(57)【要約】【課題】  フィールドプレートを備えた半導体装置の特性ばらつきを抑制する。【解決手段】半導体装置のフィールドプレートは、半導体基板の表面に形成された第１絶縁膜と、第１絶縁膜の表面に形成されており、半導体基板の平面方向の内側から外側に向かって離間して配置された複数の第１電極と、複数の第１電極の側面および表面を被覆し、複数の第１電極の間に溝状部分を有する第２絶縁膜と、第２絶縁膜の溝状部分の内壁面に接する第２電極と、を備えている。第１電極の電極幅は、半導体基板の深さ方向に変化しており、第１電極の一部は、隣接する第２電極の少なくとも一部と第２絶縁膜を介して重なっている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が形成されたセル領域と、セル領域の周囲に設けられた非セル領域とを有する半導体基板と、
非セル領域の表面にフローティング状態で形成されたフィールドプレートとを備えた半導体装置であって、
フィールドプレートは、
半導体基板の表面に形成された第１絶縁膜と、
第１絶縁膜の表面に形成されており、半導体基板の平面方向の内側から外側に向かって離間して配置された複数の第１電極と、
複数の第１電極の側面および表面を被覆し、複数の第１電極の間に溝状部分を有する第２絶縁膜と、
第２絶縁膜の溝状部分の内壁面に接する第２電極と、を備えており、
第１電極の電極幅は、半導体基板の深さ方向に変化しており、第１電極の一部は、隣接する第２電極の少なくとも一部と第２絶縁膜を介して重なっている、半導体装置。
【請求項２】
第１電極の電極幅は、第１絶縁膜側が最も広く、半導体基板から遠ざかるほど狭くなっている、請求項１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、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の耐圧を向上させるために、半導体基板の周縁の非セル領域の表面に、フィールドプレードが形成されることがある。特許文献１または特許文献２のように、フィールドプレートは、フローティング状態の複数の互いに絶縁された電極を備えている。複数の電極は、半導体基板の厚さ方向に絶縁膜を介して積層されており、半導体基板を平面視したときに、互いにその一部が絶縁膜を介して重なるように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３４１０１８号公報
【特許文献２】特開２００５−２０９９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フィールドプレートを構成する複数の電極が重なるように配置するために、従来、パターニングマスクを用いて、エッチング法やリフトオフ法によって複数の電極を形成していた。このため、複数の電極の位置がずれる場合があり、特に量産時には、複数の電極の重なり面積がばらついて、半導体装置の特性にばらつきが生じることがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置は、半導体素子が形成されたセル領域と、セル領域の周囲に設けられた非セル領域とを有する半導体基板と、非セル領域の表面にフローティング状態で形成されたフィールドプレートとを備えている。フィールドプレートは、半導体基板の表面に形成された第１絶縁膜と、第１絶縁膜の表面に形成されており、半導体基板の平面方向の内側から外側に向かって離間して配置された複数の第１電極と、複数の第１電極の側面および表面を被覆し、複数の第１電極の間に溝状部分を有する第２絶縁膜と、第２絶縁膜の溝状部分の内壁面に接する第２電極と、を備えている。第１電極の電極幅は、半導体基板の深さ方向に変化しており、第１電極の一部は、隣接する第２電極の少なくとも一部と第２絶縁膜を介して重なっている。
【０００６】
上記の半導体装置によれば、複数の第１電極の間の第２絶縁膜の溝状部分の内壁面に接するように第２電極が形成されるため、パターンマスク等を用いることなく、第２電極を第１電極の間に配置することができる。さらに、第１電極の電極幅は、半導体基板の深さ方向に変化している。このため、第２電極を第２絶縁膜の溝状部分の内壁面に接して形成することによって、第１電極の一部が、隣接する第２電極の少なくとも一部と第２絶縁膜を介して重なっている状態に配置することができる。パターンマスクを用いることなく、第１電極と第２電極が重なるように配置することができるため、半導体装置の特性にばらつきが生じにくくなる。
【０００７】
