JP5517688B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は半導体装置に関し、特に高耐圧性を有する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having high withstand voltage.

半導体装置において、pn接合の耐圧は、電界集中が生じる注入層周縁部のいずれかにおいて、電界強度が半導体基板の物性で決まる降伏電界強度に達する(すなわち、降伏する)ときの逆方向電圧の絶対値で定義される。   In a semiconductor device, the breakdown voltage of the pn junction is the absolute value of the reverse voltage when the electric field strength reaches the breakdown electric field strength determined by the physical properties of the semiconductor substrate (that is, breakdown) at any of the peripheral portions of the injection layer where electric field concentration occurs. Defined by value.

従来の高耐圧半導体装置において、n型半導体基板と高濃度p型注入層(活性領域)から成るpn接合の逆方向耐圧(以後、耐圧と記す)は、高濃度p型注入層の周縁部の円柱型接合に電界が集中することにより制限されていた。そこで、半導体装置の終端部において、高濃度p型注入層の周縁部に隣接して、低濃度p型注入層を形成することにより、高濃度p型注入層の周縁部における電界集中を緩和し、pn接合の逆耐圧を高めることができる(例えば、特許文献1)。この低濃度p型注入層は一般に、リサーフ(RESURF:Reduced Surface Field)層、もしくは、JTE(Junction Termination Extension)と呼ばれる。   In a conventional high breakdown voltage semiconductor device, the reverse breakdown voltage (hereinafter referred to as breakdown voltage) of a pn junction composed of an n-type semiconductor substrate and a high concentration p type injection layer (active region) is the peripheral edge of the high concentration p type injection layer. It was limited by the concentration of the electric field on the cylindrical junction. Therefore, by forming a low-concentration p-type injection layer at the terminal portion of the semiconductor device adjacent to the peripheral portion of the high-concentration p-type injection layer, electric field concentration at the peripheral portion of the high-concentration p-type injection layer is alleviated. The reverse breakdown voltage of the pn junction can be increased (for example, Patent Document 1). This low-concentration p-type injection layer is generally called a RESURF (Reduced Surface Field) layer or a JTE (Junction Termination Extension).

上記の構造においても、電界集中は高濃度p型注入層と低濃度p型注入層の周縁部に発生する。低濃度p型注入層の周縁部に隣接して、さらに低濃度p型注入層(低々濃度p型注入層)を形成することにより、さらにpn接合の耐圧を高めることができる(例えば、特許文献2)。   Even in the above structure, electric field concentration occurs at the peripheral portions of the high concentration p-type injection layer and the low concentration p-type injection layer. By further forming a low-concentration p-type injection layer (low-concentration p-type injection layer) adjacent to the peripheral edge of the low-concentration p-type injection layer, the breakdown voltage of the pn junction can be further increased (for example, a patent) Reference 2).

特許文献1に示される半導体装置では、低濃度p型注入層の注入量を上げることにより、低濃度p型注入層周縁部の電界強度が増加し、高濃度p型注入層周縁部の電界強度が低下する。そして、高濃度p型注入層周縁部と低濃度p型注入層周縁部が同時に降伏するときに、最大の耐圧が得られる。   In the semiconductor device disclosed in Patent Document 1, the electric field strength at the peripheral portion of the low concentration p-type injection layer is increased by increasing the injection amount of the low concentration p-type injection layer, and the electric field strength at the peripheral portion of the high concentration p-type injection layer. Decreases. The maximum breakdown voltage can be obtained when the peripheral edge of the high concentration p-type implantation layer and the peripheral edge of the low concentration p-type implantation layer simultaneously break down.

特許文献2では、低々濃度p型注入層により、低濃度p型注入層周縁部の電界強度が低下する。そのため、特許文献1よりもさらに低濃度p型注入層の注入量を上げて、高濃度p注入層周縁部の電界強度を低下できる。その結果、特許文献2の半導体装置において、高濃度p型注入層周縁部と低濃度p型注入層周縁部が同時に降伏する条件の耐圧は、特許文献1のそれよりも高くなる。そして、特許文献2の半導体装置にあっては、高濃度p型注入層周縁部と低濃度p型注入層周縁部と低々濃度p型注入層周縁部が同時に降伏するときに、最大の耐圧が得られる。   In Patent Document 2, the electric field strength at the peripheral portion of the low concentration p-type injection layer is lowered by the low concentration p-type injection layer. Therefore, the injection amount of the low-concentration p-type injection layer can be increased more than that in Patent Document 1, and the electric field strength at the peripheral portion of the high-concentration p-type injection layer can be reduced. As a result, in the semiconductor device of Patent Document 2, the withstand voltage under the condition that the peripheral portion of the high-concentration p-type implantation layer and the peripheral portion of the low-concentration p-type implantation layer breakdown simultaneously is higher than that of Patent Document 1. In the semiconductor device of Patent Document 2, when the high-concentration p-type injection layer peripheral portion, the low-concentration p-type injection layer peripheral portion, and the low-concentration p-type injection layer peripheral portion simultaneously break down, the maximum breakdown voltage is obtained. Is obtained.

特開平5−63213号公報JP-A-5-63213 特許第3997551号公報Japanese Patent No. 3997551 特開2008−18125号公報JP 2008-18125 A

R. Stengl and U. Gosele,“VARIATION OF LATERAL DOPING − A NEW CONCEPT TO AVOID HIGH VOLTAGE BREAKDOWN OF PLANAR JUNCTIONS,” IEDM 85, p. 154, 1985.R. Stengl and U.S. Gosele, “VARIATION OF LATERAL DOPING-A NEW CONNECT TO AVOID HIGH VOLTAGE BRAKDOWN OF PLANAR JUNCTIONS,” IEDM 85, p. 154, 1985.

このようなn型半導体基板と基板表面に形成された高濃度p型注入層から成るpn接合に、高濃度p型注入層周縁部に隣接する低濃度p型注入層と低々濃度p型注入層を設けた半導体装置では、低濃度p型注入層の注入量を上げることにより、耐圧を高めることができるが、低濃度p型注入層の注入量は、低濃度p型注入層周縁部の降伏により制限されるという問題があった。このため、所望の耐圧を得るために終端部の面積を大きくせざるを得なかった。   In such a pn junction consisting of an n-type semiconductor substrate and a high-concentration p-type injection layer formed on the substrate surface, a low-concentration p-type injection layer and a low-concentration p-type implantation adjacent to the periphery of the high-concentration p-type injection layer. In a semiconductor device provided with a layer, the breakdown voltage can be increased by increasing the injection amount of the low-concentration p-type injection layer. However, the injection amount of the low-concentration p-type injection layer is the peripheral portion of the low-concentration p-type injection layer. There was a problem of being limited by surrender. For this reason, in order to obtain a desired pressure | voltage resistance, the area of the termination | terminus part had to be enlarged.

この問題を解決するものとして、特許文献3に示すようなフローティングフィールドプレート(FFP(Floating Field Plate))を設ける構造があげられるが、当該文献のフローティングフィールドプレートは、ソース電極側のフィールドプレートとオーバーラップする位置に配置されているため、フローティングフィールドプレートを配置できる箇所はソース電極近傍だけである。したがって、当該文献のフローティングフィールドプレートが基板表面の電界強度に影響を及ぼす範囲はソース電極近傍に限られ、特にkV(キロボルト)オーダの高耐圧性を有する半導体装置のように終端部の幅が広い場合は効果が小さかった。   As a solution to this problem, there is a structure in which a floating field plate (FFP (Floating Field Plate)) as shown in Patent Document 3 is provided. The floating field plate of this document is overlaid with the field plate on the source electrode side. Since the wrapping position is disposed, the place where the floating field plate can be disposed is only in the vicinity of the source electrode. Therefore, the range in which the floating field plate of the document affects the electric field strength on the substrate surface is limited to the vicinity of the source electrode, and the width of the terminal portion is wide, particularly in a semiconductor device having a high breakdown voltage on the order of kV (kilovolt). If the effect was small.

本発明は、上記のことを鑑み、終端部の面積を変えることなくさらに高い耐圧をもつ、換言すれば耐圧を低下させずに終端部の面積を縮小することが可能である半導体装置を提供することを目的とする。   In view of the above, the present invention provides a semiconductor device that has a higher breakdown voltage without changing the area of the termination, in other words, can reduce the area of the termination without reducing the breakdown voltage. For the purpose.

本発明の態様は、半導体装置であって、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板表面に選択的に形成された、前記半導体装置の活性領域である第2導電型の第1不純物層と、前記第1不純物層と隣接して、前記半導体基板表面に選択的に形成され、前記第1不純物層よりも低不純物濃度の、第2導電型の第2不純物領域と、前記第2不純物領域と隣接して、前記半導体基板表面に選択的に形成され、前記第1不純物層よりも低不純物濃度の、第2導電型の第3不純物領域と、前記第2不純物領域と前記第3不純物領域との境界部分の前記半導体基板上に絶縁層を介して形成された、第1フローティングフィールドプレートとを備える。 One embodiment of the present invention is a semiconductor device, a first conductivity type semiconductor substrate, and a second conductivity type first impurity which is selectively formed on a surface of the semiconductor substrate and is an active region of the semiconductor device. A second conductivity type second impurity region selectively formed on the surface of the semiconductor substrate adjacent to the first impurity layer and having a lower impurity concentration than the first impurity layer, and the second impurity region. A third impurity region of a second conductivity type, which is selectively formed on the surface of the semiconductor substrate adjacent to the impurity region and has a lower impurity concentration than the first impurity layer, the second impurity region, and the third impurity region And a first floating field plate formed on the semiconductor substrate at the boundary with the impurity region via an insulating layer.

