JP2000294803A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2000294803A
JP2000294803A JP30851699A JP30851699A JP2000294803A JP 2000294803 A JP2000294803 A JP 2000294803A JP 30851699 A JP30851699 A JP 30851699A JP 30851699 A JP30851699 A JP 30851699A JP 2000294803 A JP2000294803 A JP 2000294803A
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信一 神保
Tomoyuki Yamazaki
智幸 山崎
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】電界集中が発生しにくく、信頼性の高い耐圧構
造を有する半導体装置を提供すること。 【解決手段】p基板10の表面層にNwell層9を形成
し、Nwell層9の表面層にn形の高電位領域8、p形の
低電位領域12およびPoffset領域14を形成し、p基
板10の表面側には、絶縁酸化膜18を介して、第1導
電形薄膜層4と第2導電形薄膜層5の繰り返しからなる
渦巻き状薄膜層6を形成し、p基板10の裏面側には、
裏面側電極11を形成する。この構造において、低電位
側電極3を基準にして、高電位側電極2に正電位VS
印加すると、渦巻き状の薄膜層6の高電位側電極2と接
続する端にも電位VS が印加され、この渦巻き状の薄膜
層には均一な電位分布が形成される。
[PROBLEMS] To provide a semiconductor device having a highly reliable breakdown voltage structure in which electric field concentration hardly occurs. The N well layer 9 is formed on the surface layer of A p substrate 10, to form a N well layer low potential region 12 and P offset region 14 of the high potential region 8, p-type n-type surface layer of 9 On the surface side of the p-substrate 10, a spiral thin-film layer 6 composed of a repetition of the first conductive thin-film layer 4 and the second conductive thin-film layer 5 is formed via an insulating oxide film 18. On the back side,
The back electrode 11 is formed. In this structure, the low-voltage electrode 3 as a reference, high when the voltage electrode 2 for applying a positive potential V S, spiral potential V S to the end to be connected to the high potential electrode 2 of the thin-film layer 6 is A uniform potential distribution is formed on the spiral thin film layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、プレーナ型の横
型および縦型の半導体装置に関し、特に、その半導体装
置の耐圧構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar type horizontal and vertical semiconductor device, and more particularly to a breakdown voltage structure of the semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】バイポーラトランジスタ、パワーMOS
FETおよびIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトラン
ジスタ)に代表されるパワーデバイスにおいて、数十か
ら数千ボルトの耐圧構造(耐圧をもつ箇所の構造)が必
要とされる。また、これらのパワーデバイスを駆動する
ために、近年、高耐圧ICの開発が盛んに行われ、この
高耐圧ICもまたパワーデバイスと同等の耐圧が要求さ
れる。
2. Description of the Related Art Bipolar transistors and power MOS
Power devices such as FETs and IGBTs (insulated gate bipolar transistors) require a withstand voltage structure (structure with a withstand voltage) of several tens to several thousand volts. In recent years, in order to drive these power devices, high-voltage ICs have been actively developed, and these high-voltage ICs are also required to have the same withstand voltage as the power devices.

【0003】図7は、Double RESURF構造
と抵抗性フィールドプレート構造を組み合わせた構造
で、同図(a)は要部断面図で、同図(b)は電位分布
である。この耐圧構造は、高耐圧ICの代表的な構造で
ある。図7(a)において、p基板35の表面層にN
well領域34が設けられている。このNwell領域34の
表面層に高電位領域33、低電位領域37およびPoffs
et領域39がそれぞれ形成されている。高電位領域33
上と低電位領域37上には、高電位側電極32と低電位
側電極38がそれぞれ形成され、p基板35上に形成さ
れる絶縁酸化膜41上に高比抵抗の抵抗性フィールドプ
レートである薄膜抵抗層40が形成され、この薄膜抵抗
層40により高電位側電極32と低電位側電極38とが
電気的に接続されている。また、低電位側電極38と裏
面側電極36は、p基板35の終端部で電気的に接続し
ている。尚、35aはp基板層である。
FIG. 7 shows a structure in which a double RESURF structure and a resistive field plate structure are combined. FIG. 7A is a sectional view of a main part, and FIG. 7B is a potential distribution. This withstand voltage structure is a typical structure of a high withstand voltage IC. In FIG. 7A, the surface layer of the p substrate 35 is N
A well region 34 is provided. High potential region 33 in the surface layer of the N well region 34, the low potential region 37 and P offs
et regions 39 are formed respectively. High potential area 33
A high-potential-side electrode 32 and a low-potential-side electrode 38 are formed on the upper and lower-potential regions 37, respectively, and a high-resistance resistive field plate is formed on an insulating oxide film 41 formed on a p-substrate 35. A thin-film resistance layer 40 is formed, and the high-potential-side electrode 32 and the low-potential-side electrode 38 are electrically connected by the thin-film resistance layer 40. The low-potential-side electrode 38 and the back-surface-side electrode 36 are electrically connected at the end of the p-substrate 35. In addition, 35a is a p substrate layer.

【0004】図7(b)において、低電位側電極38を
基準(例えば、GND)として、高電位側電極32に正
電位VS を印加したときの、チップ表面の電位分布の様
子を図示している。電位分布は抵抗性フィールドプレー
ト40の両端面付近で歪みが大きく、電界が集中してい
る。そのために、この個所で耐圧が低下する。
FIG. 7 (b) shows a potential distribution on the chip surface when a positive potential V S is applied to the high potential side electrode 32 with the low potential side electrode 38 as a reference (eg, GND). ing. The potential distribution has large distortion near both end surfaces of the resistive field plate 40, and the electric field is concentrated. For this reason, the breakdown voltage is reduced at this point.

【0005】図8は半導体内部の空乏層の拡がりを示し
た図である。図8の空乏層の拡がりを示した半導体装置
の要部断面図は、図7(a)の要部断面図と同一であ
る。従って、図中の符号は図7(a)と同じである。図
8において、低電位側電極38と裏面側電極36を基準
にして、高電位側電極32に正電位VS が印加される
と、逆バイアスが印加される2つのpn接合から空乏層
47、48が拡張していく。
FIG. 8 is a diagram showing the spread of a depletion layer inside a semiconductor. The cross-sectional view of the main part of the semiconductor device showing the expansion of the depletion layer in FIG. 8 is the same as the cross-sectional view of the main part in FIG. Therefore, the reference numerals in the figure are the same as those in FIG. 8, when a positive potential V S is applied to the high potential side electrode 32 with reference to the low potential side electrode 38 and the back side electrode 36, the depletion layer 47 and the two pn junctions to which the reverse bias is applied are connected. 48 expands.

【0006】1つのpn接合は、Nwell領域34とP
offset領域39、低電位領域37のpn接合であり、も
う一つのpn接合は、Nwell領域34とp基板35のp
n接合である。一般的に、絶縁酸化膜41と半導体界面
の固定電荷の影響で、半導体表面の空乏層内部には電界
の集中が起き易く、これがデバイスの破壊につながる。
[0006] One pn junction is composed of an N well region 34 and a P well.
The offset region 39 is a pn junction of the low potential region 37, and the other pn junction is formed by the N well region 34 and the p substrate of the p substrate 35.
It is an n-junction. Generally, an electric field tends to concentrate inside the depletion layer on the semiconductor surface due to the effect of fixed charges at the interface between the insulating oxide film 41 and the semiconductor, which leads to destruction of the device.

【0007】抵抗性フィールドプレート構造は、高電位
側電極32に電位VS を印加すると、薄膜抵抗層40に
も電位VS が印加され、薄膜抵抗層40には、電位VS
と薄膜抵抗層40の抵抗値に応じた電流が流れる。これ
によって、薄膜抵抗層40に、均一な電位分布が生じれ
ば、この電位分布による電界が、絶縁酸化膜41を介
し、半導体層に影響を及ぼし、半導体層表面の空乏層の
中の電界集中を緩和することができる。その結果、高い
耐圧を安定して確保することができる。
[0007] resistive field plate structure, when applying a potential V S to the high-potential electrode 32, the potential V S in the thin film resistor layer 40 is applied, the thin film resistor layer 40, the potential V S
Then, a current according to the resistance value of the thin-film resistance layer 40 flows. As a result, if a uniform potential distribution is generated in the thin-film resistance layer 40, the electric field due to this potential distribution affects the semiconductor layer via the insulating oxide film 41, and the electric field concentration in the depletion layer on the surface of the semiconductor layer Can be alleviated. As a result, a high breakdown voltage can be stably secured.

【0008】従来の構造においては、高電位領域33と
低電位領域37との間に大きな漏れ電流が発生しないよ
うに、フィールドプレートである薄膜抵抗層40には、
数MΩcmの高比抵抗の層、例えば、ノンドープアモル
ファスシリコンや酸素ドープポリシリコン(SIPO
S)が使用されてきた。しかしながら、数MΩcmの高
比抵抗の層を安定して形成することは、この層に入り込
む不純物を極めて小さく抑制しなければならず、製造は
極めて困難である。また、場所による比抵抗の値にばら
つきが発生しやすい。
In the conventional structure, the thin-film resistance layer 40 as a field plate is provided with a thin film resistance layer 40 so that a large leakage current does not occur between the high potential region 33 and the low potential region 37.
A layer having a high specific resistance of several MΩcm, for example, non-doped amorphous silicon or oxygen-doped polysilicon (SIPO)
S) has been used. However, it is extremely difficult to stably form a layer having a high specific resistance of several MΩcm in order to minimize the impurities that enter this layer, and it is extremely difficult to manufacture. In addition, the value of the specific resistance easily varies depending on the location.

【0009】この薄膜抵抗層40の抵抗値が低い場合に
は、抵抗値のばらつきは小さくなるが、大きな漏れ電流
が流れるため、発生損失が大きくなり、デバイスが破壊
し易くなる。また、抵抗値が高すぎる場合は、抵抗値の
ばらつきが発生して、漏れ電流は不均一に流れ易くな
り、高電位領域33と低電位領域37の間に、均一な電
位分布を形成することが困難となり、半導体層の空乏層
中に電界集中箇所が生じで、耐圧が低下する可能性があ
る。
When the resistance value of the thin-film resistance layer 40 is low, the variation in the resistance value is small, but a large leakage current flows, so that the generated loss increases and the device is easily broken. If the resistance value is too high, a variation in the resistance value occurs, and the leakage current tends to flow unevenly, so that a uniform potential distribution is formed between the high potential region 33 and the low potential region 37. Is difficult, and an electric field concentration portion is generated in the depletion layer of the semiconductor layer, so that the breakdown voltage may be reduced.

【0010】これらの問題点を解決するために、前記の
薄膜抵抗層40の抵抗値を低くして、ばらつきを抑え、
この薄膜抵抗層40を、島状のベース電極43(高電位
側電極)とそれを取り囲む外周電極44(低電位側電
極)との間に、渦巻き状に形成し、長い薄膜抵抗層(渦
巻き状の薄膜抵抗層45)でベース電極43と外周電極
44を接続することで、抵抗値を増大させる、図9のよ
うな構造が特開平4−332173号公報に開示されて
いる。
In order to solve these problems, the resistance of the thin-film resistance layer 40 is reduced to suppress variations.
The thin-film resistance layer 40 is formed in a spiral shape between the island-shaped base electrode 43 (high-potential-side electrode) and the peripheral electrode 44 (low-potential-side electrode) surrounding the base electrode 43, and a long thin-film resistance layer (spiral-shaped) is formed. JP-A-4-332173 discloses a structure as shown in FIG. 9 in which the resistance value is increased by connecting the base electrode 43 and the outer peripheral electrode 44 with the thin film resistance layer 45).

