JP2023013277A - 半導体装置 - Google Patents

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Shimpei Onishi
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Abstract

【課題】電気的特性を向上できる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置1Aは、第1主面3を有するチップ2と、第1主面3に形成された第1トレンチ12の底側に埋設された第1ソース電極14、および、第1トレンチ12の開口側に埋設されたゲート電極15を含み、第1端部11aおよび第2端部11bを有する第1トレンチ構造11と、第1トレンチ12に連通するように第1主面3に形成された第2トレンチ21、および、第1ソース電極14に接続されるように第2トレンチ21に埋設された第2ソース電極24を含み、第1端部11a側の領域で第1トレンチ構造11に接続された第2トレンチ構造21と、第1端部11aを被覆し、ゲート電極15に電気的に接続されたゲート配線55と、第2端部11bおよび第2トレンチ構造21を被覆し、第1ソース電極14および第2ソース電極24に電気的に接続されたソース配線56と、を含む。【選択図】図3

Description

本発明は、半導体装置に関する。
特許文献1は、半導体基板、n型のドリフト領域、p型のボディ領域およびトレンチゲート電極を有する半導体装置を開示している。
特開2011-199109号公報
一実施形態は、電気的特性を向上できる半導体装置を提供する。
一実施形態は、主面を有するチップと、第1方向に帯状に延び、一方側の第1端部および他方側の第2端部を有する第1溝構造であって、前記主面に形成された第1溝、前記第1溝の底側に埋設された第1ソース電極、および、前記第1溝の開口側に埋設されたゲート電極を含む前記第1溝構造と、前記第1端部側の領域で前記第1溝構造に接続された第2溝構造であって、前記第1溝に連通するように前記主面に形成された第2溝、および、前記第1ソース電極に接続されるように前記第2溝に埋設された第2ソース電極を含む前記第2溝構造と、前記第1溝構造の前記第1端部を被覆し、前記ゲート電極に電気的に接続されたゲート配線と、前記第1溝構造の前記第2端部および前記第2溝構造を被覆し、前記第1ソース電極および前記第2ソース電極に電気的に接続されたソース配線と、を含む、半導体装置を提供する。
上述のまたはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面の参照によって説明される実施形態により明らかにされる。
図1は、第1実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 図2は、図1に示すチップの第1主面のレイアウト例を示す平面図である。 図3は、図2に示す領域IIIの拡大図である。 図4は、図2に示す領域IVの拡大図である。 図5は、図3に示すV-V線に沿う断面図である。 図6は、図3に示すVI-VI線に沿う断面図である。 図7は、図3に示すVII-VII線に沿う断面図である。 図8は、図4に示すVIII-VIII線に沿う断面図である。 図9は、図2に対応し、第2実施形態に係る半導体装置の第1主面のレイアウト例を示す平面図である。 図10は、図2に対応し、第3実施形態に係る半導体装置の第1主面のレイアウト例を示す平面図である。 図11は、図2に対応し、第4実施形態に係る半導体装置の第1主面のレイアウト例を示す平面図である。 図12は、図2に対応し、第5実施形態に係る半導体装置の第1主面のレイアウト例を示す平面図である。 図13は、図2に対応し、第6実施形態に係る半導体装置の第1主面のレイアウト例を示す平面図である。
以下、実施形態が詳細に説明される。添付図面は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではなく、縮尺等は必ずしも一致しない。添付図面のうちの平面を示すものには、構造を明確化するためにハッチングが付されているものがある。添付図面の間で対応する構造には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略または簡略化される。説明が省略または簡略化された構造については、省略または簡略化される前になされた説明が適用される。
図1は、第1実施形態に係る半導体装置1Aを示す平面図である。図2は、図1に示すチップ2の第1主面3のレイアウト例を示す平面図である。図3は、図2に示す領域IIIの拡大図である。図4は、図2に示す領域IVの拡大図である。図5は、図3に示すV-V線に沿う断面図である。図6は、図3に示すVI-VI線に沿う断面図である。図7は、図3に示すVII-VII線に沿う断面図である。図8は、図4に示すVIII-VIII線に沿う断面図である。
図1~図8を参照して、半導体装置1Aは、この形態(this embodiment)では、トランジスタの一例としてのトレンチ絶縁ゲート型のMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を備えたスイッチングデバイスである。半導体装置1Aは、直方体形状に形成されたシリコン製のチップ2(半導体チップ)を含む。チップ2は、一方側の第1主面3、他方側の第2主面4、ならびに、第1主面3および第2主面4を接続する第1~第4側面5A~5Dを含む。
第1主面3および第2主面4は、それらの法線方向Zから見た平面視(以下、単に「平面視」という。)において四角形状に形成されている。第1側面5Aおよび第2側面5Bは、第1主面3に沿う第1方向Xに延び、第1方向Xに交差(具体的には直交)する第2方向Yに対向している。第3側面5Cおよび第4側面5Dは、第2方向Yに延び、第1方向Xに対向している。
半導体装置1Aは、第1主面3の表層部に形成されたn型(第1導電型)の第1半導体領域6を含む。第1半導体領域6は、第2主面4から第1主面3側に間隔を空けてチップ2内に形成されている。第1半導体領域6は、「ドリフト領域」と称されてもよい。第1半導体領域6は、第1主面3に沿って延びる層状に形成され、第1~第4側面5A~5Dから露出している。第1半導体領域6は、2μm以上30μm以下(好ましくは5μm以上15μm以下)の厚さを有していてもよい。第1半導体領域6は、この形態では、n型のエピタキシャル層(具体的にはSiエピタキシャル層)によって形成されている。
半導体装置1Aは、第1半導体領域6の表層部に形成されたp型(第2導電型)の第2半導体領域7を含む。第2半導体領域7は、第1半導体領域6の底部から第1主面3側に間隔を空けて第1半導体領域6内に形成されている。第2半導体領域7は、「ボディ領域」と称されてもよい。第2半導体領域7は、第1主面3に沿って延びる層状に形成され、第1主面3および第1~第4側面5A~5Dから露出している。むろん、第2半導体領域7は、第1~第4側面5A~5Dから間隔を空けて第1主面3の内方部に形成されていてもよい。
第2半導体領域7は、第1主面3から第1半導体領域6側に向けて漸減するp型不純物濃度勾配を有している。第2半導体領域7は、第1主面3に沿う方向に関して、p型不純物濃度が厚さ方向に急激に変化する部分を有さない。第2半導体領域7は、第1主面3に沿って平坦に延びる底部を有し、厚さが急激に変化する部分を有さない。つまり、第2半導体領域7は、第1半導体領域6の表層部において一様な不純物濃度および一様な厚さを有している。第2半導体領域7は、0.1μm以上3μm以下(好ましくは0.5μm以上1.5μm以下)の厚さを有していてもよい。第2半導体領域7は、第1半導体領域6よりも高いp型不純物濃度を有し、第1半導体領域6のn型をp型に置換している。
半導体装置1Aは、第2主面4の表層部に形成されたn型の第3半導体領域8を含む。第3半導体領域8は、第1半導体領域6よりも高いn型不純物濃度を有し、第1半導体領域6に電気的に接続されている。第3半導体領域8は、「ドレイン領域」と称されてもよい。第3半導体領域8は、第2主面4に沿って延びる層状に形成され、第2主面4および第1~第4側面5A~5Dから露出している。第3半導体領域8は、第1半導体領域6よりも厚い。第3半導体領域8は、50μm以上400μm以下の厚さ(好ましくは50μm以上150μm以下)を有していてもよい。第3半導体領域8は、この形態では、n型の半導体基板(具体的にはSi基板)によって形成されている。
半導体装置1Aは、第1主面3の周縁部に設定された外領域9を含む。外領域9は、機能デバイスが形成されない領域である。外領域9は、環状領域9aおよびパッド領域9bを含む。環状領域9aは、平面視において第1主面3の周縁(第1~第4側面5A~5D)に沿って延びる環状(具体的には四角環状)に設定されている。パッド領域9bは、平面視において環状領域9aのうちの第2側面5Bの中央部に沿う部分から第1側面5Aに向けて突出している。パッド領域9bは、この形態では、平面視において四角形状に設定されている。パッド領域9bの配置および平面形状は任意である。
半導体装置1Aは、第1主面3の内方部に設定された少なくとも1つ(この形態では2つ)のデバイス領域10を含む。デバイス領域10は、機能デバイスが形成される領域である。デバイス領域10の個数および配置は任意であり、第1主面3のサイズや達成すべき電気的特性に応じて調整される。複数のデバイス領域10は、第1主面3において外領域9によって取り囲まれた領域に設定されている。
複数のデバイス領域10は、この形態では、第1デバイス領域10Aおよび第2デバイス領域10Bを含む。第1デバイス領域10Aは、平面視において第1主面3の中央部を第2方向Yに横切るラインに対して第3側面5Cの領域に設定されている。第2デバイス領域10Bは、平面視において第1主面3の中央部を第2方向Yに横切るラインに対して第4側面5D側の領域に設定されている。第2デバイス領域10Bは、外領域9の一部を挟んで第1方向Xに第1デバイス領域10Aに対向している。複数のデバイス領域10は、この形態では、平面視において第1~第4側面5A~5Dに平行な4つの辺を有する多角形状にそれぞれ設定されている。
第2デバイス領域10B側の構造は、第1主面3の中央部を第2方向Yに横切るラインに対して第1デバイス領域10A側の構造と線対称に形成されている点を除き、第1デバイス領域10A側の構造とほぼ同様である。以下、第2デバイス領域10B側の構造の説明については、第1デバイス領域10A側の構造の説明が準用されるものとし、省略される。
半導体装置1Aは、第1デバイス領域10Aにおいて第1主面3に形成された複数の第1トレンチ構造11(第1溝構造)を含む。第1トレンチ構造11は、「トレンチゲート構造」と称されてもよい。以下の説明では、第1主面3の周縁側を「一方側」といい、第1主面3の内方部側を「他方側」という。
複数の第1トレンチ構造11は、第1方向Xに延びる帯状にそれぞれ形成され、第2方向Yに間隔を空けて配列されている。つまり、複数の第1トレンチ構造11は、平面視において第1方向Xに延びるストライプ状に配列されている。複数の第1トレンチ構造11は、第1方向Xに関して、一方側(第1主面3の周縁部側)の第1端部11aおよび他方側(第1主面3の内方部側)の第2端部11bをそれぞれ有している。
複数の第1トレンチ構造11は、平面視において第1方向Xにパッド領域9bに対向する少なくとも1つ(この形態では複数)の第1トレンチ構造11を含む。複数の第1トレンチ構造11は、平面視において第2方向Yにパッド領域9bに対向する少なくとも1つ(この形態では複数)の第1トレンチ構造11を含む。第2方向Yにパッド領域9bに対向する第1トレンチ構造11は、第1方向Xにパッド領域9bに対向する第1トレンチ構造11よりも短い。
