JP5878739B2 - Varactor diode and semiconductor integrated circuit - Google Patents
Varactor diode and semiconductor integrated circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP5878739B2 JP5878739B2 JP2011254960A JP2011254960A JP5878739B2 JP 5878739 B2 JP5878739 B2 JP 5878739B2 JP 2011254960 A JP2011254960 A JP 2011254960A JP 2011254960 A JP2011254960 A JP 2011254960A JP 5878739 B2 JP5878739 B2 JP 5878739B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- region
- semiconductor substrate
- varactor diode
- impurity concentration
- 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.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 118
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 88
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 71
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 30
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 25
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 23
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 8
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 259
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 description 20
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 5
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 5
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 3
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- CLCPDSJUXHDRGX-UHFFFAOYSA-N 6-(1,3-dihydroxyisobutyl)thymine Chemical compound CC1=C(CC(CO)CO)NC(=O)NC1=O CLCPDSJUXHDRGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N tungsten disilicide Chemical compound [Si]#[W]#[Si] WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021342 tungsten silicide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
Description
本発明は、半導体基板上に製作されたバラクタダイオードおよびそれを含む半導体集積回路の特性を改善するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for improving the characteristics of a varactor diode manufactured on a semiconductor substrate and a semiconductor integrated circuit including the varactor diode.
高周波の安定な周波数可変型信号発生器として、位相ロック方式(PLL方式)が採用されている。PLL方式の信号発生器には、電圧制御発振器(VCO)や位相制御回路等が含まれ、それらの回路を構成するための半導体素子として、バイポーラトランジスタ(以下、BTと記す)または電界効果トランジスタ(以下、FETと記す)とバラクタダイオードが必須となる。また、年々要求されている回路の高速化・高周波化に対応するためには、BTやFETの高性能化が必要であり、化合物半導体基板上に製作されるヘテロ接合BT(以下、HBTと記す)やヘテロ接合FET(以下、HFETと記す)が適している。 A phase lock method (PLL method) is employed as a stable high frequency variable frequency signal generator. The PLL signal generator includes a voltage controlled oscillator (VCO), a phase control circuit, and the like, and a bipolar transistor (hereinafter referred to as BT) or a field effect transistor (hereinafter referred to as BT) is used as a semiconductor element for configuring these circuits. Hereinafter, a varactor diode is essential. Further, in order to cope with the higher speed and higher frequency of circuits that are required every year, it is necessary to improve the performance of BT and FET, and a heterojunction BT (hereinafter referred to as HBT) manufactured on a compound semiconductor substrate. ) And heterojunction FETs (hereinafter referred to as HFETs) are suitable.
GaAs(ガリウム・砒素)基板上に製作されるHBTまたはHFETと、InP(インジウム・リン)基板上に製作されるHBTまたはHFETの性能を比較すると、良好な電子輸送特性をもつために後者が優位であり、高速化、高周波化への対応がはかりやすい。 Comparing the performance of HBTs or HFETs fabricated on GaAs (gallium arsenide) substrates and HBTs or HFETs fabricated on InP (indium phosphorus) substrates, the latter is superior because of its good electron transport properties Therefore, it is easy to cope with high speed and high frequency.
VCOの発振周波数範囲や位相制御回路の位相制御範囲を拡大するためには、バラクタダイオードのリーク電流と寄生抵抗を低減しつつ、容量可変範囲を拡大する必要がある。また、使いやすさの観点からCV(電圧対容量)特性における線型性の確保と容量を可変するために必要な制御電圧範囲の低減が必要である。さらに、HBTまたはHFETとバラクダイオードのモノリシック集積を考慮すると、全体を薄層化すると共にバラクタダイオードの占有面積を縮小することが望ましい。 In order to expand the oscillation frequency range of the VCO and the phase control range of the phase control circuit, it is necessary to expand the variable capacitance range while reducing the leakage current and parasitic resistance of the varactor diode. In addition, from the viewpoint of ease of use, it is necessary to ensure linearity in CV (voltage vs. capacity) characteristics and to reduce the control voltage range necessary for varying the capacity. Furthermore, in consideration of monolithic integration of HBT or HFET and a varactor diode, it is desirable to reduce the entire area and reduce the area occupied by the varactor diode.
VCOや位相制御回路を構成する場合、一般的には、トランジスタからなる集積回路とバラクタダイオードを別個に製作して、それらをハイブリッド集積する手法が用いられるが、ハイブリッド集積では高周波に対応して実装が困難になるばかりでなく、コストも高くなる。 When configuring a VCO or phase control circuit, generally, a method is used in which an integrated circuit consisting of transistors and a varactor diode are separately manufactured and hybridly integrated. Not only becomes difficult, but also increases the cost.
これを解決するものとして、共通の半導体基板上にトランジスタとバラクタダイオードをモノリシック集積する手法があり、その場合に次の二つの方法が考えられる。 In order to solve this, there is a method of monolithically integrating a transistor and a varactor diode on a common semiconductor substrate. In this case, the following two methods are conceivable.
第一の方法は、トランジスタがHBTの場合に限定されるものであるが、HBTのエミッタ−ベース接合、ベース−コレクタ接合のいずれかまたは両者のpn接合をバラクタダイオードとして利用する方法である。この方法は、結晶成長においてHBT以外の付加的な層を成長させる必要がなく、集積回路の製作プロセスにおいても、マスクパタンを変更するだけでHBTの製作工程によってバラクタダイオードの製作も可能であるという利点を有するが、HBTの高速性とバラクタの可変容量範囲の拡大を両立することが困難である。 The first method is limited to the case where the transistor is an HBT, but is a method of using either the emitter-base junction or the base-collector junction of the HBT or the pn junction of both as a varactor diode. According to this method, it is not necessary to grow an additional layer other than the HBT in the crystal growth, and it is possible to manufacture a varactor diode by an HBT manufacturing process only by changing a mask pattern in an integrated circuit manufacturing process. Although having an advantage, it is difficult to achieve both the high speed of the HBT and the expansion of the variable capacity range of the varactor.
第二の方法は、HBTまたはHFETを製作するための層の上(または下)にバラクタダイオードを製作するための層を成長させて、製作工程としてHBTまたはHFETの製作工程にバラクタダイオードの製作工程を加える方法である。この方法では、結晶成長と製作工程は複雑になるが、それぞれのトランジスタとバタクタダイオードの層構造を独自に最適化することが可能である。 In the second method, a layer for manufacturing a varactor diode is grown on (or under) a layer for manufacturing an HBT or HFET, and a manufacturing process of the varactor diode is performed as a manufacturing process of the HBT or HFET. It is a method to add. This method complicates the crystal growth and manufacturing process, but it is possible to independently optimize the layer structure of each transistor and batactor diode.
