JP2010050147A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2010050147A JP2008210826A JP2008210826A JP2010050147A JP 2010050147 A JP2010050147 A JP 2010050147A JP 2008210826 A JP2008210826 A JP 2008210826A JP 2008210826 A JP2008210826 A JP 2008210826A JP 2010050147 A JP2010050147 A JP 2010050147A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-breakdown voltage semiconductor device having a field limiting ring forming a voltage blocking region and a field plate for improving stabilization of blocked voltage and reliability. <P>SOLUTION: In the semiconductor device 50, an element region including a semiconductor element and a voltage blocking region surrounding the element region are formed on a first semiconductor layer 2 of a first conductivity type. The voltage blocking region, which is arranged to continuously surround the element region on the first semiconductor layer 2, is provided with one or more second semiconductor layers 4-6 of a second conductivity type, an insulation film 14, which is formed to cover the first semiconductor layer 2 including the second semiconductor layers 4-6 and contains an insulation thin film part 14a located above the second semiconductor layers 4-6 and reduced in thickness and the rest of insulation thick film part 14b, and plate electrodes 10-12 formed along the upper parts of the second semiconductor layers 4-6 via the insulation thin film part 14a to extend above the first semiconductor layer 2 via the insulation thick film part 14b on the element region side and its opposite side. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体素子に関するものであり、特に、電圧阻止領域を構成するフィールドリミッティングリング及びフィールドプレートを備える高耐圧の半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor element, and more particularly to a high breakdown voltage semiconductor device including a field limiting ring and a field plate constituting a voltage blocking region.

半導体装置において高耐圧を得る方法の一つとして、フィールドリミッティングリング(Field Limiting Ring 、以下ではFLRと略記する場合がある)が知られている。以下に、FLRを有する従来の半導体装置について、特許文献1に記載の半導体装置を例として説明する。   As one method for obtaining a high breakdown voltage in a semiconductor device, a field limiting ring (hereinafter, sometimes abbreviated as FLR) is known. Hereinafter, a conventional semiconductor device having an FLR will be described using the semiconductor device described in Patent Document 1 as an example.

図5及び図6は、FLRを有する従来の半導体装置100を模式的に表す平面図及び断面図である。   5 and 6 are a plan view and a cross-sectional view schematically showing a conventional semiconductor device 100 having an FLR.

図5に示すように、N- 型半導体層102(図6を参照)上に半導体素子等の形成された素子領域116と、該素子領域116の周囲を囲む電圧阻止領域とが設けられている。電圧阻止領域は、いずれも素子領域116を囲む第1電極109と、プレート電極110、プレート電極111及びプレート電極112と、第2電極113とを含む。図6には、図5のVI-VI'線による断面が示されており、これは電圧阻止領域に相当する部分である。 As shown in FIG. 5, an element region 116 in which a semiconductor element or the like is formed on an N type semiconductor layer 102 (see FIG. 6), and a voltage blocking region surrounding the element region 116 are provided. . The voltage blocking region includes a first electrode 109 that surrounds the element region 116, a plate electrode 110, a plate electrode 111, a plate electrode 112, and a second electrode 113. FIG. 6 shows a cross section taken along line VI-VI ′ in FIG. 5, which corresponds to the voltage blocking region.

図6に示す通り、半導体装置100はP+ 型基板101を用いて形成されている。P+ 型基板101上にはN- 型半導体層102が設けられている。 As shown in FIG. 6, the semiconductor device 100 is formed using a P + type substrate 101. An N type semiconductor layer 102 is provided on the P + type substrate 101.

- 型半導体層102上には、P型半導体層103が設けられると共に、P型半導体層103を3重に囲む3つのP型半導体層として、P型半導体層103の側から順にFLR104、FLR105及びFLR106が不純物の拡散により設けられている。また、FLR106よりも更に外側を囲むように、チャネルストッパーとして機能するN+ 型半導体層107が設けられている。 A P-type semiconductor layer 103 is provided on the N -type semiconductor layer 102, and three P-type semiconductor layers that surround the P-type semiconductor layer 103 are formed as FLR 104 and FLR 105 in order from the P-type semiconductor layer 103 side. And FLR 106 are provided by impurity diffusion. Further, an N + type semiconductor layer 107 functioning as a channel stopper is provided so as to surround the outer side further than the FLR 106.

また、N- 型半導体層102上を覆い且つP型半導体層103と、FLR104〜106と、N+ 型半導体層107との上に沿ってそれぞれ溝状に開口された第1の絶縁膜114が設けられている。 Further, a first insulating film 114 covering the N type semiconductor layer 102 and opened in a groove shape along the P type semiconductor layer 103, the FLRs 104 to 106, and the N + type semiconductor layer 107 is formed. Is provided.

P型半導体層103上に低抵抗接触し且つ一部が第1の絶縁膜114を介してN- 型半導体層102の上方にまで延びるように、第1電極109が設けられている。また、FLR104、FLR105及びFLR106上にそれぞれ低抵抗接触するプレート電極110、プレート電極111及びプレート電極112が設けられている。これらプレート電極110、111及び112も、半導体装置100の内側方向(P型半導体層103や素子領域116の方向)及び外側方向(N+ 型半導体層107の方向)においてそれぞれ一部ずつが第1の絶縁膜114を介してN- 型半導体層102の上方にまで延びている。更に、N+ 型半導体層107上に低抵抗接触し且つ一部が一部が第1の絶縁膜114を介してN- 型半導体層102の上方にまで延びるように、第2電極113が設けられている。また、以上の構成要素を覆うように、第2の絶縁膜115が設けられている。 A first electrode 109 is provided on the P-type semiconductor layer 103 so as to make a low-resistance contact and partially extend above the N -type semiconductor layer 102 via the first insulating film 114. Further, a plate electrode 110, a plate electrode 111, and a plate electrode 112 are provided on the FLR 104, FLR 105, and FLR 106, respectively, which are in low resistance contact. The plate electrodes 110, 111, and 112 are also partly first in the inner direction (the direction of the P-type semiconductor layer 103 and the element region 116) and the outer direction (the direction of the N + -type semiconductor layer 107) of the semiconductor device 100. The N type semiconductor layer 102 is extended through the insulating film 114. Further, a second electrode 113 is provided so as to be in a low resistance contact with the N + type semiconductor layer 107 and partly extend above the N type semiconductor layer 102 via the first insulating film 114. It has been. Further, a second insulating film 115 is provided so as to cover the above components.

ここで、以上の電極において、第1の絶縁膜114を介してN- 型半導体層102上方にまで延びる部分をフィールドプレート(field plate 、以下ではFPと記す場合がある)と呼ぶ。特に、外側方向に延びるFPを順フィールドプレート(順FP)、内側方向に延びるFPを逆フィールドプレート(逆FP)と呼ぶ。第1電極109は順FP、第2電極113は逆FPのみを備え、プレート電極110〜112は順FP及び逆FPを共に備えることになる。図6では、プレート電極111についてのみ代表して順FP111a及び逆FP111bに符号を付している。 Here, in the above electrodes, a portion extending to the upper part of the N type semiconductor layer 102 via the first insulating film 114 is called a field plate (hereinafter sometimes referred to as FP). In particular, the FP extending in the outer direction is called a forward field plate (forward FP), and the FP extending in the inner direction is called a reverse field plate (reverse FP). The first electrode 109 includes the forward FP, the second electrode 113 includes only the reverse FP, and the plate electrodes 110 to 112 include both the forward FP and the reverse FP. In FIG. 6, the forward FP 111 a and the reverse FP 111 b are denoted by reference symbols only for the plate electrode 111.

