JPS5972181A - シヨツトキ−・バリヤ・ダイオ−ドの形成方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はＭＯＳ）ランジスタにおけるショットキー・バ
リヤ・ダイオードの形成方法に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般にショットキー・バリヤ・ダイオード（Ｓ　Ｂ　Ｄ
）は、バイポーラ−トランジスタのコレクタ・ベース間
の電位をショットキー・バリヤ・ダイオードの順方向電
圧でクランプし、動作状態における飽和現象を回避する
手段として良く用いられ、ＴＴＬ回路における高速化に
おいて最も鳴動な手段である。

従来のショットキー・バリヤーダイオードの形成は、す
べての拡散領域の形成・高温パッシベーション膜の形成
など、高温にて行なうすべての工程が終了した物、配線
工ａまたはその直前に形成されるのが一般的である。例
えはＡＩ−ｎ形Ｓ１のショットキー・バリヤ・ダイオー
ドの場合、配線工程において、ｎｕシリコン基板上の絶
縁Ｆλに設けられた開孔部にＡ７を蒸着し、４００〜５
００　’Ｏの熱処理（シンター）を行なうことにより形
成される。またこの他にＡＡ／’Ｉ’ｉＷ／Ｐｔ５ｉ−
１１渥シリコンのショットキー・バリヤ・ダイオードは
、信頼性に優れておシ、最も良く使われて菅ハる構造で
あるが、製造工程が複雑である。これは、まずｎ型シリ
コン基板の上の開孔部にｐｔを蒸着し、５００〜６００
°０の温度で合金化してＰｔＳｉ層を形成した後、未反
応のｐｔを王水で除去し、次いで反応防止金属であるＴ
ＩＷを介して配線金属でおるＡＪを蒸着して形成するも
のである。またショットキ〜・バリヤ・メタルとしては
ｐｔの他、Ｐｄ、Ａｕなども使用される。

これらのショットキー９バリヤΦメタルとなる金属また
は金属シリサイドは、前述の如く形成後、両温処理を施
すことができないため、プロセス工程ψに、ショットキ
ー・バリヤ・ダイオードの形成工程を組み込むことが離
しい。

−万、Ｃのショットキー−バリヤ・ダイオードをソース
・ドレインとするＭＯ８）ランジスタ　　（ＩＥＤＭ’
　　８１　　　Ｉ＞ｉｇｅｓｔ　　ｏｆ　　ｔｅｅｌｘ
ｎｉｅａｌ　　Ｐａｐｅｒｐ、３６７〜３７０）が近年
注目されてきている。

仁のショットキー・バリヤ・ダイオード・ソース・ドレ
インＭＯ８）ランジスタは第１図に示すようにシリコン
基板１上にゲート絶縁膜２を介してゲート３を設け１．
この両側のシリコン基板１の上にショットキー・バリヤ
・ダイオード４．４を形成する。この後、全面に絶縁膜
５を堆積し、更に高濃度のリンやボロンを含む絶縁膜を
堆積した後、ｐｏｃｚ、＃囲気にて１０００℃でリンゲ
ッターを行なうと共に、表面を平坦化する。次にコンタ
クトホール６を開孔して、ここに金属配腕層７を形成し
た後、全面にパッシベーション膜８を堆積してＭＯ８ト
ランジスタを製造する。

