IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 株式会社東芝の特許一覧 ▶ 東芝デバイス&ストレージ株式会社の特許一覧

<>
  • 特開-半導体装置 図1
  • 特開-半導体装置 図2
  • 特開-半導体装置 図3
  • 特開-半導体装置 図4
  • 特開-半導体装置 図5
  • 特開-半導体装置 図6
  • 特開-半導体装置 図7
  • 特開-半導体装置 図8
  • 特開-半導体装置 図9
  • 特開-半導体装置 図10
  • 特開-半導体装置 図11
  • 特開-半導体装置 図12
  • 特開-半導体装置 図13
  • 特開-半導体装置 図14
< >
(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】P2025156908
(43)【公開日】2025-10-15
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
   H10D 30/66 20250101AFI20251007BHJP
   H10D 62/10 20250101ALI20251007BHJP
   H10D 30/01 20250101ALI20251007BHJP
【FI】
H01L29/78 652N
H01L29/06 301D
H01L29/06 301V
H01L29/78 652Q
H01L29/78 652S
H01L29/78 653C
H01L29/78 658G
H01L29/78 652T
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024059657
(22)【出願日】2024-04-02
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】317011920
【氏名又は名称】東芝デバイス&ストレージ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110004026
【氏名又は名称】弁理士法人iX
(72)【発明者】
【氏名】井野 匡貴
(57)【要約】
【課題】耐量を向上可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、第1電極、第1~第3半導体領域、導電体、及び第2電極を備える。導電体は、第1及び第2ゲート電極部、第1配線部、第1及び第2接続部を含む。第1ゲート電極部は、第1部分の上に位置する。第1ゲート電極部と第2ゲート電極部との間に、第2半導体領域が位置する。第1配線部は、第2部分の上に位置する。第1ゲート電極部、第2ゲート電極部、及び第1配線部は、第3方向に延びる。第1接続部は、第1ゲート電極部の第3方向における第1端部と、第1配線部の第3方向における端部と、の間に接続されている。第2接続部は、第2ゲート電極部の第3方向における第2端部と、第1配線部の端部と、の間に接続されている。第1接続部及び第2接続部は、第2方向及び第3方向に対して傾斜した傾斜面を有する。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1電極と、
前記第1電極の上に設けられた第1導電形の第1半導体領域であって、第1部分と、前記第1電極から前記第1半導体領域に向かう第1方向に垂直な面に沿って前記第1部分の周りに位置する第2部分と、を含む前記第1半導体領域と、
前記第1部分の上に設けられた第2導電形の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域の上に設けられた第1導電形の第3半導体領域と、
前記第1半導体領域の上に絶縁層を介して設けられた導電体であって、
前記第1部分の上に位置し、前記第1方向に垂直な第2方向において前記第2半導体領域と対向し、前記第1方向及び前記第2方向に垂直な第3方向に延びる第1ゲート電極部と、
前記第1ゲート電極部との間に前記第2半導体領域が位置し、前記第3方向に延びる第2ゲート電極部と、
前記第2部分の上に位置し、前記第3方向に延びる第1配線部と、
前記第1ゲート電極部の前記第3方向における第1端部と、前記第1配線部の前記第3方向における端部と、の間に接続された第1接続部と、
前記第2ゲート電極部の前記第3方向における第2端部と、前記第1配線部の前記端部と、の間に接続された第2接続部と、
を含み、前記第1配線部の前記第2方向における位置は前記第1ゲート電極部の前記第2方向における位置と前記第2ゲート電極部の前記第2方向における位置との間にあり、前記第1接続部及び前記第2接続部は前記第2方向及び前記第3方向に対して傾斜した傾斜面を有する、前記導電体と、
前記第2半導体領域及び前記第3半導体領域の上に設けられた第2電極と、
を備えた半導体装置。
【請求項2】
前記導電体は、前記第1接続部と、前記第2接続部と、前記第1配線部の前記端部と、の間に位置する中間部を含み、
