(57)【要約】【課題】スーパージャンクション構造を形成するためのトレンチを形成したときにドリフト層が倒れることを抑制できる構造としつつ、チャージバランスが崩れることを抑制する。【解決手段】ｎ型ドリフト層２に対して形成するトレンチ２ａを単なる直線形状にするのではなく、長手方向の途中で当該長手方向に対する垂直方向にトレンチ２ａをずらした構造となるようにする。これにより、トレンチ２ａをすべて直線状にする場合と比較して、トレンチ２ａの間に残っているｎ型ドリフト層２の強度を高めることができ、ｎ型ドリフト層２が倒れてしまうことを抑制することができる。この構造をトレンチ２ａを長手方向に対する垂直方向にずらすことによって構成しているため、ｎ型領域２ｂとｐ型領域３の体積を等しくすることができる。したがって、ｎ型ドリフト層２が倒れることを抑制できる構造としつつ、チャージバランスが崩れることを抑制できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面（１ａ）および裏面（１ｂ）を有する第１導電型または第２導電型の半導体基板（１）と、
前記半導体基板（１）の前記主表面（１ａ）側に形成され、一方向を長手方向とする複数のトレンチ（２ａ）がストライプ状に形成された第１導電型のドリフト層（２）と、
前記トレンチ（２ａ）内に埋め込まれた第２導電型領域（３）とを有し、
前記ドリフト層（２）のうち前記トレンチ（２ａ）の間に残された部分による第１導電型領域（２ｂ）と前記第２導電型領域（３）とが交互に繰り返し並べられることによりスーパージャンクション構造が構成されていると共に、
前記スーパージャンクション構造が形成された領域内に、前記半導体基板（１）の前記主表面（１ａ）側に配置される表面電極（１１）と前記裏面（１ｂ）側に配置される裏面電極（１２）との間に電流を流す縦型半導体素子を備えた半導体装置であって、
前記トレンチ（２ａ）は前記長手方向において複数の部位に分けられており、該複数の部位が前記トレンチ（２ａ）の前記長手方向に対する垂直方向にずらされた構造とされていることを特徴とする縦型半導体素子を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記第１導電型領域（２ｂ）と前記第２導電型領域（３）の不純物濃度および前記トレンチ（２ａ）の長手方向に対する垂直方向の幅が等しくされており、
前記トレンチ（２ａ）は前記長手方向において複数の部位に分断されており、分断された各部位が、前記トレンチ（２ａ）の幅分、前記垂直方向にずらされていることを特徴とする請求項１に記載の縦型半導体素子を備えた半導体装置。
【請求項３】
前記トレンチ（２ａ）は、前記長手方向の途中で前記垂直方向に折り曲げられた構造とされていることを特徴とする請求項１に記載の縦型半導体素子を備えた半導体装置。
【請求項４】
前記トレンチ（２ａ）は前記長手方向において複数の部位に分断されており、分断された各部位が、前記垂直方向にずらされていると共に、前記トレンチ（２ａ）のうち前記分断された側の先端部が先細り形状とされていることを特徴とする請求項１に記載の縦型半導体素子を備えた半導体装置。
【請求項５】
前記第１導電型領域（２ｂ）と前記第２導電型領域（３）の不純物濃度および前記トレンチ（２ａ）の長手方向に対する垂直方向の幅が等しくされており、
前記トレンチ（２ａ）のうち分断された一方の先端位置と他方の先細り形状になり始める部位とが一致し、前記トレンチ（２ａ）のうち他方の先端位置と一方の先細り形状になり始める部位とが一致するように、該トレンチ（２ａ）における分断された側の先端同士が入り込んだ状態とされていることを特徴とする請求項４に記載の縦型半導体素子を備えた半導体装置。
【請求項６】
主表面（１ａ）および裏面（１ｂ）を有する第１導電型または第２導電型の半導体基板（１）と、
前記半導体基板（１）の前記主表面（１ａ）側に形成され、一方向を長手方向とする複数のトレンチ（２ａ）がストライプ状に形成された第１導電型のドリフト層（２）と、
前記トレンチ（２ａ）内に埋め込まれた第２導電型領域（３）とを有し、
前記ドリフト層（２）のうち前記トレンチ（２ａ）の間に残された部分による第１導電型領域（２ｂ）と前記第２導電型領域（３）とが交互に繰り返し並べられることによりスーパージャンクション構造が構成されていると共に、
前記スーパージャンクション構造が形成された領域内に、前記半導体基板（１）の前記主表面（１ａ）側に配置される表面電極（１１）と前記裏面（１ｂ）側に配置される裏面電極（１２）との間に電流を流す縦型半導体素子を備えた半導体装置であって、
前記トレンチ（２ａ）が前記長手方向において複数に分割されており、該トレンチ（２ａ）のうちの分断された側の先端部が、該トレンチ（２ａ）の他の部分よりも幅広とされていることを特徴とする縦型半導体素子を備えた半導体装置。
【請求項７】
前記トレンチ（２ａ）のうちの分断された側の先端部は円形とされていることを特徴とする請求項６に記載の縦型半導体素子を備えた半導体装置。
【請求項８】
前記トレンチ（２ａ）のうちの分断された側の先端部は四角形とされていることを特徴とする請求項６に記載の縦型半導体素子を備えた半導体装置。
【請求項９】
前記トレンチ（２ａ）のうち分断された部分の位置が、隣り合う前記トレンチ（２ａ）同士で該トレンチ（２ａ）の長手方向においてずらされていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１つに記載の縦型半導体素子を備えた半導体装置。
【請求項１０】
主表面（１ａ）および裏面（１ｂ）を有する第１導電型または第２導電型の半導体基板（１）と、
前記半導体基板（１）の前記主表面（１ａ）側に形成され、一方向を長手方向とする複数のトレンチ（２ａ）がストライプ状に形成された第１導電型のドリフト層（２）と、
前記トレンチ（２ａ）内に埋め込まれた第２導電型領域（３）とを有し、
前記ドリフト層（２）のうち前記トレンチ（２ａ）の間に残された部分による第１導電型領域（２ｂ）と前記第２導電型領域（３）とが交互に繰り返し並べられることによりスーパージャンクション構造が構成されていると共に、
