JP2018160594A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1電極1と、第2電極2と、第1電極と第2電極との間に設けられた第1半導体領域4と、第1半導体領域と第1電極との間に設けられた第2半導体領域3と、第1半導体領域と第2電極との間に設けられた第3半導体領域7と、第3半導体領域と第2電極との間に設けられた第4半導体領域8と、第1半導体領域と第2電極との間に複数設けられたゲート絶縁膜5と、第2電極と、第1半導体領域との間に位置し、ゲート絶縁膜を介して複数設けられた第3電極6と、第3半導体領域と第2電極の間に位置し、第3半導体領域及び第2電極に電気的に接続する第4電極10と、第2電極と第3電極との間に位置する第1絶縁膜9と、を有する。第4電極は、第3半導体領域とオーミック接触している。
【選択図】図1
Description
polar Transistor)やMOSFET(metal oxide sem
iconductor field−effect transistor)などが用い
られている。これらは、スイッチングオペレーション時の電力損失の低減や、低容量特性
が要求される。その要求に応えるものとして、例えばトレンチゲート構造を有するIGB
TやMOSFETがある。
することである。
との間に設けられた第1導電形の第1半導体領域と、前記第1半導体領域と前記第1電極
との間に設けられた第2導電形の第2半導体領域と、前記第1半導体領域と前記第2電極
との間に設けられた第2導電形の第3半導体領域と、前記第3半導体領域と前記第2電極
との間に設けられた、第1導電形の第4半導体領域と、前記第1半導体領域と前記第2電
極との間に複数設けられたゲート絶縁膜と、前記第2電極と、前記第1半導体領域との間
に位置し、前記ゲート絶縁膜を介して複数設けられた第3電極と、前記第3半導体領域と
前記第2電極の間に位置し、前記第3半導体領域及び前記第2電極に電気的に接続する第
4電極と、前記第2電極と前記第3電極との間に位置する第1絶縁膜と、を有し、前記第
4電極が前記第3半導体領域と接する部分は、オーミック接触されている半導体装置。
は同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
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。
本発明の第1の実施形態について、図1を用いて説明する。図1は、第1の実施形態に
係る半導体装置100の模式的断面図である。また、以下に表す図には、半導体装置の方
向を表すために三次元座標(XYZ座標系)を導入している。X方向(第1方向)とY方
向(第2方向)は、互いに同一平面において直交している。また、Z方向(第3方向)は
、X方向とY方向に直交している。
濃度の相対的な高低を表す。すなわち、「+」が付されている領域、何も付されていない
領域、「−」が付されている領域の順に不純物濃度が相対的に高いことを示す。また、不
純物濃度が高いことをキャリア濃度が高いと置き換えてもよい。
態を実施してもよい。
の場合を例に説明する。図1に示すように、半導体装置100は、コレクタ電極1、エミ
ッタ電極2、p+形コレクタ領域3、n−形ドリフト領域4、ゲート絶縁膜5、ゲート電
極6、p形ベース領域7、n+形エミッタ領域8、酸化膜(第1絶縁膜)9、コンタクト
電極10を具備する。
極2(第2電極)との間に各種半導体領域等が設けられた上下電極構造を有している。コ
レクタ電極1からエミッタ電極2へ向かう方向がZ方向となる。
クタ領域3、n−形ドリフト領域4が設けられている。p+形コレクタ領域3は、コレク
タ電極1と電気的に接続している。n−形ドリフト領域4は、エミッタ電極2とp+形コ
レクタ領域3との間に位置している。
7、n+形エミッタ領域8が設けられている。また、p形ベース領域7は、Z方向におい
て、n−形ドリフト領域4上に位置している。n形エミッタ領域8は、Z方向において、
p形ベース領域7上に位置している。
ート絶縁膜5を介してゲート電極6が接している。ゲート電極6は、X方向、及びZ方向
に延在している。また、ゲート電極6は、Y方向において複数設けられている。
9は、ゲート電極6とエミッタ電極2との間に設けられていればよく、必ずしもn+形エ
ミッタ領域8上にも設けられている必要はない。また、p形ベース領域7とエミッタ電極
2との間には、コンタクト電極10が設けられている。コンタクト電極10はZ方向にお
いて、酸化膜9をとおり、エミッタ電極2と電気的に接続している。コンタクト電極10
は、p形ベース領域7との接触部においてシリサイド化されている。p形ベース領域7及
びn+形エミッタ領域8は、コンタクト電極10と電気的に接続している。
域7、n+形エミッタ領域8の半導体領域のことを、総称してトレンチコンタクト部15
とする。
成分は、例えば、ケイ素(Si)である。複数の半導体領域のそれぞれの主成分は、シリ
コン炭化物(SiC)、窒化ガリウム(GaN)等であってもよい。n+形、n形、n−
形等の導電形の不純物元素としては、例えば、リン(P)、ヒ素(As)等が適用される
。p+形、p形等の導電形の不純物元素としては、例えば、ホウ素(B)等が適用される
。また、半導体装置100において、p形とn形の導電形を入れ替えても同様な効果が得
られる。
、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、金(Au)、銅(Cu)等
の群から選ばれる少なくとも1つを含む金属である。ゲート電極6の材料は、例えば、ポ
