JPH06338512A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH06338512A
JPH06338512A JP12944593A JP12944593A JPH06338512A JP H06338512 A JPH06338512 A JP H06338512A JP 12944593 A JP12944593 A JP 12944593A JP 12944593 A JP12944593 A JP 12944593A JP H06338512 A JPH06338512 A JP H06338512A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
type
silicon nitride
breakdown voltage
nitride film
Prior art date
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Pending
Application number
JP12944593A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Kitahira
康雄 北平
Hideo Isobe
英男 磯部
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP12944593A priority Critical patent/JPH06338512A/en
Publication of JPH06338512A publication Critical patent/JPH06338512A/en
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/73Bipolar junction transistors
    • H01L29/732Vertical transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT

Abstract

PURPOSE:To provide a P-substrate type high withstand voltage semiconductor device in which withstand voltage is hardly deteriorated even in a high temperature reverse bias (BT) test. CONSTITUTION:In a semiconductor device provided with an N-type base region 2 formed on a P-type semiconductor substrate 1 and an N-type guard-ring region 5, surrounding the base region 2, formed on a collector region 4 located around the base region 2, a silicon nitride film 15, which is directly in contact with the surface of the collector region 4, and a polycrystalline silicon film 16, which is arranged on the silicon nitride film 15, are provided.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に係り、特に
PNP型の高耐圧プレーナトランジスタ等のP基板型高
耐圧半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a P-substrate type high breakdown voltage semiconductor device such as a PNP type high breakdown voltage planar transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の高耐圧プレーナトランジスタの構
造の一例が、例えば特公平1−39658号公報に開示
されている。図5は、係る公報に開示されたNPN型の
高耐圧プレーナトランジスタの構造を示す(A)は断面
図であり、(B)は平面図である。
2. Description of the Related Art An example of the structure of a conventional high breakdown voltage planar transistor is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 1-39658. 5A and 5B show a structure of an NPN type high breakdown voltage planar transistor disclosed in the publication, and FIG. 5A is a sectional view and FIG. 5B is a plan view.

【0003】N型のシリコン半導体基板1にはP型のベ
ース領域2及びベース領域2を取り囲むようにガードリ
ング領域5が形成されている。P型のベース領域2に
は、N + 型のエミッタ領域3が設けられ、エミッタ領域
3はエミッタ電極9とオーミック接触している。ベース
領域2はアルミ蒸着膜からなるベース電極8とオーミッ
ク接触している。コレクタ領域4の表面には、酸化膜6
が成長されており、コレクタ領域4の酸化膜6上にはシ
リコン窒化膜7が被着されている。チップの周辺には、
+ 型のチャネルストップ領域11が設けられ、アルミ
蒸着膜からなるシールド電極10がチャネルストップ領
域11にオーミック接触している。
The N type silicon semiconductor substrate 1 has a P type base.
The base region 2 and the base region 2 are surrounded by guard lines.
A ring region 5 is formed. In P type base region 2
Is N + An emitter region 3 of the mold is provided, the emitter region
3 is in ohmic contact with the emitter electrode 9. base
Region 2 is the base electrode 8 made of aluminum vapor deposition film and ohmic
I'm in contact. An oxide film 6 is formed on the surface of the collector region 4.
Are grown on the oxide film 6 in the collector region 4, and
A recon nitride film 7 is deposited. Around the tip,
N+ Type channel stop region 11 is provided,
The shield electrode 10 made of a vapor deposition film is in the channel stop region.
It is in ohmic contact with the area 11.

