JP6740982B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板上に半導体素子が形成された半導体装置に関するものである。

従来より、半導体基板上に、半導体素子としての感温ダイオード素子が形成された半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、このような半導体装置では、半導体基板には、当該半導体基板内に電流を流すための各種の領域が形成されている。なお、各種の領域とは、例えば、Ｐ型領域やＮ型領域等である。

そして、半導体基板の一面上には、感温ダイオード素子が形成されていると共に、感温ダイオード素子を覆う絶縁膜が形成されている。また、絶縁膜には、半導体基板の一面側に形成された領域を露出させる第１コンタクトホール、および感温ダイオード素子を露出させる第２コンタクトホールが形成されている。

絶縁膜上には、第１コンタクトホールを介して半導体基板の一面側に形成された領域と電気的に接続される第１電極、および第２コンタクトホールを介して感温ダイオード素子と電気的に接続される第２電極が形成されている。

このような半導体装置は、例えば、以下のように製造される。すなわち、半導体基板の一面上に感温ダイオード素子を形成した後、感温ダイオード素子を覆うように絶縁膜を形成する。なお、半導体基板の一面側に形成される領域は、感温ダイオード素子を形成する前、または形成した後に適宜形成される。次に、絶縁膜上にフォトレジストを配置する。そして、フォトレジストを露光、現像してパターニングし、絶縁膜のうちの第１コンタクトホールが形成される領域、および第２コンタクトホールが形成される領域を当該フォトレジストから露出させる。その後、第１コンタクトホールを介して半導体基板の一面側の領域と電気的に接続される第１電極、および第２コンタクトホールを介して感温ダイオード素子と電気的に接続される第２電極を形成することにより、上記半導体装置が製造される。

特開２００８−２３５４０５号公報

しかしながら、このような半導体装置では、感温ダイオード素子を覆うように絶縁膜を形成した際、当該絶縁膜は、感温ダイオード素子を覆う部分が盛り上がった状態となる。つまり、絶縁膜のうちの半導体基板の一面と反対側の一面が平坦な面とっていない。このため、この絶縁膜上にフォトレジストを配置すると、当該フォトレジストは、絶縁膜のうちの半導体基板の一面と反対側の一面に沿って形成されるため、感温ダイオード素子を覆う部分が盛り上がった状態となる。

そして、このように配置されたフォトレジストに露光を行うと、当該フォトレジストの露光精度が低下してしまう。すなわち、例えば、ポジ型のフォトレジストを用いる場合、フォトレジストを露光する際には、光源からフォトマスクを介して、フォトレジストのうちの第１コンタクトホールが形成される領域上の部分および第２コンタクトホールが形成される領域上の部分に光を照射する。つまり、フォトレジストのうちの盛り上がっていない部分に光を照射すると共に、フォトレジストのうちの盛り上がった部分に光を照射する。このため、例えば、フォトレジストのうちの第１コンタクトホールが形成される領域上の部分に焦点を合わせると、フォトレジストのうちの第２コンタクトホールが形成される領域上の部分に焦点が合わず、第２コンタクトホールが形成される領域上の部分に対する露光精度が低下する。同様に、フォトレジストのうちの第２コンタクトホールが形成される領域上の部分に焦点を合わせると、フォトレジストのうちの第１コンタクトホールが形成される領域上の部分に焦点が合わず、第１コンタクトホールが形成される領域上の部分に対する露光精度が低下する。なお、ここではポジ型のフォトレジストを例に挙げて説明したが、ネガ型のフォトレジストであっても同様である。

そして、このようにフォトレジストの露光精度が低下すると、第１コンタクトホールおよび第２コンタクトホールの加工精度が低下してしまう。

本発明は上記点に鑑み、第１コンタクトホールおよび第２コンタクトホールの加工精度が低下することを抑制できる半導体装置を提供する。

上記目的を達成するための請求項１では、一面（１０ａ）を有する半導体基板と、半導体基板の一面上に形成された半導体素子（１８）と、半導体素子を覆う状態で半導体基板の一面上に形成され、半導体基板における一面側の領域を露出させる第１コンタクトホール（２１）、および半導体素子を露出させる第２コンタクトホール（２２）が形成された絶縁膜（２０）と、第１コンタクトホールを介して半導体基板における一面側の領域と電気的に接続される第１電極（２３）と、第２コンタクトホールを介して半導体素子と電気的に接続される第２電極（２４）と、を備え、絶縁膜は、半導体基板の一面と反対側の一面（２０ａ）が平坦化されており、かつ当該一面と半導体基板の一面との間隔が半導体基板の面方向に沿って等しくされている。そして、請求項１では、セル領域（１）と、セル領域と異なる周辺領域（２）とを有し、セル領域は、第１導電型のドリフト層（１１）と、ドリフト層上に配置された第２導電型のベース層（１２）と、ベース層の表層部に形成され、ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第１導電型層（１３）と、ベース層のうちの第１導電型層とドリフト層との間に位置する部分の表面をチャネル領域とすると、チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜（１５）と、ゲート絶縁膜上に形成され、所定のゲート電圧が印加されるゲート電極（１６）と、を有し、半導体基板の一面には、セル領域から周辺領域に渡り、半導体基板側と反対側の一面が平坦化されている一面絶縁膜（１７）が配置されており、半導体素子は、一面絶縁膜上に形成されており、周辺領域には、トレンチ（１４）が形成され、トレンチには、シールド絶縁膜（２８）が形成され、シールド絶縁膜上には、所定電位に維持され、一部が半導体基板の一面より突出する状態でシールド電極（２９）が形成されており、一面絶縁膜は、一面絶縁膜は、ゲート電極に印加されるゲート電圧によって半導体素子の特性が変化しない厚さとされ、かつセル領域および周辺領域において均一な厚さとされており、さらにシールド電極のうちの半導体基板の一面より突出する部分を覆う状態で形成されている。

