JPS58188B2 - semiconductor equipment - Google Patents
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- JPS58188B2 JPS58188B2 JP11805778A JP11805778A JPS58188B2 JP S58188 B2 JPS58188 B2 JP S58188B2 JP 11805778 A JP11805778 A JP 11805778A JP 11805778 A JP11805778 A JP 11805778A JP S58188 B2 JPS58188 B2 JP S58188B2
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は半導体装置、特に高耐圧が要求されるダイオ
ード、トランジスタなどの構成に欠くことのできない表
面不活性層を有する半導体装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a semiconductor device having a surface inactive layer indispensable for the construction of diodes, transistors, etc. that require high breakdown voltage.
従来、表面不活性層として一番多く使われている材料は
SiO2であって、シリコン半導体基体表面に露出した
PN接合を含むシリコン半導体基体表面に被着される。Conventionally, the most commonly used material for the surface inactive layer is SiO2, which is deposited on the surface of a silicon semiconductor substrate including a PN junction exposed on the surface of the silicon semiconductor substrate.
このSiO2層の被着法は、高温の酸素雰囲気および水
蒸気雰囲気中での熱酸化。The method of depositing this SiO2 layer is thermal oxidation in a high temperature oxygen atmosphere and water vapor atmosphere.
あるいは化学反応を利用したCVD法、または物理的に
被着させるスパッタリングなど種々あるが、いずれの方
法の場合にも、このSiO2層が誘電体(絶縁体)であ
るがために好ましくない現象が現われる。Alternatively, there are various methods such as CVD method using chemical reaction or sputtering method which physically deposits the material, but in either case, undesirable phenomena occur because this SiO2 layer is a dielectric (insulator). .
つまり、素子のPN接合の耐圧が高耐圧になればなるほ
ど、湿気、パッケージ・シールの汚染あるいはモールド
樹脂中のイオンの分極によって高耐圧素子が得られにく
い。In other words, the higher the breakdown voltage of the PN junction of the element, the more difficult it is to obtain a high breakdown voltage element due to moisture, contamination of the package seal, or polarization of ions in the molding resin.
この特性の劣化は、SiO2層上に電荷がたまり、シリ
コン半導体基体表面上とで一種のコンデンサを形成して
シリコン半導体基体の表面に逆極性の電荷が誘起されて
しまうためと考えられる。This deterioration in characteristics is thought to be due to the accumulation of charges on the SiO2 layer, forming a kind of capacitor with the surface of the silicon semiconductor substrate, and inducing charges of opposite polarity on the surface of the silicon semiconductor substrate.
たとえば、S iO2層上に何らかの原因(湿気など)
で負の電荷が蓄積した場合、N形シリコン半導体基体で
は、上記負電荷により誘起される正電荷が原因して基体
表面にチャンネルが形成されてしまう。For example, some cause (moisture, etc.) on the SiO2 layer
When negative charges are accumulated in the N-type silicon semiconductor substrate, a channel is formed on the surface of the substrate due to the positive charges induced by the negative charges.
その結果、ラテラルPNPトランジスタの場合にはパン
チスルーによる耐圧の劣化、P+N接合のダイオードで
はスクライビングによる破断面に到るまでN形シリコン
半導体基体表面にチャンネルが形成され。As a result, in the case of a lateral PNP transistor, the breakdown voltage deteriorates due to punch-through, and in the case of a P+N junction diode, a channel is formed on the surface of the N-type silicon semiconductor substrate up to the fracture surface due to scribing.
逆方向リーク電流の増加あるいは耐圧の劣化がみられる
。An increase in reverse leakage current or deterioration of withstand voltage is observed.
このようにSiO2層は、素子の耐圧が高いものになれ
ばなるほどこのような劣化現象がみられ、かつ外部から
の電界の影響によって信頼性が低下するのであまり好ま
しいものではない。As described above, the SiO2 layer is not very desirable because the higher the withstand voltage of the device, the more this kind of deterioration phenomenon is observed, and the reliability is lowered by the influence of an external electric field.
この問題を解決するために、SiO2層の代りに。To solve this problem, instead of SiO2 layer.
