JP6450659B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
第1絶縁部は、第1半導体領域の一部の上に設けられている。
導電部は、第1半導体領域の他の一部の上に設けられている。導電部は、第1半導体領域と接続されている。
積層体は、第1導電形の複数の第2半導体領域と、第2導電形の複数の第3半導体領域と、を有する。積層体は、第1絶縁部の一部の上に設けられている。
複数の第2半導体領域は、導電部と接続されている。
複数の第3半導体領域は、導電部と接続されている。それぞれの第3半導体領域は、第1半導体領域から第1絶縁部の一部に向かう第1方向において、それぞれの第2半導体領域と交互に設けられている。
第4半導体領域は、積層体の上に選択的に設けられている。
第5半導体領域は、第4半導体領域の上に選択的に設けられている。
ゲート電極は、第1絶縁部の他の一部の上に設けられている。第1方向に対して垂直な第2方向において、ゲート電極と導電部との間には、積層体が位置する。
ゲート絶縁部は、ゲート電極と、積層体、第4半導体領域、および第5半導体領域のそれぞれと、の間に設けられている。
第7半導体領域は、積層体とゲート絶縁部との間に設けられている。第7半導体領域は、複数の第2半導体領域のそれぞれと接続されている。第7半導体領域の第1導電形の不純物濃度は、第2半導体領域の第1導電形の不純物濃度よりも高い。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
各実施形態の説明には、XYZ直交座標系を用いる。n+形ドレイン領域1から絶縁部21に向かう方向をZ方向(第1方向)とし、Z方向に対して垂直な方向であって相互に直交する2方向をX方向(第2方向)及びY方向(第3方向)とする。
以下の説明において、n+、n及びp+、p、p−の表記は、各導電形における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわち、「+」が付されている表記は、「+」および「−」のいずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に高く、「−」が付されている表記は、いずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に低いことを示す。
以下で説明する各実施形態について、各半導体領域のp形とn形を反転させて各実施形態を実施してもよい。
図1および図2を用いて、第1実施形態に係る半導体装置の一例について説明する。
図1は、第1実施形態に係る半導体装置100の平面図である。
図2は、図1のA−A´断面図である。
なお、図1では、ソース電極41および絶縁層17が省略されている。
図1および図2に表すように、半導体装置100は、n+形(第1導電形)のドレイン領域1(第1半導体領域)、積層体LB、p形(第2導電形)のベース領域4(第4半導体領域)、n+形ソース領域5(第5半導体領域)、ゲート電極10、導電部15、絶縁層17、ゲート絶縁部20、絶縁部21(第1絶縁部)、ドレイン電極40(第2電極)、およびソース電極41(第3電極)を有する。
n+形ドレイン領域1は、ドレイン電極40の上に設けられ、ドレイン電極40と電気的に接続されている。
導電部15は、n+形ドレイン領域1の他の一部の上に設けられている。導電部15の下端はX−Y面に沿ってn+形ドレイン領域1に囲まれており、導電部15はn+形ドレイン領域1と電気的に接続されている。また、導電部15の一部は、X−Y面に沿って絶縁部21に囲まれている。
導電部15は、複数のn形半導体領域2および複数のp形半導体領域3と接続されている。
n+形ソース領域5は、p形ベース領域4の上に選択的に設けられている。
p形ベース領域4およびn+形ソース領域5は、ゲート絶縁部20に接しており、ゲート絶縁部20を介してゲート電極10と対面している。
ソース電極41は、半導体装置100の上面に設けられ、p形ベース領域4、n+形ソース領域5、および絶縁層17の上に位置している。p形ベース領域4の少なくとも一部およびn+形ソース領域5は、絶縁層17により覆われておらず、これらの半導体領域は、ソース電極41と電気的に接続されている。
ソース電極41とゲート電極10との間には、ゲート絶縁部20の一部が設けられており、これらの電極は電気的に分離されている。
積層体LBの一部は、ゲート絶縁部20に接しており、導電部15に囲まれている。ゲート絶縁部20に接していない積層体LBの他の一部は、導電部15の周りに設けられている。
ゲート電極10、p形ベース領域4、およびn+形ソース領域5は、X方向において複数設けられ、それぞれがY方向に延びている。
