JP2008066473A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】終端絶縁領域の逆電圧に対する耐圧特性を向上する。
【解決手段】セルエリア１０５を取り囲んでいる少なくとも２重の終端トレンチ１６３と、各々の終端トレンチ１６３を充填している終端絶縁領域１７３を備えている。少なくとも最も内側の終端絶縁領域１７３−１は、セルエリア１０５の外側を一巡するループの少なくとも１箇所で切断されており、終端絶縁領域１７３−１の内側のボディ領域と外側のボディ領域を導通させるボディ領域が確保されており、最も内側の終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域の電圧は、最も内側の終端絶縁領域の内側に位置するボディ領域にほぼ等しく維持される。終端絶縁領域１７３−１にかかる電圧が抑制され、半導体装置１００の耐圧が向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体装置に関する。特に、半導体装置として機能する半導体構造が作り込まれているセルエリアを取り囲んで伸びている終端絶縁領域を有する半導体装置に関する。

ドリフト領域の表面にボディ領域が積層されている半導体基板に、半導体装置として機能する半導体構造を作り込む技術が発達している。例えば、ドリフト領域とボディ領域を利用してＭＯＳやＩＧＢＴやダイオード等を実現する技術が発達している。
この種の半導体装置では、ＭＯＳやＩＧＢＴやダイオード等として機能する半導体構造が作り込まれている範囲（セルエリア）の外側に、セルエリアを一巡する終端絶縁領域を形成することによって、半導体装置の耐圧が高められることが知られている。通常は、セルエリアを取り囲んで伸びる少なくとも２重の終端トレンチを形成し、各々の終端トレンチに終端絶縁領域を充填する。各々の終端トレンチは半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達しており、従って、各々の終端絶縁領域もボディ領域を貫通してドリフト領域に達している。各々の終端絶縁領域は、セルエリアを一巡する閉ループ形状となっている。このため、最も内側の終端絶縁領域の内外に位置するボディ領域同士は絶縁されている。

上記の一例が、特許文献１に開示されている。図７は特許文献１の半導体装置５００の平面図であり、図８は図７のVIII−VIII線の断面図である。正確には、図７は図８のVII−VII線の断面図である。ただし、図７において、ドレイン領域５１２に対するハッチングは省略されている。
半導体装置５００は、外周５０４を有する半導体基板５０２を利用して製造されており、半導体基板５０２は、裏面側から表面側に向けて、ｎ^＋ドレイン領域５１１、ｎ⁻ドリフト領域５１２、ｐ⁻ボディ領域５４１の順に積層されている。
半導体基板５０２の外周５０４の内側を外周５０４に沿って伸びる３重の終端トレンチ５６３−１〜５６３−３が形成されている。各々の終端トレンチ５６３−１〜５６３−３に終端絶縁領域５７３−１〜５７３−３が充填されている。各々の終端トレンチ５６３−１〜５６３−３は半導体基板５０２の表面５０１からボディ領域５４１を貫通してドリフト領域５１２に達しており、各々の終端絶縁領域５７３−１〜５７３−３もボディ領域５４１を貫通してドリフト領域５１２に達している。終端絶縁領域５７３−１〜５７３−３は、半導体基板５０２の外周５０４に沿って一巡する閉ループ形状となっている。最も内側の終端絶縁領域５７３−１の内側に位置するボディ領域５４１ａと外側に位置するボディ領域５４１ｂは絶縁されている。中間の終端絶縁領域５７３−２の内側に位置するボディ領域５４１ｂと外側に位置するボディ領域５４１ｃも絶縁されている。
最も内側の終端絶縁領域５７３−１の内側の範囲（セルエリア５０５）には、半導体基板５０２の表面５０１からボディ領域５４１を貫通してドリフト領域５１２に達している複数本（図示では一例として６本を示している。）のメイントレンチ５１３が形成されている。各々のメイントレンチ５１３の少なくとも壁面は、メイン絶縁領域５２３で被覆されている。各々のメイントレンチ５１３には、メイン絶縁領域５２３で半導体基板５０２から絶縁された状態で、ゲート電極５２２が埋め込まれている。各々のゲート電極５２２は、ボディ領域５４１を貫通してドリフト領域５１２に達している。各々のメイントレンチ５１３は、各々のゲート電極５２２よりも深く伸びており、ゲート電極５２２が存在しない深さでは、メイン絶縁領域５２３で充填されている。
半導体基板５０２の表面５０１のメイントレンチ５１３に隣接する位置には、ｎ^＋ソース領域５３１が形成されている。またセルエリア５０５のボディ領域５４１ａの表面５０１には、ｐ^＋ボディコンタクト領域５３２が形成されている。
ｎ^＋ソース領域５３１とｐ^＋ボディコンタクト領域５３２の表面には、ソース電極５３３が形成されており、ソース電極５３３はソース配線Sに接続されている。ゲート電極５２２はゲート配線Ｇに接続されている。ｎ^＋ドレイン領域５１１はドレイン配線Ｄに接続されている。ドレイン配線Ｄはプラスの電位に接続され、ソース配線Ｓは接地されて用いられる。
半導体装置５００は、ゲート配線Ｇに加える電圧を制御することによってソース配線Ｓとドレイン配線Ｄの間を流れる電流を制御することができ、トランジスタ動作をする。
半導体装置５００は、トランジスタ動作をする半導体構造が作り込まれているセルエリア５０５と、セルエリア５０５を取り囲む終端絶縁領域５７３−１〜５７３−３が形成されている終端エリア５０７に区分されている。
なお、最も内側の終端絶縁領域５７３−１には、ダミーゲート電極５２４が埋め込まれている。ダミーゲート電極５２４は、セルエリア５０５に形成されているゲート電極５２２と同一材料で同一形状を備えている。

