(57)【要約】【課題】シンプルな構造で素子特性の変動を充分に抑制できる半導体素子を提供する。【解決手段】半導体素子は、半導体層２４と、第１絶縁層４８と、第２絶縁層５０を備えている。第１絶縁層４８は、半導体層２４よりも上側に形成され、半導体層２４の界面のダングリングボンドを終端させる終端材料を含む。第２絶縁層５０は、第１絶縁層４８よりも上側に形成され、第１絶縁層４８に含まれる終端材料が第２絶縁層５０よりも上側に拡散することを抑制するとともに、第２絶縁層５０よりも上側に存在する素子特性の変動要因物質が半導体層２４の界面付近に到達することを防止する。【選択図】  図１
2004158603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、第１絶縁層と、第２絶縁層を備え、
第１絶縁層は、半導体層よりも上側に形成され、半導体層の界面付近のダングリングボンドを終端させる終端材料を含み、
第２絶縁層は、第１絶縁層よりも上側に形成され、第１絶縁層に含まれる終端材料が第２絶縁層よりも上側に拡散することを抑制するとともに、第２絶縁層よりも上側に存在する素子特性の変動要因物質が半導体層の界面付近に到達することを防止する半導体素子。
【請求項２】
半導体層と、第１絶縁層と、第２絶縁層を備え、
第１絶縁層は、半導体層よりも上側に形成され、水素（Ｈ）、重水素（Ｄ）、フッ素（Ｆ）の少なくとも１種を含み、
第２絶縁層は、第１絶縁層よりも上側に形成され、第２絶縁層は、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＷＮ、ＡｌｘＯｙ、ＴｉＯｘ、ＭｇＯｘ、ＺｒＯｘ、Ｔａ５Ｏ３、ＣｅＯ２、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＲｅＯｘ、ＡｌｘＳｉｙＯｚ、ＭｇＴｉＯｘ、ＳｒＲｕＯ３の少なくとも１種によって形成されている半導体素子。
【請求項３】
第１絶縁層は、重水素（Ｄ）、フッ素（Ｆ）の少なくとも１種を含む請求項１又は２に記載の半導体素子。
【請求項４】
第２絶縁層よりも上側に形成された絶縁性の保護層をさらに備えた請求項１〜３のいずれかに記載の半導体素子。
【請求項５】
半導体層と第１絶縁層の間に形成された酸化絶縁層をさらに備えた請求項１〜４のいずれかに記載の半導体素子。
【請求項６】
半導体層は、ガードリング領域を含む素子周辺部を有し、
素子周辺部の上側に、第１絶縁層と第２絶縁層が形成されている請求項１〜５のいずれかに記載の半導体素子。
【請求項７】
半導体層上に順に形成されたゲート絶縁膜とゲート電極をさらに備え、ゲート絶縁膜を介してゲート電極に対向する半導体層の表面部にチャネルが形成される構造であり、
チャネルが形成される半導体層の表面部の上側に、第１絶縁層と第２絶縁層が形成されている請求項１〜６のいずれかに記載の半導体素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体素子の製造方法であり、
半導体層よりも上側に第１絶縁層と第２絶縁層を形成した後に、熱処理を行う工程を有する半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（従来技術１）  特許文献１には、ＭＩＳ（ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造を有するＭＩＳ型素子と、ＭＩＳ型素子よりも上層側に形成され、ＭＩＳ型素子のゲート絶縁膜に水素を供給するための水素含有膜と、水素含有膜よりも上層側に形成され、水素含有膜に含まれる水素の外方拡散を抑制する拡散防止膜を備えた半導体素子が示されている。
水素含有膜からゲート絶縁膜に水素が供給されると、その水素によってゲート絶縁膜と半導体層の界面のダングリングボンドが終端され、界面準位を低減できる。そこで、特許文献１の技術では、水素含有膜に含まれる水素の外方拡散を抑制する拡散防止膜を設けることで、ＭＩＳ型素子のゲート絶縁膜に水素が効率的に供給されるようにしている。これにより、ゲート絶縁膜と半導体層の界面のダングリングボンドを水素によって効率的に終端させることができ、界面準位を低減できる。この結果、素子特性の変動を抑制できる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１６２４９号公報
