特許 6269588 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6269588

(24)【登録日】2018年1月12日

(45)【発行日】2018年1月31日

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/336 20060101AFI20180122BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20180122BHJP

   H01L 29/786 20060101ALI20180122BHJP

   H01L 29/06 20060101ALI20180122BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/78 301V

   H01L29/78 301D

   H01L29/78 301S

   H01L29/78 617K

   H01L29/78 617N

   H01L29/78 301G

   H01L29/78 616T

   H01L29/78 616V

   H01L29/06 301D

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-120491(P2015-120491)

(22)【出願日】2015年6月15日

(65)【公開番号】特開2017-5208(P2017-5208A)

(43)【公開日】2017年1月5日

【審査請求日】2016年9月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】特許業務法人快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】町田 悟

(72)【発明者】

【氏名】山下 侑佑

(72)【発明者】

【氏名】青井 佐智子

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 行彦

【審査官】 市川 武宜

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１７３３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０８７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４２２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５８９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３３５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０６６１５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ２９／０６

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２９／７８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体層、トレンチゲート部、トレンチ絶縁部、第１主電極及び第２主電極を備えており、
前記半導体層は、
第１導電型の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域の表面に設けられている第２導電型の第２半導体領域と、
前記第２半導体領域の表面に設けられているとともに、前記第２半導体領域によって前記第１半導体領域から分離されており、前記第１半導体領域より第１導電型の不純物を高濃度に含んでいる第１導電型の第３半導体領域と、
前記第１半導体領域によって前記第２半導体領域から分離されており、前記第１半導体領域より第１導電型の不純物を高濃度に含んでいる第１導電型の第４半導体領域と、を有し、
前記トレンチゲート部は、前記半導体層の表面から深部に向けて伸びて前記第１半導体領域に達しており、前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域に接しており、
前記トレンチ絶縁部は、前記半導体層の表面から深部に向けて伸びて前記第１半導体領域に達しており、前記トレンチゲート部より深い位置まで伸びており、
前記第１主電極と前記第２主電極は、前記トレンチ絶縁部を間に置いて前記半導体層の表面に配置されており、
前記第４半導体領域は、前記トレンチ絶縁部の底面を覆っているとともに、前記半導体層を平面視したときに、前記トレンチゲート部と前記トレンチ絶縁部の間の少なくとも一部に配置されている、半導体装置。

【請求項2】

前記半導体層は、
前記第１半導体領域の表面に設けられているとともに、前記トレンチ絶縁部に対して前記第２半導体領域の反対側に配置されている第２導電型の第５半導体領域と、
前記第５半導体領域の表面に設けられているとともに、前記第５半導体領域によって前記第１半導体領域から分離されており、前記トレンチ絶縁部に対して前記第３半導体領域の反対側に配置されており、前記第１半導体領域より第１導電型の不純物を高濃度に含んでいる第１導電型の第６半導体領域と、をさらに有し、
さらに第２のトレンチゲート部を備えており、
前記第２のトレンチゲート部は、前記トレンチ絶縁部に対して前記トレンチゲート部の反対側で、前記半導体層の表面から深部に向けて伸びて前記第１半導体領域に達しており、前記第５半導体領域及び前記第６半導体領域に接している、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記トレンチゲート部と前記第２のトレンチゲート部は、各々に異なる電圧が印加可能に構成されている請求項２に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書で開示する技術は、トレンチゲート部を備える横型の半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

