(57)【要約】【課題】酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）が発生した半導体装置では、電圧印加により発生する空乏層がＯＳＦに達すると、リーク電流が増大してしまう。【解決手段】ＯＳＦがシリコン結晶の｛１１１｝結晶面に沿って発生し易いことから、｛１１１｝面をＯＳＦ発生の仮想面とする。半導体装置において、半導体基板のボディ領域側の表面から半導体基板の内部に伸びる仮想面が、ボディ領域内においてトレンチの側面に到達して停止するように、トレンチ長さとボディ領域の厚みを設計する。さらに、接触位置からボディ領域とドリフト領域との境界までの領域Ａにおいて、ボディ領域の不純物濃度が最大となるように設計する。領域Ａの不純物濃度については、所定の印加電圧に対して、空乏化されるキャリア量以上となるように設計する。これによって、所定の印加電圧に対して、ＯＳＦに起因するリーク電流増大を抑制することができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のドリフト領域と前記ドリフト領域の表面に設けられた第２導電型のボディ領域とを有する半導体基板を備え、
前記半導体基板の前記ボディ領域側の表面から前記ドリフト領域側に伸びる複数のトレンチが設けられた半導体装置であって、
前記複数のトレンチは、前記半導体基板の前記ボディ領域側の表面に所定の間隔を空けて配列されており、
前記ボディ領域内の第２導電型の不純物濃度が、隣接するトレンチのうちの一方のトレンチの側面が前記半導体基板の前記ボディ領域側の表面と交差する位置からシリコン結晶の｛１１１｝結晶面に沿って延びる面と、前記隣接するトレンチのうちの他方のトレンチの側面との接触位置よりも、前記ドリフト領域に近い領域で、最大となっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記接触位置よりもドリフト領域側に近い領域内に存在する前記ボディ領域の第２導電型の不純物濃度は、前記半導体装置に定格電圧を印加した場合に空乏層が前記接触位置に達しないようなキャリア量を保有する不純物濃度となっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
第１導電型のドリフト領域と前記ドリフト領域の表面に設けられた第２導電型のボディ領域とを有する半導体基板を備え、
前記半導体基板の前記ボディ領域側の表面から前記ドリフト領域側に伸びる複数のトレンチが設けられた半導体装置であって、
前記ボディ領域内の第２導電型の不純物濃度は、前記半導体基板の前記ボディ領域側の表面から深さ方向に距離Ｂｐだけ離れた位置で最大となっており、
前記距離Ｂｐは、
前記複数のトレンチが前記半導体基板の前記ボディ領域側の表面に配列されるピッチＴｘと、
前記半導体基板の前記ボディ領域側の表面に利用されるシリコン面と、シリコン結晶の｛１１１｝結晶面とが成す角αと、
前記半導体基板の前記ボディ領域側の表面に利用されるシリコン面上で、シリコン結晶の｛１１１｝結晶面と前記複数のトレンチの長手方向の面が成す角βとによって表される式：
【数１】
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を満たしていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型のトレンチゲート型半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料であるシリコンを酸化する工程（例えば、半導体装置製造工程における熱酸化膜工程など）において、酸化誘起積層欠陥（Oxidation-induced Stacking Fault：ＯＳＦ）が発生することがある。ＯＳＦは、リーク電流増大等の不良原因となり得る。シリコン結晶の性質上、ＯＳＦは｛１１１｝結晶面に形成され易いことが知られている。
