JPH10200090A

JPH10200090A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH10200090A
Application number: JP9000106A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Hayashi; 林　　哲也; Yoshinori Murakami; 善則村上
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-01-06
Filing date: 1997-01-06
Publication date: 1998-07-31
Anticipated expiration: 2017-01-06
Also published as: US5994754A; JP3632344B2

Abstract

(57)【要約】【課題】より耐圧の高いガードリング構造を提供する。【解決手段】主領域２０を囲むように所定の距離を隔て
て環状に設けられた第一のガードリング領域１と、第一
のガードリング領域を囲むように所定の距離を隔てて環
状に設けられた第二のガードリング領域２とを少なくと
も備えたリーチスルー型の半導体装置において、主接合
面がアバランシェ降伏する条件において、第一のガード
リング領域とドリフト領域５との間の接合面における電
界強度の最大値が、主接合面における電界強度の最大値
の８５％以下となるように、第一のガードリング領域と
第二のガードリング領域との距離を、主領域と第一のガ
ードリング領域との距離よりも小さな所定値に設定した
ことを特徴とする半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガードリング構造
を持つリーチスルー型の高耐圧の半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、２種類のガードリング
構造を例示する。第一の従来技術として図４に、それぞ
れ等間隔な４つのガードリング領域をもつ構造の断面図
を示す。図４中、１１はｎ+型の基板領域、５はｎ型の
ドリフト領域、１０はｐ型の主領域である。基板領域１
１はカソード電極２１と接続されていて、主領域１０は
アノード電極２０と接続されている。１〜４はｐ型のガ
ードリング領域で、図４中、左端の主領域１０を囲むよ
うに、環状に配置されている。なお、図４では右側半分
のみを示しているが、実際には主領域１０の左側にも存
在し、主領域１０を囲んでいる。これらのガードリング
領域１〜４は、どの電極とも接続されていない。

【０００３】これらの主領域１０およびガードリング領
域１〜４は、素子表面の所定の領域からｐ型の不純物を
熱拡散させることで形成しているので、その断面構造の
端部は図４に示すように丸くなっている。また、主領域
１０に近い内側のガードリング領域から、１は第一ガー
ドリング領域、２は第二ガードリング領域、３は第三ガ
ードリング領域そして４は第四ガードリング領域と呼ぶ
ことにする。さらに、主領域１０と第一ガードリング領
域１との距離をＬ１とし、第一ガードリング領域１と第
二ガードリング領域２との距離をＬ２とする。同様に、
第二ガードリング領域２と第三ガードリング領域３との
距離、第三ガードリング領域３と第四ガードリング領域
４との距離をそれぞれ、Ｌ３およびＬ４とする。なお、
図４では、４本のガードリング領域を示したが、本数は
必要とする耐圧等によって決められる。ここでは、Ｌ１
＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４であり、このような構造を以下、等
間隔ガードリング構造と呼ぶことにする。また、６は層
間絶縁膜である。

【０００４】第一の従来技術においては、ｐ型の主領域
１０とｎ型のドリフト領域５の主接合部に逆バイアスが
印加された場合、少なくともその主接合部でアバランシ
ェ降伏が起こる電圧以下で、その主接合部から伸びた空
乏層が基板領域に到達するようなリーチスルー型のガー
ドリング構造について説明する。一例を示すと、例えば
６００Ｖ程度の耐圧を持たせるためには、ドリフト領域
５の厚さは約５０μｍ、不純物濃度は約１×１０¹⁴／ｃ
ｍ³である。

【０００５】まず、その機能について説明する。アノー
ド電極２０は接地し、カソード電極２１に正の電位を印
加すると、ｐ型の主領域１０とｎ型のドリフト領域５の
接合部に逆バイアスがかかり、高耐圧を得るために低不
純物濃度で形成されているドリフト領域５には空乏層が
広がる。主領域１０とドリフト領域５の間に形成される
接合面は、平坦な部分ばかりではなく、主領域１０の端
部では図４に示すように湾曲している。そのため、平面
接合部よりも湾曲している接合部のほうが電界強度が高
くなっている。よって、仮にガードリング領域が無い場
合、主領域１０の平坦な接合面で期待される降伏電圧よ
り低い電圧で、主領域１０端部の湾曲している接合部に
おいてアバランシェ降伏が起こる。