このように、トランジスタを形成する層に重ねてバラクタダイオードを形成する層を設ける技術は、例えば特許文献1に開示されている。この文献技術は、GaAsの半導体基板上に結晶成長させた層に対するエッチング処理によりバラクタダイオードおよびトランジスタを形成する技術に関し、バラクタダイオードの導電領域と接合する半導体領域の導電型の不純物元素の濃度を、導電領域との接合面に向かって段階的に増大させることで、駆動電圧非印加時の空乏層の厚さを減少させて最大容量値を増加させ、容量変化比を向上させている。
A technique for providing a layer for forming a varactor diode on top of a layer for forming a transistor in this manner is disclosed in, for example,
しかしながら、上記文献1の技術では、文献の図5に示されているように、最大容量の増加と引き換えに、駆動電圧に対する容量変化が非線形となり、容量が少ない領域での電圧変化に対する容量変化の割合(感度)が、容量が多い領域での電圧変化に対する容量変化の割合(感度)に比べて格段に小さくなっている。このため、PLL回路のループ利得が周波数領域によって大幅に変動し、最適設計が困難になる。特に、ゼロバイアス付近での容量変化が急激であり、実際にこの領域での最適位相制御は困難である。
However, in the technique of the above-mentioned
また、駆動電圧を0ボルト付近から−15ボルト以下までの広い範囲にわたって変化させる必要があり、駆動回路や電源が大掛かりとなる。 In addition, it is necessary to change the driving voltage over a wide range from near 0 volts to -15 volts or less, which increases the driving circuit and power supply.
また、バラクタダイオードを構成する各層の厚さが大で、モノリシック集積化が困難である。即ち、文献1の好適な例として提示されている表4の不純物濃度プロファイルに記載されているn型の各層の合計厚は1050nmにも達しており、これにトランジスタの形成層の厚さが加わるので、集積回路全体としての層厚が非常に大きくなってしまう。
Further, the thickness of each layer constituting the varactor diode is large, and monolithic integration is difficult. That is, the total thickness of each n-type layer described in the impurity concentration profile of Table 4 presented as a preferred example of
また、GaAs基板を用いた構造例しか開示されておらず、より高速化、高周波化への対応がはかりやすいInP基板上に前記第二の方法でHBTまたはHFETとバラクタダイオードをモノリシック集積化する場合の好適な構成例の実現が困難である。 In addition, only a structural example using a GaAs substrate is disclosed, and when an HBT or HFET and a varactor diode are monolithically integrated on an InP substrate that can easily cope with higher speed and higher frequency by the second method. It is difficult to realize a preferable configuration example.
本発明は、これらの問題を解決して、狭い範囲の電圧変化に対して容量が線形的に且つ大きく変化し、薄い層厚で、高速化、高周波化への対応がはかりやすいInP基板上にトランジスタとともにモノリシック集積化できるバラクタダイオードおよび半導体集積回路を提供することを目的としている。 The present invention solves these problems, and the capacitance changes linearly and greatly with respect to a voltage change in a narrow range, and is formed on an InP substrate that can easily cope with high speed and high frequency with a thin layer thickness. An object of the present invention is to provide a varactor diode and a semiconductor integrated circuit that can be monolithically integrated with a transistor.
前記課題を解決するために、本発明の請求項1のバラクタダイオードは、
半導体基板(21)と、該半導体基板上でp領域(50d)、I領域(50c)、n領域(50b)により階層構造をなすエピタキシャル結晶の層とを有するバラクタダイオードにおいて、
前記p領域は、p型不純物が高濃度に含まれているp + 型で、バンドギャップエネルギーが前記半導体基板のバンドギャップエネルギーよりも小さい材料からなり、
前記I領域は、前記p領域の前記半導体基板寄りの面に接し、不純物濃度が2×10 17 cm −3 以下、厚さが25nm以上の材料からなり、
前記n領域は、n型不純物を含有し、前記I領域の前記半導体基板寄りの面に接し、領域全体の厚さが400nm以下で、バンドギャップエネルギーが前記半導体基板のバンドギャップエネルギーよりも大きい材料からなり、前記I領域から前記半導体基板側に向かう程不純物濃度が低下する濃度減少部(54〜57)を有し、
前記濃度減少部は、前記半導体基板側に向かう程、不純物濃度が低下し且つ厚さが増すように形成された複数の層からなり、該複数の層のうち、前記I領域に接する層(n7層)のn型不純物濃度が5×1017cm−3以上、前記半導体基板に最も近い層(n4層)のn型不純物濃度が2×1016cm−3以下、厚さが150nm以上であることを特徴とする。
In order to solve the above problem, a varactor diode according to
In a varactor diode having a semiconductor substrate (21) and an epitaxial crystal layer having a hierarchical structure formed by a p region (50d), an I region (50c), and an n region (50b) on the semiconductor substrate ,
The p region is a p + type p-type impurity is contained at a high concentration, Ri Do from less material than the band gap energy band gap energy of said semiconductor substrate,
The I region is the contact with the semiconductor substrate side of the surface of the p region, an impurity concentration of 2 × 10 17 cm -3 or less, Ri Do from 25nm or more materials thickness,
The n region contains an n-type impurity, is in contact with the surface of the I region close to the semiconductor substrate, has a total region thickness of 400 nm or less, and has a larger band gap energy than the semiconductor substrate. It consists, possesses the density reduction part has an impurity concentration higher from the I region toward the semiconductor substrate side decreases (54-57),
The concentration-decreasing portion is composed of a plurality of layers formed such that the impurity concentration decreases and the thickness increases toward the semiconductor substrate side, and a layer (n7) in contact with the I region among the plurality of layers. Layer) has an n-type impurity concentration of 5 × 10 17 cm −3 or more, a layer closest to the semiconductor substrate (n4 layer) has an n-type impurity concentration of 2 × 10 16 cm −3 or less, and a thickness of 150 nm or more. It is characterized by that.
また、本発明の請求項2のバラクタダイオードは、請求項1記載のバラクタダイオードにおいて、
前記半導体基板としてInP、
前記p領域の材料としてInGaAs、
前記I領域およびn領域の濃度減少部の材料としてInAlAsを用いていることを特徴とする。
また、本発明の請求項3のバラクタダイオードは、請求項1または請求項2記載のバラクタダイオードにおいて、
前記高濃度の不純物濃度が、5×10 18 cm −3 以上の範囲にあることを特徴とする。
A varactor diode according to
InP as the semiconductor substrate,
InGaAs as the material of the p region,
InAlAs is used as a material of the concentration decreasing portion of the I region and the n region.
The varactor diode according to
The high-concentration impurity concentration is in a range of 5 × 10 18 cm −3 or more.
