JP2000150531A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡易な構造で高耐圧化を実現することができ
る電力用半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体装置の主動作領域の外周囲に、表
面電位安定化領域6と電界緩和領域7を有している。第
2電極コンタクト領域4が、第1電極領域2と第2電極
領域3との間の第1の界面から、電界緩和に必要な所定
の距離内側に離間して、第2電極領域3の表面に形成さ
れている。表面電位安定化領域6は、第2電極コンタク
ト領域4と第2電極領域3との間の第2の界面からチッ
プの外周部まで隙間無く伸延して配置されている。電界
緩和領域7は第1電極領域2の一部である半導体領域2
E、第2電極領域3の一部である半導体領域3E、表面
電位安定化領域6の一部である半導体領域6Eから構築
されている。
[PROBLEMS] To provide a power semiconductor device capable of realizing a high breakdown voltage with a simple structure and a method of manufacturing the same. SOLUTION: A semiconductor device has a surface potential stabilization region 6 and an electric field relaxation region 7 around the main operation region. The second electrode contact region 4 is spaced apart from the first interface between the first electrode region 2 and the second electrode region 3 by a predetermined distance required for electric field relaxation, and the surface of the second electrode region 3 Is formed. The surface potential stabilizing region 6 extends from the second interface between the second electrode contact region 4 and the second electrode region 3 to the outer peripheral portion of the chip without any gap. The electric field relaxation region 7 is a semiconductor region 2 which is a part of the first electrode region 2.
E, a semiconductor region 3E which is a part of the second electrode region 3, and a semiconductor region 6E which is a part of the surface potential stabilizing region 6.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に電力用半導体装置(パワーデバ
イス)の高耐圧化を実現するための新規な構造、及びこ
の電力用半導体装置の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a novel structure for realizing a high breakdown voltage of a power semiconductor device (power device) and a method of manufacturing the power semiconductor device. About.
【0002】[0002]
【従来の技術】図8は、従来技術に係る電力用半導体装
置として、電力用バイポーラトランジスタ(パワーBJ
T)の断面構造図を示す。図8に示すパワーBJTで
は、そのの外周囲にRESURF(REduced SURface Field)
領域8が配設され、さらにRESURF領域8の外周囲にチャ
ネルストッパ領域9が配設され、その耐圧の向上が図ら
れている。2. Description of the Related Art FIG. 8 shows a conventional power semiconductor device as a power bipolar transistor (power BJ).
(T) shows a sectional structural view. In the power BJT shown in FIG. 8, a RESURF (Reduced SURface Field) is provided around the power BJT.
A region 8 is provided, and a channel stopper region 9 is further provided around the outer periphery of the RESURF region 8 to improve the withstand voltage.
【0003】パワーBJTは、n型コレクタ領域2、pベ
ース領域3及びn型エミッタ領域5の各電極領域を有す
るnpn型で構成されている。コレクタ領域2はn-型半導
体基板1Sの表面に形成された低不純物密度のn-型半導
体領域である。このパワーBJTには、半導体基板1S
の裏面側に高不純物密度のn+型コレクタ接続領域(コレ
クタ・コンタクト領域)1、半導体基板1Sの裏面に配
設された裏面電極10のそれぞれを通してコレクタ電圧
VCが供給される。ベース領域3はコレクタ領域2の表
面に低不純物密度のp-型半導体領域で形成されている。
ベース領域3には、このベース領域3の表面に形成され
たベース接続領域(ベース・コンタクト領域)4、ベー
ス配線14のそれぞれを通してベース電圧VBが供給さ
れる。ベース・コンタクト領域4はベース領域3よりも
高不純物密度のp+型半導体領域で形成されている。ベー
ス配線14は、半導体基板1Sの表面側の保護膜11上
に配設され、保護膜11に形成されたコンタクトホール
を通してベース・コンタクト領域4に電気的に接続され
ている。ベース配線14はアルミニウム膜で形成されて
いる。エミッタ領域5にはエミッタ配線12を通してエ
ミッタ電圧VEが供給されている。エミッタ領域5は、
ベース・コンタクト領域4の表面に形成され、コレクタ
領域2よりも高不純物密度のn+型半導体領域で形成され
ている。エミッタ配線12は、ベース配線14と同一導
電層にかつ同一導電性材料で形成され、保護膜11のコ
ンタクトホールを通してエミッタ領域5に電気的に接続
されている。The power BJT is of an npn type having each of an n-type collector region 2, a p-base region 3, and an n-type emitter region 5. The collector region 2 is a low impurity density n − type semiconductor region formed on the surface of the n − type semiconductor substrate 1S. The power BJT includes a semiconductor substrate 1S
The collector voltage V C is supplied through the n + -type collector connection region (collector contact region) 1 having a high impurity density on the back surface side and the back surface electrode 10 provided on the back surface of the semiconductor substrate 1S. The base region 3 is formed of a p - type semiconductor region having a low impurity density on the surface of the collector region 2.
The base region 3, the surface formed base connection region of the base region 3 (base contact region) 4, the base voltage V B is supplied through the respective base wiring 14. The base contact region 4 is formed of a p + type semiconductor region having a higher impurity density than the base region 3. The base wiring 14 is provided on the protective film 11 on the front surface side of the semiconductor substrate 1S, and is electrically connected to the base contact region 4 through a contact hole formed in the protective film 11. The base wiring 14 is formed of an aluminum film. An emitter voltage V E is supplied to the emitter region 5 through the emitter wiring 12. The emitter region 5
It is formed on the surface of base contact region 4 and is formed of an n + type semiconductor region having a higher impurity density than collector region 2. The emitter wiring 12 is formed in the same conductive layer and the same conductive material as the base wiring 14, and is electrically connected to the emitter region 5 through the contact hole of the protective film 11.
【0004】RESURF領域8は、ベース領域3の側面に電
気的に接続されこのベース領域を包囲するように配設さ
れており、ベース領域3よりも高不純物密度でベース・
コンタクト領域4よりも低不純物密度のp型半導体領域
で形成されている。RESURF領域8は、パワーBJTのコ
レクタ領域2とベース領域3との間のpn接合が逆バイア
スされたときに、このpn接合部界面から拡がる空乏層を
外周囲に(水平方向)に広げることにより、特にパワー
BJTの周辺部分におけるpn接合部の電界集中を緩和し
接合耐圧を向上させる機能を備える。The RESURF region 8 is electrically connected to the side surface of the base region 3 and is disposed so as to surround the base region.
The p-type semiconductor region has a lower impurity density than the contact region 4. When the pn junction between the collector region 2 and the base region 3 of the power BJT is reverse-biased, the RESURF region 8 expands a depletion layer extending from the pn junction interface to the outer periphery (horizontal direction). In particular, it has a function of reducing the electric field concentration at the pn junction in the peripheral portion of the power BJT and improving the junction breakdown voltage.
【0005】即ち、pn接合部の間に逆バイアスとなる高
電圧が加わり、このpn接合部界面からコレクタ領域2、
ベース領域3のそれぞれに空乏層が広がる。同様に、RE
SURF領域8、コレクタ領域2のそれぞれにも高電圧が加
わり双方の間のpn接合部界面からRESURF領域8、コレク
タ領域2のそれぞれに空乏層が広がる。この2つの空乏
層は一体化され、コレクタ領域2とベース領域3との間
に加わる電界が分散されるので、結果としてパワーBJ
Tの周辺部分での電界集中が緩和され、高耐圧化を実現
することができる。That is, a high voltage which acts as a reverse bias is applied between the pn junctions, and the collector region 2
A depletion layer extends in each of the base regions 3. Similarly, RE
A high voltage is also applied to each of the SURF region 8 and the collector region 2, and a depletion layer spreads to each of the RESURF region 8 and the collector region 2 from the pn junction interface between them. These two depletion layers are integrated, and the electric field applied between the collector region 2 and the base region 3 is dispersed. As a result, the power BJ
Electric field concentration in the periphery of T is reduced, and a high breakdown voltage can be realized.
【0006】チャネルストッパ領域9は、RESURF領域8
よりもさらに外周囲においてRESURF領域8から離間され
たコレクタ領域2(この領域においてはBJT動作は行
われない。)の表面に形成され、コレクタ領域2よりも
高不純物密度のn型半導体領域で形成されている。チャ
ネルストッパ領域9には電源配線16を通して固定電圧
が供給され、チャネルストッパ領域9はコレクタ領域2
の表面の電位を安定化させるガードリングとしての機能
を備える。[0006] The channel stopper region 9 is formed in the RESURF region 8.
The outer periphery is formed on the surface of collector region 2 (BJT operation is not performed in this region) separated from RESURF region 8, and is formed of an n-type semiconductor region having a higher impurity density than collector region 2. Have been. A fixed voltage is supplied to the channel stopper region 9 through the power supply wiring 16, and the channel stopper region 9 is
It has a function as a guard ring for stabilizing the potential of the surface.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】前述のパワーBJTを
備えた電力用半導体装置においては、以下の点について
配慮がなされていない。In the power semiconductor device provided with the power BJT, no consideration is given to the following points.
【0008】第1に、高耐圧化を実現するには、パワー
BJTとチャネルストッパ領域9との間にベース領域3
及びベース・コンタクト領域4とは別のRESURF領域(p
型半導体領域)8が必要である。このため、半導体基板
1Sに形成する半導体領域数が増加し、構造が複雑にな
ってしまうという問題があった。First, in order to realize a high breakdown voltage, the base region 3 is located between the power BJT and the channel stopper region 9.
And a RESURF region different from the base contact region 4 (p
Type semiconductor region) 8 is required. Therefore, there is a problem that the number of semiconductor regions formed on the semiconductor substrate 1S increases and the structure becomes complicated.
【0009】第2に、高耐圧化を実現するためのRESURF
領域8はパワーBJTのベース領域3、ベース・コンタ
クト領域4のそれぞれとは別の製造工程で形成されてい
る。このため、RESURF領域8を形成する工程が増加し、
電力用半導体装置の全体の製造工程数が増加してしまう
という問題があった。Second, RESURF for realizing high breakdown voltage.
The region 8 is formed by a different manufacturing process from each of the base region 3 and the base contact region 4 of the power BJT. Therefore, the number of steps for forming the RESURF region 8 increases,
There is a problem that the number of manufacturing steps of the entire power semiconductor device increases.
【0010】第3に、RESURF領域8とパワーBJTのベ
ース領域3、ベース・コンタクト領域4のそれぞれとは
別の製造工程で形成されるので、フォトリソグラフィー
工程時のマスク間の合わせ(マスク・アライメント)が
必要になる。同様に、RESURF領域8とチャネルストッパ
領域9との間にもマスク・アライメントが必要になる。
このため、平面パターン上において、アライメント余裕
寸法を確保する必要が発生し、電力用半導体装置の微細
化の妨げになってしまうという問題があった。Third, since the RESURF region 8 and the power BJT base region 3 and base contact region 4 are formed in different manufacturing steps, alignment between masks in the photolithography step (mask alignment) ) Is required. Similarly, mask alignment is required between the RESURF region 8 and the channel stopper region 9.
For this reason, it is necessary to secure an alignment allowance dimension on the planar pattern, and there is a problem that miniaturization of the power semiconductor device is hindered.
【0011】第4に、電力用半導体装置の製造プロセス
においてマスク・アライメント作業が増加して、電力用
半導体装置の生産性が低下してしまうという問題があっ
た。Fourth, there has been a problem that the mask alignment work increases in the manufacturing process of the power semiconductor device, and the productivity of the power semiconductor device decreases.
【0012】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものである。従って、本発明の第1の目的は、簡易な
構造で高耐圧化を実現することができる電力用半導体装
置を提供することである。The present invention has been made to solve the above problems. Accordingly, a first object of the present invention is to provide a power semiconductor device capable of achieving a high breakdown voltage with a simple structure.
【0013】本発明の第2の目的は、第1の目的を達成
しつつ、製造工程数を減少させることができる電力用半
導体装置の製造方法を提供することである。A second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a power semiconductor device which can reduce the number of manufacturing steps while achieving the first object.
【0014】本発明の第3の目的は、第2の目的を達成
しつつ、マスク・アライメント余裕に必要な不要な寸法
をなくし、微細化を実現することができる電力用半導体
装置の製造方法を提供することである。A third object of the present invention is to provide a method of manufacturing a power semiconductor device capable of realizing miniaturization by eliminating unnecessary dimensions required for a mask alignment margin while achieving the second object. To provide.
【0015】本発明の第4の目的は、第3の目的を達成
しつつ、マスク・アライメントが必要な工程を減少させ
ることにより、製造上の煩雑さを解消し、生産性を向上
させることができる電力用半導体装置の製造方法を提供
することである。A fourth object of the present invention is to reduce the number of steps requiring mask alignment while eliminating the complexity of manufacturing and improving the productivity while achieving the third object. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a power semiconductor device that can be used.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、外周部を有する第1導電型の第1電極領
域、この第1電極領域の表面に配置された第2導電型の
第2電極領域、第1電極領域と第2電極領域との間の第
1の界面から電界緩和に必要な所定の距離内側に離間し
て、この第2電極領域の表面に形成された第2導電型の
第2電極コンタクト領域、第1電極領域及び第2電極領
域の表面において、この第2電極コンタクト領域と第2
電極領域との間の第2の界面から外周部まで隙間無く伸
延して配置された、第1電極領域よりも高い不純物密度
の表面電位安定化領域とから少なくとも構成された半導
体装置であることを第1の特徴とする。ここで、「外周
部」とはチップ若しくはウェハの端面等が該当する。
「第1導電型」と「第2導電型」とは互いに反対導電型
である。たとえば、第1導電型がn型ならば、第2導電
型はp型であり、第1導電型がp型ならば、第2導電型は
n型である。また、「電界緩和に必要な所定の距離」と
は、例えば耐圧1700Vを実現するためには、200
μm程度あればよい。In order to solve the above problems, the present invention provides a first conductive type first electrode region having an outer peripheral portion, and a second conductive type first electrode region disposed on the surface of the first conductive type. The second electrode region is separated from the first interface between the first electrode region and the second electrode region by a predetermined distance required for electric field relaxation, and is formed on the surface of the second electrode region. On the surface of the second conductive type second electrode contact region, the first electrode region and the second electrode region, the second electrode contact region and the second
A semiconductor device comprising at least a surface potential stabilizing region having a higher impurity density than the first electrode region and extending from the second interface with the electrode region to the outer periphery without any gap. This is the first feature. Here, the “peripheral portion” corresponds to an end face of a chip or a wafer.
The “first conductivity type” and the “second conductivity type” are opposite conductivity types. For example, if the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is p-type, and if the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is
It is n-type. The “predetermined distance required for electric field relaxation” means, for example, 200 to realize a withstand voltage of 1700 V.
It may be about μm.
【0017】本発明の第1の特徴にかかる半導体装置に
おいては、平面パターン上、第1及び第2の界面の間に
位置する第2電極領域を電界緩和領域とすることができ
る。即ち、半導体装置の主電流が流れる領域を「主動作
領域」と定義すれば、この主動作領域の周辺領域を利用
して電界緩和領域を形成することができる。電界緩和領
域が存在することにより、第1電極領域と第2電極領域
が構成するpn接合に逆バイアスが印加された場合、低不
純物密度の電界緩和領域に空乏層が拡がり、pn接合外周
縁における電界強度を緩和することができる。この結
果、半導体装置、特に電力用半導体装置の高耐圧化を実
現することができる。In the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, the second electrode region located between the first and second interfaces on the plane pattern can be an electric field relaxation region. That is, if the region where the main current of the semiconductor device flows is defined as the “main operation region”, the electric field relaxation region can be formed using the peripheral region of the main operation region. When a reverse bias is applied to the pn junction formed by the first electrode region and the second electrode region due to the presence of the electric field relaxation region, the depletion layer expands in the electric field relaxation region having a low impurity density, and the outer peripheral edge of the pn junction is reduced. The electric field strength can be reduced. As a result, a high breakdown voltage of the semiconductor device, particularly, the power semiconductor device can be realized.
【0018】また、本発明の第1の特徴にかかる半導体
装置においては、従来技術において説明したRESURF領域
のような、電界緩和のためにのみ用いる専用の半導体領
域を、別途構成することを必要としない。即ち、半導体
装置の動作に必要な第2電極領域の一部を用いて電界緩
和領域を構築することができ、簡易な構造で高耐圧化を
実現することができる。さらに、このように構成される
電力用半導体装置においては、主動作領域の外周囲に表
面電位安定化領域が形成されているので、より一層主動
作領域の高耐圧化を実現することができる。Further, in the semiconductor device according to the first feature of the present invention, it is necessary to separately configure a dedicated semiconductor region used only for electric field relaxation, such as the RESURF region described in the related art. do not do. That is, an electric field relaxation region can be constructed using a part of the second electrode region necessary for the operation of the semiconductor device, and a high breakdown voltage can be realized with a simple structure. Further, in the power semiconductor device thus configured, since the surface potential stabilization region is formed around the outer periphery of the main operation region, it is possible to further increase the breakdown voltage of the main operation region.
【0019】本発明の第1の特徴においては、第1及び
第2の界面の間の距離、即ち、電界緩和に必要な所定の
距離が、第2電極領域の接合深さよりも大きいことが好
ましい。電界緩和に必要な所定の距離を十分大きくする
ことにより、第1及び第2の電極領域が構成するpn接合
に逆バイアスが印加された場合、電界緩和領域によりな
だらかに空乏層が拡がり、より高耐圧かが可能となるか
らである。より好ましくは、第2の界面から遠ざかるに
従い、電界緩和領域の不純物密度が次第に低減するよう
に構成しておけばよい。In the first aspect of the present invention, it is preferable that a distance between the first and second interfaces, that is, a predetermined distance required for electric field relaxation is larger than a junction depth of the second electrode region. . When the reverse bias is applied to the pn junction formed by the first and second electrode regions by sufficiently increasing the predetermined distance required for the electric field relaxation, the depletion layer spreads more smoothly due to the electric field relaxation region, and a higher This is because it is possible to withstand pressure. More preferably, the configuration may be such that the impurity density of the electric field relaxation region gradually decreases as the distance from the second interface increases.
