JPH03236284A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH03236284A
JPH03236284A JP3346590A JP3346590A JPH03236284A JP H03236284 A JPH03236284 A JP H03236284A JP 3346590 A JP3346590 A JP 3346590A JP 3346590 A JP3346590 A JP 3346590A JP H03236284 A JPH03236284 A JP H03236284A
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JP
Japan
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region
semiconductor substrate
guard ring
substrate
semiconductor device
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Application number
JP3346590A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Suzumura
正彦 鈴村
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a high breakdown strength semiconductor device of a structure which does not need a deep guard ring region by specifying a boundary level between a semiconductor substrate and an insulating film. CONSTITUTION:A diode 1 is formed with a real operation region A at the center of a semiconductor substrate 2, and with a main p-n junction made of a p-type layer 3 and an n-type layer 4. Reverse conductivity type guard ring regions 5,... to the substrate are formed at the side of the region A, and the region 5 forming region is covered with a thermal oxide film (insulating film) 6. As a semiconductor substrate 2, use is made of a silicon substrate having the (100) plane as the surface, and the thickness of the film 6 is ranged in 1-2mum. In this diode 1, a boundary level between the film 6 and the substrate 2 if formed to be about 5X10<11>cm<-2> or less.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置、特に耐圧を高めるためのガー
ドリング領域を備えた半導体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a semiconductor device provided with a guard ring region for increasing breakdown voltage.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

プレーナ型半導体装置では、実動作領域にある主pn接
合のブレークダウン電圧値は、pn接合用不純物拡散層
の拡散深さが深いほど高くなり、高耐圧化が図れること
になる。ただ、拡散深さを深くする場合には、長時間の
高温熱処理が必要である。この長時間の高温熱処理は、
製造コストの上昇や得られる装置の特性不良を誘発する
という問題がある。
In a planar semiconductor device, the breakdown voltage value of the main pn junction in the actual operating region increases as the diffusion depth of the pn junction impurity diffusion layer becomes deeper, and a higher breakdown voltage can be achieved. However, when increasing the diffusion depth, long-term high-temperature heat treatment is required. This long-term high-temperature heat treatment
There are problems in that the manufacturing cost increases and the characteristics of the resulting device are deteriorated.

そのため、通常、プレーナ型半導体装置では、第7図に
みるように、半導体基板50の実動作領域51の側方に
所謂ガードリング領域52を設けて高耐圧化するように
している。
Therefore, in a planar semiconductor device, as shown in FIG. 7, a so-called guard ring region 52 is usually provided on the side of an actual operating region 51 of a semiconductor substrate 50 to increase the breakdown voltage.

ガードリング領域52による高耐圧化は、実動作領域5
1の主pn接合にかかる電圧VRにより、主pn接合か
ら伸びる空乏層が、電気的にフローティング状態にある
ガードリング領域52に沿って拡げられることでなされ
る。各ガードリング領域52に誘起される電圧VG’、
VG”、VGl、VG’ (VG’< VG”< VG
’< VG’< VR)と、各ガードリング領域52の
接合にかかる電圧VR−VG’、VR−VG”、VR−
VG”、 VR−VG’ (VR−VGl>VR−VG
”>VR−VG”>VR−VG’)は、第7図に示す通
りであり、主pn接合に印加される最大電圧VRより漸
次低下させるようにすることで高耐圧化が図られている
のである。
The high voltage resistance achieved by the guard ring region 52 is achieved in the actual operation region 5.
Due to the voltage VR applied to the main pn junction of No. 1, the depletion layer extending from the main pn junction is expanded along the guard ring region 52 which is in an electrically floating state. Voltage VG' induced in each guard ring region 52,
VG", VGl, VG'(VG'<VG"< VG
'<VG'< VR) and the voltages applied to the junctions of the respective guard ring regions 52 VR-VG', VR-VG'', VR-
VG", VR-VG'(VR-VGl>VR-VG
">VR-VG">VR-VG') is as shown in Figure 7, and a high withstand voltage is achieved by gradually lowering it from the maximum voltage VR applied to the main pn junction. It is.

