JPWO2010067430A1 - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

本明細書では、より耐圧が高い半導体装置を開示する。本明細書に開示する半導体装置は、半導体素子領域、周辺耐圧領域、外周電極、絶縁膜、及び、中間電極を有している。半導体素子領域には、半導体素子が形成されている。周辺耐圧領域は、半導体素子領域の周囲に形成されており、単一の導電性領域によって構成されている。半導体素子領域と周辺耐圧領域は、半導体基板の一方の表面に露出している。外周電極は、周辺耐圧領域の表面に半導体基板の外周部に沿って形成されている。外周電極は、周辺耐圧領域と導通している。絶縁膜は、外周電極と半導体素子領域の間の周辺耐圧領域の表面に形成されている。中間電極は、絶縁膜上に形成されている。中間電極の下部の絶縁膜の厚さが、半導体素子領域側よりも外周電極側で薄い。

Description

本発明は半導体装置に関する。特に、半導体基板の外周部と半導体素子領域の間に耐圧構造が形成されている半導体装置に関する。

日本国特許公開公報２００３−１３３５５５号には、半導体基板の上面の外周部に沿って外周電極が形成されている半導体装置が開示されている。外周電極は、半導体層と導通している。外周電極を形成することで、半導体装置の非導通時に、半導体素子領域（半導体素子が形成されている領域）から伸びる空乏層が外周電極の下部の半導体層で終端され、空乏層が半導体基板の外周部に到達することが防止される。これによって、半導体基板の外周部に電界が印加されることが防止される。一方、外周電極を形成すると、外周電極の下部の半導体層中で空乏層が終端されるため、その半導体層に電界が集中する。すなわち、外周電極の下部の半導体層中で電界集中による絶縁破壊が生じやすい。外周電極だけでは、半導体装置の耐圧を十分に向上させることはできない。

上述した問題を解決する技術として、半導体素子領域と外周電極の間の半導体基板の表面に、１または複数の中間電極が形成された半導体装置が知られている（例えば、日本国特許公開公報２００５−２０９９８３号）。中間電極は、半導体素子領域及び外周電極から絶縁されている。また、中間電極は絶縁膜上に設けられており、半導体層から絶縁されている。すなわち、中間電極はフローティング状態にある。このため、中間電極の電位は半導体素子領域の電位と外周電極の電位の間の電位となる。中間電極を設けると、中間電極の下部の半導体層の電位が中間電極の電位に対応した電位となる。このため、半導体素子領域から伸びる空乏層が中間電極の下部の半導体層で外周部側に伸びることが抑制される。すなわち、中間電極と外周電極の双方によって空乏層の伸びが抑制される。このように、この種の半導体装置では、２箇所で空乏層の伸びが抑制されるので、中間電極が形成されていない半導体装置に比べて電界集中が生じ難い。中間電極を設けることで、半導体装置の耐圧を向上させることができる。

半導体装置の半導体基板の表面は、通常は、絶縁膜に覆われている。このような半導体装置では、使用時等に絶縁膜が帯電する場合がある。絶縁膜が帯電すると、その絶縁膜近傍の半導体層が略同電位となる。したがって、半導体基板の表面に沿って空乏層が伸びやすくなる。上述した中間電極を有する半導体装置の絶縁膜が帯電すると、中間電極より半導体素子領域側の絶縁層の下部の半導体層は半導体素子領域と略同じ電位となり、中間電極の下部の半導体層は中間電極の電位に対応した電位となる。このため、中間電極の半導体素子領域側の縁部近傍の半導体層中に電界が集中し、その半導体層中で絶縁破壊が生じ易くなる。このように、中間電極を設けた従来の半導体装置は、絶縁膜が帯電したときに、十分な耐圧を確保できないという問題があった。本明細書では、より耐圧が高い半導体装置を開示する。

中間電極によって空乏層の伸びが抑制される効果（すなわち、半導体素子領域から外周電極に向かって伸びる等電位線がストップされる効果）は、中間電極の配置や形状によって異なる。例えば、中間電極の下部の絶縁膜（すなわち、中間電極と半導体層の間の絶縁膜）の厚さが薄いと、中間電極の下部の半導体層の電位が中間電極の電位により近い電位となる（電位が略固定される）。したがって、等電位線をストップする効果は高くなる。また、中間電極の幅（半導体素子領域から外周電極に向かう方向における幅）が大きいと、広い範囲で半導体層の電位が中間電極の電位の影響を受けるため、等電位線をストップする効果は高くなる。
一方で、中間電極による等電位線をストップする効果が高いと、中間電極の下部の半導体層に等電位線が密集する（すなわち、高い電界が印加される）。
発明者らは、これらの事実に基づいて、電界集中が生じ難く、かつ、等電位線をストップする効果が高い配置で中間電極が形成された半導体装置を創作した。以下に、半導体装置の構造を開示する。

本明細書が開示する第１の半導体装置は、半導体素子領域、周辺耐圧領域、外周電極、絶縁膜、及び、中間電極を備えている。半導体素子領域には、半導体素子が形成されている。周辺耐圧領域は、半導体素子領域の周囲に形成されており、単一の導電性領域によって構成されている。半導体素子領域と周辺耐圧領域は、半導体基板の一方の表面に露出している。外周電極は、周辺耐圧領域の表面に半導体基板の外周部に沿って形成されている。外周電極は、周辺耐圧領域と導通している。絶縁膜は、外周電極と半導体素子領域の間の周辺耐圧領域の表面に形成されている。中間電極は、絶縁膜上に形成されている。中間電極の下部の絶縁膜の厚さが、半導体素子領域側よりも外周電極側で薄い。

