半导体装置以及电力变换装置的制作方法

文档序号:24352215发布日期:2021-03-19 12:37阅读:58来源:国知局
半导体装置以及电力变换装置的制作方法

本发明涉及半导体装置以及电力变换装置,特别涉及具有表面保护膜的半导体装置和使用该半导体装置的电力变换装置。



背景技术:

已知在功率器件等中使用的纵型的半导体装置中,为了确保耐压,在n型的半导体层内的所谓终端区域设置p型的保护环区域(终端阱区域)(例如参照日本特开2013-211503号公报(专利文献1))。由此,通过由半导体层和保护环区域的pn结形成的耗尽层,缓和被施加逆向电压时的电场。另外,在上述公报记载的肖特基势垒二极管(sbd)中,表面电极中的、进行线键合的一部分的区域以外被作为表面保护膜的聚酰亚胺覆盖。另外,还有时将其进而用凝胶等密封树脂密封。此外,这样的表面保护膜以及密封树脂不限于应用于sbd,还能够应用于mosfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor:金属-氧化物-半导体场效应晶体管)等其他半导体装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2013-211503号公报



技术实现要素:

上述聚酰亚胺等表面保护膜或者凝胶等密封树脂在高湿度下易于包含水分。该水分可能对表面电极造成恶劣影响。具体而言,有时表面电极向水分中溶解或者由于水分和表面电极反应而产生绝缘物的析出反应。在这样的情况下,在表面电极和表面保护膜的界面易于引起表面保护膜的剥离。由于该剥离形成的空洞作为泄漏通道发挥作用,从而可能损害半导体装置的绝缘可靠性。

本发明是为了解决如以上的课题而完成的,其一个目的在于提供能够提高绝缘可靠性的半导体装置。

本发明的半导体装置具有半导体基板、第1电极、第2电极、周边构造以及表面保护膜。半导体基板具有第1面以及与第1面相反且具有内侧区域和内侧区域的外侧的外侧区域的第2面。半导体基板包括具有第1导电类型的漂移层和具有与第1导电类型不同的第2导电类型的终端阱区域。终端阱区域在第2面上具有从内侧区域与外侧区域之间向外侧区域延伸的部分。第1电极设置于半导体基板的第1面上。第2电极设置于半导体基板的内侧区域的至少一部分之上,向终端阱区域电连接,具有位于内侧区域和外侧区域的边界上的缘。周边构造离开第2电极而设置于半导体基板的外侧区域的一部分之上。表面保护膜覆盖第2电极的缘,至少部分性地覆盖半导体基板的外侧区域,通过周边构造被陷入,由与周边构造的材料不同的绝缘材料构成。

根据本发明,表面保护膜由与周边构造的材料不同的材料构成。由此,作为表面保护膜的材料,能够适当地选择缓和由于来自外部环境的影响产生的应力的能力优良的材料。另一方面,周边构造的材料可以与表面保护膜的材料不同,所以能够优先难以产生周边构造从半导体基板剥离而选择。在此,周边构造陷入于表面保护膜,所以难以产生表面保护膜从周边构造剥离。因此,即使表面保护膜在第2电极的外周端附近开始剥离,仍防止该剥离超过周边构造附近而伸展到外侧。因此,在从周边构造到外侧,维持利用表面保护膜的绝缘保护。因此,能够提高半导体装置的绝缘可靠性。

本发明的目的、特征、方式以及优点通过以下的详细说明和附图将变得更加明确。

附图说明

图1是将作为本发明的实施方式1中的半导体装置的sbd的结构沿着图2的线i-i概略地示出的部分剖面图。

图2是概略地示出作为本发明的实施方式1中的半导体装置的sbd的结构的顶视图。

图3是概略地示出图1的sbd中的最大耗尽层的分布的例子的部分剖面图。

图4是示出作为本发明的实施方式1中的半导体装置的变形例的sbd的部分剖面图。

图5是示出作为本发明的实施方式1中的半导体装置的变形例的sbd的部分剖面图。

图6是示出作为本发明的实施方式1中的半导体装置的变形例的sbd的顶视图。

图7是概略地示出作为本发明的实施方式2中的半导体装置的sbd的结构的部分剖面图。

图8是示出作为本发明的实施方式2中的半导体装置的变形例的sbd的部分剖面图。

图9是示出作为本发明的实施方式2中的半导体装置的变形例的sbd的部分剖面图。

图10是概略地示出作为本发明的实施方式3中的半导体装置的sbd的结构的部分剖面图。

图11是示出作为本发明的实施方式3中的半导体装置的变形例的sbd的部分剖面图。

图12是概略地示出作为本发明的实施方式4中的半导体装置的sbd的结构的部分剖面图。

图13是示出作为本发明的实施方式4中的半导体装置的变形例的sbd的部分剖面图。

图14是示出作为本发明的实施方式4中的半导体装置的变形例的sbd的部分剖面图。

图15是将作为本发明的实施方式5中的半导体装置的mosfet的结构沿着图16的线xv-xv概略地示出的部分剖面图。

图16是概略地示出作为本发明的实施方式5中的半导体装置的mosfet的结构的顶视图。

图17是概略地示出包含于图15的结构的组件单元的结构的部分剖面图。

图18是概略地示出作为本发明的实施方式6中的半导体装置的mosfet的结构的部分剖面图。

图19是示出作为本发明的实施方式6中的半导体装置的变形例的mosfet的部分剖面图。

图20是概略地示出应用本发明的实施方式7所涉及的电力变换装置的电力变换系统的结构的框图。

(符号说明)

s1:背面(第1面);s2:表面(第2面);ra:活性区域;uc:组件单元;ri:内侧区域;ro:外侧区域;mdl:最大耗尽层;1:漂移层;2、20:终端阱区域;2a、21a:低浓度部分;2b、21b:高浓度部分;3:场绝缘膜;3i:内侧开口部;3o:外侧开口部;5、50:表面电极;5a:肖特基电极;5b:电极焊盘;6:表面保护膜;7、7m:周边构造;7a:部分(第1部分)、7b:部分(第2部分);7i:内侧部分;7o:外侧部分;7r:凹部;8:背面电极;9:元件阱区域;11:源极区域;12:栅极绝缘膜;13:栅极电极;14:层间绝缘膜;15:抗湿绝缘膜;19:接触区域;21:边界部分;22:延长部分;30:外延基板(半导体基板);31:单晶基板(支撑基板);32:外延层(半导体层);51:源极电极(主电极部);52:栅极布线电极(控制布线电极部);52p:栅极焊盘;52w:栅极布线;100~103、200~202、300、301、400~402:sbd(半导体装置);500、600、601:mosfet(半导体装置);1000:电源;2000:电力变换装置;2001:主变换电路;2002:驱动电路;2003:控制电路;3000:负载。

具体实施方式

以下,参照附图说明实施方式。此外,附图是示意地示出的图,在不同的附图中分别示出的图像的尺寸以及位置的相互关系未必正确地记载,而可适当地变更。另外,在以下的说明中,对同样的构成要素附加相同的符号而图示,它们的名称以及功能也相同。因此,有时省略关于它们的详细的说明。另外,在本说明书中,在称为“~上”以及“将~覆盖”的情况下,不妨碍在构成要素之间存在介在物。例如,在记载为“设置于a上的b”或者“a覆盖b”的情况下,既能够意味着在a与b之间设置有其他构成要素c、也能够意味着未设置其他构成要素c。另外,在以下的说明中,有时使用“上”、“下”、“侧”、“底”、“表”或者“背”等意味着特定的位置以及方向的用语,但这些用语是为了使实施方式的内容易于理解而适当地使用的用语,与实际上实施时的方向无关。

(实施方式1)

<结构>

图1是将本实施方式1中的sbd100(半导体装置)的结构沿着图2的线i-i概略地示出的部分剖面图。图2是概略地示出sbd100的结构的顶视图。此外,在图1中,右侧是sbd100的终端侧,左侧是在导通状态下流过主电流的活性区域侧。

sbd100具有外延基板30(半导体基板)、背面电极8(第1电极)、表面电极5(第2电极)、周边构造7以及表面保护膜6。在本实施方式中,外延基板30由具有多型4h的碳化硅(sic)构成。因此,sbd100是sic-sbd。外延基板30具有背面s1(第1面)和表面s2(与第1面相反的第2面)。表面s2具有内侧区域ri和内侧区域的外侧的外侧区域ro。外延基板30具有形成背面s1的单晶基板31(支撑基板、和配置于单晶基板31上且形成表面s2的外延层32(半导体层)。

在本实施方式中,外延层32具有漂移层1和终端阱区域2(保护环区域)。在本实施方式中,漂移层1具有与单晶基板31的导电类型相同的导电类型,具体而言具有n型(第1导电类型)。终端阱区域2具有p型(与第1导电类型不同的第2导电类型)。终端阱区域2通过漂移层1从单晶基板31隔开。换言之,终端阱区域2形成于外延层32的表层部。漂移层1的杂质浓度低于单晶基板31的杂质浓度。因此,单晶基板31相比于漂移层1,具有更低的电阻率。漂移层1的杂质浓度是1×1014/cm3以上且1×1017/cm3以下。终端阱区域2在表面s2上具有从内侧区域ri与外侧区域ro之间向外侧区域ro延伸的部分。换言之,终端阱区域2跨越内侧区域ri与外侧区域ro的边界。

背面电极8设置于外延基板30的背面s1上。

表面电极5设置于外延基板30的内侧区域ri的至少一部分之上,具有位于内侧区域ri与外侧区域ro的边界上的缘。在本实施方式中,表面电极5设置于内侧区域ri整体之上,未设置于外侧区域ro之上。表面电极5具有肖特基电极5a和电极焊盘5b。

肖特基电极5a与表面s2的内侧区域ri相接,具体而言与漂移层1以及终端阱区域2相接。由此,表面电极5向终端阱区域2电连接。在本实施方式中,肖特基电极5a的材料是与n型sic半导体形成肖特基接合的金属即可,能够使用ti(钛)、mo(钼)、ni(镍)、au(金)、或者w(钨)等。肖特基电极5a的厚度优选为30nm以上且300nm以下。肖特基电极5a例如是厚度100nm的ti膜。

电极焊盘5b配置于肖特基电极5a上。作为电极焊盘5b的材料,能够使用包含al(铝)、cu(铜)、mo、ni中的任意种类的金属或者如al-si(硅)的al合金等。电极焊盘5b的厚度优选为300nm以上且10μm以下。电极焊盘5b例如是厚度3μm的al膜。

