(57)【要約】封止ゲルや表面保護膜が水分を吸収するなどしてフィールド絶縁膜の表面にリークパスができた場合、フィールド絶縁膜にかかる電界を一定以下に抑え、素子破壊に至る場合があった。本発明の半導体装置では、半導体層の表面上に形成されたフィールド絶縁膜と、フィールド絶縁膜に乗り上げて形成された表面電極と、表面電極の外周端よりも外周側に延在する第２導電型のウェル領域と、表面電極およびフィールド絶縁膜の外周端を覆うように形成された表面保護膜と、半導体層の外周部に形成された封止ゲルと、裏面電極とを備え、裏面電極へ定格電圧Ｖ［Ｖ］印加時に広がる空乏層の先端の位置をｘとし、位置ｘと表面電極の外周端との外周方向の距離をＷ１、位置ｘとフィールド絶縁膜の外周端との外周方向の距離をＷ２として、フィールド絶縁膜の膜厚ｔ［μｍ］がｔ≧Ｗ２Ｖ／３００（Ｗ１＋Ｗ２）である。
2016166808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第１導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面上に形成されたフィールド絶縁膜と、
前記半導体層の表面上に前記フィールド絶縁膜よりも内周側に前記フィールド絶縁膜に乗り上げて形成された表面電極と、
前記表面電極につながって前記半導体層の表層部に形成され、前記表面電極の外周端よりも外周側に延在する第２導電型のウェル領域と、
前記表面電極の外周端および前記フィールド絶縁膜の外周端を覆うように前記表面電極および前記フィールド絶縁膜上に形成され絶縁材料からなる表面保護膜と、
前記半導体層および前記表面保護膜上の前記半導体層の外周部に形成された封止ゲルと、
前記半導体基板の裏面に形成された裏面電極と
を備え、
前記裏面電極へ定格電圧Ｖ［Ｖ］を印加した際に前記ウェル領域から前記半導体層の外周方向に広がる空乏層の先端の位置をｘとし、
位置ｘと前記表面電極の外周端との外周方向の距離をＷ１、
位置ｘと前記フィールド絶縁膜の外周端との外周方向の距離をＷ２として、
前記フィールド絶縁膜の膜厚ｔ［μｍ］が
ｔ  ≧  Ｗ２Ｖ／３００（Ｗ１＋Ｗ２）
であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記フィールド絶縁膜は、酸化珪素を主成分とす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】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第１導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面上に形成されたフィールド絶縁膜と、
前記フィールド絶縁膜の表面上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成された表面電極と、
前記表面電極につながって前記半導体層の表層部に形成された第２導電型のウェル領域と、
前記表面電極と離間して前記層間絶縁膜上に形成された制御電極と、
前記制御電極の外周端および前記層間絶縁膜の外周端を覆うように前記制御電極および前記層間絶縁膜上に形成され絶縁材料からなる表面保護膜と、
前記半導体層および前記表面保護膜上の前記半導体層の外周部に形成された封止ゲルと、
前記半導体基板の裏面に形成された裏面電極と
を備え、
前記裏面電極へ定格電圧Ｖ［Ｖ］を印加し、前記制御電極に半導体装置をオフする電圧Ｖｇｏｆｆを印加した際に前記ウェル領域から前記半導体層の外周方向に広がる空乏層の先端の位置をｙとし、
位置ｙと前記表面電極の外周端との外周方向の距離をＷ３、
位置ｙと前記フィールド絶縁膜の外周端との外周方向の距離をＷ４として、
前記フィールド絶縁膜と前記層間絶縁膜の合計膜厚ｔ’［μｍ］が
ｔ’  ≧  Ｗ４（Ｖ−Ｖｇｏｆｆ）／３００（Ｗ３＋Ｗ４）
であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記フィールド絶縁膜および前記層間絶縁膜は、酸化珪素を主成分とすることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記表面保護膜は、ポリイミドであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ゲルは、シリコーンゲルであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記表面電極は、前記半導体層とショットキー接続することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項８】
さらに、前記半導体層の表層部の前記ウェル領域は、終端部に形成された第２導電型の終端ウェル領域と前記終端ウェル領域と離間して活性領域に設けられた第２導電型の活性ウェル領域を有し、
前記表面電極は、前記ウェル領域とオーミック接続することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ウェル領域に加えて、前記ウェル領域の外周側に互いに離間した複数の離間ウェル領域を備えたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体基板および前記半導体層は、ワイドバンドギャップ半導体材料で構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化珪素であることを特徴とする請求項１０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、炭化珪素半導体装置などの半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高耐圧かつ低損失を実現することができる次世代の半導体装置として、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた半導体装置（以下、「炭化珪素半導体装置」という。）が注目されている。従来の半導体装置に用いられてきたシリコン（Ｓｉ）と比較して、ＳｉＣは絶縁破壊電界強度が約１０倍となることから、炭化珪素半導体装置は特に高耐圧の電力用半導体装置への展開が期待されている。【０００３】
