JP6271440B2 - 半導体装置 - Google Patents

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和之 梅津
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    • H01L2224/29338Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29339Silver [Ag] as principal constituent
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    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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    • H01L2224/371Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/37117Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/37124Aluminium [Al] as principal constituent
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    • H01L2224/36Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process
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    • H01L2224/37001Core members of the connector
    • H01L2224/37099Material
    • H01L2224/371Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/37138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/37147Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/401Disposition
    • H01L2224/40151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/40221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/40245Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144Gold (Au) as principal constituent
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    • H01L2224/48135Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
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    • H01L2224/48245Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/848Bonding techniques
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    • H01L24/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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    • H01L24/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
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Description

本発明は、半導体装置に関し、例えば、トレンチゲート型のパワートランジスタを有する半導体装置に好適に利用できるものである。
トレンチゲート型のパワーMOSFETは、半導体基板の主面に対して交差する方向に掘られた溝内にゲート絶縁層を介してゲート電極を設け、半導体基板の主面の表層部にソース領域を設け、半導体基板の主面の反対側の裏面側にドレイン領域を設けた、半導体基板の厚み方向にチャネルが形成される縦型構造のパワートランジスタである。
米国特許第5998833号明細書(特許文献1)、特開昭63−296282号公報(特許文献2)および特開2006−202931号公報(特許文献3)には、トレンチゲート型のパワーMOSFETに関する技術が開示されている。
米国特許第5998833号明細書 特開昭63−296282号公報 特開2006−202931号公報
トレンチゲート型のパワートランジスタを有する半導体装置においても、できるだけ性能を向上させることが望まれる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、半導体装置は、半導体基板の主面のトランジスタ形成領域に、パワートランジスタを構成するトレンチゲート型電界効果トランジスタを有する半導体装置である。そして、半導体装置は、半導体基板のトランジスタ形成領域に形成された第1溝と、第1溝内の下部に形成された第1電極と、第1溝内の上部に形成された、トレンチゲート型電界効果トランジスタ用のゲート電極とを有している。また、半導体装置は、第1溝の側壁および底面と第1電極との間に形成された第1絶縁膜と、第1溝の側壁とゲート電極との間に形成された第2絶縁膜と、第1電極とゲート電極との間に形成された第3絶縁膜と、を有している。また、半導体装置は、半導体基板における第1溝に隣接する領域に形成されたソース用半導体領域と、ソース用半導体領域の下に位置するチャネル形成用半導体領域と、チャネル形成用半導体領域の下に位置するドレイン用半導体領域とを有している。第1電極は、導体を通じてゲート電極と繋がっておらず、かつ、導体を通じてソース用半導体領域と繋がっていない。
一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。
一実施の形態の半導体装置の全体平面図である。 一実施の形態の半導体装置の全体平面図である。 一実施の形態の半導体装置の全体平面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部平面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部平面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部平面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 一実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図14と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図14に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図16と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図16に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図18と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図18に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図20と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図20に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図22と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図22に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図24と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図24に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図26と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図26に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図28と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図28に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図30と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図30に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図32と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図32に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図34と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図34に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図36と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図36に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図38と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 制御電極の電圧とオン抵抗との相関を示すグラフである。 制御電極の電圧と寄生容量との相関を示すグラフである。 第1変形例の半導体装置の全体平面図である。 第1変形例の半導体装置の要部平面図である。 第1変形例の半導体装置の要部平面図である。 第1変形例の半導体装置の要部平面図である。 第1変形例の半導体装置の要部断面図である。 第1変形例の半導体装置の要部断面図である。 第2変形例の半導体装置の全体平面図である。 第3変形例の半導体装置の全体平面図である。 第3変形例の半導体装置の全体平面図である。 第3変形例の半導体装置の全体平面図である。 第3変形例の半導体装置の要部断面図である。 第4変形例の半導体装置の全体平面図である。 第4変形例の半導体装置の全体平面図である。 第4変形例の半導体装置の全体平面図である。 第4変形例の半導体装置の要部平面図である。 第4変形例の半導体装置の要部平面図である。 第4変形例の半導体装置の要部平面図である。 第4変形例の半導体装置の要部断面図である。 第4変形例の半導体装置の要部断面図である。 第4変形例の半導体装置の要部断面図である。 第4変形例の半導体装置の要部断面図である。 第5変形例の半導体装置の全体平面図である。 第5変形例の半導体装置の全体平面図である。 第5変形例の半導体装置の全体平面図である。 第5変形例の半導体装置の要部平面図である。 第5変形例の半導体装置の要部平面図である。 第5変形例の半導体装置の要部平面図である。 第5変形例の半導体装置の要部断面図である。 第5変形例の半導体装置の要部断面図である。 第5変形例の半導体装置の要部断面図である。 第5変形例の半導体装置の要部断面図である。 第6変形例の半導体装置の全体平面図である。 第6変形例の半導体装置の全体平面図である。 第6変形例の半導体装置の要部平面図である。 第6変形例の半導体装置の要部平面図である。 第6変形例の半導体装置の要部平面図である。 第6変形例の半導体装置の要部平面図である。 第6変形例の半導体装置の要部断面図である。 第6変形例の半導体装置の要部断面図である。 第7変形例の半導体装置の全体平面図である。 第7変形例の半導体装置の全体平面図である。 第7変形例の半導体装置の全体平面図である。 一実施の形態の半導体装置を用いた電子装置の一例を示す回路図である。 一実施の形態の半導体装置をパッケージ化した半導体パッケージの一例を示す平面透視図である。 一実施の形態の半導体装置をパッケージ化した半導体パッケージの一例を示す平面透視図である。 一実施の形態の半導体装置をパッケージ化した半導体パッケージの一例を示す断面図である。 一実施の形態の半導体装置をパッケージ化した半導体パッケージの変形例を示す平面透視図である。 一実施の形態の半導体装置をパッケージ化した半導体パッケージの変形例を示す断面図である。 図85〜図87の半導体パッケージに用いられた半導体チップの配線レイアウトの一例を示す平面図である。 図85〜図87の半導体パッケージに用いられた半導体チップの配線レイアウトの一例を示す平面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
(実施の形態1)
<半導体装置の構造について>
本実施の形態の半導体装置を、図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態の半導体装置(半導体チップ)CPの全体平面図であり、半導体装置CPの上面側の全体平面図が示されている。また、図2および図3も、本実施の形態の半導体装置CPの全体平面図であるが、図1とは異なる層が示されている。図4〜図6は、本実施の形態の半導体装置CPの要部平面図である。図1〜図3に示される二点鎖線で囲まれた領域RG2を拡大したものが、図4〜図6に対応しているが、図4〜図6は、互いに異なる層が示されている。図7〜図13は、本実施の形態の半導体装置CPの要部断面図である。
なお、図1〜図3は、互いに同じ領域の平面図が示されているが、図1には、半導体装置CPの上面図が示され、図2には、配線M1(すなわちソース用配線M1S、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1C)の平面レイアウトが示され、図3には、溝TR1,TR2の平面レイアウトが示されている。また、図1では、トランジスタ形成領域RG1を点線で示し、図2では、開口部OPを破線で示してある。なお、図2は、平面図であるが、理解を簡単にするために、図2では、配線M1(すなわちソース用配線M1S、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1C)にハッチングを付してある。また、図3では、溝TR1,TR2を黒線で示しているが、溝TR1を示す黒線よりも溝TR2を示す黒線を太くしてあり、これは、溝TR2の幅が溝TR1の幅よりも大きいためである。
また、図4〜図6は、互いに同じ領域の平面図が示されているが、示される層が異なっている。すなわち、図4には、溝TR1,TR2の平面レイアウトが示され、図5には、配線M1(すなわちソース用配線M1S、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1C)の平面レイアウトが示されるとともに、コンタクトホールCT1,CT2,CT3を破線で示している。また、図4に示される部材と図5に示される部材との平面位置を理解しやすくするために、図6には、図4に図5を重ね合わせた平面レイアウトが示されている。なお、図4〜図6は、平面図であるが、理解を簡単にするために、図4および図6では、溝TR1,TR2にハッチングを付し、図5では、配線M1(すなわちソース用配線M1S、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1C)にハッチングを付してある。また、図4では、トランジスタ形成領域RG1を破線で示し、図5および図6では、コンタクトホールCT1,CT2,CT3を破線で示し、図6では、配線M1(すなわちソース用配線M1S、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1C)を二点鎖線で示してある。
また、図4および図5のA−A線の断面図が図7にほぼ対応し、図4および図5のB−B線の断面図が図8にほぼ対応し、図4および図5のC−C線の断面図が図9にほぼ対応し、図4および図5のD−D線の断面図が図10にほぼ対応している。また、図11は、ゲート用配線M1Gに沿った断面図であり、ゲート用パッドPDGを横切る断面図が示されている。また、図12は、制御電極用配線M1Cに沿った断面図であり、制御電極用パッドPDCを横切る断面図が示されている。また、図13は、図7の部分拡大断面図に対応している。
また、平面図(図1〜図6)に示されるX方向とY方向とは、半導体基板SUBの主面に平行な方向であるが、互いに交差する方向であり、好ましくは互いに直交する方向である。Y方向は、トランジスタ形成領域RG1に形成された溝TR1(TR1a)の延在方向に対応している。
図1〜図13にも示されるように、半導体装置(半導体チップ)CPを構成する半導体基板SUBは、例えばヒ素(As)が導入されたn型の単結晶シリコンなどからなる基板本体(半導体基板、半導体ウエハ)SBと、基板本体SBの主面上に形成された、例えばn型の単結晶シリコンからなるエピタキシャル層(半導体層)EPと、を有している。このため、半導体基板SUBは、いわゆるエピタキシャルウエハである。エピタキシャル層EPも半導体基板SUBの一部とみなすことができる。基板本体SBとエピタキシャル層EPとは、同じ導電型(ここではn型)であるが、基板本体SBの不純物濃度(n型不純物濃度)は、エピタキシャル層EPの不純物濃度(n型不純物濃度)よりも高くなっており、基板本体SBの抵抗率(比抵抗)は、エピタキシャル層EPの抵抗率(比抵抗)よりも低い。エピタキシャル層EPは、基板本体SBの主面上にエピタキシャル成長により形成されている。
半導体基板SUBの主面のトランジスタ形成領域(素子形成領域)RG1に、パワーMISFETを構成するトレンチゲート型MISFETが形成されている。ここで、トランジスタ形成領域(素子形成領域)RG1は、半導体基板SUBの主面において、パワーMISFETを構成するトレンチゲート型MISFETが形成されている平面領域である。半導体基板SUBの主面のトランジスタ形成領域RG1には、複数の単位トランジスタセルQ1が形成されており、トランジスタ形成領域RG1に形成された複数の単位トランジスタセルQ1が並列に接続されることで、1つのパワーMISFETが形成されている。従って、トランジスタ形成領域RG1は、パワーMISFETが形成されている領域(パワーMISFET形成領域)とみなすこともできる。各単位トランジスタセルQ1は、トレンチゲート型のMISFET(トレンチ型ゲート構造を有するMISFET)で構成されている。各単位トランジスタセルQ1を構成するトレンチゲート型のMISFETは、ここでは、nチャネル型のMISFETである。なお、トレンチゲート型MISFETは、トレンチ型ゲート構造(基板に設けた溝に埋め込まれたゲート電極構造)を有するMISFETである。
基板本体SBおよびエピタキシャル層EP(n型エピタキシャル層EP1)は、単位トランジスタセルQ1のドレイン領域としての機能を有している。すなわち、基板本体SBおよびエピタキシャル層EP(n型エピタキシャル層EP1)は、パワーMISFETのドレイン領域として機能する。半導体基板SUBの裏面(すなわち基板本体SBの裏面)全面に、ドレイン電極用の裏面電極(裏面ドレイン電極、ドレイン電極)BEが形成されている。この裏面電極BEは、例えば、半導体基板SUBの裏面から順にチタン(Ti)層、ニッケル(Ni)層および金(Au)層の積層膜により、形成することができる。
なお、半導体基板SUBにおいて、エピタキシャル層EPが形成されている側とは反対側の主面を、半導体基板SUBの裏面と称することとする。また、基板本体SBにおいて、エピタキシャル層EPが形成されている側とは反対側の主面を、基板本体SBの裏面と称することとする。このため、半導体基板SUBの裏面と、基板本体SBの裏面とは、同じものである。
また、トランジスタ形成領域RG1のエピタキシャル層EP中には、p型半導体領域(p型半導体層、p型ベース領域)PRが形成されており、このp型半導体領域PRは、単位トランジスタセルQ1のチャネル形成領域としての機能を有している。すなわち、p型半導体領域PRは、チャネル形成用(チャネル形成領域用)のp型半導体領域である。
また、トランジスタ形成領域RG1のエピタキシャル層EPにおいて、p型半導体領域PRの上部にn型半導体領域(n型ソース領域)NRが形成されており、このn型半導体領域NRは、単位トランジスタセルQ1のソース領域としての機能を有している。すなわち、n型半導体領域NRは、ソース用(ソース領域用)のn型半導体領域である。n型半導体領域NRの下には、p型半導体領域PRが存在している。
半導体基板SUBには、その主面から半導体基板SUBの厚さ方向に延びる溝(トレンチ)TR1,TR2が形成されている。溝TR1,TR2のうち、溝TR1は、トレンチゲート型MISFETのゲート電極(GE2)および制御電極(GE1)を埋め込むための溝として機能し、溝TR2は、トレンチゲート型MISFETのゲート電極(GE2)および制御電極(GE1)をゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cにそれぞれ接続するために設けられた溝である。溝TR1は、半導体基板SUBの主面においてトランジスタ形成領域RG1に設けられ、かつ、制御電極GE1およびゲート電極GE2が埋め込まれており、溝TR1内に埋め込まれたゲート電極GE2は、トレンチゲート型MISFETのゲート電極として機能し、溝TR1内に埋め込まれた制御電極GE1は、トレンチゲート型MISFETの制御電極として機能することができる。すなわち、溝TR1内に埋め込まれたゲート電極GE2は、p型半導体領域PRにおけるチャネル領域の形成を制御し、トレンチゲート型MISFETのオン/オフを制御する。また、溝TR1内に埋め込まれた制御電極GE1は、ドレイン用半導体領域(ここではn型エピタキシャル層EP1)を制御し、ドレイン用半導体領域の導通抵抗やトレンチゲート型MISFETの寄生容量を制御する。制御電極GE1もゲート電極とみなすこともできるが、チャネルのオン/オフ(すなわちトレンチゲート型MISFETのオン/オフ)を制御するのは、ゲート電極GE2である。
溝TR2は、溝TR1と繋がっており、半導体基板SUBの主面においてトランジスタ形成領域RG1の外部にまで延在し、かつ、制御電極GE1およびゲート電極GE2が埋め込まれている。このため、溝TR2内に埋め込まれたゲート電極GE2は、溝TR1内に埋め込まれたゲート電極GE2と一体的に形成されて繋がっており、また、溝TR2内に埋め込まれた制御電極GE1は、溝TR1内に埋め込まれた制御電極GE1と一体的に形成されて繋がっている。しかしながら、溝TR2内に埋め込まれたゲート電極GE2は、トレンチゲート型MISFETのゲート電極としては機能せず、溝TR2内に埋め込まれた制御電極GE1は、トレンチゲート型MISFETの制御電極としては機能しない。溝TR2は、ゲート用配線M1Gのビア部(ゲート用ビア部)を溝TR2内のゲート電極GE2に接続するためと、制御電極用配線M1Cのビア部(制御電極用ビア部)を溝TR2内の制御電極GE1に接続するために、設けられている。
溝TR1の平面レイアウトは、次のようになっている。なお、X方向とY方向とは、半導体基板SUBの主面に平行な方向であるが、互いに交差する方向であり、好ましくは、互いに直交する方向である。
図3および図4に示されるように、トランジスタ形成領域RG1において、Y方向に延在する溝TR1(TR1a)が、X方向に所定の間隔(ピッチ)で複数配列している。また、トランジスタ形成領域RG1において、それぞれY方向に延在する複数の溝TR1(TR1a)の一方の端部(Y方向の一方の端部)同士は、X方向に延在する溝TR1(TR1b)で連結され、他方の端部(Y方向の他方の端部)同士は、X方向に延在する溝TR1(TR1b)で連結されている。ここで、Y方向に延在し、かつX方向に所定の間隔(ピッチ)で配列する溝TR1を、符号TR1aを付して溝TR1aと称することとする。また、Y方向に延在する複数の溝TR1aの端部(Y方向の端部)同士を連結する、X方向に延在する溝TR1を、符号TR1bを付して溝TR1bと称することとする。従って、Y方向に延在する溝TR1aが、X方向に所定の間隔(ピッチ)で複数配列するとともに、複数の溝TR1aの端部(Y方向の端部)同士が、X方向に延在する溝TR1bで連結されていることになる。溝TR1aと溝TR1bとは繋がっている。このため、溝TR1b内に埋め込まれたゲート電極GE2は、溝TR1a内に埋め込まれたゲート電極GE2と一体的に形成されて繋がっており、また、溝TR1b内に埋め込まれた制御電極GE1は、溝TR1a内に埋め込まれた制御電極GE1と一体的に形成されて繋がっている。なお、溝TR1a内に埋め込まれたゲート電極GE2および制御電極GE1は、トレンチゲート型MISFETのゲート電極および制御電極として機能するが、溝TR1b内に埋め込まれたゲート電極GE2および制御電極GE1は、トレンチゲート型MISFETのゲート電極および制御電極としては機能しない場合もあり得る。
ソース用のコンタクトホールCT1は、X方向に隣り合う溝TR1aの間に配置されており、X方向に隣り合う溝TR1aの間でY方向に延在している。
溝TR2は、トランジスタ形成領域RG1に隣接する領域(Y方向に隣接する領域)に形成されており、X方向に延在する溝TR1bに連結されかつY方向に延在する溝TR2(TR2a)が、X方向に所定の間隔(ピッチ)で複数配列している。また、それぞれY方向に延在する複数の溝TR2(TR2a)は、一方の端部(Y方向の一方の端部)が、X方向に延在する溝TR1bに連結され、他方の端部(Y方向の一方の端部)が、X方向に延在する溝TR2(TR2b)に連結されている。ここで、Y方向に延在し、かつX方向に所定の間隔(ピッチ)で配列する溝TR2を、符号TR2aを付して溝TR2aと称することとする。また、Y方向に延在する複数の溝TR2aの端部(溝TR1bに連結された側の端部とは反対側の端部)同士を連結する、X方向に延在する溝TR2を、符号TR2bを付して溝TR2bと称することとする。従って、Y方向に延在する溝TR2aが、X方向に所定の間隔(ピッチ)で複数配列するとともに、複数の溝TR2aの一方の端部(Y方向の端部)が、X方向に延在する溝TR1bに連結されるとともに、複数の溝TR2aの他方の端部(Y方向の端部)同士が、X方向に延在する溝TR2bで連結されていることになる。各溝TR2aは、溝TR1bに連結された位置から、トランジスタ形成領域RG1の外部に向かってY方向に延在している。溝TR2aと溝TR2bとは繋がっている。このため、溝TR2b内に埋め込まれたゲート電極GE2は、溝TR2a内に埋め込まれたゲート電極GE2と一体的に形成されて繋がっており、また、溝TR2b内に埋め込まれた制御電極GE1は、溝TR2a内に埋め込まれた制御電極GE1と一体的に形成されて繋がっている。
