(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メサ構造を有する半導体デバイスの製造方法であって、前記製造方法は、
単一結晶のシリコンウェーハの表面＜１００＞上に略矩形のエッチングマスクを設ける工程であって、前記マスクは曲率を持つコーナーで接する平らな側面を有し、前記コーナーの各々は該コーナーの周辺部上の１点を通る軸に対して略対称形であり、前記マスクの平らな側面は前記表面の＜１１１＞の方向に対して４５度の角度で配置され、前記コーナーの各々の該周辺部は、前記点を始点として対向する方向に伸び該始点において互いに１５０度をなす１対の第１の直線からなり、前記直線の各々の終端には該直線と対応の該マスクの平らな側面とを結ぶための曲線が付加される工程、及び
前記製造方法は前記マスクの下のメサ構造を提供するため前記ウェーハを非等方性にエッチングする工程
からなることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記シリコンウェーハは、軽くドーピングされた領域と共にＰＮ接合を形成する強くドーピングされた領域を含み、前記製造方法は、前記メサ構造の側壁がＰＮ接合を遮断し、露出するまで前記ウェーハをエッチングする工程を含み、前記マスクの各コーナーにおける前記曲線は少なくとも３０度の反りを有し、前記曲線の６度反るごとの長さは、前記メサの上面とメサ構造側壁を伴う前記ＰＮ接合面との間の垂直方向の距離に少なくとも等しい長さを有することを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記コーナー各々は、複数の連続して接続される第２の直線からなり、接続された第２の直線の隣り合う各対は、１０度以下の角度で交わることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項４】
前記メサ構造は、上下離間した表面を有し、そして同メサ構造は、前記上面から前記底面に向かって、第１の伝導性型の強くドーピングされた第１の領域と、前記第１の伝導性型の弱くドーピングされた第２の領域と、第２の伝導性型の強くドーピングされた第３の領域とを含み、前記領域は、それぞれ、隣接の領域と共に平坦な界面を有し、また、前記第１の領域のドーパントが、前記第２の領域へ下方にかつ横方向に拡散するように前記メサ構造を加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項５】
メサ構造を有する半導体デバイスであって、
単一結晶のシリコンウェーハの表面＜１００＞上に略矩形のエッチングマスクを設ける工程であって、前記マスクは曲率を持つコーナーで接点を持つ平らな側面を有し、前記コーナーの各々は該コーナーの周辺部上の１点を通る軸に対して略対称形であり、前記マスクの平らな側面は前記表面の＜１１１＞の方向に対して４５度の角度で配置され、前記コーナーの各々の該周辺部は、前記点を始点として対向する方向に伸び該始点において互いに１５０度をなす１対の第１の直線からなり、前記直線の各々の終端には該直線と対応の該マスクの平らな側面とを結ぶための曲線が付加される工程、及び
前記マスクの下のメサ構造を提供するため前記ウェーハを非等方性にエッチングする工程
からなるプロセスによって提供されることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項６】
前記シリコンウェーハは、軽くドーピングされた領域と共にＰＮ接合を形成する強くドーピングされた領域を含み、前記プロセスは、前記メサ構造の側壁がＰＮ接合を遮断し、露出するまで前記ウェーハをエッチングする工程を含み、前記マスクの各コーナーにおける前記曲線は、少なくとも３０度の反りを有し、前記曲線の６度反るごとの長さは、前記メサの上面とメサ構造側壁を伴う前記ＰＮ接合面との間の垂直方向の距離に少なくとも等しい長さを有することを特徴とする請求項５記載のデバイス。
【請求項７】
前記コーナー各々は、複数の連続して接続される第２の直線からなり、接続された第２の直線の隣り合う各対は、１０度以下の角度で交わることを特徴とする請求項５記載のデバイス。
【請求項８】
半導体デバイスであって、
結晶の平面＜１００＞上にある主要表面を有する単一結晶のシリコンウェーハ、
前記表面から上方に延在する略矩形のメサ構造であって、該メサ構造は、コーナーの壁で接する４つの側壁により相互に連結された離間した上面および底面を有し、前記側壁の水平なエッジが、前記主要表面上の方向＜１１１＞に対して少なくとも１２度の角度で配され、前記コーナーの壁の各々が結晶平面＜１１１＞上にある三角錐の切小面からなるメサ構造、及び
前記三角錘の切小面の１面と前記側壁の１面との間に延在する複数の第２の平坦な小面であって、隣接する第２の小面が他方から角度的にずれており、前記第２の小面の傾斜が前記メサ構造の底面に対して４５度をなす第２の小面
からなることを特徴とするデバイス。
【請求項９】
該隣接する第２の小面の間の角度のずれは４度以下であることを特徴とする請求項８記載のデバイス。
【請求項１０】
半導体整流素子であって、
結晶の平面＜１００＞上にある主要表面を有する単一結晶のシリコンウェーハ、
前記表面から上方に延在する略矩形のメサ構造であって、該メサ構造は、コーナーの壁で接する４つの側壁により相互に連結された離間した上面および底面を有し、該側壁の水平のエッジが前記主要表面上の＜１１１＞の方向に対して４５度の角度で配置され、前記コーナーの壁の各々が結晶平面＜１１１＞上の中心に位置する第１の三角錐の切小面からなるメサ構造、及び
前記三角錐の切小面の各面と一対の前記側壁との間に延在する複数の平坦な第２の切小面であって、隣接する第２の切小面の平面は他方から角度的にずれていて、前記第２の切小面の傾斜は前記メサ構造の底面に対して４５度の角度をなす第２の切小面
