JPH0191463A - High breakdown voltage semiconductor element and its manufacture - Google Patents
High breakdown voltage semiconductor element and its manufactureInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
高耐圧用のサイリスク、トランジスタではpn接合表面
での電界葉中による局部的降伏によって耐圧が決定され
る場合が多い。そのために、pn接合表面をベベル構造
とし耐圧を持たせるようにしていた。しかし、ベベル構
造にすると製造工程数が増えると共に、ヘベル構造を精
度よく形成することが技術的に難しく歩留りが悪くなる
。またそのためコスト高となる問題があった。[Detailed Description of the Invention] [Summary] In high-voltage transistors, the breakdown voltage is often determined by local breakdown due to the electric field at the pn junction surface. For this purpose, the pn junction surface has a bevel structure to provide a withstand voltage. However, using a bevel structure increases the number of manufacturing steps, and it is technically difficult to form the bevel structure with high precision, resulting in poor yield. Moreover, there was a problem of high cost.
このため、半導体素子の表面から前記pn接合にかけて
エツチングにより凹部を形成し、前記pn、接合を該凹
部内にのみ接合の表面が現れるプレーナ・ダイオードの
構成として、接合表面での電界を弱め高耐圧を(7るよ
うにした。その結果ベベル構造形成工程が不用になり、
工程数の削減、歩溜りの向上が得られると共に、量産効
果によりhスト低下がもたらされた。For this reason, a recess is formed by etching from the surface of the semiconductor element to the pn junction, and the pn junction is constructed as a planar diode in which the surface of the junction appears only within the recess, thereby weakening the electric field at the junction surface and creating a high withstand voltage. (7).As a result, the bevel structure formation process is unnecessary,
In addition to reducing the number of steps and improving yield, the mass production effect also resulted in a reduction in h-strain.
本発明は半導体素子に係り、特に高耐圧を必要とする半
導体素子の耐圧構造に関する。The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a breakdown voltage structure of a semiconductor device that requires a high breakdown voltage.
高耐圧の要求されるサイリスクやトランジスタでは、接
合内部でのブレークダウンよりもpn接合表面での局部
的降伏によって耐圧が決定される場合が多い。pn接合
に過電圧が加わると、露出しているpn接合表面の電界
が強まり、それがある限度を越えると局部的に降伏が起
って電界が集中し、接合が破壊される。このため、pn
接合表面の電界を弱めるために露出しているpn接合部
に傾斜をつける加工、すなわちpn接合表面をベベル状
に形成する加工が行われている。In SiRisk and transistors that require high breakdown voltage, the breakdown voltage is often determined by local breakdown at the surface of the pn junction rather than breakdown inside the junction. When an overvoltage is applied to the pn junction, the electric field on the exposed pn junction surface becomes stronger, and when it exceeds a certain limit, local breakdown occurs, the electric field is concentrated, and the junction is destroyed. For this reason, pn
In order to weaken the electric field at the junction surface, the exposed pn junction is beveled, that is, the pn junction surface is beveled.
第5図(al、 (b)は、それぞれベベル加工を行っ
たpnp)ランリスク40,50の断面図である。FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views of PNP run risks 40 and 50, respectively, which have been beveled.
第5図(alに示すpnp トランジスタ40ではエミ
ッタ領域41の表面からベース領域42に、両側から2
つの溝(groove) 43. 43を穿慇し、エ
ミッタ領域41とベース領域42から成るpn接合表面
をポジティブ・ベベル(正ベベル)44゜45に加工し
ている。尚、ポジティブ・ベベルとはキャリアの低濃度
領域側から高濃度領域側へかけて面積が広がるようにベ
ベルを形成した構造である。次に、第5図(blに示す
I)nl))ランリスク50では素子端面のエミッタ領
域51とベース領域52から成るpn接合表面をネガテ
ィブ・ベベル(負ベベル)53に加工している。ネガテ
ィブ・ベベルはポジティブ・ベベルとは逆にキャリアの
高濃度領域側から低濃度領域側へかけて面積が広がるよ
うにベベルを形成した構造である。In the pnp transistor 40 shown in FIG.
groove 43. 43 is drilled, and the pn junction surface consisting of the emitter region 41 and the base region 42 is processed to have a positive bevel of 44.degree. 45. Note that the positive bevel is a structure in which a bevel is formed so that the area increases from the low concentration region side to the high concentration region side of carriers. Next, in the run risk 50 shown in FIG. Contrary to the positive bevel, the negative bevel has a structure in which the bevel is formed so that the area increases from the high carrier concentration region side to the low carrier concentration region side.
第6図は、pn接合表面にベベル加工を行った場合のベ
ベル角とpn接合表面の最大電界の関係を示す図である
。同図に示すようにネガティブ・ベベルが約45°の時
にpn接合表面の電界は最大となるので、ネガティブ・
ベベルでpn接合表面の電界強度を下げるためにはベベ
ル角l°〜6゜にしなければならない。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the bevel angle and the maximum electric field on the pn junction surface when the pn junction surface is beveled. As shown in the figure, the electric field on the pn junction surface is maximum when the negative bevel is approximately 45°, so the negative bevel is approximately 45°.
