Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelement mit hoher Stehspannung, das
von einer Schaltstromquelle oder einem Wechselstromadapter verwendet oder zum Treiben eines
Motors, eines Leuchtstofflampen-Vorschaltgeräts oder ähnlichem eingesetzt wird.
Leistungs-ICs für Schaltstromquellen im kommerziellen Bereich, die beispielsweise Leistung bei 100
bis 200 V liefern können, erfordern eine Elementstehspannung von 700 V oder mehr, um einen
Transformator zu betreiben. Es besteht das Erfordernis nach einem Steuerschaltungsabschnitt und,
für dessen einfache Integration, eines Lateral-MISFET-Elements hoher Stehspannung (RESURF
LDMOS) der in Fig. 25 gezeigten Art auf dem gleichen Chip.
Dieses Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung ist ein Element mit einer Nennstehspannung
von 700 V und weist auf: eine p-leitende Kanalzone (eine p-Wanne und MISFET-Elementzone) 2, die
auf der Seite der Hauptfläche eines p-leitenden Halbleitersubstrats mit einem hohen Widerstand von
120 Ωcm gebildet ist; eine kleine n+-Source-Zone 3 und eine p+-Substratkontaktzone 4, die innerhalb
der Kanalzone 2 gebildet sind; eine auf der Seite der Hauptfläche des Halbleitersubstrats 1 gebildete
n+-Drain-Zone 6, die von der Kanalzone 2 durch eine n-leitende Drain-Driftzone 5 relativ geringer
Konzentration getrennt ist; eine Gate-Elektrodenschicht 9, die unter Zwischenlage eines Gate-
Isolierfilms 7 als Back-Gate für die Kanalzone 2 dient und sich zur Drain-Seite hin auf einem
Thermooxidfilm (Feldoxidfilm) 8 erstreckt, der selektiv auf der Hauptfläche der Drain-Driftzone 5
gebildet ist; eine Source-Elektrodenschicht 11, die sich in leitendem Kontakt mit der Substratkon
taktzone 4 und der Source-Zone 3 befindet und im übrigen unter Zwischenlage eine auf der Gate-
Elektrodenschicht 9 angeordneten Zwischenschichtisolierfilms 10 angeordnet ist; eine Drain-
Elektrodenschicht 12, die sich in leitendem Kontakt mit der Drain-Zone 6 befindet und sich auf dem
Zwischenschichtisolierfilm 10 zur Source-Seite hin erstreckt; eine Feldplatte 13, die sich, weiter als
die Gate-Elektrodenschicht 9, zur Drain-Seite hin auf dem Zwischenschichtisolierfilm 10 erstreckt
und sich über ein Kontaktloch 13a in leitendem Kontakt mit der Gate-Elektrodenschicht 9 befindet;
einen Passivierungsfilm (Schutzfilm, Nitridfilm) 14, der auf der Source-Elektrodenschicht 11, der
Drain-Elektrodenschicht 12 und der Feldplatte 13 gebildet ist; und Umhüllungsgußharz (Epoxidharz
oder ähnliches) 15, der den Passivierungsfilm 14 bedeckt.
Der Abschnitt der Gate-Elektrodenschicht 9, der sich auf dem Thermooxidfilm 8 zur Drain-Seite hin
erstreckt, dient als Feldplatte zum Abschwächen der Feldkonzentration des Wannenendes der
Kanalzone 2. Des weiteren schwächt die Feldplatte 13 die Feldkonzentration der sich erstreckenden
Spitze der Gate-Elektrodenschicht 9 ab. Außerdem dient der sich auf dem Zwischenschichtisolierfilm
10 erstreckende Abschnitt der Drain-Elektrodenschicht 12 als Feldplatte zum Abschwächen der
Feldkonzentration der Drain-Zone 6. Die Länge der Ausdehnung der Feldplatte 13 muß beispiels
weise ausreichend groß sein, um die Feldkonzentration der sich erstreckenden Spitze der Gate-
Etektrodenschicht 9 abzuschwächen; gleichzeitig wird jedoch eine Feldkonzentration an der sich
erstreckenden Spitze der Feldplatte 13 erzeugt. Aus diesem Grund kann gesagt werden, daß
gewöhnlich ein optimiertes Design so aussieht, daß ein 700-V-Spannungselement, dessen Drain-
Driftlänge etwa 60 µm beträgt, eine Länge der Ausdehnung der Feldplatte in der Größenordnung von
5 µm aufweist. Natürlich muß das Design so aussehen, daß beispielsweise die Länge der Gate-
Elektrodenschicht 9 auch nicht zu groß wird.
Fig. 26 ist eine zweidimensionale Bauelementsimulationsfigur für die Darstellung der Verteilung der
Äquipotentiallinien für den Fall, daß eine Drain-Spannung von 700 V im Sperrzustand an die Drain-
Elektrodenschicht 12 in einem Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung mit einer Nennsteh
spannung von 700 V angelegt wird, wobei die Länge der Drain-Driftzone 5 60 µm beträgt. Des
weiteren ist in Fig. 26 die Feldplatte 13 als mit der Source-Elektrodenschicht 11 gemeinsame
Schicht dargestellt, d. h., sie befindet sich in der gleichen Schicht wie die Source-Elektrodenschicht
11, und die Längenmaße in vertikaler Richtung sind im Vergleich zu den Längenmaßen in der
Querrichtung der Figur stark übertrieben dargestellt. Der Abstand zwischen den Äquipotentiallinien
beträgt 100 V.
Die Länge Mc der Ausdehnung der Feldplatte 13 ab dem Source-seitigen Ende (Form eines
Vogelschnabels) des Thermooxidfilms 8 ist größer als normal und ist auf 10 µm eingestellt, und die
Gesamtdicke Tox (Oxidfilm) des Isolierfilms direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der
Feldplatte 13 weist eine Dicke von 2 µm auf. In einem Versuch, eine stabile und zuverlässige
Elementspannung zu schaffen, ist dieses Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung so
ausgelegt, daß bei einer Stelle A der pn-Übergangsfläche des p-leitenden Halbleitersubstrats 1 und
der Drain-Driftzone 5 direkt unterhalb der Drain-Zone 6 ein Opferspannungsdurchbruch erzwungen
wird. Unter den Äquipotentiallinien sind die niedrigen Äquipotentiallinien als Folge der Wirkung der
Feldplatte 13 nicht zu der sich erstreckenden Spitze der Gate-Elektrodenschicht 9 hin orientiert und
sind direkt unterhalb der Gate-Elektrodenschicht 9 innerhalb der Drain-Driftzone 5 so gebogen, daß
sie sich um die Außenseiten der sich erstreckenden Spitze der Feldplatte 13 herumwinden. Wenn
Mc groß ist, werden an einer Stelle B, die sich in der Hauptfläche der Driftzone 5 und direkt
unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Feldplatte 13 befindet, die niedrigen Äquipotentiallinien
zur Drain-Seite hin nach außen gedrückt, und in der Nähe dieser Stelle B werden die oberen Enden
der niedrigen Äquipotentiallinien in dem nicht belegten Zwischenraum zwischen der Feldplatte 13
und dem sich erstreckenden Abschnitt der Drain-Elektrodenschicht 12 zusammengedrückt. Das
Potential an der Stelle B direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Feldplatte 13 beträgt
etwa 100 V. Die Feldstärke (kritische Feldstärke) an der pn-Übergangsfläche bei der Stelle A beträgt
etwa 3 × 105 V/cm und ermöglicht es, ein Element mit einer Nennstehspannung von 700 V zu
schaffen, und der Spannungsdurchbruch wird hauptsächlich an der Stelle A auf der pn-Übergangs
fläche direkt unter dem Drain hervorgerufen. Da jedoch Mc länger als normal ist, ist es nur natürlich,
daß die Feldstärke an der Stelle B direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Feldplatte 13
selbst dann bereits etwa 1 × 105 V/cm erreicht, wenn ein instabiler Spannungsdurchbruch in einem
von beispielsweise strukturellen Streuungen abhängigen Ausmaß in der Nähe der Stelle B direkt
unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Feldplatte 13 hervorgerufen wird.
Fig. 27 ist eine zweidimensionale Bauelementsimulationsfigur für die Darstellung der Verteilung der
Äquipotentiallinien für eine Drain-Spannung von 500 V in dem Fall, in dem Tox wie in Fig. 26 2 µm
beträgt, die Länge Mc der Ausdehnung der Feldplatte 13 jedoch 25 µm beträgt. Da Mc nun zu groß
ist, schrumpft während des Anlegens der Drain-Spannung von 500 V an der Stelle B, die sich in der
Hauptfläche der Driftzone 5 und direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Feldplatte 13
befindet, der Abstand zwischen den Äquipotentiallinien, da die niedrigen Äquipotentiallinien zur
Driftseite hin hinausgedrückt werden, und in der Nähe der Stelle B werden die niedrigen Äquipoten
tiallinien in dem nicht belegten Zwischenraum zwischen der Feldplatte 13 und dem sich erstrecken
den Abschnitt der Drain-Elektrodenschicht 12 zusammengedrückt, so daß sich die Krümmung dieser
niedrigen Äquipotentiallinien ändert, was zu einer weiteren Schrumpfung des Abstands zwischen
diesen Äquipotentiallinien führt. Für eine Drain-Spannung von 500 V beträgt das Potential an der
Stelle B direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Feldplatte 13 etwa 100 V, aber die
Feldstärke ist bereits höher als die ungefähren 1 × 105 V/cm der pn-Übergangsfläche bei der Stelle A
und erreicht die kritische Feldstärke 3 × 105 V/cm, so daß ein Spannungsdurchbruch mehr an der
Stelle B direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Feldplatte 13 als an der pn-Übergangs
fläche bei der Stelle A hervorgerufen wird. Als Folge ist die Realisierung eines Elements mit einer
Nennstehspannung von 700 V nicht erreichbar, und es ist nur möglich, ein Element mit einer
Spannung von höchstens 500 V zu schaffen.
Wenn die Feldplatte 13 lang gemacht wird, schrumpft daher der Abstand zwischen den Äquipoten
tiallinien an der Stelle B direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Feldplatte 13 in synergi
stischer Weise als Folge der Annäherung durch die Äquipotentiallinien zur Drain-Seite hin und des
Zusammendrückens der niedrigen Äquipotentiallinien, und aufgrund der Tendenz, daß die Feld
stärke mit zunehmender Länge der Ausdehnung zunimmt (δE/δMc < 0), bestand ein Erfordernis des
Designs darin, die Länge der Ausdehnung der Feldplatte 13 nicht groß zu machen, sondern diese
Länge auf die Größenordnung von höchstens einigen µm zu begrenzen.
Bei dem vorstehenden Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung stellen sich jedoch die
folgenden Probleme.
Im tatsächlichen Gebrauch, bei dem eine Spannung an ein Lateral-MISFET-Element hoher Steh
spannung angelegt wird, wurde unter Bedingungen hoher Spannung und hoher Feuchtigkeit bzw.
Luftfeuchtigkeit das sogenannte Walk-Out-Phänomen beobachtet, bei dem ein allmählicher Abfall
der Stehspannung und des Durchlaßstroms auftreten. Beispielsweise fiel bei einem Element mit
einer Nennstehspannung (Anfangsstehspannung) von 750 V, wie durch "a" (durchgezogene Linie) in
Fig. 28(C) gezeigt, die Stehspannung während des tatsächlichen Gebrauchs sofort auf 700 V, und
wenn eine Spannung für drei Stunden unter Bedingungen hoher Spannung und Feuchtigkeit angelegt
wurde, fiel diese Stehspannung bis auf 650 V. Des weiteren wurde, wie durch "a" (durchgezogene
Linie) in Fig. 28(A) und 28(B) gezeigt, ein Abfall des Durchlaßstroms auf 73% des Anfangsstrom
werts als Folge des Anlegens einer Spannung für 200 Stunden beobachtet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die erste Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement zu schaffen,
das ein Lateral-MISFET-Element mit stabiler hoher Stehspannungsfestigkeit umfaßt, das einen
allmählichen Stehspannungsabfall unterdrücken kann, der unter Bedingungen hoher Spannung und
Feuchtigkeit im Verlauf des tatsächlichen Gebrauchs auftritt.
Der vorliegenden Erfindung liegt außerdem die zweite Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement
zu schaffen, das ein Lateral-MISFET-Element mit stabiler hoher Stehspannungsfestigkeit umfaßt,
das einen allmählichen Durchlaßstromabfall unterdrücken kann, der unter Bedingungen hoher
Spannung und Feuchtigkeit im Verlauf des tatsächlichen Gebrauchs auftritt.
Mechanismus, der für das Walk-Out-Phänomen verantwortlich ist
Nach den von den vorliegenden Erfindern ausgeführten Untersuchungen sind Elemente mit niedriger
Stehspannung, deren Stehspannung einige Volt beträgt, und Elemente hoher Stehspannung in
einem Waferzustand (in einem Zustand, in dem das Gußharz das Element nicht bedeckt oder von
ihm abgezogen ist) Elemente, bei denen es möglich ist, eine beträchtliche Nennstehspannung und
einen beträchtlichen Nenndurchlaßstrom durch Begrenzung der Durchbruchspannung direkt
unterhalb der Drain-Zone zu erzielen. Bei solchen Elementen wird das Walk-Out-Phänomen nicht
beobachtet, während Elemente mit hoher Stehspannung nach dem Einschluß in Harz das Walk-Out-
Phänomen aufweisen. Aus diesem Grund wurde gedacht, daß der dieses Phänomen erzeugende
Mechanismus dadurch zu erklären ist, daß, da eine Verunreinigung (beispielsweise Wasser, Natrium
und Chlor) unweigerlich in dem Gußharz (beispielsweise Expoxidharz) enthalten ist, Feuchtigkeit in
der Atmosphäre, in der ICs eingesetzt werden, in einfacher Weise in einem hohen elektrischen Feld
ionisiert wird, um bewegliche Ionen zu erzeugen, und diese beweglichen Ionen sammeln sich
allmählich als Ladung an der Grenzfläche zu dem Passivierungsfilm genau oberhalb der Feldplatte
an, wodurch die Potentialverteilung auf der Bulk-Grenzfläche stark gestört wird und dadurch ein
allmählicher Stehspannungsabfall und ein allmählicher Durchlaßstromabfall hervorgerufen werden.
Außerdem bedeutet der allmähliche Stehspannungsabfall, daß, wenn das Element ausgeschaltet ist,
eine allmähliche Feldkonzentration auftritt, die in dem Abschnitt direkt unterhalb der sich erstrecken
den Spitze der Kanalfeldplatte größer ist als an der Stelle des Opferspannungsdurchbruchs direkt
unterhalb der Drain-Zone, so daß die kritische Feldstärke hauptsächlich direkt unterhalb dieser
Spitze erreicht wird. Der allmähliche Durchlaßstromabfall impliziert, daß, wenn das Element
eingeschaltet ist, eine allmähliche Feldkonzentration in dem Abschnitt direkt unterhalb der sich
erstreckenden Spitze der Drain-Feldplatte vorhanden ist, was zu einer Verarmung dieses Abschnitts
führt, was wiederum zu einer Zunahme des Durchlaßwiderstands als Folge der teilweisen Ein
schränkung des Querschnitts des elektrischen Wegs der Drain-Driftzone führt.
Es kann hier möglich sein, den allmählichen Stehspannungsabfall dadurch zu unterdrücken, daß die
Konzentration der Drain-Driftzone niedrig gewählt wird; es ist dann jedoch schwierig, ein hohes
Stromtransportvermögen sicherzustellen. Es kann auch möglich sein, den allmählichen Durchlaß
stromabfall zu unterdrücken, indem die Konzentration der Drain-Driftzone groß gemacht wird. In
diesem Fall ist es dann jedoch problematisch, eine hohe Stehspannung sicherzustellen. Daher ist es
nicht möglich, diese beiden Abfälle durch eine einfache Einstellung der Konzentration der Drain-
Driftzone selbst zuverlässig zu unterdrücken.
Die Feldkonzentration direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Drain-Feldplatte ist jedoch
nicht so schwerwiegend wie die Feldkonzentration direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der
Kanalfeldplatte. Dies ist so, weil selbst dann, wenn die hohen Äquipotentiallinien in dem nicht
belegten Zwischenraum zwischen der Drain-Feldplatte und der Kanalfeldplatte zusammengedrückt
werden, die Krümmung dieser Linien sich nicht ändert, und daher ist die Feldstärke direkt unterhalb
der sich erstreckenden Spitze der Drain-Feldplatte im allgemeinen niedriger als die Feldstärke direkt
unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Kanalfeldplatte, und dies ist außerdem so, weil, wenn
die Gesamtdicke des Isolierfilms direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Drain-Feldplatte
groß gemacht wird, es zu erwarten ist, daß die Feldkonzentration so abgeschwächt wird, daß keine
Verarmung resultiert. Hier ermöglicht beispielsweise der Vorteil, daß der allmähliche Stehspan
nungsabfall unterdrückt werden kann, eine hohe Konzentration für die Drain-Driftzone zum Zweck
eines hohen Stromtransportvermögens, und dies kann statt dessen gleichzeitig dazu verwendet
werden, daß die Verarmung direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Drain-Feldplatte nicht
mehr problematisch wird, um somit einen von der Unterdrückung des allmählichen Durchlaßstrom
abfalls abhängigen Vorteil zu schaffen. Daher muß die Abschwächung der Feldkonzentration direkt
unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Kanalfeldplatte als erstes in Angriff genommen werden.
In der Tat können basierend auf der Hypothese der Erfinder, daß sich unter Bedingungen hoher
Spannung und Feuchtigkeit während des tatsächlichen Gebrauchs im Verlauf des Anlegens der
Spannung positive Ladungen, die aus beweglichen Ionen in dem Gußharz gebildet sind, allmählich
an der Grenzfläche zwischen dem Passivierungsfilm (Nitridfilm) 14, auf der Feldplatte 13, und dem
Gußharz 15 ansammeln, beispielsweise gemäß Darstellung in Fig. 13 (in der die Feldplatte 13 als
Schicht gezeigt ist, die mit der Source-Elektrodenschicht 11 gemeinsam ist), wenn ein Vergleich mit
dem Fall ohne Gußharz in Fig. 26 gemacht wird, zwei Variationen der Verteilung der Äquipotentialli
nien beobachtet werden.
Bei der ersten Verteilungsvariation sind als Folge der Ansammlung positiver Ladungen, da Linienen
den der niedrigen Äquipotentiallinien, die oberhalb der Feldplatte 13 erscheinen, zusammen parallel
innerhalb des Passivierungsfilms (Nitridfilms) 14 liegen, der zwischen der Feldplatte 13 und dem
Gußharz 15 angeordnet ist, diese Linien so gekrümmt, daß sie die Form eines umgekehrten "S"
bilden, dessen oberer Abschnitt komprimiert ist; im Gegensatz zu den Äquipotentiallinien in Fig. 26
werden die untersten Äquipotentiallinien (0 V) etwas zu dem direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze der Feldplatte 13 gelegenen Abschnitt hingezogen. Dies ist so, weil die oberen Linienenden
zusammen parallel zur Feldplatte 13 ausgerichtet sind und in der Nähe der sich erstreckenden
Spitze der Feldplatte 13 einer starken Krümmung zur Source-Seite hin unterworfen sind, demgegen
über jedoch gezwungen werden, sich bei der Hauptfläche der Drain-Driftzone 5 direkt unterhalb der
Feldplatte 13 etwas zur Drain-Seite hin auszubauchen. Die erste Verteilungsvariation ist in Fig. 13
nicht sehr ausgeprägt dargestellt, aber wenn berücksichtigt wird, daß Tox 2 µm für eine Drain-
Driftlänge von 60 µm beträgt und daß die tatsächliche Größe in der Richtung der Dicke des
Oxidfilms nur etwa 1/10 der in der Figur gezeigten Dicke beträgt, kann festgestellt werden, daß die
Äquipotentiallinien direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Feldplatte 13 sehr dicht
werden.
