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WO2011155394A1 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Publication number
WO2011155394A1
WO2011155394A1 PCT/JP2011/062723 JP2011062723W WO2011155394A1 WO 2011155394 A1 WO2011155394 A1 WO 2011155394A1 JP 2011062723 W JP2011062723 W JP 2011062723W WO 2011155394 A1 WO2011155394 A1 WO 2011155394A1
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WO
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termination
trench
semiconductor device
region
termination trench
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/062723
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
秀史 高谷
松木　英夫
巨裕 鈴木
石川　剛
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
株式会社デンソー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by トヨタ自動車株式会社, 株式会社デンソー filed Critical トヨタ自動車株式会社
Priority to US13/703,284 priority Critical patent/US8952430B2/en
Priority to CN201180028874.2A priority patent/CN102947937B/zh
Priority to DE112011101964.5T priority patent/DE112011101964B4/de
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    • H01L29/42364—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity
    • H01L29/42368—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity the thickness being non-uniform

Definitions

  • the present application relates to a technique for improving the breakdown voltage of a semiconductor device.
  • a semiconductor device using silicon carbide hereinafter abbreviated as SiC
  • a semiconductor structure for example, a MOSFET structure, an IGBT structure, or a diode structure
  • the present invention relates to a technique capable of improving the withstand voltage of a semiconductor device having an extended terminal insulating region (terminal area).
  • a semiconductor structure that functions as a semiconductor device on a semiconductor substrate in which a body region of the first conductivity type (for example, p-type) is stacked on the surface of the drift region of the second conductivity type (for example, n-type) Etc.) has been developed.
  • a termination insulating region surrounding the cell area outside a range (cell area) in which a semiconductor structure that functions as a MOSFET, IGBT, diode, or the like is formed. It is known that the breakdown voltage of a semiconductor device can be increased.
  • a field plate structure is known as a technique for increasing the breakdown voltage of a semiconductor device.
  • a conductor portion is formed on a semiconductor surface via an insulating film.
  • the field plate structure it is possible to increase the breakdown voltage of the semiconductor device by expanding a depletion layer formed in the semiconductor to prevent electric field concentration.
  • an FLR Field (Limiting Ring) structure
  • the FLR is formed in an annular shape outside the cell area.
  • the outer periphery of the cell area is a second conductivity type drift region. And it has the structure where the 1st conductivity type area
  • a depletion layer extending from the periphery of the cell area can be extended outside the FLR. Therefore, it is possible to prevent the electric field from being concentrated in the termination region of the cell area and the breakdown voltage characteristics of the semiconductor device from being deteriorated.
  • Japanese Patent Laid-Open Nos. 2001-15744, 11-307785, 2004-6723, 9-283754, and 2001-358338 are disclosed. It is disclosed.
  • SiC has a relative dielectric constant smaller than that of Si. Therefore, in a semiconductor device using SiC, since a depletion layer is difficult to spread, it is difficult to obtain an effect of improving the breakdown voltage in a general field plate structure in which a conductor portion is formed on the semiconductor surface via an insulating film.
  • SiC has a smaller impurity diffusion coefficient than Si. Therefore, in a semiconductor device using SiC, it is difficult to form an FLR structure using diffusion. Further, in a general semiconductor device using SiC, the body region is formed by epitaxial growth, so that a body layer is formed on the entire surface of the wafer. Therefore, a body region is also formed on the outer periphery of the cell area. Then, it is difficult to adopt a general FLR structure in which the first conductivity type region is formed by diffusion in the second conductivity type drift region.
  • the present application provides a novel withstand voltage structure that has a cell area and a termination area and can increase the withstand voltage even in a semiconductor device in which it is difficult to improve the withstand voltage with a field plate structure or an FLR structure.
  • SiC is used for a semiconductor substrate.
  • the semiconductor device disclosed in the present application includes a semiconductor substrate having a cell area and a termination area surrounding the cell area. A plurality of main trenches are formed in the cell area.
  • the termination area is formed with one or more termination trenches surrounding the cell area.
  • the one or more termination trenches have a first termination trench on the innermost peripheral side.
  • the first conductivity type body region is stacked on the surface of the second conductivity type drift region.
  • the main trench penetrates the body region from the surface of the semiconductor substrate to reach the drift region, and a gate electrode is formed therein.
  • the first terminal trench penetrates the body region from the surface of the semiconductor substrate and reaches the drift region.
  • the side walls and bottom surface of the first termination trench are covered with a first insulating layer. At least a portion of the surface of the first insulating layer covering at least the bottom surface of the first termination trench is covered with the conductive layer. At least during the period when the on-potential is not applied to the gate electrode, the same potential as that applied to the gate electrode or the source electrode is applied to the conductive layer.
  • a conductive layer is formed on at least a part of the bottom surface of the first termination trench via a first insulating layer.
  • a field plate structure is formed on the bottom surface of the trench. That is, an embedded field plate is formed on the outer periphery of the cell area.
  • the first termination trench reaches the drift region from the surface of the semiconductor substrate through the body region. Therefore, the field plate is formed not in the surface of the semiconductor substrate but in the vicinity of the drift region. Thereby, a field plate can be formed in the vicinity of the region where the depletion layer is to be expanded.
  • the field plate can expand the depletion layer formed in the semiconductor to prevent electric field concentration, and the breakdown voltage in the vicinity of the cell area termination portion is improved.
  • the band gap is larger than that of Si, the relative dielectric constant is small and the depletion layer is difficult to spread. Therefore, even if the field plate structure is provided on the surface of the semiconductor substrate, it is difficult to obtain the effect of the field plate like Si. However, by forming a buried type field plate, even when the depletion layer is difficult to spread, the effect of the field plate can be sufficiently obtained. Therefore, it is possible to ensure the breakdown voltage of the terminal portion of the semiconductor device.
  • a plurality of termination trenches surrounding the cell area may be formed in the termination area.
  • the plurality of termination trenches may include a first termination trench disposed on the innermost peripheral side and one or a plurality of second termination trenches disposed on the outer peripheral side of the first termination trench.
  • the first conductivity type body region may be stacked on the surface of the second conductivity type drift region.
  • the second termination trench surrounds the outer periphery of the first termination trench, has a narrower width than the first termination trench, penetrates the body region from the surface of the body region, reaches the drift region, The inside may be filled with an insulator.
  • the termination area Even in the termination area, if the body region is laminated on the surface of the drift region, it is necessary to electrically isolate the termination area.
  • the body region As an example of the structure in which the body region is laminated on the surface of the drift region also in the termination area, there is a case where the body region is formed on the entire surface of the semiconductor substrate by an epitaxial growth method.
  • the second termination trench surrounds the outer periphery of the first termination trench and penetrates the body region from the surface of the body region to the drift region.
  • the second termination trench is filled with an insulating region. Therefore, the termination area can be electrically separated by the insulator filling the second termination trench.
  • the first conductivity type region is left so as to surround the outer periphery of the first termination trench in a ring shape. Then, the first conductivity type region left in the ring shape can be used as the FLR. Thereby, even in the termination area, the FLR can be formed even if the body region is laminated on the surface of the drift region. Accordingly, since the electric field can be relaxed at the cell area end portion by the FLR, the withstand voltage at the end portion can be more reliably ensured.
  • the semiconductor device disclosed in the present application can further include a second insulating layer covering the bottom surface of the main trench.
  • the thickness of the portion covering the bottom surface of the first insulating layer is preferably thinner than the thickness of the second insulating layer. In this way, by changing the thickness of the insulating layer, the oxide film can be embedded and the terminal portion can be formed at the same time.
  • a gate electrode is formed above the second insulating layer.
  • a conductive layer is formed above the first insulating layer inside the first termination trench.
  • the thickness of the portion covering the bottom surface of the first insulating layer is made thinner than the thickness of the second insulating layer.
  • the second conductivity type semiconductor region which is formed in a range facing the surface of the semiconductor substrate and is adjacent to the main trench and separated from the drift region by the body region is further provided.
  • a contact region formed on the surface of the body region and conducting to the semiconductor region can be further provided. It is preferable that no contact region is formed outside the region surrounded by the first termination trench.
  • the termination area can be in a floating state insulated from the surroundings.
  • the first termination trench and the second termination trench have the same depth.
  • the first termination trench and the second termination trench can be formed simultaneously in the same process. Therefore, the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified.
  • the first inter-trench distance between the first termination trench and the termination trench adjacent to the first termination trench is the first termination trench and the first termination trench. It is preferable that the distance is smaller than the second inter-trench distance between the main trenches adjacent to each other. Since no contact region is formed in the region between the first termination trench and the adjacent termination trench, the depletion layer formed in the semiconductor is difficult to spread. On the other hand, since a contact region is formed in a region between the first termination trench and the main trench, a depletion layer formed in the semiconductor is likely to expand. Therefore, by making the first inter-trench distance smaller than the second inter-trench distance, the depletion layer can be easily expanded, and the breakdown voltage of the termination area can be improved.
  • the upper portion of the main trench may be blocked by the third insulating layer.
  • the conductive layer may contain aluminum.
  • the conductive layer includes a surface of the first insulating layer covering the bottom surface and the side wall of the first termination trench, a surface of the body region in a region on the inner peripheral side from the first termination trench, and a main trench. You may coat
  • a potential having the same potential as that applied to the source electrode may be applied to the conductive layer.
  • a field plate structure is formed by forming a conductive layer on the bottom surface of the first termination trench via a first insulating layer.
  • the conductive layer also functions as a source electrode.
  • a potential having the same potential as that applied to the source electrode is applied to the conductive layer.
  • the potential applied to the source electrode is generally a stable potential (such as a ground potential). Therefore, the effect of the field plate can be further stabilized as compared with the case where the potential applied to the gate electrode is applied to the conductive layer.
  • the thickness of the first insulating layer covering the outer peripheral side wall of the first termination trench is such that the inner peripheral side wall and bottom surface of the first termination trench are It is preferable that the thickness is greater than the thickness of the covering first insulating layer.
  • the first insulating layer covering the outer side wall of the first termination trench is applied to the first insulating layer. Electric field concentrates.
  • the semiconductor device disclosed in the present application since the thickness of the first insulating layer on the side wall portion on the outer peripheral side of the first termination trench is increased, the electric field strength to the portion can be reduced. As a result, the breakdown voltage of the termination area can be improved.
  • the thickness of the first insulating layer increases, the stress generated in the portion covered with the first insulating layer increases.
  • the thickness of the first insulating layer on the side wall and the bottom surface of the inner peripheral side of the first termination trench is reduced. Therefore, compared with the case where all the insulating layers covering the side wall and the bottom surface of the first termination trench are made thick, the stress generated on the side wall and the bottom surface on the inner peripheral side of the first termination trench can be reduced.
  • the first insulating layer includes a lower insulating layer and an upper insulating layer.
  • the side walls and bottom surface of the first termination trench are covered with a lower insulating layer.
  • a first end is formed in the conductive layer.
  • the conductive layer is formed in a region on the inner peripheral side from the first end. The position of the first end portion is closer to the inner peripheral side than the position of the surface of the first insulating layer coated on the outer peripheral side wall of the first termination trench when the semiconductor device is observed from vertically above. positioned.
  • An example of the lower insulating layer is an insulating layer that embeds a main trench or the like.
  • An example of the upper insulating layer is an interlayer insulating film formed between the substrate and the wiring. In the semiconductor device disclosed in the present application, the upper insulating layer is coated on the side wall of the first end portion of the conductive layer and the side wall on the outer peripheral side of the first termination trench.
  • the thickness of the insulating layer existing between the first end portion of the conductive layer and the side wall on the outer peripheral side of the first termination trench is increased by the amount covered with the upper insulating layer. . Therefore, since the thickness of the insulating layer in the portion where the electric field is concentrated can be increased, the electric field strength can be reduced.
  • the distance from the surface of the lower insulating layer coated on the outer peripheral side wall of the first termination trench to the first end of the conductive layer is the first termination trench. It is preferable that the region from the surface of the lower insulating layer coated on the outer peripheral side wall to the first end of the conductive layer is a distance that can be filled without voids by the upper insulating layer covering the conductive layer. . Since the conductive layer is not covered between the surface of the first insulating layer covered on the outer peripheral side wall of the first termination trench and the first end of the conductive layer, the trench shape May be formed. In the semiconductor device disclosed in the present application, when the trench-shaped region is filled with the upper insulating layer, the trench-like region is filled in a state where no void exists. Therefore, the effect of reducing the electric field strength can be further enhanced.
  • the distance from the surface of the lower insulating layer coated on the outer peripheral side wall of the first termination trench to the first end of the conductive layer covers the conductive layer.
  • the thickness of the upper insulating layer is preferably twice the thickness. In an ideal upper insulating layer, the thickness of the upper insulating layer covered with the conductive layer and the thickness of the upper insulating layer covered with the outer peripheral side wall of the first termination trench and the first end of the conductive layer Are equal. Therefore, in the semiconductor device disclosed in the present application, the region between the surface of the first insulating layer covered on the outer peripheral side wall of the first termination trench and the first end of the conductive layer is insulated from the upper layer. When filling with layers, no voids can be present.
  • the upper portion of the main trench may be blocked by the third insulating layer.
  • the conductive layer may contain aluminum.
  • the conductive layer may be formed with a first end.
  • the conductive layer may be formed in a region on the inner peripheral side with respect to the first end.
  • the position of the first end portion is the inner peripheral side than the position of the surface of the first insulating layer coated on the outer peripheral side wall of the first termination trench when the semiconductor device is observed from vertically above. May be located.
  • the conductive layer covers the surface of the first insulating layer covering the bottom surface and side walls of the first termination trench, the surface of the body region in the inner peripheral region from the first termination trench, and the main trench.
  • the surface of the third insulating layer may be covered continuously.
  • a potential having the same potential as that applied to the source electrode may be applied to the conductive layer. From the surface of the first insulating layer covering the sidewall of the first termination trench, the surface and sidewall of the conductive layer covering the surface of the first insulating layer, and the first end of the conductive layer Alternatively, the surface of the first insulating layer covering the bottom surface of the first termination trench in the outer peripheral region may be covered with the fourth insulating layer.
  • a field plate structure is formed by forming a conductive layer on the bottom surface of the first termination trench via a first insulating layer. The conductive layer also functions as a source electrode. Since the potential applied to the source electrode is generally a stable potential (such as a ground potential), the effect of the field plate can be further stabilized.
  • the fourth insulating layer is coated on the side wall of the first end portion of the conductive layer and the side wall on the outer peripheral side of the first termination trench. Then, the thickness of the insulating layer existing between the first end portion of the conductive layer and the side wall on the outer peripheral side of the first termination trench is increased by the amount covered with the fourth insulating layer. become. Therefore, since the thickness of the insulating layer in the portion where the electric field is concentrated can be increased, the electric field strength can be reduced.
  • the distance from the surface of the first insulating layer coated on the outer peripheral side wall of the first termination trench to the first end of the conductive layer is the first The region from the surface of the first insulating layer covered on the outer peripheral side wall of the termination trench to the first end of the conductive layer has a void due to the fourth insulating layer covering the conductive layer. It is preferable that the distance is filled in a state where no operation is performed. Since the conductive layer is not covered between the surface of the first insulating layer covered on the outer peripheral side wall of the first termination trench and the first end of the conductive layer, the trench shape May be formed. In the semiconductor device disclosed in the present application, when the trench-shaped region is filled with the fourth insulating layer, the trench is filled with no void. Therefore, the effect of reducing the electric field strength can be further enhanced.
  • an end portion of the conductive layer may be formed on the surface of the semiconductor substrate around the opening of the first termination trench.
  • terminus trench is an inner peripheral side rather than the position of the side wall of the outer peripheral side of a 1st termination
  • the electric field generated in the conductive layer is applied to the first insulating layer covering the side wall of the first termination trench.
  • the thickness of the first insulating layer in the region to which the electric field is applied is equal to the depth of the first termination trench and becomes thick. Thereby, the electric field concentration on the first insulating layer can be relaxed, so that the withstand voltage of the termination area can be improved.
  • a first diffusion layer of the first conductivity type is formed in at least a part of the drift region located on the bottom surface of the first termination trench.
  • the depletion layer at the PN junction between the first diffusion layer and the drift region greatly extends toward the drift region. Therefore, it becomes difficult for a high voltage to enter the first insulating layer covered on the side wall of the first termination trench. Thereby, it is possible to alleviate electric field concentration in the first insulating layer covered on the side wall of the first termination trench.
  • a plurality of second termination trenches are provided, and at least part of the drift region existing between the second termination trenches adjacent to each other is provided in the second conductivity type second. It is preferable that a diffusion layer is formed.
  • the first conductivity type region left in a ring shape is used as the FLR.
  • the second diffusion layer is formed between the second termination trenches, the depletion layer at the PN junction between the second diffusion layer and the drift region extends toward the drift region. Thereby, the effect which extends the depletion layer extended
  • the first diffusion layer may have a third end.
  • the first diffusion layer may be formed in a region on the inner peripheral side with respect to the third end portion. Further, the position of the third end portion may be located on the outer peripheral side of the position of the side wall on the outer peripheral side of the first termination trench when the semiconductor device is observed from vertically above.
  • the electric field concentrates on a corner portion, which is a joint portion between the bottom surface of the first termination trench and the outer peripheral side wall of the first termination trench.
  • the first diffusion layer can be formed so as to cover the corner portion. Therefore, it is possible to alleviate electric field concentration at the corner of the first termination trench.
  • the first diffusion layer may have a fourth end.
  • the first diffusion layer may be formed in a region on the outer peripheral side with respect to the fourth end portion.
