特許 7165312 半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-26

(45)【発行日】2022-11-04

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/47 20060101AFI20221027BHJP

   H01L 29/872 20060101ALI20221027BHJP

   H01L 21/329 20060101ALI20221027BHJP

   H01L 29/24 20060101ALI20221027BHJP

【ＦＩ】

H01L29/48 D

H01L29/86 301D

H01L29/86 301P

H01L29/24

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2016183549

(22)【出願日】2016-09-20

(65)【公開番号】P2018049893

(43)【公開日】2018-03-29

【審査請求日】2019-09-17

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】511187214

【氏名又は名称】株式会社ＦＬＯＳＦＩＡ

(72)【発明者】

【氏名】徳田 梨絵

(72)【発明者】

【氏名】織田 真也

(72)【発明者】

【氏名】人羅 俊実

【審査官】早川 朋一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２１２４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１２３７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２４２７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０３７２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８１９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１３５６１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２８－２１／２８８

Ｈ０１Ｌ ２１／４４－２１／４４５

Ｈ０１Ｌ ２９／４０－２９／５１

Ｈ０１Ｌ ２９／８６１－２９／８８５

Ｈ０１Ｌ ２１／３２９

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ２９／７３９

Ｈ０１Ｌ ２１／３３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも、基板上に形成された半導体層上に第１の電極を形成する第１電極形成工程と、前記半導体層の第１の電極が形成されていない表面の一部又は全部に第２の電極を形成する第２電極形成工程とを含む半導体装置の製造方法であって、第１電極形成工程の後に、前記半導体層と第１の電極とを樹脂で封止した後、前記基板を前記半導体層から除去し、ついで、第２電極形成工程を行い、
前記基板は、サファイア基板であり、
前記半導体層は、コランダム構造を有し、少なくともガリウムを含有する酸化物半導体を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記樹脂が、熱硬化性樹脂である請求項１記載の製造方法。

【請求項3】

前記半導体層が、前記酸化物半導体を主成分として含む請求項１又は２に記載の製造方法。

【請求項4】

第２の電極を、前記半導体層の、第１の電極と反対側の表面の一部又は全部に形成する請求項１～３のいずれかに記載の製造方法。

【請求項5】

第１の電極がショットキー電極である請求項１～４のいずれかに記載の製造方法。

【請求項6】

第２の電極がオーミック電極である請求項１～５のいずれかに記載の製造方法。

【請求項7】

請求項１～６のいずれかに記載の製造方法により製造された半導体装置。

【請求項8】

半導体装置を備えている半導体システムであって、前記半導体装置が請求項７記載の半導体装置である半導体システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、新規な半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子機器等に用いられる半導体装置を製造する際には、樹脂を用いた封止技術が一般に用いられる。一方、電子機器等に用いられる半導体チップは小型化とともに大容量化の傾向にあり、半導体チップの放熱の問題が深刻になっており、半導体チップの性能を十分に満足させるためには放熱性能を向上させかつ実装の信頼性の高い樹脂封止タイプの半導体装置の要求が高まっている。

【0003】

従来より、半導体装置を樹脂で封止してなる実装済みの半導体装置が知られている。従来の実装済みの半導体装置は、素子搭載部とリード部を有するリードフレームの素子搭載部上に、半導体装置を接着剤などを用いて固着し、ボンディングワイヤをボンディングすることにより半導体装置の接続電極である金属バンプとリードフレームのリード部とを電気的に接続している。その後、モールド樹脂により半導体装置、ボンディングワイヤ等を封止することにより、所定形状の実装済みの半導体装置が形成される。

【0004】

特許文献１では、半導体基板、Ｉ層及びｐ型半導体領域を有するＰＩＮダイオードの実装品の製造において、ｐ型半導体領域に接続する第１電極を形成し、Ｎ層としての半導体基板に接続する第２電極を形成することで、ＰＩＮダイオードを作製後、ダイボンディング、ワイヤボンディングを行い、その後、モールド工程を行うことにより、ＰＩＮダイオード及びボンディングワイヤの樹脂封止を行っている。また、特許文献２では、平板状の半導体の一方の面側に第１の電極としてのアノード電を形成し、他方の面側に第２の電極としてのカソード電極を形成したダイオードの各電極に半田を介してリードフレーム端子を固定した後、樹脂で封止することにより実装済みの半導体装置を製造し、複数のダイオードを同時に樹脂にて封止することによって生産性を向上させている。しかしながら、特許文献１または特許文献２に記載の製造方法では、第１電極を形成した後、そのまま第２電極の形成等を行うため、第２電極の形成等の際に発生する熱や圧力などによって、半導体層と第１電極との密着性が低下し、半導体装置の電気特性や信頼性に悪影響を及ぼすなどの問題があった。さらに、樹脂封止の際に樹脂が十分に充填されずに、未充填やボイドが発生し、信頼性に支障をきたすという問題もあった。

