阅读说明：本技术 半导体装置和电力变换装置 (Semiconductor device and power conversion device ) 是由 海老原洪平 宫川成人 于 2018-03-08 设计创作，主要内容包括：本发明的目的在于提供一种抑制氧化物的析出来防止树脂层的剥离且可靠性高的半导体装置。本发明的半导体装置(100)具备：第二导电类型的末端阱区域(2),形成于半导体层(1b)的表层；场绝缘膜(3),被设置成延伸到比末端阱区域(2)的外周端更外周侧；树脂层,被设置成至少一部分在比场绝缘膜(3)的外周端靠外周侧的半导体层(1b)的表面上延伸；第二导电类型的浮动阱区域(7),在半导体层(1b)的表层,形成为与末端阱区域(2)分离,与场绝缘膜(3)的外周端相接且延伸到比场绝缘膜(3)的外周端更外周侧,具有浮置电位。(The invention provides a semiconductor device which suppresses the precipitation of an oxide, prevents the peeling of a resin layer, and has high reliability. A semiconductor device (100) of the present invention includes: a second conductivity type end well region (2) formed on the surface layer of the semiconductor layer (1 b); a field insulating film (3) provided so as to extend to the outer peripheral side of the outer peripheral end of the end well region (2); a resin layer provided so that at least a part thereof extends on the surface of the semiconductor layer (1b) on the outer peripheral side of the outer peripheral end of the field insulating film (3); the floating well region (7) of the second conductivity type is formed on the surface layer of the semiconductor layer (1b) so as to be separated from the end well region (2), is in contact with the outer peripheral end of the field insulating film (3), extends to the outer peripheral side of the outer peripheral end of the field insulating film (3), and has a floating potential.)

半导体装置和电力变换装置

技术领域

本发明涉及一种半导体装置。

背景技术

在功率器件等中使用的纵型的半导体装置中，已知为了确保耐压而在n型的半导体层内的所谓的末端区域设置p型的保护环区域(末端阱区域)，由此通过由半导体层与保护环区域的pn结形成的耗尽层来缓和被施加反向电压时的电场(例如专利文献1。)。另外，在专利文献1所记载的肖特基势垒二极管(SBD)中，在末端区域中的半导体层上设置场绝缘膜，表面电极的外周端形成为搭在场绝缘膜上。在这样的半导体装置中，除了进行引线接合(wire bonding)的表面电极上的一部分区域以外，形成有聚酰亚胺等的保护膜以保护表面(例如专利文献2。)。另外，还有时用凝胶等树脂密封形成了聚酰亚胺等的保护膜的部分。

专利文献1：日本特开2012-195324号公报

专利文献2：日本特开2013-211503号公报

发明内容

发明要解决的问题

在具备聚酰亚胺等的保护膜、密封用的凝胶的半导体装置中，特别是在湿度高的状态下使用的情况下，存在如下情况：导致凝胶、聚酰亚胺等含有水分，在半导体芯片的外周的未被场绝缘膜覆盖的区域中半导体层与水分反应，析出氧化物。在这样的情况下，存在如下情况：由于析出的氧化物顶起表面保护膜、密封用凝胶等的树脂层而发生剥离，通过因剥离所形成的空洞来形成泄漏路径，半导体芯片产生不良。

本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于提供一种抑制氧化物的析出来防止树脂层的剥离而可靠性高的半导体装置。

用于解决问题的方案

本发明所涉及的半导体装置的特征在于，具备：

半导体基板；

第一导电类型的半导体层，形成于所述半导体基板上；

表面电极，设置于所述半导体层的表面侧；

第二导电类型的末端阱区域，在所述半导体层的表层，以至少一部分延伸到比所述表面电极的外周端靠外侧的位置的方式形成；

场绝缘膜，在所述半导体层的表面上被设置成覆盖所述末端阱区域的至少一部分，延伸到比所述末端阱区域的外周端更外周侧；

树脂层，被设置成与比所述场绝缘膜的外周端靠外侧的所述半导体层的表面相接；

第二导电类型的浮动阱区域，在所述半导体层的表层，形成为与所述末端阱区域分离，与所述场绝缘膜的外周端相接且延伸到比所述场绝缘膜的外周端更外侧，具有浮置电位。

发明的效果

根据本发明所涉及的半导体装置，可提供能够抑制比场绝缘膜靠外周侧的半导体层的表面部中的氧化物的析出来防止树脂层的剥离而可靠性高的半导体装置。

本发明的目的、特征、方式以及优点通过以下的详细的说明和附图而变得更清楚。

附图说明

图1是表示基于本发明的实施方式1的半导体装置的截面图。

图2是表示基于本发明的实施方式1的半导体装置的截面图。

图3是表示基于以往技术的半导体装置的截面图。

图4是表示基于本发明的实施方式1的半导体装置的截面图。

图5是表示基于本发明的实施方式1的半导体装置的截面图。

图6是表示基于本发明的实施方式1的半导体装置的截面图。

图7是表示基于本发明的实施方式1的半导体装置的平面图。

图8是表示基于本发明的实施方式1的半导体装置的截面图。

图9是表示基于本发明的实施方式1的半导体装置的截面图。

图10是表示基于本发明的实施方式1的半导体装置的截面图。

图11是表示基于本发明的实施方式2的半导体装置的截面图。

图12是表示基于本发明的实施方式2的半导体装置的截面图。

图13是表示基于本发明的实施方式3的电力变换装置的图。

(附图标记说明)

