JPH1140797A

JPH1140797A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1140797A
Application number: JP10127603A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Nagura; 英明名倉; Isamu Kawashima; 勇川島; Jutaro Kotani; 壽太郎小谷; Hidekazu Nakamura; 秀和中村
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1998-05-11
Publication date: 1999-02-12
Also published as: US6127720A; CN1227743C; JP2000077517A; CN1199930A

Abstract

(57)【要約】【課題】特に高耐圧メサ型半導体装置において、メサ
溝のすべての部分に安定的に十分な厚みを有する絶縁保
護層を形成することができ、その結果、高耐圧特性のバ
ラツキを減少できるとともに、メサ溝の形成に起因す
る、後工程でのメサ溝部での割れや欠けによる加工歩留
を大幅に改善できる半導体装置、及びそのような半導体
装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板の上部の一導電型領域３の周
囲に、メサ溝として、幅広の浅い第１溝７と前記第１溝
７の領域に前記第１溝の幅より狭い第２溝７′とを設
け、少なくとも前記第２溝７′を電気絶縁物９で覆う。
電気絶縁物９の上面は電気絶縁膜５の上面と同等かそれ
以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気絶縁分離を溝
（特にメサ溝）及びその電気絶縁物（電気絶縁保護層）
とで行う高耐圧半導体装置、例えばバイポーラトランジ
スタ、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）、絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスター（ＩＧＢＴ）、ダイオード、サイリ
スタ、トライアック等に関するものであり、特に製造安
定性及び耐圧特性のバラツキを低減した縦型高耐圧半導
体装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高耐圧半導体装置は高耐圧及び低
価格をはかるために種々改善され、図１４〜１５に示す
ような構造が用いられていた。

【０００３】図１４はメサ型バイポーラトランジスタの
構成の一例を示した概略断面図である。図１４におい
て、１はシリコン基板（Ｎ型領域）、２はコレクタ拡散
領域、３はベース拡散領域、４はエミツタ拡散領域、５
は二酸化珪素膜（電気絶縁膜）、７はメサ溝、９はメサ
部絶縁保護層、１０はベース電極、１１はエミッタ電
極、１２はコレクタ電極である。

【０００４】また、図１５はプレーナ型バイポーラトラ
ンジスタの構成の一例を示した概略断面図である。図１
５において、１３はフィルドプレートであり、図１４と
共通する番号の説明は省略する。

【０００５】図１４に示す高耐圧メサ型バイポラトラン
ジスタでは、高耐圧と高信頼性を得るため、半導体シリ
コン基板１の表面側に選択的にシリコンをエッチングし
たメサ溝７に、鉛系または亜鉛系のガラス膜からなる絶
縁保護層（ガラス保護層）９を形成していた。前記メサ
溝７の深さは、信頼性を得るため、半導体基板の高抵抗
領域の厚さ（厚さをＴ）以上を有し、その後絶縁保護層
９を形成していた。

【０００６】シリコン基板（半導体基板）１とベース拡
散領域（一導電型領域）３との境界部分では電界集中が
生じるため、特にこの部分での絶縁保護層９の厚み（前
記境界部分でのメサ溝７の内周面に対する垂線方向の絶
縁保護層９の厚み）は１０μｍ以上にすることが望まし
い。上記境界部分での厚みが１０μｍ未満では、後工程
の製造プロセスで絶縁保護層としての効果が低く、製造
歩留の低下や高信頼性を確保することが出来ない。

【０００７】絶縁保護層（ガラス保護層）９の形成方法
として、電着法が知られている。電着法によれば導電部
にガラス保護層を均一の厚みで形成することが容易にで
きる。しかし、電着法では、あらゆる導電部にガラス保
護層が形成されてしまうので、二酸化珪素膜（電気絶縁
膜）５に設ける電極形成用のコンタクト窓の形成は、ガ
ラス保護層の形成後に行う必要がある。また、反対に、
メサ溝７の上部周囲の二酸化珪素膜（電気絶縁膜）５上
には原理上ガラス保護層が形成されないため、絶縁保護
の点で問題があった。

【０００８】そこで、上記の電着法の問題点を解消する
手段として、絶縁保護層（ガラス保護層）９を塗布法で
形成することが広く行われている。塗布法であれば、基
体の導電性に関わりなくガラス保護層を形成することが
可能である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、塗布時
の塗布ガラスの粘性等により、メサ溝内部の開口部周辺
でのガラス保護層の厚さが薄くなる傾向がある。特に、
上記のように、メサ溝７は高信頼性を得るため半導体基
板の高抵抗領域の厚さ（Ｔ）以上の深溝としているた
め、この傾向は顕著であり、メサ溝のすべての部分に絶
縁保護層（ガラス保護層）を厚み１０μｍ以上で形成す
ることが困難であった。その結果、高耐圧特性のバラツ
キが発生していた。

【００１０】また、高抵抗領域の厚さ（Ｔ）以上にメサ
溝を形成することによって、メサ溝形成部の半導体基板
の厚みが著しく低下する。この結果、半導体基板の機械
的強度が低下して、後工程における機械的接触により半
導体基板のメサ溝形成部に割れ、欠け等の損傷が発生
し、製造工程中の加工歩留が大幅に低下していた。

【００１１】一方、図１５に示すプレーナ型バイポーラ
トランジスタは、高耐圧化を実現するため、図１５に示
すようなＦＬＲ（フィルド・リミッティングリング）構
造で高耐圧化をはかることはよく知られている。しか
し、この技術は高耐圧になればなるほど半導体基板の面
積に占めるフィールド・プレート１３の割合が大きくな
り、半導体基板の利用率を大幅に低下するという問題が
ある。

【００１２】本発明は、前記従来の技術が有していた問
題を解決し、とくに高耐圧メサ型半導体装置において、
メサ溝のすべての部分に安定的に十分な厚みを有する絶
縁保護層を形成することができ、その結果、高耐圧特性
のバラツキを減少できるとともに、メサ溝の形成に起因
する、後工程の製造工程中でのメサ溝部での割れや欠け
による加工歩留を大幅に改善することができる半導体装
置、及びそのような半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体装置は以下の構成とする。

【００１４】即ち、本発明の第１の構成に係る半導体装
置は、半導体基板の上部に設けた厚さＤ３の一導電型領
域と、前記一導電型領域の所定領域の周囲に設けた幅広
の浅い第１溝（幅をＷ１、深さをＤ１）と、前記第１溝
の領域に設けた前記第１溝の幅より狭い第２溝（幅をＷ
２、深さをＤ２）と、少なくとも前記第２溝を覆う電気
絶縁物とを有することを特徴とする。

【００１５】かかる第１の構成によれば、メサ溝を幅広
で深さの浅い第１溝と、第１溝の領域内に形成された、
第１溝より幅の狭い第２溝とから構成し、少なくとも第
２溝を電気絶縁物で選択的に覆う構成としたので、メサ
溝全体にわたって十分な厚みを有する絶縁保護層を安定
的に形成することができる。その結果、高耐圧特性のバ
ラツキの少ない半導体装置を得ることができる。また、
電気絶縁層を厚く形成できることにより、十分な絶縁信
頼性を得るために必要なメサ溝の深さを浅くすることが
できるので、メサ溝形成部での半導体基板の厚みを十分
に確保することができ、機械的強度の低下を防止でき、
後工程における製造工程中のメサ溝部での割れや欠けに
よる加工歩留を大幅に改善することができる。

【００１６】更に、上記第１の構成よれば、メサ溝に電
気絶縁物を形成した後の工程、特に電極形成用のコンタ
クト窓の形成工程（以下、「コンタクト窓開工程」と称
する場合がある）でのコンタクト窓及び電極パターンの
微細化を容易し、また、コンタクト窓開工程においてマ
スク合わせ時の機械的接触を少なくするという付随的効
果をも有する。

【００１７】この付随的効果について、以下に説明す
る。

【００１８】図１４に示した従来のメサ型バイポーラト
ランジスタにおいて、幅が狭く深いメサ溝７全体にわた
って均一に必要十分な厚さの絶縁保護層９を塗布法によ
り形成しようとすると、半導体基板表面側に形成した電
気絶縁膜５上等にも絶縁保護層９が形成されることはさ
けられない。場合によっては、半導体基板上の電気絶縁
膜５の上面より５μｍ以上も高い、絶縁保護層９からな
る凸部が形成されることもある。このような凸部は、絶
縁保護層９の形成後の後工程、特に、電気絶縁膜５に電
極形成用のコンタクト窓を形成する工程で、コンタクト
窓及び形成されたコンタクト窓内に形成される電極パタ
ーンの微細化を妨げ、素子設計の弊害となっていた。ま
た、前記コンタクト窓開工程において、選択的に窓開す
るために必要なマスク合わせ時に凸部との機械的接触が
発生し、メサ溝部での割れや欠けを生じ、製造工程中の
加工歩留が大幅に低下していた。