また、P+ 型基板101の裏面(N- 型半導体層102と反対側の面)には、第3電極108が低抵抗接触するように設けられている。 The third electrode 108 is provided on the back surface of the P + -type substrate 101 (the surface opposite to the N -type semiconductor layer 102) so as to make a low resistance contact.

FLR及びFPは、半導体装置100の周辺方向の耐圧を維持するために設けられている。以下にこれを説明する。   FLR and FP are provided to maintain the breakdown voltage in the peripheral direction of the semiconductor device 100. This will be described below.

図5及び図6に示す、従来のFLRを備えた高耐圧の半導体装置100において、PN接合(P型半導体層103とN- 型半導体層102との界面に構成されるPN接合)から空乏層が広がってFLR付近に達すると、該空乏層は更にFLRの外側にまで広がる。FLRが複数設けられている場合、その数に応じて空乏層が広がるため、PN接合部分の曲面状部分(電極が強くなりやすい、平面形状における角の部分)への電界が緩和される。これにより、耐圧が向上する。 In the high breakdown voltage semiconductor device 100 having the conventional FLR shown in FIGS. 5 and 6, a depletion layer is formed from a PN junction (a PN junction formed at the interface between the P-type semiconductor layer 103 and the N -type semiconductor layer 102). When it reaches the vicinity of the FLR, the depletion layer further extends to the outside of the FLR. When a plurality of FLRs are provided, the depletion layer spreads in accordance with the number of FLRs, so that the electric field to the curved surface portion of the PN junction portion (the corner portion of the planar shape where the electrode is likely to be strong) is relaxed. Thereby, the withstand voltage is improved.

但し、FLR構造は電荷の影響を受けやすいため、通常はFLR上にFPを有するプレート電極等を配置し、FPよりも上部にある樹脂中の可動イオン等による電荷をシールドする。また、プレート電極110、111及び112間の距離を小さくしてN- 型半導体層102の上面が露出する面積を小さくする。これによっても、可動イオンの分極による影響をシールドして、阻止電圧を安定化して信頼性の向上に貢献することができる。
特許第3424635号公報 特開平06−97469号公報(図7等)
However, since the FLR structure is easily affected by charges, a plate electrode or the like having an FP is usually disposed on the FLR to shield charges caused by movable ions in the resin above the FP. Further, the distance between the plate electrodes 110, 111, and 112 is reduced to reduce the area where the upper surface of the N type semiconductor layer 102 is exposed. This also shields the influence of mobile ion polarization, stabilizes the blocking voltage, and contributes to the improvement of reliability.
Japanese Patent No. 3424635 Japanese Unexamined Patent Publication No. 06-97469 (FIG. 7 etc.)

しかしながら、特許文献1に記載の従来の半導体装置100において、イオン性物質、水分等の影響をより受けにくくして阻止電圧を安定化し、半導体装置の信頼性を向上するためには、プレート電極110〜112上の等電位線が乱れた場合にもN- 型半導体層102内の等電位線が乱れることなく安定している必要がある。このためには、順FP及び逆FPの長さ、順FPと逆FPとの間隔等をそれぞれ設定し、プレート電極上にある樹脂中のイオン、水分等に起因する電荷分布に対してフィールドプレートの構造を最適化しなければならない。これについて、図7及び図8を参照して更に説明する。 However, in the conventional semiconductor device 100 described in Patent Document 1, in order to stabilize the blocking voltage by making it less susceptible to the influence of ionic substances, moisture, etc., and to improve the reliability of the semiconductor device, the plate electrode 110 is used. Even when the equipotential lines on ˜112 are disturbed, the equipotential lines in the N -type semiconductor layer 102 need to be stable without being disturbed. For this purpose, the length of the forward FP and the reverse FP, the interval between the forward FP and the reverse FP, etc. are set, respectively, and the field plate is applied to the charge distribution caused by ions, moisture, etc. in the resin on the plate electrode. The structure of must be optimized. This will be further described with reference to FIGS.

図7は、図6におけるFLR104、105及び106と、それぞれに形成されたフィールドプレート110、111及び112とを含む範囲を示す図である。また、図7には、FLR105及びその上に設けられたプレート電極111に関係する電位及び容量が示されている。   FIG. 7 is a diagram showing a range including FLRs 104, 105, and 106 in FIG. 6 and field plates 110, 111, and 112 formed respectively. FIG. 7 shows potentials and capacitances related to the FLR 105 and the plate electrode 111 provided thereon.

第2の絶縁膜115上の電位Vmは、例えば高温直流逆バイアス試験等の際に、樹脂中の可動イオンが第2の絶縁膜115の表面ポテンシャルによって分極を起こすことによって発生する(特許文献2の図7等を参照)。また、電位V1及び電位V3は、それぞれ、プレート電極111における逆フィールドプレート111b及び順フィールドプレート111aの下方部分のN- 型半導体層102における電位である。更に、電位V2は、プレート電極111の電位であり、P型半導体層103とほぼ同電位である。 The potential Vm on the second insulating film 115 is generated when mobile ions in the resin are polarized by the surface potential of the second insulating film 115 in, for example, a high-temperature DC reverse bias test (Patent Document 2). (See FIG. 7 etc.). The potential V1 and the potential V3 are potentials in the N type semiconductor layer 102 in the lower part of the reverse field plate 111b and the forward field plate 111a in the plate electrode 111, respectively. Further, the potential V <b> 2 is the potential of the plate electrode 111 and is substantially the same potential as the P-type semiconductor layer 103.

また、容量C0は、電位Vmと電位V2との間の第2の絶縁膜115を介する容量である。更に、第1の絶縁膜114を介して構成される順FP111aとN- 型半導体層102との間の容量が容量C1であり、また、逆FP111bとN- 型半導体層102との間の容量も容量C1である。ここで、順FP111aと逆FP111bとが同じ面積を有しており、その結果として容量が同じC1になっている場合を考えている。 The capacitor C0 is a capacitor through the second insulating film 115 between the potential Vm and the potential V2. Further, the capacitance between the forward FP 111 a and the N type semiconductor layer 102 configured via the first insulating film 114 is a capacitance C 1, and the capacitance between the reverse FP 111 b and the N type semiconductor layer 102. Is also a capacity C1. Here, a case is considered in which the forward FP 111a and the reverse FP 111b have the same area, and as a result, the capacities are the same C1.

次に、図8には、図7に示した容量の等価回路を示す。ここでは、電位V1と電位V2との間の容量C1には電荷量q1、電位V3と電位V2との間の容量C1には電荷量q3が蓄積されるとすると、電位V2と電位Vmとの間の容量C0には電荷量q1+q3が蓄積されることになる。この場合に、
C0×(V2−Vm)=q1+q3
C1×(V1−V2)=q1
C1×(V3−V2)=q3
がそれぞれ成立するから、電位V2は、
V2=C0×Vm/(C0+2C1)+C1×(V1+V3)/(C0+2C1)
と表すことできる。
Next, FIG. 8 shows an equivalent circuit of the capacitor shown in FIG. Here, if the charge amount q1 is accumulated in the capacitor C1 between the potential V1 and the potential V2, and the charge amount q3 is accumulated in the capacitor C1 between the potential V3 and the potential V2, the potential V2 and the potential Vm are The charge amount q1 + q3 is accumulated in the capacitor C0. In this case,
C0 × (V2−Vm) = q1 + q3
C1 * (V1-V2) = q1
C1 × (V3−V2) = q3
Therefore, the potential V2 is
V2 = C0 * Vm / (C0 + 2C1) + C1 * (V1 + V3) / (C0 + 2C1)
Can be expressed as

ここで、電位V2に対する電位Vmの影響を小さくして無視できるようにするには、容量C1の大きさを容量C0に比べて十分大きくすればよい。つまり、C1>>C0の関係が成立すれば、電位V2について、
V2=(V1+V3)/2
となり、電位V2は電位Vmの影響を受けなくなる。尚、容量C1を大きくするためには、フィールドプレートを十分に大きくすればよい。これにより、樹脂中の可動イオンの影響を受けないように阻止電圧を安定化することができる。
Here, in order to make the influence of the potential Vm with respect to the potential V2 small and negligible, the size of the capacitor C1 may be sufficiently larger than the capacitor C0. That is, if the relationship of C1 >> C0 is established, the potential V2 is
V2 = (V1 + V3) / 2
Thus, the potential V2 is not affected by the potential Vm. In order to increase the capacity C1, the field plate should be sufficiently large. Thereby, the blocking voltage can be stabilized so as not to be affected by the movable ions in the resin.

