(57)【要約】  【課題】半導体基板の表面近傍に存在するイオンの影響を受ける事なく、ブレークダウン電圧が安定し且つ高耐圧が可能なアバランシェ降伏型の定電圧ダイオードを提供する。  【解決手段】低濃度の第一導電型エピタキシャル層(2)の上部に高濃度の第二導電型半導体層(4)と高濃度の第二導電型環状層(5)とを含み、第二導電型半導体層(4)の下部に第一導電型半導体層(3)を備えた半導体基板とする。これにより、逆バイアスを印加していく際に第二導電型環状層(5)の有するフィールド・リミッティング効果により高濃度の第二導電型半導体層(4)と低濃度の第一導電型エピタキシャル層(2)との界面から拡がった空乏層の横方向への拡がりを拡大する事により、該空乏層の形状の曲率を小さくして電界集中によるブレークダウンが抑制され、絶縁皮膜(6)等の有するイオンの影響を受けない。【選択図】  図１
2006041385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型半導体基板の上層に低濃度の第一導電型エピタキシャル層を含み、
前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面から層内へ延在した高濃度の第二導電型半導体層が選択的に形成された定電圧ダイオードであって、
低濃度の第一導電型エピタキシャル層の上部に高濃度の第二導電型半導体層と高濃度の第二導電型環状層とを含み、高濃度の第二導電型半導体層の下部に第一導電型半導体層を備えたことを特徴とする定電圧ダイオード。
【請求項２】
第一導電型半導体基板の上層に低濃度の第一導電型エピタキシャル層を含み、
前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面から層内へ延在した高濃度の第二導電型半導体層が選択的に形成され、
前記高濃度の第二導電型半導体層の底面から前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の層内へ延在し、且つ前記高濃度の第二導電型半導体層と同心に位置する第一導電型半導体層が形成され、
前記高濃度の第二導電型半導体層の側面から離間して前記高濃度の第二導電型半導体層の側面を包囲した高濃度の第二導電型の環状層が前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面から層内へ延在して環状に形成され、
前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面領域と前記高濃度の第二導電型の環状層の表面領域と前記高濃度の第二導電型半導体層の表面領域とから成る半導体基板の第一の主面を前記高濃度の第二導電型層の表面領域中央に窓明けされた絶縁皮膜が覆って形成され、
前記絶縁皮膜で覆われない前記高濃度の第二導電型半導体層の表面から前記絶縁皮膜の表面周辺へ延在した電極が形成され、
前記第一導電型半導体基板の表面から成る半導体基板の第二の主面に裏面電極が形成されていることを特徴とする定電圧ダイオード。
【請求項３】
第一導電型半導体基板の上層を成す低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面に絶縁皮膜を形成し、前記絶縁皮膜の外周縁に沿った内周面と中央部の面とをチャンネルストッパー拡散窓と第一導電型半導体層拡散窓として選択的に窓明けして前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面を露出させ、窓明けされた前記絶縁皮膜をマスクとして第一導電型のドーパントを前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面から前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の層内へ延在したチャンネルストッパーと第一導電型半導体層とを形成する第一導電型のドーパント拡散工程と、
前記第一導電型のドーパント拡散工程にて形成された絶縁皮膜に、前記第一導電型半導体層と同心で且つ前記第一導電型半導体層よりも大きな面積を有する高濃度の第二導電型半導体層拡散窓と前記高濃度の第二導電型半導体層拡散窓から離間した外周に環状の高濃度の第二導電型環状層拡散窓とを窓明けして前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層と前記第一導電型半導体層との表面を露出させて、窓明けされた前記絶縁皮膜をマスクとして第二導電型のドーパントを前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層と前記第一導電型半導体層との表面から前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層と前記第一導電型半導体層との層内へ延在し、且つ前記第一導電型半導体層よりも浅くて大きな面積で高濃度の第二導電型半導体層と前記高濃度の第二導電型半導体層から離間した外周に前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面から層内へ延在した環状の高濃度の第二導電型環状層とを形成する第二導電型のドーパント拡散工程と、
前記第二導電型のドーパント拡散工程にて形成された絶縁皮膜に、前記高濃度の第二導電型半導体層と同心で且つ前記高濃度の第二導電型半導体層よりも小さな面積の面と半導体基板の外周縁に沿った内周面とに測定用コンタクト窓とダイシングストリートとして窓明けして半導体基板の高濃度の第二導電型半導体層の表面と半導体基板の第一の主面の外周縁に沿った内周表面とを露出させるコンタクト窓形成工程Ｉと、