不純物を多結晶シリコン中にドープさせた半絶縁層を被
着させ、さらにその上にSiO2層を形成して積層構造
にすることが考えられている。It has been considered to deposit a semi-insulating layer in which impurities are doped into polycrystalline silicon, and further form a layer of SiO2 thereon to form a layered structure.
この不純物を含んだ半絶縁性のシリコン多結晶層は、S
iO2と比べて比抵抗が小さいため、SiO2層にお
いてみられたコンデンサ作用、すなわちシリコン半導体
基体表面に電荷の誘起現象がみられず。This semi-insulating silicon polycrystalline layer containing impurities is S
Since the specific resistance is lower than that of iO2, the capacitor effect observed in the SiO2 layer, that is, the phenomenon of induction of charge on the surface of the silicon semiconductor substrate, is not observed.
素子の高耐圧、高信頼性が図れ、シリコン半導体基体表
面における外部電界の影響(湿気、シール時における汚
染、電極配線)をなくすことができる。It is possible to achieve high breakdown voltage and high reliability of the device, and it is possible to eliminate the effects of external electric fields (moisture, contamination during sealing, electrode wiring) on the surface of the silicon semiconductor substrate.
ところが、この不純物を含んだ半絶縁性のシリコン多結
晶層は、外部電界の影響をシリコン半導体基体表面に及
ぼすようにして比較的浅い接合でも高耐圧化を可能にす
るフィールド・プレート構造の高耐圧素子には表面不活
性層として使えない欠点を持っており、拡散の深さを深
くするか、あるいは主接合を囲むガード・リンク構造の
場合しか適用できない。However, this semi-insulating polycrystalline silicon layer containing impurities has a high breakdown voltage structure with a field plate structure, which allows the influence of an external electric field to be exerted on the surface of the silicon semiconductor substrate, making it possible to increase the breakdown voltage even with relatively shallow junctions. The device has the disadvantage that it cannot be used as a surface inactive layer, and can only be applied by increasing the depth of diffusion or in the case of a guard link structure surrounding the main junction.
なお、ガード・リンク構造は。リングの数を多くしなけ
れば高耐圧化が図れず、素子サイズの縮小はフィールド
・プレート構造と比較して小さくはならない。Furthermore, the guard link structure is as follows. A high breakdown voltage cannot be achieved unless the number of rings is increased, and the element size cannot be reduced compared to the field plate structure.
この発明は上記の点に鑑みなされたもので、フィールド
・プレート構造を使って高耐圧化が図れ。This invention was made in view of the above points, and uses a field plate structure to achieve high voltage resistance.
かつ高信頼性を得ることが可能な表面不活性層を有する
半導体装置を提供することを目的とする。It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a surface inactive layer that can achieve high reliability.
以下この発明の実施例を図面を参照して説明するが、そ
こに先立ち、第1図に従来のSiO2層を表面活性層と
したフィールド・プレート構造を持つダイオードを示す
。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, FIG. 1 shows a diode having a field plate structure with a conventional SiO2 layer as a surface active layer.
この図において、1はN形シリコン半導体基体、2は拡
散領域、3はシリコン半導体界面、4はSiO2層、5
は空間電荷層。In this figure, 1 is an N-type silicon semiconductor substrate, 2 is a diffusion region, 3 is a silicon semiconductor interface, 4 is a SiO2 layer, and 5 is a silicon semiconductor substrate.
is the space charge layer.
6はフィールド・プレート電極である。6 is a field plate electrode.
すなわち。フィールド・プレート構造では、PN接合を
逆バイアスした時にはフィールド・プレート電極6領域
下のシリコン半導体界面3も空乏状態になるために、逆
バイアスされたPN接合の空間電荷層5の形状が、フィ
ールド・プレート電極6のない通常のダイオードと比較
してシリコン半導体界面3で電界集中が起きないように
緩和されるので高耐圧化が図れる。Namely. In the field plate structure, when the PN junction is reverse biased, the silicon semiconductor interface 3 under the field plate electrode 6 region is also in a depleted state, so the shape of the space charge layer 5 of the reverse biased PN junction is similar to that of the field. Compared to a normal diode without a plate electrode 6, electric field concentration at the silicon-semiconductor interface 3 is relaxed so that a high withstand voltage can be achieved.