前記中間部の下端は、前記第1配線部の下端よりも下方に位置する、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第1接続部は、前記第2方向及び前記第3方向に対して傾斜した第1傾斜面を有し、
前記第2接続部は、前記第2方向及び前記第3方向に対して傾斜し且つ前記第1傾斜面とつながる第2傾斜面を有し、
前記第1傾斜面と前記第2傾斜面との間の角度は、90度よりも大きく150度よりも小さい、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記絶縁層は、
前記第1配線部の前記端部と前記第2部分との間の位置する第1絶縁領域と、
前記第1配線部の前記第3方向におけるもう一方の端部と前記第2部分との間の位置する第2絶縁領域と、
を含み、
前記第2絶縁領域の厚さは、前記第1絶縁領域の厚さよりも大きい、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第1配線部の前記第2方向における長さは、前記第1ゲート電極部の前記第2方向における長さよりも長く、前記第2ゲート電極部の前記第2方向における長さよりも長い、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第2半導体領域は、前記第2方向において前記第1ゲート電極部と対向する第1面を有し、
前記第1面の面方位は、{100}面又は{110}面であり、
前記傾斜面の面方位は、{100}面及び{110}面に対して傾斜している、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記導電体は、
前記第2ゲート電極部との間に別の第2半導体領域が位置し、前記第3方向に延びる第3ゲート電極部と、
前記第2部分の上に位置する第2配線部と、
前記第2端部と、前記第2配線部の前記第3方向における端部と、の間に位置する第3接続部と、
前記第3ゲート電極部の前記第3方向における第3端部と、前記第2配線部の前記端部と、の間に位置する第4接続部と、
をさらに含み、
前記第2配線部の前記第2方向における位置は、前記第2ゲート電極部の前記第2方向における位置と、前記第3ゲート電極部の前記第2方向における位置と、の間にあり、
前記第3接続部及び前記第4接続部は、前記第2方向及び前記第3方向に対して傾斜した傾斜面を有する、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第1部分の上において、前記第1ゲート電極部及び前記第2ゲート電極部を含む複数のゲート電極部が、前記第2方向に配列され、
前記第2部分の上において、前記第1配線部を含む複数の配線部が、前記第2方向に配列された、請求項1~7のいずれか1つに記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第3方向から見た場合に、前記複数のゲート電極部と前記複数の配線部は、前記第2方向において交互に並んでいる、請求項8に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(MOSFET)などの半導体装置は、電力変換等の用途に用いられる。半導体装置の耐量は、高いことが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2022-94676号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、耐量を向上可能な半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態に係る半導体装置は、第1電極と、第1導電形の第1半導体領域と、第2導電形の第2半導体領域と、第1導電形の第3半導体領域と、導電体と、第2電極と、を備える。前記第1半導体領域は、前記第1電極の上に設けられている。前記第1半導体領域は、第1部分と、前記第1電極から前記第1半導体領域に向かう第1方向に垂直な面に沿って前記第1部分の周りに位置する第2部分と、を含む。前記第2半導体領域は、前記第1部分の上に設けられている。前記第3半導体領域は、前記第2半導体領域の上に設けられている。前記導電体は、前記第1半導体領域の上に絶縁層を介して設けられている。前記導電体は、第1ゲート電極部と、第2ゲート電極部と、第1配線部と、第1接続部と、第2接続部と、を含む。前記第1ゲート電極部は、前記第1部分の上に位置する。前記第1ゲート電極部は、前記第1方向に垂直な第2方向において前記第2半導体領域と対向する。前記第1ゲート電極部は、前記第1方向及び前記第2方向に垂直な第3方向に延びる。前記第1ゲート電極部と前記第2ゲート電極部との間に、前記第2半導体領域が位置する。前記第2ゲート電極部は、前記第3方向に延びる。前記第1配線部は、前記第2部分の上に位置し、前記第3方向に延びる。前記第1接続部は、前記第1ゲート電極部の前記第3方向における第1端部と、前記第1配線部の前記第3方向における端部と、の間に接続されている。前記第2接続部は、前記第2ゲート電極部の前記第3方向における第2端部と、前記第1配線部の前記端部と、の間に接続されている。前記第1配線部の前記第2方向における位置は、前記第1ゲート電極部の前記第2方向における位置と、前記第2ゲート電極部の前記第2方向における位置と、の間にある。前記第1接続部及び前記第2接続部は、前記第2方向及び前記第3方向に対して傾斜した傾斜面を有する。前記第2電極は、前記第2半導体領域及び前記第3半導体領域の上に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【0006】