1a：半导体基板；1b：半导体层；2：末端阱区域；3：场绝缘膜；4：肖特基电极；5：电极焊盘；6：表面保护膜；7：浮动阱区域；8：背面电极；9：p型阱；10：高浓度p区域；11：n型源极；12：栅极绝缘膜；13：栅极电极；14：层间绝缘膜；100：半导体装置；200：半导体装置；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。

具体实施方式

下面，参照附图来说明实施方式。此外，附图是示意性地示出的，在不同的图中分别示出的图像的尺寸和位置的相互关系未必是准确地记载的，可以适当变更。另外，在以下的说明中，对同样的结构要素附加相同的符号来图示，设为它们的名称和功能也同样。因此，有时省略关于它们的详细的说明。另外，在本说明书中，在记载为“～上”、“覆盖～”的情况下，不妨碍在结构要素间存在介在物。例如，在记载为“设置于A上的B”、“A覆盖B”的情况下，既包括在A与B之间设置有其它结构要素C，也包括在A与B之间未设置其它结构要素C。另外，在以下的说明中，有时使用“上”、“下”、“侧”、“底”、“表”或“背”等表示特定的位置和方向的用语，但是这些用语是为了便于理解实施方式的内容而使用的，与实际实施时的方向无关。

实施方式1.

<结构>

首先，说明本发明的实施方式1所涉及的半导体装置100的末端部的结构。半导体装置100是肖特基势垒二极管(SBD)。下面，关于将半导体材料设为碳化硅(SiC)、将第一导电类型设为n型且将第二导电类型设为p型的SiC-SBD进行例示并说明，但是也可以将半导体材料设为硅(Si)、其它宽带隙材料，也可以是将第一导电类型设为p型且将第二导电类型设为n型的半导体装置。另外，也可以不是SBD，而是PN结二极管、JBS(Junction BarrierSchottky：结势垒肖特基)二极管等其它二极管。

图1是示意性地表示实施方式1所涉及的半导体装置100的末端部的结构的截面图。在图1中，右侧是半导体装置100的末端部侧，左侧是在接通状态下流过主电流的活性区域侧。如图1所示，半导体装置100具备：n型的半导体基板1a；n型的半导体层1b，形成于半导体基板1a上；场绝缘膜3，在半导体层1b上空出中央部地形成；作为第一表面电极的肖特基电极4，在半导体层1b上以从不存在场绝缘膜3的中央部起搭到场绝缘膜3的方式形成；作为第二表面电极的电极焊盘5，形成于肖特基电极4上；p型的末端阱区域2，在半导体层1b的表层部以延伸到比电极焊盘5的外周端更外周侧的方式形成；表面保护膜6，以覆盖电极焊盘5的外周端和场绝缘膜3的外周端的方式形成于电极焊盘5和场绝缘膜3上；p型的浮动阱区域7，在半导体层1b的表层部以延伸到比场绝缘膜3的外周端更外周侧的方式形成；以及背面电极8，形成于半导体基板1a的背面。末端阱区域2从肖特基电极4的外周端的内侧到电极焊盘5的外周端的外周侧地形成为环状。浮动阱区域7从场绝缘膜3的外周端的内侧到外周侧地形成为环状。另外，浮动阱区域7形成为避免从pn结扩展的耗尽层在场绝缘膜3的外周端扩展至半导体层1b的表面。

此外，在此所说的“浮动”是指，不与电极、地连接而具有浮置电位。

半导体基板1a和半导体层1b包括4H型的碳化硅半导体，半导体基板1a是低电阻n型基板，半导体层1b是1×10¹⁴/cm³～1×10¹⁷/cm³的杂质浓度的n型。作为场绝缘膜3，能够使用氧化硅(SiO₂)、氮化硅(SiN)等无机绝缘膜，在本实施方式中使用了0.1～3μm的厚度的氧化硅。

另外，作为第一表面电极的肖特基电极4只要是与n型的碳化硅半导体形成肖特基结的金属即可，能够使用钛、钼、镍、金、钨等，厚度例如能够设为30nm～300nm。在本实施方式中，作为肖特基电极4使用了厚度200nm的钛膜。

并且，作为第二表面电极即电极焊盘5，能够使用包含铝、铜、钼、镍中的任意材料的金属、如Al-Si那样的铝合金等，厚度例如能够设为300nm～10μm。在本实施方式中，作为电极焊盘5使用了厚度5μm的Al层。

表面保护膜6包括绝缘材料，为了进行与外部端子的连接而在电极焊盘5的中央部上具有开口。为了缓和来自外部环境的应力，期望表面保护膜6是树脂膜，在本实施方式中作为表面保护膜6使用了聚酰亚胺。

另外，背面电极8与半导体基板1a进行欧姆连接。因此，作为背面电极8，能够使用与作为半导体基板1a的n型碳化硅半导体进行欧姆连接的镍、铝、钼等金属。在本实施方式中使用了镍。

<制造方法>

接着，说明本发明的实施方式1的半导体装置100的制造方法。

首先，在具有偏离角的n+型的低电阻碳化硅半导体的半导体基板1a上将n型且杂质浓度为1×10¹⁴/cm³～1×10¹⁷/cm³的碳化硅的半导体层1b进行外延结晶生长。然后，在通过光刻工序等将抗蚀剂膜图案化为规定的形状之后，从抗蚀剂膜上将Al、B等p型的杂质进行离子注入，由此在半导体层1b内的表层部形成p型的末端阱区域2(保护环区域)。

