JP2010003762A - High breakdown voltage semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high breakdown voltage semiconductor device that reduces an electric field relaxation region and increases the ratio of an active region even in a high breakdown voltage element. <P>SOLUTION: A nonlinear resistance film 13, in which a resistance value falls off if an electric field gets high, is formed in an electric field relaxation region of a high breakdown voltage semiconductor device comprising a semiconductor substrate 1, an epitaxial layer 2, and a semiconductor region 4, and further, a passivation film 12 is formed. The nonlinear resistance film 13 comprises polyimide resin, polyamide resin, polyimide/amide resin or epoxy resin filled up with either SiC particulate or ZnO particulate, and a resistance value falls off to an electric field impressed to the nonlinear resistance film 13. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、活性領域の外周または端面に形成された電界緩和領域と呼ばれる耐圧構造を備えた高耐圧半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a high breakdown voltage semiconductor device having a breakdown voltage structure called an electric field relaxation region formed on the outer periphery or end face of an active region.

一般に、半導体装置を高耐圧化させるためには、基板の比抵抗を高くし、空乏層を基板内部へ伸ばしやすくするとともに、半導体装置のチップ表面のパターンや、拡散層などを工夫することによって、基板表面の空乏層を横方向へも伸びやすくし、電界強度を低くする必要がある。   In general, in order to increase the breakdown voltage of a semiconductor device, the specific resistance of the substrate is increased, the depletion layer is easily extended into the substrate, and the chip surface pattern of the semiconductor device, the diffusion layer, etc. are devised, It is necessary to make the depletion layer on the substrate surface easy to extend in the lateral direction and to reduce the electric field strength.

特に、高耐圧になるほど、チップ外周部のガードリング構造が重要となり、p+拡散リングを増やす必要があることから、表面電荷や界面電荷などの外乱の影響を非常に受けやすいので、各ガードリングに、フィールドプレートと呼ばれる導電性の金属膜を接続し、ガードリング間の領域の一部をシールドする構造が一般的である。   In particular, the guard ring structure on the outer periphery of the chip becomes more important as the withstand voltage increases, and it is necessary to increase the number of p + diffusion rings, so it is very susceptible to disturbances such as surface charge and interface charge. Generally, a structure in which a conductive metal film called a field plate is connected and a part of a region between guard rings is shielded.

また、空乏層がチップ端に到達するのを防ぐため、ガードリング領域の外側に、ガードリングとは反対の導電型のチャネルストッパと呼ばれる不純物拡散層が設けられる。
さらに、表面電荷や界面電荷などの外乱の影響を防ぐために、チップ外周部の電界緩和領域(ガードリング領域)にシート抵抗が10〜1011Ω/□の窒化シリコン膜で覆うことにより、電荷の影響を防止することも提案されており、基板の比抵抗を特に高めることなしに半導体装置の高耐圧化を可能としている(たとえば、特許文献1参照)。
In order to prevent the depletion layer from reaching the chip end, an impurity diffusion layer called a channel stopper having a conductivity type opposite to the guard ring is provided outside the guard ring region.
Further, in order to prevent the influence of disturbance such as surface charge and interface charge, the electric field relaxation region (guard ring region) on the outer periphery of the chip is covered with a silicon nitride film having a sheet resistance of 10 8 to 10 11 Ω / □, It has also been proposed to prevent the influence of the semiconductor device, and it is possible to increase the breakdown voltage of the semiconductor device without particularly increasing the specific resistance of the substrate (see, for example, Patent Document 1).

図14は上記特許文献1に記載された従来の半導体装置における耐圧構造の要部を示す断面図である。
図14において、高濃度の第1導電型(n+)の半導体基板1の上には、低濃度の第1導電型(n−)のエピタキシャル層2が形成され、半導体基板1の下面には、コレクタ電極3が形成されている。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the main part of the breakdown voltage structure in the conventional semiconductor device described in Patent Document 1.
In FIG. 14, a low-concentration first conductivity type (n−) epitaxial layer 2 is formed on a high-concentration first conductivity type (n +) semiconductor substrate 1. A collector electrode 3 is formed.

エピタキシャル層2の上の所定位置には、活性領域となる高濃度の第2導電型(p+)の半導体領域4と、半導体領域4(活性領域)の外側を囲むように複数本(たとえば、第1〜第3)の第2導電型(p型)のガードリング5a、5b、5cが配置されている。半導体領域4の上面には、エミッタ電極7が形成されている。   At a predetermined position on the epitaxial layer 2, a high-concentration second conductivity type (p +) semiconductor region 4 serving as an active region and a plurality (for example, first regions) surrounding the semiconductor region 4 (active region) are surrounded. First to third) second conductivity type (p-type) guard rings 5a, 5b and 5c are arranged. An emitter electrode 7 is formed on the upper surface of the semiconductor region 4.

半導体領域4のすぐ外側に設けられた第1のガードリング5aには、第1のフィールドプレート8aがオーミック接触している。
第1のフィールドプレート8aの端部は、半導体領域4と第1のガードリング5aとの間のエピタキシャル層2の上に位置している。
A first field plate 8 a is in ohmic contact with the first guard ring 5 a provided just outside the semiconductor region 4.
The end of the first field plate 8a is located on the epitaxial layer 2 between the semiconductor region 4 and the first guard ring 5a.

第1のガードリング5aのすぐ外側に設けられた第2のガードリング5bと、第2のガードリング5bの外側に設けられた第3のガードリング5cとには、各々のすぐ内側のガードリング5a、5bとの間のエピタキシャル層2の上に端部が位置する第2のフィールドプレート8bと、第3のフィールドプレート8cとが、それぞれオーミック接触している。
各フィールドプレート8a〜8cは、ガードリング5a〜5cの端部の電界集中箇所を緩和させるためのシールド電極として機能する。
Each of the second guard ring 5b provided just outside the first guard ring 5a and the third guard ring 5c provided outside the second guard ring 5b includes an inner guard ring. The second field plate 8b whose end is located on the epitaxial layer 2 between 5a and 5b and the third field plate 8c are in ohmic contact with each other.
Each field plate 8a to 8c functions as a shield electrode for relaxing the electric field concentration portion at the end of the guard rings 5a to 5c.

また、空乏層がダイシングライン(図示せず)に到達するのを防ぐために、最も外側のガードリング5cの外側には、高濃度の第1導電型(n+)のチャネルストッパ6(フィールドストップ)が配置されている。チャネルストッパ6には、ストッパ電極10がオーミック接触している。   Further, in order to prevent the depletion layer from reaching a dicing line (not shown), a high-concentration first conductivity type (n +) channel stopper 6 (field stop) is provided outside the outermost guard ring 5c. Has been placed. A stopper electrode 10 is in ohmic contact with the channel stopper 6.

半導体領域4、各ガードリング5a〜5cおよびチャネルストッパ6の各領域間は、エピタキシャル層2の上に形成された酸化膜(または、窒化膜)で形成された絶縁膜9a、9b、9c、9dにより、分離絶縁されている。
したがって、各ガードリング5a〜5c、フィールドプレート8a〜8c、フィールドストッパ6、および、ストッパ電極10は、フローティング状態となっている。
Insulating films 9a, 9b, 9c, and 9d formed of an oxide film (or nitride film) formed on the epitaxial layer 2 are formed between the semiconductor region 4, the guard rings 5a to 5c, and the channel stopper 6. Therefore, they are isolated and insulated.
Accordingly, the guard rings 5a to 5c, the field plates 8a to 8c, the field stopper 6, and the stopper electrode 10 are in a floating state.

上記フローティング構造は、表面電荷や界面電荷などの外乱の影響を非常に受けやすいので、エミッタ電極7、フィールドプレート8a〜8c、絶縁膜9a〜9d、ストッパ電極10の上部は、シート抵抗が10〜1011Ω/□の窒化シリコン膜11で覆われている。これにより、電荷をリークさせる機能を持たせ、さらに、その上にパッシベーション膜12が形成されている。 Since the floating structure is very susceptible to disturbances such as surface charges and interface charges, the sheet resistance is 10 8 at the upper part of the emitter electrode 7, the field plates 8 a to 8 c, the insulating films 9 a to 9 d, and the stopper electrode 10. It is covered with a silicon nitride film 11 of -10 11 Ω / □. Thus, a function of leaking electric charge is provided, and a passivation film 12 is formed thereon.

しかしながら、表面電荷や界面電荷などの外乱の影響を受けにくい高耐圧化を実現するために、図14に示すように、シート抵抗が10〜1011Ω/□の窒化シリコン膜11を設けた場合には、窒化シリコン膜11のシート抵抗を高い値に設定すると効果が薄く、逆に、低い値に設定するとリーク電流の増大を招くという課題がある。
特に出願人の測定実験によれば、高温(たとえば、125℃)の環境下では、シート抵抗が2〜3桁低くなることが分かっており、窒化シリコン膜11の最適なシート抵抗値が限定されることは明らかである。
However, in order to realize a high breakdown voltage that is not easily affected by disturbances such as surface charges and interface charges, a silicon nitride film 11 having a sheet resistance of 10 8 to 10 11 Ω / □ is provided as shown in FIG. In such a case, the effect is small when the sheet resistance of the silicon nitride film 11 is set to a high value, and conversely, when the value is set to a low value, there is a problem that the leakage current increases.
In particular, according to the measurement experiment conducted by the applicant, it has been found that the sheet resistance is reduced by two to three orders under a high temperature (for example, 125 ° C.) environment, and the optimum sheet resistance value of the silicon nitride film 11 is limited. Obviously.

