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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024174672
(43)【公開日】2024-12-17
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 29/78 20060101AFI20241210BHJP
H01L 29/739 20060101ALI20241210BHJP
H01L 29/06 20060101ALI20241210BHJP
H01L 29/12 20060101ALI20241210BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 652M
H01L29/78 652Q
H01L29/78 655G
H01L29/78 653A
H01L29/78 655B
H01L29/78 652P
H01L29/06 301V
H01L29/06 301G
H01L29/78 652J
H01L29/78 652T
【審査請求】未請求
【請求項の数】19
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023092627
(22)【出願日】2023-06-05
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】桜井 洋輔
(72)【発明者】
【氏名】野口 晴司
(72)【発明者】
【氏名】内藤 達也
(72)【発明者】
【氏名】菅沼 奈央
(72)【発明者】
【氏名】山田 拓弥
(72)【発明者】
【氏名】古川 暢昭
(72)【発明者】
【氏名】浜崎 竜太郎
(57)【要約】 （修正有）
【課題】活性部を備える半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、半導体基板の上方に設けられたゲートパッドと、半導体基板の上方に設けられたエミッタ電極と、活性部１２０において、半導体基板のおもて面に設けられたゲートトレンチ部４０と、ゲートパッドとゲートトレンチ部とを接続するためのゲート配線部５０と、を備える。ゲート配線部は、予め定められた方向に延伸した第１ゲートトレンチ配線部と、第１ゲートトレンチ配線部と異なる方向に延伸し、第１ゲートトレンチ配線部と交差部で交差した第２ゲートトレンチ配線部と、を有し、エミッタ電極は、交差部５１０の上方に設けられる。
【選択図】図１Ｂ
【解決手段】半導体装置は、半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、半導体基板の上方に設けられたゲートパッドと、半導体基板の上方に設けられたエミッタ電極と、活性部１２０において、半導体基板のおもて面に設けられたゲートトレンチ部４０と、ゲートパッドとゲートトレンチ部とを接続するためのゲート配線部５０と、を備える。ゲート配線部は、予め定められた方向に延伸した第１ゲートトレンチ配線部と、第１ゲートトレンチ配線部と異なる方向に延伸し、第１ゲートトレンチ配線部と交差部で交差した第２ゲートトレンチ配線部と、を有し、エミッタ電極は、交差部５１０の上方に設けられる。
【選択図】図１Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
活性部を備える半導体装置であって、
半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、
前記半導体基板の上方に設けられたゲートパッドと、
前記半導体基板の上方に設けられたエミッタ電極と、
前記活性部において、前記半導体基板のおもて面に設けられたゲートトレンチ部と、
前記ゲートパッドと前記ゲートトレンチ部とを接続するためのゲート配線部と、
を備え、
前記ゲート配線部は、
予め定められた方向に延伸した第１ゲートトレンチ配線部と、
前記第１ゲートトレンチ配線部と異なる方向に延伸し、前記第１ゲートトレンチ配線部と交差部で交差した第２ゲートトレンチ配線部と、
を有し、
前記エミッタ電極は、前記交差部の上方に設けられる
半導体装置。
半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、
前記半導体基板の上方に設けられたゲートパッドと、
前記半導体基板の上方に設けられたエミッタ電極と、
前記活性部において、前記半導体基板のおもて面に設けられたゲートトレンチ部と、
前記ゲートパッドと前記ゲートトレンチ部とを接続するためのゲート配線部と、
を備え、
前記ゲート配線部は、
予め定められた方向に延伸した第１ゲートトレンチ配線部と、
前記第１ゲートトレンチ配線部と異なる方向に延伸し、前記第１ゲートトレンチ配線部と交差部で交差した第２ゲートトレンチ配線部と、
を有し、
前記エミッタ電極は、前記交差部の上方に設けられる
半導体装置。
【請求項2】
前記ゲートトレンチ部の底部に接して設けられた第２導電型のトレンチボトム領域を備える
請求項１に記載の半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記トレンチボトム領域のドーピング濃度は、前記ベース領域のドーピング濃度よりも低い
請求項２に記載の半導体装置。
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記トレンチボトム領域は、前記交差部の底部に接して設けられる
請求項２に記載の半導体装置。
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のウェル領域を備え、
前記交差部の底部に接して設けられた前記トレンチボトム領域は、前記ウェル領域と接続される
請求項４に記載の半導体装置。
前記交差部の底部に接して設けられた前記トレンチボトム領域は、前記ウェル領域と接続される
請求項４に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のウェル領域を備え、
前記トレンチボトム領域は、前記ウェル領域と接続される
請求項２に記載の半導体装置。
前記トレンチボトム領域は、前記ウェル領域と接続される
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記トレンチボトム領域は、前記半導体装置の外周部に設けられた前記第２ゲートトレンチ配線部の一端から、前記外周部に設けられた前記第２ゲートトレンチ配線部の他端まで延伸して設けられる
請求項２に記載の半導体装置。
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のウェル領域を備え、
前記トレンチボトム領域は、
第１トレンチボトム部と、
前記第１トレンチボトム部と離間して設けられ、前記ウェル領域と接続された第２トレンチボトム部と、
を有する
請求項２に記載の半導体装置。
前記トレンチボトム領域は、
第１トレンチボトム部と、
前記第１トレンチボトム部と離間して設けられ、前記ウェル領域と接続された第２トレンチボトム部と、
を有する
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のウェル領域を備え、
前記交差部は、前記半導体基板の深さ方向と平行な断面において、前記ウェル領域の内側に設けられ、下端が前記ウェル領域の下端よりも浅い
請求項１に記載の半導体装置。
前記交差部は、前記半導体基板の深さ方向と平行な断面において、前記ウェル領域の内側に設けられ、下端が前記ウェル領域の下端よりも浅い
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記ウェル領域は、前記半導体装置の外周部に設けられた前記第２ゲートトレンチ配線部の一端から、前記外周部に設けられた前記第２ゲートトレンチ配線部の他端まで延伸して設けられる
請求項９に記載の半導体装置。
請求項９に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記活性部は、第１活性領域と第２活性領域とを有し、
前記エミッタ電極は、上面視で、前記第１活性領域から前記第２活性領域まで、前記第２ゲートトレンチ配線部を越えて設けられる
請求項１に記載の半導体装置。
前記エミッタ電極は、上面視で、前記第１活性領域から前記第２活性領域まで、前記第２ゲートトレンチ配線部を越えて設けられる
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記活性部は、第１活性領域と第２活性領域とを有し、
前記第１ゲートトレンチ配線部は、前記第１活性領域から前記第２活性領域に延伸して設けられ、前記第１活性領域のゲートトレンチ部と前記第２活性領域のゲートトレンチ部とを接続する
請求項１に記載の半導体装置。
