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

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 Download PDF

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Abstract

少なくともSiOと、Bと、Al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とを実質的に含有しないことを特徴とする半導体接合保護用ガラス組成物。
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

本発明は、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に関する。
メサ型の半導体装置を製造する過程でpn接合露出部を覆うようにパッシベーション用のガラス層を形成する半導体装置の製造方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
図8及び図9は、そのような従来の半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図8(a)〜図8(d)及び図9(a)〜図9(d)は各工程図である。
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。
(a)半導体基体形成工程
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。)。
(b)溝形成工程
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。)。
(c)ガラス層形成工程
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。)。
(d)フォトレジスト形成工程
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。)。
(e)酸化膜除去工程
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。)。
(f)粗面化領域形成工程
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。)。
(g)電極形成工程
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。)。
(h)半導体基体切断工程
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。)。
以上説明したように、従来の半導体装置の製造方法は、主面に平行なpn接合が形成された半導体基体の一方の表面からpn接合を超える溝920を形成する工程(図8(a)及び図8(b)参照。)と、当該溝920の内部にpn接合露出部を覆うようにパッシベーション用のガラス層924を形成する工程(図8(c)参照。)とを含む。このため、従来の半導体装置の製造方法によれば、溝920の内部にパッシベーション用のガラス層924を形成した後半導体基体を切断することにより、高耐圧のメサ型半導体装置を製造することができる。
特開2004−87955号公報
ところで、パッシベーション用のガラス層に用いるガラス材料としては、(a)適正な温度(例えば900℃以下)で焼成できること、(b)工程で使用する薬品に耐えること、(c)(工程中におけるウェーハの反りを防止するため)シリコンの線膨張率に近い線膨張率を有すること(特に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こと)及び(d)優れた絶縁性を有することという条件を満たす必要があることから、従来より「珪酸鉛を主成分としたガラス材料」が広く用いられている。
しかしながら、「珪酸鉛を主成分としたガラス材料」には環境負荷の大きい鉛が含まれており、近未来にはそのような「珪酸鉛を主成分としたガラス材料」の使用が禁止されていくことになると考えられる。
そこで、本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、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、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を提供することを目的とする。
[1]本発明の半導体接合保護用ガラス組成物は、少なくともSiOと、Bと、Al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とを実質的に含有しないことを特徴とする。
[2]本発明の半導体接合保護用ガラス組成物においては、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が好ましい。
[3]本発明の半導体接合保護用ガラス組成物においては、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が好ましい。
[4]本発明の半導体接合保護用ガラス組成物においては、SiOと、Bとを合計で55mol%以上含有することが好ましい。
[5]本発明の半導体接合保護用ガラス組成物においては、「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が好ましい。
[6]本発明の半導体接合保護用ガラス組成物においては、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が好ましい。
[7]本発明の半導体装置の製造方法は、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SiOと、Bと、Al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とを実質的に含有しない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。
[8]本発明の半導体装置の製造方法においては、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が好ましい。
[9]本発明の半導体装置の製造方法においては、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が好ましい。
[10]本発明の半導体装置の製造方法においては、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が好ましい。
[11]本発明の半導体装置の製造方法においては、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が好ましい。
[12]本発明の半導体装置の製造方法においては、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が好ましい。
[13]本発明の半導体装置の製造方法においては、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が好ましい。