半導体基板の比抵抗を勘案して、適当な間隔でガードリ
ング領域52を配置し、空乏層が連続するようにした場
合、最外のガードリング領域の逆方向耐圧が、半導体装
置の耐圧を支配することになる。そのため、従来、最外
に位置するガードリング領域を深く形成することで十分
な耐圧をもたせるようにしている。
When the guard ring regions 52 are arranged at appropriate intervals in consideration of the resistivity of the semiconductor substrate so that the depletion layer is continuous, the reverse breakdown voltage of the outermost guard ring region dominates the breakdown voltage of the semiconductor device. I will do it. For this reason, conventionally, the outermost guard ring region is formed deeply to provide sufficient breakdown voltage.

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

しかしながら、深いガードリング領域を形成する際、長
時間の高温熱処理が必要となるため、製造コストのアッ
プや特性低下の問題が生ずる。
However, when forming a deep guard ring region, long-term high-temperature heat treatment is required, leading to problems of increased manufacturing costs and deterioration of characteristics.

この発明は、上記の事情に鑑み、深いガードリング領域
を必要としない構成の高耐圧半導体装置を提供すること
を課題とする。
In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a high voltage semiconductor device having a structure that does not require a deep guard ring region.

〔課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するため、この発明にかかる半導体装置
では、半導体基板に形成された実動作領域の側方のガー
ドリング領域形成域部分の絶縁膜と半導体基板との間の
界面準位を約5X10”c+ei以下とするようにして
いる。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, in a semiconductor device according to the present invention, an insulating film in a guard ring region forming area on the side of an actual operation area formed on a semiconductor substrate and a semiconductor substrate are combined. The interface level between the two is set to be approximately 5×10″c+ei or less.

絶縁膜と半導体基板との間の界面準位を約5×10”e
ll″″2以下とする構成としては、具体的には、つぎ
のようなものが挙げられる。
The interface level between the insulating film and the semiconductor substrate is approximately 5×10”e.
Specifically, the following configuration can be mentioned as a configuration in which the number is ll''''2 or less.

すなわち、半導体基板として、絶縁膜が設けられる基板
表面が(100)面である半導体基板(例えば、シリコ
ン基板)であって、絶縁膜が1n以上(通常1〜21程
度)の熱酸化膜(例えば、SiO□膜)とした構成が挙
げられる。
That is, the semiconductor substrate is a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) whose surface on which an insulating film is provided is a (100) plane, and the insulating film is a thermally oxidized film (for example, about 1 to 21) of 1n or more (usually about 1 to 21). , SiO□ film).

半導体基板の比抵抗が高い場合、外界の影響を受は易い
ので、熱酸化膜はIい方がよい。しかしながら、厚い熱
酸化膜を形成すると、半導体基板内に欠陥を誘発しやす
く、また、熱酸化膜の厚み増大に伴う応力増加により特
性不良を誘発するという問題がある。しかしながら、基
板表面が(100)面である半導体基板を用いた場合、
πい熱酸化膜でも上記不都合を起こさずに半導体装置が
外界の影響を軽減させられることを見出したのである。
If the specific resistance of the semiconductor substrate is high, it is easily affected by the external environment, so it is better for the thermal oxide film to be thinner. However, forming a thick thermal oxide film tends to cause defects in the semiconductor substrate, and there are also problems in that an increase in stress due to an increase in the thickness of the thermal oxide film induces poor characteristics. However, when using a semiconductor substrate whose surface is a (100) plane,
The inventors have discovered that even with a thermal oxide film having a π-thickness, it is possible to reduce the influence of the external world on a semiconductor device without causing the above-mentioned disadvantages.

このように、厚い熱酸化膜で界面準位を約5 X I 
Q ”cm−”以下とできる構成は非常に有用である。
In this way, a thick thermal oxide film can increase the interface level by approximately 5×I
A configuration in which the Q is less than "cm-" is very useful.

ちなみに、例えば、基板表面が(111)面である半導
体基板だと、界面準位が適切な値にならない。
Incidentally, for example, if the substrate surface is a semiconductor substrate having a (111) plane, the interface state will not have an appropriate value.

また、半導体装置の種類は、ダイオード、トランジスタ
、サイリスタなどが挙げられる。
Further, types of semiconductor devices include diodes, transistors, thyristors, and the like.

