(57)【要約】【課題】組み立て工程で、カメラ認識の際に鮮明な二値化画像を得て、ワイヤーボンド位置の正確な座標特定が可能なメサ型半導体素子とその製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板２の上に形成されるメタル電極４の一部に開口印１１を設け、開口印１１の開口部においてシリコン酸化膜１０を露出させることで、カメラ認識の際にメタル電極４とシリコン酸化膜１０が白と黒とに映る鮮明な二値化画像を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一方の主面にメタル電極を有し、前記メタル電極の周辺にメサ部を有するメサ型半導体素子において、前記メタル電極の所定位置に開口印としての開口部を形成し、前記開口印の開口部においてシリコン酸化膜が露出することを特徴とするメサ型半導体素子。
【請求項２】
前記シリコン酸化膜は、前記メタル電極の厚みよりも薄く、前記開口印よりも大きな領域を有して前記半導体基板の一方の主面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のメサ型半導体素子。
【請求項３】
前記半導体基板は、基層をなす素材半導体基板の上に前記素材半導体基板と同じ導電型をなす第１の低濃度半導体層を有し、前記素材半導体基板と異なる導電型をなして前記低濃度半導体層の表面から層内へ延在する第２の半導体層が前記第１の低濃度半導体層の複数個所に点在し、前記第２の半導体層の全てが前記メタル電極と接続していることを特徴とする請求項１または２に記載のメサ型半導体素子。
【請求項４】
前記シリコン酸化膜の直下に位置する前記第２の半導体層が、前記半導体基板の一方の主面上において前記シリコン酸化膜の領域を含み、かつ前記シリコン酸化膜よりもさらに大きな領域を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のメサ型半導体素子。
【請求項５】
シリコンから成る素材半導体基板の上に前記素材半導体基板と同じ導電型の第１の半導体層をなす低濃度半導体層をエピタキシャル成長により形成する半導体素材の形成工程と、
前記低濃度半導体層の表面に異なる導電型をなすドーパントを打ち込み、熱拡散法によるドライブ拡散を施して第２の半導体層を形成し、前記素材半導体基板と低濃度半導体層と第２の半導体層からなる半導体基板の一方の主面をなす前記第２の半導体層の上にシリコン酸化膜を形成する第２の半導体層拡散工程と、
前記シリコン酸化膜に選択的エッチング除去を施し、開口印形成予定領域を含んで前記開口印形成予定領域よりも大きな領域を有する前記シリコン酸化膜を残し、前記シリコン酸化膜の周囲において前記半導体基板の一方の主面を露出させるシリコン酸化膜の選択的エッチング工程と、
前記第２の半導体層の上に前記シリコン酸化膜を含んでメタル層を蒸着してメタル電極を形成し、前記メタル層に選択的エッチング除去を施し、前記シリコン酸化膜の上に前記シリコン酸化膜よりも小さな領域をなす開口印としての開口部を形成し、前記開口部において前記シリコン酸化膜を露出させるメタル電極形成工程と、
前記半導体基板の一方の主面側における周縁部をエッチング除去し、前記メタル電極の周辺から素材半導体基板に達するメサ部を形成するメサ部形成工程と、
前記メサ部を皮覆する保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記半導体基板の一方の主面と表裏をなす他方の主面に裏面メタライズ層を蒸着形成する裏面メタライズ工程とを含むことを特徴とするメサ型半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はメサ型半導体素子とその製造方法に関し、特に高耐圧半導体素子の技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のチップ型の高耐圧半導体素子としては、半導体素子の外周囲に溝状の傾斜面をなすメサ部を形成し、メサ部を保護膜で皮覆したものが知られている。このような従来のメサ型ダイオードとしては例えば図４に示すものがある。
【０００３】
図４において、１００はメサ型ダイオード、１０２は半導体基板、１０３は保護膜、１０４はカソード電極、１０５はアノード電極、１０６は高濃度Ｐ型半導体層、１０７は低濃度Ｎ型半導体層、１０８は高濃度Ｎ型半導体層、１０９は凹状の傾斜面をなすメサ部を各々示している。
【０００４】
