(57)【要約】【課題】メサ部におけるｐｎ接合界面の端部が露出する部位での電界強度を小さくすることにより、保護膜としてガラスを用いることなく、安定した特性と高信頼性を実現できるメサ型半導体装置を提供する。【解決手段】半導体基板１０１の基層１０４上の第１の半導体領域１０５が前記基層１０４と同導電型の半導体層からなり、第１の半導体領域１０５とｐｎ接合する第２の半導体領域１０６が第１の半導体領域１０５と異なる導電型の半導体層からなり、前記半導体基板１０１の外周縁部に斜面をなすメサ部１０７を形成し、前記メサ部１０７の斜面を覆って保護膜１０８を形成し、第２の半導体領域１０６は第１の電極１０２と接触する主領域１０６ａと、第１の電極１０６ａと非接触の副領域１０６ｂとに分離分割形成し、第２の半導体領域１０６の主領域１０６ａと副領域１０６ｂの間に第１の半導体領域１０５の一部が介在する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板が基層上に複数の半導体領域を層状に重ねて形成してなり、前記半導体基板の一方の主面に第１の電極を形成するとともに、他方の主面に第２の電極を形成し、前記基層上の第１の半導体領域が前記基層と同導電型の半導体層からなり、第１の半導体領域とｐｎ接合する第２の半導体領域が第１の半導体領域と異なる導電型の半導体層からなり、前記半導体基板の外周縁部に斜面をなすメサ部を形成し、前記メサ部の斜面を覆って保護膜を形成したものであって、
第２の半導体領域は第１の電極と接触する主領域と、第１の電極と非接触の副領域とに分離分割形成し、第２の半導体領域の主領域と副領域の間に第１の半導体領域の一部が介在することを特徴とするメサ型半導体装置。
【請求項２】
第２の半導体領域の副領域が前記半導体基板の外周縁部をなし、前記メサ部の斜面に露出する前記副領域のｐｎ接合界面の端部を前記保護膜で覆ってなることを特徴とする請求項１に記載のメサ型半導体装置。
【請求項３】
第２の半導体領域の副領域がｐｎ接合界面に沿う方向において複数の小副領域に分離分割してなり、前記小副領域の相互間に第１の半導体領域の一部が介在す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装置。
【請求項４】
前記半導体基板の一方の主面において露出する第１の半導体領域と第２の半導体領域とのｐｎ接合界面の端部を覆って酸化膜を形成したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のメサ型半導体装置。
【請求項５】
前記メサ部を覆って形成する保護膜がポリイミド系樹脂からなることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のメサ型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メサ型半導体装置に関し、特に高耐圧のメサ型半導体装置に係る技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来、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たメサ型半導体装置が高耐圧型デバイスとして知られている。このような半導体装置としては例えば図８に示すものがある。このメサ型半導体装置は半導体基板が基層１の上面にエピタキシャル層をなす複数の半導体結晶薄膜を形成してなり、ｎ型半導体層からなる基層１の上面にｎ型半導体層からなるｎ型半導体領域２を形成し、ｎ型半導体領域２の上面にｐ型半導体層からなるｐ型半導体領域３を形成しており、ｎ型半導体領域２とｐ型半導体領域３とがｐｎ接合を形成している。半導体基板の一方の主面をなすｐ型半導体領域３の上面にアノード電極４を形成し、半導体基板の他方の主面をなす基層１の下面にカソード電極５を形成している。半導体基板は周囲に凹状の傾斜面をなすメサ部６を形成しており、メサ部６を覆って保護膜７を形成している。