〔作   用〕[For production]

半導体装置においては、通常、第6図にみるように、高
耐圧化に強く影響を及ぼすのは空乏層40のw440’
部分とされているのであるが、特に半導体基板41が高
耐圧化に通した比抵抗の高いものである場合には、空乏
層40が絶縁膜42・半導体基板41の界面に達する端
40″が支配的になる。
In semiconductor devices, as shown in FIG. 6, it is usually the w440' of the depletion layer 40 that has a strong influence on increasing the breakdown voltage.
However, especially when the semiconductor substrate 41 is made of a material with a high resistivity that allows for high breakdown voltage, the end 40'' of the depletion layer 40 reaching the interface between the insulating film 42 and the semiconductor substrate 41 is Become dominant.

この発明の半導体装置のように、ガードリング領域形成
域部分の絶縁膜と半導体基板との間の界面準位が約5 
X 10 ”cm−”以下であると、1140″での破
壊が生じ難くなり、ガードリング領域の不純物拡散深さ
が深(なくとも、高耐圧化が図れるようになるものと考
えられる。
In the semiconductor device of the present invention, the interface level between the insulating film and the semiconductor substrate in the guard ring region forming area is approximately 5.
If it is less than X 10 "cm-", destruction at 1140" becomes difficult to occur, and it is considered that the impurity diffusion depth of the guard ring region becomes deep (even if it is not, a high breakdown voltage can be achieved).

〔実 施 例〕〔Example〕

続いて、この発明を、具体的な各種のプレーナ型半導体
装置の例に従って詳しく説明する。勿論、この発明は下
記の実施例に堰らない。
Next, the present invention will be explained in detail using various specific examples of planar semiconductor devices. Of course, the present invention is not limited to the following embodiments.

一実施例1 実施例1では、半導体装置はpn接合構成のダイオード
である。第1図は、実施例1のダイオードの概略構成を
あられす。
Embodiment 1 In Embodiment 1, the semiconductor device is a diode having a pn junction configuration. FIG. 1 shows a schematic configuration of a diode of Example 1.

ダイオード1は、半導体基板2の中央に実動作領域Aが
あって、ここにpN3.1層4からなる主pn接合が形
成されている。そして、実動作領域Aの側方には基板と
は逆導電型のガードリング領域5・・・が設けられてい
るとともにガードリング領域5形成域部分は熱酸化膜(
絶縁l1l) 6で覆われている。なお、7は空乏層で
あり、8.9は電極である。
The diode 1 has an actual operating region A in the center of the semiconductor substrate 2, in which a main pn junction consisting of a pN3.1 layer 4 is formed. A guard ring region 5 having a conductivity type opposite to that of the substrate is provided on the side of the actual operation region A, and a thermal oxide film (
Covered with insulation l1l) 6. Note that 7 is a depletion layer, and 8.9 is an electrode.

半導体基板2としては、基板表面が(100)面のシリ
コン基板が用いられ、熱酸化膜6の厚みは1〜2nの範
囲である。
As the semiconductor substrate 2, a silicon substrate having a (100) surface is used, and the thickness of the thermal oxide film 6 is in the range of 1 to 2n.

勿論、このダイオード1では絶縁膜6と半導体基板2と
の間の界面準位は約5 X 10 ”an−”以下であ
る。そのため、第2図にみるように、空乏層7の1fi
7’が従来の端7″よりも外側にくるようになり、従来
よりも破壊が起こり難くなっているものと推察される。
Of course, in this diode 1, the interface level between the insulating film 6 and the semiconductor substrate 2 is about 5×10 "an-" or less. Therefore, as shown in FIG. 2, 1fi of the depletion layer 7
7' is now located on the outside of the conventional end 7'', and it is presumed that breakage is less likely to occur than in the conventional case.

なお、界面準位は、例えば、つぎのようにして知ること
ができる。半導体基板を一方の電極にし、絶縁膜の上に
他方の電極を設け、両電極間に電圧信号を印加した時の
波形変化により、この時の容量Cと電圧■の積を求め、
CV/Q (クーロン量)を算出することで、界面準位
が求められる。
Note that the interface level can be determined, for example, as follows. The semiconductor substrate is used as one electrode, the other electrode is provided on the insulating film, and the product of the capacitance C and the voltage ■ is determined by the waveform change when a voltage signal is applied between both electrodes.
By calculating CV/Q (Coulomb quantity), the interface state can be determined.

