半导体装置、电力变换装置及半导体装置的制造方法与流程

1.本发明涉及半导体装置，特别涉及具有表面保护膜的半导体装置。


背景技术：

2.对于用于功率器件等的纵向型半导体装置，已知为了确保耐压性能，在n型的半导体层的外周部的所谓末端区域设置p型的保护环区域(末端阱区域)的技术。在具有保护环区域的半导体装置中，在将逆电压施加于半导体装置的主电极时产生的电场被n型的半导体层和p型的保护环区之间的pn结所形成的耗尽层缓和。
3.例如在下述专利文献1中公开了具有半绝缘膜和表面电极的构造的半导体装置，该半绝缘膜隔着绝缘膜设置于p型的保护环的外端部之上，该表面电极分别与该半绝缘膜的内侧的端部及外侧的端部连接。通过该构造，半导体装置的末端区域的电位梯度被保持为恒定，更有效地缓和电场。
4.另外，半导体装置的表面电极除了进行导线键合的区域之外，有时被作为表面保护膜的聚酰亚胺覆盖，或使用凝胶等封装材料进行封装。
5.专利文献1：日本特开平6-275852号公报
6.聚酰亚胺等表面保护膜及凝胶等封装材料在高湿度下容易含有水分。该水分有可能对表面电极造成不良影响。具体而言，有时表面电极溶解到水分中，或表面电极与水分反应而析出绝缘物。在这样的情况下，在表面电极与表面保护膜或封装凝胶的界面处容易发生剥离。表面保护膜或封装凝胶剥离而产生的表面电极的外周处的孔洞作为泄漏路径起作用，有可能损害半导体装置的绝缘可靠性。另外，与有无表面保护膜无关地，当在表面电极之上析出了绝缘物的情况下，有可能对表面电极之外的材料施加应力，损害半导体装置的绝缘可靠性。


技术实现要素：

7.本发明就是为了解决上述那样的问题而提出的，其目的在于提供绝缘可靠性高的半导体装置。
8.本发明涉及的半导体装置具有：第1导电型的半导体层；场绝缘膜，其形成于所述半导体层的表面之上；作为内周电极的表面电极，其形成于与所述场绝缘膜相比更靠内侧的所述半导体层的表面之上，该表面电极搭至所述场绝缘膜的内周端部处；外周电极，其形成于与所述场绝缘膜相比更靠外侧的所述半导体层的表面之上，该外周电极搭至所述场绝缘膜的外周端部处；第2导电型的阱区域，其形成于所述半导体层的表层部，与所述表面电极连接，并且与所述表面电极的外周端部相比延伸至外侧；半绝缘膜，其形成为将所述场绝缘膜的一部分覆盖，与所述表面电极及所述外周电极分离；以及背面电极，其形成于所述半导体层的背面侧，所述半绝缘膜在与所述阱区域的外周端部相比更靠内侧的区域及外侧的区域的每一者，通过在所述场绝缘膜形成的开口而与所述半导体层连接。
9.发明的效果
10.根据本发明涉及的半导体装置，能够防止在表面电极析出绝缘物。由此，能够有助于半导体装置的绝缘可靠性提高。
附图说明
11.图1是表示实施方式1涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
12.图2是表示实施方式1涉及的半导体装置的结构的俯视图。
13.图3是表示实施方式1的变形例1涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
14.图4是表示实施方式1的变形例2涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
15.图5是表示实施方式1的变形例3涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
16.图6是表示实施方式1的变形例3涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
17.图7是表示实施方式1的变形例3涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
18.图8是表示实施方式1的变形例3涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
19.图9是表示实施方式2涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
20.图10是表示实施方式2涉及的半导体装置的结构的俯视图。
21.图11是表示实施方式2涉及的半导体装置的单位单元的结构的局部剖视图。
22.图12是表示实施方式2的变形例1涉及的半导体装置的结构的俯视图。
23.图13是表示实施方式2的变形例2涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
24.图14是表示实施方式2的变形例2涉及的半导体装置的结构的俯视图。
25.图15是表示实施方式2的变形例3涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
26.图16是表示实施方式2的变形例3涉及的半导体装置的结构的俯视图。
27.图17是表示实施方式2的变形例4涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
28.图18是表示实施方式2的变形例4涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
29.图19是表示实施方式2的变形例4涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
30.图20是表示实施方式2的变形例4涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
31.图21是表示实施方式2的变形例4涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
32.图22是表示实施方式2的变形例4涉及的半导体装置的结构的局部剖视图。
33.图23是表示实施方式2的变形例4涉及的半导体装置的结构的局部俯视图。
34.图24是表示实施方式2的变形例4涉及的半导体装置的结构的局部俯视图。
35.图25是表示电力变换系统的结构的框图，该电力变换系统应用了实施方式3涉及的电力变换装置。
具体实施方式
36.下面，对本发明涉及的技术的实施方式进行说明。在本说明书中，半导体装置的“有源区域”是指在半导体装置成为接通状态时流过主电流的区域，半导体装置的“末端区域”被定义为有源区域的周围的区域。另外，半导体装置的“外侧”是指从半导体装置的中央部朝向外周部的方向，半导体装置的“内侧”是指与“外侧”相反的方向。另外，关于杂质的导电型，将“第1导电型”设为n型，将“第2导电型”设为p型而进行说明，但也可以与其相反地，将“第1导电型”设为p型，将“第2导电型”设为n型。
37.这里，“mos”这样的术语以往用于表示金属-氧化物-半导体的层叠构造，采用了
metal-oxide-semiconductor的首字母。但是，
38.特别地，对于具有mos构造的场效应晶体管(下面，称为“mos晶体管”)而言，从近年来的集成化、制造工艺的改善等观点出发，栅极绝缘膜、栅极电极的材料得到改善。例如，对于mos晶体管，主要从自对准地形成源极-漏极的观点出发，作为栅极电极的材料替代金属而采用了多晶硅。另外，从改善电气特性的观点出发，栅极绝缘膜使用高介电常数的材料，但该材料并非必须限于氧化物。
39.因此，“mos”这样的术语并非必须仅限于金属-氧化物-半导体的层叠构造而使用，这一点在本说明书中也相同。即，鉴于技术常识，“mos”不仅作为metal-oxide-semiconductor的缩写，被广义地定义为还包含导体-绝缘体-半导体的层叠构造。
40.另外，在下面的说明中，即使记载为“～之上”及“将～覆盖”，也不排除在结构要素之间存在夹杂物。例如，即使记载为“在a之上设置的b”或“将a覆盖的b”等，也有可能在a和b之间设置有其它结构要素。另外，在下面的说明中，有时使用“上”、“下”、“侧”、“底”、“表”或“背”等表示特定的位置或方向的术语，但这些术语只是为了方便说明而使用的，与实际使用时的方向无关。
41.下面所示的附图是示意图。因此，附图所示的要素的尺寸、位置及它们的相互关系不限于准确的情况，可以适当变更。另外，不同的附图所示的要素的尺寸及位置的相互关系也不限于准确的情况，可以适当变更。
42.在各附图中，对具有与其它附图所示的结构要素相同的名称及功能的结构要素标注与其相同的参照标号。因此，对于与之前使用其它附图说明过的要素相同的要素，为了避免冗长的说明，有时也省略说明。
43.《实施方式1》
44.[装置结构]
[0045]
图1是实施方式1涉及的半导体装置即肖特基势垒二极管(sbd)100的局部剖视图。图2是sbd 100的俯视图，沿图2的a-a线的矢向剖视图相当于图1。图1的左侧部分为sbd 100的在接通状态下流过主电流的有源区域，图1的右侧部分为sbd 100的有源区域的外侧的区域即末端区域。下面，将与有源区域相当的区域称为“内侧区域ri”，将与末端区域相当的区域称为“外侧区域ro”。
[0046]
如图1所示，sbd 100是使用由单晶基板31和形成于其之上的外延层32构成的外延基板30而形成的。单晶基板31为n型(第1导电型)的由碳化硅(sic)构成的半导体基板，外延层32是由在单晶基板31之上外延生长出的sic构成的半导体层。即，sbd 100为sic-sbd。在本实施方式中，使用具有4h多型的外延基板30。
[0047]
这里，将图1中的外延基板30的上侧定义为“表面侧”，将下侧定义为“背面侧”，下面，将外延基板30的背面侧的主面称为“背面s1”，将表面侧的主面称为“表面s2”。另外，由于外延基板30的背面s1也是单晶基板31的主面，因此有时也将其称为“单晶基板31的背面s1”。同样地，由于外延基板30的表面s2也是外延层32的主面，因此有时也将其称为“外延层32的表面s2”。
[0048]
在末端区域处的外延层32的表面侧的表层部选择性地形成有p型(第2导电型)的末端阱区域2。末端阱区域2是在俯视观察时将有源区域包围的框状(环状)的区域，作为所谓的保护环起作用。另外，如图1所示，末端阱区域2的内侧的端部(也称为“内周端部”)被规
定为有源区域即内侧区域ri与末端区域即外侧区域ro的边界。
[0049]
外延层32的除了末端阱区域2之外的n型的区域是通过漂移而流过电流的漂移层1。漂移层1的杂质浓度比单晶基板31的杂质浓度低。因此，单晶基板31具有比漂移层1低的电阻率。这里，漂移层1的杂质浓度大于或等于1
×
10
14
/cm3且小于或等于1
×
10
17
/cm3。
[0050]
