JP2002368231A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2002368231A JP2001173541A JP2001173541A JP2002368231A JP 2002368231 A JP2002368231 A JP 2002368231A JP 2001173541 A JP2001173541 A JP 2001173541A JP 2001173541 A JP2001173541 A JP 2001173541A JP 2002368231 A JP2002368231 A JP 2002368231A
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junction
manufacturing
waveform
substrate
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Takashi Minegishi
孝 峯岸
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】逆バイアス時のブレイクダウンを防止すると共
に、小型で大きな電流容量を得ることが実現できる半導
体装置の構造及び製造方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】半導体基板表面を波形にすることにより、
基板の表面積を拡大することが可能となり、これにより
大幅に電流容量を得ることができる。更には表面が波形
なことより逆バイアス時の電界集中がなくなり、ブレイ
クダウンによる耐圧低下の防止や破壊に強い極めて小型
の実装構造を得ることができ、微小半導体チップの実装
に最適の半導体装置及び製造方法が実現される。

Description

【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
製造方法、特にチップ面積を小さいまま接合面積を増や
せる半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置は、図10(A)に示
すように下側のシリコン基板にリンをドープしたシリコ
ン基板(N型)70、その上側のシリコンにボロンをド
ープした拡散層(P型)71、周端は絶縁膜73で覆わ
れており前記シリコン基板(N型)70と拡散層(P
型)71の間には平坦なPN接合の構造をしていた。従
って、可変容量ダイオードのようにこのPN接合を逆バ
イアスして用いる場合も、空乏層82は平坦に広がる。
【0003】また図10(B)のように下側にシリコン
基板80、その上側にモリブデン81、周端は絶縁膜8
3で覆われており前記シリコン基板80とモリブデン8
1の間には平坦に広がっているショットキー接合の構造
をしていた。従って、逆バイアスして空乏層82を作る
場合も平坦にしか広がらない。この構造では半導体装置
の電流容量の性能を上げるためにPN接合面積を増やす
には半導体チップを大きくすることが必要条件であっ
た。しかしながら電流容量を上げるためにチップサイズ
を大きくしてしまうと、最終的な半導体装置のサイズま
でもが大きくなってしまい小型化には不向きという問題
点があった。更に製造コストまでもが大きくなってしま
うという問題点も発生していた。その問題点を解決する
ために、図6に示すような半導体装置の表面を異方性エ
ッチングにより矩形にしたものが開発された。構造とし
ては図6(A)に示すようにリンをドープしたシリコン
基板(N型)50とボロンをドープした拡散層(P型)
51とを有し、周端はシリコン酸化膜53で覆い、シリ
コン基板(N型)50と拡散層(P型)51の間には凹
凸状の接合面積が増加したPN接合の構造をしていた。
逆バイアスして空乏層52を作る場合でも空乏層52は
凹凸状に広がっているまた図6(B)に示すように前記
矩形はストライプ状もしくは格子状に形成されており、
(図ではストライプ状)矩形にされた表面の中心は平坦
な作りをしており電極54が形成された構造をしてい
た。また前記拡散層(P型)51のかわりにショットキ
ー金属としてモリブデンを利用してショットキー接合を
形成している。構造はPN接合と近似しているので説明
を省略する。
【0004】半導体装置の表面を矩形にすることによっ
て、従来と同じチップサイズにおいても1.5倍以上に
実効表面積が増大し電流容量もそれに比例して1.5倍
以上に上げることを可能にすることができた。
【0005】この半導体装置の製造方法の一実施例を図
7から図9を参照して説明する。
【0006】第1工程:図7(A)(B)(C)参照 図7(A)に示すようにまず基板としてあらかじめシリ
コンにリンをドープしたシリコン基板(N型)50を用
意して、その表面にシリコン酸化膜53を形成してシリ
コン基板50の周端に残るようにエッチングをする。更
にその上面にレジスト55を塗布し露光して、ストライ
プ状に残るように現像する。
【0007】次に図7(B)に示すようにCF系ガスを
用いて異方性ドライエッチングをする。この際レジスト
55が覆われていないシリコン基板50は、ドライエッ
チングをすることによってある深さの溝を形成する。
【0008】次に図7(C)に示すようにシリコン基板
50上に残った基板上のレジストを除去する。 第2工程:図8(A)(B)(C)参照 図8(A)に示すようにイオン注入法により基板上にボ
ロンイオンを注入する。この際にシリコン酸化膜53は
マスクとしての働きもするので、酸化膜53で覆われて
いない基板50上にイオン化したボロンが注入される。