半導体装置５００によると、ゲート電圧がオフのときに、セルエリア５０５と終端エリア５０７の両方で、ｐ⁻ボディ領域５４１とドリフト領域５１２に向けて空乏層が広く拡がり、半導体装置５００の耐圧を高めることができる。
特開２００６−１２８５０７号公報

しかしながら、特許文献１の半導体装置５００では、最も内側の終端絶縁領域５７３−１の外側に位置するボディ領域５４１ｂは、いずれの電極とも接続されておらず、周囲から絶縁された状態にあり（このことをフローティング状態という）、電位が不安定に変動する。
このために、半導体装置５００では、ゲート電圧がオフのときに、最も内側の終端絶縁領域５７３−１の外側に位置するボディ領域５４１ｂと、ダミーゲート電極５２４の電位差が大きくなり、両者を絶縁している終端絶縁領域５７３−１に高い電圧がかかることがある。特に、図８のサークルＭで示す部分では、ダミーゲート電極５２４のコーナ部に電界集中が発生しやすいために、絶縁膜５７３−１が破壊されることがある。
リング状の終端絶縁領域を利用して耐圧を確保する半導体装置の場合、閉ループを形成するリング状の終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域がフローティング状態にあるために、絶縁膜が破壊されることがある。

この問題を解決するためには、閉ループを形成するリング状の終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域をソース電極Ｓに接続することが重要である。しかしながら、通常は、セルエリアよりも厚い層間絶縁膜で終端エリアの半導体基板表面を覆うことが多いので、リング状の終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域をソース電極Ｓに接続するためのコンタクトホールを形成することが難しい。また、通常は、セルエリアでのメイントレンチ間間隔よりも、終端エリアでの終端トレンチ間間隔を短く取ることが多く、終端トレンチ間にコンタクト領域を形成することも難しい。

本発明では、閉ループを形成するリング状の終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域がフローティング状態にあるために、高電位となって、絶縁膜が破壊される事象に対策する。本発明では、終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域の電位が不安定に変動しないようにする。

本発明の半導体装置は、第２導電型のドリフト領域の表面に第１導電型のボディ領域が積層されている半導体基板と、半導体装置として機能する半導体構造が作り込まれているセルエリアを取り囲んで伸びているとともに半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達している少なくとも２重の終端トレンチと、各々の終端トレンチを充填している終端絶縁領域を備えている。少なくとも最も内側の終端絶縁領域は、セルエリアの外側を一巡するループの少なくとも１箇所で切断されている。それにより、最も内側の終端絶縁領域の内外に位置するボディ領域同士の導通が確保されている。
この半導体装置の場合、終端絶縁領域が切断されている部分では、最も内側の終端絶縁領域の内側のボディ領域と外側のボディ領域を導通させるボディ領域が確保されており、少なくとも最も内側の終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域はその内側に位置するボディ領域に導通する。
一般的に、最も内側の終端絶縁領域の内側に位置するボディ領域（すなわちセルエリアに位置するボディ領域）は、フローティング状態でなく、電位の安定が確保されている（さもなければ半導体装置の動作が不安定となってしまう）。例えば、図７に例示した場合、セルエリア５０５に位置するボディ領域５４１ａは、ソース電極Ｓを介して接地されており、ＧＮＤ電圧に固定されている。ＩＧＢＴの場合も同様であり、セルエリアに位置するボディ領域は、ソース電極を介して接地されており、ＧＮＤ電圧に固定されている。ダイオードの場合は、セルエリアに位置するボディ領域がアノード電極またはカソード電極に接続されており、フローティング状態でない。
少なくとも最も内側の終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域が、その内側に位置するボディ領域に導通していると、最も内側の終端絶縁領域に過剰な電圧が作用することを防止でき、半導体装置の耐圧を向上させることができる。