前記第１ゲートトレンチ配線部は、前記第１活性領域から前記第２活性領域に延伸して設けられ、前記第１活性領域のゲートトレンチ部と前記第２活性領域のゲートトレンチ部とを接続する
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項13】
前記第２ゲートトレンチ配線部は、複数の第２ゲートトレンチ配線部を含み、
前記複数の第２ゲートトレンチ配線部は、前記第１ゲートトレンチ配線部とそれぞれ前記交差部を有する
請求項１に記載の半導体装置。
前記複数の第２ゲートトレンチ配線部は、前記第１ゲートトレンチ配線部とそれぞれ前記交差部を有する
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項14】
前記第２ゲートトレンチ配線部の幅は、前記第１ゲートトレンチ配線部の幅よりも広い
請求項１に記載の半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項15】
前記ゲート配線部は、前記半導体装置の外周部に設けられ、前記外周部において前記第２ゲートトレンチ配線部の端部と接続され、金属からなるゲート金属層を有する
請求項１から１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
請求項１から１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項16】
前記ゲート配線部は、前記半導体装置の外周部に設けられ、前記外周部において前記第２ゲートトレンチ配線部の端部と接続され、ポリシリコンからなるゲートランナを有する
請求項１から１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
請求項１から１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項17】
前記ゲート配線部は、前記半導体装置の外周部に設けられ、前記外周部において前記第２ゲートトレンチ配線部の端部と接続された第３ゲートトレンチ配線部を有する
請求項１から１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
請求項１から１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項18】
前記交差部の上方において、前記エミッタ電極上に設けられためっき膜を備える
請求項１から１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
請求項１から１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項19】
前記ドリフト領域の上方に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度が高い第１導電型のエミッタ領域を備え、
前記エミッタ電極は、前記エミッタ領域の上方に設けられる
請求項１から１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記エミッタ電極は、前記エミッタ領域の上方に設けられる
請求項１から１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、「電気的性能を向上できる半導体装置」が記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０２０－１３６３１５号公報
［特許文献２］ 特開２０１９－０９１８９２号公報
［特許文献３］ 特開２０１７－１０３４００号公報
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０２０－１３６３１５号公報
［特許文献２］ 特開２０１９－０９１８９２号公報
［特許文献３］ 特開２０１７－１０３４００号公報
【発明の概要】
【0003】
本発明の態様においては、活性部を備える半導体装置であって、半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、前記半導体基板の上方に設けられたゲートパッドと、前記半導体基板の上方に設けられたエミッタ電極と、前記活性部において、前記半導体基板のおもて面に設けられたゲートトレンチ部と、前記ゲートパッドと前記ゲートトレンチ部とを接続するためのゲート配線部と、を備え、前記ゲート配線部は、予め定められた方向に延伸した第１ゲートトレンチ配線部と、前記第１ゲートトレンチ配線部と異なる方向に延伸し、前記第１ゲートトレンチ配線部と交差部で交差した第２ゲートトレンチ配線部と、を有し、前記エミッタ電極は、前記交差部の上方に設けられる半導体装置を提供する。
【0004】
上記半導体装置は、前記ゲートトレンチ部の底部に接して設けられた第２導電型のトレンチボトム領域を備えてよい。
【0005】
上記いずれかの半導体装置において、前記トレンチボトム領域のドーピング濃度は、前記ベース領域のドーピング濃度よりも低くてよい。
【0006】
上記いずれかの半導体装置において、前記トレンチボトム領域は、前記交差部の底部に接して設けられてよい。
【0007】
上記いずれかの半導体装置は、前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のウェル領域を備えてよい。前記交差部の底部に接して設けられた前記トレンチボトム領域は、前記ウェル領域と接続されてよい。
【0008】
上記いずれかの半導体装置は、前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のウェル領域を備えてよい。前記トレンチボトム領域は、前記ウェル領域と接続されてよい。
【0009】
上記いずれかの半導体装置において、前記トレンチボトム領域は、前記半導体装置の外周部に設けられた前記第２ゲートトレンチ配線部の一端から、前記外周部に設けられた前記第２ゲートトレンチ配線部の他端まで延伸して設けられてよい。
【0010】
上記いずれかの半導体装置は、前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のウェル領域を備えてよい。前記トレンチボトム領域は、第１トレンチボトム部と、前記第１トレンチボトム部と離間して設けられ、前記ウェル領域と接続された第２トレンチボトム部と、を有してよい。
【0011】
上記いずれかの半導体装置は、前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のウェル領域を備えてよい。前記交差部は、前記半導体基板の深さ方向と平行な断面において、前記ウェル領域の内側に設けられてよく、下端が前記ウェル領域の下端よりも浅くてよい。
【0012】
上記いずれかの半導体装置において、前記ウェル領域は、前記半導体装置の外周部に設けられた前記第２ゲートトレンチ配線部の一端から、前記外周部に設けられた前記第２ゲートトレンチ配線部の他端まで延伸して設けられてよい。
【0013】
上記いずれかの半導体装置において、前記活性部は、第１活性領域と第２活性領域とを有してよい。前記エミッタ電極は、上面視で、前記第１活性領域から前記第２活性領域まで、前記第２ゲートトレンチ配線部を越えて設けられてよい。
【0014】
上記いずれかの半導体装置において、前記活性部は、第１活性領域と第２活性領域とを有してよい。前記第１ゲートトレンチ配線部は、前記第１活性領域から前記第２活性領域に延伸して設けられ、前記第１活性領域のゲートトレンチ部と前記第２活性領域のゲートトレンチ部とを接続してよい。
【0015】
上記いずれかの半導体装置において、前記第２ゲートトレンチ配線部は、複数の第２ゲートトレンチ配線部を含んでよい。前記複数の第２ゲートトレンチ配線部は、前記第１ゲートトレンチ配線部とそれぞれ前記交差部を有してよい。
【0016】
上記いずれかの半導体装置において、前記第２ゲートトレンチ配線部の幅は、前記第１ゲートトレンチ配線部の幅よりも広くてよい。
【0017】
上記いずれかの半導体装置において、前記ゲート配線部は、前記半導体装置の外周部に設けられ、前記外周部において前記第２ゲートトレンチ配線部の端部と接続され、金属からなるゲート金属層を有してよい。
【0018】
上記いずれかの半導体装置において、前記ゲート配線部は、前記半導体装置の外周部に設けられ、前記外周部において前記第２ゲートトレンチ配線部の端部と接続され、ポリシリコンからなるゲートランナを有してよい。
【0019】
上記いずれかの半導体装置において、前記ゲート配線部は、前記半導体装置の外周部に設けられ、前記外周部において前記第２ゲートトレンチ配線部の端部と接続された第３ゲートトレンチ配線部を有してよい。
【0020】
上記いずれかの半導体装置は、前記交差部の上方において、前記エミッタ電極上に設けられためっき膜を備えてよい。
