JP3872827B2

JP3872827B2 - High voltage semiconductor element

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Publication number: JP3872827B2
Application number: JP08556995A
Authority: JP
Inventors: 正則附田; 孝四戸
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2022-01-24
Also published as: JPH08288524A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高耐圧半導体素子に関わり、特にプレーナ型の高耐圧半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、種々の高耐圧半導体素子が使用されている。図８に従来の高耐圧半導体素子の一例としてプレーナ型の高耐圧ダイオードの断面図を示す。
図中、７１は高抵抗のｎ型カソード層を示しており、このｎ型カソード層７１の表面にはｐ型アノード層７７が選択的に拡散形成されている。一方、ｎ型カソード層７１の裏面には高濃度のｎ型カソード層７５が拡散形成されている。
【０００３】
ｐ型アノード層７７の表面には高濃度のｐ型コンタクト層７６が拡散形成されており、ｐ型アノード層７７はこのｐ型コンタクト層７６を介してアノード電極８０に低抵抗接触している。一方、ｎ型カソード層７５にはカソード電極８２が低抵抗接触している。
【０００４】
ｎ型カソード層７１の表面での空乏層の広がりを防止するために、ｎ型カソード層７１の表面には高濃度のｎ型ストッパ層７４が拡散形成されている。また、ｎ型ストッパ層７４には電極８１が設けられている。
【０００５】
さらに、逆電圧印加時にｐ型アノード層７７の端部に形成される高電界を緩和するために、アノード電極８０によりフィールドプレートが形成されている。すなわち、アノード電極８０は絶縁膜７９を介してｐ型アノード層７７の端部を越えてｎ型ベース層７１上にまで延在している。
【０００６】
しかしながら、この種の高耐圧ダイオードにあっては以下のような問題があった。すなわち、逆電圧印加時にアノード電極８０の端部下の絶縁膜７９には高電界が発生し、ｎ型カソード層７１から絶縁膜７９にホットキャリアが飛び込み、これにより絶縁膜７９とｎ型カソード層７１との界面の界面準位密度が変動し、経時的に耐圧が低下するという問題があった。
【０００７】
図３５、図３６に従来の高耐圧ダイオードの接合終端領域を示す。これらは基本的には同じであるが、図３６の高耐圧ダイオードには低濃度のｐ型リサーフ層９９が形成されている点が異なる。
【０００８】
図３５、図３６において、９１は高抵抗のｎ型カソード層を示しており、このｎ型カソード層９１の表面にはｐ型アノード層９２が選択的に拡散形成されている。
【０００９】
ｐ型アノード層９２の表面には高濃度のｐ型コンタクト層９４が拡散形成されており、ｐ型アノード層９２はこのｐ型コンタクト層９４を介してアノード電極９７に低抵抗接触している。
【００１０】
また、耐圧を確保するために以下のような接合終端構造が形成されている。
まず、ｎ型カソード層９１の表面には高濃度のｎ型ストッパ層９３が拡散形成されている。このｎ型ストッパ層９３は空乏層の広がりを防止するためのものである。また、ｎ型ストッパ層９３には電極９６が設けられている。
【００１１】
さらに、ｐ型アノード層９２の端部の高電界を緩和するために、アノード電極９７によりフィールドプレートが形成されている。すなわち、アノード電極９７は絶縁膜９５を介してｐ型アノード層９２の端部を越えてｎ型ベース層９１上にまで延在している。
【００１２】
ｎ型カソード層９１、ｎ型リサーフ層９９、ｎ型ストッパ層９３の表面形状はほぼ矩形状である。
これら従来の接合終端領域においては、ｐ型アノード層９２の表面形状の四辺とｎ型ストッパー層９３の表面形状の四辺との間の距離Ｌ１は、ｐ型アノード層９２の表面形状の四隅とｎ型ストッパー層９３の表面形状の四隅との距離Ｌ２と同じであった。
【００１３】
同様に、ｐ型アノード層９２の表面形状の四辺とｐ型リサーフ層９９の表面形状の四辺との間の距離は、ｐ型アノード層９２の表面形状の四隅とｐ型リサーフ層９９の表面形状の四隅との間の距離は同じであった。
【００１４】
このため、図３５の場合、ｐ型アノード層９２の表面形状の四隅の曲率半径Ｒ１は、ストッパー層９３の表面形状の内側の四隅の曲率半径Ｒ３よりも小さく、逆電圧印加時に、ｐ型アノード層９２の四隅で電界集中が起こり、耐圧が低下するという問題があった。
【００１５】
さらに、図３６の場合には、ｐ型リサーフ層９９の表面形状の四隅の曲率半径Ｒ２が曲率半径Ｒ３よりも小さく、逆電圧印加時に、ｐ型アノード層９２の四隅の他に、ストッパー層９３の四隅でも電界集中が起こり、耐圧が低下するという問題があった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来の高耐圧ダイオードにあっては、アノード電極の端部下の絶縁膜に高電界が発生し、ｎ型カソード層から絶縁膜にホットキャリアが飛び込んで、耐圧が経時的に低下するという問題があった。
【００１７】
また、従来の高耐圧ダイオードの接合終端構造にあっては、逆電圧印加時に、接合終端領域の特定の層の四隅で電界集中が起こり、耐圧が低下するという問題があった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、従来よりも耐圧特性が優れた高耐圧半導体素子を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る高耐圧半導体素子（請求項１）は、高抵抗の第１導電型半導体層と、この第１導電型半導体層の表面に選択的に形成された第２導電型半導体層と、この第２導電型半導体層の表面に接触するとともに、その端部が前記第２導電型半導体層の端部を越えて前記第１導電型半導体層上にまで延在し、絶縁膜により前記第１導電型半導体層と絶縁された第１の主電極と、前記第１の主電極の端部下の前記第１導電型半導体層の表面に接触するとともに、前記絶縁膜により前記第１の主電極と絶縁された高抵抗半導体膜と、前記第１導電型半導体層に設けられた第２の主電極とを備えていることを特徴とする。
【００１９】
ここで、高抵抗半導体膜としては、例えば、ＳＩＰＯＳ等の半絶縁性半導体膜があげられる。
本発明に係る他の高耐圧半導体素子（請求項２）は、高抵抗の第１導電型半導体層と、この第１導電型半導体層の表面に選択的に形成された第１の第２導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の表面に前記第１の第２導電型半導体層に接して形成され、前記第１の第２導電型半導体層よりも低濃度の第２の第２導電型半導体層と、前記第１の第２導電型半導体層の表面に接触するとともに、その端部が前記第１の第２導電型半導体層の端部を越えて前記第２の第２導電型半導体層上にまで延在し、絶縁膜により前記第２の第２導電型半導体層と絶縁された第１の主電極と、前記第１の主電極の端部下の前記第２の第２導電型半導体層の表面に接触するとともに、前記絶縁膜により前記第１の主電極と絶縁された高抵抗半導体膜と、前記第１導電型半導体層に設けられた第２の主電極とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
【作用】
本発明に係る高耐圧半導体素子（請求項１、請求項２）によれば、第１の主電極の端部下の絶縁膜に高電界が発生したときには高抵抗半導体膜にホットキャリアが飛び込み、高電界が消滅したときには高抵抗半導体膜中のホットキャリが第１導電型半導体層に放出される。したがって、絶縁膜にはホットキャリアは飛び込まないので、界面準位密度は変動せず、耐圧の経時劣化は改善される。
【００２３】
【実施例】
以下、図面を参照しながら実施例を説明する。なお、以下の実施例では第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としている。
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。図中、１は高抵抗のｎ型カソード層を示しており、このｎ型カソード層１の表面にはｐ型アノード層７が選択的に拡散形成されている。一方、ｎ型カソード層１の裏面には高濃度のｎ型カソード層５が拡散形成されている。
【００２４】
ｐ型アノード層７の表面には高濃度のｐ型コンタクト層６が拡散形成されており、ｐ型アノード層７はこのｐ型コンタクト層６を介してアノード電極１０に低抵抗接触している。一方、ｎ型カソード層５にはカソード電極２が低抵抗接触している。
【００２５】
ｎ型カソード層１の表面での空乏層の広がりを防止するために、ｎ型カソード層１の表面には高濃度のｎ型ストッパ層４が拡散形成されている。また、ｎ型ストッパ層４にはストッパ電極１１が設けられている。このストッパ電極１１はｎ型ストッパ層４の端部におけるリーク電流の発生を防止するためのものである。
【００２６】
また、ｐ型アノード層７の端部の高電界を緩和するために、アノード電極１０によりフィールドプレートが形成されている。すなわち、アノード電極１０は熱酸化膜９およびＣＶＤ酸化膜１２を介してｐ型アノード層７の端部を越えてｎ型カソード層１上にまで延在している。
【００２７】
さらに、アノード電極１０の端部下には、熱酸化膜９およびＣＶＤ酸化膜１２によりアノード電極１０と絶縁され、かつｎ型カソード層１の表面と接触した高抵抗半導体膜８が設けられている。
【００２８】
本実施例によれば、逆電圧電荷時にアノード電極１０の端部下の熱酸化膜９およびＣＶＤ酸化膜１２に高電界が発生したときに、高抵抗半導体膜８にホットキャリアが飛び込み、その後、高電界が消滅したときに高抵抗半導体膜８中のホットキャリがｎ型アノード層１に放出される。このように本実施例では酸化膜９，１２にホットキャリアは飛び込まないので、界面準位密度は変動せず、耐圧の経時劣化は防止される。
（第２の実施例）
図２は、本発明の第２の実施例に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。なお、以下の図において、前出した図と対応する部分には前出した図と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【００２９】
本実施例の高耐圧ダイオードが第１の実施例のそれと異なる点は、ｐ型アノード層７の外周部に低濃度のｐ型リサーフ層３が設けられていることにある。ｐ型リサーフ層３はｐ型アノード層７に接して形成されている。
【００３０】
本実施例でも、第１の実施例と同様に、高抵抗半導体膜８により耐圧の経時劣化を防止でき、また、ｐ型リサーフ層３により耐圧がさらに高くなる。
（第３の実施例）
