WO2019239448A1 - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法及び半導体装置 Download PDF

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小笠原 淳
浩二 伊東
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using a glass material and a semiconductor device having a glass film.
  • the conventional method increases the number of processes and increases the manufacturing cost as compared with a semiconductor device that does not control the lifetime.
  • the present invention has been made in consideration of the above points, and a method of manufacturing a semiconductor device capable of controlling trr in units of ⁇ s without increasing the number of steps, and manufacturing by such a manufacturing method.
  • a semiconductor device capable of controlling trr in units of ⁇ s without increasing the number of steps, and manufacturing by such a manufacturing method.
  • a method for manufacturing a semiconductor device includes: Putting a glass material into a metal container containing a first metal and a second metal, or throwing a first metal and a glass material into a metal container containing a second metal; Generating a metal-containing glass composition containing the first metal or the second metal by melting the glass material in the metal container at a first heating temperature during a first time; and Providing the metal-containing glass composition in the semiconductor layer; May be provided.
  • the first metal and the second metal may be contained in the metal-containing glass composition by melting the glass material in the metal container at a first heating temperature.
  • the first heating temperature may be higher than the melting point of the first metal and lower than the melting point of the second metal.
  • the metal container includes the first metal and the second metal,
  • the first metal may be included in an amount of 3 wt% to 10 wt%
  • the second metal may be included in an amount of 90 wt% to 97 wt%.
  • the first metal may be gold and the second metal may be platinum.
  • the glass material has a SiO 2 content in the range of 49.5 mol% to 64.3 mol%, an Al 2 O 3 content in the range of 3.7 mol% to 14.8 mol%, and B
  • the content of 2 O 3 is in the range of 8.4 mol% to 17.9 mol%
  • the content of ZnO is in the range of 3.9 mol% to 14.2 mol%
  • the alkaline earth metal oxide The content is in the range of 7.4 mol% to 12.9 mol%
  • the first time is 1 to 3 hours
  • the first heating temperature may be 1350 ° C. or higher and 1700 ° C. or lower.
  • a semiconductor device includes: A semiconductor layer; A glass film provided on the semiconductor layer; With The semiconductor layer includes dispersed gold; The semiconductor layer may be lifetime controlled by gold diffused from the glass film.
  • the present invention it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of controlling trr in units of ⁇ s without increasing the number of steps, and a semiconductor device manufactured by such a manufacturing method.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device that can be used in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a process of manufacturing a semiconductor device that can be used in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the process of manufacturing the semiconductor device, the process of which has advanced from FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the process of manufacturing the semiconductor device, the process of which has advanced from FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the process of manufacturing the semiconductor device, the process of which has advanced from FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a metal container and a metal-containing glass composition that can be used in each embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the heating time and the heating temperature and trr.
  • a semiconductor device is a device having a PN junction such as a diode or a thyristor.
  • the semiconductor device is provided on a first conductivity type semiconductor substrate 11 having a first conductivity type, and the first conductivity type semiconductor substrate 11, and the first conductivity type semiconductor substrate 11 is more conductive than the first conductivity type semiconductor substrate 11.
  • the first conductivity type is, for example, n-type
  • the second conductivity type is, for example, p-type.
  • the present invention is not limited to this, and the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type.
  • the first conductivity type semiconductor substrate 11 a silicon substrate, a silicon carbide substrate, a gallium nitride substrate or the like can be used, and the impurity concentration thereof is, for example, 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 .
  • the first conductivity type semiconductor layer 12 is formed by, for example, epitaxial growth on the first conductivity type semiconductor substrate 11, and the impurity concentration in the first conductivity type semiconductor layer 12 is, for example, 5 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ . 3 .
  • the thickness of the first conductivity type semiconductor substrate 11 is, for example, 180 ⁇ m, and the thickness of the first conductivity type semiconductor layer 12 is, for example, 50 ⁇ m.
  • the second conductivity type semiconductor layer 13 can be formed by implanting, for example, a p-type impurity (for example, boron) into the first conductivity type semiconductor layer 12, and the impurity concentration in the second conductivity type semiconductor layer 13 is, for example, 1 ⁇ 10. 16 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 and the thickness is, for example, 8 ⁇ m.
  • a p-type impurity for example, boron
  • the first electrode 20 may be provided on the front surface of the second conductivity type semiconductor layer 13, and the second electrode 30 may be provided on the back surface of the first conductivity type semiconductor substrate 11.
  • the first electrode 20 may be, for example, an anode electrode
  • the second electrode 30 may be, for example, a cathode electrode.
  • the first electrode 20 may include, for example, an aluminum / silicide film 21, a nickel / silicide film 22, and a Ni (nickel) -P film 23.
  • the second electrode 30 may have a nickel film having a silicided film.
  • a glass film 50 as a passivation film may be provided around the first electrode 20.
  • Such a semiconductor device may be manufactured as follows.
