JP2006351924A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の半導体装置よりも、半導体層からトレンチ内部へ熱を逃がしやすくし、半導体層に熱がこもるのを抑制できる半導体装置を提供する。
【解決手段】 トレンチゲート型であって、チャネル領域が間引かれたような構造である、いわゆる間引き構造のＩＧＢＴにおいて、トレンチゲートを構成するトレンチ５の内部に形成されたゲート絶縁膜６と、ゲート電極７のうち、ゲート電極７をＰｏｌｙＳｉよりも高熱伝導率である材料、例えば、ＳｉＣで構成する。もしくは、ゲート電極７の一部をＳｉＣで構成し、残りの他の部分をＰｏｌｙＳｉで構成する。これにより、チャネルが形成される領域３ａからトレンチの内部へ熱を逃がしやすくすることができ、チャネルが形成される領域３ａに熱がこもるのを抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体層にトレンチが形成されている構造の半導体装置に関するものである。

従来、半導体層にトレンチが形成されている構造の半導体装置として、例えば、トレンチゲート型の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴと呼ぶ）およびＭＯＳ等を備える半導体装置や、トレンチで素子間を絶縁分離している構造の半導体装置がある。

このトレンチゲート型のＩＧＢＴ等を備える半導体装置は、半導体層と、この半導体層に形成されたトレンチと、このトレンチの内部に沿って形成されたゲート絶縁膜と、トレンチの内部を埋め込むように、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備えている。

また、トレンチで素子間を絶縁分離している構造の半導体装置も、半導体層と、この半導体層に形成されたトレンチと、このトレンチの内部に沿って形成された絶縁膜と、トレンチの内部を埋め込むように、絶縁膜上に形成された導体部とを備えている。

そして、どちらの半導体装置においても、一般に、半導体層は単結晶Ｓｉ（シリコン）で構成され、ゲート絶縁膜および絶縁膜は、シリコン酸化膜で構成され、ゲート電極および導体部は、ＰｏｌｙＳｉ（ポリシリコン）により構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２７０８４１号公報

しかし、上記した構造の半導体装置では、トレンチの埋め込み材である絶縁膜（ゲート絶縁膜を含む）および導体部（ゲート電極を含む）は、どちらも半導体層よりも熱伝導率が低い材料で構成されているため、半導体層からトレンチ内部に熱が逃げ難くい。このため、半導体層の表面に対して垂直な方向での熱移動が小さい場合、半導体層に熱がこもってしまうという問題がある。

特に、トレンチゲート型のＩＧＢＴ等を備える半導体装置では、半導体層のうち、トレンチの側壁に面した領域がチャネル領域となり、大電流が流れるため、スイッチング動作時に、この領域に電流が集中し、熱が発生する。そして、この熱がチャネル領域にこもり、チャネル領域の温度が上昇すると、最悪の場合、素子が破壊されてしまう。

本発明は、上記点に鑑み、従来の半導体装置よりも、半導体層からトレンチ内部へ熱を逃がしやすくし、半導体層に熱がこもるのを抑制できる半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、半導体層（３、２２）に形成されたトレンチ（５、３０）の内部に、絶縁膜（６、３１）を介して、埋め込まれた導体部（７、３２）の全部もしくは一部分がポリシリコンよりも熱伝導率が高い材料で構成することを特徴としている。

このように、導体部の全部をポリシリコンよりも熱伝導率が高い材料で構成した場合では、絶縁膜が同一の材料で構成され、かつ、導体部の全部がポリシリコンで構成されている半導体装置と比較して、半導体層で生じた熱をトレンチの内部に逃がしやすくすることができる。

また、導体部の一部分をポリシリコンよりも熱伝導率が高い材料で構成した場合であって、残りの部分をポリシリコンで構成した場合においても、絶縁膜が同一の材料で構成され、かつ、導体部の全部がポリシリコンで構成されている半導体装置と比較して、半導体層で生じた熱をトレンチの内部に逃がしやすくすることができる。

