(57)【要約】【課題】  ツェナー電圧のウェハー面内におけるバラツキを抑えることで大口径のウェハーでも歩留まりを改善したツェナーダイオード用ウェハーを提供する。【解決手段】  本発明のツェナーダイオード用ウェハー５は、不純物がドーナツ状に分布したウェハー１上にエピタキシャル層４を成長させている。【選択図】  図１
2006185934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物がドーナツ状に分布したウェハー上にエピタキシャル層を成長させることを特徴とするツェナーダイオード用ウェハーの製造方法。
【請求項２】
上記ウェハーの比抵抗をＲ１（ｍΩ・ｃｍ）、上記エピタキシャル層の比抵抗をＲ２（ｍΩ・ｃｍ）とすると、
上記Ｒ１、Ｒ２が
０．２≦Ｒ２／Ｒ１≦２．０
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のツェナーダイオード用ウェハーの製造方法。
【請求項３】
上記Ｒ１、Ｒ２が
０．５≦Ｒ２／Ｒ１≦１．５
の関係を満たすことを特徴とする請求項２に記載のツェナーダイオード用ウェハーの製造方法。
【請求項４】
上記Ｒ１は、所定の範囲のツェナー電圧に応じて予め用意したｎ種類（ｎは１０未満の自然数）の比抵抗のうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項２または３に記載のツェナーダイオード用ウェハーの製造方法。
【請求項５】
不純物がドーナツ状に分布したウェハー上にエピタキシャル層が成長されていることを特徴とするツェナーダイオード用ウェハー
【請求項６】
上記ウェハーの比抵抗をＲ１（ｍΩ・ｃｍ）、上記エピタキシャル層の比抵抗をＲ２（ｍΩ・ｃｍ）とすると、
上記Ｒ１、Ｒ２が
０．２≦Ｒ２／Ｒ１≦２．０
の関係を満たしていることを特徴とする請求項５に記載のツェナーダイオード用ウェハー。
【請求項７】
上記エピタキシャル層の厚みが２０μｍ以上であることを特徴とする請求項５または６に記載のツェナーダイオード用ウェハー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ツェナーダイオード用ウェハーおよびその製造方法に関し、より具体的には、ＣＺ法などの引き上げ法を利用したツェナーダイオード用ウェハーおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ツェナーダイオード用ウェハーとしては、例えば比抵抗が２ｍΩ・ｃｍ〜１Ω・ｃｍ程度のリンドープのウェハーが用いられている。一般に、このウェハーは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）で引き上げられた４インチ用のインゴットを約２００μｍの厚みにスライスし、片面を鏡面加工して使用される。ここで、ＣＺ法とは、多結晶シリコンから単結晶シリコンを作る方法の一つであり、最終的にはウェハーを作り出すための製造方法である。また、特許文献１および２には、サージ耐圧を高めるために、一般的なデバイスを作るときの半導体用ウェハー上に、エピタキシャル層が積層されているエピタキシャルウェハーが開示されている。
【特許文献１】特開平６−２６８２３９号公報（平成６年９月２２日  公開）
【特許文献２】特開平７−１９３２６０号公報（平成７年７月２８日  公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記ＣＺ法によって製造したウェハーは、不純物濃度が非常に高い。つまり、ウェハーの比抵抗が数ｍΩ・ｃｍ〜数百ｍΩ・ｃｍとなり、一般的なデバイスを作るときの半導体用ウェハーより非常に比抵抗が低い。このため、従来のようにウェハーのインチサイズが、４インチ以下であれば問題はないが、５インチ以上になると、以下のような問題が生じる。
【０００４】
すなわち、ウェハーの口径を５インチ以上にすると、図６に示すように、ウェハー９０面内に、ドーナツ（略同心円）状に近い不純物分布、すなわち濃度分布ができてしまう。具体的には、同図に示すように、ウェハー９０の中心部Ｌにおいて不純物濃度が高くなる一方、中心部Ｌから図中矢印で示すように外周部Ｍへ近づくにつれて不純物濃度が低くなる。つまり、ウェハー９０の比抵抗が中心部Ｌでは低くなる一方、中心部Ｌから外周部Ｍへ近づくにつれて高くなる。
【０００５】
従って、このウェハー９０面内のツェナー電圧は、上記中心部Ｌでは低くなり、中心部Ｌから外周部Ｍへ近づくにつれて高くなり、上記不純物分布に近い形でドーナツ状の電圧分布（面内分布）を起こす。
【０００６】
ウェハー９０面内において、ツェナー電圧がドーナツ状の面内分布を起こすと、所望のツェナー電圧が、ウェハー９０面内の一定の領域にしか存在しなくなり、それ以外の領域は、×マークを付けて潰してしまうか、またはダイシングしてチップ自体に切ったあと、チップに切った不要領域をワックスや樹脂等で固めてから取って、廃棄してしまう必要がある。このため、歩留まりが低下するという問題があった。
【０００７】
なお、上記ＣＺ法において、シリコン融液に磁場を印加しながら、すなわち磁界をかけて行うＭＣＺ法を用いることも考えうるが、ウェハー９０面内においてツェナー電圧が面内分布を起こすという問題は上記ＣＺ法と同様に生じる。また、この問題は、ウェハー９０の径が大きくなるほど、一層顕著になる。このため、ツェナーダイオード用のウェハーとしては従来、ウェハー９０のインチサイズを５インチ以上に上げることができず、ウェハー９０の大口径化が妨げられていた。