[14]本発明の半導体装置の製造方法においては、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が好ましい。
[15]本発明の半導体装置の製造方法においては、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が好ましい。
[16]本発明の半導体装置の製造方法においては、前記半導体接合保護用ガラス組成物は、SiOと、Bとを合計で55mol%以上含有することが好ましい。
[17]本発明の半導体装置の製造方法においては、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が好ましい。
[18]本発明の半導体装置の製造方法においては、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が好ましい。
[19]本発明の半導体装置は、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SiOと、Bと、Al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とを実質的に含有しない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。
[20]本発明の半導体装置においては、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が好ましい。
[21]本発明の半導体装置においては、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が好ましい。
[22]本発明の半導体装置においては、前記半導体接合保護用ガラス組成物は、SiOと、Bとを合計で55mol%以上含有することが好ましい。
[23]本発明の半導体装置においては、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が好ましい。
[24]本発明の半導体装置においては、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が好ましい。
示す。
本発明の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によれば、後述する実施例からも明らかなように、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、本発明の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によれば、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、後述する実施例からも明らかなように、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。
なお、本発明の半導体接合保護用ガラス組成物において、Pbと、Pと、Asと、Sbと、Liと、Naと、Kとを実質的に含有しないとは、Pbと、Pと、Asと、Sbと、Liと、Naと、Kとを成分として含有しないという意味であり、ガラスを構成する各成分の原料中に不純物として上記が混入したガラス組成物を排除するものではない。本発明の半導体装置の製造方法及び半導体装置においても同様である。
ここで、Pbを実質的に含有しないこととしたのは、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」ことにあるからである。
また、Pと、Asと、Sbとを実質的に含有しないこととしたのは、これらの成分を含有する場合には焼成温度の点では有利なのではあるが、焼成中にこれらの成分が半導体基体に拡散することに起因して絶縁性が低下する場合があるからである。
また、Liと、Naと、Kとを実質的に含有しないこととしたのは、これらの成分を含有する場合には平均線膨張率や焼成温度の点では有利なのではあるが、絶縁性が低下する場合があるからである。
本発明の発明者らの研究により、これらの成分(すなわち、Pbと、Pと、Asと、Sbと、Liと、Naと、K。)を実質的に含有しない場合であっても、少なくともSiOと、Bと、Al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するガラス組成物は、半導体接合保護用ガラス組成物として使用可能であることが分かった。すなわち、本発明の半導体接合保護用ガラス組成物によれば、後述する実施例からも明らかなように、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。
実施形態6に係る半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。 実施形態6に係る半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。 実施形態7に係る半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。 実施形態7に係る半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。 実施例の結果を示す図表である。 予備評価においてガラス層124の内部に発生する泡bを説明するために示す図である。 本評価においてガラス層の内部に発生する泡bを説明するために示す写真である。 従来の半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。 従来の半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。
以下、本発明の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について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
[実施形態1]
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1に係る半導体接合保護用ガラス組成物は、少なくともSiOと、Bと、Alと、ZnOと、CaO、MgO及びBaOのうちすべてのアルカリ土類金属の酸化物と、ニッケル酸化物とを含有し、かつ、Pbと、Pと、Asと、Sbと、Liと、Naと、Kとを実質的に含有しないものである。
具体的には、SiOの含有量が41.1mol%〜61.1mol%の範囲内にあり、Bの含有量が5.8mol%〜15.8mol%の範囲内にあり、Al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%の範囲内にあり、ニッケル酸化物の含有量が0.01mol%〜3.0mol%の範囲内にある。そして、アルカリ土類金属の酸化物のうち、CaO含有量が2.8mol%〜7.8mol%の範囲内にあり、MgO含有量が1.1mol%〜3.1mol%の範囲内にあり、BaO含有量が1.7mol%〜4.7mol%の範囲内にある。
実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、後述する実施例からも明らかなように、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、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、CaO、MgO及びBaOのうちすべてのアルカリ土類金属の酸化物を含有することから、後述する実施例からも明らかなように、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。