【０００３】
これに対して、特許文献１には、図８に示すような絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：ＩＧＢＴ）が開示されている。半導体装置９００は、上主面がシリコン結晶の（１００）結晶面となっており、Ｎ−型のドリフト領域９０４の表面にＰ型のボディ領域９０５が積層されている。半導体装置９００の上主面側にはＮ＋エミッタ領域９０６が設けられている。上主面側から、ボディ領域９０５を貫通するゲートトレンチ９１０が設けられている。特許文献１では、隣接するゲートトレンチ９１０間において、仮想面９２２が定義されている。仮想面９２２は、上主面と４５°の傾斜角をもって傾斜しており、上主面のトレンチ端部９１１からボディ領域９０５に伸びている。さらに、この仮想面９２２と、隣接するゲートトレンチ９１０の壁面との交線９２３が定義されている。そして、ボディ領域９０５の深さが、交線９２３よりも下方に達するように、半導体装置９００が設計されている。このように設計することで、結晶欠陥が（１１１）結晶面に沿って発生した場合にも、結晶欠陥がゲートトレンチ９１０の壁面で止まり、ドリフト領域９０４にまで伝播しないとしている。これによって、結晶欠陥によるドリフト領域９０４の劣化促進が抑制されるとしている。
【特許文献１】特開平７−２３５６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、図８のようなＩＧＢＴに電圧を印加すると、Ｎ−型のドリフト領域９０４とＰ型のボディ領域９０５の境界から、空乏層が広がる。仮想面９２２に沿って結晶欠陥が発生している場合に、空乏層が交線９２３よりも上方まで広がってしまうと、空乏層が結晶欠陥層に達して、リーク電流が増大してしまう。このため、ボディ領域９０５の深さを交線９２３より下方に達するようにしただけでは、リーク電流を十分に低減することはできない。
【０００５】
一方、交線９２３からドリフト領域９０４までの距離を長くすれば、交線９２３からドリフト領域９０４の範囲内にあるボディ領域９０５に十分なキャリアが存在することとなる。このため、ドリフト領域９０４とボディ領域９０５の境界から広がる空乏層が結晶欠陥層まで到達しないようにすることはできる。しかしながら、交線９２３からドリフト領域９０４までの距離を長くするためには、ボディ領域９０５を深く形成しなければならず、ゲートトレンチ９１０も深く形成しなければならない。このため、製造コストが増大するという問題が生じる。また、ボディ領域９０５全体のＰ型の不純物濃度を増加させることによっても、ドリフト領域９０４とボディ領域９０５の境界から広がる空乏層が結晶欠陥層まで到達しないようにすることはできる。しかしながら、Ｐ型の不純物濃度の最大値は、ＩＧＢＴの閾値電圧の設計値によって制限されるため、ボディ領域９０５全体のＰ型の不純物濃度もこれによって制限され、任意に増加させることはできない。
【０００６】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、ボディ領域を深くしたり、ボディ領域全体の不純物濃度を高くしたりすることを抑制しつつ、リーク電流の発生を抑制することが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】
【０００７】
そこで、本発明の第１の半導体装置は、第１導電型のドリフト領域とドリフト領域の表面に設けられた第２導電型のボディ領域とを有する半導体基板を備えており、半導体基板のボディ領域側の表面（ドリフト領域側と逆側の面）からドリフト領域側に伸びる複数のトレンチが設けられている。複数のトレンチは、半導体基板のボディ領域側の表面に所定の間隔を空けて配列されている。そして、隣接するトレンチのうちの一方のトレンチの側面が半導体基板のボディ領域側の表面と交差する位置からシリコン結晶の｛１１１｝結晶面に沿って延びる面と、隣接するトレンチのうちの他方のトレンチの側面との接触位置よりも、ドリフト領域に近い領域で、ボディ領域内の第２導電型の不純物濃度が最大となっている。