【０００８】
また、上記特許文献１および２に記載されたウェハーは、エピタキシャル層を成長させてデバイスを作るときに使う一般的な半導体用のウェハーであるため、ツェナーダイオード用に引き上げたツェナーダイオード用ウェハーとは異なる。この一般的な半導体用のウェハーとツェナーダイオード用ウェハーとは、不純物の濃度分布の管理方法が、互いに異なる。すなわち、ツェナーダイオード用ウェハーは、基板の比抵抗の幅が狭く、特定のツェナー電圧を必要とするツェナーダイオードを製造するのに好適である。一方、一般的な半導体用のウェハーは、基板の比抵抗の幅が広く、ウェハーから得られるツェナー電圧にバラツキがでるため、特定のツェナー電圧を必要とするツェナーダイオードを製造するためには不向きである。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ツェナー電圧のウェハー面内におけるバラツキを抑えることで大口径のウェハーでも歩留まりを改善することができるツェナーダイオード用ウェハーおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のツェナーダイオード用ウェハーの製造方法またはツェナーダイオード用ウェハーは、上記課題を解決するために、不純物がドーナツ状に分布したウェハー上にエピタキシャル層を成長させることを特徴としている。
【００１１】
上記ツェナーダイオード用ウェハーは、一般的な半導体用のウェハーではなく、ツェナーダイオードの製造に適したものである。ツェナーダイオード用ウェハーでは、目的のツェナー電圧がウェハー面内で略均一になることが望ましい。このため、ツェナーダイオード用ウェハー面内における比抵抗も限られた範囲の値になることが好ましい。
【００１２】
しかしながら、上記したように、このようなツェナーダイオード用ウェハーは、インチサイズを上げると、ウェハー面内にドーナツ状の不純物分布（濃度分布）が生じる。従って、もしインチサイズを上げてしまうと、ウェハーにおける目的のツェナー電圧を有する部分以外は、全て廃棄してしまう必要があり、歩留まりの低下を招く。このため、従来は５インチサイズ以上にツェナーダイオード用ウェハーのインチサイズを上げることができなかった。
【００１３】
これに対して、上記発明は、不純物がドーナツ状に分布したウェハー上にエピタキシャル層を成長させている。不純物がドーナツ状に分布したウェハー上にエピタキシャル層を成長させることによって、ウェハー面内における不純物分布に起因したツェナーダイオード用ウェハーの比抵抗のバラツキを抑えることができる。従って、ツェナーダイオード用ウェハーのツェナー電圧を面内で略均一にすることができ、大口径のウェハーでも歩留まりを向上させたツェナーダイオード用ウェハーを提供することができる。
【００１４】
また、本発明のツェナーダイオード用ウェハーの製造方法、またはツェナーダイオード用ウェハーでは、上記ウェハーの比抵抗をＲ１（ｍΩ・ｃｍ）、上記エピタキシャル層の比抵抗をＲ２（ｍΩ・ｃｍ）とすると、上記Ｒ１、Ｒ２が、０．２≦Ｒ２／Ｒ１≦２．０の関係を満たすことが好ましい。
【００１５】
上記の通り、ＣＺ法を用いて製造したウェハーのウェハー面内では比抵抗のバラツキが生じている。すなわち、ウェハーの中心部では比抵抗が低く、外周部では比抵抗が高い。ここで、ウェハーの比抵抗とは、ウェハー面内において半径を示す線分の略中心部における比抵抗をいう。
【００１６】
一般的な半導体用ウェハー上にエピタキシャル層を積層させて製造したツェナーダイオードでは、半導体用のウェハーの比抵抗とエピタキシャル層の比抵抗との差が大きくなると、サージ耐圧が低くなることを本発明者は見出した。さらに、半導体用ウェハーだけでなく、ツェナーダイオード用ウェハーの場合にも、ウェハーの比抵抗とエピタキシャル層の比抵抗との差が大きくなると、サージ耐圧が低くなることを本発明者は見出した。
【００１７】
特に、比抵抗の差が急激に変化しているウェハーとエピタキシャル層ではサージ耐圧が低くなる。従って、このツェナーダイオードの電圧を極端に上げて元に戻すと、サージ破壊を起こすという問題が生じる。
【００１８】
これに対して、上記発明によれば、０．２≦Ｒ２／Ｒ１≦２．０を満たすように設定することによって、ウェハーの比抵抗とエピタキシャル層の比抵抗との差を小さくすることができるため、ウェハーとエピタキシャル層との境界付近におけるウェハーとエピタキシャル層との比抵抗の変化が緩やかになる。従って、このウェハーとエピタキシャル層とを用いたツェナーダイオードのサージ耐圧は高くすることができる。故に、該ツェナーダイオードの電圧を極端に上げて元に戻してもツェナーダイオードが壊れることはない。
【００１９】
また、本発明のツェナーダイオード用ウェハーの製造方法またはツェナーダイオード用ウェハーでは、上記Ｒ１、Ｒ２が０．５≦Ｒ２／Ｒ１≦１．５の関係を満たすことがより好ましい。上記発明によれば、ウェハーの比抵抗と、エピタキシャル層の比抵抗との差をさらに小さくすることができるので、ウェハーとエピタキシャル層とを用いたツェナーダイオードのサージ耐圧をさらに高くすることができる。
