[发明专利]半导体装置

说明书

提供一种半导体装置，其为沟槽栅型的半导体装置，能够低价制造且反馈电容被减小。半导体装置具备：层叠有第一半导体区域、第二半导体区域、第三半导体区域以及第四半导体区域的半导体基板；绝缘膜，其配置在从第四半导体区域上表面延伸并贯通第四半导体区域和第三半导体区域而到达第二半导体区域的槽的内壁上；控制电极，其在槽的侧面与第三半导体区域的侧面对置配置在绝缘膜上；第一主电极，其与第一半导体区域电连接；第二主电极，其与第三半导体区域和第四半导体区域电连接；底面电极，其与第二主电极电连接，在俯视观察时，槽的延伸方向的长度在槽的宽度以上，而且，槽的宽度比相邻的槽之间的间隔宽。

技术领域

本发明涉及进行开关动作的沟槽栅型的半导体装置的结构。

背景技术

作为进行大电流的开关动作的开关元件(功率半导体元件)，使用了功率MOSFET、绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor：IGBT)等。这样的开关元件中，使用了在形成于半导体基板的槽(沟槽)中形成有绝缘膜和栅极的沟槽栅型的开关元件。IGBT中的槽的宽度通常被设定在大约1μm以下(例如参照专利文献1。)。

图6是表示这样的沟槽栅型的半导体装置110的结构的一例的剖视图。图6中，半导体基板180中，在成为漏层的n+层181之上，依次形成有n-层182，p-层183。在半导体基板180的正面侧，形成有贯通p-层183的槽185。槽185在与图6中的纸面垂直的方向延伸并平行地形成有多个(在图示的范围中为四个)。在各个槽185的内表面均一地形成有氧化膜186，而且栅极187形成为填埋了槽185。

并且，在半导体基板180的正面侧，在槽185的两侧形成有成为源区的n+层188。在半导体基板180的正面，形成有源极189。另一方面，在半导体基板180背面整个面与n+层181接触地形成有漏极190。另一方面，在半导体基板180的正面侧以覆盖槽185的方式形成有层间绝缘膜191，因此，源极189与n+层188和p-层183两者接触，而与栅极187绝缘。在图6所示的范围外的正面侧，例如在槽185的延伸方向(纸面垂直方向)的端部侧，所有的栅极187都被连接，并与公共的栅配线连接。并且，在图6所示范围内，源极189形成在整个正面，但是在正面侧，该栅配线与源极189分离地形成。因此，对于每个槽185，通过施加于栅配线(栅极187)的电压，通过槽185的侧面的p-层183形成沟道，半导体装置110导通。即，通过施加于栅极187的电压，能够进行源极189与漏极190之间的电流的开关控制。按每个槽185而形成的沟道全部并联连接，因此，能够在源极189与漏极190之间流过大电流。

另外，图6表示了功率MOSFET的结构，而在IGBT的情况下也能够应用同样的结构。此时，例如能够为这样的结构：在半导体基板180的下层配置p层(集电层)，背面电极与集电层接触。即，背面电极作为集电极发挥能够。

为了使该半导体装置高速进行动作，需要减小反馈电容Crss和输入电容Ciss。在图6的结构中，反馈电容Crss为栅极187与漏极190之间的电容，输入电容Ciss为栅极187与源极189之间的电容同反馈电容Crss之和。这里，图6的结构中，存在隔着槽185的底部的氧化膜186的电容，因此难以减小反馈电容Crss。通过增厚氧化膜186显然能够减小反馈电容Crss。但是，半导体装置的动作速度以外的特性也很大程度地取决于氧化膜186的厚度，因此，氧化膜186的厚度通常被设定为在动作速度以外能够获得所希望的特性。因此，与层间绝缘膜191不同，氧化膜186通过使与半导体层(p-层183等)之间的界面特性特别良好的热氧化而形成得薄。该情况下，难以减小反馈电容Crss。

为了解决这样的问题，例如，研究出了仅在槽185底部使氧化膜186特别厚的结构。并且，研究出了这样的结构：在槽185的底部设置具有与栅极187、氧化膜186分别相同的结构的第一半导体层、第一氧化膜，并在其上形成有上述的栅极187、氧化膜186。