本発明の一つの具体的形態では、最も内側の終端絶縁領域の内側の半導体基板（すなわちセルエリア）に下記の構造が形成されている。
半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達しているメイントレンチが形成されている。メイントレンチの少なくとも壁面は、メイン絶縁領域で被覆されている。メイントレンチの内部には、メイン絶縁領域によって半導体基板から絶縁された状態で、ゲート電極が収容されている。ゲート電極は、半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達している。半導体基板の表面のメイントレンチに隣接する位置には、第２導電型のソース領域が形成されている。また、ボディ領域の表面には、第１導電型の不純物を高濃度に含むボディコンタクト領域が形成されている。
半導体基板のセルアリアに形成されているソース領域とボディコンタクト領域は、ソース電極に接続されている。

上記の半導体装置では、セルエリアに形成されいる半導体構造がトランジスタ動作をする。
この場合、最も内側の終端絶縁領域の外側のボディ領域は、終端絶縁領域の切れ目を介してセルエリア内のボディ領域に導通しており、セルエリア内のボディ領域はソース電極の電位に固定されている。したがって、トランジスタがオフするときに、最も内側の終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域の電位が不安定に変動することがない。最も内側の終端絶縁領域に過剰な電圧がかかることがなく、半導体装置の耐圧を向上させることができる。

セルエリアにトレンチゲート電極を利用してトランジスタ動作する半導体構造が形成されている場合、最も内側の終端絶縁領域に、トレンチゲート電極と同じ材質の導体が、トレンチゲート電極と同じ深さまで埋め込まれており、そのダミートレンチゲート電極が、他のトレンチゲート電極と同電位に維持されることが好ましい。
ダミートレンチゲート電極を設けることによって、セルエリアと終端エリアの両方で、ボディ領域とドリフト領域の両者に向けて空乏層を広く拡げることが可能となり、半導体装置の耐圧を高めることができる。反面、ダミートレンチゲート電極とボディ領域を絶縁する絶縁膜が薄くなりやすく、絶縁膜が破壊されやすくなる。
終端絶縁領域を切断することによって終端絶縁領域の内側ボディ領域と外側のボディ領域を導通させる本発明は、ダミートレンチゲート電極が利用される場合に特に有効に機能する。ダミートレンチゲート電極と終端エリア内のボディ領域を絶縁する薄い絶縁膜の破壊を防止することができる。

最も内側の終端絶縁領域が、セルエリアに形成されているメイントレンチと平行に伸びている位置で切断されていることが好ましい。
この場合、終端絶縁領域を切断することによって生じ得る耐圧の低下が実質的に生じない。セルエリアをメイントレンチが一方方向に伸びている場合、それと平行に伸びている半導体基板の外周よりも、それに直交する方向に伸びている外周の近傍で半導体装置が破壊されやすい。メイントレンチと直交している外周で終端絶縁領域が決め目なく伸びていれば、終端絶縁領域による耐圧向上効果が得られる。メイントレンチと平行に伸びている位置で終端絶縁領域を切断すれば、終端絶縁領域を切断することによって生じ得る耐圧向上効果の低下が実際的な問題とならないようにすることができる。

終端絶縁領域を切断するにあたっては、１．１μｍ以下の幅のボディ領域が残されるように切断することが好ましい。
切れ目が１．１μｍ以下であれば、終端絶縁領域を切断することによって生じ得る耐圧の低下が実際的な問題とならない。

終端絶縁領域を構成する終端トレンチの切断箇所を挟んで向かい合う壁に、第１導電型の不純物が注入されていることが好ましい。すなわち、終端トレンチの切断箇所を挟んで向かい合う壁には第２導電型のドリフト領域が露出するので、そこに第１導電型の不純物が注入されていることが好ましい。
この場合も、終端絶縁領域を切断することによって生じ得る耐圧向上効果の低下が実際的な問題とならないようにすることができる。

以下に説明する実施例の主要な特徴を最初に整理する。
（特徴１）ボディ領域はｐ型であり、本発明を実施しなければ、終端エリアのｐ型ボディ領域がフローティング状態となってしまう。
（特徴２）一部で切断された終端トレンチを形成した後に不純物を斜めに注入する処理を施して、切断箇所を挟んで向かい合う壁にｐ型の不純物を注入する。

