(57)【要約】【課題】耐圧特性を改善した半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、半導体基板に形成された第１電極と、該第１電極の周囲に形成された環形状の第２電極と、該第１電極及び該第２電極に接続された抵抗体とを備える。前記抵抗体は、前記第１電極の周囲に渦巻き形状に配置されると共に、前記第２電極近傍の外周側の渦巻きの間隔が、前記第１電極に接続する内周側の渦巻きの間隔よりも広く配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成された第１電極と、該第１電極の周囲に形成された環形状の第２電極と、該第１電極及び該第２電極に接続された抵抗体とを備え、
前記抵抗体は、前記第１電極の周囲に渦巻き形状に配置されると共に、前記第２電極近傍の外周側の渦巻きの間隔が、前記第１電極に接続する内周側の渦巻きの間隔よりも広い
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記抵抗体は、渦巻きの間隔が前記第１電極から離れるにつれて広くなる
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記抵抗体の形状は、自己相似形状である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記抵抗体の渦巻き形状は、前記第１電極の中心を原点とした極座標系において、該抵抗体と前記第１電極とが接続する接続点と該原点とを結ぶ直線に対する偏角θ、及び、前記第１電極の中心からの距離Ｒが、
Ｒ＝ａ・ｂ＾θ  （但し、ａは前記第１電極の半径、ｂは任意の定数）
の関係を満たす対数螺旋である
ことを特徴とする請求項１から請求項３いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１電極は円形状に形成され、前記第２電極は円環形状に形成される
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧が印加される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧を印加して用いる高耐圧のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）の耐圧性能の向上を図る技術が特許文献１に開示されている。
図５は、高耐圧のＭＯＳＦＥＴ９００の平面図及び線ＡＢに沿った断面図である。特許文献１に開示されている技術には、図５（ａ）に示すように、ｎ型の半導体基板１０１上に円形のドレイン電極１１１と、環状のソース電極１１２とが形成され、ドレイン電極１１１とソース電極１１２との間に、それぞれの電極に接続された抵抗体９１３が配置されている。
【０００３】
抵抗体９１３は、ドレイン電極１１１から外周部に設けられたソース電極１１２に向かって渦巻き形状に配置されている。ドレイン電極１１１とソース電極１１２との間に印加される電圧に応じて、渦巻き形状に配置された抵抗体９１３から生じる電界が半導体基板１０１に影響して、半導体基板１０１上の電界を安定させるというものである。
【０００４】
図５（ｂ）は、図５（ａ）における線ＡＢに沿った断面図、ドレイン電極１１１とソース電極１１２とに電圧を印加した際の電極間の等電位線、及び電界を示すグラフを示している。
ｎ型の半導体基板１０１上には、半導体基板１０１よりも不純物濃度の高いｎ型のソース領域１０５及びドレイン領域１０７が形成されている。ｐ型のベース領域１０２は、ソース領域１０５を内包すると共に、ソース領域１０５に接するベース領域１０２よりも不純物濃度の高いｐ型の領域１０６を内包している。
【０００５】
ｐ型のオフセット領域１０３は、ドレイン領域１０７を内包すると共に、ソース領域１０５方向に拡張形成されている。また、オフセット領域１０３上には、ｎ型のオフセット領域１０４が形成されている。オフセット領域１０４上には、オフセット領域１０３とベース領域１０２との間のチャネル部分上に形成されたゲート酸化膜１０８、及びフィールド酸化膜１０９が形成されている。
