JPH0738123A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 新規の半導体装置、特にダイオード及びその
製造方法を提供する。 【構成】 該半導体装置は、１つのｐ層（２）と２つの
異なった強度でドーピングされたｎ層（３，４）を有す
る。この場合、ｐ層（２）と強度にドーピングされたｎ
層（３）との間のｐｎ接合部は、完全にチップの内部に
あるようにチップ（１）内に配設されている。ｐ層
（２）とｎ層（４）の間のｐｎ接合部は、チップ（１）
はチップ（１）の外側領域は配設されている。 【効果】 この装置により、チップの外側に高い電界強
度が生ぜずかつ同時に良好に再現可能な特性が達成され
る。前記製造方法は、クリーンルームの外部でも実施す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の上位概念に
記載の半導体装置並びに請求項７及び９記載の該半導体
装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドイツ国特許出願公開第４１３０２４７
号明細書から、ｐｎ接合を有する半導体装置が公知であ
る。しかしながら、この半導体装置の場合には、強度に
ドーピングされたｐ層と強度にドーピングされたｎ層と
の間のｐｎ接合部は表面の近くにも配置されているか、
又は該ｐｎ接合は比較的高い費用をかけて回避されるに
すぎない。

【０００３】

【発明の構成】それに対して請求項１記載の特徴部に記
載の特徴を有する本発明による半導体装置は、特に簡単
な手段で強度にドーピングされた領域間のｐｎ接合部が
シリコンチップの内部に配設されるという利点を有す
る。従って、このようなｐｎ接合部に生じる高い電界強
度を遮蔽するための手段を必要としない。請求項７及び
９記載の方法は、特に少ないかつコスト安の工程で上記
半導体装置の製造を可能にする。

【０００４】請求項２〜６及び８記載の手段により、請
求項１並びに７及び９記載の半導体装置及びその製造方
法の有利な実施態様及び改良が可能である。全部で３つ
の部分層を有する第２の層を形成することにより、個々
の部分層のそれぞれが特殊な機能を果たすことができ
る。第１の層及び第３の層の相応するドーピングによ
り、特に半導体素子の特別に簡単な接触を行うことがで
きる。該半導体素子の構成は、第１の層、第２及び第３
の部分層がそれぞれ横断面全体にわたってかつ第１の部
分層が半導体チップに中央領域にのみ広がる場合が特に
簡単である。上側面の平滑な形成により、チップの特に
簡単手段での接触を行うことができる。中央領域にのみ
平滑な表面を有するチップは、特に簡単な手段で製造す
ることができる。

【０００５】請求項７記載の製造方法は、クリーンルー
ムの外部でも特に簡単な手段で半導体装置の製造を可能
にする。この場合には、溝は選択的にエッチング又はソ
ーイングにより設けることができる。請求項９記載によ
れば、ｐｎ接合部の面積の精確な規定を唯一の露光工程
で可能にする方法が提供される。

【０００６】

【実施例】第１図には、従来の技術の基づく半導体素
子、ダイオードが示されている。このダイオードの場合
には、半導体チップ１００は２つの金属接続部１０５の
間に配置されている。金属接続部１０５と半導体チップ
１００との間に、チップ１００の金属被覆ないしはろう
層１０４が設けれられ、これはチップ１００と金属接続
部１０５との電気及び機械的結合を保証する。チップ１
００はｐ層１０１及び２つの部分層１０２，１０３から
構成されたｎ層を有する。これらの２つの部分層によっ
て、弱くドーピングされた部分層１０２はｐ層１０１と
のｐｎ接合部を形成する。ｐ層１０１及び下方のｎ部分
層１０３のドーピングは、金属被覆１０４、ひいてはま
た接続部１０５に対する抵抗接触が保証されるような高
さに選択されている。上方のｎ部分層１０２のドーピン
グは、ダイオードの十分な遮断特性が保証されるように
選択されている。部分層１０２のための典型的ドーピン
グは、１０14ｃｍ-3程度であり、かつより強度にドーピ
ングされた部分層１０３に関しては１０20ｃｍ-3程度で
ある。その周辺領域で、シリコンチップ１００は不動態
化層１１３で保護されている。この不動態化層１１３
は、例えばガラスろう又は適当なプラスチックからなっ
ていてもよい。この不動態化層１１３による保護は、特
に、ｐｎ接合部に強度の電圧低下、従って大きな電界強
度が生じるが故に必要である。

