JPS58192368A - 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

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JPS58192368A
JPS58192368A JP7515682A JP7515682A JPS58192368A JP S58192368 A JPS58192368 A JP S58192368A JP 7515682 A JP7515682 A JP 7515682A JP 7515682 A JP7515682 A JP 7515682A JP S58192368 A JPS58192368 A JP S58192368A
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JP
Japan
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diffusion region
region
diffusion
junction
main junction
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Pending
Application number
JP7515682A
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English (en)
Inventor
Jiro Yoshida
二朗 吉田
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、接合終端部VCおける電界の集中t緩和す
る構造?4つ高耐圧プレーナ型半導体装置に関する。
〔従来技術とその問題点〕
一般に、プレーナ型半導体装置は逆電圧を印加した場合
、接合終端の接合わん曲W6i’c電界の集中がおこり
、平面接合に比べてその降伏電圧が低くなる事は良く仰
られている。この九め、高耐圧素子においては接合を平
面接合とするメサ型構造が多く用いられる。しかし、メ
サ型構造はシリコン基板に深い*tmる等、製作技術上
の困難が多い。
これに対し、プレーナ型構造は製造技術の困mは少ない
一方、メサ型構造に比して降伏電圧が低いという問題点
があった。
プレーナ型素子において、接合終端部での電界集中を緩
和し、降伏電圧全同上さぞる方法としては、従来、素子
周囲に基板と異なる導電型の拡散層金リング状に形成し
、この拡散層に電圧を分割する事に工って電界を緩和す
るガードリング法や、接合の露出部分is縁膜で被い、
更にその上に拡散4に電気的vc接触し友導電膜倉形成
し、接合終1111f!i6にかかる逆電圧の一部を絶
縁膜に分割して電界を緩和さぜるフィールドプレート法
等が仰られている。これら従来5については例えば、8
.K。
Uhandhj  着 II Sewiconduct
or  Power  L)evices   ″(J
ohn VVi ley & 5ons + 1977
手)第2章Tlc詳細な記述がある。
カードリング法は素子にかかる逆電圧を主接合とガード
リング接合に分割するため、ガードリングの本数を増す
ことrc工ってかなシの高耐圧が期待できる。しかし、
主接合の拡散が浅い場合には主接合と第1ガードリング
の間隔を極めて小さくしないと主接合が容易に降伏【お
こしてしまう点、主接合とガードリング、或いはガード
リング相互の閣の間隔t−厳密に制御しないと所足の耐
圧が得られない上VC,複数のリングに対してはリング
間間隔の最適設計は極めて峻しい点、更に、ガードリン
グの数を増すと素子面積が急1tVCJll 7Ju 
してしまり点、等の問題点がめる。         
    艷フィールドプレート法は接合終端部にかかる
逆電圧の一部を絶縁膜に分割する事を原理としているが
、絶縁膜が厚すぎると接合終l1s1部近傍での空乏層
の拡がりが拡散層と同程度の曲率1に持ってしまい降伏
電圧は向ヒしない。−万、絶縁膜が薄すぎる場合にはフ
ィールドプレートの切れt部分に電界の集中を生じ、や
はり降伏電圧は同上しない。
即ち、絶縁膜を最適の厚みに設計する事が必要であるが
、その場合でも拡散層の拡散深さが浅い場合には空乏層
形状の曲率の緩和には限界があり、著しい降伏電圧の同
上は期待で轡ない。
〔発明の目的〕
本発明はヒ記の従来技術の問題魚倉解決する几めに、新
しい接合終端技術’km供し、主接合の拡散深ざが浅い
場合に%1容易に高い降伏電圧を実現できる高耐圧プレ
ーナ型半導体装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
以下、本発明の詳細を1圓を用いて説明する。
第1図は本発明の基本となる構造1に模式的に示し几も
のである0図中11は半導体基板を示し、この例で−は
n型基板を用いている。12は主接合を形成するp型藁
1拡散領域を示す、13は第一拡散領域と−mMなるI