以下、図14とともに、図15の説明図を参照しながら、上記課題について説明する。
図14において、コレクタ電極3に正電圧を印加し、かつエミッタ電極7に負電圧を印加し、半導体基板1と半導体領域4との間の接合に対して逆電圧を印加していくと、空乏層が発生して、ガードリング5a〜5cが形成された電界緩和領域に延びていく。
The above problem will be described below with reference to FIG. 14 and the explanatory diagram of FIG.
In FIG. 14, when a positive voltage is applied to the collector electrode 3, a negative voltage is applied to the emitter electrode 7, and a reverse voltage is applied to the junction between the semiconductor substrate 1 and the semiconductor region 4, depletion occurs. A layer is generated and extends to the electric field relaxation region where the guard rings 5a to 5c are formed.

図15において、縦軸はエピタキシャル層2の上部の電界強度であり、横軸はチップ外周部の相対位置である。
ガードリング構造は、設計電界上限を超えないように、エピタキシャル層2の絶縁破壊電界以下で設計されている。
In FIG. 15, the vertical axis represents the electric field strength at the top of the epitaxial layer 2, and the horizontal axis represents the relative position of the outer periphery of the chip.
The guard ring structure is designed below the dielectric breakdown electric field of the epitaxial layer 2 so as not to exceed the upper limit of the design electric field.

図15内の破線で示したエピタキシャル層2上の電界分布は、ガードリング5a〜5c部ではほぼ「0」であるが、ガードリング5a〜5cの各間ではピーク値を有する。
このとき、窒化シリコン膜11のシート抵抗が高い場合には、ガードリング5a〜5cやフィールドプレート8a〜8cの端部電界が高くなるが、シート抵抗が低ければ、ガードリング5a〜5cの間の電界分布は平均化される傾向を示す。
The electric field distribution on the epitaxial layer 2 indicated by a broken line in FIG. 15 is substantially “0” in the guard rings 5a to 5c, but has a peak value between the guard rings 5a to 5c.
At this time, when the sheet resistance of the silicon nitride film 11 is high, the end electric fields of the guard rings 5a to 5c and the field plates 8a to 8c are high, but when the sheet resistance is low, the gap between the guard rings 5a to 5c is high. The electric field distribution shows a tendency to be averaged.

しかし、窒化シリコン膜11のシート抵抗を、上記範囲内の最高値(=1011Ω/□)で形成すると、図15内の破線で示した電界分布となり、シート抵抗を低く値に設定し過ぎるとリーク電流の増大を招くので、設計電界を超えないようにするために、ガードリングの本数を増やしたり、ガードリングの各間隔を広げたりする必要があった。 However, if the sheet resistance of the silicon nitride film 11 is formed at the maximum value (= 10 11 Ω / □) within the above range, the electric field distribution indicated by the broken line in FIG. 15 is obtained, and the sheet resistance is set too low. Therefore, in order not to exceed the design electric field, it is necessary to increase the number of guard rings or widen the intervals between the guard rings.

近年、高耐圧のIGBT(Insulating Gate Bipolar Transistor)は、6.5kV耐圧のものまで実用化されているが、図14のように設計しても、ガードリング構造の電界緩和領域は、2mm〜3mm程度だけ必要となり、チップ活性領域の面積に対して、電界緩和領域の面積が50%以上を占める場合もある。
公知のように、チップ全面積に対する活性領域のスペースファクタ向上は、高耐圧チップになればなるほど重要な課題となっているので、電界緩和領域の面積を低減させることは重要な課題である。
In recent years, high breakdown voltage IGBTs (Insulating Gate Bipolar Transistors) have been put to practical use up to those with a breakdown voltage of 6.5 kV, but even if designed as shown in FIG. 14, the electric field relaxation region of the guard ring structure is 2 mm to 3 mm. In some cases, the area of the electric field relaxation region occupies 50% or more of the area of the chip active region.
As is well known, the improvement of the space factor of the active region with respect to the total area of the chip has become a more important issue as the chip becomes a higher withstand voltage. Therefore, reducing the area of the electric field relaxation region is an important issue.

また、従来から、ウエハ1枚で使用するサイリスタ、GTO(Gate Turn Off thyristor)、ダイオードのような大電力半導体装置においても、シリコンウエハ端部のベベル(傾斜部)構造の工夫によって、耐電圧向上が図られている。   Conventionally, even in a high-power semiconductor device such as a thyristor, a GTO (Gate Turn Off Thyristor), or a diode used for one wafer, the withstand voltage is improved by devising the bevel (tilted portion) structure at the end of the silicon wafer. Is planned.

図16は従来の半導体装置(平型)のベベル構造を示す断面図であり、GTOなどの大電力半導体装置(PNP構造)のウエハ端部が、沿面寸法を拡大するために、Σ形状にカットされた構造を示している。
図16では、一例としてΣ形状に構成した場合を示しているが、同じ目的で、端部断面形状を、斜面に研磨することや、矢先のようなV形状に構成することなどにより、端部沿面寸法の拡大が可能なことが知られている。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a bevel structure of a conventional semiconductor device (flat type), and a wafer end portion of a high power semiconductor device (PNP structure) such as GTO is cut into a Σ shape in order to increase the creepage dimension. The structure is shown.
FIG. 16 shows a case where the Σ shape is configured as an example, but for the same purpose, the end cross-sectional shape is polished to a slope or formed into a V shape like an arrow tip, etc. It is known that creepage dimensions can be increased.

また、図16に示すように、Σカットされた面に、薄くポリイミド樹脂24を形成した後、ウエハ端部をシリコーンゴム25でモールドし、さらにウエハ端部の耐電圧向上を実現している。
しかしながら、この場合、ウエハ端部の沿面寸法を拡げるために、ウエハ端部を研磨しなければならず、製造プロセス工数の増大を招いている。また、このような半導体装置の耐電圧は、端部沿面絶縁で支配されていると言っても過言ではない。
Further, as shown in FIG. 16, after the polyimide resin 24 is thinly formed on the Σ-cut surface, the wafer end portion is molded with the silicone rubber 25 to further improve the withstand voltage of the wafer end portion.
However, in this case, in order to increase the creepage dimension of the wafer end, the wafer end must be polished, which increases the number of manufacturing process steps. In addition, it is no exaggeration to say that the withstand voltage of such a semiconductor device is dominated by the creeping insulation at the end.

特許第2870553号公報Japanese Patent No. 2870553

従来の高耐圧半導体装置では、特許文献1に記載の構造の場合には、電界緩和領域の面積を低減させることができないので、活性領域のスペースファクタ向上を実現することができないという課題があった。   In the conventional high voltage semiconductor device, in the case of the structure described in Patent Document 1, the area of the electric field relaxation region cannot be reduced, so that there is a problem that the space factor of the active region cannot be improved. .

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電界緩和領域の縮小を可能にして、半導体領域のスペースファクタを向上させた高耐圧半導体装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a high voltage semiconductor device that can reduce the electric field relaxation region and improve the space factor of the semiconductor region. .

この発明による高耐圧半導体装置は、第1導電型の半導体基板と、半導体基板に形成された低濃度の第1導電型の第1の不純物層と、第1の不純物層に形成された高濃度の第2導電型の第2の不純物層からなる半導体領域と、半導体領域を隔離するように第1の不純物層の上面に形成された絶縁膜と、半導体領域を囲む電界緩和領域において、第1の不純物層の表面層に選択的に形成された低濃度の第2導電型のガードリングと、ガードリングに接触し、かつ絶縁膜を介して半導体領域の表面の一部を覆うフィールドプレートと、半導体基板および第1の不純物層からなる第1導電型半導体層の最縁部の表面に設けられた、高濃度の第1導電型の不純物層からなるフィールドストップと、フィールドストップに接触し、かつ絶縁膜を介して電界緩和領域の表面の一部を覆うように設けられたストッパ電極とを備え、ガードリングは、互いに隔離された複数のガードリングからなり、フィールドプレートは、複数のガードリングにそれぞれ個別に接触した複数のフィールドプレートからなる高耐圧半導体装置であって、電界緩和領域の上部を覆うように形成された非線形抵抗膜およびパッシベーション膜をさらに備え、非線形抵抗膜は、非線形抵抗膜に印加される電界に対して抵抗値が低下する特性を有するものである。   A high breakdown voltage semiconductor device according to the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate, a low concentration first conductivity type first impurity layer formed on the semiconductor substrate, and a high concentration formed on the first impurity layer. In the first conductivity region, the semiconductor region formed of the second impurity layer of the second conductivity type, the insulating film formed on the upper surface of the first impurity layer so as to isolate the semiconductor region, and the electric field relaxation region surrounding the semiconductor region, A low-concentration second-conductivity-type guard ring selectively formed on the surface layer of the impurity layer, a field plate in contact with the guard ring and covering a part of the surface of the semiconductor region via the insulating film; A field stop made of a high-concentration first-conductivity-type impurity layer provided on the surface of the outermost portion of the first-conductivity-type semiconductor layer made of the semiconductor substrate and the first impurity layer; Electricity through the insulation film The guard ring is composed of a plurality of guard rings that are isolated from each other, and the field plate has a plurality of individually contacted with the plurality of guard rings. And a non-linear resistance film formed so as to cover the upper portion of the electric field relaxation region. The non-linear resistance film is configured to prevent an electric field applied to the non-linear resistance film. Therefore, the resistance value decreases.

