JPS6084878A - 負性抵抗特性をもつ半導体装置およびその製造方法 - 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】 ［技術分野］ この発明は、′″負性抵抗特性を示す半導体装置および
その製造方法に関し、特にＬＳＩ（集積回路）の中に組
込む上で有効な技術に関するものである。

［背景技術］ 負性抵抗特性を示す半導体装置としては、ＰＮｌ）　Ｎ
ダイオード（特公昭３３−７５７３号公報）やＰＩＮダ
イオ−１り（特公昭２８−６０７７号公報）などが知ら
れている。ＰＮＰＮダイオードは　Ｐ−Ｎ−Ｐ−Ｎの４
層で形成され、ＰＩＮダイオードはＰ型およびＮ型半導
体層の間に１層（不純物濃度が十分に低い半導体層）を
はさんで形成されている。このような構造を有するため
、この種の素子はバイポーラＬＳＩの製造プロセスにな
じまず、ＬＳＩ回ｖｈ中に組込むことが難しいという問
題を本発明者は発見した。

［発明の１コ的コ 本発明の目的は、集積化する上で有効であり、特にバイ
ポーラＬＳＩに容易に組込むことのできる負性抵抗特性
をもつ半導体装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、前記目的の半導体装置の製造方法
を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、こ
の明細書の記述および添（＝Ｊ図面から明らかになるで
あろう。

［発明の概要］ ここで開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単
に説明すれば、下記の通りである。

すなわち、半導体基板に形成された低い不純物濃度を有
する低濃度半導体層の上に、この低濃度半導体層と同じ
導電型で高い不純物濃度を有する高濃度半導体層を形成
し、この高濃度半導体層の上にこれと接合する電極材料
層を設け、この電極材料層と前記高濃度半導体層との接
合面直下の半導体プロファイルに著しい濃度差を形成し
負性抵抗特性をもたせるようにして、その集積化を容易
にするものである。

［実施例］ 第１図はこの発明による半導体装置の一実施例を示す断
面構造図である。

図において、１はＰ型のシリコン半導体基板で、その−
面にＮ＋型の埋込み層２とチャンポルス１ヘツパとなる
Ｐ＋型の半導体領域３が形成されている。半導体基板１
上の埋込み層２の上には、Ｎ型のエピタキシャル成長シ
リコン半導体層４が形成されている。この半導体Ｍ４は
、たとえばｌΩ印以下の低い不純物濃度を有するＮ−型
半導体層（低濃度半導体層）５と高い不純物濃度を有す
るＮ１型半導体層（高濃度半導体層）６から成り、その
不純物プロファイルに著しい濃度差あるいは濃度勾配を
有している。低濃度半導体層５は半導体層４の下層を形
成し、高濃度半導体層６は上層を形成する。このような
エピタキシャル成長シリコン半導体層４の周囲には、他
の活性領域から電気的に分離するための５ｉ０２による
素子分離用絶縁膜７が形成されている。半導体層４は、
この絶縁膜７によってその周辺部が覆われると共に、こ
の絶縁膜７に比べて極めて薄い５ｉ０２からなる薄い絶
縁膜８によってその上面すなわち第２の半導体層６の表
面が覆われる。この薄い絶縁ｓ８には高濃度半導体層６
の表面部の面積より小さいコンタクト六９が開口されて
おり、このコンタク１へ穴９を介して高濃度半導体層６
の表面に接合するようにショッｌ〜キバリアダイオード
用の電極材料層１０が設けられている。

以上のような構成の説明から明らかなように、電極材料
層ｌＯと高濃度半導体層６との接合によりショットキ障
壁が形成され、したがって、そのデバイスは基本的には
ショッ１−キバリアダイオード（Ｓ　Ｂ　Ｄ）として機
能する。しかし、上記構成においては、その電流−電圧
特性は、第２図の曲線（ａ）のような負性抵抗特性を示
す。なお０曲線（ｂ）はＳＢＤの正常特性を示している
。

