(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低不純物濃度の第１導電型の第1の半導体領域と、
上記第１の半導体領域内に浅く設けられた高不純物濃度の第２導電型の第２の半導体領域と、
上記第２の半導体領域の内側にあって、当該第２の半導体領域とその下の上記第1の半導体領域とに重なる中不純物濃度の上記第１導電型の第３の半導体領域と、
上記第１の半導体領域に設けられ、上記第２の半導体領域と近接する中不純物濃度の上記第１導電型の第４の半導体領域と、
上記第４の半導体領域内に設けられた高不純物濃度の上記第１導電型の第５の半導体領域と、
上記第２の半導体領域と上記第３の半導体領域とに接続する第１の電極と、
上記第５の半導体領域に接続する第２の電極と、
上記第１の半導体領域と上記第２の半導体領域との間のＰＮ接合に逆バイアス電圧が印加されるように上記第１電極と上記第２の電極との間に制御電圧を与えることからなる可変容量ダイオード。
【請求項２】
上記第1の半導体領域の不純物濃度に対し、上記第３の半導体領域の不純物濃度は一桁以上大きいことを特徴とする請求項１に記載の可変容量ダイオード。
【請求項３】
上記第４の半導体領域の不純物濃度は、当該不純物濃度と上記第１、第２の電極間の直列抵抗との特性において、当該直列抵抗が急激に低下する近傍の不純物濃度に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量ダイオード。
【請求項４】
上記第３の半導体領域と上記第４の半導体領域との不純物濃度は等しく、上記第１、第２の電極間の上記直列抵抗が低く、耐圧及び容量変化比が大きくなるように上記不純物濃度が設定されていることを特徴とする請求項３に記載の可変容量ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変容量ダイオードに関し、ＣＭＯＳトランジスタ等の他の素子とともに同一チップ上に集積可能な可変容量ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可変容量ダイオードとしては特開平２−１８４０８１号公報に開示されるようなものがある。これは、図７に示すように、Ｐ型基板７１にＮ型素子領域７２を素子分離層７３によって他の領域から分離して設け、この中に中央部が最も低濃度であり横方向の周縁に向かう程高濃度となるように不純物濃度が調整された複数のＰ型領域７４ａ乃至７４ｃを設け、複数のＰ型領域７４ａ乃至７４ｃの総てに接し、Ｐ型領域７４ａ乃至７４ｃより狭い面積の高濃度のＮ型領域７５を設け、絶縁膜７６を貫通して最外部のＰ型領域７４ｃに接する多結晶シリコン７７を接続してアノード電極７８を設け、絶縁膜７６を貫通してＮ型領域７５に多結晶シリコン７９を接続してカソード電極８０を設けたものである。
【０００３】
また、他の可変容量ダイオードとしては特開平１１−６８１２４号公報に開示されるようなものがある。これは、図８に示すように、Ｎ型基板８１中に低不純物濃度のＰ型領域８２を設け、この中にこれより浅い中不純物濃度のＰ型領域８３を設け、さらにこの中にこれより浅い高不純物濃度のＮ型領域８４を設けてあり、Ｐ型領域８２にはＰ型領域８３よりも狭い面積で浅い高不純物濃度のＰ型領域８５を設け、絶縁膜８６を貫通してこのＰ型領域８５に接続するアノード電極８７を設けてあり、絶縁膜８６を貫通してＮ型領域８４に接続するカソード電極８８を設けてある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示すものでは、大きな容量変化を得るために、中央部が最も低濃度で周縁に向かうに従って高濃度となるように不純物濃度が調整された複数のＰ型領域７４ａ乃至７４ｃと、Ｐ型領域７４ａ乃至７４ｃの総面積より狭い面積のＮ型領域７５とからなる複雑な構造となり、工程の増加を招く。また、各々の領域の不純物濃度を設定する際には耐圧を考慮する必要があり、素子設計を難しくていた。
【０００５】
また、図８に示すものでは、低不純物濃度のＰ型領域８２内に中不純物濃度のＰ型領域８３を設け、これに高不純物濃度のＮ型領域８４を設けた単純な構造にて大きな容量変化を得るものであるが、アノード電極８７下のＰ型領域８５が低不純物濃度のＰ型領域８２内に直接設けられた構造となっているためにアノード電極８７とカソード電極８８との間の直列抵抗が大きくなっている。
【０００６】
そこで、本発明は、大きな容量変化が得られるとともに、十分な耐圧を確保でき、直列抵抗が小さく簡易な構造の可変容量ダイオードを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の可変容量ダイオードは、低不純物濃度の第１導電型の第1の半導体領域と、上記第１の半導体領域内に浅く設けられた高不純物濃度の第２導電型の第２の半導体領域と、上記第２の半導体領域の内側にあって、当該第２の半導体領域とその下の上記第1の半導体領域とに重なる中不純物濃度の上記第１導電型の第３の半導体領域と、上記第１の半導体領域に設けられ、上記第２の半導体領域と近接する中不純物濃度の上記第１導電型の第４の半導体領域と、上記第４の半導体領域内に設けられた高不純物濃度の上記第１導電型の第５の半導体領域と、上記第２の半導体領域と上記第３の半導体領域とに接続する第１の電極と、上記第５の半導体領域に接続する第２の電極と、上記第１の半導体領域と上記第２の半導体領域との間のＰＮ接合に逆バイアス電圧が印加されるように上記第１電極と上記第２の電極との間に制御電圧を与えることからなる。