【0021】
上記いずれかの半導体装置は、前記ドリフト領域の上方に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度が高い第１導電型のエミッタ領域を備えてよい。前記エミッタ電極は、前記エミッタ領域の上方に設けられてよい。
【0022】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1A】半導体装置１００の上面の一例を示す。
【図3】半導体装置１００の変形例における領域Ｒの拡大図の一例を示す。
【図4A】半導体装置１００の変形例における領域Ｒの上面にトレンチボトム領域６０を投影した図の一例を示す。
【図4B】半導体装置１００の変形例におけるｄ－ｄ'断面の一例を示す。
【図5】半導体装置１００の変形例におけるｄ－ｄ'断面の一例を示す。
【図6A】半導体装置１００の変形例における領域Ｒの拡大図の一例を示す。
【図6B】半導体装置１００の変形例におけるｄ－ｄ'断面の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0025】
本明細書においては半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は、重力方向または半導体装置の実装時における方向に限定されない。
【0026】
本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。直交座標軸は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えば、Ｚ軸は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。なお、＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Ｚ軸方向と記載した場合、＋Ｚ軸および－Ｚ軸に平行な方向を意味する。
【0027】
本明細書では、半導体基板の上面および下面に平行な直交軸をＸ軸およびＹ軸とする。また、半導体基板の上面および下面と垂直な軸をＺ軸とする。本明細書では、Ｚ軸の方向を深さ方向と称する場合がある。また、本明細書では、Ｘ軸およびＹ軸を含めて、半導体基板の上面および下面に平行な方向を、水平方向と称する場合がある。
【0028】
本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。
【0029】
本明細書においては、不純物がドーピングされたドーピング領域の導電型をＰ型またはＮ型として説明している。本明細書においては、不純物とは、特にＮ型のドナーまたはＰ型のアクセプタのいずれかを意味する場合があり、ドーパントと記載する場合がある。本明細書においては、ドーピングとは、半導体基板にドナーまたはアクセプタを導入し、Ｎ型の導電型を示す半導体またはＰ型の導電型を示す半導体とすることを意味する。
【0030】
本明細書においては、ドーピング濃度とは、熱平衡状態におけるドナーの濃度またはアクセプタの濃度を意味する。本明細書においては、ネット・ドーピング濃度とは、ドナー濃度を正イオンの濃度とし、アクセプタ濃度を負イオンの濃度として、電荷の極性を含めて足し合わせた正味の濃度を意味する。一例として、ドナー濃度をＮＤ、アクセプタ濃度をＮＡとすると、任意の位置における正味のネット・ドーピング濃度はＮＤ－ＮＡとなる。本明細書では、ネット・ドーピング濃度を単にドーピング濃度と記載する場合がある。
【0031】
本明細書においてＰ＋型またはＮ＋型と記載した場合、Ｐ型またはＮ型よりもドーピング濃度が高いことを意味し、Ｐ－型またはＮ－型と記載した場合、Ｐ型またはＮ型よりもドーピング濃度が低いことを意味する。また、本明細書においてＰ＋＋型またはＮ＋＋型と記載した場合には、Ｐ＋型またはＮ＋型よりもドーピング濃度が高いことを意味する。
【0032】
ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度分布がピークを有する場合、当該ピーク値を当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度がほぼ均一な場合等においては、当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度の平均値をドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。
【0033】
各実施例においては、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型とした例を示しているが、第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型としてもよい。この場合、各実施例における基板、層、領域等の導電型は、それぞれ逆の極性となる。
【0034】
本明細書では、ＳＩ単位系を採用する。本明細書において、距離や長さの単位がｃｍ（センチメートル）で表されることがある。この場合、諸計算はｍ（メートル）に換算して計算してよい。１０のべき乗の数値表示について、例えば１Ｅ＋１６の表示は、１×１０１６を示し、１Ｅ－１６の表示は、１×１０－１６を示す。
【0035】
図１Ａは、半導体装置１００の上面の一例を示す。本例の半導体装置１００は、ゲート配線部５０と、ゲートパッド１１２と、活性部１２０と、エッジ終端構造部１４０と、外周部１５０と、横断部１６０と、を備える。
【0036】
半導体基板１０は、半導体材料で形成された基板である。半導体基板１０は、シリコン基板であってよく、炭化シリコン基板であってよい。本例の半導体基板１０は、シリコン基板である。なお、本明細書で単に上面視と称した場合、半導体基板１０の上面側から見ることを意味している。半導体基板１０は、端辺１０２を有する。また、半導体基板１０は、後述の通り、おもて面２１および裏面２３を有する。
【0037】
活性部１２０は、半導体装置１００が動作した場合に半導体基板１０のおもて面２１と裏面２３との間で、深さ方向に主電流が流れる領域である。活性部１２０の上方には、エミッタ電極５２が設けられているが本図では省略している。
【0038】
活性部１２０は、第１活性領域１２１と、第２活性領域１２２と、第３活性領域１２３とを有してよい。活性部１２０が有する活性領域の数は、これに限定されない。活性部１２０は、少なくとも２つの活性領域を有してよく、４つ以上の活性領域を有してよい。第１活性領域１２１と第２活性領域１２２とは、離間して設けられてよい。第２活性領域１２２と第３活性領域１２３とは、離間して設けられてよい。活性部１２０が４つ以上の活性領域を有する場合も同様に、それぞれの活性領域は離間して設けられてよい。本例の活性領域は、Ｙ軸方向に離間して設けられているが、複数の活性領域がＸ軸方向に離間して設けられてもよい。
【0039】
横断部１６０は、離間して設けられた複数の活性領域の間の領域である。すなわち、横断部１６０は、第１活性領域１２１と第２活性領域１２２とを離間してよく、第２活性領域１２２と第３活性領域１２３とを離間してよい。本例の横断部１６０は、Ｘ軸方向に延伸した領域であるが、Ｙ軸方向に延伸した領域であってもよい。
【0040】
外周部１５０は、活性部１２０と端辺１０２との間の領域である。すなわち、外周部１５０は、第１活性領域１２１と、第２活性領域１２２と、第３活性領域１２３と、横断部１６０と、を取り囲んだ領域であってよい。
【0041】
ゲートパッド１１２は、半導体基板１０の上方に設けられる。ゲートパッド１１２には、ゲート電位が印加される。ゲートパッド１１２は、活性部１２０のゲートトレンチ部４０に電気的に接続される。ゲートトレンチ部４０については、後述する。
【0042】
ゲート配線部５０は、上面視において、外周部１５０および横断部１６０に設けられる。ゲート配線部５０は、ゲートパッド１１２とゲートトレンチ部４０とを接続する。ゲート配線部５０が横断部１６０に設けられることで、半導体基板１０の各領域について、ゲートパッド１１２からの配線長のバラツキを低減することができる。外周部１５０に設けられるゲート配線部５０と、横断部１６０に設けられるゲート配線部５０とは、異なる構成であってよく、同一の構成であってよい。ゲート配線部５０の構成については、後述する。
【0043】
エッジ終端構造部１４０は、半導体基板１０のおもて面２１に設けられる。エッジ終端構造部１４０は、上面視において、外周部１５０に設けられる。エッジ終端構造部１４０は、半導体基板１０のおもて面２１側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部１４０は、活性部１２０を囲んで環状に設けられたガードリング、フィールドプレートおよびリサーフのうちの少なくとも一つを備えていてよい。
【0044】
