JP2012023272A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体装置は、第1導電形の第1半導体層と、前記第1半導体層の上に、前記第1半導体層の主面に対して略平行な方向に交互に設けられた第1導電形の第2半導体層および第2導電形の第3半導体層と、前記第2半導体層および前記第3半導体層の上に設けられた第2導電形の第4半導体層と、前記第4半導体層の表面に選択的に設けられた第1導電形の第5半導体層と、前記第5半導体層の表面から前記第4半導体層を貫通し前記第2半導体層に接するトレンチ内に絶縁膜を介して設けられた制御電極と、前記第1半導体層に接続された第1主電極と、前記第4半導体層および前記第5半導体層に接続された第2主電極と、前記第4半導体層と第2半導体層とのあいだに設けられた第1導電形の第6半導体層と、を備える。前記第6半導体層の不純物濃度は、前記第2半導体層の不純物濃度よりも高い。
【選択図】図1
Description
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る半導体装置の要部模式図であり、(a)は、(b)のX−Y位置における半導体装置の要部断面模式図、(b)は、(a)のA−B位置における切断面を上から眺めた要部平面模式図である。
図2は、第1の実施の形態に係る半導体装置の製造過程を説明するための要部断面模式図であり、(a)は、ドレイン層の上に、半導体層を形成する工程の要部断面模式図、(b)は、ドレイン層の上に、スーパージャンクション構造を形成する工程の要部断面模式図である。
半導体装置1の作用効果を説明する前に、比較例に係る半導体装置100の作用効果について説明する。
比較例に係る半導体装置100には、上述したn形層30が設けられていない。半導体装置100においては、ドレイン層10の上に、n形ピラー層11と、p形ピラー層12と、が設けられている。半導体装置100は、n形ピラー層11と、p形ピラー層12と、がドレイン層10の主面に対して略平行な方向に繰り返し周期的に配列されたスーパージャンクション構造を有する。
電圧を印加して初期段階(0〜V1)では、Vdsは、比較的低電圧の状態にある。この段階では、p形ピラー層12と、n形ピラー層11と、の接合面積が大きいため、Cdsは、大きい値を示す。ところが、V1以上になると、スーパージャンクション構造において、それぞれのpn接合界面から拡がる空乏層同士が互いに繋がるため、スーパージャンクション構造が完全に空乏化する。従って、V1以上では、Cdsが急激に減少する。Cdsが急激に減少した後においては、既にスーパージャンクション構造が完全に空乏層化しているので、Vdsが増加しても、Cdsは、略一定の値を示す。このCdsの変化については、スーパージャンクション構造を備えた半導体装置1、100において起き得る。
まず、比較例に係る半導体装置100のCgdの変化について説明する。
電圧を印加して初期段階(0〜V1)では、Vdsは、比較的低電圧の状態にある。トレンチ20tがn形ピラー層11に接する面積は、p形ピラー層12と、n形ピラー層11と、の接合面積よりも小さい。従って、初期段階におけるCgdは、Cdsよりも小さくなる。さらに、スーパージャンクション構造が完全に空乏化する前に、トレンチ20tの周辺が空乏化する。このため、Cdsが電圧V1以上において急激に低減する前に、Cgdが低減してしまう。
半導体装置1、100においては、ゲート電極21にゲート信号が入力されることでスイッチング動作が制御される。
ドレイン電極81の電圧変化は、Cdsと、Cgdと、の充放電により決定される。Cgdが小さいと、Cdsの充放電が優先になり、ゲート電流によってドレイン電極81の電圧を制御し難くなる。このような状態では、スイッチングノイズが発生し易くなる。
このように、半導体装置1のスイッチングノイズは、半導体装置100のスイッチングノイズに比べて低減する。
図8は、第2の実施の形態に係る半導体装置の要部断面模式図である。
半導体装置2は、半導体装置1の変形例である。半導体装置2においては、2つのトレンチ20tに挟まれた、n形層30の上に設けられたベース層13の表面に、ソース層14が設けられていない。すなわち、n形層30の上のベース層13の表面に、ソース層14が設けられていない。半導体装置2のソース層14は、n形層30の上のベース層13にトレンチ20tを介して隣接するベース層13の表面に、選択的に設けられている。n形層30の底面は、ゲート電極21の下端よりもベース層13に近い位置にある。n形層30の底面とベース層13の底面とのあいだの距離は、ゲート電極21の下端とベース層13の底面とのあいだの距離よりも短い。
半導体装置1、2においては、ベース層13と、n形層30と、の接合部の電界が増加し、この接合部において、アバランシェ降伏が起き易い構造になっている。
しかし、半導体装置2においては、n形層30の上のベース層13の表面に、ソース層14が設けられていない。このため、半導体装置2においては、ソース層14/ベース層13/n形層30による寄生バイポーラトランジスタが形成されない。従って、半導体装置2においては、アバランシェ降伏によるホール電流が流れても、寄生バイポーラトランジスタの誤動作が起こり難い。その結果、半導体装置2は、半導体装置1に比べて、高いアバランシェ耐量を有する。
図9は、第3の実施の形態に係る半導体装置を説明する図であり、(a)は、半導体装置の要部断面模式図、(b)は、半導体装置の深さ方向と、不純物濃度と、の関係を説明するグラフ、(c)は、半導体装置の深さ方向と、電界と、の関係を説明するグラフである。
図10は、第4の実施の形態に係る半導体装置を説明する図であり、(a)は、半導体装置の要部断面模式図、(b)は、半導体装置の深さ方向と、不純物濃度と、の関係を説明するグラフである。
