JP2009111112A

JP2009111112A - 可変容量ダイオード

Info

Publication number: JP2009111112A
Application number: JP2007281240A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Jinushi; 活也地主; Kaoru Kanehachi; 薫兼八
Original assignee: Seiko NPC Corp
Current assignee: Seiko NPC Corp
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-05-21

Abstract

【課題】別途余分な半導体領域を形成することなく、大きな可変容量比を得ることができる可変容量ダイオードを提供する。
【解決手段】不純物濃度が低不純物濃度で第１導電型の第１の半導体領域と、不純物濃度が低不純物濃度で第２導電型の第２の半導体領域と、これら２つの半導体領域にそれぞれコンタクト領域５，４を介して電圧を印加するための電極８，７を備え、前記２つの半導体領域の間に形成されたｐｎ接合が逆バイアスされるように前記電極８，７間に電圧を印加する。低不純物濃度同士のｐｎ接合により、空乏層が大きくなるので、逆バイアス電圧の制御による空乏層の幅の変化を大きくすることができ、これによって静電容量の変化が大きくなって、可変容量比が大きくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ｐｎ接合を利用した可変容量ダイオードに関し、特に、低周波（ＫＨｚレベル）発振器に適した可変容量比の大きい可変容量ダイオードに関する。

従来のｐｎ接合を利用した可変容量ダイオードは、高周波用に適するため高不純物濃度同士のｐｎ接合を利用するのが一般的であるが、この構成では可変容量比の大きい可変容量ダイオードを得ることは困難であった。従来の可変容量比の大きい可変容量ダイオードとしては、中不純物濃度と高不純物濃度のｐｎ接合を用いた構成が知られている（特許文献１）。

なお、本明細書において、高不純物濃度とは不純物濃度が１×１０^２０ｃｍ^−３以上、好ましくは１×１０^２０ｃｍ^−３以上で１×１０^２１ｃｍ^−３以下の範囲をいい、中不純物濃度とは不純物濃度が１×１０^１６ｃｍ^−３より大きく１×１０^２０ｃｍ^−３より小さい範囲、好ましくは８×１０^１６ｃｍ^−３以上で３×１０^１７ｃｍ^−３以下の範囲をいい、低不純物濃度とは不純物濃度が１×１０^１６ｃｍ^−３以下、好ましくは５×１０^１４ｃｍ^−３以上で１×１０^１６ｃｍ^−３以下の範囲をいう。

特開平１１−６８１２４号公報

ところが、この従来の中不純物濃度と高不純物濃度とのｐｎ接合を用いた可変容量ダイオードは、通常は必要のない中不純物濃度半導体領域を別途形成しなければならないので、製造時の工程数が増えてしまうという不都合がある。本発明は、この不都合を解消した可変容量ダイオードを提供することを目的とする。

本発明に係る可変容量ダイオードは、低不純物濃度で第１導電型、例えばｐ型の第１の半導体領域と、この第１の半導体領域内に設けられた低不純物濃度で第２導電型、例えばｎ型の第２の半導体領域と、この第２の半導体領域内に設けられた高不純物濃度で第２導電型、例えばｎ型の第３の半導体領域と、前記第１の半導体領域内に前記第２の半導体領域とは別に設けられた高不純物濃度で第１導電型、例えばｐ型の第４の半導体領域と、前記第３の半導体領域に接続された第１の電極、例えばカソード電極と、前記第４の半導体領域に接続された第２の電極、例えばアノード電極を備え、前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域との間に形成されたｐｎ接合が逆バイアスされるように前記第１、第２の各電極間に電圧を印加するように構成したものである。より具体的には、第１の半導体領域は半導体基板であり、第２の半導体領域は前記半導体基板内に形成したウェルである。低不純物濃度同士のｐｎ接合により、空乏層が大きくなるので、逆バイアス電圧の制御による空乏層の幅の変化を大きくすることができ、これによって静電容量の変化が大きくなって、可変容量比が大きい可変容量ダイオードを得ることができる。

上記構成によると、低不純物濃度同士のｐｎ接合なので、アノード電極とカソード電極間の直列抵抗が大きくなり、負性抵抗が小さくなって、発振器における発振起動性に悪影響を及ぼすことになる。これを改善するためには、上記第１の半導体領域内に高不純物濃度で第１導電型の第５の半導体領域を第４の半導体領域に接続して設けるとよい。

