(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一導電型の半導体基板上に一導電型の低濃度の半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の表面に一導電型の高濃度領域を形成する工程と、
前記一導電型の高濃度領域上にマスクを設けることなく前記一導電型の高濃度領域上及びその周辺領域上に逆導電型の不純物をイオン注入することにより逆導電型の高濃度領域を形成する工程と、
熱処理により前記一導電型の高濃度領域及び逆導電型の高濃度領域を拡散して、前記半導体層の表面に形成されバリキャップダイオードを成す一導電型の拡散領域及び該一導電型の拡散領域上の逆導電型の拡散領域、及び前記バリキャップダイオードの周囲に逆導電型のガードリングを形成する工程と、を具備し、
前記熱処理により前記逆導電型のガードリングを前記一導電型の拡散領域より深く拡散することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置及びその製造に関し、特にバリキャップダイオードの耐圧を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バリキャップダイオードは、半導体表面に形成されたｐｎ接合から成り、このｐｎ接合にバイアスをかけることで可変容量として機能するデバイスである。係るバリキャップダイオードの耐圧を向上させる方法として、バリキャップダイオードの周囲にガードリングを形成することが一般的に知られている。このとき、ガードリングは逆バイアス時の空乏層を均等に広げることで高耐圧を実現している。
【０００３】
図６は従来のバリキャップダイオードを示す断面図である。高濃度のＮ＋型の半導体基板１０１の上に、エピタキシャル成長法等によって低濃度のＮ−型のエピタキシャル層１０２が形成されている。そして、エピタキシャル層１０２の主表面にＰ＋型領域１０４とＮ＋型領域１０５から成るｐｎ接合によりバリキャップダイオードが形成されている。Ｐ＋型領域１０４はエピタキシャル層１０２の主表面側に形成され、Ｎ＋型領域１０５はＰ型領域１０４の下方に形成されている。ガードリング１０３は、低濃度のＮ―型のエピタキシャル層１０２内に、高濃度のＰ＋型拡散領域を深く拡散することで形成している。
【０００４】
バリキャップダイオードを構成するＰ＋型領域１０４とＮ＋型領域１０５に逆バイアスをかけると、空乏層１０６がガードリング１０３の周囲に広がる。ガードリング１０３はエピタキシャル層１０２の主表面から深く形成するほど、空乏層１０６は深く形成できるため耐圧効果が増大する。また、ガードリング１０３が形成する領域とエピタキシャル層１０２の濃度の差が広がるほど、空乏層１０６は広範囲に広がり、高耐圧の効果が増大する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したガードリング構造を実現するためには、レジストパターン形成、イオン注入、拡散等の工程が必要となり、工程数は増大して作業が煩雑化することは免れない。また一方で、この工程数を省きガードリング１０３を有しないバリキャップダイオードを製造すると逆バイアス時の耐圧が劣化してしまい、市場ニーズに充分応えられるものではない。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、製造工程を増加させることなく、耐圧を向上させたバリキャップダイオードを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、一導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に形成された一導電型の半導体層と、前記半導体層の表面に形成されバリキャップダイオードを成す一導電型の拡散領域及び逆導電型の拡散領域と、前記バリキャップダイオードの周囲に形成された一導電型のガードリングとを備えている半導体装置において、前記一導電型の拡散領域と前記ガードリングが同一工程で形成されたことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法について詳細に説明する。図１乃至図３は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。尚、全図中同一構成要素には同一符号を付した。