トレンチゲート部を備える横型の半導体装置が特許文献１に開示されている。トレンチゲート部は、トレンチゲートと、ゲート絶縁膜で構成されている。特許文献１の半導体装置では、トレンチゲート部に対して主電極が互いに反対側に設けられている。また、特許文献１の半導体装置では、トレンチゲート部の底面にｎ型領域が形成されている。トレンチゲート部にオン電圧を印加すると、電流が、トレンチゲートに沿って流れる。すなわち、電流は、トレンチゲート部の一方の側壁、底部（ｎ型領域）、他方の側壁に沿って移動する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−２５８９７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記したように、特許文献１の半導体装置は、電流がトレンチゲート部に沿って流れる。すなわち、電流は、トレンチゲート部の周囲を局所的に流れる。そのため、トレンチゲート部の周囲、特に、側壁と底面の角部で発熱が生じることがある。特許文献１の半導体装置では、発熱を抑制するために、通電量を抑制することが必要である。本明細書は、通電量を大きくすることが可能な半導体装置を実現する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書で開示する半導体装置は、半導体層、トレンチゲート部、トレンチ絶縁部、第１主電極及び第２主電極を備えている。半導体層は、第１半導体領域と第２半導体領域と第３半導体領域と第４半導体領域を有している。第１半導体領域は第１導電型である。第２半導体領域は、第２導電型であり、第１半導体領域の表面に設けられている。第３半導体領域は、第１導電型であり、第２半導体領域の表面に設けられている。第３半導体領域は、第２半導体領域によって第１半導体領域から分離されている。第３半導体領域は、第１半導体領域より第１導電型の不純物を高濃度に含んでいる。第４半導体領域は、第１導電型であり、第１半導体領域によって第２半導体領域から分離されている。第４半導体領域は、第１半導体領域より第１導電型の不純物を高濃度に含んでいる。トレンチゲート部は、半導体層の表面から深部に向けて伸びて第１半導体領域に達している。トレンチゲート部は、第２半導体領域及び第３半導体領域に接している。トレンチ絶縁部は、半導体層の表面から深部に向けて伸びて第１半導体領域に達している。トレンチ絶縁部は、トレンチゲート部より深い位置まで伸びている。第１主電極と第２主電極は、トレンチ絶縁部を間に置いて半導体層の表面に配置されている。また、第４半導体領域は、半導体層を平面視したときに、トレンチゲート部とトレンチ絶縁部の間の少なくとも一部に配置されている。

【0006】

上記半導体装置では、トレンチゲート部にオン電圧を印加すると、トレンチゲート部の側壁に沿って、第１半導体領域と第３半導体領域を電気的に結ぶチャネルが形成される。第３半導体領域から注入されたキャリアは、チャネルに沿って第１半導体領域に移動する。キャリアは、第１半導体領域に移動した後、低抵抗の第４半導体領域に向けて移動する経路、トレンチ絶縁部の底部に向けて移動する経路等を通って、第２主電極に至る。すなわち、キャリアは、特定の領域を局所的に流れることなく、第１半導体領域内で広く分散し、第２電極に向けて移動する。上記半導体装置は、電流が特定の経路を局所的に流れることを防止することができるので、発熱が抑制され、結果として通電量を増大することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施例の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。

【図2】第１実施例の半導体装置の特徴を説明するための図を示す。

【図3】第２実施例の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。

【図4】第３実施例の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。

【図5】第４実施例の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。

【図6】第５実施例の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。

【図7】第６実施例の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。

【0009】

本明細書で開示する半導体装置は、横型の半導体装置であり、半導体層の表面に一対の主電極（第１主電極，第２主電極）が設けられている。半導体層は、第１導電型の第１半導体領域と、第２導電型の第２半導体領域と、第１導電型の第３半導体領域と、第１導電型の第４半導体領域を備えている。なお、第１導電型がｎ型の場合、第２導電型はｐ型である。反対に、第１導電型がｐ型の場合、第２導電型はｎ型である。

【0010】

第２半導体領域は、第１半導体領域の表面に設けられている。第３半導体領域は、第２半導体領域の表面に設けられているとともに、第２半導体領域によって第１半導体領域から分離されている。第３半導体領域は、第１半導体領域より第１導電型の不純物を高濃度に含んでいる。第４半導体領域は、第１半導体領域によって第２半導体領域から分離されている。第４半導体領域は、第１半導体領域の裏面（第２半導体領域が設けられている表面と反対側の面）に設けられていてもよいし、第１半導体領域に囲まれていてもよい。第４半導体領域は、第１半導体領域より第１導電型の不純物を高濃度に含んでいる。例えば、ＭＯＳＦＥＴの場合、第１半導体領域はドリフト領域に相当し、第２半導体領域はボディ領域に相当し、第３半導体領域はソース領域（又はドレイン領域）に相当し、第４半導体領域はドリフト領域によってボディ領域から分離された位置に設けられた低抵抗領域に相当する。

【0011】

第３半導体領域は、第２半導体領域の表面の全面に設けられていてもよいし、第２半導体領域の表面の一部に設けられていてもよい。第３半導体領域が第２半導体領域の表面の一部に設けられている場合、第２半導体領域の表面の他の部分に第２導電型のコンタクト領域が設けられていてよい。すなわち、第２導電型の第２半導体領域の表面に、第１導電型の不純物を高濃度に含む第３半導体領域と、第２導電型の不純物を第２半導体領域より高濃度に含むコンタクト領域が設けられていてよい。この場合、第１主電極又は第２主電極のいずれか一方の主電極が、第３半導体領域とコンタクト領域の双方に電気的に接続されていてよい。コンタクト領域は、主電極と第２半導体領域を電気的に接続することができる。なお、第２半導体領域の表面にコンタクト領域が設けられていない場合でも、主電極は、第２半導体領域と第３半導体領域に電気的に接続されていることが好ましい。

