JPS5936830B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一導電形の第１および第２の半導体領域と、
これら半導体領域は反対導電形の正味のアクチペータ濃
度を有する障壁領域によつて分離されており、更にこの
障壁領域を横切つて第１および第２の領域間に存在する
電流通路とを具え、この障壁領域を通る電流の流れが上
述の一導電形のチャージキャリアによるものであると共
に、上記第１の領域は第２の領域よｉ！）、大きな一導
電形のドーピング濃度を有する様な半導体本体を具えた
半半導体装置に関するものである。

本発明はまたこの様な半導体装置を製造する方法に関す
るものである。

この様な半導体装置を例えば整流器、増幅器、論理また
は光電子回路に使用できる様な特性で製造することがで
きる。上述した半導体装置は米国特許明細書第３９４０
７８３号よう既知なものである。

半導体装置において、Ｐｎ接合やシヨツトキ障壁の様な
電位障壁を形成することはよく知られている。

この様な電位障壁は、半導体ダイオード、トランジスタ
および集積回路を有する他の半導体．″装置て使用され
ている。既知の半導体装置に用いられたり、製造されて
いる様なＰｎ接合によつて、反対導゛電形の２個の半導
体領域間の半導体本体中に電位障壁が形成され、このＰ
ｎ接合における狭い空乏層は別としてｌこれら反対導電
形の半導体領域の両方共、少くとも接合間の零バイアス
電圧において移動チヤージキヤリアがなくなるように空
乏化されていない。

順方向または逆方向のバイアス状態の下で電流がその構
造を通つて流れる場合、これら２つの領域１の一方へ接
合を横切つて流れる電流は、この領域に対して反対導電
形チヤージキヤリア、即ち、少数チヤージキヤリアによ
るものである。半導体技術において周知の如く、少数キ
ヤリアを用いることは多くの装置にとつて欠点となつて
しまい、例えば少数キヤリアの蓄積効果、遅いスイツチ
ング速度＄・よび比較的高い順方向の電圧降下のために
欠点となるものである。従つて多くの応用例においては
、このＰｎ接合の代わやにシヨツトキ・バリア（障壁）
を用いる ：ことが知られている。

シヨツトキ・バリアは、電極と、この電極Ｋよつて表面
に接触される一導電形の半導体領域との間に形成された
金属一半導体接合であり、シヨツトキ・バリアにあ一け
る狭い空乏層は別として、半導体領域は少くとも零バイ
ア５スに卦いて一導電形の移動チヤージキヤリアによつ
て空乏化されるのではなく、そしてバイアス状態の下で
この構造を通つて流れる電流はこの領域と同じ導電形の
チヤージキヤリア、即ち多数キヤリアによるものである
っ従つてシヨツトキダイオ５ードを無視し得る程度の少
数キヤリア蓄積効果、高速スイツチング速度訃よび低い
順方向の電圧降下で形成することができる。しかし乍ら
、シヨツトキ・バリアには、半導体本体の表面で形成さ
れるという欠点がある。半導体および金属との間のｚ電
位障壁の高さは表面状態ならびに半導体表面の全体の状
態によつて影響を受けるものである。特にシヨツトキ・
バリア技術は、半導体本体の基体中に電位障壁を形成す
るのに適したものではなく、これによつて半導体装置構
造中にシヨツトキ・バリアを集積化することが制限され
てしまう。本明細書においては、アクチペータ（Ａｃｔ
ｉｖａ一ＴＯｒｓ）とは、通常のドナーおよびアクセプ
タ原子のみならず、原子価、結晶不完全性、深いレベル
の不純物訃よびｐまたはｎ形導電性を決定する他のあら
ゆる種類のアクチベータ中心をも意味するものとする。
本発明半導体装置は、一導電形の第１および第２の半導
体領域と、これら半導体領域を分離し、反対導電形の正
味のアクチペータ濃度を有する障壁領域と、この障壁領
域を横切つて前記第１卦よび第２の領域間に存在する電
流通路とを有し、前記障壁領域を通る電流の流れが前記
一導電形のチヤージキヤリアによるものであると共に、
前記第１の領域は前記第２の領域より大きな一導電形の
ドーピング濃度を有する半導体本体を具える半導体装置
において．前記障壁領域を十分に薄くして前記第１およ
び第２の領域を零バイアスする時に形成される空乏層が
前記障壁領域中に侵入して一緒になり、零バイアスの時
に前記障壁領域全体を前記反対および一導電形の移動キ
ヤリアに対し実質的に空乏化したことを特徴とするもの
である。

