(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型の半導体ウェーハ（Ｎ１）の前表面に形成されたラテラル素子の利得又は感度を調整するための方法であって、
ラテラル素子の利得又は感度を減少することが所望されるときに、ウェーハの裏表面をドープしないか又は第１の導電型によって過剰にドープし、
ラテラル素子の利得又は感度を増加することが所望されるときに、ウェーハの裏表面を第２の導電型によってドープすることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記裏表面の第１の導電型の拡散部の厚さが、所望される利得の減少と共に、増大されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記裏表面の第２の導電型の拡散部の厚さが、所望される利得の増加と共に、増大されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
低濃度ドープされた第１の導電型の半導体ウェーハの前表面に形成されるラテラルトランジスタ又はサイリスタであって、第２の導電型の層（４３、４４）を該ウェーハの裏表面上に含むことを特徴とするラテラルトランジスタ又はサイリスタ。
【請求項５】
第２の導電型の層が、基板の半分の厚さにまで達していることを特徴とする請求項４に記載のラテラルトランジスタ又はサイリスタ。
【請求項６】
低濃度ドープされた第１の導電型の半導体ウェーハの前表面に複数形成されたＰＮ接合ダイオードであって、基板の裏表面が、第１の導電型の高濃度ドープされた領域を含むことを特徴とするＰＮ接合ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モノリシックパワー半導体デバイス、特にこのようなパワー半導体デバイス内のラテラル素子の最適化に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
一般に、大電流を通電しかつ高電圧に耐えるように設計された半導体デバイスは、シリコンウェーハ上に縦型（バーチカル）に配置される。特定の１つの例が、サイリスタの概略的な断面図である図１に表されている。この素子は、0.2mm から0.4mm までの厚さを有するシリコンウェーハから製造されており、非常に低濃度ドープされた単結晶の半導体（一般に1014〜1016atoms/cm3 ）からなっている。サイリスタの一方の主電極はウェーハの上表面即ち前表面上に形成されており、他方の主電極は下表面上に形成されている。図示された例において、基板Ｎ１は、Ｎ型シリコンウェーハに対応する。下表面即ち裏表面はＰ型拡散部Ｐ２を有しており、前表面にはＮ型領域Ｎ４が内部に拡散形成されているＰ型領域Ｐ３が形成されている。カソードメタライゼーションＫは領域Ｎ４に接触しており、ゲートメタライゼーションＧは領域Ｐ３に接触している。領域Ｐ２及びＰ３とのインタフェース間の基板Ｎ１の残存する厚さは、特に素子の絶縁破壊電圧を決める。バーチカル構造のこの型においては、それぞれ上表面及び下表面から形成されており、かつ基板Ｎ１の部分の輪郭を描くように互いに接触している絶縁壁３及び４が、しばしば提供される。
【０００３】
複数のタイプのバーチカルパワー素子が公知である。例えば、直接的若しくは間接的な制御又は（ＭＯＳトランジスタを介して制御する）電圧制御を伴う、サイリスタ、トライアック、パワートランジスタ、パワーＭＯＳトランジスタ及びこれらの素子の種々の変更例が公知である。一般に、これら全ての素子は、ウェーハの厚さに沿ったバーチカル構造によって、及びこれらの構成層の少なくとも１つが低濃度ドープされた基板の厚い部分に対応するという事実によって特徴付けられる。更に、最近では、多くの改良がウェーハの裏面をドープすることについて達成されており、種々の拡散部が裏表面に共通に形成されている。裏表面の一部が裏表面メタライゼーションから絶縁できることも公知である。
【０００４】
いくつかの場合では、パワーデバイス内にラテラル素子を形成することが更に望まれる。
【０００５】