末端阱区域2也可以包含杂质浓度不同的多个区域。另外，末端阱区域2的个数并不限于1个，例如，也可以在外侧区域ro设置有彼此分离而配设为嵌套状的多个末端阱区域2。即，末端阱区域2也可以被分割为多个。
[0051]
在外延基板30的表面s2之上设置有场绝缘膜3、表面电极4、外周电极5、半绝缘膜7及表面保护膜10。另外，在外延基板30的背面s1之上设置有背面电极11。此外，在图2的俯视图中，仅示出外延基板30和表面电极4，省略了其它要素的图示。
[0052]
场绝缘膜3将末端阱区域2的一部分覆盖，超过末端阱区域2的外侧的端部(也称为“外周端部”)而延伸至末端阱区域2的外侧。另外，在场绝缘膜3形成有使外延基板30的表面s2露出的多个开口部。具体而言，在场绝缘膜3，跨内侧区域ri和外侧区域ro形成有使外延基板30的有源区域的表面s2露出的开口部、使外侧区域ro的末端阱区域2的表面s2露出的开口部、使与末端阱区域2相比更靠外侧的区域的表面s2露出的开口部。
[0053]
表面电极4跨内侧区域ri和外侧区域ro而形成，通过场绝缘膜3的开口部而与外延基板30的表面s2的至少一部分连接。在本实施方式中，表面电极4以遍及内侧区域ri整体的方式设置，在外侧区域ro与末端阱区域2连接。末端阱区域2与表面电极4的外周部连接，与表面电极4的外周端部相比延伸至外侧。另外，表面电极4的外周端部搭至场绝缘膜3的内周端部处。
[0054]
表面电极4的材料为形成与n型的sic半导体即漂移层1之间的肖特基结的金属即可，例如，能够使用ti(钛)、mo(钼)、ni(镍)、au(金)或w(钨)等。另外，表面电极4也可以是在上述任意材料之上层叠al(铝)、cu(铜)、mo、ni中的任意金属、或al-si那样的al合金而形成的层叠构造。
[0055]
外周电极5在与末端阱区域2相比更靠外侧处与末端阱区域2分离地设置，与外延基板30的外侧区域ro的表面s2的至少一部分连接。在本实施方式中，外周电极5的内周端部搭至场绝缘膜3的外周端部处。
[0056]
作为外周电极5的材料，能够使用ti(钛)、mo(钼)、ni(镍)、au(金)、w(钨)、al(铝)、cu(铜)中的任意金属、或al-si那样的al合金。另外，外周电极5也可以设为由这些材料中的大于或等于两个构成的层叠构造。
[0057]
半绝缘膜7在外侧区域ro设置于场绝缘膜3的至少一部分之上。半绝缘膜7与表面电极4及外周电极5分离，以与表面电极4及外周电极5不接触。另外，半绝缘膜7在与末端阱区域2的外周端部相比更靠内侧的区域及更靠外侧的区域的每一者，通过形成于场绝缘膜3的开口部而与外延层32的表面s2连接。具体而言，半绝缘膜7通过形成于场绝缘膜3的开口部，与末端阱区域2的表面s2、末端阱区域2的表面s2连接。
[0058]
作为半绝缘膜7的材料，能够使用sinsin(semi-insulated sin)、sipos(semi-insulated polycrystalline silicon)等。在本实施方式中，将sinsin用作半绝缘膜7的材料，其电阻率小于1
×
10
12
ω
·
cm。此外，半绝缘膜7的与外延基板30的表面s2接触的下层的部分具有半绝缘性即可。因此，半绝缘膜7也可以是在反绝缘性材料之上层叠例如耐湿性高
的sin膜等而形成的层叠构造。
[0059]
表面保护膜10形成于半绝缘膜7之上，将表面电极4的外周端部及外周电极5覆盖。优选表面保护膜10的材料为聚酰亚胺、聚苯并恶唑等能够缓和应力的绝缘性的树脂材料。此外，在sbd 100被硅凝胶等弹性模量低的封装凝胶覆盖而使用的情况下，有时省略表面保护膜10。
[0060]
在内侧区域ri，在表面保护膜10设置有使表面电极4的进行导线键合等的区域露出的开口。另外，在外侧区域ro，在表面保护膜10设置有使外延基板30的进行切割等的区域露出的开口部。
[0061]
图1示出实施方式1涉及的sbd 100的末端部的一个剖面(沿图2的a-a线的剖面)，但半绝缘膜7经由场绝缘膜3的开口部与外延基板30的表面s2接触的区域不需要以在俯视观察时遍及将表面电极4包围的全周的方式形成，也可以分割为彼此分离的多个区域。
[0062]
在本实施方式中，将外延基板30的材料设为sic。sic半导体具有比si半导体宽的宽带隙，sic半导体装置与si半导体装置相比，耐压性优异，允许电流密度也高，另外，耐热性也高，因此也能够进行高温工作。但是，外延基板30的材料并不限于sic，可以是si，例如也可以是氮化镓(gan)等其它宽带隙半导体。
[0063]
另外，本实施方式涉及的半导体装置也可以是sbd之外的二极管，例如是pn结二极管、结势垒肖特基(junction barrier schottky：jbs)二极管。
[0064]
[变形例1]
[0065]
图3是表示实施方式1的变形例1涉及的半导体装置即sbd 101的结构的剖视图。就图3的sbd 101而言，末端阱区域2被分割为多个。场绝缘膜3在多个末端阱区域2的每一者之上具有开口部。半绝缘膜7经由形成于场绝缘膜3的开口部，与被分割开的各个末端阱区域2连接，并且在与最外侧的末端阱区域2相比更靠外侧的区域，与外延基板30的表面s2连接。
[0066]
[变形例2]
[0067]
图4是表示实施方式1的变形例2涉及的半导体装置即sbd 102的结构的剖视图。就图4的sbd 102而言，场绝缘膜3具有跨末端阱区域2的外周端部的内侧和外侧的开口部。半绝缘膜7经由形成于场绝缘膜3的开口部，跨末端阱区域2和末端阱区域2的外侧的区域地与外延基板30的表面s2连接。
[0068]
[变形例3]
[0069]
图5是表示实施方式1的变形例2涉及的半导体装置即sbd 103的结构的剖视图。就图5的sbd 103而言，以将表面电极4的外周端部及外周电极5的内周端部覆盖的方式形成有耐湿绝缘膜8。另外，在内侧区域ri，在耐湿绝缘膜8设置有使表面电极4的进行导线键合等的区域露出的开口。
[0070]
作为耐湿绝缘膜8的材料，使用sin、sion、sioc等耐湿性高的绝缘膜。在本实施方式中，耐湿绝缘膜8的材料使用sin，其电阻率大于或等于1
×
10
12
ω
·
cm。该sin的膜厚大于或等于100nm且小于或等于2000nm，优选大于或等于300nm且小于或等于1500nm，更优选大于或等于500nm且小于或等于1000nm，例如能够设为500nm。
[0071]
如图6所示，耐湿绝缘膜8也可以在末端阱区域2之上及与末端阱区域2相比更靠外侧的区域，在与场绝缘膜3的开口部相同的位置处具有开口部。即，在末端阱区域2之上设置的开口部及在与末端阱区域2相比更靠外侧的区域设置的开口部也可以形成为将耐湿绝缘
膜8及场绝缘膜3贯穿。
[0072]
如图7所示，半绝缘膜7也可以形成为搭在耐湿绝缘膜8之上，在表面电极4之上及外周电极5之上，在与耐湿绝缘膜8的开口部相同的位置处具有开口部。在该情况下，半绝缘膜7也以不与表面电极4及外周电极5连接的方式形成。
[0073]
如图8所示，耐湿绝缘膜8也可以将外周电极5完全覆盖。在该情况下，在半绝缘膜7及耐湿绝缘膜8设置使外延基板30的进行切割等的区域露出的开口。场绝缘膜3也可以形成为从外周电极5的外周端部之下延伸至外延基板30的进行切割等的区域。
[0074]
[动作]
[0075]
接下来，对使用图1说明过的实施方式1的sbd 100的动作进行说明。如果对背面电极11以表面电极4的电位为基准施加负电压，则sbd 100成为从表面电极4向背面电极11流动电流的状态即导通状态(接通状态)。相反地，如果对背面电极11以表面电极4的电位为基准而施加正电压，则sbd 100成为截止状态(断开状态)。
[0076]
在sbd 100处于断开状态的情况下，在漂移层1的有源区域的表面及漂移层1与末端阱区域2之间的pn结界面附近施加大的电场。将该电场达到临界电场而引起雪崩击穿时的对背面电极11的电压定义为最大电压(雪崩电压)。通常，以在不引起雪崩击穿的电压范围内使用sbd 100的方式规定额定电压。
[0077]
在断开状态下，耗尽层从漂移层1的有源区域的表面及漂移层1与末端阱区域2之间的pn结界面，向朝向单晶基板31的方向(下方向)和漂移层1的外周方向(右方向)扩展。另外，耗尽层也从漂移层1与末端阱区域2之间的pn结界面扩展至末端阱区域2内，该扩展情况大幅依赖于末端阱区域2的浓度。即，如果末端阱区域2的浓度变高，则在末端阱区域2内对耗尽层的扩展进行抑制，末端阱区域2的内部的耗尽层的前端位置成为接近末端阱区域2和漂移层1的边界的位置。
[0078]
这里，考虑在高湿度下将sbd 100设为断开状态的情况。在表面保护膜10由聚酰亚胺等构成的情况下，在高湿度下表面保护膜10含有大量水分。如果该水分到达表面电极4及外周电极5的表面，则通过施加至断开状态的sbd 100的电压，表面电极4作为阴极起作用，外周电极5作为阳极起作用。在没有形成表面保护膜10的情况下，大量水分也会透过封装凝胶而到达sbd 100，同样地，表面电极4作为阴极起作用，外周电极5作为阳极起作用。
[0079]
在成为阴极的表面电极4附近，关于上述水分，产生由下面的化学式(1)表示的氧的还原反应及由化学式(2)表示的氢的生成反应。
[0080]
o2+2h2o+4e-→
4oh-…
(1)
[0081]
h2o+e-→
oh-+1/2h2…
(2)
[0082]
与此相伴，在表面电极4附近氢氧根离子的浓度增加。氢氧根离子与表面电极4产生化学反应。例如，在表面电极4由铝构成的情况下，有时由于上述化学反应而使铝成为氢氧化铝。另外，氢氧化铝有时由于周围的温度、ph等而成为氧化铝。
[0083]
另外，在成为阳极的外周电极5附近，例如，在外周电极5由铝构成的情况下，铝成为al
3+
而溶解，与周围的水分反应而成为氢氧化铝或氧化铝。
[0084]
上述氢氧化铝或氧化铝在表面电极4及外周电极5的表面作为绝缘物而析出。通过该析出，表面电极4及外周电极5之上的膜破裂或被推起而剥离，如果剥离加深而在场绝缘膜3的上部形成孔洞部，则水分进入孔洞部。进入该孔洞部的水分会产生过剩的泄漏电流、
孔洞部中的空气中放电等，可能成为引起sbd的元件破坏的原因。另外，在由于绝缘物的析出而产生体积膨胀的情况下，可能对表面电极4及外周电极5之下的场绝缘膜3、外延基板30施加应力，引起sbd100的物理性破坏，成为引起元件破坏的原因。
[0085]
上述氢氧化铝或氧化铝的析出反应通过电场强度而被加速。特别地，表面电极4的外周端部、外周电极5的内周端部容易成为高电场，另外，在外延基板30由碳化硅构成的情况下，在外侧区域ro产生更高的电场强度，使氢氧化铝或氧化铝的析出反应加速。
[0086]