米国特許明細書第３９４０７８３号には整流器｝よび電
圧基準半導体装置の構造が開示されており、この装置に
｝ける主要な電流の流れは多数キヤリアによるものであ
る。この装置のｐ形半導体層は、２個のｎ形半導体領域
（層の形態）の間に存在し、ｐ形層によつて２個のｎ形
領域と相まつて２個のＰｎ接合を形成し、１ミクロン（
１０４Ｘ）の代表的な厚さを有している。電圧を２個の
ｎ形領域間、従つてｐ形層間に印加し、零バイアス電圧
の時に、この層の大部分の厚さは正孔で空乏化されてい
ない。作動中、バイアス電圧の大きさを増大して、２個
のＰｎ接合の一方において形成した空乏層がｐ形領域の
厚さに亘つて広がる原因となるので、その結果として、
この広がつている空乏層はｐ形層の厚さ全体に亘つて延
在して．この層全体を空乏化すると共に、２個のｎ形領
域を相互に接続するようになる。この状態においてｎ形
領域間（Ｃ多数キヤリアから成る電流の流れが発生する
。しかし、この装置の構造ではバイアス電圧をｐ形層全
体を空乏化するために用いる必要があるので、整流器と
して用いたこの様な装置はそれの順方向特性に対して大
きな順方向電圧降下を持つた緩やかな電流一電圧の立ち
土り動作となる。このことによつて、順方向｝よび逆方
向の電流一電圧特性における非対称性の品質が低下して
しまうと共に、他の関係においてそれの有用な応用が制
限されてしまう。従つて、この様なバイアス電千による
空乏化を必要とする障壁構造を、例えばトランジスタの
様な更に複雑なマルチバリア装置として用いることは極
めて不適当なものであると共に、土述の米国特許明細書
にはこの様な構造を ｌこの様に用いる為の説明や図面
等は全く存在していない。また、バイアス電圧をｐ形層
全体の空乏化のために用いることが必要であるから、土
述の特許の装置では少数キヤリアの蓄積効果を無視でき
ないと共に、高速のスイツチング速度が達成できない。
本発明によれば、第１および第２の領域間に障壁領域（
これの厚さ全体に亘つて零バイアス時にはすでに実質的
に空乏化されている。

）を設けることによつて、ＮｐｎまたはＰｎｐ構造のｎ
およびｐ形領域間の境界面でのＰｎ接合の代りに、ｎ−
ｎまたはｐ−ｐ構造の境界面で極めて低いバイアス電圧
でも単位障壁が現；ｂれる電位障壁が得られる。本発明
による装置の第１および第２の領域間の電位障壁を、半
導体本体の基体部分に訃ける電位ビＺークまたは突起と
して表わすことが可能であり、この障壁によつて第１お
よび第２領域間の電流の流れを制御している。この電流
の流れは前述の一導電形のチヤージキヤリア、即ち電位
障壁の両側の多数キヤリアによるものである。従つて，
本発明による半導体装置では少数キヤリアの蓄積効果が
無視できると共に、高速のスイツチングが達成される。
本発明に｝いては、正味の不純物濃度の高い、極めて薄
く実質的に空乏化された障壁領域を有すると共に、第１
の領域クト極めて大きなドーピング濃度を有することに
よつて、第１卦よび第２領域間に得られた電位障壁はそ
れの順方向および逆方向の電流一電圧特性に相当程度の
非対称形を有するようになる。

従つてそれの順方向特性には亀激な立土りが存在すると
ともに順方向電圧降下が小さいものとなる。特に、零バ
イアスに卦いて、すでに実質的に空乏化されている薄い
障壁領域を、例えば一導電形ノブ のベース領域を有し、この領域を通る電流の流れが多数
チヤージキヤリアによるものであるトランジスタの如き
、半導体回路素子またはマルチバリア半導体装置の１つ
またはそれ以上のバリア（障壁）をコンパクトな手段で
形成するために．容易に用いることができる。

第１および第２の領域間の電位障壁の高さ（および従つ
て所定バイアス電位に対する障壁領域を横切る電流の流
れの大きさ）は、この障壁領域に訃ける反対導電形の活
性剤の濃度特性の大きさに関するものである。

この様なアクチベータ濃度は、半導体中の前述の反対導
電形のエネルギレベル特性を有する様な結晶格子放射損
傷を半導体中に取り入れることによつて形成され得るも
のである。この様な損傷中心を例えば中姓イオンの注入
によつて形成することができる。しかし、本発明は好適
実施例においては、この障壁領域は前述の反対導電形の
ドーピング原子でドープした半導体領域であわ、このよ
うなドーピングによつて障壁領域は前述の反対導電形の
、容易に再現性を有すると共に極めて高度のアクチベー
タ濃度を有することが出来るようになる。これら第１、
第２訃よび障壁領域によつて、半導体ダイオード、トラ
ンジスタまたは集積回路を含む半導体装置の他の型弐の
ものを構成することができる。

この様な装置の種々の領域に対して選定したドーピング
｝よび厚さに関連して、広範囲な特性が本発明による半
導体装置から得られる。特に、順方向の電圧降下の低い
、逆方向の洩れ電流の少ないそして応答速度の速い装？
および回路素子が得られる。また本発明｛てよる半導体
装置は種々の技術を駆使して製造することができる。

