(57)【要約】  【課題】  バリキャップの水平方向の容量成分を効果的に活用し、バリキャップを構成する各拡散層の構造を規定化することにより、所望の絶対容量に対して最大の容量変化比を有し、なおかつ、バリキャップの面積の増大を最小限に抑えた高性能なバリキャップを得る。  【解決手段】  カソード層１の周囲に環状のアノードコンタクト層２を形成したユニットをアレイ状に配置する。次に、カソード層１とアノードコンタクト層２との間隔１３を等間隔にする。次に、カソード層１とアノードコンタクト層２との間隔１３が異なる複数種類のユニットを形成する。また、カソード層１の面積比として、側面積／底面積≒０．１３程度とする。また、カソード層１とアノードコンタクト層２との間隔１３を、使用する逆バイアスの最低電圧において形成される空乏層の幅以上で、最高電圧おいて形成される空乏層の幅以下の範囲とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の拡散層の周囲に環状の第２導電型のコンタクト層を形成した構造をユニットとし、前記ユニットがアレイ状に配置されていることを特徴とするバリキャップ。
【請求項２】
前記複数のユニットは、それぞれの前記第１導電型の拡散層と前記第２導電型のコンタクト層との面方向に沿った間隔が互いに等しくされている請求項１に記載のバリキャップ。
【請求項３】
前記複数のユニットは、それぞれの前記第１導電型の拡散層と前記第２導電型のコンタクト層との面方向に沿った間隔が互いに異なるようにされている請求項１に記載のバリキャップ。
【請求項４】
前記第１導電型の拡散層は、その側面部と底面部の面積比が０．０８〜０．１８の範囲とされている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のバリキャップ。
【請求項５】
前記第１導電型の拡散層は、その側面部と底面部の面積比がほぼ０．１３とされている請求項１から請求項３までのいずれかに記載のバリキャップ。
【請求項６】
前記第１導電型の拡散層と前記第２導電型のコンタクト層とは、両者間の間隔が、使用する逆バイアスの最低電圧において形成される空乏層の幅以上で、かつ最高電圧おいて形成される空乏層の幅以下の範囲とされている請求項１から請求項３までのいずれかに記載のバリキャップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor：金属酸化物半導体）やバイポーラトランジスタデバイス等に集積回路化されたバリキャップ（電圧可変容量ダイオード：VariableCapacitance Diode）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の移動体通信機器の小型化が進む中で、周波数シンセサイザ（ＰＬＬ）と電圧制御発振器（ＶＣＯ）などの外付けモジュールの１チップ化が急速に進んでいる。ＶＣＯをＰＬＬ半導体チップに内蔵化するためには、ＶＣＯ回路を構成するバリキャップを、低い直列抵抗、与えられた電圧変化に対する大きな容量変化等の基本特性を損なうことなく、集積化する必要がある。
【０００３】
従来、半導体基板上に形成されるバリキャップとしては、ＰＮ接合の空乏層容量を利用して逆バイアス電圧（Ｖ）の印加によって容量値（Ｃ）の制御を行うバリキャップが多用されている（図３を参照）。逆バイアス電圧（Ｖ）の印加に対し大きな容量変化比（Ｃ（Ｖ１）／Ｃ（Ｖ２））を得るためには、バリキャップを、ＰＮ接合面から離れるに従って不純物濃度が減少する超階段接合構造にし、ＰＮ接合を形成する領域の表面不純物濃度、不純物濃度プロファイル等を最適化することが重要となる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１５８１９９号公報（第４−６頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来の構成では、ＰＮ接合を利用したバリキャップにおいて、まず、カソード層であるＮ＋型拡散層とアノードコンタクト層であるＰ＋型拡散層との間に分離絶縁膜があるため、バリキャップに逆バイアス電圧を印加した場合、水平方向の容量成分が効果的に活用されなくなる。その結果、特に低電圧範囲において、バリキャップの総合的な絶対容量値が低容量となるため、十分な容量変化比が得られないという問題があった。