【０００９】
図１（Ａ）に示すように、高濃度のＮ＋型の半導体基板１を用意する。半導体基板１はシリコンウェハの厚さ６００μｍ程度のものを用いた。次に低濃度のＮ―型のエピタキシャル層２を半導体基板１の表面上にエピタキシャル成長法によって形成する。本実施形態では、Ｎ＋型の半導体基板１の表面上に、低濃度のＮ−型のエピタキシャル層２を形成しているが、半導体基板１と同じ導電型の低濃度層であればよく、エピタキシャル成長法によって形成した層に限定するものではない。エピタキシャル層２は半導体基板１と同電型のＮ型である。エピタキシャル層２の不純物濃度は、半導体基板１の不純物濃度よりも低濃度である。本実施形態では、一例としてエピタキシャル層２の抵抗は０．６Ω・ｃｍ程度のものを用いた。また、エピタキシャル層２の厚みは２μｍ程度となるように形成した。
【００１０】
次にエピタキシャル層２の表面に第１のフォトレジスト３を塗布し、この第１のフォトレジスト３にマスク露光及び現像処理を施すことにより、第１のフォトレジスト３に対し、エピタキシャル層２の主表面の所望する位置に、幅Ｌ１となるような第１の開口部４を設ける。第１の開口部４は、平面上から見ると円形である。このとき幅Ｌ１は例えば１００μｍであり、第１の開口部４の直径を表す。
【００１１】
次に第１のフォトレジスト３をマスクとしてドナー不純物の（リン31Ｐ＋）をイオン注入する。このときのリン（31Ｐ＋）のイオン注入条件は、加速エネルギーが１００ｋｅＶで、ドーズ量は５×１０13〜１×１０14（個／ｃｍ2）程度、好適には７×１０13（個／ｃｍ2）程度である。上記イオン注入の結果、第１の開口部４に対応する半導体基板１に表面にＮ＋型領域５が形成される。その後、第１図（Ｂ）に示すようにエピタキシャル層２の表面にある第１のフォトレジスト３を除去する。
【００１２】
図２（Ａ）に示すようにエピタキシャル層２の表面に第２のフォトレジスト６を塗布し、この第２のフォトレジスト６にマスク露光及び現像処理を施すことにより、エピタキシャル層２上に、上記幅Ｌ１より大なる幅Ｌ２を有する第２の開口部７を設ける。第２の開口部７は、第１の開口部４と同様に、平面上からみると円形である。このとき幅Ｌ２は１２０μｍであり、第２の開口部７の直径を表す。このとき、幅Ｌ１の中点（直径Ｌ１の中心）と幅Ｌ２の中点（直径Ｌ２の中心）とが一致するように第２の開口部７を形成する。従って、幅Ｌ２は幅Ｌ１よりも１．２倍の長さを有している。Ｎ＋型領域５の端と第２の開口部７の端との間の距離Ｌ３はそれぞれ１０μｍずつとなる。
【００１３】
次に第２のフォトレジスト６の上方よりアクセプタ不純物のボロン（11Ｂ＋）をイオン注入する。このときのボロン（11Ｂ＋）のイオン注入条件は加速エネルギーが１５ｋｅＶで、ドーズ量は１×１０15〜３×１０15（個／ｃｍ2）程度、好適には１×１０15（個／ｃｍ2）程度である。このイオン注入の結果、Ｐ＋型領域８が形成される。このＰ＋型領域８は、Ｎ＋型領域５より浅く形成され、Ｎ＋型領域５上に重畳されたＰ＋型領域８ＡとＮ＋型領域５の周囲に拡張されたＰ＋型領域８Ｂとから成る。その後、図２（Ｂ）に示すように、エピタキシャル層２の表面にある第２のフォトレジスト６を除去する。
【００１４】
次に熱処理を施す。図３はこの熱処理後の半導体装置を示す図である。図３（Ａ）はその半導体装置の断面図、図３（Ｂ）はその平面図である。図において、重複領域９は、図１（Ａ）のＮ＋型拡散領域５と図２（Ｂ）のＰ＋型拡散領域８Ａとが、熱処理によって重複して拡散した領域を表す。１０はＰ＋型拡散領域、１１はＮ＋型拡散領域をそれぞれ表す。ｄ１はエピタキシャル層２の主表面からのＰ＋型拡散領域１０の拡散深さを表し、ｄ２はエピタキシャル層２の主表面からのＮ＋型拡散領域１１の拡散深さをそれぞれ表す。ｄ３はエピタキシャル層２の主表面からの重複領域９の拡散深さを表す。
【００１５】
