(57)【要約】【課題】半導体基板内に高耐圧のダイオードを低コストで形成すること。【解決手段】Ｓｉウェハ３１上に少なくとも、リン、ヒ素、アンチモン及びボロンの何れか１つの不純物原子を含む熱酸化膜３２を塗布後に焼成して拡散源３５を形成し、この拡散源３５から加熱にて供給される不純物をＳｉウェハ３１内に一定量拡散させた後、拡散源３５の除去による不純物の供給停止にて不純物数が固定な注入制御層であるｎ+層３６を形成し、このｎ+層３６が目標の接合深さ及び濃度となるように再加熱してｎ+層３６ａを形成し、このｎ+層３６ａに当該ｎ+層３６ａを形成したと同方法にてｐ++層３７ａを形成する。この形成にて極性がｐ++ｎ+又はｎ++ｐ+ｎ-となるｐｎ構造部３６ａ，３７ａの深さ方向接合部２４及び湾曲角接合部Ｒをエッチングにより除去してダイオードを形成する。【選択図】      図１
2007311650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に少なくとも、リン、ヒ素、アンチモン及びボロンの何れか１つの不純物原子を含む熱酸化膜を塗布後に焼成して拡散源を形成し、この拡散源から加熱にて供給される不純物を前記半導体基板内に一定量拡散させた後、前記拡散源の除去による前記不純物の供給停止にて不純物数が固定な注入制御層を形成し、この層が目標の接合深さ及び濃度となるように再加熱してｎ層を形成し、このｎ層に当該ｎ層を形成したと同方法にてｐ層を形成し、この形成にて極性がｐ++ｎ+又はｎ++ｐ+ｎ-となるｐｎ構造部をダイオードとする塗布拡散法を用いた半導体素子の製造方法において、
前記ｐｎ構造部の不純物の高濃度部と低濃度部との深さ方向の接合部並びに、同高濃度部と低濃度部とが湾曲角状に接合する湾曲角接合部をエッチングにより除去したことを特徴とする塗布拡散法を用いた半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板内へのｎ層の形成時に、同半導体基板内に独立してｎ層を形成し、これをコンデンサの下部電極として用いることを特徴とする請求項１に記載の塗布拡散法を用いた半導体素子の製造方法。
【請求項３】
半導体基板内に、極性がｐ++ｎ+又はｎ++ｐ+ｎ-となるｐｎ構造部を形成して成るダイオード構造において、
前記ｐｎ構造部の不純物の高濃度部と低濃度部との深さ方向の接合部並びに、同高濃度部と低濃度部とが湾曲角状に接合する湾曲角接合部が除去されていることを特徴とするダイオード構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体分野に代表されるシリコン基板を用いた集積回路やインターポーザ基板に形成されるダイオードやコンデンサ等の半導体素子を塗布拡散法で製造する塗布拡散法を用いた半導体素子の製造方法及びダイオード構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
高耐圧のプレーナ型のダイオードを形成する場合、不純物注入量の調整が必要となるので、濃度制御が容易なイオン注入法を用いて行う。もしくは、プレーナ型ではなく、構造的に高耐圧化が可能なメサ型構造を用いることで実現できる。
イオン注入法を用いる従来技術として例えば特許文献１に記載のものがある。これは、図２に示すように、シリコン基板１１上に形成した酸化シリコン膜１２をパターニングしてマスク１３を形成し、それを用いてイオン注入を行うことでシリコン基板１１に不純物１４を導入する。また図示はしないが、シリコン基板の上層を除去した部分に酸化シリコン膜を形成し、それを通してシリコン基板に不純物を導入することで素子分離拡散層を形成する。またシリコン基板上に形成した酸化防止膜と酸化シリコン膜とをマスクに用いたイオン注入法によって、酸化シリコン膜のみの部分から不純物を導入してシリコン基板に低濃度拡散層を形成し、酸化防止膜のみの部分からシリコン基板に不純物を導入して高濃度拡散層を形成する。これによって、イオン注入工程の信頼性の向上を図っている。
【０００３】
塗布拡散法を用いたプレーナ型のダイオードは、例えば図３に示すように、ｐ+シリコン基板２１にｎ+層２２を注入し、このｎ+層２２にｐ++層２３を注入して製造し、そのｐ++ｎ+層をダイオードとして用いる。
【特許文献１】特開平７−２７３１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１のようにイオン注入法を用いる場合、イオン注入装置等の高価な設備投資が必要になるため、低コストでのダイオードの製造が困難である。
また、図３のような塗布拡散法を用いた平面形のプレーナ型のダイオードは、不純物濃度が制御できないため製造が困難であるが、メサ型のダイオードは台形構造上、プレーナ型のように図３に破線枠で示す深さ方向接合部２４での濃度差や、深さ方向接合部２４に湾曲角接合部Ｒが無いため、容易に高耐圧が得られる。しかし、メサ型構造は、シリコン回路基板に内蔵する素子としては構造的に適用が難しい。
