JPS601871A - 高耐圧半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はフィールドプレートを有するダイオード、トラ
ンジスタ等の高耐圧半導体装置に関する。

従来技術 ブレーナ構造の半導体装置を高耐圧化するために、５ｉ
０２等の絶縁層の上にフィールドプレートを設けること
がある。しかし、フィールドグレート構造を採用すると
、フィールドプレートの先端部の下の絶縁物が破壊する
という新たな問題が生じ、あまり大きな耐圧向上の効果
を得ることが出来ない。またフィールドプレート効果が
得られるように絶縁層を薄く形成するために、外部から
の汚染の影響（例えばパッケージ内の残留電荷の影響）
を受け易く、耐圧特性が不安定になるという欠点があっ
た。

この点を解決するために、第１図に示すようなフィール
ドプレート構造が提案されている。この第１図に示すフ
ィールドプレート構造のプレーナ十　＋ 型ＰＮＮダイオードを構成するシリコン半導体基板ｆｉ
＋は、高い不純物濃度（低抵抗）を有するＰ型（第１導
電型）の第１の半導体領域（２）と低い不純物濃度（高
抵抗）を有するＮ型（第２導電型）の第２の半導体領域
（３）とＮ型半導体領域（４）とから成る。第１の半導
体領域（２）は不純物拡散によって第２の半導体領域（
３）の中に島状に設ゆられ、基板（１）の表面となる部
分を除いて第２の半導体領域（３）に囲まれている。第
２の半導体領域（３）は基板（１）の表面となる環状表
面部分を有して第１の半導体領域（２）を囲んでいる。

Ｎ型半導体領域（４）は第２の半導体領域（３）よりも
低い抵抗率の部分である。（５）は第１の半導体領域（
２）の表面にＡＩ蒸着で設けられた第１の電極、（６）
はＮ型半導体領域（４）に設けられた第２の電極、（７
）は薄い部分（７ａ）と厚い部分（７ｂ）とを有する５
ｉＯｚ膜から成る絶縁層、（８）は絶縁層（力の上に設
けられたフィールドプレートである。

この第１図の装置では、ＰＮ接合（９）が表面に露出す
る部分の近傍は絶縁層（７）の薄い部分（７ａ）で覆わ
れ、ＰＮ接合（９）によって広がる空乏層部の先端部の
上は絶縁層（７）の厚い部分（７ｂ）で覆われている。

このため、空乏層（ｌＯ）の先端部の上の絶縁層（７）
が破壊しに（くなる。即ち、空乏層（１０１の先端部の
上には絶縁層（７）の厚い部分（７ｂ）が設けられてい
るので、絶縁層（７）の単位厚さ当りの電圧分担が小さ
くなり、破壊しにくくなる。なお、ＰＮ接合（９）が表
面に露出する部分には絶縁層（力の薄い部分（７ａ）が
あるので、フィールドプレート効果は今迄通りに得られ
る。

しかし、絶縁層（７）にエツチングで薄い部分（７ａ）
と厚い部分（７ｂ）とを設けることは困難である。また
、絶縁層（７）の厚い部分（７ｂ）は外部からの汚染の
影響を受けに（いが、薄い部分（７ａ）は依然として汚
染の影響を受け易い。

