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JP2002076009A - Pin diode and its manufacturing method - Google Patents

Pin diode and its manufacturing method

Info

Publication number
JP2002076009A
JP2002076009A JP2000252836A JP2000252836A JP2002076009A JP 2002076009 A JP2002076009 A JP 2002076009A JP 2000252836 A JP2000252836 A JP 2000252836A JP 2000252836 A JP2000252836 A JP 2000252836A JP 2002076009 A JP2002076009 A JP 2002076009A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type region
layer
conductivity type
semiconductor substrate
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000252836A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiteru Nagai
義輝 永井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Priority to JP2000252836A priority Critical patent/JP2002076009A/en
Publication of JP2002076009A publication Critical patent/JP2002076009A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a PIN diode, which can make a capacitance small without increasing a series resistance, or the series resistance small without increasing the capacitance, and to provide its manufacturing method. SOLUTION: For example, a semi-insulative i-layer 2 is formed on an n-type semiconductor substrate 1 by an epitaxial growth process, and a p-type region 3 is formed on the i-layer 2. Then, an insulation region 4 is formed around the p-type region so as to be deeper than the p-type region and not to get to the semiconductor substrate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話のアンテ
ナスイッチなど、とくに高周波製品のスイッチ素子など
に用いられるPINダイオードおよびその製法に関す
る。さらに詳しくは、スイッチング速度を早くするため
接合容量を小さくし、かつ、動作抵抗を小さくしたPI
Nダイオードおよびその製法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a PIN diode used for an antenna switch of a cellular phone, particularly a switch element of a high-frequency product, and a method of manufacturing the same. More specifically, a PI in which the junction capacitance is reduced in order to increase the switching speed and the operating resistance is reduced
The present invention relates to an N diode and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、PINダイオードは、たとえば図
6に示されるような構造になっている。すなわち、n++
半導体基板21上に半絶縁性のi層22をエピタキシャ
ル成長し、そのi層の表面にたとえばp形不純物を拡散
してp+形領域23を形成する。そして、その表面にp
側電極27が、半導体基板21の裏面にn側電極28が
設けられることにより形成される。なお、29はチャネ
ルストッパのためのn+領域である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a PIN diode has, for example, a structure as shown in FIG. That is, n ++
A semi-insulating i-layer 22 is epitaxially grown on a semiconductor substrate 21 and, for example, ap-type impurity is diffused on the surface of the i-layer to form ap + -type region 23. And p on the surface
The side electrode 27 is formed by providing the n-side electrode 28 on the back surface of the semiconductor substrate 21. 29 is an n + region for a channel stopper.

【0003】このPINダイオードは、順方向電圧が印
加されると、電流が流れ、ダイオードとして作用する。
このダイオードの特性は、空乏層26の半導体基板21
側のi層22による順方向直列抵抗Rfと、空乏層26
部分による接合容量Ctを有している。順方向直列抵抗
が大きいと動作時にロスとなり消費電力が大きくなると
共に、抵抗による電圧降下が大きいとその分駆動電圧を
高くしなければならず、携帯品の電池容量を大きくしな
ければならないため好ましくない。また、容量Ctはオ
フ時の残留電荷に相当し、高周波回路におけるスイッチ
ング速度を早くするためには容量Ctは小さいほど好ま
しい。
When a forward voltage is applied to the PIN diode, a current flows and the PIN diode functions as a diode.
The characteristic of this diode is that the semiconductor substrate 21 of the depletion layer 26
Series resistance Rf of the i-layer 22 on the side of the
It has a junction capacitance Ct due to the portion. If the forward series resistance is large, power consumption is increased due to loss during operation, and if the voltage drop due to the resistance is large, the drive voltage must be increased accordingly, and the battery capacity of portable products must be increased, which is preferable. Absent. In addition, the capacitance Ct corresponds to the residual charge when the capacitor is off, and the capacitance Ct is preferably as small as possible to increase the switching speed in the high-frequency circuit.