【0012】

半導体装置は、半導体層の表面から裏面に向けて伸びるトレンチゲート部を備えている。トレンチゲート部は、ゲート電極とゲート絶縁膜を備えていてよい。トレンチゲート部は、半導体層の表面から深部に向けて伸びて第１半導体領域に達している。トレンチゲート部は、第２半導体領域及び第３半導体領域に接している。具体的には、トレンチゲート部の側壁が、第２半導体領域及び第３半導体領域に接している。ゲート電極にオン電圧を印加すると、トレンチゲート部の側壁と第２半導体領域の界面にチャネルが形成され、キャリアが第１半導体領域と第３半導体領域の間を移動できるようになる。

【0013】

半導体装置は、半導体層の表面から裏面に向けて伸びるトレンチ絶縁部を備えている。トレンチ絶縁部は、トレンチ内部が空洞である形態でもよいし、トレンチ内部に絶縁体が埋め込まれた形態であってもよい。トレンチ絶縁部は、半導体層の表面から深部に向けて伸びて第１半導体領域に達している。また、トレンチ絶縁部は、トレンチゲート部より深い位置まで伸びていている。第１主電極と第２主電極は、トレンチ絶縁部を間に置いて半導体層の表面に配置されている。すなわち、トレンチ絶縁部は、第１主電極と第２主電極の間に配置されている。トレンチ絶縁部によって、第１主電極と第２主電極は絶縁されている。なお、上記した第４半導体領域は、半導体層を平面視したときに、トレンチゲート部とトレンチ絶縁部の間の少なくとも一部に配置されている。なお、「半導体層を平面視する」とは、半導体層の表面に直交する方向から半導体層を観察することを意味する。

【0014】

半導体層は、第２導電型の第５半導体領域と第１導電型の第６半導体領域をさらに有していてもよい。第５半導体領域は、第１半導体領域の表面に設けられているとともに、トレンチ絶縁部に対して第２半導体領域の反対側に配置されていてもよい。第６半導体領域は、第５半導体領域の表面に設けられているとともに、第５半導体領域によって第１半導体領域から分離されており、トレンチ絶縁部に対して第３半導体領域の反対側に配置されていてもよい。第６半導体領域は、第１半導体領域より第１導電型の不純物を高濃度に含んでいてもよい。第５半導体領域は、第２半導体領域と同一の構造であってよい。この場合、トレンチ絶縁部に対して、上記トレンチゲート部が設けられていない側の第２半導体領域が、第５半導体領域に相当する。同様に、第６半導体領域は、第３半導体領域と同一の構造であってよい。トレンチ絶縁部に対して、上記トレンチゲート部が設けられていない側の第３半導体領域が、第６半導体領域に相当する。

【0015】

半導体装置は、上記トレンチゲート部に加え、第２のトレンチゲート部を備えていてよい。以下、上記トレンチゲート部を第１トレンチゲート部と称し、第２のトレンチゲート部を第２トレンチゲート部と称する。第２トレンチゲート部は、第１トレンチゲート部と同様に、ゲート電極とゲート絶縁膜を備えており、半導体層の表面から深部に向けて伸びて第１半導体領域に達していてよい。第２トレンチゲート部は、トレンチ絶縁部に対して第１トレンチゲート部の反対側に設けられていてよい。すなわち、トレンチ絶縁部は、第１トレンチゲート部と第２トレンチゲート部の間に配置されている。第２トレンチゲート部は、第１トレンチゲート部と同じ深さまで伸びていてよい。第２トレンチゲート部は、第５半導体領域及び第６半導体領域に接していてよい。この場合、第２トレンチゲート部のゲート電極にオン電圧を印加すると、第２トレンチゲート部の側壁と第５半導体領域の界面にチャネルが形成され、キャリアが第１半導体領域と第６半導体領域の間を移動できるようになる。ＭＯＳＦＥＴの場合、第５半導体領域はボディ領域に相当し、第６半導体領域はソース領域（又はドレイン領域）に相当する。

