(57)【要約】【課題】耐圧構造部に、厚い金属膜を用いたフィールドプレートを有し、大きいサイドエッチング量やエッチングばらつきを有する場合であっても、耐圧構造部幅を小さくでき、耐圧の長期信頼性に優れ、耐圧特性のばらつきも小さくできる電力用半導体素子の提供。【解決手段】耐圧構造部３は、複数のリング状ｐ型ガードリング４とその表面を覆う第一絶縁膜５とこのガードリング４上で第一絶縁膜５を介して設けられるリング状のフィールドプレートとを備え、このフィールドプレートがポリシリコン膜７とこのポリシリコン膜７より厚い金属膜８とを有し、前記ガードリング４は、第一絶縁膜５を介してポリシリコン膜７が設けられる第一ガードリングと、ポリシリコン膜７と第二絶縁膜６を介して積層される金属膜８とからなる二重フィールドプレートが設けられる第二ガードリングとを備え、且つ前記第一と第二ガードリングとを交番とする。【選択図】      図１
2008193043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一導電型半導体基板表面層に他導電型領域と該領域に接触する金属電極を有する活性領域と、該活性領域を取り巻く耐圧構造部とを備え、該耐圧構造部は、複数のリング状他導電型ガードリングと前記耐圧構造部の表面を覆う第一絶縁膜と前記複数のリング状他導電型ガードリング上で前記第一絶縁膜を介してそれぞれ設けられるリング状のフィールドプレートとを備える電力用半導体素子において、前記リング状のフィールドプレートが導電性薄膜からなる第一フィールドプレートと金属膜からなる第二フィールドプレートとを有し、前記複数のリング状他導電型ガードリングは、前記第一絶縁膜を介して前記第一フィールドプレートが設けられる第一リング状他導電型ガードリングと、前記第一フィールドプレートと該第一フィールドプレート上に第二絶縁膜を介して設けられる前記第二フィールドプレートとからなる二重フィールドプレートが設けられる第二リング状他導電型ガードリングとを備えることを特徴とする電力用半導体素子。
【請求項２】
前記二重フィールドプレート中の第一フィールドプレートが第二フィールドプレートより該フィールドプレートのリング形状を直角に横切る方向の幅が広いことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体素子。
【請求項３】
前記複数のリング状他導電型ガードリングと前記第一フィールドプレートと前記第二フィールドプレートとを同電位に接触させるコンタクト部が、前記複数のリング状他導電型ガードリングのそれぞれに、少なくとも１箇所以上設けられていることを特徴とする請求項１記載の電力用半導体素子。
【請求項４】
前記コンタクト部が、前記第二絶縁膜と前記第一フィールドプレートと前記第一絶縁膜とを貫通し前記リング状他導電型ガードリング表面に達するエッチング孔であって前記第二絶縁膜のエッチング開口径が前記第一フィールドプレートのエッチング開口径より大きい関係を有するエッチング孔に、第二フィールドプレートを埋めて覆う構造により形成されていることを特徴とする請求項３記載の電力用半導体素子。
【請求項５】
前記コンタクト部が、前記活性領域を直線状の四辺と該四辺を円弧状に連結する角部を有して取り巻く耐圧構造部の前記角部に設けられていることを特徴とする請求項４記載の電力用半導体素子。
【請求項６】
前記耐圧構造部の前記角部に位置する複数のリング状他導電型ガードリングの円弧状部分の幅が前記耐圧構造部の直線状四辺部分の幅より広くされていることを特徴とする請求項５に記載の電力用半導体素子。
【請求項７】
前記コンタクト部が、前記第二絶縁膜と前記第一フィールドプレートと前記第一絶縁膜とを貫通し前記リング状他導電型ガードリング表面に達するエッチング孔であって前記第二絶縁膜のエッチング開口径が前記第一フィールドプレートのエッチング開口径より小さい関係を有するエッチング孔に、第二フィールドプレートを埋めて覆う第一コンタクト部と、前記リング状他導電型ガードリング表面に前記第一絶縁膜と前記第一フィールドプレートと前記第二絶縁膜とを備え、前記第二絶縁膜のみが開口されるエッチング孔に第二フィールドプレートを埋めて覆う第二コンタクト部との少なくともいずれかで構成されていることを特徴とする請求項６に記載の電力用半導体素子。
【請求項８】
第一フィールドプレートがイオン注入またはガスドーピングにより低抵抗化した多結晶シリコンで形成されていることを特徴とする請求項７に記載の電力用半導体素子。
【請求項９】
第二フィールドプレートが前記活性領域に形成される金属電極と同種の金属膜で形成されていることを特徴とする請求項７に記載の電力用半導体素子。
【請求項１０】
第一絶縁膜が熱酸化膜であることを特徴とする請求項７に記載の電力用半導体素子。
【請求項１１】
第二絶縁膜はＣＶＤ法により堆積した絶縁膜であることを特徴とする請求項７に記載の電力用半導体素子。
【請求項１２】
第二絶縁膜が多結晶シリコンにより形成される第一フィールドプレートを酸化することにより形成されることを特徴とする請求項８記載の電力用半導体素子。
【請求項１３】
前記コンタクト部に形成されるエッチング孔内の前記リング状他導電型ガードリング表面の中央に第一フィールドプレート表面が露出する領域が設けられていることを特徴とする請求項４記載の電力用半導体素子。
【請求項１４】
前記コンタクト部が、前記活性領域を直線状の四辺と該四辺を円弧状に連結する角部を有して取り巻く耐圧構造部の前記角部に設けられていることを特徴とする請求項１３記載の電力用半導体素子。
