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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung, die ein Paar von durch
einen vergrabenen oder eingebetteten Oxidfilm miteinander verbundenen
Halbleitersubstraten aufweist.
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In
der Vergangenheit sind eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen
der Bauart mit dielektrischer Isolierung vorgeschlagen worden (siehe
z. B. eine erste Patentschrift
JP 2-739018 B2 (insbesondere die
52 bis
57).
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Wie
in den 52 und 53 in
der ersten Patentschrift gezeigt, ist ein Halbleitersubstrat einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung auf seiner oberen Oberfläche mit
einer dielektrischen Schicht und auf seiner unteren Oberfläche mit
einer rückseitigen
Oberflächenelektrode
versehen, wobei eine N–-dotierte Halbleiterschicht
auf einer oberen Oberfläche
der dielektrischen Schicht angeordnet ist.
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Zusätzlich dient
die dielektrische Schicht zum dielektrischen Isolieren des Halbleitersubstrats und
der N–-dotierten
Halbleiterschicht voneinander, und ein erster Isolierfilm grenzt
die N–-dotierte
Halbleiterschicht in einem vorbestimmten Bereich ab.
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Ein
N+-dotierter Halbleiterbereich mit einem relativ
geringen elektrischen Widerstandswert ist auf der oberen Oberfläche der
N–-dotierten
Halbleiterschicht in dem durch den ersten Isolierfilm abgegrenzten
vorbestimmten Bereich ausgebildet, und ein P+-dotierter
Halbleiterbereich ist derart ausgebildet, dass er den N+-dotierten
Halbleiterbereich umgibt. Darüber
hinaus sind eine Elektrodenkathode und eine Anodenelektrode mit
dem N+-dotierten Halbleiterbereich bzw.
dem P+-dotierten Halbleiterbereich verbunden,
und die Kathodenelektrode und die Anodenelektrode sind elektrisch
voneinander durch einen zweiten Isolierfilm isoliert.
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Ferner,
wenn, wie in 54 in der ersten Patentschrift
dargestellt, sowohl die Anodenelektrode als auch die rückseitige
Oberflächenelektrode
auf 0 V festgelegt sind, wobei eine an die Kathodenelektrode angelegte
positive Spannung allmählich
erhöht
wird, wird sich eine erste Verarmungsschicht ausbilden, die sich
von einem pn-Übergang
zwischen der N–-dotierten Halbleiterschicht
und dem P+-dotierten Halbleiterbereich erstreckt.
Da zu dieser Zeit die Spannung des Halbleitersubstrats fest auf
Massepotential ist und durch die dielektrische Schicht als eine
Feldplatte fungiert, bildet sich eine zweite Verarmungsschicht zusätzlich zu
der ersten Verarmungsschicht derart aus, dass sie sich von einer
Grenzfläche
zwischen der N–-dotierten Halbleiterschicht
und der dielektrischen Schicht in eine Richtung zu der oberen Oberfläche der
N–-dotierten
Halbleiterschicht erstreckt.
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Auf
diese Art und Weise kann sich die erste Verarmungsschicht aufgrund
der Ausdehnung der zweiten Verarmungsschicht leicht zu der Kathodenelektrode
erstrecken, wodurch ein elektrisches Feld an dem pn-Übergang
zwischen der N–-dotierten Halbleiterschicht
und dem P+-dotierten Halbleiterbereich verringert
ist. Dieser Effekt ist allgemein als RESURF (engl. Reduced SURface
Field)-Effekt bekannt.
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Ferner
sei, wie in 55 in der ersten Patentschrift
dargestellt, angenommen, dass bei der Verteilung der elektrischen
Feldstärke
in einem Querschnitt an einer Stelle genügend weit weg von dem P+-dotierten Halbleiterbereich die vertikale
Abmessung der zweiten Verarmungsschicht durch x wiedergegeben wird;
die Dicke der dielektrischen Schicht durch t0 wiedergegeben
wird; und die obere Oberfläche
der N–-dotierten
Halbleiterschicht dem Ursprung der Abszisse entspricht. In diesem
Fall wird ein voller Spannungsabfall V in dem obigen Querschnitt
durch die folgende Gleichung (1) wiedergegeben: V = q·N/(∊2·∊0)·(x2/2 + ∊2·t0·x/∊3) (1)
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Hierbei
ist in dem Ausdruck (1) N eine Störstellenkonzentration [cm–3]
der N+-dotierten Halbleiterschicht; ∊0 ist eine Dielektrizitätskonstante [C· V–1·cm–1]; ∊2 ist die Dielektrizitätskonstante der N–-dotierten
Halbleiterschicht; und ∊3 ist die
Dielektrizitätskonstante
der dielektrischen Schicht.
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Aus
obiger Gleichung (1) wird geschlossen, dass, wenn die Dicke t0 der dielektrischen Schicht zunimmt, während der
Betrag des vollen Spannungsabfalls V konstant gehalten wird, die
vertikale Abmessung x der zweiten Verarmungsschicht verringert wird.
Dies bedeutet, dass der RESURF-Effekt schwächer wird.
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Andererseits,
unter der Bedingung, dass aufgrund der Konzentration des elektrischen
Feldes an dem pn-Übergang
zwischen der N–-dotierten Halbleiterschicht
und dem P+-dotierten Halbleiterbereich sowie
der Konzentration des elektrischen Feldes an der Grenzfläche zwischen
der N–-dotierten
Halbleiterschicht und dem N+-dotierten Halbleiterbereich
kein Lawinendurchbruch auftritt, wird die dielektrische Stärke der
Halbleitervorrichtung schließlich
bestimmt durch den Lawinendurchbruch aufgrund der Konzentration
des elektrischen Feldes an der Grenzfläche zwischen der N–-dotierten
Halbleiterschicht und der dielektrischen Schicht an einer Stelle
gerade unterhalb des N+-dotierten Halbleiterbereichs.
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Um
die Halbleitervorrichtung derart aufzubauen, dass sie eine solche
Bedingung erfüllt,
muss der Abstand zwischen dem P+-dotierten Halbleiterbereich
und dem N+-dotierten Halbleiterbereich nur
sehr groß festgelegt
werden, so dass die Dicke d und die Störstellenkonzentration der N–-dotierten
Halbleiterschicht optimiert werden kann.
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Für die obige
Bedingung ist allgemein bekannt, dass die Konzentration des elektrischen
Feldes an der Grenzfläche
zwischen der N–-dotierten Halbleiterschicht
und der dielektrischen Schicht gerade die Lawinendurchbruchbedingung
erfüllt,
wenn Verarmung von der Grenzfläche
zwischen der N–-dotierten Halbleiterschicht
und der dielektrischen Schicht zu einer weiteren Oberfläche der
N–-dotierten Halbleiterschicht
stattfindet, wie in 56 in der ersten
Patentschrift dargestellt ist. In diesem Fall erreicht die Verarmungsschicht
den N+-dotierten Halbleiterbereich und verarmt
die gesamte N–-dotierte Halbleiterschicht.
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Eine
dielektrische Durchschlagfestigkeit V unter einer solchen Bedingung
wird durch die folgende Gleichung (2) wiedergegeben: V = Ecr·(d/2
+ ∊2·t0/∊3) (2)
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Dabei
ist in obiger Gleichung (2) Ecr eine kritische Feldstärke, die
Lawinendurchbruch bewirkt, und die Dicke des N+-dotierten Halbleiterbereichs
ist vernachlässigt.
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Wie
in 57 in der oben erwähnten ersten Patentschrift
dargestellt, erreicht eine elektrische Feldstärke an einer Grenze zwischen
der N–-dotierten
Halbleiterschicht und der dielektrischen Schicht (d. h. einer Stelle
in einem Abstand d von dem Ursprung zu der Elektrodenseite) in der
vertikalen Verteilung der elektrischen Feldstärke in einen Querschnitt genau
unter dem N+-dotierten Halbleiterbereich
die kritische elektrische Feldstärke
Ecr.
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In
dem Fall, in dem die dielektrische Durchschlagsfestigkeit V der
Halbleitervorrichtung mit der aus Silizium ausgebildeten N–-dotierten
Halbleiterschicht und der aus einem Siliziumoxidfilm ausgebildeten
dielektrischen Schicht berechnet wird, sind d = 4·10–4 und
t0 = 2·10–4 allgemeine
Werte für
den Abstand d bzw. die Dicke t0 angenommen.
Darüber
hinaus ist in diesem Fall die elektrische Feldstärke Ecr, obwohl sie von der
Dicke d der N–-dotierten
Halbleiterschicht beeinflusst ist durch etwa Ecr = 4·105 wiedergegeben. Wenn diese kritische elektrische
Feldstärke
Ecr (= 4·105), ∊2 (=
11,7) und ∊3 (= 3,9) in die obige
Gleichung (2) eingesetzt werden, wird die dielektrische Durchschlagsfestigkeit
V durch den folgenden Ausdruck (3) wiedergegeben: V = 320 V (3)
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Wenn
dementsprechend die Dicke d der N–-dotierten
Halbleiterschicht um 1 μm
zunimmt, wird ein Spannungsanstieg oder -zunahme ΔV, der durch die
folgende Gleichung (4) wiedergegeben wird, erreicht: ΔV
= Ecr·0,5·10–4 =
20 [V] (4)
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Zusätzlich,
wenn die Dicke t0 der dielektrischen Schicht
um 1 μm
zunimmt, wird der Spannungsanstieg oder die Spannungszunahme ΔV, der/die
durch die folgende Gleichung (5) wiedergegeben wird, erzielt: ΔV
= Ecr·11,7·10–4/3,9
= 120 [V] (5)
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Wie
aus den Ergebnissen der Berechnungen der obigen Gleichungen (4),
(5) klar wird, ist ein Anstieg oder eine Zunahme der dielektrischen
Durchschlagsfestigkeit größer, wenn
die dielektrische Schicht dick festgelegt ist, als wenn die N–-dotierte Halbleiterschicht
dick festgelegt ist, und daher ist ersichtlich, dass es effektiv
ist, die dielektrische Schicht dick festzulegen, um die dielektrische
Durchschlagsfestigkeit anzuheben oder zu steigern.
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Darüber hinaus
macht es das Festlegen der N–-dotierten Halbleiterschicht
als dick notwendig, eine Technik des Ätzens tiefer Gräben anzuwenden, um
so den ersten Isolierfilm zu bilden, was die Entwicklung einer neuen
Technologie erfordert und daher nicht wünschenswert ist.
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Wenn
auf der anderen Seite die Dicke t0 der dielektrischen
Schicht erhöht
wird, wird die Ausdehnung x der zweiten Verarmungsschicht gering,
wie oben festgestellt, was zu einer Verringerung des RESURF-Effekts
führt.
