JPH1187690A - 半導体素子 - Google Patents

半導体素子

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JPH1187690A
JPH1187690A JP24794497A JP24794497A JPH1187690A JP H1187690 A JPH1187690 A JP H1187690A JP 24794497 A JP24794497 A JP 24794497A JP 24794497 A JP24794497 A JP 24794497A JP H1187690 A JPH1187690 A JP H1187690A
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JP
Japan
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layer
type semiconductor
type
guard ring
semiconductor
Prior art date
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Application number
JP24794497A
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English (en)
Inventor
Mitsuru Hanakura
満 花倉
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力用の半導体素子を高耐圧化させる。 【解決手段】 半導体基板であるN-型ベース層1の下
面側にP型コレクタ層2を形成する。そして、前記N-
型ベース層1の上面側において、最外P型ウェル層4a
が形成される部分とP型ガードリング層9aが形成され
る部分(素子端部)とに、トレンチ溝10aをあらかじめ
形成する。P型ウェル層4を形成する部分と前記トレン
チ溝10aとを同時に熱処理によりP型拡散させて、そ
れぞれP型ウェル層4(最外P型ウェル層4aを含む)と
P型ガードリング層9aを形成すると、P型ウェル層4
よりも最外P型ウェル層4aとP型ガードリング層9a
とが深く形成される。そして、P型ウェル層4にソース
層5a,5bを各々形成し、最外P型ウェル層4aにソ
ース層5aを形成し、絶縁膜6,ゲート電極7,ソース
電極8をそれぞれ所定の位置に設けて、MOS制御トラ
ンジスタ20aが構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に電力分野に用
いられるMOS制御トランジスタ等の半導体素子に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】自己消弧型の半導体デバイスは、電力変
換が容易で種々の応用機器に使用されているが、電気エ
ネルギーを高効率利用するために高速動作が可能で低損
失なデバイスの開発が行われている。半導体デバイスの
うちMOS制御トランジスタは、高周波動作・低電力駆
動が可能な次世代の電力用半導体デバイスとして注目さ
れ、高耐圧・大電流化にする研究が行われている。
【0003】図11は、現在用いられているMOS制御
トランジスタの端部付近の断面構造を説明するための概
略図を示すものである。
【0004】図11において、符号1は半導体基板(例
えば、円盤状)であるN-型半導体のベース層(以下、N-
型ベース層と称する)、符号2は前記N-型ベース層1の
一方の主面側(以下、下面側と称する)に形成されたP型
半導体のコレクタ層(以下、P型コレクタ層と称する)を
示すものであり、P型コレクタ層2の表面にはドレイン
電極3が設けられる。
【0005】符号4は前記N-型ベース層1の他方の主
面側(以下、上面側と称する)に所定の間隔を隔てて(ス
リット状)所定の深さに形成されたP型半導体から成る
ウェル層、符号5a,5bは前記P型ウェル層4に形成
されたN型半導体から成るソース層(以下、N型ソース
層と称する)を示すものである。なお、符号4jは素子
の外周部に最も近いP型半導体から成るウェル層(以
下、最外P型ウェル層と称する)を示すものである。
【0006】符号6は絶縁膜を示すものであり、隣り合
うN型ソース層5a,5bとN-型ベース層1の隣り合
う両P型ウェル層4,4間とに沿って設けられている。
符号7は前記絶縁膜6に覆われたゲート電極を示すもの
であり、そのゲート電極7と前記絶縁膜6とにより絶縁
ゲート電極が形成される。符号8は、ゲート電極7とは
絶縁されP型ウェル層4の表面の一部とN型ソース層5
a,5bの表面の一部にわたって設けられたソース電極
を示すものである。N-型ベース層1,P型コレクタ層
2,ドレイン電極3,P型ウェル層4,N型ソース層5
a,5b,絶縁膜6,ゲート電極7,ソース電極8によ
りMOS制御トランジスタ部(以下、チャネル部と称す
る)Aが形成される。なお、符号21は単位MOS制御
