JPS63192273A - シヨツトキ−バリアダイオ−ド - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、ＥＣＬ　（エミッタ・カップルド・ロジック
）−ＲＡＭ　（ランダム・アクセス・メモリ）やショッ
トキーＴＴＬ　（ショットキー・トランジスタ・トラン
ジスタ・ロジック）等の半導体集積回路装置に用いられ
るショットキーバリアダイオードに関する。

Ｂ１発明の概要 本発明は、半導体基体上にショットキー電極が取り付け
られ、そのショットキー電極の下部に所要の不純物ン農
度領域を有するショットキーバリアダイオードにおいて
、上記不純物）濃度領域を、順方向電圧を決定する第１
の不純物濃度領域及び深（且つ高濃度であってダイオー
ド容量を決定する第２の不純物濃度領域の２つの不純物
？二度領域からなるように構成することにより、適切な
１１ル方向電圧や大きなダイオード容量を安定して得る
ものである。

Ｃ６従来の技術 例えばＥＣＬ−ＲＡＭのメモリセルにおいては、動作速
度を向上やα線エラーの対策等の目的からクランプダイ
オードとしてショットキーバリアダイオードが用いられ
ている。

第６図は、このようなショットキーバリアダイオードを
クランプダイオードとして用いたＥＣＬ−ＲＡＭのメモ
リセルの回路図であり、ここで、第６図に基づいてメモ
リセルの回路について簡単に説明する。

まず、ＥＣＬ−ＲＡＭのメモリセルは、エミッタ共通接
続された一対のバイポーラトランジスタＱ１．Ｑ２４有
し、これらは互いにベースとコレクタを所謂たすき掛け
に接続している。各コレクタには！１．荷となる高抵抗
Ｒｈが接続され、これら各高抵抗Ｒｈと並列にそれぞれ
クランプダイオードであるショットキーバリアダイオー
ドＳＢＤ　１゜５ＢＤ２が接続される。なお、上記シヨ
・ノドキーバリアダイオード５ＢＤ１．３Ｂ’Ｄ２は直
列に低抵抗ＲＬを接続し、所定の電圧が端子Ｔｌ、Ｔ２
にそれぞれ供給される。

このようなＥＣＬ−ＲＡＭのメモリセルの動作は、スタ
ンバイ時には上記高抵抗Ｒｈを介して数十μＡ程度の電
流が流れるが、書き込み時には上記ショットキーバリア
ダイオード５ＢＤ１．５ＢＤ２を介して数百μへ程度の
電流が流れ、当該ショットキーバリアダイオード５ＢＤ
１．５ＢＤ２は言き込め時の高速動作のためのバイパス
として機能する。そして、この時、トランジスタの飽和
（サチュレーション）を防止するため等から、その順方
向電圧Ｖ＝は、回路構成に応じた適切な値であることが
望ましい。

また、これらショットキーバリアダイオードはダイオー
ド、容１１Ｃｄを有しているが、このダイオード容量Ｃ
ｄはセル間の寄生界ＦＪ　Ｃｃｓの約２〜７倍程度であ
ることが望ましい、これはα線等の飛び込みによるロジ
ックの変動を防止して安定した出力を得るためである。

したがって、ＥＣＬ−ＲＡＭのショットキーバリアダイ
オードには、所定の値の順方向電圧Ｖ＝とロジックのレ
ベルの変動を防止するような大きさのダイオード容量ｃ
ｄを安定して得ることが要求されることになる。

