(57)【要約】【課題】  チャネル抵抗を低減する。【解決手段】  半導体装置であって、上面にトレンチが設けられた半導体基板と、トレンチ内に配置されたゲート絶縁層及びゲート電極を有する。半導体基板が、ソース領域と、ソース領域の下側でゲート絶縁層に接するｐ型の第１ボディ領域と、ドリフト領域と、ソース領域に接する位置からドリフト領域に接する位置まで伸びるとともにゲート絶縁層の反対側から第１ボディ領域に接するｐ型の第２ボディ領域を有している。ゲート絶縁層から第２ボディ領域に向かう方向に沿ってｎ型不純物濃度分布を観測したときに、第１ボディ領域内ではゲート絶縁層から第２ボディ領域に向かうにしたがってｎ型不純物濃度が上昇し、第２ボディ領域内ではｎ型不純物濃度のピーク値が形成されている。ピーク値の位置が、ゲート絶縁層から５００ｎｍ以内の範囲に配置されている。【選択図】図２
2020043309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の上面に設けられたトレンチと、
前記トレンチ内に配置されたゲート絶縁層と、
前記トレンチ内に配置され、前記ゲート絶縁層によって前記半導体基板から絶縁されたゲート電極、
を有し、
前記半導体基板が、
前記ゲート絶縁層に接するｎ型のソース領域と、
前記ソース領域の下側で前記ゲート絶縁層に接するｐ型の第１ボディ領域と、
前記第１ボディ領域の下側で前記ゲート絶縁層に接するｎ型のドリフト領域と、
前記ソース領域に接する位置から前記ドリフト領域に接する位置まで伸びており、前記ゲート絶縁層の反対側から前記第１ボディ領域に接するｐ型の第２ボディ領域、
を有しており、
前記ゲート絶縁層から前記第２ボディ領域に向かう方向に沿ってｎ型不純物濃度分布を観測したときに、前記第１ボディ領域内では前記ゲート絶縁層から前記第２ボディ領域に向かうにしたがってｎ型不純物濃度が上昇し、前記第２ボディ領域内ではｎ型不純物濃度のピーク値が形成されており、
前記ピーク値の位置が、前記ゲート絶縁層から５００ｎｍ以内の範囲に配置されている、
半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。
【０００２】
特許文献１に、トレンチ型ゲート電極を有する半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１２４３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トレンチ型ゲート電極を有する半導体装置においては、チャネル抵抗がオン抵抗に占める割合が大きい。したがって、本明細書では、トレンチ型ゲート電極を有する半導体装置において、チャネル抵抗を低減する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に設けられたトレンチと、前記トレンチ内に配置されたゲート絶縁層と、前記トレンチ内に配置されるとともに前記ゲート絶縁層によって前記半導体基板から絶縁されたゲート電極を有している。前記半導体基板が、前記ゲート絶縁層に接するｎ型のソース領域と、前記ソース領域の下側で前記ゲート絶縁層に接するｐ型の第１ボディ領域と、前記第１ボディ領域の下側で前記ゲート絶縁層に接するｎ型のドリフト領域と、前記ソース領域に接する位置から前記ドリフト領域に接する位置まで伸びているとともに前記ゲート絶縁層の反対側から前記第１ボディ領域に接するｐ型の第２ボディ領域を有している。前記ゲート絶縁層から前記第２ボディ領域に向かう方向に沿ってｎ型不純物濃度分布を観測したときに、前記第１ボディ領域内では前記ゲート絶縁層から前記第２ボディ領域に向かうにしたがってｎ型不純物濃度が上昇し、前記第２ボディ領域内ではｎ型不純物濃度のピーク値が形成されている。前記ピーク値の位置が、前記ゲート絶縁層から５００ｎｍ以内の範囲に配置されている。
【０００６】