以下、図面を参照しつつ本発明を具現化した半導体装置の一例を詳細に説明する。図１は第１実施例の半導体装置１００の平面図であり、図２は図１のII−II線の断面図である。正確には、図１は図２のII−II線の断面図である。ただし、図１において、ドレイン領域１１２に対するハッチングは省略されている。
半導体装置１００は、外周１０４を有する半導体基板１０２を利用して製造されており、半導体基板１０２は、裏面側から表面側に向けて、ｎ^＋ドレイン領域１１１、ｎ⁻ドリフト領域１１２、ｐ⁻ボディ領域１４１の順に積層されている。
半導体基板１０２の外周１０４の内側を外周１０４に沿って伸びる３重の終端トレンチ１６３−１〜１６３−３が形成されている。各々の終端トレンチ１６３−１〜１６３−３に終端絶縁領域１７３−１〜１７３−３が充填されている。各々の終端トレンチ１６３−１〜１６３−３は半導体基板１０２の表面１０１からボディ領域１４１を貫通してドリフト領域１１２に達しており、各々の終端絶縁領域１７３−１〜１７３−３もボディ領域１４１を貫通してドリフト領域１１２に達している。外側の終端絶縁領域１７３−３と中間の終端絶縁領域１７３−２は、半導体基板１０２の外周１０４に沿って一巡する閉ループ形状となっている。最も内側の終端絶縁領域１７３−１も、半導体基板１０２の外周１０４に沿って伸びているが、２箇所に切れ目１９９，１９９が残されており、閉ループとはなっていない。最も内側の終端絶縁領域１７３−１の内側に位置するボディ領域１４１ａと外側に位置するボディ領域１４１ｂは、２箇所に切れ目１９９，１９９によって導通している。なお、中間の終端絶縁領域１７３−２は閉ループ形状となっているために、その内側に位置するボディ領域１４１ｂと外側に位置するボディ領域１４１ｃは絶縁されている。
終端絶縁領域１７３−１の〜１７３−３の底面に沿って、ｐ型領域１５３が形成されている。ｐ型領域１５３は、周囲から絶縁されたフローティング領域であり、終端絶縁領域１７３の下端を囲むように形成されている。ｐ型領域１５３の断面は、終端トレンチの底部を中心とする半径０．６μｍの略円形となっている。

最も内側の終端絶縁領域１７３−１の内側の範囲（セルエリア１０５）には、半導体基板１０２の表面１０１からボディ領域１４１を貫通してドリフト領域１１２に達している６本のメイントレンチ１１３が形成されている。各々のメイントレンチ１１３の少なくとも壁面は、メイン絶縁領域１２３で被覆されている。各々のメイントレンチ１１３には、メイン絶縁領域１２３で半導体基板１０２から絶縁された状態で、ゲート電極１２２が埋め込まれている。各々のゲート電極１２２は、ボディ領域１４１を貫通してドリフト領域１１２に達している。各々のメイントレンチ１１３は、各々のゲート電極１２２よりも深く伸びており、ゲート電極１２２が存在しない深さでは、メイン絶縁領域１２３で充填されている。
メイン絶縁領域１２３の底面に沿って、ｐ型領域１５１が形成されている。ｐ型領域１５１は、周囲から絶縁されたフローティング領域であり、メイン絶縁領域１２３の下端を囲むように形成されている。ｐ型領域１５１の断面は、メイントレンチの底部を中心とする半径０．６μｍの略円形となっている。

最も内側の終端絶縁領域１７３−１には、ダミーゲート電極１２４が埋め込まれている。ダミーゲート電極１２４は、セルエリアに形成されているゲート電極１２２と同一材料で同一形状を備えている。他の終端トレンチ１６２−２，１６２−３には、終端絶縁領域１７３−２、１７３−２のみが充填されている。
半導体基板１０２の表面１０１のメイントレンチ１１３に隣接する位置には、ｎ^＋ソース領域１３１が形成されている。またセル領域１０５のボディ領域１４１ａの表面１０１には、ｐ^＋ボディコンタクト領域１３２が形成されている。
ｎ^＋ソース領域１３１とｐ^＋ボディコンタクト領域１３２の表面には、ソース電極１３３が形成されており、ソース電極１３３はソース配線Sに接続されている。ゲート電極１２２はゲート配線Ｇに接続されている。ｎ^＋ドレイン領域１１１はドレイン配線Ｄに接続されている。ドレイン配線Ｄはプラスの電位に接続され、ソース電線Ｓは接地されて用いられる。
半導体装置１００は、トランジスタ動作をする半導体構造が作り込まれているセルエリア１０５と、そのセルエリア１９５を取り囲む終端絶縁領域１７３−１〜１７３−３が形成されている終端エリア１０７に区分されている。
ドリフト領域１１２の不純物濃度は、１．５〜２．５×１０^１６／ｃｍ^３であり、ボディ領域１４１の不純物濃度は１．０〜２．０×１０^１７／ｃｍ^３であり、フローティング領域１５１，１５３の不純物濃度は、１．０〜２．０×１０^１７／ｃｍ^３である。ドレイン領域１１１、ソース領域１３１、ボディコンタクト領域１３２の濃度はそれよりも高く、電極との間でオーミック特性が確保される。