  • a first conductivity type semiconductor substrate 11 composed of a first conductivity type, and a first conductivity type provided on the first conductivity type semiconductor substrate 11 and having a first conductivity type impurity concentration lower than that of the first conductivity type semiconductor substrate 11.
  • a substrate having a first conductivity type semiconductor layer 12 and a second conductivity type semiconductor layer 13 provided on the first conductivity type semiconductor layer 12 is prepared (see FIG. 2).
  • an insulating film 61 made of SiO 2 or the like is formed on the second conductivity type semiconductor layer 13 (see FIG. 2). Further, an insulating film 62 made of SiO 2 or the like is formed on the back surface of the first conductivity type semiconductor substrate 11 (see FIG. 2).
  • etching is performed using the formed insulating film 61 as a mask to form a mesa groove 65.
  • etching in this embodiment mode, dry etching, wet etching, or the like can be used.
  • a protective film (passivation film) made of the glass film 50 is formed so as to cover the formed mesa groove 65 and the insulating film 61.
  • openings 70 are formed in the formed insulating film 61 and glass film 50 by etching.
  • the first electrode 20 is formed in the opening on the front surface side, and the second electrode 30 is formed on the back surface side (see FIG. 1).
  • the glass material which is a raw material for making glass in the metal container 100 (refer FIG. 6) containing a 1st metal and a 2nd metal is thrown in (glass material). Input process).
  • the metal container 100 is, for example, a metal crucible.
  • the first metal may be gold (Au) and the second metal may be platinum (Pt).
  • the first metal may be included at 3 to 10% by weight, and the second metal may be included at 90 to 97% by weight.
  • rhodium (Rh) other than gold may be used.
  • the metal container 100 may contain a metal other than the first metal and the second metal, may be composed of a ternary alloy of the first metal, the second metal, and the third metal, or may be an alloy of four or more components. It may consist of.
  • the glass material has, for example, a content of SiO 2 in the range of 49.5 mol% to 64.3 mol%, a content of Al 2 O 3 in the range of 3.7 mol% to 14.8 mol%, B 2 O 3 content is in the range of 8.4 mol% to 17.9 mol%, ZnO content is in the range of 3.9 mol% to 14.2 mol%, and an alkaline earth metal oxide Is in the range of 7.4 mol% to 12.9 mol%.
  • the glass material is melted in the metal container 100 at the first heating temperature for the first time (melting step).
  • the metal-containing glass composition 110 containing the first metal, the second metal, or both the first metal and the second metal in the glass composition is generated.
  • the first heating temperature may be higher than the melting point of the first metal and lower than the melting point of the second metal.
  • the first time is, for example, 1 to 3 hours, and the first heating temperature may be, for example, 1350 ° C. or more and 1700 ° C. or less.
  • the melting point of gold is 1064 ° C.
  • the melting point of platinum is 1768 ° C.
  • the glass film 50 is formed by providing the metal-containing glass composition 110 prepared as described above in a semiconductor layer such as the second conductive semiconductor layer 13 described above (glass film forming step). More specifically, the molten metal-containing glass composition 110 is cooled and then pulverized to a particle size of several ⁇ m, and the pulverized metal-containing glass composition 110 is converted into the first conductive semiconductor substrate 11, the first conductive semiconductor layer 12, After providing in semiconductor layers, such as the 2nd conductivity type semiconductor layer 13, the said metal containing glass composition 110 is fuse
  • FIG. 4 FIG.
  • the mesa groove 65 is provided up to the first conductivity type semiconductor substrate 11, but is merely an example, and the mesa groove is formed in the first conductivity type semiconductor substrate 11 and the first conductivity type semiconductor layer 12.
  • the first conductive semiconductor substrate 11 may be provided with no mesa groove 65.
  • the glass film 50 of the present embodiment contains a metal such as a first metal. For this reason, by providing such a glass film 50, a very small amount of metal such as the first metal can be dispersed in the semiconductor layer such as the first conductivity type semiconductor layer 12 that affects the trr control. As a result, the inventors of the present application have confirmed that trr (reverse recovery time) in the semiconductor layer can be set to 5 ⁇ s or more and 15 ⁇ s or less, and the lifetime can be controlled. Note that trr is preferably 5 ⁇ s or more and 11 ⁇ s or less, and more preferably trr is 5 ⁇ s or more and 8 ⁇ s or less. Incidentally, in the conventional embodiment in which heavy metal is added, since a large amount of heavy metal is added as compared with the present embodiment, trr cannot be controlled in units of ⁇ s.
  • the glass composition (metal-containing glass composition 110) was provided on the semiconductor layer described above.
  • the trr in the semiconductor layer was about 14 ⁇ s. Became.
  • the glass composition (metal-containing glass composition 110) was provided on the semiconductor layer described above.
  • the trr in the semiconductor layer was about 11 ⁇ s. became.
  • the glass composition (metal-containing glass composition 110) was provided on the semiconductor layer, and the trr in the semiconductor layer was about 8 ⁇ s. Became.