Bei der zweiten Verteilungsvariation werden, da die oberen Enden der mittleren und hohen Äquipo
tentiallinien ebenfalls zusammen parallel zur Feldplatte 13 ausgerichtet sind und sich daher
unweigerlich zur Kanalseite hin auch innerhalb der Drain-Driftzone 5 direkt unterhalb der sich
erstreckenden Spitze der Feldplatte 13 bewegen, die Äquipotentiallinien eng zusammengepackt und
werden daher extrem dicht. Daher werden während der wachsenden Ladungsansammlung sowohl
die niedrigen Äquipotentiallinien als auch die hohen Äquipotentiallinien dicht unter die Spitze der
Feldplatte 13 gezogen. Es kann jedoch gesagt werden, daß, da im Gegensatz hierzu auch eine
Ansammlung negativer Ladungen vorhanden ist, die durch negative Ionen oder ähnliches in der
Drain-Elektrodenschicht 12 gebildet wird, die oberen Enden der Äquipotentiallinien jeweils sowohl
durch die positiven Ladungen als auch die negativen Ladungen in einer proportionalen Verteilung
gesteuert werden können, die dem Maß an Polarisation der Schicht der Ansammlung positiver
Ladungen und der Schicht der Ansammlung negativer Ladungen entspricht.
Bei der vorgenannten zweidimensionalen Bauelementsimulation ist die Äquipotentiallinienverteilung
für den Fall dargestellt, in dem das Potential der Schicht der Ansammlung positiver Ladungen gleich
ist wie die Drain-Spannung, und für eine Durchbruchspannung (Drain-Spannung) von 400 V beträgt
die Feldstärke am Punkt A etwa 1,7 × 105 V/cm, so daß die Durchbruchspannung nicht mehr erzeugt
wird; die Feldstärke am Punkt B beträgt jedoch etwa 3 × 105 V/cm und erreicht die kritische
Feldstärke, so daß die Durchbruchspannung hauptsächlich am Punkt B erzeugt wird. Im schlechte
sten Fall fällt die Stehspannung allmählich auf 57% der Nennstehspannung von 700 V ab. Wenn der
Spannungsdurchbruch am Punkt B hervorgerufen wird, wird die Potentialverteilung, da heiße
Elektroden in den Oxidfilm eintreten, weiter gestört, was wiederum zu einem instabilen Betrieb führt.
Fig. 2 ist eine zweidimensionale Bauelementsimulationsfigur für den Fall, in dem Tox 4 µm beträgt,
hauptsächlich, um die erste Verteilungsvariation abzuschwächen. Die Biegung der niedrigen
Äquipotentiallinien über die gesamte Dicke des Isolierfilms (Oxidfilm) direkt unterhalb der sich
erstreckenden Spitze der Feldplatte 13 ist klein im Vergleich zu Fig. 13, mit dem Ergebnis, daß der
Abstand zwischen den Äquipotentiallinien etwas größer wird. Für eine Durchbruchspannung (Drain-
Spannung) von 500 V beträgt die Feldstärke bei Punkt A etwa 2 × 105 V/cm; die Feldstärke bei Punkt
B beträgt jedoch etwa 3 × 105 V/cm, so daß der Spannungsdurchbruch tatsächlich hauptsächlich bei
Punkt B hervorgerufen wird. Im schlimmsten Fall fällt die Stehspannung allmählich auf 72% der
Nennstehspannung von 700 V ab. Es kann jedoch eine leichte Verbesserung im Vergleich zum Fall
von Fig. 13 beobachtet werden. Daher bedeutet eine Ausgestaltung mit großem Tox, daß eine
Abschwächung des allmählichen Stehspannungsabfalls möglich ist.
Fig. 3 ist eine zweidimensionale Bauelementsimulationsfigur für den Fall von Tox = 2 µm und Mc =
25 µm. Im Gegensatz zum Fall von Fig. 13 wurde Mc groß gemacht, aber es tritt praktisch keine
Änderung der Äquipotentiallinienverteilung an der Stelle B direkt unter der sich erstreckenden Spitze
der Feldplatte 13 auf. Ähnlich wie im Fall von Fig. 13, rutscht eine Vielzahl von Äquipotentiallinien in
den Abschnitt direkt unterhalb der Feldplatte 13, so daß der Abstand zwischen den Äquipotentialli
nien bei der Hauptfläche der Drain-Driftzone im wesentlichen gleich ist. Für eine Durchbruchspan
nung (Drain-Spannung) von 400 V beträgt die Feldstärke am Punkt A etwa 1,6 × 105 V/cm, und die
Feldstärke bei Punkt B beträgt etwa 3 × 105 V/cm, so daß der Spannungsdurchbruch hauptsächlich
am Punkt B hervorgerufen wird. Der hier zu berücksichtigende Punkt ist, daß in einem Fall, in dem
eine Schicht zur Ansammlung von Ladungen von Beginn an hinzugefügt wird, selbst wenn Mc von
10 µm auf 25 µm vergrößert wird, ersehen werden kann, daß keine Änderung der Feldstärke in dem
Abschnitt direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Feldplatte 13 auftritt (δE/δMc ≦ 0). Dies
bedeutet, daß im Gegensatz zum herkömmlichen oberen Grenzwert für Mc in einem Zustand, in dem
keine Schicht für die Ansammlung von Ladungen vorhanden ist, ein unterer Grenzwert für Mc vor
handen ist, bei dem kein allmählicher Spannungsabfall in einem Zustand vorhanden ist, in dem eine
Schicht für die Ansammlung von Ladungen vorhanden ist, was vollständig im Widerspruch zur
herkömmlichen Technologie steht, bei der ein oberer Grenzwert für Mc auf einige µm festgesetzt ist.
Es kann auch geschlossen werden, daß es genau die herkömmliche Praxis der Verwendung eines
oberen Grenzwerts von einigen µm ist, die der Hauptfaktor beim Hervorrufen eines allmählichen
Stehspannungsabfalls als Folge des Einflusses einer Ladungsansammlungsschicht ist.
Wenn Fig. 3 mit Fig. 27 verglichen wird, kann hier bei großem Mc gesagt werden, daß, da die
niedrigen Äquipotentiallinien in der Nähe des Punkts P bereits so liegen, daß sie sich an die
Hauptfläche innerhalb des Oxidfilms annähern, die vorgenannte erste Verteilungsvariation nun auch
als Ergebnis des Wachstums der Ladungsansammlungsschicht schlechter ist, aber diese Vertei
lungsvariation ist im wesentlichen gesättigt. Des weiteren kann als Folge des Fortschreitens der
Ladungsansammlung erwartet werden, daß von den hohen Äquipotentiallinien, die auf der Seite der
Drain-Elektrodenschicht 12 enden, die niedrigeren Äquipotentiallinien sich allmählich zur Seite der
Ladungsansammlungsschicht auf der Feldplatte 13 hin verschieben. Selbst wenn sie sich jedoch so
verschieben, besteht keine Chance, daß die zweite Verteilungsvariation auftritt, weil diese niedrige
ren Äquipotentiallinien mehr durch die Drain-Seite verlaufen als direkt unter Spitze der Feldplatte 13.
Im Gegensatz dazu ist in einem Fall, in dem Mc nicht größer als 10 µm ist, in einem Zustand, in dem
keine Ladungsansammlung stattfindet, die Neigung der niedrigen Äquipotentiallinie bei der Hauptflä
che groß, und als Folge wird die Feldstärke am Punkt B abgeschwächt, aber mit fortschreitender
Ladungsansammlung wird eine Feldkonzentration am Punkt B nach Maßgabe der vorgenannten
ersten Verteilungsvariation hervorgerufen, was bedeutet, daß die Feldstärke von dieser Ladungsan
sammlung abhängt. Daher bedeutet die Verlängerung der Ausdehnung der Feldplatte 13, daß ein
leichter Abfall der Stehspannung im Waferzustand (Anfangsstehspannung) stattfindet, aber daß es
im Gegensatz dazu möglich ist, einen allmählichen Stehspannungsabfall zu unterdrücken, der durch
Ladungsansammlung hervorgerufen wird.
Fig. 4 ist eine zweidimensionale Bauelementsimulationsfigur für den Fall, daß Tox 4 µm ist,
hauptsächlich um die erste Verteilungsvariation gemäß Fig. 3 zu unterdrücken. Die Biegung der
niedrigen Äquipotentiallinien innerhalb der gesamten Dicke des Isolierfilms (Oxidfilms) direkt
unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Feldplatte 13 ist klein im Vergleich zu Fig. 3, was
bedeutet, daß der Abstand zwischen den Äquipotentiallinien bedeutend größer wird. Der Grund für
diese deutliche Ausdünnung der Äquipotentiallinien ist, daß, wenn nicht nur Tox groß ist, sondern
auch Mc groß ist, die vergrößerte Abmessung der Länge der Hauptfläche direkt unterhalb der
Feldplatte 13 bedeutet, daß die niedrigen Äquipotentiallinien als Folge des Abstands zwischen den
niedrigen Potentiallinien unter dem Isolierfilm leicht herauskommen können, und daß es daher
möglich ist, die Krümmung der niedrigen Äquipotentiallinien direkt unterhalb der Feldplatte 13
abzuschwächen. Für eine Durchbruchspannung (Drain-Spannung) von 700 V beträgt die Feldstärke
am Punkt A etwa 3 × 105 V/cm, und die Feldstärke am Punkt B beträgt etwa 2,5 × 105 V/cm, so daß
für eine Nennstehspannung (700 V) der Spannungsdurchbruch nicht hauptsächlich bei Punkt B
auftritt. In anderen Worten wird es mit zunehmender Länge der Ausdehnung der Feldplatte 13 und
zunehmender Filmdicke des Isolierfilms unterhalb dieser Spitze möglich, die Feldkonzentration am
Punkt B abzuschwächen. Für Mc = 25 µm und Tox = 4 µm tritt kein allmählicher Stehspannungsab
fall auf, was bedeutet, daß es möglich ist, ein Element mit einer Nennstehspannung von 700 V gut
zu realisieren, das auch den allmählichen Durchlaßstromabfall unterdrücken kann. Da der Span
nungsdurchbruch nicht hauptsächlich bei Punkt B auftritt, ist es des weiteren möglich, ein Element
mit Betriebsstabilität zu realisieren. Das Sicherstellen, daß es möglich ist, die wahre Stehspannung
entsprechend der Nennstehspannung beizubehalten, ebnet den Weg für eine höhere Konzentration
der Drain-Driftzone als zuvor, und diese Tatsache ermöglicht nicht nur eine Erhöhung des Strom
transportvermögens des Durchlaßstroms als Ganzes als Ergebnis einer Reduzierung des Durchlaß
widerstands, sondern, da es möglich ist, die Verarmung direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze des sich erstreckenden Abschnitts der Drain-Elektrodenschicht 12 zu schwächen, es wird
auch möglich, die Widerstandsbeschränkung des Querschnitts in dieser Zone zu beseitigen,
wodurch es natürlich möglich ist, ein hohes Stromtransportvermögen zu erzielen.
Um den Strom pro Flächeneinheit zu erhöhen, indem das Stromtransportvermögen in einem Element
mit kammartigem oder labyrinthartigem planarem Muster gewährleistet wird, das auf einem
Halbleiterchip in der Breitenrichtung des Gates hergestellt ist und aus linearen Gate-Abschnitten und
gekrümmten Gate-Abschnitten gebildet ist, indem die Länge der Ausdehnung der Feldplatte noch
größer gemacht wird, nicht nur auf linearen Gate-Abschnitten, sondern insbesondere auf gekrümm
ten Gate-Abschnitten, auf denen leicht Feldkonzentrationen hervorgerufen werden, und indem der
Krümmungsradius aufgrund der Reduzierung der Feldstärke an solchen gekrümmten Gate-Ab
schnitten im Vergleich zum Stand der Technik verkleinert und nicht vergrößert wird, wird es
andererseits möglich, die Integration eines planaren Musters eines Elements zu verbessern und ein
großes Stromtransportvermögen zu realisieren.
Abhängigkeit des allmählichen Stehspannungsabfalls von Mc und Tox
Des weiteren sahen die vorliegenden Erfinder voraus, daß es eine wechselseitige Beziehung
zwischen Mc und Tox gab, die keinen allmählichen Stehspannungsabfall involvierte, und bei dem
vorgenannten Lateral-MISFET hoher Stehspannung waren die verwendeten Parameter Tox und die
Nennstehspannung Vdabs [V] (im wesentlichen die Durchbruch-Drain-Spannung, wenn die kritische
Feldstärke Ecrit (3 × 105 V/cm) an der Opfer-Spannungsdurchbruchstelle direkt unterhalb der Drain-
Zone in einem Zustand erreicht wird, bei dem die Harzabdeckschicht (Gußharz) das Element nicht
bedeckt oder von ihm abgezogen worden ist), und es wurde eine Bauelementsimulation dazu
verwendet, um die Abhängigkeit von Mc zu untersuchen von: der elektrischen Feldstärke Es direkt
unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Feldplatte in einem Zustand, in dem die Harzabdeck
schicht (Gußharz) das Element nicht bedeckt oder von ihm abgezogen ist, oder in einem Anfangszu
stand (vor dem Anlegen von Spannung), in dem keinerlei Ladungsansammlung vorhanden ist, und
von der Feldstärke Es' direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Feldplatte 13 während des
tatsächlichen Gebrauchs (nach dem Anlegen von Spannung), wenn eine Ladungsansammlung her
vorgerufen wird, so daß das Potential auf dem Schutzfilm zum Drainpotential wird. Die Fig. 5 bis 12
sind Graphen zur Darstellung dieser Ergebnisse.
Fig. 5 ist für den Fall, daß Vdabs = 350 V, Drain-Driftlänge Ld = 25 µm und Tox = 2 µm. Werte
unterhalb der Nennstehspannung Vdabs und solche, bei denen Ecrit überschritten wird, sind nicht
aufgetragen. Da die Nennstehspannung Vdabs mit 350 V relativ niedrig ist, erreicht die elektrische
Feldstärke Es selbst dann, wenn Mc 5 µm ist, vor dem Anlegen von Spannung Ecrit nicht, aber die
Feldstärke Es' nach dem Anlegen von Spannung überschreitet Ecrit bereits. Wenn Mc vergrößert
wird, zeigt Es eine monotone Zunahme, aber wenn Mc einen Wert in der Nähe von 15 µm übersteigt,
zeigt Es' eine monotone Abnahme von Ecrit. Demzufolge bedeutet dies bei einem Element, das eine
Ladungsansammlungsschicht aufweist und in dem Tox = 2 µm und Mc größer oder gleich 15 µm ist,
wenn die Drain-Spannung 350 V ist, daß der Spannungsdurchbruch an der Opfer-Spannungsdurch
bruchstelle direkt unterhalb der Drain-Zone auftritt und daß der Spannungsdurchbruch nicht direkt
unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Feldplatte auftritt, weshalb es möglich ist, einen
allmählichen Stehspannungsabfall zu verhindern. Gemäß dieser Figur allein ist die optimale Länge
20 µm, und die zulässige Abweichung hiervon beträgt etwa ± 5 µm.
Fig. 6 ist für den Fall, daß Vdabs = 350 V, Drain-Driftlänge Ld = 25 µm und Tox = 3 µm. Da Tox das
1,5-fache von Tox in Fig. 5 ist, erreicht Es' selbst dann, wenn sich Mc von 15 µm bis zu einem Drittel
hiervon ändert, das heißt bis zu 5 µm, Ecrit nicht. Eine Verdopplung des Vergrößerungsverhältnisses
von Tox ist einem Reduktionsverhältnis für Mc äquivalent, und diese Änderung der Filmdicke ist bei
der Abschwächung der Feldkonzentration ausgeprägt. Wenn Mc etwa 5 bis 15 µm beträgt, zeigt Es'
eine monotone Abnahme, aber wenn sich Mc in der Größenordnung von 20 µm befindet, zeigt Es' im
Gegensatz dazu eine moderate monotone Zunahme. Diese monotone Zunahme kommt daher, daß
die Plattenspitze der Drain-Seite zu nahe kommt, was bedeutet, daß der nicht belegte Zwischen
raum zwischen den Platten beschränkt wird, was zu einer Feldkonzentration führt. Wenn Tox = 3 µm
und Mc ungefähr 5 µm oder größer ist, ist es möglich, einen allmählichen Stehspannungsabfall unter
Beibehaltung der Realisierung einer Nennstehspannung von 350 V zu verhindern. Gemäß dieser
Figur kann angenommen werden, daß die optimale Länge 15 µm beträgt und daß die zulässige
Abweichung ungefähr -10 µm bis +5 µm beträgt. Da im Gegensatz dazu, daß Es und Es' im
wesentlichen 1 × 105 V/cm für eine optimale Länge von 15 µm sind, in Fig. 5 Es und Es' für eine
optimale Länge von 20 µm im wesentlichen 2 × 105 V/cm sind, besteht gemäß Fig. 6 Spielraum, die
Drain-Driftzone mit einer hohen Konzentration versehen zu können.
Fig. 7 ist für den Fall, daß Vdabs = 700 V, Drain-Driftlänge Ld = 60 µm und Tox = 2 µm. Da die
Nennstehspannung 700 V ist, erreicht Es selbst dann, wenn Mc 5 µm ist, 2 × 105 V/cm. Die
Feldstärke Es' nach dem Anlegen von Spannung überschreitet dann bereits Ecrit. Wenn Mc etwa 25
µm beträgt, fällt Es' bis zu Ecrit ab oder sogar darunter. Wenn Tox = 2 µm und Mc gleich 25 µm oder
größer ist, wird es möglich, einen allmählichen Stehspannungsabfall zu verhindern, während die
Realisierung einer Nennstehspannung von 700 V beibehalten wird.
Fig. 8 ist für den Fall daß Vdabs = 700 V, Drain-Driftlänge = 60 µm und Tox = 4 µm. Da Tox im
Vergleich zu Fig. 7 doppelt so groß ist, zeigt Es' dann, wenn Mc 15 µm übersteigt, eine monotone
Abnahme von Ecrit aus. Wenn Tox = 4 µm und Mc etwa 15 µm oder größer ist, wird es möglich, einen
allmählichen Stehspannungsabfall zu verhindern, während die Realisierung einer Nennstehspan
nung von 700 V beibehalten wird. Wenn Mc in der Größenordnung von 25 µm liegt, zeigt Es'
ebenfalls eine monotone Zunahme. Dies ist so, weil die Plattenspitze zu nahe an die Drain-Seite
heranreicht, was bedeutet, daß der leere Abschnitt zwischen den Platten beschränkt wird, was zu
einer Feldkonzentration führt. Gemäß dieser Figur beträgt die optimale Länge 20 µm, und die
zulässige Abweichung ist etwa -5 µm bis +10 µm.
Fig. 9 ist für den Fall, daß Vdabs = 700 V, Drain-Driftlänge Ld = 60 µm und Tox = 6 µm. Da Tox im
Vergleich zu Fig. 7 das Dreifache ist, erreicht Es' selbst dann, wenn Mc 5 µm beträgt, Ecrit nicht.
Wenn Tox = 6 µm und Mc etwa 5 µm oder größer ist, ist es möglich, einen allmählichen Stehspan
nungsabfall zu verhindern, während die Realisierung einer Nennstehspannung von 700 V beibehal
ten wird. Gemäß dieser Figur kann angenommen werden, daß die optimale Länge 15 µm beträgt,
und die zulässige Abweichung beträgt etwa -10 µm bis +15 µm. Wenn Mc 20 µm übersteigt, zeigt Es'
eine monotone Zunahme, aber selbst wenn Mc 30 µm beträgt, besteht, da Es' im wesentlichen 2 ×
105 V/cm ist, Spielraum, die Drain-Driftzone mit einer hohen Konzentration versehen zu können. Der
obere Grenzwert für Mc kann die Hälfte von Ld sein.
Fig. 10 ist für den Fall, daß Vdabs = 1200 V, Drain-Driftlänge Ld = 110 µm und Tox = 2 µm. Wenn
Mc etwa 30 µm beträgt, fällt Es' auf nicht mehr als Ecrit ab. Wenn Mc gleich 30 µm oder größer ist,
wird es möglich, einen allmählichen Stehspannungsabfall zu verhindern, während die Realisierung
einer Stehspannung von 1200 V beibehalten wird.
