JPH0488677A - 半導体素子 - Google Patents

半導体素子

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JPH0488677A
JPH0488677A JP20335790A JP20335790A JPH0488677A JP H0488677 A JPH0488677 A JP H0488677A JP 20335790 A JP20335790 A JP 20335790A JP 20335790 A JP20335790 A JP 20335790A JP H0488677 A JPH0488677 A JP H0488677A
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JP
Japan
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layer
angle
withstand voltage
processed portion
semiconductor device
Prior art date
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Pending
Application number
JP20335790A
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English (en)
Inventor
Mitsuru Hanakura
満 花倉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0488677A publication Critical patent/JPH0488677A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0657Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
    • H01L29/0661Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body specially adapted for altering the breakdown voltage by removing semiconductor material at, or in the neighbourhood of, a reverse biased junction, e.g. by bevelling, moat etching, depletion etching

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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 A、産業上の利用分野 本発明は高電圧用の半導体素子に適用して有効な半導体
素子の製造方法に関する。
B0発明の概要 本発明は、例えばPN−N量やP”NN”等のようにP
N接合を有し、低抵抗層が2層構造になっている半導体
素子において、 例えばPN−N”構造の素子の場合、N”層のP層側4
15以上の部分とP層との側面に水平線に対する角度β
をβ−〇°±15°の角度を持たせ、N−層からN量層
に亘ってN“層側に向かうにつれて断面積が減少するよ
うに構成すると共に、素子の設計耐電圧VDmaxに関
してlog Vo wax≦1゜60−0.46log
βとすることにより、表面電界集中を緩和し、しかも加
工形状を簡単にしたものである。
C0従来の技術 高耐圧ダイオードやゲートターンオフサイリス”りなど
の高耐圧素子は、主PN接合の表面電界を弱めてやらな
いと、PN接合のもつ本来の耐圧よりも低い電圧で電子
なだれ降伏が起こって高耐圧素子を作ることができない
。このため、ベベルと呼ばれる接合の露出部を含む表面
に傾斜をつけて加工する方法が一般に用いられている。
上記方法には第5図(A)〜(B)に示すようなものが
ある。すなわち、第5図(A)に示すように、不純物ド
ープ量の少ない高抵抗側から、不純物ドープ量の多い低
抵抗側に向かって断面積が増大する正ベベル法と、第5
図(B)に示すように不純物ドープ量の多い低抵抗側か
ら不純物ドープ量の少ない高抵抗側に向かって断面積が
増大する負ベベル法がある。これらの方法は表面電界を
弱める効果があり、特に正ベベル法ではPN接合の理論
耐圧を実現する事も可能である。
電圧を減少させるために、第6図に示すように、低抵抗
側のN量を比較的低濃度のN−層と比較的高濃度のN“
層とから形成するPN−N″′(又はP”NN”、PI
N、PNN)構造が用いられている。
これらは空乏層の伸びをN量層で止めてやることにより
、N−N1層の幅を狭くしてオン電圧を減少させている
。このPN−N+槽構造は耐電圧を印加した場合、電界
強度分布がPN構造と異なるため、上記の正ベベルと負
ベベルでは表面電界強度はあまり弱められず高耐圧は実
現できない。例えば、正ベベルでは表面電界強度分布は
第7図のようになり、N量層に電界が集中してしまう。
この集中のために、正ベベルでは高耐圧を実現できない
ところが、近年、素子の定常損失すなわちオン第6図に
示すような構造に適したベベル法として、特開平1−3
18263号に提案されているような2段ベベル構造が
ある。この2段ベベル構造は、第8図に示すように、P
層側からN−層の415以上を占める面の第1のベベル
加工部Aの角度αを0゜±15″にすることによりN“
層の表面に集中した電界を最小にし、かつN″−層から
N−層の115以下を占める面の第2のベベル加工部B
の角度βを40°±20°にすることによりN“層の表
面に集中した電界を緩和させたものである。第9図に示
す構造は、エピタキシャル成長法と不純物拡散法を組み
合わせたN+層形成方法で作成したもので、低濃度で厚
いほぼ理想的なN゛層を有する素子に適していて、熱緩
衝板に合金された素子をサンドブラスト加工するだけで
簡単に得られる。この方法により9000Vの耐電圧を
有する素子が製作されている。
D1発明が解決しようとする課題 第9図で示す2段ベベル構造及びサンドブラストによる
製法は、耐電圧9KVまでの素子に適用した場合、歩留
り良く設計耐電圧を達成することができる。ところが、
