説明

PN接合ダイオード装置及びその製造方法

【課題】より小型が可能なPN接合ダイオード装置及びその製造方法を提供することにある。
【解決手段】PN接合ダイオードのカソード電極22及びアノード電極23を共に、シリコン基板10の一方の主面に形成することにより、カソード電極22及びアノード電極23とをリードフレーム26に、ワイヤー等で接続することなく、接着することを可能にする。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、PN接合ダイオード装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、PN接合ダイオードとしてn型の半導体基体の第1の主面側に高濃度p型半導体領域を形成する一方、この高濃度p型半導体領域から離れるようにして、第2の主面側に高濃度n型半導体領域を形成したものがある。この種のPN接合ダイオードは、製造方法が比較的簡易なこともあって、一般に広く用いられている。このPN接合ダイオードにおいては、ダイオードの種類としてメサ型ダイオード、反転防止型ダイオード等があるが、いずれも一方の主面に形成された高濃度p型半導体領域上にアノード電極を、他方の主面に形成された高濃度n型半導体領域にカソード電極を形成している(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
このように半導体基体の両主面に電極を形成しているため、リードフレームを備えたパッケージにダイオードを配置し、配線する場合は、一方の主面の電極から金等のワイヤーを使用して、インナーリード部等と接続する。反転防止型シリコンダイオード装置を例にとり、図6を用いて説明する。シリコン基板60はパッケージ66に収められている。シリコン基板60においては、その第1の主面側に第1の高濃度n型半導体領域61が形成されており、また、領域61の上にはカソード電極62が形成されている。また、第2の主面側に、高濃度P型半導体領域64及び領域64から離れて第2の高濃度n型半導体領域である反転防止層63が形成されている。この反転防止層63によって、高濃度p型半導体領域64からの基板表面リーク電流は抑制される。また、高濃度p型半導体領域64上にアノード電極65が形成されている。
【0004】
このように構成されたシリコンチップ60aにおいては、カソード電極62がリードフレーム67の上に接着するように実装されている。一方、アノード電極65には金ワイヤー69が金ボール68によって接着され、金ワイヤー69が、更にもう一方のリードフレーム67に接続されている。パッケージ66内のシリコンチップ66aは図示しない樹脂で封止されており、更に、パッケージの外枠70によって覆われ、保護されている。
【0005】
【特許文献1】
特許第3,313,566号公報(第4頁、図4)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このようなPN接合ダイオード装置の用途を拡大するうえで、より一層の小型化が要求されており、外形の高さや幅を更に縮小することが課題となっている。
【0007】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、より一層の小型化が可能なPN接合ダイオード装置及びその製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の第1の発明は、n型半導体で構成される第1の半導体基体の第1の主面側に第1の高濃度n型半導体領域を形成する工程と、前記第1の半導体基体の第1の主面と、少なくとも第1の主面側に第2の高濃度n型半導体領域が形成されている第2の半導体基体の前記第1の主面とを接着して半導体基板を形成する工程と、前記第1の半導体基体の第2の主面側に高濃度p型半導体領域を形成する工程と、前記第1の半導体基体の第2の主面側に、前記高濃度p型半導体領域から離れて、且つ前記第1の高濃度n型半導体領域と接続する第3の高濃度n型半導体領域を形成する工程と、前記高濃度p型半導体領域上及び前記第3の高濃度n型半導体領域上にそれぞれ電極を形成する工程とを有することを特徴とする。
【0009】
また、第2の発明は、n型半導体基板の第1の主面側の一部に第1の高濃度n型半導体領域を形成する工程と、前記半導体基板の第1の主面側に、前記第1の高濃度n型半導体領域より浅く第2の高濃度n型半導体領域を形成する工程と、前記半導体基板の第2の主面側に高濃度p型半導体領域を形成する工程と、前記半導体基板の第2の主面側の前記高濃度p型半導体領域から離れて、且つ前記第1の高濃度n型半導体領域と接続する第3の高濃度n型半導体領域を形成する工程と、前記高濃度p型半導体領域及び前記第3の高濃度n型半導体領域上にそれぞれ電極を形成する工程とを有することを特徴とすることを特徴とする。
