JP2017162969A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐圧を向上できる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、第1電極と、第1絶縁部と、ゲート電極と、ゲート絶縁部と、を有する。第1電極は、第1電極部分と、第1電極部分の上に設けられた第2電極部分と、を有する。第1絶縁部は、第1絶縁部分と、第2絶縁部分と、を有する。第2絶縁部分は、第2方向において第2電極部分と並んでいる。第1絶縁部分は、第2方向において第1電極部分と並んでいる。第1絶縁部分の第1方向における長さは、第2絶縁部分の第1方向における長さよりも長い。第1絶縁部分の第2方向における厚みは、第2絶縁部分の第2方向における厚みよりも厚い。第1絶縁部は、第1電極と第1半導体領域との間に設けられている。
【選択図】図1
【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、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、第1導電形の第3半導体領域と、第1電極と、第1絶縁部と、ゲート電極と、ゲート絶縁部と、を有する。第1電極は、第1電極部分と、第1電極部分の上に設けられた第2電極部分と、を有する。第1絶縁部は、第1絶縁部分と、第2絶縁部分と、を有する。第2絶縁部分は、第2方向において第2電極部分と並んでいる。第1絶縁部分は、第2方向において第1電極部分と並んでいる。第1絶縁部分の第1方向における長さは、第2絶縁部分の第1方向における長さよりも長い。第1絶縁部分の第2方向における厚みは、第2絶縁部分の第2方向における厚みよりも厚い。第1絶縁部は、第1電極と第1半導体領域との間に設けられている。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体装置は、電力変換等の用途に用いられる。半導体装置の耐圧を高めるために、ゲート電極の下にフィールドプレート電極が設けられる場合がある。このような半導体装置について、さらなる耐圧の向上が望まれている。
本発明が解決しようとする課題は、耐圧を向上できる半導体装置を提供することである。
実施形態に係る半導体装置は、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、第1導電形の第3半導体領域と、第1電極と、第1絶縁部と、ゲート電極と、ゲート絶縁部と、を有する。
前記第2半導体領域は、前記第1半導体領域の上に設けられている。
前記第3半導体領域は、前記第2半導体領域の上に選択的に設けられている。
前記第1電極は、第1電極部分と、前記第1電極部分の上に設けられた第2電極部分と、を有する。前記第1電極は、前記第1半導体領域に囲まれている。
前記第1絶縁部は、第1絶縁部分と、第2絶縁部分と、を有する。前記第2絶縁部分は、前記第1半導体領域から前記第2半導体領域に向かう第1方向に対して垂直な第2方向において前記第2電極部分と並んでいる。前記第1絶縁部分は、前記第2方向において前記第1電極部分と並んでいる。前記第1絶縁部分の前記第1方向における長さは、前記第2絶縁部分の前記第1方向における長さよりも長い。前記第1絶縁部分の前記第2方向における厚みは、前記第2絶縁部分の前記第2方向における厚みよりも厚い。
前記第1絶縁部は、前記第1電極と前記第1半導体領域との間に設けられている。
前記ゲート電極は、前記第1電極の上に設けられている。
前記ゲート絶縁部は、前記ゲート電極と前記第2半導体領域との間に設けられている。
前記第2半導体領域は、前記第1半導体領域の上に設けられている。
前記第3半導体領域は、前記第2半導体領域の上に選択的に設けられている。
前記第1電極は、第1電極部分と、前記第1電極部分の上に設けられた第2電極部分と、を有する。前記第1電極は、前記第1半導体領域に囲まれている。
前記第1絶縁部は、第1絶縁部分と、第2絶縁部分と、を有する。前記第2絶縁部分は、前記第1半導体領域から前記第2半導体領域に向かう第1方向に対して垂直な第2方向において前記第2電極部分と並んでいる。前記第1絶縁部分は、前記第2方向において前記第1電極部分と並んでいる。前記第1絶縁部分の前記第1方向における長さは、前記第2絶縁部分の前記第1方向における長さよりも長い。前記第1絶縁部分の前記第2方向における厚みは、前記第2絶縁部分の前記第2方向における厚みよりも厚い。
