JP2002353455A - 電力用半導体素子 - Google Patents

電力用半導体素子

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JP2002353455A
JP2002353455A JP2001158067A JP2001158067A JP2002353455A JP 2002353455 A JP2002353455 A JP 2002353455A JP 2001158067 A JP2001158067 A JP 2001158067A JP 2001158067 A JP2001158067 A JP 2001158067A JP 2002353455 A JP2002353455 A JP 2002353455A
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JP
Japan
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layer
type
conductivity type
concentration
substrate
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JP2001158067A
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English (en)
Inventor
Masanori Fuda
正則 附田
Kazuya Nakayama
和也 中山
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電圧波形によって耐圧変動や劣化することの
ない半導体素子を提供する。 【解決手段】 例えばIGBTにおいて、n型の低濃度
基板1で形成されたチップの第1の主面中央部(紙面左
側)には、p型ベース層2が形成されている。第2の主
面には、表面からn+型バッファ層3が拡散形成され、
その後n+型バッファ層3より浅くp+型エミッタ層4
が拡散形成されている。p型ベース層2の外周部には、
低濃度のp型リサーフ層5が形成され、pn接合部での
電界緩和を行っている。p型リサーフ層5からn型の低
濃度基板1を挟み、チップ端部には高濃度のn型ストッ
パー層6が深く形成されている。そして、第1の主面側
p型ベース層2からn型ストッパー層6までの基板上
は、層端だけ高抵抗膜11で覆われ、その他は絶縁膜9
で覆われている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高耐圧プレーナ型
の電力用半導体素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来例を、図を用いて説明する。ここで
は一例として第1導電型層をn型層、第2導電型層をp
型層とし、IGBTを用いて説明する。
【0003】図8は、従来の代表的な半導体素子の断面
図である。n型の低濃度基板1で形成されたチップの第
1の主面中央部(紙面左側)には、p型ベース層2が形
成されている。第2の主面には表面からn+型バッファ
層3が拡散形成され、その後n+型バッファ層3より浅
くp+型エミッタ層4が拡散形成されている。以上がI
GBTの主電流が流れる経路になる。
【0004】前記p型ベース層2の外周部には、低濃度
のp型リサーフ層5が形成され、pn接合部での電界緩
和を行っている。このp型リサーフ層5とp型ベース層
2は、間に他のp型の層を介して接続してあれば直接付
いていなくても構わない。
【0005】前記p型リサーフ層5からn型の低濃度基
板1を挟み、チップ端部には高濃度のn型ストッパー層
6が浅く表面に形成されている。そして、第1の主面側
p型ベース層2からn型ストッパー層6までの基板上
は、高抵抗膜11で覆われている。このような構造で
は、n型ストッパー層6の端部が高電界になり、高抵抗
膜11の膜質にばらつきがある場合は、その高電界部分
が漏れ電流のパスになり耐圧・信頼性が落ちると言う問
題点があった。
【0006】また、高抵抗膜11は膜質管理が難しく、
それにより歩留まりが落ちる事があり、その高抵抗膜1
1を大面積に渡り使わなければいけないのも問題であっ
た。
【0007】図9は、従来のもう1つの代表的な半導体
素子の断面図である。n型の低濃度基板1で形成された
チップの第1の主面中央部(紙面左側)には、p型ベー
ス層2が形成されている。第2の主面側には、表面から
n+型バッファ層3が拡散形成され、その後n+型バッ
ファ層3より浅くp+型エミッタ層4が拡散形成されて
いる。以上がIGBTの主電流が流れる経路になる。
【0008】前記p型ベース層2の外周部には、高濃度
のp型ガードリング層13が2個形成され、pn接合部
での電界緩和を行っている。このp型ガードリング層1
3は、耐圧や層の幅により一個から数十個でまでの構成
がある。そして、チップ端部には、高濃度のn型ストッ
パー層6が浅く表面に形成されている。第1の主面基板
表面には、p型ガードリング層13上にガードリング電
極12が設けられ、電極間は絶縁膜9で覆われている。
このような構造でも、n型ストッパー層6の端部が高電
界になり、高抵抗膜11の膜質によっては、漏れ電流の
パスになり耐圧・信頼性が落ちると言う問題点があっ
た。
【0009】また、構造では、n型ストッパー層6の端
部とp型ガードリング層13の層端が高電界になり、絶