前記コンタクト窓形成工程Ｉにて残された絶縁皮膜と半導体基板の前記高濃度の第二導電型半導体層と外周縁に沿った内周面との露出した表面を連続な絶縁皮膜で覆って形成する絶縁皮膜形成工程IIと、
前記絶縁皮膜形成工程IIにて形成された絶縁皮膜と前記絶縁皮膜とを共に、半導体基板の第一の主面の外周縁に沿った内周面と前記測定用コンタクト窓よりも外側にイオンストッパーとなる窓を環状に窓明けして各々の窓に半導体基板の第一の主面を露出させ、露出させた半導体基板の第一の主面と一体と成った皮膜である前記絶縁皮膜と前記絶縁皮膜との表面及び断面とに連続な保護皮膜で覆って形成して前記イオンストッパーとなる窓をイオンストッパーとし、前記保護皮膜の半導体基板の第一の主面外周縁に沿ったダイシングストリートである内周部と環状の前記イオンストッパーから離間した内周面とを窓明けし、更に前記絶縁皮膜の前記測定用コンタクト窓から離間した内側の面をコンタクト窓として窓明けして、前記高濃度の第二導電型半導体層の表面を露出させるコンタクト窓形成工程IIと、
前記コンタクト窓形成工程IIで露出させた半導体基板の第一の主面に位置する前記高濃度の第二導電型半導体層の表面から前記絶縁皮膜の表面と前記保護皮膜の表面とを覆って前記イオンストッパーを埋めて環状である前記イオンストッパーの外側周辺まで延在した電極を形成し、半導体基板の第二の主面である前記第一導電型半導体基板の表面に裏面電極を形成する電極形成工程を含むことを特徴とする定電圧ダイオードの製造方法。
【請求項４】
前記第一導電型のドーパント拡散工程は、半導体表面を加熱して酸化させて絶縁皮膜を形成する熱酸化法と、
フォトリソグラフィと化学的エッチングとを用いた選択的エッチング法と、
第一導電型のドーパントを半導体表面に濃度調整して注入する注入法と、
半導体表面のドーパントを前記半導体の層内へドライブ拡散させる熱拡散法とを含む請求項３に記載の定電圧ダイオードの製造方法。
【請求項５】
前記第二導電型のドーパント拡散工程は、
フォトリソグラフィと化学的エッチングとを用いた選択的エッチング法と、
第二導電型のドーパントを半導体表面に濃度調整して注入する注入法と、
半導体表面のドーパントを前記半導体の層内へドライブ拡散させる熱拡散法とを含む請求項３に記載の定電圧ダイオードの製造方法。
【請求項６】
前記コンタクト窓形成工程Ｉは、フォトリソグラフィと化学的エッチングとを用いた選択的エッチング法である請求項３に記載の定電圧ダイオードの製造方法。
【請求項７】
前記絶縁皮膜形成工程IIは、絶縁皮膜である酸化シリコンを化学気相成長法で形成する請求項３に記載の定電圧ダイオードの製造方法。
【請求項８】
前記コンタクト窓形成工程IIは、フォトリソグラフィと化学的エッチングとを用いた選択的エッチング法と、
保護皮膜である窒化シリコン膜を成膜する化学気相成長法と、
ドライエッチングを用いた選択的エッチング法を含む請求項３に記載の定電圧ダイオードの製造方法。
【請求項９】
前記電極形成工程は、選択的めっき法又はメタル蒸着法を用いて電極を形成し、
メタル蒸着法を用いて裏面電極を形成する請求項３に記載の定電圧ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アバランシェ降伏型の高耐圧定電圧ダイオード及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アバランシェブレークダウン現象を利用した定電圧ダイオードは、基準電圧回路や保護回路等の種々の電子回路に広く使用されている。元来の定電圧ダイオードは、第一導電型の半導体基板の上層部に形成された低濃度の第一導電型エピタキシャル層に前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面から内部に延在して高濃度の第二導電型半導体層を有し、低濃度の第一導電型半導体層の表面領域と高濃度の第二導電型半導体層の表面領域から成る半導体基板の第一主面の、高濃度の第二導電型半導体層の表面領域中央部に窓明けされた絶縁皮膜が半導体基板の第一主面を覆って形成され、前記絶縁皮膜で覆われない高濃度の第二導電型半導体層の表面領域から絶縁皮膜の表面の周辺へ延在した電極が形成され、半導体基板の第二の主面に裏面電極を形成されたものがあった。
【０００３】
図４は、前記元来の定電圧ダイオードの断面を示したもので、１３１は第一導電型の半導体基板、１３２は低濃度の第一導電型エピタキシャル層、１３３は高濃度の第二導電型半導体層、１３４は絶縁皮膜、１３５は電極、１３６は裏面電極、１３７は空乏層を各々示している。
【０００４】
