WO2012157223A1 - 横型半導体装置 - Google Patents

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白木 聡
高橋 茂樹
洋一 芦田
山田 明
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    • H10D62/103Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices
    • H10D62/105Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices by having particular doping profiles, shapes or arrangements of PN junctions; by having supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] 
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    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D8/00Diodes

Definitions

  • the present invention relates to a lateral semiconductor device provided with a resistive field plate.
  • the horizontal semiconductor device is formed using, for example, a silicon-on-insulator (SOI) substrate.
  • SOI silicon-on-insulator
  • a lateral diode is known as an example of a lateral semiconductor device.
  • a cathode region and an anode region are formed on the surface portion of the semiconductor layer of the lateral diode.
  • the anode region is arranged around the periphery of the cathode region.
  • the horizontal diode further includes a local Oxidation silicon (LOCOS) film and a resistive field plate.
  • LOCOS film is provided on the surface of the semiconductor layer, and is disposed between the cathode region and the anode region.
  • the resistive field plate is provided on the surface of the LOCOS film. One end of the resistive field plate is electrically connected to the cathode region, and the other end of the resistive field plate is electrically connected to the anode region.
  • a minute current flows through the resistive field plate, whereby the potential distribution on the surface of the semiconductor layer existing between the cathode region and the anode region is made uniform, and the surface electric field of the semiconductor layer can be relaxed.
  • such a resistive field plate has a resistive field plate portion configured in a spiral shape or a concentric shape between a cathode region and an anode region when seen in a plan view. Yes.
  • An object of the present disclosure is to provide a lateral semiconductor device that can increase the degree of freedom of layout of the resistive field plate portion.
  • the horizontal semiconductor device includes a semiconductor layer, an insulating layer, and a resistive field plate.
  • the semiconductor layer has a first semiconductor region and a second semiconductor region.
  • the first semiconductor region is provided on the surface portion of the semiconductor layer.
  • the second semiconductor region is provided on the surface portion of the semiconductor layer, and makes a round around the first semiconductor region.
  • the insulating layer is provided on the surface of the semiconductor layer and is disposed between the first semiconductor region and the second semiconductor region.
  • the resistive field plate is provided on the surface of the insulating layer. One end of the resistive field plate is electrically connected to the first semiconductor region, and the other end of the resistive field plate is electrically connected to the second semiconductor region.
  • the resistive field plate has a first resistive field plate portion and a second resistive field plate portion.
  • the first resistive field plate portion is provided in the first portion and repeats reciprocation along the circumferential direction.
  • the second resistive field plate portion is provided in the second portion and repeats reciprocation along the circumferential direction.
  • the first resistive field plate portion provided in the first portion is separated from the second resistive field plate portion provided in the second portion. According to the horizontal semiconductor device of the above aspect, different layouts can be adopted for the first resistive field plate portion of the first portion and the second resistive field plate portion of the second portion.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a lateral diode according to an embodiment of the present disclosure
  • 2 is a cross-sectional view of the lateral diode taken along line II-II in
  • 3 is a cross-sectional view of the lateral diode taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing a corner portion and a straight portion of a horizontal diode
  • FIG. 5 is a diagram showing a lateral diode according to a first modification.
  • FIG. 6 is a diagram showing the boundary between the straight portions C and D of the lateral diode according to the second modification.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a lateral diode according to an embodiment of the present disclosure
  • 2 is a cross-sectional view of the lateral diode taken along line II-II in
  • 3 is a cross-sectional view of the lateral diode taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing a corner portion
  • FIG. 7 is a diagram showing the boundary between the straight portions C and D of the lateral diode according to the third modification.
  • FIG. 8 is a diagram showing the concept of the resistance value of each part constituting the intermediate resistive field plate of the lateral diode according to the fourth modification
  • FIG. 9 is a diagram showing the concept of the resistance value of the intermediate resistive field plate provided in each part of the lateral diode according to the fifth modification.
  • the inventor of the present application has found the following points in the conventional lateral semiconductor device.
  • the area between the cathode region and the anode region has a racetrack shape.
  • the region between the cathode region and the anode region is not uniform along the circumferential direction, but includes a corner portion, a straight portion, and the like.
  • an electric field tends to concentrate on a semiconductor layer corresponding to a corner portion. Therefore, in the semiconductor layer corresponding to the corner portion, it is desired that the length in the radial direction is longer than that of the straight portion.
  • the spiral or concentric resistive field plate portion makes a round in the circumferential direction between the cathode region and the anode region, it is difficult to adopt different layouts for the corner portion and the straight portion. For this reason, when the corner portion and the straight portion are compared, the resistive field plate portion provided in the corner portion is disposed relatively less than the length between the cathode region and the anode region. Even if different layouts are adopted for the corner portion and the straight portion, a minute current flows through the contact portion as long as the resistive field plate portions of the corner portion and the straight portion are in contact with each other. , It will be affected to some extent. Considering these effects, a compromised layout that is not optimal for corners and straight lines must be adopted. The inventor of the present application has created the present invention by paying attention to the above points.