炭化珪素半導体装置において、更なる耐圧向上を図るため、ｎ型の炭化珪素半導体層内のいわゆる終端領域（終端部）にｐ型のガードリング領域（終端ウェル領域）を設けることで、炭化珪素半導体層とガードリング領域とのＰＮ接合によって形成される空乏層によって逆電圧が印加された際の電界を緩和することが知られている（例えば、特許文献１）。また、特許文献１記載ＳｉＣからなるショットキバリアダイオード（ＳｉＣ−ＳＢＤ、ＳｉＣ−Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ   Ｄｉｏｄｅ）では、終端領域における炭化珪素半導体層上に層間絶縁膜（フィールド絶縁膜）を設け、表面電極の外周端を層間絶縁膜上に乗り上げるように形成している。さらに、表面電極の一部および層間絶縁膜を覆うように、保護膜としてポリイミドを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３‐２１１５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような半導体装置においては、ポリイミドなどの保護膜を形成したものを樹脂で封止する場合がある。この樹脂がゲルであるとき、特に湿度の高い状態において使用された場合に、ゲルやポリイミドが水分を含み半導体チップの外周部から層間絶縁膜（フィールド絶縁膜）の上の表面電極の端部までのリークパスができる場合がある。このような場合、層間絶縁膜（フィールド絶縁膜）の下部の特にガードリング領域の外周付近と層間絶縁膜（フィールド絶縁膜）の上部との間に大きな電位差が生じ、層間絶縁膜（フィールド絶縁膜）が絶縁破壊して、半導体チップが不良になる場合があった。【０００６】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、ゲルで封止された半導体チップを湿度の高い状態で使用した場合においても、半導体チップが不良にならない半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に形成された第１導電型の半導体層と、半導体層の表面上に形成されたフィールド絶縁膜と、半導体層の表面上にフィールド絶縁膜よりも内周側にフィールド絶縁膜に乗り上げて形成された表面電極と、表面電極につながって半導体層の表層部に形成され、表面電極の外周端よりも外周側に延在する第２導電型のウェル領域と、表面電極の外周端およびフィールド絶縁膜の外周端を覆うように表面電極およびフィールド絶縁膜上に形成され絶縁材料からなる表面保護膜と、半導体層および表面保護膜上の半導体層の外周部に形成された封止ゲルと、半導体基板の裏面に形成された裏面電極とを備え、裏面電極へ定格電圧Ｖ［Ｖ］を印加した際にウェル領域から半導体層の外周方向に広がる空乏層の先端の位置をｘとし、位置ｘと表面電極の外周端との外周方向の距離をＷ１、位置ｘとフィールド絶縁膜の外周端との外周方向の距離をＷ２として、フィールド絶縁膜の膜厚ｔ（μｍ）がｔ≧Ｗ２Ｖ／３００（Ｗ１＋Ｗ２）であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる半導体装置によれば、封止ゲルや表面保護膜が水分を吸収することによりフィールド絶縁膜の表面にリークパスができた場合においても、フィールド絶縁膜などの絶縁膜にかかる電界を一定の値以下に抑え、半導体装置が素子破壊に至ることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１における半導体装置の終端部を模式的に表す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１における半導体装置の終端部におけるオフ時の空乏層の広がりを模式的に表す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１における半導体装置の終端部を模式的に表す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１における半導体装置の終端部におけるオフ時の空乏層の広がりを模式的に表す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２における半導体装置の終端部を模式的に表す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２における半導体装置の終端部におけるオフ時の空乏層の広がりを模式的に表す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３における半導体装置の終端部を模式的に表す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態３における半導体装置の終端部におけるオフ時の空乏層の広がりを模式的に表す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態４における半導体装置の終端部を模式的に表す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態４における半導体装置の終端部におけるオフ時の空乏層の広がりを模式的に表す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態４における半導体装置の終端部におけるオフ時の空乏層の広がりを模式的に表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照しながら実施形態について説明する。なお、図面は模式的に示されるものであり、異なる図面にそれぞれ示されている画像のサイズ及び位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得る。また、以下の説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称及び機能も同様のものとする。よって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。また、本明細書において、「〜上」や「〜を覆う」という場合、構成要素間に介在物が存在することを妨げるものではない。例えば、「Ａ上に設けられたＢ」や「ＡがＢを覆う」と記載している場合、ＡとＢとの間に他の構成要素Ｃが設けられたものも設けられていないものも含む。
【００１１】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置１００の終端部の構成を説明する。以下、第１導電型をｎ型とし第２導電型をｐ型とするＳｉＣ−ＳＢＤについて例示して説明するが、第１導電型をｐ型とし第２導電型をｎ型とする半導体装置でもよいし、ＳＢＤではなくＰＮ接合ダイオードやＪＢＳ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｓｃｈｏｔｔｋｙ） ダイオードであってもよい。