からなる整流素子。
【請求項１１】
該隣接する第２の切小面の角度のずれが４度以下であることを特徴とする請求項１０記載の整流素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、メサ構造を有する半導体デバイスに関し、特に、メサ構造の形状および製造に関する。本発明は、本出願人の米国特許第４，７４０，４７７号、第４，８９１，６８５号および第５，０１０，０２３号に開示されたものの改良であり、これらの主題は本明細書中に参考として組み入れられる。
【０００２】
【従来の技術】
上記の特許には、メサ構造、特に円形断面を有するメサ形状をした台からなる整流器が示されている。メサは、一般的にメサの基底面と平行であって、メサの側壁を遮断するＮ+ Ｎ- 接合を含む様々なドーピングされた領域を有している。側壁においては、Ｎ+ Ｎ- 接合の表面は、わずかに上方に湾曲している。これらの特許において説明されているように、側壁における湾曲により、メサの外面に沿う電界が減少し、一般的には、より安定した確実なデバイス操作が提供される。
【０００３】
表面降伏電圧に関する理論は、米国特許第３，２６０，６３４号（１９６６年７月１２日）でＯ．Ｍｅｌｖｉｌｌｅ  Ｃｌａｒｋにより、また、１９６４年７月の電子デバイスにおけるＩＥＥＥ処理（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）「ＰＮ接合の表面における電界の制御（Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｆｉｅｌｄ  ａｔ  ｔｈｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  ｏｆ  Ｐ−Ｎ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ）」（第３１３〜３２３頁）でＲ．Ｌ．  Ｄａｖｉｅｓ等により記載されている。これらの発行物には、傾斜した側壁を有するメサの使用が記述されている。Ｄａｖｉｅｓ等により実験されたデバイスにおいて、傾斜した壁は、機械的な手段、例えば研削により得られたものであった。しかしながら、現代の製造技術を用いる半導体デバイスにおいては、メサ構造を提供するために様々な機械的手段を使用することは、全く実用的でない。
【０００４】
上記の引用された本出願人の特許において、従来の写真平板技術は、円形マスクを用いる非等方性のエッチングを含んで使用されている。その結果として、本出願人の特許に示されるように、裁頭円錐形のメサが得られる。しかしながら、問題は、既知の非等方性のエッチング技術を用いると、メサ壁の実際の傾斜は、円錐形メサの円周上の地点間でかなり変化することである。一般的には、メサの円錐壁は、メサの基底面から測定して、４５度前後の傾斜を有し、一般的にそれが望ましい。ところが、この壁は、非等方性のエッチング処理の固有の結果として、メサの周囲上で互いに９０度の位置にある４つの出っ張りを有し、その場所では壁傾斜が５４度前後に増加している。そして、メサの壁傾斜におけるこれらの変化は、メサの周囲上に非均一の電界をもたらす傾向にある。一般的には、傾斜の変化がなかったり、かなり寸法的に小さくなれば、より良いデバイス、より容易に大量生産が可能となる。
【０００５】
本出願人の特許にはまた、丸くなったコーナーを有するおよそ四角の断面を有するメサを使用することが示されている。これらの特許では長さについては記述していないが、その意図するものは、半導体デバイスにおける典型的なものとして、隣り合う壁の各対が湾曲したコーナーの壁により相互連結された状態の４つの主要側壁を有するメサである。典型的には、これらの側壁は、メサの基盤に対して約５４度のスロープを有し（大きな角度の傾斜は、急勾配の傾斜側と対応する）、また、コーナーの壁は、約４５度の傾斜を有している。また、メサ壁傾斜におけるこのような変化は、一般的には、デバイスの製造を複雑にする傾向にあるので、望ましくないものである。
【０００６】
一般的には、以下にさらに述べるように、メサの傾斜がより小さければ、もっと安定した降伏電圧特性を得ることが可能である。なぜなら、より小さい傾斜によって、実際的には、常に、メサの側壁に沿うより小さな電界値が生じるからである。しかしながら、異なる傾斜がメサの周囲上にある場合、メサ内の様々な結合における表面遮断の位置は、メサの周囲上で変化する。安定した降伏電圧特性のためには、表面遮断を不動態化する必要がある。しかしながら、最も現実的なケースにおける適切な不動態化は、表面遮断の位置の関数であることがわかった。また、大量生産時の使用に適した、異なるように位置している表面遮断に最適な単一不動態化機構を設計することは、非常に困難であり、また費用がかかってしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、メサのほぼ全周にわたって均一の傾斜を有するデバイスのメサを得ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、メサのほぼ全周にわたって均一の第１の傾斜を有するデバイスのメサが得れる。メサのコーナーにおいて、小さな壁部分が、第２の異なる傾斜を有して存在するが、以下に説明するように、それら小さな壁部分に沿った接合の表面遮断は、第１の傾斜のメサの壁における接合の表面遮断と実質的に同一に位置される。従って、すべての表面遮断の適切な不動態化をより容易に達成することができる。
【０００９】
