JP5184717B1 - 半導体接合保護用ガラス組成物、半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
本発明の半導体接合保護用ガラス組成物によれば、鉛を含まないガラス材料を用いて、従来の「珪酸鉛を主成分としたガラス材料」を用いた場合と同様に、高耐圧の半導体装置を製造することが可能となる。また、CaO、MgO及びBaOのうち少なくとも2つのアルカリ土類金属の酸化物を含有することから、50℃〜550℃における平均線膨張率がシリコンの線膨張率に近い値を有するようになり、高信頼性の半導体装置を製造することが可能となる。
【選択図】図5
Description
従来の半導体装置の製造方法は、図8及び図9に示すように、「半導体基体形成工程」、「溝形成工程」、「ガラス層形成工程」、「フォトレジスト形成工程」、「酸化膜除去工程」、「粗面化領域形成工程」、「電極形成工程」及び「半導体基体切断工程」をこの順序で含む。以下、従来の半導体装置の製造方法を工程順に説明する。
まず、n−型半導体基板(n−型シリコン基板)910の一方の表面からのp型不純物の拡散によりp+型拡散層912、他方の表面からのn型不純物の拡散によりn+型拡散層914を形成して、主面に平行なpn接合が形成された半導体基体を形成する。その後、熱酸化によりp+型拡散層912及びn+型拡散層914の表面に酸化膜916,918を形成する(図8(a)参照。)。
次に、フォトエッチング法によって、酸化膜916の所定部位に所定の開口部を形成する。酸化膜のエッチング後、引き続いて半導体基体のエッチングを行い、半導体基体の一方の表面からpn接合を超える深さの溝920を形成する(図8(b)参照。)。
次に、溝920の表面に、電気泳動法により溝920の内面及びその近傍の半導体基体表面に半導体接合保護用ガラス組成物からなる層を形成するとともに、当該半導体接合保護用ガラス組成物からなる層を焼成することにより、パッシベーション用のガラス層924を形成する(図8(c)参照。)。
次に、ガラス層912の表面を覆うようにフォトレジスト926を形成する(図8(d)参照。)。
次に、フォトレジスト926をマスクとして酸化膜916のエッチングを行い、Niめっき電極膜を形成する部位930における酸化膜916を除去する(図9(a)参照。)。
次に、Niめっき電極膜を形成する部位930における半導体基体表面の粗面化処理を行い、Niめっき電極と半導体基体との密着性を高くするための粗面化領域932を形成する(図9(b)参照。)。
次に、半導体基体にNiめっきを行い、粗面化領域932上にアノード電極934を形成するとともに、半導体基体の他方の表面にカソード電極936を形成する(図9(c)参照。)。
次に、ダイシング等により、ガラス層924の中央部において半導体基体を切断して半導体基体をチップ化して、メサ型半導体装置(pnダイオード)を作成する(図9(d)参照。)。
示す。
実施形態1は、半導体接合保護用ガラス組成物に係る実施形態である。
実施形態2は、半導体接合保護用ガラス組成物に係る実施形態である。
実施形態3は、半導体接合保護用ガラス組成物に係る実施形態である。
実施形態4は、半導体接合保護用ガラス組成物に係る実施形態である。
実施形態5は、半導体接合保護用ガラス組成物に係る実施形態である。
実施形態6は、半導体装置の製造方法に係る実施形態である。
実施形態6に係る半導体装置の製造方法は、図1及び図2に示すように、「半導体基体形成工程」、「溝形成工程」、「ガラス層形成工程」、「フォトレジスト形成工程」、「酸化膜除去工程」、「粗面化領域形成工程」、「電極形成工程」及び「半導体基体切断工程」をこの順序で実施する。以下、実施形態6に係る半導体装置の製造方法を工程順に説明する。
まず、n−型半導体基板(n−型シリコン基板)110の一方の表面からのp型不純物の拡散によりp+型拡散層112、他方の表面からのn型不純物の拡散によりn+型拡散層114を形成して、主面に平行なpn接合が形成された半導体基体を形成する。その後、熱酸化によりp+型拡散層112及びn+型拡散層114の表面に酸化膜116,118を形成する(図1(a)参照。)。
次に、フォトエッチング法によって、酸化膜116の所定部位に所定の開口部を形成する。酸化膜のエッチング後、引き続いて半導体基体のエッチングを行い、半導体基体の一方の表面からpn接合を超える深さの溝120を形成する(図1(b)参照。)。
次に、溝120の表面に、電気泳動法により溝120の内面及びその近傍の半導体基体表面に実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物からなる層を形成するとともに、当該半導体接合保護用ガラス組成物からなる層を焼成することにより、パッシベーション用のガラス層124を形成する(図1(c)参照。)。従って、溝120の内部におけるpn接合露出部はガラス層124に直接覆われた状態となる。
次に、ガラス層112の表面を覆うようにフォトレジスト126を形成する(図1(d)参照。)。