  • the position of the fourth end portion may be located on the outer peripheral side with respect to the position of the inner peripheral side wall of the first termination trench when the semiconductor device is observed from vertically above. If the first diffusion layer is formed so as to be in contact with the body region existing in the region on the inner peripheral side from the first termination trench, the depletion layer extends from the first diffusion layer. End up. In this case, the field plate cannot sufficiently obtain the effect of expanding the depletion layer formed in the semiconductor.
  • the fourth end portion of the first diffusion layer is located on the outer peripheral side with respect to the position of the inner peripheral side wall of the first termination trench.
  • the semiconductor device manufacturing method disclosed in the present application surrounds a cell area and the cell area on a semiconductor substrate in which a body region of the first conductivity type is stacked on the surface of the drift region of the second conductivity type.
  • This is a method of manufacturing a semiconductor device in which a termination area is formed.
  • a semiconductor substrate having a cell area and a termination area surrounding the cell area is provided.
  • a plurality of main trenches are formed in the cell area.
  • the termination area is formed with one or more termination trenches surrounding the cell area.
  • the one or more termination trenches have a first termination trench on the innermost peripheral side.
  • the first conductivity type body region is stacked on the surface of the second conductivity type drift region.
  • a plurality of main trenches that penetrate the body region from the surface of the semiconductor substrate and reach the drift region are formed in the cell area, and the body region extends from the surface of the semiconductor substrate to the drift region.
  • a trench forming step of forming one or more terminal trenches surrounding the cell area is provided.
  • An insulating film forming step of forming an insulating film having a predetermined thickness on the surface of the semiconductor substrate is provided.
  • An etching process for selectively etching a predetermined amount of the insulating film in the cell area is provided.
  • a conductive layer forming step of selectively forming a conductive layer inside the main trench and the first terminal trench is provided.
  • the main trench and one or more terminal trenches are formed simultaneously.
  • an insulating film is formed inside both the main trench and the termination trench.
  • a predetermined amount of the insulating film in the main trench is removed. The predetermined amount is preferably set such that the lower end surface of the conductive layer embedded in the main trench in the conductive layer forming step described later is positioned in the vicinity of the interface between the drift region and the body region.
  • a conductive layer is formed both in the main trench and in the first terminal trench. Therefore, an electrode is formed inside the main trench, and a buried field plate structure is formed on the bottom surface of the first termination trench.
  • the embedded field plate can be formed in the terminal area using the same process as the process of forming the main trench in which the electrode is embedded in the cell area. Therefore, it is not necessary to provide a dedicated process for forming the buried type field plate, so that the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified.
  • the trench formation step forms the first termination trench and surrounds the outer periphery of the first termination trench, and has a width narrower than that of the first termination trench. It is preferable to form a second termination trench that has a surface and extends from the surface of the body region to the drift region through the body region.
  • the predetermined thickness of the insulating film formed in the insulating film forming step is such that the second terminal trench is completely filled with the insulating film and the first terminal trench is not completely filled with the insulating film. Is preferred.
  • the main trench, the first termination trench, and the second termination trench are simultaneously formed by the trench formation step.
  • An insulating film is formed in the main trench, the first terminal trench, and the second terminal trench by the insulating film forming step.
  • the width of the second termination trench is made narrower than that of the first termination trench. Therefore, if the predetermined thickness of the insulating film is set such that the second termination trench is completely filled with the insulating film and the first termination trench is not completely filled with the insulating film, the insulating film is filled.
  • the second termination trench and the first termination trench in which the insulating film is formed on the side wall and the bottom surface can be simultaneously formed in one insulating film forming step.
  • the termination area can be electrically separated by the insulating region filling the second termination trench. Then, the first conductivity type region left in the ring shape in the terminal area can be used as the FLR. In addition, since it is not necessary to provide a dedicated process for forming the second termination trench, the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. (1) which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the Example of this application.
  • FIG. (2) which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the Example of this application.
  • FIG. (The 3) which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the Example of this application.
  • FIG. (4) which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the Example of this application.
  • FIG. (5) which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the Example of this application.
  • FIG. (6) which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the Example of this application.
  • FIG. (5) which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the Example of this application.
  • FIG. (1) which shows the simulation result of the semiconductor device which concerns on the Example of this application.
  • FIG. (2) which shows the simulation result of the semiconductor device which concerns on the Example of this application.
  • It is sectional drawing which shows the modification of the semiconductor device which concerns on the Example of this application.
  • FIG. (1) which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the Example of this application.
  • FIG. (2) which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the Example of this application.
  • the semiconductor structure formed in the cell area is a MOSFET structure.
  • the semiconductor structure formed in the cell area is an IGBT structure.
  • the body layer of the first conductivity type is formed by epitaxial growth. Since SiC has a smaller impurity diffusion coefficient than Si, it is difficult to form a body layer by impurity diffusion. Therefore, it is preferable to form the body layer by epitaxial growth. As a result, the body region is formed on the entire surface of the semiconductor substrate, so that the body region is laminated on the surface of the drift region in the termination area.
  • the conductive layer is polysilicon or aluminum. Polysilicon and aluminum are common materials for forming the gate electrode.
  • the gate electrode formation step and the conductive layer formation step can be performed simultaneously in a common step. Therefore, the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified.
  • the second diffusion layer is separated from the body region stacked on the surface of the drift region. Thereby, compared with the case where the second diffusion layer is in contact with the body region, the second diffusion layer can be formed at a deeper position in the drift region. Then, the depletion layer at the PN junction between the second diffusion layer and the drift region can be extended to the drift region side. Therefore, the effect of extending the depletion layer extending from the periphery of the cell area to the outside of the FLR can be further enhanced.
  • the first inter-trench distance between the first termination trench and the termination trench adjacent to the first termination trench is: It is made narrower than the third inter-trench distance between adjacent main trenches. In the region between the first termination trench and the adjacent termination trench, the depletion layer formed in the semiconductor is less likely to spread than the region between the main trenches adjacent to each other. Therefore, by making the first inter-trench distance smaller than the third inter-trench distance, the depletion layer can be more easily expanded, and the action of the FLR can be exhibited more effectively.
  • a third diffusion layer of the first conductivity type is formed in at least a part of the drift region existing between the first termination trench and the second termination trench adjacent to the first termination trench. The third diffusion layer is separated from the first diffusion layer.
  • the depletion layer at the PN junction between the third diffusion layer and the drift region extends toward the drift region.
  • FIG. 1 is a plan view of a semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. More precisely, the cross-sectional view taken along the line II in FIG. 2 corresponds to FIG. However, in FIG. 1, hatching with respect to the drift region 112 is omitted.
  • the semiconductor device 100 is manufactured by using a semiconductor substrate 102 having an outer periphery 104 as shown in FIG.
  • the semiconductor substrate 102 is divided into a cell area 105 (inside a frame X indicated by a broken line in FIG. 1) in which a semiconductor structure that operates as a transistor is formed, and a termination area 107 that surrounds the cell area 105.
  • main trenches 113 are formed so as to extend in the vertical direction of FIG. Note that the number of main trenches 113 is not limited to six and can be set to an arbitrary number.
  • triple termination trenches 161 to 163 extending along the outer periphery 104 are formed inside the outer periphery 104.
  • the termination trenches 161 to 163 have a closed loop shape that goes around the cell area 105 along the outer periphery 104.
  • the semiconductor device 100 is a semiconductor device using silicon carbide (hereinafter abbreviated as SiC).
  • SiC silicon carbide
  • the semiconductor substrate 102 is laminated in the order of the n + drain region 111, the n ⁇ drift region 112, and the p ⁇ body region 141 from the back surface side to the front surface side (from the lower side to the upper side in the figure).
  • SiC has a smaller impurity diffusion coefficient than Si, it is difficult to form the body region 141 by impurity diffusion. Therefore, the body region 141 is formed by an epitaxial growth method. In the epitaxial growth method, the body region 141 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 102. Therefore, the termination area 107 also has a structure in which the body region is laminated on the surface of the drift region 112.
  • the structure of the cell area 105 will be described.
  • the main trench 113 reaches the drift region 112 from the surface 101 of the semiconductor substrate 102 through the body region 141.
  • the intervals between the main trenches 113 are uniform.
  • the side wall of each main trench 113 is covered with a gate oxide film.
  • An oxide film 171a is embedded in the bottom surface of each main trench 113.
  • a gate electrode 122 is embedded in a state of being insulated from the semiconductor substrate 102 by a gate oxide film and an oxide film 171a.
  • the material of the gate electrode 122 is polysilicon.
  • Each gate electrode 122 penetrates through the body region 141 from the surface of the body region 141 and reaches the drift region 112.
  • an n + source region 131 is formed at a position adjacent to the main trench 113.
  • a p + body contact region 132 is formed in the gap between the source regions 131.
  • a source electrode 133 is formed on the surfaces of the source region 131 and the body contact region 132. The source electrode 133 is connected to the source line S. Note that the source electrode 133 is not formed outside the region surrounded by the termination trench 161.
  • the gate electrode 122 is connected to the gate wiring G.
  • a gate voltage is applied to the gate electrode 122.
  • the gate electrode 122 is insulated from the source electrode 133 and the source wiring S.
  • the gate voltage is a voltage for controlling whether or not a current flows in the cell area 105.
  • the n + drain region 111 is connected to the drain wiring D.
  • the drain wiring D is connected to a positive potential, and the source wiring S is grounded.
  • a vertical power MOSFET transistor structure is formed in the cell area 105 by the source region 131, the body region 141, the drift region 112, the drain region 111, and the gate electrode 122.
  • termination trenches 161 to 163 are formed.
  • the termination trench 161 is arranged on the innermost peripheral side of the triple termination trench.
  • the termination trenches 162 and 163 surround the termination trench 161 and are arranged on the outer peripheral side of the termination trench 161.
  • the depths of the termination trenches 161 to 163 are the same.
  • the depth of the trenches 161 to 163 is the same as that of the main trench 113.
  • the termination trenches 161 to 163 penetrate the body region 141 from the surface 101 of the semiconductor substrate 102 and reach the drift region 112.
  • the width of the termination trench 161 is the width W1.
  • the value of the width W1 can be set to, for example, a value of 5 to 20 ( ⁇ m).
  • the widths of the termination trenches 162 and 163 are the width W2.
  • the width W2 of the termination trenches 162 and 163 is smaller than the width W1 of the termination trench 161.
  • the structure of the termination trench 161 will be described.
  • the side walls and bottom surface of the termination trench 161 are covered with an oxide film 171.
  • a buried electrode 124 is formed on the surface of the oxide film 171 covering the side wall and bottom surface of the termination trench 161.
  • the material of the embedded electrode 124 is polysilicon. Therefore, the embedded electrode 124 is formed of the same material as the gate electrode 122.
  • the embedded electrode 124 is connected to the gate line G. Therefore, the same gate voltage as that of the gate electrode 122 is applied to the embedded electrode 124.
  • the buried electrode 124 is formed on the surface of the drift region 112 via the oxide film 171. Thereby, a field plate structure is formed on the bottom surface of the termination trench 161. Further, the termination trench 161 penetrates the body region 141 from the surface 101 of the semiconductor substrate 102 and reaches the drift region 112. Therefore, the field plate structure is formed not in the surface 101 of the semiconductor substrate 102 but in the vicinity of the drift region 112. That is, an embedded field plate is formed.
  • the thickness of the oxide film 171 on the bottom surface of the termination trench 161 is defined as the thickness T1.
  • the thickness of the oxide film 171a on the bottom surface of the main trench 113 is defined as the thickness T2.
  • the thickness T1 is thinner than the thickness T2.
  • the position of the embedded electrode 124 will be described.
  • an end 124a is formed in the chip outer direction (direction of the termination area 107), and an end 124b is formed in the chip inner direction (direction of the cell area 105).
  • the thickness of the oxide film 171 covering the side wall of the termination trench 161 is defined as a thickness T11.
  • the thickness of the oxide film 171 covering the surface of the body region 141b is defined as a thickness T12.
  • the position of the side wall in the chip outer direction in the termination trench 161 is defined as a side wall position P1.
  • the position of the end portion 124a is preferably in the chip inner direction (right side in FIG. 2) than the side wall position P1.
  • the position of the end portion 124a is more preferably within the range of the thickness T11.
  • An electric field is generated in the embedded electrode 124.
  • the generated electric field is higher on the end 124a side than on the end 124b side.
  • the electric field generated in the embedded electrode 124 is applied to the oxide film 171 covering the surface of the body region 141b.
  • the thickness of the oxide film 171 in the region to which the electric field is applied is as thin as the thickness T12.
  • the electric field generated in the buried electrode 124 is applied to the oxide film 171 covering the side wall of the termination trench 161. .
  • the thickness of the oxide film 171 in the region to which the electric field is applied is equal to the depth of the termination trench 161 and becomes thicker.
  • the thickness of the oxide film 171 in the region to which the electric field is applied can be increased by setting the end portion 124a in the chip inner side direction than the side wall position P1, the electric field concentration on the oxide film 171 is reduced. can do. Thereby, the withstand voltage of the termination area 107 can be improved.
  • the body region 141 is formed on the entire surface of the drift region 112 by epitaxial growth. Then, also in the termination area 107, the body region 141 is laminated on the surface of the drift region 112. Therefore, it is necessary to electrically isolate the termination area 107.
  • the termination trenches 162 and 163 have a shape surrounding the cell area 105 and are formed in the termination area 107. Further, the termination trenches 162 and 163 penetrate the body region 141 from the surface of the body region 141 and reach the drift region 112. The termination trenches 162 and 163 are filled with an oxide film 171. Therefore, the termination area 107 can be electrically isolated by the termination trenches 162 and 163.
  • the p-type body regions 141b, 141c, and 141d are left so as to surround the outer periphery of the termination trench 161 in a ring shape. Then, it becomes possible to use the body regions 141b, 141c, and 141d remaining in the ring shape as the FLR.
  • the source electrode 133 is not formed outside the region surrounded by the termination trench 161. Therefore, the body regions 141b, 141c, and 141d located outside the termination trench 161 are not connected to any electrode. That is, the termination area 107 can be in a floating state insulated from the surroundings.
  • the semiconductor device 100 is used in a state where the source line S is grounded and maintained at the GND potential, and a positive voltage is applied to the drain line D.
  • a positive voltage is applied to the gate electrode 122
  • the body region 141a is inverted in a region facing the gate electrode 122, a channel is formed, and the source region 131 and the drain region 111 are electrically connected.
  • no current flows between the source region 131 and the drain region 111.
  • the semiconductor device 100 operates as a transistor.
  • FIG. 9 and FIG. 10 show simulation results for the spread of the depletion layer in the cross section near the boundary between the cell area and the termination area.
  • the semiconductor device 100e shown in FIG. 9 has a configuration in which eight termination trenches 162e are formed in the termination area 107e (left side in FIG. 9).
  • the termination trench 162e is a trench filled with an oxide film. Further, seven body regions 141e functioning as FLRs are formed between the termination trenches 162e.
  • the semiconductor device 100f of FIG. 10 has a configuration in which a termination trench 161f is formed on the innermost periphery of the termination area 107f (left side of FIG. 10).
  • the termination trench 161f is a trench having a buried field plate structure.
  • five termination trenches 162f are formed on the outer peripheral side of the termination trench 161f.
  • the termination trench 162f is a trench filled with an oxide film.
  • five body regions 141f functioning as FLR are formed on the outer peripheral side of the termination trench 161f.
  • a simulation is performed on a state where the depletion layer is fully extended after the gate voltage is switched off.
  • simulation is performed for the case where a reverse bias voltage is applied to the semiconductor device 100.
  • other simulation conditions such as drift layer concentration, drift layer thickness, trench depth, and applied voltage are the same. Therefore, the difference between the semiconductor devices 100e and 100f is the presence or absence of the termination trench 161f.
  • the white area represents the depletion layer.
  • the depletion layer extends toward the termination area 107f as compared with the semiconductor device 100e (FIG. 9). This is because in the semiconductor device 100f of FIG. 10, depletion in the drift region 112 is promoted by the buried field plate structure of the termination trench 161f. The larger the depleted area, the higher the drain-source breakdown voltage. From the above, it can be seen that the buried field plate has the effect of preventing the electric field concentration by expanding the depletion layer formed in the drift region 112. It can be seen that the breakdown voltage in the vicinity of the cell area termination is improved.
  • the effect of preventing electric field concentration can be obtained by expanding the depletion layer formed in the semiconductor by the field plate. Therefore, it is possible to ensure the breakdown voltage of the terminal portion of the cell area 105 with certainty.
  • the p-type body regions 141b, 141c, and 141d are left so as to surround the outer periphery of the termination trench 161 in a ring shape. Then, the body region left in the ring shape can be used as the FLR. Thereby, even if the body region 141 is laminated on the surface of the drift region 112 in the termination area 107, the FLR can be formed. Therefore, it is possible to perform electric field relaxation at the cell area end portion by FLR.
  • FIGS. 3 to 8 are sectional views taken along line II-II in FIG.
  • the body region 141 is formed on the drift region 112 by epitaxial growth.
  • the semiconductor substrate 102 having the body region 141 of the epitaxial layer on the drift region 112 as shown in FIG. 3 is manufactured.
  • a source region 131 and a body contact region 132 are formed.
  • an oxide film layer is formed on the surface 101 of the semiconductor substrate 102 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and a resist layer is formed on the upper surface of the oxide film layer.
  • a photoetching technique means a series of processes from photolithography to etching such as RIE. Since a conventionally known method can be used in the photoetching technique, a detailed description is omitted here.
  • dry etching is performed on body region 141 and drift region 112 using the oxide film layer as a mask. As a result, as shown in FIG.
