JPH0358185B2 - - Google Patents

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JPH0358185B2
JPH0358185B2 JP57188555A JP18855582A JPH0358185B2 JP H0358185 B2 JPH0358185 B2 JP H0358185B2 JP 57188555 A JP57188555 A JP 57188555A JP 18855582 A JP18855582 A JP 18855582A JP H0358185 B2 JPH0358185 B2 JP H0358185B2
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は少なくとも１本のガードリングで囲
まれたＰ−Ｎ主接合を有する逆阻止電圧の高いプ
レーナ形半導体装置に関するものである。
従来、プレーナ形半導体装置はメサ形半導体装
置に比べて、高い逆阻止電圧が得られにくいとさ
れてきた。そこで、このプレーナ形半導体装置を
高耐圧化するためには(A)ガードリングを設ける方
法、(B)フイールドプレートを設ける方法などが提
案されてきたが、近年とみに需要の高くなつた
1000V以上の高耐圧素子のモールドパツケージ化
においては実際に重要なことは耐圧の限界値では
なく、安定した特性を大量生産に適した形で得る
ことおよび信頼性であつた。そして、このプレー
ナ形半導体装置はこの２つの点でメサ形半導体装
置に比べ、基本的に優れていることが確認されて
きた。一般に、半導体装置の高耐圧化は高電圧を
保持する接合の電界強度をいかに偏りなく弱くす
るということにかかつている。したがつて、メサ
形半導体装置の高耐圧化に対しても同様に高電圧
を保持する接合の電界を偏りなく弱くすることに
より、現在10000V近い耐圧のものが開発されて
いる。しかし、この場合、ベベル形成あるいはベ
ベル部への樹脂コートなど複雑な工作と大面積を
占めるチツプ周辺のベベル部が要求され、大量生
産に適さないばかりか、DC電源で行なう高温逆
バイアスブロツキングテストには十分な信頼性を
示さない。これに対し、接合部に溝を掘り、粉末
ガラスを焼結するグラシベーシヨン技術は量産性
と封止樹脂の不安定性を除去したものの、溝の壁
が接合に対し90度以上に傾けて形成することがで
きないため、接合にかかる電界を十分に分散する
ことができないうえ、トランジスタあるいは高性
能ダイオードでは通常のダイオードあるいはサイ
リストに比べて、特性上高比抵抗層の厚みを薄く
することが要求されるため、電界の集中が著しく
なり、1000V程度以上の耐圧のものには適用する
ことが困難であり、しかもDC逆バイアス高温ブ
ロツキング性も改善することができない。
一方、プレーナ形半導体装置は原理的に、電界
がかかる領域を任意に広くとることができるの
で、電界が偏在しないようにすれば極めて安定し
た高耐圧特性のものが得られる可能性があるが、
安定した高耐圧が得られない原因は主として、シ
リコンとシリコン酸化膜界面近傍で電界の集中が
起こり、その集中の仕方が製造要因によつてばら
つくためである。ガードリングあるいはフイール
ドプレートはこの部分での電界の集中を緩和する
目的をもつものである。また、このプレーナ形半
導体装置はDC逆バイアス高温ブロツキングテス
トを行なうと、シリコンチツプ表面のシリコン酸
化膜の上と下の電位差によつて、シリコン表面に
反転する傾向が生じ、逆阻止電圧が上昇していく
という耐圧を増幅させるものが内在されていると
考えられる。このことについて更に図面を用いて
説明する。まず、第１図ａおよび第１図ｂは高温
逆バイアスブロツキング前のシリコンチツプの一
部詳細な断面図およびシリコンチツプ表面の電位
を示す図である。同図において、１は絶縁膜、２
は空乏層、３はチヤネルストツプN+、４はN-
層、５はＰ層である。なお、曲線Ａは高比抵抗領
域表面（絶縁膜下面）の電位を示し、曲線Ｂは絶
縁膜表面の電位を示す。そして、この絶縁膜１の
上の電位は絶縁膜１のバルクの導電性と表面の導
