JPH10335633A

JPH10335633A - Ｐ型領域上の接触

Info

Publication number: JPH10335633A
Application number: JP10162806A
Authority: JP
Inventors: Cyril Furio; フュリオシリル
Original assignee: SGS THOMSON MICROELECTRONICS; SGS Thomson Microelectronics SA
Current assignee: SGS THOMSON MICROELECTRONICS; STMicroelectronics SA
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1998-12-18
Also published as: DE69835052T2; FR2764117B1; FR2764117A1; DE69835052D1; US6633071B1; EP0881687B1; EP0881687A1

Abstract

(57)【要約】【課題】一方向構成部品のアノードとして使用するた
めの軽くドーピングしたＰ型層上で、直接オーミック接
触をとる接触構造を提供すること。【解決手段】本発明は、半導体構成部品の軽くドーピ
ングしたＰ型領域上の接触構造に関し、このＰ型領域
は、前記構成部品のオン状態動作中に正にバイアスさ
れ、白金シリサイド、またはＰ型シリコンとともに白金
シリサイド以下のバリヤ高さを有する金属シリサイドの
層をＰ領域上に含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体構成部品の
製造に関する。さらに詳細には、本発明は、軽くドーピ
ングしたＰ型領域にわたってオーミックな挙動を有する
接触を実施することを目的とする。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体領域と金属被覆との間のオ
ーミック接触を作成するためには、半導体領域の表面密
度を比較的高く（１０¹⁹原子／ｃｍ³ 超）しなければな
らないことは半導体の分野では周知である。これによ
り、このような接触の、特にＰ型半導体領域上での実施
に関する様々な問題が生じる。本明細書では、接触され
るＰ型領域が、一方向半導体構成部品、すなわちＰ型領
域が負にバイアスされたときに電流を遮断し、Ｐ型領域
が正にバイアスされたときに電流を流す構成部品のアノ
ードを形成する場合についてさらに詳細に考察し、この
正にバイアス（順方向バイアス）された電流の流れは、
制御電流または所定のしきい値を超える電圧を印加され
る場合がある。

【０００３】生じた問題について論じるために、高圧整
流ダイオード、すなわち逆方向バイアスされた場合に比
較的高い電圧に耐えることができるダイオードの構造に
ついて、図１および図２に関連して考察する。

【０００４】図１は、第１の従来の高圧ダイオード構造
の１例を示す図である。このダイオードは、Ｎ型の中央
領域１を含み、その上側表面側にＰ型の軽くドーピング
した領域２（Ｐ^- ）を含む。ＰＮ接合１−２は考察する
ダイオードの接合を形成する。十分な降伏電圧を保証す
るために、このダイオードはプレーナ型にする、すなわ
ち、Ｐ^- 領域を中央領域の上側表面の一部分のみに形成
し、その周囲を中央領域に対応するＮ領域によって完全
に取り囲む。

【０００５】ダイオードの後面上で接触を確立するため
に、中央領域の下側表面は、カソード金属被覆４で被覆
した、重くドーピングしたＮ⁺ 型層３を含む。ダイオー
ドの上側表面上で接触をとるために、この上側表面は現
在では酸化ケイ素となる絶縁体領域６で覆われ、その一
部は層２の中央領域を空けた状態にして領域２を覆って
延びる。この中央領域では、アノード金属被覆８で覆わ
れたさらに重くドーピングしたＰ型（Ｐ⁺ ）領域７を形
成することによって、この表面で過剰なドーピングが実
行される。

【０００６】図２は、もう１つの従来の高圧ダイオード
の例を示す図である。中央領域１、過剰ドーピング領域
３、およびカソード金属被覆４を含むカソード側は、図
１から不変である。アノード側で、アノード金属被覆８
は、Ｐ^- 型リング１１で取り囲まれた重くドーピングし
たＰ型領域１０上にある。ＰＮ接合１−１０が、この場
合には考察するダイオードの接合を形成する。前述の場
合と同様に、この場合にも酸化物層６が表面に存在し、
領域１０の周囲を覆う。