Das bedeutet, dass die Konzentration des elektrischen Feldes an
dem pn-Übergang zwischen
dem P+-dotierten Halbleiterbereich und der N–-dotierten
Halbleiterschicht zunimmt, wodurch die dielektrische Durchschlagsfestigkeit
beschränkt
wird durch die dementsprechend erhöhte Wahrscheinlichkeit des
Lawinendurchbruchs an diesem pn-Übergang.
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Somit
weist die bekannte Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer
Isolierung wie oben festgestellt das Problem auf, dass die dielektrische Durchschlagsfestigkeit
der Halbleitervorrichtung in Abhängigkeit
von der Dicke t0 der dielektrischen Schicht
und der Dicke d der N–-dotierten Halbleiterschicht
beschränkt
ist.
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US 5,343,067 A offenbart
eine Halbleitervorrichtung hoher Durchbruchsspannung mit einem Halbleitersubstrat,
einer Isolierschicht, die auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist,
einer Halbleiterschicht hohen Widerstands, die auf der Isolierschicht
gebildet ist, einem Trennbereich, der in der Halbleiterschicht hohen
Widerstands gebildet ist, einem Elementbereich, der in der Halbleiterschicht
hohen Widerstands gebildet ist und durch den Trennbereich lateral
abgetrennt ist, einem ersten Bereich niedrigen Widerstands eines
ersten Leitungstyps, der in einem zentralen Oberflächenabschnitt
des Elementbereichs gebildet ist, und einem zweiten Bereich niedrigen
Widerstands eines zweiten Leitungstyps, der in einem Randoberflächenabschnitt
des Elementbereichs gebildet ist. Die Menge der Dotierungen in dem
Elementbereich ist so eingestellt, dass ein Abschnitt des Elementbereichs
zwischen dem ersten Bereich niedrigen Widerstands und dem zweiten
Bereich niedrigen Widerstands vollständig verarmt ist, wenn eine Spannung
zwischen den ersten und zweiten Bereich niedrigen Widerstands angelegt
ist.
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Die
vorliegende Erfindung soll das oben beschriebene Problem lösen und
hat die Aufgabe, eine Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung
bereitzustellen, bei der ein hoher dielektrischer Widerstand erreicht
werden kann, während verhindert
wird, dass die dielektrische Durchschlagsfestigkeit der Halbleitervorrichtung
in Abhängigkeit von
der Dicke einer dielektrischen Schicht und der Dicke einer ersten
Halbleiterschicht beschränkt
ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach
Anspruch 1, 2 oder 3. Weiterentwicklungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der erste Bereich hoher Siliziumkonzentration, der
mit der ersten Elektrode verbunden ist, in der dielektrischen Schicht
an einer Stelle gerade unterhalb der ersten Elektrode ausgebildet,
so dass das elektrische Feldpotential zusammengedrückt oder
eingeschlossen werden kann in der dielektrischen Schicht unter dem
ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration ohne in den Bereich der
zweiten Halbleiterschicht einzudringen. Dementsprechend ist ein
Raten kontrollierender Faktor, dass eine elektrische Lawinendurchbruchfeldstärke nicht
erreicht werden soll in der zweiten Halbleiterschicht, während die
RESURF-Anforderung erfüllt
wird, wenn die Dicke der dielektrischen Schicht eliminiert ist,
und daher ist es möglich, ein
Design hoher Spannungsfestigkeit mit einem höheren Grad an Freiheit durchzuführen durch
Berücksichtigen
der Durchschlagsfestigkeit der dielektrischen Schicht wesentlich
mehr als die elektrische Lawinendurchbruchfeldstärke.
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Weitere
Merkmale und Zweckmäßigkeiten der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beigefügten Zeichnungen.
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Von
den Figuren zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 eine
schematische Darstellung des Betriebs der Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach der ersten Ausführungsform;
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3 eine
schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach einer zweiten Ausführungsform;
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4 eine
schematische Darstellung des Betriebs der Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach der zweiten Ausführungsform;
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5 eine
schematische Querschnittsansicht des Aufbaues einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach einer dritten Ausführungsform;
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6 eine
schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach einer vierten Ausführungsform;
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7 eine
schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach einer fünften Ausführungsform;
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8 eine
schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach einer sechsten Ausführungsform;
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9 eine
schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach einer siebten Ausführungsform;
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10 eine
schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach einer achten Ausführungsform;
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11 eine
schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach einer neunten Ausführungsform;
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12 eine
schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach einer zehnten Ausführungsform;
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13 eine
schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach einer elften Ausführungsform;
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14 eine
schematische Querschnittsansicht des Betriebs der Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach der elften Ausführungsform;
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15 eine
Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer
Isolierung nach einer zwölften
Ausführungsform;
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16 eine
Darstellung der Ortsbeziehung zwischen einer ersten und einer zweiten
Feldplatte und einem vergrabenen N+-Bereich in einer
Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach
der zwölften
Ausführungsform,
wie sie von einer Richtung orthogonal zu einer Grenzfläche zwischen Verbindungsoberflächen A gesehen
wird;
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17 eine
schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach einer dreizehnten
Ausführungsform;
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18 eine
schematisch Querschnittsansicht des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach einer vierzehnten
Ausführungsform;
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19 eine
Darstellung der Ortsbeziehung zwischen einer ersten und einer zweiten
Feldplatte und einem vergrabenen N+-Bereich in einer
Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach
einer fünfzehnten
Ausführungsform
wie sie von einer Richtung orthogonal zu einer Grenzfläche zwischen
Verbindungsoberflächen
A gesehen wird;
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20 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie XX-XX aus 19 und
gesehen von Zeilen darin; und
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21 eine
schematische Querschnittsansicht des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach einer sechzehnten
Ausführungsform.
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Erste Ausführungsform
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die schematisch den Aufbau einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach einer ersten Ausführungsform
zeigt.
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In 1 ist
ein vergrabener Oxidfilm 2 in der Form einer dielektrischen
Hauptschicht, die Oxidfilme 2a, 2b und einen porösen Oxidfilmbereich 2c umfasst,
auf einer oberen Oberfläche
eines Halbleitersubstrates 1 angeordnet, das aus einkristallinem
Silizium ausgebildet ist, und ist ein N–-Driftbereich 3 (eine
erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer geringen
Störstellenkonzentration) auf
einer oberen Oberfläche
der vergrabenen Oxidschicht 2 angeordnet. Diese vergrabene
Oxidschicht 2 wirkt als eine dielektrische Schicht, die
dem dielektrischen Trennen oder Isolieren des Halbleitersubstrates 1 und
des N–-Driftbereichs 3 voneinander
dient. Zusätzlich
ist eine Isolierschicht (eine Grabenisolierung 4) kreisförmig oder
ringförmig
derart ausgebildet, dass sie sich von einer Oberfläche des
N–-Driftbereichs 3 zu
der vergrabenen Oxidschicht 2 durch den N–-Driftbereich 3 erstreckt,
wodurch der N–-Driftbereich 3 seitlich
oder horizontal derart getrennt ist, da ein kreisförmiger oder
ringförmiger
Elementbereich definiert ist.
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In
dem somit durch die Grabenisolierung 4 definierten Elementbereich 4 ist
ein N+-Drainbereich 5 (eine zweite
Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps mit einer hohen
Störstellenkonzentration) mit
einem geringeren Widerstand als der N–-Driftbereich 3 auf
der oberen Oberfläche
des N–-Driftbereichs 3 ausgebildet
und ein P–-Sourcewannenbereich 6 (eine
dritte Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps) ist selektiv
in dem N–-Driftbereich 3 derart
ausgebildet, dass er den N+-Drainbereich 5 umgibt.
Eine Drainelektrode 7 in der Form einer ersten Elektrode
ist mit dem N+-Drainbereich 5 und
eine Sourceelektrode 8 in der Form einer zweiten Elektrode
ist mit dem P–-Sourcewannenbereich 6 verbunden.
Eine erste Feldplatte 9 ist kreisförmig oder ringförmig auf
dem N–-Driftbereich 3 an
einer Stelle benachbart zu der Drainelektrode 7 derart
ausgebildet, dass er ihn umgibt, und eine zweite Feldplatte 10 ist ringförmig auf
dem N–-Driftbereich 3 an
einer Stelle benachbart zu der Sourceelektrode 8 auf einer
inneren Seite davon ausgebildet. Ein N+-Sourcebereich 11 ist
selektiv auf einer oberen Oberfläche
des P–-Sourcewannenbereichs 6 ausgebildet
und zusammen mit dem P–-Sourcewannenbereich 6 mit
der Sourceelektrode 8 verbunden.
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Der
poröse
Oxidfilmbereich 2c ist in dem Halbleitersubstrat 1 an
einer Stelle gerade unterhalb des durch die Grabenisolierung 4 definierten
Bereichs derart ausgebildet, dass er mit einer unteren Oberfläche des
Oxidfilms 2a in Berührung
kommt. Zusätzlich
ist ein erster Bereich hoher Siliziumkonzentration 12,
der einen vergrabenen N+-Bereich umfasst,
in seiner plattenartigen Form in dem porösen Oxidfilmbereich 2c an
Stellen gerade unterhalb der Drainelektrode 7 und der ersten
Feldplatte ausgebildet, und ein zweiter Bereich hoher Siliziumkonzentration 13,
der einen vergrabenen N+-Bereich umfasst, ist
kreisförmig
oder ringförmig
in dem porösen
Oxidfilmbereich 2c in der gleichen Tiefe wie der des ersten
Bereichs hoher Siliziumkonzentration 12 an Stellen gerade
unterhalb der Sourceelektrode 8 und der zweiten Feldplatte 10 derart
ausgebildet, dass er den ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 umgibt.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen A die Verbindungsflächen der
Oxidfilme und Bezugszeichen B bezeichnet die Mittenlinie der Vorrichtung.
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Eine
Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung,
die allgemein mit einem Bezugszeichen 100 gekennzeichnet
und in dieser Art und Weise aufgebaut ist, nimmt einen SODI (engl.
Silicon On Double Insulator)-Aufbau an, bei dem eine Hochspannungsvorrichtung
(d. h. eine Vorrichtung mit hoher Spannungsfestigkeit) wie z. B.
ein HV-MOS (engl. High-Voltage
Metal Oxide Semiconductor) in dem N–-Driftbereich 3 auf
dem vergrabenen Oxidfilm 2 ausgebildet ist. Auch sind die
Drainelektrode 7 und der erste Bereich hoher Siliziumkonzentration
elektrisch miteinander verbunden, und sind die Sourceelektrode 8 und
der zweite Bereich hoher Siliziumkonzentration 13 elektrisch
miteinander verbunden. Hierbei sei bemerkt, dass diese Vorrichtung
mit hoher Spannungsfestigkeit, obwohl nicht dargestellt, eine Gateelektrode
besitzt, die auf der Oberfläche
des P–-Wannenbereichs 6 über einem
Gateoxid ausgebildet ist, und als ein MOSFET arbeitet.
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Die
Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung 100 wird
z. B. wie folgt hergestellt.