【0010】
本発明の第1の発明及び第2の発明によれば、同じ主面上に高濃度p型半導体領域及び前記第3の高濃度n型半導体領域が存在することにより、それぞれの電極を同じ主面側でパッケージのリードフレームに接着して接続することが可能になる。従って、小型化が可能なPN接合ダイオード装置の製造方法を提供することができる。
【0011】
更に、本発明の第3の発明は、n型半導体基板と、前記半導体基板の第1の主面側に形成された高濃度p型半導体領域と、前記半導体基板の前記高濃度p型半導体領域から離れて前記第1の主面側に形成された第3の高濃度n型半導体領域と、前記高濃度p型半導体領域及び第3の高濃度n型半導体領域から離れ、且つ前記半導体基板に形成された第2の高濃度n型半導体領域と、前記高濃度p型半導体領域から離れ、且つ前記第3の高濃度n型半導体領域及び前記第2の高濃度n型半導体領域と接続し、前記半導体基板に形成された第1の高濃度n型半導体領域と、前記高濃度p型半導体領域上及び前記第3の高濃度n型半導体領域上にそれぞれ形成された電極とを有することを特徴とする。
【0012】
本発明によれば、同じ主面上に高濃度p型半導体領域及び前記第3の高濃度n型半導体領域が存在することにより、それぞれの電極を同じ主面側でパッケージのリードフレームに接着して接続することが可能になる。従って、小型化が可能なPN接合ダイオード装置を提供することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【0014】
(第1の実施の形態)
図1及び図2は本発明によるPN接合ダイオード装置の製造方法の第1の実施の形態を工程順に示す断面図である。また、図2(f)は本発明によるPN接合ダイオード装置の第1の実施の形態を示す断面図である。
【0015】
先ず、図1(a)に示すように半導体基体としてn型シリコン基板10を用意する。次に、後の不純物拡散のマスクとして、CVD法を用いて第1のシリコン酸化膜11をn型シリコン基板10の上に形成し、続いてリソグラフィ法とエッチング法を用いてパターニングする。更に、その上に第1の燐添加シリコン酸化膜12をCVD法で形成した後、n型不純物の外方拡散を防止するため、第1のキャップ膜12aをCVD法で形成する。次に、熱処理を行って、燐をn型シリコン基板10の中に拡散させ、第1の高濃度n型半導体領域13を形成する。
【0016】
続いて、n型シリコン基板10の上の、第1のキャップ膜12a、第1の燐添加シリコン酸化膜12及び第1のシリコン酸化膜11をウェットエッチングで除去する。次に、高濃度n型シリコン基板14を用意し、図1(b)に示すように、n型シリコン基板10の高濃度n型半導体領域13を形成した主面と高濃度n型シリコン基板14の一方の主面とを、両方の表面のシリコン原子が化学的に結合するように、貼り合せ法によって接着させる。更に、n型シリコン基板10のn層全面が露出している主面側からn型シリコン基板10を研削することによって、研削層10aを除去し、貼り合せシリコン基板15を形成する。
【0017】
次に、図1(c)に示すように、貼り合せシリコン基板15のn層が全面に露出している主面の上に、後の不純物拡散のマスクとして、CVD法を用いて第2のシリコン酸化膜16を形成し、続いてリソグラフィ法とエッチング法を用いてパターニングする。次に、ボロン添加シリコン酸化膜17をCVD法で形成した後、p型不純物の外方拡散を防止するため、第2のキャップ膜17aをCVD法で形成する。更に、熱処理を行って、ボロンを貼り合せシリコン基板15の中に拡散させ、高濃度p型半導体領域18を形成する。この時、高濃度n型シリコン基板14の部分であった第2の高濃度n型半導体領域14aからn型不純物がn型シリコン基板10に拡散し、しみ出し層14bが形成される。続いて、第2のキャップ膜17a、ボロン添加シリコン酸化膜17及び第2のシリコン酸化膜16をウェットエッチングで除去する。
【0018】
次に、図1(d)に示すように、後の不純物拡散のマスクとして、CVD法を用いて、貼り合せシリコン基板15における高濃度p型半導体領域18を形成した主面側の上に第3のシリコン酸化膜19を形成し、続いてリソグラフィ法とエッチング法を用いてパターニングする。更に、その上に第2の燐添加シリコン酸化膜20をCVD法で形成した後、n型不純物の外方拡散を防止するため、第3のキャップ膜20aをCVD法で形成する。更に、熱処理を行って、燐を貼り合せシリコン基板15の中に拡散させ、燐が第1の高濃度n型半導体領域13まで届くように、第3の高濃度n型半導体層21を形成する。この時、第1の高濃度n型半導体領域13が存在することによって、第3の高濃度n型半導体領域21の深さが比較的浅くて良いため、しみ出し層14bの更なる拡散は少なく抑制される。続いて、貼り合せシリコン基板15の上の、第3のキャップ膜20a、第2の燐添加シリコン酸化膜20及び第3のシリコン酸化膜19をウェットエッチングで除去する。
