特許 7392612 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】

(24)【登録日】2023-11-28

(45)【発行日】2023-12-06

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/739 20060101AFI20231129BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20231129BHJP

   H01L 29/417 20060101ALI20231129BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 655E

H01L29/78 652K

H01L29/78 652S

H01L29/78 652F

H01L29/78 652M

H01L29/78 652N

H01L29/78 653C

H01L29/50 M

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020142628

(22)【出願日】2020-08-26

(65)【公開番号】P2022038239

(43)【公開日】2022-03-10

【審査請求日】2022-09-12

(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】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】瀧澤 伸

(72)【発明者】

【氏名】野中 裕介

(72)【発明者】

【氏名】合田 健太

(72)【発明者】

【氏名】原田 峻丞

【審査官】岩本 勉

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１４９２１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／１３０１４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／０１７４４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０５４０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２５０５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２９／７３９

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２９／４１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダブルゲートのトレンチゲート構造を有する半導体素子が形成された半導体装置であって、
前記半導体素子が形成されたセル部（１）と、前記セル部を囲む外周部（２）とを有し、
前記セル部は、
第１導電型のドリフト層（１２）と、
前記ドリフト層上に形成された第２導電型の第１不純物領域（１３）と、
前記第１不純物領域内における当該第１不純物領域の表層部に形成され、前記ドリフト層より高不純物濃度とされた第１導電型の第２不純物領域（１４）と、
一方向を長手方向とすると共に前記第２不純物領域から前記第１不純物領域を貫通して前記ドリフト層に達するストライプ状に配置された複数のゲートトレンチ（１６）内それぞれに、絶縁膜（１７）を介して、シールド電極（１８）、中間絶縁膜（２０）およびゲート電極（１９）が順に積層されて前記ダブルゲートとされた複数の前記トレンチゲート構造と、
前記ドリフト層を挟んで前記第１不純物領域と反対側に形成され、前記ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第１導電型または第２導電型の高濃度層（１１）と、
前記トレンチゲート構造と前記第１不純物領域および前記第２不純物領域の上に配置され、前記第１不純物領域および前記第２不純物領域に繋がる第１コンタクトホール（２１ａ）が形成された層間絶縁膜（２１）と、
前記第１コンタクトホールを通じて前記第２不純物領域および前記第１不純物領域と電気的に接続される第１電極（２２）と、
前記高濃度層と電気的に接続された第２電極（２５）と、を有し、
前記第１不純物領域は、前記セル部から前記外周部まで延設されており、
前記層間絶縁膜には、前記外周部のうちの前記セル部よりも前記一方向側に位置する部分において、前記第１不純物領域を露出させる第２コンタクトホール（２１ｂ）が形成されており、
前記第１電極は、前記外周部において、前記第２コンタクトホールを通じて前記第１不純物領域と電気的に接続されている半導体装置。