【０００６】
ゲート酸化膜１０８上には、ゲート電極１１０が形成されている。ソース領域１０５及び領域１０６上には、ソース電極１１２が形成されている。ドレイン領域１０７上には、ドレイン電極１１１が形成されている。フィールド酸化膜１０９上には、図５（ａ）に示したように、抵抗体９１３が配置されている。また、抵抗体９１３は、一端がドレイン電極１１１に接続され、他端がソース電極１１２に接続されている。フィールド酸化膜１０９上には、抵抗体９１３及びゲート電極１１０を内包する絶縁層間膜１１４が形成されている。
【０００７】
上述のように構成されたＭＯＳＦＥＴ９００は、抵抗体９１３をフィールドプレートとして設けたことにより、ドレイン電極１１１とソース電極１１２との間に生じる電界の集中を緩和し、耐圧特性を改善させている。このとき、オフセット領域１０３、１０４、及びフィールド酸化膜１０９に生じる電界は、抵抗体９１３の各部位における電位に応じて定まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−０２４１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ドレイン電極１１１とソース電極１１２との電界の集中を緩和するために抵抗体９１３を設けたが、抵抗体９１３において隣接する周回間の電位差は、図５（ｂ）に示すように、ソース電極１１２に近づくにつれ大きくなり、等電位線の間隔がドレイン電極１１１近傍に比べ狭くなっている。この電位差の偏りは、電界強度の偏りとして表れ、ソース電極１１２近傍が最も電界強度が大きくなる。ここで、ドレイン電極１１１とソース電極１１２との電位差は、電界強度の積分値であり、図５（ｂ）のグラフにおいて斜線部の領域の面積Ｖｂとして表される。
【００１０】
ＭＯＳＦＥＴ９００の耐圧は、最も電界強度の大きいところが構造上耐えうる電界強度の限界値Ｅｍａｘを超えないように定められているので、ソース電極１１２近傍の電界強度に基づいて定められることになる。このとき、図５（ｂ）のグラフに示すように、ドレイン電極１１１近傍の電界強度は、電界強度の限界値Ｅｍａｘに対して十分余裕があり、耐圧を改善させる余地があった。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、耐圧特性を改善した半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記問題を解決するために、本発明は、半導体基板に形成された第１電極と、該第１電極の周囲に形成された環形状の第２電極と、該第１電極及び該第２電極に接続された抵抗体とを備え、前記抵抗体は、前記第１電極の周囲に螺旋状に配置されると共に、該抵抗体の離間間隔が前記第１電極からの距離に応じて広くなる部位を有することを特徴とする半導体装置である。
（２）また、本発明は、上記記載の発明において、前記抵抗体は、渦巻きの間隔が前記第１電極から離れるにつれて広くなることを特徴とする。
（３）また、本発明は、上記記載の発明において、前記抵抗体の形状は、自己相似形状であることを特徴とする。
（４）前記抵抗体の渦巻き形状は、前記第１電極の中心を原点とした極座標系において、該抵抗体と前記第１電極とが接続する接続点と該原点とを結ぶ直線に対する偏角θ、及び、前記第１電極の中心からの距離Ｒが、
Ｒ＝ａ・ｂ＾θ
（但し、ａは前記第１電極の半径、ｂは任意の定数）の関係を満たす対数螺旋であることを特徴とする。
（５）また、本発明は、上記記載の発明において、前記第１電極は円形状に形成され、前記第２電極は円環形状に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、電圧が印加された第１電極と第２電極との間に生じる電界は、電極間に配置された渦巻き形状の抵抗体における電圧降下の影響を受けて、特定の部位に集中することなく分布させることにより、高電圧を印加した際の電界の集中により半導体装置が破壊されることを防ぐことができ、半導体装置の耐圧特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１実施形態における半導体装置１００の平面図、及び線Ａ’Ｂ’に沿った断面図である。