【０００８】
この半導体装置では、隣接する一方のトレンチ上端部（半導体基板のボディ領域側の表面とトレンチ側面とが交差する位置）からシリコン結晶の｛１１１｝結晶面に沿って延びる面が隣接する他方のトレンチの側面と接触する。即ち、接触位置よりも深くトレンチが形成されている。このため、シリコン結晶の｛１１１｝結晶面に沿ってＯＳＦが発生した場合には、トレンチの側面との接触位置よりもドリフト領域側にＯＳＦが進行することを防止できる。また、その接触位置よりもドリフト領域に近い領域において、ボディ領域内の第２導電型の不純物濃度が最大となっている。これによって、ボディ領域内の第２導電型の不純物濃度は、その接触位置よりもドリフト領域に近い領域において高分布となり、キャリアをこの領域に多く存在させることができるため、ボディ領域を深くしたり、ボディ領域全体の第２導電型の不純物濃度を高くしたりしなくても、接触位置より深い位置にあるボディ領域に十分なキャリア量を存在させることができる。これによって、ドリフト領域とボディ領域の境界から広がる空乏層がＯＳＦに到達しにくくなり、リーク電流の発生を抑制することができる。
【０００９】
さらに、上記の第１の半導体装置では、接触位置よりもドリフト領域側に近い領域内に存在するボディ領域の第２導電型の不純物濃度は、半導体装置に定格電圧を印加した場合に空乏層が接触位置に達しないようなキャリア量を保有する不純物濃度となっていることが好ましい。これによって、ドリフト領域とボディ領域の境界から広がる空乏層がＯＳＦに到達することがより防止され、半導体装置の定格電圧に対する耐圧を確保することができる。
【００１０】
本発明に係る他の半導体装置では、ボディ領域内の第２導電型の不純物濃度は、半導体基板のボディ領域側の表面から深さ方向に距離Ｂｐだけ離れた位置で最大となっている。そして、距離Ｂｐは、複数のトレンチが半導体基板のボディ領域側の表面に配列されるピッチＴｘと、半導体基板のボディ領域側の表面に利用されるシリコン面とシリコン結晶の｛１１１｝結晶面とが成す角αと、半導体基板のボディ領域側の表面に利用されるシリコン面上で、シリコン結晶の｛１１１｝結晶面と複数のトレンチの長手方向の面が成す角βとによって表される式：
【数２】
2010123816.tif 000003
を満たしている。
【００１１】
この半導体装置においても、上記した第１の半導体装置と同様の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体装置において、ボディ領域を深くしたり、ボディ領域全体の不純物濃度を高くしたりすることを抑制しつつ、リーク電流が増大することを抑制することができ、半導体装置の耐圧を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に説明する実施例の主要な特徴を以下に列記する。
（特徴１）半導体基板のボディ領域側の表面を（１００）結晶面としている。
【実施例】
【００１４】
（実施例１）
以下、本発明の実施例１について、図面を参照しながら説明する。本実施例に係る半導体装置１は、図１に示すような絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：ＩＧＢＴ）である。尚、図１は、（１００）結晶面および（０１１）結晶面に垂直な方向で半導体装置１００を切断した図に相当する。
【００１５】
半導体装置１００は、図１の断面図に示すように、Ｐ＋型のコレクタ領域１０１、Ｎ型のバッファ領域１０２、Ｎ−型のドリフト領域１０３、Ｐ−型のボディ領域１０４が順に積層されている半導体基板を備えている。コレクタ領域１０１は、コレクタ電極（図示しない）と電気的に接続されている。半導体基板のボディ領域１０４側の上表面１２１には、Ｎ＋型のエミッタ領域１０５とＰ＋型のボディコンタクト領域１０６が設けられている。エミッタ領域１０５とドリフト領域１０３は、ボディ領域１０４によって隔てられている。エミッタ領域１０５およびボディコンタクト領域１０６は、エミッタ電極（図示しない）と電気的に接続されている。
