(57)【要約】  半導体基板と、半導体基板の上面から半導体基板の内部まで設けられ、半導体基板の上面において予め定められた延伸方向に延伸して設けられたゲートトレンチ部と、延伸方向と直交する配列方向に、ゲートトレンチ部と接して設けられたメサ部と、半導体基板の上方に設けられた層間絶縁膜と、を備え、ゲートトレンチ部の配列方向における少なくとも一部の上方には、層間絶縁膜が設けられ、層間絶縁膜には、メサ部を露出させるコンタクトホールが設けられ、コンタクトホールの配列方向における幅は、メサ部の配列方向における幅以上である半導体装置を提供する。
2019117248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上面から前記半導体基板の内部まで設けられ、前記半導体基板の前記上面において予め定められた延伸方向に延伸して設けられたゲートトレンチ部と、
前記延伸方向と直交する配列方向に、前記ゲートトレンチ部と接して設けられたメサ部と、
前記半導体基板の上方に設けられた層間絶縁膜と、
を備え、
前記ゲートトレンチ部の前記配列方向における少なくとも一部の上方には、前記層間絶縁膜が設けられ、
前記層間絶縁膜には、前記メサ部を露出させるコンタクトホールが設けられ、
前記コンタクトホールの前記配列方向における幅は、前記メサ部の前記配列方向における幅以上である
半導体装置。
【請求項２】
前記ゲートトレンチ部は、
前記ゲートトレンチ部の内壁に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲートトレンチ部の内部において前記ゲート絶縁膜に囲まれているゲート導電部と
を有し、
前記ゲート導電部の上端は前記半導体基板の前記上面よりも下方に配置されており、
前記ゲート導電部の前記配列方向における少なくとも一部の上方に、前記層間絶縁膜が設けられている、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記層間絶縁膜は、前記配列方向における前記ゲートトレンチ部の一端から他端まで設けられている、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記層間絶縁膜のうち、前記半導体基板の前記上面よりも下方に設けられた下部分の厚さが、前記半導体基板の前記上面よりも上方に設けられた上部分の厚さよりも大きい、請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体基板の前記上面よりも上方において、前記層間絶縁膜の前記配列方向における端に配置された側面と、前記半導体基板の前記上面とのなす角度が、２０度以上６０度以下である、請求項２から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体基板の前記上面よりも上方における前記層間絶縁膜の厚さが、前記ゲート絶縁膜の厚さの２倍以上４倍以下である、
請求項２から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記層間絶縁膜は、前記半導体基板の前記上面よりも上方において、上方に凸の凸部を有する、請求項２から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記凸部の頂点が、前記半導体基板の前記上面に直交する方向において、前記ゲート絶縁膜の上方に配置される、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記凸部の頂点が、前記半導体基板の前記上面に直交する方向において、前記ゲート導電部の上方に配置される、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記層間絶縁膜は、前記半導体基板の前記上面よりも上方に設けられた上部分の上面において、前記層間絶縁膜の前記配列方向の中央を含まない領域に窪みを有する、請求項２から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記窪みが、前記半導体基板の前記上面に直交する方向において、前記ゲート導電部の上方に配置される、請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記コンタクトホールは、前記メサ部の上方および前記ゲート導電部の上方に、前記配列方向に連続して設けられる、
請求項２から１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記半導体基板の前記上面から前記半導体基板の内部まで設けられ、前記半導体基板の前記上面において予め定められた延伸方向に延伸して設けられ、前記延伸方向と直交する配列方向において前記ゲートトレンチ部と向かい合って配置されたダミートレンチ部と、
導電材料で形成されたコンタクト延伸部と
を更に備え、
前記ダミートレンチ部は、
前記ダミートレンチ部の内壁に設けられたダミー絶縁膜と、
前記ダミートレンチ部の内部において前記ダミー絶縁膜に囲まれているダミー導電部と
を有し、
前記ダミートレンチ部の前記内壁のうち前記ゲートトレンチ部と向かい合う前記内壁と、前記ダミー導電部との間に設けられた前記ダミー絶縁膜の上端は、前記ダミー導電部の上端よりも下方に配置されており、
前記コンタクト延伸部は、前記ダミー絶縁膜の前記上端に接している
請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記層間絶縁膜は、前記ゲートトレンチ部の内部において、前記半導体基板の前記上面よりも下方に設けられている
請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記層間絶縁膜は、前記半導体基板の前記上面に近づくほど、前記配列方向における幅が広がる
請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記メサ部は、前記半導体基板の前記上面に近づくほど、前記配列方向における幅が減少する
請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記メサ部の上面には、導電材料のトレンチコンタクトが設けられている
請求項１６に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１  特表２００５−５２４９７５号公報
【解決しようとする課題】
【０００３】
半導体装置においては、メサ幅を狭小化することが好ましい。
【一般的開示】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、半導体装置を提供する。半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の上面から半導体基板の内部まで設けられ、半導体基板の上面において予め定められた延伸方向に延伸して設けられたゲートトレンチ部を備えてよい。半導体装置は、延伸方向と直交する配列方向に、ゲートトレンチ部と接して設けられたメサ部を備えてよい。半導体装置は、半導体基板の上方に設けられた層間絶縁膜を備えてよい。ゲートトレンチ部の配列方向における少なくとも一部の上方には、層間絶縁膜が設けられてよい。層間絶縁膜には、メサ部を露出させるコンタクトホールが設けられてよい。コンタクトホールの配列方向における幅は、メサ部の配列方向における幅以上であってよい。
【０００５】
ゲートトレンチ部は、ゲートトレンチ部の内壁に設けられたゲート絶縁膜を有してよい。ゲートトレンチ部は、ゲートトレンチ部の内部において前記ゲート絶縁膜に囲まれているゲート導電部を有してよい。ゲート導電部の上端は半導体基板の上面よりも下方に配置されてよい。ゲート導電部の配列方向における少なくとも一部の上方に、層間絶縁膜が設けられてよい。
【０００６】
層間絶縁膜は、配列方向におけるゲートトレンチ部の一端から他端まで設けられてよい。層間絶縁膜のうち、半導体基板の上面よりも下方に設けられた下部分の厚さが、半導体基板の上面よりも上方に設けられた上部分の厚さよりも大きくてよい。
【０００７】
半導体基板の上面よりも上方において、層間絶縁膜の配列方向における端に配置された側面と半導体基板の上面とのなす角度は、２０度以上６０度以下であってよい。半導体基板の上面よりも上方における層間絶縁膜の厚さは、ゲート絶縁膜の厚さの２倍以上４倍以下であってよい。
【０００８】
層間絶縁膜は、半導体基板の上面よりも上方において、上方に凸の凸部を有してよい。凸部の頂点は、半導体基板の上面に直交する方向において、ゲート絶縁膜の上方に配置されてよい。
【０００９】
凸部の頂点は、半導体基板の上面に直交する方向において、ゲート導電部の上方に配置されてよい。層間絶縁膜は、半導体基板の上面よりも上方に設けられた上部分の上面において、層間絶縁膜の配列方向の中央以外の領域に窪みを有してよい。窪みは、半導体基板の上面に直交する方向において、ゲート導電部の上方に配置されてよい。
【００１０】
層間絶縁膜は、半導体基板の上面を露出するように設けられたコンタクトホールを有してよい。コンタクトホールは、メサ部の上方およびゲート導電部の上方に、配列方向に連続して設けられてよい。
【００１１】
半導体装置は、半導体基板の上面から半導体基板の内部まで設けられ、半導体基板の上面において予め定められた延伸方向に延伸して設けられ、延伸方向と垂直な配列方向においてゲートトレンチ部と向かい合って配置されたダミートレンチ部を備えてよい。半導体装置は、導電材料で形成されたコンタクト延伸部を備えてよい。ダミートレンチ部は、ダミートレンチ部の内壁に設けられたダミー絶縁膜を有してよい。ダミートレンチ部は、ダミートレンチ部の内部においてダミー絶縁膜に囲まれているダミー導電部を有してよい。ダミートレンチ部の内壁のうちゲートトレンチ部と向かい合う内壁と、ダミー導電部との間に設けられたダミー絶縁膜の上端は、ダミー導電部の上端よりも下方に配置されてよい。コンタクト延伸部は、ダミー絶縁膜の上端に接していてよい。
【００１２】
層間絶縁膜は、ゲートトレンチ部の内部において、半導体基板の上面よりも下方に設けられていてよい。
【００１３】
層間絶縁膜は、半導体基板の上面に近づくほど、配列方向における幅が広がってよい。
【００１４】
メサ部は、半導体基板の上面に近づくほど、配列方向における幅が減少してよい。
【００１５】
メサ部の上面には、導電材料のトレンチコンタクトが設けられていてよい。
【００１６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１ａ】本実施形態に係る半導体装置１００の上面の一例を部分的に示す図である。
【図１ｂ】図１ａにおけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。
【図１ｃ】図１ｂにおける領域Ａの拡大図である。
【図２ａ】比較例の半導体装置１５０の上面を部分的に示す図である。
【図２ｂ】図２ａにおけるｙ−ｙ'断面を示す図である。
【図３】図１ｃにおける領域Ｂの拡大図である。
【図４ａ】図１ａにおけるａ−ａ'断面の他の一例を示す図である。
【図４ｂ】図４ａにおける領域Ｃ１の拡大図である。
【図５ａ】図１ａにおけるａ−ａ'断面の他の一例を示す図である。
【図５ｂ】図５ａにおける領域Ｃ２の拡大図である。
【図６ａ】図１ａにおけるａ−ａ'断面の他の一例を示す図である。
【図６ｂ】図６ａにおける領域Ｆの拡大図である。
【図７】図１ａにおけるａ−ａ'断面の他の一例を示す図である。
【図８】本実施形態に係る半導体チップ２００の上面の一例を示す図である。
【図９】図８におけるｃ−ｃ'断面の一例を示す図である。
【図１０】ダミートレンチ部３０および層間絶縁膜３８−２の他の構造例を示す図である。
【図１１】コンタクトホール５４の配置例を示す上面図である。
【図１２】高濃度領域１９およびコンタクト延伸部５８の配置例を示す上面図である。
【図１３】図１２におけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。
【図１４】コンタクトホール５４の他の配置例を示す上面図である。
【図１５】図１４におけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。
【図１６】図１５におけるトレンチ部の近傍の拡大図である。
【図１７】層間絶縁膜３８の構造の他の例を示す図である。
【図１８】メサ部の構造の他の例を示す図である。
【図１９】図１５に示した層間絶縁膜３８の製造工程の一例を示す。
【図２０】図１８に示した層間絶縁膜３８の製造工程の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１９】
本明細書においては半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は重力方向、または、半導体装置の実装時における基板等への取り付け方向に限定されない。
【００２０】
本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。本明細書では、半導体基板の上面と平行な面をＸＹ面とし、半導体基板の上面と垂直な深さ方向をＺ軸とする。
【００２１】
各実施例においては、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型とした例を示しているが、第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型としてもよい。この場合、各実施例における基板、層、領域等の導電型は、それぞれ逆の極性となる。また、本明細書においてＰ＋型（またはＮ＋型）と記載した場合、Ｐ型（またはＮ型）よりもドーピング濃度が高いことを意味し、Ｐ−型（またはＮ−型）と記載した場合、Ｐ型（またはＮ型）よりもドーピング濃度が低いことを意味する。
【００２２】
