JP6632513B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
半導体装置において、絶縁特性の向上が望まれる。
特開2012−209344号公報
本発明の実施形態は、絶縁特性を向上できる半導体装置及びその製造方法を提供する。
本発明の実施形態によれば、半導体装置は、第1電極、半導体層及び第1絶縁部を含む。前記第1電極は、第1電極領域と第2電極領域とを含み第1方向に沿って延びる。前記第1電極領域及び前記第2電極領域を結ぶ方向は前記第1方向に沿う。前記第2電極領域は、前記第1電極の前記第1方向の端部にある。前記半導体層は、第1〜第3半導体領域、及び、第3、第4部分領域を含む。前記第1半導体領域は、第1部分領域及び第2部分領域を含み第1導電形である。前記第1部分領域は、前記第1方向と交差する第2方向において前記第1電極領域と離れる。前記第1部分領域及び前記第2部分領域を結ぶ方向は、前記第1方向及び前記第2方向と交差する第3方向に沿う。前記第2半導体領域は、前記第2方向において前記第2部分領域と離れ、前記第1導電形である。前記第3半導体領域は、前記第2方向において前記第2部分領域と前記第2半導体領域との間に設けられ、第2導電形である。前記第3部分領域は、前記第2方向において前記第2電極領域と離れる。前記第1部分領域及び前記第3部分領域を結ぶ方向は、前記第1方向に沿う。前記第4部分領域は、前記第3方向において前記第2電極領域と離れる。前記第1絶縁部は、前記第2方向において前記第1電極領域と前記第1部分領域との間、前記第3方向において前記第1電極領域と前記第2部分領域の一部との間、前記第3方向において前記第1電極領域と前記第3半導体領域との間、前記第3方向において前記第1電極領域と前記第2半導体領域との間、前記第2方向において前記第2電極領域と前記第3部分領域との間、及び、前記第3方向において前記第2電極領域と前記第4部分領域との間に設けられる。前記半導体層は、第1トレンチを有し、前記第1トレンチは、第1トレンチ領域と、第2トレンチ領域と、第3トレンチ領域と、を含む。前記第1トレンチ領域と前記第2トレンチ領域とを結ぶ方向は前記第1方向に沿う。前記第2トレンチ領域は、前記第1トレンチの前記第1方向の端部にある。前記第3トレンチ領域は前記第1トレンチ領域と前記第2トレンチ領域との間にある。前記第1トレンチは、前記第1方向及び前記第2方向と交差する第3方向に沿った開口部幅を有する。前記開口部幅は、前記第3トレンチ領域から前記第2トレンチ領域に向かう方向に沿って増大する。前記開口部幅は、前記第1トレンチ領域における第1開口部幅、前記第2トレンチ領域における第2開口部幅、及び、前記第3トレンチ領域における第3開口部幅を有する。前記第2開口部幅は、前記第1開口部幅よりも広く、前記第3開口部幅は、前記第1開口部幅と前記第2開口部幅との間である。前記第1電極領域及前記第2電極領域の少なくとも一部は、前記第1トレンチの中にあり、前記第1部分領域及び前記第3部分領域は、前記第1トレンチの底部にあり、前記第2半導体領域及び前記第3半導体領域は、前記第1トレンチの側部にある。前記第1絶縁部は、前記第1電極と前記第1トレンチの側壁との間に設けられる。前記第1絶縁部は、第1幅及び第2幅を有する。前記第1幅は、前記第1電極領域と前記第2半導体領域との間の前記第3方向に沿った長さである。前記第2幅は、前記第2電極領域と前記第4部分領域との間の前記第3方向に沿った長さである。前記第2幅は前記第1幅よりも広い。
本発明の実施形態によれば、半導体装置の製造方法は、半導体部材に第1方向に延びる第1トレンチを形成することを含む。前記第1トレンチは、第1トレンチ領域と、第2トレンチ領域と、第3トレンチ領域と、を含む。前記第1トレンチ領域と前記第2トレンチ領域とを結ぶ方向は前記第1方向に沿う。前記第2トレンチ領域は、前記第1トレンチの前記第1方向の端部にある。前記第3トレンチ領域は前記第1トレンチ領域と前記第2トレンチ領域との間にある。前記第1トレンチは、前記第1方向と交差する第2方向に沿ったトレンチ深さを有する。前記トレンチ深さは、前記第1トレンチ領域における第1深さ、前記第2トレンチ領域における第2深さ、及び、前記第3トレンチ領域における第3深さを有する。前記第2深さは、前記第1深さよりも浅く、前記第3深さは、前記第1深さと前記第2深さとの間である。前記トレンチ深さは、前記第3トレンチ領域から前記第2トレンチ領域に向かう方向に沿って減少する。前記第1トレンチの開口部は、前記第1方向及び前記第2方向と交差する第3方向に沿った開口部幅を有する。前記開口部幅は、前記第1トレンチ領域における第1開口部幅、前記第2トレンチ領域における第2開口部幅、及び、前記第3トレンチ領域における第3開口部幅を有する。前記第2開口部幅は、前記第1開口部幅よりも広く、前記第3開口部幅は、前記第1開口部幅と前記第2開口部幅との間である。前記開口部幅は、前記第3トレンチ領域から前記第2トレンチ領域に向かう方向に沿って増大する。前記半導体装置の製造方法は、前記第1トレンチの表面に第1絶縁膜を形成することを含む。前記半導体装置の製造方法は、前記第1絶縁膜の形成の後の前記第1トレンチの残りの空間及び前記半導体部材の前記第1トレンチが形成されていない他領域の上に、導電層を形成することを含む。前記導電層は、前記第1トレンチ領域の上の第1導電領域、前記第2トレンチ領域の上の第2導電領域、前記第3トレンチ領域の上の第3導電領域を含む。前記半導体装置の製造方法は、前記第2導電領域の一部及び前記第3導電領域の一部を覆うマスクを用いて前記導電層をエッチバックして、前記第1導電領域の上面を前記他領域の上面よりも下にし、前記第2導電領域の前記一部と前記第1絶縁膜との間の少なくとも一部とを互いに離れさせ、前記第3導電領域の前記一部と前記第1絶縁膜との間の少なくとも一部とを互いに離れさせ、前記第2トレンチ領域における前記半導体部材の第2側面と、前記第2導電領域の前記一部と、の間の前記第3方向に沿った第2距離を、前記第1トレンチ領域における前記半導体部材の第1側面と、前記第1導電領域と、の間の前記第3方向に沿った第1距離よりも長くし、前記第3トレンチ領域における前記半導体部材の第3側面と、前記第3導電領域の前記一部と、の間の前記第3方向に沿った第3距離を前記第1距離と前記第2距離の間にすることを含む。
