JP2000307109A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JP2000307109A
JP2000307109A JP11459099A JP11459099A JP2000307109A JP 2000307109 A JP2000307109 A JP 2000307109A JP 11459099 A JP11459099 A JP 11459099A JP 11459099 A JP11459099 A JP 11459099A JP 2000307109 A JP2000307109 A JP 2000307109A
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semiconductor
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semiconductor substrate
semiconductor device
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芳人 中沢
Nobuo Machida
信夫 町田
Hideo Kanai
秀男 金井
Takamitsu Kanazawa
孝光 金澤
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Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
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Hitachi Ltd
Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a protective element to be formed by a method wherein a semiconductor layer whose conductivity type is opposite to that of the primary surface of a semiconductor substrate is formed on a gap on the primary surface of the substrate where an insulating film is formed in a prescribed region. SOLUTION: Diodes serving as protective elements are provided separate from each other by a gap in a region where filed insulating films 3 are formed. Diodes or N+-type polycrystalline silicon layers 17a and P-type polycrystalline silicon layers 17b are alternately arranged on field insulating films 3 which surround the wirings of gate 4. A punch-through structure where rectangular rings 16 of floating P-type diffusion layers are arranged around a source wiring which serves as the terminal of a chip, and a depletion layer extends outwards from the inner rings before an avalanche breakdown starts with an increase in an applied voltage is provided. By this setup, a parasitic MISFET is prevented from being formed, a semiconductor element of this constitution can be prevented from deteriorating in withstand voltage, a P-type layer usually provided under an insulating film can be dispensed with, and manufacturing processes can be reduced in number.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に、例えば外部サージ電圧等による素子の破壊を
防止するための保護素子を設けた半導体装置に適用して
有効な技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and, more particularly, to a technology effective when applied to a semiconductor device provided with a protection element for preventing the destruction of the element due to, for example, an external surge voltage.

【0002】[0002]

【従来の技術】絶縁ゲート構造のMISFETではゲー
ト・ソース間が、薄い絶縁膜で遮られている。この絶縁
膜として厚さ50nm〜100nmのシリコン酸化膜を
用いた場合には、その絶縁耐圧は40V〜60V程度で
ある。そして、外部からのサージ電圧等によって、ゲー
ト・ソース間に耐圧を上回る電圧が加えられると前記絶
縁膜が破壊され、FETとして機能しなくなる。このよ
うな破壊を防止するために保護素子を搭載した半導体装
置が多用されている。
2. Description of the Related Art In a MISFET having an insulated gate structure, a thin insulating film blocks the gate and the source. When a silicon oxide film having a thickness of 50 nm to 100 nm is used as the insulating film, the withstand voltage is approximately 40 V to 60 V. Then, when a voltage exceeding the breakdown voltage is applied between the gate and the source due to an external surge voltage or the like, the insulating film is broken, and does not function as an FET. In order to prevent such destruction, a semiconductor device equipped with a protection element is often used.

【0003】このような保護素子として、多結晶シリコ
ンで形成したダイオードを、nチャネルパワーMISF
ETのゲート・ソース間に搭載した例について、図1乃
至図3を用いて説明する。図1は、多結晶シリコンで形
成したダイオードを搭載したパワーMISFETのチッ
プ平面レイアウトを示し、図2は、図1中の破線図示部
分を拡大して示し、図3は、図1中のa‐a線に沿った
縦断面を示している。なお、図2中では、理解を助ける
ためにソース電極或いはゲートパッドとなる金属配線層
を省略してある。
As such a protection element, a diode formed of polycrystalline silicon has an n-channel power MISF.
An example in which the ET is mounted between the gate and the source will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a chip plane layout of a power MISFET on which a diode formed of polycrystalline silicon is mounted, FIG. 2 shows an enlarged view of a portion shown by a broken line in FIG. 1, and FIG. 3 shows a longitudinal section taken along line a. In FIG. 2, a metal wiring layer serving as a source electrode or a gate pad is omitted to facilitate understanding.

【0004】このパワーMISFETは、半導体基板の
主面に複数の縦型MISFETセルを集積化し並列接続
した構成となっている。各セルのドレイン領域は共通化
されて半導体基板の裏面に形成されたドレイン電極と接
続され、ソース領域はソース電極によって並列接続され
ている。ゲートは相互に接続され、セル領域の外周部に
てゲート配線に接続されて、このゲート配線がゲートパ
ッドに接続されている。ゲート・ソース間に形成される
ダイオードは、ゲートパッドを囲むように形成されてい
る。これらチップの終端は、FLR(Field Limiting Ri
ng)によって囲まれた構成になっている。
This power MISFET has a configuration in which a plurality of vertical MISFET cells are integrated on a main surface of a semiconductor substrate and connected in parallel. The drain region of each cell is shared and connected to the drain electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate, and the source region is connected in parallel by the source electrode. The gates are connected to each other, connected to a gate wiring at an outer peripheral portion of the cell region, and the gate wiring is connected to a gate pad. The diode formed between the gate and the source is formed so as to surround the gate pad. The termination of these chips is FLR (Field Limiting Ri
ng).

【0005】MISFETは、例えば単結晶シリコンか
らなるn+型の半導体基体1に、例えばエピタキシャル
成長によってn−型層2を形成した半導体基板に形成さ
れている。これらのMISFETは、半導体基板の外周
に沿って角部を円弧状とした矩形環状に設けられたフィ
ールド絶縁膜3によって囲まれたセル領域内に複数のセ
ルを規則的に配置して構成されている。
[0005] The MISFET is formed on an n + type semiconductor substrate 1 made of, for example, single crystal silicon, and on a semiconductor substrate on which an n− type layer 2 is formed by, for example, epitaxial growth. These MISFETs are configured by regularly arranging a plurality of cells in a cell region surrounded by a field insulating film 3 provided in a rectangular ring shape having an arcuate corner along the outer periphery of a semiconductor substrate. I have.

【0006】各セルのゲート4は、半導体基板主面にゲ
ート絶縁膜5を介して設けられ、隣接するゲート4が連
続して設けられ、セル領域の外周部でゲート配線6と接
続されている。このゲート配線6はゲート4の接続領域
となるゲートパッド7と接続される。各セルは、n+型
の半導体基体1上に形成されたn−型層2がドレイン領
域となり、n−型層2上に形成されたp型層8がチャネ
ルの形成されるベース領域となり、p型層8内に形成さ
れたn+型層9がソースとなる縦型FETになってい
る。ソースとなるn+型層9には、層間絶縁膜10を介
してセル領域に設けられたソース電極11が接続されて
いる。ソース電極11は、n+型層9の他にベース電位
を一定にするために、p型層8内に設けたp+型層12
にも電気的に接続されている。
The gate 4 of each cell is provided on the main surface of the semiconductor substrate with a gate insulating film 5 interposed therebetween, adjacent gates 4 are continuously provided, and connected to the gate wiring 6 at the outer periphery of the cell region. . The gate wiring 6 is connected to a gate pad 7 serving as a connection region of the gate 4. In each cell, the n− type layer 2 formed on the n + type semiconductor substrate 1 becomes a drain region, the p type layer 8 formed on the n− type layer 2 becomes a base region where a channel is formed, The n + type layer 9 formed in the type layer 8 is a vertical FET serving as a source. The source electrode 11 provided in the cell region is connected to the n + type layer 9 serving as a source via an interlayer insulating film 10. In addition to the n + -type layer 9, the source electrode 11 includes a p + -type layer 12 provided in the p-type layer 8 for keeping the base potential constant.
It is also electrically connected.

【0007】フィールド絶縁膜3の周囲には、矩形環状
にソース配線14が設けられ、このソース配線14は、
p型層13に接続されている。ソース配線14は、図1
に明らかなように、ソース電極11と一体に形成されて
いる。
[0007] Around the field insulating film 3, a source wiring 14 is provided in a rectangular ring shape.
It is connected to the p-type layer 13. The source wiring 14 is shown in FIG.
As is apparent from FIG.

【0008】チップの終端となるソース配線14の周囲
には、フローティングのp型拡散層からなる矩形環状の
リング16を複数配置したFLRが設けられている。こ
のFLRでは、印加電圧の増加につれて、アバランシェ
降伏が起きる前に内側のリング16から外側のリング1
6に空乏層が延びてパンチスルーする構造になってい
る。図示したリングは2本であるが、その段数を変える
ことによって必要な耐圧を得ることができる。また、例
えば耐圧60V程度以下であれば、フローティングのリ
ング16は設けなくても良い。
An FLR having a plurality of rectangular annular rings 16 made of a floating p-type diffusion layer is provided around a source wiring 14 serving as a terminal of the chip. In this FLR, as the applied voltage increases, the inner ring 16 moves to the outer ring 1 before avalanche breakdown occurs.
6, a depletion layer extends to punch through. Although two rings are shown, a required withstand voltage can be obtained by changing the number of stages. If the withstand voltage is about 60 V or less, the floating ring 16 may not be provided.