Fig. 11 ist für den Fall, daß Vdabs = 1200 V, Drain-Driftlänge Ld = 110 µm und Tox 4 µm. Wenn der
Versuch gemacht wird, Es' in einer Richtung von dem Punkt aus zu extrapolieren, wo Mc = 25 µm,
beträgt Es' für Mc dann, wenn Mc 22 µm ist, nicht mehr als Ecrit. Wenn Tox = 4 µm und Mc gleich 22
µm oder größer ist, ist es möglich, einen allmählichen Stehspannungsabfall zu verhindern, während
die Realisierung einer Stehspannung von 1200 V beibehalten wird. Gemäß dieser Figur beträgt die
optimale Länge 30 µm, und die zulässige Abweichung beträgt etwa -8 µm bis +10 µm.
Fig. 12 ist für den Fall, daß Vdabs = 1200 V, Drain-Driftlänge Ld = 110 µm und Tox = 8 µm. Wenn
der Versuch gemacht wird, Es' in einer Richtung von dem Punkt ausgehend zu extrapolieren, wo Mc
= 15 µm, beträgt Es' dann, wenn Mc 11 µm ist, nicht mehr als Ecrit. Wenn Mc gleich 11 µm oder
größer ist, ist es möglich, einen allmählichen Stehspannungsabfall zu verhindern, während die
Realisierung einer Stehspannung von 1200 V beibehalten wird. Gemäß dieser Figur beträgt die
optimale Länge 20 µm, und die zulässige Abweichung beträgt etwa -9 µm bis +20 µm oder mehr.
Wenn für eine hohe Stehspannung die Drain-Driftlänge Ld groß ist, kann gesagt werden, daß
Spielraum besteht, daß der obere Grenzwert von Mc die Hälfte von Ld sein kann.
Ableitung einer Beziehung für Mc und Tox
Unter Berücksichtigung des Vorstehenden leiteten die vorliegenden Erfinder die folgende Beziehung
für Mc und Tox auf der Basis der Bedingung ab, daß es möglich sein sollte, einen allmählichen
Stehspannungsabfall unter gleichzeitiger Einhaltung der Nennstehspannung zu verhindern:
Mc ≧ - α(Tox - β) (1)
wobei α = 3500/Vdabs, β = 0,01 Vdabs.
Dies ist ein gültiger Ausdruck für die unteren Grenzwerte von Mc bzw. Tox. Der untere Grenzwert
von Mc wird dort angenommen, wo Es' die kritische Feldstärke erreicht. Obwohl für Tox ≧ β der
Ausdruck (1) unabhängig vom Wert von Mc formal erfüllt ist und mit Mc ≧ 35 der Ausdruck (1)
unabhängig vom Wert von Tox formal erfüllt ist, erfolgt die Ableitung als Vorbedingung zum Erfüllen
des Ausdrucks (1) unter der Bedingung, daß Tox ≦ β und Mc ≦ 35. Was den oberen Grenzwert von
Mc angeht, ist unter Berücksichtigung der experimentell bestimmten Relation Vdabs = 10 Ld + 100
der obere Grenzwert von Mc natürlich durch die Grenzen von Ld beschränkt. Wenn Ld gleich wie die
Länge der Ausdehnung der Drain-Platte bei im wesentlich gegebener Links/Rechts-Symmetrie der
Äquipotentiallinien innerhalb des Isolierfilms ist, ist Mc < Ld/2 wahrscheinlich, aber wenn der nicht
belegte Zwischenraum zwischen diesen Platten nicht mehr als 2 µm beträgt, wird ein Haftterm als
Folge der Zerstörung des Isolierfilms erzeugt, und es resultiert eine Instabilität der Stehspannung
und des Stehstroms, was bedeutet, daß dieser nicht belegte Zwischenraum 2 µm oder größer sein
muß. Es kann daher gesagt werden, daß Mc ≦ (Ld/2 - 1) = [(Vdabs - 100)/20 - 1] geeignet ist. Wenn
jedoch die Drain-Spannung hoch ist, ist eine Vergrößerung dieses nicht belegten Zwischenraums
wünschenswert. Dies ist so, weil, wenn Mc zu groß gemacht wird, als Folge des Zusammendrückens
zwischen den Platten die Feldstärke im wesentlichen im Zentrum des nicht belegten Zwischenraums
maximal wird. Auch gemäß den Fig. 6, 8, 9, 11 und 12 kann beobachtet werden, daß Es' allmählich
ansteigt. Der Ausdruck (1) wird unter Verwendung des Verfahrens erfüllt, bei dem Es' eine monotone
Abnahme zeigt. Da jedoch beobachtet werden kann, daß die Steigung für den Bereich, bei dem Es'
eine monotone Zunahme als Folge der Verlängerung von Mc zeigt, allmählicher ist, als die Steigung
für den Bereich, mit dem der Ausdruck (1) gebildet wird, kann gesagt werden, daß bei einem
angemessenen nicht belegten Zwischenraum zwischen den Platten der obere Grenzwert der Länge
der Ausdehnung nicht sehr strikt eingehalten zu werden braucht.
Der Ausdruck (1) paßt zu den Mc-Werten in Fig. 5 und 6 selbst dann, wenn Vdabs = 350 V.
Außerdem stimmt der Ausdruck (1) mit den Mc-Werten in den Fig. 10 bis 12 überein, wenn Vdabs =
1200 V. Daher besteht ein numerischer Spielraum bei der Auswahl der Koeffizienten α und β.
Hinsichtlich der Länge Md der Ausdehnung der Drain-Feldplatte und der Gesamtdicke Tox des
Isolierfilms kann entsprechend der Tatsache, daß die Äquipotentiallinienverteilung auf der Hauptflä
chenseite der Drain-Driftzone und innerhalb des Isolierfilms im wesentlichen eine Links/Rechts-
Symmetrie aufweist, der folgende ähnliche Ausdruck unter zufriedenstellenden Bedingungen
aufgestellt werden:
Md ≧ - α(Tox - β) (1),
wobei α = 3500/Vdabs, β = 0,01 Vdabs.
Auch dieser Ausdruck stellt einen unteren Grenzwert dar. "Zufriedenstellende Bedingungen" soll
bedeuten, daß gemäß obiger Beschreibung die Feldstärke direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze der Drain-Feldplatte niedriger sein sollte als die Feldstärke direkt unterhalb der sich er
streckenden Spitze der Kanalfeldplatte. Außerdem braucht nicht gesagt zu werden, daß gilt Md ≧
(Ld/2 - 1).
Die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden durch Halbleiterbauelemente gemäß
Anspruch 1, 7, 12, 20, 25, 33, 38 bzw. 44 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist der grundlegende Aufbau des erfindungsgemäßen
Halbleiterbauelements mit einem Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung in Anspruch 1
wiedergegeben. Die Gate-Elektrodenschicht dient hier auch als Feldplatte, um die Feldkonzentration
am Wannenende der Kanalzone abzuschwächen.
In Anspruch 1 bedeutet der Ausdruck "Zustand, in dem die Harzabdeckschicht die Gate-Elektroden
schicht (oder an anderen Stellen der Anmeldung andere Elemente) nicht bedeckt oder von ihr
abgezogen ist" - damit objektiv ein Zustand hergestellt werden kann, in dem keine Ladungsan
sammlung an der Grenzfläche der Harzabdeckschicht während des tatsächlichen Gebrauchs bei
Anlegen einer Spannung auftritt - ein Element, das nicht mit einer Harzabdeckschicht versehen ist,
das heißt ein Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung vor dem Harzeinschlußprozeß oder ein
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung, von dem die Harzabdeckschicht nach dem Harzein
schlußprozeß abgezogen worden ist. Des weiteren bedeutet der Ausdruck "die Durchbruch-Drain-
Spannung, wenn die Opfer-Spannungsdurchbruchstelle direkt unterhalb der Drain-Zone eine
kritische Feldstärke erreicht" ein Element mit einer Nenndurchbruchspannung (Nennstehspannung),
das so ausgelegt ist, daß die Opfer-Spannungsdurchbruchstelle einen Spannungsdurchbruch
hervorruft.
Da bei einem derartigen Lateral-MISFET-Element die Länge Mc der Ausdehnung der Gate-Elektro
denschicht auf dem ersten Isolierfilm und die Gesamtisolierfilmdicke Tc direkt unterhalb der sich
erstreckenden Spitze der Gate-Elektrodenschicht größer oder gleich unteren Grenzwerten Mcmin
bzw. Tcmin sind, tritt selbst dann, wenn sich im tatsächlichen Gebrauch bei einem mit einer
Harzabdeckschicht versehenen Element eine Ladungsansammlung an der Grenzfläche der
Harzabdeckschicht auftritt, kein allmählicher Spannungsabfall auf, und daher ist es möglich, auch
einen allmählichen Durchlaßstromabfall zu unterdrücken. Da die Stehspannung direkt unterhalb der
sich erstreckenden Spitze der Gate-Elektrodenschicht-Größen beschränkt ist, ist es möglich, ein
stabiles, sehr zuverlässiges Element mit einer Stehspannung von 350 V bis 1200 zu realisieren.
Außerdem kann ein solches Element ohne zusätzlichen Einsatz eines speziellen Prozesses gebildet
werden, da die Steuerung von Mc und Tc im Lauf der Herstellung genügt. Derzeit wird die vorste
hend beschriebene Bauelementsimulierung auf Werte bis zu 1200 V fixiert, aber mit zunehmenden
Nennstehspannungen besteht sicherlich Spielraum für die mögliche Anwendung auch für Werte
oberhalb von 1200 V, da die vorgenannte Beziehung dann noch besser zutrifft als für Elemente nied
riger Stehspannung. Selbstverständlich ist der Ausdruck Mc < Ld/2 = (Vdabs - 100)/20 - 1 erfüllt. Um
Elemente mit Nennstehspannungen zwischen 350 V und 1200 V zu schaffen, können durch Auswahl
der Nennstehspannung Vdabs die unteren Grenzwerte Mcmin und Tcmin mittels der vorgenannten
Ausdrücke abgeleitet werden.
Für Vdabs = 350 gilt in diesem Zusammenhang beispielsweise, da Tcmin ≦ 3,5 und Mcmin ≧ 35-10
Tcmin, Mcmin ≧ 15 für Tcmin = 2, Mcmin ≧ 10 für Tcmin = 2,5 und Mcmin ≧ 5 für Tcmin = 3. Bei
diesen Bedingungen tritt zumindest für eine Nennstehspannung von 350 V kein allmählicher
Spannungsabfall auf, und es ist daher möglich, ein stabiles Halbleiterbauelement zu schaffen, das
auch einen allmählichen Durchlaßstromabfall unterdrücken kann. Aufgrund der Tatsache, daß
typischerweise Ld = 25, bedeutet bei einem Element mit 350 V Stehspannung, falls der obere
Grenzwert von Mc 11,5 µm ist, da wenig Raum für die Vergrößerung von Mcmin besteht, dies, daß
es erforderlich ist, Tcmin mit einer Dicke von größer oder gleich 2,35 µm zu bilden.
Für den Fall von Tcmin ≦ 4 und Mcmin ≧ 35-8,75 Tcmin tritt zumindest für eine Nennstehspannung
von 400 V kein allmählicher Spannungsabfall auf, und daher ist es möglich, ein stabiles Halbleiter
bauelement zu schaffen, das auch einen allmählichen Durchlaßstromabfall unterdrücken kann. Für
Tcmin = 2 beispielsweise gilt Mcmin ≧ 18,5, für Tcmin = 2,86 gilt Mcmin ≧ 10, und für Tcmin = 3 gilt
Mcmin ≧ 8,86. Aufgrund der Tatsache, daß typischerweise Ld = 30, ist es, falls der obere Grenzwert
von Mc 14 µm beträgt, erforderlich, Tcmin mit einer Dicke größer oder gleich 2,4 µm zu bilden.
Für den Fall Tcmin ≦ 5 und Mcmin ≧ 35 - 7 Tcmin tritt zumindest für eine Nennstehspannung von
500 V kein allmählicher Spannungsabfall auf, und daher ist es möglich, ein stabiles Halbleiterbau
element zu schaffen, das auch einen allmählichen Durchlaßstromabfall unterdrücken kann. Für
Tcmin = 2 gilt beispielsweise Mcmin ≧ 21, für Tcmin = 3 gilt Mcmin ≧ 14, und für Tcmin = 3,58 gilt
Mcmin ≧ 10. Aufgrund der Tatsache, daß typischerweise Ld = 40, ist es, falls der obere Grenzwert
von Mc 19 µm beträgt, erforderlich, Tcmin mit einer Dicke von größer oder gleich 2,28 µm zu bilden,
aber es ist möglich, Tcmin im Vergleich zu den Fällen von 350 V und 400 ziemlich dünn zu machen.
Für Tcmin ≦ 6 und Mcmin ≧ 35-5,83 Tcmin tritt zumindest für eine Nennstehspannung von 600 V
kein allmählicher Spannungsabfall auf, und daher ist es möglich, ein stabiles Halbleiterbauelement
zu schaffen, das auch einen allmählichen Durchlaßstromabfall unterdrücken kann. Für Tcmin = 2 gilt
beispielsweise Mcmin ≧ 23,4, für Tcmin = 3 gilt Mcmin ≧ 17,5, für Tcmin = 4 gilt Mcmin ≧ 11,69, und
für Tcmin = 4,39 gilt Mcmin ≧ 10. Aufgrund der Tatsache, daß typischerweise Ld = 50, kann, falls der
obere Grenzwert von Mc 24 µm ist, Tcmin mit einer Dicke von größer oder gleich 1,88 µm gebildet
werden, aber es besteht noch Spielraum für eine Verlängerung, so daß Mc groß ist.
Für Tcmin ≦ 7 und Mcmin ≧ 35 - 5 Tcmin tritt zumindest für eine Nennstehspannung von 700 V kein
allmählicher Spannungsabfall auf, und daher ist es möglich, ein stabiles Halbleiterbauelement zu
schaffen, das auch einen allmählichen Durchlaßstromabfall unterdrücken kann. Für Tcmin = 2 gilt
beispielsweise Mcmin ≧ 25, für Tcmin = 3 gilt Mcmin ≧ 20, für Tcmin = 4 gilt Mcmin ≧ 15, für Tcmin =
5 gilt Mcmin ≧ 10, und für Tcmin = 6 gilt Mcmin ≧ 5. Aufgrund der Tatsache, daß typischerweise Ld =
60, kann, falls der obere Grenzwert von Mc 29 µm beträgt, Tcmin mit einer Dicke von größer oder
gleich 1,2 µm gebildet werden, aber es besteht noch Spielraum für eine Vergrößerung, so daß Mc
groß ist.
Des weiteren ist klar, daß es bei der Realisierung von Elementen mit anderer Nennstehspannung
durch Einsetzen des Nennstehspannungswerts Vdabs in oben stehend beschriebener Weise möglich
ist, die Beziehungen für Tcmin und Mcmin abzuleiten.
Um die Breite des Gates auf dem Chip sehr groß zu machen, weist ein Lateral-MISFET-Element
hoher Stehspannung, das ein hohes Stromtransportvermögen aufweisen soll, typischerweise ein
kammartiges planares Muster des Elements auf, das sich in der Richtung der Breite des Gates
erstreckt und bei dem lineare Gate-Abschnitte und gekrümmte Gate-Abschnitte alternierend
angeordnet miteinander verbunden sind. Da die Feldkonzentration an den gekrümmten Gate-
Abschnitten größer als an den linearen Gate-Abschnitten ist, wird der Krümmungsradius der
gekrümmten Gate-Abschnitte vergrößert, um die Feldkonzentration dort abzuschwächen. Wenn
jedoch der Krümmungsradius der gekrümmten Gate-Abschnitte vergrößert wird, bestehen, da nicht
notwendigerweise auch eine Verbreiterung des Abstands zwischen den linearen Gate-Abschnitten,
die parallel zueinander angeordnet sind und mit beiden Enden der gekrümmten Gate-Abschnitte
verbunden sind, erzielt wird, Beschränkungen dahingehend, die Abmessungen des Gates sehr groß
zu machen, weshalb die Strommenge pro Flächeneinheit niedrig wird, was wiederum das Strom
transportvermögen vermindert.
In einem Fall jedoch, in dem die Länge der Ausdehnung der Gate-Elektrodenschicht in den
gekrümmten Gate-Abschnitten größer als die Länge der Ausdehnung der Gate-Elektrodenschicht in
den linearen Gate-Abschnitten ist, bedeutet die Bildung von Tc so, daß es auf dem Teil der
gekrümmten Gate-Abschnitte nicht groß ist, daß es möglich ist, die Feldkonzentration in den
gekrümmten Gate-Abschnitten abzuschwächen, und daher ist es möglich, den Krümmungsradius der
gekrümmten Gate-Abschnitte klein zu machen. Es besteht außerdem der Vorteil, daß die Länge der
Ausdehnung der gekrümmten Gate-Abschnitte in einfacher Weise als Ergebnis der Musterung der
Gate-Elektrodenschicht vergrößert werden kann. Daher ist es möglich, den Abstand zwischen
parallelen linearen Gate-Abschnitten kleiner als in herkömmlich bekannter Weise zu machen, und
mittels sehr hoher Integration kann ein großes Stromtransportvermögen erzielt werden. Es ist in
anderen Worten möglich, eine Nennstehspannung von 350 bis 700 V zu erzielen. Wenn die
Stehspannung größer oder gleich 700 V ist, ist eine Übereinstimmung der Länge der Ausdehnung in
den linearen Gate-Abschnitten mit der Länge in den gekrümmten Gate-Abschnitten zulässig, da für
die Länge der Ausdehnung in den linearen Gate-Abschnitten ein gewisser Spielraum besteht.
Wie in der obigen beispielhaften Darstellung angegeben, ist die Filmdicke in wünschenswerter
Weise größer oder gleich 2 µm, da das Erfordernis besteht, den ersten Isolierfilm (Feldoxidfilm) mit
zunehmender Nennstehspannung dicker zu machen. Da die ursprüngliche Funktion der Feldplatte
der Gate-Elektrodenschicht darin besteht, die Feldkonzentration des Wannenendes der Kanalzone
abzuschwächen, wird, wenn der erste Isolierfilm zu dick gemacht wird, der Effekt der Abschwächung
des Felds auch vermindert. Als Regel ist es, wenn eine Source-Elektrodenschicht und eine Drain-
Elektrodenschicht auf einem auf der Gate-Elektrodenschicht gebildeten Zwischenschichtisolierfilm
gebildet werden sollen, wünschenswert, die vorstehenden Prinzipien auf eine Kanalfeldplatte
anzuwenden, die dazu dient, die Feldkonzentration der sich erstreckenden Spitze der Gate-
Elektrodenschicht durch Ausnutzen der Filmdicke dieses Zwischenschichtisolierfilms abzuschwä
chen.
In anderen Worten wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Halbleiterbau
element gemäß Anspruch 7 ausgebildet. Selbst wenn sich bei diesem Halbleiterbauelement eine
Ladungsansammlung an der Grenzfläche der Harzabdeckschicht bildet, tritt kein allmählicher
Spannungsabfall auf, und daher ist es möglich, auch einen allmählichen Durchlaßstromabfall zu
unterdrücken und dadurch ein stabiles Element mit einer Stehspannung von 350 V bis 1200 V zu
realisieren. Da die erste Feldplatte als Metallverdrahtung einer Schicht gebildet werden kann, die mit
der Source-Elektrodenschicht gemeinsam ist, muß kein spezieller zusätzlicher Prozeß eingesetzt
werden. Natürlich braucht, um die Gesamtisolierfilmdicke Tc größer oder gleich 2 µm zu machen,
hier kein spezieller zusätzlicher Prozeß eingesetzt zu werden, da der Zwischenschichtisolierfilm
verwendet werden kann.
Bei Halbleiterbauelementen gemäß Anspruch 8, 9, 10 bzw. 11 ist es zumindest für eine Stehspan
nung von 400 V, 500 V, 600 V bzw. 700 V möglich, ein stabiles Halbleiterbauelement zu realisieren,
das einen allmählichen Stehspannungsabfall und einen allmählichen Durchlaßstromabfall unter
drücken kann.
