JP7437568B1 - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高耐圧を確保するとともに、絶縁層の密着性を向上させることができる半導体装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置１は、基板１０と、基板１０に形成されるエピタキシャル層２０と、エピタキシャル層２０の一の面２０ａ側に設けられる絶縁層４０，５０と、を有する半導体装置１であって、エピタキシャル層２０の一の面２０ａ側には、絶縁層４０を介して、活性部６０が設けられるとともに、活性部６０の外側の領域である周辺部７０には、トレンチ７１が設けられ、周辺部７０に設けられる絶縁層５０は、第１絶縁体５１と第２絶縁体５２を積層して構成されることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関する。

半導体装置においては、基板に形成されるエピタキシャル層と活性部を構成する素子との間の絶縁を行うために絶縁層が設けられている。この絶縁層には、例えば、特許文献１に開示されるように酸化ケイ素等の酸化膜が用いられている。

特表２０２０－５０５７６９号公報

ところで、半導体装置においては、トレンチショットキーバリアダイオード等の素子の耐圧を決定する周辺部の構造として、Ｐ型半導体をイオンインプランテーションおよび拡散工程を用いて形成するガードリング構造がある。しかしながら、ガードリング構造は、耐圧の確保が難しく周辺部の無効領域が大きくなることがあった。また、ガードリングを形成するための工程が多くコスト高となる問題もあった。このため、従来は、ガードリング構造に替えてトレンチ構造を用いることがあった。すなわち、トレンチ構造を用いることにより、耐圧が確保され、周辺部の無効領域を小さくすることができ、製造コストの低減も図られた。

近年は、更なる高耐圧化が求められているが、従来は、絶縁層にシリコン酸化物（例えばＳｉＯ_２）等の酸化膜を用いることが多く、局所的に電界集中が生じることがあり、トレンチ構造を用いる場合にあっても高耐圧の確保が難しいことがあった。また、絶縁層にシリコン酸化物（例えばＳｉＯ_２）等の酸化膜のみを用いる場合には、パッケージ材料樹脂との密着性が劣り、パッケージ材料樹脂と絶縁層との間に外部からの水分が侵入して絶縁層の電荷が変動する等半導体装置の性能の劣化も招いていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高耐圧を確保するとともに、絶縁層の密着性を向上させることができる半導体装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、基板と、基板に形成されるエピタキシャル層と、エピタキシャル層の一の面側に設けられる絶縁層と、を有する半導体装置であって、エピタキシャル層の一の面側には、絶縁層を介して、活性部が設けられるとともに、活性部の外側の領域である周辺部には、トレンチが設けられ、周辺部に設けられる絶縁層は、比誘電率が異なる第１絶縁体と第２絶縁体とを積層して構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、活性部の外側の領域である周辺部には、トレンチが設けられ、周辺部に設けられる絶縁層は、比誘電率が異なる第１絶縁体と第２絶縁体とを積層して構成されていることにより、例えば比誘電率が相対的に低い第１絶縁体および第２絶縁体のいずれか一方において電界集中が生じる場合にあっても、比誘電率が相対的に高い第１絶縁体および第２絶縁体のいずれか他方により電界集中を緩和することができる。これにより、トレンチの効果と相俟って高耐圧を確保することができる。また、第１絶縁体と第２絶縁体とを積層して設けることにより、絶縁層の密着性（例えばパッケージ材料樹脂と絶縁層との密着性）を向上させることができ、外部からの水分が侵入することも防止することができる。

第２絶縁体の比誘電率は、５～２００とすることにより、電界集中を一層緩和することができる。第２絶縁体の比誘電率は、５～３０とすることにより、更には、５～１０とすることにより、電界集中を更に一層緩和することができる。
絶縁層は、更に保護膜を含み、保護膜は、第１絶縁体および第２絶縁体に積層して設けられることにより、絶縁層の密着性（例えばパッケージ材料樹脂と絶縁層との密着性）を更に向上させることができる。

第１絶縁体は、酸化物を含むことにより、絶縁効果を向上させることができる。
酸化物は、例えば、シリコン酸化物を含むことができる。
第２絶縁体は、シリコン系化合物または酸化物を含むことにより、成分が絶縁体と共通し、絶縁層の密着性（例えばパッケージ材料樹脂と絶縁層との密着性）を更に向上させることができる。

シリコン系化合物は、例えば、シリコン窒化物を含むことができる。
酸化物は、ハフニウム酸化物、チタン酸化物、およびアルミニウム酸化物のうち少なくともいずれかを含むことができる。

保護膜は、ポリイミドまたはポリイミド系化合物を含むことにより、絶縁層の密着性（例えばパッケージ材料樹脂と絶縁層との密着性）を更に向上させることができる。

周辺部の終端部側には、チャネル電流抑制部が設けられ、チャンネル電流抑制部には、活性部から終端部側に流れるチャネル電流を抑制するトレンチが更に設けられることにより、チャネル電流を抑制することができ、第１絶縁体と第２絶縁体を積層した構成とも相俟って更なる高耐圧の確保を図ることができる。

チャネル電流抑制部は、更にチャネル電流を抑制する電極を設けることにより、トレンチの効果と相俟って終端部に流れるチャネル電流を更に抑制することができる。

チャネル電流を抑制する電極は、ＥＱＲ電極とすることにより、電位を等電位に保持することができ、終端部に流れるチャネル電流を抑制することができる。

チャネル電流抑制部に設けられたトレンチは、エピタキシャル層の一の面側における終端部側を段差状に欠損させるように設けられ、段差状のトレンチは、外側の側方を開放するように構成されることにより、抵抗が大きくなり終端部に流れるチャネル電流を更に抑制することができる。

