特許 6932611 半導体装置および半導体装置の製造方法

(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】6932611

(24)【登録日】2021年8月20日

(45)【発行日】2021年9月8日

(54)【発明の名称】半導体装置および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/78 20060101AFI20210826BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20210826BHJP

   H01L 29/41 20060101ALI20210826BHJP

   H01L 29/423 20060101ALI20210826BHJP

   H01L 29/49 20060101ALI20210826BHJP

   H01L 21/8238 20060101ALI20210826BHJP

   H01L 27/092 20060101ALI20210826BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/78 657A

   H01L29/78 653A

   H01L29/78 652S

   H01L29/78 652K

   H01L29/78 652D

   H01L29/78 652T

   H01L29/44 L

   H01L29/58 G

   H01L27/092 G

【請求項の数】19

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-204794(P2017-204794)

(22)【出願日】2017年10月23日

(65)【公開番号】特開2019-79890(P2019-79890A)

(43)【公開日】2019年5月23日

【審査請求日】2020年4月17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

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(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】山下 侑佑

(72)【発明者】

【氏名】浦上 泰

(72)【発明者】

【氏名】永田 賢昌

【審査官】 杉山 芳弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２５６５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１７４８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１３０５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２９／４９

Ｈ０１Ｌ ２９／４２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導電型のドレイン領域と、
前記ドレイン領域の上面に接している第１導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域の上面に接しているとともに前記ドリフト領域の上面の一部に配置されている第２導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域との境界領域を備えた第１導電型のゲート電極領域と、
前記境界領域の一部に配置されているゲート絶縁膜と、
前記ボディ領域の上部に配置されている第１導電型のソース領域と、
を備え、
前記境界領域において、
前記ゲート絶縁膜が配置されている領域では前記ボディ領域と前記ゲート電極領域とが前記ゲート絶縁膜を介して接しており、
前記ゲート絶縁膜が配置されていない特定領域では、前記ボディ領域と前記ゲート電極領域とが直接に接している、半導体装置。

【請求項2】

前記ゲート電極領域は、不純物濃度が高い高濃度ゲート電極領域と、不純物濃度が低い低濃度ゲート電極領域とを備えており、
前記特定領域では、前記低濃度ゲート電極領域が前記ボディ領域と接している、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記ゲート絶縁膜は、前記ボディ領域との接触面である第１接触面と、前記高濃度ゲート電極領域との接触面である第２接触面と、を備え、
前記低濃度ゲート電極領域の前記ボディ領域との接触面は、前記第１接触面と同一面内に位置しており、
前記低濃度ゲート電極領域の前記高濃度ゲート電極領域との接触面は、前記第２接触面と同一面内に位置している、請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記高濃度ゲート電極領域は、前記ボディ領域の上面から前記ドリフト領域まで到達しており、
前記ゲート絶縁膜は、前記高濃度ゲート電極領域と前記ドリフト領域との境界の全面に配置されており、
前記特定領域は、前記高濃度ゲート電極領域の第１側面に配置されており、
前記ソース領域は、前記高濃度ゲート電極領域の前記第１側面の反対側の第２側面の近傍に配置されている、請求項２または３に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記ボディ領域内の位置であって前記特定領域よりも下方側の位置であって前記ゲート絶縁膜と接する位置に、反転層の形成を阻害する阻害領域を備える、請求項４に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記ドリフト領域内の位置であって前記高濃度ゲート電極領域の底部の位置であって前記ゲート絶縁膜と接する位置に、反転層の形成を阻害する阻害領域を備える、請求項４に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記阻害領域は、前記ボディ領域よりも不純物濃度が高い第２導電型の領域である、請求項５または６に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記阻害領域は絶縁体である、請求項５または６に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記ボディ領域は、第１ボディ領域と第２ボディ領域とを備え、
前記第１ボディ領域と前記第２ボディ領域との間の開口領域には前記ドリフト領域が配置されており、
前記ソース領域は、前記第１ボディ領域の上面に配置されているとともに、前記開口領域から水平方向へ離れて配置されており、
前記高濃度ゲート電極領域は、前記ソース領域、前記第１ボディ領域、前記開口領域内の前記ドリフト領域、前記第２ボディ領域の上面に、前記ゲート絶縁膜を介して接しており、
前記特定領域は、前記第２ボディ領域と前記高濃度ゲート電極領域との境界領域内であって、前記開口領域から水平方向へ離れた位置に配置されている、請求項２または３に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記第２ボディ領域内の位置であって前記特定領域よりも前記開口領域に近い位置であって前記ゲート絶縁膜と接する位置に、反転層の形成を阻害する阻害領域を備える、請求項９に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記阻害領域は、不純物濃度が高い第２導電型の領域である、請求項１０に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記阻害領域は絶縁体である、請求項１０に記載の半導体装置。

【請求項13】

前記特定領域の前記ドリフト領域に最も近い位置から前記ドリフト領域までの距離は、前記特定領域に形成されているｐｎ接合から伸びた空乏層が前記ドリフト領域まで到達しない距離である、請求項１〜１２の何れか１項に記載の半導体装置。