【請求項１５】
前記耐圧構造部の前記角部に位置する複数のリング状他導電型ガードリングの円弧状部分の幅が前記耐圧構造部の直線状四辺部分の幅より広くされていることを特徴とする請求項１４に記載の電力用半導体素子。
【請求項１６】
前記コンタクト部が、前記第二絶縁膜と前記第一フィールドプレートと前記第一絶縁膜とを貫通し前記リング状他導電型ガードリング表面に達するエッチング孔であって前記第二絶縁膜のエッチング開口径が前記第一フィールドプレートのエッチング開口径より小さい関係を有するエッチング孔に、第二フィールドプレートを埋めて覆う第一コンタクト部と、前記リング状他導電型ガードリング表面に前記第一絶縁膜と前記第一フィールドプレートと前記第二絶縁膜とを備え、前記第二絶縁膜のみが開口されるエッチング孔に第二フィールドプレートを埋めて覆う第二コンタクト部との少なくともいずれかで構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の電力用半導体素子。
【請求項１７】
第一フィールドプレートがイオン注入またはガスドーピングにより低抵抗化した多結晶シリコンで形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の電力用半導体素子。
【請求項１８】
第二フィールドプレートが前記活性領域に形成される金属電極と同種の金属膜で形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の電力用半導体素子。
【請求項１９】
第一絶縁膜が熱酸化膜であることを特徴とする請求項１６に記載の電力用半導体素子。
【請求項２０】
第二絶縁膜はＣＶＤ法により堆積した絶縁膜であることを特徴とする請求項１６に記載の電力用半導体素子。
【請求項２１】
第二絶縁膜が多結晶シリコンにより形成される第一フィールドプレートを酸化することにより形成されることを特徴とする請求項１７記載の電力用半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置などに用いられる電力用半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力用半導体素子の中央にあって主電流の流れる活性領域２０と、活性領域２０を取り巻く周辺に位置する耐圧構造部３０の要部断面図を図９に示す。この耐圧構造部３０はオフ状態で素子のｎ型半導体基板１００の上下電極（下部電極は図示せず）間にかかるオフ電圧を信頼性よく保持するために設けられる部分である。オフ電圧が高くなるほど、この耐圧構造部３０の幅（活性領域２０との境界から半導体基板１の外端へ向かう方向における耐圧構造部３０の幅）を大きくする必要がある。しかし、この耐圧構造部３０幅が大きいとその占有面積も大きくなって素子の主電流が流れる活性領域２０の面積が相対的に減少するため、できるだけ小さいことが望ましい。
従来のプレーナ型半導体素子の耐圧構造部３０では、設計耐圧を確保するために内部電界を局所的に集中させないようにするだけでなく、さらに耐圧を向上させる目的で、ガードリング４０やフィールドプレート８０などの電界緩和構造が設けられることがある。このうち、フィールドプレート８０は製造プロセスの効率上、半導体素子の活性領域２０の表面側に形成されるp型ウエル領域７０に接触するエミッタ電極やカソード電極などの金属電極９０と同時に形成される同種の金属膜を用いることも多い。この金属膜としてはたとえばＳｉを微量添加したＡｌ薄膜などがある。電力用半導体素子ではこの金属膜の厚さは３μｍ〜５μｍと厚いため、ドライエッチングではなく、フォトプロセスを用いたウエットエッチングにより所要のエミッタやフィールドプレートパターンに加工される。その他のフィールドプレート材料として、導電性ポリシリコン膜、半絶縁性薄膜などを用いることもできる。
【０００３】
このような金属膜を用いたフィールドプレート８０は電界緩和効果による耐圧向上のほか、素子の外部雰囲気、外部環境から耐圧構造部表面の絶縁膜に加えられる有害で不要な電荷（以降、外部電荷）をシールドして、耐圧機能の長期的信頼性を維持する機能も併せ持っている。
電力用半導体素子のフィールドプレート技術に関する公知文献としては、耐圧構造部の占有面積を小さくしても、安定した高耐圧特性が得られる半導体装置とするために、導電性および半絶縁性のフィールドプレートを交互に備える耐圧構造部とする半導体装置が公知になっている（特許文献１）。
【特許文献１】特許第３５９１３０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述のように、従来、電力用半導体素子に適用されるフィールドプレートは比較的膜厚の厚い金属膜をウエットエッチングすることにより、所要のパターンに加工されているため、金属膜のサイドエッチング量が大きい。その大きい分の幅を設計マージンとして、前記図９に矢印で示す幅ごとに、余計に見込む必要があるため、耐圧構造部幅を短くすることが難しい。さらに、ドライエッチング法に比べ、ウエットエッチング法はエッチング量ばらつきが大きいなどエッチング精度が低いため、素子耐圧の初期特性がばらつき易いという問題もある。
本発明は、以上述べた点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電力用半導体素子の耐圧構造部に、比較的厚い金属電極用の金属膜を用いたフィールドプレートを有する場合であって、全面被着された金属膜をウエットエッチングにより所定パターンのフィールドプレートへ加工する際に、大きいサイドエッチング量やエッチング量のばらつきを有する場合であっても、耐圧構造部幅を短くでき、耐圧の長期信頼性に優れ、初期耐圧特性のばらつきも小さくできる電力用半導体素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