前記スーパージャンクション構造が形成された領域内に、前記半導体基板（１）の前記主表面（１ａ）側に配置される表面電極（１１）と前記裏面（１ｂ）側に配置される裏面電極（１２）との間に電流を流す縦型半導体素子を備えた半導体装置であって、
前記トレンチ（２ａ）が前記長手方向において複数に分割されており、該トレンチ（２ａ）のうちの分断された部分が該トレンチ（２ａ）の幅方向に対して斜めに傾斜させられていることを特徴とする縦型半導体素子を備えた半導体装置。
【請求項１１】
前記トレンチ（２ａ）のうちの分断された部分が前記幅方向の途中で折り曲げた形状とされていることを特徴とする請求項１０に記載の縦型半導体素子を備えた半導体装置。
【請求項１２】
主表面（１ａ）および裏面（１ｂ）を有する第１導電型または第２導電型の半導体基板（１）と、
前記半導体基板（１）の前記主表面（１ａ）側に形成され、一方向を長手方向とする複数のトレンチ（２ａ）がストライプ状に形成された第１導電型のドリフト層（２）と、
前記トレンチ（２ａ）内に埋め込まれた第２導電型領域（３）とを有し、
前記ドリフト層（２）のうち前記トレンチ（２ａ）の間に残された部分による第１導電型領域（２ｂ）と前記第２導電型領域（３）とが交互に繰り返し並べられることによりスーパージャンクション構造が構成されていると共に、
前記スーパージャンクション構造が形成された領域内に、前記半導体基板（１）の前記主表面（１ａ）側に配置される表面電極（１１）と前記裏面（１ｂ）側に配置される裏面電極（１２）との間に電流を流す縦型半導体素子を備えた半導体装置であって、
前記トレンチ（２ａ）が前記長手方向において複数に分割されていると共に、該分断された部分の位置が、隣り合う前記トレンチ（２ａ）同士で該トレンチ（２ａ）の長手方向においてずらされており、かつ、隣り合う前記トレンチ（２ａ）は、隣の前記トレンチ（２ａ）のうち分断した部分と対応する部分に、その分断した部分に向かう凸部を備えた形状とされていることを特徴とする縦型半導体素子を備えた半導体装置。
【請求項１３】
前記トレンチ（２ａ）が２つの前記トレンチ（２ａ）によって挟まれている場合に、前記凸部は、隣り合う前記トレンチ（２ａ）のうちの両方に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の縦型半導体素子を備えた半導体装置。
【請求項１４】
前記トレンチ（２ａ）が２つの前記トレンチ（２ａ）によって挟まれている場合に、前記凸部は、隣り合う前記トレンチ（２ａ）のうちの一方にのみ形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の縦型半導体素子を備えた半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドリフト層内にｎ型領域とｐ型領域がストライプ状に交互に繰り返し形成された構造（カラム）からなるスーパージャンクション構造を有し、基板表面と裏面との間において電流を流すように構成される縦型半導体素子を備えた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ドリフト層内にｎ型領域とｐ型領域がストライプ状に交互に繰り返し形成された構造からなるスーパージャンクション構造を有する縦型半導体素子を備えた半導体装置がある（例えば、特許文献１参照）。図１４は、この半導体装置に備えられるスーパージャンクション構造の形成工程を示した上面レイアウト図である。なお、この図では、半導体装置のうちのセル領域のみを示してあり、セル領域を囲むように形成される外周耐圧領域については示していないが、実際には外周耐圧領域も備えられる。
【０００３】
まず、図１４（ａ）に示すように、半導体基板の上にｎ型ドリフト層Ｊ１を形成したのち、図１４（ｂ）に示すように、このｎ型ドリフト層Ｊ１に対して一方向を長手方向とするトレンチＪ２を形成する。このとき、トレンチＪ２が長すぎると、トレンチＪ２とされていない部分においてｎ型ドリフト層Ｊ１が倒れることがあるため、長手方向においてトレンチＪ２を分断している。そして、トレンチＪ２内を埋め込むようにｐ型層をエピタキシャル成長したのち、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などによって平坦化することで、ｎ型ドリフト層Ｊ１の表面を露出させ、図１４（ｃ）に示すように、トレンチＪ２内にのみｐ型層を残すことでｐ型領域Ｊ３を構成する。これにより、ｎ型ドリフト層Ｊ１によって構成されるｎ型領域Ｊ４とｐ型領域Ｊ３とが交互に繰り返されたスーパージャンクション構造が完成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４２９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、スーパージャンクション構造を構成するためのトレンチＪ２を単に分断したのでは、その分断した領域においてｐ型領域Ｊ３とｎ型領域Ｊ４のチャージバランスが崩れるという問題がある。すなわち、チャージバランスは、ｎ型領域Ｊ４の総チャージ量とｐ型領域Ｊ３の総チャージ量が等しくなるようにすることで保つことができる。ｎ型領域Ｊ４の総チャージ量やｐ型領域Ｊ３の総チャージ量は、ｎ型領域Ｊ４内のｎ型不純物量やｐ型領域Ｊ３内のｐ型不純物量のことであり、ｎ型領域Ｊ４やｐ型領域Ｊ３の不純物濃度と体積の積（不純物濃度×体積）によって求められる。そして、仮にｎ型領域Ｊ４とｐ型領域Ｊ３の不純物濃度が等しいとすると、これらの体積が異なっていればチャージバランスが崩れることを意味していることから、トレンチＪ２を分断することによってｎ型領域Ｊ４とｐ型領域Ｊ３の体積が一致しなくなるため、ｎ型領域Ｊ４の総チャージ量がｐ型領域Ｊ３の総チャージ量よりも多くなったＮリッチ状態となり、チャージバランスが崩れるのである。