(57)【要約】【課題】本発明は、ＰＮ接合型可変容量ダイオードに関し、水晶型発振回路に採用したときにその水晶型発振回路の発振周波数の直線性を改善する。【解決手段】  半導体基板上の第１導電型の半導体領域の表面に形成された第２導電型の第１拡散領域と、第１拡散領域内に形成された、第１拡散領域よりも深い、第２導電型の複数の第２拡散領域とからなるＰＮ接合型可変容量ダイオードであって、第２拡散領域が、第１拡散領域を第１の部分と第２の部分とに分けたときの第１の部分には第１の配置パターンで配置されているとともに、第２の部分には第１の部分における第２拡散領域が占める面積割合とは異なる面積割合の第２の配置パターンで配置されている。【選択図】        図３
2006005280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の第１導電型の半導体領域の表面に第２導電型の第１拡散領域を形成する第１工程と、
前記第１拡散領域を覆う絶縁膜を形成する第２工程と、
前記絶縁膜に複数のコンタクト孔を開口する第３工程と、
前記複数のコンタクト孔を通じて前記第２導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第１拡散領域内に、該第１拡散領域よりも深い、前記第２導電型の複数の第２拡散領域を形成する第４工程とを含んで製造されるＰＮ接合型可変容量ダイオードの製造にあたり、
前記コンタクト孔の配置密度の異なる複数のＰＮ接合型可変容量ダイオードを前記第１工程ないし前記第４工程を含んで試験的に製造して、これら複数のＰＮ接合型可変容量ダイオードそれぞれを用いた複数の水晶発振回路の、制御電圧に対する発振周波数の直線性を評価し、
前記第１工程ないし第４工程を含んで製造されるＰＮ接合型可変容量ダイオードの本製造にあたっては、前記第３工程において、試験的に製造した複数のＰＮ接合型可変容量ダイオードのうち所定の基準を満たす直線性を有するＰＮ接合型可変容量ダイオードのコンタクト孔の配置密度と同一の配置密度を有するコンタクト孔を開口することを特徴とする直線性調整方法。
【請求項２】
半導体基板上の第１導電型の半導体領域の表面に第２導電型の第１拡散領域を形成する第１工程と、
前記第１拡散領域を覆う絶縁膜を形成する第２工程と、
前記絶縁膜に複数のコンタクト孔を開口する第３工程と、
前記複数のコンタクト孔を通じて前記第２導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第１拡散領域内に、該第１拡散領域よりも深い、前記第２導電型の複数の第２拡散領域を形成する第４工程とを含むＰＮ接合型可変容量ダイオードの製造方法であって、
前記第１拡散領域を第１の部分と第２の部分とに分けたときの該第１の部分には前記コンタクト孔が第１の配置パターンで配置され、該第２の部分には、前記コンタクト孔が、前記第１の部分におけるコンタクト孔が占める面積割合とは異なる面積割合の第２の配置パターンで配置されることを特徴とするＰＮ接合型可変容量ダイオードの製造方法。
【請求項３】
前記第１の配置パターンと前記第２の配置パターンが、同一寸法のコンタクト孔を、互いに異なる密度で配置したものであることを特徴とする請求項２記載のＰＮ接合型可変容量ダイオードの製造方法。
【請求項４】
半導体基板上の第１導電型の半導体領域の表面に形成された第２導電型の第１拡散領域と、前記第１拡散領域内に形成された、該第１拡散領域よりも深い、前記第２導電型の複数の第２拡散領域とからなるＰＮ接合型可変容量ダイオードであって、
前記第２拡散領域が、前記第１拡散領域を第１の部分と第２の部分とに分けたときの該第１の部分には第１の配置パターンで配置されているとともに、該第２の部分には該第１の部分における該第２拡散領域が占める面積割合とは異なる面積割合の第２の配置パターンで配置されていることを特徴とするＰＮ接合型可変容量ダイオード。