また、バリキャップの総合的な絶対容量値が低容量となるため、所望の絶対容量を得ようとすると、バリキャップの面積を増大させる必要があるため、素子の微細化が困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、バリキャップの水平方向の容量成分を効果的に活用し、バリキャップを構成する各拡散層の構造を規定化することにより、所望の絶対容量に対して最大の容量変化比を有し、なおかつ、バリキャップの面積の増大を最小限に抑えた高性能なバリキャップ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】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を講じる。
【０００７】
この目的を達成するために、本発明のバリキャップは、第１導電型の拡散層の周囲に環状の第２導電型のコンタクト層を形成した構造をユニットとし、前記ユニットがアレイ状に配置されていることを特徴としている。
【０００８】
次に、前記複数のユニットは、それぞれの前記第１導電型の拡散層と前記第２導電型のコンタクト層との面方向に沿った間隔が互いに等しくされていることを特徴としている。
【０００９】
次に、前記複数のユニットは、それぞれの前記第１導電型の拡散層と前記第２導電型のコンタクト層との面方向に沿った間隔が互いに異なるようにされていることを特徴としている。
【００１０】
さらに、前記第１導電型の拡散層は、その側面部と底面部の面積比が０．０８〜０．１８の範囲とされていることを特徴としている。
【００１１】
また、前記第１導電型の拡散層は、その側面部と底面部の面積比がほぼ０．１３とされていることを特徴としている。
【００１２】
さらに、前記第１導電型の拡散層と前記第２導電型のコンタクト層とは、両者間の間隔が、使用する逆バイアスの最低電圧において形成される空乏層の幅以上で、かつ最高電圧おいて形成される空乏層の幅以下の範囲とされていることを特徴としている。
【００１３】
この構成によって、バリキャップの容量成分を水平方向の成分と垂直方向の成分に分解すると、まず、水平成分は、素子を微細化しようとすると逆バイアス電圧を印加したときの空乏層の幅が、第１導電型の拡散層と環状の第２導電型のコンタクト層との間隔により制限を受けるため、比較的に絶対容量値が高い成分となる。次に、垂直成分は、水平成分に比べると逆バイアス電圧を印加したときの空乏層の幅に制限を受けないため、比較的に絶対容量値が低い成分となる。
【００１４】
ここで、水平成分の割合が多過ぎると、高電圧範囲（Ｖ２）において絶対容量値が高くなるため、容量変化比が悪化する。逆に、水平成分の割合が少な過ぎると、低電圧範囲（Ｖ１）において絶対容量値が低くなるため、容量変化比が悪化する。容量変化比が最大となる第１導電型の拡散層の面積比（側面積／底面積比：Ｓ（ｌ）／Ｓ（ｖ））（図４を参照）、および、第１導電型の拡散層と環状の第２導電型のコンタクト層との間隔（ｄ）（図５を参照）が存在する。そこで、容量変化比が最大となる構造のユニットをアレイ状に配置することにより、所望の絶対容量値において最大の容量変化比を有するバリキャップを得ることが可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、第１導電型の拡散層の周囲に環状の第２導電型のコンタクト層を形成した構造をユニットとし、前記ユニットをアレイ状に配置する構成により、まず、カソード層の周囲に環状のアノードコンタクト層を形成したユニットをアレイ状に配置することにより、所望の絶対容量値でかつ、所望の容量変化比を有するバリキャップを得ることが可能となる。その結果、拡散層や工程の変更なしで、所望する特性を有したバリキャップを提供することが可能となる。
【００１６】
次に、カソード層と環状のアノードコンタクト層との間隔を等間隔にすることにより、所望の絶対容量値において、最大の容量変化比を有するバリキャップを得ることが可能となる。その結果、バリキャップの面積の増大を最小限に抑えた高性能なバリキャップを提供することが可能となる。
【００１７】
次に、カソード層と環状のアノードコンタクト層との間隔が異なる複数種類のユニットを形成することにより、バリキャップの使用電圧範囲が異なる場合に、各々の使用電圧範囲において、所望の絶対容量値でかつ、所望の容量変化比を有するバリキャップを得ることが可能となる。その結果、新たな拡散層や工程の追加なしで、複数種類のバリキャップを提供することが可能となる。