しかし乍ら，少なくとも障壁領域を形成するためにイオ
ンインブランテーシヨンを駆使することが特に好適であ
る。また本発明半導体装置の製造方法は、障壁領域を、
前記反対導電形の不純物のイオンを半導体本体の表面を
通つて一導電形の半導体本体の部分中に注入することに
よつて形成し、注入したイオンのエネルギを前記不純物
の最大濃度が前記表面から離間した前記本体中の或る深
さで得られるように選択リたことを特徴とするものであ
る。以下図面につき、本発明を詳，細に説明するゥここ
で、各図面は線図的に表わされたものであ勺、特に．半
導体装置の図面に卦いては、理解しやすくする為に厚さ
を誇張して表現した勺、便宜上、減縮して表わしている
。

先ず、第１図および第２図は、本発明のものではなく、
説明のためのものであるっ第１図は簡潔に表した状態を
表わし、ここでは少数のアクセプタ原子Ａを、均一なド
ーピング濃度ＮＤを有する基板のｎ形半導体本体部分の
基体中に導入して、基板の領域２および３を分離する、
正味のアクセプタ濃度ＮＡを有する薄領域１を形成する
。

第１ａ図は柴さｄの関数として基板中の正味のアクセプ
タまたはドナー濃度を示す。第１６図は充満帯エツジＥ
ｖおよび伝導体エツジＥ。間のエネルギバンドギヤツブ
を表わす、対応する電子エネルギダイヤグラムであり．
フエルミレペルＥＦ＜５Ｅｖに隣接したアクセプタＡの
エネルギレペルとＥｃに隣接したドナーＤのエネルギレ
ペルとを合せて示してある。第１ｃ図は空間電荷分布Ｑ
を表わす。ｎ形領域２および３を分離している領域１で
は、ドナー濃度は高濃度なアクセプタ不純物によつて過
剰に補償されている。

しかし、薄領域１の活性剤の総ぺては、零バイアスにお
いて接合２−１，１−３で自然に形成される空乏層が溶
け込むことによつて空乏化される。これによつて第１Ｃ
図に示した様に領域１全体に亘つて負の空間電荷となる
。半導体技術に訃いて普通に理解されている様に，半導
体領域（領域１の様な）は、両方の導電形の移動チヤー
ジキヤリアの数がこの領域中の正味のアクチペータ濃度
のそれと比べたら無視し得るものである時（通常、少な
くとも２桁少ない）、両導電形のチヤージキヤリアで実
質的に空乏化されたと言われている。

第１ｃ図に図示した負の空間電荷領域が存在す３ること
によつて、第１ｂ図に示す様にエネルギバンドが彎曲し
、その結果電子の流れに対する障壁が形成されるこの障
壁の高さを第１ｂ図および第２図にφ。

で表示する。従つて、実質的に空乏化された領域１によ
つて基板の第１および第２のｎ形領域２，３の両方から
の電子の流れに対する電位障壁が形成される。

第２図は、伝導体のエツジを描いた電位ダイアグラムで
あり、第１および第２の領域２，３へ接続した電極間に
逆バイアス電圧を印加した時のこの様な半導体装置の動
作を表わしているっ亀位曲線１０は領域２，３間にいか
なるバイアス電圧をも印加しない状態を示す，電流曲線
１１，１２は領域３が領域２に対して負Ｖ１および正，
にそれぞれバイアスされた場合のものを表わす。Ｖ１お
よび！は、零バイアスにおいてフエルミレベルＥ，ｌに
対して測定した負および正バイアス電圧をそれぞれ表わ
す。ＥＦｌおよびＥＰ４は負訃よび正のパイａアス電圧
，および，を有するフエルミレベルをそれぞれ表わす。
零バイアスにおける障壁はφ０である。この障壁は正の
バイアス電圧Ｖ，を供給することによつて減少する。バ
イアス電圧Ｖ，の下の、領域３からの電子に対する電位
障壁をφ１によつて表わす。バイアス電圧Ｖ，の下の、
領域２からの電子に対する電位障壁をφ，によつて表わ
す。名訃よびφ２の両者はφｏより少ないものである。
領域２のドーピング濃度は領域３の濃度と同じであるか
ら、電圧，がＶ，に等しい時φ，ｌはφ２と等しくなる
。このことは、ｌおよびＶ，が実質的に同じ値で両バイ
アス方向に動作する対称的装置となる。本発明による非
対称装置を第３図に示す。

この装置の構造は実質的に空乏化１−た障壁領域１を有
し、この領域１は第１図および第２図の領域と同様なも
のであ勺、両万共一導電形、例えばｎ形である第１およ
び第２領域２および３を分離する。しかし本例装置の構
造においては、第１領域２は第２領域３のーー導電形の
ドーピング濃度より濃い十濃度ｎ を有している。