図1図1は、実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
図2図2は、図1の部分IIを拡大した平面図である。
図3図3は、図2のIII-III断面図である。
図4図4は、図2のIV-IV断面図である。
図5図5は、図2のV-V断面図である。
図6図6は、図2の一部を拡大した平面図である。
図7図7は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図8図8は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す平面図である。
図9図9(a)及び図9(b)は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図10図10(a)及び図10(b)は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図11図11は、参考例に係る半導体装置の一部を示す平面図である。
図12図12(a)は、参考例に係る半導体装置の製造工程を示す平面図である。図12(b)は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す平面図である。
図13図13は、実施形態の変形例に係る半導体装置の一部を示す平面図である。
図14図14は、図13のXIV-XIV断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
以下の説明及び図面において、n、n及びp、pの表記は、各不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわち、「+」が付されている表記は、「+」及び「-」のいずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に高く、「-」が付されている表記は、いずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に低いことを示す。これらの表記は、それぞれの領域にp形不純物とn形不純物の両方が含まれている場合には、それらの不純物が補償しあった後の正味の不純物濃度の相対的な高低を表す。
以下で説明する各実施形態について、各半導体領域のp形とn形を反転させて各実施形態を実施してもよい。
【0008】
図1は、実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。図2は、図1の部分IIを拡大した平面図である。図3は、図2のIII-III断面図である。図4は、図2のIV-IV断面図である。図5は、図2のV-V断面図である。
実施形態に係る半導体装置100は、MOSFETである。図1図5に示すように、半導体装置100は、n形(第1導電形)ドリフト領域1(第1半導体領域)、p形(第2導電形)ベース領域2(第2半導体領域)、n形ソース領域3(第3半導体領域)、p形半導体領域4、n形ドレイン領域5、導電体10、絶縁層20、絶縁層25、ドレイン電極31(第1電極)、ソース電極32(第2電極)、ゲートパッド33、及び配線層33aを含む。なお、図2では、絶縁層20、絶縁層25、及びソース電極32が省略され、配線層33aが破線で表されている。
【0009】
実施形態の説明では、XYZ直交座標系を用いる。ドレイン電極31からn形ドリフト領域1に向かう方向をZ方向(第1方向)とする。Z方向に対して垂直であり、相互に直交する二方向をY方向(第2方向)及びX方向(第3方向)とする。また、説明のために、ドレイン電極31からn形ドリフト領域1に向かう方向を「上」と言い、その反対方向を「下」と言う。これらの方向は、ドレイン電極31とn形ドリフト領域1との相対的な位置関係に基づき、重力の方向とは無関係である。
【0010】
図1に示すように、半導体装置100の上面には、ソース電極32及びゲートパッド33が設けられている。ソース電極32とゲートパッド33は、互いに離れ、電気的に分離されている。
【0011】
図2に示すように、ソース電極32及びゲートパッド33の下には、導電体10が設けられている。導電体10は、ソース電極32と電気的に分離されている。導電体10は、半導体装置100の外周に設けられた配線層33aを介して、ゲートパッド33と電気的に接続されている。
【0012】