【０００３】
他の構成としては、図９に示すように、メサ部６を覆ってＳｉＯ２等の酸化膜８を形成し、この酸化膜８を覆って保護膜７を形成するものがある。
先行技術文献としては、特許文献１がある。
【特許文献１】ＷＯ２００３−０７７３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したメサ型半導体装置、ここではメサ型ダイオードに逆バイアス電圧を印加した時に、最も電界が集中するのはメサ部６においてｐｎ接合界面の端部が露出する部位である。このため、保護膜７には一般的に素材としてガラスが用いられている。しかし、ガラスを用いて保護膜７を形成する場合には半導体素子の製造プロセスが複雑となり、コスト高の要因となる。
【０００５】
このため、特許文献１においては、半導体基板と、半導体基板の一方の主面の所定の領域に形成された第１の電極と、半導体基板の他方の主面に形成された第２の電極と、半導体基板の一方の主面に外周に沿って形成したメサ溝と、メサ溝の被覆する保護膜とを備えるメサ型の半導体素子において、第１の電極を金属膜から構成し、保護膜を第１の電極の金属膜が劣化する温度よりも低い温度の熱によって硬化する材料から構成している。
【０００６】
この構成では、保護膜が金属膜の劣化温度よりも低い温度の熱によって硬化する材料からなることで、保護膜形成の際に電極に実質的なダメージを与えることがなくなる。このため、電極を形成した後に保護膜を形成することができるので、保護膜としてポリイミド系樹脂を使用することが可能となる。
【０００７】
しかしながら、メサ型半導体装置が高耐圧デバイスである場合に、逆バイアス電圧の印加時にメサ部におけるｐｎ接合界面の端部が露出する部位での電界強度に対して、ポリイミド系樹脂からなる保護膜で十分な信頼性を実現し得ない。
【０００８】
本発明は、メサ部におけるｐｎ接合界面の端部が露出する部位での電界強度を小さくすることにより、保護膜としてガラスを用いることなく、安定した特性と高信頼性を実現できるメサ型半導体装置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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のメサ型半導体装置は、半導体基板が基層上に複数の半導体領域を層状に重ねて形成してなり、前記半導体基板の一方の主面に第１の電極を形成するとともに、他方の主面に第２の電極を形成し、前記基層上の第１の半導体領域が前記基層と同導電型の半導体層からなり、第１の半導体領域とｐｎ接合する第２の半導体領域が第１の半導体領域と異なる導電型の半導体層からなり、前記半導体基板の外周縁部に斜面をなすメサ部を形成し、前記メサ部の斜面を覆って保護膜を形成したものであって、第２の半導体領域は第１の電極と接触する主領域と、第１の電極と非接触の副領域とに分離分割形成し、第２の半導体領域の主領域と副領域の間に第１の半導体領域の一部が介在することを特徴とする。
【００１０】
また、第２の半導体領域の副領域が前記半導体基板の外周縁部をなし、前記メサ部の斜面に露出する前記副領域のｐｎ接合界面の端部を前記保護膜で覆ってなることを特徴とする。
【００１１】
また、第２の半導体領域の副領域がｐｎ接合界面に沿う方向において複数の小副領域に分離分割してなり、前記小副領域の相互間に第１の半導体領域の一部が介在することを特徴とする。
【００１２】
また、前記半導体基板の一方の主面において露出する第１の半導体領域と第２の半導体領域とのｐｎ接合界面の端部を覆って酸化膜を形成したことを特徴とする。
また、前記メサ部を覆って形成する保護膜がポリイミド系樹脂からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明によれば、第２の半導体領域を分離分割して第１の電極と接触する主領域と第１の電極と非接触の副領域を形成し、第２の半導体領域の主領域と副領域の間に第１の半導体領域の一部が介在する特徴的な構成により以下の作用効果が生じる。
