JP2932308B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は等電位リング又はフィールドプレートを有す
る半導体装置に関する。

［従来の技術］ pn接合やショットキバリアの外周側に等電位リングを
形成した半導体装置がある。例えば、特開昭56−112752
号公報には等電位リングを有するトランジスタ装置が開
示されている。等電位リングはこの近傍の絶縁膜の電位
を固定し、結果としてpn接合やショットキバリアの周辺
耐圧を安定化させる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、この種の半導体装置に対して熱ストレスを
頻繁に加えると、等電位リングの上面を被覆する保護膜
に亀裂が生じることが判明した。この亀裂は、等電位リ
ングを半導体基体の端縁から離間させることによってあ
る程度まで防止できることが確認されたが、この様に設
計することは半導体基体の小型化又は高集積化の点で実
用的でない。半導体基体の外周側にフィールドプレート
を形成した場合にも同様の問題が生じる。

そこで、本発明は、小型化又は高集積化を損なうこと
なしに保護膜の亀裂を防ぐことが可能な等電位リング又
はフィールドプレートを有する半導体装置を提供するこ
とを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明は、実施例を示す図
面の符号を参照して説明すると、略四角形の平面形状を
有する半導体基体１と、絶縁膜２と、等電位リング又は
フイールドプレートを構成する導電性膜４と、保護膜５
とを具備しており、前記半導体基体１はこの一方の主面
に露出する第１の半導体領域７と、前記一方の主面に露
出し且つ前記一方の主面において前記第１の半導体領域
７を隣接して包囲するように前記半導体基体１の端縁側
に環状に形成された第２の半導体領域９とを備えてお
り、前記半導体基体１の一方の主面に露出した前記第１
の半導体領域７と前記第２の半導体領域９の界面11は前
記半導体基体１の端縁の辺部に対して略平行に延びてい
る直線状部分と、前記半導体基体１の一方の主面の角部
との最短間隔が前記辺部と前記直線状部分との間隔より
も大きくなるように形成された角部分とを有しており、
前記絶縁膜２は前記半導体基体１に対する前記導電性膜
４の接続領域を限定するように前記半導体基体１の前記
一方の主面上に形成されており、前記導電性膜４は前記
絶縁膜２の上に配置されている第１の部分と前記第２の
半導体領域９に接続されている第２の部分とを有して環
状に形成されており、前記導電性膜４の前記第２の部分
は前記半導体基体１の前記角部の近傍にすくなくとも設
けられており、平面的に見て、前記第１及び第２の半導
体領域７、９間の界面11の直線状部分における前記導電
性膜４の前記第１の半導体領域７に対向する領域の幅L1
が前記導電性膜４の前記第２の半導体領域９に対向する
領域のL2よりも大きくなっており、前記保護膜５は前記
絶縁膜２と前記導電性膜４とを覆うように形成されてい
ることを特徴とする半導体装置に係わるものである。

なお、導電性膜４の第２の部分は、界面11の直線状部
分C1〜C4及びこれ等の仮想延長線で形成される四角形か
ら外側に出ないように形成されていることが望ましい。

また、本発明はpn接合又はショットキバリア等の整流
障壁形成手段を有する半導体装置に好適である。

［作 用］ 本発明の第１及び第２の半導体領域７、９の界面11の
角部分C1〜C4は半導体基体１の角部B1〜B4から離間する
ように形成されている。このため、界面11の角部分C1〜
C4の外側において第２の半導体領域９に導電性膜４を容
易に接続することが可能になる。また、導電性膜の幅L1
がL2よりも小さくなっているので、半導体基体１の端縁
と導電性膜４との間隔が大きくなり、熱ストレスを加え
た時に生じる導電性膜４に基づく保護膜２に対するスト
レスを低減し、この亀裂を防ぐことができる。

また、L1をL2よりも大きくすることによって導電性膜
４の第１の部分の面積S1を第２の部分の面積S2よりも大
きくして等電位リング又はフィールドプレートの効果を
確実に得ることができる。

