JP5162804B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換装置などに使用されるパワー半導体装置に関し、特にプレーナー型のフィールドプレート付きガードリング耐圧構造を有する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来のプレーナー型のフィールドプレート付きガードリング耐圧構造を有する半導体装置の概略を示す断面図である。図4に示すように、従来のガードリング耐圧構造では、n-ドリフト層11、p+活性部不純物拡散領域12および複数のp+ガードリング不純物拡散領域13の上に、初期酸化膜14および層間絶縁膜15を介してフィールドプレート16,17a,17b,17c,17d,17eが選択的に形成される。
【0003】
活性部不純物拡散領域12上のフィールドプレート16は、初期酸化膜14および層間絶縁膜15を貫通して活性部不純物拡散領域12に電気的に接続している。このフィールドプレート16のエッジ側端部18は、電圧印加時における空乏層中の等電位線の曲率半径を大きくして電界を緩和するため、活性部不純物拡散領域12のエッジ側端部19からはみ出している。各ガードリング不純物拡散領域13上のフィールドプレート17a,17b,17c,17d,17eは初期酸化膜14および層間絶縁膜15を貫通してそれぞれのガードリング不純物拡散領域13に電気的に接続している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図4に示す構成のフィールドプレート付きガードリング耐圧構造ではつぎのような問題点がある。図5は、活性部不純物拡散領域12上のフィールドプレート16が活性部不純物拡散領域12からはみ出している半導体装置(耐圧651V)の活性部とエッジとの境界近傍領域における等電位線の様子を模式的に示す図である。図6は、フィールドプレートがない半導体装置(耐圧703V)の活性部とエッジとの境界近傍領域における等電位線の様子を模式的に示す図である。図5および図6において、図4と同じ構成については同一の符号を付す。
【0005】
フィールドプレート16がある場合には活性部とそのすぐ隣のガードリング不純物拡散領域13との間の領域は発生耐圧のボトルネックとなり、図5に示す破線領域の等電位線の曲率は、図6に示す破線領域の等電位線の曲率よりも大きくなり、耐圧が低下してしまう。したがって、フィールドプレート16があると平面接合に極めて近い理想耐圧を発生するのは困難である。
【0006】
それに対して、フィールドプレートのないガードリング構造の場合には、隣り合うガードリング不純物拡散領域の間隔を詰めることにより、上述した耐圧ボトルネックを解消することができる。しかし、この構造では、保護膜中の電荷集中を防止する作用を有するフィールドプレートがないため、耐圧構造の一部領域に表面電荷が蓄積し、その部分の耐圧が低下してしまうので、信頼性に劣るという問題点がある。
【0007】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、平面接合に近い理想耐圧を発生する信頼性の高い耐圧構造を備えた半導体装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる半導体装置は、プレーナー型のフィールドプレート付きガードリング耐圧構造を有し、その耐圧構造の活性部とエッジとの境界近傍領域において、酸化膜と、その酸化膜の上に設けられたBPSGよりなる層間絶縁膜を貫通して活性部不純物拡散領域に電気的に接続している第1のフィールドプレートと、層間絶縁膜を貫通して複数のガードリング不純物拡散領域の各々に電気的に接続している複数の第2のフィールドプレートとを有し、活性部内のフィールドプレートのエッジ側端部が活性部不純物拡散領域からはみ出ず、かつエッジ内のフィールドプレートの活性部側端部がガードリング不純物拡散領域からはみ出ない構成とすることを特徴とする。
【0009】
この発明によれば、活性部とエッジとの境界近傍領域において、活性部内のフィールドプレートが活性部不純物拡散領域からエッジ側にはみ出ず、かつエッジ内のフィールドプレートがガードリング不純物拡散領域から活性部側にはみ出ないため、それら隣り合う活性部不純物拡散領域とガードリング不純物拡散領域との間隔を詰めることができ、それによって等電位線の曲率半径が大きくなり、耐圧のボトルネックが解消される。また、フィールドプレートがあるため、長期信頼性が確保される。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は、本発明にかかるプレーナー型のフィールドプレート付きガードリング耐圧構造を有する半導体装置の一例の概略を示す断面図である。この半導体装置では、活性部とエッジとの境界近傍領域において、最もエッジ寄りに位置するp+活性部不純物拡散領域22はn-ドリフト層21の活性部側の表面部分に形成されている。また、複数のp+ガードリング不純物拡散領域23a,23b,23c,23d,23eは、ドリフト層21のエッジ側の表面部分の活性部とたとえばAlでできたチャネルストッパー30との間に形成されている。
【0011】
活性部不純物拡散領域22上に選択的に形成されたたとえばAlでできたフィールドプレート(第1のフィールドプレート)26は、初期酸化膜24およびたとえばBPSGよりなる層間絶縁膜25を貫通して活性部不純物拡散領域22に電気的に接続している。この第1のフィールドプレート26のエッジ側端部28は活性部不純物拡散領域22のエッジ側端部29よりも活性部中央寄りに位置している。つまり、活性部不純物拡散領域22上の第1のフィールドプレート26は活性部不純物拡散領域22のエッジ側端部29からエッジ側にはみ出していない。
【0012】
各ガードリング不純物拡散領域23a,23b,23c,23d,23e上に選択的に形成されたフィールドプレート27a,27b,27c,27d,27eは初期酸化膜24および層間絶縁膜25を貫通してそれぞれのガードリング不純物拡散領域23a,23b,23c,23d,23eに電気的に接続している。最も活性部寄りに位置するガードリング不純物拡散領域23a上のフィールドプレート(第2のフィールドプレート)27aの活性部側端部31は、そのガードリング不純物拡散領域23aの活性部側端部32よりもエッジ中央寄りに位置している。つまり、エッジ内の最も活性部寄りに位置するフィールドプレート27aは、最も活性部寄りに位置するガードリング不純物拡散領域23aの活性部側端部32から活性部側にはみ出していない。