【００１４】
すなわち、第１の電極に逆バイアス電圧を印加したときに第２の半導体領域の主領域から第１の半導体領域へ空乏層が広がり、主領域のｐｎ接合界面の端部に電界集中が生じる。この空乏層は逆バイアス電圧の増加に伴って第２の半導体領域の主領域から副領域へ向けて広がり、空乏層が第２の半導体領域の副領域に達すると第２の半導体領域の副領域に所定電位が生じる。
【００１５】
この所定電位は、主領域と副領域との離間距離、および主領域と副領域との間の空乏層内の電位勾配により決まり、この電位勾配は第２の半導体領域上に延在する第１の電極の位置関係により決まる。
【００１６】
この所定電位によって第２の半導体領域の副領域から第１の半導体領域へ空乏層が広がって副領域のｐｎ接合界面の端部に電界集中が生じる。しかし、第２の半導体領域の副領域に生じる所定電位は第２の半導体領域の主領域における電位よりも低いので、副領域のｐｎ接合界面の端部における電界強度、つまりメサ部における電界強度は小さくなる。
【００１７】
すなわち、第２の半導体領域に副領域を設けずに、第１の電極に接触する主領域のｐｎ接合界面の端部がメサ部の斜面に露出する構成において、メサ部のｐｎ接合界面の端部に生じる電界強度に比べて、副領域を設けた構成においてメサ部のｐｎ接合界面の端部に生じる電界強度は小さくなる。よって、安定した特性と高信頼性を実現でき、高耐圧のメサ型半導体装置においてもメサ部を覆って形成する保護膜にポリイミド系樹脂を採用することが可能となる。
【００１８】
また、第２の半導体領域の副領域がｐｎ接合界面に沿う方向において複数の小副領域に分離分割してなり、前記小副領域の相互間に第１の半導体領域の一部が介在することにより、以下の作用効果がある。
【００１９】
すなわち、主領域に対向する最内側の小副領域と主領域との離間距離を、単一の副領域を形成する場合における主領域と副領域との離間距離に等しくしつつ、最内側の小副領域とメサ部に接する最外側の小副領域との間に所定距離を隔てることで、メサ部のｐｎ接合界面の端部に生じる電界強度がさらに小さくなり、さらなる高耐圧のメサ型半導体装置において安定した特性と高信頼性を実現できる。このことを換言すると、単一の副領域を形成する場合に比べて主領域からメサ部までの距離を短くしても、単一の副領域を形成する場合と同等の性能を実現でき、高耐圧のメサ型半導体装置の小型化を図れる。
【００２０】
また、半導体基板の一方の主面において露出する第１の半導体領域と第２の半導体領域とのｐｎ接合界面の端部を覆って酸化膜を形成することにより、さらなる信頼性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、メサ型半導体装置１００は半導体基板１０１の一方の主面に第１の電極であるアノード電極１０２を形成し、他方の主面に第２の電極であるカソード電極１０３を形成してある。
【００２２】
半導体基板１０１はｎ型半導体層をなす基層１０４上にエピタキシャル層をなす複数の半導体結晶薄膜を形成することで、複数の半導体領域を層状に重ねて形成してある。つまり、基層１０４の上に基層１０４と同じ導電型のｎ型半導体層からなり第１の半導体領域をなすｎ型半導体領域１０５を形成し、ｎ型半導体領域１０５と異なる導電型のｐ型半導体層からなり第２の半導体領域をなすｐ型半導体領域１０６をｎ型半導体領域１０５にｐｎ接合して形成してある。
【００２３】
半導体基板１０１には外周縁部の全周にわたってメサ部１０７が形成してあり、メサ部１０７は半導体基板１０１の主面およびｎ型半導体領域１０５とｐ型半導体領域１０６とのｐｎ接合界面に対して傾斜し、凹状に窪む溝状の斜面をなす。メサ部１０７にはその斜面を覆って保護膜１０８が形成してあり、保護膜１０８はポリイミド系樹脂からなる。