また、ウェルで低不純物濃度の第２の半導体領域を構成することにより、従来の拡散領域では不可能であったフィールド酸化膜の下に設けることができるので、フィールド酸化膜の上にボンディングパッドを設け、このボンディングパッドの直下にウェルを配置して、半導体装置の集積化が図れる。ここで、ボンディングパッドと第１の電極とを接続して同電位とすることにより、ボンディングパッドと半導体基板間の寄生容量をなくすことができる。そして、印加電圧は０〜１Ｖの範囲が特に好適である。

本発明に係る可変容量ダイオードによれば、別途余分な半導体領域を形成することなく、大きな可変容量比を得ることができるという効果を奏する。また、特に、本発明の請求項３に係る可変容量ダイオードによれば、前記効果に加えて、アノード電極とカソード電極間の直列抵抗を小さくすることができるので、発振器における発振起動性に悪影響を及ぼすことがないという効果を奏する。さらに、本発明の請求項４に係る可変容量ダイオードによれば、前記各効果に加えて、半導体装置の集積度が向上するという効果を奏する。

以下、本発明に係る可変容量ダイオードの好適な実施形態を添付図面の図１〜図４に基づいて説明する。ここにおいて、図１は第１実施形態を示す概略的な断面図、図２は同実施形態と従来例の容量可変特性を比較したグラフ、図３は第２実施形態を示す概略的な断面図、図４は第３実施形態を示す概略的な断面図である。

まず、第１実施形態を説明する。図１に示すように、本実施形態に係る可変容量ダイオード１は、第１の半導体領域である低不純物濃度のｎ⁻型半導体基板２中に、これとｐｎ接合を形成する第２の半導体領域である低不純物濃度のｐ⁻型ウェル３を形成し、さらに、このｐ⁻型ウェル３中に第３の半導体領域である高不純物濃度のｐ^＋型コンタクト領域４を形成する一方、前記ｎ⁻型半導体基板２中に第４の半導体領域である高不純物濃度のｎ^＋型コンタクト領域５を形成している。また、６は層間絶縁膜であり、この層間絶縁膜６に形成された開口部を通して、前記ｐ⁻型ウェル３には前記ｐ^＋型コンタクト領域４を介して第１の電極であるアノード電極７が設けられ、前記ｎ⁻型半導体基板２には前記ｎ^＋型コンタクト領域５を介して第２の電極であるカソード電極８が設けられている。

図２で明らかなように、上記可変容量ダイオード１と従来の中不純物濃度と高不純物濃度のｐｎ接合を用いた可変容量ダイオードとの制御電圧（逆バイアス電圧）−容量特性、すなわち容量可変特性を比較すると、Ａの曲線で示される従来例よりもＢの曲線で示される上記可変容量ダイオード１の方が、特に０〜１Ｖの範囲において、容量変化が大きく、可変容量比が大きいことが理解できる。

続いて、第２実施形態を説明する。図３に示すように、本実施形態に係る可変容量ダイオード１１は、第１の半導体領域である低不純物濃度のｐ⁻型半導体基板１２中に、これとｐｎ接合を形成する第２の半導体領域である低不純物濃度のｎ⁻型ウェル１３を形成し、さらに、このｎ⁻型ウェル１３中に第３の半導体領域である高不純物濃度のｎ^＋型コンタクト領域１４を形成する一方、前記ｐ⁻型半導体基板１２中に、第４の半導体領域である高不純物濃度のｐ^＋型コンタクト領域１５を形成し、さらに、このｐ^＋型コンタクト領域１５に連続して第５の半導体領域である高不純物濃度のｐ^＋型拡散領域１９を形成している。また、１６は層間絶縁膜であり、この層間絶縁膜１６に形成された開口部を通して、前記ｎ⁻型ウェル１３には前記ｎ^＋型コンタクト領域１４を介して第１の電極であるカソード電極１７が設けられ、前記ｐ⁻型半導体基板１２には前記ｐ^＋型コンタクト領域１５及び前記ｐ^＋型拡散領域１９を介して第２の電極であるアノード電極１８が設けられている。

上記可変容量ダイオード１１によると、ｐ^＋型コンタクト領域１５に連続して高不純物濃度のｐ^＋型拡散領域１９を形成したことにより、ｐｎ接合を形成する低不純物濃度のｐ⁻型半導体基板１２と低不純物濃度のｎ⁻型ウェル１３との接合面と、前記ｐ^＋型拡散領域１９及び前記ｐ^＋型コンタクト領域１５との距離が短くなるので、アノード電極１８とカソード電極１７との間の直列抵抗が小さくなり、負性抵抗が大きくなって、発振器における発振起動性に悪影響を及ぼすことがないという利点がある。

