JP2000114549A - Semiconductor element - Google Patents
Semiconductor elementInfo
- Publication number
- JP2000114549A JP2000114549A JP10276788A JP27678898A JP2000114549A JP 2000114549 A JP2000114549 A JP 2000114549A JP 10276788 A JP10276788 A JP 10276788A JP 27678898 A JP27678898 A JP 27678898A JP 2000114549 A JP2000114549 A JP 2000114549A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- oxide film
- rings
- layer
- semiconductor substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 143
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 35
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 30
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 claims description 20
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 17
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 14
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 12
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 12
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 7
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 47
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 19
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 27
- 239000002585 base Substances 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Thyristors (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高耐圧型電力用半
導体素子、主に静電誘導サイリスタ,ダイオード等の半
導体素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-voltage type power semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device such as a static induction thyristor and a diode.
【0002】[0002]
【従来の技術】図6は、一般的に知られているプレーナ
型の電力用半導体素子(図6中ではダイオード)の概略断
面図を示すものである。図6において、符号60は半導
体素子(ペレット状)、符号61は半導体基板である比較
的低濃度のN型半導体から成るベース層(以下、N-型ベ
ース層と称する)を示すものである。前記N-型ベース層
61の一方の主面側(以下、下面側と称する)には、比較
的高濃度のN型半導体から成るカソード領域(以下、N+
型カソード層と称する)62が形成される。2. Description of the Related Art FIG. 6 is a schematic sectional view of a generally known planar type power semiconductor device (a diode in FIG. 6). In FIG. 6, reference numeral 60 denotes a semiconductor element (pellet shape), and reference numeral 61 denotes a base layer made of a relatively low-concentration N-type semiconductor which is a semiconductor substrate (hereinafter, referred to as an N − -type base layer). On one main surface side (hereinafter, referred to as a lower surface side) of the N − -type base layer 61, a cathode region (hereinafter, referred to as N + ) made of a relatively high-concentration N-type semiconductor is provided.
(Referred to as a mold cathode layer) 62 is formed.
【0003】前記N-型ベース層61の他方の主面側(以
下、上面側と称する)の一部には、P型半導体から成る
アノード領域(以下、P型アノード層と称する)63が形
成される。前記N+型カソード層62の下面側表面には
カソード電極64、前記アノード層63の上面側表面の
中央部にはアノード電極65が設けられる。符号66
は、前記P型アノード層63の上面側表面の端部と前記
N-型ベース層61の上面側表面とを覆うように設けら
れたシリコン酸化膜(またはシリコン窒化膜)を示すもの
である。An anode region (hereinafter, referred to as a P-type anode layer) 63 made of a P-type semiconductor is formed on a part of the other main surface side (hereinafter, referred to as an upper surface side) of the N − -type base layer 61. Is done. A cathode electrode 64 is provided on the lower surface of the N + -type cathode layer 62, and an anode electrode 65 is provided at the center of the upper surface of the anode layer 63. Symbol 66
Shows a silicon oxide film (or silicon nitride film) provided so as to cover the end of the upper surface of the P-type anode layer 63 and the upper surface of the N − -type base layer 61.
【0004】図6に示した半導体素子60において、前
記N-型ベース層61とP型アノード層63との接合
面、すなわちP型半導体とN型半導体との接合(以下、
PN接合)面が湾曲しており、その湾曲したPN接合面
(以下、湾曲接合面と称する)付近における電界強度は比
較的高くなる。そのため、前記半導体素子60のブレー
クダウン電圧は前記湾曲接合面における電界強度により
決定され、その湾曲接合面における耐圧値は、例えば図
7に示すような半導体素子のP型半導体71とN型半導
体72とのPN接合(平面状;平面接合)における耐圧値
と比較して低くなることが、「Solid State Electronic
s」第9巻(1966年)にS.M.SzeとG.Gib
bonsによって報告されている。前記湾曲接合面付近
における電界強度を低減する手段として、逆バイアス電
圧が印加された際に半導体素子内で発生する空乏層を、
基板内部で素子径方向(主に素子端部方向)に広げる手段
が知られている。In the semiconductor device 60 shown in FIG. 6, a junction surface between the N − type base layer 61 and the P type anode layer 63, that is, a junction between a P type semiconductor and an N type semiconductor (hereinafter, referred to as a junction).
(PN junction) surface is curved, and the curved PN junction surface
The electric field intensity in the vicinity (hereinafter referred to as a curved joint surface) becomes relatively high. Therefore, the breakdown voltage of the semiconductor element 60 is determined by the electric field strength at the curved junction surface, and the breakdown voltage at the curved junction surface is, for example, a P-type semiconductor 71 and an N-type semiconductor 72 of the semiconductor element as shown in FIG. Is lower than the withstand voltage value in the PN junction (planar junction; planar junction) with "Solid State Electronic"
s "in Volume 9 (1966). M. Sze and G.S. Gib
reported by Bons. As a means for reducing the electric field strength near the curved junction surface, a depletion layer generated in the semiconductor element when a reverse bias voltage is applied,
Means for expanding in the element radial direction (mainly in the element end direction) inside the substrate are known.
【0005】図8Aは一般的に知られている高耐圧型の
電力用半導体素子(ペレット状;例えば、4500V級
以上)の概略図を示すものであり、図8Bは前記図8A
の部分断面図(半導体素子80の外周部80b)を示すも
のである。なお、図6に示すものと同様なものには同一
符号を付して、その詳細な説明を省略する。図8A,B
において、符号80は半導体素子を示すものである。符
号63aは、半導体素子80の中央部(アクティブ領
域;素子の実動領域)80aにおけるN-型ベース層61
の上面側に対して設けられるP型アノード層63のう
ち、素子端部に最も近い部分(以下、P型アノード層最
外部と称する)を示すものである。FIG. 8A is a schematic view of a generally known high voltage type power semiconductor device (pellet; for example, 4500 V class or higher), and FIG.
2 is a partial cross-sectional view (the outer peripheral portion 80b of the semiconductor element 80). Note that the same components as those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. 8A and 8B
In the figure, reference numeral 80 indicates a semiconductor element. Reference numeral 63a denotes an N − -type base layer 61 in a central portion (active region; active region of the device) 80a of the semiconductor device 80.
3 shows a portion of the P-type anode layer 63 provided on the upper surface side of the P-type anode layer 63 closest to the element end (hereinafter, referred to as the P-type anode layer outermost).
【0006】前記半導体素子80の外周部(ターミネー
ション領域;素子の耐圧緩和領域)80bにおけるN-型
ベース層61の上面側には、P型半導体から成るフィー
ルドリミティングリング(以下、ガードリング層と称す
る)81が複数個(図8中では8個)それぞれ所定の間隔
を隔てて設けられる。前記の各ガードリング層81によ
り、半導体素子80の外周部80bにて発生する空乏層
(図8B中の点線部は空乏層が発生する領域の一例)を素
子端部方向に広げ、その外周部80bにかかる電圧を前
記の各ガードリング層81に対して分散させることがで
き、電界を緩和させることができる。図8A,Bに示す
半導体素子80の場合、前記の各ガードリング層81間
の間隔を素子端部に近づくに連れて逐次広げた構造(以
下、逐次増幅型と称する)から成っている。A field limiting ring (hereinafter referred to as a guard ring layer) made of a P-type semiconductor is provided on the upper surface side of the N − -type base layer 61 in the outer peripheral portion (termination region; element withstand voltage relaxation region) 80 b of the semiconductor device 80. 8 (in FIG. 8, eight) are provided at predetermined intervals. A depletion layer generated at the outer peripheral portion 80b of the semiconductor element 80 due to each of the guard ring layers 81 described above.