この熱処理の条件は例えば９００℃、約３０分程度である。係る熱処理の結果、図２（Ｂ）中のＮ＋型領域５及びＰ＋型領域８は共に半導体基板１方向への拡散深さが増大する。Ｎ＋型領域５は熱処理によって、Ｎ＋型拡散領域１１に、Ｐ＋型領域８ＢはＰ＋型拡散領域１０に成る。Ｐ＋型領域８Ｂはエピタキシャル層２の主表面から拡散深さｄ１と成るまで拡散し、その深さは３０００〜５０００Åの範囲となる。また、Ｎ＋型領域５は比較的ドーズ量の少ないドナー不純物を１００ＫｅＶで打ち込んでいるため、エピタキシャル層２の主表面から浅く形成されている。そして、上記の熱処理により図３に示すように拡散する。この拡散深さｄ２は２０００〜２５００Å程度の範囲となる。重複領域９はＮ＋型領域５とＰ＋型領域８Ａとが、共に拡散・熱処理された領域である。重複領域９はリン（31Ｐ＋）をドーズ量１×１０14（個／ｃｍ2）程度イオン注入し、Ｎ＋型領域を形成し、その後、ボロン（11Ｂ＋）をドーズ量１×１０15（個／ｃｍ2）程度と、Ｎ＋型領域５より更に高濃度と成るようにイオン注入する。その結果、重複領域９はＰ＋型領域となる。ここで、重複領域９のＰ＋型不純物は、上記熱処理でその周囲に形成したＰ＋型拡散領域１０と同様の拡散深さにまで拡散されるわけではない。つまり、Ｎ＋型領域５が高濃度であるため、重複領域９のＰ＋型不純物層は、その周囲に形成したＰ＋型拡散領域１０よりも浅く形成されることになる。
【００１６】
このように本実施形態では、図３に示すようにＮ＋型拡散領域１１の周囲に、Ｐ＋型拡散領域１０を深く形成している。その結果、Ｎ＋型領域５の周囲に形成したＰ＋型拡散領域１０がガードリングと成り、Ｎ＋型拡散領域１１よりも深い拡散深さとなる。
【００１７】
即ち、本発明はバリキャップダイオードのアノード側のＰ＋型層（重複領域９）と、ガードリングに相当するＰ＋型拡散領域１０とを同一の工程で同時に形成することを特徴とするものである。
【００１８】
図３におけるプロファイル（不純物濃度分布）を図４、５に示す。両図において、縦軸に不純物濃度を、横軸に拡散深さをそれぞれ表す。
【００１９】
図４は、図３のＸ―Ｘ線断面図のプロファイルである。Ｘ―Ｘ線断面図とは、Ｐ＋型拡散領域１０及びＮ−型のエピタキシャル層２に沿って切断した断面を表す。図４中の範囲Ａは拡散深さがエピタキシャル層２の主表面から、Ｐ＋型拡散領域１０の最深部までの拡散深さを表している。つまり、範囲Ａは図３の拡散深さｄ１に相当する。同図中の範囲Ｂはｄ１から更に拡散深さが深くなり、図３中のエピタキシャル層２の濃度を示している。本実施形態では、エピタキシャル層２の濃度は、８．５×１０15（ｃｍ-3）程度となる。図中の縦軸のＰ１は、範囲ＡつまりＰ＋型拡散領域１０のピーク濃度を表す。このとき、Ｐ１の値は、６×１０19（ｃｍ-3）である。従って、Ｐ＋型領域８はエピタキシャル層２の主表面をピークとして、深くなるにつれてその濃度はなだらかに下降する。そして、深さが３２００Å（拡散深さｄ１）となったところで、エピタキシャル層２の範囲Ｂへと移行する。範囲Ｂ内においては、その濃度分布は一定（８．５×１０15（ｃｍ-3））となる。
【００２０】
図５は、図３のＹ―Ｙ線断面図のプロファイルである。Ｙ―Ｙ線断面図とは、重複領域９、Ｎ＋型拡散領域１１、エピタキシャル層２に沿って切断した断面を表す。図５中の範囲Ｃは重複領域９を表す。また同図中の範囲Ｄは、Ｎ＋型拡散領域１１を表す。同様に、同図中の範囲Ｅは、エピタキシャル層２を表す。同図中のｄ２、ｄ３はそれぞれ図３中のｄ２及びｄ３と同一の拡散深さを表す点である。点Ｐ２は、重複領域９のピーク値を表し、その不純物濃度は５×１０19（ｃｍ-3）である。点Ｐ３は、Ｎ＋型拡散領域１１のピーク値を表し、その不純物濃度は６×１０18（ｃｍ-3）である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の半導体装置及びその製造方法は、バリキャップダイオードの耐圧向上の為のガードリングを別途形成する為のプロセス（レジストパターン形成やイオン注入等）を必要としない。そのため、工程数を大幅に削減しつつ、ガードリングを形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体装置の実施の形態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体装置の説明するための不純物濃度分布を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置の説明するための不純物濃度分布を示す図である。
【図６】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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