(57)【要約】【課題】高いＥＳＤ耐量が確保されると共に、製造が容易で安価なダイオードおよびその製造方法を提供する。【解決手段】第１導電型の半導体基板１１上にＬＯＣＯＳ酸化膜２０が形成され、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０下の半導体基板１１の表層部に、第２導電型不純物拡散領域３０が形成され、第１導電型の半導体基板１１と第２導電型不純物拡散領域３０の境界面でＰＮ接合面が形成されてなるダイオードであって、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０の直下に位置するＰＮ接合面が、半導体基板１１の表面から５μｍ以上の深さに達するように形成されてなるダイオード１０１とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板上にＬＯＣＯＳ酸化膜が形成され、
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜下の前記半導体基板の表層部に、第２導電型不純物拡散領域が形成され、
前記第１導電型の半導体基板と前記第２導電型不純物拡散領域の境界面でＰＮ接合面が形成されてなるダイオードであって、
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜の直下に位置する前記ＰＮ接合面が、前記半導体基板の表面から５μｍ以上の深さに達するように形成されてなることを特徴とするダイオード。
【請求項２】
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜下の前記半導体基板の表層部に、前記第２導電型不純物拡散領域に隣接して、当該半導体基板より高不純物濃度の第１導電型不純物拡散領域が形成され、
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜の直下に位置するＰＮ接合面が、
前記第１導電型不純物拡散領域と前記第２導電型不純物拡散領域の境界面からなることを特徴とする請求項１に記載のダイオード。
【請求項３】
前記第２導電型不純物拡散領域内において、前記半導体基板の表層部にトレンチが形成され、
当該トレンチを介して、前記第２導電型不純物拡散領域が形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のダイオード。
【請求項４】
前記トレンチの断面における角部が、丸められてなることを特徴とする請求項３に記載のダイオード。
【請求項５】
前記ダイオードが、車載用のダイオードであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のダイオード。
【請求項６】
第１導電型の半導体基板上にＬＯＣＯＳ酸化膜が形成され、
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜下の前記半導体基板の表層部に、第２導電型不純物拡散領域が形成され、
前記第１導電型の半導体基板と前記第２導電型不純物拡散領域の境界面でＰＮ接合面が形成され、
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜の直下に位置する前記ＰＮ接合面が、前記半導体基板の表面から５μｍ以上の深さに達するように形成されてなるダイオードの製造方法であって、
前記半導体基板の表層部に第２導電型の不純物をイオン注入した後、
１１５０℃以上の温度で、１２０分間以上熱処理することにより、前記第２導電型不純物拡散領域を形成することを特徴とするダイオードの製造方法。
【請求項７】
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜下の前記半導体基板の表層部に、前記第２導電型不純物拡散領域に隣接して、当該半導体基板より高不純物濃度の第１導電型不純物拡散領域が形成され、
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜の直下に位置するＰＮ接合面が、
前記第１導電型不純物拡散領域と前記第２導電型不純物拡散領域の境界面からなり、
前記半導体基板の表層部に第１導電型の不純物をイオン注入した後、
１１５０℃以上の温度で、１２０分間以上熱処理することにより、前記第１導電型不純物拡散領域を形成することを特徴とする請求項６に記載のダイオードの製造方法。
【請求項８】
第１導電型の半導体基板上にＬＯＣＯＳ酸化膜が形成され、
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜下の前記半導体基板の表層部に、第２導電型不純物拡散領域が形成され、
前記第１導電型の半導体基板と前記第２導電型不純物拡散領域の境界面でＰＮ接合面が形成され、
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜の直下に位置する前記ＰＮ接合面が、前記半導体基板の表面から５μｍ以上の深さに達するように形成されてなるダイオードの製造方法であって、