トランジスタ形成領域RG1において、溝TR1は、n型半導体領域NRの上面からn型半導体領域NRおよびp型半導体領域PRを貫通し(通り抜け)、p型半導体領域PRの下層のエピタキシャル層EP(すなわちn型エピタキシャル層EP1)中で終端するように形成されている。ここで、エピタキシャル層EPのうち、p型半導体領域PRよりも下層に位置し、n型の状態が維持されている領域を、n型エピタキシャル層EP1と称することとする。p型半導体領域PRの下には、n型エピタキシャル層EP1が存在している。エピタキシャル層EPのうち、n型エピタキシャル層EP1が、単位トランジスタセルQ1のドレイン領域としての機能を有している。
つまり、溝TR1に隣接して、エピタキシャル層EP中に、p型半導体領域PRが形成され、また、エピタキシャル層EPにおいて、溝TR1に隣接して、p型半導体領域PRの上にn型半導体領域NRが形成されており、p型半導体領域PRの下はn型のエピタキシャル層EP(すなわちn型エピタキシャル層EP1)となっている。従って、隣り合う溝TR1の間のエピタキシャル層EPの表層にn型半導体領域NRが形成され、そのn型半導体領域NRの下にp型半導体領域PRが形成され、そのp型半導体領域PRの下はn型のエピタキシャル層EP(すなわちn型エピタキシャル層EP1)となっている。
従って、各溝TR1は、半導体基板SUBの主面(すなわちエピタキシャル層EPの主面)から、ソース用の半導体領域(ここではn型半導体領域NR)とチャネル用の半導体領域(ここではp型半導体領域PR)とを貫通し、ドレイン用の半導体領域(ここではn型エピタキシャル層EP1)中で終端するように形成されている。このため、溝TR1の底面は、n型半導体領域NRの底面(すなわちn型半導体領域NRとp型半導体領域PRとの境界面)よりも深く、かつ、p型半導体領域PRの底面よりも深いが、基板本体SBには達しておらず、n型エピタキシャル層EP1の途中(深さ方向の途中)に位置している。
なお、「深さ」または「深さ位置」とは、半導体基板SUBの主面(すなわちエピタキシャル層EPの主面)からの距離(半導体基板SUBの主面に垂直な方向の距離)に対応している。そして、半導体基板SUBの主面(すなわちエピタキシャル層EPの主面)に近い側を浅い側とし、半導体基板SUBの主面(すなわちエピタキシャル層EPの主面)から遠い側(換言すれば半導体基板SUBの裏面に近い側)を深い側とする。
溝TR1の内部の下方には、ゲート絶縁膜用の絶縁膜(絶縁層、ゲート絶縁膜)G1を介して制御電極GE1が形成され、溝TR1の内部の上方には、ゲート絶縁膜用の絶縁膜(絶縁層、ゲート絶縁膜)G2を介してゲート電極GE2が形成されている(図7および図13参照)。溝TR1内において、絶縁膜G2は、溝TR1の側壁とゲート電極GE2との間に介在し、絶縁膜G1は、溝TR1の側壁および底面と制御電極GE1との間に介在している。絶縁膜G1は、絶縁膜G2よりも厚い方が好ましい。また、溝TR1内において、制御電極GE1上にゲート電極GE2が存在し、ゲート電極GE2の下に制御電極GE1が存在しているが、制御電極GE1とゲート電極GE2とは、互いに接しておらず、制御電極GE1とゲート電極GE2との間には、絶縁膜(絶縁層)G3が介在している。絶縁膜G1と絶縁膜G2と絶縁膜G3とは、共に、例えば酸化シリコンからなる。絶縁膜G1と絶縁膜G2と絶縁膜G3とは、別々の膜であっても、一体的な膜であってもよい。制御電極GE1とゲート電極GE2とは、共に、導電体からなり、例えば低抵抗な多結晶シリコン(ドープトポリシリコン)からなる。
従って、トランジスタ形成領域RG1においては、溝TR1内に、絶縁膜G1および絶縁膜G2を介して、制御電極GE1と制御電極GE1上に絶縁膜G3を介して設けられたゲート電極GE2との積層構造が埋め込まれた状態になっている。
制御電極GE1とゲート電極GE2との間に絶縁膜G3が介在しているため、制御電極GE1とゲート電極GE2とは、短絡されておらず、互いに絶縁されている。このため、制御電極GE1とゲート電極GE2とは、互いに独立に制御可能であり、制御電極GE1とゲート電極GE2とに、同電位を印加することも異電位を印加することも可能である。
溝TR1内に形成されたゲート電極GE2の上面の深さ位置は、ソース用のn型半導体領域NRの底面(すなわちn型半導体領域NRとp型半導体領域PRとの境界面)よりも浅い。つまり、溝TR1内に形成されたゲート電極GE2の上面は、n型半導体領域NRの底面よりも高い位置にある。このため、半導体基板SUBの厚み方向に見ると、溝TR1内に形成されたゲート電極GE2は、ソース用のn型半導体領域NRと部分的に重なっている。また、溝TR1内に形成されたゲート電極GE2の底面の深さ位置は、p型半導体領域PRの底面と同じか、p型半導体領域PRの底面よりも深く、ドレイン用の半導体領域(ここではn型エピタキシャル層EP1)の厚みの途中に位置している。また、溝TR1内に形成された制御電極GE1の上面の深さ位置と、底面の深さ位置とは、どちらもドレイン用の半導体領域(ここではn型エピタキシャル層EP1)の厚みの途中に位置している。このため、半導体基板SUBの厚み方向に見ると、溝TR1内に形成された制御電極GE1は、ドレイン用の半導体領域(ここではn型エピタキシャル層EP1)と重なっているが、ソース用のn型半導体領域NRとチャネル用のp型半導体領域PRとには重なっていない。
従って、溝TR1内のゲート電極GE2の側面は、n型半導体領域NRおよびp型半導体領域PRに絶縁膜G2を介して対向している。具体的には、溝TR1内のゲート電極GE2の側面の上部は、絶縁膜G2を介してn型半導体領域NRに対向し、溝TR1内のゲート電極GE2の側面の中間部は、絶縁膜G2を介してp型半導体領域PRに対向し、溝TR1内のゲート電極GE2の側面の下部は、絶縁膜G2を介してドレイン用半導体領域(ここではn型エピタキシャル層EP1)に対向している。一方、溝TR1内の制御電極GE1の側面および底面は、n型半導体領域NRおよびp型半導体領域PRには対向しておらず、ドレイン用半導体領域(ここではn型エピタキシャル層EP1)に絶縁膜G1を介して対向している。
溝TR1内に形成されたゲート電極GE2は、単位トランジスタセルQ1のゲート電極として機能し、溝TR1内に形成されたゲート電極GE2と溝TR1の側壁との間の絶縁膜G2が、単位トランジスタセルQ1のゲート絶縁膜として機能する。このため、溝TR1内に形成されたゲート電極GE2と溝TR1の側壁との間の絶縁膜G2は、ゲート電極GE2のゲート絶縁膜とみなすことができる。チャネルは、ゲート電極GE2の側面に絶縁膜G2を介して対向するp型半導体領域PRに形成される。すなわち、単位トランジスタセルQ1のチャネル電流は、溝TR1の側壁(側面)に沿って半導体基板SUBの厚さ方向に流れるようになっている。また、溝TR1内に形成された制御電極GE1と溝TR1の側壁との間の絶縁膜G1は、制御電極GE1のゲート絶縁膜とみなすこともできる。
溝TR2は、溝TR1と繋がっており、溝TR1と同工程で形成することができる。溝TR2の幅W2は、溝TR1の幅W1よりも大きいことが好ましい(すなわちW2>W1)。特に、Y方向に延在する溝TR2aの幅(X方向の幅)W2は、Y方向に延在する溝TR1aの幅(X方向の幅)W1よりも大きいことが好ましい(すなわちW2>W1)。これにより、溝TR1(TR1a)の幅W1を小さくし、かつ、溝TR2(TR2a)の幅W2を大きくすることができる。溝TR1(TR1a)の幅W1を小さくしたことで、トランジスタ形成領域RG1に形成できる単位トランジスタセルQ1の数を増やすことができ、パワーMISFETのオン抵抗を低減することができる。また、溝TR1(TR1a)の幅W1を小さくしたことで、オン抵抗が同じであれば、トランジスタ形成領域RG1の面積を縮小することができるため、半導体装置の小型化(小面積化)を図ることができる。また、溝TR2(TR2a)の幅W2を大きくしたことで、溝TR2内のゲート電極GE2にゲート用配線M1Gのビア部(ゲート用ビア部)を接続しやすくなり、また、溝TR2内の制御電極GE1に制御電極用配線M1Cのビア部(制御電極用ビア部)を接続しやすくなる。
また、溝TR2の底面の深さ位置と溝TR1の底面の深さ位置とは、ほぼ同じにすることもできるが、溝TR2の幅(W2)と溝TR1の幅(W1)とが相違する場合などにおいては、溝TR2の底面の深さ位置と溝TR1の底面の深さ位置とが相違することもあり得る。例えば、溝TR2の幅(W2)が溝TR1の幅(W1)よりも大きい場合は、溝TR2の底面の深さ位置は、溝TR1の底面の深さ位置よりも深くなり得る。
エピタキシャル層EPにおいて、溝TR1(特に溝TR1a)に隣接する位置には、ソース用のn型半導体領域(ここではn型半導体領域NR)が形成されているが、溝TR2に隣接する位置には、ソース用のn型半導体領域(ここではn型半導体領域NR)は形成されていない。これは、溝TR1(特に溝TR1a)内に埋め込まれたゲート電極GE2および制御電極GE1は、トレンチゲート型MISFETのゲート電極および制御電極として機能するが、溝TR2内に埋め込まれたゲート電極GE2および制御電極GE1は、トレンチゲート型MISFETのゲート電極および制御電極としては機能しないためである。しかしながら、エピタキシャル層EPにおいて、溝TR2に隣接する領域に、p型半導体領域PRを形成することもできる。
溝TR2は、溝TR1と同様に制御電極GE1とゲート電極GE2とが埋め込まれた領域(TR3)と、ゲート電極GE2は埋め込まれずに制御電極GE1が埋め込まれた領域(TR4)とを有している(図8〜図10参照)。ここで、溝TR2のうち、溝TR1と同様に、制御電極GE1とゲート電極GE2とが埋め込まれた領域を、符号TR3を付して積層領域TR3と称し、ゲート電極GE2は埋め込まれずに制御電極GE1が埋め込まれた領域を、符号TR4を付して単層領域TR4と称することとする。図4において、符号TR4を付した点線で囲まれた領域内の溝TR2は、単層領域TR4となっており、溝TR2のうち、単層領域TR4以外は、積層領域TR3となっている。図8の断面図に示される溝TR2は、積層領域TR3の溝TR2であり、図9の断面図に示される溝TR2は、単層領域TR4の溝TR2である。なお、Y方向に延在する各溝TR2aは、図10に示されるように、積層領域TR3と単層領域TR4とを有している。
積層領域TR3においては、溝TR2の内部に埋め込まれた構造は、溝TR1の内部に埋め込まれた構造と基本的には同じである。すなわち、積層領域TR3においては、溝TR2の内部の下方には、絶縁膜G1を介して制御電極GE1が形成され、溝TR2の内部の上方には、絶縁膜G2を介してゲート電極GE2が形成されている。積層領域TR3の溝TR2内において、絶縁膜G2は、溝TR2の側壁とゲート電極GE2との間に介在し、絶縁膜G1は、溝TR2の側壁および底面と制御電極GE1との間に介在している。また、積層領域TR3の溝TR2内において、制御電極GE1上にゲート電極GE2が存在し、ゲート電極GE2の下に制御電極GE1が存在しているが、制御電極GE1とゲート電極GE2とは、互いに接しておらず、制御電極GE1とゲート電極GE2との間には、絶縁膜G3が介在している。従って、積層領域TR3の溝TR2内に、絶縁膜G1および絶縁膜G2を介して、制御電極GE1と制御電極GE1上に絶縁膜G3を介して設けられたゲート電極GE2との積層構造が埋め込まれた状態になっている。
単層領域TR4においては、溝TR2の内部に埋め込まれた構造は、溝TR1の内部に埋め込まれた構造と相違している。すなわち、単層領域TR4においては、溝TR2の内部には、絶縁膜G1を介して制御電極GE1が形成されており、ゲート電極GE2および絶縁膜G2は形成されていない(図9および図10参照)。単層領域TR4の溝TR2内において、絶縁膜G1は、溝TR2の側壁および底面と制御電極GE1との間に介在している。従って、単層領域TR4の溝TR2内には、絶縁膜G1を介して、制御電極GE1が埋め込まれた状態になっている。単層領域TR4の溝TR2内の制御電極GE1は、積層領域TR3の溝TR2内の制御電極GE1と一体的に形成されており、繋がっている。従って、単層領域TR4の溝TR2内の制御電極GE1と、積層領域TR3の溝TR2内の制御電極GE1と、溝TR1内の制御電極GE1とは、一体的に形成されており、互いに繋がっている。また、積層領域TR3の溝TR2内のゲート電極GE2と、溝TR1内のゲート電極GE2とは、一体的に形成されており、互いに繋がっている。
半導体基板SUBの主面(すなわちエピタキシャル層EPの主面)上には、制御電極GE1およびゲート電極GE2を覆うように、絶縁膜ILが形成されている。絶縁膜ILは、層間絶縁膜であり、例えば酸化シリコン膜からなる。
絶縁膜ILにはコンタクトホール(開口部、孔、貫通孔、接続孔)CT1,CT2,CT3が形成されている。そのうち、コンタクトホールCT1は、ソース引出用のコンタクトホール(すなわちソース用のコンタクトホール)であり、コンタクトホールCT2は、ゲート電極GE2引出用のコンタクトホール(すなわちゲート用のコンタクトホール)であり、コンタクトホールCT3は、制御電極GE1引出用のコンタクトホール(すなわち制御電極用のコンタクトホール)である。
絶縁膜IL上には、導電膜(導電体)からなる配線M1が形成されている。配線M1は、ソース用配線M1Sとゲート用配線M1Gと制御電極用配線M1Cとを含んでいる。
ソース用配線M1Sとゲート用配線M1Gと制御電極用配線M1Cとは、互いに分離されており、繋がっていない。すなわち、制御電極用配線M1Cは、導体を通じてソース用配線M1Sと繋がっておらず、かつ、導体を通じてゲート用配線M1Gと繋がっていない。また、ゲート用配線M1Gは、導体を通じてソース用配線M1Sと繋がっておらず、かつ、導体を通じて制御電極用配線M1Cと繋がっていない。また、ソース用配線M1Sは、導体を通じてゲート用配線M1Gと繋がっておらず、かつ、導体を通じて制御電極用配線M1Cと繋がっていない。
ソース用配線M1Sは、絶縁膜IL上に形成されるとともに、ソース用配線M1Sの一部は、ソース用のコンタクトホールCT1内を埋め込んでいる。ソース用配線M1Sのうち、ソース用のコンタクトホールCT1内を埋め込む部分を、「ソース用配線M1Sのビア部」または「ソース用ビア部」と称することとする。
ゲート用配線M1Gは、絶縁膜IL上に形成されるとともに、ゲート用配線M1Gの一部は、ゲート用のコンタクトホールCT2内を埋め込んでいる。ゲート用配線M1Gのうち、ゲート用のコンタクトホールCT2内を埋め込む部分を、「ゲート用配線M1Gのビア部」または「ゲート用ビア部」と称することとする。
制御電極用配線M1Cは、絶縁膜IL上に形成されるとともに、制御電極用配線M1Cの一部は、制御電極用のコンタクトホールCT3内を埋め込んでいる。制御電極用配線M1Cのうち、制御電極用のコンタクトホールCT3内を埋め込む部分を、制御電極用配線M1Cのビア部」または「制御電極用ビア部」と称することとする。
ここでは、ソース用ビア部がソース用配線M1Sと一体的に形成され、ゲート用ビア部がゲート用配線M1Gと一体的に形成され、制御電極用ビア部が制御電極用配線M1Cと一体的に形成されている場合について説明している。他の形態として、ソース用ビア部(コンタクトホールCT1内を埋め込む導電部)をソース用配線M1Sとは別個に(別工程で)形成し、ゲート用ビア部(コンタクトホールCT2内を埋め込む導電部)をゲート用配線M1Gとは別個に(別工程で)形成し、制御電極用ビア部(コンタクトホールCT3内を埋め込む導電部)を制御電極用配線M1Cとは別個に(別工程で)形成することもできる。
ソース用配線M1Sは、トランジスタ形成領域RG1全体に形成されている。ソース用のコンタクトホールCT1は、トランジスタ形成領域RG1において、平面視で溝TR1(TR1a)の間のエピタキシャル層EPの上方に形成されており、絶縁膜ILおよびn型半導体領域NRを貫通して、コンタクトホールCT1の底部がp型半導体領域PRに達している。このため、ソース用のコンタクトホールCT1内に埋め込まれたソース用ビア部も、絶縁膜ILおよびn型半導体領域NRを貫通し、ソース用ビア部の底部がp型半導体領域PRに達している。
ソース用ビア部の下部側面がn型半導体領域NRに接しているため、ソース用ビア部はn型半導体領域NRと接してn型半導体領域NRと電気的に接続されている。また、ソース用ビア部の底面がp型半導体領域PRに接しているため、ソース用ビア部は、p型半導体領域PRと接してp型半導体領域PRと電気的に接続されている。
なお、ソース用ビア部は、p型半導体領域PRと直接的に接することもできるが、ソース用ビア部の底面に接する位置に、p型半導体領域PRよりも高不純物濃度のp型半導体領域PR2を設け、このp型半導体領域PR2を介してソース用ビア部をp型半導体領域PRに電気的に接続することもできる。図7には、ソース用ビア部とp型半導体領域PRとの間に、このp型半導体領域PR2が介在し、p型半導体領域PR2を介してソース用ビア部をp型半導体領域PRに電気的に接続した場合が示されている。p型半導体領域PR2を設けたことで、ソース用ビア部のコンタクト抵抗を低減することができる。p型半導体領域PR2の形成を省略した場合は、ソース用ビア部の底面がp型半導体領域PRに接することになる。
このため、ソース用配線M1Sのビア部、すなわちソース用ビア部は、n型半導体領域NRおよびp型半導体領域PRの両方に電気的に接続されている。従って、ソース用配線M1Sは、n型半導体領域NRおよびp型半導体領域PRの両方に電気的に接続されている。すなわち、ソース用のn型半導体領域NRとその下のp型半導体領域PRとは、ソース用ビア部を介して、ソース用配線M1Sと電気的に接続されている。ソース用のコンタクトホールCT1は、トランジスタ形成領域RG1において、X方向に隣り合う溝TR1aの間に、Y方向に延在するように形成されている。このため、ソース用のコンタクトホールCT1は、トランジスタ形成領域RG1に複数形成され、それら複数のコンタクトホールCT1に埋め込まれたソース用ビア部を介して、トランジスタ形成領域RG1に設けられた複数の単位トランジスタセルQ1のソース領域(n型半導体領域NR)およびチャネル用のp型半導体領域(PR)が、共通のソース用配線M1Sに電気的に接続されている。
ゲート用配線M1Gは、平面視において、トランジスタ形成領域RG1内ではなく、トランジスタ形成領域RG1の周囲に形成されている。そして、ゲート用配線M1Gは、溝TR2と平面視で重なっており、具体的には、X方向に延在する部分のゲート用配線M1Gが、Y方向に延在する溝TR2aと平面視で重なっており、ゲート用配線M1Gと溝TR2(TR2a)との重なり領域にゲート用のコンタクトホールCT2が配置されている。ゲート用のコンタクトホールCT2が配置されている領域における溝TR2は、積層領域TR3となっており、制御電極GE1とゲート電極GE2が埋め込まれている。
このため、ゲート用のコンタクトホールCT2は、トランジスタ形成領域RG1の周囲において、積層領域TR3の溝TR2の上方(平面視で積層領域TR3の溝TR2と重なる位置)に形成され、絶縁膜ILを貫通して、コンタクトホールCT2の底部が積層領域TR3の溝TR2内のゲート電極GE2に達している。従って、ゲート用のコンタクトホールCT2内に埋め込まれたゲート用ビア部も、絶縁膜ILを貫通して、ゲート用ビア部の底部が積層領域TR3の溝TR2内のゲート電極GE2に達している。ゲート用ビア部の底面が積層領域TR3の溝TR2内のゲート電極GE2に接しているため、ゲート用ビア部は積層領域TR3の溝TR2内のゲート電極GE2と接してそのゲート電極GE2と電気的に接続されている。積層領域TR3の溝TR2内のゲート電極GE2は、トランジスタ形成領域RG1の溝TR1内のゲート電極GE2と一体的に形成されている。従って、ゲート用配線M1Gは、ゲート用のコンタクトホールCT2内に埋め込まれたゲート用ビア部を介して、積層領域TR3の溝TR2内のゲート電極GE2に接続され、溝TR2内のゲート電極GE2を通じて、溝TR1内のゲート電極GE2に電気的に接続されていることになる。
制御電極用配線M1Cは、平面視において、トランジスタ形成領域RG1内ではなく、トランジスタ形成領域RG1の周囲に形成されている。そして、制御電極用配線M1Cは、溝TR2と平面視で重なっており、具体的には、X方向に延在する部分の制御電極用配線M1Cが、Y方向に延在する溝TR2aと平面視で重なっており、制御電極用配線M1Cと溝TR2(TR2a)との重なり領域に制御電極用のコンタクトホールCT3が配置されている。ゲート用のコンタクトホールCT3が配置されている領域における溝TR2は、単層領域TR4となっており、制御電極GE1が埋め込まれている(ゲート電極GE2は埋め込まれていない)。
このため、制御電極用のコンタクトホールCT3は、トランジスタ形成領域RG1の周囲において、単層領域TR4の溝TR2の上方(平面視で単層領域TR4の溝TR2と重なる位置)に形成されており、絶縁膜ILを貫通して、コンタクトホールCT3の底部が単層領域TR4の溝TR2内の制御電極GE1に達している。従って、制御電極用のコンタクトホールCT3内に埋め込まれた制御電極用ビア部も、絶縁膜ILを貫通して、制御電極用ビア部の底部が単層領域TR4の溝TR2内の制御電極GE1に達している。制御電極用ビア部の底面が単層領域TR4の溝TR2内の制御電極GE1に接しているため、制御電極用ビア部は単層領域TR4の溝TR2内の制御電極GE1と接してその制御電極GE1と電気的に接続されている。単層領域TR4の溝TR2内の制御電極GE1は、トランジスタ形成領域RG1の溝TR1内の制御電極GE1と一体的に形成されている。従って、制御電極用配線M1Cは、制御電極用ビア部を介して、単層領域TR4の溝TR2内の制御電極GE1に接続され、溝TR2内の制御電極GE1を通じて、溝TR1内の制御電極GE1に電気的に接続されていることになる。
配線M1(ゲート用配線M1G、制御電極用配線M1Cおよびソース用配線M1S)は、表面保護のための絶縁膜PAにより覆われている。すなわち、絶縁膜IL上に、配線M1(ゲート用配線M1G、制御電極用配線M1Cおよびソース用配線M1S)を覆うように、絶縁膜PAが形成されている。この絶縁膜PAは、半導体装置の最上層の膜(絶縁膜)である。
図1などに示されるように、絶縁膜PAには複数の開口部OPが形成されており、各開口部OPからは、配線M1の一部が露出されている。開口部OPから露出する配線M1が、ボンディングパッド(パッド電極)となっている。
すなわち、絶縁膜PAに形成された開口部OP(開口部OPのうち、ソース用のボンディングパッドを形成するための開口部OP)から露出するソース用配線M1Sによって、ソース用のボンディングパッド(ソース用パッドPDS)が形成される。また、絶縁膜PAに形成された開口部OP(開口部OPのうち、ゲート用のボンディングパッドを形成するための開口部OP)から露出するゲート用配線M1Gによって、ゲート用のボンディングパッド(ゲート用パッドPDG)が形成される。また、絶縁膜PAに形成された開口部OP(開口部OPのうち、制御電極用のボンディングパッドを形成するための開口部OP)から露出する制御電極用配線M1Cによって、制御電極用のボンディングパッド(制御電極用パッドPDC)が形成される。
このような構成の半導体装置においては、トランジスタ形成領域RG1に形成されたトレンチゲート型MISFETの動作電流は、ドレイン用のエピタキシャル層EP(すなわちn型エピタキシャル層EP1)とソース用のn型半導体領域NRとの間をゲート電極GE2の側面(すなわち溝TR1の側面)に沿って半導体基板SUBの厚さ方向に流れるようになっている。すなわち、チャネルが半導体基板SUBの厚さ方向に沿って形成される。p型半導体領域PRのうち、絶縁膜G2を介してゲート電極GE2に隣接する領域、すなわち、n型半導体領域NRとn型エピタキシャル層EP1との間で溝TR1に沿った領域が、チャネル形成領域(チャネル層)となる。
このため、トランジスタ形成領域RG1に形成されたトレンチゲート型MISFETは、縦型のMISFET(縦型の電界効果トランジスタ)でもある。ここで、縦型のMISFETとは、ソース・ドレイン間の電流が、半導体基板(SUB)の厚さ方向(半導体基板の主面に略垂直な方向)に流れるMISFETに対応する。
トレンチゲート型MISFETに電流を流すには、ゲート用パッドPDGから、ゲート用配線M1Gを介して、ゲート電極GE2にVth(チャネルの反転電圧、しきい値電圧)以上の電圧を印加する。これにより、ソース用パッドPDSと、裏面電極BEとの間に、ソース用配線M1S、ソース領域(n型半導体領域NR)、チャネル層、エピタキシャル層EP(ドレイン領域)および基板本体SBを介して、電流を流すことができる。すなわち、ゲート電極GE2とソース用配線M1Sとの間にゲート電極GE2が高電位になるように所定電圧を印加することによって、絶縁膜G2を介してゲート電極GE2と対向するp型半導体領域PRにチャネルが形成され、このチャネルを通してドレイン領域(エピタキシャル層EPおよび基板本体SB)とソース領域(n型半導体領域NR)との間に電流が流れる。
また、制御電極用パッドPDCから、制御電極用配線M1Cを介して、制御電極GE1に所望の電圧を印加することができる。ソース用配線M1Sとゲート用配線M1Gと制御電極用配線M1Cとは、互いに分離されており、制御電極用配線M1Cは、ソース用配線M1Sとゲート用配線M1Gのどちらにも導体を通じて繋がっていない。このため、制御電極GE1の電位は、ソース領域(n型半導体領域NR)およびゲート電極GE2とは独立に制御することができる。従って、制御電極GE1の電位は、ソース領域(n型半導体領域NR)と同電位とすることも、ゲート電極GE2と同電位とすることも、あるいは、ソース領域(n型半導体領域NR)およびゲート電極GE2の両者と異なる電位とすることも可能である。
<半導体装置の製造工程について>
