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JPH0568108B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0568108B2
JPH0568108B2 JP62216785A JP21678587A JPH0568108B2 JP H0568108 B2 JPH0568108 B2 JP H0568108B2 JP 62216785 A JP62216785 A JP 62216785A JP 21678587 A JP21678587 A JP 21678587A JP H0568108 B2 JPH0568108 B2 JP H0568108B2
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JP
Japan
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conductivity type
concentration
semiconductor layer
depth
diode device
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JP62216785A
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Takeshi Kasahara
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Toko Inc
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Toko Inc
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Publication date
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Publication of JPH0568108B2 publication Critical patent/JPH0568108B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D1/00Resistors, capacitors or inductors
    • H10D1/01Manufacture or treatment
    • H10D1/045Manufacture or treatment of capacitors having potential barriers, e.g. varactors
    • 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 
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/60Impurity distributions or concentrations
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10S148/171Varistor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/914Doping
    • Y10S438/919Compensation doping

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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の産業上の利用分野〕 本発明は、同調素子に好適な可変容量ダイオー
ド装置の製造方法に関し、表面からの深さ方向の
不純物濃度分布の制御の容易な製造方法に係るも
のである。
〔従来の技術〕
近年、電子同調回路では、可変容量ダイオード
装置が同調素子として多用されている。従来は電
圧範囲の広い可変容量ダイオード装置が要求され
ていた。可変容量ダイオード装置は、逆バイアス
電圧(以下、印加電圧と称する。)によつて接合
間の電位差が増大すると空乏層幅が半導体層の不
純物濃度に応じて拡がる。通常、電圧範囲の広い
可変容量ダイオード装置の達成するには、空乏層
の拡がる側の半導体層の不純物濃度をガウス分布
に近似するように製造することによつて、不純物
濃度が滑らかに減少する半導体層を形成して印加
電圧に応じて空乏層幅の拡がりを緩やかに増大す
るように調整されている。しかしながら、昨今で
は、印加電圧の少ない範囲の変化に対して、空乏
層幅の変化する範囲を大きくし、且つ充分に同調
容量を取り得る可変容量ダイオード装置が要求さ
れている。
従来の可変容量ダイオード装置の製造方法につ
いて、第3図に基づき説明する。図の横軸が半導
体基体表面からの深さXiを示し、縦軸が対数目盛
りで不純物濃度Cを示している。
第3図の点線で示した曲線10は、イオン注入
法によつて形成されたN+導電型の半導体層の不
純物濃度を示している。このN+導電型の半導体
層に、実線で示した曲線11のP+導電型の半導
体層をイオン注入法によつて形成する。このよう
な製造工程によりPN接合Jを形成して、可変容
量ダイオード装置が形成されている。従つて、曲
線12のN+導電型の半導体層の不純物濃度は、
PN接合Jを除き滑らかに減少するが、この濃度
曲線12は、曲線10に近似したガウス分布状の
濃度分布となつているのが通例である。
しかし、N+導電型半導体層の不純物濃度は、
深さXiの不純物濃度をAiとすると、N+導電型の
不純物濃度の最も高い所をA1として、順次A2
A3……Aiとすると、PN接合近傍を除き、Ai
Ai+1の関係となつている。ところでA1、A2、A3
の領域は、ガウス分布に近似した濃度分布をして
おり、この部分が膨らむ傾向にある。この膨らみ
を、印加電圧と容量の関係を片対数で示した第4
図で説明する。