なお、ここでいう体積とは、セル領域のうちスーパージャンクション構造が構成されている部分の厚み分でのｐ型領域Ｊ３やｎ型領域Ｊ４の体積を意味している。つまり、トレンチＪ２の深さがｎ型ドリフト層Ｊ１よりも浅くされる場合には、ｎ型ドリフト層Ｊ１のうちトレンチＪ２よりも深い位置の部分に関してはｎ型領域Ｊ４の体積には含まれない。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、スーパージャンクション構造を形成するためのトレンチを形成したときにドリフト層が倒れることを抑制できる構造としつつ、チャージバランスが崩れることを抑制することができる縦型半導体素子を備えた半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、スーパージャンクション構造を有する縦型半導体素子を備えた半導体装置において、トレンチ（２ａ）は長手方向において複数の部位に分けられており、該複数の部位がトレンチ（２ａ）の長手方向に対する垂直方向にずらされた構造とされていることを特徴としている。
【０００８】
このように、ドリフト層（２）に対して形成するトレンチ（２ａ）を単なる直線形状にするのではなく、トレンチ（２ａ）の長手方向の途中で、当該長手方向に対する垂直方向にトレンチ（２ａ）をずらした構造となるようにしている。このため、トレンチ（２ａ）をすべて直線状にする場合と比較して、トレンチ（２ａ）の間に残っているドリフト層（２）の強度を高めることができ、ドリフト層（２）が倒れてしまうことを抑制することができる。そして、トレンチ（２ａ）を形成したときにドリフト層（２）が倒れることを抑制できる構造を、トレンチ（２ａ）の長手方向に対する垂直方向にずらすことによって構成しているため、第１導電型領域（２ｂ）と第２導電型領域（３）の総チャージ量の差を無くす、もしくは、従来よりも小さくすることができる。したがって、スーパージャンクション構造を形成するためのトレンチ（２ａ）を形成したときにドリフト層（２ａ）が倒れることを抑制できる構造としつつ、チャージバランスが崩れることを抑制できる半導体装置とすることができる。
【０００９】
この場合、請求項２に記載したように、第１導電型領域（２ｂ）と第２導電型領域（３）の不純物濃度およびトレンチ（２ａ）の長手方向に対する垂直方向の幅が等しく、トレンチ（２ａ）は長手方向において複数の部位に分断されるようにするのであれば、分断された各部位が、トレンチ（２ａ）の幅分、トレンチ（２ａ）の長手方向に対する垂直方向にずらされるようにすると好ましい。
【００１０】
このようにすれば、第１導電型領域（２ｂ）と第２導電型領域（３）の体積を等しくすることができる。このため、第１導電型領域（２ｂ）内の不純物量や第２導電型領域（３）内の不純物量、つまり第１導電型領域（２ｂ）と第２導電型領域（３）の不純物濃度と体積の積（不純物濃度×体積）で表される第１導電型領域（２ｂ）の総チャージ量や第２導電型領域（３）の総チャージ量を等しくすることができる。
【００１１】
また、請求項３に記載したように、トレンチ（２ａ）を長手方向の途中で、当該長手方向に対する垂直方向に折り曲げられた構造とすることもできる。
【００１２】
さらに、請求項４に記載したように、トレンチ（２ａ）を長手方向において複数の部位に分断し、分断された各部位をトレンチ（２ａ）の長手方向に対する垂直方向にずらすと共に、トレンチ（２ａ）のうち分断された側の先端部が先細り形状となるようにすることもできる。
【００１３】
この場合、請求項５に記載したように、第１導電型領域（２ｂ）と第２導電型領域（３）の不純物濃度およびトレンチ（２ａ）の長手方向に対する垂直方向の幅が等しくされるのであれば、トレンチ（２ａ）のうち分断された一方の先端位置と他方の先細り形状になり始める部位とが一致し、トレンチ（２ａ）のうち他方の先端位置と一方の先細り形状になり始める部位とが一致するように、該トレンチ（２ａ）における分断された側の先端同士が入り込んだ状態となるようにすると好ましい。
【００１４】
このようにすれば、第１導電型領域（２ｂ）と第２導電型領域（３）の体積を等しくすることができる。このため、第１導電型領域（２ｂ）内の不純物量や第２導電型領域（３）内の不純物量、つまり第１導電型領域（２ｂ）と第２導電型領域（３）の不純物濃度と体積の積（不純物濃度×体積）で表される第１導電型領域（２ｂ）の総チャージ量や第２導電型領域（３）の総チャージ量を等しくすることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、スーパージャンクション構造を有する縦型半導体素子を備えた半導体装置において、トレンチ（２ａ）が長手方向において複数に分割されており、該トレンチ（２ａ）のうちの分断された側の先端部が、該トレンチ（２ａ）の他の部分よりも幅広とされていることを特徴としている。
【００１６】
このように、トレンチ（２ａ）のうち分断された側の先端を幅広とすることにより、少なくとも第１導電型領域（２ｂ）と第２導電型領域（３）の体積の差を少なくすること、もしくはこれらの体積を一致させることが可能となる。このようにしても、請求項１と同様の効果を得ることができる。
【００１７】
例えば、請求項７に記載したように、トレンチ（２ａ）のうちの分断された側の先端部を円形とすることができる。また、請求項８に記載したように、トレンチ（２ａ）のうちの分断された側の先端部を四角形としても良い。
【００１８】
また、この場合、請求項９に記載したように、トレンチ（２ａ）のうち分断された部分の位置を、隣り合うトレンチ（２ａ）同士でトレンチ（２ａ）の長手方向においてずらしても良い。
【００１９】
請求項１０に記載の発明では、スーパージャンクション構造を有する縦型半導体素子を備えた半導体装置において、トレンチ（２ａ）が長手方向において複数に分割されており、該トレンチ（２ａ）のうちの分断された部分を該トレンチ（２ａ）の幅方向に対して斜めに傾斜させていることを特徴としている。
【００２０】