次に、フォトレジスト126をマスクとして酸化膜116のエッチングを行い、Niめっき電極膜を形成する部位130における酸化膜116を除去する(図2(a)参照。)。
次に、Niめっき電極膜を形成する部位130における半導体基体表面の粗面化処理を行い、Niめっき電極と半導体基体との密着性を高くするための粗面化領域132を形成する(図2(b)参照。)。
次に、半導体基体にNiめっきを行い、粗面化領域132上にアノード電極134を形成するとともに、半導体基体の他方の表面にカソード電極136を形成する(図2(c)参照。)。
次に、ダイシング等により、ガラス層124の中央部において半導体基体を切断して半導体基体をチップ化して、メサ型半導体装置(pnダイオード)を作成する(図2(d)参照。)。
実施形態7は、半導体装置の製造方法に係る実施形態である。
実施形態7に係る半導体装置の製造方法は、図3及び図4に示すように、「半導体基体準備工程」、「p+型拡散層形成工程」、「n+型拡散層形成工程」、「ガラス層形成工程」、「ガラス層エッチング工程」及び「電極形成工程」をこの順序で実施する。以下、実施形態7に係る半導体装置の製造方法を工程順に説明する。
まず、n+型シリコン基板210上にn−型エピタキシャル層212が積層された半導体基体を準備する(図3(a)参照。)。
次に、マスクM1を形成した後、当該マスクM1を介してn−型エピタキシャル層212の表面における所定領域にイオン注入法によりp型不純物(例えばボロンイオン)を導入する。その後、熱拡散することにより、p+型拡散層214を形成する(図3(b参照。)。
次に、マスクM1を除去するとともにマスクM2を形成した後、当該マスクM2を介してn−型エピタキシャル層212の表面における所定領域にイオン注入法によりn型不純物(例えばヒ素イオン)を導入する。その後、熱拡散することにより、n+型拡散層216を形成する(図3(c)参照。)。
次に、マスクM2を除去した後、n−型エピタキシャル層212の表面に、スピンコート法により、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物からなる層を形成し、その後、当該半導体接合保護用ガラス組成物からなる層を焼成することにより、パッシベーション用のガラス層215を形成する(図4(a)参照。)。
次に、ガラス層215の表面にマスクM3を形成した後、ガラス層のエッチングを行う(図4(b)参照。)。これにより、n−型エピタキシャル層212の表面における所定領域にガラス層217が形成されることとなる。
次に、マスクM3を除去した後、半導体基体の表面におけるガラス層217で囲まれた領域にアノード電極218を形成するとともに、半導体基体の裏面にカソード電極220を形成する(図4(c)参照。)。
1.試料の調整
図5は、実施例の結果を示す図表である。実施例1〜3及び比較例1〜6に示す組成比(図5参照。)になるように原料を調合し、混合機でよく攪拌した後、その混合した原料を電気炉中で所定温度(1350℃〜1550℃)まで上昇させた白金ルツボに入れ、2時間溶融させた。その後、融液を水冷ロールに流し出して薄片状のガラスフレークを得た。このガラスフレークをボールミルで平均粒径が5μmとなるまで粉砕して、粉末状のガラス組成物を得た。
本発明の目的が「鉛を含まないガラス材料を用いて、従来の『珪酸鉛を主成分としたガラス材料』を用いた場合と同様に高耐圧の半導体装置を製造することを可能とする」ことにあるため、鉛成分を含まない場合に「○」の評価を与え、鉛成分を含む場合に「×」の評価を与えた。
焼成温度が高すぎると製造中の半導体装置に与える影響が大きくなるため、焼成温度が900℃以下である場合に「○」の評価を与え、焼成温度が900℃を超える場合に「×」の評価を与えた。
ガラス組成物が王水及びめっき液の両方に対して難溶性を示す場合に「○」の評価を与え、王水及びめっき液の少なくとも一方に対して溶解性を示す場合に「×」の評価を与えた。
上記した「1.試料の調整」の欄で得られた融液から薄片状のガラス板を作製し、当該薄片状のガラス板を用いて、50℃〜550℃におけるガラス組成物の平均線膨張率を測定した。その結果、50℃〜550℃におけるガラス組成物の平均線膨張率とシリコンの線膨張率(3.73×10−6)との差が「0.7×10−6」以下の場合に「○」の評価を与え、当該差が「0.7×10−6」を超える場合に「×」の評価を与えた。なお、図5の評価項目4の欄中、括弧内の数字は、50℃〜550℃におけるガラス組成物の平均線膨張率×10+6の値を示す。
実施形態6に係る半導体装置の製造方法と同様の方法によって半導体装置(pnダイオード)を作製し、作製した半導体装置の逆方向特性を測定した。その結果、半導体装置の逆方向特性が正常範囲にある場合に「○」の評価を与え、半導体装置の逆方向特性が正常範囲にない場合に「×」の評価を与えた。
上記した「1.試料の調整」の欄で得られた融液から薄片状のガラス板を作製し、当該薄片状のガラス板を軟化点まで加熱した後に室温まで冷却したときに、結晶化による失透現象が発生しなかった場合に「○」の評価を与え、結晶化による失透現象が発生した場合に「×」の評価を与えた。