メイントレンチ１１３と終端トレンチ１６３は、同じ深さを有している。なお、ボディ領域１４１の厚さは１．０μｍであり、メイントレンチ１１３と終端トレンチ１６３の深さは２．５μｍである。メイントレンチ１１３同士のピッチ（隣接するメイントレンチの中心と中心の間の距離）は、２．５μｍで均一である。一方、終端トレンチ１６３同士のピッチは、２．０μｍで均一であり、メイントレンチ１１３同士のピッチよりも狭い。最も外側のメイントレンチ１１３と最も内側の終端トレンチ１６３−１の間のピッチは、２．５μｍである。ここで、メイントレンチ１１３同士のピッチや、最も外側のメイントレンチ１１３と最も内側の終端トレンチ１６３−１の間のピッチや、終端トレンチ１６３同士のピッチなどは、前記の数値に限るものではなく、一般的に２〜３μｍの範囲に設定される場合が多い。

半導体装置１００の構造について、図２を参照して説明したが、各構成部分はメイントレンチ１１３又は終端トレンチ１６３の延在方向に沿って略均一な構成を有している。また、一枚の半導体基板に一個の半導体装置１００のみが形成されるとは限られない。一枚の半導体基板に複数個の半導体装置１００が形成されることもある。あるいは一枚の半導体基板に半導体装置１００とその他の半導体装置が一緒に形成されることもある。この場合の終端領域１０７は、半導体装置１００を形成するセルアリア１０５を取り囲む範囲であり、必ずしも半導体基板の外周に沿って伸びる範囲であるとは限られない。

最も内側の終端絶縁領域１７３−１に形成されている２箇所の切断部１９９は、メイントレンチ１１３と平行に伸びている部分の略中央の位置に形成されている。以下、図３を参照しながら、最も内側の終端絶縁領域１７３−１の切断部１９９を説明する。図３は図１の半導体装置１００のIII−III線の断面図である。二つの切断部１９９は、同じ構成と寸法を有している。切断部１９９は、終端絶縁領域１７３−１の両端面１５４ａ，１５４ｂの間に介在する半導体基板１０２で構成されている。終端絶縁領域１７３−１の両端面１５４ａ，１５４ｂは、切断部１９９を挟んで、向かい合っている。

終端絶縁領域１７３−１の一方の端面を画定する壁面１５４ａと、他方の端面を画定する壁面１５４ｂの間隔Ｇは、１．１μｍ以下である。
壁面１５４ａ、１５４ｂにはｐ型の不純物が不純物注入されている。その不純物は、斜め不純物注入方法によって、壁面１５４ａ、１５４ｂに注入されている。不純物注入領域１５２では抵抗が低く、最も内側の終端絶縁領域１７３−１よりも内側に位置しているボディ領域１４１ａと外側に位置しているボディ領域１４１ｂを同じ電位に維持する。
不純物注入領域１５２の不純物濃度と厚みｄは、半導体装置１００の耐圧を配慮して決定されている。半導体装置１００の耐圧を保持するためには、半導体装置１００がオフのときに、不純物注入領域１５２が完全に空乏化されることが理想である。一方、終端絶縁領域１７３−１の内外に位置するボディ領域１４１ａと１４１ｂを同じ電位に維持するためには、不純物濃度が高いことが好ましい。、シミュレーションによって、不純物のピーク濃度がおよそ０．７×１０^１６／ｃｍ^３であり、厚みｄが０．３μｍであれば、耐圧と導電性を両立できることが判明している。なお、終端絶縁領域１７３−１の底面の周囲は、フローティング領域１５３で覆われている。

以下実施例の半導体装置１００の動作を説明する。この半導体装置１００は、ソース電極配線Ｓが接地されてＧＮＤ電位に維持され、ドレイン配線Ｄに正の電圧が印加された状態で用いられる。ゲート電極１２２に正の電圧を加えると、ゲート電極１２２に向かい合う領域において、ボディ領域１４１ａが反転し、チャネルが形成されて、ソース領域１３１とドレイン領域１１１の間が導通する。ゲート電極１２２に正の電圧を加えなければ、ソース領域１３１とドレイン領域１１１の間に電流が流れない。半導体装置１００は、トランジスタ動作をする。