トランジスタチャネル部(単位チャネル部)を示すもので
ある。
【0007】符号9jは、前記最外P型ウェル層4jの
外周側から所定の間隔を隔ててN型ベース層1の上面
側に複数個形成されるP型半導体から成る拡散層(以
下、P型ガードリング層と称する)を示すものである。
-型ベース層1,P型コレクタ層2,ドレイン電極
3,P型ガードリング層9jによりガードリングBを形
成する。
【0008】以上示したように、チャネル部Aとガード
リング部Bとから構成されたMOS制御トランジスタ2
0jは、他の電力用半導体素子と比較して変換効率が高
い。そのため、高圧大容量のMOS制御トランジスタ2
0jの作製が可能となれば、エネルギー応用分野におけ
る進歩が期待できる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図11に示したような
MOS制御トランジスタを高耐圧化させるにはベース領
域を厚く、かつガードリング部のP型ガードリング層を
深く形成することが考えられるが、そのP型ガードリン
グ層を深く形成する必要性として、以下に示す2つの理
由がある。
【0010】理由1;ガードリング部の電圧阻止能力が
向上する。
【0011】理由2;P型ガードリング層に形成される
空乏層を広げることが可能となる。
【0012】前記理由1において、接合の拡散深さ(曲
率/空乏層幅)の比が小さくなるほど(実際の耐圧/理論
耐圧)の比が小さくなるとされている。すなわち、素子
が高耐圧化になるほど空乏層が広くなり、それに伴い接
合の拡散深さを深くする必要性があることを示してい
る。ガードリング部に分担される電圧は素子全体にかか
る耐圧と比較して小さいが、P型ガードリング層1つ当
たりの電圧阻止能力が低い場合、必要なP型ガードリン
グ層の数が増えてしまい現実的ではない。前記理由2に
おいては、より多くのP型ガードリング層に電圧を分担
することができれば、その分だけ素子を高耐圧化にする
ことが容易となることを示している。
【0013】しかし、ガードリング部のP型ガードリン
グ層とチャネル部のP型ウェル層とは同時に拡散させて
形成されるため、それらP型ガードリング層の深さとP
型ウェル層との深さが同じになってしまう。また、拡散
は等方的な現象であるため、例えばP型ウェル層が深く
形成されると、そのP型ウェル層の幅も広くなってしま
う。ゆえに、単位チャネル部の面積が増加してしまい、
その単位チャネル部の個数が減少し、半導体素子の電流
容量を低下させてしまうことになる。
【0014】そこで、ガードリング部のP型ガードリン
グ層とチャネル部のP型ウェル層とをそれぞれ異なる熱
処理工程により形成する方法が考えられる。この方法に
より、図12に示すMOS制御トランジスタ20kのよ
うに、たとえガードリング部BのP型ガードリング層9
kが深く形成されても、トランジスタ部AのP型ウェル
層4の深さに影響を及ぼすことがなくなるが、熱処理工
程数が増えてしまう問題が生じる。なお、図12に示す
符号4kは、素子の高耐圧化のためにP型ガードリング
層9kと同じ深さに形成された最外P型ウェル層を示す
ものである。図13は、図12に示したMOS制御トラ
ンジスタ20kにおけるガードリング部Bを上面からみ
た1/4平面図を示すものである。図13に示すよう
に、N-型ベース層1の上面側に連続した(例えば、リン
グ状)P型ガードリング層9kが形成される。
【0015】通常、高耐圧の半導体素子におけるガード
リング部のP型ガードリング層を形成するためのP型拡
散は、1000℃以上の温度で数時間熱処理により行わ
れている。半導体素子は、高純度で結晶性の高い半導体
結晶ウェハーに対して種々の熱処理を行うことにより作
製されるため、その熱処理工程を経るにつれて前記半導
体結晶ウェハーの結晶性が損なわれてしまう。その結
果、半導体素子の性能を劣化させて歩留まりを低下させ
てしまう。また、熱処理工程数の増加に伴い、製造コス
トが上昇する問題が生じる。ゆえに、高性能で歩留まり
の高い半導体素子を作製するには、熱処理工程数を減ら
すことが重要となる。
【0016】本発明は、前記課題に基づいて成されたも
のであり、単位チャネル部の面積を縮小させることな
く、チャネル部のP型ウェル層の深さと比較してガード
リング部のP型ガードリング層を深く形成して高性能・
高耐圧化させたことを特徴とする半導体素子を提供する
ことにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るために、第1発明は半導体基板であるN型半導
体のベース層の一方の主面側にはP型半導体のコレクタ
層、その他方の主面側で中央部にはP型半導体のウェル
層を複数個それぞれ所定間隔を隔てて形成し、前記ウェ
ル層の両端にそれぞれN型半導体のソース層を形成し、
前記N型半導体のベース層の他方の主面側で外周部に
は、P型半導体のガードリング層が前記P型半導体のウ
ェル層から所定間隔を隔てて少なくとも一つ以上形成さ
れ、前記P型半導体のコレクタ層の表面にはドレイン電
