JP2019029469A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

To provide a semiconductor device and a manufacturing method of the same which can prevent local thermal failure due to concentration of Hall current without increasing forward voltage.SOLUTION: A semiconductor device at least comprises: a first conductivity type semiconductor substrate; a first part which is formed on part of the semiconductor substrate on one principal surface side and has a second conductivity type opposite to the first conductivity type; an electrode layer joined to the first part; and a conductive mask layer formed on the electrode layer in an overlapping manner. The electrode layer is formed to be overlapped on the one principal surface side at a position from a circumference toward the center of the semiconductor substrate; and on the semiconductor substrate, a reconnection layer extending from the circumference toward the center is formed; and one end of the reconnection layer lies on the joint surface of the first part with the semiconductor substrate and near an end of the semiconductor substrate on the circumference side in a shape following a surface shape of the conductive mask layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、ダイオードなどの半導体装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device such as a diode and a manufacturing method thereof.

半導体装置の一例であるプレーナ型ダイオードは、例えばn型シリコン基板の上に酸化膜(パッシベーション)を形成し、この酸化膜を不純物拡散のマスク層として所定箇所に不純物を拡散させてp型領域(活性層)を形成することによって得られる。こうしたプレーナ型ダイオードは、過渡動作時にp型領域とパッシベーションとの接続部にホール電流が集中し、電流密度が高くなることが知られている。   A planar diode, which is an example of a semiconductor device, forms an oxide film (passivation) on, for example, an n-type silicon substrate, and diffuses impurities in a predetermined position using the oxide film as a mask layer for impurity diffusion to form a p-type region ( It is obtained by forming an active layer. Such a planar diode is known to have a high current density due to the concentration of hole current at the connection between the p-type region and the passivation during transient operation.

こうしたホール電流の集中によってプレーナ型ダイオードが熱破損する虞がある。ホール電流の集中によるプレーナ型ダイオードが熱破損を防止するために、例えば、特許文献1では、p型領域とn型領域(半導体基板)との界面付近に広がる低ライフタイム領域と称される欠陥領域を形成し、こうした欠陥領域によって、ホール電流の集中を緩和している。   There is a possibility that the planar diode may be thermally damaged by the concentration of the hole current. In order to prevent thermal damage of the planar diode due to the concentration of the hole current, for example, in Patent Document 1, a defect called a low lifetime region extending near the interface between the p-type region and the n-type region (semiconductor substrate) is known. A region is formed, and the concentration of the hole current is mitigated by such a defect region.

特開2005―340528号公報JP 2005-340528 A

しかしながら、特許文献1に開示された構造の半導体装置では、p型領域の内部に欠陥領域を形成しているため、活性層における電荷キャリアのライフタイムに影響を及ぼし、順電圧が増大してしまうという課題があった。   However, in the semiconductor device having the structure disclosed in Patent Document 1, since the defect region is formed inside the p-type region, the lifetime of charge carriers in the active layer is affected, and the forward voltage increases. There was a problem.

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、順電圧を増大させることなく、ホール電流の集中による熱破損を防止することが可能な半導体装置、およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described situation, and provides a semiconductor device capable of preventing thermal damage due to concentration of hole current without increasing a forward voltage, and a method for manufacturing the same. With the goal.

上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、第一導電型である半導体基板と、前記半導体基板の一方の主面側の一部に形成され、前記第一導電型とは逆導電型の第二導電型である第一部位と、前記第一部位と接合された電極層と、前記電極層に重ねて形成された導電性マスク層と、を少なくとも備え、前記電極層は、前記半導体基板の周縁から中心に向かう位置において、前記一方の主面側に重ねて形成されており、前記半導体基板には、周縁から中心に向かって延びる再結合層が形成されており、前記再結合層の一方の端部は、前記第一部位の前記半導体基板との接合面のうち、前記半導体基板の周縁側の端部の近傍にあり、前記導電性マスク層の表面形状に倣った形状に形成されていることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a semiconductor device of the present invention is formed on a semiconductor substrate having a first conductivity type and a part of one main surface side of the semiconductor substrate, and having a conductivity opposite to that of the first conductivity type. A first part that is a second conductivity type of the mold, an electrode layer joined to the first part, and a conductive mask layer formed on the electrode layer, wherein the electrode layer includes A recombination layer extending from the periphery to the center is formed on the semiconductor substrate at a position from the periphery to the center of the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate is formed with a recombination layer extending from the periphery to the center. One end of the layer is in the vicinity of the edge on the peripheral side of the semiconductor substrate in the bonding surface of the first part with the semiconductor substrate, and has a shape that follows the surface shape of the conductive mask layer. It is formed.

半導体装置、例えばプレーナ型ダイオードは、第一部位の接合面に一方の端部が接するように再結合層を形成しつつも、第一部位の内部まで再結合層を延ばさない構成にすることによって、第一部位における電荷キャリアのライフタイムを短縮してしまうことを防止する。即ち、第一部位の内部まで再結合層を形成すると、第一部位における電荷キャリアのライフタイムが短縮され、順電圧が増大してしまう虞があるが、第一部位の内部まで再結合層を延ばさない構成にすることによって、第一部位における順電圧の増大を防止することが可能になる。   In a semiconductor device, for example, a planar type diode, a recombination layer is formed so that one end is in contact with the bonding surface of the first part, but the recombination layer is not extended to the inside of the first part. This prevents the lifetime of the charge carriers in the first part from being shortened. That is, if the recombination layer is formed to the inside of the first part, the lifetime of the charge carriers in the first part may be shortened and the forward voltage may increase. By adopting a configuration that does not extend, it is possible to prevent an increase in forward voltage at the first portion.

加えて、例えば過渡動作時において、第一部位にホール電流が集中し、電流密度が高くなるが、この第一部位の接合面に一方の端部が接するように再結合層を形成することにより、半導体基板の周縁部分の電荷キャリアのライフタイムが短縮され、半導体基板の周縁部分のホールが素早く消失する。これによって、半導体基板の周縁部分のホール電流集中が低減され、半導体装置が熱破損することを防止することができる。   In addition, for example, during transient operation, the hole current concentrates on the first part and the current density increases, but by forming a recombination layer so that one end is in contact with the joint surface of the first part. The lifetime of charge carriers in the peripheral portion of the semiconductor substrate is shortened, and the holes in the peripheral portion of the semiconductor substrate disappear quickly. Thereby, the hole current concentration in the peripheral portion of the semiconductor substrate is reduced, and the semiconductor device can be prevented from being thermally damaged.

また、本発明では、前記再結合層の前記一方の端部は、前記第一部位に接していることを特徴とする。   In the present invention, the one end portion of the recombination layer is in contact with the first portion.

また、本発明では、前記再結合層の前記一方の端部は、前記第一部位の底面よりも浅い方向に向けて傾斜していることを特徴とする。   In the present invention, the one end portion of the recombination layer is inclined in a direction shallower than a bottom surface of the first portion.

また、本発明では、前記導電性マスク層は、はんだ材からなり、前記導電性マスク層は、該導電性マスク層の周縁から中心に向かって高さが漸増するように形成されていることを特徴とする。   In the present invention, the conductive mask layer is made of a solder material, and the conductive mask layer is formed so that the height gradually increases from the periphery of the conductive mask layer toward the center. Features.