ガードリング領域5の深さが91である場合について、
界面準位と耐電圧の関係をみると、第3図にみるように
、界面準位が5 X I Q ”am−”以下だと30
0V以上の耐電圧があり、界面準位が下がると耐電圧が
さらに400■を越え500v近くまで上がる。熱酸化
膜6の上にCVD酸化膜を1p前後積んだ場合も耐圧に
特に影響のないことも確認した。また、実施例1のダイ
オードの場合、熱酸化膜の厚みが厚くなるに従って界面
準位が下がり耐圧が向上する傾向を示した。
Regarding the case where the depth of the guard ring region 5 is 91,
Looking at the relationship between the interface state and withstand voltage, as shown in Figure 3, if the interface state is less than 5
It has a withstand voltage of 0V or more, and as the interface level decreases, the withstand voltage further exceeds 400V and increases to nearly 500V. It was also confirmed that even when a CVD oxide film of about 1p was stacked on the thermal oxide film 6, there was no particular effect on the withstand voltage. Further, in the case of the diode of Example 1, there was a tendency that as the thickness of the thermal oxide film became thicker, the interface state decreased and the breakdown voltage improved.

比較例用に、半導体基板として基板表面が(111)面
であり熱酸化膜の厚みを約0.8μとした他は、実施例
1と同様のダイオードを作製して調べたところ、界面準
位は、5 X I Q ”cm−”を越えており、耐電
圧は300Vを相当に下回っていた。熱酸化膜の上にC
VD酸化膜を積層すると耐圧はさらに下がった。なお、
基板表面が(ILI)面である半導体基板を使ったもの
では、界面準位が5 x l Q ”cm−”以下とな
ったものはなかった。
As a comparative example, a diode similar to that of Example 1 was fabricated and examined, except that the surface of the semiconductor substrate was a (111) plane and the thickness of the thermal oxide film was approximately 0.8μ. exceeded 5 x IQ "cm-", and the withstand voltage was considerably lower than 300V. C on top of the thermal oxide film
When a VD oxide film was laminated, the withstand voltage was further reduced. In addition,
None of the samples using a semiconductor substrate whose surface was an (ILI) plane had an interface level of 5 x l Q "cm-" or less.

比較例の場合には、逆に、熱酸化膜の厚みが厚くなるに
従って界面準位が上がり耐圧が低下していくことも分か
った。
In the case of the comparative example, it was also found that, on the contrary, as the thickness of the thermal oxide film increases, the interface state increases and the breakdown voltage decreases.

実施例2一 実施例2では、半導体装置は表面ゲート型静電誘導サイ
リスタである。第4図は、実施例2の静電誘導サイリス
クの概略構成をあられす。
Example 2 In Example 2, the semiconductor device is a surface gated electrostatic induction thyristor. FIG. 4 shows a schematic configuration of the electrostatic induction system according to the second embodiment.

静電誘導サイリスタ11は、半導体基板12の中央に実
動作領域Aがある。半導体基板12の表面部分にはゲー
ト領域13とカソード領域14が、ゲート領域13がカ
ソード領域14を挟むようにそれぞれ形成されていると
ともに、半導体基板12裏面にアノード領域15が形成
されている。
The electrostatic induction thyristor 11 has an actual operating area A in the center of the semiconductor substrate 12. A gate region 13 and a cathode region 14 are formed on the front surface of the semiconductor substrate 12, with the gate region 13 sandwiching the cathode region 14, and an anode region 15 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 12.

カソード領域14とアノード領域150間には高比抵抗
領域からなるベース領域16が形成されている。13′
はゲート電極、14′はカソード電極、15′はアノー
ド電極である。
A base region 16 made of a high resistivity region is formed between the cathode region 14 and the anode region 150. 13'
14' is a gate electrode, 14' is a cathode electrode, and 15' is an anode electrode.