このような構造の場合、従来と同様、トレンチ（２ａ）が分断されることにより、第１導電型領域（２ｂ）の体積よりも第２導電型領域（３）の体積の方が少なくなる。しかしながら、その分断した部分を斜めにしているため、分断した部分を直線状にした場合と比較して、チャージバランスの崩れる部分を集中させないようにでき、チャージバランスが崩れることを抑制できる。したがって、スーパージャンクション構造を形成するためのトレンチ（２ａ）を形成したときにドリフト層（２）が倒れることを抑制できる構造としつつ、チャージバランスが崩れることを抑制できる半導体装置とすることができる。
【００２１】
この場合、請求項１１に記載したように、トレンチ（２ａ）のうちの分断された部分を幅方向の途中で折り曲げた形状とすることもできる。
【００２２】
請求項１２に記載の発明では、スーパージャンクション構造を有する縦型半導体素子を備えた半導体装置において、トレンチ（２ａ）が長手方向において複数に分割されていると共に、該分断された部分の位置が、隣り合うトレンチ（２ａ）同士で該トレンチ（２ａ）の長手方向においてずらされており、かつ、隣り合うトレンチ（２ａ）は、隣のトレンチ（２ａ）のうち分断した部分と対応する部分に、その分断した部分に向かう凸部を備えた形状とされていることを特徴としている。
【００２３】
このように、トレンチ（２ａ）の対して、隣のトレンチ（２ａ）のうち分断した部分と対応する部分に、その分断した部分に向かう凸部を備えた構造とすることもできる。このようにしても、少なくとも第１導電型領域（２ｂ）と第２導電型領域（３）の体積の差を少なくすること、もしくはこれらの体積を一致させることが可能となり、請求項１と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
この場合、請求項１３に記載したように、トレンチ（２ａ）が２つのトレンチ（２ａ）によって挟まれている場合に、凸部は、隣り合うトレンチ（２ａ）のうちの両方に形成されていても良いし、請求項１４に記載したように、凸部は、隣り合うトレンチ（２ａ）のうちの一方にのみ形成されていても良い。
【００２５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる縦型ＭＯＳトランジスタが備えられた半導体装置のセル領域の断面図である。
【図２】図１（ａ）、（ｂ）に示す半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。
【図４】本発明の第３実施形態にかかる半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。
【図５】図４に示す半導体装置におけるトレンチ２ａのうち分断された側の先端部の拡大図である。
【図６】本発明の第４実施形態にかかる半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。
【図７】第４実施形態の変形例で説明する半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。
【図８】本発明の第５実施形態にかかる半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。
【図９】第５実施形態の変形例で説明する半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。
【図１０】第５実施形態の変形例で説明する半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。
【図１１】本発明の第６実施形態にかかる半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。
【図１２】第６実施形態の変形例で説明する半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。
【図１３】他の実施形態で説明する半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。
【図１４】従来の半導体装置に備えられるスーパージャンクション構造の形成工程を示した上面レイアウト図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、縦型半導体素子として縦型ＭＯＳトランジスタを備えた半導体装置を例に挙げて説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態にかかる縦型ＭＯＳトランジスタが備えられた半導体装置のセル領域の断面図である。また、図２は、図１（ａ）、（ｂ）に示す半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。図１（ａ）は、図２中のＡ−Ａ断面図に対応し、図１（ｂ）は、図２中のＢ−Ｂ断面図に対応している。なお、図２では、半導体装置のうちのセル領域のみを示してあり、セル領域を囲むように形成される外周耐圧領域については示していないが、実際には外周耐圧領域も備えられる。以下、これらの図を参照して、縦型ＭＯＳトランジスタを備えた半導体装置について説明する。
【００２９】
図１（ａ）、（ｂ）に示す本実施形態の半導体装置には、縦型ＭＯＳトランジスタとして、トレンチゲート構造の反転型の縦型ＭＯＳトランジスタが備えられている。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、単結晶シリコンなどの単結晶半導体で構成されたｎ+型基板１の一面を主表面１ａ、その反対側の面を裏面１ｂとして、主表面１ａ上にはｎ型ドリフト層２が形成されている。
【００３０】
