專利名稱：高耐壓半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高耐壓半導(dǎo)體裝置。特別是涉及到變壓器控制用高耐壓半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
圖16所示的照明用變壓器控制系統(tǒng)作為以往使用的變壓器控制用高耐壓半導(dǎo)體裝置的例子。圖16表示了照明用變壓器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)。
圖16所示的照明用變壓器控制系統(tǒng)包含含有熒光燈100的LC諧振電路，用于為熒光燈100供電的高耐壓功率NchMOSFET101、102，用于驅(qū)動(dòng)高耐壓功率NchMOSFET101的高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路105，用于驅(qū)動(dòng)高耐壓功率MOSFET102的低壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路106。高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路105由變壓器控制用高耐壓半導(dǎo)體裝置構(gòu)成。另外，高耐壓功率NchMOSFET101、102是分立型元件。照明用變壓器控制系統(tǒng)還包含用于提供高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用電源電壓V2的高耐壓二極管104和電容器103，熒光燈驅(qū)動(dòng)用高壓電源端子110、低壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用電源端子107，用于驅(qū)動(dòng)熒光燈的輸出端子109。
外加在熒光燈驅(qū)動(dòng)用高壓電源端子110上的V1是把交流電源整流后得到的支流電壓，最大為600V左右的高壓。一方面，外加在低壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用電源端子107上的V3是低壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓，通常為15V左右的低壓。而外加在高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用電源端子108上的V2是由低壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路電壓V3、高耐壓二極管104和高耐壓功率NchMOSFET101、102決定的電壓，隨著高耐壓功率NchMOSFET101、102的導(dǎo)通/斷開(kāi)動(dòng)作，從V3的電壓15V左右的電壓到(V1+V3)的高電壓，即615V左右的范圍內(nèi)變動(dòng)。
下面，說(shuō)明照明用變壓器控制系統(tǒng)的動(dòng)作概要。
首先，在V3＝15V，V1＝600V的初始狀態(tài)下，通常把熒光燈驅(qū)動(dòng)用輸出端子電壓V4設(shè)置為近于GND電位。因此，在該狀態(tài)下，通過(guò)高耐壓二極管104的正向動(dòng)作對(duì)電容器103充電，V2設(shè)置為從V3＝15V減去高耐壓二極管104的正向電壓部分后得到的值。
接著，由低壓一側(cè)控制信號(hào)把高耐壓功率NchMOSFET102設(shè)置為斷開(kāi)狀態(tài)，并且，由高壓一側(cè)控制信號(hào)把高耐壓功率MOSFET101設(shè)置為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，對(duì)含有熒光燈100的LC諧振電路電容器充電。這時(shí)，通過(guò)使高耐壓功率MOSFET101為導(dǎo)通狀態(tài)，使熒光燈驅(qū)動(dòng)用輸出端子電壓V4從GND電位附近上升到V1＝600V左右的電位(從V1減去高耐壓功率NchMOSFET101的導(dǎo)通電壓后得到的電壓)。這時(shí)，因?yàn)閷?duì)電容器103進(jìn)行了充電，所以變?yōu)楦邏阂粋?cè)驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)質(zhì)電源電壓的V2和V4的電位差能保持在初始電壓V3＝15V左右的電位(從V3減去高耐壓二極管104的正向電壓后得到的電壓)。這樣，V2從V3＝15V左右的電位上升到(V1+V3)＝615V左右的電位。
之后，由高壓一側(cè)控制信號(hào)，把高耐壓功率NchMOSFET101設(shè)置為斷開(kāi)狀態(tài)，并且，由低壓一側(cè)控制信號(hào)把高耐壓功率MOSFET102設(shè)置為導(dǎo)通狀態(tài)，使熒光燈100放電。這時(shí)，通過(guò)使高耐壓功率MOSFET102為導(dǎo)通狀態(tài)，使熒光燈驅(qū)動(dòng)用輸出端子電壓V4從V1＝600V左右的電位(從V1減去高耐壓功率NchMOSFET101的導(dǎo)通電壓后得到的電位)，下降到GND電位附近(從GND電位加上高耐壓功率NchMOSFET102的導(dǎo)通電壓后得到得電位)。這時(shí)，因?yàn)閷?duì)電容器103進(jìn)行了充電，所以變?yōu)楦邏阂粋?cè)驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)質(zhì)電源電壓的V2和V4的電位差能保持在V3＝15V左右的電位(從V3減去高耐壓二極管104的正向電壓后得到的電壓)。這樣，V2從(V1+V3)＝615V左右的電位下降到V3＝15V左右的電位。上述的動(dòng)作是含有熒光燈的LC諧振電路在充電/放電時(shí)的一個(gè)周期的動(dòng)作。
近年來(lái)，把在照明領(lǐng)域使用的變壓器控制系統(tǒng)的低壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路(圖16中的符號(hào)106)和高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路(圖16中的符號(hào)105)和其它的控制電路集成化的課題進(jìn)行了研究。此種高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路(圖16中的符號(hào)105)，一般是被稱為浮動(dòng)模塊的電路模塊，電源端子108不偏置為固定電位，而是處于浮動(dòng)狀態(tài)。圖17表示了把該浮動(dòng)模塊集成化時(shí)的截面結(jié)構(gòu)。
圖17所示的浮動(dòng)模塊包含P型半導(dǎo)體襯底1、在襯底上形成的含有低濃度的N型雜質(zhì)的半導(dǎo)體領(lǐng)域2、N型嵌入擴(kuò)散領(lǐng)域3、把元件間在電上分離的P型分離擴(kuò)散領(lǐng)域4、用于給半導(dǎo)體領(lǐng)域2提供電源端子108的電位的高濃度接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6、用于給半導(dǎo)體領(lǐng)域2提供電位的金屬電極25、用于給分離擴(kuò)散領(lǐng)域4和P型半導(dǎo)體襯底1提供電位的金屬電極33。
在分離擴(kuò)散領(lǐng)域4和N型擴(kuò)散領(lǐng)域6之間，形成了薄的氧化膜15和厚的氧化膜16，在氧化膜15和16上，形成了與金屬電極33設(shè)置為等電位的聚硅酮制的板式電極17b、電浮動(dòng)的聚硅酮制的板式電極18b、與金屬電極25連接在一起的聚硅酮制的板式電極19b。在板式電極17b、18b和19b上，形成了層間絕緣膜34，在層間絕緣膜34上，形成了電浮動(dòng)的金屬電極40和金屬電極41。然后，在金屬電極40、41上形成了表面保護(hù)膜35，還形成了密封用樹(shù)脂36。
在圖17所示的結(jié)構(gòu)中，在接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6所圍起的領(lǐng)域中，形成了構(gòu)成高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的CMOS、電容、電阻等元件。把形成該元件的領(lǐng)域叫做“高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用元件領(lǐng)域”。
在圖17所示的高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用元件領(lǐng)域內(nèi)，形成了構(gòu)成高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路一部分的NchMOS的P型主體擴(kuò)散領(lǐng)域7、在P型主體擴(kuò)散領(lǐng)域7內(nèi)形成了NchMOS的N型源擴(kuò)散領(lǐng)域8和漏擴(kuò)散領(lǐng)域9、NchMOS的聚硅酮柵極22。在N型源擴(kuò)散領(lǐng)域8和漏擴(kuò)散領(lǐng)域9分別與源金屬電極26和漏金屬電極27連接。另外，還形成了構(gòu)成高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路一部分的P型源擴(kuò)散領(lǐng)域10和漏擴(kuò)散領(lǐng)域11、PchMOS的聚硅酮電極23、PchMOS的源金屬電極28和漏金屬電極29。由此，形成了CMOS晶體管元件。
另外，形成了成為電容元件的一個(gè)電極的P型源擴(kuò)散領(lǐng)域12、與P型源擴(kuò)散領(lǐng)域12連接在一起的金屬電極30、成為電容元件的另一個(gè)電極的聚硅酮制電極24，由這些形成了電容元件。進(jìn)而，還形成了構(gòu)成高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路一部分的P型擴(kuò)散電阻13、P型擴(kuò)散電阻13的金屬電極31和32。由這些形成了電阻元件。
在圖17所示的結(jié)構(gòu)中，在金屬電極25上外加圖16所示的高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓V2，然后，使與分散擴(kuò)散領(lǐng)域4連接在一起的金屬電極33上付給GND電位。另外，構(gòu)成CMOS的NchMOS的P型主體擴(kuò)散領(lǐng)域7是高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的V4的電位。
為了便于通過(guò)說(shuō)明理解上述的照明用變壓器控制系統(tǒng)的動(dòng)作，使外加了電壓V2的金屬電極25、聚硅酮制的板式電極19b和接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6，從15V左右的低電壓到615V左右的高電壓變化。一方面，因?yàn)閳D16中的V4的電位在圖17中變成了NchMOS的P型主體擴(kuò)散領(lǐng)域7的電位，所以P型主體擴(kuò)散領(lǐng)域7的電位從GND電位附近到V1＝600V的范圍內(nèi)變化。這時(shí)，金屬電極25、聚硅酮制的板式電極19b、高濃度擴(kuò)散領(lǐng)域6與NchMOS的P型主體擴(kuò)散領(lǐng)域7的電位差保持為15V左右的電位差。
因此，P型半導(dǎo)體襯底1和P型分散擴(kuò)散領(lǐng)域4與低濃度N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2之間的PN結(jié)上，外加了615V左右的高壓。在圖17所示的結(jié)構(gòu)中，板式電極17b、18b、19b是場(chǎng)板的一種，通過(guò)與其上形成的房間絕緣膜34上進(jìn)一步形成的浮動(dòng)金屬電極40、41的電容耦合，把從金屬電極25到板式電極17b的電位分壓，起到使半導(dǎo)體領(lǐng)域2的電位分布不集中在局部的作用。
