JP6827772B2 - 半導体デバイス及び半導体デバイスの製造方法並びに車両用制御装置 - Google Patents
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Description
現行の半導体スイッチ、例えばMOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ即ちMetal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)又はパワーMOSFETは、きわめて小さなゲート‐ドレイン容量を有するように構成されている。これは、その方がドレイン電圧のゲートへのフィードバック結合に都合が良いためである。ミラー容量とも称されるこのゲート‐ドレイン容量は、ゲート電圧が一定に留まるフェーズへのスイッチング過程中にいわゆるミラープラトーを生じさせる。当該効果は、スイッチング過程を遅延させる。そのため、ミラー容量をできるだけ低下させ、可能であれば消滅させることが試みられている。
本発明によれば、半導体デバイスが提供される。当該半導体デバイスは、その活性領域から電気的に絶縁された複数のトレンチを有する基板を備え、少なくとも一つの第1のトレンチに、トレンチ長手軸線に沿って導電性材料の第1のセクションが埋め込まれており、この第1のセクションは、第1の電気コンタクトへの電圧印加時にMOS構造のゲート電極として機能するように、第1の電気コンタクトに接続されており、第1のトレンチ及び/又は第2のトレンチには、トレンチ長手軸線に沿って、導電性材料の第2のセクションが埋め込まれている。本発明に係る半導体デバイスは、第2のセクションの第1の端部が第1の電気コンタクトに電気的に接続され、かつ、第2のセクションの第2の端部が導電性材料の第1のセクションに接続されることを特徴とする。好ましくは、第2のセクションは、第1のセクションに対する前置抵抗として、ひいてはゲート前置抵抗として、電気的に接続される。斯かる半導体デバイスは、特に、車両用制御装置を実現するのに適する。
a.半導体基板を準備するステップと、
b.半導体基板に複数のトレンチを形成するステップと、
c.各トレンチによってパターニングされた基板表面に第1の絶縁層を形成するステップと、
d.各トレンチに、それぞれ導電性の少なくとも一つの上方セクションが形成されるように、各トレンチに導電性材料を充填するステップと、
e.上方セクションの上方に第2の絶縁層を形成するステップと、
f.少なくとも一つの第1のトレンチの上方セクションを、この上方セクションがMOS構造のゲートとして機能することができるように、電気的に接続するステップと、
g.少なくとも一つの第2のトレンチの上方セクションを、この上方セクションがMOS構造のゲートの前置抵抗として機能することができるように、電気的に接続するステップと、
を含む。
本発明に係る半導体基板は、ゲート前置抵抗とミラー容量とが技術的に結合されているという利点を有する。これは特に、パワー半導体、例えばパワーMOSFET(若しくはPowerMOSFET)として使用することができる。
h.導電性の下方セクションが形成されるように、各トレンチに導電性材料を充填するステップと、
i.導電性の下方セクションの導電性材料の一部をエッチングプロセスによって高さh1まで除去するステップと、
j.下方の導電性領域と上方の導電性セクションとの間に絶縁性の分離層を形成するステップと、
を行うように構成することができる。
図1には、本発明に係る半導体デバイス10の第1の実施形態が断面図に示されている。図から分かるように、基板12に垂直構造として複数のトレンチ14.1,14.2,14.3が設けられている。各トレンチ14.1,14.2,14.3は、高さh1まで導電性材料で充填されており、この導電性材料を、相応の電気的接続によって、即ち、例えば図示されていないソース電極との短絡によって、フィールドプレート28として使用可能である。当該導電性材料は、例えばポリシリコンであってよく、この場合、下方のポリシリコン路を形成する。高さh1から高さh2までの間にも同様に、導電性材料16,20、例えば再びポリシリコンが設けられている。このようにして上方のポリシリコン路が形成される。上方のポリシリコン路も下方のポリシリコン路も好ましくはトレンチ14の長さ全体にわたって延在している。トレンチ長手方向で見たときのトレンチ端部には、図示されていない複数の電気コンタクトが設けられており、これらの電気コンタクトを用いて、ポリシリコン路のゲート電極16としての機能又は抵抗路20としての機能に応じ、これらのポリシリコン路を接続することができる。
Claims (11)
- 半導体デバイス(10)であって、
前記半導体デバイス(10)の活性領域から電気的に絶縁された複数のトレンチ(14.1,14.2,14.3)を有する基板(12)を備え、
前記複数のトレンチ(14.1,14.2,14.3)のうちの少なくとも一つの第1のトレンチ(14.1)に、トレンチ長手軸線方向に沿って、第1の導電性材料の第1のセクション(16)が埋め込まれており、
前記第1のセクション(16)は、第1の電気コンタクト(18)への電圧印加時にMOS構造のゲート電極として機能するように、前記第1の電気コンタクト(18)に接続されており、