この発明によれば、電界緩和領域に非線形抵抗膜を形成して空乏層の拡がりを実現することにより、半導体表面層に局部高電界が生じても局部の非線形抵抗膜の抵抗が低くなることから、電位差が低減(電界が緩和)されて半導体表面層の電界分布が均一となるので、電界緩和領域の寸法を縮小することができ、同一寸法のチップでの半導体領域のスペースファクタを向上させて、チップコストを低減させることができる。   According to the present invention, the non-linear resistance film is formed in the electric field relaxation region to realize the expansion of the depletion layer, so that the resistance of the local non-linear resistance film is lowered even when a local high electric field is generated in the semiconductor surface layer. Because the electric potential difference is reduced (electric field is relaxed) and the electric field distribution of the semiconductor surface layer becomes uniform, the size of the electric field relaxation region can be reduced, and the space factor of the semiconductor region in the same size chip is improved. The chip cost can be reduced.

実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る高耐圧半導体装置の端部電界緩和領域を示す断面図である。
図1において、前述(図14参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。なお、前述と同様に、n+型半導体層の場合を例にとって説明するが、これに限定されることはない。
Embodiment 1 FIG.
1 is a cross sectional view showing an end portion electric field relaxation region of a high voltage semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, the same components as those described above (see FIG. 14) are denoted by the same reference numerals as those described above, and detailed description thereof is omitted. Note that, as described above, the case of an n + type semiconductor layer will be described as an example, but the present invention is not limited to this.

この場合、前述(図14)の窒化シリコン膜11に代えて、非線形抵抗膜13が用いられている点が異なる。
すなわち、前述のフローティング構造における表面電荷や界面電荷などの外乱の影響を回避するために、エミッタ電極7、フィールドプレート8a〜8c、絶縁膜9a〜9d、ストッパ電極10の上部は、非線形抵抗膜13で覆われており、さらに非線形抵抗膜13の上に、パッシベーション膜12が形成されている。
In this case, a non-linear resistance film 13 is used instead of the silicon nitride film 11 described above (FIG. 14).
That is, in order to avoid the influence of disturbances such as surface charges and interface charges in the floating structure described above, the upper portion of the emitter electrode 7, field plates 8 a to 8 c, insulating films 9 a to 9 d, and stopper electrode 10 is a non-linear resistance film 13 Further, a passivation film 12 is formed on the nonlinear resistance film 13.

パッシベーション膜12は、たとえば、窒化膜やポリイミド樹脂によって形成されており、外部からの汚染などを回避するための保護機能を有している。
非線形抵抗膜13は、電界に対して抵抗値が低下する特性を有する。
The passivation film 12 is formed of, for example, a nitride film or a polyimide resin, and has a protective function for avoiding contamination from the outside.
The non-linear resistance film 13 has a characteristic that the resistance value decreases with respect to the electric field.

図2は電界に対する非線形抵抗膜13の抵抗変化特性の一例を示す説明図であり、横軸は平均電界[kV/mm]、縦軸は非線形抵抗膜13の絶縁抵抗値[Ω]を示している。
具体的には、図2内の各曲線は、平均粒径φ(=0.5μm、0.7μm、1.2μm、2μm、3μm、7μm)のSiC粒子とエポキシ樹脂とを充填したものを絶縁筒上に塗布して、平均電界0.05[kV/mm]〜7[kV/mm]に対する絶縁抵抗値の変化を計測した場合の特性を示している。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of resistance change characteristics of the nonlinear resistance film 13 with respect to the electric field, where the horizontal axis indicates the average electric field [kV / mm] and the vertical axis indicates the insulation resistance value [Ω] of the nonlinear resistance film 13. Yes.
Specifically, each curve in FIG. 2 insulates one filled with SiC particles having an average particle diameter φ (= 0.5 μm, 0.7 μm, 1.2 μm, 2 μm, 3 μm, 7 μm) and an epoxy resin. The characteristics are shown when applied to a cylinder and the change in insulation resistance value with respect to an average electric field of 0.05 [kV / mm] to 7 [kV / mm] is measured.

図2から明らかなように、エポキシ樹脂に充填するSiC粒子の平均粒径φが小さくなるほど、絶縁抵抗値が低下する電界が高くなる。
たとえば、現行のIGBTチップ(6.5kV耐圧)の電界緩和領域の幅(=2〜3[mm])での平均電界2〜3kV/mmを考慮すれば、抵抗値が電界緩和機能を有する半導電性(108Ω〜1011Ω)を示す、電界値が2〜3[kV/mm]前後の特性を得るためには、図2に示すように、平均粒径φが0.5〜7[μm]のSiC粒子を用いることが望ましい。ただし、この粒径値に限られるわけではない。
As is clear from FIG. 2, as the average particle diameter φ of the SiC particles filled in the epoxy resin decreases, the electric field at which the insulation resistance value decreases increases.
For example, considering an average electric field of 2 to 3 kV / mm in the width (= 2 to 3 [mm]) of the electric field relaxation region of the current IGBT chip (6.5 kV withstand voltage), the resistance value is a half having an electric field relaxation function. In order to obtain a characteristic of electric conductivity (10 8 Ω to 10 11 Ω) and an electric field value of around 2 to 3 [kV / mm], as shown in FIG. It is desirable to use 7 [μm] SiC particles. However, the particle size is not limited to this value.

また、前述のように、図1内のコレクタ電極3に正電圧を印加し、かつエミッタ電極7に負電圧を印加し、半導体基板1と半導体領域4との間の接合に対して逆電圧を印加していくと、空乏層が発生して、ガードリング5a〜5cが形成された電界緩和領域に延びていく。   Further, as described above, a positive voltage is applied to the collector electrode 3 in FIG. 1 and a negative voltage is applied to the emitter electrode 7, and a reverse voltage is applied to the junction between the semiconductor substrate 1 and the semiconductor region 4. As the voltage is applied, a depletion layer is generated and extends to the electric field relaxation region where the guard rings 5a to 5c are formed.

図3はこの発明の実施の形態1による電界分布を従来分布(破線)と対比して示す説明図である。
図3において、前述(図15)と同様に、縦軸はエピタキシャル層2の上部の電界強度であり、横軸はチップ外周部の相対位置である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the electric field distribution according to Embodiment 1 of the present invention in comparison with the conventional distribution (broken line).
In FIG. 3, the vertical axis represents the electric field strength at the top of the epitaxial layer 2 and the horizontal axis represents the relative position of the outer periphery of the chip, as in the above (FIG. 15).

図3から明らかなように、非線形抵抗膜13を形成したガードリング5a〜5cの間の電界分布(実線)は、ピーク特性を持つ従来分布(破線)と比べて、ピーク部分の抵抗値が低くなることにより、電位差が小さくなって電界が低下する。
すなわち、局所的に高電界箇所が存在する場合には、非線形抵抗膜13により抵抗値が低下して電界が緩和され、平衡状態では、ガードリング5a〜5cの間の電界が平均化されて、理想的には、図3内の実線で示した電界分布になる。
As is clear from FIG. 3, the electric field distribution (solid line) between the guard rings 5a to 5c on which the nonlinear resistance film 13 is formed has a lower resistance value in the peak portion than the conventional distribution (dashed line) having the peak characteristics. As a result, the potential difference is reduced and the electric field is lowered.
That is, when a high electric field location exists locally, the resistance value is reduced by the nonlinear resistance film 13 and the electric field is relaxed. In an equilibrium state, the electric field between the guard rings 5a to 5c is averaged, Ideally, the electric field distribution shown by the solid line in FIG. 3 is obtained.

たとえば、従来分布(破線)のようにピークを持つ特性に対して、この発明の実施の形態1のように平均化された電界分布(実線)は、最大電界を1/2にすることができる。
また、ガードリング5a〜5cの間の寸法は、半導体装置の絶縁破壊電界によって規定されているので、従来装置と比べて最大電界が1/2になれば、ガードリング5a〜5cの間の寸法も1/2に設計することができ、電界緩和領域の幅を飛躍的に狭めることができる。
For example, the electric field distribution (solid line) averaged as in the first embodiment of the present invention with respect to the characteristic having a peak as in the conventional distribution (broken line) can halve the maximum electric field. .
Further, since the dimension between the guard rings 5a to 5c is defined by the dielectric breakdown electric field of the semiconductor device, the dimension between the guard rings 5a to 5c if the maximum electric field is ½ compared to the conventional device. Can be designed to be ½, and the width of the electric field relaxation region can be drastically reduced.

以上のように、この発明の実施の形態1(図1)に係る高耐圧半導体装置は、従来装置と共通する構成として、第1導電型(n+)の半導体基板1と、半導体基板1に形成された低濃度の第1導電型(n−)のエピタキシャル層2(第1の不純物層)と、エピタキシャル層2に形成された高濃度の第2導電型(p+)の第2の不純物層からなる半導体領域4と、半導体領域6を隔離するようにエピタキシャル層2の上面に形成された絶縁膜9a〜9dと、半導体領域4を囲む電界緩和領域において、エピタキシャル層2の表面層に選択的に形成された低濃度の第2導電型(p)のガードリング5a〜5cと、ガードリング5a〜5cに接触し、かつ絶縁膜9a〜9dを介して半導体領域4の表面の一部を覆うフィールドプレート8a〜8cと、半導体基板1およびエピタキシャル層2からなる第1導電型半導体層の最縁部の表面に設けられた、高濃度の第1導電型(n+)の不純物層からなるチャネルストッパ6(フィールドストップ)と、チャネルストッパ6に接触し、かつ絶縁膜9dを介して電界緩和領域の表面の一部を覆うように設けられたストッパ電極10とを備えている。   As described above, the high breakdown voltage semiconductor device according to the first embodiment (FIG. 1) of the present invention is formed on the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type (n +) and the semiconductor substrate 1 as a configuration common to the conventional device. The low-concentration first conductivity type (n−) epitaxial layer 2 (first impurity layer) and the high-concentration second conductivity type (p +) second impurity layer formed in the epitaxial layer 2 Selectively in the surface layer of the epitaxial layer 2 in the semiconductor region 4 to be formed, the insulating films 9a to 9d formed on the upper surface of the epitaxial layer 2 so as to isolate the semiconductor region 6, and the electric field relaxation region surrounding the semiconductor region 4 The formed low-concentration second conductivity type (p) guard rings 5a to 5c and a field that contacts the guard rings 5a to 5c and covers a part of the surface of the semiconductor region 4 through the insulating films 9a to 9d Plates 8a-8c and A channel stopper 6 (field stop) made of a high-concentration first conductivity type (n +) impurity layer provided on the outermost surface of the first conductivity type semiconductor layer comprising the semiconductor substrate 1 and the epitaxial layer 2; A stopper electrode 10 is provided so as to be in contact with the channel stopper 6 and to cover a part of the surface of the electric field relaxation region via the insulating film 9d.