【0004】このPINダイオードの容量Ctは、空乏
層26の面積に比例し、その厚さに反比例する。一方、
順方向抵抗Rfは、空乏層の面積が大きいほど小さくな
り、その面積に反比例する。そのため、順方向直列抵抗
Rfと容量Ctとの関係は、図7に示されるように、ト
レードオフの関係にある。
[0004] The capacitance Ct of the PIN diode is proportional to the area of the depletion layer 26 and inversely proportional to its thickness. on the other hand,
The forward resistance Rf decreases as the area of the depletion layer increases, and is inversely proportional to the area. Therefore, the relationship between the forward series resistance Rf and the capacitance Ct has a trade-off relationship as shown in FIG.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前述のように、PIN
ダイオードの順方向電圧と容量との間にはトレードオフ
の関係があり、両者を共に小さくすることができないと
いう問題がある。とくに実際に製造したPINダイオー
ドでは、理論値より容量Ctが大きくなり、その分p層
とi層との接合面積を小さくしなければならず、順方向
直列抵抗Rfが大きくなるという問題がある。
As mentioned above, the PIN
There is a trade-off relationship between the forward voltage and the capacitance of the diode, and there is a problem that both cannot be reduced. Particularly, in the actually manufactured PIN diode, the capacitance Ct becomes larger than the theoretical value, and the junction area between the p-layer and the i-layer must be reduced accordingly, and the forward series resistance Rf becomes large.

【0006】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、たとえば図7の目標値に示されるよう
に、直列抵抗を上げることなく容量を小さくし、または
容量を大きくすることなく直列抵抗を小さくすることが
できるPINダイオードおよびその製法を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made to solve such a problem. For example, as shown by a target value in FIG. 7, without reducing the capacitance without increasing the series resistance or without increasing the capacitance. An object of the present invention is to provide a PIN diode capable of reducing series resistance and a method for manufacturing the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者は、PINダイ
オードの容量を計算による理論値と、実際に製造したも
のの実測値とを求めて比較した結果、図5に示されるよ
うに計算値Pより、実測値Qの方で、容量Ctが大きく
なることを見出した。さらに、PINダイオードの容量
が大きくなる原因を鋭意検討を重ねて調べた結果、図6
にQで示されるように、理論値の空乏層26(P)よ
り、実際のPINダイオードの空乏層Qは横側に広が
り、p形領域の底面側の空乏層が薄く形成されることに
原因があることを見出した。そして、p形領域の側面側
に絶縁領域を形成して横側に空乏層が広がらないように
することにより、空乏層の面積が小さくなると共に、底
面側の空乏層が厚くなり、容量を大幅に小さくすること
ができることを見出した。
The inventor of the present invention obtained the calculated theoretical value of the PIN diode capacitance and compared it with the actually measured value of an actually manufactured PIN diode. As a result, the calculated value P was obtained as shown in FIG. As a result, it has been found that the capacitance Ct increases with the actually measured value Q. Further, as a result of diligently studying the cause of the increase in the capacity of the PIN diode, FIG.
As shown by Q, the depletion layer Q of the actual PIN diode spreads laterally from the theoretical depletion layer 26 (P), and the depletion layer on the bottom side of the p-type region is formed thin. I found that there is. By forming an insulating region on the side surface of the p-type region to prevent the depletion layer from spreading laterally, the area of the depletion layer is reduced, and the depletion layer on the bottom side is thickened, so that the capacitance is greatly increased. Found that it can be made smaller.

【0008】本発明によるPINダイオードは、第1導
電形半導体基板と、該半導体基板上に設けられる半絶縁
性のi層と、該i層に設けられる第2導電形領域とから
なり、該第2導電形領域の周囲に前記第2導電形領域よ
り深く、かつ、前記半導体基板に達しないように形成さ
れる絶縁領域とからなっている。
A PIN diode according to the present invention comprises a semiconductor substrate of a first conductivity type, a semi-insulating i-layer provided on the semiconductor substrate, and a second conductivity type region provided in the i-layer. An insulating region is formed around the two-conductivity-type region and deeper than the second-conductivity-type region and formed so as not to reach the semiconductor substrate.

