JPS5817679A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＶプツトキーパリアダイオードを備えた半導体
装置に関する。

ｖＩＩツシキーパツアダイオード（以下８ＢＤという）
は半導体層と金属との接触界面に形成されるエネルギー
障壁（νプツトキーパリア）によりダイオード動作を行
なうもので、その動作には多数キャツアのみが関与し、
ｐ、ｙ＋接合ダイオードのような小数キャラ１の蓄積は
生じない。従って、８ＢＤはスイッチング損出が小さい
という特徴を有し、高速スイッチングダイオードあるい
はマイクロ波ダイオードなどの広範囲な用途に用いられ
る。このように、８ＢＤは優れた特性を有するが、従来
の８ＢＤは総て単結晶半導体層に形成されていたため、
集積回路中に形成する場合には種々の問題が生じていた
。

第１図はバイポーラ集積回路内框−形成された従来の８
ＢＤを示す断面図である。同図において、１はｐＨｌｖ
ツコン基体である。該Ｐ型Ｖリプｙ基体１には相互に分
離された多数のｎ−型素子領域ｚｔ　　ａｘｅ　　ｍ’
ｓ”・（不純物濃度１０１′〜１０／ｍ）が形成されて
いる。このうち、８ＢＤＦ＠素子領域２ｍにはカソード
電極取出用の高濃度１１　ｍ領域３が形成されている。

上記Ｖ９プｙ基体１の表面にはａＢＤ用素子領域２ｍの
ｎ−型領域上および！１＋盤領域上に夫々開孔部を有す
るＶリプｙ酸化ＷＩｘ４が被覆されている。

そして、咳Ｖリコン酸化膜４上の全面にｐｔ等のバリア
メタル層及びムｊ等の電極材料層を順次堆積し、これら
をバターニングすることによりパーアメタル層Ｉと電極
材料層６からなる積層膜構造のアノード電極１およびカ
ソード電極１が形成されている。このうち１ノード電極
１は開孔部を介してａＢＤ用素子領域ｊ、のｎ一層領域
と接触しており、そのバリアメタル層ｉと１１″′″置
領域との界面にはνプツトキーパリアが形成されている
。他方、カソード電極１は開孔部を介して農型領域３と
接触している。しかし、この場合は！ＩＩＩ領域３の不
純物濃度が高いためにバリアメタル層１との接触界面に
νプツトキーパデアが形成されず、従ってカソード電極
１とｙｈｆｌｋ領域１とは実質的なオーミック接触が達
成されている。この結果第２図の等価回路に示す８ＢＤ
が構成されている。

ところで、単結晶半導体履こ１１を形成した従来の半導
体装置では、必然的に第１ｓのようにＩＩＤをトランジ
スタ等の他の素子と同一の単結晶半導体履に形成しなけ
ればならないこととなる。その結果、装置の集積度を向
上させることが困難となり、また他の素子との間に寄生
容量が発生して動作適度が遅延する等の問題が生じてい
た。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたもので、絶縁物層
上に設けた多結晶シリコン順にＶＩＩツ）キーパリアダ
イオードを形成することにより。

高集積化および高速動作化を達成した半導体装置を提供
するものである。

以下、第３図〜第８図を参照して本発明の詳細な説明す
る。

第１図は本発明の１実施例値−なる半導体装置の断面図
である。同図において、１１は素子を形成した図示しな
いシリコン基板土に設けられたν５’＝ｙｙ酸化膜ある
いはｖｑコン窒化膜等の絶縁物層である。咳絶縁物層ｌ
ｌ上には不純物濃度１６”／ｌｓ”程度の高濃度ｍ％多
結晶νツ　。

フン層１ｊが島状に形成されている。該ｎ型多結晶Ｖツ
ブｙ層１ｊの表面は８１０．膜ＩＪで被覆され、この８
ｉＯ１膜ＩＪには二つの開孔部がＳ成されている。そし
てｓ　ｉ　ｏ、膜１１土痕二は前記開孔部のうちの一つ
を介してｙｎ＠多結晶Ｖ９プｙ層１２に接触した不純物
濃度１０／（ｍの低員度鳳−臘多結晶Ｖ９２ン層１４が
島状に形成され、更に咳ｎ″′″蓋多結晶ＶＶプｙ層に
接触したバリアメタル層１５およびその上に積層された
電極材料層１６からなるアノード電極１１が形成されて
いる。咳アノード電極１１と鳳−臘多舘晶シツブｙ層１
４との間にはバリアメタル層１１と臘−置多結晶シ９ブ
ｙ層１４との接触によりν璽ツシキーパツアが形成され
ている。また、８ムＯ８膜１１上Ｃ二は、もう一つの開
孔部を介して前記ＩＩ　　型多結晶シヲプン層１２Ｃ−
接触したバリアメタル層１ｓおよびその上に積層された
電極材料層１ｄからなるカソード電極１＃が形成されて
いる。ただし、鳳　臘多結晶Ｖツツン層１ｊの不純物機
度が高いため、バリアメタル層１−との接触具面直ニジ
重ットキーパツアが形成宴れず、従って、カソード電極
Ｕと−１多結晶Ｖ５コン層１２との間には実質的なオー
ミック接触が形成されている。この結果、この実施例に
おいても第２図同様の等価回路上書−示される８ＢＤが
構成されている。