これをｗＪ２図に示す拡散層によシソース９とドレイン
１０を形成した従来のＭＯ８）ランジスタと比較すると
ショットキー・バリヤ・ダイオード４．４が、拡散層で
形成されたソース９、ドレイン１０に相蟲するものであ
る０ しかしながら、このショットキー・ノくリヤ・ダイオー
ド４．４は形成後、１０００°０程度の高温熱処理が施
されるが、従来のＡＩ＋Ｐｔｆｘ、どの金属シリサイド
では高温に耐えることかで銭ないため、高温に耐える金
属シリサイドの形成が要望されている。このためショッ
トキーもツクリヤ・ダイオードを高融点金属シリサイド
で形成することが検討されているが、例えはＭＯとＳｔ
を反応させてＭＯシリサイドを形成する場合、従来はス
パッター法や合金法が行なわれているが、この方法では
シリコン基板の表面に生成されている８ＬＯ鵞によシ、
信頼性に優れたショットキー・バリヤ・ダイオードを形
成することができない０ また金属シリサイドの形成方法の一つとして、基板上に
堆積した金属薄膜を通して不活性ガスイオンを注入し、
ミキシングする技術がＴｈｅｅｌ＠ｃｔｒｏｅｈｅｍｌ
ｃａｌ　５ｏａｉａｔｙ　ＩＮＣ：　１９８０　　出版
の’　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｙｍｐ
ｏｓｉｕｍ　Ｏ１’ｌ　ＴｈｉｎＦｉＩｍ　Ｉｎｔｅｒ
ｆａｃｅｓ　ａｎｄ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ　ＭＰ
ｒｏｃｅｅ−ｄｉｎｇａ　Ｖｏｌ　８０−２．　Ｐ、　
２０５〜２３１に示されている。これはシリコン基板に
Ｎ１．Ｐｄ、Ｐｔなどの貴金属を堆積し、不活性ガスイ
オンを注入してミキシングし、Ｎｉ＊　５ｔ−Ｐｄ＊　
５ｔ−Ｐｔｔ　８１のシリサイドを形成するものである
ｏｆた高融点金属であるＴｔ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ　、Ｈｆ
　　を堆積し、不活性ガス　Ｎ　＋　、　ｎ＋等のイオ
ン注入を行ナイ、ミキシングしてＴｉｅ　Ｓｉｓ　、　
Ｖ８１ｔ　、　Ｃｒ５ｌｔ　−ＮｂＳｉ鵞　　などのシ
リサイドを形成できること妙に示されている。更にＮｂ
／Ｓｉにｓ１イオンを注入し”’Ｃ’　ＮｂＳｉ！”　
ｖ　Ｎｂｉ　Ｓｉｓ　’ｌどノ中間Ｍ　カ形成テきるこ
とも示されている。

〔発明の目的〕

本発明は上記ミキシング技術を利用して為融点金属シリ
サイドを形成する方法を梱々研究した結果、１０００°
０以上の高温処理に耐えると共に、ＪｒＦ！ｉ籾性に優
れ、しかもプロセス制御が容易でショットキー・バリヤ
・ハイドの制御も容易なショットキー・バリヤ・ダイオ
ードを提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、シリコン基板表面に形成した絶縁膜の、ショ
ットキー・バリヤ・ダイオードな形成すべき領域に開孔
部を形成し、該開孔部を含む全面に高融点金属薄膜を堆
積した後、この金属薄膜を通し、て、薄膜とシリコン基
板の界面近傍に■族元素イオンを注入し、次いで筒温熱
処理して前記金属薄膜を金属シリサイド化してショット
キー・バリヤ・ダイオードを形成するこ本発明に用いる
高融点金属としでは、その金属シリサイドが１０００″
０程度の高温に耐え得るもので、例えはＭｏ、　Ｗ、　
Ｔ　Ｌ　Ｔａ、　Ｖ、　Ｎｂ　　などが挙げられる。

本発明のイオンミキシングに導入するイオンとしては、
シリコン基板に対して電気的に不活性なＩＶ族元素、例
えばｓｉ　ｇ　Ｓｍｅ　Ｇ　６などが挙げられる。

本発明において高融点金属と■族元素イオンとのイオン
ミキシングにょ夛生成される金属シリサイドが基板全面
に形成されると、その俊の工程で不具合を生ずるため、
ショットキー・バリヤ・ダイオードが形成されるべき領
域でのみ、選択的にイオンミキシングを行なう必要があ
んこの方法の一つとして、ショットキｍ−バリヤ・ダイ
オードの形成領域となる絶縁膜の開孔部にのみ、選択的
に高融点金属薄膜を堆積して、′基板全面にｌｖ族元素
イオンを注入する方法がある。また他の方法として、基
板全面に高融点金属薄膜を形成し、ショットキー・バリ
ヤ・ダイオードが形取延れる領域となる絶縁膜の開孔部
を含む領域にの与局部的に■族元素イオンを注入する方
法でも良９゜東にＩＶＮ元累イオンの注入波、不純物イ
オンを注入して拡散領域をシリサイド化と同時に形成し
ても良−。

またショットキー・バリヤ惨ダイオードとＡｌ配線層と
の接続は直接でも良く、また反応防止金属を介して接続
し′Ｃも艮い。

〔発明の実施例〕

（実施例１） 第３図（５）に示すようじシリコン基、仮１の上に、シ
リコン酸化膜１１を成長させ、更にこの上にリフトオフ
材１２を堆積する。このリフトオフ＠Ｊ２としては、後
工程で蒸着させる簡融点金属のａｎ；ｉ＋および蒸着方
法によシ選択する必要があシ、例えば耐酸性、耐アルカ
リ性の強いＭ　ｏ　、　Ｗ　、　Ｔ　ａ　　などの高融
点金属を蒸着する場合には、ポリイミド、Ａ７．Ｃｒ等
が用いられる。また耐薬品性のない’Ｌ’ｉ、Ｖ。