周边构造7离开表面电极5而设置于外延基板30的外侧区域ro的一部分之上。周边构造7与表面电极5之间的距离优选为表面电极5以及周边构造7的至少任意一个的厚度以下,更优选为表面电极5以及周边构造7各自的厚度以下。周边构造7的外周端(图1中的右端)位于比终端阱区域2的外周端(图1中的右端)靠内周侧(图1中的左侧)。因此,周边构造7配置于终端阱区域2上。周边构造7由氧化硅(sio2)或者氮化硅(sin)等绝缘材料构成,优选具有200nm以上的厚度。周边构造7例如是厚度2μm的sio2膜。

表面保护膜6覆盖表面电极5的缘,具体而言覆盖电极焊盘5b的缘。因此,电极焊盘5b的上表面中的外周部分被表面保护膜6覆盖。另外,表面保护膜6至少部分性地覆盖外延基板30的外侧区域ro。表面保护膜6以使电极焊盘5b能够作为外部端子发挥功能的方式,在电极焊盘5b的中央部(在图中左部)上具有开口。表面保护膜6通过周边构造7被陷入。表面保护膜6由与周边构造7的材料不同的绝缘材料构成。表面保护膜6的材料为了缓和来自外部环境的应力而优选为树脂,例如是聚酰亚胺。

图3是概略地示出如后详细叙述作为在向sbd100施加最大电压时从漂移层1和终端阱区域2的边界延伸的耗尽层的最大耗尽层mdl的分布的例子的部分剖面图。如图所示,周边构造7优选从最大耗尽层mdl向内侧(在图中左侧)离开。

此外,在上述本实施方式中,第1导电类型是n型且第2导电类型是p型,但可以替代地,第1导电类型是p型且第2导电类型是n型。另外,外延基板30由作为宽带隙材料的一种的sic构成,但也可以代替sic而使用其他宽带隙材料。另外,也可以代替宽带隙材料,使用其他材料、例如硅(si)。另外,半导体装置可以是sbd以外的二极管,例如,可以是pn结二极管或者jbs(junctionbarrierschottky:结势垒肖特基)二极管。

<变形例>

图4是示出作为sbd100(图1)的第1变形例的sbd101的部分剖面图。sbd101在表面电极5与表面保护膜6之间具有抗湿绝缘膜15。具体而言,抗湿绝缘膜15配置于电极焊盘5b的外周端、周边构造7、以及外延层32的一部分之上。此外,表面保护膜6既可以完全覆盖抗湿绝缘膜15或者也可以不覆盖一部分。抗湿绝缘膜15由与表面保护膜6的材料不同的材料构成,具体而言,由相比于表面保护膜6难以透湿的材料构成。抗湿绝缘膜15的材料优选为相比于sio2难以透湿的材料,例如是sin。作为sin,不优选由于富si而具有半绝缘性,优选具有10×1012ωcm以上的电阻率。抗湿绝缘膜15的厚度例如是100nm以上。

图5是示出作为sbd100(图1)的第2变形例的sbd102的部分剖面图。在sbd102中,周边构造7具有外侧部分7o和离开外侧部分7o而位于外侧部分7o与表面电极5之间的内侧部分7i。表面保护膜6陷入于内侧部分7i与外侧部分7o之间。

图6是示出作为sbd100(图2)的第3变形例的sbd103的顶视图。在sbd103中,周边构造7包括相互离开的多个部分,这些部分包括部分7a(第1部分)、和离开部分7a的部分7b(第2部分)。在本变形例中,周边构造7未完全包围表面电极5。换言之,假设完全包围表面电极5的形状,周边构造7具有通过以使该形状的内周侧与外周侧之间在1个部位以上连通的方式分割该形状而得到的形状。表面保护膜6陷入于表面电极5与部分7a之间、表面电极5与部分7b之间以及部分7a与周边构造7的部分7b之间。部分7a与部分7b之间的距离优选为周边构造7的厚度以下。

在此,将如上所述假设的形状中的未设置周边构造7的部分定义为“连通区域”。表面保护膜6向连通区域中陷入。在设置多个连通区域的情况下,它们之间的间隔可以是周边构造7的厚度以上。优选在表面电极5俯视时具有曲率的角部的附近不设置上述连通区域。

<制造方法>

接下来,说明本实施方式1的sbd100的制造方法的例子。

首先,准备由n+型的低电阻sic半导体构成,具有倾斜角的单晶基板31。在单晶基板31上,通过进行n型且杂质浓度为1×1014/cm3以上且1×1017/cm3以下的sic的外延生长,形成具有成为漂移层1的部分的外延层32。

然后,通过光刻工序,形成具有预定的形状的抗蚀剂膜(未图示)。通过将抗蚀剂膜用作注入掩模对al或者b(硼)等p型杂质(受主)进行离子注入,在漂移层1内的表层部形成p型的终端阱区域2。终端阱区域2的剂量(杂质浓度)优选为0.5×1013/cm2以上且5×1013/cm2以下、例如为1.0×1013/cm2。离子注入的注入能量在al的情况下,例如为100kev以上且700kev以下。在该情况下,从上述剂量[cm-2]换算的杂质浓度为1×1017/cm3以上且1×1019/cm3以下。之后,通过热处理装置,在氩(ar)气等惰性气体气氛(1300℃以上且1900℃以下)中,进行30秒以上且1小时以下的退火。通过该退火,通过离子注入添加的杂质被活性化。

接下来,例如通过cvd法,在表面s2上对厚度2μm的sio2膜进行成膜。之后,通过光刻工序以及蚀刻工序,对sio2膜进行构图。由此,在外延基板30的表面的一部分之上、具体而言终端阱区域2的表面的一部分之上,形成周边构造7。此外,在如变形例的sbd102(图5)或者sbd103(图6)周边构造7由相互分离的多个部分构成的情况下,进行与其对应的光刻工序。

接下来,在外延基板30的背面s1,通过例如溅射法,形成背面电极8。此外,背面电极8的形成也可以在通过以下的工序将表面s2侧的工序完全完成之后进行。

接下来,在设置有周边构造7的表面s2的整体之上,例如通过溅射法,对肖特基电极5a的材料和电极焊盘的材料依次进行成膜。例如,厚度100nm的ti膜和厚度3μm的al膜依次成膜。接下来,通过使用光刻工序和蚀刻工序的构图,形成期望的形状的肖特基电极5a以及电极焊盘5b。在金属膜的蚀刻中,能够使用干蚀刻或者湿蚀刻。作为湿蚀刻的蚀刻液,使用氢氟酸(hf)或者磷酸系的蚀刻液。此外,肖特基电极5a的构图和电极焊盘5b的构图也可以分别进行。在该情况下,可能形成电极焊盘5b的外周端从肖特基电极5a的外周端伸出而电极焊盘5b完全覆盖肖特基电极5a的构造。或者,可能形成肖特基电极5a的外周端从电极焊盘5b的外周端伸出而肖特基电极5a的一部分未被电极焊盘5b覆盖的构造。电极焊盘5b与周边构造7之间的距离优选为肖特基电极5a以及电极焊盘5b的总厚度(在上述尺寸例中3.0+0.1=3.1μm)以下,并且优选为周边构造7的厚度(在上述尺寸例中2μm)以下。

在此,在制造变形例的sbd101(图4)的情况下,例如通过等离子体cvd法,在设置有表面电极5以及周边构造7的表面s2上,对sin进行成膜。接下来,通过使用光刻工序和蚀刻工序的构图,形成期望的形状的抗湿绝缘膜15。抗湿绝缘膜15的厚度优选为100nm以上、例如1μm。

接下来,以覆盖电极焊盘5b的外周端和设置有周边构造7的表面s2的方式,形成表面保护膜6。表面保护膜6例如能够通过感光性聚酰亚胺的涂敷以及曝光以期望的形状形成。通过以上,得到sbd100。

<动作>

接下来,以下说明本实施方式的sbd100(图1)的动作。

在以表面电极5的电极焊盘5b的电位为基准,对背面电极8施加负的电压时,作为sic-sbd的sbd100成为电流从表面电极5流向背面电极8的状态、即导通状态(导通状态)。相反,在以表面电极5为基准,对背面电极8施加正的电压时,sbd100成为阻止状态(截止状态)。

参照图3,在sbd100处于截止状态的情况下,对漂移层1的活性区域的表面以及漂移层1和终端阱区域2的pn结界面附近,施加大的电场。该电场达到临界电场而引起雪崩击穿时的向背面电极8的电压被定义为最大电压(雪崩电压)。通常,在不引起雪崩击穿的范围,使用sbd100,决定其额定电压。

在截止状态下,耗尽层从漂移层1的活性区域的表面以及漂移层1和终端阱区域2的pn结界面向朝向单晶基板31的方向(在图中下方向)和漂移层1的外周方向(在图中右方向)扩展。另外,耗尽层从漂移层1和终端阱区域2的pn结界面还向终端阱区域2内扩展,其扩展情形大幅依赖于终端阱区域2的浓度。在此,虚线所示的位置是最大耗尽层mdl的顶端位置。此时,在外延层32表面的耗尽化的区域,从外延层32的外周侧朝向中央产生电位差。

在此,考虑在高湿度下使sbd100成为截止状态的情况。表面保护膜6具有高的吸水性,所以在高湿度下含有大量的水分。该水分到达外延层32以及电极焊盘5b的表面。在此,通过施加到sbd100的电压,漂移层1的外周侧作为阳极发挥作用,电极焊盘5b作为阴极发挥作用。在成为阴极的电极焊盘5b的附近,关于上述水分,产生以下的式(1)所示的氧的还原反应以及式(2)所示的氢的生成反应。

o2+2h2o+4e-→4oh-…(1)

h2o+e-→oh-+1/2h2…(2)

与其相伴地,在电极焊盘5b的附近,氢氧离子的浓度增加。氢氧离子与电极焊盘5b在化学上反应。例如,在电极焊盘5b由铝构成的情况下,通过上述化学反应,铝有时成为氢氧化铝。氢氧化铝在电极焊盘5b的表面作为绝缘物析出。在外延基板30由sic构成的情况下,通过活用sic的高的绝缘破坏电场,能够将终端阱区域2的宽度以及终端阱区域2至漂移层1的外周端的宽度设计得小。在这样的设计下,在截止状态下成为阳极的漂移层1的外周侧和成为阴极的电极焊盘5b的距离变近。因此,在电极焊盘5b附近,氢氧离子的浓度变得更大。因此,电极焊盘5b的表面处的绝缘物的析出变得更显著。此时,在电极焊盘5b的外周端(图3中的右端),绝缘物在电极焊盘5b的上表面以及侧面析出。通过该析出,表面保护膜6被推起,其结果,有时在电极焊盘5b和表面保护膜6的界面产生剥离。另外,表面保护膜6的剥离可能在外延层32上传播。换言之,在外延层32和表面保护膜6的界面也有可能产生剥离。假使由于该剥离在终端阱区域2上形成空洞部,则由于水分进入到空洞部而流过过剩的泄漏电流或者在空洞部引起气体放电,从而可能导致sbd100元件破坏。