前記第1絶縁部は、前記第1電極と前記第1半導体領域との間に設けられている。
前記ゲート電極は、前記第1電極の上に設けられている。
前記ゲート絶縁部は、前記ゲート電極と前記第2半導体領域との間に設けられている。
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。
なお、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。
また、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。
各実施形態の説明には、XYZ直交座標系を用いる。n−形半導体領域1からp形ベース領域2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って、相互に直交する2方向をX方向(第2方向)及びY方向とする。
以下の説明において、n+、n−及びp+、pの表記は、各導電形における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、「+」および「−」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。
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。
なお、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。
また、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。
各実施形態の説明には、XYZ直交座標系を用いる。n−形半導体領域1からp形ベース領域2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って、相互に直交する2方向をX方向(第2方向)及びY方向とする。
以下の説明において、n+、n−及びp+、pの表記は、各導電形における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、「+」および「−」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。
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。
図1および図2を用いて、実施形態に係る半導体装置の一例について説明する。
図1は、実施形態に係る半導体装置100の一部を表す断面図である。
図2は、図1の一部を拡大した断面図である。
図1は、実施形態に係る半導体装置100の一部を表す断面図である。
図2は、図1の一部を拡大した断面図である。
半導体装置100は、例えば、MOSFETである。
図1および図2に表すように、半導体装置100は、n+形(第1導電形)ドレイン領域5と、n−形半導体領域1(第1半導体領域)と、p形(第2導電形)ベース領域2(第2半導体領域)と、n+形ソース領域3(第3半導体領域)と、p+形コンタクト領域4と、フィールドプレート電極(以下、FP電極という)10(第1電極)と、絶縁部20(第1絶縁部)と、ゲート電極30と、ゲート絶縁部31と、絶縁層35と、ドレイン電極41と、ソース電極42と、を有する。
図1および図2に表すように、半導体装置100は、n+形(第1導電形)ドレイン領域5と、n−形半導体領域1(第1半導体領域)と、p形(第2導電形)ベース領域2(第2半導体領域)と、n+形ソース領域3(第3半導体領域)と、p+形コンタクト領域4と、フィールドプレート電極(以下、FP電極という)10(第1電極)と、絶縁部20(第1絶縁部)と、ゲート電極30と、ゲート絶縁部31と、絶縁層35と、ドレイン電極41と、ソース電極42と、を有する。
図1に表すように、半導体装置100の下面には、ドレイン電極41が設けられている。
n+形ドレイン領域5は、ドレイン電極41の上に設けられ、ドレイン電極41と電気的に接続されている。
n−形半導体領域1は、n+形ドレイン領域5の上に設けられている。
p形ベース領域2は、n−形半導体領域1の上に設けられている。p形ベース領域2はX方向において複数設けられ、それぞれがY方向に延びている。
n+形ソース領域3およびp+形コンタクト領域4は、p形ベース領域2の上に選択的に設けられている。
n+形ドレイン領域5は、ドレイン電極41の上に設けられ、ドレイン電極41と電気的に接続されている。