図3及び図4に示すように、半導体装置100の下面には、ドレイン電極31が設けられている。n形ドレイン領域5は、ドレイン電極31の上に設けられ、ドレイン電極31と電気的に接続されている。n形ドリフト領域1は、n形ドレイン領域5の上に設けられている。n形ドリフト領域1は、n形ドレイン領域5を介して、ドレイン電極31と電気的に接続されている。n形ドリフト領域1におけるn形不純物濃度は、n形ドレイン領域5におけるn形不純物濃度よりも低い。
【0013】
形ドリフト領域1は、図1及び図3図5に示すように、第1部分1a及び第2部分1bを含む。第2部分1bは、X-Y面において、第1部分1aの周りに位置する。第1部分1aは、セル領域に位置する。セル領域は、半導体装置100の動作時に、主として電流が流れる領域である。第2部分1bは、終端領域に位置する。終端領域は、半導体装置100の耐圧時に、空乏層が半導体装置100の外周に向けて広がる領域である。
【0014】
図3に示すように、p形ベース領域2は、第1部分1aの上に設けられている。n形ソース領域3及びp形半導体領域4は、p形ベース領域2の上に設けられている。p形半導体領域4におけるp形不純物濃度は、p形ベース領域2におけるp形不純物濃度よりも高い。
【0015】
導電体10は、n形ドリフト領域1の上に絶縁層20を介して設けられている。図2に示すように、導電体10は、複数のゲート電極部11、複数の配線部12、及び複数の接続部13を含む。
【0016】
図3に示すように、複数のゲート電極部11は、第1部分1aの上に設けられている。各ゲート電極部11は、X方向に延びている。ゲート電極部11は、Y方向において、絶縁層20を介してp形ベース領域2と対向している。Y方向において、複数のp形ベース領域2と複数のゲート電極部11が、交互に並んでいる。
【0017】
図4に示すように、複数の配線部12は、第2部分1bの上に設けられている。各配線部12は、X方向に延びている。Y方向において、n形ドリフト領域1の一部と複数の配線部12が、交互に並んでいる。
【0018】
図2に示すように、接続部13は、ゲート電極部11と配線部12との間に接続され、ゲート電極部11のX方向における一端と配線部12のX方向における一端とを電気的に接続している。接続部13は、X方向及びY方向に対して傾斜した面を有する。
【0019】
配線部12のX方向における他端同士は、Y方向において互いに接続されるとともに、配線層33aと接続されている。
【0020】
1つの配線部12のY方向における位置は、1つのゲート電極部11のY方向における位置と、それに隣接するゲート電極部11のY方向における位置と、の間にある。X方向から見た場合に、複数のゲート電極部11と複数の配線部12は、Y方向において交互に並んでいる。
【0021】
図3に示すように、p形ベース領域2、n形ソース領域3、及びp形半導体領域4の上には、ソース電極32が設けられている。ソース電極32は、p形ベース領域2、n形ソース領域3、及びp形半導体領域4と電気的に接続されている。絶縁層25は、導電体10とソース電極32との間に設けられている。導電体10とソース電極32は、絶縁層25により電気的に分離されている。
【0022】
図6は、図2の一部を拡大した平面図である。
導電体10に関する具体的な一例として、図6に示すように、複数のゲート電極部11は、第1ゲート電極部11a及び第2ゲート電極部11bを含む。複数の配線部12は、第1配線部12aを含む。第1ゲート電極部11aと第2ゲート電極部11bは、Y方向において互いに隣り合う。第1配線部12aのY方向における位置P2aは、第1ゲート電極部11aのY方向における位置P1aと、第2ゲート電極部11bのY方向における位置P1bと、の間にある。
【0023】
第1ゲート電極部11aは、X方向における第1端部E1aを含む。第2ゲート電極部11bは、X方向における第2端部E1bを含む。第1配線部12aは、X方向における端部E2aを含む。複数の接続部13は、第1接続部13a及び第2接続部13bを含む。第1接続部13aは、第1ゲート電極部11aの第1端部E1aと、第1配線部12aの端部E2aと、の間に接続されている。第2接続部13bは、第2ゲート電極部11bの第2端部E1bと、第1配線部12aの端部E2aと、の間に接続されている。
【0024】
第1ゲート電極部11aは、X方向に平行な側面S1aを有する。第2ゲート電極部11bは、X方向に平行な側面S1bを有する。第1接続部13aは、X方向及びY方向に対して傾斜した第1傾斜面S2aを有する。第2接続部13bは、X方向及びY方向に対して傾斜した第2傾斜面S2bを有する。第1傾斜面S2aは、側面S1aと連なっている。第2傾斜面S2bは、第1傾斜面S2aと連なっている。側面S1bは、第2傾斜面S2bと連なっている。
【0025】
ゲート電極部11と接続部13との間、及び配線部12と接続部13との間には、それぞれ、中間部14が存在する。例えば図5に示すように、中間部14の下端は、配線部12の下端よりも下方に位置する。ゲート電極部11の下端のZ方向における位置及び接続部13の下端のZ方向における位置は、配線部12の下端のZ方向における位置と実質的に同じである。このため、中間部14の下端は、ゲート電極部11の下端及び接続部13の下端よりも下方に位置する。