另外，就上述专利文献1的半导体装置而言，成为半绝缘膜7与表面电极4的外周端部、外周电极5的内周端部连接的构造，表面保护膜10的水分通过半绝缘膜7而到达表面电极4及外周电极5的端部，并且通过半绝缘膜7而在表面电极4和外周电极5之间进行电子交换，氢氧化铝或氧化铝的析出反应进一步被加速。而且，由于半绝缘膜7的导电性，在表面电极4的外周端部及外周电极5的内周端部的周边容易产生电位梯度，也有可能产生由电场强度造成的氢氧化铝或氧化铝的析出反应的加速。
[0087]
相对于此，就实施方式1的sbd 100而言，半绝缘膜7与表面电极4及外周电极5分离，以不与表面电极4及外周电极5接触。由此，在半绝缘膜7与表面电极4之间及与外周电极5之间不进行直接的电子交换，另外，也不会产生由半绝缘膜7的导电性引起的表面电极4的外周端部及外周电极5的内周端部周边的电位梯度。其结果，能够对在表面电极4及外周电极5的表面析出氢氧化铝或氧化铝进行抑制。
[0088]
另外，就实施方式1的sbd 100而言，半绝缘膜7在末端阱区域2之上及末端阱区域2的外侧的区域的每一者，通过形成于场绝缘膜3的开口部而与外延基板30的表面s2连接。因此，在断开状态下，在形成有半绝缘膜7的区域形成平缓的电位梯度。因此，能够对在末端阱区域2周边产生过度的电场集中进行抑制。
[0089]
实施方式1的变形例1至3中说明过的sbd 101至104也会得到以上效果。
[0090]
就图3所示的sbd 101而言，由于半绝缘膜7通过场绝缘膜3的开口部与分离地形成的多个末端阱区域2连接，因此多个末端阱区域2的电位被固定，能够更有效地缓和末端阱区域2周边的电场集中。
[0091]
就图4所示的sbd 102而言，半绝缘膜7通过形成于场绝缘膜3的开口部，跨末端阱区域2之上及末端阱区域2的外侧的区域地与外延基板30的表面s2连接。由此，在末端阱区域2的周边成为高电场时产生的固定电荷通过半绝缘膜7而排出，因此能够提高半导体装置的高电压施加时的可靠性。
[0092]
就图5所示的sbd 103而言，耐湿绝缘膜8形成为将表面电极4的外周端部及外周电极5的内周端部覆盖。因此，防止了水分到达表面电极4的外周端部及外周电极5的内周端部。其结果，能够进一步对表面电极4的外周端部及外周电极5的内周端部的氢氧化铝或氧化铝的析出反应进行抑制。
[0093]
就图6所示的sbd 104而言，耐湿绝缘膜8在外侧区域ro的末端阱区域2之上及与末端阱区域2相比更靠外侧的区域，在与场绝缘膜3的开口部相同位置处具有开口部。因此，外侧区域ro的场绝缘膜3的开口部能够在形成耐湿绝缘膜8的开口部时同时形成。其结果，能够避免由多次过度蚀刻造成的对外延基板30的表面s2的损伤，提高半导体装置的高电压施加时的可靠性。
[0094]
就图7所示的sbd 105而言，半绝缘膜7搭在耐湿绝缘膜8之上，在表面电极4之上及
外周电极5之上，在与耐湿绝缘膜8的开口部相同的区域具有开口部。在该情况下，由于半绝缘膜7以不与表面电极4及外周电极5接触的方式分离，因此能够对在表面电极4及外周电极5的表面析出氢氧化铝或氧化铝进行抑制。另外，由于在表面电极4之上及外周电极5之上设置的耐湿绝缘膜8的开口部能够在形成半绝缘膜7的开口部时同时形成，因此能够避免由多次过度蚀刻造成的对表面电极4及外周电极5的表面之上的损伤，提高半导体装置的高电压施加时的可靠性。
[0095]
就图8所示的sbd 106而言，耐湿绝缘膜8形成为将外周电极5完全覆盖。因此，防止了水分到达外周电极5的表面。其结果，能够进一步对外周电极5的表面的氢氧化铝或氧化铝的析出反应进行抑制。
[0096]
[制造方法]
[0097]
下面，对实施方式1涉及的sbd 100的制造方法进行说明。
[0098]
首先，准备以比较高的浓度(n
+
)包含n型杂质的低电阻的单晶基板31。这里，单晶基板31为具有4h多型的sic基板，具有4度或8度偏角。
[0099]
接下来，在单晶基板31之上进行sic的外延生长，以n型形成杂质浓度大于或等于1
×
10
14
/cm3且小于或等于1
×
10
17
/cm3的外延层32。其结果，得到由单晶基板31及外延层32构成的外延基板30。
[0100]
接下来，通过光刻工序，在外延层32之上形成预先规定的图案的抗蚀剂掩模，将该抗蚀剂掩模用作注入掩模而对al或b(硼)等p型杂质(受主)进行离子注入，由此在外延层32的上层部形成p型的末端阱区域2。优选末端阱区域2的剂量大于或等于0.5
×
10
13
/cm2且小于或等于5
×
10
13
/cm2，例如设为1.0
×
10
13
/cm2。
[0101]
形成末端阱区域2的离子注入的注入能量在al的情况下，例如设为大于或等于100kev且小于或等于700kev。在该情况下，从上述剂量[cm-2
]换算出的杂质浓度大于或等于1
×
10
17
/cm3且小于或等于1
×
10
19
/cm3。
[0102]
在形成末端阱区域2时，以多个环状的p型的杂质区域形成为嵌套状的方式，预先将抗蚀剂掩模图案化，由此能够形成如图3的sbd 101所示分割为多个的末端阱区域2。另外，通过重复抗蚀剂掩模的图案化和离子注入的工序，能够形成由杂质浓度不同的多个区域构成的末端阱区域2。
[0103]
在形成末端阱区域2后，使用热处理装置，在氩(ar)气等惰性气体环境中，在大于或等于1300℃且小于或等于1900℃的温度下，进行大于或等于30秒且小于或等于1小时的退火。通过该退火，将通过离子注入添加的杂质激活。
[0104]
接下来，例如，通过cvd法，将成为场绝缘膜3的厚度1μm的sio2膜沉积于外延基板30的表面s2之上。之后，通过光刻工序在sio2膜之上形成预先规定的图案的抗蚀剂掩模，将该抗蚀剂掩模作为蚀刻掩模而对sio2膜进行蚀刻，由此形成场绝缘膜3。在该蚀刻中，去除使表面电极4及外周电极5与外延基板30的表面s2接触的区域、及使半绝缘膜7与外延基板30的表面s2接触的区域的sio2膜。即，在表面电极4的形成区域、外周电极5的形成区域、末端阱区域2之上、与末端阱区域2相比更靠外侧的区域去除sio2膜。这里，在形成图6的sbd 104的情况下，在该工序中不去除末端阱区域2之上及末端阱区域2的外侧的区域的sio2膜。
[0105]
接下来，在外延层32之上例如通过溅射法，例如依次形成厚度100nm的ti膜、厚度3μm的al膜。之后，通过光刻工序，在al膜之上形成预先规定的图案的抗蚀剂掩模，将该抗蚀
剂掩模作为蚀刻掩模而进行al膜的rie(reactive ion etching)，由此形成表面电极4及外周电极5。
[0106]
接下来，在形成图5至图8所示的sbd 103、sbd 104、sbd 105或sbd 106的情况下，形成成为耐湿绝缘膜8的sin膜。此时，通过对成为sin膜的原料的硅烷气体(sih4)和氨气(nh3)或氮气(n2)的流量比、成膜温度、功率密度等进行调整，从而使sin膜的电阻率成为大于或等于1
×
10
12
ω
·
cm。sin膜的电阻率与折射率具有相关性，折射率大致小于或等于2.2。之后，通过光刻工序，在sin膜之上形成预先规定的图案的抗蚀剂掩模，将该抗蚀剂掩模作为蚀刻掩模而对sin膜进行蚀刻，由此形成耐湿绝缘膜8。这里，在形成图6的sbd 104的情况下，也可以在该工序中，在末端阱区域2之上及与末端阱区域2相比更靠外侧的区域(具体而言，使半绝缘膜7和外延基板30的表面s2连接的区域)同时形成耐湿绝缘膜8的开口部及场绝缘膜3的开口部。即，也可以形成将耐湿绝缘膜8及场绝缘膜3贯穿而使外延层32的一部分露出的开口。另外，在形成图7或图8所示的sbd 105或sbd 106的情况下，在该工序中，不去除使半绝缘膜7和外延基板30的表面s2连接的区域之外的sin膜。
[0107]
成为耐湿绝缘膜8的sin膜也能够通过热cvd形成，在该情况下，在化学计量上成为更接近si3n4的组成。si3n4的折射率为大于或等于2.0且小于或等于2.1的程度。因此，通过热cvd形成的sin膜成为耐湿性、绝缘性优异的膜，但成膜温度与等离子体cvd相比变得非常高。因此，在表面电极4等的材料使用包含al的材料的情况下，成为超过al的熔点的成膜温度，无法通过热cvd形成sin膜。表面电极4等的材料例如为cu等，在不包含al的情况下，能够通过热cvd形成sin膜。
[0108]
接下来，例如通过等离子体cvd，形成成为半绝缘膜7的sinsin膜。此时，通过对成为原料的硅烷气体(sih4)等的流量进行调整，从而使sinsin膜的电阻率小于1
×
10
12
ω
·
cm。sinsin膜的电阻率与折射率具有相关性，折射率大致超过2.2，但根据制造方法等，膜中的结合状态产生变化，有时小于或等于2.2。之后，通过光刻工序，在sinsin膜之上形成预先规定的图案的抗蚀剂掩模，将该抗蚀剂掩模作为蚀刻掩模而对sinsin膜进行蚀刻，由此形成半绝缘膜7。这里，在形成图7及图8的sbd 105及sbd 106的情况下，也可以在该工序中，同时形成在半绝缘膜7和外延基板30的表面s2相连接的区域之外设置的半绝缘膜7的开口部和耐湿绝缘膜8的开口部。即，也可以形成将半绝缘膜7及耐湿绝缘膜8贯穿，使表面电极4的一部分、外周电极5或场绝缘膜3的一部分露出的开口部。
[0109]
在形成半绝缘膜7的材料时，也可以在sinsin膜之上形成耐湿性、绝缘性高的sin膜，由此将半绝缘膜7设为层叠构造。
[0110]
此外，在图8所示的例子中，场绝缘膜3也设置于与外周电极5相比更靠外侧的区域，抑制了进行sin膜及sinsin膜的蚀刻时的对外延基板30的损伤。
[0111]
接下来，例如涂敷感光性聚酰亚胺，通过光刻工序形成具有预先规定的图案的表面保护膜10。此外，在sbd 100被硅凝胶等弹性模量低的封装凝胶覆盖而使用的情况下，也可以省略表面保护膜10的形成。
[0112]
之后，在外延基板30的背面s1之上，例如通过溅射法，形成背面电极11，由此得到图1所示的sbd 100的结构。
[0113]
此外，背面电极11的形成也可以在形成表面电极4及外周电极5的工序前或后进行。作为背面电极11的材料，能够使用包含ti、ni、al、cu、au中的1个或多个的金属等。优选
背面电极11的厚度大于或等于50nm且小于或等于2μm，例如，也可以分别由厚度小于或等于1μm的ti和au的2层膜(ti/au)形成背面电极11。
[0114]
[总结]
[0115]
根据实施方式1及其变形例，对在表面电极4及外周电极5的表面析出绝缘物进行抑制。另外，末端区域的电位梯度变得平缓，能够对过度的电场集中进行抑制，提高sbd的绝缘可靠性。
[0116]
《实施方式2》
[0117]
[装置结构]
[0118]