【００１２】
図１は、実施の形態１にかかる半導体装置１００の終端部の構成を模式的に示す断面図である。図１に示すように、半導体装置１００は、半導体基板１ａと、半導体基板１ａ上に形成された半導体層１ｂと、半導体層１ｂ上に中央部を空けて形成されたフィールド絶縁膜３と、半導体層１ｂ上にフィールド絶縁膜３が無い中央部からフィールド絶縁膜３に乗り上げて形成された第１表面電極であるショットキー電極４と、ショットキー電極４上に形成された第２表面電極である電極パッド５と、半導体層１ｂの表層部に電極パッド５の外周端よりも外周側に延在するように形成された終端ウェル領域２と、電極パッド５の外周端およびフィールド絶縁膜３の外周端を覆うように電極パッド５およびフィールド絶縁膜３上に形成された表面保護膜６と、半導体層１ｂおよび表面保護膜６の表面が露出しないように半導体層１ｂの外周部に形成された封止ゲル８と、半導体基板１ａの裏面に形成された裏面電極７とを備えている。終端ウェル領域２は、ショットキー電極４の外周端の内側から電極パッド５の外周端よりも外周側にかけてリング状に形成されている。
図１において、右側が半導体装置１００の終端部側であり、左側がオン状態において主電流が流れる活性領域側である。
【００１３】
半導体基板１ａと半導体層１ｂは、４Ｈ型の炭化珪素半導体で構成されており、半導体基板１ａは低抵抗ｎ型基板、半導体層１ｂは１×１０1４ｃｍ-3〜１×１０1７ｃｍ-3の不純物濃度のｎ型である。フィールド絶縁膜３としては、酸化珪素（ＳｉＯ２）や窒化珪素（ＳｉＮ）などの無機絶縁膜を用いることができ、本実施の形態では厚さｔ［μｍ］の酸化珪素を用いた。
【００１４】
また、第１表面電極であるショットキー電極４は、ｎ型の炭化珪素半導体とショットキー接合する金属であればよく、チタン、モリブデン、ニッケル、金、タングステン等を用いることができ、厚さは例えば３０ｎｍ〜３００ｎｍとすることができる。本実施の形態ではショットキー電極４として厚さ２００ｎｍのチタン膜を用いた。
さらに、第２表面電極である電極パッド５として、アルミニウム、銅、モリブデン、ニッケルのいずれかを含む金属やＡｌ−Ｓｉのようなアルミニウム合金等を用いることができ、厚さは例えば３００ｎｍ〜１０μｍとすることができる。本実施の形態では電極パッド５として厚さ５μｍのＡｌ層を用いた。
【００１５】
表面保護膜６は、絶縁材料で構成され、外部端子との接続を行うため、電極パッド５の中央部上に開口を有する。また、外部環境からの応力を緩和するため、表面保護膜６は樹脂膜であることが望ましく、本実施の形態では表面保護膜６としてポリイミドを用いた。
また、裏面電極７は半導体基板１ａとオーミック接続している。そのため、裏面電極７には、半導体基板１ａであるｎ型炭化珪素半導体とオーミック接続するニッケル、アルミニウム、モリブデン等の金属を用いることができる。本実施の形態ではニッケルを用いた。
【００１６】
封止ゲル８には、シリコーンゲルなどのゲルが使用される。電極パッド５の一部にはアルミニウム等の材料でできたワイヤー（図示せず）が接合しており、封止ゲル８の内部を通って外部端子へと接続される。
【００１７】
ここで、裏面電極７へ定格電圧Ｖ［Ｖ］を印加した際に終端ウェル領域２から半導体層１ｂの外周方向に延びる空乏層の先端の位置をｘとし、ｘと表面電極（ここでは第２表面電極である電極パッド５）の外周端との外周方向の距離をＷ１、ｘとフィールド絶縁膜３の外周端との外周方向の距離をＷ２として、フィールド絶縁膜３の厚さｔ［μｍ］は、
ｔ  ≧  Ｗ１Ｖ／３００（Ｗ１＋Ｗ２）        （１）  
である。
【００１８】
次に、本発明の実施の形態１の半導体装置１００の製造方法について説明する。
はじめに、オフ角を有するｎ＋型の低抵抗炭化珪素半導体の半導体基板１ａ上にｎ型で不純物濃度が１×１０１４／ｃｍ３〜１×１０１７／ｃｍ３の炭化珪素の半導体層１ｂをエピタキシャル結晶成長する。そして、フォトリソグラフィー工程などより、所定の形状にレジスト膜をパターニングした後、レジスト膜上からＡｌ、Ｂなどのｐ型の不純物をイオン注入し、１５００℃以上の高温でアニールすることにより、半導体層１ｂ内の表層部にｐ型の終端ウェル領域２（ガードリング領域）を形成する。
【００１９】
終端ウェル領域２のドーズ量（不純物濃度）としては、１×１０１３／ｃｍ２〜１×１０１４／ｃｍ２とすることが好ましく、より好ましくは２×１０１３／ｃｍ２〜５×１０１３／ｃｍ２が好ましい。本実施の形態では２．０×１０１３／ｃｍ２とした。ｐ型不純物のイオン注入は、Ａｌを注入する場合、例えば注入エネルギーを１００ｋｅＶ〜７００ｋｅＶとする。かかる場合、上述した各領域におけるｐ型不純物のドーズ量［ｃｍ−２］を不純物濃度［ｃｍ−３］に換算すると、終端ウェル領域２の不純物濃度は１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３となる。
【００２０】
次に、例えばＣＶＤ法により、半導体層１ｂの表面上に厚さｔ［μｍ］の酸化珪素膜を堆積し、その後フォトリソグラフィー工程とエッチングにより、半導体層１ｂの中央部の酸化珪素膜を除去して、開口部を有するフィールド絶縁膜３を形成する。フィールド絶縁膜３の開口端は終端ウェル領域２上に位置するよう形成する。続いて、炭化珪素基板１ａの裏面にスパッタ法等により裏面電極７を形成する。
【００２１】
次に、例えばスパッタ法により、フィールド絶縁膜３の形成された半導体層１ｂの表面上の全面に、ショットキー電極４となる金属膜を成膜し、フォトリソグラフィー工程とエッチングにより所望の形状のショットキー電極４を形成する。金属膜のエッチングには、ドライエッチングまたはウェットエッチングを用いることができるが、半導体装置の特性への影響を軽減するためウェットエッチングを用いることが望ましく、例えばエッチング液としてフッ酸（ＨＦ）を用いる。
【００２２】
続いて、ショットキー電極４を覆うように、フィールド絶縁膜３およびショットキー電極４上に電極パッド５を形成する。電極パッド５の形成は、ショットキー電極４の形成と同様に、フォトリソグラフィー工程とエッチングにより行う。金属膜のエッチング膜は、例えばリン酸系のエッチング液を用いたウェットエッチングによって行う。
【００２３】
次に、電極パッド５を覆うように表面保護膜６を形成する。表面保護膜６は、感光性ポリイミドを塗布、露光することによって所望の形状にする。続いて、電極パッド５にワイヤーを形成した後に、封止ゲル８により封止することで、図１に示す本実施の形態に係る半導体装置１００が完成する。
【００２４】
