JP2023069720A - 半導体装置 - Google Patents

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【課題】フィールドプレート電極の抵抗を低減する。【解決手段】半導体装置10は、半導体層12に形成されたトレンチ14と、半導体層12上に形成された絶縁層16と、トレンチ14内に配置され、第1端部401および第2端部402を含むフィールドプレート電極40と、トレンチ14内に配置されたゲート電極50と、絶縁層16に形成された第1ソースコンタクト部24および第2ソースコンタクト部26とを備えている。ゲート電極50は、底面50Aから上面50Bまで延びる貫通孔503をさらに含む。フィールドプレート電極40は、第1端部401と第2端部402との間に位置する引き上げ部403をさらに含み、第1端部401は、第1ソースコンタクト部24を介してソース配線20に接続され、引き上げ部403は、貫通孔503に少なくとも部分的に収容されるとともに、第2ソースコンタクト部26を介してソース配線20に接続されている。【選択図】図2

Description

本開示は、半導体装置に関する。
特許文献1には、スプリットゲート構造を有する金属-絶縁体-半導体電界効果トランジスタ(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor,MISFET)が開示されている。特許文献1に記載のスプリットゲート構造は、半導体層に形成されたトレンチと、トレンチの底部に配置された埋め込み電極(フィールドプレート電極)と、トレンチの上部に配置されたゲート電極と、トレンチ内において2つの電極を分離する絶縁層とを含む。
特開2018-129378号公報
スプリットゲート構造を有するMISFETにおいて、例えば高速スイッチング時にフィールドプレート電極を流れる変位電流は、フィールドプレート電極の抵抗により、フィールドプレート電極の電位を上昇させることがある。フィールドプレート電極の電位の上昇は、動的アバランシェ降伏現象を生じさせる可能性がある。
本開示の一態様による半導体装置は、半導体層と、前記半導体層に形成され、一方向に沿って延びるトレンチと、前記半導体層上に形成された絶縁層と、前記トレンチ内に配置され、第1端部および第2端部を含み、前記トレンチの長手方向に沿って前記第1端部と前記第2端部との間に延在するフィールドプレート電極と、前記トレンチ内に配置され、前記フィールドプレート電極から離間されたゲート電極であって、前記フィールドプレート電極と少なくとも一部が対向する底面および前記底面と反対側の上面を含む、ゲート電極と、前記絶縁層を貫通して形成された第1ソースコンタクト部および第2ソースコンタクト部と、前記絶縁層上に形成されたソース配線とを備えている。前記ゲート電極は、前記底面から前記上面まで延びる貫通孔をさらに含む。前記フィールドプレート電極は、前記第1端部と前記第2端部との間に位置する引き上げ部をさらに含み、前記第1端部は、前記第1ソースコンタクト部を介して前記ソース配線に接続され、前記引き上げ部は、前記貫通孔に少なくとも部分的に収容されるとともに、前記第2ソースコンタクト部を介して前記ソース配線に接続されている。
本開示の半導体装置によれば、フィールドプレート電極の抵抗を低減することができる。
図1は、一実施形態による例示的な半導体装置の概略平面図である。 図2は、図1のF2-F2線に沿った半導体装置の概略断面図である。 図3は、図2のF3-F3線に沿った半導体装置の概略断面図である。 図4は、図2のF4-F4線に沿った半導体装置の概略断面図である。 図5は、図2のF5-F5線に沿った半導体装置の概略断面図である。 図6は、図2のF6-F6線に沿った半導体装置の概略断面図である。 図7は、図2のF7-F7線に沿った半導体装置の概略断面図である。 図8は、図1に示す半導体装置の例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図9は、図8に続く製造工程を示す概略断面図である。 図10は、図9に続く製造工程を示す概略断面図である。 図11は、図10に続く製造工程を示す概略断面図である。 図12Aは、図11に続く製造工程を示す概略断面図である。 図12Bは、図11に続く製造工程を示す概略断面図である。 図13Aは、図12Aに続く製造工程を示す概略断面図である。 図13Bは、図12Bに続く製造工程を示す概略断面図である。 図14Aは、図13Aに続く製造工程を示す概略断面図である。 図14Bは、図13Bに続く製造工程を示す概略断面図である。 図15Aは、図14Aに続く製造工程を示す概略断面図である。 図15Bは、図14Bに続く製造工程を示す概略断面図である。 図16Aは、図15Aに続く製造工程を示す概略断面図である。 図16Bは、図15Bに続く製造工程を示す概略断面図である。 図17Aは、図16Aに続く製造工程を示す概略断面図である。 図17Bは、図16Bに続く製造工程を示す概略断面図である。 図18Aは、図17Aに続く製造工程を示す概略断面図である。 図18Bは、図17Bに続く製造工程を示す概略断面図である。 図19Aは、図18Aに続く製造工程を示す概略断面図である。 図19Bは、図18Bに続く製造工程を示す概略断面図である。 図20は、変更例1による半導体装置の概略断面図である。 図21は、変更例2による半導体装置の概略断面図である。 図22は、変更例3による半導体装置の概略断面図である。
以下、添付図面を参照して本開示の半導体装置のいくつかの実施形態を説明する。なお、説明を簡単かつ明確にするために、図面に示される構成要素は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。また、理解を容易にするために、断面図では、ハッチング線が省略されている場合がある。添付の図面は、本開示の実施形態を例示するに過ぎず、本開示を制限するものとみなされるべきではない。
以下の詳細な記載は、本開示の例示的な実施形態を具体化する装置、システム、および方法を含む。この詳細な記載は本来説明のためのものに過ぎず、本開示の実施形態またはこのような実施形態の適用および使用を限定することを意図しない。
図1は、一実施形態による例示的な半導体装置10の概略平面図である。なお、本開示において使用される「平面視」という用語は、図1に示される互いに直交するXYZ軸のZ方向に半導体装置10を視ることをいう。
半導体装置10は、例えば、ゲート電極がトレンチ内に埋め込まれたトレンチゲート構造を有するMISFETである。半導体装置10は、半導体層12と、半導体層12に形成され、一方向に沿って延びるトレンチ14と、半導体層12上に形成された絶縁層16とを含む。半導体層12は、第1面12Aおよび第1面12Aと反対側の第2面12Bを含んでいる(図2参照)。図1に示されるZ方向は、半導体層12の第1面12Aおよび第2面12Bと直交する方向に相当する。
半導体層12は、シリコン(Si)から形成され得る。半導体層12の第2面12Bは、X方向に沿って延びる2つの辺12X1,12X2、およびY方向に沿って延びる2つの辺12Y1,12Y2を含むことができる。半導体層12の第2面12Bは、絶縁層16により覆われているため、図1では半導体層12の矩形状の外縁(すなわち、4つの辺12X1,12X2,12Y1,12Y2)のみが示されている。半導体層12の外縁により画定される領域は、1つのチップ(ダイ)に相当し得る。X方向に沿って延びる辺12X1,12X2は、相互に同じ長さを有することができ、同様に、Y方向に沿って延びる辺12Y1,12Y2は相互に同じ長さを有することができる。図1の例においては、辺12X1,12X2は、辺12Y1,12Y2よりも小さい長さを有していてよい。別の例においては、辺12X1,12X2は、辺12Y1,12Y2と同じ長さを有していてもよく、或いは、辺12Y1,12Y2よりも大きい長さを有していてもよい。半導体層12のさらなる詳細については、図2を参照して後述する。
トレンチ14は、半導体層12に形成された複数のトレンチのうちの1つである。図1の例においては、第1組のトレンチS1、第2組のトレンチS2、および第3組のトレンチS3が、半導体層12に形成されている。第1組のトレンチS1は、平面視でX方向に沿って延在するとともに、等間隔で相互に平行に整列したトレンチ14を含む。同様に、第2組のトレンチS2は、平面視でX方向に沿って延在するとともに、等間隔で相互に平行に整列したトレンチ14を含む。一方、第3組のトレンチS3は、平面視でY方向に沿って延在するとともに、等間隔で相互に平行に整列したトレンチ14を含む。
平面視において、トレンチ14の長辺に沿った方向を、トレンチ14の長手方向と定義することができる。すなわち、「一方向に沿って延びるトレンチ」という場合、「一方向」が「長手方向」に相当する。図1の例においては、第1組のトレンチS1および第2組のトレンチS2は、平面視でX方向に沿って延在しているが、第3組のトレンチS3は、平面視でY方向に沿って延在している。したがって、第1組のトレンチS1および第2組のトレンチS2に関しては、トレンチ14の長手方向は、X方向に相当する。一方、第3組のトレンチS3に関しては、トレンチ14の長手方向は、Y方向に相当する。このように、トレンチ14の配置に応じて、トレンチ14の長手方向は、X方向およびY方向を含む任意の方向に相当し得ることに留意されたい。