  • the glass composition (metal-containing glass composition 110) was provided on the semiconductor layer, and the trr in the semiconductor layer was about 8 ⁇ s. Became.
  • trr is more preferable to use gold (Au) than rhodium (Rh) as the first metal. This is beneficial because it can be easily controlled.
  • trr can be controlled. Further, according to the present embodiment, trr can be controlled in units of ⁇ s. Thus, trr can be controlled in units of ⁇ s while preventing an increase in the manufacturing cost of a semiconductor device such as a chip.
  • trr in the semiconductor layer can be adjusted as shown in FIG. 7 by adjusting temperature and time. For this reason, it is only necessary to adjust the temperature and time according to trr required for each semiconductor device, and trr can be adjusted by an extremely simple method. As shown in FIG. 7, trr can be controlled more effectively by adjusting the temperature rather than the time. In particular, heating at 1400 ° C. or higher is preferable, heating at 1500 ° C. or higher is more preferable, and heating at 1550 ° C. or higher is even more preferable.
  • the partial switch system (simple PAM) has been a major part of the PFC (Power Factor Correction) section of air conditioners.
  • the use of the bridge diode as a partial switch in the simple PAM operation mode is increasing, and improvement of the trr characteristic of the bridge diode is demanded.
  • trr may need to be controlled in units of ⁇ s.
  • trr When conventional heavy metal diffusion is used, trr can be controlled in units of ns, but it is difficult to control in units of ⁇ s. Although it is possible to control trr in units of ⁇ s by using electron beam irradiation, it is necessary to introduce an expensive machine. In this respect, according to the present embodiment, it is also advantageous in that it can be controlled in units of ⁇ s without introducing an expensive machine.
  • the first metal, the second metal, or both the first metal and the second metal can be contained in the glass composition by setting the first heating temperature higher than the melting point of the first metal.
  • the first metal and the second metal are alloyed in the metal container 100, the first metal does not melt immediately even when heated to a temperature higher than the melting point of the first metal.
  • trr is lowered by raising the temperature in FIG. That is, as described above, the melting point of gold is 1064 ° C., but by increasing the temperature from 1350 ° C. ⁇ 1450 ° C. ⁇ 1560 ° C., trr changes and the amount of metal contained in the glass material is reduced. It is confirmed that the gold melts immediately upon heating to a temperature higher than 1064 ° C. and is not contained within the glass composition.
  • the alloy ratio is also important. For example, if the first metal that is gold is contained in an amount of 3 to 10% by weight, and the second metal that is platinum is contained in an amount of 90 to 97% by weight, for example, the trr can be adjusted effectively. Can do. If the amount of the first metal is less than 3% by weight, it may be difficult to contain the metal in the glass composition, and it may be difficult to adjust trr. On the other hand, when the amount of the first metal is more than 10% by weight, the strength as the metal container 100 may be weakened when the heating temperature is increased.
  • the metal container 100 including the first metal and the second metal is used.
  • a description will be given using a mode in which the first metal and the glass material are put into the metal container 100 containing the second metal.
  • adopted in 1st Embodiment are employable also in 2nd Embodiment.
  • First metal (typically gold) and glass material are put into a metal container 100 made of the second metal (typically platinum).
  • the glass material is melted in the metal container 100 at the first heating temperature for the first time (melting step).
  • the metal-containing glass composition 110 containing the first metal is generated by melting the glass material in the metal container 100.
  • the first heating temperature may be higher than the melting point of the first metal and lower than the melting point of the second metal.
  • the first time is, for example, 1 to 3 hours, and the first heating temperature may be, for example, 1350 ° C. or more and 1700 ° C. or less.
  • the glass film 50 is formed by providing the metal-containing glass composition 110 prepared as described above in a semiconductor layer such as the second conductive semiconductor layer 13 described above (glass film forming step).
  • the glass film 50 of the present embodiment is mixed with a metal such as the first metal.
  • the first metal can be dispersed in the semiconductor layer such as the first conductivity type semiconductor layer 12 that affects trr control.
  • the inventors of the present application have confirmed that when the first metal is put into the metal container 100 made of the second metal, the metal container 100 does not melt or has a hole. There were times when I was unhappy. Thus, if there is a hole in the metal container 100, the glass material flows out, which is not suitable for mass production. In particular, since Pt is highly reactive, it is easy to melt or have holes in this way. In addition, when the second metal is Pt, the metal container 100 is very expensive. However, it is difficult to allow a hole in the metal container 100 in terms of cost. Therefore, from this point of view, the first embodiment is more beneficial than the second embodiment.
  • First metal (typically gold) and glass material are put into a metal container 100 made of a first metal (typically gold) and a second metal (typically platinum).
  • the glass material is melted in the metal container 100 at the first heating temperature for the first time (melting step).
  • the metal-containing glass composition 110 containing the first metal, the second metal, or both the first metal and the second metal is generated.