また、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、CaO、MgO及びBaOのうちすべてのアルカリ土類金属の酸化物を含有することから、後述する実施例からも明らかなように、半導体接合保護用ガラス組成物を製造する過程で失透現象が発生するのを抑制することが可能となる。
また、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、半導体接合保護用ガラス組成物がニッケル酸化物を含有するため、後述する実施例からも明らかなように、電気泳動法により形成した「半導体接合保護用ガラス組成物からなる層」を焼成する過程で半導体基体(シリコン)との境界面から発生することがある泡の発生を抑制して、半導体装置の逆方向耐圧特性が劣化するという事態の発生を抑制することが可能となる。
また、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、SiOと、Bとを合計で55mol%以上含有する場合には、耐薬品性が向上する。
ここで、SiOの含有量を41.1mol%〜61.1mol%の範囲内としたのは、SiOの含有量が41.1mol%未満である場合には、耐薬品性が低下したり、絶縁性が低下したりする場合があるからであり、SiOの含有量が61.1mol%を超える場合には、焼成温度が高くなる傾向にあるからである。
また、Bの含有量を5.8mol%〜15.8mol%の範囲内としたのは、Bの含有量が5.8mol%未満である場合には、焼成温度が高くなる傾向があるからであり、Bの含有量が15.8mol%を超える場合には、ガラス層を焼成する工程でボロンが半導体基体に拡散して絶縁性が低下する場合があるからである。
また、Alの含有量を7.4mol%〜17.4mol%の範囲内としたのは、Alの含有量が7.4mol%未満である場合には、耐薬品性が低下したり、絶縁性が低下したりする場合があるからであり、Alの含有量が〜17.4mol%を超える場合には、焼成温度が高くなる傾向にあるからである。
また、ZnOの含有量を3.0mol%〜24.8mol%の範囲内としたのは、ZnOの含有量が3.0mol%未満である場合には、焼成温度が高くなる傾向にあるからであり、ZnOの含有量が24.8mol%を超える場合には、耐薬品性が低下したり、絶縁性が低下したりする場合があるからである。
また、アルカリ土類金属の酸化物の含有量を5.5mol%〜15.5mol%の範囲内としたのは、アルカリ土類金属の酸化物の含有量が5.5mol%未満である場合には、焼成温度が高くなる傾向にあるからであり、アルカリ土類金属の酸化物の含有量が15.5mol%を超える場合には、耐薬品性が低下したり、絶縁性が低下したりする場合があるからである。
また、アルカリ土類金属の酸化物のうち、CaOの含有量を2.8mol%〜7.8mol%の範囲内としたのは、CaOの含有量が2.8mol%未満である場合には、焼成温度が高くなる傾向にあるからであり、CaOの含有量が7.8mol%を超える場合には、耐薬品性が低下したり、絶縁性が低下したりする場合があるからである。
また、MgOの含有量を1.1mol%〜3.1mol%の範囲内としたのは、MgOの含有量が1.1mol%未満である場合には、耐薬品性が低下したり、絶縁性が低下したりする場合があるからであり、MgOの含有量が3.1mol%を超える場合には、焼成温度が高くなる傾向にあるからである。
また、BaOの含有量を1.7mol%〜4.7mol%の範囲内としたのは、BaOの含有量が1.7mol%未満である場合には、焼成温度が高くなる傾向にあるからであり、BaOの含有量が4.7mol%を超える場合には、耐薬品性が低下したり、絶縁性が低下したりする場合があるからである。
また、ニッケル酸化物の含有量を0.01mol%〜3.0mol%の範囲内としたのは、ニッケル酸化物の含有量が0.01mol%未満である場合には、電気泳動法により形成した「半導体接合保護用ガラス組成物からなる層」を焼成する過程で半導体基体(シリコン)との境界面から発生することのある泡の発生を抑制することが困難となる場合があるからであり、ニッケル酸化物の含有量が3.0mol%を超える場合には、均質なガラスを製造することが困難となる場合があるからである。
実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物は、以下のようにして製造することができる。すなわち、上記した組成比(モル比)になるように原料(SiO、HBO、Al(OH)、ZnO、CaCO、Mg(OH)、BaO及びNiO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(例えば1550℃)に上昇させた白金ルツボに入れ、所定時間溶融させる。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る。その後、このガラスフレークをボールミルなどで所定の平均粒径となるまで粉砕して、粉末状のガラス組成物を得る。
[実施形態2]
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2に係る半導体接合保護用ガラス組成物は、少なくともSiOと、Bと、Alと、ZnOと、少なくとも2つのアルカリ土類金属の酸化物(CaO及びMgO)と、ニッケル酸化物とを含有し、かつ、Pbと、Pと、Asと、Sbと、Liと、Naと、Kとを実質的に含有しないものである。
SiOの含有量、Bの含有量、Alの含有量、ZnOの含有量、アルカリ土類金属の酸化物の含有量及びニッケル酸化物の含有量は、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物と同じである。そして、アルカリ土類金属の酸化物のうち、CaO含有量が3.8mol%〜10.9mol%の範囲内にあり、MgO含有量が1.7mol%〜4.7mol%の範囲内にある。
実施形態2に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物の場合と同様に、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、実施形態2に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、少なくとも2つのアルカリ土類金属の酸化物(CaO及びMgO)を含有することから、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物の場合と同様に、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。
また、実施形態2に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、少なくとも2つのアルカリ土類金属の酸化物(CaO及びMgO)を含有することから、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物の場合と同様に、半導体接合保護用ガラス組成物を製造する過程で失透現象が発生するのを抑制することが可能となる。