上記実施例の８ＢＤは、例えば次のように製造すること
ができる。まず、シラン（８１１（４）とフォスフイン
（ＰＨ４）またはアルシン（ムｓＨ，）との混合ガスを
ＳＯＯ〜８００℃で熱分解するＣＶＤ法により、絶縁物
層１１の全面に不純物として１０　／ａの燐または砒素
を含む膜厚３０００〜４０００ＸΦ高濃度ｎ＋型多結晶
シップｙ層を堆積した後、プラズマエツチングにより不
要部分を除去して島状の鳳型多結晶シリコン層１２を形
成する。続いて、９００〜１０００℃の酸化雰囲気中で
多結晶シリコン層１ｊの表面を酸化して、膜厚的１ｏｏ
ｏ　１の熱酸化８！０．膜１５を形成する０次いで、写
真蝕刻法により、熱酸化８１０．膜１３に鵬　型多結晶
シリプｙ層１２と朧−蓋多結晶Ｖリコｙ層１４との接触
を形成するための開孔部を形成した後、ｂ４ｍ多結多結
晶シソ１フ のＣＶＤ法により１０／ａｍ！度の燐または砒素を含む
膜厚１０００〜ｚｏｏｏｌの低濃度鳳ー型多結晶ｖｇフ
ン層を堆積し、これをプラズマエツチングによりパター
ンエングして島状のＩｍ−蓋多結晶シリプン層１４を形
成する０次に，写真蝕刻法により熱酸化８１０，膜１３
にカソード電極取出用の開孔部を形成した後、スパッタ
ーガンまたはエレクトリックガン等の薫着装置値二より
バリアメタル４Ｊｊおよび電極材料層１＃を順次全面に
蒸着し、続いてこれをパターンエングすることにより１
ノード電極１１およびカソード電極１＃を形成する．最
後にバリアメタル層１１と罵−臘多結晶Ｖリコン層１４
および１１＋型多結晶ｖ９ブン層１２との接触を安定化
するために、例えばＳＯＯ℃の窒素ガス雰囲気中で１０
分１度の熱処理を行なって第３図の８１Ｄを得る。

上記実施例の半導体装置では、素子を形成したシリコン
基板の表面を被覆する絶縁物層上に設けた多結晶シリコ
ン層に％８ＢＤを形成した結果，素子が三次元的に配置
されることとなり、従って、装置の集積度を向上するこ
とができる。

また、８ＢＤと他の素子とは絶縁物層１１で分離されて
いるから、畜生容量が生じることもなく，従って装置の
高速動作を達成することができる。しかも、多結晶シリ
コン層は比較的低温で形成することができるから、絶縁
物層１１下のシリコン基板に形成された素子の特性が損
われることもない。

ところで、不純物ドープされた多結晶Ｖ９コン層のシー
ト抵抗は一般に同濃度の不純物ドープ単結晶シリコン層
のＶ−）抵抗よりも数倍高いから、多結晶シリコン層に
形成された８ＢＤでは、特にν目ットキーパリアが形成
されている低湊度多結晶シツコン領域（上記実施例でい
えば１１″′″蓋多結晶シリブｙ層１４のシリーズ抵抗
のために順方向特性における電流の伸びが従来の畠ＢＤ
に比較してかなり小さくなり、大電流領域で使用できな
くなることが懸念される。

しかし、上記実施例のようにνプツトキーパリアを形成
するための鳳−型多結晶シリコｙ層１４をカソード電極
を取り出すためのｍ１ｌｌｌ多結晶シツコｙ層１１に．
に積層した構造こおいては、鳳−型多結晶＆５コｙ層１
４の膜厚を薄くすることによりそのりリーズ抵抗が略無
視できる程度にすることが出来る。この結果，上記実施
例の半導体装置に形成された８ＢＤは多結晶シリコン層
に形成されているにもかかわらず第４図の特性図に示す
ように単結晶シリコン層シー形我された従来の８ＢＤと
略同等の順方向特性を得ることができる。同図において
、実線で示す曲線ムは上記実施例償二おける８ＢＤの特
性曲線であり、破線で示す曲線Ｂは従来の８ＢＤの特性
曲線である。

なお、第４図Ｃ二示すように上記実施例の８ＢＤはその
逆方向特性においても従来の８ＢＤと同等の特性を有す
る．そして、既述のように多結晶シリコン層に形成され
た８ＢＤは従来知られていなかったから、多結晶シリコ
ン層を用いた４合鑑二もこのような逆方向特性が得られ
ることは発明者らにとっても予想外の結果であった。