【０００４】
（従来技術２）  また、半導体素子の外部からの可動イオン（例えばＮａ＋イオン）等が半導体層の界面に到達した結果、半導体層の表面部に電荷が誘起され、素子特性が変動するという問題がある。この問題に対処するため、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によるシリコン窒化層（Ｐ−ＳｉＮ層）を半導体層よりも上側に形成することで、可動イオン等が半導体層の界面に到達することを防止する構造がある。
【０００５】
（従来技術３）  さらに、上記したＰ−ＳｉＮ層中の水素等、半導体素子自身を構成する層中の可動イオン（例えば水素イオン）等が半導体層の界面に到達した結果、素子特性が変動するという問題がある。この問題に対処するため、ＢＰＳＧやＰＳＧ等の可動イオン等をゲッタリングできる層を、半導体層とＰ−ＳｉＮ膜等の間に設けることで、可動イオン等が半導体層の界面に到達することを防止する構造がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術１の構造は、半導体層の界面のダングリングボンドを効率的に終端させて界面準位を低減させる機能を有する構造である。この構造を採用することで、素子特性の変動を抑制しようとするものである。
従来技術２，３の構造は、可動イオン等が半導体層の界面に到達することを防止する機能を有する構造である。この構造を採用することで、素子特性の変動を抑制しようとするものである。
これらの機能（半導体層の界面のダングリングボンドを効率的に終端させて界面準位を低減させる機能、可動イオン等が半導体層の界面に到達することを防止する機能を持つ構造）を共に有する半導体素子によれば、これらの機能の１つのみを有する半導体素子に比べて、素子特性の変動をより充分に抑制できる。さらには、これらの機能を従来技術１の構造と従来技術２，３の構造を別個に採用して実現するよりもシンプル化した構造で実現できれば、半導体素子をシンプル化でき、低コスト化、素子の信頼性向上等のメリットが得られる。
【０００７】
本発明は、シンプルな構造で素子特性の変動を充分に抑制できる半導体素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用と効果】
本発明を具現化した半導体素子は、半導体層と、第１絶縁層と、第２絶縁層を備えている。第１絶縁層は、半導体層よりも上側に形成され、半導体層の界面付近のダングリングボンドを終端させる終端材料を含む。第２絶縁層は、第１絶縁層よりも上側に形成され、第１絶縁層に含まれる終端材料が第２絶縁層よりも上側に拡散することを抑制するとともに、第２絶縁層よりも上側に存在する素子特性の変動要因物質が半導体層の界面付近に到達することを防止する。
本発明を具現化した他の半導体素子も、半導体層と、第１絶縁層と、第２絶縁層を備えている。第１絶縁層は、半導体層よりも上側に形成され、水素（Ｈ）、重水素（Ｄ）、フッ素（Ｆ）の少なくとも１種を含む。第２絶縁層は、第１絶縁層よりも上側に形成され、第２絶縁層は、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＷＮ、ＡｌｘＯｙ、ＴｉＯｘ、ＭｇＯｘ、ＺｒＯｘ、Ｔａ５Ｏ３、ＣｅＯ２、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＲｅＯｘ、ＡｌｘＳｉｙＯｚ、ＭｇＴｉＯｘ、ＳｒＲｕＯ３の少なくとも１種によって形成されている。
ここで、半導体層と第１絶縁層、あるいは第１絶縁層と第２絶縁層は直接的に接していなくてもよく、半導体層と第１絶縁層、あるいは第１絶縁層と第２絶縁層の間には他の層が介在していてもよい。「素子特性の変動要因物質」としては、可動イオン、水分、水素、不純物等が挙げられる。
【０００９】
