(57)【要約】【課題】耐圧の向上とオン抵抗の低減とのトレードオフ関係の改善。【解決手段】実施形態の半導体装置は、第１半導体領域と、第２半導体領域と、第３半導体領域と、第１半導体領域に電気的に接続された第１電極と、第３半導体領域に電気的に接続された第２電極と、第１電極から第２電極に向かう第１方向に対して交差する第２方向に延在する第３電極と、第３電極よりも第１電極の側に設けられ、第２方向に延在する第４電極と、第３電極と、第１半導体領域、第２半導体領域および第３半導体領域との間、および、第４電極と第１半導体領域との間に設けられ、第４電極と第１半導体領域との間には、第１絶縁領域と第２絶縁領域とを有し、第１絶縁領域の第４電極と第１半導体領域との間の幅は、第２絶縁領域の第４電極と第１半導体領域との間の幅と異なり、第１絶縁領域と第２絶縁領域とが第２方向に並ぶ第１絶縁膜と、を、備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電形の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域の上に選択的に設けられた第２導電形の第２半導体領域と、
前記第２半導体領域の上に選択的に設けられた第１導電形の第３半導体領域と、
前記第１半導体領域に電気的に接続された第１電極と、
前記第３半導体領域の上に設けられ、前記第３半導体領域に電気的に接続された第２電極と、
前記第１電極から前記第２電極に向かう第１方向に対して交差する第２方向に延在する第３電極と、
前記第３電極よりも前記第１電極の側に設けられ、前記第２方向に延在する第４電極と、
前記第３電極と、前記第１半導体領域、前記第２半導体領域および前記第３半導体領域との間、および、前記第４電極と前記第１半導体領域との間に設けられ、前記第４電極と前記第１半導体領域との間には、第１絶縁領域と第２絶縁領域とを有し、前記第１絶縁領域の前記第４電極と前記第１半導体領域との間の幅は、前記第２絶縁領域の前記第４電極と前記第１半導体領域との間の幅と異なり、前記第１絶縁領域と前記第２絶縁領域とが前記第２方向に並ぶ第１絶縁膜と、
を、備えた半導体装置。
【請求項２】
前記第２方向において、前記第１絶縁領域と、前記第２絶縁領域と、が、交互に配列されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２方向において、前記第１絶縁領域の長さは、前記第２絶縁領域の長さと異なる請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２絶縁領域の膜厚は、前記第２半導体領域と前記第３電極との間の前記第１絶縁膜の膜厚と同じである請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２絶縁領域の膜厚は、前記第２半導体領域と前記第３電極との間の前記第１絶縁膜の膜厚と異なる請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１絶縁領域は、前記第４電極と前記第１半導体領域との間の幅が異なる第１部分と第２部分とを有する請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２絶縁領域は、前記第４電極と前記第１半導体領域との間の幅が異なる第３部分と第４部分とを有する請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１絶縁領域に接する前記第１半導体領域のキャリア濃度は、前記第２絶縁領域に接する前記第１半導体領域のキャリア濃度と同じである請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゲート電極の下にフィールドプレート電極を備えたフィールドプレート構造のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体装置がある。フィールドプレート電極を設けることにより、ＭＯＳＦＥＴのドリフト領域内の電界強度が緩和される。これにより、ＭＯＳＦＥＴのドレイン・ソース間における破壊耐圧（以下、単に、耐圧）が向上する。また、耐圧の向上に伴い、ドリフト領域のキャリア濃度を高く設定することができ、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗を低下させることができる。つまり、フィールドプレート構造のＭＯＳＦＥＴによれば、ＭＯＳＦＥＴにおける耐圧の向上とオン抵抗の低減とのトレードオフ関係が改善され得る。
【０００３】
しかし、このようなＭＯＳＦＥＴにおいては、ベース領域とドリフト領域とのｐｎ接合部またはフィールドプレート電極の下端の近傍に電界が集中し、充分な耐圧が得られない場合がある。フィールドプレート構造を備えたＭＯＳＦＥＴにおける耐圧の向上とオン抵抗の低減とのトレードオフ関係には、改善が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０６２５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、耐圧の向上とオン抵抗の低減とのトレードオフ関係が改善される半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の半導体装置は、第１導電形の第１半導体領域と、前記第１半導体領域の上に選択的に設けられた第２導電形の第２半導体領域と、前記第２半導体領域の上に選択的に設けられた第１導電形の第３半導体領域と、前記第１半導体領域に電気的に接続された第１電極と、前記第３半導体領域の上に設けられ、前記第３半導体