知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ 株式会社東芝の特許一覧 ▶ 東芝デバイス＆ストレージ株式会社の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-20
(45)【発行日】2025-01-06
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H10D 62/10 20250101AFI20241223BHJP
H10D 8/50 20250101ALI20241223BHJP
H10D 30/66 20250101ALI20241223BHJP
H10D 12/00 20250101ALI20241223BHJP
H10D 64/20 20250101ALI20241223BHJP
【ＦＩ】
H01L29/06 301F
H01L29/91 D
H01L29/06 301V
H01L29/78 652P
H01L29/78 655F
H01L29/44 Y
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2021045947
(22)【出願日】2021-03-19
(65)【公開番号】P2022144785
(43)【公開日】2022-10-03
【審査請求日】2023-02-02
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【識別番号】317011920
【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100111121
【弁理士】
【氏名又は名称】原 拓実
(74)【代理人】
【識別番号】100200104
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 実
(72)【発明者】
【氏名】松下 憲一
(72)【発明者】
【氏名】安原 紀夫
【審査官】杉山 芳弘
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－２０９９８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－００３２００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－００５４４３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２９／０６
Ｈ０１Ｌ ２９／７８
Ｈ０１Ｌ ２１／３３６
Ｈ０１Ｌ ２９／８６１
Ｈ０１Ｌ ２９／７３９
Ｈ０１Ｌ ２９／４１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
セル領域と、前記セル領域を囲む終端領域と、が設定された半導体装置であって、第１電極と、
前記第１電極上に設けられた半導体部と、
前記終端領域において前記半導体部上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられ、上方から見て前記半導体部の中心から外周に向かう第１方向に並び、相互に離隔した複数の第２電極と、
前記絶縁膜中に設けられ、前記複数の第２電極のうちの隣り合う一対の第２電極の隙間と前記第１方向と直交する第２方向において重なり、前記絶縁膜を介して、前記一対の第２電極のうちの一方と対向する第１浮遊電極と、
前記第１浮遊電極から離隔するように前記絶縁膜中に設けられ、前記隙間内において前記第１浮遊電極と前記第２方向において重なり、前記第１浮遊電極と重なる部分が、前記第１浮遊電極において前記隙間と重なる部分の下方に位置し、前記絶縁膜を介して、前記一対の第２電極のうちの他方と対向する第２浮遊電極と、
を備える半導体装置。
【請求項2】
前記第１浮遊電極の外周は、前記隙間と前記第２方向において重なる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第１浮遊電極は、前記第２浮遊電極よりも内側に位置し、前記第１方向において前記第２浮遊電極と隣り合う第１部分を有する、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第１浮遊電極は、前記第２浮遊電極の上方に位置する第２部分と、
前記第１部分と前記第２部分との間に位置し、前記第１部分及び前記第２部分に連なる第３部分と、
をさらに有する請求項３に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記半導体部は、前記第１電極上に設けられた第１導電形の第１半導体層と、
前記第１半導体層の上層部に設けられ、上方から見て前記第１半導体層の外周よりも内側に位置する第２導電形の第２半導体層と、
を有し、
前記絶縁膜は、前記第２半導体層の外周部及び前記第１半導体層において前記第２半導体層よりも外側に位置する部分と前記第２方向において重なり、
前記複数の第２電極のうちの最も内側に位置する第２電極は、前記第２半導体層のうち前記絶縁膜よりも内側に位置する部分に接続されており、
前記複数の第２電極のうちの最も外側に位置する第２電極は、前記第１半導体層のうち、前記絶縁膜よりも外側に位置する部分に接続されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第１半導体層は、前記第１電極上に設けられた第１半導体領域と、
前記第１半導体領域上に設けられ、不純物濃度が前記第１半導体領域の不純物濃度よりも低い第２半導体領域と、
前記第２半導体領域の前記上層部のうちの外周部に設けられ、不純物濃度が前記第２半導体領域の不純物濃度よりも高い第３半導体領域と、
を有し、
前記最も外側に位置する第２電極は、前記第３半導体領域に接続されている、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第１浮遊電極及び前記第２浮遊電極は、ポリシリコンを含む請求項１乃至４のいずれか１項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】
従来から、ダイオード又はトランジスタ等の素子が設けられたセル領域と、セル領域を囲む終端領域と、が設定された半導体装置が知られている。このような半導体装置においては、終端領域に空乏層の広がりを抑制するような構造を設け、耐圧を向上させることが試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１４－３８９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の実施形態は、信頼性が高い半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態に係る半導体装置は、セル領域と、前記セル領域を囲む終端領域と、が設定された半導体装置であって、第１電極と、前記第１電極上に設けられた半導体部と、前記終端領域において前記半導体部上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられ、上方から見て前記半導体部の中心から外周に向かう方向に並び、相互に離隔した複数の第２電極と、前記絶縁膜中に設けられ、前記複数の第２電極のうちの隣り合う一対の第２電極の隙間と前記第１方向と直交する第２方向において重なり、前記絶縁膜を介して、前記一対の第２電極のうちの一方と対向する第１浮遊電極と、前記第１浮遊電極から離隔するように前記絶縁膜中に設けられ、前記隙間内において前記第１浮遊電極と前記第２方向において重なり、前記第１浮遊電極と重なる部分が、前記第１浮遊電極において前記隙間と重なる部分の下方に位置し、前記絶縁膜を介して、前記一対の第２電極のうちの他方と対向する第２浮遊電極と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１の実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。
【図3】第１の実施形態に係る半導体装置の半導体部を示す上面図である。
【図4】第１の実施形態に係る半導体装置の半導体部及び絶縁膜を示す上面図である。
