JP7449932B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、絶縁ゲート型のトランジスタを備えた半導体装置に関する。
特許文献１は、絶縁ゲート型のトランジスタを備えた半導体装置の一例としてのプレーナゲート型の半導体装置を開示している。この半導体装置は、主面を有する半導体層と、主面の上に形成されたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層の上に形成されたゲート電極と、半導体層の表層部においてゲート絶縁層を挟んでゲート電極に対向するチャネルとを含む。
特開２０１５－７０１９３号公報
絶縁ゲート型のトランジスタを備えた半導体装置は、使用態様の一例として誘導性負荷に接続されることがある。この場合、電気的特性として、優れたオン抵抗および優れたアクティブクランプ耐量が求められる。オン抵抗は、通常動作時における半導体装置の抵抗値である。アクティブクランプ耐量は、アクティブクランプ動作時におけるトランジスタの耐量である。
アクティブクランプ耐量は、より具体的には、トランジスタのオン状態からオフ状態への遷移時において、誘導性負荷に蓄積されたエネルギに起因して生じる逆起電力に対するトランジスタの耐量である。アクティブクランプ動作とは、逆起電力をトランジスタで消費（吸収）させる際のトランジスタの一動作である。
オン抵抗及びアクティブクランプ耐量は、一例として、トランジスタのチャネルの面積によって調整される。チャネルの面積を増加させた場合、通常動作時において電流経路を増加させることができるから、オン抵抗を低下させることができる。しかし、この場合、アクティブクランプ動作時において逆起電力に起因する急激な温度上昇によってアクティブクランプ耐量が低下する。
これとは反対に、チャネルの面積を減少させた場合、通常動作時において電流経路が縮小するから、オン抵抗が増加する。しかし、この場合、アクティブクランプ動作時において逆起電力に起因する急激な温度上昇を抑制できるから、アクティブクランプ耐量を向上させることができる。このように、チャネルの面積に基づく調整法にはトレードオフの関係が存在するため、優れたオン抵抗および優れたアクティブクランプ耐量を両立することは困難である。
なお、優れたオン抵抗および優れたアクティブクランプ耐量を両立できたとしても、半導体装置の特性ばらつきが大きくなることは好ましくない。
本発明の一実施形態は、優れたオン抵抗および優れたアクティブクランプ耐量を両立でき尚且つ特性ばらつきを抑制できる半導体装置を提供する。
本発明の一実施形態は、半導体層と、前記半導体層に形成された絶縁ゲート型の第１トランジスタと、前記半導体層に形成された絶縁ゲート型の第２トランジスタと、前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタに電気的に接続されるように前記半導体層の上に形成され、通常動作時に前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタをオン状態に制御し、アクティブクランプ動作時に前記第１トランジスタをオフ状態に制御すると共に前記第２トランジスタをオン状態に制御する制御信号を伝達する制御配線と、を含む、半導体装置を提供する。
この半導体装置によれば、通常動作時には、第１トランジスタおよび第２トランジスタを利用して電流を流すことができる。これにより、オン抵抗の低減を図ることができる。一方、アクティブクランプ動作時には、第１トランジスタを停止させた状態で第２トランジスタを利用して電流を流すことができる。これにより、逆起電力に起因する急激な温度上昇を抑制しながら、第２トランジスタによって逆起電力を消費（吸収）できる。その結果、アクティブクランプ耐量の向上を図ることができる。よって、優れたオン抵抗および優れたアクティブクランプ耐量を両立できる。
本発明の一実施形態は、半導体層と、前記半導体層に形成された絶縁ゲート型の第１トランジスタと、前記半導体層に形成された絶縁ゲート型の第２トランジスタと、前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタに電気的に接続されるように前記半導体層に形成され、通常動作時に前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタをオン状態に制御し、アクティブクランプ動作時に前記第１トランジスタをオフ状態に制御すると共に前記第２トランジスタをオン状態に制御する制御回路と、を含む、半導体装置を提供する。
この半導体装置によれば、通常動作時には、第１トランジスタおよび第２トランジスタを利用して電流を流すことができる。これにより、オン抵抗の低減を図ることができる。一方、アクティブクランプ動作時には、第１トランジスタを停止させた状態で第２トランジスタを利用して電流を流すことができる。これにより、逆起電力に起因する急激な温度上昇を抑制しながら、第２トランジスタによって逆起電力を消費（吸収）できる。その結果、アクティブクランプ耐量の向上を図ることができる。よって、優れたオン抵抗および優れたアクティブクランプ耐量を両立できる。
本発明の一実施形態は、半導体層と、第１チャネルを含み、前記半導体層に形成された絶縁ゲート型の第１トランジスタと、第２チャネルを含み、前記半導体層に形成された絶縁ゲート型の第２トランジスタと、前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタに電気的に接続されるように前記半導体層の上に形成され、アクティブクランプ動作時における前記第１チャネルおよび前記第２チャネルの利用率が、零を超えて通常動作時における前記第１チャネルおよび前記第２チャネルの利用率未満となるように前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタを制御する制御信号を伝達する制御配線と、を含む、半導体装置を提供する。
この半導体装置によれば、通常動作時では、第１チャネルおよび第２チャネルの利用率が相対的に増加する。これにより、電流経路が相対的に増加するから、オン抵抗の低減を図ることができる。一方、アクティブクランプ動作時では、第１チャネルおよび第２チャネルの利用率が相対的に減少する。これにより、逆起電力に起因する急激な温度上昇を抑制できるから、アクティブクランプ耐量の向上を図ることができる。よって、優れたオン抵抗および優れたアクティブクランプ耐量の両立を図ることができる。
本発明の一実施形態は、半導体層と、第１チャネルを含み、前記半導体層に形成された絶縁ゲート型の第１トランジスタと、第２チャネルを含み、前記半導体層に形成された絶縁ゲート型の第２トランジスタと、前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタに電気的に接続されるように前記半導体層に形成され、アクティブクランプ動作時における前記第１チャネルおよび前記第２チャネルの利用率が、零を超えて通常動作時における前記第１チャネルおよび前記第２チャネルの利用率未満となるように前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタを制御する制御回路と、を含む、半導体装置を提供する。
この半導体装置によれば、通常動作時では、第１チャネルおよび第２チャネルの利用率が相対的に増加する。これにより、電流経路が相対的に増加するから、オン抵抗の低減を図ることができる。一方、アクティブクランプ動作時では、第１チャネルおよび第２チャネルの利用率が相対的に減少する。これにより、逆起電力に起因する急激な温度上昇を抑制できるから、アクティブクランプ耐量の向上を図ることができる。よって、優れたオン抵抗および優れたアクティブクランプ耐量の両立を図ることができる。
本発明の一実施形態は、並列接続された第１トランジスタ及び第２トランジスタと；前記第１トランジスタのゲートに接続されたアクティブクランプ回路と；第１動作状態では前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタをオンし、第２動作状態では前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタをオフするように、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタそれぞれのゲート制御を行うゲート制御回路と；を有し、前記ゲート制御回路は、前記第１動作状態から前記第２動作状態への遷移後、前記アクティブクランプ回路が動作する前に、前記第２トランジスタのゲート・ソース間をショートする、半導体装置を提供する。
この半導体装置によれば、簡易な回路構成でアクティブクランプ耐量の向上を図ることができる。よって、優れたオン抵抗および優れたアクティブクランプ耐量を両立できる。
本発明の一実施形態は、並列接続された絶縁ゲート型の第１トランジスタ及び絶縁ゲート型の第２トランジスタと、充放電部と、ゲート電圧補正回路と、を備え、前記充放電部は、前記第１トランジスタのゲート及び前記第２トランジスタのゲートの両方を充電する第１制御、前記第１トランジスタのゲート及び前記第２トランジスタのゲートの両方を放電する第２制御、及び前記第１トランジスタのゲート及び前記第２トランジスタのゲートの片方のみを放電する第３制御が行えるように構成され、前記ゲート電圧補正回路は、前記第１制御時、前記第２制御時、及び前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタを強制的にオフにする保護動作時の少なくとも一つにおいて、前記第１トランジスタのゲート電圧と前記第２トランジスタのゲート電圧との差をなくすように、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタそれぞれのゲート電圧を補正する、半導体装置を提供する。
この半導体装置によれば、優れたオン抵抗および優れたアクティブクランプ耐量を両立できる。また、この半導体装置によれば、前記第１制御時、前記第２制御時、前記保護動作時の少なくとも一つにおいて、前記第１トランジスタのゲート電圧と前記第２トランジスタのゲート電圧との差をなくすようにゲート電圧が補正されるので、特性ばらつきを抑制できる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置を１つの方向から見た斜視図である。 図２は、図１に示す半導体装置の電気的構造を示すブロック回路図である。 図３は、図１に示す半導体装置の通常動作およびアクティブクランプ動作を説明するための回路図である。 図４は、図３に示す回路図に適用される主要な電気信号の波形図である。 図５は、図１に示す領域Vの断面斜視図である。 図６は、図５から電極を取り除いた断面斜視図である。 図７は、図６から半導体層の上の構造を取り除いた断面斜視図であって、第１形態例に係るチャネル構造を含む形態を示す断面斜視図である。 図８は、図７の平面図である。 図９は、図５に示す第１トレンチゲート構造および第２トレンチゲート構造を含む領域の拡大断面図である。 図１０は、図５に示す第１トレンチゲート構造の拡大断面図である。 図１１は、図５に示す第２トレンチゲート構造の拡大断面図である。 図１２Ａは、図７に対応する領域の断面斜視図であって、第２形態例に係るチャネル構造を含む形態を示す断面斜視図である。 図１２Ｂは、図７に対応する領域の断面斜視図であって、第３形態例に係るチャネル構造を含む形態を示す断面斜視図である。 図１３は、アクティブクランプ耐量および面積抵抗率の関係を実測によって調べたグラフである。 図１４Ａは、図１に示す半導体装置の第１制御例に係る通常動作を説明するための断面斜視図である。 図１４Ｂは、図１に示す半導体装置の第１制御例に係るアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。 図１５Ａは、図１に示す半導体装置の第２制御例に係る通常動作を説明するための断面斜視図である。 図１５Ｂは、図１に示す半導体装置の第２制御例に係るアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。 図１６は、図７に対応する領域の断面斜視図であって、本発明の第２実施形態に係る半導体装置を示す斜視図である。 図１７Ａは、図１６に示す半導体装置の第１制御例に係る通常動作を説明するための断面斜視図である。 図１７Ｂは、図１６に示す半導体装置の第１制御例に係るアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。 図１８Ａは、図１６に示す半導体装置の第２制御例に係る通常動作を説明するための断面斜視図である。 図１８Ｂは、図１６に示す半導体装置の第２制御例に係るアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。 図１９Ａは、図１６に示す半導体装置の第３制御例に係る通常動作を説明するための断面斜視図である。 図１９Ｂは、図１６に示す半導体装置の第３制御例に係るアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。 図２０は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置を１つの方向から見た斜視図である。 図２１は、図２０に示す領域XXIの断面斜視図である。 図２２は、図２１から電極を取り除いた断面斜視図である。 図２３は、図２２から半導体層の上の構造を除去した断面斜視図である。 図２４Ａは、図２３に示す半導体装置の通常動作を説明するための断面斜視図である。 図２４Ｂは、図２３に示す半導体装置のアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。 図２５は、図２１に対応する領域の断面斜視図であって、本発明の第４実施形態に係る半導体装置を示す断面斜視図である。 図２６は、図２５から半導体層の上の構造を除去した断面斜視図である。 図２７Ａは、図２５に示す半導体装置の通常動作を説明するための断面斜視図である。 図２７Ｂは、図２５に示す半導体装置のアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。 図２８は、図２５に対応する領域の断面斜視図であって、本発明の第５実施形態に係る半導体装置を示す断面斜視図である。 図２９Ａは、図２８に示す半導体装置の第１制御例に係る通常動作を説明するための断面斜視図である。 図２９Ｂは、図２８に示す半導体装置の第１制御例に係るアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。 図３０Ａは、図２８に示す半導体装置の第２制御例に係る通常動作を説明するための断面斜視図である。 図３０Ｂは、図２８に示す半導体装置の第２制御例に係るアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。 図３１は、図７に対応する領域の断面斜視図であって、本発明の第６実施形態に係る半導体装置を示す断面斜視図である。 図３２Ａは、図３１に示す半導体装置の通常動作を説明するための断面斜視図である。 図３２Ｂは、図３１に示す半導体装置のアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。 図３３は、図７に対応する領域の断面斜視図であって、本発明の第７実施形態に係る半導体装置を示す斜視図である。 図３４Ａは、図３３に示す半導体装置の通常動作を説明するための断面斜視図である。 図３４Ｂは、図３３に示す半導体装置のアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。 図３５は、図７に対応する領域の断面斜視図であって、本発明の第８実施形態に係る半導体装置を示す一部切り欠き断面斜視図である。 図３６Ａは、図３５に示す半導体装置の通常動作を説明するための断面斜視図である。 図３６Ｂは、図３５に示す半導体装置のアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。 図３７は、本発明の第９実施形態に係る半導体装置を１つの方向から見た斜視図である。 図３８は、図３７に示す半導体装置の電気的構造を示すブロック回路図である。 図３９は、図３７に示す半導体装置の通常動作およびアクティブクランプ動作を説明するための回路図である。 図４０は、図３９に示す回路図に適用される主要な電気信号の波形図である。 図４１は、半導体パッケージを、封止樹脂を透過して示す斜視図である。 図４２は、図４１の平面図である。 図４３は、第１形態例に係る回路モジュールの一部を示す平面図である。 図４４は、第２形態例に係る回路モジュールの一部を示す平面図である。 図４５は、アクティブクランプ動作時にパワーＭＩＳＦＥＴの第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御を行うための電気的構造を示すブロック回路図である。 図４６は、図４５のパワーＭＩＳＦＥＴを第１ＭＩＳＦＥＴ及び第２ＭＩＳＦＥＴとして表した等価回路図である。 図４７は、ゲート制御回路及びアクティブクランプ回路の一構成例を示す回路図である。 図４８は、アクティブクランプ動作時にパワーＭＩＳＦＥＴの第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御が行われる様子を示すタイミングチャートである。 図４９は、ゲート電圧補正回路を備える半導体装置の一構成例を示す回路図である。 図５０は、ゲート電圧補正回路を備える半導体装置の他の構成例を示す回路図である。 図５１は、ゲート電圧補正回路を備える半導体装置の更に他の構成例を示す回路図である。 図５２は、ゲート電圧補正回路を備える半導体装置の更に他の構成例を示す回路図である。 図５３は、電流モニタの一例を示す図である。
以下では、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る半導体装置１を１つの方向から見た斜視図である。以下では、半導体装置１がハイサイド側のスイッチングデバイスである形態例について説明するが、半導体装置１はハイサイド側のスイッチングデバイスに限定されるものではない。半導体装置１は、各種構造の電気的な接続形態や機能を調整することにより、ローサイド側のスイッチングデバイスとしても提供されることができる。
図１を参照して、半導体装置１は、半導体層２を含む。半導体層２はシリコンを含む。半導体層２は、直方体形状のチップ状に形成されている。半導体層２は、一方側の第１主面３、他方側の第２主面４、並びに、第１主面３および第２主面４を接続する側面５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを有している。
第１主面３および第２主面４は、それらの法線方向Ｚから見た平面視（以下、単に「平面視」という。）において四角形状に形成されている。側面５Ａおよび側面５Ｃは、第１方向Ｘに沿って延び、第１方向Ｘに交差する第２方向Ｙに互いに対向している。側面５Ｂおよび側面５Ｄは、第２方向Ｙに沿って延び、第１方向Ｘに互いに対向している。第２方向Ｙは、より具体的には、第１方向Ｘに直交している。
半導体層２には、出力領域６および入力領域７が設定されている。出力領域６は、側面５Ｃ側の領域に設定されている。入力領域７は、側面５Ａ側の領域に設定されている。平面視において、出力領域６の面積ＳＯＵＴは、入力領域７の面積ＳＩＮ以上である（ＳＩＮ≦ＳＯＵＴ）。
面積ＳＩＮに対する面積ＳＯＵＴの比ＳＯＵＴ／ＳＩＮは、１以上１０以下であってもよい（１＜ＳＯＵＴ／ＳＩＮ≦１０）。比ＳＯＵＴ／ＳＩＮは、１以上２以下、２以上４以下、４以上６以下、６以上８以下、または、８以上１０以下であってもよい。入力領域７の平面形状および出力領域６の平面形状は、任意であり、特定の形状に限定されない。むろん、比ＳＯＵＴ／ＳＩＮは、０を超えて１未満であってもよい。
出力領域６は、絶縁ゲート型トランジスタの一例としてのパワーＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）９を含む。パワーＭＩＳＦＥＴ９は、ゲート、ドレインおよびソースを含む。
入力領域７は、制御回路の一例としてのコントロールＩＣ（Integrated Circuit）１０を含む。コントロールＩＣ１０は、種々の機能を実現する複数種の機能回路を含む。複数種の機能回路は、外部からの電気信号に基づいてパワーＭＩＳＦＥＴ９を駆動制御するゲート制御信号を生成する回路を含む。コントロールＩＣ１０は、パワーＭＩＳＦＥＴ９と共に所謂ＩＰＤ（Intelligent Power Device）を形成している。なお、ＩＰＤは、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）とも称される。
入力領域７は、領域分離構造８によって出力領域６から電気的に絶縁されている。図１では、領域分離構造８がハッチングによって示されている。具体的な説明は省略するが、領域分離構造８は、トレンチに絶縁体が埋め込まれたトレンチ絶縁構造を有してもよい。
半導体層２の上には、複数（ここでは６つ）の電極１１，１２，１３，１４，１５，１６が形成されている。図１では、ハッチングによって複数の電極１１～１６が示されている。複数の電極１１～１６は、導線（たとえばボンディングワイヤ）等によって外部接続される端子電極として形成されている。複数の電極１１～１６の個数、配置および平面形状は任意であり、図１に示される形態に限定されない。
複数の電極１１～１６の個数、配置および平面形状は、パワーＭＩＳＦＥＴ９の仕様やコントロールＩＣ１０の仕様に応じて調整される。複数の電極１１～１６は、この形態では、ドレイン電極１１（電源電極）、ソース電極１２（出力電極）、入力電極１３、基準電圧電極１４、ＥＮＡＢＬＥ電極１５およびＳＥＮＳＥ電極１６を含む。
ドレイン電極１１は、半導体層２の第２主面４の上に形成されている。ドレイン電極１１は、半導体層２の第２主面４に電気的に接続されている。ドレイン電極１１は、パワーＭＩＳＦＥＴ９のドレインやコントロールＩＣ１０の各種回路に電源電圧ＶＢを伝える。
ドレイン電極１１は、Ｔｉ層、Ｎｉ層、Ａｕ層、Ａｇ層およびＡｌ層のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。ドレイン電極１１は、Ｔｉ層、Ｎｉ層、Ａｕ層、Ａｇ層またはＡｌ層を含む単層構造を有していてもよい。ドレイン電極１１は、Ｔｉ層、Ｎｉ層、Ａｕ層、Ａｇ層およびＡｌ層のうちの少なくとも２つを任意の態様で積層させた積層構造を有していてもよい。
ソース電極１２は、第１主面３において出力領域６の上に形成されている。ソース電極１２は、パワーＭＩＳＦＥＴ９のソースに電気的に接続されている。ソース電極１２は、パワーＭＩＳＦＥＴ９によって生成された電気信号を外部に伝達する。
入力電極１３、基準電圧電極１４、ＥＮＡＢＬＥ電極１５及びＳＥＮＳＥ電極１６は、第１主面３において入力領域７の上にそれぞれ形成されている。入力電極１３は、コントロールＩＣ１０を駆動するための入力電圧を伝達する。
基準電圧電極１４は、コントロールＩＣ１０に基準電圧（たとえばグランド電圧）を伝達する。ＥＮＡＢＬＥ電極１５は、コントロールＩＣ１０の一部または全部の機能を有効または無効にするための電気信号を伝達する。ＳＥＮＳＥ電極１６は、コントロールＩＣ１０の異常を検出するための電気信号を伝達する。
半導体層２の上には、制御配線の一例としてのゲート制御配線１７がさらに形成されている。ゲート制御配線１７は、出力領域６及び入力領域７に選択的に引き回されている。ゲート制御配線１７は、出力領域６においてパワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートに電気的に接続され、入力領域７においてコントロールＩＣ１０に電気的に接続されている。
ゲート制御配線１７は、コントロールＩＣ１０によって生成されたゲート制御信号をパワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートに伝達する。ゲート制御信号は、オン信号Ｖｏｎおよびオフ信号Ｖｏｆｆを含み、パワーＭＩＳＦＥＴ９のオン状態およびオフ状態を制御する。
オン信号Ｖｏｎは、パワーＭＩＳＦＥＴ９のゲート閾値電圧Ｖｔｈよりも高い（Ｖｔｈ＜Ｖｏｎ）。オフ信号Ｖｏｆｆは、パワーＭＩＳＦＥＴ９のゲート閾値電圧Ｖｔｈよりも低い（Ｖｏｆｆ＜Ｖｔｈ）。オフ信号Ｖｏｆｆは、基準電圧（たとえばグランド電圧）であってもよい。
ゲート制御配線１７は、この形態では、第１ゲート制御配線１７Ａ、第２ゲート制御配線１７Ｂおよび第３ゲート制御配線１７Ｃを含む。第１ゲート制御配線１７Ａ、第２ゲート制御配線１７Ｂおよび第３ゲート制御配線１７Ｃは、互いに電気的に絶縁されている。
この形態では、２つの第１ゲート制御配線１７Ａが異なる領域に引き回されている。また、２つの第２ゲート制御配線１７Ｂが異なる領域に引き回されている。また、２つの第３ゲート制御配線１７Ｃが異なる領域に引き回されている。
第１ゲート制御配線１７Ａ、第２ゲート制御配線１７Ｂおよび第３ゲート制御配線１７Ｃは、同一のまたは異なるゲート制御信号をパワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートに伝達する。ゲート制御配線１７の個数、配置、形状等は任意であり、ゲート制御信号の伝達距離や、伝達すべきゲート制御信号の数に応じて調整される。
ソース電極１２、入力電極１３、基準電圧電極１４、ＥＮＡＢＬＥ電極１５、ＳＥＮＳＥ電極１６およびゲート制御配線１７は、ニッケル、パラジウム、アルミニウム、銅、アルミニウム合金および銅合金のうちの少なくとも１種をそれぞれ含んでいてもよい。
ソース電極１２、入力電極１３、基準電圧電極１４、ＥＮＡＢＬＥ電極１５、ＳＥＮＳＥ電極１６およびゲート制御配線１７は、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ（アルミニウム－シリコン－銅）合金、Ａｌ－Ｓｉ（アルミニウム－シリコン）合金、および、Ａｌ－Ｃｕ（アルミニウム－銅）合金のうちの少なくとも１種をそれぞれ含んでいてもよい。
ソース電極１２、入力電極１３、基準電圧電極１４、ＥＮＡＢＬＥ電極１５、ＳＥＮＳＥ電極１６およびゲート制御配線１７は、同一種の電極材料を含んでいてもよいし、互いに異なる電極材料を含んでいてもよい。
図２は、図１に示す半導体装置１の電気的構造を示すブロック回路図である。以下では半導体装置１が車に搭載される場合を例にとって説明する。
半導体装置１は、ドレイン電極１１、ソース電極１２、入力電極１３、基準電圧電極１４、ＥＮＡＢＬＥ電極１５、ＳＥＮＳＥ電極１６、ゲート制御配線１７、パワーＭＩＳＦＥＴ９およびコントロールＩＣ１０を含む。
ドレイン電極１１は、電源に接続される。ドレイン電極１１は、パワーＭＩＳＦＥＴ９およびコントロールＩＣ１０に電源電圧ＶＢを提供する。電源電圧ＶＢは、１０Ｖ以上２０Ｖ以下であってもよい。ソース電極１２は、負荷に接続される。
入力電極１３は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＬＤＯ（Low Drop Out）等に接続されてもよい。入力電極１３は、コントロールＩＣ１０に入力電圧を提供する。入力電圧は、１Ｖ以上１０Ｖ以下であってもよい。基準電圧電極１４は基準電圧配線に接続される。基準電圧電極１４は、パワーＭＩＳＦＥＴ９およびコントロールＩＣ１０に基準電圧を提供する。
ＥＮＡＢＬＥ電極１５は、ＭＣＵに接続されてもよい。ＥＮＡＢＬＥ電極１５には、コントロールＩＣ１０の一部または全部の機能を有効または無効にするための電気信号が入力される。ＳＥＮＳＥ電極１６は、抵抗器に接続されてもよい。
パワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートは、ゲート制御配線１７を介してコントロールＩＣ１０（後述のゲート制御回路２５）に接続されている。パワーＭＩＳＦＥＴ９のドレインは、ドレイン電極１１に接続されている。パワーＭＩＳＦＥＴ９のソースは、コントロールＩＣ１０（後述する電流検出回路２７）およびソース電極１２に接続されている。
コントロールＩＣ１０は、センサＭＩＳＦＥＴ２１、入力回路２２、電流・電圧制御回路２３、保護回路２４、ゲート制御回路２５、アクティブクランプ回路２６、電流検出回路２７、電源逆接続保護回路２８および異常検出回路２９を含む。
センサＭＩＳＦＥＴ２１のゲートは、ゲート制御回路２５に接続されている。センサＭＩＳＦＥＴ２１のドレインは、ドレイン電極１１に接続されている。センサＭＩＳＦＥＴ２１のソースは、電流検出回路２７に接続されている。
入力回路２２は、入力電極１３および電流・電圧制御回路２３に接続されている。入力回路２２は、シュミットトリガ回路を含んでいてもよい。入力回路２２は、入力電極１３に印加された電気信号の波形を整形する。入力回路２２により生成された信号は、電流・電圧制御回路２３に入力される。
電流・電圧制御回路２３は、保護回路２４、ゲート制御回路２５、電源逆接続保護回路２８および異常検出回路２９に接続されている。電流・電圧制御回路２３は、ロジック回路を含んでいてもよい。
電流・電圧制御回路２３は、入力回路２２からの電気信号および保護回路２４からの電気信号に応じて種々の電圧を生成する。電流・電圧制御回路２３は、この形態では、駆動電圧生成回路３０、第１定電圧生成回路３１、第２定電圧生成回路３２および基準電圧・基準電流生成回路３３を含む。
駆動電圧生成回路３０は、ゲート制御回路２５を駆動するための駆動電圧を生成する。駆動電圧は、電源電圧ＶＢから所定値を差し引いた値に設定されてもよい。駆動電圧生成回路３０は、電源電圧ＶＢから５Ｖを差し引いた５Ｖ以上１５Ｖ以下の駆動電圧を生成してもよい。駆動電圧は、ゲート制御回路２５に入力される。
第１定電圧生成回路３１は、保護回路２４を駆動するための第１定電圧を生成する。第１定電圧生成回路３１は、ツェナーダイオードやレギュレータ回路（ここではツェナーダイオード）を含んでいてもよい。第１定電圧は、１Ｖ以上５Ｖ以下であってもよい。第１定電圧は、保護回路２４（より具体的には、後述する負荷オープン検出回路３５等）に入力される。
第２定電圧生成回路３２は、保護回路２４を駆動するための第２定電圧を生成する。第２定電圧生成回路３２は、ツェナーダイオードやレギュレータ回路（ここではレギュレータ回路）を含んでいてもよい。第２定電圧は、１Ｖ以上５Ｖ以下であってもよい。第２定電圧は、保護回路２４（より具体的には、後述する過熱保護回路３６や低電圧誤動作抑制回路３７）に入力される。
基準電圧・基準電流生成回路３３は、各種回路の基準電圧および基準電流を生成する。基準電圧は、１Ｖ以上５Ｖ以下であってもよい。基準電流は、１ｍＡ以上１Ａ以下であってもよい。基準電圧および基準電流は、各種回路に入力される。各種回路がコンパレータを含む場合、基準電圧および基準電流は、当該コンパレータに入力されてもよい。
保護回路２４は、電流・電圧制御回路２３、ゲート制御回路２５、異常検出回路２９、パワーＭＩＳＦＥＴ９のソース及びセンサＭＩＳＦＥＴ２１のソースに接続されている。保護回路２４は、過電流保護回路３４、負荷オープン検出回路３５、過熱保護回路３６および低電圧誤動作抑制回路３７を含む。
過電流保護回路３４は、過電流からパワーＭＩＳＦＥＴ９を保護する。過電流保護回路３４は、ゲート制御回路２５およびセンサＭＩＳＦＥＴ２１のソースに接続されている。過電流保護回路３４は、電流モニタ回路を含んでいてもよい。過電流保護回路３４によって生成された信号は、ゲート制御回路２５（より具体的には、後述する駆動信号出力回路４０）に入力される。
負荷オープン検出回路３５は、パワーＭＩＳＦＥＴ９のショート状態やオープン状態を検出する。負荷オープン検出回路３５は、電流・電圧制御回路２３及びパワーＭＩＳＦＥＴ９のソースに接続されている。負荷オープン検出回路３５によって生成された信号は、電流・電圧制御回路２３に入力される。
過熱保護回路３６は、パワーＭＩＳＦＥＴ９の温度を監視し、過度な温度上昇からパワーＭＩＳＦＥＴ９を保護する。過熱保護回路３６は、電流・電圧制御回路２３に接続されている。過熱保護回路３６は、感温ダイオードやサーミスタ等の感温デバイスを含んでいてもよい。過熱保護回路３６によって生成された信号は、電流・電圧制御回路２３に入力される。
低電圧誤動作抑制回路３７は、電源電圧ＶＢが所定値未満である場合にパワーＭＩＳＦＥＴ９が誤動作するのを抑制する。低電圧誤動作抑制回路３７は、電流・電圧制御回路２３に接続されている。低電圧誤動作抑制回路３７によって生成された信号は、電流・電圧制御回路２３に入力される。
ゲート制御回路２５は、パワーＭＩＳＦＥＴ９のオン状態およびオフ状態、ならびに、センサＭＩＳＦＥＴ２１のオン状態およびオフ状態を制御する。ゲート制御回路２５は、電流・電圧制御回路２３、保護回路２４、パワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートおよびセンサＭＩＳＦＥＴ２１のゲートに接続されている。
ゲート制御回路２５は、電流・電圧制御回路２３からの電気信号および保護回路２４からの電気信号に応じて、ゲート制御配線１７の個数に応じた複数種のゲート制御信号を生成する。複数種のゲート制御信号は、ゲート制御配線１７を介してパワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートおよびセンサＭＩＳＦＥＴ２１のゲートにそれぞれ入力される。
ゲート制御回路２５は、より具体的には、発振回路３８、チャージポンプ回路３９および駆動信号出力回路４０を含む。発振回路３８は、電流・電圧制御回路２３からの電気信号に応じて発振し、所定の電気信号を生成する。発振回路３８によって生成された電気信号は、チャージポンプ回路３９に入力される。チャージポンプ回路３９は、発振回路３８からの電気信号を昇圧させる。チャージポンプ回路３９によって昇圧された電気信号は、駆動信号出力回路４０に入力される。
駆動信号出力回路４０は、チャージポンプ回路３９からの電気信号および保護回路２４（より具体的には、過電流保護回路３４）からの電気信号に応じて複数種のゲート制御信号を生成する。複数種のゲート制御信号は、ゲート制御配線１７を介してパワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートおよびセンサＭＩＳＦＥＴ２１のゲートに入力される。センサＭＩＳＦＥＴ２１およびパワーＭＩＳＦＥＴ９は、ゲート制御回路２５によって同時に制御される。
アクティブクランプ回路２６は、逆起電力からパワーＭＩＳＦＥＴ９を保護する。アクティブクランプ回路２６は、ドレイン電極１１、パワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートおよびセンサＭＩＳＦＥＴ２１のゲートに接続されている。アクティブクランプ回路２６は、複数のダイオードを含んでいてもよい。
アクティブクランプ回路２６は、互いに順バイアス接続された複数のダイオードを含んでいてもよい。アクティブクランプ回路２６は、互いに逆バイアス接続された複数のダイオードを含んでいてもよい。アクティブクランプ回路２６は、互いに順バイアス接続された複数のダイオード、および、互いに逆バイアス接続された複数のダイオードを含んでいてもよい。
複数のダイオードは、ｐｎ接合ダイオード、または、ツェナーダイオード、もしくは、ｐｎ接合ダイオードおよびツェナーダイオードを含んでいてもよい。アクティブクランプ回路２６は、互いにバイアス接続された複数のツェナーダイオードを含んでいてもよい。アクティブクランプ回路２６は、互いに逆バイアス接続されたツェナーダイオードおよびｐｎ接合ダイオードを含んでいてもよい。
電流検出回路２７は、パワーＭＩＳＦＥＴ９およびセンサＭＩＳＦＥＴ２１を流れる電流を検出する。電流検出回路２７は、保護回路２４、異常検出回路２９、パワーＭＩＳＦＥＴ９のソースおよびセンサＭＩＳＦＥＴ２１のソースに接続されている。電流検出回路２７は、パワーＭＩＳＦＥＴ９によって生成された電気信号およびセンサＭＩＳＦＥＴ２１によって生成された電気信号に応じて、電流検出信号を生成する。電流検出信号は、異常検出回路２９に入力される。
電源逆接続保護回路２８は、電源が逆接続された際に、逆電圧から電流・電圧制御回路２３やパワーＭＩＳＦＥＴ９等を保護する。電源逆接続保護回路２８は、基準電圧電極１４および電流・電圧制御回路２３に接続されている。
異常検出回路２９は、保護回路２４の電圧を監視する。異常検出回路２９は、電流・電圧制御回路２３、保護回路２４および電流検出回路２７に接続されている。過電流保護回路３４、負荷オープン検出回路３５、過熱保護回路３６および低電圧誤動作抑制回路３７のいずれかに異常（電圧の変動等）が生じた場合、異常検出回路２９は、保護回路２４の電圧に応じた異常検出信号を生成し、外部に出力する。
異常検出回路２９は、より具体的には、第１マルチプレクサ回路４１および第２マルチプレクサ回路４２を含む。第１マルチプレクサ回路４１は、２つの入力部、１つの出力部および１つの選択制御入力部を含む。第１マルチプレクサ回路４１の入力部には、保護回路２４および電流検出回路２７がそれぞれ接続されている。第１マルチプレクサ回路４１の出力部には、第２マルチプレクサ回路４２が接続されている。第１マルチプレクサ回路４１の選択制御入力部には、電流・電圧制御回路２３が接続されている。
第１マルチプレクサ回路４１は、電流・電圧制御回路２３からの電気信号、保護回路２４からの電圧検出信号および電流検出回路２７からの電流検出信号に応じて、異常検出信号を生成する。第１マルチプレクサ回路４１によって生成された異常検出信号は、第２マルチプレクサ回路４２に入力される。
第２マルチプレクサ回路４２は、２つの入力部および１つの出力部を含む。第２マルチプレクサ回路４２の入力部には、第２マルチプレクサ回路４２の出力部およびＥＮＡＢＬＥ電極１５がそれぞれ接続されている。第２マルチプレクサ回路４２の出力部には、ＳＥＮＳＥ電極１６が接続されている。
ＥＮＡＢＬＥ電極１５にＭＣＵが接続され、ＳＥＮＳＥ電極１６に抵抗器が接続されている場合、ＭＣＵからＥＮＡＢＬＥ電極１５にオン信号が入力され、ＳＥＮＳＥ電極１６から異常検出信号が取り出される。異常検出信号は、ＳＥＮＳＥ電極１６に接続された抵抗器によって電気信号に変換される。半導体装置１の状態異常は、この電気信号に基づいて検出される。
図３は、図１に示す半導体装置１のアクティブクランプ動作を説明するための回路図である。図４は、図３に示す回路図の主要な電気信号の波形図である。
ここでは、パワーＭＩＳＦＥＴ９に誘導性負荷Ｌが接続された回路例を用いて、半導体装置１の通常動作及びアクティブクランプ動作を説明する。ソレノイド、モータ、トランス、リレー等の巻線（コイル）を利用したデバイスが、誘導性負荷Ｌとして例示される。誘導性負荷Ｌは、Ｌ負荷とも称される。
図３を参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９のソースは、誘導性負荷Ｌに接続されている。パワーＭＩＳＦＥＴ９のドレインは、ドレイン電極１１に電気的に接続されている。パワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートおよびドレインは、アクティブクランプ回路２６に接続されている。アクティブクランプ回路２６は、この回路例では、ｍ個（ｍは自然数）のツェナーダイオードＤＺおよびｎ個（ｎは自然数）のｐｎ接合ダイオードＤを含む。ｐｎ接合ダイオードＤは、ツェナーダイオードＤＺに対して逆バイアス接続されている。
図３および図４を参照して、オフ状態のパワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートにオン信号Ｖｏｎが入力されると、パワーＭＩＳＦＥＴ９がオフ状態からオン状態に切り替わる（通常動作）。オン信号Ｖｏｎは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上（Ｖｔｈ≦Ｖｏｎ）の電圧を有している。パワーＭＩＳＦＥＴ９は、所定のオン時間ＴＯＮだけ、オン状態に維持される。
パワーＭＩＳＦＥＴ９がオン状態に切り替わると、ドレイン電流ＩＤが、パワーＭＩＳＦＥＴ９のドレインからソースに向けて流れ始める。ドレイン電流ＩＤは、零から所定の値まで増加し、飽和する。誘導性負荷Ｌは、ドレイン電流ＩＤの増加に起因して誘導性エネルギを蓄積させる。
パワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートにオフ信号Ｖｏｆｆが入力されると、パワーＭＩＳＦＥＴ９がオン状態からオフ状態に切り替わる。オフ信号Ｖｏｆｆは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（Ｖｏｆｆ＜Ｖｔｈ）を有している。オフ信号Ｖｏｆｆは、基準電圧（たとえばグランド電圧）であってもよい。
パワーＭＩＳＦＥＴ９がオン状態からオフ状態に切り替わる遷移時では、誘導性負荷Ｌの誘導性エネルギが、逆起電力としてパワーＭＩＳＦＥＴ９に印加される。これにより、パワーＭＩＳＦＥＴ９がアクティブクランプ状態になる（アクティブクランプ動作）。パワーＭＩＳＦＥＴ９がアクティブクランプ状態になると、ソース電圧ＶＳＳが、基準電圧（グランド電圧）未満の負電圧まで急激に下降する。
このとき、ソース電圧ＶＳＳは、アクティブクランプ回路２６の動作に起因して、電源電圧ＶＢから制限電圧ＶＬ及びクランプオン電圧ＶＣＬＰを減算した電圧以上の電圧（ＶＳＳ≧ＶＢ－ＶＬ－ＶＣＬＰ）に制限される。
換言すると、パワーＭＩＳＦＥＴ９がアクティブクランプ状態になると、パワーＭＩＳＦＥＴ９のドレイン・ソース間のドレイン電圧ＶＤＳは、クランプ電圧ＶＤＳＳＣＬまで急激に上昇する。クランプ電圧ＶＤＳＳＣＬは、パワーＭＩＳＦＥＴ９およびアクティブクランプ回路２６によって、クランプオン電圧ＶＣＬＰおよび制限電圧ＶＬを加算した電圧以下の電圧（ＶＤＳ≦ＶＣＬＰ＋ＶＬ）に制限される。
制限電圧ＶＬは、この形態では、アクティブクランプ回路２６におけるツェナーダイオードＤＺの端子間電圧ＶＺ及びｐｎ接合ダイオードの端子間電圧ＶＦの総和（ＶＬ＝ｍ・ＶＺ＋ｎ・ＶＦ）である。
クランプオン電圧ＶＣＬＰは、パワーＭＩＳＦＥＴ９のゲート・ソース間に印加される正電圧（つまり、ゲート電圧ＶＧＳ）である。クランプオン電圧ＶＣＬＰは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上（Ｖｔｈ≦ＶＣＬＰ）である。したがって、パワーＭＩＳＦＥＴ９は、アクティブクランプ状態においてオン状態を維持する。
クランプ電圧ＶＤＳＳＣＬが最大定格ドレイン電圧ＶＤＳＳを超えた場合（ＶＤＳＳ＜ＶＤＳＳＣＬ）、パワーＭＩＳＦＥＴ９は破壊に至る。パワーＭＩＳＦＥＴ９は、クランプ電圧ＶＤＳＳＣＬが最大定格ドレイン電圧ＶＤＳＳ以下（ＶＤＳＳＣＬ≦ＶＤＳＳ）になるように設計される。
クランプ電圧ＶＤＳＳＣＬが最大定格ドレイン電圧ＶＤＳＳ以下の場合（ＶＤＳＳＣＬ≦ＶＤＳＳ）、ドレイン電流ＩＤがパワーＭＩＳＦＥＴ９のドレインからソースに向けて流れ続け、誘導性負荷Ｌの誘導性エネルギがパワーＭＩＳＦＥＴ９において消費（吸収）される。
ドレイン電流ＩＤは、アクティブクランプ時間ＴＡＶを経て、パワーＭＩＳＦＥＴ９のオフ直前のピーク値ＩＡＶからゼロに減少する。これにより、ゲート電圧ＶＧＳが基準電圧（たとえばグランド電圧）になり、パワーＭＩＳＦＥＴ９がオン状態からオフ状態に切り替わる。
パワーＭＩＳＦＥＴ９のアクティブクランプ耐量Ｅａｃは、アクティブクランプ動作時におけるパワーＭＩＳＦＥＴ９の耐量によって定義される。アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、より具体的には、パワーＭＩＳＦＥＴ９のオン状態からオフ状態への遷移時において、誘導性負荷Ｌの誘導性エネルギに起因して生じる逆起電力に対するパワーＭＩＳＦＥＴ９の耐量によって定義される。
アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、さらに具体的には、クランプ電圧ＶＤＳＳＣＬに起因して生じるエネルギに対するパワーＭＩＳＦＥＴ９の耐量によって定義される。たとえば、アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、制限電圧ＶＬ、クランプオン電圧ＶＣＬＰ、ドレイン電流ＩＤ及びアクティブクランプ時間ＴＡＶを用いて、Ｅａｃ＝（ＶＬ＋ＶＣＬＰ）×ＩＤ×ＴＡＶの式で表される。
図５は、図１に示す領域Ｖの断面斜視図である。図６は、図５からソース電極１２およびゲート制御配線１７を取り除いた断面斜視図である。図７は、図６から層間絶縁層１４２を取り除いた断面斜視図であって、第１形態例に係るチャネル構造を含む形態を示す断面斜視図である。
図８は、図７の平面図である。図９は、図５に示す第１トレンチゲート構造６０（第１ゲート構造）および第２トレンチゲート構造７０（第２ゲート構造）を含む領域の拡大断面図である。図１０は、図５に示す第１トレンチゲート構造６０の拡大断面図である。図１１は、図５に示す第２トレンチゲート構造７０の拡大断面図である。
図５～図１１を参照して、半導体層２は、この形態では、ｎ＋型の半導体基板５１およびｎ型のエピタキシャル層５２を含む積層構造を有している。半導体基板５１によって半導体層２の第２主面４が形成されている。エピタキシャル層５２によって半導体層２の第１主面３が形成されている。半導体基板５１およびエピタキシャル層５２によって半導体層２の側面５Ａ～５Ｄが形成されている。
エピタキシャル層５２は、半導体基板５１のｎ型不純物濃度未満のｎ型不純物濃度を有する。半導体基板５１のｎ型不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２０ｃｍ－３以下であってもよい。エピタキシャル層５２のｎ型不純物濃度は、１×１０１５ｃｍ－３以上１×１０１８ｃｍ－３以下であってもよい。
エピタキシャル層５２は、半導体基板５１の厚さＴｓｕｂ未満の厚さＴｅｐｉ（Ｔｅｐｉ＜Ｔｓｕｂ）を有している。厚さＴｓｕｂは、５０μｍ以上４５０μｍ以下であってもよい。厚さＴｓｕｂは、５０μｍ以上１５０μｍ以下、１５０μｍ以上２５０μｍ以下、２５０μｍ以上３５０μｍ以下、又は、３５０μｍ以上４５０μｍ以下であってもよい。
厚さＴｓｕｂを低減させることにより、抵抗値を低減できる。厚さＴｓｕｂは、研削によって調整される。この場合、半導体層２の第２主面４は、研削痕を有する研削面であってもよい。
エピタキシャル層５２の厚さＴｅｐｉは、厚さＴｓｕｂの１／１０以下であることが好ましい。厚さＴｅｐｉは、５μｍ以上２０μｍ以下であってもよい。厚さＴｅｐｉは、５μｍ以上１０μｍ以下、１０μｍ以上１５μｍ以下、または、１５μｍ以上２０μｍ以下であってもよい。厚さＴｅｐｉは、５μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。
半導体基板５１は、ドレイン領域５３として半導体層２の第２主面４側に形成されている。エピタキシャル層５２は、ドリフト領域５４（ドレインドリフト領域）として半導体層２の第１主面３の表層部に形成されている。ドリフト領域５４の底部は、半導体基板５１およびエピタキシャル層５２の境界によって形成されている。以下、エピタキシャル層５２をドリフト領域５４という。
出力領域６において半導体層２の第１主面３の表層部には、ｐ型のボディ領域５５が形成されている。ボディ領域５５は、パワーＭＩＳＦＥＴ９の基礎となる領域である。ボディ領域５５のｐ型不純物濃度は、１×１０１６ｃｍ－３以上１×１０１８ｃｍ－３以下であってもよい。
ボディ領域５５は、ドリフト領域５４の表層部に形成されている。ボディ領域５５の底部は、ドリフト領域５４の底部に対して第１主面３側の領域に形成されている。ボディ領域５５の厚さは、０．５μｍ以上２μｍ以下であってもよい。ボディ領域５５の厚さは、０．５μｍ以上１μｍ以下、１μｍ以上１．５μｍ以下、または、１．５μｍ以上２μｍ以下であってもよい。
パワーＭＩＳＦＥＴ９は、第１ＭＩＳＦＥＴ５６（第１トランジスタ）および第２ＭＩＳＦＥＴ５７（第２トランジスタ）を含む。第１ＭＩＳＦＥＴ５６は、第２ＭＩＳＦＥＴ５７から電気的に分離されており、独立して制御される。第２ＭＩＳＦＥＴ５７は、第１ＭＩＳＦＥＴ５６から電気的に分離されており、独立して制御される。
つまり、パワーＭＩＳＦＥＴ９は、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７の双方がオン状態において駆動するように構成されている（Ｆｕｌｌ－ＯＮ制御）。また、パワーＭＩＳＦＥＴ９は、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオン状態である一方で第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオフ状態で駆動するように構成されている（第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。更に、パワーＭＩＳＦＥＴ９は、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオフ状態である一方で第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオン状態で駆動するように構成されている（第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。
Ｆｕｌｌ－ＯＮ制御の場合、全ての電流経路が解放された状態でパワーＭＩＳＦＥＴ９が駆動される。したがって、半導体層２内のオン抵抗は相対的に低下する。一方、第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御または第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御の場合、一部の電流経路が遮断された状態でパワーＭＩＳＦＥＴ９が駆動される。したがって、半導体層２内のオン抵抗は相対的に増加する。
第１ＭＩＳＦＥＴ５６は、具体的には複数の第１ＦＥＴ（Field Effect Transistor）構造５８を含む。複数の第１ＦＥＴ構造５８は、平面視において第１方向Ｘに沿って間隔を空けて配列され、第２方向Ｙに沿って帯状にそれぞれ延びている。複数の第１ＦＥＴ構造５８は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。
図５～図８では、第１ＦＥＴ構造５８の一端部側の領域を図示し、第１ＦＥＴ構造５８の他端部側の領域の図示を省略している。なお、第１ＦＥＴ構造５８の他端部側の領域の構造は、第１ＦＥＴ構造５８の一端部側の領域の構造とほぼ同様である。以下では、第１ＦＥＴ構造５８の一端部側の領域の構造を例にとって説明し、第１ＦＥＴ構造５８の他端部側の領域の構造についての説明は省略する。
各第１ＦＥＴ構造５８は、この形態では、第１トレンチゲート構造６０を含む。第１トレンチゲート構造６０の第１幅ＷＴ１は、０．５μｍ以上５μｍ以下であってもよい。第１幅ＷＴ１は、第１トレンチゲート構造６０が延びる方向（第２方向Ｙ）に直交する方向（第１方向Ｘ）の幅である。
なお、第１幅ＷＴ１は、０．５μｍ以上１μｍ以下、１μｍ以上１．５μｍ以下、１．５μｍ以上２μｍ以下、２μｍ以上２．５μｍ以下、２．５μｍ以上３μｍ以下、３μｍ以上３．５μｍ以下、３．５μｍ以上４μｍ以下、４μｍ以上４．５μｍ以下、または、４．５μｍ以上５μｍ以下であってもよい。第１幅ＷＴ１は、０．８μｍ以上１．２μｍ以下であることが好ましい。
第１トレンチゲート構造６０は、ボディ領域５５を貫通し、ドリフト領域５４に達している。第１トレンチゲート構造６０の第１深さＤＴ１は、１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。第１深さＤＴ１は、１μｍ以上２μｍ以下、２μｍ以上４μｍ以下、４μｍ以上６μｍ以下、６μｍ以上８μｍ以下、又は、８μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。第１深さＤＴ１は、２μｍ以上６μｍ以下であることが好ましい。
第１トレンチゲート構造６０は、一方側の第１側壁６１、他方側の第２側壁６２、ならびに、第１側壁６１および第２側壁６２を接続する底壁６３を含む。以下では、第１側壁６１、第２側壁６２および底壁６３を纏めて「内壁」または「外壁」ということがある。
半導体層２内において第１側壁６１が第１主面３との間で成す角度（テーパ角）の絶対値は、９０°を超えて９５°以下（たとえば９１°程度）であってもよい。半導体層２内において第２側壁６２が第１主面３との間で成す角度（テーパ角）の絶対値は、９０°を超えて９５°以下（たとえば９１°程度）であってもよい。第１トレンチゲート構造６０は、断面視において第１主面３側から底壁６３側に向けて第１幅ＷＴ１が狭まる先細り形状（テーパ形状）に形成されていてもよい。
第１トレンチゲート構造６０の底壁６３は、ドリフト領域５４の底部に対して第１主面３側の領域に位置している。第１トレンチゲート構造６０の底壁６３は、ドリフト領域５４の底部に向かう凸湾曲状（Ｕ字状）に形成されている。
第１トレンチゲート構造６０の底壁６３は、ドリフト領域５４の底部に対して１μｍ以上１０μｍ以下の第１間隔ＩＴ１を空けて第１主面３側の領域に位置している。第１間隔ＩＴ１は、１μｍ以上２μｍ以下、２μｍ以上４μｍ以下、４μｍ以上６μｍ以下、６μｍ以上８μｍ以下、又は、８μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。第１間隔ＩＴ１は、１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
第２ＭＩＳＦＥＴ５７は、この形態では、複数の第２ＦＥＴ構造６８を含む。複数の第２ＦＥＴ構造６８は、平面視において第１方向Ｘに沿って間隔を空けて配列され、第２方向Ｙに沿って帯状にそれぞれ延びている。
複数の第２ＦＥＴ構造６８は、複数の第１ＦＥＴ構造５８と同一方向に沿って延びている。複数の第２ＦＥＴ構造６８は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。複数の第２ＦＥＴ構造６８は、この形態では、１個の第１ＦＥＴ構造５８を挟む態様で複数の第１ＦＥＴ構造５８と交互に配列されている。
図５～図８では、第２ＦＥＴ構造６８の一端部側の領域を図示し、第２ＦＥＴ構造６８の他端部側の領域の図示を省略している。なお、第２ＦＥＴ構造６８の他端部側の領域の構造は、第２ＦＥＴ構造６８の一端部側の領域の構造とほぼ同様である。以下では、第２ＦＥＴ構造６８の一端部側の領域の構造を例にとって説明し、第２ＦＥＴ構造６８の他端部側の領域の構造についての説明は省略する。
各第２ＦＥＴ構造６８は、この形態では、第２トレンチゲート構造７０を含む。第２トレンチゲート構造７０の第２幅ＷＴ２は、０．５μｍ以上５μｍ以下であってもよい。第２幅ＷＴ２は、第２トレンチゲート構造７０が延びる方向（第２方向Ｙ）に直交する方向（第１方向Ｘ）の幅である。
なお、第２幅ＷＴ２は、０．５μｍ以上１μｍ以下、１μｍ以上１．５μｍ以下、１．５μｍ以上２μｍ以下、２μｍ以上２．５μｍ以下、２．５μｍ以上３μｍ以下、３μｍ以上３．５μｍ以下、３．５μｍ以上４μｍ以下、４μｍ以上４．５μｍ以下、または、４．５μｍ以上５μｍ以下であってもよい。第２幅ＷＴ２は、０．８μｍ以上１．２μｍ以下であることが好ましい。
第２トレンチゲート構造７０の第２幅ＷＴ２は、第１トレンチゲート構造６０の第１幅ＷＴ１以上（ＷＴ１≦ＷＴ２）であってもよい。第２幅ＷＴ２は、第１幅ＷＴ１以下（ＷＴ１≧ＷＴ２）であってもよい。第２幅ＷＴ２は、第１幅ＷＴ１と等しい（ＷＴ１＝ＷＴ２）ことが好ましい。
第２トレンチゲート構造７０は、ボディ領域５５を貫通し、ドリフト領域５４に達している。第２トレンチゲート構造７０の第２深さＤＴ２は、１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。第２深さＤＴ２は、１μｍ以上２μｍ以下、２μｍ以上４μｍ以下、４μｍ以上６μｍ以下、６μｍ以上８μｍ以下、又は、８μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。第２深さＤＴ２は、２μｍ以上６μｍ以下であることが好ましい。
第２トレンチゲート構造７０の第２深さＤＴ２は、第１トレンチゲート構造６０の第１深さＤＴ１以上（ＤＴ１≦ＤＴ２）であってもよい。第２深さＤＴ２は、第１深さＤＴ１以下（ＤＴ１≧ＤＴ２）であってもよい。なお、第２深さＤＴ２は、第１深さＤＴ１と等しい（ＤＴ１＝ＤＴ２）ことが好ましい。
第２トレンチゲート構造７０は、一方側の第１側壁７１、他方側の第２側壁７２、ならびに、第１側壁７１および第２側壁７２を接続する底壁７３を含む。以下では、第１側壁７１、第２側壁７２および底壁７３を纏めて「内壁」または「外壁」ということがある。
半導体層２内において第１側壁７１が第１主面３との間で成す角度（テーパ角）の絶対値は、９０°を超えて９５°以下（たとえば９１°程度）であってもよい。半導体層２内において第２側壁７２が第１主面３との間で成す角度（テーパ角）の絶対値は、９０°を超えて９５°以下（たとえば９１°程度）であってもよい。第２トレンチゲート構造７０は、断面視において第１主面３側から底壁７３側に向けて第２幅ＷＴ２が狭まる先細り形状（テーパ形状）に形成されていてもよい。
第２トレンチゲート構造７０の底壁７３は、ドリフト領域５４の底部に対して第１主面３側の領域に位置している。第２トレンチゲート構造７０の底壁７３は、ドリフト領域５４の底部に向かう凸湾曲状（Ｕ字状）に形成されている。
第２トレンチゲート構造７０の底壁７３は、ドリフト領域５４の底部に対して１μｍ以上１０μｍ以下の第２間隔ＩＴ２を空けて第１主面３側の領域に位置している。第２間隔ＩＴ２は、１μｍ以上２μｍ以下、２μｍ以上４μｍ以下、４μｍ以上６μｍ以下、６μｍ以上８μｍ以下、又は、８μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。第２間隔ＩＴ２は、１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
複数の第１トレンチゲート構造６０および複数の第２トレンチゲート構造７０の間の領域には、セル領域７５がそれぞれ区画されている。複数のセル領域７５は、平面視において第１方向Ｘに沿って間隔を空けて配列され、第２方向Ｙに沿って帯状にそれぞれ延びている。複数のセル領域７５は、第１トレンチゲート構造６０および第２トレンチゲート構造７０と同一方向に沿って延びている。複数のセル領域７５は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。
第１トレンチゲート構造６０の外壁からは、ドリフト領域５４の内部に第１空乏層が拡がる。第１空乏層は、第１トレンチゲート構造６０の外壁から第１主面３に沿う方向および法線方向Ｚに向けて広がる。同様に、第２トレンチゲート構造７０の外壁からは、ドリフト領域５４内に第２空乏層が拡がる。第２空乏層は、第２トレンチゲート構造７０の外壁から第１主面３に沿う方向および法線方向Ｚに向けて広がる。
第２トレンチゲート構造７０は、第２空乏層が第１空乏層に重なる態様で、第１トレンチゲート構造６０から間隔を空けて配列されている。つまり、第２空乏層は、セル領域７５において第２トレンチゲート構造７０の底壁７３に対して第１主面３側の領域で第１空乏層に重なる。このような構造によれば、第１トレンチゲート構造６０および第２トレンチゲート構造７０に電界が集中するのを抑制できるから、ブレークダウン電圧の低下を抑制できる。
第２空乏層は、第２トレンチゲート構造７０の底壁７３に対してドリフト領域５４の底部側の領域で第１空乏層に重なることが好ましい。このような構造によれば、第１トレンチゲート構造６０の底壁６３および第２トレンチゲート構造７０の底壁７３に電界が集中するのを抑制できるから、ブレークダウン電圧の低下を適切に抑制できる。
第１トレンチゲート構造６０および第２トレンチゲート構造７０の側壁間のピッチＰＳは、０．２μｍ以上２μｍ以下であってもよい。ピッチＰＳは、第１トレンチゲート構造６０の第１側壁６１（第２側壁６２）および第２トレンチゲート構造７０の第２側壁７２（第１側壁７１）の間において、第１トレンチゲート構造６０および第２トレンチゲート構造７０が延びる方向（第２方向Ｙ）に直交する方向（第１方向Ｘ）の距離である。
ピッチＰＳは、０．２μｍ以上０．４μｍ以下、０．４μｍ以上０．６μｍ以下、０．６μｍ以上０．８μｍ以下、０．８μｍ以上１．０μｍ以下、１．０μｍ以上１．２μｍ以下、１．２μｍ以上１．４μｍ以下、１．４μｍ以上１．６μｍ以下、１．６μｍ以上１．８μｍ以下、又は、１．８μｍ以上２．０μｍ以下であってもよい。ピッチＰＳは、０．３μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。
第１トレンチゲート構造６０および第２トレンチゲート構造７０の中央部間のピッチＰＣは、１μｍ以上７μｍ以下であってもよい。ピッチＰＣは、第１トレンチゲート構造６０の中央部および第２トレンチゲート構造７０の中央部の間において、第１トレンチゲート構造６０および第２トレンチゲート構造７０が延びる方向（第２方向Ｙ）に直交する方向（第１方向Ｘ）の距離である。
なお、ピッチＰＣは、１μｍ以上２μｍ以下、２μｍ以上３μｍ以下、３μｍ以上４μｍ以下、４μｍ以上５μｍ以下、５μｍ以上６μｍ以下、または、６μｍ以上７μｍ以下であってもよい。ピッチＰＣは、１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。
図９および図１０を参照して、第１トレンチゲート構造６０は、より具体的には、第１ゲートトレンチ８１、第１絶縁層８２および第１電極８３を含む。第１ゲートトレンチ８１は、第１主面３を第２主面４側に向けて掘り下げることによって形成されている。
第１ゲートトレンチ８１は、第１トレンチゲート構造６０の第１側壁６１、第２側壁６２および底壁６３を区画している。以下では、第１トレンチゲート構造６０の第１側壁６１、第２側壁６２および底壁６３を、第１ゲートトレンチ８１の第１側壁６１、第２側壁６２および底壁６３ともいう。
第１絶縁層８２は、第１ゲートトレンチ８１の内壁に沿って膜状に形成されている。第１絶縁層８２は、第１ゲートトレンチ８１内において凹状の空間を区画している。第１絶縁層８２において第１ゲートトレンチ８１の底壁６３を被覆する部分は、第１ゲートトレンチ８１の底壁６３に倣って形成されている。これにより、第１絶縁層８２は、第１ゲートトレンチ８１内においてＵ字状に窪んだＵ字空間を区画している。
第１絶縁層８２は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ３）のうちの少なくとも１種を含む。
第１絶縁層８２は、半導体層２側からこの順に積層されたＳｉＮ層およびＳｉＯ２層を含む積層構造を有していてもよい。第１絶縁層８２は、半導体層２側からこの順に積層されたＳｉＯ２層およびＳｉＮ層を含む積層構造を有していてもよい。第１絶縁層８２は、ＳｉＯ２層またはＳｉＮ層からなる単層構造を有していてもよい。第１絶縁層８２は、この形態では、ＳｉＯ２層からなる単層構造を有している。
第１絶縁層８２は、第１ゲートトレンチ８１の底壁６３側から第１主面３側に向けてこの順に形成された第１底側絶縁層８４および第１開口側絶縁層８５を含む。
第１底側絶縁層８４は、第１ゲートトレンチ８１の底壁６３側の内壁を被覆している。第１底側絶縁層８４は、より具体的には、ボディ領域５５の底部に対して第１ゲートトレンチ８１の底壁６３側の内壁を被覆している。第１底側絶縁層８４は、第１ゲートトレンチ８１の底壁６３側においてＵ字空間を区画している。第１底側絶縁層８４は、Ｕ字空間を区画する平滑な内壁面を有している。第１底側絶縁層８４は、ドリフト領域５４に接している。第１底側絶縁層８４の一部は、ボディ領域５５に接していてもよい。
第１開口側絶縁層８５は、第１ゲートトレンチ８１の開口側の内壁を被覆している。第１開口側絶縁層８５は、より具体的には、ボディ領域５５の底部に対して第１ゲートトレンチ８１の開口側の領域において第１ゲートトレンチ８１の第１側壁６１および第２側壁６２を被覆している。第１開口側絶縁層８５は、ボディ領域５５に接している。第１開口側絶縁層８５の一部は、ドリフト領域５４に接していてもよい。
第１底側絶縁層８４は、第１厚さＴ１を有している。第１開口側絶縁層８５は、第１厚さＴ１未満の第２厚さＴ２（Ｔ２＜Ｔ１）を有している。第１厚さＴ１は、第１底側絶縁層８４において第１ゲートトレンチ８１の内壁の法線方向に沿う厚さである。第２厚さＴ２は、第１開口側絶縁層８５において第１ゲートトレンチ８１の内壁の法線方向に沿う厚さである。
なお、第１ゲートトレンチ８１の第１幅ＷＴ１に対する第１厚さＴ１の第１比Ｔ１／ＷＴ１は、０．１以上０．４以下であってもよい。また、第１比Ｔ１／ＷＴ１は、０．１以上０．１５以下、０．１５以上０．２以下、０．２以上０．２５以下、０．２５以上０．３以下、０．３以上０．３５以下、または、０．３５以上０．４以下であってもよい。第１比Ｔ１／ＷＴ１は、０．２５以上０．３５以下であることが好ましい。
なお、第１底側絶縁層８４の第１厚さＴ１は、１５００Å以上４０００Å以下であってもよい。第１厚さＴ１は、１５００Å以上２０００Å以下、２０００Å以上２５００Å以下、２５００Å以上３０００Å以下、３０００Å以上３５００Å以下、または、３５００Å以上４０００Å以下であってもよい。第１厚さＴ１は、１８００Å以上３５００Å以下であることが好ましい。
第１厚さＴ１は、第１ゲートトレンチ８１の第１幅ＷＴ１に応じて、４０００Å以上１２０００Å以下に調整されてもよい。第１厚さＴ１は、４０００Å以上５０００Å以下、５０００Å以上６０００Å以下、６０００Å以上７０００Å以下、７０００Å以上８０００Å以下、８０００Å以上９０００Å以下、９０００Å以上１００００Å以下、１００００Å以上１１０００Å以下、又は、１１０００Å以上１２０００Å以下であってもよい。この場合、第１底側絶縁層８４の厚化により半導体装置１の耐圧を高めることができる。
第１開口側絶縁層８５の第２厚さＴ２は、第１底側絶縁層８４の第１厚さＴ１の１／１００以上１／１０以下であってもよい。第２厚さＴ２は、１００Å以上５００Å以下であってもよい。第２厚さＴ２は、１００Å以上２００Å以下、２００Å以上３００Å以下、３００Å以上４００Å以下、または、４００Å以上５００Å以下であってもよい。第２厚さＴ２は、２００Å以上４００Å以下であることが好ましい。
第１底側絶縁層８４は、第１ゲートトレンチ８１の第１側壁６１および第２側壁６２を被覆する部分から第１ゲートトレンチ８１の底壁６３を被覆する部分に向けて第１厚さＴ１が減少する態様で形成されている。
第１底側絶縁層８４において第１ゲートトレンチ８１の底壁６３を被覆する部分の厚さは、第１底側絶縁層８４において第１ゲートトレンチ８１の第１側壁６１および第２側壁６２を被覆する部分の厚さよりも小さい。第１底側絶縁層８４によって区画されたＵ字空間の底壁側の開口幅は、第１厚さＴ１の減少分だけ拡張されている。これにより、Ｕ字空間の先細りが抑制されている。このようなＵ字空間は、たとえば、第１底側絶縁層８４の内壁に対するエッチング法（たとえばウエットエッチング法）によって形成される。
第１電極８３は、第１絶縁層８２を挟んで、第１ゲートトレンチ８１に埋め込まれている。第１電極８３にはオン信号Ｖｏｎおよびオフ信号Ｖｏｆｆを含む第１ゲート制御信号（第１制御信号）が印加される。第１電極８３は、この形態では、第１底側電極８６、第１開口側電極８７および第１中間絶縁層８８を含む絶縁分離型のスプリット電極構造を有している。
第１底側電極８６は、第１絶縁層８２を挟んで第１ゲートトレンチ８１の底壁６３側に埋設されている。第１底側電極８６は、より具体的には、第１底側絶縁層８４を挟んで第１ゲートトレンチ８１の底壁６３側に埋設されている。第１底側電極８６は、第１底側絶縁層８４を挟んでドリフト領域５４に対向している。第１底側電極８６の一部は、第１底側絶縁層８４を挟んでボディ領域５５に対向していてもよい。
第１底側電極８６は、第１上端部８６Ａ、第１下端部８６Ｂおよび第１壁部８６Ｃを含む。第１上端部８６Ａは、第１ゲートトレンチ８１の開口側に位置している。第１下端部８６Ｂは、第１ゲートトレンチ８１の底壁６３側に位置している。第１壁部８６Ｃは、第１上端部８６Ａおよび第１下端部８６Ｂを接続し、第１ゲートトレンチ８１の内壁に沿って壁状に延びている。
第１上端部８６Ａは、第１底側絶縁層８４から露出している。第１上端部８６Ａは、第１底側絶縁層８４に対して第１主面３側に突出している。これにより、第１底側電極８６は、第１ゲートトレンチ８１の開口側において、第１底側絶縁層８４および第１開口側絶縁層８５との間で、断面視において逆凹状のリセスを区画している。第１上端部８６Ａの幅は、第１壁部８６Ｃの幅未満である。
第１下端部８６Ｂは、第１ゲートトレンチ８１の底壁６３に向かう凸湾曲状に形成されている。第１下端部８６Ｂは、より具体的には、第１底側絶縁層８４によって区画されたＵ字空間の底壁に倣って形成されており、第１ゲートトレンチ８１の底壁６３に向かう滑らかな凸湾曲状に形成されている。
このような構造によれば、第１底側電極８６に対する局所的な電界集中を抑制できるから、ブレークダウン電圧の低下を抑制できる。特に、第１底側絶縁層８４の拡張されたＵ字空間に第１底側電極８６を埋設することにより、第１底側電極８６が第１上端部８６Ａから第１下端部８６Ｂに向けて先細り形状になることを適切に抑制できる。これにより、第１底側電極８６の第１下端部８６Ｂに対する局所的な電界集中を適切に抑制できる。
第１底側電極８６は、導電性ポリシリコン、タングステン、アルミニウム、銅、アルミニウム合金および銅合金のうちの少なくとも１種を含んでいてもよい。第１底側電極８６は、この形態では、導電性ポリシリコンを含む。導電性ポリシリコンは、ｎ型不純物またはｐ型不純物を含んでいてもよい。なお、導電性ポリシリコンは、ｎ型不純物を含むことが好ましい。
第１開口側電極８７は、第１絶縁層８２を挟んで第１ゲートトレンチ８１の開口側に埋設されている。第１開口側電極８７は、より具体的には、第１開口側絶縁層８５を挟んで第１ゲートトレンチ８１の開口側に区画された逆凹状のリセスに埋設されている。第１開口側電極８７は、第１開口側絶縁層８５を挟んでボディ領域５５に対向している。第１開口側電極８７の一部は、第１開口側絶縁層８５を挟んでドリフト領域５４に対向していてもよい。
第１開口側電極８７は、導電性ポリシリコン、タングステン、アルミニウム、銅、アルミニウム合金および銅合金のうちの少なくとも１種を含んでいてもよい。第１開口側電極８７は、第１底側電極８６と同一種の導電材料を含むことが好ましい。第１開口側電極８７は、この形態では、導電性ポリシリコンを含む。導電性ポリシリコンは、ｎ型不純物またはｐ型不純物を含んでいてもよい。導電性ポリシリコンは、ｎ型不純物を含むことが好ましい。
第１中間絶縁層８８は、第１底側電極８６および第１開口側電極８７の間に介在し、第１底側電極８６および第１開口側電極８７を電気的に絶縁している。第１中間絶縁層８８は、より具体的には、第１底側電極８６及び第１開口側電極８７の間の領域において第１底側絶縁層８４から露出する第１底側電極８６を被覆している。第１中間絶縁層８８は、第１底側電極８６の第１上端部８６Ａ（より具体的には突出部）を被覆している。第１中間絶縁層８８は、第１絶縁層８２（第１底側絶縁層８４）に連なっている。
第１中間絶縁層８８は、第３厚さＴ３を有している。第３厚さＴ３は、第１底側絶縁層８４の第１厚さＴ１未満（Ｔ３＜Ｔ１）である。第３厚さＴ３は、第１厚さＴ１の１／１００以上１／１０以下であってもよい。第３厚さＴ３は、１００Å以上５００Å以下であってもよい。第３厚さＴ３は、１００Å以上２００Å以下、２００Å以上３００Å以下、３００Å以上４００Å以下、または、４００Å以上５００Å以下であってもよい。第３厚さＴ３は、２００Å以上４００Å以下であることが好ましい。
第１中間絶縁層８８は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ３）のうちの少なくとも１種を含む。第１中間絶縁層８８は、この形態では、ＳｉＯ２層からなる単層構造を有している。
第１開口側電極８７において第１ゲートトレンチ８１から露出する露出部は、この形態では、第１主面３に対して第１ゲートトレンチ８１の底壁６３側に位置している。第１開口側電極８７の露出部は、第１ゲートトレンチ８１の底壁６３に向かう湾曲状に形成されている。
第１開口側電極８７の露出部は、膜状に形成された第１キャップ絶縁層８９によって被覆されている。第１キャップ絶縁層８９は、第１ゲートトレンチ８１内において第１絶縁層８２（第１開口側絶縁層８５）に連なっている。第１キャップ絶縁層８９は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含んでいてもよい。
各第１ＦＥＴ構造５８は、ｐ型の第１チャネル領域９１（第１チャネル）を更に含む。第１チャネル領域９１は、ボディ領域５５において第１絶縁層８２（第１開口側絶縁層８５）を挟んで第１電極８３（第１開口側電極８７）に対向する領域に形成される。
第１チャネル領域９１は、第１トレンチゲート構造６０の第１側壁６１または第２側壁６２、もしくは、第１側壁６１および第２側壁６２に沿って形成されている。第１チャネル領域９１は、この形態では、第１トレンチゲート構造６０の第１側壁６１および第２側壁６２に沿って形成されている。
各第１ＦＥＴ構造５８は、ボディ領域５５の表層部に形成されたｎ＋型の第１ソース領域９２をさらに含む。第１ソース領域９２は、ボディ領域５５内においてドリフト領域５４との間で第１チャネル領域９１を画定する。第１ソース領域９２のｎ型不純物濃度は、ドリフト領域５４のｎ型不純物濃度を超えている。第１ソース領域９２のｎ型不純物濃度は、１×１０１９ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下であってもよい。
各第１ＦＥＴ構造５８は、この形態では、複数の第１ソース領域９２を含む。複数の第１ソース領域９２は、ボディ領域５５の表層部において第１トレンチゲート構造６０に沿って間隔を空けて形成されている。複数の第１ソース領域９２は、より具体的には、第１トレンチゲート構造６０の第１側壁６１または第２側壁６２、もしくは、第１側壁６１及び第２側壁６２に沿って形成されている。複数の第１ソース領域９２は、この形態では、第１トレンチゲート構造６０の第１側壁６１および第２側壁６２に沿って間隔を空けて形成されている。
複数の第１ソース領域９２の底部は、ボディ領域５５の底部に対して第１主面３側の領域に位置している。これにより、複数の第１ソース領域９２は、第１絶縁層８２（第１開口側絶縁層８５）を挟んで第１電極８３（第１開口側電極８７）に対向している。このようにして、第１ＭＩＳＦＥＴ５６の第１チャネル領域９１が、ボディ領域５５において複数の第１ソース領域９２およびドリフト領域５４に挟まれた領域に形成される。
各第１ＦＥＴ構造５８は、ボディ領域５５の表層部に形成されたｐ＋型の第１コンタクト領域９３を更に含む。第１コンタクト領域９３のｐ型不純物濃度は、ボディ領域５５のｐ型不純物濃度を超えている。第１コンタクト領域９３のｐ型不純物濃度は、例えば、１×１０１９ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下であってもよい。
各第１ＦＥＴ構造５８は、この形態では、複数の第１コンタクト領域９３を含む。複数の第１コンタクト領域９３は、ボディ領域５５の表層部において第１トレンチゲート構造６０に沿って間隔を空けて形成されている。複数の第１コンタクト領域９３は、より具体的には、第１トレンチゲート構造６０の第１側壁６１または第２側壁６２、もしくは、第１側壁６１および第２側壁６２に沿って形成されている。
複数の第１コンタクト領域９３は、この形態では、第１トレンチゲート構造６０の第１側壁６１及び第２側壁６２に沿って間隔を空けて形成されている。複数の第１コンタクト領域９３は、より具体的には、複数の第１ソース領域９２に対して交互の配列となる態様でボディ領域５５の表層部に形成されている。複数の第１コンタクト領域９３の底部は、ボディ領域５５の底部に対して第１主面３側の領域に位置している。
図９および図１１を参照して、第２トレンチゲート構造７０は、第２ゲートトレンチ１０１、第２絶縁層１０２および第２電極１０３を含む。第２ゲートトレンチ１０１は、第１主面３を第２主面４側に向けて掘り下げることによって形成されている。
第２ゲートトレンチ１０１は、第２トレンチゲート構造７０の第１側壁７１、第２側壁７２および底壁７３を区画している。以下では、第２トレンチゲート構造７０の第１側壁７１、第２側壁７２および底壁７３を、第２ゲートトレンチ１０１の第１側壁７１、第２側壁７２および底壁７３ともいう。
第２絶縁層１０２は、第２ゲートトレンチ１０１の内壁に沿い膜状に形成されている。第２絶縁層１０２は、第２ゲートトレンチ１０１内において凹状の空間を区画している。第２絶縁層１０２において第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３を被覆する部分は、第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３に倣って形成されている。これにより、第２絶縁層１０２は、第２ゲートトレンチ１０１内においてＵ字状に窪んだＵ字空間を区画している。
第２絶縁層１０２は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）及び酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ３）のうちの少なくとも１種を含む。
第２絶縁層１０２は、半導体層２側からこの順に積層されたＳｉＮ層およびＳｉＯ２層を含む積層構造を有していてもよい。第２絶縁層１０２は、半導体層２側からこの順に積層されたＳｉＯ２層およびＳｉＮ層を含む積層構造を有していてもよい。第２絶縁層１０２は、ＳｉＯ２層またはＳｉＮ層からなる単層構造を有していてもよい。第２絶縁層１０２は、この形態では、ＳｉＯ２層からなる単層構造を有している。
第２絶縁層１０２は、第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３側から第１主面３側に向けてこの順に形成された第２底側絶縁層１０４および第２開口側絶縁層１０５を含む。
第２底側絶縁層１０４は、第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３側の内壁を被覆している。第２底側絶縁層１０４は、より具体的には、ボディ領域５５の底部に対して第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３側の内壁を被覆している。第２底側絶縁層１０４は、第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３側においてＵ字空間を区画している。第２底側絶縁層１０４は、Ｕ字空間を区画する平滑な内壁面を有している。第２底側絶縁層１０４は、ドリフト領域５４に接している。第２底側絶縁層１０４の一部は、ボディ領域５５に接していてもよい。
第２開口側絶縁層１０５は、第２ゲートトレンチ１０１の開口側内壁を被覆している。第２開口側絶縁層１０５は、より具体的には、ボディ領域５５の底部に対して第２ゲートトレンチ１０１の開口側の領域において第２ゲートトレンチ１０１の第１側壁７１及び第２側壁７２を被覆している。第２開口側絶縁層１０５は、ボディ領域５５に接している。第２開口側絶縁層１０５の一部は、ドリフト領域５４に接していてもよい。
第２底側絶縁層１０４は、第４厚さＴ４を有している。第２開口側絶縁層１０５は、第４厚さＴ４未満の第５厚さＴ５（Ｔ５＜Ｔ４）を有している。第４厚さＴ４は、第２底側絶縁層１０４において第２ゲートトレンチ１０１の内壁の法線方向に沿う厚さである。第５厚さＴ５は、第２開口側絶縁層１０５において第２ゲートトレンチ１０１の内壁の法線方向に沿う厚さである。
第２ゲートトレンチ１０１の第２幅ＷＴ２に対する第４厚さＴ４の第２比Ｔ４／ＷＴ２は、０．１以上０．４以下であってもよい。例えば、第２比Ｔ４／ＷＴ２は、０．１以上０．１５以下、０．１５以上０．２以下、０．２以上０．２５以下、０．２５以上０．３以下、０．３以上０．３５以下、または、０．３５以上０．４以下であってもよい。第２比Ｔ４／ＷＴ２は、０．２５以上０．３５以下であることが好ましい。
第２比Ｔ４／ＷＴ２は、第１比Ｔ１／ＷＴ１以下（Ｔ４／ＷＴ２≦Ｔ１／ＷＴ１）であってもよい。第２比Ｔ４／ＷＴ２は、第１比Ｔ１／ＷＴ１以上（Ｔ４／ＷＴ２≧Ｔ１／ＷＴ１）であってもよい。また、第２比Ｔ４／ＷＴ２は、第１比Ｔ１／ＷＴ１と等しくてもよい（Ｔ４／ＷＴ２＝Ｔ１／ＷＴ１）。