次に、本実施の形態の半導体装置の製造工程の一例について図14〜図39を参照して説明する。図14〜図39は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図14〜図39のうち、図14、図16、図18、図20、図22、図24、図26、図28、図30、図32、図34、図36および図38には、上記図7に相当する断面図(図4のA−A線に相当する位置での断面図)が示されている。また、図14〜図39のうち、図15、図17、図19、図21、図23、図25、図27、図29、図31、図33、図35、図37および図39には、上記図10にほぼ相当する断面図(図4のD−D線に相当する位置での断面図)が示されている。なお、ここでは、本実施の形態の半導体装置の製造工程の好適な一例について説明するが、これに限定されず、種々変更可能である。
半導体装置を製造するには、まず、図14および図15に示されるように、例えばn型の単結晶シリコンなどからなる基板本体(半導体基板、半導体ウエハ)SBと、基板本体SBの主面上に形成されたn型の単結晶シリコンからなるエピタキシャル層(半導体層)EPとを有する半導体基板SUBを準備する。半導体基板SUBは、いわゆるエピタキシャルウエハである。半導体基板SUBは、例えば、基板本体SBの主面上にエピタキシャル層EPをエピタキシャル成長させることにより、形成することができる。基板本体SBは、低抵抗基板であり、その抵抗率(比抵抗)は、例えば1〜10mΩcm程度である。エピタキシャル層EPは、半導体層であるが、エピタキシャル層EPの不純物濃度(n型不純物濃度)は基板本体SBの不純物濃度(n型不純物濃度)よりも低く、エピタキシャル層EPの抵抗率は基板本体SBの抵抗率よりも高い。
次に、図16および図17に示されるように、半導体基板SUBの主面に、溝(トレンチ)TR1,TR2を形成する。溝TR1は、ゲート電極GE2および制御電極GE1を埋め込んでトレンチゲート型MISFETを形成するための溝(トレンチ)であり、溝TR2は、ゲート電極GE2と制御電極GE1を引き出すための溝(トレンチ、コンタクト用の溝)である。すなわち、溝TR2は、ゲート電極GE2を直上(溝TR2の直上)に引き出して配線(ゲート用配線M1G)に接続するための溝と、制御電極GE1を直上(溝TR2の直上)に引き出して配線(制御電極用配線M1C)に接続するための溝とを兼ねている。溝TR2は、溝TR1に繋がっている。
具体的には、溝TR1,TR2は、例えば次のようにして形成することができる。
まず、半導体基板SUB上(主面全面上)に、ハードマスク用の絶縁膜(図示せず)を形成する。このハードマスク用の絶縁膜は、例えば、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、あるいはそれらの積層膜からなり、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長)法により形成することができる。それから、ハードマスク用の絶縁膜上にフォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジストパターン(図示せず)を形成してから、このフォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いてハードマスク用の絶縁膜をエッチング(例えばドライエッチング)してパターニングする。その後、フォトレジストパターンを除去する。これにより、パターニングされたハードマスク用の絶縁膜は、溝TR1,TR2形成予定領域に開口部を有した状態となる。それから、パターニングされたハードマスク用の絶縁膜をエッチングマスク(ハードマスク)として用いて、エピタキシャル層EPをエッチング(例えばドライエッチング)することにより、エピタキシャル層EPに溝TR1,TR2を形成する。その後、ハードマスク用の絶縁膜を、エッチング(例えばウェットエッチング)などにより除去する。このようにして、図16および図17に示されるように、溝TR1,TR2を形成することができる。
また、他の形態として、半導体基板SUB上にフォトリソグラフィ技術を用いて形成したフォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いて、エピタキシャル層EPをエッチング(例えばドライエッチング)することにより、溝TR1,TR2を形成することもできる。
溝TR1と溝TR2とは、同じ工程(同じエッチング工程)によって形成されている。このため、溝TR1の深さと溝TR2の深さとは、ほぼ同じにすることもできるが、溝TR1の幅と溝TR2の幅とが相違する場合などにおいては、溝TR1の深さと溝TR2の深さとが相違することもあり得る。例えば、溝TR2の幅が溝TR1の幅よりも大きい場合は、溝TR2の深さは、溝TR1の深さよりも深くなり得る。
溝TR1,TR2の深さは、後で形成するp型半導体領域PRの底面(接合面)よりも深く、かつエピタキシャル層EPの底面(すなわちエピタキシャル層EPと基板本体SBとの界面)よりは浅くなる寸法である。つまり、溝TR1,TR2はエピタキシャル層EPを貫通しておらず、溝TR1,TR2の下にエピタキシャル層EPが残存している。
溝TR2の幅は、溝TR1の幅と同程度とすることもできるが、溝TR1の幅よりも大きければ、より好ましい。ここで、溝TR2の幅は、半導体基板SUBの主面(従ってエピタキシャル層EPの主面)に平行でかつ溝TR2の延在方向に垂直な方向の幅(寸法)に対応している。また、溝TR1の幅は、半導体基板SUBの主面(従ってエピタキシャル層EPの主面)に平行でかつ溝TR1の延在方向に垂直な方向の幅(寸法)に対応している。
溝TR1の幅を大きくし過ぎると、半導体装置の小型化(小面積化)に不利となり、また、溝TR2の幅を小さくし過ぎると、溝TR2上にコンタクトホールを形成しづらくなる。このため、溝TR1の幅をある程度抑制しながら、コンタクトホールを形成できるだけの溝TR2の幅を確保するという観点で、溝TR2の幅は溝TR1の幅よりも大きいことが、より好ましい。
次に、図18および図19に示されるように、例えば熱酸化法などを用いて、溝TR1,TR2の内面(側壁および底面)を含む半導体基板SUBの主面に、酸化シリコン膜などからなる絶縁膜G1aを形成する。この段階では、絶縁膜G1aは、溝TR1,TR2の内面(側壁および底面)と、エピタキシャル層EPの露出する上面とに形成される。
次に、半導体基板SUBの主面(主面全面)上に、すなわち絶縁膜G1a上に、溝TR1,TR2内を埋めるように、導電膜CD1を形成する。導電膜CD1は、制御電極GE1形成用の導電膜である。導電膜CD1は、例えば低抵抗な多結晶シリコン膜(ドープトポリシリコン膜)からなり、CVD法などを用いて形成することができる。導電膜CD1を構成する多結晶シリコン膜は、不純物(好ましくはn型不純物)が導入されている。
次に、導電膜CD1をエッチング(エッチバック)することで、図20および図21に示されるように、溝TR1,TR2の外部の導電膜CD1を除去し、溝TR1,TR2内に導電膜CD1を残す。この段階では、溝TR1,TR2内に残存する導電膜CD1の上面は、半導体基板SUBの主面とほぼ同じ高さ位置にある。
次に、図22および図23に示されるように、半導体基板SUB上に、フォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジストパターンRP1を形成する。フォトレジストパターンRP1は、単層領域TR4となる部分の溝TR2を覆うように形成される。すなわち、上記図4で符号TR4を付した点線で囲まれた領域が、フォトレジストパターンRP1で覆われることになる。このため、フォトレジストパターンRP1が形成されると、単層領域TR4となる部分の溝TR2はフォトレジストパターンRP1で覆われるが、単層領域TR4となる部分以外の溝TR2(従って積層領域TR3となる部分の溝TR2)と、溝TR1全体とは、フォトレジストパターンRP1では覆われない。
次に、フォトレジストパターンRP1が形成されている状態で、導電膜CD1をエッチング(エッチバック)する。この際、フォトレジストパターンRP1で覆われていない領域では、溝TR1,TR2内の導電膜CD1がエッチング(エッチバック)されるが、溝TR1,TR2内の導電膜CD1が全厚みにわたって除去されるのではなく、溝TR1,TR2の深さの途中まで導電膜CD1が残るように、導電膜CD1のエッチング(エッチバック)を行う。一方、フォトレジストパターンRP1で覆われている領域では、溝TR2内の導電膜CD1は、エッチングされずにそのまま残存する。図22および図23には、この段階が示されている。溝TR1,TR2内に残存する導電膜CD1により、制御電極GE1が形成される。すなわち、溝TR1,TR2内に残存する導電膜CD1が、制御電極GE1となる。溝TR1と溝TR2とは繋がっているため、溝TR1内の制御電極GE1と溝TR2内の制御電極GE1とは、一体的に形成されて繋がっている。その後、フォトレジストパターンRP1は除去する。
次に、図24および図25に示されるように、露出する絶縁膜G1aをエッチングにより除去する。この際、制御電極GE1で覆われずに露出する部分の絶縁膜G1aはエッチングされて除去されるが、溝TR1,TR2内において、制御電極GE1と溝TR1,TR2の内面(側壁および底面)との間に介在する部分の絶縁膜G1aは、除去されずに残存し、上記絶縁膜G1となる。これにより、溝TR1,TR2内に絶縁膜G1を介して制御電極GE1が埋め込まれた状態になる。但し、溝TR2のうちの単層領域TR4となる部分では、制御電極GE1の上面は、エピタキシャル層EPの上面とほぼ同じ高さ位置にあるが、溝TR1と、単層領域TR4となる部分以外の溝TR2とでは、制御電極GE1の上面は、溝TR1,TR2の深さの途中に位置している。
次に、図26および図27に示されるように、例えば熱酸化法などを用いて、溝TR1,TR2の側壁および制御電極GE1の表面(露出表面)を含む半導体基板SUBの主面に、酸化シリコン膜などからなる絶縁膜G2aを形成する。この段階では、絶縁膜G2aは、制御電極GE1で覆われない部分の溝TR1,TR2の側壁と、制御電極GE1の表面(露出表面)と、エピタキシャル層EPの露出する上面とに形成される。絶縁膜G2aは、CVD法により形成することも可能である。
絶縁膜G2aは、絶縁膜G1よりも薄くなるように形成すれば、より好ましく、これにより、トレンチゲート型MISFETの電流駆動能力を向上させ、トレンチゲート型MISFETにより構成されるパワーMISFETのオン抵抗を低減することができる。
次に、図28および図29に示されるように、半導体基板SUBの主面(主面全面)上に、すなわち絶縁膜G2a上に、溝TR1,TR2内を埋めるように、導電膜CD2を形成する。導電膜CD2は、ゲート電極GE2形成用の導電膜である。導電膜CD2は、例えば低抵抗な多結晶シリコン膜(ドープトポリシリコン膜)からなり、CVD法などを用いて形成することができる。導電膜CD2を構成する多結晶シリコン膜は、不純物(好ましくはn型不純物)が導入されている。
次に、導電膜CD2をエッチング(エッチバック)することで、図30および図31に示されるように、溝TR1,TR2の外部の導電膜CD2を除去し、溝TR1,TR2内に導電膜CD2を残す。溝TR1,TR2内に残存する導電膜CD2により、ゲート電極GE2が形成される。すなわち、溝TR1,TR2内に残存する導電膜CD2が、ゲート電極GE2となる。溝TR1と溝TR2とは繋がっているため、溝TR1内のゲート電極GE2と溝TR2内のゲート電極GE2とは、一体的に形成されて繋がっている。溝TR1,TR2内において、ゲート電極GE2と溝TR1,TR2の側壁との間に介在する部分の絶縁膜G2aが、上記絶縁膜G2となり、ゲート電極GE2と制御電極GE1との間に介在する部分の絶縁膜G2aが、上記絶縁膜G3となる。
なお、単層領域TR4となる部分の溝TR2では、溝TR2の深さのほぼ全体に制御電極GE1が埋め込まれていたため、溝TR2内に導電膜CD2は埋め込まれず、従って、ゲート電極GE2は埋め込まれない。一方、溝TR1全体と、単層領域TR4となる部分以外の溝TR2では、溝TR1,TR2の深さの途中まで制御電極GE1が埋め込まれていたため、溝TR1,TR2内にゲート電極GE2も埋め込まれる。また、導電膜CD2のエッチバック工程で、エピタキシャル層EPの上面の絶縁膜G2a(溝TR1,TR2の内部以外の絶縁膜G2a)を除去する場合もある。
次に、図32および図33に示されるように、半導体基板SUBの主面に対してp型の不純物(例えばホウ素(B))をイオン注入することなどにより、p型半導体領域PRを形成する。p型半導体領域PRは、エピタキシャル層EPに形成されるが、p型半導体領域PRの下にn型のエピタキシャル層EP(すなわちn型エピタキシャル層EP1)が残るように、エピタキシャル層EPの上部に形成される。また、この段階では、p型半導体領域PRは、エピタキシャル層EPの上面から所定の深さにわたって形成されている。
半導体基板SUBの主面に対してn型の不純物(例えばヒ素(As))をイオン注入することなどにより、n型半導体領域NRを形成する。この際、n型半導体領域NRを形成する予定領域を露出し、それ以外の領域を覆うようなフォトレジストパターン(図示せず)をフォトリソグラフィ技術を用いて形成してから、そのフォトレジストパターンをマスク(イオン注入阻止マスク)として用いて、半導体基板SUBにイオン注入を行う。これにより、n型半導体領域NRは、溝TR1に隣接する位置に形成されるが、溝TR2に隣接する位置には形成されないようにすることができる。n型半導体領域NRは、エピタキシャル層EPの上面から所定の深さにわたって形成されるが、p型半導体領域PRよりも浅く形成される。このため、n型半導体領域NRは、p型半導体領域PRの上部に形成される。
また、ここでは、p型半導体領域PRを先に形成してからn型半導体領域NRを形成する場合について説明したが、他の形態として、n型半導体領域NRをを先に形成してからp型半導体領域PRを形成することもできる。
次に、導入された不純物を活性化するための熱処理である活性化アニールを、必要に応じて行う。
次に、図34および図35に示されるように、半導体基板SUBの主面上に、ゲート電極GE2および制御電極GE1を覆うように、層間絶縁膜として絶縁膜ILを形成する。絶縁膜ILは、例えば酸化シリコン膜からなる。この段階では、絶縁膜ILは、半導体基板SUBの主面全面上に形成されている。
次に、絶縁膜ILにコンタクトホール(開口部、孔、貫通孔、接続孔)CT1,CT2,CT3を形成する。
コンタクトホールCT1,CT2,CT3は、例えば次のようにして形成することができる。すなわち、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジストパターン(図示せず)を絶縁膜IL上に形成してから、そのフォトレジストパターンをエッチングマスクとして、絶縁膜ILをエッチング(例えばドライエッチング)することにより、絶縁膜ILにコンタクトホールCT1,CT2,CT3を形成する。コンタクトホールCT1は、溝TR1に隣接するn型半導体領域NR上に形成され、コンタクトホールCT2は、積層領域TR3の溝TR2内に埋め込まれたゲート電極GE2上に形成され、コンタクトホールCT3は、単層領域TR4の溝TR2内に埋め込まれた制御電極GE1上に形成される。それから、コンタクトホールCT1の底部のn型半導体領域NRをエッチングすることにより、コンタクトホールCT1がn型半導体領域NRを貫通してp型半導体領域PRに達するようにする。これにより、コンタクトホールCT1は、絶縁膜ILおよびn型半導体領域NRを貫通してp型半導体領域PRで終端した状態になる。その後、コンタクトホールCT1の底部で露出するp型半導体領域PRに対して、p型不純物をイオン注入することにより、p型半導体領域PR2を形成する。なお、ゲート電極GE2と制御電極GE1には、n型不純物が高濃度に導入されているため、p型半導体領域PR2を形成するためのイオン注入の際に、コンタクトホールCT2,CT3から露出するゲート電極GE2と制御電極GE1とにp型不純物がイオン注入されたとしても、ゲート電極GE2と制御電極GE1とにはp型半導体領域は形成されず、n型の導電性が維持される。
次に、図36および図37に示されるように、絶縁膜IL上に配線M1を形成する。配線M1は、例えば、次のようにして形成することができる。まず、半導体基板SUBの主面上に、すなわち、絶縁膜IL上に、コンタクトホールCT1,CT2,CT3内を埋めるように、配線M1形成用の導電膜を形成する。それから、その配線M1形成用の導電膜(例えばアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を主体とする金属膜)を、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いてパターニングすることにより、パターニングされた導電膜からなる配線M1を形成することができる。
配線M1は、ソース用配線M1Sとゲート用配線M1Gと制御電極用配線M1Cとを含んでいる。コンタクトホールCT1内には、ソース用配線M1Sと一体的に形成されたソース用ビア部が埋め込まれ、コンタクトホールCT1内に埋め込まれたソース用ビア部を介して、p型半導体領域PRおよびn型半導体領域NRがソース用配線M1Sと電気的に接続される。また、コンタクトホールCT2内には、ゲート用配線M1Gと一体的に形成されたゲート用ビア部が埋め込まれ、コンタクトホールCT2内に埋め込まれたゲート用ビア部を介して、ゲート電極GE2がゲート用配線M1Gと電気的に接続される。また、コンタクトホールCT3内には、制御電極用配線M1Cと一体的に形成された制御電極用ビア部が埋め込まれ、コンタクトホールCT3内に埋め込まれた制御電極用ビア部を介して、制御電極GE1が制御電極用配線M1Cと電気的に接続される。
次に、図38および図39に示されるように、半導体基板SUBの主面(主面全面)上に、すなわち絶縁膜IL上に、配線M1を覆うように、絶縁膜PAを形成する。絶縁膜PAは、例えばポリイミド系の樹脂などからなり、表面保護のために形成する。
次に、図7〜図13に示されるように、例えばフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることにより、上記絶縁膜PAに、配線M1の一部が露出するような開口部OPを形成することで、ボンディングパッド(パッド電極)を形成する。絶縁膜PAの開口部OPから露出するソース用配線M1Sによって、ソース用パッド(ソース用のボンディングパッド)PDSが形成される。また、絶縁膜PAの開口部OPから露出するゲート用配線M1Gによって、ゲート用パッド(ゲート用のボンディングパッド)PDGが形成され、絶縁膜PAの開口部OPから露出する制御電極用配線M1Cによって、制御電極用パッド(制御電極用のボンディングパッド)PDCが形成される。
また、開口部OPから露出する配線M1の表面(すなわちボンディングパッドの表面)上には、メッキ法などで更に金属層(図示せず)を形成する場合もある。この金属層は、例えば、下から順に形成された銅(Cu)膜とニッケル(Ni)膜と金(Au)膜との積層膜や、あるいは、下から順に形成されたチタン(Ti)膜とニッケル(Ni)膜と金(Au)膜との積層膜などからなる。この金属層を形成したことにより、下地のアルミニウム(配線M1)の表面の酸化を抑制または防止することができる。
次に、半導体基板SUBの裏面(エピタキシャル層EPを形成した側とは逆側の半導体基板SUBの主面、すなわちエピタキシャル層EPを形成した側とは逆側の基板本体SBの裏面)を研削または研磨して、半導体基板SUBの厚みを薄くする。その後、半導体基板SUBの裏面(基板本体SBの裏面)全体に金属層を蒸着法などによって被着することにより、裏面電極(裏面ドレイン電極、ドレイン電極)BEを形成する。
裏面電極BEは、トレンチゲート型MISFETのドレインに電気的に接続されており、ドレイン電極(ドレイン用裏面電極)として機能することができる。基板本体SBおよびエピタキシャル層EP(n型エピタキシャル層EP1)は、トレンチ型ゲート構造を有する縦型のMISFETのドレイン領域としての機能を有している。裏面電極BEは、例えば、半導体基板SUBの裏面から順にチタン(Ti)層、ニッケル(Ni)層および金(Au)層の積層膜により形成することができる。
その後、半導体基板SUBをダイシングなどによって分割(分離、切断)することにより、半導体基板SUBから個々の半導体チップ(半導体装置)が取得される。このようにして、本実施の形態の半導体装置(半導体チップ)CPが製造される。
<主要な特徴と効果について>
本実施の形態の半導体装置CPは、半導体基板SUBの主面のトランジスタ形成領域RG1に、パワートランジスタを構成するトレンチゲート型電界効果トランジスタを有する半導体装置である。
半導体装置CPは、半導体基板SUBのトランジスタ形成領域RG1に形成された溝TR1(第1溝)と、溝TR1内の下部に形成された制御電極GE1(第1電極)と、溝TR1内の上部に形成されたゲート電極GE2とを有している。ゲート電極GE2は、トレンチゲート型電界効果トランジスタ用のゲート電極である。更に、半導体装置CPは、溝TR1の側壁および底面と制御電極GE1との間に形成された絶縁膜G1(第1絶縁膜)と、溝TR1の側壁とゲート電極GE2との間に形成された絶縁膜G2(第2絶縁膜)と、制御電極GE1とゲート電極GE2との間に形成された絶縁膜G3(第3絶縁膜)とを有している。更に、半導体装置CPは、半導体基板SUBにおける溝TR1に隣接する領域に形成された、n型半導体領域NR(ソース用半導体領域)と、n型半導体領域NRの下に位置するp型半導体領域PR(チャネル形成用半導体領域)と、p型半導体領域PRの下に位置するドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)とを有している。n型半導体領域NRはソース用半導体領域であり、p型半導体領域PRはチャネル形成用半導体領域であり、n型エピタキシャル層EP1がドレイン用半導体領域として機能する。更に、半導体装置CPは、半導体基板SUBの主面上に形成された絶縁膜ILと、絶縁膜IL上に形成され、n型半導体領域NRに電気的に接続されたソース用配線M1Sと、絶縁膜IL上に形成され、ゲート電極GE2に電気的に接続されたゲート用配線M1Gと、絶縁膜IL上に形成され、制御電極GE1に電気的に接続された制御電極用配線M1C(第1配線)とを有している。絶縁膜ILは、層間絶縁膜である。
本実施の形態の主要な特徴のうちの一つは、制御電極用配線M1Cが、導体を通じてソース用配線M1Sと繋がっておらず、かつ、導体を通じてゲート用配線M1Gと繋がっていないことである。すなわち、制御電極用配線M1Cは、ソース用配線M1Sとゲート用配線M1Gのどちらにも導体を通じて繋がっていない。
制御電極用配線M1Cが、ソース用配線M1Sとゲート用配線M1Gのどちらにも導体を通じて繋がっていないことは、制御電極GE1が、ゲート電極GE2とn型半導体領域NR(ソース用半導体領域)のどちらにも、導体を通じて繋がっていないことを意味する。このため、本実施の形態では、制御電極GE1は、導体を通じてゲート電極GE2と繋がっておらず、かつ、導体を通じてn型半導体領域NR(ソース用半導体領域)と繋がっていない。なお、「Aが導体を通じてBと繋がっている」または「AがBと導体を通じて繋がっている」とは、AとBとの間に導体で繋がる導電経路が形成されていることに対応し、「Aが導体を通じてBと繋がっていない」または「AがBと導体を通じて繋がっていない」とは、AとBとの間に導体で繋がる導電経路が形成されていないことに対応している。
本実施の形態では、制御電極用配線M1Cが、ソース用配線M1Sとゲート用配線M1Gのどちらにも導体を通じて繋がっていないため、制御電極GE1の電位(電圧)は、n型半導体領域NR(ソース用半導体領域)およびゲート電極GE2とは独立に制御することができる。すなわち、ソース用配線M1Sを通じてn型半導体領域NR(ソース用半導体領域)に供給(印加)される電位(電圧)およびゲート用配線M1Gを通じてゲート電極GE2に供給(印加)される電位(電圧)とは独立して、所望の電位(電圧)を制御電極GE1に制御電極用配線M1Cを通じて供給(印加)することができる。
図40は、制御電極GE1の電圧とオン抵抗との相関を示すグラフであり、図41は、制御電極GE1の電圧と寄生容量との相関を示すグラフである。図40および図41の各グラフの横軸は、制御電極GE1の電圧(印加電圧)に対応し、図40のグラフの縦軸は、トレンチゲート型電界効果トランジスタのオン抵抗に対応し、図41のグラフの縦軸は、トレンチゲート型電界効果トランジスタの寄生容量に対応している。なお、図40および図41の各グラフは、ソースにグランド電位(0V)を印加し、ドレインに正電位(例えば12V)を印加し、ソースの電位とドレインの電位との間の正電位(例えば5V)をゲート電極GE2に印加した場合に、制御電極GE1の電位を変化させたときのグラフが示されている。
図40のグラフにも示されるように、制御電極GE1の電圧(電位)を正側に大きくすると、すなわち制御電極GE1の印加電圧を正電位にするとともにその正電位の絶対値を大きくすると、トレンチゲート型電界効果トランジスタのオン抵抗が小さくなる。これは、ドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)はn型なので、制御電極GE1の電圧(電位)を正側に大きくすると、絶縁膜G1を介して制御電極GE1に対向する部分のドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)に負の電荷(すなわち電子)が蓄積されて、ドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)の導通抵抗が下がるからである。しかしながら、制御電極GE1の電圧(電位)を負側に大きくすると、すなわち制御電極GE1の印加電圧を負電位にするとともにその負電位の絶対値を大きくすると、トレンチゲート型電界効果トランジスタのオン抵抗は大きくなってしまう。つまり、制御電極GE1の電圧(電位)とトレンチゲート型電界効果トランジスタのオン抵抗とは、負の相関を有している。