ただし、多結晶シリコン層により８ＢＤを形成するため
直二は、上記実施例にも示したように、バリアメタル１
−との間でＶ１１ットキーパツアを形成するｎ″′″ｍ
′″ｍ領域濃度を単結晶、シリコン層の場合よりも低く
する必要がある。

即ち、単結晶シリコン層を用いて８ＢＤを形成する場合
には当該領域の不純物濃度は１０　〜１０　／１が望ま
しいのに対して、多結晶シリコン層の場合には１０　〜
ＩＱ／ｍとするのが望ましい．これは多結晶Ｖリコン層
内の不純物分布が不均一になり易いため、従来の８ＢＤ
と同じ不純物濃度とした場合書＝は局部的に高濃度領域
が形成される結果、その部分にはＶヨットキーパツアが
形成されなくなってしまうからである。

第５図は上記実施例の応用例を示す断面図である。この
応用例においては８１０，膜ＩＪに設けられた開孔部を
介して鳳　型多結晶Ｖ９プン層に接触した４つのａ−［
９多結晶Ｖ９コン層１４゜〜１４４が設けられ、その各
々Ｃニアノード電極ＩＰ、〜１１４が形成されている。

その他の構――−−−■−婦■■−岡−−− 成は第３図の実施例と同様である。このような構成とす
ることにより、第６図の等価回路に示すようにカソード
を共通とした８ＢＤの４出力端子構造を容易に得ること
ができる。

第７因はｐ＋型多結晶シリプン層１１’およびｐ″′″
麗多結晶シツコン層１４，１〜１４４１を用いた第５ｍ
１ｌｌｌＩｉ＆の応用例である。この場合檻−はカソー
ド電極Ｌ！、〜１８．とｐ−型多結晶シリコｙ層１４１
１〜１４４′と０間にν璽ットキーパリアが形成され、
アノード電極ＩＴとｐｍ、多結晶シリプン層１２°との
間はオーミック接触力ｉ形成されることになる。この結
果、第８図の等価−略図に示すように、アノードを共通
とした４人力の８ＢＤ端子構造が容易ζ；得られる。

なお、上記の実施側御よび応用例におけるパラアメタル
ＩＩとしては例えばム！、ムｊ−Ｃｕ。

ムト４Ｍ、ムＪ−８ｉ−Ｃ蓋、Ｐｉ％Ｔ艦、Ｗ。

Ｍ・、Ｎ１等、多結晶シブコン層との間にＶ望ットキー
パリアを形成する金属なら何を用いてもよい。他方、電
極材料としてはＡｊを用いるのが好ましい。又、８１基
板上の絶縁膜、さらに高濃度Ｐａ１ｙを被覆する絶縁膜
は、８１０ｔでなくとも８１．Ｎ４ポリイミド等を用い
てもよい。

以上詳述したように、本発明によれば絶縁物層上に設け
た多結晶シリコン層にシプットキーパリアダイオードを
形成することにより集積度の向上および高速動作化を達
成した半導体装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はバイポーラ集積回路内に組み込んで形成された
８ＢＤの１例を示す断面図であり、第２図はその等価回
路図、第３図は本発明の１実施例になる半導体装置の断
面図、第４図は第一３図の実施例になる８ＢＤの特性を
従来の８ＢＤの特性と比較して示す線図、第す図は本発
明の応用例を示す断面図であり、第６図はその等価回路
図、第７図は本発明の他の応用例を示す断面図であり、
第８図はその等価回路図である・１１・・・絶縁物層、
１２・・・ｔｌｉ多結晶ｖ９プン層、１３−ＪｌｌＯ，
膜（絶縁物層）、１４．ｕ。 〜Ｊ４．−”−鳳　型多結晶シツプン層、１１・・・パ
ブアメタル層、ｆｇ−・電極材料層、ｆＦ、□１〜Ｊ　
ｆ　４＊−・アノード電極、υ、Ｉｇ、〜１１゜−・★
ソード電極、１ｊ″−ν　型多結晶シリプン層、１４１
１−１４４′・・す″″臘多結晶シヅプン層。 出願人代遜人　　弁理士　鈴　江　武　彦第２図 第７図 第８図 −３９：

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶縁物層上に形成された不純物濃度の高い１導電置の高
   一度多結晶Ｖ５コン層と、咳高濃闇多結晶Ｖ５フン層の
   一部に接触して積層された不純物濃度の低い同導電麗の
   低湊度多結晶シリブン層と、鋏低淡度多結晶シリコン層
   との接触界−にνプツトキーパリアを形成して設けられ
   た電極と、ｌＩ記高濃度多結晶シリコン層Ｃニオ−ミッ
   クＩＩ＠１．て設けられた電極とを具備したことを特徴
   とする半導体装置。