【０００７】その際、このような電界強度に基づき、露
出するｐｎ接合部が好ましくない粒子堆積又は外界媒体
との化学反応を生じる恐れがある。該電界強度はドーピ
ング物質濃度の関数である。部分層１０２の比較的低い
濃度により、本発明のダイオードにおいては電界強度は
比較的低くかつ層１１３による不動態化層は十分であ
る。

【０００８】第２図には、別の実施例、即ちツェナーダ
イオード用の実施例を示す。該ツェナーダイオードは、
ｐ層１０６と、標準的にドーピングされたｎ部分層１０
７と、弱くドーピングされたｎ部分層１０８と、強度に
ドーピングされたｎ部分層１０９とから構成されてい
る。ｐ層１０６及びｎ部分層１０８及び１０９のドーピ
ングは、ほぼ第１図から公知のドーピング、ｐ層１０１
及びｎ部分層１０２及び１０３に相当する。ｎ部分層１
０７のドーピングは、１０18ｃｍ-3程度である、従って
ｎ部分層１０８とｐ部分層１０９のドーピングの間にあ
る。この場合、ｐｎ接合部はｐ層１０６と標準的にドー
ピングされたｎ部分層１０７の間に形成される。このｎ
部分層１０７の使用により、ツェナーダイオードの破壊
電圧を特に良好にかつ再現可能に調整することができ
る。しかしながら、この構造において問題であるのは、
今やｐｎ接合部がシリコンチップの表面の比較的強度に
ドーピングされた領域の間に位置することである。従っ
て、このシリコンチップの上側面に、酸化珪素からなる
不動態化層１１２が設けられており、該不動態化層は更
に接続金属被覆１１０の下に配置されている。この装置
により、ｐ層１０６とｎ部分層１０７の間に形成された
ｐｎ接合部の遮蔽が行われるので、このｐｎ接合部の高
い電界強度はダイオードの特性を劣化することはあり得
ない。金属被覆１１０及び１１１の相応する接続部への
接続は、図１に類似した方法で行われる。

【０００９】しかしながら、図２のダイオードにおいて
達成された、ダイオードの特性の改良は、このダイオー
ドを製造するために費用の増大を必要とする。即ちま
た、図１によるダイオードは、クリーンルームの外部で
製造することもできる。それというのも、如何なるリソ
グラフィー工程をも必要としないからである。それに対
して、図２によるダイオードの場合には、ｐ層１０６、
不動態化層１１２及び金属被覆１１０の必要な構造化を
保証するために、クリーンルーム条件下で複数のリソグ
ラフィー工程を実施しなければならない。

【００１０】本発明の第１実施例を図３に示す。この場
合には、該実施例はツェナーダイオードであり、該ツェ
ナーダイオードはｐ層２と、複数の部分層３，４及び５
からなるｎ層とから構成されている。この場合、ｐ層２
のドーピングは、図２のｐ層１０６のドーピングに相当
し、かつｎ部分層３，４及び５のドーピングは図２のｎ
部分層１０７，１０８及び１０９のドーピングに相当す
る。シリコンチップ１の上側面と下側面に、それぞれ金
属被覆６が設けられており、該金属被覆によりダイオー
ドを接触させることができる。シリコンチップ１の上側
面は、その中央領域に平滑面を有し、一方周辺領域は下
がった段部７を有する。ｐ層２はシリコンチップ１の上
側面を全面的にほぼ均一な厚さでカバーするので、チッ
プ１の表面の幾何学的構造はまたｐ層２のｎ部分層３な
いし４に対する境界面に相当する。ｐ層２はそれぞれｎ
部分層３及びｎ部分層４を有するｐｎ接合を形成する。
この場合、ｎ部分層３は、シリコンチップ１の上側面の
平坦な中央領域の下にのみ形成されている。ｎ部分層４
及び５は、それぞれチップ１の全横断面にわたって形成
されている。強度にドーピングされたｎ部分層５は、弱
くドーピングされたｎ部分層４だけと接触する。弱くド
ーピングされたｎ部分層４は、周辺領域でｐ層とかつチ
ップ１の中央領域の内部ではｎ部分層３と接触する。し
かしながら、ｎ層３のドーピング量はｎ層４のドーピン
グ量よりも大であるので、ダイオードの特性は専らｐ層
２とｎ部分層３の間のｐｎ接合部だけによって決まる。
シリコンチップ１の中央領域にのみｎ部分層が形成され
ているので、ｐ層２とｎ部分層３の間のｐｎ接合部はい
かなる位置でもシリコンチップ１の表面には接触しな
い。従って、シリコンチップ１の表面のいかなる位置に
も、遮蔽のために特別の手段が必要となるような高い電
界強度は生じない。ｐ層２とｎ部分層４の間のｐｎ接合
部は、ｎ部分層４の低いドーピング濃度に基づき問題が
無い、それというのも極く小さい電界強度が発生するに
すぎないからである。

