JP6190740B2 - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
従来、半導体基体の第1主面側において、メサ領域を囲む領域に、p型半導体層とn型半導体層との境界面を超える深さ位置に至る領域に形成された外周テーパ領域を備える半導体装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor provided with an outer peripheral tapered region formed in a region reaching a depth position exceeding a boundary surface between a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer in a region surrounding a mesa region on the first main surface side of a semiconductor substrate An apparatus is known (for example, refer to Patent Document 1).
図10は、従来の半導体装置900を説明するために示す図である。図10中、符号950はアノード電極層を示す。
図11は、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11(a)〜図11(d)は各工程図である。図11中、符号926は酸化膜を示す。
FIG. 10 is a diagram for explaining a
FIG. 11 is a diagram for explaining a conventional method of manufacturing a semiconductor device. FIG. 11A to FIG. 11D are process diagrams. In FIG. 11,
なお、本明細書において、第2半導体層を形成する側の主面を第1主面とし、第3半導体層を形成する側の主面を第2主面とする。 In this specification, the main surface on the side where the second semiconductor layer is formed is referred to as a first main surface, and the main surface on the side where the third semiconductor layer is formed is referred to as a second main surface.
従来の半導体装置900は、図10に示すように、n型不純物を含有するn−型シリコン基板本体912(第1半導体層)、n−型シリコン基板本体912の第1主面側に形成されp型不純物を含有するp+型アノード層914(第2半導体層)、及び、n−型シリコン基板本体912の第2主面側に形成されn−型シリコン基板本体912よりも高濃度のn型不純物を含有するn+型カソード層916(第3半導体層)を有する半導体基体910と、半導体基体910の第1主面側において、メサ領域922を囲む領域に、n−型シリコン基板本体912とp+型アノード層914との境界面(pn接合面)を超える深さ位置に至る領域に形成された外周テーパ領域920と、半導体基体910の第2主面側に形成され、n+型カソード層916との間でオーミック接合を形成するカソード電極層960とを備える。
As shown in FIG. 10, the
従来の半導体装置900において、外周テーパ領域920には、pn接合面を保護するためのパッシベーション膜940が形成されている。
In the
従来の半導体装置900によれば、外周テーパ領域920には、pn接合面を保護するためのパッシベーション膜940が形成されていることから、高信頼性の半導体装置となる。
According to the
このような半導体装置900は以下のような製造方法(従来の半導体装置の製造方法)によって製造されている。
Such a
従来の半導体装置の製造方法は、n型不純物を含有するn−型シリコン基板本体912(第1半導体層)、n−型シリコン基板本体912の第1主面側に形成されp型不純物を含有するp+型アノード層914(第2半導体層)、及び、n−型シリコン基板本体912の第2主面側に形成されn−型シリコン基板本体912よりも高濃度のn型不純物を含有するn+型カソード層916(第3半導体層)を有する半導体基体910を準備する半導体基体準備工程(図11(a)参照。)と、半導体基体910の第1主面側において、メサ領域922を囲む領域に、n−型シリコン基板本体912とp+型アノード層914との境界面を超える深さの溝928を形成する溝形成工程(図11(b)参照。)と、溝928の内部にパッシベーション膜940を形成するパッシベーション膜形成工程(図11(c)参照。)と、半導体基体910の第2主面側全域の表面に、n+型カソード層916との間でオーミック接合を形成するカソード電極層960を形成する電極層形成工程(図11(c)参照。)と、溝928に沿って半導体基体910を分離することにより半導体装置900を作製する半導体基体分離工程(図11(d)参照。)とをこの順序で含む。
A conventional method for manufacturing a semiconductor device includes an n − -type silicon substrate body 912 (first semiconductor layer) containing n-type impurities and a p-type impurity formed on the first main surface side of the n − -type
電極層形成工程においては、メサ領域922における半導体基体910の第1主面側表面の一部にアノード電極層950を形成する。また、半導体基体分離工程においては、第1主面側からダイシングすることによって半導体基体910を分離する。
In the electrode layer forming step, the
従来の半導体装置の製造方法によれば、上記した半導体装置900を作製することが可能となる。
According to the conventional method for manufacturing a semiconductor device, the
ところで、近年、半導体装置の技術の分野において、高温逆バイアス耐量が高く、かつ、順バイアス時のサージ耐圧が高い半導体装置が求められている。 In recent years, in the field of semiconductor device technology, there has been a demand for a semiconductor device having a high temperature reverse bias tolerance and a high surge withstand voltage during forward bias.
そこで、本発明は、高温逆バイアス耐量が高く、かつ、順バイアス時のサージ耐圧が高い半導体装置を提供することを目的とする。また、このような半導体装置を製造する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a high high temperature reverse bias tolerance and a high surge withstand voltage during forward bias. Moreover, it aims at providing the manufacturing method of the semiconductor device which manufactures such a semiconductor device.
[1]本発明の半導体装置は、第1導電型不純物を含有する第1半導体層、前記第1半導体層の第1主面側に形成され第1導電型不純物とは反対導電型の第2導電型不純物を含有する第2半導体層、及び、前記第1半導体層の第2主面側に形成され前記第1半導体層よりも高濃度の第1導電型不純物を含有する第3半導体層を有する半導体基体と、前記半導体基体の第1主面側において、第1メサ領域を囲む領域に、前記第1半導体層と前記第2半導体層との境界面を超える深さ位置に至る領域に形成された第1外周テーパ領域と、前記半導体基体の第2主面側において、前記第1メサ領域に対応する位置に形成された第2メサ領域を囲む領域に、前記第1半導体層と前記第3半導体層との境界面を超える深さ位置に至る領域に形成された第2外周テーパ領域と、前記第2メサ領域及び前記第2外周テーパ領域における前記半導体基体の表面に形成され、前記第1半導体層との間でショットキー接合を形成し、かつ、前記第3半導体層との間でオーミック接合を形成する電極層とを備えることを特徴とする。 [1] A semiconductor device of the present invention includes a first semiconductor layer containing a first conductivity type impurity, a second conductivity type formed on the first main surface side of the first semiconductor layer and having a conductivity type opposite to the first conductivity type impurity. A second semiconductor layer containing a conductivity type impurity, and a third semiconductor layer formed on the second main surface side of the first semiconductor layer and containing a first conductivity type impurity at a higher concentration than the first semiconductor layer. And a semiconductor substrate having a semiconductor substrate and a region surrounding the first mesa region on a first main surface side of the semiconductor substrate, in a region reaching a depth position exceeding a boundary surface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. The first semiconductor layer and the first outer peripheral tapered region and a region surrounding the second mesa region formed at a position corresponding to the first mesa region on the second main surface side of the semiconductor substrate. Formed in the region reaching the depth position exceeding the boundary surface with the three semiconductor layers An outer peripheral tapered region, a second Mesa region, and a second outer peripheral tapered region formed on a surface of the semiconductor substrate, forming a Schottky junction with the first semiconductor layer, and the third semiconductor layer And an electrode layer forming an ohmic junction with the electrode.
[2]本発明の半導体装置においては、前記第2メサ領域における前記半導体基体の第1主面側の表面の面積は、前記第1メサ領域における前記半導体基体の第2主面側の表面の面積よりも大きいことが好ましい。 [2] In the semiconductor device of the present invention, the area of the surface on the first main surface side of the semiconductor substrate in the second mesa region is the surface area on the second main surface side of the semiconductor substrate in the first mesa region. It is preferable that it is larger than the area.
[3]本発明の半導体装置においては、前記第2外周テーパ領域の開口幅は、前記第1外周テーパ領域の開口幅の50〜70%の範囲内にあることが好ましい。 [3] In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that an opening width of the second outer peripheral tapered region is in a range of 50 to 70% of an opening width of the first outer peripheral tapered region.