n−形半導体領域1は、n+形ドレイン領域5の上に設けられている。
p形ベース領域2は、n−形半導体領域1の上に設けられている。p形ベース領域2はX方向において複数設けられ、それぞれがY方向に延びている。
n+形ソース領域3およびp+形コンタクト領域4は、p形ベース領域2の上に選択的に設けられている。
FP電極10は、X−Y面に沿ってn−形半導体領域1に囲まれている。
絶縁部20は、FP電極10の周りに設けられ、FP電極10とn−形半導体領域1との間に位置している。
ゲート電極30は、FP電極10の上に設けられている。ゲート電極30は、X方向においてp形ベース領域2と並び、ゲート電極30とp形ベース領域2との間には、ゲート絶縁部31が設けられている。
FP電極10およびゲート電極30はX方向において複数設けられ、それぞれがY方向に延びている。
絶縁部20は、FP電極10の周りに設けられ、FP電極10とn−形半導体領域1との間に位置している。
ゲート電極30は、FP電極10の上に設けられている。ゲート電極30は、X方向においてp形ベース領域2と並び、ゲート電極30とp形ベース領域2との間には、ゲート絶縁部31が設けられている。
FP電極10およびゲート電極30はX方向において複数設けられ、それぞれがY方向に延びている。
ソース電極42は、n+形ソース領域3、p+形コンタクト領域4、およびゲート電極30の上に設けられ、n+形ソース領域3およびp+形コンタクト領域4と電気的に接続されている。具体的には、p+形コンタクト領域4は、n+形ソース領域3よりも下方に位置しており、ソース電極42は、n+形ソース領域3の側面およびp+形コンタクト領域4の上面と接している。
ゲート電極30とソース電極42との間には、絶縁層35が設けられ、これらの電極は電気的に分離されている。
ゲート電極30とソース電極42との間には、絶縁層35が設けられ、これらの電極は電気的に分離されている。
ドレイン電極41に、ソース電極42に対して正の電圧が印加された状態で、ゲート電極30に閾値以上の電圧が加えられることで、MOSFETがオン状態となる。このとき、p形ベース領域2のゲート絶縁部31近傍の領域に反転チャネルが形成される。
MOSFETがオフ状態であり、かつゲート電極30に対してドレイン電極41に正の電圧が印加されているときは、絶縁部20とn−形半導体領域1との界面からn−形半導体領域1に向けて空乏層が広がる。絶縁部20とn−形半導体領域1との界面から広がるこの空乏層により、半導体装置の耐圧を向上させることができる。または、半導体装置の耐圧が向上した分、n−形半導体領域1のn形不純物濃度を高め、半導体装置のオン抵抗を低減することができる。
MOSFETがオフ状態であり、かつゲート電極30に対してドレイン電極41に正の電圧が印加されているときは、絶縁部20とn−形半導体領域1との界面からn−形半導体領域1に向けて空乏層が広がる。絶縁部20とn−形半導体領域1との界面から広がるこの空乏層により、半導体装置の耐圧を向上させることができる。または、半導体装置の耐圧が向上した分、n−形半導体領域1のn形不純物濃度を高め、半導体装置のオン抵抗を低減することができる。
次に、図2を参照しつつ、FP電極10および絶縁部20の構造について具体的に説明する。
FP電極10は、第1電極部分11と、第2電極部分12と、第3電極部分13と、第4電極部分14と、を有する。第1電極部分11は、FP電極10の下端を含む部分である。第2電極部分12は、第1電極部分11の上に設けられている。第3電極部分13は、第2電極部分12の上に設けられている。第4電極部分14は、第3電極部分13の上に設けられている。
絶縁部20は、第1絶縁部分21と、第2絶縁部分22と、第3絶縁部分23と、第4絶縁部分24と、を有する。第1絶縁部分21は、X方向において、第1電極部分11と並んでいる。すなわち、第1絶縁部分21の一部は、X方向において、FP電極10の下端と並んでいる。第2絶縁部分22は、X方向において、第2電極部分12と並んでいる。第3絶縁部分23は、X方向において、第3電極部分13と並んでいる。第4絶縁部分24は、X方向において、第4電極部分14と並んでいる。
Z方向において、第1電極部分11の長さL1は、第2電極部分12の長さL2よりも長い。また、Z方向において、第3電極部分13の長さL3は、第4電極部分14の長さL4よりも長く、第2電極部分12の長さL2よりも短い。