前記半導体基板の表層部にトレンチを形成し、
当該トレンチを介して、第２導電型の不純物をイオン注入した後、
所定の温度で、所定時間熱処理することにより、前記第２導電型不純物拡散領域を形成することを特徴とする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、半導体装置の入出力保護に用いられるダイオードおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置では、静電気放電（Electro Static Discharge、ＥＳＤ）やサージ電圧・電流によって半導体装置が破壊されるのを防止するため、半導体装置の入力もしくは出力の保護素子として、主にＰＮ接合ダイオードが使用されてきた。このような入出力保護用のＰＮ接合ダイオードが、例えば、特開２００３−２２４１３３号公報（特許文献１）、特許第３７７８１５２号公報（特許文献２）、特開２００４−２９６６６４号公報（特許文献３）に開示されている。
【０００３】
図１０は、特許文献３に開示されたダイオードで、ダイオード９の構造を示す模式的な断面図である。
【０００４】
図１０のダイオード９では、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板１の表層部にｐ型ウェル２が形成されている。また、ｐ型ウェル２の表層部には、ｎ型不純物拡散領域３とｐ型不純物拡散領域４が隣接して形成されている。ｎ型不純物拡散領域３とｐ型不純物拡散領域４は、不純物濃度のピーク位置Ｒｃが０．９μｍで、半導体基板１の表面より深い位置にある。
【０００５】
ｎ型不純物拡散領域３とｐ型不純物拡散領域４は、主に、フォトマスクを用いたイオン注入によって形成される。加速電圧等のイオン注入条件を調整して、不純物濃度のピーク位置を精度よく制御する。ｎ型不純物拡散領域３とｐ型不純物拡散領域４が形成された半導体基板１は、イオン注入後に熱処理して、ｎ型不純物拡散領域３とｐ型不純物拡散領域４の不純物を熱拡散させる。
【特許文献１】特開２００３−２２４１３３号公報
【特許文献２】特許第３７７８１５２号公報
【特許文献３】特開２００４−２９６６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１０に示すダイオード９では、不純物濃度のピーク位置を表面より深くすることで、表面での電界集中と電流集中が緩和され、ＰＮ接合部での温度上昇も抑制されて、ＥＳＤ耐量の高いダイオードとすることができる。このため、ダイオード９の製造においては、不純物のイオン注入深さを精密に制御して、不純物濃度のピーク位置を均一にする必要がある。
【０００７】
一方、保護用ダイオードにおいては、ＥＳＤ耐量を上げるため、一般的にＰＮ接合長さ（図１０のダイオード９では、紙面に垂直方向の長さ）を長くする必要がある。例えば、１５ｋＶ以上の高いＥＳＤ耐量を確保するためには、２０，０００〜３０，０００μｍのＰＮ接合長さが必要である。このＰＮ接合長さをＰＮ接合部の並列配列でレイアウトする場合には、４００〜１０００μｍ角の面積が必要である。このため、このような大面積に渡って上記不純物濃度のピーク位置を均一に確保することはかなりの困難を伴い、ダイオード９の製造コストも増大する。
【０００８】
そこで本発明は、高いＥＳＤ耐量が確保されると共に、製造が容易で安価なダイオードおよびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、第１導電型の半導体基板上にＬＯＣＯＳ酸化膜が形成され、前記ＬＯＣＯＳ酸化膜下の前記半導体基板の表層部に、第２導電型不純物拡散領域が形成され、前記第１導電型の半導体基板と前記第２導電型不純物拡散領域の境界面でＰＮ接合面が形成されてなるダイオードであって、前記ＬＯＣＯＳ酸化膜の直下に位置する前記ＰＮ接合面が、前記半導体基板の表面から５μｍ以上の深さに達するように形成されてなることを特徴としている。
【００１０】
上記ダイオードにおけるＰＮ接合面は、第２導電型不純物拡散領域と第１導電型の半導体基板の境界面からなる。このＰＮ接合面は、ＬＯＣＯＳ酸化膜の直下において、半導体基板の表面から５μｍ以上の深さに達するように形成されている。このように、上記ダイオードではＰＮ接合面の到達深さが５μｍ以上に深く設定されているため、半導体基板の表層部に形成される第２導電型不純物拡散領域の深さ方向の不純物拡散が促進されて、第２導電型不純物拡散領域における深さ方向の不純物濃度分布を小さくすることができる。従って、以上のようにして形成された第２導電型不純物拡散領域と第１導電型の半導体基板とで形成されるＰＮ接合面の周りでは、深さ方向で一様な不純物濃度分布構造となる。これにより、ＥＳＤ等のサージによる衝撃イオン発生率を深さ方向で分散させることができ、衝撃イオンによるシリコン格子温度の上昇が抑制されて、高いＥＳＤ耐量が確保されたダイオードとすることができる。
【００１１】