【００１１】図４に、本発明のもう１つの実施例を示
す。この実施例も、ｐ層１２と、３つの部分層１３，１
４及び１５からなるｎ層とから構成されたツェーナーダ
イオードである。この場合には、ｐ層１２のドーピング
は、ｐ層２のドーピングに相当し、ｎ層１３〜１５のド
ーピングはｎ部分層３〜５のドーピングに相当する。シ
リコンチップ１１の上側面及び下側面には、ダイオード
を接続するために役立つ金属被覆１６が施されている。
ｐ層１２及びｎ部分層１４及び１５は、それぞれシリコ
ンチップ１１の全横断面にわたって広がっている。ｎ部
分層１３はシリコンチップ１１の中央部分にのみ形成さ
れているので、ｐ層１２とｎ部分層１３の間に形成され
るｐｎ接合部は専らシリコンチップ１１の内部にありか
つ表面との接触部の何処にも存在しない。それに対し
て、ｐ層１２とｎ部分層１４の間のｐｎ接合部は、シリ
コンチップ１１の周辺部に配置されかつ表面に接触す
る。しかし、低いドーピング濃度に基づき、この表面に
位置するｐｎ接合部は問題を生じない。

【００１２】図２によるダイオードに比較して、図３及
び図４によるダイオードは僅かな工程で製造することが
できる。この場合特に、クリーンルームで実施すべき工
程の数を減らすことができる。図３及び図４においてそ
れぞれツェーナーダイオードが問題にされているにして
も、本発明による技術思想は、強度にドーピングされた
ｐ層と、弱くドーピングされたｎ層が後で積層される強
度にドーピングされたｎ層との間にｐｎ接合部を有する
別の半導体装置にも転用することができる。同様に、全
てのｐ層及びｎ層が互いに交換されている構成素子も可
能である。

【００１３】図４によるダイオードを製造するには、ま
ず、弱くｎドーピングしたシリコンウエーハから出発す
る。その場合には、該ドーピング物質濃度は、後でのｎ
部分層のドーピング物質濃度に相当する。例えば酸化に
よる、もう１つの工程で、ウエーハにマスキング層、例
えば酸化珪素を被覆する。写真工程により、このマスキ
ング層に窓を開ける。この窓により、ｎ部分層１３の幾
何学的寸法が決められる。それというのも、この窓を通
してｎ導電形のためのドーピング物質、例えば燐はウエ
ーハ内に導入されるからである。この導入は、例えばイ
ンプランテーション又はドーピング物質フィルムにより
行うことができる。次いで、ドーピング物質を拡散工程
でシリコンウエーハ中に侵入させ、その後マスキング層
を除去する。次いで、もう１つの工程で、ウエーハの上
側面にｐ導電形のためのドーピング物質、例えばホウ素
を、かつ背面ｎ導電形のためのドーピング物質、例えば
燐をシリコンウエーハ内に侵入させかつ拡散させる。こ
の操作は特に簡単にフィルム拡散により行うことができ
る。この場合には、上側面にホウ素フィルムをかつ下側
面に燐フィルムを使用する。フィルム拡散の場合には、
ドーピング物質含有フィルムをシリコンウエーハに載
せ、かつフィルムとシリコンウエーハの結合体を一緒に
加熱する。今や、シリコンウエーハは層１２，１３，１
４及び１５を有する多数のシリコン構造を有する。選択
的手段として、部分層１５を部分層１３と共にで製造
し、引き続きｐ層をエピタキシーにより施すこともでき
る。この酸化物を除去した後に、全面的に上側面と下側
面に金属被覆を施す。次いで、ソーイング又はノッチン
グ及び割りによりシリコンウエーハを分割することによ
り、図４に示されているように、多数のダイオード構造
物が生じる。この方法は特にコスト安である。それとい
うのも、マスキング層のホトリソグラフィー構造化だけ
をクリーンルーム内で行えばよいからである。他の全て
の工程は、クリーンルームの外で実施することができ
る。更に、フィルム拡散は、特にシリコンウエーハにお
いて両側から出発してそれぞれ異なったドーピング物質
を導入すれば、特にコスト安の操作法である。ｎ部分層
１３は比較的大きな構造体であるので、更に特に簡単
な、ひいてはコスト安の露光技術を使用することができ
る。