半導体層12に形成されるトレンチ14の本数、長さ、幅、および配向は、適宜定めることができる。ここで、トレンチ14の長さとは、トレンチ14の長手方向に沿った寸法を指す。また、トレンチ14の幅とは、トレンチ14の短手方向に沿った寸法を指す。一例では、第3組のトレンチS3に含まれる各トレンチ14の長さは、第1組のトレンチS1に含まれる各トレンチ14の長さよりも大きくてよい。
絶縁層16は、任意の誘電体材料によって形成することができる。例えば、絶縁層16は、酸化シリコン(SiO)層および窒化シリコン(SiN)層のうちの少なくとも1つを含んでいてよい。
半導体装置10は、絶縁層16上に形成されたゲート配線18と、絶縁層16上に形成されるとともに、ゲート配線18から離間されたソース配線20とをさらに含むことができる。ゲート配線18およびソース配線20は、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、Cu合金、およびAl合金のうちの少なくとも1つから形成することができる。
図1の例においては、ゲート配線18は、半導体層12の4つの辺12X1,12X2,12Y1,12Y2から離間しつつ、4つの辺12X1,12X2,12Y1,12Y2に沿って延在していてよい。したがって、ゲート配線18は、平面視でX方向に沿って延在するゲート配線部分18X1および18X2と、平面視でY方向に沿って延在するゲート配線部分18Y1および18Y2とを含むことができる。
ゲート配線18は、ゲート配線部分18X1,18X2,18Y1,18Y2のいずれかと接続されたゲートパッド18Pをさらに含むことができる。図1の例では、ゲートパッド18Pは、ゲート配線部分18X2に隣接して設けられているが、別の例においては、他の位置に設けられてもよい。
ゲート配線部分18X1,18X2,18Y1,18Y2が同電位となるように、各ゲート配線部分は、他のゲート配線部分と直接的または間接的に結合することができる。図1に示すような、ソース配線20を取り囲む閉じたループを形成するゲート配線18の配置は、例示に過ぎない。他の例においては、ゲート配線18は、閉じたループを形成していなくてもよい。例えば、ゲート配線部分18X1,18X2,18Y1,18Y2のうちの1つが分断されていてもよい。
図1の例において、ソース配線20は、ゲート配線18に取り囲まれる領域に配置することができる。追加的にまたは代替的に、ソース配線20は、半導体層12の外周領域に配置されてもよい。
トレンチ14は、平面視でゲート配線18およびソース配線20の両方と少なくとも部分的に重なるように配置することができる。例えば、トレンチ14の一端は、ゲート配線18と重なっていてよく、一方、トレンチ14の他端は、ソース配線20と重なっていてよい。
各トレンチ14について、半導体装置10は、絶縁層16を貫通して形成されたゲートコンタクト部22、第1ソースコンタクト部24、および第2ソースコンタクト部26をさらに含むことができる。また、半導体装置10は、2つの隣り合うトレンチ14の間に配置されたラインコンタクト部28をさらに含むことができる。各コンタクト部22,24,26,28は、任意の金属材料から形成することができる。一例では、各コンタクト部22,24,26,28は、タングステン(W)、Ti、および窒化チタン(TiN)のうちの少なくとも1つから形成することができる。
ゲートコンタクト部22は、ゲート配線18と、トレンチ14に埋め込まれた電極(図2に示すゲート電極50)との接続を提供するために設けることができる。したがって、ゲートコンタクト部22は、平面視でゲート配線18とトレンチ14とが重なる領域に配置され、絶縁層16を貫通するようにZ方向に延びることができる。
第1ソースコンタクト部24および第2ソースコンタクト部26は、ソース配線20と、トレンチ14に埋め込まれた電極(図2に示すフィールドプレート電極40)との接続を提供するために設けることができる。したがって、第1ソースコンタクト部24および第2ソースコンタクト部26は、平面視でソース配線20とトレンチ14とが重なる領域に配置され、絶縁層16を貫通するようにZ方向に延びることができる。各トレンチ14において、第2ソースコンタクト部26は、平面視で第1ソースコンタクト部24とゲートコンタクト部22との間に位置している。
ゲート配線18およびソース配線20は、相互に絶縁されている。ゲート配線18およびソース配線20は、さらなる絶縁層(図示せず)によって少なくとも部分的に覆われていてもよい。さらなる絶縁層は、SiOおよびSiNを含む任意の誘電体層、または絶縁性の樹脂、またはこれらの任意の組み合わせを含んでいてよい。
図2は、図1のF2-F2線に沿った半導体装置10の概略断面図である。図2は、トレンチ14の長手方向に沿った断面図を示しており、これは、第2組のトレンチS2のうちの1つのトレンチ14のXZ平面の断面図に対応する。なお、図示は省略するが、第1組のトレンチS1および第3組のトレンチS3の長手方向に沿った断面図は、図2に示す第2組のトレンチS2の断面図と類似するものとなることを理解されたい。
半導体層12は、半導体基板30と、半導体基板30上に形成されたエピタキシャル層32とを含むことができる。この場合、半導体基板30の底面が、半導体層12の第1面12Aに相当し、エピタキシャル層32の上面が半導体層12の第2面12Bに相当する。トレンチ14は、半導体層12の第2面12Bに形成することができる。すなわち、トレンチ14は、エピタキシャル層32内に形成することができる。絶縁層16は、半導体層12の第2面12Bに形成されている。
半導体装置10は、半導体層12の第1面12Aに形成されたドレイン電極34をさらに含むことができる。ドレイン電極34は、Ti、Ni、Au、Ag、Cu、Al、Cu合金、およびAl合金のうちの少なくとも1つから形成されてもよい。
半導体装置10は、トレンチ14内に配置されたフィールドプレート電極40およびゲート電極50をさらに含む。フィールドプレート電極40およびゲート電極50は、一例では、導電性のポリシリコンから形成することができる。ゲート電極50は、フィールドプレート電極40から離間されている。フィールドプレート電極40およびゲート電極50は、絶縁層16を介してトレンチ14内に埋め込まれている。絶縁層16は、フィールドプレート電極40およびゲート電極50を相互に分離している。
フィールドプレート電極40は、第1端部401および第2端部402を含み、トレンチ14の長手方向(図2の例ではX方向)に沿って第1端部401と第2端部402との間に延在している。第1端部401は、第1ソースコンタクト部24を介してソース配線20に接続されている。一方、第2端部402は、ソース配線20には接続されていない。第1端部401はソース配線20の下方に位置しているが、第2端部402はゲート配線18の下方に位置している。
フィールドプレート電極40は、第1端部401と第2端部402との間に位置する引き上げ部403をさらに含む。引き上げ部403は、第2ソースコンタクト部26を介してソース配線20に接続されている。引き上げ部403は、ソース配線20の下方に位置している。
フィールドプレート電極40は、第1端部401と引き上げ部403との間にある第1中間部404、および引き上げ部403と第2端部402との間にある第2中間部405をさらに含む。第1中間部404の底面404Aおよび第2中間部405の底面405Aは、第1端部401の底面401A、第2端部402の底面402A、および引き上げ部403の底面403Aと、トレンチ14の深さ方向(Z方向)において同じ位置にある。底面401A、底面402A、底面403A、底面404A、および底面405Aを含むフィールドプレート電極40の底面40Aは、トレンチ14の底壁14Aと絶縁層16を介して対向している。
一方、第1中間部404の上面404Bおよび第2中間部405の上面405Bは、トレンチ14の深さ方向において、第1端部401の上面401B、第2端部402の上面402B、および引き上げ部403の上面403Bよりも下方に位置している。これは、第1中間部404および第2中間部405が、トレンチ14の深さ方向に、第1端部401、第2端部402、および引き上げ部403よりも小さい厚さを有していることを意味する。第1中間部404および第2中間部405の相対的に小さい厚さは、後述するようなゲート電極50の配置を可能とすることができる。
ゲート電極50は、絶縁層16によってフィールドプレート電極40から離間されつつトレンチ14内に配置されている。ゲート電極50は、フィールドプレート電極40と少なくとも一部が対向する底面50A、および底面50Aと反対側の上面50Bを含む。
ゲート電極50は、第1端部501と、第2端部502とを含み、トレンチ14の長手方向に沿って第1端部501と第2端部502との間に延在している。ゲート電極50の第1端部501は、ゲートコンタクト部22を介してゲート配線18に接続されている。一方、ゲート電極50の第2端部502は、ゲート配線18には接続されていない。第1端部501はゲート配線18の下方に位置しているが、第2端部502はソース配線20の下方に位置している。
