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JPS6132827B2 - - Google Patents
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JPS6132827B2 - - Google Patents

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JPS6132827B2
JPS6132827B2 JP51142157A JP14215776A JPS6132827B2 JP S6132827 B2 JPS6132827 B2 JP S6132827B2 JP 51142157 A JP51142157 A JP 51142157A JP 14215776 A JP14215776 A JP 14215776A JP S6132827 B2 JPS6132827 B2 JP S6132827B2
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JP
Japan
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region
junction
voltage
type
dielectric breakdown
Prior art date
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JP51142157A
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Akyasu Ishitani
Takashi Shimada
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、PN接合の表面端部での絶縁破壊を
防止することによつて耐圧を高めた半導体装置に
関するものである。
半導体装置のPN接合に逆方向電圧を印加する
と、所定電圧(耐圧)で絶縁破壊が生じる。この
絶縁破壊が生じる電圧は、半導体基体(バルク)
内部とPN接合が終端する表面とで異なり、一般
にはバルク内の絶縁破壊電圧に達する以前に表面
で絶縁破壊が生じてしまう。したがつて半導体装
置の耐圧は上記表面の絶縁破壊電圧となり、低耐
圧である。また表面での絶縁破壊は不安定であ
り、半導体装置に及ぼす悪影響も大きい。
このためPN接合表面端部の表面形状を斜めに
加工するベベル構造(メサ形も含む)により、上
記表面での絶縁破壊を向上させることが周知であ
るが、半導体基体の一主面(表面)にPN接合を
終端させて形成されるたとえばプレーナ構造の半
導体装置に比べて製造に手間がかかり、またパシ
ーベーシヨンも困難であるため全体として信頼性
が低いという欠点を有する。
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもの
であり、プレーナ構造等のように製造容易で高信
頼性を有し、耐圧はメサ型(ベベル構造)と同等
となるような半導体装置の提供を目的とする。
すなわち、本発明に係る半導体装置は半導体基
体の一主面に臨む第1導電型の第1領域と反対導
電型の第2領域との間に形成され半導体基体内に
設けられた第1のPN接合と、上記主面に臨んで
形成される反対導電型の第3領域と上記第1領域
との間に形成され上記主面にて終わる第2のPN
接合を有し、上記第3領域は上記第2領域よりも
高い不純物濃度で形成され、上記第1のPN接合
から上記第1領域内部で全厚みにわたつて成長す
る空乏層が上記第2のPN接合近傍で上記主面ま
で達することにより上記第1のPN接合で上記第
2のPN接合の絶縁破壊電圧より低い電圧で絶縁
破壊が起きるよう構成したことを特徴としている
ため、上記一主面(表面)に端部を有する第2の
PN接合の絶縁破壊電圧を越えても、第2のPN接
合では絶縁破壊が起らず、さらに高い第1のPN
接合の絶縁破壊電圧に達して初めて絶縁破壊が起
こる。したがつて耐圧が高くなるとともに、絶縁
破壊はバルク内の第1のPN接合で起こるため比
較的安定であり、半導体装置に与える影響も少な
い。またプレーナ構造をとることができるため、
パシベーシヨン等の表面処理も容易に行なえ、信
頼性及び特性の向上が図れる。
次に第1図を参照しながら本発明に係る第1の
実施例について説明する。半導体基体の一主面
(表面)に臨む第1導電型たとえばP型の第1領
域1は、反対導電型たとえばN型の半導体結晶基
板である第2領域2上にエピタキシヤル成長させ
たものであり、これら第1、第2領域の境界面に
第1のPN接合4が形成されている。また上記第
1領域1の周囲には、表面から第2領域に達する
ように反対導電型たとえばN型の不純物を高濃度
拡散することにより、第3領域3が形成される。
これら第1、第3領域により、表面で終端する第
2のPN接合5が形成されている。
さらに、上記P型の第1領域1の表面上には
SiO2のごとき絶縁層6が安定化のために被着形
成され、この絶縁層6の窓部を介してアノード電
極取出用のP+型領域7が拡散により形成され