【請求項５】
前記第１拡散領域を覆うとともに複数のコンタクト孔が形成された絶縁膜を有し、前記複数の第２の拡散領域それぞれが、前記複数のコンタクト孔それぞれに対して自己整合的に形成されていることを特徴とする請求項４記載のＰＮ接合型可変容量ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＮ接合型可変容量ダイオードを水晶発振回路に組み込んだときの制御電圧に対する発振周波数の直線性を調整する直線性調整方法、ＰＮ接合型可変容量ダイオードの製造方法、およびＰＮ接合型可変容量ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水晶発振回路にＰＮ接合型可変容量ダイオードを組み込み、そのＰＮ接合型可変容量ダイオードのアノード・カソード間の電圧（制御電圧）を変化させることによりそのＰＮ接合型可変容量ダイオードの等価的な容量を変化させ、これにより、その水晶発振回路の発振周波数を調整する技術が知られている。
【０００３】
図１は、発振周波数調整機能を持った一般的な水晶発振回路の回路図である。
【０００４】
図１に示す回路の構成要素のうち、水晶振動子１３以外は半導体集積回路として構成されており、その半導体集積回路には、水晶振動子１３を外付けするための端子１４，１５と制御電圧入力用の端子１０が設けられている。端子１４，１５は、この水晶発振回路の発振信号の出力端子でもある。
【０００５】
この水晶発振回路は、半導体集積回路内部に、外付けの水晶振動子１３と並列に接続されたインバータ１１と、そのインバータ１１と同様に水晶振動子１３と並列に接続された抵抗１２と、水晶振動子１３を外付けするための一方の端子１４とグランドとの間に互いに直列に配列されたコンデンサ１６および可変容量型コンデンサ２０と、水晶振動子１３を外付けするための他方の端子１５とグランドとの間に互いに直列に配置されたコンデンサ１７および可変容量型コンデンサ２１と、可変容量型コンデンサ２０と可変容量型コンデンサ２１のそれぞれに抵抗１８，１９を介して制御電圧を印加するための制御電圧入力用の端子１０を有している。
【０００６】
ここでは可変容量型コンデンサ２０，２１のそれぞれとしてＰＮ接合型可変容量ダイオードが採用されており、制御電圧入力用の端子１０に印加する制御電圧に応じてそれらのＰＮ接合型可変容量ダイオードの容量が変化し、その容量変化に起因してこの水晶発振回路の発振周波数が変化する。
【０００７】
ここで、図１に示すような周波数可変型水晶発振回路の特性を改善するためのテーマの１つは制御電圧に対する発振周波数変化の直線性を確保した上で発振周波数可変範囲を広げることである。
【０００８】
図２は、従来例における、制御電圧と発振周波数との関係を示す図である。
【０００９】
理想的には直線２３のように変化をするのが望ましいが、実際には、△印２２を結ぶ曲線のように変化する。そこで従来は、制御電圧の可変範囲を直線性が確保できる範囲に狭めその範囲から外れた制御電圧を印加することは仕様範囲外とする等の処置がとられている。しかしその場合、制御電圧の制限に伴い発振周波数の変化幅も制限を受けることになり、好ましくない。このような事情から、広い周波数範囲に亘って直線性を確保することが望まれている。
【００１０】
特許文献１には、このような直線性を広げるための工夫として、ＰＮ接合型可変容量ダイオードの製造にあたり、深さの異なる２つのｐ−拡散層を形成するという提案がなされている。