图9是表示实施方式2涉及的半导体装置即mosfet 200的结构的局部剖视图。图10是mosfet 200的俯视图，沿图10的b-b线的矢向剖视图相当于图9。另外，图11是表示在有源区域即内侧区域ri形成的mosfet的最小单位构造即单位单元uc的结构的剖视图。在mosfet 200的内侧区域ri排列有多个图11所示的单位单元uc(在图9的左端部分示出最外周的单位单元uc)。此外，在图9至图11中，对于具有与图1及图2所示的实施方式1涉及的sbd 100的结构要素相同的功能的要素标注与其相同的标号，因此这里省略与实施方式1重复的说明。
[0119]
如图9所示，mosfet 200是使用由单晶基板31和形成于其之上的外延层32构成的外延基板30形成的。单晶基板31为n型(第1导电型)的由碳化硅(sic)构成的半导体基板，外延层32是由在单晶基板31之上外延生长出的sic构成的半导体层。即，mosfet200为sic-mosfet。在本实施方式中，使用具有4h多型的外延基板30。
[0120]
在有源区域处的外延层32的表面侧的表层部选择性地形成有p型(第2导电型)的元件阱区域9。另外，在元件阱区域9的表层部分别选择性地形成有n型的源极区域18、杂质的峰值浓度比元件阱区域9高的p型的接触区域19。
[0121]
在末端区域处的外延层32的表面侧的表层部，以将有源区域包围的方式选择性地形成有p型的末端阱区域20。末端阱区域20具有与内侧区域ri和外侧区域ro的边界接触的高浓度区域21、以将高浓度区域21包围的方式从高浓度区域21向外侧延伸且杂质的峰值浓度比高浓度区域21低的低浓度区域22。而且，在高浓度区域21的表层部设置有杂质的峰值浓度比高浓度区域21高的末端接触区域29。末端接触区域29的导电型也可以为n型。
[0122]
除了以上的杂质区域(元件阱区域9、源极区域18、接触区域19、末端阱区域20)之外的外延层32的n型的区域是通过漂移而流过电流的漂移层1。漂移层1的杂质浓度比单晶基板31的杂质浓度低。因此，单晶基板31具有比漂移层1低的电阻率。这里，漂移层1的杂质浓度大于或等于1
×
10
14
/cm3且小于或等于1
×
10
17
/cm3。
[0123]
末端阱区域20是在俯视观察时将有源区域包围的框状(环状)的区域，作为所谓的保护环起作用。另外，如图9所示，以末端阱区域20的内侧(内周侧)的端部为边界，将与其相比更靠内侧定义为有源区域即内侧区域ri，将外侧定义为末端区域即外侧区域ro。
[0124]
在有源区域处的外延基板30的表面s2之上，以跨源极区域18、元件阱区域9及漂移层1的方式形成有栅极绝缘膜12，在其之上形成有栅极电极13。被栅极绝缘膜12及栅极电极13覆盖的元件阱区域9的表层部，即，元件阱区域9处的源极区域18与漂移层1之间的部分是在mosfet 200接通时形成反转沟道的沟道区域。
[0125]
在有源区域，栅极电极13被层间绝缘膜14覆盖，在层间绝缘膜14之上形成有作为表面电极的源极电极41。因此，源极电极41与栅极电极13之间通过层间绝缘膜14而被电绝
缘。如图10所示，源极电极41是遍及内侧区域ri整体地设置的。
[0126]
源极电极41通过形成于层间绝缘膜14的接触孔与源极区域18及接触区域19连接。源极电极41与接触区域19形成欧姆接触。另外，在外延基板30的背面s1之上形成有作为漏极电极起作用的背面电极11。
[0127]
如图9所示，栅极绝缘膜12、栅极电极13、层间绝缘膜14及源极电极41的一部分越过内侧区域ri和外侧区域ro的边界，延伸至外侧区域ro。被引出至外侧区域ro的源极电极41通过形成于层间绝缘膜14的接触孔，以与末端阱区域20内的末端接触区域29形成欧姆接触或肖特基接触的方式连接。另外，被引出至外侧区域ro的栅极电极13隔着场绝缘膜3配设于末端阱区域20的高浓度区域21之上，与高浓度区域21同样地，在俯视观察时框状地延伸。
[0128]
在层间绝缘膜14之上形成的栅极配线电极42通过设置于层间绝缘膜14的开口，与被引出至外侧区域ro的栅极电极13连接。栅极配线电极42是用于接收栅极信号(控制信号)的控制配线电极，该栅极信号用于对源极电极41和作为漏极电极的背面电极11之间的电气路径进行控制，栅极配线电极42与源极电极41分离地设置，在电气上也与源极电极41绝缘。
[0129]
如图10所示，栅极配线电极42包含以将源极电极41包围的方式设置的栅极配线42w、进行导线键合的栅极焊盘42p。在本实施方式中，源极电极41在俯视观察时为矩形，栅极焊盘42p设置为进入在矩形的源极电极41的一边形成的凹部。图9所示的栅极配线电极42与栅极配线42w相当。此外，在图10的俯视图中，仅示出外延基板30、源极电极41及栅极配线电极42，省略了其它要素的图示。
[0130]
在图10中，栅极配线42w与栅极焊盘42p直接连接，但栅极配线42w与栅极焊盘42p也可以设为彼此分离，通过层间绝缘膜14之下的栅极电极13而进行电连接的结构。
[0131]
场绝缘膜3设置于外延基板30的外侧区域ro的表面s2之上，将高浓度区域21的一部分和低浓度区域22的整体覆盖，延伸至外延基板30的端缘部附近。场绝缘膜3没有设置于内侧区域ri。即，在场绝缘膜3设置有将内侧区域ri包含在内的开口。
[0132]
在图9中，设为栅极电极13及层间绝缘膜14的外周端部搭至场绝缘膜3的内周端部处的结构，但也可以设为栅极电极13及层间绝缘膜14的外周端部没有搭至场绝缘膜3的内周端部处，场绝缘膜3的内周端部与层间绝缘膜14的外周端部的侧面连接的结构。另外，场绝缘膜3与层间绝缘膜14也可以是同时形成的一体的膜。
[0133]
外周电极5与末端阱区域20分离，设置于外延基板30的表面s2之上。外周电极5的内周端部搭至场绝缘膜3及层间绝缘膜14中的至少一者的外周端部处。在图9中，外周电极5的内周端部搭至场绝缘膜3及层间绝缘膜14这两者的外周端部处。
[0134]
半绝缘膜7在外侧区域ro设置于场绝缘膜3及层间绝缘膜14中的至少一部分之上。半绝缘膜7与栅极配线电极42及外周电极5分离，以不与源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5接触。另外，半绝缘膜7在末端阱区域20之上及与末端阱区域20相比更靠外侧的区域的每一者，通过形成于场绝缘膜3及层间绝缘膜14的开口部，与外延基板30的表面s2连接。
[0135]
在图9中，半绝缘膜7通过在场绝缘膜3及层间绝缘膜14形成的开口部与末端阱区域20的低浓度区域22的表面s2连接，但也可以与高浓度区域21或末端接触区域29的表面s2连接。
[0136]
表面保护膜10设置为将源极电极41的外周端部、栅极配线电极42的内周端部及外
周端部、以及外周电极5覆盖。在表面保护膜10，在源极电极41及栅极焊盘42p之上形成有开口。此外，在mosfet200被硅凝胶等弹性模量低的封装凝胶覆盖而使用的情况下，有时省略表面保护膜10。
[0137]
图9示出实施方式2涉及的mosfet 200的末端部的一个剖面(沿图10的b-b线的剖面)，但半绝缘膜7通过场绝缘膜3及层间绝缘膜14的开口部与外延基板30的表面s2接触的区域不需要以在俯视观察时遍及将源极电极41及栅极配线电极42包围的全周的方式形成，也可以分割为彼此分离的多个区域。
[0138]
此外，在本实施方式中，对外延基板30由sic构成进行了说明。sic具有比si宽的宽带隙，使用了sic的sic半导体装置与使用了si的si半导体装置相比，耐压性优异，允许电流密度也高，另外，耐热性也高，因此也能够进行高温动作。但是，外延基板30的材料并不限于sic，也可以由其它宽带隙半导体，例如氮化镓(gan)构成。另外，也可以替代宽带隙半导体，例如使用硅(si)。另外，半导体装置也可以是mosfet之外的晶体管，例如，也可以是jfet(junction fet)或igbt(insulated gate bipolar transistor)。
[0139]
[变形例1]
[0140]
图12是表示实施方式2的变形例1涉及的半导体装置即mosfet 201的结构的局部剖视图。就图12的mosfet 201而言，耐湿绝缘膜8形成为将源极电极41的外周端部、栅极配线42w、及外周电极5的内周端部覆盖。
[0141]
在内侧区域ri，在耐湿绝缘膜8设置有使源极电极41的进行导线键合等的区域露出的开口。另外，栅极配线42w在全部区域都被耐湿绝缘膜8覆盖，但在栅极焊盘42p的进行导线键合等的区域，在耐湿绝缘膜8设置有开口。
[0142]
[变形例2]
[0143]
图13是表示实施方式2的变形例2涉及的半导体装置即mosfet 202的结构的局部剖视图。图14是mosfet 202的俯视图，沿图14的c-c线的矢向剖视图相当于图13。在图14中，为了方便说明，仅示出了mosfet 202的上表面结构中的源极电极41、栅极配线电极42。图14所示的mosfet 202与图10所示的mosfet 200不同，设置为栅极配线42w没有将源极电极41包围，在俯视观察时进入在矩形的源极电极41的一边形成得深的凹部。
[0144]
就mosfet 202而言，半绝缘膜7在外侧区域ro也设置于场绝缘膜3及层间绝缘膜14中的至少一部分之上。半绝缘膜7与源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5分离，以不与源极电极41、栅极配线电极42(在图13中未图示)及外周电极5接触。另外，半绝缘膜7经由形成于场绝缘膜3及层间绝缘膜14的开口部，在末端阱区域20之上及与末端阱区域20相比更靠外侧的区域，与外延基板30的表面s2连接。
[0145]
[变形例3]
[0146]
图15是表示实施方式2的变形例3涉及的半导体装置即mosfet 203的结构的局部剖视图。图16是mosfet 203的俯视图，沿图16的d-d线的矢向剖视图相当于图15。在图16中，为了方便说明，仅示出了mosfet 203的上表面结构中的源极电极41、栅极配线电极42。
[0147]
就图16所示的mosfet 203而言，源极电极41包含在俯视观察时为矩形的源极焊盘41p、以将包含栅极配线42w的栅极配线电极42包围的方式形成的表面配线即源极配线41w。此外，就图16所示的mosfet 203而言，在平面之上栅极配线42w具有开口，源极配线41w与源极焊盘41p在栅极配线42w的开口部处直接连接，但也可以是源极配线41w与源极焊盘41p彼
此分离，设置源极电极41、栅极配线电极42及栅极电极13之外的导电膜而进行电连接的结构，还可以是经由末端接触区域29电连接的结构。