領域に電気的に接続された第２電極と、前記第１電極から前記第２電極に向かう第１方向に対して交差する第２方向に延在する第３電極と、前記第３電極よりも前記第１電極の側に設けられ、前記第２方向に延在する第４電極と、前記第３電極と、前記第１半導体領域、前記第２半導体領域および前記第３半導体領域との間、および、前記第４電極と前記第１半導体領域との間に設けられ、前記第４電極と前記第１半導体領域との間には、第１絶縁領域と第２絶縁領域とを有し、前記第１絶縁領域の前記第４電極と前記第１半導体領域との間の幅は、第２絶縁領域の前記第４電極と前記第１半導体領域との間の幅と異なり、前記第１絶縁領域と前記第２絶縁領域とが前記第２方向に並ぶ第１絶縁膜と、を、備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）および図１（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。図１（ａ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）のＢ−Ｂ’線に沿った位置での断面が表されている。図１（ｂ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿った位置での断面が表されている。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の要部を表す模式的平面図である。図２（ａ）は、図１（ａ）および図１（ｂ）のＸ−Ｘ’線に沿った位置での断面が表されている。図２（ｂ）は、図１（ａ）および図１（ｂ）のＹ−Ｙ’線に沿った位置での断面が表されている。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、第１実施形態の別の例に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。図３（ａ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）のＢ−Ｂ’線に沿った位置での断面が表されている。図３（ｂ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿った位置での断面が表されている。
【図４】図４（ａ）は、第１参考例に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。図４（ｂ）は、第１参考例に係る半導体装置の要部を表す模式的平面図であり、図４（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿った位置での断面が表されている。
【図５】図５は、第１参考例に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。
【図６】図６（ａ）は、第２参考例に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。図６（ｂ）は、第２参考例に係る半導体装置の要部を表す模式的平面図であり、図６（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿った位置での断面が表されている。
【図７】図７は、第２参考例に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。
【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置１Ａの作用を表す模式的断面図である。図８（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置１Ａの電界強度分布を表すグラフである。
【図９】図９は、第１実施形態に係る半導体装置１Ａの別の作用を表す模式的断面図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態に係る半導体装置の要部を表す模式的平面図である。
【図１１】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、第３実施形態に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。図１１（ａ）は、図１２のＢ−Ｂ’線に沿った位置での断面が表されている。図１１（ｂ）は、図１２のＡ−Ａ’線に沿った位置での断面が表されている。
【図１２】図１２は、第３実施形態に係る半導体装置の要部を表す模式的平面図であり、図１１（ａ）および図１１（ｂ）のＹ−Ｙ’線に沿った位置での断面が表されている。
【図１３】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、第４実施形態に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、第５実施形態に係るＦＰ絶縁膜の製造過程を表す模式的平面図である。
【図１５】図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、第５実施形態に係るＦＰ絶縁膜の製造過程を表す模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。実施形態では、第１導電形をｎ形とし、第２導電形をｐ形とするが、実施形態では、第１導電形をｐ形とし、第２導電形をｎ形としてもよい。実施形態では、ｎ＋形、ｎ形の順でｎ形（第１導電形）のキャリア濃度が低くなることを表す。
【０００９】
（第１実施形態）  