【特許文献１】特開２００３−１５８１９９号公報（段落［００５０］、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上掲の特許文献１に提案された技術は深いｐ−拡散層を形成するために、追加のマスク形成および追加のイオン注入工程を必要とし、従来と比べコストアップになるという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑み、コストアップを抑えた上で従来よりも直線性を改善することのできる直線性調整方法、並びに、水晶型発振回路に採用したときにその水晶型発振回路の発振周波数の直線性が従来よりも改善されるＰＮ接合型可変容量ダイオードの製造方法、およびＰＮ接合型可変容量ダイオードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成する本発明の直線性調整方法は、
半導体基板上の第１導電型の半導体領域の表面に第２導電型の第１拡散領域を形成する第１工程と、
上記第１拡散領域を覆う絶縁膜を形成する第２工程と、
上記絶縁膜に複数のコンタクト孔を開口する第３工程と、
上記複数のコンタクト孔を通じて第２導電型の不純物をイオン注入することにより、上記第１拡散領域内に、第１拡散領域よりも深い、第２導電型の複数の第２拡散領域を形成する第４工程とを含んで製造されるＰＮ接合型可変容量ダイオードの製造にあたり、
上記コンタクト孔の配置密度の異なる複数のＰＮ接合型可変容量ダイオードを上記第１工程ないし上記第４工程を含んで試験的に製造して、これら複数のＰＮ接合型可変容量ダイオードそれぞれを用いた複数の水晶発振回路の、制御電圧に対する発振周波数の直線性を評価し、
上記第１工程ないし第４工程を含んで製造されるＰＮ接合型可変容量ダイオードの本製造にあたっては、上記第３工程において、試験的に製造した複数のＰＮ接合型可変容量ダイオードのうち所定の基準を満たす直線性を有するＰＮ接合型可変容量ダイオードのコンタクト孔の配置密度と同一の配置密度を有するコンタクト孔を開口することを特徴とする。
【００１４】
本発明者らの実験により、上記のコンタクト孔の密度を変えると直線性が変化することが判明した。本発明の直線性調整方法はこの知見に基づいて完成されたものであり、コンタクト孔の配置密度の異なる複数のＰＮ接合型可変容量ダイオードを試験的に製造してそれら複数のＰＮ接合型可変容量ダイオードそれぞれを用いた複数の水晶発振回路の直線性を評価し、実際の製造にあたっては、評価の高かった配置密度のコンタクト孔を形成するようにしたものである。
【００１５】
これにより、コンタクト孔の配置密度について直線性改善の観点からは特に考慮が払われていなかった従来と比べ、直線性の改善が見込まれる。
【００１６】
また上記目的を達成する本発明のＰＮ接合型可変容量ダイオードの製造方法は、半導体基板上の第１導電型の半導体領域の表面に第２導電型の第１拡散領域を形成する第１工程と、
上記第１拡散領域を覆う絶縁膜を形成する第２工程と、
上記絶縁膜に複数のコンタクト孔を開口する第３工程と、
上記複数のコンタクト孔を通じて第２導電型の不純物をイオン注入することにより、上記第１拡散領域内に、第１拡散領域よりも深い、第２導電型の複数の第２拡散領域を形成する第４工程とを含むＰＮ接合型可変容量ダイオードの製造方法であって、
上記第１拡散領域を第１の部分と第２の部分とに分けたときの第１の部分にはコンタクト孔が第１の配置パターンで配置され、第２の部分には、コンタクト孔が、第１の部分におけるコンタクト孔が占める面積割合とは異なる面積割合の第２の配置パターンで配置されることを特徴とする。
【００１７】
ここで、上記ＰＮ接合型可変容量ダイオードの製造方法において、上記第１の配置パターンと上記第２の配置パターンが、同一寸法のコンタクト孔を、互いに異なる密度で配置したものであってもよい。
【００１８】
コンタクト孔の配置密度が異なると直線性について異なる挙動を示す。そこで、これを利用し、コンタクト孔の配置密度を変えた複数の領域（上記の第１の部分と第２の部分）を組合わせることにより直線性の改善が得られる。
【００１９】
