特許 7447038 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】2024-03-01

(45)【発行日】2024-03-11

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/78 20060101AFI20240304BHJP

   H01L 29/06 20060101ALI20240304BHJP

   H01L 29/41 20060101ALI20240304BHJP

   H01L 29/423 20060101ALI20240304BHJP

   H01L 29/49 20060101ALI20240304BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 652K

H01L29/06 301F

H01L29/06 301V

H01L29/44 Y

H01L29/58 G

H01L29/78 652M

H01L29/78 653C

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021036912

(22)【出願日】2021-03-09

(65)【公開番号】P2022137413

(43)【公開日】2022-09-22

【審査請求日】2023-03-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【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】小林 勇介

(72)【発明者】

【氏名】井口 智明

(72)【発明者】

【氏名】雁木 比呂

(72)【発明者】

【氏名】根本 宏樹

(72)【発明者】

【氏名】牛流 章弘

(72)【発明者】

【氏名】下條 亮平

(72)【発明者】

【氏名】可知 剛

(72)【発明者】

【氏名】西脇 達也

【審査官】田付 徳雄

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／０７８７７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１６９１０３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２４０９８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０７８７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５１６０５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２９／０６

Ｈ０１Ｌ ２９／４１

Ｈ０１Ｌ ２９／４２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極と、
第２電極であって、前記第１電極から前記第２電極への方向は、第１方向に沿う、前記第２電極と、
第３電極と、
第１導電部材であって、前記第１導電部材は、第１導電部材端部及び第１導電部材他端部を含み、前記第１導電部材端部は、前記第１方向において前記第１電極と前記第１導電部材他端部との間にあり、前記第１導電部材端部の前記第１方向における位置は、前記第１電極の前記第１方向における位置と、前記第３電極の前記第１方向における位置との間にあり、前記第１導電部材は、前記第２電極及び前記第３電極の一方と電気的に接続された、または、前記第１導電部材は、前記一方と電気的に接続されることが可能である、前記第１導電部材と、
半導体部材であって、前記半導体部材は、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、前記第１導電形の第３半導体領域と、を含み、
前記第１半導体領域は、第１部分領域及び第２部分領域を含み、
前記第１部分領域は、前記第１方向において、前記第１電極と前記第２電極との間にあり、
前記第２半導体領域は、前記第１方向において前記第１部分領域と前記第３半導体領域との間にあり、
前記第３半導体領域は、前記第２電極と電気的に接続され、
前記第３電極の一部から前記第２半導体領域への第２方向は、前記第１方向と交差し、
前記第３電極の別の一部から前記第１部分領域の一部への方向は、前記第２方向に沿い、
前記第２部分領域から前記第１導電部材への方向は、前記第１方向に沿い、
前記第１導電部材から前記第１部分領域への方向は、前記第２方向に沿う、前記半導体部材と、
第１絶縁部材であって、前記第１絶縁部材の少なくとも一部は、前記半導体部材と前記第３電極との間、及び、前記半導体部材と前記第１導電部材との間にあり、前記第１絶縁部材の少なくとも一部は、シリコン、酸素及び第１元素を含み、前記第１元素は、水素、ヘリウム、アルゴン及びカーボンよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、前記第１絶縁部材は、第１位置、第２位置及び第３位置を含み、前記第１導電部材端部から前記第１位置への方向は、前記第２方向に沿い、前記第１位置は、前記第１方向において前記第１電極と前記第２位置との間にあり、前記第３位置は、前記第１方向において前記第１位置と前記第２位置との間にあり、前記第３位置における前記第１元素の第３濃度は、前記第１位置における前記第１元素の第１濃度よりも高く、前記第２位置における前記第１元素の第２濃度よりも高い、前記第１絶縁部材と、
を備え、
前記第３濃度は、前記第１絶縁部材における前記第１元素の濃度の最高であり、
前記第１位置と前記第３位置との間の前記第１方向に沿う第１距離は、前記第２部分領域と前記第１導電部材端部との間の前記第１方向に沿う距離の０倍を超え３倍以下である、半導体装置。

