JPS5817676A - 高耐圧プレ−ナ型半導体装置 - Google Patents
高耐圧プレ−ナ型半導体装置Info
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- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
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- H01L29/861—Diodes
- H01L29/8611—Planar PN junction diodes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は高耐圧のプレーナ型半導体装置に関する。
一般にプレーナ型の半導体装置は、メサ型に比べて耐圧
が低い、これは、牛導体基体表面部のPN接合が、主と
して電界の集中によ抄、基体内部のpM接合の降伏電圧
より低い電圧で降伏することによる。プレーナ型の半導
体装置の耐圧向上を図る従来技術として、フィールドプ
レート構造やガードリング構造が知られている。
が低い、これは、牛導体基体表面部のPN接合が、主と
して電界の集中によ抄、基体内部のpM接合の降伏電圧
より低い電圧で降伏することによる。プレーナ型の半導
体装置の耐圧向上を図る従来技術として、フィールドプ
レート構造やガードリング構造が知られている。
最も単純なPNダイオードの場合を例にとって、フィー
ルドプレート構造を第1図に、ガードリング構造を第2
図に示す、これらの図において、1はn型半導体基体、
2はその表面部く形成されたp型拡散層、3は5in2
等の絶縁膜、4はアノード電極、5はカンード電極であ
る。第1図の構造では、アノード電極4と一体的に形成
されたフィールドプレート6が、p+型型数散層2外側
の絶縁膜S上に延長して配設されている。
ルドプレート構造を第1図に、ガードリング構造を第2
図に示す、これらの図において、1はn型半導体基体、
2はその表面部く形成されたp型拡散層、3は5in2
等の絶縁膜、4はアノード電極、5はカンード電極であ
る。第1図の構造では、アノード電極4と一体的に形成
されたフィールドプレート6が、p+型型数散層2外側
の絶縁膜S上に延長して配設されている。
このような構造とすれば、逆バイパスを印加したときに
半導体基体1に伸びる空乏層は破線で示すようKなる。
半導体基体1に伸びる空乏層は破線で示すようKなる。
即ちPN接合の基体表面部での電界強度がフィールドプ
レート6の働きで緩和される結果、耐圧が高いものとな
る。第2図の場合には、p”型拡散層2を取り囲むよう
y p+型ガードリング層7を設けている。この構造で
は、逆バイアスを印加したときに空乏層がガードリング
層7に到達するとガードリング層1が一定の電圧を負担
して拡散層2とガードリング層10間の電界が一定値に
抑えられ、それ以上の電界はガードリング層7より更に
外側に空乏層を伸ばすのに費やされる結果、やはり電界
集中が緩和されて耐圧が高いものとなる。ガードリング
層は1個に限らず、必要に応じて複数個設けられる。
レート6の働きで緩和される結果、耐圧が高いものとな
る。第2図の場合には、p”型拡散層2を取り囲むよう
y p+型ガードリング層7を設けている。この構造で
は、逆バイアスを印加したときに空乏層がガードリング
層7に到達するとガードリング層1が一定の電圧を負担
して拡散層2とガードリング層10間の電界が一定値に
抑えられ、それ以上の電界はガードリング層7より更に
外側に空乏層を伸ばすのに費やされる結果、やはり電界
集中が緩和されて耐圧が高いものとなる。ガードリング
層は1個に限らず、必要に応じて複数個設けられる。
ところで第2図の構造では、絶縁膜S上に負の電荷が付
着した場合に基体1表面にチャネルが形成され、ガード
リング層1の機能が低下するという欠点がある。また絶
縁膜s上に付着される電荷が一定な量でない為、チャネ
ル度合が一定でなく空乏層の広がりが不安定である。こ
のような不安定性を解決する構造として、第3図に示す
ものが提案されている(特公昭49−36513号公報
)。これはガードリング層1(ym、y鵞 )t−設け
ると共に1これらガードリング層IKそれぞれコンタク
トして拡散層2側に延在するように電極Ji(8s
$81 )t−絶縁膜3上罠配設したものである。この
ような構造とすれば、逆バイアスが印加されたとき前述
のようにガードリング層1が所定電圧を負担して表面部
の電界集中が防止され、しかも電極818寓がそれぞれ
ガードリング層71y71と同電位に保たれて基体1表
面部のチャネル形成が防止され、且つ絶縁膜上への電荷
