(57)【要約】      （修正有）【課題】閾値電圧を安定化できる技術を提供する。【解決手段】半導体装置１は、半導体基板１０の表面において、第１トレンチ６１１と、該表面の平面視において第１トレンチ６１１と異なる方向に延び、該トレンチと交わる第２トレンチ６１２と、両トレンチ内面および交差部３０の内面を覆うゲート絶縁膜と、両トレンチ内に形成され、ゲート絶縁膜を介し半導体基板１０に対向するゲート電極を備える。また、半導体基板１０表面に露出し、第１トレンチ６１１内のゲート絶縁膜に接し、交差部３０内面３０１におけるゲート絶縁膜に接しないｎ型エミッタ領域２４と、エミッタ領域２４よりも深い側の第１トレンチ６１１内のゲート絶縁膜に接するｐ型ボディ領域と、ボディ領域よりも深い側の第１トレンチ６１１内のゲート絶縁膜に接し、ボディ領域によってエミッタ領域２４から分離されるｎ型ドリフト領域を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に形成された第１トレンチと、
前記表面に形成され、前記表面の平面視において前記第１トレンチと異なる方向に延びるとともに前記第１トレンチと交わる第２トレンチと、
前記第１トレンチと前記第２トレンチの内面および前記第１トレンチと前記第２トレンチとの交差部の内面を覆うゲート絶縁膜と、
前記第１トレンチと前記第２トレンチ内に形成されており、ゲート絶縁膜を介して前記半導体基板に対向するゲート電極と、
前記半導体基板内に形成されており、前記表面に露出しており、前記第１トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接しており、前記第１トレンチと前記第２トレンチとの交差部の内面を覆う前記ゲート絶縁膜に接していない第１導電型の第１半導体領域と、
前記半導体基板内に形成されており、前記第１半導体領域よりも深い側の前記第１トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接している第２導電型の第２半導体領域と、
前記半導体基板内に形成されており、前記第２半導体領域よりも深い側の前記第１トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接しており、前記第２半導体領域によって前記第１半導体領域から分離されている第１導電型の第３半導体領域と、を備えている半導体装置。
【請求項２】
複数の前記第１トレンチと複数の前記第２トレンチを有し、
前記表面の平面視において、複数の前記第１トレンチと複数の前記第２トレンチが格子状に配置されており、
前記第１半導体領域は、前記第２トレンチ内のゲート絶縁膜に接していない、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記表面の平面視において、前記第１トレンチと前記第２トレンチによって形成される格子が千鳥状に配置されている請求項２に記載の半導体装置。
【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。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体基板と、半導体基板に形成された複数のトレンチとを備える半導体装置が開示されている。特許文献１の半導体装置では、トレンチが格子状に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２３２５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の半導体装置では、チャネルを形成するために必要な閾値電圧にゲート電極の位置によって差が生じることがある。そこで本明細書は、閾値電圧の安定を図ることができる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】
【０００５】
本明細書に開示する半導体装置は、半導体基板の表面に形成された第１トレンチと、前記表面に形成され、前記表面の平面視において前記第１トレンチと異なる方向に延びるとともに前記第１トレンチと交わる第２トレンチとを備えている。また、半導体装置は、前記第１トレンチと前記第２トレンチの内面および前記第１トレンチと前記第２トレンチとの交差部の内面を覆うゲート絶縁膜と、前記第１トレンチと前記第２トレンチ内に形成されており、ゲート絶縁膜を介して前記半導体基板に対向するゲート電極とを備えている。また、半導体装置は、前記半導体基板内に形成されており、前記表面に露出しており、前記第１トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接しており、前記第１トレンチと前記第２トレンチとの交差部の内面に形成されている前記ゲート絶縁膜に接していない第１導電型の第１半導体領域を備えている。また、半導体装置は、前記半導体基板内に形成されており、前記第１半導体領域よりも深い側の前記第１トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接している第２導電型の第２半導体領域を備えている。また、半導体装置は、前記半導体基板内に形成されており、前記第２半導体領域よりも深い側の前記第１トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接しており、前記第２半導体領域によって前記第１半導体領域から分離されている第１導電型の第３半導体領域を備えている。