図11は、第5の実施の形態に係る半導体装置の要部断面模式図である。
半導体装置5は、半導体装置3の別の変形例である。半導体装置5においては、隣接する2つのトレンチ20tがベース層13の表面から、ベース層13、およびn形層30を貫通して、n形ピラー層11にまで到達している。n形ピラー層11には、2つのトレンチ20tが接している。ベース層13に選択的に設けられたソース層14は、それぞれのトレンチ20tに隣接している。n形層30の底面は、ゲート電極21の下端よりもベース層13に近い位置にある。n形層30の底面とベース層13の底面とのあいだの距離は、ゲート電極21の下端とベース層13の底面とのあいだの距離よりも短い。
図12は、第6の実施の形態に係る半導体装置を説明する図であり、(a)は、半導体装置の要部断面模式図、(b)は、半導体装置の深さ方向と、不純物濃度と、の関係を説明するグラフである。
このように、半導体装置6においては、ドリフト層15内に、スーパージャンクション構造ではなく、フィールドプレート構造が設けられている。
半導体装置6のスイッチングオン時には、ゲート電極21に閾値電圧以上の電圧が印加されると、ゲート絶縁膜20を介してゲート電極21が対向するベース層13に、チャネルが形成される。ソース層14、チャネル、n形層30、ドリフト層15およびドレイン層10を通じて、ソース電極80とドレイン電極81とのあいだに電流が流れる。
また、半導体装置の製造方法においては、図2〜図5に例示された製造プロセスに限られない。例えば、スーパージャンクション構造の製造については、エピタキシャル成長によって、ピラー層を形成する製造過程のほか、イオン注入と、埋め込み結晶成長と、を複数繰り返す製造プロセスや、加速電圧を変化させたイオン注入によって、ピラー層を形成する製造プロセスも本実施の形態に含まれる。
10 ドレイン層(第1半導体層)
11 n形ピラー層(第2半導体層)
11A 半導体層
12 p形ピラー層(第3半導体層)
12t、20t、25t トレンチ
13 ベース層(第4半導体層)
14 ソース層(第5半導体層)
15 ドリフト層(第2半導体層)
20 ゲート絶縁膜(第1絶縁膜)
21 ゲート電極(制御電極)
25 フィールドプレート絶縁膜(第2絶縁膜)
26 フィールドプレート電極(埋め込み電極)
30 n形層(第6半導体層)
31 p形層(第7半導体層)
80 ソース電極(第2主電極)
81 ドレイン電極(第1主電極)
90、91、92、93 マスク
94 レジスト層
Claims (8)
- 第1導電形の第1半導体層と、
前記第1半導体層の上に、前記第1半導体層の主面に対して略平行な方向に交互に設けられた第1導電形の第2半導体層および第2導電形の第3半導体層と、
前記第2半導体層および前記第3半導体層の上に設けられた第2導電形の第4半導体層と、
前記第4半導体層の表面に選択的に設けられた第1導電形の第5半導体層と、
前記第5半導体層の表面から前記第4半導体層を貫通し前記第2半導体層に接するトレンチ内に絶縁膜を介して設けられた制御電極と、
前記第1半導体層に接続された第1主電極と、
前記第4半導体層および前記第5半導体層に接続された第2主電極と、
前記第4半導体層と第2半導体層とのあいだに設けられた第1導電形の第6半導体層と、
を備え、
前記第6半導体層の不純物濃度は、前記第2半導体層の不純物濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。 - 前記第6半導体層の底面と前記第4半導体層の底面とのあいだの距離は、前記制御電極の下端と前記第4半導体層の底面とのあいだの距離よりも短いことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記第2半導体層に、2つの前記トレンチが接していることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記2つの前記トレンチに挟まれた、前記第2半導体層の上に設けられた前記第4半導体層の表面に、前記第5半導体層が設けられていないことを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
- 前記第4半導体層と前記第3半導体層とのあいだに設けられ、前記第3半導体層の不純物濃度よりも高い濃度の不純物を含む第2導電形の第7半導体層をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第7半導体層は、前記第6半導体層に隣接していることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
- 第1導電形の第1半導体層と、
前記第1半導体層の上に設けられた第1導電形の第2半導体層と、
前記第2半導体層の上に設けられた第2導電形の第4半導体層と、
前記第4半導体層の表面に選択的に設けられた第1導電形の第5半導体層と、
前記第5半導体層の表面から前記第4半導体層を貫通し前記第2半導体層に接するトレンチ内に第1絶縁膜を介して設けられた制御電極と、
前記トレンチ内において、前記制御電極の下に、第2絶縁膜を介して設けられた埋め込み電極と、
前記第1半導体層に接続された第1主電極と、
前記第4半導体層および前記第5半導体層に接続された第2主電極と、
前記第4半導体層と第2半導体層とのあいだに設けられた第1導電形の第6半導体層と、
を備え、
前記第6半導体層の不純物濃度は、前記第2半導体層の不純物濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。 - 前記第6半導体層の底面と前記第4半導体層の底面との距離は、前記制御電極の下端と前記第4半導体層の底面との距離よりも短いことを特徴とする請求項7記載の半導体装置。
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