【請求項2】

前記トレンチゲート構造の間には、前記一方向を長手方向とし、前記セル部から前記外周部に延設されると共に、前記第２不純物領域を貫通して前記第１不純物領域に達するコンタクトトレンチ（１５）が形成され、
前記コンタクトトレンチの周囲には、前記コンタクトトレンチの壁面に沿って前記第２不純物領域よりも高不純物濃度とされた第２不純物領域用コンタクト領域（１４ｂ）が形成されており、
前記層間絶縁膜に形成された前記第１コンタクトホールは、前記コンタクトトレンチと連通している請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記絶縁膜は、前記ゲートトレンチと前記ゲート電極との間に配置されるゲート絶縁膜（１７ｂ）を有し、
前記ゲート絶縁膜は、前記外周部に位置する部分が前記セル部に位置する部分より厚くされている請求項１または２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記セル部は、メインセル領域（Ｒｍ）と、前記メインセル領域に流れる電流より少ない電流が流れ、前記メインセル領域と同じ構成とされているセンスセル領域（Ｒｓ）と、を有する請求項１ないし３のいずれか１つ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、ダブルゲートのトレンチゲート構造を有する半導体装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、セル部と外周部とを有し、セル部に、ダブルゲートのトレンチゲート構造を有する半導体素子を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、このような半導体装置は、ｎ^＋型のドレイン層の上にｎ^－型のドリフト層が形成された半導体基板を用いて構成される。そして、半導体基板の表層部には、ボディ領域やソース領域等が形成されている。また、半導体基板には、ボディ領域およびソース領域を貫通してドリフト層に達するようにトレンチゲート構造が形成されている。この半導体装置におけるトレンチゲート構造は、ゲートトレンチの底部側にシールド絶縁膜を介してソース電位とされるシールド電極が配置されると共に、ゲートトレンチの開口部側にゲート絶縁膜を介してゲート電極が配置されたダブルゲートを有する構成とされている。これにより、ゲート電極とドレイン電極との間に発生する寄生容量を低減できる。なお、シールド電極とゲート電極との間には、中間絶縁膜が形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－１９７７０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、現状では、上記のようなダブルゲートを有するトレンチゲート構造が備えられた半導体装置において、耐圧を向上させることが望まれている。

【0005】

本発明は上記点に鑑み、耐圧を向上させることができる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】

【0006】

上記目的を達成するための請求項１では、ダブルゲートのトレンチゲート構造を有する半導体素子が形成された半導体装置であって、半導体素子が形成されたセル部（１）と、セル部を囲む外周部（２）とを有し、セル部は、第１導電型のドリフト層（１２）と、ドリフト層上に形成された第２導電型の第１不純物領域（１３）と、第１不純物領域内における当該第１不純物領域の表層部に形成され、ドリフト層より高不純物濃度とされた第１導電型の第２不純物領域（１４）と、一方向を長手方向とすると共に第２不純物領域から第１不純物領域を貫通してドリフト層に達するストライプ状に配置された複数のゲートトレンチ（１６）内それぞれに、絶縁膜（１７）を介して、シールド電極（１８）、中間絶縁膜（２０）およびゲート電極（１９）が順に積層されてダブルゲートとされた複数のトレンチゲート構造と、ドリフト層を挟んで第１不純物領域と反対側に形成され、ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第１導電型または第２導電型の高濃度層（１１）と、トレンチゲート構造と第１不純物領域および第２不純物領域の上に配置され、第１不純物領域および第２不純物領域に繋がる第１コンタクトホール（２１ａ）が形成された層間絶縁膜（２１）と、第１コンタクトホールを通じて第２不純物領域および第１不純物領域と電気的に接続される第１電極（２２）と、高濃度層と電気的に接続された第２電極（２５）と、を有している、そして、半導体装置において、第１不純物領域は、セル部から外周部まで延設されており、層間絶縁膜には、外周部のうちのセル部よりも一方向側に位置する部分において、第１不純物領域を露出させる第２コンタクトホール（２１ｂ）が形成されており、第１電極は、外周部において、第２コンタクトホールを通じて第１不純物領域と電気的に接続されている。

【0007】

これによれば、第１不純物領域が外周部まで延設されており、外周部において、第１電極は、第１不純物領域と電気的に接続されている。このため、半導体装置がアバランシェ動作する際、外周部では、第１不純物領域と接続される第１電極からキャリア（例えば、正孔）が引き抜かれ易くなる。したがって、半導体装置内に構成される寄生バイポーラトランジスタが作動することを抑制でき、アバランシェ耐量の向上を図ることで半導体装置の耐圧の向上を図ることができる。

【0008】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態における半導体装置の全体を示す模式図である。

【図2】第１実施形態における半導体装置の上面レイアウト図である。

【図3】図２中のIII－III線に沿った断面図である。

【図4】図２中のIV－IV線に沿った断面図である。

【図5】図２中のV－V線に沿った断面図である。

【図6】図２中のVI－VI線に沿った断面図である。

【図7】第１実施形態における半導体装置の斜視模式図である。

【図8】半導体装置がオン状態である際の電流経路を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

【0011】

（第１実施形態）
第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。第１実施形態について説明する。本実施形態では、ダブルゲートのトレンチゲート構造を有するｎチャネルタイプの縦型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略）が備えられた半導体装置を例に挙げて説明する。