n+形ドレイン領域1、n形半導体領域2、p形半導体領域3、p形ベース領域4、およびn+形ソース領域5は、半導体材料として、シリコン、炭化シリコン、窒化ガリウム、またはガリウムヒ素を含む。
半導体材料に添加されるn形不純物としては、ヒ素、リン、またはアンチモンを用いることができる。p形不純物としては、ボロンを用いることができる。
ゲート電極10および導電部15は、ポリシリコンなどの導電材料を含む。
ゲート絶縁部20、絶縁部21、および絶縁層17は、酸化シリコンなどの絶縁材料を含む。
ドレイン電極40およびソース電極41は、アルミニウムなどの金属材料を含む。
図3および図4は、第1実施形態に係る半導体装置100の製造工程を表す工程断面図である。
以上の工程により、図1および図2に表す半導体装置100が得られる。
しかし、この方法では、SJ構造を構成する半導体領域の幅(pn接合面に対して垂直な方向における長さ)を狭くするためには、形成される開口のアスペクト比を高めるとともに、開口同士の間隔を狭くしなければならない。このため、半導体領域の幅を狭くすることは容易ではない。
すなわち、本実施形態によれば、SJ構造を構成するそれぞれの半導体領域の幅を容易に狭くすることができる半導体装置を提供することが可能となる。
すなわち、本実施形態によれば、複数のp形半導体領域3のうち少なくとも1つをp形ベース領域4と離間して設けることで、n形半導体領域2の幅およびp形半導体領域3の幅を短くした場合に生じる半導体装置の最大電流値の低下を抑制することができる。
すなわち、本実施形態によれば、半導体装置の面積の増加を抑制しつつ、半導体装置の最大電流値を増加させることが容易となる。
図5は、第1実施形態の第1変形例に係る半導体装置110の断面図である。
半導体装置110は、p−形半導体領域6(第6半導体領域)をさらに有する点で、半導体装置100と異なる。
図6は、第1実施形態の第2変形例に係る半導体装置120の断面図である。
半導体装置120は、ゲート電極10の下端およびゲート絶縁部20の下端が、X−Y面に沿って絶縁部21に囲まれている点で、半導体装置100と異なる。
図7は、第1実施形態の第3変形例に係る半導体装置130の断面図である。
半導体装置130は、n+形半導体領域7(第7半導体領域)をさらに有する点で、半導体装置100と異なる。
このため、本変形例によれば、半導体装置100に比べて、それぞれのn形半導体領域2とn+形ソース領域5との間の電子に対する電気抵抗を低減することができ、半導体装置のオン抵抗を低減することが可能となる。
図8は、第1実施形態の第4変形例に係る半導体装置140の断面図である。
半導体装置140は、半導体装置100との比較において、導電部15の構造に差異を有する。
第2導電部分15bは、第1導電部分15aによって囲まれている。より具体的には、第2導電部分15bと、n+形ドレイン領域1、絶縁部21、および積層体LBのそれぞれと、の間に、第1導電部分15aが設けられている。
第2導電部分15bは、金属を含む。第2導電部分15bは、例えば、アルミニウム、チタン、ニッケル、タングステン、銅、および金の少なくともいずれかの金属を含む。第2導電部分15bは、さらに、窒化チタンなどの金属化合物を含んでいてもよい。
図9および図10を用いて、第2実施形態に係る半導体装置の一例について説明する。
図9は、第2実施形態に係る半導体装置200の平面図である。
図10は、図9の領域Bを拡大した部分拡大平面図である。
なお、図9および図10では、ソース電極41および絶縁層17が省略されている。また、図9のA−A´断面図は、例えば、図2に表す半導体装置100の断面図と同様である。
第1電極部分11は、Y方向に延びている。
第2電極部分12は、X方向およびY方向において複数設けられ、それぞれがX方向に延びている。
第1電極部分11は、Y方向において複数の第2電極部分12と接するとともに、X方向において第2電極部分12同士の間に位置している。
図11は、第2実施形態の第1変形例に係る半導体装置210の部分拡大平面図である。
図11では、ソース電極41および絶縁層17が省略されている。
半導体装置210は、電極32(第1電極)および絶縁部22(第2絶縁部)をさらに有する点で、半導体装置200と異なる。
図12は、第2実施形態の第2変形例に係る半導体装置220の部分拡大平面図である。
図12では、ソース電極41および絶縁層17が省略されている。
半導体装置220は、ゲート電極10が第3電極部分13をさらに有する点で、半導体装置200と異なる。
図13は、第2実施形態の第3変形例に係る半導体装置230の部分拡大平面図である。
図13では、ソース電極41および絶縁層17が省略されている。
半導体装置230は、電極32および絶縁部22をさらに有する点で、半導体装置100と異なる。