る。また上記N型の第2領域2の下部には、カソ
ード電極取出用のN+型領域8が形成される。
このような構造を有する半導体装置(本実施例
ではダイオード)において、さらに第1領域1の
厚さx1、および第1、第2領域1,2の不純物濃
度N1,N2を下記の条件を満足するように選定す
る。すなわち、第1PN接合4に逆方向電圧を印加
するとき第1領域1の全域が空乏層化するための
電圧V0は、 V0=q/2ε・X ・N1・(1+N/N)……
であり、この電圧V0を第2PN接合5の絶縁破壊電
圧BV2よりも低く設定すること(BV2>V0)が必
要とされる。上記電圧V0を低くするには、式
より第1領域1の厚さx1および不純物濃度N1
小さく、第2領域2の不純物濃度N2を比較的大
きくすれば良い。ところで、第1PN接合4での絶
縁破壊電圧BV1は、 BV1≒q/2ε・N2・{(ε/qN・Ecrit+xo)2
− (1+N/N)x } …… ただしEcrit:PN接合で絶縁破壊が生じる電界 x0:P+型領域7の下面から第1PN接
合4まで巾 であるから、N2をあまり大きくとるとBV1を低
下させることになる。このことによりN2の好ま
しい範囲は、N1の1/100〜10倍程度である。
一方、カソード組の高不純物濃度領域8の濃度
は、オーミツクコンタクトのためだけでなく、第
2領域2中に拡大する空乏層を止めるためにも、
できるだけ高い方が良い。その結果、第1領域1
側の空乏層を、第1PN接合4の耐圧を高く保ちな
がら、促進することができる。
このように、第2PN接合5の絶縁破壊電圧BV2
より低い所定の電圧V0で、第1領域1内部のほ
ぼ全域にわたつて空乏層が形成されるため、上記
電圧V0以上の電圧を印加しても第2PN接合5の電
界の上昇率はわずかとなる。したがつて従来の耐
圧BV2でも第2PN接合5で絶縁破壊が生じず、さ
らに高い電圧BV1に達したときに第1PN接合4の
電界がEcritとなり、このバルク内の第1PN接合
4で絶縁破壊が生じる。
アノード側の高不純物濃度領域7の濃度は、オ
ーミツクコンタクトのためだけでなく、その中に
空乏層が入りこまないためにも高い濃度であるこ
とが要求される。
以上の説明から明らかなように、本実施例に係
る半導体装置であるダイオードの耐圧は、従来の
表面絶縁破壊電圧BV2から、バルク内の絶縁破壊
電圧BV2にまで実質的に高められる。しかも半導
体装置としては、PN接合が露出するプレーナ型
構造が可能であるため、製造および特性の点でメ
サ型構造(ベベル構造)よりも有利である。ま
た、絶縁破壊はバルク内で生じるため、表面絶縁
破壊に比べて安定であり、素子に与える悪影響も
少ない。さらに、従来と同一耐圧を構成した場合
には、不純物濃度をその分だけ高めることができ
るため、電流容量を大きくできる。
第2図は第2の実施例を示し、上記第1の実施
例の構成において、さらに第3領域3に接続され
た電極11を、絶縁層6を介して、第2PN接合5
および第1領域1の一部上に形成している。他の
構成は第1の実施例と同様であるから、同一の参
照番号を付して省略する。
この第2の実施例では、電極11で覆われた第
1領域1の表面部分からも空乏層が成長してゆく
ため、第1領域1全域が空乏層化する電圧が低く
とれ、半導体基体の不純物濃度等の条件が緩和さ
れる。また第2PN接合5上に金属電極11がある
ため、外部イオンの害が防げ、第2導接合5を横
切つて流れるリーク電流が減少する。
第3図は第3の実施例として本発明をエピタキ
シヤルベース型のプレーナトランジスタに適用し
た例を示している。このトランジスタの製法の一
例を第4図A〜Eに示す。
すなわち第4図Aにおいて、第1領域であるP
型エピタキシヤルベース層1と、第2領域である
N型シリコン結晶基板2との間に第1のPN接合
4が形成されており、P型エピタキシヤル層1の
表面は熱酸化によりSiO2絶縁層6が、N型基板
2下面にはコレクタ電極取出用の高濃度N型層8
がそれぞれ形成されている。
次に第4図Bに示すように、P型エピタキシヤ
ル層1の周囲に第3領域となるN+拡散領域3を
N型基板2まで達するように形成し、これら第
1、第3領域間に第2のPN接合5を得る。もち
ろん第2PN接合5はその下端で、上記第1PN接合
4と連結する。
次に、第4図Cでは、エミツタ拡散用の同一の
窓部から順次P型、N型不純物を拡散し、P型領
域7およびエミツタ領域としての高濃度N型領
域9を形成する。上記P型領域7はエミツタの
パンチスルーを防止するためのもので、不純物濃
度はP型エピタキシヤル層1よりも高めにとつて
いる。ベース領域は第1領域1と、P型領域7
とにより構成される。
第4図Dでは、ベースの窓部からの高納度P型
不純物を拡散して、ベース電極取出用のP+拡散
領域7を形成する。このとき、P型領域7
との距離は、その中間のP型エピタキシヤル
層1の一部が空乏化されずに残るように小さい値
とするのが好ましい。
次に、第4図Eにおいて、上記P+領域7
N+領域9上に電極取出用の窓開けを行ない、さ
らにA等の金属層を蒸着してフオトエツチング
処理することにより、第3図に示すようなベー
ス、エミツタ電極を有するエピタキシヤルベース