これらの半導体素子は、第１絶縁層に含まれる終端材料が第２絶縁層よりも上側に拡散することを抑制する機能と、素子特性の変動要因物質が半導体層の界面付近に到達すること防止する機能を１つの層（第２絶縁層）に持たせたことを特徴の１つとする。このように、上記した２つの機能を１つの層（第２絶縁層）に持たせることで、上記した２つの機能を別々の層に持たせる構造よりもシンプルな構造でありながら、素子特性の変動を充分に抑制できる。
【００１０】
第１絶縁層は、重水素（Ｄ）、フッ素（Ｆ）の少なくとも１種を含むことが好ましい。第２絶縁層よりも上側に形成された絶縁性の保護層をさらに備えることが好ましい。半導体層と第１絶縁層の間に形成された酸化絶縁層をさらに備えることが好ましい。半導体層は、ガードリング領域を含む素子周辺部を有し、素子周辺部の上側に、第１絶縁層と第２絶縁層が形成されていることが好ましい。半導体層上に順に形成されたゲート絶縁膜とゲート電極をさらに備え、ゲート絶縁膜を介してゲート電極に対向する半導体層の表面部にチャネルが形成される構造であり、チャネルが形成される半導体層の表面部の上側に、第１絶縁層と第２絶縁層が形成されていることが好ましい。
本発明を具現化した半導体素子の製造方法は、上記した半導体素子の製造方法であり、半導体層よりも上側に第１絶縁層と第２絶縁層を形成した後に、熱処理を行う工程を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）  図１は、本発明の第１実施形態である絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下「ＩＧＢＴ」という）の概略断面図を示す。この概略断面図には、ＩＧＢＴとしての動作が行われる素子動作部Ａと、その外側に形成された素子周辺部（素子外側部あるいは耐圧保持部ともいえる）Ｂが示されている。また、図２は、図１の一点鎖線Ｃで囲んだ部分の拡大断面図を示す。
図１に示すように、このＩＧＢＴの半導体層（本実施形態ではシリコン層）２４は、ｐ＋型コレクタ領域２６と、これに接するｎ＋型バッファ領域２８と、これに接するｎ−型ドリフト領域３０と、これに接するｐ型ボディ領域３８と、これに接するｎ＋型エミッタ領域４０を備えている。さらに、半導体層２４は、素子周辺部Ｂに、ｐ＋型ガードリング領域４２，４４と、ｐ＋型チャネルストッパ領域３２を備えている。ｐ型ガードリング領域４４は、図１に示すような２本だけでなく、実際には図２に示すように多数本形成されている。なお、これらのガードリング領域４２，４４は、フィールド・リミッティング・リング（ＦＬＲ）領域と呼んでもよい。図１に示すこれらの領域４２，４４，３２は共に、ｎ−型ドリフト領域３０に接している（ｎ−型ドリフト領域３０で覆われている）。
【００１２】
半導体層２４には、表面から所定深さ（本実施形態ではｎ−型ドリフト領域３０の上部）に達する複数本のトレンチ３３が形成されている。これらのトレンチ３３には、ゲート絶縁膜３４を介してゲート電極３６が埋込まれている。ゲート電極３６は、ｎ−型ドリフト領域３０とｎ＋型エミッタ領域４０の間に位置するｐ型ボディ領域３８の領域３８ａに隣合っている。ＩＧＢＴのオン時には、ゲート電極３６に隣合ったｐ型ボディ領域３８の領域３８ａにｎ型チャネルが形成される。このように本実施形態のＩＧＢＴは、いわゆるトレンチゲート型のＩＧＢＴである。半導体層２４は、全体が１つの半導体基板によって構成されていてもよいし、半導体基板とその上に積層された１つ以上のエピタキシャル層によって構成されていてもよいし、その他の構成であってもよい。
【００１３】
半導体層２４上には、層構造部４５と、電極層（配線層ともいえる）５４，５８，６０が形成されている。層構造部４５は、基本的には半導体層２４の表面全体にわたって形成されているが、部分的に複数のコンタクトホールが形成されている。このコンタクトホール内には、電極層５４，５８，６０の一部が入り込んでいる。電極層５４は、チャネルストッパ領域３２に接続されている。電極層５８は、ｐ＋型ガードリング領域４４に接続されている。電極層（エミッタ電極）６０は、ｎ＋型エミッタ領域４０とｐ型ボディ領域３８に接続されている。層構造部４５と電極層５４，５８，６０上には、保護層５６が形成されている。半導体層２４の裏面には、コレクタ電極２２が形成されている。なお、電極層５４，５８，６０は多層構造であってもよい。
【００１４】
