(57)【要約】【課題】湿気の多い場所で使用しつづけても、ダイオード構造の陽極および陰極間をショートさせる問題が生じない構造の半導体装置を提供する。【解決手段】たとえばｎ＋＋形半導体基板１上にｎ−形半導体層２が設けられ、その表面にｐ＋形拡散領域３が設けられて、ｐｎ接合が形成されている。半導体基板１の裏面には、その半導体基板１とオーミック接触によりＡｇを含む第１電極５が設けられ、ｐ＋形拡散領域３とオーミック接触して、たとえばＡｇからなる第２電極６が設けられている。そして、ｎ−形半導体層２表面から半導体基板１に達する第１導電形アイソレーション拡散領域４が形成され、そのアイソレーション拡散領域４の表面にオーミック接触するように、たとえばＡｌ金属膜７が設けられることにより、第１電極５と電気的に接続している。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐｎ接合を形成する第１導電形半導体層および第２導電形半導体層と、前記第１導電形半導体層および第２導電形半導体層とそれぞれ電気的に接続して設けられる第１電極および第２電極とからなり、前記第１電極がＡｇを含む金属材料からなり、該第１電極が正になるように前記第１電極および第２電極に電圧が印加され得る半導体装置であって、前記第１電極と電気的に接続してＡｌを含む金属膜が設けられてなる半導体装置。
【請求項２】
第１導電形半導体基板と、該第１導電形半導体基板上に設けられる第１導電形半導体層と、該第１導電形半導体層表面に設けられる第２導電形拡散領域と、前記半導体基板裏面に電気的に接続して設けられるＡｇを含む第１電極と、前記第２導電形拡散領域と電気的に接続して設けられる第２電極とを有する半導体装置であって、前記第１導電形半導体層表面から前記半導体基板に達する第１導電形アイソレーション拡散領域が形成され、該アイソレーション拡散領域の表面にオーミック接触するようにＡｌを含む金属膜が設けられてなる半導体装置。
【請求項３】
前記アイソレーション拡散領域が、前記第２導電形拡散領域を取り囲むようにチップ周囲に形成されてなる請求項２記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばダイオードなどの半導体チップの電圧が印加され得る２つの電極の少なくとも陽極側にＡｇを含む場合に、動作中に空気中の湿気に起因してショート不良が発生するという現象を防止し得る半導体装置に関する。さらに詳しくは、湿気によりＡｇ電極がイオン化して半導体チップ表面に析出するというマイグレーションの発生を抑制することができる構造の半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のツェナーダイオードなどのダイオード構造は、たとえば図２（ａ）に示されるような構造になっている。すなわち、たとえばｎ＋＋形半導体基板２１の表面にｎ−形半導体層２２がエピタキシャル成長され、その表面にｐ形拡散領域２３が形成されることにより、ｐｎ接合が形成され、表面側のｐ形拡散領域２３とオーミックコンタクトをさせてＡｇからなるバンプ電極（第２電極）２５が設けられ、半導体基板２１の裏面にＮｉ−Ａｇ合金層からなる第１電極２４が形成されることにより構成されている。なお、２６は、半導体層２２表面に設けられるＳｉＯ２などからなる絶縁膜である。この電極には、温度耐久性、電気抵抗率が小さいことなどの理由から、Ａｇが用いられている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