【0019】
次に、図2(e)に示すように、貼り合せシリコン基板15の高濃度p型半導体領域18を形成した主面側の上に、スパッタ法或いは蒸着法によるCr−Ni−Ag膜の成膜と、リソグラフィ法、リフトオフ法、エッチング法等によるパターニングを行って、カソード電極22及びアノード電極23を形成し、PN接合ダイオードを完成させる。
【0020】
貼り合せシリコン基板15に複数のPN接合ダイオードが形成されている場合には、次に、図示しないが、貼り合せシリコン基板15を、例えばダイヤモンドブレードによりダイシングし、シリコンチップ24に分割する。続いて、分割したシリコンチップ24を図2(f)に示すように、パッケージ25に配置する。
即ち、電極22、23がリードフレーム26の部分26a、26bに接着するようにシリコンチップ24をマウントし、図示しない樹脂でシリコンチップ24を封止し、更に保護用としてパッケージの外枠27を被せてPN接合ダイオード装置が完成する。
【0021】
本実施の形態によれば、PN接合ダイオードのカソード電極22及びアノード電極23を共に、貼り合せシリコン基板15の一方の主面に形成することにより、小型化が可能になる。特に、電極とリードフレームをワイヤー等で接続することなく、接着することが可能になる。このため、PN接合ダイオードを小型なパッケージに実装可能になる。また、一方の主面の高濃度n型不純物領域と他方の主面の高濃度n型半導体領域を接続する熱処理を抑えることにより、しみ出し層14bを小さくし、PN接合ダイオードの容量及び抵抗を小さく抑えることができる。
【0022】
(第2の実施の形態)
図3は本発明によるPN接合ダイオード及びその製造方法の第2の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態では、第1の実施の形態とパッケージの形態が異なり、更に、小型化が可能になる。第2の実施の形態では、第1の実施の形態による図1(a)〜(d)及び図2(e)までのPN接合ダイオードを形成する工程までは同じである。即ち、不純物導入及び貼り合せ法によるn型シリコン基板と高濃度n型シリコン基板の接着を経て、アノード電極及びカソード電極を形成し、更に、貼り合せシリコン基板をダイシングし、シリコンチップに分割する。
【0023】
その後、本実施の形態では、図3に示すように、シリコンチップ24を、パッケージ25におけるパッケージ基板25aに同一化されて形成してあるリードフレーム25bの部分25c、25dにカソード電極22及びアノード電極23が接着するようにマウントし、図示しない樹脂で封止し、パッケージの外枠27を被せてPN接合ダイオード装置が完成する。
【0024】
本実施の形態によれば、PN接合ダイオードのアノード電極22及びカソード電極23を共に、貼り合せシリコン基板15の第1の主面に形成すること、及びパッケージ基板25aに同一化して形成してあるリードフレーム25bを用いることによって、ワイヤー等で接続することなく、より小型化が可能ななPN接合ダイオードが得られる。
【0025】
(第3の実施の形態)
図4及び図5は本発明によるPN接合ダイオード装置の製造方法の第3の実施の形態を示す断面図である。また、図5(f)は本発明によるPN接合ダイオード装置の第3の実施の形態を示す断面図である。
【0026】
先ず、図4(a)に示すように半導体基体としてn型シリコン基板30を用意する。次に、後の不純物拡散のマスクとして、CVD法を用いて第1のシリコン酸化膜31をn型シリコン基板30の上に形成し、続いてリソグラフィ法とエッチング法を用いてパターニングする。更に、その上に第1の燐添加シリコン酸化膜32をCVD法で形成した後、n型不純物の外方拡散を防止するため、第1のキャップ膜33をCVD法で形成する。次に、熱処理を行って、燐をn型シリコン基板30の中に拡散させ、第1の高濃度n型半導体領域34を形成する。
【0027】
続いて、n型シリコン基板30の上の、第1のキャップ膜33、第1の燐添加シリコン酸化膜32及び第1のシリコン酸化膜31をウェットエッチングで除去する。
【0028】
次に、図4(b)に示すように、n型シリコン基板30の全面に第2の燐添加シリコン酸化膜35をCVD法で形成した後、n型不純物の外方拡散を防止するため、第2のキャップ膜36をCVD法で形成する。次に、熱処理を行って、燐をn型シリコン基板30の中に拡散させ、第2の高濃度n型半導体領域37を形成する。この時、第1の高濃度n型半導体領域34の燐は更に基板中に深く拡散する。
【0029】