【００２０】
また、本発明のツェナーダイオード用ウェハーの製造方法またはツェナーダイオード用ウェハーでは、上記Ｒ１は、所定の範囲のツェナー電圧に応じて予め用意したｎ種類（ｎは１０未満の自然数）の比抵抗のうちのいずれか１つであることが好ましい。
【００２１】
従来、所望のツェナー電圧を得るためには、そのツェナー電圧に応じた比抵抗のウェハーを全て用意していた。従って、比抵抗の違うウェハーを数百種類用意する必要があるという煩雑な作業が必要であった。これに対して、上記発明によれば、例えばエピタキシャル層成長時のホスフィンの濃度および流量などのエピタキシャル層の形成条件を変えることによってエピタキシャル層の比抵抗を多様にコントロールすることができる。このように、エピタキシャル層の比抵抗を多様にコントロールすることによって、予めせいぜいｎ種類（ｎは１０未満の自然数）の比抵抗のウェハーを用意しさえすれば、多様なツェナー電圧に対応したツェナーダイオード用ウェハーを作製することができるので、エピタキシャル層の積層母体となるウェハーの比抵抗をツェナー電圧に応じて多数用意する必要性を非常に小さくすることができる。
【００２２】
また、本発明のツェナーダイオード用ウェハーの製造方法またはツェナーダイオード用ウェハーでは、上記エピタキシャル層の厚みを２０μｍ以上にすることが好ましい。
【００２３】
ウェハーと、エピタキシャル層との間には比抵抗に差が生じている。従って、エピタキシャル層の厚みを２０μｍ以下にすると、電界の分布がツェナーダイオードのチップ内部で十分に広がらず、目的のツェナー電圧よりも低いツェナー電圧になってしまう虞がある。これに対して、上記発明によれば、エピタキシャル層の厚みが２０μｍ以上であるので、電界の分布がツェナーダイオードのチップ内部で十分に広がり、目的のツェナー電圧を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のツェナーダイオード用ウェハーの製造方法は、以上のように、不純物がドーナツ状に分布したウェハー上にエピタキシャル層を成長させている。また、本発明のツェナーダイオード用ウェハーは、以上のように、不純物がドーナツ状に分布したウェハー上にエピタキシャル層が成長されている。
【００２５】
従って、ツェナー電圧のウェハー面内におけるバラツキを抑えることで大口径のウェハーでも歩留まりを改善させたツェナーダイオードウェハーを提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の一実施形態について図１ないし図５に基づいて説明すると、以下の通りである。
【００２７】
本実施の形態のツェナーダイオード用ウェハーには、チョクラルスキー法（ＣＺ法）またはＭＣＺ法によって引き上げたインゴットを２００μｍ程度以上、より好ましくは２５０μｍ程度以上の厚みにスライスした片面を鏡面加工したウェハーが用いられる。このウェハーとしては、例えば比抵抗が、２ｍΩ・ｃｍ〜１Ω・ｃｍ程度のリンドープのウェハーを用いることができる。ここでは、ドーパントとしてリンを用いた場合で説明したが、アンチモンまたはヒ素を用いることができる。
【００２８】
上記ＣＺ法とは、ルツボ内の原料を加熱融解し、この融液に結晶成長のもととなる小さな種結晶を浸して単結晶（インゴット）を作る方法である。集積回路の基板材料のほとんどは、この方法によって製造される。
【００２９】
ＣＺ法またはＭＣＺ法に用いる引上げ装置１０は、図２に示すように、ルツボ１１と、該ルツボ１１の支持台としてのルツボ受け１２と、ルツボ１１内を加熱するヒーター１３と、ルツボ１１内で完成したインゴットを図２におけるＧ方向へ回転させながら、鉛直上向きに引き上げるピアノ線１４と、上記ヒーター１３を支えると共に上記ルツボ１１を図２におけるＨ方向へ回転させる支持体１５と、これらを囲うように配された外気遮断用容器１６と、ピアノ線１４を鉛直上向きへ引き上げる回転軸１７と、を備えている。上記ピアノ線１４の先端には、シリコン単結晶の種結晶１８が吊るされている。
【００３０】
次に、上記引上げ装置１０を用いたＣＺ法について説明すると、まず、超高純度の多結晶シリコンを粗く砕いてナゲット状にする。このナゲット状にした多結晶シリコンを洗浄した後、ルツボ１１に入れ、ヒーター１３によって加熱して融液にする。このとき、ルツボ１１内には例えばリンをドープする。次に、ルツボ１１を支持体１５にてＨ方向へ回転させると同時に、融液に接触させた種結晶１８をルツボ１１の回転方向（Ｈ方向）と反対方向（Ｇ方向）にゆっくりと回転させながら、種結晶１８をピアノ線１４で引き上げる。
【００３１】
これにより、融液から引き上げられた種結晶１８に倣って成長したインゴットを得ることができる。なお、このインゴットの製造は、引上げ装置１０内をアルゴンガスで充填した状態で行われる。また、上記ＭＣＺ法とは、上記ＣＺ法の製造方法に磁界をかけて行う方法である。
【００３２】
上記ＣＺ法またはＭＣＺ法により引き上げたインゴットを薄くスライスして、表面を磨くことにより、図１（ａ）に示すような円盤状のウェハーを作ることができる。このウェハー１は、ウェハー１のインチサイズが例えば５インチ以上の大口径を有している。しかしながら、上記ウェハー１のインチサイズについては、４インチ以下のウェハーサイズへの適用を妨げるものではない。上記したように、ウェハー１のインチサイズを例えば５インチ以上の大口径にすると、不純物の濃度が、図１（ａ）における中心部Ｑでは高くなる一方、中心部Ｑから図１（ａ）における外周部Ｓへ近づくにつれて低くなる。