【図5】第１の実施形態に係る半導体装置の半導体部、絶縁膜、上部電極、ＥＱＰＲ電極、及び複数の中間電極を示す上面図である。
【図6】第１の実施形態に係る半導体装置において、各浮遊電極が設けられた領域を示す上面図である。
【図7】第１の実施形態に係る半導体装置の終端領域の動作を示す模式図である。
【図8】参考例に係る半導体装置の終端領域を示す断面図である。
【図9】第２の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図10】参考例に係る半導体装置を示す断面図である。
【図11】横軸に保護膜の表面に生じた電荷をとり、縦軸に耐圧をとり、第２の実施形態に係る半導体装置及び参考例に係る半導体装置の耐圧と電荷の関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図12】第２の実施形態に係る半導体装置において、保護膜の表面に正電荷及び負電荷が生じた状態における等電位線を示すシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、各実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。更に、本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0008】
また、以下では、説明をわかりやすくするために、ＸＹＺ直交座標系を用いて、各部分の配置および構成を説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、相互に直交している。またＸ軸が延びる方向を「Ｘ方向」とし、Ｙ軸が延びる方向を「Ｙ方向」とし、Ｚ軸が延びる方向を「Ｚ方向」とする。また、説明をわかりやすくするために、Ｚ方向のうち矢印の方向を上方、その逆方向を下方とするが、これらの方向は、重力方向とは無関係である。
【0009】
また、以下において、ｎ＋、ｎ－の表記は、ｎ形の半導体における不純物濃度の相対的な高低を表す。具体的には、「＋」が付されている表記は、「－」が付されている表記よりも不純物濃度が相対的に高いことを表す。ここで、「不純物濃度」とは、それぞれの領域にドナーとなる不純物とアクセプターとなる不純物の両方が含まれている場合には、それらの不純物が相殺した後の正味の不純物濃度を表す。
【0010】
＜第１の実施形態＞
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。
図２は、図１のＡ－Ａ’線における断面図である。
半導体装置１００の形状は、本実施形態では略直方体形状である。ただし、半導体装置の形状は、上記の形状に特に限定されない。
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。
図２は、図１のＡ－Ａ’線における断面図である。
半導体装置１００の形状は、本実施形態では略直方体形状である。ただし、半導体装置の形状は、上記の形状に特に限定されない。
【0011】
半導体装置１００おいては、図１に示すように、セル領域ＣＥと、セル領域ＣＥの周囲を囲む終端領域ＥＮと、が設定されている。図１では、一番内側の太い２点鎖線で囲まれた領域がセル領域ＣＥであり、半導体装置１００においてセル領域ＣＥよりも外側の領域の全域が終端領域ＥＮである。
【0012】
セル領域ＣＥには、ダイオード又はトランジスタ等の素子が１種類以上、設けられている。セル領域ＣＥに設けられるトランジスタとしては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）又はＩＧＢＴ等（Insulated Gate Bipolar Transistor）が挙げられる。終端領域ＥＮの構造については、後述する。
【0013】
半導体装置１００は、図２に示すように、下部電極１１０と、半導体部１２０と、絶縁膜１３０と、上部電極１４０と、ＥＱＰＲ（EQuivalent-Potential Ring）電極１５０と、中間電極１６１、１６２と、複数の第１浮遊電極１７１、１７３、１７５と、複数の第２浮遊電極１７２、１７４、１７６と、を備える。本実施形態では、下部電極１１０が第１電極に相当し、上部電極１４０、ＥＱＰＲ電極１５０、及び中間電極１６１、１６２が、それぞれ第２電極に相当する。以下、半導体装置１００の各部について詳述する。
【0014】
下部電極１１０は、半導体装置１００の下面の概ね全域に設けられている。すなわち、下部電極１１０は、セル領域ＣＥの概ね全域、及び、終端領域ＥＮの概ね全域に設けられている。下部電極１１０の形状は、平板状である。上方から見た下部電極１１０の形状は、図１に示すように本実施形態では略矩形である。ただし、下部電極の形状は、上記の形状に限定されない。
【0015】
セル領域ＣＥにダイオードが設けられている場合、下部電極１１０は例えばダイオードのカソード電極として機能する。セル領域ＣＥにＭＯＳＦＥＴが設けられている場合、下部電極１１０は、例えばＭＯＳＦＥＴのドレイン電極として機能する。セル領域ＣＥにＩＧＢＴが設けられている場合、下部電極１１０は、例えばＩＧＢＴのコレクタ電極として機能する。
【0016】
下部電極１１０上には、図２に示すように、セル領域ＣＥから終端領域ＥＮに亘って半導体部１２０が設けられている。
【0017】
図３は、本実施形態に係る半導体装置の半導体部を示す上面図である。
なお、図３では、説明をわかりやすくするために、終端領域ＥＮにおいて、半導体部１２０の上面のうち、後述するｎ＋形のストッパー領域１２１ｃが設けられている領域、及びｐ形半導体層１２２が設けられている領域を相互に異なるドットのパターンで示している。
なお、図３では、説明をわかりやすくするために、終端領域ＥＮにおいて、半導体部１２０の上面のうち、後述するｎ＋形のストッパー領域１２１ｃが設けられている領域、及びｐ形半導体層１２２が設けられている領域を相互に異なるドットのパターンで示している。
【0018】
半導体部１２０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）を含む。半導体部１２０の形状は、本実施形態では略直方体形状である。本明細書では、上方から見て構成要素Ａが構成要素Ｂよりも半導体部の中心Ｃ側に位置することを、「構成要素Ａは、構成要素Ｂよりも内側に位置する」という。同様に、上方から見て構成要素Ａが構成要素Ｂよりも半導体部の外周１２０ｅ側に位置することを、「構成要素Ａは、構成要素Ｂよりも外側に位置する」という。中心Ｃは、本実施形態では、外周１２０ｅの対角線の交点上に位置する。ただし、半導体部の形状は、上記の形状に限定されない。
【0019】
半導体部１２０は、図２に示すように、ｎ形半導体層１２１及びｐ形半導体層１２２を有する。本実施形態では、ｎ形半導体層１２１が第１半導体層に相当し、ｐ形半導体層１２２が第２半導体層に相当する。
【0020】
ｎ形半導体層１２１は、ｎ＋形の領域１２１ａ、ｎ－形の領域１２１ｂ、及びｎ＋形のストッパー領域１２１ｃを有する。本実施形態では、ｎ＋形の領域１２１ａが第１半導体領域に相当し、ｎ－形の領域１２１ｂが第２半導体領域に相当し、ｎ＋形のストッパー領域１２１ｃが第３半導体領域に相当する。
【0021】
ｎ＋形の領域１２１ａは、セル領域ＣＥから終端領域ＥＮに亘って設けられている。ｎ＋形の領域１２１ａは、終端領域ＥＮにおいて下部電極１１０上に設けられており、下部電極１１０に接している。これにより、ｎ＋形の領域１２１ａは、下部電極１１０に電気的に接続されている。
【0022】
セル領域ＣＥにダイオードが設けられている場合、セル領域ＣＥのうちダイオードが設けられている部分においては、ｎ＋形の領域１２１ａは、下部電極１１０上に設けられ、下部電極１１０に接している。セル領域ＣＥに、ＭＯＳＦＥＴが設けられている場合、セル領域ＣＥのうちＭＯＳＦＥＴが設けられている部分においては、ｎ＋形の領域１２１ａは、下部電極１１０上に設けられ、下部電極１１０に接している。セル領域ＣＥにＩＧＢＴが設けられている場合、セル領域ＣＥのうちＩＧＢＴが設けられている部分においては、下部電極１１０上にはｐ形半導体層が設けられており、ｎ＋形の領域１２１ａの少なくとも一部は、このｐ形半導体層上に設けられる。
【0023】