【0013】
ここで、最もエッジ寄りに位置する活性部不純物拡散領域22と、最も活性部寄りに位置するガードリング不純物拡散領域23aとの間のイオン注入窓の間隔は、従来のプレーナー型のフィールドプレート付きガードリング耐圧構造における間隔よりも狭く、特に限定しないが、たとえば10μmである。また、このガードリング不純物拡散領域23a上のフィールドプレート27aは、その幅がたとえば35μmであり、隣り合う活性部側のフィールドプレート26との間隔がたとえば40μmであり、エッジ内の、活性部側から2番目に位置するフィールドプレート27bとの間隔がたとえば20μmである。
【0014】
図2は、本発明にかかる半導体装置の第1の具体例の要部を示す断面図である。図2に示す構成の半導体装置はダイオードであり、活性部においてアノード電極46がフィールドプレートとして活性部とエッジとの境界近傍領域に延びている。アノード電極46のエッジ側端部48は、アノード電極46の下に位置するp型の活性部不純物拡散領域42のエッジ側端部49よりも活性部中央寄りに位置している。また、最も活性部に近いp型のガードリング不純物拡散領域43上に位置するフィールドプレート47の活性部側端部51は、そのガードリング不純物拡散領域43の活性部側端部52よりもエッジ中央寄りに位置している。そして、活性部不純物拡散領域42とガードリング不純物拡散領域43との間のイオン注入窓の間隔は、従来のプレーナー型のフィールドプレート付きガードリング耐圧構造における間隔よりも狭い。なお、図2において符号41はn-ドリフト層であり、符号44は初期酸化膜であり、符号45はBPSGよりなる層間絶縁膜である。
【0015】
図3は、本発明にかかる半導体装置の第2の具体例の要部を示す断面図である。図3に示す構成の半導体装置は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)またはMOSFETであり、活性部においてゲートリング66がフィールドプレートとして活性部とエッジとの境界近傍領域に設けられている。ゲートリング66のエッジ側端部68は、ゲートリング66の下に位置するp型の活性部不純物拡散領域62のエッジ側端部69よりも活性部中央寄りに位置している。また、最も活性部に近いp型のガードリング不純物拡散領域63上に位置するフィールドプレート67の活性部側端部71は、そのガードリング不純物拡散領域63の活性部側端部72よりもエッジ中央寄りに位置している。
【0016】
そして、活性部不純物拡散領域62とガードリング不純物拡散領域63との間のイオン注入窓の間隔は、従来のプレーナー型のフィールドプレート付きガードリング耐圧構造における間隔よりも狭い。なお、図3において符号61はn-ドリフト層であり、符号64は初期酸化膜であり、符号65はBPSGよりなる層間絶縁膜である。また、符号73はp型のウェル、符号74はn+ソース領域、符号75はゲート絶縁層を介してのポリシリコン層、符号76はAlでできた電極である。
【0017】
上述した実施の形態によれば、活性部とエッジとの境界近傍領域において、活性部内のフィールドプレート26のエッジ側端部28が活性部不純物拡散領域22からはみ出さず、かつエッジ内の、最も活性部寄りに位置するフィールドプレート27aの活性部側端部31がその下のガードリング不純物拡散領域23aからはみ出さないため、それら隣り合う活性部不純物拡散領域22とガードリング不純物拡散領域23aとの間隔を詰めることができ、それによって等電位線の曲率半径が大きくなり、耐圧のボトルネックを解消することができる。したがって、平面耐圧に近い高耐圧を発生させることができる。また、耐圧構造部の全体にわたってフィールドプレート26,27a,27b,27c,27d,27eがあるため、表面電荷の蓄積が抑えられるので、長期にわたって高い信頼性が確保される。
【0018】
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。たとえば、上述した実施の形態において記載した寸法は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。また、エッジ内の、活性部側から2番目以降のフィールドプレート27b,27c,27d,27eは、対応するガードリング不純物拡散領域23b,23c,23d,23eからはみ出していてもよいし、はみ出していなくてもよい。また、本発明はn型とp型を反転させても成り立つ。
【0019】
【発明の効果】
本発明によれば、活性部とエッジとの境界近傍領域において、隣り合う活性部不純物拡散領域とガードリング不純物拡散領域との間隔を詰めて等電位線の曲率半径を大きくし、耐圧のボトルネックを解消することによって、平面耐圧に近い高耐圧を発生させることができる。また、フィールドプレートがあるため長期にわたって高い信頼性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるプレーナー型のフィールドプレート付きガードリング耐圧構造を有する半導体装置の一例の概略を示す断面図である。
【図2】本発明にかかる半導体装置の第1の具体例を示す要部断面図である。
【図3】本発明にかかる半導体装置の第2の具体例を示す要部断面図である。
【図4】従来のプレーナー型のフィールドプレート付きガードリング耐圧構造を有する半導体装置の要部を示す断面図である。
【図5】フィールドプレートを有する半導体装置の活性部とエッジとの境界近傍領域における等電位線の様子を模式的に示す図である。
【図6】フィールドプレートのない半導体装置の活性部とエッジとの境界近傍領域における等電位線の様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
22,42,62 活性部不純物拡散領域
23a,43,63 ガードリング不純物拡散領域