既に述べたように、オフ状態においては、n形半導体領域2とp形半導体領域3とのpn接合面からそれぞれの半導体領域に向けて空乏層が広がる。ターンオンした際には、正孔および電子がこれらの半導体領域に注入されることで空乏層が消失する。
このため、本変形例によれば、p形半導体領域3がp形ベース領域4と離間して設けられていることによる過渡的なオン抵抗の増加を抑制することが可能となる。
図14は、第2実施形態の第4変形例に係る半導体装置240の部分拡大平面図である。
図14では、ソース電極41および絶縁層17が省略されている。
半導体装置240は、電極32および絶縁部22をさらに有する点で、半導体装置200と異なる。
図15は、第2実施形態の第5変形例に係る半導体装置250の部分拡大平面図である。
図15では、ソース電極41および絶縁層17が省略されている。
半導体装置250は、電極33および絶縁部23をさらに有する点で、半導体装置240と異なる。
図16は、第2実施形態の第6変形例に係る半導体装置260の部分拡大平面図である。
図16では、ソース電極41および絶縁層17が省略されている。
半導体装置260は、電極32および絶縁部22をさらに有する点で、半導体装置210と異なる。
図17は、第2実施形態の第7変形例に係る半導体装置270の部分拡大平面図である。
図17では、ソース電極41および絶縁層17が省略されている。
半導体装置270は、絶縁部18(第3絶縁部)をさらに有する点で、半導体装置200と異なる。
図18は、第2実施形態の第8変形例に係る半導体装置280の部分拡大平面図である。
図18では、ソース電極41および絶縁層17が省略されている。
半導体装置280は、絶縁部18および絶縁部19(第4絶縁部)をさらに有する点で、半導体装置200と異なる。
それぞれの第2電極部分12と導電部15との間には、複数の絶縁部18または複数の絶縁部19が、X方向に配列されている。
第3絶縁部分19cは、Y方向に延びている。第4絶縁部分19dは、Y方向において複数設けられ、それぞれがX方向に延びている。また、第4絶縁部分19dは、X方向において、第3絶縁部分19cと導電部15との間に位置している。
このため、n形半導体領域2のn形不純物濃度とp形半導体領域3のp形不純物濃度との間に差が存在する場合であっても、濃度差による電界強度の変動を抑制し、半導体装置の耐圧低下を抑制することが可能となる。
図19は、第2実施形態の第9変形例に係る半導体装置290の部分拡大平面図である。
図20は、図19のA−A´断面図である。
図19では、ソース電極41および絶縁層17が省略されている。
図19に表すように、p+形半導体領域8は、Y方向において複数設けられている。それぞれのp+形半導体領域8は、Y方向において、第2電極部分12同士の間に位置している。
このため、本変形例によれば、第3変形例に比べてより簡便な構造で、p形半導体領域3における空乏層の消失に要する時間を短くし、過渡的なオン抵抗の上昇を抑制することが可能となる。
また、上述した第2実施形態で説明した各形態と、第1実施形態で説明した各形態と、を適宜組み合わせて実施することも可能である。
また、各半導体領域における不純物濃度については、例えば、SIMS(二次イオン質量分析法)により測定することが可能である。
Claims (16)
- 第1導電形の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の一部の上に設けられた第1絶縁部と、
前記第1半導体領域の他の一部の上に設けられ、前記第1半導体領域と接続された導電部と、
前記導電部と接続された第1導電形の複数の第2半導体領域と、
前記導電部と接続され、前記第1半導体領域から前記第1絶縁部に向かう第1方向において、それぞれが前記第2半導体領域と交互に設けられた第2導電形の複数の第3半導体領域と、
を有し、前記第1絶縁部の一部の上に設けられた積層体と、
前記積層体の上に選択的に設けられた第2導電形の第4半導体領域と、
前記第4半導体領域の上に選択的に設けられた第1導電形の第5半導体領域と、
前記第1絶縁部の他の一部の上に設けられ、前記第1方向に対して垂直な第2方向において前記導電部との間に前記積層体が位置するゲート電極と、
前記ゲート電極と、前記積層体、前記第4半導体領域、および前記第5半導体領域のそれぞれと、の間に設けられたゲート絶縁部と、
前記積層体と前記ゲート絶縁部との間に設けられ、前記複数の第2半導体領域のそれぞれと接続された第1導電形の第7半導体領域であって、前記第7半導体領域の第1導電形の不純物濃度は、前記第2半導体領域の第1導電形の不純物濃度よりも高い、前記第7半導体領域と、