図３は、本発明の第３の実施例に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。
【００３１】
本実施例の高耐圧ダイオードが第１の実施例のそれと異なる点は、ＣＶＤ酸化膜１２上に高抵抗半導体膜１３が設けられていることにある。すなわち、本実施例によれば、高抵抗半導体膜１３により抵抗性フィールドプレートが形成されている。
【００３２】
本実施例でも、第１の実施例と同様に、高抵抗半導体膜８により耐圧の経時劣化を防止でき、また、高抵抗半導体膜１３（抵抗性フィールドプレート）により耐圧がさらに高くなる。
（第４の実施例）
図４は、本発明の第４の実施例に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。
【００３３】
本実施例の高耐圧ダイオードが第３の実施例のそれと異なる点は、ｐ型アノード層７の外周部に低濃度のｐ型リサーフ層３が設けられていることにある。ｐ型リサーフ層３はｐ型アノード層７に接して形成されている。
【００３４】
本実施例でも、第３の実施例と同様に、高抵抗半導体膜８により耐圧の経時劣化を防止でき、また、ｐ型リサーフ層３により耐圧がさらに高くなる。
（第５の実施例）
図５は、本発明の第５の実施例に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。
【００３５】
本実施例の高耐圧ダイオードが第２の実施例のそれと異なる点は、複数の高抵抗半導体膜８ａ，８ｂ，８ｃが設けられていることにある。
すなわち、本実施例では、第２実施例の高抵抗半導体膜８に相当する高抵抗半導体膜８ｂの他に、電界が高くホットキャリアの飛び込みが起こり易い他の領域にも高抵抗半導体膜８ａ，８ｃが設けられている。
【００３６】
具体的には、高抵抗半導体膜８ａはｐ型カソード層７の端部に設けられ、高抵抗半導体膜８ｃはｐ型リサーフ層７の端部に設けられている。
本実施例によれば、付加された高抵抗半導体膜８ａ，８ｃによりホットキャリアの飛び込みによる界面準位密度の変動がより起こり難くなるので、耐圧の経時劣化をより効果的に抑制できるようになる。
（第６の実施例）
図６は、本発明の第６の実施例に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。
【００３７】
本実施例の高耐圧ダイオードが第５の実施例のそれと異なる点は、高抵抗半導体膜８ａおよび高抵抗半導体膜８ｂの代わりに、ｐ型アノード層７の端部からアノード電極１０の端部下まで連続的に一体的に形成された高抵抗半導体膜８ａｂを用いたことにある。言い換えれば、本実施例では、高抵抗半導体膜８ａと高抵抗半導体膜８ｂとを一体的に形成した高抵抗半導体膜８ａｂを用いている。このような高抵抗半導体膜８ａｂを用いても第５の実施例と同様な効果が得られる。
【００３８】
一般に、ｐ型アノード層７の端部とアノード電極１０の端部との間の距離は、３０〜４０μｍ程度しか離れていないのに対し、ｐ型アノード層７の端部とｐ型リサーフ層３の端部との間の距離は数１００μｍ離れている。したがって、高抵抗半導体膜８ａｂと高抵抗半導体膜８ｃとの間の距離は大きいものとなり、露光工程における合せ余裕等のプロセスマージンが広くなるので、高抵抗半導体膜８ａｂおよび高抵抗半導体膜８ｃの形成は容易なものとなる。
【００３９】
なお、高抵抗半導体膜８ａｂと高抵抗半導体膜８ｃとまでを一体的に形成することは好ましくない。これは以下の理由になる。高抵抗半導体膜としては、例えば、ＳＩＰＯＳ（酸素ドープポリシリコン）膜が有効である。
【００４０】
しかし、ＳＩＰＯＳ膜を接合終端領域の広い面積にわたって形成した場合において、素子に高い上昇率でもって逆方向電圧を印加すると、大きなリーク電流が流れる。
【００４１】
図３７はそのことを示す図であり、図１の高耐圧ダイオードにおいて、高抵抗半導体膜８をｐ型アノード層７からｎ型ストッパ層４までの領域にわたって形成し、高い上昇率でもって逆方向電圧Ｖを印加した場合の電流の時間変化を示している。図３７に示すように、高い上昇率でもって逆方向電圧Ｖを印加すると、大きな漏れ電流Ｉｂが流れる。なお、変位電流Ｉａは素子構造に関係なく流れる小さな電流である。
【００４２】
このため、複数の素子が直列接続されてなる電力用半導体装置において上記現象が発生すると、素子間の電圧分担のバランスが崩れ、特定の素子に過電圧が印加され、素子破壊という問題が生じる。
【００４３】
したがって、本実施例の高耐圧ダイオードを複数個直列接続するとともに、高抵抗半導体膜８ａｂと高抵抗半導体膜８ｃとを一体的に形成すると、特定の高耐圧ダイオードに過電圧が印加され、素子破壊が生じる。よって、高抵抗半導体膜８ａｂと高抵抗半導体膜８ｃとを一体的に形成することは好ましくない。
（第７の実施例）
図７は、本発明の第７の実施例に係るＩＧＢＴの素子構造を示す断面図である。
【００４４】
高抵抗のｎ型ベース層１４の表面にはｐ型ベース層１５が選択的に拡散形成されている。このｐ型ベース層１５の表面には高濃度のｎ型ソース層１６が選択的に拡散形成されている。また、ｐ型ベース層１５とｎ型ソース層１６との間には高濃度のｐ型コンタクト層６が形成されている。このｐ型コンタクト層６はＩＧＢＴがラッチアップするのを防止するための高濃度拡散層である。
【００４５】
ｎ型ソース層１６とｎ型ベース層１４との間のｐ型ベース層１５上には絶縁膜９（ゲート絶縁膜）を介してゲート電極１９が配設されている。また、ｎ型ソース層１６、ｐ型ベース層１５およびｐ型コンタクト層６にコンタクトするようにソース電極１０S が配設されている。
【００４６】
また、ｎ型ベース層１４の表面には接合終端構造としてｐ型リング層２０が形成され、このｐ型リング層２０の外側にはｐ型リサーフ層３がｐ型リング層２０に接して形成され、さらにその外側にはｎ型ストッパ層４が形成されている。そして、ソース電極１０S の端部下には、ＣＶＤ酸化膜１２によりソース電極１０S と絶縁され、かつｐ型リサーフ層３の表面に接触した高抵抗半導体膜８が設けられている。
【００４７】
一方、ｎ型ベース層１４の裏面には高濃度のｎ型バッファ層１７、高濃度のｐ型ドレイン層１８が順次拡散形成され、このｐ型ドレイン層１８にはドレイン電極２D が設けられている。
【００４８】
本実施例によれば、ソース電極１０S の端部下には、熱酸化膜９およびＣＶＤ酸化膜１２によりソース電極１０S と絶縁され、かつｐ型リサーフ層３の表面に接触した高抵抗半導体膜８が設けられている。したがって、これまで述べてきた実施例と同様の効果が得られる。
（第８の実施例）
図９は、本発明の第８の実施例に係る高耐圧ダイオードを示す図である。
【００４９】
図中、２１は高抵抗のｎ型カソード層を示しており、このｎ型カソード層２１の表面にはｐ型アノード層２２が選択的に拡散形成されている。ｐ型アノード層２２の表面形状はほぼ矩形状で、その四隅は円弧状に形成されている。
【００５０】
ｐ型アノード層２２の表面には高濃度のｐ型コンタクト層２４が拡散形成されており、ｐ型アノード層２２はこのｐ型コンタクト層２４を介してアノード電極２７に低抵抗接触している。
【００５１】
また、耐圧を得るために以下のような接合終端構造が形成されている。
まず、ｎ型カソード層２１の表面には空乏層の広がりを防止するための高濃度のｎ型ストッパ層２３が拡散形成されている。このｎ型ストッパ層２３の表面形状の内側の輪郭はほぼ矩形状である。また、ｎ型ストッパ層２３にはストッパ電極２６が設けられている。このストッパ電極２６はｎ型ストッパ層２３の端部におけるリーク電流の発生を防止する機能を有する。
【００５２】
さらに、ｐ型アノード層２２の端部の高電界を緩和するために、アノード電極２７によりフィールドプレートが形成されている。すなわち、アノード電極２７は絶縁膜２５を介してｐ型アノード層２２の端部を越えてｎ型カソード層２１上にまで延在している。
【００５３】
本実施例の接合終端領域においては、ｐ型アノード層２２の表面形状の四辺とｎ型ストッパ層２３の表面形状の内側の四辺との間の距離Ｌ１よりも、ｐ型アノード層２２の表面形状の四隅とｎ型ストッパ層２３の表面形状の内側の四隅との間の距離Ｌ２のほうが長くなっている。
【００５４】
図３８は、ｐ型アノード層２２の表面形状の外側とｎ型ストッパ層２３の内側との距離（アノード・ストッパ間距離（距離Ｌ１または距離Ｌ２））と耐圧との関係を示す特性図である。図３８からアノード・ストッパ間距離が長くなるほど電界がなだらかに分布して耐圧が向上することが分かる。
【００５５】
これにより、例えば、ｎ型ストッパ層２３の表面形状の内側の四隅の曲率半径Ｒ３を曲率半径Ｒ１と同じ大きさにすれば、特定の四隅に電界が集中することがなくなり、従来よりも耐圧が高くなる。
（第９の実施例）
図１０は、本発明の第９の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図である。
【００５６】
本実施例の高耐圧ダイオードが第８の実施例のそれと異なる点は、ｐ型アノード層２２の表面形状の四隅およびｎ型ストッパ層２３の表面形状の内側の四隅の部分を直線にすることによりＬ２＞Ｌ１として、これら四隅での電界集中を抑制して耐圧を改善していることにある。
（第１０の実施例）
図１１は、本発明の第１０の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図である。
【００５７】
本実施例の高耐圧ダイオードが第８の実施例のそれと異なる点は、四隅の部分を折れ線にすることによりＬ２＞Ｌ１として、四隅での電界集中を抑制していることにある。本実施例では、折れ線の数を二つとしたが三つ以上でも良い。
（第１１の実施例）
図１２は、本発明の第１１の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図である。
【００５８】
本実施例の高耐圧ダイオードが第８の実施例のそれと異なる点は、ｎ型ストッパ層２３の表面形状の内側の辺の部分を隅に行くほど外側に広げ、隅に近づくほどＬ１を大きくすることにより、辺の部分でも電界集中を緩和して耐圧を改善していることにある。
（第１２の実施例）
図１３は、本発明の第１２の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図である。図１３（ａ）、図１３（ｂ）は、それぞれ、図９（ｃ），図９（ｄ）の断面図に相当する。
【００５９】
本実施例の高耐圧ダイオードが第８〜第１１の実施例のそれと異なる点は、ｐ型アノード層２２、ｎ型カソード層２１、ｎ型ストッパー層２３にわたる領域上に絶縁膜２５を介して抵抗性フィールドプレートとしての高抵抗半導体膜２８を設けることにより、さらに電界の集中を緩和したことにある。高抵抗半導体膜２８の両端部はそれぞれアノード電極２７、ストッパ電極２６に接続している。なお、高抵抗半導体膜２８、絶縁膜２５以外の素子構造は第８〜第１１の実施例のいずれでも良い。
（第１３の実施例）
図１４は、本発明の第１３の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図である。