この結果、半導体層に熱がこもるのを抑制することができ、半導体層の温度上昇を抑制することができる。

なお、ポリシリコンよりも熱伝導率が高い材料としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ等の金属材料や、単結晶Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｇｅ等の半導体材料を用いることができる。

また、例えば、トレンチゲート構造であって、トレンチによって電気的に分離された２つの領域のうち、一方の領域にチャネルが形成され、他方の領域にはチャネルが形成されない構造のＩＧＢＴに対して、本発明を適用することができる。

この場合、トレンチ内のゲート電極の全部もしくは一部分をポリシリコンよりも熱伝導率が高い材料で構成することで、一方の領域で生じた熱を、トレンチの内部を介して、他方の領域へ逃げやすくすることができる。

また、このような構造の半導体装置において、さらに、前記他方の領域（３ｂ）の表面側の一部分（１４）を、前記他方の領域（３ｂ）における他の部分よりも熱伝導率が高い材料で構成することもできる。例えば、第３半導体層を単結晶Ｓｉで構成し、第３半導体層における他方の領域の表層にＳｉＣを部分的に埋め込む構造とすることができる。

このように、他方の領域の一部分を、他の部分よりも熱伝導率が高い材料で構成することで、他の部分からこの一部分に熱が移動しやすくなり、この一部分から半導体層の表面上に放熱しやすくすることができる。

これにより、本発明によれば、他方の領域の全体が、単結晶Ｓｉ等の同一材料で構成されている半導体装置と比較して、他方の領域の温度を低くすることができる。この結果、ゲート絶縁膜、ゲート電極および第３半導体層を、それぞれ、同一の材料で構成した半導体装置と比較して、一方の領域で生じた熱を、トレンチの内部を介して、他方の領域により逃げやすくすることができる。

また、トレンチゲート構造であって、トレンチによって電気的に分離された２つの領域のうち、一方の領域にチャネルが形成され、他方の領域にはチャネルが形成されない構造のＩＧＢＴにおいて、ゲート電極を従来と同様の構成としたまま、他方の領域（３ｂ）の表面側の一部分を、他の部分よりも熱伝導率が高い材料で構成することもできる。

このようにしても、ゲート絶縁膜、ゲート電極および第３半導体層を、それぞれ、同一の材料で構成した半導体装置と比較して、一方の領域で生じた熱を、トレンチの内部を介して、他方の領域に逃げやすくすることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した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一例である。

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態におけるトレンチゲート型のＩＧＢＴの断面図を示す。この断面図は、トレンチを横切るように切断したときの断面図である。本実施形態では、トレンチゲート型であって、いわゆる間引き構造を有するＩＧＢＴに、本発明を適用した場合を説明する。

図１に示すように、このＩＧＢＴは、Ｐ^＋型層１と、Ｐ^＋型層１の表面上のＮ⁻型ドリフト層２と、Ｎ⁻型ドリフト層２の表面上のＰ型ベース領域３と、Ｐ型ベース領域３の内部表面側に位置するＮ^＋型エミッタ領域４と、Ｐ型ベース領域３の表面から、Ｎ^＋型エミッタ領域４およびＰ型ベース領域３を貫通して、Ｎ⁻型ドリフト層２に到達する深さのトレンチ５と、トレンチ５の内壁上に形成されたゲート絶縁膜６と、トレンチ５の内部であって、ゲート絶縁膜６上に形成されたゲート電極７と、Ｐ型ベース領域３の表面上に配置され、Ｐ型ベース領域３の一部およびＮ^＋型エミッタ領域４と電気的に接続されたエミッタ電極８と、Ｐ^＋型層１の裏面に接して配置され、Ｐ^＋型層１と電気的に接続されたコレクタ電極９とを備えている。

Ｐ型ベース領域３は、トレンチ５によって電気的に分断された２つの領域３ａ、３ｂを有し、この２つの領域３ａ、３ｂのうち、トレンチ５の片側（図１中左側）に位置する一方の領域３ａのみに、Ｎ^＋型エミッタ領域４とＰ型ボディ領域１０とが形成されている。また、一方の領域３ａは、Ｐ型ボディ領域１０を介して、エミッタ電極８と電気的に接続されている。Ｎ^＋型エミッタ領域４は、左側の領域３ａのうち、トレンチ５の近傍の領域に部分的に配置されている。