実施形態6に係る半導体装置の製造方法と同様の方法によって半導体装置(pnダイオード)を作製し、ガラス層124の内部(特に、シリコン基板との境界面近傍)に泡が発生しているかどうかを観察した(予備評価)。また、10mm角のシリコン基板上に実施例1〜3及び比較例1〜6に係る半導体接合保護用ガラス組成物を塗布して半導体接合保護用ガラス組成物からなる層を形成するとともに当該半導体接合保護用ガラス組成物からなる層を焼成することによりガラス層を形成し、ガラス層の内部(特に、シリコン基板との境界面近傍)に泡が発生しているかどうかを観察した(本評価)。
上記した評価項目1〜7についての各評価がすべて「○」の場合に「○」の評価を与え、各評価のうち1つでも「△」又は「×」がある場合に「×」の評価を与えた。
図5からも分かるように、比較例1〜6に係るガラス組成物はいずれも、いずれかの評価項目で「△」又は「×」の評価があり、「×」の総合評価が得られた。すなわち、比較例1に係るガラス組成物は、評価項目7で「△」の評価が得られた。また、比較例2に係るガラス組成物は、評価項目4で「×」の評価が得られ、評価項目7で「△」の評価が得られた。また、比較例3及び4に係るガラス組成物は、評価項目2及び6で「×」の評価が得られ、評価項目7で「△」の評価が得られた。また、比較例5に係るガラス組成物は、評価項目1で「×」の評価が得られた。さらにまた、比較例6に係るガラス組成物は、評価項目3及び4で「×」の評価が得られた。
Claims (24)
- 半導体素子におけるpn接合露出部を保護するための半導体接合保護用ガラス組成物であって、
少なくともSiO2と、B2O3と、Al2O3と、ZnOと、CaO、MgO及びBaOのうち少なくとも2つのアルカリ土類金属の酸化物とを含有し、かつ、
Pbと、Pと、Asと、Sbと、Liと、Naと、Kとを実質的に含有せず、かつ、
SiO 2 の含有量が41.1mol%〜61.1mol%の範囲内にあり、B 2 O 3 の含有量が5.8mol%〜15.8mol%の範囲内にあり、Al 2 O 3 の含有量が7.4mol%〜17.4mol%の範囲内にあり、ZnOの含有量が3.0mol%〜24.8mol%の範囲内にあり、アルカリ土類金属の酸化物の含有量が5.5mol%〜15.5mol%の範囲内にあることを特徴とする半導体接合保護用ガラス組成物。 - 50℃〜550℃の温度範囲において、平均線膨張率が3×10−6〜4.5×10−6の範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載の半導体接合保護用ガラス組成物。
- 前記アルカリ土類金属の酸化物として、CaO、MgO及びBaOのすべてを含有することを特徴とする請求項2に記載の半導体接合保護用ガラス組成物。
- SiO2と、B2O3とを合計で55mol%以上含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体接合保護用ガラス組成物。
- 「ニッケル酸化物、銅酸化物及びマンガン酸化物よりなる群から選択された少なくとも1つの金属酸化物」をさらに含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半導体接合保護用ガラス組成物。
- 前記「ニッケル酸化物、銅酸化物及びマンガン酸化物よりなる群から選択された少なくとも1つの金属酸化物」として、ニッケル酸化物を含有することを特徴とする請求項4に記載の半導体接合保護用ガラス組成物。
- pn接合が露出するpn接合露出部を有する半導体素子を準備する第1工程と、
前記pn接合露出部を覆うようにガラス層を形成する第2工程とをこの順序で含む半導体装置の製造方法であって、
前記第2工程においては、少なくともSiO2と、B2O3と、Al2O3と、ZnOと、CaO、MgO及びBaOのうち少なくとも2つのアルカリ土類金属の酸化物とを含有し、かつ、Pbと、Pと、Asと、Sbと、Liと、Naと、Kとを実質的に含有せず、かつ、SiO 2 の含有量が41.1mol%〜61.1mol%の範囲内にあり、B 2 O 3 の含有量が5.8mol%〜15.8mol%の範囲内にあり、Al 2 O 3 の含有量が7.4mol%〜17.4mol%の範囲内にあり、ZnOの含有量が3.0mol%〜24.8mol%の範囲内にあり、アルカリ土類金属の酸化物の含有量が5.5mol%〜15.5mol%の範囲内にある半導体接合保護用ガラス組成物を用いて前記ガラス層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1工程は、主面に平行なpn接合を備える半導体基体を準備する工程と、前記半導体基体の一方の表面から前記pn接合を超える深さの溝を形成することにより、前記溝の内部に前記pn接合露出部を形成する工程とを含み、