一方、図41のグラフにも示されるように、制御電極GE1の電圧(電位)を負側に大きくすると、トレンチゲート型電界効果トランジスタの寄生容量は小さくなる。これは、ドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)は正電位なので、制御電極GE1の電圧(電位)を負側に大きくすると、ドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)と制御電極GE1との間の電位差が大きくなって、空乏層が拡がるため、ゲート電極GE2とドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)との間の寄生容量が小さくなるからである。また、制御電極GE1の電圧(電位)を負側に大きくすると、ドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)と制御電極GE1との間の電位差が大きくなって、空乏層が拡がるため、ソース用半導体領域(n型半導体領域NR)とドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)との間の寄生容量が小さくなるからである。しかしながら、制御電極GE1の電圧(電位)を正側に大きくすると、空乏層が狭まるため、ゲート電極GE2とドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)との間の寄生容量が大きくなり、また、ソース用半導体領域(n型半導体領域NR)とドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)との間の寄生容量が大きくなる。このため、制御電極GE1の電圧(電位)を正側に大きくすると、トレンチゲート型電界効果トランジスタの寄生容量は大きくなってしまう。つまり、制御電極GE1の電圧(電位)とトレンチゲート型電界効果トランジスタの寄生容量とは、正の相関を有している。
ここで、本実施の形態とは異なり、制御電極用配線M1Cおよび制御電極用パッドPDCを設けずに、制御電極GE1をゲート用配線M1Gに接続する場合が考えられ、この場合を第1比較例と称することとする。この第1比較例の場合は、制御電極GE1とゲート電極GE2とが、共通のゲート用配線M1Gに接続されているため、ゲート用配線M1Gを通じて同じ電位(電圧)が制御電極GE1とゲート電極GE2とに供給されることになる。すなわち、第1比較例の場合は、制御電極GE1とゲート電極GE2とが必ず同電位となる構造になっている。
また、本実施の形態とは異なり、制御電極用配線M1Cおよび制御電極用パッドPDCを設けずに、制御電極GE1をソース用配線M1Sに接続する場合が考えられ、この場合を第2比較例と称することとする。この第2比較例の場合は、制御電極GE1とn型半導体領域NR(ソース用半導体領域)とが、共通のソース用配線M1Sに接続されているため、ソース用配線M1Sを通じて同じ電位(電圧)が制御電極GE1とn型半導体領域NR(ソース用半導体領域)とに供給されることになる。すなわち、第2比較例の場合は、制御電極GE1とn型半導体領域NR(ソース用半導体領域)とが必ず同電位となる構造になっている。
第1比較例の場合は、制御電極GE1にもゲート電極GE2と同じ電位が必ず供給される。このため、ゲート電極GE2に正電位(例えば5V)を印加してトレンチゲート型電界効果トランジスタをオン状態にすると、制御電極GE1にもゲート電極GE2と同じ正電位(5V)が供給され、制御電極GE1がドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)の導通抵抗を下げるように作用するため、トレンチゲート型電界効果トランジスタのオン抵抗を低減することができる。しかしながら、寄生容量に着目すると、制御電極GE1にゲート電極GE2と同じ正電位(例えば5V)が供給されることは、トレンチゲート型電界効果トランジスタの寄生容量が増大することにつながってしまう。つまり、第1比較例の場合は、トレンチゲート型電界効果トランジスタのオン抵抗を低減することはできるが、トレンチゲート型電界効果トランジスタの寄生容量の増大を招いてしまうことになる。
一方、第2比較例の場合は、制御電極GE1にもソース用半導体領域(n型半導体領域NR)と同じ電位が必ず供給される。このため、制御電極GE1の電位は、ソース用半導体領域(n型半導体領域NR)に供給すべき電位によって自動的に決まってしまう。従って、ゲート電極GE2に正電位(例えば5V)を印加してトレンチゲート型電界効果トランジスタをオン状態にしたときに、制御電極GE1の電位を正側に大きくしてオン抵抗を低減することは困難である。
それに対して、本実施の形態では、制御電極用配線M1Cが、ソース用配線M1Sとゲート用配線M1Gのどちらにも導体を通じて繋がっていないため、制御電極GE1の電位は、ソース用半導体領域(n型半導体領域NR)の電位およびゲート電極GE2の電位とは独立に制御することができる。すなわち、本実施の形態では、ソース用配線M1Sを通じてソース用半導体領域(n型半導体領域NR)に供給される電位、あるいはゲート用配線M1Gを通じてゲート電極GE2に供給される電位に規制(制限)されることなく、所望の電位を制御電極GE1に制御電極用配線M1Cを通じて供給(印加)することができる。このため、本実施の形態では、制御電極GE1の電位は、ゲート電極GE2の電位と同じにすることもできるし、ゲート電極GE2の電位とは異なる電位とすることもできるし、ソース用半導体領域(n型半導体領域NR)の電位と同じにすることもできるし、ソース用半導体領域(n型半導体領域NR)の電位とは異なる電位とすることもできる。つまり、ソース用半導体領域(n型半導体領域NR)に供給される電位やゲート電極GE2に供給される電位に規制(制限)されることなく、制御電極GE1には、制御電極GE1に相応しい電位を供給(印加)することができる。
このため、例えば、オン抵抗をできるだけ低減させたい状況でパワートランジスタを有する半導体装置を動作させるときには、制御電極GE1の電位を正電位にし、その正電位を比較的大きくする。これにより、ドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)の導通抵抗を下げることができるため、オン抵抗を低減することができ、オン抵抗に起因した損失を低減することができる。また、高周波動作時など、寄生容量をできるだけ低減させたい状況でパワートランジスタを有する半導体装置を動作させるときには、制御電極GE1の電位を小さな正電位にするか、0Vにするか、あるいは負電位にする。これにより、トレンチゲート型電界効果トランジスタの寄生容量を低減できるため、寄生容量に起因した損失を低減することができる。
また、本実施の形態の半導体装置が内蔵するパワートランジスタは、例えばスイッチング素子として用いることができる。パワートランジスタをスイッチング素子として用いる場合は、損失(電力損失)をできるだけ低減して高効率化を図ることが望ましいが、損失には、スイッチング損失と導通損失とがある。スイッチング損失は寄生容量に依存し、導通損失はオン抵抗に依存しており、スイッチング損失の低減には、寄生容量の低減が有効であり、導通損失の低減には、オン抵抗の低減が有効である。また、損失(電力損失)全体に占めるスイッチング損失と導通損失との各割合は、動作状況によって異なっている。例えば、軽負荷時と重負荷時とを比べると、損失(電力損失)全体に占めるスイッチング損失の割合は、重負荷時よりも軽負荷時の方が大きく、損失(電力損失)全体に占める導通損失の割合は、軽負荷時よりも重負荷時の方が大きい。
このため、導通損失の寄与が大きい使用状況と、スイッチング損失の寄与が大きい使用状況とで、制御電極GE1の電位を変え、スイッチング損失の寄与が大きい使用状況よりも導通損失の寄与が大きい使用状況の方が、制御電極GE1の電位が正側にシフトしているようにすることができる。これにより、導通損失の寄与が大きい使用状況ではオン抵抗を低くして導通損失を低減し、それによって損失全体を低減することができ、一方、スイッチング損失の寄与が大きい使用状況では寄生容量を低減し、それによって損失全体を低減することができる。これにより、導通損失の寄与が大きい使用状況と、スイッチング損失の寄与が大きい使用状況とのどちらにおいても、損失全体を低減することができ、高効率化を図ることができる。
このように、本実施の形態では、制御電極用配線M1Cが、ソース用配線M1Sとゲート用配線M1Gのどちらにも導体を通じて繋がっていないため、制御電極GE1の電位は、ソース用半導体領域(n型半導体領域NR)およびゲート電極GE2とは独立に制御することができる。このため、トレンチゲート型電界効果トランジスタで構成されたパワートランジスタの動作状況に応じて、制御電極GE1の電位を制御することができるので、トレンチゲート型電界効果トランジスタで構成されたパワートランジスタを有する半導体装置の性能を向上させることができる。
また、本実施の形態では、半導体基板SUBにおける溝TR1に隣接する領域には、ソース用半導体領域(n型半導体領域NR)と、n型半導体領域NRの下に位置するチャネル形成用半導体領域(p型半導体領域PR)と、チャネル形成用半導体領域(p型半導体領域PR)の下に位置するドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)とが存在している。溝TR1内のゲート電極GE2の側面は、絶縁膜G2を介して、ソース用半導体領域(n型半導体領域NR)およびチャネル形成用半導体領域(p型半導体領域PR)に対向していることが好ましく、これにより、ゲート電極GE2への印加電圧により、トレンチゲート型電界効果トランジスタのオン/オフを的確に制御することができる。また、溝TR1内の制御電極GE1の側面および底面は、絶縁膜G1を介して、ドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)に対向していることが好ましい。これにより、制御電極GE1への印加電圧により、ドレイン用半導体領域を的確に制御することができ、トレンチゲート型電界効果トランジスタのオン抵抗と寄生容量とを的確に制御することができる。
また、本実施の形態では、ゲート電極GE2に電気的に接続されたゲート用配線M1Gと、制御電極GE1に電気的に接続された制御電極用配線M1Cとを有しているため、ゲート用配線M1Gをゲート電極GE2に電気的に接続し、制御電極用配線M1Cを制御電極GE1に電気的に接続する必要がある。そこで、溝TR1に繋がるTR2を設け、この溝TR2を用いて、ゲート用配線M1Gを溝TR2内のゲート電極GE2に接続し、制御電極用配線M1Cを溝TR2内の制御電極GE1に接続している。
すなわち、本実施の形態の半導体装置は、トランジスタ形成領域RG1の周囲の半導体基板SUBに形成され、溝TR1(第1溝)に繋がっている溝TR2(第2溝)を有している。そして、本実施の形態の半導体装置は、溝TR2とゲート用配線M1Gとが平面視で重なる領域の絶縁膜IL(層間絶縁膜)に形成されたゲート用コンタクトホールCT2と、溝TR2と制御電極用配線M1C(第1配線)とが平面視で重なる領域の絶縁膜IL(層間絶縁膜)に形成されたコンタクトホールCT3(第1コンタクトホール)とを有している。溝TR2は、内部に制御電極GE1とゲート電極GE2とが埋め込まれている積層領域TR3(第1領域)と、内部に制御電極GE1が埋め込まれているがゲート電極GE2は埋め込まれていない単層領域TR4(第2領域)とを有している。積層領域TR3の溝TR2内の下部には、絶縁膜G1を介して制御電極GE1が形成され、積層領域TR3の溝TR2内の上部には、絶縁膜G2を介してゲート電極GE2が形成され、積層領域TR3の溝TR2内の制御電極GE1とゲート電極GE2との間には絶縁膜G3が形成されている。単層領域TR4の溝TR2内には、絶縁膜G1を介して制御電極GE1が形成されている。ゲート用コンタクトホールCT2は、積層領域TR3の溝TR2の上方に形成され、ゲート用配線M1Gは、ゲート用コンタクトホールCT2から露出するゲート電極GE2に電気的に接続され、コンタクトホールCT3は、単層領域TR4の溝TR2の上方に形成され、制御電極用配線M1Cは、コンタクトホールCT3から露出する制御電極GE1に電気的に接続されている。
このように、本実施の形態では、半導体基板SUBに溝TR2を設け、その溝TR2が、内部に制御電極GE1とゲート電極GE2とが埋め込まれている積層領域TR3と、内部に制御電極GE1が埋め込まれているがゲート電極GE2は埋め込まれていない単層領域TR4とを有している。これにより、ゲート用配線M1Gを、ゲート用コンタクトホールCT2を通じて、積層領域TR3の溝TR2内のゲート電極GE2に接続することができ、また、制御電極用配線M1Cを、コンタクトホールCT3を通じて、単層領域TR4の溝TR2内の制御電極GE1に接続することができる。従って、ゲート用配線M1Gをゲート電極GE2に容易かつ的確に接続し、また、制御電極用配線M1Cを制御電極GE1に容易かつ的確に接続することができる。
また、本実施の形態では、ソース用配線M1Sは、トランジスタ形成領域RG1の絶縁膜IL上に形成され、ゲート用配線M1Gは、トランジスタ形成領域RG1の周囲の絶縁膜IL上に形成され、制御電極用配線M1Cは、トランジスタ形成領域RG1の周囲の絶縁膜IL上に形成されている。また、ソース用配線M1Sは、絶縁膜ILに形成されたソース用コンタクトホールCT1を通じて、トランジスタ形成領域RG1に設けたソース用半導体領域(n型半導体領域NR)と電気的に接続されている。これにより、トランジスタ形成領域RG1に設けたソース用半導体領域(n型半導体領域NR)をソース用配線M1Sに容易かつ的確に接続することができ、また、ソース用配線M1Sの面積を大きくすることができる。このため、ソース抵抗を低減できるので、トレンチゲート型電界効果トランジスタのオン抵抗を低減することができる。
また、本実施の形態では、絶縁膜IL上に、ソース用配線M1S、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cを覆うように形成された絶縁膜PAを有している。そして、ソース用配線M1Sの一部が絶縁膜PAの開口部OP(ソース用開口部)から露出されることにより、ソース用パッドPDSが形成されている。また、ゲート用配線M1Gの一部が絶縁膜PAの開口部OP(ゲート用開口部)から露出されることにより、ゲート用パッドPDGが形成されている。また、制御電極用配線M1Cの一部が絶縁膜PAの開口部OP(第1開口部)から露出されることにより、制御電極用パッドPDC(第1パッド)が形成されている。これにより、ソース用パッドPDSから、ソース用配線M1Sを介して、トランジスタ形成領域RG1に設けたソース用半導体領域(n型半導体領域NR)に所望のソース電位を供給することができる。また、ゲート用パッドPDGから、ゲート用配線M1Gおよび溝TR2内のゲート電極GE2を介して、溝TR1内のゲート電極GE2に所望のゲート電位を供給することができる。また、制御電極用パッドPDCから、制御電極用配線M1Cおよび溝TR2内の制御電極GE1を介して、溝TR1内の制御電極GE1に所望の電位を供給することができる。
また、本実施の形態では、半導体基板SUBの裏面に形成された裏面電極BE(裏面ドレイン電極)を有し、裏面電極BEは、ドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)と電気的に接続されている。これにより、裏面電極BEから、所望のドレイン電位をドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)に供給することができる。
また、本実施の形態では、溝TR2に埋め込まれた部分のゲート電極GE2は、溝TR1に埋め込まれた部分のゲート電極GE2をゲート用配線M1Gに接続するための配線部(ゲート配線部)として機能し、溝TR2に埋め込まれた部分の制御電極GE1は、溝TR1に埋め込まれた部分の制御電極GE1を制御電極用配線M1Cに接続するための配線部として機能する。これにより、溝TR1内のゲート電極GE2を、トレンチゲート型電界効果トランジスタのゲート電極として機能させることができるとともに、溝TR2内のゲート電極GE2を介して、ゲート用配線M1Gに電気的に接続することができる。また、溝TR1内の制御電極GE1をトレンチゲート型電界効果トランジスタの制御電極として機能させることができるとともに、溝TR2内の制御電極GE1を介して、制御電極用配線M1Cに電気的に接続することができる。
<配線のレイアウトについて>
次に、本実施の形態の半導体装置CPにおける配線M1(ソース用配線M1S、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1C)の平面レイアウトについて更に説明する。
上記図1〜図3に示されるように、半導体装置(半導体チップ)CPの平面形状は四角形状であり、好ましくは長方形状(正方形状も含む)である。半導体装置CPの四角形(長方形)状の平面形状を構成する4つの辺を、辺H1,H2,H3,H4と呼ぶものとする。辺H1と辺H3とは互いに対向しており、辺H2と辺H4とは互いに対向している(より特定的には辺H1と辺H3とは互いに平行で、辺H2と辺H4とは互いに平行である)。また、辺H1は、辺H2,H4と交差(より特定的には直交)しており、辺H2は、辺H1,H3と交差(より特定的には直交)しており、辺H3は、辺H2,H4と交差(より特定的には直交)しており、辺H4は、辺H1,H3と交差(より特定的には直交)している。このため、半導体装置CPの主面の四辺は、辺H1,H2,H3,H4に対応することになる。
ここで、辺H1と辺H3とは、それぞれ、X方向に沿った辺であり、辺H2と辺H4とは、それぞれ、Y方向に沿った辺である。このため、辺H1と辺H3とは、Y方向に対向し、辺H2と辺H4とは、X方向に対向している。
上記図2に示されるように、ゲート用配線M1Gと制御電極用配線M1Cとは、それぞれ、トランジスタ形成領域RG1の外周に沿って延在している。トランジスタ形成領域RG1は、半導体装置CPの主面のうち、外周領域を除く領域のほぼ全体に形成されている。このため、ゲート用配線M1Gと制御電極用配線M1Cとは、それぞれ、半導体装置CPの外周に沿って延在している。半導体装置CPの外周を構成する4つの辺H1,H2,H3,H4のうち、辺H1,H2,H3に沿ってゲート用配線M1Gが延在し、辺H1,H4,H3に沿って制御電極用配線M1Cが延在している。辺H2側には、ゲート用配線M1Gが延在しているが、制御電極用配線M1Cは延在しておらず、辺H4側には、制御電極用配線M1Cが延在しているが、ゲート用配線M1Gは延在していない。半導体装置CPの主面において、辺H2と辺H3とで形成される角部近傍にゲート用パッドPDGが配置され、辺H3と辺H4とで形成される角部近傍に制御電極用パッドPDCが配置され、半導体装置CPの主面の中央領域にソース用パッドPDSが配置されている。ソース用パッドPDSの平面積は、ゲート用パッドPDGおよび制御電極用パッドPDCの平面積よりも大きい。
ここで、ゲート用配線M1Gのうち、辺H1に沿ってX方向に延在する部分をゲート用配線部M1G1と称し、辺H2に沿ってY方向に延在する部分をゲート用配線部M1G2と称し、辺H3に沿ってX方向に延在する部分をゲート用配線部M1G3と称することとする。また、制御電極用配線M1Cのうち、辺H1に沿ってX方向に延在する部分を制御電極用配線部M1C1と称し、辺H4に沿ってY方向に延在する部分を制御電極用配線部M1C2と称し、辺H3に沿ってX方向に延在する部分を制御電極用配線部M1C3と称することとする。
このため、辺H1に沿って、ゲート用配線部M1G1と制御電極用配線部M1C1とが並んでX方向に延在し、辺H3に沿って、ゲート用配線部M1G3と制御電極用配線部M1C3とが並んでX方向に延在し、辺H2に沿ってゲート用配線部M1G2がY方向に延在し、辺H4に沿って制御電極用配線部M1C2がY方向に延在している。ゲート用配線部M1G1とゲート用配線部M1G2とゲート用配線部M1G3とは、一体的に形成されて連結されており、また、制御電極用配線部M1C1と制御電極用配線部M1C2と制御電極用配線部M1C3とは、一体的に形成されて連結されている。
辺H1に沿ってゲート用配線部M1G1および制御電極用配線部M1C1が延在する領域では、Y方向に延在する溝TR2(TR2a)がX方向に複数並んでいる(図2および図4参照)。このため、ゲート用配線部M1G1および制御電極用配線部M1C1の下には、ゲート用配線部M1G1および制御電極用配線部M1C1と交差するようにY方向に延在する溝TR2(TR2a)が、X方向に複数並んだ状態になっている。そして、ゲート用配線部M1G1がY方向に延在する溝TR2(TR2a)と平面視で重なる領域に、ゲート用コンタクトホールCT2が形成され、制御電極用配線部M1C1がY方向に延在する溝TR2(TR2a)と平面視で重なる領域に、コンタクトホールCT3が形成されている(図4〜図6参照)。このため、辺H1側の領域でY方向に延在する各溝TR2(TR2a)において、ゲート用コンタクトホールCT2を通じてゲート用配線部M1G1を溝TR2内のゲート電極GE2に接続し、コンタクトホールCT3を通じて制御電極用配線部M1C1を溝TR2内の制御電極GE1に接続することができる。これにより、ゲート用配線部M1G1を、溝TR2内のゲート電極GE2を介して、トランジスタ形成領域RG1の溝TR1内のゲート電極GE2に電気的に接続することができ、かつ、制御電極用配線部M1C1を、溝TR2内の制御電極GE1を介して、トランジスタ形成領域RG1の溝TR1内の制御電極GE1に電気的に接続することができる。
辺H3側も、辺H1側と同様である。すなわち、辺H3に沿ってゲート用配線部M1G3および制御電極用配線部M1C3が延在する領域では、Y方向に延在する溝TR2(TR2a)がX方向に複数並んでいる。このため、ゲート用配線部M1G3および制御電極用配線部M1C3の下には、ゲート用配線部M1G3および制御電極用配線部M1C3と交差するようにY方向に延在する溝TR2(TR2a)が、X方向に複数並んだ状態になっている。そして、ゲート用配線部M1G3がY方向に延在する溝TR2(TR2a)と平面視で重なる領域に、ゲート用コンタクトホールCT2が形成され、制御電極用配線部M1C3がY方向に延在する溝TR2(TR2a)と平面視で重なる領域に、コンタクトホールCT3が形成されている。このため、辺H3側の領域でY方向に延在する各溝TR2(TR2a)において、ゲート用コンタクトホールCT2を通じてゲート用配線部M1G3を溝TR2内のゲート電極GE2に接続し、コンタクトホールCT3を通じて制御電極用配線部M1C3を溝TR2内の制御電極GE1に接続することができる。これにより、ゲート用配線部M1G3を、溝TR2内のゲート電極GE2を介して、トランジスタ形成領域RG1の溝TR1内のゲート電極GE2に電気的に接続することができ、かつ、制御電極用配線部M1C3を、溝TR2内の制御電極GE1を介して、トランジスタ形成領域RG1の溝TR1内の制御電極GE1に電気的に接続することができる。
ソース用配線M1Sは、平面視において、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cで囲まれた領域のほぼ全体に形成されており、トランジスタ形成領域RG1と、ソース用配線M1Sが形成されている領域とは、平面視においてほぼ一致している。このため、平面視において、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cは、ソース用配線M1Sの周囲に形成され、従って、トランジスタ形成領域RG1の周囲に形成されている。トランジスタ形成領域RG1内では、Y方向に延在する溝TR1(TR1a)がX方向に複数並んでいる。
本実施の形態では、辺H1に沿って、ゲート用配線部M1G1と制御電極用配線部M1C1とが並んでX方向に延在しているが、制御電極用配線部M1C1は、平面視で、ゲート用配線部M1G1と辺H1との間に配置されていることが好ましい(図2参照)。換言すれば、辺H1に沿って、ゲート用配線部M1G1と制御電極用配線部M1C1とが並んでX方向に延在しているが、ゲート用配線部M1G1が内側(トランジスタ形成領域RG1に近い側、すなわち辺H1から遠い側)に配置され、制御電極用配線部M1C1が外側(トランジスタ形成領域RG1から遠い側、すなわち辺H1に近い側)に配置されていることが好ましい。辺H3側についても、辺H1側と同様である。すなわち、辺H3に沿って、ゲート用配線部M1G3と制御電極用配線部M1C3とが並んでX方向に延在しているが、制御電極用配線部M1C3は、平面視で、ゲート用配線部M1G3と辺H3との間に配置されていることが好ましい(図2参照)。換言すれば、辺H3に沿って、ゲート用配線部M1G3と制御電極用配線部M1C3とが並んでX方向に延在しているが、ゲート用配線部M1G3が内側(トランジスタ形成領域RG1に近い側、すなわち辺H3から遠い側)に配置され、制御電極用配線部M1C3が外側(トランジスタ形成領域RG1から遠い側、すなわち辺H3に近い側)に配置されていることが好ましい。その理由について、図42〜図47を参照して説明する。
図42〜図47は、本実施の形態の半導体装置CPの第1変形例を示す平面図または断面図である。図42〜図47に示される第1変形例の半導体装置CPを、半導体装置CP1と称することとする。図42〜図47のうち、図42は、上記図2に対応する全体平面図であり、図43は、上記図4に対応する要部平面図であり、図44は、上記図5に対応する要部平面図であり、図45は、上記図6に対応する要部平面図であり、図46は、図44のE−E線の断面図にほぼ対応し、図47は、図44のF−F線の断面図にほぼ対応している。図42に示される二点鎖線で囲まれた領域RG2を拡大したものが、図43〜図45に対応している。
図42〜図47の半導体装置CP1では、辺H1に沿って、ゲート用配線部M1G1と制御電極用配線部M1C1とが並んでX方向に延在しているが、制御電極用配線部M1C1が内側(トランジスタ形成領域RG1に近い側、すなわち辺H1から遠い側)に配置され、ゲート用配線部M1G1が外側(トランジスタ形成領域RG1から遠い側、すなわち辺H1に近い側)に配置されている。また、辺H3に沿って、ゲート用配線部M1G3と制御電極用配線部M1C3とが並んでX方向に延在しているが、制御電極用配線部M1C3が内側(トランジスタ形成領域RG1に近い側、すなわち辺H3から遠い側)に配置され、ゲート用配線部M1G3が外側(トランジスタ形成領域RG1から遠い側、すなわち辺H3に近い側)に配置されている。トランジスタ形成領域RG1内の構成と、ソース用配線M1Sについては、図42〜図47の半導体装置CP1も上記図1〜図13の半導体装置CPと同様である。
図1〜図13の半導体装置CPと同様に、図42〜図47の半導体装置CP1においても、辺H1に沿ってゲート用配線部M1G1および制御電極用配線部M1C1が延在する領域では、Y方向に延在する溝TR2がX方向に複数並んでおり、また、辺H3に沿ってゲート用配線部M1G3および制御電極用配線部M1C3が延在する領域では、Y方向に延在する溝TR2がX方向に複数並んでいる。