言い換えると、Ｎ^＋型エミッタ領域４は、Ｐ型ベース領域３内のトレンチ５によって電気的に分断された２つの領域３ａ、３ｂのうち、一方の領域３ａの内部表面側に、トレンチ５に接して配置されている。

この一方の領域３ａでは、トレンチ５に接する部分にチャネルが形成され、この一方の領域３ａが、素子として機能するセル領域となる。

また、２つの領域３ａ、３ｂのうち、トレンチ５を挟んだ反対側（図１中右側）の他方領域３ｂは、絶縁膜１１により、エミッタ電極８や他の電極と電気的に絶縁されており、フローティング状態となっている。

言い換えると、エミッタ電極８は、一方の領域３ａおよびＮ^＋型エミッタ領域４と電気的に接続され、かつ、２つの領域３ａ、３ｂのうちの他方の領域３ｂと電気的に接続されていない。

このように、図１に示すＩＧＢＴは、オン電圧の低下を図るため、複数の連続したセル領域からセル領域が周期的に間引かれたような構造（いわゆる間引き構造）となっている。

そして、本実施形態では、Ｐ^＋型層１、Ｎ⁻型ドリフト層２、Ｐ型ベース領域３は、Ｓｉで構成されている。また、ゲート絶縁膜６は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）で構成されている。また、ゲート電極７は、その全体が、導電性不純物が導入されたＳｉＣ（炭化珪素）で構成されている。

なお、図１に示す構造のＩＧＢＴは、例えば、周知のトレンチゲート型であって、いわゆる間引き構造のＩＧＢＴの製造方法に対して、ゲート電極７を構成する材料をＳｉＣに変更することで製造される。

また、本実施形態と特許請求の範囲に記載の発明との対応関係は、以下の通りである。Ｎ型が第１導電型に相当し、Ｐ型が第２導電型に相当する。Ｐ^＋型層１が第１半導体層に相当し、Ｎ⁻型ドリフト層２が第２半導体層に相当し、Ｐ型ベース領域３が第３半導体層および半導体層に相当し、Ｎ^＋型エミッタ領域４が第４半導体層に相当する。また、トレンチ５がトレンチに相当し、ゲート絶縁膜６が絶縁膜に相当し、ゲート電極７が導体部に相当する。そして、エミッタ電極８が第１電極に相当し、コレクタ電極９が第２電極に相当する。

次に、本実施形態の主な特徴を説明する。本実施形態のＩＧＢＴでは、ゲート電極７がＳｉＣで構成されている。このＳｉＣは、ＰｏｌｙＳｉと比較して、熱伝導率が高い。このため、本実施形態によれば、ゲート電極７の全部がＰｏｌｙＳｉで構成され、ゲート絶縁膜６が同じＳｉＯ_２で構成される等の他の構成が、本実施形態と同様である従来のＩＧＢＴ（以下、単に従来のＩＧＢＴと呼ぶ）と比較して、トレンチ５の内部全体（ゲート絶縁膜６およびゲート電極７を含めた全体）における熱伝導率を高くすることができる。

このため、一方の領域３ａで熱が発生した場合、この熱をトレンチ５の内部のゲート絶縁膜６およびゲート電極７に逃がしやすくでき、さらに、トレンチ５を挟んで一方の領域３ａと反対側の他方の領域３ｂに、その熱を拡散させることができる。

ここで、図２に、本実施形態のＩＧＢＴの負荷短絡時における温度分布を示す。また、比較例として、図３に、図１に示す構造のＩＧＢＴにおけるゲート電極７がＰｏｌｙＳｉで構成された従来のＩＧＢＴの負荷短絡時における温度分布を示す。なお、図２、３は、同じ負荷短絡条件でのシミュレーション結果であり、従来のＩＧＢＴで熱破壊が生じる直前の条件時（後述する図４中のｔ＝０．９×ｅ^−５ｓｅｃのとき）における熱分布を示している。