を備えた半導体装置。 - 第1導電形の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の一部の上に設けられた第1絶縁部と、
前記第1半導体領域の他の一部の上に設けられ、前記第1半導体領域と接続された導電部であって、多結晶シリコンを含む第1導電部と、前記第1導電部に囲まれ、金属を含む第2導電部と、を有する前記導電部と、
前記導電部と接続された第1導電形の複数の第2半導体領域と、
前記導電部と接続され、前記第1半導体領域から前記第1絶縁部に向かう第1方向において、それぞれが前記第2半導体領域と交互に設けられた第2導電形の複数の第3半導体領域と、
を有し、前記第1絶縁部の一部の上に設けられた積層体と、
前記積層体の上に選択的に設けられた第2導電形の第4半導体領域と、
前記第4半導体領域の上に選択的に設けられた第1導電形の第5半導体領域と、
前記第1絶縁部の他の一部の上に設けられ、前記第1方向に対して垂直な第2方向において前記導電部との間に前記積層体が位置するゲート電極と、
前記ゲート電極と、前記積層体、前記第4半導体領域、および前記第5半導体領域のそれぞれと、の間に設けられたゲート絶縁部と、
を備えた半導体装置。 - 第1導電形の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の一部の上に設けられた第1絶縁部と、
前記第1半導体領域の他の一部の上に設けられ、前記第1半導体領域と接続された導電部と、
前記導電部と接続された第1導電形の複数の第2半導体領域と、
前記導電部と接続され、前記第1半導体領域から前記第1絶縁部に向かう第1方向において、それぞれが前記第2半導体領域と交互に設けられた第2導電形の複数の第3半導体領域と、
を有し、前記第1絶縁部の一部の上に設けられた積層体と、
前記積層体の上に選択的に設けられた第2導電形の第4半導体領域と、
前記第4半導体領域の上に選択的に設けられた第1導電形の第5半導体領域と、
前記第1絶縁部の他の一部の上に設けられ、前記第1方向に対して垂直な第2方向において前記導電部との間に前記積層体が位置するゲート電極であって、
前記第1方向および前記第2方向に対して垂直な第3方向に延びる第1電極部分と、 前記第3方向において複数設けられ、それぞれが前記第2方向に延びる第2電極部分と、
前記第2方向に延び、前記第3方向において複数設けられた第3電極部分と、
を有し、前記複数の第2電極部分のそれぞれと、前記複数の第3電極部分のそれぞれとは、前記第2方向において並ぶ、前記ゲート電極と、
前記ゲート電極と、前記積層体、前記第4半導体領域、および前記第5半導体領域のそれぞれと、の間に設けられたゲート絶縁部と、
を備えた半導体装置。 - 第1導電形の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の一部の上に設けられた第1絶縁部と、
前記第1半導体領域の他の一部の上に設けられ、前記第1半導体領域と接続された導電部と、
前記導電部と接続された第1導電形の複数の第2半導体領域と、
前記導電部と接続され、前記第1半導体領域から前記第1絶縁部に向かう第1方向において、それぞれが前記第2半導体領域と交互に設けられた第2導電形の複数の第3半導体領域と、
を有し、前記第1絶縁部の一部の上に設けられた積層体と、
前記積層体の上に選択的に設けられた第2導電形の第4半導体領域と、
前記第4半導体領域の上に選択的に設けられた第1導電形の第5半導体領域と、
前記第1絶縁部の他の一部の上に設けられ、前記第1方向に対して垂直な第2方向において前記導電部との間に前記積層体が位置するゲート電極と、
前記第1半導体領域の下に設けられ、前記第1半導体領域と電気的に接続された第2電極と、
前記第4半導体領域の上および前記第5半導体領域の上に設けられ、前記第4半導体領域および前記第5半導体領域と電気的に接続された第3電極と、
前記第2方向において前記ゲート電極と前記導電部との間に設けられ、前記第2電極および前記第3電極と電気的に分離された第1電極と、
前記第1電極と前記積層体との間に設けられた第2絶縁部と、
前記ゲート電極と、前記積層体、前記第4半導体領域、および前記第5半導体領域のそれぞれと、の間に設けられたゲート絶縁部と、
を備えた半導体装置。 - 前記第1電極は、複数設けられ、
前記複数の第1電極は、前記ゲート電極と前記導電部との間において前記第2方向に並べられた請求項4記載の半導体装置。 - 前記積層体と前記ゲート絶縁部との間に設けられた第1導電形の第7半導体領域をさらに備え、
前記第7半導体領域は、前記複数の第2半導体領域のそれぞれと接続され、
前記第7半導体領域の第1導電形の不純物濃度は、前記第2半導体領域の第1導電形の不純物濃度よりも高い請求項2〜5のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記導電部は、