前記半導体装置の製造方法は、前記第2側面と、前記第2導電領域の前記一部と、の間の空間、及び、前記第3側面と、前記第3導電領域の前記一部と、の間の空間に、第2絶縁膜を形成することを含む。
図1(a)〜図1(d)は、第1の実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。 図2は、第1の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。 図3(a)〜図3(e)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式図である。 図4(a)〜図4(e)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式図である。 図5(a)〜図5(e)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式図である。 図6(a)〜図6(e)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式図である。 図7(a)〜図7(e)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式図である。 図8(a)〜図8(e)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式図である。 図9(a)〜図9(e)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式図である。 図10(a)〜図10(e)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式図である。 図11(a)〜図11(e)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式図である。 図12(a)〜図12(e)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式図である。 第1の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的平面図である。 図14(a)及び図14(b)は、第1の実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式図である。 第2の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。 第2の実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、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。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。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述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。
(第1の実施形態)
図1(a)〜図1(d)は、第1の実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。
図2は、第1の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図1(a)は、図1(b)の矢印AAから見た平面である。図1(a)においては、一部の要素を透過してみた状態が図示されている。図1(b)、図1(c)及び図1(d)は、それぞれ、図1(a)のA1−A2線、A3−A4線、及び、A5−A6線の断面図である。図2は、図1(a)のB1−B2線断面図である。
図1(a)及び図2に示すように、実施形態に係る半導体装置110は、第1電極21、半導体層10s及び第1絶縁部31を含む。
第1電極21は、第1方向D1に延びる。第1電極21は、第1電極領域21a及び第2電極領域21bを含む。第1電極領域21a及び第2電極領域21bを結ぶ方向は、第1方向D1に沿う。
第1電極21は、第3電極領域21cをさらに含んでも良い。第3電極領域21cは、第1電極領域21a及び第2電極領域21bの間に位置する。第1電極領域21aは、例えば、アクティブエリア内の領域に対応する。第2電極領域21b及び第3電極領域21cを含む領域が、端部に対応する。
図1(a)に示すように、複数の第1電極21が設けられている。複数の第1電極21のそれぞれの端が、第4電極領域21dにより接続されている。
図1(b)に示すように、半導体層10sは、第1半導体領域11、第2半導体領域12及び第3半導体領域13を含む。この例では、半導体層10sは、第4半導体領域14をさらに含む。
第1半導体領域11は、第1部分領域10a及び第2部分領域10bを含む。第1半導体領域11は、第1導電形である。第1部分領域10aは、第2方向D2において、第1電極領域21aと離れる。第2方向D2は、第1方向D1と交差する。例えば、第1部分領域10aは、第1電極領域21aの下に位置する。第1部分領域10a及び第2部分領域10bを結ぶ方向は、第3方向D3に沿う。第3方向D3は、第1方向D1及び第2方向D2と交差する。
第1方向D1をX軸方向とする。X軸方向に対して垂直な1つの方向をZ軸方向とする。X軸方向及びZ軸方向に対して垂直な方向をY軸方向とする。第2方向D2は、Z軸方向に沿う。第3方向D3は、例えば、Y軸方向に沿う。
第2半導体領域12は、第2方向D2において、第2部分領域10bと離れる。第2半導体領域12は、第1導電形である。
第3半導体領域13は、第2方向D2において、第2部分領域10bと第2半導体領域12との間に設けられる。第3半導体領域13は、第2導電形である。