26 第1のフィールドプレート
27a,47,67 第2のフィールドプレート
28,48,68 第1のフィールドプレートのエッジ側端部
29,49,69 活性部不純物拡散領域のエッジ側端部
31,51,71 第2のフィールドプレートの活性部側端部
32,52,72 ガードリング不純物拡散領域の活性部側端部
46 アノード電極(第1のフィールドプレート)
66 ゲートリング(第1のフィールドプレート)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power semiconductor device used for a power conversion device and the like, and more particularly, to a semiconductor device having a guard type withstand voltage structure with a planar type field plate.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a conventional semiconductor device having a guard type withstand voltage structure with a planar type field plate. As shown in FIG. 4, in the conventional guard ring breakdown voltage structure,
[0003]
The
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the guard ring withstand voltage structure with the field plate configured as shown in FIG. 4 has the following problems. FIG. 5 schematically shows the state of equipotential lines in the region near the boundary between the active portion and the edge of the semiconductor device (withstand voltage 651 V) in which the
[0005]
When the
[0006]
On the other hand, in the case of a guard ring structure without a field plate, the above-described pressure bottleneck can be eliminated by reducing the distance between adjacent guard ring impurity diffusion regions. However, in this structure, since there is no field plate that has the function of preventing charge concentration in the protective film, surface charges are accumulated in a partial region of the breakdown voltage structure, and the breakdown voltage of that part is lowered. There is a problem that it is inferior.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a highly reliable breakdown voltage structure that generates an ideal breakdown voltage close to that of a planar junction.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention has a planar guard plate with a field plate withstand voltage structure, and an oxide film and its oxidation in a region near the boundary between the active portion and the edge of the withstand voltage structure. A first field plate passing through an interlayer insulating film made of BPSG provided on the film and electrically connected to the active portion impurity diffusion region; and a plurality of guard ring impurity diffusions passing through the interlayer insulating film A plurality of second field plates electrically connected to each of the regions, the edge side edge of the field plate in the active part does not protrude from the active part impurity diffusion region, and the field plate in the edge active portion end to said structure and to Rukoto not protrude from the guard ring impurity diffusion regions.
