(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板に形成された第２導電型の第１の拡散領域と、
前記半導体基板の前記第１の拡散領域から離間した位置に形成される第１導電型の第２の拡散領域と、
前記半導体基板上に形成された酸化膜と、
前記酸化膜の所定領域に形成された開口を通じて前記第１の拡散領域との接続を行う第１の金属電極と、
前記酸化膜の所定領域に形成された開口を通じて前記第２の拡散領域との接続を行う第２の金属電極と、
前記第１，第２の拡散領域間の前記酸化膜上に離間して形成された複数の第１のプレート電極と、
前記酸化膜およびその上に形成された前記複数の第１のプレート電極を被覆する第２の絶縁膜と、
前記複数の第１のプレート電極のうち前記第１および第２の拡散領域と重なる２つの第１のプレート電極以外の第１のプレート電極に対応してその直下の半導体基板に形成された第２導電型のガードリング領域と、
前記複数の第１のプレート電極のうち１つと接続され、その接続箇所から前記第１の拡散領域側に隣り合った第１のプレート電極の上に延在され、かつ前記第１拡散領域側に隣り合った第１のプレート電極と前記第２の絶縁膜を介して容量結合されている複数の第２のプレート電極と、
前記第１，第２の金属電極、前記複数の第２のプレート電極、および前記第２の絶縁膜を被覆する表面保護膜と、
前記表面保護膜上を封止するエポキシ樹脂とを具備し、
前記第１の拡散領域と前記半導体基板とのＰＮ接合を逆バイアスする高耐圧半導体装置。
【請求項２】
第１の拡散領域を包囲するように第２の拡散領域を形成したことを特徴とする請求項１記載の高耐圧半導体装置。
【請求項３】
第２の拡散領域を包囲するように第１の拡散領域を形成したことを特徴とする請求項１記載の高耐圧半導体装置。
【請求項４】
第１或いは第２の拡散領域と第１のプレート電極とがオーバーラップした部分に在る酸化膜の膜厚を、第１，第２の拡散領域間の中央部分の膜厚より薄くしたことを特徴とする請求項１〜請求項３記載の高耐圧半導体装置。
【請求項５】
第１の拡散領域に接続された第１の金属電極と、それと隣接する第１のプレート電極とが重なって配置されるとともに第２の絶縁膜を介して絶縁され、且つ第２の拡散領域に接続された第２の金属電極と、それと隣接する第１のプレート電極とが重なって配置されるとともに第２の絶縁膜を介して絶縁されることを特徴とする請求項１〜請求項３記載の高耐圧半導体装置。
【請求項６】
第１導電型の半導体基板に形成された第２導電型の第１の拡散領域と、
前記半導体基板の前記第１の拡散領域から離間した位置に形成される第１導電型の第２の拡散領域と、
前記半導体基板上に形成された酸化膜と、
前記酸化膜の所定領域に形成された開口を通じて前記第１の拡散領域との接続を行う第１の金属電極と、
前記酸化膜の所定領域に形成された開口を通じて前記第２の拡散領域との接続を行う第２の金属電極と、
前記第１，第２の拡散領域間の前記酸化膜上に離間して形成された複数の第１のプレート電極と、
前記酸化膜およびその上に形成された前記複数の第１のプレート電極を被覆する第２の絶縁膜と、
前記複数の第１のプレート電極のうち１つと接続され、その接続箇所から前記第１の拡散領域側に隣り合った第１のプレート電極の上に延在され、かつ前記第１拡散領域側に隣り合った第１のプレート電極と前記第２の絶縁膜を介して容量結合されている少なくとも一つの第２のプレート電極と、
前記第１，第２の金属電極、前記複数の第２のプレート電極、および前記第２の絶縁膜を被覆する表面保護膜と、
前記表面保護膜上を封止するエポキシ樹脂とを具備し、
前記複数の第１のプレート電極のうちの第２の拡散領域側に配置され且つ前記第２のプレート電極に接続されていない複数の第１のプレート電極を覆うように、前記第２の金属電極を前記第２の絶縁膜上に延在させるとともに、前記第１の拡散領域と前記半導体基板とのＰＮ接合を逆バイアスすることを特徴とする高耐圧半導体装置。
【請求項７】
第１，第２の拡散領域間に配置された複数の第１のプレート電極のうち前記第１および第２の拡散領域と重なる２つの第１のプレート電極以外の第１のプレート電極に対応してその直下の半導体基板に第２導電型のガードリング領域を形成したことを特徴とする請求項６に記載の高耐圧半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高信頼性を有する高耐圧半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
まず、従来の高耐圧半導体装置の代表的な例としてＰＮ接合ダイオードを採り上げ、従来の高耐圧半導体装置について図面を用いて説明する。図１４に示す第１の従来例と、図１５に示す第２の従来例について説明する。
【０００３】
まず、図１４は最も単純なＰＮ接合ダイオードの断面構造を示す断面構造図である。図１４において、１はシリコン基板に低濃度Ｎ型不純物が添加された半導体基板、２は拡散長の深いＰ型拡散領域、３は半導体基板１とのコンタクトをとるために設けたＮ型拡散領域、４は酸化膜、５はＰ型拡散領域２とコンタクトするための金属電極、６はＮ型拡散領域３とコンタクトするための金属電極、１５は表面保護膜、１８は封止用樹脂であり、Ｎ型の半導体基板１とＰ型拡散領域２とのＰＮ接合によってＰＮ接合ダイオードを構成する。
【０００４】