例えば、第1導電形はn形であり第2導電形がp形である。実施形態において、第1導電形がp形であり第2導電形がn形でも良い。以下の説明の例では、第1導電形がn形であり第2導電形がp形である。
図1(b)に示すように、第1絶縁部31は、第2方向D2において第1電極領域21aと第1部分領域10aとの間に設けられる。第1絶縁部31は、第3方向D3において第1電極領域21aと第2部分領域10bの一部との間にも設けられる。第1絶縁部31は、第3方向D3において第1電極領域21aと第3半導体領域13との間にも設けられる。第1絶縁部31は、第3方向D3において第1電極領域21aと第2半導体領域12との間にも設けられる。
図1(d)に示すように、半導体層10sは、第3部分領域10c及び第4部分領域10dをさらに含む。
図1(d)に示すように、第1絶縁部31は、第2方向D2において、第2電極領域1bと第3部分領域10cとの間にも設けられる。第1絶縁部31は、第3方向D3において第2電極領域21bと第4部分領域10dとの間に設けられる。
図1(d)及び図2に示すように、第3部分領域10cは、第2方向D2において、第2電極領域21bと離れる。第1部分領域10a及び第3部分領域10cを結ぶ方向は、第1方向D1に沿う。
図1(d)に示すように、第4部分領域10dは、第3方向D3において第2電極領域21bと離れる。
図1(c)に示すように、この例では、半導体層10sは、第5部分領域10e及び第6部分領域10fをさらに含む。第5部分領域10eは、第2方向D2において第3電極領域21cと離れる。第6部分領域10fは、第3方向D3において第3電極領域21cと離れる。第5部分領域10eは、第1部分領域10a及び第3部分領域10cの間に位置する。第6部分領域10fは、第2部分領域10b及び第4部分領域10dの間に位置する。
図1(b)に示すように、この例では、半導体層10sは、第4半導体領域14をさらに含む。第4半導体領域14は、第2導電形(この例ではp形)である。第3方向D3において、第4半導体領域14と第1電極領域21aとの間に、第2半導体領域12が位置する。第4半導体領域14は、第3半導体領域13と連続する。
図1(b)に示すように、この例では、第2電極22、第3電極23及び第2絶縁部32が設けられる。第2電極22は、第2半導体領域12及び第4半導体領域14と電気的に接続される。第2絶縁部32の少なくとも一部は、第2電極22と第1電極領域21aとの間に設けられる。第3電極23は、第1半導体領域11と電気的に接続される。第2方向D2において、第1電極領域21aと第3電極23との間に第1半導体領域11の少なくとも一部が位置する。この例では、第5半導体領域15をさらに含む。第1半導体領域11と第3電極23との間に、第5半導体領域15が設けられる。第5半導体領域15は、第1導電形(この例ではn形)である。
図1(a)においては、第2電極2及び第2絶縁部32が省略されている。図1(a)は、半導体層10s、第1電極21及び第1絶縁部31のそれぞれの上部のパターン形状が例示されている。
半導体層10sは、例えば、炭化珪素を含む。例えば、第1〜第4半導体領域11〜14は、炭化珪素を含む。
第1電極21は、例えば、ゲート電極として機能する。第2電極22は、例えば、ソース電極として機能する。第3電極23は、例えば、ドレイン電極として機能する。第1絶縁部31のすくなくとも一部は、ゲート絶縁膜として機能する。半導体装置110は、例えば、MOSトランジスタである。
図1(b)及び図1(d)に示すように、第1絶縁部31は、第1幅w1及び第2幅w2を有する。第1幅w1は、第1電極領域21aと第2半導体領域12との間の第3方向D3に沿った長さである。第2幅w2は、第2電極領域21bと第4部分領域10dとの間の第3方向D3に沿った長さである。
実施形態においては、第2幅w2は第1幅w1よりも広い。これにより、絶縁特性を向上できる半導体装置が提供できる。
例えば、第1電極領域21aに対応する領域(アクティブエリア内の領域)においては、第1絶縁部31の厚さ(第1幅w1)は、ゲート絶縁膜としての厚さに設定される。一方、ゲート電極の端部に対応する第2電極領域21bに対応する領域では、第1絶縁部31の厚さ(第2幅w2)が、厚く設定される。これにより、第2電極領域21bに対応する領域においては、第1絶縁部31において、高い絶縁特性が得られる。例えば、ゲート電極の端部における絶縁信頼性が向上できる。
図1(b)に示すように、第1絶縁部31は、第1絶縁部領域31aを含む。第1絶縁部領域31aは、第1電極領域21aと第1部分領域10aとの間に位置する例えば、第1幅w1は、第1絶縁部領域31aの第2方向D2に沿う長さ(厚さ)の0.8倍以上5倍以下である。
一方、図1(d)に示すように、第1絶縁部31は、第2絶縁部領域31bを含む。第2絶縁部領域31bは、第2電極領域21bと第3部分領域10cとの間に位置する。例えば、第2絶縁部領域31bの第2方向D2に沿う長さ(厚さ)は、第1絶縁部領域31aの第2方向D2に沿う長さ(厚さ)の0.8倍以上5倍以下である。
図1(c)に示すように、半導体装置110においては、例えば、第1絶縁部31は、第2方向D2において第3電極領域21cと第5部分領域10eとの間、及び、第3方向D3において第3電極領域21cと第6部分領域10fの一部との間にさらに設けられる。第1絶縁部31は、第3幅w3をさらに有する。第3幅w3は、第3電極領域21cと第6部分領域10fの上記の一部との間の、第3方向D3に沿った長さである。第3幅w3は、第1幅w1と第2幅w2との間である。
例えば、第2電極領域21b及び第3電極領域21cは、ゲート電極の端部の接続領域に対応する。この領域において、第1電極21と半導体層10sとの間の幅(第3方向D3に沿った長さ)は、第3電極領域21cから第2電極領域21bに向かう方向に沿って増大する。例えば、第1電極21と半導体層10sとの間に設けられる絶縁膜(第1絶縁部31)の幅(第3方向D3に沿った長さ)が、第3電極領域21cから第2電極領域21bに向かう方向に沿って増大する。これにより、第1絶縁部31において、高い絶縁特性が得られる。