【0004】係る構成においてガードリング領域5は、
逆バイアス時の空乏層を均等に広がらせて高耐圧を得る
ためのものである。コレクタ領域4上の酸化膜6に設け
られたシリコン窒化膜7は、その緻密性から酸化膜6の
ピンホールによるN+ 型不純物の拡散を完全に防止する
ためのものである。又、シリコン窒化膜7により、Na
+ イオン等の汚染による界面の不安定性を抑えられ、空
乏層の均一な広がりを実現できる。従って、コレクタ・
ベース間耐圧およびリーク電流の劣化を防止でき、高耐
圧プレーナ型トランジスタを安定に量産できる。
In such a structure, the guard ring region 5 is
This is for uniformly spreading the depletion layer during reverse bias to obtain a high breakdown voltage. The silicon nitride film 7 provided on the oxide film 6 on the collector region 4 is for completely preventing the diffusion of the N + -type impurity due to the pinhole of the oxide film 6 due to its denseness. In addition, the silicon nitride film 7 causes Na
+ Instability of the interface due to contamination with ions etc. can be suppressed, and a uniform depletion layer can be realized. Therefore, the collector
The breakdown voltage between bases and the leakage current can be prevented from deteriorating, and high breakdown voltage planar type transistors can be mass-produced in a stable manner.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】NPN型の高耐圧プレ
ーナトランジスタは、上述の構造で良好な高耐圧特性が
得られる。しかしながら、PNP型のトランジスタで
は、上述の構造を適用しても必ずしも良好な高耐圧特性
が得られない。製造直後の測定では設計値どおりの耐圧
が得られるものの、経時変化を確認するための試験、例
えば高温逆バイアス試験(BT)を行うと、耐圧の劣化
が著しく、信頼性に乏しいものとなる。これは、PNP
型トランジスタの場合には、P型のコレクタ領域4の表
面にNa+ イオン等の可動イオンにより反転層が生じ、
この反転層が可動イオンの移動により状態が変化するた
めと考えられる。反転層は、逆バイアス時の空乏層を過
剰に広げる作用を有し、反転層の状態が変化すれば当然
空乏層の広がりにも影響を与える。
The NPN type high breakdown voltage planar transistor can obtain good high breakdown voltage characteristics with the above-mentioned structure. However, in the PNP type transistor, good high breakdown voltage characteristics cannot always be obtained even if the above structure is applied. Although the withstand voltage according to the design value can be obtained by the measurement immediately after the manufacturing, if a test for confirming the change over time, for example, a high temperature reverse bias test (BT) is performed, the withstand voltage is significantly deteriorated and the reliability becomes poor. This is PNP
In the case of a p-type transistor, an inversion layer is generated on the surface of the p-type collector region 4 by mobile ions such as Na + ions,
It is considered that this state of the inversion layer changes due to the movement of mobile ions. The inversion layer has a function of excessively expanding the depletion layer at the time of reverse bias, and if the state of the inversion layer changes, naturally the expansion of the depletion layer is also affected.

【0006】図4は、高温逆バイアス(BT)試験にお
ける可動イオンと反転層の移動を示す説明図である。高
温逆バイアス試験は、PNPトランジスタのコレクタ電
極12に(−)電圧を、ベース電極8に(+)電圧を印
加して、高温中に放置する試験である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the movement of mobile ions and the inversion layer in the high temperature reverse bias (BT) test. The high temperature reverse bias test is a test in which a (−) voltage is applied to the collector electrode 12 and a (+) voltage is applied to the base electrode 8 of the PNP transistor, and the PNP transistor is left at a high temperature.

【0007】ところで、トランジスタのベース・コレク
タ間耐圧VCBO は、CB接合の拡散深さ、ガードリング
との距離および本数などで値が設計されている。即ち、
トランジスタの耐圧はCB接合からコレクタ側へ広がる
空乏層の降伏電圧で決まり、その降伏電圧は電界集中が
生じる空乏層の湾曲部分で概ねその値が決まる。CB接
合のみの降伏電圧が例えば400Vしかなく、このデバ
イスでそれ以上の耐圧を得るときは、逆バイアス電圧が
前記降伏電圧を越える直前に空乏層がガードリング5と
コレクタ4との空乏層に連結するような位置にガードリ
ング5を配置する設計とする。前記空乏層を連結するこ
とにより空乏層をコレクタ側へ一層広げることができ、
前記湾曲を緩和できるので前記CB接合だけの降伏電圧
より高い耐圧を得ることができる。より大きな耐圧を得
るときは、同様にガードリング5の本数を増加すること
になる。
By the way, the value of the base-collector withstand voltage V CBO of the transistor is designed in accordance with the diffusion depth of the CB junction, the distance from the guard ring, the number of them, and the like. That is,
The breakdown voltage of the transistor is determined by the breakdown voltage of the depletion layer extending from the CB junction to the collector side, and the breakdown voltage is generally determined by the curved portion of the depletion layer where electric field concentration occurs. The breakdown voltage of only the CB junction is, for example, only 400 V, and when a higher breakdown voltage is obtained in this device, the depletion layer is connected to the depletion layer of the guard ring 5 and the collector 4 immediately before the reverse bias voltage exceeds the breakdown voltage. The guard ring 5 is designed to be placed at such a position. By connecting the depletion layer, the depletion layer can be further expanded to the collector side,
Since the bending can be relaxed, a breakdown voltage higher than the breakdown voltage of only the CB junction can be obtained. To obtain a higher breakdown voltage, the number of guard rings 5 is also increased.