また、本発明の請求項4の半導体集積回路は、
半導体基板(21)と、
該半導体基板上でバイポーラトランジスタの構成要素のnpnの各領域または電界効果トランジスタの構成要素のn領域を含む各領域により階層構造をなす第1のエピタキシャル結晶の層(31〜38)によって形成されたnpn型のヘテロ接合バイポーラトランジスタまたはn型キャリアを用いるヘテロ構造型の電界効果トランジスタのいずれかのトランジスタ(30、70)と、
前記第1のエピタキシャル結晶の層と同一の階層構造を有し、前記半導体基板上の前記第1のエピタキシャル結晶の層と異なる位置に設けられた第2のエピタキシャル結晶の層(50a)と、該第2のエピタキシャル結晶の層の上でp領域(50d)、I領域(50c)、n領域(50b)により階層構造をなす第3のエピタキシャル結晶の層(50b〜50d)からなるバラクタダイオード(50)とを含む半導体集積回路において、
前記バラクタダイオードの前記p領域は、p型不純物が高濃度に含まれているp + 型で、バンドギャップエネルギーが前記半導体基板のバンドギャップエネルギーよりも小さい材料からなり、
前記I領域は、前記バラクタダイオードの前記p領域の前記半導体基板寄りの面に接し、不純物濃度が2×10 17 cm −3 以下、厚さが25nm以上の材料からなり、
前記バラクタダイオードの前記n領域は、n型不純物を含有し、前記I領域の前記半導体基板寄りの面に接し、領域全体の厚さが400nm以下で、バンドギャップエネルギーが前記半導体基板のバンドギャップエネルギーよりも大きい材料からなり、前記I領域から前記半導体基板側に向かう程不純物濃度が低下する濃度減少部(54〜57)を有し、
前記バラクタダイオードの前記濃度減少部は、前記半導体基板側に向かう程、不純物濃度が低下し且つ厚さが増すように形成された複数の層からなり、該複数の層のうち、前記I領域に接する層(n7層)のn型不純物濃度が5×1017cm−3以上、前記半導体基板に最も近い層(n4層)のn型不純物濃度が2×1016cm−3以下、厚さが150nm以上であることを特徴とする。
A semiconductor integrated circuit according to
A semiconductor substrate (21);
The formed by a first epitaxial crystal layers constituting a hierarchical structure by the region including the n region of the components in each region or field effect transistors of the components npn bipolar transistor in the semiconductor substrate (31 to 38) and either of the transistors of the field effect transistor of the heterostructure using npn type heterojunction bipolar transistor or n-type carriers (30, 70),
A second epitaxial crystal layer (50a) having the same hierarchical structure as the first epitaxial crystal layer and provided at a position different from the first epitaxial crystal layer on the semiconductor substrate; A varactor diode (50 ) comprising a third epitaxial crystal layer (50b to 50d) having a hierarchical structure with a p region (50d), an I region (50c), and an n region (50b) on the second epitaxial crystal layer. In a semiconductor integrated circuit including
The p region of the varactor diode is a p + type p-type impurity is contained at a high concentration, Ri Do from less material than the band gap energy band gap energy of said semiconductor substrate,
The I region is in contact with the semiconductor substrate side of the surface of the p region of the varactor diode, the impurity concentration of 2 × 10 17 cm -3 or less, Ri Do the above material thickness is 25 nm,
The n region of the varactor diode contains an n-type impurity, is in contact with the surface of the I region close to the semiconductor substrate, has a total region thickness of 400 nm or less, and has a band gap energy of the semiconductor substrate. made larger material than the impurity concentration as going from the I region in the semiconductor substrate side have a density reduction part (54-57) to be lowered,
The concentration reducing portion of the varactor diode is composed of a plurality of layers formed such that the impurity concentration decreases and the thickness increases toward the semiconductor substrate side. The n-type impurity concentration of the layer in contact (n7 layer) is 5 × 10 17 cm −3 or more, the n-type impurity concentration of the layer closest to the semiconductor substrate (n4 layer) is 2 × 10 16 cm −3 or less, and the thickness is It is characterized by being 150 nm or more.
また、本発明の請求項5の半導体集積回路は、請求項4記載の半導体集積回路において、
前記半導体基板としてInP、
前記バラクタダイオードの前記p領域の材料としてInGaAs、
前記バラクタダイオードの前記I領域およびn領域の濃度減少部の材料としてInAlAsを用いていることを特徴とする。
A semiconductor integrated circuit according to
InP as the semiconductor substrate,
InGaAs as the material of the p region of the varactor diode,
InAlAs is used as a material of the concentration decreasing portion of the I region and the n region of the varactor diode.
また、本発明の請求項6の半導体集積回路は、請求項5記載の半導体集積回路において、
前記第1のエピタキシャル結晶の層の前記半導体基板から最も遠い最上の層(38、78)と、前記第1のエピタキシャル結晶の層と同一の階層構造を有する前記第2のエピタキシャル結晶の層の最上の層のカソードコンタクト層(38′、78′)とが、n型不純物が高濃度に含まれているn + 型のInGaAs層であることを特徴とする。
A semiconductor integrated circuit according to
An uppermost layer (38, 78) of the first epitaxial crystal layer farthest from the semiconductor substrate and an uppermost layer of the second epitaxial crystal layer having the same hierarchical structure as the first epitaxial crystal layer The cathode contact layers (38 ', 78') are n + -type InGaAs layers containing n- type impurities at a high concentration .
また、本発明の請求項7の半導体集積回路は、請求項6記載の半導体集積回路において、
前記バラクタダイオードの前記濃度減少部と前記カソードコンタクト層との間に、InPからなるエッチングストップ用の層(52)が挿入されていることを特徴とする。
A semiconductor integrated circuit according to
An etching stop layer (52) made of InP is inserted between the concentration reducing portion of the varactor diode and the cathode contact layer.
また、本発明の請求項8の半導体集積回路は、請求項4〜7のいずれかに記載の半導体集積回路において、
前記トランジスタが前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの場合であって、
前記第2のエピタキシャル結晶の層のうち、前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタコンタクト層(31)に対応した層(31′)の上に形成された電極(41′)と前記バラクタダイオードのカソードコンタクト層上に形成されたカソード電極(61)との間、あるいは、前記コレクタコンタクト層(31)に対応した層(31′)およびベース層(35)に対応した層(35′)の上にそれぞれ形成された電極(41′、42)と前記カソード電極(61)との間が、その間を接続している配線により短絡されていることを特徴とする。
また、本発明の請求項9の半導体集積回路は、請求項4〜8のいずれかに記載の半導体集積回路において、
前記高濃度の不純物濃度が、5×1018cm−3以上の範囲にあることを特徴とする。
A semiconductor integrated circuit according to
When the transistor is the heterojunction bipolar transistor,
Of the second epitaxial crystal layer, an electrode (41 ') formed on a layer (31') corresponding to the collector contact layer (31) of the heterojunction bipolar transistor and a cathode contact layer of the varactor diode Formed between the cathode electrode (61) formed thereon or on the layer (31 ') corresponding to the collector contact layer (31) and the layer (35') corresponding to the base layer (35). The formed electrodes (41 ', 42) and the cathode electrode (61) are short-circuited by a wiring connecting the electrodes.
A semiconductor integrated circuit according to
The high-concentration impurity concentration is in a range of 5 × 10 18 cm −3 or more.
このように、本発明では、バラクタダイオードのn領域の不純物濃度を半導体基板に近くなるほど低くなるように減少させるとともに、p領域とn領域の間に、不純物をドープしないあるいは低濃度にドープした材料からなるI領域を設けており、このI領域により、リーク電流を減少させ、電圧対容量の変化特性に高い線形性を与えることができる。 As described above, in the present invention, the impurity concentration of the n region of the varactor diode is decreased so as to be closer to the semiconductor substrate, and the material which is not doped or is lightly doped between the p region and the n region. An I region is provided, and this I region can reduce leakage current and give high linearity to the voltage-capacitance change characteristic.