【請求項14】

前記特定領域の近傍領域における前記ボディ領域の結晶欠陥密度が、他の前記ボディ領域の結晶欠陥密度よりも高い、請求項１〜１３の何れか１項に記載の半導体装置。

【請求項15】

複数の前記ソース領域の上面に共通に接しているソース電極領域をさらに備え、
前記ソース電極領域を上方からみたときに、前記ソース電極領域の中央部に前記特定領域が配置されている、請求項１〜１４の何れか１項に記載の半導体装置。

【請求項16】

第１導電型のドレイン領域の上面に、第１導電型のドリフト領域を形成する工程と、
前記ドリフト領域の上面に第２導電型のボディ領域を形成する工程と、
前記ボディ領域の上面から前記ドリフト領域まで到達するトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの内壁にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記トレンチの内部に第１導電型のゲート電極を形成する工程と、
前記トレンチの一方の側面に配置されている前記ゲート絶縁膜を、前記ボディ領域の上面から前記ボディ領域の下面よりも上側までの領域において除去する工程と、
前記ゲート絶縁膜が除去された領域に、第１導電型であって前記ゲート電極よりも不純物濃度が低い低濃度ゲート電極を埋め込む工程と、
前記ボディ領域の上部に第１導電型のソース領域を形成する工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。

【請求項17】

前記ボディ領域の上面から不純物を打ち込むことによって、前記ボディ領域内の位置であって前記低濃度ゲート電極の下端部よりも下方側の位置であって前記ゲート絶縁膜と接する位置に、前記ボディ領域よりも不純物濃度が高い第２導電型の領域を形成する工程をさらに備える、請求項１６に記載の製造方法。

【請求項18】

第１導電型のドレイン領域の上面に、第１導電型のドリフト領域を形成する工程と、
第１ボディ領域と第２ボディ領域との間の開口領域に前記ドリフト領域が配置されるように、前記ドリフト領域の上面に第２導電型の前記第１ボディ領域および前記第２ボディ領域を形成する工程と、
前記第１ボディ領域の上面に配置されているとともに、前記開口領域から水平方向へ離れて配置されているソース領域を形成する工程と、
前記ソース領域、前記第１ボディ領域、前記開口領域内の前記ドリフト領域、前記第２ボディ領域の上面に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第２ボディ領域内であって前記開口領域から水平方向へ離れた領域において、前記ゲート絶縁膜を除去する工程と、
前記ゲート絶縁膜が除去された領域に、第１導電型の低濃度ゲート電極を埋め込む工程と、
前記ゲート絶縁膜および前記低濃度ゲート電極の上面に、第１導電型であって前記低濃度ゲート電極よりも不純物濃度が高いゲート電極を形成する工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。

【請求項19】

前記第２ボディ領域に不純物を打ち込むことによって、前記第２ボディ領域内の位置であって前記低濃度ゲート電極よりも前記開口領域に近い位置であって前記ゲート絶縁膜と接する位置に、前記第２ボディ領域よりも不純物濃度が高い第２導電型の領域を形成する工程をさらに備える、請求項１８に記載の製造方法。

【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、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

高電圧が印加される半導体装置では、短絡に対する保護を行うことが要求されている。特許文献１の技術では、ソース領域内に半導体抵抗領域を設け、ソース抵抗を増加させることで、飽和電流を抑制し、短絡耐量を向上させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−９５５７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の技術では、ソース抵抗の増加がオン抵抗の増加につながってしまう。また、ソース領域の面積が大きくなってしまうため、微細化が困難となってしまう。本明細書は、短絡に対する保護性能を向上させ、信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。

【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の一実施形態は、第１導電型のドレイン領域を備える。ドレイン領域の上面に接している第１導電型のドリフト領域を備える。ドリフト領域の上面に接しているとともにドリフト領域の上面の一部に配置されている第２導電型のボディ領域を備える。ボディ領域との境界領域を備えた第１導電型のゲート電極領域を備える。境界領域の一部に配置されているゲート絶縁膜を備える。ボディ領域の上部に配置されている第１導電型のソース領域を備える。境界領域において、ゲート絶縁膜が配置されている領域ではボディ領域とゲート電極領域とがゲート絶縁膜を介して接している。境界領域において、ゲート絶縁膜が配置されていない特定領域では、ボディ領域とゲート電極領域とが直接に接している。

【0006】

上記実施形態の半導体装置では、ゲート電極領域とボディ領域とが特定領域でｐｎ接合を形成する。従って、通常動作温度の範囲ではゲート電極領域からボディ領域を介してソース領域へ流れるリーク電流は、無視できるほど小さくすることができる。しかし、短絡状態となると、許容範囲を超えて温度が上昇するためリーク電流が指数関数的に増加する。リーク電流による電圧降下によってゲート電極領域とボディ領域との電位差がゲートしきい値電圧より小さくなる結果、半導体装置を自動的にオフとすることができる。短絡に対する保護性能を向上させることが可能になる。

