一种介质分离型半导体装置,其中设有: 半导体衬底; 与所述半导体衬底的整个第一主面邻接而配置的主介质层; 面对半导体衬底、隔着所述主介质层设于所述主介质层表面的低杂质浓度的第一导电型的第一半导体层; 有选择地形成于所述第一半导体层的表面的高杂质浓度的第一导电型的第二半导体层; 空有间隔地围着所述第一半导体层的外周边配置的高杂质浓度的第二导电型的第三半导体层; 围着所述第三半导体层的外周边配置的环形绝缘膜; 与所述第二半导体层的表面接合而配置的第一主电极; 与所述第三半导体层的表面接合而配置的第二主电极; 与面对所述半导体衬底的第一主面的第二主面邻接而配置的板状的背面电极;以及 设于所述第二半导体层的正下方且与所述主介质层的所述第二主面至少部分接合的第一辅助介质层。(*该技术在2023年保护过期,可自由使用*)
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及,其半导体衬底的上面与下面分别设置介质层和背面电极。
技术介绍
先有技术中,涉及介质分离型半导体装置的提案有多种(例如,专利文献1日本特许第二739018号公报)。参照专利文献1中的图52和图53,介质分离型半导体装置的半导体衬底的上、下面分别设有介质层和背面电极,介质层上设置n-型半导体层。并且,介质层将半导体衬底和n-型半导体层介电分离,绝缘膜将n-型半导体层限定到预定范围。在该预定范围内,n-型半导体层上形成阻值较小的n+型半导体区域,进而形成p+型半导体区域,将n+型半导体区域包围。并且,n+型半导体区域和p+型半导体区域分别连接阴极电极和阳极电极,阴极电极和阳极电极间通过绝缘膜相互绝缘。另外,参照专利文献1中的图54,阳极电极和背面电极电压都设定成0V,如使阴极电极上的正向电压逐渐增加,则从n-型半导体区域和p+型半导体区域之间的pn结延伸出耗尽层。此时,半导体衬底被固定于接地电位,通过介质层发挥场电极作用,因此,在前述耗尽层以外,由n-型半导体层和介质层界面向n-型半导体层的上表面方向延伸出的另一耗尽层。这样,由于另一耗尽层的延伸,前述耗尽层容易向阴极电极方向延伸,从而缓和了n-型半导体层和p+型半导体区域之间的pn结处的电场。这种效应,就是众所周知的RESURF(Reduced SURface Field近面电场减小)效应。另外,参照专利文献1中的图55,在充分远离p+型半导体区域的位置处的截面上的电场强度中,设另一耗尽层的垂直方向宽度为x,介质层厚度为t0,使n-型半导体层上表面对应于横轴的原点,在所述剖面中的全电压降V,用下式(3)表示。V=q·N/(ε2·ε0)×(x2/2+ε2·t0·x/ε3)…(3)式(3)中,N表示n型半导体层的杂质浓度[cm-3],ε0表示真空介电常数[C·V-1·cm-3],ε2表示n-型半导体层的介电常数,ε3表示介质层的介电常数。由式(3)可以看出,如果在保持均匀的全电压降V的同时增大介质层的厚度t0,另一耗尽层在垂直方向的宽度x就会变小。这意味着RESURF效应的减弱。另一方面,在n-型半导体层和p+型半导体区域之间的pn结处的电场集中和n-型半导体层和n+型半导体区域的界面处的电场集中不导致发生雪崩条件的条件下,半导体装置的耐压,最终由位于n+型半导体区域正下方的、由于n-型半导体层和介质层界面的电场集中而产生的雪崩条件决定。满足上述条件的半导体装置结构中,p+型半导体区域和n+型半导体区域之间的距离要充分大,n-型半导体层的厚度d和其杂质浓度最适化便可。参照专利文献1中的图56,一般认为上述条件是指从n-型半导体层和介质层的界面向n-型半导体层表面过渡时,n-型半导体层和介质层界面的电场集中恰好满足雪崩条件的条件。