なお、上記の「半導体基板」との用語は、半導体によって形成されている基板を意味する。半導体基板の表面に絶縁膜や電極等が形成されている場合には、絶縁膜、電極等を含まない半導体の部分が半導体基板である。したがって、「半導体基板の表面に露出している」との表現には、半導体素子領域や周辺耐圧領域が半導体基板の表面に現れているとともにその表面が絶縁膜や電極等に覆われている状態も含まれる。

この半導体装置では、半導体素子領域に近い位置では中間電極の下部の絶縁層が厚い。したがって、厚い絶縁層の下部の半導体層では、少量の等電位線がストップされる。このため、厚い絶縁層の下部の半導体層では、高い電界集中は生じない。
また、外周電極に近い位置では中間電極の下部の絶縁層が薄い。したがって、薄い絶縁層の下部の半導体層では、等電位線をストップする効果が高い。しかしながら、半導体素子領域に近い位置にある半導体層（厚い絶縁層の下部の半導体層）で所定量の等電位線がストップされているので、薄い絶縁層の下部の半導体層でストップされる等電位線はそれほど多くならない。このため、薄い絶縁層の下部の半導体層でも高い電界集中は生じない。
このように、この半導体装置では、半導体素子領域側で等電位線をストップする効果が低く、外周電極側で等電位線をストップする効果が高くなるように中間電極が形成されている。したがって、半導体層中で分散して等電位線がストップされ、電界集中が生じ難い。電界集中を抑制しながら、外周電極に向けて等電位線が伸びること（すなわち、空乏層が伸びること）を抑制することができる。

なお、中間電極は、半導体素子領域を囲むように形成されていてもよい。
また、中間電極は、半導体素子領域及び外周電極から絶縁されていてもよい。

本明細書が開示する第２の半導体装置は、半導体素子領域、周辺耐圧領域、外周電極、絶縁膜、及び、複数の中間電極を備えている。半導体素子領域には、半導体素子が形成されている。周辺耐圧領域は、半導体素子領域の周囲に形成されており、単一の導電性領域によって構成されている。半導体素子領域と周辺耐圧領域は、半導体基板の一方の表面に露出している。外周電極は、周辺耐圧領域の表面に半導体基板の外周部に沿って形成されている。外周電極は、周辺耐圧領域と導通している。絶縁膜は、外周電極と半導体素子領域の間の周辺耐圧領域の表面に形成されている。複数の中間電極は、絶縁膜上に形成されている。複数の中間電極は、半導体素子領域から外周電極に向かう方向に沿って間隔を隔てて配置されている。最も半導体素子領域側の第１中間電極の前記方向における幅が、第１中間電極の隣の第２中間電極の前記方向における幅よりも小さい。

この半導体装置では、半導体素子領域に最も近い第１中間電極の幅が、その隣の第２中間電極の幅よりも小さい。したがって、第１中間電極の下部の半導体層では、少量の等電位線がストップされる。このため、第１中間電極近傍の半導体層では、高い電界集中は生じない。
また、第２中間電極は、幅が大きいため、等電位線をストップする効果が高い。しかしながら、半導体素子領域に最も近い第１中間電極の下部の半導体層で所定量の等電位線がストップされているので、第２中間電極の下部の半導体層でストップされる等電位線はそれほど多くならない。このため、第２中間電極の下部の半導体層でも高い電界集中は生じない。
このように、この半導体装置では、半導体素子領域側で等電位線をストップする効果が低く、外周電極側で等電位線をストップする効果が高くなるように第１中間電極と第２中間電極が配置されている。したがって、半導体層中で分散して等電位線がストップされ、電界集中が生じ難い。電界集中を抑制しながら、外周電極に向けて等電位線が伸びること（すなわち、空乏層が伸びること）を抑制することができる。

なお、各中間電極は、半導体素子領域を囲むように形成されていてもよい。
また、各中間電極は、半導体素子領域、外周電極、及び、他の中間電極から絶縁されていてもよい。

本明細書が開示する第３の半導体装置は、半導体素子領域、周辺耐圧領域、外周電極、絶縁膜、及び、１または複数の中間電極を備えている。半導体素子領域には、半導体素子が形成されている。周辺耐圧領域は、半導体素子領域の周囲に形成されており、単一の導電性領域によって構成されている。半導体素子領域と周辺耐圧領域は、半導体基板の一方の表面に露出している。外周電極は、周辺耐圧領域の表面に半導体基板の外周部に沿って形成されている。外周電極は、周辺耐圧領域と導通している。絶縁膜は、外周電極と半導体素子領域の間の周辺耐圧領域の表面に形成されている。中間電極は、絶縁膜上に形成されている。中間電極は、半導体素子領域から外周電極に向かって伸びる等電位線をストップする効果が、半導体素子領域側よりも外周電極側で高くなるように構成されている。

この半導体装置では、等電位線が分散してストップされるので、電界集中が生じ難い。電界集中を抑制しながら、外周電極に向けて等電位線が伸びること（すなわち、空乏層が伸びること）を抑制することができる。