【請求項2】

前記第１濃度は、前記第２濃度よりも高い、請求項１記載の半導体装置。

【請求項3】

前記第１位置と前記第３位置との間の前記第１方向に沿う第１距離は、０μｍを超え１．２μｍ以下である、請求項１または２に記載の半導体装置。

【請求項4】

第１電極と、
第２電極であって、前記第１電極から前記第２電極への方向は、第１方向に沿う、前記第２電極と、
第３電極と、
第１導電部材であって、前記第１導電部材は、第１導電部材端部及び第１導電部材他端部を含み、前記第１導電部材端部は、前記第１方向において前記第１電極と前記第１導電部材他端部との間にあり、前記第１導電部材端部の前記第１方向における位置は、前記第１電極の前記第１方向における位置と、前記第３電極の前記第１方向における位置との間にあり、前記第１導電部材は、前記第２電極及び前記第３電極の一方と電気的に接続された、または、前記第１導電部材は、前記一方と電気的に接続されることが可能である、前記第１導電部材と、
半導体部材であって、前記半導体部材は、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、前記第１導電形の第３半導体領域と、を含み、
前記第１半導体領域は、第１部分領域及び第２部分領域を含み、
前記第１部分領域は、前記第１方向において、前記第１電極と前記第２電極との間にあり、
前記第２半導体領域は、前記第１方向において前記第１部分領域と前記第３半導体領域との間にあり、
前記第３半導体領域は、前記第２電極と電気的に接続され、
前記第３電極の一部から前記第２半導体領域への第２方向は、前記第１方向と交差し、
前記第３電極の別の一部から前記第１部分領域の一部への方向は、前記第２方向に沿い、
前記第２部分領域から前記第１導電部材への方向は、前記第１方向に沿い、
前記第１導電部材から前記第１部分領域への方向は、前記第２方向に沿う、前記半導体部材と、
第１絶縁部材であって、前記第１絶縁部材の少なくとも一部は、前記半導体部材と前記第３電極との間、及び、前記半導体部材と前記第１導電部材との間にあり、前記第１絶縁部材の少なくとも一部は、シリコン、酸素及び第１元素を含み、前記第１元素は、水素、ヘリウム、アルゴン及びカーボンよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、前記第１絶縁部材は、第１位置、第２位置及び第３位置を含み、前記第１導電部材端部から前記第１位置への方向は、前記第２方向に沿い、前記第１位置は、前記第１方向において前記第１電極と前記第２位置との間にあり、前記第３位置は、前記第１方向において前記第１位置と前記第２位置との間にあり、前記第３位置における前記第１元素の第３濃度は、前記第１位置における前記第１元素の第１濃度よりも高く、前記第２位置における前記第１元素の第２濃度よりも高い、前記第１絶縁部材と、
を備え、
前記第３濃度は、前記第１絶縁部材における前記第１元素の濃度の最高であり、
前記第１位置と前記第３位置との間の前記第１方向に沿う第１距離は、０μｍを超え１．２μｍ以下である、半導体装置。

【請求項5】

前記第１濃度は、前記第２濃度よりも高い、請求項４記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第２位置と前記第１導電部材他端部との間の前記第１方向に沿う第２距離は、前記第２部分領域と前記第１導電部材端部との間の前記第１方向に沿う距離と同じであり、
前記第１濃度は、前記第２濃度の２倍以上１００倍以下である、請求項３記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第３濃度は、前記第１濃度の１倍を超え１０倍以下である、請求項１～６のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項8】

前記第１絶縁部材は、第４位置をさらに含み、
前記第４位置は、前記第１方向において、前記第１電極と前記第１位置との間にあり、
前記第４位置における前記第１元素の第４濃度は、前記第１濃度よりも低い、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２部分領域の少なくとも一部は、前記第１元素を含み、
前記第２部分領域の前記少なくとも一部における前記第１元素の濃度は、前記第４濃度よりも低い、請求項８記載の半導体装置。

【請求項10】

第１電極と、
第２電極であって、前記第１電極から前記第２電極への方向は、第１方向に沿う、前記第２電極と、
第３電極と、
第１導電部材であって、前記第１導電部材は、第１導電部材端部及び第１導電部材他端部を含み、前記第１導電部材端部は、前記第１方向において前記第１電極と前記第１導電部材他端部との間にあり、前記第１導電部材端部の前記第１方向における位置は、前記第１電極の前記第１方向における位置と、前記第３電極の前記第１方向における位置との間にあり、前記第１導電部材は、前記第２電極及び前記第３電極の一方と電気的に接続された、または、前記第１導電部材は、前記一方と電気的に接続されることが可能である、前記第１導電部材と、
半導体部材であって、前記半導体部材は、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、前記第１導電形の第３半導体領域と、を含み、
前記第１半導体領域は、第１部分領域及び第２部分領域を含み、
前記第１部分領域は、前記第１方向において、前記第１電極と前記第２電極との間にあり、
前記第２半導体領域は、前記第１方向において前記第１部分領域と前記第３半導体領域との間にあり、
前記第３半導体領域は、前記第２電極と電気的に接続され、
前記第３電極の一部から前記第２半導体領域への第２方向は、前記第１方向と交差し、
前記第３電極の別の一部から前記第１部分領域の一部への方向は、前記第２方向に沿い、
前記第２部分領域から前記第１導電部材への方向は、前記第１方向に沿い、
前記第１導電部材から前記第１部分領域への方向は、前記第２方向に沿う、前記半導体部材と、
第１絶縁部材であって、前記第１絶縁部材は、第１位置、第２位置及び第３位置を含み、前記第１導電部材端部から前記第１位置への方向は、前記第２方向に沿い、前記第１位置は、前記第１方向において前記第１電極と前記第２位置との間にあり、前記第３位置は、前記第１方向において前記第１位置と前記第２位置との間にあり、前記第３位置における第３電位は、前記第１位置における第１電位よりも高く、前記第２位置における第２電位よりも高い、前記第１絶縁部材と、
を備えた半導体装置。

【請求項11】

前記第１電位は、前記第２電位よりも高い、請求項１０記載の半導体装置。

【請求項12】

前記第３電位は、前記第１絶縁部材における電位の最高である、請求項１０または１１に記載の半導体装置。

【請求項13】

前記第１位置と前記第３位置との間の前記第１方向に沿う第１距離は、前記第２部分領域と前記第１導電部材端部との間の前記第１方向に沿う距離の０倍を超え３倍以下である、請求項１２記載の半導体装置。

