JP3850459B2 - Method for manufacturing SiC vertical semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、高温環境下でも動作可能であるなどの利点を有するシリコンカーバイド(SiC)を用いたインパットダイオードなどの縦型半導体装置とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
インパット( Impact Avalanche and Transit Time )ダイオードは、直流バイアス電力をマイクロ波帯やミリ波帯の高周波電力に直接変換できる有用な発振素子として周知であり、従来、SiやGaAsを素材としてpn接合やショットキー接合を用いた縦型(あるいはサンドイッチ型)の半導体装置として製造されてきた。このインパットダイオードは、ガンダイオードなどの他の発振素子と比較して大きな出力が得られるため、マイクロ波帯やミリ波帯の固体発振源のなかでも主発振器として利用されることが多い。
【0003】
インパットダイオードでは、動作に必要なバイアス電流値と接合容量値とは素子面積によって調整されており、典型的な素子の直径は10μmから50μm程度の微小な値に設定される。更に、直列抵抗値を可能な限り減らして変換効率を高めるために、素子の厚みは、典型的には50μm程度以下の微小な値に設定される。このように微細な寸法のインパットダイオードは、大きなジュール熱の放熱の問題と相まって、その組立てに関し高度の技術を要する。
【0004】
典型的には、素子を最終的な直径に比べてかなり大きな直径数百μm程度のダイスに切り出し、それぞれを放熱スタッドなどと称される収納体(ケース)の台座上に、発熱量の大きな接合面に近い主表面を下向きにして( up side down)接着し、上側の電極には金リボンなどを用いて接続を行う。この電気的接続が完成した個々のダイスに、発振の閾値未満の直流電流を流してその値の変化をモニタしながら化学的腐食( エッチング) を行って素子面積を次第に減少させてゆく。このエッチングは、ダイシングの際生じた傷の多い表面層を除去するためにも必要である。素子の断面積がその直流電流値で換算される所望の値に達したことをもってエッチングが停止され、組立て配線時よりも寸法が1桁程度小さな10乃至50μmの直径のインパットダイオードが完成する。
【0005】
上述したインパットダイオードは、動作原理上雪崩降伏領域でしかも高い電流密度の状態で動作せしめられるため、焼損事故が発生しやいという欠点がある。この欠点を解決するために、半導体の素材として従来使用されてきたSiやGaAsに代えてシリコンカーバイド(SiC)を使用することが提案されている。このシリコンカーバイド(SiC)の結晶は、「SiC半導体材料、デバイスとコンタクト材料」と題する松波弘之氏の論文(社団法人 日本電子工業振興協会平成6年3月編集・発行の「超微細構造電極材料調査研究報告書」)に記載されているように、Siに比べて約3倍もの熱伝導率(5W/cmo K)を有すると共に、約2倍もの飽和電子ドリフト速度を有する。また、高安定なポリタイプとして通常利用される六方晶の6HーSiCでは、禁制帯幅が 2.93 eVもの大きな値に達する。従って、絶縁破壊電圧はSiに比べて10倍程度も高く、また、動作可能温度は 773o K( 500o C ) にも達し、しかも、その導電型をp型、n型のいずれにも容易に制御できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
SiCは、上述したような種々の物性値に関する利点を有するため、インパットダイオードなどの高電力密度の縦型半導体装置の素材として最適である。しかしながら、SiCはその化学的安定性のため、これを素材としてインパットダイオードなどの縦型半導体装置を製造しようとした場合、次のような問題がある。すなわち、SiやGaAsを素材とする場合には、収納体には損傷を与えることなく半導体素材のみをエッチングできる化学薬品が存在するが、SiCの場合にはその化学的安定性のため、耐薬品性が容器の素材よりも大きい。このため、収納体内に組立て配線を終了したのちに、エッチングを行って面積を調整するという従来の手法が全く適用できないという問題がある。
従って、本発明の一つの目的は、SiCに適したインパットダイオードなどの縦型素子の製造方法を提供することにある。
【0007】
また、仮に、上述したような化学的安定性に関する問題がなく、SiCについてもSiやGaAsと同様にウエットエッチングによって素子面積の低減が可能であったとしても、ダイシングによって分離された一つ一つのダイスにウエットエッチングを行うとすれば、労力と時間がかさみ、量産に向かないという問題がある。特に、ウエットエッチングの速度は、エッチング液の組成や温度や、ダイシング時に生じた欠陥層の厚みのばらつきなどに依存してばらつくため、電流を流してその値をモニタしながら行う必要があり、その点からも量産性が損なわれる。
従って、本発明の他の目的は、ダイシングなどによって個々の素子を物理的に分離する前に個々の素子の面積を一括して設定し、その後に物理的な分離を行うことにより、製造時間と労力とを大幅に短縮できるSiC縦型半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0008】