【0009】すると図8(B)に示すように基板(N
型)50の上に拡散層(P型)51が形成される。
【0010】最後に図8(C)に示すように基板(N
型)50と拡散層(P型)51の間に凹凸状のPN接合
を有する半導体装置が完成する。なお点線は空乏層52
の広がりを示している。
【0011】またショットキー接合の製法は基板を異方
性エッチングするまでの工程はPN構造の工程と同じな
ので説明は省略する。図9(A)に示すように矩形化さ
れたシリコン基板の上面にシリコン酸化膜63をマスク
としてモリブデン61をスパッタリング法を用いて被着
させる。
【0012】最後に図9(B)に示すように前記シリコ
ン基板60とモリブデン61との間に凹凸状のショット
キー接合の構造を有した半導体装置が完成する。点線は
空乏層62の広がりを示している。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来の半導体装置および製造方法においてはまだ問題点
がある。それは基板表面を矩形にしたことによる逆バイ
アス時のブレイクダウンである。矩形の断面形状の接合
面では角の部分に電界集中がおこり、印加電圧を上げて
いくと平面部が臨界電界に達するまえに角の部分が臨界
電界に達してしまいブレイクダウンしてしまい、耐圧が
低くなってしまったり、破壊に弱くなってしまう。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は上述した問題点
に鑑みてなされたものであり、一導電型の半導体基板表
面に波形領域を形成し、前記波形領域に対応する形状の
PN接合あるいはショットキー接合を形成し、前記PN
接合あるいはショットキー接合の実効面積を増加させる
ことを特徴とする。また一導電型の半導体基板を異方性
エッチングして凹凸領域を形成する工程と、前記半導体
基板を等方性エッチングして前記凹凸領域を波形領域に
する工程と、前記半導体基板に、逆導電型の不純物を導
入して波形のPN接合を形成する工程とを備えることを
特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】図1を参照して本発明の半導体装
置の説明をする。図1(A)は本発明の断面図、図1
(B)は本発明の上面図を示している.図1(A)に示
すように、リンをドープしたシリコン基板(N型)30
とその表面にボロンをドープした拡散層(P型)31と
周端を覆う絶縁膜33とを有し、シリコン基板(N型)
30と拡散層(P型)31の間には波形に広がっている
PN接合を有している。点線は逆バイアスされたときの
空乏層32の広がりを示している。本発明の最大の特徴
はシリコン基板30の上面、すなわち拡散層(P型)3
1との接触する部分が波形をしていることである。その
ことにより従来と同様に電流容量を十分に得ることがで
きる表面積を確保することが可能であり、更に逆バイア
ス時に起こる角での電界集中をPN接合の波型形状によ
り回避することができる。
【0016】また図1(B)に示すように前記波形はス
トライプ状もしくは格子状(図示せず)に形成されるこ
とを特徴とする。
【0017】さらに中心部は取り出し電極36を形成す
るためにフラットな部分を設ける。
【0018】本発明の半導体装置の製造方法の一実施例
を図2から図5を参照して説明する。
【0019】第1工程:図2(A)(B)(C)参照 図2(A)に示すようにまず基板としてあらかじめシリ
コンにリン(P)をドープしたシリコン基板(N型)3
0を用意して、その上面にシリコン酸化膜33を形成し
てシリコン基板30の周端に残るようにエッチングをす
る。更にその表面にレジスト35を塗布し露光して、ス
トライプ状に残るように現像する。
【0020】次に図2(B)に示すようにCF系ガスを
用いて異方性・ドライエッチングをする。この際レジス
ト35が覆われていないシリコン基板30は、ドライエ
ッチングをすることによってある深さの溝34を形成す
る。
【0021】次に図2(C)に示すようにシリコン基板
30上に残ったレジスト35を除去する。 第2工程:図3(A)(B)参照 図3(A)に示すようにフッ酸と硝酸とヨード入り氷酢
酸を用いて等方性エッチングを行い、角張っている部分
に丸みを帯びるようにする。等方性エッチングとしてス
ピンエッチング法で行う。周知ではあるがスピンエッチ
ング法はウエーハを支持台に真空吸引あるいは機械的に
チャッキングし、回転させながら前記薬液をスプレーし
てエッチングを行う。等方性エッチングを行うことによ
り上面が矩形の時と同様に電流容量を十分に得ることが
できる表面積を確保することが可能であると共に表面が
矩形の際の逆バイアス時に起こる角での電界集中を角が
丸みを帯びてるため回避することを可能にすることがで
きる。
【0022】すると図3(B)に示すような溝34より
凹凸状のシリコン基板30表面は波型の形状となる。
【0023】第3工程:図4(A)(B)(C)参照 図4(A)に示すようにイオン注入法により基板表面上
にボロンを注入する。この際に周端のシリコン酸化膜3
3はマスクとしての働きをするので、酸化膜33で覆わ
れていない基板30表面にイオン化したボロンが注入さ
れる。イオン注入法は横方向の広がりをきちんと抑えな
がらも深い拡散層が作れるので本発明の製造工程に適し
ている。この際に拡散層(P型)31により形成される
PN接合も波型となる。
【0024】すると図4(B)に示すようにシリコン基
板(N型)30の上に拡散層(P型)31が形成され
る。
【0025】図4(C)に示すように逆バイアスした際