上記図1〜図13の半導体装置CPにおいては、上記図4からも分かるように、Y方向にそれぞれ延在しかつX方向に並ぶ複数の溝TR2(すなわち溝TR2a)のそれぞれは、制御電極GE1とゲート電極GE2とが埋め込まれた積層領域TR3と、ゲート電極GE2は埋め込まれずに制御電極GE1が埋め込まれた単層領域TR4とを有していた。しかしながら、図42〜図47の半導体装置CP1においては、Y方向にそれぞれ延在しかつX方向に並ぶ複数の溝TR2(すなわち溝TR2a)は、積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有している溝TR2aと、単層領域TR4を有さずに積層領域TR3だけで構成された溝TR2aとが混在している必要がある。なお、図43において、符号TR4を付した点線で囲まれた領域内の溝TR2は、単層領域TR4となっており、それ以外の領域の溝TR2は、積層領域TR3となっている。このため、図46の断面図に示される溝TR2は、積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有しているが、図47の断面図に示される溝TR2は、単層領域TR4を有さずに積層領域TR3だけで構成されている。
図43に示される複数の溝TR2aの全てが、図46の溝TR2のように積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有している場合を仮定する。この場合には、単層領域TR4の溝TR2内にはゲート電極GE2が形成されていないことから、ゲート用コンタクトホールCT2を通じてゲート用配線部M1G1に接続される溝TR2内のゲート電極GE2は、トランジスタ形成領域RG1の溝TR1内のゲート電極GE2とは一体的に繋がらずに分離されてしまう。これは、溝TR2内のゲート電極GE2を介してトランジスタ形成領域RG1の溝TR1内のゲート電極GE2にゲート用配線部M1G1を電気的に接続することを阻害してしまう。
このため、図43に示される複数の溝TR2aは、図46の溝TR2のように積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有している溝TR2aと、図47の溝TR2のように単層領域TR4を有さずに積層領域TR3だけで構成された溝TR2aとが混在している。これにより、図47の溝TR2のように積層領域TR3だけで構成された溝TR2aにおいて、ゲート用コンタクトホールCT2を通じてゲート用配線M1G(M1G1)をゲート電極GE2に接続し、溝TR2内のゲート電極GE2を介して、ゲート用配線M1G(M1G1)をトランジスタ形成領域RG1の溝TR1内のゲート電極GE2に電気的に接続することができる。また、図46の溝TR2のように積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有している溝TR2aにおいて、コンタクトホールCT3を通じて制御電極用配線M1C(M1C1)を制御電極GE1に接続し、溝TR2内の制御電極GE1を介して、制御電極用配線M1C(M1C1)をトランジスタ形成領域RG1の溝TR1内の制御電極GE1に電気的に接続することができる。
しかしながら、図42〜図47の半導体装置CP1の場合には、図47の溝TR2のように単層領域TR4を有さずに積層領域TR3だけで構成された溝TR2aは、ゲート用配線M1Gとトランジスタ形成領域RG1の溝TR1内のゲート電極GE2との間の導通経路としては機能できるが、制御電極用配線M1Cと溝TR1内の制御電極GE1との間の導通経路としては機能できない。また、図42〜図47の半導体装置CP1の場合には、図46の溝TR2のように積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有している溝TR2aは、制御電極用配線M1Cとトランジスタ形成領域RG1の溝TR1内の制御電極GE1との間の導通経路としては機能できるが、ゲート用配線M1Gと溝TR1内のゲート電極GE2との間の導通経路としては機能できない。このため、ゲート用配線M1Gとトランジスタ形成領域RG1の溝TR1内のゲート電極GE2との間の抵抗を低減する観点や、制御電極用配線M1Cとトランジスタ形成領域RG1の溝TR1内の制御電極GE1との間の抵抗を低減する観点では、不利である。
それに対して、上記図1〜図13の半導体装置CPでは、辺H1に沿って、ゲート用配線部M1G1と制御電極用配線部M1C1とが並んでX方向に延在しているが、ゲート用配線部M1G1が内側(トランジスタ形成領域RG1に近い側)に配置され、制御電極用配線部M1C1が外側(トランジスタ形成領域RG1から遠い側)に配置されている。辺H3側についても、辺H1側と同様であり、辺H3に沿って、ゲート用配線部M1G3と制御電極用配線部M1C3とが並んでX方向に延在しているが、ゲート用配線部M1G3が内側(トランジスタ形成領域RG1に近い側)に配置され、制御電極用配線部M1C3が外側(トランジスタ形成領域RG1から遠い側)に配置されている。
これにより、図4に示される複数の溝TR2aの全てが、図10の溝TR2のように積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有していても、ゲート用コンタクトホールCT2を通じてゲート用配線M1G(M1G1)に接続される溝TR2内のゲート電極GE2は、トランジスタ形成領域RG1の溝TR1内のゲート電極GE2と一体的に繋がることになる。また、図4に示される複数の溝TR2aの全てが、図10の溝TR2のように積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有していても、コンタクトホールCT3を通じて制御電極用配線M1C(M1C1)に接続される溝TR2内の制御電極GE1は、トランジスタ形成領域RG1の溝TR1内の制御電極GE1と一体的に繋がることになる。このため、Y方向に延在する各溝TR2aが積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有し、各溝TR2aにおいて、コンタクトホールCT3を通じて単層領域TR4の制御電極GE1に制御電極用配線M1C(M1C1)を接続し、かつ、ゲート用コンタクトホールCT2を通じて積層領域TR3のゲート電極GE2にゲート用配線M1G(M1G1)を接続することができる。つまり、各溝TR2aを、制御電極用配線M1Cとトランジスタ形成領域RG1の溝TR1内の制御電極GE1との間の導通経路と、ゲート用配線M1Gと溝TR1内のゲート電極GE2との間の導通経路との、両方に用いることができる。このため、ゲート用配線M1G(M1G1)とトランジスタ形成領域RG1の溝TR1内のゲート電極GE2との間の抵抗を低減する観点や、制御電極用配線M1C(M1C1)とトランジスタ形成領域RG1の溝TR1内の制御電極GE1との間の抵抗を低減する観点では、図42〜図47の半導体装置CP1よりも、上記図1〜図13の半導体装置CPの方が有利である。辺H3側も、辺H1側と同様である。
従って、上記図1〜図13の半導体装置CPのように、辺H1に沿って、ゲート用配線部M1G1と制御電極用配線部M1C1とが並んでX方向に延在しているが、ゲート用配線部M1G1が内側に配置され、制御電極用配線部M1C1が外側に配置されていることが好ましい。辺H3側についても、辺H1側と同様であり、辺H3に沿って、ゲート用配線部M1G3と制御電極用配線部M1C3とが並んでX方向に延在しているが、ゲート用配線部M1G3が内側に配置され、制御電極用配線部M1C3が外側に配置されていることが好ましい。これにより、ゲート用配線M1Gとトランジスタ形成領域RG1の溝TR1内のゲート電極GE2との間の抵抗や、制御電極用配線M1Cとトランジスタ形成領域RG1の溝TR1内の制御電極GE1との間の抵抗を、より低減することができる。従って、半導体装置の性能をより向上させることができる。
また、この技術思想を別の表現で表すと、次のように表現することもできる。すなわち、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cは、それぞれ、トランジスタ形成領域RG1の外周に沿って延在しているが、トランジスタ形成領域RG1の外周に沿ってゲート用配線M1Gと制御電極用配線M1Cとが並んで延在している領域では、平面視で、ゲート用配線M1Gは、制御電極用配線M1Cとトランジスタ形成領域RG1との間に配置されている。換言すれば、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cは、それぞれ、トランジスタ形成領域RG1の外周に沿って延在しているが、トランジスタ形成領域RG1の外周に沿ってゲート用配線M1Gと制御電極用配線M1Cとが並んで延在している領域では、平面視で、ゲート用配線M1Gは、制御電極用配線M1Cよりも内側(トランジスタ形成領域RG1に近い側)に配置されている。
なお、図2の場合は、トランジスタ形成領域RG1の外周に沿ってゲート用配線M1Gと制御電極用配線M1Cとが並んで延在している領域は、辺H1に沿った領域と辺H3に沿った領域である。つまり、辺H1側では、トランジスタ形成領域RG1の外周に沿ってゲート用配線部M1G1と制御電極用配線部M1C1とが並んで延在しているが、ゲート用配線部M1G1を内側にし、制御電極用配線部M1C1を外側にしている。また、辺H3側では、トランジスタ形成領域RG1の外周に沿ってゲート用配線部M1G3と制御電極用配線部M1C3とが並んで延在しているが、ゲート用配線部M1G3を内側にし、制御電極用配線部M1C3を外側にしている。
次に、本実施の形態の変形例について説明する。
<第2変形例について>
まず、第2変形例について説明する。図48は、本実施の形態の半導体装置CPの第2変形例を示す平面図であり、上記図2に対応する全体平面図が示されている。図48に示される第2変形例の半導体装置CPを、半導体装置CP2と称することとする。
図48の半導体装置CP2が、上記図1〜図13の半導体装置CPと相違しているのは、シールリング(ガードリング)SRを設けたことである。それ以外は、図48の半導体装置CP2も、上記図1〜図13の半導体装置CPとほぼ同様の構成を有しているので、ここでは相違点であるシールリングSRについて説明する。
図48の半導体装置CP2では、配線M1は、ソース用配線M1S、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cを有するだけでなく、更にシールリングSRを有している。シールリングSRは、ソース用配線M1S、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cと、同工程で同層に形成されている。シールリングSRは、平面視において、半導体装置CP2の外周部に、半導体装置CP2の外周に沿って周回するように、形成されている。このため、平面視において、トランジスタ形成領域RG1、ソース用配線M1S、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cは、シールリングSRで囲まれた領域内に配置されている。換言すれば、平面視において、シールリングSRは、トランジスタ形成領域RG1、ソース用配線M1S、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cを囲むように設けられている。
シールリングSRを設けたことにより、半導体装置の製造時のダイシング工程(切断工程)において、ダイシングブレードによって切断面にクラックが生じた場合に、そのクラックの伸展を、シールリングSRによって停止させることができる。また、半導体装置の切断面(側面)からの水分の侵入をシールリングSRによって停止させることができる。従って、シールリングSRを設けることにより、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
なお、上記図42〜図47の第1の変形例や、以降の変形例(第3〜第7変形例)においては、シールリングSRの図示を省略しているが、シールリングSRを設けることもできる。
<第3変形例について>
次に、第3変形例について説明する。図49〜図52は、本実施の形態の半導体装置CPの第3変形例を示す平面図または断面図である。図49〜図52に示される第3変形例の半導体装置CPを、半導体装置CP3と称することとする。図49〜図52のうち、図49は、上記図1に対応する全体平面図であり、図50は、上記図2に対応する全体平面図であり、図51は、上記図3に対応する全体平面図である。また、図52は、半導体装置CP3の要部断面図であるが、ゲート用配線部M1G4に沿った断面(後述の図59と同様の断面)が示されている。
図49〜図52の半導体装置CP3は、上記図1〜図13の半導体装置CPに、ゲート用配線M1Gのゲート用配線部M1G4を追加した場合に対応している。
すなわち、図49〜図52の半導体装置CP3では、ゲート用配線M1Gは、辺H1に沿って延在するゲート用配線部M1G1と、辺H2に沿って延在するゲート用配線部M1G2と、辺H3に沿って延在するゲート用配線部M1G3とを有するだけではなく、更に、ゲート用配線部M1G4も有している。図49〜図52の半導体装置CP3は、ゲート用配線M1Gがゲート用配線部M1G4を有したことに伴い、以下の構成を備えている。
図49〜図52の半導体装置CP3では、トランジスタ形成領域RG1は、互いにY方向に離間するように複数領域に分割されており、ここでは、トランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとに分割され、トランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとはY方向に離間している。トランジスタ形成領域RG1a,RG1bのうち、辺H1側にトランジスタ形成領域RG1aが配置され、辺H3側にトランジスタ形成領域RG1bが配置されている。
ソース用配線M1Sは、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cと離間している必要があるため、図49〜図52の半導体装置CP3では、ソース用配線M1Sは、ゲート用配線部M1G4を間に挟んで、2つのソース用配線M1S1,M1S2に分割され、ソース用配線M1S1とソース用配線M1S2とはY方向に離間している。ソース用配線M1S1は、トランジスタ形成領域RG1a上に形成され、ソース用配線M1S2はトランジスタ形成領域RG1b上に形成されており、ソース用配線M1S1は、トランジスタ形成領域RG1aと平面視でほぼ一致し、ソース用配線M1S2は、トランジスタ形成領域RG1bと平面視でほぼ一致している。
図49〜図52の半導体装置CP3では、ゲート用配線部M1G4は、平面視でトランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間を(従ってソース用配線M1S1とソース用配線M1S2との間を)、X方向に延在している。
ゲート用配線部M1G4の一方の端部(辺H2側の端部)は、ゲート用配線部M1G2と一体的に連結されている。このため、ゲート用配線部M1G1とゲート用配線部M1G2とゲート用配線部M1G3とゲート用配線部M1G4とは、一体的に形成されて連結されている。ソース用配線M1S1とソース用配線M1S2とは、それぞれ、平面視においてゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cで囲まれている。
トランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間の領域には、Y方向に延在する溝TR2が、X方向に複数並んでいる。ここで、トランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間の領域において、Y方向に延在し、かつX方向に所定の間隔(ピッチ)で配列する溝TR2を、符号TR2cを付して溝TR2cと称することとする。この溝TR2cは、溝TR2aと基本的には同じものであるが、トランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間に配置されている溝TR2aが、溝TR2cに対応している。トランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間の領域に形成された溝TR2cは、トランジスタ形成領域RG1aに形成された溝TR1と、トランジスタ形成領域RG1bに形成された溝TR1とに繋がっている。
このため、図49〜図52の半導体装置CP3では、X方向に延在するゲート用配線部M1G4の下には、ゲート用配線部M1G4と交差するようにY方向に延在する溝TR2(TR2c)が、X方向に複数並んだ状態になっている。
トランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間の領域では、Y方向に延在する溝TR2(TR2c)は、制御電極GE1とゲート電極GE2との両方が形成された積層領域TR3で構成されている。そして、ゲート用配線部M1G4がY方向に延在する溝TR2(TR2c)と平面視で重なる領域に、ゲート用コンタクトホールCT2が設けられ、そのゲート用コンタクトホールCT2を通じてゲート用配線部M1G4が溝TR2(TR2c)内のゲート電極GE2と接続されている。このため、ゲート用配線部M1G4は、溝TR2(TR2c)内のゲート電極GE2を介して、トランジスタ形成領域RG1a,RG1bの溝TR1内のゲート電極GE2と電気的に接続されている。
絶縁膜PAにおいて、ソース用配線M1S1,M1S2のそれぞれに対して開口部OPが設けられている。そして、ソース用配線M1S1に対して設けられた開口部OPから露出するソース用配線M1S1によって、ソース用のパッドPDS1が形成され、ソース用配線M1S2に対して設けられた開口部OPから露出するソース用配線M1S2によって、ソース用のパッドPDS2が形成されている。このため、図49〜図52の半導体装置CP3では、ソース用パッドPDSとして、ソース用のパッドPDS1とソース用のパッドPDS2とが形成されている。ゲート用配線M1Gのゲート用配線部M1G4は、平面視で、ソース用のパッドPDS1とソース用のパッドPDS2との間にX方向に延在している。
半導体装置CP3単体で見ると、ソース用配線M1S1とソース用配線M1S2とは分離されている。しかしながら、半導体装置CP3をパッケージ化した半導体パッケージでは、ソース用配線M1S1とソース用配線M1S2とには、共通の電位(電圧)が印加されるようになっている。すなわち、半導体装置CP3をパッケージ化した半導体パッケージでは、ソース用配線M1S1とソース用配線M1S2とは、導体(導電性の接続部材)を介して電気的に接続されるようになっている。例えば、後述の半導体装置PKGの場合は、後述の金属板MP1または金属板MP2のどちらかが、ソース用のパッドPDS1とソース用のパッドPDS2との両方に接続されるため、ソース用配線M1S1とソース用配線M1S2とは、接続されたその金属板(MP1,MP2)を介して電気的に接続される。また、後述の半導体装置PKG1の場合は、後述の金属板MP3が、ソース用のパッドPDS1とソース用のパッドPDS2との両方に接続されるため、ソース用配線M1S1とソース用配線M1S2とは、接続されたその金属板MP3を介して電気的に接続される。この点は、以降の変形例(第4〜第7変形例)の場合も同様である。
図49〜図52の半導体装置CP3の他の構成は、上記図1〜図13の半導体装置CPと基本的には同じであるので、ここではその説明は省略する。
図49〜図52の半導体装置CP3の場合は、上記図1〜図13の半導体装置CPで得られる効果に加えて、更に次のような効果も得ることができる。
すなわち、図49〜図52の半導体装置CP3では、ゲート用配線M1Gがゲート用配線部M1G4を更に有することにより、ゲート抵抗を低減することができる。このため、ゲート抵抗をできるだけ低減するという観点では、より有利である。従って、半導体装置の性能をより向上させることができる。
<第4変形例について>
次に、第4変形例について説明する。図53〜図62は、本実施の形態の半導体装置CPの第4変形例を示す平面図または断面図である。図53〜図62に示される第4変形例の半導体装置CPを、半導体装置CP4と称することとする。図53〜図62のうち、図53は、上記図1に対応する全体平面図であり、図54は、上記図2に対応する全体平面図であり、図55は、上記図3に対応する全体平面図であり、図56は、上記図4に対応する要部平面図であり、図57は、上記図5に対応する要部平面図であり、図58は、上記図6に対応する要部平面図である。但し、図53および図54に示される二点鎖線で囲まれた領域RG3を拡大したものが、図56〜図58に対応している。また、図59は、図56および図57のG−G線の断面図にほぼ対応し、図60は、図56および図57のH−H線の断面図にほぼ対応し、図61は、図56および図57のJ−J線の断面図にほぼ対応し、図62は、図56および図57のK−K線の断面図にほぼ対応している。
図53〜図62の半導体装置CP4は、上記図49〜図52の半導体装置CP3に、制御電極用配線M1Cの制御電極用配線部M1C4を追加した場合に対応している。
すなわち、図53〜図62の半導体装置CP4では、制御電極用配線M1Cは、辺H1に沿って延在する制御電極用配線部M1C1と、辺H4に沿って延在する制御電極用配線部M1C2と、辺H3に沿って延在する制御電極用配線部M1C3とを有するだけではなく、更に、制御電極用配線部M1C4も有している。ゲート用配線M1Gが、ゲート用配線部M1G1,M1G2,M1G3だけではなく、ゲート用配線部M1G4も有している点は、図53〜図62の半導体装置CP4も、上記図49〜図52の半導体装置CP3と同様である。
図53〜図62の半導体装置CP4は、ゲート用配線M1Gがゲート用配線部M1G4を有し、かつ制御電極用配線M1Cが制御電極用配線部M1C4を有していることに伴い、以下の構成を備えている。
図53〜図62の半導体装置CP4では、トランジスタ形成領域RG1は、互いにY方向に離間するように複数領域に分割されており、ここでは、トランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとに分割され、トランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとはY方向に離間しているが、この点は上記半導体装置CP3と同様である。
ソース用配線M1Sは、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cと離間している必要があるため、図53〜図62の半導体装置CP4では、ソース用配線M1Sは、ゲート用配線部M1G4および制御電極用配線部M1C4を間に挟んで、2つのソース用配線M1S1,M1S2に分割され、ソース用配線M1S1とソース用配線M1S2とはY方向に離間している。ソース用配線M1S1は、トランジスタ形成領域RG1a上に形成され、ソース用配線M1S2はトランジスタ形成領域RG1b上に形成されており、ソース用配線M1S1は、トランジスタ形成領域RG1aと平面視でほぼ一致し、ソース用配線M1S2は、トランジスタ形成領域RG1bと平面視でほぼ一致しているが、この点は上記半導体装置CP3と同様である。
図53〜図62の半導体装置CP4では、ゲート用配線部M1G4と制御電極用配線部M1C4とは、それぞれ、平面視でトランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間を(従ってソース用配線M1S1とソース用配線M1S2との間を)、X方向に延在している。すなわち、平面視でトランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間において(従ってソース用配線M1S1とソース用配線M1S2との間において)、X方向に延在するゲート用配線部M1G4とX方向に延在する制御電極用配線部M1C4とが、Y方向に隣り合っている。つまり、平面視でトランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間の領域を(従ってソース用配線M1S1とソース用配線M1S2との間の領域を)、ゲート用配線部M1G4と制御電極用配線部M1C4とが並んでX方向に延在している。
ゲート用配線部M1G4の一方の端部(辺H2側の端部)は、ゲート用配線部M1G2と一体的に連結され、制御電極用配線部M1C4の一方の端部(辺H4側の端部)は、制御電極用配線部M1C2と一体的に連結されている。このため、ゲート用配線部M1G1とゲート用配線部M1G2とゲート用配線部M1G3とゲート用配線部M1G4とは、一体的に形成されて連結されている。また、制御電極用配線部M1C1と制御電極用配線部M1C2と制御電極用配線部M1C3と制御電極用配線部M1C4とは、一体的に形成されて連結されている。ソース用配線M1S1とソース用配線M1S2とは、それぞれ、平面視においてゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cで囲まれている。
なお、図54には、ソース用配線M1S1に近い側にゲート用配線部M1G4が配置され、ソース用配線M1S2に近い側に制御電極用配線部M1C4が配置されている場合が示されているが、他の形態として、ソース用配線M1S1に近い側に制御電極用配線部M1C4を配置し、ソース用配線M1S2に近い側にゲート用配線部M1G4を配置することもできる。
絶縁膜PAにおいて、ソース用配線M1S1,M1S2のそれぞれに対して開口部OPが設けられ、ソース用配線M1S1に対して設けられた開口部OPから露出するソース用配線M1S1によって、ソース用のパッドPDS1が形成され、ソース用配線M1S2に対して設けられた開口部OPから露出するソース用配線M1S2によって、ソース用のパッドPDS2が形成されている。この点は、上記半導体装置CP3と同様である。
トランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間の領域には、Y方向に延在する溝TR2(TR2c)が、X方向に複数並んでおり、この点は上記半導体装置CP3と同様である。溝TR2cは、トランジスタ形成領域RG1aに形成された溝TR1と、トランジスタ形成領域RG1bに形成された溝TR1とに繋がっている。
このため、図53〜図62の半導体装置CP4では、X方向に延在するゲート用配線部M1G4および制御電極用配線部M1C4の下には、ゲート用配線部M1G4および制御電極用配線部M1C4と交差するようにY方向に延在する溝TR2(TR2c)が、X方向に複数並んだ状態になっている。