【図２】対数螺旋を形状として有する抵抗体１１３を示す図である。
【図３】第２実施形態の半導体装置２００の構成を示す平面図である。
【図４】第３実施形態における半導体装置３００を示す平面図である。
【図５】高耐圧のＭＯＳＦＥＴ９００の平面図及び線ＡＢに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態における半導体装置を図面を参照して説明する。
【００１６】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態における半導体装置１００の平面図、及び線Ａ’Ｂ’に沿った断面図である。ここで、半導体装置１００がＭＯＳＦＥＴの場合について説明する。図１（ａ）は、半導体装置１００の平面図である。図１（ｂ）は、線Ａ’Ｂ’に沿った半導体装置１００の断面図、電極間に電圧を印加した際の等電位線、及び電極間の電界を示すグラフを示す図である。
図１（ａ）に示すように、半導体装置１００には、ｎ型の半導体基板１０１上に円形のドレイン電極１１１と、環状のソース電極１１２とが形成され、ドレイン電極１１１とソース電極１１２との間に、それぞれの電極に接続された抵抗体１１３が配置されている。
【００１７】
抵抗体１１３は、ドレイン電極１１１から外周部に設けられたソース電極１１２に向かって渦巻き形状に配置されている。また、抵抗体１１３には、抵抗値の高い材料、例えば、ポリシリコンや、厚みを薄くした金属、多結晶半導体、酸化金属、セラミックス、ガラス、及び伝導性高分子などが用いられる。なお、抵抗体１１３以外の部位は、図５に示した構成と同じであるので、該当する箇所には同じ符号（１０１〜１１２、１１４）を付して、その説明を省略する。
【００１８】
ここで、抵抗体１１３の形状は、ドレイン電極１１１からの距離が大きくなるにつれて抵抗体１１３の渦巻きの間隔が広く、すなわち、外周側ほど渦巻きの径が広くなる対数螺旋である。この対数螺旋は、次式（１）により示される曲線である。
Ｒ＝ａ・ｂθ  …（１）
但し、θは、ドレイン電極１１１の中心を原点とした極座標系において、ドレイン電極１１１及び抵抗体１１３を接続する接続点と、原点とを結ぶ直線に対する偏角である。Ｒは、極座標系における原点からの距離であり、ａはドレイン電極１１１の半径であり、ｂは、対数螺旋の渦巻きの密度を定める任意の定数である。
【００１９】
図２は、対数螺旋を形状として有する抵抗体１１３を示す図である。原点Ｏからの点ａ、点ｂ、及び点ｃまでの距離それぞれをｒ１、ｒ２、ｒ３とする。但し、抵抗体１１３の電気抵抗率は一定とする。
このとき、点ａから点ｂまでの抵抗体１１３の長さＬａｂと、点ａから点ｂまでの距離Δａｂと、点ｂから点ｃまでの抵抗体１１３の長さＬｂｃと、点ｂから点ｃまでの距離Δｂｃとは、次式（２）〜（５）のように表される。
【００２０】
Ｌａｂ≒２π｛（ｒ１＋ｒ２）／２｝  …（２）
Δａｂ＝ｒ２−ｒ１                  …（３）
Ｌｂｃ≒２π｛（ｒ２＋ｒ３）／２｝  …（４）
Δｂｃ＝ｒ３−ｒ２                  …（５）
【００２１】
ここで、点Ｔ１と点Ｔ２とに電圧を印加したときの抵抗体１１３に流れる電流が一定であれば、抵抗値は、電位差に比例し、点ａと点ｂとの電圧差Ｖａｂ、及び点ｂと点ｃとの電圧差Ｖｂｃは、それぞれの点の間の抵抗体１１３の長さに比例する。
Ｖａｂ∝Ｌａｂ                      …（６）
Ｖｂｃ∝Ｌｂｃ                      …（７）
なお、∝は、左辺が右辺に対して比例することを意味する。
【００２２】
また、点ａと点ｂとの間の電界Ｅａｂ、及び点ｂと点ｃとの間の電界Ｅｂｃは、次式（８）、（９）のように表される。
Ｅａｂ＝Ｖａｂ／Δａｂ              …（８）
Ｅｂｃ＝Ｖｂｃ／Δｂｃ              …（９）
【００２３】
電界Ｅａｂと電界Ｅｂｃとが同じ場合、以下の次式（１０）が成り立つ。
Ｖａｂ／Δａｂ＝Ｖｂｃ／Δｂｃ      …（１０）