ゲート電極50は、底面50Aから上面50Bまで延びる貫通孔503をさらに含む。貫通孔503は、ゲート電極50の第1端部501と第2端部502との間に位置している。貫通孔503は、フィールドプレート電極40の引き上げ部403の一部を収容するために設けることができる。
フィールドプレート電極40の第1中間部404は、トレンチ14の深さ方向において、ゲート電極50の底面50Aよりも下方に位置する上面404Bを含んでいる。同様に、フィールドプレート電極40の第2中間部405は、トレンチ14の深さ方向において、ゲート電極50の底面50Aよりも下方に位置する上面405Bを含んでいる。
一方、フィールドプレート電極40の引き上げ部403は、トレンチ14の深さ方向において、ゲート電極50の底面50Aよりも上方に位置する上面403Bを含んでいる。同様に、フィールドプレート電極40の第1端部401は、トレンチ14の深さ方向において、ゲート電極50の底面50Aよりも上方に位置する上面401Bを含んでいる。また、フィールドプレート電極40の第2端部402は、トレンチ14の深さ方向において、ゲート電極50の底面50Aよりも上方に位置する上面402Bを含むことができる。
フィールドプレート電極40の引き上げ部403は、ゲート電極50の貫通孔503に少なくとも部分的に収容されている。貫通孔503に少なくとも部分的に収容された引き上げ部403は、第2ソースコンタクト部26を介してソース配線20に接続されている。
なお、図2の例では、貫通孔503は、トレンチ14の深さ方向(Z方向)に沿って延びる孔壁を有するものとして示されているが、別の例においては、貫通孔503は、Z方向に対して傾斜した孔壁を有していてもよい。
図3は、図2のF3-F3線に沿った半導体装置10の概略断面図であり、2つの隣り合うトレンチ14を含む領域を示している。
図3には、トレンチ14内に配置された絶縁層16、フィールドプレート電極40、およびゲート電極50が示されている。フィールドプレート電極40の大部分はゲート電極50の下方に位置しているため、フィールドプレート電極40については、第1端部401、第2端部402、および引き上げ部403のみが図3に示されている。
ゲート電極50は、平面視でフィールドプレート電極40の第1端部401と第2端部402との間に位置している。フィールドプレート電極40の第1端部401は、絶縁層16を挟んでゲート電極50の第2端部502と対向している。また、フィールドプレート電極40の第2端部402は、絶縁層16を挟んでゲート電極50の第1端部501と対向している。フィールドプレート電極40の引き上げ部403は、ゲート電極50の貫通孔503内に配置されている。
貫通孔503は、ゲート電極50の第1端部501と第2端部502との間に位置している。トレンチ14の短手方向(図3の例ではY方向)における貫通孔503の幅は、ゲート電極50の幅よりも小さい。また、トレンチ14の長手方向(図3の例ではX方向)における貫通孔503の長さは、ゲート電極50の長さよりも小さい。貫通孔503の寸法(幅および長さ)は、ゲート電極50がフィールドプレート電極40の引き上げ部403から絶縁層16によって離間されつつ、貫通孔503が引き上げ部403を収容することが可能であるように設定することができる。貫通孔503および引き上げ部403の寸法は、引き上げ部403が接続される第2ソースコンタクト部26の寸法、リソグラフィにおける位置合わせのマージン、デバイスパラメータ等もさらに考慮して適宜定めることができる。
例えば、ゲート電極50に形成される貫通孔503の寸法が比較的大きい場合、ゲート電極50の抵抗Rが上昇し得る。したがって、一例では、トレンチ14の長手方向において、貫通孔503の長さは、ゲート電極50の長さの半分未満としてもよい。
第1ソースコンタクト部24および第2ソースコンタクト部26は、図3の例のように、略同じ寸法を有していてよい。別の例においては、第1ソースコンタクト部24および第2ソースコンタクト部26は、異なる寸法(例えば、長さ、幅)を有していてもよい。
図3の例においては、貫通孔503は、平面視で矩形状の形状を有しているが、貫通孔503は、平面視で矩形、円形、楕円形などの任意の形状を有することができる。
フィールドプレート電極40の第1端部401および引き上げ部403は、それぞれ第1ソースコンタクト部24および第2ソースコンタクト部26に接続されている。ゲート電極50の第1端部501は、ゲートコンタクト部22に接続されている。2つの隣り合うトレンチ14の間には、ラインコンタクト部28が配置されている。
図4は、図2のF4-F4線に沿った半導体装置10の概略断面図である。図4は、フィールドプレート電極40およびゲート電極50がトレンチ14に埋め込まれ、ゲート電極50が貫通孔503を有していない領域(通常領域と呼ぶ)を示している。
半導体基板30は、MISFETのドレイン領域に相当する。エピタキシャル層32は、半導体基板(ドレイン領域)30上に形成されたドリフト領域60と、ドリフト領域60上に形成されたボディ領域62と、ボディ領域62上に形成されたソース領域64とを含むことができる。
半導体基板30により形成されるドレイン領域は、n型不純物を含むn型の領域である。半導体基板30のn型不純物濃度は、1×1018cm-3以上1×1020cm-3以下であってよい。半導体基板30は、50μm以上450μm以下の厚さを有することができる。
ドリフト領域60は、半導体基板(ドレイン領域)30よりも低い濃度のn型不純物を含むn型の領域である。ドリフト領域60のn型不純物濃度は、1×1015cm-3以上1×1018cm-3以下であってよい。ドリフト領域60は、1μm以上25μm以下の厚さを有することができる。
ボディ領域62は、p型不純物を含むp型の領域である。ボディ領域62のp型不純物濃度は、1×1016cm-3以上1×1018cm-3以下であってよい。ボディ領域62は、0.5μm以上1.5μm以下の厚さを有することができる。
ソース領域64は、ドリフト領域60よりも高い濃度のn型不純物を含むn型の領域である。ソース領域64のn型不純物濃度は、1×1019cm-3以上1×1021cm-3以下であってよい。ソース領域64は、0.1μm以上1μm以下の厚さを有することができる。
n型不純物は、例えば、リン(P)、ヒ素(As)などであってよい。また、p型不純物は、例えば、ホウ素(B)、Alなどであってよい。
トレンチ14は、エピタキシャル層32に形成することができる。トレンチ14は、底壁14Aおよび側壁14Bを有している。トレンチ14は、ソース領域64およびボディ領域62を貫通してドリフト領域60に達している。したがって、トレンチ14の底壁14Aは、ドリフト領域60に隣接している。トレンチ14は、1μm以上15μm以下の深さを有することができる。
絶縁層16は、トレンチ14の底壁14Aおよび側壁14Bを覆っている。さらに、絶縁層16は、フィールドプレート電極40およびゲート電極50を相互に分離している。したがって、フィールドプレート電極40およびゲート電極50は、周囲を絶縁層16に囲まれている。
図4に示されているフィールドプレート電極40は、第2中間部405に相当する。第2中間部405の底面405Aは、トレンチ14の底壁14Aと対向している。図示は省略するが、第1中間部404のYZ断面は、図4に示される第2中間部405の断面と同様であってよい。
フィールドプレート電極40は、ソース配線20と同電位にすることができる。フィールドプレート電極40にソース電圧を印加することにより、トレンチ14内の電界集中を緩和することができる。
ゲート電極50は、フィールドプレート電極40と少なくとも一部が対向している底面50Aと、底面50Aとは反対側の上面50Bとを含んでいる。ゲート電極50は、Y方向にフィールドプレート電極40よりも大きな幅を有しているため、ゲート電極50の底面50Aの一部が、フィールドプレート電極40(第2中間部405の上面405B)と対向している。ゲート電極50の上面50Bは、半導体層12の第2面12Bよりも下方に位置することができる。
ラインコンタクト部28は、隣り合う2つのトレンチ14の間に配置されている。ラインコンタクト部28は、絶縁層16およびソース領域64を貫通して、ボディ領域62まで達している。エピタキシャル層32は、ラインコンタクト部28の底面と隣接するコンタクト領域66をさらに含むことができる。
コンタクト領域66は、p型不純物を含むp型の領域である。コンタクト領域66のp型不純物濃度は、ボディ領域62よりも高く、1×1019cm-3以上1×1021cm-3以下であってよい。ソース配線20は、絶縁層16の上に形成され、ラインコンタクト部28を介してコンタクト領域66と電気的に接続される。
ゲート電極50に所定の電圧が印加されると、ゲート電極50と絶縁層16を挟んで対向するp型のボディ領域62内にチャネルが形成される。半導体装置10は、このチャネルを介した、n型のソース領域64とn型のドリフト領域60との間のZ方向の電子の流れの制御を可能とすることができる。