  • the first heating temperature may be higher than the melting point of the first metal and lower than the melting point of the second metal.
  • the first time is, for example, 1 to 3 hours, and the first heating temperature may be, for example, 1350 ° C. or more and 1700 ° C. or less.
  • the glass film 50 is formed by providing the metal-containing glass composition 110 prepared as described above in a semiconductor layer such as the second conductive semiconductor layer 13 described above (glass film forming step).
  • the glass film 50 of the present embodiment is mixed with a metal such as the first metal.
  • a metal such as a first metal can be dispersed in a semiconductor layer such as the first conductivity type semiconductor layer 12 that affects trr control.
  • the fact that the first metal is contained in the glass material means that the first metal is gradually disappearing from the metal container 100. In the present embodiment, it is meaningful to replenish the first metal that has been reduced in this way.
  • the first metal may be used when the glass material is melted using the metal container 100 that has been used a predetermined number of times.
  • the metal container 100 may have a hole. The amount is very small.

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  • Formation Of Insulating Films (AREA)
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Abstract

半導体装置の製造方法は、第一金属及び第二金属を含む金属容器100内にガラス材料を投入する、又は第一金属を含む金属容器100内に第二金属及びガラス材料を投入する工程と、第一時間の間、第一加熱温度で前記ガラス材料を前記金属容器100内で溶融することで、前記第一金属又は前記第二金属を含有する金属含有ガラス組成100を生成する工程と、前記金属含有ガラス組成を半導体層に設ける工程と、を有する。

Description

半導体装置の製造方法及び半導体装置
 本発明は、ガラス材料を用いた半導体装置の製造方法及びガラス膜を有する半導体装置に関する。
 従来から、半導体装置に関してライフタイムキラーを導入することが試みられている。例えば特開昭62-73730号公報では、各領域(1)(2)(3)表面を露出してその表面に膜厚500~1000Åの重金属薄膜を蒸着し、800~1000℃、60~120分のN雰囲気での熱処理を処すことにより、ライフタイムキラー物質を基板中へ拡散させる。このライフタイムキラーの拡散によりシリコン中の格子位置あるいは格子間位置に固溶した重金属の不純物準位が再結合中心となって、動作時、領域間を移動する電子あるいは正孔を前記再結合中心でトラップさせることによりトランジスタのスイッチング時間を短縮させている。
 しかしながら、このように蒸着を用いて手法では重金属の添加量を正確にコントロールすることが難しく、さらに重金属の拡散は係数がいずれも10-7~10-8cm/secと速いため、ライフタイムの重金属添加時の温度依存性が大きく、そのコントロールが極めて困難であるというような問題があった。
 このような問題を解決するために、特開平2-51235では、多結晶シリコン粒子からなるパウダーに重金属元素を混在させたパウダーをシリコン基板表面に付着し、熱処理を加えることにより重金属をシリコン基板内へ拡散させることを特徴とするライフタイムキラーの導入する方法が提案されている。
 しかしながら、従来のような方法では、ライフタイムをコントロールしない半導体装置と比較すると、工程数が増えることとなり、製造コストが高くなってしまう。
 また、trr(逆回復時間)をμsの単位でコントロールするには電子線照射等を用いる必要があるが、電子線照射等を用いる場合には、高額な装置を導入する必要がある。
 本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、工程数を増やすことなく、trrをμsの単位でコントロールすることができる半導体装置の製造方法と、このような製造方法によって製造された半導体装置を提供する。