次に、このようなＥＣＬ−ＲＡＭのメモリセルに配設さ
れたンヨソトキーバリアダイオード５ＢＤｉ、５ＢＤ２
の構造について、第７図を参照しながら説明する。ショ
ットキーバリアダイオードは、第７図に示すように、Ｎ
＋シリコン基板６１上に積石されたＮ−エピタキシャル
成長ＷＪ６２の表面６２ａに、ショットキーバリアを形
成するためにＡｊ！（Ｓｉを勘量含有する。）配線６３
を形成して構成されている。なお、そのｋｌ配線６３が
Ｎ−エピタキシャル成長層６２と接する領域以外は絶縁
膜である５ｉ０２１９６４に被覆されている。そして、
上記ショットキーバリアを形成するためにＡ１配線６３
が接続する領域の下部には、Ａｓ十等の不純物が導入さ
れてなる不純物濃度領域６５が形成されており、この不
純物濃度領域６５によってメモリ特性の向上が図られて
いる。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 上述の第７図に図示したようなショットキーバリアダイ
オードの不純物濃度領域６５の形成は、通常、Ａｓ十等
の不純物をイオン注入して行っているが、そのショット
キーバリアダイオードの不純物濃度分布（プロファイル
）は、およそ第８図に示す曲線りのようになる。第８図
の曲線りは、表面よりやや濶いところの深さＸｐで最も
不純物濃度が高くなるような分布を示しており、このた
め空乏層の拡がりを抑えてダイオード容量を大きくし、
順方向電圧Ｖ、を適度の値としている。

しかしながら、このような不純ｖＡ濃度分布では、プロ
セス上の問題から製造されたショットキーバリアダイオ
ードにばらつきが生ずる等の問題が起こることになる。

すなわち、上述のような不純物濃度分布を得るためにイ
オン注入の際にはバッファ酸化膜がシリコン基板の表面
に形成されるが、このバッファ酸化膜の膜厚がばらつい
た時には、これに応して不純物濃度分布もばらつくこと
になる。さらに、そのバッファ酸化膜の除去の際には、
多少オーバーエツチングされ、これに起因して表面から
の不純物濃度のピークの深さｘｐも変動する。また、イ
オンのダメージによる拡散速度の増大の問題も有る。

また、ショットキー電極としてＰｔ−３ｉの如きシリサ
イド化された電極を用いる場合には、ショットキー電極
の膜厚のばらつきのみならず、ショットキー接合部分の
界面に不純物がパイル・アップ（いわゆるスノープラウ
効果）し、１頭方向電圧ＶＦが変動するという問題も生
ずることになる。

そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、適切な順方向電
圧や大きなダイオード容■を安定して得るようなショッ
トキーバリアダイオードの提供を目的とする。

Ｅ１問題点を解決するための手段 本発明は、半導体基体とショットキー電極との界面より
深さ方向に亘って略一定の不純物濃度となる不純物濃度
分布を有し、順方向電圧を決定するための第１の不純物
濃度？ｉｌ域と、上記界面よりも深い位置に、上記第１
の不純物濃度領域の上記略一定の不純物濃度よりも高濃
度の不純物濃度のピークを有し、ダイオード容量を決定
するための第２の不純物濃度領域とを有するショットキ
ーバリアダイオードにより上述の技術的課題を解決する
。

Ｆ０作用 ピークを有する不純物温度分布とすることで、空乏層の
拡がりを抑制することができ、ダイオード容量の増大を
図ることができるが、このようなピークを有する不純物
濃度分布とは別の不純物ｌ震度領域を形成することで、
本発明は安定した順方向電圧Ｖ、の値とダイオード容■
の値を同時に得ることができるものである。

すなわち、先ず、第１の不純物濃度領域の不純物濃度分
布は、ショットキー接合される界面から深さ方向に亘っ
て略一定の不純物濃度となっていることから、仮にバッ
ファ酸化膜のばらつきやオーバーエツチング等が生じた
場合であっても、ンヨソトキーバリアのバリアハイド（
障壁の高さ）は略一定のものとなり、当該ソヨントキー
ハリアダイオードの順方向電圧ｖＦは適切な値に安定す
ることになる。また、同時に第２の不純物濃度領域は、
上記第１の不純物濃度ｆｉｌ域の略一定となっている部
分の不純物濃度より高い不純物濃度のピークを有するこ
と力・ら、当３ｆｉショットキーバリアダイオードのダ
イオード各回を大きくすることができるが、特にそのピ
ークの位置は界面よりも深いものとされ、上記界面近傍
の不純物濃度は第１の不純物濃度領域の不純物濃度が支
配することになる。このため上述のように第１の不純物
濃度領域によって、安定した順方向電圧ＶＦの特性を得
ることができ、さらにシリサイド化の場合にも有効な手
段となる。

