JP2010027719A - 電力用半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オン抵抗が低くアバランシェ耐量が高い電力用半導体装置を提供する。
【解決手段】電力用半導体装置１において、ｐ型ベースコンタクト層１５における上下方向の不純物濃度プロファイルの形状を２段構成とする。すなわち、Ａ−Ａ’線上において、不純物濃度は、ｐ型ベースコンタクト層１５の上面において最も高く、上面及び下面以外の位置Ｐ_ｍｉｎにおいて極小値Ｃ_ｍｉｎをとり、位置Ｐ_ｍｉｎよりも下方の位置Ｐ_ｍａｘにおいて極大値Ｃ_ｍａｘをとる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力用半導体装置に関し、特に、縦形のトレンチゲート型電力用半導体装置に関する。

トレンチゲート型の縦型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、以下、「ＵＭＯＳ」という）においては、ソースを形成する際のフォトリソグラフィ工程を削減するために、トレンチゲート電極間の領域にベース用トレンチを形成し、ベース用トレンチの底面にベースコンタクト層を形成し、ベース用トレンチの内部にソース電極の一部を埋め込んだ構造が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。

この構造を用いれば、フォトリソグラフィ工程の削減だけでなく、より深い位置にベースコンタクト層を形成することができるため、アバランシェ耐量（以下、単に「耐量」ともいう）を高めることができる。また、ベースコンタクト層よりも抵抗率が高いベース層を狭くすることができるため、オン抵抗を低減することができる。

しかしながら、このような構造においては、ベース用トレンチ内にソース電極を形成する金属が埋まりきらずに、ボイドが発生することがある。ボイドが発生すると、ベースコンタクト層とソース電極との間のコンタクト抵抗が増加し、アバランシェ電流がベース層内を流れるようになる。そうすると、ベース層内の抵抗により電位差が生じ、寄生バイポーラトランジスタが動作しやすくなる。寄生バイポーラトランジスタが動作すると、アバランシェ電流が一ヶ所に集中してしまい、耐量が低下する。

特に、低耐圧系の製品では、オン抵抗に占めるチャネル抵抗の割合が大きく、オン抵抗を低減するためにはチャネル密度を高くする必要があり、セルピッチを狭くする必要がある。しかし、セルピッチを狭くするためには、ベース用トレンチの幅を狭くする必要があり、ベース用トレンチへのソース電極の埋め込みがより一層困難になる。

一方、金属の埋込性を改善するためにベース用トレンチを浅くすると、アバランシェブレークダウンが発生するポイントから見てベースコンタクト層が遠くなるため、やはりアバランシェ耐量が低下する。

特開２００３−３１８３９６号公報

本発明の目的は、オン抵抗が低くアバランシェ耐量が高い電力用半導体装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、不純物濃度が前記半導体基板の不純物濃度よりも低い第１導電型のドリフト層と、前記ドリフト層上に形成された第２導電型のベース層と、前記ベース層上の一部に形成された第１導電型のソース層と、前記ソース層及び前記ベース層を突き抜けて前記ドリフト層の内部に進入した複数のトレンチゲート電極と、前記トレンチゲート電極と前記ドリフト層、前記ベース層及び前記ソース層との間に設けられたゲート絶縁膜と、前記ベース層の上層部分における前記トレンチゲート電極間の領域に形成され、不純物濃度が前記ベース層の不純物濃度よりも高い第２導電型のベースコンタクト層と、前記ソース層及び前記ベースコンタクト層に接続されたソース電極と、前記半導体基板に接続されたドレイン電極と、を備え、前記ベースコンタクト層における前記半導体基板の上面に対して垂直な方向の不純物濃度プロファイルは、前記ベースコンタクト層の上面において最も高く、上面及び下面以外の位置において極小値をとり、前記極小値をとる位置よりも下方の位置において極大値をとることを特徴とする電力用半導体装置が提供される。

本発明によれば、オン抵抗が低くアバランシェ耐量が高い電力用半導体装置を実現することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１（ａ）は、本実施形態に係る電力用半導体装置を例示する断面図であり、（ｂ）は、縦軸にｐ型ベースコンタクト層における上下方向の位置をとり、横軸に不純物濃度をとって、ｐ型ベースコンタクト層における不純物濃度プロファイルを例示するグラフ図である。
図１（ｂ）の縦軸が表す位置は、（ａ）に示すＡ−Ａ’線のうち、ｐ型ベースコンタクト層における位置に相当する。