【0007】

ゲート電極領域は、不純物濃度が高い高濃度ゲート電極領域と、不純物濃度が低い低濃度ゲート電極領域とを備えていてもよい。特定領域では、低濃度ゲート電極領域がボディ領域と接していてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0008】

ゲート絶縁膜は、ボディ領域との接触面である第１接触面と、ゲート電極領域との接触面である第２接触面と、を備えていてもよい。低濃度ゲート電極領域のボディ領域との接触面は、第１接触面と同一面内に位置していてもよい。低濃度ゲート電極領域のゲート電極領域との接触面は、第２接触面と同一面内に位置していてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0009】

ゲート電極領域は、ボディ領域の上面からドリフト領域まで到達していてもよい。ゲート絶縁膜は、ゲート電極領域とドリフト領域との境界の全面に配置されていてもよい。特定領域は、ゲート電極領域の第１側面に配置されていてもよい。ソース領域は、ゲート電極領域の第１側面の反対側の第２側面の近傍に配置されていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0010】

ボディ領域内の位置であって特定領域よりも下方側の位置であってゲート絶縁膜と接する位置に、反転層の形成を阻害する阻害領域を備えていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0011】

ドリフト領域内の位置であってゲート電極領域の底部の位置であってゲート絶縁膜と接する位置に、反転層の形成を阻害する阻害領域を備えていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0012】

阻害領域は、ボディ領域よりも不純物濃度が高い第２導電型の領域であってもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0013】

阻害領域は絶縁体であってもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0014】

ボディ領域は、第１ボディ領域と第２ボディ領域とを備えていてもよい。第１ボディ領域と第２ボディ領域との間の開口領域にはドリフト領域が配置されていてもよい。ソース領域は、第１ボディ領域の上面に配置されているとともに、開口領域から水平方向へ離れて配置されていてもよい。ゲート電極領域は、ソース領域、第１ボディ領域、開口領域内のドリフト領域、第２ボディ領域の上面に、ゲート絶縁膜を介して接していてもよい。特定領域は、第２ボディ領域とゲート電極領域との境界領域内であって、開口領域から水平方向へ離れた位置に配置されていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0015】

第２ボディ領域内の位置であって特定領域よりも開口領域に近い位置であってゲート絶縁膜と接する位置に、反転層の形成を阻害する阻害領域を備えていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0016】

特定領域のドリフト領域に最も近い位置からドリフト領域までの距離は、特定領域に形成されているｐｎ接合から伸びた空乏層がドリフト領域まで到達しない距離であってもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0017】

特定領域の近傍領域におけるボディ領域の結晶欠陥密度が、他のボディ領域の結晶欠陥密度よりも高くてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0018】

複数のソース領域の上面に共通に接しているソース電極領域をさらに備えていてもよい。ソース電極領域を上方からみたときに、ソース電極領域の中央部に特定領域が配置されていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0019】

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、第１導電型のドレイン領域の上面に、第１導電型のドリフト領域を形成する工程を備える。ドリフト領域の上面に第２導電型のボディ領域を形成する工程を備える。ボディ領域の上面からドリフト領域まで到達するトレンチを形成する工程を備える。トレンチの内壁にゲート絶縁膜を形成する工程を備える。トレンチの内部に第１導電型のゲート電極を形成する工程を備える。トレンチの一方の側面に配置されているゲート絶縁膜を、ボディ領域の上面からボディ領域の下面よりも上側までの領域において除去する工程を備える。ゲート絶縁膜が除去された領域に、第１導電型であってゲート電極よりも不純物濃度が低い低濃度ゲート電極を埋め込む工程を備える。ボディ領域の上部に第１導電型のソース領域を形成する工程を備える。効果の詳細は実施例で説明する。

【0020】

ボディ領域の上面から不純物を打ち込むことによって、ボディ領域内の位置であって低濃度ゲート電極の下端部よりも下方側の位置であってゲート絶縁膜と接する位置に、ボディ領域よりも不純物濃度が高い第２導電型の領域を形成する工程をさらに備えていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0021】

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、第１導電型のドレイン領域の上面に、第１導電型のドリフト領域を形成する工程を備える。第１ボディ領域と第２ボディ領域との間の開口領域にドリフト領域が配置されるように、ドリフト領域の上面に第２導電型の第１ボディ領域および第２ボディ領域を形成する工程を備える。第１ボディ領域の上面に配置されているとともに、開口領域から水平方向へ離れて配置されているソース領域を形成する工程を備える。ソース領域、第１ボディ領域、開口領域内のドリフト領域、第２ボディ領域の上面に、ゲート絶縁膜を形成する工程を備える。第２ボディ領域内であって開口領域から水平方向へ離れた領域において、ゲート絶縁膜を除去する工程を備える。ゲート絶縁膜が除去された領域に、第１導電型の低濃度ゲート電極を埋め込む工程を備える。ゲート絶縁膜および低濃度ゲート電極の上面に、第１導電型であって低濃度ゲート電極よりも不純物濃度が高いゲート電極を形成する工程を備える。効果の詳細は実施例で説明する。