Falls die Länge der Ausdehnung der ersten Feldplatte in den gekrümmten Gate-Abschnitten größer
als die Länge der Ausdehnung der ersten Feldplatte in den linearen Gate-Abschnitte ist, bedeutet
es, Tc in dem Teil der gekrümmten Gate-Abschnitte nicht dick zu machen, daß es möglich ist, die
Feldkonzentration in den gekrümmten Gate-Abschnitten abzuschwächen, und daher ist es möglich,
den Krümmungsradius der gekrümmten Gate-Abschnitte klein zu machen. Es ist daher möglich, den
Zwischenraum zwischen parallelen linearen Gate-Abschnitten klein zu halten, und mittels hoher
Integration ist ein großes Stromtransportvermögen erzielbar. Wenn für die Länge der Ausdehnung
der linearen Gate-Abschnitte ein gewisser Spielraum verbleibt, ist natürlich eine Übereinstimmung
der Länge der Ausdehnung in den linearen Gate-Abschnitten mit der Länge in den gekrümmten
Gate-Abschnitten zulässig.
Die erste Feldplatte kann mittels eines Anschlußloches (Durchkontaktierungsloches) in dem zweiten
Isolierfilm (Zwischenschichtisolierfilm) mit der Gate-Elektrodenschicht leitend verbunden werden. Es
ist daher möglich, den Gate-Verdrahtungswiderstand zu reduzieren. Da jedoch die Gatekapazität
zunimmt, beeinträchtigt dies die Geschwindigkeit der Schaltcharakteristika. Daher ist es wün
schenswert, die erste Feldplatte als Schicht zu bilden, die mit der Source-Elektrodenschicht
gemeinsam ist.
Aufgrund der Tatsache, daß der zweite Isolierfilm im allgemeinen in der Form eines Zwischen
schichtisolierfilms sein muß, um die Zuverlässigkeit bei der Bildung eines Source-Kontaktlochs oder
ähnlichem zu verbessern, bestehen Beschränkungen hinsichtlich der Dicke des zweiten Isolierfilms.
Daher wird gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Struktur mit mehreren
Feldplatten und eine zweite Feldplatte gemäß Anspruch 12 eingesetzt.
Als Folge des Vorsehens des dritten Isolierfilms in der Struktur mit mehreren Feldplatten kann Tc
dick gebildet werden. Außerdem ist, da sich die zweite Feldplatte weiter als die erste Feldplatte zur
Drain-Seite hin erstreckt, die Länge der Ausdehnung ab dem Basisende der Gate-Elektrodenschicht
natürlich lang. Selbst wenn sich eine Ladungsansammlung an der Zwischenfläche der Harzabdeck
schicht bildet, wird eine Unterdrückung des allmählichen Stehspannungsabfalls und Durchlaßstrom
abfalls erzielt, und daher ist es möglich, ein stabiles Halbleiterbauelement zu realisieren. Dies ist
insbesondere bei einer Ausgestaltung gemäß Anspruch 13 gut zu realisieren.
Bei Halbleiterbauelementen gemäß Anspruch 14, 15, 16 bzw. 17 ist es zumindest für eine Steh
spannung von 400 V, 500 V, 600 V bzw. 700 V möglich, ein stabiles Halbleiterbauelement zu
realisieren, das einen allmählichen Stehspannungsabfall und einen allmählichen Durchlaßstromab
fall unterdrücken kann.
Nun wird angesichts der Tatsache, daß die zweite Feldplatte in einer Schicht oberhalb der ersten
Feldplatte gebildet ist, dem Verfahren der Verwendung der zweiten Feldplatte Aufmerksamkeit
geschenkt. Ein Halbleiterbauelement mit einem Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung weist
typischerweise in einem nicht von dem MISFET-Element belegten Bereich auf der Hauptflächenseite
des Substrats des ersten Leitfähigkeitstyps einen Steuerschaltungsabschnitt (der des weiteren eine
Schutzschaltung und ähnliches aufweist) für dieses MISFET-Element auf. Daher zeichnet sich das
Halbleiterbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch aus, daß die erste Feldplatte aus
einer Metallschicht gebildet ist und die zweite Feldplatte aus einer zweiten Metallschicht gebildet ist,
und der Steuerschaltungsabschnitt ist unter Verwendung der ersten und d 91747 00070 552 001000280000000200012000285919163600040 0002010210662 00004 91628er zweiten Metallschicht
als Schaltungsverbindungsverdrahtungsschichten gebildet. Die Verbindungsverdrahtungsschichten
in dem Steuerschaltungsabschnitt sind dicker als jene, die herkömmlich verwendet werden, weshalb
die Verdrahtungsverbindungen größere Freiheitsgrade aufweisen und eine sehr hohe Integration des
Steuerschaltungsabschnitts realisiert werden kann. Dies bedeutet, daß es gleichfalls möglich ist, den
Anteil der von dem Leistungs-MISFET-Element belegten Fläche zu vergrößern, weshalb ein hohes
Stromtransportvermögen sowie geringe Kosten als Folge der kleinen Chipgröße realisierbar sind.
Außerdem kann der Steuerschaltungsabschnitt die erste Metallschicht als Schaltungsverbindungs
verdrahtungsschicht und die zweite Metallschicht als Abschirmfilm zum Bedecken zumindest eines
Teils der Schaltung verwenden. Der Steuerschaltungsabschnitt kann Betriebsinstabilitäten vermei
den, die durch schwebende Ionen innerhalb der Harzabdeckschicht verursacht werden, und er kann
beispielsweise die Wirkung der Abschirmung elektromagnetischer Störungen und ähnlichem von
dem MISFET-Element verbessern, wodurch es möglich wird, ein sehr zuverlässiges Halbleiterbau
element zu schaffen.
Falls die Länge der Ausdehnung der zweiten Feldplatte in den gekrümmten Gate-Abschnitten größer
als in den linearen Gate-Abschnitten ist, bedeutet Tc in dem Teil der gekrümmten Gate-Abschnitte
nicht dick zu machen, daß es möglich ist, die Feldkonzentration in den gekrümmten Gate-Abschnit
ten abzuschwächen, und daher ist es möglich, den Krümmungsradius der gekrümmten Gate-
Abschnitte klein zu machen. Es ist daher möglich, den Zwischenraum zwischen parallelen linearen
Gate-Abschnitten klein zu halten, und mittels hoher Integration ist ein großes Stromtransportvermö
gen erzielbar. Wenn für die Länge der Ausdehnung der linearen Gate-Abschnitte ein gewisser
Spielraum verbleibt, ist natürlich eine Übereinstimmung der Länge der Ausdehnung in den linearen
Gate-Abschnitten mit der Länge in den gekrümmten Gate-Abschnitten zulässig.
Die erste Feldplatte kann mittels eines ersten Anschlußlochs in dem zweiten Isolierfilm leitend
verbunden mit der Gate-Elektrodenschicht sein. In einem solchen Fall kann die zweite Feldplatte
mittels eines zweiten Anschlußlochs in dem dritten Isolierfilm leitend verbunden mit der ersten
Feldplatte sein. Daher ist es möglich, den Gate-Verdrahtungswiderstand zu reduzieren. Da jedoch
die Gatekapazität zunimmt, beeinträchtigt dies die Geschwindigkeit der Schaltcharakteristika. Daher
ist es wünschenswert, die zweite Feldplatte mittels eines zweiten Anschlußlochs in dem dritten
Isolierfilm mit der Source-Elektrodenschicht zu verbinden. Da ein Schutzfilm auf dem zweiten
Anschlußloch gebildet ist, besteht, falls die Abdeckung der Stufe des Schutzfilms, die aus der
Differenz in der Höhe des zweiten Anschlußlochs resultiert, nicht ausreicht, die Gefahr einer lokalen
Beschädigung des Filmmaterials. Insbesondere im tatsächlichen Gebrauch unter Bedingungen hoher
Feuchtigkeit besteht, falls Dotierstoffe bzw. Verunreinigungen innerhalb der Harzabdeckschicht den
beschädigten Abschnitt des Schutzfilms mit Hilfe von Feuchtigkeit durchdringen und innerhalb des
Bauelements verbleiben, die Gefahr, daß eine Aluminiumkorrosion auftritt und daß ein Kanalleck
strom hervorgerufen wird.
Daher ist die zweite Feldplatte ein kontinuierlicher Metallfilm auf der Source-Elektrodenschicht unter
Zwischenlage des dritten Isolierfilms, und dieser Metallfilm ist als eine die Source-Seite bedeckende
Schicht gebildet, die sich planar auch über das kammartige planare Muster des Elements hinaus
erstreckt, und das zweite Anschlußloch ist vorzugsweise in der die Source-Seite bedeckenden
Schicht und von den linearen Gate-Abschnitten und den gekrümmten Gate-Abschnitten entfernt
gebildet. Da das zweite Anschlußloch nicht in der Nähe der linearen Gate-Abschnitte und der
gekrümmten Gate-Abschnitte angeordnet ist, tritt selbst im Fall des Eindringens von Verunreinigun
gen der Harzabdeckschicht in das Bauelement und deren Verbleiben dort als Folge einer Beschädi
gung des Schutzfilms auf dem zweiten Anschlußloch keine Aluminiumkorrosion in dem sich
erstreckenden Abschnitt der zweiten Feldplatte oder der Source-Elektrodenschicht auf, und es wird
kein Kanalleckstrom hervorgerufen. Das zweite Anschlußloch kann in einem Abschnitt in einer
Entfernung von etwa 10 µm oder mehr von den linearen Gate-Abschnitten und den gekrümmten
Gate-Abschnitten gebildet sein. Da jedoch in der zweiten Feldplatte kein Strom fließt, deren einzige
Funktion im Übertragen eines Potentials liegt, kann das zweite Anschlußloch in der Nähe einer
Source-Anschlußfläche gebildet werden.
Die zweite Feldplatte kann auch als eine Schicht gebildet sein, die mit der Source-Elektrodenschicht
gemeinsam ist. Da die Gatekapazität für die zweite Feldplatte nicht zunimmt, ist es möglich, sehr
schnelle Schaltcharakteristika zu erzielen. Da jedoch die Gesamtisolierfilmdicke unterhalb der
Source-Elektrodenschicht ebenfalls groß wird, treten Probleme in Verbindung mit der Zuverlässigkeit
der Bildung des Source-Anschlußlochs, mit Aluminiumkorrosion und ähnlichem auf.
Die erste Feldplatte ist vorzugsweise als mit der Source-Elektrodenschicht gemeinsame Schicht
gebildet. Da die Gatekapazität der ersten Feldplatte nicht zunimmt, ist es möglich, sehr schnelle
Schaltcharakteristika zu erzielen. In einem derartigen Fall ist die zweite Feldplatte mittels eines
Anschlußlochs in dem dritten Isolierfilm leitend mit der Source-Elektrodenschicht verbunden. Auch
hier ist die zweite Feldplatte ein kontinuierlicher Metallfilm auf der Source-Elektrodenschicht unter
Zwischenlage des dritten Isolierfilms, und dieser Metallfilm ist als eine die Source-Seite bedeckende
Schicht gebildet, die sich planar auch über das kammartige planare Muster des Elements hinaus
erstreckt, und das dritte Anschlußloch ist vorzugsweise in der die Source-Seite abdeckenden
Schicht von den linearen Gate-Abschnitten und den gekrümmten Gate-Abschnitten entfernt gebildet.
Daher ist es möglich, das Hervorrufen einer Aluminiumkorrosion und eines Kanalleckstroms zu
unterdrücken, die durch Verunreinigungen in der Harzabdeckschicht hervorgerufen werden, die in
das Bauelement eindringen und dort verbleiben. Das Anschlußloch kann daher in einem Abschnitt in
einer Entfernung von etwa 10 µm oder mehr von den linearen Gate-Abschnitten und den gekrümm
ten Gate-Abschnitten gebildet sein. Vorzugsweise ist das dritte Anschlußloch jedoch in der Nähe
einer Source-Anschlußfläche gebildet.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nur die zweite Aufgabe gelöst, wenn
ein Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 20 verwendet wird. Die Beziehung zwischen Mc und Tc
für die Kanalseite werden in gleicher Weise auf die Drain-Seite angewendet. Bei der Evaluierung der
Länge der Ausdehnung auf der Drain-Seite in einem Fall, in dem eine Ansammlungsschicht
negativer Ladungen auf der Drain-Elektrodenschicht gebildet wird, tritt, da sich die oberen Enden
der hohen Äquipotentiallinien unvermeidbar in der Nähe der sich erstreckenden Spitze der Drain-
Elektrodenschicht treffen, selbst wenn die Länge der Ausdehnung groß ist, kaum eine Zunahme der
Feldstärke direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze innerhalb der Hauptfläche der Drain-
Driftzone auf. Dies kann auch bis zu einem gewissen Ausmaß aus der Symmetrie zwischen den
Äquipotentiallinien auf der Kanalseite und ungefähr in dem Abschnitt oberhalb der Hauptfläche
vorhergesagt werden. Es kann jedoch auch aufgrund der Tatsache, daß, obwohl die niedrigen
Äquipotentiallinien einen Biegepunkt direkt unterhalb der Kanalfeldplatte in einer Verteilung in der
Form eines umgekehrten "S" aufweisen und die hohen Äquipotentiallinien keinen solchen Biege
punkt an der Drain-Elektrodenschicht in einer Verteilung mit der Form eines "C" aufweisen, gesagt
werden, daß die Feldstärke direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Drain-Elektroden
schicht unweigerlich niedriger sein muß als die Feldstärke direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze auf der Kanalseite. Daher ist es möglich, diese Bedingung als ausreichende Bedingung für
die vorgenannte Beziehung anzusehen.
Daher ist es bei einem die obige Beziehung erfüllenden Halbleiterbauelement selbst dann, wenn
eine Feldansammlungsschicht allmählich auf der Drain-Seite als Folge beispielsweise von bewegli
chen Ionen der Harzabdeckschicht allmählich gebildet wird, da es möglich ist, die Feldkonzentration
innerhalb der Hauptfläche der Drain-Driftzone direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der
Drain-Elektrodenschicht abzuschwächen, möglich, die teilweise Einschränkung des widerstandsbe
hafteten Querschnitts dieses Bereichs zu unterdrücken und daher den allmählichen Durchlaßstrom
abfall zu unterdrücken. Außerdem kann eine Zunahme des Durchlaßstroms realisiert werden, da
eine hohe Konzentration in der Drain-Driftzone erzielbar ist.
Bei Halbleiterbauelementen gemäß Anspruch 21, 22, 23 bzw. 24 ist es zumindest für eine Steh
spannung von 400 V, 500 V, 600 V bzw. 700 V möglich, ein stabiles Halbleiterbauelement zu
realisieren, das einen allmählichen Stehspannungsabfall und einen allmählichen Durchlaßstromab
fall unterdrücken kann.
Auch hinsichtlich der Drain-Elektrodenschicht ist es wünschenswert, wenn die Länge der Ausdeh
nung der Drain-Elektrodenschicht in den gekrümmten Gate-Abschnitten größer als die Länge der
Ausdehnung der Drain-Elektrodenschicht in den linearen Gate-Abschnitten ist, und Tc in dem Teil
der gekrümmten Gate-Abschnitte nicht dick zu machen bedeutet, daß es möglich ist, die Feldkon
zentration in den gekrümmten Gate-Abschnitten abzuschwächen, und daher ist es möglich, den
Krümmungsradius der gekrümmten Gate-Abschnitte klein zu machen. Es ist daher möglich, den
Zwischenraum zwischen parallelen linearen Gate-Abschnitten klein zu halten, und mittels hoher
Integration ist ein großes Stromtransportvermögen erzielbar. Wenn für die Länge der Ausdehnung
der linearen Gate-Abschnitte ein gewisser Spielraum verbleibt, ist natürlich eine Übereinstimmung
der Länge der Ausdehnung in den linearen Gate-Abschnitten mit der Länge in den gekrümmten
Gate-Abschnitten zulässig.
Da die ursprüngliche Funktion der Feldplatte der Drain-Elektrodenschicht darin besteht, die
Feldkonzentration der Drain-Zone abzuschwächen, wird, wenn der erste Isolierfilm zu dick gemacht
wird, die Wirkung der Abschwächung der Felds auch verringert. Als Regel ist es wünschenswert,
falls eine Source-Elektrodenschicht und eine Drain-Elektrodenschicht auf einem Zwischenschicht
isolierfilm auf der Gate-Elektrodenschicht gebildet werden sollen, die vorstehend beschriebenen
Prinzipien auch auf die Drain-Feldplatte anzuwenden, die dazu dient, die Feldkonzentration der sich
erstreckenden Spitze der Drain-Elektrodenschicht unter Verwendung der Filmdicke dieses Zwi
schenschichtisolierfilms abzuschwächen.
Daher wird gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Struktur mit mehreren
Feldplatten mit einer ersten Feldplatte gemäß Anspruch 25 eingesetzt. Da hier die Länge der
Ausdehnung der ersten Feldplatte auf der Drain-Seite groß ist, kann die erste Feldplatte die
Feldkonzentration der sich erstreckenden Spitze der Drain-Elektrodenschicht abschwächen und
einen allmählichen Durchlaßstromabfall unterdrücken.
Insbesondere mit einem Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 26 ist die Unterdrückung des
allmählichen Durchlaßstromabfalls zufriedenstellend.
Bei Halbleiterbauelementen gemäß Anspruch 27, 28, 29 bzw. 30 ist es zumindest für eine Steh
spannung von 400 V, 500 V, 600 V bzw. 700 V möglich, ein stabiles Halbleiterbauelement zu
realisieren, das einen allmählichen Stehspannungsabfall und einen allmählichen Durchlaßstromab
fall unterdrücken kann.
Nun wird angesichts der Tatsache, daß die erste Feldplatte in einer Schicht oberhalb der Drain-
Elektrodenschicht gebildet ist, dem Verfahren der Verwendung der ersten Feldplatte Aufmerksamkeit
geschenkt. Ein Halbleiterbauelement mit einem Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung weist
typischerweise in einem nicht von dem MISFET-Element belegten Bereich auf der Hauptflächenseite
des Substrats des ersten Leitfähigkeitstyps einen Steuerschaltungsabschnitt (der des weiteren eine
Schutzschaltung und ähnliches aufweist) für dieses MISFET-Element auf. Daher zeichnet sich das
Halbleiterbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch aus, daß die Drain-Elektroden
schicht aus einer Metallschicht gebildet ist und die erste Feldplatte aus einer zweiten Metallschicht
gebildet ist, und der Steuerschaltungsabschnitt ist unter Verwendung der ersten und der zweiten
Metallschicht als Schaltungsverbindungsverdrahtungsschichten gebildet. Mittels sehr hoher
Integration des Steuerschaltungsabschnitts kann der Anteil der von dem Leistungs-MISFET-Element
belegten Fläche vergrößert werden, weshalb ein hohes Stromtransportvermögen sowie geringe
Kosten als Folge der kleinen Chipgröße realisierbar sind.
Außerdem kann der Steuerschaltungsabschnitt die erste Metallschicht als Schaltungsverbindungs
verdrahtungsschicht und die zweite Metallschicht als Abschirmfilm zum Bedecken zumindest eines
Teils der Schaltung verwenden. Der Steuerschaltungsabschnitt kann Betriebsinstabilitäten vermei
den, die durch schwebende Ionen innerhalb der Harzabdeckschicht verursacht werden, und er kann
beispielsweise die Wirkung der Abschirmung elektromagnetischer Störungen und ähnlichem
verbessern, wodurch es möglich wird, ein sehr zuverlässiges Halbleiterbauelement zu schaffen.
