JP4636685B2 - ダイオードの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は請求項１の前提部による方法から出発する。ドーピングシートを使用するこのような方法は、すでにドイツ国特許第４３２０７８０号明細書から公知である。
【０００２】
本発明の利点
それに対して、請求項１の特徴部の本発明による方法は、平面的ドーピングプロフィールを製造することができ、その際、表面濃度を比較的低くできるという利点を有する。それにより、ウェハの深部へのドーピング濃度の平面的な流出を作成することが可能となり、ダイオードの順方向電圧は低くなる。同様に高い電流、例えば１００Ａでの破壊電圧は明らかに減少し、つまりダイオード中のバルク抵抗が低下する。さらにこのダイオードはド簡単に製造可能である、それというのもダイオードのツェナー電圧は、本来のＰＮ−接合を作り出す一連の製造における第２の拡散の際の一定の変動に対してあまり感受性ではないためである。ドーピング濃度の深部への流出の際に同時にわずかな表面濃度を生じさせることができることによって、ＰＮ−接合を作り出す第２の拡散を低くドーピングされたドーピングシートを用いて実施できる。それにより、一連の製造においてツェナー電圧は特別な予防措置を行わずにより適切に「設定される」かもしくは維持される。可能となる弱い第２のドーピングによりシリコンウェハの表面も不純物原子がそれほど著しく濃度上昇しないため、シリコン結晶格子が損傷されず、それによりウェハの歪みが回避される。その他に、使用したニュートラルシートが更なる侵入の際の保護として同時に機能するのが有利である。このニュートラルシートはすでにドーピングされたシリコン表面上に載せられ、ドーピング原子の更なる侵入の際に付加的な表面被覆なしで表面の汚染をより確実に阻止する。
【０００３】
請求項２〜１１に記載された手段によって、請求項１に記載された方法の有利な改善が可能である。第２の部分工程においてウェハの上側をニュートラルシートで覆い、その際、ウェハの下側は極めて強いドーピングのためのドーピングシートで覆われるのが特に有利である。それにより、一方で深いドーピングプロフィールが得られ、他方で、ダイオードの良好なバックサイド接合を可能にするためにウェハの下側を同時に強くドーピングすることが可能となる。
【０００４】
反対の導電形式のドーピングシートの更なる適用は簡単でかつそのためにダイオードのＰＮ−接合のエラーの少ない製造を可能にする。
【０００５】
本発明の実施例を図面に示し、次の記載においてさらに詳説する。
【０００６】
実施例の記載
図１はチップの形の本発明による方法により製造されたツェナーダイオード−デバイスを示す。このチップはｎ−ドーピングされた層３、その下にある弱くｎ−ドーピングされた層４及び層４の下にある強くｎ−ドーピングされた層５を有する。チップ１の上側はｐ−ドーピングされた層２で覆われており、この場合チップは上側の周辺領域に段７を有し、その結果ｐ−層２は上側の中央領域においてｎ−層３を覆っており、上側の周辺領域では弱くｎ−ドーピングされた層４を覆っている。Ｐ−層２並びに強くｎ−ドーピングされた層５はメタライジング層６で覆われている。記号ｄによってウエハーの上側からウエハー内部へのｎ−ドーピング原子の侵入深さを表す。
【０００７】
メタライジング層６はツェナーダイオードのアノードボンディングもしくはカソードボンディングのために用いられ、その際、強くｎ−ドーピングされた層５を介した良好なバックサイド接合が保障される。ツェナーダイオードのｐｎ−接合は層２と層３との間の接合により形成される。
【０００８】
図２は本発明の方法の実施例を示す。図２ａは、上側が第１のドーピングシート２３で覆われ、その下側は第２のドーピングシート２４で覆われているウェハ２０を示す。この場合、第１のドーピングシートは強くｎ−ドーピングされた層の製造のために用いられるが、第２のドーピングシートは著しく強くｎ−ドーピングされた層の製造のために用いる。ウェハ２０はｎ−型であり、後のｎ−層４のドーピング濃度を示す。このウェハ２０は他のウェハと一緒に積み重ねられる。この場合、ウェハ２０間には第１のドーピングシートもしくは第２のドーピングシートが交互に存在する。この積み重ねたウェハは約３０分間〜約３時間約１２００〜１３００℃で拡散炉中で酸化雰囲気中で加熱される。この処理により、上側には強くｎ−ドーピングされた被覆層１８が形成され、下側には著しく強くｎ−ドーピングされた被覆層１９が形成される。引き続きこのウェハを分離し、生じた酸化層を除去する。次の工程では、被覆層１８及び１９中に存在しているドーピング物質の侵入が行われる。この侵入は同様にウェハの積み重ねによって行われるが、ここ（図２ｂ）では先行する工程（図２ａ）と比較してウェハの前面がニュートラルシート２５で、背面がきわめて強くｎ−ドーピングされたドーピングシート２４でそれぞれ覆われている、つまり、今回は積み重ねられたウェハのウェハ間には交互にニュートラルシート及びドーピングシート２４がある。この積み重ねられたウェハは約３０〜１２０時間１２００℃〜１３００℃で拡散炉中で前記したように酸化雰囲気で加熱される。引き続きウェハを分離し、生じた酸化層を除去する。