JPS6235580A - モノリシツク温度補償形電圧基準ダイオ−ド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般に温度補償形電圧基準ダイオードに関し、
これ等のダイオードはゼロ温度係数ツェナダイオードと
も呼ばれるものである。特に本発明はモノリシック温度
補償形電圧基準ダイオードに関する。

〔従来技術、および発明が解決しようとする問題点〕

電圧基準ダイオードは、多年にわたって産業界で使用さ
れ、広く知られている半導体装置である。電圧基準ダイ
オードは逆バイアスブレークダウンモードで使用される
ものである。この電圧基準ダイオードの設計は、ダイオ
ードがブレークダウンモードに一旦なると、ダイオード
の電圧が、比較的広範な電流が流れても、不安定になら
ないように実施される。全ての電圧基準ダイオードをツ
ェナダイオードと呼ぶのが一般的であるが、後者のツェ
ナダイオードという呼称は、電圧基準ダイオードで生じ
る特殊な接合部の絶縁破壊に正しくは関係するものであ
る。

絶縁破壊電圧は、接合部の温度を変えると不安定になる
が、これは電圧基準ダイオードの問題として広く認識さ
れている。この問題に対する初期の頃の対策は大きさが
同じで逆符号の温度係数を持つ従来のダイオードと電圧
基準ダイオードを組合わせて行われた。通常は、これ等
の２つのダイオードは個別の装置で、単一のパッケージ
に組み込まれている。このような温度補償形ダイオード
の開発は半導体産業の今後の課題である。

モノリシックの、或いは単一チップの、温度補償形電圧
基準ダイオードを製造する試みがなされている。しかし
ながら、これ等のダイオードは一般に比較的費用のかか
るかなり複雑なメサ工程、および／または両面処理を必
要としている。

従って、本発明は改良式モノリシック温度補償形電圧基
準ダイオードを提供することを目的とする。

更に本発明は、比較的簡単でシングルサイド処理法を利
用したモノリシック温度補償形電圧基準ダイオードを製
造する改良式方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によればモノリシック温度補償形電圧基小ダイオ
ードが与えられ、このダイオードは、第１および第２主
要面を有した半導体材料体と、この半導体材料体の上記
第１主要面近傍に形成された異なる導電率型の半導体材
料間の第１ジャンクションにして電圧基準ダイオードと
して機能する第１ジャンクションと、更に、異なる導電
率型の半導体材料間の第２ジャンクションにして、上記
半導体材料体の上記第１主要面に交差し、上記第１ジャ
ンクションを囲繞し、温度補償形ジャンクションとして
動作できる第２ジャンクションとから構成される。上記
の、および第２ジャンクションの間の半導体材料領域は
上記第１ジャンクションに隣接する第１抵抗率部分と上
記第２ジャンクションに隣接する第２抵抗率部分とを有
する。全不純物濃度は第１ジャンクションに最も近い第
２ジャンクション側より第２ジャンクションの他側の方
がより少なくなっている。

このような装置を製造する方法は、基板にキャビティを
生成するステップと、このキャビティに傾斜抵抗率を有
する基板と反対の導電率型のエピタキシャル材料を充填
するステップと、更にエピタキシャル材料のタブ表面近
傍にジャンクションを形成するステップとから構成され
る。

〔実施例〕

第１図〜第５図は本発明の好ましい実施例によるモノリ
シック、温度補償形電圧基準ダイオードの製造時の各段
階を図示したものである。ここに記載する好ましい実施
例としてのダイオードは絶縁破壊電圧が６．２■の装置
である。第１図は、装置製造の、エッチアウトステップ
後の初期段階の状態を図示したものである。この好まし
い実施例の工程の開始材料は充分にドープしたＰ型ウェ
ハ１０である。特に、ウェハ１０の抵抗率は、約０．０
ＯＢΩ・ｃｍから０．００２０Ω・ｃｍの範囲にあると
都合が良い。これは約Ｉ　Ｘ　１０”　ｃ　ｍ−’から
１．５　ＸＩＯ”ｃｍ−’の範囲のドーパンＨＪｍ度に
対応する。−以下の説明を簡単にするため、ウェハ１０
の第１主要面１１を前方側と呼び、第２主要面１２を後
方側と呼ぶことにする。第１図に示したステージに先行
する処理ステップで、熱酸化物層１３と１４はそれぞれ
前方側１１および後方側１２に形成されている。

前方側１１の熱酸化物層１３は、従来のホトリトグラフ
ィ法およびエッチ法によりパターンが形成され、開口１
５が設けられる。本好ましい実施例によれば、開口１５
は１辺が約１５〜１９ミル（０，３８１〜０．４８３ｃ
ｍ）のほぼ正方形状をなしている。次に、上記ウェハ１
０が従来の異方性エツチングにより処理されて、熱酸化
物層１３の開口１５の下方にキャビティ１６を生成する
。本好ましい実施例によると、キャビティ１６の深さは
ほぼ６０〜１００μｃｍの範囲にある。