なお、裏面電極７の形成は、半導体基板１の表面側の工程が全て完了してから行っても構わない。また、封止ゲル８による封止は、裏面電極７を別の導体と接続した後に行ってもよい。
【００２５】
次に、本実施の形態の半導体装置１００であるＳｉＣ−ＳＢＤの動作について、図２を用いて説明する。
本実施の形態のＳｉＣ−ＳＢＤは、表面電極（第１表面電極と第２表面電極）に対して裏面電極７に負の電圧を印加すると、表面電極から裏面電極７に電流が流れ、半導体装置１００は導通状態（オン状態）となる。反対に、表面電極に対して裏面電極７に正の電圧を印加すると、半導体装置１００が阻止状態（オフ状態）になる。
【００２６】
半導体装置１００がオフ状態となる場合、半導体層１ｂの活性領域の表面や、半導体層１ｂと終端ウェル領域２によるＰＮ接合界面付近には大きな電界がかかり、裏面電極７に臨界電界をこえるような電圧が印加されるとアバランシェ降伏が起こる。通常、半導体装置１００はアバランシェ降伏が起こらない範囲で使用され、定格電圧Ｖ［Ｖ］が定められる。
【００２７】
半導体装置１００がオフ状態となる場合、図２に示すように終端ウェル領域２から半導体層１ｂの外周方向と半導体基板１ａの方向に空乏層が広がる。ここで、点線で示す位置が、空乏層の先端位置である。
【００２８】
表面電極に対する裏面電極７に定格電圧である正の電圧Ｖ［Ｖ］を印加したときには、図２に示すように、空乏層が半導体層１ｂの表面で外周方向に半導体層１ｂの表面の位置ｘまで延びる。このとき、位置ｘと電極パッド５の外周端と外周方向の距離をＷ１、位置ｘとフィールド絶縁膜３の外周端との外周方向の距離をＷ２とする。
【００２９】
本実施の形態のＳｉＣ−ＳＢＤが湿度の高い状態において使用された場合などに、封止ゲル８が水分を含み、その水分がポリイミドなどの表面保護膜６まで浸透することが考えられる。そのときには、フィールド絶縁膜３の表面に、半導体装置１００の外周部（図２の右側）から表面電極（電極パッド５など）に向けて電流のリークパスができる。このようなリークパスができた場合、リークパスの抵抗が一定と仮定すると、裏面電極７に定格電圧Ｖ［Ｖ］が印加されたときの位置ｘ直上のフィールド絶縁膜３の表面の電位は、
Ｗ１Ｖ／（Ｗ１＋Ｗ２）                  （２）
［Ｖ］となる。
【００３０】
また、このときの位置ｘの電位は、定格電圧Ｖ［Ｖ］と同じである。したがって、位置ｘと、位置ｘ直上のフィールド絶縁膜３の表面には、
Ｗ２Ｖ／（Ｗ１＋Ｗ２）                  （３）
［Ｖ］の電位差が発生する。
【００３１】
フィールド絶縁膜３の厚さがｔ［μｍ］であるので、位置ｘにおけるフィールド絶縁膜３中の電界は、
Ｗ２Ｖ／ｔ（Ｗ１＋Ｗ２）                （４）
となる。
【００３２】
フィールド絶縁膜３は、酸化珪素または窒化珪素を主成分とするが、これらの絶縁膜の絶縁破壊電界は、５〜１０ＭＶ／ｃｍ程度であるが、５ＭＶ／ｃｍに近い高電圧では電界により加速した電子や正孔の注入によりフィールド絶縁膜３の絶縁特性が低下し、半導体装置１００が素子破壊する場合がある。また、３ＭＶ／ｃｍ程度の場合においても、数十年という単位で見れば酸化膜が劣化し、破壊に至るという報告例もある。
【００３３】
したがって、本発明の半導体装置１００では、フィールド絶縁膜３にかかる電界を３ＭＶ／ｃｍ以下にしている。フィールド絶縁膜３にかかる電界を３ＭＶ／ｃｍ以下にするためには、次の式を満たす必要がある。
ｔ  ≧  Ｗ２Ｖ／３００（Ｗ１＋Ｗ２）…  （５）
【００３４】
このように、本発明の実施の形態１に係る半導体装置によれば、封止ゲル８、表面保護膜６が水分を含み、フィールド絶縁膜３表面にリークパスができた場合においても、フィールド絶縁膜３に印加される電界を３ＭＶ／ｃｍ以下できるので、半導体装置が素子破壊に至ることを抑制でき、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００３５】
なお、本実施の形態においては、半導体装置１００をＳｉＣ−ＳＢＤとして説明したが、半導体装置１００がＳｉＣ−ＰＮダイオードであっても同様の効果を奏する。
図３は、半導体装置１００がＳｉＣ−ＰＮダイオードである場合の断面模式図である。図３において、第２導電型の活性ウェル領域９が終端ウェル領域２の内周側の半導体層１の表層部に形成されており、第１表面電極であるショットキー電極４は設けられていない。ここで、活性ウェル領域９は、炭化珪素半導体で構成されており、第２表面電極である電極パッド５は、活性ウェル領域９とオーミック接続している。
【００３６】
図３に示したようなＳｉＣ−ＰＮダイオードにおいても、本発明の半導体装置によれば、ＳｉＣ−ＳＢＤと同様の効果を奏する。
【００３７】
また、図示はしないが、電極パッド５とフィールド絶縁膜３との間には、Ｔｉ等からなるバリアメタルを設けてもよい。バリアメタルは、例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉ等のＴｉを含む金属薄膜とし、これらの金属を複数積層する構造としても構わない。
【００３８】
さらに、本実施の形態においては、第１表面電極であるショットキー電極４の端部が第２表面電極である電極パッド５で覆われ、表面電極の外周端が第２表面電極である電極パッド５の端部であるとして説明したが、第１表面電極の端部が第２表面電極の端部で覆われていなくても良い。
【００３９】
図４は、半導体装置１００のショットキー電極４の端部が電極パッド５の端部で覆われていないＳｉＣ−ＳＢＤである場合の断面模式図である。図４においては、ショットキー電極４の端部が電極パッド５の端部から飛び出ており、表面電極の外周端は、ショットキー電極４の端部となる。このような半導体装置１００であっても、式（５）を満たすようにフィールド絶縁膜３の厚さを形成することにより、上記と同様の効果を奏する。
【００４０】
また、本実施の形態においては、炭化珪素半導体で構成された半導体装置を例として説明したが、半導体の材料は、ＧａＮ、ダイアモンドなどの他の材料であっても良く、また、他のワイドバンドギャップ半導体装置であっても良い。ワイドバンドギャップ半導体の半導体装置は、２０００Ｖ以上、３０００Ｖ以上もの高電圧で使用されることが多いので、フィールド絶縁膜に印加される電界が高くなる。したがって、ＳｉＣなどのワイドバンドギャップ半導体を使用した半導体装置において、終端部のレイアウトとフィールド絶縁膜の厚さを規程することの効果は、特に大きい。
【００４１】
実施の形態２．