図１（ａ）および図１（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。図１（ａ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）のＢ−Ｂ’線に沿った位置での断面が表されている。図１（ｂ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿った位置での断面が表されている。
【００１０】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の要部を表す模式的平面図である。図２（ａ）は、図１（ａ）および図１（ｂ）のＸ−Ｘ’線に沿った位置での断面が表されている。図２（ｂ）は、図１（ａ）および図１（ｂ）のＹ−Ｙ’線に沿った位置での断面が表されている。
【００１１】
第１実施形態に係る半導体装置１Ａは、第１半導体領域（以下、例えば、半導体領域２０）と、第２半導体領域（以下、例えば、ｐ形ベース領域３０）と、第３半導体領域（以下、例えば、ｎ＋形ソース領域４０）と、第１電極（以下、例えば、ドレイン電極１０）と、第２電極（以下、例えば、ソース電極１１）と、第３電極（以下、例えば、ゲート電極５０）と、第４電極（以下、例えば、フィールドプレート電極５１）と、第１絶縁膜（以下、例えば、絶縁膜５２）と、を備える。
【００１２】
実施形態では、ドレイン電極１０からソース電極１１に向かう方向を、第１方向（Ｚ方向）とし、Ｚ方向に対して交差する方向を第２方向（Ｘ方向）とし、Ｚ方向およびＹ方向に交差する方向をＹ方向とする。
【００１３】
半導体領域２０は、ｎ＋形ドレイン領域２１と、ｎ＋形ドレイン領域２１の上に設けられたｎ形ドリフト領域２２と、を有する。ｎ＋形ドレイン領域２１は、ドレイン電極１０に電気的に接続されている。
【００１４】
ｐ形ベース領域３０は、半導体領域２０のうちのｎ形ドリフト領域２２の上に選択的に設けられている。ｐ形ベース領域３０は、Ｘ方向に延在している。ｎ＋形ソース領域４０は、ｐ形ベース領域３０の上に選択的に設けられている。ｎ＋形ソース領域４０は、Ｘ方向に延在している。
【００１５】
ソース電極１１は、ｎ＋形ソース領域４０の上に設けられている。ソース電極１１は、ｎ＋形ソース領域４０およびｐ形ベース領域３０にコンタクト領域１１ａを介して電気的に接続されている。実施形態では、コンタクト領域１１ａをソース電極１１に含めて、ソース電極としてもよい。
【００１６】
ゲート電極５０は、ｎ形ドリフト領域２２、ｐ形ベース領域３０、およびｎ＋形ソース領域４０に、ゲート絶縁膜５２ｇを介して対面する。ゲート電極５０は、Ｘ方向に延在している（図２（ａ））。ゲート電極５０のＹ方向における幅５０Ｗは、Ｘ方向で略同じである。また、ゲート絶縁膜５２ｇのＹ方向における幅５２Ｗｇは、Ｘ方向において略同じである。ここで、「略同じ」とは、完全に同じである場合の他に、実質的に同じである場合も含めた意味で定義される。
【００１７】
フィールドプレート電極５１（以下、ＦＰ電極５１）は、ｎ形ドリフト領域２２とフィールドプレート絶縁膜５２ｆ（以下、ＦＰ絶縁膜５２ｆ）を介して対面する。ＦＰ電極５１は、ゲート電極５０よりもドレイン電極１０の側に位置している。ＦＰ電極５１は、Ｘ方向に延在している。ＦＰ電極５１は、Ｚ方向においてゲート電極５０に並んでいる。ＦＰ電極５１は、ゲート電極５０に接続されている。
【００１８】
ＦＰ電極５１は、第１ＦＰ領域５１ａと、第２ＦＰ領域５１ｂと、を有している。図２（ｂ）に示すように、Ｙ方向における第１ＦＰ領域５１ａの幅は、Ｙ方向における第２ＦＰ領域５１ｂの幅と異なっている。例えば、Ｙ方向において、第１ＦＰ領域５１ａの幅５１Ｗａは、第２ＦＰ領域５１ｂの幅５１Ｗｂよりも狭い。第１ＦＰ領域５１ａは、第２ＦＰ領域５１ｂに接続されている。第１ＦＰ領域５１ａと、第２ＦＰ領域５１ｂとは、Ｘ方向において交互に配列されている。
【００１９】
ＦＰ絶縁膜５２ｆは、ＦＰ電極５１と、ｎ形ドリフト領域２２と、の間に設けられている。ＦＰ絶縁膜５２ｆは、第１絶縁領域５２ｆａと、第２絶縁領域５２ｆｂと、を有している。第１絶縁領域５２ｆａは、第１ＦＰ領域５１ａに接している。第２絶縁領域５２ｆｂは、第２ＦＰ領域５１ｂに接している。ＦＰ電極５１とｎ形ドリフト領域２２との間において、第１絶縁領域５２ｆａの幅は、第２絶縁領域５２ｆｂの幅と異なっている。例えば、Ｙ方向における幅５２Ｗａは、Ｙ方向における幅５２Ｗｂと異なっている。幅５２Ｗａは、例えば、０．０５μｍ〜０．７μｍである。幅５２Ｗｂは、例えば、０．０３μｍ〜０．１μｍである。
【００２０】
第１絶縁領域５２ｆａは、第２絶縁領域５２ｆｂに接している。第１絶縁領域５２ｆａと、第２絶縁領域５２ｆｂと、は、Ｘ方向に並んでいる。例えば、第１絶縁領域５２ｆａと、第２絶縁領域５２ｆｂと、は、Ｘ方向において交互に並んでいる。第２絶縁領域５２ｆｂの膜厚（幅５２Ｗｂ）は、例えば、ゲート絶縁膜５２ｇの膜厚（幅５２Ｗｇ）と略同じである。
【００２１】
Ｘ方向において、第１絶縁領域５２ｆａの長さＰ１は、第２絶縁領域５２ｆｂの長さＰ２と略同じである。例えば、長さＰ１は、０．１μｍ〜０．５μｍである。長さＰ２は、０．１μｍ〜０．５μｍである。
【００２２】
実施形態において、ゲート絶縁膜５２ｇと、ＦＰ絶縁膜５２ｆと、は、一体に形成された絶縁膜５２としてもよい。
【００２３】
第１絶縁領域５２ｆａに接するｎ形ドリフト領域２２のキャリア濃度は、第２絶縁領域５２ｆｂに接するｎ形ドリフト領域２２のキャリア濃度と略同じである。キャリア濃度は、一例として、５×１０１５（atoms/cm３）である。
【００２４】