【００６０】
本実施例の高耐圧ダイオードが第１２の実施例のそれと異なる点は、高抵抗半導体膜２５、絶縁膜２８の位置関係が反対になっていることにある。すなわち、本実施例では、ｐ型アノード層２２、ｎ型カソード層２１、ｎ型ストッパー層２３の表面に直接接触するように高抵抗半導体膜２８を設けている。
（第１４の実施例）
図１５は、本発明の第１４の実施例に係る高耐圧ダイオードを示す図である。
【００６１】
本実施例の高耐圧ダイオードが第８の実施例のそれと異なる点は、ｎ型カソード層２１の表面に、ｐ型アノード層２２を囲む低濃度のｐ型リサーフ層２９をｐ型アノード層２２に接して形成したことにある。
【００６２】
また、このｐ型リサーフ層２９の表面形状はほぼ矩形状の枠状であり、ｐ型アノード層２２の表面形状の四辺とｐ型リサーフ層２９の表面形状の四辺との間の距離Ｌ３よりも、ｐ型アノード層の表面形状の四隅とｐ型リサーフ層２９の表面形状の四隅との間の距離Ｌ４のほうが長くなっている。
【００６３】
図３９はｐ型アノード層２３の表面形状の四辺とｐ型リサーフ層２９の表面形状の四辺との間の距離（アノード・リサーフ間距離（距離Ｌ３または距離Ｌ４））と耐圧との関係を示す特性図である。図３９からアノード・リサーフ間距離が長くなるほど電界がなだらかに分布して耐圧が向上することが分かる。
【００６４】
これにより、例えば、ｐ型リサーフ層２９の表面形状の曲率半径Ｒ２を曲率半径Ｒ１と同じ大きさにできる。また、第８の実施例と同様に曲率半径Ｒ３は曲率半径Ｒ１と同じ大きさにできる。したがって、特定の四隅に電界が集中することがなくなり、従来よりも耐圧が高くなる。
（第１５の実施例）
図１６は、本発明の第１５の実施例に係る高耐圧ダイオードの平面図である。
【００６５】
本実施例の高耐圧ダイオードが第１４の実施例のそれと異なる点は、ｐ型アノード層２２の表面形状の四隅、ｎ型ストッパ層２３の表面形状の内側の四隅およびｐ型リサーフ層２９の外側の四隅の部分を直線にすることによりＬ４＞Ｌ３として、これら四隅での電界集中を抑制して、耐圧を高めていることにある。
（第１６の実施例）
図１７は、本発明の第１６の実施例に係る高耐圧ダイオードの平面図である。
【００６６】
本実施例の高耐圧ダイオードが第１４の実施例のそれと異なる点は、四隅の部分を折れ線にすることによりＬ４＞Ｌ３として、四隅での電界集中を抑制していることにある。本実施例では、折れ線の数を二つとしたが三つ以上でも良い。
（第１７の実施例）
図１８は、本発明の第１７の実施例に係る高耐圧ダイオードの平面図である。
【００６７】
本実施例の高耐圧ダイオードが第１４の実施例のそれと異なる点は、ｐ型リサーフ層２９とｎ型ストッパ層２３の辺の部分を隅に行くほど外側に広げ、隅に近付くほどＬ１，Ｌ２を大きくすることにより、辺の部分での電界集中を緩和して耐圧を改善していることにある。
（第１８の実施例）
図１９は、本発明の第１８の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図である。図１９（ａ）、図１９（ｂ）は、それぞれ、図１５（ｃ），図１５（ｄ）の断面図に相当する。
【００６８】
本実施例の高耐圧ダイオードが第１４〜第１７の実施例のそれと異なる点は、ｐ型アノード層２２、ｐ型リサーフ層２９、ｎ型カソード層２１、ｎ型ストッパー層２３にわたる領域上に絶縁膜２５を介して抵抗性フィールドプレートとしての高抵抗半導体膜２８を設けることにより、さらに電界の集中を緩和したことにある。高抵抗半導体膜２８の両端部はそれぞれアノード電極２７、ストッパ電極２６に接続している。なお、高抵抗半導体膜２８、絶縁膜２５以外の素子構造は第１４〜第１７の実施例のいずれでも良い。
（第１９の実施例）
図２０は、本発明の第１９の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図である。
【００６９】
本実施例の高耐圧ダイオードが第１８の実施例のそれと異なる点は、高抵抗半導体膜２８、絶縁膜２５の位置関係が反対になっていることにある。すなわち、本実施例では、ｐ型アノード層２２、ｐ型リサーフ層２９、ｎ型カソード層２１、ｎ型ストッパー層２３の表面に直接接触するように高抵抗半導体膜２８を設けている。
（第２０の実施例）
図２１は、本発明の第２０の実施例に係る高耐圧ダイオードを示す図である。
【００７０】
本実施例の高耐圧ダイオードが第８の実施例のそれと異なる点は、ｎ型カソード層２１の表面にｐ型アノード層２２を囲むｐ型リング層３０を形成したとにある。
【００７１】
ｐ型リング層３０はｐ型アノード層２２には接していない。また、ｐ型リング層３０の表面にはｐ型コンタクト層２４が選択的に形成され、ｐ型リング層３０はこのｐ型コンタクト層２４を介してアノード電極２７に低抵抗接触している。
【００７２】
ｐ型リング層３０の表面形状はほぼ矩形状の枠状であり、ｐ型リング層３０の表面形状の外側の四辺とｎ型ストッパ層２３の表面形状の内側の四辺との間の距離Ｌ５よりも、ｐ型リング層３０の表面形状の外側の四隅とｎ型ストッパ層２３の表面形状の内側の四隅との間の距離Ｌ６のほうが長くなっている。
【００７３】
これにより、ｐ型リング層３０の表面形状の外側の四隅の曲率半径Ｒ４を曲率半径Ｒ３と同じ大きさにできる。また、第１４の実施例と同様に、曲率半径Ｒ３と曲率半径Ｒ２と曲率半径Ｒ１とは同じ大きさである。したがって、特定の四隅に電界が集中することがなくなり、従来よりも耐圧が高くなる。
（第２１の実施例）
図２２は、本発明の第２１の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図である。
【００７４】
本実施例の高耐圧ダイオードが第２０の実施例のそれと異なる点は、ｐ型アノード層２２の表面形状の四隅、ｐ型リング層３０の表面形状の四隅、ｎ型ストッパ層２３の表面形状の内側の四隅の部分を直線にすることによりＬ６＞Ｌ５として、これら四隅での電界集中を抑制して耐圧を改善していることにある。
（第２２の実施例）
図２３は、本発明の第２２の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図である。
【００７５】
本実施例の高耐圧ダイオードが第２０の実施例のそれと異なる点は、四隅の部分を折れ線にすることによりＬ６＞Ｌ５として、四隅での電界集中を抑制していることにある。本実施例では、折れ線の数を二つとしたが三つ以上でも良い。
（第２３の実施例）
図２４は、本発明の第２３の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図である。
【００７６】
本実施例の高耐圧ダイオードが第２０の実施例のそれと異なる点は、ｐ型リング層３０、ｎ型ストッパ層２３の辺の部分を隅に行くほど外側に広げ、隅に近づくほどＬ５を大きくすることにより、辺の部分でも電界集中を緩和して耐圧を改善していることにある。
（第２４の実施例）
図２５は、本発明の第２４の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図である。図２５（ａ）、図２５（ｂ）は、それぞれ、図２１（ｃ），図２１（ｄ）の断面図に相当する。
【００７７】
本実施例の高耐圧ダイオードが第２０〜第２３の実施例のそれと異なる点は、ｐ型リング層３０、ｎ型カソード層２１、ｎ型ストッパー層２３にわたる領域上に絶縁膜２５を介して抵抗性フィールドプレートとしての高抵抗半導体膜２８を設けることにより、さらに電界の集中を緩和したことにある。高抵抗半導体膜２８の両端部はそれぞれアノード電極２７、ストッパ電極２６に接続している。なお、高抵抗半導体膜２８、絶縁膜２５以外の素子構造は第２０〜第２３の実施例のいずれでも良い。
（第２５の実施例）
図２６は、本発明の第２５の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図である。
【００７８】
本実施例の高耐圧ダイオードが第２４の実施例のそれと異なる点は、高抵抗半導体膜２８、絶縁膜２５の位置関係が反対になっていることにある。すなわち、本実施例では、ｐ型リング層３０、ｎ型カソード層２１、ｎ型ストッパー層２３の表面に直接接触するように高抵抗半導体膜２８を設けている。
（第２６の実施例）
図２７は、本発明の第２６の実施例に係る高耐圧ダイオードを示す図である。
【００７９】
本実施例の高耐圧ダイオードが第２０の実施例のそれと異なる点は、ｎ型カソード層２１の表面に、ｐ型リング層３０を囲む低濃度のｐ型リサーフ層２９をｐ型リング層３０に接して形成したとにある。
【００８０】
また、このｐ型リサーフ層２９の表面形状はほぼ矩形状の枠状であり、ｐ型リング層３０の表面形状の外側の四辺とｐ型リサーフ層２９の表面形状の外側の四辺との間の距離Ｌ７よりも、ｐ型リング層３０の表面形状の外側の四隅とｐ型リサーフ層２９の表面形状の外側の隅との間の距離Ｌ８のほうが長くなっている。
【００８１】
これにより、ｐ型リサーフ層２９の表面形状の四隅の曲率半径Ｒ５を曲率半径Ｒ４と同じ大きさにできる。また、第２０の実施例と同様に、曲率半径Ｒ４と曲率半径Ｒ３と曲率半径Ｒ２と曲率半径Ｒ１とは同じ大きさである。したがって、特定の四隅に電界が集中することがなくなり、従来よりも耐圧が高くなる。
（第２７の実施例）
図２８は、本発明の第２７の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図である。
【００８２】
本実施例の高耐圧ダイオードが第２６の実施例のそれと異なる点は、ｐ型アノード層２２の表面形状の四隅、ｐ型リング層３０の表面形状の四隅、ｐ型リサーフ層２９の表面形状の外側の四隅およびｎ型ストッパ層２３の表面形状の内側の四隅の部分を直線にすることによりＬ８＞Ｌ７として、これら四隅での電界集中を抑制して耐圧を改善していることにある。
（第２８の実施例）
図２９は、本発明の第２８の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図である。
【００８３】
本実施例の高耐圧ダイオードが第２６の実施例のそれと異なる点は、四隅の部分を折れ線にすることによりＬ８＞Ｌ７として、四隅での電界集中を抑制していることにある。本実施例では、折れ線の数を二つとしたが三つ以上でも良い。
（第２９の実施例）
図３０は、本発明の第２９の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図である。
【００８４】
本実施例の高耐圧ダイオードが第２６の実施例のそれと異なる点は、ｐ型リング層３０、ｐ型リサーフ層２９、ｎ型ストッパ層２３の辺の部分を隅に行くほど外側に広げることにより、隅に近づくほどＬ７を大きくすることにより、辺の部分でも電界集中を緩和して耐圧を改善していることにある。
（第３０の実施例）
図３１は、本発明の第３０の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図である。図３１（ａ）、図３１（ｂ）は、それぞれ、図２７（ｃ），図２７（ｄ）の断面図に相当する。