図1(b)に示すように、この例では、アクティブエリア内の領域において、第1電極21の上端21uは、半導体層10sの上端よりも下に位置する。例えば、既に説明したように、第2絶縁部32と第1部分領域10aとの間に第1電極領域21aが位置している。このとき、第2絶縁部32の少なくとも一部は、第3方向D3において第2半導体領域12と重なる。第1電極領域21a(ゲート電極)の上端21uが第2半導体領域12の上端12uよりも下に位置することで、第1電極領域21a(ゲート電極)の上端21uにおいて、高い絶縁特性が得られる。
一方、第2電極領域21bの上端は、半導体層10sの上端よりも上に位置する。第3電極領域21cの上端は、半導体層10sの上端よりも上に位置する。
図1(b)及び図2に示すように、第1電極領域21aの第2方向D2に沿った長さを第1長さt1とする。図1(d)及び図2に示すように、第2電極領域21bの第2方向D2に沿った長さを第2長さt2とする。第1長さt1は、第2長さt2よりも短い。
図1(c)に示すように、第3電極領域21cの第2方向D2に沿った長さを第3長さt3とする。たとえば、第3長さt3は、例えば、第2長さt2よりも短い。
例えば、上記の第1幅w1は、第1電極領域21aの上端と第2半導体領域12との間の第3方向D3に沿った距離でも良い。第2幅w2は、例えば、第2電極領域21bと、第4部分領域10dの上端と、の間の第3方向D3に沿った距離でも良い。第3幅w3は、例えば、第3電極領域21cと、第6部分領域10fの上端と、の間の第3方向D3に沿った距離でも良い。
図2に示すように、この例では、第2電極領域21b及び第3電極領域21cに対応する部分において、半導体層10sの側面は、傾斜している。
図2に示すように、第1絶縁部31は、端絶縁部31eを含む。端絶縁部31eは、第1方向D1において第2電極領域21bと半導体層10sの一部(例えば、第4部分領域10dの一部)との間に設けられている。第2電極領域21bは、電極領域側面21bxを有している。電極領域側面21bxは、第1方向D1において端絶縁部31eと重なる。電極領域側面21bxは、第2方向D2(Z軸方向)に対して傾斜している。X−Y平面と電極領域側面21bxとの間の角度は、例えば80度以下である。この角度は、例えば30度以上でも良い。
例えば、電極領域側面21bxと第1電極領域21aとの間の第1方向D1に沿った距離は、第1部分領域10aから第1電極領域21aに向かう方向(下から上に向かう方向)に沿って、増大する。
このような傾斜を設けることで、例えば、端絶縁部31eの付近において、第1絶縁部31に加わる電界強度を弱めることができる。これにより、第1絶縁部31において、高い絶縁特性が得られる。
図2に示すように、第1絶縁部31は、第1絶縁部面31baを有する。第1絶縁部面31baは、第1方向D1において、第2電極領域21b、及び、半導体層10sの上記の一部(例えば、第4部分領域10dの一部)と重なる。第1絶縁部面31baは、第2方向D2(Z軸方向)に対して傾斜している。例えば、第1絶縁部31は、第2絶縁部面31abを有する。第2絶縁部面31abは、第2方向D2において第1部分領域10aと重なる。第2絶縁部面31abは、第2方向D2において、第1電極領域21aと重なる。第1方向D1及び第2方向D2を含む第2平面(例えばX−Z平面)で第1絶縁部面31baを切断したときの、第1絶縁部面31baを含む線を第1線L1とする。この第2平面で第2絶縁部面31abを切断したときの、第2絶縁部面31abを含む線を第2線L2とする。第1線L1と第2線L2との間の角度を角度θとする。角度θは、90度未満である。例えば、角度θは、30度以上80度以下である。
実施形態において、第4部分領域10dは、例えば、第2導電形(この例ではp形)
である。第6部分領域10fは、例えば、第2導電形(この例ではp形)である。
以下、本実施形態に係る半導体装置110の製造方法の例について説明する。
図3(a)〜図3(e)、図4(a)〜図4(e)、図5(a)〜図5(e)、図6(a)〜図6(e)、図7(a)〜図7(e)、図8(a)〜図8(e)、図9(a)〜図9(e)、図10(a)〜図10(e)、図11(a)〜図11(e)、及び、図12(a)〜図12(e)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式図である。
図3(a)〜図12(a)は、平面図である。図3(b)〜図12(b)は、それぞれ、図3(a)〜図12(a)のB1−B2線断面図である。図3(c)〜図12(c)は、それぞれ、図3(a)〜図12(a)のA1−A2線断面図である。図3(d)〜図12(d)は、それぞれ、図3(a)〜図12(a)のA3−A4線断面図である。図3(e)〜図12(e)は、それぞれ、図3(a)〜図12(a)のA5−A6線断面図である。
図3(a)〜図3(e)に示すように、半導体部材10Fが準備される。半導体部材10Fは、第1半導体層領域11Rを含む。第1半導体層領域11Rは、後述する第1トレンチが形成される領域である。図3(c)に示すように、第1半導体層領域11Rは、第1半導体膜11F、第2半導体膜12F及び第3半導体膜13Fを含む。この例では、第1半導体層領域11Rは、第4半導体膜14Fをさらに含む。
第1半導体膜11Fは、第1導電形(例えばn形)である。第2半導体膜12Fは、第1半導体膜11Fの少なくとも一部の上に設けられる。第2半導体膜12Fは、第1導電形(例えばn形)である。第3半導体膜13Fは、第1半導体膜11Fの少なくとも一部と、第2半導体膜12Fとの間に設けられる。第3半導体膜13Fは、第2導電形(例えばp形)である。第4半導体膜14Fは、第1半導体膜11Fの別の一部の上に設けられる。第4半導体膜14Fは、第2導電形である。第4半導体膜14Fは、第3半導体膜13Fと接続されている。
半導体部材10Fは、第5半導体領域15を含んでも良い。第5半導体領域15は、例えば、基板である。半導体部材10Fは、例えば、SiCを含む。
以下の図面においては、図の見やすさのために、第1半導体層領域11Rに含まれる複数の半導体膜の図示は、適宜省略される。このような半導体部材10Fに後述する第1トレンチを形成する。第1トレンチは、例えば、以下のようにして形成される。