【請求項14】

前記第１位置と前記第３位置との間の前記第１方向に沿う第１距離は、０μｍを超え１．２μｍ以下である、請求項１２記載の半導体装置。

【請求項15】

前記第３半導体領域における前記第１導電形の不純物濃度は、前記第１半導体領域における前記第１導電形のキャリア濃度よりも高い、請求項１～１４のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項16】

前記第３電極は、第３電極端部及び第３電極他端部を含み、
前記第３電極端部は、前記第１方向において前記第１電極と前記第３電極他端部との間にあり、
前記第１導電部材端部の前記第１方向における前記位置は、前記第１電極の前記第１方向における前記位置と、前記第３電極端部の前記第１方向における位置との間にある、請求項１～１５のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項17】

前記第１導電部材他端部の前記第１方向における前記位置は、前記第１電極の前記第１方向における前記位置と、前記第３電極他端部の前記第１方向における位置との間にある、請求項１６記載の半導体装置。

【請求項18】

前記第１導電部材他端部の前記第１方向における前記位置は、前記第３電極端部の前記第１方向における前記位置と、前記第３電極他端部の前記第１方向における位置との間にある、請求項１６または１７に記載の半導体装置。

【請求項19】

前記半導体部材は、前記第１導電形の第４半導体領域をさらに含み、
前記第４半導体領域は、前記第１方向において前記第１電極と前記第１半導体領域との間に設けられ、
前記第４半導体領域は、前記第１電極と電気的に接続された、請求項１～１８のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項20】

前記半導体部材は、前記第２導電形の第５半導体領域をさらに含み、
前記第５半導体領域は、前記第２半導体領域と前記第２電極との間に設けられ、
前記第５半導体領域における前記第２導電形のキャリア濃度は、前記第２半導体領域における前記第２導電形のキャリア濃度よりも高い、請求項１～１９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】

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、トランジスタなどの半導体装置において、特性の向上が望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－０７８７４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態は、特性を向上できる半導体装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の実施形態によれば、半導体装置は、第１電極、第２電極、第３電極、第１導電部材、半導体部材及び第１絶縁部材を含む。前記第１電極から前記第２電極への方向は、第１方向に沿う。前記第１導電部材は、第１導電部材端部及び第１導電部材他端部を含みむ。前記第１導電部材端部は、前記第１方向において前記第１電極と前記第１導電部材他端部との間にある。前記第１導電部材端部の前記第１方向における位置は、前記第１電極の前記第１方向における前記位置と、前記第３電極の前記第１方向における位置との間にある。前記第１導電部材は、前記第２電極及び前記第３電極の一方と電気的に接続される。または、前記第１導電部材は、前記一方と電気的に接続されることが可能である。前記半導体部材は、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、前記第１導電形の第３半導体領域と、を含む。前記第１半導体領域は、第１部分領域及び第２部分領域を含む。前記第１部分領域は、前記第１方向において、前記第１電極と前記第２電極との間にある。前記第２半導体領域は、前記第１方向において前記第１部分領域と前記第３半導体領域との間にある。前記第３半導体領域は、前記第２電極と電気的に接続される。前記第３電極の一部から前記第２半導体領域への第２方向は、前記第１方向と交差する。前記第３電極の別の一部から前記第１部分領域の一部への方向は、前記第２方向に沿う。前記第２部分領域から前記第１導電部材への方向は、前記第１方向に沿う。前記第１導電部材から前記第１部分領域への方向は、前記第２方向に沿う。前記第１絶縁部材の少なくとも一部は、前記半導体部材と前記第３電極との間、及び、前記半導体部材と前記第１導電部材との間にある。前記第１絶縁部材の少なくとも一部は、シリコン、酸素及び第１元素を含む。前記第１元素は、水素、ヘリウム、アルゴン及びカーボンよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。前記第１絶縁部材は、第１位置、第２位置及び第３位置を含む。前記第１導電部材端部から前記第１位置への方向は、前記第２方向に沿う。前記第１位置は、前記第１方向において前記第１電極と前記第２位置との間にある。前記第３位置は、前記第１方向において前記第１位置と前記第２位置との間にある。前記第３位置における前記第１元素の第３濃度は、前記第１位置における前記第１元素の第１濃度よりも高く、前記第２位置における前記第１元素の第２濃度よりも高い。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る半導体装置を例示するグラフ図である。

【図4】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。

【図5】図５は、第１実施形態に係る半導体装置を例示するグラフ図である。

【図6】図６は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、本発明の各実施の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、各部分の厚さと幅との関係、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。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、既出の図に関して前述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。

【0008】

（第１実施形態）
図１及び図２は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図１に示すように、実施形態に係る半導体装置１１０は、第１電極５１、第２電極５２、第３電極５３、第１導電部材６１、半導体部材１０及び第１絶縁部材４１を含む。

【0009】

第１電極５１から第２電極５２への方向は、第１方向に沿う。第１方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