【００８５】
本実施例の高耐圧ダイオードが第２６〜第２９の実施例のそれと異なる点は、ｐ型リング層３０、ｐ型リサーフ層２９、ｎ型カソード層２１、ｎ型ストッパー層２３にわたる領域上に絶縁膜２５を介して抵抗性フィールドプレートとしての高抵抗半導体膜２８を設けることにより、さらに電界の集中を緩和したことにある。高抵抗半導体膜２８の両端部はそれぞれアノード電極２７、ストッパ電極２６に接続している。なお、高抵抗半導体膜２８、絶縁膜２５以外の素子構造は第２６〜第２９の実施例のいずれでも良い。
（第３１の実施例）
図３２は、本発明の第３１の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図である。
【００８６】
本実施例の高耐圧ダイオードが第３０の実施例のそれと異なる点は、高抵抗半導体膜２８、絶縁膜２５の位置関係が反対になっていることにある。すなわち、本実施例では、ｐ型リング層３０、ｐ型リサーフ層２９、ｎ型カソード層２１、ｎ型ストッパー層２３に直接接触するように高抵抗半導体膜２８を設けている。
（第３２の実施例）
図３３は、本発明の第３２の実施例に係る高耐圧ダイオードの平面図である。
【００８７】
本実施例の高耐圧ダイオードが図１５に示した第１４の実施例のそれと異なる点は、曲率半径Ｒ２，Ｒ３の円弧の中心が内側にずれていることにある。曲率半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は同じである。本実施例でも、第１４の実施例と同様に、四隅の電界集中が緩和され、耐圧が高くなる。
（第３３の実施例）
図３４は、本発明の第３３の実施例に係る高耐圧ダイオードの平面図である。
【００８８】
本実施例の高耐圧ダイオードが図１５に示した第１４の実施例のそれと異なる点は、ｎ型ストッパ層２３の表面形状の内側の輪郭が矩形状になっていることにある。
【００８９】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例えば、上記実施例では、全ての曲率半径を等しくする場合について説明したが、従来の場合には全ての曲率半径が異なっていたので、少なくとも二つの曲率半径を等しくするだけでも、従来よりも高い耐圧が得られる。
【００９０】
また、上記実施例を種々組み合わせても良い。さらに、上記実施例では主として高耐圧ダイオードの場合について説明したが、本発明の他の高耐圧半導体素子にも適用できる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【００９１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明（請求項１、請求項２）によれば、絶縁膜中にホットキャリが飛び込まなくなるので、耐圧の経時劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
【図２】本発明の第２の実施例に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
【図３】本発明の第３の実施例に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
【図４】本発明の第４の実施例に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
【図５】本発明の第５の実施例に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
【図６】本発明の第６の実施例に係る高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
【図７】本発明の第７の実施例に係るＩＧＢＴの素子構造を示す断面図
【図８】従来の高耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図
【図９】本発明の第８の実施例に係る高耐圧ダイオードを示す図
【図１０】本発明の第９の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図
【図１１】本発明の第１０の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図
【図１２】本発明の第１１の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図
【図１３】本発明の第１２の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図
【図１４】本発明の第１３の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図
【図１５】本発明の第１４の実施例に係る高耐圧ダイオードを示す図
【図１６】本発明の第１５の実施例に係る高耐圧ダイオードの平面図
【図１７】本発明の第１６の実施例に係る高耐圧ダイオードの平面図
【図１８】本発明の第１７の実施例に係る高耐圧ダイオードの平面図
【図１９】本発明の第１８の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図
【図２０】本発明の第１９の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図
【図２１】本発明の第２０の実施例に係る高耐圧ダイオードを示す図
【図２２】本発明の第２１の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図
【図２３】本発明の第２２の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図
【図２４】本発明の第２３の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図
【図２５】本発明の第２４の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図
【図２６】本発明の第２５の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図
【図２７】本発明の第２６の実施例に係る高耐圧ダイオードを示す図
【図２８】本発明の第２７の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図
【図２９】本発明の第２８の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図
【図３０】本発明の第２９の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の平面図
【図３１】本発明の第３０の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図
【図３２】本発明の第３１の実施例に係る高耐圧ダイオードの接合終端領域の断面図
【図３３】本発明の第３２の実施例に係る高耐圧ダイオードの平面図
【図３４】本発明の第３３の実施例に係る高耐圧ダイオードの平面図
【図３５】従来の高耐圧ダイオードの接合終端領域を示す図
【図３６】従来の他の高耐圧ダイオードの接合終端領域を示す図
【図３７】高い上昇率でもって逆方向電圧を印加した場合の電流の時間変化を示す図
【図３８】アノード・ストッパ間距離と耐圧との関係を示す特性図
【図３９】アノード・リサーフ間距離と耐圧との関係を示す特性図
【符号の説明】
１…高抵抗のｎ型カソード層（高抵抗の第１導電型半導体層）
２…カソード電極（第２の主電極）
３…ｐ型リサーフ層（第２の第２導電型半導体層）
４…ｎ型ストッパ層
５…高濃度のｎ型カソード層
６…ｐ型コンタクト層
７…ｐ型アノード層（第２導電型半導体層、第１の第２導電型半導体層）
８…高抵抗半導体膜
９…熱酸化膜
１０…アノード電極（第１の主電極）
１１…ストッパ電極
１２…ＣＶＤ酸化膜
１３…高抵抗半導体膜
１４…ｎ型ベース層
１５…ｐ型ベース層
１６…ｎ型ソース層
１７…ｎ型バッファ層
１８…ｐ型ドレイン層
１９…ゲート電極
２０…ｐ型リング層
２１…ｎ型カソード層（第１の第１導電型半導体層）
２２…ｐ型アノード層（第２導電型半導体層）
２３…ｎ型ストッパ層（第２の第１導電型半導体層）
２４…ｐ型コンタクト層
２５…絶縁膜
２６…ストッパ電極
２７…アノード電極
２８…高抵抗半導体膜
２９…ｐ型リサーフ層
３０…ｐ型ガードリング層[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a high voltage semiconductor device, and more particularly to a planar type high voltage semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various high voltage semiconductor elements have been used. FIG. 8 shows a sectional view of a planar type high voltage diode as an example of a conventional high voltage semiconductor element.
In the figure, reference numeral 71 denotes a high-resistance n-type cathode layer, and a p-type anode layer 77 is selectively diffused on the surface of the n-type cathode layer 71. On the other hand, a high concentration n-type cathode layer 75 is diffused and formed on the back surface of the n-type cathode layer 71.
[0003]
A high-concentration p-type contact layer 76 is diffused and formed on the surface of the p-type anode layer 77, and the p-type anode layer 77 is in low resistance contact with the anode electrode 80 via the p-type contact layer 76. On the other hand, the cathode electrode 82 is in low resistance contact with the n-type cathode layer 75.