【0016】

第２トレンチゲート部が設けられていると、半導体装置は、第１主電極と第２主電極の間に印加される電圧を切換える（第１主電極が第２主電極よりも高電位の状態と、第２主電極が第１主電極よりも高電位の状態に切換える）ことができ、双方向に電流を流すことが可能になる。第１トレンチゲート部と第２トレンチゲート部が設けられている半導体装置は、双方向デバイスとして動作することができる。

【0017】

第２トレンチゲート部の周囲においても、第６半導体領域は、第５半導体領域の表面の全面に設けられていてもよいし、第５半導体領域の表面の一部に設けられていてもよい。第５半導体領域の表面の一部に設けられている場合、第５半導体領域の表面の他の部分にコンタクト領域が設けられていてよい。この場合、第１主電極と第２主電極のいずれか一方の主電極は、第６半導体領域とコンタクト領域の双方に電気的に接続されていてよい。第１トレンチゲート部が設けられている部分の半導体層内部の構造と、第２トレンチゲート部が設けられている部分の半導体層内部の構造は、トレンチ絶縁部に対して対称であってもよい。

【0018】

第１トレンチゲート部と第２トレンチゲート部は、各々に異なる電圧を印加することができてよい。この半導体装置では、第１トレンチゲート部と第２トレンチゲート部に印加する電圧を制御することにより、双方向デバイスとして動作することができるとともに、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴのいずれかで動作させることもできる。

【0019】

上記したように、第４半導体領域は、半導体層を平面視したときに、トレンチゲート部とトレンチ絶縁部の間の少なくとも一部に配置されている。第４半導体領域は、トレンチゲート部とトレンチ絶縁部の間以外の範囲にも配置されていてよい。例えば、第４半導体領域は、半導体層を平面視したときに、半導体層の全面に配置されていてもよい。この場合、第４半導体領域を形成するときのマスク層等を省略することができ、製造工程を簡略化することができる。また、１つの第４半導体領域が半導体層内に配置されていてもよいし、複数の第４半導体領域が半導体層内に分散して配置されていてもよい。第４半導体領域は、トレンチゲート部（第１トレンチゲート部，第２トレンチゲート部）の底面より深部に配置されていてもよいし、トレンチゲート部の底面より浅い位置に配置されていてもよい。具体的には、第４半導体領域は、トレンチゲート部の底面に対して第２半導体領域から離れた位置に配置されていてもよいし、トレンチゲート部の底面と第２半導体領域の間に配置されていてもよい。好ましくは、第４半導体領域は、トレンチゲート部の底面に対して第２半導体領域から離れた位置に配置されていることである。

【0020】

第４半導体領域は、トレンチゲート部（第１トレンチゲート部，第２トレンチゲート部）に接していない状態で、トレンチゲート部の下方に配置されていてよい。換言すると、半導体層を平面視したときに、第４半導体領域の一部は、トレンチゲート部と重複するように配置されていてよい。また、第４半導体領域は、トレンチ絶縁部の底面を覆っていてもよい。なお、トレンチゲート部の下方に配置されている第４半導体領域と、トレンチ絶縁部の底面を覆っている第４半導体領域は、連続していてもよいし、不連続であってもよい。

【0021】

半導体層の材料は、シリコン単結晶又は化合物半導体であってよい。化合物半導体は、例えば、炭化ケイ素、ガリウム砒素、窒化ガリウムであってよい。

【実施例】

【0022】

（第１実施例）
図１に示す半導体装置１００は、半導体基板２と、半導体層１６と、第１トレンチゲート部２０と、第２トレンチゲート部３０と、トレンチ絶縁部１４と、第１主電極Ｅ１と、第２主電極Ｅ２を備えている。半導体基板２の材料はシリコンである。なお、半導体基板２の材料として、シリコン酸化膜を用いることもできる。

【0023】

半導体層１６は、半導体基板２の表面に設けられている。半導体層１６の材料はシリコンである。半導体層１６の裏面側（半導体基板２と接する側）は、ｎ^＋型の低抵抗領域４が設けられている。低抵抗領域４は、半導体層１６の裏面側の全面に設けられている。低抵抗領域４には、ｎ型不純物としてリン（Ｐ）が導入されている。低抵抗領域４の不純物濃度は１×１０^１７〜１×１０^２３ｃｍ^−３に調整されている。低抵抗領域４は、特許請求の範囲に記載の第４半導体領域の一例である。低抵抗領域４の表面に、ｎ型のドリフト領域６が設けられている。ドリフト領域６には、ｎ型不純物としてリンが導入されている。ドリフト領域６の不純物濃度は１×１０^１２〜１×１０^１５ｃｍ^−３に調整されている。ドリフト領域６は、特許請求の範囲に記載の第１半導体領域の一例である。

