JPH06318714A - High-breakdown voltage semiconductor element - Google Patents

High-breakdown voltage semiconductor element

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JPH06318714A
JPH06318714A JP15949693A JP15949693A JPH06318714A JP H06318714 A JPH06318714 A JP H06318714A JP 15949693 A JP15949693 A JP 15949693A JP 15949693 A JP15949693 A JP 15949693A JP H06318714 A JPH06318714 A JP H06318714A
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breakdown voltage
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知子 末代
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紀夫 安原
Akio Nakagawa
明夫 中川
Yoshihiro Yamaguchi
好広 山口
Ichiro Omura
一郎 大村
Hideyuki Funaki
英之 舟木
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402Field plates
    • H01L29/407Recessed field plates, e.g. trench field plates, buried field plates

Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor element which is enabled to obtain a sufficiently high breakdown voltage with a thin active layer and has a dielectric separating structure. CONSTITUTION:This semiconductor element has an active layer 13 composed of a high-resistance n<->-type silicon layer formed on a semiconductor substrate 10 with a silicon oxide layer 11 in-between and an N-and p-type impurity layers 14 and 13 at prescribed distances from the layer 12. The layer 14 is formed of two or more diffusion layers 14a, 14b, and 14c with diffusion windows having different widths and diffusion depths and, at the same time, the layer 14 is formed to such a depth that the layer 14 can reach the silicon oxide film 11. In addition, a high-resistance film 18 is formed on the active layer 12 between the layers 13 and 14.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、誘電体分離構造の高耐
圧半導体素子に係わり、特に拡散層形状の改良をはかっ
た高耐圧半導体素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high breakdown voltage semiconductor element having a dielectric isolation structure, and more particularly to a high breakdown voltage semiconductor element with an improved diffusion layer shape.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、誘電体分離構造を用いた各種の高
耐圧半導体素子が提案されている。図51は、誘電体分
離構造を用いた横型の高耐圧ダイオードの従来例であ
る。半導体基板1上に分離絶縁膜2を介してn- 型シリ
コン層(活性層)3が形成されている。また、活性層3
の表面部にp型アノード層5と、これから所定距離離れ
たn型カソード層6とが形成され、それぞれにアノード
電極7,カソード電極8が形成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various high breakdown voltage semiconductor devices using a dielectric isolation structure have been proposed. FIG. 51 shows a conventional example of a lateral high breakdown voltage diode using a dielectric isolation structure. An n type silicon layer (active layer) 3 is formed on a semiconductor substrate 1 with an isolation insulating film 2 interposed therebetween. In addition, the active layer 3
A p-type anode layer 5 and an n-type cathode layer 6 separated from the p-type anode layer 5 by a predetermined distance are formed on the surface of, and an anode electrode 7 and a cathode electrode 8 are formed on each.

【0003】このような横型のダイオードにおいて、例
えば基板1及びアノード電極7を接地して、カソード電
極8に正の電圧を印加した逆バイアス状態を考える。こ
のとき、n型カソード層6に印加される電圧は、n型カ
ソード層6の下の活性層3に拡がる空乏層と分離絶縁膜
2により分担される。従って、n型カソード層6下の活
性層部分の厚みが薄いと、ここで大きな電界を分担する
ことになり、n型カソード層6のエッジ部(底部の曲面
部付近)で電界集中を起こし、低い印加電圧でアバラン
シェ降伏を生じる。これを避けて十分な高耐圧を実現す
るために、従来は、活性層3の厚みを20μm以上とす
ることが行われていた。
In such a lateral diode, for example, consider a reverse bias state in which the substrate 1 and the anode electrode 7 are grounded, and a positive voltage is applied to the cathode electrode 8. At this time, the voltage applied to the n-type cathode layer 6 is shared by the depletion layer spreading in the active layer 3 below the n-type cathode layer 6 and the isolation insulating film 2. Therefore, when the thickness of the active layer portion under the n-type cathode layer 6 is thin, a large electric field is shared here, and electric field concentration occurs at the edge portion (near the curved surface portion of the bottom portion) of the n-type cathode layer 6, Avalanche breakdown occurs at low applied voltage. In order to avoid this and realize a sufficiently high breakdown voltage, conventionally, the thickness of the active layer 3 has been set to 20 μm or more.

【0004】しかしながら、活性層厚みが大きいと、V
字溝等により横方向の素子分離を行うと深い分離溝が必
要になり、分離溝領域の面積が大きいものとなる。従っ
て、加工が困難になるのみならず、ウェハ上の素子の有
効面積が小さくなり、結果的に高耐圧素子の集積回路の
コストが増大する。
However, if the thickness of the active layer is large, V
When element isolation is performed in the lateral direction using a groove or the like, a deep isolation groove is required, and the area of the isolation groove region becomes large. Therefore, not only the processing becomes difficult, but also the effective area of the element on the wafer becomes small, and as a result, the cost of the integrated circuit of the high breakdown voltage element increases.

【0005】一方、誘電体分離構造は、高耐圧素子とロ
ジック回路を同一基板上に作成することを可能とする。
その場合、絶縁膜上に形成された半導体層(活性層)に
素子を形成するSOI(Silicon on insulator) 技術に
よれば、高耐圧素子とロジック回路とを完全に分離する
ことが可能である。
On the other hand, the dielectric isolation structure enables the high breakdown voltage element and the logic circuit to be formed on the same substrate.
In that case, according to the SOI (Silicon on insulator) technique of forming an element in a semiconductor layer (active layer) formed on an insulating film, a high breakdown voltage element and a logic circuit can be completely separated.

【0006】このようなSOI基板を用いた半導体装置
は、活性層の厚さを0.3μm以下に薄くしたとして
も、絶縁膜のため、縦方向に高耐圧が得られることが知
られており、かつトレンチ溝を用いた素子分離が可能で
あるため、この素子分離構造は、パワ−ICにおいて有
力な構造となっている。
It is known that in a semiconductor device using such an SOI substrate, even if the thickness of the active layer is reduced to 0.3 μm or less, a high breakdown voltage can be obtained in the vertical direction because of the insulating film. In addition, since element isolation can be performed using the trench groove, this element isolation structure is a powerful structure in power ICs.

【0007】しかし、このように活性層が薄い場合、横
方向の耐圧を高くするためには、活性層内のnドリフト
領域の不純物ド−ピング濃度を下げなければならず、そ
うするためには200μm以上のnドリフト領域の長さ
が必要とである。このことを避けるため、例えば図57
に示すように、ドリフト領域に沿ってSIPOS(semi
-insulating polycrystalline silicon)層18を形成す
ることにより、横方向の電界強度を一様にする方法や、
特開平4−309234号に開示されているように、横
方向に線形のド−ピング濃度分布を形成する方法等が考
えられる。しかし、これらの方法は特殊な工程を必要と
し、その実施は困難である。
However, when the active layer is thin as described above, the impurity doping concentration of the n drift region in the active layer must be lowered in order to increase the lateral withstand voltage. The length of the n drift region of 200 μm or more is required. In order to avoid this, for example, FIG.
As shown in, the SIPOS (semi
a method for making the electric field strength in the lateral direction uniform by forming a -insulating silicon layer 18;
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-309234, a method of forming a linear doping concentration distribution in the lateral direction can be considered. However, these methods require special steps and are difficult to implement.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の誘
電体分離構造の高耐圧半導体素子では、活性層が薄いと
十分な耐圧が得られず、活性層を厚くすると横方向の素
子分離が困難になる、といった問題点があった。
As described above, in the conventional high breakdown voltage semiconductor element having the dielectric isolation structure, a sufficient breakdown voltage cannot be obtained when the active layer is thin, and lateral element isolation is caused when the active layer is thickened. There was a problem that it became difficult.

【0009】また、ドリフト領域においては、活性層が
薄い場合、横方向の耐圧を高くするためには、活性層内
のnドリフト領域の不純物ド−ピング濃度を下げなけれ
ばならず、そうするためにはnドリフト領域の長さを長
くすることが必要となり、素子の微細化が困難となると
いう問題があった。
In the drift region, if the active layer is thin, the impurity doping concentration of the n drift region in the active layer must be lowered in order to increase the lateral breakdown voltage. However, it is necessary to increase the length of the n drift region, which makes it difficult to miniaturize the device.

【0010】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、薄い活性層で十分な高
耐圧特性を得ることを可能とした誘電体分離構造の高耐
圧半導体素子を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to provide a high breakdown voltage semiconductor device having a dielectric isolation structure capable of obtaining a sufficiently high breakdown voltage characteristic with a thin active layer. To provide.

【0011】本発明の他の目的は、ドリフト領域の長さ
を長くすることなく十分な高耐圧特性を得ることを可能
とした誘電体分離構造の高耐圧半導体素子を提供するこ
とにある。
Another object of the present invention is to provide a high withstand voltage semiconductor element having a dielectric isolation structure which can obtain a sufficiently high withstand voltage characteristic without increasing the length of the drift region.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、拡散層
の形状を工夫することにより、拡散層のエッジ部(特に
底部の曲面部付近)における電界集中を緩和させること
にある。
The essence of the present invention is to relieve the electric field concentration at the edge portion (especially near the curved surface portion of the bottom) of the diffusion layer by devising the shape of the diffusion layer.

【0013】即ち第1の発明は、半導体基板上に絶縁膜
を介して高抵抗の第1導電型半導体からなる活性層を形
成し、この活性層に所定距離おいて第1導電型の不純物
層及び第2導電型の不純物層を形成してなる高耐圧半導
体素子において、第1導電型の不純物層を、拡散窓の幅
又は拡散深さの少なくとも一方が異なる2重以上の拡散
層で形成したことを特徴とする。
That is, a first aspect of the invention is to form an active layer made of a high-resistance first-conductivity-type semiconductor on a semiconductor substrate via an insulating film, and to form a first conductive-type impurity layer at a predetermined distance from the active layer. And a high withstand voltage semiconductor element in which an impurity layer of the second conductivity type is formed, the impurity layer of the first conductivity type is formed of a double or more diffusion layer in which at least one of the width and the diffusion depth of the diffusion window is different. It is characterized by

【0014】また、第1の発明の望ましい実施態様とし
ては、次のものが上げられる。
The following are preferred embodiments of the first invention.

【0015】(1) 第1導電型及び第2導電型の不純物層
を絶縁膜に達する深さまで形成する。 (2) 第1導電型及び第2導電型の不純物層間において、
活性層上に高抵抗体膜を形成する。
(1) An impurity layer of the first conductivity type and a second conductivity type is formed to a depth reaching the insulating film. (2) Between the impurity layers of the first conductivity type and the second conductivity type,
A high resistance film is formed on the active layer.

【0016】(3) 活性層の不純物総量を、1×1010
-2〜2×1012cm-2の範囲に設定する。
(3) The total amount of impurities in the active layer is 1 × 10 10 c
It is set within the range of m −2 to 2 × 10 12 cm −2 .

【0017】第2の発明は、半導体基板と、この半導体
基板上に絶縁膜を介して形成された、高抵抗半導体から
なる0.3μm以下の厚さを有する活性層とを具備する
高耐圧半導体素子において、前記活性層は、横方向の不
純物濃度分布が、それぞれガウス分布である2〜10段
の階段状であって、各階段の間隔が拡散長の2倍以上で
あることを特徴とする。
A second invention is a high breakdown voltage semiconductor comprising a semiconductor substrate and an active layer formed on the semiconductor substrate via an insulating film and made of a high resistance semiconductor and having a thickness of 0.3 μm or less. In the device, the active layer has a stepwise distribution of impurity concentration distribution in the lateral direction of 2 to 10 steps, each having a Gaussian distribution, and an interval between the steps is twice or more a diffusion length. .

