半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造と製造方法
【課題】 汚染問題を解決できる半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造と製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体材料層４０１Ａ、合成水晶半導体４０２Ａ、第１良導体４０６Ａ、第２良導体４０５Ａ及び絶縁層４０４Ａを含む。半導体材料層４０１Ａの局部は外部に第１種雑質が混合されて、第１種の半導体材料区域４０３Ａを形成する。第１良導体４０６Ａと第１種雑質の半導体材料区域４０３Ａとを接続させ、合成半導体４０２Ａは第１種雑質を混入した半導体材料区域４０３Ａにスパッター加工する。合成半導体４０２Ａの内部にも第１種雑質及び第２種雑質が混入され、合成水晶半導体４０２Ａ上の局部に第２良導体４０５Ａをスパッター加工する。第１良導体４０６Ａと第２良導体４０５Ａの間は、合成水晶半導体４０２で仕切っておく。
【解決手段】 半導体材料層４０１Ａ、合成水晶半導体４０２Ａ、第１良導体４０６Ａ、第２良導体４０５Ａ及び絶縁層４０４Ａを含む。半導体材料層４０１Ａの局部は外部に第１種雑質が混合されて、第１種の半導体材料区域４０３Ａを形成する。第１良導体４０６Ａと第１種雑質の半導体材料区域４０３Ａとを接続させ、合成半導体４０２Ａは第１種雑質を混入した半導体材料区域４０３Ａにスパッター加工する。合成半導体４０２Ａの内部にも第１種雑質及び第２種雑質が混入され、合成水晶半導体４０２Ａ上の局部に第２良導体４０５Ａをスパッター加工する。第１良導体４０６Ａと第２良導体４０５Ａの間は、合成水晶半導体４０２で仕切っておく。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造と製造方法に関わるもので、主に、高容量コンデンサーの構造と生産プロセスに用いる。特に、半導体（一例として、シリカ）集積回路のプロセスに応用すると、半導体生産プロセスを完全に許容し、高容量コンデンサーが作られる。
【背景技術】
【０００２】
電子産業は高容量コンデンサーで製品の要求に応えるほか、絶えず誘電層の厚みを減少しながら、コンデンサーの面積を増やし、軽薄短小の趨勢が見られる。一例として、コンデンサーと密接関係を持つダイナミックメモリは、ビット密度の増大により、コンデンサーがトレンチ（trench）又は翼状構造、又は、誘電率の高い誘電材料（ＢａＴｉＯ3又はその他の強誘電材料）を用いて二酸化ケイ素に代わる。
【０００３】
コンデンサー誘電体の厚みの縮小化は、プロセス技術と崩壊電場の限界により、さらなるの突破は難しい。
さらに、面積を増大することは、軽薄短小の趨勢に相反するものである。特に、集積回路のプロセスに応用するとき、面積の増大は集積回路のコストアップの他、大きい面積は集積回路の低い収率を導く。
【０００４】
トレンチ又は翼状構造にするとき、生産プロセスの困難度は収率の低下とコストアップの問題を引き起こす。
もし、その他の高誘電材料で二酸化ケイ素に取り代わるとき、生産プロセスは成熟したケイ素プロセスの許容性がないため、新たに強誘電材料に関する技術の開発が必要である。しかし、最も重要な課題は、これらの強誘電材料は半導体のケイ素プロセスに厳重な汚染問題を引き起こす恐れがあることである。
【０００５】
一方、バリアコンデンサー領域の開発に成功している（特許文献１参照）。図１に示す通り、公知の技術は、一層の還元されたＳｒ，Ｂａ）ＴｉＯ3セラミック材１０３（低い抵抗値）と一層の還元されたＳｒ，Ｂａ）ＴｉＯ3セラミック材１０２（高い抵抗値）の結合により、バリアコンデンサー１００を形成している。さらに、絶縁層の両側に一層の導電材料１０１と導電材料１０４を塗布して、コンデンサー電極の構造とする。結晶粒界１０６の高い抵抗値と結晶粒子１０５の低い抵抗値の特性を利用し、外部より電圧を両側の電極１０４に印加するとき、結晶粒子１０５自体の抵抗値は低いため、ほとんど電圧が印加されない。一方、結晶粒界１０６の高い抵抗値の特性により、電極１０１と電極１０４の電圧はほぼ全部結晶粒界１０６に印加されている。これを数式で表すと、下記の通りである。
【０００６】
【数１】
【０００７】
ｄcは、二つの電極間の誘電体の厚さである。
Ａは、誘電体の面積である。
ＥrＥ0は、誘電体の誘電係数である。
【０００８】
図２に示す通り、結晶粒子２０２と結晶粒子３０２の抵抗値は結晶粒界２０１と結晶粒界３０１の抵抗値より遥かに低いため、電極２０３と電極２０４間、電極３０３と電極３０４間の電圧はほとんど結晶粒界２０１と結晶粒界３０１に印加されるため、数１の式を下記の通りに修正する。
【０００９】
【数２】
【００１０】
Ｎは、二つの金属層誘電体の厚みｄcの中において、ｎ個の誘電結晶粒子２０２と誘電結晶粒子３０２を有する。
【００１１】
【数３】
【００１２】
ｄgは、結晶粒子２０２と結晶粒子３０２の直径の平均値である。
ｄiは、結晶粒界２０１と結晶粒界３０１の幅の平均値である。
ｄg＞＞ｄiのため、通常、ｄg〜１０3ｄi又はさらに高くなる。したがって、静誘電量は、元の１千倍に増加される。図３は、図２を理想化したミクロの構造図を示す。しかしながら、このような方法で作り出されたコンデンサーの誘電損失は、かなり大きい。誘電損失を数式で表すと、以下の通りである。
【００１３】
【数４】
【００１４】
ｒgは、結晶粒子２０２と結晶粒子３０２の抵抗である。
ｒiは、結晶粒界２０１と結晶粒界３０１の抵抗である。
低周波製品に応用するとき、抵抗係数が極めて大きい場合を除き、誘電損失は受けられないほど大きくなる。結晶粒子２０２と結晶粒子３０２の抵抗値を小さくすることに対し、結晶粒界２０１と結晶粒界３０１の抵抗を大きくしておき（そうしないと、数２は成立しない）、バリア層コンデンサー（Barrier Layer Capacitor）２００とバリア層コンデンサー３００の特徴を引き出している。
【００１５】
【特許文献１】米国特許第２，５２０，３７６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、一種の半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造と製造方法の提供に関わるもので、一種の高容量コンデンサーに応用される構造と製造方法である。特に、半導体（一例として、ケイ素）集積回路の生産プロセスに応用するとき、高容量コンデンサーを作り出すことができるほか、半導体生産プロセスと完全に許容性を持っているため、他の高誘電材料のように、ケイ素プロセスに汚染する問題がなく、一部のコンデンサー生産プロセスにおける問題点を簡素化できる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造は、合成水晶半導体の結晶粒子の低い抵抗値と結晶粒界の高い抵抗値特性を利用して、コンデンサーを形成する。結晶粒子は周期表第３種又は周期表第５種のいずれかを混入及び高温活性化した合成水晶半導体があり、結晶粒界は酸素又は窒素化合物のいずれか又は両者が混合されている。
【００１８】
本発明の半導体バリア結晶粒界コンデンサー構造の一つの例は、半導体材料層、合成水晶半導体、第１良導体、第２良導体及び絶縁層が含まれる。半導体材料層は、第１種の半導体材料区域を形成する。第１良導体と第１種雑質の半導体材料区域とを接続させ、合成半導体は第１種雑質を混入した半導体材料区域にスパッター加工する。合成半導体の内部にも第１種雑質及び第２種雑質を混入させ、合成水晶半導体上の局部に第２良導体をスパッター加工する。さらに、第１良導体と第１種雑質を混入した半導体材料区域に接続させる。合成水晶半導体は、第１種雑質の半導体材料区域上にスパッター加工する。第１良導体と第２良導体の間を合成水晶半導体で仕切っておく。合成水晶半導体と第１良導体は、上表面の周縁に絶縁層をスパッター加工する。