[0148]
就mosfet 203而言，半绝缘膜7在外侧区域ro也设置于场绝缘膜3及层间绝缘膜14中的至少一部分之上。半绝缘膜7与源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5分离，而不与它们接触。另外，半绝缘膜7在末端阱区域20之上及与末端阱区域20相比更靠外侧的区域的每一者，通过形成于场绝缘膜3及层间绝缘膜14的开口部，与外延基板30的表面s2连接。
[0149]
[变形例4]
[0150]
图17是表示实施方式2的变形例4涉及的半导体装置即mosfet 204的结构的局部剖视图。就图17的mosfet 204而言，栅极电极13的外周端部与栅极配线电极42的外周端部相比位于外侧。另外，在场绝缘膜3之上设置有通过形成于层间绝缘膜14的开口部而与外周电极5连接的外周引出电极15。外周引出电极15的内周端部与外周电极5的内周端部相比位于内侧。半绝缘膜7不与外延基板30的表面s2连接，经由形成于层间绝缘膜14的开口部，与栅极电极13及外周引出电极15连接。
[0151]
如图18所示的mosfet 205那样，半绝缘膜7也可以不与栅极电极13连接，通过形成于层间绝缘膜14的开口部，连接于在场绝缘膜3之上以与栅极电极13分离的方式设置的内周引出电极17。内周引出电极17在未图示的区域，通过形成于层间绝缘膜14的开口与源极电极41连接，平面地绕引至与栅极电极13相比更靠外侧的区域。另外，内周引出电极17也可以不与源极电极41连接，通过形成于场绝缘膜3的开口部，与末端阱区域20连接。
[0152]
此外，就作为变形例4示出的mosfet 204及mosfet 205而言，与图10所示的mosfet 200的俯视图同样地，设置为栅极配线42w将源极电极41包围，但也可以与图14所示的mosfet 202的俯视图同样地，设置为栅极配线42w未将源极电极41包围，进入在俯视观察时呈矩形的源极电极41的一边形成得深的凹部。在该情况下，如图19所示的mosfet 206那样，在与源极电极41相比更靠外侧处，半绝缘膜7通过形成于层间绝缘膜14的开口部与栅极电极13连接。另外，如图20所示的mosfet 207那样，也可以是在场绝缘膜3之上设置通过形成于层间绝缘膜14的开口部与源极电极41连接的内周引出电极17，在与源极电极41相比更靠外侧处，半绝缘膜7通过形成于层间绝缘膜14的开口部与内周引出电极17连接。
[0153]
另外，也可以与图16所示的mosfet 203的俯视图同样地，形成将包含栅极配线42w的栅极配线电极42包围的源极配线41w。在该情况下，如图21所示的mosfet 208那样，在场绝缘膜3之上设置通过形成于层间绝缘膜14的开口部与源极配线41w连接的内周引出电极17，在与源极配线41w相比更靠外侧处，半绝缘膜7通过形成于层间绝缘膜14的开口部与内周引出电极17连接。
[0154]
另外，也可以与图3所示的sbd 101同样地，末端阱区域20的低浓度区域22以分割为多个的方式形成。就图22所示的mosfet209而言，在层间绝缘膜14之上形成有多个辅助电极6，该多个辅助电极6通过形成于层间绝缘膜14及场绝缘膜3的开口部与多个低浓度区域22各自连接。另外，在各个辅助电极6周边的场绝缘膜3之上形成有辅助引出电极16。辅助引出电极16形成为一部分从辅助电极6之下伸出，辅助电极6通过形成于层间绝缘膜14的开口部，与两侧相邻的辅助引出电极16连接。半绝缘膜7不与辅助电极6连接，通过设置于层间绝缘膜14的开口部，与辅助引出电极16连接。因此，辅助引出电极16通过形成于层间绝缘膜14的开口部与半绝缘膜7及辅助电极6连接。另外，半绝缘膜7和辅助电极6经由辅助引出电极
16连接。
[0155]
辅助电极6可以不在各个低浓度区域22之上连续地形成，也可以断续地(局部中断地)形成。图23及图24是表示将辅助电极6设为断续形状的情况下的辅助电极6附近的结构例的局部俯视图。图23及图24中的上下方向相当于图22中的纵深方向。在图23及图24中示出为了使半绝缘膜7和辅助引出电极16连接而设置的层间绝缘膜14的开口部t。
[0156]
在辅助电极6中断的区域，即相同低浓度区域22之上的辅助电极6彼此分离的区域，如图23所示，也可以形成半绝缘膜7。另外，如图24所示，也可以在辅助电极6中断的区域配置使半绝缘膜7和辅助引出电极16连接的开口部t。
[0157]
另外，也可以以将辅助电极6覆盖的方式形成耐湿绝缘膜8。
[0158]
[动作]
[0159]
关于图9所示的实施方式2涉及的mosfet 200的动作，分为两种状态进行说明。
[0160]
第1状态为对栅极电极13施加大于或等于阈值的正电压的状态。下面，将该状态称为“接通状态”。在接通状态下，在沟道区域形成反转沟道。反转沟道成为用于供载流子即电子在源极区域18和漂移层1之间流动的路径。在接通状态下，如果以源极电极41为基准，对背面电极11施加高电压，则电流在单晶基板31及漂移层1流动。将此时的源极电极41和背面电极11之间的电压称为接通电压，将在源极电极41和背面电极11之间流动的电流称为接通电流。接通电流仅在存在沟道的内侧区域ri流动，未在外侧区域ro流动。
[0161]
第2状态为对栅极电极13施加小于阈值的电压的状态。下面，将该状态称为“断开状态”。在断开状态下，由于在沟道区域未形成反转沟道，因此不流动接通电流。因此，如果在源极电极41和背面电极11之间施加高电压，则维持该高电压。此时，由于栅极电极13和源极电极41之间的电压相对于源极电极41和背面电极11之间的电压来说非常小，因此在栅极电极13和背面电极11之间也施加高电压。
[0162]
在外侧区域ro，在栅极配线电极42及栅极电极13的每一者与背面电极11之间也施加高电压。与在内侧区域ri，在元件阱区域9形成有与源极电极41的电接触同样地，在外侧区域ro，在末端接触区域29形成有与源极电极41的电接触，因此防止了对栅极绝缘膜12及层间绝缘膜14施加高电场。
[0163]
断开状态下的外侧区域ro进行与在实施方式1中说明过的断开状态的sbd 100类似的动作。即，如果高电场被施加于漂移层1和末端阱区域20之间的pn结界面附近，超过临界电场的电压被施加于背面电极11，则会引起雪崩击穿。通常，以在不引起雪崩击穿的范围内使用mosfet 200的方式规定额定电压。
[0164]
在断开状态下，耗尽层从漂移层1与元件阱区域9及末端阱区域20之间的pn结界面，向朝向单晶基板31的方向(下方向)和漂移层1的外周方向(右方向)扩展。
[0165]
这里，考虑在高湿度下将mosfet 200设为断开状态的情况。在表面保护膜10由聚酰亚胺等构成的情况下，在高湿度下含有大量水分。如果该水分到达源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5的表面，则通过施加于断开状态的mosfet 200的电压，源极电极41及栅极配线电极42作为阴极起作用，外周电极5作为阳极起作用。在没有形成表面保护膜10的情况下，大量水分也会透过封装凝胶而到达mosfet 200，同样地，源极电极41及栅极配线电极42作为阴极起作用，外周电极5作为阳极起作用。另外，在小于或等于源极电极41的电压被施加于栅极电极13的情况下，栅极配线电极42为阴极，源极电极41为阳极这样的关系也成
立。
[0166]
在成为阴极的源极电极41及栅极配线电极42附近，产生在实施方式1中说明过的氧的还原反应及氢的生成反应。与此相伴，在源极电极41及栅极配线电极42附近氢氧根离子的浓度增加。氢氧根离子与源极电极41及栅极配线电极42产生化学反应。例如，在源极电极41及栅极配线电极42由铝构成的情况下，有时由于上述化学反应而使铝成为氢氧化铝。另外，氢氧化铝由于周围的温度、ph等有时成为氧化铝。
[0167]
另外，在成为阳极的外周电极5附近，例如，在外周电极5由铝构成的情况下，铝成为al
3+
而溶解，与周围的水分反应而成为氢氧化铝或氧化铝。
[0168]
在栅极配线电极42为阴极，源极电极41为阳极的关系的情况下，或在与其相反的关系的情况下，也与其极性对应地，同样地产生这样的反应。
[0169]
上述氢氧化铝或氧化铝在源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5的表面作为绝缘物而析出。通过该析出，源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5之上的膜破裂或被推起而剥离，如果剥离发展而在场绝缘膜3及层间绝缘膜14的上部形成孔洞部，则水分进入孔洞部。进入该孔洞部的水分会产生过剩的泄漏电流、孔洞部中的空气中放电等，可能成为引起mosfet 200的元件破坏的原因。另外，在由于绝缘物的析出而产生体积膨胀的情况下，可能对源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5之下的膜、外延基板30施加应力，引起mosfet 200的物理性破坏，成为引起元件破坏的原因。
[0170]
上述氢氧化铝或氧化铝的析出反应通过电场强度而被加速。特别是栅极配线电极42的外周端部、外周电极5的内周端部容易成为高电场，另外，在外延基板30由碳化硅构成的情况下，在外侧区域ro产生更高的电场强度，使氢氧化铝或氧化铝的析出反应加速。另外，由于施加于栅极配线电极42的电压，在源极电极41的外周端部、栅极配线电极42的内周端部处也成为高电场，氢氧化铝或氧化铝的析出反应被加速。
[0171]
另外，在半绝缘膜7与源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5的端部连接的情况下，水分通过半绝缘膜7而到达源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5的端部，并且通过半绝缘膜7进行与源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5的电子交换，氢氧化铝或氧化铝的析出反应进一步被加速。而且，由于半绝缘膜7的导电性，在源极电极41的外周端部、栅极配线电极42的内周端部及外周端部、以及外周电极5的内周端部的周边容易产生电位梯度，也有可能产生由电场强度造成的氢氧化铝或氧化铝的析出反应的加速。
[0172]
另外，对栅极配线电极42的施加电压在mosfet 200的动作中不断变化，栅极配线电极42相对于源极电极41反复成为阳极或负极。此时，电子在源极电极41和栅极配线电极42之间往返，与其速度对应地，有可能产生氢氧化铝或氧化铝的析出反应的加速。