図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る電力用半導体装置１は、縦形のＵＭＯＳパワーデバイスである。電力用半導体装置１においては、導電型がｎ^＋型の半導体材料、例えば、シリコンからなるｎ^＋型基板１１（半導体基板）が設けられており、ｎ^＋型基板１１上には、導電型がｎ型のｎ型ドリフト層１２が形成されている。ｎ型ドリフト層１２は、例えば、ｎ^＋型基板１１上に半導体材料、例えば、リンがドープされたシリコンをエピタキシャル成長させることによって形成されたものであり、その不純物濃度はｎ^＋型基板１１の不純物濃度よりも低い。なお、本明細書において「不純物濃度」とは、母材である半導体材料の導電性に寄与する実効的な不純物濃度をいう。

ｎ型ドリフト層１２上には、導電型がｐ型のｐ型ベース層１３が形成されており、ｐ型ベース層１３上の一部には、導電型がｎ^＋型のｎ^＋型ソース層１４が形成されている。また、ｐ型ベース層１３上の他の一部には、導電型がｐ型であり不純物濃度がｐ型ベース層１３の不純物濃度よりも高いｐ型ベースコンタクト層１５が形成されている。ｎ^＋型基板１１、ｎ型ドリフト層１２、ｐ型ベース層１３、ｎ^＋型ソース層１４及びｐ型ベースコンタクト層１５により、電力用半導体装置１の半導体部分１０が形成されている。半導体部分１０は、例えば、ｎ^＋型基板１１上にシリコン層がエピタキシャル成長され、局所的にドナー又はアクセプタが注入されることによって形成されている。

半導体部分１０の上面には、溝状のゲート用トレンチ１６が複数本形成されている。ゲート用トレンチ１６の内面上には、ゲート絶縁膜１７が形成されている。また、ゲート用トレンチ１６の内部には、ポリシリコン又は金属等の導電材料が埋め込まれており、トレンチゲート電極１８が形成されている。すなわち、ゲート絶縁膜１７は、トレンチゲート電極１８とｎ型ドリフト層１２、ｐ型ベース層１３及びｎ^＋型ソース層１４との間に設けられている。ゲート用トレンチ１６は、ｎ^＋型ソース層１４及びｐ型ベース層１３を貫通し、ｎ型ドリフト層１２の上層部分に到達している。従って、トレンチゲート電極１８も、ｎ^＋型ソース層１４及びｐ型ベース層１３を突き抜けて、ｎ型ドリフト層１２の上層部分の内部に進入している。

ｐ型ベースコンタクト層１５は、ｐ型ベース層１３におけるゲート用トレンチ１６間の領域に形成されており、その深さは、ゲート用トレンチ１６及びｐ型ベース層１３よりも浅い。従って、ｐ型ベースコンタクト層１５とｎ型ドリフト層１２との間には、ｐ型ベース層１３が介在している。なお、図１（ａ）においては、トレンチゲート電極１８は２本しか示されていないが、実際には、図示しない領域に多数のトレンチゲート電極１８が形成されており、その間にはｐ型ベースコンタクト層１５が形成されている。

また、半導体部分１０の上方には、例えば金属からなるソース電極２１が設けられている。ソース電極２１は、ゲート用トレンチ１６を覆い、ｎ^＋型ソース層１４の上面及びｐ型ベースコンタクト層１５の上面に接触しており、両層に接続されている。一方、半導体部分１０の下方には、例えば金属からなるドレイン電極２２が設けられている。ドレイン電極２２はｎ^＋型基板１１の下面に接触しており、ｎ^＋型基板１１に接続されている。

そして、図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係る電力用半導体装置１においては、ｐ型ベースコンタクト層１５における上下方向の不純物濃度プロファイルの形状が２段構成となっている。すなわち、この不純物濃度プロファイルにおいて、不純物濃度は、ｐ型ベースコンタクト層１５の上面において最も高く、上面及び下面以外の位置Ｐ_ｍｉｎにおいて極小値Ｃ_ｍｉｎをとり、位置Ｐ_ｍｉｎよりも下方の位置Ｐ_ｍａｘにおいて極大値Ｃ_ｍａｘをとっている。なお、「上下方向」とは、ｎ^＋型基板１１の上面に対して垂直な方向をいう。