【0020】上記構成は、例えば、第1電極領域をカソ
ード領域、第2電極領域をアノード領域であると仮定す
れば、ダイオード構造と解することが可能である。ある
いは、第1電極領域をカソード領域、第2電極領域をア
ノード領域とするダイオード構造と解することが可能で
ある。しかし、本発明の第1の特徴は、このダイオード
構造に限定されるものではなく、このダイオード構造を
基本とする種々半導体装置の構造を含みうるものであ
る。たとえば、第2電極コンタクト領域の表面の少なく
とも一部に形成された第1導電型の第3電極領域を更に
有し、この第3電極領域の接合深さは表面電位安定化領
域の接合深さよりも深いようにすれば、バイポーラトラ
ンジスタ(BJT)が構成できる。この場合、第1電極
領域がコレクタ領域、第2電極領域がベース領域、第3
電極領域がエミッタ領域となる。あるいは、第1電極領
域がエミッタ領域、第2電極領域がベース領域、第3電
極領域がコレクタ領域となる。The above structure can be understood as a diode structure, for example, assuming that the first electrode region is a cathode region and the second electrode region is an anode region. Alternatively, it can be understood as a diode structure in which the first electrode region is a cathode region and the second electrode region is an anode region. However, the first feature of the present invention is not limited to this diode structure, but may include various semiconductor device structures based on this diode structure. For example, the semiconductor device further includes a third electrode region of the first conductivity type formed on at least a part of the surface of the second electrode contact region, and the junction depth of the third electrode region is larger than the junction depth of the surface potential stabilizing region. If it is made deeper, a bipolar transistor (BJT) can be formed. In this case, the first electrode region is the collector region, the second electrode region is the base region, and the third electrode region is the third region.
The electrode region becomes the emitter region. Alternatively, the first electrode region is an emitter region, the second electrode region is a base region, and the third electrode region is a collector region.
【0021】また、本発明の第1の特徴にかかる半導体
装置において、第2電極コンタクト領域を複数の穴を有
して形成し、この複数の穴の内部に第1導電型の第3電
極領域を更に有し、この第3電極領域の接合深さは表面
電位安定化領域の接合深さよりも深いようにすれば、静
電誘導トランジスタ(SIT)が構成できる。この場
合、第1電極領域がドレイン領域、第2電極コンタクト
領域領域がゲート領域、第3電極領域がソース領域とな
る。あるいは、第1電極領域がソース領域、第2電極コ
ンタクト領域がゲート領域、第3電極領域がドレイン領
域となる。In the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, a second electrode contact region is formed having a plurality of holes, and a first conductive type third electrode region is formed inside the plurality of holes. If the junction depth of the third electrode region is made larger than the junction depth of the surface potential stabilization region, an electrostatic induction transistor (SIT) can be formed. In this case, the first electrode region is a drain region, the second electrode contact region is a gate region, and the third electrode region is a source region. Alternatively, the first electrode region is a source region, the second electrode contact region is a gate region, and the third electrode region is a drain region.
【0022】さらに、上記BJTの構造において、第1
電極領域の下方に、第2導電型の第4電極領域を更に有
するように構成すれば、ゲートターンオフ(GTO)サ
イリスタが構成できる。この場合、第1導電型をn型、
第2導電型をp型とすれば、第1電極領域がnベース領
域、第2電極領域がpベース領域、第3電極領域がカソ
ード領域、第4電極領域がアノード領域となる。導電型
をすべて逆にすれば、第1電極領域がpベース領域、第
2電極領域がnベース領域、第3電極領域がアノード領
域、第4電極領域がカソード領域となる。あるいは、上
記SITの構造において、第1電極領域の下方に、第2
導電型の第4電極領域を更に有するように構成すれば、
静電誘導サイリスタ(SIサイリスタ)が構成できる。
この場合、第1導電型をn型、第2導電型をp型とすれ
ば、第1電極領域がチャネル領域、第2電極コンタクト
領域がゲート領域、第3電極領域がカソード領域、第4
電極領域がアノード領域となる。導電型をすべて逆にす
れば、第1電極領域がチャネル領域、第2電極コンタク
ト領域がゲート領域、第3電極領域がアノード領域、第
4電極領域がカソード領域となる。Further, in the structure of the BJT, the first
If a fourth electrode region of the second conductivity type is further provided below the electrode region, a gate turn-off (GTO) thyristor can be formed. In this case, the first conductivity type is n-type,
If the second conductivity type is p-type, the first electrode region is an n base region, the second electrode region is a p base region, the third electrode region is a cathode region, and the fourth electrode region is an anode region. If the conductivity types are all reversed, the first electrode region becomes the p base region, the second electrode region becomes the n base region, the third electrode region becomes the anode region, and the fourth electrode region becomes the cathode region. Alternatively, in the SIT structure, the second electrode
If it is configured to further have a conductive type fourth electrode region,
An electrostatic induction thyristor (SI thyristor) can be configured.
In this case, if the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type, the first electrode region is a channel region, the second electrode contact region is a gate region, the third electrode region is a cathode region,
The electrode region becomes the anode region. If the conductivity types are all reversed, the first electrode region becomes the channel region, the second electrode contact region becomes the gate region, the third electrode region becomes the anode region, and the fourth electrode region becomes the cathode region.
【0023】本発明の第2の特徴は、第1電極領域とな
る第1導電型の半導体基板の表面の一部に、第2導電型
の第2電極領域を選択的に形成する工程と、この第2電
極領域の表面に、第1電極領域と第2電極領域との間の
第1の界面から電界緩和に必要な所定の距離離間して、
第2電極領域よりも高い不純物密度で第2導電型を有す
る第2電極コンタクト領域を形成する工程と、半導体基
板の表面、第2電極領域の表面及び第2電極コンタクト
領域の表面をすべて実質的に露出する工程と、この実質
的に露出された表面に、半導体基板及び第2電極領域よ
りも高く、第2電極コンタクト領域よりも低い不純物密
度の不純物を導入し、半導体基板及び第2電極領域の表
面に選択的に表面電位安定化領域を形成する工程とを含
む半導体装置の製造方法であることである。ここで、
「実質的に露出」とは、自然酸化膜等の意図しない薄膜
の存在や、イオン注入時に用いるいわゆる「ダミー酸化
膜(バッファ酸化膜)」等の意図的に形成した薄い薄膜
等を許容する意である。すなわち、半導体基板の表面に
極薄い何らかの薄膜が存在しているとしても、それらの
薄膜を介して、イオン注入等の不純物導入が可能なら、
ここでは「実質的に露出」されたと解すべきであること
に留意すべきである。A second feature of the present invention is a step of selectively forming a second conductive type second electrode region on a part of the surface of a first conductive type semiconductor substrate serving as a first electrode region; The surface of the second electrode region is separated from the first interface between the first electrode region and the second electrode region by a predetermined distance required for electric field relaxation,
Forming a second electrode contact region having a second conductivity type with a higher impurity density than the second electrode region, and substantially all of the surface of the semiconductor substrate, the surface of the second electrode region, and the surface of the second electrode contact region; And introducing an impurity having an impurity density higher than that of the semiconductor substrate and the second electrode region and lower than that of the second electrode contact region into the substantially exposed surface of the semiconductor substrate and the second electrode region. Forming a surface potential stabilizing region selectively on the surface of the semiconductor device. here,
The term “substantially exposed” means that an unintended thin film such as a natural oxide film or an intentionally formed thin film such as a so-called “dummy oxide film (buffer oxide film)” used during ion implantation is allowed. It is. In other words, even if there are some very thin films on the surface of the semiconductor substrate, if impurities such as ion implantation can be introduced through these thin films,
It should be noted that here, "substantially exposed" should be understood.
【0024】本発明の第2の特徴によれば、半導体装置
の動作に必要な第2電極領域の一部を電界緩和領域とし
て機能するように出来るので、従来技術のRESURF領域の
ような、電界緩和専用の半導体領域を、別途形成するた
めの工程が不要である。このため、製造工程数を減少さ
せることができる。さらに、半導体基板全面に不純物を
導入することにより、自己整合的に第2領域及び第3領
域に表面電位安定化領域を選択的に形成することができ
る。すなわち、第2領域の表面に形成される表面電位安
定化領域は、第2電極コンタクト領域に対するアライメ
ント余裕寸法を考慮する必要が無くなる。従って、電力
用半導体装置の平面パターン構造の微細化が容易になる
とともに、さらにアライメントに起因する製造上の煩雑
さを解消することができる。この結果、電力用半導体装
置の生産性を向上させることができる。According to the second feature of the present invention, a part of the second electrode region necessary for the operation of the semiconductor device can be made to function as an electric field relaxation region. A step for separately forming a semiconductor region dedicated to relaxation is not required. For this reason, the number of manufacturing steps can be reduced. Further, by introducing impurities into the entire surface of the semiconductor substrate, the surface potential stabilizing region can be selectively formed in the second region and the third region in a self-aligned manner. That is, the surface potential stabilizing region formed on the surface of the second region does not need to consider the margin for alignment with the second electrode contact region. Therefore, the planar pattern structure of the power semiconductor device can be easily miniaturized, and the manufacturing complexity due to the alignment can be further reduced. As a result, the productivity of the power semiconductor device can be improved.
【0025】上記半導体装置の製造方法は、例えば、第
1電極領域をカソード領域、第2電極領域をアノード領
域と考えればダイオードの製造方法と解することが可能
である。しかし、本発明の第2の特徴は、このダイオー
ド構造を基本とする種々半導体装置の製造方法を含みう
るものである。即ち、本発明の第2の特徴において、第
2電極コンタクト領域を形成する工程の後、第2電極コ
ンタクト領域の表面の少なくとも一部に第1導電型の第
3電極領域を更に形成する工程を有するようにすれば、
バイポーラトランジスタが製造できる。この場合、第1
電極領域がコレクタ領域、第2電極領域がベース領域、
第3電極領域がエミッタ領域となる。あるいは、第1電
極領域がエミッタ領域、第2電極領域がベース領域、第
3電極領域がコレクタ領域となる。The above-described method for manufacturing a semiconductor device can be considered as a method for manufacturing a diode, for example, when the first electrode region is regarded as a cathode region and the second electrode region is regarded as an anode region. However, the second feature of the present invention can include a method of manufacturing various semiconductor devices based on the diode structure. That is, in the second aspect of the present invention, after the step of forming the second electrode contact region, the step of further forming a third electrode region of the first conductivity type on at least a part of the surface of the second electrode contact region. If you have
A bipolar transistor can be manufactured. In this case, the first
The electrode region is a collector region, the second electrode region is a base region,
The third electrode region becomes an emitter region. Alternatively, the first electrode region is an emitter region, the second electrode region is a base region, and the third electrode region is a collector region.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
第1乃至第4の実施の形態を説明する。以下の図面の記
載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符
号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、
厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実の
ものとは異なることに留意すべきである。したがって、
具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべき
ものである。また図面相互間においても互いの寸法の関
係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんで
ある。Next, first to fourth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic,
It should be noted that the relationship between the thickness and the plane dimension, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from actual ones. Therefore,
Specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. In addition, it goes without saying that parts having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
【0027】(第1の実施の形態)図1は本発明の第1
の実施の形態に係る電力用半導体装置としての電力用バ
イポーラトランジスタ(パワーBJT)の断面構造図で
ある。図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に
係るパワーBJTは、主動作領域の外周囲の全域に表面
電位安定化領域(ガードリング領域又は等電位リング領
域)6が配設されるとともに、この外周囲の一部に、さ
らに電界緩和領域7が配設されている。電力用半導体装
置の「主動作領域」とは、半導体チップの中心部近傍に
おいて主電流が流れる活性な領域のことである。この主
動作領域の外周囲の電界緩和領域7を用いることによ
り、パワーBJTの接合耐圧、特にチップの周辺部分で
の接合耐圧を向上させることができる。この耐圧向上の
ための半導体領域は、パワーBJTの主動作に必要な電
極領域を利用して構成し、さらに表面電位安定化領域6
を付加して構築されている。(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional structural view of a power bipolar transistor (power BJT) as a power semiconductor device according to the embodiment. As shown in FIG. 1, in a power BJT according to the first embodiment of the present invention, a surface potential stabilizing region (guard ring region or equipotential ring region) 6 is provided over the entire outer periphery of the main operation region. In addition, an electric field relaxation region 7 is further provided in a part of the outer periphery. The “main operation region” of the power semiconductor device is an active region where a main current flows near the center of the semiconductor chip. By using the electric field relaxation region 7 outside the main operation region, the junction breakdown voltage of the power BJT, particularly the junction breakdown voltage at the peripheral portion of the chip can be improved. The semiconductor region for improving the withstand voltage is formed using an electrode region necessary for the main operation of the power BJT, and furthermore, a surface potential stabilizing region 6 is formed.
It is built by adding
【0028】パワーBJTは、前述の図8に示すパワー
BJTと基本的な構造は同一であり、外周部(チップ端
面)を有する第1導電型の第1電極領域(n型コレクタ
領域)2、この第1電極領域の表面に配置された第2導
電型の第2電極領域(pベース領域)3、第1電極領域
2と第2電極領域3との間の第1の界面から電界緩和に
必要な所定の距離L1内側に離間して、この第2電極領
域3の表面に形成された第2導電型の第2電極コンタク
ト領域(ベース・コンタクト領域)4及び第2電極コン
タクト領域4の表面の少なくとも一部に形成された第1
導電型の第3電極領域(n型エミッタ領域)5を有するn
pn型で構成されている。The power BJT has the same basic structure as the power BJT shown in FIG. 8, and has a first conductivity type first electrode region (n-type collector region) 2 having an outer peripheral portion (chip end surface). The second electrode region (p base region) 3 of the second conductivity type disposed on the surface of the first electrode region and the first interface between the first electrode region 2 and the second electrode region 3 reduce the electric field. The surface of the second conductive type second electrode contact region (base contact region) 4 and the surface of the second electrode contact region 4 formed on the surface of the second electrode region 3 while being spaced inward by a necessary predetermined distance L1. The first formed on at least a part of
N having a conductive third electrode region (n-type emitter region) 5
It is composed of pn type.
【0029】コレクタ領域2はn-型半導体基板1Sの表
面の一部を利用した低不純物密度のn-型半導体領域であ
る。実際には、この内の中央部分(エミッタ領域5と重
複する部分)のみが、主動作領域のコレクタ領域(活性
なコレクタ領域)2として機能する。このコレクタ領域
2は低不純物密度で形成されているので、ベース領域3
との間に形成されるpn接合部の接合耐圧を向上させるこ
とができる。エミッタ電極12とコレクタ電極10間に
所定の動作電圧を印加時に、活性なコレクタ領域2がほ
ぼ完全に近く空乏化しておれば、コレクタ領域2はドリ
フト領域として機能する。コレクタ領域2には、高不純
物密度のn+型半導体領域であるコレクタ・コンタクト領
域1が接続されている。このコレクタ・コンタクト領域
1は半導体基板1Sの裏面側の領域である。コレクタ・
コンタクト領域1には、さらに裏面電極(コレクタ電
極)10がオーミック接触して接続されている。そし
て、この裏面電極(コレクタ電極)10に対してコレク
タ電圧VCが供給される。コレクタ・コンタクト領域1
は高不純物密度で形成され、コレクタ・コンタクト領域
1自体の抵抗値を低く設定されている。この結果、コレ
クタ・コンタクト領域1と裏面電極10との間のオーミ
ック・コンタクト抵抗値を低く設定することができる。
裏面電極10には例えばチタン(Ti)膜、ニッケル(N
i)膜、パラジウム(Pd)膜、銀(Ag)膜のそれぞれを
順次積層した複合膜が実用的に使用できる。The collector region 2 is a low impurity density n − type semiconductor region utilizing a part of the surface of the n − type semiconductor substrate 1S. Actually, only the central portion (the portion overlapping the emitter region 5) functions as the collector region (active collector region) 2 of the main operation region. Since the collector region 2 is formed with a low impurity density, the base region 3
And the junction withstand voltage of the pn junction formed between them can be improved. When a predetermined operating voltage is applied between the emitter electrode 12 and the collector electrode 10, if the active collector region 2 is almost completely depleted, the collector region 2 functions as a drift region. The collector region 2 is connected to a collector contact region 1 which is an n + -type semiconductor region having a high impurity density. This collector contact region 1 is a region on the back surface side of the semiconductor substrate 1S. collector·
A back surface electrode (collector electrode) 10 is further connected to the contact region 1 by ohmic contact. Then, a collector voltage V C is supplied to the back electrode (collector electrode) 10. Collector contact area 1
Are formed with a high impurity density, and the resistance value of the collector contact region 1 itself is set low. As a result, the ohmic contact resistance between the collector contact region 1 and the back electrode 10 can be set low.
For example, a titanium (Ti) film, nickel (N
i) A composite film obtained by sequentially laminating a film, a palladium (Pd) film, and a silver (Ag) film can be used practically.