【0026】
図6に示すように、複数のゲート電極部11は、第3ゲート電極部11cをさらに含んでも良い。複数の配線部12は、第2配線部12bをさらに含んでも良い。複数の接続部13は、第3接続部13c及び第4接続部13dをさらに含んでも良い。第2ゲート電極部11bと第3ゲート電極部11cは、Y方向において互いに隣り合う。第2配線部12bのY方向における位置P2bは、第2ゲート電極部11bのY方向における位置P1bと、第3ゲート電極部11cのY方向における位置P1cと、の間にある。
【0027】
第3ゲート電極部11cは、X方向における第3端部E1cを含む。第2配線部12bは、X方向における端部E2bを含む。第3接続部13cは、第2ゲート電極部11bの第2端部E1bと、第2配線部12bの端部E2bと、の間に接続されている。第4接続部13dは、第3ゲート電極部11cの第3端部E1cと、第2配線部12bの端部E2bと、の間に接続されている。第3接続部13c及び第4接続部13dは、X方向及びY方向に対して傾斜した傾斜面を有する。
【0028】
図2及び図6に示すように、p形ベース領域2が設けられた高さ(Z方向における位置)において、n形ドリフト領域1とp形ベース領域2は、接続部13及び中間部14によって分断されている。p形ベース領域2が設けられる範囲が導電体10によって区画されることで、p形ベース領域2が区画されない場合に比べて、p形ベース領域2の範囲のばらつきを抑制できる。p形ベース領域2の範囲のばらつきによる、半導体装置100の耐圧のばらつきを抑制できる。
【0029】
半導体装置100の動作を説明する。ソース電極32に対してドレイン電極31に正の電圧が印加された状態で、導電体10に閾値以上の電圧が印加される。これにより、ゲート電極部11と対向するp形ベース領域2に、チャネル(反転層)が形成される。電子がチャネルを通ってソース電極32からn形ドリフト領域1へ流れ、半導体装置100がオン状態となる。その後、導電体10に印加される電圧が閾値よりも低くなると、p形ベース領域2におけるチャネルが消滅し、半導体装置100がオフ状態になる。
【0030】
各構成要素の材料の一例を説明する。n形ドリフト領域1、p形ベース領域2、n形ソース領域3、p形半導体領域4、及びn形ドレイン領域5は、半導体材料として、シリコン、炭化シリコン、窒化ガリウム、又はガリウムヒ素を含む。半導体材料としてシリコンが用いられる場合、n形不純物として、ヒ素、リン、またはアンチモンを用いることができる。p形不純物として、ボロンを用いることができる。導電体10及び配線層33aは、ポリシリコンなどの導電材料を含む。導電体10には、不純物が添加されていても良い。絶縁層20及び絶縁層25は、酸化シリコン、窒化シリコン、又は酸窒化シリコンなどの絶縁材料を含む。ドレイン電極31、ソース電極32、及びゲートパッド33は、チタン、金、アルミニウムなどの金属を含む。
【0031】
図7図9(a)、図9(b)、図10(a)、及び図10(b)は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図8は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す平面図である。
まず、n形ドリフト領域1とn形ドレイン領域5を含む半導体基板Subを用意する。反応性イオンエッチング(RIE)により、図7に示すように、n形ドリフト領域1の上面に開口40を形成する。
【0032】
図8に示すように、開口40は、複数の第1トレンチ41、複数の第2トレンチ42、複数の第3トレンチ43、及び中間部44を含む。第1トレンチ41は、第1部分1aの上に位置する。第2トレンチ42は、第2部分1bの上に位置する。第3トレンチ43は、第1トレンチ41のY方向における端部と第2トレンチ42のY方向における端部との間に位置する。第3トレンチ43の側面は、X方向及びY方向に対して傾斜している。中間部44は、第1トレンチ41と第3トレンチ43との間、又は第2トレンチ42と第3トレンチ43との間に位置する。
【0033】
熱酸化により、n形ドリフト領域1の上面及び開口40の内面に沿って絶縁層20を形成する。絶縁層20の上に、開口40を埋め込む導電層を形成する。ウェットエッチング又はケミカルドライエッチング(CDE)により、導電層の上面を後退させることで、図9(a)に示すように、開口40の内部に導電体10が形成される。
【0034】
第1トレンチ41の内部に形成された導電体10は、ゲート電極部11に対応する。第2トレンチ42の内部に形成された導電体10は、配線部12に対応する。第3トレンチ43の内部に形成された導電体10は、接続部13に対応する。中間部44の内部に形成された導電体10は、中間部14に対応する。
【0035】
第1トレンチ41同士の間の領域に、p形不純物及びn形不純物を順次イオン注入し、p形ベース領域2及びn形ソース領域3を形成する。導電体10の上に絶縁層25を形成する。図9(b)に示すように、絶縁層20の一部及び絶縁層25の一部を除去し、開口50を形成する。