図3(a)〜図3(e)に示すように、半導体部材10Fの上に、第1膜61を形成する。第1膜61としては、例えば、酸化シリコンが用いられる。第1膜61の上に、所定の形状を有する第1レジスト層RL1を形成する。第1レジスト層RL1は、例えば、半導体部材10F(及び第1膜61)の外縁部分を覆う。第1レジスト層RL1の開口部から、第1膜61の中央部分が露出している。
図4(a)〜図4(e)に示すように、ウエットエッチングにより、第1膜61の一部を除去する。ウエットエッチングには、例えば、フッ酸などが用いられる。図4(b)に示すように、第1膜61の斜面は、傾斜する。第1レジスト層RL1を除去する。
図5(a)〜図5(e)に示すように、第1膜61の残った部分、及び、半導体部材10Fの上に、第2膜62を形成する。第2膜62には、例えば、酸化シリコンが用いられる。図5(b)に示すように、第2膜62の表面の一部(外縁の近傍)は、第1膜62の傾斜した側面に応じて、傾斜する。
図6(a)〜図6(e)に示すように、第2膜62の一部、及び、第1膜61の一部を、図示しないマスクを用いて、ドライエッチングにより除去する。ドライエッチングには、例えば、反応性イオンエッチングなどが用いられる。第2膜62の一部が除去された領域において、半導体部材10Fが露出する。図6(b)に示すように、傾斜した斜面を有する第1膜61が露出する。
図7(a)〜図7(e)に示すように、第2膜62及び第1膜61をマスクとして用いて、半導体部材10Fを除去する。除去には、例えば、反応性イオンエッチングを用いたドライエッチングが用いられる。これにより、第1トレンチT1が形成される。図7(b)に示すように、第1トレンチT1の形状は、傾斜した斜面を有する第1膜61の形状を反映する。
図7(b)〜図7(e)に示すように、第1トレンチT1は、第1半導体層領域11Rの中央部分においては深い。端部分においては、第1トレンチT1は、浅い。
実施形態に係る製造方法は、半導体部材10Fに、このような第1トレンチT1を形成することを含む。
図7(a)に示すように、第1トレンチT1は、第1方向D1に延びる。第1トレンチT1は、第1トレンチ領域Ta1と、第2トレンチ領域Tb1と、第3トレンチ領域Tc1と、を含む。第1トレンチ領域Ta1と第2トレンチ領域Tb1とを結ぶ方向は、第1方向D1に沿う。第3トレンチ領域Tc1は、第1トレンチ領域Ta1と第2トレンチ領域Tb1との間にある。
第1トレンチT1は、トレンチ深さTd1を有する(図7(b)参照)。トレンチ深さTd1は、第2方向D2(例えばZ軸方向)に沿う長さである。第2方向D2は、第1方向D1と交差する。トレンチ深さTd1は、第1深さTda(図7(c)参照)、第2深さTdb(図7(e)参照)、及び、第3深さTdc(図7(d)参照)を有する。第1深さTdaは、第1トレンチ領域Ta1における深さである。第2深さTdbは、第2トレンチ領域Tb1における深さである。第3深さTdcは、第3トレンチ領域Tc1における深さである。
第2深さTdbは、第1深さTdaよりも浅い。第3深さTdcは、第1深さTdaと第2深さTdbとの間である。トレンチ深さTd1は、第3トレンチ領域Tc1から第2トレンチ領域Tb1に向かう方向に沿って減少する。すなわち、第1トレンチT1の側面が傾斜する。
第1トレンチ領域Ta1の底部は、第3半導体膜13Fの下端部よりも下に位置している。
一方、図7(a)に示すように、第1トレンチT1の開口部To1は、開口部幅Tw1を有する。開口部幅Tw1は、第3方向D3に沿った長さである。第3方向D3は、第1方向D1及び第2方向D2と交差する。開口部幅Tw1は、第1開口部幅Twa(図7(c)参照)、第2開口部幅Twb(図7(e)参照)及び第3開口部幅Twc(図7(d)参照)を有する。第1開口部幅Twaは、第1トレンチ領域Ta1における幅である。第2開口部幅Twbは、第2トレンチ領域Tb1における幅である。第3開口部幅Twcは、第3トレンチ領域Tc1における幅である。図7(a)に示すように、第2開口部幅Twbは、第1開口部幅Twaよりも広い。第3開口部幅Twcは、第1開口部幅Twaと第2開口部幅Twbとの間である。開口部幅Tw1は、第3トレンチ領域Tc1から第2トレンチ領域Tb1に向かう方向に沿って増大する。
このような第1トレンチT1を形成した後に、第1膜61及び第2膜62を除去する。この後、以下をさらに実施する。
図8(a)〜図8(e)に示すように、第1トレンチT1の表面に、第1絶縁膜IF1を形成する。この例では、第1絶縁膜IF1は、半導体部材10Fの上面にも形成される。第1絶縁膜IF1として、例えば、酸化シリコンが用いられる。
図9(a)〜図9(e)に示すように、導電層21Fを形成する。導電層21Fは、第1絶縁膜IF1の形成の後の第1トレンチT1の残りの空間に形成される。導電層21Fは、半導体部材10Fの第1トレンチT1が形成されていない他領域10Foの上にも形成される。導電層21Fとして、例えばポリシリコンが形成される。導電層21Fは、第1導電領域21Fa、第2導電領域21Fb及び第3導電領域21Fcを含む。第1導電領域21Faは、第1トレンチ領域Ta1の上に位置する。第2導電領域21Fbは、第2トレンチ領域Tb1の上に位置する。第2導電領域21Fcは、第3トレンチ領域Tc1の上に位置する。
図10(a)〜図10(e)に示すように、マスクM1を形成する。マスクM1は、第2導電領域21Fbの一部、及び、第3導電領域21Fcの一部を覆う。マスクM1は、第1導電領域21Faの上には設けられない。この例では、マスクM1は、第4電極領域21d(図1(a)参照)となる部分の上にも設けられる。
マスクM1を用いて、導電層21Fをエッチバックする。そして、マスクM1を除去する。
これにより、図11(a)〜図11(e)に示す構造が形成される。図11(c)に示すように、第1導電領域21Faの上面21Fauを、上記の他領域10Foの上面10Fouよりも下にする。
図11(e)に示すように、第2導電領域21Fbの上記の一部と、第1絶縁膜IF1との間の少なくとも一部と、が、互いに離れる。図11(d)に示すように、第3導電領域21Fcの上記一部と、第1絶縁膜IF1との間の少なくとも一部と、が互いに離れる。