層構造部４５は、下側絶縁層４６、第１絶縁層４８、第２絶縁層５０、上側絶縁層５２が順に積層された積層構造となっている。
下側絶縁層４６は、絶縁性材料で形成されていればよい。好ましくは、下側絶縁層４６は、熱酸化法でシリコン層２４を酸化して形成したシリコン酸化膜、ＣＶＤ法で形成したシリコン酸化膜、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＳＯＧ等の酸化膜を主な構成材料とする酸化絶縁層であることがよい。また、これらの材料の組合せたものであってもよい。
【００１５】
酸化絶縁層は一般に、絶縁性が良好で、素子特性の変動要因物質（特に水素）が含まれる割合が少ない。よって、半導体層２４と第１絶縁層４８の間に形成すた下側絶縁層４６を酸化絶縁層で構成すると、素子の絶縁性を良好に保持できる。その一方、半導体層２４と第１絶縁層４８の間に酸化絶縁層４６を形成しても、素子特性の変動要因物質（特に水素）が半導体層２４の界面付近に到達する割合は少ないため、素子特性の変動はほとんど生じない。本実施形態では、下側絶縁層４６は熱酸化法によるシリコン酸化膜で形成されている。この場合、下側絶縁層４６はフィールド酸化膜と呼んでもよい。
上側絶縁層５２も同様に、絶縁性材料で形成されていればよい。上側絶縁層５２は、下側絶縁層４６と同様に酸化絶縁層であってもよいし、窒化膜を主な構成材料とする窒化絶縁層であってもよいし、ＴＥＯＳ等の絶縁性材料であってもよい。本実施形態では、上側絶縁層５２は、ＣＶＤ法によるシリコン酸化膜で形成されている。上側絶縁層５２は、第２絶縁層５０よりも上側に形成された絶縁性の保護層ともいえる。
【００１６】
第１絶縁層４８は、半導体層２４の界面付近のダングリングボンドを終端させる終端材料を含んでいる。よって、第１絶縁層４８は終端材料含有層ともいえる。この終端材料は、水素（Ｈ２）、重水素（Ｄ）、フッ素（Ｆ）の少なくとも１種であることが好ましい。この中でも、重水素とフッ素の少なくとも１種であることが特に好ましい。
第１絶縁層４８は、これらの終端材料を含むＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法）で形成した窒化膜によって形成されていることが好ましい。ＣＶＤ法で形成した窒化膜には、上記した終端材料を多く含有させ易い。
【００１７】
第１絶縁層４８の材料として好適な、ＣＶＤ法による重水素（Ｄ）又はフッ素（Ｆ）を含むシリコン窒化膜の製造方法としては、例えば以下のものが挙げられる。
（１）４フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）とアンモニア（ＮＨ３又はＮＤ３）を含むガス雰囲気中において、プラズマＣＶＤ法によって成膜する。
（２）モノシラン（ＳｉＤ４）とアンモニア（ＮＨ３又はＮＤ３）を含むガス雰囲気中において、プラズマＣＶＤ法によって成膜する。
（３）ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２又はＳｉＤ２Ｃｌ２）とアンモニア（ＮＨ３又はＮＤ３）を含むガス雰囲気中において、減圧ＣＶＤ法によって成膜する。
（４）モノシラン（ＳｉＤ４）とプラズマ励起窒素（Ｎ＊）を含むガス雰囲気中において、プラズマ励起反応を利用したＣＶＤ法によって成膜する。
その他、上記以外の化学反応であっても、通常のＣＶＤ法による化学反応で水素（Ｈ）を重水素（Ｄ）で置換えた反応であればよい。
【００１８】
第２絶縁層５０は、第１絶縁層４８に含まれる終端材料が第２絶縁層５０よりも上側に拡散することを抑制する機能を有する。第２絶縁層５０はまた、第２絶縁層５０よりも上側に存在する素子特性の変動要因物質が半導体層２４の界面付近に到達することを防止する機能を有する。よって、第２絶縁層５０は、バリア層ともいえる。
第２絶縁層５０は、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＷＮ、ＡｌｘＯｙ（Ａｌ２Ｏ３等）、ＴｉＯｘ（ＴｉＯ２等）、ＭｇＯｘ、ＺｒＯｘ（ＺｒＯ２等）、Ｔａ５Ｏ３、ＣｅＯ２、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＲｅＯｘ、ＡｌｘＳｉｙＯｚ、ＭｇＴｉＯｘ、ＳｒＲｕＯ３の少なくとも１種によって形成されていることが好ましい。第２絶縁層５０がこれらの材料によって形成されていると、上記した２つの機能を効果的に発揮できる。