特許請求の範囲の請求項１記載の発明によれば、一導電型半導体基板表面層に他導電型領域と該領域に接触する金属電極を有する活性領域と、該活性領域を取り巻く耐圧構造部とを備え、該耐圧構造部は、複数のリング状他導電型ガードリングと前記耐圧構造部の表面を覆う第一絶縁膜と前記複数のリング状他導電型ガードリング上で前記第一絶縁膜を介してそれぞれ設けられるリング状のフィールドプレートとを備える電力用半導体素子において、前記リング状のフィールドプレートが導電性薄膜からなる第一フィールドプレートと金属膜からなる第二フィールドプレートとを有し、前記複数のリング状他導電型ガードリングは、前記第一絶縁膜を介して前記第一フィールドプレートが設けられる第一リング状他導電型ガードリングと、前記第一フィールドプレートと該第一フィールドプレート上に第二絶縁膜を介して設けられる前記第二フィールドプレートとからなる二重フィールドプレートが設けられる第二リング状他導電型ガードリングとを備える電力用半導体素子とすることにより、前記本発明の目的は達成される。
特許請求の範囲の請求項２記載の発明によれば、前記二重フィールドプレート中の第一フィールドプレートが第二フィールドプレートより該フィールドプレートのリング形状を直角に横切る方向の幅が広い特許請求の範囲の請求項１に記載の電力用半導体素子とする。
【０００６】
特許請求の範囲の請求項３記載の発明によれば、前記複数のリング状他導電型ガードリングと前記第一フィールドプレートと前記第二フィールドプレートとを同電位に接触させるコンタクト部が、前記複数のリング状他導電型ガードリングのそれぞれに、少なくとも１箇所以上設けられている特許請求の範囲の請求項１記載の電力用半導体素子とする。
特許請求の範囲の請求項４記載の発明によれば、前記コンタクト部が、前記第一絶縁膜と前記第一フィールドプレートと前記第二絶縁膜とを貫通し前記他導電型ガードリング表面に達するエッチング孔であって前記第二絶縁膜のエッチング開口径が前記第一フィールドプレートのエッチング開口径より大きい関係を有するエッチング孔に、第二フィールドプレートを埋めて覆う構造により形成されている特許請求の範囲の請求項３記載の電力用半導体素子とする。
特許請求の範囲の請求項５記載の発明によれば、前記コンタクト部が、前記活性領域を直線状の四辺と該四辺を円弧状に連結する角部を有して取り巻く耐圧構造部の前記角部に設けられている特許請求の範囲の請求項４記載の電力用半導体素子とする。
特許請求の範囲の請求項６記載の発明によれば、前記耐圧構造部の前記角部に位置する複数のリング状他導電型ガードリングの円弧状部分の幅が前記耐圧構造部の直線状四辺部分の幅より広くされている特許請求の範囲の請求項５に記載の電力用半導体素子とする。
【０００７】
特許請求の範囲の請求項７記載の発明によれば、前記コンタクト部が、前記第二絶縁膜と前記第一フィールドプレートと前記第一絶縁膜とを貫通し前記リング状他導電型ガードリング表面に達するエッチング孔であって前記第二絶縁膜のエッチング開口径が前記第一フィールドプレートのエッチング開口径より小さい関係を有するエッチング孔に、第二フィールドプレートを埋めて覆う第一コンタクト部と、前記リング状他導電型ガードリング表面に前記第一絶縁膜と前記第一フィールドプレートと前記第二絶縁膜とを備え、前記第二絶縁膜のみが開口されるエッチング孔に第二フィールドプレートを埋めて覆う第二コンタクト部との少なくともいずれかで構成されている特許請求の範囲の請求項６に記載の電力用半導体素子とする。
特許請求の範囲の請求項８記載の発明によれば、第一フィールドプレートがイオン注入またはガスドーピングにより低抵抗化した多結晶シリコンで形成されている特許請求の範囲の請求項７に記載の電力用半導体素子とする。
特許請求の範囲の請求項９記載の発明によれば、第二フィールドプレートが前記活性領域に形成される金属電極と同種の金属膜で形成されている特許請求の範囲の請求項７に記載の電力用半導体素子とする。
【０００８】
特許請求の範囲の請求項１０記載の発明によれば、第一絶縁膜が熱酸化膜である特許請求の範囲の請求項７に記載の電力用半導体素子とする。
特許請求の範囲の請求項１１記載の発明によれば、第二絶縁膜はＣＶＤ法により堆積した絶縁膜である特許請求の範囲の請求項７に記載の電力用半導体素子とする。
特許請求の範囲の請求項１２記載の発明によれば、第二絶縁膜が多結晶シリコンにより形成される第一フィールドプレートを酸化することにより形成される特許請求の範囲の請求項８記載の電力用半導体素子とする。
特許請求の範囲の請求項１３記載の発明によれば、前記コンタクト部に形成されるエッチング孔内の前記リング状他導電型ガードリング表面の中央に第一フィールドプレート表面が露出する領域が設けられている特許請求の範囲の請求項４記載の電力用半導体素子とする。
特許請求の範囲の請求項１４記載の発明によれば、前記コンタクト部が、前記活性領域を直線状の四辺と該四辺を円弧状に連結する角部を有して取り巻く耐圧構造部の前記角部に設けられている特許請求の範囲の請求項１３記載の電力用半導体素子とする。
特許請求の範囲の請求項１５記載の発明によれば、前記耐圧構造部の前記角部に位置する複数のリング状他導電型ガードリングの円弧状部分の幅が前記耐圧構造部の直線状四辺部分の幅より広くされている特許請求の範囲の請求項１４に記載の電力用半導体素子とする。
