(57)【要約】【課題】高信頼性で、安定した電気特性と環境負荷物質を含む要素を除外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】半導体基体１０２のメサ部１１１の傾斜側面を皮覆するシリコン酸化膜１ａが、鉛や亜鉛を添加せずとも、Ａｌイオンを含むことで固定的な負電荷を帯びることにより、電気特性の安定と信頼性を確保しつつ環境負荷物質を含む要素を除外可能なメサ型半導体素子１００を実現する。【選択図】図１
2008187060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基体がメサ形状である半導体素子であって、前記半導体基体のメサ部をなす傾斜側面を被覆してＡｌイオンを含むシリコン酸化膜を形成したことを特徴とするメサ型半導体素子。
【請求項２】
半導体基体がメサ形状である半導体素子であって、前記半導体基体のメサ部をなす傾斜側面を被覆してＡｌ、Ｃｌ、Ｆの何れか一種または複数種のイオンを含むシリコン酸化膜を形成したことを特徴とするメサ型半導体素子。
【請求項３】
メサ形状の半導体基体において、メサ部をなす傾斜側面を皮覆してシリコン酸化膜を形成し、前記シリコン酸化膜にＡｌをイオン注入して前記シリコン酸化膜をＡｌイオンを含むシリコン酸化膜となすことを特徴とするメサ型半導体素子の製造方法。
【請求項４】
メサ形状の半導体基体において、メサ部をなす傾斜側面を皮覆してシリコン酸化膜を形成し、前記シリコン酸化膜にＡｌ、Ｃｌ、Ｆの何れか一種または複数種をイオン注入し、前記シリコン酸化膜をＡｌ、Ｃｌ、Ｆの何れか一種または複数種のイオンを含むシリコン酸化膜とすることを特徴とするメサ型半導体素子の製造方法。
【請求項５】
シリコンからなる第１層の高濃度半導体領域の上に同じ導電型をなす第２層の低濃度半導体領域をエピタキシャル成長によって形成し、前記低濃度半導体領域の表面から層内へ異なる導電型のドーパントを拡散させて第３層の半導体領域を形成し、前記第３層の半導体領域と前記第２層の低濃度半導体領域との界面を半導体接合面として半導体基体を形成する半導体基体形成工程と、
前記半導体基体の一方の主面の外周に沿って、かつ前記高濃度半導体領域に達する側面をメサエッチングし、前記半導体基体の外周にメサ部をなす傾斜側面を形成して前記半導体基体をメサ形状となすメサ形成工程と、
熱酸化法にて、前記半導体基体の一方の主面から前記傾斜側面にかけてシリコン酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記半導体基体の一方の主面に対応するシリコン酸化膜をマスクで覆い、前記傾斜側面上の前記シリコン酸化膜にＡｌをイオン注入して前記傾斜側面上にＡｌイオンを含むシリコン酸化膜を形成するイオン注入工程と、
前記シリコン酸化膜に選択的エッチング除去を施して、前記半導体基体の一方の主面をなす前記第３層の半導体領域を露出させ、前記第３層の半導体領域の表面から前記シリコン酸化膜の周辺へ延在するアノード電極を形成し、前記半導体基体の他方の主面をなす前記高濃度半導体領域を研削研磨して厚み調整し、前記高濃度半導体領域の表面にカソード電極を形なする電極形成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、半導体素子の耐圧性、耐湿性、耐薬品性の技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のメサ型半導体素子としては、例えば図３に示すように、半導体基体のメサ部を形成する傾斜側面がガラス粒子を含む樹脂で皮覆されているものが有った。
図３において、１０１はダイオード、１０２は半導体基体、１０３はアノード電極、１０４はカソード電極、１０５は保護膜、１０６はＰ型半導体領域、１０７はＮ−型半導体領域、１０８はＮ＋型半導体領域、１０９は半導体基体の一方の主面、１１０は半導体基体の他方の主面、１１１は傾斜側面、１１２はＰＮ接合、１１３は絶縁性樹脂、１１４はガラス粒子を示している。
【０００３】
このメサ型半導体素子からなるダイオード１０１は、半導体基体１０２が第１層の高濃度のＮ＋型半導体領域１０８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＋型半導体領域１０８の上面に同じ導電型をなす第２層の低濃度のＮ−型半導体領域１０７を形成し、Ｎ−型半導体領域１０７の上面に異なる導電型をなす第３層のＰ型半導体領域１０６を形成しており、Ｎ−型半導体領域１０７とＰ型半導体領域１０６とがＰＮ接合１１２を形成している。