そして、金属電極５に正電圧を与えるとともに、金属電極６に負電圧を与えると、このＰＮ接合ダイオードは順方向導通する。逆に、金属電極５に負電圧を与えるとともに、金属電極６に正電圧を与えると、ＰＮ接合が逆バイアスされることになり、このＰＮ接合ダイオードは非導通になる。ここでは、逆バイアスした時に非導通状態を維持することを耐圧と定義し、高いバイアス電圧で非導通状態を維持することを高耐圧と定義する。一般的にＰＮ接合の耐圧は、ＰＮ接合の曲率との相関があり、ＰＮ接合の曲率が小さいと、その部分で電界集中が起こって、耐圧が小さくなる傾向にある。
【０００５】
したがって、高耐圧を維持するために、Ｐ型拡散領域２を深く拡散して、ＰＮ接合の曲率を大きくすることによってＰＮ接合の耐圧を高める一方、金属電極５に繋がる配線と半導体基板１との間を電気絶縁する酸化膜４を厚くして、酸化膜４の絶縁耐力を高めるように構成するのが一般的である。しかしながら、上述の第１の従来例のようなＰ型拡散領域２とＮ型の半導体基板１とのＰＮ接合で生じる空乏層１９は、ＰＮ接合の末端である半導体基板１の主表面近傍の曲率が小さくなる。図１４中の破線は空乏層１９の境界線を示す。そして、空乏層１９の曲率が小さくなる表面近傍で局部的な電界集中が起こって、十分に高い耐圧が得られない。そのため、更に高い耐圧が得られる他の手段として、ガードリング技術が提唱されている。
【０００６】
次に、ガードリング技術を用いた第２の従来例について、図１５を用いて説明する。
【０００７】
図１５は図１４の従来例にガードリングを付加した高耐圧半導体装置であり、半導体基板１に形成されたＰ型拡散領域２とＮ型拡散領域３との間にＰ型不純物によるガードリング領域１６，１７を離間して形成している。ガードリング領域１６，１７は、通常はフローティング状態で使用され、外部から強制的にバイアス電圧を与えるものではない。Ｐ型拡散領域２を包囲するようにＮ型拡散領域３を形成する場合は、Ｐ型拡散領域２を包囲するようにガードリング領域１６を形成し、その外側を包囲するようにガードリング領域１７を形成し、最外郭を包囲するようにＮ型拡散領域３を形成する。
【０００８】
次に、図１５に示す従来の高耐圧半導体装置の動作について説明する。例えば、Ｐ型拡散領域２を接地し、Ｎ型拡散領域３に正電圧を与えて逆バイアスすると、Ｐ型拡散領域２からＮ型拡散領域３に至るまでの半導体基板１中に、距離に比例するようなポテンシャル分布が生じて、フローティング状態のガードリング領域１６，１７に中間電位が与えられる。そして、最大電位が与えられるＰ型拡散領域２とＮ型の半導体基板１とのＰＮ接合では、不純物濃度の低い半導体基板１側に向けて接合部分から空乏層１９が大きく拡がる。それと同時に、ガードリング領域１６，１７のＰＮ接合からも中間電位に応じた空乏層１９が中間的な距離で拡がる。そして、これらの空乏層はＮ型拡散領域３に与えられる電圧の大きさに応じて変化し、高い逆バイアスが与えられた時、Ｐ型拡散領域２から拡がる空乏層１９と、ガードリング領域１６，１７から拡がる空乏層１９とが繋がり合うようになる。これによって、空乏層１９の曲率を大きくすることができ、半導体基板１表面近傍で生じる電界集中を緩和して、高い耐圧を維持することができる。そして、Ｎ型の半導体基板１やＰ型拡散領域２の不純物濃度、拡散領域間の離間距離等を適切に設定することにより、３００（Ｖ）程度の耐圧は保証できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例では、５００（Ｖ）以上の高電圧をＰＮ接合に印加したまま、高温状態（周囲温度１５０℃）で動作させる高温バイアス試験という寿命加速試験を行うと、従来の高耐圧半導体装置の逆耐圧が短時間に劣化するという問題があった。この高温バイアス試験における逆耐圧の劣化については、メカニズムはまだ解明されておらず推論の域を出ないが、Ｎ型の半導体基板１の表面近傍にＰ型反転層が生じ、Ｎ型拡散領域３の端部で電界強度が高くなることに起因するものと推定される。
【００１０】
以下、その推論を説明する。図１６は図１４の高耐圧半導体装置に高い逆バイアスを与えた時のポテンシャルを示す図であり、１００Ｖ，２００Ｖ，３００Ｖ，４００Ｖ，５００Ｖ，６００Ｖ，７００Ｖ各電位毎の等電位線を破線で示す。ここでは、Ｐ型拡散領域２に０（Ｖ）、Ｎ型拡散領域３に７００（Ｖ）の電位を与えた時の例で示している。同図において、半導体基板１と酸化膜４との界面を横切る等電位線は、界面に対してほぼ直角に交わる。このようなポテンシャル分布において、半導体基板１と酸化膜４との界面での半導体基板１と酸化膜４とは同電位であることを示す。そして、同じバイアス条件で高温状態にして高温バイアス試験をしている最中のポテンシャル分布を図１７に示す。
【００１１】
一般的に半導体装置のチップは、封止用樹脂１８で封止され、水分が樹脂パッケージの中に浸透しないように対策されている。しかし、封止用樹脂１８として一般的に用いられるノボラックエポキシ樹脂には０．９％〜１．６％の水酸基ＯＨが含まれていることが判明しており、通常は絶縁物として考えられている封止用樹脂１８が、この水酸基ＯＨの存在によって半絶縁状態（比較的高抵抗での導通状態）となり、半導体チップの表面保護膜１５の表面を導電性物質で被覆したのと同等な状態になる。また、半導体チップ上の電極を半導体装置の外部に導出するために、表面保護膜１５の一部を開口させて、金属電極５，６に金属細線２０，２１をボンディングして外部リード（図示せず）との接続を行う。この金属細線２０と２１を介して外部から電圧を印加するため、その間の封止用樹脂１８が導通し、半導体装置に印加される７００（Ｖ）と０（Ｖ）との中間電位が表面保護膜１５の表面に与えられる。そして、高温バイアス試験時に半導体チップの表面保護膜１５と封止用樹脂との界面が、例えば２００（Ｖ）の電位を持ったとすると、半導体基板１と酸化膜４との界面を横切る等電位線は２００（Ｖ）以上の部分がＮ型拡散領域３の方向に傾き、その界面における酸化膜４側の電位が、Ｎ型の半導体基板１に対して負電位になる現象が起きる。