【００３３】
従って、ウェハー１面内において、図１（ａ）に示すようなドーナツ状の不純物分布（濃度分布）ができてしまう。従って、このような不純物分布を持ったウェハー１を用いてツェナーダイオードを作製した場合、ウェハー１面内のツェナー電圧は、中心部Ｑでは低くなり、中心部Ｑから外周部Ｓへ近づくにつれて高くなり、上記不純物分布に近い形でウェハー１面内でドーナツ状の面内分布が生じる。
【００３４】
これに対して、特に、本実施の形態のツェナーダイオード用ウェハー５は、図１（ｂ）に示すように、ドーナツ状の不純物分布が分布したウェハー１上にエピタキシャル層４を成長させている。このため、ウェハー１面内においてツェナー電圧のドーナツ状の面内分布をツェナーダイオード用ウェハー５面内では、抑えることができる。
【００３５】
すなわち、ツェナーダイオード用ウェハー５では、上記した図６に示すような濃度分布は生じず、ツェナー電圧をツェナーダイオード用ウェハー５面内でほぼ均一にすることができる。従って、ツェナーダイオード用ウェハー５の全面においてほぼ一定のツェナー電圧を得ることができる。故に、ツェナーダイオード用ウェハー５を用いてツェナーダイオードを製造するときに、不要な部分を無くすことができ、効率的にツェナーダイオード用ウェハー５を利用することができる。このため、歩留まりが向上する。
【００３６】
上述の通り、ウェハー１のインチサイズが大きくなればなるほどウェハー１面内のツェナー電圧の面内分布は、大きくなり、歩留まりが極端に悪くなっていた。そのため、大口径のウェハー１は、従来ツェナーダイオード用には使うことができなかった。従って、従来、ツェナーダイオードを製造するためのウェハーとしては、４インチサイズのものまでしか作ることができなかった。これに対して、上記ツェナーダイオード用ウェハー５を用いれば、インチサイズに関わらずツェナー電圧の面内分布を抑えることができるため、ウェハー１の大口径化を図ることができるという効果を奏する。
【００３７】
従って、ツェナーダイオード以外のＩＣ、ＬＳＩに用いるウェハーのサイズが６インチ、８インチ、１２インチが主流となった今日において、わざわざツェナーダイオード用ウェハーを作製するために残していた小口径（４インチサイズ以下）のツェナーダイオード専用のウェハー製造装置を残しておく必要がなくなる。さらに、ツェナーダイオード用ウェハーの製造プロセスについても、変更する必要がなく、量産性の向上につながる。
【００３８】
なお、図１（ｂ）に示すエピタキシャル層４をウェハー１上に成長させる成長レートは、１μｍ／ｍｉｎ〜３μｍ／ｍｉｎであることが好ましい。３μｍ／ｍｉｎより大きくすると、結晶欠陥が生じる一方、１μｍより小さくすると、量産性に欠けるため、上記数値範囲とすることが好ましい。ここで、結晶欠陥とは、結晶内における規則的な原子配列の乱れや不完全性のことであり、一般的にウェハー１に結晶欠陥が起こると、特性不良ウェハー１となり使用することができない。
【００３９】
また、上記エピタキシャル層４の厚さは、２０μｍ以上であることが好ましい。エピタキシャル層４の厚さを２０μｍ以下にすると、ツェナー電圧が高いウェハー１を作る場合に、エピタキシャル層４と、ウェハー１との間には濃度差、すなわち比抵抗の差があるため、パンチスルーを起こす可能性がある。
【００４０】
すなわち、例えば、目的のツェナー電圧が１５Ｖであったとしても、電界の分布が十分に広がらず、１２Ｖになってしまう危険性がある。ここで、電界の分布が広がるとは、半導体に逆方向に電圧をかけたとき、すなわち、ｐ型に−（マイナス）、ｎ型に＋（プラス）の電圧をかけたときに、空乏層が広がることをいう。これに対して、本実施の形態のようにエピタキシャル層４の厚みを２０μｍ以上にすれば、電界の分布が十分広がり、ブレークダウンするので、パンチスルーを防止することができる。なお、目的のツェナー電圧がさらに高い場合には、エピタキシャル層４の厚みは、３０μｍ以上にすることがより望ましい。
〔従来の一般的な半導体用サブウェハーについて〕
ところで、図３（ａ）は、ＣＺ法により引き上げたインゴットをスライスした、従来の４インチサイズの半導体用のサブウェハーからダイシングして取り出した半導体用のサブウェハーの小片の概略断面図である。ここで、サブウェハーとは、ウェハー上にエピタキシャル層を成長させていないウェハーのことである。ここでいう半導体用のサブウェハーは、本発明に用いるツェナーダイオード用ウェハーではなく、一般的な半導体用ウェハーである。この小片は、比抵抗が２５０ｍΩ・ｃｍ、厚みが１８０〜２００μｍの基板層３３である。なお、上記小片の比抵抗および厚みは単なる一例にすぎない。
【００４１】
該基板層３３は、同図において、ｎ−型としているが、ドープするリンなどの不純物の量をさらに増やしてｎ＋型としてもよい。
【００４２】
図３（ａ）に示す基板層３３のＡ−Ｂ縦断面に沿った基板層３３の比抵抗は、図３（ｂ）に示すように、２５０ｍΩ・ｃｍで一定である。なお、図３（ｂ）において縦軸は、基板層３３のＡ−Ｂ縦断面に沿った比抵抗の値を示している一方、横軸は、同じくＡ−Ｂ縦断面における位置を示している。図３（ｂ）から分かる通り、基板層３３は、Ａ−Ｂ縦断面において比抵抗が一定である。