圖18是圖17所示的浮動(dòng)模塊的平面結(jié)構(gòu)。為了使看圖更容易，只表示了聚硅酮制的板式電極17b、18b、19b和金屬電極25、33、41和接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6。
聚硅酮制的板式電極17b、18b、19b有所定的寬度，并且是角部具有圓弧形狀的近長(zhǎng)方形環(huán)狀的形狀。位于板式電極17b、18b、19b的上層的金屬電極25、33、40、41的形狀，是有所定的寬度，并且是角部具有圓弧形狀的近長(zhǎng)方形環(huán)狀的形狀。但是，其中一部分被去掉了。去掉的部分上配置了用于傳播高電壓一側(cè)控制信號(hào)的金屬配線49。然后，在金屬電極25和接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6所圍成的領(lǐng)域中配置了高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用的元件。
下面，說(shuō)明通過(guò)圖17和圖18所示的結(jié)構(gòu)是如何實(shí)現(xiàn)高耐壓半導(dǎo)體裝置的。圖19表示了圖17所示結(jié)構(gòu)中的寄生電容。一方面，圖20表示了對(duì)圖17所示的結(jié)構(gòu)的高耐壓半導(dǎo)體裝置中，外加高壓(600V)時(shí)的電位分布。在圖20中，用虛線表示各電位的等電位線。
如圖19所示，板式電極17b和浮動(dòng)金屬電極40之間存在寄生電容C1，浮動(dòng)金屬電極40和板式電極18b之間存在寄生電容C2，板式電極18b和浮動(dòng)金屬電極41之間存在寄生電容C3，而浮動(dòng)金屬電極41和板式電極19b之間存在寄生電容C4。通過(guò)基于這些寄生電容C1～C4的串聯(lián)電路的分壓作用，設(shè)置板式電極18b的電位，給半導(dǎo)體領(lǐng)域2提供適當(dāng)?shù)碾娢环植?。這樣，通過(guò)提供適當(dāng)?shù)碾娢环植?，就?shí)現(xiàn)了高耐壓半導(dǎo)體裝置。另外，與圖19中的密封用樹(shù)脂36之間產(chǎn)生的寄生電容C5和C6通常被認(rèn)為是不存在的，這將在后面加以說(shuō)明。
下面，參考圖20。圖20是用來(lái)說(shuō)明常溫時(shí)以往的高耐壓半導(dǎo)體裝置的電位分布概念的模擬圖。另外，本發(fā)明者確認(rèn)了圖20所示的電位分布和本發(fā)明者進(jìn)行的模擬的結(jié)果，表示了同樣的傾向。
圖20所示的電位分布，是使P型半導(dǎo)體襯底1、P型分離擴(kuò)散領(lǐng)域3、板式電極17b和金屬電極33為0V，使N型擴(kuò)散領(lǐng)域6、板式電極19b和金屬電極25為600V時(shí)的例子。為了便于通過(guò)圖20進(jìn)行理解，如果給板式電極19b提供了與N型擴(kuò)散領(lǐng)域6同樣600V高電位時(shí)，在板式電極18b上的電位為600V和0V中間的電位。由此，表示了半導(dǎo)體領(lǐng)域2內(nèi)的電位分布的等電位線成為垂直方向，且?guī)缀跏堑乳g隔的。結(jié)果，能緩和半導(dǎo)體領(lǐng)域2內(nèi)的電場(chǎng)集中，能維持高耐壓的特性。
可是，如果在金屬電極25上外加500V以上的高壓，例如600V，使其在周圍溫度150℃的高溫狀態(tài)下工作，就會(huì)發(fā)生金屬電極25和金屬電極33間的耐壓(在圖16中，外加V2的端子108和GND之間的耐壓)下降的現(xiàn)象。該現(xiàn)象能用叫做高溫偏壓試驗(yàn)的壽命試驗(yàn)再現(xiàn)，在高溫偏壓試驗(yàn)中，如果金屬電極25的外加電壓變大，耐壓下降就變得顯著，如果外加電壓下降，耐壓下降就變小。
對(duì)于高溫偏壓試驗(yàn)中金屬電極25和GND之間的耐壓下降，我們還不明白它得機(jī)理，無(wú)法做出推論?？墒?，能做出以下的推論。
一般，半導(dǎo)體芯片用密封用樹(shù)脂封裝，使水分不滲透到樹(shù)脂封裝中。可是，一般作為密封用樹(shù)脂，使用的酚醛環(huán)氧樹(shù)脂中含有0.9～1.6％的氫氧基OH，該氫氧基OH在高溫時(shí)產(chǎn)生活化作用，一般被認(rèn)為是絕緣物質(zhì)的密封用樹(shù)脂36變?yōu)榘虢^緣狀態(tài)(高電阻、導(dǎo)通的狀態(tài))。
通常，高耐壓半導(dǎo)體裝置，用密封用樹(shù)脂36把半導(dǎo)體芯片(圖中未顯示)封裝，多個(gè)外部端子(圖中未顯示)和半導(dǎo)體芯片上的多個(gè)墊(圖中未顯示)之間分別由金屬線(圖中未顯示)連接。在這些金屬線上分別外加接地電位即0V、600V的電源電壓、以及控制信號(hào)，由于上述理由，如果密封用樹(shù)脂36變?yōu)榘虢^緣狀態(tài)，就推測(cè)出在表面保護(hù)膜35的表面上提供的電位是600V和0V中間的電位。由半導(dǎo)體芯片的設(shè)計(jì)所支配，例如，在半導(dǎo)體芯片上的絕緣柵型晶體管一側(cè)設(shè)置了接地墊(圖中未顯示)，當(dāng)把電源墊(圖中未顯示)設(shè)置在遠(yuǎn)離接地墊的位置時(shí)，絕緣柵型晶體管上的密封用樹(shù)脂36應(yīng)該具有大約100V的中間電位。綜上所述，假設(shè)高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)，半導(dǎo)體芯片的表面保護(hù)膜35和密封用樹(shù)脂36的界面具有100V的電位，本發(fā)明者研討了這時(shí)的電位分布是怎樣的。
下面，參考圖21，說(shuō)明高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)的電位分布。圖21是在與圖20中說(shuō)明的相同的偏壓條件下，正在進(jìn)行高溫狀態(tài)下的高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)的電位分布。在圖21中，用虛線表示等電位線。
在圖21所示的狀態(tài)下，浮動(dòng)金屬電極40除了帶有上述的寄生電容C1、C2，還在與密封用樹(shù)脂36之間形成了寄生電容C5(參考圖19)。并且，關(guān)于浮動(dòng)金屬電極41，它除了帶有上述的寄生電容C3、C4，還在與密封用樹(shù)脂36之間形成了寄生電容C6。因此，當(dāng)寄生電容C5、C6對(duì)于C1～C4具有同程度的電容值時(shí)，在高溫偏壓試驗(yàn)中，密封用樹(shù)脂36變?yōu)榘虢^緣狀態(tài)，密封用樹(shù)脂36中的浮動(dòng)金屬電極40、41上的地方如果變?yōu)?00V，在室溫下約為450V的浮動(dòng)金屬電極41的電位，由于寄生電容C6的影響，約下降到300V。與此相同，在室溫下約為150V的浮動(dòng)金屬電極40的電位，由于寄生電容C5的影響，約下降到130V。與此相應(yīng)，板式電極18b的電位從室溫時(shí)的約300V左右下降到200V左右。結(jié)果，如圖21所示，在橫切了半導(dǎo)體領(lǐng)域2和氧化膜16的界面的等電位線中，200V以上的部分向N型擴(kuò)散領(lǐng)域6的方向傾斜，而且，該界面中氧化膜16一側(cè)的電位對(duì)于N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2為負(fù)電位。
另外，有報(bào)告顯示，在N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2和氧化膜16的界面中，如果氧化膜16一側(cè)在高溫環(huán)境下變?yōu)樨?fù)電位，該界面的Si-H、Si-OH等的結(jié)合就被破壞，產(chǎn)生正的固定電荷(日科技連出版社發(fā)行的著作“半導(dǎo)體裝置的可靠性技術(shù)”)。如果發(fā)生這樣的現(xiàn)象，在半導(dǎo)體領(lǐng)域2和氧化膜16的界面上產(chǎn)生正的固定電荷，在氧化膜16中也會(huì)產(chǎn)生負(fù)的可動(dòng)電荷。這樣，隨著時(shí)間的推移，氧化膜16中負(fù)的可動(dòng)電荷被金屬電極25的正的高電位吸引過(guò)來(lái)，在氧化膜16中靠近金屬電極25的地方產(chǎn)生分布了很多負(fù)電荷的領(lǐng)域，而在原來(lái)產(chǎn)生負(fù)電荷的地方產(chǎn)生分布了很多固定正電荷的領(lǐng)域。即因?yàn)樵诳拷饘匐姌O25的氧化膜16中的界面上存在很多負(fù)電荷，所以半導(dǎo)體領(lǐng)域2中的空穴被吸引過(guò)來(lái)，N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2的表面轉(zhuǎn)變?yōu)镻型，成為P型反型層43。另外，在殘留了正的固定電荷的領(lǐng)域中，半導(dǎo)體領(lǐng)域2中的電子被吸引過(guò)來(lái)，半導(dǎo)體領(lǐng)域2中的電子密度在局部升高，在半導(dǎo)體領(lǐng)域2的表面附近，產(chǎn)生N型積累層42。
這樣，當(dāng)半導(dǎo)體領(lǐng)域2的表面上形成了圖21所示的P型反型層43和N型積累層42時(shí)，P型反型層43中靠近N型擴(kuò)散領(lǐng)域6的部分發(fā)生電場(chǎng)集中。這樣的電場(chǎng)集中被認(rèn)為隨著時(shí)間的推移會(huì)使高耐壓半導(dǎo)體裝置的耐壓下降。
下面，參考圖22和圖23，對(duì)作為第二個(gè)以往的例子的高耐壓半導(dǎo)體裝置加以說(shuō)明。圖22表示了第二個(gè)以往的例子的高耐壓半導(dǎo)體裝置的主要部分的截面，圖23表示了圖22所示的結(jié)構(gòu)中的寄生電容。另外，在圖22、圖23中的部位中，對(duì)于與第一個(gè)以往的例子相同的部位使用了相同的符號(hào)，省略了說(shuō)明。
在圖22所示的高耐壓半導(dǎo)體裝置，通過(guò)設(shè)置P型護(hù)環(huán)領(lǐng)域44、45，謀求半導(dǎo)體裝置的高耐壓化。圖22所示的第二個(gè)以往的例子與圖17所示的第一個(gè)以往的例子的不同之處在于在第二個(gè)以往的例子中，未設(shè)置浮動(dòng)金屬電極(圖17中的40、41)，以及在N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2內(nèi)形成了P型護(hù)環(huán)領(lǐng)域44、45。
如圖23所示，在以往的半導(dǎo)體裝置中，板式電極17b和護(hù)環(huán)領(lǐng)域44之間存在寄生電容C7，護(hù)環(huán)領(lǐng)域44和板式電極18b之間存在寄生電容C8，板式電極18b和護(hù)環(huán)領(lǐng)域45之間存在寄生電容C9，護(hù)環(huán)領(lǐng)域45和板式電極19b之間存在寄生電容C10。通過(guò)基于這些電容的串聯(lián)電路，把外加在金屬電極25和金屬電極33之間的電壓分壓，設(shè)置了護(hù)環(huán)領(lǐng)域44、45和板式電極18b的電位。至少，在室溫狀態(tài)下，這樣考慮是沒(méi)有問(wèn)題的。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，如果與第一個(gè)以往的例子一樣，進(jìn)行偏壓試驗(yàn)，密封用樹(shù)脂36變?yōu)榘虢^緣狀態(tài)，結(jié)果，表面保護(hù)膜35的表面變?yōu)榫哂?00V和0V的中間電位。如果該中間電位大約為100V的低電位，因?yàn)槊芊庥脴?shù)脂36和板式電極18b之間存在寄生電容C11，例如，在室溫下約為300V的板式電極18b的電位下降為200V。這樣，如圖22所示，在護(hù)環(huán)領(lǐng)域44、45之間產(chǎn)生P型反型層43，護(hù)環(huán)領(lǐng)域44、45之間導(dǎo)通，高耐壓半導(dǎo)體裝置的耐壓下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以上各點(diǎn)而產(chǎn)生的，它的主要目的在于提供一種即使在高溫下使用也不會(huì)發(fā)生耐壓下降的、可靠性高的高耐壓半導(dǎo)體裝置。