【0024】

ドリフト領域６の表面に、ｐ型のボディ領域８が設けられている。低抵抗領域４は、ドリフト領域６によってボディ領域８から分離されているということもできる。ボディ領域８には、ｐ型不純物としてホウ素が導入されている。ボディ領域８の不純物濃度は１×１０^１６〜１×１０^１９ｃｍ^−３に調整されている。ボディ領域８のうち、トレンチ絶縁部１４に対して第１トレンチゲート部２０が設けられている側のボディ領域（第１トレンチゲート部２０に接しているボディ領域）８ａは、特許請求の範囲に記載の第２半導体領域の一例である。また、トレンチ絶縁部１４に対して第２トレンチゲート部３０が設けられている側のボディ領域（第２トレンチゲート部３０に接しているボディ領域）８ｂは、特許請求の範囲に記載の第５半導体領域の一例である。以下、ボディ領域８ａを第１ボディ領域と称し、ボディ領域８ｂを第２ボディ領域と称する。

【0025】

ボディ領域８の表面の一部に、ｎ^＋型の高濃度領域１０が設けられている。高濃度領域１０には、ｎ型不純物としてリンが導入されている。高濃度領域１０の不純物濃度は１×１０^１７〜１×１０^２０ｃｍ^−３に調整されている。高濃度領域１０のうち、トレンチ絶縁部１４に対して第１トレンチゲート部２０が設けられている側の高濃度領域（第１トレンチゲート部２０に接している高濃度領域）１０ａは、特許請求の範囲に記載の第３半導体領域の一例である。また、トレンチ絶縁部１４に対して第２トレンチゲート部３０が設けられている側の高濃度領域（第２トレンチゲート部３０に接している高濃度領域）１０ｂは、特許請求の範囲に記載の第６半導体領域の一例である。以下、高濃度領域１０ａを第１高濃度領域と称し、高濃度領域１０ｂを第２高濃度領域と称する。

【0026】

ボディ領域８の表面の他の一部に、ｐ^＋型のコンタクト領域１２が設けられている。コンタクト領域１２の不純物濃度は１×１０^１７〜１×１０^２０ｃｍ^−３に調整されている。以下、コンタクト領域１２のうち、トレンチ絶縁部１４に対して第１トレンチゲート部２０が設けられている側のコンタクト領域１２ａを第１コンタクト領域と称し、トレンチ絶縁部１４に対して第２トレンチゲート部３０が設けられている側のコンタクト領域１２ｂを第２コンタクト領域と称する。なお、ドリフト領域６は、ｎ型の半導体層１６内に低抵抗領域４，ボディ領域８，高濃度領域１０及びコンタクト領域１２を形成した残部である。

【0027】

第１トレンチゲート部２０が、半導体層１６の表面から深部に向けて伸びている。第１トレンチゲート部２０は、ドリフト領域６まで達しており、第１高濃度領域１０ａ及び第１ボディ領域８ａに接している。具体的には、第１トレンチゲート部２０は、第１高濃度領域１０ａ及び第１ボディ領域８ａを貫通し、ドリフト領域６まで達している。第１トレンチゲート部２０は、第１ゲート電極２２と第１ゲート絶縁膜２４を備えている。第１ゲート電極２２は、第１ゲート絶縁膜２４を介して、第１高濃度領域１０ａの一部，第１ボディ領域８ａ，ドリフト領域６の一部に対向している。

【0028】

第２トレンチゲート部３０が、半導体層１６の表面から深部に向けて伸びている。第２トレンチゲート部３０は、ドリフト領域６まで達しており、第２高濃度領域１０ｂ及び第２ボディ領域８ｂに接している。第２トレンチゲート部３０は、第２高濃度領域１０ｂ及び第２ボディ領域８ｂを貫通し、ドリフト領域６まで達している。第２トレンチゲート部３０は、第２ゲート電極３２と第２ゲート絶縁膜３４を備えている。第２ゲート電極３２は、第２ゲート絶縁膜３４を介して、第２高濃度領域１０ｂの一部，第２ボディ領域８ｂ，ドリフト領域６の一部に対向している。第１トレンチゲート部２０と第２トレンチゲート部３０は、半導体層１６の深部に向けて同じ深さまで伸びている。