Ｇ、実施例 本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

第１の実施例 本発明の第１の実施例のショットキーバリアダイオード
は、当＝亥ショットキーバリアダイオードの順方向電圧
ＶＦ・を決定する第１の不純物？震度領域と、ダイオー
ド容量を決定する第２の不純物濃度領域を有し、安定し
たダイオードの特性を得るものである。

まず、本実施例のショットキーバリアダイオードの基本
的な構造は、第７図の例と同様に、半導体基体６２上に
ショットキー電極６３を形成するものではあるが、その
シぢソトキー電極６３の下部の不純物濃度分布は、第１
図に示すように、曲線Ａ１でその不純物濃度分布が示さ
れる第１の不純物濃度領域と、曲線Ａ２でその不純物４
度分布が示される第２の不純物濃度領域とからなってい
る。なお、第１図において縦軸は不純物濃度Ｎであり、
横軸は界面からの深さＸを示している。

上記曲線Ａ１でその不純物濃度分布が示される第１の不
純物濃度領域は、半導体基体とショットキー電極との界
面（Ｘ−０）より深さ方向に亘ってすなわち図中Ｘ＝Ｏ
の点からある程度の深さまで、略一定の不純物濃度Ｎ１
となる不純物濃度分布を有している。

一方、上記曲線Ａ２でその不純物濃度分布が示される第
２の不純物濃度領域は、界面から所定の深さＸＣで上記
第１の不純物濃度領域の略一定の不純物濃度Ｎ１よりも
高い不純物濃度分布となり、さらに深くなるに従ってそ
の不純物濃度は高くなり、急峻な不純物濃度のピークを
深さＸｐ（不純物濃度Ｎｉ）で有する不純物濃度分布と
なっている。− このような第１の不純物濃度領域と第２の不純物濃度領
域によって、まず、界面近傍においては、曲線Ａ２で示
される第２の不純物濃度領域の不純物濃度が影響せず、
且つ第１の不純物濃度領域の略一定の不純物濃度Ｎ１だ
けが当該ショットキーバリアダイオードの特性に影響す
る。すなわち、この界面近傍の不純物濃度は、ショット
キーバリアダイオードのバリアハイドを決定するが、そ
れが上述の如く深さ方向に亘って略一定とされることか
ら、仮にバッファ酸化膜のばらつきやそのエツチングの
際のオーバーエツチングがあった場合でも、略一定のバ
リアハイドを維持できることになる。そして、このよう
にバリアバイトが略一定とされた場合には、ショットキ
ー接合部でのキャリアのトンネリング現象が略一定の現
象になり、当該ショットキーバリアダイオードの順方向
電圧■「を略一定に維持できることになって、本実施例
は、特にプロセス上の変動に強い構造のショットキーバ
リアダイオードとなる。

また、上述のように本実施例のショットキーバリアダイ
オードにおいては、その第２の不純物濃度領域が第１図
において深さＸｐで示すようなピークを有している。こ
のため本実施例のショットキーバリアダイオードでは、
該ピークによって空乏層の拡がりを抑制することができ
、上述のように安定した順方向電圧Ｖ、が得られるのと
同時に安定したダイオード容量の増大を歯ることができ
ることになる。また、この第２の不純物濃度領域は、後
述するように第１の不純物濃度領域とは別個のイオン注
入等の不純物導入手段によって形成され、したがって、
そのプロセス上の制御性、再現性にも優れることになる
。

次に、このような本実施例のショットキーバリアダイオ
ードについて、その製造方法を第４図ａ〜第４図ｇを参
照しながら説明する。

（ａｌ　　まず、第４図ａに示すように、Ｎ型の半導体
基体１１上に、所定の厚みでバッファ酸化膜１２を形成
する。このバッファ酸化膜１２でチャネリング防止やダ
メージ防止がなされる。