極を設け、前記N型半導体のソース層と隣り合う2つの
P型半導体のウェル層間とに沿って絶縁ゲート電極をそ
れぞれ設けるとともに、前記絶縁ゲート電極を覆うよう
に前記N型半導体のベース層の他方の主面側で中央部に
ソース電極を設けた半導体素子において、前記P型半導
体のガードリング層には、あらかじめ半導体基板の表面
にエッチングにより同じ深さの溝を形成しておき、前記
P型半導体のウェル層と同じ熱処理によりP型半導体の
ガードリング層を拡散させて、P型半導体のウェル層よ
りP型半導体のガードリング層が深く形成されることを
特徴とする。
【0018】第2発明は、前記第1発明において、前記
ガードリング層は外周部に近づくにつれてそのガードリ
ング層の間隔が広くなることを特徴とする。
【0019】第3発明は、前記第1,2発明において、
前記ガードリング層は前記溝の底部から拡散させて形成
されることを特徴とする。
【0020】第4発明は、前記第1〜第3発明におい
て、前記溝は素子の外周部に近づくにつれて深さが浅く
なるように形成されることを特徴とする。
【0021】第5発明は、前記第1〜第4発明におい
て、前記溝は不連続に形成し、その不連続部分が隣り合
うガードリング層の不連続部分と重ならないように形成
したことを特徴とする。
【0022】第6発明は、半導体基板であるN型半導体
のベース層の一方の主面側にはP型半導体のコレクタ
層、その他方の主面側で中央部にはP型半導体のウェル
層を複数個それぞれ所定間隔を隔てて形成し、前記ウェ
ル層の両端にそれぞれN型半導体のソース層を形成し、
前記N型半導体のベース層の他方の主面側で外周部に
は、P型半導体のガードリング層が前記P型半導体のウ
ェル層から所定間隔を隔てて少なくとも一つ以上形成さ
れたガードリング部を構成し、前記P型半導体のコレク
タ層の表面にはドレイン電極を設け、前記N型半導体の
ソース層と隣り合う2つのP型半導体のウェル層間とに
沿って絶縁ゲート電極をそれぞれ設けるとともに、前記
絶縁ゲート電極を覆うように前記N型半導体のベース層
の他方の主面側で中央部にソース電極を設けた半導体素
子において、前記ガードリング部は、エッチングにより
段部を形成しそのエッチングした面にP型半導体のガー
ドリング層を形成して、P型半導体のウェル層よりP型
半導体のガードリング層が深く形成されることを特徴と
する。
【0023】第7発明は、前記第6発明において、前記
エッチングした面は、素子の外周部に近づくにつれて深
さが浅くなるように形成したことを特徴とする。
【0024】第8発明は、前記第6,7発明において、
前記ガードリング層を不連続に形成し、その不連続部分
が隣り合うガードリング層の不連続部分と重ならないよ
うに形成したことを特徴とする。
【0025】第9発明は、前記第1〜第8発明におい
て、前記ガードリング層に形成された溝に、フィールド
プレートを挿設し、そのガードリング層が形成された素
子の端部の表面を、半絶縁性膜と絶縁膜とから成る多層
膜で被覆したことを特徴とする。
【0026】第10発明は、前記第9発明において、前
記ガードリング層のうち素子の外周部に最も近いガード
リング層の外周側にN型半導体の拡散層を形成し、この
N型半導体の拡散層に形成された溝にプレートを挿設し
たことを特徴とする。
【0027】第11発明は、前記第1〜第10発明にお
いて、前記N型半導体のベース層とP型半導体のコレク
タ層との間にNバッファ層を設けた構造にしたことを特
徴とする。
【0028】第12発明は、前記第11発明において、
前記N型半導体のベース層または前記Nバッファ層とP
型半導体のコレクタ層に設けられたドレイン電極とに、
N型半導体の短絡層を設けたことを特徴とする。
【0029】第13発明は、半導体基板であるN型半導
体のベース層の一方の主面側にはP型半導体のコレクタ
層、その他方の主面側で中央部にはP型半導体のウェル
層を複数個それぞれ所定間隔を隔てて形成し、前記ウェ
ル層の両端にそれぞれN型半導体のソース層を形成し、
前記N型半導体のベース層の他方の主面側で外周部に、
P型半導体のガードリング層が前記P型半導体のウェル
層から所定間隔を隔てて少なくとも一つ以上形成された
ガードリング部を構成し、前記P型半導体のコレクタ層
の表面にはドレイン電極を設け、前記N型半導体のソー
ス層と隣り合う2つのP型半導体のウェル層間とに沿っ
て絶縁ゲート電極をそれぞれ設けるとともに、前記絶縁
ゲート電極を覆うように前記N型半導体のベース層の他
方の主面側で中央部にソース電極を設けた半導体素子に
おいて、前記P型半導体のウェル層と前記ガードリング
部との間にダイオードを設け、そのダイオードと前記P
型半導体のウェル層との間には、前記P型半導体のガー
ドリング層を有する分離部を設けたことを特徴とする。
【0030】第14発明は、前記第13発明中の分離部
あるいはガードリング部に前記第1〜第10発明のいず
れかを適用させたことを特徴とする。
【0031】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、図11〜図13と同様なも