【０００５】
このため、シリコン回路基板内に形成するダイオードとしてはプレーナ型が良い。ところで、高耐圧なプレーナ型のダイオードをシリコン回路基板内に低コストで形成するためには、塗布拡散法を用いた製造工程が必須である。
しかし、従来の塗布拡散方法では、図３のように熱拡散のみで基板内に不純物を注入・拡散させるため、拡散濃度は接合深さ方向に濃度勾配を持つ。この製造原理上、深さ方向接合部２４が高濃度となって漏れ電流が多くなる。換言すれば、高濃度側（基板表面側）においてブレークダウン電圧が低い接合面が形成される。更に、プレーナ型では、拡散層に耐圧を低下させる要因となる湾曲角接合部Ｒが形成される。
【０００６】
このような理由によって、従来の塗布拡散法では、シリコン回路基板内に高耐圧のダイオードを低コストで形成することができないという問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、半導体基板内に高耐圧のダイオードを低コストで形成することができる塗布拡散法を用いた半導体素子の製造方法及びダイオード構造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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１による塗布拡散法を用いた半導体素子の製造方法は、半導体基板上に少なくとも、リン、ヒ素、アンチモン及びボロンの何れか１つの不純物原子を含む熱酸化膜を塗布後に焼成して拡散源を形成し、この拡散源から加熱にて供給される不純物を前記半導体基板内に一定量拡散させた後、前記拡散源の除去による前記不純物の供給停止にて不純物数が固定な注入制御層を形成し、この層が目標の接合深さ及び濃度となるように再加熱してｎ層を形成し、このｎ層に当該ｎ層を形成したと同方法にてｐ層を形成し、この形成にて極性がｐ++ｎ+又はｎ++ｐ+ｎ-となるｐｎ構造部をダイオードとする塗布拡散法を用いた半導体素子の製造方法において、前記ｐｎ構造部の不純物の高濃度部と低濃度部との深さ方向の接合部並びに、同高濃度部と低濃度部とが湾曲角状に接合する湾曲角接合部をエッチングにより除去したことを特徴とする。
【０００８】
この方法によれば、塗布拡散法にて形成されたｐｎ構造部においては、不純物の高濃度部と低濃度部との深さ方向の接合部でブレークダウン電圧が低くなり、また、同高濃度部と低濃度部とが湾曲角状に接合する湾曲角接合部で電界集中が発生し易いので耐圧が低下し易いが、その湾曲角接合部と、深さ方向の接合部とを除去してダイオードを製造したので、半導体基板内に高耐圧のダイオードを低コストで形成することができる。
【０００９】
また、本発明の請求項２による塗布拡散法を用いた半導体素子の製造方法は、請求項１において、前記半導体基板内へのｎ層の形成時に、同半導体基板内に独立してｎ層を形成し、これをコンデンサの下部電極として用いることを特徴とする。
この方法によれば、コンデンサをダイオードと同製造工程にて併行に製造することができるので、効率よく製造することができ、製造工数を削減することができる。
【００１０】
また、本発明の請求項３によるダイオード構造は、半導体基板内に、極性がｐ++ｎ+又はｎ++ｐ+ｎ-となるｐｎ構造部を形成して成るダイオード構造において、前記ｐｎ構造部の不純物の高濃度部と低濃度部との深さ方向の接合部並びに、同高濃度部と低濃度部とが湾曲角状に接合する湾曲角接合部が除去されていることを特徴とする。
【００１１】
この構造によれば、ｐｎ構造部を有するダイオード構造においては、不純物の高濃度部と低濃度部との深さ方向の接合部でブレークダウン電圧が低くなり、また、同高濃度部と低濃度部とが湾曲角状に接合する湾曲角接合部で電界集中が発生し易いので耐圧が低下し易いが、その湾曲角接合部と、深さ方向の接合部とが除去されてダイオードが形成されているので、ダイオードを高耐圧とすることができる。また、ダイオードを塗布拡散法でも形成することができるので、半導体基板内に高耐圧のダイオードを低コストで形成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明の塗布拡散法を用いた半導体素子の製造方法によれば、半導体基板内に高耐圧のダイオードを低コストで形成することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
図１は、本発明の実施の形態に係る塗布拡散法を用いたダイオードの製造方法を説明するための工程図である。