上記ダイオードは、請求項２に記載のように、前記ＬＯＣＯＳ酸化膜下の前記半導体基板の表層部に、前記第２導電型不純物拡散領域に隣接して、当該半導体基板より高不純物濃度の第１導電型不純物拡散領域が形成され、前記ＬＯＣＯＳ酸化膜の直下に位置するＰＮ接合面が、前記第１導電型不純物拡散領域と前記第２導電型不純物拡散領域の境界面からなるように構成されていてもよい。
【００１２】
シミュレーション結果によれば、上記第１導電型不純物拡散領域と第２導電型不純物拡散領域の境界面からなるＰＮ接合面であっても、ＬＯＣＯＳ酸化膜の直下において半導体基板の表面から５μｍ以上の深さに達するように形成されていれば、深さ方向で一様な不純物濃度分布構造とすることができる。従って、衝撃イオンによるシリコン格子温度の上昇が抑制されて、高いＥＳＤ耐量が確保されたダイオードとすることができる。
【００１３】
請求項３に記載のように、上記ダイオードは、前記第２導電型不純物拡散領域内において、前記半導体基板の表層部にトレンチが形成され、当該トレンチを介して、前記第２導電型不純物拡散領域が形成されてなるように構成することが好ましい。
【００１４】
これによれば、トレンチ側面から不純物拡散できるため、半導体基板の表面から不純物拡散させて第２導電型不純物拡散領域を形成する場合に較べて、５μｍ以上の深さに達するように形成されるＰＮ接合面の周りにおいて、深さ方向でより一様な不純物濃度分布構造とすることができる。これにより、ＥＳＤ等のサージによる衝撃イオン発生率を深さ方向でより分散させることができ、より高いＥＳＤ耐量が確保されたダイオードとすることができる。
【００１５】
上記ダイオードにおいては、請求項４に記載のように、前記トレンチの断面における角部が、丸められてなることが好ましい。これにより、トレンチ角部での電界集中が抑制されて、高耐圧のダイオードとすることができる。
【００１６】
請求項５に記載のように、上記ダイオードは、車載用のダイオードに好適である。
【００１７】
車載用のダイオードは、人から発せられる静電気がキーを通して入力されることを想定して、ＥＳＤ耐量として、一般的に、１５ｋＶ以上が必要である。さらに、事故等により配線被服が破れる等の最悪の場合を想定した時には、ＥＳＤ耐量として、２５ｋＶ以上が必要である。このように高いＥＳＤ耐量を要求される車載用のダイオードに対しても、上記ダイオードは、これらの厳しい規定をクリアすることができる。
【００１８】
請求項６〜８に記載の発明は、上記ダイオードの製造方法に関する発明である。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、第１導電型の半導体基板上にＬＯＣＯＳ酸化膜が形成され、前記ＬＯＣＯＳ酸化膜下の前記半導体基板の表層部に、第２導電型不純物拡散領域が形成され、前記第１導電型の半導体基板と前記第２導電型不純物拡散領域の境界面でＰＮ接合面が形成され、前記ＬＯＣＯＳ酸化膜の直下に位置する前記ＰＮ接合面が、前記半導体基板の表面から５μｍ以上の深さに達するように形成されてなるダイオードの製造方法であって、前記半導体基板の表層部に第２導電型の不純物をイオン注入した後、１１５０℃以上の温度で、１２０分間以上熱処理することにより、前記第２導電型不純物拡散領域を形成することを特徴としている。
【００２０】
また、請求項７に記載の発明は、前記ＬＯＣＯＳ酸化膜下の前記半導体基板の表層部に、前記第２導電型不純物拡散領域に隣接して、当該半導体基板より高不純物濃度の第１導電型不純物拡散領域が形成され、前記ＬＯＣＯＳ酸化膜の直下に位置するＰＮ接合面が、前記第１導電型不純物拡散領域と前記第２導電型不純物拡散領域の境界面からなり、前記半導体基板の表層部に第１導電型の不純物をイオン注入した後、１１５０℃以上の温度で、１２０分間以上熱処理することにより、前記第１導電型不純物拡散領域を形成することを特徴としている。
【００２１】
これらの製造方法により、上記請求項１と請求項２に記載のダイオードを製造することができる。
【００２２】
上記ダイオードの製造方法では、ＥＳＤ耐量を高めるためにＰＮ接合面を５μｍ以上の深さに達するように形成するにあたって、第２導電型の不純物をイオン注入した後、１１５０℃以上の温度で、１２０分間以上熱処理するだけでよい。従って、上記ダイオードの製造方法では、従来の高ＥＳＤ耐量のダイオードの製造方法と異なり、大面積に渡って不純物濃度のピーク位置を均一に確保することは必要でない。このため、上記ダイオードの製造方法は、製造が容易で、ダイオードの製造コストを低減することができる。尚、上記第２導電型不純物拡散領域を形成するための熱処理は、第１導電型不純物拡散領域を形成するための熱処理と共通にして、同時に実施するようにしてよい。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、第１導電型の半導体基板上にＬＯＣＯＳ酸化膜が形成され、前記ＬＯＣＯＳ酸化膜下の前記半導体基板の表層部に、第２導電型不純物拡散領域が形成され、前記第１導電型の半導体基板と前記第２導電型不純物拡散領域の境界面でＰＮ接合面が形成され、前記ＬＯＣＯＳ酸化膜の直下に位置する前記ＰＮ接合面が、前記半導体基板の表面から５μｍ以上の深さに達するように形成されてなるダイオードの製造方法であって、前記半導体基板の表層部にトレンチを形成し、当該トレンチを介して、第２導電型の不純物をイオン注入した後、所定の温度で、所定時間熱処理することにより、前記第２導電型不純物拡散領域を形成することを特徴としている。