【０００７】図１および図２の場合では、重くドーピン
グしたＰ型領域上に直接金属被覆を形成することによっ
てオーミック接触を作成した。Ｐ領域の表面のドーピン
グ・レベルは５・１０¹⁸原子／ｃｍ³ を超えなければな
らないと一般に考えられている。さらに、重くドーピン
グしたＰ型領域の周囲を、軽くドーピングしたＰ型領域
で取り囲み、ダイオードの逆降伏電圧を改善する。

【０００８】もちろん、図１および図２に示す構造の様
々な代替が当該分野では周知である。降伏電圧を改善す
るために、逆方向にバイアスされた接合によって現れた
空間電荷を最良に広げるために、追加の軽くドーピング
したＰ型保護リング、および／またはこのＰ^- 型領域
（２．１１）の周囲にある、例えば酸化物層によって半
導体から分離されたフィールド・プレートが使用され
る。現在停止層と呼ばれるＮ⁺ 型領域もまた、逆方向に
バイアスされたＰ^- 型領域（２．１１）を超えて延びる
可能性のある電位線を阻止し、こうしてチャネルの漏れ
電流の発生を回避する。

【０００９】さらに、オーミック接触を作成するため
に、重くドーピングしたＰ型領域は常に存在するが、こ
の領域は必ずしも単一の金属被覆で直接覆われるわけで
はない。現在では、アノードおよびカソード金属被覆４
から８はアルミニウム層から形成されるが、その他の材
料も従来通り使用される（ＴｉＮｉＡｕ、モリブデ
ン）。場合によってはシリコンを組み込む金属層および
／または合金のパイリングも備える。シリサイドと事前
にスパッタされた金属との間の固体／固体化学反応によ
って形成されたシリサイドの界面（ＩｒＳｉ、ＰｔＳ
ｉ、ＮｉＳｉ…）を備えることもある。これらは、熱お
よび化学的安定性が高いので、金属／半導体の従来の接
触では広く好まれている。

【００１０】軽くドーピングしたＮ型領域と直接接触す
る（図２）、または軽くドーピングしたＮ型領域と接触
する軽くドーピングしたＰ型領域自体と接触して（図
１）、アノード層が重くドーピングしたＰ型領域から形
成されることには、様々な欠点がある。

【００１１】第１の欠点は、重くドーピングしたＰ型領
域およびその周囲に軽くドーピングしたＰ型領域を備え
る必要があることである。これは、複数のマスキング段
階を設けることを必要とし、製造プロセスを複雑にす
る。

【００１２】もう１つの欠点は、単に重くドーピングし
たＰ型領域を提供しなければならないということであ
り、これは例えば１１５０℃超で数時間など、持続時間
の比較的長い比較的高温になるアニール段階を設ける必
要があることを意味し、これは製造時間を長くし、シリ
コンの結晶の品質に有害である。

【００１３】結局、特に、そのＰ層がアノードとなるダ
イオードまたは別の高速構成部品を作成することが望ま
しい場合には、重くドーピングしたＰ層が存在すること
によって、このＰ層をアノードとして含む構成部品の動
的性能は低下する。実際に、ダイオードに印加された電
圧が逆である場合には、ダイオードは通常は、オン状態
からオフ状態に切り換わらなければならない。しかし、
ダイオードがその阻止能力を回復するまでに、ある量の
時間が経過することは周知である。この時間は、現在で
は回復時間と呼ばれ、オン状態動作中に事前にアノード
領域から注入され、依然として中央領域１中に蓄積され
ているキャリアを排出するのに必要な時間である。この
キャリア注入はＰ型領域のドーピングが増加するにつれ
て高くなる。したがって、ダイオードがオフ状態に切り
換わる速度は、重くドーピングしたＰ型領域が存在する
ことによって制限される。この欠点を克服するために、
中央領域とりわけダイオードのＰＮ接合付近での欠陥の
生成が、従来技術では例えば金や白金などの金属を拡散
させる、あるいは電子または陽子衝撃その他によって提
供されてきた。しかしながら、この解決法により他の欠
点が生じ、特にダイオードの順方向電圧降下が増大す
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、ダイオードやサイリスタなどの一方向構成部
品、または一方向モードで動作するバイポーラ・トラン
ジスタなどの構成部品の上述の欠点を克服し、回復時
間、すなわちオフ状態に切り換わる時間を改善すること
である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明は、一方向構成部品のアノードとして使用するための
軽くドーピングしたＰ型層上で、直接オーミック接触を
とる接触構造を提供する。