In order to reduce the electric field strength on the pn junction surface with a bevel, the bevel angle must be set to 1° to 6°.
上記第5図(a)、 (b)に示すようなベベル構造の
形成は、ウェハから各素子をカッティングした後に、各
素子毎に行われる。The bevel structure shown in FIGS. 5(a) and 5(b) is formed for each element after each element is cut from the wafer.
以下に、ベベル構造を形成するために必要な工程を簡単
に説明する。Below, the steps required to form the bevel structure will be briefly described.
■ まず素子表面に、LTO(低温酸化膜)、ネガレジ
スト等の粘性の高いレジスト膜を塗布する表面保護工程
を行う。(2) First, a surface protection step is performed in which a highly viscous resist film such as LTO (low temperature oxide film) or negative resist is applied to the element surface.
■ 次に、極めて細かい砂を高圧ガスに混ぜて、素子に
所定の角度で吹き付けてpn接合表面をベベル形状に加
工するサンドブラスト工程を行う。(2) Next, a sandblasting process is performed in which extremely fine sand is mixed with high-pressure gas and blown onto the element at a predetermined angle to form a beveled surface on the pn junction surface.
■ 次に、前記サンドブラスト工程により汚れた素子を
洗浄する工程を行う。(2) Next, a step of cleaning the element contaminated by the sandblasting step is performed.
■ さらに、前記サンドブラスト工程により形成された
ベベルの表面の損傷層を除去するための化学的エツチン
グを行う(表面処理工程)。(2) Furthermore, chemical etching is performed to remove the damaged layer on the surface of the bevel formed by the sandblasting process (surface treatment process).
上述したように、従来は耐圧を高めるためにpn接合表
面をベベル形状に加工していた。しかしながら、ベベル
形状に加工する工程の中で、前記サンドブラスト工程、
及び前記表面処理工程は技術的に難しい工程であり、歩
留りが悪くなるという問題と共に、ベベル構造に加工す
る前記サンドブラスト工程、前記表面処理工程は、ウェ
ハから各素子をカッティングした後で各素子毎に行わね
ばならず、生産性が低いという問題があった。As mentioned above, conventionally, the pn junction surface was processed into a bevel shape in order to increase the withstand voltage. However, in the process of processing into a bevel shape, the sandblasting process,
The surface treatment process is a technically difficult process, and there is a problem that the yield is low.The sandblasting process for processing into a bevel structure and the surface treatment process are performed for each element after cutting each element from the wafer. The problem was that productivity was low.
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、少ない工程数で製
造でき、歩溜りが高くしかも量産効果の高い低コストの
高耐圧半導体素子及びその製造方法を提供することを目
的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above conventional problems, it is an object of the present invention to provide a low-cost, high-voltage semiconductor device that can be manufactured with a small number of steps, has a high yield, and is highly effective in mass production, and a method for manufacturing the same.
本発明は、上記目的を達成するために、順方向耐圧の得
られるpn接合を有し、該pn接合を構成する一方の半
導体層がゲー)7Bである高耐圧半導体素子において、
前記高耐圧半導体素子の表面から前記pn接合にかけて
エツチングにより凹部を形成し、咳凹部内にのみ前記p
n接合の表面が現れる構成としたことを特徴とする。ま
た、導電形の半導体基板内に該半導体基板と反対の導電
形の半導体層であるゲート5を拡散により形成し該ゲー
ト層と前記半導体基板とで順方向耐圧の得られるpn接
合を構成するようにする拡散工程と、前記ゲート層に電
極を接続するための凹部をエツチングにより形成するエ
ソヂング工程とを有する高耐圧半導体素子の製造方法に
おいて、前記エツチング工程は前記高耐圧半導体素子の
最上面から前記pn接合にかけて凹部を形成し、該凹部
内にのみ前記pn接合の表面が現れるようにエツチング
することを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides a high breakdown voltage semiconductor element having a pn junction capable of obtaining forward breakdown voltage, and in which one of the semiconductor layers constituting the pn junction is made of Ga) 7B.
A recess is formed by etching from the surface of the high voltage semiconductor element to the pn junction, and the p-n junction is formed only within the recess.
It is characterized by a configuration in which the surface of the n-junction appears. Further, a gate 5, which is a semiconductor layer of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate, is formed by diffusion in a semiconductor substrate of a conductivity type, and the gate layer and the semiconductor substrate constitute a pn junction that can obtain a forward breakdown voltage. In the method of manufacturing a high-voltage semiconductor device, the etching step includes a diffusion step of etching the gate layer, and an etching step of forming a recessed portion for connecting an electrode to the gate layer by etching. The method is characterized in that a recess is formed over the pn junction, and etching is performed so that the surface of the pn junction appears only within the recess.