第4図の()に示すように、不純物濃度の変
化に対応して容量の最大値Cnaxから最小値Cnio
での変化が、直線的に減少するのではなく、不純
物濃度分布に対応したS字に近い容量曲線()
を示している。従つて、同調素子として使用する
電圧範囲が広い場合は、比較的問題はないが、従
来と同様な構造の可変容量ダイオード装置によつ
て、狭い電圧範囲で同調容量を取ろうとすると、
即ち、印加電圧が1乃至2Vの低電圧で使用する
場合には、第4図の()のような容量曲線とな
り、充分に容量変化が取り得ない欠点があり、可
変容量ダイオード装置の特性の改善が必要となつ
ていた。
〔発明の目的〕
本発明は、上述の如き問題点を解消する為にな
されたもので、その主な目的は、低電圧であつて
も充分に同調容量が取り得る改良された可変容量
ダイオード装置の製造方法を提供するにある。
本発明の他の目的は、印加電圧に対して対数目
盛りで略直線的に容量が変化する可変容量ダイオ
ード装置の製造方法を提供するにある。
本発明の更に他の目的は、所定の深さの不純物
濃度を容易に低減することのできる可変容量ダイ
オード装置の製造方法を提供するにある。
〔発明の概要〕
本発明は、同調素子に用いられる可変容量ダイ
オード装置の製造方法に関するものであり、PN
接合面から深くなるに従つて、高濃度に注入され
た不純物濃度が次第に減少する第1導電型の半導
体層を有する可変容量ダイオード装置であつて、
第1導電型の半導体層が、PN接合の近傍を除き
PN接合から深さXiに対する不純物濃度をAiとす
ると、次式が成り立つ領域がある。
Ai≦Ai+1(i=1、2……n) この関係が成り立つ点が、第1導電型の半導体
層に少なくとも一つ存在するように製造されたも
のであり、半導体基体に形成された第1導電型の
不純物元素の濃度より、第2の導電型の不純物元
素が低濃度であり、且つ、所定の深さの第2の導
電型の不純物元素の濃度が第1導電型の不純物元
素の濃度と略等しいか、或いは近傍に達するよう
な濃度分布を有する第2の導電型の拡散層を形成
する工程を含む可変容量ダイオード装置の製造方
法である。
〔発明の実施例〕
第1図は、本発明に係る可変容量ダイオード装
置の一実施例の濃度分布を示す図であり、図の横
軸は半導体表面の深さXiを示し、縦軸は対数目盛
りで不純物濃度Cを示す。
本発明に係る第1図の如き濃度分布を有する可
変容量ダイオード装置は、不純物濃度が曲線4,
5の如く分布するN+導電型の半導体層に、イオ
ン注入工程等により、半導体基体に不純物濃度が
曲線3の如く分布するP+導電型の半導体層を形
成する。この工程によつて半導体基体表面から深
さX1近傍にPN接合が形成され、且つ、半導体基
体表面から深さX3にN+導電型半導体層のドナー
濃度の低い点(変曲点T)が形成される。この変
曲点Tによつて、不純物の濃度分布曲線の膨らみ
を抑え、印加電圧に対する濃度の分布を第2図
()の逆S字曲線から略直線的な分布曲線()
にするものである。
さて、PN接合の容量Cには、空乏層幅Wと
PN接合の面積Sとの間に次のような関係が成り
立つことは周知である。
C=εS/W ……(1) (但し、εはシリコンの比誘電率と真空中の誘電
率の積であり、εは1.062×10-8である。) 一方、接合容量Cの値を小さくする為には、
PN接合の面積Sを一定とすれば、(1)式から空乏
層幅Wを大きくすれば良いことが分かる。又、空
乏層幅Wは、次のような関係式が成り立つ。
W=K〔2ε(V+Φ)/e(1/NA+1/ND)〕1
/2
〔但し、K:比較定数 V:印加電圧 NA:アクセプタ濃度 Φ:拡散電位 ND:ドナー濃度 e:電子の電荷量(1.60×10-19C)〕 又、アクセプタ濃度NAは、ドナー濃度NDに比
較して遥かに大きく、ND<<NAの関係であるの
で次式が成り立つ。
W=K〔2ε(V+Φ)/eND1/2……(2) 従つて、空乏層幅Wを広くする為には、印加電
圧Vが一定であるとすれば、(2)式から明らかな如
く、ドナー濃度NDを小さく設定すればよいこと
が判る。即ち半導体基体表面から所定の深さXi
N+導電型半導体層にドナー濃度NDの低濃度領域
を形成すれば良いことになる。
上述の如き考え方に基づいて、本発明の可変容
量ダイオード装置の製造がなされており、以下に
実施例によりその製造方法について説明する。
第1の工程として所定のマスクがなされたN-
導電型の半導体基体に、N導電型の不純物元素を
イオン注入を行つて拡散を行い、深さX1で濃度
が、最大となるようにN+導電型の半導体層を形
成する(曲線イ)。このイオン注入は、例えば、
深さX1で約0.01〜0.1μm程度の位置に行われる。
第2の工程として、P導電型の不純物元素をイ
オン注入工程によつて、半導体基体の深さX1
り深い位置X2にイオン注入を行つた後に不純物
元素の拡散を行い、深さX2で濃度が最大となる
濃度分布を有する半導体層を形成する。このP+
導電型の半導体層は、N導電型の拡散時間より短
時間の拡散によつて形成し、その不純物濃度を各
深さXiでN導電型の不純物元素を濃度より低濃度
に形成する。且つ、深さX3の濃度がN導電型の
不純物元素濃度と略等しいか、或いは、近傍に達
するように拡散して、P+導電型の半導体層を形
成する(曲線ロ)。このイオン注入工程は、例え
ば元素の打ち込みの深さX2を約0.015〜0.15μm程
度の位置に行う。この工程によつて変曲点Tが深
さX2の近傍のX3に形成される。
第1と第2の工程によりN+導電型の半導体層
(曲線1,2)が形成された後、第3の工程でP
導電型の不純物元素をイオン注入して拡散させ
N+導電型の半導体層(曲線1)内にP+導電型の
半導体層を形成してPN接合Jを形成する。
更に、熱酸化膜を除去して導電膜を半導体基体
表面に形成する第4の工程によつて可変容量ダイ
オード装置が形成される。
本発明に係る可変容量ダイオード装置の製造方
法は、この様な製造工程により形成されており、
N+導電型の半導体層(曲線4)は、深さX2に不
純物濃度が最大となる領域があり、且つ、N+
電型の半導体層(曲線4,5)の濃度分布には、