【００１６】さらに詳細には、本発明は、半導体構成部
品の軽くドーピングしたＰ型領域上の接触構造を提供
し、このＰ型領域は、前記構成部品のオン状態動作中に
正にバイアスされ、白金シリサイド、またはＰ型シリコ
ンとともに白金シリサイド以下のバリヤ高さを有する金
属シリサイドの層をＰ領域上に含む。

【００１７】本発明の１実施態様によれば、シリサイド
はイリジウム・シリサイドである。

【００１８】本発明の１実施態様によれば、Ｐ型領域は
１０¹⁵から１０¹⁶原子／ｃｍ³ 程度の表面ドーピング・
レベルを有する。

【００１９】本発明の１実施態様によれば、軽くドーピ
ングしたＰ型領域の周囲は、酸化物層で覆われる。

【００２０】本発明の１実施態様によれば、Ｐ型領域は
Ｎ型領域の上側表面の一部分に形成される。

【００２１】本発明の１実施態様によれば、Ｐ領域はダ
イオードのアノードとなる。

【００２２】本発明の１実施態様によれば、Ｐ領域はサ
イリスタのアノードとなる。

【００２３】本発明の１実施態様によれば、Ｐ領域はサ
イリスタのゲートとなる。

【００２４】本発明の１実施態様によれば、Ｐ領域はＰ
ＮＰ型バイポーラ・トランジスタのコレクタとなる。

【００２５】本発明の１実施態様によれば、そのＰ型領
域がアノードとなる構成部品は、縦型構成部品である。

【００２６】本発明の前述の目的、特徴、および利点に
ついて、以下の特定の実施態様の非制限的な説明で、添
付の図面に関連して詳細に論じる。

【００２７】

【発明の実施の形態】半導体構成部品の説明の分野の慣
習通り、構成部品の様々な断面図は非常に簡略化し、一
定の比率では描いていない。当業者なら、中央領域の厚
さ、接合深さ、および構成部品の横方向の寸法を、所望
の降伏電圧および電力性能に従ってどのように選択する
かを理解するであろう。

【００２８】図３Ａは、本発明を適用する高圧ダイオー
ドの簡略な断面図である。ダイオードのカソード領域
は、図１および図２の例と同様に、軽くドーピングした
Ｎ型中央領域１、重くドーピングしたＮ型領域３、およ
びカソード金属被覆４を含む。ダイオードのアノード領
域は、その周囲が例えば酸化ケイ素の絶縁体２１の層で
覆われてＰ^- 領域上に中央接触領域を画定する、軽くド
ーピングしたＰ型（Ｐ^-）領域２０を含む。その上にア
ノード金属被覆８が形成され、各層の間に入ることがで
き拡散バリヤとして使用される白金シリサイド層２３
が、この中央領域に形成される。

【００２９】層２３などの白金シリサイド領域の形成方
法は当該分野では周知であり、例えば白金堆積を実行
し、次いで５００から６００℃の間の温度でアニール
し、過剰な白金を選択的にエッチングする。このような
シリサイド層はそれ自体で周知であり、基本的にショッ
トキー・ダイオードを作成し、抵抗の低い接続を得るた
めに使用される（基本的に集積回路の製造分野におい
て）。本発明によれば、白金シリサイド層は、これら２
つの従来通りの目的（ショットキー・ダイオードまたは
接続抵抗の低下）のいずれにも使用せず、オーミック接
触を実施するために使用する。