【0012】

まず、本実施形態における半導体装置は、図１に示されるように、メインセルとなるメインセル領域Ｒｍおよびセンスセルとなるセンスセル領域Ｒｓを有するセル部１と、外周部２とを有する構成とされている。メインセル領域Ｒｍおよびセンスセル領域Ｒｓは、同じ構造のＭＯＳＦＥＴが備えられ、互いの領域の間が素子分離されている。

【0013】

また、メインセル領域Ｒｍおよびセンスセル領域Ｒｓは、メインセル領域Ｒｍに流れるドレイン電流がセンスセル領域Ｒｓに所定比率だけ減少して流れるように、面積比が調整されている。特に限定されるものではないが、センスセル領域Ｒｓは、メインセル領域Ｒｍの数百～数万分の１の大きさとされている。そして、半導体装置では、センスセル領域Ｒｓに流れるセンス電流に基づき、メインセル領域Ｒｍに流れるメイン電流が検出される。また、具体的には後述するが、本実施形態の半導体装置は、ソース領域１４を有する構成とされている。そして、本実施形態では、セル部１と外周部２とは、ソース領域１４が形成されているか否かによって区画され、ソース領域１４が形成されている部分がセル部１とされている。

【0014】

以下では、図２～図７に示されるように、ＭＯＳＦＥＴの幅方向をｘ方向とし、ｘ方向に対して交差するＭＯＳＦＥＴの奥行方向をｙ方向として半導体装置の構成を説明する。なお、上記のように、セル部１におけるメインセル領域Ｒｍとセンスセル領域Ｒｓとは、同じ構成とされている。このため、以下で説明するセル部１の構成は、メインセル領域Ｒｍおよびセンスセル領域Ｒｓの両方に適用されるものである。

【0015】

図３～図７に示されるように、本実施形態における半導体装置は、不純物濃度が高濃度とされたｎ^＋型のシリコン基板等で構成される基板１１を有する半導体基板１０を用いて形成されている。基板１１の表面上には、基板１１よりも不純物濃度が低濃度とされたｎ^－型のドリフト層１２が形成されている。なお、本実施形態では、基板１１がドレイン層として機能し、高濃度層に相当する。

【0016】

ドリフト層１２の表層部の所望位置には、比較的不純物濃度が低く設定されたｐ型のボディ領域１３が形成されている。ボディ領域１３は、例えば、ドリフト層１２に対してｐ型不純物をイオン注入すること等によって形成され、チャネル領域を形成するチャネル層としても機能する。なお、ボディ領域１３は、図２に示されるように、後述する複数のトレンチゲート構造の間において、ｙ方向を長手方向として形成されている。そして、ボディ領域１３は、図２に示されるように、セル部１から外周部２まで延設されている。図２中では、ボディ領域１３が形成されている部分と形成されていない部分の境界をボディ領域境界部１３ａとして破線で示している。

【0017】

ボディ領域１３の表層部には、ドリフト層１２よりも不純物濃度が高濃度とされたｎ型のソース領域１４が備えられている。なお、ソース領域１４は、図２に示されるように、後述する複数のトレンチゲート構造の間において、ｙ方向を長手方向として形成されている。但し、ソース領域１４は、ボディ領域１３内で終端するように形成されている。そして、本実施形態では、ソース領域１４が形成されている部分がセル部１とされている。図２中では、ソース領域１４が形成されている部分と形成されていない部分の境界をソース領域境界部１４ａとして示している。また、本実施形態では、ボディ領域１３が第１不純物領域に相当し、ソース領域１４が第２不純物領域に相当している。