【0008】図4(A)は、高温逆バイアス試験の初期
段階を示す。Na+、Ca+等の可動イオン13は酸化膜
中6に均等に存在する。コレクタ領域4の表面が理想状
態であると仮定すると、このトランジスタは上記設計値
どおりの耐圧を得ることができる。
FIG. 4A shows the initial stage of the high temperature reverse bias test. Mobile ions 13 such as Na + and Ca + are evenly present in the oxide film 6. Assuming that the surface of the collector region 4 is in an ideal state, this transistor can obtain the breakdown voltage as designed above.

【0009】しかしながら、高温逆バイアス(BT)試
験が進行すると、図4(B)に示すように、可動イオン
13は、酸化膜6中において、コレクタ領域4との界面
側に移動してくる。これは、コレクタ領域4が(−)側
にバイアスされているため、正電荷であるNa+ 、Ka
+ イオン等の可動イオン13がコレクタ領域4側に引き
寄せられるためである。可動イオン13のコレクタ領域
側への垂直方向の移動に伴い、コレクタ領域4に対する
正電荷の影響が強くなるので、コレクタ領域4表面に電
子が引き寄せられてN型の反転層が形成される。N型反
転層は空乏層を広げる作用を有するので、CB接合から
広がる逆バイアス時の空乏層を過剰に広げることにな
る。このことは、CB接合からコレクタ領域4側に広が
った空乏層が設計値より低い電圧で隣りのガードリング
領域5の空乏層と連結することを意味し、最終的な耐圧
は空乏層がチャネルストップ領域11まで達した時の空
乏層が持つ降伏電圧であるから、空乏層が過剰に拡がる
ことはトランジスタの耐圧が劣化することを意味する。
従って、例えば(A)の理想状態で、コレクタ・ベース
間のVCB耐圧が900V程度であったものが、(B)
の段階では、VCB耐圧が600V程度に低下する。
However, when the high temperature reverse bias (BT) test progresses, the movable ions 13 move to the interface side with the collector region 4 in the oxide film 6, as shown in FIG. 4B. This is because the collector region 4 is biased to the (−) side, so that positive charges of Na + and Ka are generated.
This is because the movable ions 13 such as + ions are attracted to the collector region 4 side. As the movable ions 13 move vertically to the collector region side, the influence of positive charges on the collector region 4 becomes stronger, so that electrons are attracted to the surface of the collector region 4 and an N-type inversion layer is formed. Since the N-type inversion layer has a function of expanding the depletion layer, the depletion layer at the time of reverse bias spreading from the CB junction is excessively expanded. This means that the depletion layer extending from the CB junction to the collector region 4 side is connected to the depletion layer of the adjacent guard ring region 5 at a voltage lower than the designed value, and the final breakdown voltage is the depletion layer channel stop. Since the breakdown voltage of the depletion layer reaches the region 11, the excessive expansion of the depletion layer means that the breakdown voltage of the transistor deteriorates.
Therefore, for example, in the ideal state of (A), the VCB breakdown voltage between the collector and the base was about 900 V, but (B)
At that stage, the VCB breakdown voltage drops to about 600V.