半導体デバイスは、結晶の面＜１００＞に延在する主要表面を有する単一シリコンウェーハからなるものである。その表面上には、一般的に丸みのつけられたコーナーを有し、略矩形の断面を有するメサが配されている。このメサは、メサの基底面に対して４５度前後の傾斜をそれぞれ有する４つの主要側壁を有しており、また、主要側壁の水平エッジは、ウェーハ表面上の方向＜１１１＞に対して少なくとも１２度前後の角度で配されている。メサのコーナーは、それぞれ、４５度前後の傾斜を有する多数の面と５４度の傾斜を有するひとつの面とからなる。高低（Ｎ+ Ｎ- またはＰ+ Ｐ- ）接合は、メサ内に配されており、メサの全周の回りでメサの側壁に挟み取られた連続した線を形成する。重大でない小さな偏差を除いて、高低接合遮断は、メサの全周にわたって一定の高さ位置にある。本発明の製造方法は、丸みのつけられたコーナーを有する適切に方向づけられた矩形のマスクを用いるウェーハをエッチングすることから構成される。
【００１０】
デバイスの製造方法は、単一シリコンウェーハの平面＜１００＞上にエッチング液マスクを形成することから構成される。マスクは、一般的に丸みのつけられたコーナーで接するまっすぐな側面を有する略矩形である。マスクのまっすぐな側面は、シリコンの表面上の方向＜１１１＞と少なくとも１２度の角度で配されている。４つの主要側面を有するマスクのコーナーは、弧状で９０度を包含し、方向＜１１１＞が接っする点を含んでいる。そのような点から、マスクのエッジは、方向＜１１１＞に対して少なくとも１２度前後の角度をそれぞれ形成する２つの対向して延在する直線を有する。よって、これら２つの線は、約１５６度以下の角度を形成する。２つの直線の対向する端部は、コーナーの対向する端部でマスクの主要側面と合体するように一般的に滑らかに湾曲するそれぞれの第３の線と結合する。シリコンウェーハは、その後、エッチング液マスク下にメサを形成するためにシリコンを非等方性にエッチングするためエッチング液に浸される。メサの側壁と表面遮断を形成する高低接合を有するメサ内にドーピングされた領域が設けられる。その後、前記で引用した本出願人の特許に開示されたように、工作物は、メサの側壁と高低接合の表面遮断の所望の形状を提供するためメサ内へ深く移動するように高低接合を生じるために加熱される。
【００１１】
【実施例】
上記において引用された本出願人の特許と同様に、本発明の半導体デバイスはメサ構造を用いて降伏電圧特性を改善し、特に、デバイスの表面で高い降伏電圧を得るものである。この成果は、高いオーム領域を強くドーピングされたＰ型の領域とＮ型の領域との間に設けることにより達成される。この高いオーム領域の幅は、その中央位置以外のエッジで大きくなり、高いオーム領域のドーピングは、降伏電圧がドーピングよりも幅に依存している。高いオーム位置が、大量の半導体材料内よりもメサの傾斜した側壁に沿って広いことから、メサの大部分よりもメサの表面でより高い降伏電圧が起こる。周知のように、これは、デバイスの信頼性および有用性を向上するために望ましいものであり、また、一般的に、傾斜した側壁に沿った高いオーム位置の幅の増加は、デバイスの向上につながる。しかし、上記した通り、メサの周囲上の傾斜の変化によって引き起こされる表面電界における変化を減らせることも重要である。
【００１２】
以下に本発明に係る第１の実施例の一例を説明する。
メサ構造の組み立ての前に、本発明による半導体デバイスは、例えば、寸法、ドーピング濃度などの既知のパラメータを用いる本出願人の特許に記述されたように組み立てされる。
【００１３】
このようにして、単結晶のシリコンウェーハ１０（図１）が、結晶方向＜１００＞を有し、すなわち、結晶軸＜１００＞に垂直な主要表面１２を有し、ウェーハ１０がＰ+ 電気伝導度型のウェーハで始められると、Ｎ- 結晶のシリコンの層１４が、ウェーハ１０の表面１２上でエピタキシアル的に作られる。作られた層１４は、自動的に、その作り上げられたところの表面と同様の方向に配列される。したがって、層１４の表面１６もまた、結晶の面＜１００＞に延在する。層１４とウェーハ１０との界面１２は、Ｎ- Ｐ+ 接合からなる。高い濃度のＮ+ 領域１８を形成するためにエピタキシアル層１４の頂部において薄い層内に不純物、例えばリン原子が、例えば、イオン注入により配される。その後、シリコン窒化物層が、層１４の上面１６上に堆積される。既知の写真平板工程を用いて、窒化物層２０が図２に示されるようにエッチング液マスク２２へパターン化される。（図１および図２は、「ウェーハ」上に形成されるひとつのデバイスを示す。一般的には、周知のように、多くのデバイスが、のちに別個のデバイス「チップ」へダイシングされるウェーハ上に同時に形成される。
【００１４】
図１および図２に示されるウェーハ１０は、整流器へ組み立てられる。本発明は、整流器に限定されるものではなく、メサ構造を使用するいくつの異なるデバイスに用いられてもよい。例えば、Ｎ+ 領域１８内にＰ型領域を加えると、トランジスタタイプの装置が作られる。メサを用いるさまざまな半導体デバイスは、周知であるため、その例示や説明は不要である。
【００１５】
図２を再び参照すると、マスク２２の方向も形状も重要である。
まず、図２に示されるように、マスク２２は、正方形、長方形でもよいが、を形成する４つのまっすぐな側面２４を有する。４つの側面２４は、それぞれ、ウェーハ表面１６上の方向＜１１１＞に対してある角度を少なくとも超えて配されている。（シリコンの結晶＜１００＞において、２つの方向＜１１１＞が、他方に対して直角に表面上に存在する。）そのような「ある」角度は、正確には知られていないが、１２度前後と考えられている。実際問題として、大量生産時は特に、シリコンウェーハ表面で角度的に確実にフォトマスクを方向づけることは困難であり、また、マスクの主要側面２４と方向＜１１１＞との間の、１５度などの、最小（「ある」）角度、を指定するのが都合がよい。図２に示された実施例では、マスク２２は、主要側面が方向＜１１１＞に対して４５度の角度で配されている。以下に記述するように、１５度の指定された最小「ある」角度で、マスク２２は、最小の角度的偏差を保持する一方、図２に示された方向からプラスまたはマイナス３０度回転することができる。（すなわち、図２に示された交差した方向＜１１１＞を考慮すると、いずれかの方向への３０度を超えたマスク２２の回転は、方向＜１１１＞の一つの１５度以内にマスク側面を方向づける。）