(A dotted line in FIG. 8B is an example of a region where a depletion layer is generated) is expanded in the element end direction, and the voltage applied to the outer peripheral portion 80b can be dispersed to each of the guard ring layers 81. Can be alleviated. The semiconductor element 80 shown in FIGS. 8A and 8B has a structure in which the distance between the guard ring layers 81 is gradually increased toward the end of the element (hereinafter, referred to as a successive amplification type).
【0007】符号82は、比較的高濃度のN型半導体か
ら成るストッパ層(以下、N+型ストッパ層と称する)を
示すものである。前記半導体素子80における外周部8
0bの上面側表面にはシリコン酸化膜66が設けられる
が、そのシリコン酸化膜66において、前記の各ガード
リング層81が位置する一部分には溝部83a、前記N
+型ストッパ層82が位置する部分には切り欠き部83
bがそれぞれエッチング等により形成される。Reference numeral 82 denotes a stopper layer made of an N-type semiconductor having a relatively high concentration (hereinafter referred to as an N + -type stopper layer). Outer peripheral portion 8 of the semiconductor element 80
The silicon oxide film 66 is provided on the upper surface of the upper surface side of the silicon oxide film 0b. In the silicon oxide film 66, the groove 83a and the N
A notch 83 is formed in a portion where the + type stopper layer 82 is located.
b are respectively formed by etching or the like.
【0008】前記の各溝部83aには電極の一種である
フィールドプレートリング(以下、プレートリングと称
する)84、前記切り欠き部83bには等電位リング(Eq
ui Potential Ring)85がそれぞれ設けられ、前記中央
部80aの上面側表面にはアノード電極65が設けられ
る。前記の各プレートリング84により、半導体素子8
0における空乏層82が素子端部方向に対して広がり易
くなり、電圧が前記の各プレートリング84にそれぞれ
均等に分担するため、PN接合における電界集中を緩和
させることができる。Each of the groove portions 83a has a field plate ring (hereinafter, referred to as a plate ring) 84, which is a kind of electrode, and the notch portion 83b has an equipotential ring (Eq.
ui Potential Rings) 85 are provided, and an anode electrode 65 is provided on the upper surface of the central portion 80a. The semiconductor elements 8 are formed by the respective plate rings 84.
Since the depletion layer 82 at 0 becomes easier to spread in the element end direction and the voltage is equally distributed to each of the plate rings 84, the electric field concentration at the PN junction can be reduced.
【0009】さらに、半導体素子80の信頼性を向上さ
せるために、吸湿性が低くナトリウム等のアルカリ金属
に対するブロッキング特性の優れた半絶縁特性のシリコ
ン窒化膜86をパシベーション膜として用い、そのシリ
コン窒化膜31は、半導体素子80の外周部80bの上
面側で、アノード電極65の端部(以下、アノード電極
最外部と称する)65a,シリコン酸化膜66,プレー
トリング84,等電位リング85の一部を覆うようにし
て設けられる。Further, in order to improve the reliability of the semiconductor element 80, a semi-insulating silicon nitride film 86 having low hygroscopicity and excellent blocking properties against alkali metals such as sodium is used as a passivation film. Reference numeral 31 denotes an upper surface side of an outer peripheral portion 80b of the semiconductor element 80, which is an end portion of the anode electrode 65 (hereinafter, referred to as an outermost portion of the anode electrode) 65a, a silicon oxide film 66, a plate ring 84, and a part of the equipotential ring 85. It is provided so as to cover.
【0010】前記シリコン窒化膜31とプレートリング
84とを併用することにより、素子端部方向に対して前
記半導体素子80における空乏層をより広げることがで
きると共に、電圧を前記の各プレートリング84に分担
させることができるため、PN接合における電界集中が
より緩和され、プレートリング84の効果をより顕著に
発揮することができる。By using the silicon nitride film 31 and the plate ring 84 together, the depletion layer in the semiconductor element 80 can be further expanded in the element end direction, and a voltage is applied to each of the plate rings 84. Since the sharing can be performed, the electric field concentration at the PN junction is further reduced, and the effect of the plate ring 84 can be more remarkably exhibited.
【0011】なお、前記シリコン窒化膜は、成膜の際に
シリコンと窒素との結合割合を変化させ、そのシリコン
の割合を若干多くすることにより導電性を持たせたもの
である。また、前記の各ガードリング層81,プレート
リング84,等電位リング85は、それぞれ半導体素子
80の中心部を中心とした同心円のリング状であるもの
とする。さらに、前記の各プレートリング84は、その
各プレートリング84とシリコン基板(N-型ベース層6
1)との間にシリコン酸化膜66を挟み込むように設け
られ、その各プレートリング84に対応するガードリン
グ層81よりも、それぞれ素子端部側に張り出して(突
出して)形成されるものとする。前記アノード電極最外
部65aにおいても、前記プレートリング84と同様
に、そのアノード電極最外部65aとシリコン基板(N-
型ベース層61)との間にシリコン酸化膜66を挟み込
むように設けられ、P型アノード層最外部63aよりも
素子端部側に張り出して(突出して)形成されるものとす
る。The silicon nitride film has conductivity by changing the bonding ratio between silicon and nitrogen at the time of film formation and slightly increasing the ratio of silicon. The guard ring layer 81, the plate ring 84, and the equipotential ring 85 each have a concentric ring shape centered on the center of the semiconductor element 80. Further, each of the above-mentioned plate rings 84 is connected to each of the plate rings 84 and the silicon substrate (N − type base layer 6).
1) is provided so as to sandwich the silicon oxide film 66 therebetween, and is formed to protrude (protrude) toward the element end side from the guard ring layer 81 corresponding to each plate ring 84. . Similarly to the plate ring 84, the outermost anode electrode 65a and the silicon substrate (N −
It is provided so as to sandwich the silicon oxide film 66 between itself and the mold base layer 61), and is formed so as to protrude (protrude) toward the element end side from the outermost 63a of the P-type anode layer.
【0012】図9Aは、前記の各プレートリング84に
おける効果を説明するための概略説明図であり、図9B
は半絶縁膜のシリコン窒化膜を用いた場合を示すもので
ある。なお、図9A,B中の矢印はイオン性不純物,電
子の移動方向の一例を示すものである。また、図8A,
Bに示すものと同様なものには同一符号を付して、その
詳細な説明を省略する。FIG. 9A is a schematic explanatory view for explaining the effect of each plate ring 84, and FIG. 9B
Shows a case where a silicon nitride film as a semi-insulating film is used. The arrows in FIGS. 9A and 9B show an example of the direction of movement of ionic impurities and electrons. 8A,
Components similar to those shown in B are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0013】図9Aにおいて、カソード電極64に正電
圧、プレートリング84に負電圧をかけると、そのプレ
ートリング84付近におけるシリコン酸化膜66中の正
電荷であるNa+が前記プレートリング84に引き寄せ
られると同時に、そのNa+濃度が低くなったシリコン
酸化膜66付近におけるN-型ベース層61中の電子が
自由に移動する。すなわち、シリコン基板(N-型ベース
層61)と酸化膜(シリコン酸化膜66)との界面からイ
オン性の不純物を隔離することにより、シリコン基板と
酸化膜との界面付近に高濃度領域(図9中のエンハンス
ト層91)が形成されることを防ぐと共に、逆バイアス
時に空乏層が広がり、電界集中が有効に緩和される。In FIG. 9A, when a positive voltage is applied to the cathode electrode 64 and a negative voltage is applied to the plate ring 84, Na +, which is a positive charge in the silicon oxide film 66 near the plate ring 84, is attracted to the plate ring 84. At the same time, electrons in the N − -type base layer 61 near the silicon oxide film 66 whose Na + concentration has decreased are freely moved. That is, by isolating ionic impurities from the interface between the silicon substrate (N − type base layer 61) and the oxide film (silicon oxide film 66), a high-concentration region (see FIG. 9 is prevented from being formed, and the depletion layer is expanded at the time of reverse bias, so that the electric field concentration is effectively reduced.