図11(c)に示すように、第1トレンチ領域Ta1において、半導体部材10Fは、側面(第1側面10asf)を有する。図11(e)に示すように、第2トレンチ領域Tb1において、半導体部材10Fは、側面(第2側面10bsf)を有する。図11(d)に示すように、第3トレンチ領域Tc1において、半導体部材10Fは、側面(第3側面10csf)を有する。
図11(c)に示すように、第1側面10asfと、第1導電領域21Faと、の間の第3方向D3に沿った距離を第1距離d1とする。図11(e)に示すように、第2側面10bsfと、第2導電領域21Fbの上記の一部と、の間の第3方向D3に沿った距離を第2距離d2とする。図11(d)に示すように、第3側面10csfと、第3導電領域21Fcの上記の一部と、の間の第3方向D3に沿った距離を第3距離d3とする。
本製造方法においては、第2距離d2を第1距離d1よりも長くする。第3距離d3を第1距離d1と第2距離d2の間にする。
本製造方法では、第2側面10bsfと、第2導電領域21Fbの上記の一部と、の間に空隙が生じる。第3側面10csfと、第3導電領域21Fcの上記の一部と、の間に空隙が生じる。
以下に説明するように、本製造方法においては、これらの空隙に、絶縁材料を埋め込む。
図12(a)〜図12(e)に示すように、第2絶縁膜IF2を形成する。図12(e)に示すように、第2絶縁膜IF2は、第2側面10bsfと、第2導電領域21Fbの上記の一部と、の間の空間に形成される。図12(d)に示すように、第2絶縁膜IF2は、第3側面10csfと、第3導電領域21Fcの上記の一部と、の間の空間に形成される。図12(c)〜図12(e)に示すように、第2絶縁膜IF2は、第1導電領域21Faの上、第2導電領域21Fbの上、及び、第3導電領域21Fcの上にも設けられても良い。第2絶縁膜IF2には、例えば、酸化シリコンが用いられる。
本製造方法は、第2絶縁膜IF2の形成の後に、第2半導体膜12Fと電気的に接続された電極(第2電極22)を形成することをさらに含んでも良い。例えば、第2絶縁膜IF2に、孔が設けられる。この孔は、第2半導体膜12F(及び第4半導体膜14F)と繋がる。第2絶縁膜IF2の上、及び、この孔の中に、第2電極22となる材料が設けられる。
さらに、第5半導体領域15の下面に、第3電極23を形成する。このようにして、半導体装置110が形成できる。第1トレンチT1の中に埋め込まれた導電層21Fが、第1電極21(例えばゲート電極)なる。第1絶縁膜IF1の一部が、ゲート絶縁膜となる。本実施形態に係る製造方法によれば、絶縁特性を向上できる半導体装置の製造方法が提供できる。
図13は、第1の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的平面図である。
図13に示すように、半導体装置110において、第1電極21の第2電極領域21bに接続された第4電極領域21dは、半導体装置110の外縁に沿って延びても良い。第4電極領域21dに電気的に接続された第1電極パッド21Eが設けられても良い。第2電極パッド22Eが設けられても良い。第2電極パッド22Eは、上記の第2絶縁膜IF2に設けられた孔を介して、第2半導体膜12F(すなわち、第2半導体領域12)と電気的に接続される。
図14(a)及び図14(b)は、第1の実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式図である。
図14(a)は、図14(b)の矢印AAから見た平面である。図14(a)においては、一部の要素を透過してみた状態が図示されている。図14(b)は、図14(a)のA1−A2線の断面図である。
図14(a)及び図14(b)に示すように、本実施形態に係る半導体装置111は、第1電極21、半導体層10s及び第1絶縁部31に加えて、導電部25をさらに含む。
導電部25は、第3方向D3において、第1電極21の第1電極領域21aと離れる。導電部25は、第1方向D1に延びる。導電部25は、第3半導体領域13と電気的に接続される。
図14(b)に示すように、第3方向D3において、導電部25の少なくとも一部と、第1電極領域21aとの間に、第2半導体領域12の少なくとも一部が位置する。
図14(a)に示すように、この例では、2つの導電部25が図示されている。2つの導電部25の間に、第1電極21が設けられる。複数の第1電極21が設けられても良い。この場合は、複数の第1電極21と、複数の導電部25が、第3方向D3に沿って交互に並ぶ。
導電部25により、第1電極領域21aの下部における第1絶縁部31に加わる電界が低くできる。これにより、絶縁特性がさらに向上できる。
(第2の実施形態)
図15は、第2の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図15に示すように本実施形態に係る半導体装置120において、第5半導体領域15Aが設けられている。この他は、半導体装置110と同様である。第5半導体領域15Aは、第2導電形(例えばp形)である。
図16は、第2の実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。
図16に示すように本実施形態に係る半導体装置121においても、第5半導体領域15Aが設けられている。この他は、半導体装置110と同様である。第5半導体領域15Aは、第2導電形(例えばp形)である。
半導体装置120及び121は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。半導体装置120及び121においても、絶縁特性を向上できる半導体装置が提供できる。
実施形態においては、ゲート電極の幅方向(第3方向D3)において、ゲート電極と半導体層10sとの間に設けられる絶縁部の厚さ(第3方向D3に沿う長さ)は、端部において、アクティブエリア内の領域よりも厚くされる。さらに、ゲート電極の端部において、半導体層10s(トレンチ)の側面が、傾斜している。これにより、絶縁部の絶縁特性が向上できる。例えば、電界集中が緩和される。
例えば、実施形態においては、ソース領域を浅くできる。これにより、例えば、トレンチの開口部の傾斜を緩やかにする参考例よりも、チャネルを短くできる。絶縁特性を向上しつつ、チャネルを短くできる。