【００１９】
本発明の半導体バリア結晶粒界コンデンサー構造の一つの例は、半導体材料層、合成水晶半導体、第１良導体、第２良導体及び絶縁層が含まれる。半導体材料層は、第１種の半導体材料区域を形成する。第１良導体と第１種雑質の半導体材料区域とを接続させ、合成半導体は第１種雑質を混入した半導体材料区域にスパッター加工する。合成半導体の内部にも第１種雑質及び第２種雑質を混入した上、合成水晶半導体上の局部に第２良導体をスパッター加工する。第１良導体と第２良導体との間を合成水晶半導体で仕切っておく。合成水晶半導体と第１良導体は、上表面の周縁に絶縁層をスパッター加工する。第２良導体の表面は、順番に一層以上の合成水晶半導体と良導体をスパッター加工する。さらに、追加された合成水晶半導体の内部にも第２種雑質を混入させる。追加された良導体は、交差して第１良導体又は第２良導体のいずれかに接続する。
【００２０】
本発明の半導体バリア結晶粒界コンデンサー構造の一つの例は、半導体材料層、合成水晶半導体、第２種雑質を混入した半導体材料区域及び第２良導体が含まれる。半導体材料層に第１種雑質を混入させ、第２種雑質を混入した半導体材料区域を形成する。第１種雑質を混入した半導体材料区域に合成水晶半導体をスパッター加工するための井戸を設ける。さらに、合成水晶半導体は、井戸区域に対してポール穴区域が形成されている。第２良導体をその上にスパッター加工する。合成水晶半導体の内部にも第１種雑質及び第２種雑質が混入されている。
【００２１】
本発明の半導体バリア結晶粒界の構造は、合成水晶半導体の結晶粒子の低い抵抗値と結晶粒界の高い抵抗値特性を利用して、コンデンサーを形成するとき、以下の段取りが含まれる。
【００２２】
ａ．半導体材料区域より構成される半導体材料層の局部区域の表面は、外部に高濃度の第１種雑質を混入させ、第１種雑質の半導体材料区域を形成する。
ｂ．第１種雑質の半導体材料区域の表面に合成水晶半導体をスパッター加工する。
ｃ．混入方式にて高濃度の第１種雑質と第２種雑質をそれぞれ合成水晶半導体の内部に混入させる。
【００２３】
ｄ．合成水晶半導体の表面一層の良導体をスパッター加工して、コンデンサー素子のひな型を形成する。
ｅ．最後に、コンデンサー素子のひな型を炉配管に送り込んで、高温活性化により合成水晶半導体の第１種雑質と第２種雑質に混入させる。
【００２４】
本発明の半導体バリア結晶粒界コンデンサー製造方法の一つの例は、合成水晶半導体結晶粒子の低い抵抗値と結晶粒界の高い抵抗値特性を利用して、コンデンサーを形成するとき、以下の段取りが含まれる。
【００２５】
ａ．半導体材料区域より構成される半導体材料層の局部区域の表面は、外部に高濃度の第１種雑質を混入させ、第１種雑質の半導体材料区域を形成する。
ｂ．第１種雑質の半導体材料区域の表面に合成水晶半導体をスパッター加工する。
ｃ．混入方式にて高濃度の第１種雑質と第２種雑質をそれぞれ合成水晶半導体の内部に混入させる。
【００２６】
ｄ．第１良導体をスパッター加工した上、第１良導体と第１種雑質を混合した半導体材料区域に接続させる。
ｅ．合成水晶半導体上の局部区域に第２良導体をスパッター加工して、第１良導体と第２良導体を仕切っておく。
【００２７】
ｆ．第２良導体の表面に少なくとも一層以上の合成水晶半導体と良導体をスパッター加工するほか、追加された合成水晶半導体の内部に第１種雑質と第２種雑質を混入する。追加された良導体は、交差して順番に第１良導体又は第２良導体のいずれかに接続する。そして、合成水晶半導体と良導体を交差してスパッター加工した後、コンデンサー素子のひな型を形成する。
ｇ．最後に、コンデンサー素子のひな型を炉配管に送り込んで、高温活性化により合成水晶半導体の第１種雑質と第２種雑質に混入させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（実施例１）
図４Ａ〜図４Ｄによる本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造と製造方法の実施の段取りは、以下の通りである。
図４Ａに示す通り、本実施例の材料として、半導体材料層４０１はケイ素系列のウエハーを使用する。半導体材料層４０１の半導体材料は、周期表第４種（ケイ素又はゲルマニウム）、周期表第３種（ホウ素）及び周期表第５種の元素（ヒ素）より構成される第３５種の元素のうちの一つを使用する。
【００２９】
図４Ｂに示すように、半導体材料層４０１の局部区域の表面の外部に１０16〜１０21ａｔｏｍ／ｃｍ3の高濃度の第１種雑質を混入して、第１種雑質の半導体材料区域４０３を形成する。第１種雑質は、周期表第３種又は周期表第５種の元素のいずれかを使用する。その目的は、高い抵抗値の本質半導体材料（ケイ素）を低い抵抗値の雑質区域に転換して［第３種元素を混入してｐ型（ｐ型ケイ素）を作り上げ、一方、第５種元素を混入してｎ型（ｎ型ケイ素）を作り上げて］、本実施例の実施後の高誘電量素子の一つの電極となる。
【００３０】
図４Ｃに示すように、第１種雑質を混入した半導体材料区域４０３の表面に化学気相成長法（ＣＶＤ）又は物理的気相成長法（ＰＶＤ）により合成水晶半導体４０２（合成水晶ケイ素）をスパッター加工する。合成水晶半導体４０２の半導体材料には、周期表第４種のケイ素を使用できる。
【００３１】
その後、混入方式（イオン注入）にて前述した１０16〜１０21ａｔｏｍ／ｃｍ3の高濃度の第１種雑質と第２種雑質をそれぞれ合成水晶半導体４０２の内部に混入させる。混入する第２種雑質は、酸素元素又は窒素元素のいずれか又は両者を混合したものを使用する。
【００３２】
図４Ｄに示すように、合成水晶半導体４０２の表面の周縁にさらに絶縁層４０４をスパッター加工する。絶縁層４０４は、酸化ケイ素より構成される。
図４Ｅに示すように、合成水晶半導体４０２の表面に化学気相成長法（ＣＶＤ）又は物理的気相成長法（ＰＶＤ）により一層の良導体４０５（低い抵抗値及び高溶融点の導体をコンデンサー素子のもう一つの電極に構成する）をスパッター加工した後、コンデンサー素子４００のひな型を形成する。
【００３３】
最後に、コンデンサー素子４００のひな型を炉配管に送り込んで、高温活性化（activate）により合成水晶半導体４０２の内部に第３種元素又は第５種元素を混入（注入）するほか、合成水晶半導体４０２（合成水晶ケイ素）の結晶粒界（grain boundary）を先に混入した酸素イオン又は窒素イオンで厚み６０オングストローム（Å）以下の酸化ケイ素層又は窒化ケイ素層、もしくは、酸化ケイ素層と窒化ケイ素層の合成層（つまり、ＳｉＯ2−Ｓｉ3Ｎ4の組合せ層）に形成して、結晶粒界の抵抗を増やして、誘電体の漏電又は誘電損失を低減できる。
【００３４】
本実施例の半導体バリア結晶粒界コンデンサーの基本構造例は、図４Ｄに示すように、半導体材料層４０１と合成水晶半導体４０２とが含まれる。半導体材料層４０１の局部区域に外部より第１種雑質を混入して、第１種雑質の半導体材料区域４０３を形成する。合成水晶半導体４０２は、第１種雑質の半導体材料区域４０３上にスパッター加工する。さらに、合成水晶半導体４０２の内部にも第２種雑質が混入されている。合成水晶半導体４０２の表面の周縁にさらに絶縁層４０４をスパッター加工する。合成水晶半導体４０２の表面に良導体４０５をスパッター加工する。
【００３５】