電性のかねあいで決まる、表面の導電性がわずか
でも優勢であれば空乏層内の電位分布との差によ
つて、絶縁膜上下の電位差が生じ、高比抵抗領域
は反転する傾向を有する。そして、絶縁膜表面に
わずか導電性が生じる条件はチツプが乾燥雰囲気
中に、キヤン封止されているような場合は起こり
にくいが、ゲル状の物質で封止されている場合に
は一般的に起こる。そのときには空乏層は延び易
くなり、逆阻止電圧は高くなつていくが、極端な
場合には第２図ｂに示すように、チツプ周辺のチ
ヤネルストツプ領域に接する部分での電界が高く
なり、ついにはこの部分で降伏を引き起こすこと
があり得る。この現象は高比抵抗領域の比抵抗が
高がなつた場合、またはブロツキングテスト時の
印加電圧が高くなつた場合、一段と発生しやすく
なり、500V程度の樹脂封止されたプレーナ形半
導体装置において、すでに致命的な問題となる。
なお、この第２図ｂにおいて、曲線Ｃは高比抵
抗領域表面近傍の横方向電界を示す。また、領域
Ｄは絶縁膜上下の電位差によつて反転している領
域である。
次に、このチツプ周辺のチヤネルストツプ領域
に接する部分では降伏を引き起こさないようにす
る対策としては第３図ａに示すように、チヤネル
ストツプ側に電極６をつけると、顕著な効果があ
り、ブロツキングテストでの耐圧の問題はほぼ完
全に解決できる。このとき予想される絶縁膜上下
の電位と高比抵抗領域表面の電界を示す曲線Ｃを
この第３図ｂに記入する。このチヤネルストツプ
上の電極６によつて、曲線Ａおよび曲線Ｃで示す
電位分布が影響を受け、反転領域Ｄの長さが短か
くなり、チヤネルストツプ付近の電界集中は大幅
に緩減されていると考えられる。このように、高
耐圧のプレーナ形半導体装置では高信頼性を得る
ためには素子表面絶縁膜上下の電位差を制御する
ことが重要であうことが理解できる。実際の高耐
圧のプレーナ形半導体装置は第１図ａ、第２図ａ
および第３図ａに示すように、主接合のみの形で
は所望の耐圧値は得られず、１あるいは複数本の
ガードリングを設けており、第４図ａに示すよう
に構成される。そして、曲線Ｅは絶縁膜上下の電
位の差（Ｅ＝Ｂ−Ａ）を示す。そして、ガードリ
ングは元来表面での電界の集中を防ぐことが目的
であるが、第４図ｂからわかるように、絶縁膜上
下の電位差が少なくする構造になつており、信頼
性上も好ましいことが判る。特に500Vクラスの
実績においては一応十分な信頼性が得られる。
しかしながら、従来の高耐圧のプレーナ形半導
体装置では１本あるいは複数本のガードリングを
設け、絶縁膜上下の電位差を少なくし、信頼性を
向上することができるが、1000V以上の素子にお
いては樹脂封止を行なう場合、その樹脂を使用す
ることにより内在する不安定性をかんがみ、十分
な信頼性が得られない欠点があつた。
したがつて、この発明の目的は絶縁膜上下の電
位差をなくして、高信頼度構造のプレーナ形半導
体装置を提供するものである。
この発明は、ガードリング上の絶縁膜を開口部
を設け、この開口部を通じてガードリングに接続
する電極をガードリング領域の外側に延びないよ
うに形成し、電極の間の絶縁膜を２層以上で形成
し、絶縁膜のうち上層の絶縁膜の導電率を下層の
絶縁膜の導電率より大きくするようにしたもので
あり、以下実施例を用いて詳細に説明する。
第５図ａおよび第５図ｂはこの発明に係るプレ
ーナ形半導体装置の一実施例を示す一部詳細な断
面図およびそのシリコンチツプ表面電位を示す図
である。同図において、７は１本のガードリング
上の絶縁膜の開口部を通してガードリングに接触
するように形成すると共にそのガードリングの外
側な張り出されないように形成した電極である。
次に、上記構成によるプレーナ形半導体装置の
シリコンチツプ表面電位の状況はガードリング近
辺の絶縁膜上部の電位をガードリングと同電位と
し、絶縁膜上下の電位差を安定して小さくするこ
とができるうえ、空乏層を必要以上に延ばさない
ように動作する。
なお、ガードリングの内側では絶縁膜上下の電
位差Ｅが少し発生して、高比抵抗領域を未だ反転
させようとする傾向がある場合にはこの電極７を
内側（主接合側）へ延長させることにより、更に