さらに、上述のように、各素子の面積を一括して設定したのち物理的に分離した場合、この物理的に分離された各素子の面積は、典型的には10μm程度もの微小な寸法であるため、その組立てと配線は実質上不可能となる。
従って、本発明の他の目的は、微小な素子の組立てと配線とを可能にするSiC縦型半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるSiC縦型半導体装置の製造方法は、SiC結晶の基板の深さ方向に配列される縦型半導体装置を形成し、基板の表面に選択した複数の選択領域以外の領域を表面から縦型半導体装置の最深の部分を越える深さまで選択的に除去することにより電気的に分離された複数の縦型半導体装置を得る電気的分離工程と、電気的に分離された複数の半導体装置を基板の横方向に物理的に分離する物理的分離工程と、この物理的分離工程に先立つ適宜な段階において基板の表裏両面に電極を形成する電極形成工程とを含んでいる。
【0010】
本発明の製造方法は、更に、基板の表面の複数の選択領域のそれぞれにダイヤモンドの層を形成する工程を前記電気的分離工程の前に含み、上記選択的に除去された領域を埋めるのに十分な厚みの絶縁物の層を基板の全表面に堆積したのちダイヤモンドの層に達する深さまで機械的な研磨を行うことにより電気的に分離された各縦型半導体装置の周囲に基板の表面とほぼ同一の高さの平坦面を有する保護層を形成する工程を前記物理的分離工程の前に含み、かつ上記物理的分離工程は前記電気的に分離された各縦型半導体装置の周囲に形成された保護層を含めて行われる。
【0011】
【作用】
本発明によれば、電気的分離工程において、インパットダイオードなどの各縦型半導体装置が互いに電気的に分離され、この時点において各装置の面積が決定される。この電気的分離は、集積回路の製造方法として汎用の写真触刻法を用いたレジストの層の形成や、このレジストの層を用いたエッチングなどを用いて行われるため、電気的に分離された各縦型半導体装置の面積は極めて正確に決定される。また、分離された各装置は電界の局所的集中が発生しにくい好適なメサ型を呈する。このように、細分による物理的な分離が行われた後は、各装置についての電気的調整が全く不要であるから、製造時間と労力とが大幅に低減される。
【0012】
更に、本発明の製造方法によれば、ダイシングなどによって物理的に分離された各縦型半導体装置の周囲には基板の表面と同一高さの平坦面を有する保護層が形成されている。従って、装置周辺の保護層の横幅を大きくすることにより、組立てと配線対象のダイスの寸法を必要なだけ大きくでき、組立てと配線作業が実質的に実現可能となる。
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明する。
【0013】
【実施例】
製造対象の縦型半導体装置の典型例であるインパットダイオードとしては、pn接合型、ショットキー接合型、シングル走行領域型(リード型)、ダブル走行領域型など種々の型が知られている。ここでは、リード型インパットダイオードを例にとり、その製造方法を本発明の一実施例として、図1と図2を参照しながら説明する。このSiCインパット・ダイオードによれば、SiCの結晶基板内にその表面から裏面に向けてn- ,p,i及びp- の各導電層が順次形成されることにより、基板の深さ方向にリード型インパットダイオードが形成されると共に、最深の層であるp- 層の直下には適宜な厚みの電極引出し用のp++層が形成されている。
【0014】
まず、図1の(A)に示すように、SiCの主表面10上にSiO2 の保護膜11を形成し、この保護膜11の表面に、逆スパッタ、機械的研磨、エアアブレイシブなどの適宜な方法を用いて微小な凹凸の加工傷を形成する。
【0015】
次に、図1の(B)に示すように、保護膜11上に厚み1μm程度のダイヤモンドの層12を堆積する。このダイヤモンドの層12は、次のような条件のもとに行われるCVDによって堆積される。
反応ガス:CH4 +H2 , 反応ガス混合比:1.0 vol %,
反応圧力: 40 Torr, ガス流量 :100 ccm , マイクロ波出力:380W,
基板温度: 850 o C, 成膜時間:1.6 時間
【0016】
続いて、図1の(C)に示すように、ダイヤモンドの層12上にスパッタ法、CVD法、ソルゲール法などの適宜な成膜手法の一つを用いてSiO2 、Si3 4 ,Al2 3 などのレジストの層13を1000Å以上の厚みで形成したのち、周知の写真触刻技術を用いてレジストの層13のうちの不要部分を除去することにより以後のアッシングやエッチングに対するレジストの層を形成する。
【0017】
まず、図1の(D)に示すように、ダイヤモンドの層12のうちレジストの層13で覆われていない部分を、酸素プラズマや、酸素イオンビームなどを用いたアッシング手法によって除去する。続いて、図1の(E)に示すように、各インパット・ダイオードの最下層のp- 層の深さを越えるまで、深さ方向へのほぼ等方性のエッチングやエアブレイシブなど行うことにより、各インパット・ダイオードを基板の主表面と平行な方向に電気的に分離する。ただし、各インパット・ダイオードは、基板の下部のp++層によって物理的には結合されている。
