JP3983671B2 - ショットキーダイオード - Google Patents

Description

本発明は、ＣＭＯＳプロセスの観点から製造可能なショットキーダイオードに関する。

ある金属層が、弱い導電性を有するようにドープされた半導体材料に表面コンタクトとして付与される場合、荷電粒子に関して濃縮されたか、または空乏の層が、使用された材料の種類に応じて、半導体材料のうちの金属に近接したエッジ領域に形成される。空乏エッジ層については、こうして得られた金属と半導体とのコンタクトは、半導体材料のｐｎ接合と同様の特性を有する。このようなダイオード型の金属と半導体とのコンタクトは、Ｗ．Ｓｃｈｏｔｔｋｙによって研究されており、それゆえショットキーダイオードと呼ばれる。

ショットキーダイオードは、高い抵抗を特徴とする逆方向と、印加された電圧の極性に応じてショットキーダイオードが動作され得る順方向とを有する。ショットキーダイオードは、ｐｎ接合を有する従来型のダイオードのような電流の遮断能力を持たないが、それでもなお弱い順方向電圧に対して優れた特徴を示す。それゆえ、ショットキーダイオードは、ＣＭＯＳ技術と同様に、特に高周波回路の用途において必要とされている。しかし、ＣＭＯＳプロセスの観点からショットキーダイオードを製造することは困難である。なぜなら、一般的に利用可能な半導体の層はショットキーダイオードに対して高ドープすぎるからである。

ＣＭＯＳプロセスの観点からは、トランジスターの製造のために、通常のｐ導電の半導体本体あるいは基板中に、互いに相補的なドープウェルが製造される。ｎ型ドープウェルは基板の半導体材料内に配置される。一方、ｐ型ドープウェルはｎ型ドープウェル内に配置される。ドープウェルの占める体積は、どんな場合でも基板の上面まで拡がる。ウェルの界面の上部エッジ、すなわち、基板の上面においては、半導体材料の酸化によって、または、いわゆるＳＴＩ領域（浅いトレンチ分離（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｉｏｎ））として絶縁領域が形成される。そして、基板の上面においてウェルを互いに分離する。ウェルの電気接続のためには金属コンタクトが付与される。その金属コンタクトは、コンタクトホールの充填（ビア）、すなわち、ウェル上の誘電層をエッチングして形成したコンタクトホールの金属充填（ビアホール）によって、好ましくは形成される。そのコンタクトの金属と半導体材料との間の低インピーダンス接合を得るために、ウェル中に形成され、かつ、導電率の符号が等しい、高ドープコンタクト領域に、そのコンタクトが付与される。

ＵＳ４，８７４，７１４は、ＣＭＯＳプロセスの観点から、ショットキーダイオードを製造する方法を記載している。ｎ型に低ドープされた半導体材料上のショットキーダイオードとしてのシリサイド半導体接合は、半導体本体の上面上のスペーサーによって、低インピーダンス金属半導体コンタクトから絶縁されている。

ＤＥ １９８ ２４ ４１７ Ａ１は、低インピーダンスｎ導電層がｎ型ウェルの内部に存在する集積可能なショットキーダイオードについて記載している。その導電層にはショットキーコンタクトが提供され、ガードリングによって囲われている。ショットキーコンタクトは中央のｐｎ接合の周囲のリングとして配置されている。

ＪＰ ２０００１７４２９３は、半導体材料上のチタンシリサイドがショットキーダイオードを形成するのに適していることを開示している。

本発明の目的は、ＣＭＯＳプロセスの観点から、大きなコストを追加することなく実現し得る改善されたショットキーダイオードの構造を、特定することである。

この目的は、請求項１の特徴を有するショットキーダイオードによって達成される。さらに詳細な点は従属クレームより明らかになる。

本発明によるショットキーダイオードは、半導体本体または基板内におけるドープウェルの上面に位置する、薄い金属層、および／または、金属シリサイド層によって形成されたショットキー接合を有する。序論で述べたように、ＣＭＯＳウェル上での低インピーダンスコンタクトの製造と対照的に、金属、好適な実施形態において厳密にいうとチタンは、高ドープコンタクト領域にではなく、ドープウェル（例えば、高圧トランジスター製造のためのＨＶウェル）の低ドープ半導体材料に付与される。