第１図の構成において第２図の曲線（ｂ）に示すような
負性抵抗特性が現われるのは、低濃度半導体層５と高濃
度半導体層６とによりエビタキシャル成長シリコン半導
体層４の不純物濃度プロファイルに著しい不純物濃度差
が形成されていることによる。これは、本発明者によっ
てなされた次のような実験結果によって明らかにされた
ものである。すなわち、第１図において、高濃度半導体
層６はイオン打込みにより高い不純物濃度が与えられる
が、■このようなイオン打込みを行なわなかったもの、
つまり半導体層４が低濃度半導体層５のみで形成されて
いる場合には負性抵抗特性を示さないこと、■低濃度半
導体層５と高濃度半導体層６の不純物濃度差が小さい場
合には負性抵抗特性を示さないこと、■イオン打込みの
ドーズ量が多いものについてのみ負性抵抗特性が現われ
ること、■負性抵抗特性の電流−電圧特性とイオン打込
み４のドーズ量との間に相関があること、が実験により
確められた。この場合、高濃度半導体層６の濃度は約１
×１０１７〜２×１０１１１／ｃイ、低濃度半導体層５
の濃度は５Ｘ１０’／ｃＪ前後がＧｅｌましい。なお、
■の結果はイオン打込みのドーズ量によって負性抵抗特
性を制御することができるということを意味している。

また、この発明者は、負性抵抗特性の発生がＳＢＤ接合
の周辺形状に強く依存し、ＳＢＤ接合の周辺形状を決定
するプロセスパラメータであるコンタクトエッチ時間が
短い場合に負性抵抗特性が発生し、長い場合には発生し
ないという実験結果をも得た。これは、コンタクトエッ
チ時間に応じて、ＳＢＤ接合面中心部を流れる電流成分
にＳＢＤ接合面周辺部からの周辺電流成分が付加されて
正常特性を示すようになると考えられる。すなわち、Ｓ
　Ｂ　Ｄ接合面の中心部を流れる電流成分は第２図の曲
線（ａ）に示すような負性抵抗特性を示し、ＳＢＤ接合
面周辺部からの周辺電流成分がこれにイ１加されること
によって、第２図の曲線（ｂ）に示すようなＳＢＤとし
ては正常特性を与えるようになるものと考えられる。し
たがって、第１図に示すように、コンタクト穴９によっ
てＳＢＤ接合面の周辺電流成分を抑制するようにすれば
、より安定な負性抵抗特性を示す半導体装置が得られる
。

以上のような半導体装置はＬＳＩ製造プロセスにおける
ショットキバリアダイオードの製造工程と同様の工程で
製造することができる。

すなわち、Ｐ型のシリコン半導体基板１の一面にＮ＋型
埋込みＭ２とチャンネルストッパとなるＰ＋型半導体領
域３を形成し、その上にＮ−型のエピタキシャル層４を
成長させる。成長させたエピタキシャル層４の表面を二
次酸化して５ｉ０２膜を形成し、その上にＳｉ３Ｎ４膜
を堆積させる。

このＳｉ３Ｎ４膜をマスクとしてアイソレーション酸化
を行ない素子分離用絶縁膜７を形成した後、Ｓｉ３Ｎ４
膜を除去する。以上の工程は、従来公知のバイポーラＬ
ＳＩの製造プロセスと全く同様である。二次酸化による
５ｉ０２膜はＳｉ３Ｎ４膜と共に除去しても良いが、薄
い絶縁膜８とし残すこともできる。除去した場合には、
たとえばベース領域の表面Ｓ　ｉ　Ｏ２膜の形成と共に
薄い絶縁膜８を別に作ることができる。このようにして
エピタキシャル層４の表面に薄い絶縁膜８を形成した後
、その薄い絶縁膜８を介してＮ型不純物イオンをエピタ
キシャル［４の表面に打込み、Ｎ１型の高濃度半導体層
６を形成する。エピタキシャル層４の下部はＮ−型の低
濃度半導体層５として成長した時のままの低い不純物濃
度である。Ｎ＋型の高濃度半導体層６の形成は、コレク
タコンタクト領域あるいはエミッタ領域の形成と同時に
行なうことが可能である。高濃度半導体層６を形成した
後は、その表面を覆う薄い絶縁膜８に、高濃度半導体層
６の表面の面積より小さい面積のコンタクト穴９を開口
する。なお、コンタク１〜穴９の開口は他の活性領域の
コンタク１〜穴の開口と同時に行なうことができる。コ
ンタクト穴９が形成された後は、このコンタクト穴９を
通して高濃度半導体層６に接合するようにショットキバ
リアダイオード用の電極材料層９を設けて、第１図の構
造を得る。最後に保護膜等を被覆して素子を完成する。