段差状のトレンチは、底部に更にトレンチを設けることにより、段差状の形状と底部のトレンチが相俟って終端部に流れるチャネル電流を更に抑制することができる。

本発明によれば、高耐圧を確保するとともに、絶縁層の密着性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 同半導体装置の構成を示す図１のＡＡ正面断面図である。 同半導体装置のトレンチの構造を示す拡大正面断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の構成を示す正面断面図である。 同半導体装置の変形例を示す正面断面図である。 同半導体装置の変形例を示す別の正面断面図である。 同半導体装置の変形例を示す更に別の正面断面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 同半導体装置の構成を示す図８のＡＡ正面断面図である。 同半導体装置の終端部のトレンチの構造を示す拡大正面断面図である。 本発明の第４実施形態に係る半導体装置の構成を示す正面断面図である。 同半導体装置の変形例を示す正面断面図である。 同半導体装置の別の変形例を示す正面断面図である。 同半導体装置の更に別の変形例を示す正面断面図である。 同半導体装置のまた更に別の変形例を示す正面断面図である。 同半導体装置の他の変形例を示す正面断面図である。 同半導体装置の更に他の変形例を示す正面断面図である。 同半導体装置の更にまた他の変形例を示す正面断面図である。 同半導体装置のまた更に他の変形例を示す正面断面図である。

[第１実施形態]
本発明の第１実施形態に係る半導体装置１を図１乃至図３を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図、図２は、同半導体装置の構成を示す図１のＡＡ正面断面図、図３は、同半導体装置のトレンチの構造を示す拡大正面断面図である。なお、以下の説明においては、半導体装置１の基板１０から見てエピタキシャル層２０側を上方、カソード電極等３０側を下方、半導体装置１の中央部６５側を内側、終端部７０ａ側（末端７０ａ´側）を外側とし、他の方向も含め各方向を図において明示するものとする。

図１乃至図３を参照して本発明の第１実施形態に係る半導体装置１の概要を説明すると、半導体装置１は、平面視が矩形状（正方形）であり、基板１０、エピタキシャル層２０、カソード電極またはドレイン電極３０（例えばＭＯＳＦＥＴではドレイン電極、ダイオードではカソード電極、以下カソード電極等３０とする）、絶縁層４０，５０、活性部６０、および周辺部７０を有している。絶縁層４０は、活性部６０に設けられており、絶縁層５０は、周辺部７０に設けられている。絶縁層５０の上面側は、図示しないがパッケージ材料樹脂により封止される。

基板１０は、板状で所定の導電物質により形成することができる。基板１０は、単結晶の基板であり、基板１０の上面側となる一の面１０ａ側には、エピタキシャル層２０が形成されている。基板１０の下面側となる他の面１０ｂ側には、カソード電極等３０が設けられている。カソード電極等３０は、金属等の導電物質で形成することができる。カソード電極等３０と活性部６０との間には所定の電位差が生じることにより活性部６０に電流が流れて活性部６０を機能させることができる。

エピタキシャル層２０は、基板１０の一の面１０ａ側の全面をエピタキシャル成長させて形成することができる。エピタキシャル層２０の上面側となる一の面２０ａ側には絶縁層４０，５０が所定に設けられている。エピタキシャル層２０の一の面２０ａ側には、絶縁層４０を介して活性部６０が設けられ、周辺部７０は、活性部６０の外側の領域に設定されている。絶縁層５０は、周辺部７０に設けられている。すなわち、活性部６０および周辺部７０は、絶縁層４０，５０を介してエピタキシャル層２０と所定に絶縁されている。

活性部６０は、主電流が流れる中央部６５側（内側）の領域に設けられている。活性部６０には、トレンチ６１が複数設けられている。

トレンチ６１は、エピタキシャル層２０の一の面２０ａ側の所定の箇所を埋没させるように設けられている。トレンチ６１は、正面から見た断面形状がＵ字状で所定の深さ寸法（溝深さ寸法）ｄ１および幅（トレンチ幅）寸法ｗ１をもってエピタキシャル層２０の一の面２０ａ側を周回するように設けられた溝形状となっている。トレンチ６１の埋没した内面６１ａには、絶縁層４０が設けられている。すなわち、トレンチ６１は、エピタキシャル層２０に対して絶縁されている。トレンチ６１の内面６１ａに囲まれた空間には、絶縁層４０を介して導電物質６１ｂが上端部まで充填されている。トレンチ６１の上端部の開口６１ｃは、導電物質６１ｂにより閉塞されている。導電物質６１ｂは、例えば、ポリシリコン、不純物ドープシリコン、メタル（金属）等の各種の導電物質とすることができる。

トレンチ６１に設けられる絶縁層４０は、絶縁体４１となっている。絶縁体４１は、酸化物を含み、酸化物は、シリコン酸化物（例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２））を含むことができる。

周辺部７０には、トレンチ７１が設けられている。トレンチ７１は、エピタキシャル層２０の一の面２０ａ側の所定の箇所を埋没させるように設けられている。トレンチ７１は、正面から見た断面形状が矩形状（横長の長方形）で所定の深さ寸法（溝深さ寸法）ｄ２および幅（トレンチ幅）寸法ｗ２をもってエピタキシャル層２０の一の面２０ａ側を周回するように設けられた溝形状となっている。周辺部７０のトレンチ７１の幅寸法ｗ２は、活性部６０のトレンチ６１の幅寸法ｗ１よりも大きい寸法となっている。周辺部７０にトレンチ７１を設けることで製造コストの低減を図りながら耐圧を確保することができる。

トレンチ７１の埋没した内面７１ａおよび周辺部７０の終端部７０ａ側には、絶縁層５０が設けられている（周辺部７０の終端部７０ａとは、トレンチ７１の外側の領域である）。すなわち、周辺部７０より詳しくはトレンチ７１および周辺部７０の終端部７０ａ側は、エピタキシャル層２０に対して絶縁されている。

