(57)【要約】【課題】終端領域における耐圧向上を可能にする半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体装置は、素子領域と、前記素子領域を囲む終端領域と、に設けられた第１半導体領域と、前記終端領域における前記第１半導体領域の上に設けられた第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜内に設けられた複数の導電層と、前記第１絶縁膜および前記複数の導電層の上に設けられた第２絶縁膜と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子領域と、前記素子領域外を囲む終端領域と、に設けられた第１半導体領域と、
前記終端領域における前記第１半導体領域の上に設けられた第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜内に設けられた複数の導電層と、
前記第１絶縁膜および前記複数の導電層の上に設けられた第２絶縁膜と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記第１半導体領域の下面と前記複数の導電層のそれぞれの下部との間の距離は、前記第１半導体領域の下面と前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜との接合部との間の距離よりも短い請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２絶縁膜は、ホウ素（Ｂ）およびリン（Ｐ）のいずれかを含む請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１半導体領域の下面からの前記第１絶縁膜の高さと、前記第１半導体領域の前記下面からの前記複数の導電層の高さと、が同じである請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記複数の導電層の少なくとも１つの電位は、浮遊電位である請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記素子領域には、
第１導電形の前記第１半導体領域の上に第２導電形の第２半導体領域が設けられ、
前記第２半導体領域の上に第１導電形の第３半導体領域が設けられ、
前記第１半導体領域、前記第２半導体領域、および前記第３半導体領域には、第３絶縁膜を介して第１電極が接し、
前記複数の導電層の材料は、前記第１電極の材料と同じである請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記複数の導電層の少なくとも１つは、前記第１電極に電気的に接続されている請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第３半導体領域の上に前記第３半導体領域に接続された第２電極が設けられ、
前記複数の導電層の少なくとも１つは、前記第２電極に電気的に接続されている請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記複数の導電層のそれぞれの膜厚が異なっている請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用の半導体装置では、その終端領域の層間絶縁膜にイオンが存在している場合がある。このようなイオンが終端領域に存在すると、終端領域の耐圧が低下する場合がある。この耐圧低下を抑制するために、終端領域では層間絶縁膜と半導体層との間に厚い絶縁膜を設け、さらに絶縁膜上にフィールドプレート電極を設ける技術がある。
【０００３】
しかし、絶縁膜を厚くすることは、フィールドプレート電極と半導体層との距離が離れることを意味する。これにより、フィールドプレート電極の効果が低下し、例えば、外部からのイオン汚染による終端領域の耐圧低下を抑制することが難しくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７３４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、終端領域における耐圧向上を可能にする半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の半導体装置は、素子領域と、前記素子領域を囲む終端領域と、に設けられた第１半導体領域と、前記終端領域における前記第１半導体領域の上に設けられた第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜内に設けられた複数の導