このメサ型ダイオード１００は半導体基板１０２が高濃度Ｐ型半導体層１０６の上面に低濃度Ｎ型半導体層１０７および高濃度Ｎ型半導体層１０８の半導体結晶薄膜をエピタキシャル成長により形成してなり、高濃度Ｐ型半導体層１０６と低濃度Ｎ型半導体層１０７が半導体接合を形成している。
【０００５】
半導体基板１０２の一方の主面をなす高濃度Ｎ型半導体層１０８の表面にカソード電極１０４を形成し、半導体基板１０２の他方の主面をなす高濃度Ｐ型半導体層１０６の表面にアノード電極１０５を形成している。半導体基板１０２は周囲に凹状の傾斜面をなすメサ部１０９を形成しており、メサ部１０９を覆って保護膜１０３を形成している。
【０００６】
この様なメサ型ダイオード１００において、保護膜１０３の融点（硬化温度）はカソード電極１０４の融点よりも低いものであった。例えば、カソード電極１０４をアルミで形成し、保護膜１０３をポリイミド樹脂で形成するものでは、カソード電極１０４の形成後に保護膜１０３を加熱硬化させてもカソード電極１０４が劣化することはなかった。
【０００７】
先行技術文献としては、特許文献１がある。
【特許文献１】ＷＯ  ０３／０７７３０６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のメサ型ダイオードの構成では、図４に示すように、カソード電極１０４の周囲にはメサ部１０９を皮覆する保護膜１０３のみが存在しており、カソード電極１０４の主面の周縁部を直接に囲むのは存在しない。
【０００９】
このため、半導体装置の組み立て工程で、例えばワイヤーボンドを施す工程でワイヤーボンド位置の座標を特定するために半導体素子のカメラ認識（図示せず）を行う際には、カソード電極１０４の領域とその周辺の保護膜１０３の領域との境界が曖昧で判然としない不鮮明な原画像となり、両領域の境界が鮮明な二値化画像を得ることが困難である。
【００１０】
ところで、プレーナ型の半導体素子では、カソード電極とその周辺の構造体（通常はシリコン酸化膜）とが略同一面に形成されるので、上述した半導体素子のカメラ認識における二値化画像では、カソード電極が白くなり、周辺の構造体であるシリコン酸化膜が黒くなり、カソード電極とその周辺の構造体との境界が鮮明な二値化画像を得られる。
【００１１】
このことから、メサ型半導体素子をカメラ認識する際に、電極の領域とその周辺の構造体の領域との境界を鮮明に区別できる二値化画像が得られない原因は、メサ型半導体素子では電極とその周辺の構造体とが同一面上に形成されず、電極の周辺の構造体をなす保護膜がメサ部の形状に沿って斜面をなすことにあると考えられる。よって、メサ型半導体素子にはカメラ認識によってワイヤーボンドの座標を得ることが困難であるという課題があった。
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、メサ型半導体素子にワイヤーボンドする際のカメラ認識において鮮明な二値化画像を得て正確な座標出しを可能とし、正確なワイヤーボンドを行なえるメサ型半導体素子とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明のメサ型半導体素子は、半導体基板の一方の主面にメタル電極を有し、前記メタル電極の周辺にメサ部を有するメサ型半導体素子において、前記メタル電極の所定位置に開口印としての開口部を形成し、前記開口印の開口部においてシリコン酸化膜が露出することを特徴とする。
【００１４】
また、前記シリコン酸化膜は、前記メタル電極の厚みよりも薄く、前記開口印よりも大きな領域を有して前記半導体基板の一方の主面に形成されたことを特徴とする。
また、前記半導体基板は、基層をなす素材半導体基板の上に前記素材半導体基板と同じ導電型をなす第１の低濃度半導体層を有し、前記素材半導体基板と異なる導電型をなして前記低濃度半導体層の表面から層内へ延在する第２の半導体層が前記第１の低濃度半導体層の複数個所に点在し、前記第２の半導体層の全てが前記メタル電極と接続していることを特徴とする。
【００１５】