作为末端阱区域2的剂量，优选设为0.5×10¹³/cm²～5×10¹³/cm²。在本实施方式中设为2.0×10¹³/cm²。关于p型杂质的离子注入，在注入Al的情况下，例如将注入能量设为100keV～700keV。在该情况下，在将上述的各区域中的p型杂质的剂量[cm^-2]换算为杂质浓度[cm^-3]时，末端阱区域2的杂质浓度为1×10¹⁷/cm³～1×10¹⁹/cm³。

另外，关于浮动阱区域7，也在通过光刻工序等将抗蚀剂膜图案化为规定的形状之后从抗蚀剂膜上将Al、B等p型的杂质进行离子注入来形成。

将浮动阱区域7的杂质浓度和形成深度设定为避免从形成于浮动阱区域7与半导体层1b的界面的pn结部扩展的耗尽层在场绝缘膜3的外周端扩展至半导体层1b的表面。

在浮动阱区域7与半导体层1b形成了如成为阶跃结那样的pn结的情况下，用以下的式(1)表示从pn结扩展的耗尽层宽度W[cm]。

[数学式1]

在此，x_p[cm]是从pn结部向浮动阱区域7内部的方向扩展的耗尽层宽度，x_n[cm]是从pn结部向半导体层1b的方向扩展的耗尽层宽度，ε_s是半导体材料的相对介电常数，q[C]是元电荷，N_a[cm^-3]是浮动阱区域7的杂质浓度，N_d[cm^-3]是半导体层1b的杂质浓度，V_bi[V]是内置电位(built-in potential)。

在此，如式(2)所示，成立

[数学式2]

x_pN_a＝x_nN_d…(2)

这样的关系，因此从pn结部向浮动阱区域7和半导体层1b扩展的耗尽层宽度(x_p、x_n)如式(3)所示。

[数学式3]

从式(3)可知，浮动阱区域7的杂质浓度N_a越低，则从pn结部向浮动阱区域7内部的方向扩展的耗尽层宽度x_p越大。

在将碳化硅半导体用作半导体材料的情况下，V_bi为2伏特左右。另外，浮动阱区域7不与表面电极及背面电极连接，而处于电浮置状态，在对半导体装置施加电压时，浮动阱区域7附近的电位差也几乎不变化。因此，与施加到半导体装置的电压的大小无关地，耗尽层宽度x_p几乎固定。因此，在避免浮动阱区域7的表面耗尽化的情况下，只要调节浮动阱区域7的杂质浓度N_a和形成深度L以使浮动阱区域7的形成深度(即从浮动阱区域7的表面到pn结部的距离)L大于式(3)的x_p、即L>x_p即可。

在本实施方式中，作为浮动阱区域7的剂量，与末端阱区域2同样地设为2.0×10¹³/cm²。在该情况下，通过抗蚀剂的图案化能够同时形成末端阱区域2和浮动阱区域7。

此外，浮动阱区域7的内部的耗尽层还有可能从浮动阱区域7的内周方向和外周方向扩展。因而，优选将浮动阱区域7形成为其内周端和外周端分别从场绝缘膜3的外周端分离大于x_p的值。例如，优选形成为浮动阱区域7的内周端位于比场绝缘膜3的外周端靠内周侧1μm以上的位置，浮动阱区域7的外周端位于比场绝缘膜3的外周端靠外周侧1μm以上的位置。

在通过这样形成末端阱区域2和浮动阱区域7之后，在1500℃以上的高温下退火，由此使p型的末端阱区域2和浮动阱区域7活性化。

接着，例如通过CVD法在半导体层1b的表面上沉积厚度1μm的氧化硅膜，之后通过光刻工序和蚀刻去除半导体层1b的中央部的氧化硅膜，从而形成具有开口部的场绝缘膜3。场绝缘膜3的开口端形成为位于末端阱区域2上。接着，通过溅射法等在半导体基板1a的背面形成背面电极8。

接着，例如通过溅射法在形成有场绝缘膜3的半导体层1b的表面上的整面形成成为肖特基电极4的金属膜，通过光刻工序和蚀刻来形成期望的形状的肖特基电极4。作为金属膜的蚀刻，能够使用干蚀刻或湿蚀刻，但是为了减轻对半导体装置的特性的影响而期望使用湿蚀刻，例如作为蚀刻液使用氢氟酸(HF)。

接着，以覆盖肖特基电极4的方式在场绝缘膜3和肖特基电极4上形成电极焊盘5。关于电极焊盘5的形成，与肖特基电极4的形成同样地通过光刻工序和蚀刻来进行。金属膜的蚀刻膜是通过例如使用磷酸系的蚀刻液的湿蚀刻来进行。

接着，以覆盖电极焊盘5的方式形成表面保护膜6。关于表面保护膜6，例如通过将感光性聚酰亚胺进行涂布、曝光来设为期望的形状。

此外，背面电极8的形成也可以在半导体基板1的表面侧的工序全部完成之后进行。

<动作>

接着，使用图2说明作为本实施方式的半导体装置100的SiC-SBD的动作。

在本实施方式的SiC-SBD中，当相对于表面电极(肖特基电极4和电极焊盘5)对背面电极8施加负的电压时，从表面电极向背面电极8流过电流，半导体装置100成为导通状态(接通状态)。相反地，当相对于表面电极对背面电极8施加正的电压(反向偏置)时，半导体装置100成为阻止状态(截止状态)。