【００１６】
以下に記述するように、非等方性のエッチングは、エッチング液マスク２２の下にメサ構造を形成するために用いられる。非等方性のエッチングは、シリコン結晶、例えば、メサ、キャビティおよびトレンチの表面に、さまざまな傾斜した表面を形成するものであるとして知られている。知る限りにおいては、従来の手法では、平面＜１００＞に延在する主要表面を有するウェーハを使用する場合において、直線エッチング液マスクの側面は、方向＜１１１＞に平行に配列される。周知のように、そのようなマスクの配列は、５４度の傾斜を有するエッチングされた側壁、および、４５度の傾斜を有するコーナーの壁に帰着する。方向＜１１１＞に対して４５度でマスク２２の側面２４を配置することにより、本実施例によれば（１５度前後の前述の「ある」角度を超えて）、マスク側面２４により画定されたエッチングされた壁は、５４度の傾斜をもたらすメサのコーナーの小さな部分を除いて、メサの全周囲上に実質的に均一に４５度の傾斜を有する。しかし、以下に記述するように、メサのコーナーにおけるそのような傾斜変化の存在は、デバイスの特性に好ましくない変化を引き起こすものではない。
【００１７】
図２に示されるように、マスク２２のコーナー２６は、一般的に丸みをつけられる。拡大されたコーナー２６は、図３に示されており、コーナーは、直線で構成されるように示されている。（図３では、コーナーの湾曲は、図示し易いくするためにかなり誇張して示されている。）そのような直線は、マスク作成ツールを使った既知のコンピュータを用いて生成されたフォトマスクの使用により生じる。一般的に、コンピュータは、小さな直線を用いて所望のフォトマスクのイメージエッジを印刷する。図３に図示的に示されたコーナー２６の基本形状が保たれるように供給された場合において、所定の示された直線は、なめらかな曲線と置換される。
【００１８】
コーナー２６は、コーナーのエッジの中心点３０を通る軸３０を中心として対称である。図２では、矩形のマスク２２において、軸３０は、矩形の対角線である。
【００１９】
中心点３２を始点とすると、コーナーのエッジは、方向＜１１１＞が、コーナーと接線をなしているところの点３２で接する２つの直線３４からなる。点３２において、２つの線は、１５０度の角度を形成する。図３は、結晶の方向＜１１１＞（前述したように、マスクのまっすぐな側面２４に対して４５度に配されているが、図３では湾曲を誇張しているため、違った角度で示されている。）を示し、各線３４は、方向＜１１１＞から１５度の角度で配されている。
【００２０】
方向＜１１１＞に対するコーナーの線３４の角度的方向は、メサのコーナーに所望の傾斜を有するメサを生じる。前述したように、エッチング液マスクが、平面＜１００＞に延在するシリコン表面上の方向＜１１１＞から約１２度以上に方向づけされたエッジを有すると、マスクのエッジにおいて非等方性にエッチングされた壁は、一貫して、所望の４５度の傾斜を有することが観測された。逆に、マスクのエッジが、方向＜１１１＞から約１２度以下で配された場合は、５４度前後の異なった傾斜をもたらした。また前述したように、ウェーハを配列するにおける製造公差のため、方向＜１１１＞に対する１５度の角度は、コーナーの線３４に指定される。
【００２１】
線３４の各端部３６からは、８つの短い線３８ａ〜３８ｈがコーナー側部を完成し、マスク２２のまっすぐな側壁２４と合体する。線３４が方向＜１１１＞に対して１５度で配されると、８つの線３８ａ〜３８ｈは、コーナーの各半分として全体で３０度の曲率を供給しなければならない。
【００２２】
好ましくは、８つの線３８ａ〜３８ｈの各対の交点における直線からの角度的偏差は、３．７５度（すなわち、各交点における３．７５度の７つの角度で全体で２６．２５度の曲率を形成するため）であり、また、第１の線３８ａと中心点の線３４との間および最終線３８ｈとマスクのまっすぐな側壁３４との間の角度的偏差は、１．８７５度（３．７５度の曲率を加えて、前述した３０度の曲率を形成するため）である。
【００２３】
マスク２２が置かれていると、マスクされたシリコンウェーハは、既知の非等方性のエッチング液、例えば、エチレンジアミンを用いて、非等方性にエッチングされる。そのうようなエッチング処理の結果が、図４および図５に示されている。図解のため、結果生じたメサ構造４４は、シリコン窒化物マスク２２が取り除かれ、メサの側面が被覆層のない状態で示されている。用いられた実際の処理手順は、本出願人の特許に開示されており、メサの側面がシリコンダイオードの作り上げられた層で被覆される前にエッチング液マスクを取り除く。
【００２４】
図４に示されたメサ４４の上面４６と図２に示されたマスク２２とを比べると、メサの上面４６の形状は、マスク２２とよく合致している。
【００２５】
メサ構造は、マスク２２と相似にあり、４つの主要側壁４８と４つの一般的に丸みをつけられたコーナーの壁５０とを有する矩形の形状である。マスク側面のエッジが結晶の方向＜１１１＞に対して４５度に（すなわち、前述した１５度よりも大きく）配された結果として、メサの主要側壁は、メサ４４の基底面５２に関して４５度の均一の傾斜を有する（図５）。
【００２６】
コーナーの壁５０も同様に、５４度前後の傾斜を有するひとつの面を除いて、４５度の傾斜を有する。メサのコーナー５６のひとつが、図６に示されている。図６では、図解し易いように、そのコーナーのエッジの湾曲を任意に選択した。
【００２７】