【0018】[0018]

【作用】誘電体分離構造の高耐圧半導体素子において、
第2導電型の不純物層と基板を接地した状態で、第1導
電型の不純物層に逆バイアスとなる高電圧が印加された
とする。このとき、第1導電型の不純物層に印加される
電圧は、縦方向には活性層と絶縁膜によって分担され
る。ここで、第1導電型の不純物層の底部の曲面部付近
で電界集中が生じると、低い電圧でアバランシェ降伏が
生じる。
[Operation] In a high breakdown voltage semiconductor element having a dielectric isolation structure,
It is assumed that a high voltage, which is a reverse bias, is applied to the first conductivity type impurity layer while the second conductivity type impurity layer and the substrate are grounded. At this time, the voltage applied to the first conductivity type impurity layer is vertically shared by the active layer and the insulating film. Here, if electric field concentration occurs near the curved surface of the bottom of the first conductivity type impurity layer, avalanche breakdown occurs at a low voltage.

【0019】第1の発明では、第1導電型の不純物層
を、拡散窓の幅や拡散深さを変えながら2重以上の拡散
層に形成することにより、拡散層底部の曲面部付近での
電界集中を緩和させることができる。つまり、活性層内
部の電界集中、特に拡散層底部曲面部付近での電界集中
を緩和することができ、従来にない高耐圧の素子が実現
可能となる。さらに、活性層の厚さを薄くすることがで
きることから、横方向の素子分離も容易となる。
According to the first aspect of the present invention, the impurity layer of the first conductivity type is formed in the double or more diffusion layers while changing the width and the diffusion depth of the diffusion window, so that the diffusion layer bottom portion near the curved surface portion is formed. The electric field concentration can be relaxed. That is, the electric field concentration inside the active layer, particularly the electric field concentration near the curved surface of the bottom of the diffusion layer can be alleviated, and an unprecedented high breakdown voltage element can be realized. Furthermore, since the thickness of the active layer can be reduced, lateral element isolation is facilitated.

【0020】また、第1導電型及び第2導電型の不純物
層を絶縁膜に至る深さまで形成することにより、第1導
電型の不純物層に印加される電圧を絶縁膜のみに分担さ
せることができ、活性層の縦方向電界が小さく抑えられ
る。また、活性層の表面に高抵抗体膜を設けることによ
り、該膜内に形成される一様な電位分布に従って、活性
層表面の横方向電位分布を均一なものとすることができ
る。これらにより、活性層内部の電界集中を効果的に緩
和することができ、薄型で従来にない高耐圧の素子が実
現可能となる。
Further, by forming the impurity layers of the first conductivity type and the second conductivity type to the depth reaching the insulating film, the voltage applied to the impurity layer of the first conductivity type can be shared only by the insulating film. Therefore, the vertical electric field of the active layer can be suppressed small. Further, by providing the high resistance film on the surface of the active layer, the lateral potential distribution on the surface of the active layer can be made uniform according to the uniform potential distribution formed in the film. As a result, the electric field concentration inside the active layer can be effectively mitigated, and it is possible to realize a thin and high withstand voltage element which has not been heretofore available.

【0021】第2の発明では、一般的な不純物拡散技術
を複数回行なうことにより、活性層の横方向の濃度分布
を階段状とし、それによって活性層の厚さが0.3μm
以下であっても、ドリフト領域の長さを長くすることな
く高耐圧を達成することが可能な誘電体分離半導体素子
が提供される。
In the second invention, the general impurity diffusion technique is carried out a plurality of times to make the lateral concentration distribution of the active layer stepwise, so that the active layer has a thickness of 0.3 μm.
Even in the following cases, there is provided a dielectric isolation semiconductor element capable of achieving a high breakdown voltage without increasing the length of the drift region.

【0022】第2の発明に係る誘電体分離半導体素子が
高耐圧を示すのは、以下のような原理に基づくものと考
えられる。
It is considered that the dielectric isolation semiconductor element according to the second invention exhibits a high breakdown voltage based on the following principle.

【0023】横方向をx軸、縦方向をy軸とする。活性
層の厚さが0.3μm以下であれば、不純物を拡散させ
たときの縦方向のの不純物濃度分布はほぼ一様であると
考えられる。そこで、横方向の不純物濃度分布をガウシ
アン分布と仮定すると、次式で与えられる。
The horizontal direction is the x-axis and the vertical direction is the y-axis. When the thickness of the active layer is 0.3 μm or less, it is considered that the impurity concentration distribution in the vertical direction when the impurities are diffused is almost uniform. Therefore, assuming that the lateral impurity concentration distribution is a Gaussian distribution, it is given by the following equation.

【0024】 n(x,y)=no exp(−x2 /a2 ) ここでaは拡散長(a=2Dt 1/2 、n0 は階段部分に
おける不純物濃度の差を表わす。このとき、濃度勾配の
最大値Δnmax は、x=a・2-1/2において得られて、
下記式に示すようになる。
[0024] n (x, y) = n o exp (-x 2 / a 2) wherein a is the diffusion length (a = 2D t 1/2, n 0 represents the difference of the impurity concentration in the stepped portion. The Then, the maximum value Δn max of the concentration gradient is obtained at x = a · 2 −1/2 ,
It becomes as shown in the following formula.

【0025】Δnmax =|dn/dx (x=a -1/2 | =|−2×exp(−1/2)×n0 /a| =0.85776×n0 /a 横方向及び縦方向の電界強度は、ポアソン方程式を解く
ことによって得られる。 n(x)=(εs /q)(d
x /dx +dEy /dy ) ここでεs はSiに対する誘電率、qは素電荷である。
素子のアバランシェ耐圧を求めるためには、下記数2に
示すようにイオン化積分を行う。
[0025] Δn max = | dn / dx ( x = a -1/2 | = | -2 × exp (-1/2) × n 0 / a | = 0.85776 × n 0 / a transverse and longitudinal The electric field strength in the direction is obtained by solving the Poisson equation: n (x) = (ε s / q) (d
E x / d x + dE y / d y ) Here, ε s is the dielectric constant with respect to Si, and q is the elementary charge.
In order to obtain the avalanche breakdown voltage of the device, ionization integration is performed as shown in Equation 2 below.

【0026】I=∫α(E)dX ここでα(E)はイオン化係数であって、次式で求めら
れる。
I = ∫α (E) dX where α (E) is an ionization coefficient, which is obtained by the following equation.

【0027】α(E)=A・exp(−B/E) ここでA及びBは定数である。一般にポアソン方程式及
びイオン化積分は解析的に求めることが出来ないので、
数値計算を行う。この結果、n0 とaには次式で示され
る関係があることがわかった。
Α (E) = A · exp (−B / E) where A and B are constants. Generally, Poisson's equation and ionization integral cannot be analytically obtained,
Perform numerical calculations. As a result, it was found that n 0 and a have a relationship represented by the following equation.

【0028】n0 /a1/2 ≦1×1019 従って、濃度勾配の最大値Δnmax が次式を満足するこ
とが必要である。
N 0 / a 1/2 ≤1 × 10 19 Therefore, the maximum value Δn max of the concentration gradient must satisfy the following equation.

【0029】 Δnmax ≦0.85776×1019/a1/2 一方、階段のステップ部分では、横方向の電界強度は段
差部分と比べて非常に小さいので、階段の間隔を小さく
するほうがよい。しかし、階段の間隔が小さ過ぎると、
隣接する階段間で干渉が生じ、電界が強くなってしま
う。従って、階段間の間隔は、拡散長の2倍以上、好ま
しくは3〜4倍程度とするのがよい。
Δn max ≦ 0.85776 × 10 19 / a 1/2 On the other hand, in the step portion of the stairs, the electric field strength in the lateral direction is much smaller than that in the step portion, so it is better to reduce the interval between the steps. However, if the stairs are too close,
Interference occurs between adjacent stairs and the electric field becomes strong. Therefore, the interval between the steps should be twice or more, preferably about 3 to 4 times the diffusion length.

【0030】拡散長を変化させたときのブレ−クダウン
電圧を図52に、拡散数を変化させたときのブレ−クダ
ウン電圧を図53にそれぞれ示す。これらの図から、本
発明の第6のaspectによると、ドリフト領域の長さを長
くすることなく、高耐圧の誘電体分離半導体素子を実現
することが可能である。
FIG. 52 shows the breakdown voltage when the diffusion length is changed, and FIG. 53 shows the breakdown voltage when the diffusion number is changed. From these figures, according to the sixth aspect of the present invention, it is possible to realize a dielectric isolation semiconductor element having a high breakdown voltage without increasing the length of the drift region.

【0031】[0031]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0032】図1は、本発明の第1の実施例に係わる高
耐圧ダイオードの素子構造を示す断面図である。シリコ
ン基板10上に、シリコン酸化膜(分離絶縁膜)11を
介して、n- 型の高抵抗シリコン層(活性層)12が形
成されている。この構造は、例えばシリコン基板10の
表面にシリコン酸化膜11を形成し、これに表面が鏡面
に研磨された別のシリコン基板を直接接着し、該基板を
薄く加工することにより形成される。また、シリコン酸
化膜11は1〜5μm程度の厚さとする。n-型活性層
12は、不純物総量が1×1010cm-2〜2×1012
-2の範囲、より好ましくは0.5〜1.8×1012
-2の範囲に設定されており、その厚さは約10μmと
した。
FIG. 1 is a sectional view showing the element structure of a high breakdown voltage diode according to the first embodiment of the present invention. An n type high resistance silicon layer (active layer) 12 is formed on a silicon substrate 10 with a silicon oxide film (isolation insulating film) 11 interposed therebetween. This structure is formed, for example, by forming a silicon oxide film 11 on the surface of a silicon substrate 10, directly adhering another silicon substrate having a mirror-polished surface to the silicon oxide film 11, and thinning the substrate. The silicon oxide film 11 has a thickness of about 1 to 5 μm. The n type active layer 12 has a total impurity amount of 1 × 10 10 cm −2 to 2 × 10 12 c.
m −2 , more preferably 0.5 to 1.8 × 10 12 c
The thickness is set in the range of m −2 and the thickness thereof is set to about 10 μm.

【0033】活性層12には、所定距離離れてp型アノ
ード層13とn型カソード層14が形成されている。p
型アノード層13とn型カソード層14は、図示のよう
に活性層底部のシリコン酸化膜11に達する深さまで拡
散形成されている。さらに、n型カソード層14は拡散
窓の幅と拡散深さを変えて3重の拡散層14a,14
b,14cとなっている。14a以外の拡散層、即ちこ
こでは14b,14cの拡散層の不純物総量は1×10
11cm-2〜3×1012cm-2の範囲に設定する。p型ア
ノード層13とn型カソード層14にはそれぞれ、アノ
ード電極15,カソード電極16が形成されている。こ
れらの電極15,16間の活性層12上には、シリコン
酸化膜17を介して、高抵抗体膜18が配設されてい
る。高抵抗体膜18は、例えばSIPOS(Semi-Insul
ating Polycrystalline Silicom )であり、この高抵抗
体膜18の両端部は電極15,16にそれぞれ接続され
ている。そして、高抵抗体膜18の表面は、保護膜とし
てのシリコン酸化膜19により覆われている。
A p-type anode layer 13 and an n-type cathode layer 14 are formed on the active layer 12 at a predetermined distance. p
The type anode layer 13 and the n-type cathode layer 14 are diffused to a depth reaching the silicon oxide film 11 at the bottom of the active layer as shown in the figure. Further, the n-type cathode layer 14 is formed by changing the width and the diffusion depth of the diffusion window so as to form the triple diffusion layers 14a and 14a.
b and 14c. The total amount of impurities in the diffusion layers other than 14a, that is, the diffusion layers 14b and 14c here is 1 × 10.
It is set in the range of 11 cm −2 to 3 × 10 12 cm −2 . An anode electrode 15 and a cathode electrode 16 are formed on the p-type anode layer 13 and the n-type cathode layer 14, respectively. A high resistance film 18 is provided on the active layer 12 between the electrodes 15 and 16 with a silicon oxide film 17 interposed therebetween. The high resistance film 18 is, for example, a SIPOS (Semi-Insul)
ating Polycrystalline Silicom), and both ends of the high resistance film 18 are connected to the electrodes 15 and 16, respectively. The surface of the high resistance film 18 is covered with a silicon oxide film 19 as a protective film.