本明細書においてドーピング濃度とは、ドナーまたはアクセプタ化した不純物の濃度を指す。本明細書において、ドナーおよびアクセプタの濃度差をドーピング濃度とする場合がある。また、ドーピング領域におけるドーピング濃度分布のピーク値を、当該ドーピング領域におけるドーピング濃度とする場合がある。
【００２３】
図１ａは、本実施形態に係る半導体装置１００の上面の一例を部分的に示す図である。本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０およびトランジスタ部７０と並んで設けられたダイオード部８０を備える半導体チップである。トランジスタ部７０およびダイオード部８０は、半導体チップの上面と平行な配列方向において交互に配置されてよい。トランジスタ部７０は、ＩＧＢＴ等のトランジスタを含む。トランジスタ部７０のうち、ダイオード部８０に接する領域を境界部９０とする。ダイオード部８０は、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌ  Ｄｉｏｄｅ）等のダイオードを含む。図１ａにおいては、チップ端部周辺のチップ上面を示しており、他の領域を省略している。
【００２４】
また、図１ａにおいては、半導体装置１００における半導体基板の活性領域を示すが、半導体装置１００は、活性領域を囲んでエッジ終端構造部を有してよい。活性領域は、半導体装置１００をオン状態に制御した場合に、半導体基板の上面と下面との間で主電流が流れる領域を指す。エッジ終端構造部は、半導体基板の上面側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部は、例えばガードリング、フィールドプレート、リサーフおよびこれらを組み合わせた構造を有する。
【００２５】
本例の半導体装置１００は、半導体基板の内部に設けられ、且つ、半導体基板の上面に露出するゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、ウェル領域１１、エミッタ領域１２、ベース領域１４およびコンタクト領域１５を備える。また、本例の半導体装置１００は、半導体基板の上面の上方に設けられたエミッタ電極５２およびゲート金属層５０を備える。エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、互いに分離して設けられる。
【００２６】
エミッタ電極５２およびゲート金属層５０と、半導体基板の上面との間には層間絶縁膜が設けられるが、図１ａでは省略している。本例の層間絶縁膜には、コンタクトホール５６、コンタクトホール４９およびコンタクトホール５４が、当該層間絶縁膜を貫通して設けられる。各コンタクトホールにより、半導体基板の上面が層間絶縁膜に覆われずに露出する。図１ａにおいては、各コンタクトホールに斜線のハッチングを付している。
【００２７】
ゲート金属層５０は、コンタクトホール４９を通って、ゲートランナー４８と接触する。ゲートランナー４８は、不純物がドープされたポリシリコン等で形成される。ゲートランナー４８は、半導体基板の上面において、ゲートトレンチ部４０内のゲート導電部と接続される。ゲートランナー４８は、ダミートレンチ部３０内のダミー導電部とは接続されない。
【００２８】
本例のゲートランナー４８は、コンタクトホール４９の下方から、ゲートトレンチ部４０の先端部まで設けられる。ゲートランナー４８と半導体基板の上面との間には、酸化膜等の絶縁膜が設けられる。
【００２９】
ゲートトレンチ部４０の先端部において、ゲート導電部は半導体基板の上面に露出している。つまりゲート導電部の上端の少なくとも一部は、半導体基板を構成する材料に覆われていない。ゲート導電部の上端は、半導体基板の上面よりも下方に配置されていてよい。ゲートトレンチ部４０は、ゲート導電部の当該露出した部分にて、ゲートランナー４８と接触する。
【００３０】
エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、金属を含む材料で形成される。エミッタ電極５２の少なくとも一部の領域は、アルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金で形成されてよい。
【００３１】
ゲート金属層５０の少なくとも一部の領域は、アルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金で形成されてよい。エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、アルミニウム等で形成された領域の下層にチタンやチタン化合物等で形成されたバリアメタルを有してよい。また、エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、コンタクトホール内においてタングステン等で形成されたプラグを有してもよい。
【００３２】
１つ以上のゲートトレンチ部４０および１つ以上のダミートレンチ部３０は、所定の配列方向（本例ではＹ軸方向）に沿って所定の間隔で配列される。本例のゲートトレンチ部４０は、半導体基板の上面に平行であって配列方向と垂直な延伸方向（本例ではＸ軸方向）に沿って延伸する２つの延伸部分３９と、２つの延伸部分３９を接続する接続部分４１を有してよい。接続部分４１の少なくとも一部は、上面視で曲線状に設けられることが好ましい。ゲートトレンチ部４０の２つの延伸部分３９の端部を接続することで、延伸部分３９の端部における電界集中を緩和できる。本明細書では、ゲートトレンチ部４０のそれぞれの延伸部分３９を、一つのゲートトレンチ部４０として扱う場合がある。ゲートランナー４８は、ゲートトレンチ部４０の接続部分４１において、ゲート導電部と接続してよい。
【００３３】
本例のダミートレンチ部３０は、ゲートトレンチ部４０と同様に、半導体基板の上面においてＵ字形状を有してよい。即ち、本例のダミートレンチ部３０は、延伸方向に沿って延伸する２つの延伸部分２９と、２つの延伸部分２９を接続する接続部分３１を有してよい。
【００３４】
エミッタ電極５２は、ゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、ウェル領域１１、エミッタ領域１２、ベース領域１４およびコンタクト領域１５の上方に設けられる。ウェル領域１１は第２導電型である。ウェル領域１１は、一例としてＰ＋型である。ウェル領域１１のドーピング濃度は、ベース領域１４のドーピング濃度よりも高い。ウェル領域１１は、上面視における活性領域の端部から、予め定められた範囲で形成される。ウェル領域１１は、ゲート金属層５０よりも活性領域の内部まで設けられてよい。ウェル領域１１の拡散深さは、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の深さよりも深くてよい。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の、延伸方向における端部は、ウェル領域１１に設けられる。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の当該端部の深さ方向（Ｚ軸方向）における底は、ウェル領域１１に覆われてよい。
【００３５】
半導体基板の上面と平行な面内において、Ｙ軸方向には各トレンチ部に接してメサ部が設けられる。メサ部とは、隣り合う２つのトレンチ部に挟まれた半導体基板の部分であって、半導体基板の上面から、各トレンチ部の最も深い底部の深さまでの部分であってよい。隣り合う２つの延伸部分（２９または３９）に挟まれる領域をメサ部としてよい。
【００３６】
トランジスタ部７０においては、各トレンチ部に接して第１メサ部６０が設けられる。境界部９０においては、隣り合うダミートレンチ部３０に挟まれた領域に第２メサ部６２が設けられる。ダイオード部８０においては、隣り合うダミートレンチ部３０に挟まれた領域に第３メサ部６４が設けられる。
【００３７】
各メサ部の上方には、エミッタ電極５２が設けられている。各メサ部とエミッタ電極５２との間には層間絶縁膜が配置される。当該層間絶縁膜に設けられたコンタクトホール５４により、各メサ部の上面が露出する。コンタクトホール５４により、各メサ部とエミッタ電極５２とが電気的に接続されている。コンタクトホール５４の内部には、エミッタ電極５２が設けられてよい。コンタクトホール５４の内部の少なくとも一部には、エミッタ電極５２とは材料が異なる導電部材が設けられていてもよい。コンタクトホール５４の内部には、チタン膜および窒化チタン膜の少なくとも１つを積層したバリアメタルが配置されてよい。
【００３８】
本例では、各メサ部に設けられたコンタクトホール５４のＹ軸方向における幅は、各メサ部のＹ軸方向における幅以上である。つまり各メサ部は、コンタクトホール５４により、Ｙ軸方向における全体が露出している。ただし各メサ部において、Ｘ軸方向の一部の領域は露出していなくてもよい。例えば図１ａの例では、各メサ部のＸ軸方向における端部は、コンタクトホール５４により露出していない。また、コンタクトホール５４の一部の領域では、Ｙ軸方向における幅が、各メサ部のＹ軸方向における幅より小さくてよい。
【００３９】
このような構成により、半導体装置１００を微細化しても、エミッタ電極５２と各メサ部との電気的な接続を維持しやすくなる。例えば、エミッタ電極５２と各メサ部との接続抵抗の増大を抑制できる。
【００４０】
第１メサ部６０、第２メサ部６２および第３メサ部６４のＸ軸方向における両端部には、一例として第２導電型のベース領域１４が設けられる。当該ベース領域１４は、半導体基板の上面に露出している。本例のベース領域１４は、一例としてＰ−型である。なお、図１ａは、各メサ部のＸ軸方向の一方の端部のみを示している。
【００４１】
第１メサ部６０の上面には、ゲートトレンチ部４０と接してエミッタ領域１２が設けられる。エミッタ領域１２は、第１メサ部６０を挟む２本のトレンチ部（本例では延伸部分２９または３９）の一方から他方まで、設けられてよい。エミッタ領域１２は、コンタクトホール５４の下方にも設けられている。図１ａにおいては、半導体基板の上面視でコンタクトホール５４と重なる領域における、エミッタ領域１２の境界を、破線で示している。
【００４２】
エミッタ領域１２は、ダミートレンチ部３０と接してよく、接しなくてもよい。本例においては、エミッタ領域１２がダミートレンチ部３０と接する。本例のエミッタ領域１２は第１導電型である。本例のエミッタ領域１２は、一例としてＮ＋型である。
【００４３】
第１メサ部６０の上面には、ベース領域１４よりもドーピング濃度の高い第２導電型のコンタクト領域１５が設けられる。本例のコンタクト領域１５は、一例としてＰ＋型である。第１メサ部６０において、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５は、ゲートトレンチ部４０の延伸方向に交互に設けられてよい。コンタクト領域１５は、第１メサ部６０を挟む２本のトレンチ部の一方から他方まで設けられてよい。コンタクト領域１５は、コンタクトホール５４の下方にも設けられている。図１ａにおいては、半導体基板の上面視でコンタクトホール５４と重なる領域における、コンタクト領域１５の境界を、破線で示している。
【００４４】
コンタクト領域１５は、ゲートトレンチ部４０と接してよく、接しなくてもよい。また、コンタクト領域１５は、ダミートレンチ部３０と接してよく、接しなくてもよい。本例においては、コンタクト領域１５が、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０と接する。
【００４５】
第２メサ部６２の上面には、コンタクト領域１５が設けられる。一つの第２メサ部６２の上面に設けられるコンタクト領域１５の面積は、一つの第１メサ部６０の上面に設けられるコンタクト領域１５の面積よりも大きい。一つの第２メサ部６２の上面に設けられるコンタクト領域１５の面積は、一つの第３メサ部６４の上面に設けられるコンタクト領域１５の面積よりも大きくてよい。第２メサ部６２において、コンタクト領域１５はコンタクトホール５４の下方にも設けられている。
【００４６】
第２メサ部６２の上面におけるコンタクト領域１５は、２つのベース領域１４に挟まれる領域全体に設けられてよい。当該２つのベース領域１４は、第２メサ部６２のＸ軸方向における両端部に設けられている。第２メサ部６２では、第１メサ部６０と比べてターンオフ時のキャリアが引き抜きやすい。
【００４７】
第３メサ部６４の上面には、Ｘ軸方向における両端部にコンタクト領域１５が設けられる。また、第３メサ部６４の上面において、当該両端部のコンタクト領域１５に挟まれる領域には、ベース領域１４が設けられる。ベース領域１４は、Ｘ軸方向において当該コンタクト領域１５に挟まれる領域全体に設けられてよい。第３メサ部６４において、ベース領域１４は、コンタクトホール５４の下方にも設けられている。コンタクト領域１５は、コンタクトホール５４の下方にも設けられてよい。
【００４８】
第３メサ部６４には、コンタクト領域１５およびベース領域１４が、第３メサ部６４を挟む一方のダミートレンチ部３０から、他方のダミートレンチ部３０に渡って設けられる。即ち、半導体基板の上面において、第３メサ部６４のＹ軸方向の幅と、第３メサ部６４に設けられたコンタクト領域１５またはベース領域１４のＹ軸方向の幅は、等しい。
【００４９】
第３メサ部６４には、エミッタ領域１２設けられなくてよく、設けられてもよい。本例においては、第３メサ部６４にエミッタ領域１２が設けられない。
【００５０】
本例の半導体装置１００は、ダイオード部８０において、ダミートレンチ部３０が設けられる。ダミートレンチ部３０は、延伸部分２９を含む。隣り合う２つの延伸部分２９は、接続部分３１で接続されてよい。第３メサ部６４は、それぞれのダミートレンチ部３０（本例では延伸部分２９）に挟まれる領域である。
【００５１】