図５Ａ〜図５Ｇに示す本発明の好ましい実施例の段取りは、以下の通りである。
図５Ａに示すように、本実施例の材料として、半導体材料層４０１Ａはケイ素系列のウエハーを使用する。半導体材料層４０１Ａの半導体材料は、周期表第４種（ケイ素又はゲルマニウム）、周期表第３種（ホウ素）及び周期表第５種の元素（ヒ素）より構成される第３５種の元素のうちの一つを使用する。
【００３６】
図５Ｂに示すように、半導体材料層４０１Ａの局部区域の表面は外部に１０16〜１０21ａｔｏｍ／ｃｍ3のような高濃度の第１種雑質を混入して、第１種雑質の半導体材料区域４０３Ａを形成する。第１種雑質は、周期表第３種又は周期表第５種の元素のいずれかを使用する。その目的は、高い抵抗値の本質半導体材料（ケイ素）を低い抵抗値の雑質区域に転換して［第３種元素を混入してｐ型（ｐ型ケイ素）を作り上げ、一方、第５種元素を混入してｎ型（ｎ型ケイ素）を作り上げて］、本実施例の実施後の高誘電素子の一つの電極となる。
【００３７】
図５Ｃに示すように、第１種雑質を混入した半導体材料区域４０３Ａの表面に化学気相成長法（ＣＶＤ）又は物理的気相成長法（ＰＶＤ）により合成水晶半導体４０２Ａ（合成水晶ケイ素）をスパッター加工する。合成水晶半導体４０２Ａの半導体材料は、周期表第４種のケイ素（ゲルマニウムを使用しても良い）を使用できる。
【００３８】
その後、混入方式（イオン注入）にて前述した１０16〜１０21ａｔｏｍ／ｃｍ3の高濃度の第１種雑質と第２種雑質をそれぞれ合成水晶半導体４０２Ａの内部に混入させる。混入する第２種雑質は、酸素元素又は窒素元素のいずれか又は両者を混合したものを使用する。
【００３９】
図５Ｄに示すように、化学気相成長法（ＣＶＤ）又は物理的気相成長法（ＰＶＤ）により第１良導体４０６Ａをスパッター加工する。第１良導体４０６Ａと第１種雑質を混入した半導体材料区域４０３Ａを接続させる。第１良導体４０６Ａの抵抗係数が低く、溶融点が高い良導体を使用する。
【００４０】
図５Ｅに示すように、合成水晶半導体４０２Ａの表面の周縁にさらに絶縁層４０４Ａをスパッター加工する。絶縁層４０４Ａは、酸化ケイ素より構成される。
図５Ｆに示すように、合成水晶半導体４０２Ａ上の局部区域に第２良導体４０５Ａをスパッター加工する。第１良導体４０６Ａと第２良導体４０５Ａの間は、合成水晶半導体４０２Ａで仕切っておく。このプロセスまでは、本発明で単独に実施可能な実施例を構成する。
【００４１】
図５Ｇに示すように、第２良導体４０５Ａの表面に少なくとも順番に一層以上の合成水晶半導体４０２Ａと良導体をスパッター加工する。追加された合成水晶半導体４０２Ａの内部にも第１種雑質と第２種雑質を混入している。追加された良導体は、交差して順番に第１良導体４０６Ａ又は第２良導体４０５Ａのいずれかに接続する。さらに、第１良導体４０６Ａ又は第２良導体４０５Ａは、抵抗係数が低く、溶融点が高い良導体である。これは、コンデンサー素子の一つの電極となる。このように、交差して合成水晶半導体４０２Ａと良導体をスパッター加工する目的は、コンデンサー素子の等価面積を増大することにある。図５Ｇに示すのは、コンデンサー素子４００Ａのひな型を形成したものである。
【００４２】
最後に、コンデンサー素子４００Ａのひな型を炉配管に送り込んで、高温活性化（activate）により合成水晶半導体４０２Ａの内部に第３種元素又は第５種元素を混入（注入）するほか、合成水晶半導体４０２Ａ（合成水晶ケイ素）の結晶粒界（grain boundary）を先に混入した酸素イオン又は窒素イオンで厚み６０オングストローム（Å）以下の酸化ケイ素層又は窒化ケイ素層、もしくは、酸化ケイ素層と窒化ケイ素層の合成層（つまり、ＳｉＯ2−Ｓｉ3Ｎ4の組合せ層）に形成して、結晶粒界の抵抗を増やして、誘電体の漏電又は誘電損失を低減できる。
【００４３】
本実施例の半導体バリア結晶粒界コンデンサー構造の好ましい実施例の一つは、半導体材料層４０１Ａ、合成水晶半導体４０２Ａ、第１良導体４０６Ａ、第２良導体４０５Ａ及び絶縁層４０４Ａが含まれる。半導体材料層４０１Ａは、第１種の半導体材料区域４０３Ａを形成する。第１良導体４０６Ａと第１種雑質の半導体材料区域４０３Ａとを接続させ、合成半導体４０２Ａは第１種雑質を混入した半導体材料区域４０３Ａにスパッター加工する。合成半導体４０２Ａの内部にも第１種雑質及び第２種雑質を混入した上、合成水晶半導体４０２Ａ上の局部に第２良導体４０５Ａをスパッター加工する。第１良導体４０６Ａと第２良導体４０５Ａとの間は、合成水晶半導体４０２Ａで仕切っておく。合成水晶半導体４０２Ａと第１良導体４０６Ａは、上表面の周縁に絶縁層４０４Ａをスパッター加工する。（このプロセスまでは、本発明で単独に実施可能な実施例を構成する。）第２良導体４０５Ａの表面は、順番に一層以上の合成水晶半導体４０２Ａと第１良導体をスパッター加工する。さらに、追加された合成水晶半導体４０２Ａの内部にも第１種雑質と第２種雑質を混入させる。追加された良導体は、交差して第１良導体４０６Ａ又は第２良導体４０５Ａのいずれかに接続する。
【００４４】
（実施例２）
本発明の実施例２による半導体バリア結晶粒界コンデンサー構造は、前述した製造方法により実施する。ただし、半導体材料層４０１Ｂにくぼみ（番号を振り付けていないが、後に説明する井戸（Ｗ）と重なる）を形成している。くぼみは、半導体材料層４０１Ｂの表面に第１種雑質を混入した後、井戸（Ｗ）を形成する。図６に示すように、本発明の実施例２は、半導体材料層４０１Ｂ（単結晶ケイ素層又は第１良導体）、合成水晶半導体４０２Ｂ、第１種雑質を混入した半導体材料区域４０３Ｂ及び第２良導体４０５Ｂが含まれる。第１種雑質を混入した半導体材料区域４０３Ｂは、合成水晶半導体４０２Ｂをスパッターするための井戸（Ｗ）を設けている。合成水晶半導体４０２Ｂは、井戸区域（Ｗ）に対称したポール穴区域（Ｖ）を設け、第２良導体４０５Ｂをこの上にスパッター加工する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】公知のケイ素バリア結晶粒界コンデンサー構造の概略図である。
【図２】公知のケイ素バリア結晶粒界コンデンサー構造の模式図である。
【図３】公知のケイ素バリア結晶粒界コンデンサーの理想化した構造の模式図である。
【図４Ａ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図４Ｂ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図４Ｃ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図４Ｄ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図４Ｅ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造を示す概略図である。
【図５Ａ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図５Ｂ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図５Ｃ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図５Ｄ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図５Ｅ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図５Ｆ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図５Ｇ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造を示す概略図である。