のには、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【0032】図1は、本発明の実施の第1形態における
MOS制御トランジスタの一部分の断面構造を説明する
ための概略図を示すものである。図1において、半導体
基板であるN-型ベース層1の下面側にP型コレクタ層
2を形成する。そして、前記N-型ベース層1の上面側
において、後述する最外P型ウェル層4aが形成される
部分とP型ガードリング層9aが形成される部分(素子
端部)とに、図示しないマスク酸化膜を用いてトレンチ
エッチング等により溝(トレンチ溝)10aをあらかじめ
形成する。
【0033】P型ウェル層4を形成する部分と前記トレ
ンチ溝10aとを同時に熱処理によりP型拡散させて、
それぞれP型ウェル層4(最外P型ウェル層4aを含む)
とP型ガードリング層9aとを形成すると、P型ウェル
層4よりも最外P型ウェル層4aとP型ガードリング層
9aとが深く形成される。
【0034】そして、図11に示すMOS制御トランジ
スタ20jのように、P型ウェル層4にN型ソース層5
a,5bを各々形成し、最外P型ウェル層4aにN型ソ
ース層5aを形成し、絶縁膜6,ゲート電極7,ソース
電極8をそれぞれ所定の位置に設けて、素子中央部がチ
ャネル部A、素子外周部がガードリング部Bから成るM
OS制御トランジスタ20aが構成される。
【0035】前記熱処理において、トレンチエッチング
した際に用いたマスク酸化膜を使用することができるた
め、余分な酸化膜形成工程数を削減することができる。
なお、図1に示す各々のP型ガードリング層9aの間隔
は等間隔に記載されているが、その間隔を例えば素子の
外周部に近くなるにつれて広げるような不等間隔にして
作製したMOS制御トランジスタにおいても、本実施の
第1形態は有効である。
【0036】図2は、図1に示すMOS制御トランジス
タ20aのガードリング部Bの1/4平面図を示すもの
である。図2に示すように、前記トレンチ溝10aは連
続した溝(リング状)に形成され、そのトレンチ溝10a
をP型拡散することにより、P型ガードリング層9aが
形成される。
【0037】図3は、本発明の実施の第2形態における
MOS制御トランジスタの一部分の断面構造を説明する
ための概略図を示すものである。図3において、実施の
第1形態と同じくN-型ベース層1の下面側にP型コレ
クタ層2を形成する。そして、N-型ベース層1の上面
側において、あらかじめ最外P型ウェル層4bが形成さ
れる部分とP型ガードリング層9bが形成される部分
(素子端部)とに、マスク酸化膜を用いてトレンチエッチ
ングしてトレンチ溝10bを形成する。
【0038】P型ウェル層4を設ける部分とトレンチ溝
10bの底部とを同時に熱処理によりP型拡散させて、
それぞれP型ウェル層4(最外P型ウェル層4bを含む)
とP型ガードリング層9bを形成する。以下、実施の第
1形態同様に、P型ウェル層4にN型ソース層5a,5
b、最外P型ウェル層4bにN型ソース層5aをそれぞ
れ形成し、絶縁膜6,ゲート電極7,ソース電極8をそ
れぞれ所定の位置に設けて、素子中央部がチャネル部
A、素子外周部がガードリング部Bから成るMOS制御
トランジスタ20bが構成される。
【0039】トレンチ溝10bの底部から拡散させたこ
とにより、実施の第1形態と比較して、P型ガードリン
グ層9bの幅を狭くすることができるため、その狭くし
た分だけガードリング部Bの有効面積を改善することが
できる。
【0040】図4は、実施の第3形態におけるMOS制
御トランジスタの一部分の断面構造を説明するための概
略図を示すものである。図4において、実施の第1形態
と同じく、N-型ベース層1の下面側にP型コレクタ層
2を形成する。N-型半導体基板1の上面側において、
あらかじめ最外P型ウェル層4cが形成される部分とP
型ガードリング層9cが形成される部分とをトレンチエ
ッチングして、トレンチ溝10cを形成する。その際、
前記トレンチ溝10cの深さが、素子の外周部に近くな
るにつれて浅くなるようにトレンチエッチングする。
【0041】そして、P型ウェル層4を設ける部分とト
レンチ溝10cとを同時に熱処理によりP型拡散させ
て、それぞれP型ウェル層4(最外P型ウェル層4cを
含む)とP型ガードリング層9cを形成する。以下、実
施の第1形態同様に、P型ウェル層4にN型ソース層5
a,5bを各々形成し、最外P型ウェル層4cにN型ソ
ース層5aを形成し、絶縁膜6,ゲート電極7,ソース
電極8をそれぞれ所定の位置に設けて、素子中央部がチ
ャネル部A、素子外周部がガードリング部Bから成るM
OS制御トランジスタ20cが構成される。
【0042】素子を耐圧印加させると、P型ウェル層4
に生じる空乏層の幅は素子の外周部に近くなるにつれて
実質的に狭くなるとともに、P型ガードリング層9cに
広がる空乏層の幅も素子の外周部に近くなるにつれて実
質的に狭くなる。本実施の第3形態のようにP型ガード
リング層9cの深さを素子の外周部に近くなるにつれて