前記凹部は、エツチングにより形成されるので、順方向
耐圧の得られるpn接合の表面は滑らかであり汚染度も
少ない。このため、逆バイアスが加わった場合、pn接
合表面で空乏層は広がり易くなり、pn接合の表面での
電界を弱めることができ、高耐圧が得られる。Since the recesses are formed by etching, the surface of the pn junction, which provides forward breakdown voltage, is smooth and has little contamination. Therefore, when a reverse bias is applied, the depletion layer spreads easily on the surface of the pn junction, the electric field on the surface of the pn junction can be weakened, and a high breakdown voltage can be obtained.
また、四部はゲート領域とゲート電極とのオーミック・
コンタクトを取るためのエツチング工程で形成すること
ができるので、従来、高耐圧化のために行っていたベベ
ル構造形成工程が省ける分だけ、従来よりも製造工程数
が少なくなる。In addition, the fourth part is the ohmic contact between the gate region and the gate electrode.
Since it can be formed by an etching process for making contact, the number of manufacturing steps is reduced compared to the conventional method by omitting the bevel structure forming step, which was conventionally performed to achieve high breakdown voltage.
このため、技術的に難しかったベベル構造形成工程が無
くなり小溝りが上がると共に生産性が向上する。また、
前記エソチング工程はウェハ上の全ての素子に行うこと
ができるので、従来のようにウェハから各素子をカッテ
ィングした後に、各素子毎にベベル構造形成工程のよう
な高耐圧化のだめの工程を行うことが不用となり、グ産
効果が得られる。Therefore, the technically difficult process of forming a bevel structure is eliminated, the small grooves are increased, and productivity is improved. Also,
The ethoching process can be performed on all the elements on the wafer, so after cutting each element from the wafer as in the conventional method, a process to increase the voltage resistance such as a bevel structure formation process is performed for each element. is no longer needed, and a gas production effect can be obtained.
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図(al乃至(C1は本発明の一実施例であるノー
マリ・オン型の静電誘導サイリスク(以下、Slサイリ
スクと記す)の平面図、正面図及び側面図である。FIG. 1 (al to (C1) are a plan view, a front view, and a side view of a normally-on type electrostatic induction sink (hereinafter referred to as Sl risk) which is an embodiment of the present invention.
同図(al乃至(C)において、2は厚さdlが350
71 mのn″″基1反、3は厚さd2が15μmのp
+7ノード領域、4は厚さd3が15μmのp+アゲー
ト域、5は厚さd4が13μmのn−領域、6はn+領
トヌであり、p+領域3上にはアノード電極7が、p+
アゲ−−領域4上にはゲート電極8が、n+カソード領
域6上にはカソード電極9がそれぞれ形成されている。In the same figure (al to (C)), 2 has a thickness dl of 350
71 m of n″″ base 1, 3 is p with thickness d2 of 15 μm
+7 node region, 4 is a p+ agate region with a thickness d3 of 15 μm, 5 is an n- region with a thickness d4 of 13 μm, 6 is an n+ region, on the p+ region 3 is an anode electrode 7,
A gate electrode 8 is formed on the age-- region 4, and a cathode electrode 9 is formed on the n+ cathode region 6.
また、素子の外を1:)部には前記p+ゲート領域4上
にゲート電極8を形成するための開口部10が設けられ
ており、p+ゲート領域4から開口部10の外端までの
距離d5は750μmである。尚、d1〜d5の数値は
上記の例に限定されることなく自由に設定でき、また図
中n−基板2の厚さは誇張されて書かれている。Further, an opening 10 for forming the gate electrode 8 on the p+ gate region 4 is provided in the 1:) portion outside the device, and the distance from the p+ gate region 4 to the outer end of the opening 10 is d5 is 750 μm. Note that the values of d1 to d5 can be freely set without being limited to the above example, and the thickness of the n-substrate 2 is exaggerated in the drawing.
周知のように、ノーマリ・オン型のSrサイリスクはゲ
ート電極8とカソード電極9間に逆バイアス電圧(以下
、VGkと記す)を印加することによって、アノード電
極7とカソード電極9の間に順方向電圧(以下、VAK
と記す)が加わった場合のアノード電極7とカソード電
極9の間の導通を阻止するものである。Slサイリスク
を、高耐圧化しようとする場合、ゲート電極8とカソー
ド電極9間に順方向電圧VAKが加わった場合の最大阻
止電圧をどこまでとれるかが問題となる。この時、p+
ゲート領域4とn−基板2から成るpn接合は逆方向バ
イアスとなり、前記pn接合の逆方向バイアス時の耐圧
が最大阻止電圧(以下、順方向耐圧と記す)を決定する
。As is well known, the normally-on type Sr silisc creates a forward bias voltage between the anode electrode 7 and the cathode electrode 9 by applying a reverse bias voltage (hereinafter referred to as VGk) between the gate electrode 8 and the cathode electrode 9. voltage (hereinafter referred to as VAK)
This is to prevent conduction between the anode electrode 7 and the cathode electrode 9 when the anode electrode 7 and the cathode electrode 9 are added. When attempting to increase the withstand voltage of the Sl silicon risk, the problem is how high the maximum blocking voltage can be when a forward voltage VAK is applied between the gate electrode 8 and the cathode electrode 9. At this time, p+
The pn junction composed of the gate region 4 and the n-substrate 2 is reverse biased, and the withstand voltage of the pn junction when reverse biased determines the maximum blocking voltage (hereinafter referred to as forward withstand voltage).
