JPS63313859A

JPS63313859A - メサ型半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPS63313859A
Application number: JP14995987A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Goto; 研一後藤; Etsuo Yokota; 横田　悦男; Tsukasa Hattori; 服部　宰
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-06-16
Filing date: 1987-06-16
Publication date: 1988-12-21

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は大電流用のダイオード、トランジスタ、サイ
リスタ等として用いられるメサ型半導体装置に関する。

（従来の技術）大電流用のダイオード、トランジスタ、サイリスタ等は
、メサ型半導体装置で形成されることが多い。

第６図は、メサ型のダイオードの一例を示す断面図であ
る。図示のダイオードは、Ｎ型半導体基板を有するＰ＋
ＮＮ十の逆メサ型ダイオードで、酸化膜でパシベーショ
ンされた構造となっている。

すなわち、第６図に於いて、１１はＮ型不純物を含むＮ
型半導体基板であり、１２はこのＮ型半導体基板１１の
一方の面上に形成され、Ｎ型不純物を含むＮ十不純物拡
散層であり、１３は同じく他方の面上に形成され、Ｐ十
不純物を有するｐ十不純物拡散層である。１４は、ダイ
オードのカソード側の電極であり、１５はアノード側の
電極である。１６は素子分離用のメサ部である。１７は
このメサ部１６の表面（以下メサ面と記す）に形成され
たパシベーション用の酸化膜である。

ところで、上記Ｎ型半導体基板１１の厚さは例えば９０
μｍに設定され、Ｎ＋不純物拡散層１２の拡散深さｘｊ
は例えば１６０μｍに設定され、Ｐ中不純物拡散層１３
の拡散深さｘｊは例えば３０μｍに設定されている。ま
た、メサ部１６の深さく以下、メサ深さと記す）Ｘは　
１３０〜１６０μｍに設定され、メサ部１６の底部のＮ
＋不純物拡散層１２の残厚は１２０〜１５０μｍに設定
されている。言替えれば、従来のメサ型ダイオードに於
いては、メサ部１６の底部がＮ中不純物拡散層１２に達
するように構成されている。

しかし、このようにメサ部１６の底部がＮ中不純物拡散
層１２に達するような構成では、上記残−厚が薄くなり
、ウェーハに反りが生じたり、製造工程中に割れが生じ
たりすることがある。このような問題は、ウェーハの厚
さを厚くすれば解決することができるが、このようにす
ると、ウェーハコストが高くなるので実用性がない。

また、上記構成では、メサ深さＸが大きいために、その
ばらつきが増大したり、後の電極形成用の窓開は工程で
不良品が発生しやすいという問題がある。

このような問題は、メサ部１６の底部をＮ型半導体基板
１１で止め、メサ深さＸを小さいものにすれば、解決す
ることができる。

しかし、このような構成では、ウェーハの反りや割れ、
メサ深さのばらつき増大や電極形成に伴う不良品の発生
という問題を解決できる反面、ダイオードの特性が低下
するという問題が新たに生じる。すなわち、Ｎ型半導体
基板１１等を酸化膜１７でパシベーションする構成の場
合、酸化膜１６上にエンキャップ材をコーティングする
とともに、ダイオードに逆バイアスをかけ、これを１０
０°〜１８０°Ｃに保持すると、静電誘起により（−）
電荷や（−）イオンが集り、低濃度のＮ型半導体基板１
１の表面領域のエレクトロンが排斥される。これにより
、空乏層、さらには、反転層がＮ型半導体基板１１の表
面の横方向に広がり、ダイオードの逆方向リーク電流を
増大させる。

そして、これがさらに進行すると、リーク電流がペレッ
ト周辺部に達する。このような状態になると、このペレ
ット周辺部には、多数の破砕層があるため、ダイオード
の特性が大きく低下する。

（発明が解決しようとする問題点）以上述べたように従来のメサ型ダイオードにおいては、
ウェーハの反りや割れ、メサ深さＸのばらつき増大や電
極形成に伴う不良品の発生を解決するための有効な方法
がなかった。

そこでこの発明は、ウェーハのコストの増大や半導体装
置の特性低下いった新たな問題を招くことなく、ウェー
ハの反りや割れ、メサ深さのばらつき増大や窓開は工程
に伴う不良品の発生を防止することができるメサ型半導
体装置を提供することを目的とする。

［発明の構成コ（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するために、この発明のメサ型半導体装
置は、第１図を使って説明するならば、メサ部１６の底
部をＮ型半導体基板１１で止め、この底部の下に、Ｎ型
半導体基板１１と同一導電型の不純物を含み、このＮ型
半導体基板１１よりは不純物濃度が高いＮ＋不純物層１
８を設けるようにしたものである。