縁膜9に電荷が溜まり、耐圧・信頼性が落ちると言う問
題点もある。
【0010】図10は、従来構造の平面図であり、n型
の低濃度基板1とn型ストッパー層6の境界を素子上面
から見たものである。このように、従来は素子内側p型
ベース層2との距離が、辺と同じくなるように丸みをつ
けていたが、これでは空乏層の伸びる範囲を抑制してし
まうという問題点があった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、従来の浅
いn型ストッパー層を採用した半導体素子においては、
漏れ電流や電荷蓄積、または、空乏層の広がり抑制の影
響で耐圧が変動する。また、高耐圧で使い続けると電荷
蓄積により劣化していくなどという問題点があった。
【0012】本発明の目的は、n型ストッパー層を深く
形成し、層端絶縁膜界面に高抵抗膜を付けることによ
り、また、チップの角の電界緩和距離を辺より長くする
ことにより、電圧波形によって耐圧変動や劣化すること
のない半導体素子を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明による電力用半
導体素子は、第1導電型の低濃度半導体基板に第2導電
型層が主電流経路として拡散形成され、その外周部には
電界を緩和するために第2導電型の高濃度層または低濃
度層が形成されている半導体素子において、最外周部に
形成された第1導電型層が10μm以上の深さを持つこ
とを特徴としている。
【0014】また、前記外周部の拡散層と拡散層または
基板の境界が、表面に現れている部分の全個所、また
は、数個所が、高抵抗膜で覆われていることを特徴とし
ている。
【0015】また、最外周部に形成された第1導電型層
と前記主電流経路としての第2導電型層間の距離が、チ
ップ辺に比べて角部で広くなっていることを特徴として
いる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。ここでは、第1導電型
層をn型層、第2導電型層をp型層とし、IGBTを用
いて説明する。
【0017】図1は、本発明の第1の実施例に係る半導
体素子の断面図である。n型の低濃度基板1で形成され
たチップの第1の主面中央部(紙面左側)には、p型ベ
ース層2が形成されている。第2の主面には、表面から
n+型バッファ層3が拡散形成され、その後n+型バッ
ファ層3より浅くp+型エミッタ層4が拡散形成されて
いる。以上がIGBTの主電流が流れる経路になる。
【0018】前記p型ベース層2の外周部には、低濃度
のp型リサーフ層5が形成され、pn接合部での電界緩
和を行っている。このp型リサーフ層5とp型ベース層
2は、間に他のp型の層を介して接続してあれば直接付
いていなくても構わない。
【0019】前記p型リサーフ層5からn型の低濃度基
板1を挟み、チップ端部には高濃度のn型ストッパー層
6が深く形成されている。このn型ストッパー層6の形
成方法の一例として、ダイシングしてチップ状にした後
に側面にイオン注入し拡散するという方法がある。そし
て、第1の主面側p型ベース層2からn型ストッパー層
6までの基板上は、層端だけ高抵抗膜11で覆われ、そ
の他は絶縁膜9で覆われている。
【0020】第1の主面側p型ベース層2上およびp型
リサーフ層5の絶縁膜9上に、カソード電極7が形成さ
れ、第2の主面側p+型エミッタ層4(紙面下側)に、
アノード電極8が形成されている。また、第1の主面側
n+型ストッパー層上および低濃度基板1の絶縁膜9上
に、電極10が形成されている。
【0021】このような構造を用いると、n型ストッパ
ー層6端が高電界にならないため、ここでキャリアが加
速されることがなく、耐圧の低下を防ぐ事が出来る。更
に、膜質の制御が難しい高抵抗膜11が層端の高電界領
域にのみ設けられているので、表面の大部分を安定した
特性の絶縁膜9で覆いながら、電界で加速されたホット
キャリアが絶縁膜9に蓄積することを防ぐ事が出来る。
ホットキャリアが蓄積しないということは、素子それぞ
れの実行濃度が変化する事が無いので、長時間使用して
も耐圧の低下がない。
【0022】図2は、本発明の第2の実施例に係る半導
体素子の断面図である。この構造は、第1の実施例に対
して、n型ストッパー層6が表面からの拡散形成で作ら
れている。これによっても、図1と同様の効果が得られ
る。
【0023】図3は、本発明の第3の実施例に係る半導
体素子の断面図である。この構造は、第2の実施例に対
して、n型ストッパー層6が浅めにn型バッファ層3に
接しないように入れられている。ただし、この深さは従
来例よりは深く、10μm以上である。この構成によっ
ても、図1と同様の効果が得られる。
【0024】図4は、本発明の第4の実施例に係る半導
体素子の断面図である。n型の低濃度基板1で形成され
たチップの第1の主面中央部(紙面左側)には、p型ベ
ース層2が形成されている。第2の主面側には、表面か
らn+型バッファ層3が拡散形成され、その後n+型バ
ッファ層3より浅くp+型エミッタ層が拡散形成されて
いる。以上がIGBTの主電流が流れる経路になる。
【0025】前記p型ベース層2の外周部には、高濃度
のp型ガードリング層13が2個形成され、pn接合部
での電界緩和を行っている。このp型ガードリング層1
3は一個でも数十個でもよい。そして、チップ端部には
高濃度のn型ストッパー層6が深く形成されている。そ
して、第1の主面側p型ベース層2からn型ストッパー
層6までの基板上は、層端だけ高抵抗膜11で覆われ、