【0018】
上記エッチングとしては、反応性イオンエッチングや、イオンビームエッチングなどのドライエッチング手法を適用してもよいし、溶融塩エッチングなどのウエットエッチング手法を適用することもできる。なお、エアブレイシブを適用する場合には、これに伴う加工傷や、歪みを除去するために、上記のドライエッチングやウエットエッチングなどを追加することもできる。上記分離の際のエッチングやエアブレイシブがかなり等方的であるため、各インパット・ダイオードの側面の形状は下方にむけて末広がりのいわゆるメサ型を呈することになり,電界集中による破壊を防止するうえで好適な形状となる。
【0019】
次に、除去した溝を埋めるのに十分な厚みのSiO2 の保護層を主表面の全面に堆積する。この成膜手法としては、CVDなどの慣用のものの他、粉末ガラスの電着や、ゾルゲール法によるものなどを適用してもよい。次に、全表面に形成したSiO2の保護層をカーボランダムなどの研磨材を用いて表面から機械的に研磨してゆく。この研磨速度が極端に低下したことをもって、研磨面がダイヤモンドの層12に到達したことが判明する。この状態で機械的研磨を停止して洗浄を行うと、図2の(A)に示すように、メサ型の素子どうしがSiO2の保護層14を介在させながら配列された構造が得られる。この結果、インパットダイオードの一方の電極面とほぼ同一の高さの平坦面を有する保護層14がインパットダイオードの周辺に形成される。
【0020】
更に、表面に残留するダイヤモンドの層12を、酸素プラズマや酸素イオンビームなどを用いたアッシング処理によって除去し、この結果露出したSiO2 の保護膜11に電極形成用のコンタクトホールを形成する。図2の(B)に示すように、基板表面側のコンタクトホール内と、基板裏側の全面とに高融点金属を主体とする金属の層を堆積することにより基板を挟んで対向し合う電極対15,16を形成する。
【0021】
最後に、保護層14の中央部分で基板をダイシングすることにより、図3の断面図(A)と平面図(B)とに示すような矩形状のダイスを得る。電気的な分離に際して断面積が確定されたインパットダイオードの電極15の直径は、典型的には、図示のように10乃至50μmと小さく、それ単体では組立てと配線が実質的に不可能になる。しかしながら、素子周辺に大きな寸法(典型的には100μm程度以上の)矩形上の保護層14がほぼ素子と同一の高さで形成されているため、この保護層14を含めた矩形上のダイス全体が従来のSiやGaAsの場合の組立て、配線及びエッチング対象のダイスと同程度の寸法となり、これに対する組立てと配線が可能となる。
【0022】
この矩形状のダイスを上下転倒(up side down)状態で収納体の放熱スタッド上に搭載し、この放熱スタッドに電極15をハンダ付けし、他方の電極16には収納体の蓋側から延びる金リボンを熱圧着などによって接続することによってインパット・ダイオードが完成する。
【0023】
以上、SiCインパットダイオードを製造する場合を例にとって本発明を説明した。しかしながら、SiCPINダイオード、あるいは、大電力用のSiC縦型電界効果トランジスタ(FET)などインパットダイオード以外の各種のSiC縦型半導体装置の製造に本発明の方法を適用できることは明らかである。
【0024】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の製造方法は、各縦型半導体装置をそれぞれの面積を確定しながら互いに電気的に分離し、その後にダイシングなどの物理的な分離を行う構成であるから、収納体に搭載した状態でのウエットエッチングなどが一切不要になり、製造時間と労力が大幅に低減される。
【0025】
また、本発明の製造方法は、縦型半導体装置の一方の電極とほぼ同一の高さの平坦面を有する大きな寸法の保護層を装置の周辺に形成する構成であるから、この保護層を含めた装置の寸法を必要なだけ大きな値に設定できる。この結果、保護層を含む装置の組立てと配線とが実質的に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のSiCインパット・ダイオードの製造方法を説明するための装置断面図である。
【図2】上記実施例の製造方法の続きを説明するための装置断面図である。
【図3】上記実施例によって製造されたSiCインパット・ダイオードの構造を示す断面図(A)と平面図(B)である。
【符号の説明】
10 SiC結晶の基板
11 保護膜
12 ダイヤモンドの層
13 レジストの層
14保護層
15,16 基板の表面と裏面に形成される電極