  • a plurality of main trenches 113 are formed in the cell area 105, and termination trenches 161 to 163 are formed in the termination area 107. Further, since the main trench 113 and the termination trenches 161 to 163 all have the same depth, these trenches can be formed simultaneously. Therefore, an additional process for forming the termination trenches 161 to 163 is not necessary, and the manufacturing process of the semiconductor device 100 can be simplified.
  • an oxide film 171 having a predetermined thickness is deposited on the entire surface 101 of the semiconductor substrate 102 by the CVD method. As a result, the oxide film 171 is buried in the main trench 113 and the termination trenches 161 to 163.
  • TEOS TetraTeEthyl Ortho Silicate
  • BPSG Boron Phosphor Silicate Glass
  • SOG Spin on ⁇ Glass
  • the width W2 of the termination trenches 162 and 163 is smaller than the width W1 of the termination trench 161.
  • the width W3 of the main trench 113 is narrower than the width W1 of the termination trench 161. Therefore, the thickness of the oxide film 171 may be set such that the main trench 113 and the termination trenches 162 and 163 are completely filled, but the termination trench 161 is not completely filled.
  • the main trench 113 and the termination trenches 162 and 163 filled with the oxide film 171 and the termination trench 161 having the oxide film 171 formed on the side wall and the bottom surface are simultaneously formed in one oxide film formation step. can do.
  • the cell area 105 side (right side in FIG. 2) of the termination trench 161 is at the source potential because the source electrode 133 exists.
  • the termination area 161 side (left side in FIG. 2) of the termination trench 161 is in a high potential state because the source electrode 133 does not exist. Therefore, it is preferable that the oxide film 171 has a thickness that can withstand the electric field generated in the termination trench 161.
  • the film thickness of the oxide film 171 may be set to a value of 1 ( ⁇ m), for example.
  • a resist 201 is formed on the termination area 107 in the surface of the semiconductor substrate 102. Then, the oxide film 171 is etched using the resist 201 as a mask.
  • the surface of the body region 141 in the cell area 105 is exposed.
  • the height of the oxide film 171a filled in the main trench 113 is adjusted.
  • the height of the oxide film 171a is such that the lower end surface of the gate electrode 122 embedded in the main trench 113 is positioned in the vicinity of the interface between the drift region 112 and the body region 141 in the polysilicon deposition process described later.
  • the height is preferably adjusted.
  • the oxide film 171 in the termination area 107 is not etched because it is protected by the resist 201. When the height adjustment of the oxide film 171a is completed, the resist 201 is removed.
  • a thermal oxide film is formed on the wall surface of the main trench 113 by a thermal oxidation process. Thereby, a gate oxide film is formed.
  • polysilicon is deposited on the surface of the semiconductor substrate 102. Then, polysilicon other than the main trench 113 and the termination trench 161 is removed by the photoetching technique. Therefore, as shown in FIG. 8, the main trench 113 is filled with polysilicon, whereby the gate electrode 122 is formed. Further, polysilicon is deposited on the side wall and bottom surface of the termination trench 161, whereby the buried electrode 124 is formed. As a result, the gate electrode 122 and the buried electrode 124 can be formed simultaneously in a single electrode formation step.
  • the opening width W4 of the termination trench 161 is wider than the opening width W5 of the main trench 113. Therefore, the thickness of the polysilicon may be a thickness that completely fills the main trench 113 but does not completely fill the termination trench 161.
  • the buried electrode 124 when the buried electrode 124 is formed, the interior of the termination trench 161 is not completely filled with polysilicon, so that the groove 125 is formed.
  • the groove 125 may be filled with a BPSG film, an SOG film, or the like.
  • a plurality of main trenches 113 and termination trenches 161 to 163 can be simultaneously formed by one etching process. Also, the step of completely filling the main trench 113 and the termination trenches 162 and 163 with an oxide film and the step of depositing an oxide film on the side wall and bottom surface of the termination trench 161 are simultaneously formed in one oxide film formation step. Can do. In addition, the gate electrode 122 and the buried electrode 124 can be formed simultaneously in a single electrode formation step. Therefore, an additional process for forming the termination trenches 161 to 163 is not necessary, and the manufacturing process of the semiconductor device 100 can be simplified.
  • the semiconductor device 100g will be described in detail.
  • the sidewall and the bottom surface of the termination trench 161 are covered with the oxide film 171 and the interlayer insulating layer 172.
  • the upper portion of the main trench 113 is covered with an interlayer insulating layer 172b.
  • a metal film 174 is formed so as to continuously cover the surface.
  • the metal film 174 is connected to a source electrode (not shown), and a source voltage is applied.
  • An example of the metal film 174 is aluminum. Note that various kinds of metal such as an alloy containing aluminum and copper can be used for the metal film 174. *
  • the gate electrode 122 to which the gate voltage is applied and the metal film 174 to which the source voltage is applied are electrically insulated by the interlayer insulating layer 172b.
  • a contact hole that exposes the surface of the gate electrode 122 is formed in the interlayer insulating layer 172b in any cross section in the depth direction of FIG. Further, a gate electrode (not shown) connected to the gate electrode 122 is formed through these contact holes.
  • the structure of the termination trench 161 will be described. A sidewall and a bottom surface of the termination trench 161 are covered with an oxide film 171 and an interlayer insulating layer 172. Further, a metal film 174 is formed on the surface of the interlayer insulating layer 172 covering the side walls and bottom surface of the termination trench 161.
  • the other structure of the internal structure shown in FIG. 17 is the same as the internal structure shown in FIG.
  • a metal film 174 functioning as a buried electrode is formed on the surface of the drift region 112 via the oxide film 171 and the interlayer insulating layer 172.
  • a field plate structure can be formed on the bottom surface of the termination trench 161. Therefore, the field plate can be formed in the vicinity of the region where the depletion layer is to be expanded, similarly to the semiconductor device 100 (FIG. 2) according to the first embodiment. Therefore, even when SiC in which the depletion layer is difficult to spread is used, the effect of preventing electric field concentration can be obtained by expanding the depletion layer formed in the semiconductor by the field plate.
  • a source voltage is applied to the metal film 174 that functions as a buried electrode.
  • the source voltage is generally a stable potential (such as a ground potential).
  • the gate voltage is a potential that varies between an on potential and an off potential. Therefore, the effect of the field plate can be further stabilized as compared with the case where the gate voltage is applied to the metal film 174.
  • the semiconductor device 100b according to the third embodiment will be described in detail.
  • the sidewall and the bottom surface of the termination trench 161 are covered with an oxide film 171.
  • a buried electrode 124 c is formed on the surface of the oxide film 171 covering the side wall and bottom surface of the termination trench 161.
  • the material of the embedded electrode 124c is polysilicon.
  • the embedded electrode 124c is connected to the gate line G.
  • the formation position of the embedded electrode 124c will be described.
  • An end 124d is formed in the embedded electrode 124c.
  • the position of the surface of the oxide film 171 covered with the sidewall of the termination trench 161 in the chip outer direction is defined as a position P2.
  • the position of the end 124d is located in the chip inner side direction than the position P2.
  • the embedded electrode 124c is formed in a region in the chip inner direction (in the cell area 105 direction) than the end portion 124d.
  • the surface of the oxide film 171 covering the bottom surface of the termination trench 161 and the surface 101 of the semiconductor substrate 102 in the region outside the termination trench 161 are covered with an interlayer insulating layer 172.
  • the interlayer insulating layer 172 is an insulating layer formed between the substrate and the wiring.
  • An example of the interlayer insulating layer 172 is a BPSG film.
  • a trench-shaped region is formed between the position P2 and the end 124d of the buried electrode 124c because the buried electrode 124c is not covered.
  • the distance D5 from the position P2 to the end 124d of the buried electrode 124c may be determined so that the trench-shaped region is filled with the interlayer insulating layer 172 without any voids. Specifically, the distance D5 is determined by the step coverage of the interlayer insulating layer 172.
  • the step coverage is a ratio of the thickness of the interlayer insulating layer 172 covered on the side wall of the trench to the thickness of the interlayer insulating layer 172 covered on the bottom surface of the trench.
  • the step coverage is 100%, and the film thickness covered on the bottom and side walls of the trench is equal.
  • the distance D5 is preferably twice the thickness T21.
  • the distance D5 is determined according to the step coverage. For example, when the step coverage is 80 (%), the distance D5 may be 1.6 times the thickness T21. Thereby, the effect of relaxing the electric field strength can be further enhanced.
  • the total thickness of the oxide film 171 and the interlayer insulating layer 172 covering the side wall in the chip outer direction of the termination trench 161 is defined as a thickness T22.
  • the thickness T22 is thicker than the thickness T1 (thickness of the oxide film 171 on the bottom surface of the termination trench 161) and the thickness T11 (thickness of the oxide film 171 covering the side wall of the termination trench 161). .
  • the other structure of the internal structure shown in FIG. 12 is the same as the internal structure shown in FIG.
  • the semiconductor device 100b When the semiconductor device 100b is turned off and a potential equal to the potential applied to the gate electrode 122 is applied to the buried electrode 124c, an electric field is applied to the insulating layer covering the sidewall in the chip outer direction of the termination trench 161. Concentrate. However, in the semiconductor device 100b of the present application, the thickness of the insulating layer on the side wall portion in the chip outer direction of the termination trench 161 is increased by the amount covered with the interlayer insulating layer 172.
  • the thickness T22 of the insulating layer (the oxide film 171 and the interlayer insulating layer 172) on the side wall portion in the chip outer direction of the termination trench 161 is larger than the thickness T1 and the thickness T11.
  • the electric field strength to the insulating layer covering the side wall in the chip outer direction of the termination trench 161 can be relaxed. Therefore, the breakdown voltage of the termination area 107 can be improved.
  • the interlayer insulating layer 172 is an essential film for creating a wiring or the like in the semiconductor device 100b.
  • the interlayer insulating layer 172 is also used as an insulating layer on the side wall portion of the termination trench 161 in the chip outer direction. Therefore, it is not necessary to add a dedicated process in order to increase the thickness of the insulating layer on the side wall in the chip outer direction of the termination trench 161, so that the manufacturing process of the semiconductor device 100b can be simplified.
  • a region not covered with the buried electrode 124c is formed between the position P2 and the end 124d of the buried electrode 124c.
  • the distance D5 between the position P2 and the end portion 124d is twice the thickness T21.
  • the greater the thickness of the insulating layer the higher the ability to relax the electric field.
  • the thicker the insulating layer that is directly covered with the termination trench 161 the greater the stress applied to the termination trench 161.
  • the thickness T22 of the insulating layer directly coated on the side wall in the chip outer direction of the termination trench 161 is the thickness T1 of the oxide film 171 directly coated on the bottom surface portion.
  • the thickness T11 of the oxide film 171 directly covered on the side wall in the chip inner direction is made thicker.
  • the electric field can be relaxed by increasing only the thickness of the insulating layer at the portion where the electric field is concentrated, and the stress can be reduced by reducing the thickness of the insulating layer at the portion where the electric field is not concentrated. Therefore, both the relaxation of the electric field and the reduction of the stress can be achieved.
  • a diffusion layer 261 is formed in the drift region 112 located on the bottom surface of the termination trench 161.
  • the diffusion layer 261 is a diffusion layer for performing electric field relaxation.
  • an end 261a and an end 261b are formed in the diffusion layer 261.
  • the end portion 261a is located in the chip outer side direction than the side wall position P1 (position of the side wall in the chip outer side direction in the termination trench 161).
  • the position of the side wall in the chip inner direction in the termination trench 161 is defined as a side wall position P3.
  • the end 261b is located on the chip outer side than the side wall position P3.
  • a p-type diffusion layer 263 is formed in the drift region 112 existing between the termination trenches 162 and 163 adjacent to each other. Diffusion layer 263 is separated from body region 141c. Further, the end portion 263 a of the diffusion layer 263 is positioned deeper than the bottom surfaces of the termination trenches 162 and 163.
  • a p-type diffusion layer 262 is formed in the drift region 112 existing between the termination trench 161 and the termination trench 162 adjacent to the termination trench 161. Diffusion layer 262 is separated from body region 141b. The diffusion layer 262 is also separated from the diffusion layer 261. As will be described later, the diffusion layers 262 and 263 are diffusion layers for improving the breakdown voltage of the termination area 107.
  • the other structure of the internal structure shown in FIG. 14 is the same as the internal structure shown in FIG.
  • the diffusion layer 261 is formed so as to extend along the side wall in the chip outer direction of the termination trench 161.
  • the diffusion layer 262 is formed so as to extend along the termination trench 161 between the termination trenches 161 and 162.
  • the diffusion layer 263 is formed so as to extend along the termination trench 162 between the termination trenches 162 and 163.
  • the diffusion layers 261 to 263 are formed in a closed loop shape that goes around the cell area 105 along the outer periphery 104.
  • the electric field concentrates on the oxide film 171 covering the side wall of the termination trench 161 in the chip outer direction.
  • the depletion layer at the PN junction between the diffusion layer 261 and the drift region 112 extends greatly toward the drift region 112 side. Therefore, it is difficult for a high voltage due to the influence of the drain voltage to enter the oxide film 171 coated on the side wall in the chip outer direction of the termination trench 161. Thereby, the electric field concentration in the oxide film 171 covered on the side wall of the termination trench 161 can be reduced.
  • the electric field is particularly concentrated on the corner portion C1 which is a joint portion between the bottom surface of the termination trench 161 and the sidewall of the termination trench 161 in the chip outer direction.
  • a diffusion layer 261 is formed so as to cover the corner C1. Therefore, the electric field concentration at the corner C1 of the termination trench 161 can be effectively reduced.
  • the effect obtained by forming the diffusion layers 262 and 263 will be described.
  • the body regions 141b, 141c, and 141d remaining in a ring shape are used as FLRs. Since the diffusion layers 262 and 263 are formed, a depletion layer at the PN junction between the diffusion layers 262 and 263 and the drift region 112 extends to the drift region 112 side. Thereby, the effect which extends the depletion layer extended from the peripheral part of the cell area 105 to the outer side of FLR can be heightened more. Therefore, the withstand voltage of the termination area 107 can be ensured more reliably.
  • the depletion layer extends from the diffusion layer 261 as a starting point.
  • the depletion layer extends from the vicinity of the end portion 261a of the diffusion layer 261 that is located outside the embedded electrode 124 of the termination trench 161.
  • the end 261b of the diffusion layer 261 is located on the chip outer side than the side wall position P3.
  • the diffusion layers 262 and 263 are separated from the body regions 141b and 141c, so that a deeper position in the drift region 112 than in the case where both are in contact with each other.
  • the diffusion layers 262 and 263 can be formed.
  • the depletion layer at the PN junction between diffusion layers 262 and 263 and drift region 112 can be extended deeper to drift region 112 side. Therefore, the effect of extending the depletion layer extending from the periphery of the cell area 105 to the outside of the FLR can be further enhanced.
  • the effect of expanding the depletion layer to the outside of the FLR can be further enhanced. Electric field concentration at the bottoms of the termination trenches 162 and 163 can be further reduced.
  • the drift region 112 is formed on the surface of the drain region 111 by an epitaxial growth method.
  • a mask layer 210 is formed on the surface of the drift region 112.
  • openings corresponding to the diffusion layers 261 to 263 are formed in the mask layer 210 by the photoetching technique.
  • ion implantation is performed using the mask layer 210 as a mask.
  • the semiconductor substrate 102 in which the diffusion layers 261 to 263 are formed in the drift region 112 is manufactured.
  • the mask layer 210 is peeled off. Then, the body region 141 is formed on the drift region 112 by epitaxial growth. Thereby, the semiconductor substrate 102 shown in FIG. 16 is manufactured. Note that the manufacturing process after FIG. 16 is the same as the manufacturing process of FIGS. 4 to 8, and a detailed description thereof will be omitted here.
  • SiC has a smaller impurity diffusion coefficient than Si. Therefore, in SiC, it is difficult to form a diffusion layer at a deep position from the substrate surface by ion implantation.
  • the body region 141 is formed on the surface of the drift region 112 by epitaxial growth. Therefore, it is possible to form a diffusion layer at a deeper position from the substrate surface than when ion implantation is performed from the surface of the body region 141.
  • a diffusion layer may be created in the drift region 112 located on the bottom surface of the main trench 113.
  • the diffusion layers 261 to 263 can be formed at the same time in the step of creating the diffusion layer at the bottom of the plurality of main trenches 113. Therefore, an additional process for forming the diffusion layers 261 to 263 is not necessary, and the manufacturing process of the semiconductor device 100b can be simplified.
  • the semiconductor device 100h according to the fifth embodiment will be described in detail.
  • the sidewall and bottom surface of the termination trench 161 are covered with an oxide film 171 and an interlayer insulating layer 172.
  • the upper portion of the main trench 113 is covered with an interlayer insulating layer 172b.
  • the metal film is formed so as to continuously cover the termination trench 161, the surface of the body region 141a in the region on the inner periphery side of the termination trench 161, and the surface of the interlayer insulating layer 172b covering the main trench 113.
  • 174 is formed.
  • the metal film 174 is connected to a source electrode (not shown), and a source voltage is applied.
  • the formation position of the metal film 174 in the termination trench 161 will be described.
  • the metal film 174 has an end 174d.
  • the position of the surface of the interlayer insulating layer 172 covered with the side wall in the chip outer direction (direction of the termination area 107) of the termination trench 161 is defined as a position P4.
  • the position of the end 174d is located in the chip inner side direction than the position P4.
  • the surface of the interlayer insulating layer 172 covering the bottom surface of the termination trench 161 is covered with an insulating layer 175.