【0009】この構造にすることにより、第2導電形領
域の横側には殆どi層がなく、空乏層が形成されないた
め、空乏層の面積が小さくなり容量が小さくなる。一
方、電流経路となる空乏層の面積(第2導電形領域の底
面とi層との接合部の面積)は変わらず、順方向抵抗は
小さくならない。そのため、順方向抵抗は増加しない。
しかも、第2導電形領域の横側に空乏層ができない分だ
け底面側の空乏層が厚く形成される。そのため、容量は
一層小さくなる。
With this structure, there is almost no i-layer on the side of the second conductivity type region and no depletion layer is formed, so that the area of the depletion layer is reduced and the capacitance is reduced. On the other hand, the area of the depletion layer serving as the current path (the area of the junction between the bottom surface of the second conductivity type region and the i-layer) does not change, and the forward resistance does not decrease. Therefore, the forward resistance does not increase.
In addition, the depletion layer on the bottom surface is formed thicker than the depletion layer on the side of the second conductivity type region. Therefore, the capacity is further reduced.

【0010】前記絶縁領域が前記第2導電形領域とほぼ
接するように形成されることにより、第2導電形領域の
横側での空乏層を殆どなくすることができるため一層好
ましい。
It is more preferable that the insulating region is formed substantially in contact with the second conductivity type region, because a depletion layer on the side of the second conductivity type region can be almost eliminated.

【0011】前記絶縁領域は、たとえば前記i層または
第2導電形領域に、前記第2導電形領域の主面とほぼ垂
直に形成されたトレンチによる空気層または前記トレン
チ内に設けられた絶縁層により形成することができる。
The insulating region may be, for example, an air layer formed by a trench formed substantially perpendicular to a main surface of the second conductive type region in the i-layer or the second conductive type region, or an insulating layer provided in the trench. Can be formed.

【0012】本発明によるPINダイオードの製法は、
第1導電形半導体基板上に半絶縁性のi層を成長し、該
i層の表面側に第2導電形不純物を導入することにより
第2導電形領域を形成し、該第2導電形領域の周囲の該
第2導電形領域または前記i層をエッチングにより前記
第2導電形領域より深く、かつ、前記半導体基板に達し
ないようにエッチングすることを特徴とする。
The method for manufacturing a PIN diode according to the present invention is as follows.
Growing a semi-insulating i-layer on the first conductivity type semiconductor substrate and introducing a second conductivity type impurity on the surface side of the i-layer to form a second conductivity type region; And etching the second conductivity type region or the i-layer around it so as to be deeper than the second conductivity type region and not to reach the semiconductor substrate.

【0013】前記エッチングにより露出する第2導電形
領域またはi層の側壁に絶縁膜を形成し、または前記エ
ッチングにより形成される溝内に絶縁物を埋め込むこと
により、耐圧が向上する。
The breakdown voltage is improved by forming an insulating film on the side wall of the second conductivity type region or the i-layer exposed by the etching, or by burying an insulating material in a groove formed by the etching.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明のPINダイオードおよびその製法について説明をす
る。本発明によるPINダイオードは、図1にその一実
施形態の断面および平面の説明図が示されるように、第
1導電形(たとえばn形)半導体基板1上に半絶縁性の
i層2がエピタキシャル成長されており、そのi層2に
第2導電形(p形)領域3が形成されている。そして、
p形領域3の周囲にp形領域3より深く、かつ、半導体
基板1に達しないように絶縁領域4が形成されている。
なお、6は両電極に電圧が印加されるときにできる空乏
層である。
Next, a PIN diode of the present invention and a method for manufacturing the same will be described with reference to the drawings. In a PIN diode according to the present invention, a semi-insulating i-layer 2 is epitaxially grown on a first conductivity type (for example, n-type) semiconductor substrate 1 as shown in FIG. The i-layer 2 has a second conductivity type (p-type) region 3 formed therein. And
An insulating region 4 is formed around the p-type region 3 so as to be deeper than the p-type region 3 and not to reach the semiconductor substrate 1.
Reference numeral 6 denotes a depletion layer formed when a voltage is applied to both electrodes.