また、本発明では、前記半導体基板には、前記第一部位の外側であって、前記半導体基板の一方の主面側から深さ方向に広がる前記第二導電型の第二部位が更に形成され、前記再結合層は、前記第二部位の底面と同じか、それよりも深い位置に広がることを特徴とする。   In the present invention, the second region of the second conductivity type further extending in the depth direction from one main surface side of the semiconductor substrate is further formed on the semiconductor substrate outside the first region. The recombination layer is characterized by spreading to a position that is the same as or deeper than the bottom surface of the second part.

本発明の半導体装置の製造方法は、前記各項記載の半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板の一方の主面側の一部に第二導電型である前記第一部位を形成する第二導電型拡散層形成工程と、前記第一部位に接するように前記電極層を形成する電極層形成工程と、前記電極層に重ねて導電性マスク層を形成するマスク層形成工程と、前記導電性マスク層を照射マスクとして用いて、前記半導体基板の深さ方向に高エネルギー粒子を照射して、前記再結合層を形成する再結合層形成工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is the method for manufacturing a semiconductor device according to each of the above items, wherein the first portion of the second conductivity type is formed on a part of one main surface side of the semiconductor substrate. A second conductive type diffusion layer forming step, an electrode layer forming step of forming the electrode layer so as to be in contact with the first part, a mask layer forming step of forming a conductive mask layer on the electrode layer, And a recombination layer forming step of forming the recombination layer by irradiating high energy particles in the depth direction of the semiconductor substrate using a conductive mask layer as an irradiation mask. .

再結合層形成工程では、半導体基板の一方の主面側から高エネルギー粒子を照射することによって、半導体基板の格子欠陥を高密度に形成する。半導体基板の深さ方向における再結合層の形成位置は、高エネルギー粒子の照射エネルギーにより決まる。即ち、こうした高エネルギー粒子のマスクとなる導電性マスク層の厚みによって、再結合層の形成位置を制御することができる。これにより、半導体基板の任意の深さ位置に再結合層を形成することが可能になる。   In the recombination layer forming step, lattice defects of the semiconductor substrate are formed with high density by irradiating high energy particles from one main surface side of the semiconductor substrate. The formation position of the recombination layer in the depth direction of the semiconductor substrate is determined by the irradiation energy of high-energy particles. That is, the formation position of the recombination layer can be controlled by the thickness of the conductive mask layer serving as a mask for such high-energy particles. This makes it possible to form a recombination layer at an arbitrary depth position of the semiconductor substrate.

また、本発明では、前記再結合層形成工程では、前記高エネルギー粒子として、ヘリウムまたはプロトンが照射されることを特徴とする。   In the present invention, the high-energy particles are irradiated with helium or protons in the recombination layer forming step.

本発明によれば、順電圧を増大させることなく、ホール電流の集中による熱破損を防止することが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device which can prevent the thermal damage by the concentration of a hole current, and its manufacturing method can be provided, without increasing a forward voltage.

本発明の第一実施形態のプレーナ型ダイオード(半導体装置)における半導体基板の周縁部分の積層方向(厚み方向)に沿った断面を示す要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view which shows the cross section along the lamination direction (thickness direction) of the peripheral part of the semiconductor substrate in the planar type diode (semiconductor device) of 1st embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態のプレーナ型ダイオード(半導体装置)における半導体基板の周縁部分の積層方向(厚み方向)に沿った断面を示す要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view which shows the cross section along the lamination direction (thickness direction) of the peripheral part of the semiconductor substrate in the planar type diode (semiconductor device) of 2nd embodiment of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法を段階的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device of this invention in steps. 本発明の半導体装置の製造方法を段階的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device of this invention in steps. 再結合層形成工程を模式的に示した模式断面図である。It is the schematic cross section which showed the recombination layer formation process typically.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態の半導体装置およびその製造方法について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。   Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Each embodiment described below is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features of the present invention easier to understand, there is a case where a main part is shown in an enlarged manner for convenience, and the dimensional ratio of each component is the same as the actual one. Not necessarily.

(半導体装置:第一実施形態)
本発明の半導体装置の一例として、プレーナ型ダイオードの構成を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明するプレーナ型ダイオードは、ガードリングを備えたプレーナ型ダイオードにおける半導体基板の周縁部分の一構成例を挙げて説明するものである。よって、これら周縁部分よりも中心側の構成は特に限定されるものではない。ここでいう周縁部分とは、半導体基板のある一方の周縁から、半導体基板の中心に向かって任意の幅で広がる領域を指している。
(Semiconductor device: first embodiment)
As an example of the semiconductor device of the present invention, the structure of a planar diode will be described in detail with reference to the drawings. The planar diode described below will be described with reference to a structural example of a peripheral portion of a semiconductor substrate in a planar diode provided with a guard ring. Therefore, the configuration on the center side of these peripheral portions is not particularly limited. Here, the peripheral portion refers to a region extending from one peripheral edge of the semiconductor substrate with an arbitrary width toward the center of the semiconductor substrate.

まず最初に、本実施形態で説明する半導体装置の一例として挙げるプレーナ型ダイオードについて、全体構成の概要を説明する。   First, an outline of the overall configuration of a planar diode as an example of a semiconductor device described in this embodiment will be described.

図1は、第一実施形態のプレーナ型ダイオード(半導体装置)の周縁部分における積層方向(厚み方向)に沿った断面を示す要部拡大断面図である。なお、この図1において、紙面に向かって右側を周縁側、左側を中心側と称することがある。
本実施形態に係るプレーナ型ダイオード(半導体装置)10は、n−型(第一導電型)である半導体基板11と、半導体基板11の一方の主面11a側の一部に形成され、n−型とは逆導電型のp+型(第二導電型)である活性層(第一部位)12と、活性層12と接合されたアノード電極(電極層)13と、アノード電極13に重ねて形成された導電性マスク層16と、を少なくとも備え、アノード電極13は、半導体基板11の周縁から中心に向かう位置において、一方の主面11a側に重ねて形成されており、半導体基板11には、周縁側から中心側に向かって延びる再結合層21が形成されており、再結合層21の一方の端部21aは、活性層12の半導体基板11との接合面12aに連なる活性層12の端部であって半導体基板11の周縁寄りの端部12asの近傍の領域29にあり、導電性マスク層16の表面形状(例えば導電性マスク層16の周縁16asにおける表面形状)に倣った形状に形成されている。領域29としては、例えば、活性層12の外部のうち、活性層12の接合面12aと当該接合面12aに連なる活性層12の端部(端面)12asとの角部の近傍の領域であればよい。
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a cross section along the stacking direction (thickness direction) in the peripheral portion of the planar diode (semiconductor device) of the first embodiment. In FIG. 1, the right side toward the paper surface may be referred to as the peripheral side, and the left side may be referred to as the center side.
A planar diode (semiconductor device) 10 according to the present embodiment is formed on a semiconductor substrate 11 that is an n− type (first conductivity type) and a part on the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11, and is n−. An active layer (first portion) 12 that is a p + type (second conductivity type) opposite to the type, an anode electrode (electrode layer) 13 joined to the active layer 12, and an anode electrode 13 are formed. And the anode electrode 13 is formed so as to overlap one main surface 11a at a position from the periphery to the center of the semiconductor substrate 11, and the semiconductor substrate 11 includes: A recombination layer 21 extending from the peripheral side toward the center side is formed, and one end portion 21a of the recombination layer 21 is an end of the active layer 12 connected to the bonding surface 12a of the active layer 12 with the semiconductor substrate 11. Semiconductor substrate 1 Of in the area 29 near the periphery side of the end portion 12as, it is formed in a shape following the surface shape of the conductive mask layer 16 (e.g., the surface shape at the peripheral 16as the conductive mask layer 16). The region 29 is, for example, a region in the vicinity of the corner between the joint surface 12a of the active layer 12 and the end portion (end surface) 12as of the active layer 12 connected to the joint surface 12a, outside the active layer 12. Good.