根据本实施方式,在电极焊盘5b的外周侧设置有周边构造7。由此,能够通过周边构造7,阻止从电极焊盘5b的外周端朝向漂移层1的外周侧发生的表面保护膜6从外延层32的剥离。

<效果的总结>

表面保护膜6由与周边构造7的材料不同的材料构成。由此,作为表面保护膜6的材料,能够适当地选择缓和由于来自外部环境的影响产生的应力的能力优良的材料。另一方面,周边构造7的材料可以与表面保护膜6的材料不同,所以能够优先难以产生周边构造7从外延基板30剥离而选择。在此,周边构造7陷入于表面保护膜6,所以难以产生表面保护膜6从周边构造7剥离。因此,即使表面保护膜6在表面电极5的外周端附近开始剥离,仍防止该剥离超过周边构造7附近而伸展到外侧。因此,在从周边构造7到外侧,维持利用表面保护膜6的绝缘保护。因此,能够提高sbd100的绝缘可靠性。

周边构造7的外周端(图1中的右端)位于比终端阱区域2的外周端(图1中的右端)靠内周侧(图1中的左侧)。由此,防止表面保护膜6的剥离超过终端阱区域2的外周端而伸展。因此,能够避免上述剥离所引起的泄漏通道使由漂移层1和终端阱区域2形成的pn结短路。

周边构造7优选离开最大耗尽层mdl。由此,防止表面保护膜6的剥离向最大耗尽层mdl与表面s2相接的区域伸展。因此,能够避免上述剥离所引起的泄漏通道使耗尽层短路。

周边构造7与表面电极5之间的距离优选为表面电极5以及周边构造7的至少任意一个的厚度以下,更优选为表面电极5以及周边构造7各自的厚度以下。由此,由表面电极5和周边构造7形成的凹部的长宽比变高。因此,表面保护膜6被更强地固定到该凹部。因此,即使表面保护膜6在表面电极5的外周端附近开始剥离,仍更可靠地防止该剥离超过周边构造7附近而伸展到外侧。

在使用由sic构成的外延基板30的sbd100中,如上所述,由于水分的影响,绝缘物易于在表面电极5的周边析出。该析出可能导致表面电极5的外周端附近处的表面保护膜6的剥离。根据本实施方式,有效地防止该剥离超过周边构造7附近而伸展到外侧。

参照图4,可以在表面电极5与表面保护膜6之间设置抗湿绝缘膜15。由此,水分向表面电极5的外周端的浸透被抑制。因此,能够抑制起因于水分的影响的表面电极5的外周端附近处的表面保护膜6的剥离发生。

参照图5,表面保护膜6可以陷入于周边构造7的内侧部分7i与外侧部分7o之间。由此,在从表面电极5朝向外侧的方向上,表面保护膜6不仅在表面电极5与周边构造7的内侧部分7i之间强固定,而且进而在周边构造7的内侧部分7i与外侧部分7o之间也强固定。因此,即使表面保护膜6在表面电极5的外周端附近开始剥离,仍更可靠地防止该剥离超过周边构造7附近而伸展到外侧。在内侧部分7i与外侧部分7o之间的间隔是周边构造7的厚度以下的情况下,由内侧部分7i和外侧部分7o形成的凹部的长宽比变高。因此,表面保护膜6被更强地固定到该凹部。因此,即使表面保护膜6在表面电极5的外周端附近开始剥离,仍更可靠地防止该剥离超过周边构造7附近而伸展到外侧。

参照图6,表面保护膜6可以陷入于表面电极5与周边构造7的部分7a(图6)之间、表面电极5与周边构造7的部分7b(图6)之间以及部分7a与部分7b之间。由此,通过陷入而表面保护膜6强固定到周边构造7的部位的数量增加。因此,即使表面保护膜6在表面电极5的外周端附近开始剥离,仍更可靠地防止该剥离超过周边构造7附近而伸展到外侧。

部分7a与部分7b之间的距离可以是周边构造7的厚度以下。由此,由周边构造7的部分7a以及部分7b形成的凹部的长宽比变高。因此,表面保护膜6被更强地固定到该凹部。因此,即使表面保护膜6在表面电极5的外周端附近开始剥离,仍更可靠地防止该剥离超过周边构造7附近而伸展到外侧。

在图6中,在周边构造7中设置多个连通区域(周边构造的缺损区域)的情况下,它们之间的间隔可以是周边构造的厚度以上。在该情况下,易于充分确保外延基板30和周边构造7的密接性。由此,能够防止周边构造7从外延基板30剥离。

此外,优选在特别易于引起表面保护膜6的剥离的、表面电极5在俯视时具有曲率的角部的附近,不设置上述连通区域。

(实施方式2)

<结构>

图7是概略地示出本实施方式2中的sbd200(半导体装置)的结构的部分剖面图。sbd200具有场绝缘膜3。在本实施方式中,场绝缘膜3跨越外延基板30的内侧区域ri和外侧区域ro而设置于外延基板30的表面s2上。因此,场绝缘膜3具有配置于外侧区域ro上的部分。周边构造7的外周端(在图中右端)位于比终端阱区域2的外周端(在图中右端)靠内周侧(在图中左侧)。因此,周边构造7隔着场绝缘膜3配置于终端阱区域2上。表面电极5的缘隔着场绝缘膜3位于外延基板30的表面s2上。周边构造7位于场绝缘膜3上。肖特基电极5a以及电极焊盘5b的至少任意一个(在图中这些两方)延伸到场绝缘膜3上。场绝缘膜3由sio2或者sin等绝缘材料构成,优选具有10nm以上的厚度。场绝缘膜3例如是厚度1μm的sio2膜。

此外,上述以外的结构与上述实施方式1的结构大致相同,所以对同一或者对应的要素附加同一符号,不重复其说明。

<变形例>

图8是示出作为sbd200的第1变形例的sbd201的部分剖面图。场绝缘膜3在表面电极5与周边构造7之间具有通过表面保护膜6被陷入的内侧开口部3i。内侧开口部3i的宽度优选为场绝缘膜3的厚度以下。此外,内侧开口部3i可以在俯视时完全包围表面电极5。或者,也可以是相互离开的多个内侧开口部3i设置于表面电极5的周围,在该情况下,内侧开口部3i在俯视时未完全包围表面电极5。

图9是示出作为sbd200的第2变形例的sbd202的部分剖面图。场绝缘膜3具有通过周边构造7被陷入的外侧开口部3o。外侧开口部3o的宽度优选为场绝缘膜3的厚度以下。此外,外侧开口部3o可以在俯视时完全包围表面电极5。或者,也可以是相互离开的多个外侧开口部3o设置于表面电极5的周围,在该情况下,外侧开口部3o在俯视时未完全包围表面电极5。

作为其他变形例,可以设置抗湿绝缘膜15(图4:实施方式1的变形例)。在向本实施方式的应用中,抗湿绝缘膜15配置于表面电极5的外周端之上、周边构造7之上以及隔着场绝缘膜3的外延层32的一部分之上。作为进一步其他变形例,周边构造7可以具有外侧部分7o和内侧部分7i(参照图5:实施方式1的变形例)。作为进一步其他变形例,也可以应用具有图6(实施方式1的变形例)所示的形状的周边构造7。根据这些其他变形例,能够得到与将它们应用于实施方式1的情况大致同样的效果。

<制造方法>

接下来,说明本实施方式2的sbd200的制造方法的例子。此外,直至形成具有单晶基板31、漂移层1以及终端阱区域2的外延基板30的工序,与上述实施方式1相同,所以省略其说明。

在上述工序之后,例如通过cvd法,在外延基板30的表面s2上,对厚度1μm的sio2膜进行成膜。之后,通过使用光刻工序以及蚀刻工序的构图,在表面s2的一部分之上形成场绝缘膜3。以使场绝缘膜3跨越内侧区域ri与外侧区域ro的边界的方式并且以超过外侧区域ro中的终端阱区域2的端部而延伸的方式,进行构图。此外,在如变形例的sbd201(图8)或者sbd202(图9)场绝缘膜3具有内侧开口部3i(图8)或者外侧开口部3o(图9)的情况下,进行与其对应的光刻工序。

接下来,例如通过cvd法,在设置有场绝缘膜3的表面s2上,对厚度2μm的sio2膜进行成膜。之后,通过光刻工序以及蚀刻工序,对sio2膜进行构图。由此,在场绝缘膜3的表面的一部分之上,具体而言,隔着场绝缘膜3,在终端阱区域2的表面的一部分之上,形成周边构造7。此外,在如上述sbd102(图5)或者sbd103(图6)周边构造7由相互分离的多个部分构成的情况下,进行与其对应的光刻工序。

其以后的工序与上述实施方式1相同,所以省略其说明。通过以上工序,得到sbd200。

<动作>

接下来,以下说明sbd200(图7)的动作。此外,在实施方式1中关于sbd100说明的与“导通状态”以及“截止状态”有关的基本的动作关于本实施方式的sbd200也相同,所以省略其说明。

考虑在高湿度下使sbd200成为截止状态的情况。表面保护膜6具有高的吸水性,所以在高湿度下含有大量的水分。该水分到达场绝缘膜3以及电极焊盘5b的表面。因此,与实施方式1的情况同样地,通过漂移层1的外周侧作为阳极发挥作用,电极焊盘5b作为阴极发挥作用,绝缘物在电极焊盘5b的上表面以及侧面析出。通过该析出,表面保护膜6被推起,其结果,有时在电极焊盘5b和表面保护膜6的界面产生剥离。另外,表面保护膜6的剥离可能在场绝缘膜3上传播。换言之,在场绝缘膜3和表面保护膜6的界面也可能产生剥离。假使由于该剥离而在场绝缘膜3上形成空洞部,则由于水分进入到空洞部而流过过剩的泄漏电流或者在空洞部引起气体放电,从而有可能导致sbd200元件破坏。

根据本实施方式,在表面电极5的外周侧在场绝缘膜3上设置有周边构造7。由此,能够通过周边构造7,阻止从表面电极5的外周端朝向漂移层1的外周侧发生的表面保护膜6从场绝缘膜3的剥离。