【００１２】
一方、半導体基板１と酸化膜４との界面における酸化膜４側が負電位になる場合、その界面のＳｉ−Ｈ、Ｓｉ−ＯＨなどの結合が破壊され、正の固定電荷が発生することが報告されている（日科技連出版社発行の著書『半導体デバイスの信頼性技術』）。このような現象が起きて、半導体基板１と酸化膜４との界面に正の固定電荷２２が発生すると、それと同量の負の可動電荷２３が発生することになる。
【００１３】
ところが、負の可動電荷２３はＮ型拡散領域３用の金属電極６に印加される正の高電位に引き寄せられる為、界面の電位が２００（Ｖ）以上になる領域では、負の可動電荷２３が多く分布する領域と正の固定電荷２２が多く分布する領域に分かれる。すると、負の可動電荷２３の割合が多い領域では、半導体基板１内の正孔が表面に引き寄せられＰ型反転層２４が生じる。又、正の固定電荷２２の割合が多い領域では、半導体基板１内の電子が引き寄せられ、より電子密度の高いＮ型蓄積層２５が形成される。上述したＰ型反転層２４とＮ型蓄積層２５は、ガードリングを用いた半導体装置でも同様に生じるが、図１８のような状態になると、Ｐ型のガードリング領域１７につながったＰ型反転層２４と、Ｎ型拡散領域３との間で耐圧が劣化する。一方、Ｎ型蓄積層２５はＰ型のガードリング領域１６と接触しても耐圧の劣化には殆ど影響しない。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するものであり、高温バイアス信頼性においてＰＮ接合の耐圧劣化が発生しない信頼性の高い高耐圧半導体装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の高耐圧半導体装置は、第１導電型の半導体基板に形成された第２導電型の第１の拡散領域と、前記半導体基板の前記第１の拡散領域から離間した位置に形成される第１導電型の第２の拡散領域と、前記半導体基板上に形成された酸化膜と、前記酸化膜の所定領域に形成された開口を通じて前記第１の拡散領域との接続を行う第１の金属電極と、前記酸化膜の所定領域に形成された開口を通じて前記第２の拡散領域との接続を行う第２の金属電極と、前記第１，第２の拡散領域間の前記酸化膜上に離間して形成された複数の第１のプレート電極と、前記酸化膜およびその上に形成された前記複数の第１のプレート電極を被覆する第２の絶縁膜と、前記複数の第１のプレート電極のうち前記第１および第２の拡散領域と重なる２つの第１のプレート電極以外の第１のプレート電極に対応してその直下の半導体基板に形成された第２導電型のガードリング領域と、前記複数の第１のプレート電極のうち１つと接続され、その接続箇所から前記第１の拡散領域側に隣り合った第１のプレート電極の上に延在され、かつ前記第１拡散領域側に隣り合った第１のプレート電極と前記第２の絶縁膜を介して容量結合されている複数の第２のプレート電極と、前記第１，第２の金属電極、前記複数の第２のプレート電極、および前記第２の絶縁膜を被覆する表面保護膜と、前記表面保護膜上を封止するエポキシ樹脂とを具備し、前記第１の拡散領域と前記半導体基板とのＰＮ接合を逆バイアスする構成である。
【００１６】
この構成により、重なり合った第１のプレート電極と第２のプレート電極との間で容量結合が行われ、第１の拡散領域と第２の拡散領域との間に印加された電圧を分圧した中間電位がそれぞれ一対の第１，第２のプレート電極に与えられる。そのため、表面保護膜よりも上層で電位のバランスが崩れる要因が生じても、半導体基板に対して安定なポテンシャルが与えることができ、高温バイアス信頼性試験においてもＰＮ接合の耐圧が劣化しない。
【００１７】
また、別の発明の高耐圧半導体装置は、第１導電型の半導体基板に形成された第２導電型の第１の拡散領域と、前記半導体基板の前記第１の拡散領域から離間した位置に形成される第１導電型の第２の拡散領域と、前記半導体基板上に形成された酸化膜と、前記酸化膜の所定領域に形成された開口を通じて前記第１の拡散領域との接続を行う第１の金属電極と、前記酸化膜の所定領域に形成された開口を通じて前記第２の拡散領域との接続を行う第２の金属電極と、前記第１，第２の拡散領域間の前記酸化膜上に離間して形成された複数の第１のプレート電極と、前記酸化膜およびその上に形成された前記複数の第１のプレート電極を被覆する第２の絶縁膜と、前記複数の第１のプレート電極のうち１つと接続され、その接続箇所から前記第１の拡散領域側に隣り合った第１のプレート電極の上に延在され、かつ前記第１拡散領域側に隣り合った第１のプレート電極と前記第２の絶縁膜を介して容量結合されている少なくとも一つの第２のプレート電極と、前記第１，第２の金属電極、前記複数の第２のプレート電極、および前記第２の絶縁膜を被覆する表面保護膜と、前記表面保護膜上を封止するエポキシ樹脂とを具備し、前記複数の第１のプレート電極のうちの第２の拡散領域側に配置され且つ前記第２のプレート電極に接続されていない複数の第１のプレート電極を覆うように、前記第２の金属電極を前記第２の絶縁膜上に延在させるとともに、前記第１の拡散領域と前記半導体基板とのＰＮ接合を逆バイアスする構成である。
