はn型のシリコン(Si)基板からなっている。半導体基板2は、不純物としてのAsを多量に含みn++型となり、例えば、抵抗率が0.02Ω−cm程度になっている。半導体基板2の第1の面(主面:図1では上面)には、第1の真性半導体層4がエピタキシャル成長によって形成されている。この第1の真性半導体層4は、例えば、リンを不純物とし、不純物濃度が1E+12cm−3程度となり、厚さa(=20μm)のI層(n−−型)となっている(図3(a)参照)。
The
また、第1の真性半導体層4の上面には、第2の真性半導体層5がエピタキシャル成長によって形成されている。この第2の真性半導体層5は、例えば、リンを不純物とし、不純物濃度が1E+13〜14cm−3程度であり、厚さ3〜10μmのI層(n−型)となっている。第1の真性半導体層4と第2の真性半導体層5を合わせた層厚は、図12に示す真性半導体層(I層)からなるn層83の厚さと同じになっている。即ち、本実施例1では、図12の真性半導体層(I層)からなるn層83を2層にし、下層を第1の真性半導体層4とし、上層を第2の真性半導体層5としたことを特徴の一つとするものである。
A second
第2の真性半導体層5の表層部分には選択的にp層(p++層)6が形成されている。また、半導体チップ3の主面の縁に沿ってp層6を囲むようにn層(n++層)からなるガードリング(ゲッタリング層)7が形成されている。半導体チップ3の主面には絶縁膜8が形成されている。絶縁膜8のうちp層6上の絶縁膜は除去され、この除去された部分にp電極9が形成されている。また、半導体チップ3の裏面(下面)にはn電極10が形成されている。例えば、p電極9はSiを含むアルミニウム(Al)によって形成され、その厚さは1.5μmになっている。また、n電極10は1.2μmの厚さのAu層で形成されている。
A p layer (p ++ layer) 6 is selectively formed on the surface layer portion of the second
本実施例1のPINダイオード素子1においては、内部電位(零バイアス状態)によって第2の真性半導体層5には空乏層11が発生するが、第1の真性半導体層4には空乏層が広がらない。
In the
また、前記p層(p++層)6は、深さ3μmで直径140μmである。n層のガードリング7の深さは2μmである。図3(b)は各半導体層の不純物濃度分布を示すグラフである。
The p layer (p ++ layer) 6 has a depth of 3 μm and a diameter of 140 μm. The depth of the n-
このようなPINダイオード素子1は、図2(a)〜(d)に示すようにして製造される。図2(a)に示すように、例えば、抵抗率が0.02Ω−cm程度となるn型(n++型)のシリコン(Si)からなる半導体基板2が用意される。半導体基板2の不純物は、例えばAsである。この段階では、半導体基板2は、例えば、550μmの厚さになっている。
Such a
つぎに、図2(a)に示すように、半導体基板2の第1の面(主面:図1では上面)に 常用のエピタキシャル成長によって第1の真性半導体層4及び第2の真性半導体層5を順次形成する。第1の真性半導体層4は、例えば、厚さが20μmとなっている。また、第1の真性半導体層4には不純物としてリンが添加されてn型となるが、真性半導体層(I層)を形成するために不純物濃度は1E+12cm−3程度となっている。従って、第1の真性半導体層4はn−−型となる。
Next, as shown in FIG. 2A, the first
第1の真性半導体層4の上面に形成される第2の真性半導体層5は、例えば、厚さが3〜10μmとなっている。また、第2の真性半導体層5には不純物としてリンが添加されてn型となるが、真性半導体層(I層)を形成するために不純物濃度は1E+13〜14cm−3程度となっている。従って、第1の真性半導体層4はn−型となる。第1の真性半導体層4と第2の真性半導体層5を合わせた層厚は、図12に示す真性半導体層(I層)からなるn層83の厚さと同じになっている。
The second
なお、第2の真性半導体層5の形成において、第1の真性半導体層4の上面にn型のドーパントをインプラにて堆積させて第2の真性半導体層5を形成してもよい。この場合、エピタキシャル成長と比較し、不純物濃度、深さ(厚さ)を自由に設定できる特長がある。このとき、第2の真性半導体層5は内部電位によって広がる空乏層幅と同程度の厚さにする。
In the formation of the second