【０００６】しかし、主領域１０の端部の隣にｐ型のガ
ードリング領域を配置すると、カソード電位が上昇し
て、主領域１０から伸びた空乏層が隣接するｐ型のガー
ドリング領域に伸びた時点で、主領域１０の横方向の電
界の上昇は緩和され、さらなるカソード電位の上昇と共
に、そのガードリング領域から空乏層が伸び始める。こ
うして、ガードリング領域が存在すると、主領域１０端
部への電界集中を防ぐことができ、耐圧を向上させるこ
とができる。これがガードリング構造の機能である。

【０００７】このような等間隔ガードリング構造は設計
が簡単であり、主領域１０の接合面の電界強度の最大値
よりも、第一ガードリング領域１の接合における電界強
度の最大値は必ず低く、以後外側のガードリング領域に
おける電界強度の最大値は内側のガードリング領域より
も低くなる。最外周のガードリング領域については例外
であるが、これは必ずそうなるように本数を余分に設定
するなどの工夫をしている。

【０００８】そして、主領域１０と第一ガードリング領
域１との距離Ｌ１を狭くするほど、主領域１０の湾曲し
た接合部の電界強度は緩和されるため、主領域１０にお
ける電界強度が最大となる領域は湾曲した接合部でも平
坦な接合に近い領域へと移動する。よって、主領域１０
とドリフト領域５の接合部の耐圧はより高くなる。しか
し、主領域１０ならびに各ガードリング領域の距離をど
こまでも狭めていけば、素子の耐圧は主領域１０の平坦
なｐｎ接合面において期待される降伏電圧値に近づくか
というとそうではない。あまりに近い距離となるガード
リング構造では、アバランシェ降伏と同時に耐圧機能が
失われてしまうことが実験で確認された。

【０００９】すなわち、等間隔ガードリング構造で、各
距離Ｌ１〜Ｌ４が狭くなっていると、逆バイアス印加時
の電界強度が最大となる領域は常に主領域１０の端部に
有るとはいえ、隣接する第一ガードリング領域１の接合
面における電界強度の最大値も、主領域１０における電
界強度の最大値に近い値となっている。よって、アバラ
ンシェ降伏が生じると、主領域のみならず、同時に近く
のガードリング領域でもアバランシェ降伏が生じる。こ
のとき、ｐ型のガードリング領域に流れ込んだ電流がｎ
型のドリフト領域５を経て、接地されたｐ型の主領域１
０へと移動する間に、あたかもバイポーラトランジスタ
のベース二次降伏のような現象によって局所的に電流が
集中するため、主接合の一部が破壊に至ると推察してい
る。

【００１０】このことから、従来の等間隔ガードリング
構造では、耐圧を向上させるために主領域１０および各
ガードリング領域間の距離を狭く設定しようとしても、
狭くし過ぎると、耐圧構造の一部が破壊されてしまうと
いう制限が生じるために、主領域１０および各ガードリ
ング領域間の距離を狭めて耐圧を向上するにも限界が生
じていた。

【００１１】次に、図５は第二の従来技術を示す図であ
る。これは「Ｂ．Ｊ．バリガ著、“MODERN POWER DEVIC
ES" John Wiley & Sons, Inc.」に紹介されたガードリ
ング構造の断面図であり、上記の文献の９９頁に記載さ
れたFig3.26をもとに描いたものである。図５中、番号
３４はｐ型のドリフト領域、３０はｎ+型の主接合、３
１はｎ+型の第一ガードリング領域、３２はｎ+型の第二
ガードリング領域そして、３３はｎ+型の第三ガードリ
ング領域である。また、番号３５は拡散窓を形成する絶
縁膜である。なお、図中の破線は空乏層端を示してい
る。