【００１８】
この構成により、第１，第２の拡散領域間に配置された複数の第１のプレート電極のうち、第２の拡散領域寄りに配置された複数の第１のプレート電極を第２の絶縁膜上に引き出された第２の電極と重なり合うように配置するから、第２の拡散領域寄りの複数の第１のプレート電極は、第２の絶縁膜を挟んだ第２の金属電極との容量結合と、第１の絶縁膜を挟んだ半導体基板との容量結合とで分圧され、第２の拡散領域の電位に近い電位が安定して与えられる。一方、残りの第１のプレート電極と第２のプレート電極は、残りの電位を分圧した中間電位がそれぞれ一対の第１，第２のプレート電極に与えられる。少なくとも、第２の拡散領域寄りに配置された複数の第１のプレート電極はそれらを覆った第２の電極でバイアス電位を与えるから、表面保護膜の絶縁不良が起きたとしても、安定なバイアス電位が与えられる。従って、高温バイアス信頼性試験においてＰＮ接合の耐圧が劣化すること防止するだけでなく、表面保護膜の絶縁不良に起因する耐圧不良も防止できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る高耐圧半導体装置について、図面を参照しながら説明する。ここでは、６００〜８００Ｖの耐圧を有する高耐圧半導体装置に焦点を合わせて説明する。
【００２０】
まず、第１の実施形態に係る高耐圧半導体装置について、図１〜図３を用いて説明する。図１は第１の実施形態の高耐圧半導体装置の断面構造を示す断面斜視図、図２は図１の一断面構造を基にしたポテンシャル分布を説明するための図、図３は封止用樹脂の影響を説明するための図である。
【００２１】
図１において、１はシリコン基板にＮ型不純物を導入したＮ型の半導体基板、２はＰ型不純物で形成されたＰ型拡散領域（第１の拡散領域に相当）、３はＮ型不純物で形成されたＮ型拡散領域（第２の拡散領域に相当）、４は第１の絶縁膜に相当する酸化膜、５はアルミニウムまたはアルミニウム合金等で形成されるＰ型拡散領域２用の金属電極、６はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されるＮ型拡散領域３用の金属電極、７〜１０は多結晶シリコンで形成された第１層目プレート電極（第１のプレート電極に相当）、１１〜１３はアルミニウムまたはアルミニウム合金等で形成される第２層目プレート電極（第２のプレート電極に相当）、１４は酸化膜あるいは窒化膜によって形成された層間絶縁膜（第２の絶縁膜に相当）である。
【００２２】
図１に示すように、第１の実施形態の高耐圧半導体装置は、Ｎ型の半導体基板１にＰ型拡散領域２と、それとは離間した位置にＮ型拡散領域３を形成しており、Ｎ型拡散領域３を中心にそれを包囲するようにＰ型拡散領域２を形成している。Ｐ型拡散領域２及びＮ型拡散領域３は、平面形状で鈍角の形状になるほど高耐圧の特性が得られ、円形に近いほど理想的である。図１の実施形態では、円形のＮ型拡散領域３を中心にそれと同心円になるようなドーナッツ状のＰ型拡散領域２を形成した事例である。そして、半導体基板１上を被覆する酸化膜４上のＮ型拡散領域３とＰ型拡散領域２との間に形成される複数の第１層目プレート電極７〜１０も、Ｎ型拡散領域３を中心に同心円状になるように、隣り合った第１層目プレート電極同士が分離されて配置されている。更に、第１層目プレート電極７〜１０を被覆する層間絶縁膜１４の上に形成される複数の第２層目プレート電極１１〜１３も、Ｎ型拡散領域３を中心に同心円状になるように、隣り合った第２層目プレート電極同士が分離されて配置されている。但し、第１層目プレート電極と第２層目プレート電極の一対のものを接続して、第１層目プレート電極と第２層目プレート電極とを層間絶縁膜１４を挟んで容量結合させる構成とする。
【００２３】
その構成について、更に詳しく言うと、Ｐ型拡散領域２とＮ型拡散領域３との間にＰ型拡散領域２側から順に第１層目プレート電極を７，８，９，１０と配置した場合、Ｎ型拡散領域３に一番近い第２層目プレート電極１３はそれと一対となる第１層目プレート電極１０と接続され、それと隣り合う第１層目プレート電極９とは層間絶縁膜１４を介して重なり合うように構成する。Ｎ型拡散領域３に２番目に近い第２層目プレート電極１２は、それと一対となる第１層目プレート電極９と接続され、それと隣り合う第１層目プレート電極８とは層間絶縁膜１４を介して重なり合うように構成する。その次に来る第２層目プレート電極１１は、それと一対となる第１層目プレート電極８と接続され、それと隣り合う第１層目プレート電極７とは層間絶縁膜１４を介して重なり合うように構成されている。そして、その上に表面保護膜１５（図面を見やすくするため、図１では図示せず）を被覆し、更にその上を封止用樹脂１８（図面を見やすくするため、図１では図示せず）でモールドした構成となる。
【００２４】