なお、本明細書中、「第1(第2)外周テーパ領域の開口幅」とは、平面的に見て、第1メサ領域(第2メサ領域)における半導体基体の第1主面側表面(第2主面側表面)の端部から半導体装置の外縁までの幅のことをいう。 In the present specification, “the opening width of the first (second) outer peripheral tapered region” means the first main surface side surface of the semiconductor substrate in the first mesa region (second mesa region) in plan view. The width from the end of (second main surface side surface) to the outer edge of the semiconductor device.
[4]本発明の半導体装置においては、前記第1外周テーパ領域の最深部と前記第2外周テーパ領域の最深部との間の前記第1半導体層の厚さは、80μm以下であることが好ましい。 [4] In the semiconductor device of the present invention, the thickness of the first semiconductor layer between the deepest portion of the first outer peripheral taper region and the deepest portion of the second outer peripheral taper region may be 80 μm or less. preferable.
[5]本発明の半導体装置においては、前記半導体装置は、樹脂封止されていることが好ましい。 [5] In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor device is preferably resin-sealed.
[6]本発明の半導体装置の製造方法は、第1導電型不純物を含有する第1半導体層、前記第1半導体層の第1主面側に形成され第1導電型不純物とは反対導電型の第2導電型不純物を含有する第2半導体層、及び、前記第1半導体層の第2主面側に形成され前記第1半導体層よりも高濃度の第1導電型不純物を含有する第3半導体層を有する半導体基体を準備する半導体基体準備工程と、前記半導体基体の第1主面側において、第1メサ領域を囲む領域に、前記第1半導体層と前記第2半導体層との境界面を超える深さの第1溝を形成する第1溝形成工程、及び、前記半導体基体の第2主面側において、前記第1メサ領域に対応する位置に形成された第2メサ領域を囲む領域に、前記第1半導体層と前記第3半導体層との境界面を超える深さの第2溝を形成する第2溝形成工程を含む溝形成工程と、前記第2メサ領域及び前記第2溝における前記半導体基体の表面に、前記第1半導体層との間でショットキー接合を形成し、かつ、前記第3半導体層との間でオーミック接合を形成する電極層を形成する電極層形成工程と、前記第1溝及び前記第2溝に沿って前記半導体基体を分離することにより半導体装置を作製する半導体基体分離工程とをこの順序で含むことを特徴とする。 [6] A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first semiconductor layer containing a first conductivity type impurity, a conductivity type opposite to the first conductivity type impurity formed on the first main surface side of the first semiconductor layer. A second semiconductor layer containing the second conductivity type impurities, and a third semiconductor layer formed on the second main surface side of the first semiconductor layer and containing the first conductivity type impurities at a higher concentration than the first semiconductor layer. A semiconductor substrate preparation step for preparing a semiconductor substrate having a semiconductor layer, and a boundary surface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in a region surrounding the first mesa region on the first main surface side of the semiconductor substrate. And a region surrounding the second mesa region formed at a position corresponding to the first mesa region on the second main surface side of the semiconductor substrate. And a depth exceeding a boundary surface between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. A groove forming step including a second groove forming step for forming the second groove, and a Schottky junction with the first semiconductor layer on the surface of the semiconductor substrate in the second mesa region and the second groove. Forming an electrode layer for forming an ohmic junction with the third semiconductor layer, and separating the semiconductor substrate along the first groove and the second groove It includes a semiconductor substrate separation step for manufacturing a semiconductor device in this order.
[7]本発明の半導体装置の製造方法においては、前記溝形成工程においては、前記第1溝形成工程と前記第2溝形成工程とを一括して実施することが好ましい。 [7] In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is preferable that the first groove forming step and the second groove forming step are collectively performed in the groove forming step.
[8]本発明の半導体装置の製造方法においては、前記半導体基体分離工程においては、切れ込みを入れることなくブレーキングすることによって前記半導体基体を分離することが好ましい。 [8] In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is preferable that in the semiconductor substrate separation step, the semiconductor substrate is separated by braking without making a cut.
[9]本発明の半導体装置の製造方法においては、前記半導体基体分離工程においては、第2主面側からダイシングすることによって前記半導体基体を分離することが好ましい。 [9] In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is preferable that the semiconductor substrate is separated by dicing from the second main surface side in the semiconductor substrate separation step.
[10]本発明の半導体装置の製造方法においては、前記溝形成工程においては、前記第2溝の開口幅が前記第1溝の開口幅よりも狭くなるように前記第1溝及び前記第2溝を形成することが好ましい。 [10] In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the groove forming step, the first groove and the second groove are formed such that an opening width of the second groove is narrower than an opening width of the first groove. It is preferable to form a groove.
[11]本発明の半導体装置の製造方法においては、前記第2溝形成工程においては、前記第2溝をエッチングにより形成することが好ましい。 [11] In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is preferable that the second groove is formed by etching in the second groove forming step.
[12]本発明の半導体装置の製造方法においては、前記溝形成工程においては、前記第1溝の最深部と前記第2溝の最深部との間の前記第1半導体層の厚さが80μm以下となるように、前記第1溝及び前記第2溝を形成することが好ましい。 [12] In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the groove forming step, the thickness of the first semiconductor layer between the deepest portion of the first groove and the deepest portion of the second groove is 80 μm. It is preferable to form the first groove and the second groove so as to be as follows.
本発明の半導体装置によれば、第2外周テーパ領域における半導体基体の表面に形成され、第1半導体層との間でショットキー接合を形成する電極層を備えるため、逆バイアス時において、第1半導体層と第1外周テーパ領域との境界付近(図6における破線Aで囲まれた領域参照。)の電子が、従来の半導体装置900(図6(b)参照。)と比較して、半導体基体の第2主面側に移動しにくくなる(図6(a)参照。)。従って、当該境界付近で反転層の形成を抑えられるためリーク電流の増加を抑制でき、その結果、従来の半導体装置900よりも高温逆バイアス耐量が高い半導体装置となる。
According to the semiconductor device of the present invention, since the electrode layer that is formed on the surface of the semiconductor substrate in the second outer peripheral tapered region and forms a Schottky junction with the first semiconductor layer is provided, Electrons near the boundary between the semiconductor layer and the first outer peripheral tapered region (see the region surrounded by the broken line A in FIG. 6) are compared with the conventional semiconductor device 900 (see FIG. 6B). It becomes difficult to move to the second main surface side of the base (see FIG. 6A). Therefore, since the formation of the inversion layer can be suppressed in the vicinity of the boundary, an increase in leakage current can be suppressed, and as a result, a semiconductor device having a higher high temperature reverse bias tolerance than the
また、本発明の半導体装置によれば、第2外周テーパ領域における半導体基体の表面に形成され、第1半導体層との間でショットキー接合を形成する電極層を備えるため、電極層と第3半導体層との間で「オーミック接合を形成する領域」の面積が従来の半導体装置900(図7(b)参照。)よりも狭くなる(図7(a)参照。)。このため、第1メサ領域における第1主面側の端部から「オーミック接合を形成する領域」の端部(第2メサ領域における第3半導体層の端部)までを結んだ直線と半導体基体の表面と垂直な直線とのなす角θiが従来の半導体装置900よりも小さくなる(図7参照。)。よって、順バイアス時において、第1メサ領域における第1主面側の端部から「オーミック接合を形成する領域」の端部に流れる電流の電流経路が第1外周テーパ領域から従来の半導体装置900よりも遠くなり(図7における破線Bで囲まれた領域参照。)、従来の半導体装置900よりも順バイアス時のサージ耐圧が向上する。
In addition, according to the semiconductor device of the present invention, since the electrode layer formed on the surface of the semiconductor substrate in the second outer peripheral taper region and forming the Schottky junction with the first semiconductor layer is provided, the electrode layer and the third The area of the “region for forming an ohmic junction” with the semiconductor layer becomes narrower than that of the conventional semiconductor device 900 (see FIG. 7B) (see FIG. 7A). Therefore, a straight line connecting the end portion on the first main surface side in the first mesa region to the end portion of the “region for forming an ohmic junction” (end portion of the third semiconductor layer in the second mesa region) and the semiconductor substrate Is smaller than that of the conventional semiconductor device 900 (see FIG. 7). Therefore, during forward bias, the current path of the current flowing from the end on the first main surface side in the first mesa region to the end of the “region for forming the ohmic junction” extends from the first outer tapered region to the
さらにまた、本発明の半導体装置によれば、第2外周テーパ領域が、第1メサ領域に対応する位置に形成された第2メサ領域を囲む領域に形成されているため、第1外周テーパ領域の最深部と第2外周テーパ領域の最深部との間の第1半導体層の厚さ(残シリコン厚)が薄くなり、半導体装置を製造する過程において、半導体基体を分離しやすくなる。 Furthermore, according to the semiconductor device of the present invention, the second outer peripheral tapered region is formed in the region surrounding the second mesa region formed at the position corresponding to the first mesa region. The thickness of the first semiconductor layer (remaining silicon thickness) between the deepest portion of the first outer peripheral taper region and the deepest portion of the second outer peripheral tapered region is reduced, and the semiconductor substrate can be easily separated in the process of manufacturing the semiconductor device.