【０００４】
半導体基体１０２の一方の主面１０９をなすＰ型半導体領域１０６の上面にアノード電極１０３を形成し、半導体基体１０２の他方の主面１１０をなすＮ＋型半導体領域１０８の下面にカソード電極１０４を形成している。半導体基体１０２は周囲に凹状の傾斜側面をなすメサ部１１１を形成しており、メサ部１１１を覆って保護膜１０５を形成している。保護膜１０５はガラス粒子１１４を含むエポキシ等の絶縁性樹脂１１３からなる。
【０００５】
この構成によれば、メサ部１１１を皮覆する保護膜１０５が負電荷を帯びるガラス粒子１１４を含んでいるので、ガラス粒子１１４が帯びる負電荷によって安定した耐圧性を得ることができるとともに、ガラスからなる通常の保護膜を形成する際の温度に比して絶縁性樹脂１１３を硬化させる際の熱処理は低温で行なえるので製造プロセスの自由度を上げることができた。先行技術文献としては、特許文献１がある。
【特許文献１】特開２００１−１１０７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の構成では、保護膜１０５が樹脂からなるために耐湿性や耐薬品性等に劣り、信頼性が低くなる課題があった。
また、保護膜１０５中のガラス粒子１１４の分布には均一性が求められるが、不均一が生じた場合には、耐圧を含む逆方向の電気特性のバラツキや、元来樹脂が有する可動イオンの影響を打ち消す作用が阻害されるので、電気特性不安定等の不具合を生じる課題を有していた。
【０００７】
また、ガラス粒子１１４に負電荷を帯びさせるためには、ガラス粒子１１４が鉛や亜鉛等の環境負荷物質を含まねばならない課題も有していた。
本発明は上記の課題を解決するものであり、耐湿性・耐薬品性に優れて安定した負電荷を得ることができ、しかも鉛や亜鉛等の環境負荷物質を含むことのない保護膜を有し、信頼性と安定した電気特性に優れた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】
【０００８】
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、半導体基体がメサ形状である半導体素子であって、前記半導体基体のメサ部をなす傾斜側面を被覆してＡｌイオンを含むシリコン酸化膜を形成したことを特徴とする。
【０００９】
本発明のメサ型半導体素子は、半導体基体がメサ形状である半導体素子であって、前記半導体基体のメサ部をなす傾斜側面を被覆してＡｌ、Ｃｌ、Ｆの何れか一種または複数種のイオンを含むシリコン酸化膜を形成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明のメサ型半導体素子の製造方法は、メサ形状の半導体基体において、メサ部をなす傾斜側面を皮覆してシリコン酸化膜を形成し、前記シリコン酸化膜にＡｌをイオン注入して前記シリコン酸化膜をＡｌイオンを含むシリコン酸化膜となすことを特徴とする。
【００１１】
本発明のメサ型半導体素子の製造方法は、メサ形状の半導体基体において、メサ部をなす傾斜側面を皮覆してシリコン酸化膜を形成し、前記シリコン酸化膜にＡｌ、Ｃｌ、Ｆの何れか一種または複数種をイオン注入し、前記シリコン酸化膜をＡｌ、Ｃｌ、Ｆの何れか一種または複数種のイオンを含むシリコン酸化膜とすることを特徴とする。
【００１２】
本発明のメサ型半導体素子の製造方法は、シリコンからなる第１層の高濃度半導体領域の上に同じ導電型をなす第２層の低濃度半導体領域をエピタキシャル成長によって形成し、前記低濃度半導体領域の表面から層内へ異なる導電型のドーパントを拡散させて第３層の半導体領域を形成し、前記第３層の半導体領域と前記第２層の低濃度半導体領域との界面を半導体接合面として半導体基体を形成する半導体基体形成工程と、前記半導体基体の一方の主面の外周に沿って、かつ前記高濃度半導体領域に達する側面をメサエッチングし、前記半導体基体の外周にメサ部をなす傾斜側面を形成して前記半導体基体をメサ形状となすメサ形成工程と、熱酸化法にて、前記半導体基体の一方の主面から前記傾斜側面にかけてシリコン酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、前記半導体基体の一方の主面に対応するシリコン酸化膜をマスクで覆い、前記傾斜側面上の前記シリコン酸化膜にＡｌをイオン注入して前記傾斜側面上にＡｌイオンを含むシリコン酸化膜を形成するイオン注入工程と、前記シリコン酸化膜に選択的エッチング除去を施して、前記半導体基体の一方の主面をなす前記第３層の半導体領域を露出させ、前記第３層の半導体領域の表面から前記シリコン酸化膜の周辺へ延在するアノード電極を形成し、前記半導体基体の他方の主面をなす前記高濃度半導体領域を研削研磨して厚み調整し、前記高濃度半導体領域の表面にカソード電極を形なする電極形成工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明によれば、メサ形状の半導体基体のメサ部をなす傾斜側面上に形成するシリコン酸化膜が、少なくともＡｌ、Ｃｌ、Ｆの何れか一種のイオンを含むことで、固定的に負電荷を帯びた状態となるので安定した電気特性を確保できる。