本発明の態様によれば、半導体装置であって、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板表面に選択的に形成された、前記半導体装置の活性領域である第2導電型の第1不純物層と、前記第1不純物層と隣接して、前記半導体基板表面に選択的に形成され、前記第1不純物層よりも低不純物濃度の、第2導電型の第2不純物領域と、前記第2不純物領域と隣接して、前記半導体基板表面に選択的に形成され、前記第1不純物層よりも低不純物濃度の、第2導電型の第3不純物領域と、前記第2不純物領域と前記第3不純物領域との境界部分の前記半導体基板上に絶縁層を介して形成された、第1フローティングフィールドプレートとを備えることにより、適切に中間電位となった第1フローティングフィールドプレートによって電圧が分担されるので、終端部の面積を変えることなくさらに高い耐圧を実現し、換言すれば耐圧を低下させずに終端部の面積を縮小することが可能となる。また、1ウエハから作製可能なチップ数も増大し、コスト低減が期待できる。 According to one aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a first conductivity type semiconductor substrate and a second conductivity type second substrate which is selectively formed on a surface of the semiconductor substrate and is an active region of the semiconductor device. A second impurity region of a second conductivity type, which is selectively formed on the surface of the semiconductor substrate adjacent to the first impurity layer and having a lower impurity concentration than the first impurity layer; Adjacent to the second impurity region, selectively formed on the surface of the semiconductor substrate and having a lower impurity concentration than the first impurity layer, a second impurity region of the second conductivity type, the second impurity region, By providing a first floating field plate formed on the semiconductor substrate at the boundary with the third impurity region via an insulating layer, the voltage is divided by the first floating field plate appropriately at an intermediate potential. Since the, to achieve higher breakdown voltage without changing the area of the end portion, it is possible to reduce the area of the end portion without reducing the breakdown voltage in other words. In addition, the number of chips that can be manufactured from one wafer is increased, and cost reduction can be expected.

ここで、フィールドプレートと第1フローティングフィールドプレートとが平面上離間する場合の効果を述べる。フィールドプレートと第1フローティングフィールドプレートとが平面上離間しない、すなわち、オーバーラップする構造である場合、通常、フィールドプレートと第1フローティングフィールドプレートとの間の容量結合は、第1フローティングフィールドプレートと基板表面間との容量結合よりも強くなる。そのため、第1フローティングフィールドプレートの電位はフィールドプレートの電位に近くなり、第1フローティングフィールドプレートはフィールドプレートに近い効果を奏することになる。   Here, the effect when the field plate and the first floating field plate are separated on a plane will be described. When the field plate and the first floating field plate are not spaced apart from each other, i.e., have a structure in which they overlap each other, the capacitive coupling between the field plate and the first floating field plate is usually the first floating field plate and the substrate. It becomes stronger than the capacitive coupling between the surfaces. Therefore, the potential of the first floating field plate is close to the potential of the field plate, and the first floating field plate has an effect close to that of the field plate.

この場合、第1フローティングフィールドプレートを延伸しすぎると、第1フローティングフィールドプレート先端の下に位置する基板表面において、初めに降伏が生じることになる。つまり、どれだけ第2不純物領域と第3不純物領域の幅が広くても、第1フローティングフィールドプレートを配置できる位置は第1不純物層近傍に限られることになる。つまり、第1フローティングフィールドプレートが基板表面の電界強度に影響を及ぼす範囲は、第1不純物層近傍に限られてしまう。それに対し、フィールドプレートと第1フローティングフィールドプレートが平面上離間する場合、第1フローティングフィールドプレートを配置する位置に制限はない。したがって、第1フローティングフィールドプレートを用いて第1不純物層から離れた箇所の電界強度に影響を及ぼすことができる。そして、第1フローティングフィールドプレートが第2不純物領域と第3不純物領域にオーバーラップするとき、実施の形態で述べるメカニズムにより、耐圧を高める効果を奏する。   In this case, if the first floating field plate is stretched too much, breakdown will first occur on the substrate surface located below the tip of the first floating field plate. That is, no matter how wide the second impurity region and the third impurity region are, the position where the first floating field plate can be disposed is limited to the vicinity of the first impurity layer. That is, the range in which the first floating field plate affects the electric field strength on the substrate surface is limited to the vicinity of the first impurity layer. On the other hand, when the field plate and the first floating field plate are spaced apart on a plane, there is no restriction on the position where the first floating field plate is disposed. Therefore, it is possible to influence the electric field strength at a location away from the first impurity layer using the first floating field plate. When the first floating field plate overlaps the second impurity region and the third impurity region, an effect of increasing the breakdown voltage is obtained by the mechanism described in the embodiment.

ここで最も重要なことは、フィールドプレートと第1フローティングフィールドプレートがオーバーラップする構造である場合、効果が第1不純物層近傍に限られるのに対し、フィールドプレートと第1フローティングフィールドプレートが平面上離間し、第1フローティングフィールドプレートが第2不純物領域と第3不純物領域にオーバーラップする場合は、第1不純物層から離れた第2不純物領域および第3不純物領域に効果を及ぼすことができる点である。   The most important thing here is that when the field plate and the first floating field plate are overlapped, the effect is limited to the vicinity of the first impurity layer, whereas the field plate and the first floating field plate are on the plane. When the first floating field plate is separated and overlaps the second impurity region and the third impurity region, the second impurity region and the third impurity region separated from the first impurity layer can be affected. is there.

上記の述べた特徴は、kV(キロボルト)オーダ以上の高耐圧性を有する半導体装置において、幅広の第2不純物領域および第3不純物領域を必要とする場合に、特に顕著に現れる。   The above-described features are particularly prominent when a wide second impurity region and third impurity region are required in a semiconductor device having a high breakdown voltage of the order of kV (kilovolt) or more.

本発明の実施の形態1による半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の効果を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the effect of this invention. 本発明の効果を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the effect of this invention. 本発明の効果を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the effect of this invention. 本発明の実施の形態1のFFPの効果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the effect of FFP of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の変形例による半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device by the modification of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に対してデバイスシミュレーションを行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed device simulation with respect to Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の変形例による半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device by the modification of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の変形例による半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device by the modification of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2のFFP周辺の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section around FFP of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3による半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device by Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3による半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device by Embodiment 3 of this invention.

<A.実施の形態1>
<A−1.構成>
図1は、本発明の実施の形態1による半導体装置の終端部(半導体チップの外周部)を示す断面図である。主接合側が図の左方向、ダイシングライン側が図の右方向である。この終端部は平面図で見ると、主接合とダイシングラインとの間にリング状に配置されるものである。
<A. Embodiment 1>
<A-1. Configuration>
1 is a cross-sectional view showing a terminal portion (an outer peripheral portion of a semiconductor chip) of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. The main joint side is the left direction in the figure, and the dicing line side is the right direction in the figure. This end portion is arranged in a ring shape between the main junction and the dicing line when viewed in plan view.

図1(a)に示すように、本発明にかかる半導体装置は、不純物濃度が1014cm-3以下のn型シリコン半導体基板であるドリフト層1と、ドリフト層1表面に選択的に形成された高濃度p型注入層であり、ドリフト層1とpn接合を形成する半導体装置の活性領域であるベース2(第1不純物層)と、ベース2の周縁部に隣接した低濃度p型注入層で、ドリフト層1表面に選択的に形成された、ベース2よりも低不純物濃度のリサーフ層3(第2不純物領域)と、リサーフ層3の周縁部に隣接したさらなる低濃度のp型注入層で、ドリフト層1表面に選択的に形成された、ベース2よりも低不純物濃度のリサーフ層4(第3不純物領域)と、ドリフト層1の下方に形成されたカソード電極7とを備える。 As shown in FIG. 1A, a semiconductor device according to the present invention is selectively formed on a drift layer 1 which is an n-type silicon semiconductor substrate having an impurity concentration of 10 14 cm −3 or less, and on the surface of the drift layer 1. A base 2 (first impurity layer) that is an active region of the semiconductor device that forms a pn junction with the drift layer 1, and a low-concentration p-type injection layer adjacent to the periphery of the base 2 Thus, the resurf layer 3 (second impurity region) having a lower impurity concentration than the base 2 selectively formed on the surface of the drift layer 1 and a further lower concentration p-type injection layer adjacent to the peripheral portion of the resurf layer 3 The resurf layer 4 (third impurity region) having a lower impurity concentration than the base 2 and the cathode electrode 7 formed below the drift layer 1 are provided selectively on the surface of the drift layer 1.