ところが、SiO2層4上層温上層温上原因で負の電荷
が蓄積した場合、N形シリコン半導体基体1のシリコン
半導体界面3には逆極性の電荷つまり正の電荷が誘起さ
れ、スクライブ・ラインの破断面に到るまでこの正の電
荷が誘起されてしまってPN接合の逆方向のリーク電流
の増加、または耐圧の劣化が起きてしまう。However, if negative charges are accumulated due to the temperature increase in the upper layer of the SiO2 layer 4, charges of opposite polarity, that is, positive charges, are induced at the silicon semiconductor interface 3 of the N-type silicon semiconductor substrate 1, causing the scribe line to break. This positive charge is induced all the way to the cross section, resulting in an increase in leakage current in the reverse direction of the PN junction or a deterioration in breakdown voltage.
すなわち。従来のS 1O2O2層は、フィールド・プ
レート構造によって比較的浅い拡散深さでも高耐圧化が
可能ではあるが、信頼性に欠ける。Namely. Although the conventional S 1 O 2 O 2 layer has a field plate structure and can achieve high breakdown voltage even with a relatively shallow diffusion depth, it lacks reliability.
次に、不純物を含んだ半絶縁性のシリコン多結晶層をシ
リコン半導体基体上に直接被着させて。A semi-insulating polycrystalline silicon layer containing impurities is then deposited directly onto the silicon semiconductor substrate.
さらにこの上にSiO2層を被着させた構造でのフィー
ルド・プレートのダイオードを第2図に示し。FIG. 2 shows a field plate diode with a structure in which a SiO2 layer is further deposited thereon.
図中1〜6は第1図と同一、7は不純物を含んだ半絶縁
性のシリコン多結晶層である。In the figure, 1 to 6 are the same as those in FIG. 1, and 7 is a semi-insulating polycrystalline silicon layer containing impurities.
この場合には、PN接合を逆バイアスした時には、フィ
ールド・プレート電極6領域下のシリコン半導体界面3
が外部電界の影響を受けず空乏状態にはならない。In this case, when the PN junction is reverse biased, the silicon semiconductor interface 3 under the field plate electrode 6 region
is not affected by external electric fields and does not become depleted.
したがって、逆バイアスされたPN接合の空間電荷層5
の形状は、フィールド・プレート電極6を持たない通常
のダイオードの場合と同じで高耐圧化は図れない。Therefore, the space charge layer 5 of the reverse biased PN junction
The shape is the same as that of a normal diode without the field plate electrode 6, and high breakdown voltage cannot be achieved.
そして、得られるPN接合の耐圧は、シリコン半導体基
体1の比抵抗と拡散領域2の拡散の深さで決まってしま
う。The breakdown voltage of the resulting PN junction is determined by the resistivity of the silicon semiconductor substrate 1 and the depth of diffusion of the diffusion region 2.
一方、 SiO2層4上層温上層温上した場合でもシリ
コン半導体界面3には逆電荷が誘起されないので、湿気
、汚染、樹脂の分極などの原因による信頼性の低下はみ
られない。On the other hand, even if the temperature of the upper layer of the SiO2 layer 4 is increased, no reverse charge is induced at the silicon semiconductor interface 3, so that there is no decrease in reliability due to causes such as moisture, contamination, and polarization of the resin.
この発明の半導体装置は、第1図および第2図のそれぞ
れの欠点をなくしたもので、実施例としてフィールド・
プレート構造のダイオードを第3図に示す。The semiconductor device of the present invention eliminates the drawbacks of FIG. 1 and FIG.
A plate structure diode is shown in FIG.
この図のダイオードの各部を1便宜上第1図、第2図と
同一部分に同一番号を付して説明すると、1はN形シリ
コン半導体基体、2は拡散領域、3はシリコン半導体界
面、4はS i O2層、5は空間電荷層、6はフィー
ルド・プレート電極、7は不純物を含んだ半絶縁性のシ
リコン多結晶層である。For convenience, each part of the diode in this figure will be explained by assigning the same numbers to the same parts as in FIGS. 1 and 2. 1 is the N-type silicon semiconductor substrate, 2 is the diffusion region, 3 is the silicon semiconductor interface, and 4 is the 5 is a space charge layer, 6 is a field plate electrode, and 7 is a semi-insulating polycrystalline silicon layer containing impurities.