  • the lateral semiconductor device is formed on a laminated substrate in which a support layer, a buried insulating layer, and an active layer are laminated.
  • the laminated substrate is preferably an SOI substrate.
  • the lateral semiconductor device is formed in an island region surrounded by an insulating isolation trench that goes around the active layer.
  • a horizontal semiconductor device includes a semiconductor structure formed in a semiconductor layer.
  • the semiconductor structure is composed of a plurality of types of semiconductor regions, and controls the current flowing through the semiconductor layer.
  • a diode structure, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) structure, a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) structure, or the like is used as the semiconductor structure.
  • the first semiconductor region is an n-type cathode region, and the second semiconductor region is a p-type anode region.
  • the first semiconductor region is a p-type collector region, and the second semiconductor region is an n-type emitter region.
  • the first semiconductor region is an n-type drain region, and the second semiconductor region is an n-type source region.
  • a lateral diode 1 includes an SOI in which an n-type or p-type support layer 12, a buried insulating layer 14, and an n ⁇ -type active layer 16 are stacked. It is formed on the substrate 10. As shown in FIG. 1, the diode 1 is formed in an island region of the active layer 16 surrounded by the insulating isolation trench 18. The insulating isolation trench 18 extends from the surface of the active layer 16 to the buried insulating layer 14 through the active layer 16. The insulation isolation trench 18 circulates part of the active layer 16 when viewed in plan. In one example, single crystal silicon is used for the material of the support layer 12 and the active layer 16, and silicon oxide is used for the material of the buried insulating layer 14.
  • the diode 1 includes an n-type cathode region 28, a p-type anode region 23, and an n-type drift region 26.
  • the cathode region 28, the anode region 23, and the drift region 26 constitute a diode structure, and controls the current flowing in the lateral direction through the active layer 16. Specifically, when a forward bias is applied between the cathode region 28 and the anode region 23 (when the anode region 23 is connected to the high voltage side), a current is applied between the cathode region 28 and the anode region 23. Conduct.
  • the cathode region 28 and the anode region 23 are made non-conductive.
  • the cathode region 28 is disposed at the center of the island region and is formed to extend in one direction long.
  • the cathode region 28 can be formed by implanting phosphorus ions into the surface portion of the active layer 16 using, for example, an ion implantation technique.
  • the cathode region 28 is formed by one diffusion region, but instead of this example, the cathode region 28 may be formed in a state of being dispersed in one direction. Further, a p + type region may be partially formed so as to be in contact with the cathode region 28.
  • the anode region 23 is arranged around the island region, and is formed around the cathode region 28 while being in contact with the insulating isolation trench 18.
  • the anode region 23 has a high concentration anode region 22 and a low concentration anode region 24.
  • the low concentration anode region 24 is formed deeper than the high concentration anode region 22 and surrounds the high concentration anode region 22.
  • the forms of the high concentration anode region 22 and the low concentration anode region 24 are not limited to this example.
  • the high concentration anode region 22 may be formed to have a smaller area and a part of the low concentration anode region 24 may be in contact with the anode electrode 32.
  • the depth of the low concentration anode region 24 may be partially changed.
  • the anode region 23 can be formed by implanting boron ions into the surface portion of the active layer 16 using, for example, an ion implantation technique.
  • the drift region 26 is formed between the cathode region 28 and the anode region 23.
  • the drift region 26 is a remaining part in which the cathode region 28 and the anode region 23 are formed in the active layer 16.
  • a semiconductor region for example, a RESURF region for increasing the breakdown voltage may be formed as necessary.
  • the diode 1 further includes a cathode electrode 36, an anode electrode 32, a local Oxidation of silicon (LOCOS) film 37 and a resistive field plate 30 provided on the surface of the active layer 16.
  • LOCOS local Oxidation of silicon
  • the cathode electrode 36 is disposed at the center of the island region and is in direct contact with the cathode region 28.
  • the anode electrode 32 is disposed in the periphery of the island region and is in direct contact with the anode region 23.
  • the LOCOS film 37 is provided on the surface of the active layer 16 and is disposed between the cathode region 28 and the anode region 23.
  • the LOCOS film 37 is provided on the drift region 26.
  • silicon oxide is used as the material of the LOCOS film 37.
  • the resistive field plate 30 is provided on the surface of the LOCOS film 37, and has an inner peripheral resistive field plate portion 35, an intermediate resistive field plate portion 34, and an outer peripheral resistive field plate portion 33.
  • the inner peripheral resistive field plate portion 35 is arranged so as to make a round around the central portion of the island-shaped region, and is electrically connected to the cathode region 28 via the cathode electrode 36.
  • the outer peripheral resistive field plate portion 33 is arranged so as to go around the peripheral portion of the island-shaped region, and is connected to the anode region 23 via the anode electrode 32.