また上記目的を達成する本発明のＰＮ接合型可変容量ダイオードは、半導体基板上の第１導電型の半導体領域の表面に形成された第２導電型の第１拡散領域と、上記第１拡散領域内に形成された、その第１拡散領域よりも深い、第２導電型の複数の第２拡散領域とからなるＰＮ接合型可変容量ダイオードであって、
上記第２拡散領域が、第１拡散領域を第１の部分と第２の部分とに分けたときの第１の部分には第１の配置パターンで配置されているとともに、第２の部分には第１の部分における第２拡散領域が占める面積割合とは異なる面積割合の第２の配置パターンで配置されていることを特徴とする。
【００２０】
ここで本発明のＰＮ接合型可変容量ダイオードにおいて上記第１拡散領域を覆うとともに複数のコンタクト孔が形成された絶縁膜を有し、上記複数の第２の拡散領域それぞれが、上記複数のコンタクト孔それぞれに対して自己整合的に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
以上、説明したように、本発明によれば、コンタクト孔の配置密度を考慮することにより、従来と比べコストアップなしに直線性の改善が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
図３は、ＰＮ接合型可変容量ダイオードの製造方法を示す工程図である。
【００２４】
まず、図３（Ａ）に示すように第１導電型（ここではＰ型とする）の半導体基板１上に素子間を分離するための分離酸化膜２を形成し、それらの分離酸化膜２の間の素子領域に不純物（ここではヒ素）をイオン注入することにより第２導電型（ここではＮ型）の不純物導入層３を形成する。
【００２５】
次に図３（Ｂ）に示すように、Ｐ型不純物（ここではボロン）をＮ型の不純物導入層３よりも深くまでイオン注入してＰ型の不純物導入層４を形成する。
【００２６】
ヒ素およびボロンのイオン注入条件としては、例えば、特許文献１（段落［００２６］および［００２７］）に記された範囲のものを利用することができる。ヒ素に比較して軽いボロンは、イオン注入時に半導体基板１内に深く入りやすく、また、イオン注入後に行われる熱処理による拡散も大きい。このため、図３（Ｂ）に示されたように、Ｎ型の不純物導入層３よりも深いＰ型の不純物導入層４を形成することができる。
【００２７】
尚、ここでは、Ｎ型の不純物導入層３を先に形成し、Ｐ型の不純物導入層４はその後で形成しているが、これらの形成順序は逆であってもよい。
【００２８】
次いで、図３（Ｃ）に示すように、層間絶縁膜５を形成してさらにその層間絶縁膜５にコンタクト孔６を形成し、そのコンタクト孔６にＮ型不純物（ここではリン）をイオン注入する。リンの注入は、例えば、加速エネルギー２５〜４５ｋｅＶ、ドーズ量０．５〜２×１０14ｃｍ2の条件で行うことができる。リンはヒ素に比較して軽く、かつ、熱処理による拡散も大きいため、図３（Ｄ）に示すように、Ｎ型の不純物導入層３よりも深い位置までＮ型不純物層７を形成することができる。こうすることによりＮ型不純物導入層７は、コンタクト孔６に対し自己整合的に形成される。
【００２９】
さらに、図３（Ｄ）に示すように、コンタクト孔６内および層間絶縁膜５の上にメタル配線８を形成する。
【００３０】
コンタクト孔６の配置密度は、コンタクト孔６を形成するためのマスクパターンにより調整することができる。図３（Ｄ）には、２種類のコンタクト孔の配置密度（コンタクト孔配置密度が低い領域（ａ）とコンタクト孔配置密度が高い領域（ｂ））が示されている。
【００３１】
図４は、コンタクト孔の配置パターンの一例を示す図である。
【００３２】
ここでは、コンタクト孔６は、縦横に規則正しく配置されている。ここでは、コンタクト孔の配置密度を調整するにあたっては、コンタクト孔の寸法（ここに示す例では０．６μｍ×０．６μｍ）は同一とし、図４に矢印で示す、コンタクト孔どうしの間隔が調整される。
【００３３】
図５は、コンタクト孔の配置密度の異なる複数のＰＮ接合型可変容量ダイオードを用いた水晶発振回路（図１参照）の直線性を表わした図である。横軸は制御電圧、縦軸は、各制御電圧における、理想の発振周波数からの発振周波数のずれ（％）である。