領域２および３への電極接続部によつて規制される電流
通路は、障壁領域１を通つて第１卦よび第２領域２およ
び３間に存在する。障壁領域１を通つて流れる電流は前
述の−導電形のチヤージキヤリア（即ち、ｎ形領域２卦
よび３と一緒の電子）によるものである。この障壁領域
１は反対導電形の正味の活性剤濃度を有する半導体領域
であり、前述の電位障壁を第１訃よび第２域２，３の両
万から一導電形のチヤージキヤリアの流れに形成すると
共に、零バイアス時に前日の両領域２，３と相俟つて空
乏層を形成するためのものであるっまた障壁領域１は十
分に薄いものであるから、零パイアス時に両領域２，３
と相俟つて形成された空乏層が障壁領域１中に一緒に溶
け込み、前述の反対および一導電形の移動チヤージキヤ
リアの障壁領域１の全体を零バイアス時に実質的に空乏
化するようになる。領域１で形成された空乏層は別にし
て、領域２卦よび３は零バイアス時には空乏化されてい
ない。この状態の下に｝いて、ポアソンの方程式の近似
的解答として次式が与えられる。Ｎｓが障壁領域１の単
位面積当勺の前述の反対導電形の正昧の不純物に相当す
るので、この方程式は例えば不純物イオン線量に関係し
、このイオン線量をこの様な障壁領賊１を形成するため
に注入することができる。

エネルギバンドを十分に彎曲させるためには、φｏは例
えばＫ−Ｔ／ｑより大きくしなければならず、ここでＫ
はポルツマン定数で、Ｔは絶対温度である。

従つて、方程式（１）から例えば１００Ａのｌ享さｔに
対して、Ｎｓはおよそ２×１０１１不純物原子／ｄよシ
大きくなければならない。しかし、フエルミレベルＥ，
，が障壁領域１の価電子バンドエツジＥｖの数Ｋ−Ｔ値
以内に入つて来るならば，障壁領域１は前述の反対導電
形の移動キヤリアで最帛空乏化されないであろう。

従つてＰｎ接合が形成されるっこのことによつてこの半
導体に対するφｏの最大値に制限が加えられると共に、
所定のｔの値に対してＮ８の値は｝よそ２×１０１３不
純物原子Ｚ？よ勺少なくしておかなければならなく、そ
の領域を実質的に空乏化して訃くために必要である（こ
の場合、障壁領域の所定の厚さｔは１００Ａである）。
再び第３図に戻ると、ｎ形領域２はｎ形領域３と比べて
史に多量（Ｃドナーでドープ（ｎ＋）されている。

この結果、バイアス電圧Ｖ，の下での領域３からの電子
に対する障壁φ１ （領域３は領域２に対して負にバイ
アスされる）は、バイアス電圧Ｖ２の下での領域２から
の電子に対する障壁φ２（領域３は領域２に対してＶ］
に等しい大きさの，だけ正にバイアスされる）よ如小さ
いものである。従つて、装置は、領域３が領域２に対し
て正にバイアスされる電圧値より、負にバイアスされる
電圧が低い値で作動して電流を流すようになるっ一般的
に負のバイアス１での作動は１以下で行われ（電子はｎ
形領域３から障壁領域１を経てｎ形領域２へ流れる）、
それに対して、正バイアスＶ！での作動は１０Ｖ以上で
行われる（電子はｎ形領域２から障壁領域１を経てｎ形
領域３へ流れる）。これらＩ訃よびＶ２の実際の値は領
域２，３に対して選んだ非対称形のドーピングによつて
決められる。第１の領域２のドーピノグ濃度は、第２の
領域３のそれより少なく共２または３または４桁大きな
値で容易【形成することができる。障壁領域１の活性剤
を第１および第２の領域２，３の前述の一導電形に対し
て反対の導電形の浅いレベルのドーパントとすることが
できる。

この様な浅いレベルのドーパJャgによつて、前述の一導
電形のドーパントに対向するバンドギャツブのエツジに
隣接する半導体材利のバンドギヤツプに浅いエネルギレ
ベルを形成する。しかし、その代りにこの障壁領域１を
反対導電形の深いレベルの不純物でド・−プすることも
可能である。斯様な不純物は、バンドギヤツプのエツジ
Ｅ。｝よびＥｖの両方から離れた位置、従つてバンドギ
ヤツプの位置する深いエネルギレベルを有するものであ
る。活性剤としてこの様な深いレベルの不純物を用いる
ことによる利点としては、十分に大きなドーピングを行
なうことによつて電位障壁が不純物の深ぃエネルギレベ
ルに相当する値に近づくことができ、この値は深いレベ
ルのドーピングの大きさに影響されなくなることである
。所定の厚さｔに対して、障壁領域１の反対導電形の活
性剤原子Ｎｓによつて、第１訃よび第２の領域２，３間
の電位障壁φｏの高さ卦よびそれによつて所定のバイア
ス電圧に対して障壁領域１を切つて流れる電流の大きさ
が決定される。