（ｂ）　　次に、第４図すに示すように、半導体基体ｌ
ｌの所定の領域で第１の不純物領域を形成するために開
口されたフォトレジスト１３を形成し、その開口された
開口部１４を介し不純物イオンを打ち込む。図中、点線
で示す領域１５はイオンの打ち込まれた領域を示す。こ
のイオン注入される不純物としては、拡散係数の大きい
例えばリンを用いることで均一な不純物濃度分布の形成
が容易となる。ここで、特に不純物のドーズ量が当該シ
ョットキーバリアダイオードの順方向電圧ＶＦを決定し
、また、イオン注入の注入エネルギーは、上記バッファ
酸化膜１２の膜厚で決定される。

（Ｃ）　　次に、第４図Ｃに示すように、界面から深さ
方向に亘って略一定の不純物濃度分布を有する第１の不
純物濃度領域１６を形成するため、不純物の拡散を行う
。ここで、この不純物の拡散は、特に均一さが要求され
ることから、高温であることが好ましく、例えば９５０
℃や１０００℃程度の高温で処理すれば良い。

第３図は、この高温の不純物拡散を施した後の不純物濃
度分布を示しており、第３図中、曲線Ｃで示す分布が、
リン等からなる第１の不純物濃度領域１６の不純物濃度
となる。そして、この第３図中不純物濃度Ｎｌが、深さ
方向に亘って略一定の不純物濃度となることから、上述
のように順方向電圧■Ｆの安定したショットキーバリア
ダイオードとなる。

（ｄｌ　　このような深さ方向に亘って略一定の不純物
濃度分布を有した第１の不純物濃度領域１６を形成した
後、第４図ｄに示すように、第２の不純物濃度領域を形
成するためのマスク層としてのフォトレジスト１７を形
成し、そのフォトレジストｌ７に開口した開口部１８を
介してイオン注入を施す。ここで、このイオン注入は、
高濃度で急峻な不純物濃度のピークを有するように行い
、且つそのピークは界面から深い位置となるように行う
。

これは、その高濃度で急峻な不純物濃度のピークにより
ダイオード容■の増大を図ることができ、そのピークを
界面から深くすることで界面の不純物濃度を上記略一定
の濃度Ｎ１に維持し、キャリアのショットキー接合部分
におけるトンネリング現象を安定したものとするためで
ある。なお、第４図ｄにおいて、点線で示した領域１９
は、第２の不純物濃度領域を形成するためにイオン注入
された領域を示している。

（ｅｌ　　次に、第４図ｇに示すように上記フォトレジ
スト１７を除去し、続いてアニール処理を施して、上述
のような不純物濃度分布の第１の不純物濃度領域と第２
の不純物濃度領域とからなる不純物領域１０を得る。こ
のアニール処理は、第２の不純物濃度領域の急峻なピー
クを得るために、例えば８００　’Ｃや８５０℃の低温
で活性化のみ行うことが好ましい。また、赤外線照射ア
ニール等のＲＰＡ（ラピッド・サーマル・アニール）等
であっても良い。

第２の不純物ｔ；度領領域アニールの後、ショットキー
電極を被着する領域のバッファ酸化膜１２に開口部２０
を形成し、上記半導体基体１１を露出させる。このとき
ＲＩＥのオーバーエツチング等によって、界面となる面
の位置が深さ方向Ｘでずれることもあるが、上述のよう
に界面近傍では、その不純物濃度が略一定の不純物濃度
Ｎ１とされるため、順方向電圧ＶＦ等への悪影響は極め
て小さい。

（ｆｌ　　次に、第４図ｆに示す如く、露出された半導
体基体１１の主面にショットキー接合するようにショッ
トキー電極となる金属配線層２１を形成する。そして、
所定のパターンのショットキー電極を形成するため、マ
スクＷＪ２２を所定のパターンに形成する。

（ｇｌ　　そして第４図ｇに示すように、所定の形状の
ショットキー電極２３を半導体基体１１の露出部分上に
被着し、順方向電圧Ｖ、を決定する第１の不純物濃度領
域とダイオード容量を決定する第２の不純物濃度領域を
有して安定したダイオードの特性のショットキーバリア
ダイオードを得る。

