JP5916978B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
(半導体装置の構造)
図1は、実施の形態にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。図2は、実施の形態にかかる半導体装置の構造を示す斜視図である。半導体装置100は、半導体基板にN-ドリフト層1が設けられている。N-ドリフト層1のおもて面(第1主面)側には、P+ベース層4が設けられている。P+ベース層4の表面には、P+コンタクト層5およびN+エミッタ層6が選択的に設けられている。また、N-ドリフト層1の裏面(第2主面)側には、N+フィールドストップ層2が設けられている。N+フィールドストップ層2の表面には、P+コレクタ層3が設けられている。
つぎに、半導体装置100の製造プロセスについて説明する。半導体装置100は、半導体基板に標準的なトレンチゲート型MOSデバイスの形成工程によって、P+ベース層4、P+コンタクト層5、N+エミッタ層6、コレクタ電極7、エミッタ電極8、層間絶縁膜9、ゲート電極10、ゲート絶縁膜11を形成するが、ここでは、特にトレンチゲートの形成プロセスについて図示して詳細に説明する。
つぎに、半導体装置100の特性について説明する。図11は、半導体装置の耐圧と第2ゲート絶縁膜の厚さとの関係を示すグラフである。図11において、縦軸は半導体装置のブレークダウン電圧(V)であり、横軸は第2ゲート絶縁膜の厚さ(μm)である。また、図11は、実施の形態にかかる半導体装置100(以下、本発明の半導体装置という)の第2トレンチT2の深さ(TRD2)を3μm、5μm、10μmとした場合(第1トレンチT1の深さはいずれも5μm)について、それぞれの特性をプロットしている。また、比較のため、深さ(TRD)5μm、7μm、10μm、15μmのトレンチのみを設けた従来例の半導体装置について、それぞれの特性を示した。
2 N+フィールドストップ層(第4半導体層)
3 P+コレクタ層(第5半導体層)
4 P+ベース層(第2半導体層)
5 P+コンタクト層
6 N+エミッタ層(第3半導体層)
7 コレクタ電極(第2電極)
8 エミッタ電極(第1電極)
9 層間絶縁膜
10 ゲート電極(第3電極)
11 ゲート絶縁膜
11a 第1ゲート絶縁膜
11b 第2ゲート絶縁膜
100 半導体装置
Claims (4)
- 第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層よりも高濃度で、かつ前記第1半導体層の第1主面に選択的に設けられた第2導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層よりも高濃度で、かつ前記第2半導体層に選択的に設けられた第1導電型の第3半導体層と、前記第1半導体層よりも高濃度で、かつ前記第1半導体層の第2主面側で当該第1半導体層に接して設けられた第1導電型の第4半導体層と、前記第1半導体層よりも高濃度で、かつ前記第4半導体層に接して設けられた第2導電型の第5半導体層と、前記第3半導体層の少なくとも一部に接触する第1電極と、前記第5半導体層の少なくとも一部に接触する第2電極と、前記第2半導体層および前記第3半導体層を貫通し、前記第1半導体層に達するトレンチ内に設けられたゲート絶縁膜と当該ゲート絶縁膜に接するゲート電極とからなるトレンチゲート構造と、を備える半導体装置であって、
前記ゲート絶縁膜は、前記第2半導体層の少なくとも一部に接する第1ゲート絶縁膜と、前記第1半導体層の少なくとも一部に接する第2ゲート絶縁膜と、からなり、
前記第2ゲート絶縁膜の厚さは前記第1ゲート絶縁膜の厚さよりも厚く、かつ前記第2ゲート絶縁膜は前記第1ゲート絶縁膜よりも前記第1主面と平行方向に張り出し、かつ前記第1半導体層と前記第2半導体層との界面から前記第1ゲート絶縁膜と前記第2ゲート絶縁膜との境界までの距離が2μm以上5μm以下であり、
前記トレンチの底面は、前記第1半導体層の内部に位置し、
前記第2ゲート絶縁膜に接する前記ゲート電極の底部は、前記第2ゲート絶縁膜を挟んで前記ゲート電極の底部に対向するとともに底面が曲面状の前記トレンチの底部に沿って形成されており、
前記第2電極と前記第5半導体層との界面と、第1主面との面間の距離が100μm以上160μm以下であり、
前記第1ゲート絶縁膜と前記第2ゲート絶縁膜との前記境界から、前記第2ゲート絶縁膜が設けられた前記トレンチの底部までの距離が3μm以上10μm以下であり、
前記第3半導体層と前記第1電極との境界から、前記第2ゲート絶縁膜が設けられた前記トレンチの底部までの距離が8μm以上15μm以下であり、
前記第2ゲート絶縁膜の厚さが0.2μm以上0.7μm以下であることを特徴とする半導体装置。 - 前記トレンチの内部に設けられたゲート電極の底部は、前記第2ゲート絶縁膜が設けられている領域に到達していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記ゲート電極の、前記第1ゲート絶縁膜に接する部分は、前記第3半導体層と前記第1電極との境界側から前記第1半導体層と前記第2半導体層との界面より深い位置まで設けられることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記第2ゲート絶縁膜の厚さは、当該第2ゲート絶縁膜が設けられた領域における前記トレンチの開口幅の2分の1より薄いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体装置。
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