【0036】
開口50を通して、p形不純物をn形ソース領域3同士の間の領域にイオン注入し、p形半導体領域4を形成する。図10(a)に示すように、スパッタリングにより、開口50を埋め込むソース電極32を形成する。n形ドレイン領域5が所定の厚さになるまで、n形ドレイン領域5の下面を研削する。図10(b)に示すように、研削されたn形ドレイン領域5の下面に、スパッタリングによりドレイン電極31を形成する。以上により、実施形態に係る半導体装置100が製造される。
【0037】
図11は、参考例に係る半導体装置の一部を示す平面図である。
図11に示す半導体装置100rにおいて、導電体10rは、ゲート電極部11、配線部12、及び接続部13rを含む。接続部13rは、ゲート電極部11と配線部12との間に接続されている。接続部13rの向きは、実施形態に係る半導体装置100における接続部13の向きと異なる。接続部13rの側面は、X方向に対して垂直であり、Y方向に平行である。また、導電体10rは、中間部14rを含む。中間部14rは、ゲート電極部11と接続部13rとの間、又は配線部12と接続部13rとの間に位置する。
【0038】
実施形態の利点を説明する。
半導体装置100の製造において、導電体10を形成する際、図7及び図8に示すように、開口40が形成される。半導体層への開口40の形成には、ドライエッチングが用いられる。ドライエッチングでは、半導体材料と反応性を有するガスのプラズマが用いられる。半導体材料と、ガスのラジカルと、が反応することで、半導体材料が除去され、開口40が形成される。このとき、開口40の幅が広い部分では、開口40の幅が狭い部分に比べて、ラジカルが開口の内部に進入し易く、エッチングが進行し易い。
【0039】
図12(a)は、参考例に係る半導体装置の製造工程を示す平面図である。図12(b)は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す平面図である。
半導体装置100rが製造される場合、図12(a)に示すように、導電体10rを作製するための開口40rが形成される。開口40rは、第1トレンチ41、第2トレンチ42、第3トレンチ43r、及び中間部44rを含む。
【0040】
第3トレンチ43rは、第1トレンチ41のY方向における端部と第2トレンチ42のY方向における端部との間に位置する。第3トレンチ43rの側面は、X方向に対して垂直であり、Y方向に平行である。中間部44rは、第1トレンチ41と第3トレンチ43rとの間、又は第2トレンチ42と第3トレンチ43rとの間に位置する。開口40rにポリシリコンを含む導電層が埋め込まれ、導電体10rが形成される。このとき、導電体10rの一部は、中間部44rの内部に位置する。導電体10rの当該一部は、中間部14rに対応する。
【0041】
図11に示すように、中間部14rの幅は、ゲート電極部11、配線部12、及び接続部13rのそれぞれの幅よりも広い。したがって、図12に示すように、中間部14rが形成される中間部44rの幅も、ゲート電極部11、配線部12、及び接続部13rのそれぞれの幅よりも広い。このため、中間部44rでは、第1トレンチ41、第2トレンチ42、及び第3トレンチ43rに比べて、エッチングがより進行し易い。中間部44rの下端は、第1トレンチ41、第2トレンチ42、及び第3トレンチ43rのそれぞれの下端よりも深く形成される。その結果、開口40rの内部に形成された導電体10rにおいて、中間部14rの下端は、ゲート電極部11、配線部12、及び接続部13rなどの他の部分の下端よりも下方に位置する。すなわち、中間部14rの下端が、他の部分の下端に対して、下方に突き出る。
【0042】
中間部14rの下端がより下方に突き出ているほど、中間部14rの下端近傍で電界集中がより発生し易い。すなわち、中間部14rの下端近傍における電界強度が、他の部分の下端近傍における電界強度よりも大きくなる。中間部14rの下端近傍で絶縁層20の絶縁破壊が生じ、半導体装置100rが破壊される可能性がある。
【0043】
半導体装置100では、接続部13が、X方向及びY方向に対して傾斜した傾斜面を有する。この場合、導電体10が形成される際、図12(b)に示すように、第3トレンチ43の側面もX方向及びY方向に対して傾斜する。
【0044】
図12(a)に示す例では、第1トレンチ41又は第2トレンチ42が、第3トレンチ43rに対して直交する方向から第3トレンチ43rと交わる。図12(b)に示す例では、第1トレンチ41又は第2トレンチ42が、第3トレンチ43に対して直交しない方向から第3トレンチ43と交わる。図12(b)に示す構造が用いられる場合、それらの間に位置する中間部44の面積は、図12(a)に示す中間部44rの面積よりも小さくなる。したがって、半導体装置100の製造において、中間部44では、第1トレンチ41、第2トレンチ42、及び第3トレンチ43に比べてエッチングが進行し易いものの、中間部44におけるエッチング量を、中間部44rにおけるエッチング量よりも抑制できる。導電体10において、他の部分に対する中間部14の下端の突き出し量を抑えることができ、中間部14の下端近傍における電界集中を抑制できる。中間部14の下端近傍における電界強度を低減でき、半導体装置100の破壊の発生を抑制できる。