【００１９】これに対して、本発明の上記第１の構成の
半導体装置とすることにより、必要十分な電気絶縁物を
形成しても、その上面を電気絶縁膜上面以下に抑えるこ
とが容易にできる。また、仮に電気絶縁膜上面に電気絶
縁物が付着するようなことがあっても、それによって形
成される凸部は従来技術の場合に比べて極めて低くな
る。即ち、第１溝の電気絶縁物上部が一導電型領域上の
電気絶縁膜上部とほぼ同程度か下側になるように形成す
ることが可能になる。

【００２０】第１溝の電気絶縁物上部が一導電型領域上
の電気絶縁膜上部とほぼ同程度か下側になるように形成
することで、後工程、すなわち、電気絶縁物形成後の電
極形成用窓開工程は、半導体基板表面の平坦化が維持出
来るので、従来から知られているプレーナ型半導体製造
プロセスと同様のプロセスで生産可能となる。その結果
として、コンタクト窓開部の開口部の寸法は素子に要望
される特性に合った設計（従来、高耐圧メサ型トランジ
スタではメサ溝の凸部によって微細化には限界があっ
た）を行うことができる。また、電気絶縁物形成後の工
程で、半導体基板表面の凸部と選択的窓開を行うための
マスクとの機械的接触も改善され、メサ溝を浅くするこ
とができることも加わって、製造工程中の半導体基板の
割れ，欠け等も大幅に減少する。その結果、加工歩留が
大幅に改善できる。

【００２１】また、本発明の第２の構成に係る半導体装
置は、厚さｄ２の逆導電型の半導体基板領域の上部に設
けた厚さＤ３の一導電型領域と、前記一導電型領域と接
してその所定領域の周囲に設けた、前記ｄ２より大きい
幅Ｗ０を有し、前記Ｄ３より深く前記ｄ２より浅い深さ
Ｄ０を有する溝と、前記溝の上部周囲を囲む電気絶縁膜
と、前記電気絶縁膜上面の少なくとも一部と前記溝内周
面とを覆うガラス保護層と、前記一導電型領域上に形成
された開口部とを有することを特徴とする。

【００２２】かかる第２の構成によれば、半導体基板の
表面側に設けたメサ溝を幅広の浅い溝とすることで、後
工程で形成するガラス保護層を、メサ溝のすべての部分
に安定した厚みで形成することができる。特に、半導体
基板に形成する一導電型領域と半導体基板の高抵抗領域
とが接する境界部のガラス保護層の厚みを１０μｍ以上
の厚みに形成することが容易になる。この結果、特に高
耐圧メサ型半導体装置の構造において、高耐圧特性のバ
ラツキが減少する。特に、絶縁保護層がガラス塗布によ
り形成される場合に有効である。また、幅広の浅い溝を
有する為、メサ溝部での半導体基板の厚み減少が少なく
なり、半導体基板の機械的強度の低下を防止できる。そ
の結果、後工程における製造工程中のメサ溝部での割れ
や欠けによる加工歩留を大幅に改善することができる。
本第２の構成は、溝の幅Ｗ０を広くし、かつ高抵抗領域
の厚さＴよりも浅くすることで、耐圧特性を得るだけで
なく、絶縁保護層（ガラス保護層）を溝部に的確に形成
できることで耐圧特性のバラツキを低減し、溝部でのワ
レを防止するものである。従来、Ｔよりも深い溝を形成
することが常識だったものを、逆に、Ｔより浅くするこ
とを積極的に利用したものである。

【００２３】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板の上部に一導電型領域を設ける工程と、前記
一導電型領域の所定領域の周囲に幅広の浅い第１溝（幅
をＷ１、深さをＤ１）を設ける工程と、前記第１溝の領
域に前記第１溝の幅より狭い第２溝（幅をＷ２、深さを
Ｄ２）を設ける工程と、少なくとも前記第２溝に電気絶
縁物を設ける工程とを有することを特徴とする。

【００２４】かかる構成とすることにより、上記の本発
明の第１の構成にかかる半導体装置を効率良く合理的に
製造することができる。

【００２５】なお、本発明の上記の各構成において、一
導電型領域の「所定領域」とは、半導体基板の上部に形
成された一導電型領域のうち、実質的に半導体装置の機
能領域を形成する領域（トランジスタとしての作動部領
域）を意味する。本発明の溝は、このような一導電型領
域の「所定領域」を囲むように設ける必要があり、それ
によって、かかる領域の絶縁耐圧を確保することができ
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の第１の構成に係る半導体
装置は、半導体基板の上部に設けた厚さＤ３の一導電型
領域と、前記一導電型領域の所定領域の周囲に設けた幅
広の浅い第１溝（幅をＷ１、深さをＤ１）と、前記第１
溝の領域に設けた前記第１溝の幅より狭い第２溝（幅を
Ｗ２、深さをＤ２）と、少なくとも前記第２溝を覆う電
気絶縁物とを有する。

【００２７】上記構成において、前記一導電型領域上に
電気絶縁膜が形成されており、前記電気絶縁物の上面が
前記電気絶縁膜上面と同程度か下側に位置するのが好ま
しい。これは、メサ溝を覆う電気絶縁物の上面を、一導
電型領域上に形成された電気絶縁膜の上面と同程度かそ
れより低くすることで、電気絶縁物に起因する電気絶縁
膜の上面より高い凸部の発生を抑えることを意味する。

【００２８】また、上記構成において、前記電気絶縁物
の上部領域が前記第１溝の領域内に収まっていることが
好ましい。これは、メサ溝を覆っている電気絶縁物がメ
サ溝からはみ出していないことを意味する。即ち、第１
溝の周辺部上面に電気絶縁物が付着するのを防止しよう
とするものである。

【００２９】また、上記構成において、前記第１溝内周
部に、前記電気絶縁物表面と前記第１溝内周面とで構成
される凹部が形成されていることが好ましい。これは、
メサ溝を覆う電気絶縁物の上部表面が第１溝内周面と接
しており、その接点に凹部（溝）が形成されていること
が好ましいことを意味する。

【００３０】また、上記構成において、前記一導電型領
域内に逆導電型領域が形成されており、前記電気絶縁物
の上面が、前記逆導電型領域上の最上部と同程度か下側
に位置するとともに、前記逆導電型領域とのコンタクト
窓が形成されていることが好ましい。ここで、逆導電型
領域上の最上部とは、逆導電型領域上に電気絶縁膜など
が形成されている場合は、その電気絶縁膜の上面を意味
する。また、コンタクト窓とは、前記場合では、例え
ば、電気絶縁膜に形成された逆導電型領域の電極形成用
の開口部が該当する。

【００３１】上記の好ましい各構成によれば、とくに高
耐圧メサ型半導体素子の製造において、半導体基板表面
側に形成するメサ溝を覆う電気絶縁物（例えばガラス保
護層）を半導体基板表面側に形成した電気絶縁膜上面と
ほぼ同程度か下側にすることで、電気絶縁物が半導体装
置の上面に突起状物等を形成するのを抑えることができ
る。したがって、電気絶縁物形成後の工程、特に電極形
成用のコンタクト窓開工程でのコンタクト窓及び電極パ
ターンの微細化が容易となり、また、コンタクト窓開工
程においてマスク合わせ時の機械的接触が少なくなるた
めに、絶縁膜形成後の後工程の加工歩留を大幅に改善す
ることができる。即ち、上記の好ましい各構成によれ
ば、本発明の第１の構成に係る半導体装置の前記の付随
的効果がより一層発現する。