  • the intermediate resistive field plate portion 34 is connected to both the inner peripheral resistive field plate portion 35 and the outer peripheral resistive field plate portion 33.
  • the space between the cathode region 28 and the anode region 23 has a racetrack shape.
  • the racetrack-like form includes corner portions A, B, E, and F and straight portions C, D, G, and H.
  • each of the intermediate resistive field plate portions 34 formed in the portions A to H is in contact with the inner peripheral resistive field plate portion 35 at one end. The other end is in contact with the outer peripheral resistive field plate portion 33. Further, the intermediate resistive field plate portions 34 provided in the portions A to H are separated from the intermediate resistive field plate portions 34 provided in the adjacent portions.
  • the intermediate resistive field plate portion 34 formed at the corner portions A, B, E, and F is formed by reciprocating between the cathode region 28 and the anode region 23 along the circumferential direction of the cathode region 28. .
  • the intermediate resistive field plate portion 34 reciprocates 5 times between the cathode region 28 and the anode region 23.
  • the length between the adjacent intermediate resistive field plate portions 34 is constant and fixed to a specific value.
  • the intermediate resistive field plate portion 34 formed in the straight portions C, D, G, and H is formed by reciprocating between the cathode region 28 and the anode region 23 along the circumferential direction of the cathode region 28. .
  • the intermediate resistive field plate portion 34 reciprocates four times between the cathode region 28 and the anode region 23.
  • the length between the adjacent intermediate resistive field plate portions 34 is constant and fixed to a specific value.
  • the length between the adjacent intermediate resistive field plate portions 34 and the straight portions C, D, G, and H when observed in the direction connecting the cathode region 28 and the anode region 23, the length between the adjacent intermediate resistive field plate portions 34 is the same.
  • FIG. 2 shows an example of the intermediate resistive field plate portion 34 formed in the corner portions A, B, E, and F.
  • FIG. 3 shows an example of the intermediate resistive field plate portion 34 formed in the straight portions C, D, G, and H.
  • the electric field tends to concentrate.
  • the length of the drift region 26 in the lateral direction that is, the length between the cathode region 28 and the anode region 23
  • the length of the drift region 26 in the lateral direction is larger than the corner portions A, B, E, F than the straight portions C, D, G, H. Is longer.
  • the intermediate resistive field plate portion 34 formed at the corner portions A, B, E, and F reciprocates more than the intermediate resistive field plate portion 34 formed at the straight portions C, D, G, and H. Many times are formed. Therefore, in any of the corner portions A, B, E, F and the straight portions C, D, G, H, the intermediate resistive field plate portion is uniformly above the drift region 26 over the entire portion. 34 is formed. That is, the arrangement interval of the intermediate resistive field plate portion 34 with respect to the lateral length of the drift region 26 is the same in the corner portions A, B, E, F and the straight portions C, D, G, H. Therefore, in any of the corner portions A, B, E, and F and the straight portions C, D, G, and H, the surface electric field of the drift region 26 is relaxed, and the high breakdown voltage diode 1 is realized.
  • FIG. 5 shows a diode 1 according to a first modification of the present embodiment.
  • a high-resistance semiconductor region 38 is formed between adjacent intermediate resistive field plate portions 34.
  • the diode 1 is characterized in that the resistive field plate 30 and the semiconductor region 38 are formed using an ion implantation technique. Specifically, after a high resistance semiconductor layer is formed on the surface of the LOCOS film 37, a mask having an opening corresponding to a portion where the resistive field plate 30 is formed is patterned. Next, an impurity is introduced into the high resistance semiconductor layer through the opening, and the impurity is selectively introduced into a portion where the resistive field plate 30 is formed. After that, by performing an annealing process, the resistive field plate 30 and the semiconductor region 38 can be separately formed. When this manufacturing method is used, it is not necessary to use an etching technique, so that variations in processing can be suppressed.
  • FIG. 6 is a diagram showing the boundary between the straight portions C and D of the horizontal diode 1 according to the second modification of the present embodiment.
  • the intermediate resistive field plate portion 34 of the straight portion C has a protruding portion 34 a that protrudes toward the straight portion D.
  • the intermediate resistive field plate portion 34 of the straight portion D also has a protruding portion 34 a that protrudes toward the straight portion C.
  • the protruding portion 34a is repeatedly provided in the anode-cathode direction (vertical direction in FIG. 6).
  • FIG. 7 is a diagram showing the boundary between the straight portions C and D of the horizontal diode 1 according to the third modification of the present embodiment.
  • the protrusion 34a may be stepped as shown in FIG.
  • the protruding portion 34a is provided as in the second and third modified examples, there is no blank portion where the intermediate resistive field plate portion 34 does not exist in the boundary portion between the straight portions C and D. For this reason, the surface electric field of the drift region 26 is relaxed also at the boundary portion between the straight portions C and D, and the high breakdown voltage diode 1 is realized. 6 and 7 exemplify the boundary portion between the straight portions C and D, it is naturally desirable that a similar structure is provided between the other portions.