実施形態によれば、絶縁特性を向上できる半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
本願明細書において、「電気的に接続される状態」は、複数の導電体が物理的に接してこれら複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。「電気的に接続される状態」は、複数の導電体の間に、別の導電体が挿入されて、これらの複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体装置に含まれる半導体層、半導体領域、部分領域、電極及び絶縁部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体装置及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10F…半導体部材、 10Fo…他領域、 10Fou…上面、 10a〜10f…第1〜第6部分領域、 10asf、10bsf及び10csf…第1、第2、第3側面、 10s…半導体層、 11〜14…第1〜第4半導体領域、 11F〜14F…第1〜第4半導体膜、 11R…第1半導体層領域、 12u…上端、 15、15A…第5半導体領域、 21〜23…第1〜第3電極、 21E、22E…第1、第2電極パッド、 21F…導電層、 21Fa、21Fb、21Fc…第1、第2、第3導電領域、 21Fau…上面、 21a〜21d…第1〜第4電極領域、 21bx…電極領域側面、 21u…上端、 25…導電部、 31…第1絶縁部、 31a…第1絶縁部領域、 31ab…第2絶縁部面、 31b…第2絶縁部領域、 31ba…第1絶縁部面、 31e…端絶縁部、 32…第2絶縁部、 61、62…第1、第2膜、 θ…角度、
110、111、120、121…半導体装置、 AA…矢印、 D1〜D3…第1〜第3方向、 IF1、IF2…第1、第2絶縁膜、 L1〜L4…第1〜第4線、 M1…マスク、 RL1…第1レジスト層、 T1…第1トレンチ、 Ta1〜Tc1…第1〜第3トレンチ領域、 Td1…トレンチ深さ、 Tda〜Tdc…第1〜第3深さ、 To1…開口部、 Tw1…開口部幅、 Twa〜Twc…第1〜第3開口部幅、 d1〜d3…第1〜第3距離、 t1〜t3…第1〜第3長さ、 w1〜w3…第1〜第3幅

Claims (12)

  1. 第1電極領域と第2電極領域とを含み第1方向に沿って延びる第1電極であって前記第1電極領域及び前記第2電極領域を結ぶ方向は前記第1方向に沿い、前記第2電極領域は、前記第1電極の前記第1方向の端部にある、前記第1電極と、
    半導体層であって、前記半導体層は、
    第1部分領域及び第2部分領域を含む第1導電形の第1半導体領域であって、前記第1部分領域は、前記第1方向と交差する第2方向において前記第1電極領域と離れ、前記第1部分領域及び前記第2部分領域を結ぶ方向は、前記第1方向及び前記第2方向と交差する第3方向に沿う、前記第1半導体領域と、
    前記第2方向において前記第2部分領域と離れた前記第1導電形の第2半導体領域と、
    前記第2方向において前記第2部分領域と前記第2半導体領域との間に設けられた第2導電形の第3半導体領域と、
    前記第2方向において前記第2電極領域と離れた第3部分領域であって、前記第1部分領域及び前記第3部分領域を結ぶ方向は、前記第1方向に沿う前記第3部分領域と、
    前記第3方向において前記第2電極領域と離れた第4部分領域と、
    を含み、前記半導体層は、第1トレンチを有し、前記第1トレンチは、第1トレンチ領域と、第2トレンチ領域と、第3トレンチ領域と、を含み、前記第1トレンチ領域と前記第2トレンチ領域とを結ぶ方向は前記第1方向に沿い、前記第2トレンチ領域は、前記第1トレンチの前記第1方向の端部にあり、前記第3トレンチ領域は前記第1トレンチ領域と前記第2トレンチ領域との間にあり、前記第1トレンチは、前記第1方向及び前記第2方向と交差する第3方向に沿った開口部幅を有し、前記開口部幅は、前記第3トレンチ領域から前記第2トレンチ領域に向かう方向に沿って増大し、前記開口部幅は、前記第1トレンチ領域における第1開口部幅、前記第2トレンチ領域における第2開口部幅、及び、前記第3トレンチ領域における第3開口部幅を有し、前記第2開口部幅は、前記第1開口部幅よりも広く、前記第3開口部幅は、前記第1開口部幅と前記第2開口部幅との間であり、前記第1電極領域及前記第2電極領域の少なくとも一部は、前記第1トレンチの中にあり、前記第1部分領域及び前記第3部分領域は、前記第1トレンチの底部にあり、前記第2半導体領域及び前記第3半導体領域は、前記第1トレンチの側部にある、前記半導体層と、
    前記第1電極と前記第1トレンチの側壁との間に設けられ、前記第2方向において前記第1電極領域と前記第1部分領域との間、前記第3方向において前記第1電極領域と前記第2部分領域の一部との間、前記第3方向において前記第1電極領域と前記第3半導体領域との間、前記第3方向において前記第1電極領域と前記第2半導体領域との間、前記第2方向において前記第2電極領域と前記第3部分領域との間、及び、前記第3方向において前記第2電極領域と前記第4部分領域との間に設けられた第1絶縁部であって、前記第1絶縁部は、第1幅及び第2幅を有し、前記第1幅は、前記第1電極領域と前記第2半導体領域との間の前記第3方向に沿った長さであり、前記第2幅は、前記第2電極領域と前記第4部分領域との間の前記第3方向に沿った長さであり、前記第2幅は前記第1幅よりも広い、前記第1絶縁部と、
    を備えた半導体装置。
  2. 第2絶縁部をさらに備え、
    前記第2絶縁部と前記第1部分領域との間に前記第1電極領域が位置し、
    前記第2絶縁部の少なくとも一部は、前記第3方向において前記第2半導体領域と重なる、請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記第1電極領域の前記第2方向に沿った第1長さは、前記第2電極領域の前記第2方向に沿った第2長さよりも短い、請求項1または2に記載の半導体装置。