また、ガードリングは、互いに隔離された複数のガードリング5a〜5cからなり、フィールドプレートは、複数のガードリング5a〜5cにそれぞれ個別に接触した複数のフィールドプレート8a〜8cからなる。
さらに、この発明の実施の形態1に係る高耐圧半導体装置は、電界緩和領域の上部を覆うように形成された非線形抵抗膜13およびパッシベーション膜12を備えており、非線形抵抗膜13は、非線形抵抗膜13に印加される電界に対して抵抗値が低下する特性を有する。
In addition, the guard ring includes a plurality of guard rings 5a to 5c that are separated from each other, and the field plate includes a plurality of field plates 8a to 8c that individually contact the plurality of guard rings 5a to 5c, respectively.
Furthermore, the high breakdown voltage semiconductor device according to the first embodiment of the present invention includes a non-linear resistance film 13 and a passivation film 12 formed so as to cover the upper part of the electric field relaxation region. The resistance value decreases with respect to the electric field applied to the film 13.

これにより、電界緩和領域に非線形抵抗膜13を形成して空乏層の拡がりを実現することにより、半導体表面層に局部高電界が生じても局部の非線形抵抗膜の抵抗が低くなることから、電位差が低減(電界が緩和)されて半導体表面層の電界分布が均一となる。
したがって、ガードリング5a〜5cの間の電界が平均化され、耐電圧が保たれ、かつ電界緩和領域の寸法の縮小が可能となるので、同一寸法のチップでの半導体領域4のスペースファクタを向上させて、チップコストを低減させることができる。
As a result, the non-linear resistance film 13 is formed in the electric field relaxation region to realize the spread of the depletion layer, so that the resistance of the local non-linear resistance film is lowered even when a local high electric field is generated in the semiconductor surface layer. Is reduced (electric field is relaxed), and the electric field distribution of the semiconductor surface layer becomes uniform.
Therefore, the electric field between the guard rings 5a to 5c is averaged, the withstand voltage is maintained, and the size of the electric field relaxation region can be reduced, so that the space factor of the semiconductor region 4 in the same size chip is improved. Thus, the chip cost can be reduced.

チップはウエハから取り出されるので、電界緩和領域の寸法縮小は、一枚のウエハから多数個のチップ製造を可能とし、製造段階でのエネルギー消費の削減に寄与する。
また、高耐圧チップは、多数個搭載して最終的にパワーモジュールとして電気鉄道の駆動制御などに使用されるので、チップの電界緩和領域の縮小は、駆動制御装置の小型軽量化にも寄与し、電気鉄道の省エネルギー化に効果があり、エネルギー消費の削減に貢献する。
Since the chips are taken out of the wafer, the reduction in the size of the electric field relaxation region enables the production of a large number of chips from a single wafer and contributes to the reduction of energy consumption in the manufacturing stage.
In addition, since a large number of high voltage chips are mounted and finally used as power modules for electric railway drive control, etc., the reduction of the electric field relaxation area of the chip contributes to the reduction in size and weight of the drive control device. It is effective for energy saving of electric railways and contributes to reduction of energy consumption.

また、非線形抵抗膜13として、平均粒径が0.5μm〜7μmのSiCまたはZnOと、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド/アミド樹脂またはエポキシ樹脂と、の混合物を用いたので、電界緩和領域の電界を有効に平均化するとともに(図2参照)、電界緩和領域の耐電圧信頼性向上および寸法縮小を実現可能な非線形抵抗膜13を得ることができる。   Moreover, since the mixture of SiC or ZnO having an average particle size of 0.5 μm to 7 μm and polyimide resin, polyamide resin, polyimide / amide resin or epoxy resin is used as the nonlinear resistance film 13, the electric field in the electric field relaxation region is used. Can be effectively averaged (see FIG. 2), and the non-linear resistance film 13 capable of improving the withstand voltage reliability and reducing the size of the electric field relaxation region can be obtained.

なお、上記説明では、非線形抵抗膜13として、SiC粒子を充填したエポキシ樹脂を用いたが、SiC粒子の代わりに、ZnO粒子を用いても同様の効果が得られる。
また、エポキシ樹脂に代えて、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド/アミド樹脂を用いても同様の効果が得られるとともに、さらに耐熱性の高い非線形抵抗膜13を実現することができる。
In the above description, an epoxy resin filled with SiC particles is used as the non-linear resistance film 13, but the same effect can be obtained by using ZnO particles instead of SiC particles.
In addition, the same effect can be obtained by using a polyimide resin, a polyamide resin, or a polyimide / amide resin instead of the epoxy resin, and the nonlinear resistance film 13 with higher heat resistance can be realized.

また、外部からの汚染などの保護するために、窒化膜やポリイミド樹脂で形成されたパッシベーション膜12を用いたが、図4のように、非線形抵抗膜13に保護機能を兼用させて、パッシベーション膜12を省略してもよい。   Further, the passivation film 12 formed of a nitride film or a polyimide resin is used to protect the contamination from the outside. However, as shown in FIG. 4, the passivation film is also used by combining the nonlinear resistance film 13 with a protective function. 12 may be omitted.

図4において、非線形抵抗膜13は、SiC粒子を充填したポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド/アミド樹脂、またはエポキシ樹脂からなり、パッシベーション膜の保護機能を兼ねている。
図4のように、パッシベーション膜12を省略することにより、半導体装置の製造工程が簡略化されるので、さらにチップコストを低減させることができる。
In FIG. 4, the non-linear resistance film 13 is made of a polyimide resin, a polyamide resin, a polyimide / amide resin, or an epoxy resin filled with SiC particles, and also serves as a passivation film protection function.
As shown in FIG. 4, by omitting the passivation film 12, the manufacturing process of the semiconductor device is simplified, so that the chip cost can be further reduced.

実施の形態2.
なお、上記実施の形態1(図1〜図4)では、ガードリング5a〜5cの対応位置にフィールドプレート8a〜8cを形成したが、図5のように、フィールドプレート8a〜8cを省略してもよい。
図5はこの発明の実施の形態2に係る高耐圧半導体装置の端部電界緩和領域を示す断面図であり、前述(図1参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment (FIGS. 1 to 4), the field plates 8a to 8c are formed at the corresponding positions of the guard rings 5a to 5c, but the field plates 8a to 8c are omitted as shown in FIG. Also good.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an end portion electric field relaxation region of the high breakdown voltage semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Components similar to those described above (see FIG. 1) are denoted by the same reference numerals. Detailed description is omitted.

図5においては、ガードリング5a、5b、5cの上のフィールドプレート8a〜8cが除去された点と、絶縁膜9が連続的な断面形状を有する点とが図1と異なる。
前述のように、フィールドプレート8a、8b、8cは、ガードリング5a〜5cの端部の電界集中箇所を緩和させるためのシールド電極として機能するが、元々、非線形抵抗膜13には、局部高電界箇所の電界を緩和する機能がある。
5 is different from FIG. 1 in that the field plates 8a to 8c on the guard rings 5a, 5b, and 5c are removed and the insulating film 9 has a continuous cross-sectional shape.
As described above, the field plates 8a, 8b, and 8c function as shield electrodes for relaxing the electric field concentration portions at the ends of the guard rings 5a to 5c, but originally the nonlinear resistance film 13 has a local high electric field. There is a function of relaxing the electric field at the location.

したがって、非線形抵抗膜13を用いることにより、図5のように、フィールドプレート8a、8b、8cを除去しても、ガードリング5a〜5cの間の電界を平均化する作用が得られ、ガードリング5a〜5cの間の寸法を最大で従来装置の1/2に設計することができ、電界緩和領域の幅を飛躍的に狭める効果を奏する。
また、フィールドプレート8a、8b、8cを形成する必要が無いので、製造プロセスを簡素化することができ、半導体装置のさらなる低コスト化を実現することができる。
Therefore, by using the non-linear resistance film 13, even if the field plates 8a, 8b, and 8c are removed as shown in FIG. 5, an effect of averaging the electric field between the guard rings 5a to 5c can be obtained. The dimension between 5a and 5c can be designed to be ½ that of the conventional device at the maximum, and the effect of dramatically reducing the width of the electric field relaxation region is achieved.
In addition, since it is not necessary to form the field plates 8a, 8b, and 8c, the manufacturing process can be simplified, and further cost reduction of the semiconductor device can be realized.