複数の第1トレンチ構造11は、断面視において第2半導体領域7を貫通し、第1半導体領域6内に位置する底壁を有している。複数の第1トレンチ構造11は、第2半導体領域7に形成されるチャネルの反転および非反転を制御する。複数の第1トレンチ構造11の間隔は、複数の第1トレンチ構造11の間から拡がる空乏層が第1トレンチ構造11の底壁を被覆する範囲に設定されることが好ましい。
複数の第1トレンチ構造11は、0.1μm以上2μm以下(好ましくは0.5μm以上1.5μm以下)の間隔で配列されていてもよい。複数の第1トレンチ構造11は、第2方向Yにほぼ等間隔に配列されていることが好ましい。複数の第1トレンチ構造11は、第2方向Yに関して0.1μm以上3μm以下(好ましくは、0.5μm以上2μm以下)の幅をそれぞれ有していてもよい。複数の第1トレンチ構造11は、1μm以上10μm以下(好ましくは1μm以上5μm以下)の深さを有していてもよい。
以下、1つの第1トレンチ構造11の内部構造が説明される。第1トレンチ構造11は、第1トレンチ12(第1溝)、第1絶縁膜13、第1ソース電極14、ゲート電極15および中間絶縁膜16を含むマルチ電極構造を有している。第1トレンチ12は、第1主面3に形成され、第1トレンチ構造11の壁面(側壁および底壁)を区画している。また、第1トレンチ12は、第1トレンチ構造11の第1端部11aおよび第2端部11bを区画している。第1トレンチ12は、第2半導体領域7を貫通し、第1半導体領域6の底部から第1主面3側に間隔を空けている。
第1トレンチ12は、底側壁面および開口側壁面を有している。底側壁面は、第2半導体領域7の底部に対して第1トレンチ12の底壁側に位置する壁面である。開口側壁面は、第2半導体領域7の底部に対して第1トレンチ12の開口側に位置する壁面である。
第1絶縁膜13は、底側壁面および開口側壁面を被覆している。第1絶縁膜13は、この形態では、下絶縁膜13aおよび上絶縁膜13bを含む。下絶縁膜13aは、第1トレンチ12の底側壁面を被覆している。下絶縁膜13aは、第1トレンチ12の壁面から露出する第1半導体領域6に接している。下絶縁膜13aは、比較的厚いフィールド絶縁膜として形成されている。下絶縁膜13aは、酸化シリコンを含んでいてもよい。
上絶縁膜13bは、下絶縁膜13aよりも小さい厚さを有し、第1トレンチ12の開口側壁面を被覆している。上絶縁膜13bは、第1半導体領域6を被覆する部分、および、第2半導体領域7を被覆する部分を有している。第2半導体領域7に対する上絶縁膜13bの被覆面積は、第1半導体領域6に対する上絶縁膜13bの被覆面積よりも大きい。上絶縁膜13bは、下絶縁膜13aよりも薄いゲート絶縁膜として形成されている。上絶縁膜13bは、酸化シリコンを含んでいてもよい。
第1ソース電極14は、第1絶縁膜13を挟んで第1トレンチ12の底壁側に埋設されている。第1ソース電極14は、導電性ポリシリコンを含んでいてもよい。第1ソース電極14には、ソース電位が印加される。ソース電位は、回路動作の基準となる基準電位、または、グランド電位であってもよい。第1ソース電極14は、具体的には、下絶縁膜13aを挟んで第1トレンチ12の底壁側に埋設され、下絶縁膜13aを挟んで第1半導体領域6に対向している。第1ソース電極14は、平面視において第1方向Xに延びる帯状に形成され、断面視において法線方向Zに延びる柱状に形成されている。
第1ソース電極14は、埋設部17および少なくとも1つ(この形態では複数)の引き出し部18を含む。埋設部17は、下絶縁膜13aを挟んで第1トレンチ12の底壁側に埋設されている。複数の引き出し部18は、下絶縁膜13aを挟んで埋設部17から開口側にそれぞれ引き出されている。複数の引き出し部18は、少なくとも第1引き出し部18Aおよび第2引き出し部18Bを含むことが好ましい。第1引き出し部18Aは、第1トレンチ12の一方側(第1主面3の周縁側)の領域に形成されている。第1引き出し部18Aは、この形態では、第1トレンチ12の第1端部11aにおいて第1方向Xに延びる帯状に形成されている。
第2引き出し部18Bは、第1引き出し部18Aから離間して第1トレンチ12の他方側(第1主面3の内方側)の領域に形成されている。第2引き出し部18Bは、この形態では、第1トレンチ12の第2端部11bにおいて第1方向Xに延びる帯状に形成されている。第2引き出し部18Bは、第1トレンチ12の開口側において埋設部17および第1引き出し部18Aとリセスを区画している。リセスは、平面視において第1方向Xに延びる帯状に区画されている。複数の引き出し部18の個数は任意であり、3つ以上の引き出し部18が形成されていてもよい。この場合、第1トレンチ12の開口側に複数のリセスが区画される。
ゲート電極15は、第1絶縁膜13を挟んで第1トレンチ12内の開口側に埋設されている。ゲート電極15は、導電性ポリシリコンを含んでいてもよい。ゲート電極15にはゲート電位が印加される。ゲート電極15は、具体的には、上絶縁膜13bを挟んで第1トレンチ12内の開口側に埋設され、上絶縁膜13bを挟んで第1半導体領域6および第2半導体領域7に対向している。
つまり、ゲート電極15は、第1トレンチ12の開口側において複数の引き出し部18の間のリセスに埋設されている。ゲート電極15は、平面視において第1方向Xに延びる帯状に形成されている。ゲート電極15は、法線方向Zに関して第1ソース電極14の厚さ未満の厚さを有していてもよい。ゲート電極15は、第1主面3に対して第1トレンチ12の底壁側に位置する上端部を有している。
中間絶縁膜16は、第1トレンチ12内において第1ソース電極14およびゲート電極15の間に介在され、第1ソース電極14およびゲート電極15を電気的に絶縁させている。中間絶縁膜16は、第1トレンチ12内において第1絶縁膜13(下絶縁膜13aおよび上絶縁膜13b)に連なっている。中間絶縁膜16は、上絶縁膜13bよりも厚いことが好ましい。中間絶縁膜16は、酸化シリコンを含んでいてもよい。
半導体装置1Aは、第1デバイス領域10Aにおいて第1主面3に形成された少なくとも1つ(この形態では2つ)の第2トレンチ構造21(第2溝構造)を含む。第2トレンチ構造21は、「トレンチソース構造」と称されてもよい。複数の第2トレンチ構造21は、この形態では、平面視において第1主面3の周縁から間隔を空けて第1デバイス領域10Aの周縁部にそれぞれ形成されている。複数の第2トレンチ構造21は、外領域9から第1デバイス領域10Aを区画している。
複数の第2トレンチ構造21は、この形態では、第2方向Yに関して、一方側(第1側面5A側)の第2トレンチ構造21および他方側(第2側面5B側)の第2トレンチ構造21を含む。一方側の第2トレンチ構造21および他方側の第2トレンチ構造21は、複数の第1トレンチ構造11を第2方向Yの両サイドから挟み込んでいる。他方側の第2トレンチ構造21は、配置箇所を除き、一方側の第2トレンチ構造21とほぼ同様である。以下、他方側の第2トレンチ構造21の説明については、一方側の第2トレンチ構造21の説明が準用されるものとし、省略される。
第2トレンチ構造21は、複数の第1トレンチ構造11に対して第1主面3の周縁部側に位置している。第2トレンチ構造21は、断面視において第2半導体領域7を貫通し、第1半導体領域6内に位置する底壁を有している。換言すると、第2トレンチ構造21は、第2半導体領域7を外領域9側に位置する部分およびデバイス領域10側に位置する部分に分離している。
第2トレンチ構造21は、第1トレンチ構造11の第2端部11bに対して第1端部11a側の領域で第1トレンチ構造11に接続されている。第2トレンチ構造21は、この形態では、第1部分21A、第2部分21Bおよび第3部分21Cを含む。第1部分21Aは、第1トレンチ構造11の第1端部11a側の領域で第1トレンチ構造11に接続され、平面視において第2方向Yに延びる帯状に形成されている。第1部分21Aは、この形態では、複数の第1トレンチ構造11の第1端部11aの全てに接続されている。
第2部分21Bは、平面視において最外の第1トレンチ構造11から第2方向Yに離間し、第1部分21Aから第1トレンチ構造11の第2端部11b側に向けて第1方向Xに帯状に引き出されている。第2部分21Bは、第1トレンチ構造11の中間部を第2方向Yに横切るラインを設定したとき、当該ラインを第1方向Xに通過する長さを有していることが好ましい。第2部分21Bは、この形態では、第2方向Yに第1トレンチ構造11の第2端部11bに対向する位置まで引き出されている。
第3部分21Cは、第1部分21Aに対して第1トレンチ構造11の第2端部11b側の領域で第1トレンチ構造11に接続されるように、第2部分21Bから第2方向Yに延びる帯状に引き出されている。第3部分21Cは、この形態では、複数の第1トレンチ構造11の第2端部11bの全てに接続されている。
これにより、第2トレンチ構造21は、平面視において最外の第1トレンチ構造11と1つの環状トレンチ構造を構成している。また、第2トレンチ構造21は、平面視において複数の第1トレンチ構造11と1つの梯子型トレンチ構造を構成している。また、複数の第2トレンチ構造21は、外領域9から複数の第1トレンチ構造11を分離するように複数の第1トレンチ構造11を取り囲んでいる。つまり、複数の第2トレンチ構造21は、トレンチ分離構造を形成している。
第2トレンチ構造21は、延存方向の直交方向に関して0.1μm以上3μm以下(好ましくは、0.5μm以上2μm以下)の幅を有していてもよい。複数の第2トレンチ構造21は、1μm以上10μm以下(好ましくは1μm以上5μm以下)の深さを有していてもよい。第2トレンチ構造21は、1μm以上10μm以下(好ましくは1μm以上5μm以下)の深さを有していてもよい。
第2トレンチ構造21は、第1トレンチ構造11の幅を超える幅を有し、第1トレンチ構造11の深さを超える深さを有していてもよい。むろん、第2トレンチ構造21は、第1トレンチ構造11の幅とほぼ等しい幅を有し、第1トレンチ構造11の深さとほぼ等しい深さを有していてもよい。
第2トレンチ構造21は、第1トレンチ構造11とは異なる内部構造を有している。第2トレンチ構造21は、具体的には、第2トレンチ22(第2溝)、第2絶縁膜23および第2ソース電極24を含む。つまり、第2トレンチ構造21は、ゲート電極15を含まず、単一の第2ソース電極24のみを含むシングル電極構造を有している。
第2トレンチ22は、第1主面3に形成され、第2トレンチ構造21の内壁(底壁および側壁)を区画している。また、第2トレンチ22は、第2トレンチ構造21の第1部分21A、第2部分21Bおよび第3部分21Cを区画している。第2トレンチ22は、第2半導体領域7を貫通し、第1半導体領域6の底部から第1主面3側に間隔を空けている。第2トレンチ22は、第1部分21Aおよび第3部分21Cにおいて第1トレンチ12に連通している。第2トレンチ22は、この形態では、第1トレンチ12の第1端部11aおよび第2端部11bに連通している。
第2絶縁膜23は、第2トレンチ22の壁面を被覆している。第2絶縁膜23は、酸化シリコンを含んでいてもよい。第2絶縁膜23は、第1トレンチ12および第2トレンチ22の連通部において第1絶縁膜13に接続されている。第2絶縁膜23は、具体的には、第1絶縁膜13の下絶縁膜13aおよび上絶縁膜13bに接続されている。第2絶縁膜23は、上絶縁膜13bよりも厚いフィールド絶縁膜として形成されている。第2絶縁膜23の厚さは、下絶縁膜13aとほぼ等しくてもよい。
第2ソース電極24は、第2絶縁膜23を挟んで第2トレンチ22に一体物(an integrated member)として埋設されている。第2ソース電極24は、導電性ポリシリコンを含んでいてもよい。第2ソース電極24にはソース電位が印加される。第2ソース電極24は、第1部分21Aにおいて第2方向Yに延び、第2部分21Bにおいて第1方向Xに延び、第3部分21Cにおいて第2方向Yに延びている。