【００１６】
半導体装置１００においては、半導体基板の上表面１２１からドリフト領域１０３に向けてボディ領域１０４内を貫通する複数のゲートトレンチ１１０が設けられている。ゲートトレンチ１１０は、半導体基板の上表面１２１側でエミッタ領域１０５に接しており、下端部はドリフト領域１０３内にまで伸びている。ゲートトレンチ１１０には、ゲート絶縁膜１１１で被覆されているゲート電極１１２が充填されている。ゲート絶縁膜１１１には、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を用いることができる。ゲート電極１１２としては、例えば不純物を高濃度に含むポリシリコンを用いることができる。
【００１７】
図２は、シリコン結晶を示す図である。シリコン結晶は図２に示すような立方晶系である。基本結晶面としては、（１００）結晶面、（１１０）結晶面、（１１１）結晶面の３つを有している。結晶面はミラー指数ｈ、ｋ、ｌをもちいて、小括弧で括られ、（ｈｋｌ）等と表示される。立方晶系では、結晶面が（ｈｋｌ）と等価な面として、（ｋｈｌ）、（ｌｈｋ）、（−ｈ−ｋｌ）等があり、これらの面を総括して｛ｈｋｌ｝と総称される。例えば、｛１００｝は、（１００）、（−１００）、（０１０）、（０−１０）、（００１）、（００−１）の６結晶面の総称である。｛１１０｝は（１１０）、（０１１）等の１２結晶面の総称であり、｛１１１｝は（１１１）（１−１−１）等の８結晶面の総称である。尚、図２において「−１」は「１」の上にバー（−）を記載することで表現されている。
【００１８】
結晶方位は、その結晶面と垂直な法線ベクトルであり、かぎ括弧を用いて［ｕｖｗ］等と表示される。立方晶系では、結晶方位が［ｕｖｗ］と結晶学的に等価であり、これらは、山括弧を用いて＜ｕｖｗ＞と総称される。例えば＜１００＞は［１００］、［００１］等の６結晶方位の総称である。
【００１９】
シリコン結晶においては、ＯＳＦ成長速度は、｛１００｝結晶面と｛１１０｝結晶面でほぼ同じであり、｛１１１｝結晶面では、これらの３倍程度となる。すなわち、ＯＳＦは、｛１１１｝結晶面に沿って発生し易い。
【００２０】
本実施例に係る半導体装置１００では、半導体基板のボディ領域１０４側の上表面１２１は、図３（ａ）に示すシリコン結晶の（１００）結晶面である。ゲートトレンチ１１０は、結晶方位［０１１］と垂直に形成されている。すなわちゲートトレンチ１１０は、（１００）結晶面側から、長手方向の面が図３（ｂ）に示す（０１１）結晶面に平行となるように伸びている。
【００２１】
図２に示すように、（１００）結晶面と隣接する｛１１１｝結晶面は、（１００）結晶面に隣接する（１１１）結晶面、（１−１１）結晶面、（１１−１）結晶面、（１−１−１）結晶面の４結晶面である。本実施例のようにゲートトレンチ１１０を（０１１）結晶面に平行となるように設けた場合、これら４つの｛１１１｝結晶面のうち、（１１１）結晶面および（１−１−１）結晶面に沿ってＯＳＦが発生した場合には、結晶面（１００）との交線Ｌがゲートトレンチ１１０の長手方向の面と平行となる。（１−１１）結晶面および（１１−１）結晶面に沿ってＯＳＦが発生した場合には、結晶面（１００）との交線Ｌがゲートトレンチ１１０の長手方向の面と垂直となる。交線Ｌがゲートトレンチ１１０の長手方向の面と垂直となる後者の場合、隣接するゲートトレンチ１１０によってＯＳＦの進行が停止されるため、半導体装置１００の特性に対する影響が小さい。交線Ｌがゲートトレンチ１１０の長手方向の面と平行となる前者の場合について、ＯＳＦ進行を停止させることができる半導体装置１００の構成について以下に説明する。
【００２２】