つぎに、図2(b)に示すように、常用のホトリソグラフィ技術,エッチング技術及び不純物拡散技術によって第2の真性半導体層5の表層部分に部分的にp層(p++層)6を形成する。即ち、第2の真性半導体層5の上面全域に熱酸化膜16を形成する。その後、熱酸化膜16上に選択的にホトレジスト膜を形成する(図示せず)。つぎに、ホトレジスト膜をエッチング用マスクとして熱酸化膜16をエッチングして第2の真性半導体層5の表面を選択的に露出させる。つぎに、ホトレジスト膜を除去した後、熱酸化膜16をマスクとして不純物を第2の真性半導体層5の表面に堆積させ(あるいは打ち込み)、熱拡散させてp層(p++層)6を形成する。例えば、不純物としてボロン(B)が打ち込まれる。p層(p++層)6は直径140μm程度で深さ3μm程度に形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, a p layer (p ++ layer) 6 is partially formed on the surface layer portion of the second
つぎに、熱酸化膜16を除去する。その後、図2(c)に示すように、第2の真性半導体層5の上面に前記同様手法によって選択的に熱酸化膜17を形成する。この熱酸化膜17はp層(p++層)6を中心とする所定矩形領域上に形成される。そして、この熱酸化膜17をマスクとして、露出する第2の真性半導体層5の表層部分には不純物が打ち込まれ、n型(n++型)のガードリング(ゲッタリング層)7が形成される。不純物としては、砒素(As)またはアンチモン(Sb)が使用される。ガードリング7は、例えば、2μmの深さに形成される。
Next, the
つぎに、熱酸化膜17を除去する。ついで、図2(d)に示すように、第2の真性半導体層5の上面に常用の方法によって所定パターンの熱酸化膜18を形成する。熱酸化膜18の中央は開口され、この開口部にはp電極9が形成される。このp電極9は、例えば、Siを含むアルミニウム(Al)によって形成され、1.5μmの厚さになっている。
Next, the
つぎに、半導体基板2の裏面(下面)を所定厚さ除去し、全体の厚さが120μm程度となるようにする。その後、半導体基板2の下面にn電極10とするAu層を1.2μmの厚さに形成する。ついで半導体基板2を縦横に切断して図1に示すようなPINダイオード素子1を複数製造する。本実施例1のPINダイオード素子1は、その製造段階において、第2の真性半導体層5の表面にp層(p++層)6を形成した段階で内部電位(零バイアス状態)によって第2の真性半導体層5に空乏層11が形成される。この空乏層11は不純物濃度が低い第1の真性半導体層4には伸びて行かない。空乏層11は図2(c),(d)に示してある。
Next, the back surface (lower surface) of the
本実施例1のPINダイオード素子1は、真性半導体層が、高濃度エピタキシャル層(第2の真性半導体層5)と、低濃度エピタキシャル層(第1の真性半導体層4)となる2層エピタキシャル層構造となっている。このため、高濃度エピタキシャル層(第2の真性半導体層5)は高周波抵抗を低抵抗化し、低濃度エピタキシャル層(第1の真性半導体層4)は高周波容量特性を低容量にすることができる。
In the
エピタキシャル層の高濃度層(第2の真性半導体層5)によって高周波抵抗を低抵抗にすることができる。図5(a)〜(c)は順方向電流(IF)の違いによる抵抗率と高周波抵抗の相関を示すグラフである。図5(a)のグラフではIFは0.3mAであり、図5(b)のグラフではIFは0.8mAであり、図5(c)のグラフではIFは6.0mAである。これらのグラフから分かるように、低バイアス程高周波抵抗が低抵抗になることが分かる。 The high-frequency resistance can be lowered by the high concentration layer (second intrinsic semiconductor layer 5) of the epitaxial layer. 5A to 5C are graphs showing the correlation between the resistivity and the high-frequency resistance due to the difference in the forward current (IF). In the graph of FIG. 5A, IF is 0.3 mA, in the graph of FIG. 5B, IF is 0.8 mA, and in the graph of FIG. 5C, IF is 6.0 mA. As can be seen from these graphs, it can be seen that the higher the resistance, the lower the high frequency resistance.
しかし、ただ単にエピタキシャル層の不純物濃度を高濃度にするだけでは、空乏層の幅が狭くなり、容量が大きくなってしまう。 However, simply increasing the impurity concentration of the epitaxial layer reduces the width of the depletion layer and increases the capacitance.