【００１２】この構造では、外側のガードリング領域ほ
ど相互の距離が狭くなっており、また、ガードリング領
域自身の幅も狭くなっている。このように構成すると、
主接合３０の端部の空乏層を図５に示すように横方向に
なだらかに広げる働きをする。外側のガードリング領域
ほどガードリング領域自身の幅が狭くなっているが、こ
れは外側のガードリング領域の下のドリフト領域３４に
できる空乏層幅が小さくなっているので、デバイスの周
辺構造の面積を節約するために有効最小限の大きさに切
り詰めている。このように設定すれば、主接合３０に逆
バイアスを印加していき、図５のように全てのガードリ
ング領域に空乏層が形成されたとき、各ガードリング領
域に均等に電位差が分配されることになり、理想的には
全てのガードリング領域の端部で同時にアバランシェ降
伏を起こすことができる、と記載されている。

【００１３】また、図５の構造は、主接合３０から伸び
た空乏層が図５中の破線に示されるようにドリフト領域
３４の主接合３０が設けられた面と対向する裏面までは
到達しない構造、いわゆるノンリーチスルー型の構成と
なっている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、第一の
従来技術の等間隔のガードリング構造では、主領域の平
坦部において期待される耐圧より、相当低い耐圧しか得
られなかった。また、第二の従来技術はノンリーチスル
ー型であって本発明の対象とするリーチスルー型の高耐
圧の半導体装置とは異なったものである。

【００１５】本発明は上記のような問題点に着目し、よ
り耐圧の高いガードリング構造を提供することを目的と
している。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては特許請求の範囲に記載するような
構成とする。すなわち、請求項１に記載の発明において
は、一導電型（例えばｎ型）で高濃度の半導体基体の一
主面に接して、同一導電型（例えばｎ型）で層状のドリ
フト領域を有し、前記半導体基体の前記主面との接合面
と対向する前記ドリフト領域の表面に、反対導電型（例
えばｐ型）の主領域を有し、前記ドリフト領域の前記表
面に、前記主領域を囲むように所定の距離を隔てて環状
に設けられた反対導電型（例えばｐ型）の第一のガード
リング領域と、前記第一のガードリング領域を囲むよう
に所定の距離を隔てて環状に設けられた反対導電型（例
えばｐ型）の第二のガードリング領域とを少なくとも有
する。また、前記主領域と前記ドリフト領域との間に形
成される主接合面に逆バイアスを印加するにつれて前記
ドリフト領域に広がる空乏層が、前記主接合面でアバラ
ンシェ降伏が生じる前に、前記半導体基体の前記主面に
到達すべく、前記ドリフト領域の不純物濃度と厚さは所
定の範囲に設定されていて、さらに、前記主接合面にア
バランシェ降伏条件まで逆バイアスが印加されたとき、
少なくとも前記第一のガードリング領域並びに前記第二
のガードリング領域の近傍では、前記層状の前記ドリフ
ト領域の前記表面から前記半導体基体の前記主面との接
合面に至るまでの領域が空乏化するように設定されてい
て、さらに、前記主接合面がアバランシェ降伏する条件
において、前記第一のガードリング領域と前記ドリフト
領域との間の接合面における電界強度の最大値が、前記
主接合面における電界強度の最大値の８５％以下となる
べく、前記第一のガードリング領域と前記第二のガード
リング領域との距離を、前記主領域と前記第一のガード
リング領域との距離よりも小さな所定値に設定した構成
とする。

【００１７】このような構成による作用について説明す
る。前記主接合は平坦部で接合している部分だけでな
く、その端部において湾曲した接合部分が存在するた
め、平坦な接合部よりも湾曲している接合部の電界強度
が高くなっているのである。しかし、前記主領域と前記
第一のガードリング領域との距離が狭いほど、前記主接
合の端部の湾曲した接合部の電界強度が緩和されるた
め、前記主接合における電界強度が最大となる領域は湾
曲した接合部でも平坦な接合部に近い領域へと移り、平
坦な接合において期待される耐圧に近づく。そして、本
構成では、前記第一のガードリング領域と前記第二のガ
ードリング領域との距離を、前記主領域と前記第一のガ
ードリング領域との距離よりも狭く配置することによっ
て、前記第一のガードリング領域の接合部における電界
強度を緩和しており、特に前記第一のガードリング領域
における電界強度の最大値が、前記主接合における電界
強度の最大値の８５％以下になるように配置しているの
で、前記第一のガードリング領域で降伏することはな
い。