次に、図4(c)に示すように、n型シリコン基板30のn型半導体層が露出している主面の上に、後の不純物拡散のマスクとして、CVD法を用いて第2のシリコン酸化膜38を形成し、続いてリソグラフィ法とエッチング法を用いてパターニングする。続いて、ボロン添加シリコン酸化膜39をCVD法で形成した後、p型不純物の外方拡散を防止するため、第3のキャップ膜40をCVD法で形成する。更に、熱処理を行って、ボロンをn型シリコン基板30の中に拡散させ、高濃度p型半導体層41を形成する。この時、第2の高濃度n型半導体領域37からn型半導体層に燐が拡散し、しみ出し層42を形成する。続いて、第3のキャップ膜40、ボロン添加シリコン酸化膜39及び第2のシリコン酸化膜38をウェットエッチングで除去する。
【0030】
更に、図4(d)に示すように、後の不純物拡散のマスクとして、CVD法を用いて第3のシリコン酸化膜43をn型シリコン基板30の高濃度n型半導体領域41を形成した主面側の上に形成し、続いてリソグラフィ法とエッチング法を用いてパターニングする。更に、その上に第3の燐添加シリコン酸化膜44をCVD法で形成した後、n型不純物の外方拡散を防止するため、第4のキャップ膜45をCVD法で形成する。更に、熱処理を行って、燐が第1の高濃度n型半導体領域34まで届くように、燐をn型シリコン基板30の中に拡散させ、第3の高濃度n型半導体領域46を形成する。続いて、n型シリコン基板30上の第4のキャップ膜45、第3の燐添加シリコン酸化膜44及び第3のシリコン酸化膜43をウェットエッチングで除去する。
【0031】
次に、図5(e)に示すように、n型シリコン基板30の高濃度p型半導体領域41を形成した主面側の上に、スパッタ法或いは蒸着法によるCr−Ni−Ag膜の成膜と、リソグラフィ法、リフトオフ法、エッチング法等によるパターニングを行って、カソード電極47及びアノード電極48を形成し、PN接合ダイオードを完成させる。
【0032】
n型シリコン基板30に複数のPN接合ダイオードが形成されている場合には、次に、図示しないが、n型シリコン基板30を、例えばダイヤモンドブレードによりダイシングし、シリコンチップ49に分割する。続いて、分割したシリコンチップ49を図5(f)に示すようにパッケージ50に配置する。即ち、電極47、48がリードフレーム51の部分51a、51bに接着するようにシリコンチップ49をマウントし、図示しない樹脂でシリコンチップ49を封止し、更に保護用としてパッケージの外枠27を被せてPN接合ダイオード装置が完成する。
【0033】
本実施の形態によれば、PN接合ダイオードのカソード電極47アノード電極48及びアノード電極48を共に、シリコン基板30の第1の主面に形成することにより、小型化を達成できる。特に、電極47、48とリードフレーム51をワイヤー等で接続することなく、直接に接着することが可能になる。このため、小型化が可能なPN接合ダイオード装置が得られる。
【0034】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、例えば、半導体基体としてはシリコン基板だけでなく、化合物半導体であっても良い。また、不純物導入方法は拡散法だけでなく、イオン注入法でも良く、不純物種も燐、ボロンに限るものではない。電極材料はAl、Cu、Au等をベースにしても良い。その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【0035】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、PN接合ダイオードのアノード電極及びカソード電極を共に、シリコン基板の第1の主面に形成することにより、小型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるPN接合ダイオード装置の製造方法の第1の実施の形態を工程順に示す断面図。
【図2】本発明によるPN接合ダイオード装置の製造方法の第1の実施の形態を工程順に示す断面図。
【図3】本発明によるPN接合ダイオード装置の製造方法の第2の実施の形態を工程順に示す断面図。
【図4】本発明によるPN接合ダイオード装置の製造方法の第3の実施の形態を工程順に示す断面図。
【図5】本発明によるPN接合ダイオード装置の製造方法の第3の実施の形態を工程順に示す断面図。
【図6】従来例を示す断面図。
【符号の説明】
10、30、60 n型シリコン基板
10a 研削層
11、31 第1のシリコン酸化膜
12、32 第1の燐添加シリコン酸化膜
12a、33 第1のキャップ膜
13、34 第1の高濃度n型半導体領域
14 高濃度n型シリコン基板
14a、37 第2の高濃度n型半導体領域
14b、42、61a しみ出し層
15 貼り合せシリコン基板
