JPS6112069A - 半導体装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ＰＮ接合と半導体ウェハ表面との交叉部（
インタセプト）を覆う不働態化構造に関するもので、更
に詳しくは、表面降伏を起さずにＰＮ接合と表面との交
叉部に比較的高い電圧を保持し得るような構造に関する
ものである。

〔発明の背景〕

固体半導体装置は、通常、Ｐ型頭域とＮ型領域とによっ
て１個以上のＰＮ接合が形成されている半導体材料のウ
ェハを持っている。典型的なものでは、それらＰＮ接合
の少なくとも１個はウエハの表面と交叉している。たと
えば、一般にプレーナ半導体装置と呼ばれる装置、すな
わちＰ型および／またはＮ型導電領域をウェハの主表面
から半導体中に拡散させた形式の装置にあっては、各拡
散領域のＰＮ接合はウェハ主表面と交叉している。

電力装置のようなものの場合には、その動作時に成るＰ
Ｎ接合で可成り高い電界を維持しなければならない。そ
のような（高電圧）ＰＮ接合はその理論的なバルク降伏
値に近い電圧を保持し得るものであることが望ましい。

特定のＰＮ接合で保持し得る電圧を高めるために、その
接合とウエハ表面との交叉部を覆って不働態化処理を施
すことが通常行なわれる。この不働態化部は、通常、絶
縁性または半絶縁性材料の層の形をしていて、ＰＮ接合
を外気から保護する働らきをする。この不働態化のだめ
に、種々の材料およびその組合わせが提案されており、
普通使用されている材料は、２酸化シリコン、窒化シリ
コン、半絶縁性多結晶シリコン（ＳＩＰＯ８）、および
種々のドープされ′た或いは非ドーグのシリケート・ガ
ラス等である。

ＰＮ接合が比較的高い電界を保持しているときには、そ
の交叉部付近の部分は特に表面電気的降伏を起こし易い
。通常の不働態化処理を施した装置では、表面電気的降
伏は、その接合が耐え得る最大電圧であるＰＮ接合バル
ク降伏電圧の７０％から８０％の電圧で発生し、装置を
破壊する。ＰＮ接合交叉部近傍のウェハ表面で電圧を分
布させることによって表面電気的降伏電圧値を増大させ
る試みとして１種々の禽属電界遮蔽構造が提案された。

たとえば、１９８３年５月２４日発行の１−ＲＣＡテク
ニカル・ノートＪ　１３２５頁のネイルソン（Ｊ、Ｍ、
Ｓ。

Ｎｅ１ｌｓｏｎ）氏他による「ダブル・フィールド・シ
ールド構造」および１９８３年５月２６日発行の「ＲＣ
Ａテクニカル・ノート」１３２６頁のネイルソン氏他の
「チーバード・フィールド・シールド」を参照されたい
。

〔発明の概要〕

この発明による半導体装置構造は、第２導電型の領域と
ＰＮｉ合を形成す゛る第１導電型の領域を有する半導体
ウェハより成り、上記ＰＮ接合はウェハの表面と交叉（
インタセプト）シている。そのウェハ表面には電気的絶
縁材料の層が設けられまたこの電気的絶縁材料層の上に
は半絶縁性材料の層が形成され、これら両層がＰＮ接合
交叉部の上にあシかつそのＰＮ接合に付帯する空乏領域
の上に延びている。第１導電型の領域の一部と半絶縁性
材料とをオーム接続する第１の手段と、第２導電型の領
域の一部と半絶縁性材料とをオーム接続する第２の手段
とが設けられている。この第１の手段は第２の手段から
所定の距離だけ隔てられている。

〔実施例の詳細な説明〕

第１図と第２図に例示されたように、この発明による電
圧分布型不働態化層は、プレτす・・（イポーラ・トラ
ンジスタ１０のような装置に容易に適用することができ
る。装置１０は、第１と第２の主表面１４と１６を有す
るほぼ平坦な半導体ウエハ１２を持っている。第２の主
表面１６から第１の主表面１４へ延びているのは第１導
電型のコレクタ領域１８である。コレクタ領域１８は、
第２主表面１６と一体の平坦な比較的高導電性部２０と
、この高導電性部２０と一体で第１主表面１４まで延び
る比較的低導電性部２２とを持っている。これらの比較
的高導電性部２０と比較的低導電性部２２との間の界面
は符号２４で示された高・低接合と呼ばれる。

