JP4107415B2 - 可変容量ダイオードの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変容量ダイオードの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＰＮ接合を利用した可変容量ダイオードとして、図３に示すものが知られている。以下、図３に示す公知の可変容量ダイオードについて、簡単に説明する。
【０００３】
図３（ａ）に示すように、図示しないＰ型半導体基板またはＮ型半導体基板に形成された低不純物濃度のＰ型領域３１上にＬＯＣＯＳ法によってフィールド酸化膜３２を形成して素子間分離を行い、カソード領域を形成する。その後、図３（ｂ）に示すように、フィールド酸化膜３２を注入マスクとして、Ｐ型領域３１に高濃度のＮ型不純物をイオン注入し、高不純物濃度のＮ型領域３３を形成する。
【０００４】
次に、図３（ｃ）に示すように、フィールド酸化膜３２を注入マスクとして、Ｐ型領域３１に中濃度のＰ型不純物をイオン注入し、中不純物濃度のＰ型領域３４を形成する。その後、熱処理を行い、Ｎ型領域３３およびＰ型領域３４内の不純物を拡散させる。
【０００５】
続いて、図３（ｄ）に示すように、Ｐ型領域３１上に、Ｎ型領域３３に接続するようにカソード電極３５を形成する。その後、図示しない、アノード電極をＰ型領域３１に接続するように形成する。
【０００６】
このような可変容量ダイオードは、Ｐ型領域３１とＮ型領域３３との間に形成されたＰＮ接合が逆バイアスされるように、カソード電極３５とアノード電極との間に逆バイアス電圧が印加されて使用される。図３に示すように、中不純物濃度のＰ型領域３４を形成することにより、低電圧印加時には図示しない空乏層がＰ型領域３４の内側に抑えられて大きな容量を確保し、高電圧印加時には空乏層がＰ型領域３１に急速に広がって小さな容量を得ることにより、大きな容量変化比を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３（ｃ）に示すように、従来の可変容量ダイオードは、Ｐ型領域３１の表面に対して略垂直となるようにイオン注入を行ってＰ型領域３４を形成しているので、Ｐ型領域３４が深くなっていた。したがって、空乏層をＰ型領域３４からＰ型領域３１に拡大するのに必要な逆バイアス電圧が高くなり、低電圧の駆動では空乏層がＰ型領域３１に十分に広がらずに容量変化比が想定したほど大きくならないという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、低電圧の駆動のもとで大きな容量変化比が得られる可変容量ダイオードを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の可変容量ダイオードの製造方法は、低不純物濃度の第１導電型の第１半導体領域に、第２導電型の不純物をイオン注入して高不純物濃度の上記第２導電型の第２半導体領域を形成した後、イオンビームの入射角を上記第１半導体領域の表面に対して傾斜させて上記第１導電型の不純物をイオン注入し、上記第２半導体領域の下に中不純物濃度の上記第１導電型の第３半導体領域を薄く形成することにより逆バイアス電圧印加時に低電圧駆動のもとで大きな容量変化比を得ることを特徴としている。このような製造方法によれば、第１半導体領域の表面に対して傾斜したイオンビームによってイオン注入して第２半導体領域の下に中不純物濃度の第３半導体領域を形成するので、第３半導体領域の深さを浅くでき、空乏層を第３半導体領域から第１半導体領域に拡大させるのに必要な逆バイアス電圧を低くでき、低電圧の駆動で空乏層が第１半導体領域に十分に広がって大きな容量変化比を得ることが可能となる。
【００１０】
また、上記第１導電型の不純物の上記入射角は１５°以上であるので、第３半導体領域を第２半導体領域の側面を覆うように形成できる。
【００１１】
また、上記第１導電型の不純物の上記入射角は６０°以下であるので、第３半導体領域が隣接する他の半導体領域まで到達することを防止できる。
【００１２】
また、上記第１導電型の不純物の注入時には、半導体基板を回転させて当該不純物をイオン注入するので、第３半導体領域を第２半導体領域の下側および側面に均等に形成することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面に示す実施例に基づき具体的に説明する。
