JPS582076A - シヨツトキダイオ−ドの製造方法 - 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】 この発明はショットキ接触の周縁区域の下の半導体層に
自己整合式にドープして作られた保護環を備えるショッ
トキダイオードの製造方法に関する。

直径１０μ鶏程度の小面積のショットキダイオードを製
作Ｔる際には周辺効果の除去に大きな困難がある。周辺
効果の作用により理論特性曲線から大きく外れた特性を
持つ外道電流が大きくなり降伏曲線がゆるやか１二経過
Ｔるようになる。大面積のショットキダイオードでは周
辺効果はフォトマスクを使用して作られた保護環によっ
て著しく低減できる。しかし極小面積のショットキダイ
オードの場合フォトマスクを使用して作られた保護環が
掻めて大きな容ｈ１を持つためこの方法は採用できない
。

従って極小面積のショットキダイオードに対して保、穫
環を使用せずその代各月二手のかかる清浄化処理により
周辺効果を低減Ｔることか試みられた。

しかしこのような方法では高い再現性をもってショット
キダイオードを製作Ｔることができないためこの方法も
採用不可能である。１９８０年１２月８日から１２日に
開催された国際電子デバイス会議（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ＤｅｖｉｃｅｓＭｅｅｔ
ｉｎｇ　＊　Ｗａｓｈｉｎｇｔαｒ、　ＤＣ、８Ａ−１
２Ｄｅｃ　。

１９８（Ｎにおいて極小面積のショットキ障壁ダイオー
ドに対して自己整合拡散にエリ保護環を作ることが発表
されている。自己整合形マスキングにより保護環の寸法
を小さくして保護環に基く付加容ａをある程度まで低減
させることが可能である。しかし拡散処理は小面積のシ
ョットキダイオードには不利であってショットキ接触金
属の選択相開が狭くなり又拡散処理中の横方向拡散によ
り素子の直列抵抗が不良になる。この保１１環への拡散
に際してドーパント濃度が極めて低いからガス相からの
ドーピングは不可能であり高価なアンプル拡散が必要と
なる。しかもアンプル拡散による製作も充分な再現性を
示さない。

この発明の目的は充分精密な保護環形成が可能であり、
充分高い再現性を示し、多種類のショットキ接触金属の
使用を許し、ドーピング過程中直列抵抗！悪化させるこ
とのない製造方法を提供下ることである。

この目的は半導体層にイオン注入Ｔることこよって保護
環を形成させ、イオン注入マスクとしてイオン注入を行
なう半導体表面に設けられた第一中間層の一部と例えば
金属から成る第二中間層の一部を使用することによって
ｉｔ成される。

アンプル拡散の代りにイオン注入を採用すると素子製作
の再現性が改善される外ショットキ接触金属として使用
される金属の選択相開が制限されなくなる。更（：イオ
ン注入によると製作されたシヨットキダイオードの＋ｇ
、列抵抗抵抗くならないが拡散の場合には結晶内に入れ
られているドーパントの横方向拡散にエリ直列抵抗が悪
化Ｔる。この発明による一般に異る材料から成る二つの
中間層で構成されたイオン注入マスクの選択はショット
キダイオードの製作工程のその他の部分を著しく簡単か
つ効果的なものにする。イオン注入によって作られた保
護環はショットキダイオードの寸法を余り拡げることが
なく、第一中間層は半導体表面（二残しておき完成素子
の絶縁層として作用させることができる。

小面積のショットキダイオードの製作に当って保護環の
幅を２μ痛以下、特（二約１μｍ又はそれ以下とすると
著しく有利である。ここで保護環の幅は外表面に設けら
れた円形のショットキダイオードの場合保護環の外半径
と内半径の差！指している。これによって保護環によっ
て作られた付加容量が小さくなると同時（：保護環の総
ての利点を保有Ｔることができる。

第一中間層をエツチング可能の砲縁材料例えば二酸化シ
リコンで作りその厚さを０３μ蕩乃至２μ島、特に１μ
島とＴることもこの発明の枠内にある。これによって回
り込みエツチングを利用して極めて微細な構造のイオン
注入マスクを作ることができる。

特に厚い絶縁層を持つショットキダイオードを製作する
際には第一中間層を一酸化シリコン（ｓｔｏ）、二酸化
シリコン（Ｓｉｎ２）および窒化シリコン（ＳｉｉＮｎ
）Ｙ材料とする層の一つ又はいくつかによって補強する
と有利である。例えば厚さ１μ鶴の構造！作られた二酸
化シリコン第一中間層を００５μｍ乃至０．２μ島の薄
い雪化シリコン層で覆い、続いて例えば厚さの３μ島乃
至１０μ賜の二酸化シリコン層を設けることにより厚い
絶縁層を持つショットキダイ・オードが製作される。