より具体的には、本発明のプレーナ型ダイオード10は、n−型の半導体基板11を備えている。半導体基板11は、例えばSiウェーハから構成されている。なお、半導体基板11は、Siウェーハ以外にも、例えば、SiCウェーハを用いることもできる。   More specifically, the planar diode 10 of the present invention includes an n− type semiconductor substrate 11. The semiconductor substrate 11 is made of, for example, a Si wafer. For example, a SiC wafer can be used as the semiconductor substrate 11 in addition to the Si wafer.

半導体基板11の一方の主面11a側の一部に、第一導電型とは逆導電型のp+型を成す活性層(第一部位)12が形成されている。この活性層12は、半導体基板11の周縁側から中心側に向かって所定の距離だけ離れた位置であって、半導体基板11の一方の主面11aから厚み方向に沿って所定の深さまで形成されている。半導体基板11は、一方の主面11a側はn−型半導体領域とされ、他方の主面11b側はn+型拡散層であるカソード領域14が形成される。活性層12の底面12aeは、このカソード領域14よりも浅い位置(半導体基板11の一方の主面11a側)に形成されている。   An active layer (first portion) 12 having a p + type opposite to the first conductivity type is formed on a part of the main surface 11a side of the semiconductor substrate 11. The active layer 12 is located at a predetermined distance from the peripheral side to the center side of the semiconductor substrate 11 and is formed from one main surface 11a of the semiconductor substrate 11 to a predetermined depth along the thickness direction. ing. In the semiconductor substrate 11, one main surface 11a side is an n− type semiconductor region, and the other main surface 11b side is formed with a cathode region 14 which is an n + type diffusion layer. The bottom surface 12ae of the active layer 12 is formed at a position shallower than the cathode region 14 (on one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11).

半導体基板11の一方の主面11aのうち、活性層12の形成領域には、半導体基板11の一方の主面11aにおいて、半導体基板11の周縁側(周縁部位)には、第一導電型で半導体基板11の不純物濃度より高いn+型を成すチャネルストッパ層19が形成されている。このチャネルストッパ層19の底面は、活性層12の底面12aeよりも浅い位置において形成されている。こうしたチャネルストッパ層19は、活性層12からその周辺に広がる空乏層が半導体基板11の周縁に達することを抑止する。   Of the one main surface 11 a of the semiconductor substrate 11, the active layer 12 is formed in the first main surface 11 a of the semiconductor substrate 11 on the peripheral side (peripheral region) of the first conductive type. An n + -type channel stopper layer 19 having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate 11 is formed. The bottom surface of the channel stopper layer 19 is formed at a position shallower than the bottom surface 12ae of the active layer 12. Such a channel stopper layer 19 prevents a depletion layer extending from the active layer 12 to the periphery thereof from reaching the periphery of the semiconductor substrate 11.

半導体基板11の一方の主面11aのうち、活性層12とチャネルストッパ層19との間には、酸化膜(パッシベーション)17が形成されている。より具体的には、酸化膜17の一端は、活性層12の端部に重なるように形成されることで接している。また、酸化膜17の他端は、チャネルストッパ層19の端部に重なるように形成されることで接している。こうした酸化膜17は、例えば、SiOから構成されている。 An oxide film (passivation) 17 is formed between the active layer 12 and the channel stopper layer 19 in one main surface 11 a of the semiconductor substrate 11. More specifically, one end of the oxide film 17 is in contact with the end of the active layer 12 by being formed so as to overlap. The other end of the oxide film 17 is in contact with the end portion of the channel stopper layer 19 so as to overlap. Such an oxide film 17 is made of, for example, SiO 2 .

アノード電極13は、半導体基板11の一方の主面11aに重なるように形成され、その一部が活性層12に接し、これに連なる残りの一部が酸化膜17の一端側に重なる。アノード電極13は、例えばAlから構成されている。
なお、アノード電極13に重ねて、Ti層、およびNi層を形成した上で、例えばはんだ材からなる導電性マスク層16を形成する。
The anode electrode 13 is formed so as to overlap with one main surface 11 a of the semiconductor substrate 11, a part of which is in contact with the active layer 12, and the remaining part thereof is overlapped with one end side of the oxide film 17. The anode electrode 13 is made of, for example, Al.
Note that a Ti layer and a Ni layer are formed on the anode electrode 13, and then a conductive mask layer 16 made of, for example, a solder material is formed.

アノード電極13の上には、導電性マスク層16が形成されている。この導電性マスク層16は、後ほど説明するプレーナ型ダイオード10の製造方法において、再結合層21を形成する際に用いる高エネルギー粒子照射時のマスクとして作用する。導電性マスク層16は、例えば、はんだ材から構成されている。   A conductive mask layer 16 is formed on the anode electrode 13. This conductive mask layer 16 functions as a mask at the time of high-energy particle irradiation used when forming the recombination layer 21 in the planar diode 10 manufacturing method described later. The conductive mask layer 16 is made of, for example, a solder material.

導電性マスク層16を構成するはんだ材の例としては、Pb含有はんだ又はPbフリーはんだを用いることができる。   As an example of the solder material constituting the conductive mask layer 16, Pb-containing solder or Pb-free solder can be used.

導電性マスク層16は、周縁16asから中心に向かって高さが漸増するように形成されている。より具体的には、導電性マスク層16の周縁16asにおいて比較的急激に厚みが増加する湾曲傾斜面が形成され、さらに、この湾曲傾斜面に連なるように導電性マスク層16の中心に向かって緩やかに厚みが増える又はほぼ一定となるような形状に形成されていることが好ましい。   The conductive mask layer 16 is formed so that the height gradually increases from the peripheral edge 16as toward the center. More specifically, a curved inclined surface whose thickness increases relatively abruptly at the peripheral edge 16as of the conductive mask layer 16 is formed, and further toward the center of the conductive mask layer 16 so as to continue to the curved inclined surface. It is preferably formed in a shape that gradually increases in thickness or becomes substantially constant.

半導体基板11の他方の主面11bの全域には、半導体基板11のn−型半導体よりも不純物濃度が高く、オーミック性が得られる高不純物濃度のn+型(第一導電型)のカソード領域14が形成されている。また、半導体基板11の他方の主面11bの全域には、このカソード領域14に接するように、カソード電極15が形成されている。カソード電極15は、例えばNiから構成されている。   The entire main surface 11b of the semiconductor substrate 11 has a high impurity concentration n + type (first conductivity type) cathode region 14 that has an impurity concentration higher than that of the n− type semiconductor of the semiconductor substrate 11 and provides ohmic properties. Is formed. In addition, a cathode electrode 15 is formed on the entire other main surface 11 b of the semiconductor substrate 11 so as to be in contact with the cathode region 14. The cathode electrode 15 is made of, for example, Ni.