【0014】一方、図9Bにおいては、シリコン窒化膜
86により各プレートリング84が連結され、そのシリ
コン窒化膜86がプレートリング84と同様の効果を有
するため、前記プレートリング84付近におけるシリコ
ン酸化膜66中のNa+が前記プレートリング84とシ
リコン窒化膜86とに対して引き寄せられ、広い範囲に
わたるエンハンスト層91を解消して電界集中を緩和
し、半導体素子における耐圧の低下をより抑えることが
できる。On the other hand, in FIG. 9B, each plate ring 84 is connected by a silicon nitride film 86, and since the silicon nitride film 86 has the same effect as the plate ring 84, the silicon oxide film 66 near the plate ring 84 is formed. The Na + in the region is attracted to the plate ring 84 and the silicon nitride film 86, so that the enhanced layer 91 over a wide range is eliminated, the electric field concentration is reduced, and the reduction in breakdown voltage in the semiconductor element can be further suppressed.
【0015】なお、半導体素子に形成される酸化膜中に
は、イオン性不純物以外に界面固定電荷,界面準位にお
いても存在するが(以下、イオン性不純物,界面固定電
荷,界面準位を表面電荷と称する)、その酸化膜とシリ
コン基板との界面付近に存在する表面電荷は1×1011
cm-2以上の正の電荷となる。そのため、例えば図10
の表面電荷分布図に示す半導体素子100のように、シ
リコン基板100aにおける酸化膜100bに近接した
部分に対してエンハンスト層100cが形成されてしま
い、シリコン基板100a上面側にて電界集中が発生
し、空乏層100dにおける広がり具合に影響を及ぼし
て、半導体素子10aの耐圧値を低下させてしまうこと
が知られている。図10中の符号100eはP型半導体
から成る拡散層を示すものである。In an oxide film formed on a semiconductor element, there are interface fixed charges and interface states in addition to ionic impurities (hereinafter, ionic impurities, interface fixed charges and interface states are referred to as surface states). Surface charge existing near the interface between the oxide film and the silicon substrate is 1 × 10 11
It becomes a positive charge of cm -2 or more. Therefore, for example, FIG.
As in the semiconductor element 100 shown in the surface charge distribution diagram of FIG. 1, the enhanced layer 100c is formed in a portion of the silicon substrate 100a close to the oxide film 100b, and electric field concentration occurs on the upper surface side of the silicon substrate 100a. It is known that the degree of expansion in the depletion layer 100d is affected and the breakdown voltage of the semiconductor element 10a is reduced. Reference numeral 100e in FIG. 10 indicates a diffusion layer made of a P-type semiconductor.
【0016】以上示したように、一般的に知られている
半導体素子は、素子軸方向に対してSi/SiO2/S
i3N4の3層構造、またはSi/SiO2/Si3N4/
SiO2の4層構造から成り、酸化膜とシリコン基板と
の界面付近における正電荷の一部(イオン性不純物)をプ
レートリング等に引きつけ、シリコン基板上面側に発生
する電界集中を緩和して、半導体素子における耐圧の低
下を軽減している。As described above, a generally known semiconductor device has Si / SiO 2 / S in the axial direction of the device.
i 3 N 4 three-layer structure, or Si / SiO 2 / Si 3 N 4 /
It consists of a four-layer structure of SiO 2 , attracts a part of positive charges (ionic impurities) in the vicinity of the interface between the oxide film and the silicon substrate to a plate ring, etc., and reduces the electric field concentration generated on the upper surface side of the silicon substrate. The reduction in breakdown voltage of the semiconductor element is reduced.
【0017】図11A(プレートリングを用いない場
合),B(プレートリングを用い、図11Aと比較してシ
リコン酸化膜が薄く形成された場合),C(プレートリン
グを用い、図11Aと比較してシリコン酸化膜が厚く形
成された場合)は、種々の構造の半導体素子外周部に形
成されるガードリング層付近において、ブレークダウン
時における電界集中箇所を説明するためのシミュレーシ
ョン図(概略図)である。なお、図11A〜C中の細線は
等電界線、点線部はそれぞれ主な電界集中箇所を示すも
のである。また、図11A〜C中の符号111はシリコ
ン基板、符号112はガードリング層を示すものであ
る。FIGS. 11A (when a plate ring is not used), B (when a silicon oxide film is formed thinner than in FIG. 11A using a plate ring), and C (when a plate ring is used and compared with FIG. 11A). (The silicon oxide film is formed thicker) is a simulation diagram (schematic diagram) for explaining the electric field concentration point at the time of breakdown in the vicinity of the guard ring layer formed on the outer peripheral portion of the semiconductor element having various structures. is there. Note that thin lines in FIGS. 11A to 11C indicate isoelectric lines, and dotted lines indicate main electric field concentrated portions. Reference numerals 111 in FIGS. 11A to 11C denote a silicon substrate, and reference numeral 112 denotes a guard ring layer.
【0018】図11Aに示す構造の半導体素子では、ガ
ードリング層112における上面側端部およびシリコン
酸化膜113aの一部にて電界集中114aが発生し、
半導体素子の耐圧劣化が起きることを確認できた。一
方、図11Bに示す構造の半導体素子においては、図1
1Aに示す半導体素子と比較して、ガードリング層11
2の上面側端部における電界集中(図11A中の符号1
14a)が緩和されるが、プレートリング115bの端
部にて電界集中114bが発生し、シリコン酸化膜11
3bが薄いため、前記電界集中114bがシリコン基板
111内部に対しても影響を及ぼし、半導体素子の耐圧
劣化が少なからず起きることを確認できた。In the semiconductor device having the structure shown in FIG. 11A, an electric field concentration 114a occurs at an upper end of the guard ring layer 112 and a part of the silicon oxide film 113a.
It was confirmed that the breakdown voltage of the semiconductor element deteriorated. On the other hand, in the semiconductor device having the structure shown in FIG.
Compared with the semiconductor device shown in FIG.
Electric field concentration at the upper surface side end of reference numeral 2 (reference numeral 1 in FIG. 11A)
14a) is relaxed, but an electric field concentration 114b occurs at the end of the plate ring 115b, and the silicon oxide film 11
Since 3b is thin, it has been confirmed that the electric field concentration 114b also affects the inside of the silicon substrate 111, and that the breakdown voltage of the semiconductor element deteriorates to a considerable extent.
【0019】そして、図11Cに示す構造の半導体素子
においては、図11Bに示す半導体素子と比較して、シ
リコン酸化膜113cが厚く形成されているため、ガー
ドリング層112における電界集中114cは、そのガ
ードリング層112の下面側(電界集中114aよりも
下面側)に発生する。また、プレートリング115c端
部にて発生する電界集中114dがシリコン基板111
に対して影響を及ぼすことを防止し、半導体素子の耐圧
劣化を抑えることができることを確認できた。In the semiconductor device having the structure shown in FIG. 11C, since the silicon oxide film 113c is formed thicker than the semiconductor device shown in FIG. 11B, the electric field concentration 114c in the guard ring layer 112 is reduced. It occurs on the lower surface side of the guard ring layer 112 (lower surface side than the electric field concentration 114a). The electric field concentration 114d generated at the end of the plate ring 115c is
It was confirmed that it was possible to prevent the influence on the semiconductor device and to suppress the deterioration of the breakdown voltage of the semiconductor element.