本明細書が開示する半導体装置は、半導体層中で電界集中が生じ難く、耐圧が高い。

第１実施例のＩＧＢＴ１０の上面図である。 第１実施例のＩＧＢＴ１０の断面図である。 第１実施例のＩＧＢＴ１０の周辺耐圧領域６０の拡大断面図である。 従来のＩＧＢＴの周辺耐圧領域の拡大断面図である。 従来のＩＧＢＴの半導体基板１２の周辺耐圧領域の上面１２ａ近傍における電界分布を示すグラフである。 第１実施例のＩＧＢＴ１０の半導体基板１２の周辺耐圧領域６０の上面１２ａ近傍における電界分布を示すグラフである。 第１変形例のＩＧＢＴの周辺耐圧領域６０の拡大断面図である。 第２変形例のＩＧＢＴの周辺耐圧領域６０の拡大断面図である。 第３変形例のＩＧＢＴの上面図である。 第２実施例のＩＧＢＴ１１０の周辺耐圧領域６０の拡大断面図である。 第２実施例のＩＧＢＴ１１０の上面図である。 第２実施例のＩＧＢＴ１１０の半導体基板１２の周辺耐圧領域６０の上面１２ａ近傍における電界分布を示すグラフである。 第４変形例のＩＧＢＴの周辺耐圧領域６０の拡大断面図である。 第５変形例のＩＧＢＴの周辺耐圧領域６０の拡大断面図である。 第６変形例のＩＧＢＴの周辺耐圧領域６０の拡大断面図である。 第７変形例のＩＧＢＴの周辺耐圧領域６０の拡大断面図である。

（第１実施例）
図１は、第１実施例に係るＩＧＢＴ１０（半導体装置）の上面図を示している。ＩＧＢＴ１０は、半導体基板１２と、半導体基板１２の上面１２ａ及び下面１２ｂに形成されている電極、絶縁膜等によって構成されている。なお、図１では、中間電極４０と外周電極５０を除いて、半導体基板１２上に形成されている電極及び絶縁膜の図示を省略している。図１に示すように、半導体基板１２には、４つの半導体素子領域１３が形成されている。半導体素子領域１３には、ＩＧＢＴ構造が形成されている。半導体基板１２には、４つの半導体素子領域１３の周囲を囲むように、ＦＬＲ２９、ＦＬＲ３０、及び、周辺耐圧領域６０が形成されている。周辺耐圧領域６０には、中間電極４０と外周電極５０が形成されている。なお、図１では、図の見易さを考慮して、ＦＬＲ２９、ＦＬＲ３０、中間電極４０、及び、外周電極５０を斜線模様で示している。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線におけるＩＧＢＴ１０の断面図を示している。図２に示すように、半導体基板１２の上面１２ａには、複数のトレンチ１４が形成されている。トレンチ１４の内面は、ゲート絶縁膜１５に覆われている。トレンチ１４内には、ゲート電極１６が形成されている。半導体基板１２の上面１２ａに臨む領域には、エミッタ領域１８とボディコンタクト領域２０が形成されている。エミッタ領域１８は、高濃度にＮ型不純物を含有するＮ型領域である。エミッタ領域１８は、ゲート絶縁膜１５と接する領域に形成されている。ボディコンタクト領域２０は、高濃度にＰ型不純物を含有するＰ型領域である。ボディコンタクト領域２０は、エミッタ領域１８と接する領域に形成されている。エミッタ領域１８とボディコンタクト領域２０の周囲には、ボディ領域２２が形成されている。ボディ領域２２は、低濃度にＰ型不純物を含有するＰ型領域である。ボディ領域２２は、エミッタ領域１８とボディコンタクト領域２０を覆うように形成されている。ボディ領域２２の下側には、ドリフト領域２４が形成されている。ドリフト領域２４は、低濃度にＮ型不純物を含有するＮ型領域である。ドリフト領域２４は、ボディ領域２２によって、エミッタ領域１８から分離されている。上述したトレンチ１４は、ボディ領域２２を貫通してドリフト領域２４に達する深さまで形成されている。ドリフト領域２４は、半導体基板１２の外周部１２ｃまで延設されている。ドリフト領域２４の下側には、バッファ領域２６が形成されている。バッファ領域２６は、高濃度にＮ型不純物を含有するＮ型領域である。バッファ領域２６の下側（半導体基板１２の下面１２ｂに臨む領域）には、コレクタ領域２８が形成されている。コレクタ領域２８は、高濃度にＰ型不純物を含有するＰ型領域である。コレクタ領域２８は、ドリフト領域２４によって、ボディ領域２２から分離されている。

上述したエミッタ領域１８、ボディコンタクト領域２０、ボディ領域２２、ドリフト領域２４、バッファ領域２６、コレクタ領域２８、及び、ゲート電極１６によって、ＩＧＢＴ構造が形成されている。半導体基板１２の上面１２ａのうちＩＧＢＴ構造が露出している範囲（すなわち、エミッタ領域１８、ボディコンタクト領域２０、及び、ボディ領域２２が露出している範囲）が、上述した半導体素子領域１３である。

半導体基板１２には、ＦＬＲ２９、３０が形成されている。ＦＬＲ２９、３０は、Ｐ型領域である。ＦＬＲ２９、３０は、半導体基板１２の上面１２ａとボディ領域２２より深い位置との間の範囲に形成されている。ＦＬＲ２９は、ボディ領域２２と接するように形成されている。図１に示すように、ＦＬＲ２９は、４つの半導体素子領域１３の周囲を囲むように形成されている。ＦＬＲ２９内には、Ｐ型不純物濃度が高い領域２９ａが形成されている。ＦＬＲ３０は、ＦＬＲ２９から分離して形成されている（ＦＬＲ２９とＦＬＲ３０の間には、ドリフト領域２４が存在している）。図１に示すように、ＦＬＲ３０は、ＦＬＲ２９の周囲を囲むように形成されている。ＦＬＲ３０内には、Ｐ型不純物濃度が高い領域３０ａが形成されている。