図４に於いて、第一導電型の半導体基板１３１の上層部に低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２を有し、前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２の表面から内部に延在して高濃度の第二導電型半導体層１３３を有し、低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２の表面領域と高濃度の第二導電型半導体層１３３の表面領域とから成る半導体基板の第一の主面に、高濃度の第二導電型半導体層１３３の表面領域の中央部に窓明けされた絶縁皮膜１３４が覆って形成され、前記絶縁皮膜１３４で覆われない高濃度の第二導電型半導体層１３３の表面領域から絶縁皮膜１３４の表面の周辺にかけて延在した電極１３５が形成され、第一導電型半導体基板１３１の表面領域から成る半導体基板の第二の主面に裏面電極１３６が形成された構成である。更に、上記構成の低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２と高濃度の第二導電型半導体層１３３との界面から、高濃度の第二導電型半導体層１３３側の一部と低濃度の第二導電型エピタキシャル層１３２側の一部とに拡がった空乏層１３７が示されている。この定電圧ダイオードの低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２と高濃度の第二導電型半導体層１３３との界面に印加される逆バイアス電圧がアバランシェ電圧を超えると、逆バイアス電圧により現れた空乏層１３７の曲率部分に電界集中が生じてここを中心としてアバランシェブレークダウンが起きる。アバランシェブレークダウンとは半導体中の電界強度が大きくなると、その電界によって加速されたキャリアが高いエネルギーをもって半導体の結晶格子と衝突し、結晶格子の原子を電離させて電子と正孔を発生させる。その電子と正孔が電界により加速されて更に格子との衝突を繰り返し、キャリアの数が急激に増大し、そのために電流が急激に増大するものである。ここで、空乏層１３７は絶縁皮膜１３４やこの上に被覆された保護膜（図示せず）に含まれるイオンの影響を受けて拡がりが変動し易い。この結果、ブレークダウン電圧が不安定になるという問題が生じた。
【０００５】
そこで、絶縁皮膜１３４やこの上に被覆された保護膜（図示せず）に含まれるイオンの影響を受けにくく改良された従来の定電圧ダイオードの改善例として、空乏層１３７の曲率部分に電界集中部分が生じにくくした構造のものがあった（例えば、特許文献１参照）。前記特許文献１に記載された、従来の定電圧ダイオードを図５に示す。
【０００６】
図５に於いて、１３８は環状の第二導電型半導体層、１３９は空乏層を示しており、他は図４と同様である。図５の構成は、第一導電型半導体基板１３１の上層部に低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２を有し、前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２の表面から層内へ延在した高濃度の第二導電型半導体層１３３が選択的に形成され、前記高濃度の第二導電型半導体層１３３と同心状に低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２の表面から層内へ環状に高濃度の第二導電型層１３３よりも深く延在し、且つ高濃度の第二導電型半導体層１３３との界面を有する環状の第二導電型半導体層１３８が形成され、低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２の表面領域と環状の第二導電型半導体層１３８の表面領域と高濃度の第二導電型半導体層１３３の表面領域とから成る半導体基板の第一の主面に、高濃度の第二導電型半導体層１３３の表面領域の中央部に窓明けされた絶縁皮膜１３４が覆って形成され、絶縁皮膜１３４で覆われない高濃度の第二導電型半導体層１３３の表面領域から絶縁皮膜１３４の表面周辺へ延在した電極１３５が形成され、第一導電型半導体基板１３１の表面領域から成る半導体基板の第二の主面に裏面電極１３６が形成された構成である。低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２と高濃度の第二導電型半導体層１３３との界面をメインの界面とし、低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２と環状の第二導電型半導体層１３８との界面をサブの界面として、前記メインの界面から、低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２側と高濃度の第二導電型半導体層１３３側とに拡がった空乏層と、前記サブの界面から、低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２側と環状の第二導電型半導体層１３８側とに拡がった空乏層とが一体と成った空乏層１３９が示されている。
【０００７】
上述の定電圧ダイオードは、低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２と高濃度の第二導電型半導体層１３３から成る前記メインの界面と、低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２と環状の第二導電型半導体層１３８から成る前記サブの界面とが連続な界面を成す。例えば、電極１３５と裏面電極１３６との間に逆バイアス電圧を印加すると、連続に形成された、低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２と高濃度の第二導電型半導体層１３３から成る前記メインの界面と、低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２と環状の第二導電型半導体層１３８から成る前記サブの界面より低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２へ空乏層１３９が拡がる。高濃度の第二導電型半導体層１３３及び環状の第二導電型半導体層１３８へは、低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２に比して不純物濃度が高いので、空乏層１３９はほとんど拡がらない。