発明の目的 そこで、本発明の目的は、製造が容易であり且つ外部か
らの汚染の影響を受けにくいフィールドプレート構造の
半導体装置を提供することにある。

発明の構成 上記目的を達成するための本発明は、半導体基板の表面
となる部分を有する第１導電型の第１の半導体領域と、
前記第１導電型と反対の第２導電型を有し且つ前記第１
の半導体領域よりも低い不純物濃度を有し且つ前記半導
体基板の表面となる部分を有し且つ前記第１の半導体領
域の表面を除いて前記第１の半導体領域を囲むように設
けられている第２の半導体領域と、前記第１の半導体領
域と前記第２の半導体領域との間のＰＮ接合によって生
じる空乏層の前記半導体基板の表面に露出する部分を少
なくとも覆うように設けられ且つ積層構造に設けられた
複数の絶縁層と、前記第１の半導体領域上に設けられた
電極と、前記電極に接続され且つ前記ＰＮ接合の前記半
導体基板の表面に於ける露出部の上を越えて延びるよう
に前記複数の絶縁層の上に夫々設けられた複数のフィー
ルドプレートとを具備し、且つ上のフィールドプレート
の先端が下のフィールドプレートの先端よりも前記第１
の半導体領域から離れた位置にあるように前記複数のフ
ィールドプレートが夫々設けられ且つ前記複数のフィー
ルドプレートの夫々の先端の下部に別のフィールドグレ
ートが存在しないように前記複数のフィールドプレート
が夫々設けられ且つ前記複数の絶縁層と前記複数のフィ
ールドプレートとが交互に積層されていることを％徴と
する高耐圧半導体装置に係わるものである。

発明の作用効果 上記発明によれば次の作用効果が得られる。

（イ）複数の絶縁層による積層構造とされ、複数の絶縁
層の上にフィールドプレートが夫々設けられ、且つ複数
のフィールドプレートの先端位置が変えられているので
、絶縁層の厚さを変えたと等価な効果を得ることが出来
る。

（ロ）複数の絶縁層と複数のフィールドプレートとを所
定パターンに順次に設けるのみでよいため、高耐圧のフ
ィールドプレート構造を容易に得ることが出来る。

（ハ）複数の絶縁層の合計の厚さを、空乏層が広がる総
ての領域で大にすることが可能になり、且つＰＮ接合の
露出部近傍の上には複数のフィールドプレートが存在す
るので、外部からの汚染を阻止することが出来る。従っ
て、耐圧特性の安定な半導体装置を提供することが出来
る。

実施例 次に第２図〜第７図を参照して本発明の実施例に係わる
フィールドプレート構造のプレーナ型ダイオードについ
て述べる。

第２図〜第７図はフィールド構造のダイオードを製造工
程順に示すものである。このダイオードを製作する際に
は、まず、第２図に示す、第１及び第２の半導体領域（
２１（３１及びＮ型半導体領域（４）から成るシリコン
半導体基板（１）を用意し、この表面に開口（１１）を
有する５ｉＯｚから成る第１の絶縁層（１２１を設ける
。なお、基板（１）の中の各領域＋２１　（３１（４１
は、第１図と全く同様に形成された領域であり、絶縁層
α２は最終的に空乏層が広がる全領域を覆うように形成
されている。

次に第３図に示すように、Ａ１の蒸着とフォトエツチン
グにより第１層目の電極（１３ａ）と第１のフィールド
プレー）　（１３ｂ）とを形成する。この際、開口旧〕
を介して第１の半導体領域（２）に接続されるように電
極（１３ａ）を設け、この電極（１３ａ）に接続され且
つこれを環状に囲むように第１のフィールドプレート（
１３ｂ）を設ける。また、第１のフィールドグレー）　
（１３ｂ）はＰＮ接合（９）の表面露出部近傍を覆うよ
うに形成されている。

次に、第４図に示すように、耐熱性のある熱硬化性絶縁
樹脂であるポリイミド系樹脂を塗布し、フォトエツチン
グ及び熱処理することにより、第１のフィールドプレー
）　（１３ｂ）及び第１の絶縁層Ｏｚを覆うように第２
の絶縁層Ｑ４１を形成する。

次に第５図に示す如く、ＡＩ蒸着とフォトエツチングに
より、第１層目Ｎ極（１３ａ）と第２の絶縁層α４の一
部とを覆うように第２層目電極（１５ａ）と第２のフィ
ールドプレー）　（１５ｂ）とを形成する。なお第２の
フィールドプレート（１５ｂ）は電極（１５ａ）を環状
に囲むように形成され且つその先端が第１のフィールド
プレー）　（１３ｂ）の先端を越えて延びるように形成
されている。即ち、第２のフィールドプレート（１５ｂ
）の先端は第１のフィールドプレー）　（１３ｂ）の先
端よりも第１半導体領域（２）及びＰＮ接合（９）から
離れた位置にある。この結果、第２のフィールドプレー
ト（１５ｂ）の先端近傍の下部には第１のフィールドプ
レ〜）　（１３ｂ）を介さない状態で第１及び第２の絶
縁＃　（１２１ａ４Ｊがある。従って、第２のフィール
ドプレー）　（１５ｂ）の先端近傍は厚い絶縁層上のフ
ィールドプレートと等価な作用をなす。