【0010】

１つの例において、第３電極５３の第１方向（Ｚ軸方向）における位置は、第１電極５１の第１方向における位置と、第２電極５２の第１方向における位置との間にある。

【0011】

第１導電部材６１は、第１導電部材端部６１ａ及び第１導電部材他端部６１ｂを含む。第１導電部材端部６１ａ及び第１導電部材他端部６１ｂは、Ｚ軸方向における端部である。第１導電部材端部６１ａは、第１方向において、第１電極５１と第１導電部材他端部６１ｂとの間にある。第１導電部材端部６１ａは、例えば、下端部である。第１導電部材端部６１ａの第１方向における位置は、第１電極５１の第１方向における位置と、第３電極端部５３ａの第１方向に位置との間にある。

【0012】

この例では、第３電極５３は、第３電極端部５３ａ及び第３電極他端部５３ｂを含む。第３電極端部５３ａ及び第３電極他端部５３ｂは、Ｚ軸方向における端部である。第３電極端部５３ａは、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１電極５１と第３電極他端部５３ｂとの間にある。第３電極端部５３ａは、第３電極５３の、第１電極５１側の端部である。第３電極端部５３ａは、例えば、下端部である。

【0013】

この例では、第１導電部材端部６１ａの第１方向（Ｚ軸方向）における位置は、第１電極５１の第１方向における位置と、第３電極端部５３ａの第１方向における位置との間にある。この例では、第１導電部材他端部６１ｂの第１方向における位置は、第１電極５１の第１方向における位置と、第３電極他端部５３ｂの第１方向における位置との間にある。この例では、第１導電部材他端部６１ｂの第１方向における位置は、第３電極端部５３ａの第１方向における位置と、第３電極他端部５３ｂの第１方向における位置との間にある。第１導電部材６１は、Ｚ軸方向に沿って延びる。

【0014】

第１導電部材６１は、第２電極５２及び第３電極５３の一方と電気的に接続される。または、第１導電部材６１は、第２電極５２及び第３電極５３の一方と電気的に接続されることが可能である。半導体装置１１０においては、第１導電部材６１は、第２電極５２と電気的に接続される。

【0015】

例えば、図１に示すように、第１導電部材６１は、接続部材６１Ｃ、接続部材５２ＬＬ及び接続部材５２Ｃを介して、第２電極５２と電気的に接続される。これらの接続部材は、図１に例示する断面とは異なる位置に設けられて良い。例えば、端子５２Ｔが接続部材５２Ｃを介して、第２電極５２と接続されても良い。端子６１Ｔが、接続部材６１Ｃを介して第１導電部材６１と電気的に接続されても良い。接続部材５２ＬＬにより、端子６１Ｔが端子５２Ｔと電気的に接続されても良い。接続部材５２ＬＬは、半導体装置１１０とは別に設けられても良い。

【0016】

半導体部材１０は、例えば、第１電極５１と第２電極５２との間にある。半導体部材１０は、例えば、シリコンなどの半導体を含む。

【0017】

半導体部材１０は、第１導電形の第１半導体領域１１と、第２導電形の第２半導体領域１２と、第１導電形の第３半導体領域１３と、を含む。図１に示すように、半導体部材１０は、第４半導体領域１４をさらに含んでも良い。図１に示すように、半導体部材１０は、第５半導体領域１５をさらに含んでも良い。

【0018】

例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。実施形態において、第１導電形がｐ形で第２導電形がｎ形でも良い。以下の例では、第１導電形がｎ形であり、第２導電形がｐ形である。

【0019】

第１半導体領域１１は、第１部分領域１１ａ及び第２部分領域１１ｂを含む。例えば、第１部分領域１１ａは、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１電極５１と第２電極５２との間にある。

【0020】

第２半導体領域１２は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１部分領域１１ａと第３半導体領域１３との間にある。例えば、第１電極５１と第２電極５２との間に第１部分領域１１ａ、第２半導体領域１２及び第３半導体領域１３がある。第３半導体領域１３は、第２電極５２と電気的に接続される。

【0021】

第３電極５３の一部から第２半導体領域１２への第２方向は、第１方向と交差する。第２方向は、例えば、Ｘ軸方向である。

【0022】

第３電極５３の別の一部から第１部分領域１１ａの一部への方向は、第２方向（例えばＸ軸方向）に沿う。

【0023】

第１半導体領域１１の第２部分領域１１ｂから第１導電部材６１への方向は、第１方向（Ｚ軸方向）に沿う。第１導電部材６１から第１部分領域１１ａへの方向は、第２方向（例えばＸ軸方向）に沿う。

【0024】

第４半導体領域１４は、第１方向（Ｚ軸方向）において第１電極５１と第１半導体領域１１との間に設けられる。第４半導体領域１４は、第１導電形（例えばｎ形）である。第４半導体領域１４は、第１電極５１と電気的に接続される。第４半導体領域１４は、例えば半導体基板を含んでも良い。

【0025】

第４半導体領域１４における第１導電形のキャリア濃度は、第１半導体領域１１における第１導電形のキャリア濃度よりも高い。第１半導体領域１１は、例えばｎ領域またはｎ^－領域である。第４半導体領域１４は、例えば、ｎ^＋領域である。第４半導体領域１４が設けられることで、第１電極５１の電気的な接続の抵抗を低くできる。例えば、低いオン抵抗が得られる。

【0026】

第３半導体領域１３における第１導電形のキャリア濃度は、第１半導体領域１１における第１導電形のキャリア濃度よりも高い。第３半導体領域１３は、例えばｎ^＋領域である。