第２底側絶縁層１０４の第４厚さＴ４は、１５００Å以上４０００Å以下であってもよい。第４厚さＴ４は、１５００Å以上２０００Å以下、２０００Å以上２５００Å以下、２５００Å以上３０００Å以下、３０００Å以上３５００Å以下、または、３５００Å以上４０００Å以下であってもよい。第４厚さＴ４は、１８００Å以上３５００Å以下であることが好ましい。
第４厚さＴ４は、第２ゲートトレンチ１０１の第２幅ＷＴ２に応じて、４０００Å以上１２０００Å以下であってもよい。第４厚さＴ４は、４０００Å以上５０００Å以下、５０００Å以上６０００Å以下、６０００Å以上７０００Å以下、７０００Å以上８０００Å以下、８０００Å以上９０００Å以下、９０００Å以上１００００Å以下、１００００Å以上１１０００Å以下、又は、１１０００Å以上１２０００Å以下であってもよい。この場合、第２底側絶縁層１０４の厚化により半導体装置１の耐圧を高めることができる。
第４厚さＴ４は、第１厚さＴ１以下（Ｔ４≦Ｔ１）であってもよい。第４厚さＴ４は、第１厚さＴ１以上（Ｔ４≧Ｔ１）であってもよい。第４厚さＴ４は、第１厚さＴ１と等しくてもよい（Ｔ４＝Ｔ１）。
第２開口側絶縁層１０５の第５厚さＴ５は、第２底側絶縁層１０４の第４厚さＴ４未満（Ｔ５＜Ｔ４）である。第５厚さＴ５は、第４厚さＴ４の１／１００以上１／１０以下であってもよい。１００Å以上５００Å以下であってもよい。第５厚さＴ５は、１００Å以上２００Å以下、２００Å以上３００Å以下、３００Å以上４００Å以下、または、４００Å以上５００Å以下であってもよい。第５厚さＴ５は、２００Å以上４００Å以下であることが好ましい。
第５厚さＴ５は、第２厚さＴ２以下（Ｔ５≦Ｔ２）であってもよい。第５厚さＴ５は、第２厚さＴ２以上（Ｔ５≧Ｔ２）であってもよい。第５厚さＴ５は、第２厚さＴ２と等しくてもよい（Ｔ５＝Ｔ２）。
第２底側絶縁層１０４は、第２ゲートトレンチ１０１の第１側壁７１および第２側壁７２を被覆する部分から第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３を被覆する部分に向けて第４厚さＴ４が減少する態様で形成されている。
第２底側絶縁層１０４において第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３を被覆する部分の厚さは、第２底側絶縁層１０４において第２ゲートトレンチ１０１の第１側壁７１および第２側壁７２を被覆する部分の厚さよりも小さい。第２底側絶縁層１０４によって区画されたＵ字空間の底壁側の開口幅は、第４厚さＴ４の減少分だけ拡張されている。これにより、Ｕ字空間の先細りが抑制されている。このようなＵ字空間は、たとえば、第２底側絶縁層１０４の内壁に対するエッチング法（たとえばウエットエッチング法）によって形成される。
第２電極１０３は、第２絶縁層１０２を挟んで第２ゲートトレンチ１０１に埋め込まれている。第２電極１０３にはオン信号Ｖｏｎおよびオフ信号Ｖｏｆｆを含む所定の第２ゲート制御信号（第２制御信号）が印加される。
第２電極１０３は、この形態では、第２底側電極１０６、第２開口側電極１０７および第２中間絶縁層１０８を含む絶縁分離型のスプリット電極構造を有している。第２底側電極１０６は、この形態では、第１底側電極８６に電気的に接続されている。第２開口側電極１０７は、第１開口側電極８７から電気的に絶縁されている。
第２底側電極１０６は、第２絶縁層１０２を挟んで第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３側に埋設されている。第２底側電極１０６は、より具体的には、第２底側絶縁層１０４を挟んで第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３側に埋設されている。第２底側電極１０６は、第２底側絶縁層１０４を挟んでドリフト領域５４に対向している。第２底側電極１０６の一部は、第２底側絶縁層１０４を挟んでボディ領域５５に対向していてもよい。
第２底側電極１０６は、第２上端部１０６Ａ、第２下端部１０６Ｂ及び第２壁部１０６Ｃを含む。第２上端部１０６Ａは、第２ゲートトレンチ１０１の開口側に位置している。第２下端部１０６Ｂは、第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３側に位置している。第２壁部１０６Ｃは、第２上端部１０６Ａおよび第２下端部１０６Ｂを接続し、第２ゲートトレンチ１０１の内壁に沿って壁状に延びている。
第２上端部１０６Ａは、第２底側絶縁層１０４から露出している。第２上端部１０６Ａは、第２底側絶縁層１０４に対して第１主面３側に突出している。これにより、第２底側電極１０６は、第２ゲートトレンチ１０１の開口側において、第２底側絶縁層１０４および第２開口側絶縁層１０５との間で、断面視において逆凹状のリセスを区画している。第２上端部１０６Ａの幅は、第２壁部１０６Ｃの幅未満である。
第２下端部１０６Ｂは、第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３に向かう凸湾曲状に形成されている。第２下端部１０６Ｂは、より具体的には、第２底側絶縁層１０４によって区画されたＵ字空間の底壁に倣って形成されており、第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３に向かう滑らかな凸湾曲状に形成されている。
このような構造によれば、第２底側電極１０６に対する局所的な電界集中を抑制できるので、ブレークダウン電圧の低下を抑制できる。特に、第２底側絶縁層１０４の拡張されたＵ字空間に第２底側電極１０６を埋設することにより、第２底側電極１０６が第２上端部１０６Ａから第２下端部１０６Ｂに向けて先細り形状になることを適切に抑制できる。これにより、第２底側電極１０６の第２下端部１０６Ｂに対する局所的な電界集中を適切に抑制できる。
第２底側電極１０６は、導電性ポリシリコン、タングステン、アルミニウム、銅、アルミニウム合金および銅合金のうちの少なくとも１種を含んでいてもよい。第２底側電極１０６は、この形態では、導電性ポリシリコンを含む。導電性ポリシリコンは、ｎ型不純物またはｐ型不純物を含んでいてもよい。導電性ポリシリコンは、ｎ型不純物を含むことが好ましい。
第２開口側電極１０７は、第２絶縁層１０２を挟んで第２ゲートトレンチ１０１の開口側に埋設されている。第２開口側電極１０７は、より具体的には、第２開口側絶縁層１０５を挟んで第２ゲートトレンチ１０１の開口側に区画された逆凹状のリセスに埋設されている。第２開口側電極１０７は、第２開口側絶縁層１０５を挟んでボディ領域５５に対向している。第２開口側電極１０７の一部は、第２開口側絶縁層１０５を挟んでドリフト領域５４に対向していてもよい。
第２開口側電極１０７は、導電性ポリシリコン、タングステン、アルミニウム、銅、アルミニウム合金および銅合金のうちの少なくとも１種を含んでいてもよい。第２開口側電極１０７は、第２底側電極１０６と同一種の導電材料を含むことが好ましい。第２開口側電極１０７は、この形態では、導電性ポリシリコンを含む。導電性ポリシリコンは、ｎ型不純物またはｐ型不純物を含んでいてもよい。導電性ポリシリコンは、ｎ型不純物を含むことが好ましい。
第２中間絶縁層１０８は、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７の間に介在し、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７を電気的に絶縁している。第２中間絶縁層１０８は、より具体的には、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７の間の領域において第２底側絶縁層１０４から露出する第２底側電極１０６を被覆している。第２中間絶縁層１０８は、第２底側電極１０６の第２上端部１０６Ａ（より具体的には突出部）を被覆している。第２中間絶縁層１０８は、第２絶縁層１０２（第２底側絶縁層１０４）に連なっている。
第２中間絶縁層１０８は、第６厚さＴ６を有している。第６厚さＴ６は、第２底側絶縁層１０４の第４厚さＴ４未満（Ｔ６＜Ｔ４）である。第６厚さＴ６は、第４厚さＴ４の１／１００以上１／１０以下であってもよい。第６厚さＴ６は、１００Å以上５００Å以下であってもよい。第６厚さＴ６は、１００Å以上２００Å以下、２００Å以上３００Å以下、３００Å以上４００Å以下、または、４００Å以上５００Å以下であってもよい。第６厚さＴ６は、２００Å以上４００Å以下であることが好ましい。
第６厚さＴ６は、第３厚さＴ３以下（Ｔ６≦Ｔ３）であってもよい。第６厚さＴ６は、第３厚さＴ３以上（Ｔ６≧Ｔ３）であってもよい。第６厚さＴ６は、第３厚さＴ３と等しくてもよい（Ｔ６＝Ｔ３）。
第２中間絶縁層１０８は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ３）のうちの少なくとも１種を含む。なお、第２中間絶縁層１０８は、この形態では、ＳｉＯ２層からなる単層構造を有している。
第２開口側電極１０７において第２ゲートトレンチ１０１から露出する露出部は、この形態では、第１主面３に対して第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３側に位置している。第２開口側電極１０７の露出部は、第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３に向かう湾曲状に形成されている。
第２開口側電極１０７の露出部は、膜状に形成された第２キャップ絶縁層１０９によって被覆されている。第２キャップ絶縁層１０９は、第２ゲートトレンチ１０１内において第２絶縁層１０２（第２開口側絶縁層１０５）に連なっている。第２キャップ絶縁層１０９は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含んでいてもよい。
各第２ＦＥＴ構造６８は、ｐ型の第２チャネル領域１１１（第２チャネル）をさらに含む。第２チャネル領域１１１は、より具体的には、ボディ領域５５において第２絶縁層１０２（第２開口側絶縁層１０５）を挟んで第２電極１０３（第２開口側電極１０７）に対向する領域に形成される。
第２チャネル領域１１１は、より具体的には、第２トレンチゲート構造７０の第１側壁７１または第２側壁７２、もしくは、第１側壁７１および第２側壁７２に沿って形成されている。第２チャネル領域１１１は、この形態では、第２トレンチゲート構造７０の第１側壁７１および第２側壁７２に沿って形成されている。
各第２ＦＥＴ構造６８は、ボディ領域５５の表層部に形成されたｎ＋型の第２ソース領域１１２をさらに含む。第２ソース領域１１２は、ボディ領域５５内においてドリフト領域５４との間で第２チャネル領域１１１を画定する。
第２ソース領域１１２のｎ型不純物濃度は、ドリフト領域５４のｎ型不純物濃度を超えている。第２ソース領域１１２のｎ型不純物濃度は、１×１０１９ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下であってもよい。第２ソース領域１１２のｎ型不純物濃度は、第１ソース領域９２のｎ型不純物濃度と等しいことが好ましい。
各第２ＦＥＴ構造６８は、この形態では、複数の第２ソース領域１１２を含む。複数の第２ソース領域１１２は、ボディ領域５５の表層部において第２トレンチゲート構造７０に沿って間隔を空けて形成されている。複数の第２ソース領域１１２は、具体的には、第２トレンチゲート構造７０の第１側壁７１または第２側壁７２、もしくは、第１側壁７１および第２側壁７２に沿って形成されている。複数の第２ソース領域１１２は、この形態では、第２トレンチゲート構造７０の第１側壁７１および第２側壁７２に沿って間隔を空けて形成されている。
各第２ソース領域１１２は、この形態では、第１方向Ｘに沿って各第１ソース領域９２と対向している。また、各第２ソース領域１１２は、各第１ソース領域９２と一体を成している。図７および図８では、第１ソース領域９２および第２ソース領域１１２を境界線によって区別して示しているが、第１ソース領域９２および第２ソース領域１１２の間の領域には、実際には明確な境界線はない。
各第２ソース領域１１２は、第１方向Ｘに沿って各第１ソース領域９２の一部または全部と対向しないように、各第１ソース領域９２から第２方向Ｙにずれて形成されていてもよい。つまり、複数の第１ソース領域９２および複数の第２ソース領域１１２は、平面視において千鳥状に配列されていてもよい。
複数の第２ソース領域１１２の底部は、ボディ領域５５の底部に対して第１主面３側の領域に位置している。これによって、複数の第２ソース領域１１２は、第２絶縁層１０２（第２開口側絶縁層１０５）を挟んで第２電極１０３（第２開口側電極１０７）に対向している。このようにして、第２ＭＩＳＦＥＴ５７の第２チャネル領域１１１が、ボディ領域５５において複数の第２ソース領域１１２およびドリフト領域５４に挟まれた領域に形成される。
各第２ＦＥＴ構造６８は、ボディ領域５５の表層部に形成されたｐ＋型の第２コンタクト領域１１３を更に含む。第２コンタクト領域１１３のｐ型不純物濃度は、ボディ領域５５のｐ型不純物濃度を超えている。第２コンタクト領域１１３のｐ型不純物濃度は、１×１０１９ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下であってもよい。第２コンタクト領域１１３のｐ型不純物濃度は、第１コンタクト領域９３のｐ型不純物濃度と等しいことが好ましい。
各第２ＦＥＴ構造６８は、この形態では、複数の第２コンタクト領域１１３を含む。複数の第２コンタクト領域１１３は、ボディ領域５５の表層部において第２トレンチゲート構造７０に沿って間隔を空けて形成されている。複数の第２コンタクト領域１１３は、より具体的には、第２トレンチゲート構造７０の第１側壁７１または第２側壁７２、もしくは、第１側壁７１および第２側壁７２に沿って形成されている。複数の第２コンタクト領域１１３の底部は、ボディ領域５５の底部に対して第１主面３側の領域に位置している。
複数の第２コンタクト領域１１３は、この形態では、第２トレンチゲート構造７０の第１側壁７１および第２側壁７２に沿って間隔を空けて形成されている。複数の第２コンタクト領域１１３は、より具体的には、複数の第２ソース領域１１２に対して交互の配列となる態様でボディ領域５５の表層部に形成されている。
図７および図８を参照して、各第２コンタクト領域１１３は、この形態では、第１方向Ｘに沿って各第１コンタクト領域９３と対向している。各第２コンタクト領域１１３は、各第１コンタクト領域９３と一体を成している。
図７では、第１ソース領域９２および第２ソース領域１１２と区別するため、第１コンタクト領域９３および第２コンタクト領域１１３を纏めて「ｐ＋」の記号で示している。また、図８では、第１コンタクト領域９３および第２コンタクト領域１１３を境界線によって区別して示しているが、第１コンタクト領域９３および第２コンタクト領域１１３の間の領域には、実際には明確な境界線はない。
各第２コンタクト領域１１３は、第１方向Ｘに沿って各第１コンタクト領域９３の一部または全部と対向しないように、各第１コンタクト領域９３から第２方向Ｙにずれて形成されていてもよい。つまり、複数の第１コンタクト領域９３および複数の第２コンタクト領域１１３は、平面視において千鳥状に配列されていてもよい。
図７および図８を参照して、半導体層２の第１主面３において第１トレンチゲート構造６０の一端部および第２トレンチゲート構造７０の一端部の間の領域からは、この形態では、ボディ領域５５が露出している。第１ソース領域９２、第１コンタクト領域９３、第２ソース領域１１２および第２コンタクト領域１１３は、第１主面３において第１トレンチゲート構造６０の一端部および第２トレンチゲート構造７０の一端部に挟まれた領域に形成されていない。
同様に、図示はしないが、半導体層２の第１主面３において第１トレンチゲート構造６０の他端部及び第２トレンチゲート構造７０の他端部の間の領域からは、この形態では、ボディ領域５５が露出している。第１ソース領域９２、第１コンタクト領域９３、第２ソース領域１１２および第２コンタクト領域１１３は、第１トレンチゲート構造６０の他端部および第２トレンチゲート構造７０の他端部に挟まれた領域に形成されていない。
図５～図８を参照し、半導体層２の第１主面３には、複数（ここは２つ）のトレンチコンタクト構造１２０が形成されている。複数のトレンチコンタクト構造１２０は、一方側のトレンチコンタクト構造１２０および他方側のトレンチコンタクト構造１２０を含む。
一方側のトレンチコンタクト構造１２０は、第１トレンチゲート構造６０の一端部および第２トレンチゲート構造７０の一端部側の領域に位置する。他方側のトレンチコンタクト構造１２０は、第１トレンチゲート構造６０の他端部および第２トレンチゲート構造７０の他端部側の領域に位置する。
他方側のトレンチコンタクト構造１２０は、一方側のトレンチコンタクト構造１２０とほぼ同様の構造を有している。以下では、一方側のトレンチコンタクト構造１２０側の構造を例にとって説明し、他方側のトレンチコンタクト構造１２０側の構造についての具体的な説明は、省略される。
トレンチコンタクト構造１２０は、第１トレンチゲート構造６０の一端部および第２トレンチゲート構造７０の一端部に接続されている。トレンチコンタクト構造１２０は、この形態では、平面視において第１方向Ｘに沿って帯状に延びている。
トレンチコンタクト構造１２０の幅ＷＴＣは、０．５μｍ以上５μｍ以下であってもよい。幅ＷＴＣは、トレンチコンタクト構造１２０が延びる方向（第１方向Ｘ）に直交する方向（第２方向Ｙ）の幅である。
幅ＷＴＣは、０．５μｍ以上１μｍ以下、１μｍ以上１．５μｍ以下、１．５μｍ以上２μｍ以下、２μｍ以上２．５μｍ以下、２．５μｍ以上３μｍ以下、３μｍ以上３．５μｍ以下、３．５μｍ以上４μｍ以下、４μｍ以上４．５μｍ以下、または、４．５μｍ以上５μｍ以下であってもよい。幅ＷＴＣは、０．８μｍ以上１．２μｍ以下であることが好ましい。
幅ＷＴＣは、第１トレンチゲート構造６０の第１幅ＷＴ１と等しいことが好ましい（ＷＴＣ＝ＷＴ１）。幅ＷＴＣは、第２トレンチゲート構造７０の第２幅ＷＴ２と等しいことが好ましい（ＷＴＣ＝ＷＴ２）。
トレンチコンタクト構造１２０は、ボディ領域５５を貫通し、ドリフト領域５４に達している。トレンチコンタクト構造１２０の深さＤＴＣは、１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。深さＤＴＣは、１μｍ以上２μｍ以下、２μｍ以上４μｍ以下、４μｍ以上６μｍ以下、６μｍ以上８μｍ以下、または、８μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。深さＤＴＣは、２μｍ以上６μｍ以下であることが好ましい。
深さＤＴＣは、第１トレンチゲート構造６０の第１深さＤＴ１と等しいことが好ましい（ＤＴＣ＝ＤＴ１）。深さＤＴＣは、第２トレンチゲート構造７０の第２深さＤＴ２と等しいことが好ましい（ＤＴＣ＝ＤＴ２）。
トレンチコンタクト構造１２０は、一方側の第１側壁１２１と、他方側の第２側壁１２２と、第１側壁１２１および第２側壁１２２を接続する底壁１２３とを含む。以下では、第１側壁１２１、第２側壁１２２および底壁１２３を纏めて「内壁」ということがある。第１側壁１２１は、第１トレンチゲート構造６０および第２トレンチゲート構造７０に接続された接続面である。
第１側壁１２１、第２側壁１２２および底壁１２３は、ドリフト領域５４内に位置している。第１側壁１２１および第２側壁１２２は、法線方向Ｚに沿って延びている。第１側壁１２１および第２側壁１２２は、第１主面３に対して垂直に形成されていてもよい。
半導体層２内において第１側壁１２１が第１主面３との間で成す角度（テーパ角）の絶対値は、９０°を超えて９５°以下（例えば９１°程度）であってもよい。半導体層２内において第２側壁１２２が第１主面３との間で成す角度（テーパ角）の絶対値は、９０°を超えて９５°以下（たとえば９１°程度）であってもよい。トレンチコンタクト構造１２０は、断面視において半導体層２の第１主面３側から底壁１２３側に向けて幅ＷＴＣが狭まる先細り形状（テーパ形状）に形成されていてもよい。
底壁１２３は、ドリフト領域５４の底部に対して第１主面３側の領域に位置している。底壁１２３は、ドリフト領域５４の底部に向かう凸湾曲状に形成されている。底壁１２３は、ドリフト領域５４の底部に対して１μｍ以上１０μｍ以下の間隔ＩＴＣを空けて第１主面３側の領域に位置している。間隔ＩＴＣは、１μｍ以上２μｍ以下、２μｍ以上４μｍ以下、４μｍ以上６μｍ以下、６μｍ以上８μｍ以下、または、８μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。間隔ＩＴＣは、１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
間隔ＩＴＣは、第１トレンチゲート構造６０の第１間隔ＩＴ１と等しいことが好ましい（ＩＴＣ＝ＩＴ１）。間隔ＩＴＣは、第２トレンチゲート構造７０の第２間隔ＩＴ２と等しいことが好ましい（ＩＴＣ＝ＩＴ２）。
トレンチコンタクト構造１２０は、コンタクトトレンチ１３１、コンタクト絶縁層１３２およびコンタクト電極１３３を含む。コンタクトトレンチ１３１は、半導体層２の第１主面３を第２主面４側に向けて掘り下げることによって形成されている。
コンタクトトレンチ１３１は、トレンチコンタクト構造１２０の第１側壁１２１、第２側壁１２２および底壁１２３を区画している。以下では、トレンチコンタクト構造１２０の第１側壁１２１、第２側壁１２２および底壁１２３を、コンタクトトレンチ１３１の第１側壁１２１、第２側壁１２２および底壁１２３ともいう。
コンタクトトレンチ１３１の第１側壁１２１は、第１ゲートトレンチ８１の第１側壁６１および第２側壁６２に連通している。コンタクトトレンチ１３１の第１側壁１２１は、第２ゲートトレンチ１０１の第１側壁７１および第２側壁７２に連通している。コンタクトトレンチ１３１は、第１ゲートトレンチ８１および第２ゲートトレンチ１０１との間で１つのトレンチを形成している。
コンタクト絶縁層１３２は、コンタクトトレンチ１３１の内壁に沿って膜状に形成されている。コンタクト絶縁層１３２は、コンタクトトレンチ１３１内において凹状の空間を区画している。コンタクト絶縁層１３２においてコンタクトトレンチ１３１の底壁１２３を被覆する部分は、コンタクトトレンチ１３１の底壁１２３に倣って形成されている。
コンタクト絶縁層１３２は、第１底側絶縁層８４（第２底側絶縁層１０４）と同様の態様で、コンタクトトレンチ１３１内においてＵ字状に窪んだＵ字空間を区画している。つまり、コンタクト絶縁層１３２は、コンタクトトレンチ１３１の底壁１２３側の領域が拡張され、先細りが抑制されたＵ字空間を区画している。このようなＵ字空間は、例えば、コンタクト絶縁層１３２の内壁に対するエッチング法（たとえばウエットエッチング法）によって形成される。
コンタクト絶縁層１３２は、第７厚さＴ７を有している。第７厚さＴ７は、１５００Å以上４０００Å以下であってもよい。第７厚さＴ７は、１５００Å以上２０００Å以下、２０００Å以上２５００Å以下、２５００Å以上３０００Å以下、３０００Å以上３５００Å以下、または、３５００Å以上４０００Å以下であってもよい。第７厚さＴ７は、１８００Å以上３５００Å以下であることが好ましい。
第７厚さＴ７は、トレンチコンタクト構造１２０の幅ＷＴＣに応じて４０００Å以上１２０００Å以下であってもよい。第７厚さＴ７は、４０００Å以上５０００Å以下、５０００Å以上６０００Å以下、６０００Å以上７０００Å以下、７０００Å以上８０００Å以下、８０００Å以上９０００Å以下、９０００Å以上１００００Å以下、１００００Å以上１１０００Å以下、又は、１１０００Å以上１２０００Å以下であってもよい。この場合、コンタクト絶縁層１３２の厚化により半導体装置１の耐圧を高めることができる。
第７厚さＴ７は、第１底側絶縁層８４の第１厚さＴ１と等しい（Ｔ７＝Ｔ１）ことが好ましい。第７厚さＴ７は、第２底側絶縁層１０４の第４厚さＴ４と等しい（Ｔ７＝Ｔ４）ことが好ましい。
コンタクト絶縁層１３２は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）及び酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ３）のうちの少なくとも１種を含む。
コンタクト絶縁層１３２は、半導体層２側からこの順に積層されたＳｉＮ層およびＳｉＯ２層を含む積層構造を有していてもよい。コンタクト絶縁層１３２は、半導体層２側からこの順に積層されたＳｉＯ２層およびＳｉＮ層を含む積層構造を有していてもよい。コンタクト絶縁層１３２は、ＳｉＯ２層またはＳｉＮ層からなる単層構造を有していてもよい。コンタクト絶縁層１３２は、この形態では、ＳｉＯ２層からなる単層構造を有している。コンタクト絶縁層１３２は、第１絶縁層８２（第２絶縁層１０２）と同一の絶縁材料からなることが好ましい。
コンタクト絶縁層１３２は、第１ゲートトレンチ８１およびコンタクトトレンチ１３１の間の連通部において第１絶縁層８２と一体を成している。コンタクト絶縁層１３２は、第２ゲートトレンチ１０１およびコンタクトトレンチ１３１の間の連通部において第２絶縁層１０２と一体を成している。
コンタクト絶縁層１３２は、この形態では、第１ゲートトレンチ８１の一端部および第２ゲートトレンチ１０１の一端部に引き出された引き出し絶縁層１３２Ａを有している。引き出し絶縁層１３２Ａは、連通部を横切って第１ゲートトレンチ８１の一端部の内壁を被覆している。引き出し絶縁層１３２Ａは、連通部を横切って第２ゲートトレンチ１０１の一端部の内壁を被覆している。
引き出し絶縁層１３２Ａは、第１ゲートトレンチ８１内で、第１底側絶縁層８４及び第１開口側絶縁層８５と一体を成している。引き出し絶縁層１３２Ａは、第１ゲートトレンチ８１の一端部の内壁において、第１底側絶縁層８４と共にＵ字空間を区画している。
引き出し絶縁層１３２Ａは、第２ゲートトレンチ１０１内において第２底側絶縁層１０４および第２開口側絶縁層１０５と一体を成している。引き出し絶縁層１３２Ａは、第２ゲートトレンチ１０１の一端部の内壁において、第２底側絶縁層１０４と共にＵ字空間を区画している。
コンタクト電極１３３は、コンタクト絶縁層１３２を挟んでコンタクトトレンチ１３１に埋め込まれている。コンタクト電極１３３は、第１電極８３および第２電極１０３とは異なり、一体物としてコンタクトトレンチ１３１に埋め込まれている。コンタクト電極１３３は、コンタクトトレンチ１３１から露出する上端部、コンタクト絶縁層１３２に接する下端部を有している。
コンタクト電極１３３の下端部は、第１底側電極８６（第２底側電極１０６）と同様の態様で、コンタクトトレンチ１３１の底壁１２３に向かう凸湾曲状に形成されている。コンタクト電極１３３の下端部は、より具体的には、コンタクト絶縁層１３２によって区画されたＵ字空間の底壁に倣って形成されており、底壁１２３に向かう滑らかな凸湾曲状に形成されている。
このような構造によれば、コンタクト電極１３３に対する局所的な電界集中を抑制できるので、ブレークダウン電圧の低下を抑制できる。特に、コンタクト絶縁層１３２の拡張されたＵ字空間にコンタクト電極１３３を埋設することにより、コンタクト電極１３３が上端部から下端部に向けて先細り形状になることを適切に抑制できる。これにより、コンタクト絶縁層１３２の下端部に対する局所的な電界集中を適切に抑制できる。
コンタクト電極１３３は、第１ゲートトレンチ８１およびコンタクトトレンチ１３１の間の接続部において第１底側電極８６に電気的に接続されている。コンタクト電極１３３は、第２ゲートトレンチ１０１およびコンタクトトレンチ１３１の間の接続部において第２底側電極１０６に電気的に接続されている。これにより、第２底側電極１０６は、第１底側電極８６に電気的に接続されている。
コンタクト電極１３３は、より具体的には、第１ゲートトレンチ８１の一端部および第２ゲートトレンチ１０１の一端部に引き出された引き出し電極１３３Ａを有している。引き出し電極１３３Ａは、第１ゲートトレンチ８１およびコンタクトトレンチ１３１の間の連通部を横切って第１ゲートトレンチ８１内に位置している。引き出し電極１３３Ａは、さらに、第２ゲートトレンチ１０１およびコンタクトトレンチ１３１の間の連通部を横切って第２ゲートトレンチ１０１内に位置している。
引き出し電極１３３Ａは、第１ゲートトレンチ８１内においてコンタクト絶縁層１３２によって区画されたＵ字空間に埋め込まれている。引き出し電極１３３Ａは、第１ゲートトレンチ８１内において第１底側電極８６と一体を成している。これにより、コンタクト電極１３３は、第１底側電極８６に電気的に接続されている。
第１ゲートトレンチ８１内においてコンタクト電極１３３および第１開口側電極８７の間には、第１中間絶縁層８８が介在している。これにより、コンタクト電極１３３は、第１ゲートトレンチ８１内において第１開口側電極８７から電気的に絶縁されている。
引き出し電極１３３Ａは、第２ゲートトレンチ１０１内においてコンタクト絶縁層１３２によって区画されたＵ字空間に埋め込まれている。引き出し電極１３３Ａは、第２ゲートトレンチ１０１内において第２底側電極１０６と一体を成している。これにより、コンタクト電極１３３は、第２底側電極１０６に電気的に接続されている。
第２ゲートトレンチ１０１内において、コンタクト電極１３３と第２開口側電極１０７との間には、第２中間絶縁層１０８が介在している。これにより、コンタクト電極１３３は、第２ゲートトレンチ１０１内において、第２開口側電極１０７から電気的に絶縁されている。
コンタクト電極１３３は、導電性ポリシリコン、タングステン、アルミニウム、銅、アルミニウム合金および銅合金のうちの少なくとも１種を含んでいてもよい。コンタクト電極１３３は、この形態では、導電性ポリシリコンを含む。導電性ポリシリコンは、ｎ型不純物またはｐ型不純物を含んでいてもよい。導電性ポリシリコンは、ｎ型不純物を含むことが好ましい。コンタクト電極１３３は、第１底側電極８６および第２底側電極１０６と同一の導電材料を含むことが好ましい。
コンタクト電極１３３において、コンタクトトレンチ１３１から露出する露出部は、この形態では、第１主面３に対してコンタクトトレンチ１３１の底壁１２３側に位置している。コンタクト電極１３３の露出部は、コンタクトトレンチ１３１の底壁１２３に向かう湾曲状に形成されている。
コンタクト電極１３３の露出部は、膜状に形成された第３キャップ絶縁層１３９により被覆されている。第３キャップ絶縁層１３９は、コンタクトトレンチ１３１内においてコンタクト絶縁層１３２に連なっている。第３キャップ絶縁層１３９は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含んでいてもよい。
図５～図１１を参照して、半導体層２の第１主面３の上には、主面絶縁層１４１が形成されている。主面絶縁層１４１は、第１主面３を選択的に被覆している。主面絶縁層１４１は、第１絶縁層８２、第２絶縁層１０２及びコンタクト絶縁層１３２に連なっている。主面絶縁層１４１は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ３）のうちの少なくとも１種を含む。
主面絶縁層１４１は、半導体層２側からこの順に積層されたＳｉＮ層およびＳｉＯ２層を含む積層構造を有していてもよい。主面絶縁層１４１は、半導体層２側からこの順に積層されたＳｉＯ２層およびＳｉＮ層を含む積層構造を有していてもよい。主面絶縁層１４１は、ＳｉＯ２層またはＳｉＮ層からなる単層構造を有していてもよい。主面絶縁層１４１は、この形態では、ＳｉＯ２層からなる単層構造を有している。主面絶縁層１４１は、第１絶縁層８２、第２絶縁層１０２およびコンタクト絶縁層１３２と同一の絶縁材料からなることが好ましい。
主面絶縁層１４１の上部には、層間絶縁層１４２が形成されている。層間絶縁層１４２は、主面絶縁層１４１の厚さを超える厚さを有していてもよい。層間絶縁層１４２は、主面絶縁層１４１のほぼ全域を被覆している。層間絶縁層１４２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ３）のうちの少なくとも１種を含む。
層間絶縁層１４２は、ここでは、酸化シリコンの一例としてのＵＳＧ（Undoped Silica Glass）層を含む。層間絶縁層１４２は、ＵＳＧ層からなる単層構造を有してもよい。層間絶縁層１４２は、平坦化された主面を有していてもよい。層間絶縁層１４２の主面は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により研削された研削面であってもよい。
層間絶縁層１４２は、酸化シリコンの一例としてＰＳＧ（Phosphor Silicate Glass）および／またはＢＰＳＧ（Boron Phosphor Silicate Glass）を含んでいてもよい。層間絶縁層１４２は、半導体層２側からこの順に積層されたＰＳＧ層およびＢＰＳＧ層を含む積層構造を有していてもよい。層間絶縁層１４２は、第１主面３側からこの順に積層されたＢＰＳＧ層およびＰＳＧ層を含む積層構造を有していてもよい。
図５および図６を参照して、出力領域６において層間絶縁層１４２には、第１プラグ電極１４３、第２プラグ電極１４４、第３プラグ電極１４５および第４プラグ電極１４６が埋め込まれている。この形態では、複数の第１プラグ電極１４３、複数の第２プラグ電極１４４、複数の第３プラグ電極１４５および複数の第４プラグ電極１４６が、層間絶縁層１４２に埋め込まれている。第１プラグ電極１４３、第２プラグ電極１４４、第３プラグ電極１４５および第４プラグ電極１４６は、タングステンをそれぞれ含んでいてもよい。
複数の第１プラグ電極１４３は、層間絶縁層１４２において第１トレンチゲート構造６０の第１開口側電極８７を被覆する部分にそれぞれ埋め込まれている。複数の第１プラグ電極１４３は、この形態では、第１トレンチゲート構造６０の一端部側の領域で、層間絶縁層１４２を貫通し、１対１対応の関係で複数の第１開口側電極８７に接続されている。
むろん、１つの第１開口側電極８７に対して複数の第１プラグ電極１４３が接続されていてもよい。図示は省略されるが、複数の第１プラグ電極１４３は、一端部側の領域と同様の態様で、層間絶縁層１４２において第１トレンチゲート構造６０の他端部側の領域を被覆する部分にも埋め込まれている。
複数の第１プラグ電極１４３は、この形態では、第１方向Ｘに沿って一列に間隔を空けて配列されている。各第１プラグ電極１４３は、平面視において三角形状、四角形状、五角形状、六角形状等の多角形状、もしくは、円形状または楕円形状に形成されていてもよい。各第１プラグ電極１４３は、ここでは、平面視において四角形状に形成されている。
複数の第２プラグ電極１４４は、層間絶縁層１４２において第２トレンチゲート構造７０の第２開口側電極１０７を被覆する部分にそれぞれ埋め込まれている。複数の第２プラグ電極１４４は、この形態では、第２トレンチゲート構造７０の一端部側の領域において層間絶縁層１４２を貫通し、１対１対応の関係で複数の第２開口側電極１０７に接続されている。
むろん、１つの第２開口側電極１０７に対して複数の第２プラグ電極１４４が接続されていてもよい。図示は省略されるが、複数の第２プラグ電極１４４は、一端部側の領域と同様の態様で、層間絶縁層１４２において第２トレンチゲート構造７０の他端部側の領域を被覆する部分にも埋め込まれている。
複数の第２プラグ電極１４４は、この形態では、第１方向Ｘに沿って一列に間隔を空けて配列されている。各第２プラグ電極１４４は、平面視において三角形状、四角形状、五角形状、六角形状等の多角形状、もしくは、円形状または楕円形状に形成されていてもよい。各第２プラグ電極１４４は、ここでは、平面視において四角形状に形成されている。
複数の第３プラグ電極１４５は、層間絶縁層１４２においてコンタクト電極１３３を被覆する部分にそれぞれ埋め込まれている。複数の第３プラグ電極１４５は、層間絶縁層１４２を貫通し、コンタクト電極１３３に接続されている。
図示は省略するが、複数の第３プラグ電極１４５は、一端部側の領域と同様の態様で、層間絶縁層１４２において他方側のトレンチコンタクト構造１２０のコンタクト電極１３３を被覆する部分にも埋め込まれている。
複数の第３プラグ電極１４５は、この形態では、第１方向Ｘに沿って一列に間隔を空けて配列されている。各第３プラグ電極１４５は、平面視において三角形状、四角形状、五角形状、六角形状等の多角形状、もしくは、円形状または楕円形状に形成されていてもよい。各第３プラグ電極１４５は、ここでは、平面視において四角形状に形成されている。
複数の第４プラグ電極１４６は、層間絶縁層１４２において複数のセル領域７５を被覆する部分にそれぞれ埋め込まれている。各第４プラグ電極１４６は、層間絶縁層１４２を貫通し、各セル領域７５にそれぞれ接続されている。各第４プラグ電極１４６は、より具体的には、各セル領域７５において、第１ソース領域９２、第１コンタクト領域９３、第２ソース領域１１２および第２コンタクト領域１１３に電気的に接続されている。
各第４プラグ電極１４６は、平面視において各セル領域７５に沿って延びる帯状に形成されている。各第４プラグ電極１４６の第２方向Ｙの長さは、各セル領域７５の第２方向Ｙの長さ未満であってもよい。
むろん、各セル領域７５には、複数の第４プラグ電極１４６が接続されていてもよい。この場合、複数の第４プラグ電極１４６は、各セル領域７５に沿って間隔を空けて形成される。さらに、各第４プラグ電極１４６は、平面視において三角形状、四角形状、五角形状、六角形状等の多角形状、もしくは、円形状または楕円形状に形成されていてもよい。
出力領域６において層間絶縁層１４２の上には、前述のソース電極１２およびゲート制御配線１７が形成されている。ソース電極１２は、層間絶縁層１４２の上において複数の第４プラグ電極１４６に一括して電気的に接続されている。ソース電極１２には、基準電圧（たとえばグランド電圧）が印加される。基準電圧は、複数の第４プラグ電極１４６を介して第１ソース領域９２、第１コンタクト領域９３、第２ソース領域１１２および第２コンタクト領域１１３に伝達される。
ゲート制御配線１７のうちの第１ゲート制御配線１７Ａは、層間絶縁層１４２の上において複数の第１プラグ電極１４３に電気的に接続されている。第１ゲート制御配線１７Ａには、コントロールＩＣ１０からのゲート制御信号が入力される。ゲート制御信号は、第１ゲート制御配線１７Ａおよび複数の第１プラグ電極１４３を介して第１開口側電極８７に伝達される。
ゲート制御配線１７のうちの第２ゲート制御配線１７Ｂは、層間絶縁層１４２の上において複数の第２プラグ電極１４４に電気的に接続されている。第２ゲート制御配線１７Ｂには、コントロールＩＣ１０からのゲート制御信号が入力される。ゲート制御信号は、第２ゲート制御配線１７Ｂおよび複数の第２プラグ電極１４４を介して第２開口側電極１０７に伝達される。
ゲート制御配線１７のうちの第３ゲート制御配線１７Ｃは、層間絶縁層１４２の上において複数の第３プラグ電極１４５に電気的に接続されている。第３ゲート制御配線１７Ｃには、コントロールＩＣ１０からのゲート制御信号が入力される。ゲート制御信号は、第３ゲート制御配線１７Ｃおよび複数の第３プラグ電極１４５を介してコンタクト電極１３３に伝達される。つまり、コントロールＩＣ１０からのゲート制御信号は、コンタクト電極１３３を介して第１底側電極８６および第２底側電極１０６に伝達される。
第１ＭＩＳＦＥＴ５６（第１トレンチゲート構造６０）及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７（第２トレンチゲート構造７０）が共にオフ状態に制御される場合、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１は共にオフ状態に制御される。
第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７が共にオン状態に制御される場合、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１は共にオン状態に制御される（Ｆｕｌｌ－ＯＮ制御）。
第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオン状態に制御される一方で、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオフ状態に制御される場合、第１チャネル領域９１はオン状態に制御され、第２チャネル領域１１１はオフ状態に制御される（第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。