この第２の加熱により積み重ねたウェハ中にｎ−ドーピングされた層３と強くｎ−ドーピングされた層５が生じる。次の工程（図２ｃ）において、ウェハの上側に溝２２が設置される。この設置はソーイングにより又はエッチングプロセスで行うことができる。この溝２２はこの場合部分層３を完全に突き抜け、層４内へ突き出る。この溝２２により分割線２１が定義され（図２ｆ参照）、この分割線に沿って後にウェハをツェナーダイオードチップに分割する。ウェハ２０の上側は、後のダイオードの周辺構造として利用される溝２２の切断により長方形セグメント又は正方形セグメントに分割され（図示されていない）、これは個々のチップの後の上側に相当する。引き続きスリットを入れられたウェハを脱イオン水中で濯ぐ。次の工程（図２ｄ）においてダイオードのＰＮ−接合の製造が行われる。この場合、部分層３をｐ−タイプの第３のドーピングシート２６で被覆することにより同様にシート拡散が行われる。１５〜３０時間の拡散時間及び１２００℃〜１３００℃の炉温度でウェハの上側にｐ−層２を形成させ、この層は部分層３及び（溝２２内では）層４を覆う。ドーピングシート２６は溝２２を完全には内張りしているのではなく、図２ｄに示したように、単に上方を覆うだけである場合でも、溝内に一貫したｐ−層２が形成される、それというのも高温ではドーピング物質がウェハ表面上に液体の形で存在し、従って溝内へも到達するためである。この拡散工程において、場合によりウェハ２０の裏面を第２のドーピングシート２４で被覆することができ、その結果この拡散工程はウェハを積み重ねて行うことができる。更なる工程（図２ｅ）においてウェハ２０の上側及び下側にメタライジング層６を設ける。引き続き（図２ｆ）ウェハの下側にソーイングシート２７を張り付け、それによりウェハ結合物の形で並列に製造された個々のダイオードの分離を行う。
【０００９】
場合により、図２ｂに示された方法工程を溝２２（図２ｃ）の設置の後に行うことができ、それにより有利に溝２２の設置により生じる結晶の損傷の回復が達成される。ｐ−ドーピング物質として例えばホウ素、ｎ−ドーピング物質としてリンが使用される。
【００１０】
場合により、ウェハ２０の上側もしくは下側をｎ−ドーピング原子の高い濃度もしくは著しく高い濃度で覆うことは、シート（図２ａに示したように）で被覆する代わりに、気相被覆によるか、ドーピング液の使用下でのスピンオン法によるか及び／又はイオン注入又はその他の公知のドーピング法を用いて行うことができる。
【００１１】
図２ａ中に記載された、ドーピングシート（特に積み重ね技術と組み合わせた）を用いた被覆の工程は、その他に挙げられた工程と比較して簡単であり、従って大量生産にとって適している。
【００１２】
図３はドーピング濃度Ｎの侵入深さｄに関する曲線を表すグラフを示す。この際、公知のドーピングプロフィール３０を、本発明による方法で製造することができる新規のドーピングプロフィール３１と対比してある。この場合、ｎ−ドーピング原子の濃度が、図２ａ及び２ｂに示されているように２回の拡散工程により深さの推移において生じることが示されている。ウェハ中に深く（４０〜１１０μｍ）にまで達する平面的な新規のドーピングプロフィール３１により、公知のドーピングプロフィール３０を有するツェナダイオードと比較して、その順方向電圧が明らかに減少するツェナダイオードが得られる。さらに、高い電流（例えば１００Ａ）の場合の破壊電圧は、本発明による方法により、ＤＥ４３２０７８０の公知の方法と比較して２０％以上減少する。本発明による方法を用いて、パルス耐性であり、低い順方向電圧及びツェナー電圧のわずかな散乱を示すダイオードを製造することができる。この場合、ドーピングシートを用いた均質な被覆により及びニュートラルシートの使用下での深い侵入により高い歩留まりが達成可能である。
【００１３】
図４は３つのドーピング濃度の曲線１００、２００及び３００をドーピング濃度ｃの位置ｄ（位置ｄの定義のために、図１参照）に依存するグラフで示した。このプロフィールは図２ｂにおいて示した方法工程の直後の２００マイクロメータの厚さのウェハの状態に関する。曲線１００は例えば、１９〜２５ボルトの間のツェナー電圧を有するツェナダイオードの製造を考慮しており、曲線２００もしくは３００は３４〜４０ボルトもしくは５０〜５６ボルトの間のツェナー電圧を考慮している。この場合、図１の領域４は図４において４０マイクロメータの幅で示された区域に相当する。しかしながら、この幅は特定のツェナー電圧の調節にとって不十分であり、他の値（典型的に２０μｍ〜１２０μｍ）であってもよい。波線４００は図２ｄの方法工程において製造された凹設領域２２の外側のｐｎ−接合の状態を表す。
【００１４】
図示された多様なドーピング濃度曲線は、所望のツェナー電圧に応じてドーピング原子の適当な濃度を有するドーピングシート２３の選択により選択することができる。後に生じるツェナー電圧を変えるために、これとは別に、又はこれと組み合わせてドーピングシート２３を用いたウェハの被覆時間を変えることができる。仕上げられた個々のダイオードの周辺領域での破壊電圧は溝構造の結果そのまま残り、例えば常に１４０ボルトの値を有する。ツェナー電圧の向上のためにこれとは別に又は低くドーピングされたドーピングシート２３の選択との組合せて、高くドーピングされたドーピングシート２６を製造方法において使用することもできる。