【0030】ベース領域3はコレクタ領域2の表面に低
不純物密度のp-型半導体領域で形成されている。このベ
ース領域3は、低不純物密度であるので、前述のように
コレクタ領域2との間の接合耐圧を向上させることがで
きる。ベース領域3には、このベース領域3の表面に露
出するように形成されたベース・コンタクト領域4、ベ
ース配線14のそれぞれを通してベース電圧VBが供給
されている。ベース・コンタクト領域4はベース領域3
よりも高不純物密度のp+型半導体領域で形成され、ベー
ス・コンタクト領域4自体の抵抗値を低く設定してい
る。さらに高不純物密度のp+型半導体領域とすること
で、ベース・コンタクト領域4とベース配線1Bとの間
のオーミック・コンタクト抵抗値を低く設定している。
ベース配線14は、半導体基板1Sの表面側の保護膜1
1上に配設され、保護膜11に形成されたコンタクトホ
ール(符号は付けない。)を通してベース・コンタクト
領域4にオーミック接触して接続されている。ベース配
線14には例えばAl−Si、あるいはAl−Cu−S
i等のアルミニウム合金膜が実用的に使用できる。The base region 3 is formed on the surface of the collector region 2 by a p - type semiconductor region having a low impurity density. Since the base region 3 has a low impurity density, the junction breakdown voltage between the base region 3 and the collector region 2 can be improved as described above. The base region 3, the base region base contact region 4 is formed so as to expose the surface of 3, the base voltage V B is supplied through the respective base wiring 14. Base contact area 4 is base area 3
It is formed of a p + -type semiconductor region having a higher impurity density than that of the first embodiment, and the resistance value of the base contact region 4 itself is set low. Further, the resistance of the ohmic contact between the base contact region 4 and the base wiring 1B is set low by using a p + -type semiconductor region having a high impurity density.
The base wiring 14 is formed on the protective film 1 on the front side of the semiconductor substrate 1S.
1 and is connected to the base contact region 4 through ohmic contact through a contact hole (not shown) formed in the protective film 11. For example, Al—Si or Al—Cu—S
An aluminum alloy film such as i can be used practically.
【0031】エミッタ領域5は、ベース・コンタクト領
域4の表面に形成され、コレクタ領域2よりも高不純物
密度のn+型半導体領域で形成されている。本発明の第1
の実施の形態において、エミッタ領域5は平面的に見て
格子形状で形成されており、エミッタ領域5の外周囲は
表面を除いてベース・コンタクト領域4に包囲されてい
る。なお、エミッタ領域5は平面的に見てベース・コン
タクト領域4中に行列状に若しくは千鳥状に配列された
複数の島領域として形成し、ベース・コンタクト領域4
の表面が平面的に見て格子形状で露出するように形成し
てもよい。エミッタ領域5にはエミッタ配線12を通し
てエミッタ電圧VEが供給されている。エミッタ配線1
2は、ベース配線14と同一導電層にかつ同一導電性材
料で形成され、保護膜11のコンタクトホールを通して
エミッタ領域5にオーミック接触して接続されている。Emitter region 5 is formed on the surface of base contact region 4 and is formed of an n + type semiconductor region having a higher impurity density than collector region 2. First of the present invention
In this embodiment, the emitter region 5 is formed in a lattice shape when viewed in plan, and the outer periphery of the emitter region 5 is surrounded by the base contact region 4 except for the surface. The emitter region 5 is formed as a plurality of island regions arranged in a matrix or in a staggered manner in the base contact region 4 when viewed in a plan view.
May be formed so as to be exposed in a lattice shape when viewed two-dimensionally. An emitter voltage V E is supplied to the emitter region 5 through the emitter wiring 12. Emitter wiring 1
2 is formed in the same conductive layer and the same conductive material as the base wiring 14 and is connected to the emitter region 5 through ohmic contact with the contact hole of the protective film 11.
【0032】表面電位安定化領域6は、パワーBJTと
しては実質的に使用されないコレクタ領域2の表面の周
辺領域に形成されている。この表面電位安定化領域6
は、コレクタ領域2よりも不純物密度が高く、かつコレ
クタ・コンタクト領域1、エミッタ領域5のそれぞれよ
りも不純物密度が低いn型半導体領域で形成されてい
る。さらに、表面電位安定化領域6は、エミッタ領域5
の接合深さよりも浅い深さで形成されている。表面電位
安定化領域6には表面電位安定化配線15を通して固定
電圧が供給され、コレクタ領域2の表面の電位を安定化
させることができる。表面電位安定化配線15は前述の
ベース配線14、エミッタ配線12のそれぞれと同一導
電層でかつ同一導電性材料で形成されている。The surface potential stabilizing region 6 is formed in a peripheral region of the surface of the collector region 2 which is not substantially used as power BJT. This surface potential stabilization region 6
Is formed of an n-type semiconductor region having a higher impurity density than the collector region 2 and a lower impurity density than each of the collector / contact region 1 and the emitter region 5. Further, the surface potential stabilizing region 6 includes the emitter region 5
Formed at a depth shallower than the junction depth. A fixed voltage is supplied to the surface potential stabilizing region 6 through the surface potential stabilizing wiring 15, so that the potential of the surface of the collector region 2 can be stabilized. The surface potential stabilizing wiring 15 is formed of the same conductive layer and the same conductive material as each of the base wiring 14 and the emitter wiring 12 described above.
【0033】本発明の第1の実施の形態に係るパワーB
JTにおいて重要なのは、図1に示す電界緩和領域7で
ある。電界緩和領域7は、図1中、下層から上層に向か
って順次形成された低不純物密度のn-型半導体領域2
E、低不純物密度のp-型半導体領域3E、中不純物密度
のn型半導体領域6Eのそれぞれを接合して構築されて
いると解することが出来る。この電界緩和領域7の低不
純物密度のp-型半導体領域3Eは、前述の図8に示す電
力用半導体装置のRESURF領域8に相当するものであり、
パワーBJTの周辺部分の電界を緩和し接合耐圧を向上
させることができる。The power B according to the first embodiment of the present invention
What is important in JT is the electric field relaxation region 7 shown in FIG. The electric field relaxation region 7 is a low impurity density n − -type semiconductor region 2 formed sequentially from the lower layer to the upper layer in FIG.
E, it can be understood that the semiconductor device is constructed by joining the p - type semiconductor region 3E having a low impurity density and the n-type semiconductor region 6E having a medium impurity density. The low impurity density p − -type semiconductor region 3E of the electric field relaxation region 7 corresponds to the RESURF region 8 of the power semiconductor device shown in FIG.
The electric field in the peripheral portion of the power BJT can be reduced, and the junction breakdown voltage can be improved.
【0034】半導体領域2Eは、パワーBJTのコレク
タ領域2の一部として構成され、主電流が流れるコレク
タ領域(活性なコレクタ領域)2の外周囲を包囲するよ
うに形成されている。換言すれば、半導体領域2Eはパ
ワーBJTの活性なコレクタ領域2を外周囲に引き出し
た部分(張り出し部分)を利用したものである。The semiconductor region 2E is formed as a part of the collector region 2 of the power BJT, and is formed so as to surround the outer periphery of the collector region (active collector region) 2 through which a main current flows. In other words, the semiconductor region 2E utilizes a portion (extending portion) of the active collector region 2 of the power BJT drawn out to the outer periphery.
【0035】半導体領域3Eは、パワーBJTのベース
領域3の一部として構成され、主電流が流れるベース領
域(活性なベース領域)3の外周囲を包囲するように形
成されている。半導体領域2Eと同様に、半導体領域3
Eは、パワーBJTの活性なベース領域3をその外周囲
に積極的に引き出した部分を利用したものである。半導
体領域3Eの幅寸法L1、詳細にはベース領域3とベー
ス・コンタクト領域4との界面(第2の界面)からベー
ス領域3とコレクタ領域2との界面(第1の界面)まで
の引き出し寸法(ベース領域3の横方向拡散距離)L1
は、従来技術に係るパワーBJTのベース領域3の引き
出し寸法L3に比べて長く設定されている(図8参
照)。一般に、図8に示すパワーBJTのベース領域3
の引き出し寸法L3は、マスク合わせ余裕程度の小さな
寸法、例えば5μm程度の値である。勿論、図1に示す
半導体領域3Eのエミッタ領域5から第1の界面までの
引き出し寸法(ベース領域3の横方向拡散距離)L2
は、前述の図8に示すパワーBJTのベース領域3の引
き出し寸法L4に比べて長く設定されている。The semiconductor region 3E is formed as a part of the base region 3 of the power BJT, and is formed so as to surround the outer periphery of the base region (active base region) 3 through which a main current flows. Similarly to the semiconductor region 2E, the semiconductor region 3
E utilizes a portion where the active base region 3 of the power BJT is actively drawn out to the outside. The width dimension L1 of the semiconductor region 3E, more specifically, the leading dimension from the interface between the base region 3 and the base contact region 4 (second interface) to the interface between the base region 3 and the collector region 2 (first interface). (Lateral diffusion distance of base region 3) L1
Is set to be longer than the lead-out dimension L3 of the base region 3 of the power BJT according to the related art (see FIG. 8). Generally, the base region 3 of the power BJT shown in FIG.
Is a dimension as small as a margin for mask alignment, for example, a value of about 5 μm. Of course, the drawing dimension (lateral diffusion distance of the base region 3) L2 from the emitter region 5 to the first interface of the semiconductor region 3E shown in FIG.
Is set longer than the lead-out dimension L4 of the base region 3 of the power BJT shown in FIG.
【0036】つまり、本発明の第1の実施の形態に係る
電界緩和領域7の半導体領域3Eの幅寸法L1は、集積
度を妨げない範囲で接合耐圧を向上させるためにできる
限り長く設定されているのである。そして、好ましく
は、半導体領域3Eの幅寸法L1は、半導体領域3Eの
接合深さD1よりも大きな寸法に設定されている(図8
に示すパワーBJTのベース領域3の引き出し寸法L3
はこのベース領域3の接合深さD2よりも小さい寸法に
設定されている)。本発明の第1の実施の形態におい
て、半導体領域3Eの幅寸法L1を、例えば150μm
乃至500μmに設定し、接合深さD1を15μm乃至
90μmに設定すれば、パワーBJTの耐圧(ベース・
コレクタ間耐圧)を理想耐圧(プレーン耐圧)に近づけ
ることが出来、コレクタ領域2の厚さを450μm以下
に設定しても、ほぼ理想耐圧を得ることが出来る。That is, the width dimension L1 of the semiconductor region 3E of the electric field relaxation region 7 according to the first embodiment of the present invention is set as long as possible in order to improve the junction breakdown voltage within a range that does not hinder the degree of integration. It is. Preferably, width L1 of semiconductor region 3E is set to be larger than junction depth D1 of semiconductor region 3E (FIG. 8).
Drawn out L3 of base region 3 of power BJT shown in FIG.
Is set smaller than the junction depth D2 of the base region 3). In the first embodiment of the present invention, the width L1 of the semiconductor region 3E is set to, for example, 150 μm.
When the junction depth D1 is set to 15 μm to 90 μm, the withstand voltage of the power BJT (base
The withstand voltage between the collectors can be made closer to the ideal withstand voltage (plane withstand voltage), and even if the thickness of the collector region 2 is set to 450 μm or less, almost the ideal withstand voltage can be obtained.
【0037】半導体領域6Eは、表面電位安定化領域6
と電気的に接続され、この表面電位安定化領域6の内周
囲に沿って形成されている。半導体領域2E、3Eのそ
れぞれと同様に、半導体領域6Eは、表面電位安定化領
域6と同一層の(同一の)半導体領域で形成されてお
り、表面電位安定化領域6を内周囲に積極的に引き出し
た部分を利用したものである。この半導体領域6Eは、
パワーBJTのベース領域3、ベース・コンタクト領域
4、表面電位安定化領域6のそれぞれに対して、マスク
・アライメントなしに、自己整合的に形成することがで
きる。The semiconductor region 6E includes the surface potential stabilizing region 6
And is formed along the inner periphery of the surface potential stabilizing region 6. As in the case of each of the semiconductor regions 2E and 3E, the semiconductor region 6E is formed of a semiconductor region of the same layer (same) as the surface potential stabilization region 6, and the surface potential stabilization region 6 is actively formed around the inside. This is the one that uses the part drawn out. This semiconductor region 6E
The power BJT can be formed in a self-aligned manner for each of the base region 3, the base contact region 4, and the surface potential stabilizing region 6 without mask alignment.
【0038】このように構成される電力用半導体装置に
おいては、パワーBJTのコレクタ領域2とエミッタ領
域5との間に、逆バイアスの高電圧が印加されると、コ
レクタ領域2とベース領域3との間のpn接合部、ベース
領域3とエミッタ領域5との間のpn接合部のそれぞれに
おいて空乏層が広がる。同様に、パワーBJTの外周囲
に配設された電界緩和領域7においても半導体領域2E
と半導体領域6Eとの間に高電圧が印加され、半導体領
域2Eと半導体領域3Eとの間のpn接合部、半導体領域
3Eと半導体領域6Eとの間のpn接合部のそれぞれにお
いて空乏層が広がる。パワーBJTの空乏層、電界緩和
領域7の空乏層はそれぞれ結合され、パワーBJTのpn
接合部に加わる電界を電界緩和領域7に分散させること
ができるので、パワーBJTの周辺部分での電界集中を
緩和することができる。この結果、パワーBJTの接合
耐圧を飛躍的に向上させることができる。In the power semiconductor device thus configured, when a high reverse bias voltage is applied between the collector region 2 and the emitter region 5 of the power BJT, the collector region 2 and the base region 3 The depletion layer spreads at each of the pn junction between the base region 3 and the emitter region 5. Similarly, in the electric field relaxation region 7 arranged around the periphery of the power BJT, the semiconductor region 2E
A high voltage is applied between the semiconductor region 6E and the semiconductor region 6E, and a depletion layer spreads at each of the pn junction between the semiconductor region 2E and the semiconductor region 3E and the pn junction between the semiconductor region 3E and the semiconductor region 6E. . The depletion layer of the power BJT and the depletion layer of the electric field relaxation region 7 are respectively coupled, and the pn of the power BJT is
Since the electric field applied to the junction can be dispersed in the electric field relaxation region 7, the electric field concentration around the power BJT can be reduced. As a result, the junction breakdown voltage of the power BJT can be significantly improved.
【0039】さらに、電界緩和領域7の半導体領域3E
はパワーBJTの活性なベース領域3を横方向に引き出
した部分(横方向に拡散させた部分)として形成されて
おり、この半導体領域3Eは主動作領域側から表面電位
安定化領域6に向かって徐々に不純物密度が減少するプ
ロファイル(濃度勾配)を有する。すなわち、電界緩和
領域7においては、pn接合部の空乏層の広がりが同一方
向に向かって滑らかに大きくなり、電界強度を徐々に減
少させることができるので、電界集中を良好に緩和させ
ることができ、より一層、パワーBJTの接合耐圧を向
上させることができる。Further, the semiconductor region 3E of the electric field relaxation region 7
Is formed as a portion where the active base region 3 of the power BJT is drawn out in the lateral direction (portion diffused in the lateral direction). The semiconductor region 3E extends from the main operation region side toward the surface potential stabilizing region 6. It has a profile (concentration gradient) in which the impurity density gradually decreases. That is, in the electric field relaxation region 7, the spread of the depletion layer at the pn junction increases smoothly in the same direction, and the electric field intensity can be gradually reduced, so that the electric field concentration can be favorably alleviated. Thus, the junction breakdown voltage of the power BJT can be further improved.
【0040】さらに、パワーBJTの外周囲には表面電
位安定化領域6が配設され、特に電界緩和領域7の半導
体領域6Eの電位を安定化させることができるので、本
発明の第1の実施の形態に係るパワーBJTは安定して
接合耐圧を向上させることができる。Further, a surface potential stabilizing region 6 is provided around the periphery of the power BJT, and in particular, the potential of the semiconductor region 6E of the electric field relaxation region 7 can be stabilized. The power BJT according to the embodiment can stably improve the junction breakdown voltage.
【0041】次に、前述の電力用半導体装置の製造方法
を説明する。図2(A)、図2(B)、図3(C)、図
3(D)はそれぞれ本発明の第1の実施の形態に係るパ
ワーBJTの製造方法を各工程毎に示す電力用半導体装
置の工程断面図である。Next, a method for manufacturing the above-described power semiconductor device will be described. 2 (A), 2 (B), 3 (C), and 3 (D) show a power semiconductor showing a method of manufacturing a power BJT according to the first embodiment of the present invention for each step. It is a process sectional view of an apparatus.
【0042】(1)まず最初に、不純物密度5×1012〜
5×1014atoms/cm3程度の単結晶シリコン基板からなるn
-型半導体基板1Sを準備する。そして、図2(A)に
示すように、このn-型半導体基板1Sの裏面側に、n型
不純物を導入することにより第1電極コンタクト領域
(コレクタ・コンタクト領域)1を形成する。コレクタ
・コンタクト領域1は例えば1018〜1020atoms/cm3程度
の不純物密度に設定する。第1電極コンタクト領域(コ
レクタ・コンタクト領域)1が形成されない、n-型半導
体基板1Sの残余の部分、即ち、n-型半導体基板1Sの
表面側は第1電極領域(コレクタ領域)2となる。図2
(A)中、中央部分の半導体基板1Sの表面(以下、平
面パターン上のこの領域を「第1領域TA」という。)
は、完成後には主電流が流れる活性なコレクタ領域2と
して使用される部分である。また、電界緩和領域7の形
成予定領域(以下、平面パターン上のこの領域を「第2
領域7A」という。)は、主電流はほとんど流れない擬
似的なコレクタ領域2であり、上記において、「半導体
領域2E」と称した部分である。[0042] (1) First, the impurity density of 5 × 10 12 ~
N composed of a single crystal silicon substrate of about 5 × 10 14 atoms / cm 3
- Prepare a type semiconductor substrate 1S. Then, as shown in FIG. 2A, a first electrode contact region (collector contact region) 1 is formed on the rear surface side of the n − type semiconductor substrate 1S by introducing an n type impurity. The collector / contact region 1 is set to have an impurity density of, for example, about 10 18 to 10 20 atoms / cm 3 . Not the first electrode contact region (collector contact region) 1 formed, n - -type remainder of the semiconductor substrate 1S, i.e., n - surface side of the mold the semiconductor substrate 1S is the first electrode region (collector region) 2 . FIG.