図5は、図2のF5-F5線に沿った半導体装置10の概略断面図である。図5は、フィールドプレート電極40の引き上げ部403がゲート電極50の貫通孔503に少なくとも部分的に収容されるとともに、第2ソースコンタクト部26を介してソース配線20に接続されている領域(引き上げFP領域と呼ぶ)を示している。
引き上げ部403は、下部4031と、下部4031の上方に位置するとともに、トレンチ14の短手方向(Y方向)に下部4031よりも小さい幅を有する上部4032とを含むことができる。引き上げ部403の下部4031は、貫通孔503に収容されていないが、上部4032は、貫通孔503に少なくとも部分的に収容されている。引き上げ部403の下部4031は、図4に示す第2中間部405と略同一の幅を有することができる。
貫通孔503の幅は、少なくとも引き上げ部403の上部4032の幅よりは大きく、かつ、貫通孔503の孔壁と引き上げ部403との間に、所望のリーク耐性を得るのに十分な程度の厚さの絶縁層16が配置されるように設定することができる。一方、引き上げ部403の下部4031は、貫通孔503によって収容されないため、貫通孔503の幅は、下部4031の幅よりも大きくてもよいし、小さくてもよいし、または同程度であってもよい。
第2ソースコンタクト部26は、トレンチ14の深さ方向において、貫通孔503の途中に位置する底面26Aを含むことができる。第2ソースコンタクト部26の底面26Aは、トレンチ14の深さ方向においてフィールドプレート電極40の引き上げ部403の上面403Bよりも下方に位置している。すなわち、第2ソースコンタクト部26の底部は、引き上げ部403に埋め込まれている。第2ソースコンタクト部26の底面26Aは、トレンチ14の深さ方向においてラインコンタクト部28の底面と略同じ位置にあってよい。
図6は、図2のF6-F6線に沿った半導体装置10の概略断面図であり、第2ソースコンタクト部26がない位置における引き上げ部403の断面に相当する。
引き上げ部403の上面403Bは、平面視で第2ソースコンタクト部26よりも広い範囲に形成されているため(例えば図3参照)、図6に示すように第2ソースコンタクト部26に接続されていない部分を含んでいてよい。引き上げ部403は、第2ソースコンタクト部26との位置合わせのマージン等を考慮して平面視で第2ソースコンタクト部26よりも広い範囲に形成することができる。なお、リソグラフィの位置合わせの精度が比較的高い場合には、引き上げ部403の上面403Bの寸法を第2ソースコンタクト部26の平面寸法に近づけてもよい。
図7は、図2のF7-F7線に沿った半導体装置10の概略断面図であり、ここでは、フィールドプレート電極40の第1端部401が第1ソースコンタクト部24を介してソース配線20に接続されている。
ゲート電極50は、平面視でフィールドプレート電極40の第1端部401が位置する領域までは延びていない(例えば図3参照)。したがって、図7には、トレンチ14内のゲート電極50は示されていない。
第1ソースコンタクト部24は、トレンチ14の深さ方向に第1端部401の上面401Bよりも下まで延びている。第1ソースコンタクト部24の底面は、トレンチ14の深さ方向において図5に示す第2ソースコンタクト部26の底面26Aと略同じ位置にあってよい。
(製造方法)
次に、半導体装置10の製造方法の一例を説明する。
図8~図11,図12A~図19Bは、半導体装置10の例示的な製造工程を示す概略断面図である。なお、理解を容易にするために、図8~図11,図12A~図19Bでは、図1~図7の構成要素と同様な構成要素には同一の符号を付している。
図8に示すように、半導体基板30と、半導体基板30上に形成されたエピタキシャル層32とを含む半導体層12が形成される。半導体基板30は、半導体層12の第1面12Aを含み、エピタキシャル層32は、半導体層12の第2面12Bを含むことができる。
半導体基板30としては、n型不純物を含むSi基板を用いることができる。エピタキシャル層32は、n型不純物をドーピングしながら半導体基板30上にエピタキシャル成長させたn型のSi層であってよい。
図9は、図8に続く製造工程を示す概略断面図である。図9に示すように、エピタキシャル層32の一部が選択的に除去されて、半導体層12にトレンチ14が形成される。より詳細には、半導体層12の第2面12Bに所定のパターンのマスク(図示せず)が形成され、このマスクを介したエッチングによって、エピタキシャル層32の一部が選択的に除去される。トレンチ14は、底壁14Aおよび側壁14Bを有している。
図10は、図9に続く製造工程を示す概略断面図である。図10に示すように、半導体層12の第2面12Bおよびトレンチ14上に第1絶縁層70が形成される。より詳細には、第1絶縁層70は、半導体層12の第2面12Bと、トレンチ14の底壁14Aおよび側壁14Bとに沿って形成されている。第1絶縁層70は、一例では、熱酸化法により形成されたSiOであってよい。別の例においては、第1絶縁層70は、化学気相成長(chemical vapor deposition,CVD)法により形成されていてもよい。
図11は、図10に続く製造工程を示す概略断面図である。第1導電体層72が第1絶縁層70上に形成され、トレンチ14が第1絶縁層70および第1導電体層72によって完全に埋設される。その後、トレンチ14の外側(例えば、第2面12B上に形成された第1絶縁層70上)にある第1導電体層72がエッチングにより除去される。この結果、図11に示すように、第1導電体層72の上面を、トレンチ14の深さ方向において半導体層12の第2面12Bと略同じ位置とすることができる。第1導電体層72は、一例では、導電性のポリシリコンであってよい。
図12Aおよび図12Bは、図11に続く製造工程を示す概略断面図である。図12Aは、図4に示す通常領域に対応し、図12Bは、図5に示す引き上げFP領域に対応する。図12Aおよび図12Bの断面図に示される半導体装置10は、異なる位置に対応するものであるが、共通の工程により形成することができる。なお、以後の図13A~図19Bにおいても、図番号に付された文字AおよびBは、当該図が、それぞれ通常領域および引き上げFP領域に対応することを意味している。
図11に示される工程の後、マスク74(図12B参照)が形成される。マスク74は、通常領域の第1導電体層72がエッチングされ、引き上げFP領域の第1導電体層72はエッチングされないようにパターニングされる。したがって、パターニングされたマスク74は、通常領域(図12A参照)を覆わないが、引き上げFP領域(図12B参照)を覆っている。
図12Aに示すように、通常領域はマスク74によって覆われていないため、第1導電体層72が選択的にエッチングされる。第1導電体層72は、深さ方向において第1導電体層72の表面がトレンチ14の途中に位置するように部分的に除去される。
一方、図12Bに示すように、引き上げFP領域の第1導電体層72は、マスク74により覆われているためエッチングされない。
図13Aおよび図13Bは、図12Aおよび図12Bに続く製造工程を示す概略断面図である。この工程では、マスク74が除去され、第1絶縁層70が選択的にエッチングされる。一例では、ウェットエッチングが行われ、これによって、第1絶縁層70の一部が除去されるが、第1導電体層72は殆ど除去されなくてよい。
図13Aに示すように、露出された第1絶縁層70が除去されて、第1絶縁層70の表面は、トレンチ14の深さ方向において第1導電体層72の表面と同程度か、それよりも低い位置まで後退する。これにより、半導体層12の第2面12Bに形成されていた第1絶縁層70は除去され、トレンチ14の側壁14Bの上部が露出される。
図13Bにおいても、露出された第1絶縁層70が除去されて、第1絶縁層70の表面は、トレンチ14の深さ方向において第1導電体層72の表面と同程度か、それよりも低い位置まで後退する。これにより、半導体層12の第2面12Bに形成されていた第1絶縁層70は除去され、トレンチ14の側壁14Bの上部が露出される。なお、第1導電体層72の表面は図13Aの場合と比較して上方に位置しているため、第1絶縁層70の表面も同様に図13Aの場合と比較して上方に位置している。その結果、図13Bにおいては、図13Aの場合と比較して、トレンチ14の側壁14Bの露出される上部の面積は狭い。
図14Aおよび図14Bは、図13Aおよび図13Bに続く製造工程を示す概略断面図である。この工程では、第2絶縁層76が、半導体層12、第1絶縁層70、および第1導電体層72の露出した表面上に形成される。第2絶縁層76は、第1絶縁層70および第1導電体層72を覆うとともに、トレンチ14に埋め込まれる。第2絶縁層76は、第1絶縁層70と同様、SiOから形成することができる。第2絶縁層76は、複数の成膜方法を用いて形成されていてよい。例えば、第2絶縁層76は、熱酸化法により形成されたSiOおよびCVD法により形成されたSiOのうちの少なくとも1つを含んでいてよい。例えば、第2絶縁層76は、熱酸化法によってSiOをライナー層として成膜した後、ライナー層上にCVD法でSiOを成膜することによって形成してもよい。なお、熱酸化法を用いる場合、トレンチ14の側壁14Bの露出した上部および第1導電体層72の露出した表面は、酸化反応によりその形状を変化し得る。この結果、例えば、トレンチ14の上部は、トレンチ14の下部より大きい幅を有してもよい。