Slサイリスクにおいては、p+ゲート領域4とA1等
のゲーI−電極8との接続を端面において行うために、
p+ゲート領域4とn””基板2からなるpn接合は表
面が露出する。前記pn接合の逆方向耐圧は、p+アゲ
ート域の最小曲率点での電界集中に基づく耐圧または接
合表面部の耐圧またはn″″基板内に広がる空乏層がア
ノード領域に達するいわゆるパンチスルーが生じるまで
の耐圧の内で一番最小の耐圧によって決定される。接合
表面部は、表面形状やイオンの存在や汚染等の種々の要
因により、逆方向バイアス時に空乏層が拡がりに<<、
接合内部よりもブレーク・ダウンしやすい。そのため、
前述したように従来ではpn接合の表面をベベル状に加
工して、接合表面の電界を弱めるようにしていた。本発
明のSlサイリスクでは第1図(bl、 (C)に示す
ように、外周近傍にエツチングにより開口部IOを設け
、端部のP+ゲート領域4とn−基板2からなるpn接
合がブレーナ・ダイオードとなるようにした。pn接合
表面はエツチングにより形成するため、)η染度は少な
く平滑である。また、外縁部には高濃度のn“カソード
領域があるため、p”n−n層のpin接合となり耐圧
が大きい。In the Sl silicon risk, in order to connect the p+ gate region 4 and the gate I- electrode 8 such as A1 at the end face,
The surface of the pn junction consisting of the p+ gate region 4 and the n"" substrate 2 is exposed. The reverse breakdown voltage of the pn junction is determined by the breakdown voltage based on the electric field concentration at the point of minimum curvature of the p+ agate region, the breakdown voltage at the junction surface, or until the so-called punch-through occurs when the depletion layer spreading in the n'' substrate reaches the anode region. It is determined by the minimum withstand voltage among the withstand voltages. Due to various factors such as the surface shape, the presence of ions, and contamination, the depletion layer at the junction surface area expands when biased in the reverse direction.
Breakdown is more likely than inside the joint. Therefore,
As mentioned above, in the past, the surface of the pn junction was processed into a bevel shape to weaken the electric field on the junction surface. In the Sl silicon risk according to the present invention, an opening IO is provided near the outer periphery by etching as shown in FIG. Since the pn junction surface is formed by etching, the degree of )η staining is small and smooth. Furthermore, since there is a highly doped n" cathode region at the outer edge, it becomes a pin junction of the p" nn layer and has a high breakdown voltage.
本実施例では、開口部10においてn+カソード領域6
から13μmの深さまで穿設しP+ゲート領域4からn
+領域6までの横方向の距離を750μmとした。n−
基板2の厚さは350μm%p”アノード領域3の厚さ
は15μm、P+ゲート領域4の厚さは15μmである
ので、p“ゲート領域4からP+アノード領域3までの
直線距離は320μmであり、P+ゲート領域4からn
1カソード領j或6までの横方向の距離を、P+ゲート
領域4からp+領域3までの直線距離よりも大きくしで
ある。このため、p+ゲート領域4を9層、n−基板2
をn層とするpn接合に逆バイアス電圧が加わった場合
のパンチスルー(逆バイアスによりn−基板2内の空乏
層がP+アノード領域3まで広がること)は、前記pn
接合の表面での降伏よりも先に接合内部で生じる。In this embodiment, the n+ cathode region 6 in the opening 10
P+ gate regions 4 to n are drilled to a depth of 13 μm from
The lateral distance to + region 6 was 750 μm. n-
The thickness of the substrate 2 is 350 μm%.The thickness of the p" anode region 3 is 15 μm, and the thickness of the P+ gate region 4 is 15 μm. Therefore, the linear distance from the p" gate region 4 to the P+ anode region 3 is 320 μm. , P+ gate region 4 to n
The distance in the lateral direction from one cathode region j or 6 is made larger than the straight line distance from the P+ gate region 4 to the P+ region 3. For this reason, nine layers of p+ gate region 4 and nine layers of n- substrate 2 are used.
Punch-through (expansion of the depletion layer in the n- substrate 2 to the P+ anode region 3 due to the reverse bias) when a reverse bias voltage is applied to the pn junction with the n-layer as the pn
Breakdown occurs within the joint before it occurs at the surface of the joint.