【0034】このような構成において、p型アノード層
13と基板10を接地して、n型カソード層14に正の
高電圧を印加した場合について考える。n型カソード層
14は、活性層底部に達する深さに形成されていること
から、縦方向には、n型カソード層14に印加されてい
る電圧は全てシリコン酸化膜11で分担される。ここ
で、シリコン酸化膜11は活性層12に比較してその耐
圧が十分に高いものである。
Consider the case where the p-type anode layer 13 and the substrate 10 are grounded and a positive high voltage is applied to the n-type cathode layer 14 in such a structure. Since the n-type cathode layer 14 is formed to a depth reaching the bottom of the active layer, all the voltage applied to the n-type cathode layer 14 is shared by the silicon oxide film 11 in the vertical direction. Here, the silicon oxide film 11 has a sufficiently higher breakdown voltage than the active layer 12.

【0035】また、アノード・カソード間電圧により、
活性層12の表面に形成された高抵抗体膜18には微小
電流が流れて、横方向に一様な電位分布が形成される。
この高抵抗体膜18内の電位分布の影響を受けて、高抵
抗体膜直下の活性層表面も横方向に一様な電位分布が形
成される。さらに、n型カソード層14を3重に拡散す
ることで、拡散層底部の曲面部分での不純物濃度勾配が
緩和され、この影響で等電位線の間隔が拡がり、極端な
電界集中が防げる。以上の結果、素子内部の電界集中は
緩和され、高耐圧が実現される。
Further, depending on the voltage between the anode and the cathode,
A minute current flows through the high resistance film 18 formed on the surface of the active layer 12 to form a uniform potential distribution in the lateral direction.
Due to the influence of the potential distribution in the high resistance film 18, a uniform potential distribution is formed in the lateral direction also on the surface of the active layer immediately below the high resistance film. Furthermore, by diffusing the n-type cathode layer 14 in three layers, the impurity concentration gradient at the curved surface portion at the bottom of the diffusion layer is alleviated, and this influence widens the equipotential lines and prevents extreme electric field concentration. As a result, the electric field concentration inside the element is relaxed and a high breakdown voltage is realized.

【0036】なお、上記のような構成においては、活性
層12の不純物総量を変えると耐圧も変わる。図23
は、活性層12の不純物総量と耐圧との関係を示す特性
図である。不純物総量が1×1010cm-2以上では不純
物総量が大きくなるほど耐圧は高くなり、不純物総量が
3×1012cm-2を越えると耐圧が急激に低下する。従
って活性層12の不純物総量としては、1×1010cm
-2〜2×1012cm-2の範囲が望ましい。
In the above structure, when the total amount of impurities in the active layer 12 is changed, the breakdown voltage also changes. FIG. 23
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the total amount of impurities in the active layer 12 and the breakdown voltage. When the total amount of impurities is 1 × 10 10 cm −2 or more, the higher the total amount of impurities is, the higher the breakdown voltage becomes, and when the total amount of impurities exceeds 3 × 10 12 cm −2 , the breakdown voltage sharply decreases. Therefore, the total amount of impurities in the active layer 12 is 1 × 10 10 cm
The range of −2 to 2 × 10 12 cm −2 is desirable.

【0037】このように本実施例によれば、n型カソー
ド層14を3重拡散により形成すると共に、シリコン酸
化膜11に達する深さまで形成し、さらに活性層12の
上に高抵抗体膜18を形成することにより、素子内部の
電界集中を緩和することができ、活性層12を薄くして
も高耐圧のダイオードを実現することができる。
As described above, according to this embodiment, the n-type cathode layer 14 is formed by triple diffusion and is formed to a depth reaching the silicon oxide film 11, and the high resistance film 18 is further formed on the active layer 12. By forming the above, the electric field concentration inside the element can be relaxed, and a high breakdown voltage diode can be realized even if the active layer 12 is thinned.

【0038】第1の実施例における変形例を、図2〜図
10に示す。図2は、第1の実施例において、p型アノ
ード層13をシリコン酸化膜11より浅く形成したもの
である。図3は、n型カソード層14をシリコン酸化膜
11より浅く形成したものである。図4は、p型アノー
ド層13及びn型カソード層14を、共にシリコン酸化
膜11より浅く形成したものである。このような構成で
あっても、n型カソード層14のエッジ部における電界
集中が緩和されるため、第1の実施例と同様な効果が得
られる。
Modifications of the first embodiment are shown in FIGS. In FIG. 2, the p-type anode layer 13 is formed shallower than the silicon oxide film 11 in the first embodiment. In FIG. 3, the n-type cathode layer 14 is formed shallower than the silicon oxide film 11. In FIG. 4, the p-type anode layer 13 and the n-type cathode layer 14 are both formed shallower than the silicon oxide film 11. Even with such a configuration, electric field concentration at the edge portion of the n-type cathode layer 14 is alleviated, so that the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

【0039】図5は、n型カソード層14の深さはシリ
コン酸化膜11に達する深さで一定とし、3重拡散にお
ける横方向の拡散窓の長さを変えたものである。ここ
で、14a,14b,14cは順に不純物濃度が薄くな
っている。このような構成であっても、横方向の等電位
線の間隔を拡げることにより、極端な電界集中が防ぐこ
とができ、第1の実施例と同様に効果が得られる。な
お、不純物濃度の異なる複数回の拡散を行う代わりに、
不純物濃度を連続的に可変してもよい。
In FIG. 5, the depth of the n-type cathode layer 14 is constant at the depth reaching the silicon oxide film 11, and the length of the lateral diffusion window in triple diffusion is changed. Here, the impurity concentrations of 14a, 14b, and 14c are sequentially reduced. Even with such a configuration, it is possible to prevent extreme electric field concentration by expanding the interval between the equipotential lines in the lateral direction, and the same effect as in the first embodiment can be obtained. In addition, instead of performing multiple diffusions with different impurity concentrations,
The impurity concentration may be continuously changed.

【0040】図6は、図5の構成に加えて図2の考えを
適用したものである。図7は、n型カソード層14を3
重拡散ではなく、2重拡散で形成したものである。
FIG. 6 applies the idea of FIG. 2 in addition to the configuration of FIG. FIG. 7 shows the n-type cathode layer 14 as three layers.
It is formed by double diffusion instead of double diffusion.

【0041】図8は、高抵抗体膜18を電極15,16
と共にp型アノード層13,n型カソード層14に直接
接続したものである。図9は、高抵抗体膜18を活性層
12上に直接形成したものである。この場合であって
も、高抵抗体膜18の抵抗が十分に高いため、アノード
層13,カソード層14間が短絡されることはなく、こ
れらの間の電位分布を均一化することができる。
In FIG. 8, the high resistance film 18 is formed on the electrodes 15 and 16.
In addition, it is directly connected to the p-type anode layer 13 and the n-type cathode layer 14. In FIG. 9, the high resistance film 18 is directly formed on the active layer 12. Even in this case, since the resistance of the high resistance film 18 is sufficiently high, the anode layer 13 and the cathode layer 14 are not short-circuited, and the potential distribution between them can be made uniform.

【0042】図10は高抵抗体膜18を用いることな
く、活性層12上に保護絶縁膜19のみを形成したもの
である。この場合、高抵抗体膜18による電位分布の均
一化はできないが、n型カソード層14を3重拡散によ
り形成し、さらに拡散深さをシリコン酸化膜11に達す
る深さに形成していることから、これらによる電界集中
の緩和効果が得られる。
In FIG. 10, only the protective insulating film 19 is formed on the active layer 12 without using the high resistance film 18. In this case, the potential distribution cannot be made uniform by the high resistance film 18, but the n-type cathode layer 14 is formed by triple diffusion, and the diffusion depth is formed to reach the silicon oxide film 11. Therefore, the effect of alleviating the electric field concentration due to these is obtained.

【0043】図11は、本発明の第2の実施例に係わる
高耐圧MOSトランジスタの素子構造を示す断面図であ
る。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その
詳しい説明は省略する。
FIG. 11 is a sectional view showing the element structure of a high voltage MOS transistor according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0044】基板10上にシリコン酸化膜11を介して
- 型活性層12が形成される構造は図1と同様であ
る。活性層12の不純物総量も第1の実施例と同様であ
る。活性層12には、第1の実施例におけるp型アノー
ド層13,n型カソード層14に対応するp型ベース層
23,n型ドレイン層24が形成されている。
The structure in which the n -- type active layer 12 is formed on the substrate 10 via the silicon oxide film 11 is similar to that shown in FIG. The total amount of impurities in the active layer 12 is also the same as in the first embodiment. In the active layer 12, a p-type base layer 23 and an n-type drain layer 24 corresponding to the p-type anode layer 13 and the n-type cathode layer 14 in the first embodiment are formed.

【0045】p型ベース層23内にはn型ソース層22
が形成され、このn型ソース層22とn- 型活性層12
により挟まれたp型ベース層23の表面部をチャネル領
域として、この上に60nm程度のゲート酸化膜を介し
てゲート電極21が形成されている。
The n-type source layer 22 is formed in the p-type base layer 23.
Are formed, and the n-type source layer 22 and the n -type active layer 12 are formed.
The gate electrode 21 is formed on the surface of the p-type base layer 23 sandwiched by the above as a channel region with a gate oxide film of about 60 nm interposed therebetween.

【0046】p型ベース層23とn型ドレイン層24に
より挟まれた活性層の表面には、第1の実施例と同様
に、シリコン酸化膜17を介して高抵抗体膜18が形成
されており、高抵抗体膜18の上はシリコン酸化膜19
で覆われている。
On the surface of the active layer sandwiched by the p-type base layer 23 and the n-type drain layer 24, the high resistance film 18 is formed via the silicon oxide film 17 as in the first embodiment. The silicon oxide film 19 is formed on the high resistance film 18.
Is covered with.

【0047】ソース電極25はn型ソース層22とp型
ベース層23に同時にコンタクトするようにこれらの上
に形成され、ドレイン電極26はn型ドレイン層24上
に形成されている。高抵抗体膜18の端部は、ゲート電
極21とドレイン電極26とにそれぞれ接続されてい
る。ここで、ゲート電極21はオフ時には0Vで接地と
同じであり、オン時でもドレイン電極26に掛かる高電
圧よりも十分に低い電圧であるので、高抵抗体膜18は
ゲート電極21とドレイン電極26との間に接続して
も、第1の実施例と同様の機能を果たす。
The source electrode 25 is formed on the n-type source layer 22 and the p-type base layer 23 so as to be simultaneously in contact therewith, and the drain electrode 26 is formed on the n-type drain layer 24. The ends of the high resistance film 18 are connected to the gate electrode 21 and the drain electrode 26, respectively. Here, the gate electrode 21 is 0 V at the time of OFF, which is the same as the ground, and the voltage is sufficiently lower than the high voltage applied to the drain electrode 26 even at the time of ON. Therefore, the high resistance film 18 has the gate electrode 21 and the drain electrode 26. The same function as in the first embodiment can be achieved even if it is connected between the two.

【0048】この実施例のMOSFETも、n型ドレイ
ン層24の3重拡散、シリコン酸化膜11に達する拡
散、及び高抵抗体膜18の作用により、第1の実施例の
ダイオードと同様に優れた高耐圧特性が得られる。
The MOSFET of this embodiment is as excellent as the diode of the first embodiment due to the triple diffusion of the n-type drain layer 24, the diffusion reaching the silicon oxide film 11, and the action of the high resistance film 18. High breakdown voltage characteristics can be obtained.