【0015】絶縁領域4は、図1(a)に示される例で
は、p形領域3の外周にトレンチ5が形成され、その表
面に熱酸化などにより酸化膜が設けられることにより、
形成されている。トレンチ5は、たとえばp形領域3お
よびi層2の表面にホトレジストなどによりマスクを形
成し、反応性イオンエッチング(RIE)などの物理的
エッチングにより、エッチングをすることにより、半導
体基板1(p形領域3)の表面とほぼ垂直に形成されて
いる。すなわち、ウェットエッチングによりエッチング
をすると、エッチングにより露出する側壁の幅(p形領
域3の平面形状が円形の場合、その直径)が末広がりに
なって底面側で大きくなる湾曲形状になり、底面側で側
壁側に空乏層6が形成されやすいが、物理的エッチング
によれば、殆ど基板面に垂直に凹部が形成されるため、
側壁部に空乏層6が殆ど形成されず好ましい。
In the example shown in FIG. 1A, the insulating region 4 is formed by forming a trench 5 on the outer periphery of the p-type region 3 and providing an oxide film on the surface by thermal oxidation or the like.
Is formed. The trench 5 is formed, for example, by forming a mask on the surface of the p-type region 3 and the i-layer 2 using a photoresist or the like and performing physical etching such as reactive ion etching (RIE) to form the semiconductor substrate 1 (p-type). It is formed substantially perpendicular to the surface of the region 3). That is, when the etching is performed by wet etching, the width of the side wall exposed by the etching (when the planar shape of the p-type region 3 is a circle, the diameter thereof) becomes divergent and becomes a curved shape that becomes large on the bottom side, and becomes a curved shape on the bottom side. Although the depletion layer 6 is likely to be formed on the side wall side, according to the physical etching, a recess is formed almost perpendicular to the substrate surface.
This is preferable because the depletion layer 6 is hardly formed on the side wall.

【0016】しかし、ウェットエッチングによっても、
底面側に僅かに空乏層が形成されるだけで、従来構造よ
り遙かに空乏層の面積は減り、容量Ctを減らすことが
できる。
However, even by wet etching,
Even if a depletion layer is formed slightly on the bottom surface side, the area of the depletion layer is much smaller than in the conventional structure, and the capacitance Ct can be reduced.

【0017】このトレンチ5は、p形領域3の外周に沿
って形成されている。図1に示される例では、p形領域
3は、図1(b)に平面図が示されるように、外形が円
形状に形成され、その円形の外周にp形領域3と接する
ように、トレンチ5が形成されている。このようにp形
領域3と接するように形成されれば、その側面には空乏
層が全然形成されないため、容量を下げるのに効果的で
好ましい。そのため、p形領域3を大きめに形成してお
き、p形領域の一部もエッチングする構造にしてもよ
い。しかし、狭い幅でi層2が介在されても、そのi層
の幅が空乏層の幅より小さければ効果はある。したがっ
て完全にp形層3に接していなくてもよい。また、トレ
ンチ5の幅を大きく形成して、そのトレンチ部分でダイ
シングをし、チップ化することもできる。
This trench 5 is formed along the outer periphery of p-type region 3. In the example shown in FIG. 1, the p-type region 3 has a circular outer shape as shown in a plan view in FIG. 1B, and is in contact with the p-type region 3 on the outer periphery of the circle. A trench 5 is formed. If formed so as to be in contact with p-type region 3, no depletion layer is formed on the side surface thereof, which is effective and preferable for lowering the capacitance. Therefore, a structure may be employed in which the p-type region 3 is formed relatively large and a part of the p-type region is also etched. However, even if the i-layer 2 is interposed with a narrow width, the effect is provided if the width of the i-layer is smaller than the width of the depletion layer. Therefore, it does not need to be completely in contact with the p-type layer 3. Alternatively, the width of the trench 5 may be increased, and dicing may be performed at the trench portion to form a chip.

【0018】絶縁領域4は、前述の例では、トレンチ5
内に熱酸化による酸化膜により形成したが、熱酸化によ
る酸化膜を形成しなくても、耐圧をそれほど必要としな
い数V程度の低電圧で使用する素子の場合、トレンチ5
を形成したままの状態で自然酸化する程度のままでも空
気層が絶縁領域を形成し、空乏層の広がりを防止するこ
とができる。また、トレンチ5を形成した後に、CVD
法などによりSiOxまたはSiNyなどの絶縁膜を堆積
してもよい。
The insulating region 4 is formed by the trench 5 in the above-described example.
Although an oxide film formed by thermal oxidation is formed therein, even if an oxide film formed by thermal oxidation is not formed, in the case of an element used at a low voltage of about several volts which does not require a high withstand voltage, the trench 5
The air layer forms an insulating region even when spontaneous oxidation is performed in the state in which is formed, and the depletion layer can be prevented from spreading. After the trench 5 is formed, CVD is performed.
An insulating film such as SiO x or SiN y may be deposited by a method or the like.