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Zuerst
wird ein N+-Bereich auf einem Bereich der
Hauptebenenoberfläche
eines P-dotierten Siliziumsubstrats gebildet, auf dem der Oxidfilm 2b vorgesehen
ist, und wird ein P–-Wannenbereich auf einem Bereich
gebildet, auf dem der poröse
Oxidfilmbereich 2c vorgesehen ist. Dabei wird die Diffusionstiefe
des N+-Bereichs tiefer als die Tiefe der
Bildung des P–-Wannenbereichs
gewählt
oder der N+-Bereich wird mit einem Schutzfilm
oder Überzug
wie z. B. einem Nitridfilm bedeckt, so dass verhindert wird, dass er
in einem Bildungsschritt oder -verfahren für poröses Silizium porös gemacht
wird. Ferner werden N-Störstellenbereiche,
die dem ersten und zweiten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 und 13 entsprechen,
in dem P–-Wannenbereich
gebildet. Dann wird das P-dotierte Silizium gebildet. Dann wird
das P-dotierte Silizumsubstrat in einer HF-Lösung eloxiert. Bei diesem Anodisierungsverfahren
dient die Bildung des P–-Wannenbereichs dem
Verringern des Widerstands eines Anodisierungsstrompfads, so dass
ein poröser
Siliziumbereich von gleichförmiger Schichtqualität und -dicke
erreicht werden kann. Da die Bereiche, die dem ersten und dem zweiten
Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 und 13 entsprechen,
mit N-Störstellen
gebildet werden, kommen oder weichen sie nicht von dem Anodisierungsstrompfad
ab.
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Anschließend wird
das P-dotierte Siliziumsubstrat, nachdem es eloxiert worden ist,
oxidiert zum Bilden des porösen
Oxidfilmbereichs 2c in dem porösen Siliziumbereich. Dann wird
der Oxidfilm 2b auf der Hauptebene des P-dotierten Siliziumsubstrats,
welches den porösen
Oxidfilmbereich 2c umgibt, ausgebildet, wodurch das Halbleitersubstrat 1 erhalten
wird.
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Danach
wird das Halbleitersubstrat 1 und das N-dotierte Siliziumsubstrat
mit dem auf dessen Hauptebene ausgebildeten Oxidfilm 2a zusammen mit
den in engem Kontakt zueinander angeordneten Oxidfilmen 2a und 2b verbunden
mittels einer thermischen Behandlung wie z. B. Pyrooxidation bei 1.200°C für drei Stunden.
Danach wird das N-dotierte Siliziumsubstrat poliert zum Bereitstellen
des N–-Driftbereichs 3 einer
vorbestimmten Dicke, die für den
Elementbereich notwendig ist.
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Danach
werden Gräben
in einem Elementisolierbereich des N–-Driftbereich 3 gebildet,
und ein Oxidfilm wird auf einer Seitenoberfläche des N–-Driftbereichs 3,
der somit getrennt oder isoliert wie eine Insel ist, gebildet, wonach
ein Isolierfilm in die Isoliergräben
gefüllt
wird zum Bereitstellen der Grabenisolierung 4. Dann werden
der P-Sourcewannenbereich 6, der N+-Drainbereich 5 und
der N+-Sourcebereich nacheinander durch
Diffusion in den N–-Driftbereich 3 gebildet.
Schließlich
werden die Drainelektrode 7 und die Sourceelektrode 8 gebildet,
und ferner werden die erste Feldplatte sowie die zweite Feldplatte 10 gebildet,
womit die Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung 100 bereitgestellt
wird.
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2 veranschaulicht
den Zustand, in dem an die so gebildete Halbleitervorrichtung der
Bauart mit dielektrischer Isolierung 100 eine Vorwärtsabschalt-
oder Blockierspannung angelegt ist. In 2 sind die
Drainelektrode 7, die erste Feldplatte 9 und der
erste Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 auf ein Vorwärtsabschalt-
oder Blockierpotential Vcc festgelegt, und das Halbleitersubstrat 1,
die Sourceelektrode 8, die zweite Feldplatte 10 und
der zweite Bereich hoher Siliziumkonzentration 13 sind
auf das Massepotential festgelegt. Als eine Folge ist ein elektrisches
Feldpotential 14a zwischen der ersten und der zweiten Feldplatte 9 und 10,
zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 und 13,
sowie zwischen dem Halbleitersubstrat 1 und dem ersten
Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 jeweils wie in 2 gezeigt,
gebildet.
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Hierbei
wird in dem Fall, in dem der erste Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 nicht
genau unterhalb der Drainelektrode 7 ausgebildet ist, das
elektrische Feldpotential 14a in den sich genau unterhalb des
N+-Drainbereichs 5 befindlichen
N–-Driftbereich 3 eindringen.
Diejenigen, die derart wirken, dass das elektrische Feld auf einem
vertikalen Abschnitt nahe der Drainelektrode 7 gehalten
wird, sind der N–-Driftbereich 3 und die
vergrabene Oxidschicht 2, und das Teilverhältnis zwischen
diesen ist bestimmt durch die Dielektrizitätskonstante. Als eine Folge
ist es, um die Spannungsfestigkeit oder den dielektrischen Widerstand
der Vorrichtung zu erhöhen,
notwendig gewesen, die Dicke der vergrabenen Oxidschicht 2 anzuheben,
während
in Betracht gezogen wird, dass die RESURF-Bedingung erfüllt ist
und gleichzeitig die elektrische Lawinendurchbruchfeldstärke in dem N–-Driftbereich 3 nicht
erreicht wird.
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Bei
dieser ersten Ausführungsform
ist der erste Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 derart angeordnet,
dass er sich genau unter der Drainelektrode 7 befindet,
und die Drainelektrode 7 und der erste Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 sind elektrisch
miteinander verbunden. Ferner ist der zweite Bereich hoher Siliziumkonzentration 13 derart angeordnet,
dass er sich genau unter der Sourceelektrode 8 befindet,
und die Sourceelektrode 8 und der zweite Bereich hoher
Siliziumkonzentration 13 sind elektrisch miteinander verbunden.
Mit einer solchen Anordnung kann das elektrische Feldpotential 14a zusammengedrückt oder
eingeschlossen werden innerhalb des porösen Oxidfilmbereichs 2c zwischen
dem Halbleitersubstrat 1 und dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12,
ohne in die Bereiche des N–-Driftbereichs 3 und
der vergrabenen Oxidschicht 2, die sich genau unter der
Drainelektrode 7 befinden, einzudringen. Dementsprechend
kann der Ratenkontrollfaktor vermieden werden, womit ermöglicht wird,
ein Design hoher Spannungsfestigkeit mit einem hohen Grad an Freiheit
auszuführen
durch Berücksichtigung
der Oxidfilmstärke
weit mehr als der elektrischen Lawinendurchbruchfeldstärke.
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Darüber hinaus
besteht die vergrabene Oxidschicht 2 in der Form des porösen Oxidfilmbereichs 2c aus
einem porösen
Siliziumoxidfilm, so dass die Dicke des Films von gleich oder mehr
als 10 μm
relativ leicht gebildet werden kann.
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Darüber hinaus
sind der erste und der zweite Bereiche hoher Siliziumkonzentration 12 und 13 aus dem
vergrabenen N+-Bereich gebildet, und daher entfernen
sich die Bereiche, die dem ersten und zweiten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 und 13 entsprechen,
oder weichen ab von dem Anodisierungsstrompfad in dem Bildungsschritt
oder -Verfahren für
das poröse
Silizium, so dass der erste und der zweite Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 und 13,
die aus den vergrabenen N+-Bereichen gebildet sind,
mit hoher Genauigkeit in einer einfachen und leichten Art und Weise
hergestellt werden können.
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Zweite Ausführungsform
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung der Bauart
mit dielektrischer Isolierung nach einer zweiten Ausführungsform
zeigt.
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In 3 ist
eine vergrabene Oxidschicht 2A, welche den Oxidfilm 2b und
den porösen
Oxidfilmbereich 2c umfasst, auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates 1 angeordnet,
und der N–-Driftbereich 3 ist
auf einer oberen Oberfläche
der vergrabenen Oxidschicht 2A angeordnet. Zusätzlich ist
der poröse
Oxidfilmbereich 2c derart ausgebildet, dass er Bereiche
genau unter der Drainelektrode 7 und der ersten Feldplatte 9 bedeckt,
während
er Bereiche gerade unter der Sourceelektrode 8 und der
zweiten Feldplatte 10 meidet. Ferner ist der erste Bereich
hoher Siliziumkonzentration 12 in dem porösen Oxidfilmbereich 2c in
Bereichen gerade unter der Drainelektrode 7 und der ersten
Feldplatte 9 in einer Art und Weise ausgebildet, dass er
an der Grenzfläche
der Verbindungsflächen
A freiliegt. Darüber
hinaus ist ein N–-Drainwannenbereich 15 in
dem N–-Driftbereich 3 derart
ausgebildet, dass er in unmittelbarem Kontakt mit dem ersten Bereich
hoher Silizumkonzentration 12 ist. Mit dieser Anordnung
sind die Drainelektrode 7 und die erste Feldplatte 9 durch
den N–-Drainwannenbereich 15 mit
dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 verbunden.
-
Hierbei
ist der weitere Aufbau der Ausführungsform
gleich demjenigen der oben erwähnten ersten
Ausführungsform.
-
4 veranschaulicht
den Zustand, in dem eine Vorwärts-,
Abschalt- oder Blockierspannung an die Halbleitervorrichtung der
Bauart mit dielektrischer Isolierung angelegt ist, die mit einem
Bezugszeichen 101 gekennzeichnet und in dieser Art und
Weise aufgebaut ist. In 4 sind die Drainelektrode 7 und
die erste Feldplatte 9 auf das Vorwärts-Abschalt- oder Vorwärts-Blockierpotential
Vcc festgelegt, und das Halbleitersubstrat 1, die Sourceelektrode 8 sowie
die zweite Feldplatte 10 sind auf das Massepotential festgelegt.
In diesem Zustand sind der N–-Drainwannenbereich 15 und
der erste Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 auf das
gleiche Potential festgelegt, wie das der Drainelektrode 7.
Als eine Folge wird das elektrische Feldpotential 14a zwischen
der ersten und der zweiten Feldplatte 9 und 10,
zwischen einer äußeren Randoberfläche des
porösen
Oxidfilmbereichs 2c und dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12,
sowie zwischen dem Halbleitersubstrat 1 und dem ersten
Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 jeweils wie in 4 gezeigt,
gebildet. In anderen Worten ist das elektrische Feldpotential 14b zusammengedrückt oder
eingeschlossen in den porösen
Oxidfilmbereich 2c in einem Bereich genau unter der Drainelektrode 7.