ｎ型ドリフト層２には、図２に示すように、一方向（図２の紙面左右方向）を長手方向とする短冊状のトレンチ２ａが備えられている。トレンチ２ａは、トレンチ２ａの長手方向と垂直方向において等間隔に並べられて形成されている。そして、各トレンチ２ａは、長手方向において基本的には直線状とされているが、セル領域の一端側から他端側に至るまで全域において直線状とされているのではなく、その途中で長手方向と垂直方向にずらされている。本実施形態の場合、トレンチ２ａを長手方向に対して垂直に分断し、分断したそれぞれがトレンチ２ａの長手方向の垂直方向に対してトレンチ２ａの幅分ずらされた配置とされている。
【００３１】
そして、図１（ｂ）に示すようにトレンチ２ａ内を埋め込むようにｐ型領域３が形成されている。これにより、図１（ｂ）に示すように、ｎ型ドリフト層２のうちトレンチ２ａの間に残された部分をｎ型領域２ｂとし、ｎ型領域２ｂとｐ型領域３とが等間隔にストライプ状に交互に繰り返し形成された構造からなるスーパージャンクション構造が構成されている。
【００３２】
このようなスーパージャンクション構造では、トレンチ２ａが上記構造とされているため、トレンチ２ａ内に形成されているｐ型領域３もトレンチ２ａと同様に、一方向が長手方向とされつつ、その途中で長手方向に対して垂直方向にずらされた構造となる。
【００３３】
このスーパージャンクション構造を構成するｎ型領域２ｂおよびｐ型領域３の厚みや幅（つまりトレンチ２ａの深さや幅）については任意に設定できる。例えば、スーパージャンクション構造によって耐圧を６００Ｖ程度見込む場合には、ｎ型領域２ｂおよびｐ型領域３の厚み（トレンチ２ａの深さ）が３０〜５０μｍとされ、ｎ型領域２ｂおよびｐ型領域３の幅は０．５〜１０μｍに設定される。また、ｎ型領域２ｂおよびｐ型領域３の不純物濃度についても任意であるが、本実施形態のようにｎ型領域２ｂおよびｐ型領域３の幅を等しくする場合には、不純物濃度が等しくされ、例えば１．０×１０16〜１．０×１０17ｃｍ-2とされる。さらに、本実施形態では、ｎ型領域２ｂやｐ型領域３を長手方向の途中で垂直方向にずらした構造としてあるが、そのずれ量についても任意である。
【００３４】
また、図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、ｎ型領域２ｂおよびｐ型領域３の表面には、ｐ型ベース領域４が形成されている。このｐ型ベース領域４の表層部には、ｎ型ドリフト層２よりも高不純物濃度とされたソース領域となるｎ+型領域５が形成されていると共に、ｐ型ベース領域４よりも高不純物濃度とされたｐ+型コンタクト領域６が形成されている。
【００３５】
また、ｎ+型領域５およびｐ型ベース領域４を貫通してｎ型領域２ｂやｐ型領域３に達するように、図１（ａ）の紙面垂直方向（図２の紙面上下方向）を長手方向としたトレンチ７が形成されていると共に、トレンチ７の表面を覆うようにゲート絶縁膜８が形成されており、さらにゲート絶縁膜８の表面にトレンチ７を埋め込むようにゲート電極９が形成されることでトレンチゲート構造が構成されている。トレンチゲート構造を構成するためのトレンチ７は、図２中には示していないが、スーパージャンクション構造を構成するためのトレンチ２ａの長手方向と垂直な方向を長手方向として延設されている。
【００３６】
また、トレンチゲート構造の上方にはゲート電極９を覆うように層間絶縁膜１０が形成されており、この層間絶縁膜１０に形成されたコンタクトホールを通じてソース電極となる表面電極１１が形成されている。そして、ドレイン領域となるｎ+型基板１の裏面にドレイン電極となる裏面電極１２が形成され、縦型ＭＯＳトランジスタが構成されている。
【００３７】
このように構成される縦型ＭＯＳトランジスタは、例えば、ゲート電極９に対してゲート電圧を印加していないオフ時には、ｐ型ベース領域４の表層部にチャネルが形成されないため、表面電極１１と裏面電極１２の間の電流が遮断される。また、ゲート電圧が印加されるオン時には、その電圧値に応じてｐ型ベース領域４のうちトレンチ７の側面に接している部分の導電型が反転してチャネルが形成され、表面電極１１と裏面電極１２の間に電流を流すという動作を行う。
【００３８】
そして、スーパージャンクション構造が構成されていることから、オフ時にはｐ型領域３からｎ型領域２ｂ内に伸びる空乏層によってｎ型領域２ｂがピンチオフされるため、高い耐圧を得ることができる。
【００３９】
続いて、このように構成される半導体装置の製造方法について説明する。ただし、本実施形態の半導体装置の製造方法は、基本的には従来と変わらないため、従来と異なる部分を主に説明する。
【００４０】
まず、単結晶シリコンなどで構成されたｎ+型基板１を用意する。次に、ｎ+型基板１の表面にｎ型ドリフト層２をエピタキシャル成長させる。そして、フォトリソグラフィ工程等によってトレンチ２ａの形成予定位置が開口するマスクをｎ型ドリフト層２の上に配置したのち、エッチングによりｎ型ドリフト層２に対してトレンチ２ａを形成する。このときのトレンチ２ａの上面レイアウトが図２に示すレイアウトとなるようにしている。つまり、各トレンチ２ａを基本的には直線状としつつ、セル領域の一端側から他端側に至るまで全域において直線状とするのではなく、その途中で長手方向と垂直方向にずらしたレイアウトとしている。このため、トレンチ２ａをすべて直線状にする場合と比較して、トレンチ２ａの間に残っているｎ型ドリフト層２の強度を高めることができ、ｎ型ドリフト層２が倒れてしまうことを抑制することができる。
【００４１】
その後、エッチングの際に用いたマスクを除去したのち、トレンチ２ａ内を埋め込むようにｐ型層をエピタキシャル成長させ、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等によってｐ型層を平坦化する。これにより、ｐ型領域３が構成され、ｎ型ドリフト層２のうちトレンチ２ａの間に残された部分からなるｎ型領域２ｂとｐ型領域３からなるスーパージャンクション構造が構成される。
【００４２】
続いて、イオン注入用マスクを配置したのちｐ型ベース領域４の形成予定位置にｐ型不純物をイオン注入する。そして、イオン注入用マスクを除去したのち熱処理による活性化を行うことで、ｐ型ベース領域４を形成する。もしくは、ｎ型領域２ｂとｐ型領域３の表面にｐ型層をエピタキシャル成長させることにより、ｐ型ベース領域４を形成する。