【０００９】
特許請求の範囲の請求項１６記載の発明によれば、前記コンタクト部が、前記第二絶縁膜と前記第一フィールドプレートと前記第一絶縁膜とを貫通し前記リング状他導電型ガードリング表面に達するエッチング孔であって前記第二絶縁膜のエッチング開口径が前記第一フィールドプレートのエッチング開口径より小さい関係を有するエッチング孔に、第二フィールドプレートを埋めて覆う第一コンタクト部と、前記リング状他導電型ガードリング表面に前記第一絶縁膜と前記第一フィールドプレートと前記第二絶縁膜とを備え、前記第二絶縁膜のみが開口されるエッチング孔に第二フィールドプレートを埋めて覆う第二コンタクト部との少なくともいずれかで構成されている特許請求の範囲の請求項１５に記載の電力用半導体素子とする。
特許請求の範囲の請求項１７記載の発明によれば、第一フィールドプレートがイオン注入またはガスドーピングにより低抵抗化した多結晶シリコンで形成されている特許請求の範囲の請求項１６に記載の電力用半導体素子とする。
特許請求の範囲の請求項１８記載の発明によれば、第二フィールドプレートが前記活性領域に形成される金属電極と同種の金属膜で形成されている特許請求の範囲の請求項１６に記載の電力用半導体素子とする。
【００１０】
特許請求の範囲の請求項１９記載の発明によれば、第一絶縁膜が熱酸化膜である特許請求の範囲の請求項１６に記載の電力用半導体素子とする。
特許請求の範囲の請求項２０記載の発明によれば、第二絶縁膜はＣＶＤ法により堆積した絶縁膜である特許請求の範囲の請求項１６に記載の電力用半導体素子とする。
特許請求の範囲の請求項２１記載の発明によれば、第二絶縁膜が多結晶シリコンにより形成される第一フィールドプレートを酸化することにより形成される特許請求の範囲の請求項１７記載の電力用半導体素子とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電力用半導体素子の耐圧構造部に、比較的厚い金属電極用の金属膜を用いたフィールドプレートを有する場合であって、全面被着された金属膜をウエットエッチングにより所定パターンのフィールドプレートへ加工する際に、大きいサイドエッチング量やエッチング量のばらつきを有する場合であっても、耐圧構造部幅を短くでき、耐圧の長期信頼性に優れ、初期耐圧特性のばらつきも小さくできる電力用半導体素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。本発明は以下、説明する実施例の記載のみに限定されるものではない。
図１〜図４は、それぞれ異なる本発明の電力用半導体素子の耐圧構造部の要部断面図である。図５−１〜図５−３は、それぞれ異なる本発明の電力用半導体素子の角部の耐圧構造部の断面図である。図６は、本発明の電力用半導体素子の角部の耐圧構造部の拡大断面図である。図７−１〜図７−４は、本発明の電力用半導体素子の製造方法を説明するための図５−１（ｂ）の耐圧構造部のＸ−Ｘ’線における断面図である。図８は、本発明の電力用半導体素子の角部の耐圧構造部の非コンタクト部を示す図５−１（ｂ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。図１０は本発明の電力用半導体素子の角部の耐圧構造部の平面図（ｂ）（その５）である。図１１〜図１４はそれぞれ本発明にかかる図１０のＤ−Ｄ'線断面図である。
図１は、詳しくは、本発明による電力用半導体素子について、円板状の半導体基板から格子状に切り出した所定の大きさの方形シリコン基板（チップ）において、一方の主面中央に配置される活性領域を取り巻く周辺に位置する耐圧構造部分の一例を示した要部断面図である。本発明にかかる耐圧構造部３は、ｎ型半導体基板１の表面層内部への不純物拡散により形成される拡散層であって、活性領域２を取り巻く耐圧構造部３内に複数のリング状の平面形状で複数配置されるｐ型ガードリング４と、耐圧構造部３の表面上に形成される第一絶縁膜５と、その上にあって、それぞれ金属膜または導電性薄膜からなるフィールドプレート７、８とを備える。この実施例では、活性領域２として縦型のトレンチＭＯＳＦＥＴ構造を示している。トレンチＭＯＳＦＥＴは、ｐ型ウエル領域１０を貫通し、ｎ型半導体基板１に達するトレンチ１４を備える。このトレンチ１４内にゲート絶縁膜１５を介してポリシリコンからなるゲート電極１６が設けられている。トレンチ１４の側壁上端のp型ウエル領域１０内には、ｎ+ソース領域１７が設けられている。なお、本発明は、耐圧構造部３に特徴を有するため、活性領域２およびｎ型半導体基板１については詳細な説明を省略する。実際、ｎ型半導体基板１の裏面側にはＭＯＳＦＥＴの場合には、ｎ+高濃度層が設けられ、ＩＧＢＴの場合にはｎ+高濃度層とp型コレクタ層が設けられる。
【００１３】