また、半導体基体の傾斜側面を皮覆するものはシリコン酸化膜であるので、耐湿性と耐薬品性とに優れたものとすることが可能であり、信頼性に優れた半導体素子となる。更に、シリコン酸化膜には、鉛や亜鉛等の元素を添加することが無いので環境負荷物質を含む要素を除外することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。図１は、本発明の実施の形態におけるメサ型半導体素子を示すものであり、先に図３において説明したものと同じ構成要素については同符号を用いてその説明を省略する。
【００１５】
図１において、１はシリコン酸化膜、１ａはＡｌイオンを含むシリコン酸化膜、３は半導体基体の一方の主面、４は半導体基体の他方の主面、１００はメサ型半導体素子を示している。
【００１６】
図１に示すように、シリコン酸化膜１は、半導体基体１０２の一方の主面３であるＰ型半導体領域１０６の表面の周部から半導体基体１０２の傾斜側面をなすメサ部１１１の上方領域にかけて覆っており、特にメサ部１１１の傾斜側面を皮覆する部分は、負電荷を固定的に帯びるＡｌイオンを含むシリコン酸化膜１ａからなる。
【００１７】
この構成において、メサ部１１１の傾斜側面に露出するＰＮ接合１１２が耐圧性等の素子特性に大きく影響する要素であるが、Ａｌイオンを含むシリコン酸化膜１ａでメサ部１１１を覆うことによりＰＮ接合１１２が外部からの影響を受けにくくなり、従来のような鉛や亜鉛等の環境負荷物質を含まずとも、Ａｌイオンを含むことで信頼性の向上と安定した耐圧性が得られるメサ型半導体素子が実現できる。しかも、シリコン酸化膜１ａのシリコンの特性により耐湿性と耐薬品性に優れたものとすることができる。
【００１８】
メサ部１１１に形成したＡｌイオンを含むシリコン酸化膜１ａの上にさらに重ねてシリコン酸化膜を形成することで、メサ部１１１をより強固に保護する構成としても良い。
尚、本実施の形態では、半導体基体１０２がＮ＋型半導体領域１０８とＮ−型半導体領域１０７とＰ型半導体領域１０６とで形成され、Ｐ型半導体領域１０６とＮ−型半導体領域１０７との界面をＰＮ接合１１２とするダイオードを例示して説明した。しかし、本発明は上述した構成に限定されるものではなく、メサ形状をなす半導体基体を用いて耐圧構造を得るものであるならばトランジスタ等の半導体素子一般に対して適用が可能である。
【００１９】
また、Ａｌイオンを含むシリコン酸化膜１ａでメサ部１１１を皮覆したが、Ａｌイオンに替えてＣｌイオンまたはＦイオンを含むシリコン酸化膜としても同様の効果を得ることができる。
【００２０】
以下に本発明のメサ型半導体素子１００の製造方法を説明する。図２（ａ）〜（ｅ）はメサ型半導体素子１００の製造過程の主な工程終了時点を示すものである。図２において、１はシリコン酸化膜、１ａはＡｌイオンを含むシリコン酸化膜、２はマスク、３は半導体基体の一方の主面、４は半導体基体の他方の主面、１０２は半導体基体、１０３はアノード電極、１０４はカソード電極、１０６はＰ型半導体領域、１０７はＮ−型半導体領域、１０８はＮ＋型半導体領域、１１１は傾斜側面、１１２はＰＮ接合を示している。
【００２１】
図２（ａ）は半導体基体形成工程を示すものであり、シリコンからなる第１層の高濃度のＮ＋型半導体領域１０８の上にエピタキシャル成長によって同じ導電型をなす第２層の低濃度のＮ−型半導体領域１０７を形成し、Ｎ−型半導体領域１０７の表面からその層内へＰ型ドーパントを拡散させて異なる導電型をなす第３層のＰ型半導体領域１０６を形成し、Ｐ型半導体領域１０６とＮ−型半導体領域１０７との界面を半導体接合面であるＰＮ接合１１２として半導体基体１０２を形成する。
【００２２】
以下において、半導体基体１０２のＰ型半導体領域１０６の表面を半導体基体１０２の一方の主面３とし、この主面３と表裏をなす反対側のＮ＋型半導体領域１０８の表面を半導体基体１０２の他方の主面４とする。