【0019】この絶縁領域4の深さbは、後述するp形
領域3の深さaより深く、かつ、i層2の厚さcより小
さくなるように形成される。すなわち、a<b<cを満
たすように形成される。bがaより小さいと、p形領域
3の底面側での側面における空乏層の形成を阻止するこ
とができず、また、bがcより大きいと、空乏層6が半
導体基板に届きやすくなるため、耐圧が10Vにも満た
なくなり、低電圧で使用する製品用としても、静電気な
どにより破壊されやすく好ましくないためである。
The depth b of the insulating region 4 is formed to be deeper than the depth a of the p-type region 3 described later and smaller than the thickness c of the i-layer 2. That is, they are formed so as to satisfy a <b <c. If b is smaller than a, the formation of a depletion layer on the side surface on the bottom surface side of the p-type region 3 cannot be prevented. If b is larger than c, the depletion layer 6 easily reaches the semiconductor substrate. This is because the withstand voltage is less than 10 V, and it is not preferable because it is easily broken by static electricity or the like even for a product used at a low voltage.

【0020】半導体基板1は、たとえばn++形のSiな
どからなる基板が用いられ、i層2は、Siをノンドー
プで成長させることにより、5〜15μm程度の厚さc
に形成される。p形領域3は、成長したi層2の表面に
レジストマスクなどによりp形領域3を形成する場所の
み開口したマスクを形成し、ボロン(B)などをN2
囲気下で、1050〜1150℃程度、5〜40分程度
の熱処理を行うことにより、深さaが2〜5μm程度
で、直径がたとえば100μm程度のp形領域3が形成
される。このp形不純物の導入は、拡散法に限らず、イ
オン注入と熱処理により行ってもよい。
As the semiconductor substrate 1, a substrate made of, for example, n.sup. ++ type Si is used. The i-layer 2 is grown by undoping Si to have a thickness c of about 5 to 15 .mu.m.
Formed. p-type region 3, an open mask only place to form a p-type region 3 is formed by the grown i layer 2 of the surface resist mask such as boron (B) and under N 2, 1,050 to 1,150 ° C. By performing the heat treatment for about 5 to 40 minutes, a p-type region 3 having a depth a of about 2 to 5 μm and a diameter of about 100 μm is formed. The introduction of the p-type impurity is not limited to the diffusion method, but may be performed by ion implantation and heat treatment.

【0021】このp形領域3の表面にAlなどが設けら
れることにより、p側(アノード側)電極7が形成さ
れ、半導体基板1の裏面には全面にAuなどが設けられ
ることにより、n側(カソード側)電極8が、また、一
辺が300μm程度の大きさにダイシングされることに
より、図1に示される構造のPINダイオードが得られ
る。なお、9はn+形のチャネルストッパである。
By providing Al or the like on the surface of the p-type region 3, a p-side (anode-side) electrode 7 is formed, and by providing Au or the like on the entire back surface of the semiconductor substrate 1, the n-side is formed. By dicing the (cathode side) electrode 8 to a size of about 300 μm on one side, a PIN diode having the structure shown in FIG. 1 is obtained. Reference numeral 9 denotes an n + type channel stopper.

【0022】このPINダイオードを製造するには、不
純物濃度が1×1019cm-3程度のn++形シリコン基板
1をエピタキシャル成長炉に入れ、通常のエピタキシャ
ル成長と同様に、ノンドープでシリコンをエピタキシャ
ル成長することによりi層2を10μm程度成長する。
その後、その表面にレジスト膜を形成し、ホトリソグラ
フィ工程によりp形領域3の形成場所のみレジスト膜を
除去して開口したマスクを設け、拡散炉でN2などのガ
ス雰囲気下で1050〜1100℃程度、5〜40分程
度の熱処理を行うことにより、p形領域3を5μm程度
の深さに形成する。
[0022] To manufacture the PIN diode, the impurity concentration put 1 × about 10 19 cm -3 n ++ type silicon substrate 1 to the epitaxial growth furnace, like a normal epitaxial growth, epitaxial growth of silicon undoped Thereby, i-layer 2 is grown to about 10 μm.
Thereafter, a resist film is formed on the surface, removing the resist film only formed where the p-type region 3 by a photolithography process an open mask provided, from 1,050 to 1,100 ° C. in a gas atmosphere such as N 2 in a diffusion furnace By performing heat treatment for about 5 to 40 minutes, the p-type region 3 is formed to a depth of about 5 μm.