Falls die Länge der Ausdehnung der ersten Feldplatte in den gekrümmten Gate-Abschnitten größer
als in den linearen Gate-Abschnitten ist, bedeutet Tc in dem Teil der gekrümmten Gate-Abschnitte
nicht dick zu machen, daß es möglich ist, die Feldkonzentration in den gekrümmten Gate-Abschnit
ten abzuschwächen, und daher ist es möglich, den Krümmungsradius der gekrümmten Gate-
Abschnitte klein zu machen. Es ist daher möglich, den Zwischenraum zwischen parallelen linearen
Gate-Abschnitten klein zu halten, und mittels hoher Integration ist ein großes Stromtransportvermö
gen erzielbar. Wenn für die Länge der Ausdehnung der linearen Gate-Abschnitte ein gewisser
Spielraum verbleibt, ist natürlich eine Übereinstimmung der Länge der Ausdehnung in den linearen
Gate-Abschnitten mit der Länge in den gekrümmten Gate-Abschnitten zulässig.
Die erste Feldplatte kann mit der Drain-Elektrodenschicht mittels eines ersten Anschlußlochs in dem
zweiten Isolierfilm (beispielsweise Zwischenschichtisolierfilm) leitend verbunden sein. Jedoch ist
selbst in einem solchen Fall die erste Feldplatte ein kontinuierlicher Metallfilm auf der Drain-
Elektrodenschicht unter Zwischenlage des zweiten Isolierfilms, und dieser Metallfilm ist als die
Drain-Seite abdeckende Schicht gebildet, die sich planar auch über das kammartige planare Muster
des Elements hinaus erstreckt, und das entsprechende Anschlußloch ist vorzugsweise in der die
Drain-Seite abdeckenden Schicht und von den linearen Gate-Abschnitten und den gekrümmten
Gate-Abschnitten entfernt gebildet. Daher ist es möglich, das Hervorrufen von Aluminiumkorrosion
und eines Kanalleckstroms, die durch Verunreinigungen in der Harzabdeckschicht hervorgerufen
werden, die in das Bauelement eindringen und dort verbleiben, zu unterdrücken. Das Anschlußloch
kann daher in einem Abschnitt in einer Entfernung von etwa 10 µm oder größer von den linearen
Gate-Abschnitten und den gekrümmten Gate-Abschnitten gebildet sein. Das Anschlußloch kann
jedoch vorzugsweise in der Nähe einer Drain-Anschlußfläche gebildet sein.
Bis hierher unterschied die ausführliche Erläuterung zwischen der Kanalfeldplatte und der Drain-
Feldplatte und diente dazu zu zeigen, wie die Verbesserung der Struktur der Kanalfeldplatte
hauptsächlich zum Unterdrücken des allmählichen Spannungsabfalls dient und wie die Verbesse
rung der Struktur der Drain-Feldplatte in Zusammenhang mit der Unterdrückung des allmählichen
Durchlaßstromabfalls steht. Nun wird jedoch nachstehend eine Erläuterung hinsichtlich der
gesamten Feldplattenstruktur angegeben, für die diese beiden Beziehungen berücksichtigt worden
sind.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement gemäß Anspruch
33. Der erste Isolierfilm und der zweite Isolierfilm brauchen dabei nicht die gleiche Dicke aufzuwei
sen wie ein in der gleichen Schicht liegender gemeinsamer Film. Beispielsweise kann die Filmdicke
des ersten Isolierfilms durch selektive Oxidation größer als die Filmdicke des zweiten Isolierfilms
gewählt werden. Um jedoch das Hinzufügen eines weiteren Prozesses zu vermeiden, sind diese
Isolierfilme typischerweise vorzugsweise Feldisolierfilme und bilden Filme, die der gleichen Schicht
angehören bzw. gemeinsam sind.
Selbst wenn sich eine Ladungsansammlung an der Grenzfläche der Harzabdeckschicht bildet, tritt
kein allmählicher Stehspannungsabfall auf, und es ist möglich, auch einen allmählichen Durchlaß
stromabfall zu unterdrücken, wodurch es möglich ist, eine sehr stabile hohe Stehspannung zu
realisieren.
Bei Halbleiterbauelementen gemäß Anspruch 34, 35, 36 bzw. 37 ist es zumindest für eine Steh
spannung von 400 V, 500 V, 600 V bzw. 700 V möglich, ein stabiles Halbleiterbauelement zu
realisieren, das einen allmählichen Stehspannungsabfall und einen allmählichen Durchlaßstromab
fall unterdrücken kann.
Wenn der nicht belegte Zwischenraum zwischen der Gate-Elektrodenschicht und der Drain-Elektro
denschicht zu schmal ist, besteht das Risiko, daß ein Haftterm durch das hohe elektrische Feld
erzeugt wird und daraus wiederum ein Stehspannungsabfall und ein Durchlaßstromabfall durch
Haftladungsträger erzeugt wird, weshalb ein Minimalwert von 2 µm für diesen nicht belegten
Zwischenraum erforderlich ist. Auch hinsichtlich der Zuverlässigkeit etc. an der Grenzfläche des
Schutzfilms ist es keinesfalls wünschenswert, daß der nicht belegte Zwischenraum klein ist. Wenn
der nicht belegte Zwischenraum zu schmal ist, wird eine Verteilung erzeugt, bei der alle Äquipoten
tiallinien direkt unterhalb des nicht belegten Zwischenraums sich in großer Nähe zueinander
befinden, weshalb das Risiko der Erzeugung einer Feldkonzentration besteht. In der Tat besteht bei
Elementen mit höherer Stehspannung das zunehmende Erfordernis für eine große Länge der
Ausdehnung der Gate-Elektrodenschicht und der Drain-Elektrodenschicht, um einen allmählichen
Stehspannungsabfall zu unterdrücken. Es ist jedoch ratsam, daß, da dann auch die Drain-Driftzone
lang ist, Spielraum dafür vorhanden ist, den nicht belegten Zwischenraum relativ groß zu machen,
beispielsweise in der Größenordnung von 50 µm für eine Stehspannung von 700 V oder mehr.
Das MISFET-Element weist ein kammartiges planares Elementmuster auf, das sich in der Richtung
der Breite des Gates erstreckt und bei dem lineare Gate-Abschnitte sowie gekrümmte Gate-
Abschnitte alternierend angeordnet und miteinander verbunden sind, und es ist wünschenswert,
daß die Länge der Ausdehnung der Gate-Elektrodenschicht in den gekrümmten Gate-Abschnitten
größer als die Länge der Ausdehnung der Gate-Elektrodenschicht in den linearen Gate-Abschnitten
ist und die Länge der Ausdehnung der Drain-Elektrodenschicht in den gekrümmten Gate-Abschnitten
größer als die Länge der Ausdehnung der Drain-Elektrodenschicht in den geraden Gate-Abschnitten
ist. Tcmin oder Tdmin in dem Teil der gekrümmten Gate-Abschnitte nicht dick zu machen bedeutet,
daß es möglich ist, die Feldkonzentration in den gekrümmten Gate-Abschnitten abzuschwächen, und
daher ist es möglich, den Krümmungsradius der gekrümmten Gate-Abschnitte klein zu machen. Es
ist daher möglich, den Zwischenraum zwischen parallelen linearen Gate-Abschnitten klein zu halten,
und mittels hoher Integration ist ein großes Stromtransportvermögen erzielbar. Wenn für die Länge
der Ausdehnung der linearen Gate-Abschnitte ein gewisser Spielraum verbleibt, ist natürlich eine
Übereinstimmung der Länge der Ausdehnung in den linearen Gate-Abschnitten mit der Länge in den
gekrümmten Gate-Abschnitten zulässig.
Um in einfacher Weise sicherzustellen, daß die Filmdicke von Tc groß ist, ist die Verwendung eines
Zwischenschichtisolierfilms wünschenswert. Dies wird gemäß einem siebten Aspekt der vorliegen
den Erfindung mit einem Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 38 realisiert.
Selbst wenn eine Ladungsansammlung an der Grenzfläche der Harzabdeckschicht gebildet wird, tritt
kein allmählicher Stehspannungsabfall auf, und es ist möglich, auch einen allmählichen Durchlaß
stromabfall zu unterdrücken, wodurch es möglich ist, eine stabile hohe Stehspannung zu realisieren.
Bei einer Ausgestaltung eines Halbleiterbauelements gemäß Anspruch 39, 40, 41 bzw. 42 ist es
zumindest für eine Stehspannung von 400 V, 500 V, 600 V bzw. 700 V möglich, ein stabiles
Halbleiterbauelement zu realisieren, das einen allmählichen Stehspannungsabfall und einen
allmählichen Durchlaßstromabfall unterdrücken kann.
Auch hier ist der nicht belegte Zwischenraum zwischen der ersten Feldplatte und der Drain-
Elektrodenschicht vorzugsweise größer oder gleich 2 µm.
Es ist wünschenswert, daß die Länge der Ausdehnung der ersten Feldplatte in den gekrümmten
Gate-Abschnitten größer ist als die Länge der Ausdehnung der ersten Feldplatte in den linearen
Gate-Abschnitten und daß die Länge der Ausdehnung der Drain-Elektrodenschicht in den ge
krümmten Gate-Abschnitten größer ist als die Länge der Ausdehnung der Drain-Elektrodenschicht in
den linearen Gate-Abschnitten. Es ist möglich, die Feldkonzentration in den gekrümmten Gate-
Abschnitten abzuschwächen, und daher ist es möglich, den Krümmungsradius der gekrümmten
Gate-Abschnitte klein zu machen. Somit ist es möglich, den Abstand zwischen den parallelen
linearen Gate-Abschnitten klein zu machen, und mit sehr hoher Integration ist ein großes Strom
transportvermögen erzielbar. Natürlich ist, falls für die Länge der Ausdehnung in den linearen Gate-
Abschnitten ein bestimmter Spielraum vorhanden ist, eine Übereinstimmung der Länge der Ausdeh
nung in den linearen Gate-Abschnitten mit der Länge in den gekrümmten Gate-Abschnitten zulässig.
Die erste Feldplatte kann mittels eines Anschlußlochs in dem dritten Isolierfilm leitend verbunden mit
der Gate-Elektrodenschicht sein. Außerdem kann die erste Feldplatte als Schicht gebildet sein, die
mit der Source-Elektrodenschicht gemeinsam ist.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Halbleiterbauelement gemäß
Anspruch 44 eine Struktur mit mehreren Feldplatten auf. Da die Länge der Ausdehnung der zweiten
und der dritten Feldplatte unweigerlich groß ist, ist es möglich, ein stabiles Halbleiterbauelement zu
realisieren, das einen allmählichen Stehspannungsabfall und einen allmählichen Durchlaßstromab
fall unterdrücken kann.
Genauer gesagt, kann bei einem Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 45 eine zuverlässige
Unterdrückung des allmählichen Stehspannungsabfalls und des allmählichen Durchlaßstromabfalls
erzielt werden.
Bei Halbleiterbauelementen gemäß Anspruch 46, 47, 48 bzw. 49 kann zumindest bei einer Steh
spannung von 400 V, 500 V, 600 V bzw. 700 V ein stabiles Halbleiterbauelement realisiert werden,
das einen allmählichen Stehspannungsabfall und einen allmählichen Durchlaßstromabfall unter
drücken kann.
Angesichts der Tatsache, daß die zweite Feldplatte und die dritte Feldplatte in den Schichten
oberhalb der Source-Elektrodenschicht bzw. der Drain-Elektrodenschicht gebildet sind, wird nun
dem Verfahren der Verwendung dieser oberen Schichten Aufmerksamkeit geschenkt. Ein Halbleiter
bauelement mit einem Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung weist typischerweise in einem
nicht von dem MISFET-Element belegten Bereich auf der Hauptflächenseite des Substrats des
ersten Leitfähigkeitstyps einen Steuerschaltungsabschnitt (der des weiteren eine Schutzschaltung
und ähnliches aufweist) für dieses MISFET-Element auf. Daher zeichnet sich das Halbleiterbauele
ment gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch aus, daß die erste Feldplatte aus einer Metall
schicht gebildet ist und die zweite Feldplatte aus einer zweiten Metallschicht gebildet ist, und der
Steuerschaltungsabschnitt ist unter Verwendung der ersten und der zweiten Metallschicht als
Schaltungsverbindungsverdrahtungsschichten gebildet. Die Verbindungsverdrahtungsschichten in
dem Steuerschaltungsabschnitt sind dicker als jene, die herkömmlich verwendet werden, weshalb
die Verdrahtungsverbindungen größere Freiheitsgrade aufweisen und eine sehr hohe Integration des
Steuerschaltungsabschnitts realisiert werden kann. Dies bedeutet, daß es gleichfalls möglich ist, den
Anteil der von dem Leistungs-MISFET-Element belegten Fläche zu vergrößern, weshalb ein hohes
Stromtransportvermögen sowie geringe Kosten als Folge der kleinen Chipgröße realisierbar sind.
Die erste Metallschicht kann als Schaltungsverbindungsverdrahtungsschicht verwendet werden, und
die zweite Metallschicht kann als Abschirmungsfilm zum Bedecken zumindest eines Teils der
Schaltung verwendet werden. Der Steuerschaltungsabschnitt kann eine Betriebsinstabilität verhin
dern, die durch schwebende Ionen innerhalb der Harzabdeckschicht verursacht wird, und er kann
die Wirkung der Abschirmung elektromagnetischer Störungen und ähnlichem verbessern, wodurch
es möglich ist, ein sehr zuverlässiges Halbleiterbauelement zu schaffen.
Hinsichtlich des oberen Grenzwerts für die Feldplatten ist der nicht belegte Zwischenraum zwischen
der zweiten Feldplatte und der dritten Feldplatte vorzugsweise größer oder gleich 2 µm. Dies dient
dazu, einen Stehspannungsabfall und einen Durchlaßstromabfall, die durch Haftladungsträger auf
der Basis der Erzeugung eines durch ein hohes elektrisches Feld erzeugten Haftterms verursacht
werden, zu unterdrücken.
Die Länge der Ausdehnung der zweiten Feldplatte in den gekrümmten Gate-Abschnitten kann größer
als die Länge der Ausdehnung der zweiten Feldplatte in den linearen Gate-Abschnitten gemacht
werden, und die Länge der Ausdehnung der dritten Feldplatte in den gekrümmten Gate-Abschnitten
kann größer als die Länge der Ausdehnung der dritten Feldplatte in den linearen Gate-Abschnitten
gemacht werden. Es ist möglich, die Feldkonzentration in den gekrümmten Gate-Abschnitten
abzuschwächen, und daher ist es möglich, den Krümmungsradius der gekrümmten Gate-Abschnitte
klein zu machen. Es ist daher möglich, den Zwischenraum zwischen parallelen linearen Gate-
Abschnitten klein zu halten, und mittels hoher Integration ist ein großes Stromtransportvermögen
erzielbar. Wenn für die Länge der Ausdehnung der linearen Gate-Abschnitte ein gewisser Spielraum
verbleibt, ist natürlich eine Übereinstimmung der Länge der Ausdehnung in den linearen Gate-
Abschnitten mit der Länge in den gekrümmten Gate-Abschnitten zulässig.
Die erste Feldplatte kann mittels des ersten Anschlußlochs im dritten Isolierfilm leitend verbunden
mit der Gate-Elektrodenschicht sein. In einem solchen Fall kann die zweite Feldplatte mittels eines
zweiten Anschlußlochs in einem vierten Isolierfilm leitend verbunden mit der ersten Feldplatte sein,
die zweite Feldplatte kann mittels des zweiten Anschlußlochs in dem vierten Isolierfilm leitend
verbunden mit der Source-Elektrodenschicht sein, und die dritte Feldplatte kann mittels eines dritten
Anschlußlochs in einem fünften Isolierfilm leitend verbunden mit der Drain-Elektrodenschicht sein.
Da der Schutzfilm auf dem zweiten und dem dritten Anschlußloch gebildet ist, besteht, falls die
Abdeckung der Stufe des Schutzfilms, die aus dem Höhenunterschied des zweiten und des dritten
Anschlußlochs resultiert, nicht ausreicht, das Problem einer lokalen Beschädigung des Filmmate
rials. Insbesondere im tatsächlichen Gebrauch unter sehr feuchten Bedingungen, falls Verunreini
gungen innerhalb der Harzabdeckschicht den beschädigten Abschnitt des Schutzfilms aufgrund von
Feuchtigkeit durchdringen und innerhalb des Bauelements verbleiben, besteht das Risiko, daß eine
Aluminiumkorrosion auftritt und daß ein Kanalleckstrom erzeugt wird.
Daher besteht ein charakteristisches Merkmal darin, daß die zweite Feldplatte als eine die Source-
Seite bedeckende Schicht gebildet wird, die sich planar auch über das kammartige planare
Elementmuster hinaus als kontinuierlicher Metallfilm auf der Source-Elektrodenschicht unter
Zwischenlage des vierten Isolierfilms erstreckt, und daß die dritte Feldplatte als eine die Drain-Seite
bedeckende Schicht gebildet ist, die sich planar auch über das kammartige planare Elementmuster
hinaus als kontinuierlicher Metallfilm auf der Drain-Elektrodenschicht unter Zwischenlage des fünften
Isolierfilms erstreckt. Das zweite Anschlußloch ist in der die Source-Seite bedeckenden Schicht und
von den linearen Gate-Abschnitten und den gekrümmten Gate-Abschnitten entfernt gebildet, und das
dritte Anschlußloch ist in der die Drain-Seite bedeckenden Schicht und von den linearen Gate-
Abschnitten und den gekrümmten Gate-Abschnitten entfernt gebildet. Daher ist es möglich, eine
Aluminiumkorrosion und einen Kanalleckstrom, die durch eingedrungene Verunreinigungen
verursacht werden, zu unterdrücken. Das zweite und das dritte Anschlußloch können daher in einem
Abschnitt in einer Entfernung von etwa 10 µm oder mehr von den linearen Gate-Abschnitten und den
gekrümmten Gate-Abschnitten gebildet werden. Das zweite Anschlußloch und das dritte Anschluß
loch können jedoch vorzugsweise in der Nähe einer Source-Anschlußfläche bzw. in der Nähe einer
Drain-Anschlußfläche gebildet werden.
Die zweite Feldplatte kann in einer Schicht gebildet werden, die auch mit der Schicht gemeinsam ist,
in der die Source-Elektrodenschicht gebildet ist. In einem solchen Fall ist die Gesamtisolierfilmdicke
direkt unterhalb der Source-Elektrodenschicht groß.
Falls die erste Feldplatte in der gleichen Schicht wie die Source-Elektrodenschicht gebildet ist,
können typischerweise Anschlußbeziehungen verwendet werden, wonach die zweite Feldplatte
mittels eines ersten Anschlußlochs im vierten Isolierfilm mit der Source-Elektrodenschicht leitend
verbunden sein kann, und die dritte Feldplatte kann mittels eines zweiten Anschlußlochs im fünften
Isolierfilm mit der Drain-Elektrodenschicht leitend verbunden sein. Auch in diesem Fall ist die zweite
Feldplatte ein kontinuierlicher Metallfilm auf der Source-Elektrodenschicht unter Zwischenlage des
dritten Isolierfilms, und dieser kontinuierliche Metallfilm ist als eine die Source-Seite bedeckende
Schicht gebildet, die sich auch über das kammartige planare Elementmuster hinaus erstreckt; die
dritte Feldplatte ist ein kontinuierlicher Metallfilm auf der Drain-Elektrodenschicht unter Zwischen
lage des fünften Isolierfilms, und dieser kontinuierliche Metallfilm ist als eine die Drain-Seite
bedeckende Schicht gebildet, die sich planar auch über das kammartige planare Elementmuster
hinaus erstreckt; das erste Anschlußloch ist vorzugsweise in der die Source-Seite bedeckenden
Schicht und von den linearen Gate-Abschnitten sowie den gekrümmten Gate-Abschnitten entfernt
gebildet, und das zweite Anschlußloch ist vorzugsweise in der die Drain-Seite bedeckenden Schicht
und von den linearen Gate-Abschnitten sowie den gekrümmten Gate-Abschnitten entfernt gebildet.
Daher ist es möglich, die Aluminiumkorrosion und den Kanalleckstrom, die durch eingedrungene
Verunreinigungen verursacht werden, zu unterdrücken. Daher kann ein Anschlußloch in einem
Abschnitt in einer Entfernung von etwa 10 µm oder mehr von den linearen Gate-Abschnitten und den
gekrümmten Gate-Abschnitten gebildet werden. Das erste Anschlußloch und das zweite Anschluß
loch können jedoch vorzugsweise in der Nähe einer Source-Anschlußfläche bzw. in der Nähe einer
Drain-Anschlußfläche gebildet werden.