周辺部７０に設けられる絶縁層５０は、比誘電率が異なる第１絶縁体５１と第２絶縁体５２とを積層して構成されている。第１絶縁体５１は、更に下部側絶縁体５１Ａと上部側絶縁体５１Ｂを含んでいる。下部側絶縁体５１Ａは、トレンチ７１の内面７１ａにおいてエピタキシャル層２０の一の面２０ａ側に直接設けられている。上部側絶縁体５１Ｂは、トレンチ７１の内面７１ａにおいて下部側絶縁体５１Ａの上面に積層して設けられている。上部側絶縁体５１Ｂは、トレンチ７１の外側の端部７１ａ２から末端７０ａ´まではエピタキシャル層２０の一の面２０ａ側に直接設けられている。

下部側絶縁体５１Ａおよび上部側絶縁体５１Ｂは、酸化物を含み、酸化物は、シリコン酸化物（例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２））を含むことができる。シリコン酸化物、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の比誘電率は、３～４である。トレンチ７１の両端部７１ａ１，７１ａ２側において下部側絶縁体５１Ａと上部側絶縁体５１Ｂの間には導電物質７１ｂが介在している。正確には、トレンチ７１の活性部６０側の端部７１ａ２側においては、上部側絶縁体５１Ｂおよび第２絶縁体５２は、端部７１ａ２（周辺部７０と活性部６０の境界Ｌ）に達することなく、導電物質７１ｂが上部側絶縁体５１Ｂおよび第２絶縁体５２に対し露出し、導電物質７１ｂの露出した部分７１ｂ´は、フィールドプレート電極８２、ショットキー電極８１と接している。導電物質７１ｂは、例えば、ポリシリコン、不純物ドープシリコン、メタル（金属）等の各種の導電物質とすることができる。

第２絶縁体５２は、第１絶縁体５１より詳しくは上部側絶縁体５１Ｂの上面に積層して設けられている。第２絶縁体５２は、第１絶縁体５１の上面の全体を覆うように設けられている。第２絶縁体５２は、第１絶縁体５１よりも比誘電率が大きく設定されている。
第２絶縁体５２の比誘電率は、５～２００より好ましくは５～３０更に好ましくは５～１０とすることができる。第２絶縁体５２は、シリコン系化合物または酸化物を含むことが好ましく、シリコン系化合物は、シリコン窒化物（例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４））を含むことが好ましい。酸化物は、ハフニウム酸化物（例えば、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２））、チタン酸化物（例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ_２））、およびアルミニウム酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３）のうち少なくともいずれかを含むことが好ましい。第１絶縁体５１にシリコン酸化物（例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２））等の酸化膜を用いることにより、局所的に電界集中が生じることがあるが、第２絶縁体５２を積層することにより電界集中を緩和することができる。

第２絶縁体５２の比誘電率は、ＳｉＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４は７～８程度、ＴｉＯ_２は８０～１９０程度、Ａｌ_２Ｏ_３は７～１０程度、ＨｆＯ_２は１０～２０程度であり、比誘電率が５～３０の範囲にあるＳｉＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２は特に密着性の向上に寄与する。更に、比誘電率が５～１０程度のＳｉＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４は、窒化膜中の分子間の隙間が、ＳｉＯ_２酸化膜より狭いため、水分の侵入を抑制する効果が大きく、更にパッケージ材料樹脂との密着性の向上に寄与する。特に窒化膜はフィールドプレート電極８２との密着性が酸化膜より優れ、酸化膜上にフィールドプレート電極８２を成膜するよりも窒化膜を挟むことで、フィールドプレート電極８２の剥離を防止することができる。

活性部６０には、ダイオード８０が設けられている。ダイオード８０は、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ：Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）８０とすることができる。ショットキーバリアダイオード８０は、ショットキー電極８１とフィールドプレート電極８２を有している。ショットキー電極８１は、活性部６０に設けられている。ショットキー電極８１は、主電流が流れてショットキーバリアダイオード８０の主たる機能を果たす電極部分である。

ショットキー電極８１は、第１電極部分８１Ａと第２電極部分８１Ｂを有している。第１電極部分８１Ａと第２電極部分８１Ｂは、相互に連続している。

第１電極部分８１Ａは、トレンチ６１の開口６１ｃを塞ぐように設けられている電極部分である。第１電極部分８１Ａは、トレンチ６１に充填された導電物質６１ｂと絶縁層４０を介することなく直接接合している。

第２電極部分８１Ｂは、エピタキシャル層２０の一の面２０ａと直接接合している電極部分である。すなわち、エピタキシャル層２０の一の面２０ａにおけるトレンチ６１の開口６１ｃの周辺には、絶縁層４０が設けられておらず、第２電極部分８１Ｂは、絶縁層４０を介さずにエピタキシャル層２０に直接設けられる部分となっている。

フィールドプレート電極８２は、活性部６０の外側に延びるように設けられている。つまり、フィールドプレート電極８２は、活性部６０の外側において周辺部７０のトレンチ７１の中間部まで達するように設けられている。フィールドプレート電極８２は、設計耐圧によって長短する構成となっている。フィールドプレート電極８２は、トレンチ７１の内面７１ａにおいて第２絶縁体５２の上面を覆うように設けられている。フィールドプレート電極８２は、電界強度を緩和する機能を果たす電極部分である。ショットキー電極８１とフィールドプレート電極８２は、段差状に連続するように設けられている。

以上説明したように、本発明の第１実施形態の半導体装置１によれば、活性部６０の外側の領域である周辺部７０には、トレンチ７１が設けられ、周辺部７０に設けられる絶縁層５０は、比誘電率が異なる第１絶縁体５１と第２絶縁体５２とを積層して構成されていることにより、例えば比誘電率が相対的に低い第１絶縁体５１において電界集中が生じる場合にあっても、比誘電率が相対的に高い第２絶縁体５２により電界集中を緩和することができる。これにより、トレンチ７１の効果と相俟って高耐圧を確保することができる。

また、第１絶縁体５１と第２絶縁体５２とを積層して設けることにより、パッケージ材料樹脂と絶縁層５０との密着性を向上させることができ、パッケージ材料樹脂と絶縁層との間に外部からの水分が侵入することも防止することができる。