第２図は引き続く処理における装置の状態を示したもの
である。この介在処理ステップでは第１のストリップさ
れた熱酸化物層１３と１４（第１図参照）がウェハｌＯ
の前方側ｌｌ上にエピタキシャル層として与えられ、前
方側１１として形成される。これによりウェハ１０の前
方側１１にエピタキシャル材料のタブ１７が埋設された
形で残される。

このようにタブ１７を与える上記エピタキシャル層は、
これを形成する材料とドーパントガスを混合してドープ
され、成長される。技術的に公知のように、エピタキシ
ャル膜の成長時の成長室へのドーパントガスの流量を変
え、膜の厚み方向にわたって（頃斜ドーパント濃度を与
えることができる。

この方法が本発明でも用いられ、従って上記エピタキシ
ャル層の初期段階部分は約０．５〜１．５Ω・ｃｍの範
囲の抵抗率を有したＮ型材料となり、またエピタキシャ
ル層の最終部分は約０．０１８５〜０．０２００Ω・ｃ
ｍの抵抗率の重ドープＮ型材料となる。

これ等の抵抗率はエピタキシャル成長の初期段階におけ
る約１．５〜ｔｏ１６〜３．５　ＸＩＯ”Ｃｍ−３の不
純物濃度に、また成長の最終段階における約１．７×１
０１８〜１．５　ＸＩＯ”Ｃｍ−３のものに対応する。

上記エピタキシャル層の全体の厚みは、はぼタブの深さ
にその２０χを付加したものになる。

以上のようにして、タブ１７は２つの分離した領域から
なるものとして与えられ、その第１の領域はウェハ１０
のＰ型材料に隣接するタブ１７部分となる。この材料部
分は第１ジャンクション１８を形成し、完成した装置の
順方向バイアス温度補償形ジャンクションとなる。タブ
１７の第２領域は、タブ１７の中心に向けて、また前方
側１１で、低抵抗率を持つものとして与えられ、或いは
より十分にドープしたＮ型材料部分として与えられる。

このタブ１７の部分には所期の電圧基準ダイオードが形
成されることになる。

上記のエピタキシャル層の成長後のタブ１７を形成する
ために用いられる再形成（ｓｈａｐｅ　　ｂａｃｋ）工
程は従来のものと全く同じである。上記層の表面が標準
の方法により研削され、研磨される。約７５〜１２５μ
ｍの材料がこれにより除去される。更に、簡単なＳ　Ｉ
　ＲＴＬエツチングにより可視的にタブ１７の輪郭を形
成し、次のアラインメントを容易にする。このようにし
て、タブ１７の完成した深さが約４０〜７０μｍの範囲
になる。

第３図は好ましい実施例による続く中間処理段階におけ
る装置の状態を示したものである。熱酸化物層１９と２
０が、それぞれ、ウェハ１０の前方側１１と後方側１２
に形成されている。前方側１１の熱酸化物層１９が従来
のホトリトグラフィおよびエツチング工程によりパター
ン化されて開口２１を形成する。

ＢＣｌ３などのＰ型ドーパント源が熱酸化物層１９の上
にデポジットされ、またドーパント再分布工程が実施さ
れる０本好ましい実施例によると、この工程は１％０□
と共にＮ２を１０分流し、次に水蒸気が１４４分、更に
乾燥０２が１４４分流され、これ等は全て１１２０℃で
実施される。これは開口２１の下のタブ１７内にガード
リング２２を生成する。図示のように、ドーパント再分
布ステップも開口２１を閉塞する熱酸化物層を生成する
。このガードリング２２の目的は、曲率半径にわたる絶
縁破壊よりむしろバルクの絶縁破壊を起こすようにする
ことにある。前方側１１近傍のタブ１７内でタブ１７の
エツジ部分の材料は抵抗率のより大きなＮ型材料からな
る。成る場合には、ガードリング２２を除去することも
できる。本実施例によると、ガードリング２２の幅は約
２ミル（０，００５０８ｃ　ｍ）　、内径は約８ミル（
０，０１９２ｃｍ）である。　第４図は本実施例による
引き続く中間処理工程における装置の状態を示したもの
である。先ず、ウェハ１０の後方側１２の熱酸化物層が
除去され、これに代って従来のホスフィンゲッタ層２３
が設けである。このゲッタ層２３の目的は従来通りであ
る。このゲッタ層２３は製造工程から省略してもよい場
合が多い。

次に、開口２４が従来のホトリトグラフィおよびエッチ
工程により前方＠ｌｌ上の熱酸化物層１９に形成される
。この開口２４のエツジはガードリング２２とほぼ一致
するように形成される。次に、イオン注入工程により、
タブ１７の上面に比較的に小さな抵抗率のＰ型頭域２５
が生成される。これは第２ジャンクションを形成し、こ
のジャンクションは完成装置の電圧基準ダイオードとし
て動作する。