請求項２に示すように導電性膜４の形状を決定すれ
ば、半導体基体１の端縁から導電性膜４の端縁までの間
隔が全領域において大きくなる。

［実施例］ 以下、第１図〜第５図に示す本発明の一実施例のpn接
合ダイオードを説明する。

このpn接合ダイオードは、第２図に示すようにシリコ
ン半導体から成る半導体基体１と、半導体基体１の一方
の主面に形成されたシリコン酸化膜から成る絶縁膜２
と、半導体基体１の一方の主面に形成されたアルミニウ
ムから成るアノード電極３と、半導体基体１の一方の主
面に形成されたポリシリコン（多結晶シリコン）から成
る導電性膜４と、これらを被覆するように半導体基体１
の一方の主面に形成された保護膜５と、半導体基体１の
他方の主面に形成されたニッケルから成るカソード電極
とを有する。

半導体基体１は、その上面が半導体基体１の一方の主
面に露出しているｎ形領域（第１の半導体領域）７と、
その上面が半導体基体１の一方の主面に露出し且つｎ形
領域７に隣接して包囲されているp⁺形領域８と、その上
面が半導体基体１の一方の主面に露出し且つｎ形領域７
の外周側に隣接されている第１のn⁺形領域（第２の半導
体領域）９と、その下面が半導体基体１の他方の主面に
露出し且つｎ形領域７の下面に隣接している第２のn⁺形
領域10とを有する。

半導体基体１の一方の主面を示す第４図から明らかな
ように、半導体基体１は略正方形の平面形状を有してお
り、第１のn⁺形領域９はこの半導体基体１の端縁に沿っ
て環状に形成されている。半導体基体１の中央側に配さ
れたp⁺形領域８はｎ形領域７に隣接して包囲されてい
る。ｎ形領域７は半導体基体１の一方の主面のp⁺形領域
８と第１のn⁺形領域９との間に環状に露出していると共
に、これ等の下面に隣接している。半導体基体１の一方
の主面は、第４図に示すように４つの辺部A1、A2、A3、
A4と４つの角部B1、B2、B3、B4を有する。半導体基体１
の一方の主面において、ｎ形領域７と第１のn⁺形領域９
の界面11は、半導体基体１の端縁に一致するように四角
形に形成されておらず、角が取られた形状になってお
り、半導体基体１の４つの辺部A1〜A4に平行に延びてい
る４つの直線状部分C1、C2、C3、C4とこれ等の間の４つ
の円弧状部分D1、D2、D3、D4を有している。なお、円弧
状部分D1〜D4は４つの直線状部分C1〜C4とこの延長線と
によって囲まれる四角形の内側に位置している。

p⁺形領域８、第１及び第２のn⁺形領域９、10は出発母
材のｎ形領域７に通常の不純物拡散を行うことによって
形成されており、第１及び第２のn⁺形領域９、10の不純
物濃度はｎ形領域７の不純物濃度よりも大きくなってい
る。

絶縁膜２は第５図から特に明らかなように、半導体基
体１の一方の主面に露出したｎ形領域７の全部を被覆す
るように環状に形成されており、その外周端は半導体基
体１の一方の主面に露出したｎ形領域７と第１のn⁺形領
域９の界面11を越えて第１のn⁺形領域９の上面に位置
し、その内周端は半導体基体１の一方の主面に露出した
p⁺形領域８とｎ形領域７の界面12即ちpn接合を越えてp⁺
形領域８の上面に位置する。また、絶縁膜２はn⁺形領域
９を形成するための拡散マスクとして使用されたもので
あり、この絶縁膜２の外周端は、半導体基体１の一方の
主面側から見て、ｎ形領域７と第１のn⁺形領域９の界面
11に沿って形成されている。結果として、絶縁膜２の外
周端は、半導体基体１の端縁の辺部A1〜A4に平行な直線
状部分E1、E2、E3、E4と、これ等の間の円弧状角部分F
1、F2、F3、F4とを有する。なお絶縁膜２の外周端の円
弧状角部分F1〜F4は界面11の円弧状部分D1〜D4に沿って
屈曲している。半導体基体１の一方の主面において、絶
縁膜２の内側に形成された開口13内にp⁺形領域８が露出
し、絶縁膜２の外側に第１のn⁺形領域９が露出してい
る。なお、絶縁膜２は通常の熱酸化によって形成されて
いる。