最大の非吋称特性を得るためには領域１は小さな厚さｔ
および高濃度のドーピングＮｓを有することが望ましい
。従つて、障壁領域１の反対導電形の活性剤濃度は、前
述の領賊の一導電形の活性剤濃度より例えば少くとも１
または２桁大きなものが好適である。この様な高濃度は
、障壁領域１もまた極めて薄いものでなければならず、
零バイアスの時に空乏化されたままであることを意味す
るものである。一般的にこの障壁領域１の厚さは例えば
大きくても約２５０Ａである。第４図は、本発明による
ダイオード構造の一実帷例である，このダイオードは非
対称な電流一電圧特性を有する。

これは、第１の領域２が第２の領域３７）一導電形のド
ーピング濃度により高濃度の結果である。従つてこのダ
イオードは第３図．′）電位ダイヤグラムによつて描れ
た一般のタイブのものであるっこの装置において、第１
領域２は半導体本体２００表面に隣接すると共に、実質
的に空乏化された障壁領域１によつてダイオードの第２
の領域になる、その下に存在している半導体本体部分３
から分離している。従つて．表面に隣接する領域２は半
導体表面上に設けた電極２２によつて簡単に接触してい
る。領域２を反対導電形の空乏化されていない環状ゾー
ン２４によつて横方向に包囲する。このゾーン２４は障
壁領域１を横切つて本体２０中に十分深く延在する。こ
の空乏化されていない環状ゾーン２４はガードリングと
して振舞い、このガードリングは既知のシヨツトキダイ
オード構造におけるガードリングと同じである。このゾ
ーン２４によつて、領域２を領域３の包囲している部分
から横方向に分離ると共に、障壁領域１の端部でそれに
短絡しないように確保する。後述する様に、このような
空乏化されないゾーン２４を、空乏化された障壁領域１
を形成するために用いられているのと同様なドーピング
段階中に形成することができるっしかし乍ら．第４図を
参照して説明する様に、ゾーン２４は障壁領域のとは異
つたドーピングを有することが可能である。このことに
よつて、ゾーン２４のドーピング訃よび深さを更に独立
して選択することができその結果としてゾーン２４によ
つて障壁領域１より高い障壁を領域３と共に形成するこ
とができる。第４図に示すダイオードの第２の領域３は
、更に導電度が高い一導電形の基板上１３上に存在する
エビタキシヤル層の一部分である。第２の領域３への電
極接続２３は基板１３の背面に接触している。この方法
において、対向電極２２，２３を有する．簡単なデイス
クリートなダイオード構造が得られる。また本発明によ
れば、次の様な手段で第４図のダイオード構造を製漬す
ることができる。

本例の目的のために、第１および第２の領域２，３の一
導電形はｎ形のものとする。導電度の高いｎ形の単結晶
シリコン基板１３土に、ｎ形シリコンエピタキシヤル層
３を既知の手段で成長させる。

エピタキシヤル層３は例えば標準的に５Ω・確の抵抗率
で１２μの厚さのものである。層３の表面土に、加熱酸
化物層をドーパノトマスクとして使用するため既知の手
段で成長させる。既知のフオトリトグラフおよびエツチ
ング技術を駆使して環状窓を酸化物層を通してエツチン
グし、ここでは環状ゾーン２４をエピタキシャル層中に
形成する。一般に、多数のダイオードが同一半導体ウェ
ハー中に、このウェハー土の多数の位置で処理を施すこ
とによつて同時に製造され、その後でこのウェハーを分
割し、各々の半導体装置用（て個別の半導体本体を得る
ことが知られでいる。しかし乍ら本例では簡単のために
、製造工程を一個所で行われる処理に関して単独に記述
している。酸化物層（マスク）中に環状窓を開孔した後
に、アクセプタドーパントをエピタキシヤル層３中に導
入して、障壁領域１が形成される位置より更に深い処ま
で延在するｐ＋環状ゾーン２４を形成する。