【0022】

第２ボディ領域に不純物を打ち込むことによって、第２ボディ領域内の位置であって低濃度ゲート電極よりも開口領域に近い位置であってゲート絶縁膜と接する位置に、第２ボディ領域よりも不純物濃度が高い第２導電型の領域を形成する工程をさらに備えていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】実施例１の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。

【図2】実施例１の半導体装置の上面概略図である。

【図3】実施例１の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

【図4】実施例１の半導体装置の製造工程を示す図である。

【図5】実施例１の半導体装置の製造工程を示す図である。

【図6】実施例１の半導体装置の製造工程を示す図である。

【図7】実施例１の半導体装置の等価回路を示す図である。

【図8】実施例１の半導体装置の比較例を示す図である。

【図9】実施例２の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。

【図10】実施例２の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

【図11】実施例１の半導体装置の比較例を示す図である。

【図12】実施例１の変形例の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。

【図13】実施例１の変形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】

【実施例1】

【0024】

図１の要部断面図に示されるように、半導体装置１は、ＭＯＳＦＥＴと称されるパワー半導体素子である。半導体装置１は、トレンチゲート型である。半導体装置１は、半導体基板１０、半導体基板１０の裏面を被覆するドレイン電極２２、半導体基板１０の表面を被覆するソース電極２４及び半導体基板１０の表層部に設けられているトレンチ型の絶縁ゲート部３０を備える。

【0025】

半導体基板１０は、炭化珪素（ＳｉＣ）を材料とする基板である。ｎ⁺型のドレイン領域１１、ｎ^-型のドリフト領域１２、ｐ型のボディ領域１３、ｎ⁺型のソース領域１５およびｐ⁺型の阻害領域１６を有する。ドレイン領域１１とドリフト領域１２とボディ領域１３とソース領域１５は、半導体基板１０の厚み方向に沿ってこの順で並んでいる。

【0026】

ドレイン領域１１は、半導体基板１０の裏層部に配置されており、半導体基板１０の裏面に露出する。ドレイン領域１１は、ドリフト領域１２がエピタキシャル成長するための下地基板でもある。ドレイン領域１１は、半導体基板１０の裏面を被膜するドレイン電極２２にオーミック接触する。一例では、ドレイン領域１１は、その厚みが約１〜３００μｍであり、その不純物濃度が約１×１０¹⁸〜１×１０²³ｃｍ^-3であってもよい。

【0027】

ドリフト領域１２は、ドレイン領域１１上に設けられている。ドリフト領域１２は、絶縁ゲート部３０の側面に接する。ドリフト領域１２は、エピタキシャル成長技術を利用して、ドレイン領域１１の表面から結晶成長して形成される。一例では、ドリフト領域１２は、その厚みが約５〜２００μｍであり、その不純物濃度が約１×１０¹³〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3であってもよい。

【0028】

ボディ領域１３は、ドリフト領域１２上に設けられており、半導体基板１０の表層部に配置されている。ボディ領域１３は、絶縁ゲート部３０の側面に接する。ボディ領域１３は、エピタキシャル成長技術を利用して、ドリフト領域１２の表面から結晶成長して形成される。ボディ領域１３は、半導体基板１０の表面を被膜するソース電極２４に接触する。一例では、ボディ領域１３は、その厚みが約１〜５μｍであり、その不純物濃度が約１×１０¹⁶〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3であってもよい。

【0029】

ソース領域１５は、ゲート電極３４の左側面の近傍に配置されている。ソース領域１５は、ボディ領域１３上に設けられており、半導体基板１０の表層部に配置されており、半導体基板１０の表面に露出する。ソース領域１５は、ボディ領域１３によってドリフト領域１２から隔てられている。ソース領域１５は、絶縁ゲート部３０の側面に接する。ソース領域１５は、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の表層部に窒素又はリンを導入して形成される。ソース領域１５は、半導体基板１０の表面を被膜するソース電極２４にオーミック接触する。

【0030】

絶縁ゲート部３０は、半導体基板１０の表面から深部に向けて伸びている。絶縁ゲート部３０は、ゲート絶縁膜３２、ゲート電極３４、低濃度ゲート電極３５を有する。絶縁ゲート部３０は、ソース領域１５及びボディ領域１３を貫通してドリフト領域１２の一部に侵入するトレンチ３０Ｔ内に設けられている。ゲート絶縁膜３２は、酸化シリコンで構成されている。ゲート絶縁膜３２は、ゲート電極３４とドリフト領域１２との境界の全面に配置されている。また、トレンチ３０Ｔの左側側面では、ゲート電極３４とボディ領域１３との境界、および、ゲート電極３４とソース領域１５との境界に、ゲート絶縁膜３２が配置されている。また、トレンチ３０Ｔの右側側面では、ゲート電極３４とボディ領域１３との境界領域Ｒ１の一部に、ゲート絶縁膜３２が配置されている。ゲート電極３４および低濃度ゲート電極３５の上面には、ソース電極２４との絶縁を確保するための絶縁膜３６が配置されている。

