JP7470070B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
以下の説明及び図面において、n++、n+、n-表記は、各不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわち、「+」が付されている表記は、「+」及び「-」のいずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に高く、「-」が付されている表記は、いずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に低いことを示す。「++」が付されている表記は、「+」が付されている表記よりも不純物濃度が相対的に高いことを示す。これらの表記は、それぞれの領域にp形不純物とn形不純物の両方が含まれている場合には、それらの不純物が補償しあった後の正味の不純物濃度の相対的な高低を表す。以下で説明する各実施形態について、各半導体領域のp形(第2導電形の一例)とn形(第1導電形の一例)を反転させて各実施形態を実施してもよい。
図1に表したように、実施形態に係る半導体装置100は、X方向に並ぶ第1素子領域R1と第2素子領域R2とを含む。第1素子領域R1には、第1素子MOS1が設けられおり、第2素子領域R2には、第2素子MOS2が設けられている。第1素子MOS1及び第2素子MOS2は、トランジスタである。第1素子領域R1と第2素子領域R2との間には、素子(トランジスタ)が設けられない中間領域R3が設けられている。
図2は、図1に表したA1-A2線断面を表す。図2に表したように、実施形態に係る半導体装置100は、第1金属層11と、第2金属層12と、導電部13と、誘電体層20と、半導体領域31(第1半導体領域)と、を含む。これらは、第1素子領域R1、第2素子領域R2、及び中間領域R3にわたって設けられている。
図3は、図2に表したA3-A4線断面を表す。図3に表したように、誘電体層20は、開口20eを有する。導電部13は、開口20e内に設けられている。すなわち、導電部13は、X-Y平面において、誘電体層20に囲まれている。導電部13の側面は、誘電体層20と接している。この例では、開口20eは略円形である。そのため、導電部13は、第1金属層11と第2金属層12とを接続する円柱状である。言い換えれば、第1金属層11及び第2金属層12は、穴の開いた誘電体層20を挟む2層メタル構造を形成している。
半導体領域31、半導体領域37、ベース領域32、ソース領域33、ベース領域34、及びソース領域35は、半導体材料として、シリコン、炭化シリコン、窒化ガリウム、またはガリウムヒ素を含む。半導体材料としてシリコンが用いられる場合、n形不純物として、ヒ素、リン、またはアンチモンを用いることができる。p形不純物として、ボロンを用いることができる。例えば、シリコン半導体基板に、不純物をイオン注入することにより、ベース領域32、ソース領域33、ベース領域34、及びソース領域35を形成することができる。半導体領域31及び半導体領域37の少なくともいずれかには半導体基板を用いることができる。半導体領域31及び半導体領域37のいずれかは、不純物のイオン注入で形成されてもよい。
ゲート電極41及びゲート電極42は、不純物がドープされたポリシリコンなどの導電材料を含む。
ゲート絶縁膜51、ゲート絶縁膜52、絶縁部55、及び絶縁部56は、酸化シリコンなどの絶縁材料を含む。
第1金属層11、第2金属層12、導電部13、ソース電極61、及びソース電極62は、アルミニウム、銅、銀、チタン、タングステンなどの金属を含む。第1金属層11の材料と第2金属層12の材料とは、同じでも良いし、異なっていても良い。導電部13の材料は、第1金属層11または第2金属層12の材料と同じでも良いし、異なっていても良い。
誘電体層20は、酸化アルミニウム(例えばAl2O3)、または窒化シリコン(例えばSi3N4)などを含む。誘電体層20は、例えば絶縁体である。
半導体装置100は、ソース電極61とソース電極62との間に電圧が印加された状態で、ゲート電極41及びゲート電極42にゲートバイアスを印加することにより動作する。例えば、ゲート電極41、42にゲートバイアスを印加してMOSFETをオンにすると、電流は、図2に示した経路CP1のようにソース電極61からソース電極62へ流れる、または、図2に示した経路CP2のようにソース電極62からソース電極61へ流れる。なお、電流は、導電部13及び第1金属層11を経由せずに第2金属層12を介して流れる成分を含んでも良い。
半導体領域の裏面側に形成された金属層は、半導体領域に応力を印加する。そのため、例えば金属層が厚い場合などに、半導体装置が設けられたウェーハまたはチップに反りが生じる恐れがある。例えば、第1金属層11及び第2金属層12は、半導体領域に応力を加えている。これに対して、実施形態においては、第1金属層11と第2金属層12との間に誘電体層20が設けられている。これにより、誘電体層20を設けずに単純に金属層を厚くする場合に比べて、半導体領域31に印加される応力を緩和することができる。これにより、ウェーハまたはチップの反りを抑制することができる。また、例えば、ウェーハまたはチップの強度を向上させることができる。
このように、誘電体層20は、強度保護層または応力緩衝層(応力緩和層)としての役割を有することができる。このような誘電体層20の材料の一例としては、酸化アルミニウムや窒化シリコンが好適である。
また、電流は、ドレイン電極(例えば第1金属層11及び第2金属層12)を横方向(X-Y平面に沿った方向)に流れる。ドレイン電極を厚くすることで、横方向の実効的な電流経路が増加し、横方向の抵抗成分を小さくすることができる。すなわち、半導体装置100のオン抵抗を低減することができる。しかし、金属層(ドレイン電極)を厚くすると、金属層が半導体層に印加する応力が大きくなる。そのため、チップまたはウェーハに対する膜応力の影響が大きくなり、反りが大きくなる恐れがある。