在半导体装置100成为截止状态的情况下，半导体层1b的活性区域的表面、由半导体层1b与末端阱区域2形成的pn结界面附近被施加大的电场，当背面电极8被施加超过临界电场的电压时发生雪崩击穿。通常，半导体装置100在不发生雪崩击穿的范围中使用，被确定额定电压V[V]。

在半导体装置100成为截止状态的情况下，如图2所示，耗尽层从半导体层1b的活性区域的表面、由半导体层1b与末端阱区域2形成的pn结界面向半导体基板1a的方向和半导体层1b的外周方向扩展。在此，虚线所示的位置是耗尽层的前端位置。此时，在半导体层1b与场绝缘膜3的界面的耗尽化的区域中从半导体层1b的外周侧朝向内周侧产生了电位差。

在此，考虑在湿度高的状态下将半导体装置设为截止状态的情况。表面保护膜6的吸水性高，而且由于在截止状态的情况下产生的电位差而成为在表面保护膜6的内部通过水的电分解而产生了离子的状态。另一方面，当水分的层滞留于与表面保护膜6相比吸水性低的场绝缘膜3的表面时，场绝缘膜3的表面成为低电阻层，当与电极焊盘5连接时如场板那样动作。此时，形成于半导体层1b的内部的耗尽层进一步向外周扩展。

图3中示出在未设置浮动阱区域7的情况下的半导体装置100’中在截止状态下耗尽层向场绝缘膜3的外周扩展的情况下的截面图。此时，在半导体层1b与表面保护膜6的界面，在与界面水平的方向上产生电位差，水分被分解为氢离子和氢氧化物离子。另外，当在阳极中使用包含Si的材料来使其与氢氧化物离子反应时，生成氧化硅(SiO₂)。因此，在半导体装置100’的场绝缘膜3的外周的半导体层1b与表面保护膜6的界面，析出SiO₂。

这样析出的SiO₂顶起表面保护膜6，特别是在靠近场绝缘膜3的位置处析出SiO₂时，在场绝缘膜3与表面保护膜6之间发生剥离，形成空洞。此时，由于因水分进入空洞部所引起的泄漏、在空洞部中发生的放电而导致元件不良。

在本实施方式的结构中，浮动阱区域7在半导体层1b的表层部形成为从场绝缘膜3的外周端的内侧延伸到所述外周端的外周侧。另外，设定浮动阱区域7的p型杂质浓度和深度，以避免在浮动阱区域7的内部扩展的耗尽层在场绝缘膜3的外周端到达半导体层1b的表面。在该情况下，在场绝缘膜3的外周端，在半导体层1b与表面保护膜6的界面不产生电位差，因此在场绝缘膜3的外周端附近不存在氢氧化物离子的供给，不析出SiO₂。因此，能够抑制因场绝缘膜3与表面保护膜6剥离所引起的元件不良。

另外，在末端阱区域2的杂质浓度大的情况、或者末端阱区域2与浮动阱区域7的距离近的情况下，有时如图4所示那样从由半导体层1b与末端阱区域2形成的pn结界面扩展的耗尽层越过浮动阱区域7而扩展至更外周侧。在该情况下，在场绝缘膜3的外周端，由于在半导体层1b与表面保护膜6的界面不产生电位差，因此在场绝缘膜3的外周端附近不存在氢氧化物离子的供给，不析出SiO₂。然而，在比浮动阱区域7靠外周侧的位置，在半导体层1b与表面保护膜6的界面产生电位差，有可能通过氢氧化物离子的供给而析出SiO₂。在这样的情况下，由于SiO₂的析出是在远离场绝缘膜3的外周端的位置，因此能够抑制场绝缘膜3与表面保护膜6剥离。

在此，用以下的式(4)表示从由半导体层1b与末端阱区域2形成的pn结界面朝向半导体层1b扩展的耗尽层的最大宽度W₁[cm]。

[数学式4]

ε₀[F/m]是真空的介电常数，V_bd[V]是半导体装置100的雪崩电压。在对半导体基板1a和半导体层1b使用碳化硅的情况下，与使用硅的情况相比，半导体层1b的杂质浓度N_d变大，耗尽层的宽度W₁变小。因此，在对半导体基板1a和半导体层1b使用碳化硅的情况下，与使用硅的情况相比，能够缩小外周区域的尺寸，具有能够降低半导体装置的成本的优点。其另一方面，如果末端阱区域2的外周端与场绝缘膜3的外周端的距离小于耗尽层的宽度W₁，则在不存在浮动阱区域7的半导体装置100′中，在湿度高的状态下将半导体装置100′设为截止状态的情况下，在场绝缘膜3的外周端产生电位差而在半导体层1b的表面析出SiO₂。与此相对，根据具有浮动阱区域7的本实施方式的半导体装置100，获得如下效果：抑制与场绝缘膜3的外周端相接的半导体层1b的表面中的SiO₂的析出，抑制因场绝缘膜3与表面保护膜6剥离所引起的元件不良。

另外，在对半导体基板1a和半导体层1b使用硅的情况下，为了抑制耗尽层的宽度W₁向末端阱区域2的外周大幅伸展，有时设为如下构造：在比场绝缘膜3靠外周侧的半导体层1b的表面设置场板电极，将场板电极搭在场绝缘膜3上。另外，有时为了使场板电极与半导体层1b电连接，在比场绝缘膜3靠外周侧的半导体层1b的表层设置p+注入层来与场板电极连接。在这样的构造中，在湿度高的状态下将半导体装置设为截止状态的情况下，有时场板电极腐蚀而导致表面保护膜6剥离。但是，实施方式1的半导体装置100不具备场板电极，因此不会发生因场板电极与表面保护膜6的剥离所引起的元件不良。