  • FIG. 8 is a diagram showing the concept of the resistance value of each part constituting the intermediate resistive field plate portion 34 of the horizontal diode 1 according to the fourth modification of the present embodiment.
  • the intermediate resistive field plate portion 34 includes a plurality of portions (hereinafter referred to as arc portions) extending along the circumferential direction.
  • the resistance value of the arc portion on the most cathode side (innermost circumference side) is R1
  • the resistance value of the arc portion on the most anode side is RN.
  • the circumferential length of the arc portion increases from the cathode side toward the anode side.
  • the width of the intermediate resistive field plate portion 34 is constant, the relationship of R1 ⁇ R2 ⁇ R3 ⁇ .
  • FIG. 9 is a diagram showing a concept of the resistance value of the intermediate resistive field plate portion 34 provided in each part of the horizontal diode 1 according to the fifth modification of the present embodiment.
  • the intermediate resistive field plate portions 34 formed in the portions A to H are connected in parallel between the inner peripheral resistive field plate portion 35 and the outer peripheral resistive field plate portion 33.
  • the resistance value of the intermediate resistive field plate portion 34 formed at the corner portion A is Ra
  • the resistance value of the intermediate resistive field plate portion 34 formed at the straight portion H is Rh.
  • the current values flowing through the intermediate resistive field plate portions 34 are the same, current bias is suppressed, the surface electric field of the drift region 26 is relaxed, and the high breakdown voltage diode 1 is realized.
  • the activation layer 16 is an example of a semiconductor layer
  • the cathode region is an example of a first semiconductor region
  • the anode region is an example of a second semiconductor region
  • the LOCOS film 37 is an insulating layer. It is an example.
  • the portions A to H two adjacent portions are examples of the first portion and the second portion, respectively, and the intermediate resistive field plate portion 34 provided in the first portion is the first resistive field plate portion.
  • the intermediate resistive field plate portion 34 provided in the second portion is an example of the second resistive field plate portion.
  • the semiconductor material using silicon is illustrated, but a wide gap semiconductor may be used instead of this example.

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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