第2ソース電極24は、第1部分21Aにおける第1トレンチ12および第2トレンチ22の連通部において第1ソース電極14に接続されている。第2ソース電極24は、具体的には、第1部分21Aにおいて第1ソース電極14の第1引き出し部18Aに接続されている。第2ソース電極24は、第3部分21Cにおける第1トレンチ12および第2トレンチ22の連通部において第1ソース電極14に接続されている。第2ソース電極24は、具体的には、第3部分21Cにおいて第1ソース電極14の第2引き出し部18Bに接続されている。第2ソース電極24は、第1トレンチ構造11の中間絶縁膜16によってゲート電極15から電気的に絶縁されている。
第2ソース電極24は、第1部分21Aおよび第3部分21Cにおいて第1方向Xに第1トレンチ構造11のゲート電極15に対向している。第2ソース電極24は、第2部分21Bにおいて第2方向Yに第1トレンチ構造11のゲート電極15に対向している。第1ソース電極14および第2ソース電極24の接続部は、第1ソース電極14の一部とみなされてもよいし、第2ソース電極24の一部とみなされてもよい。
半導体装置1Aは、第1デバイス領域10Aにおいて第1主面3に形成された少なくとも1つ(この形態では2つ)の第3トレンチ構造31(第3溝構造)を含む。第3トレンチ構造31は、「ダミートレンチ構造」と称されてもよい。複数の第3トレンチ構造31は、チップ2の一部を挟んで第1トレンチ構造11および第2トレンチ構造21に対向する箇所にそれぞれ配置されている。
複数の第3トレンチ構造31は、この形態では、第1デバイス領域10Aの周縁部において第1トレンチ構造11および第2トレンチ構造21(具体的には第2部分21B)の間の領域にそれぞれ介在されている。つまり、複数の第3トレンチ構造31は、複数の第2トレンチ構造21よりも内方側の領域において複数の第1トレンチ構造11を第2方向Yの両サイドから挟み込んでいる。以下、1つの第3トレンチ構造31の構造が説明される。
第3トレンチ構造31は、第1トレンチ構造11および第2トレンチ構造21(第2部分21B)から第2方向Yに間隔を空けて形成され、第1方向Xに延びる帯状に形成されている。第3トレンチ構造31の全域は、第2方向Yに第1トレンチ構造11および第2トレンチ構造21(第2部分21B)に対向している。第3トレンチ構造31は、断面視において第2半導体領域7を貫通し、第1半導体領域6内に位置する底壁を有している。
第3トレンチ構造31は、第1方向Xに関して、一方側(第1主面3の周縁側)の第1端部31aおよび他方側(第1主面3の内方側)の第2端部31bを有している。第1端部31aは第2トレンチ構造21の第1部分21Aに接続され、第2端部31bは第2トレンチ構造21の第3部分21Cに接続されている。つまり、第3トレンチ構造31は、平面視において第2トレンチ構造21と1つの環状トレンチ構造を形成している。また、第3トレンチ構造31は、平面視において第1トレンチ構造11および第2トレンチ構造21と1つの梯子型トレンチ構造を形成している。
第3トレンチ構造31は、第1トレンチ構造11から第1間隔を空けて形成され、第2トレンチ構造21から第2間隔を空けて形成されている。第1間隔および第2間隔は、空乏層が複数の第1トレンチ構造11の底壁、第2トレンチ構造21の底壁および第3トレンチ構造31の底壁を被覆する範囲に設定されることが好ましい。第1間隔および第2間隔は、0.1μm以上2μm以下(好ましくは0.5μm以上1.5μm以下)であってもよい。第2間隔は、第1間隔とほぼ等しいことが好ましい。第1間隔および第2間隔は、複数の第1トレンチ構造11の間隔とほぼ等しいことが好ましい。
第3トレンチ構造31は、第2方向Yに関して0.1μm以上3μm以下(好ましくは、0.5μm以上2μm以下)の幅を有していてもよい。第3トレンチ構造31の幅は、第2トレンチ構造21(第1トレンチ構造11)の幅とほぼ等しいことが好ましい。第3トレンチ構造31は、1μm以上10μm以下(好ましくは1μm以上5μm以下)の深さを有していてもよい。第3トレンチ構造31の深さは、第2トレンチ構造21(第1トレンチ構造11)の深さとほぼ等しいことが好ましい。
第3トレンチ構造31は、第1トレンチ構造11とは異なる内部構造を有している。第3トレンチ構造31は、第2トレンチ構造21とは異なる内部構造を有している。第3トレンチ構造31は、第2トレンチ構造21の第2ソース電極24に電気的に接続され、複数の第1トレンチ構造11のゲート電極15から電気的に切り離されている。したがって、第3トレンチ構造31は、第1トレンチ構造11としては機能しない。
第3トレンチ構造31は、具体的には、第3トレンチ32(第3溝)、第3絶縁膜33、第3ソース電極34および埋設絶縁体35を含む。つまり、第3トレンチ構造31は、ゲート電極15を含まず、単一の第3ソース電極34のみを含むシングル電極構造を有している。埋設絶縁体35は、「フィールド絶縁体」と称されてもよい。
第3トレンチ32は、第1主面3に形成され、第3トレンチ構造31の壁面(側壁および底壁)を区画している。また、第3トレンチ32は、第3トレンチ構造31の第1端部31aおよび第2端部31bを区画している。第3トレンチ32は、第2半導体領域7を貫通し、第1半導体領域6の底部から第1主面3側に間隔を空けている。第3トレンチ32の第1端部31aは、第2トレンチ構造21(第2トレンチ22)の第1部分21Aに連通している。第3トレンチ32の第2端部31bは、第2トレンチ構造21(第2トレンチ22)の第3部分21Cに連通している。
第3トレンチ32は、底側壁面および開口側壁面を有している。底側壁面は、第2半導体領域7の底部に対して第3トレンチ32の底壁側に位置する壁面である。開口側壁面は、第2半導体領域7の底部に対して第3トレンチ32の開口側に位置する壁面である。
第3絶縁膜33は、第3トレンチ32の底側壁面を被覆している。第3絶縁膜33は、第3トレンチ32の壁面から露出する第1半導体領域6に接している。第3絶縁膜33は、第2トレンチ22および第3トレンチ32の連通部において第2絶縁膜23に接続されている。第3絶縁膜33は、第1絶縁膜13の上絶縁膜13bよりも厚い。第3絶縁膜33は、第1絶縁膜13の下絶縁膜13aおよび第2絶縁膜23と同様、比較的厚いフィールド絶縁膜として形成されている。第3絶縁膜33は、酸化シリコンを含んでいてもよい。
第3ソース電極34は、第3絶縁膜33を挟んで第3トレンチ32の底壁側に埋設されている。第3ソース電極34は、導電性ポリシリコンを含んでいてもよい。第3ソース電極34にはソース電位が印加される。第3ソース電極34は、第3絶縁膜33を挟んで第1半導体領域6に対向している。第3ソース電極34は、平面視において第1方向Xに延びる帯状に形成され、断面視において法線方向Zに延びる柱状に形成されている。第3ソース電極34は、第2方向Yに第1ソース電極14および第2ソース電極24に対向している。第3ソース電極34は、第2方向Yに第1トレンチ構造11のゲート電極15に対向していないことが好ましい。
第3ソース電極34は、第2トレンチ22および第3トレンチ32の連通部において第2ソース電極24に接続されている。第3ソース電極34は、第1トレンチ構造11の中間絶縁膜16によってゲート電極15から電気的に絶縁されている。これにより、第3ソース電極34は、ソース電位が印加されるフィールド電極として形成されている。第2ソース電極24および第3ソース電極34の接続部は、第3ソース電極34の一部とみなされてもよいし、第2ソース電極24の一部とみなされてもよい。
第3ソース電極34は、具体的には、埋設部37および少なくとも1つ(この形態では複数)の引き出し部38を含む。埋設部37は、第3絶縁膜33を挟んで第3トレンチ32の底壁側に埋設されている。複数の引き出し部38は、第3絶縁膜33を挟んで埋設部37から開口側にそれぞれ引き出されている。複数の引き出し部38は、少なくとも第1引き出し部38Aおよび第2引き出し部38Bを含むことが好ましい。第1引き出し部38Aは、第3トレンチ32の一方側(第1主面3の周縁側)の領域に形成されている。第1引き出し部38Aは、この形態では、第3トレンチ32の第1端部31aにおいて第2ソース電極24に接続され、第1方向Xに延びる帯状に形成されている。
第2引き出し部38Bは、第1引き出し部38Aから離間して第3トレンチ32の他方側(第1主面3の内方側)の領域に離間している。第2引き出し部38Bは、この形態では、第3トレンチ32の第2端部31bにおいて第2ソース電極24に接続され、第1方向Xに延びる帯状に形成されている。第2引き出し部38Bは、第3トレンチ32の開口側において埋設部37および第1引き出し部38Aとリセスを区画している。リセスは、平面視において第1方向Xに延びる帯状に区画されている。複数の引き出し部38の個数は任意であり、3つ以上の引き出し部38が形成されていてもよい。この場合、第3トレンチ32の開口側に複数のリセスが区画される。
埋設絶縁体35は、第3トレンチ32内の開口側に埋設され、第3トレンチ32内において第3ソース電極34を封止している。埋設絶縁体35は、第3絶縁膜33と同種の絶縁材料(酸化シリコン)を含んでいてもよい。埋設絶縁体35は、具体的には、第3トレンチ32の開口側のリセスに埋設され、第3ソース電極34の引き出し部38を露出させるように第3ソース電極34の埋設部37を被覆している。埋設絶縁体35は、第3トレンチ32の壁面から露出した第1半導体領域6および第2半導体領域7を被覆している。
埋設絶縁体35は、第2方向Yにゲート電極15および第2ソース電極24に対向している。埋設絶縁体35は、第2方向Yに第1ソース電極14に対向していないことが好ましい。埋設絶縁体35は、第1絶縁膜13の下絶縁膜13a、第3絶縁膜33および第2絶縁膜23よりも厚い。第3トレンチ構造31は、互いに異なる内部構造を有する第1トレンチ構造11および第2トレンチ構造21の間に配置されることによって、これらの間で生じる応力を緩和し、当該応力に起因する電気的特性の変動を抑制する。
半導体装置1Aは、第1デバイス領域10Aに区画された複数のメサ部40を含む。複数のメサ部40は、複数の第1トレンチ構造11、複数の第2トレンチ構造21および複数の第3トレンチ構造31によってそれぞれ区画されている。複数のメサ部40は、具体的には、複数の第1メサ部40A、複数の第2メサ部40Bおよび複数の第3メサ部40Cを含む。
各第1メサ部40Aは、第2方向Yに隣り合う一対の第1トレンチ構造11の間の領域に区画されている。各第2メサ部40Bは、第2方向Yに隣り合う第1トレンチ構造11および第3トレンチ構造31の間の領域に区画されている。各第3メサ部40Cは、第2方向Yに隣り合う第2トレンチ構造21および第3トレンチ構造31の間の領域に区画されている。
複数のメサ部40は、チップ2の一部からそれぞれなり、第1半導体領域6および第2半導体領域7をそれぞれ含む。複数のメサ部40は、第1方向Xに延びる帯状にそれぞれ延び、第2方向Yに間隔を空けて区画されている。つまり、複数のメサ部40は、第1方向Xに延びるストライプ状に形成されている。
半導体装置1Aは、第1デバイス領域10Aに形成された少なくとも1つ(この形態では複数)の第1ダイオードD1を含む。各第1ダイオードD1は、各第1メサ部40A内の第1半導体領域6および第2半導体領域7を含む。つまり、各第1ダイオードD1は、カソードとしての第1半導体領域6およびアノードとしての第2半導体領域7を含む。
