JP2975614B2 - Planar type semiconductor device - Google Patents

Planar type semiconductor device

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JP2975614B2 JP1254695A JP25469589A JP2975614B2 JP 2975614 B2 JP2975614 B2 JP 2975614B2 JP 1254695 A JP1254695 A JP 1254695A JP 25469589 A JP25469589 A JP 25469589A JP 2975614 B2 JP2975614 B2 JP 2975614B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、第一導電形の半導体層とその表面部に選択
的に形成された第二導電形の領域との間のPN接合によっ
て生ずる空乏層を表面に近接して伸ばすために設けられ
るフィールドプレートを備えた、例えばダイオード,バ
イポーラトランジスタ,絶縁ゲート型トランジスタ,絶
縁ゲート型バイポーラトランジスタなどのプレーナ型半
導体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application] The present invention is based on a PN junction between a semiconductor layer of a first conductivity type and a region of a second conductivity type selectively formed on a surface portion thereof. The present invention relates to a planar semiconductor device, such as a diode, a bipolar transistor, an insulated gate transistor, or an insulated gate bipolar transistor, provided with a field plate provided to extend a depletion layer close to the surface.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図は従来のフィールドプレート構造を示す。N-
2とN+層1からなるN形シリコン基板のN-層側の主面11
には、SiO2からなる絶縁膜31をマスクにしての選択拡散
によりP-領域4が形成されている。主面11と反対側の主
面12の間にN-層2とP-領域4の間のPN接合に対する逆バ
イアスが印加されると、空乏層はP-領域4から上下方向
に伸びる。この場合、シリコン基板の縁部側面13は、欠
陥が多く低抵抗になっているため主面12と同電位になっ
ているので空乏層は縁部13へ向かう方向に伸びる。この
空乏層は伸びすぎると耐圧不足となり、また伸びないと
空乏層が滑らかにならないのでその個所でブレークダウ
ンが生じる。よって縁部までの構造内である程度空乏層
を伸ばし易くする工夫が必要である。そのために、PSG
あるいはSiNからなる絶縁膜32を介してP-領域4に接触
し、主面11に平行に縁部方向へ伸びるフィールドプレー
ト5が設けられる。フィールドプレート5は、多結晶シ
リコンあるいはアルミニウムなどの低抵抗の材料からな
るので、プレート幅内はP-領域4と同電位となる。この
フィールドプレート5とシリコン基板1とにより形成さ
れるコンデンサにより、プレート下のシリコン基板はあ
る一定の電位となり、逆バイアス時に領界を点線6で示
す空乏層がプレート5の下でほぼ一定の厚さになる。な
お、主面11の縁部の近くの上には、縁部側面13すなわち
主面12とほぼ同電位になるフィールドプレート7が低抵
抗の多結晶シリコンなどで形成され、空乏層の領界6が
縁部に達するのを抑える。
FIG. 2 shows a conventional field plate structure. N - layer 2 and the N + of N-type silicon substrate comprising a layer 1 N - layer side principal surface 11
The P region 4 is formed by selective diffusion using the insulating film 31 made of SiO 2 as a mask. When a reverse bias is applied to the PN junction between the N layer 2 and the P region 4 between the main surface 11 and the opposite main surface 12, the depletion layer extends vertically from the P region 4. In this case, since the edge side surface 13 of the silicon substrate has many defects and has low resistance, it has the same potential as the main surface 12, so that the depletion layer extends in the direction toward the edge portion 13. If the depletion layer extends too much, the breakdown voltage will be insufficient, and if it does not extend, the depletion layer will not be smooth, so breakdown will occur at that point. Therefore, it is necessary to take measures to make the depletion layer easily extend to some extent in the structure up to the edge. For that, PSG
Alternatively, a field plate 5 is provided which is in contact with the P region 4 through an insulating film 32 made of SiN and extends in the edge direction in parallel with the main surface 11. Field plate 5 is made of a low-resistance material such as polycrystalline silicon or aluminum, and therefore has the same potential as P region 4 within the plate width. Due to the capacitor formed by the field plate 5 and the silicon substrate 1, the silicon substrate under the plate has a certain potential, and a depletion layer indicated by a dotted line 6 has a substantially constant thickness under the plate 5 under reverse bias. It will be. On the vicinity of the edge of the main surface 11, a field plate 7 having substantially the same potential as the edge side surface 13, that is, the main surface 12 is formed of low-resistance polycrystalline silicon or the like. To reach the edge.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

フィールドプレートの下の空乏層の厚さはほぼ一定と
なるので、ある程度空乏層を伸ばす働きがあるが、一つ
のフィールドプレートを余り長くすると空乏層が滑らか
に伸びない。そこで、高耐圧の半導体装置で高い逆バイ
アスが加わる場合は、一つのフィールドプレート構造の
先にさらに基板と異なる導電形の領域を設け、その領域
に接触するフィールドプレート構造を再び形成し、必要
によってはそれを繰り返す方法がとられていた。
Since the thickness of the depletion layer under the field plate is almost constant, it works to extend the depletion layer to some extent. However, if one field plate is too long, the depletion layer does not extend smoothly. Therefore, when a high reverse bias is applied to a high withstand voltage semiconductor device, a region of a conductivity type different from that of the substrate is further provided at the end of one field plate structure, and a field plate structure in contact with the region is formed again. Had a way to repeat it.