【００１８】また、請求項２に記載の発明においては、
請求項１に記載の半導体装置において、前記第二のガー
ドリング領域のさらに外側に同様の構造のガードリング
領域を少なくとも一つ設け、第二のガードリング領域と
その外側のガードリング領域間の距離およびそれよりも
外側のガードリング領域相互間の距離を、前記第一のガ
ードリング領域と第二のガードリング領域との距離と等
しいか若しくはそれ以上に設定している。

【００１９】後記発明の実施の形態で詳述するごとく、
必要とする耐圧等に応じて、第二ガードリング領域のさ
らに外側に第三、第四、…のガードリング領域を設ける
場合もあるが、その場合に、第二ガードリング領域と第
三ガードリング領域との距離、および第三と第四、第四
と第五など、さらに外側のガードリング領域相互間の距
離を、第一のガードリング領域と第二のガードリング領
域との距離と等しいか若しくはそれ以上に設定する。本
発明においては、基本的には請求項１に記載するよう
に、第一のガードリング領域とドリフト領域との間の接
合面における電界強度の最大値が、主接合面における電
界強度の最大値の８５％以下となるように、第一のガー
ドリング領域と第二のガードリング領域との距離を、主
領域と第一のガードリング領域との距離よりも小さな所
定値に設定すればよいのであるが、必要とする耐圧等に
応じて第三以降のガードリング領域を設けた場合には、
それら相互間の距離をそれぞれのガードリング領域にお
ける電界強度の最大値が第一ガードリング領域における
電界強度の最大値と同等かそれ以下になるように適宜設
定すればよい。そのためには上記のごとく外側のガード
リング領域相互間の距離を、第一のガードリング領域と
第二のガードリング領域との距離と等しいか若しくはそ
れ以上に設定すればよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、例
えば、高耐圧バイポーラトランジスタの周辺耐圧構造な
どにおいて、従来と同じ非常に低い不純物濃度のドリフ
ト領域を利用した場合、より高い耐圧を確保することが
できる。もしくは、製品として同等の耐圧を持たせるた
めには、ドリフト領域の厚さをさらに小さくすることが
できるので、バイポーラトランジスタのオン抵抗を低減
できる。また、主領域と第一のガードリング領域との距
離をより狭く設定することができるため、従来に比べて
耐圧構造領域の面積も節約できる、という効果が得られ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、図面に基
づいて詳細に説明する。図１は素子の基本構造を説明す
る断面図である。なお、この実施の形態では半導体をシ
リコンとして説明する。図１中、１１はｎ+型の基板領
域、５はｎ型のドリフト領域、１０はｐ型の主領域であ
る。基板領域１１はカソード電極２１と接続されてい
て、主領域１０はアノード電極２０と接続されている。
１〜４はｐ型のガードリング領域で、図１中、左端の主
領域１０を囲むように、環状に配置されている。なお、
図１では右側半分のみを示しているが、実際には主領域
１０の左側にも存在し、主領域１０を囲んでいる。これ
らのガードリング領域１〜４は、どの電極とも接続され
ていない。

【００２２】また、主領域１０およびガードリング領域
１〜４は、素子表面の所定の領域からｐ型の不純物を熱
拡散させることで形成しているので、その断面構造の端
部は図１に示すように丸くなっている。また、主領域１
０に近い内側のガードリング領域から、１は第一ガード
リング領域、２は第二ガードリング領域、３は第三ガー
ドリング領域そして４は第四ガードリング領域と呼ぶこ
とにする。さらに、主領域１０と第一ガードリング領域
１との距離をＬ１とし、第一ガードリング領域１と第二
ガードリング領域２との距離をＬ２とする。同様に、第
二ガードリング領域２と第三ガードリング領域３との距
離、第三ガードリング領域３と第四ガードリング領域４
との距離をそれぞれＬ３およびＬ４とする。本図では、
４本のガードリング領域を示したが、本発明の要点は２
本目までのガードリング領域にあり、それ以上の本数に
ついては必要とする耐圧等によって決められる。また、
６は層間絶縁膜である。