基于本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，包括在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底上形成的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體領(lǐng)域；在所述半導(dǎo)體領(lǐng)域上形成的第二導(dǎo)電型接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域；與所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域分開(kāi)，在所述半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)形成的第一導(dǎo)電型分離擴(kuò)散領(lǐng)域，它包圍了所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域；在位于所述分離擴(kuò)散領(lǐng)域和所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域之間的所述半導(dǎo)體領(lǐng)域上形成的場(chǎng)絕緣膜；與所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域連接在一起的金屬電極；與所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域分開(kāi)，并在所述場(chǎng)絕緣膜上以浮動(dòng)狀態(tài)形成的多個(gè)板式電極，且從襯底法線方向觀察，它們包圍了所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域；在所述場(chǎng)絕緣膜和所述多個(gè)板式電極上形成的層間絕緣膜；而所述金屬電極的一部分，延伸到位于所述多個(gè)板式電極上的層間絕緣膜上，所述金屬電極的所述一部分和所述多個(gè)板式電極彼此電容耦合，在所述第二導(dǎo)電型接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域所包圍的所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體領(lǐng)域中，設(shè)置了CMOS晶體管、電阻及電容中的一個(gè)，或雙方。
在某一優(yōu)選實(shí)施例中，所述高耐壓半導(dǎo)體裝置是含有高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的變壓器控制用高耐壓半導(dǎo)體裝置，所述高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路含有所述CMOS晶體管、所述電阻及所述電容中的一個(gè)，或雙方。
在某一優(yōu)選實(shí)施例中，與接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域連接的所述多個(gè)金屬電極中的至少一個(gè)，具有比與該金屬電極電容耦合的板式電極窄的橫向?qū)挾取?br> 在某一優(yōu)選實(shí)施例中，所述金屬電極具有隔著所述層間絕緣膜，覆蓋了所述多個(gè)板式電極中離所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域最近的板式電極的整個(gè)上表面的部分。
在某一優(yōu)選實(shí)施例中，所述多個(gè)金屬電極的各橫向?qū)挾?，離所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域越遠(yuǎn)，變得越窄。
在某一優(yōu)選實(shí)施例中，在位于所述多個(gè)板式電極之下的所述半導(dǎo)體領(lǐng)域的上部形成了第一導(dǎo)電型的多個(gè)護(hù)環(huán)領(lǐng)域。
在某一優(yōu)選實(shí)施例中，在與所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底和所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體領(lǐng)域之間的高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用元件領(lǐng)域?qū)?yīng)的位置上，形成第二導(dǎo)電型的嵌入領(lǐng)域。
根據(jù)本發(fā)明的其它高耐壓半導(dǎo)體裝置，包括在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底上形成的絕緣層；配置在所述絕緣層上的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體領(lǐng)域；在所述半導(dǎo)體領(lǐng)域上形成的第二導(dǎo)電型接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域；與所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域分開(kāi)，在所述半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)形成的分離用絕緣領(lǐng)域，它包圍了所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域；在位于所述分離用絕緣領(lǐng)域和所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域之間的所述半導(dǎo)體領(lǐng)域上形成的場(chǎng)絕緣膜；與所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域連接并導(dǎo)通的金屬電極；與所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域分開(kāi)，在所述場(chǎng)絕緣膜上以浮動(dòng)狀態(tài)形成的多個(gè)板式電極，且從襯底法線方向觀察，它們包圍了所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域；在所述場(chǎng)絕緣膜和所述多個(gè)板式電極上形成的層間絕緣膜；而所述金屬電極的一部分，延伸到位于所述多個(gè)板式電極上的層間絕緣膜上，所述金屬電極的所述一部分和所述多個(gè)板式電極彼此電容耦合，在所述第二導(dǎo)電型接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域所包圍的所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體領(lǐng)域中，設(shè)置CMOS晶體管、電阻及電容中的一個(gè)或雙方。
在某一優(yōu)選實(shí)施例中，所述高耐壓半導(dǎo)體裝置是含有高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的變壓器控制用高耐壓半導(dǎo)體裝置，所述高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路含有所述CMOS晶體管、所述電阻及所述電容中的一個(gè)，或雙方。
在某一優(yōu)選實(shí)施例中，所述多個(gè)環(huán)狀金屬電極中的至少一個(gè)具有比與該金屬電極電容耦合的板式電極窄的橫向?qū)挾取?br> 在某一優(yōu)選實(shí)施例中，所述金屬電極具有隔著所述層間絕緣膜，覆蓋了所述多個(gè)板式電極中離所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域最近的板式電極的整個(gè)上表面的部分。
在某一優(yōu)選實(shí)施例中，所述多個(gè)環(huán)狀金屬電極的各橫向?qū)挾?，離所述漏擴(kuò)散領(lǐng)域越遠(yuǎn)，變得越窄。
在某一優(yōu)選實(shí)施例中，在位于所述多個(gè)板式電極之下的所述半導(dǎo)體領(lǐng)域的上部形成了第一導(dǎo)電型的多個(gè)護(hù)環(huán)領(lǐng)域。
在某一優(yōu)選實(shí)施例中，進(jìn)而具有在所述金屬電極和所述層間絕緣膜上還形成的表面保護(hù)膜，在所述表面保護(hù)膜上形成的密封樹(shù)脂部。
根據(jù)本發(fā)明的高耐壓半導(dǎo)體裝置，金屬電極的一部分，延伸到場(chǎng)絕緣膜上以浮動(dòng)狀態(tài)形成的多個(gè)板式電極上的層間絕緣膜上，該金屬電極的一部分和多個(gè)板式電極彼此電容耦合。因此，通過(guò)由該電容耦合構(gòu)成的電容串聯(lián)電路，把板式電極的正下方的半導(dǎo)體領(lǐng)域部分的電位和位于板式電極之上的層間絕緣膜上的金屬電極的電位分壓，能為浮動(dòng)狀態(tài)的板式電極提供合適的偏壓。結(jié)果，因?yàn)槟芤种迫菀自诎雽?dǎo)體領(lǐng)域的表面上發(fā)生的P型反型層，所以能在高溫時(shí)也確保含有電阻和電容中的一個(gè)或雙方的高耐壓半導(dǎo)體裝置的耐壓，從而得到可靠性高的高耐壓半導(dǎo)體裝置。
在多個(gè)板式電極中，當(dāng)在電位最高一側(cè)的板式電極，隔著層間絕緣膜，被金屬電極覆蓋了整體時(shí)，即使容易受到應(yīng)力的表面保護(hù)膜發(fā)生絕緣不良，對(duì)于下層的半導(dǎo)體領(lǐng)域，也能提供穩(wěn)定的電位。因此，不只能防止高溫時(shí)的耐壓下降，還能防止表面保護(hù)膜的絕緣不良引起的耐壓不良。


下面簡(jiǎn)要說(shuō)明附圖。
圖1是表示實(shí)施例1中的高耐壓半導(dǎo)體裝置的主要部分截面結(jié)構(gòu)的主要部分截面圖。
圖2是表示實(shí)施例1中的高耐壓半導(dǎo)體裝置的主要部分的平面結(jié)構(gòu)主要部分平面圖。
圖3是用來(lái)說(shuō)明實(shí)施例1中的高耐壓半導(dǎo)體裝置的寄生電容的截面圖。
圖4是用來(lái)說(shuō)明實(shí)施例1中的高耐壓半導(dǎo)體裝置的電位分布的截面圖。
圖5是表示實(shí)施例2中的高耐壓半導(dǎo)體裝置的主要部分截面結(jié)構(gòu)和電位分布的主要部分截面圖。
圖6是表示實(shí)施例3中的高耐壓半導(dǎo)體裝置的主要部分截面結(jié)構(gòu)的主要部分截面圖。
圖7是表示實(shí)施例3的變形例的主要部分截面結(jié)構(gòu)的主要部分截面圖。
圖8是表示實(shí)施例3的變形例的主要部分截面結(jié)構(gòu)的主要部分截面圖。
圖9是表示實(shí)施例3的變形例的平面結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖10是表示實(shí)施例3的變形例的平面結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖11是表示實(shí)施例3的變形例的平面結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖12是表示實(shí)施例4中高耐壓半導(dǎo)體裝置的主要部分截面結(jié)構(gòu)的主要部分截面圖。
圖13是表示實(shí)施例5中高耐壓半導(dǎo)體裝置的主要部分截面結(jié)構(gòu)的主要部分截面圖。
圖14是表示實(shí)施例5的變形例的主要部分截面結(jié)構(gòu)的主要部分截面圖。
圖15是表示實(shí)施例5的變形例的主要部分截面結(jié)構(gòu)的主要部分截面圖。