電層と、前記第１絶縁膜および前記複数の導電層の上に設けられた第２絶縁膜と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）は、第１実施形態に係る半導体装置の平面レイアウトを表す模式的平面図であり、図１（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｃ）は、第１実施形態に係る導電層の形成過程を表す模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｃ）は、第１実施形態に係る導電層の形成過程を表す模式的断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図である。
【図５】図５は、参考例に係る半導体装置を表す模式的断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、第３実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。また、実施形態では、特に断らない限り、ｎ＋形、ｎ形の順でｎ形（第１導電形）の不純物濃度が低くなることを表す。また、ｐ＋形、ｐ形の順でｐ形（第２導電形）の不純物濃度が低くなることを表す。
【０００９】
（第１実施形態）  
図１（ａ）は、第１実施形態に係る半導体装置の平面レイアウトを表す模式的平面図であり、図１（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図である。
【００１０】
ここで、図１（ｂ）には、図１（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面が表されている。図１（ａ）におけるＢ−Ｂ’線断面については後述する。
【００１１】
半導体装置１においては、図１（ａ）に表す破線で囲まれた領域が活性領域（素子領域）１ａになっている。活性領域１ａには、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のトランジスタ、ダイオード等が配置されている。活性領域１ａでは、トランジスタ等の素子に流れる電流のオンオフ動作がゲートによって制御されている。活性領域１ａの外側には、終端領域１ｔが設けられている。終端領域１ｔは、活性領域１ａを囲んでいる。終端領域１ｔには、活性領域１ａを囲むフィールドストップ電極７２が設けられている。
【００１２】
図１（ｂ）に表すように、半導体装置１は、半導体領域２０（第１半導体領域）を備える。半導体領域２０は、活性領域１ａおよび終端領域１ｔに設けられている。半導体領域２０は、ｎ形の半導体領域２１ｎと、ｎ＋形の半導体領域２２と、を有している。半導体領域２２は、半導体領域２１ｎの下側に設けられている。半導体領域２２の下側には、半導体領域２２に接続されたドレイン電極１０が設けられている。
【００１３】
終端領域１ｔにおいて、半導体領域２０の上には、絶縁膜６０（第１絶縁膜）が設けられている。絶縁膜６０は、終端絶縁膜６０とも称される。絶縁膜６０の厚さは、例えば、１．２〜２．０μｍである。
【００１４】
接合部６８は、絶縁膜６０と、絶縁膜６０の上に設けられた絶縁膜６１（第２絶縁膜）との境界である。接合部６８は、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）等で観察することができる。
【００１５】
また、絶縁膜６０の上には、絶縁膜６０の他に導電層７１が設けられている。絶縁膜６１は、絶縁膜６０の上および導電層７０、７１の上に設けられている。また、絶縁膜６１は、層間絶縁膜６１とも称される。絶縁膜６１は、絶縁膜６１ａと、絶縁膜６１ａの上側に設けられた絶縁膜６１ｂと、を有している。絶縁膜６１ｂは、ホウ素（Ｂ）およびリン（Ｐ）のいずれかを含んでいる。絶縁膜６１の表面は、例えば、平坦になっている。
【００１６】
絶縁膜６０内には、複数の導電層７０のそれぞれが設けられている。例えば、絶縁膜６０には、複数の導電層７０のそれぞれの一部が埋め込まれている。導電層７０は、フィールドプレート電極７０とも称される。例えば、導電層７０の上面７０ｕ以外の部分は、絶縁膜６０に接している。半導体領域２０の下面２０ｄと複数の導電層７０のそれぞれの下部７０ｄとの間の距離は、半導体領域２０の下面２０ｄと絶縁膜６０と絶縁膜６１との接合部６８との間の距離よりも短い。つまり、複数の導電層７０のそれぞれの下部７０ｄは、絶縁膜６０と絶縁膜６１との接合部６８よりも半導体領域２０の側に位置している。
【００１７】