【0027】

第５半導体領域１５が設けられる場合、第５半導体領域１５は、例えば、第２半導体領域１２と第２電極５２との間に設けられる。第５半導体領域１５は、第２導電形（例えばｐ形）である。第５半導体領域１５における第２導電形のキャリア濃度は、第２半導体領域１２における第２導電形のキャリア濃度よりも高い。例えば、第２半導体領域１２は、ｐ領域である。第５半導体領域１５は、ｐ^＋領域である。第５半導体領域１５が設けられることで、第２電極５２の電気的な接続の抵抗を低くできる。例えば、低いオン抵抗が得られる。

【0028】

この例では、第２電極５２は、部分５２ａ及び部分５２ｂを含む。第５半導体領域１５は、第２半導体領域１２と部分５２ａとの間にある。第３電極５３は、第１電極５１と部分５２ｂとの間にある。

【0029】

第１絶縁部材４１の少なくとも一部は、半導体部材１０と第３電極５３との間、及び、半導体部材１０と第１導電部材６１との間にある。例えば、第１絶縁部材４１は、第１絶縁領域４１ａ及び第２絶縁領域４１ｂを含む。第１絶縁領域４１ａは、例えば、第２方向（例えばＸ軸方向）において、第３電極５３と第２半導体領域１２との間にある。第２絶縁領域４１ｂは、第１導電部材６１と半導体部材１０との間にある。この例では、第１絶縁部材４１の一部が第３電極５３と部分５２ｂとの間にある。

【0030】

例えば、第１電極５１と第２電極５２との間に流れる電流は、第３電極５３の電位により制御できる。第３電極５３の電位は、例えば、第２電極５２の電位を基準にした電位である。第１電極５１は、例えば、ドレイン電極として機能する。第２電極５２は、例えば、ソース電極として機能する。第３電極５３は、例えば、ゲート電極として機能する。第１絶縁領域４１ａは、例えば、ゲート絶縁膜として機能する。第１導電部材６１は、例えば、フィールドプレートとして機能する。半導体装置１１０は、例えば、トランジスタである。

【0031】

実施形態において、第１絶縁部材４１の少なくとも一部は、シリコン、酸素及び第１元素を含む。第１元素は、水素、ヘリウム、アルゴン及びカーボンよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。１つの例において、第１元素は、例えば、水素またはプロトンである。

【0032】

図１に示すように、第１絶縁部材４１は、第１位置ｐ１、第２位置ｐ２及び第３位置ｐ３を含む。第１導電部材端部６１ａから第１位置ｐ１への方向は、第２方向(例えばＸ軸方向）に沿う。第１位置ｐ１のＺ軸方向における位置（例えば深さ）は、第１導電部材６１の下端の深さに対応する。

【0033】

第１位置ｐ１は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１電極５１と第２位置ｐ２との間にある。第２位置ｐ２は、第１位置ｐ１よりも上である。例えば、第２位置ｐ２と第１導電部材他端部６１ｂとの間のＺ軸方向に沿う距離は、第２位置ｐ２と第１導電部材端部６１ａとの間のＺ軸方向に沿う距離よりも短い。

【0034】

第３位置ｐ３は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１位置ｐ１と第２位置ｐ２との間にある。実施形態において、これらの位置における第１元素の濃度が異なる。第１元素の濃度が、Ｚ軸方向に沿って変化する。

【0035】

以下、第１元素の濃度のプロファイルの例について説明する。
図３は、第１実施形態に係る半導体装置を例示するグラフ図である。
図３は、半導体装置１１０における第１元素（例えばプロトン）の濃度を例示している。図３の横軸は、Ｚ軸方向に沿う位置ｐＺである。位置ｐＺは、深さに対応する。縦軸は、第１元素の濃度Ｃ１（対数表示）である。

【0036】

図３に示すように、第１位置ｐ１における第１元素の濃度（第１濃度）は、第２位置ｐ２における第１元素の濃度（第２濃度）よりも高い。第３位置ｐ３における第１元素の濃度（第３濃度）は、第１位置ｐ１における第１元素の第１濃度よりも高く、第２位置ｐ２における第１元素の第２濃度よりも高い。例えば、第３濃度は、第１絶縁部材４１における第１元素の濃度の最高である。

【0037】

第１元素は、例えば、正の電荷として機能することができる。図３に例示するようなプロファイルにより、高い耐圧が得られる。例えば、浅い位置（例えば第２位置ｐ２）における第１元素の濃度（第２濃度）が高いと、耐圧が低くなる傾向がある。浅い位置（例えば第２位置ｐ２）における第１元素の濃度（第２濃度）を低くすることで、高い耐圧が維持できる。一方、深い位置（例えば第１位置ｐ１）における第１元素の濃度（第１濃度）を高くすることで、第１半導体領域１１における第１導電形の不純物濃度を高く設定できる。これにより、オン抵抗を低くできる。実施形態において、深い位置よりも浅い位置で第１元素の濃度を低くすることで、高い耐圧が得られる。低いオン抵抗が得られる。実施形態によれば、特性を向上できる半導体装置を提供できる。