次に、本発明をSlサイリスクに通用した他の実施例を
第2図(a)〜(C)に示す。第2図(a)〜(C)に
おいて、第1図(a)〜(C1と同一の領域は、同一符
号を記し、説明は省略する。第211(a)は、Slサ
イリスクのpn接合表面を酸化膜、窒化膜、ポリイミド
等のパッシベーション膜11で覆った例であり、この場
合でもP+アノード領域3とn+カソード領域6に順方
向電圧が印加された場合のpn接合表面の耐圧を高める
ことができる。また、第2図(b)は、P+アノード領
域3の間にn+領域12を設けたアノード・ショート構
造のSlサイリスクに本発明を適用した例である。更に
、第2図(C1は端部のP+ゲート領域13を、内側の
P+ゲート領域14よりも深く拡散してガードリングを
形成し、接合内部での電界集中を弱めn−基板2内部で
の耐圧を高めたものである。この様に、ガードリングを
形成した場合にも、本発明は適用できる。Next, FIGS. 2(a) to 2(C) show other embodiments in which the present invention is applied to Sl cyrisk. In FIG. 2(a) to (C), the same regions as in FIG. is covered with a passivation film 11 such as an oxide film, a nitride film, or a polyimide film, and even in this case, it is possible to increase the breakdown voltage of the pn junction surface when a forward voltage is applied to the P+ anode region 3 and the N+ cathode region 6. Further, FIG. 2(b) shows an example in which the present invention is applied to a Sl silicon risk having an anode short structure in which an n+ region 12 is provided between the P+ anode regions 3.Furthermore, FIG. The P+ gate region 13 at the end is diffused deeper than the inner P+ gate region 14 to form a guard ring, weakening the electric field concentration inside the junction and increasing the withstand voltage inside the n- substrate 2. In this way, the present invention is also applicable to the case where a guard ring is formed.
尚、第2図(al〜(C)において、開口部10の径d
がP+ゲート領域4からP+アノード領域3までの直線
距!1Sltlよりも大きければ、pn接合内部でのバ
ンチスルーが接合表面での降伏よりも低い順方向電圧で
生じるので外端にn+領域6を設けなくても、順方向耐
圧は変らない。また、図示してはいないが、上記第2図
(a)〜(C)に示すパンシベーション被覆、アノード
・ショート構造、ガードリングをさまざまに組み合せた
Slサイリスクにも本発明は適用できる。In addition, in FIG. 2 (al to (C)), the diameter d of the opening 10
is the straight line distance from P+ gate region 4 to P+ anode region 3! If it is larger than 1Sltl, bunch-through inside the pn junction occurs at a lower forward voltage than breakdown at the junction surface, so the forward breakdown voltage does not change even if the n+ region 6 is not provided at the outer end. Although not shown, the present invention can also be applied to Sl silices that have various combinations of pansivation coatings, anode short structures, and guard rings shown in FIGS. 2(a) to 2(C) above.
次に、第3図は本発明の実施例である埋め込みゲート型
GTO(ゲーl−・ターンオフ・サイリスタ)の構成図
である。Next, FIG. 3 is a block diagram of a buried gate type GTO (gate turn-off thyristor) which is an embodiment of the present invention.
同図において、22はn形半導体層であるn−基板、2
3はP形半導体層であるP+アノード領域、24はP形
半導体層であるPゲートベース領域、25は低抵抗の高
不純物濃度のP形半導体層であるP+ゲート領域、26
はn形半導体層であるn+カソード領域であり、P+ア
ノード領域23、P+ゲート領域25、n+カソード領
域26上にはそれぞれ、アノード電極27、ゲート電極
28、カソード電極29が形成されている。In the figure, 22 is an n-substrate which is an n-type semiconductor layer;
3 is a P+ anode region which is a P type semiconductor layer, 24 is a P gate base region which is a P type semiconductor layer, 25 is a P+ gate region which is a P type semiconductor layer with low resistance and high impurity concentration, 26
is an n+ cathode region which is an n-type semiconductor layer, and an anode electrode 27, a gate electrode 28, and a cathode electrode 29 are formed on the P+ anode region 23, the P+ gate region 25, and the n+ cathode region 26, respectively.
また、端部にはn+カソード領域26、PゲーF・ベー
ス領域24がエツチングにより穿繋されて開口部30が
設けられており、開口部30にP+ゲート領域2・1及
びPゲートヘース領域28から成るpn接合の表面が露
出している。また、n−基板22の不純物濃度ば低く、
n+カソード領域26の不純物濃度は高いために端部の
P+ゲー1領域25、Pゲートベース領1524、n+
カソード領域26はpin接合となり、高耐圧が得られ
る。このように、本発明は埋め込みゲート型のGToに
も適用できる。Furthermore, an opening 30 is provided at the end by connecting the n+ cathode region 26 and the P gate F/base region 24 by etching, and the opening 30 is provided with an opening 30 from the P+ gate region 2.1 and the P gate base region 28. The surface of the pn junction is exposed. Furthermore, the impurity concentration of the n-substrate 22 is low;
Since the impurity concentration of the n+ cathode region 26 is high, the P+ gate 1 region 25, the P gate base region 1524, and the n+
The cathode region 26 becomes a pin junction, and a high breakdown voltage can be obtained. In this way, the present invention can also be applied to a buried gate type GTo.
また、上記第1図〜第3図で示したSlサイリスク、G
TOはP形のゲートのSlサイリスク、GTOであるが
、もちろん本発明はn形のゲートのSlサイリスク、G
TOにも適用できる。In addition, the Slisrisk, G
TO is a P-type gate Sl silice, GTO, but of course the present invention is an n-type gate Sl thyrisk, GTO.