コーナー５６におけるメサの上面４６は、図３に示されたマスク２２のコーナー２６の形状と実質的に相似であり（しかし、図示された湾曲は、異なる）、図３でマスク２２に用いられた符号と対応する符号が、結果生じたメサに図６で用いられる。このようにして、コーナー５６は、８つの連続した線１３８ａ〜１３８ｈがその後につながる、２つの線１３４が分岐するところの中心点１３２を含む。コーナー壁５０は、１９個の小面を含み、そのうちの１８個は、ほぼ同じ傾斜を有する。このようにして、コーナーの中心点１３２を始点として、小面とメサ４４の水平基底面５２（図５）との間に５４度の傾斜を有する三角形の小面６０が存在する。すなわち、小面６０は、シリコン結晶の平面＜１１１＞のひとつに延在する。
【００２８】
三角形の小面６０は、メサの上方エッジでそれぞれ直線１３４および１３８ａ〜１３８ｈのひとつからメサの低部エッジまで延在する一連の９つの小面６４および６８ａ〜６８ｈによりメサのまっすぐな壁４８それぞれに連結される。９つの小面６４および６８ａ〜６８ｈの傾斜は、すべて約４５度である。
【００２９】
図５は、メサ４４内の別にドーピングされた領域の位置を示している。図示されたように、元は開始ウェーハ１０にあるＰ+ 伝導率の領域７０は、今メサの低部へ延在する。これは、工作物が露出される、さまざまな熱処理の間の上方のエピキタシアル層１２へのウェーハ１０内のＰ+ の拡散により生じる。また、異なるドーピングされた領域（Ｐ+ 領域７０、Ｎ- 領域７６及びＮ+ 領域７８）間のさまざまな接合７２および７４（図５）は、メサ４４の側壁の表面遮断物を形成するが、接合７２および７４は、平行な面上に延在する。
【００３０】
本実施例では、開始シリコンウェーハ１０（図１）は、さまざまなＰ+ 、Ｎ- およびＮ+ 領域を含む。あるいは、メサ構造４４が形成された後に、Ｎ+ 領域７８（図５）が、例えばイオン注入により、加えられてもよい。図５に示されたデバイスは、メサ４４に深く上方Ｎ+ 領域７８内の不純物を拡散するために加熱される。その前に、図解を容易にするために、マスキング層２２（図２）およびそのような拡散工程の間存在するシリコンダイオードの不動態化層は示されていない。
【００３１】
図７に示されたように、Ｎ+ 領域７８は、矢印７３により示されたように、メサへ下向きに拡散すると、Ｎ+ 領域７８とＮ- 領域７６との間の（メサ４４内の３つの連続する位置７２、７２ａおよび７２ｂで示される）Ｎ+ Ｎ- 接合７２は、メサの壁に沿うさらに大きな湾曲を呈する。そのような湾曲は、メサの大部分では、メサの連続的に深いレベルの部分が均一となっており、また、進んでいる拡散前部におけるドーパントの濃度は、その拡散前部にわたって均一に減少することから生じるものである。しかしながら、メサの傾斜した側面に沿ったところでは、Ｎ+ Ｎ- 接合７２の部分は、深さが増し、膨張部分への拡散前部は、横方向部分の増大とともに均一に大きくなる寸法の円形である。このようにして、メサ側面に沿った拡散前部におけるドーパントの濃度は、メサの大部分におけるよりも急速に減少し、メサの側壁に沿った接合７２の湾曲は、メサの上面下の接合の深さとともに増大する。ドーパント濃度の変化の変化率については、以下にさらに詳しく述べる。
【００３２】
このようなＮ+ Ｎ- 接合７２により得られる利点は、Ｎ- 領域７６の厚みがメサ４４の内部におけるよりもメサの側面において大きくなることである。低く十分なドーピングでは、与えられたＮ- 領域にわたる降伏電圧が、領域の厚みの関数であるため、メサの表面における降伏電圧特性は、メサ内部におけるよりも大きい。
【００３３】
上記は、周知のことであり、本出願人の特許に記述されていることである。
一般的に、ここで説明する必要のない制約条件を前提として、Ｎ+ Ｎ- 接合の湾曲の増大率は、メサの基底面に対するメサの側面の傾斜の角度に逆比例する。（完全に垂直、９０度傾斜した壁の場合は、例えば、拡散深さを有する部分の増加は生じず、また、接合湾曲も生じない又はほとんど生じない。）
【００３４】
本発明の「従来技術」で説明した通り、上記で引用した本出願人の特許で開示された裁頭円錐形のメサにともなう問題は、傾斜が４５度から５４度に増加するところのメサの側壁において出っ張りが存在するということであった。そのような出っ張りにおいて、側壁の傾斜の増加と比例して接合湾曲が減少され、よって、側壁の電界の減少と降伏電圧能力が減少される。整流器の操作特性は、表面降伏のすべての可能性を考慮に入れるなければならないので、整流器の操作特性は、４５度傾斜した壁における優れた特性によってではなく、単に５４度傾斜した出っ張りにおける表面降伏特性により決定される。このため、４５度の傾斜は、「無駄」となる。
【００３５】
しかしながら、本発明によれば、正に反対の結果が成し遂げられた。５４度の傾斜を有するメサの側壁（コーナー部の小面６０）の存在にもかかわらず、整流器は、すべての壁がほぼ４５度の傾斜を有するかのように機能する。本発明の整流器は、従って、４５度傾斜した壁の利点をすべて得ることができ、従来のように５４度傾斜した壁の存在によって制限されることはない。
【００３６】
この望ましい結果の理由が８図に示されている。
図８には、Ｎ+ 領域７８内でその上から下に延在するさまざまな「ユニットキューブ」８０が示されている。１ユニット８０ａは、メサのエッジの内側に配され、同様のユニットにより四方を囲まれている。別のユニット８０ｂは、メサのまっすぐな側面４８に沿って配され、隣り合うユニットと３辺で結合しているが、メサの傾斜する壁４８の一部分を形成する側８４には沿っていない。第３のユニット８０ｃは、コーナー５６の中心点１３２に配されており、隣り合うユニットと２辺で結合する。ユニット８０ｃの３辺８６は、コーナーの中心点１３２で接する傾斜する壁の一部を形成する。
【００３７】