【０００８】
上記第1の半導体領域の不純物濃度に対し、上記第３の半導体領域の不純物濃度は一桁以上大きいことが好ましい。
【０００９】
上記第４の半導体領域の不純物濃度は、当該不純物濃度と上記第１、第２の電極間の直列抵抗との特性において、当該直列抵抗が急激に低下する近傍の不純物濃度に設定されていることも好ましい。
上記第３の半導体領域と上記第４の半導体領域との不純物濃度は等しく、上記第１、第２の電極間の直列抵抗、耐圧及び容量変化比が両立できる値に設定されていることも好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を実施例に基づき詳細に説明する。
本発明の実施例の可変容量ダイオードについて図１の断面図を参照しながら説明する。低不純物濃度のＰ型領域１は、Ｐ型半導体基板またはＮ型半導体基板に設けられたＰウェルである。高不純物濃度のＮ型領域２は、Ｐ型領域１内に浅く形成されている。中不純物濃度のＰ型領域３は、Ｎ型領域２の内側にあってＮ型領域２とその下のＰ型領域１と重なるように形成されている。このＮ型領域２とＰ型領域３との重なりあった領域では、Ｎ型、Ｐ型の不純物が交じり合った状態にある。なお、（Ｎ型領域２の不純物濃度）＞＞（Ｐ型領域３の不純物濃度）の関係としてあり、この重なりあった領域はＮ型領域とみなすこともできる。中不純物濃度のＰ型領域４は、Ｐ型領域３とは離間し、Ｎ型領域２と近接するようにＰ型領域１内に形成されている。図１では、Ｐ型領域３はＮ型領域２と接触して設けた例を示しているが、Ｎ型領域２と接触せずに近接して設けても良い。なお、Ｐ型領域３とＮ型領域２とを接触して設けた場合、接触しない場合に比べて後述するアノード、カソード間の直列抵抗をより小さくできる。Ｐ型領域４は、その中央部がＰ型領域３と同程度の深さとなる。高不純物濃度のＰ型領域５は、Ｐ型領域４の内側にこれより浅く設けられている。絶縁層６は、Ｐ型領域１を覆うようにこの上に形成されている。カソード電極７は、絶縁層６を貫通してＮ型領域２に達するコンタクトホールを介してＮ型領域２に接続するように形成されている。アノード電極８は、絶縁層６を貫通してＰ型領域５に達するコンタクトホールを介してＰ型領域５に接続するように形成されている。以上の構成により、本例の可変容量ダイオードは構成される。
【００１１】
また、本例の可変容量ダイオードでは、それぞれ図１の一点鎖線Ａ、Ｂにより示されるカソード電極７下、アノード電極８下の深さ方向における不純物の濃度プロファイルは、一例としてそれぞれ図２の（Ａ）、（Ｂ）に示すように設定してある。
【００１２】
また、本例の可変容量ダイオードは、一例として図３の平面図に示されるように４個のカソード電極７とこれらを囲むアノード電極８とを配置してなり、図１は図３のＣ-Ｃ線断面を模式的に示したものとする。また、各カソード電極７の面積は５０μｍ×５０μｍであり、カソード電極７の総面積は１００００μｍ2となる。
【００１３】
次に本例の動作について説明する。本例の可変容量ダイオードは、Ｐ型領域１とＮ型領域２との間に形成されたＰＮ接合が逆バイアスされるように、カソード電極７、アノード電極８間に電圧が印加されて使用される。中不純物濃度のＰ型領域３を設けることによって、低電圧印加時には空乏層をＰ型領域３の内側に抑えて大きな容量を確保し、高電圧印加時には空乏層がＰ型領域１に急速に広がり、小さな容量を得ることにより、大きな可変容量を実現している。また、このような容量変化作用は領域１の不純物濃度と領域３の不純物濃度で決まり、これらの比が１桁以上にあるときにこの作用が効果的に現われ、大きな可変容量比が得られる。
【００１４】
また、本例では、アノード電極８の下にＰ型領域４を設けることによってカソード電極７、アノード電極８間の直列抵抗を小さくしてある。図４はＰ型領域４の不純物のドーズ量と直列抵抗の関係をしたものである。これは、Ｐ型領域４の形成の際に、ドーズ量を変えながら加速電圧８０ｋｅＶでインプラして図１及び３に示す本例の可変容量ダイオードを複数試作し、これらの直列抵抗を測定して得られたものである。これから、Ｐ型領域４のドーズ量が増加するにつれて直列抵抗が低下することが分かる。本例では、後述する容量変化比、耐圧との兼ね合いから、Ｐ型領域４のドーズ量を例えば、５．５×１０12（以下、便宜上５．５Ｅ＋１２または５．５Ｅ１２等と示す。）とする。なお、図２に示したＰ型領域４の不純物濃度４Ｅ１６／ｃｍ2はドーズ量５．５Ｅ＋１２にて実現される。図２の濃度プロファイルに示すように各領域の不純物濃度を設定した本例の逆バイアス電圧−容量特性は図５に示すようになる。