【００３２】更に、上記構成において、前記第１溝の深
さＤ１が、一導電型領域の厚みＤ３より小さいことが好
ましい。図１４に示した従来の技術のように、メサ溝が
１個の溝からなる場合は、ベース領域とコレクタ領域と
を分離するためにＤ３より深い溝とする必要があった。
しかし、このような深いメサ溝では溝内周壁の傾斜が急
になるから、電気絶縁物（ガラス保護層）を塗布後に電
気絶縁物塗膜を露光と現像によりパターニングして焼成
した場合、パターニングがずれて、溝内部に電気絶縁物
層が所望する厚みで形成されない場合が生じる。従っ
て、このようなパターニングのずれがあっても十分な厚
みの電気絶縁物層をメサ溝内周壁に形成するために、メ
サ溝の周辺領域に電気絶縁物が所定量残るようにパター
ニングする必要があった。この結果、図１４に示したよ
うな、電気絶縁膜５をも覆う電気絶縁物層（ガラス保護
層）９が形成され、上記のような問題を生じていた。本
発明では、メサ溝を第１溝と第２溝の２段構成とし、少
なくとも第２溝を電気絶縁物で覆う構成としたから、第
２溝での電気絶縁物の上記パターニングのずれを心配す
る必要はない。そこで、第１溝の深さＤ１を一導電型領
域の厚みＤ３より小さい浅い溝とすれば、幅の狭い第２
溝部がベース領域とコレクタ領域との分離機能を主とし
て発揮し、良好な耐圧特性を安定的に得ることができ
る。同時に、第１溝は幅広で浅い溝形状のため、溝内周
壁の傾斜が緩やかになるから、上記のパターニングのず
れが生じにくい。従って、従来のようにメサ溝上部周辺
まで電気絶縁物を残しておく必要がなくなり、メサ溝を
覆う電気絶縁物が半導体装置の上面に突起状物等を形成
するのを抑えることができる。

【００３３】また、上記構成において、前記一導電型領
域上に所定の開口部を有する電気絶縁膜が形成されてい
ることが好ましい。開口部を電極形成用のコンタクト窓
とすることで半導体装置として機能させることができ
る。

【００３４】また、上記構成において、前記電気絶縁物
の厚みが１０μｍ以上であることが好ましい。ここで、
電気絶縁物の厚みとは、メサ溝の内周面に対する垂線方
向の電気絶縁物の厚みを意味する。該厚みが１０μｍ未
満では後工程の製造プロセスで絶縁保護層としての効果
が低く、製造歩留の低下や高信頼性を確保することが困
難となる。特に、第２溝の深さＤ２が一導電型領域の厚
さＤ３より深く、前記半導体基板と前記一導電型領域と
の境界部での前記電気絶縁物の厚みが１０μｍ以上であ
るのが好ましい。半導体基板と一導電型領域との境界部
分では電界集中が生じるため、特にこの部分での電気絶
縁物の厚みが重要となるからである。

【００３５】また、上記構成において、前記第２溝が斜
めに形成されていることが好ましい。ここで、「斜め」
とは、第２溝の底部がトランジスタとしての作動部の下
部に入り込むような方向に溝が斜めに形成されているこ
とを意味する。特に第２溝の内側の溝壁が、内方向に傾
斜して形成されているのが好ましい。ここで、内側の溝
壁とは、トランジスタとしての作動部寄りの溝壁をい
う。通常、トランジスタとしての作動部を挟むようにし
て一対のメサ溝を形成するから、「内側の溝壁」とはト
ランジスタとしての作動部からみて内側の溝壁を意味す
る。即ち、トランジスタとしての作動部寄りの第２溝の
溝壁が、トランジスタとしての作動部方向に傾斜して、
トランジスタとしての作動部の下部に入り込むようにな
るまで傾斜していることが好ましい。図１４に示したよ
うに、メサ溝７が半導体装置の厚み方向と略平行に形成
されていると、メサ溝のトランジスタとしての作動部寄
りの溝壁７ａは作動部から遠ざかるように傾斜する。こ
の場合、メサ溝のトランジスタとしての作動部側の溝壁
近傍で電界集中が生じて、耐圧が十分に確保できない場
合がある。ところが、第２溝を上記のように傾斜させる
と、トランジスタとしての作動部側の半導体基板と一導
電型領域との境界部での空乏層の拡がりを溝壁面に対し
て垂直方向に近付けることができるので、空乏層の広が
りが良好になる。その結果、トランジスタとしての作動
部側の溝壁近傍で電界集中が緩和されて、耐電圧が向上
する。

【００３６】また、上記構成において、前記電気絶縁物
がガラス粒子成分を含む塗布膜からなることが好まし
い。ガラス粒子を含む塗液を塗布後、焼成することによ
り、良好な絶縁特性を有する絶縁保護層を効率良く形成
できるからである。

【００３７】また、上記構成において、前記第１溝が一
導電型領域と接し、前記第２溝が前記一導電型領域と半
導体基板との境界部と接し、前記電気絶縁物は前記境界
部を覆っていることが好ましい。かかる好ましい態様に
よれば、ベース領域とコレクタ領域との接合部を第２溝
の電気絶縁物が覆うようにできるので、良好な耐圧特性
を確保することができる。

【００３８】また、上記構成において、前記電気絶縁物
の上部領域が前記第１溝の領域内にあり、前記第１溝の
上部内周面に前記電気絶縁物と接しないギャップ部を有
することが好ましい。かかるギャップ部を有するように
すれば、電気絶縁物が第１溝よりはみ出して、第１溝周
辺に付着するのを防止することができる。その結果、電
気絶縁物が半導体装置の上面に突起状物等を形成するの
を抑えることができる。

【００３９】本発明の第２の構成に係る半導体装置は、
厚さｄ２の逆導電型の半導体基板領域の上部に設けた厚
さＤ３の一導電型領域と、前記一導電型領域と接してそ
の所定領域の周囲に設けた、前記ｄ２より大きい幅Ｗ０
を有し、前記Ｄ３より深く前記ｄ２より浅い深さＤ０を
有する溝と、前記溝の上部周囲を囲む電気絶縁膜と、前
記電気絶縁膜上面の少なくとも一部と前記溝内周面とを
覆うガラス保護層と、前記一導電型領域上に形成された
開口部とを有する。

【００４０】上記構成において、溝の上部周囲に電気絶
縁膜を設けたことが好ましい。即ち、溝に隣接する一導
電型領域上に電気絶縁膜を形成することにより、半導体
装置の上面の電気絶縁性を確保することができる。

【００４１】更に、上記の好ましい構成において、溝の
上部周囲の電気絶縁膜上に、絶縁保護層であるガラス保
護層を有し、前記ガラス保護層が電気絶縁膜に形成され
た開口部（コンタクト窓）上の電極よりも高い部分を有
していることが好ましい。上述の通り、ガラス保護層形
成用塗液を塗布後に塗膜をパターニングして焼成した場
合、パターニングがずれて、溝内部にガラス保護層が所
望する厚みで形成されない場合がある。上記の好ましい
態様のように、ガラス保護層を電気絶縁膜上にも所定以
上の高さで形成されるようにしておけば、パターニング
のずれが生じても溝内周壁上に形成されるガラス保護層
の厚みは所望する厚みが得られる可能性が極めて高くな
る。即ち、上記の好ましい態様の半導体基板は、溝部の
耐圧特性が良好となる。

【００４２】また、上記構成において、前記半導体基板
領域が高抵抗領域であり、前記半導体基板領域の下部側
に前記半導体基板領域と同一導電型の低抵抗領域を設け
たことが好ましい。かかる好ましい態様によれば、半導
体基板領域の上部に設けた厚さＤ３の一導電型領域をベ
ース領域とし、半導体基板領域の下部側に設けた低抵抗
領域をコレクタ領域とする半導体装置を形成することが
できる。

【００４３】また、上記構成において、溝の深さＤ０
と、逆導電型の半導体基板領域の厚さｄ２と一導電型領
域の厚さＤ３の関係が、Ｄ０がｄ２よりもＤ３に寸法的
に近いことが好ましい。即ち、｜ｄ２−Ｄ０｜＞｜Ｄ０
−Ｄ３｜を満足することが好ましい。かかる好ましい構
成によれば、溝深さを相対的に浅くすることができるの
で、溝形成部での半導体基板の厚み減少を抑えることが
でき、半導体基板の機械的強度の低下を防止することが
できる。また、溝が浅くなることで、溝内周面の傾斜が
緩やかになり、溝全体にわたって均一厚みのガラス保護
層を形成するのが容易になる。

【００４４】また、上記構成において、溝の幅Ｗ０が溝
の深さＤ０より広く、特にＷ０がＤ０の２倍以上広いこ
とが好ましい。即ち、より広幅で浅い溝形状にすること
で、溝内周面の傾斜が緩やかになり、溝全体にわたって
均一厚みのガラス保護層を形成するのが容易になる。