【００１５】
場合により、ウェハ２０の上側もしくは下側を、ｎ−ドーピング原子の高いもしくは極めて高い濃度で覆うことは、シート（図２ａに示されたように）を用いた被覆の代わりに気相被覆、ドーピング液の使用下でのスピンオン法及び／又はイオン注入を用いてもしくはその他の公知のドーピング法を用いて行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ツェナーダイオードの断面図
【図２】 ツェナーダイオードの製造工程を示す図
【図３】 ドーピング濃度の曲線を示す図
【図４】 他のドーピング濃度の曲線を示す図
【符号の説明】
１ チップ、 ２ 第１の層、 ３，４，５ 部分層 ６ メタライジング層、２０ ウェハ、 ２２ 溝、 ２４ ドーピングシート

Claims (11)

1. 次の製造工程：
   − 上側の第１の部分層（３）、その下にある第２の部分層（４）及び下方にある部分層（５）を備え、その際、全部分層（３，４，５）は同じ導電形式を有し、第１の部分層（３）のドーピング物質濃度は、第２の部分層（４）のドーピング物質濃度よりも高く、下方にある部分層（５）のドーピング物質濃度は上側の第１の部分層及び第２の部分層のドーピング物質濃度よりも高いウェハ（２０）を製造し、
   − ウェハ（２０）の上側に、第１の部分層（３）を貫通して第２の部分層（４）内へ達する溝（２２）を設置し、
   − ウェハ（２０）の上側に、第１の部分層（３）の第１の層（２）の導電形式を変えるドーピング物質を導入し、
   − ウェハ（２０）の上側及び下側にメタライジング層（６）を設置し、
   − 設置された溝（２２）に沿ってウェハを個々のチップ（１）に分割する
   を有する半導体デバイスの製造方法において、
   部分層（３，４，５）を、
   − 第１の拡散工程において、ウェハ（２０）の上側をドーピング原子の高い濃度にし、かつウェハ（２０）の下側をドーピング原子の極めて高い濃度にし、
   − 第２の拡散工程として、ウェハ（２０）の上側をニュートラルシートで被覆し、ウェハ（２０）の下側を極めて強いドーピングのためのドーピングシート（２４）で被覆してドーピング原子の導入を行う、
   ことにより製造することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
2. 第１の拡散工程において、ウェハ（２０）の上側を強いドーピングのためのドーピングシート（２３）で被覆し、ウェハ（２０）の下側を極めて強いドーピングのためのドーピングシート（２４）で被覆する、請求項１記載の方法。
3. 第１の拡散工程を気相被覆、ドーピング液を用いるスピンオン法及び／又はイオン注入を用いて行う、請求項１記載の方法。
4. 第１の層（２）の導電形式を変更するためのウェハ（２０）の上側へのドーピング物質の導入する工程が、ウェハ（２０）の上側を他のドーピングシート（２６）で覆うことを包含し、その際、他のドーピングシートのドーピング原子は、極めて強いドーピングのためのドーピングシート（２４）のドーピング原子に対抗する導電形式を示す、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 第１の層（２）の導電形式を変更するためのウェハの上側へのドーピング物質の導入と同時に、下方にある部分層（５）のドーピング及び／又は厚さを強化もしくは拡大する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 下方にある部分層のドーピングの強化もしくは厚さの拡大の工程がウェハの下側を極めて強いドーピングのためのドーピングシート（２４）で覆うことを包含する、請求項５記載の方法。
7. ドーピングシートでの前面及び背面の被覆を積み重ねたウェハの形で行い、その結果、積み重ねたウェハ内部での各ドーピングシートの前面及び背面は積み重ねたウェハの１つのウェハの上側又は下側と接触する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 異なるツェナー電圧を調節するために、第１の拡散工程で覆うためのドーピングシート（２３）又は第２の拡散工程でのドーピングシート（２６）をドーピング物質含有量に関して変化させるか、ドーピングシート（２３）での被覆時間を適合させる、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 溝（２２）をソーイング又はエッチングプロセスによって設置する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. ソーイングの前にウェハをソーイングシート上に設置する、請求項９記載の方法。
11. 第２の拡散工程を溝の設置の前又は後に行う、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。

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