[0173]
相对于此，就实施方式2的mosfet 200而言，半绝缘膜7与源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5分离，以不与源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5接触。由此，在半绝缘膜7与源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5之间不进行直接的电子交换，另外，也不会产生由半绝缘膜7的导电性引起的源极电极41的外周端部、栅极配线电极42的内周端部和外周端部、及外周电极5的内周端部周边的电位梯度。其结果，能够对在源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5的表面析出氢氧化铝或氧化铝进行抑制。
[0174]
另外，就实施方式2的mosfet 200而言，半绝缘膜7在末端阱区域2之上及与末端阱区域2相比更靠外侧的区域的每一者，通过形成于场绝缘膜3及层间绝缘膜14的开口部，与
外延基板30的表面s2连接。因此，在断开状态下，在形成有半绝缘膜7的区域形成平缓的电位梯度。因此，能够对在末端阱区域2周边产生过度的电场集中进行抑制。
[0175]
另外，当半绝缘膜7在末端阱区域20中的高浓度区域21或末端接触区域29之上的区域，与外延基板30的表面s2连接的情况下，形成从更接近源极电极41的电位至接近背面电极11的电位为止的平缓的电位梯度。因此，能够更有效地对在末端阱区域2周边产生过度的电场集中进行抑制。
[0176]
在实施方式2的变形例1至4中说明过的mosfet 201至209也会得到以上效果。
[0177]
就图12所示的mosfet 201而言，耐湿绝缘膜8形成为将源极电极41的外周端部、栅极配线42w、及外周电极5的内周端部覆盖。因此，防止了水分到达源极电极41的外周端部、栅极配线42w、及外周电极5的内周端部。其结果，能够进一步对源极电极41的外周端部、栅极配线42w、及外周电极5的内周端部的氢氧化铝或氧化铝的析出反应进行抑制。
[0178]
就图13至图16所示的mosfet 202及mosfet 203而言，在源极电极41与栅极配线电极42相比位于外侧的区域，半绝缘膜7也与源极电极41分离地形成，能够对源极电极41的外周端部的氢氧化铝或氧化铝的析出反应进行抑制。
[0179]
就图17至图21所示的mosfet 204至mosfet 208而言，由于半绝缘膜7不与源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5连接，因此能够对在源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5的表面析出氢氧化铝或氧化铝进行抑制。另外，半绝缘膜7经由形成于层间绝缘膜14的开口部，与栅极电极13或内周引出电极17、外周引出电极15连接，因此在断开状态下，在从更接近源极电极41或栅极电极13的电位至接近背面电极11的电位为止的区域形成平缓的电位梯度。因此，能够对在末端阱区域20周边产生过度的电场集中进行抑制。而且，由于没有形成将半绝缘膜7和外延基板30的表面s2连接的接触孔，因此能够避免由过度蚀刻造成的对外延基板30的表面s2的损伤，提高半导体装置的高电压施加时的可靠性。
[0180]
就图22所示的mosfet 209而言，由于半绝缘膜7不与辅助电极6连接，因此能够对在辅助电极6的表面析出氢氧化铝或氧化铝进行抑制。另外，由于半绝缘膜7经由形成于层间绝缘膜14的开口部与辅助引出电极16连接，因此在被分割开的各个低浓度区域22的周边形成平缓的电位梯度，能够对产生过度的电场集中进行抑制。
[0181]
[制造方法]
[0182]
接下来，对实施方式2的mosfet 200的制造方法进行说明。
[0183]
首先，与实施方式1同样地，准备以比较高的浓度(n
+
)包含n型杂质的低电阻的单晶基板31。单晶基板31为具有4h多型的sic基板，具有4度或8度偏角。
[0184]
接下来，在单晶基板31之上，进行sic的外延生长，以n型形成杂质浓度大于或等于1
×
10
14
/cm3且小于或等于1
×
10
17
/cm3的外延层32。其结果，得到由单晶基板31及外延层32构成的外延基板30。
[0185]
接下来，使由光刻工序实现的抗蚀剂掩模的形成、将该抗蚀剂掩模用作注入掩模的离子注入工序组合，重复在外延层32的上层部形成杂质区域的工序，由此在外延层32的上层部形成末端阱区域20、元件阱区域9、接触区域19、源极区域18及末端接触区域29。
[0186]
在上述离子注入中，作为n型杂质而使用n(氮)等，作为p型杂质而使用al或b等。元件阱区域9和末端阱区域20的高浓度区域21能够一起形成。另外，接触区域19和末端接触区域29能够一起形成。另外，末端接触区域29也可以与源极区域18一起形成。
[0187]
元件阱区域9和末端阱区域20的高浓度区域21的杂质浓度大于或等于1.0
×
10
18
/cm3且小于或等于1.0
×
10
20
/cm3。源极区域18的杂质浓度设为大于或等于1.0
×
10
19
/cm3且小于或等于1.0
×
10
21
/cm3，比元件阱区域9的杂质浓度高。优选末端阱区域20的低浓度区域22的剂量设为大于或等于0.5
×
10
13
/cm2且小于或等于5
×
10
13
/cm2，例如设为1.0
×
10
13
/cm2。接触区域、末端接触区域29及外周接触区域25的杂质浓度比元件阱区域9的杂质浓度高。
[0188]
离子注入的注入能量在al的情况下，例如设为大于或等于100kev且小于或等于700kev。在该情况下，从上述剂量[cm-2
]换算出的低浓度区域22的杂质浓度大于或等于1
×
10
17
/cm3且小于或等于1
×
10
19
/cm3。另外，离子注入的注入能量在n的情况下，例如设为大于或等于20kev且小于或等于300kev。
[0189]
之后，通过热处理装置，在氩(ar)气等惰性气体环境中，在大于或等于1300℃且小于或等于1900℃的温度下进行大于或等于30秒且小于或等于1小时的退火。通过该退火，将通过离子注入添加的杂质激活。
[0190]
接下来，例如，通过cvd法，将成为场绝缘膜3的厚度1μm的sio2膜沉积于外延基板30的表面之上。之后，通过光刻工序及蚀刻工序，以将内侧区域ri、外侧区域ro的高浓度区域21之上的一部分区域、使外周电极5与外延基板30连接的区域的sio2膜去除的方式，将sio2膜图案化。由此，在外延基板30的表面s2之上形成场绝缘膜3。
[0191]
接下来，通过使没有被场绝缘膜3覆盖的外延层32的表面s2热氧化，从而形成成为栅极绝缘膜12的sio2。然后，在栅极绝缘膜12之上和场绝缘膜3的一部分之上，通过减压cvd法形成成为栅极电极13的具有导电性的多晶硅膜。而且，通过光刻工序和蚀刻工序，将多晶硅膜图案化，由此形成栅极电极13。此时，能够同时形成外周引出电极15、内周引出电极17及辅助引出电极16。
[0192]
接下来，通过cvd法形成成为层间绝缘膜14的sio2膜。然后，通过光刻工序和蚀刻工序，形成将sio2贯穿而到达接触区域19、源极区域18的每一者的接触孔。与此同时，在外侧区域ro，形成将层间绝缘膜14贯穿而到达栅极电极13的接触孔。另外，从外延层32的外周部去除sio2膜。
[0193]
在成为层间绝缘膜14的sio2膜的蚀刻工序中，也同时形成用于使半绝缘膜7和外延基板30的表面s2连接的接触孔。此外，在对图17至图24所示的mosfet 204至mosfet 209进行制造的情况下，在该工序中不形成用于使半绝缘膜7和外延基板30的表面s2连接的接触孔，形成使半绝缘膜7与外周引出电极15、内周引出电极17及辅助引出电极16连接的接触孔、使源极电极41和内周引出电极17连接的接触孔、使外周电极5和外周引出电极15连接的接触孔、使辅助电极6和辅助引出电极16连接的接触孔。
[0194]
层间绝缘膜14也可以是搭在场绝缘膜3之上的结构。另外，也可以在层间绝缘膜14的图案化时，形成为了使外周电极5与外延基板30连接而在场绝缘膜3设置的开口。另外，也可以通过相同工序进行场绝缘膜3和层间绝缘膜14的形成，将场绝缘膜3和层间绝缘膜14设为一体的膜。
[0195]
接下来，在外延基板30的表面s2之上，通过溅射法或蒸镀法等，形成成为源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5的材料层，通过光刻工序和蚀刻工序将该材料层图案化。另外，在对图22所示的mosfet 209进行制造的情况下，通过该工序，能够同时形成辅助电极
6。作为成为源极电极41、栅极配线电极42、外周电极5及辅助电极6的材料层，例如，使用包含ti、ni、al、cu、au中的任意1个或多个的金属或al-si那样的al合金等。也可以在与这样的材料层接触的外延基板30的局部，预先通过热处理形成硅化物膜。
[0196]
接下来，在如图12的mosfet 201那样形成耐湿绝缘膜8的情况下，例如通过等离子体cvd形成sin膜，通过光刻工序和蚀刻工序将sin膜图案化，由此形成耐湿绝缘膜8。然后，例如通过等离子体cvd形成成为半绝缘膜7的sinsin膜，通过光刻工序和蚀刻工序进行图案化，由此形成半绝缘膜7。另外，也可以在半绝缘膜7的形成中，通过在sinsin膜之上形成耐湿性、绝缘性高的sin膜，从而将半绝缘膜7设为层叠构造。
[0197]
接下来，例如，以将源极电极41、栅极配线电极42、外周电极5、场绝缘膜3、层间绝缘膜14、半绝缘膜7、耐湿绝缘膜8之上及外延基板30的表面s2覆盖的方式涂敷感光性聚酰亚胺，通过光刻工序形成具有预先规定的图案的表面保护膜10。此外，在mosfet200被硅凝胶等弹性模量低的封装凝胶覆盖而使用的情况下，也可以省略表面保护膜10的形成。
[0198]
之后，在外延基板30的背面s1之上，例如通过溅射法形成背面电极11，由此得到图11所示的mosfet 200的结构。
[0199]
此外，背面电极11的形成在形成源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5的工序前或后进行都可以。作为背面电极11的材料，能够使用包含ti、ni、al、cu、au中的1个或多个的金属等。优选背面电极11的厚度大于或等于50nm且小于或等于2μm，例如，也可以由厚度各自小于或等于1μm的ti和au的2层膜(ti/au)形成背面电极11。