【0009】そして、フィールド絶縁膜3上に、保護素
子となるダイオード17が設けられており、ダイオード
17の一端はゲートパッド7と電気的に接続され、他端
はソース電極11或いはソース配線14と電気的に接続
されている。
A diode 17 serving as a protection element is provided on the field insulating film 3. One end of the diode 17 is electrically connected to the gate pad 7, and the other end is connected to the source electrode 11 or the source wiring 14. It is electrically connected.

【0010】ダイオード17は、例えば多結晶シリコン
を用いて、n+型層17aとp型層17bとを交互に配
置することで形成されている。図示したものは、双方向
に4段のpn接合を形成しているが、その段数を変える
ことによって、所望の降伏電圧とすることができる。p
n接合1段の降伏電圧を7Vとすると4段では28Vで
降伏する双方向ダイオードとなる。例えば、ゲート絶縁
膜の厚さ100nmのパワーMISFETでは、外部か
らのサージ電圧等によって、ゲート・ソース間に発生し
た電圧が約60V以上になるとゲート絶縁膜が破壊され
てしまう。しかし、このダイオードをゲート・ソース間
に搭載した場合、外部からのサージ電圧等によって、ゲ
ート・ソース間に発生した電圧が約28Vに達した時点
でダイオードが降伏し、ダイオードがバイパスとなるた
め、それ以上の電圧はゲート・ソース間に印加されず、
ゲート絶縁膜の破壊を防止することが可能になる。
The diode 17 is formed by alternately arranging n + -type layers 17a and p-type layers 17b using, for example, polycrystalline silicon. In the illustrated example, four stages of pn junctions are formed bidirectionally, but a desired breakdown voltage can be obtained by changing the number of stages. p
Assuming that the breakdown voltage of one stage of the n-junction is 7V, a four-stage diode is a bidirectional diode that breaks down at 28V. For example, in a power MISFET having a gate insulating film thickness of 100 nm, when a voltage generated between the gate and the source becomes about 60 V or more due to an external surge voltage or the like, the gate insulating film is broken. However, when this diode is mounted between the gate and the source, the diode breaks down when the voltage generated between the gate and the source reaches about 28 V due to an external surge voltage or the like, and the diode becomes a bypass. No further voltage is applied between the gate and source,
Destruction of the gate insulating film can be prevented.

【0011】また、フィールド絶縁膜3の下部にはp型
の半導体層15が形成され、この半導体層15は、ソー
ス配線14と接続したp型層18と接続されている。こ
のフィールド絶縁膜3は、保護ダイオード17に寄生M
ISFETが形成されるのを防止するために設けられて
いる。このフィールド絶縁膜3がない場合には、つまり
保護ダイオード17の下地絶縁膜がゲート絶縁膜の厚さ
程度に薄い場合には、例えばソースとドレインとが接地
された状態で、ゲートに不純物濃度電圧が印加される
と、フィールド絶縁膜3に接したp型層17bの下面が
n型反転してチャネルとなり、n+型層17aをソース
領域,ドレイン領域とする寄生MISFETが保護ダイ
オード17に形成されてしまう。
Further, a p-type semiconductor layer 15 is formed below the field insulating film 3, and the semiconductor layer 15 is connected to a p-type layer 18 connected to the source wiring 14. This field insulating film 3 has a parasitic M
It is provided to prevent the formation of an ISFET. If the field insulating film 3 is not provided, that is, if the base insulating film of the protection diode 17 is thin as much as the thickness of the gate insulating film, the impurity concentration voltage is applied to the gate while the source and the drain are grounded. Is applied, the lower surface of the p-type layer 17b in contact with the field insulating film 3 becomes n-type inverted and becomes a channel, and a parasitic MISFET having the n + -type layer 17a as a source region and a drain region is formed in the protection diode 17. I will.

【0012】また、保護ダイオード17の下地絶縁膜が
薄く且つp型層15がない場合には、ソース11が接地
された状態でドレイン2とゲート4とに正の電圧が印加
されると、フィールド絶縁膜3に接したp型層17bの
下面がn型反転してチャネルとなり、n+型層17aを
ソース領域,ドレイン領域とする寄生MISFETが保
護ダイオード17に形成されてしまう。このような寄生
動作を防止するためには、保護ダイオード17の下地と
してゲート絶縁膜よりも厚い絶縁膜が必要である。
If the underlying insulating film of the protection diode 17 is thin and the p-type layer 15 is not provided, when a positive voltage is applied to the drain 2 and the gate 4 with the source 11 grounded, the field The lower surface of the p-type layer 17b in contact with the insulating film 3 becomes n-type inverted and forms a channel, and a parasitic MISFET having the n + -type layer 17a as a source region and a drain region is formed in the protection diode 17. In order to prevent such a parasitic operation, an insulating film thicker than the gate insulating film is required as a base of the protection diode 17.

【0013】保護素子として、フィールド絶縁膜上に、
例えば、多結晶シリコンで形成したダイオードを搭載し
たものは特公平5‐63919号公報に開示され、多結
晶シリコンで形成したダイオード及び抵抗を搭載したも
のが特開平10‐125907号公報に開示されてい
る。何れの例でも、保護素子の形成されたフィールド絶
縁膜下には、半導体基板主面と反対導電型の半導体層が
形成されている。
As a protection element, on a field insulating film,
For example, a device mounted with a diode formed of polycrystalline silicon is disclosed in Japanese Patent Publication No. 5-63919, and a device mounted with a diode and a resistor formed of polycrystalline silicon is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-125907. I have. In each case, a semiconductor layer of the opposite conductivity type to the main surface of the semiconductor substrate is formed under the field insulating film on which the protection element is formed.

【0014】次に、このダイオードの設けられた絶縁膜
の下部に形成されているp型層15とパワーMISFE
Tの耐圧との関係について、図4と図5とを用いて説明
する。図4では、フィールド絶縁膜3下に形成された半
導体層15がGNDに接続された主接合となっており、
その外周にFLRが形成されている。主接合とは、パワ
ーMISFETのソース電位(GND)に固定されたp
型の拡散層である。FLRとは、フロ−ティングのp型
の拡散層のリング16を適当な間隔で配置したものであ
る。図4ではパワーMISFETにおける半導体層15
の役目を理解しやすくするために単純化して表してあ
る。
Next, the p-type layer 15 formed under the insulating film provided with the diode and the power MISFE
The relationship between T and the breakdown voltage will be described with reference to FIGS. In FIG. 4, the semiconductor layer 15 formed under the field insulating film 3 is a main junction connected to GND,
The FLR is formed on the outer periphery. The main junction is a p-type fixed to the source potential (GND) of the power MISFET.
Type diffusion layer. The FLR is one in which rings 16 of floating p-type diffusion layers are arranged at appropriate intervals. FIG. 4 shows the semiconductor layer 15 in the power MISFET.
Are simplified for easy understanding.

【0015】先ず、主接合及びFLRの耐圧について説
明する。印加電圧の増加によって、先ずP0(GNDの
主接合)が空乏化(一点鎖線図示)する。更に印加電圧
を大きくするにつれて空乏層はFLRに延びて行き、P
0の接合がアバランシェ降伏する前にリングP1へパン
チスルーする。そして、更に電圧が上がるに連れてP
2、P3に順次パンチスルー(二点鎖線図示)し、最終
的には最外周のリングの接合が降伏する。夫々のリング
の拡散深さが充分深ければ、等間隔に配置されたn本の
リングをもつFLRの耐圧BVは、それぞれのリング間
のパンチスルー耐圧BVpt及びn本目のリングの円筒
接合の降伏電圧BVcyから、 BV≒nBVpt+BVcy…式(1) と表すことができる。即ち、この構造の場合、耐圧はF
LRのリングの間隔と本数によって決定され、主接合に
は影響されない。そのため、FLR部の耐圧は理論上、
式(1)で表す値になっている。
First, the breakdown voltage of the main junction and the FLR will be described. With an increase in the applied voltage, P0 (main junction of GND) is first depleted (shown by a dashed line). As the applied voltage is further increased, the depletion layer extends to FLR,
Punch through to ring P1 before avalanche breakdown occurs at junction 0. And, as the voltage further increases, P
Punch-through is sequentially performed on P2 and P3 (shown by a two-dot chain line), and finally the outermost ring bond yields. If the diffusion depth of each ring is sufficiently deep, the breakdown voltage BV of the FLR having n rings arranged at equal intervals is the punch-through breakdown voltage BVpt between the rings and the breakdown voltage of the cylindrical joint of the nth ring. From BVcy, BV ≒ nBVpt + BVcy can be expressed by the following equation (1). That is, in this structure, the breakdown voltage is F
It is determined by the spacing and number of LR rings and is not affected by the main joint. Therefore, the breakdown voltage of the FLR section is theoretically
The value is represented by Expression (1).