【００２３】本実施の形態は、ｐ型の主領域１０とｎ型
のドリフト領域５の主接合部に逆バイアスが印加された
場合、少なくともその主接合部でアバランシェ降伏が起
こる電圧以下で、その主接合部から伸びた空乏層が基板
領域に到達するようなリーチスルー型のガードリング構
造となっている。例えば、６００Ｖの耐圧を確保する構
造であれば、ドリフト領域５の厚さは約５０μｍ、不純
物濃度は約１×１０¹⁴／ｃｍ³である。また、主領域１
０ならびにガードリング領域１〜４は、所定の領域にボ
ロンイオンを約５×１０¹⁵／ｃｍ²注入し、さらに熱拡
散によって接合深さがおよそ１０μｍとなるようにし
た。なお、各ガードリング領域自身の幅はおよそ接合深
さ程度である。ちなみに、上記主領域１０並びにドリフ
ト領域５の構造条件においては、平坦なｐｎ接合とした
場合の耐圧は数値計算によれば約８３７Ｖである。

【００２４】まず、その機能について説明する。アノー
ド電極２０は接地し、カソード電極２１に正の電位を印
加すると、ｐ型の主領域１０とｎ型のドリフト領域５の
接合部に逆バイアスがかかり、高耐圧を得るために低不
純物濃度で形成されているドリフト領域５には空乏層が
広がる。そして、主領域１０から伸びた空乏層が隣接す
るｐ型の第一ガードリング領域１に伸びた時点で主領域
１０の横方向の電界の上昇は緩和されるため、主領域１
０端部への電界集中を防ぐことができる。

【００２５】そして、主領域１０と第一ガードリング領
域１との距離Ｌ１を狭くするほど、主領域１０の湾曲し
た接合部の電界強度は緩和されるため、主領域１０にお
ける電界強度が最大となる領域は湾曲した接合部でも平
坦な接合に近い領域へと移動する。よって、主領域１０
とドリフト領域５の接合部の耐圧はより高くなる。しか
し、第一ガードリング領域１と第二ガードリング領域２
との距離Ｌ２をＬ１と同じ距離に設定すると、アバラン
シェ降伏と同時にガードリング領域でもアバランシェ降
伏が生じ、第一ガードリング領域１へ流れた電流が主領
域１０に到達するまでに、あたかもバイポーラトランジ
スタの二次降伏破壊現象と同じような現象によって、主
領域１０の主接合部の一部が耐圧機能を失ってしまう。

【００２６】本発明者は、試作実験と数値計算によっ
て、主領域１０の主接合がアバランシェ降伏する条件
で、主領域１０の主接合における電界強度の最大値Ｅ０
に対する第一ガードリング領域１の接合部における電界
強度の最大値Ｅ１の比ｋ〔ｋ＝（Ｅ１／Ｅ０）×１００
％〕が８５％以下になるようにすれば、第一ガードリン
グ領域１でアバランシェ降伏が起こらないことをつきと
めた。これ以上の電界強度比になると、第一ガードリン
グ領域１は空乏層から発生する僅かの電荷の蓄積によ
り、接地された主領域１０と共にアバランシェ降伏に至
る可能性がある。

【００２７】以下、従来の技術で紹介した図４に示すよ
うな等間隔ガードリング構造を例として詳しく説明す
る。まず、主領域１０並びに各ガードリング領域間の距
離に対する降伏電圧を調べるため、上記６００Ｖ程度を
得ることができるように、ドリフト領域５の厚さは約５
０μｍ、不純物濃度は約１×１０¹⁴／ｃｍ³、さらには
主領域１０及び各ガードリング領域の接合深さＸｊは約
１０μｍとして試作実験を行なった。なお、各ガードリ
ング領域自身の幅は、接合深さ程度の１０μｍとしてい
る。ちなみに、上記主領域１０並びにドリフト領域５の
構造条件においては、平坦なｐｎ接合とした場合の耐圧
は数値計算によれば約８３７Ｖである。なお、最外周の
ガードリングの電界強度をそれより内側のガードリング
の電界強度より低く抑さえるため、ガードリング本数は
十分な本数としている。また、上記構造条件でアバラン
シェ降伏した際の第一ガードリング領域１における電界
強度比ｋを数値計算で求めた。

