JPS6128236B2 - - Google Patents

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JPS6128236B2
JPS6128236B2 JP52023594A JP2359477A JPS6128236B2 JP S6128236 B2 JPS6128236 B2 JP S6128236B2 JP 52023594 A JP52023594 A JP 52023594A JP 2359477 A JP2359477 A JP 2359477A JP S6128236 B2 JPS6128236 B2 JP S6128236B2
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JP
Japan
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polysilicon
diode
circuit
junction
region
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JP52023594A
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JPS53108776A (en
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Keimei Mikoshiba
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to US05/882,766 priority patent/US4227203A/en
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Publication of JPS6128236B2 publication Critical patent/JPS6128236B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P32/00Diffusion of dopants within, into or out of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P32/10Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers
    • H10P32/17Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers characterised by the semiconductor material
    • H10P32/171Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers characterised by the semiconductor material being group IV material
    • 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
    • H10D62/40Crystalline structures
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/60Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D10/00 or H10D18/00, e.g. integration of BJTs
    • H10D84/65Integrated injection logic
    • HELECTRICITY
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    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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    • H10P32/1414Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers within a single semiconductor body or layer in a solid phase; between different semiconductor bodies or layers, both in a solid phase from or through or into an external applied layer, e.g. photoresist or nitride layers the applied layer being silicon, silicide or SIPOS, e.g. polysilicon or porous silicon
    • 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
    • Y10S257/00Active solid-state devices, e.g. transistors, solid-state diodes
    • Y10S257/926Elongated lead extending axially through another elongated lead