【0045】
図6に示すように、第1接続部13aの第1傾斜面S2aは、第2接続部13bの第2傾斜面S2bと平行ではない。好ましくは、第1傾斜面S2aと第2傾斜面S2bとの間の角度は、90度よりも大きく150度よりも小さい。この角度の範囲内であれば、中間部14のX-Y面における面積を効果的に低減できる。すなわち、中間部14の下端近傍における電界強度を、効果的に低減できる。
【0046】
図5に示すように、絶縁層20は、第1絶縁領域21及び第2絶縁領域22を含んでも良い。第1絶縁領域21は、第1配線部12aの端部E2aと第2部分1bとの間に位置する。第2絶縁領域22は、第1配線部12aのY方向におけるもう一方の端部E2bと第2部分1bとの間に位置する。第2絶縁領域22の厚さは、第1絶縁領域21の厚さよりも大きい。
【0047】
導電体10における配線部12よりも外周の部分は、半導体領域よりも上方に引き上げられ、配線層33aと接続されている。上方に引き上げられる部分では、図5に示すように、角部Cが発生する。角部Cでは、他の部分に比べて、電界集中が発生し易い。第2絶縁領域22を第1絶縁領域21よりも厚くすることで、角部Cの近傍における電界集中を抑制し、半導体装置100の破壊の発生をさらに抑制できる。
【0048】
図6に示すように、p形ベース領域2は、第1面S3a及び第2面S3bを有する。第1面S3aは、Y方向において第1ゲート電極部11aと対向する。第2面S3bは、Y方向において第2ゲート電極部11bと対向する。第1面S3aの面方位及び第2面S3bの面方位は、{100}面又は{110}面であることが好ましい。半導体装置100がオン状態である場合に、チャネルにおける電子の移動度を高めることができ、半導体装置100のオン抵抗を低減できるためである。その場合、第1傾斜面S2aの面方位及び第2傾斜面S2bの面方位は、{100}面又は{110}面に対して傾斜している。
【0049】
(変形例)
図13は、実施形態の変形例に係る半導体装置の一部を示す平面図である。図14は、図13のXIV-XIV断面図である。なお、図13では、絶縁層20、絶縁層25、及びソース電極32が省略されている。
変形例に係る半導体装置110では、図13に示すように、配線部12の上にコンタクトプラグ33bが設けられている。図14に示すように、配線部12は、コンタクトプラグ33bを介して、配線層33aと電気的に接続されている。配線部12と配線層33aとの間には、絶縁層25が設けられている。
【0050】
半導体装置100では、図2に示すように、配線部12のX方向における端部同士が、互いにつながっている。これは、配線層33aと導電体10を、まとめて形成するためである。一方、半導体装置110では、図13に示すように、配線部12のX方向における端部E3同士が、Y方向において互いに分離されている。この構造によれば、配線部12のための開口を形成する際、開口の端部における幅の広がりを抑えることができる。これにより、開口を形成する際、エッチングの局所的な進行を抑制できる。その結果、図14に示すように、端部E3の下端の突き出し量を抑えることができる。端部E3の下端近傍における電界強度を低減でき、半導体装置110の破壊の発生を抑制できる。
【0051】
また、半導体装置110によれば、端部E3の下端近傍における電界強度を低減できるため、図5に示すような、相対的に厚い第2絶縁領域22が不要となる。
【0052】
本発明の実施形態は、以下の特徴を含む。
(特徴1)
第1電極と、
前記第1電極の上に設けられた第1導電形の第1半導体領域であって、第1部分と、前記第1電極から前記第1半導体領域に向かう第1方向に垂直な面に沿って前記第1部分の周りに位置する第2部分と、を含む前記第1半導体領域と、
前記第1部分の上に設けられた第2導電形の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域の上に設けられた第1導電形の第3半導体領域と、
前記第1半導体領域の上に絶縁層を介して設けられた導電体であって、
前記第1部分の上に位置し、前記第1方向に垂直な第2方向において前記第2半導体領域と対向し、前記第1方向及び前記第2方向に垂直な第3方向に延びる第1ゲート電極部と、
前記第1ゲート電極部との間に前記第2半導体領域が位置し、前記第3方向に延びる第2ゲート電極部と、
前記第2部分の上に位置し、前記第3方向に延びる第1配線部と、
前記第1ゲート電極部の前記第3方向における第1端部と、前記第1配線部の前記第3方向における端部と、の間に接続された第1接続部と、
前記第2ゲート電極部の前記第3方向における第2端部と、前記第1配線部の前記端部と、の間に接続された第2接続部と、
を含み、前記第1配線部の前記第2方向における位置は前記第1ゲート電極部の前記第2方向における位置と前記第2ゲート電極部の前記第2方向における位置との間にあり、前記第1接続部及び前記第2接続部は前記第2方向及び前記第3方向に対して傾斜した傾斜面を有する、前記導電体と、