【0016】次に、図5に示すようにGNDに接続され
た主接合が間隔Lをおいて複数形成されているもので
は、主接合P0の間隔Lが狭ければ、複数の主接合P0
からn−型層に伸びる空乏層が互いにつながって一つの
空乏層(一点鎖線図示)を形成する。この空乏層は、主
接合P0の間隔Lを狭めるほど、つながり易くなり、ま
た、その形状も曲率のない理想的な平面の接合に近づ
き、耐圧が向上する。逆に、主接合P0の間隔Lを広げ
れば、夫々の空乏層がつながりにくくなり耐圧は低下す
る。最終的に、空乏層が全くつながらない状態では、拡
散深さに相当する曲率をもった円筒接合の降伏電圧まで
耐圧は低下する。
Next, as shown in FIG. 5, when a plurality of main junctions connected to GND are formed at intervals L, if the interval L between the main junctions P0 is narrow, a plurality of main junctions P0 are formed.
Depletion layers extending from N to the n − -type layer are connected to each other to form one depletion layer (shown by a dashed line). The depletion layer becomes easier to connect as the distance L between the main junctions P0 is reduced, and the shape of the depletion layer approaches an ideal flat junction having no curvature, and the breakdown voltage is improved. Conversely, if the distance L between the main junctions P0 is increased, the respective depletion layers are less likely to be connected, and the breakdown voltage is reduced. Ultimately, in the state where no depletion layer is connected, the breakdown voltage decreases to the breakdown voltage of the cylindrical junction having the curvature corresponding to the diffusion depth.

【0017】本発明者はp型層の間隔Lを変化させた時
の耐圧について実験を行なったが、その結果を図6に示
す。耐圧はp型層の間隔Lに略逆比例し、p型層の間隔
を5μm程度まで狭めればFLRの耐圧に近い耐圧が得
られ、間隔を広げるに従い耐圧は単調に低下することが
確認できる。
The inventor conducted an experiment on the breakdown voltage when the distance L between the p-type layers was changed, and the results are shown in FIG. The withstand voltage is substantially inversely proportional to the interval L between the p-type layers, and if the interval between the p-type layers is reduced to about 5 μm, a withstand voltage close to the withstand voltage of the FLR can be obtained. .

【0018】ここで改めて図3の従来のダイオードの構
造について考えると、ダイオード17の形成された絶縁
膜の下部にp型の半導体層15を設けない場合は、チャ
ネルとなるp型層8とソース配線14の接続されるp型
層18との間隔が非常に広くなり、前述した理由から著
しく耐圧が低下してしまうことがわかる。
Referring again to the structure of the conventional diode shown in FIG. 3, if the p-type semiconductor layer 15 is not provided below the insulating film on which the diode 17 is formed, the p-type layer 8 serving as a channel and the source It can be seen that the distance between the wiring 14 and the p-type layer 18 to which the wiring 14 is connected is very wide, and the withstand voltage is significantly reduced for the above-described reason.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、従来の構造
では、このp型の半導体層15形成を、フィールド絶縁
膜を形成する以前の工程で行なう必要があり、フィール
ド絶縁膜形成前にはp型不純物導入工程がないので、こ
のp型層形成のためだけに、少なくともホトリソグラフ
ィ工程と、不純物注入工程と、活性化のための熱処理工
程とが必要であり、工程数を増加させているという問題
点があった。
However, in the conventional structure, the formation of the p-type semiconductor layer 15 must be performed in a step before the formation of the field insulating film. Since there is no impurity introduction step, at least a photolithography step, an impurity implantation step, and a heat treatment step for activation are required only for forming the p-type layer, and the number of steps is increased. There was a point.

【0020】本発明の課題は、前述した問題を解決し、
保護素子を形成することが可能な技術を提供することに
ある。本発明の前記ならびにその他の課題と新規な特徴
は、本明細書の記述及び添付の図面によって明らかにな
るであろう。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems,
An object of the present invention is to provide a technique capable of forming a protection element. The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。半導体基板主面の所定領域に形成さ
れた絶縁膜上に半導体素子が形成された半導体装置にお
いて、前記絶縁膜を前記領域内に間隙をおいて形成し、
前記間隙に位置する半導体基板主面に半導体基板主面と
は反対導電型の半導体層を形成する。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows. In a semiconductor device in which a semiconductor element is formed on an insulating film formed in a predetermined region of a semiconductor substrate main surface, the insulating film is formed with a gap in the region,
A semiconductor layer of a conductivity type opposite to the semiconductor substrate main surface is formed on the semiconductor substrate main surface located in the gap.

【0022】より具体的には、半導体基板主面の所定領
域に形成された絶縁膜によって規定されたセル領域にパ
ワーMISFETが形成され、前記絶縁膜上に半導体素
子が形成されている半導体装置において、前記絶縁膜を
前記領域内に間隙をおいて形成し、前記間隙に位置する
半導体基板主面に半導体基板主面とは反対導電型の半導
体層を形成する。また、その製造方法において、前記半
導体基板主面に、前記絶縁膜を前記領域内に間隙をおい
て形成する工程と、前記間隙に位置する半導体基板主面
に半導体基板主面とは反対導電型の半導体層を形成する
工程とを有する。
More specifically, in a semiconductor device in which a power MISFET is formed in a cell region defined by an insulating film formed in a predetermined region on a main surface of a semiconductor substrate, and a semiconductor element is formed on the insulating film. Forming the insulating film with a gap in the region, and forming a semiconductor layer of a conductivity type opposite to the semiconductor substrate main surface on the semiconductor substrate main surface located in the gap. In the manufacturing method, a step of forming the insulating film on the main surface of the semiconductor substrate with a gap in the region; and a step of forming a conductive type opposite to the main surface of the semiconductor substrate on the main surface of the semiconductor substrate located in the gap. Forming a semiconductor layer.

【0023】[0023]

【作用】上述した手段によれば、寄生MISFETの形
成及び耐圧の低下を防止しつつ、絶縁膜の直下にp型層
を形成する必要がなくなるので、工程数の削減が可能と
なる。
According to the above-described means, it is not necessary to form a p-type layer immediately below the insulating film while preventing the formation of the parasitic MISFET and a decrease in the breakdown voltage, so that the number of steps can be reduced.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。なお、実施の形態を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below. In all the drawings for describing the embodiments, components having the same functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof will be omitted.

【0025】(実施の形態1)図7は本発明の一実施の
形態の半導体装置の等価回路図であり、図8はチップ平
面レイアウトを示し、図9は、図8中の破線図示部分を
拡大して示し、図10は、図8中のa‐a線に沿った縦
断面を示し、図11は、図8中のb‐b線に沿った縦断
面を示し、図12は、図9中のc‐c線に沿った縦断面
を示している。なお、図9中では、理解を助けるために
ソース電極或いはゲートパッドとなる金属配線層を省略
してある。
(Embodiment 1) FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 shows a chip plane layout. FIG. 9 shows a portion indicated by broken lines in FIG. FIG. 10 shows a longitudinal section taken along line aa in FIG. 8, FIG. 11 shows a longitudinal section taken along line bb in FIG. 8, and FIG. 9 shows a vertical section taken along the line cc in FIG. In FIG. 9, a metal wiring layer serving as a source electrode or a gate pad is omitted to facilitate understanding.

【0026】図7に明らかなように、本実施の形態の半
導体装置はnチャネルパワーMISFETのゲート・ソ
ース間に保護素子としてダイオードを搭載してある。本
発明で言う半導体基板は、半導体基体1主面に形成され
たその基板と同一導電型のエピタキシャル半導体層(n
−型層2)を含んでいる。そしてMISFETは、n−
型層2に形成される。これらのMISFETは、半導体
基板の外周に沿って角部を円弧状とした矩形環状の領域
に設けられたフィールド絶縁膜3によって囲まれたセル
領域内に複数のセルを規則的に配置して構成されてい
る。フィールド絶縁膜3は、フィールド絶縁膜3の形成
される領域内に間隙をおいて複数に分離されて形成され
ている。
As is apparent from FIG. 7, the semiconductor device of this embodiment has a diode mounted as a protection element between the gate and the source of the n-channel power MISFET. The semiconductor substrate referred to in the present invention is an epitaxial semiconductor layer (n) formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 and having the same conductivity type as the substrate.
-A mold layer 2). And the MISFET is n-
Formed on the mold layer 2. These MISFETs are configured by regularly arranging a plurality of cells in a cell region surrounded by a field insulating film 3 provided in a rectangular ring-shaped region having an arcuate corner along the outer periphery of a semiconductor substrate. Have been. The field insulating film 3 is formed so as to be separated into a plurality with a gap in a region where the field insulating film 3 is formed.