【００１５】
また、Ｐ型領域３をＮ型領域２の内側に設けることにより、このＰ型領域３とＰ型領域４との間がＮ型領域２によって分離され、この間のＰＮ接合によってこの間の絶縁性が高まり、十分な耐圧が確保される。これにより、図７に示す従来のものに比べて簡易な構成でカソード電極７、アノード電極８間の耐圧を確保できる。
【００１６】
また、Ｐ型領域３、４のドーズ量を等しくして変化させ、ドーズ量−直列抵抗特性、ドーズ量−容量変化比特性、ドーズ量−耐圧特性を測定するとそれぞれ図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のようになる。これらより、Ｐ型領域３、４のドーズ量を増加させていくと容量変化比、耐圧がともに低下することが分かる。これら容量変化比及び耐圧と、直列抵抗との兼ね合いから、Ｐ型領域３、４のドーズ量を例えば、５．５×１０12に設定する。これを考慮して図２の濃度プロファイルを定めている。また、Ｐ型領域３、４の不純物濃度を、不純物濃度−直列抵抗特性において直列抵抗が急激に低下する近傍の不純物濃度に設定することにより、不純物濃度を微調整することにより、直列抵抗を効果的に小さくすることができる。
【００１７】
以上のように本例では、カソード電極７の下にＰ型領域３を設けることによって大きな容量変化を実現し、アノード電極８の下にＰ型領域４を設けることによって直列抵抗を抑えてあり、Ｐ型領域３をＮ型領域２の内側に設けることにより、必要な耐圧を確保している。また、Ｐ型領域３、４のドーズ量、言い換えれば不純物濃度を等しい値で適宜に設定することにより、容易な不純物濃度の設定にて設計の手間を省きつつ、低い直列抵抗と、大きな容量変化と、十分な耐圧とが両立された可変容量ダイオードが提供できる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の電極を介して逆バイアス電圧が印加される高不純物濃度の第２導電型の第２の半導体領域とその下の低不純物濃度の第１導電型の第１の半導体領域とに重なる中不純物濃度の第１導電型の第３の半導体領域を設けたので、容量変化比を大きくできる。特に第1の半導体領域の不純物濃度に対し、第３の半導体領域の不純物濃度は一桁以上大きなものとすることにより、効果的な容量変化比を実現できる。
【００１９】
また、第１の電極を設けた第２の半導体領域と近接する中不純物濃度の第１導電型の第４の半導体領域内に高不純物濃度の第１導電型の第５の半導体領域を設け、当該第５の半導体領域に第２の電極を設けたので、第１、第２の電極間の直列抵抗を低い値に抑えることが可能となる。
【００２０】
また、第２の半導体領域の内側に第３の半導体領域を設け、第２の半導体領域に近接するように第４の半導体領域を設け、第３、第４の半導体領域を第２の半導体領域によって分離してあるので、この間のＰＮ接合によって第３、第４の半導体領域の絶縁性は高まり、第１の電極と第２の電極との電極間の耐圧を上げることが可能となる。
【００２１】
また、第４の半導体領域の不純物濃度を、当該不純物濃度と第１、第２の電極間の直列抵抗との特性において直列抵抗が急激に低下する近傍の不純物濃度に設定することにより、不純物濃度を微調整することにより、直列抵抗を効果的に小さくすることができる。
【００２２】
また、第３の半導体領域と第４の半導体領域との不純物濃度を等しく、第１、第２の電極間の所望の値の直列抵抗、耐圧及び容量変化比が両立できる値に設定することによっては、不純物濃度の設定が容易となり、設計の手間を省きつつ、低い直列抵抗、大きな耐圧及び容量変化比の可変容量ダイオードを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の可変容量ダイオードの構成を示す断面図。
【図２】図１に示す可変容量ダイオードの濃度プロファイルの一例を示す説明図。
【図３】図１に示す可変容量ダイオードの構成の一例を示す平面図。
【図４】図１に示す可変容量ダイオードのＰ型領域４を形成する不純物のドーズ量と直列抵抗との関係の一例を示す特性図。
【図５】図１に示す可変容量ダイオードのアノード電極８、カソード電極７間に逆バイアス電圧を印加した際の逆バイアス電圧と容量との関係の一例を示す特性図。
【図６】図１に示す可変容量ダイオードのＰ型領域３、４を形成する不純物のドーズ量に対する直列抵抗、容量変化比及び耐圧の関係の一例を示す特性図。
【図７】従来の可変容量ダイオードの構成を示す断面図。
【図８】従来の可変容量ダイオードの構成を示す断面図。
【符号の説明】
１    第１の半導体領域（Ｐ型領域）
２    第２の半導体領域（Ｎ型領域）
３    第３の半導体領域（Ｐ型領域）
４    第４の半導体領域（Ｐ型領域）
５    第５の半導体領域（Ｐ型領域）
７    第１の電極（カソード電極）
８    第２の電極（アノード電極）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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