第１電極の電極幅は、第１絶縁膜側が最も広く、半導体基板から遠ざかるほど狭くなっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の半導体装置の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】実施例１の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図４】実施例１の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図５】実施例１の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図６】実施例１の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図７】変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図８】変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図９】変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図１０】変形例に係る半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書が開示する半導体装置は、半導体素子が形成されたセル領域と、セル領域の周囲に設けられた非セル領域とを有する半導体基板と、非セル領域の表面にフローティング状態で形成されたフィールドプレートとを備えている。半導体基板に形成されている半導体素子については、特に限定されないが、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオード等を挙げることができ、これらの半導体素子は、縦型であってもよく、横型であってもよい。さらに、半導体基板およびフィールドプレートの表面に、保護膜（例えば、ポリイミド膜、シリコン窒化物膜等）を備えていてもよい。
【００１０】
フィールドプレートは、半導体基板の表面に形成された第１絶縁膜と、第１絶縁膜の表面に形成されており、半導体基板の平面方向の内側から外側に向かって離間して配置された複数の第１電極と、複数の第１電極の側面および表面を被覆し、複数の第１電極の間に溝状部分を有する第２絶縁膜と、第２絶縁膜の溝状部分の内壁面に接する第２電極とを備えている。第１電極および第２電極の材料としては、従来公知の電極材料を用いることができる。限定されないが、具体例を挙げると、アルミニウム、銅等の金属材料および不純物を注入したポリシリコン等の半導体材料等の導電性を有する材料を用いることができる。
【００１１】
複数の第１電極は、半導体基板の平面方向の内側から外側に向かって離間して配置されており、その側面および表面に沿って第２絶縁膜が形成されているため、第２絶縁膜は、複数の第１電極の間において、溝状になる。この第２絶縁膜の溝状部分の内壁面に沿って、第２電極が形成されている。
【００１２】
第１電極の電極幅は、半導体基板の深さ方向に変化している。例えば、第１電極の電極幅が最も広い部分は、第１絶縁膜に接する部分であってもよく、さらには、半導体基板から遠ざかるほど、第１電極の幅が狭くなっていてもよい。この場合、隣接する第１電極の間隔は、半導体基板に近い側から遠い側に向かって徐々に広くなるため、隣接する第１電極の間に第２絶縁膜および第２電極を隙間なく形成することが容易となる。逆に、第１電極の電極幅が最も広い部分は、第１絶縁膜から最も遠い部分であってもよく、さらに、半導体基板に近づくほど、第１電極の幅が狭くなっていてもよい。第１電極の側面の形状は、特に限定されず、例えば、階段状、傾斜面状、曲面状およびこれらを組み合わせた形状であってよい。
【００１３】
第１電極の側面の形状に沿って、第２絶縁膜の溝の内壁面の形状も、例えば、階段状、傾斜面状、曲面状およびこれらを組み合わせた形状等になる。この内壁面に沿って第２電極が形成されているため、第２電極の側面の形状も同様に、例えば、階段状、傾斜面状、曲面状等およびこれらを組み合わせた形状になる。第１電極の電極幅が広い部分は、電極幅が狭い部分よりも、第２電極に向かって半導体基板の平面方向に伸びているため、半導体装置を平面視したとき、第１電極の一部が、第２電極の少なくとも一部と第２絶縁膜を介して重なっている状態に配置することができる。
【００１４】
本明細書が開示する半導体装置では、第２電極を形成するに際して、パターンマスクによる位置合わせが不要である。第２電極の位置は、第１電極の位置および第２絶縁膜の厚さによって決まるため、パターンマスクを用いることなく、第１電極と第２電極との位置合わせを容易に行うことが可能である。第２電極を形成するに際して、パターンマスクを形成し、エッチングやリフトオフを行う工程を省略することができるため、半導体装置の製造工程を簡略化することができる。