【0027】各セルのゲート4は、半導体基板主面にゲ
ート絶縁膜5を介して設けられ、隣接するゲート4が連
続して設けられ、セル領域の外周部でゲート配線6と接
続される。このゲート配線6はゲート4の接続領域とな
るゲートパッド7と接続される。各セルは、n+型の半
導体基体1上に形成されたn−型層2がドレイン領域と
なり、n−型層2上に形成されたp型層8がチャネルの
形成されるベース領域となり、p型層8内に形成された
n+型層9がソースとなる縦型FETになっている。ソ
ースとなるn+型層9には、層間絶縁膜10を介してセ
ル領域に設けられたソース電極11が接続されている。
ソース電極11は、n+型層9の他にベース電位を一定
にするために、p型層8内に設けたp+型層12にも電
気的に接続されている。なお、このソース電極11の一
部がソースパッド13となる。
The gate 4 of each cell is provided on the main surface of the semiconductor substrate with a gate insulating film 5 interposed therebetween, and adjacent gates 4 are provided continuously, and are connected to the gate wiring 6 at the outer periphery of the cell region. The gate wiring 6 is connected to a gate pad 7 serving as a connection region of the gate 4. In each cell, the n− type layer 2 formed on the n + type semiconductor substrate 1 becomes a drain region, the p type layer 8 formed on the n− type layer 2 becomes a base region where a channel is formed, The n + type layer 9 formed in the type layer 8 is a vertical FET serving as a source. The source electrode 11 provided in the cell region is connected to the n + type layer 9 serving as a source via an interlayer insulating film 10.
The source electrode 11 is electrically connected to the p + -type layer 12 provided in the p-type layer 8 in order to keep the base potential constant, in addition to the n + -type layer 9. Note that a part of the source electrode 11 becomes the source pad 13.

【0028】フィールド絶縁膜3の周囲には、矩形環状
にソース配線14が設けられ、このソース配線14はp
型層18に接続されている。ソース配線14は、図8に
明らかなように、ソース電極11と一体に形成されてい
る。チップの終端となるソース配線14の周囲には、フ
ローティングのp型拡散層からなる矩形環状のリング1
6を複数配置したFLRが設けられている。このFLR
では、印加電圧の増加につれて、アバランシェ降伏が起
きる前に内側のリング16から外側のリング16に空乏
層が延びてパンチスルーする構造になっている。図示し
たリングは2本であるが、前述の如く、その段数を変え
ることによって必要な耐圧を得ることができる。例えば
耐圧60V程度以下であれば、フローティングのリング
16は設けなくても良い。
Around the field insulating film 3, a source wiring 14 is provided in a rectangular ring shape.
It is connected to the mold layer 18. The source wiring 14 is formed integrally with the source electrode 11, as is apparent from FIG. Around the source wiring 14 which is the terminal of the chip, a rectangular ring 1 made of a floating p-type diffusion layer is formed.
An FLR in which a plurality of 6s are arranged is provided. This FLR
In this case, as the applied voltage increases, a depletion layer extends from the inner ring 16 to the outer ring 16 before avalanche breakdown occurs, and punches through. Although two rings are shown in the figure, as described above, the required pressure resistance can be obtained by changing the number of stages. For example, if the breakdown voltage is about 60 V or less, the floating ring 16 may not be provided.

【0029】そして本実施の形態では、フィールド絶縁
膜3の形成される領域内に間隙をおいて形成された複数
のフィールド絶縁膜3上に、夫々保護素子となるダイオ
ード17が設けられており、夫々ダイオード17の一端
はゲート配線6と、他端はソース配線14と電気的に接
続されている。ダイオード17は、例えば多結晶シリコ
ンを用いて、n+型層17aとp型層17bとを交互に
配置することで形成されている。図示したものは、双方
向に4段のpn接合を作っているが、その段数を変える
ことによって、所望の降伏電圧とすることができる。ま
た、本実施の形態では図8に示すように、ゲート配線6
を囲むフィールド絶縁膜3の形成領域に形成される全て
のフィールド絶縁膜3の上にダイオード17を配置した
が、勿論必要に応じてその個数を変えて良い。
In the present embodiment, diodes 17 each serving as a protection element are provided on a plurality of field insulating films 3 formed with a gap in a region where the field insulating film 3 is formed. One end of each diode 17 is electrically connected to the gate line 6 and the other end is electrically connected to the source line 14. The diode 17 is formed by alternately arranging n + -type layers 17a and p-type layers 17b using, for example, polycrystalline silicon. In the illustrated example, four stages of pn junctions are made bidirectionally, but a desired breakdown voltage can be obtained by changing the number of stages. Further, in this embodiment, as shown in FIG.
Diodes 17 are arranged on all the field insulating films 3 formed in the region where the field insulating film 3 is formed, but the number of diodes 17 may be changed as needed.

【0030】本実施の形態では、図12に示したように
フィールド絶縁膜3の前記間隙に位置する半導体基板主
面にp型の半導体層18が、セル領域のp型層8と略等
しい拡散深さで形成され、フィールド絶縁膜の下部はn
−型層2となっており、ダイオード17の設けてあるフ
ィールド絶縁膜3の下にp型のウエル層15が設けられ
ていないが、フィールド絶縁膜3の間隙に、p型層18
を、セル領域におけるp型層8の間隔と同程度若しくは
それ以下の間隔Lで配置してあるので、耐圧を低下させ
ず、また、ダイオード17に寄生MISFETが形成さ
れることもない。このp型層18は、その間隔Lが狭い
程高耐圧化するので、その間隔Lを狭く形成するのが望
ましいので、p型層18は横方向拡散によってフィール
ド絶縁膜3の下部に延在させてある。理想的には、フィ
ールド絶縁膜3の下にてp型層18が横方向拡散で互い
に接続されているのが望ましい。
In this embodiment, as shown in FIG. 12, a p-type semiconductor layer 18 is formed on the main surface of the semiconductor substrate located in the gap of the field insulating film 3 so as to have substantially the same diffusion as the p-type layer 8 in the cell region. Formed at a depth, and the lower part of the field insulating film is n
Although the p-type well layer 15 is not provided under the field insulating film 3 on which the diode 17 is provided, the p-type layer 18
Are arranged at an interval L which is approximately equal to or less than the interval of the p-type layer 8 in the cell region, so that the breakdown voltage is not reduced, and no parasitic MISFET is formed in the diode 17. Since the breakdown voltage of the p-type layer 18 becomes higher as the distance L becomes narrower, it is desirable to form the distance L narrower. Therefore, the p-type layer 18 is extended below the field insulating film 3 by lateral diffusion. It is. Ideally, it is desirable that the p-type layers 18 be connected to each other by lateral diffusion below the field insulating film 3.

【0031】続いて、前述した半導体装置の製造方法を
図13乃至図18を用いて工程毎に説明する。各図中で
は、左側にFLR部、中央にダイオード部、右側にMI
SFET部を示してある。先ず、例えばヒ素が導入され
た単結晶シリコンからなるn+半導体基体1上にエピタ
キシャル成長によってn−型層2を形成する。そして、
このn−型層2上に例えば熱酸化により酸化珪素膜を全
面に形成し、この酸化珪素膜をフォトリソグラフィによ
るマスクを用いたエッチング除去によってフィールド絶
縁膜3にパターニングする。この状態を図13に示す。
Subsequently, a method of manufacturing the above-described semiconductor device will be described for each step with reference to FIGS. In each figure, the FLR part is on the left, the diode part is in the center, and the MI is on the right.
The SFET section is shown. First, an n− type layer 2 is formed by epitaxial growth on an n + semiconductor substrate 1 made of single crystal silicon into which arsenic has been introduced. And
A silicon oxide film is formed on the entire surface of the n − -type layer 2 by, for example, thermal oxidation, and the silicon oxide film is patterned into the field insulating film 3 by etching removal using a photolithographic mask. This state is shown in FIG.

【0032】次に、例えば熱酸化によりゲート絶縁膜5
を形成し、半導体基板主面上の全面にゲート4或いはダ
イオード17となる多結晶シリコン膜17´をCVD(C
hemical Vapor Deposition)により堆積させる。ゲート
4となる領域にはリンを、ダイオードとなる領域にはボ
ロンを導入する。この状態を図14に示す。
Next, the gate insulating film 5 is formed by, for example, thermal oxidation.
Is formed, and a polycrystalline silicon film 17 'to be the gate 4 or the diode 17 is formed on the entire surface of the main surface of the semiconductor substrate by CVD (C
Chemical Vapor Deposition). Phosphorus is introduced into the region to be the gate 4 and boron is introduced into the region to be the diode. This state is shown in FIG.