【0018】

そして、半導体基板１０には、ソース領域１４を貫通してボディ領域１３に達する複数のコンタクトトレンチ１５が形成されている。これにより、コンタクトトレンチ１５の底面では、ボディ領域１３が露出した状態となっている。そして、ボディ領域１３のうちのコンタクトトレンチ１５の底面から露出した部分には、ボディコンタクトとなるｐ^＋型のボディ領域用コンタクト領域１３ｂが形成されている。ソース領域１４のうちのコンタクトトレンチ１５の側面から露出した部分には、ソースコンタクトとなるｎ^＋型のソース領域用コンタクト領域１４ｂが形成されている。なお、本実施形態では、ソース領域用コンタクト領域１４ｂが第２不純物領域用コンタクト領域に相当する。

【0019】

ここで、コンタクトトレンチ１５は、図２に示されるように、後述する複数のトレンチゲート構造の間において、ｙ方向を長手方向として形成されている。具体的には、コンタクトトレンチ１５は、ｙ方向において、ソース領域１４から突出するように形成されている。つまり、コンタクトトレンチ１５は、セル部１から外周部２に渡って形成されている。但し、コンタクトトレンチ１５は、ｙ方向において、ボディ領域１３の内側で終端するように形成されている。また、コンタクトトレンチ１５は、ｘ方向に沿って配列されるように形成され、後述する複数のトレンチゲート構造の間にそれぞれ形成されている。つまり、コンタクトトレンチ１５は、等間隔に平行に並べられたストライプ状のレイアウトとされている。

【0020】

そして、ソース領域用コンタクト領域１４ｂは、図７に示されるように、コンタクトトレンチ１５の周囲に形成されている。このため、本実施形態では、ソース領域用コンタクト領域１４ｂは、ｙ方向において、ソース領域１４よりも突出した状態になっている。つまり、ソース領域用コンタクト領域１４ｂは、外周部２まで延設された状態となっている。

【0021】

ドリフト層１２の表層部のうちのボディ領域１３やソース領域１４の間には、ｙ方向（すなわち、一方向）を長手方向とし、ｘ方向に沿って配列されるように複数本のゲートトレンチ１６が形成されている。このゲートトレンチ１６はトレンチゲート構造を形成するためのトレンチであり、本実施形態では、各ゲートトレンチ１６が等間隔に平行に並べられることでストライプ状のレイアウトとされている。

【0022】

そして、各ゲートトレンチ１６は、ｙ方向において、セル部１から外周部２まで延設されている。本実施形態では、ゲートトレンチ１６は、図２に示されるように、外周部２において、ボディ領域１３よりも突出するように形成されている。言い換えると、ボディ領域１３は、ｙ方向において、ゲートトレンチ１６の延設方向における内側で終端している。

【0023】

ゲートトレンチ１６は、ボディ領域１３よりも深くまで形成されている。つまり、ゲートトレンチ１６は、半導体基板１０の一面１０ａ側からソース領域１４およびボディ領域１３を貫通してドリフト層１２に達する深さとされている。また、本実施形態では、ゲートトレンチ１６は、底部に向かうほど徐々に幅が狭くなり、底部が丸まった形状とされている。

【0024】

なお、複数本のゲートトレンチ１６は、ｘ方向の両端に位置するゲートトレンチ１６が外周部２に位置するように形成されている。このため、ｘ方向の両端に位置するゲートトレンチ１６は、ボディ領域１３を貫通してドリフト層１２に達するように形成されている。

【0025】

ゲートトレンチ１６の内壁面は、絶縁膜１７によって覆われている。本実施形態の絶縁膜１７は、ゲートトレンチ１６のうちの下方部分を覆っているシールド絶縁膜１７ａと上方部分を覆っているゲート絶縁膜１７ｂとを有している。具体的には、シールド絶縁膜１７ａは、ゲートトレンチ１６の底部から下方部分の側面を覆うように形成されている。ゲート絶縁膜１７ｂは、ゲートトレンチ１６の上方部分の側面を覆うように形成されている。