Da bei herkömmlichen Halbleiterbauelementen hoher Stehspannung bekannt ist, daß sie als Folge
der Bildung einer Ladungsansammlung während des tatsächlichen Gebrauchs einen allmählichen
Stehspannungsabfall aufweisen, war mit dem Ziel der Verkleinerung der Ausdehnung der Verar
mungsschicht der Drain-Driftzone ein hoher Widerstand für die Drain-Driftzone unvermeidbar. Aus
diesem Grund war keine Verbesserung des Durchlaßwiderstands möglich, da es nicht möglich war,
den Durchlaßwiderstand zu senken und da auf der Drain-Seite eine teilweise Beschränkung des
elektrischen Wegs allmählich stattfand, was zu einem Anstieg des Durchlaßwiderstands führte.
Gemäß dem vorgenannten ersten bis dritten und sechsten bis achten Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist es jedoch als Resultat der Möglichkeit, einen allmählichen Stehspannungsabfall
unterdrücken zu können, möglich, die Dotierstoffkonzentration der Drain-Driftzone zwei oder dreimal
so hoch wie herkömmlich zu machen, das heißt die Ladungsmenge pro Flächeneinheit zu minde
stens 1 × 1012/cm3 und nicht mehr als 3 × 1012/cm3 zu machen, was dem Versuch den Weg ebnet,
die Drain-Driftzone mit einem niedrigen Widerstand zu versehen. Als Folge ist es möglich, den
Durchlaßstrom im Vergleich zur herkömmlichen Praxis zu erhöhen. Da außerdem eine teilweise
Verarmung auf der Drain-Seite im Durchlaßzustand und damit eine Inversion des Leitfähigkeitstyps
unterdrückt werden kann, ist es möglich, ein hohes Stromtransportvermögen zu realisieren.
Andererseits ist es gemäß dem vorgenannten vierten und fünften Aspekt der vorliegenden Erfin
dung, da es möglich ist, eine Feldkonzentration auf der Drain-Seite in dem Durchlaßzustand zu
unterdrücken, möglich, eine teilweise Verarmung und eine Inversion des Leitfähigkeitstyps zu
unterdrücken. Wenn jedoch die Dotierstoffkonzentration der Drain-Driftzone zwei oder dreimal
größer als herkömmlich gemacht wird, das heißt, wenn die Ladungsmenge pro Flächeneinheit
mindestens 1 × 1012/cm3 und nicht mehr als 3 × 1012/cm3 beträgt, ist es, da es möglich ist, eine
teilweise Verarmung und eine Inversion des Leitfähigkeitstyps im Durchlaßzustand auf der Drain-
Seite zu verhindern, um so besser möglich, ein hohes Stromtransportvermögen zu realisieren.
Die Dotierstoffkonzentration der Drain-Driftzone kann in oben beschriebener Weise hoch sein, aber
es ist günstiger, die Drain-Driftzone innerhalb einer Wanne des zweiten Leitfähigkeitstyps zu bilden,
die auf der Hauptflächenseite des Halbleitersubstrats des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, und
die Dotierstoffkonzentration der Wanne des zweiten Leitfähigkeitstyps höher als die Dotierstoffkon
zentration der Drain-Driftzone zu machen. Das Vorsehen einer solchen Wanne des zweiten
Leitfähigkeitstyps auf der Drain-Seite mit relativ hoher Konzentration verkürzt die widerstandsbe
haftete Länge der Drain-Driftzone, was bedeutet, daß selbstverständlich eine Reduzierung des
Durchlaßwiderstands möglich ist. Außerdem kann die Stehspannung auf der Drain-Seite zuverlässig
größenbeschränkt werden, wodurch es ebenfalls möglich ist, die Stabilität sicherzustellen.
In einem Fall, in dem eine Deckzone des ersten Leitfähigkeitstyps in der Hauptfläche der Drain-
Driftzone vorgesehen ist, kann ein solches MISFET-Element das Eindringen heißer Elektronen in
den Feldisolierfilm verhindern, das durch einen Lawinendurchbruch verursacht wird, der bei der
Hauptfläche der Drain-Driftzone leicht hervorgerufen werden kann, weshalb es natürlich ermöglicht
wird, daß eine hohe Stehspannung erzielt wird. Ein solches MISFET-Element kann jedoch auch
einen allmählichen Durchlaßstromabfall unterdrücken, und außerdem kann es die Feldkonzentration
in dem Abschnitt direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Source-Feldplatte innerhalb der
Hauptfläche der Drain-Driftzone abschwächen und kann daher einen allmählichen Stehspannungs
abfall unterdrücken, wobei es eine hohe Stehspannung erzielt, da keine Verarmung im Durchlaßzu
stand in dem Abschnitt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Drain-Feldplatte stattfindet.
Was die Opfer-Spannungsdurchbruchstelle angeht, wird vorab eine Stelle definiert, bei der ein
Lawinendurchbruch als Folge von beispielsweise induzierter Ladung auftritt, und diese Stelle
befindet sich direkt unterhalb der Drain-Zone und innerhalb der Fläche des pn-Übergangs zwischen
dem Substrat des ersten Leitfähigkeitstyps und der Drain-Driftzone, um das schnelle Abziehen von
überschüssigen Elektronen und Löchern zu ermöglichen, wenn ein Lawinendurchbruch hervorgeru
fen wird, um dadurch Betriebsstabilität zu erzielen. Das Substrat des ersten Leitfähigkeitstyps
befindet sich im wesentlichen auf gleichem Potential wie das Sourcepotential, was eine Folge der
zwischen ihnen liegenden Kanalzone ist. Ein Abfall auf das Massepotential durch Kontakt der Sub
stratrückseite mit der Masse mit Hilfe einer Chipmontagefläche des Leiterrahmens oder ähnlichem
ist jedoch besonders günstig für das Substrat.
Weitere Vorteile, Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung.
Fig. 1 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine zweidimensionale Bauelementsimulationsfigur zur Darstellung der Verteilung von
Äquipotentiallinien in einem Zustand, in dem eine Ladungsansammlungsschicht an der
Grenzfläche zu dem Gußharz in dem Fall gebildet wird, daß in einem Sperrzustand eine
Drain-Spannung von 700 V in einem Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung mit
einer Nennstehspannung von 700 V angelegt wird und bei dem die Länge Mc der Aus
dehnung der Kanalfeldplatte 10 µm ist, die Filmdicke Tox des Isolierfilms 4 µm ist und die
Länge Ld der Drain-Driftzone 60 µm ist.
Fig. 3 ist eine zweidimensionale Bauelementsimulationsfigur zur Darstellung der Verteilung von
Äquipotentiallinien in einem Zustand, in dem eine Ladungsansammlungsschicht an der
Grenzfläche zu dem Gußharz in dem Fall gebildet wird, daß in einem Sperrzustand eine
Drain-Spannung von 700 V in einem Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung mit
einer Nennstehspannung von 700 V angelegt wird und bei dem die Länge Mc der Aus
dehnung der Kanalfeldplatte 25 µm ist, die Filmdicke Tox des Isolierfilms 2 µm ist und die
Länge Ld der Drain-Driftzone 60 µm ist.
Fig. 4 ist eine zweidimensionale Bauelementsimulationsfigur zur Darstellung der Verteilung von
Äquipotentiallinien in einem Zustand, in dem eine Ladungsansammlungsschicht an der
Grenzfläche zu dem Gußharz in dem Fall gebildet wird, daß in einem Sperrzustand eine
Drain-Spannung von 700 V in einem Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung mit
einer Nennstehspannung von 700 V angelegt wird und bei dem die Länge Mc der Aus
dehnung der Kanalfeldplatte 25 µm ist, die Filmdicke Tox des Isolierfilms 4 µm ist und die
Länge Ld der Drain-Driftzone 60 µm ist.
Fig. 5 ist eine Bauelementsimulationsfigur zur Darstellung der Abhängigkeit von der Länge Mc
der Ausdehnung der Feldplatte, und zwar einerseits der Feldstärke Es direkt unterhalb
der sich erstreckenden Spitze der Kanalfeldplatte in einem Zustand, in dem das Gußharz
das Element nicht bedeckt oder von ihm abgezogen worden ist oder in einem Anfangszu
stand (vor dem Anlegen von Spannung), in dem keinerlei Ladungsansammlung vorhan
den ist, und andererseits der Feldstärke Es' direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze der Kanalfeldplatte während des tatsächlichen Gebrauchs (nach dem Anlegen von
Spannung), wenn eine Ladungsansammlung so hervorgerufen wird, daß das Potential auf
dem Schutzfilm zum Drainpotential wird, in einem Lateral-MISFET-Element hoher Steh
spannung, in dem die Durchbruch-Drain-Spannung 350 V beträgt, die Drain-Driftlänge Ld
25 µm beträgt und die Filmdicke Tox des Isolierfilms 2 µm beträgt.
Fig. 6 ist eine Bauelementsimulationsfigur zur Darstellung der Abhängigkeit von der Länge Mc
der Ausdehnung der Feldplatte, und zwar einerseits der Feldstärke Es direkt unterhalb
der sich erstreckenden Spitze der Kanalfeldplatte in einem Zustand, in dem das Gußharz
das Element nicht bedeckt oder von ihm abgezogen worden ist oder in einem Anfangszu
stand (vor dem Anlegen von Spannung), in dem keinerlei Ladungsansammlung vorhan
den ist, und andererseits der Feldstärke Es' direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze der Kanalfeldplatte während des tatsächlichen Gebrauchs (nach dem Anlegen von
Spannung), wenn eine Ladungsansammlung so hervorgerufen wird, daß das Potential auf
dem Schutzfilm zum Drainpotential wird, in einem Lateral-MISFET-Element hoher Steh
spannung, in dem die Durchbruch-Drain-Spannung 350 V beträgt, die Drain-Driftlänge Ld
25 µm beträgt und die Filmdicke Tox des Isolierfilms 3 µm beträgt.
Fig. 7 ist eine Bauelementsimulationsfigur zur Darstellung der Abhängigkeit von der Länge Mc
der Ausdehnung der Feldplatte, und zwar einerseits der Feldstärke Es direkt unterhalb
der sich erstreckenden Spitze der Kanalfeldplatte in einem Zustand, in dem das Gußharz
das Element nicht bedeckt oder von ihm abgezogen worden ist oder in einem Anfangszu
stand (vor dem Anlegen von Spannung), in dem keinerlei Ladungsansammlung vorhan
den ist, und andererseits der Feldstärke Es' direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze der Kanalfeldplatte während des tatsächlichen Gebrauchs (nach dem Anlegen von
Spannung), wenn eine Ladungsansammlung so hervorgerufen wird, daß das Potential auf
dem Schutzfilm zum Drainpotential wird, in einem Lateral-MISFET-Element hoher Steh
spannung, in dem die Durchbruch-Drain-Spannung 700 V beträgt, die Drain-Driftlänge Ld
60 µm beträgt und die Filmdicke Tox des Isolierfilms 2 µm beträgt.
Fig. 8 ist eine Bauelementsimulationsfigur zur Darstellung der Abhängigkeit von der Länge Mc
der Ausdehnung der Feldplatte, und zwar einerseits der Feldstärke Es direkt unterhalb
der sich erstreckenden Spitze der Kanalfeldplatte in einem Zustand, in dem das Gußharz
das Element nicht bedeckt oder von ihm abgezogen worden ist oder in einem Anfangszu
stand (vor dem Anlegen von Spannung), in dem keinerlei Ladungsansammlung vorhan
den ist, und andererseits der Feldstärke Es' direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze der Kanalfeldplatte während des tatsächlichen Gebrauchs (nach dem Anlegen von
Spannung), wenn eine Ladungsansammlung so hervorgerufen wird, daß das Potential auf
dem Schutzfilm zum Drainpotential wird, in einem Lateral-MISFET-Element hoher Steh
spannung, in dem die Durchbruch-Drain-Spannung 700 V beträgt, die Drain-Driftlänge Ld
60 µm beträgt und die Filmdicke Tox des Isolierfilms 4 µm beträgt.
Fig. 9 ist eine Bauelementsimulationsfigur zur Darstellung der Abhängigkeit von der Länge Mc
der Ausdehnung der Feldplatte, und zwar einerseits der Feldstärke Es direkt unterhalb
der sich erstreckenden Spitze der Kanalfeldplatte in einem Zustand, in dem das Gußharz
das Element nicht bedeckt oder von ihm abgezogen worden ist oder in einem Anfangszu
stand (vor dem Anlegen von Spannung), in dem keinerlei Ladungsansammlung vorhan
den ist, und andererseits der Feldstärke Es' direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze der Kanalfeldplatte während des tatsächlichen Gebrauchs (nach dem Anlegen von
Spannung), wenn eine Ladungsansammlung so hervorgerufen wird, daß das Potential auf
dem Schutzfilm zum Drainpotential wird, in einem Lateral-MISFET-Element hoher Steh
spannung, in dem die Durchbruch-Drain-Spannung 700 V beträgt, die Drain-Driftlänge Ld
60 µm beträgt und die Filmdicke Tox des Isolierfilms 6 µm beträgt.
Fig. 10 ist eine Bauelementsimulationsfigur zur Darstellung der Abhängigkeit von der Länge Mc
der Ausdehnung der Feldplatte, und zwar einerseits der Feldstärke Es direkt unterhalb
der sich erstreckenden Spitze der Kanalfeldplatte in einem Zustand, in dem das Gußharz
das Element nicht bedeckt oder von ihm abgezogen worden ist oder in einem Anfangszu
stand (vor dem Anlegen von Spannung), in dem keinerlei Ladungsansammlung vorhan
den ist, und andererseits der Feldstärke Es' direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze der Kanalfeldplatte während des tatsächlichen Gebrauchs (nach dem Anlegen von
Spannung), wenn eine Ladungsansammlung so hervorgerufen wird, daß das Potential auf
dem Schutzfilm zum Drainpotential wird, in einem Lateral-MISFET-Element hoher Steh
spannung, in dem die Durchbruch-Drain-Spannung 1200 V beträgt, die Drain-Driftlänge
Ld 110 µm beträgt und die Filmdicke Tox des Isolierfilms 2 µm beträgt.
Fig. 11 ist eine Bauelementsimulationsfigur zur Darstellung der Abhängigkeit von der Länge Mc
der Ausdehnung der Feldplatte, und zwar einerseits der Feldstärke Es direkt unterhalb
der sich erstreckenden Spitze der Kanalfeldplatte in einem Zustand, in dem das Gußharz
das Element nicht bedeckt oder von ihm abgezogen worden ist oder in einem Anfangszu
stand (vor dem Anlegen von Spannung), in dem keinerlei Ladungsansammlung vorhan
den ist, und andererseits der Feldstärke Es' direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze der Kanalfeldplatte während des tatsächlichen Gebrauchs (nach dem Anlegen von
Spannung), wenn eine Ladungsansammlung so hervorgerufen wird, daß das Potential auf
dem Schutzfilm zum Drainpotential wird, in einem Lateral-MISFET-Element hoher Steh
spannung, in dem die Durchbruch-Drain-Spannung 1200 V beträgt, die Drain-Driftlänge
Ld 110 µm beträgt und die Filmdicke Tox des Isolierfilms 4 µm beträgt.
Fig. 12 ist eine Bauelementsimulationsfigur zur Darstellung der Abhängigkeit von der Länge Mc
der Ausdehnung der Feldplatte, und zwar einerseits der Feldstärke Es direkt unterhalb
der sich erstreckenden Spitze der Kanalfeldplatte in einem Zustand, in dem das Gußharz
das Element nicht bedeckt oder von ihm abgezogen worden ist oder in einem Anfangszu
stand (vor dem Anlegen von Spannung), in dem keinerlei Ladungsansammlung vorhan
den ist, und andererseits der Feldstärke Es' direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze der Kanalfeldplatte während des tatsächlichen Gebrauchs (nach dem Anlegen von
Spannung), wenn eine Ladungsansammlung so hervorgerufen wird, daß das Potential auf
dem Schutzfilm zum Drainpotential wird, in einem Lateral-MISFET-Element hoher Steh
spannung, in dem die Durchbruch-Drain-Spannung 1200 V beträgt, die Drain-Driftlänge
Ld 110 µm beträgt und die Filmdicke Tox des Isolierfilms 8 µm beträgt.
Fig. 13 ist eine zweidimensionale Bauelementsimulationsfigur zur Darstellung der Verteilung von
Äquipotentiallinien in einem Zustand, in dem eine Ladungsansammlungsschicht an der
Grenzfläche zu dem Gußharz in dem Fall gebildet wird, daß in einem Sperrzustand eine
Drain-Spannung von 700 V in einem Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung mit
einer Nennstehspannung von 700 V angelegt wird und bei dem die Länge Mc der Aus
dehnung der Kanalfeldplatte 10 µm ist, die Isolierfilmdicke Tox 2 µm ist und die Länge Ld
der Drain-Driftzone 60 µm ist.
Fig. 14 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 15 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 16 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 17 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer fünften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 18 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
Fig. 19 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer siebten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 20 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer achten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 21 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer neunten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 22 ist eine planare Ansicht zur Darstellung eines planaren Musters eines Lateral-MISFET-
Elements hoher Stehspannung gemäß der neunten Ausführungsform.
Fig. 23 ist eine planare Ansicht, die ein planares Chipmuster für ein Halbleiterbauelement mit
einem Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer zehnten Ausführungs
form der Erfindung zeigt.
Fig. 24 ist eine planare Ansicht, die ein planares Chipmuster für ein Halbleiterbauelement mit
einem Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer elften Ausführungs
form der Erfindung zeigt.
Fig. 25 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines herkömmlichen Halbleiterbauele
ments mit einem Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung.
Fig. 26 ist eine zweidimensionale Bauelementsimulationsfigur zur Darstellung der Verteilung von
Äquipotentiallinien in einem Zustand, in dem eine Ladungsansammlungsschicht in einem
Fall nicht gebildet worden ist, in dem in einem Sperrzustand eine Drain-Spannung von
700 V in einem Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung mit einer Nennstehspan
nung von 700 V angelegt wird und bei dem die Länge Mc der Ausdehnung der Kanalfeld
platte 10 µm beträgt, die Filmdicke Tox des Isolierfilms 2 µm beträgt und die Länge Ld der
Drain-Driftzone 60 µm beträgt.
Fig. 27 ist eine zweidimensionale Bauelementsimulationsfigur zur Darstellung der Verteilung von
Äquipotentiallinien in einem Zustand, in dem eine Ladungsansammlungsschicht in einem
Fall nicht gebildet worden ist, in dem in einem Sperrzustand eine Drain-Spannung von
700 V in einem Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung mit einer Nennstehspan
nung von 700 V angelegt wird und bei dem die Länge Mc der Ausdehnung der Kanalfeld
platte 25 µm beträgt, die Filmdicke Tox des Isolierfilms 2 µm beträgt und die Länge Ld der
Drain-Driftzone 60 µm beträgt.
Fig. 28 zeigt drei Graphen, nämlich Fig. 28(A), die einen Vergleich des allmählichen Durchlaß
stromabfalls in Elementen mit einer Nennstehspannung (Anfangsstehspannung) von 750
V für eine herkömmliche Struktur und für die zweite Ausführungsform zeigt; Fig. 28(B), die
den allmählichen Durchlaßstromabfall zeigt, wobei für eine Anlegezeit von 0 auf 1
normiert ist; und Fig. 28(C), die einen Vergleich hinsichtlich des allmählichen Steh
spannungsabfalls zeigt.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend auf der Basis der Figuren
beschrieben. Nachstehend bezeichnen Schichten und Zonen, die mit N(n) und P(p) bezeichnet sind,
Schichten und Zonen mit einer Mehrzahl von Ladungsträgern, die aus Elektronen bzw. positiven
Löchern gebildet sind. Außerdem bezeichnet das hochgestellte Zeichen "+', eine relativ hohe
Dotierstoffkonzentration, und das hochgestellte Zeichen "-" bezeichnet eine relativ niedrige
Dotierstoffkonzentration.
