JPH08167617A - 高耐圧半導体装置 - Google Patents

高耐圧半導体装置

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JPH08167617A
JPH08167617A JP6310814A JP31081494A JPH08167617A JP H08167617 A JPH08167617 A JP H08167617A JP 6310814 A JP6310814 A JP 6310814A JP 31081494 A JP31081494 A JP 31081494A JP H08167617 A JPH08167617 A JP H08167617A
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理麿 小池
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康雄 北平
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 初期耐圧が高く、且つBT試験等においても
経時的な劣化の少ないP型高耐圧半導体装置を提供す
る。 【構成】 P型の半導体基板2表面に反対導電型の高耐
圧素子部分の拡散領域6を設け、該拡散領域6を取り囲
むように複数のN型のガードリング拡散領域3を備えた
P型高耐圧半導体装置において、前記ガードリング拡散
領域3,3間及び前記反対導電型の拡散領域6とガード
リング拡散領域3間に、前記半導体基板と同一導電型
で、該基板の濃度よりも高い濃度の拡散領域12を該基
板の最大反転層幅以下の厚さに設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、P型高耐圧半導体装置
に係り、特にPチャネル型パワーMOSFET、Pチャ
ネル型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGB
T)、PNP型高耐圧プレーナトランジスタ等のP型高
耐圧半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来の一般的な高耐圧パワーM
OSFETの断面図である。P+ 型のシリコン半導体基
板1にはP- 型のエピタキシャル層2を有している。ド
レイン領域となるP- 型のエピタキシャル層2には、多
数の規則的に配列されたN型のボディ領域6を備えてお
り、N型のボディ領域6内にはP+ 型のソース領域5が
形成され、個々のセルを構成している。相隣接するボデ
ィ領域6,6間の上部には、薄いゲート絶縁膜を介して
多結晶シリコンからなるゲート電極8が配置されてい
る。そして、アルミ膜からなるソース電極9は、ソース
領域5及びボディ領域6を短絡した状態で接続してい
る。
【0003】半導体基板1裏面のドレイン電極に負電圧
を与え、ソース電極9を接地した状態でゲート電極8に
閾値以上の一定電圧が印加されると、P+ 型のソース領
域5とドレイン領域2間のボディ領域6表面(チャネル
領域4表面)に反転層が生じ、多数キャリアのチャネル
が形成され、MOSFETはオン状態となる。
【0004】P- 型エピタキシャル層2には、規則的に
配列された多数のボディ領域6を取り囲むようにN+
のガードリング拡散領域3がチップ周辺部に形成されて
いる。更にチップの表面端部には、P+ 型のチャネルス
トップ領域10が設けられ、例えばアルミ膜からなるシ
ールド電極11がチャネルストップ領域10にオーミッ
ク接触している。かかる構成においてガードリング領域
3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。ドレイン領域となるP- 型エ
ピタキシャル層2上には厚い酸化膜7が設けられてい
る。酸化膜7では界面の不安定さを押さえ、空乏層の均
一な広がりを実現するようにリン処理等が施され、ドレ
イン・ボディ間の耐圧の劣化及びリーク電流の増大を防
止している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】係る従来のP型高耐圧
半導体装置においては、耐圧が1500V以上の高耐圧
デバイスの場合には、通常3本以上のガードリング拡散
領域を備えている。しかしながら、酸化膜中に正電荷を
有する金属イオン等の蓄積が起り易く、BT試験等を実
施すると半導体と酸化膜の界面で分極が起こり、P-
ピタキシャル層2の表面でN型への反転層が形成され
る。これによりガードリング3,3間がつながってしま
い、ガードリング3,3間で稼いでいた耐圧分が劣化し
て耐圧が低下するという問題がある。