<效果的总结>

根据本实施方式2,在表面电极5的外周侧设置有周边构造7。由此,依据与实施方式1大致同样的理由,能够通过周边构造7,阻止从表面电极5的外周端朝向漂移层1的外周侧发生的表面保护膜6从场绝缘膜3的剥离。因此,在从周边构造7到外侧,维持利用表面保护膜6的绝缘保护。因此,能够提高sbd200的绝缘可靠性。

一般而言,电场易于在半导体内部特别在pn结的附近集中,在本实施方式中,电场易于集中到由漂移层1和终端阱区域2形成的pn结的附近。因此,在表面s2上,电场易于集中到终端阱区域2的外周端(图7中的右端)的附近。因此,易于在终端阱区域2的外周端的周边的场绝缘膜3上产生高电场区域。如果表面保护膜6的剥离向该高电场区域伸展,则易于引起气体放电。在周边构造7的外周端(图7中的右端)位于比终端阱区域2的外周端(图7中的右端)靠内周侧(图7中的左侧)的情况下,防止表面保护膜6的剥离向上述高电场区域伸展。因此,能够避免上述剥离所引起的气体放电。

参照图8,场绝缘膜3可以具有内侧开口部3i。由此,在表面电极5与周边构造7之间,向场绝缘膜3更强地固定表面保护膜6。因此,即使表面保护膜6在表面电极5的外周端附近开始剥离,仍更可靠地防止该剥离超过周边构造7附近而伸展到外侧。

内侧开口部3i的宽度可以是场绝缘膜3的厚度以下。由此,内侧开口部3i的长宽比变高。因此,向内侧开口部3i更强地固定表面保护膜6。因此,即使表面保护膜6在表面电极5的外周端附近开始剥离,仍更可靠地防止该剥离超过周边构造7附近而伸展到外侧。

参照图9,场绝缘膜3可以具有通过周边构造7被陷入的外侧开口部3o。通过该陷入的影响,能够在周边构造7的面对表面保护膜6的面形成凹部7r。通过表面保护膜6向该凹部7r陷入,向周边构造7更强地固定表面保护膜6。因此,即使表面保护膜6在表面电极5的外周端附近开始剥离,仍更可靠地防止该剥离超过周边构造7附近而伸展到外侧。

外侧开口部3o的宽度可以是场绝缘膜3的厚度以下。由此,凹部7r的长宽比变高。因此,向凹部7r更强地固定表面保护膜6。因此,即使表面保护膜6在表面电极5的外周端附近开始剥离,仍更可靠地防止该剥离超过周边构造7附近而伸展到外侧。

(实施方式3)

<结构>

图10是概略地示出本实施方式3中的sbd300(半导体装置)的结构的部分剖面图。sbd300代替由绝缘材料构成的周边构造7(图1:实施方式1),具有由具有导电性的材料构成的周边构造7m。作为具有导电性的材料,例如能够使用包含ti、au、w、al、cu、mo、ni中的任意种类的金属、如al-si的al合金或者如多晶硅的半导体材料。周边构造7m的材料可以与表面电极5的至少一部分的材料相同。换言之,周边构造7m的材料可以是肖特基电极5a的材料或者电极焊盘5b的材料。或者,周边构造7m的材料可以与表面电极5的材料相同。换言之,周边构造7m的材料可以是肖特基电极5a的材料和电极焊盘5b的材料的层叠材料。换言之,周边构造7m可以具有与表面电极5具有的层叠构造相同的层叠构造。

周边构造7m的配置可以与周边构造7(实施方式1)相同。具体而言,周边构造7m的外周端(在图中右端)位于比终端阱区域2的外周端(在图中右端)靠内周侧(左侧)。另外,周边构造7m优选离开最大耗尽层mdl(图3)。

其他结构也与上述实施方式1的结构大致相同,所以对同一或者对应的要素附加同一符号,不重复其说明。

<变形例>

图11是示出作为sbd300的变形例的sbd301的部分剖面图。在sbd301中,终端阱区域2在外延基板30的表面s2包含低浓度部分2a(第1部分)和具有比低浓度部分2a的杂质浓度高的杂质浓度的高浓度部分2b(第2部分)。高浓度部分2b也可以如图所示,通过低浓度部分2a从漂移层1隔开。或者,高浓度部分2b也可以在深度方向上到达漂移层1。换言之,也可以高浓度部分2b比低浓度部分2a深。肖特基电极5a既可以与高浓度部分2b连接,也可以不连接。高浓度部分2b也可以由相互离开的多个部分构成。周边构造7m的外周端(在图中右端)优选位于比高浓度部分2b的外周端(图中右端)靠内周侧。

进而,也可以将实施方式1的变形例应用于本实施方式3,由此能够得到与实施方式1的情况大致同样的效果。

<制造方法>

接下来,说明本实施方式3的sbd300的制造方法的例子。此外,直至形成具有单晶基板31、漂移层1以及终端阱区域2的外延基板30的工序,与上述实施方式1相同,所以省略其说明。此外,在制造变形例的sbd301(图11)的情况下,进行用于低浓度部分2a的光刻工序以及离子注入和用于高浓度部分2b的光刻工序以及离子注入即可。

在上述工序之后,在表面s2的整体之上,例如通过溅射法,对肖特基电极5a的材料和电极焊盘的材料依次进行成膜。例如,厚度100nm的ti膜和厚度3μm的al膜依次成膜。接下来,通过使用光刻工序和蚀刻工序的构图,形成期望的形状的肖特基电极5a以及电极焊盘5b。在金属膜的蚀刻中,能够使用干蚀刻或者湿蚀刻。作为湿蚀刻的蚀刻液,例如,使用氢氟酸(hf)或者磷酸系的蚀刻液。此外,肖特基电极5a的构图和电极焊盘5b的构图也可以分别进行。在该情况下,可能形成电极焊盘5b的外周端从肖特基电极5a的外周端伸出而电极焊盘5b完全覆盖肖特基电极5a的构造。或者,可能形成肖特基电极5a的外周端从电极焊盘5b的外周端伸出而肖特基电极5a的一部分未被电极焊盘5b覆盖的构造。电极焊盘5b与周边构造7m之间的距离优选为肖特基电极5a以及电极焊盘5b的总厚度(在上述尺寸例中3.0+0.1=3.1μm)以下并且周边构造7m的厚度(在下述的例子中与上述总厚度同样地3.1μm)以下。

周边构造7m优选在对肖特基电极5a及电极焊盘5b这两方进行构图的工序或者对某一方进行构图的工序中同时形成。例如,周边构造7m在对肖特基电极5a及电极焊盘5b这两方进行构图的工序中同时形成,在该情况下,周边构造7m具有与表面电极5相同的层构造。在上述尺寸例的情况下,周边构造7m具有厚度100nm的ti膜和厚度3μm的al膜的二层构造。

在此,与上述实施方式1的情况同样地,作为变形例,可以形成抗湿绝缘膜15(参照图4)。形成方法与实施方式1相同,所以省略其说明。

接下来,以覆盖电极焊盘5b的外周端和设置有周边构造7m的表面s2的方式,形成表面保护膜6。例如,通过感光性聚酰亚胺的涂敷以及曝光,能够以期望的形状形成表面保护膜6。

接下来,在外延基板30的背面s1,例如通过溅射法,形成背面电极8。此外,背面电极8的形成也可以在比此前的定时进行。

通过以上,得到sbd300。

<动作>

接下来,以下说明sbd300(图10)的动作。此外,在实施方式1中关于sbd100说明的与“导通状态”以及“截止状态”有关的基本的动作关于本实施方式的sbd300也相同,所以省略其说明。

与实施方式1不同,在本实施方式3中,代替由绝缘材料构成的周边构造7(图1),使用由导电性材料构成的周边构造7m。由导电性材料构成的周边构造7m经由终端阱区域2向表面电极5电连接。在此,终端阱区域2相比于表面电极5以及周边构造7m的电阻率,具有更高的电阻率。因此,通过终端阱区域2具有的电阻,在截止状态下,周边构造7m具有比表面电极5的电位高的电位。因此,主要作为伴随oh-离子的产生的阴极发挥作用的是表面电极5而并非周边构造7m。因此,在周边构造7m的上表面以及侧面,不会发生起因于oh-离子的产生的绝缘物的析出。因此,能够避免起因于该析出物而表面保护膜6从周边构造7m剥离。因此,周边构造7m与周边构造7(图1:实施方式1)同样地,具有阻止从表面电极5的外周端朝向漂移层1的外周侧发生的表面保护膜6从场绝缘膜3的剥离的功能。

在截止状态下,耗尽层从漂移层1和终端阱区域2形成的pn结扩展到漂移层1以及终端阱区域2的内部。在施加电压提高至界限时,形成最大耗尽层mdl(参照图3)。在耗尽层中发生电位梯度,所以假使终端阱区域2的表面的耗尽层到达至导电性的周边构造7m的外周端,则在周边构造7m的外周端(在图中右端)产生非常大的电位差。由于其导致的过剩的电场集中,有时在周边构造7m的外周端产生破坏。因此,周边构造7m优选离开最大耗尽层mdl(图3)地配置。

<效果的总结>

根据本实施方式3,在表面电极5的外周侧设置有周边构造7m。由此,依据与实施方式1大致同样的理由,能够通过周边构造7m阻止从表面电极5的外周端朝向漂移层1的外周侧发生的表面保护膜6从场绝缘膜3的剥离。因此,在从周边构造7m到外侧,维持利用表面保护膜6的绝缘保护。因此,能够提高sbd300的绝缘可靠性。

周边构造7m由具有导电性的材料构成。由此,作为周边构造7m的材料,还能够选择非导电性的材料以外的材料。一般而言,导电性材料比sio2等绝缘材料易于更厚地成膜。为了充分得到利用周边构造7m的效果,周边构造7m需要具有某种程度以上的厚度,通过使用导电性材料,能够容易地形成厚的周边构造7m。

优选,周边构造7m的材料与表面电极5的至少一部分的材料相同。由此,能够使周边构造7m的形成工序和表面电极5的形成工序的至少一部分共用化。也可以周边构造7m的材料与表面电极5的材料相同。由此,能够使周边构造7m的形成工序和表面电极5的形成工序共用化。

周边构造7m的外周端位于比终端阱区域2的外周端靠内周侧。由此,能够避免周边构造7m使由漂移层1和终端阱区域2形成的pn结短路。另外,周边构造7m的外周端处的电场集中被抑制。