図２に示すように、半導体基板１２の上面１２ａに臨む領域には、外周拡散領域３１が形成されている。外周拡散領域３１は、高濃度にＮ型不純物を含有するＮ型領域である。外周拡散領域３１は、半導体基板１２の外周部１２ｃに沿って形成されている。また、ＦＬＲ３０よりも外周部１２ｃ側では、半導体基板１２の上面１２ａに臨む範囲にドリフト領域２４が形成されている。ＦＬＲ３０よりも外周部１２ｃ側のドリフト領域２４と外周拡散領域３１によって、単一の導電性領域（Ｎ型領域）からなる周辺耐圧領域６０が形成されている。

半導体基板１２の上面１２ａには、層間絶縁膜１７が形成されている。半導体素子領域１３上の層間絶縁膜１７の表面には、エミッタ電極３２が形成されている。エミッタ電極３２は、層間絶縁膜１７に形成されている開口部を介して、エミッタ領域１８及びボディコンタクト領域２０と接続されている。また、エミッタ電極３２は、層間絶縁膜１７によってゲート電極１６から絶縁されている。

半導体基板１２の下面１２ｂには、全域に亘ってコレクタ電極３３が形成されている。コレクタ電極３３は、コレクタ領域２８と導通している。

層間絶縁膜１７の表面には、ゲート配線３４が形成されている。ゲート配線３４は、図示しない位置で各ゲート電極１６に接続されている。

ＦＬＲ２９上の層間絶縁膜１７の表面には、電極３６が形成されている。電極３６は、層間絶縁膜１７に形成されている開口部を介して、領域２９ａに接続されている。すなわち、電極３６は、領域２９ａを介して、ＦＬＲ２９に接続されている。電極３６は、ＦＬＲ２９に沿って形成されている。

ＦＬＲ３０上の層間絶縁膜１７の表面には、電極３８が形成されている。電極３８は、層間絶縁膜１７に形成されている開口部を介して、領域３０ａに接続されている。すなわち、電極３８は、領域３０ａを介して、ＦＬＲ３０に接続されている。電極３８は、ＦＬＲ３０に沿って形成されている。

外周拡散領域３１上の層間絶縁膜１７の表面には、外周電極５０が形成されている。外周電極５０は、層間絶縁膜１７に形成されている開口部を介して、外周拡散領域３１に接続されている。外周電極５０は、外周拡散領域３１に沿って（すなわち、半導体基板１２の外周部１２ｃに沿って）形成されている。

周辺耐圧領域６０内のドリフト領域２４上の層間絶縁膜１７の内部には、中間電極４０が埋め込まれている。中間電極４０は、周囲を層間絶縁膜１７に囲まれており、外部に接続されていない。すなわち、中間電極４０は、フローティングしている。図１に示すように、中間電極４０は、４つの半導体素子領域１３を囲むように形成されている。図３は、周辺耐圧領域６０の拡大断面図を示している。図３に示すように、中間電極４０には、段差が形成されている。半導体素子領域１３に近い部分（以下、第１部分４０ａという）では、その下部の層間絶縁膜１７の厚さ（図３の厚さＴ１）が厚い。外周部１２ｃに近い部分（以下、第２部分４０ｂという）では、その下部の層間絶縁膜１７の厚さ（図３の厚さＴ２）が薄い。すなわち、第２部分４０ｂは、第１部分４０ａよりもドリフト領域２４に近接している。中間電極４０は、その全範囲において、半導体素子領域１３から遠い第２部分４０ｂが、半導体素子領域１３に近い第１部分４０ａよりドリフト領域２４に近接した位置に存在するように形成されている。

次に、ＩＧＢＴ１０の動作について説明する。ＩＧＢＴ１０はオンさせる場合には、コレクタ電極３３とエミッタ電極３２の間にコレクタ電極３３がプラスとなる電圧が印加されている状態で、ゲート電極１６に所定電圧を印加する。すると、ゲート電極１６への電圧の印加によって、ゲート絶縁膜１５と接する範囲のボディ領域２２がＮ型に反転し、チャネルが形成される。すると、エミッタ電極３２から、エミッタ領域１８、ボディ領域２２のチャネル、ドリフト領域２４、バッファ領域２６、及び、コレクタ領域２８を介して、コレクタ電極３３に向けて電子が流れる。また、コレクタ電極３３から、コレクタ領域２８とバッファ領域２６を介して、ドリフト領域２４内にホールが流入する。これによって、ドリフト領域２４内で伝導度変調減少が起こり、ドリフト領域２４の電気抵抗が低下する。したがって、電子はドリフト領域２４内を低損失で流れることができる。これによって、コレクタ電極３３からエミッタ電極３２に向けて電流が流れる。すなわち、ＩＧＢＴ１０がオンする。

ゲート電極１６への電圧の印加を停止すると、チャネルが消滅する。これによって、ＩＧＢＴ１０内の電子及びホールの流れが停止し、ＩＧＢＴ１０がオフする。ＩＧＢＴ１０がオフした状態では、コレクタ電極３３とエミッタ電極３２の間の印加電圧が、ボディ領域２２とドリフト領域２４の境界のＰＮ接合に印加される。すなわち、ボディ領域２２とドリフト領域２４の境界のＰＮ接合に、逆電圧が印加される。すると、そのＰＮ接合からドリフト領域２４内に空乏層が広がる。空乏層によって、オフ時のＩＧＢＴ１０の耐圧が確保される。空乏層に薄い部分が存在すると、その薄い部分に電界が集中し、絶縁破壊が生じる。ＩＧＢＴ１０では、ＦＬＲ２９、３０によって、半導体素子領域１３近傍のドリフト領域２４内に空乏層が広がることが促進される。これによって、半導体素子領域１３近傍で電界集中が生じることが抑制されている。