この場合窒化シリコンがフッ化水素酸に侵されないため
薄いＳｔＯ，層の予めエッチされた縁端は続く厚い酸化
膜ｔＳｉｌ１層】のエツチングに際してフッ化水素酸１
：よって侵帥されない。続くリン酸（Ｈ，ＰＯ，）によ
る窒化物エツチングにおいても窒化シリコンは侵蝕され
ないから薄い二酸化シリコン層の縁端は侵蝕されない。

第二中間層を金属ｆＮＩえばショットキ障壁接触金属と
することも有利である。この場合第二中間層のとりつけ
又はエツチングが容易となる外ドーノζントが拡散して
デバイスの特性を悪くてる温度処理過程を省略できる。

更に第二中間層の材料σ）適当な選定Ｃ：よりショット
キ障壁接触および半導体とその上（二設けられる電極と
の間の良好な接触を作ることができる。

イオン注入１ニホウ素又はリンを使用すること、基板と
その上の半導体層ｔヒ化ガリウム（ＧａＡ８）、リン化
インジウム（ＩｎＰ　ｌ　、ゲルマニウム又はシリコン
とすることも有利である。

この発明の特に二有利な実施形態は次のものである： 例えばｎ＋型にドープしたシリコン基椴上Ｃ：ｎ型にド
ープされたシリコン層をエピタキシャル成長させ、この
エピタキシャル層の外表面に例えば二酸化シリコンから
成る第一中間層を設ける。写真触刻法Ｃ二より感光樹脂
マスクを使用してシリコン表面の一部から二酸化シリ・
コン膜を除去して露出させ、残された感元樹＠膜の下に
回り込みエツチングを行なった後第二中間層材料例えば
金属の層で全面を慢う。続いて引きはがし法！二より＠
元樹脂層をその上Ｃ二ある第二中間層部分と共に引きは
がした後イオン注入を回り込みエツチングにより露出し
たシリコン半導体部分ｌ：実艷して保護環な形成させる
。第二中間層の残留部分を表面から除去し、イオン注入
された保護環の活性化を実施する。最後にＳｔＯ，＊で
覆われていない半導体表面部分にショットキ障壁接触を
設け、その際少くともこのショットキ接触に接置る保護
環部分がショットキ接触部によって覆われるようにする
。

図面に示した実施例についてこの発明を更に詳細に説明
する。通常半導体材料から成る基板１のＬ（二第１図（
：示Ｔように半導体層２をエビタキノＶル成長させ、そ
の上に第一中間）−４を設置すて感光樹脂マスク７で４
つ。感光樹脂マスク？Ｊ）穴１７の下にある第一中間層
４の部分Ｙエピタキシャル成長層２の表面に達Ｔるまで
腐蝕除去し、感光槓（脂マスクの縁端部においてその下
（二ある中間層４（：回り込み腐蝕が行なわれる工うに
する。基板１よ例えばｎ　型にドープしたシリコンであ
り半導体ｆｄＮｉｎトープシリコンであるがこれ以外Ｑ
〕物質Ｑ）組合せも可能である。例えば基板１と半導体
屑２をｐ型とすること、あるいはゲルマニウム（Ｑｅｌ
、ヒ化ガリウム（ＱａＡｓ　）　、リン化インジウム（
ＩｎＰ）等の半導体材料を使用することも可能である。

第一中間層には任意の絶縁物が使用されるが特に二酸化
シリコン（ＳｉＯｚ）が適してＶ）る。

第２図以下の図面Ｃ二おいても第１図と対応する・１１ 部分には同じ番号がつけであるからそｎｂｃつｂｌては
あらためて説明しない。

第２図に示した半導体板では感光樹脂マスク７している
。この中間層５は例えば金属、特にショットキ障壁接触
金属から成る。回り込み腐蝕部分９があるため第二中間
層５を通して全面的に析出させたとき半導体層２の表面
部分１１は第一中間１憎４によっても、又第二中間層５
によっても覆われない。

第３図においては感光樹脂マスク７がその上Ｃ：ある第
二中間層５と共（：例えば引きばかし法によって除去さ
れている。これによって保護３ＪＩ３に対Ｔるイオン注
入マスクが第一中間＋（至）４と第二中間層との一部分
から構成される。矢印１０はイオン注入を表わしている
。注入イオンには例えばホウ素又はリンが使用される。