前記第2工程は、前記溝の内部における前記pn接合露出部を覆うように前記ガラス層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2工程は、前記溝の内部における前記pn接合露出部を直接覆うように前記ガラス層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2工程は、前記溝の内部における前記pn接合露出部上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を介して前記pn接合露出部を覆うように前記ガラス層を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1工程は、半導体基体の表面に前記pn接合露出部を形成する工程を含み、
前記第2工程は、前記半導体基体の表面における前記pn接合露出部を覆うように前記ガラス層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2工程は、前記半導体基体の表面における前記pn接合露出部を直接覆うように前記ガラス層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2工程は、前記半導体基体の表面における前記pn接合露出部上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を介して前記pn接合露出部を覆うように前記ガラス層を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体接合保護用ガラス組成物は、50℃〜550℃の温度範囲において、平均線膨張率が3×10−6〜4.5×10−6の範囲内にあることを特徴とする請求項7〜13のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体接合保護用ガラス組成物は、前記アルカリ土類金属の酸化物として、CaO、MgO及びBaOのすべてを含有することを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体接合保護用ガラス組成物は、SiO2と、B2O3とを合計で55mol%以上含有することを特徴とする請求項7〜15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体接合保護用ガラス組成物は、「ニッケル酸化物、銅酸化物及びマンガン酸化物よりなる群から選択された少なくとも1つの金属酸化物」をさらに含有することを特徴とする請求項7〜16のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体接合保護用ガラス組成物は、前記「ニッケル酸化物、銅酸化物及びマンガン酸化物よりなる群から選択された少なくとも1つの金属酸化物」として、ニッケル酸化物を含有することを特徴とする請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
- pn接合が露出するpn接合露出部を有する半導体素子と、
前記pn接合露出部を覆うように形成されたガラス層とを備える半導体装置であって、
前記ガラス層は、少なくともSiO2と、B2O3と、Al2O3と、ZnOと、CaO、MgO及びBaOのうち少なくとも2つのアルカリ土類金属の酸化物とを含有し、かつ、Pbと、Pと、Asと、Sbと、Liと、Naと、Kとを実質的に含有せず、かつ、SiO 2 の含有量が41.1mol%〜61.1mol%の範囲内にあり、B 2 O 3 の含有量が5.8mol%〜15.8mol%の範囲内にあり、Al 2 O 3 の含有量が7.4mol%〜17.4mol%の範囲内にあり、ZnOの含有量が3.0mol%〜24.8mol%の範囲内にあり、アルカリ土類金属の酸化物の含有量が5.5mol%〜15.5mol%の範囲内にある半導体接合保護用ガラス組成物を用いて形成されたものであることを特徴とする半導体装置。 - 前記半導体接合保護用ガラス組成物は、50℃〜550℃の温度範囲において、平均線膨張率が3×10−6〜4.5×10−6の範囲内にあることを特徴とする請求項19に記載の半導体装置。
- 前記半導体接合保護用ガラス組成物は、前記アルカリ土類金属の酸化物として、CaO、MgO及びBaOのすべてを含有することを特徴とする請求項20に記載の半導体装置。
- 前記半導体接合保護用ガラス組成物は、SiO2と、B2O3とを合計で55mol%以上含有することを特徴とする請求項19〜21のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体接合保護用ガラス組成物は、「ニッケル酸化物、銅酸化物及びマンガン酸化物よりなる群から選択された少なくとも1つの金属酸化物」をさらに含有することを特徴とする請求項19〜22のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体接合保護用ガラス組成物は、前記「ニッケル酸化物、銅酸化物及びマンガン酸化物よりなる群から選択された少なくとも1つの金属酸化物」として、ニッケル酸化物を含有することを特徴とする請求項23に記載の半導体装置。
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