[0200]
[总结]
[0201]
根据实施方式2及其变形例的结构，对在源极电极41、栅极配线电极42及外周电极5的端部析出绝缘物进行抑制。另外，能够使末端区域的电位梯度平缓，对过度的电场集中进行抑制，提高mosfet的绝缘可靠性。
[0202]
《实施方式3》
[0203]
在实施方式3中，示出将上述实施方式1及2涉及的半导体装置应用于电力变换装置的例子。这里，对将实施方式1及2涉及的半导体装置应用于作为电力变换装置的三相逆变器的情况进行说明。
[0204]
图25是概略地表示电力变换系统的结构的框图，该电力变换系统应用了实施方式3涉及的电力变换装置2000。
[0205]
图25所示的电力变换系统具有电源1000、电力变换装置2000及负载3000。电源1000为直流电源，将直流电供给至电力变换装置2000。电源1000可以由各种电源构成，例如，能够由直流系统、太阳能电池、蓄电池构成，另外，也可以由与交流系统连接的整流电路或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先规定的电力的dc/dc转换器构成电源1000。
[0206]
电力变换装置2000为连接于电源1000和负载3000之间的三相逆变器，将从电源1000供给的直流电力变换为交流电力，将交流电力供给至负载3000。如图25所示，电力变换装置2000具有：主变换电路2001，其将直流电力变换为交流电力而输出；驱动电路2002，其输出对主变换电路2001的各开关元件进行驱动的驱动信号；以及控制电路2003，其将对驱动电路2002进行控制的控制信号输出至驱动电路2002。
[0207]
负载3000为由从电力变换装置2000供给的交流电力驱动的三相电动机。此外，负
载3000并不限于特定的用途，其为搭载于各种电气设备的电动机，例如，用作面向混合动力汽车、电动汽车、铁路车辆、电梯、或空调设备的电动机。
[0208]
以下，对电力变换装置2000的详情进行说明。主变换电路2001具有开关元件及续流二极管(未图示)，通过开关元件的通断，将从电源1000供给的直流电力变换为交流电力，供给至负载3000。主变换电路2001的具体的电路结构是多种多样的，但本实施方式涉及的主变换电路2001为2电平的三相全桥电路，能够由6个开关元件和分别与开关元件反并联连接的6个续流二极管构成。将上述实施方式1或2涉及的半导体装置应用于主变换电路2001的各开关元件和各续流二极管中的至少任意者。6个开关元件两个两个地串联连接而构成上下桥臂，各上下桥臂构成全桥电路的各相(u相、v相、w相)。而且，各上下桥臂的输出端子，即主变换电路2001的3个输出端子与负载3000连接。
[0209]
驱动电路2002生成对主变换电路2001的开关元件进行驱动的驱动信号，将其供给至主变换电路2001的开关元件的控制电极。具体而言，按照来自后述的控制电路2003的控制信号，将使开关元件成为接通状态的驱动信号、以及使开关元件成为断开状态的驱动信号输出至各开关元件的控制电极。在将开关元件维持为接通状态的情况下，驱动信号为大于开关元件的阈值电压的电压信号(接通信号)，在将开关元件维持为断开状态的情况下，驱动信号为小于开关元件的阈值电压的电压信号(断开信号)。
[0210]
控制电路2003对主变换电路2001的开关元件进行控制以将所期望的电力供给至负载3000。具体而言，基于应该供给至负载3000的电力对主变换电路2001的各开关元件应该成为接通状态的时间(接通时间)进行计算。例如，能够通过与应该输出的电压对应地对开关元件的接通时间进行调制的脉宽调制(pwm：pulse width modulation)控制对主变换电路2001进行控制。而且，将控制指令(控制信号)输出至驱动电路2002，以使得在各时刻将接通信号输出至应该成为接通状态的开关元件，将断开信号输出至应该成为断开状态的开关元件。驱动电路2002按照该控制信号，将接通信号或断开信号作为驱动信号而输出至各开关元件的控制电极。
[0211]
在本实施方式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涉及的半导体装置，作为开关元件能够应用实施方式2涉及的半导体装置。另外，在如上所述将实施方式1及2涉及的半导体装置应用于电力变换装置2000的情况下，通常埋入至凝胶或树脂等中而使用，但这些材料也无法完全隔绝水分，通过实施方式1及实施方式2所示的结构来维持半导体装置的绝缘保护。由此，能够实现可靠性提高。
[0212]
在本实施方式中，说明了将应用实施方式1及2涉及的半导体装置的电力变换装置设为2电平的三相逆变器的例子，但实施方式1及2涉及的半导体装置能够应用于各种电力变换装置。例如，电力变换装置也可以是3电平那样的多电平的电力变换装置。在对单相负载供给电力的情况下，电力变换装置也可以是单相逆变器。在对直流负载等供给电力的情况下，电力变换装置也可以是dc/dc转换器或ac/dc转换器。
[0213]
另外，应用了实施方式1及2涉及的半导体装置的电力变换装置并不限于以电动机为负载的情况，例如，也能够用于放电加工机、激光加工机、感应加热烹调器、或非接触器供电系统的电源装置，而且也能够用作光伏发电系统及蓄电系统等的功率调节器。
[0214]
此外，可以将各实施方式自由地组合，对各实施方式适当进行变形、省略。例如，也可以在实施方式1所示的半导体装置的末端阱区域2设置实施方式2所示的高浓度区域21、
末端接触区域29，在实施方式2所示的半导体装置设置实施方式1所示的耐湿绝缘膜8和半绝缘膜7的层叠构造。
[0215]
上述说明在全部方案中都是例示，应该理解为可以想到未例示的无数变形例。例如，也可以设想将任意的结构要素变形、追加或省略，及提取至少1个实施方式中的至少1个结构要素而与其它实施方式的结构要素组合。
[0216]
另外，只要不产生矛盾，在上述各实施方式中记载为具有“1个”的结构要素，也可以具有“大于或等于1个”。而且，构成本发明涉及的技术的结构要素是概念性的单位，1个结构要素也可以包含多个构造物，另外，1个结构要素还可以是某个构造物的一部分。另外，在本发明涉及的技术的结构要素中，只要发挥与其相同的功能，则包含具有其它构造或形状的构造物。
[0217]
标号的说明
[0218]
1漂移层，2末端阱区域，3场绝缘膜，4表面电极，5外周电极，6辅助电极，7半绝缘膜，8耐湿绝缘膜，9元件阱区域，10表面保护膜，11背面电极，12栅极绝缘膜，13栅极电极，14层间绝缘膜，15外周引出电极，16辅助引出电极，17内周引出电极，18源极区域，19接触区域，20末端阱区域，21高浓度区域，22低浓度区域，29末端接触区域，30外延基板，31单晶基板，32外延层，41源极电极，41p源极焊盘，41w源极配线，42栅极配线电极，42p栅极焊盘，42w栅极配线，100～106sbd，200～209mosfet，s1外延基板的背面，s2外延基板的表面，uc单位单元，ri内侧区域，ro外侧区域，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。

技术特征：
1.一种半导体装置，其具有：第1导电型的半导体层；场绝缘膜，其形成于所述半导体层的表面之上；作为内周电极的表面电极，其形成于与所述场绝缘膜相比更靠内侧的所述半导体层的表面之上，该表面电极搭至所述场绝缘膜的内周端部处；外周电极，其形成于与所述场绝缘膜相比更靠外侧的所述半导体层的表面之上，该外周电极搭至所述场绝缘膜的外周端部处；第2导电型的阱区域，其形成于所述半导体层的表层部，与所述表面电极连接，并且与所述表面电极的外周端部相比延伸至外侧；半绝缘膜，其形成为将所述场绝缘膜的一部分覆盖，与所述表面电极及所述外周电极分离；以及背面电极，其形成于所述半导体层的背面侧，所述半绝缘膜在与所述阱区域的外周端部相比更靠内侧的区域及外侧的区域的每一者，通过在所述场绝缘膜形成的开口而与所述半导体层连接。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，具有将所述场绝缘膜的一部分覆盖，将所述表面电极的外周端部覆盖的耐湿绝缘膜。3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，具有将所述场绝缘膜的一部分覆盖，将所述外周电极的内周端部覆盖的耐湿绝缘膜。4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，所述耐湿绝缘膜将所述外周电极的表面的整体覆盖。5.根据权利要求2至4中任一项所述的半导体装置，其中，所述半绝缘膜的一部分搭至所述耐湿绝缘膜处。6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其中，所述阱区域在表层部具有高浓度区域，所述半绝缘膜经由所述高浓度区域与所述阱区域连接。7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体装置，其中，所述阱区域以分割为多个的方式形成，所述半绝缘膜通过形成于所述场绝缘膜的开口，与多个所述阱区域各自连接。8.根据权利要求1至7中任一项所述的半导体装置，其中，所述半绝缘膜通过以跨所述阱区域的外周端部的内侧和外侧的方式形成于所述场绝缘膜的开口，与所述半导体层连接。9.根据权利要求1至8中任一项所述的半导体装置，其中，所述半导体层由宽带隙半导体形成。10.根据权利要求9所述的半导体装置，其中，所述宽带隙半导体为碳化硅。11.一种电力变换装置，其具有：变换电路，其具有权利要求1至10中任一项所述的半导体装置，该变换电路对输入进来的电力进行变换而输出；驱动电路，其将用于对所述半导体装置进行驱动的驱动信号输出至所述半导体装置；