另外，在如图5所示那样从内周侧朝向外周侧形成有多个相互分离的末端阱区域2的情况下，在多个末端阱区域2之间形成电位分布，能够抑制耗尽层过度扩展到末端阱区域2的外周侧。在该情况下，抑制从由半导体层1b与末端阱区域2形成的pn结界面扩展的耗尽层到达至浮动阱区域7，能够进一步抑制在场绝缘膜3的外周析出SiO₂。

另外，如图6所示那样，在将末端阱区域2形成为随着朝向外周而杂质的浓度变小的情况下(在图6中，在末端阱区域2内的一部分形成有杂质浓度更小的末端阱区域2’、2”。)，耗尽层从由半导体层1b与末端阱区域2形成的pn结界面还容易扩展到末端阱区域2的内部，在末端阱区域2的内部形成电位分布，能够抑制耗尽层过度扩展到比末端阱区域2更外周侧。在该情况下，抑制从由半导体层1b与末端阱区域2形成的pn结界面扩展的耗尽层到达至浮动阱区域7，能够进一步抑制在场绝缘膜3的外周析出SiO₂。

另外，图7是表示本实施方式的变形例的平面图。如图7所示，浮动阱区域7也可以在俯视时具有至少一处以上的在周向上分离的部位。在该情况下，即使在从由半导体层1b与末端阱区域2形成的pn结界面扩展的耗尽层到达至浮动阱区域7的情况下，由于浮动阱区域7被间除，因此耗尽层也不易扩展到比浮动阱区域7更外周侧。因此，在比浮动阱区域7靠外周侧的半导体层1b表面不易产生电位差，抑制SiO₂的析出，能够抑制场绝缘膜3与表面保护膜6剥离。

另外，如图8所示，在表面保护膜6延伸到比场绝缘膜3的外周端更外周侧的情况下，优选的是，将浮动阱区域7形成为延伸到比表面保护膜6的外周端更外周侧，将表面不耗尽化的区域延伸到比表面保护膜6的外周端更外周侧。另外，如图9所示，也可以将浮动阱区域7和表面不耗尽化的区域形成为延伸至半导体层1b的外周端。此时，在半导体层1b与表面保护膜6的界面不产生电位差，因此在半导体层1b与表面保护膜6相接的区域中不析出SiO₂，能够抑制场绝缘膜3与表面保护膜6剥离。

另外，考虑如下情况：如图10所示，形成为表面保护膜6的外周端位于比场绝缘膜3的外周端靠内侧的位置，并且半导体装置100整体被密封用凝胶(未图示)密封。在该情况下，比场绝缘膜3靠外周侧的半导体层1b的表面不与表面保护膜6相接，但是与密封用凝胶相接。在该情况下，也通过设置浮动阱区域7，来抑制半导体层1b的表面与密封用凝胶的界面的SiO₂的析出，能够抑制密封用凝胶的剥离。另外，与一般使用于表面保护膜6的聚酰亚胺等材料相比，使用于密封用凝胶的材料更柔软，因此即使析出SiO₂也比较不易发生密封用凝胶的剥离。

<效果>

如上所述，根据本实施方式的半导体装置100，抑制在场绝缘膜3的外周端析出SiO₂，能够抑制场绝缘膜3与表面保护膜6剥离。

实施方式2.

<结构>

接着，说明本发明的实施方式2所涉及的半导体装置200的结构。实施方式2的半导体装置200是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)。下面，关于将半导体材料设为碳化硅(SiC)、将第一导电类型设为n型且将第二导电类型设为p型的SiC-MOSFET进行例示并说明，但是也可以将半导体材料设为硅(Si)、其它宽带隙材料，也可以是将第一导电类型设为p型且将第二导电类型设为n型的半导体装置。另外，也可以不是MOSFET，而是JFET(Junction FET：结型FET)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等其它晶体管。另外，不限于平面型，也可以是沟槽型。

图11是示意性地表示实施方式2所涉及的半导体装置200的末端部的结构的截面图。在图11中，右侧是半导体装置200的末端部侧，左侧是活性区域侧。如图11所示，半导体装置200具备：n型的半导体基板1a；n型的半导体层1b，形成于半导体基板1a上；场绝缘膜3，在半导体层1b上空出中央部地形成；以及作为表面电极的电极焊盘5。半导体装置200的活性区域采用将图12所示的单位单元重复多个而成的构造。各个单位单元成为如下结构：如图12所示，在n型的半导体层1b的表层具备p型阱区域9，在p型阱区域9的表层具备高浓度p区域10，该高浓度p区域10具有比p型阱区域9高的杂质浓度且与电极焊盘5取欧姆接触，在p型阱区域9的表层以与电极焊盘5相接且夹着高浓度p区域10的方式具备n型源极11，以跨着半导体层1b、p型阱区域9、n型源极11的表面的方式具备栅极绝缘膜12，与栅极绝缘膜12的表面的一部分或全部邻接地具备栅极电极13，以覆盖栅极绝缘膜12和栅极电极13来避免电极焊盘5与栅极电极13相接的方式具备层间绝缘膜14。在半导体装置200的活性区域的外周的末端区域中，在以包围活性区域的方式形成的p型阱区域9’的表层具备与电极焊盘5取欧姆接触的高浓度p区域10，进一步在p型阱区域9’的表面的一部分隔着栅极绝缘膜12具备栅极电极13。