図53〜図62の半導体装置CP4では、Y方向にそれぞれ延在しかつX方向に並ぶ複数の溝TR2cは、積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有している溝TR2cと、単層領域TR4を有さずに積層領域TR3だけで構成された溝TR2cとが混在している。なお、図56において、符号TR4を付した点線で囲まれた領域内の溝TR2(TR2c)は、単層領域TR4となっており、それ以外の領域の溝TR2(TR2c)は、積層領域TR3となっている。このため、図61の断面図に示される溝TR2(TR2c)は、積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有しているが、図62の断面図に示される溝TR2(TR2c)は、単層領域TR4を有さずに積層領域TR3だけで構成されている。なお、図56の場合は、積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有する溝TR2c(図61の溝TR2c)と、単層領域TR4を有さずに積層領域TR3だけで構成される溝TR2c(図62の溝TR2c)とが、規則的に並び、ここでは4本ずつ交互に並ぶ場合が示されているが、4本ずつには限定されず、種々変更可能である。
このように、Y方向にそれぞれ延在しかつX方向に並ぶ複数の溝TR2cは、図61の溝TR2cのように積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有している溝TR2cと、図62の溝TR2cのように単層領域TR4を有さずに積層領域TR3だけで構成された溝TR2cとが混在している。そして、X方向に並ぶ複数の溝TR2cのうち、図61の溝TR2cのように積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有している溝TR2cのそれぞれに対して、その溝TR2cが制御電極用配線部M1C4と平面視で重なる領域に、コンタクトホールCT3を形成している。コンタクトホールCT3は、単層領域TR4の溝TR2c上に形成されている。これにより、図61の溝TR2cのように積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有している溝TR2cにおいて、コンタクトホールCT3を通じて制御電極用配線部M1C4を制御電極GE1に接続し、溝TR2c内の制御電極GE1を介して、制御電極用配線部M1C4をトランジスタ形成領域RG1a,RG1bの溝TR1内の制御電極GE1に電気的に接続することができる。また、X方向に並ぶ複数の溝TR2cのそれぞれに対して、その溝TR2cがゲート用配線部M1G4と平面視で重なる領域に、ゲート用コンタクトホールCT2を形成している。ゲート用コンタクトホールCT2は、積層領域TR3の溝TR2c上に形成されている。これにより、ゲート用コンタクトホールCT2を通じてゲート用配線部M1G4を溝TR2c内のゲート電極GE2に接続し、溝TR2c内のゲート電極GE2を介して、ゲート用配線部M1G4をトランジスタ形成領域RG1a,RG1bの溝TR1内のゲート電極GE2に電気的に接続することができる。
また、溝TR2c内のゲート電極GE2は、トランジスタ形成領域RG1aの溝TR1内のゲート電極GE2と、トランジスタ形成領域RG1bの溝TR1内のゲート電極GE2との両方に繋がっている。このため、図62の溝TR2cのように単層領域TR4を有さずに積層領域TR3だけで構成された溝TR2cにおいて、その溝TR2c内のゲート電極GE2にゲート用配線部M1G4をゲート用コンタクトホールCT2を通じて接続している。これにより、ゲート用配線部M1G4を、図62の溝TR2cのように積層領域TR3だけで構成された溝TR2c内のゲート電極GE2を介して、トランジスタ形成領域RG1aの溝TR1内のゲート電極GE2と、トランジスタ形成領域RG1bの溝TR1内のゲート電極GE2との両方に電気的に接続することができる。
図53〜図62の半導体装置CP4の他の構成は、上記図49〜図52の半導体装置CP3と基本的には同じであるので、ここではその説明は省略する。
図53〜図62の半導体装置CP4の場合は、上記図1〜図13の半導体装置CPで得られる効果に加えて、更に次のような効果も得ることができる。
すなわち、図53〜図62の半導体装置CP4では、ゲート用配線M1Gがゲート用配線部M1G4を更に有することにより、ゲート抵抗を低減することができる。このため、ゲート抵抗をできるだけ低減するという観点では、より有利である。また、制御電極用配線M1Cが制御電極用配線部M1C4を更に有することにより、制御電極用パッドPDCからトランジスタ形成領域RG1a,RG1bの溝TR1内の制御電極GE1に至る経路の抵抗を低減することができる。このため、半導体装置の性能向上を図ることができる。
また、パワートランジスタを有する半導体装置の性能向上のためには、ゲート抵抗は、できるだけ小さくすることが望ましい。一方、制御電極GE1への入力抵抗は、最適な抵抗値に調整することが望ましい場合もある。ここで、制御電極GE1への入力抵抗とは、制御電極GE1の電位を制御する制御回路(例えば後述の制御回路DR3)からトランジスタ形成領域RG1の溝TR1内の制御電極GE1に至る経路の抵抗に対応している。
例えば、上記図13に示される単位トランジスタセルQ1において、制御電極GE1とドレイン用半導体領域(n型エピタキシャル層EP1)との間に絶縁膜G1を容量絶縁膜とする寄生容量(容量素子)が形成されるため、この寄生容量と制御電極GE1への入力抵抗とにより、スナバ回路が形成される。上記図13に示される単位トランジスタセルQ1を複数並列に接続することでパワートランジスタが形成されるが、そのパワートランジスタをスイッチング素子として用いる場合などには、前記スナバ回路を最適化することで、スイッチング特性を向上することができる。
本実施の形態では、制御電極用配線M1Cにおける制御電極用配線部M1C4の有無により、制御電極GE1への入力抵抗を調整することができるため、前記スナバ回路を最適化することが可能である。これにより、半導体装置の性能向上を図ることができる。
<第5変形例について>
次に、第5変形例について説明する。図63〜図72は、本実施の形態の半導体装置CPの第5変形例を示す平面図または断面図である。図63〜図72に示される第5変形例の半導体装置CPを、半導体装置CP5と称することとする。図63〜図72のうち、図63は、上記図1に対応する全体平面図であり、図64は、上記図2に対応する全体平面図であり、図65は、上記図3に対応する全体平面図であり、図66は、上記図4に対応する要部平面図であり、図67は、上記図5に対応する要部平面図であり、図68は、上記図6に対応する要部平面図である。但し、図63および図64に示される二点鎖線で囲まれた領域RG3を拡大したものが、図66〜図68に対応している。また、図69は、図66および図67のL−L線の断面図にほぼ対応し、図70は、図66および図67のM−M線の断面図にほぼ対応し、図71は、図66および図67のN−N線の断面図にほぼ対応し、図72は、図66および図67のP−P線の断面図にほぼ対応している。
図63〜図71の半導体装置CP5は、上記図53〜図62の半導体装置CP4に、ゲート用配線M1Gのゲート用配線部M1G4を追加した場合に対応している。
すなわち、図63〜図72の半導体装置CP5では、ゲート用配線M1Gは、辺H1に沿って延在するゲート用配線部M1G1と、辺H2に沿って延在するゲート用配線部M1G2と、辺H3に沿って延在するゲート用配線部M1G3とを有するだけではなく、更に、ゲート用配線部M1G4とゲート用配線部M1G5とも有している。制御電極用配線M1Cが、制御電極用配線部M1C1,M1C2,M1C3だけではなく、制御電極用配線部M1C4も有している点は、図63〜図72の半導体装置CP5も、上記図53〜図62の半導体装置CP4と同様である。
図63〜図72の半導体装置CP5は、ゲート用配線M1Gがゲート用配線部M1G4,M1G5を有し、かつ制御電極用配線M1Cが制御電極用配線部M1C4を有していることに伴い、以下の構成を備えている。
図63〜図72の半導体装置CP5では、トランジスタ形成領域RG1は、互いにY方向に離間するように複数領域に分割されており、ここでは、トランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとに分割され、トランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとはY方向に離間しているが、この点は上記半導体装置CP4と同様である。
ソース用配線M1Sは、ゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cと離間している必要があるため、図63〜図72の半導体装置CP5では、ソース用配線M1Sは、ゲート用配線部M1G4,M1G5および制御電極用配線部M1C4を間に挟んで、2つのソース用配線M1S1,M1S2に分割され、ソース用配線M1S1とソース用配線M1S2とはY方向に離間している。ソース用配線M1S1は、トランジスタ形成領域RG1a上に形成され、ソース用配線M1S2はトランジスタ形成領域RG1b上に形成されており、ソース用配線M1S1は、トランジスタ形成領域RG1aと平面視でほぼ一致し、ソース用配線M1S2は、トランジスタ形成領域RG1bと平面視でほぼ一致しているが、この点は上記半導体装置CP4と同様である。
図63〜図72の半導体装置CP5では、ゲート用配線部M1G4と制御電極用配線部M1C4とゲート用配線部M1G5とは、それぞれ、平面視でトランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間を(従ってソース用配線M1S1とソース用配線M1S2との間を)、X方向に延在している。平面視でトランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間において(従ってソース用配線M1S1とソース用配線M1S2との間において)、X方向に延在する制御電極用配線部M1C4は、X方向に延在するゲート用配線部M1G4とX方向に延在するゲート用配線部M1G5とでY方向に挟まれている。すなわち、平面視でトランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間の領域を(従ってソース用配線M1S1とソース用配線M1S2との間の領域を)、制御電極用配線部M1C4とその制御電極用配線部M1C4を間に挟むゲート用配線部M1G4,M1G5とが、X方向に延在している。つまり、平面視でトランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間において(従ってソース用配線M1S1とソース用配線M1S2との間において)、X方向に延在するゲート用配線部M1G4とX方向に延在するゲート用配線部M1G5とがY方向に離間して配置されている。そして、X方向に延在するゲート用配線部M1G4とX方向に延在するゲート用配線部M1G5との間に、X方向に延在する制御電極用配線部M1C4が配置されている。
ゲート用配線部M1G4の一方の端部(辺H2側の端部)は、ゲート用配線部M1G2と一体的に連結され、ゲート用配線部M1G5の一方の端部(辺H2側の端部)は、ゲート用配線部M1G2と一体的に連結されている。このため、ゲート用配線部M1G1とゲート用配線部M1G2とゲート用配線部M1G3とゲート用配線部M1G4とゲート用配線部M1G5とは、一体的に形成されて連結されている。また、制御電極用配線部M1C4の一方の端部(辺H4側の端部)は、制御電極用配線部M1C2と一体的に連結されている。このため、制御電極用配線部M1C1と制御電極用配線部M1C2と制御電極用配線部M1C3と制御電極用配線部M1C4とは一体的に形成されて連結されている。ソース用配線M1S1とソース用配線M1S2とは、それぞれ、平面視においてゲート用配線M1Gおよび制御電極用配線M1Cで囲まれている。
絶縁膜PAにおいて、ソース用配線M1S1,M1S2のそれぞれに対して開口部OPが設けられ、ソース用配線M1S1に対して設けられた開口部OPから露出するソース用配線M1S1によって、ソース用のパッドPDS1が形成され、ソース用配線M1S2に対して設けられた開口部OPから露出するソース用配線M1S2によって、ソース用のパッドPDS2が形成されている。この点は、上記半導体装置CP3と同様である。
トランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間の領域には、Y方向に延在する溝TR2(TR2c)が、X方向に複数並んでおり、この点は上記半導体装置CP4と同様である。溝TR2cは、トランジスタ形成領域RG1aに形成された溝TR1と、トランジスタ形成領域RG1bに形成された溝TR1とに繋がっている。
このため、図63〜図72の半導体装置CP5では、X方向に延在するゲート用配線部M1G4,M1G5および制御電極用配線部M1C4の下には、ゲート用配線部M1G4,M1G5および制御電極用配線部M1C4と交差するようにY方向に延在する溝TR2(TR2c)が、X方向に複数並んだ状態になっている。
図63〜図72の半導体装置CP5では、Y方向にそれぞれ延在しかつX方向に並ぶ複数の溝TR2cのそれぞれは、積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有している。なお、図66において、符号TR4を付した点線で囲まれた領域内の溝TR2(TR2c)は、単層領域TR4となっており、それ以外の領域の溝TR2(TR2c)は、積層領域TR3となっている。
図63〜図72の半導体装置CP5では、X方向に並ぶ複数の溝TR2cのそれぞれにおいて、制御電極用配線部M1C4の直下の領域(すなわち平面視で制御電極用配線部M1C4と重なる領域)は単層領域TR4となっており、ゲート用配線部M1G4,M1G5の直下の領域(すなわち平面視でゲート用配線部M1G4,M1G5と重なる領域)は積層領域TR3となっている。そして、制御電極用配線部M1C4がY方向に延在する溝TR2(TR2c)と平面視で重なる領域に、コンタクトホールCT3が形成され、ゲート用配線部M1G4がY方向に延在する溝TR2(TR2c)と平面視で重なる領域と、ゲート用配線部M1G5がY方向に延在する溝TR2(TR2c)と平面視で重なる領域とに、ゲート用コンタクトホールCT2が形成されている。つまり、X方向に並ぶ複数の溝TR2cのそれぞれに対して、その溝TR2cが制御電極用配線部M1C4と平面視で重なる領域に、コンタクトホールCT3を設け、その溝TR2cがゲート用配線部M1G4に平面視で重なる領域とゲート用配線部M1G5に平面視で重なる領域とに、ゲート用コンタクトホールCT2を設けている。
これにより、X方向に並ぶ複数の溝TR2cのそれぞれにおいて、コンタクトホールCT3を通じて制御電極用配線部M1C4を制御電極GE1に接続し、溝TR2c内の制御電極GE1を介して、制御電極用配線部M1C4をトランジスタ形成領域RG1a,RG1bの溝TR1内の制御電極GE1に電気的に接続することができる。また、X方向に並ぶ複数の溝TR2cのそれぞれにおいて、ゲート用コンタクトホールCT2を通じてゲート用配線部M1G4を溝TR2c内のゲート電極GE2に接続し、溝TR2c内のゲート電極GE2を介して、ゲート用配線部M1G4をトランジスタ形成領域RG1aの溝TR1内のゲート電極GE2に電気的に接続することができる。また、X方向に並ぶ複数の溝TR2cのそれぞれにおいて、ゲート用コンタクトホールCT2を通じてゲート用配線部M1G5を溝TR2c内のゲート電極GE2に接続し、溝TR2c内のゲート電極GE2を介して、ゲート用配線部M1G5をトランジスタ形成領域RG1bの溝TR1内のゲート電極GE2に電気的に接続することができる。
図63〜図72の半導体装置CP5の他の構成は、上記図53〜図62の半導体装置CP4や上記図49〜図52の半導体装置CP3と基本的には同じであるので、ここではその説明は省略する。
図63〜図72の半導体装置CP5の場合は、上記図1〜図13の半導体装置CPで得られる効果に加えて、更に次のような効果も得ることができる。
すなわち、図63〜図72の半導体装置CP5では、ゲート用配線M1Gがゲート用配線部M1G4,M1G5を更に有することにより、ゲート抵抗を低減することができる。このため、ゲート抵抗をできるだけ低減するという観点では、より有利である。また、制御電極用配線M1Cが制御電極用配線部M1C4を更に有することにより、制御電極用パッドPDCからトランジスタ形成領域RG1a,RG1bの溝TR1内の制御電極GE1に至る経路の抵抗を低減することができる。このため、半導体装置の性能向上を図ることができる。
また、上記図53〜図62の半導体装置CP4の場合は、溝TR2cの導通経路としての機能は、次のようになっている。すなわち、上記図62の溝TR2cのように積層領域TR3だけで構成された溝TR2cは、ゲート用配線部M1G4とトランジスタ形成領域RG1a,RG1bの溝TR1内のゲート電極GE2との間の導通経路としては機能できるが、制御電極用配線部M1C4とトランジスタ形成領域RG1a,RG1bの溝TR1内の制御電極GE1との間の導通経路としては機能できない。また、上記図61の溝TR2cのように積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有している溝TR2cは、制御電極用配線部M1Cとトランジスタ形成領域RG1a,RG1bの溝TR1内の制御電極GE1との間の導通経路として機能でき、かつ、ゲート用配線部M1G4とトランジスタ形成領域RG1aの溝TR1内のゲート電極GE2との間の導通経路としては機能できる。しかしながら、上記図61の溝TR2cは、ゲート用配線部M1G4とトランジスタ形成領域RG1bの溝TR1内のゲート電極GE2との間の導通経路としては機能できない。
それに対して、図63〜図72の半導体装置CP5の場合は、溝TR2cの導通経路としての機能は、次のようになっている。すなわち、各溝TR2cは、制御電極用配線部M1C4とトランジスタ形成領域RG1a,RG1bの溝TR1内の制御電極GE1との間の導通経路、ゲート用配線部M1G4とトランジスタ形成領域RG1aの溝TR1内のゲート電極GE2との間の導通経路、及びゲート用配線部M1G5とトランジスタ形成領域RG1bの溝TR1内のゲート電極GE2との間の導通経路として、機能できる。
このため、ゲート用配線M1Gとトランジスタ形成領域RG1a,RG1bの溝TR1内のゲート電極GE2との間の抵抗をより低減する観点や、制御電極用配線M1Cとトランジスタ形成領域RG1a,RG1bの溝TR1内の制御電極GE1との間の抵抗をより低減する観点では、図53〜図62の半導体装置CP4よりも、図63〜図72の半導体装置CP5の方が有利である。
一方、図53〜図62の半導体装置CP4は、ゲート用配線部M1G5が無い分、半導体装置の小型化(小面積化)を図ることができる。また、トランジスタ形成領域(RG1)の有効面積を大きくすることができるため、パワートランジスタのオン抵抗をより低減することができる。
また、第3〜第5変形例では、トランジスタ形成領域RG1をY方向に離間する2つのトランジスタ形成領域RG1a,RG1bに分割する場合(従って、ソース用配線M1SをY方向に離間する2つのソース用配線M1S1,M1S2に分割する場合)について説明した。他の形態として、第3〜第5変形例において、トランジスタ形成領域RG1を(従ってソース用配線M1Sを)、互いにY方向に離間する3つ以上の領域に分割することもできる。その場合、分割されたトランジスタ形成領域の数と、分割されたソース用配線の数とは同じであり、分割された個々のトランジスタ形成領域上に、そのトランジスタ形成領域とほぼ同じ平面寸法のソース用配線が配置されることになる。その場合、第3変形例では、分割されたトランジスタ形成領域の間を(従って分割されたソース用配線の間を)、ゲート用配線部M1G4に相当するものがX方向に延在することになる。また、第4変形例では、分割されたトランジスタ形成領域の間を(従って分割されたソース用配線の間を)、ゲート用配線部M1G4および制御電極用配線部M1C4に相当するものがX方向に延在することになる。また、第5変形例では、分割されたトランジスタ形成領域の間を(従って分割されたソース用配線の間を)、ゲート用配線部M1G4,M1G5および制御電極用配線部M1C4に相当するものがX方向に延在することになる。
<第6変形例について>
次に、第6変形例について説明する。図73〜図80は、本実施の形態の半導体装置CPの第6変形例を示す平面図または断面図である。図73〜図80に示される第6変形例の半導体装置CPを、半導体装置CP6と称することとする。図73〜図80のうち、図73は、上記図1に対応する全体平面図であり、図74は、上記図2に対応する全体平面図であり、図75および図77は、上記図4に対応する要部平面図であり、図76および図78は、上記図6に対応する要部平面図である。但し、図73および図74に示される二点鎖線で囲まれた領域RG4を拡大したものが、図75および図76に対応し、図73および図74に示される二点鎖線で囲まれた領域RG5を拡大したものが、図77および図78に対応している。また、図79は、図75のQ−Q線の断面図にほぼ対応し、図80は、図77のR−R線の断面図にほぼ対応している。
図73〜図80の半導体装置CP6では、トランジスタ形成領域RG1は、互いにY方向に離間するように複数領域に分割されており、ここでは、4つのトランジスタ形成領域RG1a,RG1b,RG1c,RG1dに分割されている。辺H1側から辺H3側に向かってY方向に、トランジスタ形成領域RG1a,RG1b,RG1c,RG1dが順に並んでいる。これに対応して、ソース用配線M1Sは、互いにY方向に離間するように4つのソース用配線M1S1,M1S2,M1S3,M1S4に分割されている。ソース用配線M1S1はトランジスタ形成領域RG1aと平面視でほぼ一致し、ソース用配線M1S2はトランジスタ形成領域RG1bと平面視でほぼ一致し、ソース用配線M1S3はトランジスタ形成領域RG1cと平面視でほぼ一致し、ソース用配線M1S4はトランジスタ形成領域RG1dと平面視でほぼ一致している。
ゲート用配線M1Gは、辺H1に沿ってX方向に延在するゲート用配線部M1G1と、辺H2に沿ってY方向に延在するゲート用配線部M1G2と、辺H3に沿って延在するX方向にゲート用配線部M1G3と、ゲート用配線部M1G4とを一体的に有している。ゲート用配線部M1G4は、平面視でトランジスタ形成領域RG1bとトランジスタ形成領域RG1cとの間を(従ってソース用配線M1S2とソース用配線M1S3との間を)、X方向に延在している。ゲート用配線部M1G4の一方の端部(H2側の端部)は、ゲート用配線部M1G2に一体的に連結されている。
制御電極用配線M1Cは、制御電極用配線部M1C6と、制御電極用配線部M1C7と、辺H4に沿ってY方向に延在する制御電極用配線部M1C5とを、一体的に有している。制御電極用配線部M1C6は、平面視でトランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間を(従ってソース用配線M1S1とソース用配線M1S2との間を)、X方向に延在している。制御電極用配線部M1C7は、平面視でトランジスタ形成領域RG1cとトランジスタ形成領域RG1dとの間を(従ってソース用配線M1S3とソース用配線M1S4との間を)、X方向に延在している。制御電極用配線部M1C6の一方の端部(H4側の端部)と制御電極用配線部M1C7の一方の端部(H4側の端部)とは、制御電極用配線部M1C5に一体的に連結されている。
絶縁膜PAにおいて、ソース用配線M1S1,M1S2,M1S3,M1S4のそれぞれに対して開口部OPが設けられている。ソース用配線M1S1に対して設けられた開口部OPから露出するソース用配線M1S1によって、ソース用のパッドPDS1が形成され、ソース用配線M1S2に対して設けられた開口部OPから露出するソース用配線M1S2によって、ソース用のパッドPDS2が形成されている。また、ソース用配線M1S3に対して設けられた開口部OPから露出するソース用配線M1S3によって、ソース用のパッドPDS3が形成され、ソース用配線M1S4に対して設けられた開口部OPから露出するソース用配線M1S4によって、ソース用のパッドPDS4が形成されている。
ゲート用配線M1Gと溝TR2内のゲート電極GE2との接続関係については、図73〜図80の半導体装置CP6も、上記変形例3と基本的には同じである。すなわち、X方向に延在するゲート用配線部M1G1の下には(すなわちトランジスタ形成領域RG1aと辺H1との間には)、Y方向にそれぞれ延在しかつX方向に並んだ複数の溝TR2aがゲート用配線部M1G1と交差するように配置され、それらの溝TR2a内のゲート電極GE2にゲート用配線部M1G1がコンタクトホールCT2を通じて電気的に接続されている。また、X方向に延在するゲート用配線部M1G3の下には(すなわちトランジスタ形成領域RG1dと辺H3との間には)、Y方向にそれぞれ延在しかつX方向に並んだ複数の溝TR2aがゲート用配線部M1G3と交差するように配置され、それらの溝TR2a内のゲート電極GE2にゲート用配線部M1G3がコンタクトホールCT2を通じて電気的に接続されている。また、X方向に延在するゲート用配線部M1G4の下には(すなわちトランジスタ形成領域RG1bとトランジスタ形成領域RG1cとの間には)、Y方向にそれぞれ延在しかつX方向に並んだ複数の溝TR2cがゲート用配線部M1G4と交差するように配置され、それらの溝TR2c内のゲート電極GE2にゲート用配線部M1G4がコンタクトホールCT2を通じて電気的に接続されている。
なお、図73〜図80の半導体装置CP6の場合は、ゲート用配線部M1G1,M1G3,M1G4は、制御電極用配線M1Cとは隣り合っていないため、ゲート用配線部M1G1,M1G3の下に配置された溝TR2aと、ゲート用配線部M1G4の下に配置された溝TR2cとは、単層領域TR4を有さずに積層領域TR3だけで構成することができる。
一方、制御電極用配線M1Cと溝TR2内の制御電極GE1との接続関係については、上記変形例3とは相違し、次のようになっている。X方向に延在する制御電極用配線部M1C6の下には(すなわちトランジスタ形成領域RG1aとトランジスタ形成領域RG1bとの間には)、Y方向にそれぞれ延在しかつX方向に並んだ複数の溝TR2cが制御電極用配線部M1C6と交差するように配置され、それらの溝TR2c内の制御電極GE1に制御電極用配線部M1C6がコンタクトホールCT3を通じて電気的に接続されている。X方向に延在する制御電極用配線部M1C7の下には(すなわちトランジスタ形成領域RG1cとトランジスタ形成領域RG1dとの間には)、Y方向にそれぞれ延在しかつX方向に並んだ複数の溝TR2cが制御電極用配線部M1C7と交差するように配置され、それらの溝TR2c内の制御電極GE1に制御電極用配線部M1C7がコンタクトホールCT3を通じて電気的に接続されている。