これによれば、絶縁膜の一面が平坦化されているため、絶縁膜上にフォトレジストが配置される際、フォトレジストのうちの絶縁膜と反対側の一面も平坦化された状態となる。このため、当該フォトレジストの露光精度が低下されることを抑制でき、フォトレジストをマスクとして第１コンタクトホールおよび第２コンタクトホールが形成される際の加工精度が低下することを抑制できる。

なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。

第１実施形態における半導体装置の断面図である。 図１に示す半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図２に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図３に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 第２実施形態における半導体装置の断面図である。 図５に示す半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図６に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図７に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図８に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 第３実施形態における半導体装置を示す断面図である。 第４実施形態における半導体装置を示す断面図である。 第５実施形態における半導体装置を示す断面図である。 他の実施形態における半導体装置を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、半導体基板にＭＯＳＦＥＴ（すなわち、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）素子が形成された半導体装置について説明する。

図１に示されるように、半導体装置は、ドリフト層１１として機能するＮ⁻型の半導体基板１０を有している。そして、ドリフト層１１上（すなわち、半導体基板１０の一面１０ａ側）には、Ｐ型のベース層１２が形成されている。ベース層１２上には、ドリフト層１１よりも高不純物濃度とされたＮ^＋型のソース層１３が形成されている。つまり、本実施形態では、ドリフト層１１上には、ドリフト層１１側から順にベース層１２およびソース層１３が形成されている。そして、本実施形態では、このようにソース層１３が形成されることにより、半導体基板１０の一面１０ａがソース層１３を有する構成とされている。

また、半導体基板１０には、ソース層１３およびベース層１２を貫通してドリフト層１１に達する複数のトレンチ１４が形成されている。これにより、ベース層１２は、複数のトレンチ１４によって分断されている。本実施形態では、複数のトレンチ１４は、半導体基板１０の一面１０ａの面方向のうちの所定方向に沿ってストライプ状に等間隔に形成されている。なお、図１では、複数のトレンチ１４は、それぞれ図１中紙面奥行方向に沿って形成されている。また、本実施形態では、ベース層１２のうちのトレンチ１４と接する領域がチャネル領域に相当する。

各トレンチ１４は、各トレンチ１４の壁面を覆うように形成されたゲート絶縁膜１５と、このゲート絶縁膜１５の上に形成されたゲート電極１６とにより埋め込まれている。これにより、トレンチゲート構造が構成されている。なお、ゲート電極１６は、図１とは別断面において、半導体基板１０の一面１０ａ上に形成される図示しないゲート配線と電気的に接続されている。そして、ゲート電極１６は、図示しないゲート制御回路から所定のゲート電圧が印加されるようになっている。また、本実施形態では、ゲート絶縁膜１５は、酸化膜等で構成され、ゲート電極１６は、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ等で構成される。

半導体基板１０の一面１０ａ上には、ゲート電極１６を覆うように、酸化膜等で構成される一面絶縁膜１７が形成されている。一面絶縁膜１７上には、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ素子が作動することによって発生する熱に応じた検出信号を出力する感温ダイオード素子１８が形成されている。感温ダイオード素子１８は、Ｐ型Ｐｏｌｙ−Ｓｉで構成されるアノード領域１８ａと、Ｎ型Ｐｏｌｙ−Ｓｉで構成されるカソード領域１８ｂとが接続されることで構成されている。そして、感温ダイオード素子１８を覆うように、酸化膜等で構成される素子保護膜１９が形成されている。なお、本実施形態では、感温ダイオード素子１８が半導体素子に相当している。

さらに、一面絶縁膜１７上には、素子保護膜１９（すなわち、感温ダイオード素子１８）を覆うように、酸化膜等で構成される層間絶縁膜２０が形成されている。層間絶縁膜２０は、半導体基板１０の一面１０ａ側と反対側の一面２０ａが平坦化されている。より詳しくは、層間絶縁膜２０は、当該層間絶縁膜２０の一面２０ａと半導体基板１０の一面１０ａとの間隔が半導体基板１０の面方向に沿って等しくなるように、一面２０ａが平坦化されている。すなわち、層間絶縁膜２０は、一面２０ａと半導体基板１０の一面１０ａとの間隔において、感温ダイオード素子１８を覆う部分の間隔と、感温ダイオード素子１８を覆う部分と異なる部分との間隔が等しくされている。

層間絶縁膜２０には、ソース層１３およびベース層１２を露出させる第１コンタクトホール２１が形成されていると共に、感温ダイオード素子１８を露出させる第２コンタクトホール２２が形成されている。具体的には、第１コンタクトホール２１は、複数形成されており、隣接する各トレンチ１４間において、それぞれソース層１３を貫通してベース層１２に達するように形成されている。これにより、ソース層１３は、第１コンタクトホール２１の側面から露出し、ベース層１２は第１コンタクトホール２１の側面および底面から露出した状態となっている。また、第２コンタクトホール２２は、２つ形成されており、一方がアノード領域１８ａを露出させるように形成され、他方がカソード領域１８ｂを露出させるように形成されている。

層間絶縁膜２０上には、第１コンタクトホール２１を通じてソース層１３およびベース層１２と電気的に接続される第１上部電極２３が形成されている。また、第２コンタクトホール２２を通じて感温ダイオード素子１８と電気的に接続される第２上部電極２４が形成されている。