また、半導体基板11の一方の主面11aにおいて、活性層12よりも周縁側であって、チャネルストッパ層19よりも中心側には、半導体基板11の一方の主面11a側から深さ方向に広がるp+型のガードリング(第二部位)18が更に形成されている。ガードリング18は、半導体基板11を平面視した場合に、アノード電極13と接する活性層12よりも、半導体基板11の周縁側において活性層12を取り囲むように環状に形成される。この第1実施形態においては、ガードリングは半導体基板11の一方の主面11aに沿って離間するようにして2つ形成されている。
このようなガードリング18は、空乏層を活性層12から半導体基板11の周縁側へ延びるように作用することによって、電界集中を緩和させる。
In addition, in one main surface 11a of the semiconductor substrate 11, it is on the peripheral side of the active layer 12 and on the center side of the channel stopper layer 19, in the depth direction from the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11. A p + type guard ring (second portion) 18 is further formed. The guard ring 18 is formed in an annular shape so as to surround the active layer 12 on the peripheral side of the semiconductor substrate 11 relative to the active layer 12 in contact with the anode electrode 13 when the semiconductor substrate 11 is viewed in plan. In the first embodiment, two guard rings are formed so as to be separated along one main surface 11 a of the semiconductor substrate 11.
Such a guard ring 18 relaxes the electric field concentration by acting so that the depletion layer extends from the active layer 12 to the peripheral side of the semiconductor substrate 11.

なお、こうしたガードリング18は、1つ、ないし3つ以上形成されていてもよい。また、それぞれのガードリング18は、互いに離間させずに接するように形成することもできる。また、それぞれのガードリング18は、不純物濃度の異なる2層以上の複層構造とすることもできる。   One or three or more guard rings 18 may be formed. Each guard ring 18 can also be formed so as to contact without being separated from each other. Each guard ring 18 may have a multilayer structure of two or more layers having different impurity concentrations.

第一実施形態のプレーナ型ダイオード10の半導体基板11には、半導体基板11の周縁11eから中心に向かって延びる再結合層21が形成されている。なお、半導体基板11の中心は、図1に示す半導体基板11の周縁11eとは反対側の周縁との間にある中心を示している。より具体的には、再結合層21は、半導体基板11の周縁11e側となる他方の端部21bが半導体基板11の周縁11eまで延びており、また、他方の端部21bとは反対側の一方の端部21aが、活性層12の半導体基板11に対する接合面12aのうち、半導体基板11の周縁11e側の端部12asまで延びている。   A recombination layer 21 extending from the peripheral edge 11e of the semiconductor substrate 11 toward the center is formed on the semiconductor substrate 11 of the planar diode 10 of the first embodiment. Note that the center of the semiconductor substrate 11 indicates the center between the peripheral edge 11e of the semiconductor substrate 11 shown in FIG. More specifically, in the recombination layer 21, the other end 21b on the side of the peripheral edge 11e of the semiconductor substrate 11 extends to the peripheral edge 11e of the semiconductor substrate 11, and the other end 21b is on the opposite side. One end portion 21 a extends to an end portion 12 as on the peripheral edge 11 e side of the semiconductor substrate 11 in the bonding surface 12 a of the active layer 12 to the semiconductor substrate 11.

そして、再結合層21の一方の端部21aは、導電性マスク層16の表面形状に倣った形状に形成されている。より具体的には、再結合層21の一方の端部21aは、導電性マスク層16の周縁16asの湾曲した表面形状に近似した形状とされている。即ち、再結合層21の一方の端部21aは、半導体基板11の中心に向かうにつれて、活性層12の接合面12aのうち底面12aeよりも浅い方向に向けて湾曲するように傾斜している。   One end 21 a of the recombination layer 21 is formed in a shape that follows the surface shape of the conductive mask layer 16. More specifically, one end portion 21 a of the recombination layer 21 has a shape that approximates the curved surface shape of the peripheral edge 16 as of the conductive mask layer 16. That is, one end 21 a of the recombination layer 21 is inclined so as to bend in a direction shallower than the bottom surface 12 ae of the bonding surface 12 a of the active layer 12 toward the center of the semiconductor substrate 11.

後ほど説明する半導体装置の製造方法において、導電性マスク層16は、再結合層21を形成する際に用いる高エネルギー粒子照射時のマスクとして利用する。これにより、再結合層21の一方の端部21aの形状は、導電性マスク層16の形状に倣った形状になる。   In the semiconductor device manufacturing method described later, the conductive mask layer 16 is used as a mask at the time of high-energy particle irradiation used when forming the recombination layer 21. Thereby, the shape of the one end portion 21 a of the recombination layer 21 becomes a shape that follows the shape of the conductive mask layer 16.

また、本実施形態では、再結合層21の一方の端部21aにおける端面21afは、活性層12の接合面12aと当該接合面12aに連なる活性層12の端部(端面)12asとの角部に接するように形成されており、なおかつ、再結合層21は、活性層12の内部には形成されていない。   In the present embodiment, the end surface 21af of the one end portion 21a of the recombination layer 21 is a corner portion between the bonding surface 12a of the active layer 12 and the end portion (end surface) 12as of the active layer 12 connected to the bonding surface 12a. The recombination layer 21 is not formed inside the active layer 12.

再結合層21は、一方の端部21aから半導体基板11の中心に向かって、ガードリング18の底面よりも深い位置で直線状に延びている。なお、こうした再結合層21の湾曲した一方の端部よりも周縁側の領域は、ガードリング18の底面に接する深さで形成することもできる。   The recombination layer 21 extends linearly from one end 21 a toward the center of the semiconductor substrate 11 at a position deeper than the bottom surface of the guard ring 18. Note that the region on the peripheral side of the curved end portion of the recombination layer 21 can also be formed with a depth in contact with the bottom surface of the guard ring 18.

再結合層21は、半導体基板11に高エネルギー粒子、例えばヘリウムやプロトンを照射することによって形成された、結晶格子欠陥を高密度に含む層である。こうした再結合層21は、電荷キャリアの寿命を短くする。   The recombination layer 21 is a layer that is formed by irradiating the semiconductor substrate 11 with high-energy particles such as helium or protons and that includes crystal lattice defects at a high density. Such a recombination layer 21 shortens the lifetime of the charge carriers.