この様なドーバントを既知の技術例えば．｝まう素の熱
拡散によつて導入することが可能である。このゾーン２
４を形成した後に、ドーパントマスク全体を取り去り、
エピタキシヤル層３の表面を洗滌し、そして新しい絶縁
，層２６を既知の手段によつて設ける。この層２６は例
えば１２００Ａの厚さを有する熱成長シリコン酸化物で
ある。既知のフオトリトグラフ｝よびエツチング技術を
駆使することによつて、絶縁層２６に窓２１を設け、こ
の窓２１はすでに設けられているｐ＋環状ゾーン２４の
内側縁に僅か重なつている。窓２１を通して活件剤イオ
ンを注入し、他方、インプラテーシヨンマスクとして層
２６を用いて不純物多量添加したｎ＋表面領域２および
極めて薄く、不純物多量添加されたが、実質的に空乏化
した障壁領域１を形成する。イオンエネルギーおよび質
量を適当に選ぶことによつて領域１を出来る限り薄くし
（例えば、約１５０Ａの厚さ）そしてイオン線量を適当
にすることにより領域１を出来る限り多量に不純物を添
加する。領域１のためのイオンは、これの基板のドナー
濃度を過剰補償するための浅いレペルのアクセプタであ
る。適当に重いアクセプタイオンは、例えば２０Ｋｅの
イオンビームエｊ゛ネルギ一に訃いてはインジウムであ
る，インジウムのこのエネルギーによつて．シリコン表
面から訃よそ１５０Ａ（７）深さにおいて電位障壁領域
に対する最高のドーピング濃度が得られる。領域２を例
えば１０ＫｅＶアンチモンイオンのドナーインプランテ
ーシヨンによつて｝よそ１００１Ａ（７）深さの処に形
成する。

第４図のダイオード領域２に使用したドナードーズによ
つて．窓２１に現われているｐ＋ガードリング２４の内
側縁を過剰１にドープしてしまう。領域１の前に領域２
を適当にインブランテーシヨンして、インフラしたイオ
ンのチヤンネル化を減少すると共に障壁領域１の幅滅縮
ｔる，同じ理由のために、インブランテーシヨンが主半
導体結晶軸に対して小さな角５度で適当に行われる。領
域１訃よび２を形成するためのインブランテーシヨンを
、例えば領域２に対しては１０１３から１０１４アンチ
モンイオン／Ｃｉｉ、領域３内に対しては５×１０１２
から５×１０１３インジウムイオン／？の代表的な線量
で室温にて行なうことができる。

これら両方のイオンインブランテーシヨンの後に、代表
的な温度７５０℃、高真空で何かなる重大な拡散が発生
しないように焼なましを行う。障壁領域１に対するイオ
ン線量は前文で提案したＮｓの正昧の値より大きいもの
である。その理由は、領域２のインブランテーシヨンの
ために，領域１のエピタキシヤル層ドーピング｝よびド
ナードーパントを過剰にドープする必要があるからであ
る。インプランテーシヨンを焼なました後０Ｃ，．ｎ形
領域２｝よび３を導電層２２｝よび２３形態の電極接続
と共に既知の手段にて形成する，，領域２，３への実質
的にオーミツク接続を行なう層２２，２３を設けること
によづて、多数キヤリアのダイオードが誕生する。これ
ら電極２２，２３は通常金属であり、例えばアルミニウ
ムまたはチタニウムである。第５図は第４図に示した一
般構造（本発明による）を有する非対称のダイオードの
電流一電圧特性を表わし、土述の様な方法で製造したも
のである。

第５図のグイオードは抵抗率４０・？のｎ形エピタキシ
ヤル層３を有しでいる。ほう素を拡散した環状ゾーン２
４は０．５ミクロンの深さであ９内直径５５ミクロンで
外直径９０ミクロンの円対称のものである。酸化物層２
６内の窓２１もまた７０ミクロンの直撃を有する円であ
る。第１の領域２を１０Ｋｅで５×１０１３イオン／〜
のアンチモンインプラント線量で形成した。障壁領域１
を３０ＫｅＶで１×１０１３／（−Ｒｉｌのインジウム
インブラント線量で形成した。インプランテーシヨンを
真空中で１５分間７５０℃で焼なましした。第５図の電
流一電圧特性は．ダイオード電極２２．２３（第４図に
示す）間に順方向ならびに逆方向のバイアス電圧Ｖ，お
よびＶ，を印加してその結果流れた電流１を測定して得
られたものである。

順方向のバイアス電圧Ｖ，の下では、多量に不純物を添
加したｎ形領域２が少なく不純物添加したｎ形領域３に
対して正電位にバイアスされ第５図のＩ−，特性が得ら
れた。逆方向のバイアスＶ，の下では、領域２は領域３
に対して負電位にバイアスされ、Ｉ−Ｖ２特性が得られ
た。第５図のグラフの横軸は順むよび逆方向の電圧Ｖｌ
，２をボルトで示し、縦軸はダイオードを通つて流れる
ミリアンペアの電流を対数スケールで示すものである。
第５図のグラフかられかるように、本発明によるこの多
数キヤリアダイオードは１ボルト以下の順方向バイアス
で導通し、１ボルトの順方向バイアスでダイオードを流
れる電流｝１１０〔ＭＡ〕にも達している。しかし、１
ボルトの逆方向バイアスでは，この電流は第５図に示す
様に１μＡ以下であシ、１５ボルトの逆バイアスでさえ
、流れる電流は僅か１５μＡである。この様なダイオー
ドを例えば整流器として使用することが可能である。第
４図｝よび第５図のダイオードに｝いて、障壁領域１の
全体は空乏層である領域１に溶け込むことによつて、零
パイプス時に両導電形の移動チヤージキヤリアで実質的
に空乏化されている。