第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオフ状態に制御される一方で、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオン状態に制御される場合、第１チャネル領域９１はオフ状態に制御され、第２チャネル領域１１１はオン状態に制御される（第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。
このようにして、パワーＭＩＳＦＥＴ９では、１つの出力領域６に形成された第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７を利用して、Ｆｕｌｌ－ＯＮ制御、第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御および第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御を含む複数種の制御が実現される。
第１ＭＩＳＦＥＴ５６を駆動させるとき（つまり、ゲートのオン制御時）、第１底側電極８６にオン信号Ｖｏｎが印加され、第１開口側電極８７にオン信号Ｖｏｎが印加されてもよい。この場合、第１底側電極８６および第１開口側電極８７は、ゲート電極として機能する。
これにより、第１底側電極８６および第１開口側電極８７の間の電圧降下を抑制できるので、第１底側電極８６及び第１開口側電極８７の間の電界集中を抑制できる。また、半導体層２のオン抵抗を低下させることができるので、消費電力低減を図ることができる。
第１ＭＩＳＦＥＴ５６を駆動させるとき（つまり、ゲートのオン制御時）、第１底側電極８６にオフ信号Ｖｏｆｆ（たとえば基準電圧）が印加され、第１開口側電極８７にオン信号Ｖｏｎが印加されてもよい。この場合、第１底側電極８６がフィールド電極として機能する一方で、第１開口側電極８７がゲート電極として機能する。これにより、寄生容量を低下させることができるから、スイッチング速度の向上を図ることができる。
第２ＭＩＳＦＥＴ５７を駆動させるとき（つまり、ゲートのオン制御時）、第２底側電極１０６にオン信号Ｖｏｎが印加され、第２開口側電極１０７にオン信号Ｖｏｎが印加されてもよい。この場合、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７は、ゲート電極として機能する。
これにより、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７の間の電圧降下を抑制できるから、第２底側電極１０６及び第２開口側電極１０７の間の電界集中を抑制できる。また、半導体層２のオン抵抗を低下させることができるから、消費電力の低減を図ることができる。
第２ＭＩＳＦＥＴ５７を駆動させるとき（つまり、ゲートのオン制御時）、第２底側電極１０６にオフ信号Ｖｏｆｆ（基準電圧）が印加され、第２開口側電極１０７にオン信号Ｖｏｎが印加されてもよい。この場合、第２底側電極１０６がフィールド電極として機能する一方で、第２開口側電極１０７がゲート電極として機能する。これにより、寄生容量を低下させることができるから、スイッチング速度の向上を図ることができる。
図７および図８を参照して、第１チャネル領域９１は、各セル領域７５において第１チャネル面積Ｓ１で形成されている。第１チャネル面積Ｓ１は、各セル領域７５に形成された複数の第１ソース領域９２のトータル平面面積によって定義される。
第１チャネル領域９１は、各セル領域７５において第１チャネル割合Ｒ１（第１割合）で形成されている。第１チャネル割合Ｒ１は、各セル領域７５の平面面積を１００％としたとき、各セル領域７５において第１チャネル面積Ｓ１が占める割合である。
第１チャネル割合Ｒ１は、０％以上５０％以下の範囲で調整される。第１チャネル割合Ｒ１は、０％以上５％以下、５％以上１０％以下、１０％以上１５％以下、１５％以上２０％以下、２０％以上２５％以下、２５％以上３０％以下、３０％以上３５％以下、３５％以上４０％以下、４０％以上４５％以下、または、４５％以上５０％以下であってもよい。第１チャネル割合Ｒ１は、１０％以上３５％以下であることが好ましい。
第１チャネル割合Ｒ１が５０％の場合、第１トレンチゲート構造６０の第１側壁６１および第２側壁６２のほぼ全域に第１ソース領域９２が形成される。この場合、第１トレンチゲート構造６０の第１側壁６１および第２側壁６２に第１コンタクト領域９３は形成されない。第１チャネル割合Ｒ１は、５０％未満であることが好ましい。
第１チャネル割合Ｒ１が０％の場合、第１トレンチゲート構造６０の第１側壁６１および第２側壁６２に第１ソース領域９２は形成されない。この場合、第１トレンチゲート構造６０の第１側壁６１および第２側壁６２にボディ領域５５および／または第１コンタクト領域９３だけが形成される。第１チャネル割合Ｒ１は、０％を超えることが好ましい。この形態では、第１チャネル割合Ｒ１が２５％である例が示されている。
第２チャネル領域１１１は、各セル領域７５において第２チャネル面積Ｓ２で形成されている。第２チャネル面積Ｓ２は、各セル領域７５に形成された複数の第２ソース領域１１２のトータル平面面積によって定義される。
第２チャネル領域１１１は、各セル領域７５において、第２チャネル割合Ｒ２（第２割合）で形成されている。第２チャネル割合Ｒ２は、各セル領域７５の平面面積を１００％としたとき、各セル領域７５において第２チャネル面積Ｓ２が占める割合である。
第２チャネル割合Ｒ２は、０％以上５０％以下の範囲で調整される。第２チャネル割合Ｒ２は、０％以上５％以下、５％以上１０％以下、１０％以上１５％以下、１５％以上２０％以下、２０％以上２５％以下、２５％以上３０％以下、３０％以上３５％以下、３５％以上４０％以下、４０％以上４５％以下、または、４５％以上５０％以下であってもよい。第２チャネル割合Ｒ２は、１０％以上３５％以下であることが好ましい。
第２チャネル割合Ｒ２が５０％の場合、第２トレンチゲート構造７０の第１側壁７１および第２側壁７２のほぼ全域に第２ソース領域１１２が形成される。この場合、第２トレンチゲート構造７０の第１側壁７１および第２側壁７２に第２コンタクト領域１１３は形成されない。第２チャネル割合Ｒ２は、５０％未満であることが好ましい。
第２チャネル割合Ｒ２が０％の場合、第２トレンチゲート構造７０の第１側壁７１および第２側壁７２に第２ソース領域１１２は形成されない。この場合、第２トレンチゲート構造７０の第１側壁７１および第２側壁７２にボディ領域５５および／または第２コンタクト領域１１３だけが形成される。第２チャネル割合Ｒ２は、０％を超えることが好ましい。この形態では、第２チャネル割合Ｒ２が２５％である例が示されている。
このように、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１は、各セル領域７５において０％以上１００％以下（好ましくは０％を超えて１００％未満）の総チャネル割合ＲＴ（ＲＴ＝Ｒ１＋Ｒ２）で形成される。
各セル領域７５における総チャネル割合ＲＴは、この形態では５０％である。この形態では、全ての総チャネル割合ＲＴが等しい値に設定されている。そのため、出力領域６内（単位面積）における平均チャネル割合ＲＡＶは５０％となる。平均チャネル割合ＲＡＶは、全ての総チャネル割合ＲＴの和を、総チャネル割合ＲＴの総数で除したものである。
以下、図１２Ａおよび図１２Ｂに、平均チャネル割合ＲＡＶを調整した場合の形態例を示す。図１２Ａは、図７に対応する領域の断面斜視図であって、第２形態例に係るチャネル構造を含む形態を示す断面斜視図である。図１２Ｂは、図７に対応する領域の断面斜視図であって、第３形態例に係るチャネル構造を含む形態を示す断面斜視図である。
図１２Ａでは、平均チャネル割合ＲＡＶが約６６％に調整された場合の形態例が示されている。各セル領域７５の総チャネル割合ＲＴは、約６６％である。図１２Ｂでは、平均チャネル割合ＲＡＶが３３％に調整された場合の形態例が示されている。各セル領域７５の総チャネル割合ＲＴは、３３％である。
総チャネル割合ＲＴは、セル領域７５毎に調整されてもよい。つまり、異なる値をそれぞれ有する複数の総チャネル割合ＲＴがセル領域７５毎に適用されてもよい。総チャネル割合ＲＴは、半導体層２の温度上昇に関係している。たとえば、総チャネル割合ＲＴを増加させると、半導体層２の温度が上昇し易くなる。一方で、総チャネル割合ＲＴを減少させると、半導体層２の温度が上昇し難くなる。
これを利用して、総チャネル割合ＲＴは、半導体層２の温度分布に応じて調整されてもよい。たとえば、半導体層２において温度が高まり易い領域の総チャネル割合ＲＴを比較的小さくし、半導体層２において温度が高まり難い領域の総チャネル割合ＲＴを比較的大きくしてもよい。
半導体層２において温度が高まり易い領域として、出力領域６の中央部を例示できる。半導体層２において温度が高まり難い領域として、出力領域６の周縁部を例示できる。むろん、半導体層２の温度分布に応じて総チャネル割合ＲＴを調整しながら、平均チャネル割合ＲＡＶが調整されてもよい。
２０％以上４０％以下（たとえば２５％）の総チャネル割合ＲＴを有するセル領域７５を、温度が高まり易い領域（たとえば中央部）に複数集約させてもよい。６０％以上８０％以下（たとえば７５％）の総チャネル割合ＲＴを有するセル領域７５を、温度が高まり難い領域（たとえば周縁部）に複数集約させてもよい。４０％を超えて６０％未満（たとえば５０％）の総チャネル割合ＲＴを有するセル領域７５を、温度が高まり易い領域および温度が高まり難い領域の間の領域に複数集約させてもよい。
さらに、２０％以上４０％以下の総チャネル割合ＲＴ、４０％以上６０％以下の総チャネル割合ＲＴおよび６０％以上８０％以下の総チャネル割合ＲＴが、規則的な配列で、複数のセル領域７５に適用されてもよい。
一例として、２５％（low）→５０％（middle）→７５％（high）の順に繰り返す３種の総チャネル割合ＲＴが、複数のセル領域７５に適用されてもよい。この場合、平均チャネル割合ＲＡＶは、５０％に調整されてもよい。このような構造の場合、比較的簡単な設計で、半導体層２の温度分布に偏りが形成されるのを抑制できる。このような構造を適用した具体的な形態は、次の実施形態に示される。
図１３は、アクティブクランプ耐量Ｅａｃおよび面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａの関係を実測によって調べたグラフである。図１３のグラフは、第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７を同時にオン状態およびオフ状態に制御した場合の特性を示している。
図１３において、縦軸はアクティブクランプ耐量Ｅａｃ［ｍＪ／ｍｍ２］を示し、横軸は面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａ［ｍΩ・ｍｍ２］を示している。アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、図３において述べた通り、逆起電力に対する耐量である。面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａは、通常動作時における半導体層２内のオン抵抗を表している。
図１３には、第１プロット点Ｐ１、第２プロット点Ｐ２、第３プロット点Ｐ３および第４プロット点Ｐ４が示されている。第１プロット点Ｐ１、第２プロット点Ｐ２、第３プロット点Ｐ３および第４プロット点Ｐ４は、平均チャネル割合ＲＡＶ（つまり、各セル領域７５に占める総チャネル割合ＲＴ）が６６％、５０％、３３％および２５％に調整された場合の特性をそれぞれ示している。
平均チャネル割合ＲＡＶを増加させた場合、通常動作時に面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａが低下し、アクティブクランプ動作時にアクティブクランプ耐量Ｅａｃが低下した。これとは反対に、平均チャネル割合ＲＡＶを低下させた場合、通常動作時に面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａが増加し、アクティブクランプ動作時にアクティブクランプ耐量Ｅａｃが向上した。
面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａを鑑みると、平均チャネル割合ＲＡＶは３３％以上（より具体的には３３％以上１００％未満）であることが好ましい。アクティブクランプ耐量Ｅａｃを鑑みると、平均チャネル割合ＲＡＶは３３％未満（より具体的には０％を超えて３３％未満）であることが好ましい。
平均チャネル割合ＲＡＶの増加に起因して面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａが低下したのは、電流経路が増加したためである。また、平均チャネル割合ＲＡＶの増加に起因してアクティブクランプ耐量Ｅａｃが低下したのは、逆起電力に起因する急激な温度上昇が引き起こされたためである。
とりわけ、平均チャネル割合ＲＡＶ（総チャネル割合ＲＴ）が比較的大きい場合には、互いに隣り合う第１トレンチゲート構造６０および第２トレンチゲート構造７０の間の領域において局所的かつ急激な温度上昇が発生する可能性が高まる。アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、この種の温度上昇に起因して低下したと考えられる。
一方、平均チャネル割合ＲＡＶの低下に起因して面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａが増加した理由は、電流経路が縮小したためである。平均チャネル割合ＲＡＶの低下に起因してアクティブクランプ耐量Ｅａｃが向上したのは、平均チャネル割合ＲＡＶ（総チャネル割合ＲＴ）が比較的小さくなり、局所的かつ急激な温度上昇が抑制されたためと考えられる。
図１３のグラフの結果から、平均チャネル割合ＲＡＶ（総チャネル割合ＲＴ）に基づく調整法にはトレードオフの関係が存在するため、当該トレードオフの関係から切り離して優れた面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａおよび優れたアクティブクランプ耐量Ｅａｃを両立することは困難であることが分かる。
一方、図１３のグラフの結果から、パワーＭＩＳＦＥＴ９において、通常動作時に第１プロット点Ｐ１（ＲＡＶ＝６６％）に近づく動作をさせ、アクティブクランプ動作時に第４プロット点Ｐ４（ＲＡＶ＝２５％）に近づく動作をさせることにより、優れた面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａ及び優れたアクティブクランプ耐量Ｅａｃを両立できることが分かる。そこで、この形態では、以下の制御が実施される。
図１４Ａは、図１に示す半導体装置１の第１制御例に係る通常動作を説明するための断面斜視図である。図１４Ｂは、図１に示す半導体装置１の第１制御例に係るアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。図１４Ａおよび図１４Ｂでは、説明の便宜上、第１主面３の上の構造を省略し、ゲート制御配線１７を簡略化している。
図１４Ａを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９の通常動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａに第１オン信号Ｖｏｎ１が入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂに第２オン信号Ｖｏｎ２が入力され、第３ゲート制御配線１７Ｃに第３オン信号Ｖｏｎ３が入力される。
第１オン信号Ｖｏｎ１、第２オン信号Ｖｏｎ２および第３オン信号Ｖｏｎ３は、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。第１オン信号Ｖｏｎ１、第２オン信号Ｖｏｎ２及び第３オン信号Ｖｏｎ３は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧をそれぞれ有している。第１オン信号Ｖｏｎ１、第２オン信号Ｖｏｎ２および第３オン信号Ｖｏｎ３は、それぞれ等しい電圧を有していてもよい。
この場合、第１開口側電極８７、第２開口側電極１０７、第１底側電極８６および第２底側電極１０６がそれぞれオン状態になる。つまり、第１開口側電極８７、第２開口側電極１０７、第１底側電極８６および第２底側電極１０６は、ゲート電極としてそれぞれ機能する。
これにより、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１は共にオン状態に制御される。図１４Ａでは、オン状態の第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７の双方が駆動される（Ｆｕｌｌ－ＯＮ制御）。通常動作時のチャネル利用率ＲＵは、１００％である。通常動作時の特性チャネル割合ＲＣは、５０％である。チャネル利用率ＲＵは、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１のうちオン状態に制御されている第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１の割合である。
なお、特性チャネル割合ＲＣは、平均チャネル割合ＲＡＶにチャネル利用率ＲＵを乗じた値（ＲＣ＝ＲＡＶ×ＲＵ）である。パワーＭＩＳＦＥＴ９の特性（面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａおよびアクティブクランプ耐量Ｅａｃ）は、特性チャネル割合ＲＣに基づいて定められる。これにより、面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａは、図１３のグラフにおいて第２プロット点Ｐ２で示された面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａに近づく。
一方、図１４Ｂを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９のアクティブクランプ動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａにオフ信号Ｖｏｆｆが入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂに第１クランプオン信号ＶＣｏｎ１が入力され、第３ゲート制御配線１７Ｃに第２クランプオン信号ＶＣｏｎ２が入力される。
オフ信号Ｖｏｆｆ、第１クランプオン信号ＶＣｏｎ１および第２クランプオン信号ＶＣｏｎ２は、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。オフ信号Ｖｏｆｆは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（たとえば基準電圧）を有している。第１クランプオン信号ＶＣｏｎ１および第２クランプオン信号ＶＣｏｎ２は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧をそれぞれ有している。第１クランプオン信号ＶＣｏｎ１および第２クランプオン信号ＶＣｏｎ２は、それぞれ等しい電圧を有していてもよい。第１クランプオン信号ＶＣｏｎ１および第２クランプオン信号ＶＣｏｎ２は、通常動作時の電圧以下または未満の電圧を有していてもよい。
この場合、第１開口側電極８７がオフ状態となり、第１底側電極８６、第２底側電極１０６及び第２開口側電極１０７がそれぞれオン状態になる。これにより、第１チャネル領域９１がオフ状態に制御されると共に第２チャネル領域１１１がオン状態に制御される。図１４Ｂでは、オフ状態の第１チャネル領域９１が塗りつぶしハッチングにより示され、オン状態の第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングにより示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオフ状態に制御される一方、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオン状態に制御される（第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。これによりアクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵが、零を超えて通常動作時のチャネル利用率ＲＵ未満となる。
アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、５０％である。また、アクティブクランプ動作時の特性チャネル割合ＲＣは、２５％である。これにより、アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、図１３のグラフにおいて第４プロット点Ｐ４で示されたアクティブクランプ耐量Ｅａｃに近づく。
第１制御例では、アクティブクランプ動作時において第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御が適用された例について説明した。しかし、アクティブクランプ動作時において第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御が適用されてもよい。
図１５Ａは、図１に示す半導体装置１の第２制御例に係る通常動作を説明するための断面斜視図である。図１５Ｂは、図１に示す半導体装置１の第２制御例に係るアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。図１５Ａおよび図１５Ｂでは、説明の便宜上、第１主面３の上の構造を省略し、ゲート制御配線１７を簡略化している。
図１５Ａを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９の通常動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａに第１オン信号Ｖｏｎ１が入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂに第２オン信号Ｖｏｎ２が入力され、第３ゲート制御配線１７Ｃにオフ信号Ｖｏｆｆが入力される。
第１オン信号Ｖｏｎ１、第２オン信号Ｖｏｎ２およびオフ信号Ｖｏｆｆは、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧をそれぞれ有している。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、それぞれ等しい電圧を有していてもよい。オフ信号Ｖｏｆｆは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（たとえば基準電圧）を有している。
この場合、第１開口側電極８７及び第２開口側電極１０７がそれぞれオン状態になり、第１底側電極８６および第２底側電極１０６がそれぞれオフ状態になる。つまり、第１開口側電極８７および第２開口側電極１０７がゲート電極として機能する一方で、第１底側電極８６および第２底側電極１０６がフィールド電極として機能する。
これにより、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１は共にオン状態に制御される。図１５Ａでは、オン状態の第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７の双方が駆動される（Ｆｕｌｌ－ＯＮ制御）。通常動作時のチャネル利用率ＲＵは、１００％である。通常動作時の特性チャネル割合ＲＣは、５０％である。これにより、面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａは、図１３のグラフにおいて第２プロット点Ｐ２で示された面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａに近づく。
一方、図１５Ｂを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９のアクティブクランプ動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａに第１オフ信号Ｖｏｆｆ１が入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂにクランプオン信号ＶＣｏｎが入力され、第３ゲート制御配線１７Ｃに第２オフ信号Ｖｏｆｆ２が入力される。
第１オフ信号Ｖｏｆｆ１、クランプオン信号ＶＣｏｎ及び第２オフ信号Ｖｏｆｆ２は、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。第１オフ信号Ｖｏｆｆ１は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（例えば基準電圧）を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、通常動作時の電圧以下または未満の電圧を有していてもよい。第２オフ信号Ｖｏｆｆ２は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧値（たとえば基準電圧）を有している。
この場合、第１開口側電極８７、第１底側電極８６及び第２底側電極１０６がそれぞれオフ状態となり、第２開口側電極１０７がオン状態になる。これにより、第１チャネル領域９１がオフ状態に制御されると共に第２チャネル領域１１１がオン状態に制御される。図１５Ｂでは、オフ状態の第１チャネル領域９１が塗りつぶしハッチングにより示され、オン状態の第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングにより示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオフ状態に制御される一方、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオン状態に制御される（第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。これによりアクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵが、零を超えて通常動作時のチャネル利用率ＲＵ未満となる。
アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、５０％である。また、アクティブクランプ動作時の特性チャネル割合ＲＣは、２５％である。これにより、アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、図１３のグラフにおいて第４プロット点Ｐ４で示されたアクティブクランプ耐量Ｅａｃに近づく。
第２制御例では、アクティブクランプ動作時において第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御が適用された例について説明した。しかし、アクティブクランプ動作時において第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御が適用されてもよい。
以上、半導体装置１は、半導体層２に形成されたＩＰＤ（Intelligent Power Device）を含む。ＩＰＤは、パワーＭＩＳＦＥＴ９、および、パワーＭＩＳＦＥＴ９を制御するコントロールＩＣ１０を含む。パワーＭＩＳＦＥＴ９は、より具体的には、第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７を含む。コントロールＩＣ１０は、第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７を個別に制御する。
コントロールＩＣ１０は、より具体的には、通常動作時に第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７をオン状態に制御し、アクティブクランプ動作時に第１ＭＩＳＦＥＴ５６をオフ状態に制御すると共に第２ＭＩＳＦＥＴ５７をオン状態に制御する。
したがって、通常動作時には、第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７を利用して電流を流すことができる。これにより、面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａ（オン抵抗）の低減を図ることができる。
一方、アクティブクランプ動作時には、第１ＭＩＳＦＥＴ５６を停止させた状態で第２ＭＩＳＦＥＴ５７を利用して電流を流すことができるから、第２ＭＩＳＦＥＴ５７によって逆起電力を消費（吸収）できる。これにより、逆起電力に起因する急激な温度上昇を抑制できるから、アクティブクランプ耐量Ｅａｃの向上を図ることができる。
半導体装置１は、より具体的には、第１ＦＥＴ構造５８を含む第１ＭＩＳＦＥＴ５６、および、第２ＦＥＴ構造６８を含む第２ＭＩＳＦＥＴ５７を有している。第１ＦＥＴ構造５８は、第１トレンチゲート構造６０および第１チャネル領域９１を含む。第２ＦＥＴ構造６８は、第２トレンチゲート構造７０および第２チャネル領域１１１を含む。
この場合、コントロールＩＣ１０は、通常動作時及びアクティブクランプ動作時の間で異なる特性チャネル割合ＲＣ（チャネルの面積）が適用されるように、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７を制御する。コントロールＩＣ１０は、より具体的には、アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵが、零を超えて通常動作時のチャネル利用率ＲＵ未満となるように第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７を制御する。
従って、通常動作時には、特性チャネル割合ＲＣが相対的に増加する。これにより、電流経路が相対的に増加するから、面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａ（オン抵抗）の低減を図ることができる。一方、アクティブクランプ動作時には、特性チャネル割合ＲＣが相対的に減少する。これにより、逆起電力に起因する急激な温度上昇を抑制できるから、アクティブクランプ耐量Ｅａｃの向上を図ることができる。
よって、図１３に示されるトレードオフの関係から切り離して、優れた面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａおよび優れたアクティブクランプ耐量Ｅａｃの両立を図ることができる半導体装置１を提供できる。
図１６は、図７に対応する領域の断面斜視図であって、本発明の第２実施形態に係る半導体装置１５１を示す斜視図である。以下では、半導体装置１に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
半導体装置１では、１個の第１ＦＥＴ構造５８および１個の第２ＦＥＴ構造６８が交互に配列される態様で、複数の第１ＦＥＴ構造５８および複数の第２ＦＥＴ構造６８が形成されている。一方、半導体装置１５１では、複数（この形態では２個）の第１ＦＥＴ構造５８の群および複数（この形態では２個）の第２ＦＥＴ構造６８の群が交互に配列される態様で、複数の第１ＦＥＴ構造５８および複数の第２ＦＥＴ構造６８が形成されている。
また、半導体装置１では、第２チャネル割合Ｒ２（第２チャネル面積Ｓ２）が、第１チャネル割合Ｒ１（第１チャネル面積Ｓ１）と等しい。これに対して、半導体装置１５１では、第２チャネル割合Ｒ２が、第１チャネル割合Ｒ１とは異なっている（Ｒ１≠Ｒ２）。第２チャネル割合Ｒ２は、より具体的には、第１チャネル割合Ｒ１未満（Ｒ２＜Ｒ１）である。以下、半導体装置１５１の構造について具体的に説明する。
図１６を参照して、複数のセル領域７５は、この形態では、互いに隣り合う２個の第１ＦＥＴ構造５８の間の領域、互いに隣り合う１個の第１ＦＥＴ構造５８および１個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域、ならびに、互いに隣り合う２個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域にそれぞれ区画されている。
複数のセル領域７５には、この形態では、互いに異なる値を有する３種の総チャネル割合ＲＴが適用されている。３種の総チャネル割合ＲＴは、第１総チャネル割合ＲＴ１、第２総チャネル割合ＲＴ２および第３総チャネル割合ＲＴ３を含む。
第１総チャネル割合ＲＴ１は、互いに隣り合う２個の第１ＦＥＴ構造５８の間の領域に適用されている。互いに隣り合う２個の第１ＦＥＴ構造５８の間の領域には、構造上、第２チャネル領域１１１は形成されない。
第１総チャネル割合ＲＴ１は、互いに隣り合う２個の第１ＦＥＴ構造５８の第１チャネル割合Ｒ１の合計値である。第１総チャネル割合ＲＴ１は、一例として６０％以上８０％以下に調整されていてもよい。第１総チャネル割合ＲＴ１は、この形態では、７５％に調整されている。第１総チャネル割合ＲＴ１において、一方側の第１チャネル割合Ｒ１および他方側の第１チャネル割合Ｒ１は、それぞれ３７．５％である。
第２総チャネル割合ＲＴ２は、互いに隣り合う１個の第１ＦＥＴ構造５８および１個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域に適用されている。互いに隣り合う１個の第１ＦＥＴ構造５８および１個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域には、その構造上、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１が形成される。
第２総チャネル割合ＲＴ２は、第１チャネル割合Ｒ１および第２チャネル割合Ｒ２の合計値である。第２総チャネル割合ＲＴ２は、一例として４０％を超えて６０％未満に調整されていてもよい。第２総チャネル割合ＲＴ２は、この形態では、５０％に調整されている。第２総チャネル割合ＲＴ２において、第１チャネル割合Ｒ１は２５％であり、第２チャネル割合Ｒ２は２５％である。
第３総チャネル割合ＲＴ３は、互いに隣り合う２個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域に適用されている。互いに隣り合う２個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域には、構造上、第１チャネル領域９１は形成されない。
第３総チャネル割合ＲＴ３は、互いに隣り合う２個の第２ＦＥＴ構造６８の第２チャネル割合Ｒ２の合計値である。第３総チャネル割合ＲＴ３は、一例として２０％以上４０％以下に調整されていてもよい。第３総チャネル割合ＲＴ３は、この形態では、２５％に調整されている。第３総チャネル割合ＲＴ３において、一方側の第２チャネル割合Ｒ２および他方側の第２チャネル割合Ｒ２は、それぞれ１２．５％である。
第１チャネル領域９１は、全チャネルのうちの５０％（１／２）を超える割合を占めている。この形態では、第１チャネル領域９１は全チャネルのうちの６２．５％を占め、第２チャネル領域１１１は全チャネルのうちの３７．５％を占めている。つまり、第２チャネル割合Ｒ２は、第１チャネル割合Ｒ１未満（Ｒ２＜Ｒ１）である。平均チャネル割合ＲＡＶは、この形態では、５０％である。半導体装置１５１における他の構造は、半導体装置１と同様である。この形態では、以下に説明される制御が実施される。
図１７Ａは、図１に示す半導体装置１５１の第１制御例に係る通常動作を説明するための断面斜視図である。図１７Ｂは、図１に示す半導体装置１５１の第１制御例に係るアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。図１７Ａおよび図１７Ｂでは、説明の便宜上、第１主面３の上の構造を省略し、ゲート制御配線１７を簡略化している。
図１７Ａを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９の通常動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａに第１オン信号Ｖｏｎ１が入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂに第２オン信号Ｖｏｎ２が入力され、第３ゲート制御配線１７Ｃに第３オン信号Ｖｏｎ３が入力される。
第１オン信号Ｖｏｎ１、第２オン信号Ｖｏｎ２および第３オン信号Ｖｏｎ３は、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。第１オン信号Ｖｏｎ１、第２オン信号Ｖｏｎ２及び第３オン信号Ｖｏｎ３は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧をそれぞれ有している。第１オン信号Ｖｏｎ１、第２オン信号Ｖｏｎ２および第３オン信号Ｖｏｎ３は、それぞれ等しい電圧を有していてもよい。
この場合、第１開口側電極８７、第２開口側電極１０７、第１底側電極８６および第２底側電極１０６がそれぞれオン状態になる。つまり、第１開口側電極８７、第２開口側電極１０７、第１底側電極８６および第２底側電極１０６は、ゲート電極としてそれぞれ機能する。
これにより、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１は共にオン状態に制御される。図１７Ａでは、オン状態の第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７の双方が駆動される（Ｆｕｌｌ－ＯＮ制御）。通常動作時のチャネル利用率ＲＵは、１００％である。通常動作時の特性チャネル割合ＲＣは、５０％である。これにより、面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａは、図１３のグラフにおいて第２プロット点Ｐ２で示された面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａに近づく。
一方、図１７Ｂを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９のアクティブクランプ動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａにオフ信号Ｖｏｆｆが入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂに第１クランプオン信号ＶＣｏｎ１が入力され、第３ゲート制御配線１７Ｃに第２クランプオン信号ＶＣｏｎ２が入力される。
オフ信号Ｖｏｆｆ、第１クランプオン信号ＶＣｏｎ１および第２クランプオン信号ＶＣｏｎ２は、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。オフ信号Ｖｏｆｆは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（たとえば基準電圧）を有している。第１クランプオン信号ＶＣｏｎ１および第２クランプオン信号ＶＣｏｎ２は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧をそれぞれ有している。第１クランプオン信号ＶＣｏｎ１および第２クランプオン信号ＶＣｏｎ２は、それぞれ等しい電圧を有していてもよい。第１クランプオン信号ＶＣｏｎ１および第２クランプオン信号ＶＣｏｎ２は、通常動作時の電圧以下または未満の電圧をそれぞれ有していてもよい。