[0004]
In order to prevent the depletion layer from spreading on the surface of the n-type cathode layer 71, a high-concentration n-type stopper layer 74 is diffused and formed on the surface of the n-type cathode layer 71. The n-type stopper layer 74 is provided with an electrode 81.
[0005]
Further, a field plate is formed by the anode electrode 80 in order to relieve a high electric field formed at the end of the p-type anode layer 77 when a reverse voltage is applied. That is, the anode electrode 80 extends over the n-type base layer 71 beyond the end of the p-type anode layer 77 via the insulating film 79.
[0006]
However, this type of high voltage diode has the following problems. That is, when a reverse voltage is applied, a high electric field is generated in the insulating film 79 below the end of the anode electrode 80, and hot carriers jump from the n-type cathode layer 71 into the insulating film 79, thereby causing the insulating film 79 and the n-type cathode layer 71. There was a problem that the interface state density of the interface with the substrate fluctuated and the breakdown voltage decreased with time.
[0007]
35 and 36 show the junction termination region of a conventional high voltage diode. These are basically the same, except that a low-concentration p-type RESURF layer 99 is formed in the high breakdown voltage diode of FIG.
[0008]
35 and 36, reference numeral 91 denotes a high resistance n-type cathode layer, and a p-type anode layer 92 is selectively diffused on the surface of the n-type cathode layer 91.
[0009]
A high-concentration p-type contact layer 94 is diffused and formed on the surface of the p-type anode layer 92, and the p-type anode layer 92 is in low resistance contact with the anode electrode 97 through the p-type contact layer 94.
[0010]
Further, the following junction termination structure is formed in order to ensure a breakdown voltage.
First, a high concentration n-type stopper layer 93 is diffused and formed on the surface of the n-type cathode layer 91. The n-type stopper layer 93 is for preventing the depletion layer from spreading. The n-type stopper layer 93 is provided with an electrode 96.
[0011]
Further, a field plate is formed by the anode electrode 97 in order to relax the high electric field at the end of the p-type anode layer 92. That is, the anode electrode 97 extends beyond the end of the p-type anode layer 92 through the insulating film 95 and onto the n-type base layer 91.
[0012]
The surface shapes of the n-type cathode layer 91, the n-type RESURF layer 99, and the n-type stopper layer 93 are substantially rectangular.
In these conventional junction termination regions, the distance L1 between the four sides of the surface shape of the p-type anode layer 92 and the four sides of the surface shape of the n-type stopper layer 93 is equal to the four corners of the surface shape of the p-type anode layer 92 and the n The distance L2 from the four corners of the surface shape of the mold stopper layer 93 was the same.
[0013]
Similarly, the distance between the four sides of the surface shape of the p-type anode layer 92 and the four sides of the surface shape of the p-type RESURF layer 99 is equal to the four corners of the surface shape of the p-type anode layer 92 and the surface shape of the p-type RESURF layer 99. The distance between the four corners was the same.
[0014]
For this reason, in the case of FIG. 35, the curvature radii R1 of the four corners of the surface shape of the p-type anode layer 92 are smaller than the curvature radii R3 of the inner four corners of the surface shape of the stopper layer 93. There was a problem that electric field concentration occurred at the four corners of the layer 92 and the breakdown voltage decreased.
[0015]
Furthermore, in the case of FIG. 36, the curvature radius R2 of the four corners of the surface shape of the p-type RESURF layer 99 is smaller than the curvature radius R3, and in addition to the four corners of the p-type anode layer 92, a stopper layer 93 is applied when a reverse voltage is applied. Electric field concentration also occurred at the four corners, and there was a problem that the breakdown voltage decreased.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional high voltage diode, a high electric field is generated in the insulating film below the end of the anode electrode, hot carriers jump from the n-type cathode layer into the insulating film, and the breakdown voltage decreases with time. There was a problem.
[0017]
Further, the conventional junction termination structure of a high breakdown voltage diode has a problem in that, when a reverse voltage is applied, electric field concentration occurs at four corners of a specific layer in the junction termination region, and the breakdown voltage decreases.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a high voltage semiconductor element having a higher voltage resistance than the conventional one.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a high breakdown voltage semiconductor element according to the present invention (Claim 1) is formed selectively on a high resistance first conductive semiconductor layer and on the surface of the first conductive semiconductor layer. The second conductivity type semiconductor layer is in contact with the surface of the second conductivity type semiconductor layer, and its end extends beyond the end of the second conductivity type semiconductor layer and onto the first conductivity type semiconductor layer. A first main electrode that is insulated from the first conductive type semiconductor layer by an insulating film; and a surface of the first conductive type semiconductor layer under an end of the first main electrode; A high-resistance semiconductor film insulated from the first main electrode by a film and a second main electrode provided in the first conductivity type semiconductor layer are provided.
[0019]
Here, examples of the high resistance semiconductor film include a semi-insulating semiconductor film such as SIPOS.
Another high breakdown voltage semiconductor element according to the present invention (Claim 2) includes a high-resistance first conductive type semiconductor layer and a first second conductive type selectively formed on the surface of the first conductive type semiconductor layer. And a second semiconductor layer formed on the surface of the first conductive semiconductor layer in contact with the first second conductive semiconductor layer and having a lower concentration than the first second conductive semiconductor layer. The second conductivity type semiconductor layer and the surface of the first second conductivity type semiconductor layer are in contact with each other, and the end of the second conductivity type semiconductor layer extends beyond the end of the first second conductivity type semiconductor layer. A first main electrode extending over the conductive semiconductor layer and insulated from the second second conductive semiconductor layer by an insulating film; and the second second electrode under an end of the first main electrode. A high-resistance semiconductor film in contact with the surface of the two-conductivity-type semiconductor layer and insulated from the first main electrode by the insulating film; Characterized in that it comprises a second main electrode provided on the conductivity-type semiconductor layer.
[0021]
[Action]
According to the high withstand voltage semiconductor element according to the present invention (claims 1 and 2), when a high electric field is generated in the insulating film below the end portion of the first main electrode, hot carriers jump into the high resistance semiconductor film, When the electric field disappears, hot carriers in the high resistance semiconductor film are released to the first conductivity type semiconductor layer. Accordingly, since hot carriers do not jump into the insulating film, the interface state density does not fluctuate and the withstand voltage deterioration with time is improved.
[0023]
【Example】
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing an element structure of a high voltage diode according to a first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a high resistance n-type cathode layer, and a p-type anode layer 7 is selectively diffused on the surface of the n-type cathode layer 1. On the other hand, a high concentration n-type cathode layer 5 is diffused on the back surface of the n-type cathode layer 1.
[0024]
A high-concentration p-type contact layer 6 is diffused on the surface of the p-type anode layer 7, and the p-type anode layer 7 is in low-resistance contact with the anode electrode 10 through the p-type contact layer 6. On the other hand, the cathode electrode 2 is in low resistance contact with the n-type cathode layer 5.
[0025]
In order to prevent the depletion layer from spreading on the surface of the n-type cathode layer 1, a high concentration n-type stopper layer 4 is diffused and formed on the surface of the n-type cathode layer 1. The n-type stopper layer 4 is provided with a stopper electrode 11. This stopper electrode 11 is for preventing the occurrence of leakage current at the end of the n-type stopper layer 4.
[0026]
In addition, a field plate is formed by the anode electrode 10 in order to relax the high electric field at the end of the p-type anode layer 7. That is, the anode electrode 10 extends beyond the end of the p-type anode layer 7 through the thermal oxide film 9 and the CVD oxide film 12 and onto the n-type cathode layer 1.
[0027]
Further, below the end of the anode electrode 10, there is provided a high resistance semiconductor film 8 that is insulated from the anode electrode 10 by the thermal oxide film 9 and the CVD oxide film 12 and is in contact with the surface of the n-type cathode layer 1.
[0028]
According to the present embodiment, when a high electric field is generated in the thermal oxide film 9 and the CVD oxide film 12 below the end of the anode electrode 10 at the time of reverse voltage charge, hot carriers jump into the high resistance semiconductor film 8, When the electric field disappears, hot carriers in the high resistance semiconductor film 8 are released to the n-type anode layer 1. Thus, in this embodiment, since hot carriers do not jump into the oxide films 9 and 12, the interface state density does not fluctuate and deterioration of the breakdown voltage with time is prevented.
(Second embodiment)
FIG. 2 is a sectional view showing an element structure of a high voltage diode according to the second embodiment of the present invention. In the following drawings, the same reference numerals as those in the previous drawings are attached to the portions corresponding to those in the previous drawings, and detailed description thereof will be omitted.
[0029]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the first embodiment in that a low-concentration p-type RESURF layer 3 is provided on the outer periphery of the p-type anode layer 7. The p-type RESURF layer 3 is formed in contact with the p-type anode layer 7.
[0030]
Also in this embodiment, as with the first embodiment, the high-resistance semiconductor film 8 can prevent the breakdown voltage from deterioration with time, and the p-type RESURF layer 3 further increases the breakdown voltage.
(Third embodiment)
FIG. 3 is a sectional view showing an element structure of a high voltage diode according to a third embodiment of the present invention.
[0031]
The high voltage diode of this embodiment is different from that of the first embodiment in that a high resistance semiconductor film 13 is provided on the CVD oxide film 12. That is, according to the present embodiment, the resistive field plate is formed by the high resistance semiconductor film 13.
[0032]
In this embodiment, as with the first embodiment, the high-resistance semiconductor film 8 can prevent the breakdown voltage from being deteriorated with time, and the high-resistance semiconductor film 13 (resistive field plate) further increases the breakdown voltage.
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a sectional view showing an element structure of a high voltage diode according to a fourth embodiment of the present invention.
[0033]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the third embodiment in that a low-concentration p-type RESURF layer 3 is provided on the outer periphery of the p-type anode layer 7. The p-type RESURF layer 3 is formed in contact with the p-type anode layer 7.