Ｎｂ　などの高融点金属の場合にはレジストを用°いる
ことができる。またリフトオフ材１２は多層構造にして
開孔形状を工夫し、リフトオフを容易にしても良い０ 次にリフトオフ材１２の上にレジスト紮設け、ショット
キー・バリヤーダイオード形成領域の上方全選択的にエ
ツチング除去してレジストパターン１３を形成するＯ 次いでこのレジストパターン１３をマスクとして、下の
りフトオフ材１２をエツチング除去する０例えばリフト
オフ材１２としてポリイミドを用いた場合にはヒドラジ
ン混合液で′エツチングする０次に、この選択的にエツ
チングされたリフトオフ材１２をマスクとして−この下
のシリコン酸化膜１ノをＴｉ　Ｆ”で選択的にエツチン
グして、ショットキー・ノイリャ・ダイオードノド、戚
領域に開孔部１４を形成した後、同図ωンに示すように
レジストパタ−ン１３゛を剥離する０ この後、同図（Ｃ）に示すように、例えばＭ０をエレク
トロガンを用いて全面に真空蒸着しで昼融点金属薄膜１
５を堆積する。この場合、リフトオフを考え、ＭＯを蒸
着する場合にはステップカバーレッジの恋いエレクトロ
ガンを用いることが好寸しく、また基板温度の上昇はで
きる限り抑えることが好壕［７い。

次にリフトオフ材１２を剥離して、この上に堆積した昂
融点金属簿膜１６をリフトオフし、同図α］に示すよう
にショットキー・バリヤ・ダイオード形成領域にのみ高
融点金属薄膜１５を残留′サセる。例えはリフトオフ材
１２としてポリイミドを用いた場合には、’ｗ＄ヒドラ
ジン浴液に長時間授漬することにより、リフトオフする
。

この後、イオン注入装置によシシリコンと同族の■族元
素イオン１６、例えはＳｎ４オンを品融点金Ｊｉｉｉ　
ｈｉ　展Ｊ　ｓを通してイオン狂人し、シリコン基・仮
１の表面に、例えはＳｎ、Ｍｏ、Ｓｔの混合層を形成す
る。これはｓｎイオンをＭ。

を通してイオン注入することによυ、シリコン基板貴簡
に結晶欠陥が多数発生し、しかもＭ。

がＳｎイオンとの衝突によシリコン基板にノックのオン
されるために混合層ができるものと考えられる。またド
ーズ蓋、エネルギーなどイオン注入条件は、上記混合ｊ
−が形成で糎る条件を選定し、例えはＭｏの蒸着膜厚を
２００Ａとすると、Ｓｎは１〜１０　Ｘ　１０”ａｒｃ
−”　（７）ドーズ量、２００〜４００　ＫｅＶ　のエ
ネルギーが必要であると考えられる。なおこの場合、シ
リコン酸化膜１１は、これら注入イオンをブロックする
のに充分に厚い膜厚が必要である。最後に高温で熱処理
（例えば１０００℃、Ｎｔ雰囲気中で３０分加熱）を行
なうことによシ混合層は金属シリサイドとなって同図（
ト）に示すようにショットキーｅバリヤ・ダイオード４
が形成される。

この場合、多量に注入した■族元素イオン１６は、シリ
コン基板１に拡散しても、同族元素であるので電気的に
不活性でおシ、基板不純物濃度に無関係にイオン注入量
を選択できプロセス制御が容易となる◇また不純物イオ
ンを■族元素イオン１６と同時にイオン注入することに
よシ基板談装をカ曵択的に変んて、ショットキー・バリ
ヤ・ダイオード４のショットキーｅバリヤ・ハイドを制
御することもで龜る。

このように形成されたショットキー・バリヤ・ダイオー
ド４は、高融点金属シリサイドで形成されているので、
８１４１図に示すＭＯＢトランジスタに遍ルした場合、
その後、高温度で行なわれるリンゲツタエ？ｕ、ＢＰ８
Ｇメルトによる平担化工程においても安定であシ、デバ
イスの高信籾性を得る仁とがで散る。