【００１４】図３によるダイオードの製造を図５につき
説明する。出発点は、この場合もドーピング濃度が部分
層４のドーピング濃度に相当する弱くドーピングされた
ｎウエーハである。次いで、フィルム拡散により上側面
と下側面にｎドーピング物質、例えば燐を導入し、拡散
させる。このこともフィルム拡散で行うのが有利であ
る。このようにして上側面に、そのドーピング濃度が部
分層３に相当する層を形成し、下側面に、そのドーピン
グ濃度が部分層５に相当する層を形成する。この場合、
層のドーピング濃度は、フィルムのドーピング物質濃度
により決まる。次いで、上側面に分割線上にある溝２２
を設け、該溝に沿ってシリコンウエーハを製造工程の終
了後に個々のシリコンチップに分割する。溝２２は例え
ばソーイング又はエッチングにより設けることができ
る。次いで、更に加工する前に、場合により残留する粒
子を表面から除去するために、洗浄する。溝２２を設け
た後に、上側面にｐドーピング物質例えばホウ素を導入
する。同時に、有利である見なされる限り、下層５のド
ーピング物質濃度を高めることができる。ｐドーピング
物質の導入は、この場合もフィルム拡散により行う。こ
の拡散工程では、溝２２の直ぐ近くのシリコン結晶内に
存在することがある、場合による欠陥が完治される。こ
の場合、溝２２は、シリコンウエーハの上側のｎ層３を
完全に貫通し、層４に達する程の深さに形成されてい
る。ｐ拡散により、シリコンウエーハの上層はｐ導電形
領域に変化せしめられる。この場合、このｐ層の厚さ
は、一般に表面上で、特にまた溝内でもほぼ同じであ
る。ところで、図５には、この工程後のシリコンウエー
ハの断面図が示されている。該図面から明らかなよう
に、今や２つの溝２２ないしは２つの分割線の間にそれ
ぞれ図３によるダイオードのシリコン構造が存在する。
しかしながら、シリコンウエーハ２０の分割前に、なお
金属被覆を全面的に上側面と下側面に施す。引き続き、
シリコンウエーハを図３による多数の個々のダイオード
に分割する。この分割は分割線２１に沿って割るのが特
に簡単である。それというのも、溝２２により目標割り
位置がシリコンウエーハ２０内に設けられているからで
ある。更に、割る際の利点は、ソーイングの際金属被覆
から出発して側面に分散されるような、側面の金属粒子
による汚れが排除されることにある。特に、この方法に
おける利点は、全ての工程をクリーンルームの外で実施
することができることにある。図３によるダイオードを
製造するために、如何なるリソグラフィー工程を必要と
しない。更に、全ての工程は特にコスト安のフィルム拡
散で行われる。従って、個々のダイオード素子のコスト
を低く保つことができる。

【００１５】弱くｎドーピングした層４ないし１４の厚
さにより、順方向電圧、即ち導電接続されたダイオード
におけるダイオードの抵抗は影響される。従って、順方
向電圧を低下させるために、この層を比較的薄く形成す
るのが望ましいこともある。そのためには、既に初期段
階で極めて厚い、強度にドーピングした層５，１５を有
し、かつ比較的薄い、弱くドーピングした層４，１４の
みを有するシリコンウエーハを使用することができる。
このようなシリコンウエーハの製造は、例えば強度にド
ーピングしたシリコンウエーハと弱くドーピングしたシ
リコンウエーハをボンディング法及び機械的後加工によ
り結合させることにより行う。次いで、このようなシリ
コンウエーハを図３及び図４によるダイオードを製造す
るために使用することができ、その際には次いで上側面
で必要である処理のみを実施する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の技術による第１の半導体装置の断面図で
ある。

【図２】従来の技術による第２の半導体装置の断面図で
ある。

【図３】本発明による半導体装置の第１実施例の断面図
である。

【図４】本発明による半導体装置の第２実施例の断面図
である。

【図５】図３による半導体装置の製造方法を示す断面図
である。

【符号の説明】

１，１１ 半導体チップ、 ２，１２ 第１の層（ｐ
層）、 ３，１３ 第１の部分層、 ４，１４ 第２の
部分層、 ５，１５ 第３の部分層、 ６，１６金属被
覆、 ７ 段部、 ２０ ウエーハ、 ２２ 溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘルベルト ゲーベル ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン シュ ピッツエッカーヴェーク 27 (72)発明者 アントン ミンドル ドイツ連邦共和国 チュービンゲン ベッ クマンヴェーク 19−１ (72)発明者 リヒャルト シュピッツ ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン レー マーシュタインシュトラーセ 56