の付着による影響がなくなる結果、安定した高耐圧特性
が実現される。
着した場合に基体1表面にチャネルが形成され、ガード
リング層1の機能が低下するという欠点がある。また絶
縁膜s上に付着される電荷が一定な量でない為、チャネ
ル度合が一定でなく空乏層の広がりが不安定である。こ
のような不安定性を解決する構造として、第3図に示す
ものが提案されている(特公昭49−36513号公報
)。これはガードリング層1(ym、y鵞 )t−設け
ると共に1これらガードリング層IKそれぞれコンタク
トして拡散層2側に延在するように電極Ji(8s
$81 )t−絶縁膜3上罠配設したものである。この
ような構造とすれば、逆バイアスが印加されたとき前述
のようにガードリング層1が所定電圧を負担して表面部
の電界集中が防止され、しかも電極818寓がそれぞれ
ガードリング層71y71と同電位に保たれて基体1表
面部のチャネル形成が防止され、且つ絶縁膜上への電荷
の付着による影響がなくなる結果、安定した高耐圧特性
が実現される。
しかしながら、第3図の構造は、例えdオン抵抗を小さ
くするために1基体1を抵抗(18Ω−d以下)として
耐圧数100v程度の素子を実現する場合に次のような
不都合が生じる。
くするために1基体1を抵抗(18Ω−d以下)として
耐圧数100v程度の素子を実現する場合に次のような
不都合が生じる。
即ち、基体1を低抵抗とした場合、逆バイアスを印加し
たときに拡散層2から基体1内へ伸びる空乏層の伸び方
が小さくなり、所望の耐圧が得られない、また空乏層の
伸び方が小さいから、逆バイアス電圧が破壊電圧に達す
る前に拡散層2からの空乏層をガードリング層1に到達
させるためKは、拡散層2とガードリング層1の間隔を
小さくしなければならず、同様にガードリング層相互間
の間隔も小さくしなければならず、製造が困難となシ、
あるいは製造歩留りが低下する。
たときに拡散層2から基体1内へ伸びる空乏層の伸び方
が小さくなり、所望の耐圧が得られない、また空乏層の
伸び方が小さいから、逆バイアス電圧が破壊電圧に達す
る前に拡散層2からの空乏層をガードリング層1に到達
させるためKは、拡散層2とガードリング層1の間隔を
小さくしなければならず、同様にガードリング層相互間
の間隔も小さくしなければならず、製造が困難となシ、
あるいは製造歩留りが低下する。
一方、二重拡散法を用いてベース層とソース層を形成す
る高耐圧縦型MO8FETにおいては、ソース電極とゲ
ート電極を層間絶縁膜を介して2層に重ねることが行わ
れる。この場合、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を用
い、下層の電極として多結晶シリコン膜を用いるのが一
般的である。しかしながら、多結晶シリコン電極はAA
等の金属電極に比べて比抵抗が大きく、高周波動作がで
きない、そこで最近は、ボリイ電ド等の樹脂を層間絶縁
膜として金属電極を2層に重ねることが行われている。
る高耐圧縦型MO8FETにおいては、ソース電極とゲ
ート電極を層間絶縁膜を介して2層に重ねることが行わ
れる。この場合、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を用
い、下層の電極として多結晶シリコン膜を用いるのが一
般的である。しかしながら、多結晶シリコン電極はAA
等の金属電極に比べて比抵抗が大きく、高周波動作がで
きない、そこで最近は、ボリイ電ド等の樹脂を層間絶縁
膜として金属電極を2層に重ねることが行われている。
ところが、樹脂は電荷を多く含むため、この構造全電荷
の影響を受は易いガードリング構造のものに適用するこ
とは難しい。
の影響を受は易いガードリング構造のものに適用するこ
とは難しい。
この発明は上記の点Kmみ、数100V程度の高耐圧と
低いオン抵抗を歩留りよく実現でき、電荷の影響を受け
ず安定した特性が得られる構造の高耐圧プレーナ型半導
体装置を提供するものである。
低いオン抵抗を歩留りよく実現でき、電荷の影響を受け
ず安定した特性が得られる構造の高耐圧プレーナ型半導
体装置を提供するものである。
この発明においては、第1に、ガードリング構造とフィ
ールドプレート構造を組合せる。この場合、フィールド
プレートは拡散層に対して設けるだけでなく、その周囲
に形成したガードリング層に対しても設ける。即ちこの
発明に係る半導体装置は、第1導電型の半導体層の表面
に選択的に形成された第2導電型の拡散層を有し、この
拡散層を取シ囲むように前記半導体層の表面に第2導電
屋のガードリング層が少くとも1個設けられたプレーナ
構造において、前記拡散層の外側の表面絶縁膜上に拡散
層と同電位に保たれる導電体層からなるフィールドプレ