各个单位单元的栅极电极13在活性区域的外周相连，被层间绝缘膜14覆盖以避免与电极焊盘5相接。在活性区域的外周，层间绝缘膜14的一部分形成开口，一部分分离地形成的电极焊盘5与栅极电极13连接。在活性区域的外周的p型阱区域9’的更外周具备与p型阱区域9’连接的p型的末端阱区域2，在半导体层1b的表面上以覆盖末端阱区域2的方式形成有场绝缘膜3。还具备：表面保护膜6，以覆盖电极焊盘5的一部分和场绝缘膜3的外周端的方式形成于电极焊盘5和场绝缘膜3上；p型的浮动阱区域7，在半导体层1b的表层部以延伸到比场绝缘膜3的外周端更外周侧的方式形成；以及背面电极8，形成于半导体基板1a的背面。浮动阱区域7从场绝缘膜3的外周端的内侧到所述外周端的外周侧地形成为环状。另外，浮动阱区域7形成为避免从pn结扩展的耗尽层在场绝缘膜3的外周端扩展至半导体层1b的表面。

也可以与实施方式1所示的半导体装置100同样地，设为末端阱区域2、浮动阱区域7、场绝缘膜3、表面保护膜6的配置具有与图5、图6、图7、图8、图9、图10同样的关系的构造。

<制造方法>

接着，说明本实施方式的半导体装置200的制造方法。

首先，在具有偏离角的n+型的低电阻碳化硅半导体的半导体基板1a上，将n型且杂质浓度为1×10¹⁴/cm³～1×10¹⁷/cm³的碳化硅的半导体层1b进行外延结晶生长。然后，在通过光刻工序等将抗蚀剂膜图案化为规定的形状之后，从抗蚀剂膜上反复进行杂质的离子注入，由此在半导体层1b内的表层部形成活性区域的p型阱区域9和活性区域的外周的p型阱区域9’、高浓度p区域10、n型源极11、末端阱区域2、浮动阱区域7。

在离子注入中，作为n型半导体的离子种类使用N等，作为p型半导体的离子种类使用Al、B等。在此，p型阱区域9的杂质浓度为1.0×10¹⁸cm^-3至1.0×10²⁰cm^-3的范围，高浓度p区域10和n型源极11的杂质浓度为比p型阱区域9的杂质浓度大的范围。另外，作为末端阱区域2的剂量，优选设为0.5×10¹³/cm²～5×10¹³/cm²。在本实施方式中设为2.0×10¹³/cm²。关于p型杂质的离子注入，在注入Al的情况下，例如将注入能量设为100keV～700keV。在该情况下，在将上述的各区域中的p型杂质的剂量[cm^-2]换算为杂质浓度[cm^-3]时，末端阱区域2的杂质浓度为1×10¹⁷/cm³～1×10¹⁹/cm³。

关于浮动阱区域7的杂质浓度Na和深度L，与实施方式1同样地，设定为避免从形成于浮动阱区域7与半导体层1b的界面的pn结部扩展的耗尽层在场绝缘膜3的外周端扩展至半导体层1b的表面。即，只要调节浮动阱区域7的杂质浓度N_a和形成深度L以使浮动阱区域7的深度L大于式(3)的x_p即可。在此，作为浮动阱区域7的剂量，与末端阱区域2同样地设为2.0×10¹³/cm²。也就是说，通过抗蚀剂的图案化能够同时形成末端阱区域2和浮动阱区域7。另外，既可以将浮动阱区域7设为更高的浓度，也可以与p型阱区域9、高浓度p区域10同时形成。

另外，浮动阱区域7的内部的耗尽层还有可能从浮动阱区域7的内周方向和外周方向扩展，因此优选形成为浮动阱区域7的内周端和外周端分别从场绝缘膜3的外周端分离大于x_p的值。例如，优选形成为浮动阱区域7的内周端位于比场绝缘膜3的外周端靠内周侧1μm以上的位置，浮动阱区域7的外周端位于比场绝缘膜3的外周端靠外周侧1μm以上的位置。

在通过这样形成p型阱区域9、高浓度p区域10、n型源极11、末端阱区域2、浮动阱区域7之后，在1500℃以上的高温下退火，由此使p型阱区域9、高浓度p区域10、n型源极11、末端阱区域2、浮动阱区域7活性化。

接着，通过CVD法、光刻工序等形成包括膜厚为0.5μm～2μm左右的二氧化硅膜的场绝缘膜3。此时，例如在将场绝缘膜3形成于整面之后通过光刻工序或蚀刻等来去除即可。

接着，对未被场绝缘膜3覆盖的半导体层1b的表面进行热氧化来形成期望的厚度的作为栅极绝缘膜12的氧化硅。接着，在栅极绝缘膜12之上通过减压CVD法形成具有导电性的多晶硅膜，并将其进行图案化，由此形成栅极电极13。接着，通过减压CVD法形成层间绝缘膜14。接着，贯通层间绝缘膜14和栅极绝缘膜12来形成到达单位单元的高浓度p区域10和n型源极11的接触孔，同时在活性区域的外周形成栅极电极13与电极焊盘5相接的接触孔。

当进一步通过溅射法、蒸镀法等形成电极焊盘5和背面电极8时，完成图11所示的截面图的半导体装置200。此时，对电极焊盘5使用Ni、Ti、Al等，对背面电极8使用Ni、Au等金属中的一种或多种。另外，电极焊盘5和背面电极8通过热处理来使一部分与碳化硅反应来形成硅化物。