第1ダイオードD1のカソードは、第3半導体領域8に電気的に接続されている。第1ダイオードD1のアノードは、第1ソース電極14、第2ソース電極24および第3ソース電極34に電気的に接続されている。つまり、第1ダイオードD1は、ソース・ドレイン間に電気的に接続されたボディダイオードとして機能する。
半導体装置1Aは、第1デバイス領域10Aに形成された少なくとも1つ(この形態では複数)の第2ダイオードD2を含む。各第2ダイオードD2は、各第2メサ部40B内の第1半導体領域6および第2半導体領域7を含む。つまり、各第2ダイオードD2は、カソードとしての第1半導体領域6およびアノードとしての第2半導体領域7を含む。
第2ダイオードD2は、第1ダイオードD1に電気的に接続されている。第2ダイオードD2のカソードは、第3半導体領域8に電気的に接続されている。第2ダイオードD2のアノードは、第1ソース電極14、第2ソース電極24および第3ソース電極34に電気的に接続されている。つまり、第2ダイオードD2は、第1ダイオードD1に並列接続されたボディダイオードとして機能する。
半導体装置1Aは、第1デバイス領域10Aに形成された少なくとも1つ(この形態では複数)の第3ダイオードD3を含む。各第3ダイオードD3は、各第3メサ部40C内の第1半導体領域6および第2半導体領域7を含む。つまり、各第3ダイオードD3は、カソードとしての第1半導体領域6およびアノードとしての第2半導体領域7を含む。第3ダイオードD3は、第1ダイオードD1および第2ダイオードD2から電気的に切り離されている。
第3ダイオードD3のカソードは、第3半導体領域8に電気的に接続されている。第3ダイオードD3のアノードは、第1ソース電極14、ゲート電極15、第2ソース電極24および第3ソース電極34から電気的に切り離されている。第3ダイオードD3のアノードは、具体的には、電気的に浮遊状態に形成されている。したがって、第3ダイオードD3は、ソース・ドレイン間において電気的に浮遊状態に形成された浮遊ダイオードからなり、ボディダイオードとして機能しない。
半導体装置1Aは、外領域9に形成された第4ダイオードD4を含む。半導体装置1Aは、この形態では、外領域9において第4ダイオードD4のみを含む。第4ダイオードD4は、この形態では、第1~第4側面5A~5Dから露出している。第4ダイオードD4は、平面視において外領域9(環状領域9aおよびパッド領域9b)の全域に形成され、複数のデバイス領域10を取り囲んでいる。
第4ダイオードD4は、外領域9内の第1半導体領域6および第2半導体領域7を有している。つまり、複数の第4ダイオードD4は、カソードとしての第1半導体領域6およびアノードとしての第2半導体領域7を含む。第4ダイオードD4は、第1ダイオードD1、第2ダイオードD2および第3ダイオードD3から電気的に切り離されている。
第4ダイオードD4のカソードは、第3半導体領域8に電気的に接続されている。第4ダイオードD4のアノードは、第1ソース電極14、ゲート電極15、第2ソース電極24および第3ソース電極34から電気的に切り離されている。第4ダイオードD4のアノードは、具体的には、電気的に浮遊状態に形成されている。したがって、第4ダイオードD4は、ソース・ドレイン間において電気的に浮遊状態に形成された浮遊ダイオードからなり、ボディダイオードとして機能しない。
第4ダイオードD4が第1ダイオードD1に電気的に接続されている場合、第1デバイス領域10A側の電気的特性が外領域9側の電気的特性の制限を受ける。一例として、外領域9側の耐圧(具体的にはブレークダウン電圧VB)は、第1トレンチ構造11が存在しない分、第1デバイス領域10A側の耐圧よりも小さくなる。そのため、外領域9は耐圧低下の起点になり得る。一方、第4ダイオードD4が第1ダイオードD1から電気的に切り離された構造によれば、第1デバイス領域10A側の電気的特性が外領域9側の電気的特性から切り離されるため、第1デバイス領域10A側の電気的特性が外領域9側の電気的特性によって制限されることが抑制される。よって、耐圧が向上する。
半導体装置1Aは、第1デバイス領域10Aにおいて複数の第1トレンチ構造11に接続されるように第2半導体領域7の表層部に形成された複数のソース領域41(不純物領域)を含む。複数のソース領域41は、第1半導体領域6よりも高いn型不純物濃度をそれぞれ有し、第2半導体領域7の底部から第1主面3側に間隔を空けてそれぞれ形成されている。
複数のソース領域41は、この形態では、複数の第1メサ部40Aのみに形成され、第2メサ部40Bおよび第3メサ部40Cには形成されていない。つまり、ソース領域41は、第2半導体領域7の表層部において第2トレンチ構造21に沿う領域および第3トレンチ構造31に沿う領域は形成されていない。また、ソース領域41は、この形態では、複数の第1メサ部40Aのうち最外の第1メサ部40Aには形成されていない。むろん、ソース領域41は、最外の第1メサ部40Aに形成されていてもよい。
複数のソース領域41は、第1方向Xに延びる帯状にそれぞれ形成されている。複数のソース領域41は、第1方向Xに第2トレンチ構造21(第1部分21Aおよび第3部分21C)から間隔を空けて形成され、第2方向Yに複数の第1トレンチ構造11に接続されている。複数のソース領域41は、対応する第1トレンチ構造11に関して、第1絶縁膜13を挟んでゲート電極15にそれぞれ対向している。複数のソース領域41は、具体的には、上絶縁膜13bを挟んでゲート電極15に対向し、第1ソース電極14には対向していない。
複数のソース領域41は、平面視において第1ソース電極14の複数の引き出し部18から第1方向Xに間隔を空けて形成され、第2方向Yに複数の引き出し部18に対向していない。複数のソース領域41は、第2半導体領域7内において第1半導体領域6とチャネルをそれぞれ形成する。つまり、複数のチャネルは、複数の第1メサ部40A(この形態では最外の第1メサ部40Aを除く)に形成され、第2メサ部40Bおよび第3メサ部40Cには形成されない。
半導体装置1Aは、複数のソース領域41を貫通するように第1主面3にそれぞれ形成された複数のコンタクト孔42を含む。複数のコンタクト孔42は、具体的には、複数の第1メサ部40A(最外の第1メサ部40Aを含む)および複数の第2メサ部40Bに形成されている。複数のコンタクト孔42は、この形態では、外領域9および第3メサ部40Cには形成されていない。
複数のコンタクト孔42は、第1方向Xに延びる帯状にそれぞれ形成されている。複数のコンタクト孔42は、第1方向Xに第2トレンチ構造21(第1部分21Aおよび第3部分21C)から間隔を空けて形成されている。複数のコンタクト孔42は、第2方向Yに複数の第1トレンチ構造11および複数の第3トレンチ構造31から間隔を空けて形成されている。
複数のコンタクト孔42は、平面視において第1ソース電極14の複数の引き出し部18から第1方向Xに間隔を空けて形成され、第2方向Yに複数の引き出し部18に対向していない。複数のコンタクト孔42は、平面視において対応するソース領域41の端部を横切っていてもよい。複数のコンタクト孔42の全域は、平面視において第1方向Xに複数の第1トレンチ構造11のゲート電極15に対向している。
半導体装置1Aは、第2半導体領域7の表層部において複数のコンタクト孔42に沿う領域にそれぞれ形成された複数のp型のコンタクト領域43を含む。複数のコンタクト領域43は、第2半導体領域7よりも高いp型不純物濃度をそれぞれ有し、第2半導体領域7の底部から間隔を空けて対応するコンタクト孔42の底壁をそれぞれ被覆している。
複数のコンタクト領域43は、平面視において対応するコンタクト孔42の底壁に沿って延びる帯状に形成されていてもよい。複数のコンタクト領域43は、第1方向Xに第2トレンチ構造21(第1部分21Aおよび第3部分21C)から間隔を空けて形成されている。複数のコンタクト領域43は、第2方向Yに複数の第1トレンチ構造11から間隔を空けて形成されている。複数のコンタクト領域43は、対応するコンタクト孔42の側壁を被覆していてもよい。
このように、半導体装置1Aは、第1デバイス領域10Aおよび第2デバイス領域10Bにそれぞれ形成されたトランジスタ構造45を含む。複数のトランジスタ構造45は、トレンチ構造ユニット46および複数のメサ部40(チャネル)をそれぞれ含む。複数のトレンチ構造ユニット46は、少なくとも1つ(この形態では複数)の第1トレンチ構造11、少なくとも1つ(この形態では複数)の第2トレンチ構造21、および、少なくとも1つ(この形態では複数)の第3トレンチ構造31をそれぞれ含む。つまり、半導体装置1Aは、第1主面3において複数のトレンチ構造ユニット46(トランジスタ構造45)が間隔を空けて形成された構造を有している。
半導体装置1Aは、第1主面3の上において第2トレンチ構造21の周囲を被覆するフィールド絶縁膜51を含む。フィールド絶縁膜51は、酸化シリコンを含んでいてもよい。フィールド絶縁膜51は、第1絶縁膜13の上絶縁膜13bよりも厚い。フィールド絶縁膜51は、第1絶縁膜13の下絶縁膜13a、第2絶縁膜23および第3絶縁膜33のいずれかとほぼ等しい厚さを有していてもよい。フィールド絶縁膜51は、外領域9において第2トレンチ構造21の外壁に沿って形成され、各デバイス領域10において第2トレンチ構造21の内壁に沿って形成されている。
フィールド絶縁膜51は、外領域9において第1主面3の周縁(第1~第4側面5A~5D)および第2トレンチ構造21の間の領域を被覆している。フィールド絶縁膜51は、この形態では、外領域9の全域を被覆し、第1主面3の周縁(第1~第4側面5A~5D)に連なっている。つまり、フィールド絶縁膜51は、第4ダイオードD4の全域を被覆している。むろん、フィールド絶縁膜51は、第1主面3の周縁部から第4ダイオードD4を露出させていてもよい。フィールド絶縁膜51は、第2ソース電極24を露出させるように第2トレンチ22の外壁から露出する第2絶縁膜23に連なっている。
フィールド絶縁膜51は、各デバイス領域10において第2トレンチ構造21および第3トレンチ構造31の間の領域(つまり第3メサ部40C)を被覆し、複数の第1トレンチ構造11および複数の第3トレンチ構造31を露出させている。つまり、フィールド絶縁膜51は、第1ダイオードD1、第2ダイオードD2および第3ダイオードD3を露出させている。むろん、フィールド絶縁膜51は、第3メサ部40C(第3ダイオードD3)の全域を被覆していてもよい。
半導体装置1Aは、第1主面3を被覆する主面絶縁膜52を含む。主面絶縁膜52は、酸化シリコンを含んでいてもよい。主面絶縁膜52は、フィールド絶縁膜51よりも薄い。また、主面絶縁膜52は、第1絶縁膜13の下絶縁膜13a、第2絶縁膜23および第3絶縁膜33よりも薄い。主面絶縁膜52は、上絶縁膜13bの厚さとほぼ等しい厚さを有していてもよい。
主面絶縁膜52は、各デバイス領域10においてフィールド絶縁膜51外の領域を被覆している。主面絶縁膜52は、具体的には、各デバイス領域10において複数の第1トレンチ構造11、複数の第2トレンチ構造21は、複数の第3トレンチ構造31およびフィールド絶縁膜51外の領域を被覆し、上絶縁膜13b、第3絶縁膜33およびフィールド絶縁膜51に連なっている。つまり、主面絶縁膜52は、複数のメサ部40(第1~第3メサ部40A~40C)を被覆している。また、主面絶縁膜52は、第1ダイオードD1、第2ダイオードD2および第3ダイオードD3を被覆している。
フィールド絶縁膜51が第1主面3の周縁部を露出させている場合、主面絶縁膜52は第1主面3の周縁部においてフィールド絶縁膜51から露出した部分を被覆していてもよい。この場合、第4ダイオードD4は、フィールド絶縁膜51および主面絶縁膜52によって被覆される。この場合、主面絶縁膜52は、第1主面3の周縁(第1~第4側面5A~5D)に連なっていてもよい。