図２は、基板Ｎ１の上表面即ち前表面に形成され、かつＰ型エミッタ領域Ｐ５、Ｐ型コレクタ領域Ｐ６及びＮ型ベース接触領域Ｎ７を含むＰＮＰトランジスタのような素子の一例を表している。バーチカル素子について、この素子の絶縁破壊電圧が高くなることを望むならば、領域Ｐ５及びＰ６の間の横方向の空間を大きく、図１に表された層Ｎ１の縦方向の厚さに実質的に等しくすべきである。
【０００６】
図３は、基板Ｎ１の上表面に形成され、かつＰ型アノード領域Ｐ１０、Ｐ型カソード−ゲート領域Ｐ１１、及び領域Ｐ１１内に形成されたＮ型カソード領域Ｎ１２を含む模範的なラテラルトランジスタを表している。領域Ｎ１３はストップチャネル機能を有する。ここで再び、絶縁破壊電圧を高くすることを望むなら、領域Ｐ１０及びＰ１１の間の横の空間を大きく、図１に表された層Ｎ１の縦方向厚に実質的に等しくすべきである。
【０００７】
一般に、比較的高利得及び／又は比較的高感度なラテラルサイリスタを有するトランジスタを提供することが望まれる。即ち、サイリスタを形成するトランジスタは比較的高利得を有すべきである。これは、高い絶縁破壊電圧を得るのにＰ領域の間隔を大きくする必要があり、先天的に難しい。利得を増大させるために、種々の領域の配置（リング構造又はディジット化構造）と同様に、領域Ｐ５、Ｐ６、Ｐ１０及びＰ１１の深さ及びドーピング濃度が最適化される。しかしながら、満足な結果を得ることは難しく、得ることができたとしても、これは、特定のドーピングレベル及びパターンを有するいくつかの層の製造を必要とする。このため、他の素子用に同じ半導体デバイス内で製造される他の層と同時にこれらの層を得ることは不可能である。
【０００８】
他のラテラル素子は、図４Ａに表されており、図４Ｂに表されたような２つのダイオードの直列接続に対応しており、基板Ｎ１の前側に形成されている。第１のダイオードは、Ｐ型領域Ｐ２０と領域Ｐ２０に形成されたＮ型領域Ｎ２１との間の接合によって形成される。第１のダイオードは、領域Ｎ２１に接触するメタライゼーションＡ１と、一般に、高濃度ドープされたＰ型領域Ｐ２２を介して領域Ｐ２０に接触するメタライゼーションＢ１とを含んでいる。同様に、第２のダイオードは、図４Ａに表されたように配置された、領域Ｐ２４、領域Ｎ２５及び領域Ｐ２６を含んでいる。領域Ｎ２５は領域Ｐ２２と同じメタライゼーションＢ１に接触しており、領域Ｐ２６はメタライゼーションＣ１に接触している。
【０００９】
図５Ａ及び図５Ｂは、図５ＡにおいてデバイスがＮ型基板の代わりにＰ型基板から形成されている違いの他は、図４Ａ及び図４Ｂと同じである。
【００１０】
図４Ａ及び図５Ａの構造の不都合な点は、領域Ｎ２１−Ｐ２０−Ｎ１−Ｐ２４によって形成されたサイリスタ、又は例えばモノリシック整流ブリッジを形成するように、同じ基板内に形成された種々の直列ダイオードの間に存在することが免れない他の寄生サイリスタのような寄生サイリスタがトリガされるかもしれない。この場合、図３に表された場合とは逆に、寄生サイリスタの感度、即ちサイリスタを形成するバイポーラトランジスタの利得をできる限り減らすことが望まれる。このためには、金属拡散（金、白金）又は電子若しくは陽子の照射が用いられる。しかしながら、これは製造プロセスの複雑さを増大させ、更にこのようなプロセスの作用を精度良く集中させることが難しい。
【００１１】
感度又は利得を調整するための全ての公知の方法は、前述したように、所望の結果を最適に提供しないという問題点と、パワー半導体デバイスの一般的な製造工程に関する付加的な製造工程を必要とするという問題点とを有する。
【００１２】
本発明の目的は、パワー半導体デバイスを製造するために現在用いられている工程の他の製造工程を必要とすることなく、所望の素子の場合に高い利得を、寄生素子の場合に低い利得を選択できるように所望又は寄生のラテラル素子の利得又は感度を最適化することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本目的又は他の目的を達成するために、本発明は、第１の導電型の半導体ウェーハの上表面に形成されたラテラル素子の利得又は感度を調整するための方法であって、ラテラル素子の利得又は感度を減少することが所望されるときに、ウェーハの裏表面をドープしないか又は第１の導電型によって過剰にドープし、ラテラル素子の利得又は感度を増加することが所望されるときに、ウェーハの裏表面を第２の導電型によってドープするする段階を含んでいる方法を提供する。