ダイオード部８０は、半導体基板の下面側において、第１導電型のカソード領域８２を有する。本例のカソード領域８２は、一例としてＮ＋型である。図１ａに、半導体基板の上面視でカソード領域８２が設けられる領域を一点鎖線部で示している。ダイオード部８０は、カソード領域８２を半導体基板の上面に投影したときに、カソード領域８２が通過する領域であってよい。また、カソード領域８２が部分的に設けられた第３メサ部６４全体と、当該第３メサ部６４に接するダミートレンチ部３０とをダイオード部８０に含めてもよい。カソード領域８２を半導体基板の上面に投影した領域は、Ｘ軸方向においてコンタクト領域１５と離れていてよい。第３メサ部６４において、カソード領域８２とウェル領域１１とのＸ軸方向における距離は、コンタクト領域１５とウェル領域１１とのＸ軸方向における距離よりも大きい。
【００５２】
半導体基板の下面においてカソード領域８２が設けられていない領域には、第２導電型のコレクタ領域が設けられてよい。本例のコレクタ領域は、一例としてＰ＋型である。ダイオード部８０におけるコンタクトホール５４のＸ軸方向の端部を半導体基板の下面に投影した位置には、コレクタ領域が設けられてよい。
【００５３】
境界部９０を除くトランジスタ部７０において、コンタクトホール５４は、コンタクト領域１５およびエミッタ領域１２の各領域の上方に設けられる。一部または全部の第１メサ部６０において、コンタクトホール５４は、図１ａの上面視で、ゲートトレンチ部４０（本例では延伸部３９）およびダミートレンチ部３０（本例では延伸部２９）と重ならないように設けられてよい。コンタクトホール５４のＹ軸方向の幅は、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５のＹ軸方向の幅と等しくてよい。各メサ部におけるコンタクトホール５４のＹ軸方向の幅は、各メサ部の幅と等しくてよい。
【００５４】
一部または全部の第１メサ部６０において、コンタクトホール５４は、図１ａの上面視で、ゲートトレンチ部４０（本例では延伸部３９）のＹ軸方向における端部と重なるように設けられてもよい。各メサ部において、コンタクトホール５４は、図１ａの上面視で、ダミートレンチ部３０（本例では延伸部２９）のＹ軸方向における端部と重なるように設けられてもよい。
【００５５】
境界部９０を除くトランジスタ部７０において、コンタクトホール５４は、図１ａの上面視で、第１メサ部６０のＸ軸方向最も負側に設けられるコンタクト領域１５の上方から、Ｘ軸方向の最も正側に設けられるコンタクト領域１５の上方まで、連続して設けられてよい。本明細書では、各軸方向における相対的な位置を正側、負側と称する場合がある。各図において、各軸の矢印側を正、逆側を負としている。コンタクトホール５４は、図１ａの上面視で、第１メサ部６０のＸ軸方向最も負側に設けられるコンタクト領域１５の少なくとも一部と重なるように設けられてよい。コンタクトホール５４は、上面視で、第１メサ部６０のＸ軸方向最も正側に設けられるコンタクト領域１５の少なくとも一部と重なるように設けられてよい。
【００５６】
境界部９０において、コンタクトホール５４は、コンタクト領域１５の上方に設けられる。第２メサ部６２において、コンタクトホール５４は、図１ａの上面視で、ダミートレンチ部３０（本例では延伸部２９）と重ならないように設けられてよい。コンタクトホール５４のＹ軸方向の幅は、コンタクト領域１５のＹ軸方向の幅と等しくてよい。境界部９０において、コンタクトホール５４は、図１ａの上面視で、ダミートレンチ部３０（本例では延伸部２９）のＹ軸方向における端部と重なるように設けられてもよい。
【００５７】
境界部９０において、コンタクトホール５４は、第２メサ部６２のコンタクト領域１５の上方に設けられてよい。コンタクトホール５４は、図１ａの上面視で、第２メサ部６２のコンタクト領域１５の少なくとも一部と重なるように設けられてよい。
【００５８】
ダイオード部８０において、コンタクトホール５４は、ベース領域１４およびコンタクト領域１５の上方に設けられる。第３メサ部６４において、コンタクトホール５４は、図１ａの上面視で、ダミートレンチ部３０（本例では延伸部２９）と重ならないように設けられてよい。コンタクトホール５４のＹ軸方向の幅は、ベース領域１４およびコンタクト領域１５のＹ軸方向の幅と等しくてよい。ダイオード部８０において、コンタクトホール５４は、図１ａの上面視で、ダミートレンチ部３０のＹ軸方向における端部と重なるように設けられてもよい。
【００５９】
ダイオード部８０において、コンタクトホール５４は、第３メサ部６４のＸ軸方向最も負側に設けられるコンタクト領域１５の上方から、Ｘ軸方向の最も正側に設けられるコンタクト領域１５の上方まで、連続して設けられてよい。コンタクトホール５４は、図１ａの上面視で、第３メサ部６４のＸ軸方向負側の端部に設けられるコンタクト領域１５の少なくとも一部と重なるように設けられてよい。コンタクトホール５４は、図１ａの上面視で、第３メサ部６４のＸ軸方向正側の端部に設けられるコンタクト領域１５の少なくとも一部と重なるように設けられてよい。
【００６０】
図１ｂは、図１ａにおけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。ａ−ａ'断面は、トランジスタ部７０のエミッタ領域１２、境界部９０のコンタクト領域１５およびダイオード部８０のベース領域１４を通過するＹＺ面である。本例の半導体装置１００は、ａ−ａ'断面において、半導体基板１０、層間絶縁膜３８、エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４を有する。層間絶縁膜３８は、半導体基板１０の上面２１の一部を覆っている。エミッタ電極５２は、半導体基板１０および層間絶縁膜３８の上面に設けられる。
【００６１】
コレクタ電極２４は、半導体基板１０の下面２３に設けられる。エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４は、金属等の導電材料で形成される。本明細書において、エミッタ電極５２とコレクタ電極２４とを結ぶ方向を深さ方向（Ｚ軸方向）と称する。
【００６２】
半導体基板１０は、シリコン基板であってよく、炭化シリコン基板であってよく、窒化ガリウム等の窒化物半導体基板等であってもよい。本例の半導体基板１０はシリコン基板である。
【００６３】
半導体基板１０は、第１導電型のドリフト領域１８を備える。本例のドリフト領域１８はＮ−型である。ドリフト領域１８は、半導体基板１０において、他のドーピング領域が設けられずに残存した領域であってよい。ドリフト領域１８と半導体基板１０の上面２１との間には、ベース領域１４が設けられている。
【００６４】
半導体基板１０の上面２１には、１つ以上のゲートトレンチ部４０および１つ以上のダミートレンチ部３０が設けられる。各トレンチ部は、上面２１から、ベース領域１４を貫通して、ドリフト領域１８に到達して設けられている。
【００６５】
ゲートトレンチ部４０は、上面２１に設けられたゲートトレンチ、並びにゲートトレンチ内に設けられたゲート絶縁膜４２およびゲート導電部４４を有する。ゲートトレンチの上端は、Ｚ軸方向において上面２１と同じ位置であってよい。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチの内壁を覆って設けられる。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチの内壁の半導体を酸化または窒化して形成してよい。ゲート導電部４４は、ゲートトレンチの内部においてゲート絶縁膜４２よりも内側に設けられる。即ち、ゲート絶縁膜４２は、ゲート導電部４４と半導体基板１０とを絶縁する。ゲート導電部４４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。
【００６６】
ゲート導電部４４は、深さ方向において、ゲート絶縁膜４２を挟んで、ベース領域１４と対向する領域を含む。当該断面におけるゲートトレンチ部４０は、上面２１において層間絶縁膜３８により覆われる。ゲート導電部４４に所定の電圧が印加されると、ベース領域１４のうちゲートトレンチに接する界面の表層に電子の反転層によるチャネルが形成される。
【００６７】
ダミートレンチ部３０は、当該断面において、ゲートトレンチ部４０と同一の構造を有してよい。ダミートレンチ部３０は、上面２１側に設けられたダミートレンチ、並びにダミートレンチ内に設けられたダミー絶縁膜３２およびダミー導電部３４を有する。ダミートレンチの上端は、Ｚ軸方向において上面２１と同じ位置であってよい。ダミー絶縁膜３２は、ダミートレンチの内壁を覆って設けられる。ダミー導電部３４は、ダミートレンチの内部に設けられ、且つ、ダミー絶縁膜３２よりも内側に設けられる。ダミー絶縁膜３２は、ダミー導電部３４と半導体基板１０とを絶縁する。
【００６８】
ダミー導電部３４は、ゲート導電部４４と同一の材料で形成されてよい。例えば、ダミー導電部３４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。ダミー導電部３４は、深さ方向においてゲート導電部４４と同一の長さを有してよい。なお、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０の底部は下方側に凸の曲面状（断面においては曲線状）であってよい。
【００６９】
各トレンチ部に挟まれた領域がメサ部となる。第１メサ部６０には、上面２１に接して、且つ、ゲートトレンチ部４０と接してエミッタ領域１２が設けられる。つまりエミッタ領域１２は、ベース領域１４の上方に設けられている。エミッタ領域１２のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高い。図１ａに示したように第１メサ部６０には、Ｘ軸方向に沿ってエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５が交互に設けられる。第１メサ部６０のコンタクト領域１５を通過するＹＺ断面においては、図１ｂのエミッタ領域１２に代えて、コンタクト領域１５が設けられている。コンタクト領域１５は、上面２１に接して、且つ、ゲートトレンチ部４０と接して設けられる。
【００７０】
第２メサ部６２には、上面２１に接してコンタクト領域１５が設けられる。つまりコンタクト領域１５は、ベース領域１４の上方に設けられている。コンタクト領域１５は、ダミートレンチ部３０と接していてよいが、離れていてもよい。図１ｂは、コンタクト領域１５がダミートレンチ部３０と接して設けられる一例を示している。
【００７１】
第３メサ部６４には、上面２１に接してベース領域１４が設けられている。各メサ部において、ベース領域１４は各トレンチ部と接している。
【００７２】
層間絶縁膜３８は、ゲートトレンチ部４０の少なくとも一部の上方に設けられる。ａ−ａ'断面において、層間絶縁膜３８は、ゲートトレンチ部４０の一端Ｙ１と、他端Ｙ２との間に設けられている。一端Ｙ１は、上面２１における、ゲートトレンチ部４０のＹ軸方向正側の端部である。他端Ｙ２は、上面２１における、ゲートトレンチ部４０のＹ軸方向負側の端部である。本例の層間絶縁膜３８は、ゲートトレンチ部４０の一端Ｙ１から他端Ｙ２まで、Ｙ軸方向に連続して設けられている。つまり層間絶縁膜３８は、ゲートトレンチ部４０のＹ軸方向の全体を覆っている。
【００７３】
ゲートトレンチ部４０と同様に、層間絶縁膜３８は、ダミートレンチ部３０の少なくとも一部の上方に設けられてよい。ａ−ａ'断面において、層間絶縁膜３８は、ダミートレンチ部３０の一端Ｙ１'と、他端Ｙ２'との間に設けられている。一端Ｙ１'は、上面２１における、ダミートレンチ部３０のＹ軸方向正側の端部である。他端Ｙ２'は、上面２１における、ダミートレンチ部３０のＹ軸方向負側の端部である。本例の層間絶縁膜３８は、ダミートレンチ部３０の一端Ｙ１'から他端Ｙ２'まで、Ｙ軸方向に連続して設けられている。つまり層間絶縁膜３８は、ダミートレンチ部３０のＹ軸方向の全体を覆っている。
【００７４】
ａ−ａ'断面において、層間絶縁膜３８は、各メサ部の上には設けられていない。つまりＺ軸方向において、層間絶縁膜３８は、第１メサ部６０、第２メサ部６２および第３メサ部６４のいずれとも重なって設けられない。Ｙ軸方向において隣り合う２つのトレンチ部の上方に配置された２つの層間絶縁膜３８の間には、コンタクトホール５４が設けられている。上述したように、コンタクトホール５４は、Ｙ軸方向における各メサ部の全体を露出させている。これにより、各メサ部とエミッタ電極５２との接続抵抗を低減できる。
【００７５】
層間絶縁膜３８の少なくとも一部は、各トレンチの内部に設けられていてよい。この場合、各トレンチ内部の導電部および絶縁膜の上端は、上面２１よりも下に配置されている。層間絶縁膜３８は、各トレンチ内部の導電部および絶縁膜と接触していてよい。層間絶縁膜３８を各トレンチの内部に設けることで、層間絶縁膜３８がメサ部の上まで延伸して設けられることを抑制できる。また、層間絶縁膜３８を厚く形成しやすくなるので、エミッタ電極５２と各トレンチ内部の導電部との間の絶縁性を高くできる。層間絶縁膜３８の少なくとも一部は、上面２１よりも上に配置されていてよい。層間絶縁膜３８は、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ等のシリケートガラスであってよい。また、層間絶縁膜３８は、酸化膜または窒化膜等であってもよい。
【００７６】
第１メサ部６０において、ドリフト領域１８とベース領域１４の間には、ゲートトレンチ部４０に接して一つ以上の蓄積領域１６が設けられる。蓄積領域１６が複数設けられる場合、それぞれの蓄積領域１６はＺ軸方向に並んで配置される。蓄積領域１６は、第１導電型の領域であり、一例としてＮ＋型である。蓄積領域１６のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高い。蓄積領域１６を設けることで、キャリア注入促進効果（ＩＥ効果）を高めて、オン電圧を低減できる。
【００７７】