【0023】その後、レジスト膜を除去し、再度新たな
レジスト膜を設け、p形領域3の外周に20μm程度の
幅の開口部を設け、RIE法によりi層2をエッチング
し、トレンチ5を、たとえば7μm程度の深さに形成す
る。その後、レジスト膜をつけたまま、900〜100
0℃程度で、30分程度の熱処理をすることにより、ト
レンチ5内に酸化膜を形成し、絶縁領域4とする。そし
て、p形領域3の表面にAlなどを蒸着してp側電極7
を形成し、半導体基板の裏面にAuなどを蒸着してn側
電極8を形成し、ダイシングによりチップ化することに
より図1に示されるPINダイオードが得られる。
Thereafter, the resist film is removed, a new resist film is provided again, an opening having a width of about 20 μm is provided on the outer periphery of the p-type region 3, the i-layer 2 is etched by RIE, and the trench 5 is formed. For example, it is formed to a depth of about 7 μm. Thereafter, with the resist film attached, 900 to 100
By performing a heat treatment at about 0 ° C. for about 30 minutes, an oxide film is formed in the trench 5 to form the insulating region 4. Then, Al or the like is deposited on the surface of the p-type region 3 to form a p-side electrode 7.
Is formed, and an n-side electrode 8 is formed by evaporating Au or the like on the back surface of the semiconductor substrate, and a chip is formed by dicing to obtain the PIN diode shown in FIG.

【0024】なお、この例では、トレンチ5を形成し、
その内部を熱酸化してからp側電極7の形成をしたが、
熱酸化しないで、自然酸化程度またはCVD法により絶
縁膜を形成する場合には、p側電極7を形成してからト
レンチ5を形成してもよい。
In this example, a trench 5 is formed,
After thermal oxidation of the inside, the p-side electrode 7 was formed.
In the case where an insulating film is formed by a degree of natural oxidation or a CVD method without performing thermal oxidation, the trench 5 may be formed after the p-side electrode 7 is formed.

【0025】この構造のPINダイオードの逆方向電圧
Vrに対する容量Ctの関係(A)が、従来構造の容量
Ctとの関係(B)と比較して図2に示されるように、
10Vのときに従来構造の約60%程度に低下すること
が分る。また、絶縁領域4の深さbを、b=3μm
(C)および7μm(D)と変化させたときの逆方向電
圧Vrに対して同様に測定すると、図3に示されるよう
になり、容量に関しては深い方が好ましいことが分る。
しかし、絶縁領域4が半導体基板1に余り近づきすぎる
と、耐圧が低下し、用途に応じて要求される容量Ctお
よび耐圧により、その深さが設定される。
The relationship (A) of the capacitance Ct with respect to the reverse voltage Vr of the PIN diode having this structure is compared with the relationship (B) with the capacitance Ct of the conventional structure as shown in FIG.
It can be seen that at 10 V, it is reduced to about 60% of the conventional structure. The depth b of the insulating region 4 is set to b = 3 μm
When the same measurement is performed for the reverse voltage Vr when the voltage is changed to (C) and 7 μm (D), the results are as shown in FIG. 3, and it is understood that the deeper the capacitance, the better.
However, if the insulating region 4 is too close to the semiconductor substrate 1, the withstand voltage decreases, and the depth is set by the capacitance Ct and the withstand voltage required according to the application.