【００２８】図２は上記構造条件において、主領域１０
並びに各ガードリング領域間の距離Ｌに対する降伏電圧
および第一ガードリング領域１における電界強度比ｋを
示している。まず、横軸は主領域１０並びに各ガードリ
ング領域間の距離を示していて、各領域が接した場合を
０としている。左側の縦軸は降伏電圧を示しており、右
側の縦軸の電界強度比ｋとは、その降伏条件での主領域
１０の主接合における電界強度の最大値に対する第一ガ
ードリング領域１の接合部における電界強度の最大値の
比である。

【００２９】まず、主領域並びに各ガードリング間の距
離Ｌを狭く設定していくと、図２中左側の縦軸に示す降
伏電圧はほぼ直線的に上昇している。しかし、Ｌ＝７μ
ｍにおいては、印加電圧が７１０Ｖにおいてアバランシ
ェ降伏したと同時に、瞬時に耐圧機能が失われてしまっ
たのである。また、図２の左側の縦軸に示す前記電界強
度比ｋは、主領域１０並びに各ガードリング間の距離Ｌ
が狭くなるほど上昇していて、上記アバランシェ降伏と
共に瞬時に耐圧機能が失われたＬ＝７μｍの条件では、
その値が８６％となっている。

【００３０】また、図３は主領域１０及び各ガードリン
グ領域の接合深さＸｊを変えた場合について、降伏電圧
と第一ガードリング領域１の電界強度比の関係を示した
グラフである。まず、図３中の横軸は降伏電圧を示して
おり、縦軸の電界強度比ｋとは、その降伏条件での主領
域１０の主接合における電界強度の最大値Ｅ０に対する
第一ガードリング領域１の接合部における電界強度の最
大値Ｅ１の比である。また、図３中のＤは主領域及び各
ガードリング領域の拡散窓間の距離を示している。すな
わち、Ｄから横方向の接合深さの２倍を差し引いた距離
が前記までのＬ１〜Ｌ４などに相当する。また、主領域
及び各ガードリング領域の接合深さＸｊに関しては、７
〜１１μｍの１μｍ刻みの深さとしている。

【００３１】図３中、例えば主領域及び各ガードリング
領域の接合深さがＸｊ＝１１μｍの場合、主領域及び各
ガードリング領域の拡散窓間の距離Ｄが２４μｍにおい
て、降伏電圧が７１０Ｖで瞬時破壊が生じており、この
ときの電界強度比ｋは８７％であった。また、主領域及
び各ガードリング領域の接合深さがＸｊ＝７μｍの場
合、主領域及び各ガードリング領域の拡散窓間の距離Ｄ
が２１μｍにおいて降伏電圧は６９０Ｖとなり、この条
件では瞬時破壊は起こっておらず、このときの電界強度
比は８５％であった。このようにして、接合深さＸｊを
変更した場合においても、アバランシェ降伏と共に瞬時
に耐圧機能が失われる条件が存在し、その条件は接合深
さによらず第一ガードリング領域１における電界強度比
ｋが８５％を越えた場合であることがわかった。

【００３２】そこで、本実施例においては、より高い耐
圧を得るために主領域１０と第一ガードリングの間隔Ｌ
１が狭くても、第一ガードリングで降伏が起こらない構
造として、主領域１０における電界強度の最大値に対し
て、第一ガードリング１における電界強度の最大値の比
ｋが８５％以下となるように、主領域１０と第一ガード
リングの間隔Ｌ１と、第一ガードリング１と第二ガード
リング２の間隔Ｌ２との関係をＬ１＞Ｌ２（Ｌ２≠０）
とし、上記のように８５％以下となる範囲の値に設定す
る。