また、前記シリコン酸化膜の直下に位置する前記第２の半導体層が、前記半導体基板の一方の主面上において前記シリコン酸化膜の領域を含み、かつ前記シリコン酸化膜よりもさらに大きな領域を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明のメサ型半導体素子の製造方法は、シリコンから成る素材半導体基板の上に前記素材半導体基板と同じ導電型の第１の半導体層をなす低濃度半導体層をエピタキシャル成長により形成する半導体素材の形成工程と、前記低濃度半導体層の表面に異なる導電型をなすドーパントを打ち込み、熱拡散法によるドライブ拡散を施して第２の半導体層を形成し、前記素材半導体基板と低濃度半導体層と第２の半導体層からなる半導体基板の一方の主面をなす前記第２の半導体層の上にシリコン酸化膜を形成する第２の半導体層拡散工程と、前記シリコン酸化膜に選択的エッチング除去を施し、開口印形成予定領域を含んで前記開口印形成予定領域よりも大きな領域を有する前記シリコン酸化膜を残し、前記シリコン酸化膜の周囲において前記半導体基板の一方の主面を露出させるシリコン酸化膜の選択的エッチング工程と、前記第２の半導体層の上に前記シリコン酸化膜を含んでメタル層を蒸着してメタル電極を形成し、前記メタル層に選択的エッチング除去を施し、前記シリコン酸化膜の上に前記シリコン酸化膜よりも小さな領域をなす開口印としての開口部を形成し、前記開口部において前記シリコン酸化膜を露出させるメタル電極形成工程と、前記半導体基板の一方の主面側における周縁部をエッチング除去し、前記メタル電極の周辺から素材半導体基板に達するメサ部を形成するメサ部形成工程と、前記メサ部を皮覆する保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記半導体基板の一方の主面と表裏をなす他方の主面に裏面メタライズ層を蒸着形成する裏面メタライズ工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、メサ型半導体素子のカメラ認識を行う際の二値化画像において、開口印の開口部に露出するシリコン酸化膜が黒くなり、開口印の周囲のメタル電極が白く映るので、メタル電極の白い領域中にメタル電極との境界が鮮明なシリコン酸化膜の黒い領域が開口印の形状として鮮明に表示され、開口印の形状を正確に識別することが可能となる。このため、半導体装置の組み立て工程においてメサ型半導体素子をカメラ認識する際にメサ型半導体素子の画像認識性が向上し、正確な座標特定が可能なメサ型半導体素子を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるメサ型ダイオードを示すものであり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【００１９】
図１において、１はメサ型ダイオード、２は半導体基板、３は保護膜、４はメタル電極、５は裏面メタライズ層、６はＮ型半導体基板、７は低濃度Ｎ型半導体層、８はＰ型半導体層、９はメサ部、１０はシリコン酸化膜、１１は開口印を示している。
【００２０】
図１において、メサ型ダイオード１は半導体基板２がシリコンから成る素材のＮ型半導体基板６の上面に低濃度Ｎ型半導体層７およびＰ型半導体層８の半導体結晶薄膜をエピタキシャル成長により形成してなり、Ｐ型半導体層８と低濃度Ｎ型半導体層７が半導体接合を形成している。
【００２１】
半導体基板２の一方の主面をなすＰ型半導体層８の表面にはアノードであるメタル電極４が形成してあり、半導体基板２の他方の主面をなすＮ型半導体基板６の表面には裏面メタライズ層５が形成してある。半導体基板２は周囲に凹状の傾斜面をなすメサ部９が形成してあり、メサ部９は半導体基板２の一方の主面側から外周面に沿ってＮ型半導体基板６にまで達しており、メサ部９を覆って保護膜３を形成している。
【００２２】
メタル電極４の一部分には開口印１１としての所定形状をなす開口部が設けてあり、この開口印１１の開口部においてシリコン酸化膜１０が露出している。シリコン酸化膜１０は半導体基板２の一方の主面をなすＰ型半導体層８の表面にメタル電極４の厚みよりも薄く形成してあり、開口印１１の開口部の領域を含み、かつ開口印１１よりも大きな領域を有している。
【００２３】
上記の構成によれば、半導体装置の組み立て工程において、メサ型ダイオード１に、例えばワイヤーボンド等を施す工程でワイヤーボンド位置の座標を特定するために半導体素子のカメラ認識（図示せず）を行う際には、その二値化画像において開口印１１の開口部に露出するシリコン酸化膜１０が黒くなり、開口印１１の周囲のメタル電極４が白くなる。このため、二値化画像においてメタル電極４の白い領域中に、メタル電極４との境界が鮮明なシリコン酸化膜１０の黒い領域が開口印１１の形状として鮮明に表示されることで画像認識性が向上し、開口印１１の形状を正確に識別することが可能となる。
【００２４】