一つ以上の蓄積領域１６は、第１メサ部６０において、ダミートレンチ部３０に接していてよいが、離れていてもよい。図１ｂは、蓄積領域１６がダミートレンチ部３０と接して設けられる一例を示している。なお、第２メサ部６２および第３メサ部６４には、蓄積領域１６が設けられてよいが、設けられなくてもよい。図１ｂは、第２メサ部６２および第３メサ部６４に、蓄積領域１６が設けられる一例を示している。
【００７８】
第１メサ部６０、第２メサ部６２および第３メサ部６４において、蓄積領域１６は、Ｚ軸方向に複数設けられてもよい。図１ｂは、Ｚ軸方向に２つの蓄積領域１６−１、１６−２が設けられる一例を示している。Ｚ軸方向において、蓄積領域１６−１と蓄積領域１６−２との間には、ドリフト領域１８が設けられてよい。蓄積領域１６を複数設けることで、電子電流が第１メサ部６０の中央付近を流れやすくなる。このため、第１メサ部６０の底部近傍における正孔分布を、第１メサ部６０中央付近で分断できる。このため、ゲートトレンチ部４０の下端における正孔の蓄積を抑制できる。その結果、トランジスタ部７０の変位電流を小さくすることできる。
【００７９】
ドリフト領域１８の下方には、第１導電型のバッファ領域２０が設けられてよい。バッファ領域２０は、一例としてＮ＋型である。バッファ領域２０のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高い。バッファ領域２０は、ドリフト領域１８の上端から広がる空乏層が、Ｐ＋型のコレクタ領域２２およびＮ＋型のカソード領域８２に到達することを防ぐフィールドストップ層として機能してよい。
【００８０】
トランジスタ部７０において、バッファ領域２０の下方には、下面２３に露出するＰ＋型のコレクタ領域２２が設けられる。ダイオード部８０において、バッファ領域２０の下方には、下面２３に露出するＮ＋型のカソード領域８２が設けられる。境界部９０において、バッファ領域２０の下には、コレクタ領域２２およびカソード領域８２のいずれかが設けられる。本例の境界部９０において、バッファ領域２０の下は、コレクタ領域２２が設けられる。
【００８１】
なお、ダイオード部８０は、境界部９０を除き、下面２３に垂直な方向においてカソード領域８２と重なる領域である。また、トランジスタ部７０は、境界部９０を除き、下面２３に垂直な方向においてコレクタ領域２２と重なる領域のうち、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５を含む所定の単位構成が規則的に配置された領域である。境界部９０は、一つの第２メサ部６２に設けられるコンタクト領域１５の上面視における総面積が、一つの第１メサ部６０に設けられるコンタクト領域１５の上面視における総面積よりも大きい領域である。
【００８２】
図１ｃは、図１ｂにおける領域Ａの拡大図である。本例では、ゲートトレンチ部４０に層間絶縁膜３８−１が設けられ、ダミートレンチ部３０に層間絶縁膜３８−２が設けられている。図１ｃにおいて、ゲート導電部４４は、Ｙ軸方向の両端において上端Ｔｐを有している。２つの上端ＴｐのＺ軸方向における位置は、同じであってよい。上端Ｔｐは、上面２１よりも下方に配置されてよい。
【００８３】
また、層間絶縁膜３８−１は、ゲート導電部４４の少なくとも一部の上方に設けられている。図１ｃにおいては、層間絶縁膜３８−１は、一方の上端Ｔｐの位置から他方の上端Ｔｐの位置までの間の少なくとも一部のゲート導電部４４を覆っている。
【００８４】
層間絶縁膜３８−１は、ゲート導電部４４の全体を覆ってもよい。つまり層間絶縁膜３８−１は、ゲート導電部４４の２つの上端Ｔｐの間に連続し設けられてもよい。図１ｃは、層間絶縁膜３８−１が、ゲート導電部４４の全体を覆う例を示している。
【００８５】
ゲート導電部４４の上面は、Ｙ軸方向における中央部に下端Ｚ１を有する。下端Ｚ１は、ゲート導電部４４の上面において最も下方に配置された領域である。つまりゲート導電部４４の上面は、中央が窪んでいてよい。ゲート導電部４４を、上面２１からエッチングにより除去すると、ゲート導電部４４の中央部および周縁部におけるエッチングレートの差異から、当該中央部が当該周縁部よりも下方に配置されやすい。
【００８６】
層間絶縁膜３８−１は、上面において少なくとも一つの凸部Ｐを有してよい。凸部Ｐは、上面２１よりも上方に配置されており、且つ、上方に凸の形状を有する。本例の層間絶縁膜３８−１は、２つの凸部Ｐを有している。２つの凸部ＰのＺ軸方向における位置は同じであってよい。ゲート導電部４４の上面に窪みを設けることで、層間絶縁膜３８−１に凸部Ｐが形成されやすくなる。
【００８７】
２つの凸部Ｐは、Ｙ軸方向において、ゲート導電部４４の上面の下端Ｚ１を挟んで配置されてよい。凸部Ｐの頂点Ｔｉは、Ｙ軸方向において、ゲートトレンチ部４０の一端Ｙ１および他端Ｙ２の内側に配置されてよい。内側とは、Ｙ軸方向において、ゲートトレンチ部４０の中央に近い側を指す。各頂点Ｔｉは、ゲート絶縁膜４２の上方に配置されていてよい。
【００８８】
層間絶縁膜３８−１の上面は、Ｙ軸方向における中央部に下端Ｚ２を有する。下端Ｚ２は、層間絶縁膜３８−１の上面において最も下方に配置された領域である。層間絶縁膜３８−１の上面の下端Ｚ２は、ゲート導電部４４の上面の下端Ｚ１とＹ軸方向における位置が同じであってよい。下端Ｚ１を有するゲート導電部４４の上方に層間絶縁膜３８−１を設けるので、層間絶縁膜３８−１の中央部は下端Ｚ２を有する形状になりやすい。
【００８９】
ダミートレンチ部３０は、ゲートトレンチ部４０と同一の構造を有してよい。また、層間絶縁膜３８−１と、層間絶縁膜３８−２とは、同一の構造を有してよい。例えばダミー導電部３４の上端Ｔｐは、ゲート導電部４４の上端Ｔｐと同様に、上面２１よりも下方に配置されてよい。層間絶縁膜３８−２は、ダミー導電部３４のＹ軸方向における少なくとも一部の上方に設けられてよい。層間絶縁膜３８−２は、ダミー導電部３４のＹ軸方向における全体の上方に設けられてもよい。
【００９０】
ダミー導電部３４の上面は、Ｙ軸方向における中央部に下端Ｚ１'を有する。下端Ｚ１'は、ダミー導電部３４の上面において最も下方に配置された領域である。
【００９１】
層間絶縁膜３８−２は、上面において少なくとも一つの凸部Ｐを有してよい。凸部Ｐは、上面２１よりも上方に配置されており、且つ、上方に凸の形状を有する。本例の層間絶縁膜３８−２は、２つの凸部Ｐを有してよい。図１ｃにおいては、層間絶縁膜３８−２の一つの凸部Ｐを示している。ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０において凸部ＰのＺ軸方向における位置は同じであってよい。
【００９２】
本例において、層間絶縁膜３８−２の凸部Ｐの頂点Ｔｉは、ダミートレンチ部３０のＹ軸方向の端部に配置されたダミー絶縁膜３２の上方に設けられている。層間絶縁膜３８−２の上面は、Ｙ軸方向における中央部に下端Ｚ２'を有する。下端Ｚ２'は、層間絶縁膜３８−２の上面において最も下方に配置された領域である。
【００９３】
幅Ｗｍは、各メサ部のメサ幅である。各メサ部のメサ幅は同一であってよい。図１ｃにおいては、第１メサ部６０のメサ幅Ｗｍを示している。図１ｃにおいて、幅Ｗｍは、上面２１における、ゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０とのＹ軸方向の距離である。層間絶縁膜３８−１と、層間絶縁膜３８−２とは、上面２１において、Ｙ軸方向に幅Ｗｍ離れている。層間絶縁膜３８−１および層間絶縁膜３８−２は、上面２１において、Ｙ軸方向の距離が最小となってよい。
【００９４】
本例の半導体装置１００は、ゲート導電部４４が、上面２１よりも下方に配置され、ゲート導電部４４の上方に層間絶縁膜３８−１が設けられている。このため、上面２１におけるコンタクトホール５４のＹ軸方向の幅を、幅Ｗｍに等しくしても、コンタクトホール５４に設けられるコンタクト（例えばエミッタ電極５２）とゲート導電部４４が接触しにくい。このため、ゲート金属層５０とエミッタ電極５２とがショート（ＧＥショート）しにくい。つまり、エミッタ電極５２と第１メサ部６０との接触抵抗を低減しつつ、ＧＥショートの発生を抑制できる。このため、第１メサ部６０の幅Ｗｍを容易に狭小化できる。同様に、第２メサ部６２および第３メサ部６４も容易に狭小化できる。
【００９５】
図２ａは比較例の半導体装置１５０の上面を部分的に示す図である。比較例の半導体装置１５０は、コンタクトホール２５４が、第１メサ部６０、第２メサ部６２および第３メサ部６４のそれぞれにおいて、Ｙ軸方向の一部に設けられる。即ち、図２ａの上面視において、コンタクトホール２５４のＹ軸方向の幅は、第１メサ部６０、第２メサ部６２および第３メサ部６４のそれぞれのメサ幅よりも小さい。
【００９６】
図２ｂは、図２ａにおけるｚ−ｚ'断面を示す図である。比較例の半導体装置１５０は、各トレンチ部を覆う層間絶縁膜２３８が、各トレンチ部に接するメサ部まで覆っている。このため、メサ部の幅を小さくすると、エミッタ電極５２と各メサ部との接触抵抗が大きくなってしまう。
【００９７】
比較例の半導体装置１５０は、ゲート導電部４４の上面が、Ｚ軸方向において上面２１と同じ位置に設けられる。このため、ゲート導電部４４とエミッタ電極５２との絶縁性を高めることが困難である。
【００９８】
図３は、図１ｃにおける領域Ｂの拡大図である。図３に示すように、厚さＷａ１およびＷａ２は、上面２１よりも上方に設けられた層間絶縁膜３８−１の厚さである。厚さＷａ１は、下端Ｚ２の位置における厚さであり、厚さＷａ２は、頂点Ｔｉの位置における厚さであってよい。厚さＷｂ１およびＷｂ２は、上面２１よりも下方に設けられた層間絶縁膜３８−１の厚さである。厚さＷｂ１は、下端Ｚ１の位置における厚さであり、厚さＷｂ２は、ゲートトレンチ部４０の側壁の位置（すなわち、一端Ｙ１または他端Ｙ２）における厚さであってよい。本例では、厚さＷｂ２は、層間絶縁膜３８の厚みの最小値である。また、厚さＷｅは、上面２１からエミッタ領域１２の下端までの、Ｚ軸方向における深さである。厚さＷｅは、ゲートトレンチ部４０の側壁に接する部分の、エミッタ領域１２の深さであってよい。
【００９９】
層間絶縁膜３８のうち、上面２１より下方に設けられた下部分３６の厚さは、上面２１よりも上方に設けられた上部分３５の厚さよりも大きくてよい。層間絶縁膜３８の各部分の厚さは、ゲートトレンチ部４０のＹ軸方向における中央における厚さを比較してよい。即ち、Ｙ軸方向におけるゲートトレンチ部４０の中央において、層間絶縁膜３８−１の下部分３６の厚さＷｂ１は、上部分３５の厚さＷａ１よりも大きくてよい。上面２１よりも上方における層間絶縁膜３８−１の厚さは、上面２１よりも下方における層間絶縁膜３８−１の厚さよりも局所的に大きい部分があってよい。Ｙ軸方向の端部において、層間絶縁膜３８−１の上部分の厚さＷａ２が、下部分の厚さＷｂ２よりも大きくてよい。層間絶縁膜３８−１において、上面２１よりも上方の上部分の厚さの平均値は、上面２１よりも下方の下部分の厚さの平均値よりも小さくてよい。
【０１００】
層間絶縁膜３８のうち、上面２１よりも下方の下部分の厚みを大きくすることで、コンタクトホール５４に設けられるコンタクトと、ゲート導電部４４との接触を、より確実に抑制できる。このため、ＧＥショートの発生を、より確実に抑制できる。
【０１０１】
角度Ａｎｇは、層間絶縁膜３８の側面３７と、上面２１とのなす角度である。側面３７は、上面２１よりも上方における側面である。また側面３７は、Ｙ軸方向において層間絶縁膜３８の端に配置されている。本例において、ＹＺ平面における側面３７は、頂点Ｔｉと一端Ｙ１とを結ぶ直線で示される。本例において角度Ａｎｇは、側面３７と上面２１とがなす角度のうち、層間絶縁膜３８側の角度である。側面３７は、頂点Ｔｉと他端Ｙ２とを結ぶ直線で示されてもよい。
【０１０２】
角度Ａｎｇが小さいほど、コンタクトがコンタクトホール５４の下端まで充填されやすい。一方で、コンタクトホール５４に設けられるコンタクトとゲート導電部４４との接触を抑制しにくくなる。角度Ａｎｇが大きいほど、コンタクトホール５４に設けられるコンタクトとゲート導電部４４との接触を、より確実に抑制できる。一方で、コンタクトがコンタクトホール５４の下端まで充填されにくい。このため、角度Ａｎｇは、コンタクトの充填性と、コンタクトとゲート導電部４４との絶縁性とのバランスから、２０度以上６０度以下であることが好ましく、３０度以上５０度以下であることが、より好ましい。
【０１０３】
コンタクトがコンタクトホール５４の下方まで充填されると、第１メサ部６０においては、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５のＹ軸方向における上面全体に、コンタクトが接触する。このため、メサ幅Ｗｍを狭小化しても、コンタクトと、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５との電気的接続を確保できる。
【０１０４】
幅Ｗｇｉは、ゲート絶縁膜４２のＹ軸方向における幅である幅Ｗｂ１および幅Ｗｂ２が大きいほど、コンタクトホール５４に設けられるコンタクトとゲート導電部４４とが接触しにくくなり、コンタクトとゲート導電部４４との絶縁性を向上できる。しかしながら、幅Ｗｂ１および幅Ｗｂ２を大きくするほど、ゲート導電部４４の上面が下方に配置されるので、エミッタ領域１２を形成するために、ドーパントをより深い位置まで注入する必要が生じる。ドーパントを上面２１から深い位置まで注入すると、エミッタ領域１２を形成する熱処理工程において、熱履歴が多くなる。このため、コンタクトとゲート導電部４４との絶縁性と、エミッタ領域１２の上面２１からの深さとのバランスから、幅Ｗｂ１は幅Ｗｇｉの２倍以上４倍以下であることが好ましく、幅Ｗｂ２は幅Ｗｇｉの１．５倍以上３．５倍以下であることが、より好ましい。
【０１０５】