【００３３】すなわち、本発明及び本実施の形態のよう
に、アバランシェ降伏条件よりはるかに低い逆バイアス
で空乏層が基板領域１１との接合に到達する構造では、
アバランシェ降伏条件における主領域１０の電界強度の
最大値Ｅ０は、主領域１０と基板領域１１との電位差
と、主領域１０と第一ガードリング領域１との距離Ｌ１
の関数となっている。また、アバランシェ降伏条件にお
ける第一ガードリング領域１の電界強度の最大値Ｅ１
は、第一ガードリング領域１と基板領域１１との電位差
と、第一ガードリング領域１と第二ガードリング領域２
との距離Ｌ１の関数となっている。すなわち、第一ガー
ドリング領域１と第二ガードリング領域２との距離Ｌ２
をガードリング領域同士が接触しない範囲のしかるべき
狭い値に設定し、主領域１０と第一ガードリング領域１
との距離をそれより広い値の範囲の中で数値計算を行な
い、第一ガードリング領域１における電界強度比が８５
％以下になるように設定する。また、第三ガードリング
領域３、第四ガードリング領域４さらにはそれより外側
のガードリング領域の距離については、それぞれのガー
ドリング領域における電界強度の最大値が第一ガードリ
ング領域１における電界強度の最大値と同等かそれ以下
になるように適宜設定する。

【００３４】このように設定することにより、例えば図
４に示した従来技術の等間隔ガードリング構造において
は、主領域１０でのアバランシェ降伏と同時に第一ガー
ドリング領域１でもアバランシェ降伏が起こって耐圧保
持機能が失われていた印加電圧でも、本実施の形態にお
いては、安全な耐圧機能を確保することができ、さらに
高い耐圧が得られる。

【００３５】なお、上記の説明においては、ガードリン
グ配置を変更することによって、より高い耐圧が得られ
るとしているが、例えば、一定の耐圧を得る場合は、ド
リフト領域２の厚みが従来より小さくできるため、ドリ
フト領域２の抵抗を低減できる。

【００３６】ところで、前記図５に示した第二の従来技
術は、主接合３０と第一ガードリング領域３１との距離
（図１ではＬ１）よりも第一ガードリング領域３１と第
二ガードリング領域３２との距離（図１ではＬ２）が短
いという点で、一見、本発明と似かよってみえる。しか
し、以下に説明するように、両者は基本的に異なってい
る。

【００３７】まず、図５に示した従来技術におけるガー
ドリング構造は、アバランシェ降伏条件に近い逆バイア
ス時に、図５中の破線で示すように主接合３０から伸び
た空乏層はドリフト領域３４の裏面まで到達しない。こ
れに対して、図１に示した本発明の構造では、空乏層は
逆バイアスが低い時点で基板領域１１に到達し、その後
は外側へ伸びることで、より外側のガードリング領域の
電界強度を緩和する構造になっている。よって、主領域
１０並びに各ガードリング領域の電界状況は、第二の従
来技術とは著しく異なっている。つまり、第二の従来技
術と本発明では構成の前提条件が全く異なっており、Ｌ
１＞Ｌ２の点は同じでも、その作用は全く異なってい
る。

【００３８】また、図５のガードリング構造において、
外側のガードリング領域ほど距離を狭くしている目的
は、アバランシェ降伏時に各ガードリング領域に均等に
電位を分配し、理想的には全てのガードリング領域で同
時にアバランシェ降伏を起こさせるため、と前記文献に
は記載されている。これに対して、図１に示した本発明
のガードリング構造では、主領域１０のみでアバランシ
ェ降伏を起こさせるために主領域１０と第一ガードリン
グ領域１との距離Ｌ１と、第一ガードリング領域１と第
二ガードリング領域２との距離Ｌ２に限って、Ｌ１＞Ｌ
２という関係を設定しているもので、ガードリング領域
に電位を均等に分配することは目的ではない。例えば、
第二ガードリング領域２と第三ガードリング領域３との
距離Ｌ３は第一ガードリング領域１と第二ガードリング
領域２との距離Ｌ２と同等でよい。もしくは、さらにデ
バイスの周辺構造の面積を節約するために、第二ガード
リング領域２と第三ガードリング領域３もしくはそれよ
り外側のガードリング領域の電界強度の最大値を第一ガ
ードリング領域における電界強度の最大値とほぼ同じ値
とするように、第三ガードリング領域とそれより外側の
ガードリング領域については、外側ほど距離が広くなる
ように設定しても何ら構わない。このように、図５に示
した第二の従来例と図１の本発明とは、構成も違い、機
能も著しく異なっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す断面図。