また、ゲート電極５０、ＦＰ電極５１、および絶縁膜５２を有する構造をトレンチ領域とした場合、トレンチ領域のＹ方向における幅ＷＴは、０．３μｍ〜１．５μｍである。隣り合うトレンチ領域に挟まれたｎ形ドリフト領域２２をメサ領域とした場合、メサ領域のＹ方向における幅は、０．３μｍ〜１．５μｍである。
【００２５】
トレンチ領域とメサ領域とを合わせた領域をセル領域とした場合、セル領域のＹ方向における幅は、０．６μｍ〜３．０μｍである。また、ゲート電極５０とソース電極１１との間には、層間絶縁膜５５が設けられている。
【００２６】
半導体領域２０、ｐ形ベース領域３０、およびｎ＋形ソース領域４０のそれぞれの主成分は、例えば、シリコン（Ｓｉ）である。半導体領域２０、ｐ形ベース領域３０、およびｎ＋形ソース領域４０のそれぞれの主成分は、シリコン炭化物（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）等でもよい。絶縁膜の材料は、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、ゲルマニウム酸化物（ＧｅＯ）等を含む。
【００２７】
ドレイン電極１０またはソース電極１１の材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等の群から選ばれる少なくとも１つを含む金属である。
【００２８】
コンタクト領域１１ａの材料は、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ポリシリコン等の群から選ばれる少なくとも１つを含む金属である。ゲート電極５０およびＦＰ電極５１の材料は、例えば、ポリシリコンを含む。
【００２９】
ｎ＋形、ｎ形等の導電形の不純物元素としては、例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等が適用される。ｐ形等の導電形の不純物元素としては、例えば、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）等が適用される。また、半導体装置１Ａにおいて、ｐ形とｎ形の導電形を入れ替えても同様な効果が得られる。
【００３０】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、第１実施形態の別の例に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。図３（ａ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）のＢ−Ｂ’線に沿った位置での断面が表されている。図３（ｂ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿った位置での断面が表されている。
【００３１】
図３（ａ）および図３（ｂ）に表す半導体装置１Ｂにおいては、ゲート電極５０とＦＰ電極５１との間に絶縁膜５２ｉが設けられている。絶縁膜５２ｉは、絶縁膜５２に含まれる。半導体装置１Ｂでは、ゲート電極５０とＦＰ電極５１とがＺ方向において、離れている。ＦＰ電極５１は、例えば、グランド電位またはソース電極１１の電位が印加される。ＦＰ電極５１の電位は、例えば、浮遊電位としてもよい。
【００３２】
第１実施形態に係る半導体装置の作用を説明する前に、参考例に係る半導体装置の作用について説明する。
【００３３】
図４（ａ）は、第１参考例に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。図４（ｂ）は、第１参考例に係る半導体装置の要部を表す模式的平面図であり、図４（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿った位置での断面が表されている。
【００３４】
図４（ａ）、（ｂ）に表す半導体装置１００は、ＦＰ電極が第１ＦＰ領域５１ａと、第２ＦＰ領域５１ｂとがＸ方向において交互に配列された構造を有していない。半導体装置１００は、ＦＰ電極としてＸ方向に延在する第２ＦＰ領域５１ｂを備える。また、半導体装置１００は、ＦＰ絶縁膜として、Ｘ方向に延在する第２絶縁領域５２ｆｂを備える。
【００３５】
ここで、半導体装置１００は、オフ状態である。つまり、ドレイン電極１０にはソース電極１１よりも高い電位が印加されていても、ゲート電極５０には、閾値電位（Ｖｔｈ）より低い電位が印加されているため、ソース・ドレイン間に電流は流れない。ｐｎ接合部（ｐ形ベース領域３０／ｎ形ドリフト領域２２）から、ｐ形ベース領域３０の側およびｎ形ドリフト領域２２の側に空乏層が広がる。ここで、ソース・ドレイン間には、ｎ形ドリフト領域２２内でのアバランシェ降伏が起きる寸前の電圧が印加されているとする。
【００３６】
図４（ａ）には、隣り合うＦＰ絶縁膜５２ｆｂに挟まれたｎ形ドリフト領域２２の等電位線１００ｅが表されている。例えば、一例として、５本の等電位線１００ｅが表されている。等電位線の各電位は、ソース側からドレイン側に向かうほど大きくなる。
【００３７】
また、図４（ａ）の右側には、メサ領域中央の電界強度分布のグラフが表されている。ここで、グラフの横軸は電界強度（Ｅｃ）であり、縦軸は、半導体装置の深さ（ＬＤ）である。グラフにおいては、ｐｎ接合部から、ＦＰ電極５１の下端の位置までのｎ形ドリフト領域２２の電界強度が表されている。
【００３８】
半導体装置１００では、ＦＰ電極が幅の広い第２ＦＰ領域５１ｂで構成され、ＦＰ絶縁膜が薄い第２絶縁領域５２ｆｂで構成されている。このような構造の場合、ｐｎ接合部からｎ形ドリフト領域２２の側の方向への空乏層は伸び難くなる。等電位線１００ｅは、ＦＰ電極の上側のｐｎ接合部に集中し、メサ領域の下側に向かうほど集中の程度が緩和する。このため、電界強度（Ｅｃ）は、ｐｎ接合部で強く、ドレイン側に向かうほど弱くなる。
