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JP2018018903A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2018018903A
JP2018018903A JP2016146704A JP2016146704A JP2018018903A JP 2018018903 A JP2018018903 A JP 2018018903A JP 2016146704 A JP2016146704 A JP 2016146704A JP 2016146704 A JP2016146704 A JP 2016146704A JP 2018018903 A JP2018018903 A JP 2018018903A
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JP
Japan
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electrode
outer peripheral
floating
semiconductor substrate
region
Prior art date
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Pending
Application number
JP2016146704A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
永岡 達司
Tatsuji Nagaoka
達司 永岡
佐智子 青井
Sachiko Aoi
佐智子 青井
建策 山本
Kensaku Yamamoto
建策 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Denso Corp
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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Publication of JP2018018903A publication Critical patent/JP2018018903A/en
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

【課題】 フィールドプレート電極の外周端近傍における電界を緩和する。【解決手段】 半導体装置であって、フローティング電極が外周耐圧領域内の半導体基板の表面に接しており、層間絶縁膜が外周耐圧領域内の半導体基板の表面とフローティング電極を覆っており、表面電極に電気的に接続されているフィールドプレート電極が層間絶縁膜上に配置されており、フィールドプレート電極の外周側の端部がフローティング電極の上部に配置されている。【選択図】図2Kind Code: A1 An electric field in the vicinity of an outer peripheral edge of a field plate electrode is relaxed. SOLUTION: In a semiconductor device, a floating electrode is in contact with a surface of a semiconductor substrate within an outer withstand voltage region, an interlayer insulating film covers the surface of the semiconductor substrate within the outer withstand voltage region and the floating electrode, and a surface electrode is provided. A field plate electrode electrically connected to is arranged on the interlayer insulating film, and an outer peripheral side end of the field plate electrode is arranged above the floating electrode. [Selection drawing] Fig. 2

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。   The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device.

特許文献1の半導体装置は、半導体基板と、表面電極と、裏面電極を有する。表面電極は、半導体基板の表面の中央部で半導体基板に接している。半導体基板は、表面電極と接する素子領域と、素子領域の外側の外周領域を有する。素子領域に、ショットキーバリアダイオード(以下、SBDという場合がある)が設けられている。外周領域の表面は、層間絶縁膜に覆われている。層間絶縁膜の上部には、フィールドプレート電極が設けられている。フィールドプレート電極は、表面電極に電気的に接続されている。SBDに逆電圧が印加されると、表面電極と裏面電極の間の電位差が大きくなる。このとき、半導体基板の外周端面は裏面電極と略同じ電位となる。このため、外周領域では、半導体基板の外周端面から表面電極に向かう方向(すなわち、横方向)に電位差が生じる。フィールドプレート電極が存在しないと、表面電極の外周端近傍に電界が集中し、半導体装置の耐圧が低くなる。これに対し、フィールドプレート電極が存在することで、表面電極の外周端近傍で電界が緩和され、半導体装置の耐圧が改善される。   The semiconductor device of Patent Document 1 includes a semiconductor substrate, a front surface electrode, and a back electrode. The surface electrode is in contact with the semiconductor substrate at the center of the surface of the semiconductor substrate. The semiconductor substrate has an element region in contact with the surface electrode and an outer peripheral region outside the element region. In the element region, a Schottky barrier diode (hereinafter sometimes referred to as SBD) is provided. The surface of the outer peripheral region is covered with an interlayer insulating film. A field plate electrode is provided on the interlayer insulating film. The field plate electrode is electrically connected to the surface electrode. When a reverse voltage is applied to the SBD, the potential difference between the front electrode and the back electrode increases. At this time, the outer peripheral end surface of the semiconductor substrate has substantially the same potential as the back electrode. For this reason, in the outer peripheral region, a potential difference is generated in the direction from the outer peripheral end surface of the semiconductor substrate toward the surface electrode (that is, in the lateral direction). If the field plate electrode does not exist, the electric field concentrates near the outer peripheral edge of the surface electrode, and the breakdown voltage of the semiconductor device is lowered. On the other hand, the presence of the field plate electrode relaxes the electric field in the vicinity of the outer peripheral edge of the surface electrode and improves the breakdown voltage of the semiconductor device.