以上のように、この発明の実施の形態2(図5)に係る高耐圧半導体装置は、従来装置と共通する構成として、第1導電型(n+)の半導体基板1と、半導体基板1に形成された低濃度の第1導電型(n−)のエピタキシャル層2(第1の不純物層)と、エピタキシャル層2に形成された高濃度の第2導電型(p+)の第2の不純物層からなる半導体領域4と、半導体領域4を隔離するようにエピタキシャル層2の上面に形成された絶縁膜9と、半導体領域4を囲む電界緩和領域において、エピタキシャル層2の表面層に選択的に形成された低濃度の第2導電型(p)のガードリング5a〜5cと、半導体基板1およびエピタキシャル層2からなる第1導電型半導体層の最縁部の表面に設けられた、高濃度の第1導電型(n+)の不純物層からなるチャネルストッパ6(フィールドストップ)と、チャネルストッパ6に接触し、かつ絶縁膜9を介して電界緩和領域の表面の一部を覆うように設けられたストッパ電極10とを備えている。   As described above, the high voltage semiconductor device according to the second embodiment (FIG. 5) of the present invention is formed on the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type (n +) and the semiconductor substrate 1 as a configuration common to the conventional device. The low-concentration first conductivity type (n−) epitaxial layer 2 (first impurity layer) and the high-concentration second conductivity type (p +) second impurity layer formed in the epitaxial layer 2 A semiconductor region 4 to be formed, an insulating film 9 formed on the upper surface of the epitaxial layer 2 so as to isolate the semiconductor region 4, and an electric field relaxation region surrounding the semiconductor region 4, and is selectively formed on the surface layer of the epitaxial layer 2. The first high-concentration first layers provided on the outermost surfaces of the first conductivity-type semiconductor layer comprising the semiconductor substrate 1 and the epitaxial layer 2 and the low-concentration second conductivity type (p) guard rings 5a to 5c. Conductivity type (n +) impurity layer A channel stopper 6 (field stop), and a stopper electrode 10 in contact with the channel stopper 6, and is provided so as to cover a part of the surface of the electric-field relaxation region via an insulating film 9.

また、ガードリングは、互いに隔離された複数のガードリング5a〜5cからなる。
さらに、この発明の実施の形態2に係る高耐圧半導体装置は、電界緩和領域の上部を覆うように形成された非線形抵抗膜13およびパッシベーション膜12を備えており、非線形抵抗膜13は、非線形抵抗膜13に印加される電界に対して抵抗値が低下する特性を有するので、前述と同等の作用効果を奏することができる。
The guard ring includes a plurality of guard rings 5a to 5c that are isolated from each other.
Furthermore, the high breakdown voltage semiconductor device according to the second embodiment of the present invention includes a nonlinear resistance film 13 and a passivation film 12 formed so as to cover the upper portion of the electric field relaxation region. Since it has the characteristic that the resistance value decreases with respect to the electric field applied to the film 13, it is possible to achieve the same effect as described above.

また、前述と同様に、非線形抵抗膜13としては、SiC粒子を充填したエポキシ樹脂が用いられるが、SiC粒子に代えてZnO粒子を用いても同様の効果が得られる。
また、エポキシ樹脂に代えて、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド/アミド樹脂を用いても同様の効果が得られるとともに、さらに耐熱性の高い非線形抵抗膜13を実現することができる。
As described above, the nonlinear resistance film 13 is made of an epoxy resin filled with SiC particles. However, similar effects can be obtained by using ZnO particles instead of SiC particles.
In addition, the same effect can be obtained by using a polyimide resin, a polyamide resin, or a polyimide / amide resin instead of the epoxy resin, and the nonlinear resistance film 13 with higher heat resistance can be realized.

さらに、非線形抵抗膜13の上面にパッシベーション膜12を形成したが、図6のように、パッシベーション膜12を省略して、非線形抵抗膜13がパッシベーション膜12の機能を兼ねるように構成してもよい。
図6のように、パッシベーション膜12を省略することにより、半導体装置の製造工程が簡略化されるので、さらにチップコストを低減させることができる。
Further, although the passivation film 12 is formed on the upper surface of the nonlinear resistance film 13, the passivation film 12 may be omitted and the nonlinear resistance film 13 may also function as the passivation film 12 as shown in FIG. .
As shown in FIG. 6, by omitting the passivation film 12, the manufacturing process of the semiconductor device is simplified, so that the chip cost can be further reduced.

実施の形態3.
なお、上記実施の形態2(図5、図6)では、ガードリング5a〜5cを形成したが、図7のように、ガードリング5a〜5cを省略してもよい。
図7はこの発明の実施の形態3に係る高耐圧半導体装置の端部電界緩和領域を示す断面図であり、前述(図5参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。図7においては、ガードリング5a〜5cが除去された点のみが図5と異なる。
Embodiment 3 FIG.
Although the guard rings 5a to 5c are formed in the second embodiment (FIGS. 5 and 6), the guard rings 5a to 5c may be omitted as shown in FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an end portion electric field relaxation region of the high breakdown voltage semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Components similar to those described above (see FIG. 5) are denoted by the same reference numerals. Detailed description is omitted. 7 is different from FIG. 5 only in that the guard rings 5a to 5c are removed.

図7において、エミッタ電極7、絶縁膜9およびストッパ電極10の上部は、前述と同様に非線形抵抗膜13で覆われており、さらに非線形抵抗膜13の上部にパッシベーション膜12が形成されている。
図8はこの発明の実施の形態3による電界緩和領域の電界分布を示す説明図である。
図8においては、図7のように非線形抵抗膜13を形成した場合の電界分布(実線)と非線形抵抗膜13が無い場合の電界分布(破線)とを対比して示している。
In FIG. 7, the upper portions of the emitter electrode 7, the insulating film 9, and the stopper electrode 10 are covered with the non-linear resistance film 13 as described above, and the passivation film 12 is further formed on the non-linear resistance film 13.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the electric field distribution in the electric field relaxation region according to the third embodiment of the present invention.
In FIG. 8, the electric field distribution (solid line) when the non-linear resistance film 13 is formed as shown in FIG. 7 and the electric field distribution when there is no non-linear resistance film 13 (broken line) are shown in comparison.

前述の実施の形態1、2(図1〜図6)では、ガードリング5a〜5cに作用によって空乏層を拡げることにより、電界緩和領域のエピタキシャル層2の上層部の電界を緩和しているが、図7のようにガードリング5a〜5cを除去した場合には、仮に非線形抵抗膜13を形成しないと、空乏層が拡がらないので、エピタキシャル層2の上層部の電界強度は、図8内の破線の電界分布のように、半導体領域4の端部に集中して増大する。   In the foregoing first and second embodiments (FIGS. 1 to 6), the electric field in the upper layer portion of the epitaxial layer 2 in the electric field relaxation region is relaxed by expanding the depletion layer by the action on the guard rings 5a to 5c. When the guard rings 5a to 5c are removed as shown in FIG. 7, the depletion layer does not expand unless the nonlinear resistance film 13 is formed. Therefore, the electric field strength of the upper layer portion of the epitaxial layer 2 is as shown in FIG. As shown by the broken line electric field distribution in FIG.

図8内の破線電界分布のように、非線形抵抗膜13が無い場合には、半導体の設計電界上限を超えて、電界緩和領域の機能が成り立たないことになる。
一方、この発明の実施の形態3(図7)のように、非線形抵抗膜13を形成した場合には、半導体領域4の端部の電界集中箇所において抵抗が低くなるので、電界を緩和させることができ、安定状態では、半導体領域4とフィールドストッパ6との間の電界が平均化される。
If there is no nonlinear resistance film 13 as shown by the broken line electric field distribution in FIG. 8, the upper limit of the design electric field of the semiconductor is exceeded and the function of the electric field relaxation region is not realized.
On the other hand, when the nonlinear resistance film 13 is formed as in the third embodiment (FIG. 7) of the present invention, the resistance is lowered at the electric field concentration portion at the end of the semiconductor region 4, so that the electric field is relaxed. In a stable state, the electric field between the semiconductor region 4 and the field stopper 6 is averaged.

以上のように、この発明の実施の形態3(図7)に係る高耐圧半導体装置は、従来装置と共通する構成として、第1導電型(n+)の半導体基板1と、半導体基板1に形成された低濃度の第1導電型(n−)のエピタキシャル層2(第1の不純物層)と、エピタキシャル層2に形成された高濃度の第2導電型(p+)の第2の不純物層からなる半導体領域4と、半導体領域4を隔離するようにエピタキシャル層2の上面に形成された絶縁膜9と、半導体領域4を囲む電界緩和領域の最縁部に設けられた高濃度の第1導電型(n+)の不純物層からなるチャネルストッパ6(フィールドストップ)と、チャネルストッパ6に接触し、かつ絶縁膜9を介して電界緩和領域の表面の一部を覆うように設けられたストッパ電極10とを備えている。   As described above, the high breakdown voltage semiconductor device according to the third embodiment (FIG. 7) of the present invention is formed on the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type (n +) and the semiconductor substrate 1 as a configuration common to the conventional device. The low-concentration first conductivity type (n−) epitaxial layer 2 (first impurity layer) and the high-concentration second conductivity type (p +) second impurity layer formed in the epitaxial layer 2 A semiconductor region 4 to be formed, an insulating film 9 formed on the upper surface of the epitaxial layer 2 so as to isolate the semiconductor region 4, and a high-concentration first conductivity provided at the outermost edge of the electric field relaxation region surrounding the semiconductor region 4. A channel stopper 6 (field stop) made of a type (n +) impurity layer, and a stopper electrode 10 that is in contact with the channel stopper 6 and covers a part of the surface of the electric field relaxation region via the insulating film 9 And.