  • the insulating layer 175 is a layer for protecting the surface of the semiconductor device 100h from external damage.
  • An example of the insulating layer 175 is a polyimide film.
  • the other structure of the internal structure shown in FIG. 18 is the same as the internal structure shown in FIG.
  • the thickness of the insulating layer on the side wall portion in the chip outer direction of the termination trench 161 is increased by the amount covered with the insulating layer 175. That is, the thickness T32 of the insulating layer (the oxide film 171, the interlayer insulating layer 172, and the insulating layer 175) on the side wall portion in the chip outer direction of the termination trench 161 is made larger than the thickness T1 and the thickness T31. Thereby, the electric field strength to the insulating layer covering the side wall in the chip outer direction of the termination trench 161 can be relaxed. Therefore, the breakdown voltage of the termination area 107 can be improved.
  • FIG. 11 shows a modification of the semiconductor device according to the present application.
  • a region between the termination trenches 161 and 162 is defined as a region A1.
  • a region between the termination trenches 162 and 163 is defined as a region A2.
  • the widths of the regions A1 and A2 are defined as distances D1 and D2 between the termination trenches, respectively.
  • a region between the termination trench 161 and the main trench 113 is defined as a region A3.
  • a region between the main trenches 113 is defined as a region A4.
  • the widths of the regions A3 and A4 are defined as main trench distances D3 and D4, respectively.
  • distances D1 and D2 between termination trenches are narrower than distances D3 and D4 between main trenches.
  • the body contact region 132 is formed on the surface of the body region 141a.
  • the regions A1 and A2 none of the regions are formed in the body regions 141b and 141c. Therefore, the depletion layer formed in the semiconductor is less likely to expand in regions A1 and A2 than regions A3 and A4 in which body contact region 132 is formed. Therefore, by making the distances D1 and D2 between the termination trenches shorter than the distances D3 and D4 between the main trenches, the depletion layer can be easily expanded in the regions A1 and A2, and the drain-source breakdown voltage is improved. Thereby, the withstand voltage of the termination area 107 can be improved.
  • the oxide film 171 is deposited on the entire surface 101 of the semiconductor substrate 102, anisotropic etching such as RIE may be added.
  • anisotropic etching such as RIE may be added.
  • the oxide film 171 covering the bottom surface of the termination trench 161 and the surface 101 of the semiconductor substrate 102 are coated while maintaining the thickness of the oxide film 171 covering the sidewall of the termination trench 161 constant. Only the thickness of the oxide film 171 can be reduced by etching back.
  • a diffusion layer is formed on the surface of the drift region 112 by an epitaxial growth method. Then, the diffusion layer is patterned into a shape corresponding to the diffusion layers 261 to 263 by a photoetching technique. Thereafter, the diffusion regions 261 to 263 can be formed in the drift region 112 by forming the drift region 112 again by an epitaxial growth method.
  • diffusion layers 261 to 263 need be formed, and only the diffusion layer 261 may be formed. Further, only one of the diffusion layers 262 and 263 may be formed. Each of diffusion layers 262 and 263 may be in contact with body regions 141b and 141c.
  • the technique described in the third embodiment and the technique described in the fourth embodiment can be performed simultaneously. Thereby, the breakdown voltage of the semiconductor device can be further increased.
  • the semiconductor used is not limited to SiC. Other types of semiconductors such as GaN and GaAs may be used. Moreover, although this embodiment demonstrated the power MOSFET structure, it is not restricted to this form. Even when the technique of the present application is applied to the IGBT structure, the same effect can be obtained.
  • one termination trench 161 having a buried field plate structure is formed, but the number is not limited to this.
  • the breakdown voltage can be improved as the number of the termination trenches 161 is increased.
  • two termination trenches 162 and 163 filled with the oxide film 171 are formed, but the number is not limited to this.
  • the breakdown voltage can be improved as the number of the termination trenches 162 and 163 is increased.
  • the number of the termination trenches 161 to 163 is increased, the space of the termination area 107 is increased, which hinders downsizing of the entire semiconductor device 100. Therefore, the number of termination trenches 161 to 163 is preferably determined in accordance with a required breakdown voltage.
  • the P-type and N-type may be interchanged.
  • the insulating region is not limited to the oxide film, and may be another type of insulating film such as a nitride film or a composite film.
  • the termination area 107 in this case is a range that surrounds the cell area 105 that forms the semiconductor device 100, and is not necessarily a range that extends along the outer periphery of the semiconductor substrate.

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Abstract

　半導体装置の耐圧特性を向上することを課題とする。半導体装置は、セルエリアを取囲む終端エリアを備えている。セルエリアには、メイントレンチが形成されている。終端エリアには、セルエリアを取囲む終端トレンチが形成されている。終端トレンチは、終端トレンチの最内周側に位置している。ドリフト領域の表面には、ボディ領域が積層されている。メイントレンチはドリフト領域に達すると共に、その内部にゲート電極が形成されている。終端トレンチは、ドリフト領域に達している。終端トレンチの側壁および底面は酸化膜で被覆されている。終端トレンチの底面を被覆する酸化膜の表面は、埋め込み電極で被覆されている。ゲート電圧が埋め込み電極に印加されている。

Description

半導体装置および半導体装置の製造方法
　本出願は、２０１０年６月１１日に出願された日本国特許出願第２０１０－１３３８００号、および、２０１０年１２月１０日に出願された日本国特許出願第２０１０－２７５４７７号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容はこの明細書中に参照により援用されている。本願は、半導体装置の耐圧を向上する技術に関する。特に、シリコンカーバイド（以下、ＳｉＣと略す）を用いた半導体装置であって、半導体構造（例えば、ＭＯＳＦＥＴ構造、ＩＧＢＴ構造あるいはダイオード構造等）が作り込まれているセルエリアと、セルエリアを取り囲んで拡がっている終端絶縁領域（終端エリア）とを有する半導体装置の耐圧を向上することができる技術に関する。
　第２導電型（例えばｎ型）のドリフト領域の表面に、第１導電型（例えばｐ型）のボディ領域が積層されている半導体基板に、半導体装置として機能する半導体構造（ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ダイオード等）を作り込む技術が発達している。この種の半導体装置では、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴやダイオード等として機能する半導体構造が作り込まれている範囲（セルエリア）の外側に、セルエリアを取り囲む終端絶縁領域（終端エリア）を形成することによって、半導体装置の耐圧が高められることが知られている。
　また、半導体装置の耐圧を高める技術として、フィールドプレート構造が知られている。一般的なフィールドプレート構造では、半導体表面に絶縁膜を介して導体部分が形成される。フィールドプレート構造により、半導体中に形成される空乏層を拡げて電界集中を防止することで、半導体装置の耐圧を高めることが可能となる。
　また、半導体装置の耐圧を高める別の技術として、ＦＬＲ（Field Limiting Ring）構造が知られている。ＦＬＲ構造では、セルエリアの外側に環状にＦＬＲが形成される。一般的なＦＬＲ構造では、セルエリアの外周部が第２導電型のドリフト領域とされている。そして、外周部のドリフト領域内に、拡散によって第１導電型の領域が形成されている構造を有する。ＦＬＲ構造により、セルエリアの周辺部から延伸する空乏層をＦＬＲの外側に広げることができる。よって、セルエリアの終端領域で電界が集中し、半導体装置の耐圧特性が低下することを防ぐことが可能となる。
　なお、上記技術に関連して、特開２００１－１５７４４号公報、特開平１１－３０７７８５号公報、特開２００４－６７２３号公報、特開平９－２８３７５４号公報、特開２００１－３５８３３８号公報、が開示されている。
　ＳｉＣは、Ｓｉに比して比誘電率が小さい。よってＳｉＣを用いた半導体装置では、空乏層が広がりにくいため、半導体表面に絶縁膜を介して導体部分が形成される一般的なフィールドプレート構造では、耐圧向上の効果を得ることが困難である。
　また、ＳｉＣは、Ｓｉに比して不純物の拡散係数が小さい。よってＳｉＣを用いた半導体装置では、拡散を用いてＦＬＲ構造を形成することが困難である。また、ＳｉＣを用いた一般的な半導体装置では、ボディ領域をエピタキシャル成長で形成しているため、ウェハ全面にボディ層が形成されている。よって、セルエリアの外周部にもボディ領域が形成されている。すると、第２導電型のドリフト領域に拡散によって第１導電型の領域を形成するという、一般的なＦＬＲ構造を採用することが困難である。
　本願の技術は、上記の問題を解決するために創案された。すなわち、本願は、セルエリアと終端エリアを備え、フィールドプレート構造やＦＬＲ構造では耐圧向上を図ることが困難な半導体装置においても、耐圧を高めることができる新規な耐圧構造を提供する。
　本願に開示される半導体装置は、半導体基板にＳｉＣが用いられる。また、本願に開示される半導体装置は、セルエリアと、そのセルエリアを取囲んでいる終端エリアを有する半導体基板を備えている。セルエリアには、複数のメイントレンチが形成されている。終端エリアには、セルエリアを取囲んでいる１又は複数の終端トレンチが形成されている。１又は複数の終端トレンチは、その最内周側に第１の終端トレンチを有している。第１の終端トレンチより内周側の領域の半導体基板では、第２導電型のドリフト領域の表面に第１導電型のボディ領域が積層されている。メイントレンチは、半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達すると共に、その内部にゲート電極が形成されている。第１の終端トレンチは、半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達している。第１の終端トレンチの側壁および底面は第１の絶縁層で被覆されている。第１の絶縁層のうち少なくとも第１の終端トレンチの底面を被覆する部分の表面の少なくとも一部が導電層で被覆されている。少なくともゲート電極にオン電位が印加されていない期間において、ゲート電極またはソース電極に印加される電位と同電位の電位が、導電層に印加されている。
　第１の終端トレンチの底面の少なくとも一部には、第１の絶縁層を介して導電層が形成されている。これにより、トレンチの底面にフィールドプレート構造が形成されている。すなわち、セルエリアの外周部に、埋め込み型のフィールドプレートが形成されている。また、第１の終端トレンチは、半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達している。よってフィールドプレートが、半導体基板の表面ではなく、ドリフト領域近傍に形成されている。これにより、空乏層を広げたい領域の近傍に、フィールドプレートを形成することができる。
　そしてゲート電極にオン電位が印加されていない期間において、埋め込み型のフィールドプレートの導電層に、ゲート電極またはソース電極に印加される電位と同電位の電位が印加されている。よって、フィールドプレートにより、半導体中に形成される空乏層を拡げて、電界集中を防止する効果が得られ、セルエリア終端部近傍の耐圧が向上する。
　半導体基板にＳｉＣを用いる場合には、バンドギャップがＳｉに比して大きいため、比誘電率が小さく、空乏層が広がりにくい。よって、半導体基板の表面にフィールドプレート構造を設けても、Ｓｉのようにフィールドプレートの効果を得ることが難しい。しかし、埋め込み型のフィールドプレートを形成することで、空乏層が広がりにくい場合にも、フィールドプレートの効果を十分に得ることが可能となる。よって、半導体装置の終端部の耐圧を確保することが可能となる。
　また、本願に開示される半導体装置では、終端エリアには、セルエリアを取囲んでいる複数の終端トレンチが形成されていてもよい。その複数の終端トレンチは、最内周側に配置される第１の終端トレンチと、その第１の終端トレンチの外周側に配置される１又は複数の第２の終端トレンチを有していてもよい。第１の終端トレンチの外周側の領域の半導体基板でも、第２導電型のドリフト領域の表面に第１導電型のボディ領域が積層されていてもよい。第２の終端トレンチは、第１の終端トレンチの外周を取り囲んでおり、第１の終端トレンチよりも狭い幅を有し、ボディ領域の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達しており、その内部が絶縁体で充填されていてもよい。