さらに半導体装置は、リサーフ層4とは離間してドリフト層1表面に形成されたチャネルストッパ5と、ベース2上に形成されたアノード電極6と、ベース2に接続され、ベース2とリサーフ層3との境界部分のドリフト層1上に形成されたフィールドプレート9と、チャネルストッパ5上に形成されたフィールドプレート10と、ドリフト層1上に形成された絶縁層8と、フィールドプレート9と平面上離間し、絶縁層8を介してリサーフ層3とリサーフ層4との境界部分のドリフト層1上に、両者をオーバーラップして形成されたFFP11(第1フローティングフィールドプレート)とを備える。   Further, the semiconductor device is connected to the channel stopper 5 formed on the surface of the drift layer 1 so as to be separated from the RESURF layer 4, the anode electrode 6 formed on the base 2, and the base 2, and the base 2 and RESURF layer 3 are connected. The field plate 9 formed on the drift layer 1 at the boundary between the field plate 10, the field plate 10 formed on the channel stopper 5, the insulating layer 8 formed on the drift layer 1, and the field plate 9 on the plane An FFP 11 (first floating field plate) is formed on the drift layer 1 at the boundary between the RESURF layer 3 and the RESURF layer 4 through the insulating layer 8 so as to overlap with each other.

リサーフ層3とリサーフ層4とは、それぞれ別の注入プロセスで形成しても良いし、リサーフ層4を形成する際に、リサーフ層3となる領域にも注入し、後から差分の注入量を注入することにより、リサーフ層3を形成しても良い。そのため、実施の形態1による半導体装置の終端部の断面図は、図1(b)のようにリサーフ層13がリサーフ層12を囲む(包含する)形状となっても良い。   The RESURF layer 3 and the RESURF layer 4 may be formed by different injection processes, respectively, or when the RESURF layer 4 is formed, the RESURF layer 3 is also injected into a region to be the RESURF layer 3, and a difference injection amount is set later. The RESURF layer 3 may be formed by implantation. Therefore, the cross-sectional view of the terminal portion of the semiconductor device according to the first embodiment may have a shape in which the RESURF layer 13 surrounds (includes) the RESURF layer 12 as shown in FIG.

電圧は、ベース2上のアノード電極6と、基板裏面のカソード電極7とに印加される。図1に示すように、ベース2と、アノード電極6と、カソード電極7とは、主接合の全面に形成されている。アノード電極6を接地したとき、カソード電極7を正の電圧とすることで、pn接合に逆方向電圧が印加され、p型注入層であるベース2、リサーフ層3、リサーフ層4と、n型半導体基板であるドリフト層1とのpn接合境界から空乏層が広がる。   The voltage is applied to the anode electrode 6 on the base 2 and the cathode electrode 7 on the back surface of the substrate. As shown in FIG. 1, the base 2, the anode electrode 6, and the cathode electrode 7 are formed over the entire main junction. When the anode electrode 6 is grounded, the cathode electrode 7 is set to a positive voltage, so that a reverse voltage is applied to the pn junction, and the base 2, the resurf layer 3, the resurf layer 4 that are p-type injection layers, and the n-type A depletion layer spreads from the pn junction boundary with the drift layer 1 which is a semiconductor substrate.

ベース2には、絶縁層8を介してリサーフ層3に被さるフィールドプレート9が接続されている。リサーフ層4より外側(図右側のダイシングライン側)には、高濃度n型注入層であるチャネルストッパ5が設けられ、チャネルストッパ5には絶縁層8を介してリサーフ層4に僅かに被さるフィールドプレート10が接続されている。   A field plate 9 covering the RESURF layer 3 is connected to the base 2 via an insulating layer 8. A channel stopper 5 which is a high-concentration n-type injection layer is provided outside the RESURF layer 4 (on the dicing line side on the right side in the figure), and the channel stopper 5 has a field that slightly covers the RESURF layer 4 via an insulating layer 8. The plate 10 is connected.

ここで、フィールドプレート9はアノード電極6と同電位であり、pn接合に逆電圧が印加されたときに、基板表面上に正孔を集めて等価的にベース2の曲部の曲率を緩和して電界強度を低減し、また、半導体−絶縁体界面付近の絶縁層8に存在する正の固定電荷により引き寄せられた、基板表面上の電子を打ち消す効果がある。   Here, the field plate 9 is at the same potential as the anode electrode 6, and when a reverse voltage is applied to the pn junction, holes are collected on the surface of the substrate to equivalently reduce the curvature of the curved portion of the base 2. Thus, there is an effect of reducing the electric field strength and canceling out electrons on the substrate surface attracted by positive fixed charges existing in the insulating layer 8 in the vicinity of the semiconductor-insulator interface.

どちらの効果も、直感的には、基板表面における空乏層の境界を、フィールドプレート9の先端に向けて伸ばすイメージである。チャネルストッパ5とフィールドプレート10とは、空乏層がダイシングラインにまで到達していないときにカソード電極7とほぼ同電位となり、空乏層の余分な伸びを抑え、チャネルストッパ5へのリーチスルーを防ぐ役割がある。   Intuitively, both effects are an image of extending the boundary of the depletion layer on the substrate surface toward the tip of the field plate 9. The channel stopper 5 and the field plate 10 have substantially the same potential as the cathode electrode 7 when the depletion layer does not reach the dicing line, suppresses excessive extension of the depletion layer, and prevents reach through to the channel stopper 5. There is a role.

<A−2.動作>
この実施の形態1の動作について、図2、3、4で順を追って説明する。図2、3、4には、半導体装置の終端部の断面図(各図(a))と、それぞれに対応する基板表面近傍における電界強度のイメージ図(各図(b))とを示している。実際に電界が集中する箇所(インパクトポイント)は、基板最表面から注入層の深さ付近までのどこかにあるが、ここでは簡単のため、インパクトポイントが基板表面近傍のある深さに並んでいると仮定している。
<A-2. Operation>
The operation of the first embodiment will be described in order with reference to FIGS. 2, 3, and 4 show a cross-sectional view (each figure (a)) of the terminal portion of the semiconductor device and an image diagram (each figure (b)) of the electric field intensity in the vicinity of the substrate surface corresponding to each. . The location where the electric field actually concentrates (impact point) is somewhere from the top surface of the substrate to the vicinity of the depth of the injection layer, but for simplicity here, the impact point is aligned with a certain depth near the surface of the substrate. Is assumed.

図2(a)は、ベース2に単一濃度のp型注入層であるリサーフ層104を隣接させた構造である。ここで、インパクトポイントは、ベース2(P+)曲部a点、リサーフ層104(P−−)端(もしくは、チャネルストッパ5に接続されたフィールドプレート10の先端の下部)b点、ベース2に接続されたフィールドプレート9の先端の下部c点である。ここで、簡単のために、c点の電界強度は常にa点のそれよりも低いものとする(このバランスはフィールドプレートの幅を変更することにより調節できるが、ここでは考えない)。   FIG. 2A shows a structure in which a RESURF layer 104 that is a single-concentration p-type injection layer is adjacent to the base 2. Here, the impact point is at the base 2 (P +) curved portion a point, the RESURF layer 104 (P−−) end (or the lower end of the tip of the field plate 10 connected to the channel stopper 5) b point, and the base 2 This is a lower point c at the tip of the connected field plate 9. Here, for simplicity, it is assumed that the electric field intensity at point c is always lower than that at point a (this balance can be adjusted by changing the width of the field plate, but is not considered here).

a点とb点の電界強度のバランスは、リサーフ層104の注入量により調節でき、リサーフ層104の注入量を上げることでa点の電界強度は下がり、b点の電界強度は上がる。ここで、降伏時におけるa点の電界強度とb点の電界強度とが、ほぼ等しくなるようにリサーフ層104の注入量を調節する(図2(b)の実線グラフ)と、最大の耐圧が得られる。この時のリサーフ層104の注入量は、およそ1×1012cm-2となる。この最適条件よりもリサーフ層104の注入量を上げることで、a点の電界強度をさらに下げることができるが、a点よりも先にb点で降伏が生じ、結果として耐圧は低下する(図2(b)の点線グラフ)。 The balance of the electric field strength at point a and point b can be adjusted by the injection amount of the RESURF layer 104. Increasing the injection amount of the RESURF layer 104 decreases the electric field strength at point a and increases the electric field strength at point b. Here, when the implantation amount of the RESURF layer 104 is adjusted so that the electric field strength at the point a and the electric field strength at the point b at the time of breakdown are substantially equal (solid line graph in FIG. 2B), the maximum breakdown voltage is obtained. can get. The injection amount of the RESURF layer 104 at this time is approximately 1 × 10 12 cm −2 . By increasing the injection amount of the RESURF layer 104 beyond this optimum condition, the electric field intensity at the point a can be further reduced, but breakdown occurs at the point b before the point a, resulting in a decrease in breakdown voltage (FIG. 2 (b) dotted line graph).

