JPS6381984A - 多結晶半導体ダイオ−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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えばツェナーダイオードや温度センサと
して使用される、半導体基板上に形成された酸化膜上に
形成される多結晶半導体ダイオードに関する。

［従来の技術］ 多結晶半導体を用いたダイオードが、半導体基板上に形
成した絶縁膜上に簡単に構成することができることが知
られている。すなわち、半導体基板の表面上に酸化膜を
形成し、この酸化膜上にＮ型およびＰ型の不純物をドー
プした多結晶シリコン層を形成し、ＰＮ接合を構成させ
るようにするものである。

このようにして、ダイオードが比較的容易に製造できる
ようになるものであり、様々な利用方法が考えられるも
のであるが、例えばツェナーダイオードや温度センサと
して使用することが考えられる。しかし、このような構
成でツエナーダイオ−ドを構成した場合、最も重要な問
題点として耐圧や温度特性が一定とならないことである
。

すなわち、多結晶半導体を用いて構成したダイオードに
おいては、この半導体の結晶粒界における障壁ポテンシ
ャルが存在するものであるため、上記多結晶シリコンの
堆積条件や、その後に熱処理等によって、耐圧が一定と
ならないものである。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は」−２のような点に鑑みなされたもので、多
結晶シリコンによってＰＮ接合を構成して、例えばツェ
ナーダイオードや温度センサを構成しようとした場合で
も、その耐圧特性および温度特性を常に安定した状態に
設定することができ、特性安定性さらに信頼性が充分に
向上されるようにする多結晶半導体ダイオードを提供し
ようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る多結晶半導体ダイオードにあ
っては、半導体基板上に熱酸化膜を形成すると共に、こ
の酸化膜上にシリコン島を形成し、このシリコン島に領
域を分割してＰ型およびＮ型の不純物をドープさせてＰ
Ｎ接合が形成されるようにする。そして、このＰＮ接合
を構成する部分の低濃度側の不純物濃度がＩ　Ｘ　１０
１９ｃ　ｍ’″以上に設定されるようにしているもので
ある。

［作用］ 上記のような多結晶ダイオードにあっては、例えばシリ
コン島のＮ型となるべき領域にＮ型不純物としてリンが
ドープされるものであり、またＰ型となるべき領域にＰ
型の不純物としてボロンがドープされる。この場合、ボ
ロンの濃度がダイオードの耐圧特性さらに耐圧の安定性
に大きく作用するものであり、その濃度を“１×１０１
９０ｍ゛３とすることによって、耐圧特性および温度特
性が著しく安定され、信頼性の高いダイオードとされる
ものである。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図は多結晶半導体ダイオードを、製造過程にしたが
って示したもので、まず（Ａ）図に示すようにシリコン
基板１１を、例えば１０００℃ウェット０２中で熱酸化
することによって、その表面に５０００λ程度の酸化膜
１２を成長させる。

この酸化膜１２の表面上には、通常の減圧ＣＶＤ法によ
って、２０００〜５０００人程度の多結晶シリコン膜を
堆積する。この堆積条件としては、例えば１００９６シ
ランを用い、温度６００’Ｃ１圧力０，１〜１．０Ｔｏ
ｒｒでシリコンを堆積させるものであり、この実施例に
あっては、ノンドープの多結晶シリコンを堆積させる。

このようにして多結晶シリコンが堆積されたならば、こ
の堆積シリコン層の上にフォトレジストによるパターン
を形成し、通常のプラズマエツチングによって所定の領
域以外の多結晶シリコンを除去して、（Ｂ）図で示すよ
うに多結晶シリコン島１３を形成する。この島１３部分
でダイオードを構成するＰＮ接合部を形成するものであ
り、この島領域に選択的に不純物をドープするものであ
る。

すなわち、通常のフォト工程によって所定の領域を開口
したフォトレジスト膜を形成し、例えばリンによるＮ型
不純物をイオン注入によって注入して、（Ｃ）図で示す
ようにＮ型多結晶シリコン領域１３１を形成する。この
場合のイオン注入量は、抵抗を下げるためにＮ型多結晶
シリコン領域１３１の濃度が“Ｉ　Ｘ　１０２０ｃ　ｍ
’”以上とすることが望ましいものである。

次に上記Ｎ型多結晶シリコン領域１３１に隣接する部分
に開口が形成されるようにしたフォトレジスト膜を形成
し、イオン注入法によって例えばボロンでなるＰ型不純
物を多結晶シリコン島１３に注入し、Ｐ型多結晶シリコ
ン領域１３２を形成する。

この場合にイオン注入量は、シリコン領域１３２の不純
物濃度が“Ｉ　Ｘ　１０１９ｃ　ｍ−３”以上とされる
ようにしているものである。

そして、その後不純物を活性化するために、例えばＮ２
雰囲気中で１０００℃の温度で３０分の熱処理を行なう
。

このようにしてＮ型およびＰ型の多結晶シリコン領域１
３１および１３２が形成されたならば、（Ｄ）図で示す
ようにその上にＣＶＤ法等によって、ＰＳＧあるいは３
１０２等の層間絶縁膜１４を、例えば５０００人程度堆
積する。この層間絶縁Ｊ１１１４には、通常のフォトエ
ツチングによって、上記Ｎ型およびＰ型の多結晶シリコ
ン領域１３１および１３２それぞれに対応してコンタク
ト孔が開口形成される。そして、アルミニウムを蒸着す
ることによって、１〜２μｍ程度堆積し、フォトエツチ
ングによって配線部分以外のアルミニウム層を除去して
、電極配線１５を形成するものである。