【0020】[0020]
【発明が解決しようとする課題】一般的に知られている
逐次増幅型の半導体素子に形成されたガードリング層
は、図8Bに示したように、素子端部付近に形成された
各ガードリング層81の間隔と比較して、素子中央部8
0a近くに形成された各ガードリング層81間の間隔は
狭くなっている。例えば、図8Bに示したように、素子
端部付近に形成された各ガードリング層81に対応した
各プレートリング84間の間隔(図8B中の符号ハ,ニ)
と比較して、素子中央部近くに形成された各ガードリン
グ層に対応した各プレートリング84(アノード電極最
外部65を含む)間の間隔(図8B中の符号イ,ロ)は狭
くなっている。As shown in FIG. 8B, a guard ring layer formed on a generally known successive amplification type semiconductor element is formed by a guard ring formed near the element end. Compared with the interval of the layer 81, the element central portion 8
The space between the guard ring layers 81 formed near 0a is small. For example, as shown in FIG. 8B, the interval between each plate ring 84 corresponding to each guard ring layer 81 formed in the vicinity of the element end (reference numerals c and d in FIG. 8B).
As compared with, the interval between the plate rings 84 (including the outermost 65 of the anode electrode) corresponding to the respective guard ring layers formed near the center of the element becomes narrower (symbols A and B in FIG. 8B). I have.
【0021】前記のような逐次増幅型の半導体素子にお
いて、その半導体素子に設けられる各プレートリングの
幅(素子端部方向の長さ)は一律とし、ブレークダウンに
至るまでの電圧(4500V以上)を印加した場合、各プ
レートリング間の間隔が狭い部分では、シリコン窒化膜
およびシリコン酸化膜が絶縁破壊を起こし、放電してし
まう問題が起こる。このような破壊現象は、素子中央部
に近づくに連れて(特に、図8B中の符号イ)顕著にな
る。In the successive amplification type semiconductor element as described above, the width (length in the element end direction) of each plate ring provided on the semiconductor element is uniform, and the voltage (4500 V or more) until breakdown is reached. Is applied, the silicon nitride film and the silicon oxide film cause dielectric breakdown in a portion where the interval between the plate rings is narrow, and a problem occurs in that discharge occurs. Such a destruction phenomenon becomes remarkable as approaching the central part of the element (particularly, the symbol a in FIG. 8B).
【0022】一般的に、シリコン酸化膜の絶縁破壊電圧
は2〜10×106V/cmであり、前記シリコン酸化
膜における組成割合を変化させて成るシリコン窒化膜の
絶縁破壊電圧は1×106V/cm程度である。そのた
め、半導体素子に設けられるプレートリング間の間隔が
10μmの場合、1000Vの電位差が生じると破壊現
象を引き起こす。また、前記シリコン酸化膜,シリコン
窒化膜にピンホール,構造欠陥等が存在している場合、
さらに低い電位差(1000V以下の電位差)により破壊
現象が起こる。Generally, the breakdown voltage of a silicon oxide film is 2 to 10 × 10 6 V / cm, and the breakdown voltage of a silicon nitride film obtained by changing the composition ratio in the silicon oxide film is 1 × 10 6 V / cm. It is about 6 V / cm. Therefore, when the distance between the plate rings provided in the semiconductor element is 10 μm, a destruction phenomenon occurs when a potential difference of 1000 V occurs. Further, when a pinhole, a structural defect or the like exists in the silicon oxide film or the silicon nitride film,
A lower potential difference (a potential difference of 1000 V or less) causes a destruction phenomenon.
【0023】前記の逐次増幅型の半導体素子において、
単に各ガードリング層間の間隔を変更した場合、その各
ガードリング層に分担される電圧に格差が生じ、その半
導体素子の耐圧劣化が起こる。また、各ガードリング層
のうち1個以上のガードリング層の位置を変化させる、
例えばP型アノード層上に設けるアノード電極を、プレ
ートリングと同様の効果を有しないように短くした場合
(アノード電極最外部がP型アノード層最外部よりも素
子端部側に突出しないようにした場合)、あるいは素子
内周部に最も近いガードリング層上に対して、プレート
リングの効果を有しない電極部のみを形成した場合に
は、過渡的な状態で破壊が起こる。In the above-described successive amplification type semiconductor device,
When the interval between the guard ring layers is simply changed, a difference occurs in the voltage shared between the guard ring layers, and the breakdown voltage of the semiconductor element is deteriorated. Changing the position of one or more guard ring layers in each guard ring layer;
For example, when the anode electrode provided on the P-type anode layer is shortened so as not to have the same effect as the plate ring
(When the outermost part of the anode electrode does not protrude toward the element end than the outermost part of the P-type anode layer), or on the guard ring layer closest to the inner peripheral part of the element, there is no plate ring effect. When only the electrode portion is formed, destruction occurs in a transient state.
【0024】すなわち、半導体素子のPN接合に対して
逆バイアスが印加し始める際(0Vから4500V以上
に上昇する過程)、電界が半導体素子の各ガードリング
層全体に対して広がる前に、素子中央部付近の複数個の
ガードリング層に対して電界が集中してしまうため、十
分な電界緩和が行われず、半導体素子が破壊されてしま
う恐れがある。That is, when a reverse bias starts to be applied to the PN junction of the semiconductor device (a process of rising from 0 V to 4500 V or more), before the electric field spreads over the entire guard ring layer of the semiconductor device, the central portion of the device is turned on. Since the electric field concentrates on the plurality of guard ring layers near the portion, sufficient electric field relaxation is not performed, and the semiconductor element may be damaged.
【0025】本発明は、前記課題に基づいて成されたも
のであり、逐次増幅型の半導体素子の外周部における上
面側の構造を改良し、電界集中を緩和し耐圧低下を防止
して高耐圧化を図った半導体素子を提供することにあ
る。The present invention has been made based on the above-mentioned problem, and has an improved structure on the upper surface side in the outer peripheral portion of a semiconductor device of the successive amplification type, thereby alleviating electric field concentration and preventing a decrease in withstand voltage to achieve a high withstand voltage. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device which has been developed.
【0026】[0026]
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るために、第1発明は、比較的低濃度のN型半導
体から成る円盤状の半導体基板の一方の主面側には比較
的高濃度のN型半導体のカソード領域を形成し、そのカ
ソード領域表面にカソード電極を設け、前記半導体基板
の他方の主面側の中央部にはP型半導体のアノード領域
を複数個それぞれ所定の間隔を隔てて形成すると共に、
その半導体基板の他方の主面側の外周部にはP型半導体
から成るフィールドリミティングリング複数個を、その
各フィールドリミティングリング間の間隔が逐次増幅す
るように形成し、前記半導体基板の他方の主面側表面に
所定厚さの酸化膜を設けると共に、その酸化膜における
前記の各アノード領域,各フィールドリミティングリン
グが位置する一部分に溝部をそれぞれ形成し、前記の各
溝部を含む前記酸化膜表面における各アノード領域,各
フィールドリミティングリングが位置する部分で、前記
半導体基板の端部側に突出するように、アノード電極,
フィールドプレートリングをそれぞれ所定の間隔を隔て
て設けて構成される半導体素子において、前記の各フィ
ールドプレートリングのうち、前記半導体基板の中央部
側に位置する複数個のフィールドプレートリングにおけ
る素子径方向の幅は、前記半導体基板の端部側に位置す
るフィールドプレートリングにおける素子径方向の幅と
比較してそれぞれ短くしたことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a first invention in which a disk-shaped semiconductor substrate made of a relatively low-concentration N-type semiconductor is provided on one main surface side. A cathode region of a relatively high-concentration N-type semiconductor is formed, a cathode electrode is provided on the surface of the cathode region, and a plurality of anode regions of a P-type semiconductor are respectively provided at a central portion on the other main surface side of the semiconductor substrate. While forming at intervals of
A plurality of field limiting rings made of a P-type semiconductor are formed on the outer peripheral portion on the other main surface side of the semiconductor substrate so that the intervals between the respective field limiting rings are sequentially amplified. An oxide film having a predetermined thickness is provided on the main surface of the oxide film, and grooves are respectively formed in portions of the oxide film where the anode regions and the field limiting rings are located. The anode electrode, the anode electrode, and the field limiting ring are located at portions where the respective anode regions and the respective field limiting rings are located on the film surface.