【0031】

ゲート電極３４は、不純物濃度が高いｎ⁺型のポリシリコンで構成されている。低濃度ゲート電極３５は、不純物濃度が低いｎ^-型のポリシリコンで構成されている。一例では、ゲート電極３４は、その不純物濃度が約１×１０¹⁸〜１×１０²³ｃｍ^-3であってもよい。また、低濃度ゲート電極３５は、その不純物濃度が約１×１０¹³〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3であってもよい。低濃度ゲート電極３５は、ゲート電極３４の右側面に配置されている。すなわち、ゲート電極３４を挟んで、ソース領域１５とは反対側の側面に配置されている。低濃度ゲート電極３５は、境界領域Ｒ１内において、ゲート絶縁膜３２が配置されていない特定領域に配置されている。すなわち、低濃度ゲート電極３５とボディ領域１３との接触面は、ゲート絶縁膜３２とボディ領域１３との接触面である第１接触面Ｃ１と同一面内に位置している。低濃度ゲート電極３５とゲート電極３４との接触面は、ゲート絶縁膜３２とゲート電極３４との接触面である第２接触面Ｃ２と同一面内に位置している。境界領域Ｒ１内において、ゲート絶縁膜３２が配置されている領域では、阻害領域１６とゲート電極３４とがゲート絶縁膜３２を介して接している。また、ゲート絶縁膜３２が配置されていない特定領域では、ボディ領域１３と低濃度ゲート電極３５とが直接に接している。換言すると、特定領域は、ゲート絶縁膜３２に代えて低濃度ゲート電極３５が配置されている領域である。

【0032】

ボディ領域１３内には、阻害領域１６が配置されている。阻害領域１６は、低濃度ゲート電極３５よりも下方側の位置であってゲート絶縁膜３２と接する位置に配置されている。阻害領域１６は、ボディ領域１３よりも不純物濃度が高いｐ⁺型のポリシリコンで構成されている。阻害領域１６の不純物濃度は、半導体装置１をオンにするためのゲート電圧が印加された場合に、阻害領域１６に反転層が形成されない程度に十分に高くすればよい。一例では、阻害領域１６は、その不純物濃度が約１×１０¹⁹〜１×１０²³ｃｍ^-3であってもよい。

【0033】

低濃度ゲート電極３５のドリフト領域１２に最も近い位置（すなわち下端部）からドリフト領域１２までの距離は、距離ｔ１である。この距離ｔ１は、低濃度ゲート電極３５とボディ領域１３とのｐｎ接合から伸びた空乏層がドリフト領域１２まで到達しないように決定される。換言すると、低濃度ゲート電極３５とドリフト領域１２との間に、空乏層によるリークパスが形成されないように、距離ｔ１が決定される。すなわち距離ｔ１は、下式１を満たすように決定すればよい。
ｔ１＞（２εＶｇ／ｑＮｉｄ）−ｄ ・・・（式１）
ここで、電界層幅をｄ、電界層濃度をＮｉ、ゲートオン電圧をＶｇ、電子素量をｑ、半導体基板の誘電率をεとする。

【0034】

図２に、半導体装置１の上面概略図を示す。図１の要部断面図は、図２におけるＩ−Ｉ部分の断面を示している。半導体基板１０の上面には、ソース電極２４およびゲート電極パッド３７が配置されている。ソース電極２４は、複数のソース領域１５の上面に共通に接している。ソース電極２４の下側には、前述した絶縁ゲート部３０が複数並んでいる。図２では、絶縁ゲート部３０を点線で示している。ゲート電極パッド３７は、不図示の配線により、複数の絶縁ゲート部３０に備えられているゲート電極３４に共通に接続されている。

【0035】

図２において、ソース電極２４の中央部には、中央領域Ｒ１０が存在する。前述した低濃度ゲート電極３５は、この中央領域Ｒ１０内にのみ配置されている。これは、半導体装置１の動作時には、ソース電極２４の中央部が最も温度が高くなるためである。最高温度となる中央領域Ｒ１０のみに低濃度ゲート電極３５を形成することで、後述するサーモスタット的な機能を発揮させることができる。また、低濃度ゲート電極３５を配置した領域は電流経路として機能しないため、低濃度ゲート電極３５の面積が大きくなるほど半導体装置１のオン抵抗が大きくなってしまう。必要な領域のみに低濃度ゲート電極３５を配置することで、オン抵抗の上昇を抑制することと、短絡に対する保護性能を向上させることを、両立できる。

【0036】

半導体装置１の動作を説明する。ドレイン電極２２に正電圧が印加され、ソース電極２４が接地され、絶縁ゲート部３０のゲート電極３４が接地されていると、半導体装置１はオフである。ドレイン電極２２に正電圧が印加され、ソース電極２４が接地され、絶縁ゲート部３０のゲート電極３４にソース電極２４よりも正となる電圧が印加されると、ゲート電極３４とボディ領域１３の対向部分に反転層Ｒ１１（図１）が形成される。半導体装置１はオン状態になる。