【0029】

第１ゲート電極２２及び第２ゲート電極３２は、各々異なるゲート配線（図示省略）に接続されている。そのため、第１ゲート電極２２及び第２ゲート電極３２は、別々に制御することができ、両者に異なる電圧を印加することができる。例えば、第１ゲート電極２２と第２ゲート電極３２の双方に閾値電圧を超える電圧を印加し、第１ゲート絶縁膜２４とボディ領域８の界面と、第２ゲート絶縁膜３４とボディ領域８の界面の双方にチャネルを形成することができる。あるいは、第１ゲート電極２２と第２ゲート電極３２の一方にのみ閾値電圧を超える電圧を印加し、第１ゲート絶縁膜２４とボディ領域８の界面、第２ゲート絶縁膜３４とボディ領域８の界面の一方にのみチャネルを形成することもできる。

【0030】

トレンチ絶縁部１４が、第１トレンチゲート部２０と第２トレンチゲート部３０の間で、半導体層１６の表面から深部に向けて伸びている。トレンチ絶縁部１４は、ドリフト領域６まで達している。換言すると、第２トレンチゲート部３０は、トレンチ絶縁部１４に対して第１トレンチゲート部２０の反対側で。半導体層１６の表面から深部に向けて伸びてドリフト領域６に達している。トレンチ絶縁部１４は、第１トレンチゲート部２０及び第２トレンチゲート部３０より半導体層１６の深部まで伸びている。半導体装置１００では、トレンチ絶縁部１４は、半導体層１６の表面からコンタクト領域１２，ボディ領域８及びドリフト領域を貫通し、低抵抗領域４まで達している。トレンチ絶縁部１４は、トレンチ１４ｂとトレンチ１４ｂ内に充填されている絶縁体１４ａを備えている。絶縁体１４ａの材料はシリコン酸化膜である。なお、絶縁体１４ａの材料として、シリコン窒化膜を用いることもできる。

【0031】

上記したように、低抵抗領域４は、半導体層１６の裏面側の全面に設けられている。そのため、半導体装置１００を平面視すると、低抵抗領域４は、第１トレンチゲート部２０，第２トレンチゲート部３０及びトレンチ絶縁部１４と重複している。なお、図１から明らかなように、低抵抗領域４は、第１トレンチゲート部２０及び第２トレンチゲート部３０と非接触であり、トレンチ絶縁部１４の底面を覆っている。

【0032】

第１主電極Ｅ１と第２主電極Ｅ２は、トレンチ絶縁部１４を間において半導体層１６の表面に配置されている。第１主電極Ｅ１は、第１高濃度領域１０ａ及び第１コンタクト領域１２ａに電気的に接続されている。また、第２主電極Ｅ２は、第２高濃度領域１０ｂ及び第２コンタクト領域１２ｂに電気的に接続されている。第１コンタクト領域１２ａと第２コンタクト領域１２ｂは、トレンチ絶縁部１４によって分離されている。第１主電極Ｅ１は、第１コンタクト領域１２ａを介して第１ボディ領域８ａに電気的に接続されている。そのため、第１ボディ領域８ａの電位は、第１主電極Ｅ１の電位に固定される。第２主電極Ｅ２は、第２コンタクト領域１２ｂを介して第２ボディ領域８ｂに電気的に接続されている。そのため、第２ボディ領域８ｂの電位は、第２主電極Ｅ２の電位に固定される。なお、第１トレンチゲート部２０が設けられている部分の半導体層１６の構造と、第２トレンチゲート部３０が設けられている部分の半導体層１６の構造は、トレンチ絶縁部１４に対して対称である。なお、本明細書で開示する技術は、第１トレンチゲート部２０が設けられている部分の半導体層１６の構造と、第２トレンチゲート部３０が設けられている部分の半導体層１６の構造が、トレンチ絶縁部１４に対して非対称である半導体装置にも適用することができる。