この場合、第１開口側電極８７がオフ状態となり、第２開口側電極１０７、第１底側電極８６及び第２底側電極１０６がそれぞれオン状態になる。これにより、第１チャネル領域９１がオフ状態に制御されると共に第２チャネル領域１１１がオン状態に制御される。図１７Ｂでは、オフ状態の第１チャネル領域９１が塗りつぶしハッチングにより示され、オン状態の第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングにより示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオフ状態に制御される一方で、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオン状態に制御される（第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。これにより、アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵが、零を超えて通常動作時のチャネル利用率ＲＵ未満になる。アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、より具体的には、第２チャネル割合Ｒ２を超える第１チャネル割合Ｒ１（Ｒ２＜Ｒ１）を有する第１チャネル領域９１がオフ状態に制御されるため、通常動作時のチャネル利用率ＲＵの１／２未満になる。
アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、３７．５％である。また、アクティブクランプ動作時の特性チャネル割合ＲＣは、１８．７５％である。これにより、アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、図１３のグラフにおいて第４プロット点Ｐ４で示されたアクティブクランプ耐量Ｅａｃに近づくか、または、当該アクティブクランプ耐量Ｅａｃを超える。
図１８Ａは、図１６に示す半導体装置１５１の第２制御例に係る通常動作を説明するための断面斜視図である。図１８Ｂは、図１６に示す半導体装置１５１の第２制御例に係るアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。図１８Ａ、図１８Ｂでは、説明の便宜上、第１主面３の上の構造を省略し、ゲート制御配線１７を簡略化している。
図１８Ａを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９の通常動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａに第１オン信号Ｖｏｎ１が入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂに第２オン信号Ｖｏｎ２が入力され、第３ゲート制御配線１７Ｃにオフ信号Ｖｏｆｆが入力される。
第１オン信号Ｖｏｎ１、第２オン信号Ｖｏｎ２およびオフ信号Ｖｏｆｆは、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧をそれぞれ有している。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、それぞれ等しい電圧を有していてもよい。オフ信号Ｖｏｆｆは、基準電圧であってもよい。
この場合、第１開口側電極８７及び第２開口側電極１０７がそれぞれオン状態になり、第１底側電極８６および第２底側電極１０６がそれぞれオフ状態になる。つまり、第１開口側電極８７および第２開口側電極１０７がゲート電極として機能する一方で、第１底側電極８６および第２底側電極１０６がフィールド電極として機能する。
これにより、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１は共にオン状態に制御される。図１８Ａでは、オン状態の第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７の双方が駆動される（Ｆｕｌｌ－ＯＮ制御）。通常動作時のチャネル利用率ＲＵは、１００％である。通常動作時の特性チャネル割合ＲＣは、５０％である。これにより、面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａは、図１３のグラフにおいて第２プロット点Ｐ２で示された面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａに近づく。
一方、図１８Ｂを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９のアクティブクランプ動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａに第１オフ信号Ｖｏｆｆ１が入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂにクランプオン信号ＶＣｏｎが入力され、第３ゲート制御配線１７Ｃに第２オフ信号Ｖｏｆｆ２が入力される。
第１オフ信号Ｖｏｆｆ１、クランプオン信号ＶＣｏｎ及び第２オフ信号Ｖｏｆｆ２は、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。第１オフ信号Ｖｏｆｆ１は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（例えば基準電圧）を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、通常動作時の電圧以下または未満の電圧を有していてもよい。第２オフ信号Ｖｏｆｆ２は、基準電圧であってもよい。
この場合、第１開口側電極８７、第１底側電極８６及び第２底側電極１０６がそれぞれオフ状態となり、第２開口側電極１０７がオン状態になる。これにより、第１チャネル領域９１がオフ状態に制御されると共に第２チャネル領域１１１がオン状態に制御される。図１８Ｂでは、オフ状態の第１チャネル領域９１が塗りつぶしハッチングにより示され、オン状態の第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングにより示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオフ状態に制御される一方で、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオン状態に制御される（第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。これにより、アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵが、零を超えて通常動作時のチャネル利用率ＲＵ未満になる。アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、より具体的には、第２チャネル割合Ｒ２を超える第１チャネル割合Ｒ１（Ｒ２＜Ｒ１）を有する第１チャネル領域９１がオフ状態に制御されるため、通常動作時のチャネル利用率ＲＵの１／２未満になる。
アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、３７．５％である。また、アクティブクランプ動作時の特性チャネル割合ＲＣは、１８．７５％である。これにより、アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、図１３のグラフにおいて第４プロット点Ｐ４で示されたアクティブクランプ耐量Ｅａｃに近づくか、または、当該アクティブクランプ耐量Ｅａｃを超える。
図１９Ａは、図１６に示す半導体装置１５１の第３制御例に係る通常動作を説明するための断面斜視図である。図１９Ｂは、図１６に示す半導体装置１５１の第３制御例に係るアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。図１９Ａ、図１９Ｂでは、説明の便宜上、第１主面３の上の構造を省略し、ゲート制御配線１７を簡略化している。
図１９Ａを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９の通常動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａにオン信号Ｖｏｎが入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂに第１オフ信号Ｖｏｆｆ１が入力され、第３ゲート制御配線１７Ｃに第２オフ信号Ｖｏｆｆ２が入力される。
オン信号Ｖｏｎ、第１オフ信号Ｖｏｆｆ１および第２オフ信号Ｖｏｆｆ２は、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。オン信号Ｖｏｎは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧を有している。第１オフ信号Ｖｏｆｆ１および第２オフ信号Ｖｏｆｆ２は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（たとえば基準電圧）をそれぞれ有していてもよい。
この場合、第１開口側電極８７がオン状態になり、第１底側電極８６、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７がそれぞれオフ状態になる。つまり、第１開口側電極８７がゲート電極として機能する一方で、第１底側電極８６および第２底側電極１０６がフィールド電極として機能する。
これにより、第１チャネル領域９１がオン状態に制御されると共に第２チャネル領域１１１がオフ状態に制御される。図１９Ａでは、オン状態の第１チャネル領域９１がドット状のハッチングによって示され、オフ状態の第２チャネル領域１１１が塗りつぶしハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオン状態に制御される一方で、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオフ状態に制御される（第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。これにより、通常動作時の特性チャネル割合ＲＣは、第１チャネル割合Ｒ１未満の第２チャネル割合Ｒ２（Ｒ２＜Ｒ１）を有する第２チャネル領域１１１がオフ状態に制御されるから、平均チャネル割合ＲＡＶ未満になる。
通常動作時のチャネル利用率ＲＵは、６２．５％である。また、通常動作時の特性チャネル割合ＲＣは、３１．２５％である。これにより、面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａは、図１３のグラフにおいて第３プロット点Ｐ３で示された面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａに近づく。
一方、図１９Ｂを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９のアクティブクランプ動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａに第１オフ信号Ｖｏｆｆ１が入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂにクランプオン信号ＶＣｏｎが入力され、第３ゲート制御配線１７Ｃに第２オフ信号Ｖｏｆｆ２が入力される。
第１オフ信号Ｖｏｆｆ１、クランプオン信号ＶＣｏｎ及び第２オフ信号Ｖｏｆｆ２は、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。第１オフ信号Ｖｏｆｆ１は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（例えば基準電圧）を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、通常動作時の電圧以下または未満の電圧を有していてもよい。第２オフ信号Ｖｏｆｆ２は、基準電圧であってもよい。
この場合、第２開口側電極１０７がオン状態になり、第１底側電極８６、第１開口側電極８７および第２底側電極１０６がそれぞれオフ状態になる。つまり、第２開口側電極１０７がゲート電極として機能する一方で、第１底側電極８６および第２底側電極１０６がフィールド電極として機能する。
これにより、第１チャネル領域９１がオフ状態に制御されると共に第２チャネル領域１１１がオン状態に制御される。図１９Ｂでは、オフ状態の第１チャネル領域９１が塗りつぶしハッチングによって示され、オン状態の第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオフ状態に制御される一方で、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオン状態に制御される（第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。これにより、アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、第２チャネル割合Ｒ２を超える第１チャネル割合Ｒ１（Ｒ２＜Ｒ１）を有する第１チャネル領域９１がオフ状態に制御されるから、零を超えて通常動作時のチャネル利用率ＲＵ未満となる。
アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、３７．５％である。また、アクティブクランプ動作時の特性チャネル割合ＲＣは、１８．７５％である。これにより、アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、図１３のグラフにおいて第２プロット点Ｐ２で示されたアクティブクランプ耐量Ｅａｃに近づくか、または、当該アクティブクランプ耐量Ｅａｃを超える。
第３制御例では、通常動作時及びアクティブクランプ動作時において、第３ゲート制御配線１７Ｃにオフ信号Ｖｏｆｆが入力されている。しかし、通常動作時及びアクティブクランプ動作時において、第３ゲート制御配線１７Ｃにオン信号Ｖｏｎを入力してもよい。
以上、半導体装置１５１によっても半導体装置１に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。とりわけ、半導体装置１５１によれば、第２チャネル割合Ｒ２が、第１チャネル割合Ｒ１とは異なっている（Ｒ１≠Ｒ２）。第２チャネル割合Ｒ２は、より具体的には、第１チャネル割合Ｒ１未満である（Ｒ１＞Ｒ２）。
コントロールＩＣ１０は、このような構造において、アクティブクランプ動作時におけるチャネル利用率ＲＵが、零を超えて通常動作時におけるチャネル利用率ＲＵ未満となるように第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７を制御する。コントロールＩＣ１０は、より具体的には、アクティブクランプ動作時において第１チャネル領域９１をオフ状態に制御し、第２チャネル領域１１１をオン状態に制御する。これにより、アクティブクランプ耐量Ｅａｃの向上効果を高めることができる。
また、半導体装置１５１によれば、第３制御例で示されたように、通常動作時に第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御を適用し、アクティブクランプ動作時に第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御を適用できる。また、半導体装置１５１によれば、通常動作時に第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御を適用し、アクティブクランプ動作時に第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御を適用することもできる。
したがって、半導体装置１５１によれば、制御法を変更するだけで、同一の平均チャネル割合ＲＡＶを有していながら、種々の面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａおよびアクティブクランプ耐量Ｅａｃを実現できる。
また、半導体装置１５１では、複数（この形態では２個）の第１ＦＥＴ構造５８の群および複数（この形態では２個）の第２ＦＥＴ構造６８の群が交互に配列される態様で、複数の第１ＦＥＴ構造５８および複数の第２ＦＥＴ構造６８が形成されている。
複数の第１ＦＥＴ構造５８が互いに隣り合う構造では、互いに隣り合う複数の第１ＦＥＴ構造５８の間の領域において第２チャネル領域１１１に接続させることなく第１チャネル領域９１を形成できる。したがって、第１チャネル領域９１を適切に形成できるから、第１チャネル割合Ｒ１を適切に調整できる。
同様に、複数の第２ＦＥＴ構造６８が互いに隣り合う構造では、互いに隣り合う複数の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域において第１チャネル領域９１に接続させることなく第２チャネル領域１１１を形成できる。したがって、第２チャネル領域１１１を適切に形成できるから、第２チャネル割合Ｒ２を適切に調整できる。これにより、平均チャネル割合ＲＡＶおよび特性チャネル割合ＲＣを適切に調整できる。
図２０は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置１６１を１つの方向から見た斜視図である。図２１は、図２０に示す領域XXIの断面斜視図である。図２２は、図２１からソース電極１２およびゲート制御配線１７を取り除いた断面斜視図である。図２３は、図２２から層間絶縁層１４２を取り除いた断面斜視図である。以下では、半導体装置１に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
半導体装置１では、ゲート制御配線１７が、第１ゲート制御配線１７Ａ、第２ゲート制御配線１７Ｂおよび第３ゲート制御配線１７Ｃを含む。これに対して、半導体装置１６１では、ゲート制御配線１７は、第３ゲート制御配線１７Ｃを有さず、第１ゲート制御配線１７Ａおよび第２ゲート制御配線１７Ｂだけを含む。
また、半導体装置１では、第２底側電極１０６が、第１底側電極８６に電気的に接続されている。これに対して、半導体装置１６１では、第２底側電極１０６が第１底側電極８６から電気的に絶縁されている。
半導体装置１６１は、より具体的には、第１トレンチゲート構造６０および第２トレンチゲート構造７０を互いに電気的に絶縁させる態様で、第１トレンチゲート構造６０および第２トレンチゲート構造７０にそれぞれ接続された複数のトレンチコンタクト構造１２０を含む。
第１ＦＥＴ構造５８の他端部および第２ＦＥＴ構造６８の他端部側の領域の構造は、第１ＦＥＴ構造５８の一端部および第２ＦＥＴ構造６８の一端部側の領域の構造と同様である。以下では、第１ＦＥＴ構造５８の一端部および第２ＦＥＴ構造６８の一端部側の領域の構造を例にとって説明し、第１ＦＥＴ構造５８の他端部および第２ＦＥＴ構造６８の他端部側の領域の構造についての説明は省略する。
図２０～図２３を参照して、複数のトレンチコンタクト構造１２０は、複数の第１トレンチコンタクト構造１６２及び複数の第２トレンチコンタクト構造１６３を含む。複数の第１トレンチコンタクト構造１６２は、複数の第２トレンチゲート構造７０から間隔を空けて、対応する複数の第１トレンチゲート構造６０の一端部にそれぞれ接続されている。第１トレンチコンタクト構造１６２は、この形態では、対応する第１トレンチゲート構造６０に対して１対１対応の関係で接続されている。
複数の第２トレンチコンタクト構造１６３は、複数の第１トレンチゲート構造６０から間隔を空けて、対応する複数の第２トレンチゲート構造７０の一端部にそれぞれ接続されている。第２トレンチコンタクト構造１６３は、この形態では、対応する第２トレンチゲート構造７０に対して１対１対応の関係で接続されている。
各第１トレンチコンタクト構造１６２は、第１コンタクトトレンチ１６４、第１コンタクト絶縁層１６５および第１コンタクト電極１６６を含む。第１コンタクトトレンチ１６４、第１コンタクト絶縁層１６５及び第１コンタクト電極１６６は、前述のコンタクトトレンチ１３１、コンタクト絶縁層１３２及びコンタクト電極１３３にそれぞれ対応する。
第１コンタクトトレンチ１６４は、第１ゲートトレンチ８１の一端部に連通している。第１方向Ｘに関して、第１コンタクトトレンチ１６４の幅ＷＴＣ１は、第１ゲートトレンチ８１の第１幅ＷＴ１に等しい（ＷＴＣ１＝ＷＴ１）。また、第１コンタクトトレンチ１６４は、第１ゲートトレンチ８１との間で第２方向Ｙに沿って延びる１つのトレンチを形成している。
第１コンタクト絶縁層１６５は、第１ゲートトレンチ８１および第１コンタクトトレンチ１６４の間の連通部において第１絶縁層８２と一体を成している。第１コンタクト絶縁層１６５は、より具体的には、第１ゲートトレンチ８１内に引き出された引き出し絶縁層１６５Ａを含む。引き出し絶縁層１６５Ａは、前述の引き出し絶縁層１３２Ａに対応している。つまり、第１コンタクト絶縁層１６５は、連通部を横切って第１ゲートトレンチ８１内において第１底側絶縁層８４および第１開口側絶縁層８５と一体を成している。
第１コンタクト電極１６６は、第１ゲートトレンチ８１および第１コンタクトトレンチ１６４の間の連通部において第１底側電極８６と一体を成している。第１コンタクト電極１６６は、より具体的には、第１ゲートトレンチ８１内に引き出された引き出し電極１６６Ａを含む。引き出し電極１６６Ａは、前述の引き出し電極１３３Ａに対応している。
つまり、第１コンタクト電極１６６は、連通部を横切って第１ゲートトレンチ８１内において第１底側電極８６に電気的に接続されている。第１ゲートトレンチ８１内において第１コンタクト電極１６６および第１開口側電極８７の間には、第１中間絶縁層８８が介在している。
各第２トレンチコンタクト構造１６３は、第２コンタクトトレンチ１６７、第２コンタクト絶縁層１６８および第２コンタクト電極１６９を含む。第２コンタクトトレンチ１６７、第２コンタクト絶縁層１６８及び第２コンタクト電極１６９は、前述のコンタクトトレンチ１３１、コンタクト絶縁層１３２及びコンタクト電極１３３にそれぞれ対応する。
第２コンタクトトレンチ１６７は、第２ゲートトレンチ１０１の一端部に連通する。第１方向Ｘに関して、第２コンタクトトレンチ１６７の幅ＷＴＣ２は、第２ゲートトレンチ１０１の第２幅ＷＴ２に等しい（ＷＴＣ２＝ＷＴ２）。また、第２コンタクトトレンチ１６７は、第２ゲートトレンチ１０１との間で第２方向Ｙに沿って延びる１つのトレンチを形成している。
第２コンタクト絶縁層１６８は、第２ゲートトレンチ１０１及び第２コンタクトトレンチ１６７の間の連通部において第２絶縁層１０２と一体を成している。第２コンタクト絶縁層１６８は、具体的には、第２ゲートトレンチ１０１内に引き出された引き出し絶縁層１６８Ａを含む。引き出し絶縁層１６８Ａは、前述の引き出し絶縁層１３２Ａに対応している。つまり、第２コンタクト絶縁層１６８は、連通部を横切って第２ゲートトレンチ１０１内において第２底側絶縁層１０４及び第２開口側絶縁層１０５と一体を成している。
第２コンタクト電極１６９は、第２ゲートトレンチ１０１及び第２コンタクトトレンチ１６７の間の連通部において第２底側電極１０６と一体を成している。第２コンタクト電極１６９は、具体的には、第２ゲートトレンチ１０１内に引き出された引き出し電極１６９Ａを含む。引き出し電極１６９Ａは、前述の引き出し電極１３３Ａに対応している。
つまり、第２コンタクト電極１６９は、連通部を横切って第２ゲートトレンチ１０１内において第２底側電極１０６に電気的に接続されている。第２ゲートトレンチ１０１内において第２コンタクト電極１６９および第２開口側電極１０７の間には、第２中間絶縁層１０８が介在している。
なお、第２コンタクト電極１６９は、第１コンタクト電極１６６から電気的に絶縁されている。これにより、第２底側電極１０６は、第１底側電極８６から電気的に絶縁されている。つまり、第１底側電極８６および第２底側電極１０６は、互いに独立して制御可能に構成されている。
複数の第３プラグ電極１４５は、この形態では、複数の第３プラグ電極１４５Ａおよび複数の第３プラグ電極１４５Ｂを含む。複数の第３プラグ電極１４５Ａは、層間絶縁層１４２において第１トレンチコンタクト構造１６２の第１コンタクト電極１６６を被覆する部分にそれぞれ埋め込まれている。複数の第３プラグ電極１４５Ａは、層間絶縁層１４２を貫通し、第１コンタクト電極１６６に接続されている。
複数の第３プラグ電極１４５Ｂは、層間絶縁層１４２において第２トレンチコンタクト構造１６３の第２コンタクト電極１６９を被覆する部分にそれぞれ埋め込まれている。複数の第３プラグ電極１４５Ｂは、層間絶縁層１４２を貫通し、第２コンタクト電極１６９に接続されている。
ゲート制御配線１７のうちの第１ゲート制御配線１７Ａは、第１底側電極８６および第１開口側電極８７に電気的に接続されている。第１ゲート制御配線１７Ａは、より具体的には、層間絶縁層１４２の上において複数の第１プラグ電極１４３および複数の第３プラグ電極１４５Ａに電気的に接続されている。第１ゲート制御配線１７Ａの配線パターンは任意である。
第１ゲート制御配線１７Ａには、コントロールＩＣ１０からのゲート制御信号が入力される。ゲート制御信号は、複数の第１プラグ電極１４３および複数の第３プラグ電極１４５Ａを介して第１底側電極８６および第１開口側電極８７に伝達される。
したがって、第１底側電極８６および第１開口側電極８７は、この形態では、同時に同電圧に制御される。これにより、第１底側電極８６および第１開口側電極８７の間に電位差が形成されることを適切に抑制できるから、第１中間絶縁層８８に対する電界集中を適切に抑制できる。その結果、第１トレンチゲート構造６０の耐圧を高めることができる。
ゲート制御配線１７のうちの第２ゲート制御配線１７Ｂは、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７に電気的に接続されている。第２ゲート制御配線１７Ｂは、より具体的には、層間絶縁層１４２の上において複数の第２プラグ電極１４４および複数の第３プラグ電極１４５Ｂに電気的に接続されている。第２ゲート制御配線１７Ｂの配線パターンは任意である。
第２ゲート制御配線１７Ｂには、コントロールＩＣ１０からのゲート制御信号が入力される。ゲート制御信号は、複数の第１プラグ電極１４３および複数の第３プラグ電極１４５Ｂを介して第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７に伝達される。
したがって、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７は、この形態では、同時に同電圧に制御される。これにより、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７の間に電位差が形成されることを適切に抑制できるから、第２中間絶縁層１０８に対する電界集中を適切に抑制できる。その結果、第２トレンチゲート構造７０の耐圧を高めることができる。
図２４Ａは、図２３に示す半導体装置１６１の通常動作を説明するための断面斜視図である。図２４Ｂは、図２３に示す半導体装置１６１のアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。図２４Ａおよび図２４Ｂでは、説明の便宜上、第１主面３の上の構造を省略し、ゲート制御配線１７を簡略化している。
図２４Ａを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９の通常動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａに第１オン信号Ｖｏｎ１が入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂに第２オン信号Ｖｏｎ２が入力される。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。
第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧をそれぞれ有している。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、それぞれ等しい電圧を有していてもよい。
この場合、第１開口側電極８７、第２開口側電極１０７、第１底側電極８６および第２底側電極１０６がそれぞれオン状態になる。つまり、第１開口側電極８７、第２開口側電極１０７、第１底側電極８６および第２底側電極１０６は、ゲート電極としてそれぞれ機能する。
これにより、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１は共にオン状態に制御される。図２４Ａでは、オン状態の第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７の双方が駆動される（Ｆｕｌｌ－ＯＮ制御）。通常動作時のチャネル利用率ＲＵは、１００％である。通常動作時の特性チャネル割合ＲＣは、５０％である。これにより、面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａは、図１３のグラフにおいて第２プロット点Ｐ２で示された面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａに近づく。
一方、図２４Ｂを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９のアクティブクランプ動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａにオフ信号Ｖｏｆｆが入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂにクランプオン信号ＶＣｏｎが入力される。
オフ信号Ｖｏｆｆおよびクランプオン信号ＶＣｏｎは、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。オフ信号Ｖｏｆｆは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（たとえば基準電圧）を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、通常動作時の電圧以下または未満の電圧を有していてもよい。
この場合、第１底側電極８６および第１開口側電極８７がそれぞれオフ状態となり、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７がそれぞれオン状態になる。これにより、第１チャネル領域９１がオフ状態に制御されると共に第２チャネル領域１１１がオン状態に制御される。図２４Ｂでは、オフ状態の第１チャネル領域９１が塗りつぶしハッチングによって示され、オン状態の第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオフ状態に制御される一方、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオン状態に制御される（第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。これによりアクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵが、零を超えて通常動作時のチャネル利用率ＲＵ未満になる。
アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、５０％である。また、アクティブクランプ動作時の特性チャネル割合ＲＣは、２５％である。これにより、アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、図１３のグラフにおいて第４プロット点Ｐ４で示されたアクティブクランプ耐量Ｅａｃに近づく。
この制御例では、アクティブクランプ動作時において第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御が適用された例について説明した。しかし、アクティブクランプ動作時において第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御が適用されてもよい。
以上、半導体装置１６１によっても半導体装置１に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。とりわけ、半導体装置１６１によれば、第２底側電極１０６が第１底側電極８６から電気的に絶縁されており、第２開口側電極１０７が第１開口側電極８７から電気的に絶縁されている。
コントロールＩＣ１０は、このような構造において、第１ＭＩＳＦＥＴ５６の第１底側電極８６及び第１開口側電極８７を同時に同電圧に制御する。これにより、通常動作時及びアクティブクランプ動作時において第１底側電極８６及び第１開口側電極８７の間に電位差が形成されることを適切に抑制できる。その結果、第１中間絶縁層８８に対する電界集中を適切に抑制できるから第１トレンチゲート構造６０の耐圧を高めることができる。
また、コントロールＩＣ１０は、第２ＭＩＳＦＥＴ５７の第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７を同時に同電圧に制御する。これにより、通常動作時およびアクティブクランプ動作時において第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７の間に電位差が形成されることを適切に抑制できる。その結果、第２中間絶縁層１０８に対する電界集中を適切に抑制できるから、第２トレンチゲート構造７０の耐圧を高めることができる。
図２５は、図２１に対応する領域の断面斜視図であって、本発明の第４実施形態に係る半導体装置１７１を示す断面斜視図である。図２６は、図２５から半導体層２の上の構造を取り除いた断面斜視図である。以下では、半導体装置１６１に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
以下では、第１ＦＥＴ構造５８の一端部および第２ＦＥＴ構造６８の一端部側の領域の構造を例にとって説明し、第１ＦＥＴ構造５８の他端部および第２ＦＥＴ構造６８の他端部側の領域の構造についての説明は省略する。
半導体装置１６１では、１個の第１ＦＥＴ構造５８および１個の第２ＦＥＴ構造６８が交互に配列される態様で、複数の第１ＦＥＴ構造５８および複数の第２ＦＥＴ構造６８が形成されている。これに対して、半導体装置１７１では、複数（この形態では２個）の第１ＦＥＴ構造５８の群および複数（この形態では２個）の第２ＦＥＴ構造６８の群が交互に配列される態様で、複数の第１ＦＥＴ構造５８および複数の第２ＦＥＴ構造６８が形成されている。
また、半導体装置１６１では、複数の第１トレンチコンタクト構造１６２が１対１対応の関係で対応する第１トレンチゲート構造６０に接続されている。これに対して、半導体装置１７１では、複数の第１トレンチコンタクト構造１６２が、互いに隣り合う複数（この形態では２個）の第１トレンチゲート構造６０の群にそれぞれ接続されている。複数の第１トレンチコンタクト構造１６２は、平面視においてアーチ状に形成されている。
また、半導体装置１６１では、複数の第２トレンチコンタクト構造１６３が１対１対応の関係で対応する第２トレンチゲート構造７０に接続されている。これに対して、半導体装置１７１では、複数の第２トレンチコンタクト構造１６３が、互いに隣り合う複数（この形態では２個）の第２トレンチゲート構造７０の群にそれぞれ接続されている。複数の第２トレンチコンタクト構造１６３は、平面視においてアーチ状に形成されている。以下では、半導体装置１７１の構造について具体的に説明する。
図２５および図２６を参照して、複数のセル領域７５は、この形態では、互いに隣り合う２個の第１ＦＥＴ構造５８の間の領域、互いに隣り合う１個の第１ＦＥＴ構造５８および１個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域、ならびに、互いに隣り合う２個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域にそれぞれ区画されている。
複数のセル領域７５には、ここでは、３種の総チャネル割合ＲＴが適用されている。３種の総チャネル割合ＲＴは、第１総チャネル割合ＲＴ１、第２総チャネル割合ＲＴ２および第３総チャネル割合ＲＴ３を含む。
第１総チャネル割合ＲＴ１は、互いに隣り合う２個の第１ＦＥＴ構造５８の間の領域に適用されている。なお、互いに隣り合う２個の第１ＦＥＴ構造５８の間の領域には、その構造上、第２チャネル領域１１１は形成されない。
第１総チャネル割合ＲＴ１は、互いに隣り合う２個の第１ＦＥＴ構造５８の第１チャネル割合Ｒ１の合計値である。第１総チャネル割合ＲＴ１は、０％以上１００％以下（好ましくは０％を超えて１００％未満）に調整されていてもよい。第１総チャネル割合ＲＴ１は、ここでは、５０％に調整されている。第１総チャネル割合ＲＴ１において、一方側の第１チャネル割合Ｒ１および他方側の第１チャネル割合Ｒ１は、それぞれ２５％である。
第２総チャネル割合ＲＴ２は、互いに隣り合う１個の第１ＦＥＴ構造５８および１個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域に適用されている。互いに隣り合う１個の第１ＦＥＴ構造５８および１個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域には、その構造上、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１が形成される。
第２総チャネル割合ＲＴ２は、第１チャネル割合Ｒ１および第２チャネル割合Ｒ２の合計値である。第２総チャネル割合ＲＴ２は、０％以上１００％以下（好ましくは０％を超えて１００％未満）に調整されていてもよい。第２総チャネル割合ＲＴ２は、この形態では、５０％に調整されている。第２総チャネル割合ＲＴ２において、第１チャネル割合Ｒ１は２５％であり、第２チャネル割合Ｒ２は２５％である。
第３総チャネル割合ＲＴ３は、互いに隣り合う２個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域に適用されている。なお、互いに隣り合う２個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域には、その構造上、第１チャネル領域９１は形成されない。
第３総チャネル割合ＲＴ３は、互いに隣り合う２個の第２ＦＥＴ構造６８の第２チャネル割合Ｒ２の合計値である。第３総チャネル割合ＲＴ３は、０％以上１００％以下（好ましくは０％を超えて１００％未満）に調整されていてもよい。第３総チャネル割合ＲＴ３は、ここでは、５０％に調整されている。第３総チャネル割合ＲＴ３において、一方側の第２チャネル割合Ｒ２および他方側の第２チャネル割合Ｒ２は、それぞれ２５％である。
第１チャネル領域９１は全チャネルのうちの１／２（５０％）を占め、第２チャネル領域１１１は全チャネルのうちの１／２（５０％）を占めている。平均チャネル割合ＲＡＶは、この形態では、５０％である。
各第１トレンチコンタクト構造１６２において第１コンタクトトレンチ１６４は、互いに隣り合う複数の第１ゲートトレンチ８１の一端部に連通している。第１コンタクト絶縁層１６５は、各第１ゲートトレンチ８１および第１コンタクトトレンチ１６４の間の連通部において第１絶縁層８２と一体を成している。
第１コンタクト絶縁層１６５は、より具体的には、各第１ゲートトレンチ８１内に引き出された引き出し絶縁層１６５Ａを含み、連通部を横切って各第１ゲートトレンチ８１内において第１底側絶縁層８４および第１開口側絶縁層８５と一体を成している。
第１コンタクト電極１６６は、各第１ゲートトレンチ８１および第１コンタクトトレンチ１６４の間の連通部において第１底側電極８６と一体を成している。第１コンタクト電極１６６は、より具体的には、各第１ゲートトレンチ８１内に引き出された引き出し電極１６６Ａを含み、連通部を横切って各第１ゲートトレンチ８１内において第１底側電極８６に電気的に接続されている。各第１ゲートトレンチ８１内において第１コンタクト電極１６６および第１開口側電極８７の間には、第１中間絶縁層８８が介在している。
各第２トレンチゲート構造７０において第２コンタクトトレンチ１６７は、互いに隣り合う複数の第２ゲートトレンチ１０１の一端部に連通している。第２コンタクト絶縁層１６８は、各第２ゲートトレンチ１０１および第２コンタクトトレンチ１６７の間の連通部において第２絶縁層１０２と一体を成している。