圖16是變壓器控制系統(tǒng)的一個(gè)例子，即照明用變壓器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。
圖17是表示第一個(gè)以往的例子的主要部分截面結(jié)構(gòu)的主要部分截面圖。
圖18是表示第一個(gè)以往的例子的主要部分平面結(jié)構(gòu)的主要部分平面圖。
圖19是用來(lái)說(shuō)明第一個(gè)以往的例子的寄生電容的截面圖。
圖20是用來(lái)說(shuō)明第一個(gè)以往的例子中常溫時(shí)的電位分布的截面圖。
圖21是用來(lái)說(shuō)明第一個(gè)以往的例子中高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)的耐壓下降的截面圖。
圖22是用來(lái)說(shuō)明作為第二個(gè)以往的例子的高耐壓半導(dǎo)體裝置的耐壓下降的截面圖。
圖23是用來(lái)說(shuō)明作為第二個(gè)以往的例子的高耐壓半導(dǎo)體裝置的寄生電容的截面圖。
附圖中的符號(hào)說(shuō)明1-P型半導(dǎo)體襯底，2-N型半導(dǎo)體領(lǐng)域，3-N型嵌入擴(kuò)散領(lǐng)域，4-P型分離擴(kuò)散領(lǐng)域，6-N型高濃度擴(kuò)散領(lǐng)域，7-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用NchMOS的主體擴(kuò)散領(lǐng)域，8-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用NchMOS的源擴(kuò)散領(lǐng)域、9-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用NchMOS的漏擴(kuò)散領(lǐng)域、10-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用PchMOS的源擴(kuò)散領(lǐng)域，11-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用PchMOS的漏擴(kuò)散領(lǐng)域，12-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用MOS電容的電極用P型擴(kuò)散領(lǐng)域，13-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用P型擴(kuò)散電阻，15-薄氧化膜，16-厚氧化膜，18a、18b、19a、20a、21a-浮動(dòng)狀態(tài)的板式電極，17a、17b、19b-板式電極，22-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用NchMOS的柵極，23-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用PchMOS的柵極，24-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用MOS電容的電極，25-用于給N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2提供電位的金屬電極，25-1、25-2-連接在25上的金屬電極，25-3-用于連接金屬電極、25-1、25-2的連接部，25-4-延長(zhǎng)后覆蓋板式電極19a的，用于給半導(dǎo)體領(lǐng)域2提供電位的金屬電極，26-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用NchMOS的源金屬電極，27-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用NchMOS的漏金屬電極，28-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用PchMOS的源金屬電極，29-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用PchMOS的漏金屬電極，30-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用MOS電容的金屬電極，31、32-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用電阻的金屬電極，33-用于給P型分離擴(kuò)散領(lǐng)域和P型襯底提供電位的金屬電極，34-層間絕緣膜，35-表面保護(hù)膜，36-密封用樹(shù)脂，37-粘合用氧化膜，38-分離用氧化膜，39-聚硅酮層，40、41-浮動(dòng)金屬電極，42-N型積累層，43-P型反型層，44、45、46、47-P型護(hù)環(huán)擴(kuò)散領(lǐng)域，48-N型半導(dǎo)體領(lǐng)域，49-高壓一側(cè)控制信號(hào)用的金屬配線，101、102-高耐壓Nch功率MOS晶體管，103-電容器，104-高耐壓二極管，105-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊(浮動(dòng)模塊)，106-低壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊，107-低壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用電源端子，108-高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用電源端子，109-熒光燈驅(qū)動(dòng)用輸出端子，110-熒光燈驅(qū)動(dòng)用高壓端子。
具體實(shí)施例方式
下面，參考

基于本發(fā)明的實(shí)施例。在以下的附圖中，為了說(shuō)明上的簡(jiǎn)潔，對(duì)實(shí)質(zhì)上具有同一功能的構(gòu)成要素用同樣的參考符號(hào)表示。在以下的實(shí)施例中，以具有100V以上(例如，500～800V)耐壓的高耐壓半導(dǎo)體裝置為重點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。另外，本發(fā)明并不局限于以下的實(shí)施例。
實(shí)施例1下面，參考圖1至圖3，說(shuō)明實(shí)施例1中的高耐壓半導(dǎo)體裝置。圖1模擬地表示了本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體裝置的截面結(jié)構(gòu)，圖2模擬地表示了本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體裝置的平面結(jié)構(gòu)。在圖2中，為使看圖容易，只表示了聚硅酮制的板式電極、金屬電極、接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域。
圖1所示的高耐壓半導(dǎo)體裝置，通過(guò)板式電極18a、19a和隔著位于它們之上的層間絕緣膜34設(shè)置的金屬電極的一部分(25-1、25-2)彼此電容耦合，防止高溫時(shí)的耐壓下降。關(guān)于防止高溫時(shí)的耐壓下降的原理將在后面加以說(shuō)明。本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體裝置是使用PN結(jié)分離技術(shù)構(gòu)成的，在位于板式電極18a、19a和金屬電極25的一部分(25-1、25-2)的內(nèi)側(cè)(中央部分)的高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用元件領(lǐng)域內(nèi)，形成了由CMOS晶體管、電阻和電容中的一個(gè)或雙方構(gòu)成的高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路。如圖2所示，高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用元件領(lǐng)域內(nèi)的高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路，能通過(guò)金屬配線49，由高壓一側(cè)控制信號(hào)控制。該高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路與變壓器控制系統(tǒng)的低壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路組合，能構(gòu)成變壓器控制系統(tǒng)。含有該高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的變壓器控制系統(tǒng)能應(yīng)用于照明、PDP、電機(jī)等使用變壓器控制電路的各種用途中。
另外，在本實(shí)施例中，在PN結(jié)分離用金屬配線33的外側(cè)領(lǐng)域，形成變壓器控制系統(tǒng)的低壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路(圖16中的106)，高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路和低壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路都包含在一個(gè)芯片的集成電路中?？墒?，并不局限于該結(jié)構(gòu)，也可以分別構(gòu)成高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路和低壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路。
下面，進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體裝置包含P型半導(dǎo)體襯底1、在半導(dǎo)體襯底1上通過(guò)導(dǎo)入低濃度N型雜質(zhì)后形成的半導(dǎo)體領(lǐng)域2。在靠近半導(dǎo)體領(lǐng)域2的中央的表面上，形成了導(dǎo)入了高濃度N型雜質(zhì)的接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域6，在半導(dǎo)體襯底1和半導(dǎo)體領(lǐng)域2的界面的中央部分，形成N型嵌入領(lǐng)域。另外，在半導(dǎo)體領(lǐng)域2上，形成導(dǎo)入了P型雜質(zhì)的分離用擴(kuò)散領(lǐng)域4，它與N型擴(kuò)散領(lǐng)域6分開(kāi)，且包圍了N型擴(kuò)散領(lǐng)域6。在高濃度N型擴(kuò)散領(lǐng)域6所包圍的低濃度N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2內(nèi)，配置了CMOS、電容、電阻等高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用元件。
在分離擴(kuò)散領(lǐng)域4上，形成厚的氧化膜15，在氧化膜15上形成了由摻雜聚硅酮構(gòu)成的板式電極17a。在位于分離擴(kuò)散領(lǐng)域4和高濃度N型擴(kuò)散領(lǐng)域6之間的半導(dǎo)體領(lǐng)域2上形成了厚度厚的氧化膜16(場(chǎng)絕緣膜)。在場(chǎng)絕緣膜16上，與N型擴(kuò)散領(lǐng)域分開(kāi)，形成了多個(gè)板式電極18a、19a，并且從襯底的法線方向觀察，它們包圍了所述N型擴(kuò)散領(lǐng)域6。板式電極18a、19a在電上處于浮動(dòng)狀態(tài)，由摻雜聚硅酮構(gòu)成。另外，在氧化膜15、16和板式電極17a、18a、19a上，形成了由氧化膜或氮化膜等構(gòu)成的層間絕緣膜34。
在分離擴(kuò)散領(lǐng)域4上，連接了分離用金屬電極33。另外，在接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6上，連接了金屬電極25。金屬電極25的一部分(25-1、25-2)延伸到板式電極上的層間絕緣膜34上，而金屬電極25的一部分(25-1、25-2)和板式電極18a、19a分別相互耦合。