半導体装置1Aは、第1主面3を被覆する層間絶縁膜53を含む。層間絶縁膜53は、複数の絶縁膜が積層された積層構造を有していてもよいし、単一の絶縁膜からなる単層構造を有していてもよい。層間絶縁膜53は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸窒化シリコン膜のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。層間絶縁膜53は、第1主面3の上で複数の第1トレンチ構造11、複数の第2トレンチ構造21、複数の第3トレンチ構造31、フィールド絶縁膜51および主面絶縁膜52を被覆している。層間絶縁膜53は、この形態では、第1主面3の全域を被覆し、第1~第4側面5A~5Dに連なっている。
半導体装置1Aは、層間絶縁膜53の上に配置されたゲート配線55を含む。ゲート配線55は、ゲート電極15に電気的に接続され、ゲート電極15にゲート電位を伝達する。ゲート配線55は、平面視において第1トレンチ構造11の第1端部11aを被覆している。ゲート配線55は、具体的には、ゲートパッド55aおよびゲートフィンガー55bを含む。ゲートパッド55aは、導電接続部材(たとえばボンディングワイヤや導電板等)に外部接続される端子電極である。ゲートパッド55aには、導電接続部材からゲート電位が付与される。
ゲートパッド55aは、平面視において第2側面5Bの中央部に沿う部分の上に配置されている。ゲートパッド55aは、この形態では、平面視において四角形状に形成されている。ゲートパッド55aは、具体的には、平面視において外領域9のパッド領域9bに重なっている。つまり、ゲートパッド55aは、平面視において第4ダイオードD4に重なっている。
ゲートパッド55aの全域は、平面視において第4ダイオードD4に重なっていることが好ましい。ゲートパッド55aは、平面視において第2トレンチ構造21から間隔を空けて配置されていることが好ましい。ゲートパッド55aは、平面視において第1トレンチ構造11、第2トレンチ構造21および第3トレンチ構造31に重なっていないことが好ましい。
ゲートフィンガー55bは、平面視において複数の第1トレンチ構造11の一部を被覆するようにゲートパッド55aから層間絶縁膜53の上に引き出されている。ゲートフィンガー55bは、平面視において第1~第4側面5A~5Dのうちの少なくとも3つに沿って延びていればよい。ゲートフィンガー55bは、この形態では、平面視において第2側面5B、第3側面5Cおよび第4側面5Dに沿って延びている。むろん、ゲートフィンガー55bは、第1~第4側面5A~5Dに沿って延びる環状に形成されていてもよい。
ゲートフィンガー55bは、平面視において複数の第1トレンチ構造11の第1端部11aに交差(具体的には直交)するように複数のデバイス領域10の周縁に沿って帯状に延び、第1端部11a以外の領域を露出させている。つまり、ゲートフィンガー55bは、第1トレンチ構造11の内方部および第2端部11bの全域を露出させている。換言すると、ゲートフィンガー55bは、複数の第1ソース電極14の第1引き出し部18Aを被覆し、複数の第1ソース電極14の第2引き出し部18Bを露出させている。
ゲートフィンガー55bは、平面視において複数の第2トレンチ構造21の一部を被覆している。ゲートフィンガー55bは、具体的には、平面視において複数の第2トレンチ構造21の第1部分21Aに沿って延び、当該第1部分21Aを被覆している。ゲートフィンガー55bは、第1部分21Aの全域を被覆していてもよい。ゲートフィンガー55bは、この形態では、複数の第2トレンチ構造21の第2部分21Bの一部を被覆し、当該第2部分21Bの一部および第3部分21Cの全域を露出させている。
ゲートフィンガー55bは、平面視において複数の第3トレンチ構造31の一部を被覆している。ゲートフィンガー55bは、具体的には、平面視において複数の第3トレンチ構造31の第1端部31aに交差(具体的には直交)し、第1端部31a以外の領域を露出させている。つまり、ゲートフィンガー55bは、第3トレンチ構造31の内方部および第2端部31bを露出させている。
半導体装置1Aは、層間絶縁膜53の上に配置されたソース配線56を含む。ソース配線56は、ゲート配線55から間隔を空けてゲート配線55と同一レイヤに配置され、第1主面3に沿う横方向にゲート配線55に対向している。ソース配線56は、第1トレンチ構造11、第2トレンチ構造21、第3トレンチ構造31およびソース領域41に電気的に接続され、これらにソース電位を伝達する。ソース配線56は、この形態では、フィンガー状(ライン状)に延びる電極部を有さず、ソースパッド56aのみを含む。
ソースパッド56aは、導電接続部材(たとえばボンディングワイヤや導電板等)に外部接続される端子電極である。ソースパッド56aには、導電接続部材からソース電位が付与される。ソースパッド56aは、平面視においてゲート配線55によって区画された領域に配置され、複数のデバイス領域10(第1デバイス領域10Aおよび第2デバイス領域10B)に重なっている。ソースパッド56aは、この形態では、平面視においてゲートパッド55a(パッド領域9b)に整合する多角形状に形成されている。ソースパッド56aは、具体的には、第2側面5Bに沿う辺の中央部において第1側面5A側に向けて窪んだ凹部を有している。
ソースパッド56aは、平面視において複数の第1トレンチ構造11の第1端部11a以外の領域を被覆している。つまり、ソースパッド56aは、複数の第1トレンチ構造11の内方部および第2端部11bを被覆している。ソースパッド56aは、平面視において複数の第2トレンチ構造21の第1部分21A以外の部分を被覆している。つまり、ソースパッド56aは、複数の第2トレンチ構造21の第2部分21Bおよび第3部分21Cを被覆している。ソースパッド56aは、平面視において複数の第3トレンチ構造31の第1端部31a以外の領域を被覆している。つまり、ソースパッド56aは、複数の第3トレンチ構造31の内方部および第2端部31bを被覆している。
半導体装置1Aは、複数のゲートビア電極60を含む。複数のゲートビア電極60は、ゲート電極15用のビア電極である。複数のゲートビア電極60は、複数の第1トレンチ構造11およびゲート配線55の間に介在されるように層間絶縁膜53に埋設されている。複数のゲートビア電極60は、具体的には、複数のゲート電極15およびゲートフィンガー55bの間にそれぞれ介在されている。複数のゲートビア電極60は、各第1トレンチ構造11の第1端部11a側に少なくとも1つずつ設けられ、各第1トレンチ構造11の第2端部11b側には設けられていない。
各ゲートビア電極60は、平面視において多角形状や円形状に形成されていてもよい。各ゲートビア電極60は、平面視において第1方向Xに延びる帯状(長方形状)に形成されていてもよい。複数のゲートビア電極60は、平面視において第2方向Yに間隔を空けて一列に配列されていてもよい。むろん、複数のゲートビア電極60は、必ずしも平面視において第2方向Yに延びる同一ライン上に配列されている必要はなく、第1方向Xに互いにずれて配列されていてもよい。
半導体装置1Aは、複数の第1ソースビア電極61を含む。複数の第1ソースビア電極61は、第1トレンチ構造11の第1ソース電極14用のビア電極である。複数の第1ソースビア電極61は、複数の第1ソース電極14およびソース配線56(ソースパッド56a)の間に介在されるように層間絶縁膜53にそれぞれ埋設されている。複数の第1ソースビア電極61は、具体的には、複数の第1ソース電極14の第2引き出し部18Bおよびソース配線56の間にそれぞれ介在されている。
複数の第1ソースビア電極61は、複数の第1ソース電極14の第1引き出し部18Aおよびソース配線56の間には介在されていない。つまり、複数の第1ソースビア電極61は、第2トレンチ構造21の第3部分21C側に設けられ、第2トレンチ構造21の第1部分21A側には設けられていない。複数の第1ソースビア電極61は、第1方向Xに複数のゲートビア電極60を通過する複数のラインを設定した場合、当該複数のライン上に位置するように配置されていてもよい。
各第1ソースビア電極61は、平面視において多角形状や円形状に形成されていてもよい。各第1ソースビア電極61は、平面視において第2方向Yに延びる帯状(長方形状)に形成されていてもよい。むろん、各デバイス領域10には、第2トレンチ構造21の第3部分21Cに沿って帯状に延びる複数のまたは単一の第1ソースビア電極61が形成されていてもよい。この場合、第1ソースビア電極61は、第1方向Xに複数のゲートビア電極60を通過する複数のラインを設定した場合、当該複数のラインを通過するように配置されていてもよい。
半導体装置1Aは、複数の第2ソースビア電極62を含む。複数の第2ソースビア電極62は、第2トレンチ構造21の第2ソース電極24用のビア電極である。複数の第2ソースビア電極62は、複数の第2ソース電極24およびソース配線56(ソースパッド56a)の間に介在されるように層間絶縁膜53にそれぞれ埋設されている。複数の第2ソースビア電極62は、具体的には、複数の第2トレンチ構造21の第2部分21Bおよびソース配線56の間にそれぞれ介在されている。複数の第2ソースビア電極62は、第2ソース電極24の第3部分21Cおよびソース配線56の間には介在されていない。
各第2ソースビア電極62は、平面視において第1ソースビア電極61よりも第1部分21Aに近接した位置に配置されている。つまり、各第2ソースビア電極62は、第3部分21Cよりも第1部分21Aに近接した位置に配置されている。第3部分21Cおよび第2ソースビア電極62を最短距離で結ぶ第1直線、ならびに、第1部分21Aおよび第2ソースビア電極62を最短距離で結ぶ第2直線を設定した場合、第2直線の長さは第1直線の長さ未満である。
各第2トレンチ構造21は、さらに、平面視において第1ソースビア電極61よりもゲートビア電極60に近接した位置に配置されている。つまり、ゲートビア電極60および第1ソースビア電極61を最短距離で結ぶ第1直線、ならびに、ゲートビア電極60および第2ソースビア電極62を最短距離で結ぶ第2直線を設定した場合、第2直線の長さは第1直線の長さ未満である。各第2ソースビア電極62は、平面視において多角形状や円形状に形成されていてもよい。各第2ソースビア電極62は、平面視において第1方向Xに延びる帯状(長方形状)に形成されていてもよい。
半導体装置1Aは、複数の第3ソースビア電極63を含む。複数の第3ソースビア電極63は、ソース領域41用のビア電極である。複数の第3ソースビア電極63は、複数のメサ部40およびソース配線56(ソースパッド56a)の間に介在されるように層間絶縁膜53にそれぞれ埋設されている。
複数の第3ソースビア電極63は、具体的には、層間絶縁膜53を貫通し、複数のコンタクト孔42内にそれぞれ埋設されている。複数の第3ソースビア電極63は、複数のコンタクト孔42内において第2半導体領域7、複数のソース領域41および複数のコンタクト領域43に電気的に接続されている。複数の第3ソースビア電極63は、平面視において複数のコンタクト孔42に沿って延びる帯状に形成されている。
半導体装置1Aは、第2主面4を被覆するドレイン電極64を含む。ドレイン電極64は、この形態では、第2主面4の全域を被覆し、第1主面3の周縁(第1~第4側面5A~5D)に連なっている。ドレイン電極64は、第3半導体領域8に電気的に接続されている。
このように、半導体装置1Aでは、ゲート配線55が第1ソース電極14の第1引き出し部18Aの全域を隠蔽するように構成されている。つまり、ゲート配線55は、第1ソース電極14の第1引き出し部18Aに対するビア電極の接続を阻害するように構成されている。第1ソースビア電極61は、第1ソース電極14の第2引き出し部18Bに接続される一方で、第1ソース電極14の第1引き出し部18Aには接続されない。第2ソースビア電極62は、ゲート配線55を回避するように第2トレンチ構造21の第2部分21Bの上で第2ソース電極24に接続されている。