また、この発明の実施の形態3に係る高耐圧半導体装置は、電界緩和領域の上部を覆うように形成された非線形抵抗膜13およびパッシベーション膜12を備えており、非線形抵抗膜13は、非線形抵抗膜13に印加される電界に対して抵抗値が低下する特性を有するので、前述と同様に、エピタキシャル層2の上層部の電界強度を設計電界上限値よりも低く設定することができる。   In addition, the high breakdown voltage semiconductor device according to the third embodiment of the present invention includes the nonlinear resistance film 13 and the passivation film 12 formed so as to cover the upper portion of the electric field relaxation region. Since the resistance value decreases with respect to the electric field applied to the film 13, the electric field strength of the upper layer portion of the epitaxial layer 2 can be set lower than the design electric field upper limit value as described above.

すなわち、電界緩和領域の電界が平均化され、耐電圧が保たれ、かつ電界緩和領域の寸法を縮小することができ、ガードリング5a〜5cおよびフィールドプレート8a〜8cが不要となる。
また、前述(図5)のガードリング5a〜5cおよびフィールドプレート8a〜8cを除去することにより、製造プロセスを簡素化して半導体装置の低コスト化を実現するとともに、電界緩和領域のスペースファクタを大幅に向上させることができ、電界緩和領域幅を飛躍的に狭めることができる。
That is, the electric field in the electric field relaxation region is averaged, the withstand voltage is maintained, and the size of the electric field relaxation region can be reduced, and the guard rings 5a to 5c and the field plates 8a to 8c are not necessary.
Further, by removing the guard rings 5a to 5c and the field plates 8a to 8c described above (FIG. 5), the manufacturing process is simplified and the cost of the semiconductor device is reduced, and the space factor of the electric field relaxation region is greatly increased. Thus, the width of the electric field relaxation region can be drastically reduced.

また、前述と同様に、非線形抵抗膜13としては、SiC粒子を充填したエポキシ樹脂が用いられるが、SiC粒子に代えてZnO粒子を用いても同様の効果が得られる。
また、エポキシ樹脂に代えて、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド/アミド樹脂を用いても同様の効果が得られるとともに、さらに耐熱性の高い非線形抵抗膜13を実現することができる。
As described above, the nonlinear resistance film 13 is made of an epoxy resin filled with SiC particles. However, similar effects can be obtained by using ZnO particles instead of SiC particles.
In addition, the same effect can be obtained by using a polyimide resin, a polyamide resin, or a polyimide / amide resin instead of the epoxy resin, and the nonlinear resistance film 13 with higher heat resistance can be realized.

さらに、外部からの汚染などの保護機能として、非線形抵抗膜13の上面にパッシベーション膜12(窒化膜またはポリイミド樹脂)を形成したが、図9のように、パッシベーション膜12を省略して、非線形抵抗膜13(SiC粒子を充填したポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド/アミド樹脂、または、エポキシ樹脂)がパッシベーション膜12の機能を兼ねるように構成してもよい。
図9のように、パッシベーション膜12を省略することにより、半導体装置の製造工程が簡略化されるので、さらにチップコストを低減させることができる。
Furthermore, the passivation film 12 (nitride film or polyimide resin) is formed on the upper surface of the non-linear resistance film 13 as a protection function against contamination from the outside. However, as shown in FIG. The film 13 (polyimide resin, polyamide resin, polyimide / amide resin, or epoxy resin filled with SiC particles) may also function as the passivation film 12.
As shown in FIG. 9, by omitting the passivation film 12, the manufacturing process of the semiconductor device is simplified, so that the chip cost can be further reduced.

実施の形態4.
なお、上記実施の形態3(図7〜図9)では、電界緩和領域の最縁部にチャネルストッパ6(フィールドストップ)およびストッパ電極10を設けたが、図10のように、チャネルストッパ6およびストッパ電極10を省略してもよい。
図10はこの発明の実施の形態4に係る高耐圧半導体装置の端部電界緩和領域を示す断面図であり、前述(図7参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。図10においては、チャネルストッパ6およびストッパ電極10が除去された点のみが図7と異なる。
Embodiment 4 FIG.
In the third embodiment (FIGS. 7 to 9), the channel stopper 6 (field stop) and the stopper electrode 10 are provided at the outermost edge of the electric field relaxation region. However, as shown in FIG. The stopper electrode 10 may be omitted.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an end portion electric field relaxation region of the high breakdown voltage semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. Components similar to those described above (see FIG. 7) are denoted by the same reference numerals. Detailed description is omitted. 10 is different from FIG. 7 only in that the channel stopper 6 and the stopper electrode 10 are removed.

図10の半導体装置のウエハプロセス過程において、エピタキシャル層2上の平面部分に対して、非線形抵抗膜13およびパッシベーション膜12が形成されるが、たとえば、半導体チップにダイシング(Dicing、または、Die cutting)した後、チップ側面に非線形抵抗膜13とパッシベーション膜12とを形成する方法がある。
または、ウエハプロセス過程において、あらかじめエピタキシャル層2上の平面部分に対して非線形抵抗膜13およびパッシベーション膜12を形成した後、半導体チップをパワーモジュール実装後に、チップ側面に非線形抵抗膜13およびパッシベーション膜12を形成する方法もある。
In the wafer process of the semiconductor device of FIG. 10, the nonlinear resistance film 13 and the passivation film 12 are formed on the planar portion on the epitaxial layer 2. For example, the semiconductor chip is diced or diced. After that, there is a method of forming the nonlinear resistance film 13 and the passivation film 12 on the side surface of the chip.
Alternatively, in the course of the wafer process, after the nonlinear resistance film 13 and the passivation film 12 are formed on the planar portion on the epitaxial layer 2 in advance, after mounting the semiconductor chip on the power module, the nonlinear resistance film 13 and the passivation film 12 are formed on the side surface of the chip. There is also a method of forming.

以上のように、この発明の実施の形態4(図10)に係る高耐圧半導体装置は、従来装置と共通する構成として、第1導電型(n+)の半導体基板1と、半導体基板1に形成された低濃度の第1導電型(n−)のエピタキシャル層2(第1の不純物層)と、エピタキシャル層2に形成された高濃度の第2導電型(p+)の第2の不純物層からなる半導体領域4と、半導体領域4を隔離するようにエピタキシャル層2の上面に形成された絶縁膜9と、半導体領域4を囲む電界緩和領域とを備えている。   As described above, the high breakdown voltage semiconductor device according to the fourth embodiment (FIG. 10) of the present invention is formed on the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type (n +) and the semiconductor substrate 1 as a configuration common to the conventional device. The low-concentration first conductivity type (n−) epitaxial layer 2 (first impurity layer) and the high-concentration second conductivity type (p +) second impurity layer formed in the epitaxial layer 2 A semiconductor region 4, an insulating film 9 formed on the upper surface of the epitaxial layer 2 so as to isolate the semiconductor region 4, and an electric field relaxation region surrounding the semiconductor region 4.

また、この発明の実施の形態3に係る高耐圧半導体装置は、半導体基板1およびエピタキシャル層2からなる第1導電型半導体層の最縁部(電界緩和領域の上部)および側面部と、電界緩和領域との上部を覆うように形成された非線形抵抗膜13およびパッシベーション膜12を備えており、非線形抵抗膜13は、非線形抵抗膜13に印加される電界に対して抵抗値が低下する特性を有するので、前述と同様に、エピタキシャル層2の上層部の電界強度を設計電界上限値よりも低く設定することができる。   Further, the high breakdown voltage semiconductor device according to the third embodiment of the present invention includes an outermost portion (upper portion of the electric field relaxation region) and a side portion of the first conductivity type semiconductor layer formed of the semiconductor substrate 1 and the epitaxial layer 2, and an electric field relaxation. The non-linear resistance film 13 and the passivation film 12 are formed so as to cover the upper part of the region, and the non-linear resistance film 13 has a characteristic that the resistance value decreases with respect to the electric field applied to the non-linear resistance film 13. Therefore, as described above, the electric field strength of the upper layer portion of the epitaxial layer 2 can be set lower than the upper limit value of the design electric field.

すなわち、図10の構成によれば、非線形抵抗膜13によって、空乏層が横(図中の水平方向)に拡がり、エピタキシャル層2の上部の電界分布において、局部高電界部分の電界強度が緩和されるので、チップ平面部分と側面部分とで電界強度を平坦化することができる。   That is, according to the configuration of FIG. 10, the depletion layer spreads sideways (horizontal direction in the figure) by the non-linear resistance film 13, and the electric field strength of the local high electric field portion is relaxed in the electric field distribution above the epitaxial layer 2. Therefore, the electric field strength can be flattened between the chip flat surface portion and the side surface portion.

したがって、前述(図5)のガードリング5a〜5cおよびフィールドプレート8a〜8cを除去することのみならず、前述(図7)のフィールドストップ6およびストッパ電極10をも除去することができるので、半導体装置の製造プロセスをさらに簡略化することができる。
また、チップ側面にまで電界緩和領域が有効利用されるので、さらに大幅の電界緩和領域を縮小することができる。
Therefore, not only the above-described (FIG. 5) guard rings 5a-5c and field plates 8a-8c can be removed, but also the above-mentioned (FIG. 7) field stop 6 and stopper electrode 10 can be removed. The manufacturing process of the device can be further simplified.
Further, since the electric field relaxation region is effectively used up to the side surface of the chip, the electric field relaxation region can be further reduced.