図15Aおよび図15Bは、図14Aおよび図14Bに続く製造工程を示す概略断面図である。図14Aおよび図14Bの工程の後、トレンチ14の外にある第2絶縁層76の表面が化学機械研磨により平坦化され、半導体層12の第2面12B上の第2絶縁層76がエッチングにより除去される。次いで、通常領域および引き上げFP領域を含む、ゲート電極50が形成される領域において、リソグラフィおよびエッチングにより、トレンチ14に埋め込まれた第1絶縁層70および第2絶縁層76の一部が選択的に除去される。
図15Aに示すように、通常領域においては、エッチング後の第2絶縁層76の表面は、深さ方向においてトレンチ14の途中に位置している。通常領域においては、第1導電体層72は、第2絶縁層76の表面よりも下方に位置しているため、第1絶縁層70および第2絶縁層76によって完全に埋め込まれている。
図15Bに示すように、引き上げFP領域においては、第2絶縁層76は完全に除去され、エッチング後の第1絶縁層70の表面は、深さ方向においてトレンチ14の途中に位置している。引き上げFP領域においては、第1導電体層72は、トレンチ14の深さ方向においてエッチング後の第1絶縁層70の表面よりも上方まで延びている。したがって、第1導電体層72の上部が露出されている。露出された第1導電体層72とトレンチ14の側壁14Bとの間には空隙がある。
図16Aおよび図16Bは、図15Aおよび図15Bに続く製造工程を示す概略断面図である。
図16Aに示す通常領域においては、第3絶縁層78が、半導体層12および第2絶縁層76の露出した表面に沿って形成され、次いで、第3絶縁層78上に第2導電体層80が形成される。その後、トレンチ14内の所定の領域にゲート電極50(例えば図4参照)を形成するために、第2導電体層80の一部は、エッチングにより除去される。この結果、少なくとも半導体層12の第2面12B上の第3絶縁層78が露出され、第2導電体層80の表面が、半導体層12の第2面12Bよりも下方に下がる。第3絶縁層78は、SiOから形成することができる。第3絶縁層78は、一例では、熱酸化法により形成されたSiOであってよい。また、第2導電体層80は、一例では、導電性のポリシリコンであってよい。なお、フィールドプレート電極40およびゲート電極50(図5および図6参照)は、それぞれ第1導電体層72および第2導電体層80から形成することができる。
図16Aにおいて、トレンチ14の側壁14Bとゲート電極50との間に位置する第3絶縁層78は、MISFETのゲート酸化膜として機能することができる。なお、第2導電体層80の表面(図4のゲート電極50の上面50Bに相当)は、図16Aに示すように湾曲していてもよく、または別の例においては、平坦であってもよい。
図16Bに示す引き上げFP領域においては、第3絶縁層78が、半導体層12、第2絶縁層76、および第1導電体層72の露出した表面に沿って形成され、次いで、第3絶縁層78上に第2導電体層80が形成される。図16Bにおいては、図16Aとは異なり、第1導電体層72がトレンチ14の上部にも存在しているため、第2導電体層80は、図16Aの場合と比較して狭い領域に埋め込まれている。
図17Aおよび図17Bは、図16Aおよび図16Bに続く製造工程を示す概略断面図である。図17Aおよび図17Bに示すように、半導体層12にn型のドリフト領域60、p型のボディ領域62、およびn型のソース領域64を形成するために不純物が注入される。より詳細には、p型不純物が、n型のSi層であるエピタキシャル層32の表面(半導体層12の第2面12B)から注入される。その後、n型不純物が、エピタキシャル層32(その表層は先のp型不純物の注入によりp型領域となっている)の表面から注入される。これらの不純物の注入は、マスク(図示せず)を用いたイオン注入により所定の領域に対して行われる。
さらに、第3絶縁層78およびゲート電極50を覆うように第4絶縁層82が形成される。第4絶縁層82は、SiOから形成することができる。第4絶縁層82は、複数の成膜方法を用いて形成されていてよい。なお、絶縁層16(例えば図4参照)は、第1絶縁層70、第2絶縁層76、第3絶縁層78、および第4絶縁層82を含むことができる。
図18Aおよび図18Bは、図17Aおよび図17Bに続く製造工程を示す概略断面図である。この工程では、ゲートコンタクト部22、第1ソースコンタクト部24、第2ソースコンタクト部26、およびラインコンタクト部28(図1参照)を形成するための複数のコンタクト孔およびトレンチが形成される。
図18Aおよび図18Bに示すように、ラインコンタクト部28のためのラインコンタクトトレンチ84は、平面視で2つの隣り合うトレンチ14の間に形成される。ラインコンタクトトレンチ84は、第4絶縁層82を貫通し、第4絶縁層82の表面から、エピタキシャル層32のボディ領域62まで延びている。したがって、ラインコンタクトトレンチ84の底壁84Aは、ボディ領域62に隣接している。次いで、ラインコンタクトトレンチ84の底壁84Aの下のボディ領域62内にコンタクト領域66を形成するためにp型不純物が注入される。
図18Bに示すように、第2ソースコンタクト部26のためのソースコンタクト孔86が引き上げFP領域に形成される。引き上げFP領域において、ソースコンタクト孔86は、第4絶縁層82を貫通し、第4絶縁層82の表面から、第1導電体層72(図5の引き上げ部403に相当)まで延びている。ソースコンタクト孔86の底壁86Aは、トレンチ14の深さ方向において、第1導電体層72の上部(図5の引き上げ部403の上部4032に相当)の途中に位置することができる。ソースコンタクト孔86の深さは、ラインコンタクトトレンチ84と略同じであってよい。ソースコンタクト孔86の幅は、第1導電体層72の上部の幅よりも小さくすることができる。
図19Aおよび図19Bは、図18Aおよび図18Bに続く製造工程を示す概略断面図である。この工程では、ゲートコンタクト部22、第1ソースコンタクト部24、第2ソースコンタクト部26、およびラインコンタクト部28(図1参照)が形成される。
図19Aおよび図19Bに示すように、ラインコンタクトトレンチ84およびソースコンタクト孔86内に金属が埋め込まれることによって、ラインコンタクト部28および第2ソースコンタクト部26が形成される。埋め込まれる金属は、W、Ti、TiNのうちの少なくとも1つを含んでいてよい。例えば、ライナー層として形成したTi/TiN上にWを成長させ、次いでエッチングを行って、ラインコンタクト部28および第2ソースコンタクト部26を形成するようにしてもよい。図示されていない他のコンタクト部も同様の工程で形成することができる。ラインコンタクト部28の底面は、コンタクト領域66と接触することができる。
次いで、ゲート配線18およびソース配線20(図1参照)が絶縁層16上に形成される。ゲート配線18およびソース配線20は、一例では、スパッタ法によって形成されたAlCuであってよい。ゲート配線18は、ゲートコンタクト部22に接続され、ソース配線20は、第1ソースコンタクト部24、第2ソースコンタクト部26、およびラインコンタクト部28に接続される。その後、ドレイン電極34(図2参照)が、半導体層12の第1面12Aに形成される。以上の工程により、半導体装置10が得られる。
(作用)
以下、本実施形態の半導体装置10の作用について説明する。
半導体装置10では、フィールドプレート電極40が第1端部401および引き上げ部403の両方でソース配線20に接続されているため、第1端部401のみが接続されている場合と比較して、フィールドプレート電極40の抵抗Rを低減することができる。
スプリットゲート構造を有するMISFETでは、例えば高速スイッチング時にフィールドプレート電極を流れる変位電流は、フィールドプレート電極の抵抗Rにより、フィールドプレート電極の電位VBSを上昇させることがある。フィールドプレート電極の電位VBSの上昇は、動的アバランシェ降伏現象を生じさせる可能性がある。
MISFETを製造するプロセスを変更せずに動的アバランシェ降伏現象を抑制するためには、抵抗Rに寄与するフィールドプレート電極40の長さを短縮することが効果的である。本実施形態の半導体装置10によれば、フィールドプレート電極40を第1端部401および引き上げ部403の両方でソース配線20に接続することにより、フィールドプレート電極40の長さを短縮した場合と実質的に同様に、抵抗Rを低減することができる。
さらに、フィールドプレート電極40の引き上げ部403を、ゲート電極50の貫通孔503に少なくとも部分的に収容されるようにすることにより、ソース配線20のレイアウトを変更することなく、抵抗Rを下げることが可能となる。例えば、フィールドプレート電極40の第1端部401に加えて、第2端部402をソース配線20に接続しようとする場合、第2端部402の上方にも別途ソース配線(例えば、ソースフィンガー)を設ける必要が生じる。本実施形態の半導体装置10によれば、ゲート電極50に貫通孔503を設け、貫通孔503を介してフィールドプレート電極40をソース配線20に接続しているので、ソース配線20のレイアウトの変更なしに、抵抗Rを低減することが可能となる。
(効果)
本実施形態の半導体装置10は、以下の利点を有する。