ここで、式（１０）に式（２）〜（７）を代入すると、次式（１１）となる。
（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ２−ｒ１）＝（ｒ２＋ｒ３）／（ｒ３−ｒ２）  …（１１）
【００２４】
式（１１）を展開して整理すると、
ｒ１／ｒ２＝ｒ２／ｒ３                  …（１２）
となる。電界強度が一定の場合、抵抗体１１３の形状は、式（１２）で示されるように一定の比率で半径が拡大する渦巻きとなる。このような渦巻きは、一般に対数螺旋として知られており、極座標系において、式（１）により表される。
【００２５】
対数螺旋の形状を有する抵抗体１１３を配置することにより、ドレイン電極１１１とソース電極１１２との間における電位の変化を、図１（ｂ）に示すように一定にすることができ、電界強度の分布を均一にすることができる。その結果、ドレイン電極１１１の近傍からソース電極１１２の近傍に亘って、半導体装置１００の構造上耐えうる上限に近い電界を加えることができ、耐圧特性を改善させることができる。
【００２６】
また、耐圧特性を改善するために電極間の距離を広げずとも、対数螺旋の形状を有する抵抗体１１３を配置することにより耐圧特性を改善することができ、半導体装置１００の小型化を図ることができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、半導体装置１００がＭＯＳＦＥＴである場合について説明したが、ＭＯＳＦＥＴに限らず、例えば、ダイオードのアノードとカソードとの間に対数螺旋形状の抵抗体を設けて高耐圧化を図ってもよい。また、二つの電極と、当該電極に接続された抵抗体を有する抵抗素子に対して、抵抗体を対数螺旋形状にすることにより、抵抗素子の高耐圧化を図ってもよい。このように、様々な半導体装置に適用することで、電極間に生じる電界が偏ることを防ぐことができ、耐圧特性の改善を図ることができる。
【００２８】
＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態の半導体装置２００の構成を示す平面図である。半導体装置２００は、第１実施形態の半導体装置１００の変形例であり、抵抗体１１３に替えて、ｐ型の領域２１３ａとｎ型の領域２１３ｂとが交互に設けられたポリシリコン配線２１３を備えたものである。上記の点を除いて、半導体装置２００の構成は、半導体装置１００の構成と同じであるので、その説明を省略する。
ポリシリコン配線２１３は、第１実施形態の半導体装置１００と同様に、ドレイン電極１１１と、ソース電極１１２との間に設けられると共に、その形状は、対数螺旋となっている。
【００２９】
半導体装置２００は、抵抗体１１３に替えて、複数段のｐｎダイオードを有するポリシリコン配線２１３を備えるようにしたので、ｐｎダイオードの逆方向飽和電流により、流れる電流を一定量とすることができ、半導体装置１００のリーク電流を削減することができ、消費電力を低下させることができる。
【００３０】
＜第３実施形態＞
図４は、第３実施形態における半導体装置３００を示す平面図である。半導体装置３００は、高電圧回路３０１と、低電圧回路３０２と、低位電極３０３と、抵抗体３０４とを備える。
【００３１】
高電圧回路３０１は、基準電位、例えば、接地電位に対して数百［Ｖ］〜１０００［Ｖ］の電圧の信号を出力する回路である。低電圧回路３０２は、高電圧回路３０１を制御する信号を出力する。また、低電圧回路３０２の内部で用いられる電圧は、接地電位［Ｖ］に対して数［Ｖ］の電圧である。
低位電極３０３は、接地電位を供給する電極である。抵抗体３０４は、高電圧回路３０１と低位電極３０３とを接続する。また、抵抗体３０４の形状は、第１実施形態の抵抗体１１３と同様に、対数螺旋である。
【００３２】
半導体装置３００は、上述のように電圧が異なる２つの回路、高電圧回路３０１と低電圧回路３０２とを備え、高電圧回路３０１の高電位側の電極と、低位電極３０３とを対数螺旋形状の抵抗体３０４により接続するようにしている。これにより、高電圧回路３０１と低位電極３０３との間に生じる電界を均一にし、電界強度が集中することを防ぐことができる。また、抵抗体３０４により、高電圧回路３０１近傍の電界を安定させて低電圧回路３０２に与える影響を削減することができるので、高電圧回路３０１と低電圧回路３０１とを同一のシリコン基板上に構成してモノリシック化を容易にすることができる。