ｎ－形の領域１２１ｂは、セル領域ＣＥから終端領域ＥＮに亘ってｎ＋形の領域１２１ａ上に設けられている。ｎ－形の領域１２１ｂの不純物濃度は、ｎ＋形の領域１２１ａの不純物濃度よりも低い。
【0024】
ｎ＋形のストッパー領域１２１ｃは、終端領域ＥＮにおいて、ｎ－形の領域１２１ｂの上層部のうちの外周部に設けられている。ｎ＋形のストッパー領域１２１ｃの不純物濃度は、ｎ－形の領域１２１ｂの不純物濃度よりも高い。上方から見たｎ＋形のストッパー領域１２１ｃの形状は、図３に示すように略矩形の環状である。
【0025】
ｐ形半導体層１２２は、図２に示すように、ｎ形半導体層１２１の上層部、より具体的には、ｎ－形の領域１２１ｂの上層部に設けられている。ｐ形半導体層１２２は、終端領域ＥＮからセル領域ＣＥに亘って設けられている。ｐ形半導体層１２２は、ｎ＋形のストッパー領域１２１ｃよりも内側に位置し、ｎ＋形のストッパー領域１２１ｃから離隔している。上方から見たｐ形半導体層１２２の外周１２２ｅの形状は、図３に示すように、角部を丸めた略矩形である。
【0026】
セル領域ＣＥにダイオードが設けられている場合、ｐ形半導体層１２２は、セル領域ＣＥにおいてダイオードのアノード電極に接続されるｐ形半導体層として機能してもよい。また、セル領域ＣＥにＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴが設けられている場合、ｐ形半導体層１２２は、セル領域ＣＥにおいてＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴのゲート電極と絶縁膜を介して隣り合うｐ形半導体層として機能してもよい。
【0027】
図２に示すように、終端領域ＥＮにおいて、半導体部１２０上には、絶縁膜１３０が設けられている。
【0028】
図４は、本実施形態に係る半導体装置の半導体部及び絶縁膜を示す上面図である。
なお、図４では、説明をわかりやすくするために、終端領域ＥＮにおいて絶縁膜１３０が設けられた領域をドットのパターンで示している。
なお、図４では、説明をわかりやすくするために、終端領域ＥＮにおいて絶縁膜１３０が設けられた領域をドットのパターンで示している。
【0029】
絶縁膜１３０は、特に限定されないが、例えばシリコン酸化膜等の酸化物、又はシリコン窒化物等の窒化物等の絶縁材料からなる。上方から見た絶縁膜１３０の形状は、本実施形態では、角部を丸めた略矩形の環状である。ただし、絶縁膜の形状は、上記の形状に限定されない。
【0030】
絶縁膜１３０の内周１３０ｅ１は、本実施形態では、上方から見てｐ形半導体層１２２の外周１２２ｅよりも内側に位置する。絶縁膜１３０の外周１３０ｅ２は、本実施形態では、上方から見てｎ＋形のストッパー領域１２１ｃの内周１２１ｃｅよりも、外側に位置する。したがって、絶縁膜１３０は、本実施形態では、上方から見てｐ形半導体層１２２の外周部と重なり、かつ、ｎ形半導体層１２１においてｐ形半導体層１２２よりも外側に位置する部分と部分的に重なっている。
【0031】
図２に示すように、絶縁膜１３０上には、上部電極１４０、ＥＱＰＲ電極１５０、及び複数の中間電極１６１、１６２が設けられている。
【0032】
図５は、本実施形態に係る半導体装置の半導体部、絶縁膜、上部電極、ＥＱＰＲ電極、及び複数の中間電極を示す上面図である。
なお、図５では、終端領域ＥＮにおいて、上部電極１４０、ＥＱＰＲ電極１５０、及び複数の中間電極１６１、１６２が設けられた領域を相互に異なるドットのパターンで示している。以下、上部電極１４０、ＥＱＰＲ電極１５０、及び複数の中間電極１６１、１６２について説明する。
なお、図５では、終端領域ＥＮにおいて、上部電極１４０、ＥＱＰＲ電極１５０、及び複数の中間電極１６１、１６２が設けられた領域を相互に異なるドットのパターンで示している。以下、上部電極１４０、ＥＱＰＲ電極１５０、及び複数の中間電極１６１、１６２について説明する。
【0033】
先ず、上部電極１４０について説明する。
上部電極１４０は、特に限定されないが、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料からなる。上部電極１４０は、図２に示すように、セル領域ＣＥから終端領域ＥＮに亘って設けられている。具体的には、上部電極１４０は、ｐ形半導体層１２２の上面の一部、絶縁膜１３０の内周面、及び絶縁膜１３０の上面のうちの内側の領域を覆っている。上部電極１４０は、ｐ形半導体層１２２に接しており、これにより、ｐ形半導体層１２２に電気的に接続されている。
上部電極１４０は、特に限定されないが、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料からなる。上部電極１４０は、図２に示すように、セル領域ＣＥから終端領域ＥＮに亘って設けられている。具体的には、上部電極１４０は、ｐ形半導体層１２２の上面の一部、絶縁膜１３０の内周面、及び絶縁膜１３０の上面のうちの内側の領域を覆っている。上部電極１４０は、ｐ形半導体層１２２に接しており、これにより、ｐ形半導体層１２２に電気的に接続されている。
【0034】
セル領域ＣＥにダイオードが設けられている場合、上部電極１４０は、セル領域ＣＥにおいてダイオードのアノード電極として機能してもよい。また、セル領域ＣＥにＭＯＳＦＥＴが設けられている場合、上部電極１４０は、セル領域ＣＥにおいてＭＯＳＦＥＴのソース電極として機能してもよい。また、セル領域ＣＥにＩＧＢＴが設けられている場合、上部電極１４０は、セル領域ＣＥにおいてＩＧＢＴのエミッタ電極として機能してもよい。
【0035】
上方から見た上部電極１４０の外周１４０ｅの形状は、図５に示すように本実施形態では角部を丸めた略矩形である。上部電極１４０の外周１４０ｅは、上方から見て、絶縁膜１３０の内周１３０ｅ１及びｐ形半導体層１２２の外周１２２ｅよりも外側に位置する。
【0036】
次に、ＥＱＰＲ電極１５０について説明する。
ＥＱＰＲ電極１５０は、特に限定されないが、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料からなる。ＥＱＰＲ電極１５０は、上方から見て、上部電極１４０よりも外側に設けられており、上部電極１４０から離隔している。ＥＱＰＲ電極１５０は、図２に示すように、絶縁膜１３０の上面のうちの外側の領域、絶縁膜１３０の外周面、ｎ＋形のストッパー領域１２１ｃの上面のうち、絶縁膜１３０から露出した領域を覆っている。ＥＱＰＲ電極１５０は、ｎ＋形のストッパー領域１２１ｃに接しており、これによりｎ＋形のストッパー領域１２１ｃに電気的に接続されている。
ＥＱＰＲ電極１５０は、特に限定されないが、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料からなる。ＥＱＰＲ電極１５０は、上方から見て、上部電極１４０よりも外側に設けられており、上部電極１４０から離隔している。ＥＱＰＲ電極１５０は、図２に示すように、絶縁膜１３０の上面のうちの外側の領域、絶縁膜１３０の外周面、ｎ＋形のストッパー領域１２１ｃの上面のうち、絶縁膜１３０から露出した領域を覆っている。ＥＱＰＲ電極１５０は、ｎ＋形のストッパー領域１２１ｃに接しており、これによりｎ＋形のストッパー領域１２１ｃに電気的に接続されている。
【0037】
上方から見たＥＱＰＲ電極１５０の形状は、図５に示すように本実施形態では、略矩形の環状である。ＥＱＰＲ電極１５０の外周は、上方から見て、概ね半導体部１２０の外周１２０ｅと一致している。ＥＱＰＲ電極１５０の内周１５０ｅは、上方から見て、絶縁膜１３０の外周１３０ｅ２及びｎ＋形のストッパー領域１２１ｃの内周１２１ｃｅよりも内側に位置する。
【0038】
各中間電極１６１、１６２は、特に限定されないが、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料からなる。複数の中間電極１６１、１６２は、絶縁膜１３０上に設けられている。複数の中間電極１６１、１６２は、上部電極１４０とＥＱＰＲ電極１５０との間に位置する。具体的には、中間電極１６１は、上方から見て、上部電極１４０よりも外側に設けられており、上部電極１４０から離隔している。中間電極１６２は、上方から見て、中間電極１６１よりも外側及びＥＱＰＲ電極１５０よりも内側に設けられており、中間電極１６１及びＥＱＰＲ電極１５０から離隔している。