例えば、ＩＧＢＴが負荷短絡状態になると数１００Ｖという大きな電圧が印加される状態となり、チャネルに大きな短絡電流が流れる。この場合、従来のＩＧＢＴでは、図３に示すように、チャネルが形成される一方の領域３ａの温度は、例えば、８９０℃であった。このように、図３から、一方の領域３ａに熱がこもりがちになり、一方の領域３ａの温度上昇が顕著となることがわかる。

これに対して、本実施形態のＩＧＢＴでは、図２に示すように、一方の領域３ａの温度は、例えば、８００℃であった。このように、図２から、一方の領域３ａで生じた熱が他方の領域３ｂに拡散するため、従来のＩＧＢＴと比較して、一方の領域３ａに熱がこもるのを抑制することができ、一方の領域３ａでの温度上昇を抑制できることがわかる。

また、図４に、本実施形態および従来のＩＧＢＴにおける負荷短絡時のコレクタ電流量と温度変化を測定したシミュレーション結果を示す。なお、縦軸の温度（Ｔｅｍｐ）は、一方の領域３ａおよび他方の領域３ｂを含むＩＧＢＴ素子全体の平均温度を示しており、横軸の時間（Ｔｉｍｅ）は、ＩＧＢＴが負荷短絡状態になったときからの経過時間を示している。また、実線が電流値を示し、破線が温度を示している。

図４に示すように、どちらのＩＧＢＴも、負荷短絡状態になったときに短絡電流が流れ始め、短絡状態になったときから時間が経過するにつれ、素子全体の温度が上昇する。そして、従来のＩＧＢＴでは、経過時間が０．９×ｅ^−５ｓｅｃ付近のとき、素子全体の温度がおよそ７００Ｋになり、ＩＧＢＴの電流量が急激に増加する。すなわち、ＩＧＢＴが熱破壊に至る。一方、本実施形態のＩＧＢＴでは、従来のＩＧＢＴと比較して、素子全体の温度上昇が緩やかであるため、経過時間が１．２×ｅ^−５ｓｅｃ付近のとき、素子全体の温度がおよそ７００Ｋになり、ＩＧＢＴが熱破壊に至る。

このことから、本実施形態のＩＧＢＴは、従来のＩＧＢＴと比較して、ＩＧＢＴの電流量が急激に増加するまでの時間が長くなっている。したがって、本実施形態によれば、従来のＩＧＢＴと比較して、負荷短絡耐量を大きくできると言える。

（第２実施形態）
図５に、本発明の第２実施形態におけるトレンチゲート型のＩＧＢＴの断面図を示す。この図は、図１に対応している。第１実施形態では、ゲート電極７の全部をＳｉＣで構成する場合を例として説明したが、本実施形態のように、ゲート電極７の一部分のみをＳｉＣで構成することもできる。

具体的には、本実施形態のＩＧＢＴでは、図５に示すように、ゲート電極７のうち、一部分７ａがＳｉＣで構成され、他の部分７ｂがＰｏｌｙＳｉで構成されている。この一部分７ａは、ゲート電極７の表面側に形成されており、ゲート電極７の表面から所定深さの領域となっている。なお、その他の構成部は、図１に示すＩＧＢＴと同様である。

また、本実施形態のゲート電極７は、例えば、以下のようにして形成される。まず、トレンチゲート用のトレンチ５（以下では、トレンチ５を第１のトレンチ５と呼ぶ）にゲート絶縁膜６を形成し、そのゲート絶縁膜６の上にＰｏｌｙＳｉを形成することで、トレンチ５の内部にＰｏｌｙＳｉを埋め込む。その後、第１のトレンチ５に埋め込まれたＰｏｌｙＳｉに対して、第１のトレンチ５よりも浅い第２のトレンチ１２を形成し、その第２のトレンチ１２の内部をＳｉＣで埋め込む。これにより、一部分７ａがＳｉＣで構成され、他の部分７ｂがＰｏｌｙＳｉで構成されたゲート電極７が形成される。