そこで、本実施例1では空乏化していないエピタキシャル層部分を低濃度にし、これによって容量が大きくなるのを抑止している(高周波使用時)。図7(a)〜(d)は本実施例1のPINダイオード素子の特性改善理由を説明する模式図である。図7(a)はp電極9とn電極10間の各層及び空乏層11の広がり状態を示す模式図である。空乏化しない第1の真性半導体層4の高周波時の容量はCusとなり、空乏化する第2の真性半導体層5の容量はCjとなる。即ち、空乏化していないエピタキシャル層(第1の真性半導体層4)は低周波では誘電性、高周波では容量性へ変化する性質がある。この点について図7を参照しながら説明する。
Therefore, in the first embodiment, the concentration of the epitaxial layer that is not depleted is set to a low concentration, thereby suppressing an increase in capacitance (when using a high frequency). FIGS. 7A to 7D are schematic views for explaining the reason for improving the characteristics of the PIN diode element of the first embodiment. FIG. 7A is a schematic diagram showing the spread state of each layer between the p-
図7(b)はPINダイオードの等価回路モデルを示す模式図である。p電極9とn電極10との間において、第1の真性半導体層4部分では抵抗Rusと容量Cusは並列接続の状態であり、第2の真性半導体層5部分では容量Cjとなる。p電極9及びn電極10間に流れる電流は、低周波時は抵抗Rusを流れ、高周波時は容量Cusを流れる。図7(c)は低周波時の容量を示すものであり、このときの等価回路はp電極9とn電極10との間に容量Cjと抵抗Rusが直列に接続される構成になる。また、図7(d)は高周波時の容量を示すものであり、このときの等価回路はp電極9とn電極10との間に容量Cjと容量Cusが直列に接続される構成になる。
高周波時の全体の容量Cは下記数式で与えられる。
FIG. 7B is a schematic diagram showing an equivalent circuit model of the PIN diode. Between the p-
The total capacity C at high frequency is given by the following equation.
この数1からも分かるように、このため、高周波では空乏層による容量成分と直列接続されるため全体の容量Cは低容量となる。従って、本実施例1のPINダイオード素子1では、内部電位で空乏層が広がる範囲は高濃度(低抵抗)に、空乏層の広がらない領域は低濃度(高抵抗)にすることにより低抵抗でかつ低容量特性が得られる。換言するならば、本実施例1によれば、容量特性を劣化させることなく低バイアス領域の高周波抵抗を改善することができる。
As can be seen from
図4は本実施例1のPINダイオード素子1の高周波順特性を示すグラフである。このグラフより、PINダイオード素子1は可変抵抗となる効果がある。また、図6はPINダイオード素子1の抵抗率の違いによる容量と周波数の相関を示すグラフである。即ち、抵抗率が150Ω・cm、470Ω・cm、1600Ω・cmにおける容量特性の周波数依存性を示すものである。抵抗率が小さくなるにつれてトータル容量Cが小さくなるのが分かる。
FIG. 4 is a graph showing high-frequency forward characteristics of the
図8は本実施例1のPINダイオード1における他の効果を説明する模式図である。PINダイオード素子1は真性半導体層を不純物濃度が低い第1の真性半導体層4と、この第1の真性半導体層4に比較して不純物濃度が高い第2の真性半導体層5によって形成していることから、PINダイオード素子1の表面の不純物濃度が高濃度となるため反転しにくくなる。図8において示す点線枠部分が不純物濃度が高い故に反転しにくくなる領域である。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining another effect of the
本実施例1のPINダイオード素子1は、チップの状態で各種半導体装置に組み込まれて使用されたり、あるいはデイスクリート品として提供される。図10は本実施例1のPINダイオード素子を組み込んだPINダイオード装置の断面図である。