第２コンタクト絶縁層１６８は、より具体的には、各第２ゲートトレンチ１０１内に引き出された引き出し絶縁層１６８Ａを含み、連通部を横切って各第２ゲートトレンチ１０１内において第２底側絶縁層１０４および第２開口側絶縁層１０５と一体を成している。
第２コンタクト電極１６９は、各第２ゲートトレンチ１０１および第２コンタクトトレンチ１６７の間の連通部において第２底側電極１０６と一体を成している。第２コンタクト電極１６９は、より具体的には、各第２ゲートトレンチ１０１内に引き出された引き出し電極１６９Ａを含み、連通部を横切って各第２ゲートトレンチ１０１内において第２底側電極１０６に電気的に接続されている。各第２ゲートトレンチ１０１内において第２コンタクト電極１６９および第２開口側電極１０７の間には、第２中間絶縁層１０８が介在している。
図２７Ａは、図２５に示す半導体装置１７１の通常動作を説明するための断面斜視図である。図２７Ｂは、図２５に示す半導体装置１７１のアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。図２７Ａおよび図２７Ｂでは、説明の便宜上、第１主面３の上の構造を省略し、ゲート制御配線１７を簡略化している。
図２７Ａを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９の通常動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａに第１オン信号Ｖｏｎ１が入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂに第２オン信号Ｖｏｎ２が入力される。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。
第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧をそれぞれ有している。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、それぞれ等しい電圧を有していてもよい。
この場合、第１開口側電極８７、第２開口側電極１０７、第１底側電極８６および第２底側電極１０６がそれぞれオン状態になる。つまり、第１開口側電極８７、第２開口側電極１０７、第１底側電極８６および第２底側電極１０６は、ゲート電極としてそれぞれ機能する。
これにより、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１は共にオン状態に制御される。図２７Ａでは、オン状態の第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７の双方が駆動される（Ｆｕｌｌ－ＯＮ制御）。通常動作時のチャネル利用率ＲＵは、１００％である。通常動作時の特性チャネル割合ＲＣは、５０％である。これにより、面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａは、図１３のグラフにおいて第２プロット点Ｐ２で示された面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａに近づく。
一方、図２７Ｂを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９のアクティブクランプ動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａにオフ信号Ｖｏｆｆが入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂにクランプオン信号ＶＣｏｎが入力される。
オフ信号Ｖｏｆｆおよびクランプオン信号ＶＣｏｎは、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。オフ信号Ｖｏｆｆは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（たとえば基準電圧）である。クランプオン信号ＶＣｏｎは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、通常動作時の電圧以下または未満の電圧を有していてもよい。
この場合、第１底側電極８６および第１開口側電極８７がそれぞれオフ状態となり、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７がそれぞれオン状態になる。これにより、第１チャネル領域９１がオフ状態に制御されると共に第２チャネル領域１１１がオン状態に制御される。図２７Ｂでは、オフ状態の第１チャネル領域９１が塗りつぶしハッチングによって示され、オン状態の第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオフ状態に制御される一方、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオン状態に制御される（第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。これによりアクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵが、零を超えて通常動作時のチャネル利用率ＲＵ未満になる。
アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、５０％である。また、アクティブクランプ動作時の特性チャネル割合ＲＣは、２５％である。これにより、アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、図１３のグラフにおいて第４プロット点Ｐ４で示されたアクティブクランプ耐量Ｅａｃに近づく。
この制御例では、アクティブクランプ動作時において第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御が適用された例について説明した。しかし、アクティブクランプ動作時において第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御が適用されてもよい。
以上、半導体装置１７１によっても半導体装置１６１に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。また、半導体装置１７１では、複数（この形態では２個）の第１ＦＥＴ構造５８の群および複数（この形態では２個）の第２ＦＥＴ構造６８の群が交互に配列される態様で、複数の第１ＦＥＴ構造５８および複数の第２ＦＥＴ構造６８が形成されている。
複数の第１ＦＥＴ構造５８が互いに隣り合う構造では、互いに隣り合う複数の第１ＦＥＴ構造５８の間の領域において第２チャネル領域１１１に接続させることなく第１チャネル領域９１を形成できる。したがって、第１チャネル領域９１を適切に形成できるから、第１チャネル割合Ｒ１を適切に調整できる。
同様に、複数の第２ＦＥＴ構造６８が互いに隣り合う構造では、互いに隣り合う複数の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域において第１チャネル領域９１に接続させることなく第２チャネル領域１１１を形成できる。したがって、第２チャネル領域１１１を適切に形成できるから、第２チャネル割合Ｒ２を適切に調整できる。これにより、平均チャネル割合ＲＡＶおよび特性チャネル割合ＲＣを適切に調整できる。
図２８は、図２５に対応する領域の断面斜視図であって、本発明の第５実施形態に係る半導体装置１８１を示す断面斜視図である。以下では、半導体装置１７１に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
複数のセル領域７５には、この形態では、互いに異なる値を有する第１総チャネル割合ＲＴ１、第２総チャネル割合ＲＴ２および第３総チャネル割合ＲＴ３が適用されている。
第１総チャネル割合ＲＴ１は、一例として６０％以上８０％以下に調整されていてもよい。第１総チャネル割合ＲＴ１は、この形態では、７５％に調整されている。第１総チャネル割合ＲＴ１において、一方側の第１チャネル割合Ｒ１および他方側の第１チャネル割合Ｒ１は、それぞれ３７．５％である。
第２総チャネル割合ＲＴ２は、一例として４０％を超えて６０％未満に調整されていてもよい。第２総チャネル割合ＲＴ２は、この形態では、５０％に調整されている。第２総チャネル割合ＲＴ２において、第１チャネル割合Ｒ１は２５％であり、第２チャネル割合Ｒ２は２５％である。
第３総チャネル割合ＲＴ３は、一例として２０％以上４０％以下に調整されていてもよい。第３総チャネル割合ＲＴ３は、この形態では、２５％に調整されている。第３総チャネル割合ＲＴ３において、一方側の第２チャネル割合Ｒ２および他方側の第２チャネル割合Ｒ２は、それぞれ１２．５％である。
第１チャネル領域９１は、全チャネルのうちの５０％（１／２）を超える割合を占めている。この形態では、第１チャネル領域９１は全チャネルのうちの６２．５％を占め、第２チャネル領域１１１は全チャネルのうちの３７．５％を占めている。つまり、第２チャネル割合Ｒ２は、第１チャネル割合Ｒ１未満（Ｒ２＜Ｒ１）である。平均チャネル割合ＲＡＶは、この形態では、５０％である。半導体装置１８１における他の構造は、半導体装置１７１と同様である。この形態では、以下に説明される制御が実施される。
図２９Ａは、図２８に示す半導体装置１８１の第１制御例に係る通常動作を説明するための断面斜視図である。図２９Ｂは、図２８に示す半導体装置１８１の第１制御例に係るアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。なお、図２９Ａおよび図２９Ｂでは、説明の便宜上、第１主面３の上の構造を省略し、ゲート制御配線１７を簡略化している。
図２９Ａを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９の通常動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａに第１オン信号Ｖｏｎ１が入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂに第２オン信号Ｖｏｎ２が入力される。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。
第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧をそれぞれ有している。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、それぞれ等しい電圧を有していてもよい。
この場合、第１開口側電極８７、第２開口側電極１０７、第１底側電極８６および第２底側電極１０６がそれぞれオン状態になる。つまり、第１開口側電極８７、第２開口側電極１０７、第１底側電極８６および第２底側電極１０６は、ゲート電極としてそれぞれ機能する。
これにより、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１は共にオン状態に制御される。図２９Ａでは、オン状態の第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７の双方が駆動される（Ｆｕｌｌ－ＯＮ制御）。通常動作時のチャネル利用率ＲＵは、１００％である。通常動作時の特性チャネル割合ＲＣは、５０％である。これにより、面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａは、図１３のグラフにおいて第２プロット点Ｐ２で示された面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａに近づく。
一方、図２９Ｂを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９のアクティブクランプ動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａにオフ信号Ｖｏｆｆが入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂにクランプオン信号ＶＣｏｎが入力される。
オフ信号Ｖｏｆｆおよびクランプオン信号ＶＣｏｎは、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。オフ信号Ｖｏｆｆは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（たとえば基準電圧）を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧をそれぞれ有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、通常動作時の電圧以下または未満の電圧を有していてもよい。
この場合、第１底側電極８６および第１開口側電極８７がそれぞれオフ状態となり、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７がそれぞれオン状態になる。これにより、第１チャネル領域９１がオフ状態に制御されると共に第２チャネル領域１１１がオン状態に制御される。図２９Ｂでは、オフ状態の第１チャネル領域９１が塗りつぶしハッチングによって示され、オン状態の第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオフ状態に制御される一方で、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオン状態に制御される（第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。これにより、アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵが、零を超えて通常動作時のチャネル利用率ＲＵ未満になる。アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、より具体的には、通常動作時のチャネル利用率ＲＵの１／２未満になる。
アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、３７．５％である。また、アクティブクランプ動作時の特性チャネル割合ＲＣは、１８．７５％である。これにより、アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、図１３のグラフにおいて第４プロット点Ｐ４で示されたアクティブクランプ耐量Ｅａｃに近づくか、または、当該アクティブクランプ耐量Ｅａｃを超える。
図３０Ａは、図２８に示す半導体装置１８１の第２制御例に係る通常動作を説明するための断面斜視図である。図３０Ｂは、図２８に示す半導体装置１８１の第２制御例に係るアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。なお、図３０Ａおよび図３０Ｂでは、説明の便宜上、第１主面３の上の構造を省略し、ゲート制御配線１７を簡略化している。
図３０Ａを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９の通常動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａにオン信号Ｖｏｎが入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂにオフ信号Ｖｏｆｆが入力される。オン信号Ｖｏｎおよびオフ信号Ｖｏｆｆは、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。オン信号Ｖｏｎは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧を有している。オン信号Ｖｏｎは、オフ信号Ｖｏｆｆは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（例えば基準電圧）を有している。
この場合、第１底側電極８６および第１開口側電極８７がそれぞれオン状態になり、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７がそれぞれオフ状態になる。つまり、第１底側電極８６および第１開口側電極８７がゲート電極として機能する一方で、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７がフィールド電極として機能する。
これにより、第１チャネル領域９１がオン状態に制御されると共に第２チャネル領域１１１がオフ状態に制御される。図３０Ａでは、オン状態の第１チャネル領域９１がドット状のハッチングによって示され、オン状態の第２チャネル領域１１１が塗りつぶしハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオン状態に制御される一方で、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオフ状態に制御される（第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。これにより、通常動作時の特性チャネル割合ＲＣは、第１チャネル割合Ｒ１未満の第２チャネル割合Ｒ２（Ｒ２＜Ｒ１）を有する第２チャネル領域１１１がオフ状態に制御されるから、平均チャネル割合ＲＡＶ未満になる。
通常動作時のチャネル利用率ＲＵは、６２．５％である。また、通常動作時の特性チャネル割合ＲＣは、３１．２５％である。これにより、面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａは、図１３のグラフにおいて第３プロット点Ｐ３で示された面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａに近づく。
一方、図３０Ｂを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９のアクティブクランプ動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａにオフ信号Ｖｏｆｆが入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂにクランプオン信号ＶＣｏｎが入力される。オフ信号Ｖｏｆｆおよびクランプオン信号ＶＣｏｎは、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。
オフ信号Ｖｏｆｆは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（例えば基準電圧）を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、通常動作時の電圧以下または未満の電圧を有していてもよい。
この場合、第１底側電極８６および第１開口側電極８７がそれぞれオフ状態になり、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７がそれぞれオン状態になる。つまり、第１底側電極８６および第１開口側電極８７がフィールド電極として機能する一方で、第２底側電極１０６および第２開口側電極１０７がゲート電極として機能する。
これにより、第１チャネル領域９１がオフ状態に制御されると共に第２チャネル領域１１１がオン状態に制御される。図３０Ｂでは、オフ状態の第１チャネル領域９１が塗りつぶしハッチングによって示され、オン状態の第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオフ状態に制御される一方で、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオン状態に制御される（第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、第１チャネル割合Ｒ１未満の第２チャネル割合Ｒ２（Ｒ２＜Ｒ１）を有する第２チャネル領域１１１がオン状態に制御されるから、零を超えて通常動作時のチャネル利用率ＲＵ未満になる。
アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、３７．５％である。また、アクティブクランプ動作時の特性チャネル割合ＲＣは、１８．７５％である。これにより、アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、図１３のグラフにおいて第２プロット点Ｐ２で示されたアクティブクランプ耐量Ｅａｃに近づくか、または、当該アクティブクランプ耐量Ｅａｃを超える。
以上、半導体装置１８１によっても半導体装置１７１に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。とりわけ、半導体装置１８１によれば、第２チャネル割合Ｒ２が第１チャネル割合Ｒ１とは異なっている（Ｒ１≠Ｒ２）。第２チャネル割合Ｒ２は、より具体的には、第１チャネル割合Ｒ１未満である（Ｒ１＞Ｒ２）。
コントロールＩＣ１０は、このような構造において、アクティブクランプ動作時におけるチャネル利用率ＲＵが、零を超えて通常動作時におけるチャネル利用率ＲＵ未満となるように第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７を制御する。これにより、アクティブクランプ耐量Ｅａｃの向上効果を高めることができる。
また、半導体装置１８１によれば、第２制御例で示されたように、通常動作時に第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御を適用し、アクティブクランプ動作時に第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御を適用できる。また、半導体装置１８１によれば、通常動作時に第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御を適用し、アクティブクランプ動作時に第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御を適用することもできる。すなわち、半導体装置１８１によれば、制御法を変更するだけで、同一の平均チャネル割合ＲＡＶを有していながら、種々の面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａおよびアクティブクランプ耐量Ｅａｃを実現できる。
図３１は、図７に対応する領域の断面斜視図であって、本発明の第６実施形態に係る半導体装置１９１を示す断面斜視図である。以下では、半導体装置１に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
半導体装置１では、第１トレンチゲート構造６０において、第１絶縁層８２が第１底側絶縁層８４および第１開口側絶縁層８５を含み、第１電極８３が第１底側電極８６、第１開口側電極８７および第１中間絶縁層８８を含む。
これに対し、半導体装置１９１では、第１絶縁層８２が第１底側絶縁層８４を含まず、第１電極８３が第１底側電極８６及び第１中間絶縁層８８を含まない。つまり、半導体装置１９１では、第１絶縁層８２が第１開口側絶縁層８５に相当する第１ゲート絶縁層１９２を含み、第１電極８３が第１開口側電極８７に相当する第１ゲート電極１９３を含む。
また、半導体装置１では、第２トレンチゲート構造７０において、第２絶縁層１０２が第２底側絶縁層１０４および第２開口側絶縁層１０５を含み、第２電極１０３が第２底側電極１０６、第２開口側電極１０７および第２中間絶縁層１０８を含む。
これに対して、半導体装置１９１では、第２絶縁層１０２が第２底側絶縁層１０４を含まず、第２電極１０３が第２底側電極１０６および第２中間絶縁層１０８を含まない。つまり、半導体装置１９１では、第２絶縁層１０２が第２開口側絶縁層１０５に相当する第２ゲート絶縁層１９４を含み、第２電極１０３が第２開口側電極１０７に相当する第２ゲート電極１９５を含む。
また、半導体装置１は、トレンチコンタクト構造１２０を有している。これに対して、半導体装置１９１は、トレンチコンタクト構造１２０を有していない。以下、半導体装置１９１の構造について具体的に説明する。
第１トレンチゲート構造６０において、第１ゲート絶縁層１９２は、第１ゲートトレンチ８１の内壁に沿って膜状に形成されている。第１ゲート絶縁層１９２は、第１ゲートトレンチ８１内において凹状の空間を区画している。
第１ゲート絶縁層１９２において第１ゲートトレンチ８１の底壁６３を被覆する部分の厚さは、第１ゲート絶縁層１９２において第１ゲートトレンチ８１の第１側壁６１および第２側壁６２を被覆する部分の厚さよりも大きくてもよい。むろん、第１ゲート絶縁層１９２は、一様な厚さを有していてもよい。
第１ゲート電極１９３は、第１ゲート絶縁層１９２を挟んで第１ゲートトレンチ８１に埋め込まれている。第１ゲート電極１９３は、より具体的には、第１ゲートトレンチ８１において第１ゲート絶縁層１９２によって区画された凹状の空間に一体物として埋め込まれている。第１ゲート電極１９３にはオン信号Ｖｏｎおよびオフ信号Ｖｏｆｆを含む第１ゲート制御信号（第１制御信号）が印加される。
第１ゲート電極１９３は、導電性ポリシリコン、タングステン、アルミニウム、銅、アルミニウム合金および銅合金のうちの少なくとも１種を含んでいてもよい。第１ゲート電極１９３は、この形態では、導電性ポリシリコンを含む。導電性ポリシリコンは、ｎ型不純物またはｐ型不純物を含んでいてもよい。導電性ポリシリコンは、ｎ型不純物を含むことが好ましい。
第２トレンチゲート構造７０において、第２ゲート絶縁層１９４は、第２ゲートトレンチ１０１の内壁に沿って膜状に形成されている。第２ゲート絶縁層１９４は、第２ゲートトレンチ１０１内において凹状の空間を区画している。
第２ゲート絶縁層１９４において第２ゲートトレンチ１０１の底壁７３を被覆する部分の厚さは、第２ゲート絶縁層１９４において第２ゲートトレンチ１０１の第２側壁７２および第２側壁７２を被覆する部分の厚さよりも大きくてもよい。むろん、第２ゲート絶縁層１９４は、一様な厚さを有していてもよい。
第２ゲート電極１９５は、第２ゲート絶縁層１９４を挟んで第２ゲートトレンチ１０１に埋め込まれている。第２ゲート電極１９５は、より具体的には、第２ゲートトレンチ１０１において第２ゲート絶縁層１９４によって区画された凹状の空間に一体物として埋め込まれている。第２ゲート電極１９５にはオン信号Ｖｏｎおよびオフ信号Ｖｏｆｆを含む第２ゲート制御信号（第２制御信号）が印加される。
第２ゲート電極１９５は、導電性ポリシリコン、タングステン、アルミニウム、銅、アルミニウム合金および銅合金のうちの少なくとも１種を含んでいてもよい。第２ゲート電極１９５は、第１ゲート電極１９３と同一種の導電材料を含んでいることが好ましい。第２ゲート電極１９５は、この形態では、導電性ポリシリコンを含む。導電性ポリシリコンは、ｎ型不純物またはｐ型不純物を含んでいてもよい。導電性ポリシリコンは、ｎ型不純物を含むことが好ましい。
なお、具体的な図示は省略されるが、第１ゲート制御配線１７Ａは、第１ゲート電極１９３に電気的に接続され、第２ゲート制御配線１７Ｂは、第２ゲート電極１９５に電気的に接続される。
図３２Ａは、図３１に示す半導体装置１９１の通常動作を説明するための断面斜視図である。図３２Ｂは、図３１に示す半導体装置１９１のアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。
図３２Ａを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９の通常動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａに第１オン信号Ｖｏｎ１が入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂに第２オン信号Ｖｏｎ２が入力される。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。
第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧をそれぞれ有している。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、それぞれ等しい電圧を有していてもよい。
この場合、第１ゲート電極１９３および第２ゲート電極１９５がそれぞれオン状態になる。これにより、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１は共にオン状態に制御される。図３２Ａでは、オン状態の第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７の双方が駆動される（Ｆｕｌｌ－ＯＮ制御）。通常動作時のチャネル利用率ＲＵは、１００％である。通常動作時の特性チャネル割合ＲＣは、５０％である。これにより、面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａは、特性チャネル割合ＲＣが５０％未満である場合に比べて低下する。
一方、図３２Ｂを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９のアクティブクランプ動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａにオフ信号Ｖｏｆｆが入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂにクランプオン信号ＶＣｏｎが入力される。
オフ信号Ｖｏｆｆおよびクランプオン信号ＶＣｏｎは、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。オフ信号Ｖｏｆｆは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（たとえば基準電圧）を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、通常動作時の電圧以下または未満の電圧を有していてもよい。
この場合、第１ゲート電極１９３がオフ状態となり、第２ゲート電極１９５がオン状態になる。これにより、第１チャネル領域９１がオフ状態に制御されると共に第２チャネル領域１１１がオン状態に制御される。図３２Ｂでは、オフ状態の第１チャネル領域９１が塗りつぶしハッチングによって示され、オン状態の第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオフ状態に制御される一方、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオン状態に制御される（第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。これによりアクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵが、零を超えて通常動作時のチャネル利用率ＲＵ未満となる。
アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、５０％である。また、アクティブクランプ動作時の特性チャネル割合ＲＣは、２５％である。これにより、アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、特性チャネル割合ＲＣが２５％を超える場合に比べて向上する。
この制御例では、アクティブクランプ動作時において第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御が適用された例について説明した。しかし、アクティブクランプ動作時において第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御が適用されてもよい。
以上、半導体装置１９１によっても半導体装置１に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。この形態では、第２チャネル割合Ｒ２（第２チャネル面積Ｓ２）が、第１チャネル割合Ｒ１（第１チャネル面積Ｓ１）と等しい例を示した。しかし、第２チャネル割合Ｒ２は、第２実施形態（図１６参照）の場合と同様に、第１チャネル割合Ｒ１と異なっていてもよい（Ｒ１≠Ｒ２）。第２チャネル割合Ｒ２は、第１チャネル割合Ｒ１未満（Ｒ２＜Ｒ１）であってもよい。
図３３は、図３１に対応する領域の断面斜視図であって、本発明の第７実施形態に係る半導体装置２０１を示す斜視図である。以下では、半導体装置１９１に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
半導体装置１９１では、１個の第１ＦＥＴ構造５８および１個の第２ＦＥＴ構造６８が交互に配列される態様で、複数の第１ＦＥＴ構造５８および複数の第２ＦＥＴ構造６８が形成されている。これに対して、半導体装置２０１では、複数（この形態では２個）の第１ＦＥＴ構造５８の群および複数（この形態では２個）の第２ＦＥＴ構造６８の群が交互に配列される態様で、複数の第１ＦＥＴ構造５８および複数の第２ＦＥＴ構造６８が形成されている。
また、半導体装置１９１は、トレンチコンタクト構造１２０を有していない。これに対して、半導体装置２０１は、トレンチコンタクト構造１２０を有している。半導体装置２０１は、より具体的には、第１トレンチゲート構造６０および第２トレンチゲート構造７０を互いに電気的に絶縁させる態様で、第１トレンチゲート構造６０および第２トレンチゲート構造７０にそれぞれ接続された複数のトレンチコンタクト構造１２０を含む。
また、半導体装置１９１では、第２チャネル割合Ｒ２（第２チャネル面積Ｓ２）が、第１チャネル割合Ｒ１（第１チャネル面積Ｓ１）と等しい。これに対し、半導体装置２０１では、第２チャネル割合Ｒ２が、第１チャネル割合Ｒ１と異なっている（Ｒ１≠Ｒ２）。第２チャネル割合Ｒ２は、より具体的には、第１チャネル割合Ｒ１未満（Ｒ２＜Ｒ１）である。以下、半導体装置２０１の構造について具体的に説明する。
図３３を参照して、複数のセル領域７５は、互いに隣り合う２個の第１ＦＥＴ構造５８の間の領域、互いに隣り合う１個の第１ＦＥＴ構造５８および１個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域、ならびに、互いに隣り合う２個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域にそれぞれ区画されている。
複数のセル領域７５には、この形態では、互いに異なる値を有する３種の総チャネル割合ＲＴが適用されている。３種の総チャネル割合ＲＴは、第１総チャネル割合ＲＴ１、第２総チャネル割合ＲＴ２および第３総チャネル割合ＲＴ３を含む。
第１総チャネル割合ＲＴ１は、互いに隣り合う２個の第１ＦＥＴ構造５８の間の領域に適用されている。なお、互いに隣り合う２個の第１ＦＥＴ構造５８の間の領域には、その構造上、第２チャネル領域１１１は形成されない。
第１総チャネル割合ＲＴ１は、互いに隣り合う２個の第１ＦＥＴ構造５８の第１チャネル割合Ｒ１の合計値である。第１総チャネル割合ＲＴ１は、一例として６０％以上８０％以下に調整されていてもよい。第１総チャネル割合ＲＴ１は、この形態では、７５％に調整されている。第１総チャネル割合ＲＴ１において、一方側の第１チャネル割合Ｒ１および他方側の第１チャネル割合Ｒ１は、それぞれ３７．５％である。
第２総チャネル割合ＲＴ２は、互いに隣り合う１個の第１ＦＥＴ構造５８および１個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域に適用されている。互いに隣り合う１個の第１ＦＥＴ構造５８および１個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域には、その構造上、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１が形成される。
第２総チャネル割合ＲＴ２は、第１チャネル割合Ｒ１および第２チャネル割合Ｒ２の合計値である。第２総チャネル割合ＲＴ２は、一例として４０％を超えて６０％未満に調整されていてもよい。第２総チャネル割合ＲＴ２は、この形態では、５０％に調整されている。第２総チャネル割合ＲＴ２において、第１チャネル割合Ｒ１は２５％であり、第２チャネル割合Ｒ２は２５％である。
第３総チャネル割合ＲＴ３は、互いに隣り合う２個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域に適用されている。なお、互いに隣り合う２個の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域には、その構造上、第１チャネル領域９１は形成されない。
第３総チャネル割合ＲＴ３は、互いに隣り合う２個の第２ＦＥＴ構造６８の第２チャネル割合Ｒ２の合計値である。第３総チャネル割合ＲＴ３は、一例として２０％以上４０％以下に調整されていてもよい。第３総チャネル割合ＲＴ３は、この形態では、２５％に調整されている。第３総チャネル割合ＲＴ３において、一方側の第２チャネル割合Ｒ２および他方側の第２チャネル割合Ｒ２は、それぞれ１２．５％である。
第１チャネル領域９１は、全チャネルのうちの５０％（１／２）を超える割合を占めている。この形態では、第１チャネル領域９１は全チャネルのうちの６２．５％を占め、第２チャネル領域１１１は全チャネルのうちの３７．５％を占めている。つまり、第２チャネル割合Ｒ２は、第１チャネル割合Ｒ１未満（Ｒ２＜Ｒ１）である。平均チャネル割合ＲＡＶは、この形態では、５０％である。
複数のトレンチコンタクト構造１２０は、複数の第１トレンチコンタクト構造２０２および複数の第２トレンチコンタクト構造２０３を含む。複数の第１トレンチコンタクト構造２０２は、複数の第２トレンチゲート構造７０から間隔を空けて、対応する複数の第１トレンチゲート構造６０の一端部にそれぞれ接続されている。複数の第１トレンチコンタクト構造２０２は、平面視においてアーチ状に形成されている。
複数の第２トレンチコンタクト構造２０３は、複数の第１トレンチゲート構造６０から間隔を空けて、対応する複数の第２トレンチゲート構造７０の一端部にそれぞれ接続されている。複数の第２トレンチコンタクト構造２０３は、平面視においてアーチ状に形成されている。
各第１トレンチコンタクト構造２０２は、第１コンタクトトレンチ２０４、第１コンタクト絶縁層２０５および第１コンタクト電極２０６を含む。第１コンタクトトレンチ２０４、第１コンタクト絶縁層２０５および第１コンタクト電極２０６は、この形態では、第１ゲートトレンチ８１、第１ゲート絶縁層１９２および第１ゲート電極１９３に対応した構造をそれぞれ有している。
各第１トレンチコンタクト構造２０２において第１コンタクトトレンチ２０４は、互いに隣り合う複数の第１ゲートトレンチ８１の一端部に連通している。第１コンタクト絶縁層２０５は、各第１ゲートトレンチ８１および第１コンタクトトレンチ２０４の間の連通部において第１ゲート絶縁層１９２と一体を成している。第１コンタクト電極２０６は、各第１ゲートトレンチ８１および第１コンタクトトレンチ２０４の間の連通部において第１ゲート電極１９３と一体を成している。
各第２トレンチコンタクト構造２０３は、第２コンタクトトレンチ２０７、第２コンタクト絶縁層２０８および第２コンタクト電極２０９を含む。第２コンタクトトレンチ２０７、第２コンタクト絶縁層２０８および第２コンタクト電極２０９は、この形態では、第２ゲートトレンチ１０１、第２ゲート絶縁層１９４および第２ゲート電極１９５に対応した構造をそれぞれ有している。
各第２トレンチコンタクト構造２０３において第２コンタクトトレンチ２０７は、互いに隣り合う複数の第２ゲートトレンチ１０１の一端部に連通している。第２コンタクト絶縁層２０８は、各第２ゲートトレンチ１０１および第２コンタクトトレンチ２０７の間の連通部において第２ゲート絶縁層１９４と一体を成している。第２コンタクト電極２０９は、各第２ゲートトレンチ１０１および第２コンタクトトレンチ２０７の間の連通部において第２ゲート電極１９５と一体を成している。