この半導体装置では、ゲート絶縁層に接する第１ボディ領域にチャネルが形成される。また、ゲート絶縁層の反対側から第１ボディ領域に接するように第２ボディ領域が設けられている。第２ボディ領域内にｎ型不純物濃度のピーク値が設けられており、ピーク値の位置はゲート絶縁層から５００ｎｍ以内の範囲に配置されている。このようにゲート絶縁層の近くにｎ型不純物濃度のピーク値が設けられているので、第１ボディ領域内のｎ型不純物濃度がゲート絶縁層から第２ボディ領域に向かうにしたがって上昇している。このように第１ボディ領域内でｎ型不純物濃度が分布しているので、第１ボディ領域にチャネルが広がり易い。その結果、第１ボディ領域に形成されるチャネルの幅が広くなり、チャネル抵抗が低くなる。このように、この半導体装置の構造によれば、チャネル抵抗を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態のＭＯＳＦＥＴの断面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における不純物濃度分布を示すグラフ。
【図３】図２のグラフｐからグラフｎを減算した値を示すグラフ。
【図４】比較例のＭＯＳＦＥＴの図３に対応するグラフ。
【図５】ドレイン電圧−ドレイン電流特性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に示す実施形態のＭＯＳＦＥＴ１０は、半導体基板１２を有している。半導体基板１２は、シリコン、ＳｉＣ等により構成されている。半導体基板１２の上面１２ａには、トレンチ２０が設けられている。トレンチ２０の内面は、ゲート絶縁層２２によって覆われている。ゲート絶縁層２２は、底部絶縁層２２ａと側部絶縁層２２ｂを有している。底部絶縁層２２ａは、トレンチ２０の底面を覆っている。側部絶縁層２２ｂは、底部絶縁層２２ａの上側でトレンチ２０の側面を覆っている。底部絶縁層２２ａは、側部絶縁層２２ｂよりも厚い。トレンチ２０内に、ゲート電極２４が配置されている。ゲート電極２４は、ゲート絶縁層２２によって半導体基板１２から絶縁されている。ゲート電極２４の上面は、層間絶縁層２６によって覆われている。半導体基板１２の上面１２ａは、ソース電極３０によって覆われている。ゲート電極２４は、層間絶縁層２６によってソース電極３０から絶縁されている。半導体基板１２の下面１２ｂは、ドレイン電極３２によって覆われている。
【０００９】
半導体基板１２は、ソース領域４０、ボディコンタクト領域４２、ボディ領域４４、底部ｐ型領域４６、ドリフト領域４８、及び、ドレイン領域５０を有している。
【００１０】
ソース領域４０は、ｎ型領域であり、ソース電極３０にオーミック接触している。ソース領域４０は、トレンチ２０の上端部において、ゲート絶縁層２２に接している。
【００１１】
ボディコンタクト領域４２は、ｐ型領域であり、ソース領域４０の隣に配置されている。ボディコンタクト領域４２は、ソース電極３０にオーミック接触している。
【００１２】
ボディ領域４４は、ボディコンタクト領域４２よりもｐ型不純物濃度が低いｐ型領域である。ボディ領域４４は、ソース領域４０及びボディコンタクト領域４２に対して下側から接している。ボディ領域４４は、ソース電極３０の下側で側部絶縁層２２ｂに接している。ボディ領域４４には、ｐ型不純物濃度よりも低い濃度でｎ型不純物が含まれている。ボディ領域４４内のｎ型不純物濃度は、位置によって変化している。ボディ領域４４は、ｎ型不純物濃度が異なる第１ボディ領域４４ａ、第２ボディ領域４４ｂ、及び、第３ボディ領域４４ｃを有している。第２ボディ領域４４ｂ内のｎ型不純物濃度は、第１ボディ領域４４ａ及び第３ボディ領域４４ｃ内のｎ型不純物濃度よりも高い。第１ボディ領域４４ａは、ソース領域４０とドリフト領域４８の間の深さ範囲全体で側部絶縁層２２ｂに接している。第２ボディ領域４４ｂは、第１ボディ領域４４ａを挟んで側部絶縁層２２ｂの反対側に配置されており、側部絶縁層２２ｂの反対側から第１ボディ領域４４ａに接している。すなわち、第２ボディ領域４４ｂと側部絶縁層２２ｂの間に、第１ボディ領域４４ａが配置されている。第２ボディ領域４４ｂは、ソース領域４０に接する位置からドリフト領域４８に接する位置まで伸びており、ソース領域４０とドリフト領域４８の間の深さ範囲全体で第１ボディ領域４４ａに接している。第３ボディ領域４４ｃは、第２ボディ領域４４ｂを挟んで第１ボディ領域４４ａの反対側に配置されており、第１ボディ領域４４ａの反対側から第２ボディ領域４４ｂに接している。すなわち、第３ボディ領域４４ｃと第１ボディ領域４４ａの間に第２ボディ領域４４ｂが配置されている。第３ボディ領域４４ｃは、ボディコンタクト領域４２に接する位置からドリフト領域４８に接する位置まで伸びており、ボディコンタクト領域４２とドリフト領域４８の間の深さ範囲全体で第２ボディ領域４４ｂに接している。