【００１９】
第２絶縁層５０は、上記材料の中でも、減圧ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜（ＬＰ−ＳｉＮ）で形成されていることがより好ましい。ＬＰ−ＳｉＮは、一般に７００〜８００℃の高温で成膜されるため、膜質が緻密であり、水素含有量が非常に少ない。また、耐水性にも優れている。
また、第２絶縁層５０は、上記材料の中でも、高抵抗あるいはコストの観点から、ＭｇＯｘ、ＡｌｘＯｙ、ＺｒＯｘ、ＳｉＮの少なくとも１種によって形成されていることがより好ましい。
【００２０】
保護層５６の材料としては、各種の酸化膜、窒化膜等の絶縁性材料を用いることができる。これらの材料を積層したものであってもよい。積層構造にする場合は、金属や金属酸化膜等を間に挿入したり、最上部に形成してもよい。
例えば保護層５６は、ポリイミドやプラズマＣＶＤ法によるシリコン酸化膜（Ｐ−ＳｉＯ２）によって形成することができる。
ポリイミドやＰ−ＳｉＯ２は柔らかいため、保護層５６に加わる応力を効果的に緩和できるという利点を有する。このため、保護層、他の絶縁層、電極層、半導体層の熱膨張率の差等に起因して生じる応力を効果的に緩和できる。このメリットは、高温時と低温時で温度差が大きい高耐圧のパワーデバイスでは特に有用である。その一方、ポリイミドやＰ−ＳｉＯ２は耐水性に劣る。
また、保護層５６は、プラズマＣＶＤ法で形成したシリコン窒化膜（Ｐ−ＳｉＮ）によって形成してもよい。Ｐ−ＳｉＮは、耐水性に優れているという利点を有する。その一方、Ｐ−ＳｉＮは低温で形成されるため、結合エネルギーの小さなＳｉ−Ｈが多量に存在し、多量（約２０〜２５原子％程度）の水素を含む。その水素が半導体層２４の界面に到達すると界面準位を生成し、素子特性の変動を引き起こすおそれがある。
【００２１】
図３は、層構造部４５と半導体層２４の一部を抜き出して示した断面図である。半導体層２４よりも上側に第１絶縁層４８と第２絶縁層５０を形成した後に熱処理を行うと、第１絶縁層４６に含まれる終端材料（水素、重水素、フッ素等）は拡散して、図３の矢印Ｋ１に模式的に示すように、半導体層２４と下側絶縁層４６の界面付近に供給される。そして、半導体層２４と下側絶縁層４６の界面付近のダングリングボンドを終端する。
特に、第１絶縁層４６から終端材料として重水素が供給される場合、重水素は軽水素の２倍の質量を持つため、電子が衝突した際の結合種の振動が遅くなり、ホットキャリアによる解離が起こりにくい。
また特に、第１絶縁層４６から終端材料としてフッ素が供給され、Ｓｉ−Ｆ結合によってダングリングボンドを終端させたときは、Ｓｉ−Ｈ結合のエネルギーが３．３ｅＶであるのに対して、Ｓｉ−Ｆ結合のエネルギーは５．８ｅＶと高いため、ホットキャリアによる解離が起こりにくい。
このように、第１絶縁層４６から重水素又はフッ素が供給される場合は、通常の水素（軽水素）が供給される場合に比べて、結合を強固にできるため、ストレス電圧が印加された状態でも、界面準位が生成されにくい。このため、素子特性の変動をより充分に抑制できる。
【００２２】
従来の半導体素子では、電極のコンタクト性の向上と、半導体層の界面のダングリングボンドを軽水素で終端させるために、軽水素と窒素を含む雰囲気中で熱処理（シンター処理）を行っている。しかし、本実施形態の半導体素子の場合は、先に述べた第１絶縁層４８と第２絶縁層５０を形成した後の熱処理を行えば、上記シンター処理の目的を達成できるため、上記シンター処理の工程は行わなくてもよい。よって、本実施形態の構造を採用したからといって、熱処理工程の負担が増加することにはならない。仮に電極のコンタクト性を向上させるためにシンター処理を行うにしても、雰囲気中に軽水素を含ませる必要がない。
【００２３】