【図６】本発明の実施例２による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４６】
４００ コンデンサー素子、４００Ａ コンデンサー素子、４０１ 半導体材料層、４０１Ａ 半導体材料層、４０１Ｂ 半導体材料層、４０２ 合成水晶半導体、４０２Ａ 合成水晶半導体、４０２Ｂ 合成水晶半導体、４０３ 半導体材料区域、４０３Ａ 半導体材料区域、４０３Ｂ 半導体材料区域、４０４ 絶縁層、４０４Ａ 絶縁層、４０５ 良導体、４０５Ａ 第２良導体、４０５Ｂ 第２良導体、４０６Ａ 第１良導体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造と製造方法に関わるもので、主に、高容量コンデンサーの構造と生産プロセスに用いる。特に、半導体（一例として、シリカ）集積回路のプロセスに応用すると、半導体生産プロセスを完全に許容し、高容量コンデンサーが作られる。
【背景技術】
【０００２】
電子産業は高容量コンデンサーで製品の要求に応えるほか、絶えず誘電層の厚みを減少しながら、コンデンサーの面積を増やし、軽薄短小の趨勢が見られる。一例として、コンデンサーと密接関係を持つダイナミックメモリは、ビット密度の増大により、コンデンサーがトレンチ（trench）又は翼状構造、又は、誘電率の高い誘電材料（ＢａＴｉＯ3又はその他の強誘電材料）を用いて二酸化ケイ素に代わる。
【０００３】
コンデンサー誘電体の厚みの縮小化は、プロセス技術と崩壊電場の限界により、さらなるの突破は難しい。
さらに、面積を増大することは、軽薄短小の趨勢に相反するものである。特に、集積回路のプロセスに応用するとき、面積の増大は集積回路のコストアップの他、大きい面積は集積回路の低い収率を導く。
【０００４】
トレンチ又は翼状構造にするとき、生産プロセスの困難度は収率の低下とコストアップの問題を引き起こす。
もし、その他の高誘電材料で二酸化ケイ素に取り代わるとき、生産プロセスは成熟したケイ素プロセスの許容性がないため、新たに強誘電材料に関する技術の開発が必要である。しかし、最も重要な課題は、これらの強誘電材料は半導体のケイ素プロセスに厳重な汚染問題を引き起こす恐れがあることである。
【０００５】
一方、バリアコンデンサー領域の開発に成功している（特許文献１参照）。図１に示す通り、公知の技術は、一層の還元されたＳｒ，Ｂａ）ＴｉＯ3セラミック材１０３（低い抵抗値）と一層の還元されたＳｒ，Ｂａ）ＴｉＯ3セラミック材１０２（高い抵抗値）の結合により、バリアコンデンサー１００を形成している。さらに、絶縁層の両側に一層の導電材料１０１と導電材料１０４を塗布して、コンデンサー電極の構造とする。結晶粒界１０６の高い抵抗値と結晶粒子１０５の低い抵抗値の特性を利用し、外部より電圧を両側の電極１０４に印加するとき、結晶粒子１０５自体の抵抗値は低いため、ほとんど電圧が印加されない。一方、結晶粒界１０６の高い抵抗値の特性により、電極１０１と電極１０４の電圧はほぼ全部結晶粒界１０６に印加されている。これを数式で表すと、下記の通りである。
【０００６】
【数１】
【０００７】
ｄcは、二つの電極間の誘電体の厚さである。
Ａは、誘電体の面積である。
ＥrＥ0は、誘電体の誘電係数である。
【０００８】
図２に示す通り、結晶粒子２０２と結晶粒子３０２の抵抗値は結晶粒界２０１と結晶粒界３０１の抵抗値より遥かに低いため、電極２０３と電極２０４間、電極３０３と電極３０４間の電圧はほとんど結晶粒界２０１と結晶粒界３０１に印加されるため、数１の式を下記の通りに修正する。
【０００９】
【数２】
【００１０】
Ｎは、二つの金属層誘電体の厚みｄcの中において、ｎ個の誘電結晶粒子２０２と誘電結晶粒子３０２を有する。
【００１１】
【数３】
【００１２】
ｄgは、結晶粒子２０２と結晶粒子３０２の直径の平均値である。
ｄiは、結晶粒界２０１と結晶粒界３０１の幅の平均値である。
ｄg＞＞ｄiのため、通常、ｄg〜１０3ｄi又はさらに高くなる。したがって、静誘電量は、元の１千倍に増加される。図３は、図２を理想化したミクロの構造図を示す。しかしながら、このような方法で作り出されたコンデンサーの誘電損失は、かなり大きい。誘電損失を数式で表すと、以下の通りである。
【００１３】
【数４】
【００１４】
ｒgは、結晶粒子２０２と結晶粒子３０２の抵抗である。
ｒiは、結晶粒界２０１と結晶粒界３０１の抵抗である。
低周波製品に応用するとき、抵抗係数が極めて大きい場合を除き、誘電損失は受けられないほど大きくなる。結晶粒子２０２と結晶粒子３０２の抵抗値を小さくすることに対し、結晶粒界２０１と結晶粒界３０１の抵抗を大きくしておき（そうしないと、数２は成立しない）、バリア層コンデンサー（Barrier Layer Capacitor）２００とバリア層コンデンサー３００の特徴を引き出している。
【００１５】
【特許文献１】米国特許第２，５２０，３７６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、一種の半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造と製造方法の提供に関わるもので、一種の高容量コンデンサーに応用される構造と製造方法である。特に、半導体（一例として、ケイ素）集積回路の生産プロセスに応用するとき、高容量コンデンサーを作り出すことができるほか、半導体生産プロセスと完全に許容性を持っているため、他の高誘電材料のように、ケイ素プロセスに汚染する問題がなく、一部のコンデンサー生産プロセスにおける問題点を簡素化できる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造は、合成水晶半導体の結晶粒子の低い抵抗値と結晶粒界の高い抵抗値特性を利用して、コンデンサーを形成する。結晶粒子は周期表第３種又は周期表第５種のいずれかを混入及び高温活性化した合成水晶半導体があり、結晶粒界は酸素又は窒素化合物のいずれか又は両者が混合されている。
【００１８】
本発明の半導体バリア結晶粒界コンデンサー構造の一つの例は、半導体材料層、合成水晶半導体、第１良導体、第２良導体及び絶縁層が含まれる。半導体材料層は、第１種の半導体材料区域を形成する。第１良導体と第１種雑質の半導体材料区域とを接続させ、合成半導体は第１種雑質を混入した半導体材料区域にスパッター加工する。合成半導体の内部にも第１種雑質及び第２種雑質を混入させ、合成水晶半導体上の局部に第２良導体をスパッター加工する。さらに、第１良導体と第１種雑質を混入した半導体材料区域に接続させる。合成水晶半導体は、第１種雑質の半導体材料区域上にスパッター加工する。第１良導体と第２良導体の間を合成水晶半導体で仕切っておく。合成水晶半導体と第１良導体は、上表面の周縁に絶縁層をスパッター加工する。
【００１９】
本発明の半導体バリア結晶粒界コンデンサー構造の一つの例は、半導体材料層、合成水晶半導体、第１良導体、第２良導体及び絶縁層が含まれる。半導体材料層は、第１種の半導体材料区域を形成する。第１良導体と第１種雑質の半導体材料区域とを接続させ、合成半導体は第１種雑質を混入した半導体材料区域にスパッター加工する。合成半導体の内部にも第１種雑質及び第２種雑質を混入した上、合成水晶半導体上の局部に第２良導体をスパッター加工する。第１良導体と第２良導体との間を合成水晶半導体で仕切っておく。合成水晶半導体と第１良導体は、上表面の周縁に絶縁層をスパッター加工する。第２良導体の表面は、順番に一層以上の合成水晶半導体と良導体をスパッター加工する。さらに、追加された合成水晶半導体の内部にも第２種雑質を混入させる。追加された良導体は、交差して第１良導体又は第２良導体のいずれかに接続する。