改良することができる。したがつて、第６図に示
すように、チツプ面積がゆるすならば、ガードリ
ングを狭い間隔に多数形成し、いずれのカードリ
ングの上にも電極７を設け、電極７を内側の延ば
して、内側のガードリング上にまたがるように形
成することにより、信頼性を更に向上させること
ができる。この場合、ガードリングの数はチツプ
のゆるされるスペースと耐圧特性より適当な値に
することはもちろんである。そのとき、空乏層内
の電位分布からして、主接合に近いガードリング
について、上記構造をとるのがより有効である。
また、このときには素子表面の電極間の放電につ
いても考慮をはらう必要が発生しうる。この場合
には第７図に示すように、第１の絶縁膜８と電極
７の上に、酸化シリコン、窒化シリコンのCVD
膜あるいはポリイミドなどの第２の絶縁膜９を設
けることができる。
また、第８図に示すように、少なくとも、電極
間の絶縁膜を二層以上とし、上層部の絶縁膜１０
の導電性が、下層部の絶縁膜８の導電性よりも良
好にする。その結果、絶縁膜上部の電位は電極を
適当な位置に配置すれば安定な電位になり、信頼
性が高くなる。異なる導電性を有する絶縁膜は例
えばCVDで絶縁膜SiOを形成する際のSiとO2の
比を変えることによつて形成することができる。
なお、ガードリングは有効面積が減ぜないよう
所定の耐圧が出さえすれば、できるだけ細く形成
されるのが通常であるが、ガードリング領域の幅
を広げた形は絶縁膜上下の電位差Ｅが小さくなる
傾向にあり、やはり信頼性上、好都合な構造とい
える。また、以上の実施例ではＰ−N-接合につ
いて説明したが、Ｎ−P-接合についても同様に
できることはもちろんである。
以上詳細に説明したように、この発明に係るプ
レーナ形半導体装置によれば素子表面絶縁膜の上
と下の電位差が低減し、高比抵抗領域表面の安定
化をはかることができ、しかも高耐圧のものが得
られるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図ａおよび第１図ｂは従来のプレーナ形半
導体装置の高温逆バイアスブロツキング前のシリ
コンチツプの一部詳細な断面図およびそのシリコ
ンチツプ表面の電位を示す図、第２図ａおよび第
２図ｂは第１図ａの動作を説明するためのシリコ
ンチツプの一部詳細な断面図およびそのシリコン
チツプ表面の電位を示す図、第３図ａおよび第３
図ｂは従来の改良したプレーナ形半導体装置のシ
リコンチツプの一部詳細な断面図およびそのシリ
コンチツプ表面の電位を示す図、第４図ａおよび
第４図ｂは従来の改良した他のプレーナ形半導体
装置のシリコンチツプの一部詳細な断面図および
そのシリコンチツプ表面の電位を示す図、第５図
ａおよび第５図ｂはこの発明に係るプレーナ形半
導体装置の一実施例を示す一部詳細な断面図およ
びそのシリコンチツプ表面の電位を示す図、第６
図、第７図および第８図はそれぞれこの発明に係
るプレーナ形半導体装置の他の実施例を示す一部
詳細な断面図である。 １……絶縁膜、２……空乏層、３……チヤネル
ストツプ、４……N-層、５……Ｐ層、６および
７……電極、８……第１の絶縁膜、９……第２の
絶縁膜、１０……上層部の絶縁膜。なお、図中、
同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 高い逆阻止電圧を得るために、少なくとも一
    本のガードリングで囲われたＰ−Ｎ主接合を有す
    るプレーナ形半導体装置において、前記ガードリ
    ング上の絶縁膜に開口部を設け、この開口部を通
    じて前記ガードリングに接続する電極をガードリ
    ング領域の外側に延びないように形成し、前記電
    極に接する前記絶縁膜を２層以上で形成し、前記
    絶縁膜のうち上層の絶縁膜の導電率を下層の絶縁
    膜の導電率より大きくしたことを特徴とするプレ
    ーナ形半導体装置。
JP57188555A 1982-10-25 1982-10-25 プレ−ナ形半導体装置 Granted JPS5976466A (ja)

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