IAvcシて、wkl拡散領域の外111に形成されt
高抵抗p型の藁2拡散領域を示す。
筐7t19Fi電極を示し、15は840.からなる絶
縁gt−示す、今、第1図に示し友構造の主接合と半導
体基板αυの間に逆電圧を印加すると、もし第2拡散領
域0の不純物濃度が高く、この領緘が完全には空乏化し
ない場合には空乏層の拡がりは第2図に点線で示した様
になり、第2拡散層領域u3の拡散深さが@1拡散層領
域0りLり浅い場合には、図中Bで示した位置に電界の
集中を生じ、降伏電圧ti第2拡散領域0がない場合エ
リもむしろ低くなってし!う事は明らかである。第3図
に、計算機を用いてポアソン方程式を解く事によって得
られ几、この様な場合の接合近傍での電位分布を示し几
・ 一方、第2拡散領域0の不純物11ft−制御し、逆電
圧印加時に、wJ2拡散領域0が児全Vcg!乏化する
様な条件を設定すると、素子内部の電位分布の様子は第
3図に示し定場合と大きく異なってくる、第4図に、こ
の様な条件に第2拡散領域0の不純物濃lft−設足し
た場合の素子内部の電位分布金示す、第4図も@3図と
同様に、計l1機による数値解析で得られ7重%のであ
る。wc4図に示し文様に、第2拡散領域a3が完全に
空乏化すると第2拡散領域u3表面での電位は線形に近
い分布を示し、第2拡散領域u3の終電部近傍に多少電
界の集中は見られるが、最大電界は素子の降伏金主じる
ほどには大きくならない。実際に、半導体基板Uυを比
抵抗50Ω・国、厚さ80μmに設足し、王接合の拡散
深さt10μmとし几場合、纂2拡散領域u:it不純
物総量lXl0  on  +拡散間さ2 Arr+、
幅150μmとすると、900v以上の降伏域圧が得ら
れる。この値は、第2拡散領域がない場合の降伏電圧4
80Vに比して著しく高く、平l接合部の降伏電圧12
00Vo75%の[を達成している。!7t、 巣4図
に示し之構造においては降伏域圧は第2拡散領域μ謙の
不純物総量に依存するものの、第2拡散層の拡散プロノ
ア1ルにはあ19敏感でないことが分っている。即ち、
イオン注入等の不輔豐総1を制御できる手段を用いれば
高耐圧素子を十分、歩留ま9良く製造する事がoJ能で
ある。
′vCvc1本発明のも一つの構造について貌明する。
この構造の模式図tit!5図に示す。第5図の構造は
藁1図に示した構造に更に図中56で示したフィールド
プレート構造を併用したものである。藁5図に示し定構
造を用いると主接合終端部における電界集中1t!1図
の構造のものエリ一層緩和する事ができる。第5図に示
し次構造の素子に逆電圧を印加した場合の素子内部の電
位分布ft第6図に示す、第6図と第41倉比較すると
、第6図では王優合終端部での電界集中が第4図の場合
=9一層緩和されているのが理解でさる。即ち、特許請
求範囲第2項で述べ友構造は、王接合拡散の深さが極め
て浅い場合vcN効な方法である。
a!7図TIC第5図の#造倉更に改良した構造を模式
的に示す、第7図に示した4N&は第5図に示した構造
の外周部に図中78で示したチャンネルス   「トッ
パ用の拡散層を設置し、更に、この拡散層(78)と図
中13で示したp−拡m領域の作る接合上に絶縁膜u9
ヲ介して等電位り/グ(77) を配設し友ものである
・この等電位リングに工って絶縁膜C15表面の電位t
す早く決定し、素子の安定性を増すことができる。この
等電位リング構造は従来技術のフィールドプレート法と
併用される事が多いが、本発明で述べ定構造に対しても
有効である。第7図に示し定構造の素子内部の電位分布
■1図に示す。@8図から分かる様に、等電位りングを
用いると、このリングの切れ皮部分に多少電界の集中が
見られるが、この電界の集中はフィールドグレートと等
電位リングの間隔を適切VC設定することに19十分小
さくおさえる事がciJ症である。即ち、第7図に示し
次構造は、第5図に示し友ものVC比して、降伏電圧を
わずかVC@性にする事で安定性を増したものといえ、
冥用土有効な方法である。
〔発明の効果〕
以上に述べてき文様に、本@明の構造は王接合の外周部
に基板と異なる導電型の高抵抗拡散領域を逆電圧印加時
に空乏化する範囲の不純物量で形成する事に工り、プレ
ーナ素子の接合終gssにおける電界集中を緩和し、降
伏電圧を高めるものである。しかも1本発明で述べた構
造を用いると、従来のガードリング法に比して素子面積
を小さくできる効果がある。この効果は、王接合の拡散
深さが浅い場合にとりわけ有効である。
〔発明の*mfll) 本発明の実施例として、本発明で述べた構造を縦型2重
拡散高耐圧パワーMO8電界効果トランジスタに適用し
次場合h■図に示す。第9図において、91で示し友の
はn型高抵抗エピタキシアル層で、比抵抗は5oΩ・備
、厚さは80μmである。素子の能動領域は21i、拡
散法に工って形成され、図中93で示したベースp領域
は5μmの拡散深さを有する。このp領域内VCn f
J&ソース領域94が形成され、両者の拡散深さの違い