なお、特許文献1では、素子領域にSBDが設けられている半導体素子について説明されているが、素子領域にSBD以外の半導体素子(例えば、pnダイオード等の整流素子や、FET、IGBT等のスイッチング素子)が設けられている場合にも、フィールドプレート電極による電界緩和効果が得られる。   In Patent Document 1, a semiconductor element in which an SBD is provided in the element region is described. However, a semiconductor element other than the SBD in the element region (for example, a rectifying element such as a pn diode, or a switching element such as an FET or IGBT). Even when the device is provided, the electric field relaxation effect by the field plate electrode can be obtained.

特開2009‐076866号公報JP 2009-077686 A

特許文献1のようにフィールドプレート電極を設けることで、表面電極の外周端近傍での電界が緩和されるが、その一方で、フィールドプレート電極の外周端近傍に電界が集中する。したがって、本明細書では、フィールドプレート電極の外周端近傍における電界を緩和する技術を提供する。   By providing the field plate electrode as in Patent Document 1, the electric field in the vicinity of the outer peripheral edge of the surface electrode is relaxed. On the other hand, the electric field concentrates in the vicinity of the outer peripheral edge of the field plate electrode. Therefore, the present specification provides a technique for relaxing the electric field in the vicinity of the outer peripheral edge of the field plate electrode.

本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の表面に接している表面電極と、前記半導体基板の裏面に接している裏面電極と、フィールドプレート電極と、フローティング電極と、層間絶縁膜を有している。前記半導体基板が、前記半導体基板の厚み方向に沿って平面視したときに前記表面電極と前記半導体基板との接触面と重複する素子領域と、前記素子領域の周囲の外周耐圧領域を有している。前記素子領域が、前記表面電極と前記裏面電極の間に通電することが可能な半導体素子を有している。前記フローティング電極が、前記外周耐圧領域内の前記表面に接しており、前記表面電極から絶縁されている。前記層間絶縁膜が、前記外周耐圧領域内の前記表面と前記フローティング電極を覆っている。前記フィールドプレート電極が、前記層間絶縁膜上に配置されており、前記表面電極と電気的に接続されている。前記フィールドプレート電極の外周側の端部が、前記フローティング電極の上部に配置されている。   A semiconductor device disclosed in the present specification includes a semiconductor substrate, a surface electrode in contact with the surface of the semiconductor substrate, a back electrode in contact with the back surface of the semiconductor substrate, a field plate electrode, a floating electrode, and an interlayer It has an insulating film. The semiconductor substrate has an element region overlapping with a contact surface between the surface electrode and the semiconductor substrate when viewed in plan along the thickness direction of the semiconductor substrate, and an outer peripheral breakdown voltage region around the element region. Yes. The element region includes a semiconductor element that can be energized between the front electrode and the back electrode. The floating electrode is in contact with the surface in the outer peripheral withstand voltage region and is insulated from the surface electrode. The interlayer insulating film covers the surface in the outer peripheral withstand voltage region and the floating electrode. The field plate electrode is disposed on the interlayer insulating film and is electrically connected to the surface electrode. An end portion on the outer peripheral side of the field plate electrode is disposed on the floating electrode.

この半導体装置では、フィールドプレート電極の外周側の端部が、フローティング電極の上部に配置されている。フローティング電極の内部では電位が一定であるので、その上部でも電位差が生じ難い。したがって、この半導体装置では、フィールドプレート電極の外周側の端部近傍における電界が緩和される。   In this semiconductor device, the outer peripheral end of the field plate electrode is disposed above the floating electrode. Since the potential is constant inside the floating electrode, it is difficult for a potential difference to occur even in the upper part thereof. Therefore, in this semiconductor device, the electric field in the vicinity of the outer peripheral end of the field plate electrode is relaxed.

実施例1の半導体装置10の平面図。1 is a plan view of a semiconductor device 10 of Example 1. FIG. 図1のII−II線における半導体装置10の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device 10 in the II-II line | wire of FIG. 実施例2の半導体装置110の図2に対応する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 of a semiconductor device 110 according to a second embodiment.