【0038】

さらに、第１位置ｐ１よりも上の第３位置ｐ３で第１元素の濃度を高くすることで、より耐圧が得られることが分かった。第１元素のピークの位置と耐圧との関係の例については、後述する。

【0039】

図３に例示した第１元素のプロファイルは、例えば、半導体部材１０及び第１絶縁部材４１を含む加工体に第１元素をイオンインプランテーションなどの方法により導入することで得られる。この場合、半導体部材１０の第１半導体領域１１の一部に第１元素が導入されていても良い。

【0040】

例えば、図１に示すように、第１絶縁部材４１は、第４位置ｐ４を含んでも良い。第４位置ｐ４は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１電極５１と第１位置ｐ１との間にある。図３に示すように、第４位置ｐ４における第１元素の濃度（第４濃度）は、第１位置ｐ１における第１元素の濃度（第１濃度）よりも低い。第４位置ｐ４は、例えば、第１絶縁部材４１の下端（第１半導体領域１１の第２部分領域１１ｂと接する部分）である。

【0041】

図３に示すように、第１半導体領域１１の第２部分領域１１ｂの少なくとも一部は、第１元素を含んでも良い。第２部分領域１１ｂの少なくとも一部における第１元素の濃度は、第４位置ｐ４における第１元素の濃度（第４濃度）よりも低い。

【0042】

例えば、図２及び図３に示すように、第１位置ｐ１と第３位置ｐ３との間の第１方向（Ｚ軸方向）に沿う距離を第１距離ｄ１とする。第２部分領域１１ｂと第１導電部材端部６１ａとの間の第１方向に沿う距離を距離ｄｚとする。距離ｄｚは、例えば、第１導電部材６１の下端（第１導電部材端部６１ａ）の位置における第１絶縁部材４１の厚さに対応する。

【0043】

実施形態において、例えば、第１距離ｄ１は、距離ｄｚの０倍を超え３倍以下である。第３位置ｐ３における第１元素の濃度（第３濃度）は、第１位置ｐ１における第１元素の濃度（第１濃度）の１倍を超え１０倍以下である。

【0044】

例えば、図２及び図３に示すように、第２位置ｐ２と第１導電部材他端部６１ｂとの間の第１方向（Ｚ軸方向）に沿う距離を第２距離ｄ２とする。第２距離ｄ２を、距離ｄｚ（第２部分領域１１ｂと第１導電部材端部６１ａとの間の第１方向に沿う距離）と同じとする。このような位置が第２位置ｐ２である場合、例えば、第１位置ｐ１における第１元素の濃度（第１濃度）は、例えば、第２位置ｐ２における第１元素の濃度（第２濃度）の２倍以上１００倍以下である。

【0045】

このような第１元素のプロファイルにより、高い耐圧が得られる。低いオン抵抗が得られる。

【0046】

以下、第１元素の濃度のピーク位置と耐圧との関係についてのシミュレーション結果の例につい説明する。

【0047】

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。
図４（ａ）の横軸は、Ｚ軸方向における位置ｐＺである。位置ｐＺが小さいときが、図１において、Ｚ軸方向における上側に対応する。

【0048】

図４（ｂ）の横軸は、厚さ比Ｒｔ１である。厚さ比Ｒｔ１は、第１距離ｄ１の距離ｄｚに対する比（ｄ１／ｄｚ）である。第１距離ｄ１は、第１位置ｐ１と第３位置ｐ３との間の第１方向に沿う距離である。距離ｄｚは、第２部分領域１１ｂと第１導電部材端部６１ａとの間の第１方向に沿う距離である。厚さ比Ｒｔ１が正のときに、第３位置ｐ３は、第１位置ｐ１よりも、図１において上側にある。厚さ比Ｒｔ１が負のときに、第３位置ｐ３は、第１位置ｐ１よりも、図１において下側にある。

【0049】

図４（ａ）及び図４（ｂ）の縦軸は、耐圧Ｖｂである。図４（ａ）及び図４（ｂ）には、以下の第１～第６構成ＣＦ１～ＣＦ６における特性が示されている。
第１～第３構成ＣＦ１～ＣＦ３においては、第１絶縁部材４１における第１元素の濃度は、Ｚ軸方向に沿って一定であり、１．０ｘ１０^１６ｃｍ^－３である。第１～第３構成ＣＦ１～ＣＦ３において、第１半導体領域１１における第１導電形のキャリア濃度を変更することで、オン抵抗ＲｏｎＡが制御できる。第１構成ＣＦ１においては、オン抵抗ＲｏｎＡが２４ｍΩｃｍ^２になるように、第１半導体領域１１における第１導電形のキャリア濃度が設定される。第２構成ＣＦ２においては、オン抵抗ＲｏｎＡが２５ｍΩｃｍ^２になるように、第１半導体領域１１における第１導電形のキャリア濃度が設定される。第３構成ＣＦ３においては、オン抵抗ＲｏｎＡが２６ｍΩｃｍ^２になるように、第１半導体領域１１における第１導電形のキャリア濃度が設定される。