図３（ｃ）に示す（１１１）結晶面に平行な面が、ＯＳＦ発生の仮想面１２２である。（１１１）結晶面に平行な仮想面１２２と、（１００）結晶面との交線Ｌは、図３（ｃ）に示す線分Ｌ１と平行な方向になっている。線分Ｌ１は、図３（ｂ）に示す（０１１）結晶面と（１００）結晶面との交線Ｍ１に等しい。すなわち、交線Ｌは、ゲートトレンチ１１０の長手方向の面と平行となる。ゲートトレンチ１１０の長手方向の面は、（１００）結晶面を示す正方形の一方の対角線の方向に平行となっている。
【００２３】
図４は、図１の半導体装置１００のボディ領域１０４の近傍を拡大した図であり、ゲートトレンチ１１０の長手方向の面に垂直な断面を示している。尚、エミッタ領域１０５およびボディコンタクト領域１０６は図示を省略している。トレンチ端部１２０から（１１１）結晶面に沿って伸びる仮想面１２２は、（１００）結晶面である上表面１２１と角αを成しており、ボディ領域１０４内において隣接するゲートトレンチ１１０の壁面と接触位置１２３において接触している。（１１１）結晶面と（１００）結晶面との交角は５４．７４°であるから、仮想面１２２と上表面１２１が成す角αは、α＝５４．７４°となる。
【００２４】
（１−１−１）結晶面に沿って伸びる仮想面１２４は、図４に示すように、ゲートトレンチの長手方向の面に対して仮想面１２２と対称となっている。（１−１−１）結晶面と（１００）結晶面との交角は５４．７４°であるから、仮想面１２４と上表面１２１が成す角αは、α＝５４．７４°となる。すなわち、請求項に記載する、半導体基板のボディ領域側の表面に利用される面と、シリコン結晶の｛１１１｝結晶面とが成す角αはα＝５４．７４°となる。
【００２５】
図４に示すように、仮想面１２２は、上表面１２１と角α＝５４．７４°を成しており、ボディ領域１０４内においてゲートトレンチ１１０の壁面と接触位置１２３において接触している。隣接するゲートトレンチ１１０のピッチがＴｘであるとき、半導体基板の上表面１２１から接触位置１２３までの距離Ｂｏは、下式で表される。
【数３】
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【００２６】
図４に示す領域Ａは、ボディ領域１０４内において、距離Ｂｏよりもドリフト領域１０３側の領域を示している。半導体基板の上表面１２１から、ボディ領域１０４とドリフト領域１０３との境界までの距離をＸｊとすると、領域Ａは、上表面１２１からの距離がＢｏより大きく、Ｘｊよりも小さい領域を示す。半導体装置１００では、領域Ａ内において、ボディ領域１０４のＰ型の不純物濃度が最大となっている。半導体基板の上表面１２１からボディ領域１０４内でのＰ型の不純物濃度が最大となる位置までの距離をＢｐの位置とした場合、領域Ａ内においてＰ型の不純物濃度が最大となるには、Ｂｐ＞Ｂｏであればよいから、距離Ｂｐは、下式で表される。
【数４】
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【００２７】
領域Ａ内の不純物濃度を調整してキャリア量を調整することで、半導体装置１００に所定の電圧（定格電圧）を印加した場合に発生する空乏層が、この接触位置１２３に達しないようにしている。これによって、所定の電圧に対する耐圧を確保することができる。本実施例に係る半導体装置１００は、定格電圧が１０００Ｖであるため、１０００Ｖを印加した場合に空乏層が接触位置１２３に達しないキャリア量が領域Ａ内に保有されるように、領域ＡのＰ型の不純物濃度の最大値及び最大値となる位置（深さ）を調整している。
【００２８】