ここで、プレート電極111の電位V2はFLR105の電位とほぼ同じであり、また、FLR105の電位は電位V1と電位V3との間の値である。しかし、FLR105の電位は、必ずしも電位V1と電位V3との和の1/2の電位になるわけではない。   Here, the potential V2 of the plate electrode 111 is substantially the same as the potential of the FLR 105, and the potential of the FLR 105 is a value between the potential V1 and the potential V3. However, the potential of the FLR 105 is not necessarily a half of the sum of the potential V1 and the potential V3.

半導体装置100の安定化のためには、電位V2とFLR105の内部電位とを一致させることが望ましい。そのためには、先の例ではいずれも同じC1であるものとした順FPとN- 型半導体層102との間の容量、及び、逆FPとN- 型半導体層102との間の容量について、個別に調整(最適化)しなければならない。また、同様の調整をプレート電極110及び112についても行なう必要がある。しかし、これは半導体装置100、特にフィールドプレートについて微細で且つ厳密な設計と製造の精度とが要求されることを意味しており、困難なものとなりうる。よって、このような点の解決が課題となっている。 In order to stabilize the semiconductor device 100, it is desirable to match the potential V2 with the internal potential of the FLR 105. To that end, regarding the capacitance between the forward FP and the N type semiconductor layer 102 and the capacitance between the reverse FP and the N type semiconductor layer 102, which are all the same C1 in the previous example, Must be individually adjusted (optimized). Further, it is necessary to perform the same adjustment for the plate electrodes 110 and 112. However, this means that the semiconductor device 100, particularly the field plate, requires a fine and strict design and manufacturing accuracy, which can be difficult. Therefore, the solution of such a point is an issue.

以上を鑑みて、本発明の目的は、阻止電圧が安定化されていることによる高い信頼性を容易に実現する半導体装置を提供することである。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that easily realizes high reliability due to stabilization of the blocking voltage.

前記の目的を達成するため、本願に係る半導体装置は、第1導電型の第1半導体層上に、半導体素子を含む素子領域と、素子領域を囲む電圧阻止領域とを備え、電圧阻止領域は、第1半導体層上に素子領域を連続して囲むように設けられ、第2導電型である少なくとも一つの第2半導体層と、第2半導体層上に沿って素子領域を囲むように形成された絶縁薄膜部と、絶縁薄膜部を挟むように第2半導体層の両端部上及び第1半導体層上を覆うように形成された絶縁厚膜部とを含む絶縁膜と、第2半導体層上に沿って絶縁薄膜部を介して形成され、素子領域側及びその反対側における絶縁厚膜部を介して第1半導体層上方にまで延びるプレート電極とを有する。   In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present application includes an element region including a semiconductor element and a voltage blocking region surrounding the element region on a first semiconductor layer of a first conductivity type. The element region is provided on the first semiconductor layer so as to continuously surround the element region, and is formed so as to surround the element region along the second semiconductor layer with at least one second semiconductor layer of the second conductivity type. An insulating film comprising: an insulating thin film portion; an insulating thick film portion formed so as to cover both end portions of the second semiconductor layer and the first semiconductor layer so as to sandwich the insulating thin film portion; and the second semiconductor layer And a plate electrode extending to the upper side of the first semiconductor layer via the insulating thick film portion on the element region side and the opposite side thereof.

本発明の半導体装置によると、素子領域を囲んで設けられた第2半導体層がフィールドリミッティングリング(FLR)、該第2半導体層上に設けられたプレート電極のうち絶縁厚膜部上にまで延びた部分がフィールドプレート(FP)として機能し、耐圧を維持する効果を発揮する。また、上方の電荷をシールドして阻止電圧を安定化するFPを備えるプレート電極について、第2半導体層(FLR)上に接しておらず、絶縁膜(絶縁薄膜部)を介して設けられている。このことにより、以下に説明する通り、FPの最適化を不要としている。   According to the semiconductor device of the present invention, the second semiconductor layer provided so as to surround the element region extends to the field limiting ring (FLR) and the insulating thick film portion of the plate electrode provided on the second semiconductor layer. The extended portion functions as a field plate (FP) and exhibits the effect of maintaining the breakdown voltage. Further, the plate electrode provided with the FP that shields the upper charge and stabilizes the blocking voltage is not in contact with the second semiconductor layer (FLR) but is provided via the insulating film (insulating thin film portion). . This eliminates the need for FP optimization as described below.

本発明の半導体装置において、FPと、絶縁薄膜部を挟んでFPの下方に位置する部分の第1半導体層とにより構成される容量(FP部の容量)に加えて、第2半導体層と、その上に絶縁薄膜部を挟んで設けられた部分のプレート電極とにより構成される容量(底部の容量)が構成される。ここで、底部の容量を十分に大きくすれば、FP部の容量の影響を無視することができ、近似的にはプレート電極の電位が第2半導体層の電位のみによって決まるようになる。このために、FPについての最適化が不要となる。尚、底部の容量に関わる絶縁膜は絶縁薄膜部であり、FP部の容量に関わる絶縁厚膜部よりも薄いことから、底部の容量をFP部の容量よりも大きくするのは容易である。   In the semiconductor device of the present invention, in addition to the capacitance (capacitance of the FP portion) constituted by the FP and a portion of the first semiconductor layer located below the FP across the insulating thin film portion, A capacitor (bottom capacitor) is formed by a portion of the plate electrode provided on the insulating thin film portion therebetween. Here, if the capacitance at the bottom is sufficiently increased, the influence of the capacitance at the FP portion can be ignored, and the potential of the plate electrode is approximately determined only by the potential of the second semiconductor layer. For this reason, it is not necessary to optimize the FP. Since the insulating film related to the capacitance at the bottom is an insulating thin film portion and is thinner than the insulating thick film portion related to the capacitance at the FP portion, it is easy to make the capacitance at the bottom larger than the capacitance at the FP portion.

尚、第2半導体層は複数設けられ且つ互いに第1半導体層を挟んで離間して配置されていることが好ましい。   Note that it is preferable that a plurality of second semiconductor layers are provided and spaced apart from each other with the first semiconductor layer interposed therebetween.

つまり、素子領域が複数のフィールドリミッティングリングによって互いに接することなく(そのため、交差することもなく)何重にも囲まれているのがよい。これにより、FLRの数に応じて電界を広げ、耐圧を更に向上することができる。   In other words, it is preferable that the element region is surrounded by multiple layers without contacting each other by a plurality of field limiting rings (and therefore without intersecting). Thereby, the electric field can be expanded according to the number of FLRs, and the breakdown voltage can be further improved.