本実施形態では、第１上部電極２３は、第１コンタクトホール２１内に埋め込まれる第１埋込電極部２３ａと、層間絶縁膜２０上に配置されて第１埋込電極部２３ａと電気的に接続される第１上層電極部２３ｂとを有する構成とされている。同様に、第２上部電極２４は、第２コンタクトホール２２内に埋め込まれる第２埋込電極部２４ａと、層間絶縁膜２０上に配置されて第２埋込電極部２４ａと電気的に接続される第２上層電極部２４ｂとを有する構成とされている。なお、第１、第２埋込電極部２３ａ、２４ａは、本実施形態では、Ｗ（すなわち、タングステン）で構成されている。つまり、第１、第２埋込電極部２３ａ、２４ａは、いわゆるＷプラグとされている。また、第１、第２上層電極部２３ｂ、２４ｂは、Ａｌ（すなわち、アルミニウム）等で構成されている。

ドリフト層１１のうちのベース層１２側と反対側（すなわち、半導体基板１０の他面１０ｂ側）には、ドリフト層１１よりも高不純物濃度とされたＮ型のドレイン層２５が形成されている。そして、ドレイン層２５を挟んでドリフト層１１と反対側には、下部電極２６が形成されている。つまり、半導体基板１０の他面１０ｂ上には、ドレイン層２５と電気的に接続される下部電極２６が形成されている。

以上が本実施形態における半導体装置の構成である。なお、本実施形態では、Ｎ^＋型、Ｎ型、Ｎ⁻型が第１導電型に相当しており、Ｐ型、Ｐ^＋型が第２導電型に相当している。また、上記のように、本実施形態の半導体基板１０は、ドレイン層２５、ドリフト層１１、ベース層１２、ソース層１３を含んで構成されている。

次に、上記半導体装置の製造工程について図面を参照しつつ説明する。なお、半導体基板１０の他面１０ｂ側（すなわち、ドレイン層２５側）の製造工程については、従来と同様であるため、説明を省略する。

まず、図２（ａ）に示されるように、半導体基板１０を用意する。そして、半導体基板１０の一面１０ａ上に適宜マスクを形成し、ドライエッチング等で複数のトレンチ１４を形成する。そして、熱酸化等により、トレンチ１４の壁面にゲート絶縁膜１５を形成すると共に、半導体基板１０の一面１０ａ上に一面絶縁膜１７の一部を構成する下側絶縁膜１７ａを形成する。

次に、図２（ｂ）に示されるように、トレンチ１４内が埋め込まれるように、ＣＶＤ（すなわち、Chemical Vapor Deposition）法等でＰｏｌｙ−Ｓｉを成膜してゲート電極１６を構成する。そして、図２（ｂ）とは別断面において、半導体基板１０の一面１０ａ上に積層されたＰｏｌｙ−Ｓｉを適宜パターニングし、ゲート電極１６と電気的に接続されたゲート配線を形成する。その後、再び熱酸化等することにより、下側絶縁膜１７ａからゲート電極１６を覆う一面絶縁膜１７を構成する。

続いて、図２（ｃ）に示されるように、一面絶縁膜１７上にＣＶＤ法等でＰｏｌｙ−Ｓｉを成膜した後、当該Ｐｏｌｙ−Ｓｉをフォトエッチング等することにより、感温ダイオード素子１８の外形を形造る。そして、図示しないマスクを適宜配置し、残存しているＰｏｌｙ−Ｓｉに対してＰ型不純物およびＮ型不純物を適宜イオン注入して熱拡散する。これにより、Ｐ型Ｐｏｌｙ−Ｓｉで構成されるアノード領域１８ａおよびＮ型Ｐｏｌｙ−Ｓｉで構成されるカソード領域１８ｂを有する感温ダイオード素子１８が形成される。

また、半導体基板１０の一面１０ａに対してもＰ型不純物およびＮ型不純物を適宜イオン注入して熱拡散することにより、ベース層１２およびソース層１３を形成する。その後、熱拡散等を行い、感温ダイオード素子１８を保護する素子保護膜１９を形成する。

なお、本実施形態では、感温ダイオード素子１８を構成するＰｏｌｙ−Ｓｉを成膜した後に半導体基板１０に不純物をイオン注入するため、感温ダイオード素子１８の下方には、ベース層１２およびソース層１３が形成されていない。しかしながら、ベース層１２およびソース層１３を全体に形成した後、感温ダイオード素子１８を構成するＰｏｌｙ−Ｓｉを堆積し、当該Ｐｏｌｙ−Ｓｉに対して再び不純物をイオン注入する等してもよい。すなわち、感温ダイオード素子１８の下方にベース層１２およびソース層１３が形成されるようにしてもよい。これによれば、感温ダイオード素子１８の下方にベース層１２およびソース層１３が形成されるため、感温ダイオード素子１８の下方の領域を有効に利用できる。

続いて、図３（ａ）に示されるように、一面絶縁膜１７上に、素子保護膜１９（すなわち、感温ダイオード素子１８）を覆うように、層間絶縁膜２０をＣＶＤ法等により形成する。なお、層間絶縁膜２０を形成した直後は、層間絶縁膜２０は、感温ダイオード素子１８を覆う部分と感温ダイオード素子１８を覆わない部分とで段差が形成された状態となっている。言い換えると、層間絶縁膜２０は、一面２０ａに段差が形成された状態となっている。すなわち、層間絶縁膜２０は、感温ダイオード素子１８を覆う部分が盛り上がった状態となっている。また、この工程では、層間絶縁膜２０は、感温ダイオード素子１８を覆う部分と異なる部分における一面２０ａの高さが半導体基板１０の一面１０ａから感温ダイオード素子１８の表面までの高さより高くなるように形成される。なお、感温ダイオード素子１８の表面とは、感温ダイオード素子１８における半導体基板１０の一面１０ａと反対側の面のことである。