【0005】

そのため、半導体層と電極との界面に悪影響を及ぼすことなく、電気特性が良好であり、信頼性に優れた半導体装置を作製することのできる、工業上有用な製造方法が待ち望まれていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００７－２５０８１３号公報

【文献】特開２００７－３１１５１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、工業的有利に、電気特性が良好であり、信頼性に優れた半導体装置を製造できる方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、少なくとも、基板上に形成された半導体層上に第１の電極を形成する第１電極形成工程と、前記半導体層の第１の電極が形成されていない表面の一部又は全部に第２の電極を形成する第２電極形成工程とを含む半導体装置の製造方法において、第１電極形成工程の後に、前記半導体層と第１の電極とを樹脂で封止した後、前記基板を前記半導体層から除去し、ついで、第２電極形成工程を行うと、工業的有利に、第１の電極と半導体層の密着性に優れ、さらに、電気特性が良好であり、信頼性に優れた半導体装置を作製できることを見出し、このような製造方法が上記した従来の問題を一挙に解決できるものであることを知見した。また、このような製造方法によれば、半導体層として、例えば、酸化ガリウム等のように、下地基板からの剥離が困難な半導体材料を用いた場合であっても、第１の電極を形成後、半導体層を、基板から容易に剥離することができることを見出した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至った。

【0009】

すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
［１］ 少なくとも、基板上に形成された半導体層上に第１の電極を形成する第１電極形成工程と、前記半導体層の第１の電極が形成されていない表面の一部又は全部に第２の電極を形成する第２電極形成工程とを含む半導体装置の製造方法であって、第１電極形成工程の後に、前記半導体層と第１の電極とを樹脂で封止した後、前記基板を前記半導体層から除去し、ついで、第２電極形成工程を行うことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
［２］ 前記樹脂が、熱硬化性樹脂である前記［１］記載の製造方法。
［３］ 前記半導体層が、酸化物半導体を主成分として含む前記［１］又は［２］に記載の製造方法。
［４］ 前記酸化物半導体が、アルミニウム、インジウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属を含む前記［３］記載の製造方法。
［５］ 前記酸化物半導体が、コランダム構造を有する前記［３］又は［４］のいずれかに記載の製造方法。
［６］ 第２の電極を、前記半導体層の、第１の電極と反対側の表面の一部又は全部に形成する前記［１］～［５］のいずれかに記載の製造方法。
［７］ 第１の電極がショットキー電極である前記［１］～［６］のいずれかに記載の製造方法。
［８］ 第２の電極がオーミック電極である前記［１］～［７］のいずれかに記載の製造方法。
［９］ 前記［１］～［８］のいずれかに記載の製造方法により製造された半導体装置。
［１０］ 半導体装置を備えている半導体システムであって、前記半導体装置が前記［９］記載の半導体装置である半導体システム。

【発明の効果】

【0010】

本発明の製造方法によれば、工業的有利に、電気特性が良好であり、信頼性に優れた半導体装置を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例においてｎ＋型半導体層の形成に用いたミストＣＶＤ装置の概略構成図である。

【図2】実施例においてｎ－型半導体層の形成に用いたミストＣＶＤ装置の概略構成図である。

【図3】本発明のショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。

【図4】本発明のショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。

【図5】電源システムの好適な一例を模式的に示す図である。

【図6】システム装置の好適な一例を模式的に示す図である。

【図7】電源装置の電源回路図の好適な一例を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に形成された半導体層上に第１の電極を形成する第１電極形成工程と、前記半導体層の第１の電極が形成されていない表面の一部又は全部に第２の電極を形成する第２電極形成工程とを含む半導体装置の製造方法であって、第１電極形成工程の後に、前記半導体層と第１の電極とを樹脂で封止した後、前記基板を前記半導体層から除去し、ついで、第２電極形成工程を行うことを特長とする。なお、前記半導体装置は、実装前であっても、実装後であってもよい。