【0010】更に高温逆バイアス(BT)試験が進行す
ると、図4(C)に示すように、可動イオン13は酸化
膜6中をチップ周辺部のシールド電極10に向かって移
動する。これは、シールド電極10側にコレクタ電極1
2と同様な(−)電圧が与えられるためである。図示す
るように、可動イオン13がシールド電極10側の酸化
膜6中に集中してくると、それだけ正電荷の影響が強く
なるので、N型の反転層14の状態、特に空乏層に影響
を与えることができる強さが増大する。尚、図4(B)
(C)において、反転層14を示す点線は反転層の広が
りを示すものではなく、前記空乏層に与えることのでき
る”影響力の強さ”を感覚的に表したものである。例え
ば初段のガードリング領域5で100V、次段で100
V、次段からチャネル領域11までの距離で300Vの
耐圧を分担させるというように、通常はチップの最外周
部が耐圧の分担比率が高い。その分担比率の最も高い領
域に対して反転層14の影響力が最も大きくなるので、
トランジスタ自体の耐圧が著しく劣化する。例えば、V
CB耐圧は(B)において600V程度に劣化したもの
が、(C)の段階においては、更に450V程度に劣化
する。
When the high temperature reverse bias (BT) test further progresses, the movable ions 13 move in the oxide film 6 toward the shield electrode 10 in the peripheral portion of the chip, as shown in FIG. 4 (C). This is the collector electrode 1 on the shield electrode 10 side.
This is because the same (-) voltage as that in 2 is applied. As shown in the figure, when the mobile ions 13 are concentrated in the oxide film 6 on the shield electrode 10 side, the influence of positive charges becomes stronger, so that the state of the N-type inversion layer 14, particularly the depletion layer, is affected. The strength that can be given increases. Incidentally, FIG. 4 (B)
In (C), the dotted line indicating the inversion layer 14 does not indicate the spread of the inversion layer, but is a sensory representation of the "influence strength" that can be given to the depletion layer. For example, 100 V in the guard ring area 5 in the first stage and 100 V in the second stage.
V, the withstand voltage of 300 V is shared by the distance from the next stage to the channel region 11, and the outermost peripheral portion of the chip usually has a high withstand voltage share. Since the influence of the inversion layer 14 is the largest on the region with the highest share,
The breakdown voltage of the transistor itself is significantly deteriorated. For example, V
The CB breakdown voltage deteriorates to about 600 V in (B), but further deteriorates to about 450 V in the stage of (C).

【0011】本発明は、係る従来技術の問題点に鑑み、
高温逆バイアス(BT)試験においても耐圧の劣化を生
じ難い、高信頼性を有する高耐圧P基板型半導体装置を
提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art.
It is an object of the present invention to provide a high breakdown voltage P substrate type semiconductor device having high reliability in which deterioration of breakdown voltage hardly occurs even in a high temperature reverse bias (BT) test.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
P型の半導体基板にPN接合を形成するN型の素子拡散
領域および該素子拡散領域の周囲の基板表面に該素子拡
散領域を囲むN型のガードリング領域を備えた半導体装
置において、前記素子拡散領域の周囲のP型基板表面に
直接接触するシリコン窒化膜と、該シリコン窒化膜上に
配置された多結晶シリコン膜とを備えることを特徴とす
る。
The semiconductor device of the present invention comprises:
A semiconductor device comprising an N-type element diffusion region for forming a PN junction on a P-type semiconductor substrate and an N-type guard ring region surrounding the element diffusion region on the substrate surface around the element diffusion region, It is characterized by comprising a silicon nitride film which is in direct contact with the surface of the P-type substrate around the region, and a polycrystalline silicon film arranged on the silicon nitride film.

【0013】[0013]

【作用】シリコン窒化膜は、電子をトラップする性質を
有しているので、酸化膜と半導体基板のコレクタ領域と
の界面における可動イオンの影響を直接軽減することが
できる。シリコン窒化膜上に配置された多結晶シリコン
膜は、スペーサとしての役割を果たし、可動イオンのコ
レクタ領域近傍に移動することを防止することができ
る。係る構造により可動イオンによる反転層は発生せ
ず、高温逆バイアス試験等においても空乏層の広がり方
が変化することはない。従って、高温逆バイアス試験に
おいて高耐圧特性が劣化するという問題を生じない。
Since the silicon nitride film has a property of trapping electrons, it is possible to directly reduce the influence of mobile ions at the interface between the oxide film and the collector region of the semiconductor substrate. The polycrystalline silicon film arranged on the silicon nitride film serves as a spacer and can prevent the movable ions from moving to the vicinity of the collector region. With such a structure, an inversion layer due to mobile ions does not occur, and the depletion layer spreads in the same manner even in a high temperature reverse bias test. Therefore, in the high temperature reverse bias test, the problem that the high breakdown voltage characteristic is deteriorated does not occur.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明をPNPトランジスタに適用し
た場合の第1の実施例、第2の実施例を添付図1乃至図
3を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment and a second embodiment when the present invention is applied to a PNP transistor will be described below with reference to the attached FIGS.