また、第２絶縁体５２の比誘電率は、５～２００より好ましくは５～３０更に好ましくは５～１０とすることにより、電界集中を一層緩和することができる。

更にまた、第１絶縁体５１は、酸化物を含むことにより、絶縁効果を向上させることができる。

また更に、第２絶縁体５２は、シリコン系化合物または酸化物を含むことにより、成分が第１絶縁体５１と共通し、パッケージ材料樹脂と絶縁層５０との密着性を更に向上させることができる。
また、第２絶縁体５２は、第１絶縁体５１の上面の全体を覆うように設けられていることにより、水分の侵入を更に抑えることができる。
更に、トレンチ７１の活性部６０側の端部７１ａ２側においては、上部側絶縁体５１Ｂおよび第２絶縁体５２は、端部７１ａ２に達することなく、導電物質７１ｂが上部側絶縁体５１Ｂおよび第２絶縁体５２に対し露出し、導電物質７１ｂの露出した部分７１ｂ´は、フィールドプレート電極８２、ショットキー電極８１と接していることにより同電位となり、周辺の電界強度を緩和することができる。なお、上部側絶縁体５１Ｂおよび第２絶縁体５２が導電物質７１ｂに達していない場合は、フィールドプレート電極８２下の第１絶縁体５１および第２絶縁体５２で覆われている部分と、覆われていない部分で電界強度分布が異なってしまい、耐圧不安定、耐圧低下につながる。

[第２実施形態]
本発明の第２実施形態に係る半導体装置２と図４を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明および図４において上述した実施形態と同一の符号が付された構成および説明のない構成であって同等の構成については上述した実施形態と同様の構成であるとしてその説明を省略することがあるものとする。また、以下の説明においては、半導体装置２の基板１０から見てエピタキシャル層２０側を上方、カソード電極等３０側を下方、半導体装置２の中央部６５側を内側、終端部７０ａ側（末端７０ａ´側）を外側とし、他の方向も含め各方向を図において明示するものとする。

本発明の第２実施形態に係る半導体装置２は、絶縁層５０に、更に保護膜５３を含む構成となっている。保護膜５３は、第１絶縁体５１および第２絶縁体５２に積層して設けられている。より詳しくは、保護膜５３は、周辺部７０の終端部７０ａからトレンチ７１の中間部までは第２絶縁体５２の上面に積層され、トレンチ７１の中間部から活性部６０の外側の端部側に至るまではフィールドプレート電極８２の上面を覆うように設けられている。保護膜５３は、ポリイミドまたはポリイミド系化合物を含むことができる。

このように、絶縁層５０は、更に保護膜５３を含み、保護膜５３は、第１絶縁体５１および第２絶縁体５２に積層して設けられることにより、パッケージ材料樹脂と絶縁層５０との密着性を更に向上させることができる。

また、保護膜５３は、ポリイミドまたはポリイミド系化合物を含むことにより、パッケージ材料樹脂と絶縁層５０との密着性を更に向上させることができる。

なお、図５に示すように、保護膜５３は、フィールドプレート電極８２の上面に達することなく、周辺部７０の終端部７０ａからトレンチ７１の中間部まで第２絶縁体５２の上面にのみ積層する構成とすることとしても所要の効果を奏することができる。

また、図６および図７に示すように、保護膜５３は、周辺部７０の終端部７０ａの外側の末端７０ａ´に達することなく設けることとしても所要の効果を奏することができる。

[第３実施形態]
本発明の第３実施形態に係る半導体装置３を図８乃至図１０を参照して詳細に説明する。図８は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図、図９は、同半導体装置の構成を示す図８のＡＡ正面断面図、図１０は、同半導体装置の終端部のトレンチの構造を示す拡大正面断面図である。なお、以下の説明および図８乃至図１０において上述した実施形態と同一の符号が付された構成および説明のない構成であって同等の構成については上述した実施形態と同様の構成であるとしてその説明を省略することがあるものとする。また、以下の説明においては、半導体装置３の基板１０から見てエピタキシャル層２０側を上方、カソード電極等３０側を下方、半導体装置３の中央部６５側を内側、終端部７０ａ側（末端７０ａ´側）を外側とし、他の方向も含め各方向を図において明示するものとする。

本発明の第３実施形態に係る半導体装置３は、周辺部７０の終端部７０ａ側に、チャネル電流抑制部９０を設けた構成となっている。チャネル電流抑制部９０は、周辺部７０のトレンチ７１の外側においてトレンチ７１を囲むように設けられている。すなわち、チャンネル電流抑制部９０には、トレンチ９１が更に設けられ、トレンチ９１は、活性部６０から終端部７０ａ側に流れるチャネル電流を抑制することができる。チャネル電流抑制部９０には、更にチャネル電流を抑制する電極１００が設けられている。

トレンチ９１は、トレンチ７１の外側に設けられている。トレンチ９１は、エピタキシャル層２０の一の面２０ａ側の所定の箇所を埋没させるように設けられている。トレンチ９１は、正面から見た断面形状がＵ字状で所定の深さ寸法（溝深さ寸法）ｄ３および幅（トレンチ幅）寸法ｗ３をもってエピタキシャル層２０の一の面２０ａ側を周回するように設けられた溝形状となっている。

トレンチ９１の深さ寸法ｄ３は、活性部６０に設けられたトレンチ６１の深さ寸法ｄ１と同等の寸法乃至大きい寸法に設定されている。また、トレンチ９１の幅（トレンチ幅）寸法ｗ３は、活性部６０に設けられたトレンチ６１の幅（トレンチ幅）寸法ｗ３と同等の寸法乃至大きい寸法に設定されている。

トレンチ９１の埋没した内面９１ａには、絶縁層５０´が設けられている。すなわち、トレンチ９１は、エピタキシャル層２０に対して絶縁されている。トレンチ９１の内面９１ａに囲まれた空間には、絶縁層５０´を介して導電物質９１ｂが上端部まで充填されている。トレンチ９１の上端部の開口９１ｃは、導電物質９１ｂにより閉塞されている。導電物質９１ｂは、例えば、ポリシリコン、不純物ドープシリコン、メタル（金属）等の各種の導電物質とすることができる。