【００４５】また、上記構成において、前記ガラス保護
層が、溝内周面の、厚さＤ３の一導電型領域と半導体基
板領域との接触部に形成されていることが好ましい。か
かる好ましい態様によれば、半導体基板領域と一導電型
領域との接合部を電気絶縁物が覆うので、良好な耐圧特
性を確保することができる。

【００４６】また、上記好ましい態様において、前記ガ
ラス保護層が上記接触部で厚さ１０μｍ以上であること
が好ましい。ここで、ガラス保護層の厚みとは、前記接
触部分での溝の内周面に対する垂線方向のガラス保護層
の厚みを意味する。半導体基板と一導電型領域との境界
部分では電界集中が生じるため、特にこの部分でのガラ
ス保護層の厚みが重要となる。該厚みが１０μｍ未満で
は後工程の製造プロセスで絶縁保護層としての効果が低
く、製造歩留が低下し、また、高信頼性を確保すること
が困難となる。

【００４７】また、上記構成において、前記溝が斜めに
形成されていることが好ましい。ここで、「斜め」と
は、溝の底部がトランジスタとしての作動部の下部に入
り込むような方向に溝が斜めに形成されていることを意
味する。特に溝の内側の溝壁が、内方向に傾斜して形成
されているのが好ましい。ここで、内側の溝壁とは、ト
ランジスタとしての作動部寄りの溝壁をいう。通常、ト
ランジスタとしての作動部を挟むようにして一対のメサ
溝を形成するから、「内側の溝壁」とはトランジスタと
しての作動部からみて内側の溝壁を意味する。即ち、ト
ランジスタとしての作動部寄りの溝の溝壁が、トランジ
スタとしての作動部方向に傾斜して、トランジスタとし
ての作動部の下部に入り込むようになるまで傾斜してい
ることが好ましい。図１４に示したように、メサ溝７が
半導体装置の厚み方向と略平行に形成されていると、メ
サ溝のトランジスタとしての作動部寄りの溝壁７ａは作
動部から遠ざかるように傾斜する。この場合、メサ溝の
トランジスタとしての作動部側の溝壁近傍で電界集中が
生じて、耐圧が十分に確保できない場合がある。ところ
が、溝を上記のように傾斜させると、トランジスタとし
ての作動部側の半導体基板と一導電型領域との境界部で
の空乏層の拡がりを溝壁面に垂直方向に近付けることが
できるので、空乏層の広がりが良好になる。その結果、
トランジスタとしての作動部側の溝壁近傍で電界集中が
緩和されて、耐電圧が向上する。

【００４８】次に、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板の上部に一導電型領域を設ける工程と、前記
一導電型領域の所定領域の周囲に幅広の浅い第１溝（幅
をＷ１、深さをＤ１）を設ける工程と、前記第１溝の領
域に前記第１溝の幅より狭い第２溝（幅をＷ２、深さを
Ｄ２）を設ける工程と、少なくとも前記第２溝に電気絶
縁物を設ける工程とを有する。

【００４９】上記構成において、前記第１溝の上部内周
面に前記電気絶縁物と接しないギャップ部を残して前記
電気絶縁物を設けることが好ましい。即ち、第１溝上部
に電気絶縁物が存在しないギャップ部が形成されるよう
に、電気絶縁物を設けることにより、最終的に得られる
半導体装置において、メサ溝を覆う電気絶縁物が半導体
装置の上面に突起状物等を形成するのを抑えることがで
きる。その結果、コンタクト窓開工程でのコンタクト窓
及び形成されたコンタクト窓内に形成される電極パター
ンの微細化が容易となり、また、コンタクト窓開工程に
おいてマスク合わせ時の機械的接触が少なくなるという
本発明の第１の構成に係る半導体装置の前記の付随的効
果がより一層発現する。

【００５０】また、上記構成において、前記第２溝に電
気絶縁物を設ける工程が、少なくとも前記第２溝に電気
絶縁物を堆積する工程と、前記第１溝周囲から前記電気
絶縁物を除去する工程とを有することが好ましい。特
に、前記電気絶縁物を堆積する工程が、ガラス粉末及び
感光性物質を含む混合液を塗布する工程を有し、前記電
気絶縁物を除去する工程が、露光及び現像により前記電
気絶縁物を第１溝周囲から除去する工程を有することが
好ましい。かかる好ましい態様によれば、ガラスからな
る電気絶縁物（ガラス保護層）を溝部に効率的に設ける
ことができる。また、上記構成において、前記半導体基
板の上部に一導電型領域を設ける工程が、一導電型領域
上に電気絶縁膜を形成する工程を含み、前記第２溝に電
気絶縁物を設けた後に、前記電気絶縁膜にコンタクト窓
を形成する工程を有することが好ましい。一導電型領域
上に電気絶縁膜を形成し、第２溝に電気絶縁物を設けた
後に、電気絶縁膜にコンタクト窓を形成することによ
り、一導電型領域をベース領域とし、該コンタクト窓に
ベース電極を形成してなる半導体装置を得ることができ
る。また、電気絶縁膜を形成後に第１及び第２溝を形成
し、溝内に電気絶縁物を設けても、電気絶縁物を塗布法
により設ければ、該電気絶縁膜端部にも電気絶縁物から
なる層を形成することができる。更に、その後、電気絶
縁膜にコンタクト窓を形成しても、本発明の第１の構成
にかかる半導体装置の上記の付随的効果により、コンタ
クト窓開工程で問題が生じることが少ない。

【００５１】また、上記構成において、前記第１溝を設
ける工程の前のいずれかの段階で、前記半導体基板の上
部に逆導電型領域を有する一導電型領域を形成する工程
と、前記逆導電型領域が形成された一導電型領域上に電
気絶縁膜を形成する工程とを有し、前記第２溝に電気絶
縁物を設けた後に、前記電気絶縁膜に前記逆導電型領域
とのコンタクト窓を形成する工程を有するのが好まし
い。かかる好ましい態様によれば、逆導電型領域をエミ
ッタ領域とし、コンタクト窓にエミッタ電極を形成した
半導体装置を得ることができる。

【００５２】また、上記構成において、前記第２溝を前
記一導電型領域の厚さＤ３より深く設ける工程と、前記
電気絶縁物の上面が前記一導電型領域内に形成された逆
導電型領域上の最上部と同程度か下側に位置するように
前記電気絶縁物を設ける工程と、前記逆導電型領域との
コンタクト窓を設ける工程とを有することが好ましい。
第２溝をＤ３より深く形成することにより、ベース領域
とコレクタ領域との境界部をメサ溝に接触させることが
できる。更に、第１溝の深さＤ１をＤ３より浅くするこ
とにより、ベース領域とコレクタ領域との境界部を電気
絶縁物が充填された第２溝に接触させることができる。
したがって、良好な耐圧特性を安定的に得ることができ
る。また、電気絶縁物の上面が一導電型領域内に形成さ
れた逆導電型領域上の最上部と同程度か下側に位置する
ようにすることで、メサ溝を覆う電気絶縁物が半導体装
置の上面に突起状物等を形成するのを抑えることができ
る。この結果、コンタクト窓開工程でのコンタクト窓及
び電極パターンの微細化が容易となり、また、コンタク
ト窓開工程においてマスク合わせ時の機械的接触が少な
くなるという本発明の第１の構成に係る半導体装置の前
記の付随的効果がより一層発現する。ここで、逆導電型
領域上の最上部とは、逆導電型領域上に電気絶縁膜など
が形成されている場合は、その電気絶縁膜の上面を意味
する。更に、逆導電型領域上に電気絶縁膜などが形成さ
れている場合に、逆導電型領域とのコンタクト窓を設け
ることにより、逆導電型領域をエミッタ領域とし、コン
タクト窓にエミッタ電極を形成した半導体装置を得るこ
とができる。

【００５３】また、上記構成において、前記電気絶縁物
の厚みが１０μｍ以上になるように前記電気絶縁物を設
けることが好ましい。ここで、電気絶縁物の厚みとは、
メサ溝の内周面に対する垂線方向の電気絶縁物の厚みを
意味する。該厚みが１０μｍ未満では後工程の製造プロ
セスで絶縁保護層としての効果が低く、製造歩留の低下
や高信頼性を確保することが困難となる。特に、第２溝
の深さＤ２が一導電型領域の厚さＤ３より深く、前記半
導体基板と前記一導電型領域との境界部での前記電気絶
縁物の厚みが１０μｍ以上であるのが特に好ましい。半
導体基板と一導電型領域との境界部分では電界集中が生
じるため、特にこの部分での電気絶縁物の厚みが重要と
なるからである。