In a semiconductor device configured by providing field plate rings at predetermined intervals, a radial direction of a plurality of field plate rings among the field plate rings, which are located on a central portion side of the semiconductor substrate, is used. The width is shorter than the width in the element radial direction of the field plate ring located on the end side of the semiconductor substrate.
【0027】第2発明は、前記第1発明中の半導体素子
の外周部における他方の主面側において、前記の各フィ
ールドプレートリングと酸化膜の一部とを覆うように、
半絶縁性のパシベーション膜を設けたことを特徴とす
る。According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the first aspect of the invention, wherein the field plate ring and a part of the oxide film are covered on the other main surface side in the outer peripheral portion of the semiconductor element.
A semi-insulating passivation film is provided.
【0028】第3発明は、前記第1または第2発明にお
いて、前記の各フィールドリミティングリングは、それ
ら各フィールドリミティングリング間の間隔において下
記の3つの関係式のうち何れかが成り立つようにそれぞ
れ形成されたことを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, each of the field limiting rings is such that any one of the following three relational expressions is satisfied in an interval between the field limiting rings. Each is formed.
【0029】a+(n−1)b1、a+(n−1)b2+(n
−1)2c2、またはa+(n−1)b3+(n−1)2c3+
(n−1)3d3 (a;半導体基板外周部に最も近いアノード領域と半導
体基板中央部に最も近いフィールドリミティングリング
との間の間隔、b1,b2,b3,c2,c3,d3;各フィ
ールドリミティングリング間の間隔における増幅ピッチ
係数、n;半導体基板中央部側から数えたフィールドリ
ミティングリングの個数)第4発明は、前記第2発明に
おいて、前記パシベーション膜はシリコンリッチである
シリコン窒化膜から成ることを特徴とする。A + (n-1) b 1 , a + (n-1) b 2 + (n
-1) 2 c 2 or a + (n-1,) b 3 + (n-1) 2 c 3 +
(n-1) 3 d 3 (a; spacing between the anode region closest to the outer periphery of the semiconductor substrate and the field limiting ring closest to the center of the semiconductor substrate; b 1 , b 2 , b 3 , c 2 , c 3 , d 3 ; amplification pitch coefficient in the interval between each field limiting ring, n; number of field limiting rings counted from the central part of the semiconductor substrate) The fourth invention is the second invention, wherein the passivation film is used. Is made of a silicon-rich silicon nitride film.
【0030】第5発明は、前記第1,第2,または第3
発明において、前記酸化膜の厚さは素子端部に近づくに
連れて順次薄くなるようにしたことを特徴とする。According to a fifth aspect, the first, second, or third aspect is provided.
The invention is characterized in that the thickness of the oxide film is gradually reduced as approaching the end of the element.
【0031】[0031]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。まず、図12Aに示すような逐次
増幅型(15個のガードリング層;符号122)の半導体
素子(図12A中の符号121)の外周部における電界分
布をシミュレーションにより調べた。そして、その半導
体素子121において、P型アノード層最外部123付
近(図12A中の符号ホ),前記の各ガードリング層12
2のうち中間に位置する部分(図12A中の符号ヘ),素
子端部に最も近いガードリング層122付近(図12A
中の符号ト)の電界集中箇所を、それぞれ図12B,
C,Dの部分拡大図に示した。なお、図12B〜D中の
点線部で示された符号124b,124c,124d
は、それぞれ電界集中箇所を示すものである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the electric field distribution in the outer peripheral portion of the semiconductor element (reference numeral 121 in FIG. 12A) of the successive amplification type (15 guard ring layers; reference numeral 122) as shown in FIG. 12A was examined by simulation. Then, in the semiconductor element 121, the vicinity of the outermost 123 of the P-type anode layer (reference numeral e in FIG.
2 and the vicinity of the guard ring layer 122 closest to the end of the element (reference numeral in FIG. 12A).
In FIG. 12B,
C and D are shown in a partially enlarged view. Note that reference numerals 124b, 124c, and 124d indicated by dotted lines in FIGS.
Indicates an electric field concentration point.
【0032】図12B,C,Dに示す結果から、P型ア
ノード層最外部123に対して最も近隣しているガード
リング層(以下、最内ガードリング層と称する)122a
においては、その最内ガードリング層122aにおける
下面側にて電界集中124bが生じているが、素子端部
に近づくに連れて、その電界集中が上面側(図12C,
D中の符号124c,124d)に移動することを確認
できた。From the results shown in FIGS. 12B, 12C, 12D, the guard ring layer 122a closest to the outermost 123 of the P-type anode layer (hereinafter referred to as the innermost guard ring layer) 122a
In FIG. 12, the electric field concentration 124b is generated on the lower surface side of the innermost guard ring layer 122a, but as the element edge portion is approached, the electric field concentration increases on the upper surface side (FIG. 12C, FIG.
It was confirmed that the movement to the symbols 124c and 124d) in D was made.
【0033】ゆえに、逐次増幅型の半導体素子の外周部
に形成されるガードリング層において、そのガードリン
グ層の素子中央部側と比較して、素子端部側における電
界集中を緩和させることが重要であることを確認でき
た。そこで、まず図1(詳細を後述する)に示すように、
素子中央部付近に設けられるプレートリングの構造を改
良した半導体素子の検討を行った。Therefore, in the guard ring layer formed on the outer peripheral portion of the successive amplification type semiconductor element, it is important to reduce the electric field concentration on the element end side as compared with the element center side of the guard ring layer. Was confirmed. Therefore, first, as shown in FIG. 1 (details will be described later),
A semiconductor device in which the structure of a plate ring provided near the center of the device was improved was studied.
【0034】図1は、本発明の実施の第1形態における
半導体素子(図1中の符号10)の概略構成図を示すもの
である。なお、図8Bに示すものと同様なものには同一
符号を付して、その詳細な説明を省略する。図1におい
て、符号11は、プレートリング84と比較して素子径
方向の幅が狭いプレートリングを示すものであり、その
プレートリング11はP型アノード層最外部63a近隣
に形成された複数個(図1中では2個)のガードリング層
81a上面側の溝部83aに対してそれぞれ設けられ
る。FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a semiconductor device (reference numeral 10 in FIG. 1) according to the first embodiment of the present invention. The same components as those shown in FIG. 8B are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a plate ring whose width in the element radial direction is smaller than that of the plate ring 84. The plate ring 11 includes a plurality of plate rings 11 formed in the vicinity of the P-type anode layer outermost 63a. 1 (two in FIG. 1) are provided for the grooves 83a on the upper surface side of the guard ring layer 81a.
【0035】前記プレートリング11における素子径方
向の幅は、そのプレートリング11の直下に位置するガ
ードリング層81aにおける素子径方向の幅と比較し
て、同一または狭いものとする。一方、前記プレートリ
ング11の素子端部側に設けられるプレートリング84
における素子径方向の幅は、そのプレートリング84の
直下に位置するガードリング層81と電界集中領域とに
おける各々の素子径方向の幅の和と比較して、広いもの
とする。The width of the plate ring 11 in the element radial direction is equal to or smaller than the width of the guard ring layer 81a located immediately below the plate ring 11 in the element radial direction. On the other hand, a plate ring 84 provided on the element end side of the plate ring 11 is provided.
Is wider than the sum of the widths of the guard ring layer 81 located immediately below the plate ring 84 and the electric field concentration region in the element radial direction.