また、極小値Ｃ_ｍｉｎをとる位置Ｐ_ｍｉｎと極大値Ｃ_ｍａｘをとる位置Ｐ_ｍａｘとの間の距離をＬとするとき、ｐ型ベースコンタクト層１５の抵抗値を表す指標Ｘとして、比（Ｌ／Ｃ_ｍｉｎ）を採用する。すなわち、Ｘ＝Ｌ／Ｃ_ｍｉｎである。そして、極小値Ｃ_ｍｉｎの単位を「ｃｍ^−３」とし、距離Ｌの単位を「ｃｍ」とするとき、Ｘは、６×１０^−１６ｃｍ^４以下とする。

一方、ｐ型ベース層１３におけるｐ型ベースコンタクト層１５の直下域に相当する部分の上下方向の不純物濃度プロファイルは、上述のｐ型ベースコンタクト層１５における不純物濃度プロファイルに連続している。ｐ型ベース層１３における不純物濃度プロファイルは、下方にいくほど不純物濃度が減少している。

図２は、横軸に図１（ａ）に示すＡ−Ａ’線における位置をとり、縦軸に不純物濃度をとって、本実施形態における不純物濃度プロファイルの具体例を示すグラフ図である。
図２に示す例では、ｐ型ベース層１３及びｐ型ベースコンタクト層１５の母材となる半導体材料はシリコン（Ｓｉ）であり、不純物はボロン（Ｂ）である。また、ｎ型ドリフト層１２の母材となる半導体材料はシリコンであり、不純物はリン（Ｐ）である。

図２に示すように、Ａ−Ａ’線に沿ったボロン濃度プロファイルはｐ型ベースコンタクト層１５とｐ型ベース層１３との間で連続的に繋がっており、ｐ型ベースコンタクト層１５のボロン濃度はｐ型ベース層１３のボロン濃度よりも高い。そして、ｐ型ベースコンタクト層１５内においては、ボロン濃度は、ｐ型ベースコンタクト層１５の上面Ｐ_{ｕｐｐｅｒ}において最も高く、ｐ型ベースコンタクト層１５の下面Ｐ_{ｌｏｗｅｒ}において最も低く、上面Ｐ_{ｕｐｐｅｒ}と下面Ｐ_{ｌｏｗｅｒ}との間の位置Ｐ_ｍｉｎにおいて極小値Ｃ_ｍｉｎをとり、位置Ｐ_ｍｉｎよりも下方の位置Ｐ_ｍａｘにおいて極大値Ｃ_ｍａｘをとる。一方、ｐ型ベース層１３内においては、ボロン濃度は下方に向かうにつれて単調減少している。このようなボロン濃度プロファイルは、例えば、ｐ型ベースコンタクト層１５を形成する際に、複数回、例えば２回のイオン注入を行うことにより、実現することができる。

次に、本実施形態に係る電力用半導体装置の動作について説明する。
本実施形態においては、ｐ型ベースコンタクト層１５の不純物濃度プロファイルが上述のような形状をとることにより、ｐ型ベースコンタクト層１５全体の不純物量は抑えつつ、最上層部の不純物濃度をある程度以上に確保し、下部の不純物濃度もある程度以上に確保することができる。

ｐ型ベースコンタクト層１５全体の不純物量を抑えることにより、ｐ型ベースコンタクト層１５に含まれる不純物が拡散し、ｐ型ベースコンタクト層１５のサイズが大きくなってしまうことを防止できる。これにより、電力用半導体装置１を微細化し、チャネル密度を高め、オン抵抗を低減することができる。また、ｐ型ベースコンタクト層１５の最上層部の不純物濃度を高くすることにより、ソース電極２１との間のコンタクト抵抗を抑えることができる。更に、ｐ型ベースコンタクト層１５の下部の不純物濃度を高くすることにより、下部の抵抗が下がり、ｎ型ドリフト層１２とｐ型ベース層１３との界面においてアバランシェブレークダウンが生じたときに、発生した電子−正孔対のうちの正孔がｐ型ベースコンタクト層１５を介してソース電極２１に抜けやすくなる。この結果、高いアバランシェ耐量を得ることができる。このように、ｐ型ベースコンタクト層１５を高いアバランシェ耐量が得られるようなものとすると、ｐ型ベース層１３とｎ型ドリフト層１２との接合界面から生じた空乏層は、ｐ型ベースコンタクト層１５内には実質的に広がらない。従って、ｐ型ベースコンタクト層１５の最下部の不純物濃度は、空乏層が実質的に広がらないような濃度とすることが好ましい。

