JP4256901B1 - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体装置10の半導体基板20は、チャネル区域10Aと非チャネル区域10Bを有している。チャネル区域10Aのボディ領域25には、トレンチゲート30の側面に接するとともにエミッタ電極28に電気的に接続しているエミッタ領域26が設けられている。非チャネル区域10Bのボディ領域25には、エミッタ領域26が設けられていない。キャリア遮蔽層52は、非チャネル区域10Bに配置されており、少なくともチャネル区域10Aの一部において開口している。
【選択図】 図1
Description
この形態の半導体装置によると、裏面側から非チャネル区域の第1半導体領域に注入された第1タイプのキャリアの一部は、キャリア遮蔽層によって縦方向の移動が妨げられ、横方向に移動する。キャリア遮蔽層は、チャネル区域において開口が設けられているので、横方向に移動した第1タイプのキャリアはその開口に集中する。一方、チャネル区域の表面半導体領域からは第2タイプのキャリアが注入される。このため、第1タイプのキャリアと第2タイプのキャリアがチャネル区域において集中するので、伝導度変調が活発化し、半導体装置のオン抵抗(又はオン電圧)が顕著に低減する。
図5に示す半導体装置のように、半導体基板内のキャリア濃度をキャリア遮蔽層によって一様に上昇させるよりも、半導体基板をチャネル区域と非チャネル区域に区画し、チャネル区域においてキャリアを集中させると、オン抵抗(又はオン電圧)が顕著に低減する。チャネル区域においてキャリアを集中させると、非チャネル区域を形成したことによるチャネル面積の減少を補って、オン抵抗(又はオン電圧)を低減することができる。本明細書で開示される半導体装置は、この現象を利用するものであり、図5に示す半導体装置とはその作用効果が明らかに異なる。本明細書で開示される半導体装置は、新規で斬新な技術思想を備えている。
キャリア遮蔽層がトレンチゲートよりも深い位置に設けられていると、マスクずれによってキャリア遮蔽層とトレンチゲートの位置関係が多少ずれたとしても、半導体装置の特性に与える影響を軽微なものとすることができる。
この形態によると、裏面から非チャネル区域の第1半導体領域に注入された第1タイプのキャリアの多くをキャリア遮蔽層によって横方向に移動させ、チャネル区域に集中させることができる。チャネル区域における伝導度変調がさらに活発化され、オン抵抗(又はオン電圧)をさらに低減することができる。
これにより、チャネル区域に集中したキャリアは、キャリア遮蔽層の開口を超えた後においても、半導体基板の表面まで収束した状態を維持することができる。
(第1特徴) キャリア遮蔽層の材料は、キャリア遮蔽層の周囲の半導体材料よりもキャリアの移動を抑制するものであればよい。例えば、キャリア遮蔽層は、酸化シリコン、多孔質シリコン、窒化シリコンを用いることができる。また、キャリア遮蔽層は、空洞であってもよい。
(第2特徴) キャリア遮蔽層は、少なくともチャネル区域の一部において開口しており、その開口は表面半導体領域の下方を含む。
(第3特徴) 第2特徴において、前記開口は、一方のトレンチゲートの下方から他方のトレンチゲートの下方までチャネル区域に亘っている。
(第4特徴) 非チャネル区域のボディ領域(第2半導体領域の一例)の表面は、絶縁膜によって閉塞されており、非チャネル区域のボディ領域がフローティング状態である。
半導体装置10は、トレンチゲート電極32に閾値電圧以上の正の電圧を印加するか否かによってオン・オフを切換えることができる。トレンチゲート電極32に閾値電圧以上の電圧が印加されていないときは、エミッタ領域26とドリフト領域24の間にボディ領域25が介在しており、エミッタ領域26からドリフト領域24に電子を注入することができない。トレンチゲート電極32に閾値電圧以上の電圧が印加されていないときは、半導体装置10がオフである。
図2に、半導体装置11の要部断面図を模式的に示す。図2の半導体装置11は、図1の半導体装置10の変形例であり、ダミートレンチゲート40を備えていることを特徴としている。ダミートレンチゲート40は、非チャネル区域10Bに設けられており、ボディ領域25を貫通している。この例では、非チャネル区域10Bに1つのダミートレンチゲート40が設けられているが、さらに多くのダミートレンチゲート40が設けられていてもよい。
図3に、半導体装置12の要部断面図を模式的に示す。図3の半導体装置12は、図2の半導体装置11の変形例であり、非チャネル区域10Bのボディ領域25が層間絶縁膜29で閉塞されていることを特徴としている。このため、非チャネル区域10Bのボディ領域25の電位はフローティング状態である。
図4に、半導体装置13の要部断面図を模式的に示す。図4の半導体装置13は、図2の半導体装置11の変形例であり、キャリア遮蔽層54が非チャネル区域10Bにおいて複数に分かれている。この例では、裏面から非チャネル区域10Bのドリフト領域24に注入された正孔の一部は、チャネル区域10Aに設けられたキャリア遮蔽層54の開口に移動し、他の一部は非チャネル区域10Bに設けられたキャリア遮蔽層54の開口に移動する。半導体装置13であっても、裏面から非チャネル区域10Bのドリフト領域24に注入された正孔の一部は、チャネル区域10Aに集中することができるので、オン抵抗(又はオン電圧)を低減することができる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
10B:非チャネル区域
20:半導体基板
21:コレクタ電極
22:コレクタ領域
23:バッファ領域
24:ドリフト領域
25:ボディ領域
26:ボディコンタクト領域
27:エミッタ領域
28:エミッタ電極
29:層間絶縁膜
30:トレンチゲート
40:ダミートレンチ
52,54:キャリア遮蔽層
Claims (6)
- 第1導電型の第1半導体領域と第2導電型の第2半導体領域の積層を有する半導体基板と、その第2半導体領域を貫通する複数のトレンチゲートと、第1半導体領域内に設けられているキャリア遮蔽層を備えている縦型の半導体装置であって、
半導体基板がチャネル区域と非チャネル区域を有しており、
チャネル区域は、トレンチゲートとトレンチゲートで挟まれた区域であり、そのトレンチゲート間の第2半導体領域には、トレンチゲートの側面に接するとともに表面電極に電気的に接続している第1導電型の表面半導体領域が設けられており、
非チャネル区域は、トレンチゲートとトレンチゲートで挟まれた区域であり、そのトレンチゲート間の第2半導体領域には、トレンチゲートの側面に接するとともに表面電極に電気的に接続している第1導電型の表面半導体領域が設けられておらず、
キャリア遮蔽層は、非チャネル区域に配置されており、少なくともチャネル区域の一部において開口している半導体装置。 - キャリア遮蔽層は、トレンチゲートよりも深い位置に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- キャリア遮蔽層は、一方のトレンチゲートの下方から他方のトレンチゲートの下方まで非チャネル区域に亘って延びていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 非チャネル区域には、
第2半導体領域を貫通しているダミートレンチゲートが設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置。 - キャリア遮蔽層は、ダミートレンチゲートよりも深い位置に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- キャリア遮蔽層は、半導体基板の表面からキャリアの拡散長以下の深さに設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。
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