The
PINダイオード装置30は、図10に示すように、外観的には偏平矩形の絶縁性樹脂からなる封止体31と、この封止体31の対面する一対の側面から突出するリード32,33とからなっている。リード32,33は封止体31の内外に亘って延在し、内端部分は封止体31に覆われ、外端は封止体31から突出し、かつ下面が封止体31の下面と一致するようになっている。
As shown in FIG. 10, the
一方のリード32の内端部分の上面には導電性の接着剤34を介してPINダイオード素子1が接続されている。即ち、PINダイオード素子1の図10では図示しないn電極10が接着剤34を介してリード32に電気的に接続されている。また、他方のリード33の内端部分の上面とPINダイオード素子1の上面は導電性のワイヤ35によって電気的に接続されている。PINダイオード素子1の上面には、図10では図示しないが、p電極9が形成されている。そして、このp電極9がワイヤ35によってリード33に電気的に接続されることになる。PINダイオード装置30は他の封止構造でもよい。例えば、DHD(ダブル・ヒートシンク・ダイオード)と呼称される一対のリード間にPINダイオード素子1を挟み、PINダイオード素子1及びPINダイオード素子1に接続されるリード部分を絶縁性のガラスで封止する構造でもよい。
The
本実施例1のPINダイオード素子1は、例えば、図9に示すようなアンテナスイッチを構成する部品として使用される。このアンテナスイッチは、例えば、周波数が900MHzあるいは1.8GHzの携帯電話機に使用されるアンテナスイッチである。図9はアンテナスイッチの等価回路図である。
The
アンテナスイッチ(送受信切替スイッチ)40は、図9に示すように、送信端子TXと受信端子RXとの間の信号伝送線路41に並列に接続されるアンテナ42と、送信端子TXとアンテナ42の前記信号伝送線路41との接続部(ノード)43間に直列に接続される第1のPINダイオード1aと、接続部43から受信端子RXに向かって送信波長の1/4の長さ離れた位置44に接続され、PINダイオード1aに対して並列にかつ逆バイアス状態で接続される第2のPINダイオード1bとを有する。接続部43と送信波長の1/4の長さ離れた位置44との間には送信波長の1/4の長さの信号伝送線路41aが設けられている。第2のPINダイオード1bと送信端子TX間には電源45が配置されている。また、C1,C2は容量である。
As shown in FIG. 9, the antenna switch (transmission / reception selector switch) 40 includes an
このような低容量・低高周波抵抗特性のPINダイオード素子を組み込んだ送受信切替スイッチは特性(アイソレーション・インサーションロス)が向上する。 A transmission / reception changeover switch incorporating such a low-capacitance / low-frequency resistance PIN diode element has improved characteristics (isolation / insertion loss).
本実施例1によれば下記の効果を有する。
(1)PINダイオード素子1の真性半導体層を第1の第1の真性半導体層4と第2の真性半導体層5で形成している。第2の真性半導体層5の不純物濃度は第1の真性半導体層4の不純物濃度よりも濃度が高く、高周波抵抗を低抵抗化する高濃度エピタキシャル層となるため低高周波抵抗特性を有することになる。また、第1の真性半導体層4は不純物濃度が低い低濃度エピタキシャル層となることから高周波容量特性の低容量化が可能になる。これにより、低容量・低高周波抵抗特性のPINダイオード素子を提供することができる。
The first embodiment has the following effects.
(1) The intrinsic semiconductor layer of the
(2)本実施例1による低容量・低高周波抵抗特性のPINダイオード素子を組み込んだ送受信切替スイッチは特性(アイソレーション・インサーションロス)が向上する。 (2) The characteristics (isolation / insertion loss) of the transmission / reception changeover switch incorporating the PIN diode element having the low capacitance and low high frequency resistance characteristics according to the first embodiment is improved.