【0026】

ここで、本実施形態では、図３～図５に示されるように、ゲート絶縁膜１７ｂは、セル部１に形成される部分より外周部２に形成される部分の方が厚くされている。そして、ゲート絶縁膜１７ｂは、外周部２の内縁部分２ａに形成される部分より外周部２のうちの外縁部分２ｂに形成される部分の方が厚くされている。つまり、ゲート絶縁膜１７ｂは、セル部１、外周部２の内縁部分２ａ、外周部２の外縁部分２ｂの順に厚くされている。

【0027】

なお、本実施形態では、図２に示されるように、半導体基板１０の面方向に対する法線方向から視たとき、ｙ方向において、外周部２のうちの後述するゲート配線２３よりセル部１側の部分を内縁部分２ａとし、外周部２のうちの後述するゲート配線２３よりセル部１と反対側を外縁部分２ｂとしている。特に限定されるものではないが、このようにゲート絶縁膜１７ｂの厚さを変更する場合には、例えば、熱酸化で絶縁膜を形成した後、厚くしたい部分にデポジション等によってさらに絶縁膜を配置することで厚さが調整される。

【0028】

ゲートトレンチ１６内には、絶縁膜１７を介してドープトＰｏｌｙ－Ｓｉによって構成されたシールド電極１８およびゲート電極１９が積層されて配置されている。つまり、ゲートトレンチ１６内には、ダブルゲートが配置されている。

【0029】

シールド電極１８は、後述するように、上部電極２２と接続されることでソース電位に固定されている。これにより、本実施形態の半導体装置では、ゲート－ドレイン間の容量を小さくでき、ＭＯＳＦＥＴの電気特性の向上を図ることができる。ゲート電極１９は、ＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作を行うものであり、ゲート電圧印加時にゲートトレンチ１６の側面のボディ領域１３にチャネル領域を形成する。

【0030】

シールド電極１８とゲート電極１９との間には、中間絶縁膜２０が形成されている。これにより、シールド電極１８とゲート電極１９とが絶縁されている。そして、これらゲートトレンチ１６、絶縁膜１７、シールド電極１８、ゲート電極１９および中間絶縁膜２０によってトレンチゲート構造が構成されている。このトレンチゲート構造は、上記のようにゲートトレンチ１６が形成されているため、図２の紙面左右方向となるｙ方向を長手方向として、図２の紙面上下方向となるｘ方向に複数本が並べられることでストライプ状のレイアウトとされている。

【0031】

そして、上記のようにトレンチゲート構造のうちの長手方向の内側の部分にソース領域１４が形成されており、その部分においてＭＯＳＦＥＴとして機能させられるセル部１が構成されている。また、セル部１よりも外側となるトレンチゲート構造の先端部分は、外周部２に位置している。

【0032】

そして、図６に示されるように、ゲートトレンチ１６の長手方向の端部では、シールド電極１８がゲート電極１９よりも外側まで延設されている。そして、これらの部分がシールドライナー１８ａとしてボディ領域１３やソース領域１４の表面側から露出させられている。また、このゲートトレンチ１６の長手方向の端部において、シールド電極１８のうちのゲート電極１９よりも外側に延設された部分とゲート電極１９の先端との間も中間絶縁膜２０のうちの先端部２０ａによって絶縁されている。

【0033】

なお、本実施形態では、シールドライナー１８ａは、セル部１を囲むように引き回されている。図２では、理解を容易にするため、シールドライナー１８ａにハッチングを施してある。

【0034】

また、半導体基板１０の一面１０ａ側には、ゲート電極１９を覆うように酸化膜等で構成された層間絶縁膜２１が形成されている。そして、層間絶縁膜２１には、図３に示されるように、半導体基板１０に形成されたコンタクトトレンチ１５と連通する第１コンタクトホール２１ａが形成されている。