【0015】図1は本発明の第1の実施例のPNP型高
耐圧プレーナトランジスタの断面図であり、図2はその
チップの1/4の平面図である。このPNP型高耐圧プ
レーナトランジスタは、P+ 型の半導体基板1にP-
のコレクタ領域4及びN型のベース領域2を備え、ベー
ス領域にP+ 型のエミッタ領域3が拡散により形成され
ている。ベース領域2の周囲のP- 型のコレクタ領域4
には、1乃至数本のN型のガードリング領域5を備えて
いる。
FIG. 1 is a sectional view of a PNP type high breakdown voltage planar transistor of a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of a quarter of its chip. This PNP type high breakdown voltage planar transistor has a P + type semiconductor substrate 1 provided with a P type collector region 4 and an N type base region 2, and a P + type emitter region 3 is formed in the base region by diffusion. There is. P -type collector region 4 around the base region 2
Is provided with one to several N-type guard ring regions 5.

【0016】該PNPトランジスタのベース領域2はコ
レクタ領域4の表面から拡散により形成されており、拡
散に伴う横方向拡散によってコレクタ・ベース間のPN
接合はある曲率を持って湾曲する。この曲率によりガー
ドリング領域5がない状態でのCB接合の耐圧(雪崩降
伏電圧)が概ね決定される。従って、前記ベース領域2
の拡散深さは前記CB接合の耐圧の目標値に応じた拡散
深さで設計され、例えばベース領域の拡散深さを12μ
とすれば前記CB接合耐圧を400V程度にできる。
The base region 2 of the PNP transistor is formed by diffusion from the surface of the collector region 4, and the PN between the collector and the base is formed by the lateral diffusion accompanying the diffusion.
The joint bends with a certain curvature. This curvature generally determines the breakdown voltage (avalanche breakdown voltage) of the CB junction without the guard ring region 5. Therefore, the base region 2
Is designed to be a diffusion depth according to the target value of the breakdown voltage of the CB junction. For example, the diffusion depth of the base region is 12 μm.
Then, the CB junction breakdown voltage can be set to about 400V.

【0017】一方、ガードリング領域5はCB接合に4
00Vより少し低い逆バイアス電圧を印加した時に空乏
層が達する位置に配置してある。これによって、CB接
合の空乏層が降伏する直前に空乏層を外側へ拡大し、曲
率を緩和することによって耐圧を向上している。向上で
きる耐圧の値はガードリング領域5の拡散深さと幅に関
与する。ベース領域2とガードリング領域5との間隔を
約25μとし、その幅を約35μで形成すれば、前記C
B接合の耐圧を約100V向上できる。同様にして次段
のガードリング領域5を間隔35μ、幅35μで形成し
てさらに約100V増大させ、最終的にガードリング領
域5からチャネル領域11までの距離を約150μとし
てさらに300V向上させる。従って、最終的にこのト
ランジスタの耐圧VCBO は900Vに設計される。
On the other hand, the guard ring region 5 has four CB junctions.
It is arranged at a position where the depletion layer reaches when a reverse bias voltage slightly lower than 00V is applied. As a result, just before the depletion layer of the CB junction breaks down, the depletion layer is expanded to the outside and the curvature is relaxed, thereby improving the breakdown voltage. The value of the breakdown voltage that can be improved is related to the diffusion depth and width of the guard ring region 5. If the distance between the base region 2 and the guard ring region 5 is set to about 25 μ and the width thereof is set to about 35 μ, the above C
The breakdown voltage of the B junction can be improved by about 100V. Similarly, the guard ring region 5 of the next stage is formed with a space of 35 μ and a width of 35 μ to further increase it by about 100 V, and finally, the distance from the guard ring region 5 to the channel region 11 is set to about 150 μ to further improve it by 300 V. Therefore, the withstand voltage V CBO of this transistor is finally designed to be 900V.

【0018】エミッタ電極9、ベース電極8、コレクタ
電極12等の構成は、図5の従来の技術で説明した構成
と同様であり、同一部分には同一の符号を付してその説
明を省略する。
The structure of the emitter electrode 9, the base electrode 8, the collector electrode 12 and the like is similar to the structure described in the prior art of FIG. 5, and the same parts are designated by the same reference numerals and the description thereof is omitted. .