周边构造7m优选离开最大耗尽层mdl(参照图3)。由此,周边构造7m的外周端处的电场集中被更可靠地抑制。

参照图11,周边构造7m的外周端也可以位于比终端阱区域2的高浓度部分2b的外周端靠内周侧。由此,在截止状态下从漂移层1和终端阱区域2的pn结向终端阱区域2的内部扩展的耗尽层难以到达至周边构造7m的外周端。因此,周边构造7m的外周端处的电场集中被更可靠地抑制。

此外,耗尽层从漂移层1和终端阱区域2形成的pn结的扩展根据漂移层1以及终端阱区域2的浓度、厚度以及施加到sbd(半导体装置)的电压而变化,能够通过使用tcad(technologycomputeraideddesign,计算机辅助设计技术)的设备仿真等计算。

(实施方式4)

<结构>

图12是概略地示出本实施方式4中的sbd400(半导体装置)的结构的部分剖面图。sbd400具有与实施方式2大致同样的场绝缘膜3。其以外的结构与上述实施方式3(图10)的结构大致相同。因此,在本实施方式中,在外延基板30的外侧区域ro上隔着场绝缘膜3配置有周边构造7m。另外,周边构造7m优选在面内方向(在图中横向)上离开最大耗尽层mdl(图3)到达表面s2的区域。

此外,上述以外的结构与上述实施方式3的结构大致相同,所以对同一或者对应的要素附加同一符号,不重复其说明。

<变形例>

图13是示出作为sbd400的第1变形例的sbd401的部分剖面图。在sbd401中,与sbd301(图11:实施方式3的变形例)同样地,终端阱区域2包括低浓度部分2a和高浓度部分2b。周边构造7m的外周端(在图中右端)位于比高浓度部分2b的外周端(在图中右端)靠内周侧(在图中左侧)。肖特基电极5a既可以与高浓度部分2b连接,也可以不连接。

图14是示出作为sbd400的第2变形例的sbd402的部分剖面图。在sbd402中,与sbd202(图9:实施方式3的变形例)同样地,场绝缘膜3具有外侧开口部3o。在本变形例中,周边构造7m陷入于外侧开口部3o。由此,终端阱区域2和周边构造7m被电连接。优选,外侧开口部3o的外周端(在图中右端)位于比终端阱区域2的高浓度部分2b的外周端(在图中右端)靠内周侧(左侧)。只要周边构造7m的外周端位于比终端阱区域2的高浓度部分2b的外周端靠内周侧,则当然满足该条件。

作为其他变形例,可以设置抗湿绝缘膜15(图4:实施方式1的变形例)。在向本实施方式的应用中,抗湿绝缘膜15配置于表面电极5的外周端之上、周边构造7m之上以及隔着场绝缘膜3的外延层32的一部分之上。作为进一步其他变形例,与周边构造7(参照图5:实施方式1的变形例)具有外侧部分7o以及内侧部分7i同样地,周边构造7m可以具有外侧部分以及内侧部分。作为进一步其他变形例,也可以应用具有与图6(实施方式1的变形例)所示的周边构造7同样的形状的周边构造7m。根据这些其他变形例,得到与将它们应用于实施方式1的情况大致同样的效果。

<制造方法>

接下来,说明本实施方式4的sbd400的制造方法的例子。

首先,通过与上述实施方式2大致同样的方法,进行至形成场绝缘膜3的工序。此外,在制造变形例的sbd401(图13)或者sbd402(图14)的情况下,进行用于低浓度部分2a的光刻工序以及离子注入和用于高浓度部分2b的光刻工序以及离子注入即可。

接下来,通过与上述实施方式3大致同样的方法,形成表面电极5以及周边构造7m。在此,与上述实施方式1的情况同样地,作为变形例,可以形成抗湿绝缘膜15(参照图4)。形成方法与实施方式1相同,所以省略其说明。

其以后的工序除了周边构造7被置换为周边构造7m以外,与上述实施方式2大致相同,所以省略其说明。通过以上,得到sbd400。

<动作>

接下来,以下说明sbd400(图12)的动作。此外,在实施方式1中关于sbd100说明的与“导通状态”以及“截止状态”有关的基本的动作关于本实施方式的sbd400也相同,所以省略其说明。

考虑在高湿度下使sbd400成为截止状态的情况。表面保护膜6具有高的吸水性,所以在高湿度下含有大量的水分。该水分到达场绝缘膜3以及电极焊盘5b的表面。因此,与实施方式1的情况同样地,通过漂移层1的外周侧作为阳极发挥作用,电极焊盘5b作为阴极发挥作用,绝缘物在电极焊盘5b的上表面以及侧面析出。通过该析出,表面保护膜6被推起,其结果,有时在电极焊盘5b和表面保护膜6的界面产生剥离。另外,表面保护膜6的剥离可能在场绝缘膜3上传播。换言之,在场绝缘膜3和表面保护膜6的界面也可能产生剥离。假使由于该剥离而在场绝缘膜3上形成空洞部时,则由于水分进入到空洞部而流过过剩的泄漏电流或者在空洞部引起气体放电,从而有可能导致sbd400元件破坏。

根据本实施方式,在表面电极5的外周侧在场绝缘膜3上设置有周边构造7m。由此,能够通过周边构造7m,阻止从表面电极5的外周端朝向漂移层1的外周侧发生的表面保护膜6从场绝缘膜3的剥离。

本实施方式的sbd400(图12)与sbd200(图7:实施方式2)同样地具有场绝缘膜3。另一方面,与实施方式2不同,在本实施方式4中,代替由绝缘材料构成的周边构造7(图1),使用由导电性材料构成的周边构造7m。在sbd400(图12)以及sbd401(图13)中,周边构造7m处于场绝缘膜3上。因此,在截止状态下周边构造7m取成为阴极的表面电极5的电位和成为阳极的外延层32外周侧的电位的中间的电位。在sbd402(图14)中,由导电性材料构成的周边构造7m经由终端阱区域2向表面电极5电连接。在此,终端阱区域2相比于表面电极5以及周边构造7m的电阻率,具有更高的电阻率。因此,通过终端阱区域2具有的电阻,在截止状态下,周边构造7m具有比表面电极5的电位高的电位。因此,主要作为伴随oh-离子的发生的阴极发挥作用的是表面电极5而并非周边构造7m。

因此,在周边构造7m的上表面以及侧面,不发生起因于oh-离子的产生的绝缘物的析出。因此,能够避免起因于该析出物而表面保护膜6从周边构造7m剥离。因此,周边构造7m与周边构造7(图7:实施方式2)同样地,具有阻止从表面电极5的外周端朝向漂移层1的外周侧发生的表面保护膜6从场绝缘膜3的剥离的功能。

在截止状态下,耗尽层从漂移层1和终端阱区域2形成的pn结扩展到漂移层1以及终端阱区域2的内部。在施加电压提高至界限时,形成最大耗尽层mdl(参照图3)。在耗尽层中发生电位梯度,所以假使终端阱区域2的表面的耗尽层到达至导电性的周边构造7m的外周端,则在周边构造7m的外周端(在图中右端)产生非常大的电位差。由于其导致的过剩的电场集中,有时在周边构造7m的外周端产生破坏。因此,周边构造7m优选离开最大耗尽层mdl(图3)地配置。

即使在由于终端阱区域2的浓度充分大而耗尽层几乎不从漂移层1和终端阱区域2的pn结扩展到终端阱区域2的内部的情况下,耗尽层从pn结大幅扩展到漂移层1。因此,周边构造7m的外周端的位置优选位于比终端阱区域2的外周端靠内侧。

一般而言,已知通过在终端阱区域2的外侧将电浮置的阱设置1个以上来进行电场缓和的方法。在截止状态下在终端阱区域2与如上所述浮置的阱之间,耗尽层扩展。因此,即使在该情况下,周边构造7m的外周端的位置优选位于比终端阱区域2的外周端靠内侧。

<效果的总结>

根据本实施方式4,在表面电极5的外周侧设置有周边构造7m。由此,依据与实施方式1大致同样的理由,能够通过周边构造7m,阻止从表面电极5的外周端朝向漂移层1的外周侧发生的表面保护膜6从场绝缘膜3的剥离。因此,在从周边构造7m到外侧,维持利用表面保护膜6的绝缘保护。因此,能够提高sbd400的绝缘可靠性。

周边构造7m的外周端(图12中的右端)位于比终端阱区域2的外周端(图12中的右端)靠内周侧(图12中的左侧)。由此,周边构造7m的外周端处的电场集中被抑制。

参照图13,周边构造7m的外周端可以位于比终端阱区域2的高浓度部分2b的外周端靠内周侧。由此,在截止状态下从漂移层1和终端阱区域2的pn结向终端阱区域2的内部扩展的耗尽层难以到达至周边构造7m的外周端。因此,周边构造7m的外周端处的电场集中被更可靠地抑制。

参照图14,场绝缘膜3可以具有通过周边构造7m被陷入的外侧开口部3o。通过该陷入的影响,能够在周边构造7m的面对表面保护膜6的面形成凹部7r。通过表面保护膜6向该凹部7r陷入,向周边构造7m更强地固定表面保护膜6。因此,即使表面保护膜6在表面电极5的外周端附近开始剥离,仍更可靠地防止该剥离超过周边构造7m附近而伸展到外侧。

外侧开口部3o的宽度可以是场绝缘膜3的厚度以下。由此,凹部7r的长宽比变高。因此,向凹部7r更强地固定表面保护膜6。因此,即使表面保护膜6在表面电极5的外周端附近开始剥离,仍更可靠地防止该剥离超过周边构造7m附近而伸展到外侧。

(实施方式5)

<结构>

图15是将本实施方式5中的mosfet500(半导体装置)的结构沿着图16的线xv-xv概略地示出的部分剖面图。图16是概略地示出mosfet500的结构的顶视图。图17是概略地示出包含于图15的结构的组件单元uc的结构的部分剖面图。此外,在图15中,右侧是mosfet500的终端侧,左侧是在导通状态下流过主电流的活性区域侧。

mosfet500具有外延基板30、背面电极8(漏电极)、表面电极50(第2电极)、周边构造7、表面保护膜6以及场绝缘膜3。另外,mosfet500具有栅极绝缘膜12、栅极电极13以及层间绝缘膜14。

在本实施方式中,外延基板30由具有多型4h的sic构成。因此,mosfet500是sic-mosfet。外延基板30具有背面s1和表面s2。表面s2具有内侧区域ri和内侧区域的外侧的外侧区域ro。外延基板30具有形成背面s1的单晶基板31和配置于单晶基板31上且形成表面s2的外延层32。