前記第2半導体領域及び前記第3半導体領域の上に設けられた第2電極と、
を備えた半導体装置。
(特徴2)
前記導電体は、前記第1接続部と、前記第2接続部と、前記第1配線部の前記端部と、の間に位置する中間部を含み、
前記中間部の下端は、前記第1配線部の下端よりも下方に位置する、特徴1に記載の半導体装置。
(特徴3)
前記第1接続部は、前記第2方向及び前記第3方向に対して傾斜した第1傾斜面を有し、
前記第2接続部は、前記第2方向及び前記第3方向に対して傾斜し且つ前記第1傾斜面とつながる第2傾斜面を有し、
前記第1傾斜面と前記第2傾斜面との間の角度は、90度よりも大きく150度よりも小さい、特徴1又は2に記載の半導体装置。
(特徴4)
前記絶縁層は、
前記第1配線部の前記端部と前記第2部分との間の位置する第1絶縁領域と、
前記第1配線部の前記第3方向におけるもう一方の端部と前記第2部分との間の位置する第2絶縁領域と、
を含み、
前記第2絶縁領域の厚さは、前記第1絶縁領域の厚さよりも大きい、特徴1~3のいずれか1つに記載の半導体装置。
(特徴5)
前記第1配線部の前記第2方向における長さは、前記第1ゲート電極部の前記第2方向における長さよりも長く、前記第2ゲート電極部の前記第2方向における長さよりも長い、特徴1~4のいずれか1つに記載の半導体装置。
(特徴6)
前記第2半導体領域は、前記第2方向において前記第1ゲート電極部と対向する第1面を有し、
前記第1面の面方位は、{100}面又は{110}面であり、
前記傾斜面の面方位は、{100}面及び{110}面に対して傾斜している、特徴1~5のいずれか1つに記載の半導体装置。
(特徴7)
前記導電体は、
前記第2ゲート電極部との間に別の第2半導体領域が位置し、前記第3方向に延びる第3ゲート電極部と、
前記第2部分の上に位置する第2配線部と、
前記第2端部と、前記第2配線部の前記第3方向における端部と、の間に位置する第3接続部と、
前記第3ゲート電極部の前記第3方向における第3端部と、前記第2配線部の前記端部と、の間に位置する第4接続部と、
をさらに含み、
前記第2配線部の前記第2方向における位置は、前記第2ゲート電極部の前記第2方向における位置と、前記第3ゲート電極部の前記第2方向における位置と、の間にあり、
前記第3接続部及び前記第4接続部は、前記第2方向及び前記第3方向に対して傾斜した傾斜面を有する、特徴1~6のいずれか1つに記載の半導体装置。
(特徴8)
前記第1部分の上において、前記第1ゲート電極部及び前記第2ゲート電極部を含む複数のゲート電極部が、前記第2方向に配列され、
前記第2部分の上において、前記第1配線部を含む複数の配線部が、前記第2方向に配列された、特徴1~7のいずれか1つに記載の半導体装置。
(特徴9)
前記第3方向から見た場合に、前記複数のゲート電極部と前記複数の配線部は、前記第2方向において交互に並んでいる、特徴8に記載の半導体装置。
【0053】
以上で説明した各実施形態における、各半導体領域の間の不純物濃度の相対的な高低については、例えば、走査型静電容量顕微鏡(SCM)を用いて確認することが可能である。なお、各半導体領域におけるキャリア濃度は、各半導体領域において活性化している不純物濃度と等しいものとみなすことができる。従って、各半導体領域の間のキャリア濃度の相対的な高低についても、SCMを用いて確認することができる。また、各半導体領域における不純物濃度については、例えば、二次イオン質量分析法(SIMS)により測定することが可能である。
【0054】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【0055】
1:n形ドリフト領域、 1a:第1部分、 1b:第2部分、 2:p形ベース領域、 3:n形ソース領域、 4:p形半導体領域、 5:n形ドレイン領域、 10,10r:導電体、 11:ゲート電極部、 11a:第1ゲート電極部、 11b:第2ゲート電極部、 11c:第3ゲート電極部、 12:配線部、 12a:第1配線部、 12b:第2配線部、 13,13r:接続部、 13a:第1接続部、 13b:第2接続部、 13c:第3接続部、 13d:第4接続部、 14,14r:中間部、 20:絶縁層、 21:第1絶縁領域、 22:第2絶縁領域、 25:絶縁層、 31:ドレイン電極、 32:ソース電極、 33:ゲートパッド、 33a:配線層、 33b:コンタクトプラグ、 40,40r:開口、 41:第1トレンチ、 42:第2トレンチ、 43:第3トレンチ、 43r:第3トレンチ、 44,44r:中間部、 50:開口、 100,100r,110:半導体装置、 C:角部、 E1a:第1端部、 E1b:第2端部、 E1c:第3端部、 E2a,E2b:端部、 P1a~P1c,P2a,P2b:位置、 S1a,S1b:側面、 S2a:第1傾斜面、 S2b:第2傾斜面、 S3a:第1面、 S3b:第2面、 Sub:半導体基板
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
図14