型トランジスタが得られる。
この第3の実施例において、第1、第2のPN
接合4,5への逆方向電圧を上昇させた場合に
は、低濃度領域側にほど、より速い速度でこれら
のPN接合から空乏層が成長してゆく。そして、
第2PN接合5の表面端部aの絶縁破壊電圧以下の
所定電圧V0で、第1領域1の全域が空乏層で満
たされる。ただし、高不純物濃度の領域3,7
,7の内部および領域7,7間の表面部
は空乏層化されずに残る。さらに上記電圧V0
上の逆方向電圧を印加しても、上記第2PN接合5
の表面端部aでの電界はほぼ変化しない。これに
対して第1PN接合4の電界は、逆方向電圧の上昇
に伴ない上昇するため、所定の絶縁破壊電圧BV1
に達したとき、この第1PN接合4の部分b近傍に
おいて絶縁破壊が生じる。
このように、第2PN接合5の絶縁破壊電圧以下
の電圧で、第1領域1のほぼ全域が空乏層化する
ための条件は、前述した第1の実施例と同様であ
る。
したがつて、トランジスタの耐圧は、素子内部
の第1PN接合の絶縁破壊電圧まで高められる。こ
れは表面での絶縁破壊を防止したメサ型トランジ
スタの耐圧に相当する。しかも構造はプレーナ型
であるため、製造が容易で信頼性も高い。さらに
従来のプレーナ型トランジスタの同一耐圧のもの
と比較すると、N型基板2の不純物濃度を高くで
きることになり、電流容量が大きくとれる。また
エミツタ領域9下部のP型拡散領域7による内
部ベース抵抗は小さく、P型エピタキシヤル層1
による外部ベース低抗は大きく、しかもそれぞれ
制御できるため、たとえば大電流動作時において
も電流密度をより均一にすることができ、安全動
作領域(ASO:Area of Safe Operation)の拡
大が図れる。
次に第5図は第4の実施例を示し、第3の実施
例の説明中で、第4図BのP型エピタキシヤルベ
ース層1に、高濃度P型の拡散ベース層7を形
成し、さらにこのP+ベース層7中に高濃度N
型の拡散エミツタ層を形成したものである。
この第4の実施例の動作も上記第3の実施例と
ほぼ同様であり、高耐圧、高信頼性、ASOの向
上等の効果があることは明らかであろう。さらに
第3図実施例のP型領域7,7が連結するた
めベース抵抗の絶対値は小さくなり、たとえばス
イツチング速度等は向上する。
これら第3、第4の実施例についても、前述し
た第2の実施例と同様にはみ出し電極構造をとる
ことができ、その一例として第3の実施例につい
て第3領域3に対し、はみ出し電極構造を採用し
たものを第5の実施例として第6図に示す。構
成、作用および効果は第2、第3の実施例と同様
であるから、第6図の参照番号を第2、第3の実
施例と同一にすることで説明は省略する。
なお、本発明は上記第1ないし第5の実施例の
みに限定されるものでなく、たとえばP型、N型
を互換してもよい。また、半導体装置としては、
ダイオード、トランジスタに限定されずFET
(電界効果トランジスタ)やバイポーラIC等種々
のものに適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る第1の実施例を示す断面
図、第2図は第2の実施例を示す断面図、第3図
は第3の実施例を示す断面図、第4図A〜Eは上
記第3の実施例の製造工程に沿つた断面図、第5
図は第4の実施例を示す断面図、第6図は第5の
実施例を示す断面図である。 1……第1領域、2……第2領域、3……第3
領域、4……第1のPN接合、5……第2のPN接
合、6……絶縁層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基体の一主面に臨む第1導電型の第1
    領域と反対導電型の第2領域との間に形成され半
    導体基体内に設けられた第1のPN接合と、 上記主面に臨んで形成される反対導電型の第3
    領域と上記第1領域との間に形成され上記主面に
    て終わる第2のPN接合を有し、 上記第3領域は上記第2領域よりも高い不純物
    濃度で形成され、 上記第1のPN接合から上記第1領域内部で全
    厚みにわたつて成長する空乏層が上記第2のPN
    接合近傍で上記主面まで達することにより上記第
    1のPN接合で上記第2のPN接合の絶縁破壊電圧
    より低い電圧で絶縁破壊が起こることを特徴とす
    る半導体装置。
JP14215776A 1976-11-29 1976-11-29 Semiconductor device Granted JPS5367367A (en)

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JPH0228937A (ja) * 1988-07-19 1990-01-31 Matsushita Electron Corp 半導体装置
JP5755939B2 (ja) * 2011-05-24 2015-07-29 セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー 半導体装置及びその製造方法

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