【0026】一方、容量Ctをそれほど下げる必要のな
い場合は、従来構造で側壁に形成される空乏層の分をp
形領域3の底面側に増やす、すなわちp形領域3の平面
面積をその分大きくすることができる。たとえば図4
(a)に図1(a)と同様の断面説明図が示されるよう
に、従来構造(波線で示されるp形領域)の空乏層の端
部側程度までp形領域3を幅広に(従来の直径100μ
m程度を160μm程度に)形成することができる。こ
のようにp形領域3の面積を大きくすることにより、p
層とi層との接合面積が大きくなり、順方向抵抗Rfを
下げることができる。
On the other hand, when it is not necessary to lower the capacitance Ct so much, the depletion layer formed on the side wall in the conventional structure is reduced by p.
It can be increased to the bottom side of the p-type region 3, that is, the plane area of the p-type region 3 can be increased accordingly. For example, FIG.
As shown in FIG. 1A, a cross-sectional explanatory view similar to that of FIG. 1A shows that the p-type region 3 is made wider (about the end side of the depletion layer of the conventional structure (p-type region shown by a broken line)) Diameter of 100μ
m to about 160 μm). By increasing the area of the p-type region 3 in this manner, p
The junction area between the layer and the i-layer increases, and the forward resistance Rf can be reduced.

【0027】このp形領域3の面積を大きくしたとき
(E)の、PINダイオードの順方向電流Ifに対する
順方向抵抗Rfが、従来構造(F)の順方向抵抗Rfと
対比して図4(b)に示されている。図4(b)から明
らかなように、従来構造に比べて順方向抵抗を1/3程
度(If=0.1mAのとき)に下げることができる。
なお、このときの容量Ctは従来構造と殆ど変っていな
い。このように、p形領域3の大きさを調整することに
より、容量Ctと順方向抵抗Rfを調整することがで
き、用途による所望の特性に応じて、その値を調整する
ことができる。
When the area of the p-type region 3 is increased (E), the forward resistance Rf with respect to the forward current If of the PIN diode is compared with the forward resistance Rf of the conventional structure (F) in FIG. This is shown in b). As is clear from FIG. 4B, the forward resistance can be reduced to about 1/3 (when If = 0.1 mA) as compared with the conventional structure.
The capacitance Ct at this time is almost the same as that of the conventional structure. As described above, by adjusting the size of the p-type region 3, the capacitance Ct and the forward resistance Rf can be adjusted, and the values can be adjusted according to desired characteristics depending on the application.

【0028】本発明のPINダイオードによれば、p形
領域の側壁部外周に絶縁領域が形成されているため、そ
の側壁部には殆ど空乏層は形成されない。そのため、図
2〜4に示されるように、空乏層により形成される容量
Ctを、従来構造より遙かに小さくするか、容量は従来
と同じにして、順方向抵抗を小さくすることができる。
その結果、従来はいずれかを小さくしようとすると他方
が大きくなり、両特性を同時に満足させることができな
かったものが、本発明によれば、トレードオフの関係が
ありながら、両者を共に小さくすることができ、また、
用途に応じて容量または順方向抵抗のみを一段と小さく
することができる。
According to the PIN diode of the present invention, since the insulating region is formed around the side wall of the p-type region, almost no depletion layer is formed on the side wall. Therefore, as shown in FIGS. 2 to 4, the capacitance Ct formed by the depletion layer can be made much smaller than the conventional structure, or the capacitance can be made the same as the conventional structure, and the forward resistance can be reduced.
As a result, conventionally, when one of them was made smaller, the other became larger, and both characteristics could not be satisfied at the same time. However, according to the present invention, both are made smaller while having a trade-off relationship. Can also
Depending on the application, only the capacitance or the forward resistance can be further reduced.

【0029】[0029]

【発明の効果】従来構造では順方向抵抗と容量との関係
がトレードオフの関係にあり、一方を下げようとする
と、他方の特性が悪化するという問題があり、両方の特
性を向上したり、用途に応じて一方の特性をそのまま維
持しながら、他方の特性を小さくしようとしてもできな
かったものを、本発明によれば、両特性を共に小さくし
たり、順方向抵抗を同じにして、容量を小さくしたり、
容量をそのままにしながら順方向抵抗を小さくすること
ができ、とくに高周波用PINダイオードで順方向電圧
の小さいものが要求される場合でも、容易に実現するこ
とができる。
In the conventional structure, the relationship between the forward resistance and the capacitance is in a trade-off relationship. If one of them is to be lowered, the other characteristic is deteriorated. According to the present invention, while it was impossible to reduce the other characteristic while maintaining one characteristic as it is depending on the application, according to the present invention, both the characteristics are reduced or the forward resistance is made the same, and the capacitance is reduced. Or
The forward resistance can be reduced while the capacitance is kept as it is. In particular, even when a high-frequency PIN diode having a small forward voltage is required, it can be easily realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるPINダイオードの一実施形態の
説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of one embodiment of a PIN diode according to the present invention.