【００４３】
この後は、イオン注入および活性化熱処理によるｎ+型領域５およびｐ+型コンタクト領域６の形成工程、トレンチエッチングによるトレンチ７の形成工程、ゲート酸化などによるゲート絶縁膜８の形成工程、ドープトＰｏｌｙ−Ｓｉの成膜およびパターニングによるゲート電極９の形成工程、層間絶縁膜１０の形成工程、層間絶縁膜１０のパターニングによるコンタクトホール形成工程、電極材料を配置した後にパターニングすることによる表面電極１１およびゲート配線の形成工程、裏面電極１２の形成工程を経ることにより、本実施形態にかかる縦型ＭＯＳＦＥＴを備えた半導体装置が完成する。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態の縦型ＭＯＳトランジスタを備えた半導体装置では、ｎ型ドリフト層２に対して形成するトレンチ２ａを単なる直線形状にするのではなく、長手方向の途中で当該長手方向に対する垂直方向にトレンチ２ａをずらした構造となるようにしている。このため、トレンチ２ａをすべて直線状にする場合と比較して、トレンチ２ａの間に残っているｎ型ドリフト層２の強度を高めることができ、ｎ型ドリフト層２が倒れてしまうことを抑制することができる。
【００４５】
そして、トレンチ２ａを形成したときにｎ型ドリフト層２が倒れることを抑制できる構造を、トレンチ２ａを長手方向に対する垂直方向にずらすことによって構成しているため、ｎ型領域２ｂとｐ型領域３の体積を等しくすることができる。このため、ｎ型領域２ｂ内のｎ型不純物量やｐ型領域３内のｐ型不純物量、つまりｎ型領域２ｂやｐ型領域３の不純物濃度と体積の積（不純物濃度×体積）で表されるｎ型領域２ｂの総チャージ量やｐ型領域３の総チャージ量を等しくすることができる。
【００４６】
したがって、スーパージャンクション構造を形成するためのトレンチ２ａを形成したときにｎ型ドリフト層２が倒れることを抑制できる構造としつつ、チャージバランスが崩れることを抑制できる半導体装置とすることができる。
【００４７】
（第１実施形態の変形例）
上記第１実施形態では、トレンチ２ａを長手方向において分断し、トレンチ２ａの長手方向に対する垂直方向に対して、分断したトレンチ２ａをずらした構造としている。しかしながら、トレンチ２ａを必ずしも分断する必要は無く、トレンチ２ａを長手方向において複数部位に分け、トレンチ２ａの長手方向に対する垂直方向に対して、各部位がずらされた構造としてあれば良い。
【００４８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してスーパージャンクション構造の上面レイアウトを変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
図３は、本実施形態にかかる半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。本実施形態でも、図３に示されるように、各トレンチ２ａを長手方向において基本的には直線状にしつつ、その途中で長手方向と垂直方向にずらした構造としているが、第１実施形態と異なり、トレンチ２ａを長手方向に対して垂直に分断せずに、トレンチ２ａを垂直方向に折り曲げた構造としている。換言すれば、トレンチ２ａを長手方向において複数の部位に分け、各部位をトレンチ２ａの長手方向の途中で垂直方向にずらしつつ、ずらした部分においてトレンチ２ａを斜めにした構造としている。このような構造としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対してスーパージャンクション構造の上面レイアウトを変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００５１】
図４は、本実施形態にかかる半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。本実施形態でも、図４に示されるように、各トレンチ２ａを長手方向において基本的には直線状にしつつ、その途中でトレンチ２ａを分断しているが、第１実施形態と異なり、その分断した側の先端部の形状を工夫することで、ｎ型領域２ｂとｐ型領域３の体積が等しくなるようにしている。
【００５２】
具体的には、分断された各トレンチ２ａのうち分断された側の先端部を先端に行くほど徐々に細くなる先細り形状としている。図５は、この先端部の拡大図である。この図に示されるように、トレンチ２ａの長手方向において、分断された一方のトレンチ２ａの先端位置と他方のトレンチ２ａの先細り形状になり始める部位とが一致し、他方のトレンチ２ａの先端位置と一方のトレンチ２ａの先細り形状になり始める部位とが一致するように、先端同士が入り込んだ状態となっている。
【００５３】
このようにすることで、図５中破線で囲んだ領域、つまりトレンチ２ａのうち長手方向の途中で分断した部位を囲んだ領域においても、ｎ型領域２ｂとｐ型領域３との体積が等しくなる。したがって、このような構造としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
なお、ここでは、分断された一方のトレンチ２ａの先端位置と他方のトレンチ２ａの先細り形状になり始める部位とが一致し、他方のトレンチ２ａ先端位置と一方のトレンチ２ａの先細り形状になり始める部位とが一致するように、先端同士が入り込んだ状態としている。しかしながら、これはｎ型領域２ｂとｐ型領域３の体積を一致させる場合であり、トレンチ２ａの先端同士が互いに入り込んだ状態となっていれば、少なくともｎ型領域２ｂとｐ型領域３の体積の差を少なくすることが可能となる。したがって、必ずしもｎ型領域２ｂとｐ型領域３の体積を一致させなくても、チャージバランスが崩れることを抑制することは可能である。
【００５５】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対してスーパージャンクション構造の上面レイアウトを変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００５６】