【0013】

（第１電極形成工程）
第１電極形成工程では、前記半導体層上に、第１の電極を形成する。前記半導体層は、半導体を含む層であれば特に限定されず、公知のものであってもよい。前記半導体層としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムのような元素単体、周期表の第１３族～第１５族の元素を有する化合物、金属酸化物、金属硫化物、金属セレン化物、または金属窒化物等を含む半導体層が挙げられる。周期表の第１３族～第１５族の元素を有する化合物としては、例えば、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等が挙げられる。前記金属酸化物としては、例えば、チタンの酸化物（酸化チタン）、スズの酸化物、亜鉛の酸化物、鉄の酸化物、タングステンの酸化物、ジルコニウムの酸化物、ハフニウムの酸化物、ストロンチウムの酸化物、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブの酸化物又はタンタルの酸化物等が挙げられる。前記金属硫化物としては、例えば、カドミウムの硫化物、亜鉛の硫化物、鉛の硫化物、銀の硫化物、アンチモン又はビスマスの硫化物等が挙げられる。前記金属セレン化物としては、例えば、カドミウム又は鉛のセレン化物、ガリウム－ヒ素又は銅－インジウムのセレン化物等が挙げられる。前記金属窒化物としては、例えば、ガリウムの窒化物、チタンの窒化物等が挙げられる。前記半導体層の厚さは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されないが、５ｎｍ～５００μｍであるのが好ましく、１０ｎｍ～１００μｍであるのがより好ましい。また、前記半導体層は、単層であってもよいし、２層以上であってもよい。また、前記半導体層は、ｎ＋型半導体層、ｎ－型半導体層、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層のいずれであってもよい。本発明においては、前記半導体層が、２層以上であるのが好ましく、ｎ＋型半導体層、ｎ－型半導体層及びｎ型半導体層から選ばれる１種又は２種以上であるのも好ましく、２層以上であり、ｎ＋型半導体層、ｎ－型半導体層及びｎ型半導体層から選ばれる２種以上であるのがより好ましい。前記半導体層の形成手段は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の手段であってよい。前記形成手段としては、例えば、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ法、ミストＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法またはパルス成長法などが挙げられるが、本発明においては、前記形成手段が、ミストＣＶＤ法であるのが好ましい。

【0014】

本発明においては、前記半導体層が、酸化物半導体を主成分として含むのが好ましい。前記酸化物半導体は、インジウム、ガリウムまたはアルミニウムを含むのが、より半導体特性に優れた半導体装置が得られるので、好ましく、ＩｎＡｌＧａＯ系半導体を含むのがより好ましく、ガリウムを少なくとも含むのが最も好ましい。なお、「主成分」とは、例えば結晶性酸化物半導体がα―Ｇａ_２Ｏ_３である場合、膜中の金属元素中のガリウムの原子比が０．５以上の割合でα―Ｇａ_２Ｏ_３が含まれていればそれでよい。本発明においては、前記膜中の金属元素中のガリウムの原子比が０．７以上であることが好ましく、０．８以上であるのがより好ましい。

【0015】

前記半導体層は、基板付きのものであってもよいし、基板から剥離されたものであってもよいが、本発明においては、前記半導体層として、基板付きの半導体層を用いて、前記半導体装置として縦型の素子（縦型デバイス）を製造するのが、より信頼性に優れた半導体装置を得ることができるため、好ましい。

【0016】

第１の電極は、導電性を有するものであって、電極として機能するものであれば、特に限定されず、公知の電極であってよい。第１の電極を構成する材料としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｄ、ＮｄもしくはＡｇ等の金属またはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の導電性金属酸化物、ポリアニリン、ポリチオフェン又はポリピロ－ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物などが挙げられるが、本発明においては、第１の電極が、金属または導電性金属酸化物を含むのが好ましい。また、本発明においては、第１の電極が、ショットキー電極であるのが好ましい。第１の電極がショットキー電極である場合には、第１の電極が、周期律表第４族、第６族、第１１族又は第１３族の金属を含むのが好ましい。周期律表第４族の金属としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）などが挙げられるが、中でもＴｉが好ましい。周期律表第６族の金属としては、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、などが挙げられるが、中でもＣｒ、Ｍｏが好ましい。周期律表第１１族の金属としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などが挙げられるが、中でもＡｕが好ましい。周期律表第１３族の金属としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などが挙げられるが、中でもＡｌが好ましい。例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などが挙げられるが、中でもＡｕが好ましい。また、第１の電極は、さらに他の金属を含んでいてもよく、他の金属としては、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されないが、好適には例えば、周期律表第１０族の金属（Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ）などが挙げられ、より好適にはＰｔが挙げられる。また、第１の電極は単層であってもよいし、２以上の層を含んでいてもよい。