上述のような工程によって、本実施例のショットキーバ
リアダイオードを製造することができるが、特にイオン
注入のエネルギーやドープ璽及びアニールの温度によっ
て、第１の不純物濃度領域と第２の不純物濃度領域とを
所望の不純物濃度分布で得ることができることになる。

第２の実施例 第２の実施例のショットキーバリアダイオードは、シリ
サイド化を考慮した不純物濃度分布を有するショットキ
ーバリアダイオードの例であり、パイルアンプ現象を利
用して、界面近傍で略一定の不純物１度分布を得るもの
である。

まず、本実施例のショットキーバリアダイオードの基本
的な構造は、第１の実施例と同様に半導体基体上にショ
ットキー電極を形成するものではあるが、８亥シヨツト
キーバリアダイオードの当初の不純物濃度分布は、第２
図に示すように、曲線Ｂ１でその不純物濃度分布が示さ
れる第１の不純物濃度領域と、曲線Ｂ２でその不純物濃
度分布が示される第２の不純物濃度領域とからなっ−で
いる。

なお、第２図において縦軸は不純物濃度Ｎであり、横軸
は界面からの深さＸを示している。

上記曲線Ｂ１でその不純物１度分布が示される第１の不
純物濃度領域は、上述の第１の実施例の第１の不純物濃
度領域の不純物濃度分布（第１図中、曲線Ａ１で示す。

）とは異なり、半導体基体とショットキー電極の界面よ
り所定の深さＸａのところに比較的低濃度（第２図中不
純物濃度Ｎａ。

で示す、）のピークを有している。

一方、上記曲線Ｂ２でその不純物濃度分布が示される第
２の不純物濃度領域は、上述の第１の実施例の第２の不
純物濃度分布と同様に、界面から所定の深さで上記第１
の不純物濃度領域の不純物？農度よりも高い不純物濃度
分布となり、さらに深くなるに従ってその不純物濃度は
高くなり、急峻な不純物濃度Ｎ２のピークを深さｘｐで
有する不純物濃度分布となっている。

シリサイド化の前段階に、このような不純物濃度分布を
存する本実施例のショットキーバリアダイオードは、シ
リサイド化によって、第１の不純物４度領域のみを界面
近傍で略一定の不純物濃度とすることができる。すなわ
ち、いわゆるスノープラウ効果によって、シリサイド化
の際に界面近傍に不純物が集合することになるが、本実
施例のように予め界面近傍を低濃度とし界面より深い深
さＸａにピークを有する不純物濃度分布とすることで、
シリサイド化の際には、第１の不純物濃度領域の分布す
なわち曲″”！ＩＡ　Ｂ　１を界面より深さ方向に亘っ
て略一定の不純物濃度分布となるように制御することが
でき、更に、このシリサイド化の際のスノープラウ効果
は第２の不純物濃度領域に悪影響を与えることもな（、
ダイオード容量を安定したものとすることができる。こ
のため、本実施例のショットキーバリアダイオードは、
順方向電圧ＶＦを安定させることと、ダイオード容量を
安定させることを同時になし得るものとなる。

次に、このような第２の実施例のショットキーバリアダ
イオードのシリサイド化について説明を加える。

ｆａｔ　　まず、第５図ａに示すように、半導体基体３
１の露出面３２上に、−例としてＰｔ−３ｉのようにシ
リサイド化を伴うショットキー電極材３３を全面に形成
するが、その以前には、第４図ａ〜第４図ｅに相当する
工程が行われているものとする。この時の露出面３２の
下部領域３４の不純物濃度分布は、第２図に示すような
、曲″！ＩＡ　Ｂ　Ｌでその不純物濃度分布が示される
第１の不純物濃度領域と曲線Ｂ２でその不純物濃度分布
が示される第２の不純物濃度領域とからなっており、特
に第１の不純物濃度領域を形成するリン等の不純物の界
面近傍の不純物濃度は低濃度とされ、界面より所定の深
さＸａでピークを有する。