Erste Ausführungsform
Fig. 1 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements, das ein Lateral-
MISFET-Element hoher Stehspannung umfaßt, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung.
Dieses Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung ist ein Element mit einer Nennstehspannung
(Durchbruch-Drain-Spannung) von 350 V, und es umfaßt: ein p-leitendes Halbleitersubstrat 1 mit
einem hohen Widerstand von 60 Ωcm; eine p-leitende Kanalzone (p-Wanne) 2, die an ihrer oberen
Fläche eine Konzentration von 5 × 1016/cm3 aufweist sowie eine Diffusionstiefe von 4 µm besitzt und
an der Hauptflächenseite des Halbleitersubstrats 1 gebildet ist; eine n+-Source-Zone 3 und eine p+-
Substratkontaktzone 4, die auf der Hauptflächenseite innerhalb der Kanalzone 2 gebildet sind; eine
n-leitende Drain-Driftzone (Offset- bzw. Versatzzone) 5, die an ihrer oberen Fläche eine Konzentra
tion von 0,5 × 1016/cm3 aufweist und eine Diffusionstiefe von 4 µm besitzt sowie auf der Hauptflä
chenseite des Halbleitersubstrats 1 gebildet ist; eine n+-Drain-Zone 6 auf der Hauptflächenseite des
Halbleitersubstrats 1, die von der Kanalzone 2 durch die dazwischenliegende Drain-Driftzone 5
getrennt ist; eine Gate-Elektrodenschicht 9, die unter Zwischenlage eines Gate-Isolierfilms 7 als
Back-Gate für die Kanalzone 2 dient und sich auf einem Thermooxidfilm (Feldoxidfilm, Filmdicke Tox
= 2,2 µm) 8, der selektiv auf der Hauptfläche der Drain-Driftzone 5 gebildet ist, zur Drain-Seite hin
erstreckt; eine Source-Elektrodenschicht 11, die sich in leitendem Kontakt mit der Substratkontakt
zone 4 und der Source-Zone 3 unter Zwischenlage eines auf der Gate-Elektrodenschicht 9 gebilde
ten Zwischenschichtisolierfilms (Filmdicke 1 µm) 10 befindet; eine Drain-Elektrodenschicht 12, die
sich in leitendem Kontakt mit der Drain-Zone 6 befindet und sich auf dem Zwischenschichtisolierfilm
10 zur Source-Seite hin erstreckt; einen Passivierungsfilm (Schutzfilm) 14, der auf der Source-
Elektrodenschicht 11 und der Drain-Elektrodenschicht 12 gebildet ist; und ein Umhüllungsgußharz
(Epoxidharz oder ähnliches) 15, das den Passivierungsfilm 14 bedeckt.
Der sich auf dem Thermooxidfilm 8 erstreckende Abschnitt der Gate-Elektrodenschicht 9 dient
hauptsächlich als Feldplatte zum Abschwächen der Feldkonzentration des Wannenendes der
Kanalzone 2, und die Länge Mc der Ausdehnung auf dem Thermooxidfilm 8 beträgt 14 µm. Des
weiteren dient der sich auf dem Zwischenschichtisolierfilm 10 erstreckende Abschnitt der Drain-
Elektrodenschicht 12 als Feldplatte zum Abschwächen der Feldkonzentration des Wannenendes der
Drain-Zone 6, und wenn dessen Länge Md der Ausdehnung auf dem Zwischenschichtisolierfilm 10
oder von dem Wannenende der Drain-Zone 6 8 µm beträgt, ist die Gesamtisolierfilmdicke direkt
unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Drain-Elektrodenschicht 12 3,2 µm. Wenn die Länge der
Drain-Driftzone, auch Drain-Driftlänge Ld genannt, 25 µm beträgt, besteht ein großer Unterschied
zwischen den Höhen der Gate-Elektrodenschicht 9 und der Drain-Elektrodenschicht 12, wobei dieser
Unterschied der Filmdicke des Zwischenschichtisolierfilms 10 entspricht, aber der nicht (von
Elektrodenschichten) belegte Zwischenraum Wg zwischen diesen Schichten beträgt 3 µm.
Bei der vorliegenden Ausführungsform eines Elements mit 350 V Stehspannung sind die Länge Mc
der Ausdehnung der Gate-Elektrodenschicht 9 und die Länge Md der Ausdehnung der Drain-
Elektrodenschicht 12 jeweils in überhängender Weise ausgestaltet. Als Folge ist selbst dann, wenn
sich im tatsächlichen Gebrauch eine Ladungsansammlung an der Grenzfläche des Gußharzes 15
bildet, die Feldstärke an einem Punkt B direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Gate-
Elektrodenschicht 9 und an einem Punkt C direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Drain-
Elektrodenschicht 12 immer niedriger als an der Stelle A eines Opferspannungsdurchbruchs direkt
unterhalb der Drain-Zone 6, was bedeutet, daß bei einer Drain-Spannung von 350 V hauptsächlich
ein Spannungsdurchbruch bei der Opferspannungsdurchbruchsstelle A stattfindet. Daher tritt kein
allmählicher Spannungsabfall auf, und es ist demzufolge möglich, ein stabiles Halbleiterbauelement
mit einer Stehspannung von 350 V zu schaffen, das auch einen allmählichen Durchlaßstromabfall
unterdrücken kann.
Wenn im übrigen die Durchbruchspannung Vdabs = 350, dann erfüllt Mc = 14 die Ungleichung Mc ≧
35 - 10 × 2,2, und Md = 8 erfüllt Md ≧ 35 - 10 × 3,2. Selbst bei einem Fall, bei dem die Filmdicken
der Isolierfilme gleich sind, ist die Feldstärke am Punkt C direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze der Drain-Elektrodenschicht 12 immer niedriger als bei Punkt B direkt unterhalb der sich
erstreckenden Spitze der Gate-Elektrodenschicht 9. Bei der vorliegenden Ausführungsform
besteht Spielraum, die Gesamtdicke des Isolierfilms direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze
der Drain-Elektrodenschicht 12 sowie Md klein zu machen. Da jedoch die Drain-Elektrodenschicht
12 in der gleichen Schicht wie die Source-Elektrodenschicht 11 gebildet ist, d. h. mit ihr gemeinsam
ist, ist die Filmdicke nicht übermäßig groß. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Anordnung
so getroffen, daß kein zusätzlicher Prozeß eingesetzt wird. Da jedoch der Hauptpunkt die Begren
zung des Spannungsdurchbruchs am Punkt B direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der
Gate-Elektrodenschicht 9 ist, ist es wünschenswert, daß Md klein ist und Mc möglichst noch größer
gemacht wird. Unter Berücksichtigung des Ausmaßes des Anwachsens der Ladungsansammlung,
die beispielsweise durch bewegliche Ionen innerhalb des Gußharzes 19 erfolgt, sammeln sich
negative Ladungen an der Harzgrenzfläche direkt oberhalb der Drain-Elektrodenschicht 12 an, und
positive Ladungen sammeln sich an der Harzgrenzfläche direkt oberhalb der Gate-Elektrodenschicht
9 an. Da jedoch außerdem ein Unterschied in der Beweglichkeit der beweglichen Ionen besteht und
die Dicke des Isolierfilms auf der Gate-Elektrodenschicht 9 größer als desjenigen auf der Drain-
Elektrodenschicht 12 ist, kann gemutmaßt werden, daß die Dichte der Ansammlung der positiven
Ladungen an der Harzgrenzfläche direkt oberhalb der Gate-Elektrodenschicht 9 klein ist im
Vergleich zu derjenigen auf der Drain-Seite, und es kann daher gesagt werden, daß dies dazu dient,
eine Abschwächung der Feldkonzentration am Punkt B direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze der Gate-Elektrodenschicht 9 zu ermöglichen. In anderen Worten werden als Folge des
großen Unterschieds bei der Anordnung der Gate-Elektrodenschicht 9 (Kanalfeldplatte) und der
Drain-Elektrodenschicht 12 (Drain-Feldplatte) negative Ladungen in hoher Dichte an der Harzgrenz
fläche direkt oberhalb der Drain-Elektrodenschicht 12 (Drain-Feldplatte) angesammelt, und es tritt
eine entsprechende Abschwächung der Feldkonzentration am Punkt B direkt unterhalb der sich
erstreckenden Spitze der Gate-Elektrodenschicht 9 (Kanalfeldplatte) auf.
Außerdem verhindert das Sicherstellen, daß für den nicht belegten Zwischenraum Wg = 3 µm gilt,
einen Haftterm. In dem Fall jedoch, in dem die Filmdicke des Zwischenschichtisolierfilms 10 groß ist,
beispielsweise 3 µm oder größer, erscheint auch eine Feldplattenstruktur möglich, bei der die Gate-
Elektrodenschicht 9 (Kanalfeldplatte) und die Drain-Elektrodenschicht 12 (Drain-Feldplatte) zur
Überlappung gebracht werden können, wobei der Zwischenschichtisolierfilm 10 dazwischen
angeordnet ist. Da jedoch Äquipotentiallinien in dem nicht belegten Zwischenraum Wg liegen, ist es
erforderlich sicherzustellen, daß der Isolierfilm 8 und der Zwischenschichtisolierfilm 10 eine
geeignete Dicke aufweisen.
Zweite Ausführungsform
Fig. 14 ist eine Teilquerschnittsansicht für die Darstellung eines Halbleiterbauelements, das ein
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung umfaßt.
Dieses Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung ist ein Element mit einer Nennstehspannung
(Durchbruch-Drain-Spannung) von 700 V, und es umfaßt: ein p-leitendes Halbleitersubstrat 1 mit
einem hohen Widerstand von 120 Ωcm; eine p-leitende Kanalzone (p-Wanne) 2, die an ihrer oberen
Fläche eine Konzentration von 5 × 1016/cm3 aufweist und eine Diffusionstiefe von 4 µm besitzt und
an der Hauptflächenseite des Halbleitersubstrals 1 gebildet ist; eine n+-Source-Zone 3 und eine p+-
Substratkontaktzone 4, die an der Hauptflächenseite innerhalb der Kanalzone 2 gebildet sind; eine
n-leitende Drain-Driftzone 5, die an ihrer oberen Fläche eine Konzentration von 0,5 × 1016/cm3
aufweist und eine Diffusionstiefe von 4 µm besitzt sowie an der Hauptflächenseite des Halbleiter
substrats 1 gebildet ist; eine n+-Drain-Zone 6 an der Hauptflächenseite des Halbleitersubstrats 1, die
von der Kanalzone 2 durch die dazwischenliegende Drain-Driftzone 5 getrennt ist; eine Gate-
Elektrodenschicht 9, die unter Zwischenlage eines Gate-Isolierfilms 7 als Back-Gate für die
Kanalzone 2 dient und sich zur Drain-Seite hin auf einem Thermooxidfilm (Feldoxidfilm, Filmdicke
0,6 µm) 8 erstreckt, der selektiv auf der Hauptfläche der Drain-Driftzone 5 gebildet ist; eine Source-
Elektrodenschicht 11, die in leitendem Kontakt mit der Substratkontaktzone 4 und der Source-Zone 5
unter Zwischenlage eines auf der Gate-Elektrodenschicht 9 gebildeten Zwischenschichtisolierfilms
(Filmdicke 4,4 µm) 10 angeordnet ist; eine Feldplatte FP1, die sich, weiter als es die Gate-Elektro
denschicht 9 tut, zur Drain-Seite hin auf dem Zwischenschichtisolierfilm 10 erstreckt und sich über
ein Loch h in leitendem Kontakt mit der Gate-Elektrodenschicht 9 befindet; eine Drain-Elektroden
schicht 12, die sich in leitendem Kontakt mit der Drain-Zone 6 befindet und sich zur Source-Seite hin
auf dem Zwischenschichtisolierfilm 10 erstreckt; einen Passivierungsfilm (Schutzfilm) 14, der auf der
Source-Elektrodenschicht 11 und der Drain-Elektrodenschicht 12 gebildet ist; und ein Umhüllungs
gußharz 15, das den Passivierungsfilm 14 bedeckt.
Die Drain-Driftlänge Ld beträgt 60 µm, die Gesamtfilmdicke Tox des Isolierfilms 8 und des Zwi
schenschichtisolierfilms 10 beträgt 5 µm, die Länge Mc der Ausdehnung der Feldplatte FP1 auf dem
Isolierfilm 8 beträgt 18 µm, die Länge Md der Ausdehnung der Drain-Elektrodenschicht 12 auf dem
Zwischenschichtisolierfilm 10 beträgt 27 µm, und der nicht belegte Zwischenraum Wg beträgt 15 µm.
Bei einem Test des Anlegens hoher Spannung bei hoher Feuchtigkeit (700 V, 125°C) mit einer
Anfangsspannung von 750 V, wie durch b (die Zwei-Punkt-Kettenlinie) in Fig. 28(C) gezeigt, wird
kaum ein Stehspannungsabfall über einen längeren Zeitraum beobachtet, und daher ist die
Stehspannung ausreichend stabil. Andererseits zeigt, wie durch b (die Zwei-Punkt-Kettenlinie) in den
Fig. 28(A) und 28(B) gezeigt, der Durchlaßstrom einen 14%-igen Abfall beim Anlegen einer
Spannung über 100 Stunden hinweg, was eine beträchtliche Abschwächung des Durchlaßstromab
falls im Vergleich zum herkömmlichen Fall darstellt. Im herkömmlichen Fall erzeugt die Feldkonzen
tration im Durchlaßzustand beim Punkt C direkt unterhalb der sich erstreckenden Spitze der Drain-
Elektrodenschicht 12 eine Leitfähigkeitstypinversion, aber bei der vorliegenden Ausführungsform
kann gefolgert werden, daß die Effekte auf eine sehr hohe Verarmung begrenzt sind.
Da hier die Stabilisierung der Stehspannung sichergestellt ist, wird die Konzentration der Drain-
Driftzone 5 hoch gewählt, und zwar zwischen 0,5 × 1016/cm3 und 1,0 × 1016/cm3 (bei Umwandlung in
die Menge an Donatoren (Ladungsmenge) pro Einheitsfläche in bezug auf den Widerstand der
Drain-Driftzone 5 ist dies äquivalent zu 1,0 × 1012/cm2 bis 2,0 × 1012/cm2). Trotz der hohen Konzen
tration, wie durch c (gestrichelte Linie) in Fig. 28(C) gezeigt, wird über eine lange Zeitspanne kaum
ein Stehspannungsabfall beobachtet, und daher ist die Stehspannung ausreichend stabil. Anderer
seits nimmt, wie durch c (gestrichelte Linie) in Fig. 28(A) gezeigt, der Durchlaßstrom so zu, daß der
Stromwert höher als b ist und auf 1560 mA ansteigt, und der Durchlaßstromabfall ist, wie durch c
(gestrichelte Linie) in Fig. 28(B) gezeigt, auf 4% begrenzt, was als der Verschmälerung der Breite
der Größe der Verarmungsschicht zuschreibbar angenommen wird. Wenn der Anfangsdurchlaß
widerstand als Durchlaßwiderstand pro Flächeneinheit ausgedrückt wird, bedeutet dies, daß an
einem Betriebspunkt, bei dem die Gate-Spannung 5 V beträgt und die Drain-Spannung 10 V beträgt,
der Durchlaßwiderstand 40 Ωmm2 auf 35 Ωmm2 verbessert wird, was einen beträchtlichen Beitrag zu
einer Reduzierung der Chipgröße leistet. Des weiteren ist bei einem Element mit einer Stehspan
nung von 700 V und einem Ld = 65 µm eine Verbesserung zu erwarten, die einer Reduzierung des
Durchlaßwiderstands auf etwa 26 Ωmm2 entspricht.
Daher ist bei dem erfindungsgemäßen Element mit 700 V Stehspannung, da Tox mittels eines
dicken Zwischenschichtisolierfilms groß gewählt ist und Mc sowie Md groß gemacht werden, selbst
wenn sich eine Ladungsansammlung an der Grenzfläche des Gußharzes 15 während des tatsächli
chen Betriebs bildet, die Feldstärke an den Punkten B und C direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze der Feldplatte FP1 bzw. der Drain-Elektrodenschicht 12 immer niedriger als diejenige an der
Opfer-Spannungsdurchbruchstelle A direkt unterhalb der Drain-Zone, so daß der Spannungsdurch
bruch hauptsächlich an der Opfer-Spannungsdurchbruchstelle A bei einer Drain-Spannung von 700
V auftritt. Als Folge tritt kein allmählicher Spannungsabfall auf, und es ist daher möglich, ein stabiles
Halbleiterbauelement mit einer Stehspannung von 700 V zu schaffen, das auch einen allmählichen
Durchlaßstromabfall unterdrücken kann.
Beim erfindungsgemäßen Aufbau wurde, wenn der Zwischenschichtisolierfilm gleich 2 µm oder
größer war, Md 10 µm oder größer war, Mc 10 µm oder größer war und Wg im Bereich von 2 µm bis
40 µm war, durch Experimente bestätigt, daß die vorgenannten Effekte erzielt wurden.
Dritte Ausführungsform
Fig. 15 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung. Es ist festzuhalten, daß Komponenten in Fig. 15, die gleich sind wie Komponenten in
Fig. 14, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und nicht erneut beschrieben werden.
Hier besteht der Unterschied zu dem in Fig. 14 gezeigten Element in der Tatsache, daß die
Konzentration an der oberen Seite der n-leitenden Drain-Driftzone 5 mit 3 × 1016/cm3 ziemlich hoch
ist, und eine p-leitende Deckzone (mit einer Konzentration von 5 × 1016/cm3 an der Oberseite und
einer Diffusionstiefe von 1 µm) 20 ist an der Hauptflächenseite der Drain-Driftzone 5 vorgesehen.
Aus diesem Grund ist die Drain-Driftlänge Ld auf 70 µm eingestellt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, da Mc auf 23 µm, Md auf 32 µm und Wg auf
15 µm eingestellt sind, einen allmählichen Stehspannungsabfall und auch einen nachfolgenden
Durchlaßstromabfall in einem Test des Anlegens hoher Spannung und Feuchtigkeit (700 V, 125°C)
mit einer Anfangsspannung von 750 V zu unterdrücken. Die Bildung der p-leitenden Deckzone 20
bringt den Vorteil, daß es zum einen möglich ist, die Drain-Driftzone 5 mit hoher Konzentration
versehen, und zum anderen möglich ist, die Stehspannung beizubehalten und außerdem eine
Reduzierung des Durchlaßwiderstands zu erzielen.
Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau wurde, wenn der Zwischenschichtisolierfilm gleich 2 µm oder
größer war, Md 10 µm oder größer war, Mc 10 µm oder größer war und Wg im Bereich von 2 µm bis
50 µm war, durch Experimente bestätigt, daß die vorgenannten Effekte erzielt wurden.
Vierte Ausführungsform
Fig. 16 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung. Es ist festzuhalten, daß Komponenten in Fig. 16, die gleich sind wie Komponenten in
Fig. 14, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind und nicht erneut beschrieben werden.
Bei dem in Fig. 14 gezeigten Element befindet sich die Feldplatte FP1 über ein Durchkontaktie
rungsloch h in leitendem Kontakt mit der Gate-Elektrodenschicht 9, aber in der vorliegenden
Ausführungsform ist die Feldplatte FP1 als Schicht gebildet, die eine mit der Source-Elektroden
schicht 11 gemeinsame Schicht ist. Das in Fig. 14 gezeigte Element kann den Gate-Verdrahtungs
widerstand reduzieren, aber da deshalb die Gate-Kapazität zunimmt, beeinträchtigt dies die
Geschwindigkeit der Schaltcharakteristika. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist nicht nur das
Durchkontaktierungsloch h nicht erforderlich, sondern es ist auch möglich, sehr gute Schaltcharakte
ristika bei hohen Geschwindigkeiten zu erzielen. Außerdem sind im Fall der vorliegenden Ausfüh
rungsform die Source-Elektrodenschicht 11, die Drain-Elektrodenschicht 12 und die Feldplatte FP1
Metallschichten aus beispielsweise Aluminium oder ähnlichem.