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a vertical semiconductor device such as an inpatient diode using silicon carbide (SiC) having an advantage of being operable even in a high temperature environment and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Impat (Impact Avalanche and Transit Time) diodes are well-known as useful oscillation elements that can directly convert DC bias power into microwave and millimeter-wave high-frequency power. Conventionally, Si and GaAs are used as pn junctions and shots. It has been manufactured as a vertical (or sandwich-type) semiconductor device using a key junction. This impat diode can be used as a main oscillator among solid-state oscillation sources in the microwave band and the millimeter wave band because a large output can be obtained as compared with other oscillation elements such as a Gunn diode.
[0003]
In the impat diode, the bias current value and the junction capacitance value necessary for the operation are adjusted by the element area, and the typical element diameter is set to a minute value of about 10 μm to 50 μm. Further, in order to reduce the series resistance value as much as possible and increase the conversion efficiency, the thickness of the element is typically set to a minute value of about 50 μm or less. Such an impat diode with a fine size is coupled with the problem of large heat dissipation of Joule heat and requires a high level of technology for its assembly.
[0004]
Typically, the element is cut into dies having a diameter of several hundreds of micrometers, which is considerably larger than the final diameter, and each is joined to a pedestal of a housing (case) called a heat dissipation stud or the like with a large amount of heat generation. The main surface close to the surface is bonded up side down, and the upper electrode is connected using a gold ribbon or the like. Each die having completed this electrical connection is subjected to chemical corrosion (etching) while flowing a direct current less than the oscillation threshold value and monitoring the change in the value, thereby gradually reducing the element area. This etching is also necessary to remove a surface layer having many scratches generated during dicing. Etching is stopped when the cross-sectional area of the element reaches a desired value converted by the direct current value, and an imput diode having a diameter of 10 to 50 μm, which is smaller by one digit than that during assembly wiring, is completed.