[0034]
Also in this embodiment, as with the third embodiment, the high-resistance semiconductor film 8 can prevent the breakdown voltage from deterioration with time, and the p-type RESURF layer 3 further increases the breakdown voltage.
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the element structure of a high voltage diode according to the fifth embodiment of the present invention.
[0035]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the second embodiment in that a plurality of high resistance semiconductor films 8a, 8b, and 8c are provided.
That is, in this embodiment, in addition to the high resistance semiconductor film 8b corresponding to the high resistance semiconductor film 8 of the second embodiment, the high resistance semiconductor film 8a, 8c is provided.
[0036]
Specifically, the high resistance semiconductor film 8 a is provided at the end of the p-type cathode layer 7, and the high resistance semiconductor film 8 c is provided at the end of the p-type RESURF layer 7.
According to this embodiment, since the added high-resistance semiconductor films 8a and 8c are less likely to cause fluctuations in interface state density due to hot carrier jumps, it is possible to more effectively suppress deterioration of breakdown voltage over time. .
(Sixth embodiment)
FIG. 6 is a sectional view showing an element structure of a high voltage diode according to a sixth embodiment of the present invention.
[0037]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the fifth embodiment in that, instead of the high resistance semiconductor film 8a and the high resistance semiconductor film 8b, the end of the p-type anode layer 7 is below the end of the anode electrode 10. This is because the high resistance semiconductor film 8ab formed continuously and integrally is used. In other words, in this embodiment, the high resistance semiconductor film 8ab in which the high resistance semiconductor film 8a and the high resistance semiconductor film 8b are integrally formed is used. Even if such a high-resistance semiconductor film 8ab is used, the same effect as in the fifth embodiment can be obtained.
[0038]
In general, the distance between the end of the p-type anode layer 7 and the end of the anode electrode 10 is only about 30 to 40 μm, whereas the end of the p-type anode layer 7 and the p-type RESURF layer 3 are separated. The distance between the two ends is several 100 μm apart. Therefore, the distance between the high-resistance semiconductor film 8ab and the high-resistance semiconductor film 8c is large, and the process margin such as the alignment margin in the exposure process is widened. Therefore, the high-resistance semiconductor film 8ab and the high-resistance semiconductor film 8c are formed. Is easy.
[0039]
Note that it is not preferable to integrally form the high-resistance semiconductor film 8ab and the high-resistance semiconductor film 8c. This is for the following reason. For example, a SIPOS (oxygen-doped polysilicon) film is effective as the high-resistance semiconductor film.
[0040]
However, when the SIPOS film is formed over a wide area of the junction termination region, a large leakage current flows when a reverse voltage is applied to the element at a high rate of increase.
[0041]
FIG. 37 is a diagram showing this, and in the high breakdown voltage diode of FIG. 1, the high resistance semiconductor film 8 is formed over the region from the p-type anode layer 7 to the n-type stopper layer 4, and in the reverse direction with a high rate of increase. The time change of the electric current at the time of applying the voltage V is shown. As shown in FIG. 37, when a reverse voltage V is applied at a high rate of increase, a large leakage current Ib flows. The displacement current Ia is a small current that flows regardless of the element structure.
[0042]
For this reason, when the above phenomenon occurs in a power semiconductor device in which a plurality of elements are connected in series, the balance of voltage sharing between elements is lost, an overvoltage is applied to a specific element, and there is a problem of element destruction.
[0043]
Therefore, when a plurality of high-voltage diodes of this embodiment are connected in series and the high-resistance semiconductor film 8ab and the high-resistance semiconductor film 8c are integrally formed, an overvoltage is applied to the specific high-voltage diode, and element breakdown occurs. Arise. Therefore, it is not preferable to integrally form the high resistance semiconductor film 8ab and the high resistance semiconductor film 8c.
(Seventh embodiment)
FIG. 7 is a sectional view showing an element structure of an IGBT according to a seventh embodiment of the present invention.
[0044]
A p-type base layer 15 is selectively diffused on the surface of the high-resistance n-type base layer 14. A high-concentration n-type source layer 16 is selectively diffused on the surface of the p-type base layer 15. A high-concentration p-type contact layer 6 is formed between the p-type base layer 15 and the n-type source layer 16. The p-type contact layer 6 is a high concentration diffusion layer for preventing the IGBT from latching up.
[0045]
A gate electrode 19 is disposed on the p-type base layer 15 between the n-type source layer 16 and the n-type base layer 14 via an insulating film 9 (gate insulating film). A source electrode 10S is disposed so as to contact the n-type source layer 16, the p-type base layer 15, and the p-type contact layer 6.
[0046]
Further, a p-type ring layer 20 is formed as a junction termination structure on the surface of the n-type base layer 14, and a p-type RESURF layer 3 is formed in contact with the p-type ring layer 20 outside the p-type ring layer 20. Further, an n-type stopper layer 4 is formed on the outer side. Under the end of the source electrode 10S, there is provided a high resistance semiconductor film 8 insulated from the source electrode 10S by the CVD oxide film 12 and in contact with the surface of the p-type RESURF layer 3.
[0047]
On the other hand, a high-concentration n-type buffer layer 17 and a high-concentration p-type drain layer 18 are sequentially diffused on the back surface of the n-type base layer 14, and the p-type drain layer 18 is provided with a drain electrode 2D. .
[0048]
According to this embodiment, the high resistance semiconductor film 8 insulated from the source electrode 10S by the thermal oxide film 9 and the CVD oxide film 12 and in contact with the surface of the p-type RESURF layer 3 is provided below the end of the source electrode 10S. Is provided. Therefore, the same effect as the embodiment described so far can be obtained.
(Eighth embodiment)
FIG. 9 is a diagram showing a high voltage diode according to an eighth embodiment of the present invention.
[0049]
In the figure, reference numeral 21 denotes a high resistance n-type cathode layer, and a p-type anode layer 22 is selectively diffused on the surface of the n-type cathode layer 21. The surface shape of the p-type anode layer 22 is substantially rectangular, and its four corners are formed in an arc shape.
[0050]
A high-concentration p-type contact layer 24 is diffused and formed on the surface of the p-type anode layer 22, and the p-type anode layer 22 is in low resistance contact with the anode electrode 27 through the p-type contact layer 24.
[0051]
Further, in order to obtain a withstand voltage, the following junction termination structure is formed.
First, a high-concentration n-type stopper layer 23 is formed on the surface of the n-type cathode layer 21 to prevent the depletion layer from spreading. The inner contour of the surface shape of the n-type stopper layer 23 is substantially rectangular. The n-type stopper layer 23 is provided with a stopper electrode 26. The stopper electrode 26 has a function of preventing leakage current from occurring at the end of the n-type stopper layer 23.
[0052]
Further, a field plate is formed by the anode electrode 27 in order to relax the high electric field at the end of the p-type anode layer 22. That is, the anode electrode 27 extends beyond the end of the p-type anode layer 22 through the insulating film 25 and onto the n-type cathode layer 21.
[0053]
In the junction termination region of this embodiment, the surface shape of the p-type anode layer 22 is larger than the distance L1 between the four sides of the surface shape of the p-type anode layer 22 and the four sides inside the surface shape of the n-type stopper layer 23. The distance L2 between the four corners and the inner four corners of the surface shape of the n-type stopper layer 23 is longer.
[0054]
FIG. 38 is a characteristic diagram showing a relationship between the breakdown voltage and the distance between the outside of the surface shape of the p-type anode layer 22 and the inside of the n-type stopper layer 23 (the distance between the anode and the stopper (distance L1 or distance L2)). . From FIG. 38, it can be seen that as the distance between the anode and the stopper becomes longer, the electric field is distributed more gently and the breakdown voltage is improved.
[0055]
Thereby, for example, if the curvature radii R3 of the four corners inside the surface shape of the n-type stopper layer 23 are set to the same size as the curvature radius R1, the electric field does not concentrate at the specific four corners, and the breakdown voltage is higher than the conventional one. Get higher.
(Ninth embodiment)
FIG. 10 is a plan view of the junction termination region of the high voltage diode according to the ninth embodiment of the present invention.
[0056]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the eighth embodiment in that the four corners of the surface shape of the p-type anode layer 22 and the four corner portions inside the surface shape of the n-type stopper layer 23 are made straight. L2> L1 is that the breakdown voltage is improved by suppressing electric field concentration at these four corners.
(Tenth embodiment)
FIG. 11 is a plan view of the junction termination region of the high voltage diode according to the tenth embodiment of the present invention.
[0057]
The high withstand voltage diode of the present embodiment is different from that of the eighth embodiment in that the electric field concentration at the four corners is suppressed by making the four corner portions into broken lines so that L2> L1. In the present embodiment, the number of broken lines is two, but may be three or more.
(Eleventh embodiment)
FIG. 12 is a plan view of the junction termination region of the high voltage diode according to the eleventh embodiment of the present invention.
[0058]
The high breakdown voltage diode of the present embodiment is different from that of the eighth embodiment in that the inner side portion of the surface shape of the n-type stopper layer 23 is expanded outward as it goes to the corner, and L1 is increased as it approaches the corner. Thus, the breakdown voltage is improved by relaxing the electric field concentration in the side portion.
(Twelfth embodiment)
FIG. 13 is a cross-sectional view of the junction termination region of the high voltage diode according to the twelfth embodiment of the present invention. FIGS. 13A and 13B correspond to the cross-sectional views of FIGS. 9C and 9D, respectively.
[0059]
The high voltage diode of the present embodiment is different from that of the eighth to eleventh embodiments in that a resistor is provided via an insulating film 25 on the region extending over the p-type anode layer 22, the n-type cathode layer 21, and the n-type stopper layer 23. This is because the concentration of the electric field is further relaxed by providing the high-resistance semiconductor film 28 as a conductive field plate. Both ends of the high resistance semiconductor film 28 are connected to the anode electrode 27 and the stopper electrode 26, respectively. The element structure other than the high-resistance semiconductor film 28 and the insulating film 25 may be any of the eighth to eleventh embodiments.