次に、図３（ｂ）に示されるように、層間絶縁膜２０の一面２０ａをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法等で平坦化する。詳しくは、層間絶縁膜２０の一面２０ａと半導体基板１０の一面１０ａとの間隔において、感温ダイオード素子１８を覆う部分の間隔と、感温ダイオード素子１８を覆う部分と異なる部分の間隔とが等しくなるようにする。

続いて、図３（ｃ）に示されるように、層間絶縁膜２０上にフォトレジスト２７を配置する。この際、層間絶縁膜２０の一面２０ａが平坦化されているため、フォトレジスト２７も平坦化して配置される。なお、本実施形態では、ポジ型のフォトレジスト２７を配置する。

そして、図４（ａ）に示されるように、層間絶縁膜２０のうちの第１コンタクトホール２１および第２コンタクトホール２２が形成される領域が露出するように、フォトレジスト２７を露光、現像してパターニングする。

ここで、フォトレジスト２７を露光する際には、フォトレジスト２７上に図示しないフォトマスクを配置する。そして、フォトレジスト２７のうちの第１コンタクトホール２１が形成される領域上に位置する部分および第２コンタクトホール２２が形成される領域上に位置する部分に、光源からフォトマスクを通過した光を照射する。この際、本実施形態では、フォトレジスト２７が平坦化して配置されている。このため、光源と、フォトレジスト２７のうちの第１コンタクトホール２１が形成される領域上に位置する部分との距離と、光源と、第２コンタクトホール２２が形成される領域上に位置する部分との距離とをほぼ等しくできる。したがって、フォトレジスト２７のうちの第１コンタクトホール２１が形成される領域上に位置する部分に照射される光と、フォトレジスト２７のうちの第２コンタクトホール２２が形成される領域上に位置する部分に照射される光との焦点がずれることが抑制される。これにより、フォトレジスト２７に対する露光精度が低下することが抑制され、フォトレジスト２７の加工精度が低下することが抑制される。

次に、図４（ｂ）に示されるように、フォトレジスト２７をマスクとしてドライエッチング等を行い、第１コンタクトホール２１および第２コンタクトホール２２を同時に形成する。この際、フォトレジスト２７の加工精度が低下することが抑制されているため、第１コンタクトホール２１および第２コンタクトホール２２の加工精度が低下することが抑制される。つまり、第１コンタクトホール２１および第２コンタクトホール２２を高精度に形成できる。

その後、図４（ｃ）に示されるように、フォトレジスト２７を除去し、ベース層１２およびソース層１３と電気的に接続される第１上部電極２３を形成すると共に、感温ダイオード素子１８と電気的に接続される第２上部電極２４を形成する。本実施形態では、まず、第１コンタクトホール２１および第２コンタクトホール２２内にＣＶＤ法等でＷを埋め込み、第１、第２埋込電極部２３ａ、２４ａを形成する。次に、層間絶縁膜２０の一面２０ａ上に積層されたＷ膜を除去する。その後、層間絶縁膜２０上にＣＶＤ法等でＡｌ等の金属膜を成膜する。そして、成膜した金属膜をパターニングすることにより、第１埋込電極部２３ａと電気的に接続される第１上層電極部２３ｂを形成すると共に、第２埋込電極部２４ａと電気的に接続される第２上層電極部２４ｂを形成する。以上のようにして、本実施形態の半導体装置が製造される。

以上説明したように、本実施形態では、層間絶縁膜２０を形成した後、層間絶縁膜２０の一面２０ａを平坦化している。そして、平坦化した層間絶縁膜２０の一面２０ａ上にフォトレジスト２７を配置する。このため、フォトレジスト２７が平坦化して配置され、光源と、フォトレジスト２７のうちの第１コンタクトホール２１が形成される領域上に位置する部分との距離と、光源と、第２コンタクトホール２２が形成される領域上に位置する部分との距離とをほぼ等しくできる。したがって、フォトレジスト２７のうちの第１コンタクトホール２１が形成される領域上に位置する部分に照射される光と、フォトレジスト２７のうちの第２コンタクトホール２２が形成される領域上に位置する部分に照射される光との焦点がずれることが抑制され、露光精度が低下することが抑制される。

このため、このフォトレジスト２７をマスクとして第１コンタクトホール２１および第２コンタクトホール２２を形成することにより、第１コンタクトホール２１および第２コンタクトホール２２の加工精度が低下することを抑制できる。

また、本実施形態では、層間絶縁膜２０は、感温ダイオード素子１８を覆う部分と異なる部分の一面２０ａと半導体基板１０の一面１０ａとの間隔は、感温ダイオード素子１８を覆う部分の一面２０ａと半導体基板１０の一面１０ａとの間隔と等しくされている。つまり、例えば、感温ダイオード素子１８を覆うように形成されているものの、感温ダイオード素子１８を覆う部分と異なる部分の一面２０ａと半導体基板１０の一面１０ａとの間隔が、感温ダイオード素子１８を覆う部分の一面２０ａと半導体基板１０の一面１０ａとの間隔より短くされている場合と比較して、層間絶縁膜２０が厚くされている。このため、ゲート電極１６と第１上部電極２３との間に配置される層間絶縁膜２０が厚くなり、寄生容量を小さくできる。したがって、本実施形態によれば、ゲート電極１６のゲート電位が変動することによって発生するノイズが層間絶縁膜２０にて吸収され易くなり、半導体装置や当該半導体装置に近接して配置される周辺回路が誤作動してしまうことを抑制できる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、ゲート電極１６の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態では、図５に示されるように、半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴ素子が形成されるセル領域１と、当該セル領域１と異なる周辺領域２とを有している。なお、ここでの周辺領域２とは、セル領域１と異なる領域であり、セル領域１を囲むように配置されている外縁領域に加え、隣接するセル領域１の間に配置される中間領域を含むものである。つまり、本実施形態の周辺領域２は、例えば、半導体装置の中心近傍に位置する場合もある領域である。