在本实施方式中,外延层32具有漂移层1、终端阱区域20、元件阱区域9、接触区域19以及源极区域11。源极区域11具有与漂移层1的导电类型相同的导电类型。在本实施方式中,漂移层1具有与单晶基板31的导电类型相同的导电类型,具体而言具有n型(第1导电类型)。终端阱区域20、元件阱区域9以及接触区域19具有p型(与第1导电类型不同的第2导电类型)。终端阱区域20通过漂移层1从单晶基板31隔开。换言之,终端阱区域20形成于外延层32的表层部。漂移层1的杂质浓度低于单晶基板31的杂质浓度。因此,单晶基板31相比于漂移层1的电阻率,具有更低的电阻率。漂移层1的杂质浓度是1×1014/cm3以上且1×1017/cm3以下。终端阱区域20在表面s2上具有从内侧区域ri与外侧区域ro之间向外侧区域ro延伸的部分。换言之,终端阱区域20跨越内侧区域ri与外侧区域ro的边界。

终端阱区域20具有从内侧区域ri与外侧区域ro的边界延伸的边界部分21。边界部分21如图15所示,具有从内侧区域ri与外侧区域ro的边界延伸到内侧(在图中左侧)的部分。边界部分21可以形成为包围活性区域ra。边界部分21在表面s2包含低浓度部分21a(第1部分)和具有比低浓度部分21a的杂质浓度高的杂质浓度的高浓度部分21b(第2部分)。另外,终端阱区域20具有从边界部分21进而延伸到外侧的延长部分22。

表面电极50设置于外延基板30的内侧区域ri的一部分之上。表面电极50包括源极电极51(主电极部)和栅极布线电极52(控制布线电极部)。表面电极50的源极电极51向终端阱区域20的边界部分21电连接。栅极布线电极52是用于接受用于控制源极电极51与背面电极8之间的电路径的栅极信号(控制信号)的电极,离开源极电极51。表面电极50具有位于内侧区域ri与外侧区域ro的边界上的缘,在图15所示的剖面中,栅极布线电极52具有位于上述边界上的缘。栅极布线电极52具有栅极焊盘52p以及栅极布线52w(图16)。

场绝缘膜3具有配置于外延基板30的表面s2的外侧区域ro上的部分。场绝缘膜3覆盖终端阱区域20的延长部分22。场绝缘膜3在内侧区域ri上具有开口。在本实施方式中,层间绝缘膜14的外周端向场绝缘膜3的内周端连接。层间绝缘膜14跨越外延基板30的内侧区域ri和外侧区域ro而设置于外延基板30的表面s2上。表面电极50的缘隔着层间绝缘膜14位于外延基板30的表面s2上。换言之,表面电极50延伸到层间绝缘膜14上。

周边构造7离开表面电极50而设置于外延基板30的外侧区域ro的一部分之上。在本实施方式中,周边构造7隔着场绝缘膜3配置于外侧区域ro的一部分之上。周边构造7的外周端(图15中的右端)优选位于比终端阱区域20的高浓度部分21b的外周端(图15中的右端)靠内周侧(左侧)。周边构造7的材料以及厚度可以与实施方式1的情况相同。

表面保护膜6覆盖表面电极50的缘,具体而言覆盖源极电极51以及栅极布线电极52的缘。另外,表面保护膜6至少部分性地覆盖外延基板30的外侧区域ro。表面保护膜6以使源极电极51和栅极布线电极52的栅极焊盘52p能够作为外部端子发挥功能的方式,如图16所示在源极电极51的中央部之上和栅极焊盘52p的一部分之上具有开口。

与实施方式1同样地,在本实施方式5中,表面保护膜6也通过周边构造7被陷入。表面保护膜6由与周边构造7的材料不同的绝缘材料构成。表面保护膜6的材料为了缓和来自外部环境的应力而优选为树脂,例如是聚酰亚胺。

另外,与实施方式1同样地,在本实施方式5中,周边构造7的外周端也位于比终端阱区域20的外周端靠内周侧。另外,与sbd100的最大耗尽层mdl(图3)同样地,在mosfet500中也设想最大耗尽层,周边构造7优选从该最大耗尽层向内侧离开。另外,周边构造7与表面电极50之间的距离优选为表面电极50以及周边构造7的至少任意一个的厚度以下,更优选为表面电极50以及周边构造7各自的厚度以下。

mosfet500的活性区域ra(图15)具有将组件单元uc(图17)反复多个的构造。组件单元uc的各个具有元件阱区域9、接触区域19以及源极区域11。元件阱区域9以及接触区域19具有p型。接触区域19具有比元件阱区域9的杂质浓度高的杂质浓度。元件阱区域9配置于漂移层1上,面对表面s2。接触区域19配置于元件阱区域9上,面对表面s2。接触区域19从表面s2到达元件阱区域9。源极区域11具有n型。

源极电极51与源极区域11相接。另外,源极电极51以与接触区域19形成欧姆接触的方式,与接触区域19相接。另外,源极电极51以与终端阱区域20的高浓度部分21b形成欧姆接触的方式,与终端阱区域20的高浓度部分21b相接。在表面s2上,源极区域11通过元件阱区域9从漂移层1隔开。栅极绝缘膜12在表面s2上,跨越漂移层1、元件阱区域9以及源极区域11。栅极电极13配置于栅极绝缘膜12的表面的一部分或者全部之上。层间绝缘膜14通过覆盖栅极绝缘膜12以及栅极电极13,使源极电极51与栅极电极13之间绝缘。另外,在终端阱区域20的边界部分21的表面的一部分之上,隔着栅极绝缘膜12配置有栅极电极13。

在图16所示的平面布局的情况下,栅极布线电极52包围内侧区域ri。另外,层间绝缘膜14如图15所示,在内侧区域ri的外周具有开口。组件单元uc各自的栅极电极13在活性区域ra的外周,与栅极布线电极52的栅极布线52w连接。以离开栅极布线电极52且将其包围的方式,配置有周边构造7。

作为平面布局的变形例,也可以在活性区域ra内形成具有宽的面积的p型阱,在该p型阱的上方配置栅极布线52w。在该情况下,向栅极布线52w经由层间绝缘膜14的开口连接组件单元uc各自的栅极电极13。在该变形例的情况下,栅极布线52w配置于活性区域ra内。

此外,在上述本实施方式中,第1导电类型是n型且第2导电类型是p型,但可以替代地,第1导电类型是p型且第2导电类型是n型。另外,外延基板30由作为宽带隙材料的一种的sic构成,但也可以代替sic而使用其他宽带隙材料。另外,也可以代替宽带隙材料,使用其他材料、例如si。另外,半导体装置可以是mosfet以外的晶体管,例如,也可以是jfet(junctionfet,结型场效应管)或者igbt(insulatedgatebipolartransistor,绝缘栅双极晶体管)。另外,在本实施方式中,晶体管是平面型,但晶体管也可以是沟槽型。

<变形例>

作为第1变形例,可以向本实施方式5应用抗湿绝缘膜15(图4:实施方式1的变形例)。在向本实施方式的应用中,抗湿绝缘膜15配置于表面电极50(源极电极51以及栅极布线电极52)的外周端之上、层间绝缘膜14之上、周边构造7之上以及场绝缘膜3之上。作为第2变形例,周边构造7可以具有外侧部分7o和内侧部分7i(参照图5:实施方式1的变形例)。作为第3变形例,也可以应用具有图6(实施方式1的变形例)所示的形状的周边构造7,在该情况下,优选在表面电极50俯视时具有曲率的角部的附近不设置连通区域。根据这些其他变形例,能够得到与将它们应用于实施方式1的情况大致同样的效果。

作为第4变形例,场绝缘膜3可以具有内侧开口部3i(参照图8:实施方式2的变形例)。在向本实施方式的应用中,场绝缘膜3在表面电极50与周边构造7之间具有通过表面保护膜6被陷入的内侧开口部3i。根据该变形例,能够得到与将其应用于实施方式2的情况大致同样的效果。

作为第5变形例,也可以以延伸到场绝缘膜3的表面上的方式,形成层间绝缘膜14,在场绝缘膜3上隔着层间绝缘膜14配置周边构造7。在该变形例中,层间绝缘膜14可以在表面电极50与周边构造7之间,具有通过表面保护膜6被陷入的开口部。由此,能够得到与通过上述第4变形例设置内侧开口部3i(图8)的情况下的效果类似的效果。该开口部的宽度优选为层间绝缘膜14的厚度以下。此外,该开口部可以在俯视时完全包围表面电极50。或者,相互离开的多个开口部也可以设置于表面电极50的周围,在该情况下,开口部在俯视时未完全包围表面电极50。

<制造方法>

接下来,以下说明本实施方式5的mosfet500的制造方法的例子。

首先,准备由n+型的低电阻sic半导体构成、且具有倾斜角的单晶基板31。在单晶基板31上,通过进行n型且杂质浓度为1×1014/cm3以上且1×1017/cm3以下的sic的外延生长,形成具有成为漂移层1的部分的外延层32。

然后,反复使用光刻工序的抗蚀剂膜(未图示)的形成和将该抗蚀剂膜用作注入掩模的离子注入。由此,在漂移层1内的表层部形成终端阱区域20、元件阱区域9、接触区域19以及源极区域11。在离子注入中,作为n型半导体的离子种,使用n(氮)等,作为p型半导体的离子种,使用al或者b等。元件阱区域9和终端阱区域20的低浓度部分21a可以一并地形成。另外,接触区域19和终端阱区域20的高浓度部分21b可以一并地形成。元件阱区域9和终端阱区域20的低浓度部分21a的杂质浓度优选为1.0×1018/cm3以上且1.0×1020/cm3以下。源极区域11的杂质浓度大于元件阱区域9的杂质浓度。终端阱区域20的延长部分22的剂量优选设为0.5×1013/cm2以上且5×1013/cm2以下、例如1.0×1013/cm2。离子注入的注入能量在al的情况下,是例如100kev以上且700kev以下。在该情况下,从上述剂量[cm-2]换算的延长部分22的杂质浓度是1×1017/cm3以上且1×1019/cm3以下。

之后,进行1500℃以上的退火。由此,通过离子注入添加的杂质被活性化。

接下来,例如通过cvd法,在外延基板30的表面s2上,对厚度0.5μm以上且2μm以下程度的sio2膜进行成膜。之后,通过使用光刻工序以及蚀刻工序的构图,在表面s2的一部分之上形成场绝缘膜3。