【0011】この構造では、渦巻き状の薄膜抵抗層45
の比抵抗を小さくして、ばらつきを抑制し、渦巻き状の
薄膜抵抗層45の端から端の間の抵抗値を大きくして、
漏れ電流を抑制している。また、ベース電極43と外周
電極44とを直線で結ぶ線上の電位分布は、渦巻き状の
薄膜抵抗層45の渦巻きの回数分だけ、階段状に変化す
るが、回数を多くすれば、階段の落差は小さくなり、平
均的な電位勾配は一定となる。
In this structure, the spiral thin-film resistance layer 45 is formed.
The resistivity of the spiral thin film resistance layer 45 is increased by reducing the specific resistance of the
The leakage current is suppressed. Further, the potential distribution on a line connecting the base electrode 43 and the outer peripheral electrode 44 in a straight line changes stepwise by the number of spirals of the spiral thin film resistance layer 45. Becomes smaller, and the average potential gradient becomes constant.

【0012】この構造によれば、外周電極44とベース
電極43を電気的に接続する渦巻き状の薄膜抵抗層45
の比抵抗の値を、従来構造の抵抗性フィールドプレート
に比べ、低い値として実現できるというものである。こ
れによって、抵抗性フィールドプレートよりも抵抗値の
制御が容易になる利点を有する。
According to this structure, a spiral thin-film resistance layer 45 for electrically connecting the outer peripheral electrode 44 and the base electrode 43 is formed.
Can be realized as a value lower than that of a resistive field plate having a conventional structure. This has the advantage that control of the resistance value is easier than with a resistive field plate.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この渦巻き状
の薄膜抵抗層45を形成する場合、半導体装置のチップ
サイズが大きくなると、前記渦巻き状の薄膜抵抗層45
の距離が長くなり、抵抗値が大きくなる。チップサイズ
によらず同一の漏れ電流を流すには、チップサイズが大
きくなると、渦巻き状の薄膜抵抗層45の幅を広げる必
要があり、必然的に周辺に配置される耐圧構造の幅が大
きくなる。 従って、同一の耐圧を有する半導体装置で
も、電流容量によって、つまり、活性領域の面積の変化
によって、耐圧構造の幅を変える必要がある。これは、
同一の耐圧系列の半導体装置を製作する場合、製造コス
ト上、不都合である。
However, when the spiral thin-film resistance layer 45 is formed, when the chip size of the semiconductor device is increased, the spiral thin-film resistance layer 45 is reduced.
Becomes longer and the resistance value becomes larger. In order to allow the same leakage current to flow regardless of the chip size, as the chip size increases, it is necessary to increase the width of the spiral thin-film resistance layer 45, and the width of the withstand voltage structure disposed inevitably increases. . Therefore, even in semiconductor devices having the same breakdown voltage, the width of the breakdown voltage structure needs to be changed depending on the current capacity, that is, the change in the area of the active region. this is,
Manufacturing semiconductor devices of the same breakdown voltage series is inconvenient in terms of manufacturing cost.

【0014】また、渦巻き状の薄膜抵抗層45として採
用する薄膜の比抵抗の値が、比較的低い値に設定できる
ようになったとはいえ、まだまだ、均一な比抵抗の値を
渦巻き状の抵抗層に沿って、得ることは困難である。そ
のため、渦巻き状の薄膜抵抗層45に場所によって抵抗
値のばらつきが発生して、耐圧構造部で局部的に電界が
集中し、素子耐圧の低下を招く。また、この抵抗値は温
度に対する変動が大きく、デバイスに、この渦巻き状の
抵抗層を用いることは、信頼性の確保の観点からも困難
である。
Further, although the specific resistance of the thin film employed as the spiral thin-film resistance layer 45 can be set to a relatively low value, it is still possible to reduce the uniform specific resistance value to the spiral resistance. Along the layers, it is difficult to obtain. For this reason, the resistance value varies depending on the location in the spiral thin film resistance layer 45, and the electric field is locally concentrated in the breakdown voltage structure portion, which causes a decrease in the breakdown voltage of the element. Further, the resistance value greatly varies with temperature, and it is difficult to use the spiral resistance layer in a device from the viewpoint of ensuring reliability.

【0015】また、USP5475258にパワーMO
SFETのゲート・ドレイン間の絶縁膜上にツェナーダ
イオードを形成することが開示されているが、ソース・
ドレイン間の電位分布を均一化させるには、十分でな
い。また、USP5729044に、半導体基板内にp
領域、n領域を設けて金属で接続し、ダイオードを直列
に形成することが開示されているが、このUSP572
9044の構造では、横型デバイスで広く適用されてい
るRESURF構造との組合せは困難であり、従って、
横型デバイスには不向きである。
US Pat. No. 5,475,258 has a power MO.
It is disclosed that a Zener diode is formed on an insulating film between the gate and drain of an SFET.
It is not enough to make the potential distribution between the drains uniform. Also, US Pat. No. 5,729,044 states that p
It is disclosed that a region and an n region are provided and connected by metal to form a diode in series.
The structure of 9044 is difficult to combine with the RESURF structure, which is widely applied in lateral devices, and
Not suitable for horizontal devices.

【0016】また、USP5382825に、縦型デバ
イスを対象として、活性領域の外周部の不活性領域上
に、多数のダイオードを渦巻き状に直列接続することが
開示されている。このUSP5382825では、横型
デバイスで、しかも活性領域上にこの構造を配置するこ
とは開示されておらず、また、渦巻き状の直列ダイオー
ドの数は、素子に定格電圧になるように選定されてい
る。従って、定格電圧付近の電圧が素子に印加された場
合は、大きな漏れ電流が流れるという不都合を生じる。
Further, US Pat. No. 5,382,825 discloses that a large number of diodes are spirally connected in series on an inactive region on an outer peripheral portion of an active region for a vertical device. US Pat. No. 5,382,825 does not disclose that this structure is a lateral device and that this structure is arranged on an active region, and the number of spiral series diodes is selected so that the element has a rated voltage. Therefore, when a voltage near the rated voltage is applied to the element, there is a disadvantage that a large leakage current flows.

【0017】前記のことから、横型および縦型の双方の
半導体装置に適用できて、フィールドプレートの様な働
きをするダイオードを多数個直列した構造で、漏れ電流
が小さく、且つ、十分に電位分布の均一化が図れる耐圧
構造の提案は未だ成されていない。この発明の目的は、
前記の課題を解決して、電界集中が発生しにくく、信頼
性の高い耐圧構造を有する横型および縦型構造の半導体
装置を提供することにある。
From the above, it is possible to apply the present invention to both the horizontal and vertical semiconductor devices and to form a structure in which a plurality of diodes acting like a field plate are connected in series. The leakage current is small and the potential distribution is sufficient. There has not yet been proposed a pressure-resistant structure capable of achieving uniformity. The purpose of this invention is
An object of the present invention is to provide a semiconductor device of a horizontal type and a vertical type that has a high withstand voltage structure in which electric field concentration hardly occurs and which has a high reliability.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、半導体基板上に形成された絶縁膜上に、互いに離
して形成された第1電極と第2電極とを有する半導体装
置において、両端がそれぞれ第1電極、第2電極に接続
され、且つ、第1電極を取り囲む渦巻き状の薄膜層が、
前記絶縁膜上に形成され、該渦巻き状の薄膜層の長手方
向に沿って、直列に複数個のpnダイオードが形成され
る構成とする。
In order to achieve the above object, in a semiconductor device having a first electrode and a second electrode formed apart from each other on an insulating film formed on a semiconductor substrate, A spiral thin film layer having both ends connected to the first electrode and the second electrode, respectively, and surrounding the first electrode,
A plurality of pn diodes are formed on the insulating film and formed in series along the longitudinal direction of the spiral thin film layer.

【0019】前記第1電極と前記第2電極との間の前記
半導体基板が、主電流が流れる活性領域となっていて、
その半導体基板上に前記絶縁膜を介して前記渦巻き状の
薄膜層が形成されている構成とする。前記薄膜層が、ポ
リシリコンで形成され、該ポリシリコンに第1導電形領
域と前記第2導電形領域が交互に複数個形成され、前記
第1導電形領域と前記第2導電形領域とでpnダイオー
ドが形成される構成とするとよい。
The semiconductor substrate between the first electrode and the second electrode is an active region through which a main current flows,
The spiral thin film layer is formed on the semiconductor substrate via the insulating film. The thin film layer is formed of polysilicon, and a plurality of first conductivity type regions and the second conductivity type regions are alternately formed on the polysilicon, and the thin film layer is formed of the first conductivity type region and the second conductivity type region. A configuration in which a pn diode is formed is preferable.

【0020】前記薄膜層が、第1導電形ポリシリコンで
形成され、該第1導電形ポリシリコンに選択的に第2導
電形領域が、離して複数個形成され、前記第1導電形ポ
リシリコンで形成された第1導電形領域と前記第2導電
形領域が交互に複数個形成され、前記第1導電形領域と
前記第2導電形領域とでpnダイオードが形成される構
成とするとよい。
The thin film layer is formed of a first conductivity type polysilicon, and a plurality of second conductivity type regions are selectively formed on the first conductivity type polysilicon to be separated from each other. It is preferable that a plurality of the first conductivity type regions and the second conductivity type regions are formed alternately, and a pn diode is formed by the first conductivity type regions and the second conductivity type regions.

【0021】前記pnダイオードが、順直列もしくは逆
直列に前記薄膜層に形成されるとよい。前記pnダイオ
ードがツェナーダイオードであると効果的である。前記
第1導電形領域および前記第2導電形領域の不純物濃度
が1×1018cm -3以上であるとよい。
The pn diode is connected in series or in reverse.
It is preferable that the thin film layer is formed in series. The pn dio
It is effective if the diode is a Zener diode. Said
Impurity concentrations of the first conductivity type region and the second conductivity type region
Is 1 × 1018cm -3It is good to be above.

【0022】前記ポリシリコンが、p形不純物もしくは
n形不純物を1×1018cm-3以上ドーピングして形成
されると好ましい。前記絶縁膜の厚みを0.01以上で
10μm以下とするとよい。前記半導体基板が第1導電
形であって、該半導体基板の表面層に第1導電形の第1
領域と第2導電形の第2領域が離して形成され、前記第
1領域と前記第2領域の間の前記半導体基板の表面層
に、前記第1領域から離し、且つ、前記第2領域に接す
るように第2導電形の第3領域が形成され、前記第1領
域と前記第1電極とが接続し、前記第2領域と前記第2
電極とが接続する構成としてもよい。
It is preferable that the polysilicon is formed by doping a p-type impurity or an n-type impurity at 1 × 10 18 cm −3 or more. It is preferable that the thickness of the insulating film is not less than 0.01 and not more than 10 μm. The semiconductor substrate is of a first conductivity type, and a first layer of the first conductivity type is formed on a surface layer of the semiconductor substrate.
A region and a second region of the second conductivity type are formed apart from each other, on a surface layer of the semiconductor substrate between the first region and the second region, apart from the first region, and on the second region. A third region of the second conductivity type is formed so as to be in contact with the first region, the first region is connected to the first electrode, and the second region is connected to the second region.
It is good also as a structure connected with an electrode.