トレンチ９１に設けられる絶縁層５０´は、第１絶縁体５１´のみで構成されている。第１絶縁体５１´は、酸化物を含み、酸化物は、シリコン酸化物（例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２））を含むことができる。

すなわち、半導体装置３は、終端部７０ａのうちトレンチ７１の外側の端部７１ａ２からトレンチ９１の内側の端部９１ａ１までは絶縁層５０がトレンチ７１から連続しており、第１絶縁体５１と第２絶縁体５２のいずれも積層されている。一方、トレンチ９１に設けられる絶縁層５０´は、第１絶縁体５１´のみで構成されており、第２絶縁体５２は積層されていない構成となっている。なお、トレンチ９１の外側の端部９１ａ２から終端部７０ａの末端７０ａ´には、絶縁層が設けられていない構成となっている。

チャネル電流を抑制する電極１００は、ＥＱＲ（ＥＱｕｉ－ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｒｉｎｇ：等電位ポテンシャルリング）電極１００となっている。

ＥＱＲ電極１００は、エピタキシャル層２０の一の面２０ａ側をリング状に周回するように設けられている。ＥＱＲ電極１００は、所定のＥＱＲ領域を同電位にすることができる。ＥＱＲ電極１００のリング状の内側領域に、活性部６０およびトレンチ７１が設けられている。

ＥＱＲ電極１００は、導電物質で形成することができる。ＥＱＲ電極１００は、第１電極部分１００ａ、第２電極部分１００ｂ、および第３電極部分１００ｃを有している。第１電極部分１００ａ、第２電極部分１００ｂ、および第３電極部分１００ｃは、段差状に連続するように設けられている。

第１電極部分１００ａは、トレンチ９１の開口９１ｃを塞ぐように設けられている。第１電極部分１００ａは、トレンチ９１に充填された導電物質９１ｂと絶縁層を介することなく直接接合している。

第２電極部分１００ｂは、第１電極部分１００ａから外側に短尺状に延在する電極部分である。

第２電極部分１００ｂは、エピタキシャル層２０の一の面２０ａと直接接合している。すなわち、上記したように、エピタキシャル層２０の一の面２０ａにおけるトレンチ９１の外側の端部９１ｂから終端部７０ａの末端７０ａ´には、絶縁層が設けられておらず、第２電極部分１００ｂは、絶縁層を介さずにエピタキシャル層２０に直接設けられる部分となっている。ＥＱＲ電極１００は、エピタキシャル層２０に直接設けられる第２電極部分１００ｂを介してエピタキシャル層２０と電気的に接続している。

第３電極部分１００ｃは、第１電極部分１００ａから中央部６５側（内側）に向かって延在するように延びている。第３電極部分１００ｃは、絶縁層５０を介してエピタキシャル層２０に設けられている。

以上のように構成された半導体装置３においては、活性部６０のダイオード８０より詳しくはショットキーバリアダイオード８０に主電流を流して機能させたときには、ショットキーバリアダイオード８０から終端部７０ａ側（外側）に向かってパッシベーション等の電荷によるチャネルが形成されチャネル電流が流れるが、チャネル電流抑制部９０にトレンチ９１を設けることで、活性部６０から終端部７０ａ側（外側）に向かうチャネル電流の流れをチャネル電流抑制部９０のトレンチ９１により中断させることができ、終端部７０ａ側（外側）に流れるチャネル電流を抑制することができる。また、トレンチ９１は、同様に活性部６０においても設けられており、活性部６０のトレンチ６１とチャネル電流抑制部９０のトレンチ９１を同時に設けることができる等、製造プロセスを増やすことなくチャネル電流を抑制し、チャネル電流抑制構造を精度よく形成することができる。

また、チャネル電流抑制部９０は、更にチャネル電流を抑制する電極１００を設けることにより、トレンチ９１の効果と相俟って終端部７０ａ側（外側）に流れるチャネル電流を更に抑制することができる。

すなわち、チャネル電流を抑制する電極１００は、ＥＱＲ電極１００とすることにより、カソード電極等３０とチャネル電流抑制部９０を等電位に保持することができ、終端部７０ａ側（外側）に流れるチャネル電流を抑制することができる。

更に、ＥＱＲ電極１００は、絶縁層を介さずにエピタキシャル層２０に直接設けられる第２電極部分１００ｂを有することにより、ＥＱＲ電極１００とエピタキシャル層２０を電気的に接続することができる。これにより、エピタキシャル層２０の下面側となる他の面２０ｂ側とＥＱＲ電極１００を等電位とすることができ、活性部６０から終端部７０ａ側（外側）に流れるチャネル電流を抑制することができる。

更にまた、チャネル電流抑制部９０に設けられたトレンチ９１の深さ寸法ｄ３を、活性部６０に設けられたトレンチ６１の深さ寸法ｄ１と同等の寸法乃至大きい寸法に設定することによりおよびチャネル電流抑制部９０に設けられたトレンチ９１の幅寸法ｗ３を、活性部６０に設けられたトレンチ６１の幅寸法ｗ１と同等の寸法乃至大きい寸法に設定することにより、チャネル電流の流れをチャネル電流抑制部９０に設けられたトレンチ９１により更に中断させることができる。

また更に、活性部６０に設けられる素子をダイオード８０とすることにより、上記のチャネル電流により生じるダイオード８０の逆電流が齎す性能低下を抑制することができる。

ダイオード８０は、ショットキーバリアダイオード８０とすることにより、逆電流が大きいショットキーバリアダイオード８０においては、逆電流がもたらす性能低下の抑制効果が更に大きくなる。