図11(a)〜(d)は本実施例2のPINダイオードの製造方法を示す製造各工程の断面図である。実施例1のPINダイオード素子1は半導体基板2と、この半導体基板2の主面に形成される第1の真性半導体層4及び第2の真性半導体層5は同じ大きさとなっているが、本実施例のPINダイオード素子1cは、第1の真性半導体層4及び第2の真性半導体層5の部分は半導体基板2よりも幅が狭いメサ構造になっている。そして、第2の真性半導体層の上面全体に第2導電型の半導体層(p層(p++層)6)が設けられていることを特徴とする。
11A to 11D are cross-sectional views of each manufacturing process showing the method for manufacturing the PIN diode of the second embodiment. In the
PINダイオード素子1cの製造においては、実施例1の場合と同様に図11(a)に示すように、半導体基板2の主面に常用のエピタキシャル成長によって第1の真性半導体層4及び第2の真性半導体層5を順次形成する。このエピタキシャル成長時、図11(b)に示すように、p層(p++層)6を形成する。このp層(p++層)6の形成によって、第2の真性半導体層5には空乏層11が発生する。空乏層11は点々を施した領域である。p層(p++層)6を形成した段階で内部電位(零バイアス状態)によって第2の真性半導体層5に空乏層11が形成される。この空乏層11は不純物濃度が低い第1の真性半導体層4には伸びて行かない。
In the manufacture of the PIN diode element 1c, as shown in FIG. 11A, as in the case of the first embodiment, the first
つぎに、図11(c)に示すように、p層(p++層)6の上面に選択的に絶縁膜50を形成する。その後この絶縁膜50をエッチングマスクとして使用し、p層(p++層)6,第2の真性半導体層5,第1の真性半導体層4を選択的にエッチングしてメサ部51を形成する。エッチングは半導体基板2の表層部分まで行う。
Next, as shown in FIG. 11C, an insulating
つぎに、絶縁膜50を除去する。ついで、半導体基板2の主面側を絶縁膜52で覆うとともに、メサ部51上の絶縁膜52を選択的に開口し、この開口部分にp電極9を形成する。p電極9はp層(p++層)6に重なり電気的に接続される状態になる。
Next, the insulating
つぎに、半導体基板2の裏面(下面)を所定厚さ除去する。その後、半導体基板2の下面にn電極10を形成し、さらに半導体基板2を縦横に切断して図11(d)に示すようなPINダイオード素子1cを複数製造する。
Next, the back surface (lower surface) of the
本実施例2のPINダイオード素子1cは、メサ構造となることからさらに容量の低減が可能になる。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
Since the PIN diode element 1c of the second embodiment has a mesa structure, the capacitance can be further reduced.
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Nor.
1,1a,1b…PINダイオード(PINダイオード素子)、2…半導体基板、3…半導体チップ、4…第1の真性半導体層、5…第2の真性半導体層、6…p層(p++層)、7…ガードリング(ゲッタリング層)、8…絶縁膜、9…p電極、10…n電極、11…空乏層、16〜18…熱酸化膜、30…PINダイオード装置、31…封止体、32,33…リード、34…接着剤、35…ワイヤ、40…アンテナスイッチ、41…信号伝送線路、41a…送信波長の1/4の長さの信号伝送線路、42…アンテナ、43…接続部、44…送信波長の1/4の長さ離れた位置、45…電源、50…絶縁膜、51…メサ部、52…絶縁膜、80…PINダイオード素子、81…半導体基板、82…半導体チップ、83…n層(n−層)、84…p層(p++層)、85…ガードリング(ゲッタリング層)、86…空乏層。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体基板の第1の面に形成される第1導電型の第1の真性半導体層と、
前記第1の真性半導体層上に形成される第1導電型の第2の真性半導体層と、
前記第2の真性半導体層の表層部に選択的に形成される第2導電型の半導体層と、
前記第2導電型の半導体層上に形成される第1の電極と、
前記半導体基板の第2の面に形成される第2の電極とを有し、
前記第2の真性半導体層の不純物濃度は前記第1の真性半導体層の不純物濃度よりも濃度が高く、
前記第2の真性半導体層は零バイアス状態で空乏層が所定の領域広がり、
前記第1の真性半導体層は零バイアス状態で空乏層が広がらない層となっていることを特徴とするPINダイオード素子。 A first conductivity type semiconductor substrate;
A first intrinsic semiconductor layer of a first conductivity type formed on a first surface of the semiconductor substrate;
A second intrinsic semiconductor layer of a first conductivity type formed on the first intrinsic semiconductor layer;
A second conductivity type semiconductor layer selectively formed on a surface layer portion of the second intrinsic semiconductor layer;
A first electrode formed on the second conductivity type semiconductor layer;
A second electrode formed on the second surface of the semiconductor substrate;
The impurity concentration of the second intrinsic semiconductor layer is higher than the impurity concentration of the first intrinsic semiconductor layer,
The second intrinsic semiconductor layer has a depletion layer spread over a predetermined region in a zero bias state;
The PIN diode element, wherein the first intrinsic semiconductor layer is a layer in which a depletion layer does not expand in a zero bias state.