　終端エリアにおいても、ドリフト領域の表面にボディ領域が積層されている場合には、終端エリアを電気的に分離する必要がある。終端エリアにおいてもドリフト領域の表面にボディ領域が積層されている構造の例としては、エピタキシャル成長法により、ボディ領域が半導体基板の全面に形成されている場合が挙げられる。そして第２の終端トレンチは、第１の終端トレンチの外周を取り囲んでおり、ボディ領域の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達している。また、第２の終端トレンチは、絶縁領域で充填されている。よって、第２の終端トレンチを充填している絶縁体により、終端エリアを電気的に分離することができる。
　また、第２トレンチが形成されることにより、第１導電型の領域が、第１の終端トレンチの外周をリング状に取り囲むように残される。すると、リング状に残された第１導電型の領域を、ＦＬＲとして使用することが可能となる。これにより、終端エリアにおいてもドリフト領域の表面にボディ領域が積層されている構造であっても、ＦＬＲを形成することができる。よって、ＦＬＲにより、セルエリア終端部の電界緩和を行うことができるため、終端部の耐圧をより確実に確保することが可能となる。
　また、本願に開示される半導体装置では、メイントレンチの底面を被覆している第２の絶縁層をさらに備えることができる。第１の絶縁層の底面を被覆する部分の厚さは、第２の絶縁層の厚さよりも薄くされていることが好ましい。このように絶縁層の厚さを変えることで、酸化膜の埋め込みと、終端部形成を同時に行うことができる。
　メイントレンチ内部では、第２の絶縁層の上方にゲート電極が形成されている。また、第１の終端トレンチ内部では、第１の絶縁層の上方に導電層が形成されている。そして、第１の絶縁層の底面を被覆する部分の厚さは、第２の絶縁層の厚さよりも薄くされている。これにより、フィールドプレート構造を、ゲート電極より深い位置に形成することが可能となる。すると、空乏層を広げたい領域のより近傍に、フィールドプレートを位置させることができるため、フィールドプレートの効果をより効果的に得ることが可能となる。
　また、本願に開示される半導体装置では、半導体基板の表面に臨む範囲に形成されており、メイントレンチに隣接すると共に、ボディ領域によってドリフト領域から分離されている第２導電型の半導体領域をさらに備えることができる。ボディ領域の表面に形成されているとともに、半導体領域に導通しているコンタクト領域をさらに備えることができる。第１の終端トレンチによって取り囲まれた領域の外側にはコンタクト領域が形成されていないことが好ましい。
　第１の終端トレンチによって取り囲まれた領域の外側には、コンタクト領域が形成されていない。よって、第１の終端トレンチの外側に位置するボディ領域は、いずれの電極とも接続されていない状態となる。よって、終端エリアを、周囲から絶縁されたフローティング状態とすることができる。
　また、本願に開示される半導体装置では、第１の終端トレンチと第２の終端トレンチの深さは同一とされていることが好ましい。これにより、同一の工程で、第１の終端トレンチと第２の終端トレンチを同時に形成することが可能となる。よって、半導体装置の製造工程を簡略化することができる。
　また、本願に開示される半導体装置では、第１の終端トレンチと第１の終端トレンチに隣接する終端トレンチとの間の第１のトレンチ間距離は、第１の終端トレンチと第１の終端トレンチに隣接するメイントレンチとの間の第２のトレンチ間距離よりも狭くされていることが好ましい。第１の終端トレンチと隣接する終端トレンチとの間の領域には、コンタクト領域が形成されていないため、半導体中に形成される空乏層が拡がりにくい。一方、第１の終端トレンチとメイントレンチとの間の領域には、コンタクト領域が形成されているため、半導体中に形成される空乏層が拡がりやすい。よって、第１のトレンチ間距離を第２のトレンチ間距離よりも狭くすることにより、空乏層が拡がり易くなり、終端エリアの耐圧を向上させることが可能となる。
　また、本願に開示される半導体装置では、第３の絶縁層によってメイントレンチの上部が塞がれていてもよい。また、導電層はアルミニウムを含んでいてもよい。また、導電層は、第１の終端トレンチの底面および側壁を被覆している第１の絶縁層の表面と、第１の終端トレンチより内周側の領域のボディ領域の表面と、メイントレンチを塞いでいる第３の絶縁層の表面とを、連続して被覆していてもよい。また、導電層には、ソース電極に印加される電位と同電位の電位が印加されていてもよい。第１の終端トレンチの底面に、第１の絶縁層を介して導電層が形成されていることで、フィールドプレート構造が形成されている。また導電層は、ソース電極としても機能する。そして導電層には、ソース電極に印加される電位と同電位の電位が印加されている。ソース電極に印加される電位は、一般的には安定した電位（グランド電位など）である。よって、導電層にゲート電極に印加される電位を印加する場合に比して、フィールドプレートの効果をより安定させることができる。
　また、本願に開示される半導体装置では、第１の終端トレンチの外周側の側壁を被覆している第１の絶縁層の厚さは、第１の終端トレンチの内周側の側壁および底面を被覆している第１の絶縁層の厚さよりも厚くされていることが好ましい。半導体装置をオフしたときに、ゲート電極に印加される電位と同電位の電位が導電層に印加されると、第１の終端トレンチの外周側の側壁を被覆している第１の絶縁層に電界が集中する。本願に開示される半導体装置では、第１の終端トレンチの外周側の側壁部分の第１の絶縁層の膜厚が厚くされているため、当該部分への電界強度を緩和することができる。これにより、終端エリアの耐圧を向上させることが可能となる。また、第１の絶縁層の膜厚が厚くなるほど、当該第１の絶縁層が被覆されている部分に発生する応力が大きくなる。本願に開示される半導体装置では、第１の終端トレンチの内周側の側壁および底面部分の第１の絶縁層の膜厚が薄くされている。よって、第１の終端トレンチの側壁および底面を被覆する絶縁層を全て厚くする場合と比較して、第１の終端トレンチの内周側の側壁および底面に発生する応力を小さくすることができる。
　また、本願に開示される半導体装置では、第１の絶縁層は、下層絶縁層および上層絶縁層を備えている。第１の終端トレンチの側壁および底面は下層絶縁層で被覆されている。導電層には、第１の端部が形成されている。導電層は第１の端部よりも内周側の領域に形成されている。第１の端部の位置は、半導体装置を垂直上方から観測したときに、第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている第１の絶縁層の表面の位置よりも内周側に位置している。第１の終端トレンチの側壁を被覆している下層絶縁層の表面と、下層絶縁層の表面を被覆している導電層の表面および側壁と、導電層の第１の端部よりも外周側の領域において第１の終端トレンチの底面を被覆している下層絶縁層の表面と、が上層絶縁層で被覆されている。下層絶縁層の一例としては、メイントレンチ等を埋め込む絶縁層が挙げられる。上層絶縁層の一例としては、基板と配線との間に形成される層間絶縁膜が挙げられる。本願に開示される半導体装置では、導電層の第１の端部の側壁と、第１の終端トレンチの外周側の側壁に、上層絶縁層が被覆されている。すると、上層絶縁層が被覆されている分だけ、導電層の第１の端部と第１の終端トレンチの外周側の側壁との間に存在する絶縁層の厚さが、厚くなることになる。よって、電界が集中する部分の絶縁層の厚さを厚くすることができるため、電界強度を緩和することができる。
　また、本願に開示される半導体装置では、第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている下層絶縁層の表面から導電層の第１の端部までの距離は、第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている下層絶縁層の表面から導電層の第１の端部までの領域が、導電層を被覆している上層絶縁層によってボイドなく埋められる距離であることが好ましい。
　第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている第１の絶縁層の表面と、導電層の第１の端部との間には、導電層が被覆されていないことで、トレンチ形状の領域が形成されている場合がある。そして、本願に開示される半導体装置では、当該トレンチ形状の領域が、上層絶縁層によって埋められる際に、ボイドが存在しない状態で埋められる。よって、電界強度を緩和する効果をより高めることができる。
　また、本願に開示される半導体装置では、第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている下層絶縁層の表面から導電層の第１の端部までの距離は、導電層を被覆している上層絶縁層の厚さの２倍であることが好ましい。理想的な上層絶縁層では、導電層に被覆される上層絶縁層の厚さと、第１の終端トレンチの外周側の側壁および導電層の第１の端部に被覆される上層絶縁層の厚さが等しくなる。よって、本願に開示される半導体装置では、第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている第１の絶縁層の表面と導電層の第１の端部との間の領域を上層絶縁層によって埋める際に、ボイドが存在しない状態とすることができる。
　また、本願に開示される半導体装置では、第３の絶縁層によってメイントレンチの上部が塞がれていてもよい。また、導電層はアルミニウムを含んでいてもよい。導電層には、第１の端部が形成されていてもよい。導電層は第１の端部よりも内周側の領域に形成されていてもよい。第１の端部の位置は、前記半導体装置を垂直上方から観測したときに、第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている第１の絶縁層の表面の位置よりも内周側に位置していてもよい。導電層は、第１の終端トレンチの底面および側壁を被覆している第１の絶縁層の表面と、第１の終端トレンチより内周側の領域のボディ領域の表面と、メイントレンチを塞いでいる第３の絶縁層の表面とを、連続して被覆していてもよい。導電層には、ソース電極に印加される電位と同電位の電位が印加されていてもよい。第１の終端トレンチの側壁を被覆している第１の絶縁層の表面と、第１の絶縁層の表面を被覆している導電層の表面および側壁と、導電層の第１の端部よりも外周側の領域において第１の終端トレンチの底面を被覆している第１の絶縁層の表面と、が第４の絶縁層で被覆されていてもよい。第１の終端トレンチの底面に、第１の絶縁層を介して導電層が形成されていることで、フィールドプレート構造が形成されている。また導電層は、ソース電極としても機能する。ソース電極に印加される電位は、一般的には安定した電位（グランド電位など）であるため、フィールドプレートの効果をより安定させることができる。また、本願に開示される半導体装置では、導電層の第１の端部の側壁と、第１の終端トレンチの外周側の側壁に、第４の絶縁層が被覆されている。すると、第４の絶縁層が被覆されている分だけ、導電層の第１の端部と第１の終端トレンチの外周側の側壁との間に存在する絶縁層の厚さが、厚くなることになる。よって、電界が集中する部分の絶縁層の厚さを厚くすることができるため、電界強度を緩和することができる。
　また、本願に開示される半導体装置では、第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている第１の絶縁層の表面から導電層の第１の端部までの距離は、第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている第１の絶縁層の表面から導電層の第１の端部までの領域が、導電層を被覆している第４の絶縁層によって、ボイドが存在しない状態で埋められる距離であることが好ましい。第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている第１の絶縁層の表面と、導電層の第１の端部との間には、導電層が被覆されていないことで、トレンチ形状の領域が形成されている場合がある。そして、本願に開示される半導体装置では、当該トレンチ形状の領域が、第４の絶縁層によって埋められる際に、ボイドが存在しない状態で埋められる。よって、電界強度を緩和する効果をより高めることができる。
　また、本願に開示される半導体装置では、第１の終端トレンチの開口部周辺における半導体基板の表面には、導電層の端部が形成されていてもよい。そして、第１の終端トレンチの外周側に存在する導電層の端部の位置は、半導体装置を垂直上方から観測したときに、第１の終端トレンチの外周側の側壁の位置よりも内周側に位置していてもよい。導電層に発生した電界は、第１の終端トレンチの側壁を被覆している第１の絶縁層にかかる。この場合、電界がかかる領域の第１の絶縁層の厚さは、第１の終端トレンチの深さと同等となり、厚くなる。これにより、第１の絶縁層への電界集中を緩和することができるため、終端エリアの耐圧を向上させることが可能となる。
　また、本願に開示される半導体装置では、第１の終端トレンチの底面に位置するドリフト領域の少なくとも一部に、第１導電型の第１の拡散層が形成されていることが好ましい。これにより、第１の拡散層とドリフト領域とのＰＮ接合部での空乏層が、ドリフト領域側に大きく伸びることになる。よって、高電圧が、第１の終端トレンチの側壁に被覆されている第１の絶縁層に入り込み難くなる。これにより、第１の終端トレンチの側壁に被覆されている第１の絶縁層における、電界集中を緩和することが可能となる。
　また、本願に開示される半導体装置では、第２の終端トレンチは複数備えられており、互いに隣接する第２の終端トレンチ間に存在するドリフト領域の少なくとも一部に、第１導電型の第２の拡散層が形成されていることが好ましい。第２の終端トレンチが複数形成されていることで、リング状に残された第１導電型の領域が、ＦＬＲとして使用されている。また、第２の終端トレンチ間に第２の拡散層が形成されていることで、第２の拡散層とドリフト領域とのＰＮ接合部での空乏層が、ドリフト領域側に伸びている。これにより、セルエリアの周辺部から延伸する空乏層をＦＬＲの外側に広げる効果を、より高めることができる。よって、終端部の耐圧をより確実に確保することが可能となる。
　また、本願に開示される半導体装置では、第１の拡散層は、第３の端部を有していてもよい。また、第１の拡散層は第３の端部よりも内周側の領域に形成されていてもよい。また、第３の端部の位置は、半導体装置を垂直上方から観測したときに、第１の終端トレンチの外周側の側壁の位置よりも外周側に位置していてもよい。電界は、第１の終端トレンチの底面と、第１の終端トレンチの外周側の側壁との接合部である、角部に集中する。そして本願に開示される半導体装置では、当該角部を覆うように、第１の拡散層を形成することができる。よって、第１の終端トレンチの角部における、電界集中を緩和することが可能となる。
　また、本願に開示される半導体装置では、第１の拡散層は、第４の端部を有していてもよい。第１の拡散層は第４の端部よりも外周側の領域に形成されていてもよい。第４の端部の位置は、半導体装置を垂直上方から観測したときに、第１の終端トレンチの内周側の側壁の位置よりも外周側に位置していてもよい。第１の拡散層が、第１の終端トレンチより内周側の領域に存在するボディ領域と接触するように形成されてしまうと、空乏層が第１の拡散層を起点として延伸することになってしまう。この場合、フィールドプレートにより、半導体中に形成される空乏層を拡げる効果が十分に得られなくなる。本願に開示される半導体装置では、第１の拡散層の第４の端部が、第１の終端トレンチの内周側の側壁の位置よりも外周側に位置している。これにより、第１の拡散層が、第１の終端トレンチより内周側の領域に存在するボディ領域と接触して形成されてしまう事態を防止できる。よって、フィールドプレートの効果を十分に得ることが可能となる。
　また、本願に開示される半導体装置の製造方法は、第２導電型のドリフト領域の表面に第１導電型のボディ領域が積層されている半導体基板に、セルエリアと、そのセルエリアを取囲む終端エリアが形成されている半導体装置を製造する方法である。セルエリアと、そのセルエリアを取囲んでいる終端エリアを有する半導体基板を備えている。セルエリアには、複数のメイントレンチが形成されている。終端エリアには、セルエリアを取囲んでいる１又は複数の終端トレンチが形成されている。１又は複数の終端トレンチは、その最内周側に第１の終端トレンチを有している。第１の終端トレンチより内周側の領域の半導体基板では、第２導電型のドリフト領域の表面に第１導電型のボディ領域が積層されている。この製造方法は、半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達している複数のメイントレンチをセルエリアに形成するとともに、半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達している１又は複数の終端トレンチをセルエリアを取り囲むように形成するトレンチ形成工程を備えている。半導体基板の表面に所定厚さの絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程を備えている。セルエリア内の絶縁膜を選択的に所定量エッチングするエッチング工程を備えている。メイントレンチ内部および第１の終端トレンチ内部に選択的に導電層を形成する導電層形成工程を備えている。
　トレンチ形成工程では、メイントレンチと１又は複数の終端トレンチとが同時に形成される。絶縁膜形成工程では、メイントレンチと終端トレンチの両方の内部に絶縁膜が形成される。エッチング工程では、メイントレンチ内の絶縁膜が所定量除去される。なお所定量は、後述する導電層形成工程においてメイントレンチに埋め込まれる導電層の下端面が、ドリフト領域とボディ領域との界面の近傍に位置するような量とされることが好ましい。導電層形成工程では、メイントレンチ内部と第１の終端トレンチ内部の両方に導電層が形成される。よって、メイントレンチ内部に電極が形成されると共に、第１の終端トレンチの底面に埋め込み型のフィールドプレート構造が形成される。
　これにより、電極が埋め込まれたメイントレンチをセルエリアに形成する工程と同一の工程を用いて、埋め込み型のフィールドプレートを終端エリアに形成することができる。よって、埋め込み型のフィールドプレートを形成するための専用の工程を備える必要がないため、半導体装置の製造工程を簡略化することができる。
　また、本願に開示される半導体装置の製造方法では、トレンチ形成工程は、第１の終端トレンチを形成すると共に、第１の終端トレンチの外周を取り囲んでおり、第１の終端トレンチよりも狭い幅を有し、ボディ領域の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達している第２の終端トレンチを形成することが好ましい。絶縁膜形成工程で形成される絶縁膜の所定厚さは、第２の終端トレンチが絶縁膜で完全に充填されると共に、第１の終端トレンチが絶縁膜で完全に充填されない厚さであることが好ましい。
　トレンチ形成工程により、メイントレンチ、第１の終端トレンチおよび第２の終端トレンチが同時に形成される。絶縁膜形成工程により、メイントレンチ、第１の終端トレンチおよび第２の終端トレンチ内部に絶縁膜が形成される。そして、第２の終端トレンチの幅は、第１の終端トレンチよりも狭くされている。よって、絶縁膜の所定厚さを、第２の終端トレンチが絶縁膜で完全に充填されると共に、第１の終端トレンチが絶縁膜で完全に充填されない厚さとすれば、絶縁膜が充填されている第２の終端トレンチと、側壁および底面に絶縁膜が形成されている第１の終端トレンチとを、１回の絶縁膜形成工程で同時に形成することができる。これにより、第２の終端トレンチを充填している絶縁領域により、終端エリアを電気的に分離することができる。そして、終端エリアにリング状に残された第１導電型の領域を、ＦＬＲとして使用することが可能となる。また、第２の終端トレンチを形成するための専用の工程を備える必要がないため、半導体装置の製造工程を簡略化することができる。