このように電極配線１５が形成されたならば、多結晶シ
リコン１３１および１３２とのコンタクトをとるため、
例えば“Ｈ２＋Ｎ２°の雰囲気中で、４００℃で２０分
の熱処理を行なうようにする。

上記のようなダイオードを構成するための多結晶シリコ
ンは、数多くの結晶粒が組合わされて構成されている。

ここで、結晶粒と結晶粒との境界は、結晶粒界と呼ばれ
ているもので、この結晶粒界にはトラ“ツブ準位が存在
している。したがって、この結晶粒界ではキャリアが捕
獲され、電荷の蓄積が起こるようになるものであり、バ
リアポテンシャルが形成されるようになる。

このバリアポテンシャルは、多結晶シリコンの膜質に大
きく影響されるものであり、結果としてこの多結晶シリ
コンダイオードの特性に大きく作用するようになり、特
性にバラツキを生じさせる。

このようにダイオード特性に影響を与える多結晶シリコ
ンのバリアポテンシャルの大きさは、多結晶シリコン中
に含まれる不純物の量に影響され、この不純物の量が大
きくなると小さくなるものである。したがって、多結晶
シリコンダイオードの特性を安定化するためには、この
ダイオードを構成するシリコン領域の低濃度側の不純物
濃度を高くすればよいものである。

第２図は上記実施例で示した多結晶シリコンダイオード
の、Ｐ型子結晶シリコン領域１３２に含まれるボロンの
濃度と耐圧との関係を示したものであり、また第３図は
上記ボロン濃度と耐圧のバラツキ（正規分布近似での３
σ）の発生状態と関係を示したものである。さらに第４
図は順方向電圧の温度係数とボロン濃度との関係を示し
、第５図はその温度係数のバラツキ（正規分布近似での
３σ）の状態を示している。

すなわち、上記のような特性より明らかとなるように、
Ｐ型子結晶シリコン領域１３２に含まれる不純物である
ボロン濃度が“Ｉ　Ｘ　１０１９ｃ　ｍ’”以上とした
ダイオードでは、耐圧および順方向電圧の温度係数のバ
ッキの発生状態が小さくなるものであり、安定した特性
のダイオードが得られるようになる。

尚、上記実施例ではＰ型子結晶シリコン領域１３２のボ
ロン濃度を制御することによって、安定したダイオード
特性が得られるようにしているものであるが、この濃度
制御される不純物は、Ｎ型多結晶シリコン領域１３１を
形成するＮ型不純物であるリンまたはヒ素等であっても
よい。この場合、その濃度は上記同様に“Ｉ　Ｘ　１０
１９ｃ　ｍ−３”以上とするものである。

ここで、第２図および第４図から明らかとなることであ
るが、ボロンの濃度が増加するに伴って、耐圧さらに順
方向電圧の温度係数の値そのものが小さくなり、ツェナ
ーダイオードとして、さらに温度センサとしての性能が
限定されるようになる場合がある。

第６図（Ａ）はこのような点を考慮して構成された多結
晶シリコンダイオードの例を示しているもので、１つの
シリコン基板１１の表面に形成された酸化膜１２上に、
複数の多結晶シリコン島２３１．２３２、・・・を形成
するもので、その各島２３１．２３２、・・・それぞれ
にＮ型多結晶シリコン領域１３１およびＰ型子結晶シリ
コン領域１３２を形成する。そして、この各島２３１　
、２３２　、・・・で構成されるゐＮ接合によるダイオ
ードを配線２５によって直列に接続することによって、
第６図（Ｂ）で示すようなダイオード直列回路を構成し
、耐圧さらに順方向電圧の温度係数の値を大きくするよ
うにしているものである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る多結晶半導体ダイオードに
あっては、ＰＮ接合を構成する多結晶半導体領域の低濃
度側の不純物濃度が“１×１０ｃｍ””以−Ｌに設定さ
れているものであり、これによってこのダイオードの耐
圧、さらに順方向電圧の温度係数のそれぞれバラツキが
充分に小さな状態とすることができるものであり、この
種のダイオードの特性が安定化され、信頼性が効果的に
向上されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図の（Ａ）乃至（Ｄ）はこの発明の一実施例に係る
多結晶半導体ダイオードをその製造過程にしたがって説
明する図、第２図および第３図は」−記のようなダイオ
ードの耐圧特性さらに耐圧のバラツキの状態をドープさ
れるボロン濃度との関係で示す図、第４図および第５図
は同じく順方向電圧温度係数とそのバラツキの状態をボ
ロン濃度との関係で示す図、第６図はこの発明の他の実
施例を示すもので、（Ａ）は断面構成図、（Ｂ）回路図
である。 １１・・・シリコン基板、１２・・・酸化膜、１３・・
・多結晶リコンの島、１３１・・・Ｎ型多結晶シリコン
領域、２・・・Ｐ型子結晶シリコン領域。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦（Ａ） （Ｂ） （Ｃ） （Ｄ） 第１図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に形成された酸化膜と、この酸化膜
   上に形成された多結晶シリコンによる島と、 この多結晶シリコン島を領域分割して、その各領域の多
   結晶シリコンにそれぞれドープされたＮ型およびＰ型の
   不純物とを具備し、 上記それぞれ異なる不純物がドープされた多結晶シリコ
   ンでＰＮ接合を構成し、このＰＮ接合構成部分で低濃度
   側の不純物濃度が“１×１０＾１＾９ｃｍ＾−＾３”以
   上とするようにしたことを特徴とする多結晶半導体ダイ
   オード。
2. （２）上記低濃度側の不純物はボロンによって構成され
   るようにした特許請求の範囲第１項記載の多結晶半導体
   ダイオード。