<动作>

接着，关于本实施方式中的半导体装置200的动作，分为两个状态来进行说明。

第一个状态是栅极电极13被施加阈值以上的正电压的情况，称为“接通状态”。在该接通状态下，在沟道区域形成反转沟道，在n型源极11与半导体层1b之间形成作为载流子的电子流动的路径。因此，当相对于电极焊盘5对背面电极8施加高的电压时，能够经由半导体基板1a、半导体层1b流通电流。将此时施加到电极焊盘5与背面电极8之间的电压称为接通电压，将流动的电流称为接通电流。接通电流仅在存在沟道的活性区域中流动，在活性区域的外周的末端区域不流动。

第二个状态是栅极电极13被施加阈值以下的电压的情况，以下称为“截止状态”。在该截止状态下，在沟道区域不形成反转载流子，因此接通电流不流动，在接通状态下施加的高电压施加到MOSFET的电极焊盘5与背面电极8之间。此时，栅极电极13的电压与电极焊盘5的电压大致相等，因此栅极电极13与背面电极8之间也被施加高的电压。

在图11所示的活性区域的外周的末端区域中，电极焊盘5及栅极电极13与背面电极8之间也被施加高的电压，但是由于与在活性区域中对p型阱区域9形成与电极焊盘5的电接触同样地对末端区域的p型阱区域9’形成有与电极焊盘5的电接触，因此防止栅极绝缘膜12和层间绝缘膜14被施加高的电场强度。

在图11所示的活性区域的外周的末端区域中，与实施方式1的半导体装置100的截止状态同样地动作。也就是说，由半导体层1b与末端阱区域2形成的pn结界面附近被施加大的电场，当背面电极8被施加超过临界电场的电压时发生雪崩击穿。通常，半导体装置100在不发生雪崩击穿的范围中使用，被确定额定电压V[V]。

在半导体装置200成为截止状态的情况下，耗尽层从半导体层1b与p型阱区域9、9’的pn结界面、由半导体层1b与末端阱区域2形成的pn结界面向半导体基板1a的方向和半导体层1b的外周方向扩展。

在此，考虑在湿度高的状态下将半导体装置设为截止状态的情况。表面保护膜6的吸水性高，而且由于在截止状态的情况下产生的电位差而成为在表面保护膜6的内部通过水的电分解而产生了离子的状态。另一方面，当水分的层滞留于与表面保护膜6相比吸水性低的层间绝缘膜14和场绝缘膜3的表面时，层间绝缘膜14和场绝缘膜3的表面成为低电阻层，当与电极焊盘5连接时如场板那样动作。此时，形成于半导体层1b的内部的耗尽层进一步向外周扩展。

在不设置浮动阱区域7的情况下，在半导体层1b与表面保护膜6的界面，在与界面水平的方向上产生电位差，水分被分解为氢离子和氢氧化物离子。另外，当在阳极中使用包含Si的材料来使其与氢氧化物离子反应时，生成氧化硅(SiO₂)。因此，在半导体装置100’的场绝缘膜3的外周的半导体层1b与表面保护膜6的界面，析出SiO₂。

这样析出的SiO₂顶起表面保护膜6，特别是在靠近场绝缘膜3的位置处析出SiO₂时，在场绝缘膜3与表面保护膜6之间发生剥离，形成空洞。此时，由于水分进入空洞部所引起的泄漏、在空洞部中发生的放电而导致元件不良。

在本实施方式的结构中，也与实施方式1同样地，浮动阱区域7在半导体层1b的表层部形成为从场绝缘膜3的外周端的内侧向所述外周端的外周侧延伸。另外，设定浮动阱区域7的p型杂质浓度和深度，以避免在浮动阱区域7的内部扩展的耗尽层在场绝缘膜3的外周端到达半导体层1b的表面。在该情况下，在场绝缘膜3的外周端处，在半导体层1b与表面保护膜6的界面不产生电位差，因此在场绝缘膜3的外周端附近不存在氢氧化物离子的供给，不析出SiO₂。因此，能够抑制因场绝缘膜3与表面保护膜6剥离所引起的元件不良。

另外，在末端阱区域2的杂质浓度大的情况、或者末端阱区域2与浮动阱区域7的距离近的情况下，有时从由半导体层1b与末端阱区域2形成的pn结界面扩展的耗尽层扩展至浮动阱区域7的外周。在该情况下，在场绝缘膜3的外周端处，由于在半导体层1b与表面保护膜6的界面不产生电位差，因此在场绝缘膜3的外周端附近不存在氢氧化物离子的供给，不析出SiO₂。然而，在比浮动阱区域7靠外周侧的位置，在半导体层1b与表面保护膜6的界面产生电位差，有可能通过氢氧化物离子的供给而析出SiO₂。在这样的情况下，由于SiO₂的析出是在远离场绝缘膜3的外周端的位置，因此能够抑制场绝缘膜3与表面保护膜6剥离。

另外，在与实施方式1的情况同样地，末端阱区域、浮动阱区域7、场绝缘膜3、表面保护膜6的配置具有与图5、图6、图7、图8、图9、图10同样的关系的情况下，也在半导体层1b与表面保护膜6相接的区域中抑制SiO₂的析出，能够抑制场绝缘膜3与表面保护膜6剥离。

<效果>

如上所述，根据本实施方式的半导体装置200，抑制在场绝缘膜3的外周端析出SiO₂，能够抑制场绝缘膜3与表面保护膜6剥离。

实施方式3.