【0017】

第１の電極の厚さは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されないが、１０ｎｍ～１００μｍであるのが好ましく、１０ｎｍ～１０μｍであるのがより好ましい。

【0018】

第１の電極の形成手段は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の手段を用いることができる。第１の電極の形成手段としては、例えば、ミストＣＶＤ法、スパッタ法やＣＶＤ法（気相成長法）、ＳＰＤ法（スプレー熱分解堆積法）、蒸着法などが挙げられる。

【0019】

前記半導体層上に第１の電極を形成した後、前記半導体層と第１の電極とを樹脂で封止する。より具体的には、前記半導体層上に第１の電極を形成した後、前記半導体層の一部又は全部と第１の電極の一部又は全部とを樹脂で封止する。本発明においては、半導体層の樹脂封止部分が、第１の電極が形成されている側の半導体層表面の一部又は全部であるのが好ましく、第１の電極が形成されている側の半導体層表面の全部であるのがより好ましい。第１の電極の樹脂封止部分は、半導体層が形成されている側の第１の電極表面を含むのが好ましく、半導体層が形成されている側の第１の電極表面とその側面を含むのがより好ましく、第１の電極の全ての露出面であるのが最も好ましい。なお、第１の電極の樹脂封止部分が、第１の電極の全ての露出面である場合には、樹脂封止後、研磨等により、第１の電極の一部又は全部を露出させるのが好ましい。

【0020】

前記樹脂は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、半導体装置の封止に使用される公知の樹脂であってよい。本発明においては、前記樹脂が熱硬化性樹脂であるのが好ましい。前記熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂等、又はこれらの１種又は２種以上、又はこれらの混合物などが挙げられる。本発明においては、前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂又は変性エポキシ樹脂であるのが好ましい。前記変性エポキシ樹脂としては、例えば、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦノボラック型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリアジン骨格含有エポキシ樹脂、フルオレン骨格含有エポキシ樹脂、トリフェノールフェノールメタン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、キシリレン型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、多官能フェノール類及びアントラセン等の多環芳香族類のジグリシジルエーテル化合物およびこれらにリン化合物を導入したリン含有エポキシ樹脂等、又はこれらの１種又は２種以上、又はこれらの混合物などが挙げられる。また、本発明においては、前記樹脂として、上記例示した樹脂以外の樹脂を目的に応じて上記例示した樹脂と一定量併用してもよい。

【0021】

前記樹脂の厚みは１０μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ～３０００μｍであることがより好ましい。１０μｍ以上であれば封止するのに充分な厚さであり、薄すぎることによる充填性の不良が生じることを抑制できるため好ましい。また、前記樹脂の厚みの上限は、特に限定されず、第１の電極を前記樹脂で埋めた後、硬化させてもよいが、この場合には、通常、硬化後、第１の電極の一部又は全部を研磨等の公知の手段により露出させる。なお、本発明においては、前記樹脂の厚みが３０００μｍ以下であれば、樹脂封止後、研磨等により第１の電極の一部又は全部を露出させることが容易になるため好ましく、１５００μｍ以下がより好ましい。

【0022】

前記樹脂の封止手段は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の封止手段であってよい。前記樹脂の封止手段としては、例えば、含浸（浸漬、塗布、スプレー、樹脂シートの押し付け等）の後、加熱して樹脂を硬化させて封止する手段等が挙げられる。

【0023】

また、本発明においては、前記半導体装置として、縦型デバイスを製造する場合には、前記半導体層の一方の面を第１の電極形成部分及び樹脂封止部分とし、他方の面を第２の電極形成部分とするのが好ましい。また、横型デバイスを製造する場合には、前記半導体層の一方の面を第１の電極形成部分、樹脂封止部分、及び第２の電極形成部分とするのが好ましい。一方の面を第１の電極形成部分、樹脂封止部分、及び第２の電極形成部分とするには、例えば、前記半導体層の一方の面のうち、第２の電極形成部分に保護膜を設けたのち、樹脂封止し、ついで、前記保護膜を除去する手段等が挙げられる。