よって、カメラ認識において開口印１１の形状を目標物として認識し、開口印１１の位置を基準位置とすることで、メサ型ダイオードにおいてワイヤーボンド位置の座標を正確に認識することができる。すなわち、同一面上においてメタル電極４の周辺にカメラ認識の目標となる他の構造物が存在せず、二値化画像においてメタル電極４の外周の境界を識別できないメサ型ダイオードにおいても、正確な座標特定が可能となり、結果として正確なワイヤーボンドが可能なメサ型ダイオードを実現できる。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２におけるメサ型ダイオードを示すものであり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００２５】
図２において、１ａはメサ型ダイオード、２ａは半導体基板、８ａはＰ型半導体層、Ｚはシリコン酸化膜１０の直下における半導体基板２ａの表面領域を示しており、図１と同じ構成要素については同一符号を用いてその説明を省略する。
【００２６】
図２において、メサ型ダイオード１ａは半導体基板２ａがシリコンから成る素材のＮ型半導体基板６の上面に低濃度Ｎ型半導体層７およびＰ型半導体層８ａの半導体結晶薄膜を形成してなる。Ｐ型半導体層８ａは低濃度Ｎ型半導体層７の表面から層内へ延在し、クシ歯状または島状に点在しており、Ｐ型半導体層８ａと低濃度Ｎ型半導体層７が半導体接合を形成している。
【００２７】
低濃度Ｎ型半導体層７とＰ型半導体層８ａとでなす半導体基板２ａの一方の主面にはアノードであるメタル電極４が形成してあり、半導体基板２ａの他方の主面をなすＮ型半導体基板６の表面には裏面メタライズ層５が形成してある。半導体基板２ａは周囲に凹状の傾斜面をなすメサ部９が形成してあり、メサ部９は半導体基板２ａの一方の主面側から外周面に沿ってＮ型半導体基板６にまで達しており、メサ部９を覆って保護膜３を形成している。
【００２８】
メタル電極４の一部分には開口印１１としての所定形状をなす開口部が設けてあり、この開口印１１の開口部においてシリコン酸化膜１０が露出している。シリコン酸化膜１０は半導体基板２ａの一方の主面をなすＰ型半導体層８ａの表面にメタル電極４の厚みよりも薄く形成してあり、開口印１１の開口部の領域を含み、かつ開口印１１よりも大きな領域を有している。
【００２９】
シリコン酸化膜１０の直下にあり、開口印１１に対応する半導体基板２ａの表面領域Ｚは、シリコン酸化膜１０の全領域を含み、かつＰ型半導体層８ａと低濃度Ｎ型半導体層７との半導体接合（ジャンクション）を含まない大きさを有している。シリコン酸化膜１０の下に形成したＰ型半導体層８ａは、シリコン酸化膜１０の全領域を含み、かつシリコン酸化膜１０よりも大きな領域を占めている。このため、シリコン酸化膜１０の直下にあるＰ型半導体層８ａは、低濃度Ｎ型半導体層７との半導体接合（ジャンクション）を含む外周部においてメタル電極４に接続しており、全てのＰ型半導体層８ａがメタル電極４に接続している。
【００３０】
本実施の形態２のメサ型ダイオード１ａは、スイッチング応答速度の向上を図るための構造の一例を示すものであり、Ｐ型半導体層８ａを形成する際に注入するキャリアを低減してキャリア引き抜きを容易となすことで目的とするスイッチング応答速度の向上を達成する。このために、低濃度Ｎ型半導体層７の表面から層内へ延在するＰ型半導体層８ａがクシ歯状または島状に点在し、半導体基板２ａの一方の主面においてＰ型半導体層８ａと低濃度Ｎ型半導体層７とが半導体接合（ジャンクション）する構成としている。
【００３１】
そして、本実施の形態２のメサ型ダイオード１ａは、メタル電極４に形成した開口印１１の開口部においてシリコン酸化膜１０を露出させることで、図１における構成と同様にカメラ認識における課題を解決しつつ、シリコン酸化膜１０の直下にあるＰ型半導体層８ａを含む全てのＰ型半導体層８ａとメタル電極４とを接続して上述したスイッチング応答速度を確保している。
【００３２】
尚、上述の説明では、半導体基板２ａの一方の主面においてシリコン酸化膜１０の直下にあるＰ型半導体層８ａがシリコン酸化膜１０よりも大きな領域を有するとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、全てのＰ型半導体層８ａとメタル電極４とを接続する条件を満たすのであれば、半導体基板２ａの一方の主面における低濃度Ｎ型半導体層７とＰ型半導体層８ａのそれぞれの領域のサイズ、両領域の相互間隔、シリコン酸化膜１０と開口印１１のそれぞれのサイズに応じて適宜に設定することが可能である。例えば、半導体基板２ａの一方の主面において低濃度Ｎ型半導体層７とＰ型半導体層８ａの何れか一方の上部位置、または双方に跨った上部位置にシリコン酸化膜１０を配置しても良い。
【００３３】