 横型半導体装置(1)は、半導体層(16)と絶縁層(37)と抵抗性フィールドプレート(30)を備えている。前記半導体層(16)は、表層部に第1半導体領域(28)と前記第1半導体領域(28)の周囲を一巡している第2半導体領域(23)を有している。前記絶縁層(37)は、前記半導体層(16)の表面に設けられており、前記第1、第2半導体領域(28、23)の間に配置されている。抵抗性フィールドプレート(30)は、前記絶縁層(37)の表面に設けられている。前記第1、第2半導体領域(28、23)の間には、前記第1半導体領域(28)の周囲を周方向に沿って隣り合う第1部分と第2部分が存在する。前記抵抗性フィールドプレート(30)は前記第1、第2部分にそれぞれ設けられた第1、第2抵抗性フィールドプレート部(34)を有しており、前記第1、第2抵抗性フィールドプレート部(34)は互いに離れている。

Description

横型半導体装置 関連出願の相互参照
 本開示は、2011年5月13日に出願された日本出願番号2011-108485号と、2012年4月9日に出願された日本出願番号2012-88455号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本発明は、抵抗性フィールドプレートを備えた横型半導体装置に関する。
 横型半導体装置は、例えばSilicon on Insulator(SOI)基板を利用して形成されている。横型半導体装置の一例に、横型ダイオードが知られている。横型ダイオードの半導体層の表面部には、カソード領域とアノード領域が形成されている。アノード領域は、カソード領域の周囲を一巡して配置されている。
 横型ダイオードはさらに、Local Oxidation of Silicon(LOCOS)膜と抵抗性フィールドプレートを備えている。LOCOS膜は、半導体層の表面に設けられており、カソード領域とアノード領域の間に配置されている。抵抗性フィールドプレートは、LOCOS膜の表面に設けられている。抵抗性フィールドプレートの一端は、カソード領域に電気的に接続されており、抵抗性フィールドプレートの他端は、アノード領域に電気的に接続されている。抵抗性フィールドプレートには微小電流が流れており、これにより、カソード領域とアノード領域の間に存在する半導体層の表面の電位分布が均一化され、半導体層の表面電界を緩和することができる。
 特許文献1に示されるように、このような抵抗性フィールドプレートは、平面視したときに、カソード領域とアノード領域の間で渦巻状又は同心円状に構成された抵抗性フィールドプレート部を有している。
特開2000-22175号公報
 本開示の目的は、抵抗性フィールドプレート部のレイアウトの自由度を高めることができる横型半導体装置を提供することである。
 本開示の一態様に係る横型半導体装置は、半導体層と絶縁層と抵抗性フィールドプレートを備えている。半導体層は、第1半導体領域と第2半導体領域を有している。第1半導体領域は、半導体層の表面部に設けられている。第2半導体領域は、半導体層の表面部に設けられており、第1半導体領域の周囲を一巡している。絶縁層は、半導体層の表面に設けられており、第1半導体領域と第2半導体領域の間に配置されている。抵抗性フィールドプレートは、絶縁層の表面に設けられている。抵抗性フィールドプレートの一端は第1半導体領域に電気的に接続されており、抵抗性フィールドプレートの他端は第2半導体領域に電気的に接続されている。平面視したときに、第1半導体領域と第2半導体領域の間には、第1半導体領域の周囲を周方向に沿って隣り合う第1部分と第2部分が存在している。抵抗性フィールドプレートは、第1抵抗性フィールドプレート部と第2抵抗性フィールドプレート部とを有している。第1抵抗性フィールドプレート部は、第1部分に設けられており、前記周方向に沿って往復を繰返している。第2抵抗性フィールドプレート部は、第2部分に設けられており、前記周方向に沿って往復を繰返している。第1部分に設けられている第1抵抗性フィールドプレート部と第2部分に設けられている第2抵抗性フィールドプレート部は離れている。上記態様の横型半導体装置によると、第1部分の第1抵抗性フィールドプレート部と第2部分の第2抵抗性フィールドプレート部に異なるレイアウトを採用することができる。
 本発明における上記あるいは他の目的、構成、利点は、下記の図面を参照しながら、以下の詳細説明から、より明白となる。図面において、
図1は、本開示の実施例による横型ダイオードを示す平面図であり、 図2は、図1のII-II線における横型ダイオードの断面図であり、 図3は、図1のIII-III線における横型ダイオードの断面図であり、 図4は、横型ダイオードのコーナー部分と直線部分を示す図であり、 図5は、第1変形例による横型ダイオードを示す図であり、 図6は、第2変形例による横型ダイオードの直線部分CとDの境界を示す図であり、 図7は、第3変形例による横型ダイオードの直線部分CとDの境界を示す図であり、 図8は、第4変形例による横型ダイオードの中間抵抗性フィールドプレートを構成する各部分の抵抗値の概念を示す図であり、 図9は、第5変形例による横型ダイオードの各部分に設けられている中間抵抗性フィールドプレートの抵抗値の概念を示す図である。
 本出願の発明者は、従来の横型半導体装置において、以下の点を見出した。平面視したときに、カソード領域とアノード領域の間の範囲は、レーストラック状の形態を有している。このため、カソード領域とアノード領域の間の領域は、周方向に沿って一様な形態ではなく、コーナー部分、直線部分等が含まれている。通常、コーナー部分に対応する半導体層には、電界が集中し易いことが知られている。したがって、コーナー部分に対応する半導体層では、径方向の長さを直線部分よりも長くすることが望まれる。