第1絶縁部分21〜第4絶縁部分24のそれぞれのZ方向における長さは、第1電極部分11〜第4電極部分14のそれぞれのZ方向における長さと等しい。
すなわち、FP電極10が有する各電極部分のZ方向における長さ、および絶縁部20が有する各絶縁部分のZ方向における長さは、下方に向かうほど長い。
第1絶縁部分21〜第4絶縁部分24のそれぞれのZ方向における長さは、第1電極部分11〜第4電極部分14のそれぞれのZ方向における長さと等しい。
すなわち、FP電極10が有する各電極部分のZ方向における長さ、および絶縁部20が有する各絶縁部分のZ方向における長さは、下方に向かうほど長い。
第1絶縁部分21の厚み(X方向における長さ)T1は、第2絶縁部分22の厚みT2よりも厚い。また、第3絶縁部分23の厚みT3は、第2絶縁部分22の厚みT2よりも厚く、第4絶縁部分24の厚みT4よりも薄い。
すなわち、第1絶縁部分21〜第4絶縁部分24の厚みは、下方に向かうほど厚い。
これに対して、第1電極部分11〜第4電極部分14のそれぞれのX方向における長さは、略同じである。
すなわち、第1絶縁部分21〜第4絶縁部分24の厚みは、下方に向かうほど厚い。
これに対して、第1電極部分11〜第4電極部分14のそれぞれのX方向における長さは、略同じである。
隣り合う各絶縁部分同士の間のn−形半導体領域1の幅(X方向における長さ)の関係は、以下の通りである。
第3絶縁部分23同士の間の幅W3は、第4絶縁部分24同士の間の幅W4よりも狭い。第2絶縁部分22同士の間の幅W2は、第3絶縁部分23同士の間の幅W3よりも狭く、第1絶縁部分21同士の間の幅W1よりも広い。
すなわち、隣り合う各絶縁部分同士の間のn−形半導体領域1の幅は、下方に向かうほど、狭くなっている。
また、幅W1〜幅W4のそれぞれは、隣り合うゲート絶縁部31同士の間のn−形半導体領域1またはp形ベース領域2の幅W5よりも狭い。
第3絶縁部分23同士の間の幅W3は、第4絶縁部分24同士の間の幅W4よりも狭い。第2絶縁部分22同士の間の幅W2は、第3絶縁部分23同士の間の幅W3よりも狭く、第1絶縁部分21同士の間の幅W1よりも広い。
すなわち、隣り合う各絶縁部分同士の間のn−形半導体領域1の幅は、下方に向かうほど、狭くなっている。
また、幅W1〜幅W4のそれぞれは、隣り合うゲート絶縁部31同士の間のn−形半導体領域1またはp形ベース領域2の幅W5よりも狭い。
ここで、各構成要素の材料の一例を説明する。
n+形ドレイン領域5、n−形半導体領域1、p形ベース領域2、n+形ソース領域3、およびp+形コンタクト領域4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、また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形不純物としては、ヒ素、リン、またはアンチモンを用いることができる。p形不純物としては、ボロンを用いることができる。
FP電極10およびゲート電極30は、ポリシリコンなどの導電材料を含む。
絶縁部20およびゲート絶縁部31は、酸化シリコンや窒化シリコンなどの絶縁材料を含む。
ドレイン電極41およびソース電極42は、アルミニウムなどの金属を含む。
n+形ドレイン領域5、n−形半導体領域1、p形ベース領域2、n+形ソース領域3、およびp+形コンタクト領域4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、また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形不純物としては、ヒ素、リン、またはアンチモンを用いることができる。p形不純物としては、ボロンを用いることができる。
FP電極10およびゲート電極30は、ポリシリコンなどの導電材料を含む。
絶縁部20およびゲート絶縁部31は、酸化シリコンや窒化シリコンなどの絶縁材料を含む。
ドレイン電極41およびソース電極42は、アルミニウムなどの金属を含む。
次に、図3および図4を用いて、実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例について説明する。
図3および図4は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を表す工程断面図である。
図3および図4は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を表す工程断面図である。