【００２０】
本発明の半導体バリア結晶粒界コンデンサー構造の一つの例は、半導体材料層、合成水晶半導体、第２種雑質を混入した半導体材料区域及び第２良導体が含まれる。半導体材料層に第１種雑質を混入させ、第２種雑質を混入した半導体材料区域を形成する。第１種雑質を混入した半導体材料区域に合成水晶半導体をスパッター加工するための井戸を設ける。さらに、合成水晶半導体は、井戸区域に対してポール穴区域が形成されている。第２良導体をその上にスパッター加工する。合成水晶半導体の内部にも第１種雑質及び第２種雑質が混入されている。
【００２１】
本発明の半導体バリア結晶粒界の構造は、合成水晶半導体の結晶粒子の低い抵抗値と結晶粒界の高い抵抗値特性を利用して、コンデンサーを形成するとき、以下の段取りが含まれる。
【００２２】
ａ．半導体材料区域より構成される半導体材料層の局部区域の表面は、外部に高濃度の第１種雑質を混入させ、第１種雑質の半導体材料区域を形成する。
ｂ．第１種雑質の半導体材料区域の表面に合成水晶半導体をスパッター加工する。
ｃ．混入方式にて高濃度の第１種雑質と第２種雑質をそれぞれ合成水晶半導体の内部に混入させる。
【００２３】
ｄ．合成水晶半導体の表面一層の良導体をスパッター加工して、コンデンサー素子のひな型を形成する。
ｅ．最後に、コンデンサー素子のひな型を炉配管に送り込んで、高温活性化により合成水晶半導体の第１種雑質と第２種雑質に混入させる。
【００２４】
本発明の半導体バリア結晶粒界コンデンサー製造方法の一つの例は、合成水晶半導体結晶粒子の低い抵抗値と結晶粒界の高い抵抗値特性を利用して、コンデンサーを形成するとき、以下の段取りが含まれる。
【００２５】
ａ．半導体材料区域より構成される半導体材料層の局部区域の表面は、外部に高濃度の第１種雑質を混入させ、第１種雑質の半導体材料区域を形成する。
ｂ．第１種雑質の半導体材料区域の表面に合成水晶半導体をスパッター加工する。
ｃ．混入方式にて高濃度の第１種雑質と第２種雑質をそれぞれ合成水晶半導体の内部に混入させる。
【００２６】
ｄ．第１良導体をスパッター加工した上、第１良導体と第１種雑質を混合した半導体材料区域に接続させる。
ｅ．合成水晶半導体上の局部区域に第２良導体をスパッター加工して、第１良導体と第２良導体を仕切っておく。
【００２７】
ｆ．第２良導体の表面に少なくとも一層以上の合成水晶半導体と良導体をスパッター加工するほか、追加された合成水晶半導体の内部に第１種雑質と第２種雑質を混入する。追加された良導体は、交差して順番に第１良導体又は第２良導体のいずれかに接続する。そして、合成水晶半導体と良導体を交差してスパッター加工した後、コンデンサー素子のひな型を形成する。
ｇ．最後に、コンデンサー素子のひな型を炉配管に送り込んで、高温活性化により合成水晶半導体の第１種雑質と第２種雑質に混入させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（実施例１）
図４Ａ〜図４Ｄによる本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造と製造方法の実施の段取りは、以下の通りである。
図４Ａに示す通り、本実施例の材料として、半導体材料層４０１はケイ素系列のウエハーを使用する。半導体材料層４０１の半導体材料は、周期表第４種（ケイ素又はゲルマニウム）、周期表第３種（ホウ素）及び周期表第５種の元素（ヒ素）より構成される第３５種の元素のうちの一つを使用する。
【００２９】
図４Ｂに示すように、半導体材料層４０１の局部区域の表面の外部に１０16〜１０21ａｔｏｍ／ｃｍ3の高濃度の第１種雑質を混入して、第１種雑質の半導体材料区域４０３を形成する。第１種雑質は、周期表第３種又は周期表第５種の元素のいずれかを使用する。その目的は、高い抵抗値の本質半導体材料（ケイ素）を低い抵抗値の雑質区域に転換して［第３種元素を混入してｐ型（ｐ型ケイ素）を作り上げ、一方、第５種元素を混入してｎ型（ｎ型ケイ素）を作り上げて］、本実施例の実施後の高誘電量素子の一つの電極となる。
【００３０】
図４Ｃに示すように、第１種雑質を混入した半導体材料区域４０３の表面に化学気相成長法（ＣＶＤ）又は物理的気相成長法（ＰＶＤ）により合成水晶半導体４０２（合成水晶ケイ素）をスパッター加工する。合成水晶半導体４０２の半導体材料には、周期表第４種のケイ素を使用できる。
【００３１】
その後、混入方式（イオン注入）にて前述した１０16〜１０21ａｔｏｍ／ｃｍ3の高濃度の第１種雑質と第２種雑質をそれぞれ合成水晶半導体４０２の内部に混入させる。混入する第２種雑質は、酸素元素又は窒素元素のいずれか又は両者を混合したものを使用する。
【００３２】
図４Ｄに示すように、合成水晶半導体４０２の表面の周縁にさらに絶縁層４０４をスパッター加工する。絶縁層４０４は、酸化ケイ素より構成される。
図４Ｅに示すように、合成水晶半導体４０２の表面に化学気相成長法（ＣＶＤ）又は物理的気相成長法（ＰＶＤ）により一層の良導体４０５（低い抵抗値及び高溶融点の導体をコンデンサー素子のもう一つの電極に構成する）をスパッター加工した後、コンデンサー素子４００のひな型を形成する。
【００３３】
最後に、コンデンサー素子４００のひな型を炉配管に送り込んで、高温活性化（activate）により合成水晶半導体４０２の内部に第３種元素又は第５種元素を混入（注入）するほか、合成水晶半導体４０２（合成水晶ケイ素）の結晶粒界（grain boundary）を先に混入した酸素イオン又は窒素イオンで厚み６０オングストローム（Å）以下の酸化ケイ素層又は窒化ケイ素層、もしくは、酸化ケイ素層と窒化ケイ素層の合成層（つまり、ＳｉＯ2−Ｓｉ3Ｎ4の組合せ層）に形成して、結晶粒界の抵抗を増やして、誘電体の漏電又は誘電損失を低減できる。
【００３４】
本実施例の半導体バリア結晶粒界コンデンサーの基本構造例は、図４Ｄに示すように、半導体材料層４０１と合成水晶半導体４０２とが含まれる。半導体材料層４０１の局部区域に外部より第１種雑質を混入して、第１種雑質の半導体材料区域４０３を形成する。合成水晶半導体４０２は、第１種雑質の半導体材料区域４０３上にスパッター加工する。さらに、合成水晶半導体４０２の内部にも第２種雑質が混入されている。合成水晶半導体４０２の表面の周縁にさらに絶縁層４０４をスパッター加工する。合成水晶半導体４０２の表面に良導体４０５をスパッター加工する。
【００３５】
図５Ａ〜図５Ｇに示す本発明の好ましい実施例の段取りは、以下の通りである。
図５Ａに示すように、本実施例の材料として、半導体材料層４０１Ａはケイ素系列のウエハーを使用する。半導体材料層４０１Ａの半導体材料は、周期表第４種（ケイ素又はゲルマニウム）、周期表第３種（ホウ素）及び周期表第５種の元素（ヒ素）より構成される第３５種の元素のうちの一つを使用する。
【００３６】
図５Ｂに示すように、半導体材料層４０１Ａの局部区域の表面は外部に１０16〜１０21ａｔｏｍ／ｃｍ3のような高濃度の第１種雑質を混入して、第１種雑質の半導体材料区域４０３Ａを形成する。第１種雑質は、周期表第３種又は周期表第５種の元素のいずれかを使用する。その目的は、高い抵抗値の本質半導体材料（ケイ素）を低い抵抗値の雑質区域に転換して［第３種元素を混入してｐ型（ｐ型ケイ素）を作り上げ、一方、第５種元素を混入してｎ型（ｎ型ケイ素）を作り上げて］、本実施例の実施後の高誘電素子の一つの電極となる。