【実施例１】
【００１５】
（半導体装置）
図１，２に示すように、半導体装置１０は、半導体基板１００と、フィールドプレート１１とを備えている。半導体基板１００は、セル領域１ａ，１ｂと、非セル領域２とを備えている。フィールドプレート１１は、非セル領域２の表面に、半導体基板１００の周縁に沿ってセル領域１ａ，１ｂの周りを取り囲むように形成されている。半導体装置１０は、さらに、ゲート配線（図示していない）、表面電極１３４、裏面電極１３５、ゲートパッド３、電流検知領域用の電極パッド４，５、温度検知領域８，温度検知用の電極パッド６，７および保護膜１４１を備えている。なお、図１では、保護膜１４１の図示を省略している。半導体基板１００は、シリコン基板である。
【００１６】
図２に示すように、セル領域１ｂには、半導体基板１００の裏面に露出するｐ＋型のコレクタ層１０５と、コレクタ層１０５の表面に形成されたｎ型のドリフト層１０１と、ドリフト層１０１の表面に形成されたｐ型のボディ層１０６と、ボディ層１０６の表面に形成されており、半導体基板１００の表面に露出するｎ＋型のエミッタ層１０７およびｐ＋型のボディコンタクト層１０８が形成されている。セル領域１ｂには、半導体基板１００の表面側から、ボディ層１０６およびエミッタ層１０７を貫通し、ドリフト層１０１に達するトレンチゲート１３６が形成されている。非セル領域２には、半導体基板１００の裏面に露出するｐ＋型のコレクタ層１０５と、コレクタ層１０５の表面に形成されたｎ型のドリフト層１０１と、ドリフト層１０１の表面に形成されたｐ＋型の第１周辺層１０２、ｐ型の第２周辺層１０３およびｎ＋型の第３周辺層１０４が形成されている。第１周辺層１０２は、第２周辺層１０３とボディ層１０６との間に形成されており、第２周辺層１０３およびボディ層１０６よりも半導体基板１００の深い位置まで伸びている。第２周辺層１０３とボディ層１０６は、ほぼ同じ深さである。第３周辺層１０４は、第２周辺層１０３およびボディ層１０６よりも浅い。
【００１７】
セル領域１ｂおよび非セル領域２の裏面に接して、裏面電極１３５が形成されている。セル領域１ｂの表面には、表面電極１３４が形成されている。非セル領域２の表面には、フィールドプレート１１が形成されている。
【００１８】
フィールドプレート１１は、第１絶縁膜１２１と、第２絶縁膜１２２と、複数の第１電極１３１と、複数の第２電極１３２とを備えている。第１絶縁膜１２１は、半導体基板１００の表面に接するように形成されている。第１電極１３１および第２電極１３２の材料はアルミニウムである。
【００１９】
図２に示すように、複数の第１電極１３１は、第１絶縁膜１２１の表面に接するように形成されており、半導体基板１００の平面方向（図１，２に示すＸＹ平面方向）にそれぞれ互いに離間して配置されている。第１電極１３１の断面形状は台形状であり、半導体基板１００に近い下底の長さが、半導体基板１００から遠い上底の長さよりも長くなっている。第１電極１３１の電極幅が最も広い第１部分１３１ａは、図２に示す台形の下底側の面であり、第１絶縁膜１２１に接している。第１電極１３１は、第２部分１３１ｂにおいて最も電極幅が狭くなっており、第２部分１３１ｂは、図２に示す台形の上底側の面である。第１部分１３１ａおよび第２部分１３１ｂは、半導体基板１００の平面方向に平行な面であり、第１部分から第２部分に向かって（すなわち、図２に示すＺ軸の負方向から正方向に向かって）、電極幅は一定の割合で減少している。このため、第１電極１３１の側面は、傾斜面状となっている。
【００２０】
第２絶縁膜１２２は、複数の第１電極１３１の側面および表面に沿って、ほぼ一定の厚さで第１電極１３１を被覆するように形成されている。図２において、複数の第１電極１２２は互いに離間しているため、第１電極１２２に覆われていない部分の第１絶縁膜１２１の表面にも第２絶縁膜１２２が形成されている。図２に示すように、第１電極１３１の厚さｄ１と、第２絶縁膜１２２の厚さｄ２との関係は、ｄ１＞ｄ２となっている。このため、隣接する第１電極１３１の間は、第２絶縁膜１２２によって埋められることなく、第２絶縁膜１２２は、複数の第１電極１３１の間において溝状部分１２２ａを有する。第２絶縁膜１２２の溝状部分１２２ａの断面は略Ｖ字形状であり、半導体基板１００に遠い側ほど幅（図２においては、Ｘ方向の幅）が広い。
【００２１】
