JPS61135158A - 高耐圧半導体装置 - Google Patents

高耐圧半導体装置

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JPS61135158A
JPS61135158A JP25782384A JP25782384A JPS61135158A JP S61135158 A JPS61135158 A JP S61135158A JP 25782384 A JP25782384 A JP 25782384A JP 25782384 A JP25782384 A JP 25782384A JP S61135158 A JPS61135158 A JP S61135158A
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JP
Japan
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element region
rings
space
semiconductor layer
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JP25782384A
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English (en)
Inventor
Mikio Hatakeyama
畠山 幹男
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • 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
    • H01L29/0603Semiconductor 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 characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607Semiconductor 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 characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611Semiconductor 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 characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615Semiconductor 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 characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619Semiconductor 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 characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はフィールドリミッティング金もつ降伏電圧の高
いプレーナー型トランジスタあるいはMト5FET  
に関するものである。
〔従来の技術〕
従来のプレーナー型トランジスタ等においては、ベース
・コレクタ接合等の湾曲部における電界強度が他の部分
J:D高いために接合の降伏電圧がこの部分により決定
され、耐圧値は平面接合のそれニレ漠トーヘタス ElectronicsJ萬9巻(1966年〕にS 
、M。
SxeとG、gibbons  にLつて報告されてい
る。
この九め、接合湾曲部分の電界強度を弱める方法として
種々の方法が従来提案されている。
この中で、フィールドリミッティングリング(以下フィ
ールドリングと呼ぶ)を何重にも素子の接合部の外周に
設けることにより耐圧がかなり改善されることが報告さ
れている。これは、たとえ、ハ、ベース・コレクタ接合
のコレクタ側外周に、ベース・コレクタ接合を囲むよう
にベースと同じ導電型の領域を設けるもので、ベース・
コレクタ接合の空乏層がフィールドリングに達すること
によりフィールドリングにペース電位を与え空乏層の幅
を広げ、耐圧を高めたものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、かかるフィールドリングに、通常、素子
の接合の外周に等間隔に設けられており、フィールドリ
ングの数を多くしないと十分な耐圧が得られず、素子の
平面面積が大きくなるという欠点があった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に工れば、−導電型の半導体基板と、この半導体
基板に設けられた他の導電型の素子領域と、この素子領
域の外周の半導体基板に設けられ友複数の他の導電型の
フィールドリミッティングリングとを含み、素子領域と