すなわち、このフィールド・プレート構造のダイオード
においては、フィールド・プレート電極6領域下の表面
不活性層として従来のSiO2層4を被着させ、またフ
ィールド・プレート電極6領域下以外の表面不活性層と
して、不純物を含んだ半絶縁性のシリコン多結晶層7を
シリコン半導体基体1に直接被着させ、さらにその上に
SiO2層4を被着させた構造であり、フィールド・プ
レート電極6領域下のシリコン半導体界面3にシリコン
半導体基体1外から電界の影響が及ぶようにする反面、
フィールド・プレート電極6領域以下のシリコン半導体
界面3にはシリコン半導体基体1外からの電界の影響が
及ばないようにしたものである。That is, in the diode with this field plate structure, the conventional SiO2 layer 4 is deposited as a surface inactive layer under the field plate electrode 6 region, and the conventional SiO2 layer 4 is deposited as a surface inactive layer in areas other than the field plate electrode 6 region. , a semi-insulating silicon polycrystalline layer 7 containing impurities is deposited directly on the silicon semiconductor substrate 1, and a SiO2 layer 4 is further deposited on top of the semi-insulating silicon polycrystalline layer 7 containing impurities. While allowing the influence of an electric field to reach the semiconductor interface 3 from outside the silicon semiconductor substrate 1,
The silicon semiconductor interface 3 below the field plate electrode 6 region is prevented from being influenced by an electric field from outside the silicon semiconductor substrate 1.
したがって、このダイオードによれば、フィールド・プ
レート構造を使って高耐圧化が図れ、かつ湿気、汚染、
樹脂の分極などによる信頼性の低下を防止し得る。Therefore, with this diode, it is possible to achieve high breakdown voltage using the field plate structure, and it is also resistant to moisture and pollution.
Deterioration in reliability due to resin polarization can be prevented.
なお、不純物を含んだ半絶縁性のシリコン多結晶層7の
比抵抗は、不純物を含まない多結晶シリコンの比抵抗(
≒106Ωcm)より大きいのが望ましく、半導体工業
上よく使われる不純物としては酸素、窒素、炭素などが
挙げられる。Note that the specific resistance of the semi-insulating silicon polycrystalline layer 7 containing impurities is the specific resistance of polycrystalline silicon not containing impurities (
≒106 Ωcm), and impurities often used in the semiconductor industry include oxygen, nitrogen, and carbon.
さらに、被着法としては、不純物をドープさせながら行
う多結晶シリコンのCVD法、あるいは多結晶シリコン
中に上記の不純物原子を物理的に打込む方法などが挙げ
られる。Furthermore, examples of the deposition method include a polycrystalline silicon CVD method performed while doping impurities, and a method of physically implanting the above-mentioned impurity atoms into polycrystalline silicon.
また、上記実施例では、フィールド・プレート電極6領
域下の表面不活性層をS 1O2O2O3としたが、従
来半導体工業において使われている5iO2−8i3N
4構造でもよい。In addition, in the above embodiment, the surface inactive layer under the field plate electrode 6 region was made of S1O2O2O3, but it was made of 5iO2-8i3N, which is conventionally used in the semiconductor industry.
4 structure may be sufficient.
さらに、フィールド・プレート電極6領域下以外の表面
不活性層として、不純物を含んだ半絶縁性の多結晶シリ
コン層7上のS iO2層4は、フィールド・プレート
電極6とシリコン半導体基体1との間の絶縁耐圧を向上
させるためのものであるから他の絶縁性のある材料でも
よい。Furthermore, the SiO2 layer 4 on the semi-insulating polycrystalline silicon layer 7 containing impurities serves as a surface inactive layer except under the field plate electrode 6 region. Since the purpose is to improve the dielectric strength between the two, other insulating materials may be used.
以上詳述したように、この発明による半導体装置は、フ
ィールド・プレート構造を使って高耐圧化が図れ、かつ
高信頼性に富むもので、ゆえに接合深さを浅くし得るか
ら素子サイズの縮小化および半導体基体の拡散時間の短
縮化も可能となる。As described in detail above, the semiconductor device according to the present invention uses a field plate structure to achieve high breakdown voltage and is highly reliable. Therefore, the junction depth can be made shallow, so the device size can be reduced. Also, it is possible to shorten the diffusion time of the semiconductor substrate.