本発明の目的な、一つのフィールドプレート構造の下
の空乏層をさらに滑らかに基板縁部に向けて伸ばして高
い逆バイアスに耐えられるようにしたプレーナ型半導体
装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a planar type semiconductor device in which a depletion layer under one field plate structure is extended more smoothly toward the edge of the substrate to withstand a high reverse bias.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上述の目的を達成するために、本発明は、半導体基板
の第一導電形の層の表面部に選択的に第二導電形の領域
が設けられ、該第一導電形の層と第二導電形の領域との
間のPN接合によって生ずる空乏層を半導体基体の表面に
近接して伸ばすために設けられる低抵抗材料からなるフ
イールドプレートが第二導電形の領域の上から半導体基
体の縁部に向かって基体との間にSiO2からなる第一の絶
縁層とその上のPSGあるいはSiNからなる第二の絶縁層を
介して伸びるものにおいて、フイールドプレートと第
一,第二の絶縁層との間で半導体基体の縁部側となる部
分にポリイミドからなる第三の絶縁層を介在させて第一
ないし第三の絶縁層が重ねられ、前記第二導電形の領域
に近い側が、第一,第二の絶縁層及びフイールドプレー
トからなり、前記基体縁部に近い側が第一ないし第三の
絶縁層及びフイールドプレートからなるものとする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor substrate, wherein a first conductivity type region is selectively provided on a surface portion of a first conductivity type layer, and the first conductivity type layer and the second conductivity type region are selectively provided. A field plate made of a low-resistance material is provided to extend a depletion layer formed by a PN junction between the semiconductor region and the surface of the semiconductor substrate. Extending through a first insulating layer made of SiO 2 and a second insulating layer made of PSG or SiN thereover between the base plate and the substrate, the field plate and the first and second insulating layers The first to third insulating layers are overlapped with a third insulating layer made of polyimide interposed therebetween at a portion on the edge side of the semiconductor substrate, and the first and third insulating layers are closer to the first and second conductive type regions. A second insulating layer and a field plate; Is composed of the first to third insulating layers and the field plate.

〔作用〕[Action]