本発明の半導体装置の製造方法によれば、第2溝における半導体基体の表面(第2溝の内面)に、第1半導体層との間でショットキー接合を形成する電極層を形成する電極層形成工程を含むため、製造された半導体装置においては、第1半導体層と第1外周テーパ領域との境界付近(図6(a)における破線Aで囲まれた領域参照。)の電子が、逆バイアス時において、従来の半導体装置900と比較して、半導体基体の第2主面側に移動しにくくなる。従って、当該境界付近で反転層の形成を抑えられるためリーク電流の増加を抑制でき、その結果、従来の半導体装置900よりも高温逆バイアス耐量が高い半導体装置を製造することが可能となる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, an electrode layer that forms an electrode layer that forms a Schottky junction with the first semiconductor layer on the surface of the semiconductor substrate (the inner surface of the second groove) in the second groove. Since the manufacturing process is included, in the manufactured semiconductor device, electrons near the boundary between the first semiconductor layer and the first outer peripheral tapered region (see the region surrounded by the broken line A in FIG. 6A) are reversed. At the time of bias, compared to the
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、第2溝における半導体基体の表面に、第1半導体層との間でショットキー接合を形成する電極層を形成する電極層形成工程を含むため、製造された半導体装置は、電極層と第3半導体層との間で「オーミック接合を形成する領域」の面積が従来の半導体装置900(図7(b)参照。)よりも狭くなる(図7(a)参照。)。このため、第1メサ領域における第1主面側の端部から「オーミック接合を形成する領域」の端部(第2メサ領域における第3半導体層の端部)までを結んだ直線と半導体基体の表面と垂直な直線とのなす角θiが従来の半導体装置900よりも小さくなる(図7参照。)。よって、製造された半導体装置においては、順バイアス時において、第1メサ領域における第1主面側の端部から「オーミック接合を形成する領域」の端部に流れる電流の電流経路が第1外周テーパ領域から従来の半導体装置900よりも遠くなる(図7における破線Bで囲まれた領域参照。)。従って、半導体装置900よりも順バイアス時のサージ耐圧が向上した半導体装置を製造することが可能となる。
In addition, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes an electrode layer forming step of forming an electrode layer that forms a Schottky junction with the first semiconductor layer on the surface of the semiconductor substrate in the second groove. In the manufactured semiconductor device, the area of the “region for forming an ohmic junction” between the electrode layer and the third semiconductor layer is smaller than that of the conventional semiconductor device 900 (see FIG. 7B) (see FIG. 7). 7 (a).) Therefore, a straight line connecting the end portion on the first main surface side in the first mesa region to the end portion of the “region for forming an ohmic junction” (end portion of the third semiconductor layer in the second mesa region) and the semiconductor substrate Is smaller than that of the conventional semiconductor device 900 (see FIG. 7). Therefore, in the manufactured semiconductor device, during forward bias, the current path of the current flowing from the end on the first main surface side in the first mesa region to the end of the “region for forming the ohmic junction” is the first outer periphery. The taper region is farther than the conventional semiconductor device 900 (see the region surrounded by the broken line B in FIG. 7). Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor device having a surge withstand voltage at the time of forward bias improved compared to the
さらにまた、本発明の半導体装置の製造方法によれば、第2溝形成工程においては、第1メサ領域に対応する位置に形成された第2メサ領域を囲む領域に第2溝を形成するため、第1溝の最深部と第2溝の最深部との間の第1半導体層の厚さ(残シリコン厚)が薄くなり、半導体基体分離工程において、半導体基体を分離しやすくなる。 Furthermore, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the second groove forming step, the second groove is formed in a region surrounding the second mesa region formed at a position corresponding to the first mesa region. The thickness (remaining silicon thickness) of the first semiconductor layer between the deepest portion of the first groove and the deepest portion of the second groove is reduced, and the semiconductor substrate is easily separated in the semiconductor substrate separation step.
以下、本発明の半導体装置及び半導体装置の製造方法について、図に示す実施形態に基づいて説明する。 Hereinafter, a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device of the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
[実施形態1]
1.実施形態1に係る半導体装置100の構成
図1は、実施形態1に係る半導体装置100を説明するために示す図である。
[Embodiment 1]
1. Configuration of
実施形態1に係る半導体装置100は、図1に示すように、半導体基体110と、第1外周テーパ領域120と、第2外周テーパ領域130と、パッシベーション膜140と、アノード電極層150と、カソード電極層160とを備える。
As shown in FIG. 1, the
半導体基体110は、n型不純物を含有するn−型シリコン基板本体112(第1半導体層)、n−型シリコン基板本体112の第1主面側に形成されp型不純物を含有するp+型アノード層114(第2半導体層)、及び、n−型シリコン基板本体112の第2主面側に形成されn−型シリコン基板本体112よりも高濃度のn型不純物を含有するn+型カソード層116(第3半導体層)を有する。
The
半導体基体110の厚さは、例えば240μmである。n−型シリコン基板本体112の厚さは、例えば140μmであり、p+型アノード層114の厚さは、例えば60μmであり、n+型カソード層116の厚さは、例えば40μmである。
The thickness of the
n−型シリコン基板本体112の不純物濃度は、例えば1×1014cm−3である。n+型カソード層116の表面不純物濃度は、例えば1×1020cm−3である。p+型アノード層114の表面不純物濃度は、例えば1×1020cm−3である。
The impurity concentration of the n − type silicon substrate
なお、半導体基体110として、n+型シリコン基板(第3半導体層)、n+型シリコン基板よりも低濃度のn型不純物を含有するn−型エピタキシャル層(第1半導体層)及びp型不純物を含有するp+型アノード層(第2半導体層)を有し、第1主面側から第2主面側に向かって、p+型アノード層、n−型エピタキシャル層及びn+型シリコン基板がこの順序で積層されている半導体基体を用いてもよい。
As the