【００３０】図３Ｂは、図３Ａの構造の等価回路であ
る。この等価回路は、アノード端子８とカソード端子４
の間に、領域２０と中央領域１の間のＰＮ接合に対応す
るバイポーラ・ダイオードＤならびにショットキー・ダ
イオードＤＳを含み、ダイオードＤのアノードはダイオ
ードＤＳのアノードに接続される。ダイオードＤＳは白
金シリサイド領域２３と領域２０の間の界面に対応す
る。このような構造では、ダイオードＤが導通する（ア
ノード８に正の電圧が印加される）可能性が高い場合、
すなわちダイオードＤが順方向にバイアスされ、ショッ
トキー・ダイオードＤＳが逆方向にバイアスされたとき
に、オーミックな挙動を有する接触が得られる。これに
ついて図４に関連して説明する。

【００３１】図４は、従来のショットキー・ダイオード
の順方向特性３１および逆方向特性３２を示す図であ
る。曲線４１および４２はそれぞれ、白金シリサイド領
域と軽くドーピングしたＰ型領域の間の界面から形成さ
れるショットキー・ダイオードの順方向および逆方向特
性を示す。図４では、ショットキー・ダイオードの順方
向動作象限（曲線３１および４１）および逆方向動作象
限（曲線３２および４２）では、電圧および電流の比率
が同一でない。

【００３２】曲線３１および３２は、従来のショットキ
ー・ダイオード、例えば軽くドーピングしたＰ型領域上
に形成した、チタン・シリサイド（ＴｉＳｉ₂ ）から形
成したショットキー・ダイオードの特性を示す。

【００３３】順方向特性３１、すなわちＰ^- 層がアノー
ドとして使用され、シリサイド層がカソードとして使用
されるショットキー・ダイオードの特性は、従来通りの
順方向ダイオードの特性である。ダイオードの両端間の
電圧がこのダイオードのしきい値オン電圧Ｖ_T1、例えば
０．３５ボルト程度の電圧に到達するまで、電流はほぼ
ゼロのままであり、次いで電圧がこの０．３５ボルトの
値を超えると、ダイオードの両端間の電圧降下は、この
構造の直列抵抗によるオーミックな電圧降下によって基
本的に制御される。

【００３４】逆方向にバイアスすると、曲線３２が示す
特性が得られる。例えば５０Ｖ程度の降伏電圧ＶＢＲ１
になるまで、ダイオードはいかなる逆方向電流もほとん
ど阻止する。

【００３５】軽くドーピングしたＰ型シリコンと白金シ
リサイドの間に作成されたショットキー・ダイオードの
場合には、順方向特性４１の形状は、前述の順方向特性
３１とそれほど違いはない。本質的な差異は、オンしき
い値Ｖ_T2がＶ_T1より低く、例えば０．３５ボルト以上に
はならずに０．１ボルト程度であることである。しかし
大抵は、逆方向特性４２の形状は相当に変更される。逆
方向電圧を印加した初期領域４３では、この特性はほぼ
非常に抵抗値の低い抵抗器の特性となる。実際に、高圧
ダイオードの典型的な動作状態である２Ａ／ｍｍ² の電
流密度が流れた時には、ダイオードの両端間の電圧降下
は１００ｍＶより低い。電流密度が１０Ａ／ｍｍ² 程度
より低い値で循環する傾向がある限りは、ダイオードの
両端間の電圧降下は非常に低い（１ボルト程度）ままで
ある。

【００３６】本発明は、軽くドーピングしたＰ型領域と
白金シリサイドの間に形成されたショットキー・ダイオ
ードの逆方向特性であるこの部分４３を使用して、軽く
ドーピングしたＰ型領域上にオーミック接触を作成す
る。明らかに、本発明は、Ｐ型領域を構成部品のアノー
ドとして使用する場合、すなわちショットキー・ダイオ
ードが逆方向にバイアスされる場合に限定される。

【００３７】これは、同様のショットキー・ダイオード
を、時には逆方向に時には順方向に使用して０．１ボル
ト程度の低い順方向電圧降下を無視する従来の場合とは
完全に異なることに留意されたい。実際に、順方向に
は、低い電圧降下ではもはやオーミックに挙動すること
はなく、非オーミックに挙動するのみである。これは、
例えばダイオード中の電流１０Ａ／ｍｍ² に対して１Ｗ
／ｍｍ² となる電力消費が、オーミック損失に追加され
ることを意味する。