第１図で斜線を付して説明的に示す導電性膜４は、半
導体基体１の端縁近傍に環状に形成されている。導電性
膜４の外周端は半導体基体１の辺部A1〜A4に平行な４つ
の辺部G1、G2、G3、G4を有し、四角形になっている。従
って、導電性膜４の外周端と半導体基体１の端縁との間
隔は導電性膜４の全周にわたってほぼ均一となってい
る。導電性膜４の辺部G1〜G4の大部分は絶縁膜２の外周
端の直線状部分E1〜E4よりも少し内側に位置している。
絶縁膜２の外周端が円弧状角部分F1〜F4を有するのに対
して導電性膜４の外周端は円弧状部分を有さないので、
導電性膜４の外周端の角部H1、H2、H3、H4は絶縁膜２の
外周端よりも外側に突出して第１のn⁺形領域９に電気的
に接続されている。また、導電性膜４は半導体基体１の
一方の主面に露出したｎ形領域７と第１のn⁺形領域９の
界面11を越えて半導体基体１の中央側に向って延在して
おり、この内側端縁14は絶縁膜２を介してｎ形領域７に
対向している。第１図及び第３図から明らかなように平
面的に見て導電性膜４の外側端縁の辺部G1〜G4と界面11
の直線状部分C1〜C4との間隔即ち幅L2は、導電性膜４の
内側端縁14と界面11の直線状部分C1〜C4との間隔即ち幅
L1よりも小さい。

導電性膜４は平面的に見てp⁺形領域８とｎ形領域７の
界面即ちpn接合12に離間してこれを包囲する等電位リン
グを構成し、後述のアノード電極３のフィールドプレー
ト効果によるpn接合の周辺耐圧の向上を補助する。導電
性膜４はポリシリコンから成るが、リンがドープされて
その導電性が十分に高められているから第１のn⁺形領域
９と低抵抗接続するし、その近傍の絶縁膜２の電位を固
定する効果も十分に高く得られ、等電位リングとして良
好に機能する。

第１図で斜線を付して説明的に示すアノード電極３は
第５図に示した開口13を通じてp⁺形領域８に電気的に接
続されており、その外周側は絶縁膜２を介してｎ形領域
と対向してフィールドプレートとして機能する。なお、
アノード電極３と導電性膜４は互いに電気的に離間して
いる。また、カソード電極６は半導体基体１の下面側の
略全面に形成されている。

第２図及び第３図に示されている保護膜５はリンがド
ープされたシリコン酸化膜から成り、アノード電極３の
外周側、絶縁膜２、導電性膜４及び第１のn⁺形領域９の
表面を被覆する。保護膜５の外周端は半導体基体１の端
縁よりも若干内側に位置し、保護膜５の外側には第１の
n⁺形領域９の外周部が幅狭に露出している。

上記のpn接合ダイオードによれば以下の効果が得られ
る。

（１） 導電性膜４の角部H1〜H4のみを第１のn⁺形領域
９に接続する構成であるので、導電性膜４の幅を小さく
でき、導電性膜４を小面積化することができる。従っ
て、保護膜５に対する導電性膜４の熱膨脹の影響が緩和
され、保護膜５の亀裂が防止され、信頼性の高い半導体
装置を提供することができる。

（２） 導電性膜４のうちｎ形領域７側に延在する幅を
小さくすることなしに導電性膜４の面積を減少できる。
従って、導電性膜４は小面積化したにもかかわらず等電
位リングとして良好に機能する。

（３） 導電性膜４がアノード電極３やカソード電極６
を形成する金属膜に比べてその線膨脹係数が保護膜５や
半導体基体１の線膨脹係数に近いポリシリコンによって
形成されているので、導電性膜４の小面積化と相俟って
保護膜５に対する導電性膜４の熱膨脹の影響をより効果
的に緩和できる。