図２に示すように、第２電極１３２は、複数の第１電極１３１の間の溝状部分１２２ａの内壁面に接するように、ほぼ一定の厚さに形成されている。第２電極１３２は、略Ｖ字形状であり、その電極幅は、第１電極１３１の電極幅とは逆に、半導体基板に最も近い側において最も狭く、半導体基板に最も遠い側において最も広い。第１電極１３１と第２電極１３２は、第２絶縁膜１２２の厚さに応じた一定の距離をもって離間されており、第１電極１３１の電極幅が広い部分は隣接する第２電極１３２に向かって伸び、第２電極１３２の電極幅が広い部分は隣接する第１電極１３１に向かって伸びている。このため、図２に示すように、半導体装置１０を平面視したとき、第１電極１３１の一部が、第２電極１３２の一部と第２絶縁膜１２２を介して重なる。より具体的に説明すると、例えば、参照番号１５０に示す領域に含まれる第１電極１３１と第２電極１３２は第２絶縁膜１２２を介して重なっている。第１電極１３１と第２電極１３２の重なり面積は、第１電極１３１の第１部分１３１ａの電極幅と第２部分１３１ｂの電極幅との差が大きく、第２絶縁膜１２２の厚さｄ２が薄いほど大きくなる。第１電極１３１の形状、厚さｄ１および第２絶縁膜１２２の厚さｄ２を調整することによって、第１電極１３１と第２電極１３２との重なりの大きさ（例えば、領域１５０の大きさ）を調整することができる。
【００２２】
（半導体装置の製造方法）
半導体装置１０のフィールドプレート１１の製造方法について、説明する。半導体装置１０のセル領域等の構造は、従来公知の半導体装置の製造方法を用いて製造することができるため、説明を省略する。このため、図３〜６においては、フィールドプレートが形成されていないセル領域の図示を省略している。
【００２３】
図３に示すように、ドリフト層１０１として、シリコンを材料とするｎ型の半導体基板を準備する。ｎ型の半導体基板の表面に、イオン注入等によって、第１周辺層１０２、第２周辺層１０３および第３周辺層１０４を形成し、半導体基板９００を作製する。
【００２４】
次に、図４に示すように、半導体基板９００の表面に第１絶縁膜１２１を形成し、第１絶縁膜１２１の表面にさらに複数の第１電極１３１を形成する。第１絶縁膜１２１は、例えば、ＣＶＤ等によって形成することができる。また、第１電極１３１は、アルミニウム層を半導体基板９００の表面に形成した後、第１電極１３１を形成しない部分が開孔したパターンマスクを用いて、アルミニウム層を等方性エッチングすることによって、図５に示すような断面が台形状の複数の電極にすることができる。
【００２５】
次に、図５に示すように、第１絶縁膜１２１の表面と第１電極１３１の表面および側面に、ＣＶＤ等によって第２絶縁膜１２２を形成する。第２絶縁膜１２２の厚さ（図２に示すｄ２）は、第１電極１３１の厚さ（図２に示すｄ１）よりも薄いため、隣接する第１電極１３１の間に溝状部分１２２ａを有する第２絶縁膜１２２が形成される。
【００２６】
次に、図５に示すように、第２絶縁膜１２２の表面にアルミニウム層９３２を形成する。次に、図６に示すように、第２絶縁膜１２２の表面に形成されたアルミニウム層９３２を平坦化加工（例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）や切削）によって除去する。これによって、アルミニウム層９３２のうち、第２絶縁膜１２２の溝状部分１２２ａの内壁面に形成された部分のみを残すことができ、これを複数の第２電極１３２とすることができる。これによって、フィールドプレート１１を形成することができる。
【００２７】
上記のとおり、半導体装置１０では、溝状部分１２２ａを型のように用いて第２電極１３２が形成され、第２電極１３２の位置は、第１電極１３１の位置および形状によって決まる。このため、パターンマスクを用いることなく、第１電極１３１と第２電極１３２との位置合わせを容易に行うことが可能である。また、第２電極１３２を形成するに際して、パターンマスクを形成し、エッチングやリフトオフを行う工程を省略することができる。
【００２８】
（変形例）
フィールドプレートの第１電極、第２電極およびこれらの間に介在する第２絶縁膜の形状の変形例について、図７〜１０を用いて説明する。なお、図７〜１０においては、フィールドプレートが形成されていないセル領域の図示を省略している。例えば、図７に示すように、側面が円弧状の第１電極２３１と、これに沿って形成された円弧状の溝状部分２２２ａを有する第２絶縁膜２２２と、半円弧状の断面を有する第２電極２３２とを備えた半導体装置１２であってもよい。例えば領域２５０に示すように、半導体装置１２を平面視したとき、第１電極２３１の一部は、隣接する第２電極２３２の一部と第２絶縁膜２２２を介して重なっている。
【００２９】
また、例えば、図８に示すように、側面が段差状の第１電極３３１と、これにそって形成された段差状の溝状部分３２２ａを有する第２絶縁膜３２２と、段差状の第２電極２３２とを備えた半導体装置１３であってもよい。例えば領域３５０に示すように、半導体装置１３を平面視したとき、第１電極３３１の一部は、隣接する第２電極３３２の一部と第２絶縁膜３２２を介して重なっている。