図3(a)のように、図2(a)のリサーフ層104に対応するリサーフ層4(P−−)のベース2側に、少しだけ注入量を上げた注入層であるリサーフ層3(P−)を設ける。この構造では、図2におけるa点、b点、c点に加えて、リサーフ層3の曲部d点にも電界が集中する。ここで、リサーフ層3の注入量を上げると、d点の電界強度は上がり、a点の電界強度は下がるが、b点の電界強度は僅かに上がるだけである。図2(b)で最適条件であったリサーフ層104の注入量に対して、リサーフ層3の注入量をやや上げて、リサーフ層4の注入量を僅かに下げれば、図2(b)よりも基板表面の電界の線積分値(近似的には、グラフの囲む面積)を大きくすることができ、より高い耐圧を得ることができる(図3(b)の実線グラフ)。   As shown in FIG. 3 (a), the RESURF layer 3 (injection layer slightly increased in the amount of injection on the base 2 side of the RESURF layer 4 (P--) corresponding to the RESURF layer 104 in FIG. P-) is provided. In this structure, the electric field concentrates on the curved portion d point of the RESURF layer 3 in addition to the points a, b, and c in FIG. Here, when the injection amount of the RESURF layer 3 is increased, the electric field intensity at the point d is increased and the electric field intensity at the point a is decreased, but the electric field intensity at the point b is only slightly increased. If the injection amount of the RESURF layer 3 is slightly increased and the injection amount of the RESURF layer 4 is slightly decreased with respect to the injection amount of the RESURF layer 104 which was the optimum condition in FIG. In addition, the line integral value of the electric field on the substrate surface (approximately, the area surrounded by the graph) can be increased, and a higher breakdown voltage can be obtained (solid line graph in FIG. 3B).

図3(a)の構造によって耐圧を上げられる最も大きな要因は、直感的に言えば、リサーフ層3の注入量を上げることにより、リサーフ層3のフィールドプレート9に覆われていない部分(c点からd点の間)の電界強度が底上げされることにある。図3(a)の構造では、リサーフ層の注入量の上限は、d点における電界強度により制限される(図3(b)の点線グラフ)。   Intuitively speaking, the largest factor that can increase the breakdown voltage by the structure of FIG. 3A is that the portion of the RESURF layer 3 that is not covered by the field plate 9 by increasing the injection amount of the RESURF layer 3 (point c) (B) to (d) is increased. In the structure of FIG. 3A, the upper limit of the injection amount of the RESURF layer is limited by the electric field strength at the point d (dotted line graph of FIG. 3B).

そこで、図4(a)のように、リサーフ層3とリサーフ層4とにオーバーラップするFFP11を設けることにより、d点の電界強度ピークを、FFP11の先端の下部であるe点およびf点に分担させることができる(図4(b))。ここで、FFP11を設置することにより、基板表面の電界の線積分値(基板表面に沿った線積分なので、FFP11により生じる基板表面に対して鉛直方向の電界成分は影響しない)は変化しないが、一点に集中した電界を二点で分担することで、電界強度ピークの高さを下げることができる。   Therefore, as shown in FIG. 4A, by providing the FFP 11 that overlaps the RESURF layer 3 and the RESURF layer 4, the electric field intensity peak at the point d is changed to the points e and f below the tip of the FFP 11. They can be shared (FIG. 4B). Here, by installing the FFP 11, the line integral value of the electric field on the substrate surface (because the line integral along the substrate surface does not affect the vertical electric field component generated by the FFP 11), By sharing the electric field concentrated at one point by two points, the height of the electric field strength peak can be lowered.

すなわち、FFPを備えることにより、各リサーフ層にかかる電圧を調節して、リサーフ層3の周縁部の電界を低下させることができる。その結果、さらにリサーフ層3の注入量を上げることができ、さらに耐圧を向上できるといった効果を奏する。   That is, by providing the FFP, the voltage applied to each RESURF layer can be adjusted, and the electric field at the peripheral portion of the RESURF layer 3 can be reduced. As a result, the injection amount of the RESURF layer 3 can be further increased, and the withstand voltage can be further improved.

つまり、図3で、印加電圧Vbにおいてd点が降伏する注入条件(図3(b)の点線グラフ)において、図4(a)のようにFFP11を設けることで、印加電圧Vbでの降伏がなくなり、さらに高い電圧まで降伏なしに印加することができる(図4(b)の実線グラフ)。言い換えれば、図4の最適条件におけるリサーフ層3の注入量は図3のそれよりも高く、図4の最適条件における耐圧は図3のそれよりも高い。   That is, in FIG. 3, in the implantation condition (dotted line graph in FIG. 3B) where the point d yields at the applied voltage Vb, by providing the FFP 11 as shown in FIG. 4A, the breakdown at the applied voltage Vb is reduced. Thus, even higher voltages can be applied without breakdown (solid line graph in FIG. 4B). In other words, the injection amount of the RESURF layer 3 under the optimum condition of FIG. 4 is higher than that of FIG. 3, and the breakdown voltage under the optimum condition of FIG. 4 is higher than that of FIG.

ここで、FFP11をe点の基板最表面で接続する(つまり、フローティングではなくなる)と、f点の基板最表面で鉛直方向の電界成分が大きくなりすぎて、耐圧は劇的に低下する。つまり、耐圧を上げる効果は、このフィールドプレートがフローティングであるときだけ得られる。   Here, if the FFP 11 is connected to the top surface of the substrate at point e (that is, it is not floating), the electric field component in the vertical direction becomes too large at the top surface of the substrate at point f, and the breakdown voltage drops dramatically. That is, the effect of increasing the breakdown voltage is obtained only when the field plate is floating.

図5は、FFP11の効果を示す模式図である。この図は、リサーフ層3とリサーフ層4の境界近傍において、FFP11を設けない場合(図5(a))と、設けた場合(図5(b))とについて、それぞれの場合の電位(図5(c)(d))、電界強度(図5(e)(f))を示している。   FIG. 5 is a schematic diagram showing the effect of FFP11. This figure shows the potential in each case (FIG. 5A) when the FFP 11 is not provided (FIG. 5A) and when it is provided (FIG. 5B) in the vicinity of the boundary between the RESURF layer 3 and the RESURF layer 4. 5 (c) (d)) and electric field strength (FIGS. 5 (e) and (f)).

FFP11を設けると、FFP11の電位はFFP11が覆う基板表面の電位分布で決まるある中間電位となる。ここで図5では、簡単のため、リサーフ層3とリサーフ層4との境界部分で中間電位を取るとしているが、実際には必ずしもそうなるとは限らない。また、電界強度も実際は左右対称形ではない。   When the FFP 11 is provided, the potential of the FFP 11 becomes an intermediate potential determined by the potential distribution on the substrate surface covered by the FFP 11. Here, in FIG. 5, for simplicity, an intermediate potential is taken at the boundary between the RESURF layer 3 and the RESURF layer 4, but this is not always true. Also, the electric field strength is not actually symmetrical.

よって、FFP11と基板表面との間に電位差が生じ、基板表面にキャリア分布の変調が生じる(図5(b))。FFP11先端の下部に当たる基板表面のうち、リサーフ層3側には固定された電子(反転層)が、リサーフ層4側には固定されたホールが生じる。また、電気的中性を保つために、それらの固定されたキャリアの分だけ、リサーフ層3、リサーフ層4それぞれに、逆符号の電荷が溜まる(図5(b))。   Therefore, a potential difference is generated between the FFP 11 and the substrate surface, and the carrier distribution is modulated on the substrate surface (FIG. 5B). Of the substrate surface corresponding to the lower part of the FFP 11 tip, fixed electrons (inversion layer) are generated on the RESURF layer 3 side, and fixed holes are generated on the RESURF layer 4 side. In order to maintain electrical neutrality, charges of opposite signs accumulate in the RESURF layer 3 and the RESURF layer 4 by the amount of those fixed carriers (FIG. 5B).

その結果、図5(d)(f)の実線グラフに示すように、リサーフ層3とリサーフ層4との境界の電界強度ピークが消失し、代わりにFFP11の先端の下部に電界強度ピークが発生する。当然、FFP11を設けない場合には、依然として電界強度ピークが存在する(図5(c)(e))。   As a result, the electric field intensity peak at the boundary between the RESURF layer 3 and the RESURF layer 4 disappears as shown in the solid line graphs of FIGS. 5D and 5F, and instead an electric field intensity peak is generated at the lower part of the tip of the FFP 11. To do. Of course, when the FFP 11 is not provided, the electric field strength peak still exists (FIGS. 5C and 5E).