このように、本実施形態では、ゲート電極７の一部７ａをＳｉＣで構成し、他の部分７ｂをＰｏｌｙＳｉで構成している。すなわち、ゲート電極７の一部７ａを他の部分７ｂよりも熱伝導率が高い材料で構成している。これにより、本実施形態においても、従来のＩＧＢＴと比較して、第１のトレンチ５の内部全体における熱伝導率を高くすることができる。

この結果、本実施形態においても、従来のＩＧＢＴと比較して、一方の領域３ａで熱が発生した場合、この熱を第１のトレンチ５の内部のゲート絶縁膜６およびゲート電極７に逃がしやすくでき、さらに、第１のトレンチ５を挟んで一方の領域３ａと反対側の他方の領域３ｂに、その熱を拡散させることができる。このため、一方の領域３ａに熱がこもるのを抑制することができ、一方の領域３ａの温度上昇を抑制することができる。

なお、第２のトレンチ１２の位置は、第１のトレンチ５の内部であれば、どの位置でも良いが、一方の領域３ａの熱をより逃げやすくするという観点から、一方の領域３ａに近い位置であることが好ましい。また、図示しないが、ゲート電極７の表面側に限らず、中心付近の一部分をＳｉＣで構成することもできる。

（第３実施形態）
図６に、本発明の第３実施形態におけるトレンチゲート型のＩＧＢＴの断面図を示す。この図は、図１に対応している。第２実施形態では、ＰｏｌｙＳｉで構成されているゲート電極７の一部７ａをＳｉＣで構成する場合を例として説明したが、単結晶Ｓｉで構成されている他方の領域３ｂの一部分をＳｉＣで構成することもできる。

具体的には、本実施形態のＩＧＢＴは、図６に示すように、他方の領域３ｂの表面側に、第３のトレンチ１３が形成されており、第３のトレンチ１３の内部に、ＳｉＣで構成された埋め込み部１４が形成されている。この埋め込み部１４が本発明における他方の領域３ｂの表面側の一部分に相当する。

この第３のトレンチ１３は、本実施形態においては、他方の領域３ｂのうち、例えば、第１のトレンチ５の近くに配置されている。また、第３のトレンチ１３は、第１のトレンチ５よりも浅く、Ｎ⁻型ドリフト層２に到達しない深さである。

なお、本実施形態では、第１実施形態と異なり、ゲート電極７がＰｏｌｙＳｉで構成されている。その他の構成部は、図１に示すＩＧＢＴと同様である。

また、本実施形態のＩＧＢＴは、いわゆる間引き構造のＩＧＢＴの一般的な製造工程に対して、例えば、第１のトレンチ５、ゲート絶縁膜６、ゲート電極７を形成する前、もしくは、その後に、第３のトレンチ１３および埋め込み部１４を形成する工程を追加することで、製造される。

このように、本実施形態では、単結晶Ｓｉで構成されている他方の領域３ｂの一部１４を、単結晶Ｓｉよりも高熱伝導率であるＳｉＣで構成している。これにより、他方の領域３ｂ内での熱移動を促進させることができ、また、このＳｉＣで構成された埋め込み部１４を介して、他方の領域３ｂの上方（図中上方向）に熱を逃がすことができる。

この結果、他方の領域３ｂ全体の温度を、従来のＩＧＢＴと比較して、低くすることができるので、一方の領域３ａで発生した熱を、第１のトレンチ５の内部のゲート絶縁膜６およびゲート電極７を介して、他方の領域３ｂに逃がしやすくすることができる。このため、本実施形態においても、このため、一方の領域３ａに熱がこもるのを抑制することができ、一方の領域３ａの温度上昇を抑制することができる。