【００２４】
この製造方法により、上記請求項３および請求項４に記載のダイオードを製造することができる。
【００２５】
上記ダイオードの製造方法では、ＥＳＤ耐量を高めるためにＰＮ接合面を５μｍ以上の深さに達するように形成するにあたって、トレンチを形成してトレンチ側面から不純物拡散させ、ＰＮ接合面の周りにおける深さ方向でより一様な不純物濃度分布構造を形成するようにしている。このため、トレンチの深さを適宜設定することにより、基板表面から不純物を拡散させる請求項６と請求項７に記載のダイオードの製造方法に較べて拡散のための熱処理条件を緩和することができ、低い温度と短い時間で、ＰＮ接合面の周りにおける深さ方向で一様な不純物濃度分布構造を実現することができる。
【００２６】
尚、上記請求項６〜８に記載の製造方法により製造されるダイオードの効果については上述したとおりであり、その説明は省略する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態のダイオードの例で、ダイオード１００の構造を示す模式的な断面図である。
【００２９】
図１に示すダイオード１００では、Ｐ導電型（ｐ−）の半導体基板１０上にＬＯＣＯＳ酸化膜２０が形成され、半導体基板１０の表層部にＮ導電型（ｎ）不純物拡散領域３０が形成されている。また、Ｎ導電型不純物拡散領域３０に隣接して、半導体基板１０の表層部に当該半導体基板１０より高不純物濃度のＰ導電型（ｐ）不純物拡散領域４０が形成されている。
【００３０】
ダイオード１００のＰＮ接合面は、図１に示すように、Ｐ導電型不純物拡散領域４０（およびＰ導電型の半導体基板１０）とＮ導電型不純物拡散領域３０の境界面で構成されている。また、ダイオード１００では、後述するシミュレーション結果で示すように、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０の直下に位置するＰＮ接合面が、図１中に下向き矢印で示した半導体基板１０の表面から５μｍ以上の深さに達するように形成される（ｄ１≧５μｍ）。
【００３１】
図２（ａ）〜（ｄ）は、ダイオード１００の製造方法を示す工程別の断面図である。
【００３２】
最初に、図２（ａ）に示すように、Ｐ導電型（ｐ−）の半導体基板１０上に、第１開口部Ｋ１と第２開口部Ｋ２を有するＬＯＣＯＳ酸化膜２０を形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、第２開口部Ｋ２上にレジストマスクＭ１を形成し、第１開口部Ｋ１を介して、Ｎ導電型の不純物をイオン注入する。これによって、Ｎ導電型不純物注入領域Ｄ１ｎが形成される。次に、レジストマスクＭ１を除去した後、図２（ｃ）に示すように、第１開口部Ｋ１上にレジストマスクＭ２を形成し、第２開口部Ｋ２を介して、Ｐ導電型の不純物をイオン注入する。これによって、Ｐ導電型不純物注入領域Ｄ１ｐが形成される。図２（ｂ）の工程と図２（ｃ）の工程は、順序が逆であってもよい。
【００３３】
最後に、レジストマスクＭ２を除去した後、１１５０℃で３００分間熱処理する。これにより、図２（ｄ）に示すように、Ｎ導電型不純物注入領域Ｄ１ｎとＰ導電型不純物注入領域Ｄ１ｐの不純物がそれぞれ図中の矢印のように熱拡散して、Ｎ導電型不純物拡散領域３０とＰ導電型不純物拡散領域４０が形成される。
【００３４】
尚、図２（ｄ）ではＮ導電型不純物注入領域Ｄ１ｎとＰ導電型不純物注入領域Ｄ１ｐの拡散を同じ熱処理で同時に実施し、Ｎ導電型不純物拡散領域３０とＰ導電型不純物拡散領域４０を同時に形成した。しかしながら、これに限らず、Ｎ導電型不純物拡散領域３０とＰ導電型不純物拡散領域４０の形成をそれぞれ別の熱処理条件とし、これらを順次形成するようにしてもよい。
【００３５】
上記１１５０℃で３００分間の熱処理は、ダイオードの製造においてイオン注入不純物の拡散のために通常行われる熱処理が１１５０℃で３０分間程度であるのに較べると、かなり長時間の熱処理となっている。このため、不純物の深さ方向の拡散が促進されて、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０の直下に位置するＰＮ接合面が半導体基板１０の表面から９μｍの深さに達するようになる。図１で示したＬＯＣＯＳ酸化膜２０の直下に位置するＰＮ接合面が半導体基板１０の表面から５μｍ以上の深さに達するためには、後述するように、イオン注入後、１１５０℃以上の温度で、１２０分間以上熱処理すればよい。
【００３６】
以上のようにして、図１に示すダイオード１００が製造される。
【００３７】