耐圧構造部において、フィールドプレートは材質および作成方法がそれぞれ異なる第一フィールドプレート７と第二フィールドプレート８との２種類を有する。平面形状がリング状の複数のｐ型ガードリング４上にそれぞれ載置されるフィールドプレートには、第一フィールドプレート７のみが載置される構成部分と、第一フィールドプレート７とその上に第二絶縁膜６を介して積層される第二フィールドプレート８とからなる２重積層フィールドプレート構造が載置される構成部分とがある。第一フィールドプレート７は薄くてエッチング精度の高い導電性薄膜であり、第二フィールドプレート８はそれより厚く、エッチング精度も相対的に第一フィールドプレート７よりは低い金属膜からなる。この金属膜は前記活性領域２のp型ウエル領域１０表面に接触する主電極となる金属膜９の形成と同時に形成される同種の金属膜からなることが好ましい。本発明の電力用半導体素子は、第一フィールドプレート７と前記２重積層フィールドプレート７、８とがそれぞれ載置されるリング状p型ガードリング４を交互に交番させる耐圧構造３を有することを特徴とする（特許請求の範囲の請求項１）。このような耐圧構造部３のリング状p型ガードリング４によれば、表面側にあって厚い金属膜の第二フィールドプレート８間の表面間隔を、フィールドプレートを形成する材質のサイドエッチング量が大きくても影響が無視できる程度に広くできるため、設計マージンに余裕ができ、耐圧構造部３の幅を小さくできる効果を奏する。
【００１４】
耐圧構造部３の表面でリング状ガードリング４を直角に横切る方向に関して、２重積層フィールドプレートにおける第一フィールドプレート７より第二フィールドプレート８の幅を小さくするように配置すれば（特許請求の範囲の請求項２）、主として第一フィールドプレート７で耐圧が決定される。第一フィールドプレート７はサイドエッチング量が小さくなるように厚さを薄くできるので、耐圧特性が安定する利点がある。この場合、第二フィールドプレート８は外部電荷による耐圧劣化を防ぐシールド効果を奏することになる。
図２は、本発明による電力用半導体素子について、前記図１と同様の耐圧構造部分の断面図であるが、切断場所が異なり、フィールドプレートとガードリングとの導電接続点を含む位置で切断する要部断面図（特許請求の範囲の請求項４）である。なお、図２以降においては活性領域の細部構造の説明を省略している。図２内の点線で囲まれた部分は、絶縁膜５、６とフィールドプレート７とを貫通するエッチング孔を埋める第二フィールドプレート８−１と第一フィールドプレート７とp型ガードリング表面とを小面積部分４−１で導電接続させるためのコンタクト部Ａを示す。このp型ガードリングの小面積部分４−１とはリング状p型ガードリングのうち、コンタクト部Ａ内で相互に導電接触する表面部分という意味である。
【００１５】
このコンタクト部Ａの形成方法は、第二絶縁膜６の表面から第一フィールドプレート７と第一絶縁膜５とを貫通してコンタクト部Ａ内のp型ガードリング小面積部分４−１に達するエッチング孔をドライエッチングで形成してコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールをスパッタ法によりＡｌ−Ｓｉで埋めて前記第二フィールドプレート８−１とすることにより、第二フィールドプレート８−１と第一フィールドプレート７とp型ガードリング小面積部分４−１とを導電接続させコンタクト部Ａとする。この際、第二フィールドプレート８−１と第一フィールドプレート７との前記導電接続は、第一フィールドプレート７の開口部よりも第二絶縁膜（層間絶縁膜）６のコンタクトホールの開口径を大きくすることにより実現され、より安定性の高い耐圧構造部とすることができる（特許請求の範囲の請求項４）。このコンタクト部Ａは、それぞれのｐ型ガードリング４内の全周ではなく、リング内のいずれかの小面積部分だけに１箇所づつ設けることが耐圧構造部でコンタクト部Ａの無い部分のガードリング幅を小さくできるので、好ましい（特許請求の範囲の請求項３）。図２において、コンタクト部Ａ以外の部分は図１と同様であるから、それらの説明については省略する。
図３は、本発明による電力用半導体素子について、前記図２と同様の耐圧構造部分の断面図であるが、異なるコンタクト部Ｂを有する場合の要部断面図である。図３内の点線で囲まれたコンタクト部Ｂは、第一フィールドプレート７よりも第二絶縁膜（層間絶縁膜）６のコンタクトホールの開口径が小さい場合を示す。このコンタクト部Ｂに関しては、ｐ型ガードリング小面積部分４−１と第二フィールドプレート８−２のみが接触している（特許請求の範囲の請求項７）。図３のその他の部分については図２と同様であるから、その説明を省略する。
【００１６】
図４は、本発明による電力用半導体素子について、前記図２と同様の耐圧構造部分の断面図であるが、異なるコンタクト部Ｃを有する場合の要部断面図である。図４の点線で囲まれたコンタクト部Ｃは、第二絶縁膜（層間絶縁膜）６のみにコンタクトホールを形成し、第一フィールドプレート７と第二フィールドプレート８−３とを接触させている。一つのリング状p型ガードリング内に、前記コンタクト部Ｂとこのコンタクト部Ｃを少なくとも１箇所づつ配置すると、ｐ型ガードリング４と第一フィールドプレート７と第二フィールドプレート８−３とが同電位になるので、前記コンタクト部Ａを備えた場合と同様に安定した耐圧構造部になる。
コンタクト部Ａまたはコンタクト部Ｂでは、第二フィールドプレート８−１、８−２をｐ型ガードリング小面積部分４−１へ接続する必要があるため、ある程度の幅を必要とする。従って、これらの接続を可能にするため、コンタクト部ＡまたはＢを有するｐ型ガードリング部分は他のガードリング部分よりも幅（リング状ガードリングを直角に横切る方向の幅）を大きくすることが好ましい。この結果、本発明にかかる電力用半導体素子の耐圧構造部では、図５−１（ａ）および図５−２（ｂ）に示すように、活性領域２を取り囲む直線状の四辺３−１とこれらの四辺を連結する円弧部分（角部）３−２からなる耐圧構造部３のうち、幅を広くした角部（円弧部分）３−２に、前述の幅を広くしたガードリング部分を作りこむことにより、耐圧構造部３の直線状部分３−１の幅の増加を抑えることができ、全体としては、幅の狭い耐圧構造部３（言い換えると、活性部面積の大きい素子）の設計が可能である。前記円弧部分３−２については、それぞれ円弧半径を広げ、円弧の中心を素子の外側へずらしていくことにより、円弧部分３−２のみの幅を広げた複数のリング状フィールドプレートを耐圧構造部３に形成することができる。この円弧部分３−２の幅を広げた複数のリング状フィールドプレートの配置については後述する。