山）　次に、第５図すに示すように、上記ショットキー
電極材３３をシリサイド化する。このシリサイド化の場
合には、例えばファーネスアニールや赤外線アニール等
が使用される。このシリサイド化の際には、上述のよう
に不純物のパイルアップが生ずるが、予め第１の不純物
濃度領域の界面近傍は低い濃度とされているため、パイ
ルアップが生した場合であっても界面での不純物濃度は
高くなり過ぎることもなく、且つ順方向電圧ＶＦは一定
の値に維持されることになる。また、同時に、そのピー
クの深さｘｐから、第２の不純物濃度領域は悪影響を受
けない。第５図すにおいて、シリサイド化された領域を
シリサイド化領域３５として示している。

（Ｃ１次に、第５図Ｃに示すように、シリサイド化され
たシリサイド化領域３５を除くショットキー電極材３３
を除去する。これは、例えば選択的なエツチングによる
。

ｆｄ＋　　そして、第５図ｄに示すように、バリヤメタ
ル３６とＡ１層３７等を上記シリサイド化領域３５上に
パターン形成し、本実施例のショットキーバリアダイオ
ードを完成する。

このような第２の実施例のショットキーバリアダイオー
ドにおいては、当初、界面より所定の深さＸａのところ
に比較的低濃度のピークを存する第１の不純物濃度領域
と、さらに高濃度で急峻な不純物濃度のピークを深さＸ
ｐで有する第２の不純物濃度領域を有しているが、上述
のシリサイド化の場合にあっては、パイルアンプ現象を
利用して界面近傍の不純物濃度を略一定に制御■でき、
且つ第２の不純物濃度領域の不純物濃度分布は影ツされ
ないことから、安定した順方向電圧ＶＦと安定したダイ
オード容量とを得ることができる。

Ｈ６発明の効果 本発明のショットキーバリアダイオードは、界面より深
さ方向に亘って略一定の不純物濃度分布を有する第１の
不純物Ｗ　ＩＩＪｊ　ｊｌ￥域により、安定した順方向
電圧を得ることができる。また、界面より所定の深さに
ピークを有する第２の不純物濃度領域によりダイオード
容量の増大を図ることができ、しかもそのダイオード容
量をプロセス上も安定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のショットキーバリアダイオードの一例
の不純物濃度分布を示す図、第２図は本発明のショット
キーバリアダイオードの他の例の不純物濃度分布を示す
図、第３図は上記ショットキーバリアダイオードの一例
の製造過程における不純物濃度分布を示す図である。 また、第４図ａ〜第４図ｇは本発明のショットキーバリ
アダイオードの一例をその製造方法から説明するだめの
製造工程順にしたがったそれぞれ断面図、第５図ａ〜第
５図ｄは本発明のショットキーバリアダイオードの他の
例をシリサイド化する場合の工程を説明するためのそれ
ぞれ断面図である。 また、第６図は一般的なＥＣＬ−ＲＡＭのメモリセルの
回路図、第７図は従来のショットキーバリアダイオード
の構造を示す断面図、第８図はその不純物濃度分布を示
す図である。 Ａ１・・・第１の不純物濃度分布 Ａ２・・・第２の不純物濃度分布 特　許　出　願　人　　ソニー株式会社代理人　　　弁
理士　　　　　小泡　見回　　　　　　　　　田村榮− 第４図Ｃ第４図ｆ 第４図ｄ　　　　　　　第４図９ 第５図ａ 第５図す 第゛５図Ｃ 第５図ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　半導体基体とショットキー電極との界面より深さ方向
   に亘って略一定の不純物濃度となる不純物濃度分布を有
   し、順方向電圧を決定するための第１の不純物濃度領域
   と、 上記界面よりも深い位置に、上記第１の不純物濃度領域
   の上記略一定の不純物濃度よりも高濃度の不純物濃度の
   ピークを有し、ダイオード容量を決定するための第２の
   不純物濃度領域とを有するショットキーバリアダイオー
   ド。