【0049】第2の実施例における変形例を、図12〜
図16に示す。図12は、n型ソース層22を酸化膜1
1に達する深さまで形成したものである。図13は、高
抵抗体膜18を活性層12上に直接形成したものであ
る。図14は、高抵抗体膜18をゲート電極21ではな
く、ソース電極25に接続したものである。
A modification of the second embodiment is shown in FIGS.
It shows in FIG. In FIG. 12, the n-type source layer 22 is formed on the oxide film 1
It is formed to a depth of 1. In FIG. 13, the high resistance film 18 is directly formed on the active layer 12. In FIG. 14, the high resistance film 18 is connected to the source electrode 25 instead of the gate electrode 21.

【0050】図15は、高抵抗体膜18のドレイン側端
部を不純物ドープの多結晶シリコン膜28を介してドレ
イン電極26に接続したものである。ここで、高抵抗体
膜18とドレイン電極26とのコンタクト抵抗は大きい
が、高抵抗体膜18と不純物ドープ多結晶シリコン膜2
8とのコンタクト抵抗は極めて小さく、またドレイン電
極26と不純物ドープ多結晶シリコン膜28とのコンタ
クト抵抗も極めて小さいため、不純物ドープ多結晶シリ
コン膜28を介在させることにより、高抵抗体膜18と
ドレイン電極26とのコンタクト抵抗を小さくすること
ができる。
In FIG. 15, the drain side end of the high resistance film 18 is connected to the drain electrode 26 via an impurity-doped polycrystalline silicon film 28. Here, although the contact resistance between the high resistance film 18 and the drain electrode 26 is large, the high resistance film 18 and the impurity-doped polycrystalline silicon film 2
The contact resistance between the drain electrode 26 and the impurity-doped polycrystalline silicon film 28 is also extremely small. Therefore, by interposing the impurity-doped polycrystalline silicon film 28, the high resistance film 18 and the drain are formed. The contact resistance with the electrode 26 can be reduced.

【0051】図16は、高抵抗体膜18を省略したもの
である。また、図には示さないが、第1の実施例におけ
る図2〜図4と同様に、p型ベース層23やn型ドレイ
ン層24等をシリコン酸化膜11よりも浅く形成しても
よい。さらに、図5の例と同様に、n型ドレイン層24
を、3重拡散における横方向の拡散窓の長さを変え、拡
散深さを一定としてもよい。
In FIG. 16, the high resistance film 18 is omitted. Although not shown in the drawing, the p-type base layer 23, the n-type drain layer 24, etc. may be formed shallower than the silicon oxide film 11, as in FIGS. 2 to 4 in the first embodiment. Further, similarly to the example of FIG. 5, the n-type drain layer 24
Alternatively, the diffusion depth may be constant by changing the length of the lateral diffusion window in triple diffusion.

【0052】図17は、本発明の第3の実施例に係わる
IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor )の素
子構造を示す断面図である。なお、図11と同一部分に
は同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
FIG. 17 is a sectional view showing the element structure of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) according to the third embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 11 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0053】基本的な構成は図11と同様であるが、こ
の実施例では図11のn型ドレイン層24に相当するも
のがn型ベース層34であり、このn型ベース層34内
にp型ドレイン層36が形成されている。
The basic structure is the same as that of FIG. 11, but in this embodiment, the n-type base layer 34 corresponds to the n-type drain layer 24 of FIG. The mold drain layer 36 is formed.

【0054】このような構成であれば、バイポーラトラ
ンジスタとパワーMOSFETを1つのチップ内にモノ
リシックで複合化した横型のIGBTを実現することが
できる。そしてこの場合、第1の実施例と同様に、n型
ベース層34の3重拡散,シリコン酸化膜11に達する
拡散,及び高抵抗体膜18の作用により、n型ベース層
34のエッジ部における電界集中を緩和することがで
き、耐圧向上をはかることができる。
With such a structure, it is possible to realize a lateral IGBT in which a bipolar transistor and a power MOSFET are monolithically combined in one chip. In this case, as in the first embodiment, the triple diffusion of the n-type base layer 34, the diffusion reaching the silicon oxide film 11, and the action of the high resistance film 18 cause the edge portion of the n-type base layer 34 to move. The electric field concentration can be relaxed and the breakdown voltage can be improved.

【0055】第3の実施例における変形例を、図18〜
図22に示す。図18は、図12の例と同様にn型ソー
ス層22及びp型ドレイン層36がシリコン酸化膜11
に達する深さとなるように活性層12を薄くしたもので
ある。このとき、p型ドレイン層36がシリコン酸化膜
11に接しているため、活性層底部にp型反転層による
チャネルが形成されることがある。これを防ぐには、n
型ベース層34の不純物濃度を高く設定する必要があ
り、具体的にはn型ベース層34の不純物濃度が1×1
17cm-3以上であればよい。または、図17の例のよ
うにp型ドレイン層36がシリコン酸化膜11に達して
いない構成であれば、活性層底部のp型反転層によるチ
ャネル形成を避けることができる。
A modification of the third embodiment is shown in FIGS.
It shows in FIG. 18, the n-type source layer 22 and the p-type drain layer 36 are the same as in the example of FIG.
The active layer 12 is thinned so that the depth reaches. At this time, since the p-type drain layer 36 is in contact with the silicon oxide film 11, a channel may be formed by the p-type inversion layer at the bottom of the active layer. To prevent this, n
It is necessary to set the impurity concentration of the type base layer 34 to be high, and specifically, the impurity concentration of the n-type base layer 34 is 1 × 1.
It may be 0 17 cm −3 or more. Alternatively, if the p-type drain layer 36 does not reach the silicon oxide film 11 as in the example of FIG. 17, channel formation by the p-type inversion layer at the bottom of the active layer can be avoided.

【0056】図19は、高抵抗体膜18を活性層12上
に直接形成したものである。図20は、高抵抗体膜18
をゲート電極21ではなく、ソース電極25に接続した
ものである。
In FIG. 19, the high resistance film 18 is directly formed on the active layer 12. FIG. 20 shows the high resistance film 18
Is connected to the source electrode 25 instead of the gate electrode 21.

【0057】図21は、高抵抗体膜18のドレイン側端
部を不純物ドープの多結晶シリコン膜28を介してドレ
イン電極26に接続したものである。この場合も、図1
5の例と同様に、不純物ドープ多結晶シリコン膜28を
介在させることにより、高抵抗体膜18とドレイン電極
26のコンタクト抵抗を小さくすることができる。
In FIG. 21, the drain side end of the high resistance film 18 is connected to the drain electrode 26 via an impurity-doped polycrystalline silicon film 28. Also in this case, FIG.
Similar to the example of 5, the contact resistance between the high resistance film 18 and the drain electrode 26 can be reduced by interposing the impurity-doped polycrystalline silicon film 28.

【0058】図22は、高抵抗体膜18を省略したもの
である。また、図には示さないが、第1の実施例におけ
る図2〜図4と同様に、p型ベース層23やn型ベース
層34等をシリコン酸化膜11よりも浅く形成してもよ
い。さらに、図5の例と同様に、n型ベース層34を、
3重拡散における横方向の拡散窓の長さを変え、拡散深
さを一定としてもよい。
In FIG. 22, the high resistance film 18 is omitted. Although not shown in the drawing, the p-type base layer 23, the n-type base layer 34, etc. may be formed shallower than the silicon oxide film 11 as in FIGS. 2 to 4 in the first embodiment. Further, similarly to the example of FIG. 5, the n-type base layer 34 is
The length of the lateral diffusion window in triple diffusion may be changed to make the diffusion depth constant.

【0059】次に、本発明の別の実施例について説明す
る。図24は、第4の実施例の概略構成を示す断面図で
ある。この実施例は、横型IGBTの例である。シリコ
ン基板50上にシリコン酸化膜51を介して、厚さ5μ
m以下のn- 型高抵抗シリコン層(活性層)52が形成
されている。
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 24 is a sectional view showing a schematic configuration of the fourth embodiment. This embodiment is an example of a lateral IGBT. A thickness of 5 μm is formed on the silicon substrate 50 through the silicon oxide film 51.
An n type high resistance silicon layer (active layer) 52 of m or less is formed.

【0060】シリコン酸化膜51は1〜5μm程度の厚
さとする。活性層52に、シリコン酸化膜51に達する
深さで所定距離離れてpベース53層,nベース層(バ
ッファ層)54を拡散により形成する。さらに、pベー
ス層53中にn+ 型ソース層55を、nベース層54中
にp+ 型ドレイン層56を拡散により形成する。n+
ソース層55とn- 型活性層52により挟まれたpベー
ス層53の表面部をチャネル領域として、この上に60
nm程度のゲート酸化膜を介してゲート電極57が形成
されている。ソース電極58はn+ 型ソース層55とp
ベース層53に同時にコンタクトするように形成され、
ドレイン電極59はp型ドレイン層56にコンタクトす
るように形成されている。また、電極58,59間の活
性層52上には絶縁保護膜60が形成されている。
The silicon oxide film 51 has a thickness of about 1 to 5 μm. In the active layer 52, a p base 53 layer and an n base layer (buffer layer) 54 are formed by diffusion with a depth reaching the silicon oxide film 51 at a predetermined distance. Further, an n + type source layer 55 is formed in the p base layer 53, and a p + type drain layer 56 is formed in the n base layer 54 by diffusion. The surface portion of the p base layer 53 sandwiched by the n + type source layer 55 and the n type active layer 52 is used as a channel region and 60
A gate electrode 57 is formed via a gate oxide film of about nm. The source electrode 58 is composed of the n + type source layer 55 and p
Is formed so as to contact the base layer 53 at the same time,
The drain electrode 59 is formed so as to contact the p-type drain layer 56. An insulating protective film 60 is formed on the active layer 52 between the electrodes 58 and 59.

【0061】図25は、図24の構成でn型活性層52
を厚く形成しn型バッファ層54の底部にn型活性層5
2が残るようにしたものである。n型活性層52の表面
にn型バッファ層54が形成され、その中にp型ドレイ
ン層56が形成されている。n型バッファ層54はパン
チスルーを防いで耐圧を高める働きをする。また、p型
ドレイン層56からの正孔の注入効率を下げる働きがあ
るため、素子のオン抵抗が高くなる代わりにターンオフ
速度は速くなる。
FIG. 25 shows the structure of FIG.
Of the n-type active layer 5 on the bottom of the n-type buffer layer 54.
2 is left. An n-type buffer layer 54 is formed on the surface of the n-type active layer 52, and a p-type drain layer 56 is formed therein. The n-type buffer layer 54 functions to prevent punch through and increase the breakdown voltage. Further, since it has a function of lowering the efficiency of injecting holes from the p-type drain layer 56, the turn-off speed is increased at the same time the ON resistance of the device is increased.

【0062】この構造の素子のn型活性層52の厚さと
オン抵抗,100A/cm2 の電流を流したときのオン
抵抗及びターンオフ時のフォールタイムの関係を図26
に示す。破線の部分はシミュレーション結果である。n
型活性層52が薄くなるとオン抵抗は少しずつ高くなる
が、ターンオフ速度は著しく速くなる。特に、厚さ10
μm以下になるとその効果は顕著である。一方、薄くし
過ぎるとオン抵抗が急激に上がってしまうので、n型活
性層52の厚さを4μm以上10μm以下の範囲に設定
することが望ましい。
FIG. 26 shows the relationship between the thickness of the n-type active layer 52 of the device having this structure and the on-resistance, the on-resistance when a current of 100 A / cm 2 is passed, and the fall time at turn-off.
Shown in. The broken line shows the simulation result. n
Although the ON resistance gradually increases as the type active layer 52 becomes thinner, the turn-off speed increases significantly. Especially thickness 10
When the thickness is less than μm, the effect is remarkable. On the other hand, if the thickness is made too thin, the on-resistance will rapidly increase, so it is desirable to set the thickness of the n-type active layer 52 in the range of 4 μm to 10 μm.