【０００８】
ここで、環状の第二導電型半導体層１３８の有する不純物濃度は、高濃度の第二導電型半導体層１３３の有する不純物濃度に比して低く、且つ環状の第二導電型半導体層１３８は高濃度の第二導電型半導体層１３３よりも深く延在して形成されている。
【０００９】
それゆえ、環状の第二導電型半導体層１３８から低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２へ拡がる空乏層内の電界強度は、高濃度の第二導電型半導体層１３３から低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２へ拡がる空乏層内の電界強度に比して、その電界強度は低い。これらの事によって、図５に示す構成の定電圧ダイオードに徐々に逆バイアス電圧を印加していくと、高濃度の第二導電型半導体層１３３と低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２から成る前記メインの界面の方が、環状の第二導電型半導体層１３８と低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２から成る前記サブの界面よりも先にブレークダウンを起こし、サブの界面ではブレークダウンが起きない。
【００１０】
従って、図５に示す構成の定電圧ダイオードのブレークダウン電圧は高濃度の第二導電型半導体層１３３と低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２から成る前記メインの界面で決定づけられる事と成る。
【００１１】
前記従来の定電圧ダイオードは、ブレークダウンを起こす電圧を決定する界面を半導体表面近傍に露出しない構造であることで、ブレークダウンを起こす界面近傍の空乏層が半導体表面上の絶縁膜、保護膜、電極などの影響を受けないようにし、安定したブレークダウン電圧を決定できるアバランシェ降伏型の定電圧ダイオードであった。
【特許文献１】特開平０８−１４８７００号公報（第３頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、前記従来の定電圧ダイオード図５の構成では、高耐圧の定電圧ダイオードを得ようとする場合に於いて、環状の第二導電型半導体層１３８と低濃度の第二導電型エピタキシャル層１３２との界面のブレークダウン電圧は、高濃度の第二導電型半導体層１３３と低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２との界面のブレークダウン電圧に比して高くなければ成らず、その為には高耐圧になるほど環状の第二導電型半導体層１３８を低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２の層内に深く延在し且つ不純物濃度を低くしていく必要があり、それには、おのずと限界があり、ちなみに２００Ｖ以上の高耐圧の定電圧ダイオードを得ることは困難である。
【００１３】
また、前記元来の定電圧ダイオード図４の構成では高耐圧の定電圧ダイオードを得ることはできるが、空乏層１３７は絶縁皮膜１３４やこの上に被覆された保護膜（図示せず）に含まれるイオンの影響を受けて拡がりが変動し易い。この結果、ブレークダウン電圧が不安定になるという問題が生じた。
【００１４】
さらに、元来の定電圧ダイオードである図４の構成と従来の定電圧ダイオードである図５の構成ともに、通常は部材メーカーから購入される半導体ウェーハである低濃度の第一導電型エピタキシャル層１３２が有する比抵抗値の変動に伴なって定電圧ダイオードのブレークダウン電圧が変動してしまう為に、定電圧ダイオードの重要な特性であるブレークダウン電圧が部材メーカー側の管理にかかっているという問題があった。
【００１５】
本発明は、前記の課題を解決するもので、高耐圧が可能で且つ空乏層が絶縁皮膜やこの上に被覆された保護膜（図示せず）に含まれるイオンの影響を受けて拡がりが変動し、ブレークダウン電圧が不安定になることが無く、更に半導体基板内の第一導電型エピタキシャル層が有する比抵抗値のバラツキが有ってもブレークダウン電圧のバラツキが起きにくい定電圧ダイオード及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の定電圧ダイオードは、第一導電型半導体基板の上層に低濃度の第一導電型エピタキシャル層を含み、前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面から層内へ延在した高濃度の第二導電型半導体層が選択的に形成された定電圧ダイオードであって、低濃度の第一導電型エピタキシャル層の上部に高濃度の第二導電型半導体層と高濃度の第二導電型環状層とを含み、高濃度の第二導電型半導体層の下部に第一導電型半導体層を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の別の定電圧ダイオードは、第一導電型半導体基板の上層に低濃度の第一導電型エピタキシャル層を有し、前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面から層内へ延在した高濃度の第二導電型半導体層が選択的に形成され、前記高濃度の第二導電型半導体