図１Ｂは、図１Ａにおける領域Ｒの拡大図の一例を示す。本例の半導体装置１００は、半導体基板１０のおもて面２１において、ダミートレンチ部３０と、ゲートトレンチ部４０と、ゲート配線部５０と、エミッタ領域１２と、ベース領域１４と、コンタクト領域１５と、ウェル領域１７とを備える。また、本例の半導体装置１００は、半導体基板１０のおもて面２１の上方に設けられたエミッタ電極５２を備える。
【0045】
ダミートレンチ部３０は、活性部１２０において、半導体基板１０のおもて面２１に設けられる。ダミートレンチ部３０は、エミッタ電極５２と電気的に接続されたトレンチ部である。ダミートレンチ部３０は、予め定められた配列方向（本例ではＸ軸方向）に沿って予め定められた間隔で配列される。ダミートレンチ部３０は、半導体基板１０のおもて面２１に平行であって配列方向と垂直な延伸方向（本例ではＹ軸方向）に沿って延伸する２つの延伸部分３１と、２つの延伸部分３１を接続する接続部分３３を有してよい。
【0046】
接続部分３３は、少なくとも一部が曲線状に形成されることが好ましい。ダミートレンチ部３０の２つの延伸部分３１の端部を接続することで、延伸部分３１の端部における電界集中を緩和することができる。
【0047】
ゲートトレンチ部４０は、活性部１２０において、半導体基板１０のおもて面２１に設けられる。ゲートトレンチ部４０は、予め定められた延伸方向（本例ではＹ軸方向）に延伸して設けられる。ゲートトレンチ部４０は、予め定められた配列方向（本例ではＸ軸方向）に沿って予め定められた間隔で配列される。本例のゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のおもて面２１においてＩ字形状を有するが、半導体基板１０のおもて面２１においてＵ字形状を有してよい。すなわち、ゲートトレンチ部４０は、延伸方向に沿って延伸する２つの延伸部分と、２つの延伸部分を接続する接続部分を有してよい。
【0048】
本例の半導体装置１００は、１つのゲートトレンチ部４０と２つのダミートレンチ部３０を繰り返し配列させた構造を有する。即ち、本例の半導体装置１００は、１：２の比率でゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０を有している。例えば、半導体装置１００は、Ｉ字形状のゲートトレンチ部４０とＵ字形状のダミートレンチ部３０を交互に有する。
【0049】
ただし、ゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０の比率は本例に限定されない。ゲートトレンチ部４０の比率がダミートレンチ部３０の比率よりも大きくてよく、ダミートレンチ部３０の比率とゲートトレンチ部４０の比率とが同一であってよい。ゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０の比率は、１：１であってもよく、３：２であってもよい。また、半導体装置１００は、全てのトレンチ部をゲートトレンチ部４０として、ダミートレンチ部３０を有しなくてもよい。
【0050】
ベース領域１４は、後述するドリフト領域１８の上方に設けられた第２導電型の領域である。ベース領域１４は、一例としてＰ－型である。
【0051】
エミッタ領域１２は、ドリフト領域１８の上方に設けられ、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度の高い第１導電型の領域である。本例のエミッタ領域１２は、一例としてＮ＋型である。エミッタ領域１２のドーパントの一例はヒ素（Ａｓ）である。エミッタ領域１２は、おもて面２１において、ゲートトレンチ部４０と接して設けられる。エミッタ領域１２は、２本のトレンチ部の一方から他方まで、Ｘ軸方向に延伸して設けられてよい。エミッタ領域１２は、コンタクトホール５４の下方にも設けられている。
【0052】
また、エミッタ領域１２は、ダミートレンチ部３０と接してもよいし、接しなくてもよい。本例のエミッタ領域１２は、ダミートレンチ部３０と接している。
【0053】
コンタクト領域１５は、ベース領域１４の上方に設けられ、ベース領域１４よりもドーピング濃度の高い第２導電型の領域である。本例のコンタクト領域１５は、一例としてＰ＋型である。本例のコンタクト領域１５は、おもて面２１に設けられている。コンタクト領域１５は、２本のトレンチ部の一方から他方まで、Ｘ軸方向に設けられてよい。コンタクト領域１５は、ゲートトレンチ部４０またはダミートレンチ部３０と接してもよいし、接しなくてもよい。本例のコンタクト領域１５は、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０と接する。コンタクト領域１５は、コンタクトホール５４の下方にも設けられている。
【0054】
ウェル領域１７は、ドリフト領域１８の上方に設けられた第２導電型の領域である。ウェル領域１７は、一例としてＰ＋型である。ウェル領域１７の拡散深さは、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の深さよりも深くてよい。ウェル領域１７とベース領域１４のＸ軸方向における境界は、外周部１５０と活性部１２０との境界であってよい。ウェル領域１７とベース領域１４のＹ軸方向における境界は、横断部１６０と活性部１２０との境界であってよい。
【0055】
エミッタ電極５２は、層間絶縁膜３８を挟んで、半導体基板１０の上方に設けられる。層間絶縁膜３８は、図１Ｂでは省略されている。層間絶縁膜３８には、コンタクトホール５４、コンタクトホール５５およびコンタクトホール５６が貫通して設けられている。エミッタ電極５２は、ゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、エミッタ領域１２、ベース領域１４、コンタクト領域１５およびウェル領域１７の上方に設けられている。また、エミッタ電極５２は、横断部１６０に設けられたゲート配線部５０の上方に設けられている。エミッタ電極５２とゲート配線部５０とは、互いに絶縁されている。
【0056】
エミッタ電極５２は、金属を含む材料で形成される。エミッタ電極５２の少なくとも一部の領域は、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、または、アルミニウム‐シリコン合金（ＡｌＳｉ）、アルミニウム‐シリコン‐銅合金（ＡｌＳｉＣｕ）等の金属合金で形成されてよい。エミッタ電極５２は、アルミニウム等で形成された領域の下層にチタンまたはチタン化合物等で形成されたバリアメタル層を有してよい。
【0057】
コンタクトホール５４は、活性部１２０において、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の各領域の上方に形成される。コンタクトホール５４は、ベース領域１４の上方に形成されてよい。コンタクトホール５４は、Ｙ軸方向両端に設けられたウェル領域１７の上方には設けられていない。このように、層間絶縁膜３８には、１又は複数のコンタクトホール５４が形成されている。１又は複数のコンタクトホール５４は、延伸方向に延伸して設けられてよい。
【0058】
コンタクトホール５５は、ゲート配線部５０のゲート金属層５４０と第２ゲートトレンチ配線部５１４内のゲート導電部とを接続する。ゲート金属層５４０については、後述する。コンタクトホール５５の内部には、タングステン等で形成されたプラグ層が形成されてもよい。
【0059】
コンタクトホール５６は、エミッタ電極５２とダミートレンチ部３０内のダミー導電部とを接続する。コンタクトホール５６の内部には、タングステン等で形成されたプラグ層が形成されてもよい。
【0060】
ゲート配線部５０は、第１ゲートトレンチ配線部５１２と、第２ゲートトレンチ配線部５１４とを有する。
【0061】
第１ゲートトレンチ配線部５１２は、予め定められた方向に延伸する。本例の第１ゲートトレンチ配線部５１２は、Ｙ軸方向に延伸して設けられる。第１ゲートトレンチ配線部５１２は、第１活性領域１２１から第２活性領域１２２に延伸して設けられてよい。第１ゲートトレンチ配線部５１２は、第１活性領域１２１のゲートトレンチ部４０と第２活性領域１２２のゲートトレンチ部４０とを接続してよい。すなわち、ゲートトレンチ部４０と第１ゲートトレンチ配線部５１２とは、互いに電気的に接続されてよい。
【0062】
第１ゲートトレンチ配線部５１２とゲートトレンチ部４０とは、同一の構成を有してよい。すなわち、第１ゲートトレンチ配線部５１２の幅とゲートトレンチ部４０の幅とは同一であってよく、第１ゲートトレンチ配線部５１２の深さとゲートトレンチ部４０の深さとは同一であってよい。ただし、第１ゲートトレンチ配線部５１２の幅とゲートトレンチ部４０の幅とは異なってよく、第１ゲートトレンチ配線部５１２の深さとゲートトレンチ部４０の深さとは異なってよい。第１ゲートトレンチ配線部５１２とゲートトレンチ部４０とは、同一の工程で一体的に形成されてよい。ただし、第１ゲートトレンチ配線部５１２とゲートトレンチ部４０とは、異なる工程で形成されてもよい。第１ゲートトレンチ配線部５１２とゲートトレンチ部４０との境界は、活性部１２０と横断部１６０との境界であってよい。