本願の第１実施例の半導体装置を示す平面図である。 図１のII－II線の断面図である。 本願の実施例に係る半導体装置の製造プロセスを示す図（その１）である。 本願の実施例に係る半導体装置の製造プロセスを示す図（その２）である。 本願の実施例に係る半導体装置の製造プロセスを示す図（その３）である。 本願の実施例に係る半導体装置の製造プロセスを示す図（その４）である。 本願の実施例に係る半導体装置の製造プロセスを示す図（その５）である。 本願の実施例に係る半導体装置の製造プロセスを示す図（その６）である。 本願の実施例に係る半導体装置のシミュレーション結果を示す図（その１）である。 本願の実施例に係る半導体装置のシミュレーション結果を示す図（その２）である。 本願の実施例に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。 本願の第３実施例の半導体装置の断面図である。 本願の第４実施例の半導体装置を示す平面図である。 図１３のXIV－XIV線の断面図である。 本願の実施例に係る半導体装置の製造プロセスを示す図（その１）である。 本願の実施例に係る半導体装置の製造プロセスを示す図（その２）である。 本願の第２実施例の半導体装置の断面図である。 本願の第５実施例の半導体装置の断面図である。
　以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。
　（特徴１）セルエリアに形成されている半導体構造はＭＯＳＦＥＴ構造である。
　（特徴２）セルエリアに形成されている半導体構造はＩＧＢＴ構造である。
　（特徴３）第１導電型のボディ層はエピタキシャル成長により形成される。ＳｉＣは、Ｓｉに比して不純物の拡散係数が小さいため、不純物拡散によりボディ層を形成することは困難である。よって、エピタキシャル成長によりボディ層を形成することが好ましい。これにより、半導体基板の全面にボディ領域が形成されるため、終端エリアにおいて、ドリフト領域の表面にボディ領域が積層されている構造となる。
　（特徴４）導電層は、ポリシリコンまたはアルミニウムである。ポリシリコンやアルミニウムは、ゲート電極を形成する一般的な材料である。よって、ゲート電極の形成工程と、導電層の形成工程とを共通の工程で同時に行うことが可能となる。よって、半導体装置の製造工程を簡略化することができる。
　（特徴５）第２の拡散層は、ドリフト領域の表面に積層されているボディ領域と分離している。これにより、第２の拡散層がボディ領域と接している場合に比して、第２の拡散層をドリフト領域内のより深い位置に形成することができる。すると、第２の拡散層とドリフト領域とのＰＮ接合部での空乏層を、ドリフト領域側により伸ばすことができる。よって、セルエリアの周辺部から延伸する空乏層をＦＬＲの外側に広げる効果を、さらに高めることができる。
　（特徴６）第１の終端トレンチと第１の終端トレンチに隣接する終端トレンチとの間の第１のトレンチ間距離が、
　互いに隣接するメイントレンチ間の第３のトレンチ間距離よりも狭くされている。第１の終端トレンチとそれと隣接する終端トレンチとの間の領域は、互いに隣接するメイントレンチ間の領域に比して、半導体中に形成される空乏層が拡がりにくい。よって、第１のトレンチ間距離を第３のトレンチ間距離よりも狭くすることにより、より空乏層が拡がりやすくすることができ、ＦＬＲの作用をより有効に発揮させることが可能となる。
　（特徴７）第１の終端トレンチと、第１の終端トレンチに隣接する第２の終端トレンチとの間に存在するドリフト領域の少なくとも一部に、第１導電型の第３の拡散層が形成されており、第３の拡散層は第１の拡散層と分離している。第３の拡散層が形成されていることで、第３の拡散層とドリフト領域とのＰＮ接合部での空乏層が、ドリフト領域側に伸びている。これにより、セルエリアの周辺部から延伸する空乏層をＦＬＲの外側に広げる効果を、より高めることができる。よって、終端部の耐圧をより確実に確保することが可能となる。
　以下、図面を参照しつつ本発明を具現化した半導体装置の第１実施例を詳細に説明する。図１は、第１実施例の半導体装置１００の平面図である。図２は、図１のII－II線の断面図である。なお正確には、図２のI－I線の断面図が図１に該当する。ただし、図１において、ドリフト領域１１２に対するハッチングは省略されている。
　半導体装置１００は、図１に示すように、外周１０４を有する半導体基板１０２を利用して製造されている。半導体基板１０２は、トランジスタ動作をする半導体構造が作り込まれているセルエリア１０５（図１中の破線で示す枠Ｘ内）と、そのセルエリア１０５を取り囲む終端エリア１０７に区分されている。
　セルエリア１０５には、６本のメイントレンチ１１３が、図１の上下方向に伸びるように形成されている。なおメイントレンチ１１３の本数は６本に限られず、任意の数に設定することが可能である。終端エリア１０７には、外周１０４の内側を、外周１０４に沿って伸びる３重の終端トレンチ１６１～１６３が形成されている。終端トレンチ１６１～１６３は、外周１０４に沿ってセルエリア１０５を一巡する閉ループ形状となっている。
　図２を参照して、半導体装置１００の内部構造を説明する。半導体装置１００は、シリコンカーバイド（以下、ＳｉＣと略す）が用いられた半導体装置である。図２に示すように、半導体基板１０２は、裏面側から表面側（図の下側から上側）に向けて、ｎ＋ドレイン領域１１１、ｎ－ドリフト領域１１２、ｐ－ボディ領域１４１の順に積層されている。ＳｉＣは、Ｓｉに比して不純物の拡散係数が小さいため、不純物拡散によりボディ領域１４１を形成することは困難である。よってボディ領域１４１は、エピタキシャル成長法により形成されている。エピタキシャル成長法では、半導体基板１０２の全面にボディ領域１４１が形成される。よって、終端エリア１０７においても、ドリフト領域１１２の表面にボディ領域が積層されている構造となる。
　セルエリア１０５の構造について説明する。メイントレンチ１１３は、半導体基板１０２の表面１０１からボディ領域１４１を貫通してドリフト領域１１２に達している。メイントレンチ１１３同士の間隔は均一である。各々のメイントレンチ１１３の側壁は、ゲート酸化膜で被覆されている。また各々のメイントレンチ１１３の底面は、酸化膜１７１ａが埋め込まれている。各々のメイントレンチ１１３には、ゲート酸化膜および酸化膜１７１ａによって半導体基板１０２から絶縁された状態で、ゲート電極１２２が埋め込まれている。ゲート電極１２２の材料は、ポリシリコンである。各々のゲート電極１２２は、ボディ領域１４１の表面からボディ領域１４１を貫通してドリフト領域１１２に達している。
　半導体基板１０２の表面１０１において、メイントレンチ１１３に隣接する位置には、ｎ＋ソース領域１３１が形成されている。また、ソース領域１３１同士の間隙には、ｐ＋ボディコンタクト領域１３２が形成されている。ソース領域１３１とボディコンタクト領域１３２の表面には、ソース電極１３３が形成されている。ソース電極１３３はソース配線Ｓに接続されている。なお、終端トレンチ１６１によって取り囲まれた領域の外側には、ソース電極１３３が形成されていない。
　ゲート電極１２２は、ゲート配線Ｇに接続されている。ゲート電極１２２にはゲート電圧が印加される。ゲート電極１２２は、ソース電極１３３とソース配線Ｓから絶縁されている。ゲート電圧は、セルエリア１０５に電流を流すか流さないかを制御するための電圧である。ｎ＋ドレイン領域１１１は、ドレイン配線Ｄに接続されている。ドレイン配線Ｄはプラスの電位に接続され、ソース配線Ｓは接地されて用いられる。セルエリア１０５内には、ソース領域１３１とボディ領域１４１とドリフト領域１１２とドレイン領域１１１とゲート電極１２２によって、縦型のパワーＭＯＳＦＥＴトランジスタ構造が形成されている。
　終端エリア１０７の構造について説明する。終端エリア１０７には、終端トレンチ１６１～１６３が形成されている。終端トレンチ１６１は、３重の終端トレンチの最内周側に配置されている。終端トレンチ１６２および１６３は、終端トレンチ１６１を取り囲んで、終端トレンチ１６１の外周側に配置されている。終端トレンチ１６１～１６３の深さは、互いに同一とされている。またトレンチ１６１～１６３の深さは、メイントレンチ１１３と同じ深さとされている。終端トレンチ１６１～１６３は、半導体基板１０２の表面１０１からボディ領域１４１を貫通して、ドリフト領域１１２に達している。
　終端トレンチ１６１の幅は、幅Ｗ１である。幅Ｗ１の値は、例えば、５～２０（μｍ）の値とすることができる。終端トレンチ１６２および１６３の幅は、幅Ｗ２である。終端トレンチ１６２および１６３の幅Ｗ２は、終端トレンチ１６１の幅Ｗ１よりも狭い幅とされている。
　終端トレンチ１６１の構造を説明する。終端トレンチ１６１の側壁および底面は、酸化膜１７１で被覆されている。また、終端トレンチ１６１の側壁および底面を被覆している酸化膜１７１の表面には、埋め込み電極１２４が形成されている。埋め込み電極１２４の材料は、ポリシリコンである。よって埋め込み電極１２４は、ゲート電極１２２と同一材料で形成されている。また埋め込み電極１２４は、ゲート配線Ｇに接続されている。よって埋め込み電極１２４には、ゲート電極１２２と同一のゲート電圧が印加されている。
　終端トレンチ１６１の底面部に着目すると、ドリフト領域１１２の表面に、酸化膜１７１を介して埋め込み電極１２４が形成されている構造となっている。これにより、終端トレンチ１６１の底面部に、フィールドプレート構造が形成されている。また、終端トレンチ１６１は、半導体基板１０２の表面１０１からボディ領域１４１を貫通してドリフト領域１１２に達している。よってフィールドプレート構造が、半導体基板１０２の表面１０１ではなく、ドリフト領域１１２近傍に形成されている。すなわち、埋め込み型のフィールドプレートが形成されている。
　また、終端トレンチ１６１の底面における酸化膜１７１の厚さを厚さＴ１と定義する。同様に、メイントレンチ１１３の底面における酸化膜１７１ａの厚さを厚さＴ２と定義する。厚さＴ１は、厚さＴ２よりも薄くされている。これにより、フィールドプレート構造を、ゲート電極１２２より深い位置に形成することが可能となる。
　また、埋め込み電極１２４の位置を説明する。終端トレンチ１６１の開口部周辺の半導体基板１０２上面には、チップ外側方向（終端エリア１０７方向）に端部１２４ａが形成されており、チップ内側方向（セルエリア１０５方向）に端部１２４ｂが形成されている。ここで、終端トレンチ１６１の側壁を被覆している酸化膜１７１の厚さを、厚さＴ１１と定義する。また、ボディ領域１４１ｂの表面を被覆している酸化膜１７１の厚さを、厚さＴ１２と定義する。また、終端トレンチ１６１におけるチップ外側方向の側壁の位置を、側壁位置Ｐ１と定義する。端部１２４ａの位置は、側壁位置Ｐ１よりもチップ内側方向（図２右側）とされることが好ましい。さらには、端部１２４ａの位置は、厚さＴ１１の範囲内とされることがより好ましい。
　埋め込み電極１２４には電界が発生する。発生する電界は、端部１２４ｂ側に比して端部１２４ａ側がより高電界となる。端部１２４ａが側壁位置Ｐ１を越えてチップ外側方向（図２左側）に位置する場合には、埋め込み電極１２４に発生した電界は、ボディ領域１４１ｂの表面を被覆している酸化膜１７１にかかる。この場合、電界がかかる領域の酸化膜１７１の厚さは、厚さＴ１２と薄くなる。一方、端部１２４ａが側壁位置Ｐ１よりもチップ内側方向（図２右側）に位置する場合には、埋め込み電極１２４に発生した電界は、終端トレンチ１６１の側壁を被覆している酸化膜１７１にかかる。この場合、電界がかかる領域の酸化膜１７１の厚さは、終端トレンチ１６１の深さと同等となり、厚くなる。以上より、端部１２４ａの位置を側壁位置Ｐ１よりもチップ内側方向にすることで、電界がかかる領域の酸化膜１７１の厚さを厚くすることができるため、酸化膜１７１への電界集中を緩和することができる。これにより、終端エリア１０７の耐圧を向上させることが可能となる。
　終端トレンチ１６２および１６３によって形成される、ＦＬＲ（Field Limiting Ring）構造を説明する。本願の半導体装置１００では、エピタキシャル成長法により、ボディ領域１４１がドリフト領域１１２表面の全面に形成されている。すると、終端エリア１０７においても、ドリフト領域１１２の表面にボディ領域１４１が積層されている。よって、終端エリア１０７を電気的に分離する必要がある。
　終端トレンチ１６２および１６３は、セルエリア１０５を取り囲む形状を有して、終端エリア１０７に形成されている。また、終端トレンチ１６２および１６３は、ボディ領域１４１の表面からボディ領域１４１を貫通してドリフト領域１１２に達している。また、終端トレンチ１６２および１６３は、酸化膜１７１で充填されている。よって、終端トレンチ１６２および１６３により、終端エリア１０７を電気的に分離することができる。
　また、終端トレンチ１６２および１６３が形成されることにより、ｐ型のボディ領域１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄ（図２）が、終端トレンチ１６１の外周をリング状に取り囲むように残される。すると、リング状に残されたボディ領域１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄを、ＦＬＲとして使用することが可能となる。
　また、終端トレンチ１６１によって取り囲まれた領域の外側には、ソース電極１３３が形成されていない。よって、終端トレンチ１６１の外側に位置するボディ領域１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄは、いずれの電極とも接続されていない状態となる。すなわち、終端エリア１０７を、周囲から絶縁されたフローティング状態とすることができる。
　半導体装置１００の動作を説明する。半導体装置１００は、ソース配線Ｓが接地されてＧＮＤ電位に維持され、ドレイン配線Ｄに正の電圧が印加された状態で用いられる。ゲート電極１２２に正の電圧を加えると、ゲート電極１２２に向かい合う領域において、ボディ領域１４１ａが反転し、チャネルが形成され、ソース領域１３１とドレイン領域１１１の間が導通する。ゲート電極１２２に正の電圧を加えなければ、ソース領域１３１とドレイン領域１１１の間に電流が流れない。これにより半導体装置１００は、トランジスタ動作をする。
　図９および図１０を用いて、埋め込み型のフィールドプレート構造による耐圧向上の効果を説明する。図９および図１０は、セルエリアと終端エリアの境界近傍の断面における、空乏層の広がりについてのシミュレーション結果である。
　図９に示す半導体装置１００ｅは、終端エリア１０７ｅ（図９左側）に終端トレンチ１６２ｅが８本形成された構成を有している。終端トレンチ１６２ｅは、酸化膜が充填されているトレンチである。また、終端トレンチ１６２ｅ同士の間には、ＦＬＲとして機能するボディ領域１４１ｅが７つ形成されている。
　一方、図１０の半導体装置１００ｆは、終端エリア１０７ｆ（図１０左側）の最内周に、終端トレンチ１６１ｆが形成された構成を有している。終端トレンチ１６１ｆは、埋め込みフィールドプレート構造を有するトレンチである。また、終端トレンチ１６１ｆの外周側に、終端トレンチ１６２ｆが５本形成されている。終端トレンチ１６２ｆは、酸化膜が充填されているトレンチである。また、終端トレンチ１６１ｆの外周側には、ＦＬＲとして機能するボディ領域１４１ｆが５つ形成されている。
　また、本願では、ゲート電圧のスイッチオフ後、空乏層が伸びきった状態についてシミュレーションを行っている。また、半導体装置１００に逆バイアス電圧が印加されている場合についてシミュレーションを行っている。なお、半導体装置１００ｅと１００ｆにおいて、ドリフト層濃度、ドリフト層厚さ、トレンチ深さ、印加電圧などのその他のシミュレーション条件は同一条件とされている。よって、半導体装置１００ｅと１００ｆとの相違点は、終端トレンチ１６１ｆの有無である。
　図９および図１０において、白抜きの領域が空乏層を表している。半導体装置１００ｆ（図１０）では、半導体装置１００ｅ（図９）に比して、空乏層が終端エリア１０７ｆ側へ広がっている。これは、図１０の半導体装置１００ｆでは、終端トレンチ１６１ｆの埋め込み型のフィールドプレート構造により、ドリフト領域１１２での空乏化が促進されるためである。そして空乏化している面積が広い程、ドレイン－ソース耐圧は高くなる。以上より、埋め込み型のフィールドプレートにより、ドリフト領域１１２に形成される空乏層を拡げて、電界集中を防止する効果が得られることが分かる。そして、セルエリア終端部近傍の耐圧が向上することが分かる。
　本願の第１実施例に係る半導体装置１００の効果を説明する。例えば、半導体基板にＳｉＣを用いる場合には、バンドギャップがＳｉに比して大きいため、比誘電率が小さく、空乏層が広がりにくい。よって、ＳｉＣ製の半導体装置の表面にフィールドプレート構造を設けても、Ｓｉ製の半導体装置で得られるような耐圧向上効果を得ることが困難である。しかし本願の半導体装置１００では、埋め込み型のフィールドプレートを形成している。これにより、空乏層を広げたい領域の近傍に、フィールドプレートを形成することができる。よって、空乏層が広がりにくいＳｉＣを用いる場合においても、フィールドプレートにより、半導体中に形成される空乏層を拡げて、電界集中を防止する効果が得られる。よって、セルエリア１０５の終端部の耐圧を確実に確保することが可能となる。
　また、終端トレンチ１６２および１６３が形成されることにより、ｐ型のボディ領域１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄが、終端トレンチ１６１の外周をリング状に取り囲むように残される。すると、リング状に残されたボディ領域を、ＦＬＲとして使用することが可能となる。これにより、終端エリア１０７のドリフト領域１１２の表面にボディ領域１４１が積層されている構造であっても、ＦＬＲを形成することができる。よって、ＦＬＲにより、セルエリア終端部の電界緩和を行うことが可能となる。
　次に、半導体装置１００の製造プロセスを図３ないし図８を用いて説明する。図３ないし図８は、図１のII－II線の断面図である。まず、ドリフト領域１１２上に、ボディ領域１４１をエピタキシャル成長により形成する。これにより、図３に示すような、ドリフト領域１１２上にエピタキシャル層のボディ領域１４１を有する半導体基板１０２が作製される。また、ソース領域１３１およびボディコンタクト領域１３２が形成される。
　次に、この半導体基板１０２の表面１０１に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって酸化膜層を形成し、酸化膜層の上面にレジスト層を形成する。そしてフォトエッチング技術により、メイントレンチ１１３、終端トレンチ１６１～１６３に対応した開口部を酸化膜層に形成する。なお、フォトエッチング技術とは、フォトリソグラフィからＲＩＥ等のエッチングまでの一連の処理を意味する。フォトエッチング技術では従来公知の方法を用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。次に、酸化膜層をマスクとして、ボディ領域１４１およびドリフト領域１１２に対するドライエッチングを行う。これにより図４に示すように、セルエリア１０５に複数のメイントレンチ１１３が形成され、終端エリア１０７に終端トレンチ１６１～１６３が形成される。また、メイントレンチ１１３、終端トレンチ１６１～１６３は、全て同一の深さとされているため、これらのトレンチを同時に形成することができる。よって、終端トレンチ１６１～１６３を形成するための追加工程は不要であるため、半導体装置１００の製造工程を簡略化することができる。
　次に図５に示すように、ＣＶＤ法によって、半導体基板１０２の表面１０１の全面に、所定厚さの酸化膜１７１が堆積される。これにより、メイントレンチ１１３および終端トレンチ１６１～１６３の内部に、酸化膜１７１が埋め込まれる。酸化膜１７１は、例えばＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）、ＢＰＳＧ（Boron Phosphor Silicate Glass）、ＳＯＧ（Spin on Glass）を原料として用いても良い。