実施の形態１では半導体装置がＳｉＣ−ＳＢＤ、ＳｉＣ−ＰＮダイオードなどのダイオードである例について説明を行なったが、本実施の形態では、本発明をスイッチング素子に適用した半導体装置の例について説明する。以下、半導体装置２００が第１導電型をｎ型とし第２導電型をｐ型とするｎ型のＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である場合について説明するが、第１導電型をｐ型とし第２導電型をｎ型とする半導体装置でもよいし、ＭＯＳＦＥＴではなくＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＪＦＥＴ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子であってもよい。
【００４２】
図５は、本発明の本実施の形態に係る半導体装置２００の終端部の構成を模式的に示す断面図である。図５に示すように、半導体装置２００は、半導体基板１ａと、半導体基板１ａ上に形成された半導体層１ｂと、半導体層１ｂ上に中央部を空けて形成されたフィールド絶縁膜３と、半導体層１ｂ上にフィールド絶縁膜３が無い中央部からフィールド絶縁膜３に乗り上げて形成された第３表面電極であるソース電極１５と、半導体層１ｂの表層部にソース電極１５の外周端よりも外周側に延在するように形成された終端ウェル領域２と、ソース電極１５の外周端およびフィールド絶縁膜３の外周端を覆うようにソース電極１５およびフィールド絶縁膜３上に形成された表面保護膜６と、半導体層１ｂおよび表面保護膜６の表面が露出しないよう半導体層１ｂの外周部に形成された封止ゲル８と、半導体基板１ａの裏面に形成された裏面電極７であるドレイン電極とを備えている。
【００４３】
ソース電極１５は、半導体層１ｂの表層部に設けられた第２導電型の活性ウェル領域９と接続されており、最外周に位置する活性ウェル領域９は終端ウェル領域２と半導体層１ｂの表層部でつながっている。活性ウェル領域９は、複数形成されており、活性ウェル領域９の表層部には、個々の活性ウェル領域９の外周から所定の間隔だけ内部に入った位置に、第１導電型のソース領域１１が形成されている。また、個々の活性ウェル領域９の外周から所定の間隔だけ内部に入った位置で、ソース電極１５と接続される位置に、活性ウェル領域９より第２導電型の不純物濃度が高い第２導電型の高濃度活性ウェル領域１０が形成されている。
【００４４】
フィールド絶縁膜３が形成されていない活性ウェル領域９、半導体層１ｂ、ソース領域１１、高濃度活性ウェル領域１０などの半導体材料の層の上には、ゲート絶縁膜１４が形成されており、活性ウェル領域９および半導体層１ｂの上部には、ゲート絶縁膜１４を介してゲート電極１３が形成されている。ゲート絶縁膜１４、ゲート電極１３の上部には、層間絶縁膜１２が形成されており、層間絶縁膜１２およびゲート絶縁膜１４には、高濃度活性ウェル領域１０とソース電極１５とを接続するコンタクトホールが形成されている。ソース電極１５は、層間絶縁膜１２上に延在している。
図５において、右側が半導体装置２００の終端部側であり、左側がオン状態において主電流が流れる活性領域側である。
【００４５】
ここで、半導体基板１ａと半導体層１ｂは、４Ｈ型の炭化珪素半導体で構成されており、半導体基板１ａは低抵抗ｎ型基板、半導体層１ｂは１×１０1４ｃｍ-3〜１×１０1７ｃｍ-3の不純物濃度のｎ型である。また、ゲート絶縁膜１４、層間絶縁膜１２は、酸化珪素で構成されており、ゲート電極１３は、低抵抗ポリシリコンで構成されている。ソース電極１５は、Ａｌなどの金属で構成すれば良い。
また、図示はしないが、ソース電極１５と層間絶縁膜１２およびフィールド絶縁膜３との間には、Ｔｉ等からなるバリアメタルを設けてもよい。バリアメタルは、例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉ等のＴｉを含む金属薄膜とし、これらの金属を複数積層する構造としても構わない。
【００４６】
裏面電極７へ表面電極（ソース電極１５）に対して定格電圧Ｖ［Ｖ］を印加した際に終端ウェル領域２から半導体層１ｂの表面、すなわち、フィールド絶縁膜３と半導体層１ｂとの界面で、半導体層１ｂの外周方向に延びる空乏層の先端の位置をｘとし、ｘと表面電極（ここでは第３表面電極であるソース電極１５）の外周端との外周方向の距離をＷ１、ｘとフィールド絶縁膜３の外周端との外周方向の距離をＷ２として、フィールド絶縁膜３の厚さｔ［μｍ］は、
ｔ  ≧  Ｗ１Ｖ／３００（Ｗ１＋Ｗ２）        （１）  
である。
【００４７】
次に、本実施の形態の半導体装置２００の製造方法について、説明する。
はじめに、オフ角を有するｎ＋型の低抵抗炭化珪素半導体の半導体基板１ａ上にｎ型で不純物濃度が１×１０１４／ｃｍ３〜１×１０１７／ｃｍ３の炭化珪素の半導体層１ｂをエピタキシャル結晶成長する。そして、フォトリソグラフィー工程などより、所定の形状にレジスト膜をパターニングした後、レジスト膜上からＡｌ、Ｂなどのｐ型の不純物をイオン注入し、１５００℃以上の高温でアニールすることにより、半導体層１ｂ内の表層部にｐ型の終端ウェル領域２（ガードリング領域）を形成する。
【００４８】
終端ウェル領域２のドーズ量（不純物濃度）としては、１×１０１３／ｃｍ２〜１×１０１４／ｃｍ２とすることが好ましく、より好ましくは２×１０１３／ｃｍ２〜５×１０１３／ｃｍ２が好ましい。本実施の形態では２．０×１０１３／ｃｍ２とした。ｐ型不純物のイオン注入は、Ａｌを注入する場合、例えば注入エネルギーを１００ｋｅＶ〜７００ｋｅＶとする。かかる場合、上述した各領域におけるｐ型不純物のドーズ量［ｃｍ−２］を不純物濃度［ｃｍ−３］に換算すると、終端ウェル領域２の不純物濃度は１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３となる。
【００４９】
また、活性ウェル領域９、ソース領域１１、高濃度活性ウェル領域１０についても終端ウェル領域２と同様に、フォトリソグラフィー工程などより、所定の形状にレジスト膜をパターニングした後、レジスト膜上からＡｌ、Ｂなどのｐ型の不純物、または、Ｎ、Ｐなどのｎ型不純物をイオン注入し、形成する。イオン注入後の活性化アニールは、終端ウェル領域２形成と同時に行えばよい。
【００５０】
次に、例えばＣＶＤ法により、半導体層１ｂの表面上に厚さｔ［μｍ］の酸化珪素膜を堆積し、その後フォトリソグラフィー工程とエッチングにより、半導体層１ｂの中央部の酸化珪素膜を除去し、開口部を有するフィールド絶縁膜３を形成する。フィールド絶縁膜３の開口端は活性ウェル領域９上に位置するよう形成する。続いて、炭化珪素基板１ａの裏面に裏面電極７を形成する。
【００５１】