【0063】
第１ゲートトレンチ配線部５１２は、複数の第１ゲートトレンチ配線部５１２を含んでよい。複数の第１ゲートトレンチ配線部５１２の数と、活性部１２０の複数のゲートトレンチ部４０の数とは、同一であってよい。すなわち、第１ゲートトレンチ配線部５１２は、第１活性領域１２１に設けられたゲートトレンチ部４０と第２活性領域１２２に設けられたゲートトレンチ部４０とのすべてを互いに接続してよい。ただし、複数の第１ゲートトレンチ配線部５１２の数と活性部１２０の複数のゲートトレンチ部４０の数とは異なってよく、複数の活性領域に設けられた複数のゲートトレンチ部４０の一部は、複数の活性領域にわたって互いに接続されなくてもよい。
【0064】
第２ゲートトレンチ配線部５１４は、第１ゲートトレンチ配線部５１２と異なる方向に延伸し、第１ゲートトレンチ配線部５１２と交差部５１０で交差してよい。本例の第２ゲートトレンチ配線部５１４は、第１ゲートトレンチ配線部５１２の延伸方向であるＹ軸方向とは異なるＸ軸方向に延伸している。第１ゲートトレンチ配線部５１２と第２ゲートトレンチ配線部５１４とは、交差部５１０において電気的に接続されてよい。
【0065】
交差部５１０は、半導体基板１０の深さ方向と平行な断面において、ウェル領域１７の内側に設けられてよく、下端がウェル領域１７の下端よりも浅くてよい。すなわち、ウェル領域１７の拡散深さは、第１ゲートトレンチ配線部５１２および第２ゲートトレンチ配線部５１４の深さよりも深くてよく、交差部５１０の深さよりも深くてよい。交差部５１０がウェル領域１７の内側に設けられることで、交差部５１０の底部における電界集中を緩和することができる。これにより、半導体装置１００の耐圧低下を抑制することができる。
【0066】
第２ゲートトレンチ配線部５１４は、複数の第２ゲートトレンチ配線部５１４を含んでよい。本例の第２ゲートトレンチ配線部５１４は、４つの第２ゲートトレンチ配線部５１４を含んでいる。本例の第２ゲートトレンチ配線部５１４は、Ｕ字形状を有している。すなわち、第２ゲートトレンチ配線部５１４は、半導体基板１０のおもて面２１に平行であって配列方向と垂直な延伸方向（本例ではＸ軸方向）に沿って延伸する２つの延伸部分と、２つの延伸部分を接続する接続部分を有してよい。第２ゲートトレンチ配線部５１４は、＋Ｘ軸方向の端部においても、同様のＵ字形状を有してよい。すなわち、第２ゲートトレンチ配線部５１４は、ループ形状を有してよい。
【0067】
複数の第２ゲートトレンチ配線部５１４は、第１ゲートトレンチ配線部５１２とそれぞれ交差部５１０を有してよい。本例の複数の第２ゲートトレンチ配線部５１４は、図示された領域Ｒにおいて、それぞれ４つの交差部５１０を有している。複数の第２ゲートトレンチ配線部５１４のそれぞれが有する交差部５１０の数は、複数の第１ゲートトレンチ配線部５１２の数と同一であってよい。
【0068】
ウェル領域１７は、半導体装置１００の外周部１５０に設けられた第２ゲートトレンチ配線部５１４の一端から、外周部１５０に設けられた第２ゲートトレンチ配線部５１４の他端まで延伸して設けられてよい。すなわち、複数の第１ゲートトレンチ配線部５１２と複数の第２ゲートトレンチ配線部５１４が交差するすべての交差部５１０は、ウェル領域１７の内部に設けられてよい。
【0069】
第１ゲートトレンチ配線部５１２の幅Ｗ１と第２ゲートトレンチ配線部５１４の幅Ｗ２とは同一であってよい。これにより、第１ゲートトレンチ配線部５１２と第２ゲートトレンチ配線部５１４とが、同一の工程により形成されることができる。ただし、第１ゲートトレンチ配線部５１２の幅Ｗ１と第２ゲートトレンチ配線部５１４の幅Ｗ２とは異なってよく、第１ゲートトレンチ配線部５１２と第２ゲートトレンチ配線部５１４とは、異なる工程で形成されてよい。
【0070】
本例のゲート配線部５０は、横断部１６０において、第１ゲートトレンチ配線部５１２と、第２ゲートトレンチ配線部５１４とを有する。これにより、半導体装置１００の製造工程において半導体基板１０の上方にポリシリコンを残す必要がないので、半導体装置１００の平坦化が可能となり、大口径ウエハにおいても、パターニング精度を向上することができる。第１ゲートトレンチ配線部５１２と第２ゲートトレンチ配線部５１４とがトレンチ構造を有することで、同一幅のゲートランナ構造を半導体基板１０の上方に設ける場合と比較して、ゲート配線部５０の抵抗値を低減することができる。また、半導体装置１００の製造工程において半導体基板１０の上方にポリシリコンを残す必要がないので、全面エッチバックが可能となり、マスクの枚数を削減することができる。
【0071】
エミッタ電極５２は、交差部５１０の上方に設けられてよい。すなわち、エミッタ電極５２は、上面視で、第１活性領域１２１から第２活性領域１２２まで、第２ゲートトレンチ配線部５１４を越えて設けられてよい。
【0072】
図１Ｂにおいては、図１Ａにおける領域Ｒの拡大図の一例を示した。領域Ｒは、第１活性領域１２１と、第２活性領域１２２と、横断部１６０と、活性部１２０の－Ｘ軸方向に位置する外周部１５０と、を含む領域である。第２活性領域１２２と、第３活性領域１２３と、横断部１６０と、活性部１２０の－Ｘ軸方向に位置する外周部１５０と、を含む領域も、領域Ｒと同様の構成を有してよい。第１活性領域１２１と、第２活性領域１２２と、横断部１６０と、活性部１２０の＋Ｘ軸方向に位置する外周部１５０と、を含む領域も、領域Ｒと鏡映対称となる同様の構成を有してよい。第２活性領域１２２と、第３活性領域１２３と、横断部１６０と、活性部１２０の＋Ｘ軸方向に位置する外周部１５０と、を含む領域も、領域Ｒと鏡映対称となる同様の構成を有してよい。
【0073】
例えば、いずれの領域においても、ゲート配線部５０は、第１ゲートトレンチ配線部５１２と、第２ゲートトレンチ配線部５１４と、を有してよく、第１ゲートトレンチ配線部５１２と第２ゲートトレンチ配線部５１４とは、交差部５１０で交差してよい。第１ゲートトレンチ配線部５１２は、第１活性領域１２１のゲートトレンチ部４０と第２活性領域１２２のゲートトレンチ部４０とを接続してよく、第２活性領域１２２のゲートトレンチ部４０と第３活性領域１２３のゲートトレンチ部４０とを接続してよい。いずれの領域においても、エミッタ電極５２は、交差部５１０の上方に設けられてよい。すなわち、エミッタ電極５２は、ゲート配線部５０によって分断されることなく、複数の活性領域にわたって単一の電極として設けられてよい。
【0074】
エミッタ電極５２が交差部５１０の上方に設けられることで、エミッタ電極５２がゲート配線部５０によって分断して設けられる場合と比較して、半導体装置１００の寄生インダクタンスを低減することができる。寄生インダクタンスを低減することで、半導体装置１００のターンオン時および短絡時に発生する発振を抑制することができる。
【0075】
図１Ｃは、図１Ｂにおけるａ－ａ'断面の一例を示す。ａ－ａ'断面は、外周部１５０において、ウェル領域１７を通過するＹＺ面である。本例の半導体装置１００は、ａ－ａ'断面において、半導体基板１０、層間絶縁膜３８およびコレクタ電極２４を有する。
【0076】
ドリフト領域１８は、半導体基板１０に設けられた第１導電型の領域である。本例のドリフト領域１８は、一例としてＮ－型である。ドリフト領域１８は、半導体基板１０において他のドーピング領域が形成されずに残存した領域であってよい。すなわち、ドリフト領域１８のドーピング濃度は半導体基板１０のドーピング濃度であってよい。
【0077】
バッファ領域２０は、ドリフト領域１８よりも半導体基板１０の裏面２３側に設けられた第１導電型の領域である。本例のバッファ領域２０は、一例としてＮ型である。バッファ領域２０のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高い。バッファ領域２０は、ベース領域１４の下面側から広がる空乏層が、第２導電型のコレクタ領域２２に到達することを防ぐフィールドストップ層として機能してよい。なお、バッファ領域２０は、省略されてよい。
【0078】
コレクタ領域２２は、バッファ領域２０の下方に設けられる。コレクタ領域２２は、第２導電型を有する。本例のコレクタ領域２２は、一例としてＰ＋型である。
【0079】
コレクタ電極２４は、半導体基板１０の裏面２３に形成される。コレクタ電極２４は、金属等の導電材料で形成される。コレクタ電極２４の材料は、エミッタ電極５２の材料と同一であってもよく、異なっていてもよい。
【0080】