N”層を厚くして設計耐電圧を9に’Vより高くしても
、本構造及び製法では9KV程度が限界でそれ以上の耐
電圧を達成することはできなかった。
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目
的はPNN構造の高耐圧素子において、高耐圧素子を実
現するために十分な程度に素子の側面形状を改良するこ
とにより、高性能な半導体素子を提供することである。
E1課題を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するために、P型不純物をド
ーピングした低抵抗層と、高抵抗層を構成する第1の層
及びこの第1の層よりもN型不純物の濃度が高い第2の
層とをこの順に積層してなる半導体素子において、前記
第1の層の側面における前記低抵抗層側の415以上を
占める部分を素子の水平面に対する角度αが0″′±1
5″の角度になるように形成した第1の加工部と、前記
第2の層の側面における第1の加工部に続く部分から第
2の層側に向かうにつれて断面積が減少すると共に前記
第2の層の側面から第2の層の側面までの115以下を
占める第2の加工部を有してなり、この第2の加工部の
側面の素子の水平面に対する角度βが素子の設定耐電圧
VDIIlaxに関してlog VD max≦1.6
0−0.46logβである。
F0作用 PN−N・構造では、設計耐電圧を高くするほどN−層
は厚くなり、N”層での表面電界での集中が強くなる。
それ故、N゛層での表面電界をより弱めてやらなければ
ならない。角度βが小さいほどN+層の表面積が広くな
り、N゛層での表面電界は弱められる。そこで、角度β
と耐電圧VDとの関係を実験により調べたところ、lo
g Vo= 1 。
60−0.46logβの式が成り立つことが判った。
ただし、VDは設計耐電圧を越えない値である。
以上より、本発明では、βをlog Vo max≦1
゜60−0.46logβ(ここでVoXlaXは設計
耐電圧)の条件を満たすということで、9KV以上の耐
電圧を達成することができる。
G、実施例 以下に本発明の実施例を第1図〜第5図を参照しながら
説明する。
第1図は本発明の実施例による半導体素子のサンプル1
群を示し、第1図において1はN層層からなるNエミツ
タ層、2はP層からなるPベース層で低抵抗層を形成し
、3はN−層からなるNベース層で第1の層を形成する
とともに、4はN″′層からなるNバッファ層で第2の
1を形成する。
5はP+層からなるPエミッタ層、6はアノード電極、
7はカソード電極、8はゲート電極、9はシリコーンか
らなるパッシベーションゴム、10はテフロン支持板で
ある。
第1図の半導体素子は次のようにして作られる。
比抵抗2400Ωcit、厚み2000 μwのN型単
結晶Siウェハを出発材料として、このウェハに適量の
リンをデポジションし、この上にエピタキシャル成長層
を形成する。このエピタキシャル成長層は、低ドーピン
グであれば、N型、P型のいずれでもよい。この後、押
し込み拡散を行うと、リン拡散はN型ウェハの内部方面
とエピタキシャル層の方向との両方向に進行し、N層が
形成される。この場合の熱処理時間は、同一温度のとき
には押し込み拡散に比べて1/4以下と大幅に短縮され
、しかも同一ピーク濃度、同−拡散深さとなる。
なお、拡散条件を適当に選択すれば、特別の押し込み拡
散工程を設けることなく、後の工程で当然行われるので
あろうPベース及びPエミッタ拡散時の熱処理を利用す
ることができる。
このようにして、第3図に示すような不純物濃度分布を
持つ設計耐電圧22KVのゲートターンオフサイリスタ
を試作した。この試作した素子をサンドブラストで端面
加工し、第1の加工部である第1のベベル加工部A及び
第2の加工部である第2のベベル加工部B%形成した後
、パッシベーションゴム9で保護した。このとき、加工
部Bの角度βを変化させた。
第4図にこのときの漏れ電流1mA(室温)における耐
電圧の結果を角度βとの関係で示す。ここでβはB部が
曲面であるため、N−層とN中層との接合部での面角度
とした。この結果からサンプル1群では上記のβとVD
との関係が成り立っていることが判る。
しかし、第2図に示すサンプル■群では、第4図に示す
ように上記の関係式から大きくずれている。この原因は
サンプル■群では、第2図に示すように、A部とB部と
の面で作られる境界の角度のうち、垂線よりB面側の角
度X−γ−(90゜−α)であるから、γ−(90°−
α)>90’でγ+α>igo’でなければならない。
しかるに角度Xが90’未満であるため、この部分に電
界が集中し耐電圧が上記の式の値より劣化するためであ
る。第5図に、本発明により達成された実施例の室温に
おける21KVの耐電圧特性を示す。
この場合、素子はペレット径88mφである。
H1発明の効果 本発明は上述の如くであって、第1の層の側面における
低抵抗層側の415以上を占める部分を素子の水平面に
対する角度αがθ″±15°になるようにし、第2の層
の側面に該第2の層側に向かうにつれて断面積が減少す
ると共に前記第1の層の側面から第2の層の側面までの
115以下を占めるベベル加工部の側面の素子の水平面
に対する角度βが素子の設定電圧VDn+axに関して
logV、max≦1.60−0.46logβとなる
ようにしたから、表面電界強度が弱められ、設計どおり
の高耐圧が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す断面図、第2図は本発明
の他の実施例を示す断面図、第3図は実施例の素子の不
純物濃度分布を示すグラフ、第4図は耐電圧特性を示す
グラフ、第5図は耐電圧特性を示すグラフ、第6図(A
)〜(B)はそれぞれ従来例を示す断面図、第7図は同
じ〈従来例を示す断面図、第8図は従来例の素子の表面
電界強度分布を示すグラフ、第9図は従来例を示す断面
図である。 A・・・第1のベベル加工部、B・・・第2のベベル加
工部、■・・・N+エミッタ層、2・・・Pベース層、
3・・・N−ベース層、4・・・N+バッファ層、5・
・P+エミツタ層、6・・・アノード電極、7・・・カ
ソード電極、8・・・ゲート電極、9・・・パッシベー
ションゴム、10・・・テフロン支持リング。 外1名 第3図 1良労乍I 第5図 tii’ttFL竹・区 (kV) 第6図 、4L、JnlIT面配 (A) (B) 第7図 柾米O路面刀