（４） 保護膜５の亀裂が生じ難い半導体基体１の中央
側に配置されるアノード電極３はアルミニウムから成る
ので、アノード電極３とp⁺形領域９のオーミックコンタ
クトが良好にとれる。もちろんこれによる保護膜５の亀
裂も生じない。

（５） 導電性膜４が平面的に見て半導体基体１の端縁
の４つの辺部A1〜A4に対向する絶縁膜２の４つの外周端
の直線状部分E1〜E4とこれ等の延長線によって形成され
る四角形領域の内側に配置され、かつ導電性膜４の外周
端の辺部G1〜G4がｎ形領域７と第１のn⁺形領域９の界面
11の近傍に配置されるので、半導体基体１が小型化して
いる。

［他の実施例］ 第８図及び第９図は本発明の別の実施例に係わるフィ
ールドプレートを有するトライアックの一部を第２図及
び第３図に対応させて示す。このトライアックの半導体
基体20は、ｎ形領域21、ｐ形領域22と、ｐ形領域23と、
ｎ形領域24と、ｎ形領域25とから成り、四角形の平面形
状を有している。ｎ形領域24にはA1から成るゲート電極
26が接続され、ｎ形領域25及びｐ形領域22には主電極27
が接続され、ｐ形領域22にA1から成るフィールドプレー
ト29が接続され、ｐ形領域23にもフィールドプレート28
が接続されている。プレーナ構造であるので、基体21の
表面においてｎ形領域21を環状に囲むようにｐ形領域22
が配設されている。基体21の表面におけるｎ形領域21と
ｐ形領域22とのpn接合はシリコン酸化膜30によって被覆
され、この上にフィールドプレート29が設けられてい
る。なお、フィールドプレート29は第１のダイオードの
場合と同様に基体21の四角形の表面の４っの角部で第８
図に示すようにｐ形領域22に接続されているが、その他
の領域では第９図に示すようにｐ形領域22に接続されて
いない。このフィールドプレート29はリンドープドシリ
コン酸化膜31によって被覆されている。第８図及び第９
図のトライアックと特許請求の範囲及び第１図〜第５図
のダイオードとの対応関係を説明すると、ｎ形領域21が
第１の半導体領域又はｎ形領域７に対応し、ｐ形領域22
が第２の半導体領域又はn⁺形領域９に対応し、シリコン
酸化膜30が絶縁膜２に対応し、リンドープドシリコン酸
化膜31が保護膜５に対応する。

［変形例］ 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例え
ば次の変形が可能なものである。

（１） 半導体基体１の端縁の角部B1〜B4に対向する部
分の絶縁膜２の外周端の円弧状角部分F1〜F4を直線状に
して絶縁膜２の外周端縁を全体として８角形又は16角形
等の多角形にすることができる。要するに絶縁膜２の角
取りをどのような形状に行ってもよい。

（２） 第６図及び第７図に示すようにショットキバリ
アダイオードに本発明を適用することができる。第２図
及び第３図に対応する部分を示す第６図及び第７図にお
いて、第２図及び第３図と共通する部分には同一の符号
を付してその説明を省略する。第６図及び第７図では第
２図及び第３図のp⁺形領域８の代りにガードリング構成
のp⁺形領域8aが設けられ、これに囲まれたｎ形領域７に
ショットキバリア電極３が接続されている。その他は第
２図及び第３図と同一であるので、同一の作用効果を得
ることができる。なお、本発明は、勿論、バイポーラト
ランジスタ、絶縁ゲート型FET、サイリスタ等にも適用
できる。

（３） 半導体基体１の端縁の角部に対向する部分の導
電性膜４の外周端は、半導体基体１の端縁の辺部に対向
する部分の絶縁膜２の外周端の延長上又はそれよりも半
導体基体１の端縁側に位置していても良い。しかしなが
ら、保護膜５への熱応力の影響を有効に緩和するために
は実施例のように導電性膜４の外周端は上記延長上より
も半導体基体１の中央側に位置させるのが良い。この場
合、半導体基体１の端縁の角部に対向する導電性膜４の
外周端に曲部やテーパーを形成しても良い。