第1外周テーパ領域120は、半導体基体110の第1主面側において、第1メサ領域122を囲む領域に、n−型シリコン基板本体112とp+型アノード層114との境界面124を超える深さ位置に至る領域に形成されている。第1外周テーパ領域120は、エッチングにより形成されたものである。半導体基体110の第1主面側の表面を基準とした第1外周テーパ領域120の最深部の深さは、p+型アノード層114の厚さに対して120〜150%(例えば72μm〜90μm)の範囲内にあり、例えば80μmである。第1外周テーパ領域の開口幅は、例えば150μm〜200μmの範囲内にある。
The first outer
なお、第1外周テーパ領域の開口幅を150μm〜200μmの範囲内としたのは、第1外周テーパ領域の開口幅が150μm未満の場合には、逆バイアス時において高温状態となった場合に、第1外周テーパ領域の最深部に空乏層が早く到達してしまうことに起因してリーク電流が流れやすくなってしまい、半導体装置を破壊してしまうおそれがあるからであり、第1外周テーパ領域の開口幅が200μmを超える場合には、第1メサ領域122における半導体基体110の第1主面側表面の面積が減ってしまうことから、デバイスとしての有効面積が減少してしまうからである。
In addition, the opening width of the first outer peripheral taper region is set in the range of 150 μm to 200 μm when the opening width of the first outer peripheral taper region is less than 150 μm when the high temperature state occurs during the reverse bias. This is because the leakage current tends to flow due to the depletion layer reaching the deepest portion of the first outer peripheral taper region quickly, and the semiconductor device may be destroyed. This is because the effective area of the device is reduced because the area of the first main surface side surface of the
第2外周テーパ領域130は、半導体基体110の第2主面側において、第1メサ領域122に対応する位置に形成された第2メサ領域132を囲む領域に、n−型シリコン基板本体112とn+型カソード層116との境界面134を超える深さ位置に至る領域に形成されている。第2外周テーパ領域130も、第1外周テーパ領域120と同様に、エッチングにより形成されたものである。第2外周テーパ領域130は、後述するように第1外周テーパ領域120と、同一の工程で形成されたものである。
The second outer
半導体基体110の第2主面側の表面を基準とした第2外周テーパ領域130の最深部の深さ(以下、単に「第2外周テーパ領域130の最深部の深さ」という。)は、半導体基体110の第1主面側の表面を基準とした第1外周テーパ領域120の最深部の深さ(以下、単に「第1外周テーパ領域120の最深部の深さ」という。)と同一であり、例えば80μmである。
第2外周テーパ領域130の開口幅は、第1外周テーパ領域120の開口幅の50〜70%の範囲内にあり、例えば75μm〜140μmの範囲内にある。
The depth of the deepest portion of the second outer
The opening width of the second outer peripheral
なお、第2外周テーパ領域130の開口幅が、第1外周テーパ領域120の開口幅の50%未満の場合には、開口幅が小さくなることに伴って半導体基体110の第2主面側の表面を基準とした第2外周テーパ領域130の最深部の深さが浅くなるため、後述するように残シリコン厚が厚くなり、ブレーキングで分割することが困難となるからである。また、第2外周テーパ領域130の開口幅が、第1外周テーパ領域120の開口幅の70%を超える場合には、第2メサ領域が小さくなる(整流面積が小さくなる)ため、許容電流量が小さくなるおそれがあるからである。
When the opening width of the second outer
第1外周テーパ領域120の最深部と第2外周テーパ領域130の最深部との間のn−型シリコン基板本体112の厚さ(以下、残シリコン厚ということもある。)は、80μm以下であることが好ましい。本実施形態において、半導体基体110の厚さが例えば240μmであり、第1外周テーパ領域120の最深部の深さ及び第2外周テーパ領域130の最深部の深さはどちらも例えば80μmであることから、残シリコン厚は、例えば80μmである。なお、半導体装置を製造する過程において、予期しないとき(後述する半導体基体分離工程以外の工程を実施しているとき)に半導体基体が分離することを防ぐという観点からは、残シリコン厚は40μm〜80μmであることが好ましい。
The thickness of the n − -type
第2メサ領域132における半導体基体110の第1主面側表面の面積は、第1メサ領域122における半導体基体110の第2主面側表面の面積よりも大きい。
The area of the first main surface side surface of the
パッシベーション膜140は、少なくとも第1外周テーパ領域120の内面及びその近傍の半導体基体110の表面に形成されている。パッシベーション膜140は、n−型シリコン基板本体112とp+型アノード層114との境界面(pn接合面)等を保護する。パッシベーション膜140としては、ガラスや樹脂等を用いることができる。
The
アノード電極層150は、第1メサ領域における半導体基体110の表面の一部に形成されている。アノード電極層150は、金属(例えばニッケル)からなる。アノード電極層150の厚さは、例えば1μmである。
The
カソード電極層160は、第2メサ領域132及び第2外周テーパ領域130における半導体基体110の表面に形成されている。カソード電極層160は、金属(例えばニッケル)からなる。カソード電極層160の厚さは、例えば1μmである。
The
カソード電極層160は、n−型シリコン基板本体112との間でショットキー接合を形成する。また、カソード電極層160は、n+型カソード層116との間でオーミック接合を形成する。
The
2.実施形態1に係る半導体装置の製造方法
図2は、実施形態1に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
図3は、実施形態1に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図3(a)〜図3(d)は各工程図である。
図4は、実施形態1に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図4(a)〜図4(d)は各工程図である。
図5は、溝形成工程S20を説明するために示す平面図である。図5(a)は溝形成工程S20実施後の半導体基体110を第1主面側から見た平面図であり、図5(b)は溝形成工程S20実施後の半導体基体110を第2主面側から見た平面図である。図5中、符号100の四角で囲まれた領域は後述する半導体基体分離工程S60実施後に半導体装置となる領域を示す。
2. Manufacturing process Figure 2 of a semiconductor device according to Embodiment 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 3A to 3D are process diagrams.
FIG. 4 is a diagram illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 4A to 4D are process diagrams.
FIG. 5 is a plan view for explaining the groove forming step S20. FIG. 5A is a plan view of the
実施形態1に係る半導体装置は、以下に示す製造方法(実施形態1に係る半導体装置の製造方法)により製造することができる。 The semiconductor device according to the first embodiment can be manufactured by the following manufacturing method (the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment).
実施形態1に係る半導体装置の製造方法は、図2に示すように、半導体基体準備工程S10と、溝形成工程S20と、パッシベーション膜形成工程S30と、酸化膜除去工程S40と、電極層形成工程S50と、半導体基体分離工程S60とをこの順序で含む。以下、工程に沿って実施形態1に係る半導体装置の製造方法を説明する。 As shown in FIG. 2, the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment includes a semiconductor substrate preparation step S10, a groove formation step S20, a passivation film formation step S30, an oxide film removal step S40, and an electrode layer formation step. S50 and semiconductor substrate separation step S60 are included in this order. Hereinafter, the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment will be described along the steps.