【００４３】
従って、この基板層３３から作製したツェナーダイオード（図３（ｃ））は、サージ電流のような大きい電流が流れても、破壊されにくい。すなわち、基板層３３は、サージ耐圧が高い。しかしながら、上記したように、ウェハー面内における比抵抗にバラツキがあるため、ウェハー面内のツェナー電圧は、面内分布を生じている。この面内分布は、不純物の管理方法が本発明に用いるツェナーダイオード用ウェハーに比して緩やかな半導体用のサブウェハーではさらにひどくなる。従って、この半導体用のサブウェハーから取り出す小片（基板層３３）によってツェナー電圧の値にバラツキが生じるためツェナーダイオード用には不向きである、という問題がある。
【００４４】
なお、図３（ｃ）は、上記小片を基板とする従来のツェナーダイオード（チップ）を示す断面図である。
【００４５】
このツェナーダイオード３４は、基板層３３、絶縁膜（保護膜）３５、ｎ＋型拡散層３６、表面メタル３７、および裏面メタル３８を有している。上記基板層３３は、ｎ型の半導体基板層である。また、基板層３３には、ボロンなどの不純物を拡散することによって、ｐ＋型拡散領域３９が形成されている一方、該ｐ＋型拡散領域３９の端部には、ｐ＋型拡散領域３９の表面からブレークダウンが起こるように、ｐ型ガードリング拡散領域４０が形成されている。
【００４６】
上記絶縁膜３５は、基板層３３上に形成され、その一部には、コンタクト孔４１が開口されている。上記ｎ＋型拡散層３６は、オーミックコンタクトをとるために、基板層３３における絶縁膜３５が形成されている側とは反対側に形成されている。そして、上記コンタクト孔４１を覆うように、表面メタル３７が形成されている一方、ｎ＋型拡散層３６を覆うように、上記裏面メタル３８が形成されている。
〔従来の一般的な半導体用エピタキシャルウェハーについて〕
一方、図４（ａ）は、従来の４インチサイズのウェハーにエピタキシャル層を成長させた一般的な半導体用ウェハーからダイシングして取り出したエピタキシャルウェハーの小片の概略断面図である。なお、このエピタキシャルウェハーは、本発明のツェナーダイオード用ウェハーではなくて、ウェハーにエピタキシャル層を成長させた単なる半導体用ウェハーである。上記小片は、比抵抗が５ｍΩ・ｃｍ〜２０ｍΩ・ｃｍ、厚みが１６０μｍ〜１８５μｍの基板層４２上に、比抵抗が２５０ｍΩ・ｃｍ、厚みが１５μｍ〜２０μｍのエピタキシャル層４３を成長させたものである。なお、上記小片およびエピタキシャル層の比抵抗および厚みの数値は単なる一例にすぎない。
【００４７】
図４（ａ）において、基板層４２をｎ＋型、エピタキシャル層４３をｎ−型としているが、これは、基板層４２とエピタキシャル層４３との不純物濃度の違い、すなわち比抵抗の違いが、基板層４２とエピタキシャル層４３とで大きいことを示すために、便宜的に付したものにすぎない。
【００４８】
上記図４（ａ）に示す小片のＣ−Ｄ縦断面に沿った小片の比抵抗は、図４（ｂ）に示すように、ＣからＥまでの間（１５μ〜２０μｍ；エピタキシャル層４３）では、比抵抗が２５０ｍΩ・ｃｍで一定となる一方、Ｅにおいて急激に比抵抗が減少し、ＥからＤまでの間（１６０μｍ〜１８５μｍ；基板層４２）では比抵抗が５〜２０ｍΩ・ｃｍで一定となる。つまり、基板層４２とエピタキシャル層４３とでは不純物の濃度差、すなわち比抵抗の差が大きい。なお、参照符号Ｅは、図４（ａ）におけるＣ−Ｄ縦断面の線分ＣＤと、基板層４２とエピタキシャル層４３との境界線との交点を示している。なお、図４（ｂ）において縦軸は、図４（ａ）に示す小片のＣ−Ｄ縦断面に沿った比抵抗の値を示している一方、横軸は、同じくＣ−Ｄ縦断面における位置を示している。
【００４９】
以上のように、図４（ｂ）に示すようにサブウェハーである基板層４２上にエピタキシャル層４３を成長させたエピタキシャルウェハーは、基板層４２とエピタキシャル層４３との比抵抗の差が大きい。このため、このエピタキシャルウェハーから作製したツェナーダイオードは、サージ電流のような大きい電流が流れると、ダイオードが破壊される。すなわち、測定器で電圧を極端に上げて戻すと、基板層４２とエピタキシャル層４３との境界付近において、サージ破壊を起こすという問題が生じる。
【００５０】
図４（ｃ）は、上記図４（ａ）に示す小片を基板とする従来のツェナーダイオード（チップ）の断面図である。同図については、上記図３（ｃ）と同一の構成については、同一の部材番号を付し、その説明を省略する。同図に示すように、基板層４２には、エピタキシャル層４３が形成されている。そして、上記基板層４２におけるエピタキシャル層４３が形成されている側とは反対側には、該基板層４２を覆うように裏面メタル３８が形成されている。
〔本発明のツェナーダイオード用ウェハーについて〕
次に、本発明のツェナーダイオード用ウェハーを用いたツェナーダイオードについて、上記図４（ｃ）を用いて、その相違点について説明する。図４（ｃ）では、一般的な半導体用のウェハーを用いていたが、本発明ではツェナーダイオード用ウェハーを用いる。一般的な半導体用のウェハーとツェナーダイオード用ウェハーとでは不純物の管理方法が異なる。すなわち、一般的な半導体用のウェハーはツェナーダイオード用ウェハーに比して不純物の管理方法が緩やかである。また、図４（ｃ）では、４インチサイズのウェハーからダイシングした、小片（基板層４２およびエピタキシャル層４３）を用いている。これに対して、本発明では、従来よりもさらに大口径（例えば５インチ以上）のウェハーで、かつ、ドーナツ状に不純物（濃度）分布が生じているウェハーを用いている。