It can also be applied to TO.
次に、上述した高耐圧半導体素子の製造方法を説明する
。Next, a method for manufacturing the above-mentioned high voltage semiconductor device will be explained.
第4図(a) 〜(glは、前記第1図fat 〜(C
)に示すSlサイリスクの製造方法の工程を説明する図
である。Figure 4(a) - (gl is the figure 1 fat - (C
) is a diagram illustrating the steps of the method for manufacturing Sl cyrisk shown in FIG.
まず、リン(P)の不純物原子濃度がlXl0L+cm
’の厚さ約300〜400μmのn−シリコン基板4
0を用意し、そのn−シリコン基板40の一主面43に
熱酸化により二酸化シリコン(SiO2)膜(図示せず
)を形成する。そして、フォトリソグラフィにより前記
二酸化シリコン膜をエツチングしゲート領域形成のため
のマスクを形成する。First, the impurity atom concentration of phosphorus (P) is lXl0L+cm
n-silicon substrate 4 with a thickness of about 300 to 400 μm
0 is prepared, and a silicon dioxide (SiO2) film (not shown) is formed on one principal surface 43 of the n-silicon substrate 40 by thermal oxidation. Then, the silicon dioxide film is etched by photolithography to form a mask for forming a gate region.
次に、n−シリコン基板40の上下面から 1150℃
の温度の下で、I X 1019cIII−sのボロン
(B)を約20時間拡散してアノードとなるP+領域4
1、ゲートとなるP+領域42を設け、n−シリコン基
板40と接合を形成する(第4図(a))。Next, the temperature is 1150°C from the top and bottom surfaces of the n-silicon substrate 40.
At a temperature of
1. Provide a P+ region 42 that will become a gate, and form a junction with the n- silicon substrate 40 (FIG. 4(a)).
次に、n−シリコン基板40のP+領域42を含む一主
面43にエピタキシャル成長により厚さ約15μmのn
″″領域44を形成する(第4図(b))。Next, on one main surface 43 of the n-silicon substrate 40 including the P+ region 42, an n-type film having a thickness of approximately 15 μm is grown by epitaxial growth.
A region 44 is formed (FIG. 4(b)).
さらに、n−領域44の表面へPOCl 3等をソース
として、リン(P)等を拡散し厚さ約3μmはどのカソ
ードとなるn+領域45を形成する(第4図(C))。Further, phosphorus (P) or the like is diffused onto the surface of the n- region 44 using POCl 3 or the like as a source to form an n+ region 45 having a thickness of approximately 3 μm and serving as a cathode (FIG. 4(C)).
続いて、HF : HNO3: CH3Cool−1=
15: 100 : 5の組成比のエツチング剤を用い
て外縁部のn+領域45からn−領域44にかけて選択
的にエツチングし、P+領域42の表面が露出するよう
な開口部46を設ける(第4図(d))。尚、開口部4
6の径dは、n−シリコン基板40の厚さβよりも大き
いことが望ましい。さらに、開口部46に表面が露出し
ているP+領域42の斜線部に、ゲート抵抗を下げ、オ
ーミックコンタクトをとるために再度、ポロン(B)を
拡散する(第4図(e))。Subsequently, HF:HNO3:CH3Cool-1=
Using an etching agent having a composition ratio of 15:100:5, the area from the n+ region 45 to the n- region 44 at the outer edge is selectively etched to form an opening 46 that exposes the surface of the P+ region 42 (a fourth Figure (d)). In addition, the opening 4
6 is desirably larger than the thickness β of the n-silicon substrate 40. Further, poron (B) is again diffused into the hatched area of the P+ region 42 whose surface is exposed in the opening 46 in order to lower the gate resistance and establish ohmic contact (FIG. 4(e)).
次に、P+領域41、P+領域42、n+領域45に蒸
着またはスパフタリング等によりそれぞれへβ等からな
るアノード電極47、ゲート電極48、カソード電極4
9を配線する(第4図(f))。Next, an anode electrode 47, a gate electrode 48, a cathode electrode 4 made of β, etc. are formed on the P+ region 41, the P+ region 42, and the n+ region 45 by vapor deposition or sputtering, respectively.
9 (Fig. 4(f)).
そして、最後にゲート電極48、カソード電極49のボ
ンディングバソド領域を残し、開口部46を二酸化シリ
コン、窒化膜、ポリイミド等からなるバノシヘーション
膜50により被覆する(第3図(g))。Finally, the opening 46 is covered with a burnishing film 50 made of silicon dioxide, nitride, polyimide, etc., leaving the bonding bathode regions of the gate electrode 48 and cathode electrode 49 (FIG. 3(g)).