【００３９】
ここで、ＭＯＳＦＥＴにおけるｎ形ドリフト領域２２における耐圧ＶＢは、空乏層が形成される領域（長さ）における電界強度の積分値であり、その理想最大値（理想耐圧）は、  
ＶＢ＝ＥＣ×ＬＤ・・・（１）式  
で表すことができる。この（１）式を満たす電界強度分布は、グラフの破線で表されている。
【００４０】
ここで、ＥＣは、アバランシェ降伏に至る臨界電界であり、ＬＤは、最もソース側に近い等電位線の位置から、最もドレイン側に近い等電位線の位置までのｎ形ドリフト領域２２の深さ（長さ）である。（１）式から、ＥＣまたはＬＤのいずれかが高くなるほど、耐圧ＶＢが高くなる。
【００４１】
半導体装置１００では、等電位線１００ｅは、ＦＰ電極の下端から上側のｐｎ接合部に集中する。従って、電界強度（Ｅｃ）は、ｐｎ接合部で強くなるために、電界強度分布は、ソース側からドレイン側に向かって電界強度が低くなる分布を示す。従って、耐圧ＶＢは、例えば、
ＶＢ＝（１／２）×ＥＣ×ＬＤ・・・（２）式  
の式で近似される。つまり、半導体装置１００では、耐圧ＶＢが低下する。
【００４２】
このように、半導体装置１００では、ｐｎ接合部からｎ形ドリフト領域２２の側に空乏層が伸び難くなるため、耐圧が高くならない。半導体装置１００の構造で、空乏層を伸ばすには、ｎ形ドリフト領域２２のキャリア濃度を下げる方法がある。しかし、この方法では、オフ状態でのｎ形ドリフト領域２２の抵抗率が上昇してしまう。
【００４３】
図５は、第１参考例に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。
【００４４】
図５には、半導体装置１００のオン状態が表されている。オン状態では、ドレイン電極１０にはソース電極１１よりも高い電位が印加され、ゲート電極５０に、閾値電位（Ｖｔｈ）以上の電位（例えば、正電位）が印加される。
【００４５】
これにより、ゲート絶縁膜５２ｇに沿ってｐ形ベース領域３０にチャネル領域が形成されるとともに、ｎ形ドリフト領域２２にも、ＦＰ絶縁膜５２に沿って誘起領域２２ｉが形成される。これは、ＦＰ電極がゲート電極５０に繋がり、ＦＰ絶縁膜５２を構成する第２絶縁領域５２ｆｂが薄く、ＦＰ電極の電位がｎ形ドリフト領域２２に伝導し易いためである。誘起領域２２ｉには、電子が蓄積されている。
【００４６】
また、ｎ＋形ソース領域４０からｐ形ベース領域３０に注入された電子は、正電位のＦＰ電極５１に引きつけられ、ＦＰ絶縁膜の近傍を流れる。つまり、電子電流（ｅ）は、誘起領域２２ｉを通過し、ドレイン側に流れて行く。誘起領域２２ｉは、電子電流（ｅ）にとっては抵抗の低い領域である。従って、半導体装置１００では、ＦＰ電極に対向するｎ形ドリフト領域２２ａにおける低オン抵抗化が実現する。
【００４７】
例えば誘起領域２２ｉが形成されない場合のｎ形ドリフト領域２２の抵抗率は、誘起領域２２ｉの抵抗率の１０倍〜２０倍になる。
【００４８】
但し、オフ状態でｎ形ドリフト領域２２における空乏層を伸びやすくするために、ｎ形ドリフト領域２２のキャリア濃度を薄く設定すると、ｎ形ドリフト領域２２ａ以外のｎ形ドリフト領域２２のオン抵抗は上がってしまう。
【００４９】
図６（ａ）は、第２参考例に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。図６（ｂ）は、第２参考例に係る半導体装置の要部を表す模式的平面図であり、図６（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿った位置での断面が表されている。
【００５０】
図６（ａ）、（ｂ）に表す半導体装置１０１も、第１ＦＰ領域５１ａと、第２ＦＰ領域５１ｂとが交互に配列された構造を有していない。半導体装置１０１は、ＦＰ電極としてＸ方向に延在する第１ＦＰ領域５１ａを備える。また、半導体装置１０１は、ＦＰ絶縁膜として、Ｘ方向に延在する第１絶縁領域５２ｆａを備える。ここで、半導体装置１０１は、オフ状態で、ドレイン電極１０にはソース電極１１よりも高い電位が印加されている。ソース・ドレイン間には、例えば、ｎ形ドリフト領域２２内でのアバランシェ降伏が起きる寸前の電圧が印加されているとする。
【００５１】
図６（ａ）には、隣り合うＦＰ絶縁膜に挟まれたｎ形ドリフト領域２２の等電位線１０１ｅが表されている。例えば、一例として、５本の等電位線１０１ｅが表されている。等電位線の各電位は、ソース側からドレイン側に向かうほど大きくなる。
【００５２】
また、図６（ａ）の右側には、メサ領域中央の電界強度分布のグラフが表されている。グラフにおいては、ｐｎ接合部から、ＦＰ電極５１の下端の位置までのｎ形ドリフト領域２２の電界強度が表されている。
【００５３】
半導体装置１０１では、ＦＰ電極が幅の狭い第１ＦＰ領域５１ａで構成され、ＦＰ絶縁膜が厚い第１絶縁領域５２ｆａで構成されている。ＦＰ電極が細くなった構造では、厚い第１絶縁領域５２ｆａの上部よりも下部での等電位線の数が多くなる。すなわち、厚い第１絶縁領域５２ｆａ内では、上側ほど、第１絶縁領域５２ｆａ中における電圧分担が少なく、下側ほど電圧分担が多くなる。つまり、半導体装置１では、半導体装置１００に比べて、第１絶縁領域５２ｆａの上側における電圧の分担がより少なくなっている。これにより、メサ領域での等電位線１０１ｅの間隔が略均等になって、ｐｎ接合部からｎ形ドリフト領域２２の方向に空乏層が伸び易くなる。このときの電界強度分布は、ソース側からドレイン側に向かって電界強度が略一定となる分布を示す。これにより、耐圧ＶＢは、（１）式に近似される。つまり、半導体装置１０１では、半導体装置１００に比べて耐圧ＶＢが上昇する。