前述した熱処理では、さまざまなユニットキューブそれぞれにおけるドーパントは、Ｎ- 領域の下へ下方に拡散する。拡散の方向は、ドーパント勾配の関数であり、拡散は縦方向に且つ横方向に起こり得る。メサの内側に配されたユニットキューブ８０ａの場合、ユニットキューブ８０ａのどの辺への方向でも、結合するユニットキューブから同様の下向き拡散が起こるため、キューブ内からのドーパントのすべての拡散は、直接下向きに起こると推定される。
【００３８】
メサのまっすぐな側面４８におけるユニットキューブ８０ｂの場合、メサの壁４８の傾斜のために、キューブの左側面８４（図示中）に対するＮ- 領域７６の面積が拡散の深さに比例して増加する。従って、キューブの左側面８４の方向にユニットキューブ８０ｂからのドーパントの横方向の拡散が、キューブからのドーパントの下向き拡散と同時に生じる。この結果、ユニットキューブ８０ｂからのドーパントの消耗は、内部ユニット８０ａからのドーパントの消耗よりも急速に起き、ユニットキューブ８０ｂの下のＮ+ Ｎ- 接合７２の進みは、内部ユニットキューブの下よりもゆっくりと進む。したがって、Ｎ+ Ｎ- 接合７２ｂは、図７に示されたように、メサの側面において上向きにカーブする。
【００３９】
メサコーナーにおけるユニットキューブ８０ｃの場合、下のＮ+ 領域７６の面積は、メサの深さの増大とともに３方向に、つまりメサのコーナー壁を形成するキューブの３辺８６の方向に拡大する。よって、キューブ８０ｃからの横方向の拡散も３方向に生じる。従って、ユニット８０ｃの下のＮ+ Ｎ- 接合７２は、ユニットキューブ８０ｂ下のＮ+ Ｎ- 接合の前進率からあとに遅れる傾向にある。
【００４０】
前述したように、Ｎ+ Ｎ- 接合の前進率は、メサの側壁の傾斜の関数である。メサの基底面に関して測定された傾斜角においては、前進率は、傾斜角に逆比例している。前進率が小さいほど、メサ側面におけるＮ+ Ｎ- 接合の湾曲が大きい。
【００４１】
メサのコーナーにおいて、コーナーの中心点１３２における三角形の面６０（図６）は、５４度であり、相対傾斜にのみ基づけば、（５４度の傾斜の）コーナーの三角形の面６０におけるＮ+ Ｎ- 接合の面の湾曲は、（４５度の傾斜の）メサのまっすぐな側面に沿うよりも少ない。しかしながら、コーナーの中心点１３２下のメサの深さを増大するに伴い生じる大きな横方向の拡散のために、三角形の面６０に隣接するＮ+ Ｎ- 接合７２ｂにおける実際の湾曲は、メサのまっすぐな側面近くの湾曲に匹敵する。
【００４２】
コーナーまわりの二地点間の実際の湾曲は、各点における壁の傾斜および各点におけるユニットキューブの外側の側面の程度の関数である。拡散工程後のコーナーまわりのＮ+ Ｎ- 接合７２ｂの表面遮断を示した図８に、これが図示されている。全体のデバイスの設計および特性の点から見て、最適な結果は、表面遮断７２ｂとメサの低部におけるＮ+ Ｎ- 接合７４との距離がメサの周囲全体にわたって実質的に均一である場合に得られる。図８に示されるように、メサのコーナー中心における傾斜がメサのまっすぐな側面における傾斜よりも大きいという事実にもかかわらず、この状態は、満たされる。
【００４３】
コーナーの小面６４および６８ａ〜６８ｈにおいては、これらすべての小面は、上記で説明したように、約４５度の傾斜を有しており、ゆえに、メサ構造４４の主要側壁４８と同じ傾斜を有することになる。従って、それら小面と主要側壁に沿ったＮ+ Ｎ- 接合表面遮断７２ｂは、略どこにおいてもＮ+ Ｎ- 接合７４の表面遮断に平行な一般的にまっすぐな線からなる。
【００４４】
異なる小面が互いに接合する縦のエッジに沿って、極めてまれに上記説明に対する例外が発生する。そのようなエッジ、例えば、隣り合う小面６４と６８ａとの間のエッジ９０において、わずかなカスプ９２が存在する。これは、上述したように、Ｎ+ Ｎ- 接合の下方への移動にわずかに遅れを生じる縦のエッジにおける２方向へ起きる横方向の拡散により生じる。しかしながら、２つの小面６４と６８ａとの間に存在する直線からの非常に小さな偏差（たとえば、前述の３．７５度）のために、それらの間のエッジ９０の影響は、すべての実用的用途において、カスプ９２の存在は無視できるほど非常に小さい。さまざまなメサの上部エッジ１３４および１３８ａ〜１３８ｈは、さらに鋭角で、たとえば特定した３．７５度を超えた直線からの偏差で交わる低度まで、カスプ９２は、寸法が大きくなり、デバイスの特徴のより大きな変異性を有するデバイスを提供する。これは、避けるのが望ましい。一般的に、また、作られる特別なデバイスによって、連続して結合するメサのエッジ１３４および１３８ａ〜１３８ｈ間の直線からの最大の角度的偏差は、約１０度以下である。
【００４５】
マスク２２（図３）のコーナー側面の長さについて以下述べる。
メサ構造のエッチングの間、シリコンのエッチングが、縦方向と同様にエッチング液マスク２２下の横方向にも行われる。エッチング処理の終りにおいて、マスクの対応するエッジの内側のメサの上面コーナーのエッジ１３４の位置を点線で示す図９にこれが示されている。マスクのコーナー２６における湾曲により、さまざまなエッチングされた裏メサ上部エッジ１３４および１３８ａ（図示しない他のエッジ１３８ｂ〜１３８ｈも同様）の長さは、対応するマスクのエッジよりも短い。マスクのエッジのアンダーカットの量は、メサの高さの関数である。４５度傾斜したメサの壁では、たとえば、シリコンウェーハの横方向のエッチングは、その縦方向のエッチングの約半分に相当する。縦方向と伴う横方向のエッチングが増加すると、メサのコーナーの上部エッジは、次第に短くなってゆき、エッチング処理の開始時においてメサのエッジが最短の長さでない限り、短くなり過ぎてしまう。
【００４６】