【0024】

（第２電極形成工程）
第２電極形成工程では、前記樹脂封止工程の後、前記半導体層の第１の電極が形成されていない表面の一部又は全部に第２の電極を形成する。

【0025】

第２の電極は、導電性を有しており、電極として機能するものであれば、特に限定されず、公知の電極であってよい。第２の電極を構成する材料としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｄ、ＮｄもしくはＡｇ等の金属またはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン又はポリピロ－ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物などが挙げられるが、本発明においては、第２の電極が、金属または導電性金属酸化物を含むのが好ましい。また、本発明においては、第２の電極が、オーミック電極であるのが好ましい。第２の電極がオーミック電極である場合には、第２の電極が、周期律表第４族又は第１１族の金属を含むのが好ましい。周期律表第４族または第１１族の金属は、第１の電極に含まれる金属と同様であってよい。また、第２の電極もさらに他の金属を含んでいてもよい。また、第２の電極は単層であってもよいし、２以上の層を含んでいてもよい。また、第２の電極を構成する金属は、合金であってもよい。

【0026】

第２の電極の厚さは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されないが、１０ｎｍ～１００μｍであるのが好ましく、１０ｎｍ～１０μｍであるのがより好ましい。

【0027】

第２の電極の形成手段としては、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の手段を用いることができる。第１の電極の形成手段としては、例えば、ミストＣＶＤ法、スパッタ法やＣＶＤ法（気相成長法）、ＳＰＤ法（スプレー熱分解堆積法）、蒸着法などが挙げられる。

【0028】

本発明においては、基板付きの半導体層上に第１の電極を形成した場合には、そのまま、前記半導体層の、第１の電極が形成されていない表面の一部又は全部に第２の電極を形成してもよいし、前記半導体層を、前記基板から剥離する等の公知の手段を用いた後に、第２の電極を形成してもよい。本発明においては、基板から剥離することが困難な半導体層にも、好適に適用することができ、このような半導体層を用いる場合には、樹脂封止工程後、前記基板を前記半導体層から剥離するのが、簡単且つ容易に、また、前記半導体層と第１の電極との界面に悪影響を与えることなく、前記基板を前記半導体層から剥離することができるので、好ましい。

【0029】

第２の電極の形成部分は、前記半導体層の表面のうち、第１の電極が形成されていない表面の一部又は全部であればそれでよい。本発明においては、第２の電極を、前記半導体層の、第１の電極と反対側の表面の一部又は全部に形成し、前記半導体装置として縦型の素子（縦型デバイス）を製造するのが、より信頼性に優れた半導体装置を得ることができるため、好ましく、前記半導体層が、ワイドバンドギャップ半導体を含むのが、パワーデバイスとしての特性がより優れたものとなるので、より好ましい。

【0030】

また、前記半導体装置は、実装済みの半導体装置であってもよい。実装済みの半導体装置は、第１電極形成工程後に、前記半導体層と第１の電極とを第１の樹脂で封止し、ついで、第２電極形成工程後を行った後、第２の樹脂を用いて第１の樹脂と第２の電極とを封止することにより得られる。ここで、第１の樹脂及び第２の樹脂は、熱硬化性樹脂であるのが好ましく、前記熱硬化性樹脂は、上記熱硬化性樹脂として例示した熱硬化性樹脂と同様であってよい。なお、封止方法は、上記樹脂の封止方法として例示した封止方法と同様であってよい。

【0031】

本発明の製造方法によれば、電気特性が良好であり、信頼性に優れた半導体装置を工業的有利に製造することができる。また、本発明の製造方法によって得られた半導体装置は、様々な用途に有用であり、とりわけ、パワーデバイスに有用である。半導体装置は、電極が半導体層の片面側に形成された横型の素子（横型デバイス）と、半導体層の表裏両面側にそれぞれ電極を有する縦型の素子（縦型デバイス）に分類することができ、本発明においては、前記半導体装置を横型デバイスにも縦型デバイスにも好適に用いることができるが、中でも、縦型デバイスに用いることが好ましい。前記半導体装置としては、例えば、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）、接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または発光ダイオード、これらが搭載されたモジュール、またはこれらを備えた電子機器もしくはその部品などが挙げられる。本発明においては、前記半導体装置が、ＳＢＤ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳＩＴ、ＪＦＥＴまたはＩＧＢＴ、これらが搭載されたモジュール、またはこれらを備えた電子機器もしくはその部品であるのが好ましく、ＳＢＤ、ＭＯＳＦＥＴまたはＳＩＴ、これらが搭載されたモジュール、またはこれらを備えた電子機器もしくはその部品であるのがより好ましく、ＳＢＤ、ＳＢＤが搭載されたモジュール、またはＳＢＤを備えた電子機器もしくはその部品であるのが最も好ましい。