(1)半導体基体準備工程S10
まず、n型不純物を含有するn−型シリコン基板本体112(第1半導体層)、n−型シリコン基板本体112の第1主面側に形成されp型不純物を含有するp+型アノード層114(第2半導体層)、及び、n−型シリコン基板本体112の第2主面側に形成されn−型シリコン基板本体112よりも高濃度のn型不純物を含有するn+型カソード層116(第3半導体層)を有する半導体基体110を準備する。
(1) Semiconductor substrate preparation step S10
First, an n − -type silicon substrate body 112 (first semiconductor layer) containing n-type impurities and a p + -
半導体基体110の厚さは、例えば240μmである。n−型シリコン基板本体112の厚さは、例えば140μmであり、p+型アノード層114の厚さは、例えば60μmであり、n+型カソード層116の厚さは、例えば40μmである。
The thickness of the
半導体基体110は、n−型シリコン基板本体112の第1主面側からp型不純物の拡散によりp+型アノード層114を形成するとともに、n−型シリコン基板本体112の第2主面側からn型不純物の拡散によりn+型カソード層116を形成することにより作製されたものである。
The
なお、半導体基体110として、n+型シリコン基板(第3半導体層)上にn−型エピタキシャル層(第1半導体層)を形成した後、当該n−型エピタキシャル層の表面からp型不純物の拡散によりp+型アノード層(第2半導体層)を形成することにより作製された半導体基体を用いてもよい。
In addition, after forming an n − type epitaxial layer (first semiconductor layer) on an n + type silicon substrate (third semiconductor layer) as the
(2)溝形成工程S20
次に、溝形成工程S20を実施する。溝形成工程S20は、第1溝形成工程S21と第2溝形成工程S22とを含む。溝形成工程S20においては、第1溝形成工程S21と第2溝形成工程S22とを一括して実施する。このため、半導体基体110の第1主面側の表面を基準とした後述する第1溝128の最深部の深さと、半導体基体110の第2主面側の表面を基準とした後述する第2溝138の最深部の深さとは、同じ深さになる。
(2) Groove forming step S20
Next, a groove forming step S20 is performed. The groove forming step S20 includes a first groove forming step S21 and a second groove forming step S22. In the groove forming step S20, the first groove forming step S21 and the second groove forming step S22 are performed collectively. Therefore, the depth of the deepest portion of the
第1溝形成工程S21は、半導体基体110の第1主面側において、第1メサ領域122を囲む領域に、n−型シリコン基板本体112とp+型アノード層114との境界面124を少なくとも超える深さの第1溝128を形成する工程である。半導体基体110の第1主面側の表面を基準とした第1溝128の最深部の深さは、例えば80μmである。
In the first groove forming step S21, at least the
また、第2溝形成工程S22は、半導体基体110の第2主面側において、第1メサ領域122に対応する位置に形成された第2メサ領域132を囲む領域に、n−型シリコン基板本体112とn+型カソード層116との境界面134を少なくとも超える深さの第2溝138を形成する工程である。半導体基体110の第2主面側の表面を基準とした第2溝138の最深部の深さは、例えば80μmである。
Further, the second groove forming step S22, at the second main surface side of the
具体的には、まず、熱酸化により、半導体基体110の第1主面側の表面(p+型アノード層114の表面)に酸化膜126を形成するとともに半導体基体110の第2主面側の表面(n+型カソード層116の表面)に酸化膜136を形成する。
Specifically, first, an
次に、フォトエッチング法によって、酸化膜126,136の所定部位に所定の開口部を形成する(図3(b)参照。)。第1主面側の開口部と第2主面側の開口部とはどちらも、それぞれ対応する位置(製造する半導体装置100の外縁に沿った位置)に形成されている。
Next, a predetermined opening is formed in a predetermined portion of the
次に、開口された酸化膜126,136をマスクとして半導体基体110のエッチングを行い、半導体基体110の第1主面側において、第1メサ領域122を囲む領域に、n−型シリコン基板本体112とp+型アノード層114との境界面124(深さが、例えば60μm)を超える深さの第1溝128を形成するとともに、半導体基体110の第2主面側において、第1メサ領域122に対応する位置に形成された第2メサ領域132を囲む領域に、n−型シリコン基板本体112とn+型カソード層116との境界面134(深さが、例えば40μm)を超える深さの第2溝138を形成する(図3(c)参照。)。
Next, the
半導体基体110の第1主面側の表面を基準とした第1溝128の深さ(以下、単に「第1溝128の深さ」という。)は、p+型アノード層114の厚さに対して120〜150%(例えば72μm〜90μm)の範囲内にあり、例えば80μmである。半導体基体110の第2主面側の表面を基準とした第2溝138の深さ(以下、単に「第2溝138の深さ」という。)は、第1溝128の深さと同一であり、例えば80μmである。
The depth of the first groove 128 (hereinafter, simply referred to as “depth of the
溝形成工程S20においては、第1溝128の最深部と第2溝138の最深部との間のn−型シリコン基板本体112の厚さ(残シリコン厚)が80μm以下となるように、第1溝128及び第2溝138を形成する。本実施形態において、半導体基体110の厚さは、例えば240μmであり、第1溝128の深さ及び第2溝138の深さはどちらも80μmであることから、残シリコン厚は、例えば80μmである。
In the groove forming step S20, the thickness (residual silicon thickness) of the n − type
溝形成工程S20においては、第2溝138の開口幅が第1溝128の開口幅よりも狭くなるように第1溝128及び第2溝138を形成する。第1溝128の開口幅は、例えば300μm〜400μmの範囲内にある。第2溝138の開口幅は、第1溝128の開口幅の50%〜70%の範囲内にある。具体的には、第2溝の開口幅は150μm〜280μmの範囲内にある。
In the groove forming step S <b> 20, the
このとき、第1主面側においては、第1溝128に囲まれた領域に第1メサ領域122が形成され、第2主面側においては、第2溝138に囲まれた領域に第2メサ領域132が形成される。ここで、上記したように第2溝138の開口幅が第1溝128の開口幅よりも狭いため、第2メサ領域132(図5(b)参照。)は、第1メサ領域122(図5(a)参照。)よりも一回り大きい。従って、製造された半導体装置100においては、第2メサ領域132における半導体基体110の第2主面側表面の面積が、第1メサ領域122における半導体基体110の第1主面側表面の面積よりも大きくなる。
At this time, the
(3)パッシベーション膜形成工程S30
次に、化学気相成長法や電気泳動法等により、第1溝128の内面及びその近傍の半導体基体110の表面にパッシベーション膜140(例えば、ガラス、樹脂等)を形成する(図3(d)参照。)。
(3) Passivation film forming step S30
Next, a passivation film 140 (eg, glass, resin, etc.) is formed on the inner surface of the
(4)酸化膜除去工程S40
次に、パッシベーション膜140の表面を覆うように保護膜(図示せず。)を形成した後、当該保護膜をマスクとして酸化膜126,136のエッチングを行い、第1主面側の酸化膜126及び第2主面側の酸化膜136を除去する(図4(a)参照。)。
(4) Oxide film removal step S40
Next, after forming a protective film (not shown) so as to cover the surface of the
(5)電極層形成工程S50
次に、保護膜(図示せず。)を除去した後、半導体基体110の第1主面及び第2主面にニッケルめっきを施す。このことにより、第1メサ領域122における半導体基体110の表面にアノード電極層150を形成するとともに、第2メサ領域132及び第2溝138における半導体基体110の表面にカソード電極層160を形成する(図4(b)参照。)。カソード電極層160は、n−型シリコン基板本体112との間でショットキー接合を形成し、かつ、n+型カソード層116との間でオーミック接合を形成する。ニッケルめっきに代えて蒸着、スパッタ等の気相法によりアノード電極層150及びカソード電極層160を形成してもよい。
(5) Electrode layer forming step S50
Next, after removing the protective film (not shown), nickel plating is applied to the first main surface and the second main surface of the
(6)半導体基体分離工程S60
次に、第1溝128及び第2溝138に沿って半導体基体110を分離する(図4(c)参照。)ことにより半導体装置100を作製する(図4(d)参照。)。半導体基体分離工程S60においては、切れ込みを入れることなくブレーキングすることによって半導体基体110を分離する。このことにより、第1溝128の最深部と第2溝138の最深部との間が割れるため、半導体基体110をチップ毎に分離して、半導体装置100を作製することができる。
(6) Semiconductor substrate separation step S60
Next, the
3.実施形態1に係る半導体装置100及び半導体装置の製造方法の効果