図６は、本実施形態にかかる半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。本実施形態では、図６に示されるように、各トレンチ２ａを長手方向において基本的には直線状にしつつ、その途中でトレンチ２ａを分断しているが、第１実施形態と異なり、その分断したトレンチ２ａをずらして配置することなく、分断した側の先端部の形状を工夫するだけで、ｎ型領域２ｂとｐ型領域３の体積が等しくなるようにしている。
【００５７】
すなわち、各トレンチ２ａのうち分断された側の先端部にトレンチ２ａのうちの他の部分よりも幅広にした部分が設けられるようにしている。具体的には、トレンチ２ａのうち分断された側の先端部の上面レイアウトを円形にしている。円形とされた先端部のサイズは、ｐ型領域３のうちトレンチ２ａの先端部が円形とされることによって増加する部分の体積が、トレンチ２ａのうち分断される部分に構成されるｎ型領域２ｂの体積と等しくなるように設定されている。このような構造としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
（第４実施形態の変形例）
上記第４実施形態では、各トレンチ２ａのうち分断された側の先端部にトレンチ２ａのうちの他の部分よりも幅広にした部分が設けられるような形状として、先端部の上面レイアウトを円形にしている。しかしながら、これは単なる一例を示したに過ぎず、他の形状とすることもできる。例えば、図７に示すように、トレンチ２ａのうち分断された側の先端部の形状が、トレンチ２ａの他の部分よりも幅広な四角形となるようにしても良い。
【００５９】
また、ここでは、トレンチ２ａのうち分断された側の先端部が幅広とされることによるｐ型領域３の体積の増加分がトレンチ２ａのうち分断される部分に構成されるｎ型領域２ｂの体積と等しくなるようにする場合について説明した。しかしながら、これはｎ型領域２ｂとｐ型領域３の体積を一致させる場合であり、トレンチ２ａのうち分断された側の先端を幅広とすることにより、少なくともｎ型領域２ｂとｐ型領域３の体積の差を少なくすることが可能となる。したがって、必ずしもｎ型領域２ｂとｐ型領域３の体積を一致させなくても、チャージバランスが崩れることを抑制することは可能である。
【００６０】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対してスーパージャンクション構造の上面レイアウトを変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００６１】
図８は、本実施形態にかかる半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。本実施形態でも、第４実施形態と同様、分断したトレンチ２ａをずらして配置することなく、分断した側の先端部の形状を工夫している。
【００６２】
具体的には、図８に示すように、各トレンチ２ａのうち分断された側の先端部を、トレンチ２ａの幅方向に対して斜め方向に傾斜させている。これにより、トレンチ２ａのうち分断された部分として残るｎ型ドリフト層２が斜めに傾斜した形状、つまり平行四辺形となるようにしている。また、ストライプ状に配置された各トレンチ２ａのうち隣り合うもの同士において、分断された部分の斜めにされた方向が変えられている。
【００６３】
このような構造の場合、従来と同様、トレンチ２ａが分断されることにより、ｎ型領域２ｂの体積よりもｐ型領域３の体積の方が少なくなる。しかしながら、その分断した部分を斜めにしているため、分断した部分を直線状にした場合と比較して、チャージバランスの崩れる部分を集中させないようにでき、チャージバランスが崩れることを抑制できる。つまり、従来のように分断した部分を直線状にした場合、ストライプ状に並べられた各領域すべてにおいて、Ｎリッチ状態の部分が直線状に並ぶことになり、局所的に電界集中を発生させることになる。これに対し、本実施形態のように、トレンチ２ａを斜めに分断すれば、Ｎリッチ状態の部分が直線状に並ぶことを抑制でき、電界集中を緩和することが可能となる。
【００６４】
したがって、スーパージャンクション構造を形成するためのトレンチ２ａを形成したときにｎ型ドリフト層２が倒れることを抑制できる構造としつつ、チャージバランスが崩れることを抑制できる半導体装置とすることができる。
【００６５】
（第５実施形態の変形例）
上記第５実施形態では、各トレンチ２ａのうち分断した部分を斜めにし、その斜めになる部分が直線状となるようにしたが、その斜めになる部分をトレンチ２ａの幅方向の途中で折り曲げた形状としても構わない。例えば、図９や図１０に示すように、分断した部分をトレンチ２ａの幅方向において折り曲げた形状（くの字型）としても良い。その場合、図９に示すように、隣り合うトレンチ２ａ同士で、折り曲げる方向を同方向としても良いし、図１０に示すように、折り曲げる方向を逆方向としても良い。また、隣り合うトレンチ２ａ同士において、分断する部分を斜めにするときの傾斜の方向を揃えるようにしても良い。
【００６６】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対してスーパージャンクション構造の上面レイアウトを変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００６７】
図１１は、本実施形態にかかる半導体装置のスーパージャンクション構造のレイアウト図である。図１１に示されるように、本実施形態では、ストライプ状に並べられた各トレンチ２ａを分断する位置を、トレンチ２ａごとにずらしている。そして、隣り合うトレンチ２ａは、隣のトレンチ２ａのうち分断した部分と対応する部分に、その分断した部分に向かう凸部を備えた形状とされている。このときの凸部の幅（トレンチ２ａの長手方向の寸法）および凸部の突出量は、隣のトレンチ２ａの分断された部分の体積に合せて設定されている。例えば、ｎ型領域２ｂとｐ型領域３の不純物濃度が等しくされている場合には、凸部によって増加するｐ型領域３の体積と、トレンチ２ａのうち分断された部分に構成されるｎ型領域２ｂの体積とが等しくなるように、凸部の幅および凸部の突出量が設定されると好ましい。