(1)ゲート電極50は、上面50Bから底面50Aまで延びる貫通孔503を含み、フィールドプレート電極40は、第1端部401と第2端部402との間に位置する引き上げ部403をさらに含む。第1端部401は、第1ソースコンタクト部24を介してソース配線20に接続され、引き上げ部403は、貫通孔503に少なくとも部分的に収容されるとともに、第2ソースコンタクト部26を介してソース配線20に接続されている。この構成によれば、フィールドプレート電極40の抵抗Rを低減することができる。
(2)フィールドプレート電極40の引き上げ部403は、トレンチ14の深さ方向において、ゲート電極50の底面50Aよりも上方に位置する上面403Bを含むことができる。
この構成によれば、引き上げ部403が、ゲート電極50の底面50Aよりも上方に延びているため、第2ソースコンタクト部26をゲート電極50の底面50Aよりも下方まで延ばすことなく引き上げ部403をソース配線20へ接続することができる。
(3)第2ソースコンタクト部26は、トレンチ14の深さ方向において、貫通孔503の途中に位置する底面26Aを含むことができる。
この構成によれば、第2ソースコンタクト部26が、引き上げ部403とともに貫通孔503に少なくとも部分的に収容されるので、ソース配線20のレイアウトの変更なく、第2ソースコンタクト部26と引き上げ部403との接続を容易にすることができる。
(4)トレンチ14の長手方向において、貫通孔503の長さは、ゲート電極50の長さの半分未満であってよい。
この構成によれば、貫通孔503が形成されることによるゲート電極50の抵抗Rの上昇を抑制することができる。
(変更例1)
図20は、変更例1による半導体装置100の概略断面図である。図20において、半導体装置10と同様の構成要素には同じ符号が付されている。また、半導体装置10と同様な構成要素については詳細な説明を省略する。
変更例1の半導体装置100は、フィールドプレート電極40の引き上げ部403およびゲート電極50の貫通孔503が、長手方向に比較的大きい長さを有しているという点で半導体装置10と異なっている。一例では、トレンチ14の長手方向において、貫通孔503の長さは、ゲート電極50の長さの半分以上であってよい。
長手方向において比較的大きい長さを有する貫通孔503を設けることにより、その貫通孔503に収容される引き上げ部403の長さもより大きくすることができる。トレンチ14の長手方向において、引き上げ部403は、少なくとも第1端部401よりも大きい長さを有することができる。この結果、引き上げ部403に接続される第2ソースコンタクト部26も、トレンチ14の長手方向において、第1ソースコンタクト部24よりも大きい長さを有することができる。
この構成によれば、第2ソースコンタクト部26と引き上げ部403との接触面積が増大するため、第2ソースコンタクト部26における接触抵抗が低減され、フィールドプレート電極40の抵抗Rをさらに低減することができる。
(変更例2)
図21は、変更例2による半導体装置200の概略断面図である。図21において、半導体装置10と同様の構成要素には同じ符号が付されている。また、半導体装置10と同様な構成要素については詳細な説明を省略する。
変更例2の半導体装置200は、ゲート電極50が、貫通孔503とは別に、第2貫通孔504をさらに含み、フィールドプレート電極40が、引き上げ部403とは別に、第2引き上げ部406をさらに含むという点において、半導体装置10と異なっている。また、半導体装置200は、絶縁層16を貫通して形成された第3ソースコンタクト部88をさらに含むことができる。なお、本変更例では、貫通孔503を第1貫通孔、引き上げ部403を第1引き上げ部と呼んでもよい。
第2貫通孔504は、平面視でゲート電極50の第2端部502と貫通孔503との間に位置している。第2貫通孔504は、ゲート電極50の底面50Aから上面50Bまで延びている。
第2引き上げ部406は、平面視でフィールドプレート電極40の第1端部401と引き上げ部403との間に位置している。第2引き上げ部406は、第2貫通孔504に少なくとも部分的に収容されるとともに、第3ソースコンタクト部88を介してソース配線20に接続されている。
第2貫通孔504、第2引き上げ部406、および第3ソースコンタクト部88は、それぞれ貫通孔503、引き上げ部403、および第2ソースコンタクト部26と同等の構造を有することができる。
この構成によれば、フィールドプレート電極40が、第1端部401、引き上げ部403、および第2引き上げ部406でソース配線20に接続されているため、フィールドプレート電極40の抵抗Rをさらに低減することができる。また、フィールドプレート電極40の第2引き上げ部406を、ゲート電極50の第2貫通孔504に少なくとも部分的に収容されるようにすることにより、ソース配線20のレイアウトを変更することなく、抵抗Rを下げることが可能となる。
(変更例3)
図22は、変更例3による半導体装置300の概略断面図である。図22において、半導体装置200と同様の構成要素には同じ符号が付されている。また、半導体装置200と同様な構成要素については詳細な説明を省略する。
変更例3の半導体装置300は、ゲート電極50が、第3貫通孔505をさらに含み、フィールドプレート電極40が、第3引き上げ部407をさらに含むという点において、半導体装置200と異なっている。また、半導体装置300は、絶縁層16を貫通して形成された第4ソースコンタクト部90をさらに含むことができる。
第3貫通孔505は、平面視でゲート電極50の第1端部501と貫通孔503との間に位置している。第3貫通孔505は、ゲート電極50の底面50Aから上面50Bまで延びている。
第3引き上げ部407は、平面視でフィールドプレート電極40の第2端部402と引き上げ部403との間に位置している。第3引き上げ部407は、第3貫通孔505に少なくとも部分的に収容されるとともに、第4ソースコンタクト部90を介してソース配線20に接続されている。
第3貫通孔505、第3引き上げ部407、および第4ソースコンタクト部90は、それぞれ貫通孔503、引き上げ部403、および第2ソースコンタクト部26と同等の構造を有することができる。
この構成によれば、フィールドプレート電極40が、第1端部401、引き上げ部403、第2引き上げ部406、および第3引き上げ部407でソース配線20に接続されているため、フィールドプレート電極40の抵抗Rを低減することができる。また、フィールドプレート電極40の第3引き上げ部407を、ゲート電極50の第3貫通孔505に少なくとも部分的に収容されるようにすることにより、ソース配線20のレイアウトを変更することなく、抵抗Rを下げることが可能となる。
(他の変更例)
上記した実施形態および変更例の各々は、以下のようにさらに変更して実施することができる。
・フィールドプレート電極40に設けられる引き上げ部403の長さ(したがって、第2ソースコンタクト部26の長さ)を、1つのチップ内で任意に変更してもよい。例えば、1つのチップ内に長さの異なるトレンチが形成されている場合、より長いトレンチ14(例えば、図1の第3組のトレンチS3)内のフィールドプレート電極40には、より大きい長さを有する引き上げ部403を設けてもよい。より短いトレンチ14(例えば、図1の第1組のトレンチS1)内のフィールドプレート電極40には、より小さい長さを有する引き上げ部403を設けてもよい。すなわち、1つのチップ内において、トレンチ14の長さに応じて引き上げ部403の長さが変化していてもよい。引き上げ部403の長さの変化は、引き上げ部403を収容するゲート電極50の貫通孔503の長さの変化(したがって、ゲート電極50の抵抗Rの変化)につながり得る。この構成によれば、フィールドプレート電極40の抵抗Rおよびゲート電極50の抵抗Rを適切に調整することができる。
・フィールドプレート電極40に設けられる引き上げ部の数(ゲート電極50に設けられる貫通孔の数と等しい)は、1つのチップ内で任意に変更してもよい。例えば、1つのチップ内に長さの異なるトレンチが形成されている場合、より長いトレンチ14(例えば、図1の第3組のトレンチS3)内のフィールドプレート電極40には、より多くの数(例えば3つ)の引き上げ部を設けてもよい。より短いトレンチ14(例えば、図1の第1組のトレンチS1)内のフィールドプレート電極40には、より少ない数(例えば、1つ)の引き上げ部を設けてもよい。すなわち、1つのチップ内において、トレンチ14の長さに応じて、フィールドプレート電極40に含まれる引き上げ部の数が変化していてもよい。この構成によれば、フィールドプレート電極40の抵抗Rおよびゲート電極50の抵抗Rを適切に調整することができる。
・ゲート電極50の幅は一定でなくてもよい。例えば、ゲート電極50の底部は、ゲート電極50の上部よりも小さい幅を有していてもよい。
・半導体層12内の各領域の導電型が反転された構造が採用されてもよい。すなわち、p型の領域がn型の領域とされ、n型の領域がp型の領域とされてもよい。
・ソース配線およびゲート配線を含む層の上に、さらなる配線構造が形成されていてもよい。
本明細書に記載の様々な例のうちの1つまたは複数を、技術的に矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