尚、上記本発明の製造方法の実施例では1個のSlサイ
リスクを製造する例について説明したが、本発明の製造
方法により1つのウェハ上に、同時に多数のSlサイリ
スクを製造することは勿論可能である。従って、多数の
Slサイリスクを最終工程まで1つのウェハ上で製造で
きるので量産効果が得られる。また、前記拡散工程にお
ける温度、不純物密度、拡散時間等の条件及び各工程に
おける素子の寸法は上記実施例に限定されていることは
ない。In addition, in the above-mentioned embodiment of the manufacturing method of the present invention, an example was explained in which one Sl silis is manufactured, but it is of course possible to manufacture many Sl silis on one wafer at the same time by the manufacturing method of the present invention. It is. Therefore, a large number of Sl silicon risks can be manufactured on one wafer up to the final process, resulting in a mass production effect. Furthermore, the conditions such as temperature, impurity density, and diffusion time in the diffusion process and the dimensions of the element in each process are not limited to those in the above embodiments.
このように、本発明の高耐圧半導体素子の製造方法では
、オーミックコンタクトを取るために開口部を形成する
エツチング剤程で、ゲート領域とベース領域からなるp
n接合がプレーナ・ダイオード構造となるように開口部
を形成する。このため、プレーナ・ダイオード構造によ
りpn接合表面の耐圧が得られるので従来のようにpn
接合表面をベベル形状に加工する工程が不用となる。ま
た、開口部は化学的エツチングより形成するためpn接
合表面の汚染は少なく平滑に仕上がり、歩留りは良い。As described above, in the method for manufacturing a high voltage semiconductor device of the present invention, the etching agent used to form the opening for making ohmic contact is used to remove the etching agent, which consists of the gate region and the base region.
An opening is formed so that the n-junction has a planar diode structure. For this reason, the planar diode structure provides a withstand voltage on the pn junction surface, so it is not possible to use the conventional pn junction.
There is no need to process the joining surface into a bevel shape. Furthermore, since the openings are formed by chemical etching, there is little contamination of the pn junction surface, resulting in a smooth finish and a high yield.
尚、上記実施例ではSlサイリスク及び埋め込みゲート
型のGTOについて述べたが、本発明はSlサイリスク
、埋め込みゲート型のGTO以外にも、5IT(静電誘
導トランジスタ)等の他の埋込みゲート構造の高耐圧半
導体素子にも適用できる。また、本実施例ではP形のゲ
ートを有する高耐圧半導体素子についてのみ説明したが
、本発明はn形のゲートを有する埋込みゲート型の高耐
圧半導体素子にも適用できる。Although the above embodiments have described the Sl silicon risk and buried gate type GTO, the present invention is also applicable to other buried gate structures such as 5IT (static induction transistor) in addition to the Sl silicon risk and buried gate type GTO. It can also be applied to voltage-resistant semiconductor devices. Further, in this embodiment, only a high voltage semiconductor device having a P-type gate has been described, but the present invention can also be applied to a buried gate type high voltage semiconductor device having an n-type gate.
以上、説明したように本発明によれば、ゲート電極との
オーミックコンタクトをとるエツチング工程で形成する
プレーナ・ダイオード構造により順方向耐圧を得るよう
にしたので技術的に難しく歩留りを上げることが難しい
ベベル構造形成工程が不用となり、生産性が向上する。As explained above, according to the present invention, the forward breakdown voltage is obtained by the planar diode structure formed by the etching process that makes ohmic contact with the gate electrode, so the bevel structure is technically difficult and difficult to increase the yield. This eliminates the need for a structure forming process, improving productivity.
また、本発明の製造方法によれば、一つのウェハ上に複
数の高耐圧半導体素子を製造する場合、従来のように各
素子別にカッティングしてから、各素子毎にpn接合表
面をベベル構造に加工する工程が不要となり複数の高耐
圧半導体素子を最終工程までウェハ上で製造できるので
量産効果が得られ底コストとなる。Furthermore, according to the manufacturing method of the present invention, when manufacturing a plurality of high voltage semiconductor devices on one wafer, each device is cut individually as in the conventional method, and then the pn junction surface of each device is formed into a bevel structure. This eliminates the need for processing steps and allows multiple high-voltage semiconductor devices to be manufactured on a wafer up to the final process, resulting in a mass production effect and lower costs.
第1図(a)、 (bl、 fc)はそれぞれ本発明の
一実施例のSlサイリスクの平面図、正面図、側面図、
第2図(a)〜(C1は本発明の他の実施例のSlサイ
リスクの構成を示す図、
第3図は、本発明の実施例である埋込みゲート型のGT
Oの構成図、
第4図[0)〜(g)は本発明の一実施例のSlサイリ
スタの製造工程を説明する図、
第5図(a)、 fblはそれぞれ正ベベル、負ベベル
のベベル構造のpnpトランジスタの断面図、第6図は
ベベル構造にした場合のpn接合表面の最大電界の大き
さを示す図である。
2 ・ ・ ・ n−″基1反、
3・・・p+アノード領域、
4・・・p+ゲート領域、
5・・・n−領域、
6・・・n+カソード領域、
10・・・開口部。
特許出願人 株式会社豊田自動織機製作所同 上
財団法人 半導体研究振興会60”hソートニク零
lぶ15S
14P”h−n@k < C)
4メ色趙の他のスオジクj@示T図
第2図
(G)
(b)
(C)
(d)
7本痔劇の一実兄夕IC
第4
(e)
(f)
nsI寸イリスクのりわ店二ni
図
第4頁の続き
■Int、Cl、’ 識別記号 庁内整
理番号// H01L 29/80
V 8122−5F@発 明 者 西 澤
潤 −宮城県仙台市月会内
0発 明 者 玉 蟲 尚 茂 宮城県仙台市
月会内FIGS. 1(a), (bl, fc) are a plan view, a front view, a side view, and a front view, respectively, of an SI risk according to an embodiment of the present invention.