接下来,通过对未被场绝缘膜3覆盖的外延层32的表面进行热氧化,形成作为期望的厚度的栅极绝缘膜12的sio2膜。接下来,在栅极绝缘膜12之上,通过减压cvd法,形成具有导电性的多晶硅膜,并对其进行构图,从而形成栅极电极13。

接下来,通过cvd法,形成层间绝缘膜14。接下来,形成贯通层间绝缘膜14和栅极绝缘膜12而到达接触区域19以及源极区域11的接触孔。同时,在活性区域ra的外侧,形成贯通层间绝缘膜14而到达栅极电极13的接触孔。

接下来,通过利用cvd法的成膜工序、光刻工序以及蚀刻工序等,在场绝缘膜3的表面上的期望的位置形成周边构造7。作为变形例,也可以以在形成层间绝缘膜14时同时形成周边构造7的方式,进行构图。另外,也可以以延伸到场绝缘膜3的表面上的方式形成层间绝缘膜14,然后在层间绝缘膜14的表面上的期望的位置形成周边构造7。

进而,通过利用溅射法或者蒸镀法等的成膜工序和构图工序,形成表面电极50以及背面电极8。在表面电极50的源极电极51的成膜工序中,例如使用ni、ti以及al等金属的至少1个。在背面电极8的成膜工序中,例如使用ni以及au等金属的至少1个。源极电极51以及背面电极8的与外延基板30相接的部分通过热处理成为硅化物。

接下来,以覆盖表面电极50的外周端和设置有周边构造7等的表面s2的方式,形成表面保护膜6。例如,通过感光性聚酰亚胺的涂敷以及曝光,能够以期望的形状,形成表面保护膜6。通过以上工序,得到mosfet500。

<动作>

接下来,分成2个状态,以下说明mosfet500(图15)的动作。

第1个状态是对栅极电极13施加阈值以上的正的电压的状态,以下称为“导通状态”。在导通状态下,在沟道区域形成反转沟道。反转沟道成为用于使作为载流子的电子在源极区域11与漂移层1之间流过的路径。在导通状态下,以源极电极51为基准,对背面电极8施加高的电压时,流过通过单晶基板31以及漂移层1的电流。将此时的源极电极51与背面电极8之间的电压称为导通电压,将流过的电流称为导通电流。导通电流仅在沟道存在的活性区域ra流过,在活性区域ra外的终端区域不流过。

第2个状态是对栅极电极13施加小于阈值的电压的状态,以下称为“截止状态”。在截止状态下,在沟道区域未形成反转载流子,所以不流过导通电流。因此,在对源极电极51与背面电极8之间施加高电压的情况下,维持该高电压。此时,栅极电极13与源极电极51之间的电压相对源极电极51与背面电极8之间的电压非常小,所以对栅极电极13与背面电极8之间也施加高电压。

在活性区域ra的外侧的终端区域,也对栅极布线电极52以及栅极电极13各自与背面电极8之间,施加高电压。与在活性区域ra在元件阱区域9形成有与源极电极51的电接触同样地,在终端阱区域20的边界部分21形成有与源极电极51的电接触,所以防止对栅极绝缘膜12以及层间绝缘膜14施加高电场。

活性区域ra的外侧的终端区域与在实施方式1~4中说明的截止状态类似地动作。即,对漂移层1和终端阱区域20的pn结界面附近施加高电场,在对背面电极8施加如超过临界电场的电压时,引起雪崩击穿。通常,在不引起雪崩击穿的范围,使用mosfet500,决定其额定电压。

在截止状态下,耗尽层从漂移层1和元件阱区域9以及终端阱区域20的pn结界面向朝向单晶基板31的方向(在图中下方向)和漂移层1的外周方向(在图中右方向)扩展。

在此,考虑在高湿度下使mosfet500成为截止状态的情况。表面保护膜6具有高的吸水性,所以在高湿度下含有大量的水分。该水分到达场绝缘膜3、层间绝缘膜14、表面电极50以及周边构造7的表面。在此,通过施加到mosfet500的电压,漂移层1的外周侧作为阳极发挥作用,表面电极50作为阴极发挥作用。在成为阴极的表面电极50的附近,如在上述实施方式1中说明,产生氧的还原反应以及氢的生成反应。与其相伴地,在表面电极50的附近,氢氧离子的浓度增加。在对栅极布线电极52施加负的电压时,氢氧离子的浓度进一步增加。通过氢氧离子与表面电极50在化学上反应,在表面电极50的外周端(图15中的右端),绝缘物在表面电极50的上表面以及侧面析出。

通过该析出,表面保护膜6被推起,其结果,有时在表面电极50和表面保护膜6的界面产生剥离。另外,表面保护膜6的剥离能够在层间绝缘膜14以及场绝缘膜3上传播。换言之,在层间绝缘膜14以及场绝缘膜3各自和表面保护膜6的界面也可能产生剥离。在以包围活性区域ra的方式形成被施加负的电压的栅极布线电极52的情况下,更显著地产生该剥离。假使由于该剥离在终端阱区域20上形成空洞部,则由于水分进入到空洞部而流过过剩的泄漏电流或者在空洞部引起气体放电,从而也可能导致mosfet500元件破坏。根据本实施方式,在表面电极50的外周侧设置有周边构造7。由此,能够通过周边构造7,阻止从表面电极50的外周端朝向漂移层1的外周侧发生的表面保护膜6从场绝缘膜3的剥离。

<效果的总结>

表面保护膜6由与周边构造7的材料不同的材料构成。由此,作为表面保护膜6的材料,能够适当地选择缓和由于来自外部环境的影响产生的应力的能力优良的材料。另一方面,周边构造7的材料可以与表面保护膜6的材料不同,所以能够优先难以产生周边构造7从外延基板30剥离而选择。在此,周边构造7陷入于表面保护膜6,所以难以产生表面保护膜6从周边构造7剥离。因此,即使表面保护膜6在表面电极50的外周端附近开始剥离,仍防止该剥离超过周边构造7附近而伸展到外侧。因此,在从周边构造7到外侧,维持利用表面保护膜6的绝缘保护。因此,能够提高mosfet500的绝缘可靠性。

一般而言,电场易于在半导体内部特别是在pn结的附近集中,在本实施方式中,电场易于集中到由漂移层1和终端阱区域20形成的pn结的附近。因此,在表面s2上,电场易于集中到终端阱区域20的外周端(图15中的右端)的附近。因此,易于在终端阱区域20的外周端的周边的场绝缘膜3上产生高电场区域。在表面保护膜6的剥离向该高电场区域伸展时,易于引起气体放电。在周边构造7的外周端(图15中的右端)位于比终端阱区域20的外周端(图15中的右端)靠内周侧(图15中的左侧)的情况下,防止表面保护膜6的剥离向上述高电场区域伸展。因此,能够避免上述剥离所引起的气体放电。

易于在最大耗尽层(参照图3中的最大耗尽层mdl)与表面s2相接的区域的周边的场绝缘膜3上产生高电场区域。在表面保护膜6的剥离向该高电场区域伸展时,易于引起气体放电。在周边构造7离开最大耗尽层的情况下,防止表面保护膜6的剥离向上述高电场区域伸展。因此,能够避免上述剥离所引起的气体放电。

周边构造7的外周端可以位于比终端阱区域20的高浓度部分21b的外周端靠内周侧。由此,在截止状态下从漂移层1和终端阱区域20的pn结向终端阱区域20的内部扩展的耗尽层难以到达至周边构造7的外周端。

周边构造7与表面电极50之间的距离优选为表面电极50以及周边构造7的至少任意一个的厚度以下,更优选为表面电极50以及周边构造7各自的厚度以下。由此,由表面电极50和周边构造7形成的凹部的长宽比变高。因此,表面保护膜6被更强地固定到该凹部。因此,即使表面保护膜6在表面电极50的外周端附近开始剥离,仍更可靠地防止该剥离超过周边构造7附近而伸展到外侧。

(实施方式6)

<结构>

图18是概略地示出本实施方式6中的mosfet600(半导体装置)的结构的部分剖面图。mosfet600代替由绝缘材料构成的周边构造7(图15:实施方式5),具有由具有导电性的材料构成的周边构造7m。周边构造7m的材料可以是在上述实施方式3中说明的材料。另外,周边构造7m的配置可以与周边构造7的配置相同。

此外,上述以外的结构与上述实施方式5的结构大致相同,所以对同一或者对应的要素附加同一符号,不重复其说明。

<变形例>

图19是示出作为mosfet600的变形例的mosfet601的部分剖面图。在mosfet601中,场绝缘膜3具有通过周边构造7m被陷入的外侧开口部3o。在本变形例中,终端阱区域20的边界部分21的高浓度部分21b和周边构造7m被电连接。根据本变形例,依据与sbd402(图14:实施方式4的变形例)的情况同样的理由,更可靠地防止表面保护膜6的剥离超过周边构造7m附近而伸展到外侧。

作为其他变形例,也可以以延伸到场绝缘膜3的表面上的方式形成层间绝缘膜14,在场绝缘膜3上隔着层间绝缘膜14配置周边构造7m。在该变形例中,场绝缘膜3以及层间绝缘膜14的层叠构造可以具有通过周边构造7m被陷入的开口部。在该情况下,终端阱区域20的边界部分21的高浓度部分21b和周边构造7m被电连接。

作为进一步其他变形例,可以向本实施方式6应用抗湿绝缘膜15(图4:实施方式1的变形例)。在向本实施方式的应用中,抗湿绝缘膜15配置于表面电极5(源极电极51以及栅极布线电极52)的外周端之上、层间绝缘膜14之上、周边构造7m之上以及场绝缘膜3之上。作为进一步其他变形例,周边构造7m可以具有外侧部分7o和内侧部分7i(参照图5:实施方式1的变形例)。作为进一步其他变形例,也可以应用具有图6(实施方式1的变形例)所示的周边构造7的形状的周边构造7m,在该情况下,优选在表面电极50俯视时具有曲率的角部的附近不设置连通区域。根据这些变形例,能够与将它们应用于实施方式1的情况大致同样的效果。

作为进一步其他变形例,场绝缘膜3可以具有内侧开口部3i(参照图8:实施方式2的变形例)。在向本实施方式的应用中,场绝缘膜3在表面电极50与周边构造7之间,具有通过表面保护膜6被陷入的内侧开口部3。根据该变形例,能够得到与将其应用于实施方式2的情况大致同样的效果。