【００１７】
第一フィールドプレート７としては、イオン注入またはガスドープ（気相ドーピングまたはガスドーピングと同義）で低抵抗化したポリシリコン膜を（特許請求の範囲の請求項８）、第二フィールドプレート８−３としては活性領域２内に形成される表面金属電極９形成で一般的に使用されるＳｉを微量添加したＡｌ薄膜をそれぞれ使用すれば、既存のパワー半導体プロセスをそのまま流用できる利点がある（特許請求の範囲の請求項９）。また、第一フィールドプレート７膜厚を第二フィールドプレート８−３の膜厚よりも薄くできることにより、第一フィールドプレート７のエッチングばらつきを小さく抑えることができ、より特性の安定した耐圧構造部の設計が可能になる。
第一絶縁膜５は熱酸化膜（特許請求の範囲の請求項１０）、第二絶縁膜６はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により堆積した絶縁膜（特許請求の範囲の請求項１１）を使用すれば、既存のパワー半導体プロセスをそのまま流用できる利点がある。また、第二絶縁膜６をポリシリコン膜（多結晶シリコン膜）７を熱酸化させることにより形成すれば、第二絶縁膜６を堆積する必要がなく、膜厚の均一な絶縁膜を形成することができる（特許請求の範囲の請求項１２）。
図５−１と図５−２と図６を用いて、本発明の具体的な実施例について説明する。図５−１（ａ）、（ｂ）と図５−２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ半導体素子のチップ全体の平面図（ａ）と、耐圧構造部３の４隅に位置する４コーナー（角部）のうち、点線の円Ｚで示す耐圧構造部分３−２の拡大平面図（ｂ）である。さらに、これら図５−１（ｂ）と図５−２（ｂ）は４隅の耐圧構造部分３−２のうち、それぞれ隣り合う角部を示す。これらの４隅の角部の耐圧構造部分３−２については、それぞれ向かい合う対角の角部同志は同じ構成を有するが、隣り合う角部は前記図５−１（ｂ）と図５−２（ｂ）に示すように異なる構成を有する。
【００１８】
前記図５−１（ｂ）と図５−２（ｂ）に示すように、この半導体素子の耐圧構造部内に形成されている複数のp型ガードリングのうち、内側から奇数本目のガードリング上には第一フィールドプレートが表面にあり、内側から偶数本目のガードリング上には第二フィールドプレートが表面にある。表面の第一、第二フィールドプレートについても、耐圧構造部の直線部においては、同じ幅を有しているが、角部においては、コンタクト部が設けられるフィールドプレート幅は広くされている。すなわち、角部においてコンタクト部の設けられ、幅の広いフィールドプレートとコンタクト部が無く幅の狭いフィールドプレートは交番に設置されている（特許請求の範囲の請求項５、６）。
そして、図５−１（ｂ）に示すように、耐圧構造部の角部において、複数のp型ガードリングのうち、内側から奇数本目のp型ガードリング部位の一部のみに、金属膜フィールドプレート（第二フィールドプレート）８とポリシリコンフィールドプレート（第一フィールドプレート）７とｐ型ガードリング小面積部分とを導電接続するコンタクト部Ａを有し、図５−２（ｂ）では、内側から偶数本目のガードリングの一部のみ前述と同様の導電接続する小面積のコンタクト部Ａ’を設けている。つまり、チップの表面の耐圧構造部で、向かい合う対角の角部同志の一組にコンタクト部を設け、この一組のコンタクト部を交番に９０°ずらした構成ということができる。また、図５−１（ｂ）、図５−２（ｂ）とも、コンタクト部がある円弧状ｐ型ガードリング部分の曲率（円弧半径）は、円弧の中心を半導体素子の外側に向けて少しづつずらすことにより、この部分の円弧状のフィールドプレート３−３または３−４の幅を直線状の耐圧構造部より広くしてあり、コンタクト部を作りこみ易いようにしている。コンタクト部の無い円弧状のｐ型ガードリング部上のフィールドプレート３−３、３−４の幅は直線部のそれと同じ幅である。
図５−３は図５−１、図５−２とは耐圧構造部において幅広の円弧状ｐ型ガードリング部分とする必要のあるコンタクト部の配置の異なる実施例である。図５−３（ａ）は、コンタクト部Ａを角部に一つだけ設けた構造である。この場合、一つのコンタクト部Ａが９０°づつずらして設けられているので、一つの角部を見るとフィールドプレート３−３とその外側のフィールドプレート３−３の間に三つのフィールドプレート３−４が設けられることになる。このため、耐圧構造部幅をさらに短くすることができる。図５−３（ｂ）は角部のコンタクト部Ａを千鳥状に配置した例であり、これによっても耐圧構造部さらに短くすることもできる。この図５−３（ａ）（ｂ）の実施例では、コンタクト部のあるフィールドプレート間にコンタクト部の無い複数のフィールドプレートを配置することができる。
【００１９】