にシリコン基板(N型)30と拡散層(P型)31の間
に空乏層32が均一に形成されPN接合の構造をした半
導体装置が完成する。拡散層(P型)31にはオーミッ
ク接触したアルミニウムのスパッターで形成された取り
出し電極35が設けられている。
【0026】この波型をした半導体装置に逆バイアスを
かけても従来の半導体装置のような平面部よりも先に角
が臨界電圧に達っしてしまう問題を解決することがで
き、逆バイアス時での破壊に非常に強いPN接合の構造
をした半導体装置が完成する。
【0027】またショットキー接合の製法は波型の基板
を形成するまではPN接合と同じ工程なので説明は省略
する。
【0028】図5(A)に示すように等方性エッチング
され表面が波型化されたシリコン基板40の上面にモリ
ブデン、チタンあるいはニッケル41をスパッターによ
り被着させる。
【0029】最後に図5(B)に示すように逆バイアス
した際に前記シリコン基板40とモリブデン、チタンあ
るいはニッケル41との間に空乏層42が均一に広がり
ショットキー接合の構造をした半導体装置が完成する。
モリブデン、チタンあるいはニッケル41にはオーミッ
ク接触したアルミニウムのスパッターで形成された取り
出し電極44が設けられている。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、半導体装置の表面を波
状にしてPN接合あるいはショットキー障壁も波型に形
成したことによりチップサイズを変えずに実効面積を拡
大することができ、そのことにより電流容量を大幅に向
上できることが可能となった。更には、半導体装置の表
面が矩形の際、逆バイアス時に起きていた角での電界集
中を表面を波状に形成したことにより防止することがで
き、耐圧が低くなってしまったり、破壊に弱くなってし
まうという問題を解決することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置を説明する断面図(A)、
上面図(B)である。
【図2】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図で
ある。
【図3】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図で
ある。
【図4】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図で
ある。
【図5】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図で
ある。
【図6】従来の半導体装置を説明する図である。
【図7】従来の半導体装置の製造方法を説明する図であ
る。
【図8】従来の半導体装置の製造方法を説明する図であ
る。
【図9】従来の半導体装置の製造方法を説明する図であ
る。
【図10】従来の半導体装置を説明する図である。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型の半導体基板表面に波形領域を
    形成し、前記波形領域に対応する形状のPN接合あるい
    はショットキー接合を形成し、前記PN接合あるいはシ
    ョットキー接合の接合面積を前記波形領域に沿って広げ
    ることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】前記PN接合を逆バイアスしたときに前記
    波形領域に沿って均一に空乏層を広げることを特徴とす
    る請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記波形領域はストライプ状に形成され
    ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記波形領域は格子状に形成されること
    を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記波形領域の中央に平坦な取り出し領
    域を設けたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装
    置。
  6. 【請求項6】 一導電型の半導体基板を異方性エッチン
    グして凹凸領域を形成する工程と、 前記半導体基板を等方性エッチングして前記凹凸領域を
    波形領域にする工程と、 前記半導体基板に、逆導電型の不純物を導入して前記波
    形領域に沿ってPN接合を形成する工程とを具備するこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記逆導電型不純物はイオン注入により
    導入することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置
    の製造方法。
  8. 【請求項8】 一導電型の半導体基板を異方性エッチン
    グして凹凸領域を形成する工程と、 前記半導体基板を等方性エッチングして前記凹凸領域を
    波形領域に変換する工程と、 前記半導体基板に、金属層を付着して波形のショットキ
    ー接合を前記波形領域に沿って形成する工程とを具備す
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法
  9. 【請求項9】 前記金属層としてMo、TiあるいはN
    iを用いることを特徴とする請求項8に記載の半導体装
    置の製造方法。
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