-
Dementsprechend
ist es auch bei dieser zweiten Ausführungsform möglich, ein
Design hoher Spannungsfestigkeit mit einem hohen Grad an Freiheit
auszuführen
durch Berücksichtigung
der Oxidfilmstärke
weit mehr als der elektrischen Lawinendurchbruchfeldstärke wie
bei der oben erwähnten ersten
Ausführungsform.
-
Zusätzlich kann
bei dieser zweiten Ausführungsform,
da der poröse
Oxidfilmbereich 2c in einem benötigten Minimalbereich derart
angeordnet ist, dass Bereiche gerade unter der Sourceelektrode 8 und
der zweiten Feldplatte 10 vermieden werden, die Wärmeabfuhr
auf der Sourceseite verbessert werden ohne Verschlechterung der
Spannungsfestigkeit oder Durchschlagfestigkeitseigenschaften.
-
Dritte Ausführungsform
-
5 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung der Bauart
mit dielektrischer Isolierung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
-
In 5 ist
die vergrabene Oxidschicht 2, die die Oxidfilme 2a, 2b und
den porösen
Oxidfilmbereich 2c umfasst, auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates 1 angeordnet,
und der N–-Driftbereich 3 ist
auf der oberen Oberfläche
der vergrabenen Oxidschicht 2 angeordnet. Zusätzlich ist
der poröse
Oxidfilmbereich 2c derart angeordnet, dass er Bereiche
gerade unter der Drainelektrode 7 und der ersten Feldplatte 9 bedeckt
und in Kontakt mit dem Oxidfilm 2a ist, während er
Bereiche gerade unter der Sourceelektrode 8 und der zweiten
Feldplatte 10 vermeidet. Ferner ist der erste Bereich hoher
Siliziumkonzentration 12 in dem porösen Oxidfilmbereich 2c derart
in Bereichen gerade unter der Drainelektrode 7 und der
ersten Feldplatte 9 ausgebildet, dass er mit dem Oxidfilm 2a in
Kontakt ist. Darüber
hinaus ist der N–-Drainwannenbereich 15 in
dem N–-Driftbereich 3 derart
ausgebildet, dass er in Kontakt mit der oberen Oberfläche des
Oxidfilms 2a ist, und ein vergrabener N+-Drainbereich 16 (eine
zweite Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps) ist in dem N–-Drainwannenbereich 15 derart
ausgebildet, dass er in Kontakt mit dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 ist.
Mit dieser Anordnung sind die Drainelektrode 7 und die
erste Feldplatte 9 elektrisch mit dem ersten Bereich hoher
Siliziumkonzentration 12 durch den vergrabenen N+-Drainbereich 16 verbunden.
-
Hierbei
ist der weitere Aufbau dieser Ausführungsform gleich dem der oben
erwähnten
ersten Ausführungsform.
-
Im
folgenden wird ein Herstellungsverfahren für den vergrabenen N+-Drainbereich 16 beschrieben werden.
-
Zuerst
wird, ähnlich
wie bei der oben erwähnten
ersten Ausführungsform,
nachdem das N-dotierte Siliziumsubstrat und das Halbleitersubstrat 1 miteinander
verbunden sind und das N-dotierte Siliziumsubstrat derart poliert
ist, dass es eine vorbestimmte Dicke aufweist, der N–-Drainwannenbereich 15 in
dem N–-Driftbereich 3 gebildet.
Anschließend wird
ein Öffnungsmuster
auf der oberen Oberfläche des
N–-Drainwannenbereichs 15 mittels
einer Lichtdrucktechnik gebildet, und der N–-Drainwannenbereich 15 wird
dann mittels einer anisotropen Siliziumätztechnik derart geätzt, dass
der Oxidfilm 2a von dem Öffnungsmuster freigelegt wird.
Danach wird der Oxidfilm 2a derart entfernt, dass der erste
Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 entfernt wird durch Anwendung
einer anisotropen Oxidfilmätztechnik, und
in diesem Zustand wird N+-Polysilizium auf
den ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 abgeschieden,
und die Oberfläche
der abgeschiedenen N+-Polysiliziumschicht
wird abgeflacht, wodurch der vergrabene N+-Bereich 16 bereitgestellt
wird.
-
Wenn
bei der in dieser Art und Weise aufgebauten Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung 102 die Drainelektrode 7 und
die erste Feldplatte 9 auf das Vorwärtsabschalt- oder Vorwärtsblockierpotential
Vcc festgelegt werden, wird der erste Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 auf das
gleiche Potential wie das der Drainelektrode 7 festgelegt,
wodurch das elektrische Feldpotential in den porösen Oxidfilmbereich 2c in
einem Bereich gerade unter der Drainelektrode 7 zusammengedrückt oder
eingeschlossen wird.
-
Dementsprechend
ist es auch bei dieser dritten Ausführungsform möglich, ein
Design hoher Spannungsfestigkeit mit einem höheren Grad an Freiheit durchzuführen durch
Berücksichtigung
der Oxidfilmstärke
weit mehr als der elektrischen Lawinendurchbruchfeldstärke wie
bei der oben erwähnten ersten
Ausführungsform.
-
Zusätzlich ist
bei dieser dritten Ausführungsform
der vergrabene N+-Drainbereich 16 derart
angeordnet, dass er eine Verbindung herstellt zwischen der Drainelektrode 7 und
dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12, so dass
die elektrische Verbindung zwischen der Drainelektrode 7 und
dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 in einer zuverlässigen Art
und Weise erzeugt werden kann.
-
Da
darüber
hinaus die Verbindungsflächen
A aus den Oxidfilmen sind, ist die Grenzflächenzustandsdichte an der Grenzflächenoberfläche der Substratseite
in einem unteren Abschnitt der Hochspannungsvorrichtung verringert,
womit ermöglicht wird,
einen Hochtemperaturleckstrom zu unterdrücken.
-
Da
weiter der poröse
Oxidfilmbereich 2c in einem benötigten Minimalbereich derart
angeordnet ist, dass er Bereiche gerade unter der Sourceelektrode 8 und
der zweiten Feldplatte 10 vermeidet, ist es möglich, die
Wärmeableitung
an der Sourceseite zu verbessern, ohne die Spannungsfestigkeit oder
die Durchschlagsfestigkeiteigenschaften zu verschlechtern.
-
Vierte Ausführungsform
-
6 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung der Bauart
mit dielektrischer Isolierung nach einer vierten Ausführungsform
darstellt.
-
Bei
der allgemein mit einem Bezugszeichen 103 gekennzeichneten
Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach
dieser vierten Ausführungsform
ist eine Hochspannungsvorrichtung in der Form eines Anodenkurztyp-IGBT
(Bipolartransistor mit isoliertem Gate) in dem N–-Driftbereich 3 ausgebildet,
wie in 6 gezeigt ist, und ein anodenseitiger Aufbau ist
wie folgt aufgebaut. Die erste Feldplatte 9, ein P+-Anodenbereich 17 (ein Drainbereich
des zweiten Leitfähigkeitstyps)
und ein vergrabener N+-Anodenbereich 18 (eine
zweite Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und ein N+-Kurzanodenbereich)
sind derart ausgebildet, dass sie mit einer Anodenelektrode 7a in
Kontakt sind, und der vergrabene N+-Anodenbereich 18 ist
elektrisch mit einem N–-Anodenwannenbereich 19 und
dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 verbunden.
Ferner ist der erste Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 in
dem porösen
Oxidfilmbereich 2c in Bereichen genau unter der Drainelektrode 7 und der
ersten Feldplatte 9 vergraben, und die Verbindungsflächen A,
die eine Grenzfläche
bilden, sind durch den Oxidfilm 2a und dem porösen Oxidfilmbereich 2c,
welcher auf dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 ausgebildet
ist, gebildet. Zusätzlich
ist eine kathodenseitige Anordnung derart aufgebaut, dass die zweite
Feldplatte 10, der P–-Wannenbereich 6 (eine
dritte Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps) und der N+-Sourcebereich 11 (ein
Sourcebereich des ersten Leitfähigkeitstyps)
so ausgebildet sind, dass sie in Kontakt mit der Kathodenelektrode 8a sind.
-
Hierbei
ist der weitere Aufbau dieser Ausführungsform gleich dem der oben
erwähnten
ersten Ausführungsform.
-
Auch
bei dieser vierten Ausführungsform
ist der erste Bereich hoher Siliziumkonzentration 12, wenn
die Anodenelektrode 7a und die erste Feldplatte 9 auf
das Vorwärtsabschalt-
oder Vorwärtsblockierpotential
Vcc festgelegt sind, auf das gleiche Potential festgelegt wie das
der Anodenelektrode 7a, wodurch das Potential des elektrischen
Feldes in dem porösen
Oxidfilmbereich 2c in einem Bereich genau unterhalb der
Drainelektrode 7 zusammengedrückt oder eingesperrt ist.
-
Dementsprechend
ist es auch bei der vierten Ausführungsform
möglich,
ein Design hoher Spannungsfestigkeit mit einem höheren Grad an Freiheit durchzuführen durch
Berücksichtigung
der Oxidfilmstärke
weit mehr als der elektrischen Lawinendurchbruchfeldstärke wie
bei der oben erwähnten
ersten Ausführungsform.
-
Da
darüber
hinaus bei dem Kurzanodentyp-IGBT die Ausdehnung einer Verarmungsschicht in
Richtung des N–-Anodenwannenbereichs 19 durch die
Endabschnitte des ersten Bereichs hoher Siliziumkonzentration 12 und
der ersten Feldplatte 9 blockiert ist, kann eine hohe Durchschlagfestigkeit
oder hohe Spannungsfestigkeit erreicht werden ohne Verarmung des
N–-Anodenwannenbereichs 19.
D. h., es wird möglich,
die Injektionseffizienz der Löcher
als einen Designparameter unabhängig
von der Spannungsfestigkeit oder der Durchschlagfestigkeit zu kontrollieren.
-
Ferner
sind die Verbindungsflächen
A, welche die Grenzfläche
bilden, gestaltet durch den Oxidfilm 2a und den auf dem
ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 ausgebildeten
porösen
Oxidfilmbereich 2c. Dementsprechend können der Oxidfilm 2b und
der poröse
Oxidfilmbereich 2c, die den ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 umgeben, gebildet
werden durch Oxidieren der gesamten Oberfläche eines Wafers (Halbleitersubstrat 1)
in dem gleichen Schritt oder Verfahren, so dass die Ebenheit der
Oberfläche
des Halbleitersubstrates 1 (d. h. die Oberflächen des
Oxidfilms 2b und des porösen Oxidfilmbereich 2c)
verbessert werden können,
womit ermöglicht
wird, Verbindungsfehler zu reduzieren und auch die Verbindungsstärke zu verbessern.
-
Fünfte
Ausführungsform
-
7 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung der Bauart
mit dielektrischer Isolierung nach einer fünften Ausführungsform darstellt.