【図２】主領域並びに各ガードリング間の距離と降伏電
圧及びその降伏電圧時の第一ガードリング領域における
電界強度比の関係を示したグラフ。

【図３】主領域及び各ガードリング領域の接合深さを変
えた場合について、降伏電圧とその降伏電圧での第一ガ
ードリング領域の電界強度比の関係を示したグラフ。

【図４】第一の従来技術の断面図。

【図５】第二の従来技術の断面図。

【符号の説明】

１…第一ガードリング領域２…第二ガードリング領域３…第三ガードリング領域４…第四ガードリング領域５…ドリフト領域６…層間絶縁膜１０…主領域１１…基板領域２０…アノード電極２１…カソード電極３０…主接合３１…第一ガードリング領域３２…第二ガードリング領域３３…第三ガードリング領域３４…ドリフト領域３５…絶縁膜Ｌ１…主領域と第一ガードリングと領域との距離Ｌ２…第一ガードリング領域と第二ガードリング領域と
の距離Ｌ３…第二ガードリング領域と第三ガードリング領域と
の距離Ｌ４…第三ガードリング領域と第四ガードリング領域と
の距離Ｄ…主領域及び各ガードリング領域の拡散窓間の距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一導電型で高濃度の半導体基体の一主面に
接して、同一導電型で層状のドリフト領域を有し、前記半導体基体の前記主面との接合面と対向する前記ド
リフト領域の表面に、反対導電型の主領域を有し、前記ドリフト領域の前記表面に、前記主領域を囲むよう
に所定の距離を隔てて環状に設けられた反対導電型の第
一のガードリング領域と、前記第一のガードリング領域
を囲むように所定の距離を隔てて環状に設けられた反対
導電型の第二のガードリング領域とを少なくとも有し、前記主領域と前記ドリフト領域との間に形成される主接
合面に逆バイアスを印加するにつれて前記ドリフト領域
に広がる空乏層が、前記主接合面でアバランシェ降伏が
生じる前に、前記半導体基体の前記主面に到達すべく、
前記ドリフト領域の不純物濃度と厚さは所定の範囲に設
定されていて、さらに、前記主接合面にアバランシェ降伏条件まで逆バ
イアスが印加されたとき、少なくとも前記第一のガード
リング領域並びに前記第二のガードリング領域の近傍で
は、前記層状の前記ドリフト領域の前記表面から前記半
導体基体の前記主面との接合面に至るまでの領域が空乏
化するように設定されていて、さらに、前記主接合面がアバランシェ降伏する条件にお
いて、前記第一のガードリング領域と前記ドリフト領域
との間の接合面における電界強度の最大値が、前記主接
合面における電界強度の最大値の８５％以下となるべ
く、前記第一のガードリング領域と前記第二のガードリ
ング領域との距離を、前記主領域と前記第一のガードリ
ング領域との距離よりも小さな所定値に設定したことを
特徴とする半導体装置。
【請求項２】請求項１に記載の半導体装置において、前記第二のガードリング領域のさらに外側に同様の構造
のガードリング領域を少なくとも一つ設け、第二のガー
ドリング領域とその外側のガードリング領域間の距離お
よびそれよりも外側のガードリング領域相互間の距離
を、前記第一のガードリング領域と第二のガードリング
領域との距離と等しいか若しくはそれ以上に設定したこ
とを特徴とする半導体装置。