【0023】前記半導体基板が第1導電形であって、該
半導体基板の表面層に第2導電形の第1領域と第2領域
が離してそれぞれ形成され、前記第1領域と前記第2領
域の間の前記半導体基板の表面層に、前記第1領域およ
び第2領域から離して、第2導電形の第3領域が、前記
第1領域を取り囲むようにリング状に形成され、前記第
1領域と前記第1電極とが接続し、前記第2領域と前記
第2電極とが接続する構成としてもよい。
The semiconductor substrate is of a first conductivity type, and a first region and a second region of a second conductivity type are separately formed on a surface layer of the semiconductor substrate, and the first region and the second region are formed. A third region of a second conductivity type is formed in a ring shape on the surface layer of the semiconductor substrate between the first region and the second region so as to surround the first region. A configuration may be such that a region is connected to the first electrode, and the second region is connected to the second electrode.

【0024】前記半導体装置の耐圧をVB 、前記pnダ
イオードの降伏電圧をVZ 、前記渦巻き状の薄膜層の中
のpnダイオードを形成するpn接合で、逆阻止状態に
あるpn接合の数をmとすると、 VB <VZ ×m を満足するようにするとよい。
The breakdown voltage of the semiconductor device is V B , the breakdown voltage of the pn diode is V Z , and the number of pn junctions forming a pn diode in the spiral thin film layer in a reverse blocking state is as follows. When m, may be configured to satisfy V B <V Z × m.

【0025】前記のように、例えば、n形ポリシリコン
にp形領域を離して複数個形成することで、p形領域と
n形領域が交互に形成される。このp形領域とn形領域
でpnダイオードを形成する。そうすると、例えば、p
1 1 2 2 ・・・と並んだ構造で薄膜層が形成され
ることになる。この最初のp1 1 で第1のpnダイオ
ードが形成され、つぎのn1 2 で第2のpnダイオー
ドが形成され、つぎのp2 2 で第3のpnダイオード
が形成される。これは第1のpnダイオードと第2のダ
イオードは逆直列接続されたこととなり、また、第2の
pnダイオードと第3のpnダイオードも逆直列に接続
されたことになる。つまり、薄膜層は互いに逆直列に接
続されたpnダイオードが、直列に複数個接続された構
造となる。
As described above, for example, p-type regions and n-type regions are alternately formed by forming a plurality of p-type regions in n-type polysilicon at a distance. The p-type region and the n-type region form a pn diode. Then, for example, p
The thin film layer is formed in a structure arranged in line with 1 n 1 p 2 n 2 . The first p 1 n 1 forms a first pn diode, the next n 1 p 2 forms a second pn diode, and the next p 2 n 2 forms a third pn diode. This means that the first pn diode and the second diode are connected in anti-series, and that the second pn diode and the third pn diode are also connected in anti-series. That is, the thin film layer has a structure in which a plurality of pn diodes connected in anti-series are connected in series.

【0026】また、前記のn1 とp2 を金属膜などで接
続すると、p1 1 のpnダイオードとp2 2 のpn
ダイオードとが順直列に接続されたことになる。つま
り、薄膜層はpnダイオードが順直列に複数個接続され
た構造となる。このpnダイオードをツェナーダイオー
ドとするために、ノンドープのポリシリコンに1×10
18cm-3以上の第1導電形の不純物をドープして、第1
導電形ポリシリコンを形成する。この第1導電形ポリシ
リコンに、不純物濃度が1×1018cm-3以上である第
2導電形領域を形成して、ツェナーダイオードを形成す
る。勿論、この不純物濃度が1018cm-3から1019
-3ではアバランシェ降伏とツェナー降伏が混在し、1
19cm-3以上でツェナー降伏が支配的になると推定さ
れる。
When the above n 1 and p 2 are connected by a metal film or the like, the pn diode of p 1 n 1 and the pn diode of p 2 n 2
This means that the diode and the diode are connected in series. That is, the thin film layer has a structure in which a plurality of pn diodes are connected in series. In order to make this pn diode a Zener diode, 1 × 10
Doping with an impurity of the first conductivity type of 18 cm -3 or more,
Conductive polysilicon is formed. A second conductivity type region having an impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more is formed in the first conductivity type polysilicon to form a Zener diode. Of course, this impurity concentration is 10 18 cm −3 to 10 19 c
At m -3 , avalanche and Zener yields are mixed and 1
It is estimated that Zener breakdown becomes dominant above 0 19 cm -3 .

【0027】このように、ツェナーダイオードを直列接
続(逆直列または順直列)し、渦巻き状の薄膜層とする
ことで、第1電極と第2電極の間を直線で結ぶ線上で均
等な電位分布が得られ、電界集中を防止できる。図5は
ポリシリコンを用いたツェナーダイオードの電圧・電流
特性である。逆バイアスの領域では、pn接合の逆方向
電圧を増加させていくと、所定の電圧(ツェナー電圧:
Z )以上で、急激に電流が流れる、所謂、降伏現象が
現れる。前記のように、ツェナーダイオードにより形成
した、渦巻き状の薄膜層は、低電位側電極を基準にし
て、高電位側電極に電圧VS を印加すると、VS の大き
さで、ツェナーダイオードの逆阻止状態は非降伏状態と
降伏状態の2つの状態に分かれる。
As described above, by connecting the zener diodes in series (in reverse series or forward series) to form a spiral thin film layer, a uniform potential distribution is formed on a straight line connecting the first electrode and the second electrode. And electric field concentration can be prevented. FIG. 5 shows voltage-current characteristics of a Zener diode using polysilicon. In the reverse bias region, when the reverse voltage of the pn junction is increased, a predetermined voltage (zener voltage:
Above V Z ), a so-called breakdown phenomenon appears, in which current flows rapidly. As described above, when a voltage V S is applied to the high-potential-side electrode with respect to the low-potential-side electrode, the spiral thin-film layer formed by the Zener diode has a magnitude of V S , which is the reverse of the Zener diode. The blocking state is divided into two states, a non-breakdown state and a breakdown state.

【0028】個々のツェナーダイオードのツェナー電圧
をVZ 、薄膜層の中のツェナーダイオードを形成するp
n接合で、逆阻止状態にあるpn接合の数をmとする
と、 (1)VS <m・VZ のとき(ツェナーダイオードは非
降伏状態) pn接合の逆方向の漏れ電流IS が渦巻き状の薄膜層に
流れる。高濃度の不純物をドープしたポリシリコンに形
成された個々のツェナーダイオードは、比較的漏れ電流
S が大きく、均一な電圧・電流特性を有するために、
渦巻き状の薄膜層は、渦巻きに沿って均一な電位分布と
なる。尚、不純物濃度を高くすると、濃度制御が容易に
なり、面内の濃度のばらつきは小さくなり、抵抗値のば
らつきが小さくなる。 (2)VS ≧m・VZ のとき(ツェナーダイオードは降
伏状態) pn接合の逆方向に過大な電流が流れ、その状態が長時
間続くと渦巻き状の薄膜層は発熱して破壊に至る。
The zener voltage of each zener diode is V z , and p is the zener diode in the thin film layer.
Assuming that the number of pn junctions in an n-junction in the reverse blocking state is m, (1) When V S <m · V Z (Zener diode is in a non-breakdown state), the leakage current I S in the reverse direction of the pn junction is swirled. Flows into a thin film layer. Individual Zener diodes formed in polysilicon doped with a high concentration of impurities have relatively large leakage current I S and uniform voltage / current characteristics.
The spiral thin film layer has a uniform potential distribution along the spiral. Note that, when the impurity concentration is increased, the concentration control becomes easier, the variation in the in-plane concentration becomes smaller, and the variation in the resistance value becomes smaller. (2) When V S ≧ m · V Z (Zener diode is in a breakdown state) Excessive current flows in the reverse direction of the pn junction, and if the state continues for a long time, the spiral thin film layer generates heat and leads to destruction. .

【0029】ツェナーダイオードの個数を増やして、半
導体装置の所望の耐圧より、渦巻き状の薄膜層に形成さ
れたツェナーダイオード全数を合わせたツェナー電圧を
高くなように設定すれば、前記の(1)項の非降伏状態
で使用できる。この非降伏状態でツェナーダイオードを
動作させることで、ツェナーダイオードを破壊させず
に、渦巻き状の薄膜層の電位分布を均一化できる。ま
た、渦巻き状の薄膜層を流れる漏れ電流はツェナーダイ
オードの逆阻止時の電圧・電流特性で決まり、この漏れ
電流は、ツェナーダイオードの数が変わらなければ、渦
巻き状の薄膜層の長さによる影響は少ない。つまり、薄
膜層の占める大きさによる影響は少ない。また、温度の
変化に対する、漏れ電流の変動も、従来の高抵抗の渦巻
き状の抵抗層の変動に比べて、大幅に小さく、安定した
電位分布が形成できる。
If the number of Zener diodes is increased and the Zener voltage including the total number of Zener diodes formed in the spiral thin film layer is set to be higher than the desired breakdown voltage of the semiconductor device, the above-mentioned (1) It can be used in the non-yield state of the term. By operating the Zener diode in this non-breakdown state, the potential distribution of the spiral thin film layer can be made uniform without destroying the Zener diode. In addition, the leakage current flowing through the spiral thin film layer is determined by the voltage / current characteristics of the Zener diode during reverse blocking, and this leakage current is affected by the length of the spiral thin film layer if the number of Zener diodes does not change. Is less. That is, the influence of the size occupied by the thin film layer is small. Also, the fluctuation of the leakage current with respect to the change of the temperature is significantly smaller than that of the conventional high-resistance spiral-shaped resistance layer, and a stable potential distribution can be formed.

【0030】図6は、渦巻き状の薄膜層に沿っての電界
分布で、同図(a)は電界分布の模式図で、図(b)は
同図(a)の拡大図と渦巻き状の薄膜層の図で、同図
(c)は電位分布を示す図である。同図(a)、(b)
において、電界は渦巻き状の薄膜層に形成されたpn接
合でEMAX となり、空乏層が広がっていない箇所でE
MIN となる。また、pn接合が順バイアスされている箇
所でも小さな電界は存在するがそれは省略した。また、
MIN は空乏層が広がらない領域での漏れ電極による電
圧降下で生ずる電界である。
FIGS. 6A and 6B show the electric field distribution along the spiral thin film layer. FIG. 6A is a schematic view of the electric field distribution, and FIG. 6B is an enlarged view of FIG. FIG. 3C is a diagram showing a thin film layer, and FIG. Figures (a) and (b)
In, the electric field E MAX becomes at the pn junction formed in the spiral thin film layer, E at the point where the depletion layer does not spread
It becomes MIN . Although a small electric field is present even in a place where the pn junction is forward-biased, it is omitted. Also,
E MIN is an electric field generated by a voltage drop due to the leakage electrode in a region where the depletion layer does not spread.