-
Bei
der allgemein mit einem Bezugszeichen 104 gekennzeichneten
Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung gemäß dieser fünften Ausführungsform
ist eine Hochspannungsvorrichtung in der Gestalt eines Nichtdurchgriffstyp-IGBTs
in dem N–-Driftbereich 3,
wie in 7 dargestellt, ausgebildet, und eine anodenseitige
Anordnung ist derart aufgebaut, dass die erste Feldplatte 9,
der N+-Drainbereich 5 (eine zweite
Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps) und der vergrabene
P+-Anodenbereich 20 (der Drainbereich
des zweiten Leitfähigkeitstyps)
derart ausgebildet sind, dass sie in Kontakt mit der Anodenelektrode 7a sind, und
dass der vergrabene P+-Anodenbereich 20 elektrisch
mit dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 verbunden
ist.
-
Hierbei
ist der weitere Aufbau gleich dem der oben erwähnten vierten Ausführungsform.
-
Auch
bei dieser Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung 104 ist,
wenn die Anodenelektrode 7a und die erste Feldplatte 9 auf das
Vorwärtsabschalt-
oder Vorwärtsblockierpotential
Vcc festgelegt sind, der erste Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 auf
das gleiche Potential festgelegt wie das der Anodenelektrode 7a,
wodurch das Potential des elektrischen Feldes in dem porösen Oxidfilmbereich 2c in
einem Bereich genau unterhalb der Drainelektrode 7 zusammengedrückt oder
eingeschlossen ist.
-
Dementsprechend
ist es auch bei der fünften Ausführungsform
möglich,
ein Design hoher Spannungsfestigkeit mit einem hohen Grad an Freiheit auszuführen durch
Berücksichtigung
der Oxidfilmstärke
weit mehr als der elektrischen Lawinendurchbruchfeldstärke wie
bei der oben erwähnten
vierten Ausführungsform.
-
Da
darüber
hinaus bei dem Nichtdurchgriffstyp-IGBT die Ausdehnung einer Verarmungsschicht
in Richtung des N+-Drainbereichs 5 blockiert ist
durch die Endabschnitte des ersten Bereichs hoher Siliziumkonzentration 12 und
der ersten Feldplatte 9, kann eine hohe Durchschlagsfestigkeit
oder hohe Spannungsfestigkeit erzielt werden, während verhindert wird, dass
die Verarmungsschicht den N+-Drainbereich 5 erreicht,
wodurch ein Durchgriff bewirkt würde.
D. h. bei dem Nichtdurchgriffstyp-IGBT kann der Raten kontrollierende
Faktor einschließlich
der N–-Konzentration
und der zum Sicherstellen einer ausreichenden Durchschlagsfestigkeit
notwendigen Driftlänge
vermieden werden, womit ermöglicht wird,
die Injektionseffizienz der Löcher
als einen vollkommen unabhängigen
Entwurfsparameter zu verbessern.
-
Sechste Ausführungsform
-
8 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung der Bauart
mit dielektrischer Isolierung nach einer sechsten Ausführungsform
darstellt.
-
Bei
der allgemein mit einem Bezugszeichen 105 gekennzeichneten
Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung gemäß dieser sechsten
Ausführungsform
ist eine Hochdruckvorrichtung in der Gestalt eines MOS in dem N–-Driftbereich 3,
wie in 8 dargestellt, ausgebildet, und eine drainseitige
Anordnung ist wie folgt aufgebaut. Die erste Feldplatte 9 ist
derart ausgebildet, dass sie in Kontakt mit der Drainelektrode 7 ist,
und ein vergrabener N+-Drainbereich 21 (eine
zweite Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps) ist in dem N–-Drainwannenbereich 15 derart
ausgebildet, dass er mit der Drainelektrode 7 in Kontakt
ist und sich durch den Oxidfilm 2a und den porösen Oxidfilmbereich 2c so
erstreckt, dass er mit dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 elektrisch
verbunden ist. Ferner ist eine sourceseitige Anordnung wie folgt aufgebaut.
Die zweite Feldplatte 10, der N+-Sourcebereich 11 und
der P–-Sourcewannenbereich 6 sind derart
ausgebildet, dass sie in Kontakt mit der Sourceelektrode 8 sind,
und ein vergrabener N+-Sourcebereich 22 (ein
sourceelektrodenseitiger N+-Verbindungsbereich)
ist in dem P–-Sourcewannenbereich 6 derart
ausgebildet, dass er in Kontakt mit der Sourceelektrode 8 ist
und sich derart durch den Oxidfilm 2a und dem porösen Oxidfilmbereich 2c erstreckt,
dass er elektrisch mit dem zweiten Bereich hoher Siliziumkonzentration 13 verbunden
ist.
-
Hierbei
ist der weitere Aufbau dieser Ausführungsform gleich dem der oben
erwähnten
ersten Ausführungsform.
-
Auch
bei der Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung 105 ist
der erste Bereich hoher Siliziumkonzentration, wenn die Drainelektrode 7 und
die erste Feldplatte 9 auf das Vorwärtsabschalt- oder Vorwärtsblockierpotential
Vcc festgelegt sind, auf das gleiche Potential festgelegt wie das
der Drainelektrode 7. Wenn das Halbleitersubstrat 1,
die Sourceelektrode 8 und die zweite Feldplatte 10 auf
das Massepotential festgelegt sind, ist auch der zweite Bereich
hoher Siliziumkonzentration auf das gleiche Potential festgelegt
wie das der Sourceelektrode 8, wodurch das Potential des
elektrischen Feldes in dem porösen
Oxidfilmbereich 2c in einem Bereich gerade unterhalb der
Drainelektrode zusammengedrückt
oder eingeschlossen ist.
-
Dementsprechend
ist es auch bei der sechsten Ausführungsform möglich, ein
Design höherer Spannungsfestigkeit
mit einem größeren Grad
an Freiheit auszuführen
durch Berücksichtigung
der Oxidfilmstärke
in größerem Maße als die
elektrische Lawinendurchbruchfeldstärke wie bei der oben erwähnten ersten
Ausführungsform.
-
Siebte Ausführungsform
-
9 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung der Bauart
mit dielektrischer Isolierung nach einer siebten Ausführungsform
darstellt.
-
In 9 weist
die allgemein mit einem Bezugszeichen 106 gekennzeichnete
Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung eine Hochdruckvorrichtung
in der Gestalt eines in dem N–-Driftbereich 3 ausgebildeten
MOS auf. Ein vergrabener N+-Verbindungssourcebereich 22,
der von dem P–-Sourcewannenbereich 6 durch
eine Mehrzahl von Gräben
umfassende erste Grabenisolierung 4a elektrisch getrennt
oder isoliert ist, ist in dem N–-Driftbereich 3 ausgebildet
und erstreckt sich durch den Oxidfilm 2a und den porösen Oxidfilmbereich 2c derart,
dass er elektrisch mit dem zweiten Bereich hoher Siliziumkonzentration 13 verbunden
ist. Ferner ist eine Sourceelektrode 23 (eine dritte Elektrode)
auf der oberen Oberfläche
des N–-Driftbereichs 3 derart ausgebildet,
dass er in Kontakt mit dem vergrabenen N+-Sourcebereich 22 ist.
Zusätzlich
ist eine zweite Grabenisolierung 4b, die eine Mehrzahl
von Gräben umfasst,
kreis- oder ringförmig
an einem äußeren Seitenrand
des vergrabenen N+-Sourcebereichs 22 zum
Abtrennen der gesamten Vorrichtung ausgebildet.
-
Hierbei
ist der weitere Aufbau dieser Ausführungsform gleich dem der oben
erwähnten
sechsten Ausführungsform.
-
Auch
bei dieser Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung 106 ist
der erste Bereich hoher Siliziumkonzentration 12, wenn
die Drainelektrode 7 und die erste Feldplatte 9 auf
das Vorwärtsabschalt-
oder Vorwärtsblockierpotential Vcc
festgelegt sind, auf das gleiche Potential festgelegt wie das der
Drainelektrode 7, wodurch das Potential des elektrischen
Feldes in dem porösen
Oxidfilmbereich 2c in einem Bereich gerade unterhalb der Drainelektrode 7 zusammengedrückt oder
eingeschlossen ist.
-
Dementsprechend
ist es auch bei dieser siebten Ausführungsform möglich, ein
Design hoher Spannungsfestigkeit mit einem hohen Grad an Freiheit
auszuführen
durch Berücksichtigung
der Oxidfilmstärke
weit mehr als der elektrischen Lawinendurchbruchfeldstärke wie
bei der oben erwähnten sechsten
Ausführungsform.
-
Zusätzlich sind
gemäß dieser
siebten Ausführungsform
die beiden Sourceelektroden 8, 23 voneinander
durch die erste Grabenisolierung 4a getrennt oder isoliert,
so dass es möglich
ist, eine hohe Spannungsfestigkeit oder Durchschlagsfestigkeitseigenschaft
sicherzustellen, wobei die Sourceelektrode 8 mit einer
schwebenden Spannungsversorgung verbunden ist und die Sourceelektrode 23 auf
das Massepotential festgelegt ist. Darüber hinaus kann die Durchschlagsfestigkeit
zwischen den Sourceelektroden 8, 23 allein durch
die Anzahl der Gräben und
die Dicke eines auf jeder Grabenseitenwand gebildeten Oxidfilms
festgelegt werden ohne der Notwendigkeit des Aufrechterhaltens eines
empfindlichen Gleichgewichts zwischen dem Abstand und der Tiefe
einer Diffusionsinsel, wie es bei herkömmlichen Halbleitervorrichtungen
der Bauart mit dielektrischer Isolierung benötigt wird.
-
Achte Ausführungsform
-
10 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung der Bauart
mit dielektrischer Isolierung nach einer achten Ausführungsform
darstellt.
-
Wie
in 10 gezeigt, liegt diese allgemein mit einem Bezugszeichen 107 gekennzeichnete Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung die Durchmesserbreite W1
des porösen Oxidfilmbereichs 2c,
der ein Pfad für
das Potential des elektrischen Feldes ist, auf einer äußeren Randseite
des ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 (d. h.
die Breite des porösen
Oxidfilmbereichs 2c in der horizontalen Richtung des ersten
Bereichs hoher Siliziumkonzentration 12) und die Tiefe
T1 des porösen
Oxidfilmbereichs 2c auf einer Seite des ersten Bereichs
hoher Siliziumkonzentration 12 gegenüber dem N–-Driftbereich
(d. h. die Breite oder Länge des
porösen
Oxidfilmbereichs 2c in der vertikalen Richtung des ersten
Bereichs hoher Siliziumkonzentration 12) fest durch Berücksichtigung
der dielektrischen Durchschlagsfestigkeit des Oxidfilms. In anderen
Worten sind die Breite W1 und die Tiefe T1 des porösen Oxidfilmbereichs 2c derart
festgelegt, dass sie die folgenden Gleichungen erfüllen: W1 [μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V],
und
T1 [μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V], wobei
BV die Durchschlagsfestigkeit (Einheit Volt) der Insel hoher Durchbruchsspannung
ist, die zum Verwenden der Halbleitervorrichtung benötigt wird.