【００３４】
ここでは、図４に示すコンタクト孔６の寸法は同一とし、図４に矢印で示すコンタクト孔６どうしの間隔が異なる複数パターンのＰＮ接合型可変容量ダイオードを試験的に製造した。ここでは、コンタクト孔の寸法は、いずれも０．６μｍ×０．６μｍとし、コンタクト孔の配置密度をそれぞれ、０．６４７個／μｍ2、０．２１５個／μｍ2、および５．８３×１０-3個／μｍ2とした。図５には、上記の、コンタクト孔の配置密度の異なる３種類のＰＮ接合型可変容量ダイオードを用いたときの水晶発振器の直線性が示されている。
【００３５】
この図５に示すように、これら３種類のＰＮ接合型可変容量ダイオードのうち、０．６４７個／μｍ2の配置密度のコンタクト孔を有するＰＮ接合型可変容量ダイオードを用いると水晶発振回路の制御電圧に対する発振周波数の直線性が最良となる。
【００３６】
そこで、ここでは、本製造にあたっては、コンタクト孔を、その最良の直線性を得た０．６４７個／μｍ2の配置密度で形成する。こうすることにより、直線性の向上が図られる。
【００３７】
図６は、コンタクト孔の配置密度の異なるＰＮ接合型可変容量ダイオードとそれら２つの配置密度を組み合わせた２種類の配置密度のコンタクト孔を有するＰＮ接合型可変容量ダイオードについての直線性を表わした図である。この図６の横軸、縦軸は図５と同じである。
【００３８】
この図６には、図５に示す３つの配置密度のうちの２つの配置密度（０．６４７個／μｍ2と５．８３×１０-3個／μｍ2）のＰＮ接合型可変容量ダイオードをそれぞれ用いたときの直線性と、それら２つの配置密度を組み合わせた２種類の配置密度のコンタクト孔を有するＰＮ接合型可変容量ダイオードを用いたときの直線性が示される。
【００３９】
ここでは組合せは以下のようにして決定されている。
（１）コンタクト孔の配置密度に応じて制御電圧を変化させたときの容量可変範囲が異なる。この容量可変範囲はダイオードの面積によっても変化するため、コンタクト孔の配置密度の相違による許容可変範囲を合わせるように面積を調整する。
【００４０】
ここでは、一例として、いずれも１２０μｍ×１００μｍの素子領域面積で、コンタクト孔の配置密度０．６４７個／μｍ2、０．２１５個／μｍ2、および５．８３×１０-3個／μｍ2の可変容量ダイオードを試験的に製造し、制御電圧−容量特性を調べた。その結果、制御電圧を０Ｖから２Ｖの所定電圧範囲内で変化させたときに所定の周波数変化幅を満たすには、表１のような面積に調整すればよいことが分かった。
【００４１】
【表１】
2006005280.tif 000003
【００４２】
（２）面積をこのように調整した上で、互いにコンタクト孔の配置密度の異なる３つのＰＮ接合型可変容量ダイオードそれぞれの直線性の評価結果（図５参照）にもとづいて、それら３つのうちの任意の２つのＰＮ接合型可変容量ダイオードを、３／４対１／４、２／３対１／３、１／２対１／２、１／３対２／３、１／４対３／４の面積比率で組合せたときに予想される直線性を調べた。すなわち、図３（Ｄ）に示すようにｎ型の不純物導入層３を形成する素子領域を、表１の面積調整を行なった上で、それぞれの面積比で第１の部分（ａ）と第２の部分（ｂ）とに分け、第１の部分（ａ）には、一方のコンタクト密度、第２の部分（ｂ）には他方のコンタクト密度でコンタクト孔を形成して製造したＰＮ接合型可変容量ダイオードにおいて予想される直線性を調べた。
【００４３】
（３）このような、調査を行なった結果、３つのコンタクト密度（０．６４７個／μｍ2、０．２１５個／μｍ2、および５．８３×１０-3個／μｍ2）のうちの特定の２つ（０．６４７個／μｍ2、および５．８３×１０-3個／μｍ2）を、表１のように調整した上で、１／２対１／２の面積比で組み合わせたものが最良の直線性を示した。