この障壁領域１はダイオードの第１および第２の領域２
，３と一緒Ｇて自然に形成される。従つて、このダイオ
ードは第５図で示す様に順方向特性１一，に対して急峻
に導通するようになる。障壁領域の全体がバイアス電圧
が印加されていない時に両形態のチャージキヤリアのた
めに実質的に空乏化されていないならば、このダイオー
ドは本発明の技術範囲に入るものでなく、高電圧時に緩
慢な電流一電圧導通特性訃よび遅いスイツチング速度の
特性のものとなり、これらは測定することが可能である
。従つて、障壁領域１が所望の如く実質的に空乏化され
ているかどうかは、土述の様な測定によつて判断するこ
とができる。本発明によれば土述の実施例以外に幾多の
例が考えられ、この様な第１および第２領域ならびに障
壁領域を他の種々の装置に応用できることは明らかであ
る。

以下に数種の変形例を第６図から第１０図を参照し乍ら
説明する。これらの図面において第３〜４図の部分と同
様な部分には同じ番号を付した。第６図に示した装置に
おいて、環状ゾーン２４を空乏化された障壁領域を形成
するために用いたのと同じドーピングステツプ中に形成
した。

この様な特徴の利点としては、製造に必要な沢山の処理
行程数が大幅に減少されると共に、極めて小型の装置を
製造することができる。このことは以下の手段によつて
達成することができる。エピタキシヤル層３を堆積した
後で、熱成長したシリコン酸化物層２６を例えば厚さ１
５００Ａで形成する。次に、所望の第１の領域２の輪郭
に相当する窓２１を層２６中４て形成し、第１の領域２
を形成するためのイオンを、層２６をインブランテ・−
シヨンマスクとして駆使して窓２１に注入する。次に装
置の構造を例えば希釈したふつ化水素酸中に軽く浸して
エツチングして，層２６が例えば４００Ａとなる様に腐
食させて取り去る。従つてこの軽く浸してエツチングす
ることによつて窓２１が僅か広くなる。次にこの広がつ
た窓２１を、領域２のインプランテーシヨンの周りの表
面まで延在する障壁領域．インプランテーシヨンのため
のインプランテーシヨン窓として使用する。広げられた
窓２１を第１領域２に接触する電極２２用の接点窓とし
て使用することもでき、この場合電極２２は環状ゾーン
２４に接触する。・窓２１をエツチングして拡大するこ
とおよびそれによる環状ゾーン２４の幅を十分に小さく
することができ、このゾーン２４もまた実質的（１Ｃ空
乏化される。しかし乍ら、障壁領域のインプランテーシ
ヨン中に形成した広いゾーン２４は十分に空乏化されて
いないので、第４図の装置における拡散されたＰ形ゾー
ン２４と同様に振舞う。場合によつては、更に絶縁層を
拡大した窓２１中に障壁領域のインプランテーシヨンの
前か後に堆積することもでき、次に接点窓をこの層中に
設けて電極２２による接触のための領域２だけを露出す
る。第６図に示して他の実施例は、前述の障壁領域１と
共と形成された空乏層中の第２の領域３にドーピング濃
度３０を包含させたものである。

ド・−ピング濃度３０は、それの下に存在する領域３の
基体の濃度より高いものである。この様に増加したドー
ピング濃度３０は、領域３と同じ導電形のドーパントイ
オンを領域３中にイオン注入することによつて容易に形
成することができ、このイオン注入を次の様なエネルギ
で行なう。即ち、これらのイオンが、半導体本体中で障
壁領域のインプランテーシヨンにおけるイオンの値域よ
う僅かに大きい値域を有するものである。このドーピン
グ濃度３０が主とし障壁領域１から領域３まで延在する
零バイアス空乏層内に少くとも位置するならば、領域２
卦よび３の非対称なドーピングは無視することができる
。従つて、このドーピング濃度３０をおよそ１５０Ａの
障壁領域１内に形成することが好ましい。この様な局部
的に増大したドーピノグ濃度３０によつて、障壁領域１
に隣接した領域３の電界の強さが増大するようになる。
この結果、領域３における電位カーブの落ち込み（第３
図に示す）はより急勾配となり、キヤリアは領域２およ
び３間の電位障壁を更に簡単ＣＣ通過するようになる。
このドーピング濃度３０を形成するための代表的なドナ
ーイオン線量の値は、例えば２Ｘ１０１２から５×１０
１２までのひ素イオン／Ｃｄである。また第６図は他の
実施例を示し、ここでは第２のゾーン２に接触する電極
２２を開孔１，てある。