-
Hierbei
ist der weitere Aufbau dieser Ausführungsform der gleiche wie
der oben erwähnten
dritten Ausführungsform.
-
Bei
dieser achten Ausführungsform
werden zusätzlich
zu den schon oben bei der dritten Ausführungsform erwähnten die
folgenden vorteilhaften Effekte erzielt. Da die Breite W1 und die
Tiefe T1 des porösen
Oxidfilmbereichs 2c derart festgelegt sind, dass sie Gleichungen W1 [μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V]
und
T1 [μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V] erfüllen, kann
der poröse
Oxidfilmbereich 2c eine zufriedenstellende dielektrische
Durchschlagsfestigkeit mit einem ausreichenden Spielraum für eine elektrische
Feldstärke
von 1 MV/cm haben, obwohl die dielektrische Durchschlagsfestigkeit
des porösen
Oxidfilmbereichs 2c sich in Abhängigkeit von den Eigenschaften
wie z. B. der Porosität,
der Porengröße etc. des
porösen
Siliziums, das den porösen
Oxidfilmbereich 2c bildet, ändert. Weiter kann der Vorsprung des
porösen
Oxidfilmbereichs 2c zu der Sourceseite unterdrückt werden
auf ein notwendiges Minimum, so dass eine hohe Spannungsfestigkeit
oder dielektrische Durchschlagseigenschaft sichergestellt werden
kann, und der Oxidfilm 2b mit einem geringeren thermischen
Widerstand in einem ausreichenden und genügenden Raum angeordnet werden
kann, womit ermöglicht
wird, die Wärmeableitung
auf der Sourceseite zu verbessern.
-
Neunte Ausführungsform
-
11 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung der Bauart
mit dielektrischer Isolierung nach einer neunten Ausführungsform
darstellt.
-
Wie
in 11 dargestellt, sind bei dieser allgemein mit
einem Bezugszeichen 108 gekennzeichnete Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung die Breite W1 und die Tiefe
T1 des porösen
Oxidfilmbereichs 2c derart festgelegt, dass die die folgenden
Gleichungen erfüllen: W1 [μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V],
und
T1 [μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V] erfüllen, und
ein Bereich des porösen
Oxidfilmbereichs 2c, der ein Pfad für das Potential des elektrischen
Feldes ist und auf der äußeren Randseite
des ersten Bereichs hoher Siliziumkonzentration 12 liegt, befindet
sich oder ist enthalten innerhalb eines Bereichs WS, der zwischen
der ersten und der zweiten Feldplatte 9 und 10 hinsichtlich
der Richtung orthogonal zu der Grenzfläche der Verbindungsflächen A definiert
ist.
-
Hierbei
ist der weitere Aufbau dieser Ausführungsform gleich dem der oben
erwähnten
achten Ausführungsform.
-
Gemäß der neunten
Ausführungsform
werden zusätzlich
zu den oben bei der achten Ausführungsform
erwähnten
die folgenden vorteilhaften Effekte erzielt. Da der Bereich des
porösen
Oxidfilmbereichs 2c, der der Pfad für das Potential des elektrischen
Feldes ist, das an dem äußeren Seitenrand des
ersten Bereichs hoher Silizumkonzentration 12 innerhalb
des Bereich WS zwischen der ersten und der zweiten Feldplatte 9 und 10 in
der Richtung orthogonal zu der Grenzfläche der Verbindungsflächen A liegt,
wird das Potential des elektrischen Feldes, welches den Bereich
(d. h. den Bereich W1) des porösen Oxidfilmbereichs 2c an
dem äußeren Seitenrand
des ersten Bereichs hoher Siliziumkonzentration kreuzt, in einer
Form gehalten, die sich sowohl zur Sourceseite als auch zur Drainseite
hin erstreckt. Als eine Folge kann der Lawinendurchbruch aufgrund
der Konzentration des elektrischen Feldes in der Nähe der ersten
und der zweiten Feldplatte unterdrückt werden, womit ermöglicht wird,
die hohe Spannungsfestigkeit oder die elektrische Widerstandseigenschaft
stabil zu halten.
-
Zehnte Ausführungsform
-
12 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung der Bauart
mit dielektrischer Isolierung nach einer zehnten Ausführungsform
darstellt.
-
Wie
in 12 gezeigt, liegt diese allgemein mit dem Bezugszeichen 109 bezeichnete
Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung das
Durchmessermaß W2
des porösen
Oxidfilmbereichs 2c, der ein Pfad des Potentials des elektrischen
Feldes ist, welcher zwischen dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 und
dem zweiten Bereich hoher Siliziumkonzentration 13 definiert ist,
sowie die Tiefe T2 des porösen
Oxidfilmbereichs 2c auf einer Seite des ersten und zweiten Bereichs hoher
Siliziumkonzentration 12 und 13 gegenüber dem
N–-Driftbereich
(d. h. die Breite oder Länge
des porösen
Oxidfilmbereichs 2c in der vertikalen Richtung des ersten
und zweiten Bereichs hoher Siliziumkonzentration 12 und 13)
durch Berücksichtigung
der Durchschlagsfestigkeit des Oxidfilms fest. In anderen Worten
sind die Breite W2 und die Tiefe T2 des porösen Oxidfilmbereichs 2c derart
festgelegt, dass sie die folgenden Gleichungen erfüllen: W2 [μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V]
und
T2 [μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V].
-
Zusätzlich befindet
sich ein Bereich des porösen
Oxidfilmbereichs 2c, der ein Pfad des Potentials des elektrischen
Feldes ist, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich hoher
Siliziumkonzentration 12 und 13 liegt, oder ist
enthalten in einem Bereich WS, der zwischen der ersten und zweiten Feldplatte 9, 10 in
der Richtung orthogonal zu der Grenzfläche der Verbindungsflächen A definiert
ist.
-
Hierbei
ist der weitere Aufbau dieser Ausführungsform der gleiche wie
der der oben erwähnten sechsten
Ausführungsform.
-
Gemäß dieser
zehnten Ausführungsform werden
die folgenden vorteilhaften Effekte zusätzlich zu denjenigen der oben
erwähnten
achten Ausführungsform
erzielt. Da die Breite W2 und die Tiefe T2 des porösen Oxidfilmbereichs 2c derart
festgelegt sind, dass sie die Gleichungen: W2
[μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V]
und
T2 [μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V] erfüllen, kann
der poröse
Oxidfilmbereich 2c eine zufriedenstellende Durchschlagsfestigkeit
mit einem ausreichenden Spielraum für eine elektrische Feldstärke von
1 MV/cm aufweisen, obwohl die Durchschlagsfestigkeit des porösen Oxidfilmbereichs 2c in Abhängigkeit
von den Eigenschaften wie z. B. die Porosität, der Porengröße etc.
des porösen
Siliziums, welches den porösen
Oxidfilmbereich 2c bildet, leicht variiert. Da darüber hinaus
sich der Bereich des porösen
Oxidfilmbereichs 2c, der ein Pfad des Potentials des elektrischen
Feldes ist, welches zwischen dem ersten und zweiten Bereich hoher
Siliziumkonzentration 12 und 13 liegt, befindet
oder enthalten ist in einem Bereich WS, der zwischen der ersten
und zweiten Feldplatte 9 und 10 in der Richtung
orthogonal zu der Grenzfläche
der Verbindungsflächen
A definiert ist, wird das Potential des elektrischen Feldes, welches
den Bereich (d. h. den Bereich W2) des porösen Oxidfilmbereichs 2c quert,
in einer Form gehalten, die sich sowohl zu der Sourceseite als auch
zu der Drainseite hin erstreckt. Als eine Folge kann der Lawinendurchbruch
aufgrund der Konzentration des elektrischen Feldes in der Nähe der ersten
und zweiten Feldplatte 9 und 10 unterdrückt werden,
womit ermöglicht
wird, eine hohe Spannungsfestigkeit oder dielektrische Widerstandseigenschaft
stabil zu halten.
-
Elfte Ausführungsform
-
13 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung der Bauart
mit dielektrischer Isolierung nach einer elften Ausführungsform
darstellt.
-
Wie
in 13 gezeigt, besitzt diese allgemein mit einem
Bezugszeichen 110 gekennzeichnete Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung eine erste MFP (engl. Multi
Field Plate)-Anordnung aufweist, bei der eine Mehrzahl von ersten
vergrabenen N+-Bereichen 24 kreis-
oder ringförmig
um einen Abstand oder eine Lücke
von ΔW2 voneinander
entfernt in einem Bereich des porösen Oxidfilmbereichs 2c ausgebildet
ist, der ein Pfad für das
Potential des elektrischen Feldes zwischen dem ersten Bereich hoher
Siliziumkonzentration 12 und dem zweiten Bereich hoher
Siliziumkonzentration 13 ist. Die ersten vergrabenen N+-Bereiche 24 sind gegenseitig voneinander entfernt
angeordnet und kreis- oder ringförmig
in einer Art und Weise ausgebildet, dass sie gegenseitig unabhängig voneinander
in elektrischen Schwebezuständen
sind und in einer selbst beendenden oder selbst begrenzenden Art und
Weise ausgebildet sind. Zusätzlich
gibt es kapazitive Kopplungen zwischen dem ersten Bereich hoher
Siliziumkonzentration 12 und einem der ersten vergrabenen
N+-Bereiche 24 zwischen dem zweiten Bereich
hoher Siliziumkonzentration 13 und einem anderen der ersten
vergrabenen N+-Bereiche 24 bzw. zwischen
benachbarten ersten vergrabenen N+-Bereichen 24,
und die Gesamtsumme ΣW2
[μm] der
Lücken ΔW2 ist derart
gebildet, dass sie die folgende Ungleichung erfüllt: ΣW2 [μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V].
-
Hierbei
ist der weitere Aufbau der Ausführungsform
gleich dem der oben erwähnten
zehnten Ausführungsform.
-
Da
bei dieser Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung 110 die
Gesamtsummte ΣW2
der Lücken ΔW2 in den
ersten vergrabenen N+-Bereichen 24 derart
festgelegt ist, dass sie größer ist
als 0,01 [μm/V] × BV [V]
(d. h. ΣW2
[μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V]),
kann der poröse
Oxidfilmbereich 2c eine ausreichende Durchschlagfestigkeit
mit einem ausreichenden Spielraum für eine elektrische Feldstärke von
1 MV/cm aufweisen.
-
Darüber hinaus
ist ein elektrisches Feldpotential 14c, das zwischen dem
ersten und dem zweiten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 und 13 nach
Anlegen einer Vorwärtsprüfspannung
kreuzt, durch die Kapazitätsteilungsfunktion
der ersten MFP-Anordnung
der ersten vergrabenen N+-Bereiche 24 wie
in 14 gezeigt, derart gleichmäßig verteilt, dass Spitzen
der elektrischen Feldstärke
abgeschwächt
werden.