以及控制电路，其将用于对所述驱动电路进行控制的控制信号输出至所述驱动电路。12.一种半导体装置的制造方法，其为权利要求2至4中任一项所述的半导体装置的制造方法，包含如下工序：以将所述表面电极、所述外周电极及所述场绝缘膜覆盖的方式形成所述耐湿绝缘膜；以及通过使用相同的蚀刻掩模对所述耐湿绝缘膜及所述场绝缘膜这两者进行蚀刻，从而形成将所述耐湿绝缘膜及所述场绝缘膜这两者贯穿而使所述半导体层的一部分露出的开口。13.一种半导体装置的制造方法，其为权利要求5所述的半导体装置的制造方法，包含：以将所述耐湿绝缘膜覆盖的方式形成所述半绝缘膜的工序；以及蚀刻工序，通过使用相同的蚀刻掩模而对所述半绝缘膜及所述耐湿绝缘膜这两者进行蚀刻，从而形成将所述半绝缘膜及所述耐湿绝缘膜这两者贯穿而使所述表面电极及所述外周电极的一部分露出的开口。14.一种半导体装置的制造方法，其为权利要求5所述的半导体装置的制造方法，包含：以将所述耐湿绝缘膜覆盖的方式形成所述半绝缘膜的工序；以及蚀刻工序，通过使用相同的蚀刻掩模而对所述半绝缘膜及所述耐湿绝缘膜这两者进行蚀刻，从而形成将所述半绝缘膜及所述耐湿绝缘膜这两者贯穿而使所述表面电极及所述场绝缘膜的一部分露出的开口。15.一种半导体装置，其具有：第1导电型的半导体层；场绝缘膜，其形成于所述半导体层的表面之上；层间绝缘膜，其形成于与所述场绝缘膜相比更靠内侧的所述半导体层的表面之上及所述场绝缘膜之上；内周电极，其形成于所述半导体层的表面之上，该内周电极由表面电极及与所述表面电极分离的控制配线电极构成，搭至所述层间绝缘膜处；外周电极，其形成于与所述场绝缘膜及所述层间绝缘膜相比更靠外侧的所述半导体层的表面之上，搭至所述场绝缘膜及所述层间绝缘膜中的至少一者的外周端部处；第2导电型的阱区域，其形成于所述半导体层的表层部，与所述表面电极连接，并且与所述内周电极的外周端部相比延伸至外侧；半绝缘膜，其形成为将所述场绝缘膜及所述层间绝缘膜中的至少一者的一部分覆盖，与所述内周电极及所述外周电极分离；以及背面电极，其形成于所述半导体层的背面侧，所述半绝缘膜在与所述阱区域的外周端部相比更靠内侧的区域及外侧的区域的每一者，通过在所述场绝缘膜形成的开口而与所述半导体层连接。16.根据权利要求15所述的半导体装置，其中，具有将所述场绝缘膜的一部分覆盖，将所述控制配线电极的内周端部及外周端部覆盖的耐湿绝缘膜。17.根据权利要求15或16所述的半导体装置，其中，具有将所述场绝缘膜的一部分覆盖，将所述表面电极的外周端部覆盖的耐湿绝缘膜。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的半导体装置，其中，具有将所述场绝缘膜的一部分覆盖，将所述外周电极的内周端部覆盖的耐湿绝缘膜。19.根据权利要求18所述的半导体装置，其中，所述耐湿绝缘膜将所述外周电极的表面的整体覆盖。20.根据权利要求16至19中任一项所述的半导体装置，其中，所述半绝缘膜的一部分搭至所述耐湿绝缘膜处。21.根据权利要求15至20中任一项所述的半导体装置，其中，所述阱区域在表层部具有高浓度区域，所述半绝缘膜经由所述高浓度区域与所述阱区域连接。22.根据权利要求15至21中任一项所述的半导体装置，其中，所述阱区域以分割为多个的方式形成，所述半绝缘膜通过形成于所述场绝缘膜的开口，与多个所述阱区域各自连接。23.根据权利要求15至22中任一项所述的半导体装置，其中，所述半绝缘膜通过以跨所述阱区域的外周端部的内侧和外侧的方式形成于所述场绝缘膜的开口，与所述半导体层连接。24.根据权利要求15或16所述的半导体装置，其中，所述阱区域以分割为多个的方式形成，该半导体装置具有：多个辅助电极，它们形成于所述层间绝缘膜之上，通过形成于所述层间绝缘膜及所述场绝缘膜的开口，与多个所述阱区域各自连接；以及辅助引出电极，其以一部分从所述辅助电极之下伸出的方式形成于所述场绝缘膜之上，通过形成于所述层间绝缘膜的开口与所述半绝缘膜及所述辅助电极连接，所述半绝缘膜和所述辅助电极经由所述辅助引出电极连接。25.根据权利要求24所述的半导体装置，其中，具有将所述辅助电极覆盖的耐湿绝缘膜。26.根据权利要求15至25中任一项所述的半导体装置，其中，所述半导体层由宽带隙半导体形成。27.根据权利要求26所述的半导体装置，其中，所述宽带隙半导体为碳化硅。28.一种电力变换装置，其具有：变换电路，其具有权利要求15至27中任一项所述的半导体装置，该变换电路对输入进来的电力进行变换而输出；驱动电路，其将用于对所述半导体装置进行驱动的驱动信号输出至所述半导体装置；以及控制电路，其将用于对所述驱动电路进行控制的控制信号输出至所述驱动电路。29.一种半导体装置的制造方法，其为权利要求16至19中任一项所述的半导体装置的制造方法，包含如下工序：以将所述表面电极、所述外周电极及所述场绝缘膜覆盖的方式形成所述耐湿绝缘膜；以及
通过使用相同的蚀刻掩模对所述耐湿绝缘膜及所述场绝缘膜这两者进行蚀刻，从而形成将所述耐湿绝缘膜及所述场绝缘膜这两者贯穿而使所述半导体层的一部分露出的开口。30.一种半导体装置的制造方法，其为权利要求20所述的半导体装置的制造方法，包含：以将所述耐湿绝缘膜覆盖的方式形成所述半绝缘膜的工序；以及蚀刻工序，通过使用相同的蚀刻掩模而对所述半绝缘膜及所述耐湿绝缘膜这两者进行蚀刻，从而形成将所述半绝缘膜及所述耐湿绝缘膜这两者贯穿而使所述表面电极及所述外周电极的一部分露出的开口。31.一种半导体装置的制造方法，其为权利要求20所述的半导体装置的制造方法，包含：以将所述耐湿绝缘膜覆盖的方式形成所述半绝缘膜的工序；以及蚀刻工序，通过使用相同的蚀刻掩模而对所述半绝缘膜及所述耐湿绝缘膜这两者进行蚀刻，从而形成将所述半绝缘膜及所述耐湿绝缘膜这两者贯穿而使所述表面电极及所述场绝缘膜的一部分露出的开口。32.一种半导体装置，其具有：第1导电型的半导体层；场绝缘膜，其形成于所述半导体层的表面之上；层间绝缘膜，其形成于与所述场绝缘膜相比更靠内侧的所述半导体层的表面之上及所述场绝缘膜之上；内周电极，其形成于所述半导体层的表面之上，该内周电极由表面电极及与所述表面电极分离的控制配线电极构成，搭至所述层间绝缘膜处；外周电极，其形成于与所述场绝缘膜及所述层间绝缘膜相比更靠外侧的所述半导体层的表面之上，搭至所述场绝缘膜及所述层间绝缘膜中的至少一者的外周端部处；第2导电型的阱区域，其形成于所述半导体层的表层部，与所述表面电极连接，并且与所述内周电极的外周端部相比延伸至外侧；内周引出电极，其形成于所述场绝缘膜之上，通过形成于所述层间绝缘膜的开口与所述内周电极连接，该内周引出电极与所述内周电极相比延伸至外侧；外周引出电极，其形成于所述场绝缘膜之上，通过形成于所述层间绝缘膜的开口与所述外周电极连接，该外周引出电极与所述外周电极相比延伸至内周；半绝缘膜，其形成为将所述层间绝缘膜的一部分覆盖，与所述内周电极及所述外周电极分离；以及背面电极，其形成于所述半导体层的背面侧，所述半绝缘膜通过形成于所述层间绝缘膜的开口与所述内周引出电极及所述外周引出电极连接。33.根据权利要求32所述的半导体装置，其中，具有将所述场绝缘膜的一部分覆盖，将所述控制配线电极的内周端部及外周端部覆盖的耐湿绝缘膜。34.根据权利要求32或33所述的半导体装置，其中，具有将所述场绝缘膜的一部分覆盖，将所述表面电极的外周端部覆盖的耐湿绝缘膜。
35.根据权利要求32至34中任一项所述的半导体装置，其中，具有将所述场绝缘膜的一部分覆盖，将所述外周电极的内周端部覆盖的耐湿绝缘膜。36.根据权利要求35所述的半导体装置，其中，所述耐湿绝缘膜将所述外周电极的表面的整体覆盖。37.根据权利要求33至36中任一项所述的半导体装置，其中，所述半绝缘膜的一部分搭至所述耐湿绝缘膜处。38.根据权利要求32至37中任一项所述的半导体装置，其中，所述阱区域在表层部具有高浓度区域，所述半绝缘膜经由所述高浓度区域与所述阱区域连接。39.根据权利要求32至38中任一项所述的半导体装置，其中，所述阱区域以分割为多个的方式形成，所述半绝缘膜通过形成于所述场绝缘膜的开口，与多个所述阱区域各自连接。40.根据权利要求32至39中任一项所述的半导体装置，其中，所述半绝缘膜通过以跨所述阱区域的外周端部的内侧和外侧的方式形成于所述场绝缘膜的开口，与所述半导体层连接。41.根据权利要求32或33所述的半导体装置，其中，所述阱区域以分割为多个的方式形成，该半导体装置具有：多个辅助电极，它们形成于所述层间绝缘膜之上，通过形成于所述层间绝缘膜及所述场绝缘膜的开口，与多个所述阱区域各自连接；以及辅助引出电极，其以一部分从所述辅助电极之下伸出的方式形成于所述场绝缘膜之上，通过形成于所述层间绝缘膜的开口与所述半绝缘膜及所述辅助电极连接，所述半绝缘膜和所述辅助电极经由所述辅助引出电极连接。42.根据权利要求41所述的半导体装置，其中，具有将所述辅助电极覆盖的耐湿绝缘膜。43.根据权利要求32至42中任一项所述的半导体装置，其中，所述半导体层由宽带隙半导体形成。44.根据权利要求43所述的半导体装置，其中，所述宽带隙半导体为碳化硅。45.一种电力变换装置，其具有：变换电路，其具有权利要求32至44中任一项所述的半导体装置，该变换电路对输入进来的电力进行变换而输出；驱动电路，其将用于对所述半导体装置进行驱动的驱动信号输出至所述半导体装置；以及控制电路，其将用于对所述驱动电路进行控制的控制信号输出至所述驱动电路。46.一种半导体装置的制造方法，其为权利要求33至36中任一项所述的半导体装置的制造方法，包含如下工序：以将所述表面电极、所述外周电极及所述场绝缘膜覆盖的方式形成所述耐湿绝缘膜；以及
通过使用相同的蚀刻掩模对所述耐湿绝缘膜及所述场绝缘膜这两者进行蚀刻，从而形成将所述耐湿绝缘膜及所述场绝缘膜这两者贯穿而使所述半导体层的一部分露出的开口。47.一种半导体装置的制造方法，其为权利要求37所述的半导体装置的制造方法，包含：以将所述耐湿绝缘膜覆盖的方式形成所述半绝缘膜的工序；以及蚀刻工序，通过使用相同的蚀刻掩模而对所述半绝缘膜及所述耐湿绝缘膜这两者进行蚀刻，从而形成将所述半绝缘膜及所述耐湿绝缘膜这两者贯穿而使所述表面电极及所述外周电极的一部分露出的开口。48.一种半导体装置的制造方法，其为权利要求37所述的半导体装置的制造方法，包含：以将所述耐湿绝缘膜覆盖的方式形成所述半绝缘膜的工序；以及蚀刻工序，通过使用相同的蚀刻掩模而对所述半绝缘膜及所述耐湿绝缘膜这两者进行蚀刻，从而形成将所述半绝缘膜及所述耐湿绝缘膜这两者贯穿而使所述表面电极及所述场绝缘膜的一部分露出的开口。

技术总结
提供绝缘可靠性高的半导体装置。还涉及电力变换装置及半导体装置的制造方法。半导体装置具有：场绝缘膜(3)，其形成于第1导电型的外延层(32)之上；表面电极(4)，其搭至场绝缘膜(3)的内周端部处；以及外周电极(5)，其搭至场绝缘膜(3)的外周端部处。在外延层(32)的表层部形成有与表面电极(4)连接且与表面电极(4)的外周端部相比延伸至外侧的第2导电型的末端阱区域(2)。半绝缘膜(7)形成为与表面电极(4)及外周电极(5)分离，将场绝缘膜(3)的一部分覆盖。半绝缘膜(7)在与末端阱区域(2)的外周端相比更靠内侧的区域及外侧的区域的每一者，通过形成于场绝缘膜(3)的开口部与外延层(32)连接。接。接。


技术研发人员：海老原洪平 增冈史仁 附田正则 古川彰彦
受保护的技术使用者：三菱电机株式会社
技术研发日：2023.02.02
技术公布日：2023/8/9