具体的には、例えば、図４に示すように、ゲートトレンチ１１０のピッチＴｘ＝４μｍ、深さＴｙ＝７μｍとした場合、数３に示す数式より、距離Ｂｏ＝Ｔｘ×ｔａｎαは５．６６μｍ程度と計算される。上表面１２１からボディ領域１０４とドリフト領域１０３との境界までの距離Ｘｊは、Ｘｊ＝６．５μｍである。領域Ａは、上表面１２１からの距離が５．６６μｍより大きく６．５μｍより小さい。ボディ領域１０４のＰ型の不純物濃度は、距離Ｂｐ＝５．７μｍにおいて最大であるから、領域Ａにおいてボディ領域１０４のＰ型の不純物濃度が最大となっている。ボディ領域１０４のＰ型の不純物濃度の最大値は３×１０１７ｃｍ−３であり、Ｎ型の不純物濃度が７×１０１３ｃｍ−３である。領域Ａに存在する単位面積当たりのキャリア量は５×１０１６ｃｍ−２以上となっている。領域Ａに存在する単位面積当たりのキャリア量が５×１０１２ｃｍ−２以上であれば、定格電圧１０００Ｖを印加した場合に、空乏層が接触位置１２３よりも上面に広がらないようにすることができる。半導体装置１００の領域Ａに存在するキャリア量は、定格電圧１０００Ｖの半導体装置の耐圧確保に必要なキャリア量を十分満たしている。
【００２９】
上記のようなボディ領域１０４は、例えば、不純物濃度が７×１０１３ｃｍ−３であるＮ型の半導体基板に対して、表１に示す注入条件１〜５に示すイオン注入条件でイオン注入を５回行った後、窒素雰囲気下、９５０℃で２０分間活性化アニールを実施することで、作製することができる。これによって、図５に示すような不純物濃度分布のボディ領域１０４を作製することができる。
【表１】
2010123816.tif 000006
【００３０】
図５の横軸は、半導体基板の上表面１２１からの距離を示しており、縦軸は、Ｐ型およびＮ型の不純物濃度を示している。Ｐ型とＮ型の不純物濃度が等しくなる距離６．５μｍの位置がボディ領域１０４とドリフト領域１０３との境界であり、Ｘｊ＝６．５μｍである。距離Ｂｐは５．７μｍであり、距離Ｂｏは５．６６μｍであるから、領域ＡにおいてＰ型の不純物濃度は最大となっている。Ｐ型の不純物濃度の最大値は３×１０１７ｃｍ−３である。斜線で示した領域の面積は、上表面１２１から距離５．７〜６．５μｍの領域Ａに存在する単位面積当たりのキャリア量を示しており、５×１０１６ｃｍ−２以上となっている。
【００３１】
上記のとおり、本実施例に係る半導体装置によれば、半導体基板のボディ領域側の上表面からＯＳＦが（１１１）結晶面等に沿って進行する場合に、ゲートトレンチの側面との接触位置よりもドリフト領域側にＯＳＦが進行しないようにすることができる。接触位置よりもドリフト領域に近い領域において、ボディ領域内のＰ型の不純物濃度が最大になっており、不純物濃度分布が高くなっているため、ボディ領域を深くしたり、ボディ領域全体の第２導電型の不純物濃度を高くしたりしなくても、接触位置より深い位置のボディ領域（領域Ａ）内に十分なキャリア量を保有させることができる。このため、ドリフト領域とボディ領域の境界から広がる空乏層が、ＯＳＦに到達しにくくなり、半導体装置の耐圧を向上させることができる。定格電圧等を印加した場合に、空乏層が接触位置に達しないキャリア量が領域Ａ内に保有されるように領域ＡのＰ型の不純物濃度の最大値を調整することで、半導体装置の耐圧を確保することができる。
【００３２】
また、上記の実施例において説明したように距離Ｂｐを計算すれば、ＯＳＦが発生する仮想面がボディ領域内のどの位置まで進行し得るか知ることが可能であるため、半導体装置に所定の電圧を印加した場合に、空乏層がＯＳＦに到達しないように半導体装置を設計することができる。
【００３３】
（実施例２）
図６は、実施例２に係る半導体装置２００のボディ領域２０４の近傍を拡大した図である。半導体装置２００は、ゲートトレンチ２１０の方向と結晶面の方向が実施例１に係る半導体装置１００と異なっているが、半導体装置を構成する基本構造は実施例１と同様のＩＧＢＴである。半導体装置２００は、Ｎ−型のドリフト領域２０３、Ｐ−型のボディ領域２０４等を有する半導体基板を備えており、ゲートトレンチ２１０は、半導体基板のボディ領域２０４側の上表面２２１からボディ領域２０４を貫通してドリフト領域２０３まで伸びている。図６は、（１００）結晶面および（０１１）結晶面に垂直な方向で半導体装置２００を切断した図に相当する。尚、エミッタ領域およびボディコンタクト領域は、図１と同様に隣接するトレンチ間に存在しているが、図示を省略している。