フィールドリミッティングとの間隔およびフィールドリ
ミッティングリング間の間隔は外側から素子領域に近づ
くにつれて0.5〜0.6の一定の比率で減少して行く
ように設定されている高耐圧半導体装置を得る。
〔実施例〕
次に、図面全参照して本発明をエリ詳細に説明する。
第1図に本発明の一実施例によるダイオードの一部断面
図を示すもので、N 型半導体基板1上のNM!半導体
層2にP型の素子領域3が設けられているP型の素子領
域3の外周にこれを取り囲むようにP型のフィールドリ
ング6.6’ 、6“。
6″′が設けられてhる。電極はP型の素子領域3に接
触する電極4と半導体基板1の裏面に設けられた電極7
とが設けられており、これら電極4゜7でダイオードの
電極全構成している。更に、N型半導体層2の外周には
接地電位等の固定電位の与えられる等電位環5が設けら
れている。素子領域3とフィールドリング6との間隔d
4とフィールドリング6と6′との間隔dsと、フィー
ルドリング6′と6“とり間隔d、とフィールドリンク
6“と6″′との間隔d1は、外側からα5〜0,6の
一定の比率で順次狭くなってAる。半導体層20表面は
絶縁膜8でおおわれている。
半導体層2と素子領域3との接合に逆バイアス電圧を印
加すると、半導体層2と素子領域3との接合お:び各フ
ィールドリング6.6’ 、6“。
6″′ の形成する接合の空乏層内において、電界強度
のピーク点がそれぞれ生じる。これらのピーク点は各フ
ィールドリング6.6’ 、6“ 5 Iffの外側方
向に現われる。そして、これらのピーク電界強度をEp
eakl、Epeak2.Epeak3. ・−−−−
とする。これらのピーク電界強度はフィールトリ7グ6
.6’ 、6“、 6”’ ノ各1を圧Vfx 、 V
fz 。
Vfs 、・・・・・・とリング間隔a、 l ct、
 l ct31・・・・・・に依存する。即ち2番目の
フィールドリング6′の電界強度ピーク値Epeak2
はフィールドリング6′の電圧Vfz  が高いほど高
く、又隣り合うフィールドリング6との間@d1が短い
程低くなる。
降伏電圧Vbreakdown を大きくするためには
、各電界強度ピーク値が均等になる必要があり、そのた
めフィールドリング6.6’ 、6“、6″′の間隔d
1 y G y d3 e dJを適当に選ぶ必要があ
る。今、そのフィールドリングの間隔の最適値を求める
ために、半導体層2の不純物濃度Ndf 5〜7X I
 Q ” 3cm−s、半導体層2の厚さを70〜12
0μ、素子領域3の深さを23μ とした場合に、フィ
ールドリング間隔の最適値とその時に得られる耐圧値を
求め、その結果を表−1にまとめた。
表−1 表−1中でcL、 c、 e−QI−は以下に説明する
d=C,e−aLの各定数である。これらの最適間隔を
グラフにし比ものが第2図である。図中、0点は半導体
層2の不純物損[Ndが7X10  cmのときのもの
、Δ点は不純物濃度Ndが6X10 ” 3Cm−3の
ときのもの、X点は不純物濃度Ndが5XIOcm  
 の時のもので、横軸は間隔dIsdz t ds +
 di t一番号順に配置し友ものである。
この結果Lす、最適リング間隔に外側から素子領域3に
近づくにつれて短くする必要があり、片側log でプ
ロットとするとほぼ厘線となる。
即ち log d1= 1egC−α・1  t==−
1,2@ 3e 4この株にしてy細切片Ciと傾き 
di を最小二乗法にエリ計算すると最適リング間隔値
diは以下の近似式で与えられる。
di=Ce   *C−Ai(i=1.2.3.・・−
・’)−α・i 0.5Ω≦0.6 上記法則に従うことに二つ、フィールドリング間隔が最
小で最大の効果を得ることができる。
ま几、第3図に上記法則に従って設は友フィールドリン
グの数によって得られる耐圧の関係を示した。X点は半
導体層2の不純物濃度Ndが5×IQ  Cm  でそ
の厚さが120μの時のもの。
Δ点は不純物濃度Ndが6X1013cm−3でその厚
さが120μの時のもの、X点は不純物濃度Ndが7X
IQ  cm   でその厚さが110uの時のもので
ある。この第3図かられかる工うに、フィールドリング
の数は3〜4個で十分である。従って、少匹フィールド
リングの数で十分な耐圧を得ることができ、素子面積を
縮少できる。
次にWX4図に本発明をトランジスタに適用した場合の
実施例を示す、N+型半導体基板11上にN型手導体層
12ffi有し、これらはコレクタ電極として作用して
いる。N型半導体層12中にはP型のベース領域13と
Oれt囲む3つのフィールドリン/16.16’ 、1
6’が設けられている。
ペース領域13中にN型のエミッタ領域14が格子状に
設けられている。エミッタ領域14にはエミッタ電極1
7が接してかり、ベース領域13にはベース電極18が
接している。接地等の固定′1位の与えられる等電位環
15が半導体層12の外周表面に設けられている。コレ
クタ電極19は半導体基板11の裏習に設けられている
。フィールドリング16,16’ 、16’に、フィー
ルドリング16“と16′との間隔dl、フィールドリ