【0006】一方で、P- 型半導体基板の表面に浅く且
つ薄く、基板の濃度よりも高い濃度のP型層を全面に形
成すれば、このような経時的な変化による耐圧の低下が
防止できることが分かっている。しかしながら、P-
エピタキシャル層2の表面全面に浅いP型層を形成する
と、ガードリング最外周とチップ端の間の半導体基板表
面の不純物濃度で初期耐圧が決まるため、初期の耐圧が
低下してしまうという問題がある。
【0007】本発明は上述の事情に鑑みて為されたもの
で、初期耐圧が高く、且つBT試験等においても経時的
な耐圧劣化の少ないP型高耐圧半導体装置を提供するこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の高耐圧半導体装
置は、P型の半導体基板表面に反対導電型の高耐圧素子
部分の拡散領域を設け、該拡散領域を取り囲むように複
数のN型のガードリング拡散領域を備えたP型高耐圧半
導体装置において、前記ガードリング拡散領域間及び前
記反対導電型の拡散領域とガードリング拡散領域間に、
前記半導体基板と同一導電型で、該基板の濃度よりも高
い濃度の拡散領域を該基板の最大反転層幅以下の厚さに
設けたことを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明は最外周のガードリングとチップ端間に
はP型不純物の基板濃度よりも高い濃度の拡散領域を設
けず、ガードリング間及びガードリングと反対導電型の
素子拡散領域間の半導体基板表面に基板の濃度よりも高
い濃度の拡散領域を基板の最大反転層幅以下の厚さに設
けたものである。初期耐圧は、通常、ガードリング最外
周とチップ端の間の半導体基板表面の不純物濃度で決ま
るため、この部分の不純物濃度を低いままにしておくこ
とにより、高い初期耐圧が得られる。
【0010】耐圧の経時的な劣化は、半導体基板表面に
- 層のN型への反転が起こることにより、ガードリン
グ間にN型層のつながりが生じ、ガードリング拡散領域
3,3の下部での空乏層の広がりが変形して電位傾度に
きつい部分が発生することによって生じる。従って、ガ
ードリング拡散領域間及びガードリング拡散領域とボデ
ィ拡散領域等の素子拡散領域間にあらかじめ、基板の不
純物濃度より濃度の高いP型層を表面に浅く形成してお
くことにより、経時的な耐圧の劣化が防止される。そし
て、あらかじめ不純物濃度を上昇させる深さは、基板の
最大反転層幅以下の厚さにすることにより、酸化膜中の
金属イオン濃度が高くなっても、基板表面がN型に反転
して空乏層の広がり具合を変形させ耐圧を低下させるこ
とを抑圧できる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例について図1乃至図4
を参照しながら説明する。
【0012】図1は、本発明の第1実施例のパワーMO
SFETの断面図である。本実施例においては、P-
エピタキシャル層2の表面にガードリング3,3間及び
ガードリング領域3とセル領域最外周のボディ領域6間
にエピタキシャル層2の濃度よりも高い濃度のP型拡散
領域12をエピタキシャル層2の最大反転層幅以下の厚
さに設けている。一例としてP- 型エピタキシャル層2
は、その比抵抗が100〜300Ω−cmであり、拡散領
域12の濃度は、P型の比抵抗が30〜50Ω−cm、そ
の拡散深さは1〜2μm程度である。
【0013】本実施例では、ガードリング拡散領域及び
+ 型のボディ領域6の深い部分の拡散深さを5〜10
μm程度とし、ボディ領域6のチャネル部分4の拡散深
さを3μm程度としている。かかる構造により、初期耐
圧1500V〜2000VのパワーMOSFETを作る
ことができる。
【0014】図2は、本実施例のパワーMOSFETの
BT試験における耐圧の推移を示すグラフである。耐圧
R は、初期耐圧は2000V程度であるが、図5に示
す従来技術の構造であると、BT試験を一定時間経過す
ると、耐圧VR はかなり低下する。本実施例において
は、初期耐圧は同様にVR が2000V程度であり、B
T試験の時間経過と共に耐圧は低下するが、耐圧の低下
は小幅で押さえられる。これは、ガードリング拡散領域
3,3間及びガードリング拡散領域3と素子拡散領域6
との間に基板濃度より高いP型の不純物拡散領域12が
最大反転層幅以下に設けられることにより、基板表面の
N型層への反転が起こらないためと考えられる。
【0015】次に本発明の一実施例のパワーMOSFE
Tの製造方法について図3を参照しながら説明する。
【0016】まずP- 型エピタキシャル層2を有するP
+ 型半導体基板1を準備する。そしてレジストパターニ
ングによりN+ 型不純物を導入して、図3(A)に示す