【００１４】
まず、詳しくは図示しないがＰ型半導体基板またはＮ型半導体基板の表面にボロン（Ｂ）等をイオン注入して形成されるＰウェルを用いて、これを第１半導体領域としての低不純物濃度のＰ型領域１１とする。このＰ型領域１１上にＬＯＣＯＳ法によってフィールド酸化膜１２を形成して素子間分離を行い、カソードを形成するための領域を形成する。その後、Ｐ型領域１１上に、イオン注入による汚染やチャネリングを防止するためのシリコン酸化膜１３を熱酸化等によって形成する。
【００１５】
続いて、図１（ｂ）に示すように、フィールド酸化膜１２を注入マスクとして、Ｐ型領域１１に高濃度のＮ型不純物イオン、例えばヒ素（Ａｓ）をＰ型領域１１の表面に対してイオンビームを略垂直にしてイオン注入し、第２半導体領域としての高不純物濃度のＮ型領域１４を形成する。このとき、イオン注入の条件を、注入エネルギーを４０ｋｅＶ、ドーズ量を７．５×１０¹⁵（以下、便宜上７．５Ｅ＋１５と示す。）ｃｍ^-3としている。
【００１６】
次に、図１（ｃ）に示すように、フィールド酸化膜１２を注入マスクとして、Ｐ型領域１１に中濃度のＰ型不純物イオン、例えばボロン（Ｂ）をイオン注入し、第３半導体領域としての中不純物濃度のＰ型領域１５をＮ型領域１４を覆うように形成する。このとき、イオン注入の条件を、注入エネルギーを６０ｋｅＶ、ドーズ量を２．０Ｅ＋１３ｃｍ^-3としている。また、イオンビームの入射角θ（Ｐ型領域１１表面に対する垂直方向からの角度）が２５°となるように半導体基板を傾け、かつＰ型領域１５をＮ型領域１４の下側および側面の全体に亘って均等に形成するために半導体基板を回転させ、回転注入を行っている。
【００１７】
ここで、図２はＰ型領域１５の不純物濃度と深さ、即ち半導体基板表面からの深さとの関係を示したものである。これは、Ｐ型領域１５の形成の際に、注入エネルギーを６０ｋｅＶ、ドーズ量を２．０Ｅ＋１３ｃｍ^-3に固定して、イオンビームの入射角θを変更しながら本実施例の可変容量ダイオードを複数試作し、これらのＰ型領域１５の不純物濃度および深さを測定して得られたものである。図２に示すように、イオンビームの入射角θが大きくなるにつれてＰ型領域１５の深さが縮小することが分かる。
【００１８】
なお、本実施例では、容量変化比、抵抗および耐圧等の兼ね合いにより、イオンビームの入射角θを２５°としているが、イオンビームの注入角θはこれに限らず適宜変更可能である。ただし、入射角θが１５°よりも小さい場合には、Ｐ型領域１５がフィールド酸化膜１２の下側に、即ちＮ型領域１４の側面を覆うように形成されない可能性があり、入射角θが６０°よりも大きい場合には、Ｐ型領域１５がフィールド酸化膜１２の外側に隣接する他の半導体領域まで到達する可能性があるので、入射角θは１５〜６０°とした方が良い。
【００１９】
Ｐ型領域１５の形成の後、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）による熱処理を設定温度１１５０℃、処理時間が１５秒という条件で行い、Ｎ型領域１４およびＰ型領域１５内の不純物を拡散させる。
【００２０】
続いて、図１（ｄ）に示すように、半導体基板全面に層間絶縁膜１６を熱酸化等で形成し、その後、層間絶縁膜１６の表面からＮ型領域１４の表面まで到達するコンタクトホール１７を形成する。次に、層間絶縁膜１６上にカソード電極１８をコンタクトホール１７を介してＮ型領域１４に接続するように形成する。その後、図示しないが、アノード電極をＰ型領域１１に接続するように形成する。
【００２１】
本実施例の可変容量ダイオードは、Ｐ型領域１１とＮ型領域１４との間に形成されたＰＮ接合が逆バイアスされるように、カソード電極１６と不図示のアノード電極との間に逆バイアス電圧が印加されて使用される。図１（ｄ）に示すように、中不純物濃度のＰ型領域１５を狭く形成することにより、空乏層をＰ型領域１５からＰ型領域１１に拡大するのに必要な逆バイアス電圧を低く抑えることが可能となる。
【００２２】
このように、低不純物濃度のＰ型領域１１の表面に対してイオンビームの入射角θを傾斜させてイオン注入して中不純物濃度のＰ型領域１５を形成するので、Ｐ型領域１５の深さを狭く形成でき、空乏層をＰ型領域１５からＰ型領域１１に拡大させるのに必要な逆バイアス電圧を低くでき、低電圧の駆動で空乏層がＰ型領域１１に十分に広がって大きな容量変化比を取得可能となる。