その他は絶縁膜で覆われている。このような構造でも、
図1と同様の効果がある。
【0026】図5は、本発明の第5の実施例に係る半導
体素子の断面図である。この構造は、第4の実施例に対
して、n型ストッパー層6が表面からの拡散形成で作ら
れている。これによっても、図4と同様の効果が得られ
る。
【0027】図6は、本発明の第6の実施例に係る半導
体素子の断面図である。この構造は、第4の実施例に対
して、n型ストッパー層6が浅めにn型バッファ層3に
接しないように入れられている。ただし、この深さは従
来例よりは深く、10μm以上である。この構成によっ
ても、図4と同様の効果が得られる。
【0028】図7は、本実施例の平面図であり、n型の
低濃度基板1とn型ストッパー層6の境界を素子上面か
ら見たものである。この構成では、従来構造(図10)
に比べて、n型の低濃度基板1とn型ストッパー層6の
境界が直角に形成してある。この構造によると、空乏層
の伸びが角部で抑制されることがなく、電界が緩和され
るので、高耐圧で高信頼性の素子が得られる。角の部分
は直角ではなくても、主電流の経路としてのp型ベース
層2とn型ストッパー層6の距離が辺の部分よりも広け
れば、十分効果が得られるので丸まっていてもよい。
【0029】その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲
において、種々変形実施可能なことは勿論である。
【0030】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の半導体素
子は、電圧波形により耐圧が変動する事もなく高耐圧条
件で安定して使用することが出来る。電力用半導体素子
の耐圧変動や劣化が防ぐことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る半導体素子の断面
図。
【図2】本発明の第2の実施例に係る半導体素子の断面
図。
【図3】本発明の第3の実施例に係る半導体素子の断面
図。
【図4】本発明の第4の実施例に係る半導体素子の断面
図。
【図5】本発明の第5の実施例に係る半導体素子の断面
図。
【図6】本発明の第6の実施例に係る半導体素子の断面
図。
【図7】本発明に係る半導体素子の平面図。
【図8】従来の半導体素子の断面図。
【図9】従来の他の半導体素子の断面図。
【図10】従来の半導体素子の平面図。
【符号の説明】
1…n−型ベース層 2…p型ベース層 3…n+型バッファ層 4…p+エミッタ層 5…p−型リサーフ層 6…n+型ストッパー層 7…カソード電極 8…アノード電極 9…絶縁膜 10…電極 11…高抵抗膜 12…ガードリング電極 13…p型ガードリング層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型の低濃度半導体基板に第2導電
    型層が主電流経路として拡散形成され、その外周部には
    電界を緩和するために第2導電型の高濃度層または低濃
    度層が形成されている半導体素子において、 最外周部に形成された第1導電型層が10μm以上の深
    さを持つことを特徴とする電力用半導体素子。
  2. 【請求項2】前記最外周部に形成された第1導電型層
    が、もう一方の主面から拡散形成された第1導電型層と
    つながっていることを特徴とする請求項1記載の電力用
    半導体素子。
  3. 【請求項3】第1導電型の低濃度半導体基板に第2導電
    型層が主電流経路として拡散形成され、その外周部には
    電界を緩和するために第2導電型の高濃度層または低濃
    度層が形成されている半導体素子において、 前記外周部の拡散層と拡散層または基板の境界が、表面
    に現れている部分の全個所、または、数個所が、高抵抗
    膜で覆われていることを特徴とする電力用半導体素子。
  4. 【請求項4】第1導電型の低濃度半導体基板に第2導電
    型層が主電流経路として拡散形成され、その外周部には
    電界を緩和するために第2導電型の高濃度層または低濃
    度層が形成されている半導体素子において、 最外周部に形成された第1導電型層と前記主電流経路と
    しての第2導電型層間の距離が、チップ辺に比べて角部
    で広くなっていることを特徴とする電力用半導体素子。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004349556A (ja) * 2003-05-23 2004-12-09 Sanken Electric Co Ltd 半導体素子
JP2008251923A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置
JP2009177039A (ja) * 2008-01-28 2009-08-06 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
US8736029B2 (en) * 2011-10-26 2014-05-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor apparatus
CN110783396A (zh) * 2018-07-26 2020-02-11 拉碧斯半导体株式会社 半导体装置

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