另外，金屬電極25的一部分25-1、25-2，通過(guò)連接部25-3和金屬電極主體(25)，連接到接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6上。在層間絕緣膜34上又形成了表面保護(hù)膜35，它覆蓋了金屬電極25(25-1～25-3)、金屬電極26～33，而在它的上面形成了用于封裝的密封用樹(shù)脂36。
本實(shí)施例中的半導(dǎo)體領(lǐng)域2是通過(guò)導(dǎo)入低濃度N型雜質(zhì)后構(gòu)成的，在P型半導(dǎo)體襯底1和N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2的界面上，存在N型嵌入擴(kuò)散層3。由于該N型嵌入擴(kuò)散層3的存在，在局部設(shè)置的嵌入擴(kuò)散層3和N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2的PN結(jié)上引起擊穿現(xiàn)象，能限制外加在絕緣柵型晶體管的漏極上的外加電壓，從而能提高對(duì)于靜電、電源波動(dòng)、雷擊等導(dǎo)致的電涌的耐壓。另外，從與P型半導(dǎo)體襯底1的接合面向N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2內(nèi)擴(kuò)展的耗盡層，如果到達(dá)構(gòu)成高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的P型擴(kuò)散層(例如7、12、13)，由于所謂的穿通現(xiàn)象，就會(huì)發(fā)生從P型擴(kuò)散層(例如7、12、13)向P型半導(dǎo)體襯底1泄漏電流的問(wèn)題。但是，N型嵌入擴(kuò)散層3起到了防止該現(xiàn)象的作用。
可是，在本實(shí)施例中，雖然表示了有N型嵌入擴(kuò)散層3時(shí)的結(jié)構(gòu)，但是也可以沒(méi)有N型嵌入擴(kuò)散層3。這時(shí)，可以采用在P型半導(dǎo)體襯底1上使晶體取向接長(zhǎng)層生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，在P型半導(dǎo)體襯底1上有選擇地形成N型井，可以把該N型井作為半導(dǎo)體領(lǐng)域2使用。當(dāng)采用在P型半導(dǎo)體襯底1上使N型晶體取向接長(zhǎng)層生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)時(shí)，使N型晶體取向接長(zhǎng)層的厚度較厚，使從P型半導(dǎo)體襯底1和N型晶體取向接長(zhǎng)層的接合面向N型晶體取向接長(zhǎng)層內(nèi)擴(kuò)展的耗盡層不到達(dá)P型擴(kuò)散層(例如7、12、13)就可以了。另外，當(dāng)在在P型半導(dǎo)體襯底1上有選擇地形成N型井時(shí)，使形成的N型井較深，使從P型半導(dǎo)體襯底1和N型井的接合面向N型井內(nèi)擴(kuò)展的耗盡層不到達(dá)P型擴(kuò)散層(例如7、12、13)就可以了。
以上說(shuō)明的耐壓主要是涉及到高耐壓半導(dǎo)體裝置的初始耐壓。下面，就即使在高溫偏壓狀態(tài)下的壽命試驗(yàn)中也能維持該初始耐壓的動(dòng)作原理加以說(shuō)明。
如圖3所示，板式電極18a和半導(dǎo)體領(lǐng)域2之間存在寄生電容Ca1，板式電極19a和半導(dǎo)體領(lǐng)域2之間存在寄生電容Ca2。另外，板式電極18a和金屬電極25-1之間存在寄生電容Cb1，板式電極19a和金屬電極25-2之間存在寄生電容Cb2。而金屬電極25-1和密封用樹(shù)脂36之間存在寄生電容Cc1，金屬電極25-2和密封用樹(shù)脂36之間存在寄生電容Cc2。另外，因?yàn)樵诮饘匐姌O25-1、25-2上外加了金屬電極25的外加電壓V2＝600V，所以寄生電容Cc1、Cc2不會(huì)影響到板式電極18a、19a。因此，可以只考慮Ca1、Ca2、Cb1、Cb2的影響。
板式電極18a的電位，是位于它的正下方的半導(dǎo)體領(lǐng)域2的電位和金屬電極25的電壓V2＝600V的電位差，經(jīng)過(guò)Ca1和Cb1的串聯(lián)電路分壓后得到的電位。另外，板式電極19a的電位，是位于它的正下方的半導(dǎo)體領(lǐng)域2的電位和金屬電極25的電壓600V的電位差經(jīng)過(guò)Ca2和Cb2的串聯(lián)電路分壓后得到的電位。下面，以此為前提繼續(xù)說(shuō)明。
在本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體裝置中，在分離擴(kuò)散領(lǐng)域4和接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6之間的領(lǐng)域中，在沒(méi)有N型嵌入擴(kuò)散領(lǐng)域3的部分中，充分利用叫做儲(chǔ)備的技術(shù)，確保初始耐壓。在下面說(shuō)明其原理。
通常，在分離擴(kuò)散領(lǐng)域4和半導(dǎo)體襯底1為0V的狀態(tài)下，為金屬電極25提供高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用電壓V2。如果使該外加電壓V2從0V開(kāi)始慢慢上升，在該V2還低的時(shí)候，P型分離擴(kuò)散領(lǐng)域4和N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2的PN結(jié)導(dǎo)致的耗盡層，從分離擴(kuò)散領(lǐng)域4向著N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2，向接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6的方向延伸。與此同時(shí)，耗盡層也從N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2和半導(dǎo)體襯底1的PN結(jié)延伸出去。
如果升高電壓，N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2中沒(méi)有N型嵌入擴(kuò)散領(lǐng)域的部分由耗盡層占滿，成為所謂的完全耗盡狀態(tài)。在完全耗盡狀態(tài)下，因?yàn)楹谋M層的形狀導(dǎo)致的電場(chǎng)集中得到緩和，所以電勢(shì)分布變得均勻，從而提高了耐壓。這樣，通過(guò)使半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)耗盡，從而緩和電場(chǎng)、確保半導(dǎo)體裝置的耐壓的技術(shù)稱作儲(chǔ)備技術(shù)。根據(jù)該技術(shù)，如果在橫向上取長(zhǎng)距離，則單位距離上的電位差變小，電場(chǎng)強(qiáng)度變小，因此能得到更高的耐壓特性。
在圖1至圖3所示的結(jié)構(gòu)中，采取了確保分離擴(kuò)散領(lǐng)域4和接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6的距離的高耐壓裝置設(shè)計(jì)，即使在金屬電極25上外加V2＝600V的電壓，圖1中接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6的附近也不被耗盡。而且，在該結(jié)構(gòu)中，在耗盡層中，電位隨著離開(kāi)PN結(jié)的距離的變化而變化，未被耗盡的部分為等電位。
由上述說(shuō)明可知，在圖1至圖3所示的結(jié)構(gòu)中，在位于離接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6最近的板式電極19a的正下方的半導(dǎo)體領(lǐng)域2的電位比漏電壓還低一些，約為500V。另外，分離擴(kuò)散領(lǐng)域4和接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6之間靠近分離擴(kuò)散領(lǐng)域4的板式電極18a的正下方的半導(dǎo)體領(lǐng)域2的電位是比V2外加電壓600V的一半小一些的電位，約為240V。
基于這些，如果驗(yàn)證板式電極18a的電位，因?yàn)樵撾娢粸榘迨诫姌O18a的正下方的半導(dǎo)體領(lǐng)域2部分的電位(約240V)與金屬電極25-1的電壓600V的電位差被Ca1、Cb1的串聯(lián)電路分壓后得到的電位，所以約為420V。另外，如果驗(yàn)證板式電極19a的電位，因?yàn)樵撾娢粸榘迨诫姌O19a的正下方的半導(dǎo)體領(lǐng)域2部分的電位(約500V)與金屬電極25-2的電壓600V的電位差被Ca2、Cb2的串聯(lián)電路分壓后得到的電位，所以約為550V。圖4表示了與此采用相同條件得到的電位分布概念圖。圖4表示了在金屬電極25上外加了600V時(shí)的電勢(shì)分布，用虛線表示0V、100V、200V、300V、400V、500V、600V的等電位線。另外，圖4所示的電位分布表示了與本發(fā)明者進(jìn)行的模擬的結(jié)果相同的傾向。
如圖21所時(shí)，在以往的結(jié)構(gòu)中，如果在金屬電極25上外加了500V以上的高壓(例如600V)時(shí)，使其在周圍溫度為150℃的高溫狀態(tài)下工作，就會(huì)發(fā)生金屬電極25和金屬電極33之間的耐壓(在圖16中，是外加了V2的端子108和GND之間的耐壓)下降的現(xiàn)象。
可是，在本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體裝置中，如果同樣在金屬電極25上外加了500V以上的高壓(例如600V)時(shí)，即使使其在周圍溫度為150℃的高溫狀態(tài)下工作，也能維持圖4所示的電位分布，在金屬電極25和金屬電極33之間不會(huì)發(fā)生耐壓下降。其理由在于在本實(shí)施例中，使金屬電極25延伸到多個(gè)板式電極(18a、19a)的正上方的層間絕緣膜34上，因?yàn)榘迨诫姌O(18a、19a)和金屬電極(25-1、25-2)的電容耦合，所以幾乎不受表面保護(hù)膜35以上的上層的影響。
由圖4可知，在氧化膜16和半導(dǎo)體領(lǐng)域2的界面上，在半導(dǎo)體領(lǐng)域2的幾乎整個(gè)領(lǐng)域中，氧化膜16一側(cè)為高電位。因此，即使進(jìn)行高溫偏壓試驗(yàn)，也不會(huì)象以往的例子那樣產(chǎn)生負(fù)的可動(dòng)電荷。因此，能防止P型反型層的產(chǎn)生，從而能防止高溫偏壓試驗(yàn)中的初始耐壓下降。
總之，在本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體裝置中，使金屬電極25延伸到多個(gè)板式電極(18a、19a)各自的正上方的層間絕緣膜34上，因?yàn)榘迨诫姌O(18a、19a)和金屬電極(25-1、25-2)的電容耦合，所以通過(guò)板式電極(18a、19a)和其正上方的金屬電極(25-1、25-2)之間的寄生電容、板式電極(18a、19a)和其正下方的半導(dǎo)體領(lǐng)域2之間的寄生電容的串聯(lián)電路分壓后的電壓能決定該板式電極(18a、19a)的電位，幾乎不受表面保護(hù)膜35以上的上層的影響。結(jié)果，能為浮動(dòng)狀態(tài)的各板式電極(18a、19a)提供比半導(dǎo)體領(lǐng)域2還高的穩(wěn)定電位，能得到即使進(jìn)行高溫偏壓可靠性試驗(yàn)，金屬電極25和金屬電極33之間的耐壓(在圖16中，是外加了V2的端子108和GND之間的耐壓)也不下降的高耐壓半導(dǎo)體裝置。