【0033】次に、多結晶シリコン膜17´をフォトリ
ソグラフィによるマスクを用いたエッチング除去によっ
てパターニングしてゲート4及びダイオード17を形成
し、リング16或いはMISFETのチャネルとなるp
型層8或いはダイオードの両側に隣接した拡散層となる
p型層18をイオン注入によって選択的に同時に形成す
る。この状態を図15に示す。なお、このイオン注入工
程によってダイオードのp型層17bを作れば、前述し
たダイオードとなる領域へのボロンの導入工程を省略す
ることも可能である。
Next, the gate 4 and the diode 17 are formed by patterning the polycrystalline silicon film 17 'by etching removal using a photolithographic mask to form the gate 16 and the p serving as a channel of the MISFET.
A p-type layer 18 serving as a diffusion layer adjacent to both sides of the mold layer 8 or the diode is selectively formed simultaneously by ion implantation. This state is shown in FIG. If the p-type layer 17b of the diode is formed by this ion implantation step, it is possible to omit the step of introducing boron into the region to be the diode described above.

【0034】次に、フォトリソグラフィによるマスクを
用いたイオン注入により、MISFETのソースとなる
n+型層9とダイオードのn+型層17aを同時に形成
する。この状態を図16に示す。
Next, the n + type layer 9 serving as the source of the MISFET and the n + type layer 17a of the diode are simultaneously formed by ion implantation using a photolithographic mask. FIG. 16 shows this state.

【0035】次に、フォトリソグラフィによるマスクを
用いたイオン注入により、p型層8への接続抵抗を低減
するためのp+型層12を形成する。半導体基板主面上
の全面に層間絶縁膜10として、例えばPSG(Phosph
orus Silicate Glass)膜をCVDにより堆積させ、S
OG(Spin On Glass)膜を塗布形成した後、接続領域
を露出させる開口を設ける。この状態を図17に示す。
Next, a p + -type layer 12 for reducing the connection resistance to the p-type layer 8 is formed by ion implantation using a photolithographic mask. For example, a PSG (Phosph) is formed as an interlayer insulating film 10 on the entire surface of the semiconductor substrate main surface.
orus Silicate Glass) film is deposited by CVD and S
After the application of the OG (Spin On Glass) film, an opening for exposing the connection region is provided. This state is shown in FIG.

【0036】次に、この開口内を含む半導体基板主面上
の全面に例えばシリコンを含有するアルミニウムからな
る導電膜(金属膜)を形成し、フォトリソグラフィによ
るマスクを用いたエッチング除去によってパターニング
してゲートパッド7、ソース電極11及びソース配線1
4を形成し、半導体基板主面上全面に保護絶縁膜20を
形成した後にゲートパッド7及びソースパッド13を露
出させる開口を形成する。また、n+型半導体基体1の
裏面に研削処理を施し、この裏面に例えば蒸着によりニ
ッケル、チタン、ニッケル、銀を順次積層したドレイン
電極19を形成して、図18に示す状態となる。
Next, a conductive film (metal film) made of, for example, silicon-containing aluminum is formed on the entire surface of the main surface of the semiconductor substrate including the inside of the opening, and is patterned by etching removal using a photolithographic mask. Gate pad 7, source electrode 11, and source line 1
After forming a protective insulating film 20 on the entire main surface of the semiconductor substrate, an opening for exposing the gate pad 7 and the source pad 13 is formed. Also, a grinding process is performed on the back surface of the n + type semiconductor substrate 1, and a drain electrode 19 in which nickel, titanium, nickel, and silver are sequentially laminated is formed on the back surface by, for example, vapor deposition, and the state shown in FIG. 18 is obtained.

【0037】このように、本発明では、フィールド絶縁
膜形成後にp型層18を形成するため、他の素子の形成
工程を利用してp型層18を形成することができるので
工程数の削減が可能である。
As described above, in the present invention, since the p-type layer 18 is formed after the formation of the field insulating film, the p-type layer 18 can be formed by using another element formation process, so that the number of steps can be reduced. Is possible.

【0038】(実施の形態2)図19は本発明の他の実
施の形態の半導体装置の等価回路図であり、図20はチ
ップ平面レイアウトを示し、図21は、図20中の破線
図示部分を拡大して示し、図21は、図20中のa‐a
線に沿った縦断面を示し、図22は、図21中のc‐c
線に沿った縦断面を示している。なお、図21中では、
理解を助けるためにソース電極或いはゲートパッドとな
る金属配線層を省略してある。
(Embodiment 2) FIG. 19 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention, FIG. 20 shows a chip plane layout, and FIG. 21 shows a portion shown by broken lines in FIG. FIG. 21 is an enlarged view of aa in FIG.
FIG. 22 shows a vertical section taken along the line, and FIG.
It shows a longitudinal section along the line. In FIG. 21,
To facilitate understanding, a metal wiring layer serving as a source electrode or a gate pad is omitted.

【0039】図19に明らかなように、本実施の形態の
半導体装置はnチャネルパワーMISFETのゲート・
ゲートパッド間に保護素子として抵抗を搭載してある。
MISFETは、例えば単結晶シリコンからなるn+型
の半導体基体1に、例えばエピタキシャル成長によって
n−型層2を形成した半導体基板に形成される。これら
のMISFETは、半導体基板の外周に沿って角部を円
弧状とした矩形環状の領域に設けられたフィールド絶縁
膜3によって囲まれたセル領域内に複数のセルを規則的
に配置して構成されている。フィールド絶縁膜3は、フ
ィールド絶縁膜3の形成される領域内に間隙をおいて複
数に分離されて形成されている。
As apparent from FIG. 19, the semiconductor device according to the present embodiment has a gate and an n-channel power MISFET.
A resistor is mounted between the gate pads as a protection element.
The MISFET is formed on an n + type semiconductor substrate 1 made of, for example, single crystal silicon, and on a semiconductor substrate on which an n− type layer 2 is formed by, for example, epitaxial growth. These MISFETs are configured by regularly arranging a plurality of cells in a cell region surrounded by a field insulating film 3 provided in a rectangular ring-shaped region having an arcuate corner along the outer periphery of a semiconductor substrate. Have been. The field insulating film 3 is formed so as to be separated into a plurality with a gap in a region where the field insulating film 3 is formed.

【0040】各セルのゲート4は、半導体基板主面にゲ
ート絶縁膜5を介して設けられ、隣接するゲート4が連
続して設けられ、セル領域の外周部でゲート配線6と接
続される。各セルは、n+型の半導体基体1上に形成さ
れたn−型層2がドレイン領域となり、n−型層2上に
形成されたp型層8がチャネルの形成されるベース領域
となり、p型層8内に形成されたn+型層9がソースと
なる縦型FETになっている。ソースとなるn+型層9
には、層間絶縁膜10を介してセル領域に設けられたソ
ース電極11が接続されている。ソース電極11は、n
+型層9の他にベース電位を一定にするために、p型層
8内に設けたp+型層12にも電気的に接続されてい
る。なお、このソース電極11の一部がソースパッド1
3となる。
The gate 4 of each cell is provided on the main surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film 5, adjacent gates 4 are continuously provided, and connected to the gate wiring 6 at the outer peripheral portion of the cell region. In each cell, the n− type layer 2 formed on the n + type semiconductor substrate 1 becomes a drain region, the p type layer 8 formed on the n− type layer 2 becomes a base region where a channel is formed, The n + type layer 9 formed in the type layer 8 is a vertical FET serving as a source. N + type layer 9 serving as a source
Is connected to a source electrode 11 provided in the cell region via an interlayer insulating film 10. The source electrode 11 has n
In addition to the + -type layer 9, it is also electrically connected to a p + -type layer 12 provided in the p-type layer 8 in order to keep the base potential constant. Note that a part of the source electrode 11 is
It becomes 3.

【0041】フィールド絶縁膜3の周囲には、矩形環状
にソース配線14が設けられ、このソース配線14はp
型層18に接続されている。ソース配線14は、図20
に明らかなように、ソース電極11と一体に形成されて
いる。
Around the field insulating film 3, a source wiring 14 is provided in a rectangular ring shape.
It is connected to the mold layer 18. The source wiring 14 is shown in FIG.
As is apparent from FIG.

【0042】チップの終端となるソース配線14の周囲
には、フローティングのp型拡散層からなる矩形環状の
リング16を複数配置したFLRが設けられている。こ
のFLRでは、印加電圧の増加につれて、アバランシェ
降伏が起きる前に内側のリング16から外側のリング1
6に空乏層が延びてパンチスルーする構造になってい
る。図示したリングは2本であるが、前述の如く、その
段数を変えることによって必要な耐圧を得ることができ
る。例えば耐圧60V程度以下であれば、フローティン
グのリング16は設けなくても良い。
An FLR in which a plurality of rectangular annular rings 16 each composed of a floating p-type diffusion layer are provided around the source wiring 14 serving as a terminal of the chip. In this FLR, as the applied voltage increases, the inner ring 16 moves to the outer ring 1 before avalanche breakdown occurs.
6, a depletion layer extends to punch through. Although two rings are shown in the figure, as described above, the required pressure resistance can be obtained by changing the number of stages. For example, if the breakdown voltage is about 60 V or less, the floating ring 16 may not be provided.