エミッタ領域１２の深さ方向の幅Ｗｅは、幅Ｗｂ２の１．５倍以上３．５倍以下であってよい。幅Ｗｅは、０．３５μｍ以上０．４５μｍ以下であってよい。幅Ｗｅは、一例として０．４μｍである。幅Ｗｂ２は、０．１μｍ以上０．３μｍ以下であってよい。幅Ｗｂ２は、一例として０．２μｍである。幅Ｗｂ１は、幅Ｗｅの０．７倍以上０．９倍以下であってよい。幅Ｗｂ１は、０．２μｍ以上０．４μｍ以下であってよい。幅Ｗｂ１は、一例として０．３μｍである。上述した、エミッタ領域１２を形成させる熱処理工程における熱履歴の観点から、幅Ｗｅは、幅Ｗｂ２の１．５倍以上３．５倍以下であることが好ましい。また、幅Ｗｂ１は、幅Ｗｅの０．７倍以上０．９倍以下であることが好ましい。
【０１０６】
メサ幅Ｗｍは、幅Ｗａ１よりも大きくてよく、幅Ｗａ２よりも大きくてよい。メサ幅Ｗｍは、幅Ｗｂ２よりも大きくてよい、幅Ｗｂ１よりも大きくてよい。メサ幅Ｗｍを、幅Ｗａ１および幅Ｗａ２よりも大きくすることで、コンタクトホール５４の下端までコンタクトが充填されやすくなる。このため、コンタクトと、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５との接触面積を確保できる。このため、コンタクトと、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５との電気的接続を確保できる。
【０１０７】
凸部Ｐの頂点Ｔｉは、ゲートトレンチ部４０のＹ軸方向の端部に配置されたゲート絶縁膜４２の上方に設けられてよい。頂点Ｔｉがゲート絶縁膜４２の上方に配置されることで、側面３７をＺ軸に対して傾かせられる。これによりコンタクトホール５４に設けられるコンタクトが、コンタクトホール５４の下端まで充填されやすくなる。
【０１０８】
図４ａは、図１ａにおけるａ−ａ'断面の他の一例を示す図である。図４ａに示す半導体装置１００は、層間絶縁膜３８の形状が、図１ｃの半導体装置１００とは異なる。他の構造は、図１ａから図３において説明した半導体装置１００と同様である。本例の層間絶縁膜３８は、上面２１よりも上方に設けられた上部分の上面において、窪みＤを有する。窪みＤは、下に凸の形状を有してよい。窪みＤは、層間絶縁膜３８の内側に向かって凸の形状を有してもよい。層間絶縁膜３８の内側とは、Ｙ軸方向における層間絶縁膜３８の中央に近い側を指す。本例の層間絶縁膜３８は、Ｙ軸方向における層間絶縁膜３８の中央を挟んで配置された２つの窪みＤを有する。２つの窪みＤは、トレンチ部のＹ軸方向における中央を通過するＸＺ面を基準に、対称の形状であってよい。
【０１０９】
窪みＤは、ゲートトレンチ部４０の層間絶縁膜３８−１、および、ダミートレンチ部３０の層間絶縁膜３８−２の少なくとも一方に設けられる。層間絶縁膜３８−１および層間絶縁膜３８−２における窪みＤの形状は同一であってよく、異なっていてもよい。層間絶縁膜３８に窪みＤを設けることで、コンタクトホール５４の下端までコンタクトが充填されやすくなる。このため、コンタクトとエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５との接触抵抗を低減できる。
【０１１０】
図４ｂは、図４ａにおける領域Ｃ１の拡大図である。層間絶縁膜３８−１の上部分３５の上面には、窪みＤが設けられている。それぞれの窪みＤは、層間絶縁膜３８−１のＹ軸方向における中央を含まない領域に配置されている。図４ｂに示す通り、窪みＤの少なくとも一部は、Ｚ軸方向においてゲート導電部４４の上方に配置されてよい。本例の窪みＤは、ゲート絶縁膜４２の上方から、ゲート導電部４４の上方まで連続して設けられている。ゲート絶縁膜４２の上方における窪みＤの上面は、ゲート導電部４４の上方における窪みＤの上面よりも下方に配置されている。窪みＤのＹ軸方向における端部のうち、内側の端部に頂点Ｔｉが設けられる。内側とは、層間絶縁膜３８のＹ軸方向の中央に近い側を指す。即ち、頂点Ｔｉは、Ｚ軸方向においてゲート導電部４４の上方に設けられている。
【０１１１】
本例の半導体装置１００の層間絶縁膜３８における窪みＤは、図３における層間絶縁膜３８の頂点Ｔｉ近傍をエッチングすることにより形成されてよい。窪みＤを有する層間絶縁膜３８の厚みＷａ２'は、窪みＤを有さない層間絶縁膜３８の厚みＷａ２より小さくてよい。半導体装置１００は、窪みＤを有する層間絶縁膜３８と、窪みＤを有さない層間絶縁膜３８とを有してよい。窪みＤが、図３における層間絶縁膜３８の頂点Ｔｉ近傍をエッチングすることにより形成される場合、幅Ｗａ２'は、図３における幅Ｗａ２よりも小さくなる。
【０１１２】
図５ａは、図１ａにおけるａ−ａ'断面の他の一例を示す図である。図５ａに示す半導体装置１００は、層間絶縁膜３８の形状が、図１ｃの半導体装置１００とは異なる。他の構造は、図１ａから図４ｂにおいて説明した半導体装置１００と同様である。本例の層間絶縁膜３８は、Ｚ軸方向において上面２１と略同じ位置に上面２１と平行な面を有する。当該平行な面は、上面２１と同一平面上にあってよい。また、図５ａに示す半導体装置１００は、上面２１よりも上方における層間絶縁膜３８のＹ軸方向の幅が、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０のＹ軸方向の幅よりも小さい。コンタクトホール５４の底面が、第１メサ部６０の上方、並びにゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の上方に、Ｙ軸方向に連続して設けられてよい。コンタクトホール５４の底面とは、上面２１と同一平面に配置された面である。コンタクトホール５４は、ゲート導電部４４またはダミー導電部３４の上方まで延伸していてよい。
【０１１３】
各図に示した例において、各トレンチ部の上方に設けられる層間絶縁膜３８は、当該トレンチ部のＹ軸方向における中心を通過するＸＺ面を基準に対称な形状を有してよい。ａ−ａ'断面においては、層間絶縁膜３８は、トレンチ部の当該中心を通過するＺ軸と平行な線を基準に、線対称な形状を有してよい。また、各図に示した層間絶縁膜３８は、ａ−ａ'断面以外におけるＹＺ断面においても、ａ−ａ'断面と同様の形状を有してよい。
【０１１４】
端部Ｅは、コンタクトホール５４の底面のＹ軸方向における端である。本例では、端部Ｅが、各トレンチ部の上方に設けられる。
【０１１５】
本例のコンタクトホール５４の底面は、各トレンチ部の上方にも設けられている。このため、コンタクトホール５４の上面２１におけるＹ軸方向の幅を大きくできる。このため、比較的にコンタクトが充填されにくい端部Ｅの近傍を、各トレンチ部の上方に配置できる。このため、各メサ部と、コンタクトホール５４に設けられるコンタクトとを、より確実に接触させられる。
【０１１６】
図５ｂは、図５ａにおける領域Ｃ２の拡大図である。本例では、層間絶縁膜３８のうち上面２１より上の部分を上部分３５、上面２１より下の部分を下部分３６とする。図５ｂに示すように、上部分３５は、ゲート導電部４４の上方の一部の領域だけに設けられている。つまり、ゲート導電部４４の上方には、上部分３５が設けられずに、コンタクトホール５４が設けられた領域がある。本例においては、ゲート導電部４４の上端Ｔｐの上方には、層間絶縁膜３８の上部分３５が設けられていない。
【０１１７】
層間絶縁膜３８の上部分３５は、図１ａから図４ｂにおいて説明した凸部Ｐを有してよい。凸部Ｐは、上方に向かって凸の形状を有する。本例の凸部Ｐは、ゲート導電部４４の上方に配置されている。上部分３５は、図４ａおよび図４ｂにおいて説明した窪みＤを有してもよい。窪みＤも、ゲート導電部４４の上方に配置される。
【０１１８】
各頂点Ｔｉは、上端Ｔｐよりもゲート導電部４４のＹ軸方向における中央側に配置されてよい。つまり、頂点Ｔｉは、ゲート導電部４４の上方に配置されてよい。各頂点Ｔｉは、ゲートトレンチ部４０のＹ軸方向における中心を基準に、対称な位置に設けられてよい。
【０１１９】
本例の層間絶縁膜３８は、図３等に示した層間絶縁膜３８を形成した後に、層間絶縁膜３８の頂点Ｔｉ近傍をエッチングすることにより形成されてよい。図５ｂに示した上部分３５の幅Ｗａ''は、図３における幅Ｗａ２よりも小さくなる。なお、幅Ｗａ２''は、図４ｂにおける幅Ｗａ２'と等しくてよく、幅Ｗａ２'よりも小さくてよく、大きくてもよい。半導体装置１００は、各図に示した複数種類の形状の層間絶縁膜３８を有してよい。
【０１２０】
上部分３５の側面３７と、上面２１とのなす角度Ａｎｇは、図３に示す半導体装置１００と同様に、２０度以上６０度以下であってよい。より好ましくは、角度Ａｎｇは３０度以上５０度以下であってよい。
【０１２１】
各端部Ｅは、ゲート導電部４４の上方に配置されてよい。なお、各端部Ｅは、ゲートトレンチ部４０のＹ軸方向における中心を基準に、対称な位置に設けられてよい。
【０１２２】
本例の半導体装置１００は、端部Ｅがゲート導電部４４の上方に配置されているので、コンタクトホール５４のＹ軸方向における幅を、第１メサ部のメサ幅Ｗｍよりも大きくできる。このため、コンタクトホール５４に設けられるコンタクトと、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５との接触抵抗を低減できる。
【０１２３】
また、本例の半導体装置１００は、層間絶縁膜３８の上部分３５がゲート導電部４４の上方の一部分だけに配置されていても、トレンチ内部に層間絶縁膜３８の下部分３６が設けられているので、コンタクトホール５４に設けられるコンタクトとゲート導電部４４とが接触しない。このため、ＧＥショートを抑制できる。このため、本例の半導体装置１００は、メサ幅Ｗｍを狭小化しつつ、ＧＥショートを抑制できる。
【０１２４】
図６ａは、図１ａにおけるａ−ａ'断面の他の一例を示す図である。図６ａに示す半導体装置１００は、図１ｂに示す半導体装置１００において、ゲート導電部４４およびダミー導電部３４の上面が上面２１に平行な点、および層間絶縁膜３８の上面が上面２１に平行な点で、図１ｂに示す半導体装置１００と異なる。本例の半導体装置１００において、層間絶縁膜３８の下面は、上面２１よりも下方に配置されてよい。また、層間絶縁膜３８の上面は、上面２１よりも上方に配置される。
【０１２５】
ゲート導電部４４の上面は、ＣＭＰ（化学機械研磨）およびドライエッチングにより作製してよい。例えば、ゲート導電部４４が上面２１と同一の高さになるまでＣＭＰで研磨した後、ゲートトレンチ部４０内のゲート導電部４４をドライエッチングしてよい。ドライエッチングは、ゲートトレンチ部４０の中央部および周縁部におけるエッチングレートの差異が小さいので、ゲートトレンチ部４０の上面に、上面２１に平行な面を作製しやすい。
【０１２６】
層間絶縁膜３８の側面は、半導体基板１０の上面２１と垂直に設けられてよい。層間絶縁膜３８の上面のＹ軸方向の幅Ｗｉは、ゲートトレンチ部４０のＹ軸方向の幅Ｗｇと等しくてよい。Ｙ軸方向において隣り合う２つの層間絶縁膜３８（例えば、層間絶縁膜３８−１と層間絶縁膜３８−２）の側面間の距離は、メサ幅Ｗｍに等しくてよい。
【０１２７】
図６ｂは、図６ａにおける領域Ｆの拡大図である。図６ｂに示すように、厚さＷａ２は、層間絶縁膜３８のうち、上面２１よりも上方に設けられた部分の厚さである。厚さＷｂ２は、層間絶縁膜３８のうち、上面２１よりも下方に設けられた部分の厚さである。ゲート導電部４４の上端Ｔｐは、上面２１よりも下方に設けられてよい。幅Ｗｂ２は、幅Ｗｇｉの１．５倍以上３．５倍以下であってよい。幅Ｗｂ２は、幅Ｗａ２と等しくてよく、幅Ｗａ２よりも大きくてよく、小さくてもよい。
【０１２８】
なお、上端Ｔｐは、Ｚ軸方向において上面２１と同じ位置に設けられてもよい。即ち、厚さＷｂ２はゼロであってもよい。
【０１２９】
本例においても、コンタクトホール５４の幅をメサ幅Ｗｍと等しくして、エミッタ電極５２と各メサ部との接触抵抗を低減できる。また、ゲート導電部４４の上端Ｔｐを、上面２１よりも下方に配置することで、ＧＥショートを抑制できる。このため、コンタクトとエミッタ電極５２およびコンタクト領域１５との接触抵抗を低減しつつ、ＧＥショートの発生を抑制できる。このため、幅Ｗｍを狭小化できる。
【０１３０】
図７は、図１ａにおけるａ−ａ'断面の他の一例を示す図である。図７に示す半導体装置１００は、図１ｂに示す半導体装置１００において、トランジスタ部７０にバリアメタル９８が設けられる点で、図１ｂに示す半導体装置１００と異なる。バリアメタル９８は、コンタクトホール５４の底面に設けられてよい。バリアメタル９８は、層間絶縁膜３８の上面および側面にも設けられてよい。バリアメタル９８は、第１メサ部６０の上面、第２メサ部６２の上面、並びに層間絶縁膜３８の上面および側面に、Ｙ軸方向に連続して設けられてよい。ダイオード部８０には、バリアメタル９８は設けられなくてよい。バリアメタル９８は、図１ａから図６ｂにおいて説明した各態様の半導体装置１００に適用できる。
【０１３１】
コンタクトホール５４に設けられるコンタクトは、一例としてアルミニウム（Ａｌ）で形成できる。バリアメタル９８は、アルミニウムの半導体基板１０の内部への拡散を抑制する。バリアメタル９８は、一例としてチタン（Ｔｉ）および窒化チタン（ＴｉＮ）の少なくとも一方で形成できる。
【０１３２】
図８は、本実施形態に係る半導体チップ２００の上面の一例を示す図である。半導体チップ２００は、半導体基板１０を備える。外周端１４０は、半導体基板１０の外周の端部である。
【０１３３】
半導体チップ２００は、活性部１２０およびエッジ終端構造部１２２を備える。活性部１２０は、半導体装置１００をオン状態に制御した場合に半導体基板１０の上面と下面との間で主電流が流れる領域である。即ち、半導体基板１０の上面から下面、または下面から上面に、半導体基板１０の内部を深さ方向に電流が流れる領域である。
【０１３４】
活性部１２０には、トランジスタ部７０およびダイオード部８０が設けられている。ゲートランナー４８は、図８の上面視で、トランジスタ部７０およびダイオード部８０を囲うように設けられてよい。図８の例では、ゲートランナー４８が設けられている領域も活性部１２０に含めている。
【０１３５】
トランジスタ部７０は、ＩＧＢＴ等のトランジスタを含む。ダイオード部８０は、半導体基板１０の上面２１において、予め定められた配列方向（本例ではＹ軸方向）においてトランジスタ部７０と交互に配置されている。
【０１３６】