[第４実施形態]
本発明の第４実施形態に係る半導体装置４と図１１を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明および図１１において上述した実施形態と同一の符号が付された構成および説明のない構成であって同等の構成については上述した実施形態と同様の構成であるとしてその説明を省略することがあるものとする。また、以下の説明においては、半導体装置４の基板１０から見てエピタキシャル層２０側を上方、カソード電極等３０側を下方、半導体装置４の中央部６５側を内側、終端部７０ａ側（末端７０ａ´側）を外側とし、他の方向も含め各方向を図において明示するものとする。

本発明の第４実施形態に係る半導体装置４は、絶縁層５０に、更に保護膜５３を含む構成となっている。保護膜５３は、第１絶縁体５１および第２絶縁体５２に積層して設けられている。より詳しくは、保護膜５３は、トレンチ９１の内側の端部９１ａからトレンチ７１の中間部までは第２絶縁体５２の上面側に積層され（ＥＱＲ電極１００が設置される領域ではＥＱＲ電極１００の上面側を覆うように積層される）、トレンチ７１の中間部から活性部６０の外側の端部側まではフィールドプレート電極８２の上面を覆うように設けられている。保護膜５３は、ポリイミドまたはポリイミド系化合物を含むことができる。

本第４実施形態においては、絶縁層５０は、更に保護膜５３を含み、保護膜５３は、第１絶縁体５１および第２絶縁体５２に積層して設けられることにより、パッケージ材料樹脂と絶縁層５０との密着性を更に向上させることができる。

すなわち、保護膜５３は、ポリイミドまたはポリイミド系化合物を含むことにより、パッケージ材料樹脂と絶縁層５０との密着性を更に向上させることができる。

なお、図１２に示すように、保護膜５３は、フィールドプレート電極８２の上面に達することなく、トレンチ９１の内側の端部９１ａ１からトレンチ７１の中間部まで第２絶縁体５２の上面にのみ積層する構成としても所要の効果を奏することができる。

[第５実施形態]
次に、本発明の第５実施形態に係る半導体装置５を図１３乃至図１６を参照して詳細に説明する。図１３は、同半導体装置の構成を示す正面断面図、図１４は、同半導体装置の別の構成を示す正面断面図、図１５は、同半導体装置の更に別の構成を示す正面断面図、図１６は、同半導体装置のまた更に別の構成を示す正面断面図である。なお、以下の説明および図１３乃至図１６において上述した実施形態と同一の符号が付された構成および説明のない構成であって同等の構成については上述した実施形態と同様の構成であるとしてその説明を省略することがあるものとする。また、以下の説明においては、半導体装置５の基板１０から見てエピタキシャル層２０側を上方、カソード電極等３０側を下方、半導体装置５の中央部６５側を内側、終端部７０ａ側（末端７０ａ´側）を外側とし、他の方向も含め各方向を図において明示するものとする。

本発明の第５実施形態に係る半導体装置５は、チャネル電流抑制部９０のトレンチ９２を段差状に形成した構成を示している。

すなわち、半導体装置５は、図１３および図１４に示すように、チャネル電流抑制部９０に設けられたトレンチ９２を、エピタキシャル層２０の一の面２０ａ側における終端部７０ａ側を段差状に欠損させるように設け、段差状のトレンチ９２は、外側の末端７０ａ´側の側方を開放するように構成されている。トレンチ９２は、エピタキシャル層２０の一の面２０ａ側を周回するように設けられている。段差状のトレンチ９２の内面９２ａには、トレンチ７１から連続する絶縁層５０が段差形状に沿って屈曲するように設けられており、トレンチ９２は、エピタキシャル層２０に対して所定に絶縁されている。絶縁層５０は、第１絶縁体５１、第２絶縁体５２、保護膜５３を含んでいる。

半導体装置５のチャネル電流抑制部９０には、上述した第３実施形態および第４実施形態と同様にチャネル電流を抑制する電極１１０つまりＥＱＲ（ＥＱｕｉ－ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｒｉｎｇ：等電位ポテンシャルリング）電極１１０が設けられている。ＥＱＲ電極１１０は、エピタキシャル層２０の一の面２０ａ側を周回するように設けられている。ＥＱＲ電極１１０は、導電物質で形成することができる。ＥＱＲ電極１１０は、絶縁層５０における第２絶縁体５２の上面を覆うように設けられている。ＥＱＲ電極１１０は、トレンチ９２の段差形状に沿って屈曲するように設けられている。

ＥＱＲ電極１１０は、第１電極部分１１０ａ、第２電極部分１１０ｂ、および第３電極部分１１０ｃを有している。第１電極部分１１０ａ、第２電極部分１１０ｂ、および第３電極部分１１０ｃは、連続するように設けられている。

第１電極部分１１０ａは、段差状のトレンチ９２の底部９２´から上端部９２´´にかけて上下方向に延びるように設けられている。第１電極部分１１０ａは、絶縁層５０における第１絶縁体５１および第２絶縁体５２を介してエピタキシャル層２０に設けられている。

第２電極部分１１０ｂは、段差状のトレンチ９２の底部９２´に沿って設けられている。第２電極部分１１０ｂは、第１電極部分１１０ａの下端から末端７０ａ´側（外側）に短尺状に延在する電極部分である。

第２電極部分１１０ｂは、エピタキシャル層２０の一の面２０ａと直接接合している。すなわち、段差状のトレンチ９２の底部９２´の末端７０ａ´側（外側）には、第１絶縁体５１および第２絶縁体５２が設けられておらず、第２電極部分１１０ｂは、第１絶縁体５１および第２絶縁体５２を介さずにエピタキシャル層２０に直接設けられる部分となっている。ＥＱＲ電極１１０は、エピタキシャル層２０に直接設けられる第２電極部分１１０ｂを介してエピタキシャル層２０と電気的に接続している。

第３電極部分１１０ｃは、第１電極部分１１０ａの上端からエピタキシャル層２０の一の面２０ａに沿って中央部６５側（内側）に延在するように延びている。第３電極部分１１０ｃは、第１絶縁体５１および第２絶縁体５２を介してエピタキシャル層２０に設けられている。