また、実施形態2に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、半導体接合保護用ガラス組成物がニッケル酸化物を含有するため、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物の場合と同様に、電気泳動法により形成した「半導体接合保護用ガラス組成物からなる層」を焼成する過程で半導体基体(シリコン)との境界面から発生することがある泡の発生を抑制して、半導体装置の逆方向耐圧特性が劣化するという事態の発生を抑制することが可能となる。
なお、SiOの含有量、Bの含有量、Alの含有量、ZnOの含有量、アルカリ土類金属の酸化物の含有量及びニッケル酸化物の含有量を上記した範囲内にしたのは、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物の場合と同様の理由による。
また、アルカリ土類金属の酸化物のうち、CaOの含有量を3.8mol%〜10.9mol%の範囲内としたのは、CaOの含有量が3.8mol%未満である場合には、焼成温度が高くなる傾向にあるからであり、CaOの含有量が10.9mol%を超える場合には、耐薬品性が低下したり、絶縁性が低下したりする場合があるからである。
また、MgOの含有量を1.7mol%〜4.7mol%の範囲内としたのは、MgOの含有量が1.7mol%%未満である場合には、耐薬品性が低下したり、絶縁性が低下したりする場合があるからであり、MgOの含有量が4.7mol%を超える場合には、焼成温度が高くなる傾向にあるからである。
実施形態2に係る半導体接合保護用ガラス組成物は、以下のようにして製造することができる。すなわち、上記した組成比(モル比)になるように原料(SiO、HBO、Al(OH)、ZnO、CaCO、Mg(OH)及びNiO)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(例えば1550℃)に上昇させた白金ルツボに入れ、所定時間溶融させる。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る。その後、このガラスフレークをボールミルなどで所定の平均粒径となるまで粉砕して、粉末状のガラス組成物を得る。
[実施形態3]
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3に係る半導体接合保護用ガラス組成物は、少なくともSiOと、Bと、Alと、ZnOと、少なくとも2つのアルカリ土類金属の酸化物(CaO及びBaO)と、ニッケル酸化物とを含有し、かつ、Pbと、Pと、Asと、Sbと、Liと、Naと、Kとを実質的に含有しないものである。
SiOの含有量、Bの含有量、Alの含有量、ZnOの含有量、アルカリ土類金属の酸化物の含有量及びニッケル酸化物の含有量は、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物と同じである。そして、アルカリ土類金属の酸化物のうち、CaO含有量が3.3mol%〜9.3mol%の範囲内にあり、BaO含有量が2.2mol%〜6.2mol%の範囲内にある。
実施形態3に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、後述する実施例からも明らかなように、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、実施形態3に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、少なくとも2つのアルカリ土類金属の酸化物(CaO及びBaO)を含有することから、後述する実施例からも明らかなように、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。
また、実施形態3に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、少なくとも2つのアルカリ土類金属の酸化物(CaO及びBaO)を含有することから、後述する実施例からも明らかなように、半導体接合保護用ガラス組成物を製造する過程で失透現象が発生するのを抑制することが可能となる。
また、実施形態3に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、半導体接合保護用ガラス組成物がニッケル酸化物を含有するため、後述する実施例からも明らかなように、電気泳動法により形成した「半導体接合保護用ガラス組成物からなる層」を焼成する過程で半導体基体(シリコン)との境界面から発生することがある泡の発生を抑制して、半導体装置の逆方向耐圧特性が劣化するという事態の発生を抑制することが可能となる。
なお、SiOの含有量、Bの含有量、Alの含有量、ZnOの含有量、アルカリ土類金属の酸化物の含有量及びニッケル酸化物の含有量を上記した範囲内にしたのは、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物の場合と同様の理由による。
また、アルカリ土類金属の酸化物のうち、CaOの含有量を3.3mol%〜9.3mol%の範囲内としたのは、CaOの含有量が3.3mol%未満である場合には、焼成温度が高くなる傾向にあるからであり、CaOの含有量が9.3mol%を超える場合には、耐薬品性が低下したり、絶縁性が低下したりする場合があるからである。
また、BaOの含有量を2.2mol%〜6.2mol%の範囲内としたのは、BaOの含有量が2.2mol%未満である場合には、耐薬品性が低下したり、絶縁性が低下したりする場合があるからであり、BaOの含有量が6.2mol%を超える場合には、焼成温度が高くなる傾向にあるからである。
実施形態3に係る半導体接合保護用ガラス組成物は、以下のようにして製造することができる。すなわち、上記した組成比(モル比)になるように原料(SiO、HBO、Al(OH)、ZnO、CaCO、BaO及びNiO)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(例えば1550℃)に上昇させた白金ルツボに入れ、所定時間溶融させる。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る。その後、このガラスフレークをボールミルなどで所定の平均粒径となるまで粉砕して、粉末状のガラス組成物を得る。
[実施形態4]
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4に係る半導体接合保護用ガラス組成物は、少なくともSiOと、Bと、Alと、ZnOと、少なくとも2つのアルカリ土類金属の酸化物(MgO及びBaO)と、ニッケル酸化物とを含有し、かつ、Pbと、Pと、Asと、Sbと、Liと、Naと、Kとを実質的に含有しないものである。
SiOの含有量、Bの含有量、Alの含有量、ZnOの含有量、アルカリ土類金属の酸化物の含有量及びニッケル酸化物の含有量は、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物と同じである。そして、アルカリ土類金属の酸化物のうち、MgO含有量が2.2mol%〜6.2mol%の範囲内にあり、BaO含有量が3.3mol%〜9.3mol%の範囲内にある。