まず、セル領域１の構成について説明する。本実施形態では、セル領域１のトレンチゲート構造は、いわゆるスプリットゲート構造とされている。具体的には、各トレンチ１４には、第１ゲート絶縁膜１５ａ、第２ゲート絶縁膜１５ｂ、第１ゲート電極１６ａ、および第２ゲート電極１６ｂが配置されている。そして、各トレンチ１４内において、当該トレンチ１４の開口部側に、第１ゲート絶縁膜１５ａおよび第１ゲート電極１６ａが配置されることで上段側ゲート構造が構成されている。また、トレンチ１４の底部側に、第２ゲート絶縁膜１５ｂおよび第２ゲート電極１６ｂが配置されることで下段側ゲート構造が構成されている。

各第１ゲート電極１６ａは、図５とは別断面において、それぞれ図示しないゲート配線と電気的に接続されてゲート制御回路から所定のゲート電圧が印加されるようになっている。また、各第２ゲート電極１６ｂは、図５とは別断面において、互いに電気的に接続されていると共に、所定の電位に維持されるようになっている。本実施形態では、第２ゲート電極１６ｂは、後述するように、第１上部電極２３と電気的に接続されて第１上部電極２３の電位に維持されるようになっている。

また、第１ゲート電極１６ａは、半導体基板１０の一面１０ａ側からベース層１２の底部よりも深い位置まで形成されている。つまり、第１ゲート電極１６ａは、ゲート電圧が印加された際、ベース層１２にソース層１３とドリフト層１１とを繋ぐチャネルが形成されるように配置されている。また、第１ゲート絶縁膜１５ａは、第１ゲート電極１６ａに沿って形成されており、半導体基板１０の一面１０ａ側からベース層１２の底部よりも深い位置まで形成されている。

第２ゲート電極１６ｂは、上段側ゲート構造の底部からトレンチ１４の底部側に向かって形成されている。第２ゲート絶縁膜１５ｂは、第２ゲート電極１６ｂに沿って配置されており、トレンチ１４の底部側に配置されている。また、第２ゲート絶縁膜１５ｂは、第１ゲート絶縁膜１５ａよりも厚くされている。なお、第１ゲート電極１６ａと第２ゲート電極１６ｂとの間には、第１ゲート絶縁膜１５ａが配置されている。

本実施形態では、このようなスプリットゲート構造が構成されていることにより、トレンチ１４の底部に電界集中が発生することを抑制でき、耐圧の向上を図ることができる。

次に、周辺領域２の構成について説明する。周辺領域２は、セル領域１と同様に、トレンチ１４が形成されている。そして、トレンチ１４には、各トレンチ１４の壁面を覆うように形成されたシールド絶縁膜２８と、シールド絶縁膜２８上に形成されたシールド電極２９とにより埋め込まれている。なお、周辺領域２に形成されるシールド絶縁膜２８およびシールド電極２９は、セル領域１に形成される第２ゲート絶縁膜１５ｂおよび第２ゲート電極１６ｂと同様のものである。また、周辺領域２に形成されたシールド電極２９は、図５とは別断面において、セル領域１に形成された第２ゲート電極１６ｂと電気的に接続されている。

半導体基板１０の一面１０ａ上には、トレンチ１４の開口部周辺に、シールド絶縁膜２８と繋がる下層絶縁膜３０が形成されている。下層絶縁膜３０上には、シールド電極２９と電気的に接続される引出配線部としてのシールド配線部３１が形成されている。そして、シールド配線部３１は、図５とは別断面において、層間絶縁膜２０に形成されたコンタクトホールを介して第１上部電極２３と電気的に接続されている。これにより、シールド電極２９は、シールド配線部３１を介して第１上部電極２３と同電位に維持された状態となる。なお、セル領域１に形成された第２ゲート電極１６ｂは、周辺領域２に形成されたシールド電極２９と電気的に接続されているため、第１上部電極２３の電位に維持された状態となる。

また、シールド配線部３１を覆うように、配線絶縁膜３２が形成されている。そして、配線絶縁膜３２を介してシールド配線部３１上に、感温ダイオード素子１８が形成され、感温ダイオード素子１８を覆うように素子保護膜１９が形成されている。つまり、本実施形態では、感温ダイオード素子１８は周辺領域２に配置されている。そして、感温ダイオード素子１８は、第１実施形態と同様に、層間絶縁膜２０に形成された第２コンタクトホール２２を介して第２上部電極２４と電気的に接続されている。

以上が本実施形態における半導体装置の構成である。次に、上記半導体装置の製造方法について説明する。

まず、図６（ａ）に示されるように、半導体基板１０にトレンチ１４を形成した後、熱酸化等で第２ゲート絶縁膜１５ｂおよびシールド絶縁膜２８を構成する。なお、この工程では、半導体基板１０の一面１０ａ上にも絶縁膜が形成され、当該絶縁膜によって周辺領域２の下層絶縁膜３０が形成される。

次に、図６（ｂ）に示されるように、トレンチ１４が埋め込まれるように、ＣＶＤ法等でＰｏｌｙ−Ｓｉを成膜する。そして、セル領域１におけるトレンチ１４内に第２ゲート電極１６ｂを形成し、周辺領域２におけるトレンチ１４内にシールド電極２９を形成する。続いて、適宜マスクを形成してドライエッチング等を行い、周辺領域２において、半導体基板１０の一面１０ａ上に形成されたＰｏｌｙ−Ｓｉをパターニングしてシールド配線部３１を構成する。また、セル領域１において、半導体基板１０の一面１０ａ上に形成されたＰｏｌｙ−Ｓｉ、および第１トレンチ１４ａのうちの第１ゲート電極１６ａが配置される部分に配置されたＰｏｌｙ−Ｓｉを除去する。