【０００６】
第１トレンチと第２トレンチが交わる交差部において周囲の部分よりトレンチが深くなる。しかしながら、上記の構成によれば、第１半導体領域が交差部に形成されているゲート絶縁膜に接していないので、交差部の深いトレンチによる影響を避けることができる。その結果、半導体装置の閾値電圧の安定を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】半導体装置の上面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】図１の要部IVの拡大図である。
【図５】他の実施形態に係る半導体装置の上面図である。
【図６】更に他の実施形態に係る半導体装置の要部の拡大図である。
【図７】更に他の実施形態に係る半導体装置の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に説明する実施形態の主要な特徴を列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、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る。
【０００９】
（特徴１）半導体装置は、複数の第１トレンチと複数の第２トレンチを有していてもよい。半導体基板の表面の平面視において、複数の第１トレンチと複数の第２トレンチが格子状に配置されていてもよい。第１半導体領域は、第２トレンチ内のゲート絶縁膜に接していなくてもよい。
【００１０】
（特徴２）半導体基板の表面の平面視において、第１トレンチと第２トレンチによって形成される格子が千鳥状に配置されていてもよい。
【００１１】
以下、実施形態について添付図面を参照して説明する。図１〜３に示す半導体装置１は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。半導体装置１は、半導体基板１０、電極及び絶縁層等により構成されている。
【００１２】
半導体基板１０は、シリコン（Ｓｉ）によって形成されている。他の例では、半導体基板１０は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）等から形成されていてもよい。図２に示すように、半導体基板１０の内部には、エミッタ領域２４（第１半導体領域の一例に相当する。）、コンタクト領域２５、ボディ領域２３（第２半導体領域の一例に相当する。）、ドリフト領域２２（第３導電型の一例に相当する。）、および、コレクタ領域２１が形成されている。より詳細には、半導体基板１０は、裏面側から順に、ｐ型のコレクタ領域２１と、コレクタ領域２１の上に形成されたｎ型のドリフト領域２２と、ドリフト領域２２の上に形成されたｐ型のボディ領域２３と、ボディ領域２３の上に形成されたｎ型のエミッタ領域２４と、ボディ領域２３の上に形成されたｐ型のコンタクト領域２５とを備えている。コレクタ領域２１は、半導体基板１０の裏面に露出している。コレクタ領域２１は、ドリフト領域２２によってボディ領域２３から分離されている。ドリフト領域２２は、ボディ領域２３によってエミッタ領域２４から分離されている。エミッタ領域２４は、半導体基板１０の表面に露出している。コンタクト領域２５は、半導体基板１０の表面に露出している。コンタクト領域２５のｐ型不純物濃度は、ボディ領域２３のｐ型不純物濃度よりも高い。なお、ｎ型は、第１導電型の一例に相当し、ｐ型は、第２導電型の一例に相当する。
【００１３】
半導体基板１０の表面には、表面電極７０が形成されている。表面電極７０は、エミッタ領域２４及びコンタクト領域２５に接続されている。半導体基板１０の裏面には、裏面電極７２が形成されている。裏面電極７２は、コレクタ領域２１に接続されている。
【００１４】
図１に示すように、半導体基板１０の表面には、複数のトレンチ６１（すなわち、複数の第１トレンチ６１１および複数の第２トレンチ６１２）が形成されている。半導体基板１０の表面の平面視において、第１トレンチ６１１はｘ方向（第１の方向）に沿って伸びている。半導体基板１０の表面の平面視において、複数の第１トレンチ６１１は、ｙ方向に間隔をあけて並んで形成されている。なお、ｙ方向はｘ方向とは異なる方向であり、より詳細にはｙ方向はｘ方向に対して直交する方向である。複数の第１トレンチ６１１は、平行に延びている。第２トレンチ６１２は、ｙ方向（第２の方向）に延びている。複数の第２トレンチ６１２は、ｘ方向に間隔をあけて並んで形成されている。複数の第２トレンチ６１２は、平行に延びている。ｙ方向において隣り合う第２トレンチ６１２同士は、ｘ方向において互いにずれている。２つの第１トレンチ６１１の間に第２トレンチ６１２が形成されている。各第２トレンチ６１２は、その両端部（図１の交差部３０）において第１トレンチ６１１と交わっている。交差部３０からトレンチ６１が三方に延びている。第１トレンチ６１１と第２トレンチ６１２によって、半導体基板１０の表面が格子状に区画されている。第１トレンチ６１１および第２トレンチ６１２によって形成される格子は、千鳥状に配置されている。以下では、格子状に区画された領域を、素子領域２０という。