活性領域１ａは、複数の導電層７０のそれぞれによって囲まれている（図１（ａ））。複数の導電層７０のそれぞれは、所定の間隔を隔てて配置されている。導電層７０の厚さは、例えば、０．４〜０．６μｍである。また、複数の導電層７０の数は、図示する数に限られない。
【００１８】
絶縁膜６１の一部は開口され、絶縁膜６１の上には導電層７１に電気的に接続された電極７３が設けられている。電極７３は、バリア膜７３ａと導電層７３ｂとを有している。
【００１９】
また、図１（ｂ）の例では、半導体領域２０の下面２０ｄから絶縁膜６０までの高さと、半導体領域２０の下面２０ｄから複数の導電層７０までの高さと、が同じになっているが、絶縁膜６０と導電層７０とには段差があってもよい。
【００２０】
なお、活性領域１ａにおいては、半導体領域２０の上にｐ形のベース領域３０（第２半導体領域）が設けられている。半導体領域２０とベース領域３０との間には、ｐ形のリサーフ領域３０ｒが設けられている。また、活性領域１ａには、ソース電極１１（第２電極）が設けられている。ソース電極１１は、バリア膜１１ａと導電層１１ｂとを有している。活性領域１ａの詳細については後述する。
【００２１】
複数の導電層７０の少なくとも１つの電位は、浮遊電位になっている。あるいは、複数の導電層７０の少なくとも１つは、ソース電極１１に電気的に接続されている。あるいは、複数の導電層７０の少なくとも１つは、後述するゲート電極に電気的に接続されている。  また、絶縁膜６１の上には、保護膜（ポリイミド膜、窒化シリコン膜等）、封止樹脂材等を設けてもよい（図示しない）。
【００２２】
導電層７０と、導電層７０の上下に設けられた絶縁膜６０、６１の形成過程について説明する。
【００２３】
図２（ａ）〜図３（ｃ）は、第１実施形態に係る導電層の形成過程を表す模式的断面図である。
【００２４】
図２（ａ）に表すように、半導体領域２１ｎの上に、例えば、熱酸化法によってシリコン酸化膜６０ａを形成する。この段階でプラズマＣＶＤを用いず、熱酸化法によって予めシリコン酸化膜６０ａを形成する理由は、例えば、半導体領域２０へのダメージを低減するためである。
【００２５】
次に、図２（ｂ）に表すように、例えば、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって、シリコン酸化膜６０ａの上にシリコン酸化膜６０ｂを形成する。これにより、シリコン酸化膜６０ａとシリコン酸化膜６０ｂとを含む絶縁膜６０が形成される。
【００２６】
次に、図２（ｃ）に表すように、絶縁膜６０の上にマスク層９０をフォトリソグラフィによってパターニングする。マスク層９０は、開口幅Ｗの開口９０ｈを有している。続いて、マスク層９０から露出された絶縁膜６０にＲＩＥ（Reactive Ion Etching）加工を行い、絶縁膜６０に複数のトレンチ６０ｔを形成する。
【００２７】
次に、図３（ａ）に表すように、絶縁膜６０の上およびトレンチ６０ｔ内にＣＶＤ（例えば、減圧ＣＶＤ）によって導電層７０Ｌを形成する。
【００２８】
次に、図３（ｂ）に表すように、導電層７０Ｌをエッチバックして、トレンチ６０ｔ内に導電層７０を形成する。
【００２９】
次に、図３（ｃ）に表すように、絶縁膜６０の上および導電層７０の上にＣＶＤによって絶縁膜６１ａを形成する。絶縁膜６１ａは、シリコン酸化物を含む。続いて、絶縁膜６１ａの上に、ＣＶＤによって絶縁膜６１ｂを形成する。絶縁膜６１ｂは、ＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicon Glass）を含む。
【００３０】
図４は、第１実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図である。  
図４には、図１（ａ）におけるＢ−Ｂ’線断面が表されている。つまり、活性領域１ａにおける半導体装置１の断面が表されている。図４には、一例として、ＭＯＳＦＥＴが例示されている。
【００３１】
図４に表すように、ドレイン電極１０の上に半導体領域２０が設けられている。半導体領域２０の中、半導体領域２１ｎがｎ形のドリフト領域、半導体領域２２がｎ＋形のドレイン領域になっている。また、半導体領域２１ｎ内には、複数の半導体領域２１ｐが設けられている。ここで、複数の半導体領域２１ｐの導電形は、ｐ形である。複数の半導体領域２１ｐのそれぞれは、Ｘ方向に延び、Ｙ方向に周期的に並んでいる。また、半導体領域２１ｐに挟まれた半導体領域２１ｎは、Ｘ方向に延び、Ｙ方向に周期的に並んでいる。すなわち、半導体装置１は、ｎ形の半導体領域２１ｎとｐ形の半導体領域２１ｐとがＹ方向に交互に並ぶスーパージャンクション構造を有している。
【００３２】
半導体領域２０の上および半導体領域２１ｐの上には、ｐ形のベース領域３０が設けられている。ベース領域３０の上には、ｎ＋形のソース領域４０（第３半導体領域）が設けられている。また、ベース領域３０の上には、ｐ＋形の半導体領域３５が設けられている。