また、前述と同様に、非線形抵抗膜13としては、SiC粒子を充填したエポキシ樹脂が用いられるが、SiC粒子に代えてZnO粒子を用いてもよく、また、エポキシ樹脂に代えて、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド/アミド樹脂を用いれば、さらに耐熱性の高い非線形抵抗膜13を実現することができる。   As described above, as the nonlinear resistance film 13, an epoxy resin filled with SiC particles is used. However, ZnO particles may be used instead of SiC particles, and a polyimide resin, If a polyamide resin or a polyimide / amide resin is used, the nonlinear resistance film 13 with higher heat resistance can be realized.

また、非線形抵抗膜13の上面に保護用のパッシベーション膜12(窒化膜またはポリイミド樹脂)を形成したが、図11のように、パッシベーション膜12を省略して、非線形抵抗膜13(SiC粒子を充填したポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド/アミド樹脂、または、エポキシ樹脂)がパッシベーション膜12の機能を兼ねるように構成してもよい。
図11のように、パッシベーション膜12を省略することにより、半導体装置の製造工程が簡略化されるので、さらにチップコストを低減させることができる。
Further, the passivation film 12 (nitride film or polyimide resin) for protection is formed on the upper surface of the nonlinear resistance film 13, but the passivation film 12 is omitted and the nonlinear resistance film 13 (filled with SiC particles) is used as shown in FIG. The polyimide resin, polyamide resin, polyimide / amide resin, or epoxy resin) may also function as the passivation film 12.
As shown in FIG. 11, by omitting the passivation film 12, the manufacturing process of the semiconductor device is simplified, so that the chip cost can be further reduced.

実施の形態5.
なお、上記実施の形態4(図10、図11)では、半導体層端部の沿面寸法拡大について考慮しなかったが、前述(図16)の大電力半導体装置に適用した場合を想定して、図12のように、端部をΣ形状に形成するとともに、非線形抵抗膜13をシリコーンゴム25でモールドしてもよい。
Embodiment 5 FIG.
In the fourth embodiment (FIGS. 10 and 11), the creeping dimension expansion at the end of the semiconductor layer was not considered, but assuming the case where it is applied to the high power semiconductor device described above (FIG. 16), As shown in FIG. 12, the end portion may be formed in a Σ shape, and the non-linear resistance film 13 may be molded with silicone rubber 25.

図12はこの発明の実施の形態5に係る高耐圧半導体装置のベベル構造(端部電界緩和領域)を示す断面図であり、前述(図10、図11、図16参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
図12においては、高耐圧半導体装置として、ウエハ1枚で使用するサイリスタ、GTO(Gate Turn Off thyristor)、またはダイオードのような、大電力半導体(たとえば、PNP構造)を想定しており、端面をΣ形状に研磨した点と、非線形抵抗膜13の上にモールド用のシリコーンゴム25が追加形成された点ろが前述と異なる。
12 is a cross-sectional view showing a bevel structure (edge electric field relaxation region) of a high voltage semiconductor device according to Embodiment 5 of the present invention, which is the same as described above (see FIGS. 10, 11, and 16). Are denoted by the same reference numerals as those described above and will not be described in detail.
In FIG. 12, a high-voltage semiconductor device is assumed to be a high-power semiconductor (for example, a PNP structure) such as a thyristor, GTO (Gate Turn Off Thyristor), or diode used in one wafer. The point which grind | polished to (sigma) shape and the point by which the silicone rubber 25 for molds was additionally formed on the nonlinear resistive film 13 differ from the above.

図12の半導体装置の製造過程においては、端部をΣ形状に研磨した後、研磨した端面(最縁部周辺)に非線形抵抗膜13(SiC粒子またはZnO粒子を充填したポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド/アミド樹脂、またはエポキシ樹脂)を形成した後、シリコーンゴム25でモールドする。
なお、端面形状は、Σ形状に限らず、斜面形状やV形状であってもよい。また、端面形状にかかわらず、非線形抵抗膜13をシリコーンゴム25でモールドしてもよい。
In the manufacturing process of the semiconductor device of FIG. 12, after polishing the end portion into a Σ shape, the polished end surface (around the outermost portion) is nonlinear resistance film 13 (polyimide resin, polyamide resin filled with SiC particles or ZnO particles, (Polyimide / amide resin or epoxy resin) is formed, and then molded with silicone rubber 25.
The end surface shape is not limited to the Σ shape, and may be a slope shape or a V shape. Further, the nonlinear resistance film 13 may be molded with the silicone rubber 25 regardless of the end face shape.

これにより、ウエハ最縁部および側面部(および電界緩和領域)に設けられた非線形抵抗膜13は、さらにシリコーンゴムでモールドされるので、耐電圧信頼性が保たれる。
また、半導体領域の外周縁部の電界緩和領域の端面は、斜面形状、V形状またはΣ形状に研磨されているので、端部沿面寸法を拡大することができる。
As a result, the non-linear resistance film 13 provided on the outermost edge portion and the side surface portion (and the electric field relaxation region) of the wafer is further molded with silicone rubber, so that withstand voltage reliability is maintained.
Further, since the end face of the electric field relaxation region at the outer peripheral edge portion of the semiconductor region is polished into a slope shape, a V shape or a Σ shape, the end surface creepage dimension can be increased.

また、図12の構成によれば、前述(図10)と同様に、空乏層が横に拡がり、ウエハ端面の非線形抵抗膜13によって局部高電界部分の電界強度が緩和されるので、端面の電界強度が平坦化される。
したがって、ウエハ端面部分の大幅な電界緩和効果があり、高耐圧半導体装置の耐電圧信頼性向上の効果がある。
Further, according to the configuration of FIG. 12, the depletion layer spreads horizontally and the electric field strength of the local high electric field portion is relaxed by the nonlinear resistance film 13 on the wafer end face, as in the above (FIG. 10). The intensity is flattened.
Therefore, there is a significant electric field relaxation effect at the wafer end face portion, and there is an effect of improving the withstand voltage reliability of the high withstand voltage semiconductor device.

実施の形態6.
なお、上記実施の形態5(図12)では、ウエハ端面をΣ形状に研磨したが、図13のように、ウエハ端面を平面形状に研磨するか、ウエハ端面を研磨せずにそのままの状態としてもよい。
図13はこの発明の実施の形態6に係る高耐圧半導体装置のベベル構造(端部電界緩和領域)を示す断面図であり、前述(図12参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
図13においては、端面を平面形状に研磨した点のみが前述(図12)と異なる。
Embodiment 6 FIG.
In the fifth embodiment (FIG. 12), the wafer end face is polished into a Σ shape. However, as shown in FIG. 13, the wafer end face is polished into a flat shape or the wafer end face is left as it is without being polished. Also good.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a bevel structure (edge electric field relaxation region) of a high voltage semiconductor device according to Embodiment 6 of the present invention. Components similar to those described above (see FIG. 12) are the same as those described above. The detailed description is omitted.
13 is different from the above (FIG. 12) only in that the end face is polished into a planar shape.

図13に示したこの発明の実施の形態6によれば、前述(図12)と同様に、空乏層が横に拡がり、非線形抵抗膜13によって局部高電界部分の電界が緩和されるので、ウエハ端面の電界強度が平坦化される。
これにより、電界緩和領域の電界が平均化されて耐電圧信頼性が保持されるとともに、ウエハ端面の沿面寸法拡大用のΣ形状などの研磨工程、さらにウエハ端面の研磨工程を省くことができる。
According to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 13, the depletion layer spreads laterally and the electric field in the local high electric field portion is relaxed by the non-linear resistance film 13 as described above (FIG. 12). The electric field strength at the end face is flattened.
As a result, the electric field in the electric field relaxation region is averaged and the withstand voltage reliability is maintained, and a polishing step such as a Σ shape for enlarging the creeping dimension of the wafer end surface and a polishing step of the wafer end surface can be omitted.

この発明の実施の形態1に係る高耐圧半導体装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the high voltage semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による非線形抵抗膜の絶縁抵抗特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the insulation resistance characteristic of the nonlinear resistive film by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による電界緩和領域の電界分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric field distribution of the electric field relaxation area | region by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る他の高耐圧半導体装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the other high voltage | pressure-resistant semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2に係る高耐圧半導体装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the high voltage semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2に係る他の高耐圧半導体装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the other high voltage semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3に係る高耐圧半導体装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the high voltage | pressure-resistant semiconductor device which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3による電界緩和領域の電界分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric field distribution of the electric field relaxation area | region by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3に係る他の高耐圧半導体装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the other high voltage semiconductor device concerning Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4に係る高耐圧半導体装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the high voltage semiconductor device concerning Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態4に係る他の高耐圧半導体装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the other high voltage semiconductor device concerning Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態5に係る高耐圧半導体装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the high voltage semiconductor device concerning Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態6に係る高耐圧半導体装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the high voltage semiconductor device concerning Embodiment 6 of this invention. 従来の高耐圧半導体装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the conventional high voltage semiconductor device. 従来の高耐圧半導体装置による電界緩和領域の電界分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric field distribution of the electric field relaxation area | region by the conventional high voltage | pressure-resistant semiconductor device. 従来の高耐圧半導体装置のベベル構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the bevel structure of the conventional high voltage semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板、2 エピタキシャル層(第1の不純物層)、3 コレクタ電極、4 半導体領域、5a〜5c ガードリング、6 チャネルストッパ(フィールドストップ)、7 エミッタ電極、8a〜8c フィールドプレート、9、9a〜9d 絶縁膜、10 ストッパ電極、12 パッシベーション膜、13 非線形抵抗膜、25 シリコーンゴム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate, 2 Epitaxial layer (1st impurity layer), 3 Collector electrode, 4 Semiconductor region, 5a-5c Guard ring, 6 channel stopper (field stop), 7 Emitter electrode, 8a-8c Field plate, 9, 9a ˜9d Insulating film, 10 stopper electrode, 12 passivation film, 13 nonlinear resistance film, 25 silicone rubber.