在上述的本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，板式電極18a、19a的橫向?qū)挾群徒饘匐姌O25-1、25-2的橫向?qū)挾认嗟?。在該結(jié)構(gòu)中，因?yàn)橥ㄟ^(guò)Ca1和Cb1的串聯(lián)電路進(jìn)行了幾乎為1/2的分壓，所以板式電極18a的電位和位于其正下方部分的半導(dǎo)體領(lǐng)域2的電位之差約為180V。根據(jù)場(chǎng)合，因?yàn)樵摬铍妷捍螅钥拷迨诫姌O17a的板式電極18a端部附近，電場(chǎng)集中變大，可能無(wú)法充分確保初始耐壓。為了回避該問(wèn)題，可以通過(guò)實(shí)施例2中的改變，使板式電極和半導(dǎo)體領(lǐng)域的電位差變小。
實(shí)施例2圖5模擬地表示了實(shí)施例2中的高耐壓半導(dǎo)體裝置的截面結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，與所述實(shí)施例不同，金屬電極25-1、25-2的橫向?qū)挾葹榘迨诫姌O18a、19a的1/2。
如果對(duì)實(shí)施例2的高耐壓半導(dǎo)體裝置進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的驗(yàn)證，在本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)榘迨诫姌O18a的正下方的半導(dǎo)體領(lǐng)域2部分的電位(約240V)與金屬電極25-1的電壓600V的電位差被Ca1、Cb1的串聯(lián)電路分壓后得到的電位為板式電極18a和半導(dǎo)體領(lǐng)域2的電位差(約120V)，所以板式電極18a約為360V。另外，如果驗(yàn)證板式電極19a的電位，該電位約為530V。這是因?yàn)?，該電位為板式電極19a的正下方的半導(dǎo)體領(lǐng)域2部分的電位(約500V)與金屬電極25-2的電壓600V的電位差被Ca2、Cb2的串聯(lián)電路分壓后得到的電位。
圖5中表示了在與此相同的條件下的電位分布概念圖。圖5中的虛線表示等電位線。另外，圖5所示的電位分布表示了與本發(fā)明者進(jìn)行的模擬試驗(yàn)的結(jié)果相同的傾向。
由圖5可知，在氧化膜16和半導(dǎo)體領(lǐng)域2的界面上，在半導(dǎo)體領(lǐng)域2的幾乎整個(gè)領(lǐng)域，氧化膜16一側(cè)是高電位。其結(jié)果，能防止P型反型層的產(chǎn)生，能防止高能偏壓試驗(yàn)中的耐壓下降。而且，與金屬電極25-1、25-2的橫向?qū)挾鹊扔诎迨诫姌O18a、19a的所述實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，從金屬電極25-1、25-2的橫向?qū)挾葹榘迨诫姌O18a、19a的橫向?qū)挾鹊?/2的本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，能緩和板式電極18a的靠近板式電極17a的端部的電場(chǎng)集中。具體而言，用本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)能得到比所述實(shí)施例1的例子約高200V的初始電壓，初始電壓約為700V。
在本實(shí)施例中，因?yàn)槟苁拱迨诫姌O18a、19a和半導(dǎo)體領(lǐng)域2的電容耦合變大，所以能使板式電極18a、19a和其正下方的半導(dǎo)體領(lǐng)域2的電位差變小，從而能緩和板式電極18a的靠近板式電極17a的端部的電場(chǎng)集中，能充分確保初始耐壓。并且，即使在高溫偏壓試驗(yàn)中，該耐壓也不下降。
在實(shí)施例1和2中，本發(fā)明者在實(shí)驗(yàn)中使用的條件如下P型半導(dǎo)體襯底1采用電阻率為50Ω·cm的；N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2采用電阻率為50Ω·cm，厚度為15μm的；N型嵌入擴(kuò)散領(lǐng)域3采用雜質(zhì)濃度的峰值為1×1015(cm-3)，深度方向約為8μm的；厚氧化膜(場(chǎng)氧化膜)16的厚度為2μm；層間絕緣膜34的結(jié)構(gòu)為厚1.2μm的CVD膜和含8.5wt％的磷的厚度為1.8μm的CVD膜疊層后的二層結(jié)構(gòu)；另外，表面保護(hù)膜35的結(jié)構(gòu)為含4.0wt％的磷的厚度為0.5μm的CVD膜和1.0μm的氮化膜疊層的二層結(jié)構(gòu)。通過(guò)在這樣的條件下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，能得到在高溫偏壓試驗(yàn)中，金屬電極25和金屬電極33之間的耐壓(在圖16中，是外加了V2的端子108和GND之間的耐壓)不下降的良好結(jié)果。
另外，在實(shí)施例2中，金屬電極25-1，25-2，是在位于其正下方的極式電極18a，19a的1/2的橫向?qū)挾?，但在半?dǎo)體裝置中所要求的耐壓低時(shí)(例如500V(左右)稍粗(例如2/3)的橫向?qū)挾葹楹?，相反，要求高的耐壓時(shí)，則設(shè)定為稍細(xì)(例如，1/4)的橫向?qū)挾葹楹谩?br> 上述的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)，是以在任何情況下都能確保表面保護(hù)膜35的絕緣性為前提的，使金屬電極25-1、25-2相對(duì)于板式電極18a、19a一律(1/2)變窄?？墒?，采用該結(jié)構(gòu)時(shí)，如果表面保護(hù)膜35產(chǎn)生缺陷，絕緣性受損時(shí)，高電位一側(cè)的板式電極19a很容易受其影響。為了回避該問(wèn)題，可以采用以下的實(shí)施例3中的改變。
實(shí)施例3圖6模擬地表示了實(shí)施例3中的高耐壓半導(dǎo)體裝置的主要部分的截面結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，與所述實(shí)施例2不同，采用了使板式電極、金屬電極的電容耦合和板式電極、半導(dǎo)體領(lǐng)域2的電容耦合的比例對(duì)每個(gè)板式電極不同的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，即使表面保護(hù)膜35的絕緣性受損，也能減小對(duì)高電位一側(cè)的板式電極19a的影響。
在圖6所示的結(jié)構(gòu)中，環(huán)狀的金屬電極25-1的橫向?qū)挾葹榘迨诫姌O18a的1/2，并且，使環(huán)狀的金屬電極25-2的橫向?qū)挾茸儗?。總之，使環(huán)狀的金屬電極25-2的橫向?qū)挾茸儗挘蛊涓糁鴮娱g絕緣膜34，覆蓋了最靠近N型擴(kuò)散領(lǐng)域6的板式電極19a的全部上表面。因?yàn)樵谄渌矫?，都與所述實(shí)施例1和2相同，所以省略說(shuō)明。
在本實(shí)施例中，因?yàn)榧词故弓h(huán)狀的金屬電極25-2的橫向?qū)挾缺任挥谙聦硬康陌迨诫姌O19a的橫向?qū)挾冗€寬，板式電極19a和金屬電極25-2之間的寄生電容Cb2的值也幾乎不變，所以實(shí)質(zhì)上能得到與所述實(shí)施例同樣的作用和效果。
另外，即使把圖6中的金屬電極25-2的橫向?qū)挾冗M(jìn)一步加寬，使它和漏金屬電極25成為一體，得到圖7所示的金屬電極25-4，也能得到與所述實(shí)施例同樣的作用和效果。另外，圖7是圖6所示的結(jié)構(gòu)的變形例，除了設(shè)置了金屬電極25-4和P型護(hù)環(huán)領(lǐng)域44、45以外，其余采用了與圖6相同的結(jié)構(gòu)。關(guān)于P型護(hù)環(huán)領(lǐng)域44、45的動(dòng)作將在后面加以說(shuō)明。另外，在圖7中，也能采用不設(shè)置P型護(hù)環(huán)領(lǐng)域44、45的結(jié)構(gòu)。
在圖7所示的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)榻饘匐姌O25-4完全覆蓋了浮動(dòng)狀態(tài)的板式電極19a的上層，所以，即使表面保護(hù)膜35產(chǎn)生缺陷，變?yōu)榻^緣不良的狀態(tài)，由于在金屬電極25-4上外加了漏電壓，所以金屬電極25-4遮斷了絕緣不良的影響，不會(huì)對(duì)位于下層部分的板式電極19a和位于其正下方的半導(dǎo)體領(lǐng)域2的部分造成壞的影響。
一方面，在分離擴(kuò)散領(lǐng)域4附近形成的浮動(dòng)狀態(tài)的板式電極18a，由基于其與半導(dǎo)體領(lǐng)域2之間的寄生電容Ca1和其與金屬電極25-1之間的寄生電容Cb1的串聯(lián)電路的分壓決定電位。而且，因?yàn)榻饘匐姌O25-1的橫向?qū)挾葹榘迨诫姌O的橫向?qū)挾鹊?/2，所以Ca1/Cb1是約2倍的狀態(tài)，板式電極18a的電位比其正下方的半導(dǎo)體領(lǐng)域2部分的電位還稍高。因此，在半導(dǎo)體領(lǐng)域2的表面不會(huì)產(chǎn)生反型層，即使進(jìn)行高溫偏壓試驗(yàn)?zāi)菢拥膲勖囼?yàn)，也不會(huì)發(fā)生耐壓下降。另外，因?yàn)榘雽?dǎo)體領(lǐng)域2表面的電位通過(guò)金屬電極25-1、25-2(或25-4)呈階梯性下降，所以避免了局部的電場(chǎng)集中，從而能得到高的初始耐壓。
另外，即使表面保護(hù)膜35中產(chǎn)生缺陷，因?yàn)榻饘匐姌O25-1連接在金屬電極25上，所以不受絕緣不良的影響，能維持外加電位。另外，由于絕緣不良，使金屬電極25-1的周邊部具有導(dǎo)電性，該具有導(dǎo)電性的部分與金屬電極25-1具有相同的電位，從而導(dǎo)致寄生電容Cb1等價(jià)地變大，使板式電極18a稍微變高。也就是說(shuō)，即使容易受應(yīng)力影響的表面保護(hù)膜35發(fā)生絕緣不良，如果該絕緣不良的程度小，就能得到對(duì)可靠性幾乎無(wú)影響的高可靠性的高耐壓半導(dǎo)體裝置。
在上述的實(shí)施例(圖1～圖7等)中，雖然用使用了兩個(gè)浮動(dòng)狀態(tài)的板式電極(18a、19a)進(jìn)行了說(shuō)明，但是并不局限于此。例如，能使板式電極的數(shù)量增加為三個(gè)、四個(gè)，在其上層分別設(shè)置金屬電極。圖8為圖7所示的實(shí)施例的變形例，其中把板式電極的數(shù)量增加為五個(gè)，把P型護(hù)環(huán)領(lǐng)域增加為四個(gè)。用該結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，能得到在高溫偏壓試驗(yàn)中金屬電極25和金屬電極33之間的耐壓(圖16中的端子108和GND之間的耐壓)不下降的良好結(jié)果。
以下列舉了圖8所示結(jié)構(gòu)的條件。P型半導(dǎo)體襯底1采用電阻率為50Ω·cm的；N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2采用電阻率為50Ω·cm，厚度為20μm的；N型嵌入擴(kuò)散領(lǐng)域3采用雜質(zhì)濃度的峰值為1×1015(cm-3)，深度方向?qū)挾燃s為8μm的；P型護(hù)環(huán)領(lǐng)域44、45、46、47具有5×1016(cm-3)的雜質(zhì)表面濃度，連結(jié)深度為5μm。并且，在沒(méi)有配置P型護(hù)環(huán)領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)中，設(shè)定N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2的電阻率為50Ω·cm，厚度為15μm，厚度變薄，需要考慮使半導(dǎo)體領(lǐng)域2的周邊部分容易耗盡，從而能充分利用儲(chǔ)備技術(shù)。