  4. 前記第1絶縁部は、端絶縁部を含み、
    前記端絶縁部は、前記第1方向において前記第2電極領域と前記半導体層の一部との間に設けられ、
    前記第2電極領域は、前記第1方向において前記端絶縁部と重なる電極領域側面を有し、
    前記電極領域側面は、前記第2方向に対して傾斜した、請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。
  5. 前記端絶縁部は、第1絶縁部面を有し、
    前記第1絶縁部面は、前記第1方向において、前記第2電極領域及び前記半導体層の前記一部と重なり、
    前記第1絶縁部面は、前記第2方向に対して傾斜した、請求項4記載の半導体装置。
  6. 前記第1絶縁部は、前記第2方向において前記第1部分領域と重なる第2絶縁部面を有し、
    前記第1方向及び前記第2方向を含む第2平面で前記第1絶縁部面を切断したときの前記第1絶縁部面を含む第1線と、前記第2平面で前記第2絶縁部面を切断したときの前記第2絶縁部面を含む第2線と、の間の第2角度は、30度以上80度以下である、請求項5記載の半導体装置。
  7. 前記第4部分領域は、前記第2導電形である、請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置。
  8. 前記第1電極は、前記第1電極領域及び前記第2電極領域の間の第3電極領域をさらに含み、
    前記半導体層は、
    前記第2方向において前記第3電極領域と離れた第5部分領域と、
    前記第3方向において前記第3電極領域と離れた第6部分領域と、
    をさらに含み、
    前記第5部分領域は、前記第1部分領域及び前記第3部分領域の間に位置し、
    前記第6部分領域は、前記第2部分領域及び前記第4部分領域の間に位置し、
    前記第1絶縁部は、前記第2方向において前記第3電極領域と前記第5部分領域との間、及び、前記第3方向において前記第3電極領域と前記第6部分領域の一部との間にさらに設けられ、
    前記第1絶縁部は、第3幅をさらに有し、
    前記第3幅は、前記第3電極領域と前記第6部分領域の前記一部との間の前記第3方向に沿った長さであり、
    前記第3幅は、前記第1幅と前記第2幅との間である、請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体装置。
  9. 前記第3幅は、前記第1部分領域から前記第1電極領域に向かう方向に沿って、増大する、請求項8記載の半導体装置。
  10. 前記第1〜第3半導体領域は、炭化珪素を含む、請求項1〜9のいずれか1つに記載の半導体装置。
  11. 前記第3方向において前記第1電極領域と離れ前記第1方向に延び前記第3半導体領域と電気的に接続された導電部をさらに備え、
    前記第3方向において、前記導電部の少なくとも一部と前記第1電極領域との間に、第2半導体領域の少なくとも一部が位置した、請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体装置。
  12. 半導体部材に第1方向に延びる第1トレンチを形成し、前記第1トレンチは、第1トレンチ領域と、第2トレンチ領域と、第3トレンチ領域と、を含み、前記第1トレンチ領域と前記第2トレンチ領域とを結ぶ方向は前記第1方向に沿い、前記第2トレンチ領域は、前記第1トレンチの前記第1方向の端部にあり、前記第3トレンチ領域は前記第1トレンチ領域と前記第2トレンチ領域との間にあり、前記第1トレンチは、前記第1方向と交差する第2方向に沿ったトレンチ深さを有し、前記トレンチ深さは、前記第1トレンチ領域における第1深さ、前記第2トレンチ領域における第2深さ、及び、前記第3トレンチ領域における第3深さを有し、前記第2深さは、前記第1深さよりも浅く、前記第3深さは、前記第1深さと前記第2深さとの間であり、前記トレンチ深さは、前記第3トレンチ領域から前記第2トレンチ領域に向かう方向に沿って減少し、前記第1トレンチの開口部は、前記第1方向及び前記第2方向と交差する第3方向に沿った開口部幅を有し、前記開口部幅は、前記第1トレンチ領域における第1開口部幅、前記第2トレンチ領域における第2開口部、及び、前記第3トレンチ領域における第3開口部を有し、前記第2開口部は、前記第1開口部よりも広く、前記第3開口部幅は、前記第1開口部幅と前記第2開口部幅との間であり、前記開口部幅は、前記第3トレンチ領域から前記第2トレンチ領域に向かう方向に沿って増大し、
    前記第1トレンチの表面に第1絶縁膜を形成し、
    前記第1絶縁膜の形成の後の前記第1トレンチの残りの空間及び前記半導体部材の前記第1トレンチが形成されていない他領域の上に、導電層を形成し、前記導電層は、前記第1トレンチ領域の上の第1導電領域、前記第2トレンチ領域の上の第2導電領域、前記第3トレンチ領域の上の第3導電領域を含み、
    前記第2導電領域の一部及び前記第3導電領域の一部を覆うマスクを用いて前記導電層をエッチバックして、前記第1導電領域の上面を前記他領域の上面よりも下にし、前記第2導電領域の前記一部と前記第1絶縁膜との間の少なくとも一部とを互いに離れさせ、前記第3導電領域の前記一部と前記第1絶縁膜との間の少なくとも一部とを互いに離れさせ、前記第2トレンチ領域における前記半導体部材の第2側面と、前記第2導電領域の前記一部と、の間の前記第3方向に沿った第2距離を、前記第1トレンチ領域における前記半導体部材の第1側面と、前記第1導電領域と、の間の前記第3方向に沿った第1距離よりも長くし、前記第3トレンチ領域における前記半導体部材の第3側面と、前記第3導電領域の前記一部と、の間の前記第3方向に沿った第3距離を前記第1距離と前記第2距離の間にし、
    前記第2側面と、前記第2導電領域の前記一部と、の間の空間、及び、前記第3側面と、前記第3導電領域の前記一部と、の間の空間に、第2絶縁膜を形成する、
    ことを備えた半導体装置の製造方法。
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