【0032】

（ＳＢＤ）
図３は、本発明に係るショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な一例を示している。図３のＳＢＤは、ｎ－型半導体層１０１ａ、ｎ＋型半導体層１０１ｂ、ショットキー電極１０５ａおよびオーミック電極１０５ｂを備えている。
ショットキー電極およびオーミック電極の形成は、例えば、真空蒸着法またはスパッタリング法などの公知の手段により行うことができる。より具体的に例えば、ショットキー電極を形成する場合、第１の電極を積層させ、第１の電極に対して、フォトリソグラフィの手法を利用したパターニングを施すことにより行うことができる。
本発明においては、ショットキー電極１０５ａとして第１の電極を用い、オーミック電極１０５ｂとして、第２の電極を用いるのが好ましい。

【0033】

図３のＳＢＤに逆バイアスが印加された場合には、空乏層（図示せず）がｎ型半導体層１０１ａの中に広がるため、高耐圧のＳＢＤとなる。また、順バイアスが印加された場合には、オーミック電極１０５ｂからショットキー電極１０５ａへ電子が流れる。このようにして前記積層構造体を用いたＳＢＤは、高耐圧・大電流用に優れており、ショットキー特性も良好で、スイッチング速度も速く、耐圧性・信頼性にも優れている。

【0034】

図４は、本発明に係るショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な他の一例を示している。図４のＳＢＤは、図３のＳＢＤの構成に加え、さらに絶縁体層１０４を備えている。より具体的には、ｎ－型半導体層１０１ａ、ｎ＋型半導体層１０１ｂ、ショットキー電極１０５ａ、オーミック電極１０５ｂおよび絶縁体層１０４を備えている。

【0035】

絶縁体層１０４の材料としては、例えば、ＧａＯ、ＡｌＧａＯ、ＩｎＡｌＧａＯ、ＡｌＩｎＺｎＧａＯ_４、ＡｌＮ、Ｈｆ_２Ｏ_３、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＧｄＯ、ＳｉＯ_２またはＳｉ_３Ｎ_４などが挙げられるが、本発明においては、コランダム構造を有するものであるのが好ましい。コランダム構造を有する絶縁体を絶縁体層に用いることで、界面における半導体特性の機能を良好に発現させることができる。絶縁体層１０４は、ｎ－型半導体層１０１とショットキー電極１０５ａとの間に設けられている。絶縁体層の形成は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法などの公知の手段により行うことができる。
その他の構成等については、上記図３のＳＢＤの場合と同様である。
図４のＳＢＤは、図３のＳＢＤに比べ、さらに絶縁特性に優れており、より高い電流制御性を有する。

【0036】

本発明においては、上記ＳＢＤに、さらに、樹脂封止を行い、実装させるのも好ましく、このような実装済みのＳＢＤも本発明の半導体装置に含まれる。実装手段は、特に限定されず、公知の実装手段であってよい。なお、樹脂封止に用いられる樹脂としては、前記樹脂封止工程において用いられる、前記樹脂として例示した樹脂と同じ樹脂などが挙げられる。

【0037】

本発明の製造方法によって得られた半導体装置は、例えば電源装置を用いたシステム等に用いられる。前記電源装置は、公知の手段を用いて、前記半導体装置を配線パターン等に接続するなどして作製することができる。図５に電源システムの例を示す。図５は、複数の前記電源装置と制御回路を用いて電源システムを構成している。前記電源システムは、図６に示すように、電子回路と組み合わせてシステム装置に用いることができる。なお、電源装置の電源回路図の一例を図７に示す。図７は、パワー回路と制御回路からなる電源装置の電源回路を示しており、インバータ（ＭＯＳＦＥＴＡ～Ｄで構成）によりＤＣ電圧を高周波でスイッチングしＡＣへ変換後、トランスで絶縁及び変圧を実施し、整流ＭＯＳＦＥＴ（Ａ～Ｂ’）で整流後、ＤＣＬ（平滑用コイルＬ１，Ｌ２）とコンデンサにて平滑し、直流電圧を出力する。この時に電圧比較器で出力電圧を基準電圧と比較し、所望の出力電圧となるようＰＷＭ制御回路でインバータ及び整流ＭＯＳＦＥＴを制御する。