【0036】図1に示したように半導体素子を構成する
ことにより、半導体素子の外周部における電界集中の緩
和、特にP型アノード層最外部近隣に形成されたガード
リング層における電界集中を緩和させることができると
共に、その半導体素子に形成されるシリコン窒化膜およ
びシリコン酸化膜の破壊を防ぐことができる。By arranging the semiconductor element as shown in FIG. 1, the electric field concentration in the outer peripheral portion of the semiconductor element is reduced, particularly the electric field concentration in the guard ring layer formed near the outermost periphery of the P-type anode layer. In addition to this, it is possible to prevent the silicon nitride film and the silicon oxide film formed on the semiconductor element from being broken.
【0037】次に、本発明の実施の第2形態における半
導体素子を図2に基づいて説明する。なお、図1に示す
ものと同様なものには同一符号を付して、その詳細な説
明を省略する。P型アノード層最外部近隣に形成された
ガードリング層付近の電界集中が比較的弱い場合におい
て、図2に示すように、前記のP型アノード層最外部6
3a近隣に形成された複数個(図2中では2個)のガード
リング層81aの上面側表面には、単にシリコン酸化膜
を設ける。すなわち、シリコン酸化膜66におけるガー
ドリング層81aが位置する部分には溝部83aを形成
せず、プレートリング84においても用いずに、半導体
素子20を構成する。Next, a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. When the electric field concentration near the guard ring layer formed near the outermost portion of the P-type anode layer is relatively weak, as shown in FIG.
A silicon oxide film is simply provided on the upper surface side of a plurality (two in FIG. 2) of guard ring layers 81a formed near 3a. That is, the groove 83a is not formed in the portion of the silicon oxide film 66 where the guard ring layer 81a is located, and the semiconductor element 20 is formed without using the plate ring 84.
【0038】図2に示したように半導体素子を構成する
ことにより、P型アノード層最外部近隣に形成されたガ
ードリング層付近の電界集中が比較的弱い場合におい
て、図1に示した半導体素子と比較して半導体素子の耐
圧低下を容易に抑えることができる。By configuring the semiconductor device as shown in FIG. 2, when the electric field concentration near the guard ring layer formed near the outermost portion of the P-type anode layer is relatively weak, the semiconductor device shown in FIG. As compared with the case, the reduction in the breakdown voltage of the semiconductor element can be easily suppressed.
【0039】次に、本発明の実施の第3形態における半
導体素子を図3に基づいて説明する。なお、図1に示す
ものと同様なものには同一符号を付して、その詳細な説
明を省略する。図3において、P型アノード層最外部6
3上面側表面に形成されたアノード電極65におけるア
ノード電極最外部65a,各プレートリング11,8
4,等電位リング85の一部を覆うようにパシベーショ
ン膜86を設けて、半導体素子30を構成する。Next, a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In FIG. 3, the outermost P-type anode layer 6
3, the outermost anode electrode 65a of the anode electrode 65 formed on the upper surface,
4. A semiconductor element 30 is formed by providing a passivation film 86 so as to cover a part of the equipotential ring 85.
【0040】図3に示したように半導体素子を構成する
ことにより、半導体素子の外周部における電界集中の緩
和、特にP型アノード層最外部近隣に形成されたガード
リング層における電界集中をより緩和させることができ
ると共に、アノード電極に印加される電圧を各プレート
リングに分担させることができる。また、半導体素子に
形成されるシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜の破壊
をより防ぐことができる。By arranging the semiconductor element as shown in FIG. 3, the electric field concentration at the outer peripheral portion of the semiconductor element can be reduced, particularly the electric field concentration at the guard ring layer formed near the outermost periphery of the P-type anode layer. And the voltage applied to the anode electrode can be shared by each plate ring. In addition, destruction of the silicon nitride film and the silicon oxide film formed on the semiconductor element can be further prevented.
【0041】前記図1〜3に示した半導体素子10,2
0,30における各々の外周部80bには、下記の関係
式lαに基づいて、それぞれ逐次増幅式に各ガードリン
グ層81(ガードリング層81aを含む)が形成されてい
る。なお、下記の関係式lαにおけるaは、P型アノー
ド層最外部と最内ガードリング層との間の距離を示すも
のである。また、b1は各ガードリング層間の距離にお
ける増幅ピッチ係数、nは半導体素子の外周部に形成さ
れる各ガードリング層のうち素子中央部側から数えた所
望のガードリング層の位置(例えば、最内ガードリング
層の場合、n=1)を示すものである。The semiconductor devices 10 and 2 shown in FIGS.
Each of the outer peripheral portion 80b of 0,30, based on the relation l alpha below, each of the guard ring layer 81 sequentially to amplify expression, respectively (including a guard ring layer 81a) is formed. Incidentally, a in equation l alpha, below, shows the distance between the P-type anode layer outermost and innermost guard ring layer. Further, b 1 is amplified pitch coefficient at a distance of each of the guard ring layers, n represents the position of the desired guard ring layer counted from the central portion side of each of the guard ring layer which is formed on the outer peripheral portion of the semiconductor element (e.g., In the case of the innermost guard ring layer, n = 1) is indicated.
【0042】 lα = a + (n−1)b1 …… (1) さらに、前記半導体素子10,20,30は、例えば2
次,3次の項を有する下記の関係式lβ,lγに基づい
て、逐次増幅式に各ガードリング層81(ガードリング
層81aを含む)を形成した場合においても、前記実施
の第1〜第3形態で示した効果が得られることを確認し
た。図4は、前記の1次,2次,3次の項を有する関係
式lα,lβ,lγを示す曲線図である。なお、関係式
lβ,lγにおけるb2,b3,c2,c3,d3は、各ガ
ードリング層間の距離における増幅ピッチ係数を示すも
のである。L α = a + (n−1) b 1 (1) Further, the semiconductor elements 10, 20 and 30 are, for example, 2
In the case where each of the guard ring layers 81 (including the guard ring layer 81a) is formed in a successive amplification manner based on the following relational expressions l β and l γ having the following terms, ~ It was confirmed that the effects shown in the third embodiment were obtained. FIG. 4 is a curve diagram showing the relational expressions l α , l β , and l γ having the above first, second and third order terms. Note that b 2 , b 3 , c 2 , c 3 , and d 3 in the relational expressions l β and l γ indicate the amplification pitch coefficients at the distance between the respective guard ring layers.
【0043】 lβ = a + (n−1)b2 + (n−1)2c2 …… (2) lγ = a + (n−1)b3 + (n−1)2c3 + (n−1)3d3 … … (3) 半導体素子の外周部上面側に対して一律の厚さのシリコ
ン酸化膜を設けることにより、その半導体素子の外周部
に設けられる各プレートリング端部にて生じる電界集中
が基板内部に影響することを防ぐことができる。しか
し、図11Cに示したように、基板内部(ガードリング
層)で発生する電界集中(図11C中の符号114c)を
緩和する効果が低くなってしまう。そこで、図12A〜
Dに示したシミュレーション結果を考慮して、図5(詳
細を後述する)に示すような半導体素子を検討した。[0043] l β = a + (n- 1) b 2 + (n-1) 2 c 2 ...... (2) l γ = a + (n-1) b 3 + (n-1) 2 c 3 + (N−1) 3 d 3 ... (3) By providing a uniform thickness silicon oxide film on the upper surface side of the outer peripheral portion of the semiconductor device, each plate ring end provided on the outer peripheral portion of the semiconductor device is provided. It is possible to prevent the electric field concentration generated in the portion from affecting the inside of the substrate. However, as shown in FIG. 11C, the effect of reducing the electric field concentration (reference numeral 114c in FIG. 11C) generated inside the substrate (guard ring layer) is reduced. Then, FIG.
In consideration of the simulation result shown in D, a semiconductor device as shown in FIG. 5 (described in detail later) was studied.