薄い金属層は好ましくはいわゆるライナーによって形成される。ライナーは、コンタクトホールの充填の場合には、半導体材料が金属中に拡散することに対するバリアとして働き、そして半導体材料上でのコンタクトの接着特性を改善することもできる。このライナーは、半導体材料上の薄い層として存在するか、あるいは他の代替の実施形態では、半導体材料上の同様の薄い金属シリサイド層として存在する。ショットキーダイオードの電気的な結合は、基板の上面のコンタクトホール充填部、または、基板上のリードによって形成される。

ショットキーダイオードの動作特性は、基板の表面に平行な電流の流れによって実質的に制御される。そしてその動作特性は、ショットキー接合のエッジが可能な限り大きく、特に湾曲するように設計することによって改善される。ライナーあるいは金属シリサイド層によって形成されるショットキー接合のエッジと、高ドープコンタクト領域のショットキー接合に面したエッジとの間の距離が実質的に一定となるように、高ドープコンタクト領域を介して低ドープウェルとの電気的な結合が、為されることが好ましい。金属シリサイド層および高ドープコンタクト領域は、特に、指の形状にパターニングされ、櫛状の形態で互いに噛み合わされ得る。

本発明によるショットキーダイオードのさらに詳細については、図１から図５に図示した例を用いて以下に説明される。

図１は、ドープウェル２，３を図示している。ウェル２，３は半導体本体内または基板１内に形成され、ウェル３の中にウェル２が配置されている。この場合、基板１はｐ導電基板であり、ドープウェルは、下方高圧ｎ型ウェルＨＶｎ、および、その中に埋め込まれた高圧ｐ型ウェルＨＶｐであり、それらはＣＭＯＳプロセスで相当する構成要素を用いた場合と同様である。内側のドープウェル２の電気結合のために、少なくとも１つのコンタクト領域４が存在する。その領域は、低いコンタクト抵抗を有するように、十分に高ドープされている（この例ではｐ^＋型にドープさている）。

この場合には、ドープウェル２は、さらなるドープウェル３の中に配置される。ウェル３では半導体材料は、反対の導電性の符号を有するようにドープされ、この場合はｎ導電である。この例では、電気接続のために、さらなるドープウェルには、導電性が同じ符号を有する（ｎ^＋型ドーピング）、少なくとも１つの高ドープコンタクト領域５が設けられ、基板１に対するショットキーダイオードの遮蔽を可能にする。ドープウェル２，３の上部のエッジには、絶縁領域Ｏｘが設けられる。この場合、基板１は電気接続のために、ｐ^＋型ドープコンタクト領域６を有する。

この例では、ショットキーダイオードの電気接続は、コンタクトホール充填部８，９によって実現される。コンタクトホール充填部８，９は、構成要素全体の上面を覆う絶縁層１１内のコンタクトホールＫＬに導入されたものである。これらのコンタクトホール充填部はライナー７のような薄い金属層の使用を前提としている。このライナー７は、ショットキー接合として、コンタクトホール充填部８とドープウェル２との間の境界、および、コンタクトホール充填部９とそれ自体ＣＭＯＳプロセスから知られている機能を持つ、高ドープコンタクト領域４，５，６との間の境界に存在する。ショットキーダイオードを形成するために、ライナー７とドープウェル２の半導体材料との間に、付加的に金属シリサイド層１０があり得る。

図２は、代替の例示的な実施形態を示している。ここでは、ショットキーダイオードは、ｐ導電の基板１内の高圧ｎ型ウェルＨＶｎ上に形成される。この場合は、ドープウェル２内のコンタクト領域４は、強くｎ導電的にドープされる。ショットキーダイオードの個々の部分が形成されるコンタクトホール充填部８の配置は、ここでは、図１に従った例示的な実施形態での配置と比較して改変されている。参照記号は、図１に対応する部分を示している。