次に第６図に示す如く、ポリイミド系樹脂の塗布、フォ
トエツチング及び熱処理により、第２のフィールドプレ
ート（１５ｂ）及び第２の絶縁層Ｑ４）を覆うように第
３の絶縁層Ｑ６１を形成する。

次に第７図に示す如く、ＡＩの蒸着とフォトエンチング
とＫより、第２層目電極（１５ａ）を覆うように第３層
目電極（１７ａ）を形成し同時に第３の絶縁層（１６）
の一部を覆うように第３のフィールドプレー）　（１７
ｂ）を形成する。なお、ＡＩから成る保護用金属層（１
７ｃ）を、第３の絶縁層αＧの端部な覆うと共に第２の
半導体領域（３）に接続されるように同時に形成する。

この保護用金属層（１７ｃ）は等電位リングとして耐圧
特性の向上に寄与する外に、外部からの汚染に対するシ
ールド効果を発揮する。第３のフィールドプレー）　（
１７ｂ）の先端は第２のフィールドプレー）　（１５ｂ
）の先端よりも外に延びている。このため、第３のフィ
ールドプレート（１７ｂ）の先端近傍の下には第１及び
第２のフィールドプレー）　（１３ｂ）（１５ｂ）が存
在せず、第１．第２及び第３の絶縁層（Ｌｚ　（１４１
（Ｉ６１が存在するのみであり、厚い絶縁層の上にフィ
ールドプレー）　（１７ｂ）を形成したと等価になる。

第７図に示す基板１１＋の裏面の電極（６）は、表面の
電極（１３ａ）（１５ａ）（１７ａ）を形成する前又は
後又は同時に形成する。

第７図に示す如く構成されたダイオードに逆電圧を印加
すれば、点線で示すように空乏層（１０１が広がるＰＮ
接合の表面露出部近傍の上部には薄い第１の絶縁層（１
２１を介して第１のフィールドプレート（１３ｂ）が設
けられているので、第２の半導体領域（３）の表面部分
にフィールドプレート効果で反転領域が生じ、これが第
１の半導体領域（２）のコーナ一部及び周縁部に於ける
耐圧向上に寄与する。３つのフィールドプレー）　（１
３ｂ）（１５ｂ）（１７ｂ）の先端位置は階段状に変化
しているので、フィールドプレート効果も階段状に変化
し、空乏層α０）もフィールドプレート効果に対応して
広がる。そして、空乏層０〔の先端即ち周縁部の上部に
は第１、第２及び第３の絶縁層ａｇ　＜１４１　（１６
１から成る厚い絶縁層を介して第３のフィールドプレー
ト（１７ｂ）のみが存在するため、高い逆電圧が印加さ
れても、第３のフィールドプレート（１７ｂ）の先端と
第２の半導体領域（３）との間の３つの絶縁層ｕ　（１
４）　ｕｅに於ける単位厚さ当りの電圧が小になり、絶
縁層ａａ　ａ４１１６！の破壊が防止される。即ち、第
７図の構造によって、第１図の絶縁層（７）と同等の効
果を得ることが出来る。

上述から明らかなように本実施例によれば次の作用効果
が得られる。

（ａｌ　第１、第２及び第３の絶縁層（１２）α４Ｊ　
（１６１及び第１、第２及び第３のフィールドプレー）
　（１３ｂＸ１５ｂ）（１７ｂ）を蒸着、塗布、フォト
エツチング、熱処理等の一般的な工程によって順次に形
成するのみで、目標とするフィールドプレート構造を得
ることが出来るので、第１図に比較して構造的には複雑
であっても、製造上の難しさは少なく目標とするフィー
ルドプレート構造を容易に得ることが出来る。