【００５４】また、上記構成において、前記第２溝を斜
めに形成するのが好ましい。ここで、「斜め」とは、第
２溝の底部がトランジスタとしての作動部の下部に入り
込むような方向に溝が斜めに形成されていることを意味
する。特に第２溝の内側の溝壁が、内方向に傾斜するよ
うに形成するのが好ましい。ここで、内側の溝壁とは、
トランジスタとしての作動部寄りの溝壁をいう。第２溝
を上記のように傾斜させると、トランジスタとしての作
動部側の溝壁近傍で電界集中が緩和されて、耐電圧が向
上する。

【００５５】また、上記構成において、前記第１溝周囲
から前記電気絶縁物を除去する工程が、前記第１溝の内
周面上に堆積された前記電気絶縁物の少なくとも一部を
除去する工程を含むことが好ましい。例えば、電気絶縁
物の堆積を、ガラス粉末及び感光性物質を含む混合液を
塗布することにより行い、電気絶縁物の除去を、露光及
び現像により塗布膜をパターニングすることにより第１
溝周囲から電気絶縁物を除去するという上記の好ましい
態様を例にとって説明すれば、以下の通りである。即
ち、「第１溝の内周面上に堆積された電気絶縁物の少な
くとも一部を除去する」とは、第１溝内に堆積された電
気絶縁物のうち、第１溝内周壁に接する部分の電気絶縁
物の一部を除去して、第１溝内周壁と電気絶縁物の外周
面との間に所定の隙間が生じるようにすることを意味す
る。このような隙間を設けることにより、焼成後に形成
されるガラス保護層の上面が第１溝の周囲上面より盛り
上がることなく、第１溝内部の適所にガラス保護層を納
めることが可能になる。この隙間を形成しておくことに
より、焼成時にガラス保護層が第１溝上部にまで粘性で
引っ張られることがなく、第１溝の上部内周面にガラス
保護層が付着しない前記ギャップ部を形成することがで
きる。隙間の程度は、焼成によるガラス保護層の挙動を
考慮して適宜決定すれば良い。

【００５６】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。

【００５７】（実施例１）図１は、本発明の第１の構成
にかかる半導体装置（メサ型トランジスタ）の一例の概
略構成を示した断面図である。また、図２は、図１の半
導体装置の製造方法の概略を工程別に示した断面図であ
る。

【００５８】以下、本発明の実施例１を図１〜２を用い
て説明する。

【００５９】比抵抗５０Ωｃｍ、厚さ３００μｍのＮ型
シリコン基板１の片側よりリンを拡散して拡散深さ１３
０μｍ、表面濃度２×１０²⁰ｃｍ^-3のコレクタ領域２を
形成した。前記Ｎ型シリコン基板領域（半導体基板領
域）１の厚さ（図１のｄ２）は１７０μｍであった。そ
の後、前記コレクタ領域と反対側よりボロンを拡散させ
て拡散深さ（図１のＤ３）３０μｍ、表面濃度１×１０
¹⁹ｃｍ^-3のベース領域（一導電型領域）３を形成した。
ついで選択的にリンを拡散させて拡散深さ１５μｍ、表
面濃度１×１０²⁰ｃｍ^-3のエミッタ領域（逆導電型領
域）４を形成した。５は二酸化珪素膜（電気絶縁膜）で
ある（図２Ａ）。

【００６０】しかるのち、メサ溝形成領域の電気絶縁膜
５を除去した。その後，弗酸：硝酸＝１：４（容量比）
の混合液で２分間処理して、深さ（図１のＤ１）２０μ
ｍ、幅（図１のＷ１）２９０μｍの第１溝７を形成した
（図２Ｂ）。

【００６１】その後、選択的にシリコンをエッチングす
るための保護膜を形成し、前記弗酸：硝酸＝１：４の混
合液を用いて、第１溝７の領域内に深さ（図１のＤ２）
１４０μｍ、幅（図１のＷ２）２００μｍの第２溝７´
を形成した（図２Ｃ）。

【００６２】しかるのち、シリコン基板上にスピンコー
ティング法（回転遠心塗布法）により、ガラス粉末（６
４重量％、平均粒子径：７μｍ）と感光性物質（３６重
量％、ネガレジスト）の混合液８を厚み３０μｍに塗布
した。その後露光と現像により塗布膜をパターン化し、
電極形成部の上記塗布膜を除去し、第１溝（メサ溝部）
７の領域のみに塗布膜８を残した。このとき、第１溝７
の内周面上に形成された塗布膜の一部も除去し、第１溝
内周面と除去後の塗布膜８の外周面との間に隙間８′が
形成されるようにした（図２Ｄ）。

【００６３】しかるのち、まず５００℃・３０分の酸化
雰囲気で感光性物質を燃焼することでメサ溝部にガラス
粉末膜を残し、次いで８７０℃で１０分間ガラス焼成用
の熱処理を行い電気絶縁物９を形成した（図２Ｅ）。

【００６４】その後、電気絶縁膜５の所定箇所に電極形
成用のコンタクト窓を形成し、ベース電極１０、エミッ
タ電極１１、及びコレクタ電極１２をそれぞれ形成し、
高耐圧メサ型半導体素子を得た（図２Ｆ）。

【００６５】以上のようにして図１に示すメサ型トラン
ジスタを得た。

【００６６】得られたトランジスタ素子の電気絶縁物９
は、その上面が電気絶縁膜５の上面より低く、第１溝７
の内周面に収まり、第１溝から電気絶縁膜５上にはみ出
すようなことはなかった。即ち、第１溝７の内周面の上
部に電気絶縁物９が接しないギャップ部が形成されてい
た。電気絶縁物９の上面は図１に示すようにドーム状に
中央部が膨らんでおり、電気絶縁物９の上面が第１溝７
の内周面と接する部分には、電気絶縁物９の上面と第１
溝７の内周面とで形成される凹み状部分（溝）９′が形
成されていた。

【００６７】なお、上記の例では、ベース領域（一導電
型領域）３をシリコン基板１に選択的に形成したが（図
２（Ａ））、ベース領域（一導電型領域）３を全面に形
成することもできる。この場合、第１及び第２溝は、エ
ミッタ領域（逆導電型領域）４を形成することにより形
成された、半導体装置の機能領域を形成する領域（トラ
ンジスタとしての作動部領域）を囲むように設ければ良
い。

【００６８】（実施例２）図３は、本発明の第１の構成
にかかる半導体装置（メサ型トランジスタ）の別の一例
の概略構成を示した断面図である。また、図４は、図３
の半導体装置の製造方法の概略を工程別に示した断面図
である。

【００６９】以下、本発明の実施例２を図３〜４を用い
て説明する。

【００７０】比抵抗３０Ωｃｍ、厚さ３００μｍのＮ型
シリコン基板１の片側よりリンを拡散して拡散深さ１３
０μｍ、表面濃度２×１０²⁰ｃｍ^-3のコレクタ領域２を
形成した。その後前記コレクタ領域と反対側よりボロン
を拡散させて拡散深さ１５μｍ、表面濃度１×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3のベース領域（一導電型領域）３を形成した。つい
で選択的にリンを拡散させて拡散深さ７μｍ、表面濃度
１×１０²⁰ｃｍ^-3のエミツタ領域（逆導電型領域）４を
形成した（図４Ａ）。５は二酸化珪素膜（電気絶縁
膜）、Ｘ線はチップ分割時の境界である。

【００７１】しかるのち、メサ溝形成領域の電気絶縁膜
５を除去した。その後，弗酸：硝酸＝１：４（容量比）
の混合液で３分間処理して、深さ３０μｍ、幅４８０μ
ｍの第１溝（メサ溝）７を形成した（図４Ｂ）。

【００７２】その後、選択的にシリコンをエッチングす
るための保護膜を形成し、前記弗酸：硝酸＝１：４の混
合液を用いて、第１溝７の領域内に深さ１５０μｍ、幅
３８０μｍの第２溝７′を形成した（図４Ｃ）。

【００７３】しかるのち、シリコン基板上にスピンコー
ティング法によりガラス粉末（６４重量％、平均粒径：
７μｍ）と感光性物質（３６重量％、ネガレジスト）の
混合液８を厚み３０μｍに塗布した。その後露光と現像
により塗布膜をパターン化し、電極形成部の上記塗布膜
を除去し、第１溝（メサ溝部）７の領域のみに塗布膜を
残した。このとき、第１溝７の内周面上に形成された塗
布膜の一部も除去し、第１溝内周面と除去後の塗布膜８
の外周面との間に隙間８′が形成されるようにした（図
４Ｄ）。