（他の実施形態）
（１）第３実施形態では、他方の領域３ｂに形成される埋め込み部１４が１つの場合を例として説明したが、他方の領域３ｂに形成される埋め込み部１４の数を複数とすることもできる。また、第３実施形態を、第１実施形態もしくは第２実施形態と組み合わせることもできる。これにより、第１実施形態もしくは第２実施形態を単独実施する場合と比較して、一方の領域３ａで発生した熱を、第１のトレンチ５の内部のゲート絶縁膜６およびゲート電極７を介して、他方の領域３ｂに、いっそう逃がしやすくすることができる。

（２）上記した第１〜第３実施形態では、トレンチゲート型ＩＧＢＴがいわゆる間引き構造である場合を例として説明したが、セルが連続的に複数配置された構造のＩＧＢＴ、すなわち、Ｐ型ベース領域３のうちの第１のトレンチ５の右側の領域３ｂにも、Ｎ^＋型エミッタ領域４が形成され、この領域３ｂおよびＮ^＋型エミッタ領域４がエミッタ電極８と電気的に接続されたＩＧＢＴに対しても、本発明を適用することができる。

この場合も、第１のトレンチ５の内部に一方の領域３ａからの熱が移動しやすくなっており、さらに、第１のトレンチ５の内部に移動した熱を、Ｐ型ベース領域３の表面上に移動させることができる。この結果、一方の領域３ａに熱がこもるのを抑制でき、一方の領域３ａの温度上昇を抑制できる。

（３）上記した第１〜第３実施形態において、ＩＧＢＴの構造を、図１に示すＩＧＢＴに対して、Ｐ^＋型層１とＮ⁻型ドリフト層２との間に、Ｎ⁻型ドリフト層２よりも不純物濃度が高いＮ型層を追加した構造とすることもできる。ＩＧＢＴをこのような構造とした場合においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（４）上記した第１〜第３実施形態では、ＩＧＢＴを例として説明したが、Ｐ^＋型層１をＮ^＋型層に変更した構造であるＭＯＳにおいても、本発明を適用することができる。

（５）上記した第１〜第３実施形態では、第１導電型をＰ型とし、第２導電型をＮ型とする場合を例として説明したが、第１導電型をＮ型とし、第２導電型をＰ型とすることもできる。すなわち、上記したＩＧＢＴの各構成部における導電型をすべて反対の導電型にすることもできる。

（６）図７に、本発明の他の実施形態における半導体装置の断面図を示す。第１、第２実施形態では、ゲート電極７の全部もしくは一部をＳｉＣで構成する場合を例として説明したが、素子分離に用いられるトレンチ内の導体部の全部もしくは一部をＳｉＣで構成することもできる。

図７に示す半導体装置は、例えば、素子としてのＮＰＮトランジスタを有している。具体的には、Ｐ^＋型層２１と、Ｐ^＋型層２１の表面上に形成されたＮ型層２２と、Ｎ型層２２の内部表面側に形成されたＰ^＋型ベース領域２３と、Ｐ^＋型ベース領域２３の内部表面側に形成されたＮ^＋型エミッタ領域２４と、Ｎ型層２２の内部表面側に、Ｐ^＋型ベース領域２３と離間して形成されたＮ^＋型コレクタ領域２５と、Ｐ^＋型層２１とＮ型層２２との間に形成されたＮ^＋型埋め込み領域２６とを有している。

なお、Ｎ型層２２のうち、Ｐ^＋型ベース領域２３、Ｎ^＋型エミッタ領域２４、Ｎ^＋型コレクタ領域２５が形成されている領域が素子領域である。また、Ｎ型層２２が本発明の半導体層に相当する。

また、Ｎ^＋型エミッタ領域２４に電気的に接続されたエミッタ電極２７と、Ｐ^＋型ベース領域２３と電気的に接続されたベース電極２８と、Ｎ^＋型コレクタ領域２５に電気的に接続されたコレクタ電極２９とを有している。