【図2】図1の構造のPINダイオードによる容量の特
性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram of the capacitance of the PIN diode having the structure of FIG. 1;

【図3】図1の構造によるPINダイオードの絶縁領域
の深さに対する容量の変化を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a change in capacitance with respect to the depth of an insulating region of the PIN diode according to the structure of FIG. 1;

【図4】図1の構造で順方向抵抗を小さくする例を説明
する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of reducing the forward resistance in the structure of FIG. 1;

【図5】PINダイオードの容量が実測値と理論値とで
相違する状態を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a state where the capacitance of a PIN diode differs between an actually measured value and a theoretical value.

【図6】従来のPINダイオードの構造説明図である。FIG. 6 is a diagram illustrating the structure of a conventional PIN diode.

【図7】PINダイオードの容量Ctと順方向抵抗Rf
の特性がトレードオフの関係にあることを説明する図で
ある。
FIG. 7 shows a capacitance Ct of a PIN diode and a forward resistance Rf.
FIG. 4 is a diagram for explaining that the characteristics are in a trade-off relationship.

【符号の説明】 1 n形半導体基板 2 i層 3 p形領域 4 絶縁領域 5 トレンチ[Description of Signs] 1 n-type semiconductor substrate 2 i-layer 3 p-type region 4 insulating region 5 trench

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電形半導体基板と、該半導体基板
上に設けられる半絶縁性のi層と、該i層に設けられる
第2導電形領域とからなり、該第2導電形領域の周囲に
前記第2導電形領域より深く、かつ、前記半導体基板に
達しないように形成される絶縁領域とからなるPINダ
イオード。
A first conductivity type semiconductor substrate; a semi-insulating i-layer provided on the semiconductor substrate; and a second conductivity type region provided on the i-layer. A PIN diode comprising: an insulating region formed around the semiconductor substrate so as to be deeper than the second conductivity type region and not to reach the semiconductor substrate.
【請求項2】 前記絶縁領域が前記第2導電形領域とほ
ぼ接するように形成されてなる請求項1記載のPINダ
イオード。
2. The PIN diode according to claim 1, wherein said insulating region is formed so as to substantially contact said second conductivity type region.
【請求項3】 前記絶縁領域が前記i層または第2導電
形領域に、前記第2導電形領域の主面とほぼ垂直に形成
されたトレンチによる空気層または前記トレンチ内に設
けられた絶縁層である請求項1または2記載のPINダ
イオード。
3. An air layer formed by a trench formed substantially perpendicularly to a main surface of the second conductivity type region, wherein the insulation region is formed in the i-layer or the second conductivity type region or an insulation layer provided in the trench. The PIN diode according to claim 1, wherein:
【請求項4】 第1導電形半導体基板上に半絶縁性のi
層を成長し、該i層の表面側に第2導電形不純物を導入
することにより第2導電形領域を形成し、該第2導電形
領域の周囲の該第2導電形領域または前記i層をエッチ
ングにより前記第2導電形領域より深く、かつ、前記半
導体基板に達しないようにエッチングすることを特徴と
するPINダイオードの製法。
4. A semi-insulating i-type semiconductor substrate on a first conductivity type semiconductor substrate.
Growing a layer, forming a second conductivity type region by introducing a second conductivity type impurity to the surface side of the i layer, and forming the second conductivity type region around the second conductivity type region or the i layer. Is etched by etching so as to be deeper than the second conductivity type region and not to reach the semiconductor substrate.
【請求項5】 前記エッチングにより露出する第2導電
形領域またはi層の側壁に絶縁膜を形成し、または前記
エッチングにより形成される溝内に絶縁物を埋め込む請
求項4記載の製法。
5. The method according to claim 4, wherein an insulating film is formed on the side wall of the second conductivity type region or the i-layer exposed by the etching, or an insulator is buried in a groove formed by the etching.
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