[0005]
The above-described impatt diode is operated in the avalanche breakdown region and in a high current density state on the principle of operation, and thus has a drawback that a burnout accident is likely to occur. In order to solve this drawback, it has been proposed to use silicon carbide (SiC) instead of Si or GaAs conventionally used as a semiconductor material. The crystal of silicon carbide (SiC) is a paper written by Hiroyuki Matsunami entitled “SiC semiconductor materials, devices and contact materials” (edited and published by the Japan Electronics Industry Development Association in March 1994). As described in the “Survey Report”), it has a thermal conductivity (5 W / cm o K) that is about three times that of Si, and a saturated electron drift velocity that is about twice that of Si. In addition, hexagonal 6H-SiC, which is normally used as a highly stable polytype, has a forbidden bandwidth as large as 2.93 eV. Therefore, the dielectric breakdown voltage is about 10 times higher than that of Si, the operable temperature reaches 773 o K (500 o C), and the conductivity type is easy for both p-type and n-type. Can be controlled.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Since SiC has advantages related to various physical property values as described above, it is optimal as a material for a vertical semiconductor device having a high power density such as an impat diode. However, because of the chemical stability of SiC, when an attempt is made to manufacture a vertical semiconductor device such as an impat diode using this as a material, there are the following problems. In other words, when Si or GaAs is used as a material, there are chemicals that can etch only the semiconductor material without damaging the container. However, in the case of SiC, chemical resistance is provided for its chemical stability. The nature is greater than the container material. For this reason, there is a problem that the conventional method of adjusting the area by performing etching after completing the assembly wiring in the housing cannot be applied at all.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a vertical element such as an impat diode suitable for SiC.
[0007]
Further, even if there is no problem regarding the chemical stability as described above, and the element area of SiC can be reduced by wet etching as in the case of Si and GaAs, each separated by dicing is also possible. If wet etching is performed on a die, there is a problem that labor and time are increased and it is not suitable for mass production. In particular, the wet etching rate varies depending on the composition and temperature of the etching solution and the variation in the thickness of the defective layer generated during dicing, and therefore, it is necessary to flow the current while monitoring the value. From the point of view, mass productivity is impaired.
Therefore, another object of the present invention is to set the area of each element in a lump before physically separating the elements by dicing or the like, and then perform physical separation to reduce the manufacturing time. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a SiC vertical semiconductor device that can greatly reduce labor.
[0008]
Furthermore, as described above, when the area of each element is set in a lump and then physically separated, the area of each physically separated element is typically as small as about 10 μm. Therefore, the assembly and wiring are practically impossible.
Accordingly, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an SiC vertical semiconductor device that enables assembly of minute elements and wiring.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The manufacturing method of the SiC vertical semiconductor device concerning this invention forms the vertical semiconductor device arranged in the depth direction of the substrate of the SiC crystal, and the region other than the plurality of selected regions selected on the surface of the substrate from the surface. An electrical separation step of obtaining a plurality of electrically separated vertical semiconductor devices by selectively removing a depth exceeding a deepest portion of the vertical semiconductor device, and a plurality of electrically separated semiconductor devices A physical separation step of physically separating the substrate in the lateral direction, and an electrode formation step of forming electrodes on both the front and back surfaces of the substrate at an appropriate stage prior to the physical separation step.
[0010]
The manufacturing method of the present invention further includes a step of forming a diamond layer in each of a plurality of selected regions on the surface of the substrate before the electrical separation step, so as to fill the selectively removed regions. A sufficiently thick insulator layer is deposited on the entire surface of the substrate, and then mechanically polished to a depth that reaches the diamond layer. A step of forming a protective layer having a flat surface having substantially the same height is included before the physical separation step, and the physical separation step is formed around each electrically isolated vertical semiconductor device. This is performed including the protective layer formed.