【００１４】
本発明の１つの実施形態によれば、裏表面の第１の導電型の拡散部の厚さが、所望される利得の減少と共に、増大される。
【００１５】
本発明の１つの実施形態によれば、裏表面の第２の導電型の拡散部の厚さが、所望される利得の増加と共に、増大される。
【００１６】
本発明は、また、低濃度ドープされた第１の導電型の半導体ウェーハの前表面に形成されたラテラルトランジスタ又はサイリスタであって、第２の導電型の層を該ウェーハの裏表面上に含むラテラルトランジスタ又はサイリスタを提供する。
【００１７】
本発明の１つの実施形態によれば、第２の導電型の層が、基板の半分の厚さにまで達している。
【００１８】
本発明は、また、低濃度ドープされた第１の導電型の半導体ウェーハの前表面に複数形成されたＰＮ接合ダイオードであって、基板の裏表面が、第１の導電型の高濃度ドープされた領域を含むＰＮ接合ダイオードを提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の前述した及び他の目的、特徴、態様並びに効果は、添付図面に関連した本発明の以下の詳細な記述から明らかとなるであろう。
【００２０】
半導体素子を表示する分野において、従来から行われているように、添付図面における素子の断面図は実尺で描かれておらず、横又は縦方向のサイズは表示を簡単にしかつ理解を深めるために任意に拡大又は縮小されている。
【００２１】
本発明は、本出願人によって行われた実験及び観測に基づくものである。
【００２２】
図２から図５に関連して説明されたように、パワーデバイス内に形成されるラテラル素子を考える際に、通常は、素子の前表面になされた拡散に考えが集中しており、裏表面が厚い基板によって前表面の拡散から分離されいるためにこの裏表面上に何が発生するかを無視する。しかしながら、本出願人はその素子の反対側になされる裏表面拡散の影響についての一連の実験を行った。
【００２３】
図６は、当該ラテラル素子がラテラルサイリスタである場合における、これらの実験の結果を要約している。図６は、低濃度ドープされたＮ型基板Ｎ１内に形成されたＰ型アノード領域Ｐ１０及びＰ型カソード−ゲート領域Ｐ１１を含み、Ｎ型カソード領域Ｎ１２が領域Ｐ１１内に形成されている、同一のラテラルサイリスタを表している。本出願人は、基板の裏表面がＮ型の高濃度ドープされた領域４１を含んでいる（ケースＩ）、裏表面が拡散部を含んでいない（ケースＩＩ）、裏表面が上表面から形成されたＰ拡散部と実質的に等しい深さを有するＰ型領域４３を含んでいる（ケースＩＩＩ）、及び裏表面が該裏表面から形成された絶縁壁の拡散部に対応するＰ型領域４４を含んでいる（ケースＩＶ）サイリスタの感度を研究した。
【００２４】
サイリスタの感度は、ケースＩからケースＩＶへ増大することが観測された。裏表面が特定のレベルでバイアスされていないことが分かるであろう。裏表面は、絶縁層か又はグランドされたメタライゼーションのどちらか一方に被覆される。
【００２５】
同様に、図２に示されているようなラテラルトランジスタの利得は、ケースＩからケースＩＶへ向かって増大する。
【００２６】
本出願人は観測された現象を理論的説明するつもりはないが、この現象は基板内の下向きの領域Ｐ１０（又はＰ５）によって放射された電荷の部分の動作に帰する。ケースＩ及びケースＩＩにおいて、電荷は、高濃度ドープされたＮ型領域４１内か又は裏表面においてそれぞれ再結合するであろう。それゆえ、これらの電荷を領域Ｐ１１（又はＰ６）が集めることができない。反対に、ケースＩＩＩ及びＩＶにおいて、基板の導電型と逆の導電型を有する層は、電荷ミラーのように動作する。下向きに放射された電荷は、領域Ｐ１１（又はＰ６）によって最終的に集められる。よりよい電荷の収集は、増加された利得（トランジスタ）又は感度（サイリスタ）を提供する。電荷の再結合の作用は、基板と同じ導電型を有する領域４１が裏表面の拡散部に閉ざされた際に増幅され、ミラー作用は、基板の導電型と逆の導電型を有する領域４３又は４４が上表面の拡散部に閉ざされた（又はより高濃度ドープされた）際に増大する。