その後、図６（ｃ）に示されるように、図示しないマスクを配置し、セル領域１においては、トレンチ１４のうちの第１ゲート絶縁膜１５ａが配置される部分、および半導体基板１０の一面１０ａに形成された絶縁膜を除去する。また、周辺領域２においては、シールド配線部３１の下方に下層絶縁膜３０が残存するように、半導体基板１０の一面１０ａに形成された絶縁膜を除去する。

続いて、図７（ａ）に示されるように、熱酸化等を行い、セル領域１においては、トレンチ１４に第１ゲート絶縁膜１５ａを形成すると共に、半導体基板１０の一面１０ａ上に一面絶縁膜１７を構成する下側絶縁膜１７ａを形成する。また、周辺領域２においては、半導体基板１０の一面１０ａ上に一面絶縁膜１７を構成する下側絶縁膜１７ａを形成すると共に、シールド配線部３１を覆う配線絶縁膜３２を形成する。

次に、図７（ｂ）に示されるように、トレンチ１４が埋め込まれるように、ＣＶＤ法等でＰｏｌｙ−Ｓｉを成膜し、第１ゲート電極１６ａを構成する。そして、適宜マスクを形成してドライエッチング等を行い、半導体基板１０の一面１０ａ上に形成されたｐｏｌｙ−Ｓｉを適宜パターニングして図示しないゲート配線を構成する。

続いて、図７（ｃ）に示されるように、上記図２（ｃ）と同様の工程を行い、感温ダイオード素子１８、ベース層１２、およびソース層１３を形成する。なお、本実施形態では、感温ダイオード素子１８をシールド配線部３１上に形成する。その後、熱酸化等を行い、感温ダイオード素子１８を保護する素子保護膜１９を形成すると共に、第１ゲート電極１６ａを覆う一面絶縁膜１７を形成する。

その後は、図８および図９に示されるように、上記図３および図４と同様の工程を行う。すなわち、図８（ａ）に示されるように、一面絶縁膜１７上に、素子保護膜１９（すなわち、感温ダイオード素子１８）を覆うように、層間絶縁膜２０を形成する。そして、図８（ｂ）に示されるように、層間絶縁膜２０のうちの半導体基板１０の一面１０ａと反対側の一面２０ａをＣＭＰ法等で平坦化する。続いて、図８（ｃ）に示されるように、層間絶縁膜２０上にフォトレジスト２７を配置する。

そして、図９（ａ）に示されるように、層間絶縁膜２０のうちの第１コンタクトホール２１および第２コンタクトホール２２が形成される領域が露出するように、フォトレジスト２７を露光、現像してパターニングする。次に、図９（ｂ）に示されるように、フォトレジスト２７をマスクとしてドライエッチング等を行い、第１コンタクトホール２１および第２コンタクトホール２２を同時に形成する。その後、図９（ｃ）に示されるように、ベース層１２およびソース層１３と電気的に接続される第１上部電極２３を形成すると共に、感温ダイオード素子１８と電気的に接続される第２上部電極２４を形成する。以上のようにして、本実施形態の半導体装置が製造される。

以上説明したように、本実施形態では、周辺領域２に感温ダイオード素子１８を配置している。また、感温ダイオード素子１８は、所定電位に維持されたシールド配線部３１上に配置されている。このため、第１ゲート電極１６ａのゲート電位の変動によって感温ダイオード素子１８が誤作動してしまうことを抑制しつつ、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に第２実施形態のゲート構造を組み合わせたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態では、図１０に示されるように、トレンチゲート構造は、第２実施形態と同様に、スプリットゲート構造とされている。つまり、トレンチ１４内には、当該トレンチ１４の開口部側に、第１ゲート絶縁膜１５ａおよび第１ゲート電極１６ａが配置された上段側ゲート構造が構成されている。また、当該トレンチ１４の底部側に、第２ゲート絶縁膜１５ｂおよび第２ゲート電極１６ｂが配置された下段側ゲート構造が構成されている。そして、感温ダイオード素子１８は、スプリットゲート構造上に配置されている。

以上説明したように、感温ダイオード素子１８をスプリットゲート構造上に配置するようにしてもよい。このような半導体装置としても、層間絶縁膜２０の一面２０ａが平坦化されていれば、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、このような半導体装置は、上記第１実施形態および第２実施形態で説明した製造方法を適宜組み合わせることによって製造される。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して周辺領域を備えるようにしたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態では、図１１に示されるように、セル領域１と周辺領域２とを有し、セル領域１に感温ダイオード素子１８が配置されている。そして、感温ダイオード素子１８の下方に位置する一面絶縁膜１７は、上記第１実施形態より厚くされている。具体的には、一面絶縁膜１７は、ゲート電極１６に印加されるゲート電圧の変動や半導体基板１０からのノイズ等によって感温ダイオード素子１８が誤作動してしまうことを抑制するのに十分な厚さとされ、例えば、３００ｎｍとされている。

なお、本実施形態では、ゲート電極１６は、一部が半導体基板１０の一面１０ａから突出した状態で形成されており、例えば、２００ｎｍ程度突出している。つまり、一面絶縁膜１７は、ゲート電極１６の突出量よりも厚く形成されている。すなわち、一面絶縁膜１７は、ゲート電極１６のうちの半導体基板１０の一面１０ａから突出する部分を覆うように形成されている。また、ここでの一面絶縁膜１７の厚さとは、半導体基板１０の一面１０ａと、一面絶縁膜１７のうちの半導体基板１０と反対側の表面との間隔のことである。