層の底面から低濃度の第一導電型エピタキシャル層の層内へ延在し、且つ高濃度の第二導電型半導体層と同心に位置する第一導電型半導体層が形成され、高濃度の第二導電型半導体層の側面から離間して前記高濃度の第二導電型半導体層の側面を包囲した高濃度の第二導電型の環状層が低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面から層内へ延在して環状に形成され、低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面領域と高濃度の第二導電型の環状層の表面領域と高濃度の第二導電型半導体層の表面領域とから成る半導体基板の第一の主面を高濃度の第二導電型層の表面領域中央に窓明けされた絶縁皮膜が覆って形成され、前記絶縁皮膜で覆われない高濃度の第二導電型半導体層の表面から絶縁皮膜の表面周辺へ延在した電極が形成され、第一導電型半導体基板の表面から成る半導体基板の第二の主面に裏面電極が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の定電圧ダイオードの製造方法は、第一導電型半導体基板の上層を成す低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面に絶縁皮膜を形成し、前記絶縁皮膜の外周縁に沿った内周面と中央部の面とをチャンネルストッパー拡散窓と第一導電型半導体層拡散窓として選択的に窓明けして前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面を露出させ、窓明けされた前記絶縁皮膜をマスクとして第一導電型のドーパントを前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面から前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の層内へ延在したチャンネルストッパーと第一導電型半導体層とを形成する第一導電型のドーパント拡散工程と、
前記第一導電型のドーパント拡散工程にて形成された絶縁皮膜に、前記第一導電型半導体層と同心で且つ前記第一導電型半導体層よりも大きな面積を有する高濃度の第二導電型半導体層拡散窓と前記高濃度の第二導電型半導体層拡散窓から離間した外周に環状の高濃度の第二導電型環状層拡散窓とを窓明けして前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層と前記第一導電型半導体層との表面を露出させて、窓明けされた前記絶縁皮膜をマスクとして第二導電型のドーパントを前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層と前記第一導電型半導体層との表面から前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層と前記第一導電型半導体層との層内へ延在し、且つ前記第一導電型半導体層よりも浅くて大きな面積の高濃度の第二導電型半導体層と前記高濃度の第二導電型半導体層から離間した外周に前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面から層内へ延在した環状の高濃度の第二導電型環状層とを形成する第二導電型のドーパント拡散工程と、
前記第二導電型のドーパント拡散工程にて形成された絶縁皮膜に、前記高濃度の第二導電型半導体層と同心で且つ前記高濃度の第二導電型半導体層よりも小さな面積の面と半導体基板の外周縁に沿った内周面とに測定用コンタクト窓とダイシングストリートとして窓明けして半導体基板の高濃度の第二導電型半導体層の表面と半導体基板の第一の主面の外周縁に沿った内周表面とを露出させるコンタクト窓形成工程Ｉと、
前記コンタクト窓形成工程Ｉにて残された絶縁皮膜と半導体基板の前記高濃度の第二導電型半導体層と外周縁に沿った内周面との露出した表面を連続な絶縁皮膜で覆って形成する絶縁皮膜形成工程IIと、
前記絶縁皮膜形成工程IIにて形成された絶縁皮膜と前記絶縁皮膜とを共に、半導体基板の第一の主面の外周縁に沿った内周面と前記測定コンタクト窓よりも外側にイオンストッパーとなる窓を環状に窓明けして各々の窓に半導体基板の第一の主面を露出させ、露出させた半導体基板の第一の主面と一体と成った皮膜である前記絶縁皮膜と前記絶縁皮膜との表面及び断面とに連続な保護皮膜で覆って形成して前記イオンストッパーとなる窓をイオンストッパーとして、前記保護皮膜の半導体基板の第一の主面外周縁に沿ったダイシングストリートである内周部と環状の前記イオンストッパーから離間した内周面とを窓明けし、更に前記絶縁皮膜の前記測定用コンタクト窓から離間した内側の面をコンタクト窓として窓明けして、前記高濃度の第二導電型半導体層の表面を露出させるコンタクト窓形成工程IIと、