【００３７】
図５Ｃに示すように、第１種雑質を混入した半導体材料区域４０３Ａの表面に化学気相成長法（ＣＶＤ）又は物理的気相成長法（ＰＶＤ）により合成水晶半導体４０２Ａ（合成水晶ケイ素）をスパッター加工する。合成水晶半導体４０２Ａの半導体材料は、周期表第４種のケイ素（ゲルマニウムを使用しても良い）を使用できる。
【００３８】
その後、混入方式（イオン注入）にて前述した１０16〜１０21ａｔｏｍ／ｃｍ3の高濃度の第１種雑質と第２種雑質をそれぞれ合成水晶半導体４０２Ａの内部に混入させる。混入する第２種雑質は、酸素元素又は窒素元素のいずれか又は両者を混合したものを使用する。
【００３９】
図５Ｄに示すように、化学気相成長法（ＣＶＤ）又は物理的気相成長法（ＰＶＤ）により第１良導体４０６Ａをスパッター加工する。第１良導体４０６Ａと第１種雑質を混入した半導体材料区域４０３Ａを接続させる。第１良導体４０６Ａの抵抗係数が低く、溶融点が高い良導体を使用する。
【００４０】
図５Ｅに示すように、合成水晶半導体４０２Ａの表面の周縁にさらに絶縁層４０４Ａをスパッター加工する。絶縁層４０４Ａは、酸化ケイ素より構成される。
図５Ｆに示すように、合成水晶半導体４０２Ａ上の局部区域に第２良導体４０５Ａをスパッター加工する。第１良導体４０６Ａと第２良導体４０５Ａの間は、合成水晶半導体４０２Ａで仕切っておく。このプロセスまでは、本発明で単独に実施可能な実施例を構成する。
【００４１】
図５Ｇに示すように、第２良導体４０５Ａの表面に少なくとも順番に一層以上の合成水晶半導体４０２Ａと良導体をスパッター加工する。追加された合成水晶半導体４０２Ａの内部にも第１種雑質と第２種雑質を混入している。追加された良導体は、交差して順番に第１良導体４０６Ａ又は第２良導体４０５Ａのいずれかに接続する。さらに、第１良導体４０６Ａ又は第２良導体４０５Ａは、抵抗係数が低く、溶融点が高い良導体である。これは、コンデンサー素子の一つの電極となる。このように、交差して合成水晶半導体４０２Ａと良導体をスパッター加工する目的は、コンデンサー素子の等価面積を増大することにある。図５Ｇに示すのは、コンデンサー素子４００Ａのひな型を形成したものである。
【００４２】
最後に、コンデンサー素子４００Ａのひな型を炉配管に送り込んで、高温活性化（activate）により合成水晶半導体４０２Ａの内部に第３種元素又は第５種元素を混入（注入）するほか、合成水晶半導体４０２Ａ（合成水晶ケイ素）の結晶粒界（grain boundary）を先に混入した酸素イオン又は窒素イオンで厚み６０オングストローム（Å）以下の酸化ケイ素層又は窒化ケイ素層、もしくは、酸化ケイ素層と窒化ケイ素層の合成層（つまり、ＳｉＯ2−Ｓｉ3Ｎ4の組合せ層）に形成して、結晶粒界の抵抗を増やして、誘電体の漏電又は誘電損失を低減できる。
【００４３】
本実施例の半導体バリア結晶粒界コンデンサー構造の好ましい実施例の一つは、半導体材料層４０１Ａ、合成水晶半導体４０２Ａ、第１良導体４０６Ａ、第２良導体４０５Ａ及び絶縁層４０４Ａが含まれる。半導体材料層４０１Ａは、第１種の半導体材料区域４０３Ａを形成する。第１良導体４０６Ａと第１種雑質の半導体材料区域４０３Ａとを接続させ、合成半導体４０２Ａは第１種雑質を混入した半導体材料区域４０３Ａにスパッター加工する。合成半導体４０２Ａの内部にも第１種雑質及び第２種雑質を混入した上、合成水晶半導体４０２Ａ上の局部に第２良導体４０５Ａをスパッター加工する。第１良導体４０６Ａと第２良導体４０５Ａとの間は、合成水晶半導体４０２Ａで仕切っておく。合成水晶半導体４０２Ａと第１良導体４０６Ａは、上表面の周縁に絶縁層４０４Ａをスパッター加工する。（このプロセスまでは、本発明で単独に実施可能な実施例を構成する。）第２良導体４０５Ａの表面は、順番に一層以上の合成水晶半導体４０２Ａと第１良導体をスパッター加工する。さらに、追加された合成水晶半導体４０２Ａの内部にも第１種雑質と第２種雑質を混入させる。追加された良導体は、交差して第１良導体４０６Ａ又は第２良導体４０５Ａのいずれかに接続する。
【００４４】
（実施例２）
本発明の実施例２による半導体バリア結晶粒界コンデンサー構造は、前述した製造方法により実施する。ただし、半導体材料層４０１Ｂにくぼみ（番号を振り付けていないが、後に説明する井戸（Ｗ）と重なる）を形成している。くぼみは、半導体材料層４０１Ｂの表面に第１種雑質を混入した後、井戸（Ｗ）を形成する。図６に示すように、本発明の実施例２は、半導体材料層４０１Ｂ（単結晶ケイ素層又は第１良導体）、合成水晶半導体４０２Ｂ、第１種雑質を混入した半導体材料区域４０３Ｂ及び第２良導体４０５Ｂが含まれる。第１種雑質を混入した半導体材料区域４０３Ｂは、合成水晶半導体４０２Ｂをスパッターするための井戸（Ｗ）を設けている。合成水晶半導体４０２Ｂは、井戸区域（Ｗ）に対称したポール穴区域（Ｖ）を設け、第２良導体４０５Ｂをこの上にスパッター加工する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】公知のケイ素バリア結晶粒界コンデンサー構造の概略図である。
【図２】公知のケイ素バリア結晶粒界コンデンサー構造の模式図である。
【図３】公知のケイ素バリア結晶粒界コンデンサーの理想化した構造の模式図である。
【図４Ａ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図４Ｂ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図４Ｃ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図４Ｄ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図４Ｅ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造を示す概略図である。
【図５Ａ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図５Ｂ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図５Ｃ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図５Ｄ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図５Ｅ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図５Ｆ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造の製造方法を示す概略図である。
【図５Ｇ】本発明の実施例１による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造を示す概略図である。
【図６】本発明の実施例２による半導体バリア結晶粒界コンデンサーの構造を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４６】
