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公開番号2025009398
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023112386
出願日2023-07-07
発明の名称半導体装置
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人ゆうあい特許事務所
主分類H10D 30/66 20250101AFI20250110BHJP()
要約【課題】トレンチゲート構造に含まれる各部の絶縁膜について、的確にスクリーニングが行うことができる構造を提供する。
【解決手段】p型ボディ領域3およびn型不純物領域4に電気的に接続される上部電極10と、ゲート電極層8と接続されたゲート配線12と、シールド電極7と接続されたシールド配線13と、を備える。このような構造において、上部電極10とゲート配線12およびシールド配線13をそれぞれ電気的に分離した構造とする。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
ダブルゲートのトレンチゲート構造を有する半導体スイッチング素子を備えた半導体装置であって、
前記半導体スイッチング素子は、
第１導電型のドリフト層（２）と、
前記ドリフト層上に形成された第２導電型のボディ領域（３）と、
前記ボディ領域内における該ボディ領域の表層部に形成され、前記ドリフト層より高不純物濃度とされた第１導電型の不純物領域（４）と、
一方向を長手方向とすると共に前記不純物領域から前記ボディ領域を貫通して前記ドリフト層に達するストライプ状に配置された複数のゲートトレンチ（５）内それぞれに、絶縁膜（６）を介して、シールド電極（７）と中間絶縁膜（９）およびゲート電極層（８）が順に積層されてダブルゲートとされた複数のトレンチゲート構造と、
前記ドリフト層を挟んで前記ボディ領域と反対側に形成され、前記ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第１または第２導電型の高濃度層（１）と、
前記トレンチゲート構造と前記ボディ領域および前記不純物領域の上に配置された層間絶縁膜（１１）と、
前記層間絶縁膜に形成された前記ボディ領域および前記不純物領域に繋がるコンタクトホール（１１ａ）を通じて前記ボディ領域および前記不純物領域と電気的に接続される上部電極（１０）と、
前記層間絶縁膜に形成された前記ゲート電極層に繋がるコンタクトホール（１１ｂ）を通じて前記ゲート電極層と接続されたゲート配線（１２）と、
前記層間絶縁膜に形成された前記シールド電極に繋がるコンタクトホール（１１ｃ）を通じて前記シールド電極と接続されたシールド配線（１３）と、
前記高濃度層と電気的に接続された下部電極（１５）と、を有し、
前記上部電極と前記ゲート配線および前記シールド配線はそれぞれ電気的に分離されている、半導体装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記層間絶縁膜に加えて前記上部電極と前記ゲート配線および前記シールド配線の上には保護膜（１４）が形成され、
前記保護膜に形成された第１開口部（１４ａ）を通じて、前記上部電極と電気的に接続された第１パッド部（１０ｂ）と、
前記保護膜に形成された第２開口部（１４ｂ）を通じて、前記ゲート配線と電気的に接続された第２パッド部（１２ｂ）と、
前記保護膜に形成された第３開口部（１４ｃ）を通じて、前記シールド配線と電気的に接続された第３パッド部（１３ｂ）と、を備え、
前記第１パッド部と前記第２パッド部および前記第３パッド部は、電気的に分離されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２パッド部は、前記複数のゲートトレンチに交差する方向の一方向において前記第１パッド部よりも外側に配置され、
前記第３パッド部も、前記複数のゲートトレンチに交差する方向の一方向において前記第１パッド部よりも外側に配置されている、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２パッド部は、前記複数のゲートトレンチに交差する方向の一方向において前記第１パッド部よりも外側に配置され、
前記第３パッド部は、前記複数のゲートトレンチに交差する方向のもう一方向において前記第１パッド部よりも外側に配置されている、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記複数のゲートトレンチの長手方向における両先端位置を外周部、該外周部の内側をセル部として、前記セル部では前記ボディ領域および前記不純物領域が形成されることで前記半導体スイッチング素子が構成されており、
前記ゲート配線は、前記複数のゲートトレンチの長手方向の中央位置において、前記複数のゲートトレンチに交差する方向に延設され、
前記上部電極は、前記ゲート配線を挟んだ両側に配置され、
前記シールド配線は、前記ゲート配線および該ゲート配線の両側に配置された前記上部電極を挟んだ両側に位置する前記外周部のそれぞれにおいて、前記複数のゲートトレンチと交差する方向に延設されている、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記複数のゲートトレンチの長手方向における両先端位置を外周部、該外周部の内側をセル部として、前記セル部では前記ボディ領域および前記不純物領域が形成されることで前記半導体スイッチング素子が構成されており、
前記ゲート配線は、前記複数のゲートトレンチの長手方向の中央位置において、前記複数のゲートトレンチに交差する方向に延設され、
前記上部電極は、前記ゲート配線を挟んだ両側に配置され、
前記シールド配線は、前記ゲート配線の両側に配置された前記上部電極の一方を挟んだ前記ゲート配線の反対側の前記外周部において、前記複数のゲートトレンチと交差する方向に延設されている、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記複数のゲートトレンチの長手方向における両先端位置を外周部、該外周部の内側をセル部として、前記セル部では前記ボディ領域および前記不純物領域が形成されることで前記半導体スイッチング素子が構成されており、
前記複数のゲートトレンチのうち、最も外側に位置する端部トレンチ（５ａ）には、前記ゲート電極が形成されずに前記シールド電極が埋め込まれており、
前記シールド電極は、前記外周部において、前記ゲート電極層より外側に延設されると共に前記複数のゲートトレンチより外側にはみ出した部分と、前記端部トレンチから前記複数のゲートトレンチの外方に向ってはみ出して延設された部分とを有するシールドライナー（７ａ）を備え、