【0031】同図(c)において、渦巻き状の薄膜層に
沿っての電位は、Vs からGNDに向かった勾配が一定
となり、図7(b)に示した理想的な電位分布となる。
拡大すると階段状に電位が降下しているが、ツェナーダ
イオードの数が多いため、極めて小さなステップとな
る。また、前記薄膜層を複数本形成すると、例えば、複
数本ある薄膜層の内1本が溶断しても、他の薄膜層で電
位分布の均一化を図ることができる。
[0031] In FIG. (C), the potential along the spiral thin film layer, the slope is constant towards the GND from V s, an ideal potential distribution shown in FIG. 7 (b).
Although the potential drops stepwise when it is enlarged, the steps are extremely small due to the large number of zener diodes. When a plurality of thin film layers are formed, for example, even if one of the plurality of thin film layers is blown, the potential distribution can be made uniform in other thin film layers.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】図1は、この発明の第1実施例の
半導体装置における耐圧構造部で、同図(a)は要部平
面図、同図(b)は同図(a)のA−A線で切断した要
部断面図である。この実施例では、外側の電極を基準
(GND)として、内側の島状に存在する電極に高電位
をかけるものとするが、これとは逆に、内側を基準にし
て、外側の電極に高電位をかける場合でも、渦巻き状の
薄膜層6の効果は同じである。
1A and 1B show a breakdown voltage structure in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view of a main part, and FIG. 1B is a plan view of FIG. It is principal part sectional drawing cut | disconnected by the AA line. In this embodiment, the outer electrode is set as a reference (GND), and a high potential is applied to the inner island-shaped electrodes. Conversely, a high potential is applied to the outer electrode with the inner electrode as a reference. Even when a potential is applied, the effect of the spiral thin film layer 6 is the same.

【0033】図1(a)において、プレーナ型の半導体
装置1は、その表面側表面の中心部に高電位側電極2
と、その高電位側電極2の外周側の低電位側電極3と、
高電位側電極2と低電位側電極3との間で高電位側電極
2の周囲を3重に周回して、高電位側電極2と低電位側
電極3とを電気的に接続する、第1導電形薄膜層4およ
び第2導電形薄膜層5の繰り返しからなる渦巻き状の薄
膜層6を有する。
In FIG. 1A, a planar type semiconductor device 1 has a high potential side electrode 2
A low-potential-side electrode 3 on the outer peripheral side of the high-potential-side electrode 2;
A third round of the high potential side electrode 2 between the high potential side electrode 2 and the low potential side electrode 3 to electrically connect the high potential side electrode 2 and the low potential side electrode 3 It has a spiral thin film layer 6 composed of a repetition of a first conductivity type thin film layer 4 and a second conductivity type thin film layer 5.

【0034】図1(b)において、p基板10の表面層
にNwell層9を形成し、Nwell層9の表面層にn形の高
電位領域8、p形の低電位領域12およびPoffset領域
14を形成する。また、p基板10の表面側には、絶縁
酸化膜18を介して、第1導電形薄膜層4と第2導電形
薄膜層5の繰り返しからなる渦巻き状薄膜層6で形成さ
れる。この渦巻き状の薄膜層6のA−A線にある箇所を
15、16、17として示す。
[0034] In FIG. 1 (b), p the N well layer 9 is formed on the surface layer of the substrate 10, the high potential region 8 of the n-type surface layer of the N well layer 9, p-type low potential region 12 and P An offset area 14 is formed. On the surface side of the p-substrate 10, a spiral thin film layer 6 formed by repeating the first conductivity type thin film layer 4 and the second conductivity type thin film layer 5 is formed via an insulating oxide film 18. The portions on the AA line of the spiral thin film layer 6 are shown as 15, 16, and 17.

【0035】一方、p基板10の裏面側には、裏面側電
極11を形成する。低電位側電極3はチップ終端部にあ
り、この終端部のダイシング面56には歪み層が形成さ
れ、この歪み層で、電圧阻止能力がなくなるために、低
電位側電極3と裏面側電極11は電気的に接続され、共
に電位的にGNDとなる。勿論、このダイシング面56
に加え、チップ終端部の露出面全体をp層とすること
で、低電位側電極3と裏面側電極11をさらに強く電気
的に接続させることができる。
On the other hand, on the back side of the p substrate 10, a back side electrode 11 is formed. The low-potential-side electrode 3 is located at the terminal end of the chip, and a strained layer is formed on the dicing surface 56 at the end of the chip. Are electrically connected, and both are electrically GND. Of course, this dicing surface 56
In addition, by making the entire exposed surface of the chip end portion a p-layer, the low potential side electrode 3 and the back side electrode 11 can be electrically connected more strongly.

【0036】前記の渦巻き状の薄膜層6は、例えば、ノ
ンドープのポリシリコンに第1導電形および第2導電形
の不純物を導入して、第1導電形薄膜層4および第2導
電形薄膜層5を交互に形成して得ることができる。ま
た、別の例として、第1導電形ポリシリコンに第2導電
形不純物を選択的に離して導入して、第1導電形薄膜層
4および第2導電形薄膜層5を交互に形成して得ること
もできる。例えば、第1導電形薄膜層4をn層とし、第
2導電形薄膜層5をp層とした場合のpnダイオードの
逆直列状態を51に示す。尚、図では白抜き部が第1導
電形薄膜層4で、ハッチング部が第2導電形薄膜層5と
して示したが、書き切れないので、矢印イの方向に一つ
置きに示されるハッチング部を省略した。
The spiral thin film layer 6 is formed, for example, by introducing impurities of the first conductivity type and the second conductivity type into non-doped polysilicon to form the first conductivity type thin film layer 4 and the second conductivity type thin film layer. 5 can be obtained alternately. Further, as another example, a second conductivity type impurity is selectively introduced into the first conductivity type polysilicon at a distance, and the first conductivity type thin film layers 4 and the second conductivity type thin film layers 5 are alternately formed. You can also get. For example, 51 shows an anti-series state of a pn diode when the first conductivity type thin film layer 4 is an n layer and the second conductivity type thin film layer 5 is a p layer. In the drawing, the white portion is the first conductivity type thin film layer 4 and the hatched portion is the second conductivity type thin film layer 5, but since the writing is not complete, the hatching portions shown alternately in the direction of arrow a. Was omitted.

【0037】この構造において、低電位側電極3を基準
にして、高電位側電極2に正電位V S を印加すると、渦
巻き状の薄膜層6の高電位側電極2と接続する端にも電
位V S が印加され、この渦巻き状の薄膜層には均一な電
位分布が形成される。図2は、チップ表面の電位分布の
様子を示めしたもので、同図(a)は半導体装置の要部
断面図、同図(b)はチップ表面の電位分布である。電
位勾配が生ずる箇所はPoffset層表面である。
In this structure, the low potential side electrode 3 is used as a reference.
And the positive potential V is applied to the high potential side electrode 2. SVortex
The end connected to the high potential side electrode 2 of the wound thin film layer 6 is also charged.
Rank V SIs applied, and a uniform electric current is applied to the spiral thin film layer.
An order distribution is formed. FIG. 2 shows the potential distribution on the chip surface.
FIG. 1A shows the main part of a semiconductor device.
FIG. 4B is a cross-sectional view, showing the potential distribution on the chip surface. Electric
The point where the phase gradient occurs is PoffsetIt is a layer surface.

【0038】同図(a)は図1(b)の上部を描いた図
である。また同図(b)は図1(a)のA−A線上に沿
って、高電位側電極2から低電位側電極3に向かっての
電位分布を示した図である。渦巻き状の薄膜層6をA−
A線で切断した断面で表すと15、16、17で示され
る。この渦巻き状の薄膜層15、16、17にかかる電
位をV15、V16、V17とする。高電位側電極2から低電
位側電極3に向かっての電位は、平均的な勾配が一定と
なる。そのため、Nwell層9、Poffset層14および図
示しないp基板層10aに形成される空乏層内の電界は
緩和され、半導体装置1を高耐圧化することができる。
FIG. 1A is a diagram illustrating the upper part of FIG. 1B. FIG. 2B is a diagram showing a potential distribution from the high potential side electrode 2 to the low potential side electrode 3 along the line AA in FIG. The spiral thin film layer 6 is
When expressed in a cross section cut along the line A, they are indicated by 15, 16, and 17. The potential of this spiral thin film layer 15, 16, 17 and V 15, V 16, V 17 . The average gradient of the potential from the high potential side electrode 2 to the low potential side electrode 3 is constant. Therefore, the electric field in the depletion layer formed in N well layer 9, P offset layer 14, and p substrate layer 10a (not shown) is reduced, and semiconductor device 1 can have a high breakdown voltage.

【0039】つぎに、渦巻き状の薄膜層6に沿って、印
加される電位について図1(a)を用いて説明する。半
導体装置の耐圧が、例えば、600Vの場合、ツェナー
ダイオードを形成するpn接合55で、逆阻止状態にあ
るpn接合55の数をm=400個、接合部ダイオード
の降伏電圧であるツェナー電圧を全て等しく、VZ =4
Vとなるようツェナーダイオードの耐圧を設定する。こ
うすると、ツェナーダイオードの全電圧=4V×400
=1600Vとなり、半導体装置1の耐圧600Vに対
して十分余裕があり、ツェナーダイオードが降伏するこ
とはなく、従って、発熱で破壊することもない。また、
一個のツェナーダイオードに印加される電圧は600V
÷400=1.5Vと低く、高電位側電極2から低電位
側電極3に、渦巻き状の薄膜層6に沿って、この1.5
Vの電位ステップで電位は均一に低下し、均一な電位分
布が得られる。
Next, the potential applied along the spiral thin film layer 6 will be described with reference to FIG. When the breakdown voltage of the semiconductor device is, for example, 600 V, the number of the pn junctions 55 in the reverse blocking state is m = 400 in the pn junction 55 forming the Zener diode, and the Zener voltage which is the breakdown voltage of the junction diode is all Equal, V Z = 4
The withstand voltage of the Zener diode is set to be V. In this case, the total voltage of the Zener diode = 4V × 400
= 1600V, which is sufficient for the withstand voltage 600V of the semiconductor device 1, and the Zener diode does not break down and therefore does not break down due to heat generation. Also,
The voltage applied to one Zener diode is 600V
÷ 400 = 1.5 V, which is 1.5 V along the spiral thin film layer 6 from the high potential side electrode 2 to the low potential side electrode 3.
At the V potential step, the potential decreases uniformly, and a uniform potential distribution is obtained.