【００５４】
図７は、第２参考例に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。
【００５５】
図７には、半導体装置１０１のオン状態が表されている。オン状態では、ゲート絶縁膜５２ｇに沿ってｐ形ベース領域３０にチャネル領域が形成される。ただし、半導体装置１０１では、ＦＰ絶縁膜を構成する第１絶縁領域５２ｆｂが厚い。このため、半導体装置１００に比べてＦＰ電極の電位がｎ形ドリフト領域２２に伝導し難い。
【００５６】
従って、半導体装置１０１では、半導体装置１００に比べて、誘起領域２２ｉが形成され難くなる。また、ＦＰ電極の電位がｎ形ドリフト領域２２に伝導し難くなることから、半導体装置１００に比べて、電子電流がＦＰ電極５１に引きつけられ難くなる。従って、半導体装置１０１では、電子は、半導体装置１００に比べてＦＰ絶縁膜から遠ざかる経路を流れる。例えば、図７には、電子電流として、電子電流（ｅ１）の他に、ＦＰ絶縁膜から遠ざかって流れる電子電流（ｅ２）が表示されている。例えば、図７の例では、ｎ形ドリフト領域２２の抵抗は、電子電流（ｅ１）が流れるｎ形ドリフト領域２２の抵抗と、電子電流（ｅ２）が流れるｎ形ドリフト領域２２の抵抗と、の並列抵抗になる。
【００５７】
このように、半導体装置１０１では、誘起領域２２ｉが形成され難くなることと、電子電流がＦＰ絶縁膜から遠ざかる経路を流れることから、ＦＰ電極に対向するｎ形ドリフト領域２２ａにおけるオン抵抗が半導体装置１００に比べて上昇してしまう。
【００５８】
これに対し、半導体装置１Ａを例に、第１実施形態の効果について説明する。
【００５９】
図８（ａ）および図８（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置１Ａの作用を表す模式的断面図である。図８（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置１Ａの電界強度分布を表すグラフである。ここで、図８（ａ）は、図２のＢ−Ｂ’線の断面に対応し、図８（ｂ）は、図２のＡ−Ａ’線の断面に対応している。
【００６０】
図８（ｃ）には、図８（ａ）で表された半導体装置１Ａのメサ領域中央の電界強度分布と、図８（ｂ）で表された半導体装置１Ａのメサ領域中央の電界強度分布と、を合わせた電界強度分布が表されている。
【００６１】
図８（ａ）、（ｂ）に表すように、半導体装置１Ａでは、ＦＰ電極５１が幅の広い第２ＦＰ領域５１ｂの他に、幅の狭い第１ＦＰ領域５１ａを有し、ＦＰ絶縁膜５２ｆが幅の狭い第２絶縁領域５２ｆｂの他に、幅の広い第１絶縁領域５２ｆａを有している。第１絶縁領域５２ｆａと第２絶縁領域５２ｆｂとは、Ｘ方向において交互に並んでいる。
【００６２】
ここで、厚い第１絶縁領域５２ｆａでは、その上部よりも下部での等電位線の数が多くなる。すなわち、厚い第１絶縁領域５２ｆａ内では、上側ほど第１絶縁領域５２ｆａ中の電圧分担が少なく、その下側ほど電圧分担が多くなる。これにより、第１絶縁領域５２ｆａに挟まれたメサ領域における等電位線１ｅの間隔は略均等になる。その結果、ｐｎ接合部からｎ形ドリフト領域２２の方向に空乏層が伸び易くなる。このときの電界強度分布は、ソース側からドレイン側に向かって電界強度が略一定となる分布を示す。
【００６３】
一方、薄い第２絶縁領域５２ｆｂに挟まれたメサ領域の等電位線１ｅは、Ｘ方向において、その両隣にあるメサ領域の等電位線１ｅに引きずられて、ｐｎ接合部からｎ形ドリフト領域２２の方向に空乏層が伸び易くなっている。従って、このときの電界強度分布は、半導体装置１００に比べて、ソース側からドレイン側に向かってより一定になる。これにより、半導体装置１Ａの耐圧ＶＢは、（１）式に近似される。つまり、半導体装置１Ａでは、半導体装置１００に比べて耐圧ＶＢが上昇する。
このように、半導体装置１Ａでは、第１絶縁領域５２ｆａに挟まれたメサ領域における、第１ＦＰ領域５１ａからの電界（Ｙ方向における電界）の作用がＸ方向において隣り合う第２絶縁領域５２ｆｂに挟まれたメサ領域にも作用する。つまり、半導体装置１Ａでは、第１絶縁領域５２ｆａに挟まれたメサ領域の他に、第２絶縁領域５２ｆｂに挟まれたメサ領域においてもＺ方向における電界が緩和されるという、３次元での電界緩和が起きている。
【００６４】
また、耐圧ＶＢが上昇するので、ｎ形ドリフト領域２２においては、ｎ形ドリフト領域２２ａのキャリア濃度と、ｎ形ドリフト領域２２ａ以外のｎ形ドリフト領域２２のキャリア濃度と、をともに高く設定することできる。つまり、半導体装置１Ａによれば、半導体装置１００に比べて、ｎ形ドリフト領域２２全体のオン抵抗を下げることができる。
【００６５】
図９は、第１実施形態に係る半導体装置１Ａの別の作用を表す模式的断面図である。
例えば、図９には、半導体装置１Ａ内を流れる電子電流（ｅ１）をＹ方向からみた状態が表されている。
【００６６】
誘起領域２２ｉが形成されるｎ形ドリフト領域２２上のｎ＋形ソース領域４０から注入された電子は、ｐ形ベース領域３０を通過した後に、進行方向を変えずに、抵抗率が低い誘起領域２２ｉを流れる。
【００６７】
一方、誘起領域２２ｉが形成されないｎ形ドリフト領域２２上のｎ＋形ソース領域４０から注入された電子もｐ形ベース領域３０を通過した後に、進行方向を変え抵抗率が低い誘起領域２２ｉを流れる。これは、電流は抵抗が低い領域を流れる性質を持つことに基づく。従って、半導体装置１Ａにおいては、低オン抵抗化が実現する。
【００６８】
（第２実施形態）  
図１０は、第２実施形態に係る半導体装置の要部を表す模式的平面図である。  
図１０は、図１（ａ）および図１（ｂ）のＹ−Ｙ’線に沿った位置での断面に対応する。