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)P型不純物をドーピングした低抵抗層と、高抵抗
    層を構成する第1の層及びこの第1の層よりもN型不純
    物の濃度が高い第2の層とをこの順に積層してなる半導
    体素子において、 前記第1の層の側面における前記低抵抗層側の4/5以
    上を占める部分を素子の水平面に対する角度αが0゜±
    15゜の角度になるように形成した第1の加工部と、前
    記第2の層の側面における第1の加工部に続く部分から
    第2の層側に向かうにつれて断面積が減少すると共に前
    記第2の層の側面から第2の層の側面までの1/5以下
    を占める第2の加工部を有してなり、この第2の加工部
    の側面の素子の水平面に対する角度βが素子の設計耐電
    圧V_Dmaxに関してlogV_Dmax≦1.60
    −0.46logβであることを特徴とする半導体素子
  2. (2)P型不純物をドーピングした低抵抗層と、高抵抗
    層を構成する第1の層及びこの第1の層よりもN型不純
    物の濃度が高い第2の層とをこの順に積層してなる半導
    体素子において、 前記第1の層の側面における前記低抵抗層側の4/5以
    上を占める時分を素子の水平面に対する角度αが0゜±
    15゜の角度になるように形成した第1の加工部と、前
    記第2の層の側面における第1の加工部に続く部分から
    第2の層側に向かうにつれて断面積が減少すると共に前
    記第2の層の側面から第2の層の側面までの1/5以下
    を占める第2の加工部を有してなり、この第2の加工部
    の側面が曲面に形成され、この曲面の前記第1の層と第
    2の層との接合部における面角度βが素子の設計電圧V
    _Dmaxに関してlogV_Dmax≦1.60−0
    .46logβであり、かつ前記第1の加工部と第2の
    加工部との面で作られる境界の角度γがγ+α>18を
    満たすことを特徴とする半導体素子。
JP20335790A 1990-07-31 1990-07-31 半導体素子 Pending JPH0488677A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6020603A (en) * 1996-09-24 2000-02-01 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device with a beveled and chamfered outer peripheral portion
JP2007208075A (ja) * 2006-02-02 2007-08-16 Fuji Electric Holdings Co Ltd 半導体装置
JP2010182644A (ja) * 2009-02-09 2010-08-19 Japan Aviation Electronics Industry Ltd コンタクト及び電気コネクタ
CN104321879A (zh) * 2011-11-30 2015-01-28 英飞凌科技有限两合公司 具有优化的边缘终止的半导体元器件

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6020603A (en) * 1996-09-24 2000-02-01 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device with a beveled and chamfered outer peripheral portion
JP2007208075A (ja) * 2006-02-02 2007-08-16 Fuji Electric Holdings Co Ltd 半導体装置
JP2010182644A (ja) * 2009-02-09 2010-08-19 Japan Aviation Electronics Industry Ltd コンタクト及び電気コネクタ
CN104321879A (zh) * 2011-11-30 2015-01-28 英飞凌科技有限两合公司 具有优化的边缘终止的半导体元器件
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