実施形態4に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物の場合と同様に、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、実施形態4に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、少なくとも2つのアルカリ土類金属の酸化物(MgO及びBaO)を含有することから、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物の場合と同様に、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。
また、実施形態4に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、少なくとも2つのアルカリ土類金属の酸化物(MgO及びBaO)を含有することから、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物の場合と同様に、半導体接合保護用ガラス組成物を製造する過程で失透現象が発生するのを抑制することが可能となる。
また、実施形態4に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、半導体接合保護用ガラス組成物がニッケル酸化物を含有するため、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物の場合と同様に、電気泳動法により形成した「半導体接合保護用ガラス組成物からなる層」を焼成する過程で半導体基体(シリコン)との境界面から発生することがある泡の発生を抑制して、半導体装置の逆方向耐圧特性が劣化するという事態の発生を抑制することが可能となる。
なお、SiOの含有量、Bの含有量、Alの含有量、ZnOの含有量、アルカリ土類金属の酸化物の含有量及びニッケル酸化物の含有量を上記した範囲内にしたのは、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物の場合と同様の理由による。
また、アルカリ土類金属の酸化物のうち、MgOの含有量を2.2mol%〜6.2mol%の範囲内としたのは、MgOの含有量が2.2mol%未満である場合には、耐薬品性が低下したり、絶縁性が低下したりする場合があるからであり、MgOの含有量が6.2mol%を超える場合には、焼成温度が高くなる傾向にあるからである。
また、BaOの含有量を3.3mol%〜9.3mol%の範囲内としたのは、BaOの含有量が3.3mol%未満である場合には、焼成温度が高くなる傾向にあるからであり、BaOの含有量が9.3mol%を超える場合には、耐薬品性が低下したり、絶縁性が低下したりする場合があるからである。
実施形態4に係る半導体接合保護用ガラス組成物は、以下のようにして製造することができる。すなわち、上記した組成比(モル比)になるように原料(SiO、HBO、Al(OH)、ZnO、Mg(OH)、BaO及びNiO)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(例えば1550℃)に上昇させた白金ルツボに入れ、所定時間溶融させる。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る。その後、このガラスフレークをボールミルなどで所定の平均粒径となるまで粉砕して、粉末状のガラス組成物を得る。
[実施形態5]
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5に係る半導体接合保護用ガラス組成物は、基本的には実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物と同様の成分を含有するが、ニッケル酸化物を含有しない点で実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物とは異なる。すなわち、実施形態5に係る半導体接合保護用ガラス組成物は、少なくともSiOと、Bと、Alと、ZnOと、CaO、MgO及びBaOのうちすべて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とを実質的に含有しないものである。
SiOの含有量、Bの含有量、Alの含有量、ZnOの含有量及びアルカリ土類金属の酸化物の含有量は、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物と同じである。
実施形態5に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物の場合と同様に、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、実施形態5に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、CaO、MgO及びBaOのうちすべてのアルカリ土類金属の酸化物を含有することから、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物の場合と同様に、50℃〜550℃における平均熱膨張率がシリコンの熱膨張係数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。
また、実施形態5に係る半導体接合保護用ガラス組成物によれば、CaO、MgO及びBaOのうちすべてのアルカリ土類金属の酸化物を含有することから、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物の場合と同様に、半導体接合保護用ガラス組成物を製造する過程で失透現象が発生するのを抑制することが可能となる。
なお、SiOの含有量、Bの含有量、Alの含有量、ZnOの含有量及びアルカリ土類金属の酸化物の含有量の含有量を上記した範囲内にしたのは、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物の場合と同様の理由による。
また、ニッケル酸化物を含有しないこととしたのは、ニッケル酸化物を含有しない場合であっても、電気泳動法により形成した「半導体接合保護用ガラス組成物からなる層」を焼成する過程で半導体基体(シリコン)との境界面から発生することがある泡の発生を無くすことができる場合があるからである。
実施形態5に係る半導体接合保護用ガラス組成物は、以下のようにして製造することができる。すなわち、上記した組成比(モル比)になるように原料(SiO、HBO、Al(OH)、ZnO、CaCO、Mg(OH)及びBaO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(例えば1550℃)に上昇させた白金ルツボに入れ、所定時間溶融させる。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る。その後、このガラスフレークをボールミルなどで所定の平均粒径となるまで粉砕して、粉末状のガラス組成物を得る。
[実施形態6]