【００３８】図５は、本発明による方法によってダイオ
ードの動的特性にもたらされた改善を示す図である。

【００３９】この図面は、ナノ秒単位の時間の関数とし
て電流の曲線をアンペア単位で示す図である。これらの
曲線では、時間ゼロは、最初に導通状態でダイオードに
印加された電圧が逆転した時間に対応する。したがっ
て、最初に、１０アンペアをわずかに下回る電流がダイ
オードを通って流れる。次いで、この電流が急速に減衰
して逆になり、すなわちダイオードが一時的に逆方向に
導通し、その後電流がゼロに等しくなる阻止状態に戻
る。明らかに、実際問題としてこの逆方向の導通を可能
な限り低下させることが望ましい。逆電流のピークは一
般に参照符ＩＲＭで示し、曲線の２つのゼロの交点の間
の時間間隔は回復時間と呼び、参照符ｔ_q で示す。

【００４０】図５では、参照番号５１で示す曲線は、図
２などの従来の高圧パワー・ダイオードに対応し、曲線
５２は、これと同じ寸法の図３Ａに示すタイプの本発明
によるダイオードに対応する。従来のダイオードの逆電
流のピークＩＲＭ₁ は３５アンペア程度であるが、逆電
流のピークＩＲＭ₂ は２０Ａより低い。従来のダイオー
ドの回復時間ｔ_q1は５５０ナノ秒程度であるが、本発明
によるダイオードの回復時間ｔ_q2は３９０ナノ秒程度で
しかない。したがって本発明によるダイオードは、従来
のＰ⁺ 型領域上にアノード接触領域を有するダイオード
に対して、明らかにかなり改善された動的動作を有す
る。

【００４１】もちろん、本発明は、当業者なら容易に思
いつくであろう様々な代替、修正、改良を有する可能性
が高い。

【００４２】一方で、従来技術に関連して記述したダイ
オードに従来通りにもたらされる改良を本発明に適用
し、逆方向降伏電圧および漏れ電流の特性を改善するこ
ともできる。

【００４３】他方で、Ｐ^- 型領域上の接触層が白金シリ
サイドである場合についてのみ本発明を説明したが、こ
れと同等の任意のシリサイドを採用することができるこ
とは当業者には明らかであろう。その条件は、Ｐ^- 型領
域上のショットキー・バリヤの高さが０．３ボルト程度
の値以下になることである（逆方向に起こる挙動と同じ
挙動タイプ）。例えば０．１９ボルト程度のショットキ
ー・バリヤの高さを有するイリジウム・シリサイドなど
はこれに該当する。この場合、逆方向成分が抵抗値の非
常に低いオーミックになる領域４３を含む曲線４２によ
って示されるタイプの逆方向特性が得られる。

【００４４】さらに、高圧パワー・ダイオードに適用す
ることに関連して本発明について説明した。これは一般
に、軽くドーピングしたＰ型領域上で接触を確立するた
めに望ましい、アノードとして動作するどのようなデバ
イスにも適用されることは明らかであろう。Ｐ⁺ 型層の
抑制は、キャリア注入現象を制限し、オフ状態に切り換
わる際の回復時間を改善する。これは、サイリスタまた
はこれと同等な構成部品のアノード、あるいはＰＮＰ型
トランジスタのコレクタに特に有効である（これは対照
的にカソードとして動作するエミッタには適用されな
い）。

【００４５】１例として、図６は、本発明を実施したサ
イリスタを示す図である。このサイリスタはＮ型中央領
域１を含む。後面側にはＰ型アノード３１が形成され、
前面側にはＰ型ゲート領域３２が形成される。層３１お
よび３２は同時に形成されることが好ましい。重くドー
ピングした型のカソード領域３３は領域３２に形成され
る。カソード金属被覆Ｋは従来通りカソード領域Ｋ上に
形成される。