(Thirteenth embodiment)
FIG. 14 is a cross-sectional view of the junction termination region of the high voltage diode according to the thirteenth embodiment of the present invention.
[0060]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the twelfth embodiment in that the positional relationship between the high resistance semiconductor film 25 and the insulating film 28 is opposite. That is, in this embodiment, the high-resistance semiconductor film 28 is provided so as to be in direct contact with the surfaces of the p-type anode layer 22, the n-type cathode layer 21, and the n-type stopper layer 23.
(Fourteenth embodiment)
FIG. 15 is a diagram showing a high voltage diode according to a fourteenth embodiment of the present invention.
[0061]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the eighth embodiment in that a low-concentration p-type RESURF layer 29 surrounding the p-type anode layer 22 is formed on the p-type anode layer 22 on the surface of the n-type cathode layer 21. It is in contact.
[0062]
Further, the surface shape of the p-type RESURF layer 29 is a substantially rectangular frame shape, which is larger than the distance L3 between the four sides of the surface shape of the p-type anode layer 22 and the four sides of the surface shape of the p-type RESURF layer 29. The distance L4 between the four corners of the surface shape of the p-type anode layer and the four corners of the surface shape of the p-type RESURF layer 29 is longer.
[0063]
39 shows the relationship between the distance between the four sides of the surface shape of the p-type anode layer 23 and the four sides of the surface shape of the p-type RESURF layer 29 (anode-resurf distance (distance L3 or distance L4)) and the breakdown voltage. FIG. From FIG. 39, it can be seen that the electric field is more gently distributed and the breakdown voltage is improved as the distance between the anode and the RESURF becomes longer.
[0064]
Thereby, for example, the curvature radius R2 of the surface shape of the p-type RESURF layer 29 can be made the same as the curvature radius R1. Similarly to the eighth embodiment, the radius of curvature R3 can be the same as the radius of curvature R1. Therefore, the electric field is not concentrated at specific four corners, and the withstand voltage is higher than the conventional one.
(15th Example)
FIG. 16 is a plan view of a high voltage diode according to a fifteenth embodiment of the present invention.
[0065]
The high breakdown voltage diode of this embodiment differs from that of the fourteenth embodiment in that the four corners of the surface shape of the p-type anode layer 22, the four corners inside the surface shape of the n-type stopper layer 23, and the outside of the p-type RESURF layer 29. By making the four corner portions straight, L4> L3 is satisfied, and the electric field concentration at these four corners is suppressed to increase the breakdown voltage.
(Sixteenth embodiment)
FIG. 17 is a plan view of a high voltage diode according to a sixteenth embodiment of the present invention.
[0066]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the fourteenth embodiment in that the electric field concentration at the four corners is suppressed by setting the four corner portions to be broken lines so that L4> L3. In the present embodiment, the number of broken lines is two, but may be three or more.
(Seventeenth embodiment)
FIG. 18 is a plan view of a high voltage diode according to a seventeenth embodiment of the present invention.
[0067]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the fourteenth embodiment in that the side portions of the p-type RESURF layer 29 and the n-type stopper layer 23 are spread outward as they go to the corner, and as they approach the corner, L1, L2 Is to reduce the electric field concentration in the side portion and improve the breakdown voltage.
(Eighteenth embodiment)
FIG. 19 is a sectional view of the junction termination region of the high voltage diode according to the eighteenth embodiment of the present invention. 19A and 19B correspond to the cross-sectional views of FIGS. 15C and 15D, respectively.
[0068]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the fourteenth to seventeenth embodiments in that it is insulated on a region extending over the p-type anode layer 22, the p-type RESURF layer 29, the n-type cathode layer 21, and the n-type stopper layer 23. By providing the high-resistance semiconductor film 28 as a resistive field plate through the film 25, the concentration of the electric field is further relaxed. Both ends of the high resistance semiconductor film 28 are connected to the anode electrode 27 and the stopper electrode 26, respectively. The element structure other than the high-resistance semiconductor film 28 and the insulating film 25 may be any of the 14th to 17th embodiments.
(Nineteenth embodiment)
FIG. 20 is a sectional view of the junction termination region of the high voltage diode according to the nineteenth embodiment of the present invention.
[0069]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the eighteenth embodiment in that the positional relationship between the high resistance semiconductor film 28 and the insulating film 25 is opposite. That is, in this embodiment, the high resistance semiconductor film 28 is provided so as to be in direct contact with the surfaces of the p-type anode layer 22, the p-type RESURF layer 29, the n-type cathode layer 21, and the n-type stopper layer 23.
(20th embodiment)
FIG. 21 is a diagram showing a high voltage diode according to a twentieth embodiment of the present invention.
[0070]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the eighth embodiment in that a p-type ring layer 30 surrounding the p-type anode layer 22 is formed on the surface of the n-type cathode layer 21.
[0071]
The p-type ring layer 30 is not in contact with the p-type anode layer 22. A p-type contact layer 24 is selectively formed on the surface of the p-type ring layer 30, and the p-type ring layer 30 is in low resistance contact with the anode electrode 27 through the p-type contact layer 24.
[0072]
The surface shape of the p-type ring layer 30 is a substantially rectangular frame shape. From the distance L5 between the four outer sides of the surface shape of the p-type ring layer 30 and the four inner sides of the surface shape of the n-type stopper layer 23. However, the distance L6 between the outer four corners of the surface shape of the p-type ring layer 30 and the inner four corners of the surface shape of the n-type stopper layer 23 is longer.
[0073]
Thereby, the curvature radius R4 of the four corners outside the surface shape of the p-type ring layer 30 can be made the same size as the curvature radius R3. As in the fourteenth embodiment, the radius of curvature R3, the radius of curvature R2, and the radius of curvature R1 are the same. Therefore, the electric field is not concentrated at specific four corners, and the withstand voltage is higher than the conventional one.
(Twenty-first embodiment)
FIG. 22 is a plan view of the junction termination region of the high voltage diode according to the twenty-first embodiment of the present invention.
[0074]
The high breakdown voltage diode of this embodiment differs from that of the twentieth embodiment in that the four corners of the surface shape of the p-type anode layer 22, the four corners of the surface shape of the p-type ring layer 30, and the surface shape of the n-type stopper layer 23 are different. By making the inner four corners straight, L6> L5 is achieved, and the withstand voltage is improved by suppressing the electric field concentration at these four corners.
(Twenty-second embodiment)
FIG. 23 is a plan view of the junction termination region of the high voltage diode according to the twenty-second embodiment of the present invention.
[0075]
The high voltage diode of the present embodiment is different from that of the twentieth embodiment in that the electric field concentration at the four corners is suppressed by making the four corner portions into broken lines so that L6> L5. In the present embodiment, the number of broken lines is two, but may be three or more.
(23rd embodiment)
FIG. 24 is a plan view of the junction termination region of the high voltage diode according to the twenty-third embodiment of the present invention.
[0076]
The high breakdown voltage diode of the present embodiment is different from that of the twentieth embodiment in that the sides of the p-type ring layer 30 and the n-type stopper layer 23 are spread outward as they go to the corner, and L5 is increased as the corner is approached. Thus, the breakdown voltage is improved by relaxing the electric field concentration in the side portion.
(Twenty-fourth embodiment)
FIG. 25 is a sectional view of the junction termination region of the high voltage diode according to the twenty-fourth embodiment of the present invention. 25 (a) and 25 (b) correspond to the cross-sectional views of FIGS. 21 (c) and 21 (d), respectively.
[0077]
The high voltage diode of the present embodiment is different from that of the twentieth to twenty-third embodiments in that the resistance is provided via an insulating film 25 on the region extending over the p-type ring layer 30, the n-type cathode layer 21, and the n-type stopper layer 23. This is because the concentration of the electric field is further relaxed by providing the high-resistance semiconductor film 28 as a conductive field plate. Both ends of the high resistance semiconductor film 28 are connected to the anode electrode 27 and the stopper electrode 26, respectively. The element structure other than the high-resistance semiconductor film 28 and the insulating film 25 may be any of the 20th to 23rd embodiments.
(25th embodiment)
FIG. 26 is a sectional view of the junction termination region of the high breakdown voltage diode according to the twenty-fifth embodiment of the present invention.
[0078]
The high voltage diode of the present embodiment is different from that of the 24th embodiment in that the positional relationship between the high resistance semiconductor film 28 and the insulating film 25 is opposite. That is, in this embodiment, the high-resistance semiconductor film 28 is provided so as to be in direct contact with the surfaces of the p-type ring layer 30, the n-type cathode layer 21, and the n-type stopper layer 23.
(Twenty-sixth embodiment)
FIG. 27 is a diagram showing a high voltage diode according to a twenty-sixth embodiment of the present invention.
[0079]
The high breakdown voltage diode of this embodiment differs from that of the twentieth embodiment in that a low-concentration p-type RESURF layer 29 surrounding the p-type ring layer 30 is formed on the p-type ring layer 30 on the surface of the n-type cathode layer 21. It was formed in contact.
[0080]
The surface shape of the p-type RESURF layer 29 is a substantially rectangular frame shape, and is between the outer four sides of the surface shape of the p-type ring layer 30 and the outer four sides of the surface shape of the p-type RESURF layer 29. The distance L8 between the outer four corners of the surface shape of the p-type ring layer 30 and the outer corner of the surface shape of the p-type RESURF layer 29 is longer than the distance L7.
[0081]
Thereby, the curvature radius R5 of the four corners of the surface shape of the p-type RESURF layer 29 can be made the same size as the curvature radius R4. Similarly to the twentieth embodiment, the radius of curvature R4, the radius of curvature R3, the radius of curvature R2, and the radius of curvature R1 are the same. Therefore, the electric field is not concentrated at specific four corners, and the withstand voltage is higher than the conventional one.