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の導電形の第１の層（２，１２）
   と、該導電性形と反対の導電形の第２の層とから構成さ
   れた、周辺領域を有するチップ（１，１１）として形成
   された、ｐｎ接合を有する半導体装置であって、前記第
   ２の層が少なくとも２つの部分層（３，４，１３，１
   ４）からなっているものにおいて、第１の部分層（３，
   １３）が第１のドーピング物質濃度を有し、、第２の部
   分層（４，１４）が、第１のドーピング物質濃度よりも
   低い第２のドーピング物質濃度を有し、両者の部分層
   （３，４，１３，１４）が第１の層（２，１２）とｐｎ
   接合を形成し、第１の層（２，１２）と第１の部分層
   （３，１３）とのｐｎ接合部が専らチップ（１，１１）
   の内部に形成されかつ第１の層（２，１２）と第２の部
   分層（４，１４）の間のｐｎ接合部がチップ（１，１
   １）の周辺領域に形成されていることを特徴とする、半
   導体装置。
2. 【請求項２】 第３の部分層（５，１５）が設けられて
   おり、該部分層が第２の部分層（４，１４）と結合され
   ている、請求項１記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 第１の層（２，１２）と結合され金属被
   覆（６，１６）が施されかつ第３の部分層（５，１５）
   と結合された金属被覆（６，１６）が施されており、第
   １の層（２，１２）と第３の部分層（５，１５）の濃度
   は、第１の層（２，１２）及び第３の部分層（５，１
   ５）とそれぞれの金属化層（６，１６）との間の抵抗接
   触が保証されるように選択されている、請求項２記載の
   半導体装置。
4. 【請求項４】 第１の層（２，１２）が半導体チップ
   （１，１１）の全横断面にわたって広がりかつ最上の層
   として形成されており、第１の層（２，１２）の下に第
   １の部分層（３，１３）がチップ（１，１１）の中心領
   域に形成され、第１の層（２，１２）及び第１の部分層
   （３，１３）の下に第２の部分層（４，１４）がチップ
   （１，１１）の全横断面にわたって広がり、かつ第２の
   部分層（４，１４）の下に第３の部分層（５，１５）が
   チップ（１，１１）の全横断面にわたって広がってい
   る、請求項２又は３記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 チップ（１１）の上側面が平滑な面とし
   て形成されている、請求項４記載の半導体装置。
6. 【請求項６】 チップ(１)の上側面が中心領域で平滑な
   面として及び周辺領域で下がった段部（７）として形成
   されている、請求項４記載の半導体装置。
7. 【請求項７】 半導体装置を製造する方法において、第
   １の上方部分層（３）、その下にある第２の部分層
   （４）及び更にその下にある部分層（５）を有し、その
   際全ての部分層（３，４，５）が同じ導電形を有し、か
   つ第１の部分層（３）のドーピング物質濃度が第２の部
   分層（４）のドーピング部分層濃度よりも大でありるウ
   エーハ（２０）を製造し、 ウエーハ（２０）の上側面に、第１の部分層（３）を貫
   通して第２の部分層（４）に達する溝（２２）を設け、 ウエーハ（２０）の上側面に、第１の層（２）及び第１
   の部分層（３）の導電形を変化させるドーピング物質を
   導入し、 ウエーハ（２０）の上側面及び下側面に金属膜（５）を
   被覆し、 該ウエーハを設けられた溝（２２）に沿って個々のチッ
   プに分割することを特徴とする、半導体装置の製造方
   法。
8. 【請求項８】 溝（２２）をソーイング又はエッチング
   法により設ける、請求項８記載の製造方法。
9. 【請求項９】 半導体装置を製造する方法において、 シリコンウエーハの表面に、シリコンウエーハと同じ導
   電形を有し、但し高いドーピング物質濃度を有する領域
   を設け、 析出又はドーピングにより、該ウエーハの表面に反対の
   導電形の層を製造し、 ウエーハの下側面に、該ウエーハと同じ導電形を有する
   第３の層を製造し、その際この層の製造は前記工程の１
   つの前又は間に行うことができ、 ウエーハの上側面及び下側面を金属で被覆し、かつ個々
   のチップに分割し、その際分割線は高いドーピング物質
   濃度の領域に設けることを特徴とする、半導体装置の製
   造方法。