In (A), the surface of the semiconductor substrate 1S at the central portion (hereinafter, this area on the planar pattern is referred to as “first area TA”).
Is a portion used as an active collector region 2 through which a main current flows after completion. In addition, a region where the electric field relaxation region 7 is to be formed (hereinafter, this region on the plane pattern is referred to as “second region”).
Area 7A ". ) Is a pseudo collector region 2 through which a main current hardly flows, and is a portion called “semiconductor region 2E” in the above.
【0043】(2)その後、コレクタ領域2の表面に厚
さ350nm乃至1μm程度の熱酸化膜(第1熱酸化
膜)を形成する。そして、周知のフォトリソグラフィー
工程により、熱酸化膜の上にフォトレジストのパターン
を形成する。このフォトレジストのパターンは、第2電
極領域(ベース領域)3及び第2電極コンタクト領域
(ベース・コンタクト領域)4を形成するためのマスク
である。このフォトレジストのパターンを用いて、フッ
化アンモニウム(NH4F)溶液等の所定の酸化膜エッ
チング液を用いて熱酸化膜をエッチング除去し、図2
(B)に示す不純物導入マスク(第1不純物導入マス
ク)55を形成する。この第1不純物導入マスク55は
反応性イオンエッチング(RIE)等のドライエッチン
グで熱酸化膜をエッチング除去して形成しても良い。そ
して熱酸化膜をエッチング除去後、フォトレジストのパ
ターンを除去しておく。この第1領域TAを開口部とす
る第1不純物導入マスク55を用いて、加速エネルギー
350KeV乃至100KeVで11B+等のp型不純物
イオンをドーズ量1×1013〜5×1014ions/cm2程度でイ
オン注入する(第1イオン注入工程)。その後、110
0℃乃至1200℃程度の拡散温度で所定の時間、非酸
化性雰囲気若しくは微量の酸素を含んだ準非酸化性雰囲
気で熱処理(第1ドライブイン)する。すなわち、この
第1ドライブインにより、第1領域TAの上には酸化膜
が形成されないか、若しくは極薄い酸化膜が形成され
る。その後、同一の第1不純物導入マスク55を使用
し、加速エネルギー80KeV乃至30KeVで
11B+、若しくは49BF2 +等のp型不純物イオンをドー
ズ量1×1015〜5×1016ions/cm2程度でイオン注入する
(第2イオン注入工程)。その後、900℃乃至115
0℃程度の拡散温度で所定の時間、非酸化性雰囲気若し
くは微量の酸素を含んだ準非酸化性雰囲気、又は酸化性
雰囲気で熱処理(第2ドライブイン)する。この結果、
図2(B)に示すように、第1領域TAにおいてコレク
タ領域2の表面に不純物密度4×1013〜8×1014atoms/
cm3程度のp-型半導体領域からなる第2電極領域(ベー
ス領域)3が形成され、さらに、ベース領域3の表面
に、第1電極領域と第2電極領域との間の第1の界面か
ら所定の距離(第2領域7Aに相当する距離)L1内側
に離間して、不純物密度8×1018〜5×1020atoms/cm3
程度のp+型半導体領域からなる第2電極コンタクト領域
(ベース・コンタクト領域)4が形成される。この第2
電極領域(ベース領域)3及び第2電極コンタクト領域
(ベース・コンタクト領域)4の形成は、窒化ボロン
(BN)等の固体ソースや(BBr3)等の液体ソース
を用いた気相拡散(プレ・デポション)法により行って
も良い。また、イオン注入法と気相拡散法との組み合わ
せにより実行することも可能である。上述したように、
本発明では、この第2電極コンタクト領域4と第2電極
領域3との間の第2の界面から上記の第1の界面までの
ベース領域3は、「p-型半導体領域3E」と称すること
とする。p-型半導体領域3Eは、電界緩和領域7として
機能する領域である。この半導体領域3Eは、熱拡散の
性質上、通常は、接合深さD1の0.7倍乃至0.8倍
の幅寸法L1を有するように、ベース・コンタクト領域
4から横方向に引き出した部分(横方向に拡散させた部
分)として形成される。当然のことながら、半導体領域
3Eは、平面パターン上第1領域TAとなる活性なベー
ス領域3とほぼ同等の不純物密度で形成されている。こ
うして、第2電極領域(ベース領域)3及び第2電極コ
ンタクト領域(ベース・コンタクト領域)4とが同一の
第1不純物導入マスク55を使用して形成できるので、
マスク合わせ工程が省略できる。(2) Thereafter, a thermal oxide film (first thermal oxide film) having a thickness of about 350 nm to 1 μm is formed on the surface of the collector region 2. Then, a photoresist pattern is formed on the thermal oxide film by a known photolithography process. This photoresist pattern is a mask for forming the second electrode region (base region) 3 and the second electrode contact region (base contact region) 4. Using this photoresist pattern, the thermal oxide film is removed by etching using a predetermined oxide film etching solution such as an ammonium fluoride (NH 4 F) solution.
An impurity introduction mask (first impurity introduction mask) 55 shown in FIG. The first impurity introduction mask 55 may be formed by removing the thermal oxide film by dry etching such as reactive ion etching (RIE). After the thermal oxide film is removed by etching, the pattern of the photoresist is removed. Using the first impurity introduction mask 55 having the first region TA as an opening, p-type impurity ions such as 11 B + are implanted at an acceleration energy of 350 KeV to 100 KeV and a dose of 1 × 10 13 to 5 × 10 14 ions / cm 2. Ion implantation is performed in about 2 (first ion implantation step). Then 110
Heat treatment (first drive-in) is performed at a diffusion temperature of about 0 ° C. to 1200 ° C. for a predetermined time in a non-oxidizing atmosphere or a quasi-non-oxidizing atmosphere containing a small amount of oxygen. That is, by this first drive-in, no oxide film is formed on first region TA, or an extremely thin oxide film is formed. Then, using the same first impurity introduction mask 55, at an acceleration energy of 80 to 30 KeV.
P-type impurity ions such as 11 B + or 49 BF 2 + are implanted at a dose of about 1 × 10 15 to 5 × 10 16 ions / cm 2 (second ion implantation step). Thereafter, from 900 ° C. to 115
Heat treatment (second drive-in) is performed at a diffusion temperature of about 0 ° C. for a predetermined time in a non-oxidizing atmosphere, a quasi-non-oxidizing atmosphere containing a small amount of oxygen, or an oxidizing atmosphere. As a result,
As shown in FIG. 2B, in the first region TA, the surface of the collector region 2 has an impurity density of 4 × 10 13 to 8 × 10 14 atoms /.
A second electrode region (base region) 3 composed of ap − type semiconductor region of about cm 3 is formed, and a first interface between the first electrode region and the second electrode region is formed on the surface of the base region 3. At a predetermined distance (distance corresponding to the second region 7A) L1 from the substrate, and an impurity density of 8 × 10 18 to 5 × 10 20 atoms / cm 3.
A second electrode contact region (base contact region) 4 composed of a p + type semiconductor region is formed. This second
The electrode region (base region) 3 and the second electrode contact region (base contact region) 4 are formed by vapor-phase diffusion using a solid source such as boron nitride (BN) or a liquid source such as (BBr 3 ). -Deposition may be performed. It is also possible to carry out the method by a combination of the ion implantation method and the gas phase diffusion method. As mentioned above,
In the present invention, the base region 3 from the second interface between the second electrode contact region 4 and the second electrode region 3 to the first interface is referred to as “p − type semiconductor region 3E”. And The p − type semiconductor region 3E is a region that functions as the electric field relaxation region 7. Due to the nature of thermal diffusion, the semiconductor region 3E is generally a portion drawn laterally from the base contact region 4 so as to have a width L1 0.7 to 0.8 times the junction depth D1. (A part diffused in the lateral direction). As a matter of course, the semiconductor region 3E is formed with an impurity density substantially equal to that of the active base region 3 serving as the first region TA on the planar pattern. In this manner, the second electrode region (base region) 3 and the second electrode contact region (base contact region) 4 can be formed using the same first impurity introduction mask 55.
The mask alignment step can be omitted.
【0044】(3)第2ドライブイン後に第1領域TA
上に形成される酸化膜厚が薄ければ、さらに熱酸化工程
を追加して、第1領域TA上に厚さ350nm乃至75
0nm程度の熱酸化膜を形成する。この際、不純物導入
マスク55として形成した酸化膜(第1熱酸化膜)を含
めて、一旦酸化膜を全面除去し、全面に厚さ350nm
乃至750nm程度の新たな熱酸化膜(第2熱酸化膜)
56を形成してもよい。そして、周知のフォトリソグラ
フィー工程により、第2熱酸化膜56の上にフォトレジ
ストのパターンを形成する。このフォトレジストのパタ
ーンは、第3電極領域(エミッタ領域)5を形成するた
めのマスクである。このフォトレジストのパターンを用
いて、RIE等のドライエッチングを用いて熱酸化膜5
6をエッチング除去する。平面パターン上余裕があれ
ば、フッ化アンモニウム(NH4F)溶液等のウェット
エッチングで熱酸化膜をエッチング除去してもよい。こ
うして、第2熱酸化膜56で不純物導入マスク(第2不
純物導入マスク)を形成し、加速エネルギー35KeV
乃至80KeVで75As+等のn型不純物イオンをドー
ズ量3×1015〜5×1016ions/cm2程度でイオン注入する
(第3イオン注入工程)。その後、800℃乃至950
℃程度の拡散温度で所定の時間、熱処理(第3ドライブ
イン)する。この結果、例えば3×1018〜1×1021atom
s/cm3程度の不純物密度のエミッタ領域5が形成され
る。ここまでの工程で、パワーBJTの主動作部が実質
的に完成したことになる。なお、第3電極領域(エミッ
タ領域)5の形成は、固体ソースや液体ソースを用いた
気相拡散法により行っても良いことは勿論である。(3) First area TA after second drive-in
If the thickness of the oxide film formed thereon is small, a thermal oxidation step is further added, and a thickness of 350 nm to 75 nm is formed on the first region TA.
A thermal oxide film of about 0 nm is formed. At this time, the oxide film including the oxide film (first thermal oxide film) formed as the impurity introduction mask 55 is once removed entirely, and the entire surface is formed to a thickness of 350 nm.
New thermal oxide film (second thermal oxide film) of about 750 nm
56 may be formed. Then, a photoresist pattern is formed on the second thermal oxide film 56 by a known photolithography process. This photoresist pattern is a mask for forming the third electrode region (emitter region) 5. Using this photoresist pattern, a thermal oxide film 5 is formed by dry etching such as RIE.
6 is removed by etching. If there is room in the plane pattern, the thermal oxide film may be removed by wet etching using an ammonium fluoride (NH 4 F) solution or the like. Thus, an impurity introduction mask (second impurity introduction mask) is formed by the second thermal oxide film 56, and the acceleration energy is 35 KeV.
An n-type impurity ion such as 75 As + is implanted at a dose of about 3 × 10 15 to 5 × 10 16 ions / cm 2 at a temperature of about 80 KeV (third ion implantation step). Thereafter, 800 ° C to 950
Heat treatment (third drive-in) is performed at a diffusion temperature of about ° C for a predetermined time. As a result, for example, 3 × 10 18 to 1 × 10 21 atom
An emitter region 5 having an impurity density of about s / cm 3 is formed. By the steps so far, the main operation section of the power BJT is substantially completed. Note that the third electrode region (emitter region) 5 may be formed by a gas phase diffusion method using a solid source or a liquid source.
【0045】(4)第3ドライブイン後に形成された第
3熱酸化膜を含めて、半導体基板1Sの表面の全面の酸
化膜をNH4F溶液等の所定の酸化膜エッチング液を用
いて除去する。そして、半導体基板1Sの全面に加速エ
ネルギー35KeV乃至80KeVで75As+等のn型
不純物イオンをドーズ量1×1013〜1×1015ions/cm2程
度でイオン注入する(第4イオン注入工程)。この際5
0nm乃至150nmのダミー酸化膜を全面に形成して
からイオン注入してもかまわない。その後、800℃乃
至950℃程度の拡散温度で所定の時間、酸化性雰囲気
で熱処理(第4ドライブイン)する。この第4ドライブ
インのn型不純物の拡散深さは、第3ドライブインのエ
ミッタ領域5の接合深さよりも浅い深さで選択される。
この結果、図3(D)に示すように、例えば5×1013〜
1×1015atoms/cm3程度の不純物密度の、n型の表面電位
安定化領域6が形成される。この表面電位安定化領域6
は、図3(D)に示すように、第2領域7Aの外周囲と
なる第3領域GAと、n型半導体領域6Eの2つの部分
からなると考えることも可能である。表面電位安定化領
域6の形成は、固体ソースや液体ソースを用いた気相拡
散法により行っても良いこと容易に理解できるであろ
う。n型不純物は中間の不純物密度で半導体基板1Sの
全面に導入されるので、半導体基板1Sの表面(n-型半
導体領域)においてはn型不純物の導入量が支配的でn型
に設定され、半導体領域3E(p-型半導体領域)に形成
される半導体領域6Eは同様にn型不純物の導入量が支
配的でp型からn型に導電型が反転されている。逆に、ベ
ース・コンタクト領域(p+型半導体領域)4においては
n型不純物の導入量に対してもともとの不純物密度が高
いので導電型は反転せずp型のまま維持されている。エ
ミッタ領域5においては同様にn型不純物の導入量に対
してもともとの不純物密度が高いので導電型は変化せず
n型のまま維持されている。第4ドライブインによる表
面電位安定化領域6の拡散深さは、第3ドライブインに
よるエミッタ領域5の接合深さよりも浅い深さに選定さ
れているので、表面電位安定化領域6の表面近傍におけ
る存在が完成後のパワーBJTの電気的特性に影響を与
えることはない。すなわち、n型不純物は、半導体基板
1Sの全域に導入されるが、5×1013〜1×1015atoms/
cm3程度の中間の不純物密度に設定されるので、パワー
BJTの外周囲の第3領域GAに表面電位安定化領域6
を形成し、同時に第2領域7Aに電界緩和領域7として
機能する半導体領域6Eを選択的に形成することができ
る。しかも、表面電位安定化領域6、電界緩和領域7の
半導体領域6Eのそれぞれはベース領域3、ベース・コ
ンタクト領域4のそれぞれに対してアライメント並びに
アライメント余裕寸法なしの自己整合的に形成すること
ができる。(4) The oxide film on the entire surface of the semiconductor substrate 1S, including the third thermal oxide film formed after the third drive-in, is removed by using a predetermined oxide film etching solution such as an NH 4 F solution. I do. Then, n-type impurity ions such as 75 As + are implanted into the entire surface of the semiconductor substrate 1S at an acceleration energy of 35 to 80 KeV at a dose of about 1 × 10 13 to 1 × 10 15 ions / cm 2 (fourth ion implantation step). ). At this time 5
Ions may be implanted after a dummy oxide film of 0 nm to 150 nm is formed on the entire surface. Thereafter, heat treatment (fourth drive-in) is performed in an oxidizing atmosphere at a diffusion temperature of about 800 ° C. to 950 ° C. for a predetermined time. The diffusion depth of the n-type impurity in the fourth drive-in is selected to be smaller than the junction depth of the emitter region 5 in the third drive-in.
As a result, as shown in FIG. 3 (D), for example, 5 × 10 13 ~
An n-type surface potential stabilizing region 6 having an impurity density of about 1 × 10 15 atoms / cm 3 is formed. This surface potential stabilization region 6
As shown in FIG. 3 (D), it can be considered that the second region GA is composed of two portions, that is, a third region GA which is the outer periphery of the second region 7A and an n-type semiconductor region 6E. It can be easily understood that the formation of the surface potential stabilizing region 6 may be performed by a gas phase diffusion method using a solid source or a liquid source. Since the n-type impurity is introduced into the entire surface of the semiconductor substrate 1S at an intermediate impurity density, the amount of the n-type impurity dominant on the surface (n − -type semiconductor region) of the semiconductor substrate 1S is set to n-type, Similarly, in the semiconductor region 6E formed in the semiconductor region 3E (p - type semiconductor region), the introduction amount of the n-type impurity is dominant, and the conductivity type is inverted from p-type to n-type. Conversely, in the base contact region (p + type semiconductor region) 4
Since the original impurity density is higher than the introduced amount of the n-type impurity, the conductivity type is not inverted and is maintained at the p-type. Similarly, in the emitter region 5, the conductivity type does not change because the original impurity density is higher than the introduced amount of the n-type impurity.
Maintained as n-type. The diffusion depth of the surface potential stabilization region 6 due to the fourth drive-in is selected to be shallower than the junction depth of the emitter region 5 due to the third drive-in. The presence does not affect the electrical characteristics of the completed power BJT. That is, the n-type impurity is introduced into the entire region of the semiconductor substrate 1S, but is 5 × 10 13 to 1 × 10 15 atoms /
Since the impurity concentration is set to an intermediate density of about 3 cm 3 , the surface potential stabilizing region 6 is formed in the third region GA around the power BJT.
And at the same time, the semiconductor region 6E functioning as the electric field relaxation region 7 can be selectively formed in the second region 7A. In addition, the semiconductor region 6E of the surface potential stabilizing region 6 and the semiconductor region 6E of the electric field relaxing region 7 can be formed in alignment with each of the base region 3 and the base contact region 4 in a self-aligned manner without any alignment margin. .