ＩＧＢＴ１０のオフ時には、半導体素子領域１３と外周部１２ｃの間にも電圧が印加される。このため、周辺耐圧領域６０では、空乏層が半導体素子領域１３から外周部１２ｃに向けて広がる。このとき、空乏層が外周部１２ｃに到達すると、外周部１２ｃに電界が印加される。外周部１２ｃには結晶欠陥が多く存在しているため、外周部１２ｃに電界が印加されると絶縁破壊等の問題が生じる。第１実施例のＩＧＢＴ１０では、外周部１２ｃ側への空乏層の広がりを抑制するために、周辺耐圧領域６０に中間電極４０と外周電極５０が設けられている。中間電極４０と外周電極５０の作用によって、空乏層が終端され、外周部１２ｃに空乏層が達することが抑制される。なお、ＩＧＢＴ１０の使用時において、層間絶縁膜１７が帯電する場合がある。この場合、層間絶縁膜１７近傍のドリフト領域２４の電位がほぼ一定となる。このため、層間絶縁膜１７の帯電時には、空乏層の終端箇所に電界集中が生じやすい。以下に、層間絶縁膜１７の帯電時における、従来のＩＧＢＴの周辺耐圧領域内の電位分布と、第１実施例のＩＧＢＴ１０の周辺耐圧領域６０内の電位分布とを比較して説明する。

図４は、従来のＩＧＢＴの周辺耐圧領域の断面図を示している。なお、図４では、従来のＩＧＢＴの各部分に、第１実施例のＩＧＢＴ１０と同じ参照番号を付している。図４のＩＧＢＴでは、第１実施例のＩＧＢＴ１０と異なり、中間電極４０に段差が形成されていない。すなわち、中間電極４０とドリフト領域２４の間の層間絶縁膜１７の厚さが一定である。図４の曲線７２は、ＩＧＢＴがオフしており、層間絶縁膜１７が帯電している状態における周辺耐圧領域内の等電位線を示している。

ＩＧＢＴがオフしている状態においては、外周電極５０は、コレクタ電極３３と略同じ電位となる。また、中間電極４０は、外周電極５０と半導体素子領域１３（すなわち、エミッタ電極３２）の間に存在しているので、外周電極５０の電位とエミッタ電極３２の電位の間の電位となる。層間絶縁膜１７が帯電している状態では、中間電極４０より半導体素子領域１３側のドリフト領域２４の表面近傍の電位（図４の範囲１１２内のドリフト領域２４の表面近傍の電位）が略一定となる。したがって、範囲１１２では、大部分の等電位線が外周部１２ｃ側に向かって伸びる。中間電極４０の下部のドリフト領域２４の表面近傍の電位（図４の範囲１１４内のドリフト領域２４の表面近傍の電位）は、中間電極４０の電位の影響を受ける。したがって、範囲１１４内のドリフト領域２４の表面近傍の電位は、範囲１１２内のドリフト領域２４の表面近傍の電位より高くなる。このため、範囲１１２と範囲１１４の境界で急激に電位が変化する。すなわち、図４に示すように、範囲１１２と範囲１１４の境界で多数の等電位線が上面１２ａに向かって延びる。したがって、範囲１１２と範囲１１４の境界で電界が集中する。中間電極４０より外周部１２ｃ側のドリフト領域２４の表面近傍の電位（図４の範囲１１６内のドリフト領域２４の表面近傍の電位）は、層間絶縁膜１７の帯電によって略一定となる。すなわち、範囲１１６内のドリフト領域２４の表面近傍の電位は、範囲１１４内のドリフト領域２４の表面近傍の電位と略同じ電位となる。したがって、範囲１１４及び範囲１１６内では、大部分の等電位線が外周部１２ｃ側に向かって伸びる。上述したように、外周電極５０の電位は、コレクタ電極３３の電位と略等しい。また、外周拡散領域３１は外周電極５０と導通しているため、外周拡散領域３１の電位は外周電極５０と略等しい。このため、外周電極５０の下部の半導体基板１２の表面近傍の電位（図４の範囲１１８内の半導体基板１２の表面近傍の電位）は、コレクタ電極３３の電位と略等しくなる。このため、範囲１１６と範囲１１８の境界で電位が変化する。すなわち、図４に示すように、範囲１１６と範囲１１８の境界で等電位線が上面１２ａに向かって伸びる。したがって、範囲１１６と範囲１１８の境界で比較的高い電界が発生する。

以上に説明したように、従来のＩＧＢＴでは、中間電極４０と外周電極５０によって、等電位線がストップされ、等電位線が外周部１２ｃに伸びることが防止される。すなわち、空乏層が外周部１２ｃまで広がることが防止される。しかし、従来のＩＧＢＴでは、中間電極４０の近傍のドリフト領域２４内で電界集中が起きる。図５は、従来のＩＧＢＴの半導体基板の周辺耐圧領域の表面近傍における電界分布を示すグラフである。図５に示すように、中間電極４０の半導体素子領域１３側の縁部（範囲１１４の左端）の近傍で最も高い電界が生じていることが分かる。このため、従来のＩＧＢＴは、耐圧が低いという問題を有している。