図6は、実施形態1に係る半導体装置100の高温逆バイアス耐量について説明するために示す図である。
図6(a)は半導体装置100の高温逆バイアス耐量を説明するために示す図であり、図6(b)は従来の半導体装置900の高温逆バイアス耐量を説明するために示す図である。図6中、符号Wdは空乏層を示す。
図7は、実施形態1に係る半導体装置100における順バイアス時のサージ耐圧について説明するために示す図である。図7(a)は半導体装置100の順バイアス時のサージ耐圧を説明するために示す図であり、図7(b)は従来の半導体装置900の順バイアス時のサージ耐圧を説明するために示す図である。図7中、符号iは、順バイアス時の電流経路の一部を示す。
3. Effects of
6A is a diagram for explaining the high temperature reverse bias tolerance of the
FIG. 7 is a view for explaining the surge withstand voltage at the time of forward bias in the
ところで、従来の半導体装置900においては、半導体基体910の第2主面側全域に形成され、n+型カソード層916との間でオーミック接合を形成するカソード電極層960を備える(図6(b)及び図10参照。)ため、逆バイアス時において、n−型シリコン基板本体912と外周テーパ領域920との境界付近(図6(b)における破線Aで囲まれた領域参照。)の直下からバイアスが印加され、当該境界付近の電子が、当該境界付近の直下に向かって移動する(図6(b)参照。)。
Incidentally, the
これに対して、実施形態1に係る半導体装置100によれば、第2外周テーパ領域130における半導体基体110の表面に形成され、n−型シリコン基板本体112との間でショットキー接合を形成するカソード電極層160を備えるため、逆バイアス時において、n−型シリコン基板本体112と第1外周テーパ領域120との境界付近(図6(a)における破線Aで囲まれた領域参照。)の電子が、従来の半導体装置900と比較して、半導体基体110の第2主面側に移動しにくくなる(図6(a)参照。)。従って、当該境界付近で反転層の形成を抑えられるためリーク電流の増加を抑制でき、その結果、従来の半導体装置900よりも高温逆バイアス耐量が高い半導体装置となる。
On the other hand, according to the
また、実施形態1に係る半導体装置100によれば、第2外周テーパ領域130における半導体基体110の表面に形成され、n−型シリコン基板本体112との間でショットキー接合を形成するカソード電極層160を備えるため、カソード電極層160とn+型カソード層116との間で「オーミック接合を形成する領域」の面積が従来の半導体装置900(図7(b)参照。)よりも狭くなる(図7(a)参照。)。このため、第1メサ領域122における第1主面側の端部から「オーミック接合を形成する領域」の端部(第2メサ領域132におけるn+型カソード層116の端部)までを結んだ直線と半導体基体110の表面と垂直な直線とのなす角θiが、従来の半導体装置900よりも小さくなる(図7参照。)。よって、順バイアス時において、第1メサ領域122における第1主面側の端部から「オーミック接合を形成する領域」の端部に流れる電流の電流経路が第1外周テーパ領域120から従来の半導体装置900よりも遠くなり(図7における破線Bで囲まれた領域参照。)、従来の半導体装置900よりも順バイアス時のサージ耐圧が向上する。
Further, according to the
また、実施形態1に係る半導体装置100によれば、第2外周テーパ領域130が、第1メサ領域122に対応する位置に形成された第2メサ領域132を囲む領域に形成されているため、第1外周テーパ領域120の最深部と第2外周テーパ領域130の最深部との間のn−型シリコン基板本体112の厚さ(残シリコン厚)が薄くなり、半導体装置100を製造する過程において、半導体基体110を分離しやすくなる。
Further, according to the
また、実施形態1に係る半導体装置100によれば、第2メサ領域132における半導体基体110の第2主面側表面の面積は、第1メサ領域122における半導体基体110の第1主面側表面の面積よりも大きいため、第2メサ領域132の面積が小さすぎることに起因して許容電流量が小さくなることがない。
Further, according to the
また、実施形態1に係る半導体装置100によれば、第2外周テーパ領域130の開口幅は、第1外周テーパ領域120の開口幅の50〜70%の範囲内にあるため、半導体装置を製造する過程においてブレーキングで分割することが困難となることを防ぎ、かつ、許容電流量が小さくなることを防ぐことが可能となる。
Moreover, according to the
なお、第2外周テーパ領域130の開口幅が、第1外周テーパ領域120の開口幅の50%未満の場合には、開口幅が小さくなることに伴って半導体基体110の第2主面側の表面を基準とした第2外周テーパ領域130の最深部の深さが浅くなるため、残シリコン厚が厚くなり、ブレーキングで分割することが困難となるおそれがある。また、第1外周テーパ領域120の開口幅の70%を超える場合には、第2メサ領域が小さくなる(整流面積が小さくなる)ため、許容電流量が小さくなるおそれがある。
When the opening width of the second outer
また、実施形態1に係る半導体装置100によれば、第1外周テーパ領域120の最深部と第2外周テーパ領域130の最深部との間のn−型シリコン基板本体112の厚さ(残シリコン厚)が、80μm以下であるため、第1溝128及び第2溝138に沿って半導体基体110を分離することにより半導体装置100を作製する際、半導体基体110を分離しやすくなる。
Further, according to the
実施形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、第2溝138における半導体基体110の表面に、n−型シリコン基板本体112との間でショットキー接合を形成するカソード電極層160を形成する電極層形成工程S50を含むため、製造された半導体装置100においては、n−型シリコン基板本体112と第1外周テーパ領域120との境界付近(図6(a)における破線Aで囲まれた領域参照。)の電子が、逆バイアス時において、従来の半導体装置900と比較して、半導体基体110の第2主面側に移動しにくくなる。従って、当該境界付近で反転層の形成を抑えられるためリーク電流の増加を抑制でき、その結果、従来の半導体装置900よりも高温逆バイアス耐量が高い半導体装置を製造することが可能となる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, the
また、実施形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、第2溝138における半導体基体110の表面に、n−型シリコン基板本体112との間でショットキー接合を形成するカソード電極層160を形成する電極層形成工程S50を含むため、製造された半導体装置100は、従来の半導体装置900(図7(b)参照。)よりもカソード電極層160とn+型カソード層116との間で「オーミック接合を形成する領域」の面積が狭くなる(図7(a)参照。)。このため、第1メサ領域122における第1主面側の端部から「オーミック接合を形成する領域」の端部(第2メサ領域132におけるn+型カソード層116の端部)までを結んだ直線と半導体基体110の表面と垂直な直線とのなす角θiが、従来の半導体装置900と比較して小さくなる。よって、製造された半導体装置100においては、順バイアス時において、第1メサ領域122における第1主面側の端部から「オーミック接合を形成する領域」の端部に流れる電流の電流経路が、従来の半導体装置900よりも第1外周テーパ領域120から遠くなる(図7における破線Bで囲まれた領域参照。)。従って、従来の半導体装置900よりも順バイアス時のサージ耐圧が向上した半導体装置を製造することが可能となる。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, the
また、実施形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、第2溝形成工程S22においては、第1メサ領域122に対応する位置に形成された第2メサ領域132を囲む領域に第2溝138を形成するため、第1溝128の最深部と第2溝138の最深部との間の半導体基体110の厚さ(残シリコン厚)が薄くなり、半導体基体分離工程S60において、半導体基体110を分離しやすくなる。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, in the second groove forming step S22, the second groove is formed in a region surrounding the
また、実施形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、溝形成工程S20において、第1溝形成工程S21と第2溝形成工程S22とを一括して実施するため、別々に実施した場合と比較して、高い生産性で半導体装置100を製造することが可能となる。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, in the groove forming step S20, the first groove forming step S21 and the second groove forming step S22 are performed in a lump. In comparison, the
また、実施形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基体分離工程S60においては、ブレーキングすることによって半導体基体110を分離するため、多量の半導体装置100をより一層高い生産性で半導体装置100を製造することが可能となる。
In addition, according to the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment, in the semiconductor substrate separation step S60, the
また、実施形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基体分離工程S60においては、切れ込みを入れることなくブレーキングすることによって半導体基体110を分離するため、半導体基体110にレーザー照射等によって切れ込みを入れる工程を省くことができ、さらに高い生産性で半導体装置100を製造することが可能となる。
Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, in the semiconductor substrate separation step S60, the