 しかしながら、渦巻き状又は同心円状の抵抗性フィールドプレート部は、カソード領域とアノード領域の間を周方向に一巡していることから、コーナー部分と直線部分で異なるレイアウトを採用することが難しい。このため、コーナー部分と直線部分を比較すると、コーナー部分に設けられる抵抗性フィールドプレート部は、カソード領域とアノード領域の間の長さに対して相対的に少なく配置されることとなる。なお、仮に、コーナー部分と直線部分に異なるレイアウトを採用しても、コーナー部分と直線部分の抵抗性フィールドプレート部が接触している限り、その接触部位を介して双方に微小電流が流れることから、少なからずも影響を受けることになる。このような影響を考慮すると、コーナー部分と直線部分に最適ではない妥協したレイアウトを採用せざるを得ない。本出願の発明者は上記点に注目して本発明を創造した。
 本開示の下記実施例に係る横型半導体装置は、支持層と埋込み絶縁層と活性層が積層した積層基板に形成されている。積層基板は、SOI基板であるのが望ましい。また、前記横型半導体装置は、活性層を一巡する絶縁分離トレンチで囲まれる島領域に形成されている。横型半導体装置は、半導体層に形成される半導体構造を備える。半導体構造は、複数種類の半導体領域で構成されており、半導体層を流れる電流を制御する。半導体構造には、ダイオード構造、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)構造、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)構造等が用いられる。ダイオード構造の場合、第1半導体領域がn型のカソード領域であり、第2半導体領域がp型のアノード領域である。IGBTの場合、第1半導体領域がp型のコレクタ領域であり、第2半導体領域がn型のエミッタ領域である。MOSFETの場合、第1半導体領域がn型のドレイン領域であり、第2半導体領域がn型のソース領域である。
 図1~図3に示されるように、本開示の実施例にかかる横型のダイオード1は、n型又はp型の支持層12と埋込み絶縁層14とn-型の活性層16が積層したSOI基板10に形成されている。図1に示されるように、ダイオード1は、絶縁分離トレンチ18で囲まれた活性層16の島領域内に形成されている。絶縁分離トレンチ18は、活性層16の表面から活性層16を貫通して埋込み絶縁層14まで達している。絶縁分離トレンチ18は、平面視したときに活性層16の一部を一巡している。一例では、支持層12と活性層16の材料には単結晶シリコンが用いられており、埋込み絶縁層14の材料には酸化シリコンが用いられている。
 ダイオード1は、n型のカソード領域28とp型のアノード領域23とn-型のドリフト領域26を備えている。カソード領域28とアノード領域23とドリフト領域26はダイオード構造を構成しており、活性層16を横方向に流れる電流を制御する。具体的には、カソード領域28とアノード領域23の間に順バイアスが印加されたときに(アノード領域23が高圧側に接続されたときに)、カソード領域28とアノード領域23の間に電流を導通させる。一方、カソード領域28とアノード領域23の間に逆バイアスが印加されたときに(カソード領域28が高圧側に接続されたときに)、カソード領域28とアノード領域23の間を非導通とする。
 図1に示されるように、カソード領域28は、島領域の中央部に配置されており、一方向に長く伸びて形成されている。カソード領域28は、例えばイオン注入技術を利用して、活性層16の表面部にリンイオンを注入して形成することができる。なお、この例ではカソード領域28が1つの拡散領域で形成されているが、この例に代えて、カソード領域28が一方向に分散した状態で形成されていてもよい。また、カソード領域28に接するように、p+型の領域を部分的に形成してもよい。
 アノード領域23は、島領域の周辺部に配置されており、絶縁分離トレンチ18に接しながらカソード領域28の周囲を一巡して形成されている。アノード領域23は、高濃度アノード領域22と低濃度アノード領域24を有している。低濃度アノード領域24は、高濃度アノード領域22よりも深く形成されており、高濃度アノード領域22を取り囲んでいる。なお、高濃度アノード領域22と低濃度アノード領域24の形態はこの例に限られない。例えば、高濃度アノード領域22の面積がより小さく形成され、低濃度アノード領域24の一部がアノード電極32と接するような形態でもよい。また、低濃度アノード領域24の深さを部分的に変えたような形態でもよい。アノード領域23は、例えばイオン注入技術を利用して、活性層16の表面部にボロンイオンを注入して形成することができる。
 ドリフト領域26は、カソード領域28とアノード領域23の間に形成されている。ドリフト領域26は、活性層16にカソード領域28とアノード領域23を形成した残部である。ドリフト領域26には、必要に応じて、高耐圧化のための半導体領域(例えば、リサーフ領域)が形成されていてもよい。
 ダイオード1はさらに、活性層16の表面に設けられているカソード電極36とアノード電極32とLocal Oxidation of Silicon(LOCOS)膜37と抵抗性フィールドプレート30を備えている。
 カソード電極36は、島領域の中央部に配置されており、カソード領域28に直接的に接触している。アノード電極32は、島領域の周辺部に配置されており、アノード領域23に直接的に接触している。
 LOCOS膜37は、活性層16の表面に設けられており、カソード領域28とアノード領域23の間に配置されている。LOCOS膜37は、ドリフト領域26上に設けられている。LOCOS膜37の材料には、例えば酸化シリコンが用いられている。
 抵抗性フィールドプレート30は、LOCOS膜37の表面に設けられており、内周側抵抗性フィールドプレート部35と中間抵抗性フィールドプレート部34と外周側抵抗性フィールドプレート部33を有している。内周側抵抗性フィールドプレート部35は、島状領域の中央部を一巡するように配置されており、カソード電極36を介してカソード領域28に電気的に接続されている。外周側抵抗性フィールドプレート部33は、島状領域の周辺部を一巡するように配置されており、アノード電極32を介してアノード領域23に接続されている。中間抵抗性フィールドプレート部34は、内周側抵抗性フィールドプレート部35と外周側抵抗性フィールドプレート部33の双方に接続されている。