図６は図５−１（ｂ）の点線の四角の枠内に示す前記コンタクト部Ａを含み幅の広い円弧状の第一フィールドプレート部分３−３とコンタクト部を有さない第二フィールドプレート部分３−４の拡大平面図である。層間絶縁膜（第二絶縁膜）６抜き部分のコンタクトホール１１とポリシリコン膜の第一フィールドプレートのコンタクトホール１２は、前記図３のコンタクト部Ｂと同様に、金属膜（第二フィールドプレート）８−１で覆う必要があるが、この金属膜（第二フィールドプレート）８−１はウエットエッチングにより形成することが多いため、エッチング精度を考慮してコンタクトホール１１の端から数μｍ程度の幅を余計に取っておく必要がある。そのため、コンタクト部Ａを形成する部分のp型ガードリングの幅４−１および第二フィールドプレート幅８−１を広くする必要があるので、この部分の幅３−３はコンタクト部の無い部分の幅よりも長くなる。そのため、本発明の耐圧構造部３のように、コンタクト部Ａを耐圧構造部の角部のすべてのp型ガードリング上に形成することなく、一本置きにコンタクト部Ａを形成する構成とすることにより、角部での耐圧構造部幅の拡大を抑え、直線部分ではコンタクト部を形成しない構造とすることにより、全体としては耐圧構造部幅を短くした半導体素子の設計が可能になる。
図５−１（ｂ）、図５−２（ｂ）に示すコンタクト部Ａ、Ａ’以外の金属膜（第二フィールドプレート）は、外部電荷の絶縁膜への付着による耐圧特性への影響を小さくするためのものであり、耐圧の長期信頼性の向上に効果がある。
【００２０】
以下、図５−２（ｂ）のＸ−Ｘ’線断面を示す耐圧構造部の断面図（図７−１から図７−４）を用いて、本発明にかかる半導体素子について、耐圧構造部の製造プロセスを中心に詳細に説明する。活性領域の形成を含めたプロセスは詳述しないが、本発明にかかる耐圧構造部は、ゲート駆動型半導体素子やダイオード素子など幅広い素子に適用可能である。
図７−１に示すように、活性領域２のｐ型ウエル領域１０と、この領域１０と同時に形成されるｐ型ガードリング４とを形成するために、半導体基板１上に、まず、フィールド酸化膜５（第一絶縁膜用）を形成し、耐圧構造部３のフィールド酸化膜５を選択エッチングしてイオン注入窓１３を形成し、ボロンなどのｐ型不純物をイオン注入し、その後に熱拡散により、所定の拡散深さを有する前記ｐ型ガードリング４とする。
図７−２に示すように、厚さ５０ｎｍ程度の薄い酸化膜５−１を形成させた後、ポリシリコン膜（第一フィールドプレート用）を成膜する。厚さは０．５μｍ程度がよい。フォトリソグラフィーにより、コンタクト部分のポリシリコン膜をドライエッチングで除去するとともに、所定パターンの第一フィールドプレート７とする。コンタクト部分のポリシリコン膜をドライエッチングする際には、ポリシリコン膜下の前記酸化膜５−１がエッチングストッパーになる。
【００２１】
図７−３に示すように、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により層間絶縁膜６（第二絶縁膜用）を堆積後、フォトリソグラフィーによりコンタクト部分のポリシリコン７の開口部分よりも大きい範囲の層間絶縁膜６の開口をエッチングで形成する。その際、ポリシリコン膜７の開口部分にあった５０ｎｍ程度の薄い酸化膜５−１は同時にエッチングされてｐガードリング領域４表面が露出する。
図７−４に示すように、活性領域２のエミッタ電極９などの表面側の金属電極形成と同時形成のＡｌ−Ｓｉなどの金属膜をスパッタにより形成後、フォトリソグラフィーで不要部分の金属膜をエッチングして除去し、所要の第二フィールドプレート８とする。
この金属膜（第二フィールドプレート）８は厚いので、ウエットエッチングが用いられることが多く、サイドエッチング量のバラつきが大きい。ポリシリコン膜による第一フィールドプレート７の内側のみ（すなわち、第二フィールドプレート８の幅が第一フィーリドプレート７の幅より小さく）に金属膜８が残るように設計することにより、耐圧などの主要特性はサイドエッチング量ばらつきの少ないポリシリコン膜（第一フィールドプレート）７で決まるため、特性のバラつきが小さくなる利点がある。耐圧構造部の金属膜（第二フィールドプレート）８は初期特性に影響しないため、コンタクト部分以外では金属膜がなくても素子の機能としては問題ないが、リング状に残すことにより、先に述べたように、外部からの電荷の影響を受けにくくすることができる。
【００２２】
一般的には、この後、耐圧構造部上に図示しないポリイミド樹脂などの絶縁性のパッシベーション膜を形成して、表面側の製造工程が完了する。
コンタクト部分以外の領域では、ポリシリコン膜（第一フィールドプレート７）をエッチングする窓がないため、図５−２のＹ−Ｙ'線断面図である図８のように、ポリシリコン膜７下の酸化膜５−１はエッチングされず、絶縁状態にされている。
本発明の半導体素子は同じ耐圧をもつ耐圧構造部で比較すると、従来構造に対し、耐圧構造部幅を２０％以上低減することができる。
また、前記図７−４で形成されたコンタクト部と同様のコンタクト部を有する耐圧構造部の一部の幅広のｐ型ガードリングの箇所を含む拡大平面図を図１０に示し、この図１０のＤ−Ｄ'線断面図を図１１に示す。この図１１によれば、金属膜（第二フィールドプレート）８とポリシリコン膜（第一フィールドプレート）７と幅広ｐ型ガードリング領域４表面とが導電接触するので、相互に同電位に保たれる。