以上のように構成された第５実施形態の半導体装置５においては、チャネル電流抑制部９０に設けられたトレンチ９２は、エピタキシャル層２０の一の面２０ａ側における終端部７０ａ側を段差状に欠損させるように設けられ、段差状のトレンチ９２は、外側の末端７０ａ´側の側方を開放するように構成されることにより、抵抗が大きくなり終端部７０ａに流れるチャネル電流を更に抑制することができる。

ここで、段差状のトレンチ９２は、図１５および図１６に示すように、底部９２´に更に第３実施形態および第４実施形態と同様にトレンチ９１を設けることとしてもよい。ＥＱＲ電極１１０の第２電極部分１１０ｂは、トレンチ９１の開口９１ｃを塞ぐように設けられており、トレンチ９１に充填された導電物質９１ｂと第１絶縁体５１および第２絶縁体５２を介することなく直接接合する構成となっている（トレンチ９１の内面９１ａには第１絶縁体５１´のみからなる絶縁層５０´が設けられている）。

このように段差状のトレンチ９２の底部９２´に更にトレンチ９１を設けることにより、段差状の形状と底部９２´のトレンチ９１が相俟って終端部７０ａに流れるチャネル電流を更に抑制することができる。

なお、図示しないが、トレンチ９２を段差状に設ける場合には、導電物質７１ｂを介してＥＱＲ電極１１０を絶縁層５０の上面に設けることとしてもよい。

[その他変形例、応用例]
本発明は上述した実施形態に限定されることなく特許請求の範囲において種々の変形実施、応用実施が可能であることは勿論である。

例えば、上述した実施形態にあっては、ＥＱＲ電極１１０は、絶縁層５０における第１絶縁体５１および第２絶縁体５２、絶縁層５０´を介さずにエピタキシャル層２０に直接設けられる第２電極部分１１０ｂを有することとしているが、第２電極部分１１０ｂとエピタキシャル層２０との間にも絶縁層５０における第１絶縁体５１および第２絶縁体５２、絶縁層５０´を介在させて第２電極部分１１０ｂをエピタキシャル層２０に対し絶縁することとしてもチャネル電流の抑制に対し所要の効果を奏することができる。

ただし、ＥＱＲ電極１１０は、絶縁層５０における第１絶縁体５１および第２絶縁体５２、絶縁層５０´を介さずにエピタキシャル層２０に直接設けられる第２電極部分１１０ｂを有することとした方が、ＥＱＲ電極１１０とエピタキシャル層２０を電気的に接続することができ、チャネル電流の抑制効果を向上させることができるのでより好ましい実施形態となる。なお、上述した実施形態において、絶縁層５０における第１絶縁体５１および第２絶縁体５２、絶縁層５０´をトレンチ９１の開口９１ｃの外側の端部７１ａ１から末端７０ａ´に短尺に延在させて第２電極部分１１０ｂとエピタキシャル層２０との間に絶縁層５０における第１絶縁体５１および第２絶縁体５２、絶縁層５０´を一部介在させることとしてもチャネル電流の抑制に対し所要の効果を奏することができる。

更に、上述した実施形態にあっては、ＥＱＲ電極１１０の第１電極部分１１０ａは、トレンチ９１に充填された導電物質９１ｂと絶縁層５０における第１絶縁体５１および第２絶縁体５２、絶縁層５０´を介することなく直接接合することとしているが、絶縁層５０における第１絶縁体５１および第２絶縁体５２、絶縁層５０´を介在させてＥＱＲ電極１１０の第２電極部分１１０ｂを導電物質９１ｂに対し絶縁することとしてもチャネル電流の抑制に対し所要の効果を奏することができる。

ただし、ＥＱＲ電極１１０の第２電極部分１１０ｂは、トレンチ９１に充填された導電物質９１ｂと絶縁層５０における第１絶縁体５１および第２絶縁体５２、絶縁層５０´を介することなく直接接合することとした方が、チャネル電流をトレンチ９１に確実に導くことができるのでより好ましい実施形態となる。

更にまた、図１７に示すように、チャネル電流抑制部９０に設けられるトレンチ９１は、チャネル電流が流れる方向に沿って複数設けることとしてもよい。この場合にあっては、トレンチ９１のメサ幅（隣接するトレンチ９１間の間隔）ｗ３´を、トレンチ幅ｗ３よりも大きい幅寸法に設定することとすると更に好ましい実施形態となる。すなわち、トレンチ９１のメサ幅ｗ３´を、トレンチ幅ｗ３よりも大きい幅寸法に設定することにより、チャネル電流の流れをチャネル電流抑制部９０のトレンチ９１により確実に中断させることができる。数１に示されるトレンチ９１のトレンチ幅ｗ３に対するメサ幅ｗ３´の比Ａは例えば１．０～３．０とすることができる。なお、メサ幅ｗ３´は、トレンチ幅ｗ３よりも小さい幅寸法としても所要の効果を奏する。
[数１]
Ａ＝ｗ３´／ｗ３

また、上述した実施形態にあっては、トレンチ９１は正面から見た断面形状をＵ字状とすることとしているが、三角形状および他の形状とする等、活性部６０のトレンチ６１と異なる断面形状としてもチャネル電流の抑制に対し所要の効果を奏することができるのでより好ましい実施形態となる。

なお、チャネル電流抑制部９０をトレンチ９１のみとしてＥＱＲ電極１１０を省略することとしてもチャネル電流の抑制に対し所要の効果を奏することができる。ただし、チャネル電流抑制部９０にＥＱＲ電極１１０を設けた方がトレンチ９１の効果と相俟って終端部７０ａに流れるチャネル電流を更に抑制することができる。

更に、上述した実施形態にあっては、活性部６０に設けられる素子をダイオード８０より詳しくはショットキーバリアダイオード８０とすることとしているが、スイッチングダイオードやファストリカバリダイオード等の他のダイオードとし、またはダイオード以外の他の電子素子としてもチャネル電流の抑制に対し所要の効果を奏することができる。