本例においては、光子照射のための窓を第２の領域２の
主要部分に亘つて形成することができる。電極接続部２
２は環状であ）、領Ｖ．２の周縁と接触している（第５
図に図示）．）この様な構造の装置を、この電極窓を通
つて入射する光子放射を高い量子効率卦よび利得で検出
する低光子レペル検出器としで用ハることができる。照
射によつて発生した多数キヤリアを障壁域１中に集め、
これによつて障壁の高さおよび障壁を横切つて流れる多
数キヤリアの流れを調節する。電極層２２を例えば不純
物多量添加の多結晶シリコンまたは金属とすることがで
きる。障壁領域１および第１、第２領域２，３を他の半
導体領賊および電極と共に容易に集積化しで、更に複雑
な半導体装置を形成することができる。

また本発明によれば、更に沢山の変形例訃よび応用例が
考案されることは明らかである。例えば、実質的に空乏
ｒヒされた狭い障壁領域１および不純物多量添加した第
１の領域２を形成するのに特に都合の良かつたイオンイ
ンブランテーシヨンが記載されていたが、他の既知の技
術を駆使できることは明らかである，従つて、例３えば
分子線エピタキシは斯様な薄いドープされた領域を例え
ばガリウムひ素の如き−Ｖ族半導体材刺で形成するため
に適当なものである。この分子線エピタキシによつて成
長した領域の横方向の寸法を順次の位置決め処理、例え
ば位置決めされたエツチングはく離、位置決めされた過
剰ドーピングまたは位置決めされた陽子衝撃を用いる半
絶縁ゾーンの形成によつて規制することができる。また
本発明によれば、反対導電形の装置を形成することがで
きることは明らかである。

例えば第１および第２の領域２｝よび３をＰ形とし、障
壁゛領域１の不純物濃度をドナーレベルによつて形成す
ることもできる。また、第１の領域２と第２の領域３と
の間の障壁領域１にバイアス電圧を印加すると共に、こ
れら領域２，３に亘つて延在する電流；ｍ路を半導体装
置中に規制する電極を領域２，３に直接接触させる必要
はないが、装署の構造に関連して、更に半導体領域また
は装置の他に回路素子を介して間接的に接触させること
が可能であ，る。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体構造におけるドーピングレベル電子のエ
ネルギおよび空間電荷の変化を表わす線図、第２図は第
１図の領域構造と同じ構造を有する半導体装置の電位ダ
イヤグラム、第３図は本発明半導体装置の電位ダイヤグ
ラム、第４図は本発明半導体装置の一実施例の横断面図
、第５図は第４図装置の電流／電圧特性を示すグラフ、
第６図は本発明装置の変形例の横断面図であるっ１・・
・障壁領域、２・・・第１の領域、３・・・第２の領域
、１３・・・基板、２０・・・半導体本体、２１・・・
窓．２２，２３・・・電極、２４・・・環状ゾーン ２
６・・・絶縁層、３０・・・ドーピング濃度。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一導電形の第１および第２の半導体領域と、これら
   半導体領域を分離し、反対導電形の正味のアクチベータ
   濃度を有する障壁領域と、この障壁領域を横切つて前記
   第１および第２の例域間に存在する電流通路とを有し、
   前記障壁領域を通る電流の流れが前記一導電形のチャー
   ジキャリアによるものであると共に、前記第１の領域は
   前記第２の領域より大きな一導電形のドーピング濃度を
   有する半導体本体を具える半導体装置において、前記障
   壁領域を十分に薄くして、前記第１および第２の領域に
   対し零バイアスを加えたときに形成される空乏層が前記
   障壁領域中に侵入して一体となり、零バイアスの時に前
   記障壁領域全体を前記反対および一導電形の移動キャリ
   アに対し実質的に空乏化したことを特徴とする半導体装
   置。 ２ 一導電形の第１および第２の半導体領域と、これら
   半導体領域を分離し、反対導電形の正味のアクチベータ
   濃度を有する障壁領域と、この障壁領域を横切つて前記
   第１および第２の領域間に存在する電流通路とを有し、
   前記障壁領域を通る電流の流れが前記一導電形のチャー
   ジキャリアによるものであると共に、前記第１の領域は
   前記第２の領域より大きな一導電形のドーピング濃度を
   有する半導体本体を具える半導体装置において、前記障
   壁領域を十分に薄くして、前記第１および第２の領域に
   対し零バイアスを加えたときに形成される空乏層が前記
   障壁領域中に侵入して一体となり、零バイアスの時に前
   記障壁領域全体を前記反対および一導電形の移動キャリ
   アに対し実質的に空乏化した半導体装置を製造するに当
   り、前記障壁領域を、前記反対導電形の不純物のイオン
   を半導体本体の表面を通じて一導電形の半導体本体の部
   分中に注入することによつて形成し、注入したイオンの
   エネルギを前記不純物の最大濃度が前記表面から離間し
   ている本体中の或る深さで得られるように選択すること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。