逐次浅くなるように形成することにより、電界緩和効果
が向上して素子をより高耐圧化させることが可能とな
る。
【0043】図5は、本発明の実施の第4形態における
MOS制御トランジスタの一部分の断面構造を説明する
ための概略図を示すものである。図5において、N-
ベース層1の上面側にトレンチ溝を形成する代わりに、
あらかじめN-型ベース層1の上面における最外P型ウ
ェル層4dが形成される部分から素子外周部にかけてト
レンチエッチングして、最外P型ウェル層4dに段部1
0dを形成する。
【0044】そして、P型ウェル層4を形成する部分と
P型ガードリング層9dを形成する部分とを同時に熱処
理してP型拡散させて、それぞれP型ウェル層4(最外
P型ウェル層4dを含む)とP型ガードリング層9dを
形成する。以下、実施の第1形態同様に、P型ウェル層
4にN型ソース層5a,5bを各々形成し、最外P型ウ
ェル層4dにN型ソース層5aを形成し、絶縁膜6,ゲ
ート電極7,ソース電極8をそれぞれ所定の位置に設け
て、素子中央部がチャネル部A、素子外周部がガードリ
ング部Bから成るMOS制御トランジスタ20dが構成
される。
【0045】前記トレンチエッチングで用いたマスク酸
化膜を前記熱処理で共用することはできないが、例えば
実施の第1形態のようにトレンチ溝10aとP型ガード
リング層9aに対してマスク酸化膜を微細に重ね合わせ
る必要がなくなる利点がある。
【0046】図6は、本発明の実施の第5形態における
MOS制御トランジスタの一部分の断面構造を説明する
ための概略図を示すものである。図6において、N-
ベース層1の上面側にトレンチ溝を形成する代わりに、
最外P型ウェル層4eが形成される部分から素子外周部
にかけて、かつ素子外周部に近くなるにつれて浅くトレ
ンチエッチングして、最外P型ウェル層4eに段部11
eを形成する。
【0047】そして、P型ウェル層4(最外P型ウェル
層4eを含む)が形成される部分とP型ガードリング層
9eが形成される部分とを同時に熱処理してP型拡散さ
せて、それぞれP型ウェル層4(最外P型ウェル層4e
を含む)とP型ガードリング層9eを形成する。以下、
実施の第1形態同様に、P型ウェル層4にN型ソース層
5a,5bを各々形成し、最外P型ウェル層4eにN型
ソース層5aを形成し、絶縁膜6,ゲート電極7,ソー
ス電極8をそれぞれ所定の位置に設けて、素子中央部が
チャネル部A、素子外周部がガードリング部Bから成る
MOS制御トランジスタ20eが構成される。
【0048】以上示したように本実施の第5形態におい
て、P型ガードリング層9eが素子外周部に近くなるに
つれて浅くなるように形成されるため、前記実施の第3
形態同様に電界緩和効果が向上して素子をより高耐圧化
させることが可能となる。
【0049】半導体素子を製造する際、ナトリウムイオ
ン等の可動イオンが素子表面に付着することが知られて
いる。その可動イオンの影響により、耐圧印加時の素子
表面近辺における空乏層の形状が変化して、素子の耐圧
を不安定にさせてしまう問題が生じる。前記可動イオン
の影響を緩和させる方法として、フィールドプレート構
造およびSIPOS構造等が一般的に知られている。そ
こで、本発明の実施の第6形態により、フィールドプレ
ート構造およびSIPOS構造等を組み合わせたものを
用いて構成したMOS制御トランジスタを下記の図7に
基づいて説明する。
【0050】図7は、本発明の実施の第6形態における
MOS制御トランジスタの一部分の断面構造を説明する
ための概略図を示すものである。図7において、まず実
施の第1形態同様に、N-型ベース層1の下面側にP型
コレクタ層2を形成する。N-型ベース層1の上面側に
おいて、あらかじめ最外P型ウェル層4fが形成される
部分とP型ガードリング層9fが形成される部分とにト
レンチ溝10fを形成する。
【0051】そして、P型ウェル層4(最外P型ウェル
層fを含む)が形成される部分とP型ガードリング層9
fが形成される部分とを同時に熱処理してP型拡散させ
て、それぞれP型ウェル層4(最外P型ウェル層4fを
含む)とP型ガードリング層9fとを形成する。そし
て、前記実施の第1形態のMOS制御トランジスタ20
aのように、素子中央部において、P型ウェル層4にN
型ソース層5a,5bを各々形成し、最外P型ウェル層
4aにN型ソース層5aを形成し、絶縁膜6,ゲート電
極7,ソース電極8をそれぞれ所定の位置に設ける。
【0052】素子の外周部に最も近いP型ガードリング
層(以下、最外P型ガードリング層と称する)6f1の外
周側には、空乏層の広がりを制御するためのN型拡散層
12を形成する。次に、最外P型ウェル層4fの表面の
中央部付近から素子外周部にかけて酸化膜等の絶縁膜1
3を被覆し、後述するフィールドプレート14,後述す
るプレート15を設ける部分に対して前記絶縁膜13を
エッチングする。
【0053】前記トレンチ溝10fには、印加電界によ
り素子表面の性質を制御する金属電極から成る断面L字
形状のフィールドプレート14を設ける。前記N型拡散