第２ゲートトレンチ配線部５１４は、おもて面２１に形成されたゲートトレンチ、ゲート絶縁膜５１４２およびゲート導電部５１４４を有する。ゲート絶縁膜５１４２は、ゲートトレンチの内壁を覆って形成される。ゲート絶縁膜５１４２は、ゲートトレンチの内壁の半導体を酸化または窒化して形成してよい。ゲート導電部５１４４は、ゲートトレンチの内部においてゲート絶縁膜５１４２よりも内側に形成される。ゲート絶縁膜５１４２は、ゲート導電部５１４４と半導体基板１０とを絶縁する。ゲート導電部５１４４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。第２ゲートトレンチ配線部５１４は、おもて面２１において層間絶縁膜３８により覆われてよい。
【0081】
第２ゲートトレンチ配線部５１４は、ウェル領域１７の内部に設けられてよい。すなわち、半導体基板１０の深さ方向において、ウェル領域１７の深さは、第２ゲートトレンチ配線部５１４の深さよりも深くてよい。
【0082】
層間絶縁膜３８は、半導体基板１０の上方に設けられる。本例の層間絶縁膜３８は、おもて面２１と接して設けられる。層間絶縁膜３８の膜厚は、例えば１．０μｍであるが、これに限定されない。層間絶縁膜３８は、シリコン酸化膜であってよい。層間絶縁膜３８は、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ‐ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜であってもよいし、ＢＳＧ（ｂｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）膜であってもよいし、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）膜であってもよい。層間絶縁膜３８は、高温シリコン酸化（ＨＴＯ：Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄｅ）膜を含んでもよい。
【0083】
図１Ｄは、図１Ｂにおけるｂ－ｂ'断面の一例を示す。ｂ－ｂ'断面は、第１活性領域１２１、横断部１６０および第２活性領域１２２を通る断面であって、活性部１２０においてコンタクトホール５４を通過するＹＺ面である。本例の半導体装置１００は、ｂ－ｂ'断面において、半導体基板１０、層間絶縁膜３８、エミッタ電極５２、めっき膜５３およびコレクタ電極２４を有する。エミッタ電極５２およびめっき膜５３は、半導体基板１０および層間絶縁膜３８の上方に形成される。本例の半導体装置１００は、蓄積領域１６を備えてよい。蓄積領域１６については、後述する。
【0084】
トレンチボトム領域６０は、第２導電型の領域である。本例のトレンチボトム領域６０は、一例としてＰ－－型である。トレンチボトム領域６０のドーピング濃度は、ベース領域１４のドーピング濃度よりも低くてよい。トレンチボトム領域６０は、ウェル領域１７と接続されてよい。
【0085】
トレンチボトム領域６０は、第１トレンチボトム部６２と、第２トレンチボトム部６４と、を有してよい。第２トレンチボトム部６４は、第１トレンチボトム部６２と離間して設けられ、ウェル領域１７と接続されてよい。
【0086】
ダミートレンチ部３０は、第２ゲートトレンチ配線部５１４と同一の構造を有してよい。ダミートレンチ部３０は、おもて面２１側に形成されたダミートレンチ、ダミー絶縁膜３２およびダミー導電部３４を有する。ダミー絶縁膜３２は、ダミートレンチの内壁を覆って形成される。ダミー導電部３４は、ダミートレンチの内部に形成され、且つ、ダミー絶縁膜３２よりも内側に形成される。ダミー絶縁膜３２は、ダミー導電部３４と半導体基板１０とを絶縁する。ダミートレンチ部３０は、おもて面２１において層間絶縁膜３８により覆われてよい。
【0087】
層間絶縁膜３８の上方には、エミッタ電極５２が設けられている。エミッタ電極５２と第２ゲートトレンチ配線部５１４とは、層間絶縁膜３８によって互いに絶縁されている。層間絶縁膜３８には、エミッタ電極５２と半導体基板１０とを電気的に接続するための１又は複数のコンタクトホール５４が設けられている。コンタクトホール５６も同様に、層間絶縁膜３８を貫通して設けられてよい。
【0088】
めっき膜５３は、エミッタ電極５２の上方に形成される。めっき膜５３は、金属等の導電材料で形成される。めっき膜５３の材料は、金、パラジウムおよびニッケルの少なくとも１つを含んでよい。めっき膜５３は、コレクタ電極２４の下方にも形成されてよい。エミッタ電極５２の上方にめっき膜５３を形成することで、はんだ等を介したボンディングワイヤおよびリードフレーム等との接触特性を向上し、外部装置との電気的な接続を担保することができる。
【0089】
めっき膜５３は、エミッタ電極５２の全体にわたって、エミッタ電極５２の上方に形成されてよい。前述のように、エミッタ電極５２は、第１活性領域１２１から第２活性領域１２２まで、第２ゲートトレンチ配線部５１４を越えて設けられてよい。したがって、半導体装置１００は、交差部５１０の上方において、エミッタ電極５２上に設けられためっき膜５３を備えてよい。
【0090】
【0091】
蓄積領域１６は、ドリフト領域１８よりも半導体基板１０のおもて面２１側に設けられる第１導電型の領域である。本例の蓄積領域１６は、一例としてＮ＋型である。但し、蓄積領域１６が設けられなくてもよい。蓄積領域１６のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高くてよい。蓄積領域１６のイオン注入のドーズ量は、１．０Ｅ＋１２ｃｍ－２以上、３．０Ｅ＋１３ｃｍ－２以下であってよい。蓄積領域１６を設けることで、キャリア注入促進効果（ＩＥ効果）を高めて、半導体装置１００のオン電圧を低減できる。
【0092】
ゲートトレンチ部４０は、第２ゲートトレンチ配線部５１４およびダミートレンチ部３０と同一の構造を有してよい。ゲートトレンチ部４０は、おもて面２１側に形成されたゲートトレンチ、ゲート絶縁膜４２およびゲート導電部４４を有する。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチの内壁を覆って形成される。ゲート導電部４４は、ゲートトレンチの内部に形成され、且つ、ゲート絶縁膜４２よりも内側に形成される。ゲート絶縁膜４２は、ゲート導電部４４と半導体基板１０とを絶縁する。ゲートトレンチ部４０は、おもて面２１において層間絶縁膜３８により覆われてよい。
【0093】
トレンチボトム領域６０は、ゲートトレンチ部４０の底部に接して設けられる。トレンチボトム領域６０は、ダミートレンチ部３０の底部に接して設けられてよい。本例のトレンチボトム領域６０は、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の底部に接して設けられている。
【0094】
本例のトレンチボトム領域６０は、複数のトレンチ部のトレンチ配列方向において、複数のトレンチ部の１つのトレンチ部の下端から、対向する他のトレンチ部の下端まで延伸して設けられている。トレンチボトム領域６０は、複数のトレンチ部の１つのトレンチ部の下端から、対向する他のトレンチ部の下端を超えて、当該対向する他のトレンチ部に隣接するトレンチ部の下端まで延伸して設けられてよい。すなわち、トレンチボトム領域６０は、２つ以上のトレンチ部の下端を超えて延伸して設けられてよい。
【0095】
トレンチボトム領域６０がゲートトレンチ部４０の底部に接して設けられることで、半導体装置１００のターンオン時のゲートトレンチ部４０周辺の電位上昇を抑制することができ、半導体装置１００のｄＶ／ｄｔを抑制することができる。これにより、半導体装置１００のスイッチング動作に応じたノイズの発生を低減することができる。
【0096】
トレンチボトム領域６０は、前述のように、第１トレンチボトム部６２と、第１トレンチボトム部６２と離間して設けられ、ウェル領域１７と接続された第２トレンチボトム部６４と、を有している。すなわち、活性部１２０は、トレンチボトム領域６０が設けられていないトレンチボトムレス領域６６を有してよい。トレンチボトムレス領域６６を設けることで、電子障壁が低下し、オン損失Ｅｏｎを低減することができる。半導体装置１００のターンオン時には、最初にトレンチボトムレス領域６６において電子の注入が始まってよく、続いてトレンチボトム領域６０が設けられた活性部１２０の通電が開始してよい。
【0097】
エミッタ領域１２は、第１トレンチボトム部６２の上方に設けられる。エミッタ領域１２は、第２トレンチボトム部６４の上方およびトレンチボトムレス領域６６に設けられなくてよい。エミッタ領域１２がトレンチボトムレス領域６６に設けられないことで、トレンチボトムレス領域６６が通電開始時のトリガとして動作しやすくなる。
【0098】
ベース領域１４は、トレンチボトム領域６０の上方およびトレンチボトムレス領域６６に設けられてよい。ベース領域１４がトレンチボトムレス領域６６に設けられることで、トレンチボトムレス領域６６が通電開始時のトリガとして動作することができる。