【0039】
このように、上部電極１４０、複数の中間電極１６１、１６２、及びＥＱＰＲ電極１５０は、上方から見て半導体部１２０の中心Ｃから外周１２０ｅに向かう方向に並んでおり、相互に離隔している。上部電極１４０と中間電極１６１は、本実施形態では、隣り合う一対の第２電極に相当する。同様に、中間電極１６１と中間電極１６２も、本実施形態では隣り合う一対の第２電極に相当する。同様に、中間電極１６２とＥＱＰＲ電極１５０も、本実施形態では隣り合う一対の第２電極に相当する。
【0040】
上方から見た各中間電極１６１、１６２の形状は、本実施形態では、角部を丸めた略矩形の環状である。本実施形態では、半導体装置１００に、中間電極１６１、１６２が２つ設けられているが、半導体装置に設けられる中間電極の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。また、半導体装置には、中間電極が設けられていなくてもよい。この場合、上部電極とＥＱＰＲ電極が、隣り合う一対の第２電極に相当する。
【0041】
したがって、本実施形態では図２及び図５に示すように、上部電極１４０と中間電極１６１との間に、環状の隙間Ｓ１が設けられている。また、２つの中間電極１６１、１６２の間に、環状の隙間Ｓ２が設けられている。また、中間電極１６２とＥＱＰＲ電極１５０との間に、環状の隙間Ｓ３が設けられている。
【0042】
絶縁膜１３０中には、図２に示すように、複数の第１浮遊電極１７１、１７３、１７５と、複数の第２浮遊電極１７２、１７４、１７６と、が設けられている。
【0043】
図６は、本実施形態に係る半導体装置において、各浮遊電極が設けられた領域を示す上面図である。
なお、図６では、終端領域ＥＮにおいて、第１浮遊電極１７１、１７３、１７５が設けられた領域と、第２浮遊電極１７２、１７４、１７６が設けられた領域と、を相互に異なる斜線のパターンで示している。
なお、図６では、終端領域ＥＮにおいて、第１浮遊電極１７１、１７３、１７５が設けられた領域と、第２浮遊電極１７２、１７４、１７６が設けられた領域と、を相互に異なる斜線のパターンで示している。
【0044】
各浮遊電極１７１～１７６は、特に限定されないが、不純物を含むポリシリコン又は金属材料等の導電性材料からなる。上方から見た各浮遊電極１７１～１７６の形状は、角部を丸めた略矩形の環状である。複数の浮遊電極１７１～１７６は、図２に示すように、相互に離隔している。各浮遊電極１７１～１７６は、その全体が絶縁膜１３０に被覆されている。
【0045】
以下、各浮遊電極１７１～１７６の位置について詳述する。
先ず、第１浮遊電極１７１の位置について説明する。
第１浮遊電極１７１は、図２及び図６に示すように上方から見て、隙間Ｓ１及び上部電極１４０と重なる。第１浮遊電極１７１は、絶縁膜１３０を介して上部電極１４０と対向している。本明細書において、「上方から見て、ＡとＢが重なる」とは、Ａ及びＢを上方から適宜透過させてみた場合に、Ａの少なくとも一部とＢの少なくとも一部が重なることを意味する。
先ず、第１浮遊電極１７１の位置について説明する。
第１浮遊電極１７１は、図２及び図６に示すように上方から見て、隙間Ｓ１及び上部電極１４０と重なる。第１浮遊電極１７１は、絶縁膜１３０を介して上部電極１４０と対向している。本明細書において、「上方から見て、ＡとＢが重なる」とは、Ａ及びＢを上方から適宜透過させてみた場合に、Ａの少なくとも一部とＢの少なくとも一部が重なることを意味する。
【0046】
第１浮遊電極１７１の内周１７１ｅ１は、図６に示すように上方から見て、絶縁膜１３０の内周１３０ｅ１よりも外側及びｐ形半導体層１２２の外周１２２ｅよりも内側に位置する。第１浮遊電極１７１の外周１７１ｅ２は、本実施形態では上方から見て、隙間Ｓ１内に位置する。
【0047】
次に、第２浮遊電極１７２の位置について説明する。
第２浮遊電極１７２は、図２及び図６に示すように上方から見て、隙間Ｓ１内において第１浮遊電極１７１と重なる。また、第２浮遊電極１７２は、上方から見て中間電極１６１と重なる。第２浮遊電極１７２は、絶縁膜１３０を介して中間電極１６１と対向している。
第２浮遊電極１７２は、図２及び図６に示すように上方から見て、隙間Ｓ１内において第１浮遊電極１７１と重なる。また、第２浮遊電極１７２は、上方から見て中間電極１６１と重なる。第２浮遊電極１７２は、絶縁膜１３０を介して中間電極１６１と対向している。
【0048】
第２浮遊電極１７２の内周１７２ｅ１は、図６に示すように上方から見て、上部電極１４０の外周１４０ｅよりも内側に位置する。第２浮遊電極１７２の外周１７２ｅ２は、上方から見て中間電極１６１の内周１６１ｅ１の外側に位置する。
【0049】
次に、第１浮遊電極１７３の位置について説明する。
第１浮遊電極１７３は、上方から見て、浮遊電極１７１、１７２の外側に位置する。第１浮遊電極１７３は、図２及び図６に示すように上方から見て、隙間Ｓ２及び中間電極１６１と重なる。第１浮遊電極１７３は、絶縁膜１３０を介して中間電極１６１と対向している。
第１浮遊電極１７３は、上方から見て、浮遊電極１７１、１７２の外側に位置する。第１浮遊電極１７３は、図２及び図６に示すように上方から見て、隙間Ｓ２及び中間電極１６１と重なる。第１浮遊電極１７３は、絶縁膜１３０を介して中間電極１６１と対向している。
【0050】
第１浮遊電極１７３の内周１７３ｅ１は、図６に示すように上方から見て、第２浮遊電極１７２の外周１７２ｅ２よりも外側及び中間電極１６１の外周１６１ｅ２よりも内側に位置する。第１浮遊電極１７３の外周１７３ｅ２は、本実施形態では上方から見て、隙間Ｓ２内に位置する。
【0051】
次に、第２浮遊電極１７４の位置について説明する。
第２浮遊電極１７４は、図２及び図６に示すように上方から見て、隙間Ｓ２内において第１浮遊電極１７３と重なる。また、第２浮遊電極１７４は、上方から見て中間電極１６２と重なる。第２浮遊電極１７４は、絶縁膜１３０を介して中間電極１６２と対向している。
第２浮遊電極１７４は、図２及び図６に示すように上方から見て、隙間Ｓ２内において第１浮遊電極１７３と重なる。また、第２浮遊電極１７４は、上方から見て中間電極１６２と重なる。第２浮遊電極１７４は、絶縁膜１３０を介して中間電極１６２と対向している。
【0052】
第２浮遊電極１７４の内周１７４ｅ１は、図６に示すように上方から見て、中間電極１６１の外周１６１ｅ２よりも内側に位置する。第２浮遊電極１７４の外周１７４ｅ２は、上方から見て中間電極１６２の内周１６２ｅ１の外側に位置する。
【0053】
次に、第１浮遊電極１７５の位置について説明する。
第１浮遊電極１７５は、図２及び図６に示すように上方から見て、浮遊電極１７３、１７４の外側に位置する。第１浮遊電極１７５は、上方から見て、隙間Ｓ３及び中間電極１６２と重なる。第１浮遊電極１７５は、絶縁膜１３０を介して中間電極１６２と対向している。
第１浮遊電極１７５は、図２及び図６に示すように上方から見て、浮遊電極１７３、１７４の外側に位置する。第１浮遊電極１７５は、上方から見て、隙間Ｓ３及び中間電極１６２と重なる。第１浮遊電極１７５は、絶縁膜１３０を介して中間電極１６２と対向している。
【0054】
第１浮遊電極１７５の内周１７５ｅ１は、上方から見て第２浮遊電極１７４の外周１７４ｅ２よりも外側及び中間電極１６２の外周１６２ｅ２よりも内側に位置する。第１浮遊電極１７５の外周１７５ｅ２は、本実施形態では上方から見て、隙間Ｓ３内に位置する。
【0055】
次に、第２浮遊電極１７６の位置について説明する。
第２浮遊電極１７６は、図２及び図６に示すように上方から見て、隙間Ｓ３内において浮遊電極１７５と重なる。また、第２浮遊電極１７６は、上方から見てＥＱＰＲ電極１５０と重なる。第２浮遊電極１７６は、絶縁膜１３０を介してＥＱＰＲ電極１５０と対向している。
第２浮遊電極１７６は、図２及び図６に示すように上方から見て、隙間Ｓ３内において浮遊電極１７５と重なる。また、第２浮遊電極１７６は、上方から見てＥＱＰＲ電極１５０と重なる。第２浮遊電極１７６は、絶縁膜１３０を介してＥＱＰＲ電極１５０と対向している。
【0056】
第２浮遊電極１７６の内周１７６ｅ１は、図６に示すように上方から見て、中間電極１６２の外周１６２ｅ２よりも内側に位置する。第２浮遊電極１７６の外周１７６ｅ２は、上方から見てＥＱＰＲ電極１５０の内周１５０ｅよりも外側及びｎ＋形のストッパー領域１２１ｃの内周１２１ｃｅよりも内側に位置する。