まず、n+形半導体層5aと、n−形半導体層1aと、を有する半導体基板を用意する。次に、n−形半導体層1aの上に、パターニングされたマスクMを形成する。このマスクMを用いて、RIE(Reactive Ion Etching)法などにより、n−形半導体層1aの表面に複数のトレンチTr1を形成する。続いて、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、トレンチTr1の内壁に、絶縁層IL1を形成する(図3(a))。
次に、RIEなどの異方性エッチングにより、底部に形成された絶縁層IL1を選択的に除去する。この工程により、トレンチTr1の底部において、n−形半導体層1aが露出する。続いて、異方性エッチングにより、露出したn−形半導体層1aをエッチングする。その後、ウェットエッチングなどにより、n−形半導体層1aを等方的にエッチングする。これにより、トレンチTr1より深く、底部の幅がトレンチTr1の幅よりも広い、トレンチTr2が形成される(図3(b))。
次に、CVD法により、トレンチTr2の内壁に絶縁層IL2を形成する。続いて、先の工程と同様に、絶縁層IL2の一部を除去してトレンチTr2底部のn−形半導体層1aを露出させ、異方性エッチングおよび等方性エッチングを行う。これにより、トレンチTr2よりも深く、底部の幅がトレンチTr2の幅よりも広い、トレンチTr3が形成される(図3(c))。
なお、図3(c)では、先に形成された絶縁層IL1と、トレンチTr2の内壁に新たに形成された絶縁層と、を含む絶縁層を、絶縁層IL2として表している。
なお、図3(c)では、先に形成された絶縁層IL1と、トレンチTr2の内壁に新たに形成された絶縁層と、を含む絶縁層を、絶縁層IL2として表している。
その後、上述した工程と同様の工程を繰り返すことで、図3(d)に表すトレンチTr4および図4(a)に表すトレンチTr5を順次形成する。
次に、マスクMを除去した後、熱酸化することで、トレンチTr5の内壁およびn−形半導体層1aの上面に絶縁層を形成する。さらに、熱酸化により形成された絶縁材料を堆積させて絶縁層IL5を形成し、トレンチTr5内部を埋め込む。続いて、トレンチTr5内部に埋め込まれた絶縁層IL5に、トレンチTr6を形成する(図4(b))。
次に、絶縁層IL5の上に導電層CLを形成し、トレンチTr6を埋め込む。この導電層をエッチバックすることで、トレンチTr6の内部に、FP電極10とゲート電極30が一体に設けられる。続いて、絶縁層IL5で覆われたn−形半導体層1aの表面に、p形不純物およびn形不純物を順次イオン注入し、p形ベース領域2およびn+形ソース領域3を形成する。続いて、絶縁層IL5の上に、導電層CLを覆う絶縁層IL6を形成する。この絶縁層IL6に、n+形ソース領域3を貫通し、p形ベース領域2に達するトレンチTr7を形成する。続いて、露出したp形ベース領域2にp形不純物をイオン注入することで、p+形コンタクト領域4を形成する(図4(c))。
次に、絶縁層IL6の上に金属層を形成する。トレンチTr7は、この金属層によって埋め込まれる。この金属層をパターニングすることで、ソース電極42が形成される。続いて、n+形半導体層5aが所定の厚みになるまで、n+形半導体層5aの裏面を研削する。その後、n+形半導体層5aの裏面に金属層を形成することで、ドレイン電極41を形成する(図4(d))。
以上の工程により、図1および図2に表す半導体装置が得られる。
以上の工程により、図1および図2に表す半導体装置が得られる。
ここで、本実施形態による作用および効果について、図5を用いて説明する。
図5は、実施形態に係る半導体装置100の一部における等電位線を表す断面図である。
図5において、破線は、半導体装置がオフ状態のときの等電位線を表している。
図5は、実施形態に係る半導体装置100の一部における等電位線を表す断面図である。
図5において、破線は、半導体装置がオフ状態のときの等電位線を表している。
半導体装置がオフ状態のとき、FP電極10近傍において、等電位線は、FP電極10の外縁に沿って絶縁部20中を通っている。そして、絶縁部20を出てn−形半導体領域1を通った等電位線は、再び隣り合う絶縁部20に入り、FP電極10の外縁に沿って絶縁部20中を通る。このとき、絶縁部20を通る等電位線は、図5に表すように、絶縁部20の厚みの変化に伴って、絶縁部20からn−形半導体領域1へと出て行く。