また、第1半導体層上に、素子領域を連続して囲むと共に第2半導体層に囲まれた第2導電型の第3半導体層を備え、絶縁膜は、第3半導体層の上面を露出させるように設けられ、第3半導体層上に沿って素子領域を囲むように設けられ、且つ、第3半導体層に接触するように形成された第1電極を更に備えることが好ましい。   In addition, a third semiconductor layer of a second conductivity type that continuously surrounds the element region and is surrounded by the second semiconductor layer is provided on the first semiconductor layer, and the insulating film exposes an upper surface of the third semiconductor layer. It is preferable to further include a first electrode provided so as to surround the element region along the third semiconductor layer and to be in contact with the third semiconductor layer.

更に、第1電極は、第2半導体層側における絶縁厚膜部を介して第1半導体層上方にまで延びるように形成されていることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the first electrode is formed so as to extend above the first semiconductor layer via the insulating thick film portion on the second semiconductor layer side.

また、第1半導体層上に第2半導体層を連続して囲み、第1導電型で且つ第1半導体層よりも不純物濃度の高い第4半導体層を備え、絶縁膜は、第4半導体層の上面を露出させるように設けられ、第4半導体層上に沿って第2半導体層を囲むように設けられ、且つ、第4半導体層に接触するように形成された第2電極とを更に備えることが好ましい。   In addition, the second semiconductor layer is continuously surrounded on the first semiconductor layer, the fourth semiconductor layer having the first conductivity type and the impurity concentration higher than that of the first semiconductor layer is provided, and the insulating film is formed of the fourth semiconductor layer. A second electrode provided to expose the upper surface, surrounding the second semiconductor layer along the fourth semiconductor layer, and formed to contact the fourth semiconductor layer; Is preferred.

更に、第2電極は、第2半導体層側における絶縁厚膜部を介して第1半導体層上方にまで延びるように形成されていることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the second electrode is formed so as to extend above the first semiconductor layer via the insulating thick film portion on the second semiconductor layer side.

第1電極及び第3電極は、半導体装置に電流を通じるための電極として使用される。また、第4半導体層はチャネルストッパーとして機能し、その上に設けられた第2電極は、素子領域の側から第1半導体層中を延びてくる空乏層が第4半導体層にまで達するのを防ぐ機能を果たす。第1電極及び第2電極のうち絶縁厚膜部上に延びる部分は、フィールドプレートとして機能する。   The first electrode and the third electrode are used as electrodes for passing a current through the semiconductor device. The fourth semiconductor layer functions as a channel stopper, and the second electrode provided on the fourth semiconductor layer prevents the depletion layer extending from the element region side into the first semiconductor layer from reaching the fourth semiconductor layer. It serves to prevent. A portion of the first electrode and the second electrode that extends on the insulating thick film portion functions as a field plate.

また、絶縁薄膜部上の部分のプレート電極と、第2半導体層との間に構成される容量は、絶縁厚膜部上の部分のプレート電極と、第1半導体層との間に構成される容量の十倍以上であることが好ましい。   The capacitance formed between the plate electrode on the insulating thin film portion and the second semiconductor layer is formed between the plate electrode on the insulating thick film portion and the first semiconductor layer. The capacity is preferably ten times or more of the capacity.

また、絶縁厚膜部の膜厚は、絶縁薄膜部の膜厚の十倍以上であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the film thickness of an insulating thick film part is ten times or more of the film thickness of an insulating thin film part.

このようにすると、プレート電極の電位が第2半導体層の電位にみによって決まる効果がより確実に発揮される。   In this way, the effect that the potential of the plate electrode is determined only by the potential of the second semiconductor layer is more reliably exhibited.

本発明の半導体装置によると、フィールドリミッティングリング上に薄い絶縁膜を介してプレート電極を設けることにより、フィールドリミッティングリングとプレート電極との間に容量を構成している。このことによって、プレート電極が有するフィールドプレートとその下方の半導体層との間に構成される容量の影響を避けることができ、その結果、フィールドプレートの最適化を要することなく容易に半導体装置の阻止電圧を安定化し、信頼性を向上することができる。   According to the semiconductor device of the present invention, a plate electrode is provided on the field limiting ring via a thin insulating film, thereby forming a capacitor between the field limiting ring and the plate electrode. As a result, the influence of the capacitance formed between the field plate of the plate electrode and the semiconductor layer below it can be avoided, and as a result, the semiconductor device can be easily blocked without requiring optimization of the field plate. Voltage can be stabilized and reliability can be improved.

以下、本発明の一実施形態に係るフィールドリミッティングリング(FLR)及びフィールドプレート(FP)を含む電圧阻止領域を備えた高耐圧の半導体装置について、図面を参照しながら説明する。図1及び図2は、本実施形態の半導体装置50を模式的に示す平面図及び断面図である。   A high voltage semiconductor device having a voltage blocking region including a field limiting ring (FLR) and a field plate (FP) according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are a plan view and a cross-sectional view schematically showing the semiconductor device 50 of the present embodiment.

図1に示すように、半導体装置50において、N- 型半導体層2(図2を参照)上に半導体素子等の形成された素子領域16を備えており、素子領域16にはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が形成されている。また、素子領域16の周囲を囲むように電圧阻止領域が設けられている。電圧阻止領域には第1電極9と、3つのプレート電極10、プレート電極11及びプレート電極12と、第2電極13とが含まれている。これらの各電極はいずれも素子領域16を連続して囲む角の丸い四角形状の平面形状を有しており、且つ、互いに接触しない(そのため、交差することもない)ように配置されている。つまり、素子領域16を第1電極9が囲み、その外側を3つのプレート電極10〜12が3重に囲み、更に外側を第2電極13が囲んでいる。 As shown in FIG. 1, a semiconductor device 50 includes an element region 16 in which a semiconductor element or the like is formed on an N type semiconductor layer 2 (see FIG. 2), and the element region 16 includes an IGBT (Insulated Gate). Bipolar Transistor) is formed. A voltage blocking region is provided so as to surround the element region 16. The voltage blocking region includes a first electrode 9, three plate electrodes 10, a plate electrode 11 and a plate electrode 12, and a second electrode 13. Each of these electrodes has a quadrangular planar shape with rounded corners that continuously surround the element region 16 and is arranged so as not to contact each other (and therefore do not cross). That is, the first electrode 9 surrounds the element region 16, the three plate electrodes 10 to 12 are surrounded by three layers on the outer side, and the second electrode 13 is further surrounded on the outer side.

また、図1におけるII-II'線による断面が図2に示されている。これは、電圧阻止領域に相当する部分である。   A cross section taken along line II-II ′ in FIG. 1 is shown in FIG. This is a portion corresponding to the voltage blocking region.

図2に示す通り、半導体装置50はP+ 型半導体基板1を用いて形成されている。基板の抵抗成分を少なくするため、P+ 型半導体基板1の不純物濃度は、1019cm-3以上とするのがよい。P+ 型半導体基板1上には、N- 型半導体層2が設けられている。一例として逆耐圧が500V程度である場合、N- 型半導体層2は、10〜20Ω・cm程度となる不純物濃度で且つ厚さ20〜40μm程度とする。 As shown in FIG. 2, the semiconductor device 50 is formed using a P + type semiconductor substrate 1. In order to reduce the resistance component of the substrate, the impurity concentration of the P + type semiconductor substrate 1 is preferably set to 10 19 cm −3 or more. An N type semiconductor layer 2 is provided on the P + type semiconductor substrate 1. As an example, when the reverse breakdown voltage is about 500 V, the N type semiconductor layer 2 has an impurity concentration of about 10 to 20 Ω · cm and a thickness of about 20 to 40 μm.