具体的な図示は省略されるが、第１ゲート制御配線１７Ａは第１ゲート電極１９３および第１コンタクト電極２０６に電気的に接続され、第２ゲート制御配線１７Ｂは第２ゲート電極１９５および第２コンタクト電極２０９に電気的に接続される。
図３４Ａは、図３３に示す半導体装置２０１の通常動作を説明するための断面斜視図である。図３４Ｂは、図３３に示す半導体装置２０１のアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。図３４Ａおよび図３４Ｂでは、説明の便宜上、第１主面３の上の構造を省略し、ゲート制御配線１７を簡略化している。
図３４Ａを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９の通常動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａに第１オン信号Ｖｏｎ１が入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂに第２オン信号Ｖｏｎ２が入力される。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。
第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧をそれぞれ有している。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、それぞれ等しい電圧を有していてもよい。
この場合、第１ゲート電極１９３および第２ゲート電極１９５がそれぞれオン状態になる。これにより、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１は共にオン状態に制御される。図３４Ａでは、オン状態の第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７の双方が駆動される（Ｆｕｌｌ－ＯＮ制御）。通常動作時のチャネル利用率ＲＵは、１００％である。通常動作時の特性チャネル割合ＲＣは、５０％である。これにより、面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａは、特性チャネル割合ＲＣが５０％未満である場合に比べて低下する。
一方、図３４Ｂを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９のアクティブクランプ動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａにオフ信号Ｖｏｆｆが入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂにクランプオン信号ＶＣｏｎが入力される。オフ信号Ｖｏｆｆおよびクランプオン信号ＶＣｏｎは、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。
オフ信号Ｖｏｆｆは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（例えば基準電圧）を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、通常動作時の電圧以下または未満の電圧を有していてもよい。
この場合、第１ゲート電極１９３がオフ状態となり、第２ゲート電極１９５がオン状態になる。これにより、第１チャネル領域９１がオフ状態に制御されると共に第２チャネル領域１１１がオン状態に制御される。図３４Ｂでは、オフ状態の第１チャネル領域９１が塗りつぶしハッチングによって示され、オン状態の第２チャネル領域１１１がドット状のハッチングによって示されている。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオフ状態に制御される一方で、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオン状態に制御される（第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。これにより、アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵが、零を超えて通常動作時のチャネル利用率ＲＵ未満となる。アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、より具体的には、通常動作時のチャネル利用率ＲＵの１／２未満になる。
アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、３７．５％である。また、アクティブクランプ動作時の特性チャネル割合ＲＣは、１８．７５％である。これにより、アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、特性チャネル割合ＲＣが１８．７５％を超える場合に比べて向上する。
以上、半導体装置２０１によっても半導体装置１９１に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。また、半導体装置２０１では、複数（この形態では２個）の第１ＦＥＴ構造５８の群および複数（この形態では２個）の第２ＦＥＴ構造６８の群が交互に配列される態様で、複数の第１ＦＥＴ構造５８および複数の第２ＦＥＴ構造６８が形成されている。
複数の第１ＦＥＴ構造５８が互いに隣り合う構造では、互いに隣り合う複数の第１ＦＥＴ構造５８の間の領域において第２チャネル領域１１１に接続させることなく第１チャネル領域９１を形成できる。したがって、第１チャネル領域９１を適切に形成できるから、第１チャネル割合Ｒ１を適切に調整できる。
同様に、複数の第２ＦＥＴ構造６８が互いに隣り合う構造では、互いに隣り合う複数の第２ＦＥＴ構造６８の間の領域において第１チャネル領域９１に接続させることなく第２チャネル領域１１１を形成できる。したがって、第２チャネル領域１１１を適切に形成できるから、第２チャネル割合Ｒ２を適切に調整できる。これにより、平均チャネル割合ＲＡＶおよび特性チャネル割合ＲＣを適切に調整できる。
図３５は、図７に対応する領域の断面斜視図であって、本発明の第８実施形態に係る半導体装置２１１を示す一部切り欠き断面斜視図である。以下では、半導体装置１に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
半導体装置１は、トレンチゲート型の第１ＦＥＴ構造５８およびトレンチゲート型の第２ＦＥＴ構造６８を含む。これに対して、半導体装置２１１は、プレーナゲート型の第１ＦＥＴ構造５８およびプレーナゲート型の第２ＦＥＴ構造６８を含む。以下、半導体装置２１１の具体的な構造について説明する。
図３５を参照し、半導体層２の第１主面３の表層部には、複数のボディ領域５５が形成されている。複数のボディ領域５５は、パワーＭＩＳＦＥＴ９の基礎となる領域である。複数のボディ領域５５は、第１方向Ｘに沿って間隔を空けて形成され、第２方向Ｙに沿って帯状に延びている。複数のボディ領域５５は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。
各第１ＦＥＴ構造５８は、各ボディ領域５５の表層部に形成された第１ソース領域９２を含む。第１ソース領域９２は、第２方向Ｙに沿って帯状に延びている。各第２ＦＥＴ構造６８は、各ボディ領域５５の表層部に形成された第２ソース領域１１２を含む。第２ソース領域１１２は、より具体的には、第１方向Ｘに沿って間隔を空けて形成され、第２方向Ｙに沿って帯状に延びている。
各第１ＦＥＴ構造５８および各第２ＦＥＴ構造６８は、各ボディ領域５５の表層部に形成されたｐ＋型のコンタクト領域２１２を含む。コンタクト領域２１２は、第１ＦＥＴ構造５８および第２ＦＥＴ構造６８に共有されている。コンタクト領域２１２は、第１ソース領域９２および第２ソース領域１１２の間の領域に形成されている。コンタクト領域２１２は、第２方向Ｙに沿って帯状に延びている。
第１ＦＥＴ構造５８は、半導体層２の第１主面３の上に形成された第１プレーナゲート構造２１３を含む。第１プレーナゲート構造２１３は、第２方向Ｙに沿って帯状に延び、ドリフト領域５４、ボディ領域５５および第１ソース領域９２に対向している。
各第１プレーナゲート構造２１３は、より具体的には、第１ゲート絶縁層２１４および第１ゲート電極２１５を含む。第１ゲート絶縁層２１４は、第１主面３の上に形成されている。第１ゲート絶縁層２１４は、第１主面３の上においてドリフト領域５４、ボディ領域５５および第１ソース領域９２を被覆している。第１ゲート電極２１５は、第１ゲート絶縁層２１４を挟んでドリフト領域５４、ボディ領域５５および第１ソース領域９２に対向している。
第１ＭＩＳＦＥＴ５６の第１チャネル領域９１は、この形態では、ボディ領域５５においてドリフト領域５４および第１ソース領域９２の間の領域に形成される。第１チャネル領域９１は、第１ゲート絶縁層２１４を挟んで第１ゲート電極２１５に対向する。
第２ＦＥＴ構造６８は、半導体層２の第２主面４の上に形成された第２プレーナゲート構造２２３を含む。第２プレーナゲート構造２２３は、第２方向Ｙに沿って帯状に延び、ドリフト領域５４、ボディ領域５５および第２ソース領域１１２に対向している。
各第２プレーナゲート構造２２３は、より具体的には、第２ゲート絶縁層２２４および第２ゲート電極２２５を含む。第２ゲート絶縁層２２４は、第２主面４の上に形成されている。第２ゲート絶縁層２２４は、第２主面４の上においてドリフト領域５４、ボディ領域５５および第２ソース領域１１２を被覆している。第２ゲート電極２２５は、第２ゲート絶縁層２２４を挟んでドリフト領域５４、ボディ領域５５および第２ソース領域１１２に対向している。
第２ＭＩＳＦＥＴ５７の第２チャネル領域１１１は、この形態では、ボディ領域５５においてドリフト領域５４および第２ソース領域１１２の間の領域に形成される。第２チャネル領域１１１は、第２ゲート絶縁層２２４を挟んで第２ゲート電極２２５に対向する。
第１主面３の上には、層間絶縁層１４２が形成されている。層間絶縁層１４２には、複数のソース開口２３０が形成されている。各ソース開口２３０は、層間絶縁層１４２において互いに隣り合う第１プレーナゲート構造２１３および第２プレーナゲート構造２２３の間の領域を被覆する部分に形成されている。各ソース開口２３０は、第１ソース領域９２、第２ソース領域１１２およびコンタクト領域２１２を露出させている。
具体的な図示は省略されるが、ソース電極１２は、各ソース開口２３０に入り込むように層間絶縁層１４２の上に形成される。ソース電極１２は、各ソース開口２３０内において第１ソース領域９２、第２ソース領域１１２およびコンタクト領域２１２に電気的に接続される。また、具体的な図示は省略されるが、第１ゲート制御配線１７Ａは第１ゲート電極１９３に電気的に接続され、第２ゲート制御配線１７Ｂは第２ゲート電極１９５に電気的に接続される。
図３６Ａは、図３５に示す半導体装置２１１の通常動作を説明するための断面斜視図である。図３６Ｂは、図３５に示す半導体装置２１１のアクティブクランプ動作を説明するための断面斜視図である。
図３６Ａを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９の通常動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａに第１オン信号Ｖｏｎ１が入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂに第２オン信号Ｖｏｎ２が入力される。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。
第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧をそれぞれ有している。第１オン信号Ｖｏｎ１および第２オン信号Ｖｏｎ２は、それぞれ等しい電圧を有していてもよい。
この場合、第１ゲート電極１９３および第２ゲート電極１９５がそれぞれオン状態になる。これにより、第１チャネル領域９１および第２チャネル領域１１１は共にオン状態に制御される。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７の双方が駆動される（Ｆｕｌｌ－ＯＮ制御）。通常動作時のチャネル利用率ＲＵは、１００％である。通常動作時の特性チャネル割合ＲＣは、５０％である。これにより、面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａは、特性チャネル割合ＲＣが５０％未満である場合に比べて低下する。
一方、図３６Ｂを参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９のアクティブクランプ動作時では、第１ゲート制御配線１７Ａにオフ信号Ｖｏｆｆが入力され、第２ゲート制御配線１７Ｂにクランプオン信号ＶＣｏｎが入力される。オフ信号Ｖｏｆｆおよびクランプオン信号ＶＣｏｎは、コントロールＩＣ１０からそれぞれ入力される。
オフ信号Ｖｏｆｆは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（例えば基準電圧）を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧を有している。クランプオン信号ＶＣｏｎは、通常動作時の電圧以下または未満の電圧を有していてもよい。
この場合、第１ゲート電極１９３がオフ状態となり、第２ゲート電極１９５がオン状態になる。これにより、第１チャネル領域９１がオフ状態に制御されると共に第２チャネル領域１１１がオン状態に制御される。
その結果、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオフ状態に制御される一方で、第２ＭＩＳＦＥＴ５７がオン状態に制御される（第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）。これにより、アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵが、零を超えて通常動作時のチャネル利用率ＲＵ未満になる。アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵは、５０％である。また、アクティブクランプ動作時の特性チャネル割合ＲＣは、２５％である。これにより、アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、特性チャネル割合ＲＣが２５％を超える場合に比べて向上する。
以上、半導体装置２１１によっても半導体装置１に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。
図３７は、本発明の第９実施形態に係る半導体装置２４１を１つの方向から見た斜視図である。以下では、半導体装置１に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
前述の第１実施形態では、半導体装置１がハイサイド側のスイッチングデバイスである形態例について説明した。しかし、半導体装置１は、ローサイド側のスイッチングデバイスとしても提供されることができる。ここでは、ローサイド側のスイッチングデバイスとして製造された半導体装置１の一形態例を、第９実施形態に係る半導体装置２４１として説明する。
半導体装置２４１に組み込まれるパワーＭＩＳＦＥＴ９の構造（制御例）としては、第１実施形態に係るパワーＭＩＳＦＥＴ９の構造（制御例）に限らず、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態、第６実施形態、第７実施形態および第８実施形態に示されたパワーＭＩＳＦＥＴ９の構造（制御例）のいずれか１つが適用される。半導体装置２４１のパワーＭＩＳＦＥＴ９の構造（制御例）の説明については、第１～第８実施形態に係るパワーＭＩＳＦＥＴ９の構造（制御例）の説明のいずれか１つが準用されるものとし、省略する。
図３７を参照し、半導体装置２４１は、第１実施形態等と同様に、半導体層２を含む。半導体層２には、第１実施形態等と同様に、出力領域６および入力領域７が設定されている。出力領域６は、パワーＭＩＳＦＥＴ９を含む。入力領域７は、コントロールＩＣ１０を含む。
半導体層２の上には、複数（この形態では３つ）の電極１１，１２，１３が形成されている。図３７では、ハッチングによって複数の電極１１～１３が示されている。複数の電極１１～１３の個数、配置および平面形状は任意であり、図３７に示される形態に限定されない。
複数の電極１１～１３の個数、配置および平面形状は、パワーＭＩＳＦＥＴ９の仕様やコントロールＩＣ１０の仕様に応じて調整される。複数の電極１１～１３は、この形態では、ドレイン電極１１（出力電極）、ソース電極１２（基準電圧電極）および入力電極１３を含む。
ドレイン電極１１は、第１実施形態等と同様に、半導体層２の第２主面４の上に形成されている。ドレイン電極１１は、パワーＭＩＳＦＥＴ９によって生成された電気信号を外部に伝達する。
ソース電極１２は、第１実施形態等と同様に、第１主面３において出力領域６の上に形成されている。ソース電極１２は、パワーＭＩＳＦＥＴ９やコントロールＩＣ１０の各種機能回路に基準電圧（たとえばグランド電圧）を提供する。
入力電極１３は、第１実施形態等と同様、第１主面３において入力領域７の上に形成されている。入力電極１３は、コントロールＩＣ１０を駆動するための入力電圧を伝える。
半導体層２の上には、第１実施形態等と同様に、制御配線の一例としてのゲート制御配線１７が形成されている。ゲート制御配線１７は、この形態では、第１ゲート制御配線１７Ａ、第２ゲート制御配線１７Ｂおよび第３ゲート制御配線１７Ｃを含む。ゲート制御配線１７は、出力領域６および入力領域７に選択的に引き回されている。ゲート制御配線１７は、出力領域６においてパワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートに電気的に接続され、入力領域７においてコントロールＩＣ１０に電気的に接続されている。
図３８は、図３７に示す半導体装置２４１の電気的構造を示すブロック回路図である。以下では、半導体装置２４１が車に搭載される場合を例にとって説明する。
半導体装置２４１は、出力電極としてのドレイン電極１１、基準電圧電極としてのソース電極１２、入力電極１３、ゲート制御配線１７、パワーＭＩＳＦＥＴ９およびコントロールＩＣ１０を含む。
ドレイン電極１１は、パワーＭＩＳＦＥＴ９のドレインに電気的に接続されている。ドレイン電極１１は、負荷に接続される。ソース電極１２は、パワーＭＩＳＦＥＴ９のソースに電気的に接続されている。ソース電極１２は、パワーＭＩＳＦＥＴ９およびコントロールＩＣ１０に基準電圧を提供する。
入力電極１３は、ＭＣＵ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＬＤＯ等に接続されてもよい。入力電極１３は、コントロールＩＣ１０に入力電圧を提供する。パワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートは、ゲート制御配線１７を介してコントロールＩＣ１０（後述のゲート制御回路２５）に接続されている。
コントロールＩＣ１０は、この形態では、電流・電圧制御回路２３、保護回路２４、ゲート制御回路２５およびアクティブクランプ回路２６を含む。
電流・電圧制御回路２３は、ソース電極１２、入力電極１３、保護回路２４およびゲート制御回路２５に接続されている。電流・電圧制御回路２３は、入力電極１３からの電気信号および保護回路２４からの電気信号に応じて、種々の電圧を生成する。電流・電圧制御回路２３は、この形態では、駆動電圧生成回路３０、第１定電圧生成回路３１、第２定電圧生成回路３２および基準電圧・基準電流生成回路３３を含む。
駆動電圧生成回路３０は、ゲート制御回路２５を駆動するための駆動電圧を生成する。駆動電圧生成回路３０により生成された駆動電圧は、ゲート制御回路２５に入力される。
第１定電圧生成回路３１は、保護回路２４を駆動するための第１定電圧を生成する。第１定電圧生成回路３１は、ツェナーダイオードやレギュレータ回路を含んでいてもよい。第１定電圧は、保護回路２４（たとえば過電流保護回路３４）に入力される。
第２定電圧生成回路３２は、保護回路２４を駆動するための第２定電圧を生成する。第２定電圧生成回路３２は、ツェナーダイオードやレギュレータ回路を含んでいてもよい。第２定電圧は、保護回路２４（たとえば過熱保護回路３６）に入力される。
基準電圧・基準電流生成回路３３は、各種回路の基準電圧および基準電流を生成する。基準電圧及び基準電流は、各種回路に入力される。各種回路がコンパレータを含む場合、基準電圧及び基準電流は、当該コンパレータに入力されてもよい。
保護回路２４は、電流・電圧制御回路２３、ゲート制御回路２５およびパワーＭＩＳＦＥＴ９のソースに接続されている。保護回路２４は、過電流保護回路３４および過熱保護回路３６を含む。
過電流保護回路３４は、過電流からパワーＭＩＳＦＥＴ９を保護する。過電流保護回路３４は、ゲート制御回路２５に接続されている。過電流保護回路３４は、電流モニタ回路を含んでいてもよい。過電流保護回路３４によって生成された信号は、ゲート制御回路２５（より具体的には、後述する駆動信号出力回路４０）に入力される。
過熱保護回路３６は、過度な温度上昇からパワーＭＩＳＦＥＴ９を保護する。過熱保護回路３６は、電流・電圧制御回路２３に接続されている。過熱保護回路３６は、半導体装置２４１の温度を監視する。過熱保護回路３６は、感温ダイオードやサーミスタ等の感温デバイスを含んでいてもよい。過熱保護回路３６によって生成された信号は、電流・電圧制御回路２３に入力される。
ゲート制御回路２５は、パワーＭＩＳＦＥＴ９のオン状態およびオフ状態を制御する。ゲート制御回路２５は、電流・電圧制御回路２３、保護回路２４、パワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートに接続されている。
ゲート制御回路２５は、電流・電圧制御回路２３からの電気信号および保護回路２４からの電気信号に応じて、ゲート制御配線１７の個数に応じた複数種のゲート制御信号を生成する。複数種のゲート制御信号は、ゲート制御配線１７を介してパワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートに入力される。
ゲート制御回路２５は、より具体的には、発振回路３８、チャージポンプ回路３９および駆動信号出力回路４０を含む。発振回路３８は、電流・電圧制御回路２３からの電気信号に応じて発振し、所定の電気信号を生成する。発振回路３８によって生成された電気信号は、チャージポンプ回路３９に入力される。チャージポンプ回路３９は、発振回路３８からの電気信号を昇圧させる。チャージポンプ回路３９によって昇圧された電気信号は、駆動信号出力回路４０に入力される。
駆動信号出力回路４０は、チャージポンプ回路３９からの電気信号および保護回路２４（より具体的には、過電流保護回路３４）からの電気信号に応じて複数種のゲート制御信号を生成する。複数種のゲート制御信号は、ゲート制御配線１７を介してパワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートに入力される。これにより、パワーＭＩＳＦＥＴ９が駆動制御される。
アクティブクランプ回路２６は、逆起電力からパワーＭＩＳＦＥＴ９を保護する。アクティブクランプ回路２６は、ドレイン電極１１、パワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートに接続されている。
図３９は、図３７に示す半導体装置２４１の通常動作およびアクティブクランプ動作を説明するための回路図である。図４０は、図３９に示す回路図に適用される主要な電気信号の波形図である。
ここでは、パワーＭＩＳＦＥＴ９に誘導性負荷Ｌが接続された回路例を用いて、半導体装置２４１の通常動作およびアクティブクランプ動作を説明する。ソレノイド、モータ、トランス、リレー等の巻線（コイル）を利用したデバイスが、誘導性負荷Ｌとして例示される。誘導性負荷Ｌは、Ｌ負荷とも称される。
図３９を参照して、パワーＭＩＳＦＥＴ９のソースは、グランドに接続されている。パワーＭＩＳＦＥＴ９のドレインは、誘導性負荷Ｌに電気的に接続されている。パワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートおよびドレインは、アクティブクランプ回路２６に接続されている。パワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートおよびソースは、抵抗Ｒに接続されている。アクティブクランプ回路２６は、この回路例では、互いにバイアス接続されたｋ個（ｋは自然数）のツェナーダイオードＤＺを含む。
図３９および図４０を参照し、オフ状態のパワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートにオン信号Ｖｏｎが入力されると、パワーＭＩＳＦＥＴ９がオフ状態からオン状態に切り替わる（通常動作）。オン信号Ｖｏｎは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上（Ｖｔｈ≦Ｖｏｎ）の電圧を有している。パワーＭＩＳＦＥＴ９は、所定のオン時間ＴＯＮだけ、オン状態に維持される。
パワーＭＩＳＦＥＴ９がオン状態に切り替わると、ドレイン電流ＩＤが、パワーＭＩＳＦＥＴ９のドレインからソースに向けて流れ始める。ドレイン電流ＩＤは、パワーＭＩＳＦＥＴ９のオン時間ＴＯＮに比例して増加する。誘導性負荷Ｌは、ドレイン電流ＩＤの増加に起因して誘導性エネルギを蓄積させる。
パワーＭＩＳＦＥＴ９のゲートにオフ信号Ｖｏｆｆが入力されると、パワーＭＩＳＦＥＴ９がオン状態からオフ状態に切り替わる。オフ信号Ｖｏｆｆは、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧（Ｖｏｆｆ＜Ｖｔｈ）を有している。オフ信号Ｖｏｆｆは、基準電圧（たとえばグランド電圧）であってもよい。パワーＭＩＳＦＥＴ９がオフ状態に切り替わると、誘導性負荷Ｌの誘導性エネルギが、逆起電力としてパワーＭＩＳＦＥＴ９に印加される。
これにより、パワーＭＩＳＦＥＴ９がアクティブクランプ状態になる（アクティブクランプ動作）。パワーＭＩＳＦＥＴ９がアクティブクランプ状態になると、ドレイン電圧ＶＤＳが、クランプ電圧ＶＤＳＳＣＬまで急激に上昇する。
クランプ電圧ＶＤＳＳＣＬが最大定格ドレイン電圧ＶＤＳＳを超えた場合（ＶＤＳＳ＜ＶＤＳＳＣＬ）、パワーＭＩＳＦＥＴ９は破壊に至る。パワーＭＩＳＦＥＴ９は、クランプ電圧ＶＤＳＳＣＬが最大定格ドレイン電圧ＶＤＳＳ以下（ＶＤＳＳＣＬ≦ＶＤＳＳ）になるように設計される。
クランプ電圧ＶＤＳＳＣＬが最大定格ドレイン電圧ＶＤＳＳ以下の場合（ＶＤＳＳＣＬ≦ＶＤＳＳ）、逆方向電流ＩＺが、アクティブクランプ回路２６に流れる。これにより、アクティブクランプ回路２６の端子間に制限電圧ＶＬが形成される。制限電圧ＶＬは、この形態では、アクティブクランプ回路２６におけるツェナーダイオードＤＺの端子間電圧ＶＺの総和（ＶＬ＝ｋ・ＶＺ）である。
また、逆方向電流ＩＺは、抵抗Ｒを通過してグランドに至る。これにより、抵抗Ｒの端子間に端子間電圧ＶＲが形成される。抵抗Ｒの端子間電圧ＶＲ（＝ＩＺ×Ｒ）は、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上（Ｖｔｈ≦ＶＲ）に調整される。端子間電圧ＶＲは、クランプオン電圧ＶＣＬＰとしてパワーＭＩＳＦＥＴ９のゲート・ソース間に印加される。従って、パワーＭＩＳＦＥＴ９は、アクティブクランプ状態においてオン状態を維持する。クランプオン電圧ＶＣＬＰ（端子間電圧ＶＲ）は、オン信号Ｖｏｎ未満の電圧を有していてもよい。
これにより、誘導性負荷Ｌの誘導性エネルギが、パワーＭＩＳＦＥＴ９で消費（吸収）される。ドレイン電流ＩＤは、アクティブクランプ時間ＴＡＶを経て、パワーＭＩＳＦＥＴ９のオフ直前のピーク値ＩＡＶからゼロに減少する。これにより、ゲート電圧ＶＧＳがグランド電圧になり、ドレイン電圧ＶＤＳが電源電圧ＶＢになり、パワーＭＩＳＦＥＴ９がオン状態からオフ状態に切り替わる。
パワーＭＩＳＦＥＴ９のアクティブクランプ耐量Ｅａｃは、アクティブクランプ動作時における耐量によって定義される。アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、より具体的には、パワーＭＩＳＦＥＴ９のオン状態からオフ状態への遷移時において、誘導性負荷Ｌの誘導性エネルギに起因して生じる逆起電力に対する耐量によって定義される。
アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、さらに具体的には、図３６の回路例で明らかにされたように、クランプ電圧ＶＤＳＳＣＬに起因して生じるエネルギに対する耐量によって定義される。
以上、半導体装置２４１によっても半導体装置１に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。
本発明の実施形態について述べたが、本発明は更に他の形態で実施することもできる。
前述の各実施形態において、第３ゲート制御配線１７Ｃに電気的に接続される第１底側電極８６及び第２底側電極１０６がフィールド電極として機能する場合、第３ゲート制御配線１７Ｃは、コントロールＩＣに代えてソース電極１２に電気的に接続されてもよい。
この場合、第３ゲート制御配線１７Ｃは、ソース電極１２から引き出されてもよい。従って、基準電圧（たとえばグランド電圧）は、ソース電極１２から第３ゲート制御配線１７Ｃを介して第１底側電極８６および第２底側電極１０６に伝達される。このような構造によっても、半導体装置１等に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。
前述の各実施形態において、アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵおよび通常動作時のチャネル利用率ＲＵを適切に制御できるのであれば、複数の第１ＦＥＴ構造５８および複数の第２ＦＥＴ構造６８の配列は任意である。
たとえば、複数の第２ＦＥＴ構造６８は、複数の第１ＦＥＴ構造５８を挟む態様で複数の第１ＦＥＴ構造５８と交互に配列されていてもよい。複数の第２ＦＥＴ構造６８は、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個または１０個の第１ＦＥＴ構造５８を挟む態様で複数の第１ＦＥＴ構造５８と交互に配列されていてもよい。
同様に、複数の第１ＦＥＴ構造５８は、複数の第２ＦＥＴ構造６８を挟む態様で、複数の第１ＦＥＴ構造５８と交互に配列されていてもよい。複数の第１ＦＥＴ構造５８は、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個または１０個の第２ＦＥＴ構造６８を挟む態様で、複数の第２ＦＥＴ構造６８と交互に配列されていてもよい。
むろん、複数（２個以上）の第１ＦＥＴ構造５８の群および複数（２個以上）の第２ＦＥＴ構造６８の群が、互いに交互に配列されていてもよい。また、複数の第１ＦＥＴ構造５８の群および１個の第２ＦＥＴ構造６８が交互に配列される態様で、複数の第１ＦＥＴ構造５８および複数の第２ＦＥＴ構造６８が形成されていてもよい。また、１個の第１ＦＥＴ構造５８および複数の第２ＦＥＴ構造６８の群が交互に配列される態様で、複数の第１ＦＥＴ構造５８および複数の第２ＦＥＴ構造６８が形成されていてもよい。
ただし、複数の第１ＦＥＴ構造５８および／または複数の第２ＦＥＴ構造６８が群となって配列される場合、半導体層２の温度分布に偏りが形成されやすくなる。したがって、４個以下の第１ＦＥＴ構造５８および／または４個以下の第２ＦＥＴ構造６８が群となって配列されることが好ましい。
前述の各実施形態において、アクティブクランプ動作時のチャネル利用率ＲＵおよび通常動作時のチャネル利用率ＲＵを適切に制御できるのであれば、各セル領域７５における総チャネル割合ＲＴの値は任意である。
たとえば、前述の実施形態の幾つかにおいて、第１総チャネル割合ＲＴ１、第２総チャネル割合ＲＴ２および第３総チャネル割合ＲＴ３を含む総チャネル割合ＲＴが複数のセル領域７５に適用された例を説明した。
しかし、互いに異なる値を有する複数種（２種以上）の総チャネル割合ＲＴが複数のセル領域７５に適用されてもよい。たとえば、互いに異なる値を有する２種、３種、４種、５種または６種、もしくは、それ以上の総チャネル割合ＲＴが複数のセル領域７５に適用されてもよい。
また、前述の各実施形態では、パワーＭＩＳＦＥＴ９が、第１ＭＩＳＦＥＴ５６および第２ＭＩＳＦＥＴ５７を含む例について説明した。しかし、パワーＭＩＳＦＥＴ９は、互いに独立して制御可能な２個、３個、４個、５個または６個、もしくは、それ以上のＭＩＳＦＥＴを含んでいてもよい。複数（２個以上）のＭＩＳＦＥＴは、トレンチゲート構造に接続されるゲート制御配線１７の個数を変更するだけで形成されることができる。
この場合、コントロールＩＣ１０は、アクティブクランプ動作時におけるチャネル利用率ＲＵが、零を超えて通常動作時におけるチャネル利用率ＲＵ未満となるように複数（２個以上）のＭＩＳＦＥＴを制御する。
前述の各実施形態において、ゲート制御配線１７は、ドレイン電極１１、ソース電極１２、入力電極１３、基準電圧電極１４、ＥＮＡＢＬＥ電極１５およびＳＥＮＳＥ電極１６とは異なるレイヤに形成されていてもよいし、同一のレイヤに形成されていてもよい。また、ゲート制御配線１７において、第１ゲート制御配線１７Ａ、第２ゲート制御配線１７Ｂおよび第３ゲート制御配線１７Ｃは、互いに異なるレイヤに形成されていてもよいし、同一のレイヤに形成されていてもよい。
前述の各実施形態において、ｐ型の半導体部分がｎ型の半導体部分とされ、ｎ型の半導体部分がｐ型の半導体部分とされてもよい。この場合、前述の各実施形態の説明は、「ｎ型」の部分が「ｐ型」と読み替えられ、「ｐ型」の部分が「ｎ型」と読み替えられる。
前述の各実施形態に係る半導体装置１，１５１，１６１，１７１，１８１，１９１，２０１，２１１，２４１は、図４１および図４２に示されるように、半導体パッケージに組み込まれてもよい。図４１は、半導体パッケージ３０１を、封止樹脂３０７を透過して示す斜視図である。図４２は、図４１の平面図である。
図４１および図４２を参照して、半導体パッケージ３０１は、この形態では、所謂ＳＯＰ（Small Outline Package）である。半導体パッケージ３０１は、ダイパッド３０２、半導体チップ３０３、導電性接合材３０４、複数（この形態では８個）のリード電極３０５Ａ～３０５Ｈ、複数（この形態では８個）の導線３０６Ａ～３０６Ｈおよび封止樹脂３０７を含む。
ダイパッド３０２は、直方体形状に形成された金属板からなる。ダイパッド３０２は、鉄、アルミニウムまたは銅を含んでいてもよい。半導体チップ３０３は、第１～第９実施形態に係る半導体装置１，１５１，１６１，１７１，１８１，１９１，２０１，２１１，２４１のいずれか１つからなる。半導体チップ３０３は、ここでは、第１実施形態に係る半導体装置１からなる。
半導体チップ３０３は、第２主面４をダイパッド３０２に対向させた姿勢で、ダイパッド３０２の上に配置されている。半導体チップ３０３のドレイン電極１１は、導電性接合材３０４を介してダイパッド３０２に接続されている。導電性接合材３０４は、金属ペーストまたは半田であってもよい。
複数のリード電極３０５Ａ～３０５Ｈは、第１リード電極３０５Ａ、第２リード電極３０５Ｂ、第３リード電極３０５Ｃ、第４リード電極３０５Ｄ、第５リード電極３０５Ｅ、第６リード電極３０５Ｆ、第７リード電極３０５Ｇ及び第８リード電極３０５Ｈを含む。リード電極の個数は、半導体チップ３０３の機能に応じて選択され、図４１および図４２に示される個数に限定されない。
複数のリード電極３０５Ａ～３０５Ｈは、鉄、アルミニウムまたは銅を含んでいてもよい。複数のリード電極３０５Ａ～３０５Ｈは、ダイパッド３０２から間隔を空けてダイパッド３０２の周囲に配置されている。
より具体的には、４つのリード電極３０５Ａ～３０５Ｄは、ダイパッド３０２の一辺に沿って間隔を空けて配列されている。残りの４つのリード電極３０５Ｅ～３０５Ｈは、ダイパッド３０２においてリード電極３０５Ａ～３０５Ｄが配列された辺に対向する辺に沿って間隔を空けて配列されている。
複数のリード電極３０５Ａ～３０５Ｈは、配列方向に直交する方向に沿って延びる帯状にそれぞれ形成されている。複数のリード電極３０５Ａ～３０５Ｈは、ダイパッド３０２に対向する一端部、および、その反対側の他端部を有している。複数のリード電極３０５Ａ～３０５Ｈの一端部は、半導体チップ３０３に内部接続される。複数のリード電極３０５Ａ～３０５Ｈの他端部は、実装基板等の接続対象に外部接続される。
複数の導線３０６Ａ～３０６Ｈは、第１導線３０６Ａ、第２導線３０６Ｂ、第３導線３０６Ｃ、第４導線３０６Ｄ、第５導線３０６Ｅ、第６導線３０６Ｆ、第７導線３０６Ｇおよび第８導線３０６Ｈを含む。導線の個数は、半導体チップ３０３（半導体装置）の機能に応じて選択され、図４１および図４２に示される個数に限定されない。
第１導線３０６Ａは、第１リード電極３０５Ａの一端部及びソース電極１２に電気的に接続されている。第１導線３０６Ａは、この形態では、金属クリップからなる。第１導線３０６Ａは、鉄、金、アルミニウムまたは銅を含んでいてもよい。第１導線３０６Ａは、パワーＭＩＳＦＥＴ９で生じた熱を、外部に効率的に放散させる。むろん、第１導線３０６Ａは、ボンディングワイヤからなっていてもよい。
第２導線３０６Ｂは、第２リード電極３０５Ｂの一端部および基準電圧電極１４に電気的に接続されている。第３導線３０６Ｃは、第３リード電極３０５Ｃの一端部およびＥＮＡＢＬＥ電極１５に電気的に接続されている。第４導線３０６Ｄは、第４リード電極３０５Ｄの一端部およびＳＥＮＳＥ電極１６に電気的に接続されている。
第５導線３０６Ｅは、第５リード電極３０５Ｅの一端部およびダイパッド３０２に電気的に接続されている。第６導線３０６Ｆは、第６リード電極３０５Ｆの一端部およびダイパッド３０２に電気的に接続されている。第７導線３０６Ｇは、第７リード電極３０５Ｇの一端部および入力電極１３に電気的に接続されている。第８導線３０６Ｈは、第８リード電極３０５Ｈの一端部およびダイパッド３０２に電気的に接続されている。
第２～第８導線３０６Ｂ～３０６Ｈは、この形態では、ボンディングワイヤからなる。第２～第８導線３０６Ｂ～３０６Ｈは、金、アルミニウムまたは銅をそれぞれ含んでいてもよい。半導体チップ３０３および複数のリード電極３０５Ａ～３０５Ｈに対する複数の導線３０６Ａ～３０６Ｈの接続形態は任意であり、図４１および図４２に示される接続形態に限定されない。
封止樹脂３０７は、複数のリード電極３０５Ａ～３０５Ｈの他端部が露出するように、半導体チップ３０３、ダイパッド３０２、複数のリード電極３０５Ａ～３０５Ｈの一端部および複数の導線３０６Ａ～３０６Ｈを封止している。封止樹脂３０７は、直方体形状に形成されている。封止樹脂３０７は、エポキシ樹脂を含んでいてもよい。
半導体パッケージ３０１の形態はＳＯＰに制限されない。半導体パッケージ３０１としてＴＯ（Transistor Outline）、ＱＦＮ（Quad For Non Lead Package）、ＤＦＰ（Dual Flat Package）、ＤＩＰ（Dual Inline Package）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＩＰ（Single Inline Package）またはＳＯＪ（Small Outline J-leaded Package）、もしくは、これらに類する種々の形態が適用されてもよい。
半導体パッケージ３０１（半導体装置１，１５１，１６１，１７１，１８１，１９１，２０１，２１１，２４１）は、図４３に示されるように、回路モジュールに組み込まれてもよい。図４３は、第１形態例に係る回路モジュール３１１の一部を示す平面図である。
図４３を参照して、回路モジュール３１１は、実装基板３１２、複数の配線３１３、半導体パッケージ３０１（半導体装置１，１５１，１６１，１７１，１８１，１９１，２０１，２１１，２４１）、および、導電性接合材３１４を含む。