【００５１】
上記図４（ａ）〜（ｃ）に記載した従来技術は、上記〔発明が解決しようとする課題〕の欄に記載した課題以外にも、以下のような課題を有している。すなわち、既に述べたが、基板層４２とエピタキシャル層４３との比抵抗の差が非常に大きい。このため、サージ耐圧が低く、サージ電流のような大きい電流が入ると、ダイオードが破壊されるという問題が生じる。この点、例えば上記特許文献１では、低比抵抗の基板の上に高比抵抗のエピタキシャル層を成長させている一方、上記特許文献２では比抵抗５０ｍΩ・ｃｍの基板の上に比抵抗１３０ｍΩ・ｃｍのエピタキシャル層を積層させている。
【００５２】
このため、いずれの特許文献に記載された構成においても上記図４（ａ）〜（ｃ）と同様に、サージ耐圧が低く、サージ電流のような大きい電流が入ると、ダイオードが破壊されるという問題が生じる。これに対して、本実施の形態のツェナーダイオード用ウェハーは、以下のような特徴を有していることが好ましい。
【００５３】
すなわち、本実施の形態のツェナーダイオード用ウェハー５（図１（ｂ））では、ウェハー１（図１（ａ）（ｂ））の比抵抗Ｒ１と、エピタキシャル層４（図１（ｂ））の比抵抗Ｒ２と、ツェナーダイオード用ウェハー５から得られるツェナー電圧とは、以下の〔表１〕の関係を満たすことが好ましい。つまり、〔表１〕から、所望のツェナー電圧に対応する比抵抗Ｒ１のウェハー１を製造し、このウェハー１上に比抵抗Ｒ１に対応するような適切な形成条件（例えば後述するホスフィンの濃度および流量などの条件）で比抵抗Ｒ２のエピタキシャル層４を成長させることが好ましい。
【００５４】
ここで、ウェハー１の比抵抗Ｒ１の定義について説明する。上述した通り、ＣＺ法またはＭＣＺ法を用いて製造したウェハー１は、比抵抗が面内においてばらついており、中心部Ｑ（図１（ａ）（ｂ））において低く、中心部Ｑから外周部Ｓ（図１（ａ）（ｂ））へいくにつれて高くなっている。従って、１つのウェハー１において比抵抗が互いに異なる箇所が複数存在する。そこで、本実施の形態におけるウェハー１の比抵抗Ｒ１とは、ウェハー１の半径を示す線分の略中心部（図１（ａ）（ｂ）におけるＴ地点）における比抵抗のことをいうと定義する。
【００５５】
換言すれば、ウェハー１の比抵抗Ｒ１は、上記Ｔ地点から取り出したウェハー１の比抵抗と等しい。なお、上記Ｔ地点は単なる一例にすぎず、ウェハー１の半径を示す線分の略中心部の地点であれば、どの地点でもいいことは言うまでもない。なお、下記〔表１〕におけるツェナー電圧は、製造プロセス、具体的には拡散プロセスによって異なるため、単なる一例にすぎない。
【００５６】
【表１】
2006185934.tif 000003
【００５７】
上記のようにして、ウェハー１の比抵抗Ｒ１と、エピタキシャル層４の比抵抗Ｒ２と、
を決定する際には、例えば、ウェハー１の比抵抗Ｒ１を基準にして、上記〔表１〕に基づ
きエピタキシャル層４の比抵抗Ｒ２を決定することができる。例えば、単に１０ｍΩ・ｃｍ、２０ｍΩ・ｃｍ、５０ｍΩ・ｃｍ、１００ｍΩ・ｃｍ、２００ｍΩ・ｃｍの５種類の比抵抗Ｒ１のウェハー１を用意するだけで、上記〔表１〕を満たすような比抵抗Ｒ２のエピタキシャル層４を適切な形成条件で成長させることにより、少なくとも２Ｖ〜５０Ｖのツェナー電圧を有するツェナーダイオード用ウェハー５を得ることができる。
【００５８】
決定したエピタキシャル層４の比抵抗Ｒ２は、エピタキシャル層４成長時のホスフィンの濃度および流量などの形成条件を変えることによってコントロールすることができる。例えば、エピタキシャル層４の比抵抗Ｒ２は、ホスフィンの濃度を例えば３ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、または３０００ｐｐｍと異なる濃度を用いて、この濃度と流量を変化させて比抵抗Ｒ２をコントロールすることができる。また、この場合のホスフィンの流量は例えば５ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍとすることができる。
【００５９】
なお、〔表１〕に記載した数値は、単なる一例にすぎず、これに限定されるわけではない。例えば目的のツェナー電圧が、１．８Ｖ以上１０Ｖ以下の場合には、比抵抗Ｒ１が数ｍΩ・ｃｍ〜１０ｍΩ・ｃｍのウェハー１を用い、このウェハー１の比抵抗Ｒ１とツェナー電圧に応じた比抵抗Ｒ２のエピタキシャル層４を成長させてもよい。すなわち、ツェナー電圧は、〔表１〕では２Ｖ以上から記載されているが、１．８Ｖ以上でもよい。
【００６０】
また、例えば目的のツェナー電圧が、１０Ｖ〜２０Ｖの場合には、比抵抗Ｒ１が１５ｍΩ・ｃｍ程度または約２０ｍΩ・ｃｍ程度のウェハー１を用い、このウェハー１の表面に比抵抗Ｒ２が数ｍΩ・ｃｍ〜４０ｍΩ・ｃｍのエピタキシャル層４を成長させてもよい。同様に、例えば目的のツェナー電圧が２０Ｖ〜３０Ｖの場合には、比抵抗Ｒ１が５０ｍΩ・ｃｍ〜１００ｍΩ・ｃｍ程度のウェハー１を用い、このウェハー１の比抵抗Ｒ１とツェナー電圧に応じた比抵抗Ｒ２のエピタキシャル層４を成長させてもよい。