厚氧化膜(場(chǎng)氧化膜)16的厚度為2μm。層間絕緣膜34的結(jié)構(gòu)為厚1.2μm的CVD膜和含8.5wt％的磷的厚度為1.8μm的CVD膜疊層后的二層結(jié)構(gòu)。另外，表面保護(hù)膜35使用了含4.0wt％的磷的厚度為0.5μm的CVD膜和1.0μm的氮化膜疊層的二層結(jié)構(gòu)。板式電極17a、18a、19a、20a、21a使用了摻雜磷的N型聚硅酮電極。圖8所示的截面中各板式電極的厚度為0.5μm，橫向?qū)挾葹?8μm。另外，各板式電極的間隔市3μm。金屬電極25-1、25-2、25-4使用添加了1％的硅的Al電極，厚度為1.2μm。金屬電極25-1、25-2的橫向?qū)挾葹?μm，金屬電極25-4與板式電極20a的重疊部分為6μm。圖8所示的本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，是本發(fā)明者認(rèn)為最適合確保耐壓的結(jié)構(gòu)，所述條件是本發(fā)明者認(rèn)為最好的條件。另外，在說(shuō)明原理時(shí)簡(jiǎn)化的圖4和圖5的結(jié)構(gòu)條件，與所述的尺寸稍有不同。
另外，還能進(jìn)行以下的改變。例如，如果使多個(gè)金屬電極的橫向?qū)挾?，隨著離開(kāi)接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6越遠(yuǎn)，階梯地變窄，就能進(jìn)一步緩和電場(chǎng)集中，除了能確保高的初始耐壓，還能使其更不易受表面保護(hù)膜的絕緣不良造成的影響?？傊捎眠@樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，因?yàn)殡x開(kāi)接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6越遠(yuǎn)，板式電極和半導(dǎo)體領(lǐng)域2的電容耦合越大，所以板式電極和半導(dǎo)體領(lǐng)域的電位差變小。因此，在整個(gè)半導(dǎo)體領(lǐng)域中，都能緩解電場(chǎng)集中，從而能提高初始耐壓。并且，即使在高溫偏壓試驗(yàn)中，該耐壓也不下降。
在所述實(shí)施例中，雖然金屬電極25的一部分(25-1等)采用了近長(zhǎng)方形圓環(huán)，但是，也可以采用圖9所示的結(jié)構(gòu)，使高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用元件領(lǐng)域?yàn)榻鼒A形，從襯底法線方向觀察，金屬電極25的一部分呈放射狀。即金屬電極25的一部分與板式電極18a、19a交叉也可以。即使使用該結(jié)構(gòu)，也能和所述實(shí)施例一樣，防止高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生負(fù)的可動(dòng)電荷，從而能抑制耐壓的下降。另外，如圖10所示，如果使呈放射狀延伸的金屬電極25的一部分的根部變粗，即使表面保護(hù)膜35的絕緣性受損，也能降低對(duì)高電位一側(cè)的板式電極的影響。
當(dāng)高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用元件領(lǐng)域呈近長(zhǎng)方形時(shí)，如圖11所示，金屬電極25的一部分也能采用放射狀結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，為了在表面保護(hù)膜35的絕緣性受損時(shí)，也能降低對(duì)高電位一側(cè)的板式電極的影響，最好能加粗呈放射狀延伸的金屬電極25的一部分的根部。
實(shí)施例4下面，參考圖12，說(shuō)明實(shí)施例4中的高耐壓半導(dǎo)體裝置。圖12模擬地表示了本實(shí)施例中的高耐壓半導(dǎo)體裝置的主要部分的截面結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，在具有介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)這一點(diǎn)上與具有PN結(jié)分離結(jié)構(gòu)的所述實(shí)施例不同。為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，對(duì)于同樣的地方就省略了說(shuō)明。
本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)為使用介質(zhì)隔離法，用絕緣物把半導(dǎo)體領(lǐng)域2的周邊完全包圍。即在P型半導(dǎo)體襯底1上形成的粘合用氧化膜37之上形成半導(dǎo)體領(lǐng)域2，在半導(dǎo)體領(lǐng)域2的周邊形成溝道，在溝道內(nèi)埋設(shè)了分離用氧化膜38和聚硅酮層39。
下面，說(shuō)明該結(jié)構(gòu)的動(dòng)作。通常，使板式電極17a、半導(dǎo)體襯底1、N型半導(dǎo)體領(lǐng)域48為接地電位，在金屬電極25上外加高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用電源電壓V2。
在圖12的結(jié)構(gòu)中，如果使金屬電極25的電壓V2慢慢上升，耗盡層分離用氧化膜38向著N型擴(kuò)散領(lǐng)域6，沿著橫向擴(kuò)展，一方面，耗盡層從粘合用氧化膜37向上擴(kuò)展。耗盡層的范圍隨著金屬電極25的電壓V2的大小的變化而變化，從而維持了高耐壓半導(dǎo)體裝置的耐壓。該耗盡層如果碰到N型擴(kuò)散領(lǐng)域6那樣的高濃度N型雜質(zhì)領(lǐng)域，電場(chǎng)強(qiáng)度上升，就會(huì)引起擊穿現(xiàn)象。
這樣，即使使用對(duì)半導(dǎo)體領(lǐng)域2的分離方法進(jìn)行了變更的本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，也能和上述的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)一樣，使用儲(chǔ)備技術(shù)。另外，如果使半導(dǎo)體領(lǐng)域2上的結(jié)構(gòu)與所述實(shí)施例2或3相同，就能進(jìn)一步提高在耐壓方面的可靠性(特別是基于高溫偏壓的壽命試驗(yàn))。當(dāng)采用本實(shí)施例的介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)時(shí)，因?yàn)槟苁拱雽?dǎo)體領(lǐng)域2和半導(dǎo)體襯底1之間的寄生電容變得極小，所以非常有助于得到滿足高頻特性或同時(shí)滿足高速開(kāi)關(guān)特性和高耐壓特性的半導(dǎo)體裝置。
實(shí)施例5下面，參考圖13，說(shuō)明實(shí)施例5中的高耐壓半導(dǎo)體裝置。圖13模擬地表示了本實(shí)施例中的高耐壓半導(dǎo)體裝置的主要部分的截面結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)為在圖5所示的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)中位于板式電極18a、19a的正下方的半導(dǎo)體領(lǐng)域2上，附加了護(hù)環(huán)領(lǐng)域44和45。對(duì)于其它部分，采用與實(shí)施例2相同的結(jié)構(gòu)，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，對(duì)于同樣的地方就省略了說(shuō)明。
在本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)使P型雜質(zhì)擴(kuò)散到分離擴(kuò)散領(lǐng)域4和接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6之間的半導(dǎo)體領(lǐng)域2內(nèi)，形成護(hù)環(huán)領(lǐng)域44和45。護(hù)環(huán)領(lǐng)域44位于板式電極18a的正下方，而護(hù)環(huán)領(lǐng)域45位于板式電極19a的正下方。
當(dāng)在分離擴(kuò)散領(lǐng)域4和接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6之間形成護(hù)環(huán)領(lǐng)域44和45時(shí)，在P型分離擴(kuò)散領(lǐng)域4和N導(dǎo)體領(lǐng)域2的PN結(jié)產(chǎn)生的耗盡層向橫向擴(kuò)展時(shí)，與從護(hù)環(huán)領(lǐng)域44和45擴(kuò)展開(kāi)來(lái)的耗盡層相遇，能提高耗盡層整體的曲率，從而能緩和電場(chǎng)集中，大幅度提高初始電壓。
在本實(shí)施例中，因?yàn)橥ㄟ^(guò)板式電極18a、19a和金屬電極25之間的寄生電容Cb1、Cb2與板式電極18a、19a和護(hù)環(huán)領(lǐng)域44、45表面之間的寄生電容Ca1、Ca2的串聯(lián)電路，決定板式電極18a、19a的電位，所以能把板式電極18a、19a的電位設(shè)置為高于護(hù)環(huán)領(lǐng)域44、45的表面電位和半導(dǎo)體領(lǐng)域2的表面電位。結(jié)果，能使氧化膜16一側(cè)的電位高于半導(dǎo)體領(lǐng)域2的表面電位，從而能防止高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)，在N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2的表面產(chǎn)生P型反型層。由此，能得到使初始電壓不下降的可靠性。
另外，對(duì)于圖13所示的結(jié)構(gòu)，還能進(jìn)行如下改變。圖14表示了圖13所示的結(jié)構(gòu)的變形例，它具有對(duì)半導(dǎo)體領(lǐng)域2進(jìn)行介質(zhì)隔離的結(jié)構(gòu)。具體而言，在圖14所示的高耐壓半導(dǎo)體裝置中，在P型半導(dǎo)體襯底1上形成粘合氧化膜37，并且，在其上使用配置了N型半導(dǎo)體領(lǐng)域2的SOI襯底。在該SOI襯底上形成隔離溝，在隔離溝中埋設(shè)了分離用氧化膜38和聚硅酮層39。因?yàn)槌税雽?dǎo)體領(lǐng)域2被介質(zhì)隔離開(kāi)這一點(diǎn)以外，其它的部分與圖11所示的結(jié)構(gòu)基本相同，所以對(duì)于同樣的地方就省略了說(shuō)明。
當(dāng)采用介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)時(shí)，能與PN結(jié)分離構(gòu)造一樣充分利用儲(chǔ)備技術(shù)的理由，在所述實(shí)施例4中已說(shuō)明了，圖14所示的耐壓特性與圖13所示的結(jié)構(gòu)的耐壓特性幾乎相同。因此，通過(guò)采用介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)，能得到同時(shí)滿足高耐壓特性的可靠性和高頻特性的高耐壓半導(dǎo)體裝置。
圖14所示的結(jié)構(gòu)還能變?yōu)閳D15所示的結(jié)構(gòu)。圖15所示的結(jié)構(gòu)是圖14中的離N型擴(kuò)散領(lǐng)域6最近的金屬電極25-2與金屬電極25成為一體的結(jié)構(gòu)。
如果采用這樣的結(jié)構(gòu)，金屬電極25-4完全覆蓋了離N型擴(kuò)散領(lǐng)域6最近的板式電極19a，能使板式電極19a的電位接近漏電壓。結(jié)果，即使表面保護(hù)膜35發(fā)生絕緣不良，也能阻止對(duì)其下層部分的不良影響。另外，因?yàn)槲挥诎迨诫姌O18a的上層的環(huán)狀金屬電極25-1的橫向?qū)挾仁强拷蛛x擴(kuò)散領(lǐng)域4的板式電極18a的橫向?qū)挾鹊?/2，所以與正下方的半導(dǎo)體領(lǐng)域2的電容耦合變大。結(jié)果，能使與該半導(dǎo)體領(lǐng)域2部分電位差不會(huì)過(guò)度上升，能避免局部的電場(chǎng)集中，從而能提高初始耐壓。即使表面保護(hù)膜35發(fā)生絕緣不良，金屬電極25-1的周邊部分變?yōu)閷?dǎo)電的，因?yàn)榧纳娙菀驳葍r(jià)地升高，能把板式電極18a的電位設(shè)置得稍高，所以高耐壓方面的可靠性幾乎不受損害。