[概念1]
 本発明による半導体装置の製造方法は、
 第一金属及び第二金属を含む金属容器内にガラス材料を投入する、又は第二金属を含む金属容器内に第一金属及びガラス材料を投入する工程と、
 第一時間の間、第一加熱温度で前記ガラス材料を前記金属容器内で溶融することで、前記第一金属又は前記第二金属を含有する金属含有ガラス組成を生成する工程と、
 前記金属含有ガラス組成を半導体層に設ける工程と、
 を備えてもよい。
[概念2]
 本発明の概念1による半導体装置の製造方法において、
 第一時間の間、第一加熱温度で前記ガラス材料を前記金属容器内で溶融することで、前記金属含有ガラス組成内に前記第一金属及び前記第二金属を含有させてもよい。
[概念3]
 本発明の概念1又は2による半導体装置の製造方法において、
 前記第一加熱温度は、前記第一金属の融点よりも高く、かつ前記第二金属の融点よりも低くてもよい。
[概念4]
 本発明の概念1乃至3のいずれか一つによる半導体装置の製造方法において、
 前記金属容器は前記第一金属及び前記第二金属を含み、
 前記金属容器のうち、前記第一金属は3重量%~10重量%で含まれ、前記第二金属は90重量%~97重量%で含まれてもよい。
[概念5]
 本発明の概念1乃至4のいずれか一つによる半導体装置の製造方法において、
 前記第一金属は金であり、前記第二金属はプラチナであってもよい。
[概念6]
 本発明の概念1乃至5のいずれか一つによる半導体装置の製造方法において、
 前記ガラス材料は、SiOの含有量が49.5mol%~64.3mol%の範囲内にあり、Alの含有量が3.7mol%~14.8mol%の範囲内にあり、Bの含有量が8.4mol%~17.9mol%の範囲内にあり、ZnOの含有量が3.9mol%~14.2mol%の範囲内にあり、アルカリ土類金属の酸化物の含有量が7.4mol%~12.9mol%の範囲内にあり、
 前記第一時間は1時間~3時間であり、
 前記第一加熱温度は1350℃以上1700℃以下であってもよい。
[概念7]
 本発明による半導体装置は、
 半導体層と、
 前記半導体層に設けられたガラス膜と、
 を備え、
 前記半導体層が分散した金を含み、
 前記半導体層は、前記ガラス膜から拡散された金によってライフタイムコントロールされてもよい。
 本発明によれば、工程数を増やすことなく、trrをμsの単位でコントロールすることができる半導体装置の製造方法と、このような製造方法によって製造された半導体装置を提供できる。
図1は、本発明の第1の実施の形態で用いられうる半導体装置の断面図である。 図2は、本発明の第1の実施の形態で用いられうる半導体装置の製造工程の過程を示した断面図である。 図3は、図2から工程が進んだ半導体装置の製造工程の過程を示した断面図である。 図4は、図3から工程が進んだ半導体装置の製造工程の過程を示した断面図である。 図5は、図4から工程が進んだ半導体装置の製造工程の過程を示した断面図である。 図6は、本発明の各実施の形態で用いられうる金属容器と金属含有ガラス組成を示した断面図である。 図7は、加熱時間及び加熱温度とtrrとの関係をグラフで示した図である。
第1の実施の形態
 本実施の形態の半導体装置は、ダイオード、サイリスタ等のPN接合を有する装置である。半導体装置は、例えば図1に示すように、第一導電型からなる第一導電型半導体基板11と、第一導電型半導体基板11に設けられ、第一導電型半導体基板11よりも第一導電型の不純物濃度が薄い第一導電型からなる第一導電型半導体層12と、第一導電型半導体層12に設けられる第二導電型半導体層13と、を有してもよい。第一導電型は例えばn型であり、第二導電型は例えばp型である。但し、これに限られることはなく、第一導電型がp型であり、第二導電型がn型であってもよい。
 第一導電型半導体基板11としてはシリコン基板、炭化珪素基板、窒化ガリウム基板等を用いることができ、その不純物濃度は例えば1×1019cm-3~1×1020cm-3である。第一導電型半導体層12は第一導電型半導体基板11に例えばエピタキシャル成長させることで形成され、第一導電型半導体層12における不純物濃度は例えば5×1015cm-3~1×1017cm-3である。第一導電型半導体基板11の厚みは例えば180μmであり、第一導電型半導体層12の厚みは例えば50μmである。第二導電型半導体層13は第一導電型半導体層12に例えばp型不純物(例えばボロン)を注入することにより形成することができ、第二導電型半導体層13における不純物濃度は例えば1×1016cm-3~1×1019cm-3であり、厚みは例えば8μmである。
 第二導電型半導体層13のおもて面に第一電極20が設けられ、第一導電型半導体基板11の裏面に第二電極30が設けられてもよい。第一電極20は例えばアノード電極であり、第二電極30は例えばカソード電極であってもよい。第一電極20は、例えば、アルミニウム・シリサイド膜21と、ニッケル・シリサイド膜22と、Ni(ニッケル)-P膜23とを有してもよい。第二電極30は、シリサイド化された膜を有するニッケル膜を有してもよい。
 第一電極20の周りにパッシベーション膜としてのガラス膜50が設けられてもよい。このような半導体装置は以下のようにして製造されてもよい。
 第一導電型からなる第一導電型半導体基板11と、第一導電型半導体基板11に設けられ、第一導電型半導体基板11よりも第一導電型の不純物濃度が薄い第一導電型からなる第一導電型半導体層12と、第一導電型半導体層12に設けられる第二導電型半導体層13と、を有する基板を準備する(図2参照)。