FFP11のリサーフ層3およびリサーフ層4に対するオーバーラップ量を適切に設定することにより、FFP11の両先端の下部の電界強度を、FFP11を設けないときの電界強度よりも低くすることができる。ただし、基板表面の電界は、FFP11と基板表面との間の電界成分(主に、基板表面に対して鉛直方向の電界成分)を少なからず持つため、FFP11の幅を大きくしすぎる(FFP11と対向する基板表面との電位差が大きくなりすぎる)と、FFP11の先端の下部における降伏のため、耐圧が低下する。   By appropriately setting the overlap amount of the FFP 11 with respect to the RESURF layer 3 and the RESURF layer 4, the electric field strength at the lower part of both ends of the FFP 11 can be made lower than the electric field strength when the FFP 11 is not provided. However, since the electric field on the substrate surface has a considerable amount of electric field component between the FFP 11 and the substrate surface (mainly, the electric field component in the vertical direction with respect to the substrate surface), the width of the FFP 11 is too large (opposing the FFP 11). If the potential difference from the surface of the substrate is too large), the breakdown voltage is lowered due to the breakdown at the lower end of the tip of the FFP 11.

ところで、終端部にリサーフ層をもつ半導体装置において、耐圧を上げる最も簡単な方法は、リサーフ層の幅を大きくすることである。しかし、それでは、終端部の面積が大きくなり、半導体装置の面積も大きくなってしまう。リサーフ層の幅(ひいては、終端部および半導体装置の面積)を変えずに、耐圧を向上できることは、本発明の大きな特徴の一つである。また、逆に言えば、本発明を用いれば、ある耐圧を満たすために必要なリサーフ層の幅を小さくすることができ、半導体装置の面積を縮小することができるので、1ウエハから製造できるチップの数を増大させることができる。   By the way, in a semiconductor device having a RESURF layer at the terminal end, the simplest method for increasing the breakdown voltage is to increase the width of the RESURF layer. However, in that case, the area of the termination portion becomes large, and the area of the semiconductor device also becomes large. One of the major features of the present invention is that the breakdown voltage can be improved without changing the width of the RESURF layer (and consequently the area of the terminal portion and the semiconductor device). Conversely, if the present invention is used, the width of the RESURF layer necessary to satisfy a certain breakdown voltage can be reduced, and the area of the semiconductor device can be reduced. Can be increased.

本発明では、ソース電極側の電位の強く影響を受けることなく、FFPが適切な中間電位を有し、半導体装置の耐圧を向上させることができる。   In the present invention, the FFP has an appropriate intermediate potential without being strongly influenced by the potential on the source electrode side, and the breakdown voltage of the semiconductor device can be improved.

なお、実施の形態1の半導体装置を構成する全ての要素のキャリアの符号を逆にしても、同様の効果が得られる。   Note that the same effect can be obtained even if the signs of the carriers of all the elements constituting the semiconductor device of the first embodiment are reversed.

また、実施の形態1では、複数のリサーフ層の幅が近しく描かれているが、リサーフ層の幅はそれぞれ異なっていても良い。また、複数のリサーフ層の深さは同一である必要はないし、ベース2に隣接するリサーフ層の深さはベース2に対して浅くても良い。   In Embodiment 1, the widths of the plurality of RESURF layers are drawn close to each other, but the widths of the RESURF layers may be different from each other. The depths of the plurality of RESURF layers do not have to be the same, and the depth of the RESURF layer adjacent to the base 2 may be shallower than the base 2.

また、半導体基板は、炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)など、どのような半導体材料で製造されても良い。   The semiconductor substrate may be made of any semiconductor material such as silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN).

また、実施の形態1では半導体装置としてダイオードを例にしているが、MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、サイリスタなど、終端部に円柱接合型のpn接合をもつものであれば、どのような半導体装置に適用されても良い。   In the first embodiment, a diode is used as an example of the semiconductor device. However, a metal-oxide-field-effect transistor (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a thyristor-type pn junction pn junction, or the like. Any semiconductor device may be used as long as it has the following.

なお、実施の形態1において、フィールドプレート9がなくてもベース2の周縁部の電界強度を十分に抑制できる場合は、フィールドプレート9を省略できる場合がある。   In the first embodiment, the field plate 9 may be omitted if the electric field strength at the peripheral edge of the base 2 can be sufficiently suppressed without the field plate 9.

例えば、図4において、降伏時のb点、e点、f点の電界強度がa点、c点の電界強度に比べて十分に高い場合は、フィールドプレート9を省略しても耐圧は大きく変化しない。   For example, in FIG. 4, when the field strengths at points b, e, and f at the time of breakdown are sufficiently higher than the field strengths at points a and c, the breakdown voltage changes greatly even if the field plate 9 is omitted. do not do.

また、ベース2の円柱接合の曲率を緩和するような非特許文献1の注入方法(VLD(Variation of Lateral Doping))を使用しても、ベース2の周縁部の電界強度を抑制することができ、フィールドプレート9を省略できる場合がある。   Further, even if the injection method (VLD (Variation of Lateral Doping)) of Non-Patent Document 1 that relaxes the curvature of the cylindrical joint of the base 2 is used, the electric field strength at the peripheral portion of the base 2 can be suppressed. In some cases, the field plate 9 can be omitted.

<A−3.変形例1>
図6は、本発明の変形例1を示す断面図である。図6では、図1と同一の部分には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。図1に示した構造ではリサーフ層3とリサーフ層4、リサーフ層12とリサーフ層13はそれぞれ隣接して形成されていたが、図6に示すように、リサーフ層100(第2不純物領域)とリサーフ層101(第3不純物領域)とが離間しつつ隣り合っていても良い。なお、フィールドプレート9と平面上離間し、リサーフ層100とリサーフ層101との隙間部分のドリフト層1上に絶縁層8を介して形成されたFFP11(第1フローティングフィールドプレート)の、リサーフ層100に対するオーバーラップ量は、リサーフ層101に対するそれよりも大きくなっている。
<A-3. Modification 1>
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a first modification of the present invention. In FIG. 6, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In the structure shown in FIG. 1, the RESURF layer 3 and the RESURF layer 4, and the RESURF layer 12 and the RESURF layer 13 are formed adjacent to each other, but as shown in FIG. 6, the RESURF layer 100 (second impurity region) and The RESURF layer 101 (third impurity region) may be adjacent to each other while being separated from each other. The RESURF layer 100 of the FFP 11 (first floating field plate) that is spaced apart from the field plate 9 on a plane and formed on the drift layer 1 in the gap portion between the RESURF layer 100 and the RESURF layer 101 via the insulating layer 8. The amount of overlap with respect to is larger than that with respect to the RESURF layer 101.

図7は、不純物濃度1014cm-3以下のn型シリコン半導体基板に対してデバイスシミュレーションを行った結果である。ここで、リサーフ層およびリサーフ層の幅はそれぞれ290μm、注入深さ(接合深さ)は6μmである。 FIG. 7 shows the result of device simulation performed on an n-type silicon semiconductor substrate having an impurity concentration of 10 14 cm −3 or less. Here, the width of the RESURF layer and the RESURF layer is 290 μm, and the implantation depth (junction depth) is 6 μm.

図7に示すように、隣接したリサーフ層の表面濃度を様々に変更した、FFPを設けない場合に比べて、FFP11を設けた場合(表面濃度6×1015cm-3、2×1015cm-3)には、静耐圧が向上している(3901V)ことがわかる。また、離間しつつ隣り合ったリサーフ層(離間距離30μm)の、FFPを設けない場合に比べて、FFP11を設けた場合には、静耐圧が向上している(3763V)ことがわかる。 As shown in FIG. 7, when the FFP 11 is provided (surface concentration 6 × 10 15 cm −3 , 2 × 10 15 cm) as compared with the case where the FFP is not provided in which the surface concentration of the adjacent RESURF layer is variously changed. -3 ) shows that the static withstand voltage is improved (3901 V). Further, it can be seen that the static withstand voltage is improved (3763 V) when the FFP 11 is provided, compared to the case where the FFP is not provided in the adjacent RESURF layers (separation distance 30 μm) while being separated.

<A−4.変形例2>
図1、図6に示した半導体装置の構造では、注入量の異なるリサーフ層は2つであったが、注入量の異なるリサーフ層をさらに増やしても良い。図8は、本発明の変形例2を示す断面図であり、注入量の異なるリサーフ層が3つある。
<A-4. Modification 2>
In the structure of the semiconductor device shown in FIGS. 1 and 6, there are two RESURF layers with different implantation amounts. However, the RESURF layers with different implantation amounts may be further increased. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a second modification of the present invention, in which there are three RESURF layers with different injection amounts.

図8(a)においては、リサーフ層4と隣接して、ドリフト層1表面に選択的に形成され、ベース2よりも低不純物濃度の、リサーフ層16(第4不純物層)と、リサーフ層4とリサーフ層16との境界部分のドリフト層1上に絶縁層8を介して形成された、FFP18(第2フローティングフィールドプレート)をさらに備える。   In FIG. 8A, a resurf layer 16 (fourth impurity layer) that is selectively formed on the surface of the drift layer 1 adjacent to the resurf layer 4 and has a lower impurity concentration than the base 2, and the resurf layer 4. Further, an FFP 18 (second floating field plate) is further formed on the drift layer 1 at the boundary between the RESURF layer 16 and the RESURF layer 16 via the insulating layer 8.