【0019】ベース領域・ガードリング領域間のコレク
タ領域4の表面には、コレクタ領域4に直接接触するシ
リコン窒化膜15を備えている。同様に、ガードリング
領域・ガードリング領域間のコレクタ領域4の表面に直
接接触するシリコン窒化(Si34)膜15を備えてい
る。これらのシリコン窒化膜15上にはそれぞれ多結晶
シリコン膜16が配置されている。即ち図2に示すよう
に、ベース領域2を取り囲むP- 型のコレクタ領域4の
表面はすべてシリコン窒化膜15及び多結晶シリコン膜
16の二層膜に覆われている。
The surface of the collector region 4 between the base region and the guard ring region is provided with a silicon nitride film 15 which is in direct contact with the collector region 4. Similarly, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film 15 is provided which is in direct contact with the surface of the collector region 4 between the guard ring regions. A polycrystalline silicon film 16 is arranged on each of these silicon nitride films 15. That is, as shown in FIG. 2, the surface of the P type collector region 4 surrounding the base region 2 is entirely covered with a two-layer film of the silicon nitride film 15 and the polycrystalline silicon film 16.

【0020】シリコン窒化膜15は電子をトラップする
性質を有しているので、P- 型のコレクタ領域の表面に
おいて、半導体基板1中の電子をトラップして表面の電
子濃度を下げる。よってN型反転しにくくなる。多結晶
シリコン膜16は、スペーサーとしての役割をはたし、
薄いシリコン窒化膜の厚みを補う役割を果している。従
って、酸化膜6中の正電荷を有する可動イオンは多結晶
シリコン膜16及びシリコン窒化膜15によりコレクタ
領域4の界面に影響を及ぼすことができず、コレクタ領
域4の表面には図4に示すようなN型の反転層は発生し
ない。
Since the silicon nitride film 15 has a property of trapping electrons, the electrons in the semiconductor substrate 1 are trapped on the surface of the P -- type collector region to reduce the electron concentration on the surface. Therefore, it becomes difficult to invert the N type. The polycrystalline silicon film 16 serves as a spacer,
It plays a role of supplementing the thickness of the thin silicon nitride film. Therefore, the movable ions having a positive charge in the oxide film 6 cannot affect the interface of the collector region 4 by the polycrystalline silicon film 16 and the silicon nitride film 15, and the surface of the collector region 4 is shown in FIG. Such an N-type inversion layer does not occur.

【0021】本実施例のトランジスタでは高温逆バイア
ス試験においても、前述の図4(B)、(C)に示すよ
うな酸化膜中の可動イオンのコレクタ領域界面への移動
が、多結晶シリコン膜16及びシリコン窒化膜15によ
って妨げられる。従って、図4(B)、(C)に示すよ
うな可動イオンの移動にともない反転層の状態(強さ)
が変化して空乏層が過剰に拡大し、耐圧の著しい劣化を
引き起こすという問題が生じない。
In the transistor of this embodiment, even in the high temperature reverse bias test, the movement of the movable ions in the oxide film to the collector region interface as shown in FIGS. 4B and 4C is caused by the polycrystalline silicon film. 16 and the silicon nitride film 15. Therefore, the state (strength) of the inversion layer accompanying the movement of mobile ions as shown in FIGS.
Does not cause the problem that the depletion layer excessively expands due to the change of the temperature and causes the breakdown voltage to significantly deteriorate.

【0022】図3は、本発明の第2の実施例のPNP型
高耐圧プレーナトランジスタの断面図である。本実施例
においては、シリコン窒化膜15上に配置された多結晶
シリコン膜16上に、更にシリコン窒化膜17を配置す
る。多結晶シリコン膜16を挟み込む構造のシリコン窒
化膜17は、緻密な膜であるので酸化膜中の可動イオン
の界面への影響をより軽減することができる。シリコン
窒化膜15,17は、その膜の性質上厚く成長させるこ
とが困難である。このため、厚く成長させることが容易
な多結晶シリコン膜16がスペーサーとしての役割を果
たす。従って、このサンドイッチ構造は、シリコン窒化
膜15からシリコン窒化膜17までを全てシリコン窒化
膜で形成した場合の構造と等しい機能を持つ。係るサン
ドイッチ構造によって、第1の実施例と比較して、より
強固に酸化膜中の可動イオンをコレクタ領域近傍に近づ
けないという効果を奏する。
FIG. 3 is a sectional view of a PNP type high breakdown voltage planar transistor according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, a silicon nitride film 17 is further arranged on the polycrystalline silicon film 16 arranged on the silicon nitride film 15. Since the silicon nitride film 17 having a structure sandwiching the polycrystalline silicon film 16 is a dense film, it is possible to further reduce the influence of mobile ions in the oxide film on the interface. The silicon nitride films 15 and 17 are difficult to grow thick due to the nature of the films. For this reason, the polycrystalline silicon film 16 which can be easily grown thick serves as a spacer. Therefore, this sandwich structure has the same function as the structure in which all of the silicon nitride film 15 to the silicon nitride film 17 are formed by the silicon nitride film. With such a sandwich structure, there is an effect that the mobile ions in the oxide film are not brought closer to the vicinity of the collector region more firmly than in the first embodiment.