【0057】
以上、各浮遊電極１７１～１７６の外周や内周の位置について説明したが、各浮遊電極１７１～１７６の外周や内周の位置は、上記の位置に限定されない。
【0058】
次に、浮遊電極１７１～１７６の具体的な形状について説明する。
第１浮遊電極１７１は、本実施形態では図２に示すように、第２浮遊電極１７２よりも内側に位置し、半導体部１２０の中心Ｃから外周１２０ｅに向かう方向において第２浮遊電極１７２と隣り合う第１部分Ｐ１と、第２浮遊電極１７２の上方に位置する第２部分Ｐ２と、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２との間に位置し、第１部分Ｐ１及び第２部分Ｐ２に連なる第３部分Ｐ３と、を有する。
第１浮遊電極１７１は、本実施形態では図２に示すように、第２浮遊電極１７２よりも内側に位置し、半導体部１２０の中心Ｃから外周１２０ｅに向かう方向において第２浮遊電極１７２と隣り合う第１部分Ｐ１と、第２浮遊電極１７２の上方に位置する第２部分Ｐ２と、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２との間に位置し、第１部分Ｐ１及び第２部分Ｐ２に連なる第３部分Ｐ３と、を有する。
【0059】
第１部分Ｐ１及び第２部分Ｐ２は、本実施形態では、それぞれ半導体部１２０の中心Ｃから外周１２０ｅに向かう方向に延びている。第３部分Ｐ３は、本実施形態では第１部分Ｐ１の外側の端部から第２部分Ｐ２の内側の端部に向かって、Ｚ方向に延びている。第２部分Ｐ２の一部が、上方から見て隙間Ｓ１と重なる。第１部分Ｐ１、第２部分Ｐ２の他の一部、及び第３部分Ｐ３が、上方から見て上部電極１４０と重なる。他の第１浮遊電極１７３、１７５も、それぞれ、第１浮遊電極１７１と同様に第１部分Ｐ１、第２部分Ｐ２、及び第３部分Ｐ３を有する。
【0060】
各第２浮遊電極１７２、１７４、１７６の形状は、本実施形態では、半導体部１２０の中心Ｃから外周１２０ｅに向かう方向に延びた平板状である。
ただし、浮遊電極１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６の形状は、上記の形状に限定されない。
ただし、浮遊電極１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６の形状は、上記の形状に限定されない。
【0061】
次に、半導体装置１００の終端領域ＥＮの動作について説明する。
図７は、本実施形態に係る半導体装置の終端領域の動作を示す模式図である。
図７は、本実施形態に係る半導体装置の終端領域の動作を示す模式図である。
【0062】
終端領域ＥＮにおいて、下部電極１１０の電位が上部電極１４０の電位よりも高くなるような電圧、すなわち逆バイアスの電圧が下部電極１１０と上部電極１４０との間に印加された場合、空乏層がｐ形半導体層１２２から半導体部１２０の外周面に向かって広がる。半導体部１２０の外周面がダイシング等の切削により形成されたものである場合、外周面には、欠陥が存在する。そのため、半導体部１２０の外周面の近辺は、空乏層によって生じる強電界に耐えられない可能性がある。本実施形態では、ＥＱＰＲ電極１５０と下部電極１１０との間は、ｎ＋形の領域１２１ａ、ｎ－形の領域１２２ｂ、及びｎ＋形のストッパー領域１２１ｃによって電気的に接続されている。そのため、ＥＱＰＲ電極１５０と下部電極１１０は、概ね等電位となる。これにより、空乏層が半導体部１２０の外周面に到達することを抑制できる。
【0063】
また、ｐ形半導体層１２２から半導体部１２０の外周面に向かって広がる空乏層により、ｐ形半導体層１２２とｎ＋形のストッパー領域１２１ｃとの間には、電界が生じる。ｐ形半導体層１２２とｎ＋形のストッパー領域１２１ｃとの間において、電位が急激に変化するような個所が存在した場合、すなわち等電位線が密集するような個所が存在した場合、その個所でアバランシェ降伏が生じる可能性がある。
【0064】
図８は、参考例に係る半導体装置の終端領域を示す断面図である。
参考例に係る半導体装置８００は、浮遊電極１７１～１７６及び中間電極１６１、１６２が設けられておらず、上部電極１４０とＥＱＰＲ電極１５０との隙間に、半絶縁膜８９０が設けられている点で本実施形態に係る半導体装置１００と相違する。半絶縁膜８９０は、例えば水素が添加されたシリコン窒化膜等である。
参考例に係る半導体装置８００は、浮遊電極１７１～１７６及び中間電極１６１、１６２が設けられておらず、上部電極１４０とＥＱＰＲ電極１５０との隙間に、半絶縁膜８９０が設けられている点で本実施形態に係る半導体装置１００と相違する。半絶縁膜８９０は、例えば水素が添加されたシリコン窒化膜等である。
【0065】
参考例に係る半導体装置８００においては、電気抵抗等の特性が均一な半絶縁膜８９０を設け、半絶縁膜８９０により、上部電極１４０からＥＱＰＲ電極１５０に向かって電位を徐々に変化させることが期待される。これにより、半導体部１２０において上部電極１４０とＥＱＰＲ電極１５０との間に位置する部分に、電位が急激に変化するような個所が生じることを抑制できる。しかしながら、実際には半絶縁膜８９０の電気抵抗等の特性が均一にならず、上記のような効果が十分に得られない場合がある。また、セル領域ＣＥに半絶縁膜が設けられていない場合、終端領域ＥＮに半絶縁膜８９０を形成するために、新たな専用装置が必要となる可能性がある。
【0066】
これに対して、本実施形態では図７に示すように、上部電極１４０と第１浮遊電極１７１とが容量結合しており、第１浮遊電極１７１と第２浮遊電極１７２とが容量結合しており、第２浮遊電極１７２と中間電極１６１とが容量結合している。なお、図７では、説明をわかりやすくするために、２つの電極が容量結合されていることを、２つの電極の間をキャパシタの回路記号で結ぶことにより、示している。ここで「電極Ａと電極Ｂが容量結合している」とは、電極Ａと電極Ｂが絶縁体を介して対向しており、電極Ａ、電極Ｂ、その間の絶縁体がキャパシタとして機能することを意味する。このように、上部電極１４０と中間電極１６１との間には、複数のキャパシタが介在している。そのため、上部電極１４０から中間電極１６１までの間で電位を段階的に変化させることができる。
【0067】
同様に、本実施形態では、中間電極１６１と第１浮遊電極１７３とが容量結合しており、第１浮遊電極１７３と第２浮遊電極１７４とが容量結合しており、第２浮遊電極１７４と中間電極１６２とが容量結合している。そのため、中間電極１６１から中間電極１６２までの間で電位を段階的に変化させることができる。
【0068】
同様に、本実施形態では、中間電極１６２と第１浮遊電極１７５とが容量結合しており、第１浮遊電極１７５と第２浮遊電極１７６とが容量結合しており、第２浮遊電極１７６とＥＱＰＲ電極１５０とが容量結合している。そのため、中間電極１６２からＥＱＰＲ電極１５０までの間で電位を段階的に変化させることができる。
【0069】
また、複数の中間電極１６１、１６２は、上部電極１４０の電位とＥＱＰＲ電極１５０の電位の間の任意の電位をとることが可能な浮遊電極である。そのため、上部電極１４０からＥＱＰＲ電極１５０までの間で、電位を段階的に変化させることができる。その結果、半導体部１２０において上部電極１４０とＥＱＰＲ電極１５０との間に位置する部分に、急激に電位が変化するような個所が生じることを抑制できる。また、中間電極１６１、１６２及び浮遊電極１７１～１７６は、セル領域ＣＥで用いられる一般的な材料からなるため、これらを形成するための専用装置を用意する必要がない。
【0070】
なお、上部電極１４０と中間電極１６１との間、中間電極１６１と中間電極１６２との間、及び中間電極１６２とＥＱＰＲ電極１５０との間も、容量結合されていてもよい。また、第１浮遊電極１７１と中間電極１６１との間、第１浮遊電極１７３と中間電極１６２との間、及び第１浮遊電極１７５とＥＱＰＲ電極１５０との間も、容量結合されていてもよい。また、ｐ形半導体層１２２と第１浮遊電極１７１との間も、容量結合されていてもよい。
【0071】