ートを配設すると共に、前記ガードリング層の外側の表
面絶縁膜上にガードリング層と同電位に保たれる導電体
層からなるフィールドプレートを配設し友ことt−@1
の特徴とする。第2K。
ールドプレート構造を組合せる。この場合、フィールド
プレートは拡散層に対して設けるだけでなく、その周囲
に形成したガードリング層に対しても設ける。即ちこの
発明に係る半導体装置は、第1導電型の半導体層の表面
に選択的に形成された第2導電型の拡散層を有し、この
拡散層を取シ囲むように前記半導体層の表面に第2導電
屋のガードリング層が少くとも1個設けられたプレーナ
構造において、前記拡散層の外側の表面絶縁膜上に拡散
層と同電位に保たれる導電体層からなるフィールドプレ
ートを配設すると共に、前記ガードリング層の外側の表
面絶縁膜上にガードリング層と同電位に保たれる導電体
層からなるフィールドプレートを配設し友ことt−@1
の特徴とする。第2K。
この発明においては、2層構造とする電極の層間絶縁膜
としてポリイミド等の樹脂を用いたことt%像としてい
る。
としてポリイミド等の樹脂を用いたことt%像としてい
る。
次にこの発明を耐圧450V以上、オン抵抗0.3Ω以
下の縦型DM08 FIT K適用した実施例について
具体的に説明する。第4図にその構造を示す、Iノはド
レイン領域となる低比抵抗のn+W引基板基板夛、この
上に比抵抗15Ω−傷、厚さ30〜40μm(Da型エ
ピタキシャル層12を形成したウェハを用い、二重拡散
層によってチャネル領域が形成される。、 pH!ペー
ス層13とn+塵ソース層14を自己葺合させて形成し
ている。15は約1000.を少−ト酸化膜であシ・1
6は約1μmのフィールド酸化膜である。フィールド領
域のn瀝層12表面には、pmペース層131−*り囲
むようK P+型ガードリング層1 F (171゜1
1m )を拡散形成している。最初のガードリング層1
11はベース層13と連続的に1次のガードリング層1
7mはこれから約10μm離れた位置に形成される。1
8は多結晶シリコン膜181とAt膜181を重ねたf
−)電極、19はソース電極である。ソース電極19と
r−)電極11の間の層間絶縁膜として?−)電極18
をおおうように4リイミド樹脂膜xo2設けている。
下の縦型DM08 FIT K適用した実施例について
具体的に説明する。第4図にその構造を示す、Iノはド
レイン領域となる低比抵抗のn+W引基板基板夛、この
上に比抵抗15Ω−傷、厚さ30〜40μm(Da型エ
ピタキシャル層12を形成したウェハを用い、二重拡散
層によってチャネル領域が形成される。、 pH!ペー
ス層13とn+塵ソース層14を自己葺合させて形成し
ている。15は約1000.を少−ト酸化膜であシ・1
6は約1μmのフィールド酸化膜である。フィールド領
域のn瀝層12表面には、pmペース層131−*り囲
むようK P+型ガードリング層1 F (171゜1
1m )を拡散形成している。最初のガードリング層1
11はベース層13と連続的に1次のガードリング層1
7mはこれから約10μm離れた位置に形成される。1
8は多結晶シリコン膜181とAt膜181を重ねたf
−)電極、19はソース電極である。ソース電極19と
r−)電極11の間の層間絶縁膜として?−)電極18
をおおうように4リイミド樹脂膜xo2設けている。
211はフィールドグレートで、ガードリング層111
にコンタクトさせその外側のフィールド酸化膜IC上に
延在させている。ガードリング層11冨についても、こ
れにコンタクトしてその外側のフィールド酸化膜16上
に延在させたフィールYfv−)Jl、@設けている。
にコンタクトさせその外側のフィールド酸化膜IC上に
延在させている。ガードリング層11冨についても、こ
れにコンタクトしてその外側のフィールド酸化膜16上
に延在させたフィールYfv−)Jl、@設けている。
Cれらのフィールドグレー)111127mは例えばダ
ート電極18の多結晶シリコン膜181と同時に形成さ
れる。基板11の裏面にはドレイン電極22を被着形成
している。z3FiCVn酸゛化膜である。
ート電極18の多結晶シリコン膜181と同時に形成さ
れる。基板11の裏面にはドレイン電極22を被着形成
している。z3FiCVn酸゛化膜である。
このMOB FET (Di造プロセスを簡単に説明す
ると次のとおシである。
ると次のとおシである。
(1) 二一タキシャルウエハに約55001の酸化
膜を形成し、これに拡散窓をあけてボロンを拡散してガ
ードリング層’71*J71を形成する。
膜を形成し、これに拡散窓をあけてボロンを拡散してガ
ードリング層’71*J71を形成する。
(2)酸化膜を−たん除去し、フィールド酸化膜16と