【0023】本実施例のトランジスタの製造工程は、シ
リコン窒化膜15、多結晶シリコン膜16、或いはシリ
コン窒化膜17の多層膜を形成する工程を除いて、通常
のPNP型高耐圧プレーナトランジスタの製造工程と同
じである。シリコン窒化膜15と多結晶シリコン膜16
の多層膜は、一例として、P+ 型のエミッタ領域等の形
成後、ベース・ガードリング間及びガードリング・ガー
ドリング間のコレクタ領域上の酸化膜をホトリソグラフ
ィにより開口する。そして、気相成長(CVD)により
シリコン窒化膜、多結晶シリコン膜、或いは上面のシリ
コン窒化膜の2層乃至3層の多層膜を被着する。そして
図示するようなパターン形状15,16にホトリソグラ
フィにより形成する。全面をCVD酸化膜で被覆し、該
酸化膜に電極コンタクト孔を形成してベース、エミッタ
電極等を配置する。その後はシリコン窒化膜等のファイ
ナルパッシベーション被膜を形成して本実施例のトラン
ジスタが完成する。なお、シリコン窒化膜15、多結晶
シリコン膜16或いはシリコン窒化膜17の形成は、ベ
ース領域等のN型領域の形成前に行っても良い。
The manufacturing process of the transistor of this embodiment is the same as the manufacturing process of a normal PNP type high breakdown voltage planar transistor except for the process of forming a multilayer film of the silicon nitride film 15, the polycrystalline silicon film 16 or the silicon nitride film 17. The process is the same. Silicon nitride film 15 and polycrystalline silicon film 16
For example, after forming the P + -type emitter region, the oxide film on the collector region between the base and the guard ring and between the guard ring and the guard ring is opened by photolithography. Then, a silicon nitride film, a polycrystalline silicon film, or a multilayer film of two to three layers of a silicon nitride film on the upper surface is deposited by vapor phase epitaxy (CVD). Then, pattern shapes 15 and 16 as shown are formed by photolithography. The entire surface is covered with a CVD oxide film, an electrode contact hole is formed in the oxide film, and a base, an emitter electrode, etc. are arranged. After that, a final passivation film such as a silicon nitride film is formed to complete the transistor of this embodiment. The silicon nitride film 15, the polycrystalline silicon film 16, or the silicon nitride film 17 may be formed before the N-type region such as the base region is formed.

【0024】以上の実施例はPNP型トランジスタにつ
いて述べてきたが、ダイオード、パワーMOSFET、
IGBTなどの、基本がP型となりガードリング領域を
有するデバイスにも適用可能である。例えばダイオード
の場合は、P型基板表面にベース領域と同様にカソード
領域を形成し、基板をアノードとして構成するもので、
カソード領域周辺のガードリング部分のP型不純物層1
6の構成は図1と同等である。
Although the above embodiments have described the PNP type transistor, the diode, the power MOSFET,
It is also applicable to devices such as IGBTs, which are basically P-type and have a guard ring region. For example, in the case of a diode, a cathode region is formed on the surface of a P-type substrate similarly to the base region, and the substrate is configured as an anode.
P-type impurity layer 1 in the guard ring part around the cathode region
The configuration of 6 is the same as that of FIG.