層12には、空乏層の広がりを制御する断面L字形状の
プレート15を設ける。前記プレート15により、空乏
層の広がりによる素子の耐圧の劣化を防ぐことができ
る。なお前記プレート15には、等電位リング(Equi Po
tential Ring)を用いることが好ましい。そして、前記
フィールドプレート14,プレート15を覆うように、
前記絶縁膜13にシリコン窒化膜等の半絶縁膜とシリコ
ン酸化膜等の絶縁膜とから成る多層膜16を被覆してM
OS制御トランジスタ20fを構成する。
【0054】このようにMOS制御トランジスタ20f
を構成することにより、素子表面の可動イオンの耐圧に
より起こる素子の劣化を防ぐことができ、その素子を高
信頼性化させることができる。
【0055】図8は、本発明の実施の第7形態における
MOS制御トランジスタのガードリング部の1/4平面
図を示すものである。図8において、N-型ベース層1
の上面側、かつ最外P型ウェル層4gおよびその外周側
には、不連続にトレンチ溝10gを形成する。なお、不
連続に形成された前記トレンチ溝10gは、後述するP
型ガードリング層9gのトレンチ溝10gと重ならない
ように形成される。すなわち、各々のトレンチ溝10g
が放射方向に見て重ならないように形成される。そし
て、図2に示す最外P型ウェル層4aとP型ガードリン
グ層9aとを形成するように、最外P型ウェル層4gお
よびその外周側をP型拡散して最外P型ウェル層4gと
P型ガードリング層9gを形成する。
【0056】このように各々のトレンチ溝10gが放射
方向に見て重ならないように形成したことにより、前記
実施の第1形態におけるMOS制御トランジスタ20a
と同様に耐圧印加時における素子の端面電界緩和効果が
得られるとともに、トレンチ溝を形成したことにより発
生する応力(半導体ウェハーを変形させる原因となる力)
を、MOS制御トランジスタ20aと比較して約半分に
低減させることができる。なお、本実施の第7形態を、
前記実施の第2,第4,第6形態に対して適用できるこ
とが確認されている。
【0057】図9は、本発明の実施の第8形態における
MOS制御トランジスタのガードリング部Bの1/4平
面図を示すものである。図9において、前記実施の第4
形態に示すようにN-型ベース層1の上面側、かつ最外
P型ウェル層4hの外周側をトレンチエッチングして、
最外P型ウェル層4hに段部11hを形成し、P型ガー
ドリング層9hを不連続に形成する。なお、不連続に形
成された前記P型ガードリング層9hは、隣り合うP型
ガードリング層9hと重ならないように形成される。す
なわち、各々のP型ガードリング層9hが放射方向に見
て重ならないように形成される。
【0058】このように、各々のP型ガードリング層9
hが放射方向に見て重ならないように形成したことによ
り、前記実施の第1形態におけるMOS制御トランジス
タ20aおよび第7形態におけるMOS制御トランジス
タと同様に耐圧印加時における素子の端面電界緩和効果
が得られるとともに、P型ガードリング層9hを形成す
る際のP型拡散により発生するP型不純物による半導体
素子の結晶歪みを、MOS制御トランジスタ20aおよ
び第7形態におけるMOS制御トランジスタと比較して
約半分に低減させることができる。
【0059】以上、本実施の第1〜第8形態に示したガ
ードリング層はリング状であるが、矩形状の素子のコー
ナー部に対して曲率を有する矩形状のガードリング層を
形成する際に本実施の第1〜第8形態を適用することが
できる。また、N-型ベース層にNバッファ層を付加し
た構造,P型コレクタ層とN-型ベース層が短絡されて
いる構造の素子や、ガードリング部を構成する電力用ダ
イオードにおいても前記実施の第1〜8形態を適用でき
ることは明らかである。
【0060】図10は、本発明の実施の第9形態におけ
るMOS制御トランジスタとダイオードとを組み合わせ
た半導体素子の一部分の断面構造を説明するための概略
図を示すものである。図10において、本実施の形態に
おける半導体素子は、その素子の中央部から端部にかけ
て、チャネル部A,分離部C,ダイオード部D,ガード
リング部Bにより構成され、前記分離部Cをガードリン
グが設けられた構造にすることにより、チャネル部Aの
P型ウェル層とダイオード部DのP型アノード層とを分
離したものである。
【0061】まず、半導体基板であるN-型ベース層1
の下面側にP型コレクタ層2を形成する。前記N-型ベ
ース層1の上面側において、分離部Cとガードリング部
Bを構成する部分にトレンチエッチングによりトレンチ
溝10iを形成してから、N-型ベース層1の上面側を
同時に熱処理により拡散させて、チャネル部Aを構成す
る部分にP型ウェル層4を、分離部Cを構成する部分に
P型ガードリング層9iを、ダイオード部Dを構成する
部分にP型アノード層17を、ガードリング部Bを構成
する部分にP型ガードリング層9iをそれぞれ形成す
る。なお、チャネル部Aを構成する部分に形成された各
P型ウェル層4(最外P型ウェル層4iを含む)には、そ