図３の曲線７４は、第１実施例のＩＧＢＴ１０がオフしており、層間絶縁膜１７が帯電している状態における周辺耐圧領域６０内の等電位線を示している。第１実施例のＩＧＢＴ１０においても、従来のＩＧＢＴと同様に、外周電極５０の電位がコレクタ電極３３の電位と略等しくなり、中間電極４０の電位が外周電極５０の電位とエミッタ電極３２の電位の間の電位となる。

中間電極４０より半導体素子領域１３側のドリフト領域２４の表面近傍の電位（図３の範囲８２内のドリフト領域２４の表面近傍の電位）は、層間絶縁膜１７の帯電の効果によって略一定となる。範囲８２では、大部分の等電位線が外周部１２ｃ側に向かって伸びる。中間電極４０の下部のドリフト領域２４の表面近傍の電位は、中間電極４０の電位の影響を受ける。但し、中間電極４０の第１部分４０ａの下部の層間絶縁膜１７の厚さが第２部分４０ｂの下部の層間絶縁膜１７の厚さと異なるので、第１部分４０ａの下部のドリフト領域２４の表面近傍の電位と第２部分４０ｂの下部のドリフト領域２４の表面近傍の電位は異なる。第１部分４０ａはドリフト領域２４から離れている（下部の層間絶縁膜１７が厚い）ので、第１部分４０ａがその下部のドリフト領域２４の表面近傍の電位に与える影響は比較的小さい。したがって、第１部分４０ａの下部のドリフト領域２４の表面近傍の電位（図３の範囲８４ａ内のドリフト領域２４の表面近傍の電位）は、範囲８２内のドリフト領域２４の表面近傍の電位より高くなるが、その電位差は小さい。したがって、図３に示すように、範囲８２と範囲８４ａの境界で少量の等電位線が上面１２ａに向かって伸びる。範囲８２と範囲８４ａの境界に生じる電界はそれほど大きくない。第２部分４０ｂはドリフト領域２４に近接している（下部の層間絶縁膜１７が薄い）ので、第２部分４０ｂがその下部のドリフト領域２４の表面近傍の電位に与える影響は大きい。したがって、第２部分４０ｂの下部のドリフト領域２４の表面近傍の電位（図３の範囲８４ｂ内のドリフト領域２４の表面近傍の電位）は、範囲８４ａ内のドリフト領域２４の表面近傍の電位より高くなる。但し、範囲８４ａ内のドリフト領域２４の表面近傍の電位は第１部分４０ａの影響により上昇している。このため、範囲８４ａと範囲８４ｂの境界に生じる電位差は小さい。したがって、図３に示すように、範囲８４ａと範囲８４ｂの境界で少量の等電位線が上面１２ａに向かって伸びる。範囲８４ａと範囲８４ｂの境界で生じる電界はそれほど大きくない。中間電極４０より外周部１２ｃ側のドリフト領域２４の表面近傍の電位（図３の範囲８６内のドリフト領域２４の表面近傍の電位）は、層間絶縁膜１７の帯電によって略一定となる。すなわち、範囲８６内のドリフト領域２４の表面近傍の電位は、範囲８４ｂ内のドリフト領域２４の表面近傍の電位と略同じ電位となる。したがって、範囲８４ｂと範囲８６内では、大部分の等電位線が外周部１２ｃ側に向かって伸びる。外周電極５０の下部の半導体基板１２の表面近傍の電位（図３の範囲８８内の半導体基板１２の表面近傍の電位）は、コレクタ電極３３の電位と略等しい。このため、範囲８６と範囲８８の境界で等電位線が上面１２ａに向かって伸び、その境界で比較的高い電界が発生する。

以上に説明したように、第１実施例のＩＧＢＴ１０では、中間電極４０と外周電極５０によって、等電位線がストップされ、等電位線が外周部１２ｃに伸びることが防止される。すなわち、空乏層が外周部１２ｃ側まで広がることが防止される。また、中間電極４０の下部の層間絶縁膜１７の厚さが、半導体素子領域１３側よりも外周部１２ｃ側で薄くなっている。このため、中間電極４０の近傍で電位が緩やかに変化する。したがって、中間電極４０の近傍で電界が集中することが抑制されている。図６は、第１実施例のＩＧＢＴ１０の周辺耐圧領域６０の表面近傍における電界分布を示すグラフである。図６に示すように、中間電極４０の近傍での電界集中が抑制されて、中間電極４０近傍での電界が外周電極５０近傍での電界より小さくなっている。第１実施例のＩＧＢＴ１０は、従来のＩＧＢＴに比べて耐圧が高い。

以上に説明したように、第１実施例のＩＧＢＴ１０では、中間電極４０の下部の層間絶縁膜１７の厚さが、半導体素子領域１３側よりも外周部１２ｃ側で薄くなっている。したがって、中間電極４０の下部のドリフト領域２４内の電位を緩やかに変化させながら、ドリフト領域２４内の等電位線をストップさせることができる（すなわち、空乏層を終端させることができる）。すなわち、電界集中が生じることを抑制しながら、空乏層を終端させることができる。

なお、上述した第１実施例のＩＧＢＴ１０では、中間電極４０が２段の段差状に形成されていた。しかしながら、図７に示すように、３段の段差状に形成されていてもよい。また、３段以上の段差状に形成されていてもよい。また、図８に示すように、中間電極４０の下部の層間絶縁膜１７の厚さが緩やかに変化していてもよい。

また、上述した第１実施例のＩＧＢＴでは、中間電極４０が半導体素子領域１３の周囲を囲むように形成されていた。しかしながら、図９に示すように、中間電極４０が部分的に形成されていてもよい。中間電極４０は、空乏層の広がりを抑制する必要がある部分に適宜設けることができる。