なお、制御電極用配線部M1C6の下に配置されてX方向に並ぶ複数の溝TR2cは、積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有している溝TR2cと、単層領域TR4を有さずに積層領域TR3だけで構成された溝TR2cとが混在している。図75において、符号TR4を付した点線で囲まれた領域内の溝TR2(TR2c)は、単層領域TR4となっており、それ以外の領域の溝TR2(TR2c)は、積層領域TR3となっている。同様に、制御電極用配線部M1C7の下に配置されてX方向に並ぶ複数の溝TR2cも、積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有している溝TR2cと、単層領域TR4を有さずに積層領域TR3だけで構成された溝TR2cとが混在している。
そして、制御電極用配線部M1C6の下に配置されてX方向に並ぶ複数の溝TR2cのうち、積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有している溝TR2cのそれぞれに対して、その溝TR2cが制御電極用配線部M1C6と平面視で重なる領域に、コンタクトホールCT3を形成している。同様に、制御電極用配線部M1C7の下に配置されてX方向に並ぶ複数の溝TR2cのうち、積層領域TR3と単層領域TR4との両方を有している溝TR2cのそれぞれに対して、その溝TR2cが制御電極用配線部M1C7と平面視で重なる領域に、コンタクトホールCT3を形成している。コンタクトホールCT3は、単層領域TR4の溝TR2c上に形成されている。一方、制御電極用配線部M1C6の下に配置されてX方向に並ぶ複数の溝TR2cのうち、単層領域TR4を有さない溝TR2c内のゲート電極GE2を介して、トランジスタ形成領域RG1aの溝TR1内のゲート電極GE2と、トランジスタ形成領域RG1bの溝TR1内のゲート電極GE2とが一体的に繋がって電気的に接続されている。また、制御電極用配線部M1C7の下に配置されてX方向に並ぶ複数の溝TR2cのうち、単層領域TR4を有さない溝TR2c内のゲート電極GE2を介して、トランジスタ形成領域RG1cの溝TR1内のゲート電極GE2と、トランジスタ形成領域RG1dの溝TR1内のゲート電極GE2とが一体的に繋がって電気的に接続されている。
図73〜図80の半導体装置CP6の他の構成は、上記図49〜図52の半導体装置CP3と基本的には同じであるので、ここではその説明は省略する。
図73〜図80の半導体装置CP6の場合は、上記図1〜図13の半導体装置CPで得られる効果に加えて、更に次のような効果も得ることができる。
すなわち、図73〜図80の半導体装置CP6では、ゲート用配線M1Gがゲート用配線部M1G4を更に有することにより、ゲート抵抗を低減することができる。
また、図73〜図80の半導体装置CP6では、溝TR2内の制御電極GE1と接続する制御電極用配線部M1C6,M1C7を、ゲート用配線M1Gと隣り合わないように設けている。このため、溝TR2内の制御電極GE1に接続する制御電極用配線部(M1C6,M1C7)の本数と、溝TR2内のゲート電極GE2に接続するゲート用配線部(M1G1,M1G3,M1G4)の本数とを、異ならせることもできる。すなわち、溝TR2内のゲート電極GE2に接続するゲート用配線部(M1G1,M1G3,M1G4)の本数に制約されずに、溝TR2内の制御電極GE1に接続する制御電極用配線部(M1C6,M1C7)の本数を設定することができる。これにより、制御電極GE1への入力抵抗を所望の抵抗値に調整しやすくなる。
<第7変形例について>
次に、第7変形例について説明する。図81〜図83は、本実施の形態の半導体装置CPの第7変形例を示す平面図である。図81〜図83に示される第7変形例の半導体装置CPを、半導体装置CP7と称することとする。図81〜図83は、いずれも、上記図2に対応する全体平面図である。
上記半導体装置CP,CP1,CP2,CP3,CP4,CP5,CP6を示す全体平面図(図1〜図3、図42、図48〜図51、図53〜図55、図63〜図65、図73、図74)では、X方向が長辺方向(半導体装置の平面形状を構成する矩形の長辺方向)でY方向が短辺方向(半導体装置の平面形状を構成する矩形の短辺方向)である場合を図示していた。この場合、辺H1,H3が辺H2,H4よりも長くなる。
他の形態として、上記半導体装置CP,CP1,CP2,CP3,CP4,CP5,CP6において、X方向を短辺方向(半導体装置の平面形状を構成する矩形の短辺方向)としY方向を長辺方向(半導体装置の平面形状を構成する矩形の長辺方向)とすることもでき、この場合、辺H2,H4が辺H1,H3よりも長くなる。このように、X方向を短辺方向としY方向を長辺方向とした場合が、第7変形例に対応している。
例えば、図81の半導体装置CP7は、X方向を短辺方向としY方向を長辺方向とした場合に、上記第4変形例を適用したレイアウトの一例に対応している。また、図82の半導体装置CP7は、X方向を短辺方向としY方向を長辺方向とした場合に、上記第5変形例を適用したレイアウトの一例に対応している。また、図83の半導体装置CP7は、X方向を短辺方向としY方向を長辺方向とした場合に、上記第6変形例を適用したレイアウトの一例に対応している。
図81〜図83のいずれの場合も、X方向に延在する部分のゲート用配線M1Gは、その下でY方向に延在する溝TR2内のゲート電極GE2と接続され、X方向に延在する部分の制御電極用配線M1Cは、その下でY方向に延在する溝TR2内の制御電極GE1と接続されている。この点は、X方向が長辺方向の場合も、X方向が短辺方向の場合も、共通である。
X方向が長辺方向の場合は、ゲート抵抗をより低減することができ、また、制御電極GE1の入力抵抗をより低減することができる。
一方、X方向が短辺方向の場合は、トランジスタ形成領域(RG1)の有効面積を大きくすることができるため、パワートランジスタのオン抵抗をより低減することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態2では、上記実施の形態1の半導体装置(半導体チップ)を用いた半導体装置または電子装置の例について説明する。
図84は、上記実施の形態1の半導体装置(半導体チップ)を用いた電子装置の一例を示す回路図であり、ここでは、上記実施の形態1の半導体装置(半導体チップ)を用いて非絶縁型DC−DCコンバータを構成した場合の回路図が示されている。
図84に示される非絶縁型DC−DCコンバータは、例えば、デスクトップ型のパーソナルコンピュータ、ノート型のパーソナルコンピュータ、サーバまたはゲーム機等のような電子機器の電源回路などに用いることができる。
図84に示される非絶縁型DC−DCコンバータは、2つのパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)QH,QLと、制御回路CCと、コンデンサ(出力コンデンサ)C1と、コイル(インダクタ)L1とを有している。なお、図84中の符号のVINは入力電源(入力電源電位)、GNDは基準電位(例えばグランド電位で0V)、Voutは出力電圧を示している。以下では、パワーMOSFETを、パワーMOSトランジスタと称することとする。
制御回路CCは、パワーMOSトランジスタQH,QLの動作を制御する回路を含んでおり、パワーMOSトランジスタQHを駆動または制御するためのドライバ回路(駆動回路)DR1と、パワーMOSトランジスタQLを駆動または制御するためのドライバ回路(駆動回路)DR2とを有している。ドライバ回路DR1は、パワーMOSトランジスタQHのゲート端子(上記ゲート電極GE2に対応)の電位を制御し、パワーMOSトランジスタQHの動作を制御する回路である。ドライバ回路DR2は、パワーMOSトランジスタQLのゲート端子(上記ゲート電極GE2に対応)の電位を制御し、パワーMOSトランジスタQLの動作を制御する回路である。制御回路CCは、更に、パワーMOSトランジスタQH,QLの上記制御電極GE1の電位を制御する回路である制御回路DR3も有している。
パワーMOSトランジスタQHとパワーMOSトランジスタQLとは、入力電圧供給用の端子TE1と、基準電位供給用の端子TE2との間に直列に接続されている。すなわち、パワーMOSトランジスタQHは、そのソース・ドレイン経路が、入力電圧供給用の端子TE1と出力ノード(出力端子)NDとの間に直列に接続され、パワーMOSトランジスタQLは、そのソース・ドレイン経路が出力ノードNDと基準電位供給用の端子TE2との間に直列に接続されている。具体的には、パワーMOSトランジスタQHのドレインは、入力電圧供給用の端子TE1に接続され、パワーMOSトランジスタQHのソースは、出力ノードNDに接続され、パワーMOSトランジスタQLのドレインは、出力ノードNDに接続され、パワーMOSトランジスタQLのソースは、基準電位供給用の端子TE2に接続されている。
なお、入力電圧供給用の端子TE1には、入力用電源の高電位側の電位(入力電源電位)VIN、例えば12V、が供給され、基準電位供給用の端子TE2には、入力電圧供給用の端子TE1に供給される入力電圧(電位VIN)よりも低い基準電位、例えばグランド電位(接地電位、0V)、が供給される。従って、入力電源(VIN)とそれよりも低い基準電位(GND)との間にパワーMOSトランジスタQHとパワーMOSトランジスタQLとが直列に接続された状態になっている。
パワーMOSトランジスタQHとパワーMOSトランジスタQLとの間の出力ノードNDは、コイル(インダクタ)L1を介して、負荷LODに接続されている。すなわち、出力ノードNDと基準電位GNDとの間に、コイルL1と負荷LODとが直列に接続されており、また、負荷LODと並列にコンデンサC1が接続されている。コイルL1は、出力ノードNDと負荷LODとの間に介在している。負荷LODとしては、例えばハードディスクドライブ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、拡張カード(PCI CARD)、メモリ(DDRメモリ、DRAM、フラッシュメモリ等)、CPU(Central Processing Unit)等がある。
パワーMOSトランジスタQHは、ハイサイドスイッチ(高電位側:第1動作電圧;以下、単にハイサイドという)用の電界効果トランジスタであり、上記コイルL1にエネルギーを蓄えるためのスイッチ機能を有している。すなわち、パワーMOSトランジスタQHは、スイッチング用のトランジスタ(スイッチング素子)である。コイルL1は、非絶縁型DC−DCコンバータの出力(すなわち負荷LODの入力)に電力を供給する素子である。
一方、パワーMOSトランジスタQLは、ロウサイドスイッチ(低電位側:第2動作電圧;以下、単にロウサイドという)用の電界効果トランジスタであり、トランジスタの抵抗を低くして整流を行う機能を有している。すなわち、パワーMOSトランジスタQLは、整流用(同期整流用)のトランジスタであり、ここでは非絶縁型DC−DCコンバータの整流用のトランジスタである。
なお、上記ハイサイド用のパワーMOSトランジスタQHは、DC−DCコンバータのハイサイドMOSFET(ハイサイド用のMOSFET)とみなすことができる。また、上記ロウサイド用のパワーMOSトランジスタQLは、DC−DCコンバータのロウサイドMOSFET(ロウサイド用のMOSFET)とみなすことができる。
このような非絶縁型DC−DCコンバータでは、パワーMOSトランジスタQH,QLで同期を取りながら交互にオン/オフすることにより電源電圧の変換を行っている。すなわち、ハイサイド用のパワーMOSトランジスタQHがオンの時、端子TE1からパワーMOSトランジスタQHを通じて出力ノードNDに電流I1が流れる。一方、ハイサイド用のパワーMOSトランジスタQHがオフの時、コイルL1の逆起電圧により電流I2が流れ、この電流I2が流れている時にロウサイド用のパワーMOSトランジスタQLをオンすることで、電圧降下を少なくすることができる。
図1に示されるDC−DCコンバータの動作について以下に簡単に説明する。
パワーMOSトランジスタQHのゲート電極GE2および制御電極GE1とパワーMOSトランジスタQLのゲート電極GE2および制御電極GE1とは、制御回路CCに接続されており、制御回路CCによって、パワーMOSトランジスタQHのオン/オフ、および、パワーMOSトランジスタQLのオン/オフが制御される。具体的には、制御回路CCは、パワーMOSトランジスタQHをオンする際には、パワーMOSトランジスタQLをオフし、パワーMOSトランジスタQHをオフする際には、パワーMOSトランジスタQLをオンするように制御する。
ここで、例えば、パワーMOSトランジスタQHがオンし、パワーMOSトランジスタQLがオフしている場合、入力用の端子TE1からパワーMOSトランジスタQHおよびコイルL1を経由して負荷LODに電流が流れる。その後、パワーMOSトランジスタQHがオフしかつパワーMOSトランジスタQLがオンすると、まず、パワーMOSトランジスタQHがオフすることから、入力用の端子TE1からパワーMOSトランジスタQHおよびコイルL1を経由して負荷LODに流れる電流が遮断される。すなわち、コイルL1に流れる電流が遮断される。ところが、コイルL1においては、電流が減少(遮断)すると、コイルL1を流れる電流を維持しようとする(すなわち誘導起電力が発生して誘導電流が流れようとする)。このとき、パワーMOSトランジスタQLがオンしていることから、今度は、基準電位GNDに接続された端子TE2からパワーMOSトランジスタQLおよびコイルL1を経由して負荷LODに電流が流れる。その後、再び、パワーMOSトランジスタQHをオンし、パワーMOSトランジスタQLをオフする。このような動作を繰り返すことにより、図84に示すDC−DCコンバータでは、入力用の端子TE1に入力電源電位VINを入力すると、負荷LODの両端に入力電源電位VINよりも低い出力電圧Voutが出力されることになる。
図85〜図87は、上記実施の形態1の半導体装置(半導体チップ)をパッケージ化した半導体装置(半導体パッケージ)PKGの一例を模式的に示す平面透視図(図85および図86)および断面図(図87)である。図85は、半導体装置PKGを上面側から見て、封止部MRを透視した平面図(上面図)が示されている。図85では、封止部MRの外周位置を点線で示してある。また、図86は、図85から金属板MP1,MP2およびワイヤWAを除いた図に対応している。また、図85のS−S線の断面図が、図87にほぼ対応している。
図85〜図87に示されるように、半導体装置PKGは、ダイパッド(チップ搭載部)DP1,DP2,DP3と、ダイパッドDP1,DP2,DP3上に搭載された半導体チップCP11,CP12,CP13と、金属板(導体板)MP1,MP2と、複数のワイヤWAと、複数のリードLDと、これらを封止する封止部(封止樹脂部)MRとを有している。
半導体装置PKGは、上記図84の非絶縁型DC−DCコンバータに用いられる半導体装置である。半導体チップCP11は、ハイサイドスイッチ用の上記パワーMOSトランジスタQHが形成された半導体チップであり、半導体チップCP12は、ロウサイドスイッチ用の上記パワーMOSトランジスタQLが形成された半導体チップであり、半導体チップCP13は、上記制御回路CCが形成された半導体チップである。
半導体チップCP11と半導体チップCP12とは、それぞれ、上記実施の形態1の半導体装置CP,CP1,CP2,CP3,CP4,CP5,CP6,CP7のいずれかに対応するものである。
半導体チップCP11内の上記トランジスタ形成領域RG1に形成された複数の上記単位トランジスタセルQ1が並列に接続されることで、ハイサイドスイッチ用のパワーMOSトランジスタQHが形成される。また、半導体チップCP12内の上記トランジスタ形成領域RG1に形成された複数の上記単位トランジスタセルQ1が並列に接続されることで、ロウサイドスイッチ用のパワーMOSトランジスタQLが形成される。
このため、半導体チップCP11のゲート用パッドPDGは、半導体チップCP11内に形成されたハイサイドスイッチ用のパワーMOSトランジスタQHの上記ゲート電極GE2に電気的に接続されている。また、半導体チップCP11のソース用パッドPDSは、半導体チップCP11内に形成されたハイサイドスイッチ用のパワーMOSトランジスタQHのソース(n型半導体領域NR)に電気的に接続されている。また、半導体チップCP11の制御電極用パッドPDCは、半導体チップCP11内に形成されたハイサイドスイッチ用のパワーMOSトランジスタQHの上記制御電極GE1に電気的に接続されている。また、半導体チップCP11の裏面電極BEは、半導体チップCP11内に形成されたハイサイドスイッチ用のパワーMOSトランジスタQHのドレインに電気的に接続されている。
また、半導体チップCP12のゲート用パッドPDGは、半導体チップCP12内に形成されたロウサイドスイッチ用のパワーMOSトランジスタQLの上記ゲート電極GE2に電気的に接続されている。また、半導体チップCP12のソース用パッドPDSは、半導体チップCP12内に形成されたロウサイドスイッチ用のパワーMOSトランジスタQLのソース(n型半導体領域NR)に電気的に接続されている。また、半導体チップCP12の制御電極用パッドPDCは、半導体チップCP12内に形成されたロウサイドスイッチ用のパワーMOSトランジスタQLの上記制御電極GE1に電気的に接続されている。また、半導体チップCP12の裏面電極BEは、半導体チップCP12内に形成されたロウサイドスイッチ用のパワーMOSトランジスタQLのドレインに電気的に接続されている。半導体チップCP13のパッドPD3は、半導体チップCP13内に形成された回路(例えば制御回路CC)に電気的に接続されている。
封止部MRは、例えば熱硬化性樹脂材料などの樹脂材料などからなり、フィラーなどを含むこともできる。例えば、フィラーを含むエポキシ樹脂などを用いて封止部MRを形成することができる。
封止部MRは、一方の主面である上面MRaと、上面MRaの反対側の主面である裏面MRbと、上面MRaおよび裏面MRbに交差する側面(4つの側面)と、を有している。封止部MRの上面MRaおよび裏面MRbの平面形状は、例えば矩形状に形成されており、この矩形(平面矩形)の角を落したり、あるいはこの矩形(平面矩形)の角に丸みを帯びさせることもできる。
複数のリードLDは、封止部MRの平面矩形の四辺に配置されている。各リードLDの一部は、封止部MRの平面矩形の四辺から外方に向かって突出しており、封止部MRの裏面MRbでは、各リードLDの下面が露出されている。また、封止部MRの裏面MRbでは、例えば平面形状が略矩形状のダイパッドDP1,DP2,DP3の下面(裏面)も露出されている。
半導体装置PKGが有する複数のリードLDには、ダイパッドDP1に一体的に連結された複数のリードLDと、ダイパッドDP2に一体的に連結された複数のリードLDと、ダイパッドDP3に一体的に連結された複数のリードLDと、連結部を介して一体的に連結された複数のリードLDと、孤立した複数のリードLDとがある。
ダイパッドDP1,DP2,DP3、リードLDおよび連結部LDRは、導電体で構成されており、好ましくは銅(Cu)または銅合金などの金属材料からなる。また、ダイパッドDP1,DP2,DP3、リードLDおよび連結部LDRが同じ金属材料で形成されていれば、同じリードフレームを用いて半導体装置PKGを製造できるので、半導体装置PKGの製造が容易になる。
ダイパッドDP1の上面上には、半導体チップCP11が、パッドPDS,PDG,PDCが形成された側の主面のある表面が上に向き、かつ、裏面電極BEが形成された側の主面である裏面をダイパッドDP1に向けた状態で、搭載されている。すなわち、半導体チップCP11は、導電性の接着層(図示せず)を介してダイパッドDP1上にフェイスアップボンディングされている。半導体チップCP11の裏面全面に裏面電極BEが形成されており、この裏面電極BEは、導電性の接着層(図示せず)を介してダイパッドDP1に接合され電気的に接続されている。このため、半導体チップCP11の裏面電極BEは、ダイパッドDP1およびダイパッドDP1に一体的に連結されたリードLDに電気的に接続されている。
ダイパッドDP2の上面上には、半導体チップCP12が、パッドPDS,パッドPDG,PDCが形成された側の主面のある表面が上に向き、かつ、裏面電極BEが形成された側の主面である裏面をダイパッドDP2に向けた状態で、搭載されている。すなわち、半導体チップCP12は、導電性の接着層(図示せず)を介してダイパッドDP2上にフェイスアップボンディングされている。半導体チップCP12の裏面全面に裏面電極BEが形成されており、この裏面電極BEは、導電性の接着層(図示せず)を介してダイパッドDP2に接合され電気的に接続されている。このため、半導体チップCP12の裏面電極BEは、ダイパッドDP2およびダイパッドDP2に一体的に連結されたリードLDに電気的に接続されている。
ダイパッドDP3の上面上には、半導体チップCP13が、パッドPD3が形成された側の主面のある表面が上に向き、かつ、裏面をダイパッドDP3に向けた状態で、搭載されている。すなわち、半導体チップCP13は、接着層(図示せず)を介してダイパッドDP3上にフェイスアップボンディングされている。なお、半導体チップCP13の裏面には裏面電極は形成されていないため、半導体チップCP13をダイパッドDP3に接合する接着層は、導電性であっても、絶縁性であっても良い。一方、半導体チップCP11,CP12の各裏面には裏面電極BEが形成されているため、半導体チップCP11をダイパッドDP1に接合する接着層と半導体チップCP12をダイパッドDP2に接合する接着層とは、導電性を有することが必要である。
半導体チップCP11のゲート用パッドPDGと制御電極用パッドPDCとソース用パッドPDS5とは、それぞれ、ワイヤWAを介して半導体チップCP13のパッドPD3と電気的に接続されている。また、半導体チップCP11のソース用パッドPDS6は、ワイヤWAを介してリードLDと電気的に接続されている。また、半導体チップCP12のゲート用パッドPDGと制御電極用パッドPDCとは、それぞれ、ワイヤWAを介して半導体チップCP13のパッドPD3と電気的に接続されている。ワイヤWAは、例えば金(Au)線などの金属線(金属細線)によって形成されている。
半導体チップCP11のソース用パッドPDS(PDS1,PDS2)は、金属板MP1を介して、ダイパッドDP2と電気的に接続されている。具体的には、金属板MP1は、一方の端部(端辺)側が半導体チップCP11のソース用パッドPDS(PDS1,PDS2)に接続され、他方の端部(端辺)側がダイパッドDP2の上面に接続されている。これにより、半導体チップCP11のソース用パッドPDS(PDS1,PDS2)とダイパッドDP2とが、金属板MP1を介して電気的に接続されている。このため、半導体チップCP11のソース用パッドPDS(PDS1,PDS2)は、金属板MP1およびダイパッドDP2を介して、半導体チップCP12の裏面電極BE(ドレイン用の裏面電極)に電気的に接続されていることになる。また、半導体チップCP11のソース用パッドPDS1,PDS2は、どちらも金属板MP1に接続されるため、半導体チップCP11のソース用パッドPDS1とソース用パッドPDS2とは、金属板MP1を介して電気的に接続される。
半導体チップCP12のソース用パッドPDS(PDS1,PDS2,PDS3)は、金属板MP2を介して、連結部LDRと電気的に接続されている。具体的には、金属板MP2は、一方の端部(端辺)側が半導体チップCP12のソース用パッドPDS(PDS1,PDS2,PDS3)に接続され、他方の端部(端辺)側が連結部LDRの上面に接続されている。これにより、半導体チップCP12のソース用パッドPDS(PDS1,PDS2,PDS3)が、連結部LDRおよび連結部LDRに一体的に連結された複数のリードLDと、金属板MP2を介して電気的に接続されている。また、半導体チップCP12のソース用パッドPDS1,PDS2,PDS3は、いずれも金属板MP2に接続されるため、半導体チップCP12のソース用パッドPDS1とソース用パッドPDS2とソース用パッドPDS3とは、金属板MP2を介して電気的に接続される。
半導体チップCP13が有する複数のパッドPD3のうち、半導体チップCP11,CP12のいずれのパッドとも接続されていないパッドPD3は、ワイヤWAを介してリードLD(主として孤立したリードLD)と電気的に接続されている。
金属板MP1,MP2としては、例えば、アルミニウム(Al)またはアルミニウム(Al)合金からなるアルミニウムリボン(アルミニウム帯)を用いることができる。この場合、金属板MP1,MP2を構成するアルミニウムリボンは、導電性の接着材を用いずに、半導体チップCP11のソース用のパッドPDSと連結部LDRの上面とにそれぞれ圧着などによって直接的に接続(接合)することができる。
金属板MP1,MP2としてはアルミニウムリボンを用いる場合は、ワイヤボンディングの要領で、アルミニウムリボンの接続を行うことができる。例えば、長いアルミニウムの帯の一端を、半導体チップCP11のソース用のパッドPDSとダイパッドDP2のいずれか一方に圧着などによって接合してから、そのアルミニウムの帯を、半導体チップCP11のソース用のパッドPDSとダイパッドDP2の他方に圧着などによって接合し、そのアルミニウムの帯を切断する。これにより、切断されたアルミニウムの帯からなるアルミニウムリボンによって、半導体チップCP11のソース用のパッドPDSとダイパッドDP2とを電気的に接続することができる。金属板MP2についても、同様である。
また、金属板MP1,MP2として、銅(Cu)または銅(Cu)合金からなる銅クリップを用いることもできる。この場合、金属板MP1を構成する銅クリップは、半導体チップCP11のソース用のパッドPDSに導電性の接合材を介して接続され、また、ダイパッドDP2の上面に導電性の接合材を介して接続される。また、金属板MP2を構成する銅クリップは、半導体チップCP12のソース用のパッドPDSに導電性の接合材を介して接続され、また、連結部LDRの上面に導電性の接合材を介して接続される。この場合に使用する導電性の接合材は、好ましくは半田であるが、銀ペーストなどのペースト型導電性接着材を用いることもできる。金属板MP1,MP2として銅クリップを用いる場合は、予め加工された銅クリップを、導電性の接合材を介して半導体チップCP11,CP12のソース用のパッドPDSやダイパッドDP2、連結部LDRに接続することができる。
図88および図89は、半導体装置PKGの変形例を示す平面透視図(図88)および断面図(図89)である。図88は、上記図85に相当するものであり、半導体装置PKG1を上面側から見て、封止部MRを透視した平面図(上面図)が示されている。また、図88のT−T線の断面図が、図89にほぼ対応している。なお、図88および図89に示される変形例の半導体装置PKGを、符号PKG1を付して半導体装置PKG1と称することとする。