フィールドプレートが薄い絶縁層を介して半導体基体
に対する部分では、大きい容量のコンデンサが形成さ
れ、その下の半導体基体に生ずる空乏層の厚さは厚い。
これに対し、それより半導体基体の縁部に近いポリイミ
ドからなる厚い絶縁層が介在する部分では、小さい容量
のコンデンサが形成され、その下の半導体基体に生ずる
空乏層の厚さは薄い。従って、第二導電形の領域から半
導体基体の縁部に近づくにつれて空乏層の厚さが薄くな
るので、空乏層が縁部に向かって滑らかに伸びる。
In the portion where the field plate is connected to the semiconductor substrate via the thin insulating layer, a large-capacity capacitor is formed, and the thickness of the depletion layer generated in the semiconductor substrate below is large.
On the other hand, a capacitor having a small capacitance is formed in the portion where the thick insulating layer made of polyimide is located closer to the edge of the semiconductor substrate, and the thickness of the depletion layer generated in the semiconductor substrate thereunder is small. Therefore, the thickness of the depletion layer becomes thinner as it approaches the edge of the semiconductor substrate from the region of the second conductivity type, so that the depletion layer smoothly extends toward the edge.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の一実施例を示し、第2図と共通の部
分には同一の符号が付されている。第2図と異なる点
は、多結晶シリコンあるいはAlなどからなるフィールド
プレート5は、主面11の上のP-領域4に近いところでは
PSGあるいはSiNからなる絶縁膜32の上に設けられている
が、P-領域4から遠いところ、すなわちシリコン基板の
縁部側面13に近いところでは、絶縁膜32にさらに積層さ
れた絶縁膜33の上に設けられる。絶縁膜33の材料には、
その形成時に下層の絶縁膜31および32を酸やプラズマな
どで損傷しないように、ポリイミドなどの有機系のPSG
あるいはSiN等の絶縁膜は1度に1.5μm程度の厚さしか
成膜できないが、ポリイミドであると20μm程度の厚さ
を容易に形成することができる。従って、フィールドプ
レート5下の絶縁膜を厚くしてフィールドプレートの長
さを短くしようとした場合に、例えばPSGで7μm厚の
絶縁膜を得ようとすると5回成膜を行わなければならな
いが、ポリイミドであると1度形成するだけでよい。ま
た、有機系の絶縁材料は、誘電率が小さく、基板との間
に容量の小さいコンデンサを形成するのに適している。
容量の小さいコンデンサを形成することにより、空乏層
の領界6は絶縁膜32のみの存在する個所の下から急に湾
曲しないで滑らかに伸びる。また有機系の絶縁材料は、
厚く形成することが容易であり、かつエッチングにより
簡単に加工できる。感光性の有機系材料を用いればパタ
ーニングはさらに簡単である。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and portions common to FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. The difference from FIG. 2 is that the field plate 5 made of polycrystalline silicon, Al, or the like is close to the P region 4 on the main surface 11.
Although provided on the insulating film 32 made of PSG or SiN, at a position far from the P region 4, that is, near the edge side surface 13 of the silicon substrate, the insulating film 33 further laminated on the insulating film 32 is formed. Provided above. The material of the insulating film 33 includes
Organic PSG such as polyimide so that the lower insulating films 31 and 32 are not damaged by acid or plasma during its formation.
Alternatively, an insulating film of SiN or the like can be formed only at a thickness of about 1.5 μm at a time, but polyimide can easily be formed at a thickness of about 20 μm. Therefore, when the thickness of the insulating film under the field plate 5 is increased to reduce the length of the field plate, for example, to obtain an insulating film having a thickness of 7 μm by PSG, the film must be formed five times. If it is polyimide, it only needs to be formed once. In addition, an organic insulating material has a small dielectric constant and is suitable for forming a capacitor having a small capacitance between itself and a substrate.
By forming a capacitor having a small capacitance, the depletion layer region 6 extends smoothly from beneath the portion where only the insulating film 32 exists without being sharply curved. In addition, organic insulating materials
It can be easily formed thick and can be easily processed by etching. If a photosensitive organic material is used, patterning is further simplified.

第3図は絶縁ゲート型トランジスタにおける実施例を
示し、シリコン基板のN-層2には、P-チャネル領域41が
複数個形成され、チャネル領域41の表面部にはN+ソース
領域8がそれぞれ形成されている。チャネル領域41のN-
層2とN+ソース領域8とにはさまれた領域にNチャネル
を形成するために、図示しないゲート酸化膜を介して多
結晶シリコンからなるゲート9が備えられている。各チ
ャネル領域41およびソース領域8に接触するソース電極
50の端部が基板の縁部側面13の方へ伸び、最初は絶縁膜
32の上で、次いで絶縁膜33の上でフィールドプレート5
を形成する。なお、ソース電極50およびフィールドプレ
ート5の上は、無機系材料からなる表面保護膜10が覆わ
れている。
FIG. 3 shows an embodiment of an insulated gate transistor in which a plurality of P channel regions 41 are formed in an N layer 2 of a silicon substrate, and an N + source region 8 is formed on the surface of the channel region 41. Is formed. N channel region 41 -
In order to form an N-channel in a region sandwiched between the layer 2 and the N + source region 8, a gate 9 made of polycrystalline silicon is provided via a gate oxide film (not shown). Source electrode in contact with each channel region 41 and source region 8
The end of 50 extends toward the edge side 13 of the substrate
Field plate 5 on insulating film 33 and then on insulating film 33
To form The source electrode 50 and the field plate 5 are covered with a surface protective film 10 made of an inorganic material.

第4図の実施例では、絶縁ゲート型トランジスタにお
いて、基板縁部近くで絶縁膜32の上に絶縁膜33を積層し
て二重絶縁膜とし、さらに縁部に近い個所では絶縁膜34
を絶縁膜32,33の間に形成して三重絶縁膜とすることに
より、より空乏層を伸びやすくした実施例である。
In the embodiment shown in FIG. 4, in an insulated gate transistor, an insulating film 33 is laminated on an insulating film 32 near an edge of a substrate to form a double insulating film.
In this embodiment, the depletion layer is more easily extended by forming a triple insulating film between the insulating films 32 and 33.