なる厚い酸化膜を形成し、素子領域および必要なコンタ
クト領域に開口を設けてゲート酸化膜15となる薄い酸
化膜を形成する。
なる厚い酸化膜を形成し、素子領域および必要なコンタ
クト領域に開口を設けてゲート酸化膜15となる薄い酸
化膜を形成する。
(3) この薄い酸化膜のうち、ガードリング層xr
1.xr、の部分を除去した後、全面に多結晶シリコン
膜を堆積し、これをゲート電極部分およびフィールドプ
レート部分に残してバターニングする。
1.xr、の部分を除去した後、全面に多結晶シリコン
膜を堆積し、これをゲート電極部分およびフィールドプ
レート部分に残してバターニングする。
(4)バターニングした多結晶シリコン膜をマスクとし
て酸化膜をエツチングし、ボロンを拡散してベース層1
3を形成する。
て酸化膜をエツチングし、ボロンを拡散してベース層1
3を形成する。
(5) 全面’i CVD酸化膜でおおい、エミッタ
拡散窓をあけ、リンを拡散してエミツタ層14t?形成
する。
拡散窓をあけ、リンを拡散してエミツタ層14t?形成
する。
(j) CVD酸化膜のうちベース層13中央部の部
分を除去し、AA’i蒸着してゲート電極1st−形成
する。
分を除去し、AA’i蒸着してゲート電極1st−形成
する。
(7) 全面にポリイミド樹脂を塗布し、ベース電極
111t−おおう部分のみ残してエツチング除去する。
111t−おおう部分のみ残してエツチング除去する。
(8)表面にAtt−蒸着してソース電極19を形成し
、裏面にはV−Ni−Auからなるドレイン電極22t
−形成する。
、裏面にはV−Ni−Auからなるドレイン電極22t
−形成する。
このようKして、この実施例によれば、ドレイン・ソー
ス間耐圧400v以上でオン抵抗0.3Ω以下の優れた
MOS FETが得られる。即ち、ゲート電極とソース
電極間の層間絶縁膜として電荷を多く含むポリイミド樹
脂を用いているが、ガードリングで構造とフィールドプ
レート構造を組合せて電荷の影響を受けないようKして
安定な高耐圧特性を実施することができる。また層間絶
縁膜としてポリイミド樹脂を用いているため、ゲート電
極にもAtjIf利用することができ、ゲート電極の配
線抵抗を十分小さいものとして特性向上を図ることがで
きる。更に、ボリイきド樹脂はボンディングの衝げきを
和らげるため、拡散層などが形成された素子領域上にボ
ンディングを行うことができ、従ってウエノ1の有効利
用が図られる。
ス間耐圧400v以上でオン抵抗0.3Ω以下の優れた
MOS FETが得られる。即ち、ゲート電極とソース
電極間の層間絶縁膜として電荷を多く含むポリイミド樹
脂を用いているが、ガードリングで構造とフィールドプ
レート構造を組合せて電荷の影響を受けないようKして
安定な高耐圧特性を実施することができる。また層間絶
縁膜としてポリイミド樹脂を用いているため、ゲート電
極にもAtjIf利用することができ、ゲート電極の配
線抵抗を十分小さいものとして特性向上を図ることがで
きる。更に、ボリイきド樹脂はボンディングの衝げきを
和らげるため、拡散層などが形成された素子領域上にボ
ンディングを行うことができ、従ってウエノ1の有効利
用が図られる。
またこの実施例によれば、ガードリング構造とフィール
ドプレート構造の相乗効果により、所望の高耐圧特性を
得るためのガードリング層の本数が従来よシ少なくて済
み、しかもガードリング層間隔をそれ程小さくする必要
もなく、この点で製造歩留)の向上が可能となる。
ドプレート構造の相乗効果により、所望の高耐圧特性を
得るためのガードリング層の本数が従来よシ少なくて済
み、しかもガードリング層間隔をそれ程小さくする必要
もなく、この点で製造歩留)の向上が可能となる。
なお上記実施例ではポリイミド樹脂20をゲート電極1
1をおおう部分にのみ設けているが、第5図に示したよ
うに、第4図のフィールドプレート711 e J
Is上のCVD酸化膜230部分をもポリイミド樹脂2
0としてもよい、tたガードリング層の本数やその間隔
は必要とする特性に応じて適宜選択することができる。
1をおおう部分にのみ設けているが、第5図に示したよ
うに、第4図のフィールドプレート711 e J
Is上のCVD酸化膜230部分をもポリイミド樹脂2
0としてもよい、tたガードリング層の本数やその間隔
は必要とする特性に応じて適宜選択することができる。
更にこの発明は、 MOS FIT K限らず、バイポ
ーラ・トランジスタなど他のプレーナ構造の牛導体装置
にも適用できる。
ーラ・トランジスタなど他のプレーナ構造の牛導体装置
にも適用できる。
以上述べたようにこの発明によれば、ガードリング構造
とフィールドプレート構造を組合せることで所望の高耐
圧特性と低いオン抵抗を実現することができ、また層間