此时,耗尽层达到n+型半导体区域,n-型半导体层的整体被耗尽。这样条件下的耐压V,用下式(4)表示。V=Ecr·(d/2+ε2·t0/ε3)… (4)式(4)中,Ecr表示引起雪崩条件的临界电场强度,n+型半导体区域的厚度被忽略。参照上述专利文献1中的图57,在n+型半导体区域正下方的剖面中垂直方向的电场强度分布中,n-型半导体层和介质层的界面(从原点向电极侧的距离为d的位置)处的电场强度达到临界电场强度Ecr。n-型半导体层由硅形成,介质层由氧化硅膜形成,计算半导体装置的耐压V时,选用一般值,即d=4×10-4t0=2×10-4。另外,临界电场强度Ecr受n-型半导体层的厚度d影响,此时,一般以Ecr=4×105表达。将所述临界电场强度Ecr值、ε2(=11.7)、ε3(=3.9)代入式(4)中,耐压V用下式(5)V=320V… (5)表示。因此,如n-型半导体层的厚度d增加1μm,就得到用下式(6)表示的电压上升值ΔV。ΔV=Ecr×0.5×10-4=20[V]…(6)另外,如介质层的厚度t0增加1μm,就得到用下式(7)表示的电压上升值ΔV。ΔV=Ecr×11.7×10-4/3.9=120[V]…(7)由式(6)、(7)的结果显见,增厚介质层比增厚n-型半导体层能更大地升高耐压值,为使耐压值提高,增厚介质层是很有效的。而且,如增厚n-型半导体层,为形成绝缘膜就要有形成较深凹槽的蚀刻技术,需要开发新技术,所以不合适。但是,如使介质层的厚度t0增大,如前所述,另一耗尽层的延伸量x就会变小,导致减弱RESURF效应。即,p+型半导体区域和n+型半导体层之间的pn结处的电场集中增大,耐压值受到所述pn结处产生的雪崩条件的限制。传统的介质分离型半导体装置如上所述,存在着半导体装置的耐压受限于介质层的厚度t0和n-型半导体层的厚度d的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述的问题,提供一种可防止半导体装置的耐压受限于介质层的厚度t0和n-型半导体层的厚度d的、高耐压的。本专利技术的介质分离型半导体装置中设有半导体衬底;与半导体衬底的整个第一主面邻接配置的主介质层;面向半导体衬底将主介质层夹于其间地设于主介质层表面的、低杂质浓度的第一导电型的第一半导体层;有选择地形成于第一半导体层的表面的、高杂质浓度的第一导电型的第二半导体层;空出间隔围着第一半导体层的外周边设置的高杂质浓度的第二导电型的第三半导体层;围着第三半导体的外周边设置的环形绝缘膜;与第二半导体层的表面接合的第一主电极;与第三半导体层的表面接合的第二主电极;与半导体衬底的相对于第一主面的第二主面邻接设置的板状背面电极;以及设于第二半导体层正下方的、且至少一部分与主介质层的第二主面接合的第一辅助介质层。另外,本专利技术的制造方法所涉及的介质分离型半导体装置是形成在介质分离衬底上的高耐压横型装置,包括第一主电极和包围第一主电极而形成的第二主电极,同时在介质分离衬底的背面侧有成为基底的半导体衬底。本专利技术的制造方法包括在含第一主电极的、由第一主电极到第二主电极的距离的40%以上的区域内,用KOH蚀刻除去半导体衬底的步骤;在该区域内形成第一埋入绝缘膜的步骤;以及在该区域内以接于第一埋入绝缘膜正下方地形成第二埋入绝缘膜的步骤。附图说明图1是本专利技术实施例1的介质分离型半导体装置的示出局部剖面的透视图。图2是本专利技术实施例1的介质分离型半导体装置的局部剖面图。图3是用以说明本专利技术实施例1的介质分离型半导体装置的动作的剖面图。图4是图3中A-A’线截面上的电场强度分布的说明图。图5是用以说明本专利技术实施例1的耐压条件下的介质分离型半导体装置的动作的剖面图。图6是沿图5中B-B’线截面上的电场强度分布的说明图。