また、図８に示すように、参考例に係る半導体装置８００をリードフレームや基板等に実装し、樹脂材料等からなる封止部材で封止した場合、封止部材に含まれる陽イオンが上部電極１４０に引き寄せられ、半絶縁膜８９０の表面の付近に正電荷Ｑ１が生じる場合がある。同様に、封止部材に含まれる陰イオンがＥＱＰＲ電極１５０に引き寄せられ、半絶縁膜８９０の表面の付近に負電荷Ｑ２が生じる場合がある。
【0072】
このように半絶縁膜８９０の表面の付近に電荷Ｑ１、Ｑ２が生じた場合、半絶縁膜８９０により、正電荷Ｑ１の影響により半導体部１２０の上層部に負電荷Ｑ３が生じこと、及び、負電荷Ｑ２の影響により半導体部１２０の上層部に正電荷Ｑ４が生じることを抑制することが期待される。しかしながら、実際には半絶縁膜８９０の電気抵抗等の特性が均一にならず、上記のような効果が十分に得られない場合がある。
【0073】
これに対して本実施形態では図７に示すように、上部電極１４０とＥＱＰＲ電極１５０との間に、複数の中間電極１６１、１６２が設けられている。また、隙間Ｓ１の下には、２つの浮遊電極１７１、１７２が重なるように設けられており、隙間Ｓ２の下には、２つの浮遊電極１７３、１７４が重なるように設けられており、隙間Ｓ３の下には、２つの浮遊電極１７５、１７６が重なるように設けられている。そのため、複数の中間電極１６１、１６２及び重なり合う浮遊電極１７１～１７６がシールドとして機能することにより、電荷Ｑ１、Ｑ２の影響により半導体部１２０の上層部に電荷Ｑ３、Ｑ４が生じることを抑制できる。
【0074】
次に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態に係る半導体装置１００においては、終端領域ＥＮにおいて半導体部１２０上に絶縁膜１３０が設けられている。絶縁膜１３０上には、上部電極１４０、複数の中間電極１６１、１６２、及びＥＱＰＲ電極１５０が設けられている。これらの電極１４０、１６１、１６２、１５０は、上方から見て半導体部１２０の中心Ｃから外周１２０ｅに向かう方向に並び、相互に離隔している。
本実施形態に係る半導体装置１００においては、終端領域ＥＮにおいて半導体部１２０上に絶縁膜１３０が設けられている。絶縁膜１３０上には、上部電極１４０、複数の中間電極１６１、１６２、及びＥＱＰＲ電極１５０が設けられている。これらの電極１４０、１６１、１６２、１５０は、上方から見て半導体部１２０の中心Ｃから外周１２０ｅに向かう方向に並び、相互に離隔している。
【0075】
また、絶縁膜１３０中には、第１浮遊電極１７１及び第２浮遊電極１７２が設けられている。第１浮遊電極１７１は、上方から見て、これらの電極１４０、１６１、１６２、１５０のうち、隣り合う一対の電極１４０、１６１の隙間Ｓ１と重なり、絶縁膜１３０を介して、隣り合う一対の電極１４０、１６１のうちの一方の電極１４０と対向している。第２浮遊電極１７２は、第１浮遊電極１７１から離隔するように絶縁膜１３０中に設けられ、上方から見て、隙間Ｓ１内において第１浮遊電極１７１と重なる。第２浮遊電極１７２は、絶縁膜１３０を介して隣り合う一対の電極１４０、１６１のうちの他方の電極１６１と対向している。第２浮遊電極１７２において第１浮遊電極１７１と重なる部分は、第１浮遊電極１７１において隙間Ｓ１と重なる部分の下方に位置する。
【0076】
そのため、隣り合う一対の電極１４０、１６１のうちの一方の電極１４０と第１浮遊電極１７１とが容量結合し、第１浮遊電極１７１と第２浮遊電極１７２とが容量結合し、第２浮遊電極１７２と、隣り合う一対の電極１４０、１６１のうちの他方の電極１６１とが容量結合する。これにより、終端領域ＥＮにおいて、半導体部１２０の隣り合う一対の電極１４０、１６１の間に位置する部分の電位を段階的に変化させることができる。その結果、半導体部１２０において隣り合う一対の電極１４０、１６１の間に位置する部分において、電位が急激に変化する個所が生じることを抑制できる。これにより、アバランシェ降伏を抑制できるため、半導体装置１００の耐圧を向上させることができる。他の第１浮遊電極１７３、１７５と他の第２浮遊電極１７４、１７６によっても同様の効果を得ることができる。
【0077】
また、隙間Ｓ１の下方において重なり合う第１浮遊電極１７１と第２浮遊電極１７２が、半導体装置１００の表面の付近に生じた電荷Ｑ１、Ｑ２に対してシールドとして機能することより、半導体部１２０の上層部に電荷Ｑ３、Ｑ４が生じることを抑制できる。他の第１浮遊電極１７３、１７５と他の第２浮遊電極１７４、１７６によっても同様の効果を得ることができる。
以上より、信頼性が高い半導体装置１００を実現できる。
以上より、信頼性が高い半導体装置１００を実現できる。
【0078】
また、本実施形態では、第１浮遊電極１７１は、上方から見て、隣り合う一対の電極１４０、１６１のうち、内側に位置する電極１４０と重なり合っている。また、第２浮遊電極１７２は、上方から見て、隣り合う一対の電極１４０、１６１のうち、外側に位置する電極１６１と重なる。そのため、半導体部１２０の終端領域ＥＮにおいて、等電位線を分散させ易い。他の第１浮遊電極１７３、１７５と他の第２浮遊電極１７４、１７６についても同様に構成されており、同様の効果を得ることができる。
【0079】
また、本実施形態では、第１浮遊電極１７１は、第２浮遊電極１７２よりも内側に位置し、半導体部１２０の中心Ｃから外周１２０ｅに向かう方向において第２浮遊電極１７２と隣り合う第１部分Ｐ１と、第２浮遊電極１７２の上方に位置する第２部分Ｐ２と、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２との間に位置し、第１部分Ｐ１及び第２部分Ｐ２に連なる第３部分Ｐ３と、を有する。そのため、半導体部１２０の終端領域ＥＮにおいて、等電位線を分散させ易い。他の第１浮遊電極１７３、１７５と他の第２浮遊電極１７４、１７６についても同様に構成されており、同様の効果を得ることができる。
【0080】
また、本実施形態では、半導体部１２０は、下部電極１１０上に設けられたｎ形半導体層１２１と、ｎ形半導体層１２１の上層部に設けられ、ｎ形半導体層１２１の外周よりも内側に位置するｐ形半導体層１２２と、を有する。絶縁膜１３０は、上方から見て、ｐ形半導体層１２２の外周部と重なり、ｎ形半導体層１２１においてｐ形半導体層１２２よりも外側に位置する部分と重なる。そして、複数の電極１４０、１６１、１６２、１５０のうち、最も内側に位置する電極１４０は、ｐ形半導体層１２２のうち絶縁膜１３０よりも内側に位置する部分に接続されている。また、複数の電極１４０、１６１、１６２、１５０のうち、最も外側に位置する電極１５０は、ｎ形半導体層１２１のうち、絶縁膜１３０よりも外側に位置する部分に接続されている。そのため、ＥＱＰＲ電極１５０、ｎ形半導体層１２１の外周部、及び下部電極１１０を概ね等電位にし、空乏層が半導体部１２０の外周面に到達することを抑制できる。その結果、半導体装置１００の耐圧を向上させることができる。
【0081】
また、本実施形態では、ｎ形半導体層１２１は、下部電極１１０上に設けられたｎ＋形の領域１２１ａと、ｎ＋形の領域１２１ａ上に設けられ、不純物濃度がｎ＋形の領域１２１ａの不純物濃度よりも低いｎ－形の領域１２１ｂと、ｎ－形の領域１２１ｂの上層部のうちの外周部に設けられ、不純物濃度がｎ－形の領域１２１ｂの不純物濃度よりも高いｎ＋形のストッパー領域１２１ｃと、を有する。そして、最も外側に位置する電極１５０は、ｎ＋形のストッパー領域１２１ｃに接続されている。そのため、ＥＱＰＲ電極１５０、ｎ形半導体層１２１の外周部、及び下部電極１１０を概ね等電位にし、空乏層が半導体部１２０の外周面に到達することを抑制できる。
【0082】
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
図９は、本実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
本実施形態に係る半導体装置２００の終端領域ＥＮの構造は、下部電極１１０及び半導体部１２０以外の構成が、第１の実施形態に係る半導体装置１００の終端領域ＥＮの構造と相違する。
なお、以下の説明においては、原則として、第１の実施形態との相違点のみを説明する。以下に説明する事項以外は、第１の実施形態と同様である。
次に、第２の実施形態について説明する。
図９は、本実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