【0099】
蓄積領域１６は、トレンチボトムレス領域６６の上方およびトレンチボトムレス領域６６に設けられてよい。本例の蓄積領域１６は、第１トレンチボトム部６２の上方にのみ設けられている。
【0100】
ゲート配線部５０は、ゲートランナ５２０と、ゲート金属層５４０と、を有する。ゲートランナ５２０とゲート金属層５４０とは、層間絶縁膜３８に設けられたコンタクトホール５５を介して接続されている。コンタクトホール５５は、コンタクトホール５４およびコンタクトホール５６と同様に、層間絶縁膜３８を貫通して設けられてよい。
【0101】
ゲートランナ５２０は、半導体装置１００の外周部１５０に設けられる。ゲートランナ５２０は、酸化膜３９を挟んで、半導体基板１０の上方に設けられる。ゲートランナ５２０は、ポリシリコン等の導電材料で形成されてよい。本例のゲートランナ５２０は、ポリシリコンからなる。
【0102】
酸化膜３９は、半導体基板１０の半導体を酸化または窒化して形成されてよい。酸化膜３９は、トレンチ内に設けられた絶縁膜と同一の工程で形成されてよい。ただし、酸化膜３９は、トレンチ内に設けられた絶縁膜と異なる工程で形成されてもよい。酸化膜３９は、ゲートランナ５２０と半導体基板１０とを絶縁する。
【0103】
ゲート金属層５４０は、半導体装置１００の外周部１５０に設けられる。ゲート金属層５４０は、層間絶縁膜３８を挟んで、半導体基板１０の上方に設けられる。ゲート金属層５４０は、金属を含む材料で形成される。ゲート金属層５４０の材料は、エミッタ電極５２の材料と同一であってもよく、異なっていてもよい。
【0104】
ゲート金属層５４０およびエミッタ電極５２は、互いに分離して設けられる。これにより、エミッタ電極５２とゲート配線部５０とは、互いに絶縁されている。
【0105】
めっき膜５３は、ゲート金属層５４０の上方に設けられてよい。ただし、めっき膜５３は、ゲート金属層５４０の上方に設けられなくてもよい。
【0106】
【0107】
第１ゲートトレンチ配線部５１２は、第２ゲートトレンチ配線部５１４、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０と同一の構造を有してよい。第１ゲートトレンチ配線部５１２は、おもて面２１側に形成されたゲートトレンチ、ゲート絶縁膜５１２２およびゲート導電部５１２４を有する。ゲート絶縁膜５１２２は、ゲートトレンチの内壁を覆って形成される。ゲート導電部５１２４は、ゲートトレンチの内部に形成され、且つ、ゲート絶縁膜５１２２よりも内側に形成される。ゲート絶縁膜５１２２は、ゲート導電部５１２４と半導体基板１０とを絶縁する。第１ゲートトレンチ配線部５１２は、おもて面２１において層間絶縁膜３８により覆われてよい。
【0108】
第１ゲートトレンチ配線部５１２は、ウェル領域１７の内部に設けられてよい。すなわち、ウェル領域１７の深さは、第１ゲートトレンチ配線部５１２の深さよりも深くてよい。
【0109】
第２ゲートトレンチ配線部５１４の深さは、第１ゲートトレンチ配線部５１２の深さと同一であってよく、第１ゲートトレンチ配線部５１２の深さよりも深くてよく、第１ゲートトレンチ配線部５１２の深さよりも浅くてよい。本例の第２ゲートトレンチ配線部５１４の深さは、第１ゲートトレンチ配線部５１２の深さと同一である。
【0110】
ゲートランナ５２０は、外周部１５０において第２ゲートトレンチ配線部５１４の端部と接続されてよい。ゲート金属層５４０は、外周部において、ゲートランナ５２０を介して、第２ゲートトレンチ配線部５１４の端部と接続されてよい。すなわち、第２ゲートトレンチ配線部５１４のゲート導電部５１４４と、ゲートランナ５２０と、ゲート金属層５４０とは、互いに電気的に接続されてよい。
【0111】
本例の半導体装置１００においては、ゲートパッド１１２と、半導体装置１００の外周部１５０に設けられたゲート金属層５４０およびゲートランナ５２０とが電気的に接続される。ゲート金属層５４０およびゲートランナ５２０は、外周部１５０において、第２ゲートトレンチ配線部５１４と電気的に接続される。第２ゲートトレンチ配線部５１４は、交差部５１０において、第１ゲートトレンチ配線部５１２と電気的に接続される。第１ゲートトレンチ配線部５１２は、活性部１２０のゲートトレンチ部４０と電気的に接続される。このように、ゲートパッド１１２は、活性部１２０のゲートトレンチ部４０に電気的に接続される。
【0112】
図２は、図１Ａにおける領域Ｒの上面にトレンチボトム領域６０を投影した図の一例を示す。本例のトレンチボトム領域６０は、第１トレンチボトム部６２と、第１トレンチボトム部６２と離間して設けられ、ウェル領域１７と接続された第２トレンチボトム部６４と、を有している。本例の活性部１２０は、トレンチボトム領域６０が設けられていないトレンチボトムレス領域６６を有している。
【0113】
第１トレンチボトム部６２は、上面視において、活性部１２０の内側に設けられてよい。すなわち、第１トレンチボトム部６２は、上面視において、第１活性領域１２１、第２活性領域１２２および第３活性領域１２３の内側に設けられてよい。活性部１２０のうち第１トレンチボトム部６２が設けられない領域には、トレンチボトムレス領域６６または第２トレンチボトム部６４が設けられてよい。
【0114】
第２トレンチボトム部６４は、第１トレンチボトム部６２と離間して、第１トレンチボトム部６２の外側に設けられる。第２トレンチボトム部６４は、活性部１２０から横断部１６０にわたって設けられてよい。すなわち、第２トレンチボトム部６４は、上面視において、第１活性領域１２１および横断部１６０と重複して設けられてよく、第２活性領域１２２および横断部１６０と重複して設けられてよく、第３活性領域１２３および横断部１６０と重複して設けられてよい。
【0115】
第２トレンチボトム部６４は、活性部１２０から外周部１５０にわたって設けられてよい。すなわち、第２トレンチボトム部６４は、上面視において、第１活性領域１２１および外周部１５０と重複して設けられてよく、第２活性領域１２２および外周部１５０と重複して設けられてよく、第３活性領域１２３および外周部１５０と重複して設けられてよい。
【0116】
エミッタ領域１２は、第１トレンチボトム部６２の上方に設けられてよい。エミッタ領域１２は、第２トレンチボトム部６４の上方およびトレンチボトムレス領域６６に設けられなくてよい。エミッタ領域１２がトレンチボトムレス領域６６に設けられないことで、トレンチボトムレス領域６６が通電開始時のトリガとして動作しやすくなる。
【0117】
ベース領域１４は、トレンチボトム領域６０の上方およびトレンチボトムレス領域６６に設けられてよい。ベース領域１４がトレンチボトムレス領域６６に設けられることで、トレンチボトムレス領域６６が通電開始時のトリガとして動作することができる。
【0118】
第２トレンチボトム部６４は、外周部１５０に最も近接するダミートレンチ部３０を超えて設けられてよい。ただし、第２トレンチボトム部６４は、ウェル領域１７と接続されて設けられていればよく、外周部１５０に最も近接するダミートレンチ部３０よりも内側まで設けられてもよい。
【0119】
本例のトレンチボトムレス領域６６は、外周部１５０および横断部１６０の近傍に設けられている。トレンチボトムレス領域６６は、外周部１５０および横断部１６０からさらに離間して、活性部１２０の中央付近に設けられてもよい。この場合、エミッタ領域１２は、トレンチボトムレス領域６６に設けられなくてよい。また、トレンチボトムレス領域６６においては、ゲートトレンチ部４０が設けられず、ダミートレンチ部３０のみが設けられてよい。
【0120】
図３は、半導体装置１００の変形例における領域Ｒの拡大図の一例を示す。本例の半導体装置１００は、第１ゲートトレンチ配線部５１２の幅Ｗ１と第２ゲートトレンチ配線部５１４の幅Ｗ２が異なる点で、図１Ｆの実施例と相違する。本例では、図１Ｆの実施例と相違する点について特に説明し、その他は図１Ｆの実施例と同一であってよい。
【0121】
第２ゲートトレンチ配線部５１４の幅Ｗ２は、第１ゲートトレンチ配線部５１２の幅Ｗ１よりも広くてよい。第２ゲートトレンチ配線部５１４の幅Ｗ２を第１ゲートトレンチ配線部５１２の幅Ｗ１よりも広くすることで、ゲート導電部５１４４の断面積を大きくすることができ、抵抗値を低減することができる。ただし、第２ゲートトレンチ配線部５１４の幅Ｗ２は、第１ゲートトレンチ配線部５１２の幅Ｗ１と同一であってよく、第１ゲートトレンチ配線部５１２の幅Ｗ１よりも狭くてもよい。
【0122】
一例として、第２ゲートトレンチ配線部５１４の幅Ｗ２が第１ゲートトレンチ配線部５１２の幅Ｗ１よりも狭い場合、横断部１６０に設けられる複数の第２ゲートトレンチ配線部５１４の数を増やしてよい。これにより、複数の第２ゲートトレンチ配線部５１４におけるゲート導電部５１４４の総断面積を大きくすることができ、抵抗値を低減することができる。
【0123】