次に、例えばＣＶＤ法により、フィールド絶縁膜３が形成されていない活性領域にゲート絶縁膜１４となる酸化珪素膜を堆積する。つづいて、ゲート電極１３となる低抵抗ポリシリコン膜を堆積、パターニングした後に、ゲート絶縁膜１４、ゲート電極１３の上部に層間絶縁膜１２となる酸化珪素膜を堆積する。所定の位置の層間絶縁膜１２、ゲート絶縁膜１４をエッチングにより開口した後に、層間絶縁膜１２、フィールド絶縁膜３上に例えばスパッタ法により金属層を堆積、パターニングすることにより、ソース電極１５を形成する。
【００５２】
続いて、ソース電極１５、フィールド絶縁膜３を覆うように、表面保護膜６を形成する。表面保護膜６は、感光性ポリイミドを塗布、露光することによって所望の形状にする。続いて、ソース電極１５にワイヤー（図示せず）を形成した後に、封止ゲル８により封止することで、図５に示す本実施の形態に係る半導体装置２００が完成する。
【００５３】
なお、裏面電極７の形成は、半導体基板１の表面側の工程が全て完了してから行っても構わない。また、封止ゲル８による封止は、裏面電極７を別の導体と接続した後に行ってもよい。
【００５４】
次に、本実施の形態の半導体装置２００であるＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴの動作について、図６を用いて説明する。
本実施の形態のＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴは、ゲート電極１３に表面電極（第３表面電極）に対して閾値電圧以上の正の所定の電圧を印加すると、裏面電極７から表面電極に電流が流れ、半導体装置２００は導通状態（オン状態）となる。反対に、ゲート電極１３に表面電極（第３表面電極）に対して閾値電圧以下の所定の電圧を印加すると、半導体装置２００が阻止状態（オフ状態）になる。
【００５５】
半導体装置２００がオフ状態で、裏面電極７に表面電極（第３表面電極）に対して正の高電圧が印加されると、図６に示すように終端ウェル領域２から半導体層１ｂの外周方向と半導体基板１ａの方向に空乏層が広がる。ここで、点線で示す位置が、空乏層の先端位置である。
【００５６】
裏面電極７に表面電極に対する定格電圧である正の電圧Ｖ［Ｖ］を印加したときには、図６に示すように、空乏層が半導体層１ｂの表面で外周方向に半導体層１ｂの表面の位置ｘまで延びる。このとき、位置ｘとソース電極１５の外周端との外周方向の距離をＷ１、位置ｘとフィールド絶縁膜３の外周端との外周方向の距離をＷ２とする。
【００５７】
本実施の形態のＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴが湿度の高い状態において使用された場合などに、封止ゲル８が水分を含み、その水分がポリイミドなどの表面保護膜６まで浸透すると、フィールド絶縁膜３の表面に、半導体装置２００の外周部（図６の右側）から表面電極（ソース電極１５など）に向けて電流のリークパスができる。このようなリークパスができた場合、リークパスの抵抗が一定と仮定すると、裏面電極７に定格電圧Ｖ［Ｖ］が印加されたときの位置ｘ直上のフィールド絶縁膜３の表面の電位は、
Ｗ１Ｖ／（Ｗ１＋Ｗ２）                  （２）
［Ｖ］となる。厚さｔのフィールド絶縁膜３にかかる電界を３ＭＶ／ｃｍ以下にするために、上記式（１）を満たす必要があることは、実施の形態１で説明した通りであるので、詳しい説明は省略する。
【００５８】
本実施の形態においても、封止ゲル８、表面保護膜６が水分を含み、フィールド絶縁膜３表面にリークパスができた場合においても、フィールド絶縁膜３に印加される電界を３ＭＶ／ｃｍ以下できるので、半導体装置が素子破壊に至ることを抑制でき、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、実施の形態１と相違する部分について説明し、実施の形態１と同様の部分の詳しい説明は省略した。
【００６０】
実施の形態３．
実施の形態２では、ソース電極１５が最も外周側に延在しているスイッチング素子の例について説明を行ったが、ゲート電極１３に接続されるゲートパッドが最も外周側に延在していてもよい。本実施の形態においては、ゲートパッドが最も外周側に延在するスイッチング素子の例として、スイッチング素子がＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴの場合について説明する。
【００６１】
図７は、本発明の本実施の形態に係る半導体装置３００の終端部の構成を模式的に示す断面図である。図７に示すように、半導体装置３００においては、活性領域の周囲まで延びたゲート電極１３の上部の層間絶縁膜１２の開口を介してゲート電極１３の上部の層間絶縁膜１２上にゲートパッド１６が形成されている。ここで、フィールド絶縁膜３と層間絶縁膜１２の合計膜厚は、ｔ’［μｍ］である。その他の点については、実施の形態２と同様であるので、詳しい説明を省略する。
図７において、右側が半導体装置３００の終端部側であり、左側がオン状態において主電流が流れる活性領域側である。
【００６２】
次に、本実施の形態の半導体装置３００であるＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴの動作について、図８を用いて説明する。
【００６３】
本実施の形態のＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴは、ゲートパッド１６（制御電極）にソース電極１５（第３表面電極）に対して閾値電圧以上の正の所定の電圧を印加すると、裏面電極７からソース電極１５に電流が流れ、半導体装置３００は導通状態（オン状態）となる。反対に、ゲートパッド１６（制御電極）にソース電極１５（第３表面電極）に対して閾値電圧以下の所定の電圧Ｖｇｏｆｆを印加すると、半導体装置３００が阻止状態（オフ状態）になる。
【００６４】
制御電極に半導体装置がオフする電圧Ｖｇｏｆｆを印加し、表面電極に対する裏面電極７に定格電圧である正の電圧Ｖ［Ｖ］を印加したときには、図８に示すように、空乏層が半導体層１ｂの表面で外周方向に半導体層１ｂの表面の位置ｙまで延びる。点線で示す位置が、空乏層の先端位置である。このとき、位置ｙとゲートパッド１６の外周端との外周方向の距離をＷ３、位置ｙとフィールド絶縁膜３の外周端との外周方向の距離をＷ４とする。
【００６５】
本実施の形態のＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴが湿度の高い状態において使用された場合などに、封止ゲル８が水分を含み、その水分がポリイミドなどの表面保護膜６まで浸透すると、層間絶縁膜１２の表面に、半導体装置３００の外周部（図７の右側）からゲートパッド１６（制御電極）に向けて電流のリークパスができる。このようなリークパスができた場合、リークパスの抵抗が一定と仮定すると、裏面電極７に定格電圧Ｖ［Ｖ］が印加されたときの位置ｙ直上の層間絶縁膜１２の表面の電位は、