これに対して、絶縁部20の厚みが一様な場合、等電位線の一部は、FP電極10の下端近傍およびn−形半導体領域1とp形ベース領域2との間のpn接合面近傍において、絶縁部20からn−形半導体領域1へと出ていく。このため、これらの部分において等電位線が集中し、電界強度が高くなる。
すなわち、本実施形態に係る半導体装置のように、絶縁部20の厚みが下方に向かって厚くなっていることで、絶縁部20の厚みが一様な場合に比べて、絶縁部20同士の間のn−形半導体領域1における等電位線の偏りを緩和することができる。このため、本実施形態によれば、半導体装置がオフ状態のときのn−形半導体領域1における電界強度を低減し、半導体装置の耐圧を向上させることが可能となる。
これに対して、絶縁部20の厚みが一様な場合、等電位線の一部は、FP電極10の下端近傍およびn−形半導体領域1とp形ベース領域2との間のpn接合面近傍において、絶縁部20からn−形半導体領域1へと出ていく。このため、これらの部分において等電位線が集中し、電界強度が高くなる。
すなわち、本実施形態に係る半導体装置のように、絶縁部20の厚みが下方に向かって厚くなっていることで、絶縁部20の厚みが一様な場合に比べて、絶縁部20同士の間のn−形半導体領域1における等電位線の偏りを緩和することができる。このため、本実施形態によれば、半導体装置がオフ状態のときのn−形半導体領域1における電界強度を低減し、半導体装置の耐圧を向上させることが可能となる。
また、本実施形態に係る半導体装置では、下方に向かって絶縁部20の厚みが厚くなるに伴い、絶縁部20同士の間のn−形半導体領域1の幅が狭くなっている。このような構造を採用することで、n−形半導体領域1のn形不純物濃度が高い場合であっても、絶縁部20同士の間のn−形半導体領域1が、絶縁部20からX軸方向に延びる空乏層によって空乏化し易くなる。
すなわち、n−形半導体領域1の幅を下方に向かって狭くすることで、n−形半導体領域1のn形不純物濃度を高め、半導体装置のオン抵抗を低減することが可能となる。
すなわち、n−形半導体領域1の幅を下方に向かって狭くすることで、n−形半導体領域1のn形不純物濃度を高め、半導体装置のオン抵抗を低減することが可能となる。
オン状態においてp形ベース領域2に形成される反転チャネルの抵抗を低減しつつ、半導体装置の耐圧を高めるためには、絶縁部20の厚み(X方向における長さ)は、ゲート絶縁部31の厚みよりも厚いことが望ましい。このとき、ゲート電極30の幅(X方向における長さ)を、FP電極10の幅と等しくすることで、絶縁部20同士の間のn−形半導体領域1の幅を狭くしつつ、ゲート絶縁部31同士の間の間隔を広げることが可能となる。すなわち、n−形半導体領域1のn形不純物濃度を高めるために絶縁部20同士の間の間隔を狭くした場合であっても、p形ベース領域2や、その上に設けられるn+形ソース領域3およびp+形コンタクト領域4の面積の減少を抑制することができる。特に、p+形コンタクト領域4の面積が小さい場合、正孔に対する抵抗が増加し、半導体装置がオン状態からオフ状態にスイッチングした際に、寄生トランジスタが動作し易くなる。しかし、上述した構造によれば、p+形コンタクト領域4の面積の減少を抑制できるため、半導体装置がオン状態からオフ状態に切り替わった際の破壊耐量の低下を抑制することができる。
すなわち、絶縁部20をゲート絶縁部31よりも厚くし、ゲート電極30の幅をFP電極10の幅と等しくすることで、破壊耐量の低下を抑制しつつ、オン抵抗を低減することが可能となる。
すなわち、絶縁部20をゲート絶縁部31よりも厚くし、ゲート電極30の幅をFP電極10の幅と等しくすることで、破壊耐量の低下を抑制しつつ、オン抵抗を低減することが可能となる。
さらに、半導体装置100では、FP電極10とゲート電極30とが一体に設けられている。すなわち、半導体装置がオン状態のときには、FP電極10にもゲート電圧が印加され、n−形半導体領域1の絶縁部20との界面近傍には、蓄積チャネルが形成される。このとき、本実施形態のように、ゲート絶縁部31から絶縁部20の下部に向かって段階的に厚みが増すことで、絶縁部20の厚みが一様でありゲート絶縁部31の厚みと絶縁部20の厚みとの間に大きな差がある場合に比べて、蓄積チャネルにおける電子の流れが阻害されにくくなる。すなわち、絶縁部20の厚みが下方に向かって段階的に厚くなることで、蓄積チャネルにおける電子に対する抵抗を低減し、半導体装置のオン抵抗を低減することが可能となる。