（第２実施例）
次に、第２実施例のＩＧＢＴ１１０について説明する。なお、第２実施例のＩＧＢＴ１１０の各部分のうち第１実施例のＩＧＢＴ１０の各部分と同様の機能を有する部分については、第１実施例と同じ参照番号を付して説明する。また、第２実施例のＩＧＢＴ１１０は、中間電極のみが第１実施例のＩＧＢＴ１０と相違するので、中間電極に関する事項について以下に説明する。図１０は、第２実施例のＩＧＢＴ１１０の周辺耐圧領域６０の拡大断面図を示している。図１０に示すように、第２実施例のＩＧＢＴ１１０では、周辺耐圧領域６０の層間絶縁膜１７の内部に、２つの中間電極４１ａ、４１ｂが形成されている。図１１は、第２実施例のＩＧＢＴ１１０の半導体基板１２の上面図を示している。図１１に示すように、中間電極４１ａは、４つの半導体素子領域１３の周囲を囲むように形成されている。また、中間電極４１ｂは、中間電極４１ａの外側において、４つの半導体素子領域１３の周囲を囲むように形成されている。図１０に示すように、中間電極４１ａの幅（半導体素子領域１３から外周部１２ｃに向かう方向における幅）は、中間電極４１ｂの幅よりも小さい。また、中間電極４１ａの下部の層間絶縁膜１７の厚さは、中間電極４１ｂの下部の層間絶縁膜１７の厚さと等しい。

次に、ＩＧＢＴ１１０がオフしており、層間絶縁膜１７が帯電している状態における周辺耐圧領域６０内の電位分布について説明する。第２実施例のＩＧＢＴ１１０においては、外周電極５０の電位がコレクタ電極３３の電位と略等しくなる。また、中間電極４１ａ、４１ｂの電位は、外周電極５０の電位とエミッタ電極３２の電位の間の電位となる。また、中間電極４１ｂは中間電極４１ａよりも外周電極５０の近くに位置しているので、中間電極４１ｂの電位は中間電極４１ａの電位より高くなる。図１０の曲線７６は、ＩＧＢＴ１１０がオフしており、層間絶縁膜１７が帯電している状態における周辺耐圧領域６０内の等電位線を示している。

中間電極４１ａより半導体素子領域１３側のドリフト領域２４の表面近傍の電位（図１０の範囲９２内のドリフト領域２４の表面近傍の電位）は、層間絶縁膜１７の帯電の効果によって略一定となる。範囲９２では、大部分の等電位線が外周部１２ｃ側に向かって伸びる。中間電極４１ａの下部のドリフト領域２４の表面近傍の電位（図１０の範囲９４内のドリフト領域２４の表面近傍の電位）は、中間電極４１ａの電位の影響を受ける。したがって、範囲９４内のドリフト領域２４の表面近傍の電位は、範囲９２内のドリフト領域２４の表面近傍の電位より高くなる。但し、中間電極４１ａは幅が小さいため、中間電極４１ａがその下部のドリフト領域２４の電位に与える影響は小さい。したがって、範囲９４内のドリフト領域２４の表面近傍の電位は、範囲９２内のドリフト領域２４の表面近傍の電位より高くなるが、その電位差は小さい。したがって、図１０に示すように、範囲９２と範囲９４の境界で少量の等電位線が上面１２ａに向かって伸びる。言い換えると、中間電極４１ａの幅が小さく、中間電極４１ａが等電位線をストップする効果が小さいために、範囲９２と範囲９４の境界でストップされる等電位線（上面１２ａに向かって伸びる等電位線）が少なくなる。このため、範囲９２と範囲９４の境界に生じる電界はそれほど大きくない。中間電極４１ａと中間電極４１ｂの間のドリフト領域２４の表面近傍の電位（図１０の範囲９６内のドリフト領域２４の表面近傍の電位）は、層間絶縁膜１７の帯電の効果によって略一定となる。範囲９６内のドリフト領域２４の表面近傍の電位は、範囲９４内のドリフト領域２４の表面近傍の電位と略同じ電位となる。したがって、範囲９４及び範囲９６内では、大部分の等電位線が外周部１２ｃ側に向かって伸びる。中間電極４１ｂの下部のドリフト領域２４の表面近傍の電位（図１０の範囲９８内のドリフト領域２４の表面近傍の電位）は、中間電極４１ｂの電位の影響を受ける。したがって、範囲９８内のドリフト領域２４の表面近傍の電位は、範囲９６内のドリフト領域２４の表面近傍の電位より高くなる。中間電極４１ｂは幅が大きいため、中間電極４１ｂがその下部のドリフト領域２４の電位に与える影響は大きい。しかしながら、範囲９６内のドリフト領域２４の表面近傍の電位が中間電極４１ａの影響を受けて上昇しているため、範囲９６と範囲９８の境界に生じる電位差は小さい。したがって、図１０に示すように、範囲９６と範囲９８の境界で少量の等電位線が上面１２ａに向かって伸びる。範囲９６と範囲９８の境界で生じる電界はそれほど大きくない。中間電極４１ｂより外周部１２ｃ側のドリフト領域２４の表面近傍の電位（図１０の範囲１００内のドリフト領域２４の表面近傍の電位）は、層間絶縁膜１７の帯電によって略一定となる。したがって、範囲１００内のドリフト領域２４の表面近傍の電位は、範囲９８内のドリフト領域２４の表面近傍の電位と略同じ電位となる。範囲９８及び範囲１００内では、大部分の等電位線が外周部１２ｃに向かって伸びる。外周電極５０の下部の半導体基板１２の表面近傍の電位（図１０の範囲１０２内の半導体基板１２の表面近傍の電位）は、コレクタ電極３３の電位と略等しい。このため、範囲１００と範囲１０２の境界で等電位線が上面１２ａに向かって延び、その境界で比較的高い電界が発生する。