 次に、第二導電型半導体層13にSiO等からなる絶縁膜61を形成する(図2参照)。また、第一導電型半導体基板11の裏面に、SiO等からなる絶縁膜62を形成する(図2参照)。
 次に、図3に示すように、形成された絶縁膜61をマスクとして使用して、エッチングを行い、メサ溝65を形成する。本実施の形態のエッチングとしては、ドライエッチング又はウェットエッチング等を用いることができる。
 次に、図4に示すように、形成されたメサ溝65および絶縁膜61を覆うように、ガラス膜50による保護膜(パッシベーション膜)を形成する。
 次に、図5に示すように、形成された絶縁膜61及びガラス膜50に、エッチングにより開口部70を形成する。
 そして、おもて面側の開口部に第一電極20を形成し、裏面側に第二電極30を形成する(図1参照)。
 次に、本実施の形態で用いられ得るガラス膜50の製造方法の一例について説明する。
 本実施の形態によるガラス膜50を製造する際には、第一金属及び第二金属を含む金属容器100(図6参照)内にガラスを作るための原料であるガラス材料を投入する(ガラス材料投入工程)。金属容器100は例えば金属製るつぼである。第一金属は金(Au)であり、第二金属はプラチナ(Pt)であってもよい。金属容器100のうち、第一金属は3重量%~10重量%で含まれ、第二金属は90重量%~97重量%で含まれてもよい。第一金属としては、金以外であればロジウム(Rh)を用いてもよい。金属容器100は、第一金属及び第二金属以外の金属を含有してもよく、第一金属、第二金属及び第三金属の三成分の合金からなってもよいし、四成分以上の合金からなってもよい。
 ガラス材料は、例えば、SiOの含有量が49.5mol%~64.3mol%の範囲内にあり、Alの含有量が3.7mol%~14.8mol%の範囲内にあり、Bの含有量が8.4mol%~17.9mol%の範囲内にあり、ZnOの含有量が3.9mol%~14.2mol%の範囲内にあり、アルカリ土類金属の酸化物の含有量が7.4mol%~12.9mol%の範囲内にある。
 次に、第一時間の間、第一加熱温度でガラス材料を金属容器100内で溶融する(溶融工程)。このようにガラス材料を金属容器100内で溶融することで、ガラス組成内に第一金属、第二金属又は第一金属及び第二金属の両方を含有する金属含有ガラス組成110を生成する。第一加熱温度は、第一金属の融点よりも高く、かつ第二金属の融点よりも低くてもよい。第一時間は例えば1時間~3時間であり、第一加熱温度は例えば1350℃以上1700℃以下であってもよい。なお、金の融点は1064℃であり、プラチナの融点は1768℃である。
 以上のようにして準備された金属含有ガラス組成110を前述した第二導電型半導体層13のような半導体層に設けることで、ガラス膜50が形成される(ガラス膜形成工程)。より具体的には溶融した金属含有ガラス組成110を冷却した後で数μmの粒径に粉砕し、粉砕した金属含有ガラス組成110を第一導電型半導体基板11、第一導電型半導体層12、第二導電型半導体層13等の半導体層に設けた後で、当該金属含有ガラス組成110を溶融する(図4参照)。図4では、第一導電型半導体基板11までメサ溝65が設けられている態様を示しているが、あくまでも一例であり、第一導電型半導体基板11及び第一導電型半導体層12にメサ溝65が設けられ、第一導電型半導体基板11にはメサ溝65が設けられない態様を採用してもよい。
 本実施の形態のガラス膜50は第一金属等の金属を含有している。このため、このようなガラス膜50を設けることで、trr制御に影響する第一導電型半導体層12のような半導体層内にごく微量の第一金属等の金属を分散させることができる。この結果、本願の発明者らが確認したところによると、半導体層におけるtrr(逆回復時間)を5μs以上15μs以下とすることができ、ライフタイムコントロールすることができる。なお、好ましくはtrrが5μs以上11μs以下であり、より好ましくはtrrが5μs以上8μs以下である。ちなみに、従来のように重金属を添加する態様では、本実施の形態と比較すると大量に重金属が添加されることから、μs単位でtrrをコントロールすることはできない。
 実験結果を図7で示す。当該実験では、比抵抗ρ=30Ωcmのウェハを用いた。図7で示されるように、金属容器100として純粋なPtを用いた場合にはtrrは22μs程であっが、プラチナに金が含まれたPt-Auるつぼ(Auの含有量は5重量%)を用いた場合にはtrrを下げることができた。具体的には、図7に示すように、Pt-Auるつぼ内において1350℃で5時間の間ガラス材料を溶融させた後、当該ガラス組成物(金属含有ガラス組成110)を半導体層に設けたところ、当該半導体層におけるtrrは15μs程になった。Pt-Auるつぼ内において1450℃で1時間の間ガラス材料を溶融させた後、当該ガラス組成物(金属含有ガラス組成110)を前述した半導体層に設けたところ、当該半導体層におけるtrrは14μs程になった。Pt-Auるつぼ内において1450℃で2時間の間ガラス材料を溶融させた後、当該ガラス組成(金属含有ガラス組成110)を前述した半導体層に設けたところ、当該半導体層におけるtrrは11μs程になった。Pt-Auるつぼ内において1560℃で1時間の間ガラス材料を溶融させた後、当該ガラス組成物(金属含有ガラス組成110)を前述した半導体層に設けたところ、当該半導体層におけるtrrは8μs程になった。Pt-Auるつぼ内において1560℃で2時間の間ガラス材料を溶融させた後、当該ガラス組成物(金属含有ガラス組成110)を前述した半導体層に設けたところ、当該半導体層におけるtrrは8μs程になった。なお、発明者らが確認したところ、金はガラス組成物に溶け込みやすい性質を有していると考えられることから、第一金属としてロジウム(Rh)よりも金(Au)を用いる方がtrrを容易に制御できる点で有益である。