【0043】そして本実施の形態では、フィールド絶縁
膜3の形成される領域内に間隙をおいて形成された複数
のフィールド絶縁膜3上に、保護素子となる抵抗20が
設けられており、抵抗20の一端はゲート配線6と、他
端はゲートパッド7と電気的に接続されている。抵抗2
0は、例えばp型の不純物を導入した多結晶シリコンを
用い、蛇行させて配置することで形成されている。
In this embodiment, a resistor 20 serving as a protection element is provided on a plurality of field insulating films 3 formed with a gap in a region where the field insulating film 3 is formed. One end of 20 is electrically connected to the gate wiring 6, and the other end is electrically connected to the gate pad 7. Resistance 2
0 is formed by using, for example, polycrystalline silicon into which a p-type impurity is introduced and meandering it.

【0044】本実施の形態では、フィールド絶縁膜3の
前記間隙に位置する半導体基板主面にp型の半導体層1
8が、セル領域のp型層8と略等しい拡散深さで形成さ
れ、フィールド絶縁膜の下部はn−型層2となってお
り、抵抗20の設けてあるフィールド絶縁膜3の下にp
型のウエル層が設けられていないが、フィールド絶縁膜
3の間隙に、p型層18を、セル領域におけるp型層8
の間隔と同程度若しくはそれ以下の間隔Lで配置してあ
るので、耐圧を低下させない。
In this embodiment, the p-type semiconductor layer 1 is formed on the main surface of the semiconductor substrate located in the gap of the field insulating film 3.
8 is formed with a diffusion depth substantially equal to that of the p-type layer 8 in the cell region, the lower part of the field insulating film is the n − type layer 2, and the p-type
Although no p-type well layer is provided, the p-type layer 18
Are arranged at an interval L which is approximately equal to or less than the interval, the breakdown voltage is not reduced.

【0045】このp型層18は、その間隔Lが狭い程高
耐圧化するので、その間隔Lを狭く形成するのが望まし
いので、半導体層18は横方向拡散によってフィールド
絶縁膜3の下部に延在させてある。理想的には、フィー
ルド絶縁膜3の下にてp型層18が横方向拡散で互いに
接続されているのが望ましい。また、本実施の形態では
抵抗20を蛇行させて配置したが、直線状に配置しても
実施が可能であり、複数の抵抗を形成しこれらを並列或
いは直列に接続する構成としてもよい。
Since the breakdown voltage of the p-type layer 18 becomes higher as the interval L becomes narrower, it is desirable to form the interval L narrower. Therefore, the semiconductor layer 18 extends under the field insulating film 3 by lateral diffusion. I have been. Ideally, it is desirable that the p-type layers 18 be connected to each other by lateral diffusion below the field insulating film 3. Further, in the present embodiment, the resistors 20 are arranged in a meandering manner. However, the present invention can be practiced even if they are arranged in a straight line, and a configuration in which a plurality of resistors are formed and connected in parallel or in series may be adopted.

【0046】続いて、前述した半導体装置の製造方法を
工程毎に説明する。本実施の形態の半導体装置の製造方
法は抵抗形成工程を除けば略前述した実施の形態の場合
と同様である。先ず、例えばヒ素が導入された単結晶シ
リコンからなるn+半導体基体1上にエピタキシャル成
長によってn−型層2を形成する。そして、このn−型
層2上に例えば熱酸化により酸化珪素膜を全面に形成
し、この酸化珪素膜をフォトリソグラフィによるマスク
を用いたエッチング除去によってフィールド絶縁膜3に
パターニングする。
Subsequently, a method of manufacturing the above-described semiconductor device will be described for each process. The method of manufacturing the semiconductor device of the present embodiment is substantially the same as that of the above-described embodiment except for the resistance forming step. First, an n− type layer 2 is formed by epitaxial growth on an n + semiconductor substrate 1 made of single crystal silicon into which arsenic has been introduced. Then, a silicon oxide film is formed on the entire surface of the n − type layer 2 by, for example, thermal oxidation, and the silicon oxide film is patterned into the field insulating film 3 by etching removal using a photolithographic mask.

【0047】次に、例えば熱酸化によりゲート絶縁膜5
を形成し、半導体基板主面上の全面にゲート4或いは抵
抗21となる多結晶シリコン膜をCVD(Chemical Vapo
r Deposition)により堆積させる。ゲート4となる領域
にはリンを、抵抗21となる領域にはボロンを導入す
る。
Next, the gate insulating film 5 is formed by, for example, thermal oxidation.
Is formed, and a polycrystalline silicon film to be the gate 4 or the resistor 21 is formed on the entire surface of the main surface of the semiconductor substrate by CVD (Chemical Vapor
r Deposition). Phosphorus is introduced into the region that becomes the gate 4 and boron is introduced into the region that becomes the resistor 21.

【0048】次に、多結晶シリコン膜17´をフォトリ
ソグラフィによるマスクを用いたエッチング除去によっ
てパターニングしてゲート4及び抵抗21を形成し、リ
ング16或いはMISFETのチャネルとなるp型層8
或いは抵抗の両側に隣接した拡散層となるp型層18を
イオン注入によって選択的に形成する。なお、このイオ
ン注入工程によって抵抗21の不純物導入を行なえば、
前述した抵抗21となる領域へのボロンの導入工程を省
略することも可能である。
Next, the gate 4 and the resistor 21 are formed by patterning the polycrystalline silicon film 17 ′ by etching removal using a photolithographic mask to form the ring 16 or the p-type layer 8 serving as a channel of the MISFET.
Alternatively, the p-type layer 18 serving as a diffusion layer adjacent to both sides of the resistor is selectively formed by ion implantation. If impurities are introduced into the resistor 21 by this ion implantation step,
It is also possible to omit the step of introducing boron into the region to be the resistor 21 described above.

【0049】次に、フォトリソグラフィによるマスクを
用いたイオン注入により、MISFETのソースとなる
n+型層9を形成する。
Next, an n + type layer 9 serving as a source of the MISFET is formed by ion implantation using a photolithographic mask.

【0050】次に、フォトリソグラフィによるマスクを
用いたイオン注入により、p型層8への接続抵抗を低減
するためのp+型層12を形成する。半導体基板主面上
の全面に層間絶縁膜10として、例えばPSG(Phosph
orus Silicate Glass)膜をCVDにより堆積させ、S
OG(Spin On Glass)膜を塗布形成した後、接続領域
を露出させる開口を設ける。
Next, a p + -type layer 12 for reducing the connection resistance to the p-type layer 8 is formed by ion implantation using a photolithographic mask. For example, a PSG (Phosph) is formed as an interlayer insulating film 10 on the entire surface of the semiconductor substrate main surface.
orus Silicate Glass) film is deposited by CVD and S
After the application of the OG (Spin On Glass) film, an opening for exposing the connection region is provided.

【0051】次に、この開口内を含む半導体基板主面上
の全面に例えばシリコンを含有するアルミニウムからな
る導電膜(金属膜)を形成し、フォトリソグラフィによ
るマスクを用いたエッチング除去によってパターニング
してゲートパッド7、ソース電極11及びソース配線1
4を形成し、半導体基板主面上全面に保護絶縁膜18を
形成した後にゲートパッド7及びソースパッド13を露
出させる開口を形成する。また、n+型半導体基体1の
裏面に研削処理を施し、この裏面に例えば蒸着によりニ
ッケル、チタン、ニッケル、銀を順次積層したドレイン
電極19を形成する。
Next, a conductive film (metal film) made of, for example, aluminum containing silicon is formed on the entire surface of the main surface of the semiconductor substrate including the inside of the opening, and is patterned by etching removal using a photolithographic mask. Gate pad 7, source electrode 11, and source line 1
After forming a protective insulating film 18 on the entire main surface of the semiconductor substrate, an opening for exposing the gate pad 7 and the source pad 13 is formed. Further, the back surface of the n + type semiconductor substrate 1 is subjected to a grinding process, and the drain electrode 19 in which nickel, titanium, nickel, and silver are sequentially laminated is formed on the back surface by, for example, vapor deposition.

【0052】半導体装置の保護素子として、本実施の形
態の抵抗と前述した実施の形態のダイオードとを併用す
ることも可能である。図23はそのような例の半導体装
置の等価回路図であり、図24はチップ平面レイアウト
を示し、図25は、図23中の破線図示部分を拡大して
示している。なお、図25中では、理解を助けるために
ソース電極或いはゲートパッドとなる金属配線層を省略
してある。
As the protection element of the semiconductor device, the resistor of the present embodiment and the diode of the above-described embodiment can be used together. FIG. 23 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor device of such an example, FIG. 24 shows a chip plane layout, and FIG. 25 is an enlarged view of a portion shown by broken lines in FIG. In FIG. 25, a metal wiring layer serving as a source electrode or a gate pad is omitted to facilitate understanding.