【００６９】
第２実施形態に係る半導体装置２は、半導体装置１と同じ構成要素を備える。但し、半導体装置２においては、Ｘ方向において、第１絶縁領域５２ｆａの長さＰ１は、第２絶縁領域５２ｆｂの長さＰ２と異なっている。例えば、第１絶縁領域５２ｆａの長さＰ１は、第２絶縁領域５２ｆｂの長さＰ２よりも長い。例えば、第１絶縁領域５２ｆａの長さＰ１は、第２絶縁領域５２ｆｂの長さＰ２の２倍になっている。また、第１絶縁領域５２ｆａの長さＰ１は、第２絶縁領域５２ｆｂの長さＰ２の２倍以上になっている。
【００７０】
また、半導体装置２においては、Ｘ方向において、第１ＦＰ領域５１ａの長さは、第２ＦＰ領域５１ｂの長さと異なっている。例えば、第１ＦＰ領域５１ａの長さは、第２ＦＰ領域５１ｂの長さよりも長い。例えば、第１ＦＰ領域５１ａの長さは、第２ＦＰ領域５１ｂの長さの２倍になっている。また、第１ＦＰ領域５１ａの長さは、第２ＦＰ領域５１ｂの長さの２倍以上になっている。
【００７１】
上述したように、半導体装置２においては、第１絶縁領域５２ｆａの長さＰ１が第２絶縁領域５２ｆｂの長さＰ２よりも長くなっている。これにより、隣り合う第１絶縁領域５２ｆａによって挟まれたメサ領域におけるｎ形ドリフト領域２２の側への空乏層の延びの効果によって、隣り合う薄い第２絶縁領域５２ｆｂに挟まれたｎ形ドリフト領域２２での等電位線の間隔がさらに拡がり易くなる。これにより、ＦＰ絶縁膜５２ｆに挟まれたメサ領域における電界分布が全体としてさらに一定になる。従って、半導体装置２の耐圧（ＶＢ）は、半導体装置１の耐圧（ＶＢ）に比べて向上する。
このように、半導体装置２では、第１絶縁領域５２ｆａに挟まれたメサ領域における、第１ＦＰ領域５１ａからの電界（Ｙ方向における電界）の作用がＸ方向において隣り合う第２絶縁領域５２ｆｂに挟まれたメサ領域にも作用する。つまり、半導体装置２では、第１絶縁領域５２ｆａに挟まれたメサ領域の他に、第２絶縁領域５２ｆｂに挟まれたメサ領域においてもＺ方向における電界が緩和されるという、３次元での電界緩和がおきている。
【００７２】
（第３実施形態）  
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、第３実施形態に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。図１１（ａ）は、図１２のＢ−Ｂ’線に沿った位置での断面が表されている。図１１（ｂ）は、図１２のＡ−Ａ’線に沿った位置での断面が表されている。
【００７３】
図１２は、第３実施形態に係る半導体装置の要部を表す模式的平面図であり、図１１（ａ）および図１１（ｂ）のＹ−Ｙ’線に沿った位置での断面が表されている。
【００７４】
第３実施形態に係る半導体装置３においては、第２絶縁領域５２ｆｂの膜厚がｐ形ベース領域３０とゲート電極５０との間のゲート絶縁膜５２ｇの膜厚と異なっている。例えば、第２絶縁領域５２ｆｂの膜厚は、ゲート絶縁膜５２ｇの膜厚より厚く、第１絶縁領域５２ｆａの膜厚よりも薄い。第１絶縁領域５２ｆａと第２絶縁領域５２ｆｂとは、Ｘ方向において交互に並んでいる。
【００７５】
半導体装置３においては、第１絶縁領域５２ｆａの長さＰ１は、第２絶縁領域５２ｆｂの長さＰ２と略同じであってもよく、異なってもよい。例えば、第１絶縁領域５２ｆａの長さＰ１が第２絶縁領域５２ｆｂの長さＰ２より長くてもよい。例えば、第１絶縁領域５２ｆａの長さＰ１は、第２絶縁領域５２ｆｂの長さＰ２の２倍であってもよい。また、第１絶縁領域５２ｆａの長さＰ１は、第２絶縁領域５２ｆｂの長さＰ２の２倍以上であってもよい。
【００７６】
また、半導体装置３においては、Ｘ方向において、第１ＦＰ領域５１ａの長さは、第２ＦＰ領域５１ｂの長さと異なってもよい。例えば、第１ＦＰ領域５１ａの長さは、第２ＦＰ領域５１ｂの長さよりも長くてもよい。例えば、第１ＦＰ領域５１ａの長さは、第２ＦＰ領域５１ｂの長さの２倍であってもよい。また、第１ＦＰ領域５１ａの長さは、第２ＦＰ領域５１ｂの長さの２倍以上であってもよい。
【００７７】
半導体装置３においては、第２絶縁領域５２ｆｂの厚さがゲート絶縁膜５２ｇの厚さよりも厚くなっている。これにより、隣り合う第２絶縁領域５２ｆｂに挟まれたメサ領域では、ｐｎ接合部からｎ形ドリフト領域２２の方向に向かって空乏層がさらに伸び易くなっている。従って、半導体装置３の耐圧（ＶＢ）は、半導体装置１、２の耐圧（ＶＢ）に比べて向上する。
【００７８】
（第４実施形態）  
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、第４実施形態に係る半導体装置の要部を表す模式的断面図である。
【００７９】
第４実施形態に係る半導体装置４においては、ＦＰ絶縁膜５２ｆの第１絶縁領域５２ｆａは、第１部分５２ｆ−１と第２部分５２ｆ−２とを有している。ＦＰ電極５１の第１ＦＰ領域５１ａと半導体領域２０のｎ形ドリフト領域２２との間において、第１部分５２ｆ−１の幅は、第２部分５２ｆ−２の幅と異なっている。
【００８０】
また、ＦＰ絶縁膜５２ｆの第２絶縁領域５２ｆｂは、第３部分５２ｆ−３と第４部分５２ｆ−４とを有している。ＦＰ電極５１の第１ＦＰ領域５１ｂと半導体領域２０のｎ形ドリフト領域２２との間において、第３部分５２ｆ−３の幅は、第４部分５２ｆ−４の幅と異なっている。
【００８１】
第１絶縁領域５２ｆａと第２絶縁領域５２ｆｂとは、Ｘ方向において交互に並んでいる。Ｘ方向における第１絶縁領域５２ｆａの長さＰ１と第２絶縁領域５２ｆｂの長さＰ２とは、同じでもよく異なっていてもよい。例えば、Ｘ方向において第１絶縁領域５２ｆａの長さＰ１が第２絶縁領域５２ｆｂの長さＰ２より長くてもよい。
【００８２】