- 型半導体層2上面(P+ 型半導体基板1と反対側の面)には、素子領域16を連続して囲むP型半導体層3がP型不純物の拡散により形成されている。更に、P型半導体層3を3重に囲む3つのP型半導体層として、P型半導体層3の側から順にFLR4、FLR5及びFLR6が形成されている。P型半導体層3及び各FLR4〜6は、それぞれN− 型半導体層2を挟んで離間して形成されており、同一条件で形成されたP型拡散層を用いても良い。例えば、P型半導体層3及び各FLR4〜6におけるP型不純物の不純物濃度を1017〜1018cm-3、N- 型半導体層2に対する接合深さを数μmとし、それぞれのP型層内が完全に空乏化するのを避けて電荷中性領域を維持するようにする。 On the upper surface of the N type semiconductor layer 2 (surface opposite to the P + type semiconductor substrate 1), a P type semiconductor layer 3 continuously surrounding the element region 16 is formed by diffusion of P type impurities. Further, FLR4, FLR5, and FLR6 are formed in order from the P-type semiconductor layer 3 side as three P-type semiconductor layers that surround the P-type semiconductor layer 3 in a triple manner. The P-type semiconductor layer 3 and each of the FLRs 4 to 6 are formed apart from each other with the N− type semiconductor layer 2 interposed therebetween, and P-type diffusion layers formed under the same conditions may be used. For example, the impurity concentration of P-type impurities in the P-type semiconductor layer 3 and each of the FLRs 4 to 6 is 10 17 to 10 18 cm −3 , the junction depth to the N -type semiconductor layer 2 is several μm, The charge neutral region is maintained while avoiding the complete depletion of.

また、FLR6よりも更に外側を囲むように、N型不純物の拡散により形成され、チャネルストッパーとして機能するN+ 型半導体層7が設けられている。N+ 型半導体層7におけるN型不純物の不純物濃度は、例えば1020cm-3程度とする。N+ 型半導体層7は、N- 型半導体層2を挟んでFLR6から離間して形成されており、N+ 型半導体層7とFLR6との間隔は、P型半導体層3及び各FLR4〜6のそれぞれの間隔よりも広く形成されている。 Further, an N + type semiconductor layer 7 formed by diffusion of N type impurities and functioning as a channel stopper is provided so as to surround the outer side further than the FLR 6. The impurity concentration of the N-type impurity in the N + -type semiconductor layer 7 is, for example, about 10 20 cm −3 . The N + type semiconductor layer 7 is formed away from the FLR 6 with the N type semiconductor layer 2 interposed therebetween, and the interval between the N + type semiconductor layer 7 and the FLR 6 is determined by the P type semiconductor layer 3 and the FLRs 4 to 6. It is formed wider than each interval.

- 型半導体層2上及び各FLR4〜6上を覆うと共に、P型半導体層3及びN+ 型半導体層7の端の一部分の上にかかるように、第1絶縁膜14が形成されている。第1絶縁膜14は、各FLR4〜6上の部分において膜厚の小さくなった絶縁薄膜部14aと、その他の膜厚の大きい絶縁厚膜部14bとを含む。すなわち、P型半導体層3及びN+ 型半導体層7の上における第1絶縁膜14には開口が設けられている一方、各FLR4〜6の上における第1絶縁膜14には各FLR4〜6の幅よりも狭い幅で絶縁薄膜部14aが形成されている。絶縁薄膜部14aはFLR4〜6上にそれぞれ連続して沿うように延びており、結果として、第1絶縁膜14は、FLR4〜6上において絶縁厚膜部14bに対して絶縁薄膜部14aの膜厚が薄いことによって、FLR4〜6上にそれぞれ溝を有していることになる。 A first insulating film 14 is formed so as to cover the N type semiconductor layer 2 and each of the FLRs 4 to 6, and cover part of the ends of the P type semiconductor layer 3 and the N + type semiconductor layer 7. . The first insulating film 14 includes an insulating thin film portion 14a having a small thickness in the portion on each of the FLRs 4 to 6, and another insulating thick film portion 14b having a large thickness. That is, an opening is provided in the first insulating film 14 on the P-type semiconductor layer 3 and the N + -type semiconductor layer 7, while each FLR 4-6 is provided in the first insulating film 14 on each FLR 4-6. The insulating thin film portion 14a is formed with a width narrower than the width of. The insulating thin film portion 14a extends continuously on the FLRs 4 to 6 respectively. As a result, the first insulating film 14 is formed on the FLR 4 to 6 with respect to the insulating thick film portion 14b. Since the thickness is small, the grooves are provided on the FLRs 4 to 6, respectively.

また、P型半導体層3上に低抵抗接触するように第1電極9が形成されている。第1電極9は、第1絶縁膜14に設けられた開口部においてP型半導体層3に直接接続されていると共に、その一部が第1絶縁膜14(絶縁厚膜部14b)を介してN- 型半導体層2上方にまで延びた部分である順フィールドプレート(半導体装置50において外側に延びるFP)を有している。また、N+ 型半導体層7上に低抵抗接触するように第2電極13が形成されている。第2電極13は、第1絶縁膜14に設けられた開口部においてN型半導体層7に直接接続されていると共に、その一部が第1絶縁膜14を介してN- 型半導体層2上方にまで延びた部分である逆フィールドプレートを有する。第1電極9及び第2電極13は、例えばAl等の金属により形成する。 A first electrode 9 is formed on the P-type semiconductor layer 3 so as to make a low resistance contact. The first electrode 9 is directly connected to the P-type semiconductor layer 3 in the opening provided in the first insulating film 14, and a part of the first electrode 9 is interposed through the first insulating film 14 (insulating thick film portion 14b). A forward field plate (FP extending outward in the semiconductor device 50), which is a portion extending to above the N type semiconductor layer 2, is provided. A second electrode 13 is formed on the N + type semiconductor layer 7 so as to make a low resistance contact. The second electrode 13 is directly connected to the N-type semiconductor layer 7 in the opening provided in the first insulating film 14, and a part of the second electrode 13 is located above the N -type semiconductor layer 2 via the first insulating film 14. A reverse field plate which is a portion extending up to. The first electrode 9 and the second electrode 13 are made of a metal such as Al.

FLR4、FLR5及びFLR6上には、それぞれ第1絶縁膜14(絶縁薄膜部14a)を介してプレート電極10、プレート電極11及びプレート電極12が形成されている。これらのプレート電極10〜12は、それぞれ、半導体装置50の外側に向かって絶縁厚膜部14bを介してN- 型半導体層2上方にまで延びた順FPと、その反対側(素子領域16側)に向かって絶縁厚膜部14bを介してN- 型半導体層2上方にまで延びた逆FPとを備えている。各プレート電極10〜12は、ポリシリコン、Al等により形成する。尚、代表してプレート電極11のみに、順フィールドプレート11a及び逆フィールドプレート11bの符号を付している。 A plate electrode 10, a plate electrode 11, and a plate electrode 12 are formed on the FLR4, FLR5, and FLR6 via a first insulating film 14 (insulating thin film portion 14a), respectively. Each of these plate electrodes 10 to 12 has a forward FP extending to the upper side of the N type semiconductor layer 2 through the insulating thick film portion 14b toward the outside of the semiconductor device 50, and the opposite side (on the element region 16 side). ) And an inverted FP extending to above the N type semiconductor layer 2 via the insulating thick film portion 14b. Each plate electrode 10-12 is formed of polysilicon, Al or the like. Note that, as a representative, only the plate electrode 11 is given the reference numerals of the forward field plate 11a and the reverse field plate 11b.

更に、第1電極9、各FLR4〜6、第2電極13及び第1絶縁膜14を覆うように、第2絶縁膜15が形成されている。また、P+ 型半導体基板1の下面(N- 型半導体層2と反対側の面)には、第3電極8が低抵抗接触するように形成されている。これは、Al等の金属により形成する。 Further, a second insulating film 15 is formed so as to cover the first electrode 9, the FLRs 4 to 6, the second electrode 13, and the first insulating film 14. Further, the third electrode 8 is formed on the lower surface of the P + type semiconductor substrate 1 (surface opposite to the N type semiconductor layer 2) so as to be in a low resistance contact. This is formed of a metal such as Al.