【0053】図23に明らかなように、本実施の形態の
半導体装置はnチャネルパワーMISFETのゲート・
ソース間に保護素子としてダイオードを搭載し、ゲート
・ゲートパッド間に保護素子として抵抗を搭載してあ
る。
As is apparent from FIG. 23, the semiconductor device according to the present embodiment has a gate and an n-channel power MISFET.
A diode is mounted as a protection element between the sources, and a resistor is mounted between the gate and the gate pad as a protection element.

【0054】本実施の形態では、フィールド絶縁膜3の
形成される領域内に間隙をおいて形成された複数のフィ
ールド絶縁膜3上に、夫々保護素子となるダイオード1
7及び保護素子となる抵抗21が設けられており、夫々
ダイオード17の一端はゲート配線6と、他端はソース
配線14と電気的に接続され、抵抗21の一端はゲート
配線6と、他端はゲートパッド7と電気的に接続されて
いる。
In the present embodiment, diodes 1 serving as protection elements are provided on a plurality of field insulating films 3 formed with a gap in a region where field insulating film 3 is formed.
7 and a resistor 21 serving as a protection element are provided. One end of the diode 17 is electrically connected to the gate wire 6, the other end is electrically connected to the source wire 14, and one end of the resistor 21 is connected to the gate wire 6 and the other end. Are electrically connected to the gate pad 7.

【0055】ダイオード17は、例えば多結晶シリコン
を用いて、n+型層17aとp型層17bとを交互に配
置することで形成されている。図示したものは、双方向
に4段のpn接合を作っているが、その段数を変えるこ
とによって、所望の降伏電圧とすることができる。ま
た、本実施の形態では図24に示すように、ゲート配線
6を囲むフィールド絶縁膜3の形成領域に形成される全
てのフィールド絶縁膜3の上にダイオード17を配置し
たが、勿論必要に応じてその個数を変えて良い。抵抗2
1は、例えばp型の不純物を導入した多結晶シリコンを
用い、蛇行させて配置することで形成されている。
The diode 17 is formed by alternately arranging n + -type layers 17a and p-type layers 17b using, for example, polycrystalline silicon. In the illustrated example, four stages of pn junctions are made bidirectionally, but a desired breakdown voltage can be obtained by changing the number of stages. In this embodiment, as shown in FIG. 24, the diodes 17 are arranged on all the field insulating films 3 formed in the formation region of the field insulating film 3 surrounding the gate wiring 6, but, of course, as necessary, You can change the number. Resistance 2
1 is formed by using, for example, polycrystalline silicon into which p-type impurities are introduced, and arranging it in a meandering manner.

【0056】本実施の形態では、フィールド絶縁膜3の
前記間隙に位置する半導体基板主面にp型の半導体層1
8が、セル領域のp型層8と略等しい拡散深さで形成さ
れ、フィールド絶縁膜の下部はn−型層2となってお
り、ダイオード17或いは抵抗21の設けてあるフィー
ルド絶縁膜3の下にp型のウエル層が設けられていない
が、フィールド絶縁膜3の間隙に、p+型層12を、セ
ル領域におけるp型層8の間隔と同程度若しくはそれ以
下の間隔Lで配置してあるので、耐圧を低下させず、ま
た、ダイオード17に寄生MISFETが形成されるこ
ともない。
In this embodiment, the p-type semiconductor layer 1 is formed on the main surface of the semiconductor substrate located in the gap of the field insulating film 3.
8 is formed with a diffusion depth substantially equal to that of the p-type layer 8 in the cell region, the lower part of the field insulating film is the n − type layer 2, and the diode 17 or the field insulating film 3 on which the resistor 21 is provided. Although no p-type well layer is provided below, the p + -type layer 12 is arranged in the gap between the field insulating films 3 at an interval L which is equal to or less than the interval between the p-type layers 8 in the cell region. Therefore, the breakdown voltage is not reduced, and no parasitic MISFET is formed in the diode 17.

【0057】このp型層18は、その間隔Lが狭い程高
耐圧化するので、その間隔Lを狭く形成するのが望まし
いので、p型層18は横方向拡散によってフィールド絶
縁膜3の下部に延在させてある。理想的には、フィール
ド絶縁膜3の下にてp型層18が横方向拡散で互いに接
続されているのが望ましい。なお、このような半導体装
置の製造方法については既述のダイオード及び抵抗を備
えた半導体装置の製造方法を適用することができる。こ
のように、本発明では、フィールド絶縁膜形成後にp型
層18を形成するため、他の素子の形成工程を利用して
p型層18を形成することができるので工程数の削減が
可能である。
Since the breakdown voltage of the p-type layer 18 becomes higher as the distance L becomes smaller, it is desirable to form the distance L smaller. Therefore, the p-type layer 18 is formed under the field insulating film 3 by lateral diffusion. It has been extended. Ideally, it is desirable that the p-type layers 18 be connected to each other by lateral diffusion below the field insulating film 3. Note that the above-described method for manufacturing a semiconductor device having a diode and a resistor can be applied to a method for manufacturing such a semiconductor device. As described above, in the present invention, since the p-type layer 18 is formed after the formation of the field insulating film, the p-type layer 18 can be formed by using another element formation process, and thus the number of steps can be reduced. is there.

【0058】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明
は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは
勿論である。例えば本発明は、パワーMISFETを設
けた半導体装置以外にも、IGBT(Integrated Gate
Bipolar Transistor)等を設けた半導体装置にも適用が
可能である。
As described above, the invention made by the present inventor is:
Although a specific description has been given based on the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the invention. For example, the present invention provides an IGBT (Integrated Gate) other than a semiconductor device provided with a power MISFET.
The present invention is also applicable to a semiconductor device provided with a bipolar transistor or the like.

【0059】[0059]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。 (1)本発明によれば、耐圧減少防止及び寄生FET防
止のための半導体層をフィールド絶縁膜形成後に形成す
ることができるという効果がある。 (2)本発明によれば、上記効果(1)により、他の素
子の形成工程を利用して前記半導体層を形成することが
可能となるという効果がある。 (3)本発明によれば、上記効果(2)により、工程数
を低減することができるという効果がある。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. (1) According to the present invention, there is an effect that a semiconductor layer for preventing a decrease in breakdown voltage and preventing a parasitic FET can be formed after forming a field insulating film. (2) According to the present invention, the effect (1) has an effect that the semiconductor layer can be formed by using another element formation process. (3) According to the present invention, the effect (2) has an effect that the number of steps can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来のパワーMISFETを示す平面図であ
る。
FIG. 1 is a plan view showing a conventional power MISFET.

【図2】図1中の破線図示部分を拡大して示す要部平面
図である。
FIG. 2 is an enlarged plan view of a main part of a portion shown by broken lines in FIG.

【図3】図1中のa‐a線に沿った縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view taken along the line aa in FIG.

【図4】耐圧と空乏層の関係とを説明するための部分縦
断面図である。
FIG. 4 is a partial longitudinal sectional view for explaining a relationship between a withstand voltage and a depletion layer.

【図5】耐圧と空乏層の関係とを説明するための部分縦
断面図である。
FIG. 5 is a partial longitudinal sectional view for explaining a relationship between a withstand voltage and a depletion layer.

【図6】半導体層の間隔と耐圧との関係を示すグラフで
ある。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the spacing between semiconductor layers and the breakdown voltage.

【図7】本発明の一実施の形態である半導体装置の等価
回路図である。
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention;

【図8】本実施の形態の半導体装置を示す平面図であ
る。
FIG. 8 is a plan view showing the semiconductor device of the present embodiment.

【図9】図8中の破線図示部分を拡大して示す要部平面
図である。
FIG. 9 is an enlarged plan view of a portion indicated by broken lines in FIG. 8;

【図10】図8中のa‐a線に沿った縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view taken along the line aa in FIG.

【図11】図8中のb‐b線に沿った縦断面図である。FIG. 11 is a longitudinal sectional view taken along the line bb in FIG. 8;

【図12】図8中のc‐c線に沿った縦断面図である。FIG. 12 is a longitudinal sectional view taken along the line cc in FIG. 8;

【図13】本発明の一実施の形態である半導体装置の要
部を製造工程毎に示す縦断面図である。
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for each manufacturing process.

【図14】本発明の一実施の形態である半導体装置の要
部を製造工程毎に示す縦断面図である。
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for each manufacturing process.

【図15】本発明の一実施の形態である半導体装置の要
部を製造工程毎に示す縦断面図である。
FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for each manufacturing process.

【図16】本発明の一実施の形態である半導体装置の要
部を製造工程毎に示す縦断面図である。
FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for each manufacturing process.

【図17】本発明の一実施の形態である半導体装置の要
部を製造工程毎に示す縦断面図である。
FIG. 17 is a longitudinal sectional view showing a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for each manufacturing process.