（実施例２） 第４図は選択的にイオン注入する場合の本発明の他の実
施例を示すものである。

先ず第４図（４）に示すようにシリコン基板１の上に、
シリコン酸化膜Ｊ１を形成した後、同図の）に示すよう
にレジストを用いてシリコン酸化膜１１のショットキー
・バリヤ・ダイオード形ａ領域に開孔部１４を形成する
０次に全面に高融点金Ｍ薄膜１５を蒸着する０ この後、全面にレジストを堆積し、ショットキー・バリ
ヤ・ダイオードの形成部分を選択的に除去し、同図（Ｑ
に示すようにレジストノ櫂ターン１３を形成する０次い
でレジスト／−４’ターン１ａをマスクとしてシリコン
と同族の■族元素イオン１６を、開孔部１４に島田した
ｉＩ！１＋融点金）Ａ薄膜１５全通して注入する０ 次いで同図Ｉに示すようにレジストノくターン１　ｇ’
５ｔｏｔアッシャ−で剥離した後、高温にて熱処理を行
ない金属シリサイド層を形成する。

最後に、イオン注入されていない高一点金属薄膜１５を
エツチング除去し、同図（ト）に示すように残留した金
属シリサイド層をショットキー・バリヤ・ダイオード４
としたものである。

（実施例３） 第５図は本発明の異なる他の実施例を示すもので、シリ
コンと同族の■族元素イオン１６を注入した後、不純物
イオンを選択的に注入してソース１１側をショットキー
・ノくリヤ・ダイオード４とし、他方のドレイン１０を
拡散層で形成ｔ２て、オーミック・コンタクトを同時に
形成したものである。

〔発明の効果〕

以上説明し７た如く、本発明に係わるショットキｍ−バ
リヤ・ダイオードの形成方法によれば、イオンミキシン
グ技術を利用することにょシ基板表面に生成されている
Ｓｉｎ、の影舎を取シ除き、高温処理に耐えると共に信
頼性に優れ、しかもショットキー・バリヤ・／１イトの
制御も容易となり、ＭＯＳトランジスタの製造に顕著な
効果を発揮することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はショットキー・バリヤ拳ダイオードＭＯ８）ラ
ンジスタの断面図、Ｍ２図は従来のｈｉｏｓトランジス
タを示す断ｉｉＩ図、＃４３図（４）乃至ωコは本発明
の一実施例によるショットキー・バリヤ・ダイオードを
形成する方法を順次工程に従つ”〔示す断面図、第４図
囚乃至（６）は本発明の池の実施例によるショットキー
・バリヤ・ダイオードを形成する方法を順次工程に従っ
て示によシソース側をショットキー一−バリヤ・ダイオ
ードで、ドレイン側を拡散層で形成（、たＭＯＳトラン
ジスタの断面−である０ １・・・シリコン基板、３・・・ゲート、４・・・ショ
ットキー−バリヤ惨ダイオード、５・・・絶縁族、９・
・・ソース、１０・・・ドレイン、１１・・・シリコン
酸化膜、１２・・・リフトオフ材、１３・・・レジスト
パターン、１４・・・開孔部、１５・・・高融点金ｍ薄
膜、１６・・・元素イオン。 出願人代理人　弁理士　鈴　　江　　武　　彦第４図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　シリコン基板表面に形成した絶縁膜の、ショ
   ットキー・バリヤ・ダイオードを形成すべ１２色領域に
   開孔部を形成する工程と、該開孔部を含む全面に筒融点
   金属Ｕ膜を堆積する工程と、該＾融点金属ｆ＃膜を通し
   ℃咳薄膜とシリコン基板界面近傍にＩＩｒ族元素イオン
   を注入する工程と、高温熱処理して前記高融点金属薄膜
   を金属シリサイド化する工程とから成ることを特徴とす
   るショットキー・バリヤ・ダイオードの形成方法。
2. （２）絶縁膜の開孔部にのみ選択的に面融点金属薄膜を
   堆積して、基板全面にＷ族元素イオンを注入することを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項ｉ己載のショット
   キー・バリヤ・ダイオードの形成方法。
3. （３）全面に堆積した高融点金属薄膜の開孔部を含む領
   −にのみ局部的にＩＶ族元素イオンを注入することを特
   徴とするＩＩＩ！ｊｖＦ＃Ｎ求の範囲第（１）項記載の
   ショットキー・バリヤ拳ダイオードの形成方法。
4. （４）開孔部の高融点金Ｊ１４薄展にＩＶ族九累イオン
   を注入後、選択的に不純物イオンを注入して拡散領域を
   形成することを特徴とする特許請求の範囲＃　（１）項
   若しくはｔｌＡ（：２）項または島（３）項記載のショ
   ットキｍ−バリヤ・ダイオードの形成力法。