【実施例】

【0038】

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0039】

（実施例１）
１．ｎ＋型半導体層の形成
１－１．成膜装置
図１を用いて、本実施例で用いたミストＣＶＤ装置１を説明する。ミストＣＶＤ装置１は、キャリアガスを供給するキャリアガス源２ａと、キャリアガス源２ａから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁３ａと、キャリアガス（希釈）を供給するキャリアガス（希釈）源２ｂと、キャリアガス（希釈）源２ｂから送り出されるキャリアガス（希釈）の流量を調節するための流量調節弁３ｂと、原料溶液４ａが収容されるミスト発生源４と、水５ａが入れられる容器５と、容器５の底面に取り付けられた超音波振動子６と、成膜室７と、ミスト発生源４から成膜室７までをつなぐ供給管９と、成膜室７内に設置されたホットプレート８と、熱反応後のミスト、液滴および排気ガスを排出する排気口１１とを備えている。なお、ホットプレート８上には、基板１０が設置されている。

【0040】

１－２．原料溶液の作製
０．１Ｍ臭化ガリウム水溶液に臭化スズを混合し、ガリウムに対するスズの原子比が１：０．０８となるように水溶液を調整し、この際、臭化重水素酸を体積比で１０％を含有させ、これを原料溶液とした。

【0041】

１－３．成膜準備
上記１－２．で得られた原料溶液４ａをミスト発生源４内に収容した。次に、基板１０として、サファイア基板をホットプレート８上に設置し、ホットプレート８を作動させて成膜室７内の温度を４５０℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁３ａ、３ｂを開いて、キャリアガス源であるキャリアガス供給手段２ａ、２ｂからキャリアガスを成膜室７内に供給し、成膜室７の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を２．０Ｌ／分に、キャリアガス（希釈）の流量を０．５Ｌ／分にそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして窒素を用いた。

【0042】

１－４．結晶性酸化物半導体膜の形成
次に、超音波振動子６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水５ａを通じて原料溶液４ａに伝播させることによって、原料溶液４ａを霧化させてミスト４ｂを生成させた。このミスト４ｂが、キャリアガスによって、供給管９内を通って、成膜室７内に導入され、大気圧下、４５０℃にて、成膜室７内でミストが熱反応して、基板１０上に膜が形成された。なお、膜厚は９．０μｍであり、成膜時間は２７０分間であった。

【0043】

１－５．評価
ＸＲＤ回折装置を用いて、上記１－４．にて得られた膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα－Ｇａ_２０_３であった。

【0044】

２．ｎ－型半導体層の形成
２－１．成膜装置
図２を用いて、実施例で用いたミストＣＶＤ装置１９を説明する。ミストＣＶＤ装置１９は、基板２０を載置するサセプタ２１と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段２２ａと、キャリアガス供給手段２２ａから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁２３ａと、キャリアガス（希釈）を供給するキャリアガス（希釈）供給手段２２ｂと、キャリアガス（希釈）供給手段２２ｂから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁２３ｂと、原料溶液２４ａが収容されるミスト発生源２４と、水２５ａが入れられる容器２５と、容器２５の底面に取り付けられた超音波振動子２６と、内径４０ｍｍの石英管からなる供給管２７と、供給管２７の周辺部に設置されたヒーター２８とを備えている。サセプタ２１は、石英からなり、基板２０を載置する面が水平面から傾斜している。成膜室となる供給管２７とサセプタ２１をどちらも石英で作製することにより、基板２０上に形成される膜内に装置由来の不純物が混入することを抑制している。

【0045】

２－２．原料溶液の作製
０．１Ｍ臭化ガリウム水溶液に臭化重水素酸を体積比で１０％を含有させ、これを原料溶液とした。

【0046】

２－３．成膜準備
上記２－２．で得られた原料溶液２４ａをミスト発生源２４内に収容した。次に、基板２０として、サファイア基板から剥離したｎ＋型半導体膜をサセプタ２１上に設置し、ヒーター２８を作動させて成膜室２７内の温度を４６０℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁２３ａ、２３ｂを開いて、キャリアガス源であるキャリアガス供給手段２２ａ、２２ｂからキャリアガスを成膜室２７内に供給し、成膜室２７の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を１．０Ｌ／分に、キャリアガス（希釈）の流量を０．５Ｌ／分にそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして酸素を用いた。