ただし、ショットキーバリアダイオード８０は、逆電流が齎す性能低下が大きく本発明を実施する意義が特に大きい。

更にまた、上述した実施形態にあっては、第１絶縁体５１をシリコン酸化物（例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２））、第２絶縁体５２をシリコン窒化物（例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４））、ハフニウム化合物（例えば、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２））、チタン酸化物（例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ_２））、およびアルミニウム酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３）のうち少なくともいずれかを含むこととし、保護膜５３をポリイミドまたはポリイミド系化合物とすることとしているが、絶縁性、誘電性を有する他の物質により構成することとしても所要の効果を奏することができる。

また更に、上述した実施形態にあっては、トレンチ６１は、エピタキシャル層２０の一の面２０ａ側を周回するように設けられた溝形状とすることとしているが、図１８に示すように、横方向の一方向に直線上に配置されることとし、または、図１９に示すように、縦方向の一方向に直線上に配置されることとする等、周回した構成に限定されない。

更にまた、上述した実施形態にあっては、絶縁層５０の上面側は、パッケージ材料樹脂により封止されることとしているが、ウエハーの状態またはチップの状態で販売する場合のように、パッケージ樹脂材料により封止せずに絶縁層５０が露出する構成もあり得る。

Ａ：比
Ｌ：境界
ｄ１，ｄ２，ｄ３：深さ寸法
ｗ１，ｗ２，ｗ３：幅寸法
ｗ３´：メサ幅
１，２，３，４，５：半導体装置
１０：基板
１０ａ：一の面
１０ｂ：他の面
２０：エピタキシャル層
２０ａ：一の面
３０：カソード電極等
４０：絶縁層
４１：絶縁体
５０：絶縁層
５０´：絶縁層
５１：第１絶縁体
５１Ａ：下部側絶縁体
５１Ｂ：上部側絶縁体
５１´：絶縁体
５２：第２絶縁体
５３：保護膜
６０：活性部
６１：トレンチ
６１ａ：内面
６１ｂ：導電物質
６１ｃ：開口
６５：中央部
７０：周辺部
７０ａ：終端部
７０ａ´：末端
７１：トレンチ
７１ａ：内面
７１ａ１，７１ａ２：端部
７１ｂ：導電物質
７１ｂ´：露出した部分
８０：ダイオード（ショットキーバリアダイオード）
８１：ショットキー電極
８１Ａ：第１電極部分
８１Ｂ：第２電極部分
８２：フィールドプレート電極
９０：チャネル電流抑制部
９１：トレンチ
９１ａ：内面
９１ａ１：内側の端部
９１ａ２：外側の端部
９１ｂ：導電物質
９１ｃ：開口
９２：トレンチ
９２´：底部
９２´´：上端部
１００：電極（ＥＱＲ電極）
１００ａ：第１電極部分
１００ｂ：第２電極部分
１００ｃ：第３電極部分
１１０：電極（ＥＱＲ電極）
１１０ａ：第１電極部分
１１０ｂ：第２電極部分
１１０ｃ：第３電極部分

Claims (17)

1. 基板と、前記基板に形成されるエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層の一の面側に設けられる絶縁層と、を有する半導体装置であって、
   前記エピタキシャル層の一の面側には、前記絶縁層を介して、活性部が設けられるとともに、前記活性部の外側の領域に設定されている周辺部には、トレンチが設けられ、
   前記周辺部に設けられる絶縁層は、比誘電率が異なる第１絶縁体と第２絶縁体とを積層して構成され、
   前記第１絶縁体は、シリコン酸化物を含み、
   前記第２絶縁体は、チタン酸化物を含むことを特徴とする半導体装置。
2. 基板と、前記基板に形成されるエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層の一の面側に設けられる絶縁層と、を有する半導体装置であって、
   前記エピタキシャル層の一の面側には、前記絶縁層を介して、活性部が設けられるとともに、前記活性部の外側の領域に設定されている周辺部には、トレンチが設けられ、
   前記周辺部に設けられる絶縁層は、比誘電率が異なる第１絶縁体と第２絶縁体とを積層して構成され、
   前記周辺部の終端部側には、チャネル電流抑制部が設けられ、前記チャネル電流抑制部には、トレンチが更に設けられ、前記トレンチは、前記活性部から前記終端部側に流れるチャネル電流を抑制することを特徴とする半導体装置。
3. 前記第２絶縁体の比誘電率は、５～２００とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記第２絶縁体の比誘電率は、５～３０とすることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
5. 前記第２絶縁体の比誘電率は、５～１０とすることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
6. 前記絶縁層は、更に保護膜を含み、前記保護膜は、前記第１絶縁体および前記第２絶縁体に積層して設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
7. 前記第１絶縁体は、酸化物を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
8. 前記酸化物は、シリコン酸化物を含むことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
9. 前記第２絶縁体は、シリコン系化合物または酸化物を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
10. 前記シリコン系化合物は、シリコン窒化物を含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
11. 前記酸化物は、ハフニウム酸化物、チタン酸化物、およびアルミニウム酸化物のうち少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
12. 前記保護膜は、ポリイミドまたはポリイミド系化合物を含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
13. 前記周辺部の終端部側には、チャネル電流抑制部が設けられ、前記チャネル電流抑制部には、トレンチが更に設けられ、前記トレンチは、前記活性部から前記終端部側に流れるチャネル電流を抑制することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
14. 前記チャネル電流抑制部は、更に前記チャネル電流を抑制する電極を設けることを特徴とする請求項２または請求項１３に記載の半導体装置。
15. 前記チャネル電流を抑制する電極は、ＥＱＲ電極とすることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
16. 前記チャネル電流抑制部に設けられたトレンチは、前記エピタキシャル層の一の面側における終端部側を段差状に欠損させるように設けられ、前記段差状のトレンチは、外側の側方を開放するように構成されることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
17. 前記段差状のトレンチは、底部に更にトレンチを設けることを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置。