更にまた、本実施形態においては、上述の如く十分に高いアバランシェ耐量を得ることができるため、半導体部分１０におけるｐ型ベースコンタクト層１５の直上域に、ベース用トレンチを形成する必要がない。この結果、ベース用トレンチにソース電極２１を埋め込む際にボイドが発生するという問題が起こらず、ボイドの発生によってアバランシェ耐量が低下することがない。また、ボイドの発生を回避するためにベース用トレンチの幅を広くする必要もなく、これによって装置の微細化が阻害されることがない。このように、本実施形態によれば、オン抵抗が低く、耐量が高い電力用半導体装置を実現することができる。

更にまた、本実施形態においては、抵抗値の指標Ｘを６×１０^−１６ｃｍ^４以下としている。これにより、ｐ型ベースコンタクト層１５の抵抗値を抑え、装置１のアバランシェ耐量をより一層向上させることができる。以下、この理由について説明する。
図３は、横軸にソース−ドレイン間に印加されるドレイン電圧Ｖ_ｄをとり、縦軸にソース−ドレイン間に流れるドレイン電流Ｉ_ｄをとって、電力用半導体装置の動作特性を例示するグラフ図である。

図３に示すように、本実施形態に係る電力用半導体装置においては、ドレイン電圧Ｖ_ｄが一定値以上になるとドレイン電流Ｉ_ｄが流れ始め、そこからドレイン電圧Ｖ_ｄを増加させるとドレイン電流Ｉ_ｄも増加し、ドレイン電圧Ｖ_ｄがある値に達すると、ＭＯＳＦＥＴ中のｎｐｎトランジスタがオンすることによりスナップバックが発生し、ドレイン電圧Ｖ_ｄが急激に低下する。このときのドレイン電流Ｉ_ｄをスナップバック電流値Ｉ_ｓｂとする。スナップバック電流値Ｉ_ｓｂが大きいほど、装置１の耐量が高いことになる。

図４は、横軸にイオン注入エネルギーをとり、縦軸にスナップバック電流値をとって、イオン注入の深さが装置の耐量に及ぼす影響を例示するグラフ図である。
図４の横軸に示すイオン注入エネルギーは、ｐ型ベースコンタクト層１５を形成するための複数回のイオン・インプランテーション（インプラ）のうち、イオン注入エネルギーが最も高いインプラのイオン注入エネルギーを表している。すなわち、ｐ型ベースコンタクト層１５の最下部を形成するためのインプラを示している。
図５は、横軸にｐ型ベースコンタクト層における上下方向の位置をとり、縦軸にボロン濃度をとって、ｐ型ベースコンタクト層の下部を形成するためのインプラのイオン注入エネルギーがボロン濃度プロファイルに及ぼす影響を例示するグラフ図である。
なお、図５に示すプロファイルには、ｐ型ベースコンタクト層１５の上部を形成するためのインプラによって注入されたボロンも表れている。図４及び図５は、シミュレーションにより求めた結果である。

図４に示すように、スナップバック電流値のイオン注入エネルギー依存性には１つのピークが存在し、イオン注入エネルギーがある値、例えば、図４に示す例では約６０ｋｅＶ又は約７０ｋｅＶのときに最大となり、イオン注入エネルギーがそれより低くても高くてもスナップバック電流値は小さくなる。この挙動は、以下の理由によると考えられる。

図５に示すように、イオン注入エネルギーが高いほど、ボロン濃度プロファイルのピークは下方に移動する。なお、図５に示す位置Ｐ_ｍａｘ、位置Ｐ_ｍｉｎ、極大値Ｃ_ｍａｘ、極小値Ｃ_ｍｉｎは、イオン注入エネルギーが６０ｋｅＶのときの値である。

ｐ型ベースコンタクト層１５の下部を形成するためのイオン注入エネルギーが低いと、例えば、図５に示す例では４０ｋｅＶであると、ボロン濃度が極大値をとる位置Ｐ_ｍａｘが上方に位置しすぎてしまい、ｐ型ベースコンタクト層１５の下部のボロン濃度が低くなる。これにより、アバランシェブレークダウンが発生するブレークダウンポイントが、ｐ型ベースコンタクト層１５の直下域ではなくトレンチゲート電極１８の直下域となり、ブレークダウンによって発生した正孔が効率よくソース電極２１に抜けなくなる。この結果、スナップバック電流値が小さくなり、アバランシェ耐量が低くなる。