前記コンタクト窓形成工程IIで露出させた半導体基板の第一の主面に位置する前記高濃度の第二導電型半導体層の表面から前記絶縁皮膜の表面と前記保護皮膜の表面とを覆って前記イオンストッパーを埋めて環状である前記イオンストッパーの外側周辺まで延在した電極を形成し、半導体基板の第二の主面である前記第一導電型半導体基板の表面に裏面電極を形成する電極形成工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の定電圧ダイオードによれば、半導体基板表面の絶縁皮膜や保護皮膜が有するイオンと半導体基板が有する低濃度の第一導電型エピタキシャル層の比抵抗値のばらつきとに耐圧が影響を受ける事なく安定した動作と高耐圧を可能とする定電圧ダイオードとすることができる。また、電極と裏面電極間に逆バイアスを印加してブレークダウンに達した際のブレークダウンの発生ポイントが、半導体基板表面近傍から離れた第一導電型半導体層と高濃度の第二導電型半導体層との界面である為、空乏層が絶縁皮膜やその上に形成される保護膜等のイオンの影響を受けて変動してブレークダウン電圧が変動する事なく、また低濃度の第一導電型エピタキシャル層の有する比抵抗値にも影響を受けてブレークダウン電圧が変動する事が無く、高耐圧が可能な定電圧ダイオードとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の定電圧ダイオードは、第一導電型半導体基板の上層に低濃度の第一導電型エピタキシャル層を含み、前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層の表面から層内へ延在した高濃度の第二導電型半導体層が選択的に形成された定電圧ダイオードであって、低濃度の第一導電型エピタキシャル層の上部に高濃度の第二導電型半導体層と高濃度の第二導電型環状層とを含み、高濃度の第二導電型半導体層の下部に第一導電型半導体層を備える。ここで、低濃度とは不純物濃度で１×１０14〜１×１０15ｃｍ-3の範囲である。また、高濃度とは表面の不純物濃度が１×１０18〜１×１０20ｃｍ-3の範囲である。
【００２１】
本発明においては、前記第一導電型のドーパント拡散工程は、半導体表面を加熱して酸化させて絶縁皮膜を形成する熱酸化法と、フォトリソグラフィと化学的エッチングとを用いた選択的エッチング法と、第一導電型のドーパントを半導体表面に濃度調整して注入する注入法と、半導体表面のドーパントを前記半導体の層内へドライブ拡散させる熱拡散法とを含むことが好ましい。一般的方法であるが、不純物濃度が濃くないので注入（イオン注入）でないと濃度調整が困難である。イオン注入は、表面濃度で１×１０16〜５×１０17ｃｍ-3の範囲が好ましい。
【００２２】
前記第二導電型のドーパント拡散工程は、フォトリソグラフィと化学的エッチングとを用いた選択的エッチング法と、第二導電型のドーパントを半導体表面に濃度調整して注入する注入法と、半導体表面のドーパントを前記半導体の層内へドライブ拡散させる熱拡散法とを含むことが好ましい。一般的方法であるが、蒸着よりもイオン注入が不純物濃度を正確にコントロールできるので好ましい。
【００２３】
前記コンタクト窓形成工程Ｉは、フォトリソグラフィと化学的エッチングとを用いた選択的エッチング法であることが好ましい。
【００２４】
前記絶縁皮膜形成工程IIは、絶縁皮膜である酸化シリコンを化学気相成長法で形成することが好ましい。これにより、絶縁皮膜（ＳｉＯ2）を成長させるのに熱を加えなくてよく、形成時に各層の熱拡散を進行させない利点がある。
【００２５】
前記コンタクト窓形成工程IIは、フォトリソグラフィと化学的エッチングとを用いた選択的エッチング法と、保護皮膜である窒化シリコン膜を成膜する蒸着法と、ドライエッチングを用いた選択的エッチング法を含むことが好ましい。窒化シリコン（ＳｉＮ）はウェットエッチングで選択的エッチングは不可であり、プラズマ化するドライエッチングが必要である。
【００２６】
前記電極形成工程は、選択的めっき法又は蒸着法を用いて電極を形成し、メタル蒸着法を用いて裏面電極を形成することが好ましい。
【００２７】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１、図２は、本発明の実施の形態における定電圧ダイオードであり、図１は本発明の断面、図２は製造過程に沿った断面を各々示している。
【００２８】
また、図３は半導体デバイス用のシミュレータによるシミュレーション結果で、本発明の定電圧ダイオードの断面に対応した電界強度の分布を示したものである。図１、図２、図３において、１は第一導電型の半導体基板、２は低濃度の第一導電型エピタキシャル層、３は第一導電型半導体層、４は高濃度の第二導電型半導体層、５は高濃度の第二導電型の環状層、６は絶縁皮膜、６ａはチャンネルストッパー拡散窓、６ｂは第一導電型半導体層３拡散窓、６ｃは高濃度の第二導電型環状層５拡散窓、６ｄは高濃度の第二導電型半導体層４拡散窓、７は電極、８は裏面電極、９はチャンネルストッパー、１０は測定用コンタクト窓、１１はダイシングストリート、１２は絶縁皮膜II、１３は保護皮膜、１４はコンタクト窓、１５はイオンストッパー、１６はダイシングストリートII、２１は空乏層、２２は等電位面の外周縁、２３は低濃度の第一導電型エピタキシャル層と高濃度の第二導電型層との界面、２４はブレークダウンを決定する電界集中部近傍の、低濃度の第一導電型エピタキシャル層と高濃度の第二導電型層との界面を各々示している。
【００２９】
図１に於いて、第一導電型半導体基板１の上層に低濃度の第一導電型エピタキシャル層２を有し、前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層２の表面から層内へ延在した高濃度の第二導電型半導体層４が選択的に形成される。前記高濃度の第二導電型半導体層４の底面から低濃度の第一導電型エピタキシャル層２の層内へ延在し、且つ高濃度の第二導電型半導体層４と同心に位置する第一導電型半導体層３が形成される。高濃度の第二導電型半導体層４の側面から離間して前記高濃度の第二導電型半導体層４の側面を包囲した高濃度の第二導電型の環状層５が低濃度の第一導電型エピタキシャル層２の表面から層内へ延在して環状に形成される。低濃度の第一導電型エピタキシャル層２の表面領域と高濃度の第二導電型の環状層５の表面領域と高濃度の第二導電型半導体層４の表面領域とから成る半導体基板の第一の主面を高濃度の第二導電型層４の表面領域中央に窓明けされた絶縁皮膜６が覆って形成される。絶縁皮膜６で覆われない高濃度の第二導電型半導体層４の表面から絶縁皮膜６の表面周辺へ延在した電極７が形成される。第一導電型半導体基板１の表面から成る半導体基板の第二の主面に裏面電極８が形成された構成の定電圧ダイオードである。