周辺領域２は、半導体基板１０の一面１０ａ側に、ベース層１２よりも高不純物濃度とされた複数のＰ型のガードリング３３が多重リング構造として形成されている。そして、周辺領域２においても一面絶縁膜１７および層間絶縁膜２０が形成されている。

周辺領域２に形成された一面絶縁膜１７および層間絶縁膜２０には、ガードリング３３を露出させる第３コンタクトホール３４が形成されている。そして、層間絶縁膜２０上には、第３コンタクトホール３４を通じてガードリング３３と電気的に接続される第３上部電極３５が形成されている。なお、第３上部電極３５は、第１上部電極２３および第２上部電極２４と同様の構成とされており、第３埋込電極部３５ａと第３上層電極部３５ｂとを有する構成とされている。

ここで、本実施形態では、セル領域１における一面絶縁膜１７は、感温ダイオード素子１８が誤作動することを抑制するために厚くされているが、周辺領域２における一面絶縁膜１７は、セル領域１における一面絶縁膜１７と同様の厚さとされている。つまり、本実施形態では、一面絶縁膜１７は、感温ダイオード素子１８の下方のみならず、全体的に厚く形成されている。また、一面絶縁膜１７は、半導体基板１０側と反対側の一面が平坦化されている。

以上説明したように、一面絶縁膜１７を厚くすることにより、感温ダイオード素子１８がゲート電極１６に印加されるゲート電圧の変動によって誤作動してしまうことを抑制するようにしてもよい。また、一面絶縁膜１７は、セル領域１および周辺領域２の全体に渡って平坦化されている。このため、上記図２（ｃ）の工程において感温ダイオード素子１８を形成する際、Ｐｏｌｙ−Ｓｉを成膜した際に当該Ｐｏｌｙ−Ｓｉに段差が形成されることが抑制される。このため、当該Ｐｏｌｙ−Ｓｉをフォトエッチングする際の加工精度が低下することを抑制でき、感温ダイオード素子１８を高精度に形成できる。

また、上記第１実施形態と同様に、層間絶縁膜２０の一面２０ａが平坦化されているため、第３コンタクトホール３４の加工精度が低下することも抑制できる。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態と第４実施形態を組み合わせたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態では、図１２に示されるように、周辺領域２にもトレンチ１４が形成されている。そして、トレンチ１４は、シールド絶縁膜２８と、シールド電極２９とにより埋め込まれている。なお、シールド電極２９は、ゲート電極１６と同様に、一部が半導体基板１０の一面１０ａから突出した状態で形成されており、例えば、２００ｎｍ程度突出している。また、本実施形態では、周辺領域２には、シールド配線部３１が形成されていない。但し、特に図示しないが、図１２とは別断面において、シールド電極２９は、半導体基板１０の一面１０ａに形成された引出配線部と接続され、当該引出配線部が第１上部電極２３と接続されることによって第１上部電極２３の電位に維持される。

一面絶縁膜１７は、ゲート電極１６のうちの半導体基板１０の一面１０ａから突出する部分およびシールド電極２９を覆うように形成されている。なお、本実施形態では、一面絶縁膜１７は、上記第４実施形態と同様に、厚さが３００ｎｍとされている。そして、感温ダイオード素子１８は、一面絶縁膜１７を介してシールド電極２９上に配置されている。なお、セル領域１は、上記第４実施形態と同様の構成とされている。

以上説明したように、シールド電極２９上に一面絶縁膜１７を介して感温ダイオード素子１８を配置するようにしてもよい。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記各実施形態では、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型とする場合について説明したが、第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型とする半導体装置としてもよい。つまり、上記各実施形態で説明した各部の導電型を反転させた構造としてもよい。

また、上記各実施形態において、半導体基板１０上に形成される半導体素子は、感温ダイオード素子１８ではなく、例えば、ツェナーダイオード素子であってもよい。

そして、上記各実施形態において、ドレイン層２５を備える代わりに、Ｐ型のコレクタ層を備えるようにしてもよい。つまり、半導体基板１０にＩＧＢＴ（すなわち、Insulated Gate Bipolar Transistor）素子が形成されていてもよい。また、ドレイン層２５上に、Ｎ型のカラム領域とＰ型のカラム領域とが配置されたスーパージャンクション構造を有する半導体装置としてもよい。

さらに、上記各実施形態において、ドリフト層１１の表層部にドレイン層２５が形成され、半導体基板１０の面方向に電流を流す横型の半導体装置としてもよい。

また、上記第１実施形態において、トレンチ型のゲート構造の代わりにプレーナ型のゲート構造を採用してもよい。この場合においても、層間絶縁膜２０の一面２０ａを平坦化することにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、この構成では、半導体基板１０の一面２０ａ上に形成されたゲート構造により、第１コンタクトホール２１および第２コンタクトホール２２の加工精度が低下することも抑制できる。

さらに、上記各実施形態において、第１コンタクトホール２１および第２コンタクトホール２２の壁面に、Ｔｉ、またはＴｉＮ等で構成されるバリアメタルが形成されていてもよい。なお、このようなバリアメタルは、例えば、第１、第２埋込電極部２３ａ、２４ａを形成する前に、スパッタ法等で形成される。

そして、上記各実施形態において、第１上部電極２３は、第１埋込電極部２３ａと第１上層電極部２３ｂとが同じ材料を用いて構成されていてもよく、例えば、Ａｌで構成されていてもよい。同様に、第２上部電極２４は、第２埋込電極部２４ａと第２上層電極部２４ｂとが同じ材料を用いて構成されていてもよく、例えば、Ａｌで構成されていてもよい。