上記で説明したように、接合するコーナーの小面間のさまざまな縦方向のエッジ、たとえば隣り合う小面６４と６８ａとの間のエッジ９０（図８）において、Ｎ+ Ｎ- 接合表面遮断７２ｂにおいてカスプ９２が形成される傾向がある。そのようなカスプは、縦方向のエッジの上に配された「ユニットキューブ」からの不純物の横方向の拡散の曲がった拡散前部によって生じる。また、メサの上部エッジ１３４、１３８ａ〜１３８ｈが過度に短くなった場合、離間した小面の縦方向のエッジへ横方向の拡散のためドーパントを供給することのできるドービングされたＮ+ 領域７８の量が、すべての必要とされるドーパントを供給するには不適切であるということも起こる。従って、さまざまなカスプ９２がより大きくさえなり、デバイスの特性におけるより大きな好ましくない変化を引き起こす。
【００４７】
メサのコーナーのエッジの最短長さは、さまざまなデバイスの設計パラメータ、たとえば、メサの側壁上のＮ＋ Ｎ− 表面遮断７２ｂの縦方向の位置や、使用されたドーピング濃度や、デバイス特性における許容された変化の関数である。しかしながら、一般に、エッチング処理の終りにおいて適切な長さのメサのコーナーの上部エッジを得るために、マスク２２のさまざまな線３４および３８ａ〜３８ｈの長さ（これらの長さは、エッチング処理の開始時においてメサのエッジの長さを決定する）は、好ましくは、メサ構造の上面４６からＮ＋ Ｎ− 接合表面遮断の深さ下に等しく、一般的に、メサ構造内のＮ− Ｐ＋接合７４の深さと約等しい。図７では、そのような深さが寸法Ｄで示されている。
【００４８】
マスク２２のさまざまな線３４および３８ａ〜３８ｈとそれら線の前記で指定された長さとの間の指定された角度的方向を考慮に入れて、それらの弧状の長さに換算してマスクのコーナーの寸法を指定することができる。特に、６度の各湾曲に関しては、マスクのコーナーのエッジの長さは、距離Ｄと等しいかもしくはそれ以上となるべきである。
【００４９】
上記で指定された最小の長さを超えたマスクの線３４および３８ａ〜３８ｈの長さは、重要でない。それらの長さが長くなればなるほど、マスクのコーナーが大きくなり、結果生じるメサ構造は、矩形から離れてゆき、さらに円形になってゆく。実際問題として、ウェーはからさいの目に切られたチップは、矩形をしており、チップ内のシリコンの最大使用のために、メサ構造もまた矩形をしている。したがって、メサのコーナーが大きくなる程、シリコン部分は、無駄となり、デバイスの効力処理能力は、減少する。そのような無駄を最小限とするためには、コーナーは、できるだけ小さく作られ、ある実施例においては、前述した最小長さのエッジから構成される。また、実際問題として、コーナーは、実際には、全体のメサ構造の小さな部分以外から構成されており、メサ構造の全体の面積における大きな変更なく最小長さをかなり超える長さを有するコーナーのエッジを使用することが可能である。
【００５０】
上述したことを要約すると、非等方性のエッチング後に、メサの主要側壁が４５度前後の傾斜を有するように、シリコンの結晶方向に対してメサのエッチング液マスクを方向づけすることにより望ましい結果が得られる。これは、高い降伏電圧特性を得るのに好ましい傾斜である。非等方性のエッチングを用いると、すべてのメサの側壁が４５度の傾斜を有することは不可能であるが、前述したマスクの方向づけを用いると、５４度前後の傾斜を有する各コーナーの中央にある単一の三角形の小面を除いて、メサのコーナーの壁が４５度の傾斜を有する。しかしながら、この小面の形状と位置とにより、この（５４度の傾斜の）小面に沿った高低接続表面遮断は、４５度の傾斜のすべての他のメサ側面およびコーナーの壁における高低接続表面遮断とＰＮ接合から約同じ距離離れている。結果生じるメサは、よってメサの全周において均一の特性、および、５４度に傾斜した壁と比べて４５度に傾斜した壁の一般的に好ましい電界、表面安定性および降伏電圧特性を有する。
【００５１】
これまで記述した実施例においては、エッチング液マスク２２（図２）は、結晶の表面方向＜１１１＞に対して４５度の角度で配された主要側面２４と揃えられた。この結果、メサの側壁４８（図５）は、４５度の傾斜を有した。しかしながら、前述したように、４５度の壁の傾斜は、マスクの限定エッジを方向＜１１１＞からあらかじめ指定された１５度を超えて配置することで得られる。従って、前後３０度までで図２に示された方向に対して回転したマスク２２であっても望ましいメサの形状を得ることができる。これは、図３と全体的に似通った図１０および図１１に示されている。図１０および図１２は、図２に示されたマスク２２のような一般的に矩形のマスクのコーナー２６ａ（図１０）および２６ｂ（図１１）の形状および方向を示す。図２は、シリコンの方向＜１１１＞に対して４５度に配された主要側面２４を有するマスク２２を示す。図１０は、任意の量、たとえば図２に示される方法から７．５度、時計周りに回転されたマスク２２を示し、図１１は、図２に示された方向から最大許容量（たとえば、３０度前後）回転されたマスク２２を示す。マスク２２に対するマスク２２ａおよび２２ｂの回転は、マスクのコーナーの形状において対応する変更を必要とする。それら変更の特徴は、図３に示されたマスク２２のコーナー２６と比較することにより以下に説明する。
【００５２】
図３では、マスクのコーナー２６は、対称的であり、中心点３２は、コーナー２６の対称の軸３０上に位置する。重要なことは、図示された方向＜１１１＞は、点３２においてコーナー２６と接し、点３２は、２つの直線３４の交差点に位置する。
【００５３】
図３の方向から７．５度回転させたマスク２２ａ（図１０）では、方向＜１１１＞は、点３２ａにおいてもコーナー２６ａと接っするが、コーナー２６は、もはや対称ではなく、点３２もコーナーの長さに沿って中央に位置しない。さらに、点３２ａは、マスク２２に対してマスク２２ａの時計周りに相当するコーナーを中心に反時計周りに移動する。
【００５４】