<制造方法>

接下来,以下说明本实施方式6的mosfet600的制造方法的例子。此外,直至形成栅极电极13的工序,与上述实施方式5相同,所以省略其说明。

在上述工序之后,通过cvd法,形成层间绝缘膜14。接下来,形成贯通层间绝缘膜14和栅极绝缘膜12而到达接触区域19以及源极区域11的接触孔。同时,在活性区域ra的外侧,形成贯通层间绝缘膜14而到达栅极电极13的接触孔。

接下来,通过溅射法或者蒸镀法等成膜工序和构图工序,形成表面电极50。此时,能够同时形成周边构造7m。在该情况下,周边构造7m由与表面电极50的材料相同的材料构成,具有与表面电极50的厚度相同的厚度。例如,表面电极50以及周边构造7m由厚度5μm的al膜构成。进而,在外延基板30的背面s1,例如通过溅射法或者蒸镀法,形成背面电极8。源极电极51以及背面电极8的与外延基板30相接的部分通过热处理成为硅化物。此外,在制造mosfet601(图19)的情况下,周边构造7的与外延基板30相接的部分也可以通过热处理成为硅化物。

接下来,以覆盖表面电极50的外周端和设置有周边构造7m等的表面s2的方式,形成表面保护膜6。例如,通过感光性聚酰亚胺的涂敷以及曝光,能够以期望的形状,形成表面保护膜6。通过以上工序,得到mosfet600。

<动作>

接下来,以下说明mosfet600(图18)的动作。此外,关于实施方式5的mosfet500说明的与“导通状态”以及“截止状态”有关的基本的动作关于本实施方式的mosfet600也相同,所以省略其说明。

与实施方式5不同,在本实施方式6中,代替由绝缘材料构成的周边构造7(图15),使用由导电性材料构成的周边构造7m。在mosfet600(图18)中,周边构造7m处于场绝缘膜3上。因此,在截止状态下周边构造7m取成为阴极的表面电极50的电位和成为阳极的外延层32外周侧的电位的中间的电位。在mosfet601(图19)中,由导电性材料构成的周边构造7m经由终端阱区域20的边界部分21向表面电极50的源极电极51电连接。在此,终端阱区域20相比于表面电极50以及周边构造7m的电阻率,具有更高的电阻率。因此,由于终端阱区域20具有的电阻,在截止状态下,周边构造7m具有比表面电极50的源极电极51的电位高的电位。因此,主要作为伴随oh-离子的产生的阴极发挥作用的是表面电极50而并非周边构造7m。因此,在周边构造7m的上表面以及侧面,不发生起因于oh-离子的产生的绝缘物的析出。因此,能够避免起因于该析出物而表面保护膜6从周边构造7m剥离。因此,周边构造7m与周边构造7(图15:实施方式5)同样地,具有阻止从表面电极50的外周端朝向漂移层1的外周侧发生的表面保护膜6从场绝缘膜3的剥离的功能。

在截止状态下,耗尽层从元件阱区域9以及终端阱区域20各自和漂移层1形成的pn结扩展到漂移层1、元件阱区域9以及终端阱区域20的内部。在此,与sbd100的最大耗尽层mdl(图3)同样地,在mosfet600中也设想最大耗尽层。在施加电压提高至界限时,形成最大耗尽层。在耗尽层中发生电位梯度,所以假使终端阱区域20的表面的耗尽层到达至导电性的周边构造7m的外周端的正下时,则可能在周边构造7m的外周端产生非常大的电位差。由于其导致的过剩的电场集中,有时在周边构造7m的外周端产生破坏。特别是,在变形例的mosfet601(图19)的情况下,周边构造7m与外延基板30直接相接,所以显著受到电场集中的恶劣影响。根据以上情况,周边构造7m优选离开最大耗尽层地配置。

此外,终端阱区域20的边界部分21以及元件阱区域9的杂质浓度相比于终端阱区域20的延长部分22的杂质浓度,通常充分高,因此耗尽层几乎不扩展到终端阱区域20的边界部分21以及元件阱区域9的内部。因此,在如图19所示高浓度部分21b的外周端位于比周边构造7m的外周端靠外周侧的情况下,即使在截止状态下施加电压达到至雪崩电压,也难以产生周边构造7m的外周端处的破坏。

<效果的总结>

根据本实施方式6,在表面电极50的外周侧设置有周边构造7m。由此,依据与实施方式5大致同样的理由,能够通过周边构造7m,阻止从表面电极50的外周端朝向漂移层1的外周侧发生的表面保护膜6的剥离。因此,在从周边构造7m到外侧,维持利用表面保护膜6的绝缘保护。因此,能够提高mosfet600的绝缘可靠性。

周边构造7m的外周端(图18中的右端)位于比终端阱区域20的外周端(图18中的右端)靠内周侧(图18中的左侧)。由此,周边构造7m的外周端处的电场集中被抑制。

周边构造7m优选离开上述最大耗尽层。由此,周边构造7m的外周端处的电场集中被更可靠地抑制。

周边构造7m的外周端优选位于比终端阱区域20的高浓度部分21b的外周端靠内周侧。由此,周边构造7m的外周端处的电场集中被更可靠地抑制。

(实施方式7)

本实施方式是将上述实施方式1至6所涉及的半导体装置应用于电力变换装置的例子。本发明不限定于特定的电力变换装置,但以下,作为实施方式7,说明在三相的逆变器中应用本发明的情况。

图20是概略地示出本实施方式7所涉及的应用电力变换装置2000的电力变换系统的结构的框图。电力变换系统具有电源1000、电力变换装置2000以及负载3000。电源1000是直流电源,对电力变换装置2000供给直流电力。电源1000能够由各种电源构成,例如,既能够由直流系统、太阳能电池、蓄电池构成,也能够由与交流系统连接的整流电路或者ac/dc转换器构成。另外,也可以由将从直流系统输出的直流电力变换为预定的电力的dc/dc转换器构成电源1000。

电力变换装置2000是连接于电源1000与负载3000之间的三相的逆变器,将从电源1000供给的直流电力变换为交流电力,对负载3000供给交流电力。电力变换装置2000如图20所示,具有:主变换电路2001,将直流电力变换为交流电力而输出;驱动电路2002,输出驱动主变换电路2001的各开关元件的驱动信号;以及控制电路2003,将控制驱动电路2002的控制信号输出给驱动电路2002。

负载3000是通过从电力变换装置2000供给的交流电力驱动的三相的电动机。此外,负载3000不限于特定的用途,是搭载于各种电气设备的电动机、例如被用作面向混合动力汽车、电动汽车、铁路车辆、电梯或者空调设备的电动机。

以下,详细说明电力变换装置2000。主变换电路2001具有开关元件以及续流二极管(未图示),通过开关元件开关,将从电源1000供给的直流电力变换为交流电力,供给给负载3000。主变换电路2001的具体的电路结构有各种例子,但本实施方式所涉及的主变换电路2001是2电平的三相全桥电路,能够由6个开关元件和与各个开关元件反并联的6个续流二极管构成。在主变换电路2001的各开关元件和各续流二极管的至少任意器件中,应用上述实施方式1至6中的任意实施方式所涉及的半导体装置。关于6个开关元件,针对每2个开关元件串联连接而构成上下支路,各上下支路构成全桥电路的各相(u相、v相、w相)。而且,各上下支路的输出端子、即主变换电路2001的3个输出端子与负载3000连接。

驱动电路2002生成驱动主变换电路2001的开关元件的驱动信号,将其供给到主变换电路2001的开关元件的控制电极。具体而言,依照来自后述控制电路2003的控制信号,将使开关元件成为导通状态的驱动信号和使开关元件成为截止状态的驱动信号输出给各开关元件的控制电极。在将开关元件维持为导通状态的情况下,驱动信号是比开关元件的阈值电压大的电压信号(导通信号),在将开关元件维持为截止状态的情况下,驱动信号是比开关元件的阈值电压小的电压信号(截止信号)。

控制电路2003以对负载3000供给期望的电力的方式,控制主变换电路2001的开关元件。具体而言,根据应供给到负载3000的电力,计算主变换电路2001的各开关元件应成为导通状态的时间(导通时间)。例如,能够通过根据应输出的电压调制开关元件的导通时间的脉冲宽度调制(pwm:pulsewidthmodulation)控制,控制主变换电路2001。而且,以在各时间点向应成为导通状态的开关元件输出导通信号,向应成为截止状态的开关元件输出截止信号的方式,向驱动电路2002输出控制指令(控制信号)。驱动电路2002依据该控制信号,向各开关元件的控制电极输出导通信号或者截止信号作为驱动信号。

在本实施方式所涉及的电力变换装置中,作为主变换电路2001的续流二极管,能够应用实施方式1~4所涉及的半导体装置。另外,作为主变换电路2001的开关元件,能够应用实施方式5或者6所涉及的半导体装置。由此,能够提高可靠性。

在本实施方式中,说明在2电平的三相逆变器中应用本发明的例子,但本发明不限于此,能够应用于各种电力变换装置。在本实施方式中,电力变换装置是2电平的例子,但电力变换装置也可以是如3电平的多电平的例子。另外,在对单相负载供给电力的情况下,可以在单相的逆变器中应用本发明。另外,在对直流负载等供给电力的情况下,还能够在dc/dc转换器或者ac/dc转换器中应用本发明。

另外,应用本发明的电力变换装置不限定于用于负载是电动机的情况的例子,例如,既能够使用于用于放电加工机、激光加工机、感应加热烹调器或者非接触器供电系统的电源装置,进而也能够用作太阳能发电系统、蓄电系统等的功率调节器。

在上述各实施方式中,有时还记载各构成要素的物性、材料、尺寸、形状、相对的配置关系或者实施的条件等,但它们在所有方式中仅为例示,本发明不限于记载的例子。因此,在本发明的范围内设想未例示的无数的变形例。例如,包括将任意的构成要素变形、追加或者省略的情况以及提取至少1个实施方式中的至少1个构成要素并将其与其他实施方式的构成要素组合的情况。

另外,只要不产生矛盾,在上述各实施方式中记载为具备“1个”的构成要素也可以具备“1个以上”。进而,构成发明的构成要素是概念性的单位,1个构成要素可以由多个构造物构成,并且1个构成要素也可以与某个构造物的一部分对应。另外,在本发明的各构成要素中,只要发挥同一功能,就包括具有其他构造或者形状的构造物。

此外,本发明能够在该发明的范围内,自由地组合各实施方式或者将各实施方式适当地变形、省略。虽然详细说明了本发明,但上述说明在所有方面中为例示,本发明不限于此。应被理解为未例示的无数的变形例能够不脱离本发明的范围而被想到。另外,本说明书中的说明为了本发明的所有目的而被参照,只要没有特别的记载,则不应认为是现有技术。

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