【0063】図27は、図24の構造を基本として、活
性層52の表面全体からn型不純物層61を拡散した実
施例である。活性層52の厚さは10μm以下、好まし
くは5μm以下とする。この構造では、活性層52中に
縦方向の濃度勾配がつき、活性層底部での電界集中が効
果的に緩和されてトレードオフの向上と共により高耐圧
が得られる。
FIG. 27 shows an embodiment in which the n-type impurity layer 61 is diffused from the entire surface of the active layer 52 based on the structure of FIG. The thickness of the active layer 52 is 10 μm or less, preferably 5 μm or less. In this structure, a concentration gradient in the vertical direction is formed in the active layer 52, the electric field concentration at the bottom of the active layer is effectively alleviated, and the trade-off is improved and a higher breakdown voltage is obtained.

【0064】図28は、図27の構造でn- 型活性層5
2の代わりにp- 型の活性層62を用いた実施例であ
り、活性層62の表面全体からn型不純物層61を拡散
してある。この場合も、図24の実施例と同様の理由で
高耐圧が得られる。
[0064] Figure 28 is, n in the structure of FIG. 27 - -type active layer 5
This is an example in which a p type active layer 62 is used instead of 2, and the n type impurity layer 61 is diffused from the entire surface of the active layer 62. Also in this case, a high breakdown voltage can be obtained for the same reason as in the embodiment of FIG.

【0065】図29は、図24の構造を基本として、活
性層52の底面全体からn型不純物層63を拡散した実
施例である。この構造でも、活性層52中に縦方向の濃
度勾配がつき、活性層底部での電界集中が緩和されてト
レードオフの向上と共に高耐圧が得られる。
FIG. 29 shows an embodiment in which the n-type impurity layer 63 is diffused from the entire bottom surface of the active layer 52 based on the structure of FIG. Also in this structure, a concentration gradient in the vertical direction is formed in the active layer 52, the electric field concentration at the bottom of the active layer is alleviated, and the trade-off is improved and a high breakdown voltage is obtained.

【0066】図30は、図24の構造を基本として、n
ベース層54を拡散窓の幅を変え2重以上に拡散した実
施例である。この構造でも2重以上の拡散層54′,5
4″の効果により横方向の電界が緩和され、図27の実
施例と同様にトレードオフの向上と共に高耐圧が得られ
る。
FIG. 30 is based on the structure of FIG.
This is an embodiment in which the width of the diffusion window of the base layer 54 is changed and the diffusion is double or more. Even in this structure, the diffusion layers 54 ', 5 of double or more
Due to the effect of 4 ″, the electric field in the lateral direction is relaxed, and similar to the embodiment of FIG. 27, the trade-off is improved and a high breakdown voltage is obtained.

【0067】図31〜図33は、図30の構造を基本と
して、図27〜図29の例と同様の活性層の変形を行っ
た実施例である。これらの構造でも、図30の実施例と
同様にトレードオフの向上と共に高耐圧が得られる。
31 to 33 show an embodiment in which the active layer is modified in the same manner as in the example of FIGS. 27 to 29, based on the structure of FIG. With these structures as well, similar to the embodiment of FIG. 30, it is possible to improve the trade-off and obtain a high breakdown voltage.

【0068】図34は、図24の構造で一部変形したサ
イリスタの実施例である。なお、図34において図24
と異なる符号77はゲート、78はカソード、79はア
ノードである。本発明は、他の横型構造の高耐圧素子、
例えば、EST,MCT,GTOなどに適用することも
可能である。
FIG. 34 shows an embodiment of the thyristor partly modified in the structure of FIG. Note that in FIG.
Reference numeral 77 is a gate, 78 is a cathode, and 79 is an anode. The present invention is directed to another lateral high-voltage device,
For example, it can be applied to EST, MCT, GTO, and the like.

【0069】図35は、図25の実施例においてドレイ
ン部分を変形した横型IGBTの例である。p型ドレイ
ン層56の表面に高濃度のn型層65とp型層66が形
成され、ドレイン電極59はこれらの両方にコンタクト
している。n型層65は正孔の注入効率を制限するため
に設けられたもので、ターンオフを速くする働きがあ
る。平面的にはn型層65は1本のストライプ状でも複
数に分かれた島状でもよい。p型層66はドレインのコ
ンタクトを良くするために設けられているが、なくても
よい。この実施例においても、n型活性層52が薄く、
好ましくは10μm以下に設定されていることにより、
ターンオフ速度がさらに速くなっている。
FIG. 35 shows an example of a lateral IGBT in which the drain portion is modified in the embodiment of FIG. A high-concentration n-type layer 65 and a p-type layer 66 are formed on the surface of the p-type drain layer 56, and the drain electrode 59 is in contact with both of them. The n-type layer 65 is provided to limit the hole injection efficiency, and has the function of speeding up the turn-off. In plan view, the n-type layer 65 may have a single stripe shape or a plurality of island shapes. The p-type layer 66 is provided to improve the contact with the drain, but it may be omitted. Also in this embodiment, the n-type active layer 52 is thin,
By being preferably set to 10 μm or less,
The turn-off speed is even faster.

【0070】図36も、図25の実施例のドレイン部分
を変形したものである。n型バッファ層54の一部がド
レイン電極59とコンタクトしているアノードショート
型のIGBTであり、ターンオフ速度が速くなってい
る。さらに、n型活性層52が薄く設定されていること
により、ターンオフ速度がより速くなっている。この実
施例では、n型バッファ層54とドレイン電極59のコ
ンタクト部分に、コンタクト抵抗を下げるための高濃度
のn型層を設けてもよい。
FIG. 36 is also a modification of the drain portion of the embodiment of FIG. A part of the n-type buffer layer 54 is an anode short type IGBT in which the drain electrode 59 is in contact, and the turn-off speed is high. Further, since the n-type active layer 52 is set thin, the turn-off speed becomes faster. In this embodiment, a high-concentration n-type layer for reducing the contact resistance may be provided at the contact portion between the n-type buffer layer 54 and the drain electrode 59.

【0071】図37は、図25の実施例を変形したもの
である。n型活性層52の底部に、n型活性層52より
も不純物濃度の高いn型層67が形成されている。一般
に、n型活性層52の厚さが薄くなると、電圧印加時に
ドレインの下での縦方向の電界が強くなり、耐圧が低く
なる。図37の素子ではn型層67が空乏化して生じる
空間電荷により、酸化膜51中の電界が大きくなる代わ
りに活性層52中の電界が緩和されるので、高耐圧が保
たれる。この実施例でも、n型活性層52が薄いことに
より、速いターンオフ速度が得られる。
FIG. 37 is a modification of the embodiment shown in FIG. An n-type layer 67 having an impurity concentration higher than that of the n-type active layer 52 is formed on the bottom of the n-type active layer 52. Generally, when the thickness of the n-type active layer 52 is reduced, the vertical electric field under the drain is increased when a voltage is applied, and the breakdown voltage is reduced. In the element of FIG. 37, space charge generated by depletion of the n-type layer 67 relaxes the electric field in the active layer 52 instead of increasing the electric field in the oxide film 51, so that a high breakdown voltage is maintained. Also in this embodiment, the thin n-type active layer 52 provides a high turn-off speed.

【0072】図38は、図25の実施例を変形したもの
である。酸化膜51の上はp型シリコン層68であり、
その表面にn型活性層52が拡散形成され、そこに素子
が作られている。n型活性層52を含めたp型半導体層
68の厚さを薄く、望ましくは10μm以下に設定して
いることにより、ターンオフ速度の速い横型IGBTが
得られている。
FIG. 38 is a modification of the embodiment shown in FIG. On the oxide film 51 is a p-type silicon layer 68,
An n-type active layer 52 is diffused and formed on the surface, and an element is formed therein. By setting the thickness of the p-type semiconductor layer 68 including the n-type active layer 52 to be thin, preferably 10 μm or less, a lateral IGBT having a high turn-off speed is obtained.

【0073】図39は、図25の実施例を変形したもの
である。図38の例と同じく酸化膜51によってシリコ
ン基板(支持基板)50から分離されたp型シリコン層
68の表面にn型活性層52が拡散形成され、そこに図
35と同じ構成の素子が形成されている。
FIG. 39 is a modification of the embodiment shown in FIG. Similarly to the example of FIG. 38, the n-type active layer 52 is diffused and formed on the surface of the p-type silicon layer 68 separated from the silicon substrate (supporting substrate) 50 by the oxide film 51, and an element having the same configuration as that of FIG. 35 is formed there. Has been done.

【0074】図40は、図25の実施例を変形したもの
であるが、これまでの変形例とは異なる誘電体分離基板
を用いている。高耐圧化をはかるためにn型活性層52
と酸化膜51との間にSIPOS膜69が設けられてい
る。これは、SIPOS膜69以外の高抵抗膜や高誘電
率膜でもよい。この実施例においても、n型活性層52
を薄く設定していることにより、ターンオフ速度が速く
なっている。
FIG. 40 is a modification of the embodiment of FIG. 25, but uses a dielectric isolation substrate different from those of the modifications so far. The n-type active layer 52 has a high breakdown voltage.
The SIPOS film 69 is provided between the oxide film 51 and the oxide film 51. This may be a high resistance film or a high dielectric constant film other than the SIPOS film 69. Also in this embodiment, the n-type active layer 52
The turn-off speed is faster due to the thin setting.

【0075】なお、図24,25,27〜40の実施例
において、導電型を全て反対にしたpチャネル横型IG
BTに適用できるのは勿論である。
Incidentally, in the embodiments of FIGS. 24, 25 and 27 to 40, the p-channel lateral IG having the opposite conductivity types is used.
Of course, it can be applied to BT.

【0076】次に、本発明の第5の実施例について説明
する。図41は、第5の実施例に係わる高耐圧ダイオー
ドを示す素子構造断面図である。シリコン基板10上に
シリコン酸化膜11を介してn- 型の高抵抗シリコン活
性層12が形成されている。シリコン活性層12に所定
距離離れてアノード領域となる高不純物濃度のp+ 型層
13と、カソード領域となる高不純物濃度層のn+ 型層
14が形成されている。p+ 型層13にはアノード電極
15が形成され、n+ 型層14にはカソード電極16が
形成されている。そして、シリコン活性層12の底部に
はn型バッファ層71が形成されている。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 41 is a sectional view of the element structure showing the high breakdown voltage diode according to the fifth embodiment. An n type high resistance silicon active layer 12 is formed on a silicon substrate 10 via a silicon oxide film 11. A p + -type layer 13 having a high impurity concentration, which serves as an anode region, and an n + -type layer 14, which is a high impurity concentration layer, serving as a cathode region, are formed on the silicon active layer 12 at a predetermined distance. An anode electrode 15 is formed on the p + type layer 13, and a cathode electrode 16 is formed on the n + type layer 14. An n-type buffer layer 71 is formed on the bottom of the silicon active layer 12.

【0077】このように構成された高耐圧ダイオードに
おいて、基板10及び電極15を接地して電極16に正
の電位を印加すると、pn接合は逆バイアスされてシリ
コン活性層12内に空乏層が広がる。酸化膜11とシリ
コン活性層12の界面からも上に向かって空乏層が広が
る。印加電圧がある値以上になると、シリコン活性層1
2は空乏層で満たされた状態になり、シリコン活性層1
2内にはn+ 型層13から下方に向かう強い電界が生じ
る。
In the high breakdown voltage diode thus constructed, when the substrate 10 and the electrode 15 are grounded and a positive potential is applied to the electrode 16, the pn junction is reverse biased and the depletion layer spreads in the silicon active layer 12. . A depletion layer spreads upward from the interface between the oxide film 11 and the silicon active layer 12. When the applied voltage exceeds a certain value, the silicon active layer 1
2 is filled with the depletion layer, and the silicon active layer 1
In 2, a strong electric field is generated downward from the n + type layer 13.