第１の主表面１４からウエハ１２の中へは第２導電型の
ベース領域２６が延びており、このベース領域はコレク
タの低導電性部２２に比べて比較的高導電性テする。ベ
ース領域２６はコレクタの低導電性部２２トベース・コ
レクタＰＮ接合２８を形成している。

このベース・コレクタＰＮ接合２８は第１主表面１４か
ら所定の深さまで延びており、また接合２８が第１主表
面１４と交叉部３２を形成するようにわん曲部３０を持
っている。ベース領域２６の境界の内側では第１主表面
１４からウエハ１２の中へ第１導電型のエミッタ領域３
４が延長しており、エミッタ・ベースＰＮ接合３６を形
成している。第１導電型を有しコレクタの低導電性部２
２に比べて比較的高導電性のコレクタ接触領域３８が、
第１主表面１４０周縁に沿ってウエハ１°２中へ延びて
いる。

第１主表面１４の上には、エミッタ領域３４とオーム接
触を作るエミッタ電極４０と、ベース領域２６とオーム
接触を作るベース電極４２が設けられている。

主表面１４のエミッタ・ベース接合３６交叉部上には絶
縁層４４が載っていてエミッタ電極４０とベース電極４
２とを相互に隔てている。絶縁層４４はたとえば２酸化
シリコンより成り、エミッタおよびベースの両電極はた
とえばアルミニウムより成るものである。たとえばアル
ミニウムで作り得るコレクタ電極４６は、第２主表面１
６上でコレクタの比較的高導電性部２０にオーム接触を
形成しヤいる。

動作時について説明すると、この装置のベース・コレク
タＰＮ接合２８は或電圧を保持し、それによって接合に
隣接するベースおよびコレクタ領域の部分２６と１８中
に空乏領域が発生する。この空乏領域の大きさは、接合
の両側にあって、半導体材料から可動電荷キャリヤが除
去される距離で表わすことができる。特定の半導体領域
中の空乏領域の大きさは、その内部の不純物濃度分布、
ＰＮ接合の寸法形状、その接合が保持すべき電圧および
接合の端部における境界条件などの関数である。

また、成る接合によって保持される特定電圧に対して空
乏領域が広ければ広いほどその接合における電界は弱く
なることに注意されたい。接合が保持し得る理論的最大
電圧は、バルク降伏電圧と名付けられ、その電圧で空乏
領域の大きさは最大となる。

この発明の構造においては、第１主表面１４上にしかも
ベース・コレクタＰ　？’Ｊ接合２８の交叉部３２を覆
うように電圧分布不働態化層４８が設けられている。こ
の不働態化層４８は、主表面１４上に直接裁つている絶
縁層５０とこの絶縁層５０上の半絶縁性層５２で構成さ
れている。絶縁層５０は第２図に示すように横寸法Ｄ１
を持っている。この絶縁層は、装置の動作時に交叉部３
２のところでベース・コーレクタ。

ＰＮ接合２８に生ずるであろう最大空乏領域を覆うよう
に、主表面１４上に位置づけされている。好ましい実施
例においては、絶縁層５０は２酸化シリコンより成り、
半絶縁性層５２ハ抵抗率が約１０Ω−σの５ＩＰＯ８で
形成されている。高抵抗体として働くこの所要抵抗率を
有する５ＩＰＯ５は約１０％乃至２０％の酸素濃度を有
する。酸素添加多結晶シリコン材料であるこのＳ’ｌＰ
ＯＳの構造に関するこれ以上の詳細は、１９７７年３月
２日付で松下氏他に与えられた米国特許第４０１４０３
７号「半導体装置」に記述されている。

ベース電極４２は、ベース領域２６に接触するＣベース
・コレクタＰ’Ｎ接合２８によって空乏化されない部分
で）と共に半絶縁性層５２とベース領域２６との間のオ
ーム接続も行なう。好ましい実施例においては、このベ
ース電極４２は、第２図に距離Ｄ２で示すようにベース
・コレクタＰＮ接合の交叉部３２から測ってコレクタ領
域の低導電性部２２の上に成る所定の横方向距離だけ延
長す″るように、半絶縁性層５２の上を覆っている。ベ
ース電極４２がコレクタ領域上に載っていることは絶対
必要な条件ではないがそのような構造は一般にベース・
コレクタＰＮ接合交叉部３２のフィールド遮蔽と呼ばれ
ている。