【0046】(5)次に、半導体基板1Sの表面の全面
に熱酸化法により、保護膜11を形成する。保護膜11
には、CVD法で成膜された酸化膜(SiO2膜)を採用する
ことも可能である。そして、フォトリソグラフィー工程
により、保護膜11の上にフォトレジストのパターンを
形成する。このフォトレジストのパターンは、保護膜1
1中にコンタクトホールを開口するためのマスクであ
る。このフォトレジストのパターンを用いて、RIEや
ECRイオンエッチング等のドライエッチングを用いて
保護膜11の所定の部分のみを選択的にエッチング除去
しコンタクトホールを開口する。その後、Al−Si、
あるいはAl−Cu−Si等のアルミニウム合金膜をス
パッタリング法若しくは電子ビーム(EB)蒸着法等を
用いて、0.4μm乃至10μm堆積する。そして、ア
ルミニウム合金膜のうえに、フォトリソグラフィー工程
により、フォトレジストのパターンを形成し、RIE等
のドライエッチングを用いてパターニングしする。この
結果、前述の図1に示すように、エミッタ配線12、ベ
ース配線14及び表面電位安定化配線15が形成され
る。さらに、これらのエミッタ配線12、ベース配線1
4及び表面電位安定化配線15の上に、、CVD法で酸化
膜(SiO2膜)、PSG膜、BPSG膜、あるいはシリコ
ン窒化膜( Si3N4膜 )等の最終保護膜13を形成す
る。また、半導体基板1Sの裏面に、チタン(Ti)膜、
ニッケル(Ni)膜、パラジウム(Pd)膜、銀(Ag)膜の
それぞれを、スパッタリング法若しくはEB蒸着法等を
用いて順次積層してコレクタ電極10を形成する。そし
て、ボンディング用にさらに、最終保護膜13に開口部
を形成し、所定のパッケージにマウウトし、樹脂モール
ド等の所定の組立工程を行えば、本発明の第1の実施の
形態に係る電力用半導体装置は完成する。(5) Next, a protective film 11 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1S by a thermal oxidation method. Protective film 11
It is also possible to employ an oxide film (SiO 2 film) formed by the CVD method. Then, a photoresist pattern is formed on the protective film 11 by a photolithography process. The pattern of this photoresist is
1 is a mask for opening a contact hole inside. Using this photoresist pattern, only a predetermined portion of the protective film 11 is selectively etched away by dry etching such as RIE or ECR ion etching to open a contact hole. Then, Al-Si,
Alternatively, an aluminum alloy film of Al—Cu—Si or the like is deposited to a thickness of 0.4 μm to 10 μm by using a sputtering method, an electron beam (EB) evaporation method, or the like. Then, a pattern of a photoresist is formed on the aluminum alloy film by a photolithography process, and is patterned by dry etching such as RIE. As a result, the emitter wiring 12, the base wiring 14, and the surface potential stabilizing wiring 15 are formed as shown in FIG. Further, these emitter wiring 12 and base wiring 1
A final protective film 13 such as an oxide film (SiO 2 film), a PSG film, a BPSG film, or a silicon nitride film (Si 3 N 4 film) is formed on the surface 4 and the surface potential stabilizing wiring 15 by a CVD method. . Further, a titanium (Ti) film,
A collector electrode 10 is formed by sequentially laminating a nickel (Ni) film, a palladium (Pd) film, and a silver (Ag) film using a sputtering method or an EB vapor deposition method. Then, an opening is further formed in the final protective film 13 for bonding, the package is mounted on a predetermined package, and a predetermined assembly process such as a resin mold is performed. The semiconductor device is completed.
【0047】なお、半導体領域3Eの接合深さD1より
も幅寸法L1を大きくするためには、第1イオン注入工
程を1MeV乃至3MeV等の高加速エネルギーを用い
て、斜めイオン注入する方法が採用できる。この時、第
2イオン注入工程は、低加速エネルギーで垂直イオン注
入すればよい。あるいは、図4(A)及び(B)に示す
ような工程でも、半導体領域3Eの接合深さD1よりも
幅寸法L1を大きくできる。すなわち、 (イ)まず、第1不純物導入マスク55を用いて第1イ
オン注入工程を実行後、所定の第1ドライブインを行
う。そして、図4(A)に示すように、この第1ドライ
ブイン後に、多結晶シリコン(ポリシリコン)、酸化
膜、窒化膜等のいずれか、若しくはこれらの組み合わせ
からなる複合膜57を0.8μm乃至2μm程度の厚さ
(厚さは、開口部の面積の縮小幅により選ぶ)で全面に
堆積する。In order to make the width dimension L1 larger than the junction depth D1 of the semiconductor region 3E, a method of oblique ion implantation using a high acceleration energy of 1 MeV to 3 MeV in the first ion implantation step is adopted. it can. At this time, in the second ion implantation step, vertical ion implantation may be performed with low acceleration energy. Alternatively, even in the steps shown in FIGS. 4A and 4B, the width L1 can be made larger than the junction depth D1 of the semiconductor region 3E. That is, (a) First, after performing the first ion implantation process using the first impurity introduction mask 55, a predetermined first drive-in is performed. Then, as shown in FIG. 4A, after this first drive-in, a composite film 57 made of any one of polycrystalline silicon (polysilicon), an oxide film, a nitride film, etc., or a combination thereof is formed to a thickness of 0.8 μm. It is deposited over the entire surface with a thickness of about 2 μm (the thickness is selected depending on the reduction width of the area of the opening).
【0048】(ロ)その後、図4(B)に示すように、
複合膜57に対して、RIE等の指向性エッチングを行
えば、第1不純物導入マスク55の内側に0.8μm乃
至2μm程度の幅の側壁部58が残る。このため、自己
整合的に、第2イオン注入工程用のマスクの開口部の面
積を第1イオン注入工程用のマスクの開口部の面積より
小さくできる。この自己整合的に形成された側壁部58
と第1不純物導入マスク55とをマスクとして、第2イ
オン注入工程を実行する。そして、第2イオン注入工程
後、所定の第2ドライブインを実行すれば、接合深さD
1よりも幅寸法L1を大きくすることが出来る。(B) Thereafter, as shown in FIG.
If directional etching such as RIE is performed on the composite film 57, the side wall portion 58 having a width of about 0.8 μm to 2 μm remains inside the first impurity introduction mask 55. Therefore, the area of the opening of the mask for the second ion implantation step can be made smaller than the area of the opening of the mask for the first ion implantation step in a self-aligned manner. This self-aligned side wall portion 58
Using the and the first impurity introduction mask 55 as a mask, a second ion implantation step is performed. Then, after the second ion implantation step, if a predetermined second drive-in is performed, the junction depth D
The width L1 can be made larger than 1.
【0049】なお、ベース領域3の接合深さD1が10
μm以上に深く、電界緩和領域7の幅寸法L1が、この
接合深さD1に比して充分に大きく確保する必要がある
場合には、図4(B)に示す側壁部58の厚さを極めて
厚くしなければならない。従ってこのような場合は、そ
れぞれ別々の不純物導入マスクを使用することにより、
ベース領域3及びベース・コンタクト領域4を形成する
方が容易である。例えば電界緩和領域7の幅寸法L1を
100μmに設定し、接合深さD1を40μmにする場
合には、側壁部58の厚さが100−40×0.8=6
8μm程度必要となる。斯かる場合は、それぞれ別々の
不純物導入マスクを使用することが好ましい。また、こ
のように幅寸法L1が大きければ、マスク合わせ余裕も
十分に担保されていることになる。従って、特に自己整
合的に、ベース領域3、ベース・コンタクト領域4を形
成しなければならない理由も無いので、不都合は生じな
い。Note that the junction depth D1 of the base region 3 is 10
If it is necessary to ensure that the width L1 of the electric field relaxation region 7 is sufficiently larger than the junction depth D1, the thickness of the side wall portion 58 shown in FIG. Must be extremely thick. Therefore, in such a case, by using separate impurity introduction masks,
It is easier to form the base region 3 and the base contact region 4. For example, when the width dimension L1 of the electric field relaxation region 7 is set to 100 μm and the junction depth D1 is set to 40 μm, the thickness of the side wall 58 is 100−40 × 0.8 = 6.
About 8 μm is required. In such a case, it is preferable to use different impurity introduction masks. Further, if the width dimension L1 is large, the margin for mask alignment is sufficiently secured. Therefore, there is no need to form the base region 3 and the base contact region 4 in a self-aligned manner, so that no inconvenience occurs.
【0050】このようにベース領域3、ベース・コンタ
クト領域4を、それぞれ別々の不純物導入マスクを使用
して形成したとしても、これらの領域は半導体装置の主
動作に必須な領域であるので、工程数が増大したことに
はならない。少なくとも、従来技術におけるRESURF領域
のような、電界緩和のための専用半導体領域を、別途構
成する製造方法に比べれば、工程数は削減されている解
することが可能であることに留意すべきである。Even if the base region 3 and the base contact region 4 are formed using different impurity introduction masks as described above, these regions are essential for the main operation of the semiconductor device. It does not mean that the number has increased. At least, it should be noted that the number of steps can be reduced as compared with a manufacturing method in which a dedicated semiconductor region for electric field relaxation, such as the RESURF region in the related art, is separately configured. is there.
【0051】また、表面電位安定化領域6を自己整合的
に形成せずに、第3ドライブイン後に形成された第3熱
酸化膜の上にフォトレジストのパターンを形成してマス
ク合わせ工程を採用することも、一応可能であろう。こ
の場合は、表面電位安定化領域6を形成するためにマス
ク(フォトレジストパターン)を用いて、以下のように
実行することになる。Also, without forming the surface potential stabilizing region 6 in a self-aligned manner, a mask alignment step is adopted by forming a photoresist pattern on the third thermal oxide film formed after the third drive-in. It may be possible to do it. In this case, the process is performed as follows using a mask (photoresist pattern) to form the surface potential stabilizing region 6.
【0052】・まず、このマスクを用いて、ドライエッ
チング、若しくはウェットエッチングを用いて、第1領
域TA以外の領域第2及び第3熱酸化膜(第1熱酸化膜
が第1領域TA以外の部分に残存していれば、第1熱酸
化膜も除去することは勿論である)をエッチング除去す
る。First, using the mask, dry etching or wet etching is used to form second and third thermal oxide films other than the first region TA (where the first thermal oxide film is other than the first region TA). If it remains in the portion, the first thermal oxide film is removed as well, of course).
【0053】・次に、このエッチングに用いたフォトレ
ジストのパターンはそのまま残存させて、酸化膜とフォ
トレジストの複合膜からなる第3不純物導入マスクを形
成する。Next, a third impurity introduction mask composed of a composite film of an oxide film and a photoresist is formed while leaving the photoresist pattern used for the etching as it is.
【0054】・そして、この第3不純物導入マスクを用
いて、n型不純物イオンを注入すればよい。Then, n-type impurity ions may be implanted using the third impurity introduction mask.
【0055】しかし、上記方法は、工程が複雑になる
上、パターンのずれが回避できないので、好ましい方法
とは言えない。However, the above method is not a preferable method because the steps become complicated and a pattern shift cannot be avoided.
【0056】すなわち、先に述べたように、電界緩和領
域7の半導体領域6Eは、パワーBJTのベース・コン
タクト領域4、表面電位安定化領域6のそれぞれに対し
て自己整合的に形成することにより本発明の有利な効果
が奏せられるのである。このようにして、本発明の第1
の実施の形態によれば、電力用半導体装置の微細化を実
現することができる。そして、マスク・アライメントに
起因する製造上の煩雑さを軽減できるので、電力用半導
体装置の生産性を向上させることができる。That is, as described above, the semiconductor region 6E of the electric field relaxation region 7 is formed in self-alignment with each of the base contact region 4 and the surface potential stabilization region 6 of the power BJT. The advantageous effects of the present invention can be obtained. Thus, the first aspect of the present invention
According to the embodiment, miniaturization of a power semiconductor device can be realized. Since the manufacturing complexity caused by the mask alignment can be reduced, the productivity of the power semiconductor device can be improved.
【0057】(第2の実施の形態)本発明は、高耐圧ダ
イオードにも適用可能である。即ち、図5に本発明の第
2の実施の形態に係る電力用半導体装置としての高耐圧
ダイオードの断面構造図を示す。この高耐圧ダイオード
は、図1に示したパワーBJTと基本的な構造におい
て、共通部分を有する。(Second Embodiment) The present invention can be applied to a high breakdown voltage diode. That is, FIG. 5 shows a sectional structural view of a high breakdown voltage diode as a power semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. This high breakdown voltage diode has a common part in the basic structure with the power BJT shown in FIG.
【0058】すなわち、発明の第2の実施の形態に係る
高耐圧ダイオードは、図5に示すように、外周部(チッ
プ端面)を有する第1導電型の第1電極領域(カソード
領域)22、この第1電極領域の表面に配置された第2
導電型の第2電極領域(アノード領域)23、第1電極
領域2と第2電極領域3との間の第1の界面から電界緩
和に必要な所定の距離L1内側に離間して、この第2電
極領域3の表面に形成された第2導電型の第2電極コン
タクト領域(アノード・コンタクト領域)24を少なく
とも有して構成されている。さらに、第1電極領域(カ
ソード領域)22の下部には、第1導電型で、第1電極
領域(カソード領域)22よりも高不純物密度の第1電
極コンタクト領域(カソードコンタクト領域)21が配
置されている。第2電極コンタクト領域(アノード・コ
ンタクト領域)24には、アノード電極25が、第1電
極コンタクト領域(カソードコンタクト領域)21に
は、カソード電極26が接続されている。That is, as shown in FIG. 5, the high breakdown voltage diode according to the second embodiment of the invention has a first conductivity type first electrode region (cathode region) 22 having an outer peripheral portion (chip end surface). The second electrode disposed on the surface of the first electrode region
The conductive type second electrode region (anode region) 23 is separated from the first interface between the first electrode region 2 and the second electrode region 3 by a predetermined distance L1 required for electric field relaxation. It is configured to have at least a second electrode contact region (anode contact region) 24 of the second conductivity type formed on the surface of the two-electrode region 3. Further, a first electrode contact region (cathode contact region) 21 of the first conductivity type and having a higher impurity density than the first electrode region (cathode region) 22 is disposed below the first electrode region (cathode region) 22. Have been. An anode electrode 25 is connected to the second electrode contact region (anode contact region) 24, and a cathode electrode 26 is connected to the first electrode contact region (cathode contact region) 21.
【0059】図5に示すように、高耐圧ダイオードの主
動作領域とその外周囲には、前述の第1の実施の形態と
同様に、表面電位安定化領域6と電界緩和領域7とが配
設されている。電界緩和領域7は、下層から上層に向か
って順次形成された低不純物密度のn-型半導体領域2
E、低不純物密度のp-型半導体領域3E、中不純物密度
のn型半導体領域6Eのそれぞれを接合して構築されて
いると解することが出来る。この電界緩和領域7の低不
純物密度のp-型半導体領域3Eは、従来のRESURF領域に
相当するものであり、高耐圧ダイオードの周辺部分の電
界を緩和し接合耐圧を向上させることができる。As shown in FIG. 5, a surface potential stabilizing region 6 and an electric field relaxing region 7 are arranged in the main operating region of the high breakdown voltage diode and its outer periphery, as in the first embodiment. Has been established. The electric field relaxation region 7 is a low impurity density n − -type semiconductor region 2 formed sequentially from the lower layer to the upper layer.
E, it can be understood that the semiconductor device is constructed by joining the p - type semiconductor region 3E having a low impurity density and the n-type semiconductor region 6E having a medium impurity density. The low impurity density p − -type semiconductor region 3E of the electric field relaxation region 7 corresponds to a conventional RESURF region, and can reduce the electric field around the high breakdown voltage diode to improve the junction breakdown voltage.
【0060】半導体領域2Eは、高耐圧ダイオードのカ
ソード領域22の一部として構成され、主電流が流れる
カソード領域(活性なカソード領域)22の外周囲を包
囲するように形成されている。換言すれば、半導体領域
2Eは高耐圧ダイオードの活性なカソード領域22を外
周囲に引き出した部分(張り出し部分)を利用したもの
である。The semiconductor region 2E is formed as a part of the cathode region 22 of the high voltage diode, and is formed so as to surround the outer periphery of the cathode region (active cathode region) 22 through which the main current flows. In other words, the semiconductor region 2E utilizes a portion (extended portion) of the active cathode region 22 of the high breakdown voltage diode drawn out to the outer periphery.
【0061】半導体領域3Eは、高耐圧ダイオードのア
ノード領域23の一部として構成され、主電流が流れる
アノード領域(活性なアノード領域)23の外周囲を包
囲するように形成されている。半導体領域2Eと同様
に、半導体領域3Eは、高耐圧ダイオードの活性なアノ
ード領域23をその外周囲に積極的に引き出した部分を
利用したものである。半導体領域3Eの幅寸法L1、詳
細にはアノード領域23とアノードコンタクト領域24
との界面(第2の界面)からアノード領域23とカソー
ド領域22との界面(第1の界面)までの引き出し寸法
(アノード領域23の横方向拡散距離)L1は、従来の
高耐圧ダイオードのアノード領域23の引き出し寸法L
3に比べて長く設定されている。The semiconductor region 3E is formed as a part of the anode region 23 of the high breakdown voltage diode, and is formed so as to surround the outer periphery of the anode region (active anode region) 23 through which the main current flows. As in the case of the semiconductor region 2E, the semiconductor region 3E uses a portion in which the active anode region 23 of the high-breakdown-voltage diode is actively drawn to the outer periphery. The width dimension L1 of the semiconductor region 3E, specifically, the anode region 23 and the anode contact region 24
The dimension L1 (the lateral diffusion distance of the anode region 23) from the interface (second interface) with the anode region 23 and the interface (first interface) between the anode region 23 and the cathode region 22 is the same as that of the conventional high breakdown voltage diode. Pullout dimension L of area 23
It is set longer than 3.