【0078】また、シリコン活性層12の底部に形成し
たn型バッファ層71は逆バイアスを与えてバッファ層
71が空乏化すると、ここに正の空間電荷が生じる。こ
の空間電荷がシリコン活性層12内の電界を緩和する働
きをする結果、シリコン活性層底部の中間酸化膜でより
多くの印加電圧が分担され、高耐圧特性が得られる。こ
のバッファ層71の不純物総量は3×1012cm-2
下、より望ましくは5×1011〜2×1012cm-2とな
るように設定される。
Further, when the n-type buffer layer 71 formed at the bottom of the silicon active layer 12 is reverse biased and the buffer layer 71 is depleted, positive space charges are generated here. As a result of the space charges functioning to relax the electric field in the silicon active layer 12, a larger applied voltage is shared by the intermediate oxide film at the bottom of the silicon active layer and a high breakdown voltage characteristic is obtained. The total amount of impurities in the buffer layer 71 is set to 3 × 10 12 cm −2 or less, and more preferably 5 × 10 11 to 2 × 10 12 cm −2 .

【0079】図43は、このn型バッファ層71の拡散
長2×(Dt)1/2 と素子の耐圧との関係を示したもの
であり、各々の拡散長において不純物ドープ量を最適に
している。これは、n型バッファ層71の不純物総量を
決めると得られるカーブである。拡散長が1/2000
cmより小さい範囲では拡散長が短くなるにつれて耐圧
の向上が見られ、かつ高耐圧が得られている。また、2
00V系で動作させるには500Vの耐圧を保証しなけ
ればならないが、拡散長が1/4000cmより小さい
範囲であれば500V以上の高耐圧を得ることが可能と
なる。
FIG. 43 shows the relationship between the diffusion length 2 × (Dt) 1/2 of the n-type buffer layer 71 and the breakdown voltage of the device. The impurity doping amount is optimized for each diffusion length. There is. This is a curve obtained by determining the total amount of impurities in the n-type buffer layer 71. Diffusion length is 1/2000
In the range smaller than cm, the breakdown voltage is improved as the diffusion length is shortened, and a high breakdown voltage is obtained. Also, 2
To operate in a 00V system, a withstand voltage of 500V must be guaranteed, but a high withstand voltage of 500V or more can be obtained if the diffusion length is in the range of less than 1/4000 cm.

【0080】図42は、図41の構造を基本として、シ
リコン活性層12の底部のn型バッファ層71を選択的
に形成したものである。印加電圧はドレイン直下部分の
シリコン活性層12により大きく掛かってくるわけだか
ら、この部分のみ選択的にn型バッファ層72を形成し
て電界を緩和すれば高耐圧が得られる。
In FIG. 42, the n-type buffer layer 71 at the bottom of the silicon active layer 12 is selectively formed based on the structure of FIG. Since the applied voltage is greatly applied to the silicon active layer 12 immediately below the drain, a high breakdown voltage can be obtained by selectively forming the n-type buffer layer 72 only in this portion and relaxing the electric field.

【0081】図44は、図41の構造に対して活性層1
2の厚さが薄い場合の例である。活性層12が薄いとn
型不純物層が活性層下の酸化膜に達するが、この場合も
n型バッファ層を活性層底部に形成した方が高耐圧が得
られる。
FIG. 44 shows an active layer 1 for the structure of FIG.
This is an example when the thickness of 2 is thin. N when the active layer 12 is thin
The type impurity layer reaches the oxide film below the active layer, but in this case as well, higher breakdown voltage can be obtained by forming the n-type buffer layer at the bottom of the active layer.

【0082】図45は,図42の構造に対して活性層1
2の厚さが薄い場合の例である。n型不純物層が酸化膜
に達している構造でも、選択的にn型バッファ層を入れ
て同様の効果が得られる。
FIG. 45 shows an active layer 1 for the structure of FIG.
This is an example when the thickness of 2 is thin. Even in the structure in which the n-type impurity layer reaches the oxide film, the same effect can be obtained by selectively inserting the n-type buffer layer.

【0083】このように本実施例によれば、拡散長の短
いn型バッファ層を活性層底部に形成することによっ
て、薄い活性層で十分な高耐圧を得ることができる。ま
た、本実施例のように活性層の下にn型バッファ層を設
ける構成は、図1〜図10に示す第1の実施例に適用す
ることも可能である。
As described above, according to this embodiment, by forming the n-type buffer layer having a short diffusion length at the bottom of the active layer, it is possible to obtain a sufficiently high breakdown voltage with a thin active layer. The configuration in which the n-type buffer layer is provided under the active layer as in this embodiment can be applied to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 10.

【0084】次に、本発明の別の実施例について説明す
る。この実施例は、誘電体分離基板に高速ダイオードを
形成したものである。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a high speed diode is formed on a dielectric isolation substrate.

【0085】図46は第6の実施例に係わる高速ダイオ
ードを示す素子構造断面図である。半導体基板81と高
抵抗のn型半導体基板82の間に絶縁膜83を形成して
誘電体分離基板が構成されている。誘電体分離基板の高
抵抗のn型半導体基板82の表面にp型のアノード層8
4,n型のカソード層85が形成され、アノード層84
の表面にはアノード電極86が、カソード層85の表面
にはカソード電極87が形成されている。
FIG. 46 is a sectional view of the element structure showing the high speed diode according to the sixth embodiment. An insulating film 83 is formed between the semiconductor substrate 81 and the high-resistance n-type semiconductor substrate 82 to form a dielectric isolation substrate. The p-type anode layer 8 is formed on the surface of the high-resistance n-type semiconductor substrate 82 of the dielectric isolation substrate.
4, n-type cathode layer 85 is formed, and anode layer 84 is formed.
An anode electrode 86 is formed on the surface of, and a cathode electrode 87 is formed on the surface of the cathode layer 85.

【0086】ここまでは従来構造と同じであるが、本実
施例ではこれに加えて、アノード層84にn+ 型の不純
物層88を選択的に形成し、カソード層85にp+ 型の
不純物層89を選択的に形成し、アノード電極86はア
ノード層84及びn+ 型の不純物層88の双方にオーミ
ックコンタクトし、カソード電極87はカソード層85
及びp+ 型の不純物層89の双方にオーミックコンタク
トするようになっている。そして、アノード層84,カ
ソード層85が形成される半導体基板82の厚さは2〜
10μmに設定してある。
[0086] Although the same as the conventional structure so far, in addition to this in the present embodiment, the impurity layer 88 of n + -type are selectively formed on the anode layer 84, the cathode layer 85 of the p + -type impurity A layer 89 is selectively formed, the anode electrode 86 makes ohmic contact with both the anode layer 84 and the n + -type impurity layer 88, and the cathode electrode 87 has the cathode layer 85.
And ohmic contact with both the p + -type impurity layer 89. The thickness of the semiconductor substrate 82 on which the anode layer 84 and the cathode layer 85 are formed is 2 to
It is set to 10 μm.

【0087】図47は、誘電体分離基板に形成したダイ
オードのオン電圧Vf 及び逆回復時間trrと半導体基板
82の厚さts の関係を示す。逆回復時間trrは基板8
2の厚さts が薄くなるほど短くなり、ts ≦10μm
になるとtrr≦0.3μsecを満足することが認められ
た。しかし、オン電圧Vf はts ≦2μmになると急激
に上昇することが分かった。このことから、半導体基板
82の厚さts は2〜10μmに設定すれば、電子線照
射などのライフタイムコントロールをすることなく逆回
復時間の高速化をはかったダイオードを実現することが
できる。
FIG. 47 shows the relationship between the ON voltage Vf and reverse recovery time trr of the diode formed on the dielectric isolation substrate and the thickness ts of the semiconductor substrate 82. The reverse recovery time trr is the substrate 8
2 becomes shorter as the thickness ts becomes thinner, and ts ≦ 10 μm
Then, it was confirmed that trr ≦ 0.3 μsec was satisfied. However, it has been found that the on-voltage Vf rises sharply when ts≤2 μm. Therefore, if the thickness ts of the semiconductor substrate 82 is set to 2 to 10 μm, it is possible to realize a diode with a fast reverse recovery time without controlling the lifetime such as electron beam irradiation.

【0088】次に、本発明の第7の実施例について説明
する。この実施例は、半導体基板の中間に絶縁膜層を有
する誘電体分離半導体基板に関する。図48は、第7の
実施例に係わる誘電体分離半導体基板の構成を示し、
(a)は裏面から見た平面図、(b)そのA−A′断面
図である。2枚のシリコン基板91,93が酸化膜92
を介して一体化され、シリコン基板91の表面は所定の
厚さまで研磨されている。そして、シリコン基板93に
は格子状の溝94が形成され、この溝94に酸化膜95
を埋め込んだ構造にしてある。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. This embodiment relates to a dielectric isolation semiconductor substrate having an insulating film layer in the middle of the semiconductor substrate. FIG. 48 shows the structure of a dielectric isolation semiconductor substrate according to the seventh embodiment,
(A) is a plan view seen from the back surface, and (b) is a sectional view taken along the line AA '. Two silicon substrates 91 and 93 are oxide films 92
And the surface of the silicon substrate 91 is polished to a predetermined thickness. Then, the silicon substrate 93 is formed with lattice-shaped grooves 94, and the oxide film 95 is formed in the grooves 94.
It has a structure in which is embedded.

【0089】図49にこの誘電体分離半導体基板の製造
工程を示す。シリコン直接接合後、図49(a)に示す
ようにシリコン基板93に幅数μm、望ましくは1μm
以下、深さ数μm〜数十μmの格子状の溝94を形成す
る。続いて、図49(b)に示すように、この溝94を
酸化膜95で埋め込む。このとき、溝幅を約1μm以下
にしておけば、熱酸化で溝94を完全に埋め込むことが
できる。この後、図49(b)に示すように、シリコン
基板91の表面を所定の厚さまで研磨する。
FIG. 49 shows a manufacturing process of this dielectric isolation semiconductor substrate. After direct silicon bonding, a width of several μm, preferably 1 μm, is applied to the silicon substrate 93 as shown in FIG.
Hereinafter, the grid-like grooves 94 having a depth of several μm to several tens of μm are formed. Subsequently, as shown in FIG. 49B, the groove 94 is filled with an oxide film 95. At this time, if the groove width is set to about 1 μm or less, the groove 94 can be completely filled by thermal oxidation. Then, as shown in FIG. 49B, the surface of the silicon substrate 91 is polished to a predetermined thickness.

【0090】この誘電体分離半導体基板では、シリコン
基板93を挟むように酸化膜92と酸化膜95が形成さ
れているから、基板の反りは小さく抑えることができ
る。また、素子形成時の基板表面に形成した酸化膜を除
去する工程においても、酸化膜95が除去されるのはそ
の表面だけであり、溝94内には酸化膜95は残る。従
って、従来のような裏面の酸化膜が除去されないように
保護膜を設ける必要がなく、工程を簡略化することがで
きる。
In this dielectric isolation semiconductor substrate, the oxide film 92 and the oxide film 95 are formed so as to sandwich the silicon substrate 93, so that the warp of the substrate can be suppressed to a small level. Further, also in the step of removing the oxide film formed on the surface of the substrate during element formation, the oxide film 95 is removed only on the surface, and the oxide film 95 remains in the trench 94. Therefore, there is no need to provide a protective film to prevent the oxide film on the back surface from being removed as in the conventional case, and the process can be simplified.

【0091】このように本実施例によれば、中間酸化膜
の厚さを厚くしても反りの小さな誘電体分離半導体基板
を実現することができ、工程の簡略化がはかられ、低コ
ストのパワーICの実現に寄与することが可能となる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to realize a dielectric isolation semiconductor substrate having a small warpage even if the thickness of the intermediate oxide film is increased, the process is simplified, and the cost is reduced. It becomes possible to contribute to the realization of the power IC.