【図18】本発明の一実施の形態である半導体装置の要
部を製造工程毎に示す縦断面図である。
FIG. 18 is a longitudinal sectional view showing a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for each manufacturing process.

【図19】本発明の他の実施の形態である半導体装置の
等価回路図である。
FIG. 19 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図20】本実施の形態の半導体装置を示す平面図であ
る。
FIG. 20 is a plan view showing the semiconductor device of the present embodiment.

【図21】図20中の破線図示部分を拡大して示す要部
平面図である。
FIG. 21 is an enlarged plan view of a main part of a portion shown by broken lines in FIG. 20;

【図22】図20中のc‐c線に沿った縦断面図であ
る。
FIG. 22 is a longitudinal sectional view taken along the line cc in FIG. 20;

【図23】本発明の他の実施の形態の変形例である半導
体装置の等価回路図である。
FIG. 23 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor device which is a modification of another embodiment of the present invention.

【図24】本実施の形態の半導体装置を示す平面図であ
る。
FIG. 24 is a plan view showing the semiconductor device of the present embodiment.

【図25】図24中の破線図示部分を拡大して示す要部
平面図である。
FIG. 25 is an enlarged plan view of a main part of a portion shown by broken lines in FIG. 24;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基体、2…n−型層(ドレイン領域)、3…
フィールド絶縁膜、4…ゲート、5…ゲート絶縁膜、6
…ゲート配線、7…ゲートパッド、8…p型層(チャネ
ル形成領域)、9…n+型層(ソース領域)、10…層
間絶縁膜、11…ソース電極、12…p+型層、13…
ソースパッド、14…ソース配線、15…p型層(ウエ
ル層)、16…リング、17…ダイオード、17a…n
+型層(ダイオード領域)、17b…p型層(ダイオー
ド領域)、18…p型層、19…ドレイン電極、20…
保護絶縁膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor base, 2 ... n-type layer (drain region), 3 ...
Field insulating film, 4 gate, 5 gate insulating film, 6
... gate wiring, 7 ... gate pad, 8 ... p-type layer (channel formation region), 9 ... n + type layer (source region), 10 ... interlayer insulating film, 11 ... source electrode, 12 ... p + type layer, 13 ...
Source pad, 14 ... source wiring, 15 ... p-type layer (well layer), 16 ... ring, 17 ... diode, 17a ... n
+ Type layer (diode region), 17b ... p-type layer (diode region), 18 ... p-type layer, 19 ... drain electrode, 20 ...
Protective insulating film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町田 信夫 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 金井 秀男 埼玉県入間郡毛呂山町大字旭台15番地 日 立東部セミコンダクタ株式会社内 (72)発明者 金澤 孝光 埼玉県入間郡毛呂山町大字旭台15番地 日 立東部セミコンダクタ株式会社内 Fターム(参考) 5F032 AA11 CA03 CA14 CA15 CA17 CA24 DA02 DA12 DA43 DA53 5F038 AR09 BH01 BH02 BH04 BH13 BH18 CA02 CD04 EZ20  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Nobuo Machida 5-2-1, Josuihonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Within the Semiconductor Group, Hitachi, Ltd. No. 15 Inside Hitsutobu Semiconductor Co., Ltd. (72) Inventor Takamitsu Kanazawa 15th Asahidai, Moroyama-cho, Iruma-gun, Saitama Prefecture F-term in Hitsutobu Semiconductor Co., Ltd. AR09 BH01 BH02 BH04 BH13 BH18 CA02 CD04 EZ20

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板主面の所定領域に形成された
絶縁膜上に半導体素子が形成された半導体装置におい
て、 前記絶縁膜が前記領域内に間隙をおいて形成され、前記
間隙に位置する半導体基板主面に半導体基板主面とは反
対導電型の半導体層が形成されていることを特徴とする
半導体装置。
1. A semiconductor device in which a semiconductor element is formed on an insulating film formed in a predetermined region of a main surface of a semiconductor substrate, wherein the insulating film is formed with a gap in the region and is located in the gap. A semiconductor device, wherein a semiconductor layer of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate main surface is formed on the semiconductor substrate main surface.
【請求項2】 半導体基板主面の所定領域に形成された
絶縁膜によって規定されたセル領域にパワーMISFE
Tが形成され、前記絶縁膜上に半導体素子が形成されて
いる半導体装置において、 前記絶縁膜が前記領域内に間隙をおいて形成され、前記
間隙に位置する半導体基板主面に半導体基板主面とは反
対導電型の半導体層が形成され、前記間隙の間に位置す
る絶縁膜上に前記半導体素子が形成されていることを特
徴とする半導体装置。
2. A power MISFE in a cell region defined by an insulating film formed in a predetermined region of a main surface of a semiconductor substrate.
In a semiconductor device in which T is formed and a semiconductor element is formed on the insulating film, the insulating film is formed with a gap in the region, and a semiconductor substrate main surface located in the gap is provided on the semiconductor substrate main surface. A semiconductor layer having the opposite conductivity type to the semiconductor layer, and the semiconductor element is formed on an insulating film located between the gaps.
【請求項3】 前記絶縁膜上に形成されている半導体素
子が、保護素子となるダイオード或いは抵抗の少なくと
も何れかであることを特徴とする請求項1又は請求項2
に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor element formed on the insulating film is at least one of a diode or a resistor serving as a protection element.
3. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項4】 前記絶縁膜の間隙に位置する半導体層の
拡散深さと、前記パワーMISFETのチャネル形成領
域の拡散深さとが等しいことを特徴とする請求項2又は
請求項3に記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 2, wherein a diffusion depth of a semiconductor layer located in a gap between the insulating films is equal to a diffusion depth of a channel formation region of the power MISFET. .
【請求項5】 前記絶縁膜の間隙に位置する半導体層
が、隣接する絶縁膜下の半導体基板主面に横方向拡散し
ていることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか
一項に記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer located in the gap between the insulating films is laterally diffused into the main surface of the semiconductor substrate under the adjacent insulating film. 13. The semiconductor device according to item 9.
【請求項6】 半導体基板主面の所定領域に形成された
絶縁膜上に半導体素子が形成された半導体装置の製造方
法において、 前記半導体基板主面に、前記絶縁膜を前記領域内に間隙
をおいて形成する工程と、 前記間隙に位置する半導体基板主面に半導体基板主面と
は反対導電型の半導体層を形成する工程とを有すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
6. A method of manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor element is formed on an insulating film formed in a predetermined region of a main surface of a semiconductor substrate, wherein the insulating film is formed on the main surface of the semiconductor substrate by forming a gap in the region. And forming a semiconductor layer of a conductivity type opposite to the semiconductor substrate main surface on the semiconductor substrate main surface located in the gap.
【請求項7】 半導体基板主面の所定領域に形成された
絶縁膜によって規定されたセル領域にパワーMISFE
Tが形成され、前記絶縁膜上に半導体素子が形成されて
いる半導体装置の製造方法において、 前記半導体基板主面に、前記絶縁膜を前記領域内に間隙
をおいて形成する工程と、 前記間隙に位置する半導体基板主面に半導体基板主面と
は反対導電型の半導体層を形成する工程と、 前記間隙の間に位置する絶縁膜上に前記半導体素子を形
成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製
造方法。
7. A power MISFE is provided in a cell region defined by an insulating film formed in a predetermined region of a main surface of a semiconductor substrate.
A method for manufacturing a semiconductor device in which T is formed and a semiconductor element is formed on the insulating film, wherein a step of forming the insulating film on the main surface of the semiconductor substrate with a gap in the region; Forming a semiconductor layer of a conductivity type opposite to the semiconductor substrate main surface on the semiconductor substrate main surface located on the substrate, and forming the semiconductor element on an insulating film located between the gaps. Manufacturing method of a semiconductor device.
【請求項8】 前記絶縁膜上に形成される半導体素子
が、保護素子となるダイオード或いは抵抗の少なくとも
何れかであることを特徴とする請求項6又は請求項7に
記載の半導体装置の製造方法。
8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor element formed on the insulating film is at least one of a diode or a resistor serving as a protection element. .
【請求項9】 前記絶縁膜の間隙に位置する半導体層と
前記パワーMISFETのチャネル形成領域とを同一工
程にて形成することを特徴とする請求項7又は請求項8
に記載の半導体装置の製造方法。
9. The semiconductor device according to claim 7, wherein a semiconductor layer located in a gap between the insulating films and a channel formation region of the power MISFET are formed in the same step.
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 5.
【請求項10】 前記絶縁膜の間隙に位置する半導体層
を、横方向の拡散によって隣接する絶縁膜下の半導体基
板主面に延在させることを特徴とする請求項6乃至請求
項9の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
10. The semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor layer located in the gap between the insulating films extends to the main surface of the semiconductor substrate under the adjacent insulating film by lateral diffusion. 9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
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