Figures 2(a) to (C1 are diagrams showing the configuration of the Sl silicon risk according to another embodiment of the present invention, and Figure 3 is a diagram showing the configuration of a buried gate type GT according to an embodiment of the present invention.
4[0] to (g) are diagrams explaining the manufacturing process of an Sl thyristor according to an embodiment of the present invention. FIG. 5(a) and fbl are bevels of positive bevel and negative bevel, respectively. FIG. 6 is a cross-sectional view of a pnp transistor having a bevel structure, which shows the magnitude of the maximum electric field at the surface of a pn junction when a bevel structure is used. 2 . . . n-″ group 1, 3... p+ anode region, 4... p+ gate region, 5... n- region, 6... n+ cathode region, 10... opening. Patent Applicant Toyota Industries Corporation Same as above Semiconductor Research Promotion Foundation 60"h Sortnik Zero lbu 15S 14P"h-n@k < C) 4 colors of Zhao's other suojiku@shown T figure 2 Diagram (G) (b) (C) (d) Seven hemorrhoids Kazumi's brother's evening IC 4th (e) (f) nsI dimension Irisu Noriwa store 2 ni Continuation of figure 4 page ■ Int, Cl,' Identification code Internal reference number // H01L 29/80
V 8122-5F @ Inventor Nishizawa
Jun - Tsukikai, Sendai City, Miyagi Prefecture 0 Inventor Tamamushi Hisashige Tsukikai, Sendai City, Miyagi Prefecture
Claims (1)
を構成する一方の半導体層がゲート層である高耐圧半導
体素子において、 前記半導体素子の最上面から前記pn接合にかけてエッ
チングにより凹部を形成し、該凹部内にのみ前記pn接
合の表面が現れる構成としたことを特徴とする高耐圧半
導体素子。 2)前記凹部の幅は、前記pn接合が逆方向にバイアス
された時に生じる空乏層の最高幅と略同等以上である特
許請求の範囲第1項記載の高耐圧半導体素子。 3)一導電形の半導体基板内に該半導体基板と反対の導
電形の半導体層であるゲート層を不純物拡散により形成
し、該ゲート層と前記半導体基板とで順方向耐圧の得ら
れるpn接合を構成するようにする拡散工程と、 前記ゲート層に電極を接続するための凹部をエッチング
により形成するエッチング工程とを有する、高耐圧半導
体素子の製造方法において、前記エッチング工程は、前
記高耐圧半導体素子の最上面から前記pn接合にかけて
凹部を形成し、該凹部内にのみ前記pn接合の表面が現
れるようにエッチングすることを特徴とする高耐圧半導
体素子の製造方法。 4)前記凹部の幅が、前記pn接合が逆方向にバイアス
された時に生じる空乏層の最高幅と略同等以上である特
許請求の範囲第3項記載の高耐圧半導体素子の製造方法
。[Scope of Claims] 1) In a high voltage semiconductor element having a pn junction capable of obtaining a forward breakdown voltage, and in which one of the semiconductor layers constituting the pn junction is a gate layer, the pn 1. A high voltage semiconductor device, characterized in that a recess is formed by etching over the bonding, and the surface of the pn junction appears only within the recess. 2) The high voltage semiconductor device according to claim 1, wherein the width of the recess is approximately equal to or greater than the maximum width of a depletion layer that occurs when the pn junction is biased in a reverse direction. 3) A gate layer, which is a semiconductor layer of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate, is formed in a semiconductor substrate of one conductivity type by impurity diffusion, and the gate layer and the semiconductor substrate form a pn junction that can obtain a forward breakdown voltage. and an etching step of forming a recess for connecting an electrode to the gate layer by etching. A method for manufacturing a high-voltage semiconductor device, characterized in that a recess is formed from the top surface of the pn junction to the pn junction, and etching is performed so that the surface of the pn junction appears only within the recess. 4) The method of manufacturing a high voltage semiconductor device according to claim 3, wherein the width of the recess is approximately equal to or greater than the maximum width of a depletion layer that occurs when the pn junction is biased in the opposite direction.
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---|---|---|---|
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Cited By (2)
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JPH0336154U (en) * | 1989-08-21 | 1991-04-09 | ||
JP2023545217A (en) * | 2020-11-27 | 2023-10-26 | ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト | Semiconductor device with side surfaces having different partial regions |
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1987
- 1987-10-02 JP JP62249558A patent/JP2651678B2/en not_active Expired - Fee Related
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