JP2504733B2 - 集積回路およびその製造方法 - Google Patents

集積回路およびその製造方法

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JP2504733B2 JP381683A JP381683A JP2504733B2 JP 2504733 B2 JP2504733 B2 JP 2504733B2 JP 381683 A JP381683 A JP 381683A JP 381683 A JP381683 A JP 381683A JP 2504733 B2 JP2504733 B2 JP 2504733B2
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    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は集積回路の製造方法に関し、特に回路構成要
素の一部にショットキーバリアダイオードを有する集積
回路の製造方法に係わるものである。
半導体集積回路の有用性は言うまでもなく、特にシリ
コン半導体を用いた集積回路の進展が著しい。現在では
さらに高集積化を行ない回路動作をより高速化するため
の構造やプロセスの開発が強く望まれている。そのため
の代表的なものはポリシリコンを用いた構造であり、プ
ロセスである。これらの集積回路は例えばPSA(Polysil
icon Self-Alignment)およびSST(Super-Self-aligned
process Technology)などと呼ばれる構造やプロセス
によって作られている。一方回路構成要素には少なから
ずダイオードがその要素の1つとして作り付けられてい
る。例えばバイポーラ高集積回路(LSI)などでは第1
図(I)に示したようなI2L(Integrated-Injection L
ogic)と呼ばれる論理回路が知られており、又第1図
(II)に示したようなバイポーラメモリ回路も増加して
きた。これらの回路のダイオードには高速動作を達成す
るためショットキーバリアダイオードが用いられる。シ
ョットキーバリアダイオードを作り付けるためには、単
結晶シリコン基板の所定の部分にイオン注入し、ショッ
トキーバリアメタルを付着させて形成する方法が従来一
般的に行なわれていた。しかし、そのためには前述のよ
うなPSA、SSTで用いられた基板表面上に設けられたポリ
シリコン膜を選択的に蝕刻しなければならない。したが
って複雑な工程を必要としていた。そこで、PSA、SSTで
用いられたポリシリコン膜を有効に利用すべく該ポリシ
リコン膜上にショットキーダイオードを形成する試みが
行われたが、順方向電流立上り電圧(VF)が不安定であ
り、逆方向の耐圧が小さいことやリーク電流が著しく大
きいことなどから、通常のポリシリコンショットキーダ
イオードは使用不可能であった。その主な原因はポリシ
リコン中に高濃度の欠陥が存在するため欠陥濃度と同程
度の不純物をポリシリコン中に導入しても十分活性化さ
れないことやトラップされ方が不安定なためであった。
本発明の目的は上記欠点を有するショットキーダイオ
ードの形成方法を改良した集積回路の製造方法を提供す
ることにある。
ところで、1017〜1018cm-3の不純物濃度のポリシリコ
ン膜を水素プラズマアニールすると著しく抵抗率が変化
すると言う結果が電子通信学会技術研究報告書(SSD80-
26)に報告されている。この現象は活性化された水素が
バンドギャップ内の欠陥準位を不活性化するため(同SS
D80-26)と考えられている。又、Al-polySi-Al電極構造
をプラズマアニールするとショットキーバリアが生成さ
れる結果が報告されている。しかしながら、プラズマア
ニールされるのはAl電極直下のpolySiではなくAl-polyS
i-Alプレーナ構造の露出したpoly-Siと考えられ、Al-po
lySi接触がショットキー接触となるのかは不明な部分が
多く、また我々の実験でも再現性に乏しいものであった 我々は詳細な研究により、ポリシリコン膜中に水素原
子を導入し、母体シリコンと結合させることにより欠陥
が低減できることが認めた。又、導入水素原子は他の不
純物の動きを活性化する作用を持ち合せ、拡散を容易な
らしめ、より安定な位置に配置させるため、不純物の活
性化率(導入不純物に対する活性不純物)を高め、かつ
安定化が行なわれることを認めた。
良好なショットキーダイオードを達成するためには少
なくともショットキーメタルと接触するポリシリコン膜
表面の欠陥準位を不活性化する必要があり、ショットキ
ー電極直下のポリシリコン膜表面は水素を含む必要があ
り、シリコンと結合にあずかる水素原子の濃度として1
%以上導入する必要があることが判明した。又、逆に高
濃度に水素原子を導入すると水素の集合体を作りやす
く、かえって不都合をきたすので、水素原子の表面濃度
として20%以下に抑える必要があることが判明した。こ