第２０オーム接続５４が、比較的高導電性のコレクタ接
触領域３８を介して、半絶縁性層５２をコレクタの比較
的低導電性部分２２にオーム接続している。

接続５４は、ベース・コレクタＰＮ接合２８によって空
乏化されない位置でコレクタ領域１８に接触している。

ベース電極４２は第１図および第２図にＤ３で示される
ように第２オーム接続５４から所定比離隔てられている
。この距＃Ｄ３は装置の設計バルク降伏電圧によって決
定される。距離Ｄ３によって１ミクロン当り約１０ボル
トに耐えられる。従って、たとえば、１００ミクロンの
Ｄ３の場合にはベース・コレクタ接合接合間の１０００
ボルトの電圧に耐えられる。距離Ｄ３の最適寸法は、ベ
ース・コレクタＰＮ接合２８のバルク降伏電圧のほぼ９
５％が得られるように計算すべきである。もしこの寸法
Ｄ３が最適値より大幅に大きい（たとえば、バルク降伏
・電圧の１００％よりも大きい）と、装置の表面積が不
当に犠牲になる。また、Ｄ３が最適値より可成り小さい
と早期表面電気的降伏が起りやすい。

通常の不働態化を施しだ装置では、最大バルク降伏電圧
より相当に低い電圧で降伏が起るのが普通である。この
発明の装置１０では、電圧分布不働態化層４８とそれに
付属する接続が、ベース・コレクタＰＮ接合２８に生ず
る電界をベース・コレクタ接合２８とコレクタ接触領域
３８の間の表面１４上に一様に分布させる。ベース領域
２６とコレクタ領域１８の間の電圧は線形分布されるの
で、ベース・コレクタＰＮ接合２８に生ずる空乏領域が
拡げられる。

−これによって、この発明の装置では、主表面とわん曲
部３０の近傍とにおける降伏電圧が高くなる。

この発明の電圧分布型不働態化構造を利用することによ
って％１１００乃至１３００ボルトという降伏電圧が得
られるが、この電圧は不働態化されている接合のバルク
降伏電圧の９５％から９８％である。

この発明を実施した装置では、１０００ボルトで２０ワ
ット以上（すなわち２０ミリアンペア）を安全に消費す
ることができた。更に、この電圧分布型不働態化構造は
、装置をたとえば約２００℃の範囲という様な可成シ高
一温度で動作させる場合に有利である。それは、高い温
度で生ずる５ＩＰＯ３の抵抗率の低下は、高温下で必ず
生ずるベース・コレクタ接合両端間の漏洩の増大による
オフセット以上であるからである。

この発明による構造は通常の処理技法を使用して形成す
ることができる。またこの構造は、半導体処禽業界で使
用されている普通のホトマスク法や被着法と完全に両立
し得るものである。更に、以上この発明をプレーナ・バ
イポーラ・トランジスタへの応用について説明したが、
その応用範囲はこの例に限定されるものではない。たと
えば、この発明は、ＭＯ８装置のような電界効果トラン
ジスタ、サイリスタ、ダイオードおよび非プレーナ装置
にも非プレーナ半導体ウェハ表面にも、容易に適用し得
る。この構造は、まだ、高圧電力集積回路のような平坦
な集積回路構造とも両立し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による構造の一例を実施した半導体装
置の一例平面図、第２図は第１図の半導体装置の断面図
である。 １０・・・半導体装置、１２・・・半導体ウェハ、１４
．１６・・・ウェハの主表面、１８・・・第２導電型の
領域、２６・・・第１導電型の領域、２８・・・ＰＮ接
合、３２・・・ＰＮ接合と主表面との交叉部、４２・・
・半絶縁性材料層と領域２６との第１接続手段、５０・
・・絶縁材料、５２・・・半絶縁性材料層、５４・・・
半絶縁性材料層と第２導電型領域どの第２接続手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１導電型の領域を有する半導体ウエハと、上記
   ウエハの表面との交叉部を有しかつ空乏領域を有するＰ
   Ｎ接合を上記第１導電型の領域と形成する第２導電型の
   領域と、上記ウエハの表面上の電気的絶縁材料の層とこ
   の電気的絶縁材料層に重なる半絶縁性材料の層で双方と
   も上記ＰＮ接合の交叉部上に重なりかつ上記空乏領域上
   に延長しているものと、上記半絶縁性材料の層を上記第
   １導電型の領域の一部にオーム接続する第１の手段と、
   上記第１の手段より所定距離隔てられていて上記半絶縁
   性材料の層を上記第２導電型の領域の一部にオーム接続
   する第２の手段とを具備して成る半導体装置。