Ｗ３（Ｖ−Ｖｇｏｆｆ）／（Ｗ３＋Ｗ４）＋Ｖｇｏｆｆ  （６）
［Ｖ］となる。
【００６６】
また、このときの位置ｙの電位は、定格電圧Ｖ［Ｖ］と同じである。したがって、位置ｙと、位置ｙ直上の層間絶縁膜１２の表面には、
Ｗ４（Ｖ−Ｖｇｏｆｆ）／（Ｗ３＋Ｗ４）              （７）
［Ｖ］の電位差が発生する。
【００６７】
フィールド絶縁膜３と層間絶縁膜１２の合計膜厚がｔ’［μｍ］であるので、位置ｙにおけるフィールド絶縁膜３、層間絶縁膜１２中の平均電界は、
Ｗ４（Ｖ−Ｖｇｏｆｆ）／ｔ’（Ｗ３＋Ｗ４）          （８）
となる。
【００６８】
フィールド絶縁膜３と層間絶縁膜１２とは、酸化珪素または窒化珪素を主成分とするので、これらの絶縁膜の絶縁破壊電界は、５〜１０ＭＶ／ｃｍ程度である。しかし、５ＭＶ／ｃｍに近い高電圧では電界により加速した電子や正孔の注入によりフィールド絶縁膜３、層間絶縁膜１２の絶縁特性が低下し、半導体装置３００が素子破壊する場合がある。また、３ＭＶ／ｃｍ程度の場合においても、数十年という単位で見れば酸化膜が劣化し、破壊に至るという報告例もある。
【００６９】
したがって、本発明の半導体装置３００では、フィールド絶縁膜３、層間絶縁膜１２にかかる電界を３ＭＶ／ｃｍ以下にしている。フィールド絶縁膜３、層間絶縁膜１２にかかる電界を３ＭＶ／ｃｍ以下にするためには、次の式を満たす必要がある。
ｔ’  ≧  Ｗ４（Ｖ−Ｖｇｏｆｆ）／３００（Ｗ３＋Ｗ４）    （９）
【００７０】
このように、本発明の実施の形態３に係る半導体装置によれば、封止ゲル８、表面保護膜６が水分を含み、層間絶縁膜１２表面にリークパスができた場合においても、フィールド絶縁膜３と層間絶縁膜１２に印加される平均電界を３ＭＶ／ｃｍ以下できるので、半導体装置が素子破壊に至ることを抑制でき、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００７１】
実施の形態４．
実施形態１〜３においては、終端部に単一の終端ウェル領域２を有する場合の例について説明を行ったが、本発明を終端ウェル領域２と離間した複数の離間ウェル領域２’とを有する場合に適用することとしてもよい。そこで、実施の形態４として複数の離間ウェル領域２’を有するＳｉＣ−ＳＢＤに本発明を適用した場合について説明する。
【００７２】
図９は、実施の形態４にかかる半導体装置４００の終端部の構成を模式的に示す断面図である。図９に示すように、半導体装置４００の終端部には、第１表面電極であるショットキー電極４が接続されている終端ウェル領域２に加え、半導体層１ｂの表層部の外周部の終端ウェル領域２の外周側に、終端ウェル領域２から離間して複数に分割された離間ウェル領域２’が形成されている。その他の点については、実施の形態１と同様であるので、詳しい説明を省略する。
【００７３】
本実施の形態における半導体装置４００あるＳｉＣ−ＳＢＤは、表面電極（第１表面電極と第２表面電極）に対して裏面電極に負の電圧が印加されると、表面電極から裏面電極７に電流が流れ、半導体装置４００が導通状態（オン状態）になる。
【００７４】
反対に、本実施の形態の半導体装置４００において、表面電極（第１表面電極と第２表面電極）に対して裏面電極７に正の電圧を印加すると、半導体装置４００が阻止状態（オフ状態）になる。
【００７５】
半導体装置４００がオフ状態となる場合、図１０に示すようにショットキー電極４と接続された終端ウェル領域２から半導体層１ｂの外周方向と半導体基板１ａの方向に空乏層が広がる。ここで、点線で示す位置が、空乏層の先端位置である。
【００７６】
複数の離間ウェル領域２’の濃度が大きく、また離間して形成された離間ウェル領域２’の間隔が小さい場合、表面電極に対する裏面電極７に定格電圧である正の電圧を印加したときに、図１０に示すように、空乏層がショットキー電極４と接続された終端ウェル領域２から離散的に形成された離間ウェル領域２’全てを含むように、半導体層１ｂの表面で外周方向に半導体層１ｂの表面の位置ｘまで延びる。このとき、位置ｘと電極パッド５の外周端と外周方向との距離をＷ１、位置ｘとフィールド絶縁膜３の外周端との外周方向の距離をＷ２とする。
【００７７】
また、複数の離間ウェル領域２’の濃度が小さく、離間して形成された離間ウェル領域２’の間隔が大きい場合、表面電極に対する裏面電極７に定格電圧である正の電圧を印加したときに、図１１に示すように、空乏層がショットキー電極４と接続された終端ウェル領域２から離散的に形成された離間ウェル領域２’の一部を含むように、半導体層１ｂの表面で外周方向に半導体層１ｂの表面の位置ｘまで延びる。
【００７８】
図１０、図１１に示したいずれの場合においても、ショットキー電極４と接続された終端ウェル領域２から延びる位置ｘに対して、実施の形態１の式（１）と同様に、フィールド絶縁膜３の厚さｔ［μｍ］は、
ｔ  ≧  Ｗ１Ｖ／３００（Ｗ１＋Ｗ２）        （１）  
の関係を満たすように設定するのは、実施の形態１と同様である。
【００７９】
このようにして、本実施の形態のＳｉＣ−ＳＢＤにおいては、封止ゲル８、表面保護膜６が水分を含むことなどにより、フィールド絶縁膜３表面にリークパスができた場合においても、フィールド絶縁膜３に印加される電界を３ＭＶ／ｃｍ以下できるので、半導体装置が素子破壊に至ることを抑制でき、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ａ  半導体基板、１ｂ  半導体層、２  終端ウェル領域、３  フィールド絶縁膜、４  ショットキー電極（第１表面電極）、５  電極パッド（第２表面電極）、５ａ  テーパー部、６  表面保護膜、７  裏面電極、８  封止ゲル、９  活性ウェル領域、１０  高濃度活性ウェル領域、１１  ソース領域、１２層間絶縁膜、１３  ゲート電極、１４  ゲート絶縁膜、１５  ソース電極（第３表面電極）、１６  ゲートパッド（制御電極）、１００，２００，３００，４００  半導体装置。
【図１】
2016166808.tif 000003
【図２】
2016166808.tif 000004
【図３】
2016166808.tif 000005
【図４】
2016166808.tif 000006
【図５】
2016166808.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016166808.tif 000009