ソース配線56は、第1ソースビア電極61を介して第1ソース電極14の第2引き出し部18Bに電気的に接続され、第2ソースビア電極62を介して第2ソース電極24に電気的に接続されている。これにより、ソース配線56は、第2ソース電極24を介して第1ソース電極14の第1引き出し部18Aに電気的に接続されている。つまり、ソース配線56から第1ソース電極14の第1引き出し部18Aに至る電流経路が、第2ソースビア電極62によって短縮されている。これにより、第1ソース電極14のソース抵抗Rsが削減されている。
第1ソース電極14が比較的高いソース抵抗Rsを有している場合、オン状態からオフ状態に切り替わる逆回復動作時に第1トレンチ構造11から拡がる空乏層が不十分になる可能性がある。この場合、第1トレンチ構造11の近傍に電界が集中する結果、ブレークダウン電圧VBの低下やリーク電流の増加等が引き起こされる可能性がある。第1ソース電極14のソース抵抗Rsの削減によって、電界集中に起因するブレークダウン電圧VBの低下やリーク電流の増加を抑制できる。
以上、半導体装置1Aは、チップ2、第1トレンチ構造11(第1溝構造)、第2トレンチ構造21(第2溝構造)、ゲート配線55およびソース配線56を含む。チップ2は、第1主面3を有している。第1トレンチ構造11は、平面視において第1方向Xに沿って延びる帯状に形成され、第1方向Xの一方側の第1端部11aおよび第1方向Xの他方側の第2端部11bを有している。第1トレンチ構造11は、第1トレンチ12(第1溝)、第1ソース電極14およびゲート電極15を含む。第1トレンチ12は、第1主面3に形成されている。第1ソース電極14は、第1トレンチ12の底壁側に埋設されている。ゲート電極15は、第1トレンチ12の開口側に埋設されている。
第2トレンチ構造21は、第1トレンチ構造11の第1端部11a側の領域で第1トレンチ構造11に接続されている。第2トレンチ構造21は、第2トレンチ22(第2溝)および第2ソース電極24を含む。第2トレンチ22は、第1トレンチ12に連通するように第1主面3に形成されている。第2ソース電極24は、第1ソース電極14に接続されるように第2トレンチ22に埋設されている。
ゲート配線55は、第1トレンチ構造11の第1端部11aを被覆し、ゲート電極15に電気的に接続されている。ソース配線56は、第1トレンチ構造11の第2端部11bおよび第2トレンチ構造21を被覆し、第1ソース電極14および第2ソース電極24に電気的に接続されている。この構造によれば、第2ソース電極24に係る電流経路を利用して第1ソース電極14に係るソース抵抗Rsを削減できる。よって、電気的特性を向上できる半導体装置1Aを提供できる。
半導体装置1Aは、ゲートビア電極60、第1ソースビア電極61および第2ソースビア電極62を含むことが好ましい。ゲートビア電極60は、ゲート電極15およびゲート配線55の間に介在されている。第1ソースビア電極61は、第1ソース電極14およびソース配線56の間に介在されている。第2ソースビア電極62は、第2ソース電極24およびソース配線56の間に介在されている。この構造によれば、第2ソース電極24および第2ソースビア電極62に係る電流経路を利用して第1ソース電極14に係るソース抵抗Rsを削減できる。これにより、第1ソース電極14に係るソース抵抗Rsを適切に削減できる。
図9は、図2に対応し、第2実施形態に係る半導体装置1Bの第1主面3のレイアウト例を示す平面図である。半導体装置1Bは、半導体装置1Aに係る効果と同様の効果を奏するデバイスである。
図9を参照して、半導体装置1Bは、第1主面3の内方部に設定された複数(この形態では4つ)のデバイス領域10を含む。4つのデバイス領域10は、第1デバイス領域10A、第2デバイス領域10B、第3デバイス領域10Cおよび第4デバイス領域10Dを含む。以下では、複数のデバイス領域10の一配置例が説明される。
第1デバイス領域10Aは、平面視において第1側面5Aおよび第3側面5Cを接続する角部に沿って設定されている。第2デバイス領域10Bは、平面視において第1デバイス領域10Aから第2方向Yに間隔を空けて第2側面5Bおよび第3側面5Cを接続する角部に沿って設定されている。第3デバイス領域10Cは、第1デバイス領域10Aから第1方向Xに間隔を空けて第1側面5Aおよび第4側面5Dを接続する角部に沿って設定されている。第4デバイス領域10Dは、この形態では、平面視において第1方向Xに第1デバイス領域10Aに対向し、第2デバイス領域10Bには対向していない。
第4デバイス領域10Dは、第2デバイス領域10Bから第1方向Xに間隔を空け、第3デバイス領域10Cから第2方向Yに間隔を空けて第2側面5Bおよび第4側面5Dを接続する角部に沿って設定されている。第4デバイス領域10Dは、この形態では、平面視においてパッド領域9bを挟んで第1方向Xに第2デバイス領域10Bに対向し、第1デバイス領域10Aには対向していない。
半導体装置1Bは、第1~第4デバイス領域10A~10Dにそれぞれ形成されたトランジスタ構造45をそれぞれ含む。複数のトランジスタ構造45は、トレンチ構造ユニット46をそれぞれ含む。複数のトレンチ構造ユニット46は、少なくとも1つ(この形態では複数)の第1トレンチ構造11、少なくとも1つ(この形態では複数)の第2トレンチ構造21、および、少なくとも1つ(この形態では複数)の第3トレンチ構造31をそれぞれ含む。
つまり、半導体装置1Bは、複数のトレンチ構造ユニット46が第1方向Xおよび第2方向Yに間隔を空けて第1主面3に形成された構造を有している。各デバイス領域10に対するゲート配線55、ソース配線56、ゲートビア電極60、第1ソースビア電極61、第2ソースビア電極62および第3ソースビア電極63の接続形態は、第1実施形態の場合と同様である。
この形態では、4つのデバイス領域10が平面視において第1方向Xおよび第2方向Yに間隔を空けて行列状に配列された例が示された。しかし、デバイス領域10の個数および配置は任意であり、第1主面3のサイズや達成すべき電気的特性に応じて調整される。したがって、たとえば、第1方向Xの一方側(第3側面5C側)の領域および他方側(第4側面5D側)の領域のそれぞれにおいて、3つ以上のデバイス領域10が第2方向Yに間隔を空けて配列されていてもよい。
図10は、図2に対応し、第3実施形態に係る半導体装置1Cの第1主面3のレイアウト例を示す平面図である。半導体装置1Cは、半導体装置1Bを変形させた形態を有し、半導体装置1Aに係る効果と同様の効果を奏するデバイスである。
図10を参照して、複数のトランジスタ構造45は、この形態では、複数のデバイス領域10において互いに異なる方向に延びるトレンチ構造ユニット46をそれぞれ含む。複数のトランジスタ構造45は、具体的には、第1方向Xまたは第2方向Yに隣り合う複数のトランジスタ構造45に関して、一方のトレンチ構造ユニット46の延在方向が他方のトレンチ構造ユニット46の延在方向とは異なるように構成されている。
第1デバイス領域10Aに係るトランジスタ構造45は、この形態では、第2方向Yに延びるストライプ状のトレンチ構造ユニット46を含む。第2デバイス領域10Bに係るトランジスタ構造45は、この形態では、第1方向Xに延びるストライプ状のトレンチ構造ユニット46を含む。第3デバイス領域10Cに係るトランジスタ構造45は、この形態では、第1方向Xに延びるストライプ状のトレンチ構造ユニット46を含む。第4デバイス領域10Dに係るトランジスタ構造45は、この形態では、第1方向Xに延びるストライプ状のトレンチ構造ユニット46を含む。
各デバイス領域10に対するゲート配線55、ソース配線56、ゲートビア電極60、第1ソースビア電極61、第2ソースビア電極62および第3ソースビア電極63の接続形態は、第1実施形態の場合と同様である。この形態では、ゲート配線55のゲートフィンガー55bが第1~第4側面5A~5Dに沿って延びる環状に形成されている例が示されている。
図11は、図2に対応し、第4実施形態に係る半導体装置1Dの第1主面3のレイアウト例を示す平面図である。半導体装置1Dは、半導体装置1Aに係る効果と同様の効果を奏するデバイスである。
図11を参照して、半導体装置1Dは、少なくとも1つのデバイス領域10(少なくとも1つのトレンチ構造ユニット46)において3つ以上の第2トレンチ構造21を含む。半導体装置1Dは、この形態では、各デバイス領域10において3つ以上の第2トレンチ構造21を含む。以下、第1デバイス領域10A側の構造が説明される。
半導体装置1Dは、第1デバイス領域10A側において、第1実施形態に係る周縁側の2つの第2トレンチ構造21に加えて、第1デバイス領域10Aの内方部に形成された少なくとも1つの内側の第2トレンチ構造21(以下、「第2トレンチ構造71」という。)を含む。第2トレンチ構造71は、第2方向Yの両サイドから一対の第1トレンチ構造11によって挟み込まれた領域に配置される点において、周縁側の2つの第2トレンチ構造21とは異なるレイアウトを有している。以下、第2トレンチ構造71の構造が説明される。
第2トレンチ構造71は、平面視において第2方向Yの一方側(第1側面5A側)において少なくとも1つ(この形態では複数の第1トレンチ構造11)に対向している。第2トレンチ構造71は、平面視において第2方向Yの他方側(第2側面5B側)において少なくとも1つ(この形態では複数の第1トレンチ構造11)に対向している。
第2トレンチ構造71は、周縁側の第2トレンチ構造21と同様、第1部分21A、第2部分21Bおよび第3部分21Cを含む。第2トレンチ構造71の第1部分21Aは、平面視において第2方向Yの一方側および他方側に向けて帯状に延び、複数の第1トレンチ構造11の第1端部11aに接続されている。つまり、第2トレンチ構造71の第1部分21Aは、周縁側の第2トレンチ構造21の第1部分21Aに接続されている。
第2部分21Bは、周縁側の第2トレンチ構造21の第2部分21Bと同様、平面視において第1部分21Aから第1方向Xに沿って延びる帯状に形成されている。第3部分21Cは、平面視において第2方向Yの一方側および他方側に向けて帯状に延び、複数の第1トレンチ構造11の第2端部11bに接続されている。つまり、第2トレンチ構造71は、周縁側の第2トレンチ構造21の第3部分21Cに接続されている。
これにより、第2トレンチ構造71は、平面視において周縁側の第2トレンチ構造21と1つの環状トレンチ構造を構成している。また、第2トレンチ構造71は、平面視において第1トレンチ構造11と1つの環状トレンチ構造を構成している。さらに、第2トレンチ構造71は、平面視において第1トレンチ構造11および第2トレンチ構造21と1つの梯子型トレンチ構造を構成している。
第2トレンチ構造71は、周縁側の第2トレンチ構造21と同様、第2トレンチ22(第2溝)、第2絶縁膜23および第2ソース電極24を含む。第2トレンチ構造71に係る第2ソース電極24は、第1部分21Aにおける第1トレンチ12および第2トレンチ22の連通部において第1ソース電極14に接続されている。
第2トレンチ構造71に係る第2ソース電極24は、具体的には、第1部分21Aにおいて第1ソース電極14の第1引き出し部18Aに接続されている。また、第2ソース電極24は、第3部分21Cにおける第1トレンチ12および第2トレンチ22の連通部において第1ソース電極14に接続されている。第2ソース電極24は、具体的には、第3部分21Cにおいて第1ソース電極14の第2引き出し部18Bに接続されている。