[0011]
[Action]
According to the present invention, in the electrical isolation step, the vertical semiconductor devices such as the impatt diodes are electrically isolated from each other, and the area of each device is determined at this point. This electrical separation is performed by forming a resist layer using a general-purpose photo-engraving method as an integrated circuit manufacturing method, etching using the resist layer, and the like. The area of each vertical semiconductor device is determined very accurately. Each separated device exhibits a suitable mesa shape in which local concentration of the electric field is unlikely to occur. In this way, after physical separation by subdivision is performed, electrical adjustment for each device is completely unnecessary, so that manufacturing time and labor are greatly reduced.
[0012]
Furthermore, according to the manufacturing method of the present invention, a protective layer having a flat surface having the same height as the surface of the substrate is formed around each vertical semiconductor device physically separated by dicing or the like. Therefore, by increasing the lateral width of the protective layer around the device, the dimensions of the assembly and wiring target dies can be increased as necessary, and the assembly and wiring work can be substantially realized.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples.
[0013]
【Example】
Various types, such as a pn junction type, a Schottky junction type, a single running area type (lead type), and a double running area type, are known as imput diodes that are typical examples of vertical semiconductor devices to be manufactured. Here, a lead type impatt diode will be taken as an example, and a manufacturing method thereof will be described as an embodiment of the present invention with reference to FIG. 1 and FIG. According to this SiC imput diode, the n , p, i and p conductive layers are sequentially formed in the SiC crystal substrate from the front surface to the back surface, thereby leading to the depth direction of the substrate. A p-type layer is formed, and a p ++ layer for extracting an electrode having an appropriate thickness is formed immediately below the p layer which is the deepest layer.
[0014]
First, as shown in FIG. 1A, a SiO 2 protective film 11 is formed on the main surface 10 of SiC, and an appropriate method such as reverse sputtering, mechanical polishing, or air abrasive is formed on the surface of the protective film 11. The method is used to form minute irregularities on the processing scratches.
[0015]
Next, as shown in FIG. 1B, a diamond layer 12 having a thickness of about 1 μm is deposited on the protective film 11. The diamond layer 12 is deposited by CVD performed under the following conditions.
Reaction gas: CH 4 + H 2 , reaction gas mixture ratio: 1.0 vol%,
Reaction pressure: 40 Torr, Gas flow rate: 100 ccm, Microwave output: 380W,
Substrate temperature: 850 o C, deposition time: 1.6 hours [0016]
Subsequently, as shown in FIG. 1C, SiO 2 , Si 3 N 4 , Al on the diamond layer 12 by using one of appropriate film forming methods such as a sputtering method, a CVD method, and a sorgale method. After the resist layer 13 such as 2 O 3 is formed with a thickness of 1000 mm or more, unnecessary portions of the resist layer 13 are removed by using a well-known photo-engraving technique, so that the resist for subsequent ashing and etching is removed. Form a layer.
[0017]
First, as shown in FIG. 1D, a portion of the diamond layer 12 that is not covered with the resist layer 13 is removed by an ashing method using oxygen plasma, an oxygen ion beam, or the like. Subsequently, as shown in FIG. 1 (E), by performing substantially isotropic etching in the depth direction or air breaking until the depth of the p layer of the bottom layer of each imput diode is exceeded. Each imput diode is electrically isolated in a direction parallel to the main surface of the substrate. However, each imput diode is physically coupled by a p ++ layer below the substrate.
[0018]
As the etching, a dry etching technique such as reactive ion etching or ion beam etching may be applied, or a wet etching technique such as molten salt etching may be applied. In addition, when applying an airbrasive, said dry etching, wet etching, etc. can also be added in order to remove the process damage and distortion accompanying this. Since the etching and air breaking at the time of the above separation are fairly isotropic, the shape of the side surface of each of the impatt diodes has a so-called mesa shape that spreads toward the bottom, so that the breakdown due to electric field concentration can be prevented. It becomes a suitable shape.