ｎ　型基板１とｎ型エピタキシャル成長層２の場合保護
環は例えばホウ素イオン注へｇ二よりｐ′・、型とＴる
。

第４図においては第二中間層５の残留部分が除去されそ
れに代ってショットキ障壁接触層１２が設けられている
。更ｇ二背面電極１４が基板金属化層として設けられる
。ショットキ接触ＩｒＩＪｌ　２は保護３Ｊ！３の内部
の半導体層２の表面部分に接触すると同時Ｃ二それに続
く保＃壇と半導体Ｉ−の間のｐｎ接合部を覆う。一方外
側ｇ二ある保護環３と半導体ＷＪ２の間のｐｎ接合部は
絶縁層である第一中間層４によって覆われる。ショット
キ接触層には通常一つ又は複数の金属層を重ねて良好な
接触が達成さ几るように゛「る。この重ね合せた金属層
は第４図および以下の図面ｌ二示されていない。

第５図においては第４図の第一中間層４がその上に車ね
られた二つの層によって補強されている。

半導体１−２の表面６の上には中間層として厚さが０３
μ島乃至２μ鳥特ｌ：約１μ腸の二酸化シリコン層４が
あり、その上に厚さ００５μｍ乃至（’１．２μ島の窒
化シリコン層１９と厚さ約３μ島から１０μ島の厚い二
酸化シリコン層２０がある。このようｇ：厚い絶縁層（
＝、Ｃリショットキダイオードの容置ヲ小さくＴること
ができる。

第６図の構造はショットキダイオードにビームリード構
造を作るため背面電極を設ける代りに前面から基板に接
触電極１５が作られている点で第４図と異っている。こ
の接触電極の上にもショットキ接触電極１２が設けられ
ている。ビーム・リード構造とするためにはショットキ
接触電極１２の一方の側を中間層４の上で遠くまで延長
Ｔる必要がある。第６図に一示したビーム・リード構造
の場合にも第一中間層４は第５図と同様Ｉニ一つ又は複
数の絶縁層で補強Ｔることかできる。ビーム・リード構
造は容器を省略でき、ショットキダイオードの場合寄生
容量と寄生インダクタンスが池の構造の場合よりも小さ
くなるという利点を持つ。

この発明によるショットキダイオードの製作過程の具体
例を図面について説明する。例えばｎド＋ −プされたシリコン基板の表面にｎ　型にドープされた
シリコン層２をエピタキシャル成長法によって析出させ
、このエビタキンヤル、析出層の外表面６Ｃ；例えば二
酸化シリコｙ（ＳｉＯ，）から成る第一中間層４を０．
３μ鴇から２μｍの間の厚さ例えば約１μ島の厚さに設
ける。この中間層の上に設けた感光樹脂マスク７を使用
して例えば直径３μ賜乃至２０μｍのショットキダイオ
ード構造用の孔をエピタキシャル析出層２の半導体表面
に達Ｔるまで腐蝕して作る。このエツチングに際して二
酸化シリコン中間層４にマスクの縁端から計って約１μ
賜の深さまでの回り込み腐蝕が二酸化シリコン層境界面
に沿って行なわれる。続いて半導体表面に例えば通属の
第二中間ＩＩを全面的に蒸着Ｔる。これによって感光樹
脂の上とこの樹脂層に作られた孔内部の半導体表面に全
屈が沈４Ｔる。

しかし回り込み腐蝕部分９では半導体表面６に金属層も
二酸化シリコン層も存在しない。続いて感光樹脂マスク
７とその上にある金属層を例えば引きはがし法によって
板表面から取り除く。半導体板上１：は蒸着金属層の部
分と二酸化シリコン層の部分から成るマスクが残る。こ
れらの部分の間（二は回り込み腐蝕に基き約１μ賜の間
隙が作られている。続いて板にイオン注入を実施し回り
込み腐蝕による間隙の下に保護環ドーピング区域を形成
する。ｎ　シリコン基板、ｎエピタキシャルシリコン層
の場合保護環は例えばホウ素の注入によりｐ型とする。

続いて残された金属層部分を除去する。回復処理と保ｗ
１１１区埴の活性化処理の後容量の大きいショットキダ
イオードに対しては直ちにショットキ障壁接触を形成さ
せ、容置の小さいショットキダイオードの場合はショッ
トダイオードの形成前にまず窒化シリコン（ＳｔｓＮ、
、）層！厚さ０．０５μ賜乃至２μ鶏、特に約１μ鴇厚
さに全面的（二設け、その上に厚さ約３μ島乃至１０μ
鶏の二酸化シリコン（Ｓｉｎ、）の厚膜な析出させる。