【0035】

ここで、本実施形態では、コンタクトトレンチ１５、ソース領域用コンタクト領域１４ｂ、ボディ領域用コンタクト領域１３ｂは、次のように形成される。

【0036】

すなわち、層間絶縁膜２１に第１コンタクトホール２１ａを形成した後、層間絶縁膜２１をマスクとし、第１コンタクトホール２１ａを通じて半導体基板１０にソース領域用コンタクト領域１４ｂを構成する不純物をイオン注入してソース領域用コンタクト領域１４ｂを形成する。その後、層間絶縁膜２１をマスクとし、ソース領域用コンタクト領域１４ｂを貫通して第１コンタクトホール２１ａと連通するコンタクトトレンチ１５を形成する。つまり、ソース領域用コンタクト領域１４ｂとコンタクトトレンチ１５とを同じ層間絶縁膜２１のマスクを用いて形成する。このため、ソース領域用コンタクト領域１４ｂは、コンタクトトレンチ１５の周囲に形成された状態となる。

【0037】

その後、再び、層間絶縁膜２１をマスクとし、コンタクトトレンチ１５の底面に、ボディ領域用コンタクト領域１３ｂを構成する不純物をイオン注入してボディ領域用コンタクト領域１３ｂを形成する。本実施形態では、このようにしてコンタクトトレンチ１５、ソース領域用コンタクト領域１４ｂ、ボディ領域用コンタクト領域１３ｂが形成される。

【0038】

また、層間絶縁膜２１には、図４に示されるように、外周部２において、ボディ領域１３の表面を露出させる第２コンタクトホール２１ｂが形成されている。層間絶縁膜２１には、図６に示されるように、外周部２において、ゲート電極１９を露出させる第３コンタクトホール２１ｃ、およびシールドライナー１８ａを露出させる第４コンタクトホール２１ｄが形成されている。

【0039】

そして、層間絶縁膜２１上には、ソース電極に相当する上部電極２２、ゲート配線２３、およびシールド配線２４が形成されている。具体的には、上部電極２２は、図２および図３に示されるように、セル部１において、層間絶縁膜２１に形成された第１コンタクトホール２１ａおよびコンタクトトレンチ１５内に埋込まれたタングステン（Ｗ）プラグ等の第１接続部２２ａを通じてボディ領域１３（すなわち、ボディ領域用コンタクト領域１３ｂ）やソース領域１４（すなわち、ソース領域用コンタクト領域１４ｂ）と電気的に接続されている。なお、本実施形態では、上部電極２２が第１電極に相当する。

【0040】

また、上部電極２２は、図４に示されるように、外周部２において、層間絶縁膜２１に形成された第２コンタクトホール２１ｂ内に埋め込まれたＷプラグ等の第２接続部２２ｂを通じてボディ領域１３と接続されている。つまり、外周部２に形成されたボディ領域１３には、上部電極２２と接続されるコンタクト部Ｃが構成されている。

【0041】

さらに、ゲート配線２３は、図６に示されるように、層間絶縁膜２１に形成された第３コンタクトホール２１ｃ内に埋め込まれたＷプラグ等の接続部２３ａを通じてゲート電極１９に電気的に接続されている。シールド配線２４は、層間絶縁膜２１に形成された第４コンタクトホール２１ｄ内に埋め込まれたＷプラグ等の接続部２４ａを通じてシールド電極１８に電気的に接続されている。なお、図２では、理解をし易くするため、ボディ領域１３のうちの上部電極２２と接続されるコンタクト部Ｃ、ゲート電極１９のうちのゲート配線２３と接続される部分、およびシールド電極１８のうちのシールド配線２４と接続される部分にハッチングを施してある。

【0042】

基板１１のうちドリフト層１２と反対側の面には、ドレイン電極に相当する下部電極２５が形成されている。つまり、半導体基板１０の他面１０ｂには、下部電極２５が形成されている。なお、本実施形態では、下部電極２５が第２電極に相当している。このような構成により、本実施形態における縦型のＭＯＳＦＥＴが構成されている。