[0019]
Next, a protective layer of SiO 2 having a thickness sufficient to fill the removed groove is deposited on the entire main surface. As this film forming method, in addition to conventional methods such as CVD, electrodeposition of powdered glass, or a method based on a sol-gel method may be applied. Next, the protective layer of SiO2 formed on the entire surface is mechanically polished from the surface using an abrasive such as carborundum. It can be seen that the polishing surface has reached the diamond layer 12 when the polishing rate is extremely reduced. When mechanical polishing is stopped and cleaning is performed in this state, as shown in FIG. 2A, a structure is obtained in which mesa elements are arranged with a protective layer 14 of SiO2 interposed therebetween. As a result, the protective layer 14 having a flat surface substantially the same height as the one electrode surface of the impat diode is formed around the impat diode.
[0020]
Further, the diamond layer 12 remaining on the surface is removed by an ashing process using oxygen plasma, an oxygen ion beam or the like, and as a result, a contact hole for forming an electrode is formed in the protective film 11 of SiO 2 exposed. As shown in FIG. 2B, a pair of electrodes facing each other across the substrate by depositing a metal layer mainly composed of a refractory metal in the contact hole on the substrate surface side and on the entire surface on the back side of the substrate. 15 and 16 are formed.
[0021]
Finally, the substrate is diced at the central portion of the protective layer 14 to obtain a rectangular die as shown in the sectional view (A) and plan view (B) of FIG. The diameter of the electrode 15 of the inpatient diode whose cross-sectional area is determined at the time of electrical separation is typically as small as 10 to 50 μm as shown in the figure, and as a single unit, assembly and wiring are substantially impossible. . However, since the protective layer 14 on a rectangle having a large dimension (typically about 100 μm or more) is formed at almost the same height as the element, the entire rectangular die including the protective layer 14 is formed around the element. Is the same size as the assembly, wiring, and etching target dies in the case of conventional Si or GaAs, and assembly and wiring for this are possible.
[0022]
The rectangular die is mounted on the heat dissipation stud of the storage body in an up side down state, and an electrode 15 is soldered to the heat dissipation stud, and the other electrode 16 is a gold extending from the lid side of the storage body. By connecting the ribbon by thermocompression bonding or the like, the impatt diode is completed.
[0023]
The present invention has been described above by taking as an example the case of manufacturing a SiC imput diode. However, it is apparent that the method of the present invention can be applied to the manufacture of various SiC vertical semiconductor devices other than the SiC diode, or the SiC vertical field effect transistor (FET) for high power other than the input diode.
[0024]
【The invention's effect】
As described above in detail, the manufacturing method of the present invention is configured to electrically separate the vertical semiconductor devices from each other while determining the respective areas, and then perform physical separation such as dicing. In addition, no wet etching or the like in the state of being mounted on the storage body is required, and the manufacturing time and labor are greatly reduced.
[0025]
In addition, since the manufacturing method of the present invention is configured to form a protective layer having a large dimension having a flat surface substantially the same height as one electrode of the vertical semiconductor device around the device, the protective layer is included. The dimensions of the equipment can be set as large as necessary. As a result, assembly and wiring of the device including the protective layer is substantially possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an apparatus for explaining a method of manufacturing a SiC imput diode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an apparatus cross-sectional view for explaining the continuation of the manufacturing method of the above embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view (A) and a plan view (B) showing the structure of a SiC imput diode manufactured according to the above embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 SiC crystal substrate 11 Protective film 12 Diamond layer 13 Resist layer 14 Protective layers 15 and 16 Electrodes formed on the front and back surfaces of the substrate