【0037】

（半導体装置１の製造方法）
図３〜図６を参照して、半導体装置１の製造方法について説明する。図３のフローチャートのステップＳ１において、ドレイン領域１１上にドリフト領域１２およびボディ領域１３を積層させた積層構造を形成する。ステップＳ２において、リソグラフィおよびドライエッチングを用いて、ボディ領域１３の上面からドリフト領域１２まで到達するトレンチ３０Ｔを加工する。ステップＳ３において、トレンチ３０Ｔの内壁にゲート絶縁膜３２を成膜する。ステップＳ４において、トレンチ３０Ｔ内にゲート電極３４を埋め込む。これにより、図４に示す構造が形成される。

【0038】

ステップＳ５において、ゲート絶縁膜３２が配置されていない特定領域を形成する。具体的には、図５に示すように、リソグラフィ技術によって特定領域および阻害領域１６に対応する領域が開口しているマスク４０を形成する。そして、ゲート電極３４およびボディ領域１３の材料に対して選択比のある条件で、ゲート絶縁膜３２をドライエッチングする。これにより、図５に示す構造が形成される。

【0039】

ステップＳ６において、イオン注入によって阻害領域１６を形成する。具体的には、マスク４０越しに、半導体基板１０の表面からアルミニウム又はボロンをイオン注入する。イオン注入は、低濃度ゲート電極３５の下端からよりも下方側であって、ボディ領域１３の下面よりも上方側の範囲内に、不純物が注入されるような条件で行われる。これは、加速エネルギーを適宜設定することで可能である。これにより図６に示すように、阻害領域１６が形成される。

【0040】

ステップＳ６のイオン注入では、ゲート絶縁膜３２が配置されていない特定領域の近傍に位置している近傍領域Ｒ２を通過して、不純物が阻害領域１６に注入される。従って、近傍領域Ｒ２のボディ領域１３の結晶欠陥密度を、他のボディ領域１３の結晶欠陥密度よりも高くすることができる。

【0041】

ステップＳ７において、マスク４０を除去した後に、特定領域に低濃度ゲート電極３５を埋め込む。ステップＳ８において、ソース領域１５、絶縁膜３６、ソース電極２４、ドレイン電極２２を形成する。これにより、図１に示す半導体装置１が完成する。

【0042】

（効果）
本実施例に係る半導体装置１では、低濃度ゲート電極３５とボディ領域１３とがｐｎ接合を形成する。従って、図７の等価回路図に示すように、アノードがソースに接続され、カソードがゲートに接続されたダイオードＤ１が配置された状態となる。通常動作温度の範囲では、ゲート電極３４からソース領域１５へ流れるリーク電流Ｉ１は、無視できるほど小さくすることができる。しかし、何らかの要因によって短絡電流Ｉ２が流れる状態となると、許容範囲を超えて半導体装置１の温度が上昇するため、リーク電流Ｉ１が指数関数的に増加する。リーク電流Ｉ１による電圧降下によってゲートとソースとの電位差がゲートしきい値電圧より小さくなる結果、半導体装置１を自動的にオフとすることができる。これにより、短絡に対する保護性能を向上させることが可能になる。

【0043】

絶縁ゲート部３０の一部に、低濃度ゲート電極３５とボディ領域１３とがｐｎ接合している領域を形成することができる（図１、境界領域Ｒ１参照）。従って、ゲート絶縁膜３２によって絶縁ゲート部３０をボディ領域１３から完全に絶縁する場合に比して、入力容量を低下させることができる。スイッチング損失を低減できる。

【0044】

本実施例に係る半導体装置１は、低濃度ゲート電極３５を備えている。これにより、ｐｎ接合の間に低濃度な電界伸展層を確保することができる。すなわち、高濃度なゲート電極３４がボディ領域１３とｐｎ接合を形成する場合よりも、低濃度ゲート電極３５がボディ領域１３とｐｎ接合を形成する場合の方が、空乏層をより広げることができる。空乏層を広げるほど、ゲート電圧印加時にｐｎ接合部でブレークダウンを発生しにくくすることができる。従って、低濃度ゲート電極３５の不純物濃度を適切に設定することで、ゲート電極３４にゲートしきい値電圧以上の電圧を印加することが可能となる。半導体装置１をスイッチング動作させることが可能となる。

【0045】

低濃度ゲート電極３５が、ゲート電極３４を挟んで、ソース領域１５とは反対側の側面に配置されている。これにより、ゲート電極３４の左側面に反転層Ｒ１１を形成することが可能となるため、左側面を電流経路として用いることが可能となる。また、ゲート電極３４の右側面にｐｎ接合を形成することで、短絡に対する保護性能を向上させることが可能となる。