高耐圧のダイオードを高コストとなるイオン注入法を用いずに製造する際の課題は、不純物濃度の制御及び絶縁分離技術の確立である。本実施の形態では、目標の不純物濃度を達成するため、拡散源から供給される不純物を停止させる工程を追加し、これによって目標とするｐｎ構造を形成するようにした。また、拡散層の底部に形成される低耐圧・リークの原因となる湾曲角接合部Ｒをドライエッチング法やウェットエッチング法を用いて、構造的に分離する。この２点によってシリコン（Ｓｉ）回路基板内に高耐圧仕様のダイオードを形成するようにした。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、ｐ-−Ｓｉウェハ３１上に、塗布拡散用のマスクとして用いる熱酸化膜（ＳｉＯ２）３２を形成し、この熱酸化膜３２にフォトリソグラフィによりパターニングを行って拡散部３３を形成する。これによって塗布拡散用のマスクが形成される。
次に、（ｂ）に示すように、（ｃ）に示すＳｉウェハ３１にｎ+層を形成するため、上記（ａ）の工程処理後のウェハ上面に、不純物原子としてリン（Ｐ）を用いて塗布拡散を行う。この拡散剤はＰの他、ｎ+層であればヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ｎ++層であればボロン（Ｂ）を用いる。つまり、それらの不純物原子を含む酸化物を有機溶剤に溶かし込んだ拡散剤を、ＳＯＧ(Spin on Glass)法によってＳｉウェハ３１の上の拡散部３３及び熱酸化膜３２の上面に一様に塗布する。そして、その塗布層に含まれる有機溶剤を蒸発させるため、ホットプレートで１５０〜２００℃でベークを行う。これによって、拡散源３５が形成される。
【００１５】
次に、（ｃ）に示すように、拡散源３５から不純物をＳｉウェハ３１内に注入・拡散するため、窒素雰囲気中２００〜１０００℃の温度で加熱を行う。この際、温度及び時間を適正に調整することによってＳｉウェハ３１内に不純物を一定量拡散させる。そして一度、加熱を止め、室温まで温度を低下させた後、ＨＦ（フッ酸）処理によって拡散源３５のみ除去する。これによって、不純物数が固定であるｎ+層（注入制御層）３６が形成される。
【００１６】
このｎ+層３６の形成後、再度、加熱を行い、この際、加熱温度及び時間の熱履歴条件を最適化することによって、（ｄ）に示すように、ｎ+層３６ａを目標とする接合深さ及び濃度に制御する。
次に、（ｅ）に示すように、ｎ+層３６ａに上記（ａ）〜（ｄ）の工程と同様にｐ++層３７ａを形成する。
このように、ｐ-−Ｓｉウェハ３１内に形成されたｐ++ｎ+構造部が従来ではダイオードとして用いられていた。但し、極性はｎ++ｐ+ｎ-構造でもよい。
【００１７】
本実施の形態では、上記処理後、ブレークダウン電圧が低くなるｐ++の高濃度部とｎ+の高濃度部の深さ方向の接合部である深さ方向接合部２４と、電界集中の発生しやすい湾曲角接合部Ｒとを除去するようにした。
このため、まず、上記（ｅ）の工程処理後のウェハ上面にエッチングのマスクとして用いる熱酸化膜を０．５〜２μｍ程度の厚さで形成する。但し、熱酸化膜の材質は、エッチングマスクとなるものであれば、Ｓｉ酸化膜でも金属膜でも良い。そして、（ｆ）に示すように、熱酸化膜を除去用形状のマスク３８に形成する。
【００１８】
次に、（ｇ）に符号４０で示すように、ＣＦ４やＳＦ６等のエッチングガスを用いて行うドライエッチング、又は、ＫＯＨやＴＭＡＨ等のアルカリ溶液、ＳＥＣＣＯエッチング液等の酸溶液を用いたウェットエッチングによって深さ方向接合部２４と湾曲角接合部Ｒとを除去する。これによって、ｐ-−Ｓｉウェハ３１内に形成されたｐ++ｎ+構造部を備え、この構造における深さ方向接合部２４及び湾曲角接合部Ｒが除去されたダイオードが形成される。
【００１９】
このように、本実施の形態によれば、塗布拡散法を用いて、ｐ-−Ｓｉウェハ３１内にｐ++ｎ+構造部３６ａ，３７ａを形成し、この構造部３６ａ，３７ａにおいて、ブレークダウン電圧が低くなる深さ方向接合部２４と、電界集中の発生しやすい湾曲角接合部Ｒとを除去してダイオードを製造したので、Ｓｉウェハ３１内に高耐圧のダイオードを低コストで形成することができる。
【００２０】
また、図１（ｈ）に示すように、ｐ-−Ｓｉウェハ３１内に上記（ａ）〜（ｄ）にてｎ+層３６ａを形成する際に、独立してｎ+層３６ｂを形成し、これをコンデンサの下部電極として用いることでコンデンサも上記ダイオードと同工程にて作成可能となる。つまり、コンデンサも併行に製造することができるので効率よく製造することができ、これによって製造工数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る塗布拡散法を用いたダイオードの製造方法を説明するための工程図である。
【図２】特許文献１のイオン注入工程図である。
【図３】従来の塗布拡散法により製造されたダイオードの構成図である。
【符号の説明】
【００２２】
２４  深さ方向接合部
３１  ｐ-−Ｓｉウェハ
３２，３８  熱酸化膜（ＳｉＯ２）
３３  拡散部
３５  拡散源
３６，３６ａ  ｎ+層（注入制御層）
３６ｂ  コンデンサ用のｎ+層
３７ａ  ｐ++層
４０  除去部分
Ｒ  湾曲角接合部
【図１】
2007311650.tif 000003
【図２】
2007311650.tif 000004
【図３】
2007311650.tif 000005