以上に説明したように、第１実施例のＩＧＢＴ１０では、中間電極４１ａ、４１ｂと外周電極５０によって、等電位線がストップされ、等電位線が外周部１２ｃに伸びることが防止される。すなわち、空乏層が外周部１２ｃに達するまで広がることが防止される。また、周辺耐圧領域６０に、幅が小さい中間電極４１ａと幅が大きい中間電極４１ｂが形成されている。このため、中間電極４１ａ及び４１ｂの近傍で電界が緩やかに変化し、電界集中が生じることが抑制されている。特に最も半導体素子領域１３に近いために電界集中が生じやすい中間電極４１ａの幅が小さいため、中間電極４１ａでストップされる等電位線が少なくなる。したがって、中間電極４１ａ近傍での電界集中が効果的に抑制される。図１２は、第１実施例のＩＧＢＴ１０の周辺耐圧領域６０の表面近傍における電界分布を示すグラフである。図１２に示すように、中間電極４１ａ、４１ｂの近傍での電界集中が抑制されて、中間電極４１ａ、４１ｂ近傍での電界が外周電極５０近傍での電界より小さくなっている。第１実施例のＩＧＢＴ１０は、従来のＩＧＢＴに比べて耐圧が高い。

以上に説明したように、第１実施例のＩＧＢＴ１０では、半導体素子領域１３に最も近い中間電極４１ａの幅が、中間電極４１ａの隣の中間電極４１ｂの幅よりも小さい。したがって、ドリフト領域２４内の電位を緩やかに変化させながら、ドリフト領域２４内の等電位線をストップさせることができる（すなわち、空乏層を終端させることができる）。すなわち、電界集中が生じることを抑制しながら、空乏層を終端させることができる。

なお、上述した第２実施例のＩＧＢＴ１１０では、２つの中間電極４１ａ、４１ｂが形成されていた。しかしながら、図１３に示すように、３つの中間電極４１ａ〜４１ｃが形成されていてもよい。また、３つ以上の中間電極が形成されていてもよい。また、３つ以上の中間電極を形成する場合には、少なくとも最も半導体素子領域１３に近い中間電極４１ａの幅がその隣の中間電極４１ｂより小さければよく、その他の中間電極の幅は任意である。例えば、図１４に示すように、最も外周部１２ｃ側の中間電極４０ｃの幅を最も小さくしてもよい。また、図１５、図１６に示すように、中間電極の下部の層間絶縁膜１７の厚さが変化していてもよい。また、各中間電極は、同じ材質で形成してもよいが、異なる材質で形成してもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に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の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (7)

1. 半導体装置であって、
   半導体基板の一方の表面に露出すると共に半導体素子が形成されている半導体素子領域と、
   半導体基板の前記一方の表面に露出すると共に半導体素子領域の周囲に形成されており、単一の導電性領域によって構成されている周辺耐圧領域と、
   周辺耐圧領域の表面に半導体基板の外周部に沿って形成されており、周辺耐圧領域と導通する外周電極と、
   外周電極と半導体素子領域の間の周辺耐圧領域の表面に形成されている絶縁膜と、
   絶縁膜上に形成されている中間電極と、を備えており、
   中間電極の下部の絶縁膜の厚さが、半導体素子領域側よりも外周電極側で薄い半導体装置。
2. 中間電極が、半導体素子領域を囲むように形成されている請求項１に記載の半導体装置。
3. 中間電極が、半導体素子領域及び外周電極から絶縁されている請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 半導体装置であって、
   半導体基板の一方の表面に露出すると共に半導体素子が形成されている半導体素子領域と、
   半導体基板の一方の表面に露出すると共に半導体素子領域の周囲に形成されており、単一の導電性領域によって構成されている周辺耐圧領域と、
   周辺耐圧領域の表面に半導体基板の外周部に沿って形成されており、周辺耐圧領域と導通する外周電極と、
   外周電極と半導体素子領域の間の周辺耐圧領域の表面に形成されている絶縁膜と、
   絶縁膜上に半導体素子領域から外周電極に向かう方向に沿って間隔を隔てて配置された複数の中間電極と、を備えており、
   最も半導体素子領域側の第１中間電極の前記方向における幅が、第１中間電極の隣の第２中間電極の前記方向における幅よりも小さい半導体装置。
5. 各中間電極が、半導体素子領域を囲むように形成されている請求項４に記載の半導体装置。
6. 各中間電極が、半導体素子領域、外周電極、及び、他の中間電極から絶縁されていることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体装置。
7. 半導体装置であって、
   半導体基板の一方の表面に露出すると共に半導体素子が形成されている半導体素子領域と、
   半導体基板の一方の表面に露出すると共に半導体素子領域の周囲に形成されており、単一の導電性領域によって構成されている周辺耐圧領域と、
   周辺耐圧領域の表面に半導体基板の外周部に沿って形成されており、周辺耐圧領域と導通する外周電極と、
   外周電極と半導体素子領域の間の周辺耐圧領域の表面に形成されている絶縁膜と、
   絶縁膜上に形成されている１または複数の中間電極と、を備えており、
   中間電極は、半導体素子領域から外周電極に向かって伸びる等電位線をストップする効果が、半導体素子領域側よりも外周電極側で高くなるように構成されている半導体装置。

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