ゲート電極１２２に正の電圧が印加されないと、ドリフト領域１１２とボディ領域１４１の間のＰＮ接合面から、ドリフト領域１１２とボディ領域１４１に向けて、空乏層が伸びる。空乏層の先端がフローティング領域１５１，１５３に到達すると、ボディ領域１４１とのＰＮ接合面からフローティング領域１５１，１５３までのドリフト領域１１２が空乏化される。また、ドレイン配線Ｄに正の電圧が印加されているために、フローティング領域１５１，１５３とドリフト領域１１２の間のＰＮ接合面から、ドレイン領域１１１に向けて空乏層がドリフト領域１１２内を伸びる。ボディ領域１４１とドリフト領域１１２のＰＮ接合面と、フローティング領域１５１，１５３とドリフト領域１１２のＰＮ接合面の２箇所において、電界強度はピークとなる。電界強度のピークが２箇所に分散して形成されるために、最大電界強度のピークを低下させることができる。それにより、高耐圧化が図られることができる。

また、本実施例の半導体装置１００では、メイントレンチ１１３の深部にメイン絶縁領域１２３が充填されていることにより次のような特性を有する。フローティング領域１５１は、メイントレンチ１１３の底部に、例えば不純物を注入して形成されるため、メイントレンチ１１３の底部には少なからず損傷が生じている。メイントレンチ１１３の深部にメイン絶縁領域１２３が充填されていると、メイントレンチ１１３の底面に生じている損傷による影響を回避し、半導体装置１００の信頼性の低下を防止することができる。
また、メイントレンチ１１３の深部をメイン絶縁領域１２３で充填しない場合に比較すると、ゲート電極１２２が小さくなり、ゲート−ドレイン間容量Ｃｇｄが小さくなり、スイッチングスピードが速くなる。

半導体装置１００の終端エリア１０７では、ソース領域１３１もゲート電極１２２も形成されておらず、電流が流れない。終端トレンチ１６３に充填されている終端絶縁領域１７３が、セルエリア１０５のガードリングとして機能する。半導体装置１００がオフのとき、セルエリア１０５の周辺部分に電界集中が発生しやすい。終端絶縁領域１７３がセルエリア１０５を取り囲んでいると、ドリフト領域１１２に形成される空乏層が終端エリア１０７まで広く拡がり、電界集中が緩和される。フローティング領域１５３によって、さらに効果的に電界集中が緩和される。終端エリア１０７のサイズを大きくしないで、半導体装置１００の高耐圧化を図ることができる。なお終端絶縁領域１７３の本数は３本に限るものではない。すなわち、耐圧保持が可能であれば、終端絶縁領域１７３の本数を２本（最少本数）としてもよい。また、３本では耐圧が保持できなければ、３本以上にしてもよい。

最も内側の終端絶縁領域１７３−１内にダミートレンチゲート電極１２４が設けられていることにより、次のような特性を有する。すなわち、最も内側の終端絶縁領域１７３−１の構造がメイントレンチ１２３の構造と同様になるため、終端絶縁領域１７３−１の近傍でも、空乏層が広く拡がる。そのため、終端絶縁領域１７３−１では、セルエリア１０５に形成される空乏層を終端エリア１０７に広げることができる。
終端エリア１０７では、終端絶縁領域１７３同士のピッチが、メイン絶縁領域１２３同士のピッチより小さく設定されている。半導体装置１００がオフのとき、終端エリア１０７において空乏層の繋がりを促進し、終端領域の高耐圧化を図ることができる。

本実施例の半導体装置１００では、最も内側の終端絶縁領域１７３−１が切断されていることによって、半導体装置１００の耐圧が向上している。
終端絶縁領域１７３−１が切断されているために、最も内側の終端絶縁領域１７３−１の内側のボディ領域１４１ａ（終端絶縁領域１７３−１とメイン絶縁領域１２３と間の部分）と、外側のボディ領域１４１ｂ（終端絶縁領域１７３−１と終端絶縁領域１７３−２との間の部分）が、切断部１９９によって導通している。内側のボディ領域１４１ａは、ボディコンタクト領域１３２を介して接地されているためにＧＮＤ電位に維持されている。従って、外側のボディ領域１４１ｂも概ねＧＮＤ電位に維持される。半導体装置１００がオフのときに、外側のボディ領域１４１ｂの電位が不安定に変動することがなく、終端絶縁領域１７３−１に高い電圧がかかることがない。

また、半導体装置１００では、切断部１９９がメイントレンチ１１３と平行に伸びている部分に形成されている。これによっても、終端絶縁領域１７３−１がガードリングとして機能して耐圧を保持する効果が低下することを抑制している。具体的に、半導体装置１００がオフのときに、メイントレンチ１１３に直交して伸びる辺（図１の上下を左右方向に伸びる辺）の近傍に強い電界集中が発生しやすい。それに対して、メイントレンチ１１３に平行に伸びる辺（図１の左右を上下方向に伸びる辺）の近傍には強い電界集中が発生しづらい。半導体装置１００では、強い電界集中が発生しづらい部分に切断部１９９が形成されているために、終端絶縁領域１７３−１を切断したことによってガードリングとしての効果が低下することを抑制している。