このように半導体装置４においては、ＦＰ絶縁膜５２ｆにおいてＺ方向に並ぶ凹凸を設けている。従って、第１絶縁領域５２ｆａに挟まれたメサ領域においては、第１部分５２ｆ−１に挟まれたメサ領域における等電位線の間隔はさらに均一になる。さらに、第２絶縁領域５２ｆｂに挟まれたメサ領域においても、第３部分５２ｆ−３に挟まれたメサ領域における等電位線の間隔がさらに均一になる。これにより、半導体装置４の耐圧（ＶＢ）は、半導体装置１の耐圧（ＶＢ）に比べて向上する。
【００８３】
（第５実施形態）  
図１４（ａ）〜図１５（ｃ）は、第５実施形態に係るＦＰ絶縁膜の製造過程を表す模式的平面図である。
【００８４】
例えば、図１４（ａ）に表すように、ｎ形ドリフト領域２２にトレンチ２２ｔｒを形成した後、トレンチ２２ｔｒ内におけるｎ形ドリフト領域２２の側壁２２ｗにＦＰ絶縁膜５２ｆを形成する。Ｚ方向に掘り下げられたトレンチ２２ｔｒは、例えば、Ｘ方向に延在している。ＦＰ絶縁膜５２ｆは、例えば、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ等により形成される。
【００８５】
次に、図１４（ｂ）に表すように、Ｙ方向に延在するマスク層９０を、ｎ形ドリフト領域２２の上、およびＦＰ絶縁膜５２ｆの上に形成する。
【００８６】
次に、図１４（ｃ）に表すように、マスク層９０から露出されたＦＰ絶縁膜５２ｆを、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により除去する。
【００８７】
次に、図１５（ａ）に表すように、マスク層９０を除去する。
【００８８】
次に、図１５（ｂ）に表すように、例えば、熱ＣＶＤにより、ｎ形ドリフト領域２２の側壁２２ｗに再び絶縁膜を形成する。これにより、ｎ形ドリフト領域２２の側壁２２ｗには、膜厚が厚い第１絶縁領域５２ｆａと、膜厚が薄い第２絶縁領域５２ｆｂとが形成される。すなわち、第１絶縁領域５２ｆａと第２絶縁領域５２ｆｂとを有するＦＰ絶縁膜５２ｆがｎ形ドリフト領域２２の側壁２２ｗに形成される。この後、図１５（ｃ）に表すように、トレンチ２２ｔｒ内に、ＦＰ電極５１を形成する。
【００８９】
以上で説明した各実施形態における、各半導体領域におけるキャリア濃度は、各半導体領域において活性化している不純物濃度と等しいものとみなすことができる。従って、上述した各実施形態におけるキャリア濃度は、不純物濃度に置き換えても良い。なお、各半導体領域の間の不純物濃度の相対的な高低については、例えば、ＳＣＭ（Scanning Capacitance microscopy、走査型静電容量顕微鏡）を用いて確認することが可能である。各半導体領域の間のキャリア濃度の相対的な高低についても、ＳＣＭを用いて確認することができる。また、各半導体領域における不純物濃度については、例えば、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）を用いて測定することができる。
【００９０】
上記の実施形態では、「ＡはＢの上に設けられている」と表現された場合の「の上に」とは、ＡがＢに接触して、ＡがＢの上に設けられている場合の他に、ＡがＢに接触せず、ＡがＢの上方に設けられている場合との意味で用いられる場合がある。また、「ＡはＢの上に設けられている」は、ＡとＢとを反転させてＡがＢの下に位置した場合や、ＡとＢとが横に並んだ場合にも適用される場合がある。これは、実施形態に係る半導体装置を回転しても、回転前後において半導体装置の構造は変わらないからである。
【００９１】
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態の特徴を備えている限り、実施形態の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００９２】
また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも実施形態の特徴を含む限り実施形態の範囲に包含される。その他、実施形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても実施形態の範囲に属するものと了解される。
【００９３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９４】
１Ａ、１Ｂ、２、３、４、１００、１０１  半導体装置、  １ｅ、１００ｅ、１０１ｅ  等電位線、  １０  ドレイン電極、  １１  ソース電極、  １１ａ  コンタクト領域、  ２０  半導体領域、  ２１  ドレイン領域、  ２２  ドリフト領域、  ２２ｔｒ  トレンチ、  ２２ｉ  誘起領域、  ２２ｗ  側壁、  ３０  ベース領域、  ４０  ソース領域、  ５０  ゲート電極、  ５０Ｗ、５１Ｗａ、５１Ｗｂ、５２Ｗａ、５２Ｗｂ、５２Ｗｇ  幅、  ５１  フィールドプレート電極（ＦＰ電極）、  ５１ａ  第１ＦＰ領域、  ５１ｂ  第２ＦＰ領域、  ５２  絶縁膜、  ５２ｆ  フィールドプレート絶縁膜（ＦＰ絶縁膜）、  ５２ｆａ  第１絶縁領域、  ５２ｆｂ  第２絶縁領域、  ５２ｆ−１  第１部分、  ５２ｆ−２  第２部分、  ５２ｆ−３  第３部分、  ５２ｆ−４  第４部分、  ５２ｇ  ゲート絶縁膜、  ５２ｉ  絶縁膜、  ５５  層間絶縁膜、  ９０  マスク層、  Ｐ１、Ｐ２  長さ
【図１】
2016163019.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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