16、38 第2のシリコン酸化膜
17、39 ボロン添加シリコン酸化膜
17a、36 第2のキャップ膜
18、41、64 高濃度p型半導体領域
19、43 第3のシリコン酸化膜
20、35 第2の燐添加シリコン酸化膜
20a、40 第3のキャップ膜
21、46 第3の高濃度n型半導体領域
22、47 カソード電極
23、48、65 アノード電極
24、49、60a シリコンチップ
25、50、66 パッケージ
25a、50a、66a パッケージ基板
26、25b、51、67 リードフレーム
26a、26b、25c、25d、51a、51b リードフレームの部分
27、52、70 外枠
44 第3の燐添加シリコン酸化膜
45 第4のキャップ膜
61 高濃度n型半導体領域
63 反転防止層
68 金ボール
69 金ワイヤー

【特許請求の範囲】
【請求項1】
n型半導体で構成される第1の半導体基体の第1の主面側に第1の高濃度n型半導体領域を形成する工程と、
前記第1の半導体基体の第1の主面と、少なくとも第1の主面側に第2の高濃度n型半導体領域が形成されている第2の半導体基体の前記第1の主面とを接着して半導体基板を形成する工程と、
前記第1の半導体基体の第2の主面側に高濃度p型半導体領域を形成する工程と、
前記第1の半導体基体の第2の主面側に、前記高濃度p型半導体領域から離れて、且つ前記第1の高濃度n型半導体領域と接続する第3の高濃度n型半導体領域を形成する工程と、
前記高濃度p型半導体領域上及び前記第3の高濃度n型半導体領域上にそれぞれ電極を形成する工程とを有することを特徴とするPN接合ダイオード装置の製造方法。
【請求項2】
n型半導体基板の第1の主面側の一部に第1の高濃度n型半導体領域を形成する工程と、
前記半導体基板の第1の主面側に、前記第1の高濃度n型半導体領域より浅く第2の高濃度n型半導体領域を形成する工程と、
前記半導体基板の第2の主面側に高濃度p型半導体領域を形成する工程と、
前記半導体基板の第2の主面側の前記高濃度p型半導体領域から離れて、且つ前記第1の高濃度n型半導体領域と接続する第3の高濃度n型半導体領域を形成する工程と、
前記高濃度p型半導体領域及び前記第3の高濃度n型半導体領域上にそれぞれ電極を形成する工程とを有することを特徴とするPN接合ダイオード装置の製造方法。
【請求項3】
前記高濃度p型半導体領域上及び前記第3の高濃度n型半導体領域上に電極を形成する工程の後に、前記第1の半導体基体の第2の主面側をリードフレームに対向させ、前記電極を前記リードフレームに接着させる工程を有することを特徴とする請求項1に記載するPN接合ダイオード装置の製造方法。
【請求項4】
前記高濃度p型半導体領域上及び前記第3の高濃度n型半導体領域上に電極を形成する工程の後に、前記n型半導体基板の第2の主面側をリードフレームに対向させ、前記電極を前記リードフレームに接着させる工程を有することを特徴とする請求項2に記載するPN接合ダイオード装置の製造方法。
【請求項5】
前記リードフレームはパッケージ基板と同一化して形成されていることを特徴とする請求項3及び請求項4に記載するPN接合ダイオード装置の製造方法。
【請求項6】
n型半導体基板と、
前記半導体基板の第1の主面側に形成された高濃度p型半導体領域と、
前記半導体基板の前記高濃度p型半導体領域から離れて前記第1の主面側に形成された第3の高濃度n型半導体領域と、
前記高濃度p型半導体領域及び第3の高濃度n型半導体領域から離れ、且つ前記半導体基板に形成された第2の高濃度n型半導体領域と、
前記高濃度p型半導体領域から離れ、且つ前記第3の高濃度n型半導体領域及び前記第2の高濃度n型半導体領域と接続し、前記半導体基板に形成された第1の高濃度n型半導体領域と、
前記高濃度p型半導体領域上及び前記第3の高濃度n型半導体領域上にそれぞれ形成された電極とを有することを特徴とするPN接合ダイオード装置。
【請求項7】
前記電極を接着するリードフレームを有するパッケージを具備したことを特徴とする請求項6に記載するPN接合ダイオード装置。
【請求項8】
前記リードフレームは前記パッケージが有するパッケージ基板に同一化して形成されていることを特徴とする請求項7に記載するPN接合ダイオード装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2004−259907(P2004−259907A)
【公開日】平成16年9月16日(2004.9.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2003−48523(P2003−48523)
【出願日】平成15年2月26日(2003.2.26)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】