図1、2に示す実施例1の半導体装置10は、半導体基板12を有している。半導体基板12は、ワイドギャップ半導体(例えば、GaN、Ga、SiC等)により構成されている。図2に示すように、半導体基板12は、カソード領域32とドリフト領域34を有している。カソード領域32は、n型不純物濃度が高いn型領域である。カソード領域32は、半導体基板12の裏面12bに露出している。ドリフト領域34は、n型不純物濃度が低いn型領域である。ドリフト領域34は、カソード領域32上に配置されている。ドリフト領域34は、半導体基板12の表面12aに露出している。 A semiconductor device 10 according to the first embodiment illustrated in FIGS. The semiconductor substrate 12 is made of a wide gap semiconductor (for example, GaN, Ga 2 O 3 , SiC, etc.). As shown in FIG. 2, the semiconductor substrate 12 has a cathode region 32 and a drift region 34. The cathode region 32 is an n-type region having a high n-type impurity concentration. The cathode region 32 is exposed on the back surface 12 b of the semiconductor substrate 12. The drift region 34 is an n-type region having a low n-type impurity concentration. The drift region 34 is disposed on the cathode region 32. The drift region 34 is exposed on the surface 12 a of the semiconductor substrate 12.

図2に示すように、半導体基板12の表面12aには、第1金属層14a、第2金属層14b、複数のフローティング電極18、層間絶縁膜22及び保護絶縁膜24が設けられている。なお、図1においては、層間絶縁膜22と保護絶縁膜24の図示が省略されている。また、図1においては、第1金属層14aとフローティング電極18をハッチングにより示している。また、図1の点線は、第2金属層14bの輪郭を示している。   As shown in FIG. 2, a first metal layer 14 a, a second metal layer 14 b, a plurality of floating electrodes 18, an interlayer insulating film 22, and a protective insulating film 24 are provided on the surface 12 a of the semiconductor substrate 12. In FIG. 1, illustration of the interlayer insulating film 22 and the protective insulating film 24 is omitted. In FIG. 1, the first metal layer 14a and the floating electrode 18 are indicated by hatching. Moreover, the dotted line of FIG. 1 has shown the outline of the 2nd metal layer 14b.

図1、2に示すように、第1金属層14aは、半導体基板12の表面12aの中央部に配置されている。第1金属層14aは、ドリフト領域34に対してショットキー接触している。以下では、半導体基板12の厚み方向に沿って平面視したときに第1金属層14aと半導体基板12(すなわち、ドリフト領域34)との接触面と重複する範囲を、素子領域40という。また、素子領域40の外側の範囲(素子領域40と半導体基板12の外周端面12cとの間の範囲)を外周領域42という。上述したカソード領域32とドリフト領域34は、素子領域40と外周領域42に跨って分布している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the first metal layer 14 a is disposed at the center of the surface 12 a of the semiconductor substrate 12. The first metal layer 14 a is in Schottky contact with the drift region 34. Hereinafter, a range overlapping with the contact surface between the first metal layer 14a and the semiconductor substrate 12 (that is, the drift region 34) when viewed in plan along the thickness direction of the semiconductor substrate 12 is referred to as an element region 40. Further, a range outside the element region 40 (a range between the element region 40 and the outer peripheral end face 12 c of the semiconductor substrate 12) is referred to as an outer peripheral region 42. The cathode region 32 and the drift region 34 described above are distributed across the element region 40 and the outer peripheral region 42.

複数のフローティング電極18は、外周領域42内の半導体基板12の表面12aに設けられている。各フローティング電極18は、第1金属層14aを多重に囲むリング形状を有している。各フローティング電極18は、第1金属層14a及び第2金属層14bから分離されている。複数のフローティング電極18は、互いから分離されている。各フローティング電極18の電位はフローティングしている。各フローティング電極18の幅は、内周側で最も広く、外周側ほど狭くなる。また、隣接する2つのフローティング電極18の間の間隔は、内周側で最も狭く、外周側ほど広くなる。各フローティング電極18は、ドリフト領域34に対してショットキー接触している。以下では、最も内周側のフローティング電極18をフローティング電極18aといい、その他のフローティング電極18をフローティング電極18bという。   The plurality of floating electrodes 18 are provided on the surface 12 a of the semiconductor substrate 12 in the outer peripheral region 42. Each floating electrode 18 has a ring shape surrounding the first metal layer 14a in multiple layers. Each floating electrode 18 is separated from the first metal layer 14a and the second metal layer 14b. The plurality of floating electrodes 18 are separated from each other. The potential of each floating electrode 18 is floating. The width of each floating electrode 18 is the widest on the inner peripheral side and narrower on the outer peripheral side. Further, the interval between two adjacent floating electrodes 18 is the narrowest on the inner peripheral side, and becomes wider on the outer peripheral side. Each floating electrode 18 is in Schottky contact with the drift region 34. Hereinafter, the innermost floating electrode 18 is referred to as a floating electrode 18a, and the other floating electrodes 18 are referred to as floating electrodes 18b.