【0092】図50は、図48の実施例の変形例であ
る。図48と異なる点は、酸化膜95の表面に減圧CV
D法によりポリシリコン96を形成したことである。こ
の実施例は、溝94の幅が1μm以上のとき有効であ
る。溝94の幅が1μm以上になると、熱酸化だけで溝
94を埋め込むことは困難になる。そこで、埋め込み不
足を生じた部分をポリシリコン96で埋め込んだもので
ある。また、この実施例では基板の裏面がポリシリコン
96であることから、素子形成時の酸化膜を除去する工
程においても、酸化膜95は全く除去されない利点があ
る。
FIG. 50 shows a modification of the embodiment shown in FIG. The difference from FIG. 48 is that a reduced pressure CV is applied to the surface of the oxide film 95.
That is, the polysilicon 96 is formed by the D method. This embodiment is effective when the width of the groove 94 is 1 μm or more. When the width of the groove 94 is 1 μm or more, it becomes difficult to fill the groove 94 only by thermal oxidation. Therefore, the portion where the filling is insufficient is filled with the polysilicon 96. Further, in this embodiment, since the back surface of the substrate is made of polysilicon 96, there is an advantage that the oxide film 95 is not removed at all even in the step of removing the oxide film during element formation.

【0093】第7の実施例では、半導体基板にシリコ
ン、絶縁膜に酸化膜を用いて説明したが、本発明はこれ
に限らず他の材料を用いても適用することが可能であ
る。また、本実施例では2枚の半導体基板を直接接合し
て得られる誘電体分離半導体基板を用いたが、他の方法
で得られる誘電体分離半導体基板を用いた場合も有効で
ある。 図54は、本発明の第8の実施例に係る誘電体
分離半導体素子の一例を示す断面図である。シリコン基
板101上に、シリコン酸化膜(分離絶縁膜)102を
介して、n- 型の高抵抗シリコン層(活性層)103が
形成されている。シリコン酸化膜102の厚さは3μ
m、n- 型活性層103の厚さは0.1μmである。n
- 型活性層103の不純物濃度は1.0×1017/cm
3 である。n-型活性層103には、ドレイン領域10
4、ソ−ス領域105がそれぞれ形成され、これらドレ
イン領域104、ソ−ス領域105の上には、それぞれ
ドレイン電極106、ソ−ス電極107が形成されてい
る。なお、参照数字108、109はそれぞれ絶縁膜、
ゲ−ト電極である。
In the seventh embodiment, the semiconductor substrate is made of silicon and the insulating film is made of an oxide film. However, the present invention is not limited to this, and other materials may be used. Further, in this embodiment, the dielectric isolation semiconductor substrate obtained by directly joining two semiconductor substrates is used, but it is also effective to use the dielectric isolation semiconductor substrate obtained by another method. FIG. 54 is a sectional view showing an example of a dielectric isolation semiconductor device according to the eighth embodiment of the present invention. An n type high resistance silicon layer (active layer) 103 is formed on a silicon substrate 101 with a silicon oxide film (isolation insulating film) 102 interposed therebetween. The thickness of the silicon oxide film 102 is 3μ
The thickness of the m, n type active layer 103 is 0.1 μm. n
- the impurity concentration of the type active layer 103 is 1.0 × 10 17 / cm
Is 3 . The n -type active layer 103 has a drain region 10
4, a source region 105 is formed, and a drain electrode 106 and a source electrode 107 are formed on the drain region 104 and the source region 105, respectively. Reference numerals 108 and 109 are insulating films,
It is a gate electrode.

【0094】n- 型活性層103の横方向の不純物濃度
分布は、3段の階段状となっている。この階段状の不純
物濃度分布は、次のようにして得ることが出来る。
The lateral impurity concentration distribution of the n -- type active layer 103 has a three-step staircase shape. This stepwise impurity concentration distribution can be obtained as follows.

【0095】即ち、n- 型活性層103の上に第1のマ
スクを形成し、2×1012cm-2のド−ズ量で燐をイオ
ン注入する。次いで、横方向の開口部が第1のマスクよ
りも広い第2のマスクを用いて、2×1012cm-2のド
−ズ量で燐をイオン注入する。更に、横方向の開口部が
第2のマスクよりも広い第3のマスクを用いて、2×1
12cm-2のド−ズ量で燐をイオン注入する。なお、マ
スクの横方向の開口部の差は、いずれも拡散長の2倍以
上、好ましくは3〜4倍である。
That is, a first mask is formed on the n -- type active layer 103, and phosphorus is ion-implanted with a dose amount of 2 × 10 12 cm -2 . Next, phosphorus is ion-implanted with a dose amount of 2 × 10 12 cm −2 using a second mask having lateral openings wider than the first mask. Further, using a third mask having a lateral opening wider than the second mask, 2 × 1
Phosphorus is ion-implanted at a dose of 0 12 cm -2 . The difference between the openings in the lateral direction of the mask is at least twice the diffusion length, preferably 3 to 4 times.

【0096】次いで、約1200℃で熱処理して、イオ
ン注入した燐を拡散させることにより、図55に示すよ
うな、横方向に3段の階段状の不純物濃度分布が得られ
る。図54に示す誘電体分離半導体素子のアバランシェ
耐圧を測定したところ、700Vであった。
Then, heat treatment is performed at about 1200 ° C. to diffuse the ion-implanted phosphorus, so that an impurity concentration distribution having three steps in the lateral direction as shown in FIG. 55 is obtained. When the avalanche breakdown voltage of the dielectric isolation semiconductor element shown in FIG. 54 was measured, it was 700V.

【0097】図54に示す例では、階段状不純物濃度分
布の段数を3段としたが、2〜10段の範囲で適宜変え
ることが可能である。段数を増やした場合には、拡散長
を小さくしても同様の耐圧を得ることが出来る。一方、
段数を減少させた場合には、拡散長を大きくする必要が
ある。
In the example shown in FIG. 54, the number of steps of the stepwise impurity concentration distribution is three, but it can be appropriately changed within the range of 2 to 10. When the number of stages is increased, the same breakdown voltage can be obtained even if the diffusion length is reduced. on the other hand,
When the number of stages is reduced, it is necessary to increase the diffusion length.

【0098】図55は、半導体素子の耐圧をパラメ−タ
−とした場合の、階段数とそれに対応する拡散長との関
係を示すグラフである。図中の曲線は、下記の式で表さ
れる。
FIG. 55 is a graph showing the relationship between the number of steps and the corresponding diffusion length when the breakdown voltage of the semiconductor element is set as a parameter. The curve in the figure is represented by the following formula.

【0099】(n+1)[a+(V/200)+1.
5]=V 2 /13600 式中、Vは耐圧(V)、aは拡散長(μm)、nは段
数を示す。
(N + 1) [a + (V b / 200) +1.
5] = V b 2/13600 formula, V b is the breakdown voltage (V), a diffusion length (μm), n represents the number of stages.

【0100】以上説明したように、本発明の第6のaspe
ctによると、活性層の厚さが0.3μm以下であって
も、ドリフト領域の長さを大きくすることなく、高耐圧
の横型誘電体分離半導体素子を実現することが可能であ
る。
As described above, the sixth aspe of the present invention
According to ct, even if the thickness of the active layer is 0.3 μm or less, it is possible to realize a lateral dielectric isolation semiconductor element having a high breakdown voltage without increasing the length of the drift region.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上詳述したように第1の発明によれ
ば、2重以上の拡散により拡散層の形状を工夫すること
により、拡散層のエッジ部(特に底部の曲面部付近)に
おける電界集中を緩和させることができ、これによって
薄い活性層で十分な高耐圧特性を得ることを可能とした
誘電体分離構造の高耐圧半導体素子を実現することが可
能となる。
As described above in detail, according to the first invention, the electric field at the edge portion (especially in the vicinity of the curved surface portion of the bottom) of the diffusion layer is improved by devising the shape of the diffusion layer by diffusing more than twice. Concentration can be relaxed, which makes it possible to realize a high withstand voltage semiconductor element having a dielectric isolation structure that can obtain a sufficiently high withstand voltage characteristic with a thin active layer.

【0102】また、第2の発明によれば、活性層の厚さ
が0.3μm以下であっても、活性層の横方向の不純物
濃度分布を、それぞれガウス分布である2〜10段の階
段状とし、各階段の間隔を拡散長の2倍以上とすること
によって、ドリフト領域の長さを大きくすることなく、
高耐圧の横型誘電体分離半導体素子を実現することが可
能である。
Further, according to the second aspect of the invention, even if the thickness of the active layer is 0.3 μm or less, the lateral impurity concentration distribution of the active layer has a Gaussian distribution of 2 to 10 steps. By setting the interval of each stair to be twice the diffusion length or more, without increasing the length of the drift region,
It is possible to realize a high breakdown voltage lateral dielectric isolation semiconductor element.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係わる高耐圧ダイオー
ドの素子構造を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing an element structure of a high breakdown voltage diode according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施例でp型アノード層を酸化膜よりも
浅く形成した例を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing an example in which a p-type anode layer is formed shallower than an oxide film in the first embodiment.

【図3】第1の実施例でn型カソード層を酸化膜よりも
浅く形成した例を示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view showing an example in which an n-type cathode layer is formed shallower than an oxide film in the first embodiment.

【図4】第1の実施例でp型アノード層及びn型カソー
ド層を酸化膜よりも浅く形成した例を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing an example in which a p-type anode layer and an n-type cathode layer are formed shallower than an oxide film in the first embodiment.

【図5】第1の実施例でn型カソード層の3重拡散深さ
を一定とした例を示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing an example in which the triple diffusion depth of the n-type cathode layer is made constant in the first embodiment.

【図6】図5の例でp型アノード層を酸化膜よりも浅く
形成した例を示す断面図。
6 is a cross-sectional view showing an example in which a p-type anode layer is formed shallower than an oxide film in the example of FIG.

【図7】第1の実施例においてn型カソード層を2重拡
散で形成した例を示す断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing an example in which an n-type cathode layer is formed by double diffusion in the first embodiment.

【図8】第1の実施例で高抵抗体膜をp型アノード層及
びn型カソード層に接続した例を示す断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing an example in which a high resistance film is connected to a p-type anode layer and an n-type cathode layer in the first embodiment.

【図9】第1の実施例において高抵抗体膜を活性層上に
直接形成した例を示す断面図。
FIG. 9 is a sectional view showing an example in which a high resistance film is directly formed on an active layer in the first embodiment.

【図10】第1の実施例で高抵抗体膜を省略した例を示
す断面図。
FIG. 10 is a sectional view showing an example in which the high resistance film is omitted in the first embodiment.

【図11】本発明の第2の実施例に係わる高耐圧MOS
FETの素子構造を示す断面図。
FIG. 11 is a high breakdown voltage MOS according to a second embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows the element structure of FET.

【図12】第2の実施例でn型ソース層を酸化膜に達す
るよう形成した例を示す断面図。
FIG. 12 is a sectional view showing an example in which an n-type source layer is formed so as to reach an oxide film in the second embodiment.

【図13】第2の実施例で高抵抗体膜を活性層上に直接
形成した例を示す断面図。
FIG. 13 is a sectional view showing an example in which a high resistance film is directly formed on an active layer in the second embodiment.

【図14】第2の実施例で高抵抗体膜の両端を電極に接
続した例を示す断面図。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example in which both ends of the high resistance film are connected to electrodes in the second embodiment.

【図15】第2の実施例で高抵抗体膜の一端を不純物ド
ープ多結晶シリコン膜を介して電極に接続した例を示す
断面図。
FIG. 15 is a sectional view showing an example in which one end of a high resistance film is connected to an electrode via an impurity-doped polycrystalline silicon film in the second embodiment.

【図16】第2の実施例において高抵抗体膜を省略した
例を示す断面図。
FIG. 16 is a sectional view showing an example in which a high resistance film is omitted in the second embodiment.