本明細書において、「AおよびBのうちの少なくとも1つ」という表現は、「Aのみ、または、Bのみ、または、AおよびBの両方」を意味するものとして理解されるべきである。
本明細書で使用される「~上に」という表現は、文脈によって明らかにそうでないことが示されない限り、「~上に」と「~の上方に」の意味を含む。したがって、「第1層が第2層上に形成される」という表現は、或る実施形態では第1層が第2層に接触して第2層上に直接配置され得るが、他の実施形態では第1層が第2層に接触することなく第2層の上方に配置され得ることが意図される。すなわち、「~上に」という用語は、第1層と第2層との間に他の層が形成される構造を排除しない。
本明細書で使用される「垂直」、「水平」、「上方」、「下方」、「上」、「下」、「前方」、「後方」、「横」、「左」、「右」、「前」、「後」などの方向を示す用語は、説明および図示された装置の特定の向きに依存する。本開示においては、様々な代替的な向きを想定することができ、したがって、これらの方向を示す用語は、狭義に解釈されるべきではない。
例えば、本明細書で使用されるZ方向は必ずしも鉛直方向である必要はなく、鉛直方向に完全に一致している必要もない。したがって、本開示による種々の構造(例えば、図1に示される構造)は、本明細書で説明されるZ方向の「上」および「下」が鉛直方向の「上」および「下」であることに限定されない。例えば、X方向が鉛直方向であってもよく、またはY軸方向が鉛直方向であってもよい。
(付記)
本開示から把握できる技術的思想を以下に記載する。なお、限定する意図ではなく理解の補助のために、付記に記載される構成要素には、実施形態中の対応する構成要素の参照符号が付されている。参照符号は、理解の補助のために例として示すものであり、各付記に記載された構成要素は、参照符号で示される構成要素に限定されるべきではない。
(付記1)
半導体層(12)と、
前記半導体層(12)に形成され、一方向に沿って延びるトレンチ(14)と、
前記半導体層(12)上に形成された絶縁層(16)と、
前記トレンチ(14)内に配置され、第1端部(401)および第2端部(402)を含み、前記トレンチ(14)の長手方向に沿って前記第1端部(401)と前記第2端部(402)との間に延在するフィールドプレート電極(40)と、
前記トレンチ(14)内に配置され、前記フィールドプレート電極(40)から離間されたゲート電極(50)であって、前記フィールドプレート電極(40)と少なくとも一部が対向する底面(50A)および前記底面(50A)と反対側の上面(50B)を含む、ゲート電極(50)と、
前記絶縁層(16)を貫通して形成された第1ソースコンタクト部(24)および第2ソースコンタクト部(26)と、
前記絶縁層(16)上に形成されたソース配線(20)と
を備え、前記ゲート電極(50)は、前記底面(50A)から前記上面(50B)まで延びる貫通孔(503)をさらに含み、前記フィールドプレート電極(40)は、前記第1端部(401)と前記第2端部(402)との間に位置する引き上げ部(403)をさらに含み、前記第1端部(401)は、前記第1ソースコンタクト部(24)を介して前記ソース配線(20)に接続され、前記引き上げ部(403)は、前記貫通孔(503)に少なくとも部分的に収容されるとともに、前記第2ソースコンタクト部(26)を介して前記ソース配線(20)に接続されている、
半導体装置(10;100;200;300)。
(付記2)
前記フィールドプレート電極(40)の前記引き上げ部(403)は、前記トレンチ(14)の深さ方向において、前記ゲート電極(50)の前記底面(50A)よりも上方に位置する上面(403B)を含む、付記1に記載の半導体装置(10,100,200,300)。
(付記3)
前記第2ソースコンタクト部(26)は、前記トレンチ(14)の深さ方向において、前記貫通孔(503)の途中に位置する底面(26A)を含む、付記1または2に記載の半導体装置(10;100;200;300)。
(付記4)
前記長手方向において、前記第2ソースコンタクト部(26)は、前記第1ソースコンタクト部(24)よりも大きい長さを有している、付記1~3のうちのいずれか1つに記載の半導体装置(10;100;200;300)。
(付記5)
前記長手方向において、前記引き上げ部(403)は、前記フィールドプレート電極(40)の前記第1端部(401)よりも大きい長さを有している、付記1~4のうちのいずれか1つに記載の半導体装置(10;100;200;300)。
(付記6)
前記絶縁層(16)を貫通して形成された第3ソースコンタクト部(88)をさらに備え、
前記ゲート電極(50)は、前記貫通孔(503)としての第1貫通孔とは別に、前記底面(50A)から前記上面(50B)まで延びる第2貫通孔(504)をさらに含み、前記フィールドプレート電極(40)は、前記引き上げ部(403)としての第1引き上げ部とは別に、前記第1端部(401)と前記引き上げ部(403)との間に位置する第2引き上げ部(406)をさらに含み、前記第2引き上げ部(406)は、前記第2貫通孔(504)に少なくとも部分的に収容されるとともに、前記第3ソースコンタクト部(88)を介して前記ソース配線(20)に接続されている、
付記1~5のうちのいずれか1つに記載の半導体装置(200;300)。
(付記7)
前記絶縁層(16)を貫通して形成された第4ソースコンタクト部(90)をさらに備え、
前記ゲート電極(50)は、前記底面(50A)から前記上面(50B)まで延びる第3貫通孔(505)をさらに含み、前記フィールドプレート電極(40)は、前記第2端部(402)と前記引き上げ部(403)との間に位置する第3引き上げ部(407)をさらに含み、前記第3引き上げ部(407)は、前記第3貫通孔(505)に少なくとも部分的に収容されるとともに、前記第4ソースコンタクト部(90)を介して前記ソース配線(20)に接続されている、
付記6に記載の半導体装置(300)。
(付記8)
前記長手方向において、前記貫通孔(503)の長さは、前記ゲート電極(50)の長さの半分未満である、付記1~7のうちのいずれか1つに記載の半導体装置(10;200;300)。
(付記9)
前記長手方向において、前記貫通孔(503)の長さは、前記ゲート電極(50)の長さの半分以上である、付記1~5のうちのいずれか1つに記載の半導体装置(10;100)。
(付記10)
前記絶縁層(16)を貫通して形成されたゲートコンタクト部(22)と、
前記絶縁層(16)上に形成されるとともに、前記ソース配線(20)から離間されたゲート配線(18)と
をさらに備え、前記ゲート電極(50)は、前記ゲートコンタクト部(22)を介して前記ゲート配線(18)に接続されている、付記1~9のうちのいずれか1つに記載の半導体装置(10;100;200;300)。
(付記11)
前記第2ソースコンタクト部(26)は、平面視において前記第1ソースコンタクト部(24)と前記ゲートコンタクト部(22)との間に位置している、付記10に記載の半導体装置(10;100;200;300)。
(付記12)
前記絶縁層(16)は、前記フィールドプレート電極(40)および前記ゲート電極(50)を相互に分離するとともに、前記トレンチ(14)の底壁(14A)および側壁(14B)を覆っている、付記1~11のうちのいずれか1つに記載の半導体装置(10;100;200;300)。
(付記13)
前記フィールドプレート電極(40)は、前記第1端部(401)と前記引き上げ部(403)との間にある中間部(404)をさらに含み、前記中間部(404)は、前記トレンチ(14)の深さ方向において、前記ゲート電極(50)の前記底面(50A)よりも下方に位置する上面(404B)を含む、付記1~12のうちのいずれか1つに記載の半導体装置(10;100;200;300)。
(付記14)
前記フィールドプレート電極(40)の前記第1端部(401)は、前記トレンチ(14)の深さ方向において、前記ゲート電極(50)の前記底面(50A)よりも上方に位置する上面(401B)を含む、付記1~13のうちのいずれか1つに記載の半導体装置(10;100;200;300)。
(付記15)
前記トレンチ(14)は、前記半導体層(12)に形成された複数のトレンチ(S1,S2,S3)のうちの1つである、付記1~14のうちのいずれか1つに記載の半導体装置(10;100;200;300)。
(付記16)
前記ゲート電極(50)は、第1端部(501)および第2端部(502)を含み、前記長手方向に沿って前記第1端部(501)と前記第2端部(502)との間に延在しており、
前記ゲート電極(50)の前記第1端部(501)は、前記ゲートコンタクト部(22)を介して前記ゲート配線(18)に接続されている、付記10または11に記載の半導体装置(10;100;200;300)。
(付記17)
前記貫通孔(503)は、前記ゲート電極(50)の前記第1端部(501)と前記第2端部(502)との間に位置している、付記16に記載の半導体装置(10;100;200;300)。
(付記18)
前記フィールドプレート電極(40)の前記第1端部(401)は、前記絶縁層(16)を挟んで前記ゲート電極(50)の前記第2端部(502)と対向しており、前記フィールドプレート電極(40)の前記第2端部(402)は、前記絶縁層(16)を挟んで前記ゲート電極(50)の前記第1端部(501)と対向している、付記16または17に記載の半導体装置(10;100;200;300)。