【0050】

第４～第６構成ＣＦ４～ＣＦ６においては、第１絶縁部材４１における第１元素の濃度は、Ｚ軸方向に沿って変化する。すなわち、第３濃度は、第１濃度よりも高く第２濃度よりも高い。第１元素の濃度のプロファイルは、図３に例示した形状を有する。第４～第６構成ＣＦ４～ＣＦ６において、第３濃度（最高の濃度）及び、第３濃度が得られる第３位置ｐ３のＺ軸方向における位置（深さ）を変更することで、オン抵抗ＲｏｎＡが変化する。

【0051】

第４構成ＣＦ４においては、第１構成ＣＦ１における第１半導体領域１１における第１導電形のキャリア濃度が適用される。第４構成ＣＦ４において、オン抵抗ＲｏｎＡが２４ｍΩｃｍ^２になるように、第３濃度（最高の濃度）及び、第３濃度が得られる第３位置ｐ３のＺ軸方向における位置（深さ）が変更される。

【0052】

第５構成ＣＦ５においては、第２構成ＣＦ２における第１半導体領域１１における第１導電形のキャリア濃度が適用される。第５構成ＣＦ５において、オン抵抗ＲｏｎＡが２５ｍΩｃｍ^２になるように、第３濃度（最高の濃度）及び、第３濃度が得られる第３位置ｐ３のＺ軸方向における位置（深さ）が変更される。

【0053】

第６構成ＣＦ６においては、第３構成ＣＦ３における第１半導体領域１１における第１導電形のキャリア濃度が適用される。第６構成ＣＦ６において、オン抵抗ＲｏｎＡが２６ｍΩｃｍ^２になるように、第３濃度（最高の濃度）及び、第３濃度が得られる第３位置ｐ３のＺ軸方向における位置（深さ）が変更される。

【0054】

これらの図において、第１～第３構成ＣＦ１～ＣＦ３における耐圧Ｖｂが示されている。第１構成における耐圧Ｖｂは、約１１１．４Ｖである。第２構成ＣＦ２における耐圧Ｖｂは、約１０２．５Ｖである。第３構成ＣＦ３における耐圧Ｖｂは、約１１２．５Ｖである。

【0055】

図４（ａ）に示すように、第４～第６構成ＣＦ４～ＣＦ６において、最高の濃度（第３濃度）が得られる第３位置ｐ３の位置ｐＺが第４位置ｐ４よりも小さいとき（すなわち、図１において上側のとき）に、高い耐圧Ｖｂが得られる。最高の濃度（第３濃度）が得られる第３位置ｐ３の位置ｐＺが第１位置ｐ１よりも小さいとき（すなわち、図１において上側のとき）に、高い耐圧Ｖｂが得られる。

【0056】

図４（ａ）から、例えば、第１位置ｐ１と第３位置ｐ３と第１方向に沿う第１距離ｄ１は、０μｍを超え１．２μｍ以下であることが好ましい。

【0057】

図４（ｂ）に示すように、第４～第６構成ＣＦ４～ＣＦ６において、厚さ比Ｒｔ１が、正で、０を超え３以下のときに、高い耐圧Ｖｂが得られる。

【0058】

図５は、第１実施形態に係る半導体装置を例示するグラフ図である。
図５は、半導体装置における電位のプロファイルを例示している。図５の横軸は、Ｚ軸方向に沿う位置ｐＺである。縦軸は、電位ＰＥ１である。

【0059】

図５に示すように、第３位置ｐ３における電位（第３電位）は、第１位置ｐ１における電位（第１電位）よりも高く、第２位置ｐ２における電位（第２電位）よりも高い。例えば、第１電位は、第２電位よりも高い。例えば、第３位置ｐ３における電位（第３電位）は、第１絶縁部材４１における電位の最高である。

【0060】

例えば、第１位置ｐ１と第３位置ｐ３との間の第１方向（Ｚ軸方向）に沿う第１距離ｄ１は、距離ｄｚ（第２部分領域１１ｂと第１導電部材端部６１ａとの間の第１方向に沿う距離：図２参照）の０倍を超え３倍以下である。例えば、第１距離ｄ１は、０μｍを超え１．２μｍ以下である。

【0061】

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図６に示すように、実施形態に係る半導体装置１１１も、第１電極５１、第２電極５２、第３電極５３、第１導電部材６１、半導体部材１０及び第１絶縁部材４１を含む。半導体装置１１１においては、第１導電部材６１は、第３電極５３と電気的に接続される。または、第１導電部材６１は、第３電極５３と電気的に接続されることが可能である。半導体装置１１１におけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０の構成と同様でよい。

【0062】

図６に示すように、例えば、第１導電部材６１は、接続部材６１Ｃ、接続部材５２ＬＬ及び接続部材５３Ｃを介して、第３電極５３と電気的に接続される。これらの接続部材は、図６に例示する断面とは異なる位置に設けられて良い。例えば、端子５３Ｔが接続部材５３Ｃを介して、第３電極５３と接続されても良い。端子６１Ｔが、接続部材６１Ｃを介して第１導電部材６１と電気的に接続されても良い。接続部材５２ＬＬにより、端子６１Ｔが端子５３Ｔと電気的に接続されても良い。接続部材５２ＬＬは、半導体装置１１１とは別に設けられても良い。

【0063】

半導体装置１１１においても、第１絶縁部材４１における第１元素の濃度は、例えば、図３に例示したようなプロファイルを有する。これにより、高い耐圧が得られる。低いオン抵抗が得られる。