【図８】
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【図９】
2016166808.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2016166808.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月2日(2017.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第１導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面上に形成されたフィールド絶縁膜と、
前記半導体層の表面上に前記フィールド絶縁膜よりも内周側に前記フィールド絶縁膜に乗り上げて形成された表面電極と、
前記表面電極につながって前記半導体層の表層部に形成され、前記表面電極の外周端よりも外周側に延在する第２導電型のウェル領域と、
前記表面電極の外周端および前記フィールド絶縁膜の外周端を覆うように前記表面電極および前記フィールド絶縁膜上に形成され絶縁材料からなる表面保護膜と、
前記半導体層および前記表面保護膜上の前記半導体層の外周部に形成された封止ゲルと、
前記半導体基板の裏面に形成された裏面電極と
を備え、
前記裏面電極へ定格電圧Ｖ［Ｖ］を印加した際に前記ウェル領域から前記半導体層の外周方向に広がる空乏層の先端の位置をｘとし、
位置ｘと前記表面電極の外周端との外周方向の距離をＷ１、
位置ｘと前記フィールド絶縁膜の外周端との外周方向の距離をＷ２として、
位置ｘにおける前記フィールド絶縁膜の膜厚ｔ［μｍ］が
ｔ  ≧  Ｗ２Ｖ／３００（Ｗ１＋Ｗ２）
であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記フィールド絶縁膜は、酸化珪素を主成分とす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】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第１導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面上に形成されたフィールド絶縁膜と、
前記フィールド絶縁膜の表面上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成された表面電極と、
前記表面電極につながって前記半導体層の表層部に形成された第２導電型のウェル領域と、
前記表面電極と離間して前記層間絶縁膜上に形成された制御電極と、
前記制御電極の外周端および前記層間絶縁膜の外周端を覆うように前記制御電極および前記層間絶縁膜上に形成され絶縁材料からなる表面保護膜と、
前記半導体層および前記表面保護膜上の前記半導体層の外周部に形成された封止ゲルと、
前記半導体基板の裏面に形成された裏面電極と
を備え、
前記裏面電極へ定格電圧Ｖ［Ｖ］を印加し、前記制御電極に半導体装置をオフする電圧Ｖｇｏｆｆを印加した際に前記ウェル領域から前記半導体層の外周方向に広がる空乏層の先端の位置をｙとし、
位置ｙと前記制御電極の外周端との外周方向の距離をＷ３、
位置ｙと前記フィールド絶縁膜の外周端との外周方向の距離をＷ４として、
位置ｙにおける前記フィールド絶縁膜と前記層間絶縁膜の合計膜厚ｔ’［μｍ］が
ｔ’  ≧  Ｗ４（Ｖ−Ｖｇｏｆｆ）／３００（Ｗ３＋Ｗ４）
であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記フィールド絶縁膜および前記層間絶縁膜は、酸化珪素を主成分とすることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記表面保護膜は、ポリイミドであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ゲルは、シリコーンゲルであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記表面電極は、前記半導体層とショットキー接続することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項８】
さらに、前記半導体層の表層部の前記ウェル領域は、終端部に形成された第２導電型の終端ウェル領域と前記終端ウェル領域と離間して活性領域に設けられた第２導電型の活性ウェル領域を有し、
前記表面電極は、前記ウェル領域とオーミック接続することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ウェル領域に加えて、前記ウェル領域の外周側に互いに離間した複数の離間ウェル領域を備えたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体基板および前記半導体層は、ワイドバンドギャップ半導体材料で構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化珪素であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明にかかる半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に形成された第１導電型の半導体層と、半導体層の表面上に形成されたフィールド絶縁膜と、半導体層の表面上にフィールド絶縁膜よりも内周側にフィールド絶縁膜に乗り上げて形成された表面電極と、表面電極につながって半導体層の表層部に形成され、表面電極の外周端よりも外周側に延在する第２導電型のウェル領域と、表面電極の外周端およびフィールド絶縁膜の外周端を覆うように表面電極およびフィールド絶縁膜上に形成され絶縁材料からなる表面保護膜と、半導体層および表面保護膜上の半導体層の外周部に形成された封止ゲルと、半導体基板の裏面に形成された裏面電極とを備え、裏面電極へ定格電圧Ｖ［Ｖ］を印加した際にウェル領域から半導体層の外周方向に広がる空乏層の先端の位置をｘとし、位置ｘと表面電極の外周端との外周方向の距離をＷ１、位置ｘとフィールド絶縁膜の外周端との外周方向の距離をＷ２として、位置ｘにおけるフィールド絶縁膜の膜厚ｔ（μｍ）がｔ≧Ｗ２Ｖ／３００（Ｗ１＋Ｗ２）であることを特徴とするものである。
【国際調査報告】
2016166808.tif 000014
2016166808.tif 000015
2016166808.tif 000016
2016166808.tif 000017