[0009]
According to the present invention, in the region near the boundary between the active portion and the edge, the field plate in the active portion does not protrude from the active portion impurity diffusion region to the edge side, and the field plate in the edge extends from the guard ring impurity diffusion region to the active portion. Therefore, the gap between the adjacent active portion impurity diffusion region and guard ring impurity diffusion region can be reduced, thereby increasing the radius of curvature of the equipotential line and eliminating the withstand voltage bottleneck. Moreover, since there is a field plate, long-term reliability is ensured.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a semiconductor device having a guard-ring withstand voltage structure with a planar field plate according to the present invention. In this semiconductor device, the p + active portion impurity diffusion region 22 located closest to the edge in the region near the boundary between the active portion and the edge is formed on the surface portion of the n − drift layer 21 on the active portion side. Further, the plurality of p + guard ring
[0011]
A field plate (first field plate) 26 made of, for example, Al selectively formed on the active part impurity diffusion region 22 penetrates the
[0012]
[0013]
Here, the interval of the ion implantation window between the active portion impurity diffusion region 22 located closest to the edge and the guard ring
[0014]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the main part of the first specific example of the semiconductor device according to the present invention. The semiconductor device having the configuration shown in FIG. 2 is a diode, and the
[0015]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the main part of a second specific example of the semiconductor device according to the present invention. The semiconductor device having the configuration shown in FIG. 3 is an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or MOSFET, and a
[0016]
The interval between the ion implantation windows between the active portion
[0017]
According to the above-described embodiment, the edge
[0018]
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, the dimensions described in the above-described embodiments are examples, and the present invention is not limited to these. Further, the second and
[0019]
【Effect of the invention】
According to the present invention, in the region near the boundary between the active portion and the edge, the distance between the adjacent active portion impurity diffusion region and the guard ring impurity diffusion region is reduced to increase the curvature radius of the equipotential line, and the withstand voltage bottleneck. By eliminating the above, a high breakdown voltage close to the planar breakdown voltage can be generated. Moreover, since there is a field plate, high reliability can be obtained over a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of an example of a semiconductor device having a guard ring withstand voltage structure with a planar field plate according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of relevant parts showing a first specific example of a semiconductor device according to the present invention;
FIG. 3 is a cross-sectional view of a principal part showing a second specific example of a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of a conventional semiconductor device having a guard type withstand voltage structure with a planar plate with a field plate.
FIG. 5 is a diagram schematically showing equipotential lines in a region near the boundary between an active portion and an edge of a semiconductor device having a field plate.
FIG. 6 is a diagram schematically showing the state of equipotential lines in a region near the boundary between an active portion and an edge of a semiconductor device without a field plate.
[Explanation of symbols]
22, 42, 62 Active part
66 Gate ring (first field plate)
Claims (4)
酸化膜と、該酸化膜の上に設けられたBPSGよりなる層間絶縁膜を貫通して活性部不純物拡散領域に電気的に接続している第1のフィールドプレートと、
前記層間絶縁膜を貫通して複数のガードリング不純物拡散領域の各々に電気的に接続している複数の第2のフィールドプレートとを有し、
前記活性部内の、前記エッジに最も近い第1のフィールドプレートのエッジ側端部が、前記活性部内の、前記エッジとの境界に設けられた活性部不純物拡散領域のエッジ側端部よりも活性部中央寄りに位置し、かつ前記エッジ内の、前記活性部に最も近い第2のフィールドプレートの活性部側端部が、前記エッジ内の、前記活性部に最も近いガードリング不純物拡散領域の活性部側端部よりもエッジ中央寄りに位置することを特徴とする半導体装置。In the region near the boundary between the active portion and the edge of the semiconductor device having a guard ring withstand voltage structure with a planar type field plate,
An oxide film and a first field plate passing through an interlayer insulating film made of BPSG provided on the oxide film and electrically connected to the active portion impurity diffusion region;
A plurality of second field plates passing through the interlayer insulating film and electrically connected to each of the plurality of guard ring impurity diffusion regions;
The edge part of the first field plate closest to the edge in the active part is more active than the edge part of the active part impurity diffusion region provided at the boundary with the edge in the active part. An active portion side end portion of the second field plate closest to the active portion located near the center and closest to the active portion in the edge is an active portion of the guard ring impurity diffusion region closest to the active portion in the edge wherein a position to Rukoto the edge inboard of the side edges.
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