層間絶縁膜22は、外周領域42内の半導体基板12の表面12aと各フローティング電極18を覆っている。   The interlayer insulating film 22 covers the surface 12 a of the semiconductor substrate 12 in the outer peripheral region 42 and each floating electrode 18.

第2金属層14bは、第1金属層14aとは異なる金属によって構成されている。第2金属層14bは、第1金属層14a上に配置されている。また、第2金属層14bの外周側の部分は、層間絶縁膜22上に配置されている。層間絶縁膜22上の部分の第2金属層14bによって、フィールドプレート電極20(以下、FP電極20という)が構成されている。また、以下では、第1金属層14aとその上部に積層された部分の第2金属層14bを表面電極16という。FP電極20の外周端21は、最も内周側のフローティング電極18aの上部に配置されている。フローティング電極18aのFP電極20と重複している部分の幅W1は、フローティング電極18aのFP電極20と重複していない部分の幅W2よりも狭い。   The second metal layer 14b is made of a metal different from the first metal layer 14a. The second metal layer 14b is disposed on the first metal layer 14a. Further, the outer peripheral portion of the second metal layer 14 b is disposed on the interlayer insulating film 22. A field plate electrode 20 (hereinafter referred to as FP electrode 20) is configured by the second metal layer 14b on the interlayer insulating film 22. Hereinafter, the first metal layer 14a and the portion of the second metal layer 14b stacked on the first metal layer 14a are referred to as a surface electrode 16. The outer peripheral end 21 of the FP electrode 20 is disposed above the innermost floating electrode 18a. The width W1 of the portion of the floating electrode 18a that overlaps with the FP electrode 20 is narrower than the width W2 of the portion of the floating electrode 18a that does not overlap with the FP electrode 20.

保護絶縁膜24は、外周領域42内で層間絶縁膜22とFP電極20を覆っている。   The protective insulating film 24 covers the interlayer insulating film 22 and the FP electrode 20 in the outer peripheral region 42.

半導体基板12の裏面12bには、裏面電極30が設けられている。裏面電極30は、半導体基板12の裏面12bの略全域を覆っている。裏面電極30は、カソード領域32に対してオーミック接触している。   A back electrode 30 is provided on the back surface 12 b of the semiconductor substrate 12. The back electrode 30 covers substantially the entire area of the back surface 12 b of the semiconductor substrate 12. The back electrode 30 is in ohmic contact with the cathode region 32.

次に、半導体装置10の動作について説明する。半導体装置10の素子領域40には、表面電極16、ドリフト領域34、カソード領域32及び裏面電極30によってショットキーバリアダイオード(以下、SBDという)が形成されている。表面電極16はアノード電極として機能し、裏面電極30はカソード電極として機能する。表面電極16と裏面電極30の間に順電圧(表面電極16が裏面電極30よりも高電位となる電圧)を印加すると、表面電極16とドリフト領域34の間のショットキー界面を通過して表面電極16から裏面電極30へ電流が流れる。すなわち、表面電極16から、ドリフト領域34とカソード領域32を介して裏面電極30へ電流が流れる。すなわち、SBDがオンする。   Next, the operation of the semiconductor device 10 will be described. In the element region 40 of the semiconductor device 10, a Schottky barrier diode (hereinafter referred to as SBD) is formed by the front electrode 16, the drift region 34, the cathode region 32, and the back electrode 30. The front electrode 16 functions as an anode electrode, and the back electrode 30 functions as a cathode electrode. When a forward voltage (a voltage at which the front electrode 16 has a higher potential than the back electrode 30) is applied between the front electrode 16 and the back electrode 30, the surface passes through the Schottky interface between the front electrode 16 and the drift region 34. A current flows from the electrode 16 to the back electrode 30. That is, a current flows from the front electrode 16 to the back electrode 30 through the drift region 34 and the cathode region 32. That is, SBD is turned on.