れぞれN型ソース層5a,5bが形成される。
【0062】そして、前記P型コレクタ層2にはMOS
制御トランジスタのドレイン電極とダイオードのカソー
ド電極とを兼ねる共通電極18を、P型アノード層17
にはアノード電極19をそれぞれ設ける。以下、実施の
第1形態同様に、P型ウェル層4にN型ソース層5a,
5bを各々形成し、最外P型ウェル層4eにN型ソース
層5aを形成し、絶縁膜6,ゲート電極7,ソース電極
8をそれぞれ所定の位置に設けて、チャネル部A,分離
部C,ダイオード部D,ガードリング部Bから成るMO
S制御トランジスタとダイオードとを組み合わせた半導
体素子20iが構成される。
【0063】
【発明の効果】以上示したように本発明によれば、MO
S制御トランジスタのチャネル部の単位面積を損なうこ
となく、高耐圧に適したガードリング層とウェル層とを
同じ熱処理により拡散させて形成することができるた
め、結晶欠陥が比較的少ない、かつ高耐圧・高性能で歩
留まりの高い素子を得ることができる。また、熱処理工
程数を削減することができるため、製造コストを低減さ
せて経済的に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態におけるMOS制御ト
ランジスタの一部分の断面構造を説明するための概略
図。
【図2】図1に示すMOS制御トランジスタのガードリ
ング部の1/4平面図。
【図3】本発明の実施の第2形態におけるMOS制御ト
ランジスタの一部分の断面構造を説明するための概略
図。
【図4】本発明の実施の第3形態におけるMOS制御ト
ランジスタの一部分の断面構造を説明するための概略
図。
【図5】本発明の実施の第4形態におけるMOS制御ト
ランジスタの一部分の断面構造を説明するための概略
図。
【図6】本発明の実施の第5形態におけるMOS制御ト
ランジスタの一部分の断面構造を説明するための概略
図。
【図7】本発明の実施の第6形態におけるMOS制御ト
ランジスタの一部分の断面構造を説明するための概略
図。
【図8】本発明の実施の第7形態におけるMOS制御ト
ランジスタのガードリング部の1/4平面図。
【図9】本発明の実施の第8形態におけるMOS制御ト
ランジスタのガードリング部の1/4平面図。
【図10】本発明の実施の第9形態におけるMOS制御
トランジスタとダイオードとを組み合わせた半導体素子
の一部分の断面構造を説明するための概略図。
【図11】従来周知のMOS制御トランジスタの一部分
の断面構造を説明するための概略図。
【図12】P型ウェル層の深さとP型ガードリング層の
深さとが異なる従来周知のMOS制御トランジスタの一
部分の断面構造を説明するための概略図。
【図13】図12に示すMOS制御トランジスタのガー
ドリング部の1/4平面図。
【符号の説明】
1…N-型ベース層(半導体基板) 2…P型コレクタ層 3…ドレイン電極 4…P型ウェル層 4a〜4k…最外P型ウェル層 5a,5b…N型ソース層 6…絶縁膜 7…ゲート電極 8…ソース電極 9a〜9i…P型ガードリング層 10a〜10c,10f,10g,10i…トレンチ溝 11d,11e,11h…段部 12…N型拡散層 13…絶縁膜 14…フィールドプレート 15…プレート 16…多層膜 17…P型アノード層(ダイオード部D) 18…共通電極(SIトランジスタとダイオード) 19…アノード電極(ダイオード) 20a〜20f,20j,20k…MOS制御トランジ
スタ 20i…MOS制御トランジスタとダイオードとを組み
合わせた半導体素子 21…単位MOS制御トランジスタチャネル部 A…チャネル部 B…ガードリング部 C…分離部 D…ダイオード部

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板であるN型半導体のベース層
    の一方の主面側にはP型半導体のコレクタ層、その他方
    の主面側で中央部にはP型半導体のウェル層を複数個そ
    れぞれ所定間隔を隔てて形成し、前記ウェル層の両端に
    それぞれN型半導体のソース層を形成し、 前記N型半導体のベース層の他方の主面側で外周部に
    は、P型半導体のガードリング層が前記P型半導体のウ
    ェル層から所定間隔を隔てて少なくとも一つ以上形成さ
    れ、 前記P型半導体のコレクタ層の表面にはドレイン電極を
    設け、前記N型半導体のソース層と隣り合う2つのP型
    半導体のウェル層間とに沿って絶縁ゲート電極をそれぞ
    れ設けるとともに、前記絶縁ゲート電極を覆うように前
    記N型半導体のベース層の他方の主面側で中央部にソー
    ス電極を設けた半導体素子において、前記P型半導体の
    ガードリング層には、あらかじめ半導体基板の表面にエ
    ッチングにより同じ深さの溝を形成しておき、前記P型
    半導体のウェル層と同じ熱処理によりP型半導体のガー
    ドリング層を拡散させて、P型半導体のウェル層よりP
    型半導体のガードリング層が深く形成されることを特徴
    とする半導体素子。