リシリコンを含む。また、ゲート絶縁膜5の材料は、例えば、シリコン酸化物、シリコン
窒化物等を含む。
Co)、ルテニウム(Ru)、ニッケル(Ni)等の仕事関数の大きい素材である。
ここで、第1の実施形態による作用および効果について、図1から図7を用いて説明す
る。
、n−形ドリフト領域4、p形ベース領域7、n+形エミッタ領域8が積み重なっている
。後に図3を用いて、IGBTの動作を説明するが、図2には、正孔電流(h)がコンタ
クト電極10に流れる様子も合わせて図示している。
ート電極6に閾値電位(Vth)以上の電位が供給される。この場合、ゲート絶縁膜5に
沿ったp形ベース領域7の表面にn形チャネル領域が形成され、IGBT部がオン状態に
なる。つまり、n+形エミッタ領域8から、p形ベース領域7、n−形ドリフト領域4、
p+形コレクタ領域3の順に電子電流(e)が流れる。それに伴い、p+形コレクタ領域
3からn−形ドリフト領域4、p形ベース領域7、コンタクト電極10の順に正孔電流(
h)が流れる。
動作するため、閾値電圧の揺らぎは半導体装置の性能に悪影響を及ぼす。トレンチコンタ
クト部15のピッチを縮めることで、多くの素子部を形成することは高効率化に繋がるが
、閾値電圧の揺らぎが生じる可能性がある。そこで、第1の実施形態に係る半導体装置1
00は、オーミック性メタルからなるコンタクト電極10によって、トレンチコンタクト
部15のピッチを縮めても閾値電圧に影響を与えない構造を可能としている。
には、図4のトレンチコンタクト部25を拡大した図を示す。第1の比較例に係る半導体
装置200は、コレクタ電極1、エミッタ電極2、p+形コレクタ領域3、n−形ドリフ
ト領域4、ゲート絶縁膜5、ゲート電極6、p形ベース領域7、n+形エミッタ領域8、
酸化膜9、p+形コンタクト領域11、メタル電極12を具備する。メタル電極12は、
例えばタングステン(W)からなる。
なる点は、コンタクト電極10ではなく、メタル電極12を有していることと、p形ベー
ス領域7の中にp+形コンタクト領域11が設けられている点である。それ以外の構造に
ついては同様である。
12の末端と接続している。これは、メタル電極12との電気的接続において、接触抵抗
を軽減するためである。
、p+層のドーパントが拡散して、チャネル領域に影響を及ぼす。そのため、トレンチコ
ンタクト部25のピッチを狭めると閾値電圧に影響を及ぼすことがある。
けていない。その代わりに、メタル電極12がコンタクト電極10となっている。コンタ
クト電極10は、接触抵抗を軽減するので、p+形コンタクト領域11を設ける必要がな
い。ピッチを微細化する際、p+形コンタクト領域11を設けていないため、p+層の拡
散がなく、閾値電圧の影響を抑えることが可能となる。
ト底部に設けることなく、メタル電極をオーミック性のコンタクト電極に置き換えている
。そのため、トレンチコンタクト部15のピッチを微細化した場合でも、ゲート電圧の閾
値電圧の影響を軽減することが可能となる。また、トレンチコンタクト部15間の距離を
縮めることで、多くの素子部を形成することができるようになり、高効率を図ることがで
きる。更に、チップシュリンク化により、高速化、省電力化といった特性向上につながる
。
、微細化に伴い同様な効果を得ることができる。
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、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。これらの
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。
2 エミッタ電極
3 p+形コレクタ領域
4 n−形ドリフト領域
5 ゲート絶縁膜
6 ゲート電極(第3電極)
7 p形ベース領域
8 n+形エミッタ領域
9 酸化膜(第1絶縁膜)
10 コンタクト電極(第4電極)
11 p+形コンタクト領域
12 メタル電極
15、25 トレンチコンタクト部
35 ゲート電極間部
100、200 半導体装置
Claims (3)
- 第1電極と、
第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1導電形の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域と前記第1電極との間に設けられた第2導電形の第2半導体領域と
、
前記第1半導体領域と前記第2電極との間に設けられた第2導電形の第3半導体領域と
、
前記第3半導体領域と前記第2電極との間に設けられた第1導電形の第4半導体領域と
、
前記第1半導体領域と前記第2電極との間に複数設けられたゲート絶縁膜と、
前記第2電極と、前記第1半導体領域との間に位置し、前記ゲート絶縁膜を介して複数
設けられた第3電極と、
前記第3半導体領域と前記第2電極の間に位置し、前記第3半導体領域及び前記第2電
極に電気的に接続する第4電極と、
前記第2電極と前記第3電極との間に位置する第1絶縁膜と、を有し、
前記第4電極が前記第3半導体領域と接する部分は、オーミック接触されている半導体
装置。 - 前記第4電極が前記第3半導体領域と接する部分は、シリサイド化されている請求項
1に記載の半導体装置。 - 前記第4電極は、コバルト、ルテニウム、ニッケルのいずれか一つを少なくとも含むコ
ンタクト電極である請求項1または2に記載の半導体装置。
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