【0064】

半導体装置１１１においても、第１絶縁部材４１における電位は、例えば、図５に例示したようなプロファイルを有する。これにより、高い耐圧が得られる。低いオン抵抗が得られる。

【0065】

上記の実施形態において、第１半導体領域１１における第１導電形のキャリア濃度は、例えば、１．０ｘ１０^１５ｃｍ^－３以上１．０ｘ１０^１７ｃｍ^－３以下であることが好ましい。第２半導体領域１２における第２導電形のキャリア濃度は、例えば、１．０ｘ１０^１６ｃｍ^－３以上１．０ｘ１０^１８ｃｍ^－３以下であることが好ましい。第３半導体領域１３における第１導電形のキャリア濃度は、例えば、３．０ｘ１０^１８ｃｍ^－３以上３．０ｘ１０^２０ｃｍ^－３以下であることが好ましい。第４半導体領域１４における第１導電形のキャリア濃度は、例えば、１．０ｘ１０^１７ｃｍ^－３以上３．０ｘ１０^２０ｃｍ^－３以下であることが好ましい。第５半導体領域１５における第２導電形のキャリア濃度は、例えば、１．０ｘ１０^１８ｃｍ^－３以上３．０ｘ１０^２０ｃｍ^－３以下であることが好ましい。

【0066】

上記の実施形態において、例えば、第３半導体領域１３における第１導電形の不純物濃度は、第１半導体領域１１における第１導電形の不純物濃度よりも高い。例えば、第４半導体領域１４における第１導電形の不純物濃度は、第１半導体領域１１における第１導電形の不純物濃度よりも高い。例えば、第５半導体領域１５における第２導電形の不純物濃度は、第２半導体領域１２における第２導電形の不純物濃度よりも高い。

【0067】

第１半導体領域１１における第１導電形の不純物濃度は、例えば、１．０ｘ１０^１５ｃｍ^－３以上１．０ｘ１０^１７ｃｍ^－３以下であることが好ましい。第２半導体領域１２における第２導電形の不純物濃度は、例えば、１．０ｘ１０^１６ｃｍ^－３以上１．０ｘ１０^１８ｃｍ^－３以下であることが好ましい。第３半導体領域１３における第１導電形の不純物濃度は、例えば、３．０ｘ１０^１８ｃｍ^－３以上３．０ｘ１０^２０ｃｍ^－３以下であることが好ましい。第４半導体領域１４における第１導電形の不純物濃度は、例えば、１．０ｘ１０^１７ｃｍ^－３以上３．０ｘ１０^２０ｃｍ^－３以下であることが好ましい。第５半導体領域１５における第２導電形の不純物濃度は、例えば、１．０ｘ１０^１８ｃｍ^－３以上３．０ｘ１０^２０ｃｍ^－３以下であることが好ましい。

【0068】

実施形態において、半導体領域の形状などに関する情報は、例えば、電子顕微鏡観察などにより得られる。半導体領域における不純物の濃度に関する情報は、例えば、ＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）、または、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）などにより得られる。半導体領域におけるキャリア濃度に関する情報は、例えば、ＳＣＭ（Scanning Capacitance Microscopy）などにより得られる。第３濃度は、例えば、第１位置ｐ１及び第２位置ｐ２を通る第１方向（Ｚ軸方向）に沿う直線上における、第１絶縁部材４１における第１元素の濃度の最高である。第１元素の相対的な濃度の変化に関係する情報が、例えば、フォトルミネッセンス分析などにより得られても良い。第１元素の相対的な濃度の変化に関する情報は、電子顕微鏡像により得られても良い。

【0069】

実施形態において、電位に関する情報は、例えば、ＳＮＤＰ（Scanning nonlinear dielectric potentiometry）、または、ＥＦＭ（Electrostatic Force Microscope）などの測定より得られる。

【0070】

実施形態によれば、特性を向上できる半導体装置を提供できる。

【0071】

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体装置に含まれる、半導体部材、半導体領域、導電部材、電極及び絶縁部材などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

【0072】

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

【0073】

その他、本発明の実施の形態として上述した半導体装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

【0074】

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

【0075】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、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。

【符号の説明】

【0076】

１０…半導体部材、 １１～１５…第１～第５半導体領域、 １１ａ、１１ｂ…第１、第２部分領域、 ４１…第１絶縁部材、 ４１ａ、４１ｂ…第１、第２絶縁領域、 ５１～５３…第１～第３電極、 ５２Ｃ…接続部材、 ５２ＬＬ…接続部材、 ５２Ｔ…端子、 ５３Ｃ…接続部材、 ５３Ｔ…端子、 ５３ａ…第３電極端部、 ５３ｂ…第３電極他端部、 ６１…第１導電部材、 ６１Ｃ…接続部材、 ６１Ｔ…端子、 ６１ａ…第１導電部材端部、 ６１ｂ…第１導電部材他端部、 １１０、１１１…半導体装置、 Ｃ１…濃度、 ＰＥ１…電位、 Ｒｔ１…厚さ比、 Ｖｂ…耐圧、 ｄ１、ｄ２…第１、第２距離、 ｄｚ…距離、 ｐ１～ｐ４…第１～第４位置、 ｐＺ…位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】