図１０に図示された例では、７．５度の回転に対応して、そのような回転は、図３に示された８つのサイド３８ａ〜３８ｈの２つの角度的長さに正に一致し、コーナー３２ａの必要な再方向づけを適応させるため、図３に点３２の左側に示された８つの３８ａ〜３８ｈの２つは、図１０に示された点３２の右側に移動された。したがって、コーナー２６ａは、２つの線３４に加え、点３２ａの左側に６つの線３８ａ〜３８ｆと、点３２ａの右側に８つの線３８ａ〜３８ｊを含む。コーナー２６ａの他のすべてのパラメータは、コーナー２６と等しい。
【００５５】
同様に、図１１では、（マスクのコーナーに方向＜１１１＞が接するところの点として画定された）点３２ｂが、コーナー２６ｂがマスクの主要側面２４と結合するところのコーナー２６ｂの左側のエッジに完全に移動されている。しかしながら、側面２４は、ここでも、（図１１に図示されたマスク２２ｂの特定方向の）方向＜１１１＞から１５度に方向づけされている。この結果、点３２ｂの左側の直線３４ｂは、実際には、マスク２６ｂの左側の主要側面２４の一部となる。
【００５６】
この実施例では、コーナー２６ｂの９０度の弧状が、点３２ｂの右側の直線３４ｂと左側の主要側面２４の延長部分との間の３０度の角度に、他方に対して３．７５度で（１５の角度を形成する）１６の直線３８ａ〜３８ｐにより形成される５６．２５度を足し、さらに線３８ａ、３４ｂ間と線３８ｐ、２４間において供給される残りの３．７５度を足すことにより形成される。
【００５７】
（実際問題として）１５度前後の最小のずれが主張されているが、方向＜１１１＞に対するマスク２２の好ましい方向は、実際にはない。
図４〜６および図９に関連して既に説明したように、非等方性エッチング工程後に形成されたメサ４４の上面は、メサのエッジ１３４、１３８ａなどがマスクのエッジ３４、３８などと比べてわずかに短いことを除いては、エッチング液マスク２２の上面とその形状においてかなり相似している。そのような形状の相似は、メサの上面の形状が、共通のウェーハ上にまたは異なるウェーハから作られたとしてもデバイスからデバイスへは実質的に同じである。図７および９に示された製造工程に対するデバイスの形成後、フォトマスク重ね合わせ処理（ｐｈｏｔｏｍａｓｋ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を含む既知の処理工程が一般的に必要とされ、また、そのような重ね合わせ処理は、形成されるデバイスの相似によってかなり容易にされているので、これは、かなり望ましいことである。
【００５８】
これまで、また、離間された出っ張りがメサの側壁上に存在する状態では特に、メサの上面の形状においてさらに重要な変更もまた、一般的にデバイスからデバイスにおいて存在する。これは、メサの上面の形状が側面の出っ張りの形状および位置の関数であるからであり、これらの出っ張りのパラメータは、かなり小さく且つ一般的に避けられない処理変化に対してかなり敏感である。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により生成されたメサでは、メサの出っ張りは取り除かれた。従って、本発明は、ＰＮ結合を含むメサの有用性を有するように記述されたが、本発明はまた、正確に寸法付けされ且つ形状が決められたメサが有用である限り、有用性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】表面上にエッチング液マスクを有するシリコンウェーハの断面図である。
【図２】図１に示したウェーハの平面図である。
【図３】図２に示されたエッチング液マスクのコーナーの拡大図であり、コーナーの湾曲はかなり誇張して示した説明図である。
【図４】図２と同様であるが、ウェーハがメサ構造を提供するように非等方性にエッチングされたあとの平面図である。
【図５】図４の線５―５における断面図である。
【図６】図４に示されたメサのコーナーの拡大斜視図であり、コーナーの湾曲はかなり誇張して示した説明図である。
【図７】図５と同様であり、メサ内の下方かつ側方にメサ内でドーパントの拡散をもたらすためのウェーハを加熱した効果を示した説明図である。
【図８】図６と同様であり、ドーパントの拡散工程を示した説明図である。
【図９】エッチング液マスクがまだ置いてある状態のエッチングされたメサ構造のコーナー部分の平面図である。
【図１０】図２に示されたものと同様であるが、マスクが図２および図３に示されたものから各々別々の方法で使用された場合の各マスクのコーナーを示した説明図である。
【図１１】図２に示されたものと同様であるが、マスクが図２および図３に示されたものから各々別々の方法で使用された場合の各マスクのコーナーを示した説明図である。
【符号の説明】
１０  シリコンウェーハ
１２  界面
１４  エピタキシー層
１６  ウェーハ表面
１８  Ｎ+ 領域
２０  窒化層
２２  エッチング液マスク
２４  マスク側面
２６  マスクのコーナー
３０  軸
３２  コーナー中心点
４４  メサ構造
４６  メサ状面
４８  メサ側壁
５２  基底面
５６  メサのコーナー
６０  三角形の小面
６４  小面
６８ａ〜６８ｈ  小面
７２  Ｎ+ Ｎ- 接合
７４  Ｎ+ Ｎ- 接合
８０  ユニットキューブ
【図１】
0003667382.tif 000002
【図２】
0003667382.tif 000003
【図３】
0003667382.tif 000004
【図４】
0003667382.tif 000005
【図５】
0003667382.tif 000006
【図６】
0003667382.tif 000007
【図７】
0003667382.tif 000008
【図８】
0003667382.tif 000009
【図９】
0003667382.tif 000010
【図１０】
0003667382.tif 000011
【図１１】
0003667382.tif 000012