でチャネルを形成する。93のpm域は素子外周部では
10μmの拡散間さとし、接合終滝部における曲率を緩
和しである。このペースp領域の外周部に沿って、本発
明で述べ几新しい嵌合終端技術が用いてある0図中95
で示し友のがイオン注入法で形成しt高抵抗p−拡散層
であり、この層の総不純物量はIXIQ”oρ−拡散深
さは2μmである。99で示し友のは表面バシペーシ冒
ン酸化膜、98は王接合の降伏電圧を向上さぜるための
フィールドプレートを示し、96はチャネルストッパー
用のn+拡散層、100はこのn+mに電気的に接触し
ている等電位リングである。フィールドプレートMlと
等電位リング端の間隔Fiisoμmlc設定しである
この構造に工って900V以上の降伏電圧が容易に得ら
れ、しかもガードリング構造を用いる場合の様な素子面
積の増大という問題は回避嘔れる。
以上、本発明で述べた新しい接合終電技術t−MOSト
ランジスタに適用した場合について述べ友が、本発明の
構造FiMOSトランジスタに限らず、バイポーラトラ
ンジスタ、ダイオード等、他のいかなる素子についても
同様に適用できる事はいう箇で%ない。
【図面の簡単な説明】
纂1図は、本発明の基本構造を示した模式図、講2図は
纂1図の構造でp型高抵抗拡散層不純物一度が高い場合
の空乏層の拡がり方を現わし友概念図、纂3図は@2図
の場合に対応する素子内部の電位分布を示す図、累4図
は纂1図の構造で高抵抗拡散項の不純物濃度を適切に選
んだ場合の素子内部の電位分布を示す図、第5図は本発
明のもう一つの構造の模式図、第6図は、藁5図に示し
定構造における素子内部の電位分布を示す図、第7図は
、M5図の構造を改良し友構造の模式図、纂8図は藁7
図に示し友構造に対する素子内部の電位分布を示す図、
J[9図は本発明を高耐圧パワーMOS電界効果トラン
ジスタに適用した場合の実施儒t11!明するための図
である。 11・・・半導体基板− 12・・・第1拡散領域CP)・ 13・・・纂2拡散領域(p)。 14・・・電位。 15−°°絶縁膜・                
  [56・・・フィールドプレート。 77・・・等価ガードリング。 78・・・チャンネルストツノ<拡am 。 91・・・fllt+lIi抵抗エピタキシアル層。 92・・・nfJ羞板・ 93・・・p型ベース拡散領域。 94・・・n型ソース拡散領域。 95・・・高抵抗p塩拡散領域・ 96・・・チャンネルストツノ(−用n型拡散領域。 97・・・ゲート電極ポリシリコン。 98・・・ソース劃1 99・・・絶縁酸化膜9 100・・・等電位リング。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 ほか1名 第1図 第2図 第3図 舛V 第4図 ダ〃v

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第一導電mt−有する半導体基板の表面VC舵勧
    領域を形成するための該基板と異なる導電iM′に有す
    るwL1拡散領域t−有する高耐圧プレーナ型半導体装
    置において、前記第1拡散領域とigtI紀基板の形成
    する主接合が表面に露出する部分の外周g vc沿って
    、前記第1拡散領域と同じ導電型t1rする高低、抗の
    第2拡散領域が第1拡散領域と1なる様に形成され、主
    接合に逆電圧を印加し定時に、第2拡散領域が完全&C
    空乏化する事t一時像とする高耐圧プレーナ型半導体装
    置。
  2. (2) @−導電型tVする半導体基板の9面に能動領
    域を形成するための該基板と異なる導電型tMする第1
    の拡散領域tVする高耐圧プレーナ型半導体装置におい
    て、前記第1の拡散領域と前記基板の形成する主接合が
    表面に露出する部分の外周部に沿って、前記第lの拡散
    領域と同じ4電型tMする藁lの拡散領域と電なる工う
    に形成され、前記主接合が基板表1111c露出し友部
    分並びvc曲記藁2拡散領域表面が絶縁膜で被われ、か
    つこの絶縁膜上の一部に主接合並びに第2拡散領域の一
    部を被う様に、前記第1拡散領域と同電位に保定れ良導
    電膜が形成され、主接合に逆電圧を印加しt時、この導
    電膜の外側の第2拡散領域が完全に空乏化する事を特徴
    とする高耐圧プレーナ型半導体装置。
  3. (3)前記第2拡散領域の外周部に、半導体基板と同じ
    導電型を有する第3拡散領域が、第2拡散領域と電なる
    様に形成され、第2拡散領域と第3拡散領域の形成する
    接合が表面vcg出した部分の上部が絶縁膜で被われ、
    かつ、この絶縁膜上に、前耐圧プレーナ型半導体装置。
JP7515682A 1982-05-07 1982-05-07 高耐圧プレ−ナ型半導体装置 Pending JPS58192368A (ja)

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