【００３３】
半導体領域２０、ベース領域３０、およびソース領域４０には、ゲート絶縁膜５１（第３絶縁膜）を介してゲート電極５０（第１電極）が接している。
【００３４】
活性領域１ａでは、半導体領域２０、ベース領域３０、ソース領域４０、ゲート絶縁膜５１、およびゲート電極５０によってＭＯＳトランジスタが構成されている。
【００３５】
ゲート電極５０は、同じ原料ガスを用いて導電層７０と同時に形成することができる。この場合、ゲート電極５０の材料は、複数の導電層７０の材料と同じになる。
【００３６】
なお、図４には、トレンチゲートが例示されているが、プレーナゲートであってもよい。また、ソース領域４０の上には、ソース領域４０に接続されたソース電極１１が設けられている。
【００３７】
半導体領域２０、ベース領域３０、リサーフ領域３０ｒ、半導体領域３５、ソース領域４０のそれぞれの主成分は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）である。これらの主成分は、シリコン炭化物（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等であってもよい。ｎ＋形、ｎ形の不純物元素としては、例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等が適用される。ｐ＋形、ｐ形の不純物元素としては、例えば、ホウ素（Ｂ）等が適用される。また、半導体装置１において、ｐ形とｎ形の導電形を入れ替えても同様の効果が得られる。
【００３８】
ドレイン電極１０、ソース電極１１、および電極７３の材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等の群から選ばれる少なくとも１つを含む金属である。ゲート電極５０および導電層７０、７１の材料は、例えば、ポリシリコンを含む。
【００３９】
図５は、参考例に係る半導体装置を表す模式的断面図である。  
参考例に係る半導体装置１００においては、複数の導電層７０が絶縁膜６０の上に設けられている。これにより、半導体装置１に比べて、半導体領域２０の下面２０ｄと複数の導電層７０のそれぞれの下部７０ｄとの間の距離が長くなっている。
【００４０】
また、絶縁膜６０の上には、絶縁膜６１が設けられている。絶縁膜６１は、複数の導電層７０のそれぞれを覆っている。これにより、絶縁膜６１の上面６１ｕは、複数の導電層７０のそれぞれの位置で高くなり、隣り合う導電層７０の間で低くなる凹凸形状をしている。
【００４１】
また、絶縁膜６１の上には保護膜（ポリイミド膜、窒化シリコン膜等）、封止樹脂材等を設ける場合もある。
【００４２】
このような絶縁膜、保護膜、封止樹脂には、通常、イオン成分が含まれている。そして、半導体装置１００に高電圧を印加すると、イオン成分は絶縁膜内、保護膜内、封止樹脂内で移動する場合がある。例えば、高温高湿環境下で高電圧印加時に可動イオンが終端領域１ｔの絶縁膜中に移動（以下、終端外部チャージ、と呼称する）すると、終端領域１ｔにおける電界分布が影響を受ける。これは、絶縁膜内、保護膜内、封止樹脂内に含まれるイオン電荷が容量結合によって終端領域１ｔの電界に作用するためである。
【００４３】
例えば、半導体装置のオフ状態では、ドレイン電極１０とソース電極１１との間に高電圧が印加される。この際、空乏層は、終端領域１ｔにまで拡がる。しかし、上述したイオン電荷が移動すると、空乏層の外延が活性領域１ａの側に動いたり、活性領域１ａとは反対の側に動いたりする。すなわち、終端領域１ｔにおける空乏層の外延が終端外部チャージの影響によって変動して、半導体装置の耐圧が不安定になる。
【００４４】
半導体装置１００においては、終端外部チャージによる影響を減らすため、半導体領域２０の上に設けた絶縁膜６０の膜厚を厚くしている。例えば、絶縁膜６０の厚さを、１．２μｍ〜１．６μｍに調整している。さらに、絶縁膜６０の上には導電層７０を設けている。導電層７０を設けることにより、終端外部チャージによる電界が遮蔽されて、半導体領域２０の電位が安定する。これにより、オフ時における空乏層の外延の位置がより安定する。
【００４５】
しかし、半導体装置１００においては、絶縁膜６０の上に導電層７０を設けている。このため、導電層７０が半導体装置１に比べて半導体領域２０から離れる。これにより、半導体装置１００では、半導体装置１に比べて導電層７０の効果が低減している。
【００４６】
これに対して、半導体装置１では、半導体装置１００と同程度の厚さの絶縁膜６０を半導体領域２０の上に設けている。さらに、複数の導電層７０のそれぞれの一部は、絶縁膜６０に埋め込まれている。すなわち、導電層７０は半導体装置１００に比べて半導体領域２０側により近づいている。これにより、半導体領域２０の電位は、より安定する。