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、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、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る。そして、当該第2工程においては、少なくともSiOと、Bと、Alと、ZnOと、CaO、MgO及びBaOのうちすべてのアルカリ土類金属の酸化物と、ニッケル酸化物とを含有し、かつ、Pbと、Pと、Asと、Sbと、Liと、Naと、Kとを実質的に含有しない半導体接合保護用ガラス組成物(実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物)を用いてガラス層を形成する。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、半導体基体の一方の表面からpn接合を超える深さの溝を形成することにより、溝の内部にpn接合露出部を形成する工程とを含み、第2工程は、溝の内部におけるpn接合露出部を直接覆うようにガラス層を形成する工程を含む。
図1及び図2は、実施形態6に係る半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図1(a)〜図1(d)及び図2(a)〜図2(d)は各工程図である。
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。
(a)半導体基体形成工程
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。)。
(b)溝形成工程
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。)。
(c)ガラス層形成工程
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。
(d)フォトレジスト形成工程
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。)。
(e)酸化膜除去工程
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。)。
(f)粗面化領域形成工程
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。)。
(g)電極形成工程
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。)。
(h)半導体基体切断工程
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。)。
以上のようにして、高耐圧のメサ型半導体装置(実施形態6に係る半導体装置)を製造することができる。
[実施形態7]
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、実施形態6に係る半導体装置の製造方法と同様に、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、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る。そして、当該第2工程においては、少なくともSiOと、Bと、Alと、ZnOと、CaO、MgO及びBaOのうちすべてのアルカリ土類金属の酸化物と、ニッケル酸化物とを含有し、かつ、Pbと、Pと、Asと、Sbと、Liと、Naと、Kとを実質的に含有しない半導体接合保護用ガラス組成物(実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物)を用いてガラス層を形成する。但し、実施形態6に係る半導体装置の製造方法の場合とは異なり、第1工程は、半導体基体の表面にpn接合露出部を形成する工程を含み、第2工程は、半導体基体の表面におけるpn接合露出部を直接覆うようにガラス層を形成する工程とを含む。
図3及び図4は、実施形態7に係る半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図3(a)〜図3(c)及び図4(a)〜図4(c)は各工程図である。
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。
(a)半導体基体準備工程
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。)。
(b)p型拡散層形成工程
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。)。
(c)n型拡散層形成工程
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。)。
(d)ガラス層形成工程
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。)。
(e)ガラス層エッチング工程
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。
(f)電極形成工程
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。)。
以上のようにして、高耐圧のプレーナ型半導体装置(実施形態7に係る半導体装置)を製造することができる。
[実施例]
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。
なお、実施例において使用した原料は、SiO、HBO、Al(OH)、ZnO、CaCO、Mg(OH)、BaO、NiO及びPbOである。
2.上記方法により得た各ガラス組成物を以下の評価項目により評価した。
(1)評価項目1(環境負荷)
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。
(2)評価項目2(焼成温度)
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。
(3)評価項目3(耐薬品性)
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。
(4)評価項目4(平均線膨張率)
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。
(5)評価項目5(絶縁性)
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。
(6)評価項目6(失透の有無)
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。
(7)評価項目7(泡の有無)
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)。
図6は、予備評価においてガラス層124の内部に発生する泡bを説明するために示す図である。図6(a)は泡bが発生しなかった場合の半導体装置の断面図であり、図6(b)は泡bが発生した場合の半導体装置の断面図である。図7は、本評価においてガラス層の内部に発生する泡bを説明するために示す写真である。図7(a)は泡bが発生しなかった場合におけるシリコン基板とガラス層との境界面を拡大して示す図であり、図7(b)は泡bが発生した場合におけるシリコン基板とガラス層との境界面を拡大して示す図である。実験の結果、予備評価の結果と本発明の評価結果には良好な対応関係があることがわかった。また、本評価において、ガラス層の内部に直径50μm以上の泡が1個も発生しなかった場合に「○」の評価を与え、ガラス層の内部に直径50μm以上の泡が1個〜20個発生した場合に「△」の評価を与え、ガラス層の内部に直径50μm以上の泡が20個以上発生した場合に「×」の評価を与えた。