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  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置に関し、特に多結晶半導体
膜中にP―N接合を有する半導体装置の製造方法
に関する。
論理回路の性能指数を表わす1つに電力・速度
積がある。これは回路電圧、論理振巾電圧それに
回路容量の3つの積に比例し、より小さいことが
望ましい。従来より、この電力・速度積を改善す
る一手段として、シヨツトキ・バリアダイオード
を用いて論理振巾を減少させる方法が用いられて
きた。その1例としてシヨツトキ・I2L(インテ
グレーテツド・インジエクシヨン・ロジツク)が
開発されている。しかしI2Lとシヨツトキ・ダイ
オードを組み合せることは、製造上容易なことで
はない。なぜなら、I2Lのコレクタが集積回路の
構造上、高不純物濃度になるため、そのコレクタ
領域上においてシヨツトキ・バリアが形成され難
いためである。そのために、高エネルギーのイオ
ン注入によりベースを形成し、コレクタ領域の表
面濃度を下げる試みがなされているが、この様な
方法だとNPNトランジスタのT(高域遮断周波
数)を高くすることが困難で、結果的にはシヨツ
トキ・バリア・ダイオードを用いた利点が失なわ
れてしまう欠点がある。
本発明の目的は、上述のシヨツトキ―ダイオー
ドの代りに、製造が容易なダイオード構造を有す
る半導体装置の製造方法を提供することである。
本発明の目的はI2L集積回路に用いて好適な半
導体装置の製造方法を提供することである。
本発明の半導体装置の製造方法は、第一導電型
の単結晶半導体領域上にこれよりも不純物濃度の
低い第二導電型の多結晶半導体膜を形成し、この
多結晶半導体膜中に単結晶半導体領域から第一導
電型の不純物を拡散させてP―N接合部を形成す
ることを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、I2L
集積回路の高濃度コレクタ領域上に逆導電型のよ
り低濃度の多結晶シリコン膜を例えばエピタキシ
ヤル成長にて形成して、熱処理することによりコ
レクタ領域の高濃度不純物が上部の低濃度の多結
晶シリコン膜中に拡散導入されるために、シリコ
ン膜中においてP―N接合部が形成されることに
なる。この様にP―N接合ダイオードが容易に形
成されると共にこのP―N接合ダイオードでは後
述するように普通のP―N接合ダイオードの順方
向電圧よりも小さくなるので、I2L回路の論理振
巾を下げることができることになり、回路の電
力・速度積を改善することも可能となる。
以下本発明をより良く理解するために図面を参
照して説明する。
第1図は多結晶シリコン中にP―N接合を作る
従来例の断面図を示し、図において、シリコン基
板1上に絶縁膜2を形成し、その上に1導電型の
多結晶シリコン層3を被着する。その多結晶シリ
コン層3に選択的に不純物を拡散して逆導電領域
4を形成する。この領域4の境界がP―N接合面
5となる。
第1図の方法では、ポリシリコン膜厚のバラツ
キおよびポリシリコン中の不純物拡散係数が大き
いことなどから、P―N接合5を膜の中に安定に
作ることは困難である。
第2図は多結晶シリコン中にP―N接合を作る
他の従来例の断面図を示し、図においてシリコン
基板1上に絶縁膜2を形成し、その上に1導電型
の多結晶シリコン層3を被着する。その多結晶シ
リコン層3に不純物を選択的に、絶縁物2に達す
るまで拡散して、逆導電型領域4′を形成する。
この領域4′の側面5′がP―N接合面を形成する
ことになる。
この方法では第1図の欠点が解決されるものの
P―n接合の接合面積が減少し電流密度が増加す
るため、順方向電圧が高くなるという欠点を持
つ。
またポリシリコン中のP―N接合ダイオードは
リーク電流がきわめて多く、それ故に一般のシリ
コン・ダイオードに比べ小さな順方向電圧を持つ
ことが特性であり、この特長により論理回路の論
理振巾を下げることが可能になるのであるが、第
2図の方法はこの特長を失なわせる危険性を持つ
ている。
第3図に本発明によるポリシリ・ダイオードの
基本断面図を示す。図においてリンを含むN+
のシリコン領域30の上にポリシリコン薄膜31
は気相成長されている。ポリシリコン薄膜31は
気相成長時に不純物としてボロンがドープされる
か、或いは成長後に熱拡散又はイオン注入により
ボロンがドープされる。ポリシリコン中のボロン
濃度は、シリコン30中のリン濃度より低くなる
ようにする。そうすることにより、熱処理中にシ
リコン中のリンがポリシリコン中に拡散して行
き、ポリシリコン内部にP―N接合32が形成さ
れる。この方法の特長はボロン濃度がリン濃度よ
り低ければ確実にポリシリコン中にダイオードが
形成される所にある。又ポリシリコン薄膜の膜厚
のバラツキに対しても安定である。又接合面積も
十分広くすることができるから、ポリシリコン・
ダイオードの順方向電圧を通常のシリコン・ダイ
オードより下げることが容易である。第4図に本
発明により得られたポリシリコン・ダイオードの
順方向特性を、通常のシリコン・ダイオードのそ
れと比較して示す。図から分るようにポリシリコ
ン・ダイオードの順方向電圧が電流の減少と共に
減少していることがわかる。例えば順方向電流と
して10-4A流した場合シリコンダイオードでは約
0.7Vの順方向電圧に対し、本発明のポリシリコ
ン・ダイオードのそれは0.4Vを示すことがわか
る。
次に、第5図に本発明のポリシリコン・ダイオ
ードを用いた場合のI2L集積回路の断面図を示
す。図においてI2Lの構造は最も一般的なものを
例に取つているが、他の構造のものにたいしても
ポリシリ・ダイオードを適用することはもち論可
能である。
N+型のシリコン基板8上にN型のエピタキシ
ヤル層9が形成され、不純物を選択的に拡散して
P型の領域10,10′が形成されている。P型
領域10に更に不純物を選択的に拡散してN+
域11,11′が形成される。そしてこの装置の
表面上に絶縁膜12が形成されそれぞれの領域1
0,10′,11及び11′にコンタクトをとるた
めの開孔13,14,15及び15′が設けられ
る。全面に多結晶シリコン層16を被着して、上
記コンタクト領域を残して選択的に多結晶シリコ
ン層16をエツチングする。このシリコン層16
にはあらかじめボロンを導入してP型としておけ
ば、エピタキシヤル成長時の熱処理はその後の熱
処理によりN+型のコレクタ領域11,11′の不
純物が低濃度のP型シリコン層に拡散して第3図
に示した様なP―N接合面が形成されることにな
る。このP―N接合部がポリシリコン・ダイオー
ドとして用いられる。そしてこの多結晶シリコン
上に電極取り出しのためのアルミニウムを被着し
てI2L回路が完成される。
多結晶シリコン層16の選択エツチングの方法
としては、シリコン層16上に配線用のアルミニ
ウム形成後、アルミニウムの選択エツチングを行