【0062】つまり、本発明の第2の実施の形態に係る
高耐圧ダイオードの半導体領域3Eの幅寸法L1は、接
合耐圧を向上させるためにできる限り長く設定されてい
る。そして、好ましくは、半導体領域3Eの幅寸法L1
は、半導体領域3Eの接合深さD1よりも大きな寸法に
設定すればよい。That is, the width L1 of the semiconductor region 3E of the high breakdown voltage diode according to the second embodiment of the present invention is set as long as possible to improve the junction breakdown voltage. Preferably, the width L1 of the semiconductor region 3E is set.
May be set to a dimension larger than the junction depth D1 of the semiconductor region 3E.
【0063】半導体領域6Eは、表面電位安定化領域6
と電気的に接続され、この表面電位安定化領域6の内周
囲に沿って形成されている。半導体領域6Eは、表面電
位安定化領域6を内周囲に積極的に引き出した部分を利
用したものである。この半導体領域6Eは、高耐圧ダイ
オードのアノード領域23、アノードコンタクト領域2
4に対して、マスク・アライメントなしに(自己整合的
に)形成することができる。The semiconductor region 6E includes the surface potential stabilizing region 6
And is formed along the inner periphery of the surface potential stabilizing region 6. The semiconductor region 6E utilizes a portion where the surface potential stabilizing region 6 is actively drawn to the inner periphery. The semiconductor region 6E includes the anode region 23 and the anode contact region 2 of the high breakdown voltage diode.
4 can be formed without mask alignment (self-aligned).
【0064】このように構成される高耐圧ダイオードで
は、カソード領域22とアノード領域23との間に、逆
バイアスの高電圧が印加されると、カソード領域22と
アノード領域23との間のpn接合部において空乏層が広
がる。同様に、高耐圧ダイオードの外周囲に配設された
電界緩和領域7においても半導体領域2Eと半導体領域
6Eとの間に高電圧が印加され、半導体領域2Eと半導
体領域3Eとの間のpn接合部、半導体領域3Eと半導体
領域6Eとの間のpn接合部のそれぞれにおいて空乏層が
広がる。高耐圧ダイオードの空乏層、電界緩和領域7の
空乏層はそれぞれ結合され、高耐圧ダイオードのpn接合
部に加わる電界を電界緩和領域7に分散させることがで
きるので、高耐圧ダイオードの周辺部分での電界集中を
緩和することができる。この結果、高耐圧ダイオードの
接合耐圧を飛躍的に向上させることができる。In the high breakdown voltage diode configured as described above, when a high reverse bias voltage is applied between the cathode region 22 and the anode region 23, the pn junction between the cathode region 22 and the anode region 23 is reduced. The depletion layer spreads in the part. Similarly, a high voltage is applied between the semiconductor region 2E and the semiconductor region 6E also in the electric field relaxation region 7 disposed around the periphery of the high breakdown voltage diode, and a pn junction between the semiconductor region 2E and the semiconductor region 3E is formed. The depletion layer spreads at each of the pn junctions between the semiconductor region 3E and the semiconductor region 6E. The depletion layer of the high-breakdown-voltage diode and the depletion layer of the electric-field relaxation region 7 are coupled to each other, and the electric field applied to the pn junction of the high-breakdown-voltage diode can be dispersed in the electric-field relaxation region 7. Electric field concentration can be reduced. As a result, the junction breakdown voltage of the high breakdown voltage diode can be significantly improved.
【0065】さらに、電界緩和領域7の半導体領域3E
は高耐圧ダイオードの活性なアノード領域23を横方向
に拡散させた部分として形成されており、この半導体領
域3Eは主動作領域側から表面電位安定化領域6に向か
って徐々に不純物密度が減少するプロファイル(濃度勾
配)を有する。すなわち、電界緩和領域7においては、
pn接合部の空乏層の広がりが同一方向に向かって滑らか
に大きくなり、電界強度を徐々に減少させることができ
るので、電界集中を良好に緩和させることができ、より
一層、高耐圧ダイオードの接合耐圧を向上させることが
できる。Further, the semiconductor region 3E of the electric field relaxation region 7
Is formed as a portion where the active anode region 23 of the high breakdown voltage diode is diffused in the lateral direction. In the semiconductor region 3E, the impurity density gradually decreases from the main operation region side toward the surface potential stabilizing region 6. It has a profile (concentration gradient). That is, in the electric field relaxation region 7,
The spread of the depletion layer at the pn junction increases smoothly in the same direction, and the electric field intensity can be gradually reduced, so that the electric field concentration can be eased satisfactorily. The withstand voltage can be improved.
【0066】さらに、高耐圧ダイオードの外周囲には表
面電位安定化領域6が配設され、特に電界緩和領域7の
半導体領域6Eの電位を安定化させることができるの
で、本発明の第1の実施の形態に係る高耐圧ダイオード
は安定して接合耐圧を向上させることができる。Further, a surface potential stabilizing region 6 is provided around the periphery of the high breakdown voltage diode. In particular, the potential of the semiconductor region 6E of the electric field relaxation region 7 can be stabilized. The high breakdown voltage diode according to the embodiment can stably improve the junction breakdown voltage.
【0067】(第3の実施の形態)図6は本発明の第3
の実施の形態に係る電力用半導体装置としての電力用静
電誘導トランジスタ(パワーSIT)の断面構造図であ
る。図6に示すパワーSITは、前述の図1に示すパワ
ーBJTと基本的な構造において類似している。すなわ
ち、本発明の第3の実施の形態に係るパワーSITは、
外周部(チップ端面)を有する第1導電型の第1電極領
域(n型ドレイン領域)32、この第1電極領域32の
表面に配置された第2導電型の第2電極領域33、第1
電極領域32と第2電極領域33との間の界面(第1の
界面)から電界緩和に必要な所定の距離L1内側に離間
して、第2電極領域32の表面に隣接して、複数の穴を
有して形成された第2導電型の第2電極コンタクト領域
(p型ゲート領域)34及びこの複数の穴の内部に形成
された第1導電型の第3電極領域(n型ソース領域)3
5を更に有して構成されている。そして、更に、第1電
極領域32及び第2電極領域33の表面において、第2
電極コンタクト領域34と第2電極領域33との間の界
面(第2の界面)からチップの外周部まで隙間無く伸延
して配置された、第1電極領域よりも高い不純物密度の
表面電位安定化領域6を有している。(Third Embodiment) FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional structural view of a power electrostatic induction transistor (power SIT) as a power semiconductor device according to the embodiment. The power SIT shown in FIG. 6 is similar in basic structure to the power BJT shown in FIG. That is, the power SIT according to the third embodiment of the present invention is:
A first conductive type first electrode region (n-type drain region) 32 having an outer peripheral portion (chip end surface); a second conductive type second electrode region 33 disposed on the surface of the first conductive type 32;
A plurality of adjacent to the surface of the second electrode region 32 are separated from the interface (first interface) between the electrode region 32 and the second electrode region 33 by a predetermined distance L1 required for electric field relaxation. A second conductive type second electrode contact region (p-type gate region) formed with holes and a first conductive type third electrode region (n-type source region) formed inside the plurality of holes. ) 3
5 is further provided. Further, on the surfaces of the first electrode region 32 and the second electrode region 33, the second
Surface potential stabilization with a higher impurity density than that of the first electrode region, which is arranged extending from the interface (second interface) between the electrode contact region 34 and the second electrode region 33 to the outer periphery of the chip without any gap. It has a region 6.
【0068】ドレイン領域32はn-型半導体基板1Sの
表面の一部を利用した低不純物密度のn-型半導体領域で
ある。実際には、この内のn型ソース領域35直下の部
分のみが、主動作領域のドレイン領域(活性なドレイン
領域)32として機能する。このドレイン領域32は8
×1011〜6×1015atoms/cm3程度の低不純物密度で形成
されているので、p型ゲート領域34との間に形成され
るpn接合部から有効に空乏層が拡がることができる。同
時に、ドレイン領域32とp型ゲート領域34間の接合
耐圧を向上させることができる。二つのp型ゲート領域
34に挟まれたドレイン領域32はチャネル領域として
動作する。そして、n型ソース領域35直下のチャネル
領域34には、二つのp型ゲート領域34に印加された
ゲート電圧により、n型ソース領域35から注入される
電子に対する電位障壁が形成される。この電位障壁はソ
ース・ドレイン間のポテンシャル及びゲート・ゲート間
のポテンシャルで規定される2次元ポテンシャルの鞍部
点(サドルポイント)のポテンシャルとして与えられ
る。したがって、この電位障壁の高さは、ゲート電圧V
G及びドレイン電圧VDで制御可能である。ドレイン領域
32には半導体基板1Sの裏面側に高不純物密度のn+型
半導体領域で形成されたドレイン・コンタクト領域3
1、半導体基板1Sの裏面に配設されたドレイン電極3
8のそれぞれを通してドレイン電圧VDが供給される。
ソース電極37とドレイン電極38間に所定の動作電圧
を印加時には、活性なドレイン領域32はほぼ完全に空
乏化しているので、電位障壁から、ドレインコンタクト
領域31までのドレイン領域32は「ドリフト領域」と
して機能する。また、ドレイン・コンタクト領域31
は、このドレイン・コンタクト領域1と裏面電極10と
の間のオーミック・コンタクト抵抗値を十分低く設定出
来るように高不純物密度領域として形成されている。裏
面電極10には例えばTi/Ni/Pd/Ag膜からなる複合膜
が実用的に使用できる。The drain region 32 is a low impurity density n − type semiconductor region utilizing a part of the surface of the n − type semiconductor substrate 1S. Actually, only the portion immediately below the n-type source region 35 functions as the drain region (active drain region) 32 of the main operation region. This drain region 32 has 8
Since it is formed with a low impurity density of about × 10 11 to 6 × 10 15 atoms / cm 3 , the depletion layer can be effectively expanded from the pn junction formed between the gate electrode 34 and the p-type gate region 34. At the same time, the junction breakdown voltage between the drain region 32 and the p-type gate region 34 can be improved. The drain region 32 sandwiched between the two p-type gate regions 34 operates as a channel region. Then, in the channel region 34 immediately below the n-type source region 35, a potential barrier against electrons injected from the n-type source region 35 is formed by the gate voltage applied to the two p-type gate regions 34. The potential barrier is given as a saddle point of a two-dimensional potential defined by a source-drain potential and a gate-gate potential. Therefore, the height of this potential barrier is determined by the gate voltage V
It can be controlled by G and the drain voltage V D. A drain contact region 3 formed of a high impurity density n + type semiconductor region on the back surface side of the semiconductor substrate 1S is formed in the drain region 32.
1. Drain electrode 3 disposed on the back surface of semiconductor substrate 1S
8, a drain voltage V D is supplied.
When a predetermined operating voltage is applied between the source electrode 37 and the drain electrode 38, the active drain region 32 is almost completely depleted, so that the drain region 32 from the potential barrier to the drain contact region 31 is a "drift region". Function as Also, the drain contact region 31
Are formed as high impurity density regions so that the ohmic contact resistance between the drain contact region 1 and the back surface electrode 10 can be set sufficiently low. For the back electrode 10, for example, a composite film composed of a Ti / Ni / Pd / Ag film can be practically used.
【0069】第2電極領域33はp型ゲート領域34よ
り低不純物密度のp-型半導体領域である。この第2電極
領域33は、最外周のp型ゲート領域34に接して、ド
レイン領域32の一部に形成されている。p型ゲート領
域34の表面は、平面的に見て格子形状に露出するよう
に配置され、保護膜11に形成されたコンタクトホール
介して、ゲート電極36がオーミック接触する。このコ
ンタクト部以外のゲート電極36は、半導体基板1Sの
表面側の保護膜11上に配設されている。ゲート電極3
6には例えばAl−Si、あるいはAl−Cu−Si等
のアルミニウム合金膜が実用的に使用できる。The second electrode region 33 is a p − type semiconductor region having a lower impurity density than the p type gate region 34. The second electrode region 33 is formed in part of the drain region 32 in contact with the outermost p-type gate region 34. The surface of the p-type gate region 34 is arranged so as to be exposed in a lattice shape when viewed in a plan view, and the gate electrode 36 makes ohmic contact via a contact hole formed in the protective film 11. The gate electrode 36 other than the contact portion is provided on the protective film 11 on the front surface side of the semiconductor substrate 1S. Gate electrode 3
For 6, an aluminum alloy film such as Al-Si or Al-Cu-Si can be practically used.
【0070】ゲート電極36には例えばAl−Si、あ
るいはAl−Cu−Si等のアルミニウム合金膜が実用
的に使用できる。そして、p型ゲート領域34にはゲー
ト電極36を通してゲート電圧VGが供給されている。For the gate electrode 36, for example, an aluminum alloy film such as Al-Si or Al-Cu-Si can be practically used. Then, the gate voltage V G is supplied through the gate electrode 36 in the p-type gate region 34.
【0071】ソース領域35は、ドレイン領域32より
も高不純物密度のn+型半導体領域で形成されている。こ
のn+型ソース領域35は、平面的に見てp型ゲート領域
34中に行列状に、若しくは千鳥状に配列された複数の
島領域として形成されている。つまり、n+型ソース領域
35は、p型ゲート領域34に挟まれた配置で機能す
る。ソース領域35にはソース電極37を通してソース
電圧VSが供給される。ソース電極37は、ゲート電極
36と同一導電層構成しても良く、異なる層で構成して
も良い。そして、ソース電極37は、保護膜11中に形
成されたコンタクトホールを通してソース領域35にオ
ーミック接触して接続されている。Source region 35 is formed of an n + type semiconductor region having a higher impurity density than drain region 32. The n + -type source regions 35 are formed as a plurality of island regions arranged in a matrix or in a staggered manner in the p-type gate region 34 in plan view. That is, the n + -type source region 35 functions in an arrangement sandwiched between the p-type gate regions 34. The source voltage V S is supplied to the source region 35 through the source electrode 37. The source electrode 37 may have the same conductive layer as the gate electrode 36 or may have a different layer. The source electrode 37 is connected to the source region 35 through ohmic contact through a contact hole formed in the protective film 11.
【0072】パワーSITの外周囲に配設された表面電
位安定化領域6は、半導体基板1Sの表面の全域、すな
わちパワーSITとしては実質的に使用されないドレイ
ン領域32の表面の周辺領域に形成され、ドレイン領域
32よりも不純物密度が高く、かつドレイン・コンタク
ト領域31、ソース領域35のそれぞれよりも不純物密
度が低いn型半導体領域で形成されている。さらに、表
面電位安定化領域6は、ソース領域35の接合深さより
も浅い深さで形成されている。表面電位安定化領域6に
は表面電位安定化配線15を通して固定電圧が供給さ
れ、ドレイン領域32の表面の電位を安定化させること
ができる。表面電位安定化配線15は前述の、ゲート電
極36、ソース電極37のそれぞれと同一導電層でかつ
同一導電性材料で形成することも可能であるが、異なる
層としても良い。The surface potential stabilizing region 6 provided around the periphery of the power SIT is formed over the entire surface of the semiconductor substrate 1S, that is, in the peripheral region of the surface of the drain region 32 which is not substantially used as the power SIT. , The n-type semiconductor region having a higher impurity density than the drain region 32 and a lower impurity density than each of the drain / contact region 31 and the source region 35. Further, the surface potential stabilizing region 6 is formed at a depth smaller than the junction depth of the source region 35. A fixed voltage is supplied to the surface potential stabilizing region 6 through the surface potential stabilizing wiring 15, so that the potential on the surface of the drain region 32 can be stabilized. The surface potential stabilizing wiring 15 may be formed of the same conductive layer and the same conductive material as the gate electrode 36 and the source electrode 37, but may be formed of different layers.
【0073】本発明の第3の実施の形態に係るパワーS
ITにおいて重要なのは、図6に示す電界緩和領域7で
ある。電界緩和領域7は、図6中、下層から上層に向か
って順次形成された低不純物密度のn-型半導体領域2
E、低不純物密度のp-型半導体領域3E、中不純物密度
のn型半導体領域6Eから構築されていると解すること
が出来る。この電界緩和領域7の低不純物密度のp-型半
導体領域3Eは、従来のRESURF領域8に相当するもので
あり、パワーSITの周辺部分の電界を緩和し接合耐圧
を向上させることができる。The power S according to the third embodiment of the present invention
What is important in IT is the electric field relaxation region 7 shown in FIG. The electric field relaxation region 7 is a low impurity density n − -type semiconductor region 2 formed sequentially from the lower layer to the upper layer in FIG.
E, it can be understood that it is constructed from the p - type semiconductor region 3E having a low impurity density and the n-type semiconductor region 6E having a medium impurity density. The low impurity density p − type semiconductor region 3E of the electric field relaxation region 7 corresponds to the conventional RESURF region 8, and can reduce the electric field around the power SIT to improve the junction breakdown voltage.
【0074】半導体領域2Eは、パワーSITのドレイ
ン領域32の一部として構成され、主電流が流れるドレ
イン領域(活性なドレイン領域)32の外周囲を包囲す
るように形成されている。半導体領域3Eは、パワーS
ITの第2電極領域33の一部として構成されている。The semiconductor region 2E is formed as a part of the drain region 32 of the power SIT, and is formed so as to surround the outer periphery of the drain region (active drain region) 32 through which the main current flows. The semiconductor region 3E has a power S
It is configured as a part of the second electrode region 33 of IT.