本実施例によると、上記イオン注入ステップは８０Ｋｅ
Ｖに加速したほう素イオンを注入量が平方ｃｍ当りｌＸ
ｌ０”で注入して実施される。このイオン注入直前に、
領域２５を均一にするために、処理工程に予備注入酸化
物薄膜を形成することができる。次に、急速アニールが
実施され、イオン注入により生じた結晶損傷が修復され
る。この迅速アニールは公知のもので、迅速光学アニー
リングおよび迅速等温アニーリングなどと呼ばれている
。

本実施例によると、この迅速アニールは温度が約１１０
０℃で約２０秒にわたって行われる。領域２５は比較的
浅く、はぼ０．７μｍの深さである。

第５図は完成した装置のダイシングおよびパッケージン
グの状態を示したものである。この中間工程では前方側
に金属層３０と３１、後方側では金属層３２が形成され
る。このうち金属層３０はチタンと銀を組合わせると都
合良く、これ等は別の処理工程で前方側に蒸着される。

また金属層３１は銀とすすを組合わせたものが都合良く
、これ等は電気めっきによってもよい。さらに金属Ｊｉ
３２はチタン。

ニッケル、およびすずの組合わせが都合よく、これ等は
その順に蒸着される。

ウェハ１０の前方側１１と後方側１２に電気接点を与え
る上記最終ステップは熟知されており、色々な形態で実
施されている。

以上の説明から当業者には明らかなように、改良式モノ
リシック温度補償形電圧基準ダイオードがその改良され
た方法と共に説明されたこの工程は簡単な単一面工程か
らなり、プレーナ構造を与える。更に、得られた構造の
形状によると、若干の従来の装置に比べてインピーダン
スがかなり改良される。

以上に記載した本発明による構造と方法によれば、従来
の方法と比べて収率が高く、コストが低いモノリシック
温度補償形電圧基準ダイオードが提供される。エツジを
不動態化しなければならない露出ジャンクションが排除
されるため、パッケージ問題が回避される。更に、ツェ
ナ或いは電圧基準ジャンクションの厚みが極度に低減さ
れるので装置のインピーダンスが減少する。温度補償形
ジャンクションが「ラップ・アラウンド」形状をなすの
でそのジャンクションの面積、従って　温度補償形とエ
ピタブの深さを調節して調整する方法が与えられる。更
に、この面積が増加しても従来の構造の場合と比べてシ
リコン使用量は大幅に増加させなくてもよい。

本発明はその好ましい実施例について説明されたが、各
種の変形、変更が可能なことは当業者には明らかなこと
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理によるモノリシック温度補償形電
圧基準ダイオードの、製造の初期中間段階における断面
図であり、 第２図は第１図の構造の、製造の続く中間段階における
断面図であり、 第３図は第１図および第２図の構造の、製造の続く中間
段階における断面図であり、 第４図は第１〜３図の構造の、製造の次の中間段階にお
ける断面図であり、 第５図は本発明の原理によるモノリシック温度補償形電
圧基準ダイオードの断面図である。 図面において、 １０・・・ウェハ １１・−・ウェハの第１主要面（前方側）１２・・・ウ
ェハの第２主要面（後方側）１３．１４，１．９．２０
・・・熱酸化物層１５．２１．２４・・・開口 １６・・・キャビティ １７・・・タブ １８・・・第１ジャンクション ２２・・・ガードリング ２３・・・ゲッタ層 ３０．３１．３２・・・金属層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１および第２の主表面を有する半導体材料体と
   、 該半導体材料体の前記第１主表面近傍に形成された異な
   る型の導電率を有した半導体材料の間に形成され、電圧
   基準ダイオードとして機能可能な第１ジャンクションと
   、 異なる型の導電率を有する半導体材料の間に形成され、
   前記半導体材料体の前記第１主表面に交差し、且つ前記
   第１ジャンクションを囲繞し、更に温度補償用ジャンク
   ションとして機能できる第２ジャンクションと、 該第２ジャンクションと前記第１ジャンクションの間に
   位置して、前記第１ジャンクションに隣接する第１抵抗
   率部と前記第２ジャンクションに隣接する第２抵抗率部
   とを備えた前記半導体材料体の１部とから構成され、前
   記半導体材料の全不純物濃度が前記第２ジャンクション
   の１側におけるより前記第１ジャンクションに最近接し
   た前記第２ジャンクションの他側でより小さくなるよう
   に構成されたモノリシック温度補償形電圧基準ダイオー
   ド。
2. （２）前記半導体材料体の前記第１主要面において前記
   第１ジャンクションの１側に電気的に接触する手段と、 前記半導体材料体の前記第２主要面に電気的に接触する
   手段とから更に構成された特許請求の範囲第１項記載の
   モノリシック温度補償形基準ダイオード。