表面電極16と裏面電極30の間への印加電圧を順電圧から逆電圧(裏面電極30が表面電極16よりも高電位となる電圧)に切り換えると、電流が停止し、SBDがオフする。すると、表面電極16とドリフト領域34の間のショットキー界面に逆電圧が印加されるので、ショットキー界面からドリフト領域34内に空乏層が広がる。空乏層はドリフト領域34の略全体に広がる。ドリフト領域34が空乏化することで、ドリフト領域34内に電位差が生じる。素子領域40内では、ドリフト領域34が表面電極16と裏面電極30によって縦方向に挟まれているので、空乏化したドリフト領域34内に縦方向に電位差が生じる。また、半導体基板12の外周端面12cは裏面電極30と略同電位となる。このため、外周領域42内では、横方向(外周側から内周側に向かう方向)に電位差が生じる。   When the applied voltage between the front electrode 16 and the back electrode 30 is switched from a forward voltage to a reverse voltage (a voltage at which the back electrode 30 has a higher potential than the front electrode 16), the current stops and the SBD is turned off. Then, since a reverse voltage is applied to the Schottky interface between the surface electrode 16 and the drift region 34, a depletion layer spreads in the drift region 34 from the Schottky interface. The depletion layer extends over substantially the entire drift region 34. As the drift region 34 is depleted, a potential difference is generated in the drift region 34. In the element region 40, since the drift region 34 is sandwiched between the front electrode 16 and the back electrode 30 in the vertical direction, a potential difference is generated in the vertical direction in the depleted drift region 34. Further, the outer peripheral end surface 12 c of the semiconductor substrate 12 has substantially the same potential as the back electrode 30. For this reason, in the outer periphery area | region 42, an electrical potential difference arises in a horizontal direction (direction which goes to an inner peripheral side from an outer peripheral side).

ここで、フローティング電極18が存在しない場合について検討する。フローティング電極18が存在しないと、逆電圧が印加されたときに、FP電極20の外周端21近傍で電界が集中する。このため、FP電極20の外周端21近傍のドリフト領域34内でアバランシェ電流が生じ易い。また、FP電極20の外周端21近傍の保護絶縁膜24の表面で電界が高くなる。この位置で電界が高くなると、保護絶縁膜24の表面と半導体基板12の外周端面12cに沿って裏面電極30から表面電極16へ放電(いわゆる、沿面放電)が生じやすい。以上に説明したように、フローティング電極18が存在しない場合には、FP電極20の外周端21の近傍への電界集中が生じ、半導体装置の耐圧が低くなる。   Here, a case where the floating electrode 18 is not present will be considered. If the floating electrode 18 is not present, the electric field concentrates in the vicinity of the outer peripheral end 21 of the FP electrode 20 when a reverse voltage is applied. For this reason, an avalanche current is easily generated in the drift region 34 in the vicinity of the outer peripheral end 21 of the FP electrode 20. Further, the electric field is increased on the surface of the protective insulating film 24 in the vicinity of the outer peripheral end 21 of the FP electrode 20. When the electric field is increased at this position, a discharge (so-called creeping discharge) tends to occur from the back electrode 30 to the front electrode 16 along the surface of the protective insulating film 24 and the outer peripheral end surface 12c of the semiconductor substrate 12. As described above, when the floating electrode 18 is not present, electric field concentration occurs in the vicinity of the outer peripheral end 21 of the FP electrode 20 and the breakdown voltage of the semiconductor device is lowered.