【0075】半導体領域3Eの幅寸法L1、即ち、第2
電極領域33とp型ゲート領域34との界面(第2の界
面)から第2電極領域33とドレイン領域32との界面
(第1の界面)までの引き出し寸法(第2電極領域33
の横方向拡散距離)L1は、従来のパワーSITの第2
電極領域33の引き出し寸法に比べて長く設定されてい
る。つまり、本発明の第3の実施の形態に係る電界緩和
領域7の半導体領域3Eの幅寸法L1は、集積度を妨げ
ない範囲で接合耐圧を向上させるためにできる限り長く
設定されている。そして、好ましくは、半導体領域3E
の幅寸法L1は、半導体領域3Eの接合深さD1よりも
大きな寸法に設定すればよい。半導体領域6Eは、表面
電位安定化領域6と電気的に接続され、この表面電位安
定化領域6の内周囲に沿って形成されている。半導体領
域2E、3Eのそれぞれと同様に、半導体領域6Eは、
表面電位安定化領域6と同一層の(同一の)半導体領域
で形成されており、表面電位安定化領域6を内周囲に積
極的に引き出した部分を利用したものである。この半導
体領域6Eは、パワーSITの第2電極領域33、p型
ゲート領域34、表面電位安定化領域6のそれぞれに対
して、マスク・アライメントなしに、自己整合的に形成
することができる。The width L1 of the semiconductor region 3E, that is, the second
Lead-out dimension (second electrode region 33) from the interface (second interface) between electrode region 33 and p-type gate region 34 to the interface (first interface) between second electrode region 33 and drain region 32
Of the conventional power SIT.
The length is set longer than the lead-out dimension of the electrode region 33. That is, the width dimension L1 of the semiconductor region 3E of the electric field relaxation region 7 according to the third embodiment of the present invention is set as long as possible in order to improve the junction breakdown voltage within a range that does not hinder the degree of integration. And preferably, the semiconductor region 3E
May be set to a size larger than the junction depth D1 of the semiconductor region 3E. The semiconductor region 6E is electrically connected to the surface potential stabilizing region 6, and is formed along the inner periphery of the surface potential stabilizing region 6. Like each of the semiconductor regions 2E and 3E, the semiconductor region 6E
It is formed of a semiconductor region of the same layer (same) as the surface potential stabilization region 6, and utilizes a portion where the surface potential stabilization region 6 is actively drawn to the inner periphery. The semiconductor region 6E can be formed in a self-aligned manner with respect to each of the second electrode region 33 of the power SIT, the p-type gate region 34, and the surface potential stabilizing region 6 without mask alignment.
【0076】このように構成されるパワーSITにおい
ては、ソース領域35とp型ゲート領域35との間、及
びドレイン領域32とp型ゲート領域35との間に、そ
れぞれ逆バイアスの高電圧が印加されると、pn接合部の
それぞれにおいて空乏層が広がる。同様に、パワーSI
Tの外周囲に配設された電界緩和領域7においても半導
体領域2Eと半導体領域6Eとの間に高電圧が印加さ
れ、半導体領域2Eと半導体領域3Eとの間のpn接合
部、半導体領域3Eと半導体領域6Eとの間のpn接合部
のそれぞれにおいて空乏層が広がる。パワーSITの空
乏層、電界緩和領域7の空乏層はそれぞれ結合され、パ
ワーSITのpn接合部に加わる電界を電界緩和領域7に
分散させることができるので、パワーSITの周辺部分
での電界集中を緩和することができる。この結果、パワ
ーSITの接合耐圧を飛躍的に向上させることができ
る。In the power SIT thus configured, a high reverse bias voltage is applied between the source region 35 and the p-type gate region 35 and between the drain region 32 and the p-type gate region 35, respectively. Then, a depletion layer spreads at each of the pn junctions. Similarly, power SI
A high voltage is applied between the semiconductor region 2E and the semiconductor region 6E also in the electric field relaxation region 7 disposed around the periphery of T, and a pn junction between the semiconductor region 2E and the semiconductor region 3E, the semiconductor region 3E A depletion layer spreads at each of the pn junctions between semiconductor and semiconductor region 6E. The depletion layer of the power SIT and the depletion layer of the electric field relaxation region 7 are coupled to each other, and the electric field applied to the pn junction of the power SIT can be dispersed in the electric field relaxation region 7, so that the electric field concentration around the power SIT can be reduced. Can be eased. As a result, the junction breakdown voltage of the power SIT can be significantly improved.
【0077】さらに、電界緩和領域7の半導体領域3E
はパワーSITの活性な第2電極領域33を横方向に拡
散させた部分として形成されており、この半導体領域3
Eは主動作領域側から表面電位安定化領域6に向かって
徐々に不純物密度が減少するプロファイル(濃度勾配)
を有する。すなわち、電界緩和領域7においては、pn接
合部の空乏層の広がりが同一方向に向かって滑らかに大
きくなり、電界強度を徐々に減少させることができるの
で、電界集中を良好に緩和させることができ、より一
層、パワーSITの接合耐圧を向上させることができ
る。Further, the semiconductor region 3E of the electric field relaxation region 7
Is formed as a portion of the active second electrode region 33 of the power SIT diffused in the lateral direction.
E is a profile (concentration gradient) in which the impurity density gradually decreases from the main operation region side toward the surface potential stabilization region 6.
Having. That is, in the electric field relaxation region 7, the spread of the depletion layer at the pn junction increases smoothly in the same direction, and the electric field intensity can be gradually reduced, so that the electric field concentration can be favorably alleviated. Thus, the junction breakdown voltage of the power SIT can be further improved.
【0078】さらに、パワーSITの外周囲には表面電
位安定化領域6が配設され、特に電界緩和領域7の半導
体領域6Eの電位を安定化させることができるので、本
発明の第3の実施の形態に係るパワーSITは安定して
接合耐圧を向上させることができる。Further, a surface potential stabilizing region 6 is provided around the periphery of the power SIT, and in particular, the potential of the semiconductor region 6E of the electric field relaxing region 7 can be stabilized. The power SIT according to the embodiment can stably improve the junction breakdown voltage.
【0079】(第4の実施の形態)図7は本発明の第4
の実施の形態に係る電力用半導体装置としてのゲート・
ターン・オフ(GTO)サイリスタの断面構造図であ
る。本発明の第4の実施の形態に係るGTOサイリスタ
は、直径3インチ乃至6インチの外周部(チップ端面)
を有する第1導電型の第1電極領域(nベース領域)4
3、この第1電極領域の表面に配置された第2導電型の
第2電極領域(pベース領域)44、第1電極領域2と
第2電極領域3との間の界面(第1の界面)から所定の
距離L1だけ内側に離間して、この第2電極領域3の表
面に形成された第2導電型の第2電極コンタクト領域
(pベース・コンタクト領域)45、第2電極コンタク
ト領域4の表面の少なくとも一部に形成された第1導電
型の第3電極領域(カソード領域)46、及び第1電極
領域43の下方の第2導電型の第4電極領域(アノード
領域)42を少なくとも有するnpnp型で構成されてい
る。第4電極領域(アノード領域)42の下部には、さ
らに第4電極コンタクト領域(アノードコンタクト領
域)41が配置されている。ここで、所定の距離L1と
は、電界緩和に必要な距離を意味する。そして、本発明
の第4の実施の形態に係るGTOサイリスタは、更に、
第1電極領域43及び第2電極領域44の表面におい
て、第2電極コンタクト領域45と第2電極領域44と
の間の界面(第2の界面)からチップの外周部まで隙間
無く伸延して配置された、第1電極領域よりも高い不純
物密度の表面電位安定化領域6を有している。(Fourth Embodiment) FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention.
Gate as a power semiconductor device according to the embodiment of the present invention
FIG. 2 is a sectional structural view of a turn-off (GTO) thyristor. The GTO thyristor according to the fourth embodiment of the present invention has an outer peripheral portion (chip end surface) having a diameter of 3 inches to 6 inches.
First conductivity type first electrode region (n base region) 4 having
3, a second electrode region (p base region) 44 of the second conductivity type disposed on the surface of the first electrode region, and an interface (first interface) between the first electrode region 2 and the second electrode region 3 ), A predetermined distance L1 to the inside, a second conductivity type second electrode contact region (p base contact region) 45 and a second electrode contact region 4 formed on the surface of the second electrode region 3. The first conductive type third electrode region (cathode region) 46 formed on at least a part of the surface of the first conductive region and the second conductive type fourth electrode region (anode region) 42 below the first electrode region 43 It has an npnp type. Below the fourth electrode region (anode region) 42, a fourth electrode contact region (anode contact region) 41 is further arranged. Here, the predetermined distance L1 means a distance necessary for electric field relaxation. The GTO thyristor according to the fourth embodiment of the present invention further includes:
On the surfaces of the first electrode region 43 and the second electrode region 44, the surface is extended without any gap from the interface (second interface) between the second electrode contact region 45 and the second electrode region 44 to the outer peripheral portion of the chip. And a surface potential stabilizing region 6 having a higher impurity density than the first electrode region.
【0080】nベース領域43はn-型半導体基板1Sの
表面の一部を利用した低不純物密度のn-型半導体領域で
ある。実際には、この内のカソード領域46の直下の部
分のみが、主動作領域のnベース領域領域(活性なnベー
ス領域領域)43として機能する。このnベース領域4
3は低不純物密度で形成されているので、pベース領域
44との間に形成されるpn接合部の接合耐圧を向上させ
ることができる。第4電極コンタクト領域(アノードコ
ンタクト領域)41として機能する半導体基板1Sの裏
面側には、アノード電極49が配置されており、このア
ノード電極49にアノード電圧VAが供給される。アノ
ードコンタクト領域41は高不純物密度で形成され、ア
ノードコンタクト領域41自体の抵抗値を低く設定して
いる。この結果、アノードコンタクト領域41とアノー
ド電極49との間のオーミック・コンタクト抵抗値を低
く設定することができる。アノード電極49には例えば
Ti/Ni/Pd/Ag膜からなる複合膜やモリブデン(Mo)板や
タングステン(W)板等が実用的に使用できる。The n base region 43 is a low impurity density n − type semiconductor region utilizing a part of the surface of the n − type semiconductor substrate 1S. Actually, only the portion immediately below the cathode region 46 functions as the n base region region (active n base region region) 43 of the main operation region. This n base area 4
3 is formed with a low impurity density, it is possible to improve the junction breakdown voltage of the pn junction formed with the p base region 44. An anode electrode 49 is disposed on the back surface side of the semiconductor substrate 1S functioning as a fourth electrode contact region (anode contact region) 41, and the anode voltage VA is supplied to the anode electrode 49. The anode contact region 41 is formed with a high impurity density, and the resistance value of the anode contact region 41 itself is set low. As a result, the ohmic contact resistance between anode contact region 41 and anode electrode 49 can be set low. For example, the anode electrode 49
A composite film composed of a Ti / Ni / Pd / Ag film, a molybdenum (Mo) plate, a tungsten (W) plate, and the like can be practically used.
【0081】pベース領域44はnベース領域43の表面
に低不純物密度のp-型半導体領域で形成されている。こ
のpベース領域44は、低不純物密度であるので、nベー
ス領域43との間の接合耐圧を向上させることができ
る。pベース領域44には、このpベース領域44の表面
に露出するように形成されたpベースコンタクト領域4
5、ゲート電極47のそれぞれを通してゲート電圧VG
が供給されている。pベースコンタクト領域45はpベー
ス領域44よりも高不純物密度のp+型半導体領域で形成
し、pベースコンタクト領域45自体の抵抗値を低く設
定することができる。さらに高不純物密度のp+型半導体
領域とすることで、pベースコンタクト領域45とゲー
ト電極47との間のオーミック・コンタクト抵抗値を低
く設定することができる。The p base region 44 is formed on the surface of the n base region 43 as a p − type semiconductor region having a low impurity density. Since the p-base region 44 has a low impurity density, the junction breakdown voltage between the p-base region 44 and the n-base region 43 can be improved. In p base region 44, p base contact region 4 formed so as to be exposed on the surface of p base region 44 is formed.
5, the gate voltage V G through each of the gate electrodes 47
Is supplied. The p base contact region 45 is formed of a p + type semiconductor region having a higher impurity density than the p base region 44, and the resistance value of the p base contact region 45 itself can be set low. Further, by using a p + -type semiconductor region having a high impurity density, the ohmic contact resistance between the p base contact region 45 and the gate electrode 47 can be set low.
【0082】ゲート電極47は、半導体基板1Sの表面
側の保護膜11上に配設され、保護膜11に形成された
コンタクトホールを通してpベースコンタクト領域45
に電気的に接続されている。ゲート電極47には例えば
Al−Si、あるいはAl−Cu−Si等のアルミニウ
ム合金膜が実用的に使用できる。The gate electrode 47 is provided on the protective film 11 on the front surface side of the semiconductor substrate 1S, and passes through a contact hole formed in the protective film 11 to form a p base contact region 45.
Is electrically connected to For the gate electrode 47, for example, an aluminum alloy film such as Al-Si or Al-Cu-Si can be practically used.
【0083】カソード領域46は、pベースコンタクト
領域45の表面に形成され、nベース領域43よりも高
不純物密度のn+型半導体領域で形成されている。本発明
の第4の実施の形態において、カソード領域46は平面
的に見て格子形状で形成されており、カソード領域46
の外周囲は表面を除いてpベースコンタクト領域45に
包囲されている。なお、カソード領域46は平面的に見
てpベースコンタクト領域45中に行列状に若しくは千
鳥状に配列された複数の島領域として形成し、pベース
コンタクト領域45の表面が平面的に見て格子形状で露
出するように形成してもよい。カソード領域46にはカ
ソード電極48を通してカソード電圧VKが供給されて
いる。カソード電極48は、ゲート電極47と同一導電
層にかつ同一導電性材料で形成され、保護膜11のコン
タクトホールを通してカソード領域46に電気的に接続
されている。The cathode region 46 is formed on the surface of the p base contact region 45, and is formed of an n + type semiconductor region having a higher impurity density than the n base region 43. In the fourth embodiment of the present invention, the cathode region 46 is formed in a lattice shape when viewed in a plan view.
Is surrounded by the p base contact region 45 except for the surface. The cathode region 46 is formed as a plurality of island regions arranged in a matrix or in a staggered manner in the p base contact region 45 when viewed in plan, and the surface of the p base contact region 45 is formed as a lattice when viewed in plan. It may be formed so as to be exposed in a shape. A cathode voltage V K is supplied to the cathode region 46 through a cathode electrode 48. The cathode electrode 48 is formed of the same conductive layer and the same conductive material as the gate electrode 47, and is electrically connected to the cathode region 46 through a contact hole of the protective film 11.
【0084】GTOサイリスタの外周囲に配設された表
面電位安定化領域6は、半導体基板1Sの表面の全域、
すなわちGTOサイリスタとしては実質的に使用されな
いnベース領域43の表面の周辺領域に形成され、nベー
ス領域43よりも不純物密度が高く、かつカソード領域
46よりも不純物密度が低いn型半導体領域で形成され
ている。さらに、表面電位安定化領域6は、カソード領
域46の接合深さよりも浅い深さで形成されている。表
面電位安定化領域6には表面電位安定化配線15を通し
て固定電圧が供給され、nベース領域43の表面の電位
を安定化させることができる。表面電位安定化配線15
は前述のゲート電極47、カソード電極48のそれぞれ
と同一導電層でかつ同一導電性材料で形成されている。The surface potential stabilizing region 6 provided around the outer periphery of the GTO thyristor covers the entire surface of the semiconductor substrate 1S.
That is, it is formed in a peripheral region of the surface of n base region 43 which is not substantially used as a GTO thyristor, and is formed of an n-type semiconductor region having a higher impurity density than n base region 43 and a lower impurity density than cathode region 46. Have been. Further, the surface potential stabilizing region 6 is formed at a depth smaller than the junction depth of the cathode region 46. A fixed voltage is supplied to the surface potential stabilizing region 6 through the surface potential stabilizing wiring 15, so that the potential of the surface of the n base region 43 can be stabilized. Surface potential stabilization wiring 15
Are formed of the same conductive layer and the same conductive material as each of the gate electrode 47 and the cathode electrode 48 described above.
【0085】本発明の第4の実施の形態に係るGTOサ
イリスタにおいて重要なのは、図7に示す電界緩和領域
7である。電界緩和領域7は、図7中に示した低不純物
密度のn-型半導体領域2E、低不純物密度のp-型半導体
領域3E、中不純物密度のn型半導体領域6Eのそれぞ
れから構築されていると解することが出来る。この電界
緩和領域7の低不純物密度のp-型半導体領域3Eは、従
来の電力用半導体装置のRESURF領域8に相当するもので
あり、GTOサイリスタの周辺部分の電界を緩和し接合
耐圧を向上させることができる。半導体領域2Eは、G
TOサイリスタのnベース領域43の一部として構成さ
れ、主電流が流れるnベース領域(活性なnベース領域)
2の外周囲を包囲するように形成されている。半導体領
域3Eは、GTOサイリスタのpベース領域44の一部
として構成され、主電流が流れるベース領域(活性なベ
ース領域)3の外周囲を包囲するように形成されてい
る。半導体領域3Eの幅寸法L1は、従来のGTOサイ
リスタのpベース領域44の引き出し寸法に比べて長く
設定されている。つまり、本発明の第4の実施の形態に
係る電界緩和領域7の半導体領域3Eの幅寸法L1は、
集積度を妨げない範囲で接合耐圧を向上させるためにで
きる限り長く設定されている。そして、好ましくは、半
導体領域3Eの幅寸法L1は、半導体領域3Eの接合深
さD1よりも大きな寸法に設定されている。What is important in the GTO thyristor according to the fourth embodiment of the present invention is the electric field relaxation region 7 shown in FIG. The electric field relaxation region 7 is constructed from the low impurity density n − -type semiconductor region 2E, the low impurity density p − -type semiconductor region 3E, and the medium impurity density n-type semiconductor region 6E shown in FIG. Can be understood. The low impurity density p − type semiconductor region 3E of the electric field relaxation region 7 corresponds to the RESURF region 8 of the conventional power semiconductor device, and relaxes the electric field around the GTO thyristor to improve the junction breakdown voltage. be able to. The semiconductor region 2E is G
An n base region (active n base region) configured as a part of the n base region 43 of the TO thyristor and through which a main current flows.