そして、一対となる第１層目プレート電極１０と第２層目プレート電極１３、第１層目電極９と第２層目プレート電極１２、ならびに第１層目プレート電極８と第２層目プレート電極はそれぞれ層間絶縁膜１４の所定箇所に開けられた開口を通じて接続され、直接導通するように構成されている。そして、隣り合った第１層目プレート電極７，８，９，１０はそれぞれ距離を離間することによって電気絶縁され、隣り合った第２層目プレート電極１１，１２，１３もそれぞれ距離を離間することによって電気絶縁される。第１層目プレート電極７と第２層目プレート電極１１は層間絶縁膜１４によって直流的に電気絶縁され、第１層目プレート電極８と第２層目プレート電極１２についても、第１層目プレート電極９と第２層目プレート電極１３についても同様に層間絶縁膜１４によって電気絶縁がなされている。また、Ｐ型拡散領域２用の金属電極５と第１層目プレート電極７についても、Ｎ型拡散領域３用の金属電極６と第１層目プレート電極１０についても電気的絶縁がなされている。
【００２５】
次に、第１の実施形態の要部断面図を示す図２を用いて、動作について説明する。
【００２６】
図２において、図１に対応する構成要素は同じ符号を付与しており、１５は窒化膜、シリケートガラスまたはポリイミドで形成される表面保護膜、１８はノボラックエポキシ樹脂などによる封止用樹脂である。そして、図２中の破線はポテンシャル分布を等電位線によって表現しており、ＣA1は第１層目プレート電極７とＰ型拡散領域２との間の寄生容量、ＣA4は第１層目プレート電極１０とＮ型拡散領域３との間の寄生容量、ＣA2，ＣA3は第１層目プレート電極８，９と半導体基板１との寄生容量であり、ＣB1〜ＣB3は各第１層目プレート電極（７〜９）と各第２層目プレート電極（１１〜１３）との間の寄生容量、ＣC1〜ＣC3は各第２層目プレート電極（１１〜１３）と封止用樹脂１８との間の寄生容量を示している。
【００２７】
そして、層間絶縁膜１４を挟んで重なり合った第１層目プレート電極７と第２層目プレート電極１１との間は寄生容量ＣB1で容量結合され、同様に第１層目プレート電極８と第２層目プレート電極１２との間も寄生容量ＣB2で容量結合され、更に第１層目プレート電極９と第２層目プレート電極１３との間も寄生容量ＣB3で容量結合されている。
【００２８】
そして、寄生容量ＣA1〜ＣA3，ＣB1〜ＣB3ならびにＣC1〜ＣC3によって分圧された電圧が一対の第１，第２層目プレート電極にそれぞれ与えられる。但し、寄生容量ＣC1〜ＣC3が影響すると電位を定めにくくなるので、表面保護膜１５の厚みは十分厚くする。実験では、１．５μｍ厚のシリケートガラスを被覆し、更にポリイミド膜を３μｍ厚で被覆して評価したが、できれば５μｍ厚以上の表面保護膜１５を採用する方が良い。なお、表面保護膜１５としてポリイミド膜を用いると、１０μｍ程度の膜厚を容易に確保することができ、ポリイミド膜のみで表面保護膜１５を形成しても良い。
【００２９】
寄生容量ＣB1〜ＣB3が寄生容量ＣA1〜ＣA3より大きくなるように、膜厚や絶縁材料を設定すると、寄生容量の直列回路にほぼ近い特性を示すため、レイアウト設計を単純に考え易くなる。そこまで配慮しないのであれば、寄生容量ＣB1〜ＣB3の値を寄生容量ＣA1〜ＣA3と等しいかそれより大きく設定すれば良く、実用的な設定である。そのように考えると、６００Ｖ以上の耐圧を確保する場合、酸化膜４は耐圧の余裕を考えて２μｍ厚以上の膜厚にし、層間絶縁膜１４としては膜厚約１μｍ〜３μｍの窒化膜を用いれば良い。層間絶縁膜１４として窒化膜を採用すると、酸化膜４と同程度の膜厚であっても窒化膜の誘電率が大きいために、（ＣB1〜ＣB3）＞（ＣA1〜ＣA3）にすることができ、適度な分圧がなされる。また、層間絶縁膜１４は窒化膜と酸化膜を積層したものであっても良い。
【００３０】
このようにして、寄生容量ＣA1〜ＣA3，ＣB1〜ＣB3によって、Ｎ型拡散領域３とＰ型拡散領域２との間の電位を分圧して、Ｎ型拡散領域３に一番近い一対の第１，第２層目プレート電極１０，１３から順にＮ型拡散領域３から遠ざかるに従って低い電位が印加される。例えば、図２では、酸化膜４を２μｍ厚とし、窒化膜による層間絶縁膜１４を２μｍ厚とし、シリケートガラスによる表面保護膜１５を５μｍ厚とし、Ｎ型拡散領域３用の金属電極６に７００Ｖを印加した状態をシミュレーションし、その結果の等電位線を破線で示している。Ｎ型拡散領域３に一番近い一対の第１，第２層目プレート電極１０，１３には約７００Ｖの電位が印加され、次に近い一対の第１，第２層目プレート電極９，１２には約６００Ｖの電位が印加され、その次に近い一対の第１，第２層目プレート電極８，１１には約４００Ｖの電位が印加され、Ｐ型拡散領域２に一番近い第１層目プレート電極７には約２００Ｖの電位が印加されるような結果が得られた。
【００３１】
図２に示すように、等電位線（破線）が半導体基板１の上側で低電位（Ｐ型拡散領域２）側に傾くと、半導体基板１と酸化膜４との界面では、半導体基板１の電位より酸化膜４側の電位が高くなり、酸化膜４内で正の固定電荷と負の可動電荷とが生じると、負の可動電荷は上層に在る第１層目プレート電極９，１０または第２層目プレート電極１２，１３側に引き寄せられ、正の固定電荷が界面付近の酸化膜４中に残る。この残った正の固定電荷はＮ型の半導体基板１の表面付近をよりＮ型にするように作用し、Ｐ型反転層は半導体基板１表面に生じない。このため、継続して電圧を印加しても耐圧が劣化しなくなり、従来例で特に問題とした高温バイアス試験（信頼性の加速試験）でも、良好な結果が得られた。
【００３２】