【００６１】
また、例えば目的のツェナー電圧が３０Ｖ〜５０Ｖの場合には、比抵抗Ｒ１が２００ｍΩ・ｃｍ程度のウェハー１を用いるのが好ましい。また、目的のツェナー電圧が５０Ｖ以上の場合には、約３００ｍΩ・ｃｍ以上の比抵抗Ｒ１のウェハー１を用い、このウェハー１の比抵抗Ｒ１とツェナー電圧に応じた比抵抗Ｒ２のエピタキシャル層４を成長させればよい。すなわち、上記〔表１〕では、ツェナー電圧を５０Ｖまでしか記載していないが、これに限定されず、適切な比抵抗Ｒ１のウェハー１および適切な比抵抗Ｒ２のエピタキシャル層４を用いることによって、ツェナー電圧が５０Ｖ以上のツェナーダイオード用ウェハー５を得ることもできる。
【００６２】
上記の〔表１〕に基づいてウェハー１の比抵抗Ｒ１と、エピタキシャル層４の比抵抗Ｒ２との関係Ｒ２／Ｒ１を求めると、０．２以上２．０以下になる。すなわち、以下の式１を満たすことが好ましい。
【００６３】
０．２≦Ｒ２／Ｒ１≦２．０・・・（式１）
この式１を満たすようにウェハー１の比抵抗Ｒ１と、エピタキシャル層４の比抵抗Ｒ２との値を決定すると、ウェハー１の比抵抗Ｒ１とエピタキシャル層４の比抵抗Ｒ２との差が従来よりも小さくなる。
【００６４】
このため、ウェハー１にエピタキシャル層４を成長させたツェナーダイオード用ウェハー５を用いて製造したツェナーダイオードは、サージ耐圧が高いという効果を奏する。
【００６５】
従来は、欲しいツェナー電圧を得るために、比抵抗の異なるウェハー１を数百種類用意するという煩雑な作業が必要であった。これに対して、本発明によれば、上記したようにエピタキシャル層４成長時のホスフィンの濃度および流量などの形成条件を変えることによって、エピタキシャル層４の比抵抗を多様にコントロールすることができる。同様にして、予めせいぜい２〜９種類（１０未満の自然数）の比抵抗のウェハー１を用意するだけで、エピタキシャル層４の積層母体となるウェハー１の比抵抗Ｒ１をツェナー電圧に応じて多数用意する必要性を非常に小さくすることができる。なお、〔表１〕では５種類の比抵抗Ｒ１をもつウェハー１を示しているが、これは単なる一例にすぎない。
【００６６】
すなわち、本実施の形態によれば、上記〔表１〕のように所定の範囲の電圧に対応したウェハー１の比抵抗Ｒ１を予め定めておけば、その比抵抗Ｒ１のウェハー１を用いて、適切な比抵抗Ｒ２のエピタキシャル層４を成長させるだけで容易に欲しいツェナー電圧を得ることができる。さらに、上記Ｒ２／Ｒ１の値を、０．５以上１．５以下にする、すなわち、以下の式２を満たすと、ウェハー１の比抵抗Ｒ１とエピタキシャル層４の比抵抗Ｒ２との値がより近くなるため好ましい。
【００６７】
０．５≦Ｒ２／Ｒ１≦１．５・・・（式２）
さらに、上記特許文献２では、ある特定のツェナー電圧（４０Ｖ）についてしか開示されておらず、種々のツェナー電圧を有するウェハーを得ることができなかった。これに対して、本実施の形態では、上記〔表１〕、式１または式２を満たすような適切な比抵抗Ｒ１・Ｒ２のウェハー１とエピタキシャル層４とを用意することによって、幅広い範囲のツェナー電圧を有するツェナーダイオード用ウェハー５を得ることができる。なお、以下の式３を満たすと、ウェハー１の比抵抗Ｒ１とエピタキシャル層４の比抵抗Ｒ２との値がより一層近くなるため、さらに好ましい。
【００６８】
０．６≦Ｒ２／Ｒ１≦１．４・・・（式３）
図５（ａ）は、上記〔表１〕の数値、式１、および式２を満たすような比抵抗Ｒ１・Ｒ２を有するウェハー１およびエピタキシャル層４を用いてツェナーダイオード用ウェハー５（図１（ｂ））を作製し、このツェナーダイオード用ウェハー５からダイシングして取り出したエピタキシャルウェハー５の小片の概略断面図である。この小片は、比抵抗Ｒ１が２００ｍΩ・ｃｍ、厚みが１６０μｍ〜１８５μｍのウェハー層６上に、比抵抗Ｒ２が２５０ｍΩ・ｃｍ、厚みが１５μｍ〜２０μｍのエピタキシャル層７を成長させたものである。なお、上記ウェハー層６およびエピタキシャル層７に関する比抵抗および厚みの数値は単なる一例にすぎず、例えば比抵抗は、上記〔表１〕、式１、式２、または式３を満たす範囲で適宜変更可能である。
【００６９】
図５（ａ）において、ウェハー層６をｎ−型、エピタキシャル層７をｎ−型としているが、これは、ウェハー層６とエピタキシャル層７との不純物濃度の違い、すなわち比抵抗Ｒ１・Ｒ２の違いがウェハー層６とエピタキシャル層７とで小さいことを示すために、便宜的に付したものにすぎない。従って、ウェハー層６およびエピタキシャル層７の両者ともがｎ＋型であっても、両者の比抵抗Ｒ１・Ｒ２の違いが小さければ一方がｎ−型、他方がｎ＋型であってもよい。
【００７０】
上記図５（ａ）に示す小片のＦ−Ｇ縦断面に沿った小片の比抵抗は、図５（ｂ）に示すように、ＦからＨまでの間（１５μ〜２０μｍ；エピタキシャル層７）では比抵抗Ｒ２が２５０ｍΩ・ｃｍで一定となる一方、Ｅにおいてなだらかに比抵抗が減少し、ＨからＧまでの間（１６０μｍ〜１８５μｍ；ウェハー層６）では比抵抗Ｒ１が２００ｍΩ・ｃｍで一定となる。つまり、上記図４（ｂ）とは異なりウェハー層６と、エピタキシャル層７とでは不純物の濃度差、すなわち比抵抗Ｒ１・Ｒ２の差が小さい。なお、参照符号Ｈは、図５（ａ）におけるＦ−Ｇ縦断面の線分ＦＧと、ウェハー層６とエピタキシャル層７との境界線と、の交点を示している。なお、図５（ｂ）において縦軸は、図５（ａ）に示す小片のＦ−Ｇ縦断面に沿った比抵抗の値を示している一方、横軸は、同じくＦ−Ｇ縦断面における位置を示している。