【００２７】
従って、ラテラルトランジスタの利得又は感度を調整するための方法、又はパワーデバイスの裏表面の拡散部において動作するラテラルサイリスタが得られる。
【００２８】
より特に、非常に高感度なラテラルサイリスタを得るために、ケースＩＩＩ又はケースＩＶの形態の１つが選択されるであろう。寄生ラテラルサイリスタ（図４又は図５の場合）の影響を避けるために、ケースＩ又はケースＩＩが用いられる。例えば、図４Ａの場合、裏表面上のＮ+ 型拡散部がラテラルサイリスタの利得を抑制するように達成されており、図５Ａの場合、Ｐ+ 型拡散部が達成されている。
【００２９】
これは、既存の構造の修正を必要とする。特に、図１のサイリスタのようなバーチカルサイリスタを含む構造には、全裏表面が通常Ｐ型拡散部を含んでおり、Ｐ型拡散部は、図４及び図５のような寄生サイリスタの発生が避けられるべき素子を含む領域と反対方向に停止されるであろう。また、好ましくは、より深いＰ型領域は、利得又は感度が増加されるべき図２及び図３のように、素子の反対方向に達成すべきである。
【００３０】
実際に、本発明の実現は、パワー素子を製造するための従来の方法の複雑さを著しく増大しない。所望の結果に従って、ウェーハの前表面の拡散動作を行う前に、ラテラル素子の反対方向に位置した裏表面の部分をマスクするか又はしない。
【００３１】
本発明は、一般に、半導体ウェーハの表面上に形成されたラテラル素子の利得又は感度の調整のために適用される。ラテラル素子は、任意の公知の型にすることができ、かつ種々の従来の製造の変更例を含むことができる。寄生素子の利得又は感度の減少に関しては、寄生素子がトランジスタ及びトライアック等と同じようなサイリスタにすることができることに注目すべきである。
【００３２】
当業者にとって明らかなように、種々の修正が前述に開示された好ましい実施形態とすることができ、特に、この各例では全ての導電型を逆にできる。
【００３３】
本発明の少なくとも一つの説明上の実施形態についてこのように説明したが、種々変更、修正及び改良は、当業者によれば容易に行うことができる。このような変更、修正及び改良は、本発明の技術思想及び見地の範囲においてしようとするものである。本発明の技術思想及び見地の範囲においてしようとするものである。従って、前述したところは、例としてのみであり、制約しようとするものではない。本発明は、請求の範囲及びその均等物において限定するものにのみ制約される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来におけるサイリスタの概略的な断面図である。
【図２】従来におけるＰＮＰトランジスタの素子の断面図である。
【図３】従来における模範的なＰＮＰトランジスタの素子の断面図である。
【図４Ａ】従来におけるダイオードを直列接続した素子の断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの素子の断面図に対応するダイオードの接続図である。
【図５Ａ】従来におけるダイオードを直列接続した素子の断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの素子の断面図に対応するダイオードの接続図である。
【図６】本発明によるラテラル素子の利得又は感度を調整するための方法を説明する素子の断面図である。
【符号の説明】
３、４  絶縁壁
４１  Ｎ型に高濃度ドープされた領域
４３、４４  第２の導電型の層
【図１】
0004114212.tif 000002
【図２】
0004114212.tif 000003
【図３】
0004114212.tif 000004
【図４Ａ】
0004114212.tif 000005
【図４Ｂ】
0004114212.tif 000006
【図５Ａ】
0004114212.tif 000007
【図５Ｂ】
0004114212.tif 000008
【図６】
0004114212.tif 000009