尚、図２（ａ）〜（ｄ）に示すダイオード１００の製造方法では、図２（ａ）の工程においてＬＯＣＯＳ酸化膜２０を最初に形成しておき、図２（ｂ），（ｃ）の工程において、それぞれ、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０の開口部Ｋ１，Ｋ２を介して不純物をイオン注入し、Ｎ導電型不純物拡散領域３０とＰ導電型不純物拡散領域４０を形成した。しかしながらこれに限らず、図２（ｂ）〜（ｄ）の工程を先に実施し、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０を最後に形成するようにしてもよい。すなわち、図２（ｂ），（ｃ）の工程において、それぞれ、図２（ａ）に示す開口部Ｋ１，Ｋ２を有するマスクＭ１，Ｍ２を形成してイオン注入を先に実施し、図２（ｄ）で説明した拡散工程の後で、所定位置にＬＯＣＯＳ酸化膜２０を形成する。これによっても、図１のダイオード１００が製造される。
【００３８】
図３は、上記ダイオード１００の特性に関するシミュレーション結果である。図３（ａ）は、不純物の濃度分布を示す図であり、図３（ｂ）は、サージ印加時の衝撃イオン発生率の分布を示す図であり、図３（ｃ）は、衝撃イオンによるシリコン（Ｓｉ）格子温度の分布を示す図である。尚、（ａ）〜（ｃ）の各図において、左側に示したダイオード１００のシミュレーション特性と共に、比較のために図２（ｄ）の工程での熱処理時間を３０分としたダイオード９０のシミュレーション特性を右側に示した。
【００３９】
図３（ａ）の不純物濃度分布に関するシミュレーション結果によれば、右図の熱処理時間の短いダイオード９０では、ＰＮ接合面が、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０の直下において半導体基板１０の表面から３μｍの深さまでしか達していない。これに対して、左図の熱処理時間の長いダイオード１００では、ＰＮ接合面が、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０の直下において半導体基板１０の表面から約９μｍの深さまで到達している。言い換えれば、ダイオード１００のＰＮ接合面は、ダイオード９０のＰＮ接合面に較べて、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０の直下において深さ方向に約３倍に延びた状態で形成され、深さ方向で一様な不純物濃度分布構造となっている。
【００４０】
左図のダイオード１００と右図のダイオード９０とでは、上記不純物濃度分布とＰＮ接合面の形成状態の違いに伴い、図３（ｂ）に示すように、サージによる衝撃イオン発生率の分布状態も異なってくる。すなわち、右図のダイオード９０では、衝撃イオン発生率の高い領域が、ＰＮ接合面がＬＯＣＯＳ酸化膜２０と交わる半導体基板１０の表面付近における約０．５μｍの狭い範囲に集中している。これに対して、左図のダイオード１００では、衝撃イオン発生率の高い領域が、深さ方向に延びたＰＮ接合面に沿って１〜２μｍの広い範囲に分散している。このため、図３（ｃ）に示すように、右図のダイオード９０では最大格子温度が２３５０Ｋとなるの対し、左図のダイオード１００では最大格子温度が８３０Ｋに留まる。
【００４１】
図４は、ダイオード１００とダイオード９０について、２５ｋＶのサージを印加した場合、最大格子温度に到達するまでの温度上昇の様子を示した図である。ダイオード９０では、衝撃イオンにより最大格子温度２３５０Ｋまで急速に温度上昇するのに対し、ダイオード１００では、衝撃イオンによる温度上昇が緩やかで、最大格子温度が８３０Ｋに抑制される。
【００４２】
以上のようにして、ダイオード９０では、Ｓｉ格子温度が溶融温度（約１７００Ｋ）を越えた部分で素子破壊が起きてしまう。これに対し、ダイオード１００では、最大格子温度が８３０Ｋに留まり、Ｓｉ格子温度が溶融温度を越える部分がないため、サージによる素子破壊は発生しない。
【００４３】
以上に示した図３と同様のシミュレーションによれば、サージによる衝撃イオン発生率をＰＮ接合面に沿って広く分散させ、Ｓｉ格子温度を素子破壊の起きる溶融温度以下に抑制するためには、ＬＯＣＯＳ酸化膜の直下におけるＰＮ接合面の到達深さを、半導体基板の表面から５μｍ以上にする必要がある。これによって、ＬＯＣＯＳ酸化膜の直下に位置するＰＮ接合面が半導体基板の表面から５μｍ以上の深さに達するダイオードでは、ＥＳＤ等のサージによるシリコン格子温度の上昇が抑制されて、高いＥＳＤ耐量が確保されたダイオードとすることができる。
【００４４】
また、図５は、１１５０℃での熱処理時間とＰＮ接合面到達深さの関係を示す図である。図５より、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０の直下におけるＰＮ接合面の到達深さを半導体基板１０の表面から５μｍ以上にするためには、１２０分間以上の熱処理が必要である。
【００４５】
上記したダイオード１００の製造方法では、ＥＳＤ耐量を高めるためにＰＮ接合面を５μｍ以上の深さに達するように形成するにあたって、Ｎ導電型およびＰ導電型の不純物をイオン注入した後、１１５０℃以上の温度で、１２０分間以上熱処理するだけでよい。従って、上記ダイオードの製造方法では、図１０において説明した従来の高ＥＳＤ耐量のダイオード９の製造方法と異なり、大面積に渡って不純物濃度のピーク位置を均一に確保することは必要でない。このため、上記ダイオードの製造方法は、製造が容易で、ダイオードの製造コストを低減することができる。