このツェナーダイオードＺＤは、図２（ｂ）に示されるように、電源Ｖｃｃに対して、ｐｎ接合が逆方向になるように回路Ｃと並列に接続され、回路にサージなどの異常電圧が印加された場合には、ツェナーダイオードＺＤのツェナー降伏電圧を利用して放電し得るように構成されている。すなわち、ツェナーダイオードＺＤの順方向のサージが印加された場合には、そのダイオードの順方向により容易に放電し、逆方向のサージが印加された場合でも、ツェナー電圧以上のサージであれば、ツェナー降伏によりショート状態となり、放電するものである。なお、回路Ｃはツェナー電圧以下の電圧で動作するようにツェナー電圧が設定されているため、動作電圧に対しては、ツェナーダイオードＺＤはショート状態にはならないでオープン状態となり、電源電圧Ｖｃｃにより異常なく動作する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３５０１０８号公報（図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような構造の半導体装置を使用していると、ダイオード構造の陽極と陰極との間をショートさせるという事故が発生する場合がある。この現象は、とくに湿気の多い場所で半導体装置を使用する場合に発生しやすい。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、湿気の多い場所で使用しつづけても、ダイオード構造の陽極および陰極間をショートさせる問題が生じない構造の半導体装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、とくに湿気の多い場所で使用する場合に発生しやすいダイオード構造の陽極・陰極間ショートの問題を解決するため、鋭意検討を重ねた結果、ショートの原因が、陽極電極のＡｇのマイグレーションにより陽極・陰極間でショートすることに原因があることを見出した。
【０００８】
すなわち、ダイオードなどの少なくとも陽極側に、Ａｇが用いられていると、湿気などにより水分が付着した場合、電極材料がイオン化し、Ａｇ＋などのイオンが生じる。たとえば陽極電極側でイオン化したＡｇ＋イオンは、陽イオンであるため、図２（ａ）に矢印Ａで示されるように、半導体チップ表面を経て陰極（第２電極）側に引き寄せられる。陰極においては、やはり水分によりイオン化され、Ｈ＋とＯＨ−が存在し、ＯＨ−は陽極電極側に引き寄せられ、陽極電極で電子を放出して水素と酸素を発生する。一方、陰極電極では、Ｈ＋と陽極側から引き寄せられたＡｇ＋が存在するが、ＡｇがＨよりイオン化傾向が小さいため、Ａｇ＋が陰極から電子をもらってＡｇとして析出する。この現象が繰り返されると、半導体チップ表面にＡｇの析出が広がり、やがては陰極電極と陽極電極との間をショートさせてしまう。
【０００９】
本発明者は、このＡｇの析出を抑制するためさらに鋭意検討を重ねた結果、陽極電極と電気的に接続してＡｌを含む金属膜を形成しておくことにより、水分が存在してイオン化する場合、同電位であるＡｌとＡｇとでは、ＡｌがＡｇよりイオン化傾向が大きいためＡｌがイオンとなり、陽イオンが陰極側に引き寄せられてもＡｌが陰極側に引き寄せられることにより、Ａｌは析出せず、ショートを防止することができることを見出した。すなわち、陰極側に引き寄せられたＡｌ２＋（Ａｌ３＋）は、陰極側に存在するＨ＋よりイオン化傾向が大きいため、陰極より電子を受け取って析出するのはＨ＋となり、Ｈ２となって放出されるだけで、Ａｌイオンは、そのままイオンとして存在し続ける。その結果、Ａｌ金属膜が存在する限りＡｌやＡｇなどの析出はなく、陽極・陰極間をショートさせる現象は発生しない。
【００１０】
本発明による半導体装置は、ｐｎ接合を形成する第１導電形半導体層および第２導電形半導体層と、前記第１導電形半導体層および第２導電形半導体層とそれぞれ電気的に接続して設けられる第１電極および第２電極とからなり、前記第１電極がＡｇを含む金属材料からなり、該第１電極が正になるように前記第１電極および第２電極に電圧が印加され得る半導体装置であって、前記第１電極と電気的に接続してＡｌを含む金属膜が設けられている。
【００１１】
具体的な構造としては、第１導電形半導体基板と、該第１導電形半導体基板上に設けられる第１導電形半導体層と、該第１導電形半導体層表面に設けられる第２導電形拡散領域と、前記半導体基板裏面に該半導体基板と電気的に接続して設けられるＡｇを含む第１電極と、前記第２導電形拡散領域と電気的に接続して設けられる第２電極とを有する半導体装置であって、前記第１導電形半導体層表面から前記半導体基板に達する第１導電形アイソレーション拡散領域が形成され、該アイソレーション拡散領域の表面にオーミック接触するようにＡｌを含む金属膜が設けられている。
