JPS60133763A - 可変容量ダイオ−ドおよびその製造方法 - Google Patents

可変容量ダイオ−ドおよびその製造方法

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JPS60133763A
JPS60133763A JP58240967A JP24096783A JPS60133763A JP S60133763 A JPS60133763 A JP S60133763A JP 58240967 A JP58240967 A JP 58240967A JP 24096783 A JP24096783 A JP 24096783A JP S60133763 A JPS60133763 A JP S60133763A
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depth
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epitaxial layer
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Kazuo Hirano
平野 一雄
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D1/00Resistors, capacitors or inductors
    • H10D1/60Capacitors
    • H10D1/62Capacitors having potential barriers
    • H10D1/64Variable-capacitance diodes, e.g. varactors 

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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は特性の改善された可変容量ダイオードとその
製造方法に関するもので、従来の容量−電圧特性を維持
して高周波直列抵抗を低減させるものである。
〔発明の技術的背景〕
従来の可変容量ダイオードはSiの拡散プレーナ構造で
製造されているものが多い。以下第1図ないし第6図に
もとづき従来の可変容量ダイオードとその製造方法につ
いて述べる。
例えば第1の導電形(この例ではN形)の低抵抗の半導
体基板1上に周知の気相成長法にて、第1の導電形で基
板1より高比抵抗の例えば1Ω0〃前後の比抵抗のエピ
タキシャル層2を例えば厚さ4〜5μm形成する(第1
図(a)参照)。この上に表面保護のため絶縁膜(Si
gh膜)6を約1〜2μm形成したのち、写真蝕刻法に
より開口部6を設ける(第1図(b)参照)。次にイオ
ン注入法により、第1の導電形の不純物(この例ではP
3])を加速電圧130 keV、ドーズ量(2〜3 
) X 10”’i ”の条件にて開ロ部6全通してエ
ピタキシャル層2に注入する。この場合開口部6に薄い
酸化膜例えば(1000〜3000 ) Aの膜厚の酸
化膜を介してイオン注入してもよい。次に格子欠陥回復
とキャリア回復のためのアニールを兼ねた熱処理を施し
、前記エピタキシャル層より高不純物密度のインプラ拡
散層4を形成する(第1図(C)参照〕。次にこのイン
プラ拡散層4の表面を包含し、かつインプラ拡散層の拡
散深さより浅い拡散深さを持ち第1導電形と反対の導電
形(この例ではP形〕の第2導電形拡散層5を形成する
(第1図(d)参照)。この後は周知技術にて取り出し
電極を形成して可変−3= 容量ダイオードができる。
〔背景技術の問題点〕
前記の従来方法による可変容量ダイオードにおいては、
第2導電形拡散層5(本例ではP形である。以下P膨拡
散層5という)の不純物濃度が第1導電形インプラ拡散
層4(本例ではN形である。
以後N形インプラ拡散層4という)およびエピタキシャ
ル層のそれぞれの不純物濃度より充分高ければ第2図(
a)に示すように逆バイアス電圧(以後電圧という〕を
印加するとP膨拡散層5内の空乏層の幅は非常に狭く、
N形インプラ拡散層4とエピタキシャル層2の領域内の
空乏層の拡がりに比し無視できる。すなわち可変容量ダ
イオードの可変容量はN形インプラ拡散層4内の空乏層
10による接合容量とエピタキシャル層2内の空乏層1
1による接合容量との和と考えられる。またエピタキシ
ャル層の不純物濃度はN形インプラ拡散層のそれより低
いのでエピタキシャル層(インプラ拡散層直下のエピタ
キシャル層を除く以下同様)内の空乏層11の拡がりは
インプラ拡散層内の空乏層104− の拡がりより大きくなる。電圧を増減することにより空
乏層io、1iの拡がりが増減して可変容量となる。第
6図の曲a8はその接合容量(以下容量という)−電圧
特性を示す。
可変容量コンデンサに対する市場の要求としては容量の
電圧変化比が大きく、また高周波直列抵抗(R8)’に
小す< L−RIE能指数Q (= 1/wRsCj 
)を大きくすることが要求されている。第6図の容量−
電圧特性曲線8は約15Vを過ぎると曲線の傾斜がゆる