【００２３】
図２（ｂ）はメサ形成工程を示すものであり、先の半導体基体形成工程の後に、半導体基体１０２の一方の主面３の外周に沿って、かつＮ＋型半導体領域１０８に達する側面をメサエッチングし、半導体基体１０２の外周に傾斜側面のメサ部１１１を形成して半導体基体１０２をメサ形状とする。
【００２４】
図２（ｃ）は酸化膜形成工程を示すものであり、先のメサ形成工程の後に、熱酸化法にて、半導体基体１０２の一方の主面３、および傾斜側面をなすメサ部１１１にかけてシリコン酸化膜１を形成する。
【００２５】
ここで、シリコン酸化膜を形成する方法としては、熱酸化法以外に、熱ＣＶＤやプラズマＣＶＤで行っても良い。
図２（ｄ）はイオン注入工程を示すものであり、先の酸化膜形成工程の後に、半導体基体１０２の一方の主面３に対応するシリコン酸化膜１をマスク２で覆い、シリコン酸化膜１のうちで傾斜側面をなすメサ部１１１に形成された部分のみにＡｌをイオン注入し、メサ部１１１の上にＡｌイオンを含むシリコン酸化膜１ａを形成する。
【００２６】
前述したように、従来では保護膜中のガラス粒子の分布を確実に均一なものとすることが困難であるために、電気特性不安定等の不具合を生じることがあった。しかし、本実施の形態では、イオン注入を行なうことで、シリコン酸化膜１ａの層中にＡｌイオンを確実に均一に分布させることができ、耐圧を含む逆方向の電気特性のバラツキをなくすことができ、電気特性不安定等の不具合が生じないメサ型半導体素子１００を実現できる。
【００２７】
ここで、イオン注入の後に熱処理を施してアニーリングし、Ａｌイオンを含むシリコン酸化膜１ａの膜質改善と電荷の活性化を行っても良い。また、Ａｌイオンを含むシリコン酸化膜１ａの上に、更に上述の方法でシリコン酸化膜を形成して保護膜としての信頼性を高めても良い。
【００２８】
尚、イオン注入の照射角度は特に限定しないが、メサ部１１１の傾斜面に合わせて斜め方向に照射しても良い。これによれば、イオン注入の照射効率を高めることができる。
図２（ｅ）は電極形成工程を示すものであり、先のイオン注入工程の後に、シリコン酸化膜１に選択的エッチング除去を施して半導体基体１０２の一方の主面３であるＰ型半導体領域１０６を露出させ、Ｐ型半導体領域１０６の表面からシリコン酸化膜１の周辺へ延在するＡｌ等からなるアノード電極を形成する。そして、半導体基体１０２の他方の主面４であるＮ＋型半導体領域１０８を研削研磨して厚み調整し、Ｎ＋型半導体領域１０８の表面に金や銀等を最表に有する多層または単層のカソード電極１０４を形成することにより、図１に示すメサ型半導体素子とする。
【００２９】
ここでは、一例としてイオン注入の後にシリコン酸化膜１に選択的エッチング除去を施す製造過程としたが、イオン注入の前にシリコン酸化膜１に選択的エッチング除去を施し、マスク２で覆ってイオン注入を施しても良い。
【００３０】
尚、本実施の形態では、半導体基体１０２がＮ＋型半導体領域１０８とＮ−型半導体領域１０７とＰ型半導体領域１０６とで形成され、Ｐ型半導体領域１０６とＮ−型半導体領域１０７との界面をＰＮ接合１１２とするダイオードを例示して説明したが、双方の導電型を入れ替えて実施することも可能である。その場合、アノード電極とカソード電極も入れ替わることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明はメサ型半導体素子として有用であり、特に環境負荷物質を含むことなく電気的に安定で信頼性を必要なものに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態におけるメサ型半導体素子の断面図
【図２】本発明の実施の形態におけるメサ型半導体素子の製造過程を示す断面図
【図３】従来の半導体素子の断面図
【符号の説明】
【００３３】
１  シリコン酸化膜
１ａ  Ａｌイオンを含むシリコン酸化膜
２  マスク
３  半導体基体の一方の主面
４  半導体基体の他方の主面
１００  メサ型半導体素子
１０１  ダイオード
１０２  半導体基体
１０３  アノード電極
１０４  カソード電極
１０５  保護膜
１０６  Ｐ型半導体領域
１０７  Ｎ−型半導体領域
１０８  Ｎ＋型半導体領域
１０９  半導体基体の一方の主面
１１０  半導体基体の他方の主面
１１１  メサ部
１１２  ＰＮ接合
１１３  絶縁性樹脂
１１４  ガラス粒子
【図１】
2008187060.tif 000003
【図２】
2008187060.tif 000004
【図３】
2008187060.tif 000005