また、実施形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、溝形成工程S20においては、第2溝138の開口幅が第1溝128の開口幅よりも狭くなるように第1溝128及び第2溝138を形成するため、第2メサ領域132における半導体基体110の第2主面側表面の面積を、第1メサ領域122における半導体基体110の第1主面側表面の面積よりも大きくすることが可能となる。その結果、製造される半導体装置100においては、第2メサ領域132の面積が小さすぎることに起因して許容電流量が小さくなることがない。
Further, according to the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, in the groove forming step S20, the
また、実施形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、第2溝形成工程S22においては、第2溝138をエッチングにより形成するため、第2溝138をダイシングによって形成した場合や第2溝138をレーザー光を照射することによって形成した場合と比較して、容易に第2溝138を形成することが可能となる。
Further, according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment, in the second groove forming step S22, the
さらにまた、実施形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、溝形成工程S20においては、第1溝128の最深部と第2溝138の最深部との間のn−型シリコン基板本体112の厚さ(残シリコン厚)が80μm以下となるように、第1溝128及び第2溝138を形成するため、半導体基体分離工程S60において、半導体基体110を分離しやすくなる。
Furthermore, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, in the groove forming step S20, the n − type
[実施形態2]
図8は、実施形態2に係る半導体装置102を説明するために示す図である。
[Embodiment 2]
FIG. 8 is a diagram for explaining the
実施形態2に係る半導体装置102は、基本的には実施形態1に係る半導体装置100と同様の構成を有するが、半導体装置が樹脂封止されている点で実施形態1に係る半導体装置100の場合とは異なる。すなわち、実施形態2に係る半導体装置102は、図8に示すように、樹脂180によって樹脂封止されている。
The
実施形態2に係る半導体装置102は、鋼材からなるダイパッド部170をさらに備える。カソード電極層160は、はんだ172を介してダイパッド部170と電気的に接続されている。また、図示は省略するが、アノード電極層150は、外部の端子と電気的に接続されている。はんだ172は、第2外周テーパ領域130とダイパッド部170との間の空間にも入り込んだ状態となっている。
The
このように、実施形態2に係る半導体装置102は、半導体装置が樹脂封止されている点で実施形態1に係る半導体装置100の場合とは異なるが、実施形態1に係る半導体装置100の場合と同様に、第2外周テーパ領域130における半導体基体110の表面に形成され、n−型シリコン基板本体112との間でショットキー接合を形成するカソード電極層160を備えるため、逆バイアス時において、n−型シリコン基板本体112と第1外周テーパ領域120との境界付近(図6(a)における破線Aで囲まれた領域参照。)の電子が、従来の半導体装置900と比較して、半導体基体110の第2主面側に移動しにくくなる。従って、当該境界付近で反転層の形成を抑えられるためリーク電流の増加を抑制でき、その結果、高温逆バイアス耐量が高い半導体装置となる。
As described above, the
また、実施形態2に係る半導体装置102によれば、半導体装置102が、樹脂封止されているため、外部からの衝撃に強い半導体装置となる。
Further, according to the
図9は、比較例に係る半導体装置800を説明するために示す図である。
比較例に係る半導体装置800は、基本的には従来の半導体装置900と同様の構成を有するが、ダイパッド部を備え、かつ、半導体基体がはんだを介してダイパッド部と電気的に接続され、かつ、半導体装置が樹脂封止されている点が従来の半導体装置900とは異なる。すなわち、比較例に係る半導体装置800は、図9に示すように、鋼材からなるダイパッド部870を備え、半導体基体810の第2主面側において、半導体基体810がはんだ872を介してダイパッド部870と電気的に接続され、かつ、半導体装置800が樹脂880によって樹脂封止されている。
FIG. 9 is a diagram for explaining a
The
比較例に係る半導体装置800においては、第2外周テーパ領域が形成されていないため、実施形態2に係る半導体装置102の場合と比較して、残シリコン厚が厚くなる。このため、半導体装置800を製造する過程において、レーザー光を照射することによって半導体基体110に切れ込みをいれて残シリコン厚を薄くしている。ここで、第2主面側にはレーザー光を照射するための目印がないため、第2主面側からレーザー光を照射する場合には、第2主面側に、各半導体装置に対応する境界線に沿って予め(目印用の)酸化膜874を形成している。
In the
しかしながら、比較例に係る半導体装置800においては、酸化膜874がはんだ872に濡れないため、酸化膜874とはんだ872との間(図9の破線Cの領域参照。)に空隙が形成される。よって、樹脂封止の際に当該空隙に樹指850が入り込んでしまうことにより、入り込んだ樹指850が温度サイクル試験等で膨張して、はんだクラックが発生するおそれがある。
However, in the
これに対して、実施形態2に係る半導体装置102によれば、第2外周テーパ領域130が、第1メサ領域122に対応する位置に形成された第2メサ領域132を囲む領域に形成され、第1外周テーパ領域120の最深部と第2外周テーパ領域130の最深部との間のn−型シリコン基板本体112の厚さ(残シリコン厚)が薄くなるため、半導体装置を製造する過程において、第2主面側からレーザー光を照射することによって残シリコン厚を薄くする必要がない。従って、当該レーザー光を照射するために第2主面側に目印のための酸化膜を形成する必要がなく、その結果、樹脂封止の際に、「はんだと酸化膜との間に樹指が入り込むことに起因してはんだクラックが発生すること」を防ぐことが可能となる。
On the other hand, according to the
また、実施形態2に係る半導体装置102によれば、第2外周テーパ領域130が形成されているため、第2外周テーパ領域130とダイパッド部170との間の空間にもはんだ172が入り込んだ状態となる。このため、従来の半導体装置900と比較して、ダイパッド部170に対するはんだフィレットのすそ野部分の角度が大きくなり、はんだフィレットの形状が良好なものとなりやすい。
In addition, according to the
なお、実施形態2に係る半導体装置102は、半導体装置が樹脂封止されている点以外の点においては実施形態1に係る半導体装置100と同様の構成を有するため、実施形態1に係る半導体装置100が有する効果のうち該当する効果を有する。
The
以上、本発明を上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様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。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on said each embodiment, this invention is not limited to each said embodiment. The present invention can be implemented in various modes without departing from the spirit thereof, and for example, the following modifications are possible.
(1)上記各実施形態において記載した構成要素の数、材質、形状、位置、大きさ等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。 (1) The number, material, shape, position, size, etc. of the constituent elements described in the above embodiments are merely examples, and can be changed within a range not impairing the effects of the present invention.
(2)上記各実施形態においては、半導体基体分離工程S60においては、切れ込みを入れることなくブレーキングすることによって半導体基体110を分離したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、半導体基体分離工程S60においては、第2主面側からダイシングすることによって半導体基体110を分離してもよい。
(2) In each of the above embodiments, in the semiconductor substrate separation step S60, the
(3)上記各実施形態においては、溝形成工程S20において、第1溝形成工程S21と第2溝形成工程S22とを一括して実施したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、溝形成工程S20において、第1溝形成工程S21と第2溝形成工程S22とを別々に実施してもよい。 (3) In each of the above embodiments, the first groove forming step S21 and the second groove forming step S22 are collectively performed in the groove forming step S20, but the present invention is not limited to this. For example, in the groove forming step S20, the first groove forming step S21 and the second groove forming step S22 may be performed separately.