本実施形態に係る半導体装置２００の終端領域ＥＮの構造は、下部電極１１０及び半導体部１２０以外の構成が、第１の実施形態に係る半導体装置１００の終端領域ＥＮの構造と相違する。
なお、以下の説明においては、原則として、第１の実施形態との相違点のみを説明する。以下に説明する事項以外は、第１の実施形態と同様である。
【0083】
本実施形態における絶縁膜２３０の形状は、第１の実施形態における絶縁膜１３０の形状と異なる。第１の実施形態では、絶縁膜１３０の上面は、平坦面でありＸ方向及びＹ方向に平行であった。これに対して、本実施形態における絶縁膜２３０の上面において直下に第１浮遊電極２７１及び複数の第２浮遊電極２７２が設けられている領域は、上方向に盛り上がっている。
【0084】
また、本実施形態における上部電極２４０及びＥＱＰＲ電極２５０の形状は、第１の実施形態における上部電極１４０及びＥＱＰＲ電極１５０の形状と異なる。第１の実施形態では、上部電極１４０及びＥＱＰＲ電極１５０において絶縁膜１３０上に位置する部分の形状は、平板状であった。これに対して、本実施形態における上部電極２４０及びＥＱＰＲ電極２５０は、絶縁膜２３０の上面において上方向に盛り上がった部分に乗り上げている。そのため、上部電極２４０の外側の端部及びＥＱＰＲ電極２５０の内側の端部は、絶縁膜２３０の上面に沿って湾曲している。
【0085】
また、第１の実施形態では、半導体装置１００に２つの中間電極１６１、１６２が設けられている例を説明したが、本実施形態では、半導体装置２００に、６つの中間電極２６０が設けられている。このように、半導体装置に設ける中間電極の数は、特に限定されない。半導体装置に設ける中間電極の数は、例えば半導体装置の要求耐圧に応じて設定できる。半導体装置の要求耐圧が大きいほど、半導体装置に設ける中間電極の数を多くすることが好ましい。
【0086】
複数の中間電極２６０は、絶縁膜２３０上において、上部電極２４０とＥＱＰＲ電極２５０との間に設けられている。複数の中間電極２６０は、上方から見て半導体部１２０の中心Ｃから外周１２０ｅに向かう方向に並んでおり、相互に離隔している。また、複数の中間電極２６０のうち、最も内側に位置する中間電極２６０は、上部電極２４０から離隔している。また、複数の中間電極２６０のうち、最も外側に位置する中間電極２６０は、ＥＱＰＲ電極２５０から離隔している。
【0087】
したがって、上部電極２４０と最も内側に位置する中間電極２６０との間には、隙間Ｓ２１が形成されている。また、隣り合う中間電極２６０の間には、隙間Ｓ２２が形成されている。また、ＥＱＰＲ電極２５０と最も外側に位置する中間電極２６０との間には、隙間Ｓ２３が形成されている。
【0088】
また、第１の実施形態では、各中間電極１６１、１６２の形状は、平板状であったが、本実施形態では、各中間電極２６０の形状は、絶縁膜２３０の上面に沿って、中央部が下方に凹んだ形状である。このように、各中間電極の形状は、上部電極、他の中間電極、又はＥＱＰＲ電極との間に隙間が形成されるような形状である限り、特に限定されない。
【0089】
また、本実施形態では、各隙間Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３の直下に、第１浮遊電極２７１及び第２浮遊電極２７２が設けられている。本実施形態では、隙間Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３の総数は、７つであるため、半導体装置２００には、第１浮遊電極２７１も７つ設けられている。同様に、半導体装置２００には、第２浮遊電極１７２も７つ設けられている。このように、終端領域において絶縁膜上に形成される隙間の数は、１以上であれば特に限定されない。終端領域には、隙間の数に応じた数だけ、第１浮遊電極及び第２浮遊電極を設けることが好ましい。
【0090】
各浮遊電極２７１、２７２は、第１の実施形態と同様に、ポリシリコン等の半導体材料、又は金属材料からなる。上方から見た各浮遊電極２７１、２７２の形状は、第１の実施形態と同様に、角部を丸めた略矩形の環状である。複数の浮遊電極２７１、２７２は、相互に離隔している。各浮遊電極２７１、２７２は、その全体が絶縁膜２３０に被覆されている。
【0091】
以下、複数の第１浮遊電極２７１及び複数の第２浮遊電極２７２のうち、上部電極２４０と最も内側に位置する中間電極２６０との隙間Ｓ２１の直下に設けられた第１浮遊電極２７１及び第２浮遊電極２７２の構成について説明する。他の第１浮遊電極２７１及び他の第２浮遊電極２７２は、同様に構成されるため、説明を省略する。
【0092】
第１浮遊電極２７１は、上方から見て、隙間Ｓ２１及び上部電極２４０と重なる。第１浮遊電極２７１は、絶縁膜２３０を介して上部電極２４０と対向している。第１の実施形態では、第１浮遊電極１７１の内周１７１ｅ１は、ｐ形半導体層１２２の外周１２２ｅよりも内側に位置していたが、本実施形態では、第１浮遊電極２７１の内周２７１ｅ１は、ｐ形半導体層１２２の外周１２２ｅよりも外側に位置している。このように、内周２７１ｅ１の位置は、絶縁膜２３０の内周よりも外側であって、上部電極２４０の外周よりも内側である限り、特に限定されない。
【0093】
第１浮遊電極２７１は、本実施形態では、第２浮遊電極２７２よりも内側に位置し、半導体部１２０の中心Ｃから外周１２０ｅに向かう方向において第２浮遊電極２７２と隣り合う第１部分Ｐ２１と、第２浮遊電極２７２の上方に位置する第２部分Ｐ２２と、第１部分Ｐ２１と第２部分Ｐ２２との間に位置し、第１部分Ｐ２１及び第２部分Ｐ２２に連なる第３部分Ｐ２３と、を有する。第１の実施形態では、第３部分Ｐ３はＺ方向に延びていたが、本実施形態では、第３部分Ｐ２３はＺ方向に対して傾斜した方向に延びている。このように第３部分の延伸方向は、第１部分と第２部分とを接続できる限り、特に限定されない。
【0094】
第２浮遊電極２７２は、上方から見て、隙間Ｓ２１内において第１浮遊電極２７１と重なる。また、第２浮遊電極２７２は、上方から見て中間電極２６０と重なる。第２浮遊電極２７２は、絶縁膜２３０を介して中間電極２６０と対向している。
【0095】
第１の実施形態では、第２浮遊電極１７２の内周１７２ｅ１は、上方から見て、上部電極１４０の外周１４０ｅよりも内側に位置していたが、本実施形態では、第２浮遊電極２７２の内周２７２ｅ１は、上方から見て、上部電極２４０の外周２４０ｅよりも外側に位置する。このように、内周２７２ｅ１の位置は、上方から見て中間電極２６０の内周及び第１浮遊電極２７１の外周よりも内側であればよい。
【0096】
本実施形態に係る半導体装置２００においては、複数の電極２４０、２６０、２５０のうち隣り合う一対の電極のうちの一方の電極と、第１浮遊電極２７１と、が容量結合する。また、第１浮遊電極２７１と第２浮遊電極２７２とが容量結合する。また、第２浮遊電極２７２と、隣り合う一対の電極のうちの他方の電極と、が容量結合する。
【0097】
また、本実施形態に係る半導体装置２００は、上部電極２４０、ＥＱＰＲ電極２５０、複数の中間電極２６０、及び絶縁膜２３０においてこれらの電極２４０、２５０、２６０から露出した部分を覆う保護膜２８０が更に設けられている点でも、第１の実施形態と相違する。このように、半導体装置２００には、保護膜２８０が設けられていてもよい。保護膜２８０は、樹脂材料等の絶縁材料からなる。
【0098】
図１０は、参考例に係る半導体装置を示す断面図である。
図１１は、横軸に保護膜の表面に生じた電荷をとり、縦軸に耐圧をとり、本実施形態に係る半導体装置及び参考例に係る半導体装置の耐圧と電荷の関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
図１２は、本実施形態に係る半導体装置において、保護膜の表面に正電荷及び負電荷が生じた状態における等電位線を示すシミュレーション結果である。
図１１は、横軸に保護膜の表面に生じた電荷をとり、縦軸に耐圧をとり、本実施形態に係る半導体装置及び参考例に係る半導体装置の耐圧と電荷の関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
図１２は、本実施形態に係る半導体装置において、保護膜の表面に正電荷及び負電荷が生じた状態における等電位線を示すシミュレーション結果である。
【0099】