く彦り飽和傾向を示す。すなわち容量の電圧変化比が小
さくなる傾向が確認される。容量の電圧変化比が低下せ
ずかつ性能指数(In大きくすることが問題点である。
〔発明の目的〕
本発明は前記問題点を解決し、従来の容量−電圧特性の
飽和傾向を改め、また直列抵抗R8の小さい改善された
可変容量ダイオードおよびその製造方法を提供するもの
である。
〔発明の概要〕
容量−電圧特性が電圧の増加にともない飽和傾向を示す
がこれは電圧が一定値(従来例では約15V)を越える
とエピタキシャル層内の空乏層11が基板1に達し、そ
れ以後電圧を増加しても基板1の不純物濃度がエピタキ
シャル層の不純物濃度より高いので空乏層11はほとん
ど変化しないためである。
また直列抵抗R51j主としてインプラ拡散層4の下面
と基板1との間のエピタキシャル層の抵抗と考えられ、
その厚さ11 (第2図(b)参照)により変化する。
Rs値を下げるためにtlを減少すれば空乏層11は基
板1に達し易くなり容量−電圧特性は低い電圧で飽和傾
向を示すようになる。
また容量−電圧特性の飽和傾向を改善するために中間エ
ピタキシャル層の厚さtlを増加すればRsが犬となる
。周知のようにPN接合の空乏層の拡がり(形状)は逆
バイアス電圧とPN接合の不純物原子の分布によって主
として決定せられる。インプラ拡散層4の不純物濃度は
エピタキシャル層内の不純物濃度より高いためインプラ
拡散層の周辺部におけるインプラ拡散層内の不純物はエ
ピタキシャル層内の空乏層11の形状に大きな効果をお
よぼす。したがってインプラ拡散層4を従来よりも深い
位置に形成すれば空乏層の空間電荷による電束端はイン
プラ拡散層の周辺部の不純物イオンと結ばれ易くなり、
空乏層11の形状は変化し、空乏層11が基板1に達す
る電圧値は増加し、容量−電圧特性の飽和傾向は大幅に
改善される。本発明ではインプラ拡散層の深さをそのイ
オン注入面の深さを調節することにより制御するもので
ある。
即ち本発明は特許請求の範囲第1項(a) 、 (b)
 、 (c)に記載される従来の可変容量ダイオードに
おいてP膨拡散層5の表面であって、インプラ拡散層4
と対面する面部分(従来技術におけるイオン注入面と等
しいっは所望の深さの凹部を形成し、イオン注入面を従
来技術によるイオン注入面より所望の深さだけ下げてイ
オン注入をおこなった後インプラ拡散層を形成し、また
電圧印加時のインプラ°・・拡散層直下の空乏層の拡が
り面の深さがエピタキシャル層内の空乏層11の拡がり
面の深さより深くすることのできる所望の深さの四部と
することを一7= 特徴とする可変容量ダイオードである。この所望の深さ
は試行により決定される。
また特許請求の範囲第2項に記載された発明は例えばN
形基板の主面上にN形で該基板より高比抵抗を有するエ
ピタキシャル層を形成するエピタキシャル層程と、前記
エピタキシャル層表面の所定領域(イオン注入予定領域
)1r:表面より所望の深さにエツチングするエツチン
グ工程と、前記エツチングされた面から例えばN形の不
純物をイオン注入したのち、熱処理を施して前記エピタ
キシャル層より高不純物濃度のN形インプラ拡散層を前
記エピタキシャル層内に形成するインプラ拡散工程と、
前記インプラ拡散層の主面を包含し、該主面より広い面
積を有し、かつ前記インプラ拡散層の拡散深さより浅い
拡散深さを有するP膨拡散層を形成するP形拡散工程と
を具備することを特徴とする可変容量ダイオードの製造
方法であり、換言すればイオン注入面の深さを調整する
ことによってエピタキシャル層内の空乏層の形状を制御
し、容量−電圧特性の飽和傾向の改善又はRsの減8− 少をはかる製造方法である。
〔発明の実施例〕
第4図にもとづいて本発明の製造方法を説明する。
第4図(a)に示す工程1では前記の従来方法と同一で
ある。次に開口部6のエピタキシャル層の表面を例えば
プラズマ技術、或はアルカリ又は混酸等によりエツチン
グする。エツチングの深さt2は例えば02〜0.6μ
m程度とする(第4図(b)参照)。
次に従来の方法により第4図(c)に示すN形インプラ
拡散層14を形成する。次に従来の方法によりN形イン
プラ拡散層14の主面を包含し、該主面より広い面積を
有し、またインプラ拡散層の不純物濃度より充分高い不
純物濃度のP膨拡散層15を形成する(第4図(d)参
照)。この後周知技術にて取り出し電極を形成して可変
容量ダイオードができる。
第5図は本発明により製造された可変容量ダイオードに
電圧を印加したときの空乏層の拡がりを図示したもので
ある。第5図(a)に示すようにエピタキシャル層内の
空乏層21の拡がりはこれと対応する従来技術の第2図
(a)に示す空乏層11の拡がり%小さくなっている。
電圧を増加すると空乏層21の拡がりは大きくなり第5
図(b)に示す状態となる。
これと対応する従来技術の第2図(b)に示す空乏層1
1の拡がりは基板1に達している。更にエツチングの深
さt2ヲ増加しイオン注入面を下げれば第5図(c)に
示すようにインプラ拡散層14直下の空乏層20の拡が
り面の深さがエピタキシャル層内の空乏層21の拡がり
面の深さより深くすることが可能であり、この状態のL
2を所望の深さとする。