しかし、ポリシリコン膜７上の層間絶縁膜６をエッチングにより、適正に除去できれば、前述のように導電接触が行われ、前記同電位は適正に維持されるが、エッチングプロセスのバラツキにより、エッチング不足が生じると、前記図１０のＤ−Ｄ'線断面図である図１２のように、ポリシリコン膜７が露出せず、導電接触が適正に行われない場合がある。そこで、図１３に示すように、コンタクト部内にエッチングによりガードリング表面を露出させるエッチング工程で、露出するはずのガードリング表面の中央に、層間絶縁膜の無いポリシリコン膜７−１を残しておく。このポリシリコン膜７−１は図１３、図１４では分離されているように見えるが、図１０に示すように、前記断面図では示されないところで、ポリシリコン膜７と繋がっている。この図１３、図１４は図１０のＤ−Ｄ'線断面図である。このようなポリシリコン膜７−１をコンタクト部のガードリング表面に形成することにより、層間絶縁膜６のパターンエッチング時にバラツキにより、層間絶縁膜のエッチング不足があっても、エッチングパターンのエッジ部分はエッチング不足の影響を受け易いが、パターンの中央にあるポリシリコン膜７−１上の層間絶縁膜は影響を受けにくいので、エッチング不足がおき難いため、ポリシリコン膜７と金属膜８との導電接触が確保できる。図１４のように、エッチングパターンのエッジ部分にエッチング不足が生じた場合でも、パターンの中央にあるポリシリコン膜７−１上の層間絶縁膜は除去されるので、この表面で前記導電接触が確保される（特許請求の範囲の請求項１３）。
【００２３】
前記図１０〜図１４を参照して説明した発明についても、前述の特許請求の範囲の請求項５〜請求項１２と同様の構成効果を有することができることは言うまでもない（特許請求の範囲の請求項１４〜請求項２１）。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の電力用半導体素子の耐圧構造部の要部断面図（その１）である。
【図２】本発明の電力用半導体素子の耐圧構造部の要部断面図（その２）である。
【図３】本発明の電力用半導体素子の耐圧構造部の要部断面図（その３）である。
【図４】本発明の電力用半導体素子の耐圧構造部の要部断面図（その４）である。
【図５−１】本発明の電力用半導体素子平面図（ａ）と（ａ）の円形点線内の角部の耐圧構造部の平面図（ｂ）（その１）である。
【図５−２】本発明の電力用半導体素子平面図（ａ）と（ａ）の円形点線内の角部の耐圧構造部の平面図（ｂ）（その２）である。
【図５−３】本発明の電力用半導体素子の角部の耐圧構造部の平面図（ａ）（その３）と、本発明の電力用半導体素子の角部の耐圧構造部の平面図（ｂ）（その４）である。
【図６】本発明の電力用半導体素子の角部の耐圧構造部の拡大平面図である。
【図７−１】本発明の電力用半導体素子の製造方法を示す、前記図５−１（ｂ）の耐圧構造部のＸ−Ｘ’線での断面図（その１）である。
【図７−２】本発明の電力用半導体素子の製造方法を示す、前記図５−１（ｂ）の耐圧構造部のＸ−Ｘ’線での断面図（その２）である。
【図７−３】本発明の電力用半導体素子の製造方法を示す、前記図５−１（ｂ）の耐圧構造部のＸ−Ｘ’線での断面図（その３）である。
【図７−４】本発明の電力用半導体素子の製造方法を示す、前記図５−１（ｂ）の耐圧構造部のＸ−Ｘ’線での断面図（その４）である。
【図８】本発明の電力用半導体素子の角部の耐圧構造部の非コンタクト部を示す図５−２（ｂ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図９】従来の電力用半導体素子の耐圧構造部を示す要部断面図である。
【図１０】本発明の電力用半導体素子の角部の耐圧構造部の平面図（ｂ）（その５）である。
【図１１】本発明にかかる図１０のＤ−Ｄ'線断面図（その１）である。
【図１２】本発明にかかる図１０のＤ−Ｄ'線断面図（その２）である。
【図１３】本発明にかかる図１０のＤ−Ｄ'線断面図（その３）である。
【図１４】本発明にかかる図１０のＤ−Ｄ'線断面図（その４）である。
【符号の説明】
【００２５】
１、…          半導体基板、一導電型半導体基板
２、…          活性領域
３、…          耐圧構造部
３−１…        耐圧構造部の直線部
３−２…        耐圧構造部の角部、コーナー部
４、４−１…    p型ガードリング、他導電型ガードリング
５、…          フィールド酸化膜、第一絶縁膜
６、…          層間絶縁膜、第二絶縁膜
７、７−１…          第一フィールドプレート、ポリシリコン膜
８、８−１、８−２、８−３…      第二フィールドプレート、金属膜
９、…          金属電極
１０、…        p型ウエル領域、他導電型領域
Ａ，Ｂ，Ｃ…    コンタクト部。
【図１】
2008193043.tif 000003
【図２】
2008193043.tif 000004
【図３】
2008193043.tif 000005
【図４】
2008193043.tif 000006
【図５−１】
2008193043.tif 000007
【図５−２】
2008193043.tif 000008
【図５−３】
2008193043.tif 000009
【図６】
2008193043.tif 000010
【図７−１】
2008193043.tif 000011
【図７−２】
2008193043.tif 000012
【図７−３】
2008193043.tif 000013
【図７−４】
2008193043.tif 000014
【図８】
2008193043.tif 000015
【図９】
2008193043.tif 000016
【図１０】
2008193043.tif 000017
【図１１】
2008193043.tif 000018
【図１２】
2008193043.tif 000019
【図１３】
2008193043.tif 000020
【図１４】
2008193043.tif 000021