【００３０】
かかる構成によれば、例えば電極７と裏面電極８間に逆バイアスを印加して印加電圧を上げて行くと、高濃度の第二導電型の環状層５は公知のフィールド・リミッティング・リングとして働き、高濃度の第二導電型半導体層４と低濃度の第一導電型エピタキシャル層２の界面から現れる空乏層内側の電界強度と高濃度の第二導電型の環状層５と低濃度の第一導電型エピタキシャル層２の界面から現れる空乏層内側の電界強度とを第一導電型半導体層３と高濃度の第二導電型半導体層４の界面から現れる空乏層内側の電界強度よりも小さくする効果によってブレークダウンは半導体表面近傍から離れた第一導電型半導体層３と高濃度の第二導電型半導体層４の界面からのみ発生するので、半導体表面上の絶縁皮膜６や前記絶縁皮膜６の表面に設けられる保護皮膜（図示せず）や電極７等の影響を受けて電圧変動が起こる事がない（参考に図３参照）。
【００３１】
すなわち、低濃度の第一導電型エピタキシャル層２の上部に高濃度の第二導電型半導体層４と高濃度の第二導電型環状層５とを有し、高濃度の第二導電型半導体層４の下部に第一導電型半導体層３を備えた半導体基板の構成とする事により、逆バイアスを印加していく際に高濃度の第二導電型半導体層４と低濃度の第一導電型エピタキシャル層２の界面より拡がる空乏層を高濃度の第二導電型環状層５が有するフィールドリミッティング効果によって横方向への拡がりを拡大させて、空乏層の形状の曲率を小さくする事になり曲率の大きな部分に電界集中が起きてブレークダウンが発生する事をふせぐ。更に、高濃度の第二導電型半導体層４と第一導電型半導体層３との界面近傍に電界集中が起こって該高濃度の第二導電型半導体層４と第一導電型半導体層３との界面近傍のみでアバランシェ降伏が生じて、半導体基板表面に設けられた絶縁皮膜６等の有するイオンの影響で空乏層の拡がりが変化しても該空乏層の曲率部分よりブレークダウンする事による耐電圧の変動を無くして高耐圧が可能となる。
【００３２】
また、上述のブレークダウンは第一導電型半導体層３と高濃度の第二導電型半導体層４の界面で起こる為、低濃度の第一導電型エピタキシャル層２の比抵抗値のばらつきに依存して電圧が影響を受ける事もなく、例えば、３００Ｖの高耐圧の定電圧ダイオードとすることができる。
【００３３】
尚、本発明の実施の形態では半導体基板の第一の主面上を絶縁皮膜６と電極７とで占める構成としたが、絶縁皮膜６をＳｉＮ等から成る高硬度且つ密な保護皮膜で覆って前記絶縁皮膜６を機械的に保護し、且つイオンの浸入を阻止する形態としても良い。
【００３４】
また、その他半導体基板の低濃度の第一導電型エピタキシャル層２の外周縁に低濃度の第一導電型エピタキシャル層２の表面から前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層２の層内へ延在した第一導電型のチャンネルストッパーを設けて、逆バイアス時に現れる空乏層が半導体基板内を側面方向に拡がって前記半導体基板の側面に達する事を防止する技術的常識やその他、本発明を逸脱しない範囲で変更実施が可能である。
【００３５】
図２ＡのＡ−Ｃに於いては、製造過程の順に各過程の終了時点の断面を示しており、図２ＡのＡは、半導体ウェハー断面の一部を示しており、第一導電型の半導体基板１の上層にエピタキシャル成長させた低濃度の第一導電型エピタキシャル層２を有している。図２ＡのＢは、第一導電型のドーパント拡散工程終了時点の断面を示しており、低濃度の第一導電型エピタキシャル層２の表面に熱酸化法によって絶縁皮膜６である酸化皮膜を形成し、絶縁皮膜６をフォトリソグラフィにて、前記絶縁皮膜６の外周縁と中央部を選択的にエッチング除去して各々チャンネルストッパー９の拡散窓６ａと第一導電型半導体層３の拡散窓６ｂとして窓明けして低濃度の第一導電型エピタキシャル層２を露出させ、前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層２の露出面に第一導電型のドーパントを濃度調整して注入し、前記第一導電型のドーパントを熱拡散法にてドライブ拡散して第一導電型半導体層３とチャンネルストッパー９とを形成する。
【００３６】
ここで、ドライブ拡散の際、加熱される事によって絶縁皮膜６が再形成されて図２ＡのＢに示す様に絶縁皮膜６が半導体基板の主面全面を再度覆う事となる。
【００３７】
図２ＡのＣは第二導電型のドーパント拡散工程終了時点の断面を示しており、絶縁皮膜６をフォトリソグラフィにて、第一導電型半導体層３と同心に前記第一導電型半導体層３の１〜５倍の面積を有する高濃度の第二導電型半導体層４の拡散窓６ｄと前記高濃度の第二導電型半導体層４の拡散窓６ｄから離間した外周に環状に高濃度の第二導電型環状層５の拡散窓６ｃとして選択的にエッチング除去して窓明けして低濃度の第一導電型エピタキシャル層２と第一導電型半導体層３とを露出させ、前記低濃度の第一導電型エピタキシャル層２と第一導電型半導体層３の露出面に第二導電型のドーパントを濃度調整して注入し、前記第二導電型のドーパントを熱拡散法にて第一導電型半導体層３の６０〜９０％の深さにドライブ拡散して第一導電型半導体層３に対して、同心で１〜５倍の面積と６０〜９０％の深さを有する高濃度の第二導電型半導体層４と前記高濃度の第二導電型半導体層４から２〜１０μｍ離間させた高濃度の第二導電型環状層５とを形成する。