イオン注入エネルギーをより高くすると、例えば、図５に示す例では６０ｋｅＶにすると、位置Ｐ_ｍａｘが下方に移動し、ｐ型ベースコンタクト層１５の下部のボロン濃度が高くなる。これにより、ブレークダウンポイントがｐ型ベースコンタクト層１５の直下域となり、ブレークダウンによって発生した正孔がｐ型ベースコンタクト層１５を介して効率的にソース電極２１に抜けるようになる。これにより、スナップバック電流値が増加し、アバランシェ耐量が向上する。

しかし、イオン注入エネルギーを更に高くすると、例えば、図５に示す例では１００ｋｅＶにすると、ボロン濃度プロファイルが極大値Ｃ_ｍａｘをとる位置Ｐ_ｍａｘが下方に位置しすぎてしまう。この結果、ｐ型ベースコンタクト層１５内において、位置Ｐ_ｍｉｎ付近に高抵抗層が生じてしまい、やはり、スナップバック電流値が小さくなる。

ｐ型ベースコンタクト層１５内における高抵抗層の抵抗値は、図５に示すプロファイルにおける位置Ｐ_ｍｉｎ近傍に形成される谷の深さ及び幅によって決まる。不純物濃度の極小値Ｃ_ｍｉｎが低いほど、谷が深くなり、抵抗値は高くなる。また、位置Ｐ_ｍｉｎと位置Ｐ_ｍａｘとの間の距離Ｌが大きいほど、谷は広くなり、抵抗値は高くなる。従って、距離Ｌを極小値Ｃ_ｍｉｎで除した値（Ｌ／Ｃ_ｍｉｎ）は、ｐ型ベースコンタクト層１５の抵抗値を表す指標Ｘとして使用できる。

図６は、横軸に指標Ｘをとり、縦軸にスナップバック電流値をとり、指標Ｘが装置の耐量に及ぼす影響を例示するグラフ図である。
図６に示すデータは、装置１のセルピッチとｐ型ベースコンタクト層１５の最下部を形成するためのインプラのドーズ量を異ならせて実施したシミュレーションの結果である。すなわち、図６には、セルピッチが１．６μｍであり、ドーズ量が１×１０^１４ｃｍ^−２である場合と、セルピッチが２．４μｍであり、ドーズ量が１×１０^１４ｃｍ^−２である場合と、セルピッチが１．６μｍであり、ドーズ量が５×１０^１３ｃｍ^−２である場合のデータを示している。図６に示す全ての条件において、指標Ｘが６×１０^−１６ｃｍ^４以下である場合に、スナップバック電流値は急激に大きくなる。従って、指標Ｘは６×１０^−１６ｃｍ^４以下とすることが好ましい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図７（ａ）は、本実施形態に係る電力用半導体装置を例示する断面図であり、（ｂ）は、縦軸にｐ型ベースコンタクト層における上下方向の位置をとり、横軸に不純物濃度をとって、ｐ型ベースコンタクト層における不純物濃度プロファイルを例示するグラフ図である。図７（ｂ）の縦軸が表す位置は、（ａ）に示すＢ−Ｂ’線のうち、ｐ型ベースコンタクト層における位置に相当する。

図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る電力用半導体装置２においては、ｐ型ベースコンタクト層１５の上面がｎ^＋型ソース層１４の上面よりも低い位置にあることにより、半導体部分１０におけるｐ型ベースコンタクト層１５の直上域に、溝状のベース用トレンチ３１が形成されている。そして、このベース用トレンチ３１内にはソース電極２１の一部が埋め込まれている。

本実施形態によれば、ｐ型ベースコンタクト層１５の直上域にベース用トレンチ３１が形成されていることにより、前述の第１の実施形態と比較して、ｐ型ベースコンタクト層１５の位置が下方にシフトする。この結果、アバランシェブレークダウンをより確実にｐ型ベースコンタクト層１５の直下域において発生させ、また、ブレークダウンによって発生した正孔をより効率的にソース電極２１に逃がし、アバランシェ耐量をより一層向上させることができる。