【0044】図5は、本発明の実施の第5形態における
半導体素子(図5中の符号50)の概略断面図を示すもの
である。なお、図3に示すものと同様なものには同一符
号を付して、その詳細な説明を省略する。図5におい
て、符号51は、半導体素子50の外周部80bの上面
側において、素子端部に近づくに連れて厚さが薄くなる
ように形成された酸化膜を示すものである。その酸化膜
51は、まずN-型ベース層61における外周部80b
の上面側表面に一律の厚さの熱酸化膜を形成し、その熱
酸化膜の上面側表面に一律の厚さのCVD酸化膜を形成
した後、素子端部に近づくに連れて(図5中では階段状)
厚さが薄くなるようにエッチングを複数回行って形成さ
れたものである。FIG. 5 is a schematic sectional view of a semiconductor device (reference numeral 50 in FIG. 5) according to the fifth embodiment of the present invention. The same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In FIG. 5, reference numeral 51 denotes an oxide film formed on the upper surface side of the outer peripheral portion 80b of the semiconductor element 50 so as to become thinner toward the element end. The oxide film 51 is first formed on the outer peripheral portion 80 b of the N − type base layer 61.
A thermal oxide film having a uniform thickness is formed on the upper surface of the device, and a CVD oxide film having a uniform thickness is formed on the upper surface of the thermal oxide film. (Steps inside)
It is formed by performing etching a plurality of times so as to reduce the thickness.
【0045】図5に示したように半導体素子を構成する
ことにより、基板内部で発生する電界集中を緩和するこ
とができると共に、プレートリング端部にて発生する電
界集中を緩和することができ、半導体素子の高耐圧化を
図ることができる。By configuring the semiconductor device as shown in FIG. 5, the concentration of the electric field generated inside the substrate can be reduced, and the concentration of the electric field generated at the end of the plate ring can be reduced. High breakdown voltage of the semiconductor element can be achieved.
【0046】[0046]
【発明の効果】以上示したように本発明によれば、半導
体素子の外周部に形成される各ガードリング層における
電界を効果的に緩和して、それら各ガードリング層に対
して電界が均等に分担される。前記の各ガードリング層
にそれぞれ設けられる各プレートリング間において、シ
リコン窒化膜およびシリコン酸化膜の絶縁破壊による短
絡を防止することができる。As described above, according to the present invention, the electric field in each of the guard ring layers formed on the outer peripheral portion of the semiconductor element is effectively reduced, and the electric field is evenly applied to each of the guard ring layers. Is shared. A short circuit due to dielectric breakdown of the silicon nitride film and the silicon oxide film can be prevented between the respective plate rings provided in the respective guard ring layers.
【0047】また、前記半導体素子の外周部に抵抗性パ
シベーション膜を用いることにより、プレートリングに
対して酸化膜中におけるイオン性の不純物をより引き寄
せることができると共に、その半導体素子にて発生する
エンハンスト層を抑制する効果が、直接電圧が印加され
ないプレートリングに対しても作用し、それら各プレー
トリングにおける分担電圧は、素子端部に近づくに連れ
て弱くなるため、より効果的に空乏層を素子端部方向に
広げることが可能となる。Further, by using a resistive passivation film on the outer periphery of the semiconductor element, ionic impurities in the oxide film can be more attracted to the plate ring, and enhanced generated in the semiconductor element can be obtained. The effect of suppressing the layers also acts on the plate rings to which no voltage is directly applied, and the shared voltage in each of the plate rings becomes weaker as approaching the element end, so that the depletion layer can be more effectively applied to the element. It becomes possible to expand in the end direction.
【0048】さらに、半導体素子における外周部の上面
側に設けられる酸化膜の厚さを素子端部に近づくに連れ
て順次薄くなるようにしたことにより、その半導体素子
の外周部におけるP型アノード層最外部付近の酸化膜の
厚さが厚いため、そのP型アノード層最外部付近のプレ
ートリング端部にて発生する比較的強い電界集中が基板
内部に影響することを防ぐことができると共に、基板内
部(各ガードリング層の下面側)にて発生する比較的弱い
電界集中を抑制することができる。Further, the thickness of the oxide film provided on the upper surface side of the outer peripheral portion of the semiconductor element is gradually reduced as approaching the end of the element, so that the P-type anode layer at the outer peripheral portion of the semiconductor element is formed. Since the thickness of the oxide film near the outermost part is large, it is possible to prevent the relatively strong electric field concentration generated at the end of the plate ring near the outermost part of the P-type anode layer from affecting the inside of the substrate, and Relatively weak electric field concentration generated inside (on the lower surface side of each guard ring layer) can be suppressed.
【0049】さらにまた、前記の半導体素子の外周部に
おける素子端部付近の酸化膜の厚さが薄いため、プレー
トリング端部にて発生する比較的弱い電界集中が基板内
部に影響することを防ぐことができると共に、基板内部
(各ガードリング層の上面側)にて発生する比較的強い電
界集中を十分に緩和させることができる。Further, since the thickness of the oxide film near the element end in the outer peripheral part of the semiconductor element is small, it is possible to prevent the relatively weak electric field concentration generated at the end of the plate ring from affecting the inside of the substrate. Can be inside the substrate as well
The relatively strong electric field concentration generated on the upper surface side of each guard ring layer can be sufficiently reduced.
【0050】ゆえに、半導体素子の高耐圧化を図ること
ができる。Therefore, it is possible to increase the breakdown voltage of the semiconductor element.
【図1】本発明の実施の第1形態における半導体素子。FIG. 1 shows a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施の第2形態における半導体素子。FIG. 2 shows a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施の第3形態における半導体素子。FIG. 3 shows a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
【図4】関係式lα,lβ,lγを示す曲線図。FIG. 4 is a curve diagram showing relational expressions l α , l β , and l γ .
【図5】本発明の実施の第5形態における半導体素子。FIG. 5 shows a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図6】一般的に知られているプレーナ型の電力用半導
体素子。FIG. 6 shows a generally known planar type power semiconductor device.
【図7】平面接合されたP型半導体とN型半導体。FIG. 7 shows a P-type semiconductor and an N-type semiconductor which are planarly bonded.
【図8】一般的に知られている逐次増幅型の半導体素
子。FIG. 8 shows a generally known successive amplification type semiconductor element.
【図9】プレートリングの動作説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram of the operation of the plate ring.
【図10】半導体素子の表面電荷分布図。FIG. 10 is a surface charge distribution diagram of a semiconductor element.
【図11】種々の半導体素子におけるガードリング層付
近の電界集中分布図。FIG. 11 is an electric field concentration distribution diagram near a guard ring layer in various semiconductor elements.
【図12】半導体素子の外周部における電界集中分布
図。FIG. 12 is an electric field concentration distribution diagram at an outer peripheral portion of a semiconductor element.