(Twenty-seventh embodiment)
FIG. 28 is a plan view of the junction termination region of the high voltage diode according to the twenty-seventh embodiment of the present invention.
[0082]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the 26th embodiment in that the four corners of the surface shape of the p-type anode layer 22, the four corners of the surface shape of the p-type ring layer 30, and the surface shape of the p-type RESURF layer 29 are different. By making the outer four corners and the inner four corner portions of the surface shape of the n-type stopper layer 23 into a straight line, L8> L7 is established, and the breakdown voltage is improved by suppressing the electric field concentration at these four corners.
(Twenty-eighth embodiment)
FIG. 29 is a plan view of the junction termination region of the high voltage diode according to the twenty-eighth embodiment of the present invention.
[0083]
The high withstand voltage diode of this embodiment is different from that of the 26th embodiment in that the electric field concentration at the four corners is suppressed by making the four corner portions into broken lines so that L8> L7. In the present embodiment, the number of broken lines is two, but may be three or more.
(Twenty-ninth embodiment)
FIG. 30 is a plan view of the junction termination region of the high voltage diode according to the twenty-ninth embodiment of the present invention.
[0084]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the 26th embodiment in that the side portions of the p-type ring layer 30, the p-type RESURF layer 29, and the n-type stopper layer 23 are spread outward toward the corners. By increasing L7 as it gets closer to the corner, the electric field concentration is also reduced at the side portion to improve the breakdown voltage.
(30th embodiment)
FIG. 31 is a sectional view of the junction termination region of the high voltage diode according to the thirtieth embodiment of the present invention. 31 (a) and 31 (b) correspond to the cross-sectional views of FIGS. 27 (c) and 27 (d), respectively.
[0085]
The high voltage diode of the present embodiment is different from that of the 26th to 29th embodiments in that the high breakdown voltage diode is insulated on the region extending over the p-type ring layer 30, the p-type RESURF layer 29, the n-type cathode layer 21, and the n-type stopper layer This is because the concentration of the electric field is further reduced by providing the high-resistance semiconductor film 28 as a resistive field plate via the film 25. Both ends of the high resistance semiconductor film 28 are connected to the anode electrode 27 and the stopper electrode 26, respectively. The element structure other than the high-resistance semiconductor film 28 and the insulating film 25 may be any of the 26th to 29th embodiments.
(Thirty-first embodiment)
FIG. 32 is a sectional view of the junction termination region of the high voltage diode according to the thirty-first embodiment of the present invention.
[0086]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the 30th embodiment in that the positional relationship between the high resistance semiconductor film 28 and the insulating film 25 is opposite. That is, in this embodiment, the high-resistance semiconductor film 28 is provided so as to be in direct contact with the p-type ring layer 30, the p-type RESURF layer 29, the n-type cathode layer 21, and the n-type stopper layer 23.
(Thirty-second embodiment)
FIG. 33 is a plan view of a high voltage diode according to a thirty second embodiment of the present invention.
[0087]
The high voltage diode of this embodiment is different from that of the fourteenth embodiment shown in FIG. 15 in that the arc centers of the curvature radii R2 and R3 are shifted inward. The radii of curvature R1, R2, R3 are the same. In this embodiment, as in the fourteenth embodiment, the electric field concentration at the four corners is alleviated and the breakdown voltage is increased.
(Thirty-third embodiment)
FIG. 34 is a plan view of a high voltage diode according to a thirty third embodiment of the present invention.
[0088]
The high breakdown voltage diode of this embodiment is different from that of the fourteenth embodiment shown in FIG. 15 in that the inner contour of the surface shape of the n-type stopper layer 23 is rectangular.
[0089]
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described embodiment, the case where all the radii of curvature are made equal is described. However, in the conventional case, all the radii of curvature are different. Therefore, a higher withstand voltage than that of the prior art can be obtained simply by equalizing at least two radii of curvature.
[0090]
Moreover, you may combine the said Example variously. Further, in the above embodiments, the case of the high voltage diode has been mainly described, but the present invention can also be applied to other high voltage semiconductor elements of the present invention. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0091]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention (claims 1 and 2), hot carriers do not jump into the insulating film, so that it is possible to prevent deterioration of breakdown voltage over time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an element structure of a high voltage diode according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing an element structure of a high voltage diode according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing an element structure of a high voltage diode according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing an element structure of a high voltage diode according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing an element structure of a high voltage diode according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing an element structure of a high voltage diode according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view showing an element structure of an IGBT according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the element structure of a conventional high voltage diode
FIG. 9 is a diagram showing a high voltage diode according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a plan view of a junction termination region of a high voltage diode according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a plan view of a junction termination region of a high voltage diode according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a plan view of a junction termination region of a high voltage diode according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a sectional view of a junction termination region of a high voltage diode according to a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a sectional view of a junction termination region of a high voltage diode according to a thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a high voltage diode according to a fourteenth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a plan view of a high voltage diode according to a fifteenth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a plan view of a high voltage diode according to a sixteenth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a plan view of a high voltage diode according to a seventeenth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a sectional view of a junction termination region of a high voltage diode according to an eighteenth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a sectional view of a junction termination region of a high voltage diode according to a nineteenth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a view showing a high voltage diode according to a twentieth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a plan view of a junction termination region of a high voltage diode according to a twenty-first embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a plan view of a junction termination region of a high voltage diode according to a twenty-second embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a plan view of a junction termination region of a high voltage diode according to a twenty-third embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a sectional view of a junction termination region of a high voltage diode according to a twenty-fourth embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a sectional view of a junction termination region of a high voltage diode according to a twenty-fifth embodiment of the present invention.
FIG. 27 is a diagram showing a high voltage diode according to a twenty-sixth embodiment of the present invention;
FIG. 28 is a plan view of a junction termination region of a high voltage diode according to a twenty-seventh embodiment of the present invention.
FIG. 29 is a plan view of a junction termination region of a high voltage diode according to a twenty-eighth embodiment of the present invention.
30 is a plan view of a junction termination region of a high voltage diode according to a twenty-ninth embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 31 is a sectional view of a junction termination region of a high voltage diode according to a thirtieth embodiment of the present invention.
FIG. 32 is a sectional view of a junction termination region of a high voltage diode according to a thirty-first embodiment of the present invention.
FIG. 33 is a plan view of a high voltage diode according to a thirty second embodiment of the present invention.
FIG. 34 is a plan view of a high voltage diode according to a thirty third embodiment of the present invention.
FIG. 35 is a diagram showing a junction termination region of a conventional high voltage diode.
FIG. 36 shows a junction termination region of another conventional high voltage diode.
FIG. 37 is a diagram showing a change in current over time when a reverse voltage is applied at a high rate of increase;
FIG. 38 is a characteristic diagram showing the relationship between the anode-stopper distance and the withstand voltage.
FIG. 39 is a characteristic diagram showing the relationship between the anode-resurf distance and the withstand voltage.
[Explanation of symbols]
1. High-resistance n-type cathode layer (high-resistance first conductive semiconductor layer)
2 ... Cathode electrode (second main electrode)
3 ... p-type RESURF layer (second second conductivity type semiconductor layer)
4 ... n-type stopper layer
5 ... High concentration n-type cathode layer
6 ... p-type contact layer
7 ... p-type anode layer (second conductivity type semiconductor layer, first second conductivity type semiconductor layer)
8. High resistance semiconductor film
9 ... Thermal oxide film
10: Anode electrode (first main electrode)
11 ... Stopper electrode
12 ... CVD oxide film
13. High resistance semiconductor film
14 ... n-type base layer
15 ... p-type base layer
16 ... n-type source layer
17 ... n-type buffer layer
18 ... p-type drain layer
19 ... Gate electrode
20 ... p-type ring layer
21... N-type cathode layer (first first conductivity type semiconductor layer)
22 ... p-type anode layer (second conductivity type semiconductor layer)
23: n-type stopper layer (second first conductivity type semiconductor layer)
24 ... p-type contact layer
25. Insulating film
26 ... Stopper electrode
27 ... Anode electrode
28. High resistance semiconductor film
29 ... p-type RESURF layer
30 ... p-type guard ring layer

Claims

A high-resistance first conductive semiconductor layer;
A second conductivity type semiconductor layer selectively formed on the surface of the first conductivity type semiconductor layer;
The surface of the second conductivity type semiconductor layer is in contact with the end portion of the second conductivity type semiconductor layer and extends beyond the end of the second conductivity type semiconductor layer to the first conductivity type semiconductor layer. A first main electrode insulated from one conductivity type semiconductor layer;
A high-resistance semiconductor film that is in contact with the surface of the first conductive type semiconductor layer under the end of the first main electrode and is insulated from the first main electrode by the insulating film;
And a second main electrode provided in the first conductivity type semiconductor layer.

A high-resistance first conductive semiconductor layer;
A first second conductivity type semiconductor layer selectively formed on the surface of the first conductivity type semiconductor layer;
A second second conductive semiconductor layer formed on the surface of the first conductive semiconductor layer in contact with the first second conductive semiconductor layer and having a lower concentration than the first second conductive semiconductor layer. When,
The surface of the first second conductivity type semiconductor layer is in contact with the end portion of the first second conductivity type semiconductor layer beyond the end portion of the first second conductivity type semiconductor layer and on the second second conductivity type semiconductor layer. A first main electrode extending and insulated from the second second conductivity type semiconductor layer by an insulating film;
A high-resistance semiconductor film that is in contact with the surface of the second second-conductivity-type semiconductor layer under the end of the first main electrode and is insulated from the first main electrode by the insulating film;
And a second main electrode provided in the first conductivity type semiconductor layer.

3. The semiconductor device according to claim 2, further comprising a second high-resistance semiconductor layer that is in contact with an end surface of the second second-conductivity-type semiconductor layer and is insulated from the first main electrode. The high breakdown voltage semiconductor element described.