　酸化膜１７１の膜厚の決め方を説明する。終端トレンチ１６２および１６３の幅Ｗ２は、終端トレンチ１６１の幅Ｗ１よりも狭くされている。また、メイントレンチ１１３の幅Ｗ３は、終端トレンチ１６１の幅Ｗ１よりも狭くされている。よって、酸化膜１７１の膜厚は、メイントレンチ１１３、終端トレンチ１６２および１６３が完全に埋まるが、終端トレンチ１６１が埋まりきらない厚さとすればよい。これにより、酸化膜１７１が充填されているメイントレンチ１１３、終端トレンチ１６２および１６３と、側壁および底面に酸化膜１７１が形成されている終端トレンチ１６１とを、１回の酸化膜形成工程で同時に形成することができる。
　また、終端トレンチ１６１のセルエリア１０５側（図２右側）は、ソース電極１３３が存在するため、ソース電位となっている。一方、終端トレンチ１６１の終端エリア１０７側（図２左側）は、ソース電極１３３が存在しないため、高電位状態となっている。従って、酸化膜１７１の膜厚は、終端トレンチ１６１に発生する電界に耐えられる厚さであることが好ましい。酸化膜１７１の膜厚は、例えば、１（μｍ）の値としてもよい。次に、図６に示すように、半導体基板１０２の表面のうち、終端エリア１０７上にレジスト２０１を形成する。そして、レジスト２０１をマスクとして、酸化膜１７１のエッチングが行われる。これにより、セルエリア１０５内のボディ領域１４１の表面が露出される。また、メイントレンチ１１３内に充填されている酸化膜１７１ａの高さ調節が行なわれる。ここで、酸化膜１７１ａの高さは、後述するポリシリコン堆積工程において、メイントレンチ１１３に埋め込まれるゲート電極１２２の下端面が、ドリフト領域１１２とボディ領域１４１との界面の近傍に位置するような高さに調節されることが好ましい。また、終端エリア１０７の酸化膜１７１は、レジスト２０１により保護されるためエッチングが行われない。酸化膜１７１ａの高さ調節が終了すると、レジスト２０１が除去される。
　図７に示すように、メイントレンチ１１３の壁面に、熱酸化工程によって熱酸化膜が形成される。これにより、ゲート酸化膜が形成される。
　次に、半導体基板１０２の表面にポリシリコンが堆積される。そして、フォトエッチング技術により、メイントレンチ１１３および終端トレンチ１６１以外の部分のポリシリコンが除去される。よって図８に示すように、メイントレンチ１１３がポリシリコンで充填されることで、ゲート電極１２２が形成される。また終端トレンチ１６１の側壁および底面にポリシリコンが堆積されることで、埋め込み電極１２４が形成される。これにより、ゲート電極１２２と埋め込み電極１２４とを、１回の電極形成工程で同時に形成することができる。
　ポリシリコンの膜厚の決め方を説明する。終端トレンチ１６１の開口幅Ｗ４は、メイントレンチ１１３の開口幅Ｗ５よりも広くされている。よって、ポリシリコンの膜厚は、メイントレンチ１１３が完全に埋まるが、終端トレンチ１６１が埋まりきらない厚さとすればよい。
　なお、埋め込み電極１２４の形成時において、終端トレンチ１６１内部はポリシリコンで完全に充填されないため、溝部１２５が形成される。溝部１２５は、ＢＰＳＧ膜、又は、ＳＯＧ膜などにより埋め込めばよい。最後にソース電極およびドレイン電極を形成することにより、図２に示した半導体装置１００が完成される。
　本願の半導体装置１００の製造プロセスにより得られる効果を説明する。本願の製造プロセスでは、複数のメイントレンチ１１３と、終端トレンチ１６１～１６３とを１回のエッチング工程で同時に形成することができる。また、メイントレンチ１１３、終端トレンチ１６２および１６３を酸化膜で完全に埋め込む工程と、終端トレンチ１６１の側壁および底面に酸化膜を堆積させる工程とを、１回の酸化膜形成工程で同時に形成することができる。また、ゲート電極１２２と埋め込み電極１２４を、１回の電極形成工程で同時に形成することができる。よって、終端トレンチ１６１～１６３を形成するための追加工程は不要であるため、半導体装置１００の製造工程を簡略化することができる。
　第２実施例に係る半導体装置１００ｇを詳細に説明する。図１７に示すように、半導体装置１００ｇでは、終端トレンチ１６１の側壁および底面は、酸化膜１７１および層間絶縁層１７２で被覆されている。また、メイントレンチ１１３の上部が層間絶縁層１７２ｂで被覆されている。そして、終端トレンチ１６１の底面および側壁を被覆している層間絶縁層１７２の表面と、終端トレンチ１６１より内周側の領域のボディ領域１４１ａの表面と、メイントレンチ１１３を塞いでいる層間絶縁層１７２ｂの表面とを、連続して被覆するように、金属膜１７４が形成されている。また金属膜１７４は、ソース電極（不図示）と接続され、ソース電圧が印加されている。金属膜１７４の一例としては、アルミニウムが挙げられる。なお金属膜１７４には、アルミニウムを含んだ合金や銅など、各種の金属を使用することが可能である。　
　ゲート電圧が印加されるゲート電極１２２と、ソース電圧が印加される金属膜１７４は、層間絶縁層１７２ｂによって電気的に絶縁されている。層間絶縁層１７２ｂには、図１７の奥行き方向のいずれかの断面で、ゲート電極１２２の表面を露出させるコンタクトホールが形成されている。また、これらのコンタクトホールを介して、ゲート電極１２２に接続するゲート電極（不図示）が形成されている。
　終端トレンチ１６１の構造を説明する。終端トレンチ１６１の側壁および底面は、酸化膜１７１および層間絶縁層１７２で被覆されている。また、終端トレンチ１６１の側壁および底面を被覆している層間絶縁層１７２の表面には、金属膜１７４が形成されている。なお、図１７に示す内部構造のその他の構造は、図２に示す内部構造と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　本願の第２実施例に係る半導体装置１００ｇの効果を説明する。終端トレンチ１６１の底面部に着目すると、ドリフト領域１１２の表面に、酸化膜１７１および層間絶縁層１７２を介して、埋め込み電極として機能する金属膜１７４が形成されている構造となっている。これにより、終端トレンチ１６１の底面部に、フィールドプレート構造を形成することができる。よって、第１実施例に係る半導体装置１００（図２）と同様にして、空乏層を広げたい領域の近傍に、フィールドプレートを形成することができる。よって、空乏層が広がりにくいＳｉＣを用いる場合においても、フィールドプレートにより、半導体中に形成される空乏層を拡げて、電界集中を防止する効果が得られる。
　また、第２実施例に係る半導体装置１００ｇ（図１７）では、埋め込み電極として機能する金属膜１７４に、ソース電圧が印加される。ソース電圧は、一般的には安定した電位（グランド電位など）である。一方、ゲート電圧は、オン電位およびオフ電位の間で変動する電位である。よって、金属膜１７４にゲート電圧を印加する場合に比して、フィールドプレートの効果をより安定させることができる。
　第３実施例に係る半導体装置１００ｂを詳細に説明する。
　図１２に示すように、半導体装置１００ｂでは、終端トレンチ１６１の側壁および底面は、酸化膜１７１で被覆されている。また、終端トレンチ１６１の側壁および底面を被覆している酸化膜１７１の表面には、埋め込み電極１２４ｃが形成されている。埋め込み電極１２４ｃの材料は、ポリシリコンである。また埋め込み電極１２４ｃは、ゲート配線Ｇに接続されている。
　埋め込み電極１２４ｃの形成位置を説明する。埋め込み電極１２４ｃには、端部１２４ｄが形成されている。ここで、半導体装置１００ｂを垂直上方から観測したときに、終端トレンチ１６１のチップ外側方向（終端エリア１０７方向）の側壁に被覆されている酸化膜１７１の表面の位置を、位置Ｐ２と定義する。端部１２４ｄの位置は、位置Ｐ２よりもチップ内側方向に位置している。そして埋め込み電極１２４ｃは、端部１２４ｄよりもチップ内側方向（セルエリア１０５方向）の領域に形成されている。
　また、終端トレンチ１６１の側壁に形成されている埋め込み電極１２４ｃの表面と、終端トレンチ１６１の底面に形成されている埋め込み電極１２４ｃの表面および端部１２４ｄと、端部１２４ｄよりもチップ外側方向の領域において終端トレンチ１６１の底面を被覆している酸化膜１７１の表面と、終端トレンチ１６１よりもチップ外側方向の領域における半導体基板１０２の表面１０１とが、層間絶縁層１７２で被覆されている。層間絶縁層１７２は、基板と配線との間に形成される絶縁層である。層間絶縁層１７２の一例としては、ＢＰＳＧ膜が挙げられる。
　位置Ｐ２と、埋め込み電極１２４ｃの端部１２４ｄとの間には、埋め込み電極１２４ｃが被覆されていないことで、トレンチ形状の領域が形成されている。そして、位置Ｐ２から埋め込み電極１２４ｃの端部１２４ｄまでの距離Ｄ５は、当該トレンチ形状の領域が層間絶縁層１７２によってボイドが存在しない状態で埋められるように決定すればよい。具体的には、距離Ｄ５は、層間絶縁層１７２のステップカバレッジによって決定される。ステップカバレッジは、トレンチの底面に被覆される層間絶縁層１７２の厚さに対する、トレンチの側壁に被覆される層間絶縁層１７２厚さの割合である。典型的な層間絶縁層１７２では、ステップカバレッジが１００％であり、トレンチの底面および側壁に被覆される膜厚が等しいと考えられる。この場合、終端トレンチ１６１の底面に位置する埋め込み電極１２４ｃを被覆している層間絶縁層１７２の厚さを厚さＴ２１と定義すると、距離Ｄ５は、厚さＴ２１の２倍とすることが好ましい。なお、ステップカバレッジが低くなる（トレンチ底面の被覆厚さよりもトレンチ側壁の被覆厚さが薄くなる）場合には、ステップカバレッジに応じて距離Ｄ５が決定される。例えば、ステップカバレッジが８０（％）の場合には、距離Ｄ５は、厚さＴ２１の１．６倍とすればよい。これにより、電界強度を緩和する効果をより高めることができる。
　また、終端トレンチ１６１のチップ外側方向の側壁を被覆している酸化膜１７１および層間絶縁層１７２を合計した厚さを、厚さＴ２２と定義する。厚さＴ２２は、厚さＴ１（終端トレンチ１６１の底面における酸化膜１７１の厚さ）および厚さＴ１１（終端トレンチ１６１の側壁を被覆している酸化膜１７１の厚さ）よりも厚くされている。なお、図１２に示す内部構造のその他の構造は、図２に示す内部構造と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　本願の第３実施例に係る半導体装置１００ｂの効果を説明する。
　半導体装置１００ｂをオフしたときに、ゲート電極１２２に印加される電位と同電位の電位が埋め込み電極１２４ｃに印加されると、終端トレンチ１６１のチップ外側方向の側壁を被覆している絶縁層に電界が集中する。
　しかし、本願の半導体装置１００ｂでは、層間絶縁層１７２が被覆されている分だけ、終端トレンチ１６１のチップ外側方向の側壁部分の絶縁層の厚さが厚くされている。すなわち、終端トレンチ１６１のチップ外側方向の側壁部分の絶縁層（酸化膜１７１および層間絶縁層１７２）の厚さＴ２２が、厚さＴ１および厚さＴ１１よりも厚くされている。これにより、終端トレンチ１６１のチップ外側方向の側壁を被覆している絶縁層への電界強度を緩和することができる。よって、終端エリア１０７の耐圧を向上させることが可能となる。
　また、層間絶縁層１７２は、半導体装置１００ｂに配線等を作成するために必須の膜である。そして本願の半導体装置１００ｂでは、層間絶縁層１７２を、終端トレンチ１６１のチップ外側方向の側壁部分の絶縁層としても使用している。よって、終端トレンチ１６１のチップ外側方向の側壁の絶縁層を厚くするために、専用の工程を追加する必要がないため、半導体装置１００ｂの製造工程を簡略化することができる。
　また、位置Ｐ２から、埋め込み電極１２４ｃの端部１２４ｄまでの間には、埋め込み電極１２４ｃが被覆されていない領域が形成されている。そして、本願に開示される半導体装置１００ｂでは、位置Ｐ２と端部１２４ｄとの間の距離Ｄ５が、厚さＴ２１の２倍とされている。これにより、位置Ｐ２と端部１２４ｄとの間の領域に層間絶縁層１７２が埋め込まれる際に、ボイドが形成されにくくすることができる。よって、絶縁層への電界強度を緩和する効果をより高めることができる。
　また、絶縁層の膜厚が厚くなるほど、電界を緩和する能力が高くなる。しかし、終端トレンチ１６１に直接被覆されている絶縁層が厚くなるほど、終端トレンチ１６１にかかる応力が大きくなってしまう。本願に開示される半導体装置１００ｂでは、終端トレンチ１６１のチップ外側方向の側壁に直接被覆されている絶縁層の厚さＴ２２のみが、底面部分に直接被覆されている酸化膜１７１の厚さＴ１、および、チップ内側方向の側壁に直接被覆されている酸化膜１７１の厚さＴ１１よりも厚くされている。よって、電界が集中する部分の絶縁層の厚さのみを厚くして電界緩和を行うとともに、電界が集中しない部分については絶縁層を薄くして応力を小さくすることができる。よって、電界を緩和することと、応力を小さくすることを、両立することが可能となる。
　第４実施例に係る半導体装置１００ｃを詳細に説明する。図１４に示すように、終端トレンチ１６１の底面に位置するドリフト領域１１２には、拡散層２６１が形成されている。後述するように、拡散層２６１は、電界緩和を行うための拡散層である。拡散層２６１には、端部２６１ａおよび端部２６１ｂが形成されている。端部２６１ａは、側壁位置Ｐ１（終端トレンチ１６１におけるチップ外側方向の側壁の位置）よりもチップ外側方向に位置している。また、終端トレンチ１６１におけるチップ内側方向の側壁の位置を、側壁位置Ｐ３と定義する。端部２６１ｂは、側壁位置Ｐ３よりもチップ外側方向に位置している。これにより、半導体装置１００ｃを垂直上方から観測したときに、角部Ｃ１（終端トレンチ１６１の底面と終端トレンチ１６１のチップ外側方向の側壁との接合部）が覆われるように、拡散層２６１が形成されている。
　また、互いに隣接する終端トレンチ１６２と１６３との間に存在するドリフト領域１１２に、ｐ型の拡散層２６３が形成されている。拡散層２６３は、ボディ領域１４１ｃと分離している。また、拡散層２６３の端部２６３ａは、終端トレンチ１６２および１６３の底面よりも深い位置とされている。また、終端トレンチ１６１と、終端トレンチ１６１に隣接する終端トレンチ１６２との間に存在するドリフト領域１１２に、ｐ型の拡散層２６２が形成されている。拡散層２６２は、ボディ領域１４１ｂと分離している。また拡散層２６２は、拡散層２６１とも分離している。後述するように、拡散層２６２および２６３は、終端エリア１０７の耐圧を向上させるための拡散層である。なお、図１４に示す内部構造のその他の構造は、図２に示す内部構造と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　図１３の半導体装置１００ｃの平面図を用いて、拡散層２６１～２６３のレイアウトを説明する。拡散層２６１は、終端トレンチ１６１のチップ外側方向の側壁に沿って伸びるように形成されている。また拡散層２６２は、終端トレンチ１６１と１６２との間を、終端トレンチ１６１に沿って伸びるように形成されている。また拡散層２６３は、終端トレンチ１６２と１６３との間を、終端トレンチ１６２に沿って伸びるように形成されている。拡散層２６１～２６３は、外周１０４に沿ってセルエリア１０５を一巡する閉ループ形状に形成されている。
　拡散層２６１が形成されていることにより得られる効果を説明する。半導体装置１００ｂをオフすると、終端トレンチ１６１のチップ外側方向の側壁を被覆している酸化膜１７１に電界が集中する。本願に開示される半導体装置１００ｃでは、拡散層２６１とドリフト領域１１２とのＰＮ接合部での空乏層が、ドリフト領域１１２側に大きく伸びることになる。よって、ドレイン電圧の影響による高電圧が、終端トレンチ１６１のチップ外側方向側壁に被覆されている酸化膜１７１に入り込み難くなる。これにより、終端トレンチ１６１の側壁に被覆されている酸化膜１７１における電界集中を、緩和することが可能となる。
　また、電界は、終端トレンチ１６１の底面と終端トレンチ１６１のチップ外側方向の側壁との接合部である角部Ｃ１に、特に集中する。本願に開示される半導体装置１００ｃでは、当該角部Ｃ１を覆うように、拡散層２６１が形成されている。よって、終端トレンチ１６１の角部Ｃ１における電界集中を、効果的に緩和することが可能となる。
　また、拡散層２６２および２６３が形成されていることにより得られる効果を説明する。半導体装置１００ｃでは、終端トレンチ１６２および１６３が形成されていることで、リング状に残されたボディ領域１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄが、ＦＬＲとして使用されている。そして、拡散層２６２および２６３が形成されていることで、拡散層２６２および２６３とドリフト領域１１２とのＰＮ接合部での空乏層が、ドリフト領域１１２側に伸びている。これにより、セルエリア１０５の周辺部から延伸する空乏層をＦＬＲの外側に広げる効果を、より高めることができる。よって、終端エリア１０７の耐圧を、より確実に確保することが可能となる。
　また、拡散層２６１が、終端トレンチ１６１よりチップ内側方向の領域に存在するボディ領域１４１ａと接触するように形成されてしまうと、空乏層が拡散層２６１を起点として延伸することになる。この場合、終端トレンチ１６１の埋め込み電極１２４よりもチップ外側に位置している、拡散層２６１の端部２６１ａの近傍を起点として、空乏層が延伸することになる。すると、セルエリア１０５の周辺部から延伸する空乏層をＦＬＲの外側に広げるという、終端トレンチ１６１のフィールドプレート構造の効果が得られにくくなる。しかし、本願に開示される半導体装置１００ｃでは、拡散層２６１の端部２６１ｂが、側壁位置Ｐ３よりもチップ外側方向に位置している。これにより、拡散層２６１が、ボディ領域１４１ａと接触して形成されてしまう事態を確実に防止することができる。よって、終端トレンチ１６１のフィールドプレートの効果を十分に得ることが可能となる。
　また、本願に開示される半導体装置では、拡散層２６２、２６３がボディ領域１４１ｂ、１４１ｃと分離していることで、両者が接触している場合と比して、ドリフト領域１１２内のより深い位置に拡散層２６２および２６３を形成することができる。すると、拡散層２６２および２６３とドリフト領域１１２とのＰＮ接合部での空乏層を、ドリフト領域１１２側により深く伸ばすことができる。よって、セルエリア１０５の周辺部から延伸する空乏層をＦＬＲの外側に広げる効果を、さらに高めることができる。また、拡散層２６３の端部２６３ａに示すように、終端トレンチ１６２および１６３の底面よりも端部２６３ａが深い位置に存在すると、空乏層をＦＬＲの外側に広げる効果をさらに高めることができるとともに、終端トレンチ１６２および１６３の底部への電界集中をさらに緩和することができる。
　次に、半導体装置１００ｂにおける、拡散層２６１～２６３の製造プロセスを図１５および図１６を用いて説明する。まず、ドレイン領域１１１の表面に、エピタキシャル成長法によってドリフト領域１１２が形成される。また、ドリフト領域１１２の表面に、マスク層２１０が形成される。そしてフォトエッチング技術により、拡散層２６１～２６３に対応した開口部が、マスク層２１０に形成される。次に、マスク層２１０をマスクとして、イオン注入を行う。これにより、図１５に示すように、ドリフト領域１１２に拡散層２６１～２６３が形成された半導体基板１０２が作製される。
　その後、マスク層２１０が剥離される。そして、ドリフト領域１１２上に、ボディ領域１４１をエピタキシャル成長により形成する。これにより、図１６に示す半導体基板１０２が作製される。なお、図１６以降の製造プロセスは、図４ないし図８の製造プロセスと同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
　ＳｉＣは、Ｓｉに比して不純物の拡散係数が小さい。よってＳｉＣでは、イオン注入によって、基板表面から深い位置に拡散層を形成することが困難である。本願の製造プロセスでは、ドリフト領域１１２の表面からイオン注入を行って拡散層２６１～２６３を形成した後に、ドリフト領域１１２表面にボディ領域１４１をエピタキシャル成長により形成する。よって、ボディ領域１４１の表面からイオン注入を行う場合に比して、基板表面からより深い位置に拡散層を形成することが可能となる。