【００４４】
図６には、組合せ前の２つ（０．６４７個／μｍ2、および５．８３×１０-3個／μｍ2）のＰＮ接合型可変容量ダイオードそれぞれ単独での直線性と、それらを１／２対１／２で組み合わせたＰＮ接合型可変容量ダイオードの直線性が示されている。
【００４５】
この例に示すように複数の配置密度のコンタクト孔を組み合わせることによっても直線性を改善することができる。
【００４６】
図７は、コンタクト孔形成用のマスクの一例を示す図である。
【００４７】
ここに示すマスク３０は、コンタクト孔に対応する同一寸法の窓３２が第１の部分（ａ）と第２の部分（ｂ）とで異なる配置密度で並んだマスクパターン３１を有する。マスク３０のマスクパターン３１の設計、すなわち、第１の部分、第２の部分のそれぞれにおける窓３２の配置密度、および、第１の部分と第２の部分との面積比の決定は、前述の、図６における最良の組み合わせを求めた手順によって行うことができる。すなわち、コンタクト孔の配置密度が互いに異なる複数の可変容量ダイオードの直線性を評価し、その結果に基づいて、任意の２つの可変容量ダイオードを様々な面積比で組み合わせたときの直線性を予測する。そして、最良の直線性が得られるように、もしくは、要求される仕様を満たすように、マスクパターン３１の各部分の窓３２の配置密度および面積比が定められる。このような、マスクを用いることにより各窓３１に対応した位置にコンタクト孔が形成される。マスクを用いてコンタクト孔６（図３参照）を形成する工程は周知であり、ここではこれ以上の詳細説明は省略する。
【００４８】
図６に示されたようなコンタクト孔の複数の配置密度の組合せによって直線性を向上させた可変容量ダイオードは、製造工程中で使用されるコンタクト孔形成用のマスクとして、図７に示すような、コンタクト孔に対応する窓３２の配置密度が第１の部分と第２の部分とで異なるマスクパターン３１を有する１枚のマスク３０を用いて、コストアップなしに製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】発振周波数調整機能を持った一般的な水晶発振回路の回路図である。
【図２】従来例における、制御電圧と発振周波数との関係を示す図である。
【図３】ＰＮ接合型可変容量ダイオードの製造方法を示す工程図である。
【図４】コンタクト孔の配置パターンの一例を示す図である。
【図５】コンタクト孔の配置密度の異なる複数のＰＮ接合型可変容量ダイオードを用いた水晶発振回路（図１参照）の直線性を表わした図である。
【図６】コンタクト孔の配置密度の異なるＰＮ接合型可変容量ダイオードとそれら２つの配置密度を組み合わせた２種類の配置密度のコンタクト孔を有するＰＮ接合型可変容量ダイオードについての直線性を表わした図である。
【図７】コンタクト孔形成用のマスクの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    半導体基板
２    分離酸化膜
３    Ｎ型の不純物導入層
４    Ｐ型の不純物導入層
５    層間絶縁膜
６    コンタクト孔
７    Ｎ型不純物導入層
８    メタル配線
１０    制御電圧入力用の端子
１１    インバータ
１２    抵抗
１３    水晶振動子
１４，１５    端子
１６，１７    コンデンサ
１８，１９    抵抗
２０，２１    可変容量型コンデンサ
３０    マスク
３１    マスクパターン
３２    窓
【図１】
2006005280.tif 000004
【図２】
2006005280.tif 000005
【図３】
2006005280.tif 000006
【図４】
2006005280.tif 000007
【図５】
2006005280.tif 000008
【図６】
2006005280.tif 000009
【図７】
2006005280.tif 000010