【００６８】
このような構造としても、ｎ型領域２ｂとｐ型領域３の体積を等しくすることができる。このため、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００６９】
（第６実施形態の変形例）
上記第６実施形態では、隣り合うトレンチ２ａについて、隣のトレンチ２ａのうち分断した部分と対応する部分に、その分断した部分に向かう凸部を備えた形状とした。つまり、あるトレンチ２ａが２つのトレンチ２ａに挟まれている場合には、そのトレンチ２ａを挟んでいる両側のトレンチ２ａに凸部を設けた構造としているが、図１２に示すように、そのうちの一方のトレンチ２ａにのみ凸部を設けた構造としても良い。
【００７０】
また、ここでは、トレンチ２ａに設ける凸部の幅や突出量について、ｎ型領域２ｂとｐ型領域３の体積を一致させられるような寸法としたが、トレンチ２ａに凸部を設けることにより、少なくともｎ型領域２ｂとｐ型領域３の体積の差を少なくすることが可能となる。したがって、必ずしもｎ型領域２ｂとｐ型領域３の体積を一致させなくても、チャージバランスが崩れることを抑制することは可能である。
【００７１】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、ｎ型領域２ｂとｐ型領域３の不純物濃度を等しくする場合を前提として説明を行ったが、これらの不純物濃度を等しくしなくても良い。このように、ｎ型領域２ｂとｐ型領域３の不純物濃度を等しくしない場合であっても、上記各実施形態の構造を採用することにより、トレンチ２ａを形成したときにｎ型ドリフト層２が倒れることを抑制しつつ、チャージバランスが崩れることを抑制することが可能である。つまり、上記各実施形態の構造を採用することにより、ｎ型領域２ｂおよびｐ型領域３の総チャージ量の差を無くす、もしくは、従来よりも小さくすることができるため、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
また、上記第４実施形態およびその変形例において説明した図６や図７の構造では、トレンチ２ａのうち分断した部分の位置をすべてのトレンチ２ａで同じ位置にした場合について説明したが、隣り合うトレンチ２ａ同士で分断した部分の位置をずらすようにしても良い。例えば、図１３に示すように、図７に示した構造について、隣り合うトレンチ２ａ同士で分断した部分の位置をずらすこともできる。
【００７３】
また、上記実施形態では、スーパージャンクション構造を構成するｎ型領域２ｂとｐ型領域３の長手方向とトレンチゲート構造を構成するトレンチ７の長手方向とが垂直となる場合を例に挙げて説明したが、必ずしも垂直とされている必要は無い。例えば、ｎ型領域２ｂとｐ型領域３の長手方向がトレンチ７の長手方向に対して平行とされていても良い。
【００７４】
また、上記実施形態では、ｎ+型領域５がソース領域として機能し、ｎ+型基板１がドレイン領域として機能する縦型ＭＯＳトランジスタを例に挙げて説明したが、ｎ+型基板１に代えてｐ+型基板を用いたＩＧＢＴについても、本発明を適用することができる。この場合、ｐ+型基板の表面に直接ｎ型ドリフト層２が形成される場合に限らず、バッファ層等が形成されるような構造であっても構わない。また、縦型半導体素子として、トレンチゲート構造のものを例に挙げて説明したが、トレンチゲート構造の素子に限らず、ラテラル構造の素子であっても良い。また、反転型の半導体素子に限らず、蓄積型の半導体素子であっても構わない。
【００７５】
また、上記では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型とするｎチャネルタイプのＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴについて説明したが、素子を構成する各構成要素の導電型を反転させたｐチャネルタイプのＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴに対しても、本発明を適用することができる。
【００７６】
さらに、上記実施形態では、半導体材料としてシリコンを用いる場合について説明したが、他の半導体材料、例えば炭化珪素や化合物半導体などを適用した半導体装置の製造に用いられる半導体基板についても、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１    ｎ+型基板
１ａ  主表面
１ｂ  裏面
２    ｎ型ドリフト層
２ａ  トレンチ
２ｂ  ｎ型領域
３    ｐ型領域
４    ｐ型ベース領域
５    ｎ+型領域
６    ｐ+型コンタクト領域
７    トレンチ
８    ゲート絶縁膜
９    ゲート電極
１０  層間絶縁膜
１１  表面電極
１２  裏面電極
【図１】
2011243696.tif 000003
【図２】
2011243696.tif 000004
【図３】
2011243696.tif 000005
【図４】
2011243696.tif 000006
【図５】
2011243696.tif 000007
【図６】
2011243696.tif 000008
【図７】
2011243696.tif 000009
【図８】
2011243696.tif 000010
【図９】
2011243696.tif 000011
【図１０】
2011243696.tif 000012
【図１１】
2011243696.tif 000013
【図１２】
2011243696.tif 000014
【図１３】
2011243696.tif 000015
【図１４】
2011243696.tif 000016