図４Ａは、半導体装置１００の変形例における領域Ｒの上面にトレンチボトム領域６０を投影した図の一例を示す。本例の半導体装置１００は、トレンチボトム領域６０が横断部１６０に設けられた第３トレンチボトム部６８を有する点で、図２の実施例と相違する。本例では、図２の実施例と相違する点について特に説明し、その他は図２の実施例と同一であってよい。
【0124】
第３トレンチボトム部６８は、半導体装置１００の外周部１５０に設けられた第２ゲートトレンチ配線部５１４の一端から、外周部１５０に設けられた第２ゲートトレンチ配線部５１４の他端まで延伸して設けられてよい。上述のように、第１活性領域１２１と、第２活性領域１２２と、横断部１６０と、活性部１２０の＋Ｘ軸方向に位置する外周部１５０と、を含む領域も、領域Ｒと鏡映対称となる同様の構成を有してよい。すなわち、第３トレンチボトム部６８は、当該鏡映対象となる領域にまで延伸して設けられてよい。
【0125】
本例の第３トレンチボトム部６８は、第１活性領域１２１に設けられた第２トレンチボトム部６４と、第２活性領域１２２に設けられた第２トレンチボトム部６４と、それぞれ離間して設けられている。第３トレンチボトム部６８は、第１活性領域１２１に設けられた第２トレンチボトム部６４と、第２活性領域１２２に設けられた第２トレンチボトム部６４と、接続して設けられてもよい。すなわち、第３トレンチボトム部６８と、第１活性領域１２１に設けられた第２トレンチボトム部６４と、第２活性領域１２２に設けられた第２トレンチボトム部６４とは、一体的に設けられてもよい。
【0126】
【0127】
第３トレンチボトム部６８は、第１ゲートトレンチ配線部５１２の底部に接して設けられてよい。第３トレンチボトム部６８は、第２ゲートトレンチ配線部５１４の底部に接して設けられてよい。したがって、第３トレンチボトム部６８は、交差部５１０の底部に接して設けられてよい。トレンチボトム領域６０が交差部５１０の底部に接して設けられることで、交差部５１０の底部における電界集中を緩和することができる。これにより、半導体装置１００の耐圧低下を抑制することができる。
【0128】
交差部５１０の底部に接して設けられた第３トレンチボトム部６８は、ウェル領域１７と接続されてよい。本例の第３トレンチボトム部６８は、ウェル領域１７の内部に設けられることで、ウェル領域１７と接続されている。交差部５１０の底部に接して設けられた第３トレンチボトム部６８がウェル領域１７と接続されることで、交差部５１０の底部の電位をエミッタ電位に保つことができ、交差部５１０の底部における電界集中を緩和することができる。これにより、半導体装置１００の耐圧低下を抑制することができる。
【0129】
本例の半導体装置１００は、交差部５１０の下方において、第３トレンチボトム部６８およびウェル領域１７を備えている。半導体装置１００は、交差部５１０の下方において、第３トレンチボトム部６８のみを備えてもよい。
【0130】
図５は、半導体装置１００の変形例におけるｄ－ｄ'断面の一例を示す。本例の半導体装置１００は、ゲート配線部５０がゲートランナ５２０を有しない点で、図１Ｆの実施例と相違する。本例では、図１Ｆの実施例と相違する点について特に説明し、その他は図１Ｆの実施例と同一であってよい。
【0131】
ゲート配線部５０は、半導体装置１００の外周部１５０に設けられ、金属からなるゲート金属層５４０を有してよい。ゲート金属層５４０は、外周部１５０において第２ゲートトレンチ配線部５１４の端部と接続されてよい。
【0132】
本例のゲート配線部５０は、半導体装置１００の外周部１５０において、ゲート金属層５４０を有し、ゲートランナ５２０を有しない。ゲート配線部５０がゲートランナ５２０を有しないことで、半導体装置１００の製造工程において半導体基板１０の上方にポリシリコンを残す必要がないので、全面エッチバックが可能となり、マスクの枚数を削減することができる。また、半導体装置１００の製造工程において半導体基板１０の上方にポリシリコンを残す必要がないので、半導体装置１００の平坦化が可能となり、大口径ウエハにおいても、パターニング精度を向上することができる。
【0133】
図６Ａは、半導体装置１００の変形例における領域Ｒの拡大図の一例を示す。本例の半導体装置１００は、ゲート配線部５０が半導体装置１００の外周部１５０に設けられた第３ゲートトレンチ配線部５１６を有する点で、図１Ｂの実施例と相違する。本例では、図１Ｂの実施例と相違する点について特に説明し、その他は図１Ｂの実施例と同一であってよい。
【0134】
第３ゲートトレンチ配線部５１６は、外周部１５０において第２ゲートトレンチ配線部５１４の端部と接続されてよい。第３ゲートトレンチ配線部５１６は、第２ゲートトレンチ配線部５１４と交差部５１０で交差してよい。第３ゲートトレンチ配線部５１６は、端辺１０２と平行な方向に延伸して設けられてよい。
【0135】
【0136】
第３ゲートトレンチ配線部５１６は、第１ゲートトレンチ配線部５１２、第２ゲートトレンチ配線部５１４、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０と同一の構造を有してよい。第３ゲートトレンチ配線部５１６は、おもて面２１側に形成されたゲートトレンチ、ゲート絶縁膜５１６２およびゲート導電部５１６４を有する。ゲート絶縁膜５１６２は、ゲートトレンチの内壁を覆って形成される。ゲート導電部５１６４は、ゲートトレンチの内部に形成され、且つ、ゲート絶縁膜５１６２よりも内側に形成される。ゲート絶縁膜５１６２は、ゲート導電部５１６４と半導体基板１０とを絶縁する。第３ゲートトレンチ配線部５１６は、おもて面２１において層間絶縁膜３８により覆われてよい。
【0137】
交差部５１０は、半導体基板１０の深さ方向と平行な断面において、ウェル領域１７の内側に設けられてよく、下端がウェル領域１７の下端よりも浅くてよい。すなわち、ウェル領域１７の拡散深さは、第２ゲートトレンチ配線部５１４および第３ゲートトレンチ配線部５１６の深さよりも深くてよく、交差部５１０の深さよりも深くてよい。交差部５１０がウェル領域１７の内側に設けられることで、交差部５１０の底部における電界集中を緩和することができる。これにより、半導体装置１００の耐圧低下を抑制することができる。
【0138】
本例のゲート配線部５０は、半導体装置１００の外周部１５０において、ゲート金属層５４０および第３ゲートトレンチ配線部５１６を有し、ゲートランナ５２０を有しない。ゲート配線部５０がゲートランナ５２０を有しないことで、半導体装置１００の製造工程において半導体基板１０の上方にポリシリコンを残す必要がないので、全面エッチバックが可能となり、マスクの枚数を削減することができる。また、半導体装置１００の製造工程において半導体基板１０の上方にポリシリコンを残す必要がないので、半導体装置１００の平坦化が可能となり、大口径ウエハにおいても、パターニング精度を向上することができる。
【0139】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【0140】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【0141】
１０・・・半導体基板、１２・・・エミッタ領域、１４・・・ベース領域、１５・・・コンタクト領域、１６・・・蓄積領域、１７・・・ウェル領域、１８・・・ドリフト領域、２０・・・バッファ領域、２１・・・おもて面、２２・・・コレクタ領域、２３・・・裏面、２４・・・コレクタ電極、３０・・・ダミートレンチ部、３１・・・延伸部分、３２・・・ダミー絶縁膜、３３・・・接続部分、３４・・・ダミー導電部、３８・・・層間絶縁膜、３９・・・酸化膜、４０・・・ゲートトレンチ部、４２・・・ゲート絶縁膜、４４・・・ゲート導電部、５０・・・ゲート配線部、５２・・・エミッタ電極、５３・・・めっき膜、５４・・・コンタクトホール、５５・・・コンタクトホール、５６・・・コンタクトホール、６０・・・トレンチボトム領域、６２・・・第１トレンチボトム部、６４・・・第２トレンチボトム部、６６・・・トレンチボトムレス領域、６８・・・第３トレンチボトム部、１００・・・半導体装置、１０２・・・端辺、１１２・・・ゲートパッド、１２０・・・活性部、１２１・・・第１活性領域、１２２・・・第２活性領域、１２３・・・第３活性領域、１４０・・・エッジ終端構造部、１５０・・・外周部、１６０・・・横断部、５１０・・・交差部、５１２・・・第１ゲートトレンチ配線部、５１４・・・第２ゲートトレンチ配線部、５１６・・・第３ゲートトレンチ配線部、５２０・・・ゲートランナ、５４０・・・ゲート金属層、５１２２・・・ゲート絶縁膜、５１２４・・・ゲート導電部、５１４２・・・ゲート絶縁膜、５１４４・・・ゲート導電部、５１６２・・・ゲート絶縁膜、５１６４・・・ゲート導電部
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】