【００３０】
また、例えば、図９に示すように、半導体基板１００の深さ方向の幅が略一定の第２電極４３２を備えた半導体装置１４であってもよい。側面が段差状の第１電極４３１は、図８に示す第１電極３３１と同様の形状であるが、例えば、隣接する第１電極４３１の間隔が、第２絶縁膜４２２の厚さの２倍よりも小さい場合等に、図９に示すように、隣接する第１電極４３１の第１絶縁膜１２１に近い側の段差の側面の間が第２絶縁膜４２２によって埋められる場合がある。この場合、第２絶縁膜４２２の隣接する第１電極４３１の間の部分は、半導体基板１００の深さ方向に幅が一定の溝状部分４２２ａになる。その結果、第２電極４３２の幅も、半導体基板１００の深さ方向に幅が一定になる。この場合においても、第１電極４３１は第２電極４３２側に伸びているため、例えば領域４５０に示すように、半導体装置１４を平面視したとき、第１電極４３１の一部は、隣接する第２電極４３２の一部と第２絶縁膜４２２を介して重なる。
【００３１】
また、例えば、図１０に示すように、電極幅が最も広い第１部分５３１ａが半導体基板１００から最も遠い面であり、電極幅が最も狭い第２部分５３１ｂが半導体基板１００に最も近い面であってもよい。半導体装置１５では、第１電極５３１は、半導体基板１００に近い側から遠い側に向かって、ほぼ一定の割合で徐々に電極幅が広くなっており、第１電極５３１の側面は、傾斜面状になっている。第１電極５３１に沿って形成された第２絶縁膜５２２の隣接する第１電極５３１の間隔は、半導体基板１００に近い側から遠い側に向かって、ほぼ一定の割合で徐々に狭くなっている。第２電極５３２の電極幅は、半導体基板１００に近い側から遠い側に向かって、ほぼ一定の割合で徐々に狭くなっている。例えば領域５５０に示すように、半導体装置１５を平面視したとき、第１電極５３１の一部は、隣接する第２電極５３２の一部と第２絶縁膜５２２を介して重なっている。
【００３２】
上記の実施例および変形例に示すように、第１電極の側面の形状は、第１電極の電極幅が半導体基板の深さ方向に変化し得る形状であればよく、特に限定されないが、例えば、階段状、傾斜面状、曲面状およびこれらを組み合わせた形状であってもよい。第２電極は、電極幅が略一定でもよいし、電極幅が半導体基板の深さ方向に変化していてもよい。いずれの場合においても、第１電極と第２電極が第２絶縁膜を介して重なるように設計することができる。
【００３３】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、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。
【００３４】
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。
【符号の説明】
【００３５】
１ａ，１ｂ  セル領域
１ｂ    セル領域
２      非セル領域
３      ゲートパッド
４，５，６，７  電極パッド
８      温度検知領域
１０，１２，１３，１４，１５  半導体装置
１１    フィールドプレート
１００，９００  半導体基板
１０１  ドリフト層
１０２  第１周辺層
１０３  第２周辺層
１０４  第３周辺層
１０５  コレクタ層
１０６  ボディ層
１０７  エミッタ層
１０８  ボディコンタクト層
１２１  第１絶縁膜
１２２，２２２，３２２，４２２，５２２  第２絶縁膜
１２２ａ，２２２ａ，３２２ａ，４２２ａ  溝状部分
１３１，２３１，３３１，４３１，５３１  第１電極
１３１ａ  第１部分
１３１ｂ  第２部分
１３２，２３２，３３２，４３２，５３２  第２電極
１３４  表面電極
１３５  裏面電極
１３６  トレンチゲート
１４１  保護膜
１５０，２５０，３５０，４５０，５５０  領域
【図１】
2013131569.tif 000003
【図２】
2013131569.tif 000004
【図３】
2013131569.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013131569.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013131569.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013131569.tif 000011
【図１０】
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