図88および図89に示されるように、半導体装置PKG1は、ダイパッド(チップ搭載部)DP4と、ダイパッドDP4上に搭載された半導体チップCP14と、金属板(導体板)MP3と、複数のワイヤWAと、複数のリードLDと、これらを封止する封止部(封止樹脂部)MRとを有している。
半導体チップCP14は、上記半導体チップCP11または半導体チップCP12に対応するものである。このため、半導体チップCP14が上記半導体チップCP11に対応する場合は、半導体チップCP14は、ハイサイドスイッチ用の上記パワーMOSトランジスタQHが形成された半導体チップであり、半導体チップCP14が上記半導体チップCP12に対応する場合は、半導体チップCP14は、ロウサイドスイッチ用の上記パワーMOSトランジスタQLが形成された半導体チップである。
複数のリードLDは、封止部MRの平面矩形の二辺に配置されている。各リードLDの一部は、封止部MRの平面矩形の二辺から外方に向かって突出しており、封止部MRの裏面MRbでは、各リードLDの下面が露出されている。また、封止部MRの裏面MRbでは、例えば平面略矩形状のダイパッドDP4の下面(裏面)も露出されている。
半導体装置PKG1が有する複数のリードLDのうち、リードLD2とリードLD3とは、それらリードLD2,LD3と一体的に形成された連結部LDRを介して一体的に連結されている。半導体装置PKG1が有する複数のリードLDのうち、リードLD5,LD6,LD7,LD8は、ダイパッドDP4と一体的に連結されている。半導体装置PKG1が有する複数のリードLDのうち、リードLD1とリードLD4とは、他のリードLDとは導体を介して連結されておらず、封止部MRを介して離間されている孤立したリードLDである。ダイパッドDP4に連結されたリードLD5,LD6,LD7,LD8は、この順序で、封止部MRの平面矩形の同じ辺に配列され、リードLD1,LD2,LD3,LD4は、この順序で、封止部MRの平面矩形の他の同じ辺に配列されている。封止部MRにおいて、リードLD5,LD6,LD7,LD8が配置された側の辺と、リードLD1,LD2,LD3,LD4が配置された側の辺とは、互いに対向する辺である。
ダイパッドDP4の上面上には、半導体チップCP14が、パッドPDS,PDG,PDCが形成された側の主面のある表面が上に向き、かつ、裏面電極BEが形成された側の主面である裏面をダイパッドDP4に向けた状態で、搭載されている。すなわち、半導体チップCP14は、導電性の接着層(図示せず)を介してダイパッドDP4上にフェイスアップボンディングされている。半導体チップCP14の裏面全面に裏面電極BEが形成されており、この裏面電極BEは、導電性の接着層(図示せず)を介してダイパッドDP4に接合され電気的に接続されている。このため、半導体チップCP14の裏面電極BEは、ダイパッドDP4およびダイパッドDP4に一体的に連結されたリードLD5,LD6,LD7,LD8に電気的に接続されている。
半導体チップCP14のゲート用パッドPDGと、リードLD4とは、ワイヤWAを介して電気的に接続され、半導体チップCP14の制御電極用パッドPDCと、リードLD1とは、他のワイヤWAを介して電気的に接続されている。
半導体チップCP14のソース用パッドPDS(PDS1,PDS2)は、金属板MP3を介して、連結部LDRと電気的に接続されている。具体的には、金属板MP3は、一方の端部(端辺)側が半導体チップCP14のソース用のパッドPDS(PDS1,PDS2)に接続され、他方の端部(端辺)側が連結部LDRの上面に接続され、それによって、半導体チップCP14のソース用のパッドPDS(PDS1,PDS2)と連結部LDRとが金属板MP3を介して電気的に接続されている。このため、半導体チップCP14のソース用パッドPDS(PDS1,PDS2)は、金属板MP3よび連結部LDRを介して、リードLD2,LD3に電気的に接続されていることになる。また、半導体チップCP14のソース用パッドPDS1,PDS2は、どちらも金属板MP3に接続されるため、半導体チップCP14のソース用パッドPDS1とソース用パッドPDS2とは、金属板MP3を介して電気的に接続される。
他の形態として、半導体チップCP14のソース用パッドPDSと連結部LDRまたはリードLDとを、ワイヤWA(好ましくは複数のワイヤWA)を介して電気的に接続することもできる。しかしながら、図88および図89のように、半導体チップCP14のソース用のパッドPDSと連結部LDRとを電気的に接続するのに金属板MP3を用いれば、抵抗低減を図ることができる。このため、パッケージ抵抗を低減でき、導通損失を低減できる。これについては、上記図85〜図87の半導体装置PKGについても同様である。
金属板MP3としては、上記図85〜図87の半導体装置PKGで用いた金属板MP1または金属板MP2と同様の金属板を用いることができる。
図90は、半導体装置PKGに用いられた上記半導体チップCP11の配線レイアウトの一例を示す平面図であり、上記図2に対応する全体平面図が示されている。図91は、半導体装置PKGに用いられた上記半導体チップCP12の配線レイアウトの一例を示す平面図であり、上記図2に対応する全体平面図が示されている。
半導体チップCP11と半導体チップCP12とは、それぞれ、上記実施の形態1の半導体装置CP,CP1,CP2,CP3,CP4,CP5,CP6,CP7のいずれかまたは組み合わせを適用した半導体チップである。図90および図91には、一例として、上記第4変形例の半導体装置CP4(図53〜図62)を半導体チップCP11,CP12に適用した場合の配線レイアウトの例が示されている。
半導体チップCP11のゲート用パッドPDGと制御電極用パッドPDCとは、それぞれ、ワイヤWAを介して半導体チップCP13のパッドPD3と電気的に接続される。このため、半導体チップCP11においては、図85、図86および図90に示されるように、半導体チップCP11の外周を構成する4つの辺(H1,H2,H3,H4)のうち、半導体チップCP13に対向する側の辺(ここでは辺H4)に、ゲート用パッドPDGと制御電極用パッドPDCとを配置することが好ましい。これにより、半導体チップCP11に対してワイヤボンディングを行いやすくなる。
また、半導体チップCP12のゲート用パッドPDGと制御電極用パッドPDCとは、それぞれ、ワイヤWAを介して半導体チップCP13のパッドPD3と電気的に接続される。このため、半導体チップCP12においては、図85、図86および図91に示されるように、半導体チップCP12の外周を構成する4つの辺(H1,H2,H3,H4)のうち、半導体チップCP13に対向する側の辺(ここでは辺H3)に、ゲート用パッドPDGと制御電極用パッドPDCとを配置することが好ましい。これにより、半導体チップCP12に対してワイヤボンディングを行いやすくなる。また、半導体チップCP12において、図85、図86および図91に示されるように、半導体チップCP13に対向する側の辺(ここでは辺H3)の端部に、すなわち、半導体チップCP12の主面の角部(ここでは辺H3と辺H4とが交差する角部)付近に、ゲート用パッドPDGと制御電極用パッドPDCとを配置すれば、トランジスタ形成領域(RG1)の有効面積を確保しやすくなる。
また、半導体チップCP14は、上記実施の形態1の半導体装置CP,CP1,CP2,CP3,CP4,CP5,CP6,CP7のいずれかまたは組み合わせを適用した半導体チップである。一例として、上記第4変形例の半導体装置CP4(図53〜図62)を半導体チップCP14として用いることができる。
図88に示されるように、半導体チップCP14のゲート用パッドPDGは、ワイヤWAを介してリードLD4と電気的に接続され、半導体チップCP14の制御電極用パッドPDCは、ワイヤWAを介してリードLD1と電気的に接続される。このため、半導体チップCP14においては、図88および上記図54に示されるように、半導体チップCP14の外周を構成する4つの辺(H1,H2,H3,H4)のうち、リードLD1、LD4に対向する側の辺(ここでは辺H4)に、ゲート用パッドPDGと制御電極用パッドPDCとを配置することが好ましい。また、半導体チップCP14のリードLD1,LD4に対向する側の辺(ここでは辺H4)において、リードLD1に近い側の端部(角部)近傍に制御電極用パッドPDCを配置し、リードLD4に近い側の端部(角部)近傍にゲート用パッドPDGを配置することが好ましい。これにより、半導体チップCP14に対してワイヤボンディングを行いやすくなる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
BE 裏面電極
C1 コンデンサ
CC 制御回路
CD1,CD2 導電膜
CP,CP1,CP2,CP3,CP,CP5,CP6,CP7 半導体装置
CP11,CP12,CP13,CP14 半導体チップ
CT1,CT2,CT3 コンタクトホール
DP1,DP2,DP3,DP4 ダイパッド
DR1,DR2 ドライバ回路
DR3 制御回路
EP エピタキシャル層
EP1 n型エピタキシャル層
G1,G1a,G2,G2a,G3 絶縁膜
GE1 制御電極
GE2 ゲート電極
H1,H2,H3,H4 辺
I1,I2 電流
IL 絶縁膜
L1 コイル
LD,LD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6,LD7,LD8 リード
LDR 連結部
LOD 負荷
M1 配線
M1C 制御電極用配線
M1C1,M1C2,M1C3,M1C4 制御電極用配線部
M1C5,M1C6,M1C7 制御電極用配線部
M1G ゲート用配線
M1G1,M1G2,M1G3,M1G4,M1G5 ゲート用配線部
M1S,M1S1,M1S2,M1S3,M1S4 ソース用配線
MP1,MP2,MP3 金属板
MR 封止部
MRa 上面
MRb 裏面
ND 出力ノード
NR n型半導体領域(n+型ソース領域)
OP 開口部
PA 絶縁膜
PD3 パッド
PDC 制御電極用パッド
PDG ゲート用パッド
PDS,PDS1,PDS2,PDS3,PDS4 ソース用パッド
PDS5,PDS6 ソース用パッド
PKG,PKG1 半導体装置(半導体パッケージ)
PR p型半導体領域
PR2 n型半導体領域
Q1 単位トランジスタセル
QH,QL パワーMOSトランジスタ(パワーMOSFET)
RG1,RG1a,RG1b,RG1c,RG1d トランジスタ形成領域
RG2,RG3,RG4,RG5 領域
RP1 フォトレジストパターン
SB 基板本体
SR シールリング
SUB 半導体基板
TE1,TE2 端子
TR1,TR1a,TR1b,TR2,TR2a,TR2b,TR2c 溝
TR3 積層領域
TR4 単層領域
Vout 出力電圧
W1,W2 幅
WA ワイヤ

Claims (21)

  1. 半導体基板の主面のトランジスタ形成領域に、パワートランジスタを構成するトレンチゲート型電界効果トランジスタを有する半導体装置であって、
    前記半導体基板の前記トランジスタ形成領域に形成された第1溝と、
    前記トランジスタ形成領域の周囲の前記半導体基板に形成され、前記第1溝に繋がっている第2溝と、
    前記第1溝内の下部に形成された第1電極と、
    前記第1溝内の上部に形成された、前記トレンチゲート型電界効果トランジスタ用のゲート電極と、
    前記第1溝の側壁および底面と前記第1電極との間に形成された第1絶縁膜と、
    前記第1溝の側壁と前記ゲート電極との間に形成された第2絶縁膜と、
    前記第1電極と前記ゲート電極との間に形成された第3絶縁膜と、
    前記半導体基板における前記第1溝に隣接する領域に形成された、第1導電型のソース用半導体領域、前記ソース用半導体領域の下に位置する前記第1導電型とは反対の第2導電型のチャネル形成用半導体領域、および、前記チャネル形成用半導体領域の下に位置する前記第1導電型のドレイン用半導体領域と、
    前記半導体基板の前記主面上に形成された層間絶縁膜と、
    前記層間絶縁膜上に形成され、前記ソース用半導体領域と電気的に接続されたソース用配線と、
    前記層間絶縁膜上に形成され、前記ゲート電極と電気的に接続されたゲート用配線と、
    前記層間絶縁膜上に形成され、前記第1電極と電気的に接続された第1配線と、
    前記第2溝と前記ゲート用配線とが平面視で重なる領域の前記層間絶縁膜に形成されたゲート用コンタクトホールと、
    前記第2溝と前記第1配線とが平面視で重なる領域の前記層間絶縁膜に形成された第1コンタクトホールと、
    前記層間絶縁膜に形成されたソース用コンタクトホールと、
    を有し、
    前記第1配線は、導体を通じて前記ソース用配線と繋がっておらず、かつ、導体を通じて前記ゲート用配線と繋がっておらず、
    前記第2溝は、内部に前記第1電極と前記ゲート電極とが埋め込まれている第1領域と、内部に前記第1電極が埋め込まれているが前記ゲート電極は埋め込まれていない第2領域とを有し、
    前記第1領域の前記第2溝内の下部には、前記第1絶縁膜を介して前記第1電極が形成され、前記第1領域の前記第2溝内の上部には、前記第2絶縁膜を介して前記ゲート電極が形成され、前記第1領域の前記第2溝内の前記第1電極と前記ゲート電極との間には前記第3絶縁膜が形成され、
    前記第2領域の前記第2溝内には、前記第1絶縁膜を介して前記第1電極が形成され、
    前記ゲート用配線は、前記トランジスタ形成領域の周囲の前記層間絶縁膜上に形成され、
    前記ゲート用コンタクトホールは、前記第1領域の前記第2溝の上方に形成され、前記ゲート用配線は、前記ゲート用コンタクトホールから露出する前記ゲート電極に電気的に接続され、
    前記第1配線は、前記トランジスタ形成領域の周囲の前記層間絶縁膜上に形成され、
    前記第1コンタクトホールは、前記第2領域の前記第2溝の上方に形成され、前記第1配線は、前記第1コンタクトホールから露出する前記第1電極に電気的に接続され、
    前記ソース用配線は、前記トランジスタ形成領域の前記層間絶縁膜上に形成され、
    前記ソース用配線は、前記層間絶縁膜に形成された前記ソース用コンタクトホールを通じて、前記ソース用半導体領域と電気的に接続され、
    前記ソース用配線は、互いに第2方向に離間するように複数領域に分割されており、
    前記ゲート用配線は、分割された前記ソース用配線の間を、前記第2方向に交差する第1方向に延在する第3ゲート用配線部を有し、
    前記第1方向に延在する前記第3ゲート用配線部の下には、前記第2方向に延在する前記第2溝が、前記第1方向に複数並んでおり、
    前記第3ゲート用配線部が前記第2方向に延在する前記第2溝と平面視で重なる領域に、前記ゲート用コンタクトホールが形成され、
    前記第1配線は、分割された前記ソース用配線の間に配置され、前記第3ゲート用配線部と前記第2方向に隣り合うように前記第1方向に延在する第3配線部を有し、
    前記第3配線部が前記第2方向に延在する前記第2溝と平面視で重なる領域に、前記第1コンタクトホールが形成されている、半導体装置。
  2. 請求項記載の半導体装置において、
    前記第1方向に延在する前記第3ゲート用配線部および前記第3配線部の下に配置され、前記第2方向にそれぞれ延在しかつ前記第1方向に並んだ複数の前記第2溝は、前記第1領域と前記第2領域とを有する前記第2溝と、前記第1領域を有するが前記第2領域を有さない前記第2溝とが混在している、半導体装置。
  3. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記第1溝内の前記ゲート電極の側面は、前記第2絶縁膜を介して、前記ソース用半導体領域および前記チャネル形成用半導体領域に対向し、
    前記第1溝内の前記第1電極の側面および底面は、前記第1絶縁膜を介して、前記ドレイン用半導体領域に対向している、半導体装置。
  4. 請求項記載の半導体装置において、
    前記層間絶縁膜上に、前記ソース用配線、前記ゲート用配線および前記第1配線を覆うように形成された第4絶縁膜を更に有し、
    前記ソース用配線の一部が前記第4絶縁膜のソース用開口部から露出されることにより、ソース用パッドが形成され、
    前記ゲート用配線の一部が前記第4絶縁膜のゲート用開口部から露出されることにより、ゲート用パッドが形成され、
    前記第1配線の一部が前記第4絶縁膜の第1開口部から露出されることにより、第1パッドが形成されている、半導体装置。
  5. 請求項記載の半導体装置において、
    前記半導体基板の前記主面とは反対側の裏面に形成された裏面ドレイン電極を更に有し、
    前記裏面ドレイン電極は、前記ドレイン用半導体領域と電気的に接続されている、半導体装置。
  6. 請求項記載の半導体装置において、
    前記第2溝に埋め込まれた部分の前記ゲート電極は、前記第1溝に埋め込まれた部分の前記ゲート電極を前記ゲート用配線に接続するための配線部として機能し、
    前記第2溝に埋め込まれた部分の前記第1電極は、前記第1溝に埋め込まれた部分の前記第1電極を前記第1配線に接続するための配線部として機能する、半導体装置。
  7. 請求項記載の半導体装置において、
    前記ゲート用配線は、前記半導体装置の主面の第1の辺に沿って前記第1方向に延在する第1ゲート用配線部を有し、
    前記第1配線は、前記第1の辺に沿って前記第1方向に延在する第1配線部を有し、
    前記第1方向は、前記第1の辺に沿った方向であり、
    前記第1配線部は、平面視で、前記第1ゲート用配線部と前記第1の辺との間に配置されている、半導体装置。
  8. 請求項記載の半導体装置において、
    前記第1の辺に沿って前記第1ゲート用配線部および前記第1配線部が延在する領域では、前記第2方向に延在する前記第2溝が、前記第1方向に複数並んでおり、
    前記第1ゲート用配線部が前記第2方向に延在する前記第2溝と平面視で重なる領域に、前記ゲート用コンタクトホールが形成され、
    前記第1配線部が前記第2方向に延在する前記第2溝と平面視で重なる領域に、前記第1コンタクトホールが形成されている、半導体装置。
  9. 請求項記載の半導体装置において、
    前記トランジスタ形成領域内では、前記第2方向に延在する前記第1溝が前記第1方向に複数並んでいる、半導体装置。
  10. 請求項記載の半導体装置において、
    前記ゲート用配線は、前記半導体装置の主面の前記第1の辺に対向する第2の辺に沿って前記第1方向に延在する第2ゲート用配線部を有し、
    前記第1配線は、前記第2の辺に沿って前記第1方向に延在する第2配線部を有し、
    前記第2配線部は、平面視で、前記第2ゲート用配線部と前記第2の辺との間に配置されている、半導体装置。
  11. 半導体基板の主面のトランジスタ形成領域に、パワートランジスタを構成するトレンチゲート型電界効果トランジスタを有する半導体装置であって、
    前記半導体基板の前記トランジスタ形成領域に形成された第1溝と、
    前記トランジスタ形成領域の周囲の前記半導体基板に形成され、前記第1溝に繋がっている第2溝と、
    前記第1溝内の下部に形成された第1電極と、
    前記第1溝内の上部に形成された、前記トレンチゲート型電界効果トランジスタ用のゲート電極と、
    前記第1溝の側壁および底面と前記第1電極との間に形成された第1絶縁膜と、
    前記第1溝の側壁と前記ゲート電極との間に形成された第2絶縁膜と、
    前記第1電極と前記ゲート電極との間に形成された第3絶縁膜と、
    前記半導体基板における前記第1溝に隣接する領域に形成された、第1導電型のソース用半導体領域、前記ソース用半導体領域の下に位置する前記第1導電型とは反対の第2導電型のチャネル形成用半導体領域、および、前記チャネル形成用半導体領域の下に位置する前記第1導電型のドレイン用半導体領域と、
    前記半導体基板の前記主面上に形成された層間絶縁膜と、
    前記層間絶縁膜上に形成され、前記ソース用半導体領域と電気的に接続されたソース用配線と、
    前記層間絶縁膜上に形成され、前記ゲート電極と電気的に接続されたゲート用配線と、
    前記層間絶縁膜上に形成され、前記第1電極と電気的に接続された第1配線と、
    前記第2溝と前記ゲート用配線とが平面視で重なる領域の前記層間絶縁膜に形成されたゲート用コンタクトホールと、
    前記第2溝と前記第1配線とが平面視で重なる領域の前記層間絶縁膜に形成された第1コンタクトホールと、
    前記層間絶縁膜に形成されたソース用コンタクトホールと、
    を有し、
    前記第1配線は、導体を通じて前記ソース用配線と繋がっておらず、かつ、導体を通じて前記ゲート用配線と繋がっておらず、
    前記第2溝は、内部に前記第1電極と前記ゲート電極とが埋め込まれている第1領域と、内部に前記第1電極が埋め込まれているが前記ゲート電極は埋め込まれていない第2領域とを有し、
    前記第1領域の前記第2溝内の下部には、前記第1絶縁膜を介して前記第1電極が形成され、前記第1領域の前記第2溝内の上部には、前記第2絶縁膜を介して前記ゲート電極が形成され、前記第1領域の前記第2溝内の前記第1電極と前記ゲート電極との間には前記第3絶縁膜が形成され、
    前記第2領域の前記第2溝内には、前記第1絶縁膜を介して前記第1電極が形成され、
    前記ゲート用配線は、前記トランジスタ形成領域の周囲の前記層間絶縁膜上に形成され、
    前記ゲート用コンタクトホールは、前記第1領域の前記第2溝の上方に形成され、前記ゲート用配線は、前記ゲート用コンタクトホールから露出する前記ゲート電極に電気的に接続され、
    前記第1配線は、前記トランジスタ形成領域の周囲の前記層間絶縁膜上に形成され、
    前記第1コンタクトホールは、前記第2領域の前記第2溝の上方に形成され、前記第1配線は、前記第1コンタクトホールから露出する前記第1電極に電気的に接続され、
    前記ソース用配線は、前記トランジスタ形成領域の前記層間絶縁膜上に形成され、
    前記ソース用配線は、前記層間絶縁膜に形成された前記ソース用コンタクトホールを通じて、前記ソース用半導体領域と電気的に接続され、
    前記ソース用配線は、互いに第2方向に離間するように複数領域に分割されており、
    前記第1配線は、分割された前記ソース用配線の間を、前記第2方向に交差する第1方向に延在する第4配線部を有し、
    前記ゲート用配線は、分割された前記ソース用配線の間に配置され、前記第4配線部を挟むように前記第1方向にそれぞれ延在する第4ゲート用配線部および第5ゲート用配線部を有している、半導体装置。
  12. 請求項11記載の半導体装置において、
    前記第1方向に延在する前記第4ゲート用配線部、前記第4配線部および前記第5ゲート用配線部の下には、前記第2方向に延在する前記第2溝が、前記第1方向に複数並んでおり、
    前記第4配線部が前記第2方向に延在する前記第2溝と平面視で重なる領域に、前記第1コンタクトホールが形成され、
    前記第4ゲート用配線部が前記第2方向に延在する前記第2溝と平面視で重なる領域と、前記第5ゲート用配線部が前記第2方向に延在する前記第2溝と平面視で重なる領域とに、前記ゲート用コンタクトホールが形成されている、半導体装置。
  13. 請求項12記載の半導体装置において、
    前記第1方向に延在する前記第4ゲート用配線部、前記第4配線部および前記第5ゲート用配線部の下に配置され、前記第2方向にそれぞれ延在しかつ前記第1方向に並んだ複数の前記第2溝のそれぞれは、前記第1領域と前記第2領域とを有している、半導体装置。
  14. 請求項11記載の半導体装置において、
    前記第1溝内の前記ゲート電極の側面は、前記第2絶縁膜を介して、前記ソース用半導体領域および前記チャネル形成用半導体領域に対向し、
    前記第1溝内の前記第1電極の側面および底面は、前記第1絶縁膜を介して、前記ドレイン用半導体領域に対向している、半導体装置。
  15. 請求項11記載の半導体装置において、
    前記層間絶縁膜上に、前記ソース用配線、前記ゲート用配線および前記第1配線を覆うように形成された第4絶縁膜を更に有し、
    前記ソース用配線の一部が前記第4絶縁膜のソース用開口部から露出されることにより、ソース用パッドが形成され、
    前記ゲート用配線の一部が前記第4絶縁膜のゲート用開口部から露出されることにより、ゲート用パッドが形成され、
    前記第1配線の一部が前記第4絶縁膜の第1開口部から露出されることにより、第1パッドが形成されている、半導体装置。
  16. 請求項11記載の半導体装置において、
    前記半導体基板の前記主面とは反対側の裏面に形成された裏面ドレイン電極を更に有し、
    前記裏面ドレイン電極は、前記ドレイン用半導体領域と電気的に接続されている、半導体装置。
  17. 請求項11記載の半導体装置において、
    前記第2溝に埋め込まれた部分の前記ゲート電極は、前記第1溝に埋め込まれた部分の前記ゲート電極を前記ゲート用配線に接続するための配線部として機能し、
    前記第2溝に埋め込まれた部分の前記第1電極は、前記第1溝に埋め込まれた部分の前記第1電極を前記第1配線に接続するための配線部として機能する、半導体装置。
  18. 請求項11記載の半導体装置において、
    前記ゲート用配線は、前記半導体装置の主面の第1の辺に沿って前記第1方向に延在する第1ゲート用配線部を有し、
    前記第1配線は、前記第1の辺に沿って前記第1方向に延在する第1配線部を有し、
    前記第1方向は、前記第1の辺に沿った方向であり、
    前記第1配線部は、平面視で、前記第1ゲート用配線部と前記第1の辺との間に配置されている、半導体装置。
  19. 請求項18記載の半導体装置において、
    前記第1の辺に沿って前記第1ゲート用配線部および前記第1配線部が延在する領域では、前記第2方向に延在する前記第2溝が、前記第1方向に複数並んでおり、
    前記第1ゲート用配線部が前記第2方向に延在する前記第2溝と平面視で重なる領域に、前記ゲート用コンタクトホールが形成され、
    前記第1配線部が前記第2方向に延在する前記第2溝と平面視で重なる領域に、前記第1コンタクトホールが形成されている、半導体装置。
  20. 請求項19記載の半導体装置において、
    前記トランジスタ形成領域内では、前記第2方向に延在する前記第1溝が前記第1方向に複数並んでいる、半導体装置。
  21. 請求項20記載の半導体装置において、
    前記ゲート用配線は、前記半導体装置の主面の前記第1の辺に対向する第2の辺に沿って前記第1方向に延在する第2ゲート用配線部を有し、
    前記第1配線は、前記第2の辺に沿って前記第1方向に延在する第2配線部を有し、
    前記第2配線部は、平面視で、前記第2ゲート用配線部と前記第2の辺との間に配置されている、半導体装置。
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