ようガードリング拡散領域3をチップの周辺部分に形成
すると共にセル領域部分に深いボディ領域6を形成す
る。
【0017】次に図3(B)に示すように最外周のガー
ドリング領域3とセル部分の最外周のボディ領域6の形
成予定領域間をレジストパターニングして、イオン注入
により、基板濃度より高い濃度のP型不純物拡散領域1
2を形成する。これは比抵抗で100Ω−cm程度の濃度
のP型層を基板の最大反転層幅以下である1〜2μm程
度の深さに形成する。
【0018】次に半導体基板1,2の表面に付着した酸
化膜等を除去し、従来と同様の手順によりパワーMOS
FETを製造する。即ち、まず厚い酸化膜を半導体基板
の表面に形成し、セル領域をレジストパターニングによ
り開口する。次に図3(C)に示すように、薄い酸化膜
を成長させて多結晶シリコン膜を全面に被着し、レジス
トパターニングによりゲート電極8を形成する。そして
ゲート電極8をマスクとしてN型のチャネル領域4を拡
散により形成する。そして、ゲート電極8及びレジスト
パターンをマスクとしてP+ 型ソース領域5をイオン注
入と熱処理により形成する。そしてコンタクト部分の開
口を行いアルミ膜を全面にスパッタリング等により被着
して、レジストパターニングによりアルミ電極9を形成
する。
【0019】尚、上述の実施例は、パワーMOSFET
についてのものであるが、P+ 型の半導体基板1をN+
型として、エピタキシャル層2に設けるデバイス構造を
同じとすることにより、絶縁ゲートバイポーラトランジ
スタ(IGBT)にも、本発明の趣旨を全く同様に適用
できる。
【0020】図4は、本発明の第2実施例の高耐圧PN
Pバイポーラプレーナトランジスタの断面図である。図
示するように、ガードリング拡散領域3,3間及びガー
ドリング領域3とベース拡散領域13間には、基板濃度
よりも高い濃度のP型不純物拡散領域12が設けられて
いる。最外周のガードリング拡散領域3とチップ端間に
は、この拡散領域12は設けられていない。これによ
り、第1実施例と同様に、初期耐圧VR を高くとり、B
T試験における耐圧VR の低下を少なく押さえることが
できる。
【0021】また、上述の実施例はガードリング拡散領
域を3本設けた例について説明したが、ガードリング拡
散領域は4本でも5本以上でも、同様に本発明の趣旨を
適用できるのは勿論のことである。また、ガードリング
拡散領域をボディ領域よりも深くすることによって、よ
り高耐圧化を図ることができる。このように本発明の趣
旨を逸脱することなく、種々の変形実施例が可能であ
る。
【0022】尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を
示す。
【0023】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明は最外周
のガードリング拡散領域の更に外周部分の表面を基板濃
度に維持したまま、その内側の素子形成拡散領域との間
の基板表面に基板濃度よりも高い濃度の同一導電型の拡
散領域を浅く形成したものである。これにより、高耐圧
P型半導体装置の初期耐圧を高く取ることができ、且つ
BT試験等での経時的な耐圧の劣化を低く押さえること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のP型高耐圧半導体装置の断
面図。
【図2】耐圧の経時的変化を示すグラフ。
【図3】図1に示すP型高耐圧半導体装置の製造工程を
示す断面図。
【図4】本発明の他の実施例の高耐圧P型半導体装置の
断面図。
【図5】従来のP型高耐圧半導体装置の断面図。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 9055−4M H01L 29/78 655 F

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 P型の半導体基板表面に反対導電型の高
    耐圧素子部分の拡散領域を設け、該拡散領域を取り囲む
    ように複数のN型のガードリング拡散領域を備えたP型
    高耐圧半導体装置において、前記ガードリング拡散領域
    間及び前記反対導電型の拡散領域とガードリング拡散領
    域間に、前記半導体基板と同一導電型で、該基板の濃度
    よりも高い濃度の拡散領域を該基板の最大反転層幅以下
    の厚さに設けたことを特徴とする高耐圧半導体装置。
JP6310814A 1994-12-14 1994-12-14 高耐圧半導体装置 Pending JPH08167617A (ja)

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