これに対し、実施例1の半導体装置10では、FP電極20の外周端21の下側に、最も内周側のフローティング電極18aが存在している。フローティング電極18aは導体であるので、その内部に電位差は生じない。このため、フローティング電極18aの上部でも横方向に電位差が生じ難く、FP電極20の外周端21への電界の集中が抑制される。また、フローティング電極18aを設けると、フローティング電極18aの外周端19の近傍で電界が集中し易くなる。しかしながら、フローティング電極18aの外周端19への電界集中の度合いは、フローティング電極18aが存在しない場合におけるFP電極20の外周端21への電界集中の度合いよりも小さい。また、実施例1では、フローティング電極18aのFP電極20と重複していない部分の幅W2が、フローティング電極18aのFP電極20と重複している部分の幅W1よりも広い。このため、フローティング電極18aの外周端19が、FP電極20の外周端21から離れている。このように、電界が集中し易い箇所の間の距離を長くすることで、より電界が緩和される。さらに、実施例1では、フローティング電極18aの外周側に、複数のフローティング電極18bが設けられている。このため、フローティング電極18aを含む複数のフローティング電極18の外周端のそれぞれに電界が集中し、電界の集中箇所が分散する。このため、外周領域42内における電界のピーク値を小さくすることができる。なお、複数のフローティング電極18が存在する場合、内周側ほどフローティング電極18の外周端近傍に電界が集中し易い。これに対し、実施例1のように、内周側ほど隣接する2つのフローティング電極18の間の間隔を狭くすることで、内周側のフローティング電極18の外周端近傍への電界集中をさらに抑制することができる。また、実施例1のように、内周側のフローティング電極18の幅を広くすることで、内周側のフローティング電極18の外周端近傍への電界集中をさらに抑制することができる。また、外周側においては、それほど電界が集中しないので、フローティング電極18の幅を狭くすることで、半導体装置10の小型化が実現されている。   On the other hand, in the semiconductor device 10 according to the first embodiment, the innermost floating electrode 18 a exists below the outer peripheral end 21 of the FP electrode 20. Since the floating electrode 18a is a conductor, there is no potential difference inside it. For this reason, the potential difference hardly occurs in the lateral direction even above the floating electrode 18a, and the concentration of the electric field on the outer peripheral end 21 of the FP electrode 20 is suppressed. Further, when the floating electrode 18a is provided, the electric field is easily concentrated in the vicinity of the outer peripheral end 19 of the floating electrode 18a. However, the degree of electric field concentration on the outer peripheral end 19 of the floating electrode 18a is smaller than the degree of electric field concentration on the outer peripheral end 21 of the FP electrode 20 when the floating electrode 18a is not present. In Example 1, the width W2 of the floating electrode 18a that does not overlap with the FP electrode 20 is wider than the width W1 of the portion of the floating electrode 18a that overlaps with the FP electrode 20. For this reason, the outer peripheral end 19 of the floating electrode 18 a is separated from the outer peripheral end 21 of the FP electrode 20. Thus, the electric field is further relaxed by increasing the distance between the portions where the electric field is likely to concentrate. Furthermore, in Example 1, the some floating electrode 18b is provided in the outer peripheral side of the floating electrode 18a. For this reason, the electric field concentrates on each of the outer peripheral ends of the plurality of floating electrodes 18 including the floating electrode 18a, and the concentrated portions of the electric field are dispersed. For this reason, the peak value of the electric field in the outer peripheral region 42 can be reduced. When there are a plurality of floating electrodes 18, the electric field tends to concentrate near the outer peripheral end of the floating electrode 18 toward the inner peripheral side. On the other hand, as in the first embodiment, the distance between two floating electrodes 18 that are adjacent to each other on the inner peripheral side is narrowed to further suppress electric field concentration near the outer peripheral end of the floating electrode 18 on the inner peripheral side. can do. Further, as in the first embodiment, by increasing the width of the inner peripheral floating electrode 18, electric field concentration near the outer peripheral end of the inner peripheral floating electrode 18 can be further suppressed. Further, since the electric field does not concentrate so much on the outer peripheral side, the semiconductor device 10 can be downsized by reducing the width of the floating electrode 18.

以上に説明したように、実施例1の半導体装置10では、外周領域42における電界集中が抑制される。このため、半導体装置10は高い耐圧を有する。   As described above, in the semiconductor device 10 according to the first embodiment, electric field concentration in the outer peripheral region 42 is suppressed. For this reason, the semiconductor device 10 has a high breakdown voltage.