また、このようなメサ型半導体装置を形成するためにこ
の発明の製造方法は、先の第１図に示す半導体装置を例
に説明するならば、まず、Ｎ型半導体基板１１に選択的
に、Ｎ＋不純物拡散層１８を形成する、次に、第２工程
として、Ｎ型半導体基板１１にＰ中不純物拡散層１３を
形成する。そして、第３工程として、上記Ｎ十不純物層
１８が位置する部分に、このＮ÷不純物層１８を一部残
すようにメサ部１６を形成するようにしたものである。

（作用）上記のように構成されたメサ型半導体装置によれば、メ
サ部１６の底部がＮ型半導体基板１１までで止められる
ので、メサ深さＸが浅く、ウェーハを厚くしなくても、
その強度として充分なものを確保することができる。し
たがって、ウェーハコストの増大を招くことなく、ウェ
ーハの反りや割れを防ぐことができる。また、メサ深さ
Ｘが浅いため、メサ深さＸのばらつき増大や電極形成時
の不良品発生を防ぐことができる。

さらに、メサ部１６の底部にＮ十不純物層１８が存在す
るので、メサ部１６の底部をＮ十不純物層１２に形成し
た場合と同じ構造を得ることができ、ダイオード特性を
低下させることなく、上記問題を解決することができる
。

（実施例）以下、図面を参照しながら、この発明の実施例を詳細に
説明する。

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す断面図である
。なお、第１図に於いて、先の第５図と同一機能を果た
す部分には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。

第１図に於いて、先の第６図と異なる点は、まず、メサ
部１６の底部がＮ中不純物拡散層１２ではなく、Ｎ型半
導体基板１１内で止まるようにした点にある。次に、他
の異なる点は、Ｎ型半導体基板１１に於いて、メサ部１
６の底部に、Ｎ型半導体基板１１の不純物濃度より高い
不純物濃度を持つＮ十不純物選択拡散層１８を設けた点
にある。

上記構成によれば、メサ部１６の底部がＮ型半導体基板
１１に止められているので、メサ深さＸが浅く、ウェー
ハを厚くしなくても、その強度として充分なものを確保
することができる。したがって、ウェーハコストの増大
を招くことなく、ウェーハの反りや割れを防ぐことがで
きる。ちなみに、Ｎ＋不純物拡散層１２の拡散深さｘｊ
は、先の第６図のダイオードでは、１６０μｍであった
のに対し、第１図のダイオードでは、１００μｍでよく
、全体の厚さも、先の第６図のダイオードでは、２８０
μｍであったのに対し、第１図のダイオードでは、２２
０μｍでよい。

また、メサ深さＸが浅いことにより、メサ深さＸのばら
つき増大や電極形成に伴う不良品の発生を防ぐことがで
きる。

さらに、メサ部１６の底部にＮ十不純物層１８が存在す
るので、メサ部１６の底部をＮ十不純物層１２に形成し
た場合と同様の構造が得られ、ダイオードの特性低下を
防ぐことができる。

第２図は、第１図のメサ型ダイオードと第６図のメサ型
ダイオードの高温での逆方向リーク電流Ｉｒの抑圧特性
を比較して示す特性図である。この比較を行なうために
、ペレット外形５Ｍ角のダイオードを製作し、１７０°
Ｃで１００ｖの逆バイアスを印加し、放置した。

第２図に於いて、ａ、ｂは第６図のメサ型ダイオードの
特性である。ここで、特性ａは、メサ部１６のメサ深さ
Ｘが狙い値通りに設定された場合の特性である。第６図
のメサ型ダイオードに於ける各部の寸法を第３図（ａ）
のように設定した場合、上記メサ深さＸの狙い値として
は、例えば、１４５μｍに設定される。この特性ａは、
メサ深さＸのばらつきが１４５±１５μｍ（±１０％）
内で有れば確保することができる。

しかし、メサ部１６の形成に使われることが多いエツチ
ング処理を考えた場合、現状では、メサ深さＸのばらつ
き精度を±２０％にしか抑えることができない。したが
って、第６図のメサ型ダイオードでは、メサ深さＸが狙
い値から大きくばらついてリーク電流Ｉｒが大きくなる
可能性が極めて高い。第３図（ｂ）は、メサ深さＸが狙
い値１４５μｍからずれて１１８μｍとなった場合の特
性である。