つてから、そのアルミニウムをマスクとしてポリ
シリコン層16のエツチングを行つてもよい。
その結果、P型領域10,10′とポリシリコ
ン16とのコンタクト部では抵抗性コンタクトが
N+型のコレクタ領域15,15′とシリコン16
とのコンタクト部でP―N接合が形成される。
第6図に第5図により得られる等価回路図を示
し、第5図と同等部分は同一符号を示す。すなわ
ちインバータトランジスタ50はマルチコレクタ
構成であり、エミツタはシリコン基板8、ベース
はP型領域10、コレクタはN+型領域11,1
1′にそれぞれ相当する。コレクタ領域10,1
0′はシリコン16とのコンタクト15,15′を
介して、シリコン16中のP―N接合ダイオード
18,18′を通して、引き出し電極17,1
7′にそれぞれ接続されていることになる。トラ
ンジスタ50のベース領域10はベースコンタク
ト13に接続されておりこのコンタクトがI2L回
路の入力となる。インジエクシヨン・トランジス
タ51はラテラル構造であり、N+領域9及びN
領域8がベース、P領域10がコレクタ、N領域
10′がエミツタとなり、そのエミツタ領域1
0′はエミツタコンタクト14に接続され、電源
(図示しない)が印加される。
こゝで、第6図の回路において、例えば、ポリ
シリコンダイオード18のアノード出力が次段の
I2Lインバータ回路(第6図の回路と全く同一の
回路構成とする)の入力端子13に接続されてい
るとして、第6図の回路の特徴を説明する。今、
ベース入力に高レベルの信号が印加されたとき、
インバータトランジスタ50は導通し飽和状態と
なる。従つて、出力端子17(次段入力端13)
ではVOL=VCE+VPなる電圧が発生する。こゝ
でVCE(S)はトランジスタ50のコレクタ・エミ
ツタ間飽和電圧VPはポリシリコンダイオードの
順方向電圧を示す。このVOLなる電圧は次段回路
のインバータトランジスタを遮断状態にする電圧
レベルすなわち低レベルとなる必要があるため、
OL<VBE(トランジスタ50のベース・エミツ
タ間電圧)なる関係が満足されゝば充分である。
従つてポリシリコンダイオード18のVPは、VP
<VBE−VCE(S)なる値を取ればよいことは明白
である。こゝでVBEは約0.7V,VCE(S)は約0.1V
であるからVPは0.6V以下であればよいことにな
り、これは、本発明のポリシリコンダイオードの
順方向特性を示す第4図により明らかに満足され
ていることが分かる。
こゝで、第6図のインジエクシヨントランジス
タ51のエミツタに加える電源電圧をVBEとした
場合、I2L回路の高レベルはVBEとなるから第6
図の回路の入出力伝達特性は、第7図に示す実線
で表わされ、通常のI2L回路のそれは、一点鎖線
で表わされることになる。
第7図及び上記説明から明らかな様に、本発明
のポリシリコンダイオードを用いたI2L回路にお
いては、高レベルがVBE、低レベルが(VCE(S)
+VP)であるから、論理振巾はVBE−(VCE(S)
+VP)となり、一方通常のI2L回路ではVBE−V
CE(S)となる。従つて、本発明により論理振巾が
Pだけ小さくなり上述の電力・速度積が小とな
り、回数の性能が向上することになる。
尚、上述の如く、論理振巾がVPだけ減少する
から当然雑音余裕度も低下するが、一般にI2L回
路等のバイポーラ・トランジスタ論理回路では、
100mV以上の論理振巾があれば良いことから、 VBE(VCE(S)+VP)≧100mV となり、こゝでVBE≒700mV,VCE(S)≒OV
あるから、VP≦600mVであればよいことにな
る。これは、第4図により充分満足しうる値であ
る。
この様に本発明のポリシリコンダイオードは、
簡単な製法により得られ、かつI2L回路に適用す
れば、電力・速度積を著しく改善することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1、2図は従来のポリシリコンダイオードの
断面図、第3図は、本発明の一実施例を示す断面
図、第4図は本発明によるポリシリコンダイオー
ドと通常のシリコンダイオードの順方向特性図、
第5図は本発明のポリシリコンダイオードを用い
たI2L回路の断面図、第6図は第5図の等価回路
図、第7図は、第5図の回路の入出力伝達特性を
説明する図である。 図において30はシリコン基板、31はポリシ
リコン、32はPN接合をそれぞれ示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 第一導電型の単結晶半導体領域上に、この単
    結晶半導体領域表面の不純物濃度より低濃度の第
    二導電型の多結晶半導体膜を形成し、前記単結晶
    半導体領域から前記多結晶半導体膜中に第一導電
    型の不純物を拡散して多結晶半導体膜中にP―N
    接合を形成することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
JP2359477A 1977-03-04 1977-03-04 Semiconductor device Granted JPS53108776A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2359477A JPS53108776A (en) 1977-03-04 1977-03-04 Semiconductor device
US05/882,766 US4227203A (en) 1977-03-04 1978-03-02 Semiconductor device having a polycrystalline silicon diode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2359477A JPS53108776A (en) 1977-03-04 1977-03-04 Semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS53108776A JPS53108776A (en) 1978-09-21
JPS6128236B2 true JPS6128236B2 (ja) 1986-06-28

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ID=12114903

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JP2359477A Granted JPS53108776A (en) 1977-03-04 1977-03-04 Semiconductor device

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JPS53108776A (en) 1978-09-21

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