Claims (5)

SiC結晶の基板の深さ方向に配列される縦型半導体装置を形成し、前記基板の表面に選択した複数の選択領域以外の領域を表面から前記縦型半導体装置の最深の部分を越える深さまで選択的に除去することにより電気的に分離された複数の縦型半導体装置を得る電気的分離工程と、前記電気的に分離された複数の半導体装置を前記基板の横方向に物理的に分離する物理的分離工程と、この物理的分離工程に先立つ適宜な段階において前記基板の表裏両面に電極を形成する電極形成工程とを含むSiC縦型半導体装置の製造方法であって、
前記基板の表面の複数の選択領域のそれぞれにダイヤモンドの層を形成する工程を前記電気的分離工程の前に含み、
前記選択的に除去された領域を埋めるのに十分な厚みの絶縁物の層を前記基板の全表面に堆積したのち前記ダイヤモンドの層に達する深さまで機械的な研磨を行うことにより前記電気的に分離された各縦型半導体装置の周囲に基板の表面とほぼ同一の高さの平坦面を有する保護層を形成する工程を前記物理的分離工程の前に含み、かつ
前記物理的分離工程は、前記電気的に分離された各縦型半導体装置の周囲に形成された保護層を含めて行われることを特徴とするSiC縦型半導体装置の製造方法。
A vertical semiconductor device arranged in the depth direction of the SiC crystal substrate is formed, and a region other than a plurality of selected regions selected on the surface of the substrate extends from the surface to a depth exceeding the deepest portion of the vertical semiconductor device. An electrical separation step for obtaining a plurality of electrically separated vertical semiconductor devices by selective removal, and physically separating the plurality of electrically separated semiconductor devices in a lateral direction of the substrate. A method for manufacturing a SiC vertical semiconductor device, comprising: a physical separation step; and an electrode formation step of forming electrodes on both front and back surfaces of the substrate at an appropriate stage prior to the physical separation step,
Forming a diamond layer on each of a plurality of selected regions of the surface of the substrate prior to the electrical isolation step;
An electrically insulating layer of sufficient thickness to fill the selectively removed region is deposited on the entire surface of the substrate and then mechanically polished to a depth that reaches the diamond layer. A step of forming a protective layer having a flat surface substantially the same height as the surface of the substrate around each of the separated vertical semiconductor devices before the physical separation step, and the physical separation step includes: A method for manufacturing a SiC vertical semiconductor device, comprising a protective layer formed around each of the electrically isolated vertical semiconductor devices.
請求項1において、
前記電気的分離工程は、反応性イオンエッチング、イオンビームエッチング、溶融塩エッチングその他の主として等方性のエッチング又はこれらのエッチングと先行のエアブレイシブとの組合せとによって行われることを特徴とするSiC縦型半導体装置の製造方法。
In claim 1,
The electrical separation step is performed by reactive ion etching, ion beam etching, molten salt etching, or other mainly isotropic etching, or a combination of these etchings and preceding air abrasives. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項1又は2において、
前記ダイヤモンドの層が形成される基板の表面は保護で覆われており、前記電極形成工程は、前記保護層を形成する工程の後前記ダイヤモンドの層を除去し、露出する前記主表面を覆う前記保護膜に電極形成用のコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホール内に露出する前記基板に基板表面側の前記極を形成する工程を含むことを特徴とするSiC縦型半導体装置の製造方法。
In claim 1 or 2,
Front surface of the substrate on which the layer of diamond is formed is covered with a protective film, the electrode forming step, the main surface after the step of forming the protective layer, which is removed the layer of diamond, exposed the protective film a contact hole for electrode formation is formed on the cover, the SiC vertical semiconductor device which comprises a step of forming the electrodes on the substrate surface side of the substrate to be exposed in the contact hole Production method.
請求項1乃至3のそれぞれにおいて、
前記ダイヤモンドの層の堆積に先立って前記主表面上に微細な凹凸を形成する工程を更に含むことを特徴とするSiC縦型半導体装置の製造方法。
In each of claims 1 to 3,
A method of manufacturing a SiC vertical semiconductor device, further comprising the step of forming fine irregularities on the main surface prior to the deposition of the diamond layer.
請求項1乃至4のそれぞれにおいて、
前記縦型半導体装置は、インパットダイオードであることを特徴とするSiC縦型半導体装置の製造方法。
In each of claims 1 to 4,
The method for manufacturing a SiC vertical semiconductor device, wherein the vertical semiconductor device is an impatt diode.
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