【００１３】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線におけるボディ領域４４内の不純物濃度分布を示している。図２のグラフｐがｐ型不純物濃度を示しており、図２のグラフｎがｎ型不純物濃度を示している。なお、図２及び後述する図３、４の縦軸は、対数軸である。図２に示すように、第１ボディ領域４４ａ、第２ボディ領域４４ｂ、及び、第３ボディ領域４４ｃ内に略一定の濃度Ｃｈでｐ型不純物が分布している。また、第１ボディ領域４４ａ、第２ボディ領域４４ｂ、及び、第３ボディ領域４４ｃ内にｐ型不純物濃度よりも低い濃度でｎ型不純物が分布している。ｎ型不純物の濃度は、位置によって変化している。第２ボディ領域４４ｂ内のｎ型不純物濃度は、第１ボディ領域４４ａ及び第３ボディ領域４４ｃ内のｎ型不純物濃度よりも高い。第２ボディ領域４４ｂ内に、ｎ型不純物濃度のピーク値Ｃｐが形成されている。ｎ型不純物濃度は、ピーク値Ｃｐの位置を中心にしてガウス分布状に分布している。これは、第２ボディ領域４４ｂが、ボディ領域４４に対して局所的にｎ型不純物を注入することによって形成されるためである。ピーク値Ｃｐの位置とトレンチ２０（すなわち、側部絶縁層２２ｂ）の間の距離Ｌ１は、５００ｎｍよりも短い。すなわち、ピーク値Ｃｐの位置は、側部絶縁層２２ｂから５００ｎｍ以内の範囲に配置されている。トレンチ２０（すなわち、側部絶縁層２２ｂ）と第１ボディ領域４４ａとの境界の位置においては、ｎ型不純物濃度が低い濃度Ｃｘｊとなっている。濃度Ｃｘｊは、ｐ型不純物の濃度Ｃｈの１００分の１以下である。第１ボディ領域４４ａ内では、トレンチ２０（すなわち、側部絶縁層２２ｂ）から第２ボディ領域４４ｂに向かうにしたがってｎ型不純物濃度が上昇している。第３ボディ領域４４ｃ内では、第２ボディ領域４４ｂから遠ざかるにしたがってｎ型不純物濃度が濃度Ｃｘｊまで低下している。
【００１４】
図１に示すように、底部ｐ型領域４６は、トレンチ２０の底面に接する範囲に配置されている。底部ｐ型領域４６は、図示しない位置でボディ領域４４の電位に接続されている。但し、底部ｐ型領域４６の電位がフローティングであってもよい。なお、底部ｐ型領域４６は、ゲート絶縁層２２とゲート電極２４を形成する前に、トレンチ２０の底面にｐ型不純物を注入することによって形成される。このとき、トレンチ２０の側面にも僅かにｐ型不純物が注入される。その結果、第１ボディ領域４４ａに欠陥が形成され、チャネル抵抗が上昇する。したがって、底部ｐ型領域４６を有するＭＯＳＦＥＴは、チャネル抵抗が高くなる傾向がある。しかしながら、後に詳述するように、実施形態のＭＯＳＦＥＴ１０では、第２ボディ領域４４ｂによって、チャネル抵抗が低減される。
【００１５】
ドリフト領域４８は、ｎ型不純物濃度が低いｎ型領域である。ドリフト領域４８は、ボディ領域４４に対して下側から接している。ドリフト領域４８は、ボディ領域４４によってソース領域４０から分離されている。ドリフト領域４８は、ボディ領域４４の下側で側部絶縁層２２ｂと底部絶縁層２２ａに接している。ドリフト領域４８は、底部ｐ型領域４６よりも下側まで分布しており、底部ｐ型領域４６に接している。
【００１６】
ドレイン領域５０は、ドリフト領域４８よりもｎ型不純物濃度が高いｎ型領域である。ドレイン領域５０は、ドリフト領域４８に対して下側から接している。ドレイン領域５０は、ドレイン電極３２にオーミック接触している。
【００１７】
ゲート電極２４の電位を閾値未満に制御すると、ＭＯＳＦＥＴ１０がオフ状態となる。この状態では、ボディ領域４４からドリフト領域４８に空乏層が広がる。また、オフ状態では、底部ｐ型領域４６からもドリフト領域４８に空乏層が広がる。底部ｐ型領域４６からその周囲に空乏層が広がることで、トレンチ２０の下端部に電界が集中することが抑制される。
【００１８】
ゲート電極２４の電位を閾値以上に上昇させると、ボディ領域４４のうちの側部絶縁層２２ｂ近傍の部分に電子が引き寄せられてチャネルが形成される。すなわち、第１ボディ領域４４ａのうちの側部絶縁層２２ｂ近傍の部分にチャネルが形成される。その結果、ソース領域４０からドリフト領域４８へチャネルを介して電子が流れる。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ１０がオンする。ＭＯＳＦＥＴ１０では、第１ボディ領域４４ａ内のｎ型不純物濃度が側部絶縁層２２ｂから離れるにしたがって上昇していることで、チャネル抵抗が低減される。以下に、図３、４を用いて、チャネル抵抗の低減について説明する。