以上のように第１の実施形態の高耐圧半導体装置によれば、Ｐ型拡散領域２とＮ型拡散領域３との間に配置された複数の一対の第１，第２層目プレート電極による容量結合によって、それら一対の第１，第２層目プレート電極の電位を段階的に変化させると共に、半導体基板１より酸化膜４の上層部の電位を高くすることによって、半導体基板１と酸化膜４の界面に発生する負の可動電荷が上層に在る第１，第２層目プレート電極側に引き寄せられ、従来例で生じていた半導体基板１表面にＰ型反転層が発生する現象を防止することができ、長時間使用しても耐圧が劣化しない信頼性の高い高耐圧半導体装置を実現できる。
【００３３】
次に、第２の実施形態に係る高耐圧半導体装置について、それの要部断面図を示す図３を参照しながら説明する。
【００３４】
図３において、図１及び図２に対応する構成要素は、同じ符号を付与して説明を省略する。第１の実施形態と第２の実施形態との違いは、図３に示す第２の実施形態では、Ｐ型拡散領域２近傍の酸化膜４を部分的に薄くし、Ｎ型拡散領域３近傍の酸化膜４を部分的に薄くしている。
【００３５】
このような構成では、第１の実施形態で得られる作用効果が同様に得られることは言うまでもないが、その他に、Ｐ型拡散領域２とそれに近接した第１層目プレート電極７との容量結合が強くなり、Ｎ型拡散領域３とそれに近接した第１層目プレート電極１０との容量結合が強くなり、複数の一対の第１，第２層目プレート電極に分けて与えるための容量結合による分圧をより等間隔に近づけることができる。また、耐圧を確保するために酸化膜４を厚めに形成するが、Ｐ型拡散領域２またはＮ型拡散領域３に対応させて酸化膜４に開口を開けるため、その箇所での段差が小さくなり、金属配線の断切れを防止することもできる。
【００３６】
なお、Ｐ型拡散領域２およびＮ型拡散領域３近傍の酸化膜４の厚さを薄くする手段として、上記の実施形態では酸化膜４を階段状にした例で説明したが、酸化膜４をテーパ状にして薄くすると、局部的な電界集中が緩和され、酸化膜４を階段状に薄くするよりも高耐圧の特性が得られる。
【００３７】
次に、第３の実施形態に係る高耐圧半導体装置について、それの要部断面図を示す図４を参照しながら説明する。
【００３８】
図４において、図１及び図２に対応する構成要素は、同じ符号を付与して説明を省略する。第１の実施形態と第３の実施形態との違いは、図４に示す第３の実施形態では、Ｐ型拡散領域２に接続される金属電極５を層間絶縁膜１４上に引き出し、且つその金属電極５を第１層目プレート電極７と重なる位置まで延在させる。
【００３９】
この構成により、Ｐ型拡散領域２とそれに一番近い第１層目プレート電極７との間の寄生容量ＣA1を大きくして、Ｐ型拡散領域２寄りのプレート電極による分圧を等間隔に近づけることができ、電界分布をより緩やかにできる。
【００４０】
上述の第１の実施形態から第３の実施形態は、酸化膜４、層間絶縁膜１４および表面保護膜１５の全ての絶縁膜が、如何なる状況でも絶縁性を確保できるという前提に立った発明である。しかしながら、封止用樹脂１８と直接接触する表面保護膜１５はストレスの影響を受けて欠陥が生じ易く、絶縁性を損なうという危険性がある。以下に説明する第４〜第６の実施形態は、そのような不具合を配慮した発明である。
【００４１】
次に、第４の実施形態に係る高耐圧半導体装置について、それの要部断面図を示す図５を参照しながら説明する。
【００４２】
図５において、図１及び図２に対応する構成要素は、同じ符号を付与して説明を省略する。第１の実施形態と第４の実施形態との違いは、図５に示す第４の実施形態では、高電位が与えられるＮ型拡散領域３に接続された金属電極６を、層間絶縁膜１４上に引き出して、Ｎ型拡散領域３寄りの複数の第１層目プレート電極９，１０の上を層間絶縁膜１４を介して完全に被覆し、第１層目プレート電極８の一部分と重なり合うようにしている。
【００４３】
このような構成では、金属電極６で覆われた第１層目プレート電極９には金属電極６の電位と半導体基板１の電位を縦方向に分圧した電位が与えられ、Ｎ型拡散領域３に与えられる電圧に近い電位が与えられる。一方、金属電極６と一部分が重なる第１層目プレート電極８、第２層目プレート電極１１および第１層目プレート電極７は、第１の実施形態での説明と同様に主として横方向の容量結合で分圧して、各プレート電極（７，８）に電位を与える。単位距離当たりにポテンシャルを低下させる度合いがＰ型拡散領域２の近傍で密となるため、第１〜第３の実施形態と比べると、耐圧が幾分小さくなるのは否めない。しかしながら、ストレスの影響を受けやすい表面保護膜１５の絶縁性が損なわれても、Ｎ型拡散領域３に近い第１層目プレート電極９，１０はその影響を受けずに安定な電位が与えられ、半導体装置の耐圧が損なわれる危険性が少ないという格別な効果がある。
【００４４】
次に、第５の実施形態に係る高耐圧半導体装置について、それの要部断面図を示す図６を参照しながら説明する。
【００４５】
図６において、第４の実施形態（図５に図示）に対応する構成要素は、同じ符号を付与して説明を省略する。図６に示す第５の実施形態は、第４の実施形態と比べると、Ｐ型拡散領域２近傍の酸化膜４を段階的に薄くし、Ｎ型拡散領域３近傍の酸化膜４を段階的に薄くしている点で異なる。
【００４６】