第２絶縁層５０は、図３の矢印Ｋ２に模式的に示すように、第１絶縁層４８に含まれる終端材料が第２絶縁層５０よりも上側に拡散することを抑制する機能を有する。本実施形態のＩＧＢＴはこのような第２絶縁層５０が形成されているので、熱処理を行った場合に、半導体層２４の界面付近に第１絶縁層４８の終端材料を効率的に供給できる。よって、半導体層２４の界面付近のダングリングボンドを効率的に終端させることができる。このため、界面準位を効果的に低減できる。この結果、素子特性の変動を抑制できる。
また、第２絶縁層５０は、図３の矢印Ｋ３に模式的に示すように、第２絶縁層５０よりも上側に存在する素子特性の変動要因物質が半導体層２４の界面付近（例えば絶縁層４６）に到達することを防止する機能を有する。よって、素子特性の変動要因物質が半導体層２４の界面付近（この例では絶縁層４６の下部）に到達することで半導体層２４の表面部に電荷が誘起されることを抑制できる。このため、素子特性が変動することを抑制できる。ここで、「第２絶縁層５０よりも上側に存在する素子特性の変動要因物質」としては、可動イオン、水分、水素、不純物が挙げられる。より具体的には、半導体素子の外部からの可動イオン、水分、不純物等や、半導体素子自身を構成する保護層５６（図１参照）中の水素等が挙げられる。
【００２４】
このような第２絶縁層５０を備えると、図１に示すような保護層５６中に素子特性の変動要因物質（水素等）が含まれていても、第２絶縁層５０によって、保護層５６中の素子特性の変動要因物質が半導体層２４の界面付近に到達することを防止できる。よって、素子特性の変動を抑制できる。従って、素子特性の変動要因物質が含まれる材料によって保護層５６を形成することも充分に可能となる。このため、保護層５６の材料の選定の自由度を向上できる。
例えば、保護層５６として、水素の含有量の少ないポリイミドを使用せずに、先に述べたように水素の含有量の多いＰ−ＳｉＮを使用しても、第２絶縁層５０によって水素がブロックされるため、素子特性の変動が基本的に生じない。ポリイミドを使用しない場合、ポリイミドが原因で電極５４，５８，６０に付着するカーボン化合物によるコンタミネーション（汚れ）を無くすことができる。この結果、電極５４，５８，６０にワイヤボンディングした場合の引張り強度の信頼性を向上できるという効果が得られる。
また、保護層５６として、耐水性の低いシリコン酸化膜を使用しても、第２絶縁層５０によって水分がブロックされるため、素子特性の変動が基本的に生じない。
【００２５】
本実施形態のように、半導体層２４が、ガードリング領域４４の形成された素子周辺部Ｂを有する場合、素子周辺部Ｂの不純物濃度分布や電界分布等に変動が生じると、その変動が、ガードリング領域４４を含む素子周辺部Ｂで保持される耐圧の変動（低下）に敏感に反映されてしまう。即ち、素子周辺部Ｂの不純物濃度分布や電界分布等の変動量が小さくても、耐圧の変動量（低下量）が大きくなってしまう。
これに対し、本実施形態のように素子周辺部Ｂの上側に第１絶縁層４８と第２絶縁層５０が形成された構造によると、素子周辺部Ｂの界面付近のダングリングボンドを効率的に終端できるとともに、素子周辺部Ｂの界面付近（この例では下側絶縁層４６）に可動イオン等が到達することで、素子周辺部Ｂの表面部に電荷が誘起されることを抑制できる。このため、素子周辺部Ｂの不純物濃度分布や電界分布等の変動を充分に抑制できる。従って、耐圧の変動（低下）を充分に抑制できるという非常に有用な効果が得られる。
この結果、素子耐圧の変動を見越した余分な耐圧設計マージンを小さくすることができる。従って、この耐圧設計マージンを小さくした分だけ、耐圧とトレードオフの関係にあるオン抵抗の低減が可能となる。さらに、オン抵抗を低減できる分、素子（チップ）の大きさを縮小することができ、コストを低減できる。
【００２６】
以上のように本実施形態のＩＧＢＴによると、素子特性の変動を充分に抑制できる。例えば素子に長時間通電した場合でも素子特性の変動を抑制できる。このため、素子の信頼性を向上できる。また、素子の寿命を長くすることもできる。
【００２７】
（第２実施形態）  図４は、本発明の第２実施形態であるＩＧＢＴの概略断面図を示す。この概略断面図には、第１実施形態と同様に、素子動作部Ａと、その外側に形成された素子周辺部Ｂが示されている。但し、第１実施形態とは素子動作部Ａと素子周辺部Ｂの位置が逆になっている。以下では、第１実施形態と概ね同様の構成と作用効果については、説明を原則として省略する。