【0033】

図２を参照し、半導体装置１００の利点を説明する。図２は、第１ゲート電極２２と第２ゲート電極３２の双方にオン電圧（閾値電圧を超える電圧）を印加し、第１主電極Ｅ１を接地電位に固定し、第２主電極Ｅ２を電源の高電位側に接続した状態を示している。図２に示すように、第１ゲート電極２２と第２ゲート電極３２にオン電圧を印加すると、第１ゲート絶縁膜２４と第１ボディ領域８ａの界面にチャネル４０ａが形成され、第２ゲート絶縁膜３４と第２ボディ領域８ｂの界面にチャネル４０ｂが形成される。第１高濃度領域１０ａからに注入された電子は、チャネル４０ａ，ドリフト領域６，低抵抗領域４，ドリフト領域６及びチャネル４０ｂを通過して、第２高濃度領域１０ｂに移動する。図２の矢印に示すように、電子は、ドリフト領域６を移動するときに様々な経路を通過する。例えば、電子は、チャネル４０ａから低抵抗領域４までの最短距離、チャネル４０ａからチャネル４０ｂまでの最短距離等の経路に分散して移動する。すなわち、ドリフト領域６において、電流が特定の経路を局所的に流れることを防止することができる。その結果、半導体装置１００を駆動しているときに、半導体層１６の発熱を抑制することができる。

【0034】

半導体装置１００の他の利点を説明する。上記したように、半導体装置１００を平面視したときに、低抵抗領域４は、半導体層１６の全面に設けられている。そのため、半導体装置１００を平面視すると、低抵抗領域４は、第１トレンチゲート部２０と重複する位置に設けられている。そのため、電子がチャネル４０ａから低抵抗領域４に移動するときに、ドリフト領域６を通過する距離を最短にすることができる。同様に、低抵抗領域４が第２トレンチゲート部３０と重複する位置に設けられているので、電子が低抵抗領域４からチャネル４０ｂに移動するときに、ドリフト領域６を通過する距離を最短にすることができる。また、トレンチ絶縁部１４の底面が低抵抗領域４に覆われているので、電子がトレンチ絶縁部１４の周囲を移動するときに、電子の移動抵抗を小さくすることができる。

【0035】

上記したように、半導体装置１００は、第１ゲート電極２２及び第２ゲート電極３２を備えている。そのため、第１主電極Ｅ１を低電位に固定し、第２主電極Ｅ２を高電位に固定すると、第２主電極Ｅ２から第１主電極Ｅ１に向けて電流を流すことができる。反対に、第２主電極Ｅ２を低電位に固定し、第１主電極Ｅ１を高電位に固定すると、第１主電極Ｅ１から第２主電極Ｅ２に向けて電流を流すことができる。半導体装置１００は、双方向ＭＯＳＦＥＴとして利用することができる。

【0036】

また、半導体装置１００は、２種のトレンチゲート部（第１トレンチゲート部２０，第２トレンチゲート部３０）を備えており、各々のゲート電極（第１ゲート電極２２，第２ゲート電極３２）を別々に制御することができる。そのため、例えば、第１ゲート電極２２に閾値電圧を超える電圧を印加し、第２ゲート電極３２に電圧を印加せず（少なくとも閾値電圧を超える電圧を印加しない）、第１主電極Ｅ１を低電位に固定し、第２主電極Ｅ２を高電位に固定すると、第１主電極Ｅ１から第２主電極Ｅ２に向けて電流が流れるＩＧＢＴを実現することができる。なお、電圧を印加するゲート電極，第１主電極Ｅ１及び第２主電極Ｅ２を固定する電位を調整することにより、第２主電極Ｅ２から第１主電極Ｅ１に向けて電流が流れるＩＧＢＴを実現することもできる。すなわち、半導体装置１００は、双方向ＩＧＢＴとして利用することもできる。

【0037】

上記したように、トレンチ絶縁部１４を介して、第１トレンチゲート部２０が設けられている部分の半導体層１６の構造は、第２トレンチゲート部３０が設けられている部分の半導体層１６の構造と対称である。そのため、第１主電極Ｅ１から第２主電極Ｅ２に向けて電流が流れる状態のときと、第２主電極Ｅ２から第１主電極Ｅ１に向けて電流が流れる状態のときで、半導体装置１００の特性を同一にすることができる。

【0038】

なお、上記実施例では、低抵抗領域４が半導体層１６の裏面の全面に設けられている形態について説明したが、本明細書で開示する技術は、低抵抗領域の形状が低抵抗領域４と異なる形態をも取り得る。以下、図３〜図５を参照し、第２実施例〜第４実施例の半導体装置（半導体装置２００から４００）について説明する。なお、以下の説明では、半導体装置２００から４００について、半導体装置１００と同一の構造については、半導体装置１００と同一の参照番号を付すことにより説明を省略することがある。