【0047】

２－４．半導体膜形成
次に、超音波振動子２６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水２５ａを通じて原料溶液２４ａに伝播させることによって、原料溶液２４ａを 霧化させてミストを生成した。このミストが、キャリアガスによって成膜室２７内に導入され、大気圧下、４６０℃にて、成膜室２７内でミストが反応して、基板２０上に半導体膜が形成された。なお、膜厚は１．０μｍであり、成膜時間は４０分間であった。

【0048】

２－５．評価
ＸＲＤ回折装置を用いて、上記２－４．にて得られた膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα－Ｇａ_２０_３であった。

【0049】

３．第１の電極（ショットキー電極）の形成
ｎ－型半導体層上に、ショットキー電極として、Ｃｒ層およびＡｌ層をそれぞれ電子ビーム蒸着にて積層した。なお、Ｃｒ層の厚さは５０ｎｍであり、Ａｌ層の厚さは５０００ｎｍであった。

【0050】

４．樹脂封止
エポキシ樹脂（京セラ社製）を用いて、ｎ＋型半導体層、ｎ－型半導体層、及び第１の電極の封止を行った。樹脂の含浸は、エポキシ樹脂シートをｎ＋型半導体層、ｎ－型半導体層、及び第１の電極に、加熱しながら押し当てることにより行い、樹脂の硬化は、加圧（約０．５トン）下、１５０℃の温度で１４０分間、１８０℃の温度で１５０分間加熱することにより行った。

【0051】

５．第２の電極（オーミック電極）の形成
サファイア基板を研磨して除去した後、ｎ＋型半導体層上に、オーミック電極として、Ｔｉ層およびＡｕ層をそれぞれ電子ビーム蒸着にて積層した。なお、Ｔｉ層の厚さは７０ｎｍであり、Ａｕ層の厚さは３０ｎｍであった。

【0052】

６．ＩＶ測定
樹脂で埋もれた第１電極を、研磨して露出させた後、得られた半導体装置につき、ＩＶ測定を実施したところ、電気特性及びショットキー特性が良好であった。

【0053】

（比較例１）
ｎ＋型半導体層とｎ－型半導体層の形成の順番を逆にしたこと、第１の電極（ショットキー電極）と第２の電極（オーミック電極）の形成の順番を逆にしたこと、及び樹脂封止を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にして、半導体装置を作製した。しかしながら、サファイア基板の剥離時に、第２の電極（オーミック電極）とｎ＋型半導体層との界面に剥離が生じ、Ｉ－Ｖ測定を行うことができなかった。

【0054】

（実施例２～５）
表１に示す厚さのエポキシ樹脂シートを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、半導体装置を得た。得られた半導体装置につき、ボイド、突起埋め込み性、反り、硬化時割れ、後工程での割れ、平坦性、加工性、再現性（同一条件で半導体装置を作製して評価）の有無を評価した。評価結果を表１に示す。なお、表１において、問題の無いものを「○」で示し、一部問題があるものを「△」で示し、全体にわたり問題があるものを「×」で示した。また、問題のないもののうち、優れた性質を示すものについては「◎」で示し、より優れ、非常に良好なものであると認められる場合には「◎◎」で示した。

【0055】

【表1】

【産業上の利用可能性】

【0056】

本発明の半導体装置の製造方法は、工業的有利に、電気特性が良好であり、信頼性に優れた半導体装置を製造することができるため、電子部品・電気機器部品、光学・電子写真関連装置、工業部材などあらゆる分野に用いることができる。

【符号の説明】

【0057】

１ ミストＣＶＤ装置
２ａ キャリアガス源
２ｂ キャリアガス（希釈）源
３ａ 流量調節弁
３ｂ 流量調節弁
４ ミスト発生源
４ａ 原料溶液
４ｂ ミスト
５ 容器
５ａ 水
６ 超音波振動子
７ 成膜室
８ ホットプレート
９ 供給管
１０ 基板
１１ 排気口
１９ ミストＣＶＤ装置
２０ 基板
２１ サセプタ
２２ａ キャリアガス供給手段
２２ｂ キャリアガス（希釈）供給手段
２３ａ 流量調節弁
２３ｂ 流量調節弁
２４ ミスト発生源
２４ａ 原料溶液
２５ 容器
２５ａ 水
２６ 超音波振動子
２７ 供給管
２８ ヒーター
２９ 排気口
１０１ａ ｎ－型半導体層
１０１ｂ ｎ＋型半導体層
１０４ 絶縁体層
１０５ａ ショットキー電極
１０５ｂ オーミック電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】