【００４６】
以上のようにして、上記したダイオードおよびその製造方法は、高いＥＳＤ耐量が確保されると共に、製造が容易で安価なダイオードおよびその製造方法となっている。
【００４７】
（第２の実施形態）
第１実施形態のダイオードは、ＬＯＣＯＳ酸化膜下の半導体基板の表層部に隣接するＮ導電型不純物拡散領域とＰ導電型不純物拡散領域が形成され、それらの境界面でＰＮ接合面が構成されていた。本実施形態のダイオードは、ＬＯＣＯＳ酸化膜下の半導体基板の表層部にＮ導電型不純物拡散領域が形成され、当該領域とＰ導電型の半導体基板の境界面でＰＮ接合面が構成されてなるダイオードに関する。
【００４８】
図６は、本実施形態のダイオードの例で、ダイオード１０１の構造を示す模式的な断面図である。尚、図６のダイオード１０１において、図１のダイオード１００と同様の部分については、同じ符号を付した。
【００４９】
図１のダイオード１００では、Ｐ導電型（ｐ−）の半導体基板１０が用いられ、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０の半導体基板の表層部に、隣接するＮ導電型（ｎ）不純物拡散領域３０と半導体基板１０より高不純物濃度のＰ導電型（ｐ）不純物拡散領域４０が形成されていた。また、ダイオード１００のＰＮ接合面は、Ｐ導電型不純物拡散領域４０（およびＰ導電型の半導体基板１０）とＮ導電型不純物拡散領域３０の境界面で構成されていた。
【００５０】
これに対して、図６のダイオード１０１では、アノード領域として利用可能な不純物濃度に設定されたＰ導電型（ｐ）の半導体基板１１が用いられている。また、Ｐ導電型の半導体基板１１上にＬＯＣＯＳ酸化膜２０が形成され、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０下の半導体基板１１の表層部に、Ｎ導電型（ｎ）不純物拡散領域３０が形成されている。ダイオード１０１のＰＮ接合面は、Ｐ導電型の半導体基板１１とＮ導電型不純物拡散領域３０の境界面で構成されている。また、図６のダイオード１０１においても、図１のダイオード１００と同様に、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０の直下に位置するＰＮ接合面が、図６中に下向き矢印で示した半導体基板１１の表面から５μｍ以上の深さに達するように形成される（ｄ２≧５μｍ）。
【００５１】
図７（ａ）〜（ｃ）は、ダイオード１０１の製造方法を示す工程別の断面図である。
【００５２】
最初に、図７（ａ）に示すように、アノード領域として利用可能な不純物濃度に設定されたＰ導電型（ｐ）の半導体基板１１を準備し、半導体基板１１上に、第１開口部Ｋ１を有するＬＯＣＯＳ酸化膜２０を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、レジストマスクＭ３を形成し、第１開口部Ｋ１を介して、Ｎ導電型の不純物をイオン注入する。これによって、Ｎ導電型不純物注入領域Ｄ２ｎが形成される。最後に、レジストマスクＭ３を除去した後、１１５０℃で３００分間熱処理する。これにより、図７（ｃ）に示すように、Ｎ導電型不純物注入領域Ｄ２ｎの不純物が図中の矢印のように熱拡散して、Ｎ導電型不純物拡散領域３０が形成される。上記１１５０℃で３００分間の長い熱処理によって、不純物の深さ方向の拡散が促進されて、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０の直下に位置するＰＮ接合面が半導体基板１１の表面から５μｍ以上の深さに達するようになる。
【００５３】
以上のようにして、図６に示すダイオード１０１が製造される。
【００５４】
尚、図７（ａ）〜（ｃ）に示すダイオード１０１の製造方法においても、図７（ｂ），（ｃ）の工程を先に実施し、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０を最後に形成するようにしてもよい。すなわち、図７（ｂ）の工程において、図７（ａ）に示す開口部Ｋ１を有するマスクＭ３を形成してイオン注入を先に実施し、図７（ｃ）で説明した拡散工程の後で、所定位置にＬＯＣＯＳ酸化膜２０を形成する。これによっても、図６のダイオード１０１が製造される。
【００５５】
図６のダイオード１０１では、Ｐ導電型（ｐ）の半導体基板１１が、アノード領域として用いられる。このダイオード１０１におけるＰ導電型の半導体基板１１からなるアノード領域は、図１のダイオード１００におけるＰ導電型不純物拡散領域４０からなるアノード領域に較べて、一般的に深さ方向での不純物濃度分布が均一である。図６のダイオード１０１におけるＰＮ接合面は、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０下のＮ導電型不純物拡散領域３０とＰ導電型の半導体基板１１の境界面からなる。このＰＮ接合面は、図１のダイオード１００と同様に、ＬＯＣＯＳ酸化膜の直下において、半導体基板の表面から５μｍ以上の深さに達するように形成されている。このように、図６のダイオード１０１においてもＰＮ接合面の到達深さが５μｍ以上に深く設定されているため、Ｎ導電型不純物拡散領域３０の深さ方向の不純物拡散が促進されて、Ｎ導電型不純物拡散領域３０における深さ方向の不純物濃度分布を小さくすることができる。従って、以上のようにして形成されたＮ導電型不純物拡散領域３０と深さ方向に均一な不純物濃度分布を有するＰ導電型の半導体基板１１とで形成されるＰＮ接合面の周りでは、深さ方向で一様な不純物濃度分布構造となる。これにより、第１実施形態において説明したように、図６のダイオード１０１においても、ＥＳＤ等のサージによる衝撃イオン発生率を深さ方向で分散させることができ、衝撃イオンによるシリコン格子温度の上昇が抑制されて、高いＥＳＤ耐量が確保されたダイオードとすることができる。