さらに、素子サイズの縮小化ができるから、高密度の集
積化も可能になる。Furthermore, since the element size can be reduced, high-density integration is also possible.
また、信頼性に富む表面不活性層を使用するために、従
来のような水分が入らないように工夫したハーメチック
シールをしなくてよく、安価なモールドタイプ樹脂シー
ルルで充分間に合うようになる。In addition, since the highly reliable surface inactive layer is used, there is no need for conventional hermetic seals designed to prevent moisture from entering, and an inexpensive mold-type resin seal can be used.
第1図は従来のS i O2層を表面不活性層としたフ
ィールド・プレート構造のダイオードを示す断面図、第
2図は不純物を含んだ半絶縁性のシリコン多結晶層とS
iO2層を積層構造にして表面不活性層としたフィール
ド・プレート構造のダイオードを示す断面図、第3図は
この発明による半導体装置の実施例を示す断面図である
。
1・・・・・・N形シリコン半導体基体、3・・・・・
・シリコン半導体界面、4・・・・・・S iO2層、
6・・・・・・フィールド・プレート電極、7・・・・
・・不純物を含んだ半絶縁性のシリコン多結晶層。Figure 1 is a cross-sectional view showing a conventional diode with a field plate structure using a SiO2 layer as a surface inactive layer, and Figure 2 is a cross-sectional view showing a diode with a semi-insulating silicon polycrystalline layer containing impurities and S
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a diode with a field plate structure in which an iO2 layer has a laminated structure and a surface inactive layer. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. 1... N-type silicon semiconductor substrate, 3...
・Silicon semiconductor interface, 4...SiO2 layer,
6...Field plate electrode, 7...
...Semi-insulating polycrystalline silicon layer containing impurities.
Claims (1)
プレート電極領域下の半導体基体上に、この半導体基体
上に実質的に接してSiO2層を有する一方、フィール
ド・プレート電極領域下以外の半導体基体上には、この
半導体基体上に実質的に接して不純物を含む半絶縁性の
シリコン多結晶層を有し、フィールド・プレート電極領
域下の半導体基体界面に対しては半導体基体外から電界
の影響が及ぶようにする反面、フィールド・プレート電
極領域以外の半導体基体界面には半導体基体外からの電
界の影響が及ばないようにしたことを特徴とする半導体
装置。1 Field plate structure, with field plate structure
On the semiconductor substrate under the plate electrode region, there is a SiO2 layer substantially in contact with the semiconductor substrate, while on the semiconductor substrate other than under the field plate electrode region, there is a SiO2 layer substantially in contact with the semiconductor substrate. It has a semi-insulating silicon polycrystalline layer containing impurities, and while the electric field is applied from outside the semiconductor substrate to the semiconductor substrate interface under the field plate electrode region, A semiconductor device characterized in that an electric field from outside the semiconductor substrate does not affect the semiconductor substrate interface.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11805778A JPS58188B2 (en) | 1978-09-27 | 1978-09-27 | semiconductor equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11805778A JPS58188B2 (en) | 1978-09-27 | 1978-09-27 | semiconductor equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5544734A JPS5544734A (en) | 1980-03-29 |
| JPS58188B2 true JPS58188B2 (en) | 1983-01-05 |
Family
ID=14726941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11805778A Expired JPS58188B2 (en) | 1978-09-27 | 1978-09-27 | semiconductor equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58188B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0554960U (en) * | 1991-12-26 | 1993-07-23 | 日本ユプロ株式会社 | Heat exchanger for water heater |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07106992B2 (en) * | 1988-06-13 | 1995-11-15 | 三菱石油株式会社 | Method for separating 2,6-dimethylnaphthalene |
-
1978
- 1978-09-27 JP JP11805778A patent/JPS58188B2/en not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0554960U (en) * | 1991-12-26 | 1993-07-23 | 日本ユプロ株式会社 | Heat exchanger for water heater |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5544734A (en) | 1980-03-29 |
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