 図1及び図4に示されるように、平面視したときに、カソード領域28とアノード領域23の間は、レーストラック状の形態を有している。図4に示されるように、このレーストラック状の形態は、コーナー部分A,B,E,Fと、直線部分C,D,G,Hを含む。
 図1及び図4に示されるように、各部分A~Hに形成されている中間抵抗性フィールドプレート部34はそれぞれ、一方の端部が内周側抵抗性フィールドプレート部35に接触しており、他方の端部が外周側抵抗性フィールドプレート部33に接触している。また、各部分A~Hに設けられた中間抵抗性フィールドプレート部34は、隣接する部分に設けられた中間抵抗性フィールドプレート部34から離れている。
 コーナー部分A,B,E,Fに形成される中間抵抗性フィールドプレート部34は、カソード領域28とアノード領域23の間において、カソード領域28の周方向に沿って往復を繰り返して形成されている。この例では、中間抵抗性フィールドプレート部34が、カソード領域28とアノード領域23の間で5往復している。また、カソード領域28とアノード領域23を結ぶ方向で観測したときに、隣り合う中間抵抗性フィールドプレート部34間の長さは一定であり、特定の値に固定されている。
 直線部分C,D,G,Hに形成される中間抵抗性フィールドプレート部34は、カソード領域28とアノード領域23の間において、カソード領域28の周方向に沿って往復を繰り返して形成されている。この例では、中間抵抗性フィールドプレート部34が、カソード領域28とアノード領域23の間で4往復している。また、カソード領域28とアノード領域23を結ぶ方向で観測したときに、隣り合う中間抵抗性フィールドプレート部34間の長さは一定であり、特定の値に固定されている。なお、コーナー部分A,B,E,Fにおいてカソード領域28とアノード領域23を結ぶ方向で観測したときに隣り合う中間抵抗性フィールドプレート部34間の長さと直線部分C,D,G,Hにおいてカソード領域28とアノード領域23を結ぶ方向で観測したときに隣り合う中間抵抗性フィールドプレート部34間の長さは同一である。
 図2は、コーナー部分A,B,E,Fに形成される中間抵抗性フィールドプレート部34の例を示している。図3は、直線部分C,D,G,Hに形成される中間抵抗性フィールドプレート部34の例を示している。コーナー部分A,B,E,Fに対応するドリフト領域26は、電界が集中し易い。このため、ドリフト領域26の横方向の長さ(つまり、カソード領域28とアノード領域23の間の長さ)は、直線部分C,D,G,Hよりもコーナー部分A,B,E,Fの方が長い。上記したように、コーナー部分A,B,E,Fに形成される中間抵抗性フィールドプレート部34は、直線部分C,D,G,Hに形成される中間抵抗性フィールドプレート部34よりも往復回数が多く形成されている。このため、コーナー部分A,B,E,Fと直線部分C,D,G,Hのいずれにおいても、ドリフト領域26の上方には、その全部分に亘って一様に中間抵抗性フィールドプレート部34が形成されている。すなわち、ドリフト領域26の横方向の長さに対する中間抵抗性フィールドプレート部34の配置間隔が、コーナー部分A,B,E,Fと直線部分C,D,G,Hで同一である。したがって、コーナー部分A,B,E,Fと直線部分C,D,G,Hのいずれにおいても、ドリフト領域26の表面電界が緩和されており、高耐圧なダイオード1が具現化される。
 図5に、本実施例の第1変形例に係るダイオード1を示す。このダイオード1は、隣り合う中間抵抗性フィールドプレート部34間に高抵抗な半導体領域38が形成されている。このダイオード1では、抵抗性フィールドプレート30と半導体領域38が、イオン注入技術を利用して形成されることを特徴としている。具体的には、LOCOS膜37の表面に高抵抗半導体層を形成した後に、抵抗性フィールドプレート30の形成部分に対応して開口を有するマスクをパターニングする。次に、その開口を介して高抵抗半導体層に不純物を導入し、抵抗性フィールドプレート30の形成部分に対して選択的に不純物を導入する。その後に、アニール処理を実施することで、抵抗性フィールドプレート30と半導体領域38を作り分けることができる。この製造方法を利用すると、エッチング技術を利用する必要がないので、加工バラツキを抑えることができる。
 図6は、本実施例の第2変形例による横型ダイオード1の直線部分CとDの境界を示す図である。図6に示されるように、直線部分Cの中間抵抗性フィールドプレート部34は、直線部分Dに向けて突出する突出部34aを有している。同様に、直線部分Dの中間抵抗性フィールドプレート部34も、直線部分Cに向けて突出する突出部34aを有している。これにより、直線部分CとDの間において、突出部34aがアノード・カソード間方向(図6の上下方向)に繰り返し設けられている。図7は、本実施例の第3変形例による横型ダイオード1の直線部分CとDの境界を示す図である。突出部34aは、図7に示すように階段状であってもよい。第2、第3変形例のように突出部34aが設けられていると、直線部分CとDの境界部分において、中間抵抗性フィールドプレート部34が存在しない空白部分が存在しない。このため、直線部分CとDの境界部分においても、ドリフト領域26の表面電界が緩和されており、高耐圧なダイオード1が具現化される。なお、図6及び図7では、直線部分CとDの境界部分を例示したが、当然に、他の部分の間にも同様な構造が設けられているのが望ましい。