【0040】また、前記のVZ を7Vに設定した場合
は、mが230個程度で、一個のツェナーダイオードに
印加される電圧が2.6V程度と低くなり、高電位側電
極2から低電位側電極3に、渦巻き状の薄膜層6に沿っ
て、この2.6Vの電位ステップで電位は均一に低下
し、均一な電位分布が得られることになる。ツェナーダ
イオードを形成するポリシリコンの濃度(第1導電形薄
膜層の濃度および第2導電形薄膜層の濃度)は高いため
に、ツェナーダイオードの電圧・電流特性のばらつきは
小さくなる。実測では、漏れ電流に対する各ツェナーダ
イオードが分担する電圧のばらつきは10%以内で、渦
巻き状の薄膜層に沿う電位分布の均一性は、ポリシリコ
ンの濃度を高めることで向上する。
Further, if you set the aforementioned V Z to 7V is, m with about 230 pieces, the voltage applied to one of the zener diode is as low as about 2.6V, a low potential from the high voltage electrode 2 In the side electrode 3, along the spiral thin film layer 6, the potential drops uniformly in this 2.6 V potential step, and a uniform potential distribution can be obtained. Since the concentration of the polysilicon forming the Zener diode (the concentration of the first conductivity type thin film layer and the concentration of the second conductivity type thin film layer) is high, the variation in the voltage / current characteristics of the Zener diode becomes small. In the actual measurement, the variation of the voltage shared by each Zener diode with respect to the leakage current is within 10%, and the uniformity of the potential distribution along the spiral thin film layer is improved by increasing the concentration of polysilicon.

【0041】従って、ツェナーダイオードを降伏させる
ことなく、渦巻き状の薄膜層6に沿って安定した電位分
布を得ることができ、半導体装置の耐圧を向上できる。
また、図1では、渦巻き状の薄膜層6を内側の高電位側
電極2の周囲を3重に周回としたが、特に、チップサイ
ズや半導体装置1の耐圧で周回の回数は変わる。但し、
周回の回数が多い程、高電位側電極2と低電位側電極3
を直線で結ぶ線上(例えばA−A線上)の電位分布の均
一性が向上するので好ましい。
Accordingly, a stable potential distribution can be obtained along the spiral thin film layer 6 without causing breakdown of the Zener diode, and the withstand voltage of the semiconductor device can be improved.
In FIG. 1, the spiral thin film layer 6 is wound around the inner side of the high-potential-side electrode 3 three times. However, the number of times of winding changes in particular depending on the chip size and the breakdown voltage of the semiconductor device 1. However,
The higher the number of turns, the higher the potential 2 and the lower potential 3
This is preferable because the uniformity of the potential distribution on a line connecting the lines (for example, on the line AA) is improved.

【0042】また、ツェナーダイオードの個数もここで
は400個としたが、全体のツェナー電圧が半導体装置
1の耐圧以上になるように個数を設定すればよい。ま
た、渦巻き状の薄膜層6の形状もこの渦巻き状の薄膜層
6が取り巻く電極形状(例えば、高電位側電極2の形
状)に合わせてよく、円形でも多角形でもよい。さら
に、渦巻き状の薄膜層6の材質についは、この実施例で
はポリシリコンとしたが、単結晶シリコンやGaAsお
よびSiCなどの半導体材料を用いてもよい。また、始
点から終点に達する渦巻きの本数は、実施例では1本で
示したが、複数本、並設しても構わない。
Although the number of Zener diodes is 400 here, the number may be set so that the overall Zener voltage is equal to or higher than the breakdown voltage of the semiconductor device 1. In addition, the shape of the spiral thin film layer 6 may conform to the shape of the electrode (for example, the shape of the high-potential-side electrode 2) surrounding the spiral thin film layer 6, and may be circular or polygonal. Furthermore, although the material of the spiral thin film layer 6 is polysilicon in this embodiment, single crystal silicon or a semiconductor material such as GaAs and SiC may be used. Although the number of spirals from the start point to the end point is one in the embodiment, a plurality of spirals may be arranged in parallel.

【0043】前記した実施例は、pnダイオードが逆直
列に多数接続された例である。つぎに、pnダイオード
が順直列に接続され実施例を説明する。図3は、この発
明の第2実施例の半導体装置における耐圧構造部の要部
平面図である。この図は、渦巻き状の薄膜層6に形成さ
れるpn接合55を一つ置きに金属膜53で短絡し、す
べてのツェナーダイオードであるpnダイオードが順直
列に形成されている点が図1(a)と異なる。この金属
膜53の材質はアルミニウムなど、デバイスの電極を形
成するときに用いる材質でよい。また、形成されるpn
ダイオードは、図中の52に示すように逆阻止状態とな
るように、順方向のpn接合上に金属膜53を形成す
る。尚、矢印ロの方向で、金属膜53がpn接合55が
一つ置きに配置されるが、省略した。
The above embodiment is an example in which a large number of pn diodes are connected in anti-series. Next, an embodiment in which pn diodes are connected in series will be described. FIG. 3 is a plan view of a main part of a breakdown voltage structure in a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. This figure shows that every other pn junction 55 formed in the spiral thin film layer 6 is short-circuited by the metal film 53, and that all the pn diodes which are zener diodes are formed in series with FIG. Different from a). The material of the metal film 53 may be aluminum or another material used when forming electrodes of the device. Also, the pn to be formed
The metal film 53 is formed on the pn junction in the forward direction so that the diode is in a reverse blocking state as indicated by 52 in the drawing. In the direction of arrow B, the metal film 53 is disposed every other pn junction 55, but is omitted.

【0044】前記した第1実施例では、横型のプレーナ
型の半導体装置の耐圧構造部を示したが、縦型の半導体
装置の耐圧構造の場合でも、チップの活性領域から、横
方向に空乏層が拡張していくタイプの半導体装置では、
前記したツェナーダイオードの繰り返しからなる渦巻き
状の薄膜層が適用できる。つぎに、縦型の半導体装置に
渦巻き状の薄膜層を適用した実施例について説明する。
In the above-described first embodiment, the breakdown voltage structure of the horizontal planar type semiconductor device has been described. However, even in the case of the breakdown voltage structure of the vertical semiconductor device, the depletion layer extends in the lateral direction from the active region of the chip. In the type of semiconductor devices that are expanding,
A spiral thin film layer formed by repeating the above-described Zener diode can be applied. Next, an embodiment in which a spiral thin film layer is applied to a vertical semiconductor device will be described.

【0045】図4は、この発明の第3実施例の半導体装
置における耐圧構造部の要部断面図である。n- 層23
の裏面側にn+ 層22を形成し、表面側に低電位領域2
5となるpウエル領域、この低電位領域を取り囲むよう
にガードリングとなるp領域29、30、31をそれぞ
れ形成し、チップの終端部には、高電位領域20となる
p領域を形成する。低電位領域25となるpウエル領域
には図示しない活性領域(例えば、MOSFETでいう
とゲート部やソース部が占めている領域のこと)が形成
される。低電位領域25上に低電位側電極26、高電位
領域20上に高電位側電極19が形成され、裏面のn+
層上には裏面側電極21が形成される。裏面側電極21
と高電位側電極19はダイシング面45で電気的に接続
されている。
FIG. 4 is a sectional view showing a main part of a breakdown voltage structure in a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. n - layer 23
N + layer 22 is formed on the back side of
A p-well region to be 5 and p-regions 29, 30, and 31 to be guard rings are formed so as to surround the low-potential region, and a p-region to be a high-potential region 20 is formed at the end of the chip. An active region (not shown) (for example, a region occupied by a gate portion and a source portion in a MOSFET) is formed in the p-well region serving as the low potential region 25. The low potential side electrode 26 on the low potential region 25, the high-potential-side electrode 19 is formed on the high potential region 20, the back surface of the n +
A back side electrode 21 is formed on the layer. Back side electrode 21
The high potential side electrode 19 is electrically connected to the dicing surface 45.

【0046】また、ガードリングのp領域29、30、
31は、pウエル領域25をリング状に取り囲んでい
る。高電位側電極19と低電位側電極26とを電気的に
接続する渦巻き状の薄膜層27が半導体基板上の絶縁酸
化膜28を介して形成されている。ここで、裏面側電極
21に電位VS をかけると、高電位側電極19と低電位
側電極26の間に、電位VS がかかり、ツェナーダイオ
ードの直列接続構造となっている渦巻き状の薄膜層27
には、漏れ電流が流れて、電位分布が形成される。この
電位分布による電界が、半導体基板に形成される空乏層
24を均一に広げ、電界集中を緩和し、半導体装置の耐
圧を向上させる。
The guard ring p regions 29, 30,
Reference numeral 31 surrounds the p-well region 25 in a ring shape. A spiral thin film layer 27 for electrically connecting the high potential side electrode 19 and the low potential side electrode 26 is formed via an insulating oxide film 28 on a semiconductor substrate. Here, when applying a potential V S to the rear surface side electrode 21, between a high-potential-side electrode 19 the low-potential electrode 26, it takes the potential V S, spiral thin film which has a series-connection structure of a Zener diode Layer 27
, A leakage current flows to form a potential distribution. The electric field due to this potential distribution uniformly spreads the depletion layer 24 formed on the semiconductor substrate, reduces the electric field concentration, and improves the breakdown voltage of the semiconductor device.

【0047】この発明の第4実施例の半導体装置で、図
1の渦巻き状の薄膜層を形成する第1導電形層および第
2導電形層の不純物濃度がそれぞれ1×1018cm-3
上にする。このように不純物濃度を高くすることで、第
1導電形薄膜層と第2導電形薄膜層で形成されるpnダ
イオードはツェナーダイオードとなる。これらの第1導
電形薄膜層と第2導電形薄膜層の不純物濃度を高くする
ことで、ツェナーダイオードの逆阻止時の電圧・電流特
性のばらつきを小さく抑制でき、渦巻き状の薄膜層に沿
って均一な電位勾配を形成できる。また、渦巻き状の薄
膜層にツェナーダイオード群を形成することで、抵抗性
の薄膜層と比べて、電位分布の温度依存性を小さくでき
る。
In the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention, the first conductive type layer and the second conductive type layer forming the spiral thin film layer of FIG. 1 each have an impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more. To By increasing the impurity concentration in this way, the pn diode formed by the first conductive type thin film layer and the second conductive type thin film layer becomes a Zener diode. By increasing the impurity concentration of the first conductivity type thin film layer and the second conductivity type thin film layer, the variation of the voltage / current characteristics at the time of reverse blocking of the Zener diode can be suppressed to be small, and along the spiral thin film layer. A uniform potential gradient can be formed. Further, by forming the Zener diode group on the spiral thin film layer, the temperature dependence of the potential distribution can be reduced as compared with the resistive thin film layer.

【0048】この発明の第4実施例の半導体装置で、半
導体基板上に、絶縁酸化膜を介して渦巻き状の薄膜層を
形成する場合の絶縁酸化膜の膜厚を0.01から10μ
mとする。0.01μmより薄い場合は、製造条件のば
らつきなどで半導体基板と渦巻き状の薄膜層が接触する
場合が生ずる恐れが出てくる。一方、10μmを超える
と、絶縁酸化膜の形成に長時間かかかり、半導体基板上
に形成される絶縁酸化膜の厚さが厚くなりすぎて、渦巻
き状の薄膜層の電位を効果的に半導体基板の表面に伝え
にくくなる。そのため、デバイス構造としては好ましく
ない。また、製造コストも当然上昇する。
In the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention, when forming a spiral thin film layer on a semiconductor substrate via an insulating oxide film, the thickness of the insulating oxide film is set to 0.01 to 10 μm.
m. If the thickness is less than 0.01 μm, there is a possibility that the spiral wound thin film layer may come into contact with the semiconductor substrate due to variations in manufacturing conditions. On the other hand, if the thickness exceeds 10 μm, it takes a long time to form the insulating oxide film, the thickness of the insulating oxide film formed on the semiconductor substrate becomes too thick, and the potential of the spiral thin film layer is effectively reduced. It is difficult to convey to the surface. Therefore, it is not preferable as a device structure. In addition, the manufacturing cost naturally increases.