（４） 半導体基体１の角部B1〜B4から選択された１つ
又は複数に対応するn⁺形領域９の角部にのみ導電性膜４
を接続させてもよい。

（５） 絶縁膜２を半導体基体１の一方の主面のほぼ全
体に設け、半導体基体１の角部B1〜B4の近傍に貫通孔又
は切欠き等の開口を設け、この開口を通して導電性膜４
をn⁺形領域９に接続するようにしてもよい。

（６） 界面11の直線状部分C1〜C4の外側のn⁺形領域９
の極めて狭い幅の領域に導電性膜４を接続することがで
きる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば等電位リング又はフィ
ールドプレートを有し且つこの上面が保護膜で被覆され
た半導体装置の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係わるpn接合ダイオードを保
護膜形成前の状態で示す平面図、 第２図は第１図のII−II線断面図、 第３図は第１図のIII−III線断面図、 第４図は第１図の半導体基体の主面を示す平面図、 第５図は第４図の半導体基体の主面に絶縁膜を形成した
状態を示す平面図、 第６図は変形例のショットキバリアダイオードを第２図
に対応して示す断面図、 第７図は第６図のショットキバリアダイオードを第３図
に対応して示す断面図、 第８図は本発明の別の実施例のトライアックの一部を第
２図に対応する部分で示す断面図、 第９図は第８図のトライアックを第３図に対応する部分
で示す断面図である。 １……半導体基体、２……絶縁膜、３……アノード電
極、４……導電性膜、５……保護膜、６……カソード電
極、７……ｎ形領域、８……p⁺形領域、９……第１のn⁺
形領域。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】略四角形の平面形状を有する半導体基体
   （１）と、絶縁膜（２）と、等電位リング又はフィール
   ドプレートを構成する導電性膜（４）と、保護膜（５）
   とを具備しており、 前記半導体基体（１）はこの一方の主面に露出する第１
   の半導体領域（７）と、前記一方の主面に露出し且つ前
   記一方の主面において前記第１の半導体領域（７）を隣
   接して包囲するように前記半導体基体（１）の端縁側に
   環状に形成された第２の半導体領域（９）とを備えてお
   り、 前記半導体基体（１）の一方の主面に露出した前記第１
   の半導体領域（７）と前記第２の半導体領域（９）の界
   面（11）は前記半導体基体（１）の端縁の辺部に対して
   略平行に延びている直線状部分と、前記半導体基体
   （１）の一方の主面の角部との最短間隔が前記辺部と前
   記直線状部分との間隔よりも大きくなるように形成され
   た角部分とを有しており、 前記絶縁膜（２）は前記半導体基体（１）に対する前記
   導電性膜（４）の接続領域を限定するように前記半導体
   基体（１）の前記一方の主面上に形成されており、 前記導電性膜（４）は前記絶縁膜（２）の上に配置され
   ている第１の部分と前記第２の半導体領域（９）に接続
   されている第２の部分とを有して環状に形成されてお
   り、 前記導電性膜（４）の前記第２の部分は前記半導体基体
   （１）の前記角部の近傍にすくなくとも設けられてお
   り、 平面的に見て、前記第１及び第２の半導体領域（７）
   （９）間の界面（11）の直線状部分における前記導電性
   膜（４）の前記第１の半導体領域（７）に対向する領域
   の幅（L1）が前記導電性膜（４）の前記第２の半導体領
   域（９）に対向する領域の幅（L2）よりも大きくなって
   おり、 前記保護膜（５）は前記絶縁膜（２）と前記導電性膜
   （４）とを覆うように形成されていることを特徴とする
   半導体装置。
2. 【請求項２】前記導電性膜（４）の前記第２の部分は、
   前記界面（11）の前記直線状部分（C1〜C4）及びこれ等
   の延長線で形成される四角形から外側に出ないように形
   成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装
   置。
3. 【請求項３】更に、前記導電性膜（４）よりも内側に電
   極（３）を有する整流障壁形成手段が設けられているこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。