【００２４】
ｐ型半導体領域１０６は主領域１０６ａと副領域１０６ｂとに分離分割形成してなり、主領域１０６ａがアノード電極１０２と接触し、副領域１０６ｂはアノード電極１０２と非接触の状態にあって半導体基板１０１の外周縁部をなす。メサ部１０７の斜面において副領域１０６ｂとｎ型半導体領域１０５とのｐｎ接合界面の端部ａが露出し、この端部ａを保護膜１０８が覆っている。
【００２５】
主領域１０６ａと副領域１０６ｂは相互間にｎ型半導体領域１０５の一部が介在して所定距離Ｌ１だけ離間している。半導体基板１０１の一方の主面において露出するｎ型半導体領域１０５とｐ型半導体領域１０６とのｐｎ接合界面の端部ｂ、ｃを覆ってＳｉＯ２等の酸化膜１０９が形成してある。
【００２６】
上記した構成における作用を説明する。ｐ型半導体領域１０６を分離分割してアノード電極１０２と接触する主領域１０６ａと、アノード電極１０２に対して非接触の副領域１０６ｂを形成し、ｐ型半導体領域１０６の主領域１０６ａと副領域１０６ｂの間にｎ型半導体領域１０５一部が介在する特徴的な構成においては以下の作用効果が生じる。
【００２７】
アノード電極１０２に逆バイアス電圧を印加したときに、ｐ型半導体領域１０６の主領域１０６ａからｎ型半導体領域１０５へ空乏層が広がり、主領域１０６ａのｐｎ接合界面の端部ｄに電界集中が生じる。
【００２８】
この空乏層は逆バイアス電圧の増加に伴ってｐ型半導体領域１０６の主領域１０６ａから副領域１０６ｂへ向けて広がり、空乏層が副領域１０６ｂに達すると副領域１０６ｂに所定電位が生じる。
【００２９】
この所定電位は、主領域１０６ａと副領域１０６ｂとの離間距離Ｌ１、および主領域１０６ａと副領域１０６ｂとの間の空乏層内の電位勾配により決まり、この電位勾配はｐ型半導体領域１０６の上に延在するアノード電極１０２の位置関係により決まる。
【００３０】
この所定電位によってｐ型半導体領域１０６の副領域１０６ｂからｎ型半導体領域１０５へ空乏層が広がって副領域１０６ｂのｐｎ接合界面の端部ａに電界集中が生じる。しかし、副領域１０６ｂに生じる所定電位はアノード電極１０２に印加する逆バイアス電圧によって主領域１０６ａに生じる電位よりも低くなる。つまり、図２に示すように、主領域１０６ａのｐｎ接合界面の端部ｄの電位より半導体基板１０１の内部に在る副領域１０６ｂのｐｎ接合界面の端部ｅの電位が低くなる。このため、副領域１０６ｂのｐｎ接合界面の端部ａにおける電界強度、つまりメサ部１０７における電界強度は小さくなる。
【００３１】
すなわち、比較例として図４に示すように、ｐ型半導体領域１０６に副領域１０６ｂを設けず、アノード電極１０２に接触する主領域１０６ａのｐｎ接合界面の端部ｆがメサ部１０７の斜面に露出する構成においてメサ部１０７に生じる電界強度に比べて、図１に示す本実施の形態のように、副領域１０６ｂを設けた構成においてメサ部１０７のｐｎ接合界面の端部ａに生じる電界強度は小さくなる。
【００３２】
さらに、図５〜図７において説明する。図６は本実施の形態において逆バイアス電圧を印加したときの電界強度分布を示す模式図、図７は比較例として図４示す構成において逆バイアス電圧を印加したときの電界強度分布を示す模式図であり、図５は図６の構成と図７の構成の電界強度分布を示すグラフ図である。
【００３３】
図７においては、メサ部１０７の斜面に露出する主領域１０６ａのｐｎ接合界面の端部ｆの一点に強く電界集中が生じていることが明らかである。一方、図６においては、主領域１０６ａのｐｎ接合界面の端部ｄに電界集中が生じるとともに、メサ部１０７に露出する副領域１０６ｂのｐｎ接合界面の端部ａに電界集中が生じており、電界集中が複数点となることで主領域１０６ａのｐｎ接合界面の端部ｄに生じた電界集中が緩和されることが明らかである。このことは、図５に示すグラフ図でも明らかであり、図７のメサ部１０７の斜面に露出する主領域１０６ａのｐｎ接合界面の端部ｆでは、２．５Ｅ＋０５以上の電界強度（Ｖ／ｃｍ）であるのに対し、図６のメサ部１０７の斜面に露出する副領域１０６ｂのｐｎ接合界面の端部ａでは、２．０Ｅ＋０５以下の電界強度（Ｖ／ｃｍ）となり、主領域１０６ａのｐｎ接合界面の端部ｄでは、２．０Ｅ＋０５以上の電界強度（Ｖ／ｃｍ）となるが、図７のメサ部１０７の斜面に露出する主領域１０６ａのｐｎ接合界面の端部ｆにおける２．５Ｅ＋０５以上の電界強度（Ｖ／ｃｍ）より小さくなる。