前記ゲート配線は、前記複数のゲートトレンチの長手方向の中央位置において、前記複数のゲートトレンチに交差する方向に延設され、
前記上部電極は、前記ゲート配線を挟んだ両側に配置され、
前記シールド配線は、前記上部電極と前記上部電極のうちの一方との間と、前記上部電極と前記上部電極のうちのもう一方との間と、の少なくとも一方において、前記複数のゲートトレンチと交差する方向に延設されている、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ダブルゲートのトレンチゲート構造を有する半導体スイッチング素子を備えた半導体装置に関するものである。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるようなダブルゲートのトレンチゲート構造を有するパワーＭＯＳＦＥＴを備えた半導体装置が知られている。この半導体装置では、ｎ
＋
型基板の上にｎ
－
型ドリフト層を形成した半導体基板の表層部に、ダブルゲートのトレンチゲート構造が形成される。ダブルゲートのトレンチゲート構造では、ゲートトレンチの底部側にシールド絶縁膜を介してソース電位とされるシールド電極が配置される。また、トレンチ内におけるシールド電極の上側にも、ゲート絶縁膜を介してゲート電極層が配置されることでダブルゲートとされる。シールド電極とゲート電極層との間には層間絶縁膜（以下、中間絶縁膜という）が形成され、中間絶縁膜によってシールド電極とゲート電極層とが絶縁される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－３８２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記半導体装置では、シールド電極がソース電位、つまりソース電極に相当する上部電極やソース領域と同電位になるように設計され、シールド電極に接続されたシールド配線が上部電極に直接接続された構造の製品レイアウトとされる。このような構造だと、ダブルゲートのトレンチゲート構造に含まれる各部の絶縁膜について、信頼性確保のためのスクリーニングを実施する際に、個々の絶縁膜に電圧を印加して絶縁膜の出来映えを的確に検査できない場合があることが判った。
【０００５】
なお、ここでは、ダブルゲートのトレンチゲート構造を有する半導体スイッチング素子としてパワーＭＯＳＦＥＴを例に挙げたが、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの略）についても同様の課題がある。
【０００６】
本開示は、ダブルゲートのトレンチゲート構造を有する半導体スイッチング素子を備えた半導体装置において、トレンチゲート構造に含まれる各部の絶縁膜について、的確にスクリーニングが行うことができる構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の１つの観点は、
ダブルゲートのトレンチゲート構造を有する半導体スイッチング素子を備えた半導体装置であって、
前記半導体スイッチング素子は、
第１導電型のドリフト層（２）と、
前記ドリフト層上に形成された第２導電型のボディ領域（３）と、
前記ボディ領域内における該ボディ領域の表層部に形成され、前記ドリフト層より高不純物濃度とされた第１導電型の不純物領域（４）と、
一方向を長手方向とすると共に前記不純物領域から前記ボディ領域を貫通して前記ドリフト層に達するストライプ状に配置された複数のゲートトレンチ（５）内それぞれに、絶縁膜（６）を介して、シールド電極（７）と中間絶縁膜（９）およびゲート電極層（８）が順に積層されてダブルゲートとされた複数のトレンチゲート構造と、
前記ドリフト層を挟んで前記ボディ領域と反対側に形成され、前記ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第１または第２導電型の高濃度層（１）と、
前記トレンチゲート構造と前記ボディ領域および前記不純物領域の上に配置された層間絶縁膜（１１）と、
前記層間絶縁膜に形成された前記ボディ領域および前記不純物領域に繋がるコンタクトホール（１１ａ）を通じて前記ボディ領域および前記不純物領域と電気的に接続される上部電極（１０）と、
前記層間絶縁膜に形成された前記ゲート電極層に繋がるコンタクトホール（１１ｂ）を通じて前記ゲート電極層と接続されたゲート配線（１２）と、
前記層間絶縁膜に形成された前記シールド電極に繋がるコンタクトホール（１１ｃ）を通じて前記シールド電極と接続されたシールド配線（１３）と、
前記高濃度層と電気的に接続された下部電極（１５）と、を有し、
前記上部電極と前記ゲート配線および前記シールド配線はそれぞれ電気的に分離されている。
【０００８】
このように、回路に組み込まれる前の半導体装置の状態において、上部電極とゲート配線およびシールド配線が電気的に分離される構造としている。つまり、上部電極とゲート電極およびシールド電極が電気的に分離された構造とされている。このため、上部電極とシールド電極およびゲート電極の電位を個々に制御できる。したがって、ゲートトレンチ内に配置される絶縁膜や中間絶縁膜のスクリーニングを行う際に、検査対象としたい場所に対して所望の電圧を印加することが可能となる。
【０００９】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示の第１実施形態にかかる半導体装置の上面レイアウト図である。
図１中のIIA－IIA断面図である。
図１中のIIB－IIB断面図である。
図１中のIII-III断面図である。
図１に示す半導体装置の簡略化上面レイアウトであって、上面側の導体部分を透過して示した図である。
本開示の第２実施形態にかかる半導体装置をトレンチゲート構造の長手方向に沿って切断した断面図である。
図５に示す半導体装置の上面レイアウトであって、上面側の導体部分を透過して示した図である。
第２実施形態の変形例で説明する半導体装置の簡略化上面レイアウトであって、上面側の導体部分を透過して示した図である。
本開示の第１実施形態にかかる半導体装置の上面レイアウト図である。
図８に示す半導体装置の簡略化上面レイアウトであって、上面側の導体部分を透過して示した図である。
図８中のX－X断面図である。
第３実施形態の変形例で説明する半導体装置の簡略化上面レイアウトであって、上面側の導体部分を透過して示した図である。
第３実施形態の変形例で説明する半導体装置の簡略化上面レイアウトであって、上面側の導体部分を透過して示した図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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