【0049】前記のように、この発明の渦巻き状の薄膜
層は、ツェナーダイオードの繰り返し構造となってお
り、逆阻止状態にあるダイオードの個数mと個々のツェ
ナーダイオードのツェナー電圧VZ の積(m×VZ )が
半導体装置の耐圧より十分大きいように設計しておけ
ば、高電位側電極と低電位側電極間に耐圧以下の電圧を
印加したとき、渦巻き状の薄膜層には、ダイオードの逆
方向の漏れ電流IS が流れ、薄膜層に沿って均一な電位
分布が生じ、それに従って、第1導電形薄膜層もしくは
第2導電形薄膜層で、キャリアの移動が起こり、空乏層
が拡張する。これによって、電界集中が緩和され、耐圧
を向上できる。
As described above, the spiral thin film layer of the present invention has a repeating structure of a Zener diode, and the product (m) of the number m of the diodes in the reverse blocking state and the Zener voltage V Z of each Zener diode. m × V Z ) is designed to be sufficiently higher than the withstand voltage of the semiconductor device. When a voltage lower than the withstand voltage is applied between the high-potential side electrode and the low-potential side electrode, the spiral thin film layer includes a diode. Leakage current I S flows in the opposite direction, and a uniform potential distribution occurs along the thin film layer. Accordingly, carriers move in the first conductivity type thin film layer or the second conductivity type thin film layer, and a depletion layer is formed. Expand. Thereby, the electric field concentration is reduced, and the withstand voltage can be improved.

【0050】従来のフィールドプレートや渦巻き状の抵
抗層に比べ、この発明は、渦巻き状の薄膜層の第1導電
形もしくは第2導電形の不純物濃度、ツェナーダイオー
ドの個数、薄膜層の材質の最適化によって、薄膜層の大
きさ(幅、長さ)や温度の変化による漏れ電流IS の変
動を大幅に小さくでき、安定した耐圧を得ることができ
る。
Compared with the conventional field plate and the spiral resistive layer, the present invention optimizes the impurity concentration of the first or second conductive type of the spiral thin film layer, the number of Zener diodes, and the material of the thin film layer. As a result, fluctuations in the leakage current I S due to changes in the size (width, length) and temperature of the thin film layer can be significantly reduced, and a stable breakdown voltage can be obtained.

【0051】図10は、この発明の第5実施例の半導体
装置における耐圧構造部の要部平面図である。薄膜層が
4本渦巻き状に形成されている。渦巻き状の薄膜層は第
1導電形薄膜層と第2導電形薄膜層から形成され、図1
(a)との違いは、渦巻き状の薄膜層が複数本(図10
では、第1渦巻き状の薄膜層6a、第2渦巻き状の薄膜
層6b、第3渦巻き状の薄膜層6cおよび第4渦巻き状
の薄膜層6dの4本)形成されている点である。薄膜層
を複数本とすることで、例えば、1本の薄膜層が切れて
も、他の健全な薄膜層によって電位分布の均一化が図ら
れて、素子耐圧に対する信頼性が向上する。
FIG. 10 is a plan view of a main part of a breakdown voltage structure in a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention. Four thin film layers are formed in a spiral shape. The spiral thin film layer is formed of a first conductivity type thin film layer and a second conductivity type thin film layer.
The difference from (a) is that a plurality of spiral thin film layers (FIG. 10)
Is that the first spiral-shaped thin film layer 6a, the second spiral-shaped thin film layer 6b, the third spiral-shaped thin film layer 6c, and the fourth spiral-shaped thin film layer 6d are formed. By using a plurality of thin film layers, for example, even if one thin film layer breaks, the potential distribution is made uniform by another healthy thin film layer, and the reliability with respect to the element withstand voltage is improved.

【0052】尚、第5実施例の半導体装置の要部断面図
およびチップ表面の電位分布の様子は、図2(a)およ
び(b)と同じであるので説明を省略する。図11は、
この発明の第6実施例の半導体装置における要部断面図
である。これは、第1実施例で示した耐圧構造を高耐圧
横形NMOS(nチャネルMOSFET)に適用した例
である。
The sectional view of the main part of the semiconductor device of the fifth embodiment and the state of the potential distribution on the chip surface are the same as those shown in FIGS. FIG.
FIG. 16 is a sectional view of a main part of a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention. This is an example in which the breakdown voltage structure shown in the first embodiment is applied to a high breakdown voltage lateral NMOS (n-channel MOSFET).

【0053】p基板57のNwell領域58を形成し、N
well領域58の表面層に選択的にp - 領域60、P
offset領域67を形成し、また、Pwell領域61、64
を形成する。つぎに、絶縁酸化膜69、70であるLO
COS(Local Oxidation of Si
licon)を形成する。そのつぎに、図示しないゲー
ト酸化膜を介してポリシリコンでゲート電極72を形成
し、絶縁酸化膜70上にポリシリコン膜75、84およ
び渦巻き状の薄膜層を形成する。この渦巻き状の薄膜層
83は第1実施例で説明したものと同等である。当然、
前記したように、この渦巻き状の薄膜層83は多数のp
nダイオード(ツェナーダイオードなど)で構成されて
いる。
N of p substrate 57wellForming a region 58, N
wellThe surface layer of region 58 is selectively p -Region 60, P
offsetForming a region 67;wellRegions 61 and 64
To form Next, the insulating oxide films 69 and 70
COS (Local Oxidation of Si)
licon). Next, a game (not shown)
The gate electrode 72 is formed with polysilicon through the oxide film
Then, polysilicon films 75, 84 and
Then, a spiral thin film layer is formed. This spiral thin film layer
Reference numeral 83 is the same as that described in the first embodiment. Of course,
As described above, the spiral thin film layer 83 has a large number of p.
composed of n diodes (such as zener diodes)
I have.

【0054】つぎに、ソース領域となるn+ 領域63、
65、ドレイン領域となるn+ 領域68を形成し、この
とき、渦巻き状の薄膜層83の図示しないn+ 領域も形
成し、またフィールドプレートとなるポリシリコン膜7
5、84をn形の低抵抗層とする。つぎに、コンタクト
をとるために、p+ 領域59、62、66を形成し、こ
のとき、渦巻き状の薄膜層83の図示しないp+ 領域も
形成する。
Next, an n + region 63 serving as a source region,
65, an n + region 68 serving as a drain region is formed. At this time, an n + region (not shown) of the spiral thin film layer 83 is also formed, and the polysilicon film 7 serving as a field plate is formed.
5, 84 are n-type low resistance layers. Next, in order to make contact, p + regions 59, 62, and 66 are formed. At this time, p + regions (not shown) of the spiral thin film layer 83 are also formed.

【0055】つぎに、図示しないPSG(リン・ガラ
ス)などの絶縁膜を表面に被覆し、コンタクト孔を形成
した後、ソース電極71、73およびドレイン電極74
を形成し、裏面に裏面側電極85を形成する。この高耐
圧横型NMOSは、オン状態のとき、主電流である電子
流が活性領域201を、ソース側(n+ 領域63、6
5)からドレイン側(n+ 領域68)に流れる構造であ
る。渦巻き状の薄膜層83が、主電流が流れる活性領域
201の上に形成されていることで、阻止状態でのドレ
イン側からソース側への電位分布を均一化できて、素子
耐圧の信頼性を向上させることができる。さらに、ソー
ス・ドレイン間の距離が低減できて、オン抵抗の低減を
図ることができると共に、素子占有面積を小さくできる
利点も生じる。
Next, after covering the surface with an insulating film such as PSG (phosphorus glass) (not shown) and forming contact holes, the source electrodes 71 and 73 and the drain electrode 74 are formed.
Is formed, and the back surface side electrode 85 is formed on the back surface. In the high-breakdown-voltage lateral NMOS, when in the ON state, the electron current, which is the main current, flows through the active region 201 to the source side (n + regions 63, 6).
This is a structure that flows from 5) to the drain side (n + region 68). Since the spiral thin film layer 83 is formed on the active region 201 through which the main current flows, the potential distribution from the drain side to the source side in the blocking state can be made uniform, and the reliability of the element withstand voltage can be improved. Can be improved. Further, the distance between the source and the drain can be reduced, the on-resistance can be reduced, and the element occupied area can be reduced.

【0056】図12は、この発明の第7実施例の半導体
装置における要部断面図である。これは、第1実施例で
示した耐圧構造を、高耐圧横型PMOS(pチャネルM
OSFET)に適用した例である。ここでは、構造の詳
細な説明は省略するが、渦巻き状の薄膜層104は、図
11と同様に、活性領域202の上に形成されている。
この場合も第6実施例で説明した効果と同様の効果が期
待できる。
FIG. 12 is a sectional view showing a main part of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention. This is because the breakdown voltage structure shown in the first embodiment is changed to a high breakdown voltage lateral PMOS (p-channel M
OSFET). Although a detailed description of the structure is omitted here, the spiral thin film layer 104 is formed on the active region 202 as in FIG.
In this case, the same effect as that described in the sixth embodiment can be expected.

【0057】[0057]

【発明の効果】この発明によれば、島状領域の周囲を外
周部に向かって周回し、高電位領域と低電位領域を電気
的に接続する渦巻き状の薄膜層を、ツェナーダイオード
の繰り返しにより構成することで、つぎのような効果が
ある。耐圧構造部の耐圧は、ツェナーダイオードの数で
決まり、薄膜層の幅に対する依存性は極めて小さく、そ
のため、同一耐圧ではチップサイズに渦巻き状の幅を一
定にできる。このことによって、同一耐圧の素子系列を
製造する場合、製造コストが、従来の抵抗薄膜層(フィ
ールドプレートや渦巻き状の抵抗薄膜層)に比べて大幅
に低減できる。
According to the present invention, the spiral thin film layer which goes around the island region toward the outer periphery and electrically connects the high potential region and the low potential region is formed by repeating the zener diode. The configuration has the following effects. The breakdown voltage of the breakdown voltage structure is determined by the number of Zener diodes, and has a very small dependence on the width of the thin film layer. Therefore, at the same breakdown voltage, the spiral width can be made constant in the chip size. As a result, when manufacturing an element series having the same withstand voltage, the manufacturing cost can be greatly reduced as compared with a conventional resistance thin film layer (a field plate or a spiral resistance thin film layer).

【0058】また、ツェナーダイオードの逆耐圧特性を
利用しているので、温度依存性が小さいく、そのため、
耐圧を安定して得ることができる。また渦巻き状の薄膜
層を形成するポリシリコンの不純物濃度を1×1018
-3以上と高濃度とすることで、個々のツェナーダイオ
ードの電圧・電流特性を揃えることができる。そうする
ことで、高電位領域から低電位領域への電位勾配を均一
化し、高い耐圧を得ることができる。
The reverse withstand voltage characteristic of the Zener diode is
The temperature dependence is small because it is used.
Withstand voltage can be obtained stably. Spiral thin film
The impurity concentration of the polysilicon forming the layer is 1 × 1018c
m -3With the above high concentration, individual zener diodes
The voltage and current characteristics of the circuit can be made uniform. Do so
Uniform potential gradient from high-potential region to low-potential region
And a high withstand voltage can be obtained.