そして、ＮＰＮトランジスタが形成されている素子領域を他の領域と分離するため、第４のトレンチ３０が、Ｎ型層２２に形成されている。この第４のトレンチ３０は、Ｐ^＋型ベース領域２３およびＮ^＋型コレクタ領域２５と離間しており、Ｐ^＋型層２１に到達する深さとなっている。また、第４のトレンチ３０の内壁にＳｉＯ_２等で構成された絶縁膜３１が形成されており、第４のトレンチ３０を埋め込むように、絶縁膜３１上にＳｉＣで構成された導体部３２が形成されている。

なお、第４のトレンチ３０が本発明のトレンチに相当し、絶縁膜３１が本発明の絶縁膜に相当し、導体部３２が本発明の導体部に相当する。

このように、素子分離に用いられる第４のトレンチ３０の内部に形成された導体部３２の全部をＰｏｌｙＳｉよりも熱伝導率が高いＳｉＣで構成することで、導体部３２の全部がＰｏｌｙＳｉで構成されている場合と比較して、第４のトレンチ３０の内部全体における熱伝導率を高くすることができる。

これにより、素子領域で発生した熱を第４のトレンチ３０の内部に逃げやすくすることができる。なお、第４のトレンチ３０の内部に移動した熱は、第４のトレンチ３０の上方もしくは、この素子領域と第４のトレンチ３０を挟んだ反対側の領域に移動する。この結果、素子領域に熱がこもるのを抑制することができ、素子領域の温度上昇を抑制することができる。

また、図７に示す半導体装置における導体部３２を、図示しないが、第２実施形態と同様に、その一部分をＳｉＣで構成し、残りの他の部分をＰｏｌｙＳｉで構成することもできる。

このように、本発明は、トレンチが深く、トレンチに隣接する領域に熱がこもりやすい構造の半導体装置であれば、素子分離用のトレンチ３０の内部に埋め込まれている導体部３２を有する等の半導体装置に対しても、適用が可能である。

（７）上記した各実施形態では、ＰｏｌｙＳｉよりも高熱伝導率の材料としてＳｉＣを用いる場合を例として説明したが、導体であり、かつ、ＰｏｌｙＳｉよりも高熱伝導率である材料であれば、他の材料を用いることもできる。例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗなどの金属材料や単結晶Ｓｉ、ＡｌＮ、Ｇｅなどの半導体材料を用いることもできる。

（８）第１実施形態では、ゲート電極７の全部を一種類の材料（ＳｉＣ）で構成する場合を例として説明したが、ゲート電極７の全部を、ＰｏｌｙＳｉよりも高熱伝導率である複数種類の材料で構成することもできる。

（９）第３実施形態では、他方の領域３ｂの一部分（埋め込み部）１４をＳｉＣで構成し、残りの部分を単結晶Ｓｉで構成する場合を例として説明したが、他方の領域３ｂおよびその一部分１４を他の材料で構成することもできる。例えば、他方の領域３ｂをＳｉＣで構成し、その一部分１４をＳｉＣよりも高熱伝導率の材料で構成することもできる。

（１０）上記した各実施形態では、ゲート絶縁膜６や絶縁膜３１をＳｉＯ_２膜で構成する場合を例として説明したが、これらを、ＳｉＯ_２膜の代わりに、ＳｉＯ_２膜よりも熱伝導率が高い材料で構成することもできる。これにより、トレンチ内部の全体における熱伝導率を高めることができるので、各実施形態の効果をさらに高めることができる。例えば、ＳｉＮ（シリコン窒化膜）を用いることができる。

本発明の第１実施形態におけるトレンチゲート型ＩＧＢＴの断面図である。 図１のＩＧＢＴの負荷短絡時における温度分布を示す図である。 従来のＩＧＢＴの負荷短絡時における温度分布を示す図である。 本実施形態および従来のＩＧＢＴにおける負荷短絡時のコレクタ電流量と温度変化を測定したシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第２実施形態におけるトレンチゲート型ＩＧＢＴの断面図である。 本発明の第３実施形態におけるトレンチゲート型ＩＧＢＴの断面図である。 本発明の他の実施形態における半導体装置の断面図である。