図5及び図6に示した従来の半導体装置100の場合と同様に、本実施形態においても、各FLR4〜6及び各プレート電極10〜12は半導体装置50の周辺方向への耐圧を維持するために設けられている。   As in the case of the conventional semiconductor device 100 shown in FIGS. 5 and 6, in this embodiment, each FLR 4 to 6 and each plate electrode 10 to 12 maintain a breakdown voltage in the peripheral direction of the semiconductor device 50. Is provided.

次に、図3には、図2における各FLR4〜6及びそれぞれの上に設けられた各プレート電極10〜12を含む領域が示されている。また、図3には、FLR5及びその上方のプレート電極11に関する電位及び容量が示されている。   Next, FIG. 3 shows a region including each FLR 4 to 6 in FIG. 2 and each plate electrode 10 to 12 provided thereon. Further, FIG. 3 shows potentials and capacitances related to the FLR 5 and the plate electrode 11 thereabove.

第2絶縁膜15上の電位Vmは、例えば高温直流逆バイアス試験等の際に、第2絶縁膜15の更に上方に形成されている樹脂中の可動イオンが、第2絶縁膜15の表面ポテンシャルによって分極を引き起こすことによって発生する。電位V1及び電位V3は、それぞれ、プレート電極11における逆FP11b及び順FP11aの下方部分のN- 型半導体層2における電位であり、言い換えると、FLR5の内側に位置する部分及び外側に位置する部分のN- 型半導体層2の電位である。電位Vpsはプレート電極11における電位であり、電位V2はP型半導体層であるFLR5内における電位である。 The potential Vm on the second insulating film 15 is such that, for example, in the high-temperature DC reverse bias test, the movable ions in the resin formed further above the second insulating film 15 are the surface potential of the second insulating film 15. Caused by causing polarization. The potential V1 and the potential V3 are the potentials in the N type semiconductor layer 2 in the lower part of the reverse FP 11b and the forward FP 11a in the plate electrode 11, respectively, in other words, in the part located inside the FLR 5 and the part located outside This is the potential of the N type semiconductor layer 2. The potential Vps is a potential in the plate electrode 11, and the potential V2 is a potential in the FLR 5 that is a P-type semiconductor layer.

次に、容量C0は電位Vmと電位Vpsとの間に第2絶縁膜15を介して構成される容量である。C1は、順FP11aとその下方の部分のN- 型半導体層2との間、及び、逆FP11bとその下方の部分のN- 型半導体層2との間に、第1絶縁膜14(絶縁厚膜部14b)を介してそれぞれ構成された容量である。ここでは、順FP11a及び逆FP11bについてその長さ等を調整することにより、同じ値の容量C1となっている。更に、容量C2は、FLR5とプレート電極11との間に、第1絶縁膜14(絶縁薄膜部14a)を介して構成された容量である。 Next, the capacitor C0 is a capacitor configured via the second insulating film 15 between the potential Vm and the potential Vps. C1 is a first insulating film 14 (insulating thickness) between the forward FP 11a and the N type semiconductor layer 2 in the lower part and between the reverse FP 11b and the N type semiconductor layer 2 in the lower part. The capacities are respectively configured via the membrane part 14b). Here, by adjusting the length and the like of the forward FP 11a and the reverse FP 11b, the capacitance C1 has the same value. Further, the capacitor C2 is a capacitor formed between the FLR 5 and the plate electrode 11 via the first insulating film 14 (insulating thin film portion 14a).

図4には、図3に示す各容量の等価回路を示す。ここで、電位V1と電位Vpsとの間の容量C1には電荷量q1、電位V3と電位Vpsとの間の容量C1には電荷量q3、電位V2と電位Vpsとの間の容量C2には電荷量q2が蓄積されるとすると、電位Vmと電位Vpsとの間の容量C0には電荷量q1+q2+q3が蓄積されることになる。   FIG. 4 shows an equivalent circuit of each capacitor shown in FIG. Here, the capacitance C1 between the potential V1 and the potential Vps has a charge amount q1, the capacitance C1 between the potential V3 and the potential Vps has a charge amount q3, and the capacitance C2 between the potential V2 and the potential Vps has a capacitance C2. If the charge amount q2 is accumulated, the charge amount q1 + q2 + q3 is accumulated in the capacitor C0 between the potential Vm and the potential Vps.

この場合に、
C0×(Vps−Vm)=q1+q2+q3
C1×(V1−Vps)=q1
C2×(V2−Vps)=q2
C1×(V3−Vps)=q3
がそれぞれ成立するから、電位Vpsは、
Vps=C0×Vm/(C0+2C1+C2)+C1×(V1+V3)/(C0+2C1+C2)+C2×V2/(C0+2C1+C2)
と表すことができる。
In this case,
C0 × (Vps−Vm) = q1 + q2 + q3
C1 × (V1−Vps) = q1
C2 × (V2−Vps) = q2
C1 × (V3−Vps) = q3
Therefore, the potential Vps is
Vps = C0 × Vm / (C0 + 2C1 + C2) + C1 × (V1 + V3) / (C0 + 2C1 + C2) + C2 × V2 / (C0 + 2C1 + C2)
It can be expressed as.

ここで、電位Vpsに対する電位Vmの影響を小さくして無視できるようにするには、容量C2の大きさを、容量C0及び容量C1に比べて十分に大きくすれば良い。つまり、容量値について、C2>>C0及びC2>>C1の関係がいずれも成立するようにする。このようにすると、電位Vpsについて
Vps=V2
となる。つまり、容量について前記の関係が成立する場合、電位Vpsは近似的に電位V2と等しくなる。この場合、プレート電極11の電位VpsはFLR5の電位V2のみによって決定され、FLR5の内側部分及び外側部分のN- 型半導体層2の電位V1及び電位V3の影響を受けない。当然、そのような条件を設定したのであるから、この場合のVpsは電位Vmの影響も受けない。
Here, in order to make the influence of the potential Vm on the potential Vps small and negligible, the size of the capacitor C2 may be sufficiently larger than the capacitors C0 and C1. That is, the relationship between the capacitance values C2 >> C0 and C2 >> C1 is established. In this way, for the potential Vps, Vps = V2.
It becomes. That is, when the above relationship is established for the capacitance, the potential Vps is approximately equal to the potential V2. In this case, the potential Vps of the plate electrode 11 is determined only by the potential V2 of the FLR 5, and is not affected by the potential V1 and the potential V3 of the N type semiconductor layer 2 in the inner part and the outer part of the FLR 5. Of course, since such conditions are set, Vps in this case is not affected by the potential Vm.

このことから、阻止電圧が安定化し、信頼性が向上する。また、プレート電極11における電位Vpsに対し、順FP11a及び逆FP11bに関する容量C1は影響しないのであるから、従来技術の構造とは異なり、順FP11a及び逆FP11bについての厳密且つ微細な設計及び製造精度が要求されることはない。   This stabilizes the blocking voltage and improves the reliability. In addition, since the capacitance C1 related to the forward FP 11a and the reverse FP 11b does not affect the potential Vps at the plate electrode 11, unlike the structure of the prior art, the strict and fine design and manufacturing accuracy for the forward FP 11a and the reverse FP 11b are different. It is never required.

尚、容量C0及び容量C1が容量C2に比べて無視できるというためには、容量C0及び容量C1に対して容量C2が十倍以上の容量値となっていることが望ましい。   In order that the capacitance C0 and the capacitance C1 can be ignored as compared with the capacitance C2, it is desirable that the capacitance C2 has a capacitance value more than ten times the capacitance C0 and the capacitance C1.