第5図はフィールドプレート5をガードリング4を介
して数回繰り返して高耐圧を得られるようにした実施例
であり、第6図はフィールドプレート5をP-領域4に接
触させず、その電位を浮かした実施例である。第7図に
示した実施例では、ポリイミドなどからなる絶縁膜33
を、PSGなどからなる絶縁膜32とSiO2からなる絶縁膜31
の間に介在させている。
FIG. 5 is an embodiment in which a field plate 5 so as to obtain a high breakdown voltage several times through the guard ring 4, Figure 6 is a field plate 5 P - without contacting the region 4, the potential This is an embodiment in which is described. In the embodiment shown in FIG. 7, the insulating film 33 made of polyimide or the like is used.
Into an insulating film 32 made of PSG or the like and an insulating film 31 made of SiO 2
It is interposed between.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、半導体基板の他導電形の領域上から
基板縁部に向かうフィールドプレートの下の絶縁層の厚
さを縁部に近い個所で、下層の絶縁膜に形成時に損傷を
与えず誘電率が小さいポリイミドにより厚くすることに
より、フィールドプレート下に形成されるコンデンサの
容量が縁部に近づくにつれて小さくなるため、PN接合へ
の逆バイアス時に生ずる空乏層は縁部に近づくにつれて
厚さを減じ、滑らかに縁部に向かって伸びるようにな
る。これにより短い縁部構造で高耐圧に対応するフィー
ルドプレートを持つプレーナ型半導体装置を容易に得る
ことができた。
According to the present invention, the thickness of the insulating layer under the field plate from the region of the other conductivity type of the semiconductor substrate to the substrate edge is reduced at a portion close to the edge without damaging the lower insulating film at the time of formation. Since the capacitance of the capacitor formed under the field plate becomes smaller as approaching the edge by increasing the thickness with polyimide having a small dielectric constant, the depletion layer generated at the time of reverse bias to the PN junction becomes thinner as approaching the edge. Decrease and become smoother towards the edges. As a result, a planar type semiconductor device having a short edge structure and a field plate corresponding to a high withstand voltage can be easily obtained.

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

第1図は本発明の一実施例のプレーナ型半導体装置の部
分断面図、第2図は従来のフィールドプレートを備えた
プレーナ型半導体装置の部分断面図、第3図,第4図,
第5図,第6図,第7図はそれぞれ本発明の異なる実施
例を示す絶縁ゲート型トランジスタの部分断面図であ
る。 1:シリコン基板N+層、2:シリコン基板N-層、31,32,33,3
4:絶縁膜、4,41:P-領域、5:フィールドプレート、13:基
板縁部側面。
FIG. 1 is a partial sectional view of a planar type semiconductor device according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial sectional view of a conventional planar type semiconductor device provided with a field plate, FIGS.
FIGS. 5, 6, and 7 are partial cross-sectional views of an insulated gate transistor showing different embodiments of the present invention. 1: Silicon substrate N + layer, 2: Silicon substrate N - layer, 31, 32, 33, 3
4: insulating film, 4:41: P - region, 5: field plate, 13: side surface of substrate edge.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/44 H01L 29/66 H01L 29/78 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 29/44 H01L 29/66 H01L 29/78

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基体の第一導電形の層の表面部に選
択的に第二導電形の領域が設けられ、該第一導電形の層
と第二導電形の領域との間のPN接合によって生ずる空乏
層を半導体基体の表面に近接して伸ばすために設けられ
る低抵抗材料からなるフイールドプレートが第二導電形
の領域の上から半導体基体の縁部に向かって基体との間
にSiO2からなる第一の絶縁層とその上のPSGあるいはSiN
からなる第二の絶縁層を介して伸びるものにおいて、フ
イールドプレートと第一,第二の絶縁層との間で半導体
基体の縁部側となる部分にポリイミドからなる第三の絶
縁層を介在させて第一ないし第三の絶縁層が重ねられ、
前記第二導電形の領域に近い側が、第一,第二の絶縁層
及びフイールドプレートからなり、前記基体縁部に近い
側が第一ないし第三の絶縁層及びフイールドプレートか
らなることを特徴とするプレーナ型半導体装置。
1. A semiconductor device according to claim 1, wherein a second conductivity type region is selectively provided on a surface portion of the first conductivity type layer of the semiconductor substrate, and a PN between the first conductivity type layer and the second conductivity type region is provided. A field plate made of a low-resistance material, which is provided to extend a depletion layer formed by the junction close to the surface of the semiconductor substrate, has a SiO 2 film between the substrate of the second conductivity type and the substrate toward the edge of the semiconductor substrate. First insulating layer consisting of 2 and PSG or SiN on it
A third insulating layer made of polyimide is interposed between the field plate and the first and second insulating layers at a portion on the edge side of the semiconductor substrate between the field plate and the first and second insulating layers. The first to third insulating layers are stacked,
A side near the region of the second conductivity type includes first and second insulating layers and a field plate, and a side near the base edge includes first to third insulating layers and a field plate. Planar type semiconductor device.
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