符号の説明

１…Ｐ^＋型層、２…Ｎ⁻型ドリフト層、３…Ｐ型ベース領域、
３ａ…一方の領域、３ｂ…他方の領域、４…Ｎ^＋型エミッタ領域、
５…第１のトレンチ、６…ゲート絶縁膜、７…ゲート電極、
８…エミッタ電極、９…コレクタ電極、１０…Ｐ型ボディ領域、
１２…第２のトレンチ、１３…第３のトレンチ、１４…埋め込み部、
３０…第４のトレンチ、３１…絶縁膜、３２…導体部。

Claims (4)

1. 半導体層（３、２２）と、
   前記半導体層（３、２２）に形成されたトレンチ（５、３０）と、
   前記トレンチ（５、３０）の内壁に沿って形成された絶縁膜（６、３１）と、
   前記トレンチ（５、３０）の内部を埋め込むように、前記絶縁膜（６、３１）の上に形成された導体もしくは半導体からなる導体部（７、３２）とを備える半導体装置において、
   前記導体部（７、３２）は、その全部もしくは一部分がポリシリコンよりも熱伝導率が高い材料で構成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 第１半導体層（１）と、
   前記第１半導体層（１）の表面上に形成された第１導電型の第２半導体層（２）と、
   前記第２半導体層（２）の表面上に配置された第２導電型の第３半導体層（３）と、
   前記第３半導体層（３）に形成され、前記第３半導体層（３）の表面から前記第２半導体層（２）に到達する深さのトレンチ（５）と、
   前記トレンチ（５）の内壁上に形成されたゲート絶縁膜（６）と、
   前記トレンチ（５）の内部を埋め込むように、前記絶縁膜（６）上に形成されたゲート電極（７）と、
   前記第３半導体層（３）内の前記トレンチ（５）によって電気的に分断された２つの領域（３ａ、３ｂ）のうち、一方の領域（３ａ）の内部表面側に、前記トレンチ（５）に接して配置された第１導電型の第４半導体層（４）と、
   前記一方の領域（３ａ）および前記第４半導体層（４）と電気的に接続され、かつ、前記２つの領域（３ａ、３ｂ）のうちの他方の領域（３ｂ）と電気的に接続されていない第１電極（８）と、
   前記第１半導体層（１）と電気的に接続された第２電極（９）とを備える半導体装置において、
   前記ゲート電極（７）は、その全部もしくは一部分（７ａ）がポリシリコンよりも熱伝導率が高い材料で構成されていることを特徴とする半導体装置。
3. 前記他方の領域（３ｂ）は、その表面側の一部分（１４）が、前記他方の領域（３ｂ）における他の部分よりも熱伝導率が高い材料で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 第１半導体層（１）と、
   前記第１半導体層（１）の表面上に形成された第１導電型の第２半導体層（２）と、
   前記第２半導体層（２）の表面上に配置された第２導電型の第３半導体層（３）と、
   前記第３半導体層（３）に形成され、前記第３半導体層（３）の表面から前記第２半導体層（２）に到達する深さのトレンチ（５）と、
   前記トレンチ（５）の内壁上に形成されたゲート絶縁膜（６）と、
   前記トレンチ（５）の内部を埋め込むように、前記絶縁膜（６）上に形成されたゲート電極（７）と、
   前記第３半導体層（３）内の前記トレンチ（５）によって電気的に分断された２つの領域（３ａ、３ｂ）のうち、一方の領域（３ａ）の内部表面側に、前記トレンチ（５）に接して配置された第１導電型の第４半導体層（４）と、
   前記一方の領域（３ａ）および前記第４半導体層（４）と電気的に接続され、かつ、前記２つの領域（３ａ、３ｂ）のうちの他方の領域（３ｂ）と電気的に接続されていない第１電極（８）と、
   前記第１半導体層（１）と電気的に接続された第２電極（９）とを備える半導体装置において、
   前記他方の領域（３ｂ）は、その表面側の一部分（１４）が、他の部分よりも熱伝導率が高い材料で構成されていることを特徴とする半導体装置。
   

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