【００１２】
この構造にすることにより、水分により電極金属がイオン化して、陰極側に引き寄せられても、引き寄せられる陽イオンはＡｇよりイオン化傾向の大きいＡｌであり、陰極に存在する陽イオンＨ＋よりイオン化傾向が大きいため、電子をもらって析出することがない。析出するのは、イオン化傾向の小さいＨ２であり、ガスとして放出されるため、陽極・陰極間をショートさせることはない。この現象は、Ａｌ電極が全てイオン化して陰極側に引き寄せられてしまわない限り存続する。通常の湿気が多いという程度の雰囲気下では、半導体装置の寿命に相当する程度の時間では、Ａｌ電極が無くなってしまうことはなく、Ａｌよりイオン化傾向の小さいＡｇがイオン化してマイグレーションを起こすという現象は発生しない。その結果、従来のＡｇのマイグレーションによるショート不良の発生ということを防止することができる。
【００１３】
前記アイソレーション拡散領域が、前記第２導電形拡散領域を取り囲むようにチップ周囲に形成されれば、半導体チップの全周で完全にＡｇのマイグレーションを防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の半導体装置について、図面を参照しながら説明をする。本発明による半導体装置は、その一実施形態の断面説明図が図１に示されるように、ｐｎ接合を形成する第１導電形（たとえばｎ形）半導体層２および第２導電形半導体層（たとえばｐ形拡散領域３）が設けられ、そのｎ形半導体層２およびｐ形半導体層３とそれぞれ電気的に接続してＡｇを含む金属材料からなる第１電極５および第２電極６が設けられ、この第１電極５が正になるように第１電極５および第２電極６に電圧が印加され得る構造になっている。この第１電極５と電気的に接続してＡｌを含む金属膜７が設けられていることに、本発明の特徴がある。
【００１５】
具体的な構造としては、図１に示されるように、第１導電形（たとえばｎ＋＋形）半導体基板１上に第１導電形（ｎ−形）半導体層２が設けられ、そのｎ−形半導体層２表面に第２導電形（たとえばｐ＋形）拡散領域３が設けられて、ｐｎ接合が形成されている。半導体基板１の裏面には、その半導体基板１とオーミック接触によりＡｇを含む第１電極５が設けられ、ｐ＋形拡散領域３とオーミック接触して、たとえばＡｇからなる第２電極６が設けられている。そして、ｎ−形半導体層２表面から半導体基板１に達する第１導電形アイソレーション拡散領域４が形成され、そのアイソレーション拡散領域４の表面にオーミック接触するように、たとえばＡｌ金属膜が設けられることにより、第１電極５と電気的に接続してＡｌを含む金属膜７が設けられている。
【００１６】
半導体基板１は、通常のシリコンなどからなる半導体基板が用いられ、たとえばｎ＋＋形の高不純物濃度の基板が用いられ、その表面に所望のツェナー電圧が得られる不純物濃度のｎ−形半導体層２が５〜５０μｍ程度の厚さにエピタキシャル成長されている。すなわち、この半導体層２の不純物濃度は、ｐ＋形拡散領域３の不純物濃度との差によりツェナー電圧（ツェナー降伏電圧）が定まり、所望のツェナー電圧を得るためにはこの両者の不純物濃度の差により調整される。しかし、ｐ＋形拡散領域３の不純物濃度は、第２電極６の金属膜とオーミックコンタクトを得る必要があり、自由にはその不純物濃度を設定することはできず、この半導体層２は、通常１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３程度の低不純物濃度に形成される。
【００１７】