半導体装置1Dは、この形態では、第1トレンチ構造11および第2トレンチ構造71に対向する複数の内側の第3トレンチ構造31(以下、「第3トレンチ構造72」という。)を含む。複数の第3トレンチ構造72は、第2トレンチ構造71に対して第2方向Yの一方側(第1側面5A側)および他方側(第2側面5B側)にそれぞれ配置されている。第3トレンチ構造72は、第1トレンチ構造11および第2トレンチ構造71に対向している点を除き、周縁側の第3トレンチ構造31と同様の構造を有している。
複数の第2ソースビア電極62は、この形態では、周縁側の第2トレンチ構造21と同様の態様で、第2トレンチ構造71およびソース配線56(ソースパッド56a)の間に介在されるように層間絶縁膜53にそれぞれ埋設されている。これにより、第2トレンチ構造71を介してソース配線56および複数の第1ソース電極14の第1引き出し部18Aを結ぶ電流経路が形成され、第1ソース電極14に係るソース抵抗Rsが削減される。
この形態では、1つの第2トレンチ構造71が各デバイス領域10に形成された例が示された。しかし、複数(2つ以上)の第2トレンチ構造71が各デバイス領域10に形成されていてもよい。この場合、ソース抵抗Rsに余裕がある場合には、周縁側の第2トレンチ構造21は取り除かれてもよい。第4実施形態に係る第2トレンチ構造71および第3トレンチ構造72は、第1~第3実施形態のいずれか一つにも適用できる。
図12は、図2に対応し、第5実施形態に係る半導体装置1Eの第1主面3のレイアウト例を示す平面図である。半導体装置1Eは、半導体装置1Aに係る効果と同様の効果を奏するデバイスである。
図12を参照して、半導体装置1Eでは、複数の第2ソースビア電極62が第2トレンチ構造21の第2部分21Bの上に間隔を空けて配列されている。つまり、複数の第2ソースビア電極62が第2ソース電極24にドット状に接続されている。複数の第2ソースビア電極62は、この形態でも、平面視において第1ソースビア電極61よりも第1トレンチ構造11の第1部分21Aに近接した位置に配置されている。第5実施形態に係る複数の第2ソースビア電極62は、第1~第4実施形態のいずれか一つにも適用できる。
図13は、図2に対応し、第6実施形態に係る半導体装置1Fの第1主面3のレイアウト例を示す平面図である。半導体装置1Fは、半導体装置1Aに係る効果と同様の効果を奏するデバイスである。
図13を参照して、半導体装置1Fは、第1ソースビア電極61と一体を成す第2ソースビア電極62を含む。第1ソースビア電極61は、この形態では、平面視において第2トレンチ構造21の第3部分21Cに沿って帯状に延びている。第2ソースビア電極62は、この形態では、第1ソースビア電極61から第2トレンチ構造21の第2部分21Bの上に引き出され、第2トレンチ構造21の第1部分21A側に向けて帯状に延びている。
つまり、第2ソースビア電極62は、第2ソース電極24に帯状に接続されている。第2ソースビア電極62は、この形態でも、平面視において第1ソースビア電極61よりも第1トレンチ構造11の第1部分21Aに近接した位置に配置されている。第6実施形態に係る第2ソースビア電極62は、第1~第5実施形態のいずれか一つにも適用できる。
前述の実施形態は、さらに他の形態で実施できる。前述の各実施形態では、第2トレンチ構造21が第3部分21Cを含む例が示された。しかし、第3部分21Cを含まない第2トレンチ構造21が採用されてもよい。また、第2トレンチ構造21の第3部分21Cは、第2トレンチ構造21の第2部分21Bから物理的に切り離されて形成されていてもよい。この場合、第3部分21Cは、第1トレンチ構造11(第2引き出し部18b)のうち第2方向Yに延びる部分として形成されていてもよい。
前述の各実施形態では、第3トレンチ構造31が形成された例が示された。しかし、第3トレンチ構造31は取り除かれてもよい。この場合、第1トレンチ構造11に隣り合う第2トレンチ構造21が形成される。むろん、第3トレンチ構造31に代えて別の第1トレンチ構造11が形成されてもよいし、第3トレンチ構造31に代えて別の第2トレンチ構造21が形成されてもよい。
前述の各実施形態では、ゲートビア電極60とは別体からなるゲート配線55が形成された例について説明した。しかし、ゲート配線55の一部が複数のゲートビア電極60として形成されていてもよい。つまり、ゲート配線55は、層間絶縁膜53を貫通する複数のゲートビア電極60を含んでいてもよい。
前述の各実施形態では、第1ソースビア電極61、第2ソースビア電極62および第3ソースビア電極63とは別体からなるソース配線56が形成された例について説明した。しかし、ソース配線56の一部が層間絶縁膜53を貫通する第1ソースビア電極61、第2ソースビア電極62および第3ソースビア電極63として形成されていてもよい。つまり、ソース配線56は、層間絶縁膜53を貫通する第1ソースビア電極61、第2ソースビア電極62および第3ソースビア電極63を含んでいてもよい。
前述の各実施形態では、「第1導電型」が「n型」であり、「第2導電型」がp型である例について説明した。しかし、「第1導電型」が「p型」であり、「第2導電型」が「n型」であってもよい。この場合の具体的な構成は、前述の説明および添付図面において「n型領域」を「p型領域」に置き換え、「n型領域」を「p型領域」に置き換えることによって得られる。
前述の各実施形態において、n型の第3半導体領域8に代えてp型の第3半導体領域8が採用されてもよい。この構造によれば、MISFETに代えてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を提供できる。この場合、MISFETの「ソース(不純物領域)」がIGBTの「エミッタ(不純物領域)」として機能し、MISFETの「ドレイン」がIGBTの「コレクタ」として機能する。
前述の各実施形態では、チップ2がシリコンを含む例が示された。しかし、チップ2は、WBG(Wide Band Gap)半導体を含んでいてもよい。WBG半導体は、シリコンのバンドギャップを超えるバンドギャップを有する半導体である。この場合、チップ2は、GaN(窒化ガリウム)、SiC(炭化シリコン)およびダイアモンドのうちの少なくとも1つのWBG半導体を含んでいてもよい。
前述の各実施形態では、第1方向Xおよび第2方向Yが第1~第4側面5A~5Dが延びる方向によって規定された。しかし、第1方向Xおよび第2方向Yは、互いに交差(具体的には直交)する関係を維持する限り、任意の方向であってもよい。
以下、この明細書および図面から抽出される特徴の例が示される。以下、電気的特性を向上できる半導体装置を提供する。以下、括弧内の英数字は前述の実施形態における対応構成要素等を表すが、各項目の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。
[A1]主面(3)を有するチップ(2)と、第1方向(X)に帯状に延び、一方側の第1端部(11a)および他方側の第2端部(11b)を有する第1溝構造(11)であって、前記主面(3)に形成された第1溝(12)、前記第1溝(12)の底側に埋設された第1ソース電極(14)、および、前記第1溝(12)の開口側に埋設されたゲート電極(15)を含む前記第1溝構造(11)と、前記第1端部(11a)側の領域で前記第1溝構造(11)に接続された第2溝構造(21)であって、前記第1溝(12)に連通するように前記主面(3)に形成された第2溝(22)、および、前記第1ソース電極(14)に接続されるように前記第2溝(22)に埋設された第2ソース電極(24)を含む前記第2溝構造(21)と、前記第1溝構造(11)の前記第1端部(11a)を被覆し、前記ゲート電極(15)に電気的に接続されたゲート配線(55)と、前記第1溝構造(11)の前記第2端部(11b)および前記第2溝構造(21)を被覆し、前記第1ソース電極(14)および前記第2ソース電極(24)に電気的に接続されたソース配線(56)と、を含む、半導体装置(1A~1F)。
[A2]前記ゲート電極(15)および前記ゲート配線(55)の間に介在されたゲートビア電極(60)と、前記第1ソース電極(14)および前記ソース配線(56)の間に介在された第1ソースビア電極(61)と、前記第2ソース電極(24)および前記ソース配線(56)の間に介在された第2ソースビア電極(62)と、をさらに含む、A1に記載の半導体装置(1A~1F)。
[A3]前記第2ソースビア電極(62)は、前記第1ソースビア電極(61)よりも前記ゲートビア電極(60)に近接した位置に配置されている、A2に記載の半導体装置(1A~1F)。
[A4]前記主面(3)の上で前記第1溝構造(11)および前記第2溝構造(21)を被覆する絶縁膜(53)をさらに含み、前記ゲート配線(55)および前記ソース配線(56)は、前記絶縁膜(53)の上に配置され、前記ゲートビア電極(60)、前記第1ソースビア電極(61)および前記第2ソースビア電極(62)は、前記絶縁膜(53)に埋設されている、A2またはA3に記載の半導体装置(1A~1F)。
[A5]前記第2溝構造(21)は、前記ゲート電極(15)を含まない、A1~A4のいずれか一つに記載の半導体装置(1A~1F)。
[A6]前記ゲート配線(55)は、前記第2溝構造(21)の一部を被覆している、A1~A5のいずれか一つに記載の半導体装置(1A~1F)。
[A7]前記第1ソース電極(14)は、前記第1溝(12)の底側に位置する埋設部(17)、前記第1溝構造(11)の前記第1端部(11a)側の領域において前記埋設部(17)から開口側に引き出された第1引き出し部(18、18A)、および、前記第1溝構造(11)の前記第2端部(11b)側の領域において前記埋設部(17)から開口側に引き出された第2引き出し部(18、18B)を有し、前記第2ソース電極(24)は、前記第1ソース電極(14)の前記第1引き出し部(18、18A)に接続され、前記ソース配線(56)は、前記第1ソース電極(14)の前記第1引き出し部(18、18A)を露出させ、前記第1ソース電極(14)の前記第2引き出し部(18、18B)を被覆している、A1~A6のいずれか一つに記載の半導体装置(1A~1F)。
[A8]前記ゲート配線(55)は、前記第1ソース電極(14)の前記第1引き出し部(18、18A)を被覆し、前記ソース配線(56)は、前記第1ソース電極(14)の前記第2引き出し部(18、18B)に電気的に接続され、かつ、前記第2ソース電極(14)を介して前記第1ソース電極(14)の前記第1引き出し部(18、18A)に電気的に接続されている、A7に記載の半導体装置(1A~1F)。
[A9]前記第2溝構造(21)は、前記第1端部(11a)側の領域で前記第1溝構造(11)に接続されるように前記第1方向(X)に交差する第2方向(Y)に延びる第1部分(21A)、および、前記第1部分(21A)から前記第1溝構造(11)の前記第2端部(11b)側に向けて前記第1方向(X)に引き出された第2部分(21B)を含み、前記第2ソース電極(24)は、前記第1部分(21A)において前記第1溝構造(11)の前記第1ソース電極(14)に接続され、前記第2部分(21B)において前記第2方向(Y)に前記第1溝構造(11)の前記ゲート電極(15)に対向し、前記ソース配線(56)は、前記第2溝構造(21)の前記第2部分(21B)を被覆している、A7またはA8に記載の半導体装置(1A~1F)。
[A10]前記ゲート配線(55)は、前記第2溝構造(21)の前記第1部分(21A)を被覆している、A9に記載の半導体装置(1A~1F)。
[A11]前記ゲート配線(55)は、前記第2溝構造(21)の前記第2部分(21B)の一部を被覆している、A9またはA10に記載の半導体装置(1A~1F)。