のような過不足なくシリコンと結合にあずかる濃度の水
素原子が導入された場合、ダイオードの直列抵抗を小さ
くする不純物濃度の制御が容易であり、1017〜1018cm-3
の濃度範囲でデバイスに応じた任意の値が設計可能とな
った。n形不純物の過乗電子とシリコンの未結合手との
相互作用が起こるためか、特にリンドープしたポリシリ
コンに対しては極めて著しい効果が見られた。水素原子
によりシリコンの未結合手を補償すると、不純物との相
互作用がなくなり不純物の活性化率が高まるものと考え
られる。
一方、良好なショットキーダイオードを達成するには
ポリシリコンとショットキーメタルをわずかに合金化さ
せることが必要であることも判明した。ただし、通常単
結晶シリコンで行なわれている500℃以上の合金化では
ポリシリコン膜に導入した水素の離脱が起こるためダイ
オード特性の改善が弱い。300℃〜500℃で多少合金化時
間を長くして行なうことや、メタル付着時に300℃〜500
℃に基板を昇温して行なった場合にダイオード特性の改
善が著しいものであった。以上のような種々の検討の結
果伝導不純物と水素原子とを含むポリシリコン膜に形成
したショットキーダイオードは再現性、安定性がよく有
用であることが判明した。また、この水素の導入方法
は、水素化物の不純物ソースを用い非質量分離でイオン
注入することが、工程の簡略化のみならず不純物のポリ
シリコン中での活性化を促進することができることも判
明した。
本発明はこれ等の研究にもとずきなされたものであ
り、本発明によれば、ショットキーダイオードが形成さ
れる領域に、不純物濃度1017〜1018cm-3の不純物と水素
をイオン注入させたポリシリコン膜を300℃〜500℃に加
熱状態とし、ショットキーバリアメタルを付着させてシ
ョットキーバリアダイオードを形成することを特徴とす
る集積回路の製造方法が得られる。
また、ポリシリコン膜中に不純物と水素をイオン注入
する方法が、水素化物のソースを用い、非質量分離によ
り、不純物と水素を同時にイオン注入することを特徴と
する集積回路の製造方法が得られる。
以下本発明の詳細を図面を用いて説明する。まず第2
図(I)〜(V)を用いて、対比のために従来のショッ
トキーダイオードを有する集積回路の製造方法を説明す
る。
シリコン結晶基板にトランジスタ部20とダイオード部
21とが設けられている。工程(I)において、トランジ
スタ部には2000ÅのSiO2204、Bをドープしたベース20
1、Asをドープしたエミッタ202およびコレクターコンタ
クト用にPドープされたn+層203が設けられている。
SiO2204上にポリシリコン23が1000Å形成され、さら
にSiO222を2000Å形成する。ダイオード部21では、上記
SiO222とポリシリコン23はエッチングされ窓が設けられ
た。工程(II)において、ダイオード部21の窓に露出し
ているポリシリコン23を酸化させ側面酸化層24を形成す
る。側面酸化層24とポリシリコン23上のSiO22はショッ
トキーバリアメタルとして用いるPtとポリシリコン23と
の反応を防止するために設けるものである。工程(II
I)において、ダイオード部21の下地SiO2204をエッチン
グする。この下地SiO2204は完全に除去してもよいが、
イオン注入のバッファー効果を持たせるため数百Å程度
残し、バッファー層25とする場合もある。工程(IV)に
おいて、ダイオード部21にAs26を所望の濃度イオン注入
し注入層27を設ける。不純物の活性化熱処理を900℃20
分行った後バッファー層25を除去する。工程(V)にお
いて、Ptを200Å付着させ500℃N2ガス中で10分間合金化
し、ショットキーバリアダイオード28を形成する。さら
にTi、W、Alなどのメタルを付着させた後必要部分以外
のこれらのメタルやSiO222およびポリシリコン23を除去
して、集積回路の全体を作成する。上述のように安定な
ショットキーダイオードを作るためには、ショットキー
バリアはシリコン基板上に設けなければならず、それゆ
え工程も繁雑となる。
一方、本発明の実施例を詳細に説明するために第3図
(I)〜(III)を用いて説明する。
実施例1 シリコン結晶基板に設けられたトランジスタ部30は従
来周知の方法と同様に形成した。ポリシリコン膜に設け
られるダイオード部31では、片側電極にシリコン基板を
用いる場合はSiO2304に窓を設ける。ポリシリコン膜自
体で配線する場合は窓は必要でない。工程(I)におい
て、ポリシリコン膜33上にSiO232を設け、ダイオード部
31以外はマスクし、イオン注入時及びPtメタル付着時に
選択性を持たせる。ポリシリコンとPtの合金はエッチン
グ出来ないので、SiO2マスクは重要である。ただし、イ
オン注入時のバッファー効果を持たせるためダイオード
部のSiO2も多少残す場合もある。工程(II)において、
ダイオード部31のポリシリコン33にAsを所望の濃度イオ