［効果］ ■ショットキバリアダイオードにおけるエピタキシャル
成長シリコン半導体層内の不純物プロファイルに著しい
濃度差あるいは濃度勾配を形成して負性抵抗特性を与え
るようにしたので、ＬＳＩレベルで形成することが可能
な負性抵抗特性をもつ半導体装置を提供することができ
る。

■ショク１〜キバリアダイオードと同様のプロセスで製
造することができるので、特にバイポーラＬＳＩにおい
ては新たにプロセスを付加することなくこの発明による
半導体装置を製造することができる。

■エピタキシャル成長シリコン半導体層の上部を形成す
る高濃度半導体層の表面に薄い絶縁膜を形成し、この薄
い絶縁膜に対し、第２の半導体層の表面積より小さいコ
ンタン１〜六を開口し、その間１」を通して電極材料層
を高濃度半導体層に接合するようにしたので１周辺電流
酸分を抑制することができ、より安定な負性抵抗特性を
得ることができる。

以上この発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、この発明は上記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。

［利用分野］ この発明は、バイポーラ型の集積回路等に広く利用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による半導体装置の一実施例を示す断
面溝造園、 第２図はこの発明による半導体装置の電流−電圧特性を
示す図である。 １・・・半導体基板、２・・・埋込み層、３・・・チャ
ンネルストッパ（Ｐ＋型半導体領域）、５・・・低濃度
半導体層、６・・・高濃度半導体層、７・・・素子分離
用絶縁＋ｉ、ｇ・・・薄い絶縁膜、９・・・コンタク１
−六、１０・・・電極材料層、（ａ）・・・負性抵抗特
性、（ｂ）・・・ＳＢＤとしての正常特性。 １、−　／ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１．半導体母体−面の低濃度の半導体層と、この低濃
   度の半導体層の表面部分に同じ導電型の高い不純物濃度
   を有する高濃度半導体層があり、この高濃度半導体層の
   上にその高濃度半導体層と接合する電極材料層が存在す
   ることを特徴とする負性抵抗特性をもつ半導体装置。 ２、前記半導体母体は、第１導電型の半導体基板と、前
   記半導体基体中の一面に第１導電型とは逆導電型の埋込
   み層があり、前記埋込み層の上にエピタキシャル成長さ
   れる、第１導電型とは逆の第２導電型の低濃度半導体層
   とからなる特許請求の範囲第１項に記載の負性抵抗特性
   をもつ半導体装置。 ３、前記高濃度半導体層と前記電極材料層との間に、高
   濃度半導体層の表面積より小さいコンタクト穴を有する
   絶縁膜を備え、前記電極材料層がこのコンタクト穴を介
   して前記高濃度半導体層と接合する特許請求の範囲第１
   項に記載の負性抵抗特性をもつ半導体装置。 ４、−面に逆導電型の埋込み層を形成した第１導電型の
   半導体基板の上に、この埋込み層と同じ導電型で低い不
   純物濃度を有する低濃度半導体層をエピタキシャル成長
   させ、この低濃度半導体層の表面に絶縁膜を形成した後
   、この絶縁膜を通して低濃度半導体層表面にそれと同じ
   導電型の不純物イオンを打込むことにより、前記低濃度
   半導体層の表面部分に高い不純物濃度を有する高濃度半
   導体層を形成し、この高濃度半導体層表面の前記絶縁膜
   の少なくとも一部を除去した後、前記高濃度半導体層の
   上にそれと接合する電極材料層を形成することを特徴と
   する負性抵抗特性をもつ半導体装置の製造方法。 ５、前記絶縁膜を高濃度半導体層の表面より小さいコン
   タク１−穴の部分のみ除去し、このコンタク１−穴を介
   して前記高濃度半導体層と接合するように前記電極材料
   層を形成する特許請求の範囲第４項に記載の負性抵抗特
   性をもつ半導体装置の製造方法。