図8(b)においては、リサーフ層101と離間しつつ隣り合って、ドリフト層1表面に選択的に形成され、ベース2よりも低不純物濃度の、リサーフ層21(第4不純物層)と、リサーフ層101とリサーフ層21との隙間部分のドリフト層1上に絶縁層8を介して形成された、FFP18(第2フローティングフィールドプレート)をさらに備える。なお、図8では、図1と同一の部分には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。   In FIG. 8B, a resurf layer 21 (fourth impurity layer) which is adjacent to the RESURF layer 101 and is adjacent to the RESURF layer 101 and selectively formed on the surface of the drift layer 1 and having a lower impurity concentration than the base 2; Further provided is an FFP 18 (second floating field plate) formed on the drift layer 1 in the gap portion between the RESURF layer 101 and the RESURF layer 21 via the insulating layer 8. In FIG. 8, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図8(a)において、隣接するリサーフ層3、4、16は、ベース2から遠ざかる順に注入量が少なくなり、FFP17、18が注入量の異なるリサーフ層に絶縁層8を介してオーバーラップする。   In FIG. 8A, the adjacent RESURF layers 3, 4, 16 decrease in the injection amount in the order of distance from the base 2, and the FFPs 17, 18 overlap the RESURF layers with different injection amounts via the insulating layer 8.

また、図8(b)において、離間しつつ隣り合ったリサーフ層100、101、21は、ベース2から遠ざかる順に注入量が少なくなり、FFP17、18が注入量の異なるリサーフ層に絶縁層8を介してオーバーラップする。   Further, in FIG. 8B, the resurf layers 100, 101, and 21 adjacent to each other while being separated from each other have a smaller amount of injection in the order of distance from the base 2, and the FFPs 17 and 18 have the insulating layer 8 added to the resurf layers having different amounts of injection. Overlap through.

このように注入量を段階的に低減する方が、最適条件においては実施の形態1よりも高い耐圧が得られる。また、リサーフ層の周縁部のうち、電界強度が比較的低い箇所があれば、その部分にはFFP17、18を設けなくても良い。例えば、図8(a)のリサーフ層4の周縁部の電界強度が比較的弱ければ、FFP18は設けなくても良い。   In this way, a higher withstand voltage than that of the first embodiment can be obtained by reducing the injection amount in stages. Further, if there is a portion having a relatively low electric field strength in the peripheral portion of the RESURF layer, the FFPs 17 and 18 may not be provided in that portion. For example, if the electric field strength at the peripheral portion of the RESURF layer 4 in FIG. 8A is relatively weak, the FFP 18 may not be provided.

<A−5.変形例3>
FFP11はフローティングなので、図9に示すように、外部電荷により素子表面が帯電しないようにしておいた方が、信頼性が向上する。ドリフト層1とFFP11の間隔(d1)より十分大きな間隔をFFP11上部(d2)に隔ててシールド層103を設ける。
<A-5. Modification 3>
Since the FFP 11 is in a floating state, as shown in FIG. 9, the reliability is improved if the surface of the element is not charged by an external charge. The shield layer 103 is provided with an interval sufficiently larger than the interval (d1) between the drift layer 1 and the FFP 11 separated from the upper portion (d2) of the FFP 11.

シールド層103は、モジュールのパッケージ、MOSFETのアルミ配線等の金属配線、半絶縁性窒化珪素膜およびSIPOS(Semi−Insulating Poly−crystalline Silicon)等の半絶縁性膜のいずれであってもよい。   The shield layer 103 may be any of a module package, a metal wiring such as an aluminum wiring of a MOSFET, a semi-insulating silicon nitride film, and a semi-insulating film such as SIPOS (Semi-Insulating Poly-crystalline Silicon).

なお、リサーフ層が離間しつつ隣り合って形成されている場合でも、同様の効果がある。   Even when the RESURF layers are formed adjacent to each other while being separated, the same effect is obtained.

<A−6.効果>
本発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置であって、第1導電型の半導体基板としてのドリフト層1と、ドリフト層1表面に選択的に形成された、半導体装置の活性領域である第2導電型の第1不純物層としてのベース2と、ベース2と隣接して、ドリフト層1表面に選択的に形成され、ベース2よりも低不純物濃度の、第2導電型の第2不純物領域であるリサーフ層3、12と、リサーフ層3、12と隣接して、ドリフト層1表面に選択的に形成され、リサーフ層3、12よりも低不純物濃度の、第2導電型の第3不純物領域であるリサーフ層4、13と、ベース2に接続され、ベース2とリサーフ層3、12との境界部分のドリフト層1上に形成された、フィールドプレート9と、フィールドプレート9と平面上離間し、リサーフ層3、12とリサーフ層4、13との境界部分のドリフト層1上に絶縁層8を介して形成された、第1フローティングフィールドプレートであるFFP11とを備えることで、適切に中間電位となったFFP11によって電圧が分担されるので、終端部の面積を変えることなくさらに高い耐圧を実現し、換言すれば耐圧を低下させずに終端部の面積を縮小することが可能となる。また、1ウエハから作製可能なチップ数も増大し、コスト低減が期待できる。
<A-6. Effect>
According to the first embodiment of the present invention, a semiconductor device includes a drift layer 1 as a first conductivity type semiconductor substrate and an active region of the semiconductor device selectively formed on the surface of the drift layer 1. A base 2 as a first impurity layer of a certain second conductivity type, and a second conductivity type second that is selectively formed on the surface of the drift layer 1 adjacent to the base 2 and has a lower impurity concentration than the base 2. Resurf layers 3 and 12 that are impurity regions, and adjacent to RESURF layers 3 and 12, are selectively formed on the surface of drift layer 1, and have a lower impurity concentration than the RESURF layers 3 and 12. A field plate 9 connected to the base 2 and the drift layer 1 at the boundary between the base 2 and the RESURF layers 3 and 12; Spaced apart and reser By providing the first floating field plate FFP 11 formed on the drift layer 1 at the boundary between the layers 3 and 12 and the RESURF layers 4 and 13 via the insulating layer 8, the intermediate potential is appropriately set. Since the voltage is shared by the FFP 11, higher breakdown voltage can be realized without changing the area of the termination, in other words, the area of the termination can be reduced without reducing the breakdown voltage. In addition, the number of chips that can be manufactured from one wafer is increased, and cost reduction can be expected.

また、本発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置において、第2不純物領域としてのリサーフ層12は、第3不純物領域としてのリサーフ層13に包含されることで、適切に中間電位となったFFP11によって電圧が分担され、高耐圧の半導体装置を得ることができる。   Further, according to the first embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the RESURF layer 12 as the second impurity region is included in the RESURF layer 13 as the third impurity region. The voltage is shared by the FFP 11 thus formed, and a high breakdown voltage semiconductor device can be obtained.

また、本発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置において、第3不純物領域としてのリサーフ層4と隣接して、ドリフト層1表面に選択的に形成され、第3不純物領域としてのリサーフ層4よりも低不純物濃度の、第2導電型の第4不純物層としてのリサーフ層16と、リサーフ層4とリサーフ層16との境界部分のドリフト層1上に絶縁層8を介して形成された、第2フローティングフィールドプレートとしてのFFP18とをさらに備えることで、さらに高耐圧の半導体装置を得ることができる。   Further, according to the first embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the RESURF as the third impurity region is selectively formed on the surface of the drift layer 1 adjacent to the RESURF layer 4 as the third impurity region. Resurf layer 16 as a second impurity layer of the second conductivity type having a lower impurity concentration than layer 4, and formed on insulating layer 8 on drift layer 1 at the boundary between resurf layer 4 and resurf layer 16. Further, by further providing the FFP 18 as the second floating field plate, a semiconductor device having a higher breakdown voltage can be obtained.

また、本発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置であって、第1導電型の半導体基板としてのドリフト層1と、ドリフト層1表面に選択的に形成された、半導体装置の活性領域である第2導電型の第1不純物層としてのベース2と、ベース2と隣接して、ドリフト層1表面に選択的に形成され、ベース2よりも低不純物濃度の、第2導電型の第2不純物領域であるリサーフ層100と、リサーフ層100と離間しつつ隣り合って、ドリフト層1表面に選択的に形成され、リサーフ層100よりも低不純物濃度の、第2導電型の第3不純物領域としてのリサーフ層101と、ベース2に接続され、ベース2とリサーフ層100との境界部分のドリフト層1上に形成された、フィールドプレート9と、フィールドプレート9と平面上離間し、リサーフ層100とリサーフ層101との隙間部分のドリフト層1上に絶縁層8を介して形成された、第1フローティングフィールドプレートとしてのFFP11とを備えることで、適切に中間電位となったFFP11によって電圧が分担されるので、終端部の面積を変えることなくさらに高い耐圧を実現し、換言すれば耐圧を低下させずに終端部の面積を縮小することが可能となる。また、1ウエハから作製可能なチップ数も増大し、コスト低減が期待できる。   Also, according to the first embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device, which is a drift layer 1 as a first conductivity type semiconductor substrate, and the activity of the semiconductor device selectively formed on the surface of the drift layer 1. The base 2 as the first impurity layer of the second conductivity type, which is a region, and the second conductivity type that is selectively formed on the surface of the drift layer 1 adjacent to the base 2 and has a lower impurity concentration than the base 2. A resurf layer 100 that is the second impurity region is adjacent to the RESURF layer 100 while being separated from the RESURF layer 100, and is selectively formed on the surface of the drift layer 1, and has a lower impurity concentration than the RESURF layer 100. A resurf layer 101 as an impurity region and a field plate 9 connected to the base 2 and formed on the drift layer 1 at the boundary between the base 2 and the resurf layer 100, and spaced apart from the field plate 9 on a plane By providing the FFP 11 as the first floating field plate formed on the drift layer 1 in the gap portion between the RESURF layer 100 and the RESURF layer 101 via the insulating layer 8, the FFP 11 having an appropriate intermediate potential can be obtained. Therefore, the higher breakdown voltage can be realized without changing the area of the termination portion. In other words, the termination area can be reduced without lowering the breakdown voltage. In addition, the number of chips that can be manufactured from one wafer is increased, and cost reduction can be expected.