続いて、第３実施形態を説明する。図４に示すように、本実施形態に係る可変容量ダイオード２１は、第１の半導体領域である低不純物濃度のｐ⁻型半導体基板２２中に、これとｐｎ接合を形成する第２の半導体領域である低不純物濃度のｎ⁻型ウェル２３を形成し、さらに、このｎ⁻型ウェル２３中に第３の半導体領域である高不純物濃度のｎ^＋型コンタクト領域２４を環状に形成する一方、前記ｐ⁻型半導体基板２２中に、第４の半導体領域である高不純物濃度のｐ^＋型コンタクト領域２５を形成している。また、２９はフィールド酸化膜、２６は層間絶縁膜であり、これらフィールド酸化膜２９及び層間絶縁膜２６に形成された開口部を通して、前記ｎ⁻型ウェル２３には前記ｎ^＋型コンタクト領域２４を介して第１の電極であるカソード電極２７が設けられ、前記ｐ⁻型半導体基板２２には前記ｐ^＋型コンタクト領域２５を介して第２の電極であるアノード電極２８が設けられている。そして、前記ｎ⁻型ウェル２３上には、フィールド酸化膜２９を介してボンディングパッド３０が形成され、このボンディングパッド３０と前記カソード電極２７は金属配線３１を介して接続されている。

通常、ボンディングパッドに電気的接続を施すために金属ワイヤを接続する際、荷重や振動により直下の拡散領域を損傷してしまうため、ボンディングパッドの直下にはフィールド酸化膜を設けている。一方、従来の可変容量ダイオードの拡散領域は前記フィールド酸化膜の下に設けることはできず、前記フィールド酸化膜間に配置しなければならなかった。これに対して、上述した第３の実施形態では、第２の半導体領域をウェルで構成してフィールド酸化膜の下に形成可能としたので、ボンディングパッド３０を形成したフィールド酸化膜２９の直下にｎ⁻型ウェル２３を設けることにより、半導体装置の集積度の向上が図れるという利点がある。

また、ボンディングパッド３０とカソード電極２７とを金属配線３１を介して接続すると、電極を共通にして同電位となるので、前記ボンディングパッド３０と半導体基板２２間の寄生容量をなくすことが可能になるという利点がある。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、例えば、各実施形態における各導電型を逆に設定してもよい。ｐｎ接合は半導体基板２，１２，２２とウェル３，１３，２３との接合面で形成するほか、ウェル同士の接合面で形成してもよい。

本発明の第１実施形態の概略的な断面図。同実施形態と従来例の容量可変特性を示すグラフ。本発明の第２実施形態の概略的な断面図。本発明の第３実施形態の概略的な断面図。

符号の説明

１可変容量ダイオード
２ｎ⁻型半導体基板
３ｐ⁻型ウェル
４ｐ^＋型コンタクト領域
５ｎ^＋型コンタクト領域
６層間絶縁膜
７アノード電極
８カソード電極
１１可変容量ダイオード
１２ｐ⁻型半導体基板
１３ｎ⁻型ウェル
１４ｎ^＋型コンタクト領域
１５ｐ^＋型コンタクト領域
１６層間絶縁膜
１７カソード電極
１８アノード電極
１９ｐ^＋型拡散領域
２１可変容量ダイオード
２２ｐ⁻型半導体基板
２３ｎ⁻型ウェル
２４ｎ^＋型コンタクト領域
２５ｐ^＋型コンタクト領域
２６層間絶縁膜
２７カソード電極
２８アノード電極
２９フィールド酸化膜
３０ボンディングパッド
３１金属配線

Claims

低不純物濃度で第１導電型の第１の半導体領域と、この第１の半導体領域内に設けられた低不純物濃度で第２導電型の第２の半導体領域と、この第２の半導体領域内に設けられた高不純物濃度で第２導電型の第３の半導体領域と、前記第１の半導体領域内に前記第２の半導体領域とは別に設けられた高不純物濃度で第１導電型の第４の半導体領域と、前記第３の半導体領域に接続された第１の電極と、前記第４の半導体領域に接続された第２の電極を備え、
前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域との間に形成されたｐｎ接合が逆バイアスされるように前記第１の電極と前記第２の電極間に電圧を印加するように構成した
ことを特徴とする可変容量ダイオード。
第１の半導体領域は半導体基板であり、第２の半導体領域はウェルであることを特徴とする請求項１記載の可変容量ダイオード。
第１の半導体領域内に高不純物濃度で第１導電型の第５の半導体領域を第４の半導体領域に接続して設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量ダイオード。
第２の半導体領域をウェルで構成し、このウェルをフィールド酸化膜の下に設け、このフィールド酸化膜の上にボンディングパッドを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変容量ダイオード。
前記印加電圧が０〜１Ｖの範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の可変容量ダイオード。