【００３３】
なお、上述の第１実施形態から第３実施形態において、抵抗体１１３（３０４）及びポリシリコン配線２１３の螺旋の間隔を全体的に密にして抵抗体１１３全体の抵抗値を大きくしてもよい。それにより、抵抗体１１３に流れる電流（リーク電流）を小さくすることができ、消費電力を削減することができる。
【００３４】
また、上述の第１実施形態から第３実施形態において、抵抗体１１３（３０４）及びポリシリコン配線２１３は、全体が対数螺旋の形状を有している場合を説明したが、抵抗体１１３（３０４）及びポリシリコン配線２１３の最外周を含む外周側の一部分が対数螺旋の形状を有し、他の部分が対数螺旋以外の形状、例えば、内周側の渦巻きの間隔が等間隔であってもよい。この場合、少なくともソース電極１１２及び低位電極３０３近傍における電界の集中を避けることができ半導体装置の耐圧特性の改善を図ることができる。ここで、ソース電極１１２及び低位電極３０３近傍とは、少なくとも、抵抗体１１３（３０４）及びポリシリコン配線２１３において、ソース電極１１２及び低位電極３０３までの直線距離が、ドレイン電極１１１及び高電圧回路３０１までの直線距離よりも短い範囲のことを示す。
【００３５】
なお、上述の第１実施形態から第３実施形態においては、対数螺旋の形状を適用することにより、電極間に生じる電界の強度を均一にしたが、抵抗体１１３（３０４）及びポリシリコン配線２１３に対して対数螺旋の形状を用いずに、抵抗体１１３（３０４）及びポリシリコン配線の太さを外周部に近づくにしたがい太くして、抵抗値を変化させて電極間の電界の強度を均一にするようにしてもよい。
【００３６】
例えば、図５の抵抗体９１３において、点９１３ａと点９１３ｂとの電位差と、点９３１ｂと点９１３ｃとの電位差と、点９１３ｃと点９１３ｄとの電位差とそれぞれが同じになるように外周方向に向かって抵抗体９１３を太くし、点９１３ａから点９１３ｂまでの抵抗値と、点９１３ｂから点９１３ｃまでの抵抗値と、点９１３ｃから点９１３ｄまでの抵抗値とを同じにする。これにより、周回の間隔が等間隔の渦巻きであっても、対数螺旋と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
なお、上述の第１実施形態から第３実施形態において、抵抗体１１３（３０４）及びポリシリコン配線２１３の形状は、円を基にした渦巻き形状の場合を示したが、楕円又は長円環状（レーストラック状）を基にした渦巻き形状によりドレイン電極１１１及び高電圧回路３０１を巻回する構成としてもよい。この場合、抵抗体１１３（３０４）の隣接する周回の間隔は、中心からの離れるにつれて広くなる形状を有する。また、抵抗体１１３（３０４）の形状は、自己相似形状である。それにより、楕円形状又は長円環状に配置された抵抗体１１３（３０４）の隣接する周回の間の電界分布は、対数螺旋形状の場合と同様に、均等になり電界の集中を防ぐことができ、耐圧特性を改善することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１００…半導体装置、１０１…半導体基板、１０２…ベース領域、１０３…オフセット領域、１０４…オフセット領域、１０５…ソース領域、１０６…領域、１０７…ドレイン領域、１０８…ゲート酸化膜、１０９…フィールド酸化膜、１１０…ゲート電極、１１１…ドレイン電極、１１２…ソース電極、１１３…抵抗体、１１４…絶縁層間膜、２００…半導体装置、２１３…ポリシリコン配線、２１３ａ…ｐ型の領域、２１３ｂ…ｎ型の領域、３００…半導体装置、３０１…高電圧回路、３０２…低電圧回路、３０３…低位電極、３０４…抵抗体、９００…ＭＯＳＦＥＴ、９１３…抵抗体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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