ン注入する。不純物の活性化熱処理を930℃で25分行っ
た。さらに同一ダイオード部31に水素を加速電圧80Ke
V、ドーズ量約1017cm-2、イオン注入した。水素の表面
濃度は15%であった。工程(III)において、Ptを付着
に先立ち、基板温度を380℃に20分保ち、その後Ptを300
Å付着させ、しかる後400℃で15分保ち、Ptを合金化し
ショットキーダイオードを形成した。上記のごとく、昇
温可能な蒸着装置にてPtを形成した場合に特にダイオー
ド特性が良好であった。最終的には、Ti、W、Alなどの
メタルを付着させることや必要以外のこれらのメタル
や、SiO232およびポリシリコン33を除去してショットキ
ーダイオード38を作成することは従来と同様である。し
かし、上述のごとくポリシリコン33上にショットキーダ
イオードを作る本方法は著しく工程が簡素化され、工業
的に重要である。さらに不純物と水素とをイオン注入し
たダイオードは順方向電流立上り電圧(VF)の設計が容
易であり、又VF値の安定性が優れている。又リーク電流
が小さく逆方向の耐圧が増加した。これは、不純物と水
素がイオン注入されたポリシリコン膜上にショットキー
バリアメタルを形成する際の工程温度が380℃〜400℃
と、従来水素の導入効果が消失するといわれている温度
でもその効果が維持できることを見いだしたものであ
る。前述の水素の表面濃度が15%であったのが、桁違い
に減少するが、ポリシリコン膜の補償ばかりでなく、不
純物の活性化およびショットキーバリアメタルの合金化
を促進させた効果と考えられる。
実施例2 他の実施例を第3図を用いて説明する。シリコン結晶
基板にトランジスタ部30が設けられている。工程(I)
において、ポリシリコン膜33を1000Å新たに堆積させ、
さらにSiO232を2000Å堆積させた。このポリシリコン膜
33のダイオード部31にPをイオン注入する。Pのソース
はPH3で非質量分離法で注入しドーズ量は約1012cm-2
した。従来のようにPのみを質量分離してPイオンを注
入するのではなく、PイオンとHイオンとも発生したイ
オンを質量分離することはなく、非質量分離で注入し
た。Hのドーズ量はイオン化率が高いため約1015cm-2
得られた。加速電圧70KeVで打ち込みを行った。不純物
活性化熱処理を400℃で8時間行った。水素の表面濃度
は5%であった。これにより、電極となるポリシリコン
部分の接触抵抗、直列抵抗が減少し特性が向上した。工
程(II)は省き、工程(III)として、Ptを300Å付着
し、N2中で400℃15分間合金化してPtシリサイド層を形
成した。他に、Ti、W、Alなどの配線や不用部分のSiO2
32やポリシリコン33を除去した。上述のごとくイオン注
入時に水素化物のイオンソースガスを用いることは著し
く工程を簡素化するばかりでなく、良好なポリシリコン
ショットキーダイオードの作成を可能ならしめるため、
集積回路製造に重要な技術である。
【図面の簡単な説明】
第1図(I)、(II)はダイオードを有する集積回路を
説明するための基本回路図、第2図(I)〜(V)はシ
ョットキーダイオードを有する集積回路の従来の工程を
説明するための図、第3図(I)〜(III)は本発明の
ショットキーダイオードを有する集積回路の製造方法を
説明するための図を示す。 第2図、第3図において、20、30はトランジスター部、
201はトランジスタのベース領域、202はエッタ領域、20
3はコレクタコンタクト領域であり、21、31はダイオー
ド部であり、204、22、304、32はSiO2であり、23、33は
ポリシリコン膜であり、24は側面酸化層、25はSiO2のエ
ッチング残層、27はイオン注入層であり、26、306はイ
オン注入を模式的に示したものであり、28、38は白金シ
ョットキーダイオードである。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ショットキーダイオードが形成される領域
    に、不純物濃度1017〜1018cm-3の不純物と水素をイオン
    注入させたポリシリコン膜上に300℃〜500℃の加熱状態
    でショットキーバリアメタルを付着させてショットキー
    ダイオードを形成することを特徴とする集積回路の製造
    方法。
  2. 【請求項2】ポリシリコン膜中に不純物と水素をイオン
    注入する方法が水素化物のソースを用い、非質量分離に
    より、不純物と水素を同時にイオン注入することを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の集積回路の製造方
    法。
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個体物理15〔7〕(昭和55−7−15)P.48−52
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