图7是表示本专利技术实施例1的介质分离型半导体装置的制造方法的剖面图。图8是表示本专利技术实施例1的介质分离型半导体装置的制造方法的剖面图。图9是表示本专利技术实施例1的介质分离型半导体装置的制造方法的剖面图。图10是表示本专利技术实施例1的介质分离型半导体装置的制造方法的剖面图。图11是表示本专利技术实施例2的介质分离型半导体装置的制造方法的剖面图。图12是表示本专利技术实施例2的介质分离型半导体装置的制造方法的剖面图。图13是表示本专利技术实施例2的介质分离型半导体装置的制造方法的剖面图。图14是表示本专利技术实施例3的介质分离型半导体装置的制造方法的剖面图。图15是表示本专利技术实施例3的介质分离型半导体装本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种介质分离型半导体装置,其中设有半导体衬底;与所述半导体衬底的整个第一主面邻接而配置的主介质层;面对半导体衬底、隔着所述主介质层设于所述主介质层表面的低杂质浓度的第一导电型的第一半导体层;有选择地形成于所述第一半导体层的表面的高杂质浓度的第一导电型的第二半导体层;空有间隔地围着所述第一半导体层的外周边配置的高杂质浓度的第二导电型的第三半导体层;围着所述第三半导体层的外周边配置的环形绝缘膜;与所述第二半导体层的表面接合而配置的第一主电极;与所述第三半导体层的表面接合而配置的第二主电极;与面对所述半导体衬底的第一主面的第二主面邻接而配置的板状的背面电极;以及设于所述第二半导体层的正下方且与所述主介质层的所述第二主面至少部分接合的第一辅助介质层。2.如权利要求1所述的介质分离型半导体装置,其特征在于所述第一辅助介质层设置在从所述第一主电极到所述第二主电极的距离的40%以上的区域范围内,其一端设于对应于所述第一主电极的位置。3.如权利要求1或权利要求2所述的介质分离型半导体装置,其特征在于所述第一辅助介质层形成为有底部的筒状,它与所述半导体衬底和所述主介质层双方接合。4.如权利要求3所述的介质分离型半导体装置,其特征在于所述第一辅助介质层形成为研钵状。5.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的介质分离型半导体装置,其特征在于所述第一辅助介质层和所述主介质层之间设有第二辅助介质层。6.如权利要求5所述的介质分离型半导体装置,其特征在于所述第二辅助介质层由热氮化膜或CVD氮化膜形成。7.如权利要求1至权利要求6中任一项所述的介质分离型半导体装置,其特征在于所述半导体衬底上有一体形成的P型半导体区域。8.一种介质分离型半导体装置的制造方法,该介质分离型半导体装置是在介质分离衬底上形成的高耐压横型器件,它包括第一主电极与包围所述第一主电极的第二主电极,并在所述介质分离衬底的背面侧有作为基底的半导体衬底,所述制造方法的特征在于包括在含所述第一主电极并遍及从所述第一主电极到所述第二主电极的距离的40%以上区域的范围内,通过KOH蚀刻除去所述半导体衬底的步骤;在所述区域内形成第一埋入绝缘膜的步骤;以及在所述区域内以与所述第一埋入绝缘膜正下方相接的方式形成第二埋入绝缘膜的步骤。9.如权利要求8所述的介质分离型半导体装置的制造方法,其特征在于所述第二埋入绝缘膜由从如下物质中选择的至少一种可固化聚合物的固化膜形成聚硅氧烷类聚合物、聚酰亚胺类聚合物、聚酰亚胺聚硅氧烷类聚合物、聚烯丙醚类聚合物、双苯并环丁烯类聚合物、聚喹啉类聚合物、全氟代烃类聚合物、氟...
【专利技术属性】
技术研发人员:秋山肇,保田直纪,
申请(专利权)人:三菱电机株式会社,
类型:发明
国别省市:
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