【0025】パワーMOSFETに前記第1の実施例を
適用した場合は、図6に示すように、基板101を共通
ドレインとし、基板表面にMOS素子を形成するための
N型ベース領域102、P+型ソース領域103を形成
し、ベース領域102のチャネル領域104の上にゲー
ト酸化膜105を介してポリシリコンゲート電極106
を配置し、ベース領域102とソース領域103との両
方にコンタクトするA1ソース電極を形成したものであ
る。そして、ベース領域102の周囲にN型ガードリン
グ領域を形成し、本発明の特徴となるシリコン窒化膜1
5、多結晶シリコン膜16或いはシリコン窒化膜17を
設ける。IGBTの場合は、基板がP+/N+/N型構
造となり、N型層の表面にMOS素子が作り込まれる。
いずれにしろ異なるのは素子構造の部分であり、空乏層
が拡がるPN接合周囲に設けたガードリング領域5とP
型不純物層16、ガードリング領域5の上の膜構造は同
一である
When the first embodiment is applied to the power MOSFET, as shown in FIG. 6, the substrate 101 is used as a common drain, and an N-type base region 102 for forming a MOS element on the surface of the substrate and a P + type are formed. A source region 103 is formed, and a polysilicon gate electrode 106 is formed on a channel region 104 of the base region 102 with a gate oxide film 105 interposed therebetween.
And the A1 source electrode that contacts both the base region 102 and the source region 103 is formed. Then, an N-type guard ring region is formed around the base region 102 to form the silicon nitride film 1 which is a feature of the present invention.
5. A polycrystalline silicon film 16 or a silicon nitride film 17 is provided. In the case of the IGBT, the substrate has a P + / N + / N type structure, and a MOS element is formed on the surface of the N type layer.
In any case, the difference is the part of the device structure, that is, the guard ring regions 5 and P provided around the PN junction in which the depletion layer extends.
The film structures on the type impurity layer 16 and the guard ring region 5 are the same.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明はP基板
型高耐圧素子のガードリング上に酸化膜を分断するベー
ス領域の周囲のコレクタ領域の表面に直接接触するシリ
コン窒化膜と、シリコン窒化膜上に配置された多結晶シ
リコン膜を備えるものである。これにより、酸化膜中の
可動イオンの移動をコレクタ領域界面に近づけないよう
に阻止することができる。コレクタ領域表面には、反転
層が形成されず、耐圧の劣化という問題を生じない、高
信頼性のP基板型半導体装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, the silicon nitride film, which directly contacts the surface of the collector region around the base region that divides the oxide film on the guard ring of the P substrate type high breakdown voltage element, and the silicon It is provided with a polycrystalline silicon film arranged on the nitride film. As a result, the movement of mobile ions in the oxide film can be blocked so as not to approach the collector region interface. It is possible to provide a highly reliable P substrate type semiconductor device in which the inversion layer is not formed on the surface of the collector region and the problem of deterioration of breakdown voltage does not occur.

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

【図1】本発明の第1の実施例のPNP型高耐圧プレー
ナトランジスタの断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a PNP type high breakdown voltage planar transistor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例のPNP型高耐圧プレーナト
ランジスタのチップの1/4の平面図。
FIG. 2 is a quarter plan view of a chip of a PNP type high breakdown voltage planar transistor according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例のPNP型高耐圧プレー
ナトランジスタの断面図
FIG. 3 is a sectional view of a PNP type high breakdown voltage planar transistor according to a second embodiment of the present invention.

【図4】高温逆バイアス(BT)試験における可動イオ
ンと反転層の移動を示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing movement of mobile ions and an inversion layer in a high temperature reverse bias (BT) test.

【図5】従来のNPN型高耐圧プレーナトランジスタの
断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional NPN type high breakdown voltage planar transistor.

【図6】本発明を適用したパワーMOSFETを示す断
面図。
FIG. 6 is a sectional view showing a power MOSFET to which the present invention is applied.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 P型の半導体基板にN型のベース領域及
び該ベース領域の周囲のコレクタ領域に該ベース領域を
取囲むN型のガードリング領域を備えた半導体装置にお
いて、前記コレクタ領域の表面に直接接触するシリコン
窒化膜と、該シリコン窒化膜上に配置された多結晶シリ
コン膜とを備えることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device comprising a P-type semiconductor substrate and an N-type base region and an N-type guard ring region surrounding the base region in a collector region around the base region, the surface of the collector region. A semiconductor device comprising: a silicon nitride film that is in direct contact with the silicon nitride film; and a polycrystalline silicon film disposed on the silicon nitride film.
【請求項2】 前記シリコン窒化膜上に配置された多結
晶シリコン膜上には、更にシリコン窒化膜が配置されて
いることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a silicon nitride film is further arranged on the polycrystalline silicon film arranged on the silicon nitride film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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