【００１９】
図３は、図２のグラフｐからグラフｎを減算した値を示している。図３のグラフは、図１のＩＩ−ＩＩ線の位置におけるホールの実効密度を示しているに等しい。実施形態のＭＯＳＦＥＴ１０では、第２ボディ領域４４ｂ内でｎ型不純物濃度が高いので、第２ボディ領域４４ｂ内でホールの実効密度が低い。このため、第１ボディ領域４４ａ内では、トレンチ２０（すなわち、側部絶縁層２２ｂ）から第２ボディ領域４４ｂに向かうにしたがってホールの実効密度が低下している。トレンチ２０と第１ボディ領域４４ａの境界では、ホールの実効密度は高い値Ｃｈ（図２の濃度Ｃｈと略同じ値）となっている。
【００２０】
他方、図４は、比較例のＭＯＳＦＥＴのホールの実効密度を示している。比較例のＭＯＳＦＥＴでは、ボディ領域４４内の全体でｎ型不純物濃度が低いので、ボディ領域４４内の全体でホールの実効密度が高い値Ｃｈとなっている。
【００２１】
図３、４の斜線範囲６０は、ゲート電極２４に閾値以上の所定電位を印加したときに形成されるチャネルを示している。なお、図３、４で、ゲート電極２４に印加される電位は等しい。図４では、ボディ領域４４内の全体でホールの実効密度が高いので、ボディ領域４４がｎ型に反転し難い。したがって、チャネル６０が広がり難く、チャネル６０の幅が狭い。これに対し、図３では、第１ボディ領域４４ａ内のホールの実効密度が、トレンチ２０（すなわち、側部絶縁層２２ｂ）から遠ざかるにしたがって低下している。このため、第１ボディ領域４４ａが広い範囲でｎ型に反転し易い。したがって、チャネル６０が広い範囲まで拡大し、チャネル６０の幅が図４よりも広くなっている。このように、実施形態のＭＯＳＦＥＴ１０の構造によれば、チャネル６０の幅が広くなり、チャネル抵抗を低減することができる。
【００２２】
また、図２に示すように、実施形態のＭＯＳＦＥＴ１０では、トレンチ２０（すなわち、側部絶縁層２２ｂ）と第１ボディ領域４４ａの境界におけるｎ型不純物濃度が低い濃度Ｃｘｊとなっており、境界にｎ型不純物がほとんど拡散していない。これによって、ゲート閾値のばらつきが抑制される。すなわち、トレンチ２０と第１ボディ領域４４ａの境界にｎ型不純物が拡散して当該境界におけるｎ型不純物濃度が高くなると、チャネルが形成されるときのゲート電圧（すなわち、ゲート閾値）が低くなる。このため、当該境界にｎ型不純物が拡散すると、ゲート閾値を正確に制御することが困難となり、ゲート閾値のばらつきが大きくなる。これに対し、実施形態のＭＯＳＦＥＴ１０では、境界から離れた位置に第２ボディ領域４４ｂを設けることで、トレンチ２０と第１ボディ領域４４ａの境界へのｎ型不純物の拡散が抑制され、当該境界におけるｎ型不純物濃度が低い濃度Ｃｘｊとなっている。このため、実施形態の構造によれば、量産時にＭＯＳＦＥＴ１０の間でのゲート閾値のばらつきが抑制される。
【００２３】
以上に説明したように、実施形態のＭＯＳＦＥＴ１０の構造によれば、ゲート閾値のばらつきを抑制しながら、チャネル抵抗を低減することができる。図５は、図１〜３に示す実施形態のＭＯＳＦＥＴ１０と図４に示す比較例のＭＯＳＦＥＴのドレイン電圧−ドレイン電流特性を示している。図５から明らかなように、実施形態のＭＯＳＦＥＴ１０では、比較例のＭＯＳＦＥＴよりもオン電圧が低くなる。
【００２４】
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２５】
１２    ：半導体基板
２０    ：トレンチ
２２    ：ゲート絶縁層
２２ａ  ：底部絶縁層
２２ｂ  ：側部絶縁層
２４    ：ゲート電極
２６    ：層間絶縁層
３０    ：ソース電極
３２    ：ドレイン電極
４０    ：ソース領域
４２    ：ボディコンタクト領域
４４    ：ボディ領域
４４ａ  ：第１ボディ領域
４４ｂ  ：第２ボディ領域
４４ｃ  ：第３ボディ領域
４６    ：底部ｐ型領域
４８    ：ドリフト領域
５０    ：ドレイン領域
【図１】
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【図２】
2020043309.tif 000004
【図３】
2020043309.tif 000005
【図４】
2020043309.tif 000006
【図５】
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