《効果》
 次に、本実施の形態による効果の一例について説明する。なお、「効果」で説明するあらゆる態様を採用することができる。
 従前からるつぼ等の容器内でガラスを溶融させることが行われている。本実施の形態では、従前から利用されている工程に準じてガラスを溶融させるだけであることから、重金属を添加したり電子線照射を行ったりする態様とは異なって工程数を増やすことなく、trrをコントロールすることができる。また、本実施の形態によればtrrをμsの単位でコントロールすることができる。これらのことから、チップ等の半導体装置の製造コストが上がることを防止しつつtrrをμsの単位でコントロールすることができる。
 trrをμsの単位でコントロールする方法としては、より具体的には、温度及び時間を調整することで図7に示すように半導体層におけるtrrを調整することができる。このため、半導体装置毎において必要とされるtrrに応じて温度及び時間を調整するだけでよく、極めて簡易な手法でtrrを調整できる。なお、図7に示されているように、時間よりは温度を調整することでより効果的にtrrをコントロールすることができる。特に1400℃以上で加熱することが好ましく、1500℃以上で加熱することがより好ましく、1550℃以上で加熱することがさらにより好ましい。
 なお、近年、エアコンのPFC(Power Factor Correction)部においては部分スイッチ方式(簡易PAM)が大部分を占めてきている。簡易PAMの動作モードでブリッジダイオードを部分スイッチとして使用する用途が増えており、ブリッジダイオードのtrr特性改善が求められている。また、IGBTのように一定程度のスイッチング速度でよいが順方向ロスは大きくしたくない半導体装置では、μsの単位でのtrrのコントロールが必要となることがある。この点、本実施の形態によれば、追加工程を行うことなく、その結果としてコストを抑えつつ、μsの単位でtrr特性を改善できる点で有益である。
 従来の重金属拡散を用いる場合には、trrをnsの単位でコントロールすることができるものの、μsの単位でコントロールすることは難しい。電子線照射を用いればtrrをμsの単位でコントロールすることができるものの、高額な機械の導入が必要になる。この点、本実施の形態によれば、高額な機械を導入することなくμsの単位でコントロールすることができる点でも有益である。
 第一加熱温度を第一金属の融点よりも高くすることで第一金属、第二金属又は第一金属及び第二金属の両方をガラス組成内に含有させることができる。なお、金属容器100において第一金属と第二金属とが合金となっている場合には、第一金属の融点より高い温度に加熱しても第一金属がすぐに溶融するわけではない。このことは図7において、温度を上げることでtrrが下がることによっても裏付けられている。つまり、前述したように、金の融点は1064℃であるが、温度を1350℃→1450℃→1560℃と上げていることで、trrが変化しておりガラス材料に含有される金属の量が変化しており、1064℃よりも高い温度に加熱することで金がすぐに溶融してガラス組成内に含有されていないことが裏付けられている。
 また、金属容器100においては合金の比率も重要である。例えば金である第一金属が3重量%~10重量%で含まれ、例えばプラチナである第二金属が90重量%~97重量%で含まれる態様であれば、効果的にtrrを調整することができる。第一金属の量が3重量%よりも少ないとガラス組成内に金属を含有させることが困難となり、trrを調整しづらいことがある。他方、第一金属の量が10重量%よりも多いと加熱温度を高くした際に金属容器100としての強度が弱くなることもある。
第2の実施の形態
 次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
 第1の実施の形態では、第一金属及び第二金属を含む金属容器100を用いた態様であった。本実施の形態では、第二金属を含む金属容器100内に第一金属及びガラス材料を投入する態様を用いて説明する。その他については、第1の実施の形態と同様であり、第1の実施の形態で採用したあらゆる構成を第2の実施の形態でも採用することができる。
 本実施の形態で用いられ得るガラス膜50の製造方法の一例について説明する。
 第二金属(典型的にはプラチナ)からなる金属容器100に、第一金属(典型的には金)とガラス材料とを投入する。
 次に、第一時間の間、第一加熱温度でガラス材料を金属容器100内で溶融する(溶融工程)。このようにガラス材料を金属容器100内で溶融することで、第一金属を含有する金属含有ガラス組成110を生成する。第一加熱温度は、第一金属の融点よりも高く、かつ第二金属の融点よりも低くてもよい。第一時間は例えば1時間~3時間であり、第一加熱温度は例えば1350℃以上1700℃以下であってもよい。
 以上のようにして準備された金属含有ガラス組成110を前述した第二導電型半導体層13のような半導体層に設けることで、ガラス膜50が形成される(ガラス膜形成工程)。このように本実施の形態のガラス膜50は第一金属等の金属を混入している。このため、このようなガラス膜50を設けることで、trr制御に影響する第一導電型半導体層12のような半導体層内に第一金属を分散させることができる。
 以上の次第ではあるが、本願の発明者らが確認したところ、第一金属を第二金属からなる金属容器100の中に入れた場合には、金属容器100が溶け出したり孔があいてしまったりすることがあった。このように金属容器100に孔があいてしまうとガラス材料が流れ出てしまうことから量産には不向きである。特にPtは反応性が高いことから、このように溶け出したり孔があいてしまったりしやすい。また、第二金属がPtである場合には非常に高価な金属容器100となるが、このような金属容器100に孔があいてしまうことはコスト的にも許容され難いものである。したがって、この観点からすると第1の実施の形態の方が第2の実施の形態よりも有益である。