【００４７】
このように、半導体装置１においては、半導体領域２０が終端外部チャージによる影響を受け難く、オフ時における空乏層の外延の位置がより安定する。これにより、長期において、高温高湿環境下であっても、半導体装置の耐圧の低下が抑制される。
【００４８】
（第２実施形態）  
図６は、第２実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図である。
【００４９】
図６に表す半導体装置２のように、スーパージャンクション構造を終端領域１ｔに設けてもよい。すなわち、終端領域１ｔにおいて、ｎ形の半導体領域２１ｎとｐ形の半導体領域２１ｐとがＹ方向に交互に並んでいる。
【００５０】
半導体装置２では、終端領域１ｔにスーパージャンクション構造が設けられ、終端領域１ｔにおいて空乏層が拡がり易くなる。これにより、終端領域１ｔの耐圧がさらに向上する。
【００５１】
（第３実施形態）  
図７（ａ）および図７（ｂ）は、第３実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図である。
【００５２】
図７（ａ）および図７（ｂ）には、複数の導電層７０の付近の拡大図が表されている。
【００５３】
例えば、図７（ａ）に表す半導体装置３Ａのように、活性領域１ａから終端領域１ｔに向かう方向Ａにおいて、導電層７０の膜厚が厚くなっている。また、図７（ｂ）に表す半導体装置３Ｂのように、活性領域１ａから終端領域１ｔに向かう方向Ａにおいて、導電層７０の膜厚が薄くなっている。すなわち、複数の導電層７０のそれぞれの膜厚が異なっている。
【００５４】
このような構造は、図２（ｃ）に示すマスク層９０に設けられた、それぞれの開口９０ｈの開口幅Ｗを変えて、ドライエッチングのローディング効果を利用して形成される。
【００５５】
半導体装置３Ａ、３Ｂでは、半導体領域２０の下面２０ｄと複数の導電層７０のそれぞれの下部７０ｄとの間の距離が異なっている。つまり、半導体装置３Ａ、３Ｂでは、導電層７０が半導体領域２０に与える電位の影響を部分的に変えることができる。
【００５６】
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態の特徴を備えている限り、実施形態の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００５７】
また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも実施形態の特徴を含む限り実施形態の範囲に包含される。その他、実施形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても実施形態の範囲に属するものと了解される。
【００５８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１、２、３Ａ、３Ｂ、１００  半導体装置、  １ａ  活性領域、  １ｔ  終端領域、  １０  ドレイン電極、  １１  ソース電極、  １１ａ  バリア膜、  １１ｂ  導電層、  ２０  半導体領域（第１半導体領域）、  ２０ｄ 下面、  ２１ｎ  半導体領域、  ２１ｐ  半導体領域、  ２２  半導体領域、  ３０  ベース領域（第２半導体領域）、  ３０ｒ  リサーフ領域、  ３５  半導体領域、  ４０  ソース領域（第３半導体領域）、  ５０  ゲート電極（第１電極）、  ５１  ゲート絶縁膜（第３絶縁膜）、  ６０  絶縁膜（第１絶縁膜）、  ６０ａ  シリコン酸化膜、  ６０ｂ  シリコン酸化膜、  ６０ｔ  トレンチ、  ６１  絶縁膜（第２絶縁膜）、  ６１ａ  絶縁膜、  ６１ｂ  絶縁膜、  ６１ｕ  上面、  ６８  接合部、  ７０、７０Ｌ、７１  導電層、  ７０ｄ  下部、  ７０ｕ  上面、  ７２  フィールドストップ電極、  ７３  電極、  ７３ａ  バリア膜、  ７３ｂ  導電層、  ９０  マスク層、  ９０ｈ  開口
【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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【図６】
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【図７】
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