多結晶シリコンを含む第1導電部と、
前記第1導電部に囲まれ、金属を含む第2導電部と、
をさらに有する請求項3〜5のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第2方向において前記ゲート電極と前記導電部との間に設けられた第1電極と、
前記第1電極と前記積層体との間に設けられた第2絶縁部と、
前記第1半導体領域の下に設けられ、前記第1半導体領域と電気的に接続された第2電極と、
前記第4半導体領域の上および前記第5半導体領域の上に設けられ、前記第4半導体領域および前記第5半導体領域と電気的に接続された第3電極と、
をさらに備え、
前記第1電極は、前記第3電極と電気的に接続された請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第1方向において、前記第1絶縁部の前記一部と前記積層体との間に設けられた第2導電形の第6半導体領域をさらに備え、
前記第6半導体領域の第2導電形の不純物濃度は、前記第3半導体領域の第2導電形の不純物濃度よりも低い請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記ゲート電極の一部は、前記第1絶縁部の前記一部に囲まれた請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第2方向において前記ゲート電極と前記導電部との間に設けられた複数の第3絶縁部をさらに備え、
前記複数の第3絶縁部は、前記第2方向に並べられ、
前記複数の第3絶縁部のそれぞれは、
前記第3方向に延びる第1絶縁部分と、
前記第2方向において前記第1絶縁部分と前記ゲート電極との間に設けられ、前記第2方向に延び、前記第3方向において互いに離間して複数設けられた第2絶縁部分と、
を有する請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第2方向において前記ゲート電極と前記導電部との間に設けられ、前記第3方向において前記複数の第3絶縁部と離間した複数の第4絶縁部をさらに備え、
前記複数の第4絶縁部は、前記第2方向に並べられ、
前記複数の第4絶縁部のそれぞれは、
前記第3方向に延びる第3絶縁部分と、
前記第2方向において前記第1絶縁部分と前記導電部との間に設けられ、前記第2方向に延び、前記第3方向において互いに離間して複数設けられた第4絶縁部分と、
を有する請求項11記載の半導体装置。 - 前記積層体の一部と前記ゲート絶縁部の一部との間に設けられた第2導電形の第8半導体領域をさらに備えた請求項1〜12のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記積層体の少なくとも一部および前記ゲート電極は、前記導電部に囲まれた請求項1〜13のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記ゲート電極の一部は、前記第4半導体領域に囲まれた請求項1〜14のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 第1導電形の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の一部の上に設けられ、前記第1半導体領域と接続された導電部と、
前記導電部と接続された第1導電形の複数の第2半導体領域と、
前記導電部と接続された第2導電形の複数の第3半導体領域と、
を有し、前記第1半導体領域の前記一部から前記導電部に向かう第1方向において前記複数の第2半導体領域と前記複数の第3半導体領域は交互に設けられ、前記複数の第2半導体領域及び前記複数の第3半導体領域は前記第1方向に対して垂直な第2方向において前記導電部と接続され、前記第1方向において前記第1半導体領域の他の一部から離れた積層体と、
前記積層体の上に選択的に設けられた第2導電形の第4半導体領域と、
前記第4半導体領域の上に選択的に設けられた第1導電形の第5半導体領域と、
前記積層体、前記第4半導体領域、及び前記第5半導体領域とゲート絶縁部を介して対面するゲート電極と、
前記複数の第2半導体領域のそれぞれ及び前記第4半導体領域と接続された第1導電形の第7半導体領域であって、前記積層体は前記第2方向において前記第7半導体領域と前記導電部との間に設けられ、前記第7半導体領域の第1導電形の不純物濃度は、前記第2半導体領域の第1導電形の不純物濃度よりも高い、前記第7半導体領域と、
を備えた半導体装置。
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