この酸化シリコン厚膜上に感光樹脂マスクをとりつけフ
ッ化水素酸（ＨＦ）をエツチング剤としてショットキダ
イオード区域上の厚膜を蝕刻する。

感光樹脂マスクを除去した後、、厚膜酸化物をマスクと
してリン酸（ＨＩＰＯ，３ｇ二より窒化シリコン層を蝕
刻する。厚い酸化物層の場合感光樹脂マスクは酸化物層
と窒化シリコン層Ｃ二作られる孔が下の１１９い二酸化
シリコン層に存在下る孔よりもいくらか広くなるように
選ぶ。これに続いてショットキ接触の形成を実施する。

この場合ショットキ接触部がショットキダイオードＩ：
向って内部にある保護環と半導体層の間のＯｎ接合の上
に重なり、外側にある保護環と半導体層の間のｐｎ接合
の上には薄い二酸化シリコン層が重なるようにする。最
後にショットキ障壁接触を別の金属層で覆い良好な接触
が作らｎるようにする。基板接触は全面的な背面電極と
Ｔるかあるいはビーム・リード構造の場合にはショット
キ接触と同じ側面の半導体表面に沈めた接触電極とする
。

この発明の方法は任意の形式のショットキダイオードの
製作に採用されるが特にマイクロ波ショットキダイオー
ドの製作に対して適している。

【図面の簡単な説明】

図面第１図乃至第６図はこの発明による製造工程の種々
の段階Ｃ二おいての半導体板の断面構造を示Ｔ０ １・・・基板、　　２・・・エビタキンーＶル半導体屓
、３・・・保、慢壇、　　４・・・第一中間層、　　５
・・・第二中間層、　　７・・・感光樹脂マスク、　　
１２・・・ショットキ障壁接触電極、　１４および１５
・・・基板接触電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）保護環が半導体層にイオンを注入することによって
   作られること、イオン注入マヌクとしてイオン注入する
   半導体表面に設けられた第一中間層の一部と第二の中間
   層の一部が使用されることを特徴とＴるショットキ接触
   の周縁部の下Ｏγ半導体層部分に：自己整合式（ニドー
   ブして作られた保護環を備えるショットキダイオードの
   製造方法。 ２）　保護環の幅が２μ島以下、特に約１μ鴇又はそれ
   以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ３）　第一中間層がエツチング可能の絶縁材料から成る
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の方法。 ４）第一中間層が厚さＯ，ｉμｍル乃至２μｌ、特に約
   １μ島の二酸化シリコン（ＳｉＯ，）ｌ！テあることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項の一つに記
   載の方法。 ５）　第一中間層が一酸化シリコン（Ｓｉｎ）層。 二酸化シリコン（Ｓｔ・Ｏ，３層、窒化シリコン（Ｓｔ
   、Ｎ４）層中の一つ又はそれ以上をもって補強されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項の一つ
   に記載の方法。 ６）第二中間層が金属特にショットキ障壁金属の一種類
   から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   ５項の−っｌ二記載の方法。 ７）　イオン注入にホウ素又はリンが使用されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項の一つに記
   載の方法。 ８】　基板と半導体層がヒ化ガリウム（ＧａＡｓ。 リン化インジクム（ＩｎＰ）　、ゲルマニウム（Ｇｅ）
   およびシリコン（Ｓｔ）中の一つから成ること！特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第７項の一つに記載の方
   法。 ９）　−例としてｎ　型にドープされたシリコン基板上
   にｎ型にドープされた半導体層をエピタキンｖ／Ｉ／成
   長させること、 エビダキシャル成長層の外表面しに第−中間層例えば二
   酸化シリコン層全とりつけること。 感光樹脂マスクを使用しフォトエツチングによりシリコ
   ン表面の一部から二酸化シリコン層を除去し、その際残
   された感光樹脂の下に回り込みエツチングを行なうこと
   、 続いて第二中間層の材料例えば金属の層を全面的に設け
   ること、 続いて引きはがし法Ｃ：より感光樹脂マスクをその上に
   ある第二中間層の部分と共に除去すること、 続いて回り込みエツチング（：エリ露出したシリコン表
   面部分よニイオン注へ７実施して保護：： ３１１を形成Ｔること、 第二中間層の一部！表面から除去すること。 最後にショットキ接触を設けて二酸化シリコン層で覆わ
   れていない請出した半導体表面部分を覆い、その際ショ
   ットキ接触に続く保護環の部分区域がショットキ接触で
   覆われるようにＴることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第８項の一つに記載の方法。