(4)上記各実施形態においては、半導体基体110の第2主面側の表面を基準とした第2外周テーパ領域130の最深部の深さが、半導体基体110の第1主面側の表面を基準とした第1外周テーパ領域120の最深部の深さと同一であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、当該第2外周テーパ領域130の最深部の深さが、当該第1外周テーパ領域120の最深部の深さよりも深くてもよいし、浅くてもよい。
(4) In each of the above embodiments, the depth of the deepest portion of the second outer peripheral
(5)上記各実施形態においては、厚さが240μmの半導体基体を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、厚さが240μmよりも厚い半導体基体を用いてもよいし、厚さが240μmよりも薄い半導体基体を用いてもよい。なお、厚さが240μmよりも厚い半導体基体を用いた場合において、残シリコン厚を80μm以下にするためには、半導体基体110の第2主面側の表面を基準とした第2外周テーパ領域130の最深部の深さを調整することによって残シリコン厚を80μm以下にすることが好ましい。
(5) In each of the above embodiments, a semiconductor substrate having a thickness of 240 μm is used, but the present invention is not limited to this. For example, a semiconductor substrate having a thickness greater than 240 μm may be used, or a semiconductor substrate having a thickness less than 240 μm may be used. In the case where a semiconductor substrate having a thickness greater than 240 μm is used, in order to make the remaining silicon thickness 80 μm or less, the second outer
100,102,800,900…半導体装置、110,810,910…半導体基体、112,812,912…n−型シリコン基板本体(第1半導体層)、114,814,914…p+型アノード層(第2半導体層)、116,816,916…n+型カソード層(第3半導体層)、120…第1外周テーパ領域、122…第1メサ領域、124…(p+型アノード層とn−型シリコン基板本体との)境界面、126,926…(第1主面側の)酸化膜、128…第1溝、130…第2外周テーパ領域、132…第2メサ領域、134…(n−型シリコン基板本体とn+型カソード層との)境界面、136…(第2主面側の)酸化膜、138…第2溝、140,840,940…パッシベーション膜、150,850,950…アノード電極層、160,860,960…カソード電極層、170,870…ダイパッド部、172,872…はんだ、874…(目印用の)酸化膜、180,880…樹脂、920…外周テーパ領域、922…メサ領域、928…溝
100, 102, 800, 900 ... semiconductor device, 110, 810, 910 ... semiconductor substrate, 112, 812, 912 ... n - type silicon substrate body (first semiconductor layer), 114, 814, 914 ... p + type anode layer (Second semiconductor layer), 116, 816, 916... N + type cathode layer (third semiconductor layer), 120 ... first outer peripheral taper region, 122 ... first mesa region, 124 ... (p + type anode layer and n -) boundary surface between -type silicon substrate body, 126,926 ... (first main surface side of) the oxide film, 128 ... first groove, 130 ... second outer peripheral tapered region, 132 ...
Claims (12)
前記半導体基体の第1主面側において、第1メサ領域を囲む領域に、前記第1半導体層と前記第2半導体層との境界面を超える深さ位置に至る領域に形成された第1外周テーパ領域と、
前記半導体基体の第2主面側において、前記第1メサ領域に対応する位置に形成された第2メサ領域を囲む領域に、前記第1半導体層と前記第3半導体層との境界面を超える深さ位置に至る領域に形成された第2外周テーパ領域と、
前記第2メサ領域及び前記第2外周テーパ領域における前記半導体基体の表面に形成され、前記第1半導体層との間でショットキー接合を形成し、かつ、前記第3半導体層との間でオーミック接合を形成する電極層とを備えることを特徴とする半導体装置。 A first semiconductor layer containing a first conductivity type impurity, a second semiconductor layer formed on the first main surface side of the first semiconductor layer and containing a second conductivity type impurity opposite to the first conductivity type impurity And a semiconductor substrate having a third semiconductor layer formed on the second main surface side of the first semiconductor layer and containing a first conductivity type impurity at a higher concentration than the first semiconductor layer;
A first outer periphery formed on a region surrounding the first mesa region on a first main surface side of the semiconductor substrate, in a region reaching a depth position exceeding a boundary surface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. A tapered region;
A region surrounding the second mesa region formed at a position corresponding to the first mesa region on the second main surface side of the semiconductor substrate exceeds the boundary surface between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. A second outer taper region formed in a region reaching a depth position;
Formed on the surface of the semiconductor substrate in the second mesa region and the second outer peripheral taper region, forms a Schottky junction with the first semiconductor layer, and ohmic with the third semiconductor layer A semiconductor device comprising: an electrode layer that forms a junction.
前記第2メサ領域における前記半導体基体の第2主面側表面の面積は、前記第1メサ領域における前記半導体基体の第1主面側表面の面積よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein an area of the second main surface side surface of the semiconductor substrate in the second mesa region is larger than an area of the first main surface side surface of the semiconductor substrate in the first mesa region.
前記第2外周テーパ領域の開口幅は、前記第1外周テーパ領域の開口幅の50〜70%の範囲内にあることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
An opening width of the second outer peripheral taper region is in a range of 50 to 70% of an opening width of the first outer peripheral taper region.
前記第1外周テーパ領域の最深部と前記第2外周テーパ領域の最深部との間の前記第1半導体層の厚さは、80μm以下であることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The thickness of the said 1st semiconductor layer between the deepest part of the said 1st outer periphery taper area | region and the deepest part of the said 2nd outer periphery taper area | region is 80 micrometers or less, The semiconductor device characterized by the above-mentioned.
前記半導体装置は、樹脂封止されていることを特徴とする半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device is resin-sealed.
前記半導体基体の第1主面側において、第1メサ領域を囲む領域に、前記第1半導体層と前記第2半導体層との境界面を超える深さの第1溝を形成する第1溝形成工程、及び、前記半導体基体の第2主面側において、前記第1メサ領域に対応する位置に形成された第2メサ領域を囲む領域に、前記第1半導体層と前記第3半導体層との境界面を超える深さの第2溝を形成する第2溝形成工程を含む溝形成工程と、
前記第2メサ領域及び前記第2溝における前記半導体基体の表面に、前記第1半導体層との間でショットキー接合を形成し、かつ、前記第3半導体層との間でオーミック接合を形成する電極層を形成する電極層形成工程と、
前記第1溝及び前記第2溝に沿って前記半導体基体を分離することにより半導体装置を作製する半導体基体分離工程とをこの順序で含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first semiconductor layer containing a first conductivity type impurity, a second semiconductor layer formed on the first main surface side of the first semiconductor layer and containing a second conductivity type impurity opposite to the first conductivity type impurity And a semiconductor substrate preparation step of preparing a semiconductor substrate having a third semiconductor layer formed on the second main surface side of the first semiconductor layer and containing a first conductivity type impurity having a higher concentration than the first semiconductor layer. When,
First groove formation for forming a first groove having a depth exceeding a boundary surface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in a region surrounding the first mesa region on the first main surface side of the semiconductor substrate. And a region surrounding the second mesa region formed at a position corresponding to the first mesa region on the second main surface side of the semiconductor substrate, the first semiconductor layer and the third semiconductor layer A groove forming step including a second groove forming step of forming a second groove having a depth exceeding the boundary surface;
A Schottky junction is formed with the first semiconductor layer on the surface of the semiconductor substrate in the second mesa region and the second groove, and an ohmic junction is formed with the third semiconductor layer. An electrode layer forming step of forming an electrode layer;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a semiconductor substrate separation step of manufacturing a semiconductor device by separating the semiconductor substrate along the first groove and the second groove in this order.
前記溝形成工程においては、前記第1溝形成工程と前記第2溝形成工程とを一括して実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 6,
In the groove forming step, the first groove forming step and the second groove forming step are collectively performed.
前記半導体基体分離工程においては、切れ込みを入れることなくブレーキングすることによって前記半導体基体を分離することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 6 or 7,
In the semiconductor substrate separating step, the semiconductor substrate is separated by braking without making a notch.
前記半導体基体分離工程においては、第2主面側からダイシングすることによって前記半導体基体を分離することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 6 or 7,
In the semiconductor substrate separating step, the semiconductor substrate is separated by dicing from the second main surface side.
前記溝形成工程においては、前記第2溝の開口幅が前記第1溝の開口幅よりも狭くなるように前記第1溝及び前記第2溝を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 6-9,
In the groove forming step, the first groove and the second groove are formed so that the opening width of the second groove is narrower than the opening width of the first groove. .
前記第2溝形成工程においては、前記第2溝をエッチングにより形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 6-10,
In the second groove forming step, the second groove is formed by etching.
前記溝形成工程においては、前記第1溝の最深部と前記第2溝の最深部との間の前記第1半導体層の厚さが80μm以下となるように、前記第1溝及び前記第2溝を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 6-11,
In the groove forming step, the first groove and the second groove are formed such that a thickness of the first semiconductor layer between the deepest portion of the first groove and the deepest portion of the second groove is 80 μm or less. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a groove.
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