（ｂ）　空乏層ａ〔の先端部分のみならず、ＰＮ接合（
９）の露出部近傍の上にも第１、第２及び第３の絶縁層
αりαをαｅがあり、更にフィールドプレート（１３ｂ
）（１５ｂ）（１７ｂ）もあるので、これ等が外部から
の汚染に対してシールド効果を発揮し、耐圧特性の安定
化に寄与し、高信頼性の素子を提供することが出来る。

（Ｃ）　保護金属層（１７ｃ）を設けて絶縁層（１６１
の周縁を覆っているので、等電位リング効果のみならず
、外部からの汚染に対するシールド効果も得られる。

変形例 本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、例え
ば次のような変形が可能なものである。

（４）絶縁層ａａ　（１４１αＱ、及びフィールドプレ
ート（１３ｂ）（１５ｂ）（１７ｂ）を増減しても差支
えない。

（Ｂ）　保護金属層（ｔ’ｙｃ）を第２の半導体領域（
３）に接続しない構成とし、この金属層（１７ｃ）で汚
染に対するシールド効果のみを得るようにしてもよい。

（Ｑ　第２及び第３の絶縁層（１４Ｊ　（１６１を気相
成長による５ｉ０２膜としてもよい。

■　第１及び第２の絶縁層０２α滲の周縁にも、金属層
（１７ｃ）に相当するものを設けてもよい。

■　ダイオード以外のトランジスタ等の種々の半導体装
置にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフィールドプレート構造のダイオードを
示す断面図、第２図第３図、第４図、第５図、第６図及
び第７図は本発明の実施例に係わるフィールドプレート
構造のダイオードを工程順に夫々示す断面図である。 （１）・・・シリコン半導体基板、（２）・・・第１の
半導体領域、（３）・・・第２の半導体領域、（９）・
・・ＰＮ接合、α０）・・・空乏層、α２・・・第１の
絶縁層、（１３ａ）・・・第１層目の電極、（１３ｂ）
・・・第１のフィールドプレート、α滲・・・第２の絶
縁）ｆＪ、（１５ｇ）・・・第２層目の電極、（１５ｂ
）・・・第２のフィールドプレート、（１６１−・・第
３の絶縁層、（１７ａ）・・・第３層目の電極、（１７
ｂ）・・・第３のフィールドプレート、（１７ｃ）・・
・金属層。 代理人　高野副次 第１図 第２図 第４図 ＠５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１）半導体基板の表面となる部分を有する第１導電型
   の第１の半導体領域と、 前記第１導電型と反対の第２導電型を有し且つ前記第１
   の半導体領域よりも低い不純物濃度を有し且つ前記半導
   体基板の表面となる部分を有し且つ前記第１の半導体領
   域の表面を除いて前記第１の半導体領域を囲むよ５に設
   けられている第２の半導体領域と、 前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域との間の
   ＰＮ接合によって生じる空乏層の前記半導体基板の表面
   に露出する部分を少なくとも覆うように設ゆられ且つ積
   層構造に設けられた複数の絶縁層と、 前記第１の半導体領域上に設けられた電極と、前記電極
   に接続され且つ前記ＰＮ接合の前記半導体基板の表面に
   於ける露出部の上を越えて延びるように前記複数の絶縁
   層の上に夫々設ゆられた複数のフィールドプレートと、 を具備し、且つ上のフィールドプレートの先端が下のフ
   ィールドプレートの先端よりも前記第１の半導体領域か
   ら離れた位置にあるように前記複数のフィールドプレー
   トが夫々設けられ且つ前記複数のフィールドプレートの
   夫々の先端の下部に別のフィールドプレートが存在しな
   いように前記複数のフィールドプレートが夫々設けられ
   且つ前記複数の絶縁層と前記複数のフィールドプレート
   とが交互に積層されていることを特徴とする高耐圧半導
   体装置。 （２）前記複数の絶縁層は、５ｉ０２　膜から成る最下
   部の絶縁層と、ポリイミド系樹脂から成る上部の絶縁層
   とから成るものである特許請求の範囲第１項記載の半導
   体装置。