また、本実施形態においても、前述の第１の実施形態と同様に、ｐ型ベースコンタクト層１５の不純物濃度プロファイルを２段構成としているため、ベース用トレンチ３１をあまり深く形成しなくても、良好なアバランシェ耐量を得ることができる。これにより、ベース用トレンチ３１を形成する場合であっても、低いオン抵抗及び高い耐量を両立させることができる。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本実施形態の比較例について説明する。
図８（ａ）は、本比較例に係る電力用半導体装置を例示する断面図であり、（ｂ）は、縦軸にｐ型ベースコンタクト層における上下方向の位置をとり、横軸に不純物濃度をとって、ｐ型ベースコンタクト層における不純物濃度プロファイルを例示するグラフ図である。図８（ｂ）の縦軸が表す位置は、（ａ）に示すＣ−Ｃ’線のうち、ｐ型ベースコンタクト層における位置に相当する。

図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、本比較例に係る電力用半導体装置１０１においては、ｐ型ベースコンタクト層１５における上下方向の不純物濃度プロファイルは、ピークを１つだけ持つプロファイルとなっている。すなわち、ｐ型ベースコンタクト層１５における不純物濃度は、上面及び下面で相対的に低く、中央部で相対的に高い。本比較例における上記以外の構成は、前述の第２の実施形態と同様である。

図９は、横軸にベース用トレンチの深さｈをとり、縦軸にスナップバック電流値をとって、本比較例に係る電力用半導体装置において、ベース用トレンチの深さが装置の耐量に及ぼす影響を例示するグラフ図である。

図９に示すように、電力用半導体装置１０１においては、ベース用トレンチ３１の深さが浅いと、耐量が小さい。例えば、図９に示す例では、ベース用トレンチ３１の深さｈが０．４μｍ以下であると、スナップバック電流値は極めて小さい。これは、以下の理由によると考えられる。

すなわち、本比較例においては、ｐ型ベースコンタクト層１５における上下方向の不純物濃度プロファイルがピークを１つだけ持つプロファイルであることから、ｐ型ベースコンタクト層１５の最上層部及び下部における不純物濃度が相対的に低くなる。このため、ソース電極２１との間のコンタクト抵抗が高くなると共に、下部の抵抗が高くなる。これにより、アバランシェブレークダウンがｐ型ベースコンタクト層１５の直下域ではなくトレンチゲート電極１８の直下域で発生してしまい、ブレークダウンによって発生した正孔電流がｐ型ベース層１３及びｎ^＋型ソース層１４を通過してソース電極２１に抜ける。この結果、ｐ型ベース層１３内の抵抗により電流方向に沿って電位差が生じ、ｎ^＋型基板１１、ｎ型ドリフト層１２、ｐ型ベース層１３及びｎ^＋型ソース層１４からなるｎｐｎトランジスタがオンしやすくなる。ｎｐｎトランジスタがオンすると、アバランシェ電流が一ヶ所に集中してしまい、破壊耐量は小さくなってしまう。

図９に示すように、耐量を向上させるためには、ベース用トレンチ３１の深さｈを深くすればよいが、そうすると、ベース用トレンチ３１内にソース電極２１を埋め込むことが困難になる。このため、ベース用トレンチ３１の幅を広くする必要が生じ、チャネル密度が低くなり、オン抵抗が低下してしまう。