４００ コンデンサー素子、４００Ａ コンデンサー素子、４０１ 半導体材料層、４０１Ａ 半導体材料層、４０１Ｂ 半導体材料層、４０２ 合成水晶半導体、４０２Ａ 合成水晶半導体、４０２Ｂ 合成水晶半導体、４０３ 半導体材料区域、４０３Ａ 半導体材料区域、４０３Ｂ 半導体材料区域、４０４ 絶縁層、４０４Ａ 絶縁層、４０５ 良導体、４０５Ａ 第２良導体、４０５Ｂ 第２良導体、４０６Ａ 第１良導体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成半導体結晶粒子の低い抵抗値と結晶粒界の高い抵抗値の特性を利用して、コンデンサーを形成し、半導体と合成半導体の材料は周期表第４種、周期表第３種及び周期表第５種の元素より構成される３５種の元素のうちの一つを使用し、結晶粒子は周期表第３種又は周期表第５種の元素のうちの一つの合成半導体を混入及び高温活性化したものであり、結晶粒界は酸素又は窒素化合物のいずれか又は両者を混合することを特徴とする半導体バリア結晶粒界の構造。
【請求項２】
半導体材料層、合成水晶半導体、第１良導体、第２良導体及び絶縁層を含み、半導体材料層及び合成半導体の半導体材料は周期表第４種、周期表第３種及び周期表第５種の元素より構成された第３５種の元素の一つを使用し、半導体材料層の局部は外部に第１種雑質を混合して、第１種の半導体材料区域を形成し、混合された第１種雑質は周期表第３種又は周期表第５種の元素のうちのいずれかを使用し、第１良導体と第１種雑質の半導体材料区域とを接続させ、合成半導体は第１種雑質を混入した半導体材料区域にスパッター加工し、合成半導体の内部にも第１種雑質及び第２種雑質を混入させ、混入された第２種雑質は酸素元素又は窒素元素のいずれか又は両者を混合した後、合成水晶半導体上の局部に第２良導体をスパッター加工し、第１良導体と第２良導体の間は合成水晶半導体で仕切っておき、第１良導体と第２良導体は抵抗係数が低く、高溶融点の良導体であることを特徴とする半導体バリア結晶粒界の構造。
【請求項３】
半導体材料層、合成半導体、第１良導体、第２良導体及び絶縁層が含まれ、半導体材料層及び合成水晶半導体の半導体材料は周期表第４種、周期表第３種及び周期表第５種の元素より構成される第３５種の元素の一つを使用し、半導体材料層の局部は外部より第１種雑質を混合して、第１種の半導体材料区域を形成させ、混合された第１種雑質は周期表第３種又は周期表第５種の元素のうちの一つを使用し、第１良導体と第１種雑質の半導体材料区域とを接続させ、合成水晶半導体は第１種雑質を混入した半導体材料区域にスパッター加工し、合成水晶半導体の内部にも第１種雑質及び第２種雑質を混入させ、混入された第２種雑質は酸素元素又は窒素元素のいずれか又は両者を混合した後、合成水晶半導体上の局部に第２良導体をスパッター加工し、第１良導体と第２良導体の間を合成水晶半導体で仕切っておき、第１良導体及び第２良導体は抵抗係数が低く、高溶融点の良導体であることを特徴とする半導体バリア結晶粒界の構造。
【請求項４】
半導体材料層、合成水晶半導体、第１種雑質を混入した半導体材料区域及び第２良導体が含まれ、半導体材料層及び合成水晶半導体材料層の半導体材料は周期表第４種、周期表第３種及び周期表第５種の元素より構成される第３５種の元素のうちの一つであり、半導体材料層の上に第１種雑質を混合して、第１種雑質を混合した半導体材料区域を形成し、混合した第１種雑質は周期表第３種又は周期表第５種の元素のいずれかであり、第１種雑質の半導体材料区域に井戸が設けられて合成水晶半導体をその上にスパッター加工し、第２良導体の封入のため、合成水晶半導体の井戸に対応してポール穴（pole hole）区域を形成し、合成水晶半導体にも第１種雑質と第２種雑質を混入し、混入された第２種雑質は酸素元素又は窒素元素のいずれか又は両者を混入することを特徴とする半導体バリア結晶粒界の構造。
【請求項５】
合成水晶半導体の結晶粒子の低い抵抗値と結晶粒界の高い抵抗値特性を利用して、コンデンサーを形成するとき、以下の段取りを含み、
ａ．半導体材料より構成される半導体材料層の局部区域の表面の外部に高濃度の第１種雑質を混入させ、第１種雑質の半導体材料を混入した第１種雑質の半導体材料区域を形成し、半導体材料は周期表第４種、周期表第３種及び周期表第５種の元素より構成される第３５種の元素のうちの一つであり、混入された第１種雑質は周期表第３種か周期表第５種の元素のいずれかを使用し、
ｂ．第１種雑質の半導体材料区域の表面に合成水晶半導体をスパッター加工し、
ｃ．その後、混入方式にて高濃度の第１種雑質と第２種雑質をそれぞれ合成水晶半導体の内部に混入させ、第２種雑質は酸素元素又は窒素元素のいずれか又は両者を混合したものを使用し、
ｄ．合成水晶半導体の上部の表面に一層の良導体をスパッター加工して、コンデンサー素子のひな型を形成し、良導体は抵抗値が低く、溶融点が高く、
ｅ．最後に、コンデンサー素子のひな型を炉配管に送り込んで、高温活性化により合成水晶半導体の第１種雑質と第２種雑質に混入させることを特徴とする半導体バリア結晶粒界コンデンサーの製造方法。
【請求項６】
段取りａの第１種雑質、段取りｃの第１種雑質及び段取りｃの第２種雑質の濃度は、１０16〜１０21ａｔｏｍ／ｃｍ3であることを特徴とする請求項５の半導体バリア結晶粒界コンデンサーの製造方法。
【請求項７】
段取りｅは、合成水晶半導体の結晶粒界を元の第２種雑質より酸化させ、一層の化合物を形成し、形成された化合物の厚みは６０オングストローム（Å）以下であることを特徴とする請求項５の半導体バリア結晶粒界コンデンサーの製造方法。
【請求項８】
合成水晶半導体の結晶粒子の低い抵抗値と結晶粒界の高い抵抗値特性を利用して、コンデンサーを形成するとき、以下の段取りを含み、
ａ．半導体材料より構成される半導体材料層の局部区域の表面の外部に高濃度の第１種雑質を混入させ、第１種雑質の半導体材料を混入した第１種雑質の半導体材料区域を形成し、半導体材料層の半導体材料は周期表第４種、周期表第３種及び周期表第５種の元素より構成される第３５種の元素のうちの一つであり、混入された第１種雑質は周期表第３種か周期表第５種の元素のいずれかを使用し、
ｂ．第１種雑質の半導体材料区域の表面に合成水晶半導体をスパッター加工し、
ｃ．その後、混入方式にて高濃度の第１種雑質と第２種雑質をそれぞれ合成水晶半導体の内部に混入させ、第２種雑質は酸素元素又は窒素元素のいずれか又は両者を混合したものを使用し、
ｄ．第１良導体をスパッター加工した上、第１良導体と第１種雑質を混合した半導体材料区域に接続させ、
ｅ．合成水晶半導体上の局部区域に第２良導体をスパッター加工して、第１良導体と第２良導体を仕切っておき、
ｆ．第２良導体の表面に少なくとも一層以上の合成水晶半導体と良導体をスパッター加工するほか、追加された合成水晶半導体の内部に第１種雑質と第２種雑質を混入し、追加された良導体は交差して順番に第１良導体又は第２良導体のいずれかに接続し、合成水晶半導体と良導体を交差してスパッター加工した後、コンデンサー素子のひな型を形成し、
ｇ．最後に、コンデンサー素子のひな型を炉配管に送り込んで、高温活性化により合成水晶半導体の第１種雑質と第２種雑質に混入させることを特徴とする半導体バリア結晶粒界コンデンサーの製造方法。
【請求項９】
段取りａの第１種雑質、段取りｃの第１種雑質及び段取りｃの第２種雑質の濃度は、１０16~１０21ａｔｏｍ／ｃｍ3であることを特徴とする請求項８の半導体バリア結晶粒界コンデンサーの製造方法。
【請求項１０】
段取りｅは、合成水晶半導体の結晶粒界を元の第２種雑質より酸化させ、一層の化合物を形成し、形成された化合物の厚みは６０オングストローム（Å）以下であることを特徴とする請求項８の半導体バリア結晶粒界コンデンサーの製造方法。
【請求項１】
合成半導体結晶粒子の低い抵抗値と結晶粒界の高い抵抗値の特性を利用して、コンデンサーを形成し、半導体と合成半導体の材料は周期表第４種、周期表第３種及び周期表第５種の元素より構成される３５種の元素のうちの一つを使用し、結晶粒子は周期表第３種又は周期表第５種の元素のうちの一つの合成半導体を混入及び高温活性化したものであり、結晶粒界は酸素又は窒素化合物のいずれか又は両者を混合することを特徴とする半導体バリア結晶粒界の構造。