このように、第５図のメサ型ダイオードは、メサ深さＸ
のばらつきに起因するリーク電流Ｉｒのばらつきが大き
く、８０％程度の歩留りでしか製＝　１０− 造することができない。

これに対し、第１図のメサ型ダイオードにおいては、第
２図の特性Ａ、Ｈに示されるように、メサ深さＸがばら
ついても、逆方向リーク電流１ｒのばらつきを抑さえ、
かつ、これを小さな値に設定することができる。例えば
、第１図のメサ型ダイオードの各部の寸法を第４図（ａ
）のように設定した場合、メサ深さＸの狙い値としては
、例えば、６０μｍに設定される。このような構成にお
いて、第２図の特性Ａは、メサ深さＸが第４図（ａ）に
示すように、８０μｍとなった場合の特性を示し、特性
Ｂはメサ深さＸが第４図（ｂ）に示すように、４０μｍ
となった場合の特性を示す。

この場合のメサ深さＸのばらつき６０±２０μｍは３３
％である。したがって、この第１図のメサ型ダイオード
によれば、±２０％という現状のエツチング精度におい
ても、常に１００％の歩留りでメサ型ダイオードを作る
ことができる。

また、第３図と第４図の比較からも明らかな通り、第１
図のメサ型ダイオードでは、第６図の構成のメサ型ダイ
オードよりも全体の厚さＹを６０μｍも薄くすることが
でき、ウェーハコストの低減を図ることができる。

次に、上述したメサ型ダイオードの製造方法の一実施例
を説明する。

第５図は、一実施例の製造方法の工程を示す示す断面図
である。

このメサ型ダイオードの製造に当たっては、Ｎ型不純物
の濃度７Ｘ１０”個／ｃｍ３、ウェーハ厚さ２２０μｍ
（１１１）面、およびエツチング面を有する基板ウェー
ハ２１（第５図（ａ）参照）が出発材料とされる。この
基板ウェーハ２１を、１１００°Ｃで２時間、スチーム
酸化することにより、第５図（ｂ）に示すように、１μ
ｍ程度の酸化膜２２を形成する。次に、第５図（ｃ）に
示すように、フォトリソグラフィ処理によって、酸化膜
２２に対してＮ中型不純物層を形成するための窓２３を
開ける。次に、Ｎ型ウェーハ２１の全面に、例えば、Ｐ
ｏｃ１３等のＮ型不純物源によりＮ型不純物２４を１１
７０°ＣでＩＨ堆積する（第５図（ｄ）参照）。次に、
このＮ型不純物２４を１２８０’Ｃで４８時間拡散し、
Ｎ型不純物拡散層１２と拡散深さｘｊが約９５μｍのＮ
＋不純物拡散層２５を形成する。この後、酸化膜２２を
全面剥離し、再度、１１００°Ｃで２時間スチーム酸化
を行ない、全面に酸化膜２６を形成する（第５図（ｅ）
参照）。次に、Ｎ型ウェーハ２１に於いて、選択的にＮ
÷拡散層２５を形成した側の面上の酸化膜２６をフォト
リソグラフィ処理により全面剥離する（第５図（ｆ）参
照）。次に、この酸化膜２６を剥離した面に、Ｐ＋不純
物層１３を形成するためのＰ＋不純物２７を堆積する（
第５図（ｇ）参照）。次に、このＰ＋不純物２７を１２
８０°Ｃで５時間拡散処理し、拡散深さｘｊ　３０μｍ
のＰ＋不純物層１３を形成する。

この後、スチーム酸化を行ない、全面に酸化膜２８を形
成する（第５図（ｈ）参照）。この場合第５図（ｅ）に
示す工程で形成されたＮ中不純物層２５の拡散深さｘｊ
は、　上記９５μｍから１００μｍと拡大する。

以上の工程で、この実施例のメサ型ダイオードの基本と
なるＮ中不純物層を選択的に含んだＰ＋　ＮＮ十構造の
拡散ウェー７１が形成される。

次に、メサ部１６を形成するために、Ｎ中不純物層２５
が形成された側の面上の酸化膜２８に、フォトリソグラ
フィ処理により、窓２９を形成する（第５図（ｉ）参照
）。次に、酸化膜２８をマスクとして、ＨＦ　：　ＨＮＯ３：　ＣＨＣＯＯＨモ１：２：１の混
合比を持つエツチング液を用いて、メサエッチングし、
メサ深さＸが６０μｍのメサ部１６を形成する（第５図
（ｊ）参照）。これにより、メサ部１６の底部には、４
０μｍの拡散深さｘｊを持つＮ十不純物拡散層１８が形
成される。このＮ十不純物拡散層１８の表面の不純物濃
度は、３　ｘ　ｌ　Ｑ　１６個／ｃＩ１１３以上となっ
ており、界面電荷その他の電荷による逆方向リーク電流
を阻止するいわゆるＮ十チャンネルカット層が形成され
ることになる。