【００１８】
さらに、カソード層の面積比として、側面積／底面積＝０．０８〜０．１８の範囲とすることにより、所望の絶対容量値において、大きな容量変化比を有するバリキャップを得ることが可能となる。その結果、拡散層や工程の変更なしで、所望する特性を有したバリキャップを提供することが可能となる。
【００１９】
さらに、カソード層の面積比として、側面積／底面積≒０．１３とすることにより、所望の絶対容量値において、最大の容量変化比を有するバリキャップを得ることが可能となる。その結果、バリキャップの面積の増大を最小限に抑えた高性能なバリキャップを提供することが可能となる。
【００２０】
さらに、カソード層と環状のアノードコンタクト層との間隔を、使用する逆バイアスの最低電圧において形成される空乏層の幅以上で、最高電圧おいて形成される空乏層の幅以下の範囲とすることにより、バリキャップの水平方向の容量成分を効果的に活用することが可能となる。その結果、バリキャップの面積の増大を最小限に抑えた高性能なバリキャップを提供することが可能となる、優れたバリキャップを実現するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明にかかわるバリキャップの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施の形態におけるバリキャップの構造図を示す。図２は全体的な平面図であり、図１（ａ）は図２における単一ユニットの平面図であり、図（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ′線での断面図である。
【００２３】
図１、図２において、１はカソード層（第１導電型の拡散層）、２は環状のアノードコンタクト層（第２導電型のコンタクト層）、３はアノード層（第２導電型の拡散層）、４はｐ領域、５はｐ−領域、６は層間絶縁膜、７はカソードコンタクト、８はアノードコンタクト、９はカソード電極、１０はアノード電極、１１はカソード層の側面部（面積Ｓ（ｌ））、１２はカソード層の底面部（面積Ｓ（ｖ））、１３はカソード層１と環状のアノードコンタクト層２との間隔（ｄ）である。
【００２４】
以上のように構成された本発明の実施の形態のバリキャップについて、以下にその動作を説明する。
【００２５】
バリキャップの容量成分を水平方向の成分と垂直方向の成分に分解する。
【００２６】
まず、水平成分は、逆バイアス電圧（Ｖ）を印加したときの空乏層の幅が、カソード層１と環状のアノードコンタクト層２との間隔（ｄ）１３により制限を受けるため、比較的に絶対容量値が高い成分となる。一方、垂直成分は、水平成分に比べると、逆バイアス電圧（Ｖ）を印加したときの空乏層の幅に制限を受けないため、比較的に絶対容量値が低い成分となる。ここで、水平成分の割合が多過ぎると、高電圧範囲（Ｖ２）において絶対容量値が高くなるため、容量変化比が悪化する。逆に、水平成分の割合が少な過ぎると、低電圧範囲（Ｖ１）において絶対容量値が低くなるため、容量変化比が悪化する。容量変化比が最大となるカソード層１の面積比（側面積／底面積比：Ｓ（ｌ）／Ｓ（ｖ））（図４を参照）、および、カソード層１と環状のアノードコンタクト層２との間隔（ｄ）１３（図５を参照）が存在する。
【００２７】
以上のように本発明の実施の形態のバリキャップによれば、カソード層１の周囲に環状のアノードコンタクト層２を形成したユニットをアレイ状に配置することにより、所望の絶対容量値でかつ所望の容量変化比を有するバリキャップを得ることが可能となる。その結果、拡散層や工程の変更なしで、所望する特性を有したバリキャップを提供することが可能となる。
【００２８】
次に、カソード層１と環状のアノードコンタクト層２との間隔を等間隔にすることにより、所望の絶対容量値において、最大の容量変化比を有するバリキャップを得ることが可能となる。その結果、バリキャップの面積の増大を最小限に抑えた高性能なバリキャップを提供することが可能となる。
【００２９】
次に、カソード層１と環状のアノードコンタクト層２との間隔が異なる複数種類のユニットを形成することにより、バリキャップの使用電圧範囲が異なる場合に、各々の使用電圧範囲において、所望の絶対容量値でかつ所望の容量変化比を有するバリキャップを得ることが可能となる。その結果、新たな拡散層や工程の追加なしで、複数種類のバリキャップを提供することが可能となる。