図3は、実施例2の半導体装置110の断面図を示している。実施例2の半導体装置110では、最も内周側のフローティング電極18aが実施例1と同様に半導体基板12の表面12aに設けられている一方で、フローティング電極18aよりも外周側の複数のフローティング電極18bが層間絶縁膜22の表面に設けられている。層間絶縁膜22上のフローティング電極18bのうちの最も内周側のフローティング電極は、フローティング電極18aの外周端19と重なるように配置されている。この構成によれば、フローティング電極18aの外周端19における電界集中を抑制することができる。また、複数のフローティング電極18bにおいては、内周側ほどフローティング電極18bの幅が広くなっており、内周側ほど隣接する2つのフローティング電極18bの間隔が狭くなっている。この構成によれば、内周側のフローティング電極18の近傍における電界集中を緩和することができる。以上のように、実施例2の構成によっても、外周領域42内の電界集中を緩和することができる。   FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device 110 according to the second embodiment. In the semiconductor device 110 according to the second embodiment, the innermost floating electrode 18a is provided on the surface 12a of the semiconductor substrate 12 as in the first embodiment, and a plurality of floating electrodes at the outer peripheral side than the floating electrode 18a are provided. 18 b is provided on the surface of the interlayer insulating film 22. Of the floating electrodes 18b on the interlayer insulating film 22, the innermost floating electrode is disposed so as to overlap the outer peripheral end 19 of the floating electrode 18a. According to this configuration, electric field concentration at the outer peripheral end 19 of the floating electrode 18a can be suppressed. In the plurality of floating electrodes 18b, the width of the floating electrode 18b is wider toward the inner peripheral side, and the interval between two adjacent floating electrodes 18b is narrower toward the inner peripheral side. According to this configuration, electric field concentration in the vicinity of the floating electrode 18 on the inner peripheral side can be reduced. As described above, the electric field concentration in the outer peripheral region 42 can be reduced also by the configuration of the second embodiment.

以上に説明したように、実施例2の構成によれば、外周領域42における電界集中が抑制される。このため、半導体装置110は高い耐圧を有する。   As described above, according to the configuration of the second embodiment, electric field concentration in the outer peripheral region 42 is suppressed. For this reason, the semiconductor device 110 has a high breakdown voltage.

なお、半導体基板がGaNやGaのようにp型領域を作り難い材料によって構成されている場合には、p型領域によって電界集中を緩和することが困難である。実施例1、2の構造はフローティング電極によって電界を緩和できるので、p型領域を作り難い材料においても用いることができる。 Note that when the semiconductor substrate is made of a material such as GaN or Ga 2 O 3 that makes it difficult to form a p-type region, it is difficult to reduce electric field concentration by the p-type region. Since the structure of Examples 1 and 2 can relax the electric field by the floating electrode, it can also be used in a material in which it is difficult to form a p-type region.

また、実施例1、2において、層間絶縁膜22の比誘電率を半導体基板12の比誘電率よりも高くすることで、表面電極16、FP電極20及び複数のフローティング電極18の外周端近傍における電界集中をさらに抑制することができる。また、実施例1、2において、保護絶縁膜24の比誘電率を半導体基板12の比誘電率よりも高くすることで、表面電極16、FP電極20及び複数のフローティング電極18の外周端近傍における電界集中をさらに抑制することができる。この場合、保護絶縁膜24の比誘電率が層間絶縁膜22の比誘電率よりも高い方がより効果が高い。   Further, in Examples 1 and 2, by making the relative dielectric constant of the interlayer insulating film 22 higher than the relative dielectric constant of the semiconductor substrate 12, in the vicinity of the outer peripheral ends of the surface electrode 16, the FP electrode 20, and the plurality of floating electrodes 18. Electric field concentration can be further suppressed. Further, in Examples 1 and 2, by making the relative dielectric constant of the protective insulating film 24 higher than the relative dielectric constant of the semiconductor substrate 12, in the vicinity of the outer peripheral ends of the surface electrode 16, the FP electrode 20, and the plurality of floating electrodes 18. Electric field concentration can be further suppressed. In this case, it is more effective that the relative dielectric constant of the protective insulating film 24 is higher than the relative dielectric constant of the interlayer insulating film 22.