また、順FP11a及び逆FP11bに関する容量は等しくC1であるものとして説明したが、これは必須ではなく、互いに異なっている場合にも近似的にVps=V2は成立する。この場合、順フィールド11aとその下方のN- 型半導体層2との間の容量をC3として、先に示したC1×(V3−Vps)=q3の関係に代えてC3×(V3−Vps)=q3の関係を考えればよい。 In addition, although it has been described that the capacities relating to the forward FP 11a and the reverse FP 11b are equal to C1, this is not essential, and Vps = V2 is approximately established even when they are different from each other. In this case, assuming that the capacitance between the forward field 11a and the N type semiconductor layer 2 below it is C3, C3 × (V3−Vps) is substituted for the relationship of C1 × (V3−Vps) = q3 described above. = Q3 may be considered.

この場合、
Vps=(C1V1+C2V2+C3V3+C0Vm)/(C0+C1+C2+C3)
となるから、C2>>C0及びC2>>C1の関係に加えてC2>>C3の関係も成り立つとすると、やはりVps=V2が近似的に成り立つ。
in this case,
Vps = (C1V1 + C2V2 + C3V3 + C0Vm) / (C0 + C1 + C2 + C3)
Therefore, if the relationship C2 >> C3 is satisfied in addition to the relationship C2 >> C0 and C2 >> C1, Vps = V2 is also approximately satisfied.

一例として、隣り合うFLR同士の電位差が100VとなるようにFLRの間隔を設定し、容量C2の絶縁膜、つまり第1絶縁膜14の絶縁薄膜部14aを熱酸化膜とする場合考える。このとき、絶縁薄膜部14aの絶縁破壊を避けるためには、熱酸化膜の絶縁破壊強度が8〜10×106 V/cm程度であることから、絶縁薄膜部14aの膜厚は少なくとも数十nm必要である。 As an example, consider the case where the FLR interval is set so that the potential difference between adjacent FLRs is 100 V, and the insulating film of the capacitor C2, that is, the insulating thin film portion 14a of the first insulating film 14, is used as a thermal oxide film. At this time, in order to avoid dielectric breakdown of the insulating thin film portion 14a, since the dielectric breakdown strength of the thermal oxide film is about 8 to 10 × 10 6 V / cm, the film thickness of the insulating thin film portion 14a is at least several tens. nm is required.

また、容量C1の絶縁膜、つまり第1絶縁膜14の絶縁厚膜部14bについても熱酸化膜として形成する場合、C2>>C1を成立させるためには、絶縁厚膜部14bの膜厚を数百nm以上とするのが望ましい。また、絶縁薄膜部14aに比べて絶縁厚膜部14bの厚さを十倍以上とすることも望ましい。   Further, when the insulating film of the capacitor C1, that is, the insulating thick film portion 14b of the first insulating film 14 is also formed as a thermal oxide film, the thickness of the insulating thick film portion 14b is set to satisfy C2 >> C1. It is desirable that the thickness be several hundred nm or more. It is also desirable that the thickness of the insulating thick film portion 14b is ten times or more that of the insulating thin film portion 14a.

更に、C2>>C0を成立させるためには、第2絶縁膜15の膜厚についても数百nm以上とする。   Furthermore, in order to establish C2 >> C0, the thickness of the second insulating film 15 is also set to several hundred nm or more.

また、フィールドプレート同士の間隔を狭めてN- 型半導体層2がプレート電極10〜12に覆われずに露出する部分の面積を小さくすることにより、シールド効果を高めることができる。この場合、フィールドプレートの面積が広くなって容量C0及び容量C1の容量値が大きくなるから、C2>>C1及びC2>>C0を維持するように設計する必要がある。具体的には、絶縁厚膜部14bの膜厚及び第2絶縁膜15の膜厚を更に大きくして容量C0及び容量C1の容量値を小さくすれば良い。また、FLR5の幅を大きくすることにより、容量C2の容量値を大きくすることにしても良い。 Further, the shielding effect can be enhanced by narrowing the distance between the field plates and reducing the area of the N type semiconductor layer 2 exposed without being covered with the plate electrodes 10 to 12. In this case, since the area of the field plate is increased and the capacitance values of the capacitors C0 and C1 are increased, it is necessary to design so as to maintain C2 >> C1 and C2 >> C0. Specifically, the thickness of the insulating thick film portion 14b and the thickness of the second insulating film 15 may be further increased to reduce the capacitance values of the capacitors C0 and C1. Further, the capacitance value of the capacitor C2 may be increased by increasing the width of the FLR5.

また、以上では半導体装置50が3つ備えているフィールドリミッティングリングであるFLR4、FLR5及びFLR6のうちのFLR5を取り上げて説明したが、その他のFLR4及びFLR6(と、それぞれの上方に形成されたプレート電極10及び12)に関しても以上の内容を適用することができる。   In the above description, FLR5 of FLR4, FLR5, and FLR6, which is a field limiting ring provided by three semiconductor devices 50, has been described, but other FLR4 and FLR6 (and formed above each other) The above contents can be applied to the plate electrodes 10 and 12).

更に、FLR(及びプレート電極)は本実施形態における3つに限るわけではない。少なくとも一つあれば機能を発揮し、数を増やすほど耐圧は向上する。また、FLR、プレート電極等について、本実施形態の場合は角の丸くなった四角形状の平面形状を有しているが、これには限らず、円状等の他の平面形状であっても良い。   Furthermore, the number of FLRs (and plate electrodes) is not limited to three in the present embodiment. If there is at least one, the function is demonstrated, and the withstand voltage improves as the number increases. In addition, the FLR, the plate electrode, and the like have a rectangular planar shape with rounded corners in the case of this embodiment, but the present invention is not limited to this, and other planar shapes such as a circular shape may be used. good.

以上のように、本実施形態に係る半導体装置50においては、フィールドリミッティングリング(FLR4〜6)上に薄い絶縁膜(絶縁薄膜部14a)を介してプレート電極10〜12を設ける。これにより、各FLR4〜6と各プレート電極10〜12との間には大きな容量が構成され、第2絶縁膜15上方の樹脂中におけるイオン等による電位の影響を避けることができるのに加えて、FLR4〜6の両側部分のN- 型半導体層2における電位の影響も避けることができる。これにより、阻止電圧が安定化し、信頼性の向上した高耐圧の半導体装置を実現することができる。また、この際に、フィールドプレートについて厳密且つ微細な設計及び製造精度が要求されることはないため、本実施形態の半導体装置50は容易に実現することができる。 As described above, in the semiconductor device 50 according to the present embodiment, the plate electrodes 10 to 12 are provided on the field limiting rings (FLR 4 to 6) via the thin insulating film (insulating thin film portion 14a). As a result, a large capacity is formed between each of the FLRs 4 to 6 and each of the plate electrodes 10 to 12, and in addition to avoiding the influence of potential due to ions or the like in the resin above the second insulating film 15. The influence of the potential on the N type semiconductor layer 2 on both sides of the FLRs 4 to 6 can also be avoided. As a result, it is possible to realize a high breakdown voltage semiconductor device in which the blocking voltage is stabilized and the reliability is improved. At this time, since the field plate does not require strict and fine design and manufacturing accuracy, the semiconductor device 50 of this embodiment can be easily realized.

本発明の半導体装置は、阻止電圧が安定化されて信頼性が高く、フィールドリミッティングリング及びフィールドプレートを有する高耐圧の半導体装置として有用である。   The semiconductor device of the present invention has a high blocking voltage and high reliability, and is useful as a high breakdown voltage semiconductor device having a field limiting ring and a field plate.