尚、上述した本発明の実施の形態では、半導体基板２ａがシリコンから成るＮ型半導体基板６の上面に低濃度Ｎ型半導体層７およびＰ型半導体層８ａの半導体結晶薄膜を形成してなるが、それぞれの導電型を反対の導電型に入れ替えるとともに、電極のアノードとカソードを入れ替えた構成とすることも可能である。
【００３４】
次に、上述したメサ型半導体素子の製造方法を説明する。図３の（ａ）〜（ｇ）は本発明のメサ型半導体素子の主な製造過程を示す断面図であり、図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用いてその説明を省略する。
（ａ）は半導体素材の形成工程を示すものであり、シリコンから成るＮ型半導体基板６の上に第１の半導体層をなす低濃度Ｎ型半導体層７をエピタキシャル成長により形成する。
（ｂ）はＰ型半導体層拡散工程を示すものであり、先の半導体素材の形成工程の後に、半導体素材の低濃度Ｎ型半導体層７の表面にボロン等のＰ型のドーパントをイオン注入等の方法で打ち込み、その後に熱拡散法によるドライブ拡散を施して第２の半導体層をなすＰ型半導体層８を形成することで半導体基板２となす。この際にドライブ拡散の熱によってＰ型半導体層８の上にシリコン酸化膜１０が形成される。
（ｃ）は選択的エッチング工程を示すものであり、先のＰ型半導体層拡散工程の後に、シリコン酸化膜１０に選択的なエッチング除去を施し、開口印１１の形成予定部に対応する領域部分のシリコン酸化膜１０を残して半導体基板２を露出させる。残ったシリコン酸化膜１０は開口印１１の形成予定領域よりも大きい形状をなす。
（ｄ）はメタル電極形成工程を示すものであり、先の選択的エッチング工程の後に、Ｐ型半導体層８の上にアルミ等から成るメタル層を蒸着してアノードであるメタル電極４を形成する。半導体基板２の一方の主面においてメタル電極４はメサ部９の形成予定部を除いてシリコン酸化膜１０を含む領域を覆っている。
【００３５】
次に、メタル電極４のメタル層に選択的エッチング除去を施してシリコン酸化膜１０の上に開口印１１の開口部を形成する。この開口印１１はシリコン酸化膜１０よりも小さな領域であり、開口印１１の開口部においてシリコン酸化膜１０を露出させる。
（ｅ）はメサ部形成工程を示すものであり、先のメタル電極形成工程の後に、半導体基板２の周縁部をエッチング除去してメサ部９を形成する。メサ部９は半導体基板２の一方の主面におけるメタル電極４の周辺からＮ型半導体基板６に達する。
（ｆ）は保護膜形成工程を示すものであり、先のメサ部形成工程の後に、メサ部９を皮覆するガラスやＰＩＸ等から成る保護膜３を形成する。
（ｇ）は裏面メタライズ層形成工程を示すものであり、先の保護膜形成工程の後に、半導体基板２の一方の主面と表裏をなす他方の主面に、金、銀、ニッケル、クロム等から成る層を蒸着してカソードである裏面メタライズ層５を形成する。これにて、図１に示すメサ型ダイオードが完成する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、半導体素子の画像認識性の向上に有用であり、特にメタル電極周辺の同一面にカメラ認識の対象面を有していないメサ型半導体素子に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるメサ型ダイオードを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図
【図２】本発明の他の実施の形態２におけるメサ型ダイオードを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図
【図３】本発明のメサ型ダイオードの主な製造過程を示す断面図
【図４】従来のメサ型ダイオードを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図
【符号の説明】
【００３８】
Ｚ  シリコン酸化膜直下の半導体基板表面
１、１ａ、１００  メサ型ダイオード
２、２ａ、１０２  半導体基板
３、１０３  保護膜
４  メタル電極
５  裏面メタライズ層
６  Ｎ型半導体基板
７  低濃度Ｎ型半導体層
８、８ａ  Ｐ型半導体層
９、１０９  メサ部
１０  シリコン酸化膜
１１  開口印
１０４  カソード電極
１０５  アノード電極
１０６  高濃度Ｐ型半導体層
１０７  低濃度Ｎ型半導体層
１０８  高濃度Ｎ型半導体層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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