【0059】また、薄膜層を複数本とすることで、素子
耐圧に対する信頼性が向上する。
By using a plurality of thin film layers, the reliability with respect to the element withstand voltage is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1実施例の半導体装置における耐
圧構造部で、(a)は要部平面図、(b)は同図(a)
のA−A線で切断した要部断面図
FIGS. 1A and 1B show a breakdown voltage structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG.
Sectional view taken along line AA of FIG.

【図2】チップ表面の電位分布の様子を示めしたもの
で、(a)は半導体装置の要部断面図、(b)はチップ
表面の電位分布図
FIGS. 2A and 2B show a state of a potential distribution on a chip surface, wherein FIG. 2A is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor device, and FIG.

【図3】この発明の第2実施例の半導体装置における耐
圧構造部の要部平面図
FIG. 3 is a plan view of a main part of a breakdown voltage structure in a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;

【図4】この発明の第3実施例の半導体装置における耐
圧構造部の要部断面図
FIG. 4 is a sectional view of a main part of a breakdown voltage structure in a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention;

【図5】ポリシリコンを用いたツェナーダイオードの電
圧・電流特性を示す図
FIG. 5 is a diagram showing voltage-current characteristics of a Zener diode using polysilicon.

【図6】渦巻き状の薄膜層に沿っての電界分布で、
(a)は電界分布の模式図で、(b)は(a)の拡大図
と渦巻き状の薄膜層の図で、(c)は電位分布を示す図
FIG. 6 shows an electric field distribution along a spiral thin film layer,
(A) is a schematic diagram of an electric field distribution, (b) is an enlarged view of (a) and a diagram of a spiral thin film layer, and (c) is a diagram showing a potential distribution.

【図7】従来の耐圧構造部である、Double RE
SURF構造と抵抗性フィールドプレート構造を組み合
わせた構造で、(a)は要部断面図、(b)は電位分布
FIG. 7 shows a conventional withstand voltage structure, Double RE.
A structure combining a SURF structure and a resistive field plate structure. (A) is a sectional view of a main part, and (b) is a potential distribution diagram.

【図8】半導体内部の空乏層の拡がりを示した図FIG. 8 is a diagram showing the expansion of a depletion layer inside a semiconductor;

【図9】従来の耐圧構造部で、渦巻き状の薄膜抵抗層4
5の要部平面図
FIG. 9 shows a conventional thin-film resistance layer 4 having a spiral structure and a spiral structure.
5 main part plan view

【図10】この発明の第5実施例の半導体装置における
耐圧構造部の要部平面図
FIG. 10 is a plan view of a main part of a breakdown voltage structure in a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention;

【図11】この発明の第6実施例の半導体装置における
要部断面図
FIG. 11 is a sectional view showing a main part of a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention;

【図12】この発明の第7実施例の半導体装置における
要部断面図
FIG. 12 is a sectional view showing a main part of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体装置 2 高電位側電極 3 低電位側電極 4 第1導電形薄膜層 5 第2導電形薄膜層 6 渦巻き状の薄膜層 6a〜6d 第1〜第4渦巻き状の薄膜層 8 高電位領域 9 Nwell領域 10 p基板 10a p基板層 11 裏面側電極 12 低電位領域 14 Poffset領域 15、16、17 渦巻き状の薄膜層 18 絶縁酸化膜 19 高電位側電極 20 高電位領域 21 裏面側電極 22 n+ 層 23 n- 層 24 空乏層 25 低電位領域 26 低電位側電極 27 渦巻き状の薄膜層 28 絶縁酸化膜 29、30、31 p領域 53 金属膜 55 pn接合 56 ダイシング面DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 2 High potential side electrode 3 Low potential side electrode 4 1st conductivity type thin film layer 5 2nd conductivity type thin film layer 6 Spiral thin film layer 6a-6d 1st-4th spiral thin film layer 8 High potential area 9 N well region 10 p substrate 10 a p substrate layer 11 backside electrode 12 low potential region 14 P offset region 15, 16, 17 spiral thin film layer 18 insulating oxide film 19 high potential side electrode 20 high potential region 21 backside electrode Reference Signs List 22 n + layer 23 n layer 24 depletion layer 25 low potential region 26 low potential side electrode 27 spiral thin film layer 28 insulating oxide film 29, 30, 31 p region 53 metal film 55 pn junction 56 dicing surface

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年1月31日(2000.1.3
1)
[Submission date] January 31, 2000 (200.1.3
1)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0006[Correction target item name] 0006

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0006】1つのpn接合は、Nwell領域34とP
offset領域39、低電位領域37のpn接合であり、も
う一つのpn接合は、Nwell領域34とp基板層35a
のpn接合である。一般的に、絶縁酸化膜41と半導体
界面の固定電荷の影響で、半導体表面の空乏層内部には
電界の集中が起き易く、これがデバイスの破壊につなが
る。
[0006] One pn junction is composed of an N well region 34 and a P well.
The offset region 39 is a pn junction of the low potential region 37, and the other pn junction is composed of the N well region 34 and the p substrate layer 35a.
Pn junction. Generally, an electric field tends to concentrate inside the depletion layer on the semiconductor surface due to the effect of fixed charges at the interface between the insulating oxide film 41 and the semiconductor, which leads to destruction of the device.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0023[Correction target item name] 0023

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0023】前記半導体基板が第1導電形であって、該
半導体基板の表面層に第2導電形の第1領域と第2領域
が離してそれぞれ形成され、前記第1領域と前記第2領
域の間の前記半導体基板の表面層に、前記第1領域およ
び第2領域から離して、第2導電形の第3領域が、前記
第1領域を取り囲むようにリング状に形成され、前記第
1領域と前記第1電極とが接続し、前記第2領域と前記
第2電極とが接続する構成としてもよい。前記半導体基
板の表面層に第1導電形の第1領域が形成され、該第1
領域の表面層に第1導電形の第2領域と第2導電形の第
3領域が離して形成され、前記第2領域と前記第3領域
の間の前記第1領域の表面層に、前記第2領域から離
し、且つ、前記第3領域に接するように第2導電形の第
4領域が形成され、前記第2領域と前記第1電極とが接
続し、前記第3領域と前記第2電極とが接続する構成と
してもよい。前記半導体基板の表面層に第1導電形の第
1領域が形成され、該第1領域の表面層に第2導電形の
第2領域と第3領域が離して形成され、前記第2領域と
前記第3領域の間の前記第1領域の表面層に、前記第2
領域から離し、且つ、前記第3領域に接するように第2
導電形の第4領域が形成され、前記第1電極は前記第2
領域の表面上または前記第2領域と前記第3領域の間の
表面の上部に形成され、前記第2電極は前記第3領域と
接続される構成としてもよい。
The semiconductor substrate is of a first conductivity type, and a first region and a second region of a second conductivity type are separately formed on a surface layer of the semiconductor substrate, and the first region and the second region are formed. A third region of a second conductivity type is formed in a ring shape on the surface layer of the semiconductor substrate between the first region and the second region so as to surround the first region. A configuration may be such that a region is connected to the first electrode, and the second region is connected to the second electrode. The semiconductor substrate
A first region of a first conductivity type is formed in a surface layer of the plate;
The second region of the first conductivity type and the second region of the second conductivity type are formed on the surface layer of the region.
Three regions are formed apart from each other, the second region and the third region
Between the second region and the surface layer of the first region.
And the second conductivity type is in contact with the third region.
Four regions are formed, and the second region and the first electrode are in contact with each other.
Connecting the third region to the second electrode;
May be. The first conductivity type first layer is formed on the surface layer of the semiconductor substrate.
One region is formed, and a second conductive type is formed on the surface layer of the first region.
A second region and a third region are formed apart from each other, and the second region and the third region are separated from each other.
The second layer is provided on the surface layer of the first region between the third regions.
The second region is separated from the region and is in contact with the third region.
A fourth region of conductivity type is formed, and the first electrode is connected to the second region.
On the surface of the region or between the second region and the third region
The second electrode is formed on an upper surface, and the second electrode is in contact with the third region.
It may be configured to be connected.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0028[Correction target item name] 0028

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0028】個々のツェナーダイオードのツェナー電圧
をVZ 、薄膜層の中のツェナーダイオードを形成するp
n接合で、逆阻止状態にあるpn接合の数をmとする
と、 (1)VS <m・VZ のとき(ツェナーダイオードは非
降伏状態) pn接合の逆方向の漏れ電流IS が渦巻き状の薄膜層に
流れる。高濃度の不純物をドープしたポリシリコンに形
成された個々のツェナーダイオードは、均一な電圧・電
流特性を有するために、渦巻き状の薄膜層は、渦巻きに
沿って均一な電位分布となる。尚、不純物濃度を高くす
ると、濃度制御が容易になり、面内の濃度のばらつきは
小さくなり、抵抗値のばらつきが小さくなる。 (2)VS ≧m・VZ のとき(ツェナーダイオードは降
伏状態) pn接合の逆方向に過大な電流が流れ、その状態が長時
間続くと渦巻き状の薄膜層は発熱して破壊に至る。
The zener voltage of each zener diode is V z , and p is the zener diode in the thin film layer.
In n junction, if the number of pn junction in the reverse blocking state and m, (1) VS <When m · V Z (zener diode non breakdown condition) reverse leakage I S of the pn junction is spirally Flows into the thin film layer. Since each zener diode formed on polysilicon doped with a high concentration of impurities has uniform voltage / current characteristics, the spiral thin film layer has a uniform potential distribution along the spiral. Note that, when the impurity concentration is increased, the concentration control becomes easier, the variation in the in-plane concentration becomes smaller, and the variation in the resistance value becomes smaller. (2) when the VS ≧ m · V Z (Zener diode breakdown conditions) excessive current flows in the opposite direction of the pn junction, spiral thin film layer when the state continues for a long time leads to destruction by heat.

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0029[Correction target item name] 0029

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0029】ツェナーダイオードの個数を増やして、半
導体装置の所望の耐圧より、渦巻き状の薄膜層に形成さ
れたツェナーダイオード全数を合わせたツェナー電圧を
高くなるように設定すれば、前記の(1)項の非降伏状
態で使用できる。この非降伏状態でツェナーダイオード
を動作させることで、ツェナーダイオードを破壊させず
に、渦巻き状の薄膜層の電位分布を均一化できる。ま
た、渦巻き状の薄膜層を流れる漏れ電流はツェナーダイ
オードの逆阻止時の電圧・電流特性で決まり、この漏れ
電流は、ツェナーダイオードの数が変わらなければ、渦
巻き状の薄膜層の長さによる影響は少ない。つまり、薄
膜層の占める大きさによる影響は少ない。また、温度の
変化に対する、漏れ電流の変動も、従来の高抵抗の渦巻
き状の抵抗層の変動に比べて、大幅に小さく、安定した
電位分布が形成できる。
If the number of Zener diodes is increased and the Zener voltage, which is the total number of Zener diodes formed in the spiral thin film layer, is set to be higher than the desired breakdown voltage of the semiconductor device, (1) It can be used in the non-yield state of the term. By operating the Zener diode in this non-breakdown state, the potential distribution of the spiral thin film layer can be made uniform without destroying the Zener diode. In addition, the leakage current flowing through the spiral thin film layer is determined by the voltage / current characteristics of the Zener diode during reverse blocking, and this leakage current is affected by the length of the spiral thin film layer if the number of Zener diodes does not change. Is less. That is, the influence of the size occupied by the thin film layer is small. Also, the fluctuation of the leakage current with respect to the change of the temperature is significantly smaller than that of the conventional high-resistance spiral-shaped resistance layer, and a stable potential distribution can be formed.