〔発明の効果〕
第5図(a) 、 (b)に示す本発明による可変容量
ダイオードの容量−電圧特性は第6図の曲線18で、こ
れによれば曲線18は電圧が約20V程度を過ぎて飽和
傾向を示す。また第5図(c)に示すものの特性は第3
図の曲線19であって電圧が25Vを越えないと容量−
電圧特性は飽和傾向を示さず、従来技術に比し特性改善
が確認される。なお電圧が約15V以下の飽和を示さな
い領域では容量−電圧特性曲線はほぼ重なる。
本発明においてエツチングの深さt2だけエピタキシャ
ル層の厚さを厚くすればインプラ拡散層14の下面から
基板1″!、での距離t1は変らないため、高周波直列
抵抗Rsは変らず容量−電圧特性が大幅に改善されるこ
ととなる。
また逆に従来の容量−電圧特性を維持するとすればエピ
タキシャル層の厚さを艙くすることができ、その分だけ
高周波直列抵抗R8は減少し高い性能指数Qが得られる
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の製造工程を示す断面図で、同図(a)か
ら(d)まではそれぞれエピタキシャル層程、開口部形
成工程、インプラ拡散工程、第2導電形拡散工程のそれ
ぞれの工程終了後の断面図である。 第2図(a) 、 (b)は従来の製造方法による可変
容量ダイオードの空乏層の拡がりを示す断面図で、同図
(a) 、 (b)はそれぞれの電圧が容量−電圧特性
が飽和傾向を示す電圧より低い電圧、飽和傾向を示す電
圧より高い電圧を印加した場合の断面図である。 第6図は従来の製造方法によるものと本発明によ11− るものとの容量−電圧特性を示すグラフ、第4図は本発
明による製造工程を示す断面図で同図(a)から(d)
まではそれぞれ絶縁膜開口部、エツチング工程、インプ
ラ拡散工程、第2導電形拡散工程のそれぞれの工程終了
後の断面図である。第5図は本発明による可変容量ダイ
オードの空乏層の拡がりを示すもので、同図(a) 、
 (b)はそれぞれ第2図(a)。 (b)に対応する電圧を印加したときの断面図、第5図
(c)は所望の深さの四部を形成したものの断面図であ
る。 1・・・半導体基板、2・・・エピタキシャル層(N形
〕、3・・・酸化膜、4.14・・・第1導電形インプ
ラ拡散層(N形)、5.15・・・第2導電形拡散層(
P形)、10.20・・・インプラ拡散層内の空乏層、
11.21・・・エピタキシャル層内の空乏層(インプ
ラ拡散層直下のエピタキシャル層をのぞく)、8・・・
従来技術による可変容量ダイオードの容量−電圧特性曲
線、18・・・本発明による可変容量ダイオードの容量
−電圧特性曲線、19・・・本発明による所望の深さの
凹部を形成した場合の容量−電圧特性曲線。 12− 第1図 第2図 第4図 電 圧 (V)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1(a)第1の導電形の半導体基板の主面上に形成され
    た第1の導電形であって前記基板より高比抵抗を有する
    エピタキシャル層と、(b) 前記エピタキシャル層内
    に形成され、前記エピタキシャル層の表面の所定領域を
    含み、第1の導電形と反対の導電形である第2導電形の
    高不純物濃度を有する第2導電形拡散層と、 (C) 前記第2導電形拡散層の直下にあって、前記第
    2導電形拡散層の下面の一部と接合を形成し、前記エピ
    タキシャル層の不純物濃度より高い第1導電形不純物濃
    度を有し、かつ前記半導体基板の主面に達しない深さの
    第1導電形インプラ拡散層とよりなる可変容量ダイオー
    ドにおいて、前記第2導電形拡散層の表面であって前記
    インプラ拡散層と対面する面部分は所望の深さの凹部を
    形成し、tri逆バイアス電圧印加時の前記インプラ拡
    散層直下の空乏層の拡がり面の深さが前記エピタキシャ
    ル層内の空乏層の拡がり面の深さより深くすることので
    きる所望の深さの四部とすることを特徴とする可変容量
    ダイオード。 2(a)第1の導電形の半導体基板の主面上に第1の導
    電形で該基板より高比抵抗を有するエピタキシャル層を
    形成するエピタキシャル層程と、 (b) 前記エピタキシャル層表面の所定領域を表面よ
    り所望の深さにエツチングするエツチング工程と、 (c) 前記エツチングされた面から第1の導電形の不
    純物をイオン注入したのち、熱処理を施して前記エピタ
    キシャル層より高不純物濃度の第1導電形インプラ拡散
    層を前記エピタキシャル層内に形成するインプラ拡散工
    程と、 (d) 前記インプラ拡散層の主面を包含し、該主面よ
    り広い面積を有し、かつ前記インプ 7う拡散層の拡散
    深さより浅い拡散深さを有する第1導電形と反対の導電
    形の第2導電形拡散層を形成する第2導電形拡散工程と
    を具備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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