それぞれのダイオード部８０には、半導体基板１０の下面２３に接する領域にカソード領域８２が設けられている。図８において、実線で示すダイオード部８０は、半導体基板１０の下面２３にカソード領域８２が設けられた領域である。本例の半導体装置１００において、半導体基板１０の下面２３に接する領域のうち、カソード領域８２以外の領域には、コレクタ領域２２が設けられる。
【０１３７】
ダイオード部８０は、カソード領域８２をＺ軸方向に投影した領域である。トランジスタ部７０は、半導体基板１０の下面２３にコレクタ領域２２が設けられ、且つ、半導体基板１０の上面２１にエミッタ領域１２を含む単位構造が周期的に設けられた領域である。Ｙ軸方向におけるダイオード部８０とトランジスタ部７０との境界は、カソード領域８２とコレクタ領域２２との境界である。カソード領域８２をＺ軸方向に投影した領域を、Ｘ軸方向に活性部１２０の端部またはゲートランナー４８まで伸ばした部分（図８において、ダイオード部８０の実線をＸ軸方向に延長した破線で示している）も、ダイオード部８０に含めてよい。
【０１３８】
活性部１２０において、Ｙ軸方向における両端には、トランジスタ部７０が設けられてよい。活性部１２０は、Ｙ軸方向に延伸するゲートランナー４８により、Ｘ軸方向に分割されてよい。活性部１２０の分割された各領域には、トランジスタ部７０およびダイオード部８０がＹ軸方向に交互に配置されてよい。
【０１３９】
エッジ終端構造部１２２は、半導体基板１０の上面２１において、活性部１２０と半導体基板１０の外周端１４０との間に設けられる。エッジ終端構造部１２２は、半導体基板１０の上面２１において活性部１２０を囲むように環状に配置されてよい。本例のエッジ終端構造部１２２は、半導体基板１０の外周端１４０に沿って配置されている。エッジ終端構造部１２２は、半導体基板１０の上面２１側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部１２２は、例えばガードリング、フィールドプレート、リサーフおよびこれらを組み合わせた構造を有する。
【０１４０】
半導体基板１０の上面２１において、エッジ終端構造部１２２および活性部１２０の間には、ゲート金属層５０が設けられている。ゲート金属層５０は、トランジスタ部７０に電気的に接続され、トランジスタ部７０にゲート電圧を供給する。ゲート金属層５０と半導体基板１０との間には層間絶縁膜３８が設けられているが、図８では省略している。
【０１４１】
ゲート金属層５０は、半導体基板１０の上面視で、活性部１２０を囲うように設けられてよい。ゲート金属層５０は、活性部１２０の外に設けられるゲートパッド１１６と電気的に接続される。ゲートパッド１１６は、ゲート金属層５０と、活性部１２０との間に配置されてよい。ゲート金属層５０と活性部１２０との間には、エミッタ電極と電気的に接続されるエミッタパッド１１８等のパッドが設けられてよい。
【０１４２】
ゲートランナー４８は、ゲート金属層５０と電気的に接続され、活性部１２０の上方まで延伸する。少なくとも一つのゲートランナー４８は、活性部１２０をＹ軸方向に延伸して設けられてよい。ゲートランナー４８は、トランジスタ部７０にゲート電圧を供給する。ゲートランナー４８は、不純物がドーピングされたポリシリコン等の半導体材料で形成されてよく、金属で形成されてもよい。ゲートランナー４８は、半導体基板１０の上方または内部に形成されており、半導体基板１０とゲートランナー４８とは絶縁膜で絶縁されている。
【０１４３】
図９は、図８におけるｃ−ｃ'断面の一例を示す図である。ｃ−ｃ'断面は、トランジスタ部７０およびエッジ終端構造部１２２を含むＹＺ面である。
【０１４４】
本例の半導体装置１００は、ｃ−ｃ'断面において、半導体基板１０、層間絶縁膜３８、ゲート金属層５０、フィールドプレート９４、エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４を有する。層間絶縁膜３８は、上面２１の少なくとも一部を覆って設けられる。層間絶縁膜３８には、コンタクトホール５４等の貫通孔が設けられている。コンタクトホール５４により、上面２１が露出する。
【０１４５】
エミッタ電極５２は、トランジスタ部７０において、上面２１と、層間絶縁膜３８の上面とに設けられる。エミッタ電極５２は、コンタクトホール５４の内部にも設けられている。エミッタ電極５２は、コンタクトホール５４により露出する上面２１と接触している。
【０１４６】
コレクタ電極２４は、半導体基板１０の下面２３に設けられる。コレクタ電極２４は、下面２３全体と接触してよい。エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４は、金属等の導電材料で形成される。
【０１４７】
エッジ終端構造部１２２には、複数のガードリング９２、複数のフィールドプレート９４およびチャネルストッパ１７４が設けられている。各ガードリング９２は、上面２１において活性部１２０を囲むように設けられてよい。複数のガードリング９２は、活性部１２０において発生した空乏層を半導体基板１０の外側へ広げる機能を有してよい。これにより、半導体基板１０内部における電界集中を防ぐことができ、半導体装置１００の耐圧を向上できる。
【０１４８】
本例のガードリング９２は、上面２１近傍にイオン注入により形成されたＰ＋の半導体領域である。ガードリング９２の底部の深さは、ウェル領域１１の底部と同じ深さであってよい。また、本例のガードリング９２の底部の深さは、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の底部の深さより深くてよい。
【０１４９】
ガードリング９２の上面は、層間絶縁膜３８により覆われている。フィールドプレート９４は、金属またはポリシリコン等の導電材料で形成される。フィールドプレート９４は、ゲート金属層５０またはエミッタ電極５２と同じ材料で形成されてよい。フィールドプレート９４は、層間絶縁膜３８上に設けられている。フィールドプレート９４は、層間絶縁膜３８に設けられた貫通孔を通って、ガードリング９２に接続されている。
【０１５０】
チャネルストッパ１７４は、外周端１４０における上面２１および側面に露出して設けられる。チャネルストッパ１７４は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度の高いＮ型の領域である。チャネルストッパ１７４は、活性部１２０において発生した空乏層を半導体基板１０の外周端１４０において終端させる機能を有する。
【０１５１】
活性部１２０とエッジ終端構造部１２２との間には、ウェル領域１１、ゲートランナー４８およびゲート金属層５０が設けられる。ウェル領域１１は、上面２１に露出してよい。ウェル領域１１の上面は層間絶縁膜３８で覆われてよい。ウェル領域１１は、活性部１２０まで延伸して設けられていてよい。活性部１２０における一部のトレンチ部は、ウェル領域１１内に形成されてよい。本例では、活性部１２０のＹ軸方向における両端にはトランジスタ部７０が配置されている。トランジスタ部７０においてゲート金属層５０に最も近くに配置されたゲートトレンチ部４０と、ゲート金属層５０との間には、１つ以上のダミートレンチ部３０が配置されてよい。少なくとも１つのダミートレンチ部３０が、ウェル領域１１内に配置されてよい。
【０１５２】
トランジスタ部７０においてゲート金属層５０に最も近いトレンチ部と、ゲート金属層５０との間には、１つ以上のコンタクトホール５５が設けられてよい。コンタクトホール５５は、ウェル領域１１と、エミッタ電極５２とを電気的に接続する。ウェル領域１１は、コンタクトホール５５と接触する位置に、ウェル領域１１よりもドーピング濃度の高いコンタクト領域１５を有していてもよい。
【０１５３】
ゲートランナー４８は、上面２１に設けられてよい。ゲートランナー４８の上面には、層間絶縁膜３８が設けられる。層間絶縁膜３８上には、ゲート金属層５０が配置されている。ウェル領域１１は、Ｙ軸方向においてゲート金属層５０よりも広い範囲に設けられることが好ましい。
【０１５４】
トランジスタ部７０において、下面２３に接する領域には、コレクタ領域２２が設けられている。トランジスタ部７０と外周端１４０との間においても、下面２３に接する領域には、コレクタ領域２２が設けられてよい。
【０１５５】
図１０は、ダミートレンチ部３０および層間絶縁膜３８−２の他の構造例を示す図である。ダミートレンチ部３０および層間絶縁膜３８−２以外の構造は、図１ａから図９において説明したいずれかの態様の半導体装置１００と同一であってよい。
【０１５６】
本例のダミートレンチ部３０は、Ｙ軸方向においてゲートトレンチ部４０と隣り合って設けられている。一例としてダミートレンチ部３０は、トランジスタ部７０に設けられている。
【０１５７】
ダミートレンチ部３０は、ゲートトレンチ部４０と向かい合う内壁７４を有する。内壁７４は、半導体基板１０とゲートトレンチ部４０との境界である。ダミー絶縁膜３２は、内壁７４とダミー導電部３４との間に設けられている。図１ａから図９の例では、ダミー絶縁膜３２は、ダミー導電部３４の側面７６の全体を覆っている。ダミー導電部３４の側面７６は、ゲートトレンチ部４０の内壁７４と向かい合って配置されている。本例において内壁７４および側面７６は、Ｘ軸に平行な面である。
【０１５８】
本例のダミー絶縁膜３２は、ダミー導電部３４の側面７６のうち、層間絶縁膜３８−２に接する上端部を覆わずに露出させる。内壁７４と側面７６に挟まれた領域におけるダミー絶縁膜３２の上端３３は、ダミー導電部３４の上端Ｔｐよりも下方に配置されている。ダミー絶縁膜３２の上端３３は、エミッタ領域１２のうち内壁７４に接する部分の下端よりも下方に配置されていてよい。この場合、エミッタ領域１２の側面７２の全体が、ダミー絶縁膜３２に覆われずに露出する。エミッタ領域１２の側面７２は，ダミートレンチ部３０と向かい合って配置されている。
【０１５９】
本例のダミートレンチ部３０は、導電材料で形成されたコンタクト延伸部５８を有する。コンタクト延伸部５８は、エミッタ電極５２から、ダミー絶縁膜３２の上端３３と接する位置まで延伸して設けられている。コンタクト延伸部５８は、エミッタ電極５２と同一の材料で形成されていてよく、異なる材料で形成されていてもよい。一例としてコンタクト延伸部５８はタングステンで形成されている。これにより、微細な幅の領域にコンタクト延伸部５８を容易に形成できる。
【０１６０】
コンタクト延伸部５８は、エミッタ領域１２の側面７２と接触する。コンタクト延伸部５８は、エミッタ領域１２の側面７２のうち、ダミー絶縁膜３２に覆われずに露出している領域全体と接触してよい。コンタクト延伸部５８は、ダミートレンチ部３０に沿ってＸ軸方向に延伸して設けられてよい。つまりコンタクト延伸部５８は、エミッタ領域１２とＸ軸方向において交互に配置されたコンタクト領域１５の側面とも接触してよい。本例によれば、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５と、エミッタ電極５２およびコンタクト延伸部５８との接触面積を増大できる。
【０１６１】
また、コンタクト延伸部５８は、ベース領域１４の側面とも接触してよい。これにより、ベース領域１４と、エミッタ電極５２およびコンタクト延伸部５８との接触面積を増大できる。ベース領域１４のうち、コンタクト延伸部５８と接触する領域には、ベース領域１４よりもドーピング濃度の高い第２導電型の高濃度領域１９が設けられていてよい。高濃度領域１９は、コンタクト領域１５よりもドーピング濃度が高くてよい。本例の高濃度領域１９はＰ＋＋型である。
【０１６２】
高濃度領域１９は、エミッタ領域１２に接していてよい。高濃度領域１９は、内壁７４において、ダミー絶縁膜３２の上端３３よりも下側まで設けられてよい。これにより、コンタクト延伸部５８と高濃度領域１９との接触面積が大きくなる。
【０１６３】
層間絶縁膜３８−１は、ダミー絶縁膜３２の上端３３の上方には設けられない。層間絶縁膜３８−１は、ダミー導電部３４の側面７６と面一の側面を有してよい。層間絶縁膜３８−１の当該側面と、半導体基板１０（例えばエミッタ領域１２）との間にも、コンタクト延伸部５８が設けられる。これにより、エミッタ電極５２から、ダミー絶縁膜３２の上端３３までコンタクト延伸部５８を設けることができる。
【０１６４】
図１０に示したダミートレンチ部３０は、ダミー導電部３４の側面のうち、Ｙ軸方向における一方の側面７６だけにコンタクト延伸部５８を有している。他の例のダミートレンチ部３０は、ダミー導電部３４の両方の側面に、コンタクト延伸部５８を有していてもよい。つまり、ダミー導電部３４の上端部は、２つのコンタクト延伸部５８により挟まれていてもよい。
【０１６５】
図１１は、コンタクトホール５４の配置例を示す上面図である。本例の半導体装置１００は、図１０に示した断面構造を有する。本例では、図１０に示した層間絶縁膜３８により覆われていない範囲を、コンタクトホール５４の範囲とする。図１１に示すように、上面視においてゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０とに挟まれて配置されたコンタクトホール５４は、ダミートレンチ部３０の上方にも設けられている。つまり、第１メサ部６０の上方に加えて、図１０に示したコンタクト延伸部５８の上方にもコンタクトホール５４が設けられている。これによりエミッタ電極５２とコンタクト延伸部５８とを接続する。
【０１６６】
図１２は、高濃度領域１９およびコンタクト延伸部５８の配置例を示す上面図である。図１２においては、コンタクトホール５４のＸ軸方向における端部位置を一点鎖線で示している。
【０１６７】
高濃度領域１９は、ダミートレンチ部３０に沿って、Ｘ軸方向に延伸して設けられている。本例では、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５がＸ軸方向に延伸して設けられている。高濃度領域１９は、Ｘ軸方向において、１つ以上のエミッタ領域１２および１つ以上のコンタクト領域１５が設けられる範囲に渡って、連続して設けられていてよい。高濃度領域１９は、Ｘ軸方向においてコンタクトホール５４より長い範囲に渡って連続して設けられていてもよい。