【００２３】
また、Ｐ型領域１５の形成のためのイオンビームの入射角θを１５°以上とすると、Ｐ型領域１５をフィールド酸化膜１２の下側にＮ型領域１４の側面を覆うように形成できる。
【００２４】
また、Ｐ型領域１５の形成のためのイオンビームの入射角θを６０°以下とすると、Ｐ型領域１５がフィールド酸化膜１２の外側に隣接する他の半導体領域まで到達することを防止できる。
【００２５】
また、半導体基板を回転させてイオン注入を行ってＰ型領域１５を形成しているので、Ｐ型領域１５をＮ型領域１４の下側および側面の全体に亘って均等に形成できる。
【００２６】
なお、本実施例では、Ｐ型またはＮ型の半導体基板に形成された低不純物濃度のＰ型領域１１に高不純物濃度のＮ型領域１４および中不純物濃度のＰ型領域１５を形成したが、低不純物濃度のＰ型半導体基板にＮ型領域１４およびＰ型領域１５を直接形成しても良い。
【００２７】
また、本実施例では、イオンビームの入射角θが２５°となるようにイオンビームを固定して半導体基板を傾けたが、半導体基板を固定してイオンビームを傾けても良い。
【００２８】
また、本実施例では、Ｐ型領域１５を全体に亘って形成するためにイオンビームを固定しておき半導体基板を回転させたが、半導体基板を固定してＰ型領域１１に対する入射角が変わらないようにイオンビームを回転させても良い。
【００２９】
また、本実施例では、Ｎ型領域１４およびＰ型領域１５内の不純物拡散のためのＲＴＡを設定温度１１５０℃、処理時間が１５秒の条件で行っているが、ＲＴＡの条件はこれに限らず適宜変更可能である。また、不純物拡散のための熱処理はＲＴＡに限るものではない。例えば、周知の拡散炉を用いて熱処理を行っても良いし、ＲＴＡと拡散炉を併用して熱処理を行っても良い。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の可変容量ダイオードの製造方法によれば、低不純物濃度の第１導電型の第１半導体領域に、第２導電型の不純物をイオン注入して高不純物濃度の第２導電型の第２半導体領域を形成する工程と、イオンビームの入射角を第１半導体領域の表面に対して傾斜させて第１導電型の不純物をイオン注入し、第２半導体領域の下に中不純物濃度の第１導電型の第３半導体領域を形成する工程とを備えているので、第１半導体領域の表面に対して傾斜したイオンビームによってイオン注入して第２半導体領域の下に中不純物濃度の第３半導体領域を形成することにより、第３半導体領域を薄く形成でき、空乏層を第３半導体領域から第１半導体領域に拡大させるための逆バイアス電圧を低くでき、低電圧の駆動で大きな容量変化比が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示した可変容量ダイオードの製造工程を示す部分断面図。
【図２】図１に示す可変容量ダイオードのＰ型領域１５の不純物濃度と深さとの関係の一例を示す特性図。
【図３】従来の可変容量ダイオードの製造工程を示す部分断面図。
【符号の説明】
１１ Ｐ型領域（第１半導体領域）
１４ Ｎ型領域（第２半導体領域）
１５ Ｐ型領域（第３半導体領域）

Claims (3)

1. 低不純物濃度の第１導電型の第１半導体領域に、第２導電型の不純物をイオン注入して高不純物濃度の上記第２導電型の第２半導体領域を形成した後、イオンビームの入射角を上記第１半導体領域の表面に対して傾斜させて上記第１導電型の不純物をイオン注入し、上記第２半導体領域の下に中不純物濃度の上記第１導電型の第３半導体領域を薄く形成することにより逆バイアス電圧印加時に低電圧駆動のもとで大きな容量変化比を得ることを特徴とする可変容量ダイオードの製造方法。
2. 請求項１において、上記第１導電型の不純物の上記入射角は、１５°以上６０°以下であることを特徴とする可変容量ダイオードの製造方法。
3. 請求項１または２のいずれかにおいて、上記第１導電型の不純物の注入時には、半導体基板を回転させて当該不純物をイオン注入することを特徴とする可変容量ダイオードの製造方法。

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