【００７４】しかるのち、まず５００℃・３０分の酸化
雰囲気で感光性物質を燃焼することでメサ溝部にガラス
粉末膜を残し、次いで８７０℃で１０分間ガラス焼成用
の熱処理を行い電気絶縁物９を形成した（図４Ｅ）。

【００７５】その後、電気絶縁膜５の所定箇所に電極形
成用のコンタクト窓を形成し、ベース電極１０、エミッ
タ電極１１、及びコレクタ電極１２を形成し（図４
Ｆ）、分割線Ｘで切断して、高耐圧メサ型半導体素子を
得た。

【００７６】以上のようにして図３に示すメサ型トラン
ジスタを得た（但し、図３は分割線Ｘでの分割前の状態
を示している）。

【００７７】得られたトランジスタ素子の電気絶縁物９
は、その上面が電気絶縁膜５の上面より低く、第１溝７
の内周面に収まり、第１溝から電気絶縁膜５上にはみ出
すようなことはなかった。即ち、第１溝７の内周面の上
部に電気絶縁物９が接しないギャップ部が形成されてい
た。電気絶縁物９の上面は図１に示すようにドーム状に
中央部が膨らんでおり、電気絶縁物９の上面が第１溝７
の内周面と接する部分には、電気絶縁物９の上面と第１
溝７の内周面とで形成される凹み状部分（溝）９′が形
成されていた。

【００７８】なお、上記実施例からも明らかな通り、本
発明の第１溝及び第２溝は、最終的に得られた半導体装
置において、実施例１（図１）のように完全な溝形状を
有している場合のみならず、実施例２（図３）のように
分割線Ｘにより分割された溝をも包含する。実施例２の
ように溝部で分割してチップ形状の半導体装置にするこ
とにより、より小型の半導体装置を得ることができ、ま
た材料のむだがなくなる。

【００７９】本発明法（第１の構成）および従来法によ
るメサ型トランジスタのコレクタ逆方向耐圧特性を図５
に、また、コレクター飽和電圧を図６に、それぞれを示
す。図５において縦軸は、コレクタ電流Ｉ_Cが１ｍＡの
ときのコレクタ逆方向耐圧ＢＶ_CBOを示す。また、図６
において縦軸は、コレクタ電流Ｉ_Cが１０Ａ、ベース電
流Ｉ_Bが２Ａのときのコレクター飽和電圧Ｖ_CE(SAT)を示
す。両図において、一つの黒丸「●」は一つの測定サン
プルの測定値を示す。また、図中、「本発明法」は、実
施例１で得たトランジスタ素子、「従来法Ａ］は、図１
４に示した従来法による高耐圧メサトランジスタ半導体
素子、「従来法Ｂ］は、図１５に示した従来法による高
プレーナトランジスタ半導体素子をそれぞれ示す。

【００８０】実施例１（図１〜２）及び実施例２（図３
〜４）に示す如く、本発明では、一導電型領域のＰ型領
域と半導体基板のＮ型領域との境界近傍に厚さ１０μｍ
以上の電気絶縁物を形成することが可能であり、後工程
の製造プロセスでの絶縁保護膜としての効果が改善出
来、コレクター逆方向耐圧特性が大幅に改善出来ること
が確認できた。また、半導体基板表面に形成した電気絶
縁膜５の上面より電気絶縁物９の上面が下側に形成され
ているため、電極形成用コンタクト窓開部及び電極部の
微細化が可能となり、従来品に比べコレクター飽和電圧
も大幅に改善出来ることが確認できた。

【００８１】また、半導体基板表面に形成した電気絶縁
膜５の上面より電気絶縁物９の上面が下側に形成されて
いるため、半導体基板表面の電気絶縁物からなる凸部と
選択的窓開を行うためのマスクとの機械的接触が従来に
比べて大幅に改善され、メサ溝の深さを従来以上に浅く
することができたことも加わって、表１に示す如く製造
工程中の割れ（加工歩留）も大幅に減少することが確認
できた。なお、表１中、「従来法」とは、図１４に示し
た従来法による高耐圧メサトランジスタ半導体素子を意
味する。

【００８２】

【表１】加工歩留（製造プロセス中の半導体基板の割れ、単位：枚）扱い数良品メサ溝形成前メサ溝形成中メサ溝形成後実施例１１００９９１００実施例２１００９９０１０従来法１００８４１１１４

【００８３】上記の実施例では、高耐圧メサ型ＮＰＮト
ランジスタについて説明したが、ＭＯＳ、ＩＧＢＴ、サ
イリスターおよびダイオード等についても同様の効果が
得られる。

【００８４】（実施例３）図７は、本発明の第２の構成
にかかる半導体装置（メサ型トランジスタ）の一例の概
略構成を示した断面図である。また、図８は、図７の半
導体装置の製造方法の概略を工程別に示した断面図であ
る。

【００８５】以下、本発明の実施例３を図７〜８を用い
て説明する。

【００８６】比抵抗５０Ωｃｍ、厚さ３００μｍのＮ型
シリコン基板１の片側よりリンを拡散して拡散深さ１３
０μｍ、表面濃度２×１０²⁰ｃｍ^-3のコレクタ領域（低
抵抗領域）２を形成した。その後、前記コレクタ領域と
反対側よりボロンを拡散させて拡散深さ３０μｍ、表面
濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3のベース領域（一導電型領域）３
を形成した。ついで選択的にリンを拡散させて拡散深さ
１５μｍ、表面濃度１×１０²⁰ｃｍ^-3のエミツタ拡散領
域（逆導電型領域）４を形成した。５は二酸化珪素膜
（電気絶縁膜）である（図８Ａ）。

【００８７】その後、メサ溝形成領域の二酸化珪素膜５
を除去した。その後，弗酸：硝酸＝１：４（容量比）の
混合液で１０分間処理して、深さ（図７のＤ０）７０μ
ｍ、幅（図７のＷ０）２６０μｍのメサ溝７を形成した
（図８Ｂ）。

【００８８】その後、シリコン基板上にスピンコーティ
ング法（回転遠心塗布法）により、ガラス粉末（６４重
量％、平均粒子径：７μｍ）と感光性物質（３６重量
％、ネガレジスト）の混合液８を厚み３０μｍに塗布し
た。その後露光と現像により塗布膜をパターン化し、電
極形成部の上記塗布膜を除去し、メサ溝部７の領域のみ
に塗布膜８を残した（図８Ｃ）。

【００８９】しかるのち、まず温度：５００℃、時間：
３０分の酸化雰囲気で感光性物質を燃焼することで、メ
サ溝部７にガラス粉末膜を残し、次いで８７０℃で１０
分間ガラス焼成用の熱処理を行いガラス保護膜（パシベ
ーション膜）９を形成した。６は電極形成用の開口部
（コンタクト窓）である（図８Ｄ）。

【００９０】最終的に、このシリコン基板にベース電極
１０、エミッタ電極１１、及びコレクタ電極１２をそれ
ぞれ形成し、高耐圧メサ型半導体素子を得た（図８
Ｅ）。

【００９１】以上のようにして図７に示すメサ型トラン
ジスタを得た。

【００９２】このメサ型トランジスタは、Ｎ型シリコン
基板領域１の厚さ（ｄ２）が１７０μｍ、ベース領域３
の厚さ（Ｄ３）が３０μｍ、メサ溝７の幅（Ｗ０）が２
６０μｍ、メサ溝７の深さ（Ｄ０）が７０μｍであっ
た。

【００９３】メサ溝７の内周面を覆うガラス保護層９
は、メサ溝７の上部周囲の電気絶縁膜５上面の溝周辺付
近部分にも付着していた。また、ベース領域３とＮ型シ
リコン基板領域１との境界部でのガラス保護層の厚みは
約３０μｍであった。

【００９４】なお、上記の例では、ベース領域（一導電
型領域）３をシリコン基板１に選択的に形成したが（図
８（Ａ））、ベース領域（一導電型領域）３を全面に形
成することもできる。この場合、メサ溝７は、エミッタ
領域（逆導電型領域）４を形成することにより形成され
た、半導体装置の機能領域を形成する領域（トランジス
タとしての作動部領域）を囲むように設ければ良い。