【００３４】
半導体装置２００では、半導体基板のボディ領域２０４側の上表面２２１は、図３（ａ）に示すシリコン結晶の（１００）結晶面である。ゲートトレンチ２１０は、結晶方位［００１］と垂直に形成されている。すなわちゲートトレンチ２１０は、（１００）結晶面側から、長手方向の面が図３（ａ）に示す（００１）結晶面に平行となるように伸びている。ゲートトレンチ１１０の長手方向は、（１００）結晶面を示す正方形の一対の辺と平行となっている。
【００３５】
図２に示すように、（１００）結晶面に隣接する｛１１１｝結晶面は、（１００）結晶面を示す正方形の中心から頂点に向かう方向に等方位に存在している。（１００）結晶面に平行な面を半導体装置の上表面として、上表面に垂直にゲートトレンチを形成する場合には、本実施例のように、（００１）結晶面とゲートトレンチの長手方向の面が平行となるようにゲートトレンチの位置と方向を決めると、（１００）結晶面に隣接する｛１１１｝結晶面は、（１１１）結晶面、（１−１１）結晶面、（１１−１）結晶面、（１−１−１）結晶面の４結晶面に沿ってＯＳＦが発生し易くなる。
【００３６】
実施例１と同様に、図３（ｃ）に示す（１１１）結晶面に平行な面をＯＳＦが発生し易い仮想面２２２とする。仮想面２２２と、（１００）結晶面との交線Ｌは、図３（ｃ）に示す線分Ｌ１と平行な方向になる。一方、本実施例では、ゲートトレンチの長手方向の面と平行な交線Ｍ２は、図３（ａ）に示す（０１１）結晶面と（１００）結晶面との交線Ｍ２となる。交線Ｌと交線Ｍ２は、β＝４５°の角度を成している。すなわち、半導体装置２００を図７に示すようにゲートトレンチ２１０の長手方向の面２１３とβ＝４５°の角度を成して上表面２２１に垂直に切断した断面図が、図６に相当する。
【００３７】
トレンチ端部２２０から（１１１）結晶面に沿って伸びる仮想面２２２は、上表面２２１と角αを成しており、ボディ領域２０４内においてゲートトレンチ２１０の壁面と接触位置２２３において接触している。角度αは、実施例１と同様に、α＝５４．７４°である。
【００３８】
本実施例においては、仮想面を（１００）結晶面に隣接する｛１１１｝結晶面のいずれの面に沿って設定しても、上表面２２１と仮想面の成す角αはα＝５４．７４°となり、交線Ｌと交線Ｍ２は、β＝４５°の角度を成す。すなわち、（１１１）結晶面に沿って設定する仮想面２２２を用いて設計すれば、｛１１１｝結晶面に沿って発生するＯＳＦに対して対応することができる。本実施例においては、請求項に記載する、半導体基板のボディ領域側の表面に利用される面と、シリコン結晶の｛１１１｝結晶面とが成す角αはα＝５４．４７°となり、半導体基板のボディ領域側の表面に利用されるシリコン面において、シリコン結晶の｛１１１｝結晶面とトレンチの長手方向の面が成す角βは、β＝４５°となる。
【００３９】
図６に示すように、仮想面２２２は、ボディ領域２０４内においてゲートトレンチ２１０の壁面と接触位置２２３において接触している。図７に示すように、隣接するゲートトレンチ２１０によって区切られた交線Ｌの長さをＬｘとすると、接触位置２２３と上表面２２１との距離Ｂｏは、下式で表される。
【数５】
2010123816.tif 000007
【００４０】
交線Ｌは、ゲートトレンチ２１０の長手方向の面と角度β＝４５°を成しており、隣接するゲートトレンチ１１０のピッチがＴｘであるとき、図７に示すように、Ｔｘ＝Ｌｘｓｉｎβであるから、接触位置２２３と上表面２２１との距離Ｂｏは、下式で表される。
【数６】
2010123816.tif 000008
【００４１】