【請求項２】
半導体材料層、合成水晶半導体、第１良導体、第２良導体及び絶縁層を含み、半導体材料層及び合成半導体の半導体材料は周期表第４種、周期表第３種及び周期表第５種の元素より構成された第３５種の元素の一つを使用し、半導体材料層の局部は外部に第１種雑質を混合して、第１種の半導体材料区域を形成し、混合された第１種雑質は周期表第３種又は周期表第５種の元素のうちのいずれかを使用し、第１良導体と第１種雑質の半導体材料区域とを接続させ、合成半導体は第１種雑質を混入した半導体材料区域にスパッター加工し、合成半導体の内部にも第１種雑質及び第２種雑質を混入させ、混入された第２種雑質は酸素元素又は窒素元素のいずれか又は両者を混合した後、合成水晶半導体上の局部に第２良導体をスパッター加工し、第１良導体と第２良導体の間は合成水晶半導体で仕切っておき、第１良導体と第２良導体は抵抗係数が低く、高溶融点の良導体であることを特徴とする半導体バリア結晶粒界の構造。
【請求項３】
半導体材料層、合成半導体、第１良導体、第２良導体及び絶縁層が含まれ、半導体材料層及び合成水晶半導体の半導体材料は周期表第４種、周期表第３種及び周期表第５種の元素より構成される第３５種の元素の一つを使用し、半導体材料層の局部は外部より第１種雑質を混合して、第１種の半導体材料区域を形成させ、混合された第１種雑質は周期表第３種又は周期表第５種の元素のうちの一つを使用し、第１良導体と第１種雑質の半導体材料区域とを接続させ、合成水晶半導体は第１種雑質を混入した半導体材料区域にスパッター加工し、合成水晶半導体の内部にも第１種雑質及び第２種雑質を混入させ、混入された第２種雑質は酸素元素又は窒素元素のいずれか又は両者を混合した後、合成水晶半導体上の局部に第２良導体をスパッター加工し、第１良導体と第２良導体の間を合成水晶半導体で仕切っておき、第１良導体及び第２良導体は抵抗係数が低く、高溶融点の良導体であることを特徴とする半導体バリア結晶粒界の構造。
【請求項４】
半導体材料層、合成水晶半導体、第１種雑質を混入した半導体材料区域及び第２良導体が含まれ、半導体材料層及び合成水晶半導体材料層の半導体材料は周期表第４種、周期表第３種及び周期表第５種の元素より構成される第３５種の元素のうちの一つであり、半導体材料層の上に第１種雑質を混合して、第１種雑質を混合した半導体材料区域を形成し、混合した第１種雑質は周期表第３種又は周期表第５種の元素のいずれかであり、第１種雑質の半導体材料区域に井戸が設けられて合成水晶半導体をその上にスパッター加工し、第２良導体の封入のため、合成水晶半導体の井戸に対応してポール穴（pole hole）区域を形成し、合成水晶半導体にも第１種雑質と第２種雑質を混入し、混入された第２種雑質は酸素元素又は窒素元素のいずれか又は両者を混入することを特徴とする半導体バリア結晶粒界の構造。
【請求項５】
合成水晶半導体の結晶粒子の低い抵抗値と結晶粒界の高い抵抗値特性を利用して、コンデンサーを形成するとき、以下の段取りを含み、
ａ．半導体材料より構成される半導体材料層の局部区域の表面の外部に高濃度の第１種雑質を混入させ、第１種雑質の半導体材料を混入した第１種雑質の半導体材料区域を形成し、半導体材料は周期表第４種、周期表第３種及び周期表第５種の元素より構成される第３５種の元素のうちの一つであり、混入された第１種雑質は周期表第３種か周期表第５種の元素のいずれかを使用し、
ｂ．第１種雑質の半導体材料区域の表面に合成水晶半導体をスパッター加工し、
ｃ．その後、混入方式にて高濃度の第１種雑質と第２種雑質をそれぞれ合成水晶半導体の内部に混入させ、第２種雑質は酸素元素又は窒素元素のいずれか又は両者を混合したものを使用し、
ｄ．合成水晶半導体の上部の表面に一層の良導体をスパッター加工して、コンデンサー素子のひな型を形成し、良導体は抵抗値が低く、溶融点が高く、
ｅ．最後に、コンデンサー素子のひな型を炉配管に送り込んで、高温活性化により合成水晶半導体の第１種雑質と第２種雑質に混入させることを特徴とする半導体バリア結晶粒界コンデンサーの製造方法。
【請求項６】
段取りａの第１種雑質、段取りｃの第１種雑質及び段取りｃの第２種雑質の濃度は、１０16〜１０21ａｔｏｍ／ｃｍ3であることを特徴とする請求項５の半導体バリア結晶粒界コンデンサーの製造方法。
【請求項７】
段取りｅは、合成水晶半導体の結晶粒界を元の第２種雑質より酸化させ、一層の化合物を形成し、形成された化合物の厚みは６０オングストローム（Å）以下であることを特徴とする請求項５の半導体バリア結晶粒界コンデンサーの製造方法。
【請求項８】
合成水晶半導体の結晶粒子の低い抵抗値と結晶粒界の高い抵抗値特性を利用して、コンデンサーを形成するとき、以下の段取りを含み、
ａ．半導体材料より構成される半導体材料層の局部区域の表面の外部に高濃度の第１種雑質を混入させ、第１種雑質の半導体材料を混入した第１種雑質の半導体材料区域を形成し、半導体材料層の半導体材料は周期表第４種、周期表第３種及び周期表第５種の元素より構成される第３５種の元素のうちの一つであり、混入された第１種雑質は周期表第３種か周期表第５種の元素のいずれかを使用し、
ｂ．第１種雑質の半導体材料区域の表面に合成水晶半導体をスパッター加工し、
ｃ．その後、混入方式にて高濃度の第１種雑質と第２種雑質をそれぞれ合成水晶半導体の内部に混入させ、第２種雑質は酸素元素又は窒素元素のいずれか又は両者を混合したものを使用し、
ｄ．第１良導体をスパッター加工した上、第１良導体と第１種雑質を混合した半導体材料区域に接続させ、
ｅ．合成水晶半導体上の局部区域に第２良導体をスパッター加工して、第１良導体と第２良導体を仕切っておき、
ｆ．第２良導体の表面に少なくとも一層以上の合成水晶半導体と良導体をスパッター加工するほか、追加された合成水晶半導体の内部に第１種雑質と第２種雑質を混入し、追加された良導体は交差して順番に第１良導体又は第２良導体のいずれかに接続し、合成水晶半導体と良導体を交差してスパッター加工した後、コンデンサー素子のひな型を形成し、
ｇ．最後に、コンデンサー素子のひな型を炉配管に送り込んで、高温活性化により合成水晶半導体の第１種雑質と第２種雑質に混入させることを特徴とする半導体バリア結晶粒界コンデンサーの製造方法。
【請求項９】
段取りａの第１種雑質、段取りｃの第１種雑質及び段取りｃの第２種雑質の濃度は、１０16~１０21ａｔｏｍ／ｃｍ3であることを特徴とする請求項８の半導体バリア結晶粒界コンデンサーの製造方法。
【請求項１０】
段取りｅは、合成水晶半導体の結晶粒界を元の第２種雑質より酸化させ、一層の化合物を形成し、形成された化合物の厚みは６０オングストローム（Å）以下であることを特徴とする請求項８の半導体バリア結晶粒界コンデンサーの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図６】
【公開番号】特開２００７−３６１３６（Ｐ２００７−３６１３６Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２１１７３（Ｐ２００５−２２１１７３）
【出願日】平成１７年７月２９日（２００５．７．２９）
【出願人】（５０５２８７４２７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２９日（２００５．７．２９）
【出願人】（５０５２８７４２７）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]