 図8は、本実施例の第4変形例による横型ダイオード1の中間抵抗性フィールドプレート部34を構成する各部分の抵抗値の概念を示す図である。中間抵抗性フィールドプレート部34は、周方向に沿って伸びる複数の部分(以下、円弧部分という)によって構成されている。最もカソード側(最内周側)の円弧部分の抵抗値をR1とし、最もアノード側(最外周側)の円弧部分の抵抗値をRNとする。コーナー部分A,B,E,Fに形成されている中間抵抗性フィールドプレート部34では、円弧部分の周方向の長さがカソード側からアノード側に向けて増加する。このため、中間抵抗性フィールドプレート部34の幅が一定であると、R1<R2<R3<・・・<RNの関係が成立する。ダイオード1では、中間抵抗性フィールドプレート部34の幅をカソード側(最内周側)からアノード側(最外周側)に向けて増加させ、R1=R2=R3=・・・=RNの関係が成立するように構成されている。これにより、ドリフト領域26の表面電位分布は、アノード・カソード間方向において均一化され、表面電界が緩和される。
 図9は、本実施例の第5変形例による横型ダイオード1の各部分に設けられている中間抵抗性フィールドプレート部34の抵抗値の概念を示す図である。各部分A~Hに形成されている中間抵抗性フィールドプレート部34は、内周側抵抗性フィールドプレート部35と外周側抵抗性フィールドプレート部33の間において並列に接続されている。コーナー部分Aに形成されている中間抵抗性フィールドプレート部34の抵抗値がRaであり、直線部分Hに形成されている中間抵抗性フィールドプレート部34の抵抗値がRhである。ダイオード1では、コーナー部分A,B,E,Fと直線部分C,D,G,Hにおいて中間抵抗性フィールドプレート部34のレイアウトが異なるけれども、Ra=Rb=・・・=Rhの関係が成立するように構成されている。これにより、各中間抵抗性フィールドプレート部34に流れる電流値が同じになり、電流の偏りが抑えられ、ドリフト領域26の表面電界が緩和され、高耐圧なダイオード1が具現化される。
 なお、上記実施例において、活性化層16が半導体層の一例であり、カソード領域が第1半導体領域の一例であり、アノード領域が第2半導体領域の一例であり、LOCOS膜37が絶縁層の一例である。また、部分A~Hのうち、隣りあう2つの部分がそれぞれ第1部分と第2部分の一例であり、第1部分に設けられた中間抵抗性フィールドプレート部34が第1抵抗性フィールドプレート部の一例であり、第2部分に設けられた中間抵抗性フィールドプレート部34が第2抵抗性フィールドプレート部の一例である。
 以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
 例えば、上記実施例では半導体材料にシリコンを用いたものを例示したが、この例に代えて、ワイドギャップ半導体を用いてもよい。
 また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (6)

  1.  表面部に第1半導体領域(28)と、前記第1半導体領域の周囲を一巡している第2半導体領域(23)とを有する半導体層(16)と、
     前記半導体層(16)の表面に設けられており、前記第1半導体領域(28)と前記第2半導体領域(23)の間に配置されている絶縁層(37)と、
     前記絶縁層(37)の表面に設けられ、一端が前記第1半導体領域(28)に電気的に接続されており、他端が前記第2半導体領域(23)に電気的に接続されている抵抗性フィールドプレート(30)と、を備えた横型半導体装置であって、
     平面視したときに、前記第1半導体領域(28)と前記第2半導体領域(23)の間には、前記第1半導体領域(28)の周囲を周方向に沿って隣り合う第1部分と第2部分が存在しており、
     前記抵抗性フィールドプレート(30)は、前記第1部分に設けられており、前記周方向に沿って往復を繰返す第1抵抗性フィールドプレート部(34)と、前記第2部分に設けられており、前記周方向に沿って往復を繰返す第2抵抗性フィールドプレート部(34)と、を有しており、
     前記第1部分に設けられている前記第1抵抗性フィールドプレート部(34)と前記第2部分に設けられている前記第2抵抗性フィールドプレート部(34)とが離れている横型半導体装置。
  2.  前記第1部分に設けられている前記第1抵抗性フィールドプレート部(34)の往復回数と前記第2部分に設けられている前記第2抵抗性フィールドプレート部(34)の往復回数が異なっている請求項1に記載の横型半導体装置。
  3.  平面視したときに、前記第1半導体領域(28)と前記第2半導体領域の間の領域(23)は、コーナー部分と直線部分を有しており、
     前記第1部分は、前記コーナー部分に含まれており、
     前記第2部分は、前記直線部分に含まれており、
     前記第1部分に設けられている前記第1抵抗性フィールドプレート部(34)の往復回数は、前記第2部分に設けられている前記第2抵抗性フィールドプレート部(34)の往復回数よりも多い請求項2に記載の横型半導体装置。
  4.  前記第1抵抗性フィールドプレート部(34)は、前記周方向に沿って伸びる各部分の抵抗値が略等しい請求項3に記載の横型半導体装置。
  5.  前記第1抵抗性フィールドプレート部(34)は、第2部分に向けて突出する第1抵抗性フィールドプレート突出部(34a)を有しており、
     前記第2抵抗性フィールドプレート部(34)は、第1部分に向けて突出する第2抵抗性フィールドプレート突出部(34a)を有しており、
     平面視したときに、前記第1抵抗性フィールドプレート突出部(34a)と前記第2抵抗性フィールドプレート突出部(34a)が、前記第1半導体領域(28)と前記第2半導体領域(23)を結ぶ方向に沿って繰り返し設けられている請求項1~4のいずれか一項に記載の横型半導体装置。
  6.  前記第1抵抗性フィールドプレート部(34)の抵抗値と前記第2抵抗性フィールドプレート部(34)の抵抗値が略等しい請求項1~5のいずれか一項に記載の横型半導体装置。
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