参考例に係る半導体装置９００は、図１０に示すように、本実施形態に係る半導体装置２００と同様に、下部電極１１０と、半導体部１２０と、絶縁膜９３０と、上部電極９４０と、ＥＱＰＲ電極９５０と、保護膜９８０と、を備える。参考例に係る半導体装置９００は、絶縁膜９３０上の上部電極９４０とＥＱＰＲ電極９５０の間の隙間に、中間電極が設けられていない点及び絶縁膜９３０中に第１浮遊電極及び第２浮遊電極が設けられていない点で、本実施形態に係る半導体装置２００と相違する。
【0100】
本実施形態では、前述したように、複数の電極２４０、２６０、２５０のうち隣り合う一対の電極のうちの一方の電極と、第１浮遊電極２７１と、が容量結合し、第１浮遊電極２７１と第２浮遊電極２７２とが容量結合し、第２浮遊電極２７２と、隣り合う一対の電極のうちの他方の電極と、が容量結合している。そのため、図１２に示すように、上部電極２４０とＥＱＰＲ電極２５０との間で、電位を段階的に変化させることができる。具体的には、図１２に示すように、隙間Ｓ２１内の等電位線は、上部電極２４０と第１浮遊電極２７１と間、第１浮遊電極２７１と第２浮遊電極２７２との間、及び第２浮遊電極２７２と中間電極２６０との間に分散される。このように、半導体部１２０の終端領域ＥＮにおいて等電位線が密集することを抑制する、すなわち半導体部１２０の終端領域ＥＮにおいて電位が急激に変化するような箇所が生じることを抑制することで、アバランシェ降伏が生じることを抑制できる。その結果、半導体装置２００の耐圧を向上させることができる。したがって、図１１に示すように、本実施形態に係る半導体装置２００の耐圧は、参考例に係る半導体装置９００の耐圧よりも高くなる。
【0101】
特に、本実施形態では図１２に示すように、第１浮遊電極２７１は、第２浮遊電極２７２よりも内側に位置する第１部分Ｐ２１と、第２浮遊電極２７２の上方に位置する第２部分Ｐ２２と、第１部分及び第２部分に連なる第３部分Ｐ２３と、を有する。そのため、隙間Ｓ２１内の等電位線は、上部電極２４０と第１浮遊電極２７１と間、第１浮遊電極２７１と第２浮遊電極２７２との間、及び第２浮遊電極２７２と中間電極２６０との間に分散されつつ、隙間Ｓ２１から半導体部１２０を通って、半導体部１２０の中心Ｃ側に延びる。そのため、半導体部１２０内において、等電位線を分散させ易い。他の隙間Ｓ２２、Ｓ２３の直下の第１浮遊電極２７１及び第２浮遊電極２７２についても同様である。
【0102】
また、図１０及び図１１に示すように、参考例に係る半導体装置２００において、保護膜９８０の表面に正電荷Ｑ２１及び負電荷Ｑ２２が生じた場合の耐圧は、保護膜９８０の表面に正電荷Ｑ２１及び負電荷Ｑ２２が生じてない場合の耐圧と比較して小さい。また、正電荷Ｑ２１や負電荷Ｑ２２の絶対値が大きくなるほど、耐圧は低下する。
【0103】
本実施形態に係る半導体装置２００においても同様の傾向を示す。参考例に係る半導体装置９００においては、図１０に示すように、上部電極９４０とＥＱＰＲ電極９５０との間に、電荷Ｑ２１、Ｑ２２が半導体部１２０に与える影響をシールドするような部材が設けられていない。これに対し、図１２に示すように、本実施形態に係る半導体装置２００においては、上部電極９４０とＥＱＰＲ電極９５０との間に複数の中間電極２６０が設けられており、各隙間Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３の直下では、第１浮遊電極１７１と第２浮遊電極１７２とが重なり合っている。そのため、本実施形態に係る半導体装置２００では、電荷Ｑ２１、Ｑ２２が半導体部１２０に与える影響をシールドできる。したがって、図１１に示すように、本実施形態に係る半導体装置２００において、電荷を所定量ΔＱ変化させた場合の耐圧の減少量ΔＶ２１は、参考例に係る半導体装置９００において、電荷を所定量ΔＱ変化させた場合の耐圧の減少量ΔＶ２２よりも小さい。すなわち、本実施形態は、参考例よりも、電荷Ｑ２１、Ｑ２２に起因する耐圧の低下が少ない。
【0104】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置２００においても、複数の電極２４０、２６０、２５０のうち隣り合う一対の電極のうちの一方の電極と、他方の電極との間の電位を段階的に変化させることができる。これにより、アバランシェ降伏を抑制できるため、半導体装置２００の耐圧を向上させることができる。
【0105】
また、本実施形態においても、隙間Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３の下方において重なり合う第１浮遊電極１７１と第２浮遊電極１７２が、半導体装置２００の表面に生じた電荷Ｑ２１、Ｑ２２に対してシールドとして機能する。そのため、半導体部１２０の上層部に、負電荷Ｑ３や正電荷Ｑ４が生じることを抑制できる。
以上により、信頼性が高い半導体装置２００を実現できる。
以上により、信頼性が高い半導体装置２００を実現できる。
【0106】
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。
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】
【0107】
１００、２００：半導体装置
１１０ ：下部電極（第１電極）
１２０ ：半導体部
１２０ｅ ：外周
１２１ ：ｎ形半導体層（第１導電形の第１半導体層）
１２１ａ ：ｎ＋形の領域（第１半導体領域）
１２１ｂ ：ｎ－形の領域（第２半導体領域）
１２１ｃ ：ｎ＋形のストッパー領域（第３半導体領域）
１２１ｃｅ ：内周
１２２ ：ｐ形半導体層
１２２ｂ ：ｎ－形の領域
１２２ｅ ：外周
１３０、２３０：絶縁膜
１３０ｅ１ ：内周
１３０ｅ２ ：外周
１４０、２４０：上部電極（第２電極）
１４０ｅ ：外周
１５０、２５０：ＥＱＰＲ電極（第２電極）
１５０ｅ ：内周
１６１、１６２、２６０：中間電極
１６１ｅ１、１６２ｅ１：内周
１６１ｅ２、１６２ｅ２：外周
１７１、１７３、１７５、２７１：第１浮遊電極
１７１ｅ１、１７３ｅ１、１７５ｅ１、２７１ｅ１：内周
１７１ｅ２、１７３ｅ２、１７５ｅ２：外周
１７２、１７４、１７６、２７２：第２浮遊電極
１７２ｅ１、１７４ｅ１、１７６ｅ１、２７２ｅ１：内周
１７２ｅ２、１７４ｅ２、１７６ｅ２：外周
２８０ ：保護膜
Ｃ ：中心
ＣＥ ：セル領域
ＥＮ ：終端領域
Ｐ１、Ｐ２１：第１部分
Ｐ２、Ｐ２２：第２部分
Ｐ３、Ｐ２３：第３部分
Ｑ１、Ｑ２ ：電荷
Ｑ３、Ｑ４、Ｑ２１、Ｑ２２：電荷
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３：隙間
ΔＱ ：所定量の電荷
ΔＶ２１、ΔＶ２２：耐圧の減少量
１１０ ：下部電極（第１電極）
１２０ ：半導体部
１２０ｅ ：外周
１２１ ：ｎ形半導体層（第１導電形の第１半導体層）
１２１ａ ：ｎ＋形の領域（第１半導体領域）
１２１ｂ ：ｎ－形の領域（第２半導体領域）
１２１ｃ ：ｎ＋形のストッパー領域（第３半導体領域）
１２１ｃｅ ：内周
１２２ ：ｐ形半導体層
１２２ｂ ：ｎ－形の領域
１２２ｅ ：外周
１３０、２３０：絶縁膜
１３０ｅ１ ：内周
１３０ｅ２ ：外周
１４０、２４０：上部電極（第２電極）
１４０ｅ ：外周
１５０、２５０：ＥＱＰＲ電極（第２電極）
１５０ｅ ：内周
１６１、１６２、２６０：中間電極
１６１ｅ１、１６２ｅ１：内周
１６１ｅ２、１６２ｅ２：外周
１７１、１７３、１７５、２７１：第１浮遊電極
１７１ｅ１、１７３ｅ１、１７５ｅ１、２７１ｅ１：内周
１７１ｅ２、１７３ｅ２、１７５ｅ２：外周
１７２、１７４、１７６、２７２：第２浮遊電極
１７２ｅ１、１７４ｅ１、１７６ｅ１、２７２ｅ１：内周
１７２ｅ２、１７４ｅ２、１７６ｅ２：外周
２８０ ：保護膜
Ｃ ：中心
ＣＥ ：セル領域
ＥＮ ：終端領域
Ｐ１、Ｐ２１：第１部分
Ｐ２、Ｐ２２：第２部分
Ｐ３、Ｐ２３：第３部分
Ｑ１、Ｑ２ ：電荷
Ｑ３、Ｑ４、Ｑ２１、Ｑ２２：電荷
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３：隙間
ΔＱ ：所定量の電荷
ΔＶ２１、ΔＶ２２：耐圧の減少量
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】