  2. 【請求項2】 前記ガードリング層は、外周部に近づく
    につれてそのガードリング層の間隔が広くなることを特
    徴とする請求項1記載の半導体素子。
  3. 【請求項3】 前記ガードリング層は、前記溝の底部か
    ら拡散させて形成されることを特徴とする請求項1,2
    記載の半導体素子。
  4. 【請求項4】 前記溝は、素子の外周部に近づくにつれ
    て深さが浅くなるように形成されることを特徴とする請
    求項1〜3記載の半導体素子。
  5. 【請求項5】 前記溝は不連続に形成し、その不連続部
    分が隣り合うガードリング層の不連続部分と重ならない
    ように形成したことを特徴とする請求項1〜4記載の半
    導体素子。
  6. 【請求項6】 半導体基板であるN型半導体のベース層
    の一方の主面側にはP型半導体のコレクタ層、その他方
    の主面側で中央部にはP型半導体のウェル層を複数個そ
    れぞれ所定間隔を隔てて形成し、前記ウェル層の両端に
    それぞれN型半導体のソース層を形成し、 前記N型半導体のベース層の他方の主面側で外周部に
    は、P型半導体のガードリング層が前記P型半導体のウ
    ェル層から所定間隔を隔てて少なくとも一つ以上形成さ
    れたガードリング部を構成し、 前記P型半導体のコレクタ層の表面にはドレイン電極を
    設け、前記N型半導体のソース層と隣り合う2つのP型
    半導体のウェル層間とに沿って絶縁ゲート電極をそれぞ
    れ設けるとともに、前記絶縁ゲート電極を覆うように前
    記N型半導体のベース層の他方の主面側で中央部にソー
    ス電極を設けた半導体素子において、 前記ガードリング部は、エッチングにより段部を形成し
    そのエッチングした面にP型半導体のガードリング層を
    形成して、P型半導体のウェル層よりP型半導体のガー
    ドリング層が深く形成されることを特徴とする半導体素
    子。
  7. 【請求項7】 前記エッチングした面は、素子の外周部
    に近づくにつれて深さが浅くなるように形成したことを
    特徴とする請求項6記載の半導体素子。
  8. 【請求項8】 前記ガードリング層を不連続に形成し、
    その不連続部分が隣り合うガードリング層の不連続部分
    と重ならないように形成したことを特徴とする請求項
    6,7記載の半導体素子。
  9. 【請求項9】 前記ガードリング層に形成された溝に、
    フィールドプレートを挿設し、そのガードリング層が形
    成された素子の端部の表面を、半絶縁性膜と絶縁膜とか
    ら成る多層膜で被覆したことを特徴とする請求項1〜8
    記載の半導体素子。
  10. 【請求項10】 前記ガードリング層のうち素子の外周
    部に最も近いガードリング層の外周側にN型半導体の拡
    散層を形成し、このN型半導体の拡散層に形成された溝
    にプレートを挿設したことを特徴とする請求項9記載の
    半導体素子。
  11. 【請求項11】 前記N型半導体のベース層とP型半導
    体のコレクタ層との間にNバッファ層を設けた構造にし
    たことを特徴とする請求項1〜10記載の半導体素子。
  12. 【請求項12】 前記N型半導体のベース層または前記
    Nバッファ層とP型半導体のコレクタ層に設けられたド
    レイン電極とに、N型半導体の短絡層を設けたことを特
    徴とする請求項11記載の半導体素子。
  13. 【請求項13】 半導体基板であるN型半導体のベース
    層の一方の主面側にはP型半導体のコレクタ層、その他
    方の主面側で中央部にはP型半導体のウェル層を複数個
    それぞれ所定間隔を隔てて形成し、前記ウェル層の両端
    にそれぞれN型半導体のソース層を形成し、 前記N型半導体のベース層の他方の主面側で外周部に、
    P型半導体のガードリング層が前記P型半導体のウェル
    層から所定間隔を隔てて少なくとも一つ以上形成された
    ガードリング部を構成し、 前記P型半導体のコレクタ層の表面にはドレイン電極を
    設け、前記N型半導体のソース層と隣り合う2つのP型
    半導体のウェル層間とに沿って絶縁ゲート電極をそれぞ
    れ設けるとともに、前記絶縁ゲート電極を覆うように前
    記N型半導体のベース層の他方の主面側で中央部にソー
    ス電極を設けた半導体素子において、 前記P型半導体のウェル層と前記ガードリング部との間
    にダイオードを設け、そのダイオードと前記P型半導体
    のウェル層との間には、前記P型半導体のガードリング
    層を有する分離部を設けたことを特徴とする半導体素
    子。
  14. 【請求項14】 前記分離部あるいはガードリング部に
    前記請求項1〜10のいずれかを適用させたことを特徴
    とする請求項13記載の半導体素子。
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