そして、実動作領域Aの側方には基板とは逆導電型のガ
ードリング領域21・・・が設けられているとともにガ
ードリング領域21形成域部分は熱酸化膜(絶縁膜)2
2で覆われている。
A guard ring region 21 having a conductivity type opposite to that of the substrate is provided on the side of the actual operation region A, and a thermal oxide film (insulating film) 2 is formed in the guard ring region 21 forming area.
Covered by 2.

半導体基板12としては、基板表面が(100)面のシ
リコン基板が用いられ、熱酸化膜(絶縁膜)22の厚み
は1〜2μの範囲である。
As the semiconductor substrate 12, a silicon substrate having a (100) surface is used, and the thickness of the thermal oxide film (insulating film) 22 is in the range of 1 to 2 μm.

勿論、このサイリスタ11でも絶縁膜22と半導体基板
12との間の界面準位は約5X10”cm−2以下であ
って、高耐圧サイリスクである。
Of course, even in this thyristor 11, the interface level between the insulating film 22 and the semiconductor substrate 12 is about 5.times.10" cm@-2 or less, which is a high breakdown voltage thyristor.

一実施例3 実施例3では、半導体装置は表面ゲート型静電誘導トラ
ンジスタである。第5図は、実施例3の静電誘導トラン
ジスタの概略構成をあられす。
Example 3 In Example 3, the semiconductor device is a surface gate type static induction transistor. FIG. 5 shows a schematic configuration of the electrostatic induction transistor of Example 3.

静電誘導サイリスタ31では、半導体基板12′の裏面
にはアノード領域用p゛層の代わりにn゛層がある点が
基本的に前記サイリスタタ11と異なるだけで、他は基
本的に同じであるため説明は省略する。ただ、トランジ
スタの場合、カソードはソース、アノードはドレインと
称される。
The electrostatic induction thyristor 31 basically differs from the thyristor 11 in that there is an n' layer on the back surface of the semiconductor substrate 12' instead of the p' layer for the anode region, and other things are basically the same. Therefore, the explanation will be omitted. However, in the case of a transistor, the cathode is called the source and the anode is called the drain.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に述べたように、この発明にかかる半導体装置では
、ガードリング領域形成域部分を覆う絶縁膜と半導体基
板との間の界面準位が約5×10”Cl11−”以下で
あるため、浅いガードリング領域であっても十分な耐圧
を有する。
As described above, in the semiconductor device according to the present invention, since the interface level between the insulating film covering the guard ring region forming area and the semiconductor substrate is approximately 5×10"Cl11-" or less, the shallow It has sufficient breakdown voltage even in the guard ring area.

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

第1図は、実施例1のダイオードの構成をあられす概略
断面図、第2図は、このダイオードの空乏層を模式的に
あられす説明図、第3図は、ダイオードにおける界面準
位と耐圧の関係をあられすグラフ、第4図は、実施例2
の静電誘導サイリスクの構成をあられす概略断面図、第
5図は、実施例3の静電誘導トランジスタの構成をあら
れす概略断面図、第6図は、ダイオードの空乏層を模式
的にあられす概略断面図、第7図は、半導体装置のガー
ドリング領域部分をあられす概略断面図である。
Figure 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the diode of Example 1, Figure 2 is a schematic illustration of the depletion layer of this diode, and Figure 3 is the interface state and breakdown voltage in the diode. Figure 4 shows the relationship between Example 2.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the static induction transistor of Example 3, and FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the static induction transistor of Example 3. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a guard ring region portion of a semiconductor device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1半導体基板に形成された実動作領域の側方にガードリ
ング領域を備え、前記半導体基板におけるガードリング
領域形成域部分が絶縁膜で覆われてなる半導体装置にお
いて、前記半導体基板と絶縁膜との間の界面準位が約5
×10^1^1cm^−^2以下であることを特徴とす
る半導体装置。
1. A semiconductor device including a guard ring region on the side of an actual operation area formed on a semiconductor substrate, and a guard ring region forming area of the semiconductor substrate covered with an insulating film. The interface level between is about 5
A semiconductor device characterized in that the size is less than ×10^1^1 cm^-^2.
JP3346590A 1990-02-13 1990-02-13 Semiconductor device Pending JPH03236284A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011204935A (en) * 2010-03-26 2011-10-13 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same

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