根據(jù)本發(fā)明的高耐壓半導(dǎo)體裝置，因?yàn)樗鼋饘匐姌O的一部分，延伸到位于場(chǎng)絕緣膜上以浮動(dòng)狀態(tài)形成的多個(gè)板式電極上的層間絕緣膜上，金屬電極的一部分和所述多個(gè)板式電極彼此電容耦合，所以，能提供一種即使在高溫下使用，其耐壓也不下降的可靠性高的高耐壓半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明的高耐壓半導(dǎo)體裝置，在含有高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的變壓器控制用高耐壓半導(dǎo)體裝置的場(chǎng)合，能構(gòu)成在高溫下使用也具有高度可靠性的變壓器控制系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種高耐壓半導(dǎo)體裝置，包括在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底上形成的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體領(lǐng)域；在所述半導(dǎo)體領(lǐng)域上形成的第二導(dǎo)電型接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域；與所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域分開(kāi)，在所述半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)形成的，包圍了所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域的第一導(dǎo)電型分離擴(kuò)散領(lǐng)域；在位于所述分離擴(kuò)散領(lǐng)域和所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域之間的所述半導(dǎo)體領(lǐng)域上形成的場(chǎng)絕緣膜；與所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域連接并導(dǎo)通的金屬電極；與所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域分開(kāi)，在所述場(chǎng)絕緣膜上以浮動(dòng)狀態(tài)形成的多個(gè)板式電極，且從襯底法線方向觀察，它們包圍了所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域；在所述場(chǎng)絕緣膜和所述多個(gè)板式電極上形成的層間絕緣膜；所述金屬電極的一部分，延伸到位于所述多個(gè)板式電極上的所述層間絕緣膜上，所述金屬電極的所述一部分和所述多個(gè)板式電極彼此電容耦合；在所述第二導(dǎo)電型接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域所包圍的所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體領(lǐng)域中，設(shè)置CMOS晶體管、電阻及電容中的一個(gè)或雙方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐壓半導(dǎo)體裝置，其中所述高耐壓半導(dǎo)體裝置是包含高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的變壓器控制用高耐壓半導(dǎo)體裝置，所述高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路包含CMOS晶體管、電阻及電容中的一個(gè)或雙方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐壓半導(dǎo)體裝置，其中與接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域連接的所述多個(gè)金屬電極中的至少一個(gè)，具有比與該金屬電極電容耦合的板式電極窄的橫向?qū)挾取?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐壓半導(dǎo)體裝置，其中所述金屬電極具有隔著所述層間絕緣膜，覆蓋了所述多個(gè)板式電極中離所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域最近的板式電極的整個(gè)上表面的部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐壓半導(dǎo)體裝置，其中所述多個(gè)金屬電極的各橫向?qū)挾龋x所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域越遠(yuǎn)，變得越窄。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐壓半導(dǎo)體裝置，其中在位于所述多個(gè)板式電極之下的所述半導(dǎo)體領(lǐng)域的上部形成了第一導(dǎo)電型的多個(gè)護(hù)環(huán)領(lǐng)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐壓半導(dǎo)體裝置，其中在與所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底和所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體領(lǐng)域之間的高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路用元件領(lǐng)域?qū)?yīng)的位置上，形成第二導(dǎo)電型的嵌入領(lǐng)域。
8.一種高耐壓半導(dǎo)體裝置，包括在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底上形成的絕緣層；配置在所述絕緣層上的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體領(lǐng)域；在所述半導(dǎo)體領(lǐng)域上形成的第二導(dǎo)電型接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域；與所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域分開(kāi)，而且在所述半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)形成的包圍了所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域的分離用絕緣領(lǐng)域；在位于所述分離用絕緣領(lǐng)域和所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域之間的所述半導(dǎo)體領(lǐng)域上形成的場(chǎng)絕緣膜；與所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域連接并導(dǎo)通的金屬電極；與所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域分開(kāi)，并在所述場(chǎng)絕緣膜上以浮動(dòng)狀態(tài)形成的多個(gè)板式電極，且從襯底法線方向觀察，它們包圍了所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域；在所述場(chǎng)絕緣膜和所述多個(gè)板式電極上形成的層間絕緣膜；所述金屬電極的一部分，延伸到分別位于所述多個(gè)板式電極上的層間絕緣膜上，所述金屬電極的所述一部分和所述多個(gè)板式電極彼此電容耦合，在所述第二導(dǎo)電型接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域所包圍的所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體領(lǐng)域中，設(shè)置CMOS晶體管、電阻及電容中的一個(gè)或雙方。
9.權(quán)利要求8所述的高耐壓半導(dǎo)體裝置，其中所述高耐壓半導(dǎo)體裝置是含有高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的變壓器控制用高耐壓半導(dǎo)體裝置，所述高壓一側(cè)驅(qū)動(dòng)電路含有所述CMOS晶體管、所述電阻及所述電容中的一個(gè)或雙方。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高耐壓半導(dǎo)體裝置，其中所述多個(gè)環(huán)狀金屬電極中的至少一個(gè)，具有比與該金屬電極電容耦合的板式電極窄的橫向?qū)挾取?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高耐壓半導(dǎo)體裝置，其中所述金屬電極具有隔著所述層間絕緣膜，覆蓋了所述多個(gè)板式電極中離所述接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域最近的板式電極的整個(gè)上表面的部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高耐壓半導(dǎo)體裝置，其中所述多個(gè)環(huán)狀金屬電極的各橫向?qū)挾龋x所述漏擴(kuò)散領(lǐng)域越遠(yuǎn)，變得越窄。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高耐壓半導(dǎo)體裝置，其中在位于所述多個(gè)板式電極之下的所述半導(dǎo)體領(lǐng)域的上部形成了第一導(dǎo)電型的多個(gè)護(hù)環(huán)領(lǐng)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求1～13中的任意一項(xiàng)所述的高耐壓半導(dǎo)體裝置，其中還具有在所述金屬電極和所述層間絕緣膜上形成的表面保護(hù)膜和在所述表面保護(hù)膜上形成的密封樹(shù)脂部。
全文摘要
高耐壓半導(dǎo)體裝置具有:半導(dǎo)體領(lǐng)域2、接觸用擴(kuò)散領(lǐng)域6,分散擴(kuò)散領(lǐng)域4,場(chǎng)絕緣膜16,與接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6相連并導(dǎo)通的金屬電極25、在浮動(dòng)狀態(tài)下形成的多個(gè)板式電極18a、19a。金屬電極25的一部分(25－1、25－2)延伸到位于板式電極18a、19a的正上方的層間絕緣膜34上,板式電極18a、19a和金屬電極25－1、25－2彼此電容耦合。在接觸用N型擴(kuò)散領(lǐng)域6所包圍的半導(dǎo)體領(lǐng)域2上,設(shè)置了CMOS晶體管(7～11等)、電阻(13等)、電容(12等)。提供一種即使在高溫下使用,耐壓也不會(huì)下降的高耐壓半導(dǎo)體裝置。
文檔編號(hào)H01L27/06GK1389918SQ02103320
公開(kāi)日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2002年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月4日
發(fā)明者野田正明, 生田晃久 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社