(8)総合評価
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。
3.評価結果
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。
これに対して、実施例1〜3に係るガラス組成物はいずれも、すべての評価項目(評価項目1〜7)について「○」の評価が得られた。その結果、実施例1〜3に係るガラス組成物はいずれも、鉛を含まないガラス材料でありながら、(a)適正な温度(例えば900℃以下)で焼成できること、(b)工程で使用する薬品に耐えること、(c)シリコンの線膨張率に近い線膨張率を有すること(特に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こと)及び(d)優れた絶縁性を有することという条件をすべて満たし、さらには、(e)半導体接合保護用ガラス組成物を軟化点まで加熱した後冷却する過程で失透現象の発生を抑制することを可能とすること、及び、(f)電気泳動法により形成した「半導体接合保護用ガラス組成物からなる層」を焼成する過程で半導体基体(シリコン)との境界面から発生することがある泡の発生を抑制して、半導体装置の逆方向耐圧特性が劣化するという事態の発生を抑制することを可能とする、ガラス組成物であることが分かった。
以上、本発明の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を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
(1)上記の実施形態6においては、第2工程において、溝の内部におけるpn接合露出部を直接覆うようにガラス層を形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、溝の内部におけるpn接合露出部上に絶縁膜を形成し、その後、当該絶縁膜を介してpn接合露出部を覆うようにガラス層を形成してもよい。
(2)上記の実施形態7においては、第2工程において、半導体基体の表面におけるpn接合露出部を直接覆うようにガラス層を形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、半導体基体の表面におけるpn接合露出部上に絶縁膜を形成し、その後、当該絶縁膜を介してpn接合露出部を覆うようにガラス層を形成してもよい。
(3)上記の実施形態6及び7においては、実施形態1に係る半導体接合保護用ガラス組成物を用いてガラス層を形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、実施形態2〜5に係る半導体接合保護用ガラス組成物を用いてガラス層を形成してもよい。さらにまた、請求項1の範囲に入る別の半導体接合保護用ガラス組成物を用いてガラス層を形成してもよい。
(4)上記の実施形態1〜4においては、「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」として、ニッケル酸化物を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、銅酸化物又はマンガン酸化物を用いてもよい。
100,200,900…半導体装置、110,910…n型半導体基板、112,912…p型拡散層、114,914…n型拡散層、116,118,916,918…酸化膜、120,920…溝、124,924…ガラス層、126,926…フォトレジスト、130,930…Niめっき電極膜を形成する部位、132,932…粗面化領域、134,934…アノード電極、136,936…カソード電極、210…n型半導体基板、212…n型エピタキシャル層、214…p型拡散層、216…n型拡散層、215,217…ガラス層、218…アノード電極層、220…カソード電極層、b…泡

Claims (24)

  1. 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SiOと、Bと、Al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 の含有量が41.1mol%〜61.1mol%の範囲内にあり、B の含有量が5.8mol%〜15.8mol%の範囲内にあり、Al 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. SiOと、B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。
  5. 「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。
  6. 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。
  7. 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SiOと、Bと、Al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 の含有量が41.1mol%〜61.1mol%の範囲内にあり、B の含有量が5.8mol%〜15.8mol%の範囲内にあり、Al 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 前記半導体接合保護用ガラス組成物は、SiOと、B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。
  17. 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。
  18. 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。
  19. 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SiOと、Bと、Al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 の含有量が41.1mol%〜61.1mol%の範囲内にあり、B の含有量が5.8mol%〜15.8mol%の範囲内にあり、Al 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。
  20. 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。
  21. 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。
  22. 前記半導体接合保護用ガラス組成物は、SiOと、B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。
  23. 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。
  24. 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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