以上のような構成の第一実施形態のプレーナ型ダイオード10の作用を説明する。
本発明のプレーナ型ダイオード10によれば、活性層12の接合面12aに一方の端部が接するように再結合層21を形成しつつも、活性層12の内部まで再結合層21を延ばさない構成にすることによって、活性層12における電荷キャリアのライフタイムを短縮してしまうことを防止する。即ち、活性層12の内部まで再結合層21を形成すると、活性層12における電荷キャリアのライフタイムが短縮され、順電圧が増大してしまう虞がある。しかし、本発明のプレーナ型ダイオード10のように、活性層12の内部まで再結合層21を延ばさない構成にすることによって、活性層12における順電圧の増大を防止することが可能になる。
The operation of the planar diode 10 of the first embodiment configured as described above will be described.
According to the planar diode 10 of the present invention, the recombination layer 21 is not extended to the inside of the active layer 12 while the recombination layer 21 is formed so that one end thereof is in contact with the junction surface 12a of the active layer 12. By adopting the configuration, the lifetime of the charge carriers in the active layer 12 is prevented from being shortened. That is, if the recombination layer 21 is formed to the inside of the active layer 12, the lifetime of charge carriers in the active layer 12 is shortened, and the forward voltage may increase. However, the configuration in which the recombination layer 21 does not extend to the inside of the active layer 12 as in the planar diode 10 of the present invention can prevent an increase in forward voltage in the active layer 12.

加えて、例えば過渡動作時において、活性層12と酸化膜17との接続部分にホール電流が集中し、電流密度が高くなる。しかしながら、こうした活性層12の接合面12aに再結合層21の一方の端部21aが接するように形成することにより、半導体基板11における再結合層21が形成された部分の電荷キャリアのライフタイムが短縮される。再結合層21によって半導体基板11の再結合層21が形成された部分のホールが素早く消失し、活性層12と酸化膜17との接続部分のホール電流の集中が緩和される。これによって、プレーナ型ダイオード10の熱破損を防止できる。   In addition, for example, during transient operation, the hole current concentrates at the connection portion between the active layer 12 and the oxide film 17 and the current density increases. However, the lifetime of charge carriers in the portion of the semiconductor substrate 11 where the recombination layer 21 is formed can be reduced by forming the end surface 21a of the recombination layer 21 in contact with the bonding surface 12a of the active layer 12. Shortened. The recombination layer 21 quickly disappears the portion of the semiconductor substrate 11 where the recombination layer 21 is formed, and the concentration of hole current at the connection portion between the active layer 12 and the oxide film 17 is relaxed. Thereby, the thermal damage of the planar diode 10 can be prevented.

(半導体装置:第二実施形態)
図2は、第二実施形態のプレーナ型ダイオード(半導体装置)の半導体基板の周縁部分における積層方向に沿った断面を示す要部拡大断面図である。なお、第一実施形態と同様の構成には同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
第二実施形態のプレーナ型ダイオード30の半導体基板11には、半導体基板11の周縁11eから中心に向かって延びる再結合層31が形成されている。より具体的には、再結合層31は、半導体基板11の周縁11e側となる他方の端部31bが半導体基板11の周縁11eまで延びており、また、他方の端部31bとは反対側の一方の端部31aにおける端面31afは、活性層12の接合面12aから所定の間隔を保って離間するように形成されている。
(Semiconductor device: Second embodiment)
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a cross section along the stacking direction in the peripheral portion of the semiconductor substrate of the planar diode (semiconductor device) of the second embodiment. In addition, the same number is attached | subjected to the structure similar to 1st embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.
A recombination layer 31 extending from the peripheral edge 11e of the semiconductor substrate 11 toward the center is formed on the semiconductor substrate 11 of the planar diode 30 of the second embodiment. More specifically, in the recombination layer 31, the other end 31b on the side of the peripheral edge 11e of the semiconductor substrate 11 extends to the peripheral edge 11e of the semiconductor substrate 11, and is on the opposite side to the other end 31b. The end surface 31af of the one end portion 31a is formed so as to be separated from the bonding surface 12a of the active layer 12 with a predetermined interval.

また、再結合層31の一方の端部31aは、導電性マスク層16の周縁16asの湾曲した表面形状に近似した形状とされている。即ち、再結合層31の一方の端部31aは、半導体基板11の中心に向かうにつれて、活性層12の接合面12aのうち底面12aeよりも浅い方向に向けて湾曲するように傾斜している。   Further, one end 31 a of the recombination layer 31 has a shape that approximates the curved surface shape of the peripheral edge 16 as of the conductive mask layer 16. That is, one end 31 a of the recombination layer 31 is inclined so as to bend in a direction shallower than the bottom surface 12 ae of the bonding surface 12 a of the active layer 12 toward the center of the semiconductor substrate 11.

こうした第二実施形態のプレーナ型ダイオード30も、活性層12の接合面12aの近傍まで再結合層31を形成しつつも、活性層12との間に所定の間隔を保って、活性層内部まで再結合層31を延ばさない構成にすることによって、活性層12における電荷キャリアのライフタイムを短縮してしまうことを防止する。即ち、活性層12の内部まで再結合層31を形成すると、活性層12における電荷キャリアのライフタイムが短縮され、順電圧が増大してしまう虞がある。しかし、本発明のプレーナ型ダイオード30のように、活性層12の内部まで再結合層31を延ばさない構成にすることによって、活性層12における順電圧の増大を防止することが可能になる。   In the planar diode 30 of the second embodiment, the recombination layer 31 is formed to the vicinity of the junction surface 12a of the active layer 12, and the active layer 12 is maintained at a predetermined distance to the inside of the active layer. The configuration in which the recombination layer 31 is not extended prevents the lifetime of charge carriers in the active layer 12 from being shortened. That is, if the recombination layer 31 is formed as far as the inside of the active layer 12, the lifetime of charge carriers in the active layer 12 is shortened and the forward voltage may increase. However, it is possible to prevent an increase in forward voltage in the active layer 12 by adopting a configuration in which the recombination layer 31 does not extend to the inside of the active layer 12 as in the planar diode 30 of the present invention.

また、例えば、プレーナ型ダイオード10を備えたスイッチング電源では、非常時における緊急停止などを行うなどの過渡動作時において、活性層12と酸化膜17との接続部分にホール電流が集中し、電流密度が高くなる。しかしながら、こうした活性層12の接合面12aの近傍まで再結合層31の一方の端部31aを延ばすことにより、半導体基板11における再結合層31が形成された部分の電荷キャリアのライフタイムが短縮される。再結合層31によって半導体基板11の再結合層31が形成された部分の正孔が素早く消失し、逆回復電流の変化率が大きくなり、活性層12と酸化膜17との接続部分のホール電流の集中が緩和される。これによって、半導体基板11の周縁部分のリーク電流の増加が抑制され、プレーナ型ダイオード30が熱破損することを防止することができる。   Further, for example, in a switching power supply including a planar diode 10, hole current concentrates on the connection portion between the active layer 12 and the oxide film 17 during a transient operation such as emergency stop in an emergency, and the current density Becomes higher. However, by extending one end 31a of the recombination layer 31 to the vicinity of the bonding surface 12a of the active layer 12, the lifetime of the charge carriers in the portion of the semiconductor substrate 11 where the recombination layer 31 is formed is shortened. The Holes in the portion where the recombination layer 31 of the semiconductor substrate 11 is formed by the recombination layer 31 are quickly lost, the rate of change in reverse recovery current is increased, and the hole current in the connection portion between the active layer 12 and the oxide film 17 is increased. Concentration is relaxed. As a result, an increase in leakage current at the peripheral portion of the semiconductor substrate 11 is suppressed, and the planar diode 30 can be prevented from being thermally damaged.