【００３４】
このため、安定した特性と高信頼性を実現でき、高耐圧のメサ型半導体装置においてもメサ部１０７を覆って形成する保護膜１０８にポリイミド系樹脂を採用することが可能となる。半導体基板１０１の一方の主面において露出するｎ型半導体領域１０５とｐ型半導体領域１０６とのｐｎ接合界面の端部ｂ、ｃを覆って酸化膜１０９を形成することにより、さらなる信頼性の向上を図ることができる。
【００３５】
図３に示すように、ｐ型半導体領域１０６の副領域１０６ｂは、ｐｎ接合界面に沿う方向において複数の小副領域１０６ｃ、１０６ｄに分離分割し、所定距離Ｌ２だけ離間した小副領域１０６ｃ、１０６ｄの相互間にｎ型半導体領域１０５の一部が介在する構成とすることも可能である。
【００３６】
この構成では以下の作用効果がある。すなわち、主領域１０６ａに対向する最内側の小副領域１０６ｃと主領域１０６ａとの離間距離Ｌ１を、先の実施の形態のように単一の副領域１０６ｂを形成する場合における主領域１０６ａと副領域１０６ｂとの離間距離Ｌ１に等しくしつつ、最内側の小副領域１０６ｃとメサ部１０７に接する最外側の小副領域１０６ｄとの間に所定距離Ｌ２を隔てることで、メサ部１０７のｐｎ接合界面の端部ａに生じる電界強度がさらに小さくなり、さらなる高耐圧のメサ型半導体装置において安定した特性と高信頼性を実現できる。このことを換言すると、単一の副領域１０６ｂを形成する場合に比べて主領域１０６ａからメサ部１０７までの距離Ｌ１＋Ｌ３を短くしても、単一の副領域１０６ｂを形成する場合と同等の性能を実現でき、高耐圧のメサ型半導体装置の小型化を図れる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明はメサ部におけるｐｎ接合界面の端部が露出する部位での電界強度を小さくすることにより、保護膜としてガラスを用いることなく、安定した特性と高信頼性を実現できるので、高耐圧のメサ型半導体装置に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態におけるメサ型半導体装置を示す断面図
【図２】同実施の形態におけるメサ型半導体装置での電位の分布を示すグラフ図
【図３】本発明の他の実施の形態におけるメサ型半導体装置を示す断面図
【図４】比較例のメサ型半導体装置を示す断面図
【図５】電界強度分布を示すグラフ図
【図６】本実施の形態において逆バイアス電圧を印加したときの電界強度分布を示す模式図
【図７】比較例の構成において逆バイアス電圧を印加したときの電界強度分布を示す模式図
【図８】従来のメサ型半導体装置を示す断面図
【図９】従来のメサ型半導体装置を示す断面図
【符号の説明】
【００３９】
１００    メサ型半導体装置
１０１    半導体基板
１０２    アノード電極
１０３    カソード電極
１０４    基層
１０５    ｎ型半導体領域
１０６    ｐ型半導体領域
１０６ａ  主領域
１０６ｂ  副領域
１０６ｃ、１０６ｄ  小副領域
１０７    メサ部
１０８    保護膜
１０９    酸化膜
【図１】
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【図２】
2008130622.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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