図１に示すように、エミッタ領域２４は、素子領域２０に形成されている。エミッタ領域２４は、第２トレンチ６１２に隣接している。エミッタ領域２４は、第２トレンチ６１２に沿って形成されている。エミッタ領域２４は、ｙ方向（第２の方向）に延びている。第２トレンチ６１２のｘ方向の両側にエミッタ領域２４が形成されている。第２トレンチ６１２の両側のエミッタ領域２４は、第２トレンチ６１２を挟んで対称的に形成されている。エミッタ領域２４は、第１トレンチ６１１に隣接していない。また、エミッタ領域２４は、交差部３０に隣接していない。すなわち、エミッタ領域２４は、第１トレンチ６１１及び交差部３０から離間して形成されている。コンタクト領域２５は、第１トレンチ６１１、第２トレンチ６１２及び交差部３０に接するように形成されている。すなわち、エミッタ領域２４と第１トレンチ６１１の間にコンタクト領域２５が形成されている。
【００１５】
図２および図３に示すように、断面視において、トレンチ６１（第１トレンチ６１１および第２トレンチ６１２）は、半導体基板１０の表面からｚ方向（深さ方向）に延びている。第１トレンチ６１１は、エミッタ領域２４およびボディ領域２３を貫通してドリフト領域２２まで延びている。第２トレンチ６１２は、コンタクト領域２５およびボディ領域２３を貫通してドリフト領域２２まで延びている。図３に示すように、交差部３０では、交差部３０の外側に比べて、トレンチ６１の深さが深くなっている。これは、半導体装置１０の製造工程においてトレンチ６１をドライエッチングにより形成する際に、交差部３０に供給されるエッチングガスの量が交差部３０の外側のトレンチ６１に比べて多くなるためである。トレンチ６１の内面には、ゲート絶縁膜６２が形成されている。ゲート絶縁膜６２は、トレンチ６１の内面全体を覆っている。各トレンチ６１の内部（ゲート絶縁膜６２の内側）には、ゲート電極６３が形成されている。ゲート電極６３は、第１トレンチ６１１の内部および第２トレンチ６１２の内部に配置されている。ゲート電極６３は、ゲート絶縁膜６２を介して半導体基板１０に対向している。ゲート電極６３は、層間絶縁膜７４によって表面電極７０から絶縁されている。また、図４に示すように、ゲート絶縁膜６２は、第１トレンチ６１１と第２トレンチ６１２の内面および第１トレンチ６１１と第２トレンチ６１２の交差部３０の内面を覆っている。本実施形態において交差部３０の内面３０１は、第１トレンチ６１１の端部と第２トレンチ６１２の端部が接する部分（角部）の内面に相当する。また、交差部３０の内面３０１は、第１トレンチ６１１のうち、第１トレンチ６１１に向かって延びる第２トレンチ６１２と対向する部分の内面に相当する。この内面３０１は、交差部３０に面している。
【００１６】
ゲート絶縁膜６２には、コンタクト領域２５、エミッタ領域２４、ボディ領域２３およびドリフト領域２２が接している。図２に示すように、エミッタ領域２４は、半導体基板１０の表面近傍においてゲート絶縁膜６２と接している。図３に示すように、コンタクト領域２５は、半導体基板１０の表面近傍においてゲート絶縁膜６２と接している。図１に示すように、コンタクト領域２５は、第１トレンチ６１１、第２トレンチ６１２及び交差部３０内のゲート絶縁膜６２と接している。また、エミッタ領域２４は、第２トレンチ６１２内のゲート絶縁膜６２と接している。エミッタ領域２４は、第１トレンチ６１１及び交差部３０内のゲート絶縁膜６２に接していない。図２に示すように、ボディ領域２３は、エミッタ領域２４の下部において、エミッタ領域２４よりも深い側のゲート絶縁膜６２に接している。また、図３に示すように、ボディ領域２３は、コンタクト領域２５の下部において、コンタクト領域２４よりも深い側のゲート絶縁膜６２に接している。ドリフト領域２２は、ボディ領域２３の下部において、ボディ領域２３よりも深い側のゲート絶縁膜６２に接している。
【００１７】
上述の構成を備える半導体装置１によれば、トレンチ６１の内部のゲート電極６３をオン電位（閾値以上の電位）にすると、ゲート絶縁膜６２の近傍のボディ領域２３に、トレンチ６１の深さ方向に沿ってチャネルが形成される。また、表面電極７０と裏面電極７２の間に電圧を印加すると、エミッタ領域２４側から、チャネルとドリフト領域２２を介してコレクタ領域２１へ電子が流れる。また、コレクタ領域２１から、ドリフト領域２２とボディ領域２３を介してコンタクト領域２５にホールが流れる。このようにして、コレクタ領域２１からエミッタ領域２４へ電流が流れる。すなわち、ＩＧＢＴがオンする。
【００１８】
上述の通り、交差部３０では周囲の部分よりトレンチ６１が深い。ＩＧＢＴがオンしている際には、トレンチ６１の近傍で電子が流れやすい。このため、トレンチ６１が深い交差部３０の近傍が電子の流れの主経路になっていると、トレンチ６１が深い位置（すなわち、交差部３０近傍）とトレンチ６１が浅い位置（交差部３０から離れた位置）とで閾値（すなわち、チャネルを形成するために必要なゲート電位）に差が生じ、ＩＧＢＴの閾値ばらつきが大きくなる。これに対し、上述の半導体装置１では、エミッタ領域２４が交差部３０に形成されているゲート絶縁膜６２に隣接していない。このため、半導体装置１では、エミッタ領域２４の下部が電子の主経路となり、交差部３０近傍にはあまり電子が流れない。これにより、交差部３０の深いトレンチ６１の影響を避けることができる。その結果、半導体装置１の閾値のバラツキを抑制でき、閾値の安定を図ることができる。また、スイッチング特性の安定を図ることができる。