半導体層２の表面には、ボロンなどを拡散することにより、不純物濃度が１×１０１７〜１×１０２０ｃｍ−３程度で、０．５〜１０μｍ程度の深さにｐ＋形拡散領域３が形成され、前述のｐｎ接合が半導体層２との間に形成されている。ｐ＋形拡散領域３周囲のチップの外周部に相当する部分には、図１（ｂ）に平面説明図が示されるように、全周に亘ってｎ−形半導体層２の表面から半導体基板１に達するアイソレーション拡散領域４が、たとえばリン（Ｐ）の拡散などにより不純物濃度が１×１０１５〜１×１０１８ｃｍ−３程度の低抵抗に形成されている。
【００１８】
ｐ＋形拡散領域３の表面には、たとえばスクリーン印刷またはメッキなどによりＡｇバンプが形成され、第２電極６が形成されている。また、半導体基板１裏面には、真空蒸着などにより、Ｎｉ−Ａｇ合金からなる第１電極５が形成されている。この第１電極５は、Ｎｉ−Ａｇに限定されないが、Ａｇを含むことが固さの点から好ましい。また、第２電極６も、Ａｇバンプ電極に限定されず、Ａｇ以外のＡｕなどを使用することもできる。しかし、Ａｇを用いることが温度耐久性の点から好ましい。また、バンプ電極であればガラス封止のパッケージにするのに都合がよいが、バンプ電極に限定されず、通常の電極膜で、リードフレームにマウントして樹脂モールドする表面実装型のパッケージにすることもできる。
【００１９】
さらに、アイソレーション拡散領域４の表面には、たとえば真空蒸着などによりＡｌ金属膜７が設けられている。このＡｌ金属膜７は、高不純物濃度のアイソレーション拡散領域７および半導体基板１を介して第１電極５と接続されているため、殆ど第１電極５と同電位になっている。Ａｌ金属膜７は、純粋なＡｌでなくても、酸化アルミニウムなどでもよく、Ａｌが含まれておればよい。
【００２０】
この半導体装置は、たとえばツェナーダイオードとして使用される場合、ｐｎ接合に対して逆方向に電圧が印加される。すなわち、第１電極が陽極になるように電源が接続される。この場合、湿気の多いところで使用すると、前述のように水分により電極金属がイオン化して、陽極側で発生した陽イオンが陰極側に引き寄せられる。しかし、本発明の半導体装置では、陽極側となる第１電極と殆ど同電位でＡｌ金属膜が設けられているため、イオン化する場合、ＡｇよりもＡｌの方がイオン化しやすく、Ａｌイオンが陰極側に引き寄せられる。陰極では、水分がイオン化してＨイオンが存在し、Ａｌイオンとでは、Ｈイオンの方が、イオン化傾向が小さいため、Ａｌは析出しないで、Ｈイオンが電子をもらってＨ２ガスとなる。その結果、Ａｌ金属膜がなくなるまでは金属が析出して、陽極と陰極とをショートさせることはない。
【００２１】
現実に、チップを水中でバイアスを印加させたところ、従来構造のツェナーダイオードでは、１０秒程度でマイグレーションが発生してショート状態になったが、図１に示される構造の本発明のツェナーダイオードによれば、１０分以上ショートすることなく、Ａｌ金属膜が消失した後にショート状態になった。
【００２２】
前述の例では、ツェナーダイオードの例であったが、通常のダイオードで順方向に電圧が接続される場合でも陽極側から陽イオンが陰極側にマイグレーションする場合に、同様に本発明を適用することができるし、ダイオードでなくても、２つの電極に電圧を印加する半導体装置の場合には同様の現象を防止することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、２つの電極間に電圧を印加して動作させる半導体装置において、湿気の多い場所で電圧が印加されても、電極金属がマイグレーションすることを防止することができるため、動作中にショート不良が発生するという問題がなく、非常に信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体装置の一実施形態であるツェナーダイオードチップの断面および平面の説明図である。
【図２】従来のツェナーダイオードの断面説明図および接続例の説明図である。
【符号の説明】
１　　半導体基板
２　　半導体層
３　　拡散領域
４　　アイソレーション拡散領域
５　　第１電極
６　　第２電極
７　　Ａｌ金属膜
【図１】
2004119576.tif 000003
【図２】
2004119576.tif 000004