また、本発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置において、第3不純物領域としてのリサーフ層101と離間しつつ隣り合って、ドリフト層1表面に選択的に形成され、第3不純物領域であるリサーフ層101よりも低不純物濃度の、第2導電型の第4不純物層であるリサーフ層21と、第3不純物領域であるリサーフ層101とリサーフ層21との隙間部分のドリフト層1上に絶縁層8を介して形成された、第2フローティングフィールドプレートとしてのFFP18とをさらに備えることで、さらに高耐圧の半導体装置を得ることができる。   Further, according to the first embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the third impurity region is selectively formed on the surface of the drift layer 1 adjacent to the RESURF layer 101 as the third impurity region while being separated from the RESURF layer 101. On the drift layer 1 in the gap between the RESURF layer 101 and the RESURF layer 21 as the third impurity region, and the RESURF layer 21 as the fourth impurity layer of the second conductivity type having a lower impurity concentration than the RESURF layer 101 as Further, an FFP 18 as a second floating field plate formed through the insulating layer 8 is further provided, whereby a semiconductor device having a higher breakdown voltage can be obtained.

また、本発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置において、フィールドプレート9およびフローティングフィールドプレート11上に、ドリフト層1・フローティングフィールドプレート間の絶縁層8よりも厚い絶縁層8を介して形成されたシールド層103をさらに備えることで、シールド層103によって外部電荷により素子表面が帯電せず、信頼性が向上する。   Further, according to the first embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the insulating layer 8 thicker than the insulating layer 8 between the drift layer 1 and the floating field plate is provided on the field plate 9 and the floating field plate 11. By further including the formed shield layer 103, the element surface is not charged by the external charge by the shield layer 103, and the reliability is improved.

<B.実施の形態2>
<B−1.構成>
図10は、本発明の半導体装置の、FFP11が備えられる周辺の断面図である。図10(a)では、FFP11よりも上層のメタル配線を用いて、リサーフ層3(P−)とFFP11端部との両方に、絶縁層8(図示せず)を介してオーバーラップするFFP32(第3フローティングフィールドプレート)を設けている。
<B. Second Embodiment>
<B-1. Configuration>
FIG. 10 is a cross-sectional view of the periphery of the semiconductor device of the present invention where the FFP 11 is provided. In FIG. 10 (a), an FFP 32 (overlapping both of the RESURF layer 3 (P−) and the end of the FFP 11 via an insulating layer 8 (not shown) using a metal wiring above the FFP 11 is used. A third floating field plate is provided.

FFP32の役割は、リサーフ層3側のFFP11先端の下部(e点)における電界強度を、FFP32の先端の下部(g点)に分担させることである。このようにFFP32を備えることで、さらに耐圧を向上させることができる。FFP32は、FFP11と絶縁層8を介して容量結合しており、FFP11とFFP32とのオーバーラップ量を調節することで、電位および電界強度の調節が可能である。なお、最終的なFFP11とFFP32の電位は、FFP11、FFP32および基板表面の三者間の容量結合により決定される。   The role of the FFP 32 is to share the electric field strength at the lower portion (point e) of the FFP 11 tip on the RESURF layer 3 side with the lower portion (point g) of the FFP 32 tip. By providing the FFP 32 in this way, the breakdown voltage can be further improved. The FFP 32 is capacitively coupled to the FFP 11 via the insulating layer 8, and the potential and electric field strength can be adjusted by adjusting the amount of overlap between the FFP 11 and the FFP 32. Note that the final potentials of the FFP 11 and the FFP 32 are determined by capacitive coupling between the FFP 11, the FFP 32, and the substrate surface.

また、図10(b)のように、さらに、リサーフ層4(P−−)とFFP11端部との両方に、絶縁層8を介してオーバーラップするFFP33を設けても良い。この場合、リサーフ層4側のFFP11の先端の下部(f点)における電界強度が、FFP33の先端の下部(h点)に分担される。このようにFFP33を備えることで、さらに耐圧を向上させることができる。   Further, as shown in FIG. 10B, FFPs 33 that overlap with the insulating layer 8 may be provided on both the RESURF layer 4 (P−−) and the end of the FFP 11. In this case, the electric field strength at the lower part (point f) of the tip of the FFP 11 on the RESURF layer 4 side is shared by the lower part (point h) of the tip of the FFP 33. By providing the FFP 33 in this way, the breakdown voltage can be further improved.

また、図10(c)のように、配線34、35をビアホール36で接続し、FFP45としても良い。ここで、FFP11とFFP45との間の容量値は、FFP11と配線34のオーバーラップ量で調節できる。この形状の利点は、2層のメタル配線層を用いて(配線37、38をビアホール39で接続した)FFP46を形成するように、FFPの数を増やせることである。つまり、FFPの数に制限がなくなる。   Further, as shown in FIG. 10C, the wirings 34 and 35 may be connected by a via hole 36 to form the FFP 45. Here, the capacitance value between the FFP 11 and the FFP 45 can be adjusted by the overlap amount of the FFP 11 and the wiring 34. The advantage of this shape is that the number of FFPs can be increased so that the FFP 46 is formed using two metal wiring layers (wirings 37 and 38 are connected by via holes 39). That is, the number of FFP is not limited.

また、FFP11のリサーフ4側にFFP47、FFP48を設けても良い。ここで、FFP47は、配線40と配線41とをビアホール42で接続して形成しているが、FFP48のように、配線43と配線44とをビアホールで接続しないことで、FFP47と配線44との間の容量結合を弱めることもできる。   Further, FFP 47 and FFP 48 may be provided on the RESURF 4 side of the FFP 11. Here, the FFP 47 is formed by connecting the wiring 40 and the wiring 41 through the via hole 42. However, unlike the FFP 48, the wiring 43 and the wiring 44 are not connected through the via hole, so that the FFP 47 and the wiring 44 are connected. The capacitive coupling between them can also be weakened.

なお、図10の形状は一例であって、図10(a)(b)(c)に示した形状を組み合わせても良い。また、図10では2つのメタル配線層を用いているが、3つ以上の配線層を用いて、相互に容量結合する複数のFFPを有する形状にしても良い。   The shape of FIG. 10 is an example, and the shapes shown in FIGS. 10A, 10B, and 10C may be combined. Further, although two metal wiring layers are used in FIG. 10, a shape having a plurality of FFPs that are capacitively coupled to each other using three or more wiring layers may be used.

ここで、図10のように、FFP11に対しさらに複数のFFPを設ける場合、FFPの先端の下部の電界強度だけでなく、他のインパクトポイントの電界強度も影響を受ける。そのため、実施の形態2を用いることで、必ずしも、実施の形態1より高い耐圧が得られるというわけではない。実施の形態1よりも高い耐圧が得るには、全てのリサーフ層の注入量と、FFPとリサーフ層とのオーバーラップ量、FFP間のオーバーラップ量を最適化する必要がある。   Here, as shown in FIG. 10, when a plurality of FFPs are further provided for the FFP 11, not only the electric field intensity at the lower part of the tip of the FFP but also the electric field intensity at other impact points is affected. Therefore, the use of the second embodiment does not necessarily provide a higher breakdown voltage than that of the first embodiment. In order to obtain a higher withstand voltage than in the first embodiment, it is necessary to optimize the injection amount of all the RESURF layers, the overlap amount between the FFP and the RESURF layer, and the overlap amount between the FFPs.

なお、リサーフ層が離間しつつ隣り合って形成されている場合でも、同様の効果がある。   Even when the RESURF layers are formed adjacent to each other while being separated, the same effect is obtained.

<B−2.効果>
本発明にかかる実施の形態2によれば、半導体装置において、第1フローティングフィールドプレートとしてのFFP11の端部上に絶縁層8を介して形成された、第3フローティングフィールドプレートとしてのFFP32、33をさらに備えることで、電界強度を分担させ、さらに耐圧を向上させることができる。
<B-2. Effect>
According to the second embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the FFPs 32 and 33 serving as the third floating field plate are formed on the end portion of the FFP 11 serving as the first floating field plate via the insulating layer 8. By further providing, the electric field strength can be shared and the breakdown voltage can be further improved.