【００１９】
また、交差部３０の近傍が電子の流れの主経路になっていると、交差部３０近傍に電子の流れが集中し易くなる。しかしながら、上述の半導体装置１では、エミッタ領域２４が交差部３０に隣接していないので、交差部３０近傍における電流の集中を抑制することができる。また、エミッタ領域２４が第２トレンチ６１２を介して対称的に配置されているので電流が均一に流れる。これにより、交差部３０における局所的な発熱を抑制することができる。また、エミッタ領域２４が交差部３０から離間している部分においてコンタクト領域２５を確保することができる。これにより、正孔が流れる領域を確保することができ、高速スイッチングが可能になる。
【００２０】
また、上述の半導体装置１では、複数の格子（素子領域３０）が千鳥状に配置されるように複数の第１トレンチ６１１および複数の第２トレンチ６１２を備えている。この構成では、第１トレンチ６１１と第２トレンチ６１２の深さにバラツキが生じることがある。第１トレンチ６１１と第２トレンチ６１２の両方に沿って電子の流れの主経路が形成される構成では、第１トレンチ６１１と第２トレンチ６１２の深さの差によって、第１トレンチ６１１に沿う電子の経路と第２トレンチ６１２に沿う電子の経路とで閾値にバラツキが生じることがある。しかしながら、上述の半導体装置１では、エミッタ領域２４が、第１トレンチ６１１内のゲート絶縁膜６２に接していない。これにより、第１トレンチ６１１と第２トレンチ６１２の深さの差による影響を避けることができ、閾値電圧の安定を図ることができる。
【００２１】
以上、一実施形態について説明したが、具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。以下の説明において、上述の説明における構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００２２】
上記実施形態では、複数の第２トレンチ６１２が千鳥配置されていたが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、図５に示すように、複数の第２トレンチ６１２がｙ方向（第２の方向）に揃って形成されていてもよい。複数の第２トレンチ６１２が直線状に並んでいる。トレンチ６１が交差部３０から四方に延びている。
【００２３】
また、上記実施形態では、エミッタ領域２４が第２トレンチ６１２に隣接しており、第１トレンチ６１１に隣接していなかったが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、図５に示すように、エミッタ領域２４は、第１トレンチ６１１および第２トレンチ６１２のそれぞれに隣接していてもよい。第１トレンチ６１１に隣接するエミッタ領域２４は、第２トレンチ６１２から離間して形成されている。第２トレンチ６１２に隣接するエミッタ領域２４は、第１トレンチ６１１から離間して形成されている。
【００２４】
また、上記実施形態では、エミッタ領域２４が第２トレンチ６１２を挟んで対称的に形成されていたが、この構成に限定されるものではなく、非対称的に形成されていてもよい。他の実施形態では、図６に示すように、第２トレンチ６１２のｘ方向の一方側にエミッタ領域２４が形成されており、他方側にエミッタ領域２４が形成されていない。このような構成によれば、電流が流れる部分が分散され、電流の集中を抑制することができる。
【００２５】
また、上記実施形態では、複数のトレンチ６１が格子状に配置されていたが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、図７に示すように、複数のトレンチ６１が多角形状に配置されていてもよい。図７に示す例では、複数のトレンチ６１が六角形状に配置されている。複数のトレンチ６１は、ハニカム状に形成されている。六角形状に配置されたトレンチ６１同士が交わる部分に交差部３０が形成されている。
【００２６】
また、上記実施形態では、半導体基板１０にＩＧＢＴが形成されていたが、ＩＧＢＴに代えてＭＯＳＦＥＴが形成されていてもよい。この場合、例えば、図１〜３の構成においてコレクタ領域２１の代わりにｎ型の高濃度領域を形成し、その高濃度領域を裏面電極７２に導通させた構造を採用することができる。
【００２７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、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。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。
【符号の説明】
【００２８】
１；半導体装置
１０；半導体基板
２０；素子領域
２１；コレクタ領域
２２；ドリフト領域
２３；ボディ領域
２４；エミッタ領域
２５；コンタクト領域
３０；交差部
６１；トレンチ
６２；ゲート絶縁膜
６３；ゲート電極
７０；表面電極
７２；裏面電極
７４；層間絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図４】
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