(付記19)
前記フィールドプレート電極(40)の前記引き上げ部(403)は、下部(4031)と、前記下部(4031)の上に形成されるとともに前記トレンチ(14)の短手方向に前記下部(4031)よりも小さい幅を有する上部(4032)とを含み、前記下部(4031)は、前記貫通孔(503)に収容されておらず、前記上部(4032)は、前記貫通孔(503)に少なくとも部分的に収容されている、付記1~18のうちのいずれか1つに記載の半導体装置(10;100;200;300)。
(付記20)
前記フィールドプレート電極(40)は、前記引き上げ部(403)と前記第2端部(402)との間にある第2中間部(405)をさらに含み、前記第2中間部(405)は、前記トレンチ(14)の深さ方向において、前記ゲート電極(50)の前記底面(50A)よりも下方に位置する上面(405B)を含む、付記13~19のうちのいずれか1つに記載の半導体装置(10;100;200;300)。
(付記21)
前記複数のトレンチ(S1,S2,S3)は、異なる長さを有するトレンチ(14)を含み、前記引き上げ部(403)の長さは、前記引き上げ部(403)が配置される前記トレンチ(14)の長さに応じて変化している、付記15に記載の半導体装置(10;100;200;300)。
(付記22)
前記複数のトレンチ(S1,S2,S3)は、異なる長さを有するトレンチ(14)を含み、前記フィールドプレート電極(40)に含まれる引き上げ部(403)の数は、前記フィールドプレート電極(40)が配置される前記トレンチ(14)の長さに応じて変化している、付記15に記載の半導体装置(10;100;200;300)。
以上の説明は単に例示である。本開示の技術を説明する目的のために列挙された構成要素および方法(製造プロセス)以外に、より多くの考えられる組み合わせおよび置換が可能であることを当業者は認識することができる。本開示は、特許請求の範囲を含む本開示の範囲内に含まれるすべての代替、変形、および変更を包含することが意図されている。
10,100,200,300…半導体装置
12…半導体層
14…トレンチ
14A…底壁
14B…側壁
16…絶縁層
18…ゲート配線
20…ソース配線
22…ゲートコンタクト部
24…第1ソースコンタクト部
26…第2ソースコンタクト部
28…ラインコンタクト部
30…半導体基板
32…エピタキシャル層
34…ドレイン電極
40…フィールドプレート電極
401…第1端部
402…第2端部
403…引き上げ部
4031…下部
4032…上部
404…第1中間部
405…第2中間部
406…第2引き上げ部
407…第3引き上げ部
50…ゲート電極
501…第1端部
502…第2端部
503…貫通孔
504…第2貫通孔
505…第3貫通孔
60…ドリフト領域
62…ボディ領域
64…ソース領域
66…コンタクト領域
70…第1絶縁層
72…第1導電体層
74…マスク
76…第2絶縁層
78…第3絶縁層
80…第2導電体層
82…第4絶縁層
84…ラインコンタクトトレンチ
86…ソースコンタクト孔
88…第3ソースコンタクト部
90…第4ソースコンタクト部
S1…第1組のトレンチ
S2…第2組のトレンチ
S3…第3組のトレンチ

Claims (15)

  1. 半導体層と、
    前記半導体層に形成され、一方向に沿って延びるトレンチと、
    前記半導体層上に形成された絶縁層と、
    前記トレンチ内に配置され、第1端部および第2端部を含み、前記トレンチの長手方向に沿って前記第1端部と前記第2端部との間に延在するフィールドプレート電極と、
    前記トレンチ内に配置され、前記フィールドプレート電極から離間されたゲート電極であって、前記フィールドプレート電極と少なくとも一部が対向する底面および前記底面と反対側の上面を含む、ゲート電極と、
    前記絶縁層を貫通して形成された第1ソースコンタクト部および第2ソースコンタクト部と、
    前記絶縁層上に形成されたソース配線と
    を備え、前記ゲート電極は、前記底面から前記上面まで延びる貫通孔をさらに含み、前記フィールドプレート電極は、前記第1端部と前記第2端部との間に位置する引き上げ部をさらに含み、前記第1端部は、前記第1ソースコンタクト部を介して前記ソース配線に接続され、前記引き上げ部は、前記貫通孔に少なくとも部分的に収容されるとともに、前記第2ソースコンタクト部を介して前記ソース配線に接続されている、
    半導体装置。
  2. 前記フィールドプレート電極の前記引き上げ部は、前記トレンチの深さ方向において、前記ゲート電極の前記底面よりも上方に位置する上面を含む、請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記第2ソースコンタクト部は、前記トレンチの深さ方向において、前記貫通孔の途中に位置する底面を含む、請求項1または2に記載の半導体装置。
  4. 前記長手方向において、前記第2ソースコンタクト部は、前記第1ソースコンタクト部よりも大きい長さを有している、請求項1~3のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記長手方向において、前記引き上げ部は、前記フィールドプレート電極の前記第1端部よりも大きい長さを有している、請求項1~4のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 前記絶縁層を貫通して形成された第3ソースコンタクト部をさらに備え、
    前記ゲート電極は、前記貫通孔としての第1貫通孔とは別に、前記底面から前記上面まで延びる第2貫通孔をさらに含み、前記フィールドプレート電極は、前記引き上げ部としての第1引き上げ部とは別に、前記第1端部と前記引き上げ部との間に位置する第2引き上げ部をさらに含み、前記第2引き上げ部は、前記第2貫通孔に少なくとも部分的に収容されるとともに、前記第3ソースコンタクト部を介して前記ソース配線に接続されている、
    請求項1~5のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。
  7. 前記絶縁層を貫通して形成された第4ソースコンタクト部をさらに備え、
    前記ゲート電極は、前記底面から前記上面まで延びる第3貫通孔をさらに含み、前記フィールドプレート電極は、前記第2端部と前記引き上げ部との間に位置する第3引き上げ部をさらに含み、前記第3引き上げ部は、前記第3貫通孔に少なくとも部分的に収容されるとともに、前記第4ソースコンタクト部を介して前記ソース配線に接続されている、
    請求項6に記載の半導体装置。
  8. 前記長手方向において、前記貫通孔の長さは、前記ゲート電極の長さの半分未満である、請求項1~7のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。
  9. 前記長手方向において、前記貫通孔の長さは、前記ゲート電極の長さの半分以上である、請求項1~5のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。
  10. 前記絶縁層を貫通して形成されたゲートコンタクト部と、
    前記絶縁層上に形成されるとともに、前記ソース配線から離間されたゲート配線と
    をさらに備え、前記ゲート電極は、前記ゲートコンタクト部を介して前記ゲート配線に接続されている、請求項1~9のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。
  11. 前記第2ソースコンタクト部は、平面視において前記第1ソースコンタクト部と前記ゲートコンタクト部との間に位置している、請求項10に記載の半導体装置。
  12. 前記絶縁層は、前記フィールドプレート電極および前記ゲート電極を相互に分離するとともに、前記トレンチの底壁および側壁を覆っている、請求項1~11のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。
  13. 前記フィールドプレート電極は、前記第1端部と前記引き上げ部との間にある中間部をさらに含み、前記中間部は、前記トレンチの深さ方向において、前記ゲート電極の前記底面よりも下方に位置する上面を含む、請求項1~12のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。
  14. 前記フィールドプレート電極の前記第1端部は、前記トレンチの深さ方向において、前記ゲート電極の前記底面よりも上方に位置する上面を含む、請求項1~13のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。
  15. 前記トレンチは、前記半導体層に形成された複数のトレンチのうちの1つである、請求項1~14のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。
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