深さXiの不純物濃度をAiとすると、次式が成り立
つ領域が存在する。
Ai≦Ai+1(i=1、2…n) ……(3) (3)式の関係が成り立つ点が、PN接合Jとサブ
ストレート近傍を除き、少なくとも一つ存在する
ように形成させることができる。
無論、イオン注入の深さを数段に行うことによ
つて、(3)式の関係を所定の深さに複数形成せさせ
ることも可能である。
又、第2及び第3の工程により形成されるP+
導電型の拡散層は、イオン注入法に限定すること
なく、デポジシヨンドライブイン工程によつて形
成してもよいことは明らかである。
このような製造方法によつてPN接合Jは、点
線で示した曲線3の不純物濃度分布を有するP+
導電型半導体層と、実線で示した曲線4,5の不
純物濃度分布を有するN+導電型半導体層とによ
つて、深さX1の近傍に形成されている。又、曲
線1と2のN+導電型の半導体層は、所定の深さ
X3にその濃度分布の変曲点Tが設けられている。
即ち、第4図で説明すれば、濃度分布の膨らみを
有するA3の領域の濃度分布を、ドナー濃度が低
減された変曲点Tを設けることにより、深さX3
の部分の濃度分布の膨らみが解消できる。
更に、N+導電型の不純物濃度曲線1と2の半
導体層の形成について以下に説明する。
曲線イとロが深さX3で、N導電型にP導電型
に不純物濃度が略等しくなるか、或いは近接する
ような濃度分布が形成されている。これは、イオ
ン注入のエネルギーを調整する事でP、N導電型
の不純物元素を不純物濃度が最大となる点を深さ
X1とX2のようにずらし、且つ夫々の拡散時間を
調整することで達成できる。又、P、N導電型の
不純物元素の拡散係数の異なる元素を組み合わせ
て、P導電型の不純物元素の拡散が、N導電型に
不純物元素の拡散を越えないようにする。例え
ば、N導電型の不純物元素として、燐や砒素が用
いられ、P導電型の不純物元素としてボロンが用
いられる。燐、砒素に対してボロンの熱拡散係数
は大きく、二回の拡散工程でも充分に第1図の如
く濃度分布を形成することが可能である。無論、
砒素は拡散係数が燐と比較して小さい為に濃度の
制御が容易であるので、本発明の可変容量ダイオ
ード装置の製造工程に用いると効果的である。
本発明に係る可変容量ダイオード装置の製造方
法は、第2の工程のP導電型の不純物濃度が、第
1の工程のN導電型の不純物濃度に対して深さ方
向Xiのどの位置においても小さくなるように調整
され、表面からの深さX3では、不純物濃度が略
等しく調整されることにより、N+導電型の不純
物の電荷とP+導電型の不純物の電荷が互いに相
殺されて、深さX3の領域では、その半導体基体
固有の電荷に略等しくなる。
〔発明の効果〕
本発明の可変容量ダイオード装置の製造方法に
よれば、従来、印加電圧と容量を片対数で示す第
2図のに示したような逆S字曲線の如く濃度分
布に膨らみが生じていた容量曲線が、第2図の
に示す如き略直線に改良され、1〜2V程度の低
電圧の印加電圧であつても、充分な同調容量を取
り得る可変容量ダイオード装置を形成できる。
又、本発明の可変容量ダイオード装置の製造方
法によれば、所定の深さに低濃度領域を形成する
ことが、極めて容易となつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る可変容量ダイオード装
置の製造方法による一実施例の不純物濃度を示す
図、第2図は、印加電圧と容量の関係を説明する
図、第3図は、従来の可変容量ダイオード装置の
製造方法による不純物濃度を示す図、第4図は、
半導体基体の深さXiに対する不純物濃度の関係を
説明する為の図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 PN接合面から深くなるに従つて、不純物濃
    度が減少する第1導電型の半導体層を有する可変
    容量ダイオード装置の製造方法に於いて、 半導体基体に第1導電型の不純物元素を高濃度
    に拡散して第1導電型の半導体層を形成する第1
    の工程、 第2の導電型の不純物元素が、該半導体基体に
    形成された該第1導電型の不純物元素の濃度より
    低濃度であり、且つ所定の深さの濃度が該第1導
    電型の不純物元素の濃度と略等しいか、或いは近
    傍に達するような濃度分布を有する第2の導電型
    の半導体層を形成する工程と、 前記第1と第2の工程によつて第1導電型の半
    導体層を形成した後、第2導電型の不純物元素を
    拡散して、該第1導電型の半導体層とPN接合を
    形成する工程を含むことを特徴とする可変容量ダ
    イオード装置の製造方法。
JP62216785A 1987-08-31 1987-08-31 Manufacture of variable-capacitance diode Granted JPS6459874A (en)

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DE3829543A DE3829543A1 (de) 1987-08-31 1988-08-31 Verfahren zum herstellen einer halbleiterdiode mit veraenderbarer kapazitaet

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JPS6459874A JPS6459874A (en) 1989-03-07
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Also Published As

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US4868134A (en) 1989-09-19
DE3829543A1 (de) 1989-03-09
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