【0043】

以上が本実施形態における半導体装置の構成である。なお、本実施形態では、Ｎ^－型、Ｎ型、Ｎ^＋型が第１導電型に相当し、Ｐ型、Ｐ^＋型が第２導電型に相当している。また、本実施形態では、上記のように、基板１１、ドリフト層１２、ボディ領域１３、ソース領域１４等を含んで半導体基板１０が構成されている。

【0044】

次に、上記半導体装置における作動および効果について説明する。まず、上記のような半導体装置は、通常のＭＯＳＦＥＴと同様に、ゲート電極１９に所定以上の電圧が印加されることにより、ボディ領域１３のうちのゲートトレンチ１６と接する部分にチャネルが形成され、ソース－ドレイン間に電流が流れることでオン状態となる。また、ゲート電極１９に印加されている電圧が所定電圧未満となると、ボディ領域１３に形成されていたチャネルが消滅し、電流が遮断されることでオフ状態となる。

【0045】

そして、上記のような半導体装置では、ドリフト層１２、ボディ領域１３、ソース領域１４による寄生バイポーラトランジスタが構成される。このため、上記のような半導体装置では、オン状態からオフ状態とする際、アバランシェ動作によって寄生バイポーラトランジスタが作動することにより、ソース－ドレイン間に過大な電流が流れる可能性がある。

【0046】

このため、本実施形態の半導体装置では、ボディ領域１３が外周部２まで延設されている。そして、外周部２において、ボディ領域１３は、上部電極２２と電気的に接続されたコンタクト部Ｃを有する構成とされている。言い換えると、上部電極２２は、外周部２において、ボディ領域１３のコンタクト部Ｃと接続されている。したがって、半導体装置がアバランシェ動作する際、外周部２では、コンタクト部Ｃを通じて上部電極２２から正孔が引き抜かれ易くなる。これにより、寄生バイポーラトランジスタが作動することを抑制でき、アバランシェ耐量の向上を図ることで半導体装置の耐圧の向上を図ることができる。

【0047】

また、本実施形態では、コンタクトトレンチ１５およびソース領域用コンタクト領域１４ｂを外周部２まで形成している。このため、半導体装置がアバランシェ動作した際、外周部２に発生する正孔を外周部２に形成されたソース領域用コンタクト領域１４ｂからも引き抜き易くできる。これにより、寄生バイポーラトランジスタが作動することを抑制でき、さらにアバランシェ耐量の向上を図ることができる。

【0048】

ここで、コンタクトトレンチ１５の外周部２への突出長さを長くすることにより、コンタクト部Ｃを形成せずにアバランシェ耐量を向上させることも考えられる。例えば、コンタクトトレンチ１５を本実施形態のコンタクト部Ｃが形成される部分近傍まで突出させることにより、コンタクト部Ｃを形成せずにアバランシェ耐量を向上させることも考えられる。

【0049】

しかしながら、本実施形態では、ソース領域用コンタクト領域１４ｂを形成する際、ソース領域用コンタクト領域１４ｂを形成するためのマスクとコンタクトトレンチ１５を形成するためのマスクとを同じマスクとしている。そして、ソース領域用コンタクト領域１４ｂは、コンタクトトレンチ１５の周囲に形成されている。したがって、コンタクトトレンチ１５の外周部２への突出長さを長くした場合、ソース領域用コンタクト領域１４ｂの外周部２への突出長さも長くなる。

【0050】

そして、半導体装置をオン状態とした際には、ソース－ドレイン間に電流が流れる。この場合、図８に示されるように、電流は、基板１１、ドリフト層１２、ボディ領域１３、ソース領域１４、ソース領域用コンタクト領域１４ｂを順に流れる主経路Ｒ１と、ドリフト層１２、ボディ領域１３、ソース領域用コンタクト領域１４ｂを順に流れる寄生経路Ｒ２とを流れる。なお、主経路Ｒ１は、セル部１のみを流れる電流であり、寄生経路Ｒ２は、外周部２を介して流れる電流である。そして、ソース領域用コンタクト領域１４ｂの外周部２への突出長さを長くした場合、寄生経路Ｒ２で流れる電流が大きくなり、主経路Ｒ１に流れる電流が減少する。