【0046】

比較例として、図８に、阻害領域１６を備えない半導体装置１０１を示す。半導体装置１０１がオンの状態では、「境界領域Ｒ１内のゲート絶縁膜３２が配置されている領域」の近傍には、反転層Ｒ１２が形成される。すると、低濃度ゲート電極３５から反転層Ｒ１２、ドリフト領域１２、反転層Ｒ１１を介してソース領域１５へ至る、リークパスＬ１が形成されてしまう。一方、図１に示す本実施例に係る半導体装置１では、不純物濃度が高いｐ⁺型の阻害領域１６を備えているため、「境界領域Ｒ１内のゲート絶縁膜３２が配置されている領域」の近傍に、反転層が形成されてしまうことを阻害することができる。リークパスＬ１の形成を防止することが可能となる。

【0047】

図６で説明したように、近傍領域Ｒ２のボディ領域１３の結晶欠陥密度を、他のボディ領域１３の結晶欠陥密度よりも高くすることができる。結晶欠陥密度が高くなるほど、図７の等価回路に示したダイオードＤ１において、温度上昇時のリーク電流Ｉ１の増加率を高めることができる。換言すると、結晶欠陥密度が高くなるほど、より低い温度で、ゲートとソースとの電位差がゲートしきい値電圧より小さくなる。これにより、結晶欠陥密度によって、半導体装置１が自動的にオフになる温度を自由に設定することが可能になる。

【実施例2】

【0048】

図９に、実施例２に係る半導体装置１ａの要部断面図を示す。半導体装置１ａは、プレーナゲート型である。図９において、実施例１の半導体装置１と異なる部分には、ａ〜ｃの符号を付している。図１と図９で同一の符号が付されている部分は同一内容であるため、説明を省略する。

【0049】

半導体装置１ａは、第１ボディ領域１３ａと第２ボディ領域１３ｂを備えている。第１ボディ領域１３ａと第２ボディ領域１３ｂとの間の開口領域１３ｃには、ドリフト領域１２が配置されている。ソース領域１５ａは、第１ボディ領域１３ａの上面に配置されているとともに、開口領域１３ｃから図９の水平方向左側へ離れて配置されている。

【0050】

絶縁ゲート部３０ａは、ゲート絶縁膜３２ａ、ゲート電極３４ａ、低濃度ゲート電極３５ａを有する。絶縁ゲート部３０ａは、ソース領域１５ａ、第１ボディ領域１３ａ、開口領域１３ｃ内のドリフト領域、阻害領域１６ａ、第２ボディ領域１３ｂの上面に接している。ゲート電極３４ａは、不純物濃度が高いｎ⁺型のポリシリコンで構成されている。低濃度ゲート電極３５ａは、不純物濃度が低いｎ^-型のポリシリコンで構成されている。ゲート電極３４ａの上面および側面には、ソース領域１５ａ、第１ボディ領域１３ａおよび第２ボディ領域１３ｂとの絶縁を確保するための絶縁膜３６ａが配置されている。

【0051】

第２ボディ領域１３ｂでは、ゲート電極３４ａと第２ボディ領域１３ｂとの境界領域Ｒ１ａの一部に、ゲート絶縁膜３２ａが配置されている。境界領域Ｒ１ａ内において、ゲート絶縁膜３２ａが配置されている領域では、第２ボディ領域１３ｂおよび阻害領域１６ａとゲート電極３４ａとが、ゲート絶縁膜３２ａを介して接している。一方、境界領域Ｒ１ａ内において、ゲート絶縁膜３２ａが配置されていない特定領域では、第２ボディ領域１３ｂと低濃度ゲート電極３５ａとが直接に接している。特定領域は、境界領域Ｒ１ａ内であって、開口領域１３ｃから水平方向右側へ離れた位置に配置されている。換言すると、特定領域は、ゲート絶縁膜３２ａに代えて低濃度ゲート電極３５ａが配置されている領域である。

【0052】

第２ボディ領域１３ｂ内には、阻害領域１６ａが配置されている。阻害領域１６ａは、特定領域（すなわち低濃度ゲート電極３５ａ）よりも開口領域１３ｃに近い位置であってゲート絶縁膜３２ａと接する位置に配置されている。阻害領域１６ａの内容は、実施例１で説明した阻害領域１６と同様である。

【0053】

低濃度ゲート電極３５ａの開口領域１３ｃに最も近い位置からドリフト領域１２までの距離は、距離ｔ１ａである。この距離ｔ１ａの内容は、実施例１で説明した距離ｔ１と同様である。また、半導体装置１ａの動作も、実施例１で説明した半導体装置１の動作と同様である。