図4(a)及び図4(b)は半導体装置101を表し、図5(a)及び図5(b)は、半導体装置102を表している。これらの半導体装置101、102は、誘電体層20及び導電部13の平面形状が、上述した半導体装置100とは異なる。これ以外については、半導体装置101、102は、半導体装置100と同様である。
図6(a)~図6(d)、及び図7(a)~図7(d)は、実施形態に係る製造方法を例示する断面図である。
図6(a)に示すように、基板200(例えばシリコン基板)の表面200fs側に、半導体領域37、ベース領域32、34、ソース領域33、35、ゲート電極41、42、ゲート絶縁膜51、52、及びソース電極61、62を設ける。基板200の裏面200b側は、半導体領域31となる半導体膜31fとなっている。なお、便宜上、ゲート絶縁膜の図示は省略されている。
以上説明したように実施形態によれば、反りを抑制可能な半導体装置が提供できる。
11f 金属膜
12 第2金属層
12bs 裏面
12f 金属膜
13 導電部
13a~13c 第1~3部分
13bs 裏面
13f 導電膜
20 誘電体層
20bs 裏面
20e 開口
20f 誘電体膜
20h 貫通孔
31 半導体領域
31bs 裏面
31f 半導体膜
32 ベース領域
33 ソース領域
34 ベース領域
35 ソース領域
37 半導体領域
41、42 ゲート電極
51、52 ゲート絶縁膜
55、56 絶縁部
61、62 ソース電極
71~76 第1~第6電極パッド
100、101、102 半導体装置
200 基板
200b 裏面
200fs 表面
201 接着剤
202 サポート基板
CP1、CP2 経路
MOS1、MOS2 第1、2素子
R1、R2 第1、2素子領域
R3 中間領域
T1、T2 トレンチ
Claims (8)
- 第1金属層と、
前記第1金属層の上に設けられた誘電体層と、
前記誘電体層の上に設けられ、前記第1金属層よりも薄く、前記第1金属層と電気的に接続された第2金属層と、
前記第2金属層の上に設けられ、前記第2金属層と電気的に接続された第1導電形の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上に設けられた第2導電形の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域の上に設けられた第1導電形の第3半導体領域と、
前記第2半導体領域と第1絶縁膜を介して対向する第1制御電極と、
前記第3半導体領域及び前記第1制御電極の上に設けられ、前記第3半導体領域と電気的に接続され、前記第1制御電極と第1絶縁部により絶縁された第1電極と、
を備えた半導体装置。 - 前記第1半導体領域の上に設けられた第2導電形の第4半導体領域と、
前記第4半導体領域の上に設けられた第1導電形の第5半導体領域と、
前記第4半導体領域と第2絶縁膜を介して対向する第2制御電極と、
前記第5半導体領域及び前記第2制御電極の上に設けられ、前記第5半導体領域と電気的に接続され、前記第2制御電極と第2絶縁部により絶縁された第2電極と、
をさらに備えた請求項1記載の半導体装置。 - 前記第1金属層から前記第2金属層へ向かう第1方向と垂直な方向において前記誘電体層と並び、前記第1金属層と前記第2金属層とを電気的に接続する導電部をさらに備えた請求項2記載の半導体装置。
- 前記導電部は、前記第1電極の下及び前記第2電極の下に複数設けられる請求項3記載の半導体装置。
- 前記導電部は、前記第3半導体領域と前記第5半導体領域との間の中間領域と前記第1方向において重なる第1部分を有する請求項3記載の半導体装置。
- 前記導電部は複数設けられる請求項5に記載の半導体装置。
- 前記誘電体層は、窒化シリコン及び酸化アルミニウムの少なくともいずれかを含む請求項1~6のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 第1金属層と、
前記第1金属層の上に設けられた誘電体層と、
前記誘電体層の上に設けられ、前記第1金属層と電気的に接続された第2金属層と、
前記第2金属層の上に設けられ、前記第2金属層と電気的に接続された第1導電形の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上に設けられた第2導電形の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域の上に設けられた第1導電形の第3半導体領域と、
前記第1半導体領域の上に設けられた第2導電形の第4半導体領域と、
前記第4半導体領域の上に設けられた第1導電形の第5半導体領域と、
前記第2半導体領域と第1絶縁膜を介して対向する第1制御電極と、
前記第4半導体領域と第2絶縁膜を介して対向する第2制御電極と、
前記第3半導体領域及び前記第1制御電極の上に設けられ、前記第3半導体領域と電気的に接続され、前記第1制御電極と第1絶縁部により絶縁された第1電極と、
前記第5半導体領域及び前記第2制御電極の上に設けられ、前記第5半導体領域と電気的に接続され、前記第2制御電極と第2絶縁部により絶縁された第2電極と、
前記第1金属層から前記第2金属層へ向かう第1方向と垂直な方向において前記誘電体層と並び、前記第1金属層と前記第2金属層とを電気的に接続する導電部と、
を備え、
前記導電部は、前記第3半導体領域と前記第5半導体領域との間の中間領域と前記第1方向において重なる第1部分と、前記第3半導体領域と前記第1方向において重なる第2部分と、前記第5半導体領域と前記第1方向において重なる第3部分と、を有する半導体装置。
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