ング16′と16との間隔d2お工びフィールドリング
16とベース領域1′3との間隔d3が外周から順次0
.5〜α6の一定の比率で減少する工すに配置されてい
る。半導体層120表面は絶縁膜10でおおわれている
本実施例としては下記の試作結果を得比。半導体層12
の厚さt100μ、その抵抗率ヲ80Ωcm。
ベース領域の深さt″27μとしてフィールド間隔d1
 e d5Id3をそれぞれ48μ、25μ、13μと
してトランジスタを試作し、コレクタ・ペース間耐圧1
550〜1560V  ffi得7’c。
第5図にパワーMO8FETの例を示す、N+型の半導
体基板21上にN+型半導体基板21上にN型半導体層
22を有し、このN型半導体層220表面部にP型のベ
ース領域23を格子状その他の形状に設けられている。
ベース領域23中にN型のソース領域24が設けられて
いる。半導体層22のベース領域23を取りNむ外周に
はP型のフィールドリング26.26’ 、26“が設
けられており、半導体層22の最外周表面には固定電位
の与えられる等電位環25が設けられている。
フィールドリンク26“と26′との間隔d1+フィー
ルドリング26′と26との間隔d1およびフィールド
リング26とベース領域23との間隔d1はこの頴に0
.5〜0.6の一定の比率で順次狭くなっている。ベー
ス領域23が半導体層22の表面を露出する部分で絶縁
膜29を介してゲート電極27が設けられており、この
ゲート電極27ト重なってソース領域24お工びベース
領域23に接触するソース電極21が設けられている。
ドレイン電極28は半導体基板21の裏面に設けられて
いる。半導体層220表面は絶縁膜30でおおわれてい
る。
このように、パワーMO8FET も必要チップ面積を
少くして必要耐圧を得ることができる。
〔発明の効果〕
このLうに、本考案にこれば、フィールドリングの配置
を最適にすることに工9、少いチップ面積で耐圧の高い
半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に二るダイオードの断面図で
ある。第2図はフィールドリング間隔の最適値を示すグ
ラフ、第3図はフィールドリング数と耐圧との関係を示
すグラフである。第4図は本発明の他の実施例にLるト
ランジスタの断面図である。第5図は本発明の更に他の
実施例によるパワーMO8FB’I’の断面図である。 1.11.21・・・・・・半導体基板、2,12,2
2・・・・・・半導体層、3・・・・・・素子領域、4
.7・・・・・・電極、5.15,25・・・・・・等
電位環、6.6’ 、6“。 6”’、16.16’ 、16“、26.26’ 、2
6”・・・・・・フィールドリング、13.23・・・
・・・ペース領L14・・・・・・エミッタ領域、17
・・・・・・エミッタ電極、18・・・・・・ベース電
極、19・・・・・・コレクタ電極、20・・・・・・
ソースtli、24・・・・・・ソース領域、27・・
・・・・ゲート電極、28・・・・・・ドレイン電極、
8,10゜29.30・・・・・・絶縁膜。 〈Jし・ ソングM陽番号 フィールドフッrの飲 第4図 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  一導電型の半導体領域と、該半導体領域に設けられた
    他の導電型の素子領域と、該素子領域を囲んで前記半導
    体領域に設けられた前記他の導電型の複数のフィールド
    リングとを有し、該フィールドリング間の間隔およびフ
    ィールドリングと前記素子領域との間隔は外から円に向
    って順次0.5〜0.6の一定の比率で減少しているこ
    とを特徴とする高耐圧半導体装置。
JP25782384A 1984-12-06 1984-12-06 高耐圧半導体装置 Pending JPS61135158A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5113237A (en) * 1988-09-20 1992-05-12 Siemens Aktiengesellschaft Planar pn-junction of high electric strength
EP0588320A2 (en) * 1992-09-17 1994-03-23 Hitachi, Ltd. Semiconductor device having planar junction
US5777373A (en) * 1994-01-04 1998-07-07 Motorola, Inc. Semiconductor structure with field-limiting rings and method for making
US9171914B2 (en) 2006-03-15 2015-10-27 Ngk Insulators, Ltd. Semiconductor device

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