　また、メイントレンチ１１３の底面に位置するドリフト領域１１２に、拡散層を作成する場合がある。この場合には、複数のメイントレンチ１１３の底部に拡散層を作成する工程において、拡散層２６１～２６３を同時に形成することができる。よって、拡散層２６１～２６３を形成するための追加工程は不要となり、半導体装置１００ｂの製造工程を簡略化することができる。
　第５実施例に係る半導体装置１００ｈを詳細に説明する。図１８に示すように、半導体装置１００ｈでは、終端トレンチ１６１の側壁および底面は、酸化膜１７１および層間絶縁層１７２で被覆されている。また、メイントレンチ１１３の上部が層間絶縁層１７２ｂで被覆されている。そして、終端トレンチ１６１と、終端トレンチ１６１より内周側の領域のボディ領域１４１ａの表面と、メイントレンチ１１３を塞いでいる層間絶縁層１７２ｂの表面とを、連続して被覆するように、金属膜１７４が形成されている。また金属膜１７４は、ソース電極（不図示）と接続され、ソース電圧が印加されている。
　終端トレンチ１６１における、金属膜１７４の形成位置を説明する。金属膜１７４には、端部１７４ｄが形成されている。ここで、半導体装置１００ｈを垂直上方から観測したときに、終端トレンチ１６１のチップ外側方向（終端エリア１０７方向）の側壁に被覆されている層間絶縁層１７２の表面の位置を、位置Ｐ４と定義する。端部１７４ｄの位置は、位置Ｐ４よりもチップ内側方向に位置している。
　また、終端トレンチ１６１の側壁に形成されている金属膜１７４の表面と、終端トレンチ１６１の底面に形成されている金属膜１７４の表面および端部１７４ｄと、端部１２４ｄよりもチップ外側方向の領域において終端トレンチ１６１の底面を被覆している層間絶縁層１７２の表面とが、絶縁層１７５で被覆されている。絶縁層１７５は、半導体装置１００ｈの表面を外的な損傷から保護するための層である。絶縁層１７５の一例としては、ポリイミド膜が挙げられる。なお、図１８に示す内部構造のその他の構造は、図１７に示す内部構造と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　本願の第５実施例に係る半導体装置１００ｈの効果を説明する。本願の半導体装置１００ｈでは、絶縁層１７５が被覆されている分だけ、終端トレンチ１６１のチップ外側方向の側壁部分の絶縁層の厚さが厚くされている。すなわち、終端トレンチ１６１のチップ外側方向の側壁部分の絶縁層（酸化膜１７１、層間絶縁層１７２および絶縁層１７５）の厚さＴ３２が、厚さＴ１および厚さＴ３１よりも厚くされている。これにより、終端トレンチ１６１のチップ外側方向の側壁を被覆している絶縁層への電界強度を緩和することができる。よって、終端エリア１０７の耐圧を向上させることが可能となる。
　なお、第５実施例に係る半導体装置１００ｈのその他の効果は、第３実施例に係る半導体装置１００ｂ（図１２）と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
　本願に係る半導体装置の変形例を、図１１に示す。図１１において、終端トレンチ１６１と１６２の間の領域を、領域Ａ１と定義する。また、終端トレンチ１６２と１６３の間の領域を、領域Ａ２と定義する。また領域Ａ１およびＡ２の幅を、それぞれ終端トレンチ間距離Ｄ１およびＤ２と定義する。同様に、終端トレンチ１６１とメイントレンチ１１３との間の領域を、領域Ａ３と定義する。また、メイントレンチ１１３間の領域を、領域Ａ４と定義する。また領域Ａ３およびＡ４の幅を、それぞれメイントレンチ間距離Ｄ３およびＤ４と定義する。図１１に示す半導体装置では、終端トレンチ間距離Ｄ１およびＤ２が、メイントレンチ間距離Ｄ３およびＤ４よりも狭くされている。
　領域Ａ３およびＡ４では、ボディ領域１４１ａの表面にボディコンタクト領域１３２が形成されている。一方、領域Ａ１およびＡ２では、ボディ領域１４１ｂおよび１４１ｃには、何れの領域も形成されていない。よって、領域Ａ１およびＡ２の方が、ボディコンタクト領域１３２が形成されている領域Ａ３およびＡ４よりも、半導体中に形成される空乏層が拡がりにくい。そこで、終端トレンチ間距離Ｄ１およびＤ２を、メイントレンチ間距離Ｄ３およびＤ４よりも狭くすることにより、領域Ａ１およびＡ２で空乏層を拡がり易くし、ドレイン－ソース耐圧を向上させる。これにより、終端エリア１０７の耐圧を向上させることが可能となる。
　終端トレンチ１６１の側壁を被覆している絶縁層の膜厚のみを厚くする方法は、様々な方法が挙げられる。例えば、図５のフローにおいて、半導体基板１０２の表面１０１の全面に酸化膜１７１を堆積した後に、ＲＩＥ等の異方性エッチングを追加するとしてもよい。これにより、終端トレンチ１６１の側壁を被覆している酸化膜１７１の厚さを一定に維持しながら、終端トレンチ１６１の底面を被覆している酸化膜１７１や半導体基板１０２の表面１０１を被覆している酸化膜１７１の厚さのみをエッチバックにより薄くすることができる。
　また、ドリフト領域１１２に拡散層２６１～２６３を作成する方法は、各種の方法がある。例えば、ドリフト領域１１２の表面に、エピタキシャル成長法によって拡散層を形成する。そして、フォトエッチング技術により、拡散層２６１～２６３に対応した形状に拡散層をパターニングする。その後、エピタキシャル成長法によって、ドリフト領域１１２を再度形成することによって、ドリフト領域１１２に拡散層２６１～２６３を作成することができる。
　また、拡散層２６１～２６３の全てが形成されている必要はなく、拡散層２６１のみが形成されていてもよい。また、拡散層２６２と２６３とは、何れか一方のみが形成されていてもよい。また拡散層２６２および２６３のそれぞれは、ボディ領域１４１ｂおよび１４１ｃと接触していてもよい。
　また、第３実施例で説明した技術と、第４実施例で説明した技術は、同時に実施することが可能である。これにより、半導体装置の耐圧をより高めることができる。
　使用される半導体はＳｉＣに限らない。ＧａＮ、ＧａＡｓ等の他の種類の半導体であってもよい。また、本実施形態はパワーＭＯＳＦＥＴ構造について説明したが、この形態に限られない。本願の技術をＩＧＢＴ構造に適用しても、同様の効果を得ることができる。
　また本願の半導体装置１００では、埋め込み型のフィールドプレート構造を有する終端トレンチ１６１が１本形成されているが、この数に限られない。終端トレンチ１６１の数を増加させるほど、耐圧を向上させることができる。また本願の半導体装置１００では、酸化膜１７１が充填されている終端トレンチ１６２および１６３が２本形成されているが、この数に限られない。終端トレンチ１６２および１６３の数を増加させるほど、耐圧を向上させることができる。一方、終端トレンチ１６１～１６３の数を増加させるほど、終端エリア１０７のスペースが広くなり、半導体装置１００全体のコンパクト化の妨げとなる。よって、終端トレンチ１６１～１６３の数は、必要な耐圧に合わせて決定することが好ましい。
　また、各半導体領域については、Ｐ型とＮ型とを入れ替えてもよい。また、絶縁領域については、酸化膜に限らず、窒化膜等の他の種類の絶縁膜でもよいし、複合膜でもよい。
　なお、一枚の半導体基板に一個の半導体装置１００のみが形成されるとは限られない。一枚の半導体基板に複数個の半導体装置１００が形成されることもある。あるいは一枚の半導体基板に半導体装置１００とその他の半導体装置が一緒に形成されることもある。この場合の終端エリア１０７は、半導体装置１００を形成するセルアリア１０５を取り囲む範囲であり、必ずしも半導体基板の外周に沿って伸びる範囲であるとは限られない。
　本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
１００： 半導体装置
１０１： 表面
１０２： 半導体基板
１０４： 外周
１０５： セルエリア
１０７： 終端エリア
１１１： ドレイン領域
１１２： ドリフト領域
１１３： メイントレンチ
１２２： ゲート電極
１２４：埋め込み電極
１３３： ソース電極
１４１： ボディ領域
１６１～１６３　終端トレンチ
１７１　酸化膜
Ｄ ： ドレイン配線
Ｓ ： ソース配線
Ｇ ： ゲート配線

Claims (20)

  1. 　セルエリアと、そのセルエリアを取囲んでいる終端エリアを有するＳｉＣの半導体基板を備えており、
    　セルエリアには、複数のメイントレンチが形成されており、
    　終端エリアには、セルエリアを取囲んでいる１又は複数の終端トレンチが形成されており、
    　１又は複数の終端トレンチは、その最内周側に第１の終端トレンチを有しており、
    　第１の終端トレンチより内周側の領域の半導体基板では、第２導電型のドリフト領域の表面に第１導電型のボディ領域が積層されており、
    　メイントレンチは、半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達すると共に、その内部にゲート電極が形成されており、
    　第１の終端トレンチは、半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達しており、
    　第１の終端トレンチの側壁および底面は第１の絶縁層で被覆されており、
    　第１の絶縁層のうち少なくとも第１の終端トレンチの底面を被覆する部分の表面の少なくとも一部が導電層で被覆されており、
    　少なくともゲート電極にオン電位が印加されていない期間において、ゲート電極またはソース電極に印加される電位と同電位の電位が導電層に印加されている
    　ことを特徴とする半導体装置。
  2. 　終端エリアには、セルエリアを取囲んでいる複数の終端トレンチが形成されており、
    　その複数の終端トレンチは、最内周側に配置される第１の終端トレンチと、その第１の終端トレンチの外周側に配置される１又は複数の第２の終端トレンチを有しており、
    　第１の終端トレンチの外周側の領域の半導体基板でも、第２導電型のドリフト領域の表面に第１導電型のボディ領域が積層されており、
    　第２の終端トレンチは、第１の終端トレンチの外周を取り囲んでおり、第１の終端トレンチよりも狭い幅を有し、ボディ領域の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達しており、その内部が絶縁体で充填されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　メイントレンチの底面を被覆している第２の絶縁層をさらに備え、
    　第１の絶縁層の底面を被覆する部分の厚さは、第２の絶縁層の厚さよりも薄くされていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 　半導体基板の表面に臨む範囲に形成されており、メイントレンチに隣接すると共に、ボディ領域によってドリフト領域から分離されている第２導電型の半導体領域と、
    　ボディ領域の表面に形成されているとともに、前記半導体領域に導通しているコンタクト領域とをさらに備え、
    　第１の終端トレンチによって取り囲まれた領域の外側にはコンタクト領域が形成されていないことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の半導体装置。
  5. 　第１の終端トレンチと第２の終端トレンチの深さは同一とされていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
  6. 　第１の終端トレンチと第１の終端トレンチに隣接する終端トレンチとの間の第１のトレンチ間距離は、
    　第１の終端トレンチと第１の終端トレンチに隣接するメイントレンチとの間の第２のトレンチ間距離よりも狭くされていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
  7. 　第３の絶縁層によってメイントレンチの上部が塞がれており、
    　導電層はアルミニウムを含んでおり、
    　導電層は、第１の終端トレンチの底面および側壁を被覆している第１の絶縁層の表面と、第１の終端トレンチより内周側の領域のボディ領域の表面と、メイントレンチを塞いでいる第３の絶縁層の表面とを、連続して被覆しており、
    　導電層には、ソース電極に印加される電位と同電位の電位が印加されていることを特徴とする請求項１ないし６の何れか１項に記載の半導体装置。
  8. 　第１の終端トレンチの外周側の側壁を被覆している第１の絶縁層の厚さは、第１の終端トレンチの内周側の側壁および底面を被覆している第１の絶縁層の厚さよりも厚くされていることを特徴とする請求項１ないし７の何れか１項に記載の半導体装置。
  9. 　第１の絶縁層は、下層絶縁層および上層絶縁層を備えており、
    　第１の終端トレンチの側壁および底面は下層絶縁層で被覆されており、
    　導電層には、第１の端部が形成されており、
    　導電層は第１の端部よりも内周側の領域に形成されており、
    　第１の端部の位置は、前記半導体装置を垂直上方から観測したときに、第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている第１の絶縁層の表面の位置よりも内周側に位置しており、
    　第１の終端トレンチの側壁を被覆している下層絶縁層の表面と、下層絶縁層の表面を被覆している導電層の表面および側壁と、導電層の第１の端部よりも外周側の領域において第１の終端トレンチの底面を被覆している下層絶縁層の表面と、が上層絶縁層で被覆されていることを特徴とする請求項１ないし８の何れか１項に記載の半導体装置。
  10. 　第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている下層絶縁層の表面から導電層の第１の端部までの距離は、第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている下層絶縁層の表面から導電層の第１の端部までの領域が、導電層を被覆している上層絶縁層によって、ボイドが存在しない状態で埋められる距離であることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
  11. 　第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている下層絶縁層の表面から導電層の第１の端部までの距離は、導電層を被覆している上層絶縁層の厚さの２倍であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
  12. 　第３の絶縁層によってメイントレンチの上部が塞がれており、
    　導電層はアルミニウムを含んでおり、
    　導電層には、第１の端部が形成されており、
    　導電層は第１の端部よりも内周側の領域に形成されており、
    　第１の端部の位置は、前記半導体装置を垂直上方から観測したときに、第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている第１の絶縁層の表面の位置よりも内周側に位置しており、
    　導電層は、第１の終端トレンチの底面および側壁を被覆している第１の絶縁層の表面と、第１の終端トレンチより内周側の領域のボディ領域の表面と、メイントレンチを塞いでいる第３の絶縁層の表面とを、連続して被覆しており、
    　導電層には、ソース電極に印加される電位と同電位の電位が印加されており、
    　第１の終端トレンチの側壁を被覆している第１の絶縁層の表面と、第１の絶縁層の表面を被覆している導電層の表面および側壁と、導電層の第１の端部よりも外周側の領域において第１の終端トレンチの底面を被覆している第１の絶縁層の表面と、が第４の絶縁層で被覆されていることを特徴とする請求項１ないし８の何れか１項に記載の半導体装置。
  13. 　第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている第１の絶縁層の表面から導電層の第１の端部までの距離は、第１の終端トレンチの外周側の側壁に被覆されている第１の絶縁層の表面から導電層の第１の端部までの領域が、導電層を被覆している第４の絶縁層によって、ボイドが存在しない状態で埋められる距離であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
  14. 　第１の終端トレンチの開口部周辺における半導体基板の表面には、導電層の第２の端部が形成されており、
    　第１の終端トレンチの外周側に存在する導電層の第２の端部の位置は、前記半導体装置を垂直上方から観測したときに、第１の終端トレンチの外周側の側壁の位置よりも内周側に位置していることを特徴とする請求項１ないし８の何れか１項に記載の半導体装置。
  15. 　第１の終端トレンチの底面に位置するドリフト領域の少なくとも一部に、第１導電型の第１の拡散層が形成されていることを特徴とする請求項１ないし１４の何れか１項に記載の半導体装置。
  16. 　第２の終端トレンチは複数備えられており、
    　互いに隣接する第２の終端トレンチ間に存在するドリフト領域の少なくとも一部に、第１導電型の第２の拡散層が形成されていることを特徴とする請求項２ないし１５の何れか１項に記載の半導体装置。
  17. 　第１の拡散層は、第３の端部を有しており、
    　第１の拡散層は第３の端部よりも内周側の領域に形成されており、
    　第３の端部の位置は、前記半導体装置を垂直上方から観測したときに、第１の終端トレンチの外周側の側壁の位置よりも外周側に位置していることを特徴とする請求項１５または１６の何れか１項に記載の半導体装置。
  18. 　第１の拡散層は、第４の端部を有しており、
    　第１の拡散層は第４の端部よりも外周側の領域に形成されており、
    　第４の端部の位置は、前記半導体装置を垂直上方から観測したときに、第１の終端トレンチの内周側の側壁の位置よりも外周側に位置していることを特徴とする請求項１５ないし１７の何れか１項に記載の半導体装置。
  19. 　セルエリアと、そのセルエリアを取囲んでいる終端エリアを有する半導体基板を備えており、
    　セルエリアには、複数のメイントレンチが形成されており、
    　終端エリアには、セルエリアを取囲んでいる１又は複数の終端トレンチが形成されており、
    　１又は複数の終端トレンチは、その最内周側に第１の終端トレンチを有しており、
    　第１の終端トレンチより内周側の領域の半導体基板では、第２導電型のドリフト領域の表面に第１導電型のボディ領域が積層されている半導体装置を製造する方法であって、
    　第２導電型のドリフト領域の表面に第１導電型のボディ領域が積層されている半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達している複数のメイントレンチをセルエリアに形成するとともに、半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達している１又は複数の終端トレンチをセルエリアを取り囲むように形成するトレンチ形成工程と、
    　半導体基板の表面に所定厚さの絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
    　セルエリア内の絶縁膜を選択的に所定量エッチングするエッチング工程と、
    　メイントレンチ内部および第１の終端トレンチ内部に選択的に導電層を形成する導電層形成工程と、
    　を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  20. 　トレンチ形成工程は、第１の終端トレンチを形成すると共に、第１の終端トレンチの外周を取り囲んでおり、第１の終端トレンチよりも狭い幅を有し、ボディ領域の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達している第２の終端トレンチを形成し、
    　絶縁膜形成工程で形成される絶縁膜の所定厚さは、第２の終端トレンチが絶縁膜で完全に充填されると共に、第１の終端トレンチが絶縁膜で完全に充填されない厚さであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置の製造方法。
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