また、本実施形態に係る半導体装置では、第1絶縁部分21〜第4絶縁部分24のそれぞれのZ方向における長さが、下方に向かうほど長い。すなわち、絶縁部20同士の間において、n−形半導体領域1の幅が狭い部分ほど、Z方向における長さが長い。このような構造を採用することで、絶縁部20同士の間のn−形半導体領域1における等電位線の偏りをより一層緩和し、半導体装置の耐圧を向上させることが可能となる。
ここで、図2に表した各寸法同士の関係の一例と、その作用・効果について説明する。
幅W1は、幅W5の0.01倍以上、0.6倍以下に設定される。こうすることで、十分なp形ベース領域2の面積を保ちつつ、n−形半導体領域1のn形不純物濃度を高めることができる。
幅W1は、幅W5の0.01倍以上、0.6倍以下に設定される。こうすることで、十分なp形ベース領域2の面積を保ちつつ、n−形半導体領域1のn形不純物濃度を高めることができる。
FP電極10のZ方向における長さL5が、1.0μm以上2.5μm以下である場合、厚みT1は、0.1μm以上0.3μm以下であることが望ましい。
長さL5が、2.0μm以上3.5μm以下である場合、厚みT1は、0.3μm以上0.5μm以下であることが望ましい。
長さL5が、3.0μm以上5.0μm以下である場合、厚みT1は、0.4μm以上0.8μm以下であることが望ましい。
長さL5が、4.0μm以上8.0μm以下である場合、厚みT1は、0.6μm以上1.2μm以下であることが望ましい。
長さL5が、6.0μm以上16.0μm以下である場合、厚みT1は、1.0μm以上2.0μm以下であることが望ましい。
なお、FP電極10のZ方向における長さL5は、例えば、n−形半導体領域1とp形ベース領域2との境界面と、FP電極10の下端と、の間のZ方向における距離で表される。
長さL5が、2.0μm以上3.5μm以下である場合、厚みT1は、0.3μm以上0.5μm以下であることが望ましい。
長さL5が、3.0μm以上5.0μm以下である場合、厚みT1は、0.4μm以上0.8μm以下であることが望ましい。
長さL5が、4.0μm以上8.0μm以下である場合、厚みT1は、0.6μm以上1.2μm以下であることが望ましい。
長さL5が、6.0μm以上16.0μm以下である場合、厚みT1は、1.0μm以上2.0μm以下であることが望ましい。
なお、FP電極10のZ方向における長さL5は、例えば、n−形半導体領域1とp形ベース領域2との境界面と、FP電極10の下端と、の間のZ方向における距離で表される。
また、いずれの場合においても、長さL5は、厚みT1の5倍以上15倍以下であることが望ましい。
以上で説明した図1および図2に表す半導体装置では、FP電極10とゲート電極30とが一体に設けられている場合について説明した。しかし、本実施形態はこの構造に限定されない。すなわち、FP電極10とゲート電極30とは、図6に表すように、分離して設けられていてもよい。
図6は、実施形態の変形例に係る半導体装置110の一部を表す断面図である。
図6は、実施形態の変形例に係る半導体装置110の一部を表す断面図である。
半導体装置110において、FP電極10は、ゲート電極30またはソース電極42と電気的に接続される。FP電極10がゲート電極30およびソース電極42のいずれに接続された場合であっても、半導体装置がオフ状態の際には、これらの電極とドレイン電極41との間の電位差により、絶縁部20とn−形半導体領域1との界面からn−形半導体領域1に向けて空乏層が広がる。
このため、半導体装置110においても、半導体装置100と同様の作用および効果を得ることが可能である。
このため、半導体装置110においても、半導体装置100と同様の作用および効果を得ることが可能である。
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、SCM(走査型静電容量顕微鏡)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、SIMS(二次イオン質量分析法)により測定することが可能である。
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、SIMS(二次イオン質量分析法)により測定することが可能である。