絶縁膜としてポリイミド等の樹脂を用いることによシ、
金属電極の2層配線を可能とし、ウエノ1の有効利用を
図ることができる。
とフィールドプレート構造を組合せることで所望の高耐
圧特性と低いオン抵抗を実現することができ、また層間
絶縁膜としてポリイミド等の樹脂を用いることによシ、
金属電極の2層配線を可能とし、ウエノ1の有効利用を
図ることができる。
第1図はフィールドプレート構造のPN接合ダイオード
を示す図、第2図輪ガードリング構造のPN接合ダをt
−ドを示す図、第3図は第2図の改曳型のPN接合ダイ
オードを示す図、第4図はこの発明の一実施例のMOS
FETの断面構造を示す図、第5図はこの発明の別の
実施例のMOS FETの断面構造を示す図である。 11・・・nfi81基板、12・・・n型エピタキシ
ャル層、13・・・p型ペース層、14・・・nm工さ
ツタ層、15・・・ゲート酸化膜、16・・・フィール
ド酸化膜、l 73 @ 171・・・ガードリング
層、18・・・ゲート電極、181・・・多結晶シリコ
ン膜、1B、−・・At換、19・・・ソース電極、2
0−・・ポリイミド樹脂、31、.21鵞・・・フィー
ルドプレート、22I・・ドレイン電極、23・・・C
VD酸化膜。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第1 図
を示す図、第2図輪ガードリング構造のPN接合ダをt
−ドを示す図、第3図は第2図の改曳型のPN接合ダイ
オードを示す図、第4図はこの発明の一実施例のMOS
FETの断面構造を示す図、第5図はこの発明の別の
実施例のMOS FETの断面構造を示す図である。 11・・・nfi81基板、12・・・n型エピタキシ
ャル層、13・・・p型ペース層、14・・・nm工さ
ツタ層、15・・・ゲート酸化膜、16・・・フィール
ド酸化膜、l 73 @ 171・・・ガードリング
層、18・・・ゲート電極、181・・・多結晶シリコ
ン膜、1B、−・・At換、19・・・ソース電極、2
0−・・ポリイミド樹脂、31、.21鵞・・・フィー
ルドプレート、22I・・ドレイン電極、23・・・C
VD酸化膜。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第1 図
Claims (1)
- 第1導電型の半導体層の表面に選択的に形成された第2
導電型の拡散層を有し、この拡散層を取抄囲むように前
記半導体層の表面に第2導電型のガードリング層が少く
とも1側設けられ、かつ表面に層間絶縁膜を介して積ね
られた2層の電極を有する高耐圧プレーナ型半導体装置
において、前記拡散層の外側の表面絶縁膜上に拡散層と
同電位に保たれる導電体層を配設し、前記ガードリング
層の外側の表面絶縁膜上にガードリング層と同電位に保
たれる導電体層を配設すると共に、前記2層の電極間の
層間絶縁膜として樹脂を用いたこと1−特徴とする高耐
圧プレーナ型半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11607681A JPS5817676A (ja) | 1981-07-24 | 1981-07-24 | 高耐圧プレ−ナ型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11607681A JPS5817676A (ja) | 1981-07-24 | 1981-07-24 | 高耐圧プレ−ナ型半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5817676A true JPS5817676A (ja) | 1983-02-01 |
Family
ID=14678110
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11607681A Pending JPS5817676A (ja) | 1981-07-24 | 1981-07-24 | 高耐圧プレ−ナ型半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5817676A (ja) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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1981
- 1981-07-24 JP JP11607681A patent/JPS5817676A/ja active Pending
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