図1は、本発明の一実施形態に係るフィールドリミッティングリング及びフィールドプレートを備えた半導体装置の要部を説明する平面図である。FIG. 1 is a plan view illustrating a main part of a semiconductor device including a field limiting ring and a field plate according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係る半導体装置について、図1のII-II'線による断面構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration taken along the line II-II ′ of FIG. 1 for the semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 図3は、本発明の一実施形態に係る半導体装置について、一つのフィールドリミッティングリング及びその上方のプレート電極に関して容量及び電位を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing capacitance and potential with respect to one field limiting ring and a plate electrode above the semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図4は、図3における容量及び電位に対応する等価回路図である。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram corresponding to the capacitance and potential in FIG. 図5は、従来技術に係るフィールドリミッティングリング及びフィールドプレートを備えた半導体装置の要部を説明する平面図である。FIG. 5 is a plan view for explaining a main part of a semiconductor device provided with a field limiting ring and a field plate according to the prior art. 図6は、従来技術に係る半導体装置について、図5のVI-VI'線による断面構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional configuration taken along line VI-VI ′ of FIG. 図7は、従来技術に係る半導体装置について、一つのフィールドリミッティングリング及びその上方のプレート電極に関して容量及び電位を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing a capacitance and a potential with respect to one field limiting ring and a plate electrode thereabove for a semiconductor device according to the prior art. 図8は、図7における容量及び電位に対応する等価回路図である。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram corresponding to the capacitance and potential in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 型半導体基板
2 N− 型半導体層
3 P型半導体層
4、5、6 フィールドリミッティングリング(FLR)
7 型半導体層
8 第3電極
9 第1電極
10、11、12 プレート電極
11a 順フィールドプレート(FP)
11b 逆フィールドプレート(FP)
13 第2電極
14 第1絶縁膜
14a 絶縁薄膜部
14b 絶縁厚膜部
15 第2絶縁膜
16 素子領域
50 半導体装置
1 type semiconductor substrate 2 N-type semiconductor layer 3 P type semiconductor layer 4, 5, 6 Field limiting ring (FLR)
7 type semiconductor layer 8 3rd electrode 9 1st electrode 10, 11, 12 Plate electrode 11a Forward field plate (FP)
11b Reverse field plate (FP)
13 Second electrode 14 First insulating film 14a Insulating thin film portion 14b Insulating thick film portion 15 Second insulating film 16 Element region 50 Semiconductor device

Claims (9)

第1導電型の第1半導体層上に、半導体素子を含む素子領域と、前記素子領域を囲む電圧阻止領域とを備え、
前記電圧阻止領域は、
前記第1半導体層上に前記素子領域を連続して囲むように設けられ、第2導電型である少なくとも一つの第2半導体層と、
前記第2半導体層上に沿って前記素子領域を囲むように形成された絶縁薄膜部と、前記絶縁薄膜部を挟むように前記第2半導体層の両端部上及び前記第1半導体層上を覆うように形成された絶縁厚膜部とを含む絶縁膜と、
前記第2半導体層上に沿って前記絶縁薄膜部を介して形成され、前記素子領域側及びその反対側における前記絶縁厚膜部を介して前記第1半導体層上方にまで延びるプレート電極とを有することを特徴とする半導体装置。
An element region including a semiconductor element and a voltage blocking region surrounding the element region on the first semiconductor layer of the first conductivity type;
The voltage blocking region is
At least one second semiconductor layer of a second conductivity type provided to continuously surround the element region on the first semiconductor layer;
An insulating thin film portion formed so as to surround the element region along the second semiconductor layer, and both end portions of the second semiconductor layer and the first semiconductor layer are covered so as to sandwich the insulating thin film portion. An insulating film including an insulating thick film portion formed as described above,
A plate electrode formed on the second semiconductor layer via the insulating thin film portion and extending to the upper side of the first semiconductor layer via the insulating thick film portion on the element region side and the opposite side thereof; A semiconductor device.
請求項1の半導体装置において、
前記第2半導体層は複数設けられ且つ互いに前記第1半導体層を挟んで離間して配置されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1.
A semiconductor device comprising a plurality of the second semiconductor layers and being spaced apart from each other with the first semiconductor layer interposed therebetween.
請求項1又は2の半導体装置において、
前記第1半導体層上に、前記素子領域を連続して囲むと共に前記第2半導体層に囲まれた第2導電型の第3半導体層を備え、
前記絶縁膜は、前記第3半導体層の上面を露出させるように設けられ、
前記第3半導体層上に沿って前記素子領域を囲むように設けられ、且つ、前記第3半導体層に接触するように形成された第1電極を更に備えることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2,
A third semiconductor layer of a second conductivity type that continuously surrounds the element region and is surrounded by the second semiconductor layer on the first semiconductor layer;
The insulating film is provided to expose an upper surface of the third semiconductor layer;
A semiconductor device, further comprising a first electrode provided so as to surround the element region along the third semiconductor layer, and formed so as to be in contact with the third semiconductor layer.
請求項3の半導体装置において、
前記第1電極は、前記第2半導体層側における、前記絶縁厚膜部を介して前記第1半導体層上方にまで延びるように形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first electrode is formed on the second semiconductor layer side so as to extend above the first semiconductor layer via the insulating thick film portion.
請求項1〜4のいずれか一つの半導体装置において、
前記第1半導体層上に前記第2半導体層を連続して囲み、第1導電型で且つ前記第1半導体層よりも不純物濃度の高い第4半導体層を備え、
前記絶縁膜は、前記第4半導体層の上面を露出させるように設けられ、
前記第4半導体層上に沿って前記第2半導体層を囲むように設けられ、且つ、前記第4半導体層に接触するように形成された第2電極とを更に備えることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A fourth semiconductor layer that continuously surrounds the second semiconductor layer on the first semiconductor layer, has a first conductivity type, and has a higher impurity concentration than the first semiconductor layer;
The insulating film is provided to expose an upper surface of the fourth semiconductor layer;
And a second electrode provided so as to surround the second semiconductor layer along the fourth semiconductor layer and in contact with the fourth semiconductor layer. .
請求項5の半導体装置において、
前記第2電極は、前記第2半導体層側における前記絶縁厚膜部を介して前記第1半導体層上方にまで延びるように形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5.
The semiconductor device, wherein the second electrode is formed so as to extend above the first semiconductor layer through the insulating thick film portion on the second semiconductor layer side.
請求項1〜6のいずれか一つの半導体装置において、
前記第1半導体層は、第2導電型の基板上に形成されており、
前記基板における前記第1半導体層と反対側の面に第3電極が形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6,
The first semiconductor layer is formed on a second conductivity type substrate;
3. A semiconductor device, wherein a third electrode is formed on a surface of the substrate opposite to the first semiconductor layer.
請求項1〜7のいずれか一つの半導体装置において、
前記絶縁薄膜部上の部分の前記プレート電極と、前記第2半導体層との間に構成される容量は、前記絶縁厚膜部上の部分の前記プレート電極と、前記第1半導体層との間に構成される容量の十倍以上であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7,
The capacitance formed between the plate electrode on the insulating thin film portion and the second semiconductor layer is between the plate electrode on the insulating thick film portion and the first semiconductor layer. A semiconductor device characterized in that the capacity is 10 times or more of the capacity configured in the above.
請求項1〜8のいずれか一つの半導体装置において、
前記絶縁厚膜部の膜厚は、前記絶縁薄膜部の膜厚の十倍以上であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8,
The semiconductor device is characterized in that the thickness of the insulating thick film portion is ten times or more than the thickness of the insulating thin film portion.
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