-
Somit
kann gemäß dieser
elften Ausführungsform
eine hohe Spannungsfestigkeit oder dielektrische Widerstandseigenschaft
erzielt werden, während
verglichen mit der oben erwähnten
zehnten Ausführungsform
eine sicherere Durchschlagsfestigkeit aufrecht erhalten wird.
-
Zwölfte Ausführungsform
-
15 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung der Bauart
mit dielektrischer Isolierung nach einer zwölften Ausführungsform darstellt. 16 ist
eine Ansicht, welche die örtliche
Beziehung zwischen der ersten und der zweiten Feldplatte und dem
vergrabenen N+-Bereich bei einer Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach der zwölften Ausführungsform
zeigt, wie sie von oben in einer Richtung orthogonal zu einer Grenzfläche zwischen
den Verbindungsflächen
A zu sehen ist.
-
Wie
in 15 und 16 dargestellt,
sind bei dieser allgemein mit einem Bezugszeichen 111 gekennzeichneten
Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung elektrische
Leitungsabschnitte 25 zwischen dem ersten Bereich hoher
Siliziumkonzentration 12 und einem der ersten vergrabenen
N+-Bereiche 24,
zwischen dem zweiten Bereich hoher Siliziumkonzentration 13 und
einem anderen der ersten vergrabenen N+-Bereiche 24 sowie zwischen
benachbarten der ersten vergrabenen N+-Bereiche 24 ausgebildet.
Diese elektrischen Leitungsabschnitte 25 werden gebildet
nach der Bildung des porösen
Oxidfilmbereichs 2c durch Einbringen von Si, P, As oder
dergleichen in den porösen
Oxidfilmbereich 2c, der somit ausgebildet ist durch Hochenergieinjektion
oder Implantation in dem gleichen Bereich wie die Tiefe der ersten
vergrabenen N+-Bereiche 24. Folglich
sind Widerstandskopplungen aufgrund der elektrischen Leitungsabschnitte 25 zwischen
dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 und einem
ersten vergrabenen N+-Bereich 24, zwischen dem zweiten
Bereich hoher Siliziumkonzentration 13 und einem anderen
der ersten vergrabenen N+-Bereich 24,
sowie zwischen benachbarten der ersten vergrabenen N+-Bereiche 24 eingefügt. Hierbei
ist es wünschenswert,
die elektrischen Leitungsabschnitte 25 in einer in Umfangsrichtung
verteilten Art und Weise anzuordnen, um die Konzentration ihrer
Anordnungspostitionen zu verhindern.
-
Hierbei
ist der weitere Aufbau dieser Ausführungsform gleich dem der oben
erwähnten
elften Ausführungsform.
-
Bei
dieser Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung 111 ist
das elektrische Feldpotential 14c, welches zwischen dem
ersten und dem zweiten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 und 13 nach
Anlegen einer Vorwärtsprüfspannung kreuzt,
gleichmäßig durch
die erste MFP-Anordnung der ersten vergrabenen N+-Bereiche 24 und
die Widerstandsteilungsfunktion der elektrischen Leitungsabschnitte 25 gleichmäßig verteilt,
so dass Spitzen der elektrischen Feldstärke abgeschwächt werden.
-
Dementsprechend
kann auch bei dieser zwölften
Ausführungsform
eine hohe Spannungsfestigkeit oder dielektrische Widerstandseigenschaft
erzielt werden, während
eine sicherere Durchschlagsfestigkeit erhalten wird.
-
Dreizehnte Ausführungsform
-
17 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung der Bauart
mit dielektrischer Isolierung nach einer dreizehnten Ausführungsform darstellt.
-
Wie
in 17 gezeigt, besitzt diese allgemein mit einem
Bezugszeichen 112 gekennzeichnete Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung eine zweite MFP-Anordnung,
bei der eine Mehrzahl von zweiten vergrabenen N+-Bereichen 24 kreis-
oder ringförmig
auf einer Seite der ersten vergrabenen N+-Bereiche 24 gegenüber der
Drainelektrode an Stellen ausgebildet sind, die um einen vertikalen
Abstand ΔW3
von dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12,
dem zweiten Bereich hoher Siliziumkonzentration 13 und
den ersten vergrabenen N+-Bereichen 24 sowie
gegenseitig voneinander mit einem Abstand ΔW3 entfernt sind. Zusätzlich gibt es
kapazitive Kopplungen zwischen dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 und
einem der zweiten vergrabenen N+-Bereiche 26 zwischen
dem zweiten Bereich hoher Siliziumkonzentration 13 und einem
anderen der zweiten vergrabenen N+-Bereiche 26,
bzw. zwischen benachbarten der zweiten vergrabenen N+-Bereiche 26,
und die Gesamtsumme ΣW3 [μm] der Lücken ΔW3 ist derart
gebildet, dass sie die folgende Ungleichung erfüllt: ΣW3 [μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V].
-
Hierbei
ist der weitere Aufbau dieser Ausführungsform gleich dem der oben
erwähnten
elften Ausführungsform.
-
Bei
dieser Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung 112 ist,
da die Gesamtsummte ΣW3
der Lücken ΔW3 in den
zweiten vergrabenen N+-Bereichen 26 derart
festgelegt ist, dass sie größer als
0,01 [μm/V] × BV [V]
(d. h. ΣW3
[μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V])
ist, kann der poröse
Oxidfilmbereich 2c eine zufrieden stellende Durchschlagfestigkeit
mit einem ausreichenden Spielraum für eine elektrische Feldstärke von
1 MV/cm haben.
-
Da
darüber
hinaus das elektrische Feldpotential, welches zwischen dem ersten
und dem zweiten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 und 13 kreuzt,
durch die erste und die zweite MFP-Anordnung an ersten vergrabenen N+-Bereichen 24 und 26 und
deren Kapazitätsteilungsfunktion
gleichmäßig verteilt
ist, sind Spitzen der elektrischen Feldstärke abgeschwächt und
eine hohe Spannungsfestigkeit oder dielektrische Widerstandseigenschaft kann
erzielt werden, während
eine sicherere Durchschlagsfestigkeit aufrechterhalten wird.
-
Obwohl
bei der oben erwähnten
dreizehnten Ausführungsform
zwei Reihen oder Schichten der ersten und zweiten MFP-Anordnung
genommen werden, können ähnliche
vorteilhafte Effekte erzielt werden, selbst in den Fällen, in
denen drei der mehr Reihen oder Schichten von MFP-Anordnungen eingesetzt
werden.
-
Vierzehnte Ausführungsform
-
18 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung der Bauart
mit dielektrischer Isolierung nach einer vierzehnten Ausführungsform darstellt.
-
Wie
in 18 gezeigt, ist bei dieser allgemein mit einem
Bezugszeichen 113 gekennzeichneten Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung ein dritter Bereich hoher
Siliziumkonzentration 27 kreis- oder ringförmig in
dem porösen
Oxidfilmbereich 2c angeordnet auf einer Seite des ersten Bereichs
hoher Siliziumkonzentration 12 gegenüber N–-Driftbereich, und
weiter ein vierter Bereich hoher Siliziumkonzentration auch in dem
porösen
Oxidfilmbereich 2c angeordnet auf einer Seite des zweiten Bereichs
hoher Siliziumkonzentration 13 gegenüber dem N–-Driftbereich
in der gleichen Tiefe wie die des dritten Bereichs hoher Siliziumkonzentration 27.
Zusätzlich
ist der vergrabene N+-Drainbereich 21 derart ausgebildet,
dass er mit dem ersten und dem dritten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 und 27 elektrisch
verbunden ist, und der vergrabene N+-Sourcebereich 22 ist
derart ausgebildet, dass er mit dem zweiten und dem vierten Bereich
hoher Siliziumkonzentration 13 und 28 elektrisch
verbunden ist.
-
Darüber hinaus
sind die zweiten vergrabenen N+-Bereiche 26 kreis-
oder ringförmig
angeordnet auf einer Seite der ersten vergrabenen N+-Bereiche 24 gegenüber der
Drainelektrodenseite in einer gegenseitig voneinander um einen Abstand ΔW4 beabstandeten
Art und Weise, um eine zweite MFP-Anordnung zu bilden. Weiter ist
eine Mehrzahl von elektrischen Leitungsabschnitten 25 zwischen
dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 und einem
der ersten vergrabenen N+-Bereiche 24,
zwischen dem zweiten Bereich hoher Siliziumkonzentration 13 und
einem anderen der ersten vergrabenen N+-Bereiche 24 sowie
zwischen benachbarten der ersten vergrabenen N+-Bereiche 24 eingefügt. Ferner ist
eine andere Mehrzahl von elektrischen Leitungsabschnitten 25 zwischen
dem dritten Bereich hoher Siliziumkonzentration 27 und
einem der zweiten vergrabenen N+-Bereiche 26,
zwischen dem vierten Bereich hoher Siliziumkonzentration 28 und
einem anderen der zweiten vergrabenen N+-Bereiche 26,
sowie zwischen benachbarten der zweiten vergrabenen N+-Bereiche 26 eingefügt. Diese
elektrischen Leitungsabschnitte 25 werden gebildet nach
der Bildung des porösen
Oxidfilmbereichs 2c durch Einbringen von Si, P, As oder
dergleichen in den porösen
Oxidfilmbereich 2c womit sie gebildet sind mittels Hochenergieinjektion
oder Implantation in dem gleichen Bereich wie die Tiefe der zweiten
vergrabenen N+-Bereiche 26 und
weiter in dem gleichen Bereich wie die Tiefe der ersten vergrabenen
N+-Bereiche 24.
-
Mit
der obigen Anordnung sind Widerstandskopplungen aufgrund der elektrischen
Leitungsabschnitte 25 eingefügt zwischen den ersten Bereich hoher
Siliziumkonzentration 12 und einem ersten vergrabenen N+-Bereich 24, zwischen dem zweiten Bereich
hoher Siliziumkonzentration 13 und einem anderen der ersten
vergrabenen N+-Bereiche 24, sowie
zwischen benachbarten der ersten vergrabenen N+-Bereiche 24.
Ferner sind Widerstandskopplungen aufgrund der elektrischen Leitungsabschnitte 25 eingefügt zwischen
den dritten Bereich hoher Siliziumkonzentration 27 und
einem der zweiten vergrabenen N+-Bereiche 26,
zwischen dem vierten Bereich hoher Siliziumkonzentration 28 und
einem anderen der zweiten vergrabenen N+-Bereiche 26,
sowie zwischen den benachbarten der ersten vergrabenen N+-Bereiche 26. Zusätzlich sind
kapazitive Kopplungen eingefügt
zwischen die Schichten der ersten und zweiten MFP-Anordnung, bzw.
zwischen die zweite MFP-Anordnung und das Halbleitersubstrat 1.