第3の実施の形態
 次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。
 本実施の形態では、第一金属及び第二金属を含む金属容器100内に第一金属及びガラス材料を投入する態様を用いて説明する。その他については、第1の実施の形態と同様であり、第1の実施の形態で採用したあらゆる構成を第3の実施の形態でも採用することができる。
 本実施の形態で用いられ得るガラス膜50の製造方法の一例について説明する。
 第一金属(典型的には金)及び第二金属(典型的にはプラチナ)からなる金属容器100に、第一金属(典型的には金)とガラス材料とを投入する。
 次に、第一時間の間、第一加熱温度でガラス材料を金属容器100内で溶融する(溶融工程)。このようにガラス材料を金属容器100内で溶融することで、第一金属、第二金属又は第一金属及び第二金属の両方を含有する金属含有ガラス組成110を生成する。第一加熱温度は、第一金属の融点よりも高く、かつ第二金属の融点よりも低くてもよい。第一時間は例えば1時間~3時間であり、第一加熱温度は例えば1350℃以上1700℃以下であってもよい。
 以上のようにして準備された金属含有ガラス組成110を前述した第二導電型半導体層13のような半導体層に設けることで、ガラス膜50が形成される(ガラス膜形成工程)。このように本実施の形態のガラス膜50は第一金属等の金属を混入している。このため、このようなガラス膜50を設けることで、trr制御に影響する第一導電型半導体層12のような半導体層内に第一金属等の金属を分散させることができる。
 第一金属がガラス材料内に含有されるということは金属容器100から第一金属が徐々に無くなっていっていることを意味している。本実施の形態では、このように少なくなった第一金属を補充する意味があり、例えば、所定回数以上使った金属容器100を用いてガラス材料を溶融させる場合に採用してもよい。他方、第2の実施の形態で説明したように第一金属を金属容器100内に入れると金属容器100に孔があいてしまうことがあることから、金属容器100内に加えられる第一金属の量は極めて少量である。
 上述した各実施の形態の記載及び図面の開示は、請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態の記載又は図面の開示によって請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。また、出願当初の請求項の記載はあくまでも一例であり、明細書、図面等の記載に基づき、請求項の記載を適宜変更することもできる。
100    金属容器
110    金属含有ガラス組成

Claims (7)

  1.  第一金属及び第二金属を含む金属容器内にガラス材料を投入する、又は第二金属を含む金属容器内に第一金属及びガラス材料を投入する工程と、
     第一時間の間、第一加熱温度で前記ガラス材料を前記金属容器内で溶融することで、前記第一金属又は前記第二金属を含有する金属含有ガラス組成を生成する工程と、
     前記金属含有ガラス組成を半導体層に設ける工程と、
     を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2.  第一時間の間、第一加熱温度で前記ガラス材料を前記金属容器内で溶融することで、前記金属含有ガラス組成内に前記第一金属及び前記第二金属を含有させることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3.  前記第一加熱温度は、前記第一金属の融点よりも高く、かつ前記第二金属の融点よりも低いことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  4.  前記金属容器は前記第一金属及び前記第二金属を含み、
     前記金属容器のうち、前記第一金属は3重量%~10重量%で含まれ、前記第二金属は90重量%~97重量%で含まれることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  5.  前記第一金属は金であり、前記第二金属はプラチナであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  6.  前記ガラス材料は、SiOの含有量が49.5mol%~64.3mol%の範囲内にあり、Alの含有量が3.7mol%~14.8mol%の範囲内にあり、Bの含有量が8.4mol%~17.9mol%の範囲内にあり、ZnOの含有量が3.9mol%~14.2mol%の範囲内にあり、アルカリ土類金属の酸化物の含有量が7.4mol%~12.9mol%の範囲内にあり、
     前記第一時間は1時間~3時間であり、
     前記第一加熱温度は1350℃以上1700℃以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  7.  半導体層と、
     前記半導体層に設けられたガラス膜と、
     を備え、
     前記半導体層は分散した金を含み、
     前記半導体層は、前記ガラス膜から拡散された金によってライフタイムコントロールされることを特徴とする半導体装置。
     
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