【0039】

（第２実施例）
図３を参照し、半導体装置２００の特徴を説明する。半導体装置２００では、低抵抗領域２０４が、半導体層１６の裏面に設けられていない。低抵抗領域２０４は、ドリフト領域２０６の内部に設けられている。そのため、低抵抗領域２０４は、半導体基板２に直接接触しない。なお、半導体装置２００を平面視すると、低抵抗領域２０４は、半導体層１６の全面に設けられている。

【0040】

（第３実施例）
図４を参照し、半導体装置３００の特徴を説明する。半導体装置３００では、低抵抗領域３０４が、ドリフト領域３０６内に分散して設けられている。低抵抗領域３０４は、半導体層１６の裏面の一部に設けられている。半導体装置３００を平面視すると、低抵抗領域３０４は、トレンチゲート部２０，３０と重複する位置に設けられている。そのため、ドリフト領域３０６に注入された電子は、低抵抗領域３０４に向かう経路、トレンチ絶縁部１４に向かう経路等、ドリフト領域３０６内で分散して移動する。

【0041】

（第４実施例）
図５を参照し、半導体装置４００の特徴を説明する。半導体装置４００では、半導体装置３００と同様に、低抵抗領域４０４が、ドリフト領域４０６内に分散して設けられている。半導体装置４００では、平面視したときに、トレンチゲート部２０，３０と重複する位置に加え、トレンチ絶縁部１４と重複する位置にも低抵抗領域４０４が設けられている。なお、トレンチ絶縁部１４の底面は、低抵抗領域４０４に覆われている。半導体装置４００も、ドリフト領域４０６内に注入された電子が、ドリフト領域４０６内で分散して移動する。また、トレンチ絶縁部１４の底部において、電子の移動抵抗を小さくすることができる。

【0042】

（第５実施例）
図６を参照し、半導体装置５００について説明する。半導体装置５００は、半導体装置１００の変形例であり、第２主電極Ｅ２が設けられている部分の半導体層１６の内部構造が半導体装置１００と異なる。なお、以下の説明では、半導体装置５００について、半導体装置１００と同一の構造については、半導体装置１００と同一の参照番号を付すことにより説明を省略することがある。半導体装置５００は、第１トレンチゲート部２０のみ有しており、第２トレンチゲート部を有していない（図１を比較参照）。そのため、半導体装置５００では、第２高濃度領域１０ｂとドリフト領域６との間にチャネルが形成されない。半導体装置５００は、双方向半導体装置として機能せず、第１主電極Ｅ１がエミッタ電極に相当し、第２主電極Ｅ２がコレクタ電極に相当するＩＧＢＴとして機能する。

【0043】

（第６実施例）
図７を参照し、半導体装置６００について説明する。なお、半導体装置６００は、半導体装置１００，５００の変形例であり、第２主電極Ｅ２が設けられている部分の半導体層１６の内部構造が半導体装置１００，５００と異なる。なお、以下の説明では、半導体装置６００について、半導体装置１００，５００と同一の構造については、半導体装置１００，５００と同一の参照番号を付すことにより説明を省略することがある。図７に示す半導体装置６００は、半導体装置５００と同様に、第１トレンチゲート部２０のみを有しており、第２トレンチゲート部を有していない。また、第１ボディ領域８ａのみ有しており、第２ボディ領域を有していない。半導体装置６００では、第２高濃度領域１０ｂが直接ドリフト領域６０６に接している。そのため、第１高濃度領域１０ａからドリフト領域６０６に注入されたキャリア（電子）は、トレンチ絶縁部１４の下方を通過する際に低抵抗領域４を移動し、再度ドリフト領域６０６を移動して第２高濃度領域１０ｂに達することができる。半導体装置６００は、双方向半導体装置として機能せず、第１主電極Ｅ１がソース電極に相当し、第２主電極Ｅ２がドレイン電極に相当するＭＯＳＦＥＴとして機能する。

【0044】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、変更したものが含まれる。また、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合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合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し得るものであり、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。

【符号の説明】

【0045】

４：第４半導体領域
６：第１半導体領域
８：第２半導体領域
１０：第３半導体領域
１２：半導体層
１４：トレンチ絶縁部
２０：トレンチゲート部（第１トレンチゲート部）
３０：第２のトレンチゲート部（第２トレンチゲート部）
１００：半導体装置
Ｅ１：第１主電極
Ｅ２：第２主電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】