(半導体装置の製造方法)
次に、本発明の半導体装置の製造方法について説明する。なお、以下の実施形態では、半導体装置の製造方法の一例として、図1に示す構成のプレーナ型ダイオード10の製造方法を例示する。
図3は、本発明の半導体装置の一例であるプレーナ型ダイオードの製造方法を説明するフロー図である。また、図4、図5は、本発明の半導体装置の一例であるプレーナ型ダイオードの製造方法を段階的に示した断面図である。また、図6は、再結合層形成工程を模式的に示した断面図である。
まず、プレーナ型ダイオード10の製造にあたっては、n−型の半導体基板11、例えばSiウェーハを用意する。n−型の不純物濃度は、例えば2×1014atoms/cm程度である。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described. In the following embodiments, a method for manufacturing the planar diode 10 having the configuration shown in FIG. 1 is illustrated as an example of a method for manufacturing a semiconductor device.
FIG. 3 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a planar diode which is an example of the semiconductor device of the present invention. 4 and 5 are cross-sectional views showing in steps a method for manufacturing a planar diode which is an example of the semiconductor device of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the recombination layer forming step.
First, when manufacturing the planar diode 10, an n-type semiconductor substrate 11, for example, a Si wafer is prepared. The n-type impurity concentration is, for example, about 2 × 10 14 atoms / cm 3 .

次に、図4(a)に示すように、半導体基板11の一方の主面11a側の所定の領域に活性層(第一部位)12やガードリング18などのp型拡散層を形成する(p型拡散層形成工程S1)。このp型拡散層形成工程S1では、まず、半導体基板11の一方の主面11aの全体に酸化膜を形成し、この酸化膜を写真露光およびエッチングまでのフォトリソグラフィープロセスによって、活性層12やガードリング18の形成位置を除いた部分だけをマスクする。そして、このエッチング後の酸化膜をマスクにして、例えばホウ素やアルミニウム等のp型不純物を熱拡散させ、半導体基板11の一方の主面11a側の所定の領域に、p+型の活性層12やガードリング18を形成する。こうしたp+型拡散層の不純物濃度は、例えば1×1019atoms/cm程度である。 Next, as shown in FIG. 4A, p-type diffusion layers such as an active layer (first portion) 12 and a guard ring 18 are formed in a predetermined region on the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 (see FIG. 4A). p-type diffusion layer forming step S1). In this p-type diffusion layer forming step S1, first, an oxide film is formed on the entire main surface 11a of the semiconductor substrate 11, and this oxide film is formed on the active layer 12 and the guard by a photolithography process up to photographic exposure and etching. Only the portion excluding the formation position of the ring 18 is masked. Then, using this oxide film after etching as a mask, p-type impurities such as boron and aluminum are thermally diffused, and a p + -type active layer 12 or the like is formed in a predetermined region on one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11. A guard ring 18 is formed. The impurity concentration of such a p + type diffusion layer is, for example, about 1 × 10 19 atoms / cm 3 .

次に、図4(b)に示すように、半導体基板11の一方の主面11aの周辺部分に、チャネルストッパ層19を形成し、かつ、半導体基板11の他方の主面11bから所定の深さ範囲まで、第一導電型の高濃度不純物のn+型拡散層であるカソード領域14を形成する(n型拡散層形成工程S2)。n型拡散層形成工程S2では、前工程であるp型拡散層形成工程S1におけるp型不純物の熱拡散時に、半導体基板11の一方の主面11aに生じる酸化膜を利用して、この酸化膜を写真露光およびエッチングまでのフォトリソグラフィープロセスによって、チャネルストッパ層19の形成位置を除いた部分だけをマスクする。そして、このエッチング後の酸化膜をマスクにして、例えばリンやヒ素等のn型不純物を熱拡散させ、半導体基板11の一方の主面11aの周辺部分にn+型のチャネルストッパ層19を形成する。   Next, as shown in FIG. 4B, a channel stopper layer 19 is formed in the peripheral portion of one main surface 11a of the semiconductor substrate 11, and a predetermined depth from the other main surface 11b of the semiconductor substrate 11 is formed. The cathode region 14 which is the n + type diffusion layer of the first conductivity type high-concentration impurity is formed up to this range (n-type diffusion layer forming step S2). In the n-type diffusion layer forming step S2, an oxide film generated on one main surface 11a of the semiconductor substrate 11 is used by utilizing the oxide film generated at the time of thermal diffusion of the p-type impurity in the p-type diffusion layer forming step S1, which is the previous step. Only a portion other than the formation position of the channel stopper layer 19 is masked by a photolithography process up to photographic exposure and etching. Then, using the etched oxide film as a mask, for example, n-type impurities such as phosphorus and arsenic are thermally diffused to form an n + -type channel stopper layer 19 in the peripheral portion of one main surface 11 a of the semiconductor substrate 11. .

また、半導体基板11の他方の主面11bには、特に酸化膜などのマスクを形成せずにn型不純物を熱拡散させ、半導体基板11の他方の主面11bから一方の主面11aに向かって所定の深さ範囲までn+型のカソード領域14を形成する。n+型の不純物濃度は、例えば1×1020atoms/cm程度である。 Further, an n-type impurity is thermally diffused on the other main surface 11b of the semiconductor substrate 11 without particularly forming a mask such as an oxide film, and the other main surface 11b of the semiconductor substrate 11 is directed to the one main surface 11a. Thus, the n + type cathode region 14 is formed to a predetermined depth range. The n + type impurity concentration is, for example, about 1 × 10 20 atoms / cm 3 .

なお、本実施形態では、n型拡散層形成工程S2において、n−型の半導体基板11の他方の主面11bにn型不純物を熱拡散させてn+型のカソード領域14を形成しているが、これ以外にも、他方の主面11b側に(カソード領域14となる)n+型不純物拡散層が予め形成されている半導体基板を用いることもできる。この場合、n型拡散層形成工程S2において、カソード領域14を形成する工程は実施しなくてもよい。   In the present embodiment, in the n-type diffusion layer forming step S2, the n + type cathode region 14 is formed by thermally diffusing n-type impurities on the other main surface 11b of the n− type semiconductor substrate 11. In addition to this, a semiconductor substrate in which an n + -type impurity diffusion layer (which becomes the cathode region 14) is formed in advance on the other main surface 11b side can also be used. In this case, the step of forming the cathode region 14 may not be performed in the n-type diffusion layer forming step S2.

次に、図4(c)に示すように、半導体基板11の一方の主面11a側に、酸化膜17を形成する(酸化膜形成工程S3)。酸化膜17の形成にあたっては、半導体基板11の一方の主面11a側に、例えはSiO等を成膜する。そして、写真露光およびエッチングまでのフォトリソグラフィープロセスによって、所定の形状の酸化膜17を形成する。なお、この酸化膜形成工程S3は、前工程であるn型拡散層形成工程S2におけるn型不純物の熱拡散時に、半導体基板11の一方の主面11aに生じる酸化膜を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 4C, an oxide film 17 is formed on one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 (oxide film forming step S3). In forming the oxide film 17, for example, SiO 2 or the like is formed on one main surface 11 a side of the semiconductor substrate 11. Then, an oxide film 17 having a predetermined shape is formed by a photolithography process up to photographic exposure and etching. In this oxide film forming step S3, an oxide film generated on one main surface 11a of the semiconductor substrate 11 at the time of thermal diffusion of the n-type impurity in the n-type diffusion layer forming step S2 which is the previous step can be used.