さらに、上記各実施形態において、ソース層１３は、ベース層１２の表層部に選択的に形成されていてもよい。つまり、半導体基板１０の一面１０ａがベース層１２およびソース層１３を有する構成とされていてもよい。この場合、第１コンタクトホール２１は、ベース層１２およびソース層１３が露出されればよいため、半導体基板１０の一面１０ａより深くまで形成されていなくてもよい。つまり、第１コンタクトホール２１は、半導体基板１０の一面１０ａからベース層１２およびソース層１３が露出するように形成されていればよい。

また、上記各実施形態において、感温ダイオード素子１８は、アノード領域１８ａとカソード領域１８ｂとが複数配置されて構成されていてもよい。

そして、上記各実施形態において、第１コンタクトホール２１および第２コンタクトホール２２を形成する際のフォトレジスト２７は、ネガ型であってもよい。

さらに、上記第２実施形態において、セル領域１にシールド配線部３１を備えるようにし、セル領域１のシールド配線部３１上に感温ダイオード素子１８を配置するようにしてもよい。

また、上記第４実施形態において、図１３に示されるように、感温ダイオード素子１８は、周辺領域２に配置されていてもよい。つまり、感温ダイオード素子１８の直下にゲート電極１６が配置されていない構成としてもよい。このような構成としてもゲート電極１６に印加するゲート電圧の変動によって感温ダイオード素子１８が誤作動してしまう可能性があるため、上記第４実施形態と同様に、一面絶縁膜１７を厚くすることによって感温ダイオード素子１８が誤作動することを抑制できる。

また、上記第５実施形態において、特に図示しないが、感温ダイオード素子１８の直下にシールド電極２９が配置されていない構成としてもよい。

さらに、上記第４実施形態において、一面絶縁膜１７は、平坦化されていなくてもよい。なお、この場合は、少なくともゲート電極１６のうちの半導体基板１０の一面１０ａから突出する部分を覆うように一面絶縁膜１７を形成することにより、ゲート電極１６が露出した状態となることを抑制できる。つまり、一面絶縁膜１７のうちの半導体基板１０側と反対側の一面から突出した部分が存在する構成となることを抑制できる。このため、上記図２（ｃ）の工程において感温ダイオード素子１８を形成する際、一面絶縁膜１７を平坦化する工程を行わなかったとしても、Ｐｏｌｙ−Ｓｉを成膜した際に当該Ｐｏｌｙ−Ｓｉに段差が形成されることを抑制できる。同様に、上記第５実施形態においても、一面絶縁膜１７は平坦化されていなくてもよい。

１０ 半導体基板
１０ａ 一面
１８ 感温ダイオード素子（半導体素子）
２０ 層間絶縁膜
２０ａ 一面
２１ 第１コンタクトホール
２２ 第２コンタクトホール
２３ 第１上部電極（第１電極）
２４ 第２上部電極（第２電極）

Claims (2)

1. 半導体基板（１０）上に半導体素子（１８）が形成された半導体装置において、
   一面（１０ａ）を有する前記半導体基板と、
   前記半導体基板の一面上に形成された前記半導体素子と、
   前記半導体素子を覆う状態で前記半導体基板の一面上に形成され、前記半導体基板における一面側の領域を露出させる第１コンタクトホール（２１）、および前記半導体素子を露出させる第２コンタクトホール（２２）が形成された絶縁膜（２０）と、
   前記第１コンタクトホールを介して前記半導体基板における一面側の領域と電気的に接続される第１電極（２３）と、
   前記第２コンタクトホールを介して前記半導体素子と電気的に接続される第２電極（２４）と、を備え、
   前記絶縁膜は、前記半導体基板の一面と反対側の一面（２０ａ）が平坦化されており、かつ当該一面と前記半導体基板の一面との間隔が前記半導体基板の面方向に沿って等しくされ、
   セル領域（１）と、前記セル領域と異なる周辺領域（２）とを有し、
   前記セル領域は、
   第１導電型のドリフト層（１１）と、
   前記ドリフト層上に配置された第２導電型のベース層（１２）と、
   前記ベース層の表層部に形成され、前記ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第１導電型層（１３）と、
   前記ベース層のうちの前記第１導電型層と前記ドリフト層との間に位置する部分の表面をチャネル領域とすると、前記チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜（１５）と、
   前記ゲート絶縁膜上に形成され、所定のゲート電圧が印加されるゲート電極（１６）と、を有し、
   前記半導体基板の一面には、前記セル領域から前記周辺領域に渡り、前記半導体基板側と反対側の一面が平坦化されている一面絶縁膜（１７）が配置されており、
   前記半導体素子は、前記一面絶縁膜上に形成されており、
   前記周辺領域には、トレンチ（１４）が形成され、
   前記トレンチには、シールド絶縁膜（２８）が形成され、
   前記シールド絶縁膜上には、所定電位に維持され、一部が前記半導体基板の一面より突出する状態でシールド電極（２９）が形成されており、
   前記一面絶縁膜は、前記ゲート電極に印加される前記ゲート電圧によって前記半導体素子の特性が変化しない厚さとされ、かつ前記セル領域および前記周辺領域において均一な厚さとされており、さらに前記シールド電極のうちの前記半導体基板の一面より突出する部分を覆う状態で形成されている半導体装置。
2. 前記セル領域には、前記第１導電型層および前記ベース層を貫通して前記ドリフト層に達するトレンチ（１４）が形成され、
   前記トレンチには、前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極が配置されており、
   前記ゲート電極は、一部が前記半導体基板の一面より突出する状態で形成され、
   前記一面絶縁膜は、前記ゲート電極のうちの前記半導体基板の一面より突出する部分を覆う状態で形成されている請求項１に記載の半導体装置。

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