また、n領域全体の厚さ400nm以下、I領域の不純物濃度を2×1017cm−3以下、厚さ25nm以上、濃度減少部を構成する複数の層のうち、I領域に接する層(n7層)のn型不純物濃度5×1017cm-3以上、半導体基板に最も近い層(n4層)のn型不純物濃度2×1016cm-3以下、厚さ150nm以上にすることで、狭い範囲の電圧変化に対して容量が線形的に且つ大きく変化するバラクタダイオードを、薄い層厚で実現できる。 Further, the layer in contact with the I region (n7) among the plurality of layers constituting the concentration reduction portion, the thickness of the entire n region is 400 nm or less, the impurity concentration of the I region is 2 × 10 17 cm −3 or less, the thickness is 25 nm or more. Layer) having an n-type impurity concentration of 5 × 10 17 cm −3 or more, a layer closest to the semiconductor substrate (n4 layer) having an n-type impurity concentration of 2 × 10 16 cm −3 or less, and a thickness of 150 nm or more. A varactor diode whose capacitance changes linearly and greatly with a voltage change in a range can be realized with a thin layer thickness.
また、半導体基板としてInP、p領域の材料としてInGaAs、I領域およびn領域の濃度減少部の材料としてInAlAsを用いることにより、高速化、高周波化へ対応できる。 Further, by using InP as the semiconductor substrate, InGaAs as the material of the p region, and InAlAs as the material of the concentration decreasing portion of the I region and the n region, it is possible to cope with high speed and high frequency.
また、バラクタを含む半導体集積回路として、バラクタのカソードコンタクト層と、HBTのエミッタコンタクト層またはHFETのオーミックコンタクト層を、共通の層に対するエッチング処理で形成しているので、全体層厚の低減と製作プロセスを簡略化できる。 In addition, as a semiconductor integrated circuit including a varactor, the cathode contact layer of the varactor and the emitter contact layer of the HBT or the ohmic contact layer of the HFET are formed by etching the common layer, so that the overall layer thickness is reduced and manufactured. The process can be simplified.
また、バラクタダイオードの濃度減少部とカソードコンタクト層との間に、InPからなるエッチングストップ用の層を挿入したことで、溶液エッチングにおけるエッチング選択比が大きくとれ、製作プロセスが容易になる。 Further, by inserting an etching stop layer made of InP between the concentration reducing portion of the varactor diode and the cathode contact layer, the etching selectivity in the solution etching can be increased, and the manufacturing process is facilitated.
また、トランジスタがヘテロ接合バイポーラトランジスタの場合において、バラクタダイオードのカソードコンタクト層と半導体基板との間にヘテロ接合バイポーラトランジスタと同一層構造で形成される下層部のうち、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタコンタクト層に対応した層の上に形成された電極とバラクタダイオードのカソード電極との間、あるいは、コレクタコンタクト層に対応した層およびベース層に対応した層の上にそれぞれ形成された電極とバラクタダイオードのカソード電極との間を短絡したことで、下層部に形成されるトランジスタを不活性状態にし、カソードに寄生する容量の変動を抑えることができる。 In the case where the transistor is a heterojunction bipolar transistor, the collector contact layer of the heterojunction bipolar transistor is a lower layer formed in the same layer structure as the heterojunction bipolar transistor between the cathode contact layer of the varactor diode and the semiconductor substrate. Between the electrode formed on the layer corresponding to the electrode and the cathode electrode of the varactor diode, or on the layer corresponding to the collector contact layer and the layer corresponding to the base layer, respectively, and the cathode of the varactor diode By short-circuiting the electrode, the transistor formed in the lower layer can be inactivated, and variation in capacitance parasitic on the cathode can be suppressed.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1は、InPからなる半導体基板21上にエピタキシャル結晶成長させた層に対するエッチング処理により形成されたnpn型へテロバイポーラトランジスタ(以下、HBTと記す)30と、本発明を適用したバラクタダイオード(以下、バラクタと記す)50とを含む半導体集積回路20の構造を示している。なお、ここでは、HBT30とバラクタ50を一つずつ示しているが、実際の半導体集積回路20は、これらを含めて多数の半導体素子およびコイル、抵抗、コンデンサ等が形成されているものとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an npn type heterobipolar transistor (hereinafter referred to as HBT) 30 formed by etching a layer epitaxially grown on a
この半導体集積回路20は、InPからなる半導体基板21上にエピタキシャル結晶成長した層に対して上方から所定のエッチング処理を行うことで、HBT30とバラクタ50が形成されたものであり、バラクタ50について言えば、土台となる下層部50aがHBT30と同一の層構造を有しており、その上にバラクタ50の実体部が形成されている。
In this semiconductor integrated
初めに、HBT30およびバラクタ50の下層部50aの構造(共通構造)について説明すると、InPからなる半導体基板21の上に、n+−InPからなるコレクタコンタクト層31、31′が設けられ、その上にn+−InGaAs(インジウム・ガリウム・砒素)からなるエッチングストッパ層32、32′が設けられ、さらにその上に、n+−InPからなるコレクタコンタクト層33、33′が設けられている。ここで下層部50aの層構造はHBT30と同一なので、同一の層名を付して説明する。
First, the structure (common structure) of the HBT 30 and the lower layer portion 50a of the
コレクタコンタクト層33、33′の上には、n−InGaAs、または、少なくともn−InGaAsとn−InPとを含むコレクタ層34、34′が形成され、その上にp+−InGaAsからなるベース層35,35′が形成されている(なお、コレクタ層にInPを含むHBTをダブルへテロ構造バイポーラトランジスタDHBTという)。 On the collector contact layers 33 and 33 ', n-InGaAs or collector layers 34 and 34' containing at least n-InGaAs and n-InP are formed, and a base layer made of p + -InGaAs is formed thereon. 35 and 35 'are formed (the HBT containing InP in the collector layer is called a double heterostructure bipolar transistor DHBT).