【手続補正6】[Procedure amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0053[Correction target item name] 0053

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0053】p基板57のNwell領域58を形成し、N
well領域58の表面層に選択的にp - 領域60、P
offset領域67を形成し、また、Pwell領域61、64
を形成する。つぎに、絶縁酸化膜69、70であるLO
COS(Local Oxidation of Si
licon)を形成する。そのつぎに、図示しないゲー
ト酸化膜を介してポリシリコンでゲート電極72を形成
し、絶縁酸化膜70上にポリシリコン膜75、84およ
び渦巻き状の薄膜層83を形成する。この渦巻き状の薄
膜層83は第1実施例で説明したものと同等である。当
然、前記したように、この渦巻き状の薄膜層83は多数
のpnダイオード(ツェナーダイオードなど)で構成さ
れている。
N of p substrate 57wellForming a region 58, N
wellThe surface layer of region 58 is selectively p - Region 60, P
offsetForming a region 67;wellRegions 61 and 64
To form Next, the insulating oxide films 69 and 70
COS (Local Oxidation of Si)
licon). Next, a game (not shown)
The gate electrode 72 is formed with polysilicon through the oxide film
Then, polysilicon films 75, 84 and
And spiral film layer83To form This spiral thin
The film layer 83 is the same as that described in the first embodiment. This
However, as described above, the spiral thin film layer 83 has a large number.
Pn diode (such as Zener diode)
Have been.

【手続補正7】[Procedure amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0057[Correction target item name] 0057

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0057】[0057]

【発明の効果】この発明によれば、島状領域の周囲を外
周部に向かって周回し、高電位領域と低電位領域を電気
的に接続する渦巻き状の薄膜層を、ツェナーダイオード
の繰り返しにより構成することで、つぎのような効果が
ある。耐圧構造部の耐圧は、ツェナーダイオードの数で
決まり、薄膜層の幅に対する依存性は極めて小さく、そ
のため、同一耐圧においては、電流容量によってチップ
サイズが変わっても渦巻き状の幅を一定にできる。この
ことによって、同一耐圧の素子系列を製造する場合、製
造コストが、従来の抵抗薄膜層(フィールドプレートや
渦巻き状の抵抗薄膜層)に比べて大幅に低減できる。
According to the present invention, the spiral thin film layer which goes around the island region toward the outer periphery and electrically connects the high potential region and the low potential region is formed by repeating the zener diode. The configuration has the following effects. Breakdown voltage of the breakdown voltage structure is determined by the number of zener diodes, dependence on the width of the thin film layer is extremely small, therefore, in the same breakdown voltage, the chip by the current capacity
The spiral width can be kept constant even if the size changes . As a result, when manufacturing an element series having the same withstand voltage, the manufacturing cost can be greatly reduced as compared with a conventional resistance thin film layer (a field plate or a spiral resistance thin film layer).

【手続補正8】[Procedure amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0058[Correction target item name] 0058

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0058】また、ツェナーダイオードの逆耐圧特性を
利用しているので、温度依存性が小さく、そのため、耐
圧を安定して得ることができる。また渦巻き状の薄膜層
を形成するポリシリコンの不純物濃度を1×1018cm
-3以上と高濃度とすることで、個々のツェナーダイオー
ドの電圧・電流特性を揃えることができる。そうするこ
とで、高電位領域から低電位領域への電位勾配を均一化
し、高い耐圧を得ることができる。
Further, since the reverse withstand voltage characteristic of the Zener diode is used, the temperature dependency is small , so that the withstand voltage can be stably obtained. The impurity concentration of the polysilicon forming the spiral thin film layer is 1 × 10 18 cm.
By setting the concentration as high as -3 or more, the voltage and current characteristics of the individual zener diodes can be made uniform. By doing so, the potential gradient from the high potential region to the low potential region can be made uniform, and a high breakdown voltage can be obtained.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 順 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 Fターム(参考) 5F048 AA05 AA07 AC06 AC10 BA01 BB05 BC00 BC03 BC07 BC12 BD00 BE03 BE05 BF16 BG12 BH05 BH07 CC06  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Jun Saito 1-1-1, Tanabe-Shinda, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa F-term (reference) 5F048 AA05 AA07 AC06 AC10 BA01 BB05 BC00 BC03 BC07 BC12 BD00 BE03 BE05 BF16 BG12 BH05 BH07 CC06

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に形成された絶縁膜上に、互
いに離して形成された第1電極と第2電極とを有する半
導体装置において、両端がそれぞれ第1電極、第2電極
に接続され、且つ、第1電極を取り囲む渦巻き状の薄膜
層が、前記絶縁膜上に形成され、該渦巻き状の薄膜層の
長手方向に沿って、直列に複数個のpnダイオードが形
成されることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having a first electrode and a second electrode formed apart from each other on an insulating film formed on a semiconductor substrate, both ends of which are connected to the first electrode and the second electrode, respectively. A spiral thin film layer surrounding the first electrode is formed on the insulating film, and a plurality of pn diodes are formed in series along the longitudinal direction of the spiral thin film layer. Semiconductor device.
【請求項2】前記第1電極と前記第2電極との間の前記
半導体基板が、主電流が流れる活性領域となっていて、
その半導体基板上に前記絶縁膜を介して前記渦巻き状の
薄膜層が形成されていることを特徴とする請求項1に記
載の半導体装置。
2. The semiconductor substrate between the first electrode and the second electrode is an active region through which a main current flows,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the spiral thin film layer is formed on the semiconductor substrate via the insulating film.
【請求項3】前記薄膜層が、ポリシリコンで形成され、
該ポリシリコンに第1導電形領域と第2導電形領域が交
互に複数個形成され、前記第1導電形領域と前記第2導
電形領域とでpnダイオードが形成されることを特徴と
する請求項1に記載の半導体装置。
3. The thin film layer is formed of polysilicon,
A plurality of first conductivity type regions and a plurality of second conductivity type regions are alternately formed in said polysilicon, and a pn diode is formed by said first conductivity type region and said second conductivity type region. Item 2. The semiconductor device according to item 1.
【請求項4】前記薄膜層が、第1導電形ポリシリコンで
形成され、該第1導電形ポリシリコンに選択的に第2導
電形領域が、離して複数個形成され、前記第1導電形ポ
リシリコンで形成された第1導電形領域と前記第2導電
形領域が交互に複数個形成され、前記第1導電形領域と
前記第2導電形領域とでpnダイオードが形成されるこ
とを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
4. The first conductivity type polysilicon, wherein the thin film layer is formed of a first conductivity type polysilicon, and a plurality of second conductivity type regions are selectively formed in the first conductivity type polysilicon at a distance from each other. A plurality of first conductivity type regions and the second conductivity type regions formed of polysilicon are alternately formed, and a pn diode is formed by the first conductivity type regions and the second conductivity type regions. 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項5】前記pnダイオードが、順直列もしくは逆
直列に前記薄膜層に形成されることを特徴とする請求項
1または2に記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said pn diode is formed in said thin film layer in a forward series or an inverse series.
【請求項6】前記pnダイオードがツェナーダイオード
であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに
記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said pn diode is a Zener diode.
【請求項7】前記第1導電形領域および前記第2導電形
領域の不純物濃度が1×1018cm-3以上であることを
特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 3, wherein said first conductivity type region and said second conductivity type region have an impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more.
【請求項8】前記第1導電形ポリシリコンが、p形不純
物もしくはn形不純物を1×1018cm-3以上ドーピン
グして形成されることを特徴とする請求項4に記載の半
導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 4, wherein said first conductivity type polysilicon is formed by doping a p-type impurity or an n-type impurity by 1 × 10 18 cm −3 or more.
【請求項9】前記絶縁膜の厚みを0.01以上で10μ
m以下とすることを特徴とする請求項1または2に記載
の半導体装置。
9. The insulating film having a thickness of 0.01 or more and 10 μm or more.
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein m is equal to or less than m. 4.
【請求項10】前記半導体基板が第1導電形であって、
該半導体基板の表面層に第1導電形の第1領域と第2導
電形の第2領域が離して形成され、前記第1領域と前記
第2領域の間の前記半導体基板の表面層に、前記第1領
域から離し、且つ、前記第2領域に接するように第2導
電形の第3領域が形成され、前記第1領域と前記第1電
極とが接続し、前記第2領域と前記第2電極とが接続す
ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
10. The semiconductor substrate of the first conductivity type,
A first region of a first conductivity type and a second region of a second conductivity type are formed separately on a surface layer of the semiconductor substrate, and a surface layer of the semiconductor substrate between the first region and the second region includes: A third region of the second conductivity type is formed so as to be separated from the first region and in contact with the second region, the first region is connected to the first electrode, and the second region is connected to the second region. The semiconductor device according to claim 1, wherein the two electrodes are connected.
【請求項11】前記半導体基板が第1導電形であって、
該半導体基板の表面層に第2導電形の第1領域と第2領
域が離してそれぞれ形成され、前記第1領域と前記第2
領域の間の前記半導体基板の表面層に、前記第1領域お
よび第2領域から離して、第2導電形の第3領域が、前
記第1領域を取り囲むようにリング状に形成され、前記
第1領域と前記第1電極とが接続し、前記第2領域と前
記第2電極とが接続することを特徴とする請求項1に記
載の半導体装置。
11. The semiconductor substrate of the first conductivity type,
A first region and a second region of a second conductivity type are separately formed on a surface layer of the semiconductor substrate, and the first region and the second region are formed separately.
A third region of a second conductivity type is formed in a ring shape on the surface layer of the semiconductor substrate between regions, away from the first region and the second region, so as to surround the first region. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein one region is connected to the first electrode, and the second region is connected to the second electrode.
【請求項12】前記薄膜層が複数本形成されることを特
徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
12. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of said thin film layers are formed.
【請求項13】前記半導体装置の耐圧をVB 、前記pn
ダイオードの降伏電圧をVZ 、前記渦巻き状の薄膜層の
中のpnダイオードを形成するpn接合で、逆阻止状態
にあるpn接合の数をmとすると、 VB <VZ ×m を満足することを特徴とする請求項1または2に記載の
半導体装置。
13. The semiconductor device according to claim 1, wherein the breakdown voltage is V B ,
Assuming that the breakdown voltage of the diode is V Z , and the number of pn junctions forming a pn diode in the spiral thin film layer in the reverse blocking state is m, V B <V Z × m is satisfied. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
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