【００５６】
（第３の実施形態）
第２実施形態のダイオードでは、ＬＯＣＯＳ酸化膜下の半導体基板の表層部に、Ｎ導電型不純物拡散領域が形成されていた。本実施形態のダイオードは、半導体基板の表層部にトレンチが形成され、当該トレンチを介してＮ導電型不純物拡散領域が形成されてなるダイオードに関する。
【００５７】
図８（ａ），（ｂ）は、本実施形態のダイオードの例で、それぞれ、ダイオード１０２ｃ，１０２ｒの構造を示す模式的な断面図である。尚、図８のダイオード１０２ｃ，１０２ｒにおいて、図６のダイオード１０１と同様の部分については、同じ符号を付した。
【００５８】
図６のダイオード１０１では、アノード領域としての不純物濃度に設定されたＰ導電型の半導体基板１１上にＬＯＣＯＳ酸化膜２０が形成され、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０下の半導体基板１１の表層部に、Ｎ導電型（ｎ）不純物拡散領域３０が形成されていた。
【００５９】
これに対して、図８（ａ），（ｂ）のダイオード１０２ｃ，１０２ｒでは、それぞれ、Ｎ導電型不純物拡散領域３１，３２内において半導体基板１１の表層部にトレンチＴｃ，Ｔｒが形成されている。図８（ｂ）のダイオード１０２ｒでは、図８（ａ）のダイオード１０２ｃと較べて、トレンチＴｒの断面における先端の角部が丸められている。これにより、図８（ｂ）のダイオード１０２ｒは、図８（ａ）のダイオード１０２ｃにおけるトレンチＴｃの先端角部での電界集中が抑制されて、高耐圧のダイオードとすることができる。
【００６０】
図８（ａ），（ｂ）のダイオード１０２ｃ，１０２ｒでは、後述するように、トレンチＴｃ，Ｔｒを介して、Ｎ導電型不純物拡散領域３１，３２が形成される。ダイオード１０２ｃ，１０２ｒにおけるＰＮ接合面は、それぞれ、Ｐ導電型の半導体基板１１とＮ導電型不純物拡散領域３１，３２の境界面で構成される。また、図８（ａ），（ｂ）のダイオード１０２ｃ，１０２ｒにおいても、図６のダイオード１０１と同様に、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０の直下に位置するＰＮ接合面が、図８中に下向き矢印で示した半導体基板１１の表面から５μｍ以上の深さに達するように形成される（ｄ３，ｄ４≧５μｍ）。
【００６１】
図８（ａ），（ｂ）のダイオード１０２ｃ，１０２ｒでは、後述するように、トレンチＴｃ，Ｔｒ側面から不純物拡散できるため、図６のダイオード１０１のように、半導体基板１１表面から不純物を拡散させてＮ導電型不純物拡散領域３０を形成する場合に較べて、５μｍ以上の深さに達するように形成されるＰＮ接合面の周りにおいて、Ｎ導電型不純物拡散領域３１，３２を深さ方向でより一様な不純物濃度分布構造とすることができる。これにより、図８（ａ），（ｂ）のダイオード１０２ｃ，１０２ｒでは、図６のダイオード１０１に較べて、ＥＳＤ等のサージによる衝撃イオン発生率を深さ方向でより分散させることができ、より高いＥＳＤ耐量が確保されたダイオードとすることができる。
【００６２】
図９（ａ）〜（ｄ）は、図８（ａ）に示すダイオード１０２ｃの製造方法を示す工程別の断面図である。
【００６３】
最初に、図９（ａ）に示すように、アノード領域として利用可能な不純物濃度に設定されたＰ導電型（ｐ）の半導体基板１１を準備し、半導体基板１１上に、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０を形成する。次に、図９（ｂ）に示すように、分離トレンチを形成する場合のような半導体基板に対する一般的なトレンチ形成方法を用いて、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０の開口部内にトレンチＴｃを形成する。次に、図９（ｃ）に示すように、レジストマスクＭ４を形成し、トレンチＴｃを介して、Ｎ導電型の不純物をイオン注入する。これによって、Ｎ導電型不純物注入領域Ｄ３ｎが形成される。最後に、レジストマスクＭ４を除去した後、所定の温度で、所定時間熱処理する。これにより、図９（ｄ）に示すように、Ｎ導電型不純物注入領域Ｄ３ｎの不純物が図中の矢印のように熱拡散して、Ｎ導電型不純物拡散領域３１が形成される。
【００６４】
以上のようにして、図８（ａ）に示すダイオード１０２ｃが製造される。
【００６５】