第１実施形態のＩＧＢＴがいわゆるトレンチゲート型であるのに対し、第２実施形態のＩＧＢＴはいわゆるプレーナゲート型である点で相違する。具体的には、第２実施形態のＩＧＢＴでは、半導体層１２４上に薄いゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）１３４と、ゲート電極１３６が順に積層されている。そして、このＩＧＢＴは、ゲート絶縁膜１３４を介してゲート電極１３６に対向する半導体層１２４の表面部（ｐ型ボディ領域１３８の領域１３８ａ）にｎ型チャネルが形成される構造である。ｐ型ボディ領域１３８の領域１３８ａは、ｎ＋型エミッタ領域１４０とｎ−型ドリフト領域１３０に挟まれ、かつ、ゲート絶縁膜１３４に隣合った領域である。
【００２８】
このＩＧＢＴでは、チャネルが形成される半導体層１２４の表面部（ｐ型ボディ領域１３８の領域１３８ａ）の上側に、第１絶縁層１４８と第２絶縁層１５０が形成されている。本実施形態では、第１絶縁層１４８と第２絶縁層１５０は、厚いフィールド酸化膜１４３上の層間絶縁膜１４６，１５２の中間部に形成されている。層間絶縁膜１５２上には、電極１５８，１６０を覆うように、第１保護層１５６が形成されている。第１保護層１５６上には、第２保護層１５７が形成されている。なお、電極１５８はガードリング領域１４４に接続されている。電極（エミッタ電極）１６０はｎ＋型エミッタ領域１４０とｐ型ボディ領域１３８に接続されている。
第１絶縁層１４８と第２絶縁層１５０はそれぞれ、第１実施形態の第１絶縁層４８と第２絶縁層５０と同様の材料によって形成すればよい。第１保護層１５６と第２保護層１５７も、第１実施形態の保護層５６と同様の材料によって形成すればよい。
【００２９】
チャネル１３８ａ付近の不純物濃度分布や電界分布等に変動が生じると、その変動が、ゲートしきい値電圧（素子をオンさせるためにゲート電極１３６に印加する電圧）の変動に敏感に反映されてしまう。即ち、チャネル１３８ａ付近の不純物濃度分布や電界分布等の変動量が小さくても、ゲートしきい値電圧の変動量が大きくなってしまう。
これに対し、本実施形態のようにチャネル１３８ａが形成される半導体層１２４の表面部の上側に第１絶縁層１４８と第２絶縁層１５０が形成された構造によると、チャネル１３８ａ付近の不純物濃度分布や電界分布等の変動を充分に抑制できる。従って、ゲートしきい値電圧の変動を充分に抑制できるという非常に有用な効果が得られる。
【００３０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
（１）上記実施形態では半導体素子としてＩＧＢＴを例に説明したが、本発明は、通常のバイポーラトランジスタ等のバイポーラ型半導体素子や、ＭＯＳＦＥＴ等のＭＯＳ型半導体素子にも適用できるのは勿論である。
（２）例えば第１実施形態では第１絶縁層４８と第２絶縁層５０が接した構造となっているが、第１絶縁層４８と第２絶縁層５０の間に他の層が介在していてもよい。また、例えば第１実施形態では第１絶縁層４８と半導体層２４の間に下側絶縁層４６が介在した構造となっているが、第１絶縁層４８と半導体層２４は直接に接していてもよい。
【００３１】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の概略断面図を示す。
【図２】図１の一点鎖線Ｃで囲んだ部分の拡大断面図を示す。
【図３】層構造部と半導体層の一部を抜き出して示した断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態である絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の概略断面図を示す。
【符号の説明】
２４：半導体層
４２，４４：ガードリング領域
４５：層構造部
４６：下側絶縁層
４８：第１絶縁層
５０：第２絶縁層
５２：上側絶縁層
５４，５８，６０：電極層
５６：保護層
【図１】
2004158603.tif 000003
【図２】
2004158603.tif 000004
【図３】
2004158603.tif 000005
【図４】
2004158603.tif 000006