【0051】

この場合、センスセル領域Ｒｓは、上記のようにメインセル領域Ｒｍに対して面積が極小とされており、メインセル領域Ｒｍと比較すると、寄生経路Ｒ２の電流が大きくなることによる電流のばらつきが無視できなくなる。このため、本実施形態のように、外周部２でボディ領域１３と上部電極２２とを接続することにより、セル部１に流れる電流が減少することを抑制しつつ、アバランシェ耐量を向上できる。つまり、セル部１のセンスセル領域Ｒｓに流れる電流が減少することを抑制しつつ、アバランシェ耐量を向上できる。したがって、本実施形態では、電流の検出精度が低下することを抑制しつつ、アバランシェ耐量を向上できる。

【0052】

さらに、上記半導体装置では、ゲート絶縁膜１７ｂは、セル部１よりも外周部２の方が厚くされている。つまり、アバランシェ動作した際に電界集中が発生し易い長手方向の端部側となる外周部２のゲート絶縁膜１７ｂが厚くされている。このため、ゲート絶縁膜１７ｂが破壊されることを抑制でき、さらにアバランシェ耐量の向上を図ることができる。

【0053】

以上説明した本実施形態によれば、ボディ領域１３が外周部２まで延設されている。そして、外周部２において、ボディ領域１３は、上部電極２２と電気的に接続されたコンタクト部Ｃを有する構成とされている。したがって、半導体装置がアバランシェ動作する際、外周部２では、コンタクト部Ｃを通じて上部電極２２から正孔が引き抜かれ易くなる。このため、寄生バイポーラトランジスタが作動することを抑制でき、アバランシェ耐量の向上を図ることで半導体装置の耐圧の向上を図ることができる。

【0054】

また、外周部２でボディ領域１３と上部電極２２とを接続することにより、コンタクトトレンチ１５の外周部２への突出長さを長くする場合と比較して、セル部１に流れる電流が減少することを抑制しつつ、アバランシェ耐量を向上できる。この場合、特にセンスセル領域Ｒｓに流れる電流の減少比率を小さくできる。

【0055】

さらに、本実施形態では、ゲート絶縁膜１７ｂは、セル部１よりも外周部２の方が厚くされている。つまり、アバランシェ動作した際に電界集中が発生し易い長手方向の端部側となる外周部２のゲート絶縁膜１７ｂが厚くされている。このため、ゲート絶縁膜１７ｂが破壊されることを抑制でき、さらにアバランシェ耐量の向上を図ることができる。

【0056】

（他の実施形態）
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【0057】

例えば、上記第１実施形態では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としたｎチャネルタイプのトレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴを半導体装置の一例として説明した。しかしながら、これは一例を示したに過ぎず、他の構造の半導体装置、例えば、ｎチャネルタイプに対して各構成要素の導電型を反転させたｐチャネルタイプのトレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴとしてもよい。さらに、半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴ以外に、同様の構造のＩＧＢＴが形成された構成とされていてもよい。ＩＧＢＴの場合、上記第１実施形態におけるｎ^＋型の基板１１をＰ^＋型のコレクタ層に変更する以外は、上記第１実施形態で説明した縦型ＭＯＳＦＥＴと同様である。

【0058】

また、上記第１実施形態において、ゲート絶縁膜１７ｂは、セル部１と外周部２とで同じ厚さとされていてもよい。

【符号の説明】

【0059】

１ セル部
２ 外周部
１１ 基板（高濃度層）
１２ ドリフト層
１３ ボディ領域（第１不純物領域）
１４ ソース領域（第２不純物領域）
１６ ゲートトレンチ
１７ 絶縁膜
１８ シールド電極
１９ ゲート電極
２０ 中間絶縁膜
２１ 層間絶縁膜
２１ａ 第１コンタクトホール
２１ｂ 第２コンタクトホール
２２ 第１電極
２５ 第２電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】