2 is formed so as to surround the outer periphery. The semiconductor region 3E is configured as a part of the p base region 44 of the GTO thyristor, and is formed so as to surround the outer periphery of the base region (active base region) 3 through which a main current flows. The width L1 of the semiconductor region 3E is set longer than the lead-out dimension of the p base region 44 of the conventional GTO thyristor. That is, the width dimension L1 of the semiconductor region 3E of the electric field relaxation region 7 according to the fourth embodiment of the present invention is:
The length is set as long as possible in order to improve the junction breakdown voltage within a range that does not hinder the degree of integration. Preferably, width L1 of semiconductor region 3E is set to be larger than junction depth D1 of semiconductor region 3E.
【0086】半導体領域6Eは、表面電位安定化領域6
と電気的に接続され、この表面電位安定化領域6の内周
囲に沿って形成されている。この半導体領域6Eは、G
TOサイリスタのpベース領域44、pベースコンタクト
領域45、表面電位安定化領域6のそれぞれに対して、
マスク・アライメントなしに、自己整合的に形成するこ
とができる。The semiconductor region 6E includes the surface potential stabilizing region 6
And is formed along the inner periphery of the surface potential stabilizing region 6. This semiconductor region 6E has G
For each of the p base region 44, the p base contact region 45, and the surface potential stabilizing region 6 of the TO thyristor,
It can be formed in a self-aligned manner without mask alignment.
【0087】このように構成される電力用半導体装置に
おいては、GTOサイリスタのnベース領域43とpベー
ス領域44との間、あるいはnベース領域43とカソー
ド領域46との間に、逆バイアスの高電圧が印加される
と、nベース領域43とpベース領域44との間のpn接合
部、pベース領域44とカソード領域46との間のpn接
合部のそれぞれにおいて空乏層が広がる。同様に、GT
Oサイリスタの外周囲に配設された電界緩和領域7にお
いても半導体領域2Eと半導体領域6Eとの間に高電圧
が印加され、半導体領域2Eと半導体領域3Eとの間の
pn接合部、半導体領域3Eと半導体領域6Eとの間のpn
接合部のそれぞれにおいて空乏層が広がる。GTOサイ
リスタの空乏層、電界緩和領域7の空乏層はそれぞれ結
合され、GTOサイリスタのpn接合部に加わる電界を電
界緩和領域7に分散させることができるので、GTOサ
イリスタの周辺部分での電界集中を緩和することができ
る。この結果、GTOサイリスタの接合耐圧を飛躍的に
向上させることができる。In the power semiconductor device thus configured, a high reverse bias is applied between the n base region 43 and the p base region 44 or between the n base region 43 and the cathode region 46 of the GTO thyristor. When a voltage is applied, a depletion layer expands at each of a pn junction between n base region 43 and p base region 44 and a pn junction between p base region 44 and cathode region 46. Similarly, GT
A high voltage is applied between the semiconductor region 2E and the semiconductor region 6E also in the electric field relaxation region 7 arranged around the O-thyristor, and the electric field between the semiconductor region 2E and the semiconductor region 3E is increased.
pn junction, pn between semiconductor region 3E and semiconductor region 6E
A depletion layer spreads at each of the junctions. The depletion layer of the GTO thyristor and the depletion layer of the electric field relaxation region 7 are coupled to each other, and the electric field applied to the pn junction of the GTO thyristor can be dispersed in the electric field relaxation region 7. Can be eased. As a result, the junction breakdown voltage of the GTO thyristor can be significantly improved.
【0088】さらに、電界緩和領域7の半導体領域3E
はGTOサイリスタの活性なpベース領域44を横方向
に引き出した部分(横方向に拡散させた部分)として形
成されており、この半導体領域3Eは主動作領域側から
表面電位安定化領域6に向かって徐々に不純物密度が減
少するプロファイル(濃度勾配)を有する。すなわち、
電界緩和領域7においては、pn接合部の空乏層の広がり
が同一方向に向かって滑らかに大きくなり、電界強度を
徐々に減少させることができるので、電界集中を良好に
緩和させることができ、より一層、GTOサイリスタの
接合耐圧を向上させることができる。Further, the semiconductor region 3E of the electric field relaxation region 7
Is formed as a portion where the active p base region 44 of the GTO thyristor is drawn out in the horizontal direction (portion diffused in the horizontal direction), and the semiconductor region 3E extends from the main operation region side to the surface potential stabilizing region 6. And a profile (concentration gradient) in which the impurity density gradually decreases. That is,
In the electric field relaxation region 7, the spread of the depletion layer at the pn junction increases smoothly in the same direction, and the electric field strength can be gradually reduced. Further, the junction breakdown voltage of the GTO thyristor can be improved.
【0089】さらに、GTOサイリスタの外周囲には表
面電位安定化領域6が配設され、特に電界緩和領域7の
半導体領域6Eの電位を安定化させることができるの
で、本発明の第4の実施の形態に係るGTOサイリスタ
は安定して接合耐圧を向上させることができる。Further, a surface potential stabilizing region 6 is provided around the periphery of the GTO thyristor, and in particular, the potential of the semiconductor region 6E of the electric field relaxation region 7 can be stabilized. The GTO thyristor according to the embodiment can stably improve the junction withstand voltage.
【0090】(その他の実施の形態)上記のように、本
発明は第1乃至第4の実施の形態によって記載したが、
この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定す
るものであると理解すべきではない。この開示から当業
者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明
らかとなろう。(Other Embodiments) As described above, the present invention has been described with reference to the first to fourth embodiments.
The discussion and drawings that form part of this disclosure should not be understood as limiting the invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operation techniques will be apparent to those skilled in the art.
【0091】例えば、第1の実施の形態において、前述
のパワーBJTのコレクタ領域とエミッタ領域とを入れ
換えた倒立型(コレクタトップ型)BJTに適用するこ
とができる。For example, in the first embodiment, the present invention can be applied to an inverted (collector top type) BJT in which the collector region and the emitter region of the power BJT are exchanged.
【0092】さらに、第3の実施の形態において、第1
電極領域の下方に、第2導電型の第4電極領域を更に有
するように構成すれば、静電誘導サイリスタ(SIサイ
リスタ)を構成することが可能でる。Further, in the third embodiment, the first
If the second conductive type fourth electrode region is further provided below the electrode region, an electrostatic induction thyristor (SI thyristor) can be configured.
【0093】この他にも、本発明は、高接合耐圧を要求
されるパワーMOSFET、絶縁ゲート型バイポーラト
ランジスタ(IGBT)等の種々の電力用半導体装置に
適用することができる。In addition, the present invention can be applied to various power semiconductor devices such as a power MOSFET and an insulated gate bipolar transistor (IGBT) which require a high junction breakdown voltage.
【0094】このように、本発明はここでは記載してい
ない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。した
がって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特
許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められ
るものである。As described above, the present invention naturally includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the matters specifying the invention according to the claims that are appropriate from the above description.
【0095】[0095]
【発明の効果】本発明は、第1に、簡易な構造で高耐圧
化を実現することができる電力用半導体装置を提供でき
る。According to the present invention, first, it is possible to provide a power semiconductor device capable of realizing a high breakdown voltage with a simple structure.
【0096】本発明は、第2に、第1の効果に加えて、
製造工程数を減少させることができる電力用半導体装置
の製造方法を提供できる。The present invention secondly provides, in addition to the first effect,
A method for manufacturing a power semiconductor device that can reduce the number of manufacturing steps can be provided.
【0097】本発明は、第3に、第2の効果に加えて、
マスク・アライメント余裕として必要な不要な寸法をな
くし、微細化を実現することができる電力用半導体装置
の製造方法を提供できる。Thirdly, the present invention provides, in addition to the second effect,
It is possible to provide a method of manufacturing a power semiconductor device capable of realizing miniaturization by eliminating unnecessary dimensions required as a mask alignment margin.
【0098】本発明は、第4に、第3の効果に加えて、
マスク・アライメント工程を削減することにより、製造
上の煩雑さを解消し、生産性を向上させることができる
電力用半導体装置の製造方法を提供できる。The present invention fourthly provides, in addition to the third effect,
By reducing the number of mask alignment steps, it is possible to provide a method for manufacturing a power semiconductor device capable of eliminating complexity in manufacturing and improving productivity.
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る電力用バイポ
ーラトランジスタ(パワーBJT)の断面構造図であ
る。FIG. 1 is a sectional structural view of a power bipolar transistor (power BJT) according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施の形態に係るパワーBJT
の製造方法を各工程毎に示す工程断面図である(その
1)。FIG. 2 is a power BJT according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a process cross-sectional view showing the manufacturing method for each process (part 1).
【図3】本発明の第1の実施の形態に係るパワーBJT
の製造方法を各工程毎に示す工程断面図である(その
2)。FIG. 3 is a power BJT according to the first embodiment of the present invention.
It is a process sectional view showing the manufacturing method for each of the processes (No. 2).
【図4】本発明の第1の実施の形態に係るパワーBJT
の他の製造方法を説明する工程断面図である。FIG. 4 is a power BJT according to the first embodiment of the present invention.
It is a process sectional view explaining other manufacturing methods.
【図5】本発明の第2の実施の形態に係る高耐圧ダイオ
ードの断面構造図である。FIG. 5 is a sectional structural view of a high breakdown voltage diode according to a second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第3の実施の形態に係る電力用静電誘
導トランジスタ(パワーSIT)の断面構造図である。FIG. 6 is a sectional structural view of a power static induction transistor (power SIT) according to a third embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第4の実施の形態に係るゲート・ター
ン・オフ(GTO)サイリスタの断面構造図である。FIG. 7 is a sectional structural view of a gate turn-off (GTO) thyristor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図8】従来技術に係るパワーBJTの断面構造図であ
る。FIG. 8 is a sectional structural view of a power BJT according to the related art.
1S 半導体基板 1 コレクタ接続領域(コレクタ・コンタクト領域) 2 コレクタ領域 2E,3E,6E 半導体領域 3 ベース領域 4 ベース接続領域(ベース・コンタクト領域) 5 エミッタ領域 6 表面電位安定化領域 7 電界緩和領域 10 裏面電極 11,13 保護膜 12 エミッタ配線 14 ベース配線 15 表面電位安定化配線 21 第1電極コンタクト領域(カソードコンタクト領
域) 22 第1電極領域(カソード領域) 23 第2電極領域(アノード領域) 24 第2電極コンタクト領域(アノード・コンタクト
領域) 25,49 アノード電極 26,48 カソード電極 31 第1電極コンタクト領域(ドレインコンタクト領
域) 32 第1電極領域(ドレイン領域) 33 第2電極領域 34 第2電極コンタクト領域(ゲート領域) 35 第3電極領域(ソース領域) 37 ソース電極 38 ドレイン電極 41 第4電極コンタクト領域(アノードコンタクト領
域) 42 第4電極領域(アノード領域) 43 第1電極領域(nベース領域) 44 第2電極領域(pベース領域) 45 第2電極コンタクト領域(pベース・コンタクト
領域) 46 第3電極領域(カソード領域)1S Semiconductor substrate 1 Collector connection region (collector / contact region) 2 Collector region 2E, 3E, 6E Semiconductor region 3 Base region 4 Base connection region (base / contact region) 5 Emitter region 6 Surface potential stabilization region 7 Electric field relaxation region 10 Back electrode 11, 13 Protective film 12 Emitter wiring 14 Base wiring 15 Surface potential stabilizing wiring 21 First electrode contact area (cathode contact area) 22 First electrode area (cathode area) 23 Second electrode area (anode area) 24 2 electrode contact region (anode / contact region) 25, 49 anode electrode 26, 48 cathode electrode 31 first electrode contact region (drain contact region) 32 first electrode region (drain region) 33 second electrode region 34 second electrode contact Area (gate area 35 third electrode region (source region) 37 source electrode 38 drain electrode 41 fourth electrode contact region (anode contact region) 42 fourth electrode region (anode region) 43 first electrode region (n base region) 44 second electrode region (P base region) 45 Second electrode contact region (p base contact region) 46 Third electrode region (cathode region)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/80 H01L 29/80 V 29/861 29/91 D Fターム(参考) 5F003 AP06 BA92 BC01 BE90 BG03 BH08 BH10 BH18 BH99 5F005 AF02 AH02 BA01 BB01 5F102 FA01 FB01 GC08 GJ03 GL07 GL15 GS10 HC15 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01L 29/80 H01L 29/80 V 29/861 29/91 DF term (Reference) 5F003 AP06 BA92 BC01 BE90 BG03 BH08 BH10 BH18 BH99 5F005 AF02 AH02 BA01 BB01 5F102 FA01 FB01 GC08 GJ03 GL07 GL15 GS10 HC15
Claims (7)
域と、 前記第1電極領域の表面に配置された第2導電型の第2
電極領域と、 前記第1電極領域と前記第2電極領域との間の第1の界
面から電界緩和に必要な所定の距離内側に離間して、前
記第2電極領域の表面に形成された第2導電型の第2電
極コンタクト領域と、 前記第1電極領域及び第2電極領域の表面において、前
記第2電極コンタクト領域と前記第2電極領域との間の
第2の界面から前記外周部まで隙間無く伸延して配置さ
れた、前記第1電極領域よりも高い不純物密度の表面電
位安定化領域とから少なくとも構成されたことを特徴と
する半導体装置。1. A first electrode region of a first conductivity type having an outer peripheral portion, and a second electrode region of a second conductivity type disposed on a surface of the first electrode region.
An electrode region, separated from a first interface between the first electrode region and the second electrode region by a predetermined distance required for electric field relaxation, and formed on a surface of the second electrode region. A second conductivity type second electrode contact region; and, on the surfaces of the first electrode region and the second electrode region, from a second interface between the second electrode contact region and the second electrode region to the outer peripheral portion. A semiconductor device comprising at least a surface potential stabilizing region having a higher impurity density than the first electrode region and extending without gaps.
記第2電極領域の接合深さよりも大きいことを特徴とす
る請求項1に記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a distance between the first and second interfaces is larger than a junction depth of the second electrode region.
なくとも一部に形成された前記第1導電型の第3電極領
域を更に有し、該第3電極領域の接合深さは前記表面電
位安定化領域の接合深さよりも深いことを特徴とする請
求項1又は請求項2に記載の半導体装置。3. The semiconductor device further comprises a third electrode region of the first conductivity type formed on at least a part of a surface of the second electrode contact region, and a junction depth of the third electrode region is stable at the surface potential. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is deeper than a junction depth of the activation region.
を有して形成され、該複数の穴の内部に前記第1導電型
の第3電極領域を更に有し、該第3電極領域の接合深さ
は前記表面電位安定化領域の接合深さよりも深いことを
特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。4. The second electrode contact region is formed with a plurality of holes, and further includes the first conductivity type third electrode region inside the plurality of holes, wherein the third electrode region has a plurality of holes. 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a junction depth is larger than a junction depth of the surface potential stabilizing region.
電型の第4電極領域を更に有することを特徴とする請求
項3又は請求項4に記載の半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 3, further comprising a fourth electrode region of the second conductivity type below the first electrode region.
を特徴とする半導体装置の製造方法。 (イ)第1電極領域となる第1導電型の半導体基板の表
面の一部に、第2導電型の第2電極領域を選択的に形成
する工程 (ロ)前記第2電極領域の表面に、前記第1電極領域と
前記第2電極領域との間の第1の界面から電界緩和に必
要な所定の距離離間して、前記第2電極領域よりも高い
不純物密度で前記第2導電型を有する第2電極コンタク
ト領域を形成する工程 (ハ)前記半導体基板の表面、前記第2電極領域の表面
及び前記第2電極コンタクト領域の表面をすべて実質的
に露出する工程 (ニ)前記実質的に露出された表面に、前記半導体基板
及び前記第2電極領域よりも高く、前記第2電極コンタ
クト領域よりも低い不純物密度の不純物を導入し、前記
半導体基板及び前記第2電極領域の表面に選択的に表面
電位安定化領域を形成する工程6. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising at least the following steps. (A) a step of selectively forming a second conductive type second electrode region on a part of the surface of the first conductive type semiconductor substrate to be the first electrode region; A predetermined distance required for electric field relaxation from a first interface between the first electrode region and the second electrode region, and the second conductivity type with a higher impurity density than the second electrode region. (C) a step of substantially exposing the surface of the semiconductor substrate, the surface of the second electrode region, and the surface of the second electrode contact region. An impurity having an impurity density higher than that of the semiconductor substrate and the second electrode region and lower than that of the second electrode contact region is introduced into the exposed surface, and is selectively applied to the surfaces of the semiconductor substrate and the second electrode region. Form a surface potential stabilization region in A process
の後、前記第2電極コンタクト領域の表面の少なくとも
一部に前記第1導電型の第3電極領域を更に形成する工
程を有することを特徴とする請求項6に記載の半導体装
置の製造方法。7. The method according to claim 1, further comprising, after the step of forming the second electrode contact region, a step of further forming the third electrode region of the first conductivity type on at least a part of the surface of the second electrode contact region. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
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WO2014087543A1 (en) * | 2012-12-07 | 2014-06-12 | 三菱電機株式会社 | Method for producing semiconductor device |
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1998
- 1998-11-11 JP JP32094598A patent/JP3266117B2/en not_active Expired - Lifetime
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