実施例１と同様に、半導体装置２００においても、ボディ領域２０４内において図６に示すＢｏよりもドリフト領域２０３側となっている領域Ａにおいて、ボディ領域２０４のＰ型の不純物濃度が最大となっている。半導体基板の上表面２２１から、ボディ領域２０４とドリフト領域２０３との境界までの距離をＸｊとすると、領域Ａは、上表面２２１からの距離がＢｏより大きく、Ｘｊよりも小さい領域を示す。半導体基板の上表面２２１からボディ領域２０４内でのＰ型の不純物濃度が最大となる位置までの距離をＢｐの位置とした場合、領域Ａ内においてＰ型の不純物濃度が最大となるには、Ｂｐ＞Ｂｏであればよいから、距離Ｂｐは、下式で表される。
【数７】
2010123816.tif 000009
【００４２】
半導体装置２００に所定の電圧（例えば定格電圧）を印加した場合に発生する空乏層が、この接触位置２２３に達しないように、領域Ａ内のＰ型の不純物濃度を調整すれば、所定の電圧に対する耐圧を確保することができる。
【００４３】
上記のとおり、本実施例に係る半導体装置によれば、｛１１１｝結晶面に沿ってＯＳＦが発生した場合、ゲートトレンチの側面との接触位置よりもボディ領域側にＯＳＦが進行しないようにすることができる。接触位置よりもドリフト領域側においてボディ領域のＰ型の不純物濃度が最大となっており、不純物濃度分布が高くなっているため、ボディ領域を深くしたり、ボディ領域全体の第２導電型の不純物濃度を高くしたりしなくても、接触位置より深い位置のボディ領域（領域Ａ）内に十分なキャリア量を保有させることができる。このため、空乏層がＯＳＦに到達しにくくなり、半導体装置の耐圧を向上させることができる。また、上記の実施例において説明したように距離Ｂｐを計算すれば、半導体装置に所定の電圧を印加した場合に、空乏層がＯＳＦに到達しないように半導体装置を設計することができる。
【００４４】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、各半導体領域については、Ｐ型とＮ型を入れ替えてもよい。
【００４５】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合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し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例の半導体装置の断面図。
【図２】シリコン結晶構造の図。
【図３】シリコン結晶の結晶面を説明する図。
【図４】実施例の半導体装置の断面図。
【図５】実施例の半導体装置の不純物濃度を示す図。
【図６】実施例の半導体装置の断面図。
【図７】実施例の半導体装置の断面図。
【図８】従来例の半導体装置の断面図。
【符号の説明】
【００４７】
１００、２００       半導体装置
１０１ コレクタ領域
１０２ バッファ領域
１０３、２０３       ドリフト領域
１０４、２０４       ボディ領域
１０５ エミッタ領域
１０６  ボディコンタクト領域
１１０、２１０       ゲートトレンチ
１１１、２１１       ゲート絶縁膜
１２０、２２０       トレンチ端部
１２１、２２１  上表面
１２２、１２４、２２２      仮想面
１２３、２２３       接触位置
９００ 半導体装置
９０４ ドリフト領域
９０５ ボディ領域
９０６ エミッタ領域
９１０ ゲートトレンチ
９１１ トレンチ端部
９２２ 仮想面
９２３ 交線
【図１】
2010123816.tif 000011
【図２】
2010123816.tif 000012
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010123816.tif 000015
【図６】
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【図７】
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【図８】
2010123816.tif 000018