そして、このベース層35、35′の上には、n−InPからなるエミッタ層36、36′が形成され、その上にn+−InP層37、37′が形成され、さらにその上に、n+−InGaAsからなるエミッタコンタクト層38が形成されている。なお、バラクタ50側において、HBT30側のエミッタコンタクト層38と共通の層をカソードコンタクト層38′として用いている。また、n+−InP層37、37′は、エミッタ層のInPとエミッタコンタクト層のInGaAsの伝導帯不連続の影響を低減するための層である。
An
そして、HBT30側のエッチングストッパ層32の上にはTi(チタン)/Pt(白金)/Au(金)の多層構造からなるコレクタ電極41、ベース層35の上には、Pt/Ti/Pt/Auからなるベース電極42、42、エミッタコンタクト層38の上には、WSi(珪化タングステン)からなるエミッタ下層電極43、Ti/Pt/Auからなるエミッタ中層電極44およびPt/Ti/Pt/Auからなるエミッタ上層電極45がそれぞれ形成されており、これによりnpn型トランジスタが形成される。そして、このトランジスタの各電極が、後述するバラクタ50や他の半導体素子、LCR等に配線されて、例えばPLL回路が形成される。なお、各電極材質のA/Bの記号は、AとBの多層構造を表すものとする。
A
一方、バラクタ50側の下層部50aに形成されたnpn型トランジスタ構造は、バラクタ50にとって無用であり、トランジスタの各端子が開放状態であるとその端子間に生じる寄生容量がダイオードに付加されて動作を不安定にするため、エッチングストッパ層32′の上に形成されたコレクタ電極41′、ベース層35′の上に形成されたベース電極42′を、カソードコンタクト層38′の上に形成されたTi/Pt/Auからなるカソード電極61に配線で接続(短絡)して、バラクタ50のカソード側に寄生する容量の変動を防いでいる。なお、ここでは、コレクタ電極41′とベース電極42′の両方を、カソード電極61に接続していたが、コレクタ電極41′だけを設けてカソード電極61に接続しても同様の効果が得られる。
On the other hand, the npn-type transistor structure formed in the lower layer portion 50a on the
次に、カソードコンタクト層38′の上にカソード電極61とともに形成されるバラクタ50の実体部(上層部)に構造について説明する。
Next, the structure of the substantial part (upper layer part) of the
バラクタ50は、基本的にpn接合のダイオードであるから、カソードコンタクト層38′の上には、n型不純物がドープされた材料からなるn領域50bと、p型不純物がドープされたp領域50dとが重なり合うように形成され、その上にアノード電極62が形成されているが、本発明のバラクタ50の場合、n領域50bとp領域50dの間に、不純物がドープされない材料あるいはn型、p型のいずれかの不純物濃度が低い材料からなるI領域50cが設けられている。
Since the
図2に示すように、n領域50bは、6層(カソードコンタクト層38′を含めると7層)構造を有しており、カソードコンタクト層38′をn1層とし、下層側から順に、n+−InPからなるn2層52、n+−InAlAs(インジウム・アルミニウム・砒素)からなるn3層53、n−InAlAsからなるn4層54〜n7層57に分かれている。
As shown in FIG. 2,
ここで、n+−InPからなるn2層52はエッチングストップ用の層であり、不純物濃度が中程度のn−InAlAsからなる4つのn4層54〜n7層57はこの実施形態の濃度減少部を構成するものであり、半導体基板21に近づくほど不純物濃度が低くなるように設定されている。
Here, the n2 layer 52 made of n + -InP is an etching stop layer, and the four
また、n7層57の上に、I領域50cとしてi−InAlAsからなるI層58が単層で設けられ、さらにその上には、p領域50dとして、バンドギャップエネルギーが半導体基板21に比べて小さいp+−InGaAsからなるp層59が単層で設けられ、その上にPt/Ti/Pt/Auからなるアノード電極62が設けられている。
In addition, an
上記のように、実施形態のバラクタ50は、n領域50bとp領域50dとの間にI領域50cが設けられ、n領域50bには、I領域50cから半導体基板側(カソードコンタクト層38′側)に向かってn型不純物濃度が段階的に減少する濃度減少部が形成されている。
As described above, in the
発明者らは、上記構造のバラクタ50において、I層50cの厚さと不純物濃度を選ぶことにより、バラクタ50の特性を電圧対容量変化特性に良好な線形性を与えることができ、n領域50bのうち、I層50cに続く最上部のn7層57の不純物濃度と厚さを選ぶことにより、容量変化比を大きくすることができ、最下部のn4層54の不純物濃度と厚さを選ぶことにより、所定容量変化を得るのに必要な駆動電圧範囲を狭くすることができることを見出した。
The inventors can provide the linearity of the characteristics of the
先に、種々の計算結果から見出された各層の厚さと不純物濃度の好適な実施例を、図3に示す。この実施例では、
カソードコンタクト層38′の厚さ70nm、不純物濃度3×1019cm−3
n2層52の厚さ5nm、不純物濃度5×1018cm−3
n3層53の厚さ5nm、不純物濃度1×1019cm−3
n4層54の厚さ200nm、不純物濃度1×1016cm−3
n5層55の厚さ80nm、不純物濃度1×1017cm−3
n6層56の厚さ30nm、不純物濃度5×1017cm−3
n7層57の厚さ10nm、不純物濃度1×1018cm−3
I層58の厚さ30nm、不純物濃度ドープしない
p層59の厚さ70nm、不純物濃度4×1019cm−3
としている。
FIG. 3 shows a preferred embodiment of the thickness and impurity concentration of each layer found from various calculation results. In this example,
The thickness of the n2 layer 52 is 5 nm and the impurity concentration is 5 × 10 18 cm −3.
The thickness of the
The thickness of the
The thickness of the
The thickness of the
The thickness of the
The thickness of the
It is said.
以下、バラクタの特性に大きな影響を与えることが確認されているI層58、n7層57、n4層54についての不純物濃度と厚さに対するバラクタ50の電圧対単位面積当りの容量の変化の計算結果を示す。ただし、前提条件として、p層59、n6層56、n5層55、n3層53、n2層52、カソードコンタクト層38′の不純物濃度および厚さは、実施例記載のものと同一とする。
Hereinafter, the calculation result of the change of the voltage per unit area of the
図4の特性A、Bは、不純物をドープしないI層58の厚さを25nmと0(即ち、I層58を省略)に設定したときの電圧対容量の変化特性であり、この特性A、Bと実施例構造の特性とから、I層58の厚さを薄くすると駆動電圧が低い範囲での容量変化の度合が大きくなり、非線形特性になっていくことがわかる。
Characteristics A and B in FIG. 4 are voltage vs. capacity change characteristics when the thickness of the
また、図5の特性C、Dは、厚さ30nmのI層58の不純物濃度を、2×1017cm−3、5×1017cm−3に設定した場合の電圧対容量の変化特性であり、この図の特性と実施例構造の特性とから、I層58の不純物濃度が高くなる程、駆動電圧が低い範囲での容量変化の度合が大きくなり、非線形特性になっていくことがわかる。
Further, characteristics C and D in FIG. 5 are change characteristics of voltage versus capacity when the impurity concentration of the
上記特性A〜Dおよびそれ以外の図示しない構造例の結果も踏まえて、I層58の厚さと不純物濃度については、厚さ20nm以上、不純物濃度2×1017cm−3以下(ドープしない場合も含む)にすることで、電圧対容量の変化に十分な線形性を与えることができることが確かめられた。
Based on the above characteristics A to D and the results of other structural examples (not shown), the thickness and impurity concentration of the
また、図6の特性E、Fは、厚さ10nmのn7層57の不純物濃度を、5×1017cm−3、3×1017cm−3に設定した場合の特性である。ただし、n7層57の不純物濃度を、3×1017cm−3に設定した場合には、それより下層のn6層56の不純物濃度がn7層57より高くならないように同一濃度に設定している。この図の特性から、n7層57の不純物濃度が低くなる程、容量最大値が低下してしまい、容量変化比が小さくなってしまうことがわかる。
Characteristics E and F in FIG. 6 are characteristics when the impurity concentration of the
上記特性E、Fおよびそれ以外の図示しない構造例の結果も踏まえて、n7層57の厚さと不純物濃度については、厚さ10nmで、不純物濃度5×1017cm−3以上(構造例Eを下限)にすることで、十分大きな容量最大値を確保し、大きな容量変化比を実現できることが確かめられた。