<C.実施の形態3>
<C−1.構成>
図11は、本発明の実施の形態3による半導体装置の終端部を示す断面図である。フィールドプレート9、10、およびFFP11は、半絶縁性膜であるシールド層51によって接続される。シールド層51は、FFP11上に絶縁層8を介さずに形成される。ここでシールド層51は、半導体基板であるドリフト層1よりも遥かに高い抵抗率を有し(半絶縁性膜であるシールド層51のシート抵抗は、例えば1018Ω/□オーダーである。)、外部電荷に対するシールドとして働く。FFP11は、シールド層51の有限抵抗を介してフィールドプレート9、10に接続されるため、正確にはフローティング電位ではなくなる。しかし、シールド層51の抵抗と、FFP11と基板表面との間の容量で決まる時定数が電圧変化の周期に対して十分大きい場合、FFP11の電位は固定されず、フローティングとみなすことができる。
<C. Embodiment 3>
<C-1. Configuration>
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a terminal portion of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. The field plates 9 and 10 and the FFP 11 are connected by a shield layer 51 that is a semi-insulating film. The shield layer 51 is formed on the FFP 11 without the insulating layer 8 interposed therebetween. Here, the shield layer 51 has a much higher resistivity than the drift layer 1 that is a semiconductor substrate (the sheet resistance of the shield layer 51 that is a semi-insulating film is, for example, on the order of 10 18 Ω / □). Acts as a shield against external charges. Since the FFP 11 is connected to the field plates 9 and 10 through the finite resistance of the shield layer 51, it is not exactly at the floating potential. However, when the time constant determined by the resistance of the shield layer 51 and the capacitance between the FFP 11 and the substrate surface is sufficiently large with respect to the period of voltage change, the potential of the FFP 11 is not fixed and can be regarded as floating.

また、図12(a)のFFP11、図12(b)のFFP54のように、半絶縁性膜であるシールド層52、53に接続しないように備えても良い。すなわち、シールド層52、53は、フィールドプレート9、10に接続され、FFP11、54上に絶縁層8を介して形成され、この場合、FFP11、54は完全にフローティングである。図12(a)はフィールドプレート9、10とFFP11が同一配線層で形成される場合を示しており、図12(b)はFFP54がフィールドプレート9、10を形成する配線層と基板の間に存在する配線層で形成される場合を示している。   Further, like the FFP 11 in FIG. 12A and the FFP 54 in FIG. 12B, the shield layers 52 and 53, which are semi-insulating films, may not be connected. That is, the shield layers 52 and 53 are connected to the field plates 9 and 10 and are formed on the FFPs 11 and 54 via the insulating layer 8. In this case, the FFPs 11 and 54 are completely floating. 12A shows a case where the field plates 9 and 10 and the FFP 11 are formed of the same wiring layer, and FIG. 12B shows a case where the FFP 54 is formed between the wiring layer and the substrate on which the field plates 9 and 10 are formed. The case where it forms with the existing wiring layer is shown.

なお、リサーフ層が離間しつつ隣り合って形成されている場合でも、同様の効果がある。   Even when the RESURF layers are formed adjacent to each other while being separated, the same effect is obtained.

<C−2.効果>
本発明にかかる実施の形態3によれば、半導体装置において、フィールドプレート9、10と接続され、第1フローティングフィールドプレートであるFFP11、54上に絶縁層8を介して/介さずに形成された、半絶縁性のシールド層51、52、53をさらに備えることで、シールド層51、52、53が外部電荷に対するシールドとして働き、信頼性が向上する。
<C-2. Effect>
According to the third embodiment of the present invention, the semiconductor device is connected to the field plates 9 and 10 and formed on the FFPs 11 and 54 as the first floating field plates with or without the insulating layer 8 interposed therebetween. Further, by providing the semi-insulating shield layers 51, 52, 53, the shield layers 51, 52, 53 function as a shield against external charges, and the reliability is improved.

1 ドリフト層、2 ベース、3,4,12,13,16,21,100,101,104 リサーフ層、5 チャネルストッパ、6 アノード電極、7 カソード電極、8 絶縁層、9,10 フィールドプレート、11,17,18,32,33,45,46,47,48,54 FFP、34,35,37,38,40,41,43,44 配線、36,39,42 ビアホール、51,52,53,103 シールド層。   1 drift layer, 2 base, 3, 4, 12, 13, 16, 21, 100, 101, 104 RESURF layer, 5 channel stopper, 6 anode electrode, 7 cathode electrode, 8 insulating layer, 9, 10 field plate, 11 , 17, 18, 32, 33, 45, 46, 47, 48, 54 FFP, 34, 35, 37, 38, 40, 41, 43, 44 Wiring, 36, 39, 42 Via hole, 51, 52, 53, 103 Shield layer.

Claims (8)

半導体装置であって、
第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板表面に選択的に形成された、前記半導体装置の活性領域である第2導電型の第1不純物層と、
前記第1不純物層と隣接して、前記半導体基板表面に選択的に形成され、前記第1不純物層よりも低不純物濃度の、第2導電型の第2不純物領域と、
前記第2不純物領域と隣接して、前記半導体基板表面に選択的に形成され、前記第2不純物領域よりも低不純物濃度の、第2導電型の第3不純物領域と、
前記第2不純物領域と前記第3不純物領域との境界部分の前記半導体基板上に絶縁層を介して形成された、第1フローティングフィールドプレートとを備える、
半導体装置。
A semiconductor device,
A first conductivity type semiconductor substrate;
A first impurity layer of a second conductivity type, which is an active region of the semiconductor device, selectively formed on the surface of the semiconductor substrate;
A second impurity region of a second conductivity type, which is selectively formed on the surface of the semiconductor substrate adjacent to the first impurity layer and has a lower impurity concentration than the first impurity layer;
A third impurity region of a second conductivity type, which is selectively formed on the surface of the semiconductor substrate adjacent to the second impurity region and has a lower impurity concentration than the second impurity region;
A first floating field plate formed on the semiconductor substrate at an interface between the second impurity region and the third impurity region via an insulating layer;
Semiconductor device.
前記第1不純物層に接続され、前記第1不純物層と前記第2不純物領域との境界部分の前記半導体基板上に形成された、フィールドプレートをさらに備え、
前記第1フローティングフィールドプレートは、前記フィールドプレートと平面上離間して形成される、
請求項1に記載の半導体装置。
A field plate connected to the first impurity layer and formed on the semiconductor substrate at a boundary portion between the first impurity layer and the second impurity region;
The first floating field plate is formed to be spaced apart from the field plate on a plane.
The semiconductor device according to claim 1.
前記第2不純物領域は、前記第3不純物領域に包含される、
請求項1または2に記載の半導体装置。
The second impurity region is included in the third impurity region;
The semiconductor device according to claim 1.
前記第3不純物領域と隣接して、前記半導体基板表面に選択的に形成され、前記第3不純物領域よりも低不純物濃度の、第2導電型の第4不純物層と、
前記第3不純物領域と前記第4不純物層との境界部分の前記半導体基板上に前記絶縁層を介して形成された、第2フローティングフィールドプレートとをさらに備える、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
A fourth impurity layer of a second conductivity type, which is selectively formed on the surface of the semiconductor substrate adjacent to the third impurity region and has a lower impurity concentration than the third impurity region;
A second floating field plate formed on the semiconductor substrate at the boundary between the third impurity region and the fourth impurity layer via the insulating layer;
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3.
前記フィールドプレートと接続され、前記第1フローティングフィールドプレート上に絶縁層を介して/介さずに形成された、半絶縁性のシールド層をさらに備える、
請求項2に記載の半導体装置。
A semi-insulating shield layer connected to the field plate and formed on / without the insulating layer on the first floating field plate;
The semiconductor device according to claim 2 .
前記フィールドプレートおよび前記第1フローティングフィールドプレート上に、前記半導体基板・前記第1フローティングフィールドプレート間の前記絶縁層よりも厚い絶縁層を介して形成されたシールド層をさらに備える、
請求項に記載の半導体装置。
A shield layer formed on the field plate and the first floating field plate via an insulating layer thicker than the insulating layer between the semiconductor substrate and the first floating field plate;
The semiconductor device according to claim 2 .
前記第1フローティングフィールドプレートの端部上に絶縁層を介して形成された、第3フローティングフィールドプレートをさらに備える、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置。
A third floating field plate formed on an end of the first floating field plate via an insulating layer;
The semiconductor device according to any one of claims 1-6.
前記第2不純物領域の表面不純物濃度が3〜6×10 15 cm −3 であり、
前記第3不純物領域の表面不純物濃度が2〜4×10 15 cm −3 である、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置。
The surface impurity concentration of the second impurity region is 3 to 6 × 10 15 cm −3 ;
The surface impurity concentration of the third impurity region is 2-4 × 10 15 cm −3 .
The semiconductor device according to any one of claims 1-7.
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