次に、図5(a)に示すように、半導体基板11の一方の主面11a側にアノード電極13を形成する(電極層形成工程S4)。アノード電極13の形成にあたっては、半導体基板11の一方の主面11a側に例えばAl層を形成する。そして、写真露光およびエッチングまでのフォトリソグラフィープロセスによって、所定の形状のアノード電極13を形成する。   Next, as shown in FIG. 5A, the anode electrode 13 is formed on one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 (electrode layer forming step S4). In forming the anode electrode 13, for example, an Al layer is formed on one main surface 11 a side of the semiconductor substrate 11. Then, an anode electrode 13 having a predetermined shape is formed by a photolithography process up to photographic exposure and etching.

なお、アノード電極13を構成するAlに重ねて、後工程で形成する導電性マスク層16に対する濡れ性を高めるために、Ti層、およびNi層を形成することが好ましい。アノード電極13を構成するAlは、一般に、導電性マスク層16を構成するはんだ材に対する濡れ性が低く、そのままでは後工程でアノード電極13に重ねて導電性マスク層16を形成しにくい場合があるが、Ti薄膜を介して、はんだ材に対して濡れ性が高いNi薄膜を形成することにより、後工程でアノード電極13対して導電性マスク層16を密着させることで、アノード電極13に重ねるようにして導電性マスク層16を形成することができる。
また、アノード電極13を、導電性マスク層16を構成するはんだ材に対して濡れ性の高いNiによって形成することもできる。この場合、アノード電極13を多層構成にする必要は無い。
Note that it is preferable to form a Ti layer and a Ni layer so as to increase the wettability with respect to the conductive mask layer 16 to be formed in a later step, overlaid on Al constituting the anode electrode 13. Al constituting the anode electrode 13 generally has low wettability with respect to the solder material constituting the conductive mask layer 16, and as it is, it may be difficult to form the conductive mask layer 16 on the anode electrode 13 in a later step. However, by forming a Ni thin film having high wettability with respect to the solder material via the Ti thin film, the conductive mask layer 16 is brought into close contact with the anode electrode 13 in a subsequent process so as to overlap the anode electrode 13. Thus, the conductive mask layer 16 can be formed.
Alternatively, the anode electrode 13 can be formed of Ni having high wettability with respect to the solder material constituting the conductive mask layer 16. In this case, the anode electrode 13 need not have a multilayer structure.

次に、図5(b)に示すように、アノード電極13に重ねて導電性マスク層16を形成する(マスク層形成工程S5)。導電性マスク層16の形成にあたっては、アノード電極13上に、はんだペーストを塗布する。この時、アノード電極13の中心から周縁に向かってはんだペースト厚みが薄くなっていくように塗布する。そして、アノード電極13上に塗布したはんだペーストを溶融することによって、導電性マスク層16が形成される。こうして形成された導電性マスク層16は、その周縁16asから中心に向けて盛り上がるような凸状を成す。   Next, as shown in FIG. 5B, a conductive mask layer 16 is formed so as to overlap the anode electrode 13 (mask layer forming step S5). In forming the conductive mask layer 16, a solder paste is applied on the anode electrode 13. At this time, the solder paste is applied so that the thickness of the solder paste decreases from the center of the anode electrode 13 toward the periphery. Then, the conductive mask layer 16 is formed by melting the solder paste applied on the anode electrode 13. The conductive mask layer 16 thus formed has a convex shape that rises from the peripheral edge 16as toward the center.

次に、図5(c)に示すように、この導電性マスク層16をマスク(照射マスク)として用いて、高エネルギー粒子の照射によって再結合層21を形成する(再結合層形成工程S6)。図6に示すように、再結合層形成工程S7では、半導体基板11の一方の主面11a側から高エネルギー粒子、例えばヘリウムまたはプロトン(図6ではヘリウム)を照射することによって、半導体基板11を構成するシリコン結晶の格子欠陥を高密度に形成する。   Next, as shown in FIG.5 (c), using this electroconductive mask layer 16 as a mask (irradiation mask), the recombination layer 21 is formed by irradiation of a high energy particle (recombination layer formation process S6). . As shown in FIG. 6, in the recombination layer forming step S7, the semiconductor substrate 11 is irradiated with high-energy particles such as helium or protons (helium in FIG. 6) from one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11. Lattice defects of the silicon crystal to be formed are formed with high density.

半導体基板11の厚み方向(深さ方向)における再結合層21の形成位置は、ヘリウムの照射エネルギーが均一であるならば、導電性マスク層16の厚みにより決まる。即ち、こうしたヘリウムのマスクとなる導電性マスク層16の厚みによって、再結合層21の厚み方向(深さ方向)における形成位置を制御することができる。具体的には、導電性マスク層16の厚みが厚くなるに従って(半導体基板11の中心側の位置に向かうに従って)、再結合層21の形成位置が半導体基板11の一方の主面11a側に向かって浅くなっていき(半導体基板11の中心側の位置に向かうに従って浅い位置となるように)、導電性マスク層16の厚みが一定以上の厚みとなる位置においては、半導体基板11にヘリウムが全く到達せず、半導体基板11において再結合層21が形成されなくなる。   The formation position of the recombination layer 21 in the thickness direction (depth direction) of the semiconductor substrate 11 is determined by the thickness of the conductive mask layer 16 if the irradiation energy of helium is uniform. That is, the formation position in the thickness direction (depth direction) of the recombination layer 21 can be controlled by the thickness of the conductive mask layer 16 serving as a helium mask. Specifically, as the thickness of the conductive mask layer 16 increases (as it goes toward the center side of the semiconductor substrate 11), the recombination layer 21 is formed toward the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11. At a position where the thickness of the conductive mask layer 16 becomes a certain thickness or more, no helium is present in the semiconductor substrate 11 at all (so that the position becomes shallower toward the center side of the semiconductor substrate 11). Thus, the recombination layer 21 is not formed in the semiconductor substrate 11.

こうした導電性マスク層16の作用によって、半導体基板11のうち活性層12が形成されている部分(半導体基板11の中心側)は活性層12が形成されていない部分(半導体基板11の周縁側)に比べて導電性マスク層16が厚く形成されているために、ヘリウムを照射してもヘリウムは活性層12に到達しないため、活性層12に再結合層21が形成されることが無い。   Due to the action of the conductive mask layer 16, a portion of the semiconductor substrate 11 where the active layer 12 is formed (a central side of the semiconductor substrate 11) is a portion where the active layer 12 is not formed (a peripheral side of the semiconductor substrate 11). Since the conductive mask layer 16 is formed thicker than that, the helium does not reach the active layer 12 even when irradiated with helium, so that the recombination layer 21 is not formed in the active layer 12.