10,20,30,50…半導体素子 11,84…プレートリング 61…N-型ベース層 62…N+型カソード層 63…P型アノード層 63a…P型アノード層最外部 64…カソード電極 65…アノード電極 65a…アノード電極最外部 66,51…シリコン酸化膜 80a…中央部 80b…外周部 81,81a…ガードリング層 82…ストッパ層 83a…溝部 83b…切り欠き部 85…等電位リング 86…シリコン窒化膜10, 20, 30, 50 ... semiconductor device 11,84 ... plate ring 61 ... N - type base layer 62 ... N + -type cathode layer 63 ... P-type anode layer 63a ... P-type anode layer outermost 64 ... cathode electrode 65 ... Anode electrode 65a ... Anode electrode outermost 66,51 ... Silicon oxide film 80a ... Central portion 80b ... Outer peripheral portion 81,81a ... Guard ring layer 82 ... Stopper layer 83a ... Groove portion 83b ... Notch portion 85 ... Equipotential ring 86 ... Silicon Nitride film
Claims (5)
状の半導体基板の一方の主面側には比較的高濃度のN型
半導体のカソード領域を形成し、そのカソード領域表面
にカソード電極を設け、 前記半導体基板の他方の主面側の中央部にはP型半導体
のアノード領域を形成すると共に、その半導体基板の他
方の主面側の外周部にはP型半導体から成るフィールド
リミティングリング複数個を、その各フィールドリミテ
ィングリング間の間隔が逐次増幅するように形成し、 前記半導体基板の他方の主面側における外周部表面に所
定厚さの酸化膜を設けると共に、その酸化膜における前
記の各フィールドリミティングリングが位置する一部分
に溝部をそれぞれ形成し、 前記アノード領域と、前記の各溝部を含む前記酸化膜表
面における各フィールドリミティングリングが位置する
部分とに対して、前記半導体基板の端部側に突出するよ
うに、アノード電極,フィールドプレートリングをそれ
ぞれ所定の間隔を隔てて設けて構成される半導体素子に
おいて、 前記の各フィールドプレートリングのうち、前記半導体
基板の中央部側に位置する複数個のフィールドプレート
リングにおける素子径方向の幅は、前記半導体基板の端
部側に位置するフィールドプレートリングにおける素子
径方向の幅と比較してそれぞれ短くしたことを特徴とす
る半導体素子。A cathode region of a relatively high-concentration N-type semiconductor is formed on one principal surface side of a disc-shaped semiconductor substrate made of a relatively low-concentration N-type semiconductor, and a cathode electrode is formed on the surface of the cathode region. An anode region of a P-type semiconductor is formed in a central portion on the other main surface side of the semiconductor substrate, and a field limiting member made of a P-type semiconductor is formed on an outer peripheral portion on the other main surface side of the semiconductor substrate. A plurality of rings are formed so that the interval between the respective field limiting rings is sequentially amplified, and an oxide film having a predetermined thickness is provided on the outer peripheral surface on the other main surface side of the semiconductor substrate, and the oxide film is provided. Forming a groove in a portion where each of the field limiting rings is located; and forming each field on the surface of the oxide film including the anode region and each of the grooves. A semiconductor element configured by providing an anode electrode and a field plate ring at predetermined intervals so as to protrude toward an end of the semiconductor substrate with respect to a portion where a limiting ring is located; In each of the field plate rings, the width in the element radial direction of the plurality of field plate rings located on the center side of the semiconductor substrate is the width in the element radial direction of the field plate ring located on the end side of the semiconductor substrate. A semiconductor device characterized in that each of them is shortened as compared with.
ける他方の主面側において、前記の各フィールドプレー
トリングと酸化膜の一部とを覆うように、半絶縁性のパ
シベーション膜を設けたことを特徴とする請求項1記載
の半導体素子。2. A semi-insulating passivation film is provided on the other main surface side of the outer peripheral portion of the semiconductor device according to claim 1 so as to cover each of said field plate rings and a part of the oxide film. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
は、それら各フィールドリミティングリング間の間隔に
おいて下記の3つの関係式のうち何れかが成り立つよう
にそれぞれ形成されたことを特徴とする請求項1または
2記載の半導体素子。 a+(n−1)b1、a+(n−1)b2+(n−1)2c2、ま
たはa+(n−1)b3+(n−1)2c3+(n−1)3d3 (a;アノード領域最外部と半導体基板中央部に最も近
いフィールドリミティングリングとの間の間隔、b1,
b2,b3,c2,c3,d3;各フィールドリミティング
リング間の間隔における増幅ピッチ係数、n;半導体基
板中央部側から数えた所望のフィールドリミティングリ
ングの位置)3. The apparatus according to claim 1, wherein each of the field limiting rings is formed such that one of the following three relational expressions is satisfied in an interval between the field limiting rings. Or the semiconductor element according to 2. a + (n-1) b 1, a + (n-1) b 2 + (n-1) 2 c 2 or a + (n-1), b 3 + (n-1) 2 c 3 + (n-1 ) 3 d 3 (a; distance between the outermost anode region and the field limiting ring closest to the center of the semiconductor substrate, b 1 ,
b 2 , b 3 , c 2 , c 3 , d 3 ; amplification pitch coefficient in the interval between each field limiting ring, n; position of the desired field limiting ring counted from the center of the semiconductor substrate)
チであるシリコン窒化膜から成ることを特徴とする請求
項2記載の半導体素子。4. The semiconductor device according to claim 2, wherein said passivation film is made of a silicon-rich silicon nitride film.
に連れて順次薄くなるようにしたことを特徴とする請求
項1,2,または3記載の半導体素子。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the oxide film is gradually reduced as approaching an end of the device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10276788A JP2000114549A (en) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | Semiconductor element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10276788A JP2000114549A (en) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | Semiconductor element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000114549A true JP2000114549A (en) | 2000-04-21 |
Family
ID=17574390
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10276788A Pending JP2000114549A (en) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | Semiconductor element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000114549A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003086815A (en) * | 2001-09-12 | 2003-03-20 | Fuji Electric Co Ltd | Semiconductor device |
JP2008153358A (en) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Mitsubishi Electric Corp | Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device |
US9412809B2 (en) | 2013-02-15 | 2016-08-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
WO2018073638A1 (en) | 2016-10-21 | 2018-04-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and production method thereof |
CN113809161A (en) * | 2021-10-15 | 2021-12-17 | 捷捷微电(无锡)科技有限公司 | A kind of ultra-high voltage VDMOS integrated circuit chip and preparation method thereof |
-
1998
- 1998-09-30 JP JP10276788A patent/JP2000114549A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003086815A (en) * | 2001-09-12 | 2003-03-20 | Fuji Electric Co Ltd | Semiconductor device |
JP2008153358A (en) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Mitsubishi Electric Corp | Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device |
US9412809B2 (en) | 2013-02-15 | 2016-08-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
DE112013006681B4 (en) | 2013-02-15 | 2022-01-20 | Denso Corporation | semiconductor device |
WO2018073638A1 (en) | 2016-10-21 | 2018-04-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and production method thereof |
US10985241B2 (en) | 2016-10-21 | 2021-04-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and production method thereof |
CN113809161A (en) * | 2021-10-15 | 2021-12-17 | 捷捷微电(无锡)科技有限公司 | A kind of ultra-high voltage VDMOS integrated circuit chip and preparation method thereof |
CN113809161B (en) * | 2021-10-15 | 2022-06-24 | 捷捷微电(无锡)科技有限公司 | A kind of ultra-high voltage VDMOS integrated circuit chip and preparation method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6975013B2 (en) | Diode and method for manufacturing the same | |
US6407413B1 (en) | Semiconductor device with guard ring and Zener diode layer thereover | |
JP2000049360A (en) | Semiconductor device | |
US20020153564A1 (en) | Semiconductor device | |
JP2950025B2 (en) | Insulated gate bipolar transistor | |
JPS62176168A (en) | Vertical MOS transistor | |
JP3243792B2 (en) | Lateral emitter switching thyristor element and vertical emitter switching thyristor element | |
JP2000114549A (en) | Semiconductor element | |
JP2000183366A (en) | Semiconductor element | |
JPH06283727A (en) | Power semiconductor element | |
JPH0465552B2 (en) | ||
JP3297087B2 (en) | High voltage semiconductor device | |
JP2004039982A (en) | Semiconductor device | |
JP3789580B2 (en) | High voltage semiconductor device | |
CN114388611B (en) | Semiconductor devices for power | |
JPH01295460A (en) | Semiconductor device | |
JPS6115376A (en) | Reference voltage diode | |
JPH06163878A (en) | Semiconductor device | |
JPH0453169A (en) | Semiconductor protective device | |
JPS6354768A (en) | Planar type thyristor | |
JPS6152586B2 (en) | ||
JPH01125864A (en) | Self-extinguishing semiconductor device | |
JPH02214161A (en) | gate turn off thyristor | |
JPS5951569A (en) | Gate turn-off thyristor | |
JPS59231859A (en) | Gate turn-off thyristor |