【００３８】
ここで、ドライブ拡散の際、加熱される事によって絶縁皮膜６が再形成されて図２ＡのＣに示す様に絶縁皮膜６が半導体基板の第一の主面全面を再度覆う事となる。
【００３９】
図２ＢのＤは、コンタクト窓形成工程Ｉの終了時点の断面を示している。絶縁皮膜６をフォトリソグラフィにて、高濃度の第二導電型半導体層４の表面領域内に前記高濃度の第二導電型半導体層４と同心な窓である測定用コンタクト窓１０と半導体基板の外周縁に沿った内側にダイシングストリート１１とを選択的にエッチング除去して窓明けし、高濃度の第二導電型半導体層４の表面領域と半導体基板第一の主面の外周縁に沿った内側の面とを露出させる。この工程の後に、測定用コンタクト窓１０を利用してＶｚ等の特性チェックを行う事ができる。
【００４０】
図２ＢのＥは、絶縁皮膜ＩＩ形成工程の終了時点の断面を示している。化学気相成長法（以下ＣＶＤと称す）にて、半導体基板の露出された面である高濃度の第二導電型半導体層４の表面領域と半導体基板第一の主面の外周縁に沿った内側のダイシングストリート１１の面と、絶縁皮膜６の表面とにリンガラスから成る絶縁皮膜ＩＩ１２で覆って形成する。
【００４１】
図２ＢのＦは、コンタクト窓形成工程ＩＩの終了時点の断面を示しており、フォトリソグラフィにて、第一導電型半導体層３と同心で測定用コンタクト窓１０よりも外側に環状の溝であるイオンストッパー１５となる窓と半導体基板第一の主面の外周縁に沿った内側とを絶縁皮膜ＩＩ１２と絶縁皮膜６とをエッチング除去して窓明けして半導体基板第一の主面を露出させ、露出させた半導体基板第一の主面と絶縁皮膜ＩＩ１２と絶縁皮膜６との連続な面にＳｉＮから成る保護皮膜１３を蒸着法にて形成し、ドライエッチングにて、イオンストッパー１５から離間した内側と半導体基板第一の主面の外周縁に沿った内側の保護皮膜１３を除去して窓明けし、絶縁皮膜ＩＩ１２の中央部と半導体基板第一の主面の外周縁に沿った内側とを露出させ、前記半導体基板の主面の外周縁に沿った内側はダイシングストリート１６と成り、フォトリソグラフィにて、絶縁皮膜ＩＩ１２の露出した中央部で測定用コンタクト窓１０よりも内側で且つ前記測定用コンタクト窓１０と同心に絶縁皮膜ＩＩ１２を選択的にエッチング除去して高濃度の第二導電型半導体層４を露出させたコンタクト窓１４を窓明け形成する。
【００４２】
この工程にて保護皮膜１３をドライエッチングする際、エッチングレートが高い高濃度の第二導電型半導体層４の上層をエッチングレートが低い絶縁皮膜ＩＩ１２が覆って高濃度の第二導電型半導体層４を保護する効果を有する。
【００４３】
図２ＢのＧは、電極形成工程の終了時点の断面を示しており、蒸着法にて、高濃度の第二導電型半導体層４の露出面から絶縁皮膜ＩＩ１２と保護皮膜１３の断面を経てイオンストッパー１５を埋めて環状である前記イオンストッパー１５外側周辺の保護皮膜１３の面まで延在したメタルから成る電極７を形成し、第一導電型の半導体基板１の表面から成る半導体基板第二の主面にメタルを蒸着して裏面電極８を形成する。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、安定な動作波形を有する定電圧ダイオードとして有用であり、特に高耐圧の定電圧ダイオードに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施の形態における定電圧ダイオードの断面図。
【図２Ａ】本発明の一実施の形態における定電圧ダイオードの製造過程に沿った断面図。
【図２Ｂ】本発明の一実施の形態における定電圧ダイオードの製造過程に沿った断面図。
【図３】本発明の一実施の形態における定電圧ダイオードの断面に対応した電界強度の分布を示した等電位面の外周縁。
【図４】従来の定電圧ダイオードの断面図。
【図５】従来の定電圧ダイオードの断面図。
【符号の説明】
【００４６】
１，１３１  第一導電型半導体基板
２，１３２  低濃度の第一導電型エピタキシャル層
３  第一導電型半導体層
４，１３３  高濃度の第二導電型半導体層
５  高濃度の第二導電型環状層
６，１３４  絶縁皮膜
６ａ  チャンネルストッパー拡散窓
６ｂ  第一導電型半導体層３拡散窓
６ｃ  高濃度の第二導電型環状層５拡散窓
６ｄ  高濃度の第二導電型半導体層４拡散窓
７，１３５  電極
８，１３６  裏面電極
９  チャンネルストッパー
１０  測定用コンタクト窓
１１  ダイシングストリート
１２  絶縁皮膜ＩＩ
１３  保護皮膜
１４  コンタクト窓
１５  イオンストッパー
１６  ダイシングストリートＩＩ
２１，１３７，１３９  空乏層
２２  等電位面の外周縁
２３  低濃度の第一導電型エピタキシャル層と高濃度の第二導電型半導体層との界面
２４  第一導電型半導体層と高濃度の第二導電型半導体層との界面
１３８  環状の第二導電型半導体層
【図１】
2006041385.tif 000003
【図２Ａ】
2006041385.tif 000004
【図２Ｂ】
2006041385.tif 000005
【図３】
2006041385.tif 000006
【図４】
2006041385.tif 000007
【図５】
2006041385.tif 000008