Fünfte Ausführungsform
Fig. 17 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung. Es ist festzuhalten, daß Komponenten in Fig. 17, die gleich sind wie Komponenten in
Fig. 16, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind und nicht erneut beschrieben werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine n-leitende Wanne (zweite n-leitende Wanne) 17 direkt
unterhalb und neben der Drain-Zone 6 gebildet. Diese Wanne 17 weist eine Dotierstoffkonzentration
auf, die höher ist als jene der Drain-Driftzone (erste n-leitende Wanne) 5, und sie weist an ihrer
Oberseite eine Konzentration von 1 × 1016/cm3 auf und besitzt eine Diffusionstiefe von etwa 4 µm.
Der Isolierfilm 8 überlappt die Wanne 17 auf einer Länge von 10 µm, was eine Reduzierung des
Durchlaßwiderstands ermöglicht, ohne eine Verschlechterung der Stehspannungsstabilität herbei
zuführen. Da im Durchlaßzustand die sich vom pn-Übergang des p-leitenden Substrats 1 und der
Drain-Driftzone 5 aus erstreckende Verarmungsschicht im wesentlichen auf der Drain-Seite wächst,
ist der Widerstand auf der Drain-Seite der Drain-Driftzone sehr groß. Aufgrund des Vorhandenseins
der n-leitenden Wanne 17 kann jedoch das Wachstum der Verarmungsschicht zur Drain-Seite hin
unterdrückt und das Stromtransportvermögen beibehalten werden, was wiederum zu einer 20-%igen
Reduzierung des Durchlaßwiderstands führt.
Sechste Ausführungsform
Fig. 18 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer sechsten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Es ist festzuhalten, daß Komponenten in Fig. 18, die gleich sind wie
Komponenten in Fig. 14, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind und nicht erneut beschrie
ben werden.
Unter Verwendung des in Fig. 14 gezeigten Aufbaus als grundlegenden Aufbau ist die vorliegende
Ausführungsform so ausgestaltet, daß eine zweite Feldplatte FP2 und eine dritte Feldplatte FP3
unter Zwischenlage eines zweiten Zwischenschichtisolierfilms 25 auf der Drain-Elektrodenschicht
12, der Source-Elektrodenschicht 11 und der ersten Feldplatte FP1 gebildet sind. Die Feldplatten
FP2, FP3 sind als zweite Metallschicht gebildet, und die zweite Feldplatte FP2 erstreckt sich, weiter
als die erste Feldplatte FP1, zur Drain-Seite hin und ist über ein Durchkontaktierungsloch h1 mit der
ersten Feldplatte FP1 leitend verbunden, und die dritte Feldplatte FP3 erstreckt sich, weiter als die
Drain-Elektrodenschicht 12, zur Kanalseite hin und ist über ein Durchkontaktierungsloch h2 mit der
Drain-Elektrodenschicht 12 leitend verbunden. Die Feldplatten FP2, FP3 sind eine zweite Metall
schicht aus Aluminium oder ähnlichem. Da das Erfordernis besteht, daß die Gesamtdicke des
Isolierfilms unterhalb der Feldplatten FP2, FP3 4,4 µm beträgt, ist die Dicke des ersten Zwischen
schichtisolierfilms 10 dann 1,3 µm, während die Dicke des zweiten Zwischenschichtisolierfilms 25
dann 2,5 µm beträgt. Die Länge Mc1 der Ausdehnung der ersten Feldplatte FP1 ist bedeutsam im
Zusammenhang mit einer Abschwächung der Feldkonzentration an der sich erstreckenden Spitze
der Gate-Elektrodenschicht 9, während die Länge Md1 der Ausdehnung der Drain-Elektrodenschicht
12 bedeutsam in Verbindung mit einer Abschwächung der Feldkonzentration am Ende der Drain-
Zone 6 ist. Mc1 wird auf 12 µm eingestellt, und Md1 wird auf 10 µm eingestellt. Die Länge Mc2 der
Ausdehnung der zweiten Feldplatte FP2 beträgt 18 µm, und die Länge Md2 der Ausdehnung der
dritten Feldplatte FP3 beträgt 27 µm.
Somit ist es erfindungsgemäß, da ein Aufbau mit mehreren Feldplatten verwendet wird, da die
Gesamtdicke des Isolierfilms direkt unterhalb der obersten Schicht der Feldplatten FP2, FP3 dick
gebildet werden kann, indem eine Mehrzahl von Zwischenschichtisolierfilmen 10, 25 verwendet wird,
möglich, sowohl den allmählichen Stehspannungsabfall als auch den allmählichen Durchlaßstrom
abfall zu unterdrücken. Außerdem ist es als Ergebnis der dicken Ausbildung des zweiten Zwischen
schichtisolierfilms 25, da es möglich ist, die Filmdicke des ersten Zwischenschichtisolierfilms 10
relativ klein zu machen, möglich, die Öffnung des Kontaktlochs eines Steuerschaltungsabschnitts,
der in einem von dem Halbleitersubstrat 1 gesonderten Bereich gebildet ist, nicht mehr als 2 µm
groß zu machen und daher die von dem Steuerschaltungsabschnitt belegte Fläche auf 70% oder
weniger zu reduzieren.
Siebte Ausführungsform
Fig. 19 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung. Es ist festzuhalten, daß Komponenten in Fig. 19, die gleich sind wie Komponenten in
Fig. 18, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind und nicht erneut beschrieben werden.
Bei dem in Fig. 18 gezeigten Element befindet sich die zweite Feldplatte FP2 über das Durchkontak
tierungsloch h1 mit der ersten Feldplatte FP1 in leitendem Kontakt, bei der vorliegenden Ausfüh
rungsform ist die zweite Feldplatte FP2 jedoch über das Durchkontaktierungsloch h1 mit der Source-
Elektrodenschicht 11 leitend verbunden. Das in Fig. 8 gezeigte Element kann den Gate-Verdrah
tungswiderstand reduzieren, aber da hierdurch die Gate-Kapazität zunimmt, beeinträchtigt dies die
Geschwindigkeit der Schaltcharakteristika. Es besteht ein Kompromißverhältnis bezüglich der
Schaltcharakteristika nach Maßgabe des Layoutmusters. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist
die zweite Feldplatte FP2 jedoch nicht mit der Gate-Elektrodenschicht 9 leitend verbunden, und
daher wird es möglich, eine Vergrößerung der Gate-Kapazität zu vermeiden und eine Verschlechte
rung hinsichtlich der Geschwindigkeit der Schaltcharakteristika zu verhindern.
Die erste Feldplatte FP1 kann in der Tat auch als eine Schicht gebildet sein, die gemeinsam mit der
Source-Elektrodenschicht 11 gebildet ist, ohne daß ein Durchkontaktierungsloch h1 zwischen ihnen
vorhanden wäre.
Achte Ausführungsform
Fig. 20 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung. Es ist zu beachten, daß Komponenten in Fig. 20, die gleich sind wie Komponenten in
Fig. 18, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind und nicht erneut beschrieben werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine n-leitende Wanne (zweite n-leitende Wanne) 17 direkt
unterhalb und neben der Drain-Zone 6 gebildet. Diese Wanne 17 weist eine Dotierstoffkonzentration
auf, die höher ist als jene der Drain-Driftzone (erste n-leitende Wanne) 5, und sie weist an ihrer
Oberseite eine Konzentration von 1 × 1016/cm3 auf und besitzt eine Diffusionstiefe von etwa 4 µm.
Der Isolierfilm 8 überlappt die Wanne 17 auf einer Länge von 10 µm, was eine Reduzierung des
Durchlaßwiderstands ermöglicht, ohne eine Verschlechterung der Stehspannungsstabilität herbei
zuführen.
Neunte Ausführungsform
Fig. 21 ist eine Teilquerschnittsansicht zur Darstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung; Fig. 22 ist eine Draufsicht, die ein planares Muster eines Lateral-MISFET-
Elements hoher Stehspannung zeigt. Es ist festzuhalten, daß Komponenten in Fig. 21, die gleich
sind wie Komponenten in Fig. 18, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind und nicht erneut
beschrieben werden.
Bei dem in den Fig. 18 bis 20 gezeigten Aufbau mit mehreren Feldplatten dient das Durchkontaktie
rungsloch h1, das den zweiten Zwischenschichtisolierfilm 25 durchdringt, nur dazu, die zweite
Feldplatte FP2 mit einem Potential in Kontakt zu bringen, das gleich ist wie das Potential der
Source-Elektrodenschicht 11 oder der Gate-Elektrodenschicht 9, und auch das Durchkontaktie
rungsloch h2 dient nur dazu, die dritte Feldplatte FP3 in Kontakt mit einem Potential zu bringen, das
gleich ist wie das der Drain-Elektrodenschicht 12. Wenn jedoch das Durchkontaktierungsloch h1 und
das Durchkontaktierungsloch h2 in dem zweiten, relativ dicken Zwischenschichtisolierfilm 25 gebildet
werden, direkt über dem Kanal bzw. direkt über dem Drain, reicht, da der Schutzfilm 14 auf diesen
Durchkontaktierungslöchern gebildet ist, die Abdeckung der Stufe des Schutzfilms 14, die sich aus
dem Höhenunterschied der Durchkontaktierungslöcher h1, h2 ergibt, nicht aus, und es besteht die
Gefahr einer lokalen Verschlechterung bzw. Zerstörung des Filmmaterials. Insbesondere im
tatsächlichen Gebrauch unter Bedingungen mit hoher Feuchtigkeit besteht, wenn Verunreinigungen
innerhalb des Gußharzes 15 den verschlechterten bzw. zerstörten Abschnitt des Schutzfilms 14 mit
Hilfe der Feuchtigkeit durchdringen und in dem Bauelement verbleiben, das Risiko, daß eine
Korrosion des Aluminiums auftritt und daß ein Kanalleckstrom als Folge dieser Ansammlung in der
Gate-Elektrodenschicht 9 auftritt.
Daher ist bei der vorliegenden Ausführungsform, wie auch aus Fig. 21 ersichtlich ist, das Durchkon
taktierungsloch h1 nicht direkt oberhalb des Kanals gebildet, und das Durchkontaktierungsloch h2 ist
ebenfalls nicht direkt oberhalb des Drains gebildet.
Wie in Fig. 22 gezeigt, weist ein Halbleiterbauelement mit einem Lateral-MISFET-Element typi
scherweise ein kammartiges Elementplanarmuster auf, das sich in einer Breitenrichtung des Gates
erstreckt und bei dem lineare Gate-Abschnitte S und gekrümmte Gate-Abschnitte R alternierend
angeordnet und miteinander verbunden sind. Die zweite Feldplatte FP2 der vorliegenden Ausfüh
rungsform ist jedoch ein kontinuierlicher Metallfilm auf einer Source-Elektrodenschicht 11 unter
Zwischenlage eines zweiten Zwischenschichtisolierfilms 25, und dieser kontinuierliche Metallfilm ist
als eine die Source-Seite bedeckende Schicht Ms gebildet, die sich in planarer Weise auch über das
kammartige planare Elementmuster hinaus erstreckt; die dritte Feldplatte FP3 ist ein kontinuierlicher
Metallfilm auf einer Drain-Elektrodenschicht 12 unter Zwischenlage des Zwischenschichtisolierfilms
25, und dieser kontinuierliche Metallfilm ist als eine die Drain-Seite bedeckende Schicht MD gebil
det, die sich in planarer Weise auch über das kammartige planare Elementmuster hinaus erstreckt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform belegt die die Drain-Seite bedeckende Schicht MD einen
zentralen Inselbereich auf der Ebene des Chips, und die die Source-Seite bedeckende Schicht Ms
belegt einen benachbarten Bereich, der durch einen nicht belegten Zwischenraum Wg von diesem
zentralen Inselbereich getrennt ist. Eine Drain-Anschlußfläche Pd ist in einem Randbereich der von
dem zentralen Inselbereich belegten Fläche gebildet, und eine Source-Anschlußfläche Ps ist in
einem Randbereich der durch den benachbarten Bereich belegten Fläche gebildet. Ein Durchkon
taktierungsloch h2 ist in der Nähe der vier Ränder der Drain-Anschlußfläche Pd gebildet, und ein
Durchkontaktierungsloch h1 ist in der Nähe der vier Ränder der Source-Anschlußfläche Ps gebildet.
Außerdem bezeichnet Hs ein Kontaktloch, das zum leitenden Verbinden der Source-Elektroden
schicht 11 mit der Source-Zone 3 dient, und Hd bezeichnet ein Kontaktloch, das zum leitenden
Verbinden der Drain-Elektrodenschicht 12 mit der Drain-Zone 6 dient.
Da die Durchkontaktierungslöcher h1, h2 in Abschnitten gebildet sind, die von den linearen Gate-
Abschnitten S und den gekrümmten Gate-Abschnitten R weit entfernt sind, wird keine Aluminiumkor
rosion provoziert, und das Hervorrufen eines Kanalleckstroms kann verhindert werden.
Gemäß Fig. 22 ist, wie durch gestrichelte Linien in einem gekrümmten Gate-Abschnitt R eines Teils
übertrieben dargestellt ist, die Länge der Ausdehnung der Feldplatten FP2 bzw. FP3 auf den
gekrümmten Gate-Abschnitten R größer als die Länge der Ausdehnung der Feldplatten FP2, FP3 auf
den linearen Gate-Abschnitten S und ist gleich 30 µm oder größer. Als Folge bedeutet dies, daß es,
selbst wenn nicht Tc teilweise auf den gekrümmten Gate-Abschnitten R groß gemacht wird, möglich
ist, die Feldkonzentration auf den gekrümmten Gate-Abschnitten R abzuschwächen, und daher ist es
möglich, den Krümmungsradius der gekrümmten Gate-Abschnitte R klein zu machen. Daher ist es
möglich, den Abstand zwischen parallelen linearen Gate-Abschnitten S klein zu machen, und
aufgrund sehr hoher Integration wird ein sehr hohes Stromtransportvermögen erreichbar. Natürlich
ist, wenn für die Länge der Ausdehnung der linearen Gate-Abschnitte S ein bestimmter Spielraum
vorhanden ist, eine Übereinstimmung der Länge der Ausdehnung in den linearen Gate-Abschnitten
S mit der Länge der gekrümmten Gate-Abschnitte R zulässig.
Zehnte Ausführungsform
Fig. 23 ist eine Draufsicht, die ein planares Chipmuster für ein Halbleiterbauelement mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung zeigt. Es ist festzuhalten, daß Komponenten in Fig. 23, die gleich sind wie
Komponenten in Fig. 22, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind und nicht erneut beschrie
ben werden.
In der Chipebene der vorliegenden Ausführungsform sind ein Lateral-MISFET-Elementabschnitt
(Hochspannungsabschnitt) 50, der ein kammartiges planares Muster der in Fig. 22 dargestellten Art
aufweist, und ein Steuerschaltungsabschnitt (Niederspannungsabschnitt) 60 dargestellt, der sich von
dem Lateral-MISFET-Elementabschnitt 50 unterscheidet. Der Steuerschaltungsabschnitt 60 umfaßt
eine Schaltung für die Steuerung des Gates des MISFET-Elementabschnitts 50 und eine Schaltung
zum Verhindern eines Überstroms. Daher weist der Steuerschaltungsabschnitt 60 eine große Anzahl
an Elementen auf, und es besteht Bedarf an Platz für die Verdrahtung dieser Elemente untereinan
der. Daher werden bei der vorliegenden Ausführungsform nicht nur eine erste Metallschicht, welche
die Source-Elektrodenschicht 11, die Drain-Elektrodenschicht 12 und die erste Feldplatte FP1 bildet,
des Lateral-MISFET-Elementabschnitts 50, sondern auch eine zweite Metallschicht, die zum Bilden
der Feldplatten FP2, FP3 dient, als Verbindungsverdrahtungsschicht 61 für einen Schaltungsblock
auf dem Steuerschaltungsabschnitt 60 eingesetzt. Daher ist es möglich, den Platz für die Verdrah
tung auf dem Steuerschaltungsabschnitt 60 zu reduzieren und in gleichem Maß zu versuchen, den
Anteil der von dem Lateral-MISFET-Elementabschnitt 50 belegten Fläche zu vergrößern oder die
Chipgröße zu reduzieren.
Elfte Ausführungsform
Fig. 24 ist eine Draufsicht, die ein planares Chipmuster für ein Halbleiterbauelement mit einem
Lateral-MISFET-Element hoher Stehspannung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung zeigt. Es ist festzuhalten, daß Komponenten in Fig. 24, die gleich sind wie Kompo
nenten in Fig. 23, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind und nicht erneut beschrieben
werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die erste Metallschicht, welche die Source-Elektro
denschicht 11, die Drain-Elektrodenschicht 12 und die erste Feldplatte FP1 bildet, des Lateral-
MISFET-Elementabschnitts 50 als Verbindungsverdrahtungsschicht 61 für einen Schaltungsblock
auf dem Steuerschaltungsabschnitt 60 verwendet. Des weiteren wird die zweite Metallschicht,
welche zur Bildung der Feldplatten FP2, FP3 dient, als Verbindungsverdrahtungsschicht 61 für einen
Schaltungsblock auf dem Steuerschaltungsabschnitt 60 und des weiteren als Abschirmfilm 62 auf
dem Steuerschaltungsabschnitt 60 eingesetzt. Als Folge kann der Steuerschaltungsabschnitt 60
Betriebsinstabilitäten verhindern, die durch innerhalb der Harzabdeckschicht fließende Ionen
verursacht werden, und er kann beispielsweise elektromagnetische Störungen von dem Lateral-
MISFET-Elementabschnitt 50 abschirmen, wodurch es möglich ist, ein sehr zuverlässiges Halblei
terbauelement zu realisieren.
Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung ein Halbleiterbauelement, das ein Lateral-
MISFET-Element hoher Stehspannung mit einer Durchbruchspannung aufweist, die im allgemeinen
zwischen 350 V und 1200 V liegt, und dadurch gekennzeichnet ist, daß bei der Gate-Elektroden
schicht, der Drain-Elektrodenschicht und/oder den Feldplatten der oberen Schicht Minimalwerte für
deren Längenausdehnung in Relation zur Gesamtdicke des Isolierfilms innerhalb eines numerischen
Bereichs gewählt werden, der die typischen oberen Grenzwerte des Stands der Technik übersteigt.
Dadurch wird es selbst dann, wenn eine Ladungsansammlung, die sich an der Grenzfläche der
Harzabdeckschicht während des tatsächlichen Gebrauchs bildet, die Variation der Verteilung der
Äquipotentiallinien beeinträchtigt, möglich, die Feldstärke direkt unterhalb der sich erstreckenden
Spitze der Kanalfeldplatte zu dämpfen, so daß diese Feldstärke immer niedriger ist als jene bei der
Opferdurchbruchspannungsstelle direkt unterhalb der Drain-Zone, und daher ist es möglich, ein
stabiles Halbleiterbauelement zu realisieren, das einen allmählichen Stehspannungsabfall und einen
allmählichen Durchlaßstromabfall unterdrücken kann. Außerdem ermöglicht es das Halbleiterbau
element gemäß der vorliegenden Erfindung, die Drain-Driftzone mit einer hohen Konzentration zu
versehen, die das Doppelte der herkömmlich bekannten ist, und dadurch eine natürliche Zunahme
des Durchlaßstroms zu erzielen. Außerdem ist es bei einem Lateral-MISFET-Element hoher
Stehspannung, das ein kammartiges planares Muster aufweist, bei dem lineare Gate-Abschnitte und
gekrümmte Gate-Abschnitte gebildet sind, da es möglich ist, die Feldkonzentration in den ge
krümmten Gate-Abschnitten im Vergleich zur herkömmlichen Praxis abzuschwächen, außerdem
möglich, den Krümmungsradius der gekrümmten Gate-Abschnitte klein zu machen, um dadurch den
Integrationsgrad des Elements zu verbessern, und aufgrund dieser Tatsache wird es möglich, ein
großes Stromtransportvermögen zu realisieren.