また、深さｈを浅くしたまま、耐量を向上させるために、ｐ型ベースコンタクト層１５全体の不純物量を多くすることも考えられるが、そうすると、ｐ型ベースコンタクト層１５の幅が広くなってしまい、装置の微細化が困難になる。この結果、やはりチャネル密度が低くなり、オン抵抗が低下してしまう。このように、本比較例に係る電力用半導体装置１０１は、前述の第１及び第２の実施形態に係る電力用半導体装置と比較して、オン抵抗と耐量とのバランスが低い。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。例えば、前述の各実施形態においては、各層の母材となる半導体材料がシリコンであり、アクセプタがボロンである例を示したが、本発明はこれに限定されない。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る電力用半導体装置を例示する断面図であり、（ｂ）は、縦軸にｐ型ベースコンタクト層における上下方向の位置をとり、横軸に不純物濃度をとって、ｐ型ベースコンタクト層における不純物濃度プロファイルを例示するグラフ図である。 横軸に図１（ａ）に示すＡ−Ａ’線における位置をとり、縦軸に不純物濃度をとって、第１の実施形態における不純物濃度プロファイルの具体例を示すグラフ図である。 横軸にソース−ドレイン間に印加されるドレイン電圧Ｖ_ｄをとり、縦軸にソース−ドレイン間に流れるドレイン電流Ｉ_ｄをとって、電力用半導体装置の動作特性を例示するグラフ図である。 横軸にイオン注入エネルギーをとり、縦軸にスナップバック電流値をとって、イオン注入の深さが装置の耐量に及ぼす影響を例示するグラフ図である。 横軸にｐ型ベースコンタクト層における上下方向の位置をとり、縦軸にボロン濃度をとって、ｐ型ベースコンタクト層の下部を形成するためのインプラのイオン注入エネルギーがボロン濃度プロファイルに及ぼす影響を例示するグラフ図である。 横軸に指標Ｘをとり、縦軸にスナップバック電流値をとり、指標Ｘが装置の耐量に及ぼす影響を例示するグラフ図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る電力用半導体装置を例示する断面図であり、（ｂ）は、縦軸にｐ型ベースコンタクト層における上下方向の位置をとり、横軸に不純物濃度をとって、ｐ型ベースコンタクト層における不純物濃度プロファイルを例示するグラフ図である。 （ａ）は、比較例に係る電力用半導体装置を例示する断面図であり、（ｂ）は、縦軸にｐ型ベースコンタクト層における上下方向の位置をとり、横軸に不純物濃度をとって、ｐ型ベースコンタクト層における不純物濃度プロファイルを例示するグラフ図である。 横軸にベース用トレンチの深さｈをとり、縦軸にスナップバック電流値をとって、比較例に係る電力用半導体装置において、ベース用トレンチの深さが装置の耐量に及ぼす影響を例示するグラフ図である。

符号の説明

１、２、１０１ 電力用半導体装置、１０ 半導体部分、１１ ｎ^＋型基板、１２ ｎ型ドリフト層、１３ ｐ型ベース層、１４ ｎ^＋型ソース層、１５ ｐ型ベースコンタクト層、１６ ゲート用トレンチ、１７ ゲート絶縁膜、１８ トレンチゲート電極、２１ ソース電極、２２ ドレイン電極、３１ ベース用トレンチ、Ｃ_ｍｉｎ 極小値、Ｃ_ｍａｘ 極大値、Ｐ_ｍｉｎ 極小値をとる位置、Ｐ_ｍａｘ 極大値をとる位置、Ｐ_{ｌｏｗｅｒ} 下面、Ｐ_{ｕｐｐｅｒ} 上面、Ｌ 距離、Ｘ 指標

Claims (5)

1. 第１導電型の半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成され、不純物濃度が前記半導体基板の不純物濃度よりも低い第１導電型のドリフト層と、
   前記ドリフト層上に形成された第２導電型のベース層と、
   前記ベース層上の一部に形成された第１導電型のソース層と、
   前記ソース層及び前記ベース層を突き抜けて前記ドリフト層の内部に進入した複数のトレンチゲート電極と、
   前記トレンチゲート電極と前記ドリフト層、前記ベース層及び前記ソース層との間に設けられたゲート絶縁膜と、
   前記ベース層の上層部分における前記トレンチゲート電極間の領域に形成され、不純物濃度が前記ベース層の不純物濃度よりも高い第２導電型のベースコンタクト層と、
   前記ソース層及び前記ベースコンタクト層に接続されたソース電極と、
   前記半導体基板に接続されたドレイン電極と、
   を備え、
   前記ベースコンタクト層における前記半導体基板の上面に対して垂直な方向の不純物濃度プロファイルは、前記ベースコンタクト層の上面において最も高く、上面及び下面以外の位置において極小値をとり、前記極小値をとる位置よりも下方の位置において極大値をとることを特徴とする電力用半導体装置。
2. 前記ベースコンタクト層の上面が前記ソース層の上面よりも低い位置にあることによりベース用トレンチが形成されており、前記ベース用トレンチ内には前記ソース電極の一部が埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載の電力用半導体装置。
3. 前記不純物濃度プロファイルにおける前記極小値をＣ_ｍｉｎ（ｃｍ^−３）とし、前記極小値をとる位置と前記極大値をとる位置との間の距離をＬ（ｃｍ）とするとき、比（Ｌ／Ｃ_ｍｉｎ）の値が６×１０^−１６ｃｍ^４以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の電力用半導体装置。
4. 前記ベースコンタクト層の不純物濃度は、前記ベース層と前記ドリフト層との接合界面から生じた空乏層が前記ベースコンタクト層内には実質的に広がらないような濃度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電力用半導体装置。
5. 前記第１導電型はｎ型であり、前記第２導電型はｐ型であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電力用半導体装置。

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