尚、図９（ａ）〜（ｄ）に示すダイオード１０２ｃの製造方法においても、図９（ｂ）〜（ｄ）の工程を先に実施し、ＬＯＣＯＳ酸化膜２０を最後に形成するようにしてもよい。すなわち、図９（ｂ）の工程において所定位置にトレンチＴｃを形成した後、図９（ｃ）の工程においてトレンチＴｃと同じ開口部を有するマスクＭ４を形成してイオン注入を先に実施し、図９（ｄ）で説明した拡散工程の後で、所定位置にＬＯＣＯＳ酸化膜２０を形成する。これによっても、図８（ａ）に示すダイオード１０２ｃが製造される。また、図８（ｂ）に示すダイオード１０２ｒについても、上記したダイオード１０２ｃと同様の方法で製造することができる。
【００６６】
上記ダイオード１０２ｃの製造方法では、ＥＳＤ耐量を高めるためにＰＮ接合面を５μｍ以上の深さに達するように形成するにあたって、トレンチＴｃを形成してトレンチＴｃ側面から不純物拡散させ、ＰＮ接合面の周りにおける深さ方向でより一様な不純物濃度分布構造を形成するようにしている。このため、トレンチＴｃの深さを適宜設定することにより、基板表面から不純物を拡散させる図２や図７に示したダイオード１００，１０１の製造方法に較べて、拡散のための熱処理条件を緩和することができ、低い温度と短い時間で、ＰＮ接合面の周りにおける深さ方向で一様な不純物濃度分布構造を実現することができる。
【００６７】
（他の実施形態）
本発明のダイオードは、図８（ａ），（ｂ）のダイオード１０２ｃ，１０２ｒと同様にして、図１のダイオード１００においてＮ導電型不純物拡散領域３０とＰ導電型不純物拡散領域４０の形成位置にそれぞれ所定深さのトレンチを形成し、当該トレンチ側面から不純物拡散させ、ＰＮ接合面がＬＯＣＯＳ酸化膜の直下で５μｍ以上の深さに達するＮ導電型不純物拡散領域３０とＰ導電型不純物拡散領域４０を形成するようにしてもよい。また、本発明のダイオードは、上記したダイオード１００，１０１，１０２ｃ，１０２ｒの導電型を全て逆転したダイオードであってもよい。
【００６８】
上記した本発明のダイオードは、特に、車載用のダイオードに好適である。車載用のダイオードは、人から発せられる静電気がキーを通して入力されることを想定して、ＥＳＤ耐量として、一般的に、１５ｋＶ以上が必要である。さらに、事故等により配線被服が破れる等の最悪の場合を想定した時には、ＥＳＤ耐量として、２５ｋＶ以上が必要である。このように高いＥＳＤ耐量を要求される車載用のダイオードに対しても、上記ダイオードは、これらの厳しい規定をクリアすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第１実施形態のダイオードの例で、ダイオード１００の構造を示す模式的な断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、ダイオード１００の製造方法を示す工程別の断面図である。
【図３】ダイオード１００の特性に関するシミュレーション結果で、（ａ）は不純物の濃度分布を示す図であり、（ｂ）はサージ印加時の衝撃イオン発生率の分布を示す図であり、（ｃ）は衝撃イオンによるシリコン格子温度の分布を示す図である。
【図４】ダイオード１００とダイオード９０について、２５ｋＶのサージを印加した場合、最大格子温度に到達するまでの温度上昇の様子を示した図である。
【図５】１１５０℃での熱処理時間とＰＮ接合面到達深さの関係を示す図である。
【図６】第２実施形態のダイオードの例で、ダイオード１０１の構造を示す模式的な断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、ダイオード１０１の製造方法を示す工程別の断面図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は、第３実施形態のダイオードの例で、それぞれ、ダイオード１０２ｃ，１０２ｒの構造を示す模式的な断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、ダイオード１０２ｃの製造方法を示す工程別の断面図である。
【図１０】特許文献３に開示された、従来のダイオード９の構造を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
９，９０，１００，１０１，１０２ｃ，１０２ｒ  ダイオード
１０，１１  半導体基板
２０  ＬＯＣＯＳ酸化膜
３０〜３２  Ｎ導電型不純物拡散領域
４０  Ｐ導電型不純物拡散領域
Ｔｃ，Ｔｒ  トレンチ
【図１】
2008205297.tif 000003
【図２】
2008205297.tif 000004
【図３】
2008205297.tif 000005
【図４】
2008205297.tif 000006
【図５】
2008205297.tif 000007
【図６】
2008205297.tif 000008
【図７】
2008205297.tif 000009
【図８】
2008205297.tif 000010
【図９】
2008205297.tif 000011
【図１０】
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