【００９５】（実施例４）図９は、本発明の第２の構成
にかかる半導体装置（メサ型トランジスタ）の別の一例
の概略構成を示した断面図である。また、図１０は、図
９の半導体装置の製造方法の概略を工程別に示した断面
図である。

【００９６】以下、本発明の実施例４を図９〜１０を用
いて説明する。

【００９７】比抵抗３０Ωｃｍ、厚さ３００μｍのＮ型
シリコン基板１の片側よりリンを拡散して拡散深さ１３
０μｍ、表面濃度２×１０²⁰ｃｍ^-3のコレクタ領域２
（低抵抗領域）を形成した。その後前記コレクタ領域と
反対側よりボロンを拡散させて拡散深さ１５μｍ、表面
濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3のベース領域（一導電型領域）３
を形成した。ついで選択的にリンを拡散させて拡散深さ
７μｍ、表面濃度１×１０²⁰ｃｍ^-3のエミツタ領域（逆
導電型領域）４を形成した。５は二酸化珪素膜（電気絶
縁膜）、Ｘ線はチップ分割時の境界である（図１０
Ａ）。

【００９８】しかるのちメサ溝形成領域の二酸化珪素膜
５を除去した。その後，弗酸：硝酸＝１：４（容量比）
の混合液で５分間処理した、メサ深さ（図９のＤ０）３
０μｍ、幅（図９のＷ０）１８０μｍのメサ溝７を形成
した。１２はコレクタ電極である（図１０Ｂ）。

【００９９】その後、シリコン基板上にスピンコーティ
ング法により、ガラス粉末（６４重量％、平均粒子径：
７μｍ））と感光性物質（３６重量％、ネガレジスト）
の混合液８を厚み３０μｍに塗布した。その後露光と現
像により塗布膜をパターン化し、電極形成部の上記塗布
膜を除去し、メサ溝部７の領域のみに塗布膜８を残し
た。６は電極形成用の開口部（コンタクト窓）である
（図１０Ｃ）。

【０１００】しかるのち、まず５００℃・３０分の酸化
雰囲気で感光性物質を燃焼することでメサ溝部７にガラ
ス粉末膜を残し、次いで８７０℃で１０分間ガラス焼成
用の熱処理を行いガラス保護膜（パシベーション膜）９
を形成した。（図８Ｄ）。

【０１０１】最終的に、このシリコン基板にベース電極
１０、エミッタ電極１１を形成し（図１０Ｅ）、分割線
Ｘで切断して、高耐圧メサ型半導体素子を得た。

【０１０２】以上のようにして図９に示すメサ型トラン
ジスタを得た（但し、図９は分割線Ｘでの分割前の状態
を示している）。

【０１０３】このメサ型トランジスタは、Ｎ型シリコン
基板領域１の厚さ（ｄ２）が１７０μｍ、ベース領域３
の厚さ（Ｄ３）が１５μｍ、メサ溝７の幅（Ｗ０）が１
８０μｍ、メサ溝７の深さ（Ｄ０）が３０μｍであっ
た。

【０１０４】なお、上記実施例からも明らかな通り、本
発明のメサ溝は、最終的に得られた半導体装置におい
て、実施例３（図７）のように完全な溝形状を有してい
る場合のみならず、実施例４（図９）のように分割線Ｘ
により分割されたメサ溝をも包含する。実施例４のよう
にメサ溝部で分割してチップ形状の半導体装置にするこ
とにより、より小型の半導体装置を得ることができ、ま
た材料のむだがなくなる。

【０１０５】メサ溝７の内周面を覆うガラス保護層９
は、メサ溝７の上部周囲の電気絶縁膜５上面の溝周辺付
近部分にも付着していた。また、ベース領域３とＮ型シ
リコン基板領域１との境界部でのガラス保護層の厚みは
約３０μｍであった。

【０１０６】本発明法（第２の構成）と従来法によるメ
サ型トランジスタのコレクタ逆方向耐圧特性を図１１
に、コレクター飽和電圧を図１２にそれぞれ示す。図１
１において縦軸は、コレクタ電流Ｉ_Cが１ｍＡのときの
コレクタ逆方向耐圧ＢＶ_CBOを示す。また、図１２にお
いて縦軸は、コレクタ電流Ｉ_Cが１０Ａ、ベース電流Ｉ_B
が２Ａのときのコレクター飽和電圧Ｖ_CE(SAT)を示す。
両図において、一つの黒丸「●」は一つの測定サンプル
の測定値を示す。また、図中、「本発明法」は、実施例
３で得たトランジスタ素子、「従来法Ａ］は、図１４に
示した従来法による高耐圧メサトランジスタ半導体素
子、「従来法Ｂ］は、図１５に示した従来法による高プ
レーナトランジスタ半導体素子をそれぞれ示す。

【０１０７】実施例３（図７〜８）及び実施例４（図９
〜１０）に示す如く、本発明では、幅広（幅をＷ０）の
浅い（深さをＤ０）メサ溝を有することで、一導電型領
域のＰ型領域と半導体基板のＮ型領域との境界近傍に１
０μｍ以上の厚みのガラス保護層を形成することが可能
であり、後工程の製造プロセスでの絶縁保護層としての
効果が改善でき、コレクター逆方向耐圧特性が大幅に改
善できることが確認できた。

【０１０８】また、メサ溝を浅くしたために、半導体基
板の厚み減少が大幅に改善可能となり、表２に示す如
く、後工程における製造工程中の割れ（加工歩留）を大
幅に改善できた。なお、表２中、「従来法」とは、図１
４に示した従来法による高耐圧メサトランジスタ半導体
素子を意味する。

【０１０９】

【表２】加工歩留（製造プロセス中の半導体基板の割れ、単位：枚）扱い数良品メサ溝形成前メサ溝形成後実施例３１００９９１０実施例４１００９９０１従来法１００８９１１０

【０１１０】上記の実施例では、高耐圧メサ型ＮＰＮト
ランジスタについて説明したがＭＯＳ、ＩＧＢＴ、サイ
リスターおよびダイオード等についても同様の効果が得
られる。

【０１１１】（実施例５）実施例３において、メサ溝７
を斜めに形成する以外は同様にして図１３に示すような
高耐圧メサ型半導体素子を得た。形成されたメサ溝７
は、トランジスタとしての作動部寄りの溝壁（内側の溝
壁）７ａが、トランジスタの作動部側（内方向）に傾斜
して、トランジスタとしての作動部の下部に入り込むよ
うに傾斜している。斜めのメサ溝は、カッターと半導体
基板との角度を傾けて溝の切削を行い、その後、カッタ
ーによるダメージを除去するのにウエットエッチングを
施して、形成した。

【０１１２】得られたトランジスタ素子について、実施
例３と同様に、コレクタ逆方向耐圧特性と、コレクター
飽和電圧を測定した。その結果、本実施例５のトランジ
スタ素子は、実施例３のトランジスタ素子と比較する
と、コレクター飽和電圧を同じにすれば、コレクタ逆方
向耐圧特性が約５％向上していることが分かった。

【０１１３】本実施例５のトランジスタ素子の耐圧特性
が、実施例３のものに比べて改善されたのは、メサ溝７
を傾斜して形成したことにより、図１３に示すように、
空乏層２０の拡がりを半導体基板と一導電型領域との境
界部近傍で溝壁面７ａに垂直方向に近付けることができ
たため、一導電型領域側の溝壁近傍で電界集中が緩和さ
れたことによると考えられる。

【０１１４】なお、実施例５では、実施例３のメサ溝を
斜めに形成した場合を例に説明したが、メサ溝が第１溝
と第２溝とからなる実施例１に示すような半導体装置に
おいても、半導体基板と一導電型領域との境界部に接す
る第２溝を上記と同様に傾けることにより、同様の効果
が得られる。

【０１１５】

【発明の効果】本発明の第１の構成にかかる半導体装置
によれば、メサ溝全体にわたって十分な厚みを有する絶
縁保護層を安定的に形成することができ、高耐圧特性の
バラツキの少ない半導体装置を得ることができる。ま
た、メサ溝の深さを浅くすることができるので、メサ溝
形成部での機械的強度の低下を防止でき、後工程におけ
る製造工程中のメサ溝部での割れや欠けによる加工歩留
を大幅に改善することができる。更に、電気絶縁物形成
後の工程、特にコンタクト窓開工程でのコンタクト窓及
び電極パターンの微細化を容易し、また、コンタクト窓
開工程においてマスク合わせ時の機械的接触が少なくな
って、加工歩留まりがより一層向上するという付随的効
果も得られる。