さらに、二つの切断部１９９は、図１の左右を上下方向に伸びる終端絶縁領域１７３−１の略中央に形成されている。よって、切断部１９９は、電界集中が生じやすい図１の上下を左右方向に伸びる辺から離れた位置に形成されることになる。さらに、終端絶縁領域１７３−１と終端絶縁領域１７３−２の間のボディ領域１４１ｂの電位が周方向に均質に維持されやすい。それにより、終端絶縁領域１７３−１の逆電圧に対する耐圧特性を均一に保持することができる。

ドレイン領域１１２の比抵抗が０．１〜０．５Ω・ｃｍである場合、切断部１９９の長さＧ（終端絶縁領域１７３−１の両端面１５４ａ，１５４ｂ間の距離）は１．１μｍ以下であることが好ましい。この場合、シミュレーションによって、半導体装置１００がオフのときに、終端絶縁領域１７３−１の両端面１５４ａ，１５４ｂから広がる空乏層が繋がることが確認されている。それにより、終端絶縁領域１７３−１が切断されることによって、ガードリングとしての効果を低下させることがほぼない。特に、切断部１９９の長さが１．１μｍであるときに、切断部１９９の電気抵抗が十分に小さくなるために、終端絶縁領域１７３−１が逆電圧に対する耐圧特性を十分に得ることができる。

以下図４及び図５を参照して実施例のゲート半導体１００の効果を検証する。図４は半導体装置に７０Ｖの逆電圧を加えたときに空乏層が広がる範囲を示す図であり、（ａ）は図７のような従来の半導体装置５００の場合を示す図であり、（ｂ）は実施例の半導体装置１００の場合を示す図である。図４の座標Ｚは半導体基板の表面からの深さ（μｍ）を指し、ハッチングで示す領域は空乏層が広がる部分であり、白抜きの部分は空乏層が広がらない部分である。
図５は７０Ｖの逆電圧を加えたときに、図４のＣ−Ｃ線に沿った電位分布を示すグラフであり、（ａ）は図７のような従来の半導体装置５００の電位分布をを示す図であり、（ｂ）は実施例の半導体装置１００の電位分布を示す図である。図５で、座標Ｙは電位（Ｖ）を指し、座標Ｚは図４のＺ軸に対応する深さ（μｍ）を指す。なお、図４と図５はシミュレーションによる結果である。

従来の半導体装置５００の場合、半導体装置５００がオフのときに、図４（ａ）に示すように、最も内側の終端絶縁領域５７３−１とその外側の終端絶縁領域５７３−２の間のボディ領域５４１ｂが周囲から絶縁されているために、ボディ領域５４１ｂ内の電子が脱出し難く、空乏層が充分に拡がらない。そのために、ボディ領域５４１ｂの直下のドリフト領域５１２でも空乏層が十分に広がることができない（サークルＮに注目）。空乏化される領域のみで電位を保持することできるために、空乏化される領域での電界が集中することになる。
また、Ｃ−Ｃ線に沿った電位分布は、図５（ａ）に示すように、最も内側の終端絶縁領域５７３−１とその外側の終端絶縁領域５７３−２の間のボディ領域５４１ｂがフローティング状態であるために、その電位がＧＮＤ電位に落ちることができない。サークルＭで示す深さで５０Ｖの電位になっている。このときに、ダミートレンチゲート電極５２４の電位はＧＮＤ電位になっているために、サークルＭ（図８も参照）では、ダミートレンチゲート電極５２４のコーナ部とボディ領域５４１ｂを絶縁している薄い終端絶縁領域５７３−１に、５０Ｖ程度の逆電圧が印加されることになる。この逆電圧は、薄い終端絶縁領域５７３−１を破壊する可能性がある。

一方、実施例の半導体装置１００の場合、半導体装置１００がオフのときに、図４（ｂ）に示すように、最も内側の終端絶縁領域１７３−１とその外側の終端絶縁領域１７３−２の間のボディ領域１４１ｂにおいて、空乏層が十分に広がることができる。そのために、ボディ領域１４１ｂの直下のドリフト領域１１２でも空乏層が十分に広がることができる（サークルＮに注目）。
また、Ｃ−Ｃ線に沿った電位分布は、図５（ｂ）に示すように、半導体装置１００がオフのときに、最も内側の終端絶縁領域１７３−１とその外側の終端絶縁領域１７３−２の間のボディ領域１４１ｂにおいて、その電位がＧＮＤ電位に近い値にまで落ちることができる。結果として、サークルＭ（図８も参照）の深さでの電位が３０Ｖ程度に落ちっている。この場合、ダミートレンチゲート電極１２４のコーナ部とボディ領域１４１ｂを絶縁している薄い終端絶縁領域１７３−１にかかる逆電圧が３０ボルト程度に低減される。このために、終端絶縁領域１７３−１が逆電圧にによって破壊される可能性は低い。