本实施方式是将上述的实施方式1、2所涉及的半导体装置应用于电力变换装置的实施方式。本发明不限定于特定的电力变换装置，下面，作为实施方式3，说明将本发明应用于三相的逆变器的情况。

图13是表示应用了本实施方式所涉及的电力变换装置的电力变换系统的结构的框图。

图13所示的电力变换系统包括电源1000、电力变换装置2000、负载3000。电源1000是直流电源，向电力变换装置2000供给直流电力。电源1000能够包括各种部件，例如既能够包括直流系统、太阳能电池、蓄电池，也可以包括与交流系统连接的整流电路、AC/DC转换器。另外，也可以由将从直流系统输出的直流电力变换为规定的电力的DC/DC转换器构成电源1000。

电力变换装置2000是连接于电源1000与负载3000之间的三相的逆变器，将从电源1000供给的直流电力变换为交流电力，向负载3000供给交流电力。如图13所示，电力变换装置2000具备：主变换电路2001，将直流电力变换为交流电力后输出；驱动电路2002，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，将用于控制驱动电路2002的控制信号输出到驱动电路2002。

负载3000是通过从电力变换装置2000供给的交流电力被驱动的三相的电动机。此外，负载3000不限于特定的用途，是搭载于各种电气设备的电动机，例如被用作面向混合动力汽车、电动汽车、铁道车辆、电梯或者空调设备的电动机。

下面，说明电力变换装置2000的详情。主变换电路2001具备开关元件和续流二极管(未图示)，通过开关元件进行开关动作，来将从电源1000供给的直流电力变换为交流电力并供给到负载3000。主变换电路2001的具体的电路结构有各种，本实施方式所涉及的主变换电路2001是2电平的三相全桥电路，能够包括6个开关元件和反并联于各个开关元件的6个续流二极管。对于主变换电路2001的各开关元件和各续流二极管中的至少任一个应用上述的实施方式1、2中的任意方式所涉及的半导体装置。6个开关元件中每2个开关元件串联连接而构成上下臂，各上下臂构成全桥电路的各相(U相、V相、W相)。而且，各上下臂的输出端子、即主变换电路2001的3个输出端子连接于负载3000。

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，并供给到主变换电路2001的开关元件的控制电极。具体地说，按照来自后述的控制电路2003的控制信号，将使开关元件变为接通状态的驱动信号和使开关元件变为截止状态的驱动信号输出到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，驱动信号为开关元件的阈值电压以上的电压信号(接通信号)，在将开关元件维持为截止状态的情况下，驱动信号为开关元件的阈值电压以下的电压信号(截止信号)。

控制电路2003为了向负载3000供给期望的电力而控制主变换电路2001的开关元件。具体地说，基于应供给到负载3000的电力，计算主变换电路2001的各开关元件应成为接通状态的时间(接通时间)。例如，能够通过根据应输出的电压调制开关元件的接通时间的PWM控制来控制主变换电路2001。然后，以在各时间点对于应成为接通状态的开关元件输出接通信号、且对于应成为截止状态的开关元件输出截止信号的方式对驱动电路2002输出控制指令(控制信号)。驱动电路2002按照该控制信号，对各开关元件的控制电极输出接通信号或截止信号来作为驱动信号。

在本实施方式所涉及的电力变换装置中，作为主变换电路2001的开关元件应用实施方式1、2所涉及的半导体装置，因此能够实现可靠性提高。

在本实施方式中，说明了将本发明应用于2电平的三相逆变器的例子，但是本发明不限于此，能够应用于各种电力变换装置。在本实施方式中设为2电平的电力变换装置，但是也可以是3电平、多电平的电力变换装置，在向单相负载供给电力的情况下，也可以将本发明应用于单相的逆变器。另外，在向直流负载等供给电力的情况下，还能够将本发明应用于DC/DC转换器、AC/DC转换器。

另外，在应用了本发明的电力变换装置中，上述的负载不限定于电动机的情况，例如也能够用作放电加工机、激光加工机、或感应加热烹调器、非接触器供电系统的电源装置，并且还能够用作太阳能发电系统、蓄电系统等的功率调节器。

在上述各实施方式中，有时还记载了各结构要素的材质、材料、尺寸、形状、相对的配置关系或实施的条件等，但是这些在所有方面均是例示的，不限于本发明所记载的内容。因此，在本发明的范围内可设想未例示的无数个变形例。例如包括将任意的结构要素变形的情况、追加的情况或省略的情况、以及提取至少一个实施方式中的至少一个结构要素来与其它实施方式的结构要素组合的情况。

另外，只要不发生矛盾，则在上述各实施方式中被记载为具备“1个”的结构要素也可以具备“1个以上”。并且，构成发明的结构要素是概念性的单位，包括1个结构要素包括多个构造物的情况和1个结构要素对应于某构造物的一部分的情况。另外，在本发明的各结构要素中，只要发挥相同的功能，则包括具有其它构造或形状的构造物。

另外，本说明书中的说明是为了本发明的所有目的而参照的，都不认为是以往技术。

此外，本发明在其发明的范围内，能够将各实施方式自由地组合或者将各实施方式适当变形、省略。详细地说明了本发明，但是上述的说明在所有方式中均是例示的，本发明不限定于此。应理解未例示的无数个变形例不脱离本发明的范围而可设想的。