以上、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。実施形態に含まれる、例えば、n+形ドレイン領域5、n−形半導体領域1、p形ベース領域2、n+形ソース領域3、p+形コンタクト領域4、FP電極10、絶縁部20、ゲート電極30、ゲート絶縁部31、絶縁層35、ドレイン電極41、ソース電極42などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の技術から適宜選択することが可能である。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。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。
100、110…半導体装置、 1…n−形半導体領域、 2…p形ベース領域、 3…n+形ソース領域、 4…p+形コンタクト領域、 5…n+形ドレイン領域、 10…FP電極、 20…絶縁部、 30…ゲート電極、 31…ゲート絶縁部、 41…ドレイン電極、 42…ソース電極
Claims (5)
- 第1導電形の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域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半導体領域の上に選択的に設けられた第1導電形の第3半導体領域と、
第1電極部分と、
前記第1電極部分の上に設けられた第2電極部分と、
を有し、前記第1半導体領域に囲まれた第1電極と、
前記第1半導体領域から前記第2半導体領域に向かう第1方向に対して垂直な第2方向において前記第2電極部分と並ぶ第2絶縁部分と、
前記第2方向において前記第1電極部分と並び、前記第1方向における長さが前記第2絶縁部分の前記第1方向における長さよりも長く、前記第2方向における厚みが前記第2絶縁部分の前記第2方向における厚みよりも厚い第1絶縁部分と、
を有し、前記第1電極と前記第1半導体領域との間に設けられた第1絶縁部と、
前記第1電極の上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極と前記第2半導体領域との間に設けられたゲート絶縁部と、
を備えた半導体装置。 - 複数の前記第1電極と、
複数の前記第1絶縁部と、
を備え、
前記複数の第1絶縁部のそれぞれは、前記複数の第1電極のそれぞれと、前記第1半導体領域と、の間に設けられ、
隣り合う前記第2絶縁部分同士の間の前記第1半導体領域の前記第2方向における長さは、隣り合う前記第1絶縁部分同士の間の前記第1半導体領域の前記第2方向における長さより長い請求項1記載の半導体装置。 - 複数の前記ゲート電極と、
複数の前記ゲート絶縁部と、
を備え、
前記複数のゲート電極のそれぞれは、前記複数の第1電極のそれぞれの上に設けられ、
前記複数のゲート絶縁部のそれぞれは、前記複数のゲート電極のそれぞれと前記第2半導体領域との間に設けられ、
隣り合う前記第1絶縁部分同士の間の前記第1半導体領域の前記第2方向における長さは、隣り合う前記ゲート絶縁部同士の間の前記第2方向における距離の0.01倍以上0.6倍以下である請求項2記載の半導体装置。 - 前記第1電極の前記第1方向における長さは、前記第1絶縁部分の前記第2方向における厚みの、5倍以上15倍以下である請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 第1導電形の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域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半導体領域の上に選択的に設けられた第1導電形の第3半導体領域と、
前記第2半導体領域の上に選択的に設けられた第2導電形の第4半導体領域と、
前記第1半導体領域に囲まれた第1電極と、
前記第1電極と前記第1半導体領域との間に設けられた第1絶縁部と、
前記第1電極の上に設けられ、前記第1半導体領域から前記第2半導体領域に向かう第1方向に対して垂直な第2方向における幅が前記第1電極と等しいゲート電極と、
前記ゲート電極と前記第2半導体領域との間に設けられ、前記第2方向における厚みが前記第1絶縁部よりも薄いゲート絶縁部と、
前記第3半導体領域および前記第4半導体領域の上に設けられ、前記第3半導体領域および前記第4半導体領域と電気的に接続された第2電極と、
を備えた半導体装置。
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