この構成により、第４の実施形態で得られる作用効果が同様に得られることは言うまでもないが、Ｐ型拡散領域２と第１層目プレート電極７の間の寄生容量ＣA1が大きくなり、Ｐ型拡散領域２近傍における単位距離当たりにポテンシャルが変化する量を第４の実施形態に比べて均一に近づけることができる。また、Ｎ型拡散領域３近傍に位置する一対のプレート電極（第１層目プレート電極１０と第２層目プレート電極１３）は、Ｐ型拡散領域２側で生じるようなポテンシャル変化量の均一性が良くなる効果は望めないものの、酸化膜４を段階的に薄くしたから、金属電極６の段切れを防止することができる。
【００４７】
次に、第６の実施形態に係る高耐圧半導体装置について、それの要部断面図を示す図７を参照しながら説明する。
【００４８】
図７において、第４の実施形態（図５に図示）に対応する構成要素は、同じ符号を付与して説明を省略する。図７に示す第６の実施形態は、第４の実施形態と比べると、Ｐ型拡散領域２近傍の酸化膜４を段階的に薄くし、Ｎ型拡散領域３近傍の酸化膜４を段階的に薄くしている点と、Ｐ型拡散領域２に接続される金属電極５を層間絶縁膜１４上に延在させて、第１層目プレート電極７上の一部を覆うようにしている点で異なる。
【００４９】
この構成の違いにより、Ｐ型拡散領域２に一番近い第１層目プレート電極７とＰ型拡散領域２の間の寄生容量ＣA1を大きくして、第１層目プレート電極８および第１層目プレート電極７で分圧する電位の配分をより均一に近づけることができる。従って、第４の実施形態と同様にＮ型拡散領域３近傍の第１層目プレート電極９，１０を金属電極６で覆っているため、表面保護膜１５の絶縁性が損なわれても、耐圧が損なわれる危険性を少なくできるだけでなく、Ｐ型拡散領域２寄りの第１層目プレート電極７，８で分圧する配分の均一性を改善し、第４の実施形態よりも耐圧を高くすることができる。
【００５０】
次に、第７の実施形態に係る高耐圧半導体装置について、それの要部断面図を示す図８を参照しながら説明する。
【００５１】
図８において、図１及び図２に対応する構成要素は、同じ符号を付与して説明を省略する。第７の実施形態において、第１の実施形態（図１，図２）と異なる点は、Ｐ型拡散領域２から２番目に近い第１層目プレート電極８直下の半導体基板１にＰ型不純物によるガードリング領域１６を形成し、３番目に近い第１層目プレート電極９直下の半導体基板１にＰ型不純物によるガードリング領域１７を形成した点である。
【００５２】
このように構成された高耐圧半導体装置は、Ｐ型拡散領域２とＮ型拡散領域３の間に形成されたガードリング領域１６，１７によって、Ｐ型拡散領域２に対して生じる空乏層の曲率を大きくして電界集中を緩和させ、初期の逆耐圧を大幅に向上する一方、層間絶縁膜１４を挟んで重なり合った第１層目プレート電極（７，８，９）と第２層目プレート電極（１１，１２）との間の容量結合によってＰ型拡散領域２とＮ型拡散領域３の間に印加される電圧を分圧した中間電位が、それぞれ一対の第１層目および第２層目のプレート電極（８および１１、９および１２）に与えられることから、半導体基板１と酸化膜４の界面において酸化膜４側を半導体基板１側より高電位にして、半導体基板１の表面にＰ型反転層が発生する事を防止し、初期の逆耐圧が劣化を防止することができる。そして、従来例で問題となっていた高温バイアス試験（寿命加速試験）でも、高耐圧の特性を長時間維持する良好な結果が得られた。
【００５３】
なお、第１層目プレート電極とガードリング領域との位置関係は、図８に示すようにそれぞれ対応した位置に設けるのが最適である。そして、相対的な位置が外れた場合、初期耐圧が変動することは起きないが、次のような弊害が起きる。例えば、隣合った第１層目プレート電極の間はポテンシャル分布が密になり易く、その部分にガードリング領域を形成すると、初期耐圧が低下することになる。
【００５４】
次に、第７の実施形態（図８に図示）の実施態様として、第８の実施形態に係る高耐圧半導体装置を、その要部断面図を示す図９を参照しながら説明する。図９において、図１〜図８までに説明した構成要素と同一のものは、同じ符号を付与して説明を省略する。図９に示す第８の実施形態は、Ｐ型拡散領域２近傍の酸化膜４を段階的に薄くすると共に、Ｎ型拡散領域３近傍の酸化膜４を段階的に薄くした点で第７の実施形態と異なる。
【００５５】
次に、第７の実施形態（図８に図示）の実施態様として、第９の実施形態に係る高耐圧半導体装置を、その要部断面図を示す図１０を参照しながら説明する。図１０において、図１〜図８までに説明した構成要素と同一のものは、同じ符号を付与して説明を省略する。図１０に示すように第９の実施形態は、Ｐ型拡散領域２に接続された金属電極５を層間絶縁膜１４上を延在させて第１層目プレート電極７の一部と重なり合うようにすると共に、Ｎ型拡散領域３に接続された金属電極６を層間絶縁膜１４上を延在させて第１層目プレート電極１０の一部と重なり合うようにした点で第７の実施形態と異なる。
【００５６】
次に、第７の実施形態（図８に図示）の実施態様として、第１０の実施形態に係る高耐圧半導体装置を、その要部断面図を示す図１１を参照しながら説明する。図１１において、図１〜図８までに説明した構成要素と同一のものは、同じ符号を付与して説明を省略する。図１１に示すように第１０の実施形態は、Ｎ型拡散領域３に接続された金属電極６を層間絶縁膜１４上に延在させて、Ｎ型拡散領域３寄りに配置された第１層目プレート電極９，１０を覆うように構成した点で第７の実施形態と異なり、表面保護膜１８が絶縁不良を起こした時の耐圧劣化を少なくしたものである。
【００５７】