Based on the characteristics E and F and the results of other structural examples (not shown), the thickness and impurity concentration of the
また、図7の特性G、Hは、不純物濃度1×1016cm−3のn4層54の厚さを、150nmと50nmに設定した場合の特性であり、この図の特性から、n4層54の厚さが薄い程、容量最小値が大きくなってしまい、容量変化比が小さくなってしまうことがわかる。
Also, the characteristics G and H in FIG. 7 are characteristics when the thickness of the
また、図8の特性I、Jは、厚さ200nmのn4層54の不純物濃度を、2×1016cm−3と5×1016cm−3に設定した場合の特性であり、この図の特性から、n4層54の不純物濃度が高い程、最小容量値を得るための駆動電圧の絶対値が大きくなってしまうことがわかる。
Further, characteristics I and J in FIG. 8 are characteristics when the impurity concentration of the
上記特性G〜Jおよびそれ以外の図示しない構造例の結果も踏まえて、n4層54の厚さと不純物濃度については、厚さ150nm以上で、不純物濃度2×1016cm−3以下にすることで、十分小さな容量最小値を、低い駆動電圧で実現できることが確かめられた。
Based on the above characteristics G to J and the results of other structural examples (not shown), the thickness and impurity concentration of the
なお、上記した条件に加え、バラクタ50全体の厚さに対する制限を与える必要があるが、前記した条件や好適な実施形態の構造を踏まえると、n領域50bの厚さの上限を400nmとすることが製造上好ましいと言える。
In addition to the above-described conditions, it is necessary to limit the overall thickness of the
なお、上記n領域50bの下層の不純物濃度が高いn2層52、n3層53は、エッチング処理を容易に行うために設けられた層であり、これら二つの層とその下のカソードコンタクト層38′がバラクタ50の特性に及ぼす影響は僅少である。
The n2 layer 52 and the
このように、実施形態のバラクタ50は、n領域50bの不純物濃度を半導体基板21に近くなるほど低くなるように減少させるとともに、p領域50dとn領域50bの間に、不純物をドープしないあるいは低濃度にドープした材料からなるI領域50cを設けており、このI領域50cにより、リーク電流を減少させ、電圧対容量の変化特性に高い線形性を与えることができる。
As described above, the
また、n領域50b全体の厚さ400nm以下、I領域50cの不純物濃度を2×1017cm−3以下、厚さ25nm以上、濃度減少部を構成する複数の層のうち、I領域50cに接するn7層58のn型不純物濃度5×1017cm-3以上、半導体基板21に最も近いn4層54のn型不純物濃度2×1016cm-3以下、厚さ150nm以上にすることで、狭い範囲の電圧変化に対して容量が線形的に且つ大きく変化するバラクタダイオードを、薄い層厚で実現できる。
Further, the entire thickness of the
また、半導体基板21としてInP、p領域50dの材料としてInGaAs、I領域50cおよびn領域50bの濃度減少部の材料としてInAlAsを用いているので、高速化、高周波化へ対応できる。
Further, since InP is used as the
また、バラクタ50を含む半導体集積回路20として、バラクタ50のカソードコンタクト層38′と、HBT30のエミッタコンタクト層38とを、共通の層に対するエッチング処理で形成しているので、全体層厚の低減と製作プロセスを簡略化できる。
Further, as the semiconductor integrated
また、バラクタ50の濃度減少部とカソードコンタクト層38′との間に、InPからなるエッチングストップ用の層を挿入したことで、溶液エッチングにおけるエッチング選択比が大きくとれ、製作プロセスが容易になる。
Further, by inserting an etching stop layer made of InP between the concentration reducing portion of the
また、バラクタ50と共に形成されるトランジスタがHBT30の場合において、バラクタ50のカソードコンタクト層38′と半導体基板21との間にHBT30と同一層構造で形成される下層部50bのコレクタコンタクト層31′上に形成した電極41′とカソード電極61との間、あるいは、コレクタコンタクト層31′およびベース層35′の上にそれぞれ形成された電極41′、42′とカソード電極61との間を短絡しているので、下層部50bに形成されるトランジスタを不活性状態にし、カソードに寄生する容量の変動を抑えることができる。
Further, when the transistor formed together with the
次に、上記構造の半導体集積回路20の製造方法について説明する。
始めに、図9に示しているように、半導体基板21上に前記HBT30の形成に必要な8つの層(電極材は除く)131〜138をエピタキシャル結晶成長させ、さらに、その上にバラクタ50の形成に必要な8つの層(電極材は除く)152〜159をエピタキシャル結晶成長させた材料100を用意し、その最上層159のバラクタアノード形成位置に、アノード電極62を蒸着形成する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor integrated
First, as shown in FIG. 9, eight layers (excluding electrode materials) 131 to 138 necessary for the formation of the HBT 30 are epitaxially grown on the
ここで、下層側の8つの層131〜138はHBT30の前記した各層31〜38とそれぞれ同一の厚さと材質であり、上層側の8つの層152〜159はバラクタ50の前記した各層52〜59とそれぞれ同一の厚さと材質である。
Here, the lower eight layers 131 to 138 have the same thickness and material as the
次に、図10に示しているように、バラクタカソード電極位置を除く範囲をレジスト101で覆い、エッチングストップ層であるn+−InPの層152の手前までウエットエッチングし、さらに、その層152を別の材料でウエットエッチングして、カソードコンタクト層38′となる層138の表面の一部を露出させる。
Next, as shown in FIG. 10, the range excluding the position of the varactor cathode electrode is covered with a resist 101, and wet etching is performed to the front of the n + -InP layer 152 which is an etching stop layer. Wet etching with another material exposes a portion of the surface of
そして、図11のように、層138の露出した表面にカソード電極61を蒸着形成し、不要なレジスト101を除去する。
Then, as shown in FIG. 11, a cathode electrode 61 is deposited on the exposed surface of the
続いて、図12のように、表面全体を保護膜102(シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜)で覆い(化学気相堆積)、さらにその上から、図13のように、バラクタ形成部分をレジスト103で覆い、レジスト103で覆われていない保護膜部分をドライエッチングで除去し、その除去された部分にウェットエッチングして、HBT30のエミッタコンタクト層38となる層138の表面を露出させる。
Subsequently, as shown in FIG. 12, the entire surface is covered with a protective film 102 (silicon oxide film or silicon nitride film) (chemical vapor deposition). Further, as shown in FIG. The portion of the protective film which is covered with and is not covered with the resist 103 is removed by dry etching, and the removed portion is wet-etched to expose the surface of the
続いて、図14のように、表面全体をWSi膜104で覆い、その膜の表面のうちエミッタ形成位置にエミッタ中層電極44を蒸着形成し、さらにドライエッチングすることで、図15のように、エミッタ中層電極44で覆われていない部分のWSi膜104を除去して、エミッタ下層電極43を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 14, the entire surface is covered with the