以上本発明を具現化する半導体装置を説明したが、本発明の半導体装置は、前記の具体的な構成に限定されるものではない。特に、切断部１９９の個数や形成位置や長さＧなどが、実施例のように限定されなくても、本発明の効果を発揮することができる。例えば、図６に示すように、切断部１９９がメイントレンチと直交して伸びる辺に沿った位置に形成されていてもよい。
また、各半導体領域については，Ｐ型とＮ型とを入れ替えてもよい。また、絶縁領域については，酸化膜に限らず、窒化膜等の他の種類の絶縁膜でもよいし、複合膜でもよい。また、半導体についても，シリコンに限らず、他の種類の半導体（ＳｉＣ，ＧａＮ，ＧａＡｓ等）であってもよい。また、実施の形態の半導体装置は、伝導度変調型パワーＩＧＢＴに対しても適用可能である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、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み合わ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み合わ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するものであり、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。

本発明の実施例の半導体装置を示す平面図である。 図１のII−II線の断面図である。 図１のIII−III線の断面図である。 半導体装置の空乏層を示す図であり、（ａ）は従来の半導体装置を示す図であり、（ｂ）は実施例の半導体装置を示す図である。 半導体装置の厚さ方向の電位分布を示すグラフであり、（ａ）は従来の半導体装置を示す図であり、（ｂ）は実施例の半導体装置を示す図である。 本発明の変形例の半導体装置を示す平面図である。 従来の半導体装置の平面図である。 図７のVIII−VIII線の断面図である。

符号の説明

１００： 半導体装置
１０１： 表面
１０２： 半導体基板
１０４： 外周
１０５： セルエリア
１０７： 終端エリア
１１１： ドレイン領域
１１２： ドリフト領域
１２２： トレンチゲート電極
１２４： ダミートレンチゲート電極
１３１： ソース領域
１３２： ボデイコンタクト領域
１３３： ソース電極
１４１： ボディ領域
Ｄ ： ドレイン配線
Ｓ ： ソース配線
Ｇ ： ゲート配線
１１３： メイントレンチ
１２３： メイン絶縁領域
１５１： フローティング領域
１５２： 不純物注入領域
１５３： フローティング領域
１６３： 終端トレンチ
１７３： 終端絶縁領域
１９９： 切断部

Claims (6)

1. 第２導電型のドリフト領域の表面に第１導電型のボディ領域が積層されている半導体基板と、
   半導体装置として機能する半導体構造が作り込まれているセルエリアを取り囲んで伸びているとともに、半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達している少なくとも２重の終端トレンチと、
   各々の終端トレンチを充填している終端絶縁領域を備えており、
   少なくとも最も内側の終端絶縁領域は、セルエリアの外側を一巡するループの少なくとも１箇所で切断されており、
   前記の最も内側の終端絶縁領域の内外に位置するボディ領域同士の導通が確保されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記の最も内側の終端絶縁領域の内側の半導体基板に、
   半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達しているメイントレンチと、
   メイントレンチの少なくとも壁面を被覆しているメイン絶縁領域と、
   メイン絶縁領域によって半導体基板から絶縁された状態でメイントレンチ内に収容されており、半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達しているゲート電極と、
   半導体基板の表面のメイントレンチに隣接する位置に形成されている第２導電型のソース領域と、
   ボディ領域の表面に形成されているとともに、第１導電型の不純物を高濃度に含むボディコンタクト領域が形成されており、さらに、
   ソース領域とボディコンタクト領域に導通しているソース電極を備えており、トランジスタ動作をする請求項１の半導体装置。
3. 前記の最も内側の終端絶縁領域に、前記ゲート電極と同じ材質の導体が、前記ゲート電極と同じ深さまで埋め込まれていることを特徴とする請求項２の半導体装置。
4. 前記の最も内側の終端絶縁領域は、その内側に形成されているメイントレンチと平行に伸びている位置で切断されていることを特徴とする請求項２又は３の半導体装置。
5. 前記の最も内側の終端絶縁領域は、１．１μｍ以下の幅のボディ領域を残して切断されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの半導体装置。
6. 前記の最も内側の終端絶縁領域を構成する終端トレンチの切断箇所を挟んで向かい合う壁に、第１導電型の不純物が注入されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの半導体装置。

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