また、上述した実施例1、2では、素子領域にSBDが設けられている場合について説明した。しかしながら、素子領域に他の半導体素子が設けられていてもよい。例えば、素子領域にpnダイオードが設けられていてもよい。実施例1、2において、表面電極にオーミック接触するp型領域を設けることで、素子領域にpnダイオードを形成することができる。pnダイオードにおいても、逆電圧が印加されたときに、フローティング電極によって外周領域における電界集中が抑制される。また、例えば、素子領域にMOSFETまたはIGBTが設けられていてもよい。MOSFETの場合には表面電極をソース電極とし、裏面電極をドレイン電極とすることができる。IGBTの場合には表面電極をエミッタ電極とし、裏面電極をコレクタ電極とすることができる。MOSFETまたはIGBTの場合、これらの素子がオフ状態のときに、フローティング電極によって外周領域における電界集中が抑制される。   In the first and second embodiments, the case where the SBD is provided in the element region has been described. However, other semiconductor elements may be provided in the element region. For example, a pn diode may be provided in the element region. In Examples 1 and 2, a pn diode can be formed in the element region by providing a p-type region in ohmic contact with the surface electrode. Also in the pn diode, when a reverse voltage is applied, electric field concentration in the outer peripheral region is suppressed by the floating electrode. Further, for example, a MOSFET or IGBT may be provided in the element region. In the case of a MOSFET, the front electrode can be a source electrode and the back electrode can be a drain electrode. In the case of an IGBT, the front electrode can be an emitter electrode and the back electrode can be a collector electrode. In the case of MOSFET or IGBT, the electric field concentration in the outer peripheral region is suppressed by the floating electrode when these elements are in the off state.

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの1つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。   The embodiments have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of them.

10 :半導体装置
12 :半導体基板
14a:第1金属層
14b:第2金属層
16 :表面電極
18 :フローティング電極
20 :フィールドプレート電極
22 :層間絶縁膜
24 :保護絶縁膜
30 :裏面電極
32 :カソード領域
34 :ドリフト領域
40 :素子領域
42 :外周領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Semiconductor device 12: Semiconductor substrate 14a: 1st metal layer 14b: 2nd metal layer 16: Surface electrode 18: Floating electrode 20: Field plate electrode 22: Interlayer insulating film 24: Protective insulating film 30: Back surface electrode 32: Cathode Region 34: Drift region 40: Element region 42: Peripheral region

Claims (1)

半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に接している表面電極と、
前記半導体基板の裏面に接している裏面電極と、
フィールドプレート電極と、
フローティング電極と、
層間絶縁膜、
を有しており、
前記半導体基板が、前記半導体基板の厚み方向に沿って平面視したときに前記表面電極と前記半導体基板との接触面と重複する素子領域と、前記素子領域の周囲の外周耐圧領域を有しており、
前記素子領域が、前記表面電極と前記裏面電極の間に通電することが可能な半導体素子を有しており、
前記フローティング電極が、前記外周耐圧領域内の前記表面に接しており、前記表面電極から絶縁されており、
前記層間絶縁膜が、前記外周耐圧領域内の前記表面と前記フローティング電極を覆っており、
前記フィールドプレート電極が、前記層間絶縁膜上に配置されており、前記表面電極と電気的に接続されており、
前記フィールドプレート電極の外周側の端部が、前記フローティング電極の上部に配置されている、
半導体装置。
A semiconductor device,
A semiconductor substrate;
A surface electrode in contact with the surface of the semiconductor substrate;
A back electrode in contact with the back surface of the semiconductor substrate;
A field plate electrode;
A floating electrode;
Interlayer insulation film,
Have
The semiconductor substrate has an element region overlapping with a contact surface between the surface electrode and the semiconductor substrate when viewed in plan along the thickness direction of the semiconductor substrate, and an outer peripheral breakdown voltage region around the element region. And
The element region has a semiconductor element that can be energized between the front electrode and the back electrode,
The floating electrode is in contact with the surface in the outer peripheral pressure-resistant region and insulated from the surface electrode;
The interlayer insulating film covers the surface and the floating electrode in the outer peripheral breakdown voltage region;
The field plate electrode is disposed on the interlayer insulating film, and is electrically connected to the surface electrode;
The outer peripheral end of the field plate electrode is disposed on the floating electrode.
Semiconductor device.
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