【0054】

（半導体装置１ａの製造方法）
図１０のフローチャートを参照して、半導体装置１ａの製造方法について説明する。ステップＳ１ａにおいて、ドレイン領域１１上にドリフト領域１２、第１ボディ領域１３ａおよび第２ボディ領域１３ｂを積層させた積層構造を形成する。これにより、第１ボディ領域１３ａと第２ボディ領域１３ｂとの間の開口領域１３ｃに、ドリフト領域１２が配置されている構造が形成される。ステップＳ２ａにおいて、イオン注入によってソース領域１５ａおよび阻害領域１６ａを形成する。ステップＳ３ａにおいて、ゲート絶縁膜３２ａを成膜する。ステップＳ４ａにおいて、ゲート絶縁膜３２ａが配置されていない特定領域を形成する。具体的には、特定領域が開口しているマスク越しに、ゲート絶縁膜３２ａをドライエッチングする。ステップＳ５ａにおいて、マスクを除去した後に、特定領域に低濃度ゲート電極３５ａを埋め込む。ステップＳ６ａにおいて、ゲート絶縁膜３２ａ上にゲート電極３４ａを形成する。また、ゲート電極３４ａ上に絶縁膜３６ａを形成する。これにより、図９に示す半導体装置１ａが完成する。

【0055】

（効果）
実施例２に係る半導体装置１ａの効果は、前述した実施例１に係る半導体装置１と同様である。以下、実施例２に係る半導体装置１ａに即した説明が必要な効果を説明する。

【0056】

図９に示すように、低濃度ゲート電極３５ａが、開口領域１３ｃを挟んで、ソース領域１５ａとは反対側に配置されている。これにより、第１ボディ領域１３ａに反転層Ｒ１１ａを形成することが可能となるため、第１ボディ領域１３ａを電流経路として用いることが可能となる。また、第２ボディ領域１３ｂにｐｎ接合を形成することで、短絡に対する保護性能を向上させることが可能となる。

【0057】

比較例として、図１１に、阻害領域１６ａを備えない半導体装置１０１ａを示す。半導体装置１０１ａがオンの状態では、「境界領域Ｒ１ａ内のゲート絶縁膜３２が配置されている領域」の近傍には、反転層Ｒ１２ａが形成される。すると、低濃度ゲート電極３５ａから反転層Ｒ１２ａ、開口領域１３ｃ内のドリフト領域１２、反転層Ｒ１１ａを介してソース領域１５ａへ至る、リークパスＬ１ａが形成されてしまう。一方、図９に示す本実施例に係る半導体装置１ａでは、不純物濃度が高いｐ⁺型の阻害領域１６ａを備えているため、リークパスＬ１ａの形成を防止することが可能となる。

【0058】

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。

【0059】

（変形例）
阻害領域１６の位置は、リークパスＬ１の経路上であれば、何れの位置であってもよい。例えば図１２の半導体装置１ｂに示すように、ドリフト領域１２内の絶縁ゲート部３０の底部に、ゲート絶縁膜３２と接するように、阻害領域１６ｂを配置してもよい。逆バイアス状態のダイオードを、リークパスＬ１上に挿入することができるため、リーク電流を抑制できる。

【0060】

阻害領域１６、１６ａ、１６ｂは、ｐ⁺型のポリシリコンに限られない。リークパスを遮断する材料であれば、何れの材料であってもよい。例えば、絶縁体であってもよい。これにより、リークパスＬ１を遮断することができるため、リーク電流を抑制できる。

【0061】

低濃度ゲート電極３５は、ゲート絶縁膜３２が配置されていない領域に配置すればよく、その配置態様は様々であってよい。例えば、図１３の半導体装置１ｃに示すように、絶縁ゲート部３０内の上半分に、不純物濃度が低いｎ^-型の低濃度ゲート電極３５ｃを配置してもよい。

【0062】

図３のフローチャートにおいて、特定領域を形成するステップＳ５と、阻害領域１６を形成するステップＳ６の順番は逆であってもよい。

【0063】

実施例１に係る半導体装置１において、阻害領域１６や低濃度ゲート電極３５は、省略することができる。以上より、一般的に言うと、半導体装置１は、ドレイン領域１１、ドリフト領域１２、ボディ領域１３、ソース領域１５、ゲート絶縁膜３２、ゲート電極３４を、少なくとも備えていれば良い。そして、ゲート絶縁膜３２が配置されていない特定領域では、ボディ領域１３とゲート電極３４とが接していればよい。実施例２に係る半導体装置１ａにおいても同様である。

【0064】

半導体基板１０の材料は、ＳｉＣに限られない。Ｓｉ、ＧａＮ、ＧａＡｓなどの材料であってもよい。

【0065】

トレンチ３０Ｔの右側側面は、第１側面の一例である。トレンチ３０Ｔの左側側面は、第２側面の一例である。

【符号の説明】

【0066】

１および１ａ：半導体装置、１０および１０ａ：半導体基板、１１：ドレイン領域、１２：ドリフト領域、１３：ボディ領域、１３ａ：第１ボディ領域、１３ｂ：第２ボディ領域、１５および１５ａ：ソース領域、１６および１６ａ：阻害領域、２２：ドレイン電極、２４：ソース電極、３０および３０ａ：絶縁ゲート部、３０Ｔ：トレンチ、３２および３２ａ：ゲート絶縁膜、３４および３４ａ：ゲート電極、３５および３５ａ：低濃度ゲート電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】