前記第2の真性半導体層はn型であり、不純物濃度は1E+13〜14cm−3程度となっていることを特徴とする請求項1に記載のPINダイオード素子。 The first intrinsic semiconductor layer is n-type, and the impurity concentration is about 1E + 12 cm −3 ,
2. The PIN diode element according to claim 1, wherein the second intrinsic semiconductor layer is n-type and has an impurity concentration of about 1E + 13 to 14 cm −3 .
前記第1の真性半導体層の抵抗率は4100Ω−cm程度であり、
前記第2の真性半導体層の抵抗率は43〜420Ω−cm程度であることを特徴とする請求項1に記載のPINダイオード素子。 The semiconductor substrate is made of silicon, and its resistivity is about 0.02 Ω-cm,
The resistivity of the first intrinsic semiconductor layer is about 4100 Ω-cm,
2. The PIN diode element according to claim 1, wherein the resistivity of the second intrinsic semiconductor layer is about 43 to 420 [Omega] -cm.
前記送信端子と前記アンテナの前記信号伝送線路との接続部間に直列に接続される第1のPINダイオードと、
前記接続部から前記受信端子に向かって送信波長の1/4の長さ離れた位置に接続され、前記第1のPINダイオードに対して並列にかつ逆バイアス状態で接続される第2のPINダイオードとを有する送受信切替スイッチであって、
前記第1及び第2のPINダイオードは請求項1のPINダイオード素子で構成されていることを特徴とする送受信切替スイッチ。 An antenna connected in parallel to the signal transmission line between the transmission terminal and the reception terminal;
A first PIN diode connected in series between the connection between the transmission terminal and the signal transmission line of the antenna;
A second PIN diode connected at a position that is a quarter of the transmission wavelength away from the connection portion toward the receiving terminal, and connected in parallel and in a reverse bias state to the first PIN diode. A transmission / reception selector switch having
The transmission / reception change-over switch, wherein the first and second PIN diodes are constituted by the PIN diode element according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004269627A JP2006086334A (en) | 2004-09-16 | 2004-09-16 | Pin diode element and transmission/reception changeover switch |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004269627A JP2006086334A (en) | 2004-09-16 | 2004-09-16 | Pin diode element and transmission/reception changeover switch |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006086334A true JP2006086334A (en) | 2006-03-30 |
Family
ID=36164585
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004269627A Pending JP2006086334A (en) | 2004-09-16 | 2004-09-16 | Pin diode element and transmission/reception changeover switch |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006086334A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011119354A (en) * | 2009-12-01 | 2011-06-16 | Toshiba Corp | Resistance variable memory |
-
2004
- 2004-09-16 JP JP2004269627A patent/JP2006086334A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011119354A (en) * | 2009-12-01 | 2011-06-16 | Toshiba Corp | Resistance variable memory |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101026339B1 (en) | Semiconductor device with parallel plate trench capacitor | |
EP1728275B1 (en) | Techniques to reduce substrate cross talk on mixed signal and rf circuit design | |
KR100243658B1 (en) | Inductor device using substrate biasing technigue and method for fabricating the same | |
US11574906B2 (en) | Monolithic multi-I region diode switches | |
US11705448B2 (en) | Monolithic multi-I region diode limiters | |
TW200810351A (en) | Integrated filter structure having improved interchannel isolation and method of manufacture | |
EP1229584A2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of the same | |
US20210399143A1 (en) | Pin diodes with multi-thickness intrinsic regions | |
US20080265373A1 (en) | Semiconductor device | |
JP2006086334A (en) | Pin diode element and transmission/reception changeover switch | |
US7968970B2 (en) | Semiconductor device, method for manufacturing semiconductor device, and power amplifier element | |
US7247925B2 (en) | Semiconductor device and method for fabricating the same | |
CN112993050B (en) | Mesa Pin diode, preparation method and reconfigurable stealth antenna | |
KR101828144B1 (en) | Radio frequency module formed on high resistivity substrate | |
US6661074B2 (en) | Receiver comprising a variable capacitance diode | |
KR20060037062A (en) | Built in resistor capacitor varactor diode and manufacturing method the same | |
CN116978788A (en) | LDMOS device with multi-layer field plate structure and preparation method thereof | |
JP2005166863A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP2006019329A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP2005123592A (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
JP2003209265A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method |