-
Weiter
ist die Gesamtsumme ΣW4
der Lücken ΔW4 in den
zweiten vergrabenen N+-Bereichen 26 so
gebildet, dass sie die folgende Ungleichung erfüllt: ΣW4 [μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V].
-
Hierbei
ist der weitere Aufbau dieser Ausführungsform gleich dem der oben
erwähnten
elften Ausführungsform.
-
Da
bei dieser Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung 113 ist,
da die Gesamtsummte ΣW4
der Lücken ΔW4 in den
zweiten vergrabenen N+-Bereichen 26 derart
festgelegt ist, dass sie größer ist
als 0,01 [μm/V] × BV [V]
(d. h. ΣW4 [μm] > 0,01 [μm/V] × BV [V])
wie in dem Fall der Gesamtsumme ΣW2
an Lücken ΔW2 bei den
ersten vergrabenen N+-Bereichen 24, kann der poröse Oxidfilmbereich 2c eine
zufrieden stellende Durchschlagsfestigkeit mit einem ausreichenden
Spielraum für
eine elektrische Feldstärke
von 1 MV/cm haben.
-
Da
darüber
hinaus das elektrische Feldpotential, das zwischen dem ersten und
dem zweiten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12, 13 kreuzt, durch
die zwei Schichten der ersten und zweiten MFP-Anordnung der ersten
und zweiten vergrabenen N+-Bereiche 24 und 26 und
deren Kapazitätsteilungsfunktion
gleichmäßig verteilt
ist, sind die Spitzen der elektrischen Feldstärke abgeschwächt und eine
hohe Spannungsfestigkeit oder dielektrische Widerstandseigenschaft
kann erzielt werden, während eine
sicherere Durchschlagsfestigkeit aufrechterhalten wird.
-
Fünfzehnte
Ausführungsform
-
19 ist
eine Ansicht, welche die Ortsbeziehung zwischen ersten und zweiten
Feldplatten und einem vergrabenen N+-Bereich in einer
Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach
einer fünfzehnten
Ausführungsform
darstellt, wie sie von oben in einer Richtung orthogonal zu einer
Grenzfläche
zwischen den Verbindungsflächen
A gesehen wird. 20 ist eine Querschnittsansicht entlang
der Linie XX-XX aus 19 und von Pfeilen darin gesehen.
-
Wie
in 19 und 20 gezeigt,
sind bei dieser allgemein mit einem Bezugszeichen 114 gekennzeichneten
Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung der
zweite Bereich hoher Siliziumkonzentration 13 und die ersten
vergrabenen N+-Bereiche 24 jeweils
in einer teilweise ausgeschnittenen oder geteilten ringförmigen Form
ausgebildet, und eine Drainanschlussverdrahtung 29 mit
einem vergrabenen N+-Bereich ist derart
vorgesehen, dass sie sich von dem ersten Bereich hoher Siliziumkonzentration 12 zu
einer Sourceseite durch die geteilten Abschnitte der ersten vergrabenen
N+-Bereiche 24 und des zweiten
Bereichs hoher Siliziumkonzentration 13 erstreckt. Zusätzlich ist
ein N+-Drainanschlussdrahtbereich 30 in
dem N–-Driftbereich 3 in
einer elektrisch von dem P–-Sourcewannenbereich 6 durch
den ersten Isoliergraben 4a elektrisch getrennten oder isolierten
Art und Weise ausgebildet, und erstreckt sich durch den Oxidfilm 2a und
den porösen
Oxidfilmbereich 2c derart, dass er elektrisch mit der Drainverdrahtung 29 verbunden
ist. Ferner ist eine Drainanschlussdrahtelektrode 31 auf
der oberen Oberfläche des
N–-Driftbereichs 3 derart
ausgebildet, dass er mit dem vergrabenen N+-Drainanschlussdrahtbereich 30 in
Kontakt ist, und die zweite Grabenisolierung 4b ist kreis-
oder ringförmig
an einer äußeren Randseite des
vergrabenen N+-Anschlussdrahtbereichs 30 zur Abtrennung
der gesamten Vorrichtung ausgebildet.
-
Hierbei
ist der weitere Aufbau dieser Ausführungsform der gleiche wie
derjenige der oben erwähnten
elften Ausführungsform.
-
Gemäß dieser
fünfzehnten
Ausführungsform werden
zusätzlich
zu den oben erwähnten
vorteilhaften Effekten der elften Ausführungsform die folgenden vorteilhaften
Effekte erzielt. Die Drainanschlussdrahtelektrode 31 kann
zu der äußeren Randseite der
Sourceelektrode 8 herausgezogen werden durch den ersten
Bereich hoher Siliziumkonzentration 12, die Drainanschlussverdrahtung 29 und
den vergrabenen N+-Drainanschlussdrahtbereich 30.
-
Zusätzlich dienen
der Oxidfilm 2a und ein Abschnitt des porösen Oxidfilmbereichs 2c auf
der Drainanschlussverdrahtung 29 als Zwischenschichtisolierfilme,
und der poröse
Oxidfilmbereich 2c, der aus einem porösen Siliziumoxidfilm ausgebildet
ist, kann leicht dicker gemacht werden, so dass die Durchschlagfestigkeit
der Drainanschlussverdrahtung 29 dem erhöhten dielektrischen
Widerstand der Vorrichtung folgend verbessert werden kann.
-
Darüber hinaus
hängt die
Durchschlagsfestigkeit, die benötigt
wird, wenn die Drainanschlussverdrahtung 29 durch die sourceseitige
SOI-Schicht (den N–-Driftbereich 3)
herausgezogen wird, von der ersten und zweiten Grabenisolierung 4a, 4b ab,
so dass der dielektrische Widerstand leicht höher gemacht werden kann durch
Anheben der Anzahl an Gräben
der ersten und zweiten Grabenisolierungen 4a, 4b.
Dementsprechend kann eine solche (herausgezogene) Drainanschlussdrahtelektrodenanordnung
eine ausreichende Durchschlagfestigkeit des (herausgezogenen) Anschlussdrahtes
einer Halbleitervorrichtung sicherstellen.
-
Somit
wird durch Einsetzen dieser Drainanschlussdrahtelektrodenanordnung
ein Oxidverdickungsverfahren oder ein CVD-Verfahren zur Bildung eines dicken CVD-Oxidfilms
durch CVD, das herkömmlich
zur Zwischenschichtisolierung benötigt wird, unnötig, womit
ermöglicht
wird, den gesamten Herstellungsprozess zu vereinfachen und die Herstellungszeit
zu verkürzen.
-
Obwohl
bei dieser fünfzehnten
Ausführungsform
die Drainanschlussdrahtelektrodenanordnung angewendet wird auf die
oben erwähnte
Halbleitervorrichtung der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach
der elften Ausführungsform,
können ähnliche vorteilhafte
Effekte erzielt werden, selbst wenn sie auf eine Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung nach einer der anderen
Ausführungsformen
angewendet wird.
-
Sechzehnte Ausführungsform
-
21 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung der Bauart
mit dielektrischer Isolierung nach einer sechzehnten Ausführungsform darstellt.
-
Wie
in 21 gezeigt, umfasst bei einer allgemein mit einem
Bezugszeichen 115 gekennzeichneten Halbleitervorrichtung
der Bauart mit dielektrischer Isolierung eine dielektrische Schicht
in der Form einer vergrabenen Oxidschicht 2B einen porösen Oxidfilmbereich 2d,
einen Oxidfilm 2b und einen porösen Oxidfilmbereich 2c,
und umfassen Verbindungsflächen
A den porösen
Oxidfilmbereich 2d, den Oxidfilm 2b und den porösen Oxidfilmbereich 2c.
Zusätzlich
ist der N–-Driftbereich 3 auf
dem porösen Oxidfilmbereich 2d ausgebildet,
und der erste und zweite Bereich hoher Siliziumkonzentration 12, 13, die
ersten vergrabenen N+-Bereiche 24 sowie
die Drainanschlussverdrahtung 29 sind in dem porösen Oxidfilmbereich 2d ausgebildet.
-
Hierbei
ist der weitere Aufbau dieser Ausführungsform gleich denjenigen
der oben erwähnten fünfzehnten
Ausführungsform.
-
Bei
dieser sechzehnten Ausführungsform
ist der einen leicht zu verdickenden porösen Siliziumfilm umfassende
poröse
Oxidfilmbereich 2d derart gemacht, dass er als ein Zwischenschichtisolierfilm wirkt.
Somit wird ein Oxidverdickungsverfahren oder CVD-Verfahren zur Bildung
eines dicken CVD-Oxidfilms mittels CVD, der herkömmlich für den Zwischenschichtisolierfilm
notwendig ist, unnötig,
und daher ist es möglich,
den gesamten Herstellungsprozess zu vereinfachen und die Herstellungszeit
zu verkürzen.
Ferner kann die Zwischenschichtisolierschicht leicht verdickt werden,
womit ermöglicht
wird, die hohe dielektrische Widerstandseigenschaft zu erzielen.
-
Zusätzlich könnte die
Befürchtung
bestehen, dass, wenn der vergrabene N+-Drainbereich 21 und der
vergrabene N+-Drainanschlussdrahtbereich 30 die
Verbindungsflächen
A kreuzen, die Grenzfläche zwischen
den Verbindungsflächen
A ein Leckstrompfad. Jedoch sind bei dieser sechzehnten Ausführungsform
der vergrabene N+-Drainbereich 21 und der
vergrabene N+-Drainanschlussdrahtbereich 30 in einem
Abschnitt eines Wafers ausgebildet, der auf einer SOI-Seite von
der Grenzfläche
zwischen den Verbindungsflächen
A liegt, so dass weder der vergrabene N+-Drainbereich 21 noch
der vergrabene N+-Drainanschlussdrahtbereich 30 die
Verbindungsflächen
A kreuzt, und es tritt auch kein Leckstrompfad wie oben genannt
auf.
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Obwohl
bei den oben erwähnten
jeweiligen Ausführungsformen
Bezug genommen wurde auf den Fall, bei dem ein HV-MOS oder ein IGBT
als eine Horizontaltypvorrichtung hoher Spannungsfestigkeit verwendet
wurde, kann die vorliegende Erfindung genauso angewendet werden
auf eine Horizontaltypvorrichtung hoher Spannungsfestigkeit, die
allgemein auf einem SOI ausgebildet ist, wie z. B. eine Diode, ein
Transistor und ein EST (Emitter Switched Thyristor), während ähnliche
vorteilhafte Effekte bereitgestellt werden.
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Darüber hinaus,
obwohl bei den oben erwähnten
jeweiligen Ausführungsformen
eine n-Kanal-Vorrichtung hoher Spannungsfestigkeit beschrieben worden
ist als eine horizontale Vorrichtung hoher Spannungsfestigkeit,
können ähnliche
vorteilhafte Effekte erzielt werden, selbst wenn die vorliegende Erfindung
auf einen p-Kanal-Vorrichtung hoher Spannungsfestigkeit angewendet
wird.