ショットキー接合の側方エッジは可能な限り長くなるように設計されるのが好ましい。それゆえ、金属シリサイド層１０が存在する場合には、そのエッジが層平面内に可能な限り広くにパターニングされることが望ましい。ドープウェル２内に配置されたコンタクト領域４の側方境界が類似した構造を有する場合、電力がショットキー接合全体にほぼ等しい小さな距離で供給されるため、より一層有効である。

図３は、図２に従った構造の平面図を示し、対応する場所には印をつけてある。この図３より明らかになることは、この例示的な実施形態においては、コンタクト領域４はドープウェル２と近接して格子を形成していることである。金属シリサイド層１０の細片は格子の部分の間に配置されている。薄いライナーとコンタクトホールに導入されたコンタクトホール充填部は、コンタクト領域４上と、金属シリサイド層１０上にコンタクトＫを形成する。金属シリサイド層１０上のコンタクトはショットキーダイオードの個々の部分を形成する。

図４は、図３の例示的な実施形態の構造と、金属シリサイド層１０が省かれ、ショットキー接合が低ドープ半導体材料上のライナーによって形成されている点が異なる、ある例示的な実施形態を図示している。

図５は、本発明によるショットキーダイオードのさらに好ましい構造を平面図により図示している。この場合には、金属シリサイド層１０は指の形状にパターニングされる。この構造は、半導体本体あるいは基板の上面のドープウェル２内に付与され、埋め込まれる。この場合、高ドープコンタクト領域４も好ましくは同様に指の形状に設計され、金属シリサイド層１と櫛型の形態で噛み合わされる。

この例示的な実施形態においては、パターニングされた金属シリサイド層１０の一部であるリード１８が、好ましくは電気接続のために設けられる。電流は、同じように高ドープされたさらなるリード１９を介して、半導体材料内部のコンタクト領域４に供給することができる。リード１９は、コンタクト領域４と結合している。リード１８，１９は、ショットキーダイオードが構成要素として属する電気回路の他の部分にルート決めすることができる。あるいは、図１に従った例示的な実施形態と類似した方法で、リード１８，１９は、上面において金属コンタクトが設けられ得る。後者の場合では、リードは好ましくは、金属コンタクトが上に付与されるコンタクト領域として適した広さに設けられる。

金属シリサイド層１０とコンタクト領域４の互いに平行に伸びる境界により形成される指型形状の構造の場合には、金属シリサイド層１０のエッジとコンタクト領域４との間の距離は、全ての点においてほぼ一様に小さい。金属シリサイド層１０の側方エッジと、好ましくはそこから全ての点で等しい小さな距離にある、対応するコンタクト領域のエッジは、また、代わりに、不規則に湾曲するか分岐するか、亀裂があるように設計され得る。金属シリサイド層が存在しない場合には、同じことがドープウェル内の半導体材料上のライナーとコンタクトホール充填部とによって形成されたショットキー接合のエッジに同様に適用される。

ショットキーダイオードとして作用する接合のエッジは、常に可能な限り長い全長を有するべきである。ショットキーダイオードの金属層は、薄い金属層、特に、コンタクトホール充填部のライナー、金属シリサイド層、または金属シリサイド層上のライナーであり得る。全ての例示的な実施形態において、ショットキー接合に適した金属として好ましいのはチタンである。この場合での金属シリサイド層は、チタンシリサイドである。

図１は、本発明によるショットキーダイオードの例の断面図を示している。 図２は、本発明によるショットキーダイオードの例の断面図を示している。 図３は、図２に従った例の平面図を示している。 図４は、図２に従った例の平面図を示している。 図５は、さらなる例の平面図を示す。