【００４６】本発明によれば、Ｐ領域３１および３２は
ドーピングされた媒体であり、アノードおよびゲート接
触ＡおよびＧは白金シリサイド層３５および３６を介し
てとられる。媒体をドーピングしたアノード領域３１を
有することの主な利点は、オフ状態への切換速度が改善
されることである。媒体をドーピングしたゲート層３２
を有することの主な利点は、高圧サイリスタでＰ型保護
リングを使用する必要がなくなることである。もちろ
ん、追加の利点として、注入／拡散段階の数が減少す
る。

【００４７】さらに、上記では絶縁構成部品（ダイオー
ド、サイリスタ、ＰＮＰトランジスタ…）に適用するこ
とに関して本発明について説明した。これは、複数の構
成部品、すなわち場合によっては複数の縦型構成部品が
同一チップ上に形成される場合にも適用されることにな
る。複数の白金シリサイド領域を同時に形成することも
でき、これらの領域のうち１つまたは複数は本発明に従
って使用される機能（軽くドーピングしたＰ型アノード
領域上のオーミック接触領域）を有し、これらの領域の
うち１つまたは複数は従来通りの機能（ショットキー・
ダイオードの形成、接続抵抗の低下）を有する。

【００４８】このような代替、修正および改良は、本開
示の一部となるものであり、本発明の趣旨および範囲の
範囲内にあるものである。したがって、前述の説明は例
示のみを目的とするものであり、制限を目的とするもの
ではない。本発明は、頭記の特許請求の範囲およびその
均等物に定義されるようにのみ限定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術のダイオード構造を示す図である。

【図２】従来技術のダイオード構造を示す図である。

【図３Ａ】高速高圧ダイオードに適用される本発明の実
施態様を示す図である。

【図３Ｂ】図３Ａの構造の等価回路である。

【図４】２つのタイプの順方向および逆方向ショットキ
ー・ダイオードの特性を示す概略図である。

【図５】本発明によるダイオードおよび従来技術のダイ
オードの動的特性を示す、時間に関する電流の曲線を示
す図である。

【図６】本発明を適用するサイリスタ構造を示す図であ
る。

【符号の説明】

１軽くドーピングしたＮ型中央領域３重くドーピングしたＮ型領域４カソード金属被覆８アノード金属被覆２０軽くドーピングしたＰ型領域２１絶縁体２３白金シリサイド層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体構成部品の軽くドーピングしたＰ
型領域上の接触構造であり、このＰ型領域が、前記構成
部品のオン状態動作中に正にバイアスされ、白金シリサ
イド、またはＰ型シリコンとともに白金シリサイド以下
のバリヤ高さを有する金属シリサイドの層（２３）を前
記Ｐ領域（２０）上に含む接触構造。
【請求項２】シリサイドがイリジウム・シリサイドで
ある、請求項１に記載の接触構造。
【請求項３】Ｐ型領域（２０）が１０¹⁵から１０¹⁶原子
／ｃｍ³ 程度の表面ドーピング・レベルを有する、請求
項１に記載の接触構造。
【請求項４】軽くドーピングしたＰ型領域の周囲が酸
化物層（２１）で覆われる、請求項１から３のいずれか
一項に記載の接触構造。
【請求項５】Ｐ型領域がＮ型領域（１）の上側表面の
一部分に形成される、請求項１から４のいずれか一項に
記載の接触構造。
【請求項６】Ｐ領域がダイオードのアノードとなる、
請求項５に記載の接触構造。
【請求項７】Ｐ領域がサイリスタのアノードとなる、
請求項１に記載の接触構造。
【請求項８】Ｐ領域がサイリスタのゲートとなる、請
求項１に記載の接触構造。
【請求項９】Ｐ領域がＰＮＰ型バイポーラ・トランジ
スタのコレクタとなる、請求項１に記載の接触構造。
【請求項１０】そのＰ型領域がアノードとなる構成部
品が、縦型構成部品である、請求項６から９のいずれか
一項に記載の接触構造。