【図17】第3の実施例に係わる横型IGBTの素子構
造を示す断面図。
FIG. 17 is a sectional view showing an element structure of a lateral IGBT according to a third embodiment.

【図18】第3の実施例でn型ソース層及びp型ドレイ
ン層を酸化膜に達する深さまで形成した例を示す断面
図。
FIG. 18 is a sectional view showing an example in which an n-type source layer and a p-type drain layer are formed to a depth reaching an oxide film in the third embodiment.

【図19】第3の実施例で高抵抗体膜を活性層上に直接
形成した例を示す断面図。
FIG. 19 is a sectional view showing an example in which a high resistance film is directly formed on an active layer in the third embodiment.

【図20】第3の実施例で高抵抗体膜の両端を電極に接
続した例を示す断面図。
FIG. 20 is a sectional view showing an example in which both ends of the high resistance film are connected to electrodes in the third embodiment.

【図21】第3の実施例で高抵抗体膜の一端を不純物ド
ープ多結晶シリコン膜を介して電極に接続した例を示す
断面図。
FIG. 21 is a sectional view showing an example in which one end of a high resistance film is connected to an electrode via an impurity-doped polycrystalline silicon film in the third embodiment.

【図22】第3の実施例において高抵抗体膜を省略した
例を示す断面図。
FIG. 22 is a sectional view showing an example in which the high resistance film is omitted in the third embodiment.

【図23】活性層の不純物総量と耐圧との関係を示す特
性図。
FIG. 23 is a characteristic diagram showing the relationship between the total amount of impurities in the active layer and the breakdown voltage.

【図24】本発明の第4の実施例に係わる横型IGBT
の素子構造を示す断面図。
FIG. 24 is a lateral IGBT according to a fourth embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing the element structure of FIG.

【図25】図24の構成で活性層を厚く形成した実施例
を示す断面図。
FIG. 25 is a cross-sectional view showing an example in which the active layer is formed thick with the configuration of FIG. 24.

【図26】活性層厚さに対するオン電圧とスイッチング
オフ時間の関係を示す特性図。
FIG. 26 is a characteristic diagram showing the relationship between the ON voltage and the switching OFF time with respect to the active layer thickness.

【図27】図24の構造を基本として、活性層の表面全
体からn型不純物層を拡散した実施例を示す断面図、
27 is a sectional view showing an embodiment in which an n-type impurity layer is diffused from the entire surface of the active layer based on the structure of FIG.

【図28】図27の構造でn- 型活性層の代わりにp-
型の活性層を用いた実施例を示す断面図。
FIG. 28 shows a structure of FIG. 27 in which p instead of the n type active layer is used.
Sectional drawing which shows the Example which used the active layer of a mold.

【図29】図24の構造を基本として、活性層の底面全
体からn型不純物層を拡散した実施例を示す断面図。
29 is a sectional view showing an embodiment in which an n-type impurity layer is diffused from the entire bottom surface of the active layer based on the structure of FIG.

【図30】図24の構造を基本として、nベース層を拡
散窓の幅を変えて2重以上に拡散した実施例を示す断面
図。
30 is a sectional view showing an embodiment in which the n base layer is diffused into double or more layers by changing the width of the diffusion window based on the structure of FIG. 24.

【図31】図30の構造を基本として、活性層の表面全
体からn型不純物層を拡散した実施例を示す断面図。
31 is a sectional view showing an embodiment in which an n-type impurity layer is diffused from the entire surface of the active layer based on the structure of FIG.

【図32】図31の構造でn- 型活性層の代わりにp-
型の活性層を用いた実施例を示す断面図。
32 shows a structure of FIG. 31 in which p is used instead of the n type active layer.
Sectional drawing which shows the Example which used the active layer of a mold.

【図33】図30の構造を基本として、活性層の底面全
体からn型不純物層を拡散した実施例を示す断面図。
33 is a sectional view showing an embodiment in which an n-type impurity layer is diffused from the entire bottom surface of the active layer based on the structure of FIG.

【図34】図24の構造で一部変形したサイリスタの実
施例を示す断面図。
34 is a cross-sectional view showing an embodiment of a thyristor which is partially modified by the structure of FIG.

【図35】図25の実施例においてドレイン部分を変形
した横型IGBTの例を示す断面図。
FIG. 35 is a sectional view showing an example of a lateral IGBT in which the drain portion is modified in the embodiment of FIG. 25.

【図36】図25の実施例のドレイン部分を変形した例
を示す断面図。
FIG. 36 is a sectional view showing an example in which the drain portion of the embodiment of FIG. 25 is modified.

【図37】図25の実施例を変形した例を示す断面図。FIG. 37 is a sectional view showing a modification of the embodiment of FIG. 25.

【図38】図25の実施例を変形した例を示す断面図。FIG. 38 is a sectional view showing a modification of the embodiment of FIG. 25.

【図39】図25の実施例を変形した例を示す断面図。FIG. 39 is a sectional view showing a modification of the embodiment of FIG. 25.

【図40】図25の実施例を変形した例を示す断面図。FIG. 40 is a sectional view showing a modification of the embodiment of FIG. 25.

【図41】本発明の第5の実施例に係わる高耐圧ダイオ
ードを示す素子構造断面図。
FIG. 41 is a sectional view of the element structure showing the high breakdown voltage diode according to the fifth embodiment of the present invention.

【図42】図41の構造を基本として、活性層底部のn
型バッファ層を選択的に形成した例を示す断面図。
42 is based on the structure of FIG. 41 and has n at the bottom of the active layer.
Sectional drawing which shows the example which formed the type | mold buffer layer selectively.

【図43】バッファ層の拡散長2×(Dt)1/2 と素子
耐圧との関係を示す特性図。
FIG. 43 is a characteristic diagram showing the relationship between the diffusion length 2 × (Dt) 1/2 of the buffer layer and the device breakdown voltage.

【図44】図41の構造を基本として、活性層の底部の
バッファ層を選択的に形成した例を示す断面図。
44 is a cross-sectional view showing an example in which a buffer layer at the bottom of the active layer is selectively formed based on the structure of FIG. 41.

【図45】図41の構造に対して活性層の厚さが薄い場
合の例を示す断面図。
45 is a sectional view showing an example in which the thickness of the active layer is smaller than that of the structure of FIG. 41.

【図46】本発明の第6の実施例に係わる高速ダイオー
ドを示す素子構造断面図。
FIG. 46 is a sectional view of a device structure showing a high speed diode according to a sixth embodiment of the present invention.

【図47】誘電体分離基板に形成したダイオードのオン
電圧Vf 及び逆回復時間trrと半導体基板の厚さts の
関係を示す特性図。
FIG. 47 is a characteristic diagram showing the relationship between the on-voltage Vf and reverse recovery time trr of the diode formed on the dielectric isolation substrate and the thickness ts of the semiconductor substrate.

【図48】本発明の第7の実施例に係わる誘電体分離半
導体基板の概略構成を示す平面図及び断面図。
48A and 48B are a plan view and a sectional view showing a schematic configuration of a dielectric isolation semiconductor substrate according to a seventh embodiment of the present invention.

【図49】図48の誘電体分離半導体基板の製造工程を
示す断面図。
FIG. 49 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the dielectric isolation semiconductor substrate of FIG. 48.

【図50】図48の実施例の変形例を示す断面図。50 is a sectional view showing a modification of the embodiment of FIG. 48.

【図51】誘電体分離構造を用いた横型の高耐圧ダイオ
ードの従来例を示す断面図。
FIG. 51 is a cross-sectional view showing a conventional example of a lateral high withstand voltage diode using a dielectric isolation structure.

【図52】拡散長とブレ−クダウン電圧との関係を示す
特性図。
FIG. 52 is a characteristic diagram showing the relationship between the diffusion length and the breakdown voltage.

【図53】階段数とブレ−クダウン電圧との関係を示す
特性図。
FIG. 53 is a characteristic diagram showing the relationship between the number of steps and the breakdown voltage.

【図54】本発明の第8の実施例に係る誘電体分離半導
体素子の一例を示す断面図。
FIG. 54 is a sectional view showing an example of a dielectric isolation semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図55】活性層に3回の拡散を行なったときの活性層
の横方向の不純物濃度分布を示す特性図。
FIG. 55 is a characteristic diagram showing a lateral impurity concentration distribution of the active layer when the active layer is diffused three times.

【図56】素子のブレ−クダウン電圧をパラメ−タ−と
したときの階段数と拡散長との関係を示す特性図。
FIG. 56 is a characteristic diagram showing the relationship between the number of steps and the diffusion length when the breakdown voltage of the device is set as a parameter.

【図57】誘電体分離構造を用いた横型の高耐圧ダイオ
ードの従来例を示す断面図。
FIG. 57 is a cross-sectional view showing a conventional example of a lateral high withstand voltage diode using a dielectric isolation structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…シリコン基板 11…シリコン酸化膜(分離絶縁膜) 12…n- 型高抵抗シリコン層(活性層) 13…p型アノード層(第2導電型不純物層) 14…n型カソード層(第1導電型不純物層) 15…アノード電極 16…カソード電極 18…高抵抗体膜 21…ゲート電極 23…p型ベース層 24…n型ドレイン層 25…ソース電極 26…ドレイン電極 28…不純物ドープ多結晶シリコン膜 34…n型ベース層 36…p型ドレイン層。DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Silicon substrate 11 ... Silicon oxide film (isolation insulating film) 12 ... N - type high resistance silicon layer (active layer) 13 ... P-type anode layer (2nd conductivity type impurity layer) 14 ... N-type cathode layer (1st) Conductive type impurity layer) 15 ... Anode electrode 16 ... Cathode electrode 18 ... High resistance film 21 ... Gate electrode 23 ... P-type base layer 24 ... N-type drain layer 25 ... Source electrode 26 ... Drain electrode 28 ... Impurity-doped polycrystalline silicon Film 34 ... N-type base layer 36 ... P-type drain layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 好広 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 大村 一郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 舟木 英之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Yoshihiro Yamaguchi No. 1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Research & Development Center (72) Inventor Ichiro Omura Komukai, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Town No. 1 Corporate Research & Development Center, Toshiba (72) Inventor Hideyuki Funaki No. 1 Komukai Toshiba Town, Kouki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Corporate Research & Development Center

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板と、この基板上に絶縁膜を介し
て形成された、高抵抗の第1導電型半導体からなる活性
層と、この活性層に所定距離おいて形成された第1導電
型の不純物層及び第2導電型の不純物層とを具備してな
り、前記第1導電型の不純物層は、拡散窓の幅又は拡散
深さの少なくとも一方が異なる2重以上の拡散層である
ことを特徴とする高耐圧半導体素子。
1. A semiconductor substrate, an active layer made of a high-resistance first-conductivity-type semiconductor formed on the substrate via an insulating film, and a first conductive layer formed at a predetermined distance from the active layer. Type impurity layer and a second conductivity type impurity layer, and the first conductivity type impurity layer is a double or more diffusion layer in which at least one of the width and the diffusion depth of the diffusion window is different. A high breakdown voltage semiconductor device characterized by the above.
【請求項2】半導体基板と、この半導体基板上に絶縁膜
を介して形成された、高抵抗半導体からなる0.3μm
以下の厚さを有する活性層とを具備し、この活性層は、
横方向の不純物濃度分布が、それぞれガウス分布である
2〜10段の階段状であって、各階段の間隔が拡散長の
2倍以上である高耐圧半導体素子。
2. A semiconductor substrate and a high resistance semiconductor of 0.3 .mu.m formed on the semiconductor substrate with an insulating film interposed therebetween.
And an active layer having a thickness of
A high withstand voltage semiconductor device in which the impurity concentration distribution in the lateral direction has a stepwise shape of 2 to 10 steps, each of which is a Gaussian distribution, and the interval between the steps is at least twice the diffusion length.
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