【００３０】
さらに、カソード層１の面積比として、側面積／底面積＝０．０８〜０．１８の範囲とすることにより、所望の絶対容量値において、大きな容量変化比を有するバリキャップを得ることが可能となる。その結果、拡散層や工程の変更なしで、所望する特性を有したバリキャップを提供することが可能となる。
【００３１】
さらに、カソード層１の面積比として、側面積／底面積≒０．１３（０．１３は０．０８〜０．１８の範囲の中央値）とすることにより、所望の絶対容量値において、最大の容量変化比を有するバリキャップを得ることが可能となる。その結果、バリキャップの面積の増大を最小限に抑えた高性能なバリキャップを提供することが可能となる。
【００３２】
さらに、カソード層１と環状のアノードコンタクト層２との間隔を、使用する逆バイアスの最低電圧において形成される空乏層の幅以上で、最高電圧おいて形成される空乏層の幅以下の範囲とすることにより、バリキャップの水平方向の容量成分を効果的に活用することが可能となる。その結果、バリキャップの面積の増大を最小限に抑えた高性能なバリキャップを提供することが可能となる。
【００３３】
なお、アノード層３としてｐ領域４とｐ−領域５を有する、いわゆる超階段接合構造を用いて説明したが、これはＰＮ接合を利用したバリキャップであればよく、バリキャップの深さ方向の構造を限定するものではない。
【００３４】
次に、第１導電型としてＮ型、第２導電型としてＰ型を用いて説明したが、これは逆に、第１導電型としてＰ型、第２導電型としてＮ型を用いてもよく、その場合も同等な効果が得られた。
【００３５】
また、アノードコンタクト８を環状のアノードコンタクト層２のｙ方向に平行な方向のみに形成しているが、ｘ方向に平行な方向に形成してもよく、アノードコンタクト８の配置や形状、形成方法を限定するものではない。ちなみに、本発明の実施の形態に示すように、ｙ方向に平行な方向のみにアノードコンタクト８を形成することにより、カソード電極９とアノード電極１０を同層の配線層で形成することが可能となる。その結果、新たな配線層の工程追加が不要であるという効果が得られる。
【００３６】
さらに、カソードコンタクト７とアノードコンタクト８を何れもアレイ状に形成しているが、それぞれカソード層１、環状のアノードコンタクト層２に接続していればよく、コンタクトの配置や形状、形成方法を限定するものではない。
【００３７】
さらに、層間絶縁膜６、カソードコンタクト７、アノードコンタクト８、カソード電極９、アノード電極１０に関しては、本発明の実施の形態を説明するために便宜的に使用したものであり、膜種や膜厚、配置、形状、形成方法、形成条件等を限定するものではないことは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上説明したように、本発明は、所望の絶対容量に対して最大の容量変化比を有する高性能なバリキャップとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態におけるバリキャップの単一ユニットの部分を示す平面図と断面図
【図２】本発明の実施の形態におけるバリキャップの構造を示す平面図
【図３】バリキャップの容量（Ｃ）と逆バイアス電圧（Ｖ）との相関図
【図４】バリキャップの容量変化比（Ｃ（Ｖ１）／Ｃ（Ｖ２））と側面積／底面積比（Ｓ（ｌ）／Ｓ（ｖ））との相関図
【図５】バリキャップの容量変化比（Ｃ（Ｖ１）／Ｃ（Ｖ２））とアノード−カソードコンタクト層間距離（ｄ）との相関図
【符号の説明】
【００４０】
１  カソード層（第１導電型の拡散層）
２  環状のアノードコンタクト層（第２導電型のコンタクト層）
３  アノード層（第２導電型の拡散層）
４  ｐ領域
５  ｐ−領域
６  層間絶縁膜
７  カソードコンタクト
８  アノードコンタクト
９  カソード電極
１０  アノード電極
１１  カソード層の側面部（Ｓ（ｌ））
１２  カソード層の底面部（Ｓ（ｖ））
１３  カソード層と環状のアノードコンタクト層との間隔（ｄ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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