実装基板３１２は、主面３１５を含む。複数の配線３１３は、実装基板３１２の主面３１５に形成されている。半導体パッケージ３０１（半導体装置１，１５１，１６１，１７１，１８１，１９１，２０１，２１１，２４１）は、導電性接合材３１４を介して複数の配線３１３に電気的に接続されるように実装基板３１２に実装されている。導電性接合材３１４は、金属ペーストまたは半田であってもよい。
前述の各実施形態では、半導体装置１，１５１，１６１，１７１，１８１，１９１，２０１，２１１，２４１がパワーＭＩＳＦＥＴ９およびコントロールＩＣ１０を一体的に備えている例について説明した。
しかし、パワーＭＩＳＦＥＴ９だけを有する半導体装置１，１５１，１６１，１７１，１８１，１９１，２０１，２１１，２４１が採用されてもよい。また、パワーＭＩＳＦＥＴ９だけを有する半導体装置１，１５１，１６１，１７１，１８１，１９１，２０１，２１１，２４１が、前述の半導体パッケージ３０１に組み込まれてもよい。
パワーＭＩＳＦＥＴ９だけを有する半導体パッケージ３０１（半導体装置１，１５１，１６１，１７１，１８１，１９１，２０１，２１１，２４１）は、図４４に示されるように、回路モジュールに組み込まれてもよい。図４４は、第２形態例に係る回路モジュール３２１の一部を示す平面図である。
図４４を参照して、回路モジュール３２１は、実装基板３２２、複数の配線３２３、半導体パッケージ３０１（半導体装置１，１５１，１６１，１７１，１８１，１９１，２０１，２１１，２４１）、第１導電性接合材３２４、コントロールＩＣデバイス３２５、および、第２導電性接合材３２６を含む。
実装基板３２２は、主面３２７を含む。複数の配線３２３は、実装基板３２２の主面３２７に形成されている。半導体パッケージ３０１は、実装基板３２２に実装されている。半導体パッケージ３０１は、第１導電性接合材３２４を介して複数の配線３２３に電気的に接続されている。第１導電性接合材３２４は、金属ペースト又は半田であってもよい。
コントロールＩＣデバイス３２５は、コントロールＩＣ１０（図２や図３８参照）を含む。コントロールＩＣデバイス３２５は、実装基板３２２に実装されている。コントロールＩＣデバイス３２５は、第２導電性接合材３２６を介して複数の配線３２３に電気的に接続されている。コントロールＩＣデバイス３２５は、さらに、複数の配線３２３を介して半導体パッケージ３０１に電気的に接続されている。
半導体パッケージ３０１に対するコントロールＩＣデバイス３２５の電気的な接続態様は、先出の図２と同様である。コントロールＩＣデバイス３２５は、半導体パッケージ３０１（半導体装置１，１５１，１６１，１７１，１８１，１９１，２０１，２１１，２４１）を外部から制御する。
このような構造によっても、前述の各実施形態において述べた効果を奏することができる。この形態では、コントロールＩＣ１０を含むワンチップのコントロールＩＣデバイス３２５が実装基板３２２に実装された例について説明した。
しかし、コントロールＩＣデバイス３２５に代えて、コントロールＩＣ１０と同様の機能を有する回路網が、実装基板３２２に実装されていてもよい。コントロールＩＣ１０と同様の機能を有する回路網は、複数のディスクリートデバイスや任意の機能を有するＩＣチップを実装基板３２２に実装することによって構成されてもよい。
むろん、前述の各実施形態におけるコントロールＩＣ１０やコントロールＩＣ１０と同様の機能を有する回路網の構成は任意であり、全ての機能回路（すなわち、センサＭＩＳＦＥＴ２１、入力回路２２、電流・電圧制御回路２３、保護回路２４、ゲート制御回路２５、アクティブクランプ回路２６、電流検出回路２７、電源逆接続保護回路２８および異常検出回路２９）を含む必要は必ずしもなく、一部の機能回路は取り除かれてもよい。
この明細書は、第１～第９実施形態に示された特徴の如何なる組み合わせ形態をも制限しない。第１～第９実施形態は、それらの間で任意の態様および任意の形態において組み合わせられることができる。つまり、第１～第９実施形態に示された特徴が任意の態様および任意の形態で組み合わされた形態が採用されてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において、種々の設計変更を施すことが可能である。
引き続いて、アクティブクランプ動作時にパワーＭＩＳＦＥＴ９の第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御（ないしは第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御）を行うための電気的構造について、具体例を挙げながら詳細に説明する。
図４５は、アクティブクランプ動作時にパワーＭＩＳＦＥＴの第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御を行うための電気的構造を示すブロック回路図である。本構成例の半導体装置Ｘ１は、ドレイン電極１１（＝電源電極ＶＢＢ）と、ソース電極１２（＝出力電極ＯＵＴ）と、パワーＭＩＳＦＥＴ９と、ゲート制御回路２５と、アクティブクランプ回路２６とを有する。なお、既出の構成要素については、これまでと同一の符号を付している。
また、本図では、説明を簡単とするために、一部の構成要素のみを抽出して示したが、半導体装置Ｘ１には、基本的に、先出の半導体装置１と同様の構成要素が含まれていると理解してよい。
パワーＭＩＳＦＥＴ９は、これまでに種々の実施形態を例示して、その構造を詳細に説明してきたゲート分割素子である。すなわち、パワーＭＩＳＦＥＴ９は、図４６で示すように、並列接続された第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７（＝それぞれ第１トランジスタ及び第２トランジスタに相当）として等価的に表すことができる。
別の見方をすると、それぞれ独立して制御される第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＦＥＴ５７が、単一のゲート分割素子であるパワーＭＩＳＦＥＴ９として、一体的に形成されていると理解することもできる。
ゲート制御回路２５は、パワーＭＩＳＦＥＴ９のゲート制御（延いては、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７それぞれのゲート制御）を行う。例えば、ゲート制御回路２５は、イネーブル信号ＥＮがハイレベルとされるイネーブル状態（＝第１動作状態に相当）において、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７をいずれもオンする一方、イネーブル信号ＥＮがローレベルとされるディセーブル状態（＝第２動作状態に相当）において、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７をいずれもオフするように、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７それぞれのゲート信号Ｇ１及びＧ２を生成する。
また、ゲート制御回路２５は、アクティブクランプ回路２６から内部ノード電圧Ｖｘの入力を受け付けており、イネーブル状態（ＥＮ＝Ｈ）からディセーブル状態（ＥＮ＝Ｌ）への遷移後、アクティブクランプ回路２６が動作する前に、第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート・ソース間をショートする機能、つまり、Ｇ２＝ＶＯＵＴとして第２ＭＩＳＦＥＴ５７を完全に停止させることにより、パワーＭＩＳＦＥＴ９の第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御を実現する機能を備えている。
アクティブクランプ回路２６は、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のドレイン・ゲート間に接続されており、ソース電極１２の出力電圧ＶＯＵＴが負電圧となったときに、第１ＭＩＳＦＥＴ５６を強制的にオンさせることで、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７それぞれのドレイン・ソース間電圧（＝ＶＢＢ－ＶＯＵＴ）を所定のクランプ電圧Ｖｃｌｐ以下に制限する。なお、第２ＭＩＳＦＥＴ５７は、アクティブクランプ動作に寄与しないので、そのドレイン・ゲート間には、アクティブクランプ回路が接続されていない。
図４７は、ゲート制御回路２５及びアクティブクランプ回路２６の一構成例を示す回路図である。ゲート制御回路２５及びアクティブクランプ回路２６は充放電部の一例である。
まず、アクティブクランプ回路２６の構成について具体的に説明する。本構成例のアクティブクランプ回路２６は、ｍ段（例えばｍ＝８）のツェナーダイオード列２６１と、ｎ段（例えばｎ＝３）のダイオード列２６２と、Ｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴ２６３と、を含む。
ツェナーダイオード列２６１のカソードとＭＩＳＦＥＴ２６３のドレインは、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７それぞれのドレインと共に、ドレイン電極１１（＝電源電圧ＶＢが印加される電源電極ＶＢＢに相当）に接続されている。ツェナーダイオード列２６１のアノードは、ダイオード列２６２のアノードに接続されている。ダイオード列２６２のカソードは、ＭＩＳＦＥＴ２６３のゲートに接続されている。ＭＩＳＦＥＴ２６３のソースは、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート（＝ゲート信号Ｇ１の印加端）に接続されている。ＭＩＳＦＥＴ２６３のバックゲートは、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７それぞれのソースと共に、ソース電極１２（＝出力電圧ＶＯＵＴが印加される出力電極ＯＵＴに相当）に接続されている。なお、ソース電極１２には、先出の図４５及び図４６で示したように、コイルやソレノイドなどの誘導性負荷Ｌが接続され得る。
次に、ゲート制御回路２５の構成について具体的に説明する。本構成例のゲート制御回路２５は、充電部２５１と、放電部２５２と、過電流保護時放電部２５３と、コントローラ２５４と、Ｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴ２５５と、を含む。
充電部２５１は、昇圧電圧ＶＧ（＝チャージポンプ出力）の印加端と第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７の各ゲートとの間に設けられる。充電部２５１は、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７の各ゲートに電流を流し込む。
放電部２５２は、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７の各ゲートと出力電圧ＶＯＵＴの印加端（＝ソース電極１２）との間に設けられる。放電部２５２は、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７の各ゲートから電流を引き抜く。
過電流保護時放電部２５３は、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７の各ゲートと出力電圧ＶＯＵＴの印加端（＝ソース電極１２）との間に設けられる。過電流保護時放電部２５３は、過電流保護回路３４が過電流からパワーＭＩＳＦＥＴ９を保護する際に、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７の各ゲートから電流を引き抜く。したがって、過電流保護回路３４が過電流からパワーＭＩＳＦＥＴ９を保護する際に、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７それぞれのゲートは強制的に放電され、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７は強制的にオフになる。なお、本構成例では、過電流保護時に第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７を強制的にオフにしているが、過電流保護は一例であり、他の保護時に第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７を強制的にオフにしてもよい。
コントローラ２５４は、イネーブル状態（ＥＮ＝Ｈ）において、充電部２５１を動作させ、放電部２５２の動作を停止させる（＝充放電部の第１制御）。これにより、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７それぞれのゲートは充電され、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７はオンになる。
一方、コントローラ２５４は、ディセーブル状態（ＥＮ＝Ｌ）において、充電部２５１の動作を停止させ、放電部２５２を動作させる（＝充放電部の第２制御）。これにより、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７それぞれのゲートは放電され、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７はオフになる。
ＭＩＳＦＥＴ２５５は、第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート・ソース間に接続されており、アクティブクランプ回路２６の内部ノード電圧Ｖｘに応じてオン／オフされる。なお、内部ノード電圧Ｖｘとしては、例えば、本図で示したように、ＭＩＳＦＥＴ２６３のゲート電圧を入力することが望ましい。ただし、内部ノード電圧Ｖｘは、これに限定されるものではなく、例えば、ダイオード列２６２を形成するｎ段のダイオードのうち、いずれかのアノード電圧を内部ノード電圧Ｖｘとして用いても構わない。
また、半導体装置Ｘ１には、上記構成要素のほか、静電破壊保護素子として、ツェナーダイオードＺＤ１～ＺＤ３と、ダイオードＤ１及びＤ２と、デプレッションＮチャネル型のＭＩＳＦＥＴ・ＤＮ１が設けられている。それぞれの接続関係について簡単に述べる。
ツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２それぞれのカソードは、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７それぞれのゲートに接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２それぞれのアノードは、ダイオードＤ１及びＤ２それぞれのアノードに接続されている。ツェナーダイオードＺＤ３のカソードとＭＩＳＦＥＴ・ＤＮ１のドレインは、ＭＩＳＦＥＴ２６３のゲートに接続されている。ダイオードＤ１及びＤ２それぞれのカソード、ツェナーダイオードＺＤ３のアノード、並びに、ＭＩＳＦＥＴ・ＤＮ１のソース、ゲート及びバックゲートは、出力電圧ＶＯＵＴの印加端に接続されている。
以下では、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート・ソース間電圧をＶｇｓ１とし、ＭＩＳＦＥＴ２６３のゲート・ソース間電圧をＶｇｓ２とし、ＭＩＳＦＥＴ２５５のゲート・ソース間電圧をＶｇｓ３とし、ツェナーダイオード列２６１の降伏電圧をｍＶＺとし、ダイオード列２６２の順方向降下電圧をｎＶＦとして、アクティブクランプ動作時におけるパワーＭＩＳＦＥＴ９の第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御を説明する。
図４８は、アクティブクランプ動作時にパワーＭＩＳＦＥＴ９の第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御が行われる様子を示すタイミングチャートであり、上から順に、イネーブル信号ＥＮ、出力電圧ＶＯＵＴ（実線）、ゲート信号Ｇ１（一点鎖線）及びＧ２（破線）、並びに、出力電流ＩＯＵＴが描写されている。なお、本図では、出力電極１２に誘導性負荷Ｌが接続されているものとする。
時刻ｔ１において、イネーブル信号ＥＮがハイレベル（＝パワーＭＩＳＦＥＴ９をオンするときの論理レベル）に立ち上げられると、ゲート信号Ｇ１及びＧ２がハイレベル（≒ＶＧ）に立ち上がり、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７がいずれもオンする。その結果、出力電流ＩＯＵＴが流れ始めるので、出力電圧ＶＯＵＴが電源電圧ＶＢ近傍まで上昇する。この状態は、パワーＭＩＳＦＥＴ９のＦｕｌｌ－ＯＮ状態に相当する。
その後、時刻ｔ２において、イネーブル信号ＥＮがローレベル（＝パワーＭＩＳＦＥＴ９をオフするときの論理レベル）に立ち下げられると、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７をいずれもオフするために、ゲート信号Ｇ１及びＧ２がローレベル（≒ＶＯＵＴ）に立ち下がる。
このとき、誘導性負荷Ｌは、パワーＭＩＳＦＥＴ９のオン期間に蓄えたエネルギーを放出するまで出力電流ＩＯＵＴを流し続ける。その結果、出力電圧ＶＯＵＴは、接地電圧ＧＮＤよりも低い負電圧まで低下する。
ただし、時刻ｔ４において、出力電圧ＶＯＵＴが電源電圧ＶＢよりも所定値α（＝ｍＶＺ＋ｎＶＦ＋Ｖｇｓ１＋Ｖｇｓ２）だけ低い下限電圧ＶＢ－α（例えばＶＢ－５０Ｖ）まで低下すると、アクティブクランプ回路２６の働きにより、第１ＭＩＳＦＥＴ５６がオンするので、出力電流ＩＯＵＴが第１ＭＩＳＦＥＴ５６を介して放電される。従って、出力電圧ＶＯＵＴは、下限電圧ＶＢ－α以上に制限される。
つまり、アクティブクランプ回路２６は、電源電圧ＶＢ基準で出力電圧ＶＯＵＴを制限することにより、パワーＭＩＳＦＥＴ９のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓ（＝ＶＢ－ＶＯＵＴ）を所定のクランプ電圧Ｖｃｌｐ（＝α）以下に制限する。このようなアクティブクランプ動作は、誘導性負荷Ｌに蓄えられたエネルギーが放出し尽くされて出力電流ＩＯＵＴが流れなくなる時刻ｔ５まで継続される。
一方、第２ＭＩＳＦＥＴ５７に着目すると、イネーブル状態（ＥＮ＝Ｈ）からディセーブル状態（ＥＮ＝Ｌ）への遷移後、時刻ｔ３において、出力電圧ＶＯＵＴが電源電圧ＶＢよりも所定値β（＝ｍＶＺ＋ｎＶＦ＋Ｖｇｓ３）だけ低いチャネル切替電圧ＶＢ－β（＞ＶＢ－α）まで低下すると、内部ノード電圧Ｖｘがゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ３よりも高くなるので、ＭＩＳＦＥＴ２５５がオンして、第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート・ソース間がショート（Ｇ２＝ＶＯＵＴ）される。
すなわち、第２ＭＩＳＦＥＴ５７は、ＭＩＳＦＥＴ２５５の働きにより、アクティブクランプ回路２６が動作する前（時刻ｔ４以前）に完全に停止される。この状態は、パワーＭＩＳＦＥＴ９の第１Ｈａｌｆ－ＯＮ状態に相当する。
このように、Ｆｕｌｌ－ＯＮ状態から第１Ｈａｌｆ－ＯＮ状態への切替を行うことにより、アクティブクランプ動作時（＝時刻ｔ４～ｔ５）のチャネル利用率ＲＵが、零を超えて通常動作時（＝時刻ｔ１～ｔ２）のチャネル利用率ＲＵ未満となる。なお、アクティブクランプ動作時（＝時刻ｔ４～ｔ５）において、充放電部は、ゲート制御回路２５及びアクティブクランプ回路２６の動作全体を考えると、第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲートのみを放電する第３制御を行っていることになる。
従って、通常動作時には、特性チャネル割合ＲＣが相対的に増加する（例えばＲＣ＝５０％）。これにより、電流経路が相対的に増加するから、面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａ（オン抵抗）の低減を図ることができる。一方、アクティブクランプ動作時には、特性チャネル割合ＲＣが相対的に減少する（例えばＲＣ＝２５％）。これにより、誘導性負荷Ｌの逆起電力に起因する急激な温度上昇を抑制できるから、アクティブクランプ耐量Ｅａｃの向上を図ることができる。
よって、図１３に示されるトレードオフの関係から切り離して、優れた面積抵抗率Ｒｏｎ・Ａおよび優れたアクティブクランプ耐量Ｅａｃの両立を図ることができる半導体装置１を提供することが可能となる。特に、ＩＰＤ分野において、アクティブクランプ耐量Ｅａｃは、より大きな誘導性負荷Ｌを駆動するために重要な特性の一つとなる。
なお、図４５～図４８では、アクティブクランプ動作時において、第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御が適用された例について説明した。しかし、アクティブクランプ動作時において、第２Ｈａｌｆ－ＯＮ制御が適用されてもよい。その場合には、第１ＭＩＳＦＥＴ５６と第２ＭＩＳＦＥＴ５７を相互に入れ替えて理解すればよい。
上述した通り、半導体装置１は、優れたオン抵抗および優れたアクティブクランプ耐量を両立できる。しかしながら、たとえ優れたオン抵抗および優れたアクティブクランプ耐量を両立できたとしても、半導体装置１の特性ばらつきが大きくなることは好ましくない。
そこで、特性ばらつきを抑制するためのゲート電圧補正回路を設けることが好ましい。図４９は、ゲート電圧補正回路を備える半導体装置の一構成例を示す回路図である。本構成例の半導体装置Ｘ２は、ゲート制御回路２５内にゲート電圧補正回路が設けられている。なお、既出の構成要素については、これまでと同一の符号を付している。
また、本図では、説明を簡単とするために、一部の構成要素のみを抽出して示したが、半導体装置Ｘ２には、基本的に、先出の半導体装置Ｘ１と同様の構成要素が含まれていると理解してよい。
半導体装置Ｘ２は、第１調整部を備える。第１調整部は、充放電部の第１制御時において、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート電圧と第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート電圧との差に応じて、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲートに流し込む電流と第２ＭＩＳＦＥＴのゲートに流し込む電流との配分を調整する。
第１調整部は、カレントミラー回路２５１Ａと、定電流源２５１Ｂと、Ｐチャネル型のＭＩＳＦＥＴ２５１Ｃと、Ｐチャネル型のＭＩＳＦＥＴ２５１Ｄと、カレントミラー回路２５１Ｅと、カレントミラー回路２５１Ｆと、を備える。
カレントミラー回路２５１Ａは、定電流源２５１Ｂの出力電流に応じた第１ミラー電流Ｉ１、第２ミラー電流Ｉ２、及び第３ミラー電流Ｉ３を出力する。
定電流源２５１Ｂは、コントローラ２５４によってオンオフ制御される。定電流源２５１Ｂがオフである場合、ゲート制御回路２５は第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７の各ゲートを充電しない。
ＭＩＳＦＥＴ２５１Ｃ及びＭＩＳＦＥＴ２５１Ｄによって構成される差動対は、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート電圧と第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート電圧との差に応じた分配比で第２ミラー電流Ｉ２を分配する。第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート電圧が第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート電圧より大きいほど、ＭＩＳＦＥＴ２５１Ｃを流れる第１分配電流ＩＤ１がＭＩＳＦＥＴ２５１Ｄを流れる第２分配電流ＩＤ２より大きくなる。
第１分配電流ＩＤ１はカレントミラー回路２５１Ｅで折り返されて、第２ミラー電流Ｉ２から第１分配電流ＩＤ１を差し引いて残る電流が第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲートに流し込まれる。第２分配電流ＩＤ２はカレントミラー回路２５１Ｆで折り返されて、第１ミラー電流Ｉ１から第２分配電流ＩＤ２を差し引いて残る電流が第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲートに流し込まれる。
第１調整部は、充放電部の第１制御時、すなわち充電部２５１（図４７参照）が動作し、放電部２５２（図４７参照）の動作が停止しているときに、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート電圧と第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート電圧との差をなくすように、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７それぞれのゲート電圧を補正する。これにより、充放電部の第１制御時における半導体装置Ｘ２の出力特性ばらつきを低減することができる。
半導体装置Ｘ２は、第２調整部を備える。第２調整部は、充放電部の第２制御時において、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート電圧と第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート電圧との差に応じて、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲートから引き抜く電流と第２ＭＩＳＦＥＴのゲートから引き抜く電流との配分を調整する。
第２調整部は、デプレッションＮチャネル型のＭＩＳＦＥＴ２５２Ａと、デプレッションＮチャネル型のＭＩＳＦＥＴ２５２Ｂと、定電流源２５２Ｃと、定電流源２５２Ｄと、Ｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴ２５２Ｅと、を備える。
ＭＩＳＦＥＴ２５２Ａ及びＭＩＳＦＥＴ２５２Ｂによって構成される差動対は、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート電圧と第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート電圧との差に応じた分配比で定電流源２５２Ｄの出力電流Ｉ４を分配する。第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート電圧が第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート電圧より大きいほど、ＭＩＳＦＥＴ２５２Ｂを流れる第４分配電流ＩＤ４がＭＩＳＦＥＴ２５２Ａを流れる第３分配電流ＩＤ３より大きくなる。
第３分配電流ＩＤ３及び定電流源２５２Ｃが第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲートから引き抜かれる。第４分配電流ＩＤ４が第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲートから引き抜かれる。
定電流源２５２Ｅは、コントローラ２５４によってオンオフ制御される。定電流源２５２Ｅがオフである場合、ゲート制御回路２５は第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７の各ゲートを放電しない。
第２調整部は、充放電部の第２制御時、すなわち充電部２５１（図４７参照）の動作が停止し、放電部２５２（図４７参照）が動作しているときに、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート電圧と第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート電圧との差をなくすように、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７それぞれのゲート電圧を補正する。これにより、充放電部の第２制御時における半導体装置Ｘ２の出力特性ばらつきを低減することができる。
半導体装置Ｘ２は、第３調整部を備える。第３調整部は、過電流保護動作時において、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート電圧と第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート電圧との差に応じて、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲートから引き抜く電流と第２ＭＩＳＦＥＴのゲートから引き抜く電流との配分を調整する。なお、本構成例では、第３調整部は、過電流保護時に第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート電圧と第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート電圧との差に応じて、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲートから引き抜く電流と第２ＭＩＳＦＥＴのゲートから引き抜く電流との配分を調整する。過電流保護は一例であり、第３調整部は、他の保護時に第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート電圧と第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート電圧との差に応じて、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲートから引き抜く電流と第２ＭＩＳＦＥＴのゲートから引き抜く電流との配分を調整してもよい。
なお、アクティブクランプ動作時に定電流源２５２Ｄをオフするようにしてもよい。これにより、アクティブクランプ動作時に第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲートから無駄に電流が引き抜かれることを防止することができる。一方、定電流源２５２Ｃはアクティブクランプ動作時であってもオンにする。これにより、アクティブクランプ動作時に第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲートから電流が引き抜くことができるので、例えばＭＩＳＦＥＴ２５５（図４７参照）を取り除いても第１Ｈａｌｆ－ＯＮ制御を実行することができる。
第３調整部は、デプレッションＮチャネル型のＭＩＳＦＥＴ２５３Ａと、デプレッションＮチャネル型のＭＩＳＦＥＴ２５３Ｂと、Ｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴ２５３Ｃと、を備える。
ＭＩＳＦＥＴ２５３Ａ及びＭＩＳＦＥＴ２５３Ｂによって構成される差動対は、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート電圧と第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート電圧との差に応じて、第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲートから引き抜かれる電流Ｉ６と第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲートから引き抜かれる電流Ｉ７との配分を調整する。第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート電圧が第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート電圧より大きいほど、電流Ｉ７が電流Ｉ６より大きくなる。
定電流源２５３Ｃは、過電流保護回路３４によってオンオフ制御される。定電流源２５３Ｃがオフである場合、ゲート制御回路２５は第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７の各ゲートを放電しない。
第３調整部は、過電流保護動作時に、第１ＭＩＳＦＥＴ５６のゲート電圧と第２ＭＩＳＦＥＴ５７のゲート電圧との差をなくすように、第１ＭＩＳＦＥＴ５６及び第２ＭＩＳＦＥＴ５７それぞれのゲート電圧を補正する。これにより、過電流保護動作時における半導体装置Ｘ２の保護特性ばらつきを低減することができる。
なお、半導体装置Ｘ２の変形例としては、第２調整部に定電流源２５２Ｆを追加して第２調整部の回路構成を対称型にする構成（図５０参照）、第２調整部から定電流源２５２Ｃ及び定電流源２５２Ｄを取り除いて第２調整部の回路構成を対称型にする構成（図５１参照）、ＭＩＳＦＥＴ２５３Ａ、ＭＩＳＦＥＴ２５３Ｂ、及びＭＩＳＦＥＴ２５３Ｃを第２調整部としても用いる構成（図５２参照）等を挙げることができる。図５２では、ゲート制御回路２５はＯＲゲート２５３Ｄを備え、定電流源２５３Ｃはコントローラ２５４及び過電流保護回路３４の双方によってオンオフ制御される。
図５３は、電流モニタの一例を示す図である。本図では、説明を簡単とするために、一部の構成要素のみを抽出して示している。半導体装置Ｘ２は、Ｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴ５６’と、Ｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴ５７’と、抵抗Ｒｓ１と、抵抗Ｒｓ２と、を備える。
ＭＩＳＦＥＴ５６’は、ＭＩＳＦＥＴ５６の出力電流に応じたミラー電流を生成する。ＭＩＳＦＥＴ５６とＭＩＳＦＥＴ５６’とのサイズ比は、ａ：ｂ（ただしａ＞ｂ、例えばａ＝１５００、ｂ＝０．５）である。従って、ＭＩＳＦＥＴ５６’によって生成されるミラー電流は、ＭＩＳＦＥＴ５６の出力電流をｂ／ａに減じた大きさとなる。なお、ＭＩＳＦＥＴ５６’は、ＭＩＳＦＥＴ５６と同じく、ゲート信号Ｇ１がハイレベルであるときにオンし、ゲート信号Ｇ１がローレベルであるときにオフする。
ＭＩＳＦＥＴ５７’は、ＭＩＳＦＥＴ５７の出力電流に応じたミラー電流を生成する。ＭＩＳＦＥＴ５７とＭＩＳＦＥＴ５７’とのサイズ比は、ａ：ｂである。従って、ＭＩＳＦＥＴ５７’によって生成されるミラー電流は、ＭＩＳＦＥＴ５７の出力電流をｂ／ａに減じた大きさとなる。なお、ＭＩＳＦＥＴ５７’は、ＭＩＳＦＥＴ５７と同じく、ゲート信号Ｇ２がハイレベルであるときにオンし、ゲート信号Ｇ２がローレベルであるときにオフする。
過電流保護回路３４は、ＭＩＳＦＥＴ５６’によって生成されるミラー電流とＭＩＳＦＥＴ５７’によって生成されるミラー電流との合計が所定の判定値を超えた場合に過電流であると判定する。
１ 半導体装置
２ 半導体層
３ 半導体層の第１主面
９ パワーＭＩＳＦＥＴ
１０ コントロールＩＣ
１７ ゲート制御配線
１７Ａ 第１ゲート制御配線
１７Ｂ 第２ゲート制御配線
１７Ｃ 第３ゲート制御配線
２５ ゲート制御回路
２５１ 充電部
２５２ 放電部
２５３ 過電流保護時放電部
２５４ コントローラ
２５５ ＭＩＳＦＥＴ
２６ アクティブクランプ回路
２６１ ツェナーダイオード
２６２ ダイオード
２６３ ＭＩＳＦＥＴ
５６ 第１ＭＩＳＦＥＴ（第１トランジスタ）
５７ 第２ＭＩＳＦＥＴ（第２トランジスタ）
５８ 第１ＦＥＴ構造
６０ 第１トレンチゲート構造
６８ 第２ＦＥＴ構造
７０ 第２トレンチゲート構造
８１ 第１ゲートトレンチ
８２ 第１絶縁層
８３ 第１電極
８６ 第１底側電極
８７ 第１開口側電極
８８ 第１中間絶縁層
９１ 第１チャネル領域
１０１ 第２ゲートトレンチ
１０２ 第２絶縁層
１０３ 第２電極
１０６ 第２底側電極
１０７ 第２開口側電極
１０８ 第２中間絶縁層
１１１ 第２チャネル領域
１５１ 半導体装置
１６１ 半導体装置
１７１ 半導体装置
１８１ 半導体装置
１９１ 半導体装置
２０１ 半導体装置
２１１ 半導体装置
２１３ 第１プレーナゲート構造
２２３ 第２プレーナゲート構造
２４１ 半導体装置
３１１ 回路モジュール
３１２ 実装基板
３２１ 回路モジュール
３２２ 実装基板
３２５ コントロールＩＣデバイス
Ｒ１ 第１チャネル割合
Ｒ２ 第２チャネル割合
ＲＵ チャネル利用率
Ｘ１ 半導体装置

Claims (10)

  1. 並列接続された絶縁ゲート型の第１トランジスタ及び絶縁ゲート型の第２トランジスタと、
    充放電部と、
    ゲート電圧補正回路と、
    を備え、
    前記充放電部は、前記第１トランジスタのゲート及び前記第２トランジスタのゲートの両方を充電する第１制御、前記第１トランジスタのゲート及び前記第２トランジスタのゲートの両方を放電する第２制御、及び前記第１トランジスタのゲート及び前記第２トランジスタのゲートの片方のみを放電する第３制御が行えるように構成され、
    前記ゲート電圧補正回路は、前記第１制御時、前記第２制御時、及び前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタを強制的にオフにする保護動作時の少なくとも一つにおいて、前記第１トランジスタのゲート電圧と前記第２トランジスタのゲート電圧との差をなくすように、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタそれぞれのゲート電圧を補正する、半導体装置。
  2. 前記ゲート電圧補正回路は、前記第１制御時、前記第２制御時、及び前記保護動作時それぞれにおいて、前記第１トランジスタのゲート電圧と前記第２トランジスタのゲート電圧との差をなくすように、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタそれぞれのゲート電圧を補正する、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記ゲート電圧補正回路は、前記第１制御時において、前記第１トランジスタのゲート電圧と前記第２トランジスタのゲート電圧との差に応じて、前記第１トランジスタのゲートに流し込む電流と前記第２トランジスタのゲートに流し込む電流との配分を調整する第１調整部を備える、請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記ゲート電圧補正回路は、前記第２制御時において、前記第１トランジスタのゲート電圧と前記第２トランジスタのゲート電圧との差に応じて、前記第１トランジスタのゲートから引き抜く電流と前記第２トランジスタのゲートから引き抜く電流との配分を調整する第２調整部を備える、請求項２又は請求項３に記載の半導体装置。
  5. 前記ゲート電圧補正回路は、前記保護動作時において、前記第１トランジスタのゲート電圧と前記第２トランジスタのゲート電圧との差に応じて、前記第１トランジスタのゲートから引き抜く電流と前記第２トランジスタのゲートから引き抜く電流との配分を調整する第３調整部を備える、請求項２～４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 前記第２調整部と前記第３調整部とが共通化されている、請求項５に記載の半導体装置。
  7. 前記第１トランジスタと前記第２トランジスタは、単一のゲート分割素子として形成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の半導体装置。
  8. 前記第１トランジスタのチャネル領域は、第１割合で形成されており、前記第２トランジスタのチャネル領域は、前記第１割合とは異なる第２割合で形成されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の半導体装置。
  9. アクティブクランプ動作時のチャネル利用率は、零を超えて通常動作時のチャネル利用率未満である、請求項１～８のいずれか一項に記載の半導体装置。
  10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の半導体装置と、前記半導体装置に接続される誘導性負荷と、を備える、電子機器。
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