符号の説明

１ 基板
２ ドープウェル
３ ドープウェル
４ コンタクト領域
５ コンタクト領域
６ コンタクト領域
７ ライナー
８ コンタクトホール充填部
９ コンタクトホール充填部
１０ 金属シリサイド層
１１ 誘電体層
１８ リード
１９ リード
Ｋ コンタクト
ＫＬ コンタクトホール
Ｏｘ 絶縁領域

Claims (9)

1. 上面を有する半導体本体と、
   該半導体本体に形成された第１のドープされたウェルと、
   該第１のドープされたウェル上の金属層であって、該金属層は、ショットキー接合を形成し、該金属層は、該ショットキー接合を区切るためのエッジを有する、金属層と、
   該第１のドープされたウェル内に形成された第２のドープされたウェルであって、格子型構造、複数の指の形状のパターン、分岐した部分を含むエッジ、亀裂を含むエッジ、間隙を含むエッジのうちの１つを有する第２のドープされたウェルと
   を備え、
   該金属層は、
   該半導体本体の上面を覆う誘電体層を貫通するように設けられたコンタクトホール内に配置されたチタン層と、
   チタンシリサイド層と、
   該チタンシリサイド層上のチタン層と
   からなる層の群から選択される少なくとも１つの層である、ショットキーダイオード。
2. 前記金属層のエッジと前記第２のドープされたウェルのエッジとは、該金属層のエッジと該第２のドープされたウェルのエッジとに沿ったすべての点においてそれらの間に一定の距離を有する、請求項１に記載のショットキーダイオード。
3. 前記第１のドープされたウェルと前記第２のドープされたウェルとは、ＣＭＯＳ技術のｎ型ウェルおよびｐ型ウェルからなる群から選択される、請求項１に記載のショットキーダイオード。
4. 前記第１のドープされたウェルを含む第３のドープされたウェルであって、該第１のドープされたウェルとは逆の符号の導電性を有するようにドープされた第３のドープされたウェルと、
   該第３のドープされたウェルに設けられた第４のドープされたウェルであって、該第３のドープされたウェルと同一の符号の導電性を有する第４のドープされたウェルと
   をさらに含む、請求項１に記載のショットキーダイオード。
5. 前記チタンシリサイド層は、複数の指の形状にパターニングされている、請求項１に記載のショットキーダイオード。
6. 前記第２のドープされたウェルは、前記複数の指の形状にパターニングされており、該第２のドープされたウェルは、櫛状の形態で前記チタンシリサイド層と噛み合わされている、請求項５に記載のショットキーダイオード。
7. 上面を有する半導体本体と、
   該半導体本体の上面を覆う誘電体層であって、コンタクトホールが形成された誘電体層と、
   該コンタクトホールを充填するように該コンタクトホール内に配置された材料と、
   該半導体本体に形成された第１のドープされたウェルと、
   該第１のドープされたウェル上の金属層であって、該金属層は、ショットキー接合を形成し、該金属層は、該ショットキー接合を区切るためのエッジを有する、金属層と、
   該第１のドープされたウェル内に形成された第２のドープされたウェルであって、格子型構造、複数の指の形状のパターン、分岐した部分を含むエッジ、亀裂を含むエッジ、間隙を含むエッジのうちの１つを有する第２のドープされたウェルと
   を備え、
   該金属層は、
   該第１のドープされたウェルと該コンタクトホール内に配置された該材料との境界に位置するように該コンタクトホール内に配置されたチタン層と、
   チタンシリサイド層と、
   該チタンシリサイド層上のチタン層と
   からなる層の群から選択される少なくとも１つの層であり、
   該コンタクトホールは、該第２のドープされたウェルの上方に位置する、ショットキーダイオード。
8. 前記チタンシリサイド層は、複数の指の形状にパターニングされている、請求項７に記載のショットキーダイオード。
9. 前記第２のドープされたウェルは、前記複数の指の形状にパターニングされており、該第２のドープされたウェルは、櫛状の形態で前記チタンシリサイド層と噛み合わされている、請求項８に記載のショットダイオード。

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