【０１６８】
高濃度領域１９は、Ｘ軸方向において蓄積領域１６より外側まで設けられていてよい。Ｘ軸方向における外側とは、メサ部のＸ軸方向における中央から離れる側を指す。蓄積領域１６よりも外側まで高濃度領域１９を設けることで、蓄積領域１６より外側の正孔を、高濃度領域１９を介して引き抜きやすくなる。高濃度領域１９は、Ｘ軸方向において最も外側に配置されたコンタクト領域１５よりも更に外側まで延伸していてもよい。
【０１６９】
コンタクト延伸部５８は、ダミートレンチ部３０に沿って、Ｘ軸方向に延伸して設けられている。コンタクト延伸部５８は、Ｘ軸方向において、１つ以上のエミッタ領域１２および１つ以上のコンタクト領域１５が設けられる範囲に渡って、連続して設けられていてよい。コンタクト延伸部５８は、Ｘ軸方向においてコンタクトホール５４と同じ範囲に設けられてよい。コンタクト延伸部５８は、Ｘ軸方向においてコンタクトホール４３より長い範囲に渡って設けられてよく、短い範囲に渡って設けられてもよい。
【０１７０】
コンタクト延伸部５８は、Ｘ軸方向において蓄積領域１６より外側まで設けられていてよい。蓄積領域１６よりも外側までコンタクト延伸部５８を設けることで、蓄積領域１６より外側の正孔を、コンタクト延伸部５８を介して引き抜きやすくなる。コンタクト延伸部５８は、Ｘ軸方向において高濃度領域１９より短い範囲に設けられてよく、長い範囲に設けられていてもよい。
【０１７１】
図１３は、図１２におけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。上述したように、ダミートレンチ部３０において、ゲートトレンチ部４０と対向する内壁には、コンタクト延伸部５８が設けられている。ダミートレンチ部３０において、他のダミートレンチ部３０と向かい合う内壁には、コンタクト延伸部５８が設けられていてよく、設けられていなくてもよい。ゲートトレンチ部４０には、コンタクト延伸部５８は設けられていない。
【０１７２】
また、コンタクト延伸部５８と接触するベース領域１４の側面には、高濃度領域１９が露出していてよい。このような構成により、エミッタ電極５２と、エミッタ領域１２、コンタクト領域１５およびベース領域１４との接触面積を増大できる。
【０１７３】
図１４は、コンタクトホール５４の他の配置例を示す上面図である。本例のコンタクトホール５４は、各メサ部の上方に加えて、各トレンチ部の上方にも設けられている。コンタクトホール５４は、Ｙ軸方向において、１つ以上のメサ部と、１つ以上のトレンチ部に渡って連続して設けられてよい。コンタクトホール５４は、トランジスタ部７０からダイオード部８０まで連続して設けられていてもよい。本例のコンタクトホール５４は、Ｙ軸方向における両端のメサ部の間に、連続して設けられている。このような構成によっても、メサ部とエミッタ電極５２との接触面積を大きくできる。
【０１７４】
図１５は、図１４におけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置１００は、層間絶縁膜３８の構造が、図１ａから図１４において説明した半導体装置１００と相違する。層間絶縁膜３８の構造以外は、図１ａから図１４において説明したいずれかの半導体装置１００と同一であってよい。
【０１７５】
本例の層間絶縁膜３８は、全体がトレンチ部の内部に設けられている。つまり、層間絶縁膜３８は、全体が半導体基板１０の上面２１よりも下方に配置されている。層間絶縁膜３８の上端は、上面２１と同一の高さに配置されていてよく、上面２１よりも下方に配置されていてもよい。
【０１７６】
エミッタ電極５２は、トレンチ部の内部にも設けられてよい。トレンチ部の内部において、層間絶縁膜３８より上側の領域には、タングステンが充填されていてもよい。本例によれば、層間絶縁膜３８の全体が上面２１よりも下方に配置されているので、半導体基板１０の上面２１における平坦性が向上する。このため、エミッタ電極５２等の、半導体基板１０の上面２１の上方の部材を、精度よく形成できる。
【０１７７】
図１６は、図１５におけるトレンチ部の近傍の拡大図である。層間絶縁膜３８の上端Ｔｉは、半導体基板１０の上面２１より下方に配置されてよく、上面２１と同じ高さに配置されていてもよい。層間絶縁膜３８の上面は、Ｙ軸方向における中央に下端Ｚ２を有する。このような構造により、半導体基板１０の上面２１より上方に層間絶縁膜３８が突出することを抑制できる。このため、半導体基板１０の上面２１の平坦性を向上できる。
【０１７８】
図１７は、層間絶縁膜３８の構造の他の例を示す図である。本例の層間絶縁膜３８も、図１６の例と同様に、半導体基板１０の上面２１よりも下方に配置されている。本例の層間絶縁膜３８は、半導体基板１０の上面２１に近づくほど、Ｙ軸方向における幅が広がるテーパー形状を有する。つまり、層間絶縁膜３８の上端における幅Ｗｓは、トレンチ部の幅Ｗｔよりも大きい。本例の幅Ｗｓは、層間絶縁膜３８の２つの頂点Ｔｉの距離である。
【０１７９】
本例の第１メサ部６０は、上面２１に近づくほど、Ｙ軸方向における幅が減少するテーパー形状を有する。他のメサ部も、第１メサ部６０と同様の構造を有してよい。上面２１におけるメサ部の幅Ｗｍは、２つのトレンチ部の距離Ｄｔよりも大きい。本例によれば、ゲート導電部４４とエミッタ電極５２とを、より確実に絶縁できる。
【０１８０】
図１８は、メサ部の構造の他の例を示す図である。本例では、第１メサ部６０を例として説明するが、他のメサ部も同様の構造を有してよい。第１メサ部６０の上面（つまり、第１メサ部６０における半導体基板１０の上面２１）には、導電材料のトレンチコンタクト５７が設けられている。
【０１８１】
トレンチコンタクト５７は、エミッタ電極５２と接続している。トレンチコンタクト５７は、エミッタ電極５２の一部であってよい。つまりトレンチコンタクト５７は、エミッタ電極５２と同一の材料で形成されてよい。他の例では、トレンチコンタクト５７の少なくとも一部は、タングステンで形成されていてもよい。トレンチコンタクト５７は、バリアメタルを含んでいてもよい。
【０１８２】
トレンチコンタクト５７は、上面２１から、エミッタ領域１２の内部に埋め込まれている。本例のトレンチコンタクト５７は、ベース領域１４には達していない。
【０１８３】
トレンチコンタクト５７は、上面２１において、２つの層間絶縁膜３８の間に配置されている。トレンチコンタクト５７は、上面２１において層間絶縁膜３８と接していてよく、離れていてもよい。
【０１８４】
トレンチコンタクト５７を設けることで、エミッタ領域１２とエミッタ電極５２との接触面積を増大できる。このため、第１メサ部６０の幅を小さくしても、エミッタ領域１２とエミッタ電極５２との接触抵抗の増大を抑制できる。
【０１８５】
図１９は、図１５に示した層間絶縁膜３８の製造工程の一例を示す。本例では、段階Ｓ２０２の前に、半導体基板１０に各トレンチ部と、エミッタ領域１２およびベース領域１４等のドーピング領域とが形成されている。各トレンチ部の内部には、半導体基板１０の上面２１の高さまで、絶縁膜および導電部が充填されている。
【０１８６】
段階Ｓ２０２において、各トレンチ部における絶縁膜および導電部の上部をエッチングする。これにより、各トレンチ部の上端に空間８４が形成される。空間８４は、エミッタ領域１２の下端よりも上側に形成される。つまりエミッタ領域１２は、空間８４よりも下側まで存在するように、比較的に深い位置まで形成されている。
【０１８７】
段階Ｓ２０４において、半導体基板１０の上面２１にＢＰＳＧ等の絶縁材料８６を成膜する。絶縁材料８６は、少なくとも空間８４を充填するように設けられる。
【０１８８】
段階Ｓ２０６において、ＣＭＰおよびドライエッチング等の方法で、絶縁材料８６を除去する。段階Ｓ２０６においては、上面２１に設けた絶縁材料８６の全面をエッチングして、上面２１よりも上側の絶縁材料８６を全て除去する。また、段階Ｓ２０６においては、上面２１よりも上側の絶縁材料８６を除去した後に、各トレンチ部の内部の絶縁材料８６の一部を選択的に除去してもよい。段階Ｓ２０６により、各トレンチ部の内部に配置された層間絶縁膜３８が形成される。
【０１８９】
段階Ｓ２０８において、半導体基板１０の上面２１に、エミッタ電極５２を形成する。エミッタ電極５２の形成前に、バリアメタルを形成してもよい。これにより、図１５に示した層間絶縁膜３８を形成できる。
【０１９０】
なお、段階Ｓ２０２における空間８４の深さを大きくすることで、層間絶縁膜３８の深さ方向における厚みを大きくできる。層間絶縁膜３８の厚みに応じて、空間８４の深さと、エミッタ領域１２の深さが調整される。
【０１９１】
図２０は、図１８に示した層間絶縁膜３８の製造工程の一例を示す。本例では、段階Ｓ２１２の前に、半導体基板１０に各トレンチ部と、ベース領域１４等のドーピング領域とが形成されている。ただし、エミッタ領域１２は形成されていない。各トレンチ部の内部には、半導体基板１０の上面２１の高さまで、絶縁膜および導電部が充填されている。
【０１９２】
段階Ｓ２１２において、各トレンチ部における絶縁膜および導電部の上部をエッチングする。これにより、各トレンチ部の上端に空間８４が形成される。なお空間８４は、上面２１に近づくほどＹ軸方向の幅が増大するテーパー形状を有する。空間８４の内壁８５は、トレンチ部の内壁８７よりも、上面２１に対する傾きが小さい。空間８４は、ウェットエッチング等で形成してよい。
【０１９３】
段階Ｓ２１４において、半導体基板１０の上面２１にＢＰＳＧ等の絶縁材料８６を成膜する。絶縁材料８６は、少なくとも空間８４を充填するように設けられる。
【０１９４】
段階Ｓ２１６において、絶縁材料８６を除去する。段階Ｓ２１６における処理は、段階Ｓ２０６における処理と同様である。段階Ｓ２１６により、トレンチ部の内部に配置された層間絶縁膜３８が形成される。
【０１９５】
段階Ｓ２１７において、第１メサ部６０の上面に、コンタクト用トレンチ５９を形成する。コンタクト用トレンチ５９は、ドライエッチング等で形成してよい。コンタクト用トレンチ５９は、ゲート導電部４４の上端よりも上方に形成されてよい。また、段階Ｓ２１７においてエミッタ領域１２を形成する。エミッタ領域１２は、コンタクト用トレンチ５９を形成した後に、第１メサ部６０の上面からＮ型不純物を注入することで形成してよい。これにより、コンタクト用トレンチ５９の下側にエミッタ領域１２を形成できる。エミッタ領域１２は、コンタクト用トレンチ５９を設ける前に形成してもよい。
【０１９６】
段階Ｓ２１８において、トレンチコンタクト５７およびエミッタ電極５２を形成する。トレンチコンタクト５７は、コンタクト用トレンチ５９の内部に形成される。トレンチコンタクト５７およびエミッタ電極５２は、同一の材料で同一の工程で形成してよい。他の例では、トレンチコンタクト５７を形成してから、トレンチコンタクト５７とは異なる材料のエミッタ電極５２を形成してもよい。トレンチコンタクト５７の形成前に、バリアメタルを形成してもよい。これにより、図１８に示した層間絶縁膜３８を形成できる。
【０１９７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
【０１９８】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１９９】
１０・・・半導体基板、１１・・・ウェル領域、１２・・・エミッタ領域、１４・・・ベース領域、１５・・・コンタクト領域、１６・・・蓄積領域、１６−１・・・蓄積領域、１６−２・・・蓄積領域、１８・・・ドリフト領域、１９・・・高濃度領域、２０・・・バッファ領域、２１・・・上面、２２・・・コレクタ領域、２３・・・下面、２４・・・コレクタ電極、２９・・・延伸部分、３０・・・ダミートレンチ部、３１・・・接続部分、３２・・・ダミー絶縁膜、３３・・・上端、３４・・・ダミー導電部、３５・・・上部分、３６・・・下部分、３７・・・側面、３８・・・層間絶縁膜、３９・・・延伸部分、４０・・・ゲートトレンチ部、４１・・・接続部分、４２・・・ゲート絶縁膜、４４・・・ゲート導電部、４８・・・ゲートランナー、４９・・・コンタクトホール、５０・・・ゲート金属層、５２・・・エミッタ電極、５４・・・コンタクトホール、５５・・・コンタクトホール、５６・・・コンタクトホール、５７・・・トレンチコンタクト、５８・・・コンタクト延伸部、５９・・・コンタクト用トレンチ、６０・・・第１メサ部、６２・・・第２メサ部、６４・・・第３メサ部、７０・・・トランジスタ部、７２・・・側面、７４・・・内壁、７６・・・側面、８０・・・ダイオード部、８２・・・カソード領域、８４・・・空間、８５・・・内壁、８６・・・絶縁材料、８７・・・内壁、９０・・・境界部、９２・・・ガードリング、９４・・・フィールドプレート、９８・・・バリアメタル、１００・・・半導体装置、１１６・・・ゲートパッド、１１８・・・エミッタパッド、１２０・・・活性部、１２２・・・エッジ終端構造部、１４０・・・外周端、１５０・・・半導体装置、１７４・・・チャネルストッパ、２００・・半導体チップ、２３８・・・層間絶縁膜、２５４・・・コンタクトホール
【図１ａ】
2019117248.tif 000003
【図１ｂ】
2019117248.tif 000004
【図１ｃ】
2019117248.tif 000005
【図２ａ】
2019117248.tif 000006
【図２ｂ】
2019117248.tif 000007
【図３】
2019117248.tif 000008
【図４ａ】
2019117248.tif 000009
【図４ｂ】
2019117248.tif 000010
【図５ａ】
2019117248.tif 000011
【図５ｂ】
2019117248.tif 000012
【図６ａ】
2019117248.tif 000013
【図６ｂ】
2019117248.tif 000014
【図７】
2019117248.tif 000015
【図８】
2019117248.tif 000016
