JPS6361789B2 - - Google Patents

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JPS6361789B2
JPS6361789B2 JP58240967A JP24096783A JPS6361789B2 JP S6361789 B2 JPS6361789 B2 JP S6361789B2 JP 58240967 A JP58240967 A JP 58240967A JP 24096783 A JP24096783 A JP 24096783A JP S6361789 B2 JPS6361789 B2 JP S6361789B2
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epitaxial layer
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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)

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3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1Ωcm
前後の比抵抗のエピタキシヤル層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(SiO2膜)3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P31)を加速
電圧130keV、ドーズ量(2〜3)×1013cm-2の条
件にて開口部6を通してエピタキシヤル層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)Å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ヤリア回
復のためのアニールを兼ねた熱処理を施し、前記
エピタキシヤ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形拡散層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
ピタキシヤ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形拡散層5内
の空乏層の幅は非常に狭く、N形インプラ拡散層
4とエピタキシヤル層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ヤル層2内の空
乏層11による接合容量との和と考えられる。ま
たエピタキシヤ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ヤル層(イ
ンプラ拡散層直下のエピタキシヤル層を除く以下
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10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10,11の拡がりが
増減して可変容量となる。第3図の曲線8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Rsを小さくして性能指数Q(1/ωRsCj)を
大きくすることが要求されている。第3図の容量
−電圧特性曲線8は約15Vを過ぎると曲線の傾斜
がゆるくなり飽和傾向を示す。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Qを大きくす
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Rs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ヤル層内の空乏層1
1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ヤル層の不純物濃
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。
また直流抵抗Rsは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ヤル層の抵抗
と考えられ、その厚さt1(第2図b参照)により
変化する。Rs値を下げるためにt1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
に中間エピタキシヤル層の厚さt1を増加すればRs
が大となる。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
物原子の分布によつ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ヤル層
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
キシヤル層内の空乏層11の形状に大きな効果を
およぼす。したがつてインプラ拡散層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形拡散層5の表面であつて、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)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つた後イン
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
シヤル層内の空乏層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凹部とすること
を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ヤル層を形成するエピタ
キシヤル工程と、前記エピタキシヤル層表面の所
定領域(イオン注入予定領域)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、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
ヤル層より高不純物濃度のN形インプラ拡散層を
前記エピタキシヤ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形拡散
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
よつてエピタキシヤ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に示す工程までは前記の従来方法と同
一である。次に開口部6のエピタキシヤル層の表
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
例えば0.2〜0.6μm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形拡散層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c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
うにエピタキシヤル層内の空乏層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の拡がりよりも小さくなつている。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11の拡がりは基板1に達
している。しかし、本発明のように、更にエツチ
ングの深さt2を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ヤル層の
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t2を所望の深さとする。
〔発明の効果〕
第5図a,bに示す浅い凹部を有する可変容量
ダイオードの容量−電圧特性は第3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。しかし、第5図cに示す
本発明による可変容量ダイオードの特性は第3図
の曲線19であつて電圧が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
キシヤル層の厚さを厚くすればインプラ拡散層1
4の下面から基板1までの距離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
ればエピタキシヤル層の厚さを薄くすることがで
き、その分だけ高周波直列抵抗Rs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ヤル工程、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3図は従来の製造方法によるものと本発明によ
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
を説明する図で、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は本発明によつて所望の深さの凹部を形
成したものの断面図である。 1……半導体基板、2……エピタキシヤル層
(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……エピタキシヤル層
内の空乏層(インプラ拡散層直下のエピタキシヤ
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……浅い
凹部を有す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。

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の導電形であつて前記基板より高
    比抵抗を有するエピタキシヤル層と、 (b) 前記エピタキシヤル層内に形成され、前記エ
    ピタキシヤ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導電形拡散層の真下にあつて、前記
    第2導電形散層の下面の一部と接合を形成し、
    前記エピタキシヤ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つて前記イン
    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、また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
    エピタキシヤ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凹部とする
    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
    タキシヤル層を形成するエピタキシヤル工程
    と、 (b) 前記エピタキシヤル層表面の所定領域を、逆
    バイアス電圧印加時の後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ヤ
    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
    前記エピタキシヤ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ヤル層
    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、かつ前記インプラ拡散層
    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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