[A12]前記第2溝構造(21)は、前記第1部分(21A)に対して前記第2端部(11b)側の領域で前記第1溝構造(11)に接続されるように前記第2部分(21B)から前記第2方向(Y)に引き出された第3部分(21C)を含み、前記第2ソース電極(24)は、前記第1部分(21A)および前記第3部分(21C)において前記第1ソース電極(14)に接続されている、A9~A11のいずれか一つに記載の半導体装置(1A~1F)。
[A13]前記第1引き出し部(18、18A)は、前記第1溝構造(11)の前記第1端部(11a)に形成され、前記第2引き出し部(18、18B)は、前記第1溝構造(11)の前記第2端部(11b)に形成され、前記第2溝構造(21)の前記第1部分(21A)は、前記第1溝構造(11)の前記第1端部(11a)に接続されている、A9~A12のいずれか一つに記載の半導体装置(1A~1F)。
[A14]前記チップ(2)の一部を挟んで前記第1溝構造(11)および前記第2溝構造(21)に対向する第3溝構造(31)であって、前記主面(3)に形成された第3溝(32)、前記第3溝(32)の底側に埋設された第3ソース電極(34)、および、前記第3溝(32)の開口側に埋設された埋設絶縁体(35)をさらに含む、A1~A13のいずれか一つに記載の半導体装置(1A~1F)。
[A15]前記第3溝(32)は、前記第2溝(22)に連通し、前記第3ソース電極(34)は、前記第2ソース電極(24)に接続されるように前記第3溝(32)に埋設され、前記ゲート配線(55)は、前記第3溝構造(31)の一部を被覆し、前記ソース配線(56)は、前記第3溝構造(31)の一部を被覆し、前記第2ソース電極(24)を介して前記第1ソース電極(14)および前記第3ソース電極(34)に電気的に接続されている、A14に記載の半導体装置(1A~1F)。
[A16]複数の前記第1溝構造(11)が、前記第1方向(X)に延びるストライプ状に配列され、前記第2溝構造(21)は、複数の前記第1溝構造(11)に接続されている、A1~A15のいずれか一つに記載の半導体装置(1A~1F)。
[A17]少なくとも1つの前記第1溝構造(11)、および、少なくとも1つの前記第2溝構造(21)をそれぞれ含み、前記主面(3)に間隔を空けて形成された複数の溝構造ユニット(46)をさらに含む、A1~A16のいずれか一つに記載の半導体装置(1A~1F)。
[A18]前記主面(3)の表層部に形成された第1導電型(n型)の第1半導体領域(6)と、前記第1半導体領域(6)の表層部に形成された第2導電型(p型)の第2半導体領域(7)と、をさらに含み、前記第1溝構造(11)および前記第2溝構造(21)は、前記第2半導体領域(7)を貫通するように前記主面(3)に形成されている、A1~A17のいずれか一つに記載の半導体装置(1A~1F)。
[A19]前記第2半導体領域(7)の表層部において前記第1溝構造(11)に沿う領域に形成され、前記第2溝構造(21)に沿う領域には形成されていない第1導電型(n型)のソース領域(41)をさらに含み、前記ソース配線(56)は、前記ソース領域(41)に電気的に接続されている、A18に記載の半導体装置(1A~1F)。
[A20]前記ソース領域(41)を露出させるように前記主面(3)に形成されたコンタクト孔(42)と、前記第2半導体領域(7)において前記コンタクト孔(42)の壁面に沿う領域に形成された第2導電型(p型)のコンタクト領域(43)と、をさらに含む、A19に記載の半導体装置(1A~1F)。
[A21]前記第2溝構造(21)の周囲で前記主面(3)を被覆するフィールド絶縁膜(51)と、前記フィールド絶縁膜の厚さ未満の厚さを有し、前記第1溝構造(11)の周囲で前記主面(3)を被覆する主面絶縁膜(52)と、をさらに含む、A1~A20のいずれか一つに記載の半導体装置(1A~1F)。
実施形態について詳細に説明してきたが、これらは技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によって限定される。
1A 半導体装置
1B 半導体装置
1C 半導体装置
1D 半導体装置
1E 半導体装置
1F 半導体装置
2 チップ
3 第1主面
6 第1半導体領域
7 第2半導体領域
11 第1トレンチ構造
11a 第1端部
11b 第2端部
12 第1トレンチ
14 第1ソース電極
15 ゲート電極
17 埋設部
18 引き出し部
18A 第1引き出し部
18B 第2引き出し部
21 第2トレンチ構造
21A 第1部分
21B 第2部分
21C 第3部分
22 第2トレンチ
24 第2ソース電極
31 第3トレンチ構造
32 第3トレンチ
34 第3ソース電極
35 埋設絶縁体
41 ソース領域
42 コンタクト孔
43 コンタクト領域
46 トレンチ構造ユニット
53 層間絶縁膜
55 ゲート配線
56 ソース配線
60 ゲートビア電極
61 第1ソースビア電極
62 第2ソースビア電極
X 第1方向
Y 第2方向

Claims (20)

  1. 主面を有するチップと、
    第1方向に帯状に延び、一方側の第1端部および他方側の第2端部を有する第1溝構造であって、前記主面に形成された第1溝、前記第1溝の底側に埋設された第1ソース電極、および、前記第1溝の開口側に埋設されたゲート電極を含む前記第1溝構造と、
    前記第1端部側の領域で前記第1溝構造に接続された第2溝構造であって、前記第1溝に連通するように前記主面に形成された第2溝、および、前記第1ソース電極に接続されるように前記第2溝に埋設された第2ソース電極を含む前記第2溝構造と、
    前記第1溝構造の前記第1端部を被覆し、前記ゲート電極に電気的に接続されたゲート配線と、
    前記第1溝構造の前記第2端部および前記第2溝構造を被覆し、前記第1ソース電極および前記第2ソース電極に電気的に接続されたソース配線と、を含む、半導体装置。
  2. 前記ゲート電極および前記ゲート配線の間に介在されたゲートビア電極と、
    前記第1ソース電極および前記ソース配線の間に介在された第1ソースビア電極と、
    前記第2ソース電極および前記ソース配線の間に介在された第2ソースビア電極と、をさらに含む、請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記第2ソースビア電極は、前記第1ソースビア電極よりも前記ゲートビア電極に近接した位置に配置されている、請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記主面の上で前記第1溝構造および前記第2溝構造を被覆する絶縁膜をさらに含み、
    前記ゲート配線および前記ソース配線は、前記絶縁膜の上に配置され、
    前記ゲートビア電極、前記第1ソースビア電極および前記第2ソースビア電極は、前記絶縁膜に埋設されている、請求項2または3に記載の半導体装置。
  5. 前記第2溝構造は、前記ゲート電極を含まない、請求項1~4のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 前記ゲート配線は、前記第2溝構造の一部を被覆している、請求項1~5のいずれか一項に記載の半導体装置。
  7. 前記第1ソース電極は、前記第1溝の底側に位置する埋設部、前記第1溝の前記第1端部側の領域において前記埋設部から開口側に引き出された第1引き出し部、および、前記第1溝の前記第2端部側の領域において前記埋設部から開口側に引き出された第2引き出し部を有し、
    前記第2ソース電極は、前記第1ソース電極の前記第1引き出し部に接続され、
    前記ソース配線は、前記第1ソース電極の前記第1引き出し部を露出させ、前記第1ソース電極の前記第2引き出し部を被覆している、請求項1~6のいずれか一項に記載の半導体装置。
  8. 前記ゲート配線は、前記第1ソース電極の前記第1引き出し部を被覆し、
    前記ソース配線は、前記第1ソース電極の前記第2引き出し部に電気的に接続され、かつ、前記第2ソース電極を介して前記第1ソース電極の前記第1引き出し部に電気的に接続されている、請求項7に記載の半導体装置。
  9. 前記第2溝構造は、前記第1端部側の領域で前記第1溝構造に接続されるように前記第1方向に交差する第2方向に延びる第1部分、および、前記第1部分から前記第1溝構造の前記第2端部側に向けて前記第1方向に引き出された第2部分を含み、
    前記第2ソース電極は、前記第1部分において前記第1溝構造の前記第1ソース電極に接続され、前記第2部分において前記第2方向に前記第1溝構造の前記ゲート電極に対向し、
    前記ソース配線は、前記第2溝構造の前記第2部分を被覆している、請求項7または8に記載の半導体装置。
  10. 前記ゲート配線は、前記第2溝構造の前記第1部分を被覆している、請求項9に記載の半導体装置。
  11. 前記ゲート配線は、前記第2溝構造の前記第2部分の一部を被覆している、請求項9または10に記載の半導体装置。
  12. 前記第2溝構造は、前記第1部分に対して前記第2端部側の領域で前記第1溝構造に接続されるように前記第2部分から前記第2方向に引き出された第3部分を含み、
    前記第2ソース電極は、前記第1部分および前記第3部分において前記第1ソース電極に接続されている、請求項9~11のいずれか一項に記載の半導体装置。
  13. 前記第1引き出し部は、前記第1溝構造の前記第1端部に形成され、
    前記第2引き出し部は、前記第1溝構造の前記第2端部に形成され、
    前記第2溝構造の前記第1部分は、前記第1溝構造の前記第1端部に接続されている、請求項9~12のいずれか一項に記載の半導体装置。
  14. 前記チップの一部を挟んで前記第1溝構造および前記第2溝構造に対向する第3溝構造であって、前記主面に形成された第3溝、前記第3溝の底側に埋設された第3ソース電極、および、前記第3溝の開口側に埋設された埋設絶縁体をさらに含む、請求項1~13のいずれか一項に記載の半導体装置。
  15. 前記第3溝は、前記第2溝に連通し、
    前記第3ソース電極は、前記第2ソース電極に接続されるように前記第3溝に埋設され、
    前記ゲート配線は、前記第3溝構造の一部を被覆し、
    前記ソース配線は、前記第3溝構造の一部を被覆し、前記第2ソース電極を介して前記第1ソース電極および前記第3ソース電極に電気的に接続されている、請求項14に記載の半導体装置。
  16. 複数の前記第1溝構造が、前記第1方向に延びるストライプ状に配列され、
    前記第2溝構造は、複数の前記第1溝構造に接続されている、請求項1~15のいずれか一項に記載の半導体装置。
  17. 少なくとも1つの前記第1溝構造、および、少なくとも1つの前記第2溝構造をそれぞれ含み、前記主面に間隔を空けて形成された複数の溝構造ユニットをさらに含む、請求項1~16のいずれか一項に記載の半導体装置。
  18. 前記主面の表層部に形成された第1導電型の第1半導体領域と、
    前記第1半導体領域の表層部に形成された第2導電型の第2半導体領域と、をさらに含み、
    前記第1溝構造および前記第2溝構造は、前記第2半導体領域を貫通するように前記主面に形成されている、請求項1~17のいずれか一項に記載の半導体装置。
  19. 前記第2半導体領域の表層部において前記第1溝構造に沿う領域に形成され、前記第2溝構造に沿う領域には形成されていない第1導電型のソース領域をさらに含み、
    前記ソース配線は、前記ソース領域に電気的に接続されている、請求項18に記載の半導体装置。
  20. 前記ソース領域を露出させるように前記主面に形成されたコンタクト孔と、
    前記第2半導体領域において前記コンタクト孔の壁面に沿う領域に形成された第2導電型のコンタクト領域と、をさらに含む、請求項19に記載の半導体装置。
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