【図９】
2019117248.tif 000017
【図１０】
2019117248.tif 000018
【図１１】
2019117248.tif 000019
【図１２】
2019117248.tif 000020
【図１３】
2019117248.tif 000021
【図１４】
2019117248.tif 000022
【図１５】
2019117248.tif 000023
【図１６】
2019117248.tif 000024
【図１７】
2019117248.tif 000025
【図１８】
2019117248.tif 000026
【図１９】
2019117248.tif 000027
【図２０】
2019117248.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月17日(2019.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上面から前記半導体基板の内部まで設けられ、前記半導体基板の前記上面において予め定められた延伸方向に延伸して設けられたゲートトレンチ部と、
前記延伸方向と直交する配列方向に、前記ゲートトレンチ部と接して設けられたメサ部と、
前記半導体基板の上方に設けられた層間絶縁膜と、
を備え、
前記ゲートトレンチ部の前記配列方向における少なくとも一部の上方には、前記層間絶縁膜が設けられ、
前記層間絶縁膜には、前記メサ部を露出させるコンタクトホールが設けられ、
前記コンタクトホールの前記配列方向における幅は、前記メサ部の前記配列方向における幅以上である
半導体装置。
【請求項２】
前記ゲートトレンチ部は、
前記ゲートトレンチ部の内壁に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲートトレンチ部の内部において前記ゲート絶縁膜に囲まれているゲート導電部と
を有し、
前記ゲート導電部の上端は前記半導体基板の前記上面よりも下方に配置されており、
前記ゲート導電部の前記配列方向における少なくとも一部の上方に、前記層間絶縁膜が設けられている、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記層間絶縁膜は、前記配列方向における前記ゲートトレンチ部の一端から他端まで設けられている、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記層間絶縁膜のうち、前記半導体基板の前記上面よりも下方に設けられた下部分の厚さが、前記半導体基板の前記上面よりも上方に設けられた上部分の厚さよりも大きい、請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体基板の前記上面よりも上方において、前記層間絶縁膜の前記配列方向における端に配置された側面と、前記半導体基板の前記上面とのなす角度が、２０度以上６０度以下である、請求項２から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体基板の前記上面よりも上方における前記層間絶縁膜の厚さが、前記ゲート絶縁膜の厚さの２倍以上４倍以下である、
請求項２から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記層間絶縁膜は、前記半導体基板の前記上面よりも上方において、上方に凸の凸部を有する、請求項２から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記凸部の頂点が、前記半導体基板の前記上面に直交する方向において、前記ゲート絶縁膜の上方に配置される、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記凸部の頂点が、前記半導体基板の前記上面に直交する方向において、前記ゲート導電部の上方に配置される、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記層間絶縁膜は、前記半導体基板の前記上面よりも上方に設けられた上部分の上面において、前記層間絶縁膜の前記配列方向の中央を含まない領域に窪みを有する、請求項２から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記窪みが、前記半導体基板の前記上面に直交する方向において、前記ゲート導電部の上方に配置される、請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記コンタクトホールは、前記メサ部の上方および前記ゲート導電部の上方に、前記配列方向に連続して設けられる、
請求項２から１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記半導体基板の前記上面から前記半導体基板の内部まで設けられ、前記半導体基板の前記上面において予め定められた延伸方向に延伸して設けられ、前記延伸方向と直交する配列方向において前記ゲートトレンチ部と向かい合って配置されたダミートレンチ部と、
導電材料で形成されたコンタクト延伸部と
を更に備え、
前記ダミートレンチ部は、
前記ダミートレンチ部の内壁に設けられたダミー絶縁膜と、
前記ダミートレンチ部の内部において前記ダミー絶縁膜に囲まれているダミー導電部と
を有し、
前記ダミートレンチ部の前記内壁のうち前記ゲートトレンチ部と向かい合う前記内壁と、前記ダミー導電部との間に設けられた前記ダミー絶縁膜の上端は、前記ダミー導電部の上端よりも下方に配置されており、
前記コンタクト延伸部は、前記ダミー絶縁膜の前記上端に接している
請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記層間絶縁膜は、前記ゲートトレンチ部の内部において、前記半導体基板の前記上面よりも下方に設けられている
請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記層間絶縁膜は、前記半導体基板の前記上面に近づくほど、前記配列方向における幅が広がる
請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記メサ部は、前記半導体基板の前記上面に近づくほど、前記配列方向における幅が減少する
請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記メサ部の上面には、導電材料のトレンチコンタクトが設けられている
請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記ゲートトレンチ部は、
前記ゲートトレンチ部の内壁に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲートトレンチ部の内部において前記ゲート絶縁膜に囲まれているゲート導電部と
を有し、
前記ゲート絶縁膜の上方に前記層間絶縁膜が設けられている
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記メサ部の上面には、前記ゲートトレンチ部と接するエミッタ領域が設けられており、
前記層間絶縁膜は、前記エミッタ領域の上方には配置されていない
請求項１または１８に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記メサ部の上面には、前記ゲートトレンチ部と接するエミッタ領域が設けられており、
前記トレンチコンタクトの下方に前記エミッタ領域が設けられている
請求項１７に記載の半導体装置。
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月27日(2019.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
【図１ａ】本実施形態に係る半導体装置１００の上面の一例を部分的に示す図である。
【図１ｂ】図１ａにおけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。
【図１ｃ】図１ｂにおける領域Ａの拡大図である。
【図２ａ】比較例の半導体装置１５０の上面を部分的に示す図である。
【図２ｂ】図２ａにおけるｚ−ｚ'断面を示す図である。
【図３】図１ｃにおける領域Ｂの拡大図である。
【図４ａ】図１ａにおけるａ−ａ'断面の他の一例を示す図である。
【図４ｂ】図４ａにおける領域Ｃ１の拡大図である。
【図５ａ】図１ａにおけるａ−ａ'断面の他の一例を示す図である。
【図５ｂ】図５ａにおける領域Ｃ２の拡大図である。
【図６ａ】図１ａにおけるａ−ａ'断面の他の一例を示す図である。
【図６ｂ】図６ａにおける領域Ｆの拡大図である。
【図７】図１ａにおけるａ−ａ'断面の他の一例を示す図である。
【図８】本実施形態に係る半導体チップ２００の上面の一例を示す図である。
【図９】図８におけるｃ−ｃ'断面の一例を示す図である。
【図１０】ダミートレンチ部３０および層間絶縁膜３８−２の他の構造例を示す図である。
【図１１】コンタクトホール５４の配置例を示す上面図である。
【図１２】高濃度領域１９およびコンタクト延伸部５８の配置例を示す上面図である。
【図１３】図１２におけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。
【図１４】コンタクトホール５４の他の配置例を示す上面図である。
【図１５】図１４におけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。
【図１６】図１５におけるトレンチ部の近傍の拡大図である。
【図１７】層間絶縁膜３８の構造の他の例を示す図である。
【図１８】メサ部の構造の他の例を示す図である。
【図１９】図１５に示した層間絶縁膜３８の製造工程の一例を示す。
【図２０】図１８に示した層間絶縁膜３８の製造工程の一例を示す。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０４】
幅Ｗｇｉは、ゲート絶縁膜４２のＹ軸方向における幅である。幅Ｗｂ１および幅Ｗｂ２が大きいほど、コンタクトホール５４に設けられるコンタクトとゲート導電部４４とが接触しにくくなり、コンタクトとゲート導電部４４との絶縁性を向上できる。しかしながら、幅Ｗｂ１および幅Ｗｂ２を大きくするほど、ゲート導電部４４の上面が下方に配置されるので、エミッタ領域１２を形成するために、ドーパントをより深い位置まで注入する必要が生じる。ドーパントを上面２１から深い位置まで注入すると、エミッタ領域１２を形成する熱処理工程において、熱履歴が多くなる。このため、コンタクトとゲート導電部４４との絶縁性と、エミッタ領域１２の上面２１からの深さとのバランスから、幅Ｗｂ１は幅Ｗｇｉの２倍以上４倍以下であることが好ましく、幅Ｗｂ２は幅Ｗｇｉの１．５倍以上３．５倍以下であることが、より好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１９】
本例の層間絶縁膜３８は、図３等に示した層間絶縁膜３８を形成した後に、層間絶縁膜３８の頂点Ｔｉ近傍をエッチングすることにより形成されてよい。図５ｂに示した上部分３５の幅Ｗａ２''は、図３における幅Ｗａ２よりも小さくなる。なお、幅Ｗａ２''は、図４ｂにおける幅Ｗａ２'と等しくてよく、幅Ｗａ２'よりも小さくてよく、大きくてもよい。半導体装置１００は、各図に示した複数種類の形状の層間絶縁膜３８を有してよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５７】
ダミートレンチ部３０は、ゲートトレンチ部４０と向かい合う内壁７４を有する。内壁７４は、半導体基板１０とダミートレンチ部３０との境界である。ダミー絶縁膜３２は、内壁７４とダミー導電部３４との間に設けられている。図１ａから図９の例では、ダミー絶縁膜３２は、ダミー導電部３４の側面７６の全体を覆っている。ダミー導電部３４の側面７６は、ダミートレンチ部３０の内壁７４と向かい合って配置されている。本例において内壁７４および側面７６は、Ｘ軸に平行な面である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６３】
層間絶縁膜３８−２は、ダミー絶縁膜３２の上端３３の上方には設けられない。層間絶縁膜３８−２は、ダミー導電部３４の側面７６と面一の側面を有してよい。層間絶縁膜３８−２の当該側面と、半導体基板１０（例えばエミッタ領域１２）との間にも、コンタクト延伸部５８が設けられる。これにより、エミッタ電極５２から、ダミー絶縁膜３２の上端３３までコンタクト延伸部５８を設けることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６９】
コンタクト延伸部５８は、ダミートレンチ部３０に沿って、Ｘ軸方向に延伸して設けられている。コンタクト延伸部５８は、Ｘ軸方向において、１つ以上のエミッタ領域１２および１つ以上のコンタクト領域１５が設けられる範囲に渡って、連続して設けられていてよい。コンタクト延伸部５８は、Ｘ軸方向においてコンタクトホール５４と同じ範囲に設けられてよい。コンタクト延伸部５８は、Ｘ軸方向においてコンタクトホール５４より長い範囲に渡って設けられてよく、短い範囲に渡って設けられてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７９】
本例の第１メサ部６０は、上面２１に近づくほど、Ｙ軸方向における幅が減少するテーパー形状を有する。他のメサ部も、第１メサ部６０と同様の構造を有してよい。上面２１におけるメサ部の幅Ｗｍは、２つのトレンチ部の距離Ｄｔよりも小さい。本例によれば、ゲート導電部４４とエミッタ電極５２とを、より確実に絶縁できる。
【国際調査報告】
2019117248.tif 000029
2019117248.tif 000030
2019117248.tif 000031
2019117248.tif 000032