続いて、図16のように、保護膜102およびエミッタ下層電極43で覆われていない部分に対するウエットエッチングにより、ベース層35、35′となる層135の表面を露出させ、図17のように、その層135の表面にベース電極42、42′を蒸着形成し、これと同時にエミッタ中層電極44の上にエミッタ上層電極45を蒸着形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 16, the surface of the
続いて、図18のように表面全体を有機膜105で保護し、図19のように、HBT30とバラクタ50の中間部以外をレジスト106で覆い、覆われていない部分の有機膜105に対してドライエッチングを行い、さらに、図20のように、ウエットエッチングを行うことでエッチングストッパ層となる層132の手前まで除去し、図21のように、露出した層132の表面に、コレクタ電極41、41′を蒸着形成する。
Subsequently, the entire surface is protected by the
さらに、図22のように、コレクタ電極41、41′の間の部分を除いた範囲をレジスト107で覆い、覆われていない部分に対してウエットエッチングを行うことで、コレクタコンタクト層31、31′が分離されて、HBT30とバラクタ50の素子分離がなされる。
Further, as shown in FIG. 22, the area except for the portion between the
この状態で、保護膜やレジストを除去すれば、図1に示した構造と同等となるが、実際に半導体集積回路を製造する場合には、レジスト107を除去し、図23のように、各電極の配線(黒の塗りつぶしで示す)を行い、素子保護用の有機膜108で表面を覆うことで、半導体集積回路20が完成する。
If the protective film and the resist are removed in this state, the structure is the same as that shown in FIG. 1. However, when the semiconductor integrated circuit is actually manufactured, the resist 107 is removed and each of the structures shown in FIG. The semiconductor integrated
なお、上記実施形態は、HBT30と共に基板上に形成されるバラクタ50の例であったが、図24に示す半導体集積回路20′のように、HFET70と共にバラクタ50を形成することもできる。
The above embodiment is an example of the
このHFET70は、InP基板21上に、InAlAs層71、InGaAs層72、InAlAs層73、ドーピング部74、InAlAs層75、InP層76、InAlAs層77、n+−InGaAs層(オーミックコンタクト層)78がエピタキシャル結晶成長され、その各層に対してエッチング処理されて形成されたものであり、n+−InGaAs層(オーミックコンタクト層)78の上にはTi/Pt/Auからなる2つのオーミック電極(ドレイン電極、ソース電極)81、82が形成され、その間にゲート電極83が設けられている。
The HFET 70 includes an InAlAs layer 71, an InGaAs layer 72, an
バラクタ50の下層部50aは、HFET70と同一構造の各層71′〜78′で形成され、最上部のn+−InGaAsからなる層78′をカソードコンタクト層とし、それより上層の構造は、前記実施形態と同じである。
The lower layer portion 50a of the
この場合も、バラクタ50のカソードコンタクト層78′を、HFET70のn+−InGaAs層(オーミックコンタクト層)78と共通の層に対するエッチング処理で形成しているので、全体層厚の低減と製作プロセスを簡略化できる。
Also in this case, the
20、20′……半導体集積回路、21……半導体基板、30……HBT、31、31′……コレクタコンタクト層、32、32′……エッチングストッパ層、33、33′……コレクタコンタクト層、34、34′……コレクタ層、35、35′……ベース層、36、36′……エミッタ層、37、37′……n−InP層、38、38′……エミッタコンタクト層、41、41′……コレクタ電極、42、42′……ベース電極、43……エミッタ下層電極、44……エミッタ中層電極、45……エミッタ上層電極、50……バラクタ、50a……下層部、50b……n領域、50c……I領域、50d……p領域、52……n2層、53……n3層、54……n4層、55……n5層、56……n6層、57……n7層、58……I層、59……p層、61……カソード電極、62……アノード電極、70……HFET
20, 20 '... Semiconductor integrated circuit, 21 ... Semiconductor substrate, 30 ... HBT, 31, 31' ... Collector contact layer, 32, 32 '... Etching stopper layer, 33, 33' ...
Claims (9)
前記p領域は、p型不純物が高濃度に含まれているp + 型で、バンドギャップエネルギーが前記半導体基板のバンドギャップエネルギーよりも小さい材料からなり、
前記I領域は、前記p領域の前記半導体基板寄りの面に接し、不純物濃度が2×10 17 cm −3 以下、厚さが25nm以上の材料からなり、
前記n領域は、n型不純物を含有し、前記I領域の前記半導体基板寄りの面に接し、領域全体の厚さが400nm以下で、バンドギャップエネルギーが前記半導体基板のバンドギャップエネルギーよりも大きい材料からなり、前記I領域から前記半導体基板側に向かう程不純物濃度が低下する濃度減少部(54〜57)を有し、
前記濃度減少部は、前記半導体基板側に向かう程、不純物濃度が低下し且つ厚さが増すように形成された複数の層からなり、該複数の層のうち、前記I領域に接する層(n7層)のn型不純物濃度が5×1017cm−3以上、前記半導体基板に最も近い層(n4層)のn型不純物濃度が2×1016cm−3以下、厚さが150nm以上であることを特徴とするバラクタダイオード。 In a varactor diode having a semiconductor substrate (21) and an epitaxial crystal layer having a hierarchical structure formed by a p region (50d), an I region (50c), and an n region (50b) on the semiconductor substrate ,
The p region is a p + type p-type impurity is contained at a high concentration, Ri Do from less material than the band gap energy band gap energy of said semiconductor substrate,
The I region is the contact with the semiconductor substrate side of the surface of the p region, an impurity concentration of 2 × 10 17 cm -3 or less, Ri Do from 25nm or more materials thickness,
The n region contains an n-type impurity, is in contact with the surface of the I region close to the semiconductor substrate, has a total region thickness of 400 nm or less, and has a larger band gap energy than the semiconductor substrate. It consists, possesses the density reduction part has an impurity concentration higher from the I region toward the semiconductor substrate side decreases (54-57),
The concentration-decreasing portion is composed of a plurality of layers formed such that the impurity concentration decreases and the thickness increases toward the semiconductor substrate side, and a layer (n7) in contact with the I region among the plurality of layers. Layer) has an n-type impurity concentration of 5 × 10 17 cm −3 or more, a layer closest to the semiconductor substrate (n4 layer) has an n-type impurity concentration of 2 × 10 16 cm −3 or less, and a thickness of 150 nm or more. A varactor diode characterized by that.
前記p領域の材料としてInGaAs、
前記I領域およびn領域の濃度減少部の材料としてInAlAsを用いていることを特徴とする請求項1記載のバラクタダイオード。 InP as the semiconductor substrate,
InGaAs as the material of the p region,
2. The varactor diode according to claim 1, wherein InAlAs is used as a material of the concentration decreasing portion of the I region and the n region.
