JP2011066121A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の半導体素子部SXは、第1の面方位を有する第1のチャネル面が設けられた、第1の電流をスイッチングするためのものである。半導体層の第1の領域は、第1のチャネル面を有する第1のトレンチが設けられている。第1のゲート絶縁膜は、第1の厚さで第1のチャネル面を覆っている。第2の半導体素子部SYは、第1の面方位と異なる第2の面方位を有する第2のチャネル面が設けられた、第1の電流よりも小さい第2の電流をスイッチングするためのものである。半導体層の第2の領域は、第2のチャネル面を有する第2のトレンチが設けられている。第2のゲート絶縁膜は、第1の厚さよりも大きい第2の厚さで第2のチャネル面を覆っている。
【選択図】図2
Description
(実施の形態1)
図1を参照して、本実施の形態の半導体装置100は、電力用半導体装置であり、主部SX(第1の半導体素子部)と、センス部SY(第2の半導体素子部)と、ゲートパッドGPとを有する。主部SXおよびセンス部SYのそれぞれは、ゲートパッドGPの電圧に対応して主電流IX(第1の電流)およびセンス電流IY(第2の電流)をスイッチングするためのIGBT部である。センス電流IYの絶対値は主電流IXの絶対値に比して小さく、たとえば1/1000程度であり、かつセンス電流IYの波形は主電流IXの波形におおよそ対応している。このためセンス電流IYは、主電流IXの値が過大になっていないかをモニタするための電流として用いることができる。
主に図2を参照して、半導体装置100は、上述したように主部SXおよびセンス部SYを有し、これらは、単一の単結晶シリコンウエハWF(単結晶基板:図5)に対して半導体製造技術による加工を行うことで形成されている。より具体的には、単結晶シリコンウエハWFの複数のチップ領域HR(図5)の各々に対して加工が行われ、ウエハレベルでの加工が完了した時点で各チップ領域HRがダイシングによって切り出されることで、半導体装置100が得られる。
図3〜図5を参照して、単結晶シリコンウエハWF(図5)を用いて、n-ドリフト層24およびpベース層25の積層構造(図3および図4)が準備される。
主に図7を参照して、本実施の形態の半導体装置は、実施の形態1のセンス部SY(図4)の代わりにセンス部SYaを有する。センス部SYaは、センスセルCY(図4)と同様に配置されたセンスセルCYaを有する。
まず単結晶シリコンウエハWF(図5)を用いて、n-ドリフト層24およびpベース層25の積層構造(図3および図7)が準備される。
本実施の形態の半導体装置は、実施の形態1における主部SX(図3)およびセンス部SY(図4)のそれぞれの代わりに、主部SXb(図11)およびセンス部SYb(図12)を有する。
本実施の形態の半導体装置は、実施の形態1における主部SX(図3)およびセンス部SY(図4)のそれぞれの代わりに、主部SXc(図14)およびセンス部SYc(図15)を有する。
まず実施の形態1において主トレンチTXおよびセンストレンチTYが形成されたのと同様にして主トレンチTXcおよびセンストレンチTYcが形成される。また実施の形態1と同様に、主ゲート絶縁膜27Xおよびセンスゲート絶縁膜27Yが形成される。ここで、主トレンチTXcおよびセンストレンチTYcの各々のトレンチ幅が適切に選択されることによって、第2の被覆トレンチ幅WYcは第1の被覆トレンチ幅WXcよりも大きくされる。
主トレンチTXc(図14)およびセンストレンチTYc(図15)の形成工程から、主ゲート絶縁膜27Xおよびセンスゲート絶縁膜27Yの形成工程までの間で、主トレンチTXcまたはセンストレンチTYc上に異物が付着することがある。この異物は、主ゲート絶縁膜27Xおよびセンスゲート絶縁膜27Yを形成するための熱酸化などの化合反応に影響を及ぼし、その結果、主ゲート絶縁膜27Xまたはセンスゲート絶縁膜27Yに欠陥が生じ得る。このような欠陥を有する主ゲート絶縁膜27Xおよびセンスゲート絶縁膜27Y上に形成される主CVD酸化膜47XおよびセンスCVD酸化膜47Yは、CVD法によって形成されるので、異物の影響をあまり受けずにほぼ均一に形成される。よって上記欠陥が被覆されるので、この欠陥に起因するゲート絶縁膜の短絡の発生を抑制することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
Claims (14)
- 単結晶構造を有する半導体層を含む半導体装置であって、
第1の面方位を有する第1のチャネル面が設けられた、第1の電流をスイッチングするための第1の半導体素子部を備え、
前記第1の半導体素子部は、
前記第1のチャネル面を有する第1のトレンチが設けられた、前記半導体層の第1の領域と、
第1の厚さで前記第1のチャネル面を覆う第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のトレンチを埋めるように前記第1のゲート絶縁膜上に設けられた、前記第1のチャネル面に電界を印加するための第1のゲート電極とを含み、さらに
前記第1の面方位と異なる第2の面方位を有する第2のチャネル面が設けられた、前記第1の電流よりも小さい第2の電流をスイッチングするための第2の半導体素子部を備え、
前記第2の半導体素子部は、
前記第2のチャネル面を有する第2のトレンチが設けられた、前記半導体層の第2の領域と、
前記第1の厚さよりも大きい第2の厚さで前記第2のチャネル面を覆う第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のトレンチを埋めるように前記第2のゲート絶縁膜上に設けられた、前記第2のチャネル面に電界を印加するための第2のゲート電極とを含む、半導体装置。 - 前記第1および第2のゲート絶縁膜の各々は、前記半導体層の材料に対する化合反応によって得られる材料からなり、