次に、パシベーション用の酸化膜３０を形成する（第５
図（ｋ）参照）。この酸化膜３０は、スチーム酸化膜と
いわゆるＣＶＤ法によるＰＳＧ膜及びＵＤＯ膜を順次積
層することにより形成される。次に、フォトレジスト処
理により、酸化膜３０の不要な部分を削除しく第５図（
１）参照）、この削除された部分に電極１４．１５を形
成する（第５図（ｍ）参照）。　この後、ウェーハ上に
形成されたダイオードをここに、ブレードカットし、メ
サ型ダイオードを形成する（第５図（ｎ）参照）。

以上詳述したこの実施例の製造方法によれば、Ｐ÷不純
物拡散層１３を形成する前にＮ中不純物拡散層１８とな
るＮ中不純物拡散層２５を形成するようになっているの
で、上述したように拡散による不純物拡散層１３．１’
８の形成が可能である。

また、Ｎ中不純物拡散層１８となるＮ中不純物拡散層２
５を形成した後、メサ部１６を形成するようになってい
るので、製造工程を少なくすることができる。すなわち
、この逆の工程を踏むと、Ｎ中不純物拡散層１８を形成
するために、酸化膜の形成工程、この酸化膜に対するフ
ォトレジスト処理による窓開は工程、Ｎ十不純物の堆積
工程、このＮ十型不純物の拡散処理が必要となる。これ
に対し、この実施例の製造方法によれば、これらの処理
は、先の第５図（ｂ）〜（ｅ）の工程の説明からも明ら
かな如く、Ｎ十不純物拡散層１２を形成するための工程
と兼用することができるので、製造工程の低減がはかれ
るわけである。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発
明は、このような実施例に限定されるものではない。

例えば、この発明は、第１導電型の不純物を有する半導
体基板の上に、少なくとも、第２導電型の不純物を有す
る不純物層を備えたメサ型半導体装置一般に適用可能な
ものである。したがって、上記半導体基板の上に第２導
電型の不純物を含む不純物層のみを備えたダイオードや
サイリスクの他に、第１導電型の不純物を含む不純物層
と第２導電型の不純物を含む不純物層を備えたトランジ
スタ等の半導体装置にも適用可能なことは勿論である。

この他にも、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々様々変
形実施可能なことは勿論である。　　゛［発明の効果］以上述べたようにこの発明によれば、ウェーハのコスト
の増大等といった新たな問題を招くことなく、ウェーハ
の反りや割れ、メサ深さのばらつき増大、窓開は工程時
の不良発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のメサ型半導体装置の一実施例の構成
を示す断面図、第２図は第１図の半導体装置の効果を説
明するために示す特性図、第３図及び第４図は同じく半
導体装置の断面図、第５図はこの発明のメサ型半導体装
置の製造方法の一実施例の工程を示す断面図、第６図は
従来のメサ型ダイオードの構成を示す断面図である。１１・・・Ｎ型半導体基板、１２．１８・・・Ｎ十不純
物層、１３・・・Ｐ十不純物層、１４．１５・・・電極
、１６・・・メサ部、１７・・・酸化膜。（ｍ）　　　　　　　　　　　　（ｎ）第５図（α）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１導電体型の不純物を含む半導体基板と、この
半導体基板の上に形成され、第２導電型の不純物を含む
第１の不純物層と、この第１の不純物層から上記半導体基板に至るように形
成されたメサ部と、上記メサ部の底部に位置するように上記半導体基板に形
成され、上記第１の半導体基板よりは上記第１導電体型
の不純物の含有濃度が高い第２の不純物層と、上記メサ部の表面に形成された保護膜とを具備するよう
に形成されたことを特徴とするメサ型半導体装置。
（２）メサ部の表面に保護膜を有するメサ型半導体装置
の製造方法に於いて、第１導電型の不純物を含む半導体基板に、この半導体基
板よりは第１導電型の不純物の含有濃度が高い第１の不
純物層を形成する第１の工程と、上記半導体基板に、第
２導電型の不純物を含み、上記第１の不純物層よりは浅
い第２の不純物層を形成する第２の工程と、上記半導体
基板に於いて、上記第１の不純物層が形成された位置に
、この第１の不純物層よりは浅いメサ部を形成する第３
の工程とを具備したことを特徴とするメサ型半導体装置
の製造方法。