【００７１】
以上のように、本実施の形態によれば、ウェハー層６と、エピタキシャル層７との比抵抗Ｒ１・Ｒ２の差が小さい。従って、このウェハー層６にエピタキシャル層７を成長させた小片を用いて作製したツェナーダイオードは、サージ耐圧が高い。すなわち、該ツェナーダイオードに対して測定器を用いて電圧を極端に上げて元に戻しても、従来のツェナーダイオードとは異なり壊れることがない。なお、本実施の形態によると、上述したように、ウェハーサイズを大口径化することができるので、歩留まりが向上するだけでなく、有効なチップ数を増やすことができる。
【００７２】
また、ツェナーダイオードを製造するために、規定の厚さのウェハーに研磨されるが、ウェハーの比抵抗が高い場合には、ＶＦ（順方向電圧）が高くなる虞がある。これに対して、ウェハーの表面濃度を高めて、金属とのオーミックコンタクトを残すために裏面にインプランテーションを行うことが好ましい。具体的には、インプランテーションとは、ｎ型の場合には、例えばリン、またはヒ素またはアンチモンをウェハーの裏面の最表面に打ち込み比抵抗を下げることをいう。
【００７３】
また、本実施の形態では、例えばヒ素、リンをウェハーの裏面側の最表面に打ちこみｎ＋型としているが、これに限らず、例えばｐ型ウェハーの場合にはボロンを同じように打ちこむことによってｐ＋型としてもよい。すなわち、本実施の形態では、リンドープのｎ型ウェハーについて説明したが、これに限られず、ボロンドープのｐ型ウェハーを用いて、該ｐ型ウェハーにｐ型エピタキシャル層を成長させてもよい。
【００７４】
また、ツェナーダイオード用ウェハー５の製造方法またはツェナーダイオード用ウェハー５では、上記ウェハー１の比抵抗Ｒ１は、所定の範囲のツェナー電圧に応じて予め用意したｎ種類（ｎは１０未満の自然数）のうちのいずれか１つであることが好ましい。
【００７５】
また、ツェナーダイオードは、ｎ型基板にｐ型拡散を行うことによって構成してもよいし、ｐ型基板にｎ型拡散を行うことによって構成してもよい。
【００７６】
本発明によれば、ｎ＝３（例えば、２０ｍΩ・ｃｍ、５０ｍΩ・ｃｍ、２００ｍΩ・ｃｍの３種類の比抵抗Ｒ１を用意）としても、ウェハー１上に成長させるエピタキシャル層４の作製条件を多様に変えるだけで、他種類のツェナー電圧に対応したツェナーダイオード用ウェハー５を作製することができる。
【００７７】
ウェハーの厚みは２００〜７００μｍ、より好ましくは２５０〜６００μｍとしているが、ウェハーの厚みは該数値範囲に限定されず、適宜変更可能であるため、ツェナーダイオード用ウェハーの製造工程において割れてしまうのを防止することができる。
【００７８】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明のツェナーダイオード用ウェハーは、例えば定電圧回路などに用いるツェナーダイオードの製造に特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態のツェナーダイオード用ウェハーに用いるウェハーを示す概略斜視図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態のツェナーダイオード用ウェハーを示す概略断面図である。
【図２】ＣＺ法またはＭＣＺ法に用いる引上げ装置を示す概略断面図である。
【図３】（ａ）は、従来の４インチサイズの一般的な半導体用のウェハーから取り出した小片を示す断面図であり、（ｂ）は、図３（ａ）に示す小片におけるＡ−Ｂ縦断面に沿った比抵抗の変化を表すグラフであり、（ｃ）は、図３（ａ）に示す小片を基板とする従来のツェナーダイオードを示す断面図である。
【図４】（ａ）は、従来の４インチサイズの一般的な半導体用のウェハーにエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェハーから取り出した小片を示す断面図であり、（ｂ）は、図４（ａ）に示す小片におけるＣ−Ｄ縦断面に沿った比抵抗の変化を表すグラフであり、（ｃ）は、図４（ａ）に示す小片を基板とする従来のツェナーダイオードを示す断面図である。
【図５】（ａ）は、図１（ｂ）に示すエピタキシャルウェハーから取り出した小片を示す断面図であり、（ｂ）は、図５（ａ）に示す小片におけるＦ−Ｇ縦断面に沿った比抵抗の変化を表すグラフである。
【図６】インチサイズを従来の４インチサイズ以下の場合よりも大きくした場合のウェハー面内の不純物分布の分布を示す平面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１    ウェハー
４    エピタキシャル層
５    ツェナーダイオード用ウェハー
Ｒ１  ウェハーの比抵抗
Ｒ２  エピタキシャル層の比抵抗
【図１】
2006185934.tif 000004
【図２】
2006185934.tif 000005
【図３】
2006185934.tif 000006
【図４】
2006185934.tif 000007
【図５】
2006185934.tif 000008
【図６】
2006185934.tif 000009