Claims (9)

第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板に形成された低濃度の第1導電型の第1の不純物層と、
前記第1の不純物層に形成された高濃度の第2導電型の第2の不純物層からなる半導体領域と、
前記半導体領域を隔離するように前記第1の不純物層の上面に形成された絶縁膜と、
前記半導体領域を囲む電界緩和領域において、前記第1の不純物層の表面層に選択的に形成された低濃度の第2導電型のガードリングと、
前記ガードリングに接触し、かつ前記絶縁膜を介して前記半導体領域の表面の一部を覆うフィールドプレートと、
前記半導体基板および前記第1の不純物層からなる第1導電型半導体層の最縁部の表面に設けられた、高濃度の第1導電型の不純物層からなるフィールドストップと、
前記フィールドストップに接触し、かつ前記絶縁膜を介して前記電界緩和領域の表面の一部を覆うように設けられたストッパ電極とを備え、
前記ガードリングは、互いに隔離された複数のガードリングからなり、
前記フィールドプレートは、前記複数のガードリングにそれぞれ個別に接触した複数のフィールドプレートからなる高耐圧半導体装置であって、
前記電界緩和領域の上部を覆うように形成された非線形抵抗膜およびパッシベーション膜をさらに備え、
前記非線形抵抗膜は、前記非線形抵抗膜に印加される電界に対して抵抗値が低下する特性を有することを特徴とする高耐圧半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate;
A low-concentration first conductivity type first impurity layer formed on the semiconductor substrate;
A semiconductor region formed of a second impurity layer of a high-concentration second conductivity type formed in the first impurity layer;
An insulating film formed on an upper surface of the first impurity layer so as to isolate the semiconductor region;
A low-concentration second conductivity type guard ring selectively formed in a surface layer of the first impurity layer in an electric field relaxation region surrounding the semiconductor region;
A field plate that contacts the guard ring and covers a part of the surface of the semiconductor region via the insulating film;
A field stop made of a high-concentration first-conductivity-type impurity layer provided on the surface of the outermost portion of the first-conductivity-type semiconductor layer made of the semiconductor substrate and the first impurity layer;
A stopper electrode provided in contact with the field stop and provided to cover a part of the surface of the electric field relaxation region through the insulating film;
The guard ring comprises a plurality of guard rings isolated from each other,
The field plate is a high withstand voltage semiconductor device comprising a plurality of field plates individually in contact with the plurality of guard rings,
Further comprising a non-linear resistance film and a passivation film formed so as to cover the upper part of the electric field relaxation region,
The high withstand voltage semiconductor device, wherein the non-linear resistance film has a characteristic that a resistance value decreases with respect to an electric field applied to the non-linear resistance film.
第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板に形成された低濃度の第1導電型の第1の不純物層と、
前記第1の不純物層に形成された高濃度の第2導電型の第2の不純物層からなる半導体領域と、
前記半導体領域を隔離するように前記第1の不純物層の上面に形成された絶縁膜と、
前記半導体領域を囲む電界緩和領域において、前記第1の不純物層の表面層に選択的に形成された低濃度の第2導電型のガードリングと、
前記半導体基板および前記第1の不純物層からなる第1導電型半導体層の最縁部の表面に設けられた、高濃度の第1導電型の不純物層からなるフィールドストップと、
前記フィールドストップに接触し、かつ前記絶縁膜を介して前記電界緩和領域の表面の一部を覆うように設けられたストッパ電極とを備え、
前記ガードリングは、互いに隔離された複数のガードリングからなる高耐圧半導体装置であって、
前記電界緩和領域の上部を覆うように形成された非線形抵抗膜およびパッシベーション膜をさらに備え、
前記非線形抵抗膜は、前記非線形抵抗膜に印加される電界に対して抵抗値が低下する特性を有することを特徴とする高耐圧半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate;
A low-concentration first conductivity type first impurity layer formed on the semiconductor substrate;
A semiconductor region formed of a second impurity layer of a high-concentration second conductivity type formed in the first impurity layer;
An insulating film formed on an upper surface of the first impurity layer so as to isolate the semiconductor region;
A low-concentration second conductivity type guard ring selectively formed in a surface layer of the first impurity layer in an electric field relaxation region surrounding the semiconductor region;
A field stop made of a high-concentration first-conductivity-type impurity layer provided on the surface of the outermost portion of the first-conductivity-type semiconductor layer made of the semiconductor substrate and the first impurity layer;
A stopper electrode provided in contact with the field stop and provided to cover a part of the surface of the electric field relaxation region through the insulating film;
The guard ring is a high voltage semiconductor device comprising a plurality of guard rings isolated from each other,
Further comprising a non-linear resistance film and a passivation film formed so as to cover the upper part of the electric field relaxation region,
The high withstand voltage semiconductor device, wherein the non-linear resistance film has a characteristic that a resistance value decreases with respect to an electric field applied to the non-linear resistance film.
第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板に形成された低濃度の第1導電型の第1の不純物層と、
前記第1の不純物層に形成された高濃度の第2導電型の第2の不純物層からなる半導体領域と、
前記半導体領域を隔離するように前記第1の不純物層の上面に形成された絶縁膜と、
前記半導体領域を囲む電界緩和領域の最縁部に設けられた高濃度の第1導電型の不純物層からなるフィールドストップと、
前記フィールドストップに接触し、かつ前記絶縁膜を介して前記電界緩和領域の表面の一部を覆うように設けられたストッパ電極とを備えた高耐圧半導体装置であって、
前記電界緩和領域の上部を覆うように形成された非線形抵抗膜およびパッシベーション膜をさらに備え、
前記非線形抵抗膜は、前記非線形抵抗膜に印加される電界に対して抵抗値が低下する特性を有することを特徴とする高耐圧半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate;
A low-concentration first conductivity type first impurity layer formed on the semiconductor substrate;
A semiconductor region formed of a second impurity layer of a high-concentration second conductivity type formed in the first impurity layer;
An insulating film formed on an upper surface of the first impurity layer so as to isolate the semiconductor region;
A field stop made of a high-concentration first conductivity type impurity layer provided at the outermost edge of the electric field relaxation region surrounding the semiconductor region;
A high-voltage semiconductor device comprising a stopper electrode that is in contact with the field stop and is provided so as to cover a part of the surface of the electric field relaxation region via the insulating film,
Further comprising a non-linear resistance film and a passivation film formed so as to cover the upper part of the electric field relaxation region,
The high withstand voltage semiconductor device, wherein the non-linear resistance film has a characteristic that a resistance value decreases with respect to an electric field applied to the non-linear resistance film.
前記非線形抵抗膜は、前記パッシベーション膜の機能を兼ねていることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の高耐圧半導体装置。   4. The high breakdown voltage semiconductor device according to claim 1, wherein the non-linear resistance film also functions as the passivation film. 5. 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板に形成された低濃度の第1導電型の第1の不純物層と、
前記第1の不純物層に形成された高濃度の第2導電型の第2の不純物層からなる半導体領域と、
前記半導体領域を囲む電界緩和領域と、前記半導体基板および前記第1の不純物層からなる第1導電型半導体層の最縁部および側面部との上部を覆うように形成された非線形抵抗膜およびパッシベーション膜をさらに備え、
前記非線形抵抗膜は、前記非線形抵抗膜に印加される電界に対して抵抗値が低下する特性を有することを特徴とする高耐圧半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate;
A low-concentration first conductivity type first impurity layer formed on the semiconductor substrate;
A semiconductor region formed of a second impurity layer of a high-concentration second conductivity type formed in the first impurity layer;
A non-linear resistance film and a passivation formed so as to cover an electric field relaxation region surrounding the semiconductor region, and an uppermost portion of the first conductivity type semiconductor layer including the semiconductor substrate and the first impurity layer and a side surface portion. Further comprising a membrane,
The high withstand voltage semiconductor device, wherein the non-linear resistance film has a characteristic that a resistance value decreases with respect to an electric field applied to the non-linear resistance film.
前記非線形抵抗膜は、前記パッシベーション膜の機能を兼ねていることを特徴とする請求項5に記載の高耐圧半導体装置。   The high breakdown voltage semiconductor device according to claim 5, wherein the nonlinear resistance film also functions as the passivation film. 前記非線形抵抗膜は、さらにシリコーンゴムでモールドされていることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の高耐圧半導体装置。   7. The high breakdown voltage semiconductor device according to claim 5, wherein the non-linear resistance film is further molded with silicone rubber. 前記半導体領域の外周縁部の前記電界緩和領域の端面は、斜面形状、V形状またはΣ形状に研磨されていることを特徴とする請求項7に記載の高耐圧半導体装置。   8. The high breakdown voltage semiconductor device according to claim 7, wherein an end face of the electric field relaxation region at an outer peripheral edge of the semiconductor region is polished into a slope shape, a V shape, or a Σ shape. 前記非線形抵抗膜は、平均粒径が0.5μm〜7μmのSiCまたはZnOと、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド/アミド樹脂またはエポキシ樹脂と、の混合物により構成されたことを特徴とする請求項1から請求項8でのいずれか1項に記載の高耐圧半導体装置。   The non-linear resistance film is composed of a mixture of SiC or ZnO having an average particle diameter of 0.5 μm to 7 μm and a polyimide resin, a polyamide resin, a polyimide / amide resin, or an epoxy resin. The high breakdown voltage semiconductor device according to claim 8.
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