次に、第７の実施形態（図８に図示）の実施態様として、第１１の実施形態に係る高耐圧半導体装置を、その要部断面図を示す図１２を参照しながら説明する。図１２において、図１〜図８までに説明した構成要素と同一のものは、同じ符号を付与して説明を省略する。図１２に示すように第１１の実施形態は、Ｐ型拡散領域２近傍の酸化膜４を段階的に薄くすると共に、Ｎ型拡散領域３近傍の酸化膜４を段階的に薄くした点で第１０の実施形態と異なる。
【００５８】
次に、第７の実施形態（図８に図示）の実施態様として、第１２の実施形態に係る高耐圧半導体装置を、その要部断面図を示す図１３を参照しながら説明する。図１３において、図１〜図８までに説明した構成要素と同一のものは、同じ符号を付与して説明を省略する。図１３に示すように第１２の実施形態は、Ｎ型拡散領域３に接続された金属電極６を層間絶縁膜１４上を延在させて、Ｎ型拡散領域３寄りに配置された第１層目プレート電極９，１０を覆うように構成すると共に、Ｐ型拡散領域２に接続された金属電極５を層間絶縁膜１４上を延在させて、Ｐ型拡散領域２寄りに配置された第１層目プレート電極７の一部を覆うように構成した点で、第７の実施形態（図８に図示）と異なる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように本発明の高耐圧半導体装置は、層間絶縁膜を介して重なり合った第１のプレート電極と第２のプレート電極との間で容量結合が行われ、第１の拡散領域と第２の拡散領域との間に印加される電圧を分圧した中間電位がそれぞれ一対の第１，第２のプレート電極に与えられる。そのため、表面保護膜よりも上層で電位のバランスが崩れる要因が生じても、半導体基板に対して安定なポテンシャルが与えることができ、高温バイアス信頼性試験においてもＰＮ接合の耐圧が劣化しない。
【００６０】
また、別の発明の高耐圧半導体装置は、第２の拡散領域寄りに配置された第１のプレート電極を第２の電極で覆ってバイアス電位を与えるから、表面保護膜の絶縁不良が起きたとしても、第２の拡散領域寄りに配置された第１のプレート電極に安定なバイアス電位を与え、半導体基板に対して安定なポテンシャルが与えることができる。そして、高温バイアス信頼性試験においてＰＮ接合の耐圧が劣化すること防止するだけでなく、表面保護膜の絶縁不良に起因する耐圧不良も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における高耐圧半導体装置の断面斜視図
【図２】第１の実施形態におけるポテンシャル分布を説明するための要部断面図
【図３】本発明の第２の実施形態における高耐圧半導体装置の要部断面図
【図４】本発明の第３の実施形態における高耐圧半導体装置の要部断面図
【図５】本発明の第４の実施形態における高耐圧半導体装置の要部断面図
【図６】本発明の第５の実施形態における高耐圧半導体装置の要部断面図
【図７】本発明の第６の実施形態における高耐圧半導体装置の要部断面図
【図８】本発明の第７の実施形態における高耐圧半導体装置の要部断面図
【図９】本発明の第８の実施形態における高耐圧半導体装置の要部断面図
【図１０】本発明の第９の実施形態における高耐圧半導体装置の要部断面図
【図１１】本発明の第１０の実施形態における高耐圧半導体装置の要部断面図
【図１２】本発明の第１１の実施形態における高耐圧半導体装置の要部断面図
【図１３】本発明の第１２の実施形態における高耐圧半導体装置の要部断面図
【図１４】第１の従来例である高耐圧半導体装置の要部断面図
【図１５】第２の従来例である高耐圧半導体装置の要部断面図
【図１６】第１の従来例のポテンシャル分布を説明するための断面図
【図１７】高温バイアス試験時のポテンシャル分布を説明するための第１の従来例の断面図
【図１８】第２の従来例の耐圧劣化を説明するための断面図
【符号の説明】
１  半導体基板
２  Ｐ型拡散領域（第１の拡散領域）
３  Ｎ型拡散領域（第２の拡散領域）
４  酸化膜（第１の絶縁膜）
５，６  金属電極
７〜１０  第１層目プレート電極（第１のプレート電極）
１１〜１３  第２層目プレート電極（第２のプレート電極）
１４  層間絶縁膜（第２の絶縁膜）
１５  表面保護膜
１６，１７  ガードリング領域
１８  封止用樹脂
【図１】
0003796998.tif 000002
【図２】
0003796998.tif 000003
【図３】
0003796998.tif 000004
【図４】
0003796998.tif 000005
【図５】
0003796998.tif 000006
【図６】
0003796998.tif 000007
【図７】
0003796998.tif 000008
【図８】
0003796998.tif 000009
【図９】
0003796998.tif 000010
【図１０】
0003796998.tif 000011
【図１１】
0003796998.tif 000012
【図１２】
0003796998.tif 000013
【図１３】
0003796998.tif 000014
【図１４】
0003796998.tif 000015
【図１５】
0003796998.tif 000016
【図１６】
0003796998.tif 000017
【図１７】
0003796998.tif 000018
【図１８】
0003796998.tif 000019