【０１１６】本発明の第２の構成にかかる半導体装置に
よれば、メサ溝を幅広の浅い溝とすることで、ガラス保
護層をメサ溝のすべての部分に安定した厚みで形成する
ことができる。この結果、特に高耐圧メサ型半導体装置
の構造において、高耐圧特性のバラツキが減少する。ま
た、幅広の浅い溝を有す為、メサ溝部での半導体基板の
厚み減少が少なくなり、半導体基板の機械的強度の低下
を防止できる。その結果、後工程における製造工程中の
メサ溝部での割れや欠けによる加工歩留を大幅に改善す
ることができる。

【０１１７】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
上記の本発明の第１の構成にかかる半導体装置を効率良
く合理的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるメサ型ＮＰＮトラ
ンジスタの断面図。

【図２】図１のトランジスタの製造工程を説明するた
めの工程別断面図。

【図３】本発明の実施例２におけるメサ型ＮＰＮトラ
ンジスタの断面図。

【図４】図３のトランジスタの製造工程を説明するた
めの工程別断面図。

【図５】本発明と従来法による各メサ型トランジスタ
について、コレクター逆方向耐圧電気特性を比較した
図。

【図６】本発明と従来法による各メサ型トランジスタ
について、コレクター飽和電圧特性を比較した図。

【図７】本発明の実施例３におけるメサ型ＮＰＮトラ
ンジスタの断面図。

【図８】図７のトランジスタの製造工程を説明するた
めの工程別断面図。

【図９】本発明の実施例４におけるメサ型ＮＰＮトラ
ンジスタの断面図。

【図１０】図９のトランジスタの製造工程を説明する
ための工程別断面図。

【図１１】本発明と従来法による各メサ型トランジス
タについて、コレクター逆方向耐圧電気特性を比較した
図。

【図１２】本発明と従来法による各メサ型トランジス
タについて、コレクター飽和電圧特性を比較した図。

【図１３】本発明の実施例５におけるメサ型ＮＰＮト
ランジスタの断面図。

【図１４】従来法による高耐圧メサトランジスタ半導
体素子の一例の概略構成を示した断面図。

【図１５】従来法による高プレーナトランジスタ半導
体素子の一例の概略構成を示した断面図。

【符号の説明】

１：シリコン基板（Ｎ型領域）２：コレクタ拡散領域３：ベース拡散領域（一導電型領域）４：エミツタ拡散領域（逆導電型領域）５：電気絶縁膜（二酸化珪素膜）７：第１溝（メサ溝）７´：第２溝７ａ：メサ溝の一導電型領域側の溝壁８：メサ絶縁保護層（塗布膜）［熱処理前］８′：隙間９：メサ部絶縁保護層（ガラス保護層、電気絶縁物）
［熱処理済］１０：ベース電極１１：エミッタ電極１２：コレクタ電極１３：フィルドプレート２０：空乏層

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 29/73 Ｈ０１Ｌ 29/74 Ｂ 29/74 (72)発明者中村秀和大阪府高槻市幸町１番１号松下電子工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の上部に設けた厚さＤ３の一
導電型領域と、前記一導電型領域の所定領域の周囲に設
けた幅広の浅い第１溝（幅をＷ１、深さをＤ１）と、前
記第１溝の領域に設けた前記第１溝の幅より狭い第２溝
（幅をＷ２、深さをＤ２）と、少なくとも前記第２溝を
覆う電気絶縁物とを有することを特徴とする半導体装
置。
【請求項２】前記一導電型領域上に電気絶縁膜が形成
されており、前記電気絶縁物の上面が前記電気絶縁膜上
面と同程度か下側に位置する請求項１に記載の半導体装
置。
【請求項３】前記電気絶縁物の上部領域が前記第１溝
の領域内に収まっている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】前記第１溝内周部に、前記電気絶縁物表
面と前記第１溝内周面とで構成される凹部が形成されて
いる請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】前記一導電型領域内に逆導電型領域が形
成されており、前記電気絶縁物の上面が、前記逆導電型
領域上の最上部と同程度か下側に位置するとともに、前
記逆導電型領域とのコンタクト窓が形成されている請求
項１に記載の半導体装置。
【請求項６】前記第１溝の深さＤ１が、一導電型領域
の厚みＤ３より小さい請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】前記一導電型領域上に所定の開口部を有
する電気絶縁膜が形成された請求項１に記載の半導体装
置。
【請求項８】前記電気絶縁物の厚みが１０μｍ以上で
ある請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】前記第２溝が斜めに形成された請求項１
に記載の半導体装置。
【請求項１０】前記第２溝の内側の溝壁が、内方向に
傾斜して形成されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１１】前記電気絶縁物がガラス粒子成分を含
む塗布膜からなる請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１２】前記第１溝が一導電型領域と接し、前
記第２溝が前記一導電型領域と半導体基板との境界部と
接し、前記電気絶縁物は前記境界部を覆っている請求項
１に記載の半導体装置。
【請求項１３】前記電気絶縁物の上部領域が前記第１
溝の領域内にあり、前記第１溝の上部内周面に前記電気
絶縁物と接しないギャップ部を有する請求項１に記載の
半導体装置。
【請求項１４】厚さｄ２の逆導電型の半導体基板領域
の上部に設けた厚さＤ３の一導電型領域と、前記一導電
型領域と接してその所定領域の周囲に設けた、前記ｄ２
より大きい幅Ｗ０を有し、前記Ｄ３より深く前記ｄ２よ
り浅い深さＤ０を有する溝と、前記溝の上部周囲を囲む
電気絶縁膜と、前記電気絶縁膜上面の少なくとも一部と
前記溝内周面とを覆うガラス保護層と、前記一導電型領
域上に形成された開口部とを有することを特徴とする半
導体装置。
【請求項１５】前記溝の内側の溝壁が、内方向に傾斜
して形成されている請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】半導体基板の上部に一導電型領域を設
ける工程と、前記一導電型領域の所定領域の周囲に幅広
の浅い第１溝（幅をＷ１、深さをＤ１）を設ける工程
と、前記第１溝の領域に前記第１溝の幅より狭い第２溝
（幅をＷ２、深さをＤ２）を設ける工程と、少なくとも
前記第２溝に電気絶縁物を設ける工程とを有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】前記第１溝の上部内周面に前記電気絶
縁物と接しないギャップ部を残して前記電気絶縁物を設
ける請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】前記第２溝に電気絶縁物を設ける工程
が、少なくとも前記第２溝に電気絶縁物を堆積する工程
と、前記第１溝周囲から前記電気絶縁物を除去する工程
とを有する請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】前記電気絶縁物を堆積する工程が、ガ
ラス粉末及び感光性物質を含む混合液を塗布する工程を
有し、前記電気絶縁物を除去する工程が、露光及び現像
により前記電気絶縁物を第１溝周囲から除去する工程を
有する請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】前記半導体基板の上部に一導電型領域
を設ける工程が、一導電型領域上に電気絶縁膜を形成す
る工程を含み、前記第２溝に電気絶縁物を設けた後に、
前記電気絶縁膜にコンタクト窓を形成する工程を有する
請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】前記第１溝を設ける工程の前のいずれ
かの段階で、前記半導体基板の上部に逆導電型領域を有
する一導電型領域を形成する工程と、前記逆導電型領域
が形成された一導電型領域上に電気絶縁膜を形成する工
程とを有し、前記第２溝に電気絶縁物を設けた後に、前
記電気絶縁膜に前記逆導電型領域とのコンタクト窓を形
成する工程を有する請求項１６に記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項２２】前記第２溝を前記一導電型領域の厚さ
Ｄ３より深く設ける工程と、前記電気絶縁物の上面が前
記一導電型領域内に形成された逆導電型領域上の最上部
と同程度か下側に位置するように前記電気絶縁物を設け
る工程と、前記逆導電型領域とのコンタクト窓を設ける
工程とを有する請求項１６に記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項２３】前記電気絶縁物の厚みが１０μｍ以上
になるように前記電気絶縁物を設ける請求項１６に記載
の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】前記第２溝を斜めに形成する請求項１
６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】前記第２溝の内側の溝壁が、内方向に
傾斜するように形成する請求項１６に記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項２６】前記第１溝周囲から前記電気絶縁物を
除去する工程が、前記第１溝の内周面上に堆積された前
記電気絶縁物の少なくとも一部を除去する工程を含む請
求項１８に記載の半導体装置の製造方法。