前記第1のトレンチ(14.1)、及び/又は、前記複数のトレンチ(14.1,14.2,14.3)のうちの第2のトレンチ(14.2)に、前記トレンチ長手軸線方向に沿って、第2の導電性材料の第2のセクション(20)が埋め込まれている、
半導体デバイス(10)において、
前記第2のセクション(20)は、当該第2のセクション(20)の第1の端部が前記第1の電気コンタクト(18)に電気的に接続され、かつ、当該第2のセクション(20)の第2の端部が前記第1の導電性材料の前記第1のセクション(16)に電気的に接続されるように、前記第1のセクション(16)に対する前置抵抗として電気的に接続されており、
前記第1のセクション(16)と前記第2のセクション(20)とは、前記複数のトレンチ(14.1,14.2,14.3)のうちの共通のトレンチ(14)に設けられており、かつ、相互に電気的に絶縁されている、
ことを特徴とする半導体デバイス(10)。 - 前記第1のセクション(16)と前記第2のセクション(20)とは、同一の断面積を有する、
請求項1に記載の半導体デバイス(10)。 - 前記第2のセクション(20)は、電気的に相互に直列に接続された複数のサブセクションから形成されており、かつ、複数のトレンチ(14)に延在している、
請求項1又は2に記載の半導体デバイス(10)。 - 前記半導体デバイス(10)は、当該半導体デバイス(10)の表面に形成された第2の電気コンタクト(38)を有しており、
少なくとも一つの前記第2のセクション(20)は、前記第2の電気コンタクト(38)と前記基板(12)との間に設けられている、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体デバイス(10)。 - 活性の半導体領域のうち、前記第2のトレンチ(14)に接する領域には、ドープ物質が存在しない、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体デバイス(10)。 - 前記第1のセクション(16)と前記第2のセクション(20)とは、それぞれポリシリコンから形成されている、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体デバイス(10)。 - 前記第1のトレンチ(14.1)及び前記第2のトレンチ(14.2)を含む前記複数のトレンチ(14.1,14.2,14.3)のうちの少なくとも一つのトレンチは、第1の高さh1まで、第3の導電性材料によって充填されており、
前記第1のセクション(16)及び/又は前記第2のセクション(20)は、前記第1の高さh1と当該第1の高さh1を上回る第2の高さh2との間に延在している、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の半導体デバイス(10)。 - 前記第3の導電性材料は、フィールドプレート(28)として機能する下方セクションを形成している、
請求項7に記載の半導体デバイス(10)。 - 半導体デバイス(10)の製造方法であって、
a.半導体基板(12)を準備するステップと、
b.前記半導体基板(12)に複数のトレンチ(14)を形成するステップと、
c.前記各トレンチ(14)の形成によってパターニングされた基板表面に第1の絶縁層(22)を形成するステップと、
d.前記各トレンチ(14)にそれぞれ導電性の少なくとも一つの上方セクション(16,20)が形成されるように、前記各トレンチ(14)に上方セクション用導電性材料を充填するステップと、
e.前記上方セクション(16,20)の上方に第2の絶縁層(30)を形成するステップと、
f.前記複数のトレンチ(14)のうちの少なくとも一つの第1のトレンチ(14.1)の前記上方セクション(16)である第1のセクション(16)を、当該第1のセクション(16)がMOS構造のゲート電極(16)として機能することができるように、電気的に接続するステップと、
g.前記複数のトレンチ(14)のうちの第2のトレンチ(14.2)の少なくとも前記上方セクション(20)である第2のセクション(20)を、当該第2のセクション(20)が前記MOS構造の前記ゲート電極(16)に対する前置抵抗(20)として機能することができるように、電気的に接続するステップと、
を含み、
前記第1のセクション(16)と前記第2のセクション(20)とは、前記複数のトレンチ(14.1,14.2,14.3)のうちの共通のトレンチ(14)に設けられており、かつ、相互に電気的に絶縁されている、
方法。 - 前記ステップcの後、前記ステップdの前に、
k.前記上方セクション(16,20)の下方に導電性の下方セクション(28)が形成されるように、前記各トレンチ(14)に下方セクション用導電性材料を充填するステップと、
l.前記導電性の下方セクション(28)の前記下方セクション用導電性材料の一部をエッチングプロセスによって高さh1まで除去するステップと、
m.前記導電性の下方セクション(28)と前記導電性の上方セクション(16,20)との間に絶縁性の分離層(24)を形成するステップと、
を含む、
請求項9に記載の方法。 - 請求項1乃至8のいずれか一項記載の半導体デバイス(10)を少なくとも一つ含む、車両用制御装置。
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