前記半導体層の材料は、前記第2の面方位に対する前記化合反応の進行速度が前記第1の面方位に対する前記化合反応の進行速度に比して大きくなるような物性を有する、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記化合反応は酸化反応である、請求項2に記載の半導体装置。
- 前記半導体層は第1の導電型を有し、
前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有しかつ前記第1の領域上に第1の深さで形成された第1のソース部と、前記第2の導電型を有しかつ前記第2の領域上に前記第1の深さと異なる第2の深さで形成された第2のソース部とをさらに備えた、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記半導体層は第1の導電型を有し、
前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有し、かつ平面視において前記第2のトレンチが延びる第2の方向方向に沿う第2のソース幅を各々が有するように前記第2の領域上に形成された複数の第2のソース部とをさらに備え、前記複数の第2のソース部は互いに前記第2の方向に沿う第2の間隔幅を空けて配置されている、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記第1の半導体素子部は、前記第1のゲート絶縁膜と前記第1のゲート電極との間に設けられた第3のゲート絶縁膜を含み、
前記第2の半導体素子部は、前記第2のゲート絶縁膜と前記第2のゲート電極との間に設けられた第4のゲート絶縁膜とを含む、請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記第1のゲート絶縁膜に覆われた前記第1のトレンチは第1の被覆トレンチ幅を有し、前記第2のゲート絶縁膜に覆われた前記第2のトレンチは第2の被覆トレンチ幅を有し、前記第1および第2の被覆トレンチ幅は互いに異なる、請求項1〜6のいずれかに記載の半導体装置。
- 第1のチャネル面が設けられた、第1の電流をスイッチングするための第1の半導体素子部と、第2のチャネル面が設けられた、前記第1の電流よりも小さい第2の電流をスイッチングするための第2の半導体素子部とを含む半導体装置の製造方法であって、
単結晶構造を有する半導体層を準備する工程と、
前記第1および第2のチャネル面のそれぞれが形成されるように、前記半導体層を貫通する第1および第2のトレンチを形成する工程とを備え、前記第1のチャネル面は第1の面方位を有し、かつ前記第2のチャネル面は前記第1の面方位と異なる第2の面方位を有し、さらに
前記第1および第2のチャネル面上における化合反応によって、前記第1および第2のチャネル面のそれぞれを覆う第1および第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1のトレンチを埋めるように前記第1のゲート絶縁膜上に第1のゲート電極を形成し、かつ前記第2のトレンチを埋めるように前記第2のゲート絶縁膜上に第2のゲート電極を形成する工程とを備え、
前記第1および第2のトレンチを形成する工程において、前記第1および第2の面方位は、前記半導体層の前記第2の面方位に対する前記化合反応の進行速度が前記第1の面方位に対する前記化合反応の進行速度に比して大きくなるように選択される、半導体装置の製造方法。 - 前記化合反応は酸化反応である、請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体層は第1の導電型を有し、
前記第1および第2のトレンチを形成する工程の前に、前記半導体層上に、前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第1および第2のソース部のそれぞれを第1および第2の深さまで形成する工程をさらに備え、前記第1および第2の深さは互いに異なり、
前記第1および第2のトレンチのそれぞれを形成する工程は、前記第1および第2のソース部を貫くように行われる、請求項8または9に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1および第2のソース部を形成する工程は、
前記半導体層上に、第1の開口幅を有する第1のマスクと、前記第1の開口幅と異なる第2の開口幅を有する第2のマスクとを形成する工程と、
前記第1および第2のマスクを用いて前記半導体層中に不純物を注入する工程とを含む、請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体層は第1の導電型を有し、
前記第1および第2のトレンチを形成する工程の前に、前記半導体層上に、前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有する複数の第2のソース部を形成する工程をさらに備え、
前記複数の第2のソース部の各々は平面視において第2の方向に沿う第2のソース幅を有し、かつ前記複数の第2のソース部は互いに前記第2の方向に沿う第2の間隔幅を空けて配置されている、請求項8または9に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1および第2のゲート絶縁膜を形成する工程の後、かつ前記第1および第2のゲート電極を形成する工程の前に、前記第1および第2のゲート絶縁膜のそれぞれを覆う第3および第4のゲート絶縁膜を化学気相成長法によって形成する工程をさらに備えた、請求項8〜12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1のゲート絶縁膜に覆われた前記第1のトレンチは第1の被覆トレンチ幅を有し、前記第2のゲート絶縁膜に覆われた前記第2のトレンチは第2の被覆トレンチ幅を有し、前記第1および第2の被覆トレンチ幅は互いに異なる、請求項8〜13のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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