一方、導電性マスク層16の周縁16asは、その厚みが半導体基板11の周縁側に向かうにつれて漸減するため、導電性マスク層16の厚みに応じて、半導体基板11の所定の深さ位置から、半導体基板11の周縁側に向かって徐々に深くなるように湾曲した再結合層21が形成される。こうした再結合層21の一方の端部21aは、導電性マスク層16の厚みによってヘリウムの到達深さが変わるといった特性のため、導電性マスク層16の表面形状に倣った形状に形成される。即ち、再結合層21の一方の端部21aは、導電性マスク層16の周縁16asの湾曲した表面形状に近似した形状に形成される。   On the other hand, the peripheral edge 16as of the conductive mask layer 16 gradually decreases as the thickness goes toward the peripheral edge of the semiconductor substrate 11, and therefore, from a predetermined depth position of the semiconductor substrate 11 according to the thickness of the conductive mask layer 16, A recombination layer 21 curved so as to gradually become deeper toward the peripheral side of the semiconductor substrate 11 is formed. One end portion 21 a of the recombination layer 21 is formed in a shape that follows the surface shape of the conductive mask layer 16 because of the characteristic that the reach depth of helium varies depending on the thickness of the conductive mask layer 16. That is, one end 21 a of the recombination layer 21 is formed in a shape that approximates the curved surface shape of the peripheral edge 16 as of the conductive mask layer 16.

再結合層21の一方の端部21aよりも他方の端部21bに向かう部分では、半導体基板11の一方の主面11aに導電性マスク層16が形成されていないために、再結合層21は、一定の深さで直線状に形成される。本実施形態では、ガードリング18,18の底面よりも深い位置で他方の端面に向かって直線状に延びるように再結合層21が形成される。   Since the conductive mask layer 16 is not formed on the one main surface 11a of the semiconductor substrate 11 in the portion from the one end portion 21a toward the other end portion 21b of the recombination layer 21, the recombination layer 21 is , Formed in a straight line with a certain depth. In the present embodiment, the recombination layer 21 is formed so as to extend linearly toward the other end surface at a position deeper than the bottom surfaces of the guard rings 18 and 18.

この後、半導体基板11の他方の主面11bにおいて、カソード領域14に重ねるように、例えばNiからなるカソード電極15を形成することで、本発明の半導体装置の一例であるプレーナ型ダイオード10を製造することができる(図1参照)。
なお、カソード電極15は、前述した電極層形成工程S4において、アノード電極13とともに形成することもできる。この場合、半導体基板11の一方の主面11aおよび他方の主面11bに同時にNiからなる電極層を形成することになり、全体の工程がより簡略化される。
Thereafter, a cathode electrode 15 made of, for example, Ni is formed on the other main surface 11b of the semiconductor substrate 11 so as to overlap the cathode region 14, thereby manufacturing the planar diode 10 which is an example of the semiconductor device of the present invention. (See FIG. 1).
The cathode electrode 15 can also be formed together with the anode electrode 13 in the electrode layer forming step S4 described above. In this case, an electrode layer made of Ni is simultaneously formed on one main surface 11a and the other main surface 11b of the semiconductor substrate 11, and the entire process is further simplified.

この後、製品組み立て時の熱処理によって再結合層21の欠陥アニールを行う。   Thereafter, defect annealing of the recombination layer 21 is performed by heat treatment during product assembly.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10 プレーナ型ダイオード(半導体装置)
11 半導体基板
12 活性層(第一部位)
13 アノード電極(電極層)
14 カソード領域
15 カソード電極
16 導電性マスク層(はんだ層)
17 酸化膜(パッシベーション)
18 ガードリング(第二部位)
21 再結合層
10 Planar type diode (semiconductor device)
11 Semiconductor substrate 12 Active layer (first part)
13 Anode electrode (electrode layer)
14 Cathode region 15 Cathode electrode 16 Conductive mask layer (solder layer)
17 Oxide film (passivation)
18 Guard ring (second part)
21 Recombination layer

Claims (7)

第一導電型である半導体基板と、前記半導体基板の一方の主面側の一部に形成され、前記第一導電型とは逆導電型の第二導電型である第一部位と、前記第一部位と接合された電極層と、前記電極層に重ねて形成された導電性マスク層と、を少なくとも備え、
前記電極層は、前記半導体基板の周縁から中心に向かう位置において、前記一方の主面側に重ねて形成されており、
前記半導体基板には、周縁から中心に向かって延びる再結合層が形成されており、
前記再結合層の一方の端部は、前記第一部位の前記半導体基板との接合面のうち、前記半導体基板の周縁側の端部の近傍にあり、前記導電性マスク層の表面形状に倣った形状に形成されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate having a first conductivity type, a first portion formed on a part of one main surface side of the semiconductor substrate, and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type; An electrode layer bonded to one part, and a conductive mask layer formed to overlap the electrode layer,
The electrode layer is formed to overlap the one main surface side at a position from the periphery of the semiconductor substrate toward the center,
The semiconductor substrate is formed with a recombination layer extending from the periphery toward the center,
One end portion of the recombination layer is in the vicinity of an end portion on the peripheral side of the semiconductor substrate in a bonding surface of the first portion with the semiconductor substrate, and follows the surface shape of the conductive mask layer. A semiconductor device characterized by being formed in a different shape.
前記再結合層の前記一方の端部は、前記第一部位に接していることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the one end portion of the recombination layer is in contact with the first portion. 前記再結合層の前記一方の端部は、前記第一部位の底面よりも浅い方向に向けて傾斜していることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the one end portion of the recombination layer is inclined in a direction shallower than a bottom surface of the first portion. 前記導電性マスク層は、はんだ材からなり、前記導電性マスク層は、該導電性マスク層の周縁から中心に向かって高さが漸増するように形成されていることを特徴とする請求項1ないし3いずれか一項記載の半導体装置。   2. The conductive mask layer is made of a solder material, and the conductive mask layer is formed so as to gradually increase in height from the periphery of the conductive mask layer toward the center. 4. The semiconductor device according to any one of claims 3 to 3. 前記半導体基板には、前記第一部位の外側であって、前記半導体基板の一方の主面側から深さ方向に広がる前記第二導電型の第二部位が更に形成され、
前記再結合層は、前記第二部位の底面と同じか、それよりも深い位置に広がることを特徴とする請求項1ないし4いずれか一項記載の半導体装置。
The semiconductor substrate is further formed with a second portion of the second conductivity type that extends outside the first portion and extends in the depth direction from one main surface side of the semiconductor substrate,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the recombination layer extends to a position that is the same as or deeper than a bottom surface of the second portion.
請求項1ないし5いずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の一方の主面側の一部に第二導電型である前記第一部位を形成する第二導電型拡散層形成工程と、
前記第一部位に接するように前記電極層を形成する電極層形成工程と、
前記電極層に重ねて導電性マスク層を形成するマスク層形成工程と、
前記導電性マスク層を照射マスクとして用いて、前記半導体基板の深さ方向に高エネルギー粒子を照射して、前記再結合層を形成する再結合層形成工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
A second conductivity type diffusion layer forming step of forming the first portion of the second conductivity type on a part of one main surface side of the semiconductor substrate;
An electrode layer forming step of forming the electrode layer so as to be in contact with the first portion;
A mask layer forming step of forming a conductive mask layer on the electrode layer;
A recombination layer forming step of forming the recombination layer by irradiating high energy particles in the depth direction of the semiconductor substrate using the conductive mask layer as an irradiation mask. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記再結合層形成工程では、前記高エネルギー粒子として、ヘリウムまたはプロトンが照射されることを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein in the recombination layer forming step, helium or proton is irradiated as the high energy particles.
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