該半導体基板上でバイポーラトランジスタの構成要素のnpnの各領域または電界効果トランジスタの構成要素のn領域を含む各領域により階層構造をなす第1のエピタキシャル結晶の層(31〜38)によって形成されたnpn型のヘテロ接合バイポーラトランジスタまたはn型キャリアを用いるヘテロ構造型の電界効果トランジスタのいずれかのトランジスタ(30、70)と、
前記第1のエピタキシャル結晶の層と同一の階層構造を有し、前記半導体基板上の前記第1のエピタキシャル結晶の層と異なる位置に設けられた第2のエピタキシャル結晶の層(50a)と、該第2のエピタキシャル結晶の層の上でp領域(50d)、I領域(50c)、n領域(50b)により階層構造をなす第3のエピタキシャル結晶の層(50b〜50d)からなるバラクタダイオード(50)とを含む半導体集積回路において、
前記バラクタダイオードの前記p領域は、p型不純物が高濃度に含まれているp +型で、バンドギャップエネルギーが前記半導体基板のバンドギャップエネルギーよりも小さい材料からなり、
前記I領域は、前記バラクタダイオードの前記p領域の前記半導体基板寄りの面に接し、不純物濃度が2×1017cm−3以下、厚さが25nm以上の材料からなり、
前記バラクタダイオードの前記n領域は、n型不純物を含有し、前記I領域の前記半導体基板寄りの面に接し、領域全体の厚さが400nm以下で、バンドギャップエネルギーが前記半導体基板のバンドギャップエネルギーよりも大きい材料からなり、前記I領域から前記半導体基板側に向かう程不純物濃度が低下する濃度減少部(54〜57)を有し、
前記バラクタダイオードの前記濃度減少部は、前記半導体基板側に向かう程、不純物濃度が低下し且つ厚さが増すように形成された複数の層からなり、該複数の層のうち、前記I領域に接する層(n7層)のn型不純物濃度が5×1017cm−3以上、前記半導体基板に最も近い層(n4層)のn型不純物濃度が2×1016cm−3以下、厚さが150nm以上であることを特徴とする半導体集積回路。 A semiconductor substrate (21);
Formed on the semiconductor substrate by first epitaxial crystal layers (31 to 38) having a hierarchical structure formed by npn regions of bipolar transistor components or regions including n regions of field effect transistor components. either an npn heterojunction bipolar transistor or a heterostructure field effect transistor using n-type carriers (30, 70);
A second epitaxial crystal layer (50a) having the same hierarchical structure as the first epitaxial crystal layer and provided at a position different from the first epitaxial crystal layer on the semiconductor substrate; A varactor diode (50) comprising a third epitaxial crystal layer (50b to 50d) having a hierarchical structure with a p region (50d), an I region (50c), and an n region (50b) on the second epitaxial crystal layer. In a semiconductor integrated circuit including
The p region of the varactor diode is p + type containing a high concentration of p-type impurities, and is made of a material whose band gap energy is smaller than the band gap energy of the semiconductor substrate,
The I region is in contact with the surface of the p region of the varactor diode near the semiconductor substrate, and is made of a material having an impurity concentration of 2 × 10 17 cm −3 or less and a thickness of 25 nm or more,
The n region of the varactor diode contains an n-type impurity, is in contact with the surface of the I region close to the semiconductor substrate, has a total region thickness of 400 nm or less, and has a band gap energy of the semiconductor substrate. A concentration reducing portion (54 to 57) in which the impurity concentration decreases from the I region toward the semiconductor substrate.
The concentration reducing portion of the varactor diode is composed of a plurality of layers formed such that the impurity concentration decreases and the thickness increases toward the semiconductor substrate side. The n-type impurity concentration of the layer in contact (n7 layer) is 5 × 10 17 cm −3 or more, the n-type impurity concentration of the layer closest to the semiconductor substrate (n4 layer) is 2 × 10 16 cm −3 or less, and the thickness is A semiconductor integrated circuit having a thickness of 150 nm or more.
前記バラクタダイオードの前記p領域の材料としてInGaAs、
前記バラクタダイオードの前記I領域およびn領域の濃度減少部の材料としてInAlAsを用いていることを特徴とする請求項4記載の半導体集積回路。 InP as the semiconductor substrate,
InGaAs as the material of the p region of the varactor diode,
5. The semiconductor integrated circuit according to claim 4, wherein InAlAs is used as a material of the concentration decreasing portion of the I region and n region of the varactor diode .
前記第2のエピタキシャル結晶の層のうち、前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタコンタクト層(31)に対応した層(31′)の上に形成された電極(41′)と前記バラクタダイオードのカソードコンタクト層上に形成されたカソード電極(61)との間、あるいは、前記コレクタコンタクト層(31)に対応した層(31′)およびベース層(35)に対応した層(35′)の上にそれぞれ形成された電極(41′、42)と前記カソード電極(61)との間が、その間を接続している配線により短絡されていることを特徴とする請求項4〜7のいずれかに記載の半導体集積回路。 When the transistor is the heterojunction bipolar transistor,
Of the second epitaxial crystal layer, an electrode (41 ') formed on a layer (31') corresponding to the collector contact layer (31) of the heterojunction bipolar transistor and a cathode contact layer of the varactor diode Formed between the cathode electrode (61) formed thereon or on the layer (31 ') corresponding to the collector contact layer (31) and the layer (35') corresponding to the base layer (35). The semiconductor according to any one of claims 4 to 7, wherein the electrode (41 ', 42) and the cathode electrode (61) are short-circuited by a wiring connecting the electrodes (41', 42). Integrated circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011254960A JP5878739B2 (en) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | Varactor diode and semiconductor integrated circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011254960A JP5878739B2 (en) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | Varactor diode and semiconductor integrated circuit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013110300A JP2013110300A (en) | 2013-06-06 |
JP5878739B2 true JP5878739B2 (en) | 2016-03-08 |
Family
ID=48706766
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011254960A Active JP5878739B2 (en) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | Varactor diode and semiconductor integrated circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5878739B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6605977B2 (en) * | 2016-02-10 | 2019-11-13 | アンリツ株式会社 | Semiconductor integrated circuit and manufacturing method of semiconductor integrated circuit |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4162439B2 (en) * | 2002-07-19 | 2008-10-08 | アンリツ株式会社 | Semiconductor integrated circuit |
JP4002864B2 (en) * | 2003-06-26 | 2007-11-07 | 株式会社ナノテコ | Varactor diode and semiconductor integrated circuit device |
JP2006120733A (en) * | 2004-10-19 | 2006-05-11 | Sony Corp | Diode and its manufacturing method, and semiconductor device |
JP4789489B2 (en) * | 2005-03-11 | 2011-10-12 | アンリツ株式会社 | Microwave monolithic integrated circuit |
-
2011
- 2011-11-22 JP JP2011254960A patent/JP5878739B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013110300A (en) | 2013-06-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20070096151A1 (en) | Bipolar transistor and method for fabricating the same | |
US9019028B2 (en) | Integrated epitaxial structure for compound semiconductor devices | |
US8716757B1 (en) | Monolithic HBT with wide-tuning range varactor | |
US20010042867A1 (en) | Monolithic compound semiconductor integrated circuit and method of forming the same | |
WO2015005037A1 (en) | Semiconductor device | |
US6696711B2 (en) | Semiconductor device and power amplifier using the same | |
TWI604530B (en) | Heterojunction Bipolar Transistors and Power Amplifier Modules | |
CN115188805A (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
JP2018101652A (en) | Bipolar transistor and method for manufacturing the same | |
JP2003243527A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
US20070257332A1 (en) | Bipolar transistor and a method of manufacturing the same | |
JP5878739B2 (en) | Varactor diode and semiconductor integrated circuit | |
US7276744B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
EP1668705A1 (en) | Heterojunction bipolar transistor with tunnelling mis emitter junction | |
JP3874919B2 (en) | Compound semiconductor device | |
JP4789489B2 (en) | Microwave monolithic integrated circuit | |
JP2000299386A (en) | Semiconductor circuit device and manufacturing method therefor | |
JP4494739B2 (en) | Bipolar transistor and manufacturing method thereof | |
JP3556587B2 (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
JP2003303827A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP6022998B2 (en) | Semiconductor device | |
JP5946136B2 (en) | Heterojunction bipolar transistor and manufacturing method thereof | |
JP4075514B2 (en) | Method for manufacturing heterojunction bipolar transistor | |
Yamaguchi et al. | Fabrication of InP/InGaAs SHBT on Si Substrate by Using Transferred Substrate Process | |
JP2001176881A (en) | Heterojunction bipolar transistor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140115 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20141222 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150120 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150304 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150721 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150914 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151013 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151023 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160105 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160129 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5878739 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |