JP2003249650A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method therefor

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JP2003249650A JP2002366105A JP2002366105A JP2003249650A JP 2003249650 A JP2003249650 A JP 2003249650A JP 2002366105 A JP2002366105 A JP 2002366105A JP 2002366105 A JP2002366105 A JP 2002366105A JP 2003249650 A JP2003249650 A JP 2003249650A
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    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7816Lateral DMOS transistors, i.e. LDMOS transistors
    • H01L29/7825Lateral DMOS transistors, i.e. LDMOS transistors with trench gate electrode

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture in a process simpler than that for a conventional horizontal trench power MOSFET breakdown voltage of up to 80 V, while a device pitch is smaller and on resistance per unit area is smaller compared with the conventional horizontal trench power MOSFET having the breakdown voltage lower than 80 V. <P>SOLUTION: A thickness of a gate oxide film 59 along a side surface of a trench 51 is made thin and uniform. By selective oxidizing, a gate oxide film 83 along a bottom surface of the trench 51 is so formed as to be thicker than the gate oxide film 59 on the side surface of the trench, and further to get thicker as it approaches from an end of the bottom surface of the trench to a drain polysilicon 63. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、特にスイッチング電源用IC、自
動車パワー系駆動用IC、フラットパネルディスプレー
駆動用ICなど、高耐圧で大電流を制御する集積回路に
適する低オン抵抗のパワーMOSFET(絶縁ゲート型
電界効果トランジスタ)、たとえば半導体基板表面を掘
り下げたトレンチ内にゲート電極を設けたトレンチ横型
パワーMOSFETに適用して好適な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to an integrated circuit for controlling a large current with a high withstand voltage, such as a switching power supply IC, an automobile power system drive IC, a flat panel display drive IC, The present invention relates to a technology suitable for application to a low on-resistance power MOSFET (insulated gate field effect transistor) suitable for, for example, a trench lateral power MOSFET in which a gate electrode is provided in a trench formed by digging the surface of a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】携帯機器の急速な普及や通信技術の高度
化などに伴い、パワーMOSFETを内蔵したパワーI
Cの重要性が高まっている。横型パワーMOSFETを
制御回路に集積したパワーICでは、パワーMOSFE
T単体を制御駆動回路と組み合わせた従来の構成に対
し、小型化、低消費電力化、高信頼性化および低コスト
化などが期待される。そのため、CMOSプロセスをベ
ースにした高性能横型パワーMOSFETの開発が活発
におこなわれている。ところで、デバイスピッチを縮小
して集積度を高めるための技術として、トレンチ構造の
MOSFETが知られている。本発明者は、トレンチ構
造を適用した横型パワーMOSFET(以下、トレンチ
横型パワーMOSFETとする)について提案している
(例えば、非特許文献1参照。)。図31〜図33はこ
のトレンチ横型パワーMOSFETの構造を示す図であ
り、図31は平面図である。図32は、MOSFETと
して電流を駆動する領域(本明細書では活性領域とす
る)の構造を示し、図31のA−Aにおける断面図であ
る。図33は、基板表面にゲートポリシリコンを引き出
す領域(本明細書ではゲート領域とする)の構造を示
し、図31のB−Bにおける断面図である。
2. Description of the Related Art With the rapid spread of mobile devices and the sophistication of communication technology, power I incorporating a power MOSFET has been incorporated.
The importance of C is increasing. In the power IC in which the lateral power MOSFET is integrated in the control circuit, the power MOSFE
Compared to the conventional configuration in which the simple substance T is combined with the control drive circuit, it is expected that the size, the power consumption, the reliability, and the cost will be reduced. Therefore, high-performance lateral power MOSFETs based on the CMOS process have been actively developed. By the way, a MOSFET having a trench structure is known as a technique for reducing the device pitch and increasing the degree of integration. The present inventor has proposed a lateral power MOSFET to which a trench structure is applied (hereinafter referred to as a trench lateral power MOSFET) (for example, refer to Non-Patent Document 1). 31 to 33 are views showing the structure of this trench lateral power MOSFET, and FIG. 31 is a plan view. 32 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 31, showing the structure of a region that drives a current as an MOSFET (herein referred to as an active region). FIG. 33 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 31, showing a structure of a region (herein referred to as a gate region) for drawing out the gate polysilicon on the surface of the substrate.

【0003】このMOSFET202は、p-基板20
に形成されたトレンチ21の内周面に沿ってゲート酸化
膜22が形成され、その内側にゲートポリシリコン23
が形成され、さらにトレンチ21の底およびトレンチ2
1の外周にそれぞれドレイン領域となるn+拡散領域2
9およびソース領域となるn+拡散領域27が形成され
た構成となっている。n+拡散領域29(ドレイン領
域)は、トレンチ21の下半部を包囲するn-拡散領域
28(n-ドレイン領域)により囲まれており、さらに
そのn-拡散領域28はpボディとなるp-拡散領域31
により囲まれている。n+拡散領域27(ソース領域)
の外側にはp+拡散領域32が設けられており、下側に
はpベース領域33が形成されている。また、耐圧を確
保するための厚い酸化膜34がトレンチ21内の下半部
に設けられている。図31〜図33において、符号24
はソース電極であり、符号25はドレイン電極であり、
符号26は層間酸化膜であり、符号35はゲート電極で
あり、符号36および符号37はともにコンタクト部で
あり、符号38はn+拡散領域であり、符号39および
符号40はともに層間酸化膜である。このトレンチ横型
パワーMOSFET202によれば、80Vの耐圧で単
位面積当たりのオン抵抗は80mΩ・mm2である。ま
た、デバイスピッチは4μmであり、これは従来の耐圧
80V用の横型パワーMOSFETのデバイスピッチの
約半分である。
This MOSFET 202 is a p - substrate 20.
A gate oxide film 22 is formed along the inner peripheral surface of the trench 21 formed in
And the bottom of the trench 21 and the trench 2 are formed.
N + diffusion region 2 serving as a drain region on the periphery of 1
9 and an n + diffusion region 27 serving as a source region are formed. The n + diffusion region 29 (drain region) is surrounded by an n diffusion region 28 (n − drain region) that surrounds the lower half of the trench 21, and the n diffusion region 28 serves as a p body. - diffusion region 31
It is surrounded by. n + diffusion region 27 (source region)
A p + diffusion region 32 is provided on the outer side of, and a p base region 33 is formed on the lower side. In addition, a thick oxide film 34 for ensuring the breakdown voltage is provided in the lower half of the trench 21. 31 to 33, reference numeral 24
Is a source electrode, reference numeral 25 is a drain electrode,
Reference numeral 26 is an interlayer oxide film, reference numeral 35 is a gate electrode, reference numerals 36 and 37 are both contact portions, reference numeral 38 is an n + diffusion region, and reference numerals 39 and 40 are both interlayer oxide films. is there. According to the trench lateral power MOSFET 202, the on-resistance per unit area is 80 mΩ · mm 2 at a withstand voltage of 80V. The device pitch is 4 μm, which is about half the device pitch of the conventional lateral power MOSFET for a withstand voltage of 80V.

【0004】[0004]

【非特許文献】IEDM ’97 Digest、P.
359〜362)
[Non-Patent Document] IEDM '97 Digest, P.M.
359-362)

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】耐圧が80Vよりも低
いたとえば30Vの横型パワーMOSFETにおいて
も、デバイスピッチを縮小するためにはトレンチ構造を
適用することが望ましい。しかしながら、図31〜図3
3に示すトレンチ横型パワーMOSFET202は80
Vの耐圧に適した構造のものであるため、これをそのま
ま80Vよりも低い耐圧用に適用するとつぎのような不
具合がある。すなわち、耐圧が80Vよりも低いと耐圧
確保用の酸化膜34の厚さは耐圧80V用に比べて薄く
てもよい。つまり、この酸化膜34の厚さを、80Vよ
りも低い耐圧に対して必要十分な厚さにすれば、さらに
全体のサイズを小さくすることが可能となる。それにも
かかわらず、耐圧80V用の構造を適用すると、耐圧確
保用の酸化膜34の厚さを最適化した場合よりも素子全
体のサイズが大きくなってしまうため、素子周辺の配線
抵抗等が大きくなるなどの特性上の不具合が生じる。
Even in a lateral power MOSFET having a withstand voltage lower than 80V, for example, 30V, it is desirable to apply a trench structure in order to reduce the device pitch. However, FIGS.
The trench lateral power MOSFET 202 shown in FIG.
Since it has a structure suitable for a withstand voltage of V, if it is directly applied to a withstand voltage lower than 80V, the following problems occur. That is, when the breakdown voltage is lower than 80V, the thickness of the oxide film 34 for securing the breakdown voltage may be thinner than that for the breakdown voltage 80V. In other words, if the thickness of the oxide film 34 is set to a necessary and sufficient thickness for a breakdown voltage lower than 80V, the entire size can be further reduced. Nevertheless, when the structure for the withstand voltage of 80 V is applied, the size of the entire element becomes larger than that in the case where the thickness of the oxide film 34 for ensuring the withstand voltage is optimized, so that the wiring resistance around the element is large. There is a problem with the characteristics such as

【0006】また、ゲート面積も耐圧確保用の酸化膜3
4の厚さを最適化した場合よりも大きくなり過ぎるた
め、寄生ゲート容量が大きくなり、駆動ロスが増えてし
まう。また、上述したトレンチ横型パワーMOSFET
202を製造する際には、一旦浅いトレンチを掘り、そ
のトレンチの側面を窒化膜で保護した後、さらに深くト
レンチを掘って熱酸化をおこない、耐圧確保用の厚い酸
化膜34を形成するため、製造プロセスが複雑であり、
歩留りの低下を招くおそれがある。本発明は、上記問題
点に鑑みてなされたものであって、従来の耐圧80V用
のトレンチ横型パワーMOSFETよりも簡素なプロセ
ス工程で製造可能であり、かつ従来の80Vよりも低い
耐圧用の横型パワーMOSFETよりもデバイスピッチ
が小さくて単位面積当たりのオン抵抗が小さい80Vよ
りも低い耐圧用に最適化したトレンチ横型パワーMOS
FETよりなる半導体装置、およびその製造方法を提供
することを目的とする。
The gate area is also the oxide film 3 for ensuring the breakdown voltage.
Since the thickness becomes too large as compared with the case where the thickness of 4 is optimized, the parasitic gate capacitance becomes large and the driving loss increases. In addition, the trench lateral power MOSFET described above
When manufacturing 202, a shallow trench is once dug, the side surface of the trench is protected by a nitride film, and then the trench is deepened to perform thermal oxidation to form a thick oxide film 34 for ensuring a withstand voltage. The manufacturing process is complicated,
There is a risk of lowering the yield. The present invention has been made in view of the above problems, and can be manufactured by simpler process steps than a conventional trench lateral power MOSFET for a withstand voltage of 80V, and a lateral type for a withstand voltage lower than the conventional 80V. Trench lateral power MOS optimized for withstand voltage lower than 80V, which has a smaller device pitch and smaller on-resistance per unit area than a power MOSFET
An object of the present invention is to provide a semiconductor device including an FET and a manufacturing method thereof.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、半導体基板にトレンチおよびドリフト領
域を形成し、活性領域に相当する領域においてトレンチ
の底部を選択酸化して厚いゲート絶縁膜を形成する。ま
た、トレンチの側面に沿って薄く均一な厚さのゲート絶
縁膜を形成し、その内側にゲートポリシリコンとなる第
1の導電体を形成する。そして、ベース領域およびソー
ス領域を形成し、トレンチの底部にドレイン領域を形成
し、第1の導電体の内側に層間絶縁膜を介してドレイン
ポリシリコンとなる第2の導電体を設ける。この発明に
おいて、トレンチ底部のゲート絶縁膜を、ゲートポリシ
リコンの下側で、ドレインポリシリコンに向かって連続
的に厚くする。また、同一基板上にトレンチMOSFE
TとプレーナーMOSFETとを集積した半導体装置の
場合には、トレンチの底部の選択酸化工程と、素子分離
のための選択酸化工程とを共通化する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a thick gate insulating film by forming a trench and a drift region in a semiconductor substrate and selectively oxidizing the bottom of the trench in a region corresponding to an active region. To form. In addition, a thin and uniform gate insulating film is formed along the side surface of the trench, and a first conductor to be gate polysilicon is formed inside the gate insulating film. Then, a base region and a source region are formed, a drain region is formed at the bottom of the trench, and a second conductor serving as drain polysilicon is provided inside the first conductor via an interlayer insulating film. In the present invention, the gate insulating film at the bottom of the trench is continuously thickened below the gate polysilicon toward the drain polysilicon. Also, trench MOSFE on the same substrate
In the case of a semiconductor device in which T and a planar MOSFET are integrated, the selective oxidation step at the bottom of the trench and the selective oxidation step for element isolation are shared.

【0008】この発明によれば、トレンチの側部にMO
SFETが自己整合的に形成されるため、トレンチ底面
での選択酸化工程を除いてはマスク合わせ精度が不要と
なり、デバイスピッチが小さくなる。また、従来の耐圧
80V用のトレンチ横型パワーMOSFETのように高
耐圧を確保するための厚い酸化膜が不要であるため、ゲ
ート面積や素子サイズが小さくなる。また、製造プロセ
スにおいてトレンチエッチングの回数が1回となる。
According to the present invention, the MO is formed on the side of the trench.
Since the SFET is formed in a self-aligned manner, the mask alignment accuracy becomes unnecessary except for the selective oxidation step on the bottom surface of the trench, and the device pitch becomes small. Further, unlike the conventional trench lateral power MOSFET for a withstand voltage of 80 V, a thick oxide film for ensuring a high withstand voltage is not required, so that the gate area and the element size are reduced. Further, the number of times of trench etching is one in the manufacturing process.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下にお
いては第1導電体をp型とし、第2導電体をn型として
説明するが、本発明はその逆の場合にも適用可能であ
る。 実施の形態1.図1は、本発明の実施の形態1にかかる
トレンチ横型パワーMOSFETの要部を示す平面図で
ある。このトレンチ横型パワーMOSFET1は、図1
に示すように、p型基板50にストライプ状に複数のト
レンチ51を形成し、それらトレンチ51を横断するよ
うにゲートポリシリコン52を形成し、基板表面にゲー
ト電極53、櫛歯状のソース電極54および櫛歯状のド
レイン電極55を形成した構成となっている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In the following description, the first conductor is p-type and the second conductor is n-type. However, the present invention can be applied to the opposite case. Embodiment 1. FIG. 1 is a plan view showing an essential part of a trench lateral power MOSFET according to a first embodiment of the present invention. This trench lateral power MOSFET 1 is shown in FIG.
, A plurality of trenches 51 are formed in a stripe shape on the p-type substrate 50, a gate polysilicon 52 is formed so as to cross the trenches 51, a gate electrode 53 and a comb-shaped source electrode are formed on the substrate surface. 54 and the comb-teeth-shaped drain electrode 55 are formed.

【0010】ゲートポリシリコン52はコンタクト部5
6を介してゲート電極53に電気的に接続されている。
ドレイン電極55は、図1において図示省略するが、コ
ンタクト部を介してトレンチ51内のポリシリコンに電
気的に接続されている。そのポリシリコンはトレンチ5
1の底のドレイン領域となるn+拡散領域58に電気的
に接続されている。また、ソース電極54はコンタクト
部57を介してソース領域となるn+拡散領域61に電
気的に接続されている。図1において、基板表面部分
の、トレンチ51以外の領域はpベース領域である。ま
た、基板表面部分の、p+拡散領域41とトレンチ51
を除く領域がn+拡散領域62となっている。
The gate polysilicon 52 has a contact portion 5.
It is electrically connected to the gate electrode 53 via 6.
Although not shown in FIG. 1, the drain electrode 55 is electrically connected to the polysilicon in the trench 51 via the contact portion. The polysilicon is trench 5
It is electrically connected to the n + diffusion region 58 which will be the drain region at the bottom of 1. The source electrode 54 is electrically connected to the n + diffusion region 61 serving as the source region via the contact portion 57. In FIG. 1, a region other than the trench 51 on the substrate surface portion is a p base region. In addition, the p + diffusion region 41 and the trench 51 in the substrate surface portion
The region other than is the n + diffusion region 62.

【0011】つぎに、MOSFETとして電流を駆動す
る活性領域における断面構造について説明する。図2
は、図1のC−Cにおける縦断面図であり、活性領域に
おける構成を示している。ゲート絶縁膜となるゲート酸
化膜59はトレンチ51の側面に沿ってほぼ均一な厚さ
で形成されている。このゲート酸化膜59はトレンチ5
1の底面も被覆しており、トレンチ51の底面ではトレ
ンチ51の側面の厚さよりも厚くなっている。図2にお
いて符号83はこの底面部分の厚いゲート酸化膜であ
る。第1の導電体であるゲートポリシリコン52は、ゲ
ート酸化膜59の内側に沿ってトレンチ51のほぼ上下
にわたって形成されている。このゲートポリシリコン5
2は、図3に関連して後述するゲート領域まで延びてい
る。
Next, the cross-sectional structure of the active region that drives the current as the MOSFET will be described. Figure 2
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view taken along the line C-C in FIG. 1, showing the configuration in the active region. The gate oxide film 59 serving as a gate insulating film is formed along the side surface of the trench 51 with a substantially uniform thickness. This gate oxide film 59 is formed in the trench 5
The bottom surface of the trench 51 is also covered, and the bottom surface of the trench 51 is thicker than the side surface of the trench 51. In FIG. 2, reference numeral 83 is a thick gate oxide film on the bottom surface. The gate polysilicon 52, which is the first conductor, is formed along the inside of the gate oxide film 59 and substantially above and below the trench 51. This gate polysilicon 5
2 extends to the gate region described below in connection with FIG.

【0012】トレンチ51の下半部の外側領域は、n型
のドリフト領域となるn拡散領域60である。そのn拡
散領域60内において、トレンチ51の底の中央部にド
レイン領域となるn+拡散領域58が設けられている。
+拡散領域58(ドレイン領域)は、トレンチ51内
に設けられた第2の導電体であるドレインポリシリコン
63を介してドレイン電極55に電気的に接続されてい
る。このドレインポリシリコン63は、トレンチ51内
において層間絶縁膜である層間酸化膜65によりゲート
ポリシリコン52から絶縁されている。また、トレンチ
51の上半部の外側領域はpベース領域62であり、そ
のpベース領域62上の基板表面領域にソース領域とな
るn+拡散領域61が形成されている。n+拡散領域61
(ソース領域)は、基板表面に形成されたソース電極5
4に電気的に接続されている。pベース領域62は、平
面的に別な場所のn+拡散領域61のない部分でp+拡散
領域41を介してソース電極54に電気的に接続されて
いる。図2において、符号66は層間酸化膜(層間絶縁
膜)である。
The outer region of the lower half of the trench 51 is an n diffusion region 60 which becomes an n type drift region. In the n diffusion region 60, an n + diffusion region 58 serving as a drain region is provided at the center of the bottom of the trench 51.
The n + diffusion region 58 (drain region) is electrically connected to the drain electrode 55 via the drain polysilicon 63 which is the second conductor provided in the trench 51. The drain polysilicon 63 is insulated from the gate polysilicon 52 in the trench 51 by an interlayer oxide film 65 which is an interlayer insulating film. The outer region of the upper half of the trench 51 is the p base region 62, and the n + diffusion region 61 serving as the source region is formed in the substrate surface region on the p base region 62. n + diffusion region 61
The (source region) is the source electrode 5 formed on the substrate surface.
4 is electrically connected. The p base region 62 is electrically connected to the source electrode 54 via the p + diffusion region 41 at a portion where the n + diffusion region 61 is not provided at another place in plan view. In FIG. 2, reference numeral 66 is an interlayer oxide film (interlayer insulating film).

【0013】つぎに、基板表面にゲートポリシリコン5
2を引き出すゲート領域における断面構造について説明
する。図3は、図1のD−Dにおける縦断面図であり、
ゲート領域における構成を示している。トレンチ51の
外側領域は前記n拡散領域60となっている。ゲート酸
化膜59はトレンチ51の側面および底面に沿って形成
されている。また、ゲート酸化膜59は基板表面も被覆
している。図3では、ゲート酸化膜59はトレンチ51
の側面および底面に沿って均一な厚さで形成されている
が、図2に示す活性領域の構成と同様に、ゲート酸化膜
59の、トレンチ51の底面を覆う部分がトレンチ側面
の部分よりも厚く形成されていてもよい。ゲートポリシ
リコン52は、基板表面およびトレンチ51内面に沿っ
てゲート酸化膜59の表面上に形成されている。
Next, the gate polysilicon 5 is formed on the surface of the substrate.
The cross-sectional structure in the gate region for drawing out 2 will be described. FIG. 3 is a vertical cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
The structure in the gate region is shown. The outer region of the trench 51 is the n diffusion region 60. The gate oxide film 59 is formed along the side surface and the bottom surface of the trench 51. The gate oxide film 59 also covers the surface of the substrate. In FIG. 3, the gate oxide film 59 is the trench 51.
Is formed with a uniform thickness along the side surface and the bottom surface of the gate oxide film 59. However, similarly to the structure of the active region shown in FIG. It may be formed thick. Gate polysilicon 52 is formed on the surface of gate oxide film 59 along the substrate surface and the inner surface of trench 51.

【0014】ゲートポリシリコン52の表面上には、ゲ
ートポリシリコン52に沿って層間酸化膜67が積層さ
れている。トレンチ51内の、その層間酸化膜67に挟
まれた部分には前記層間酸化膜65を介して前記ドレイ
ンポリシリコン63が設けられている。ドレインポリシ
リコン63上のドレイン電極55とゲート電極53との
間には、層間酸化膜66が形成されている。上述した構
成のゲート領域および活性領域が同一素子に存在する。
ここで、特に限定しないが、各部の寸法および不純物の
表面濃度はつぎのとおりである。たとえばトレンチ51
について、その深さは2μmであり、その幅は3μmで
ある。トレンチ51のピッチはたとえば3μmであり、
この3μm幅のトレンチ51間の基板表面領域に前記p
ベース領域62およびソース領域となる前記n+拡散領
域61が形成される。pベース領域62の拡散深さはた
とえば1μmであり、表面濃度はたとえば1×1018
-3である。また、前記n+拡散領域58(ドレイン領
域)および前記n+拡散領域61(ソース領域)につい
て、それぞれたとえば拡散深さは0.2μmであり、表
面濃度は1×1020cm-3である。また、たとえば前記
n拡散領域60(ドリフト領域)の拡散深さは2μmで
あり、表面濃度は2×1016cm-3である。
An interlayer oxide film 67 is laminated on the surface of the gate polysilicon 52 along the gate polysilicon 52. The drain polysilicon 63 is provided in a portion of the trench 51 sandwiched by the interlayer oxide film 67 via the interlayer oxide film 65. An interlayer oxide film 66 is formed on the drain polysilicon 63 between the drain electrode 55 and the gate electrode 53. The gate region and the active region having the above structure are present in the same element.
Here, although not particularly limited, the dimensions of each part and the surface concentration of impurities are as follows. For example trench 51
, Its depth is 2 μm and its width is 3 μm. The pitch of the trenches 51 is, for example, 3 μm,
In the substrate surface area between the trenches 51 having a width of 3 μm, the p
The base region 62 and the n + diffusion region 61 to be the source region are formed. The diffusion depth of p base region 62 is, for example, 1 μm, and the surface concentration is, for example, 1 × 10 18 c.
m -3 . Each of the n + diffusion region 58 (drain region) and the n + diffusion region 61 (source region) has, for example, a diffusion depth of 0.2 μm and a surface concentration of 1 × 10 20 cm −3 . Further, for example, the n-diffusion region 60 (drift region) has a diffusion depth of 2 μm and a surface concentration of 2 × 10 16 cm −3 .

【0015】ゲート酸化膜59の厚さはトレンチ51の
側面ではたとえば0.02μmである。トレンチ51の
底面でのゲート酸化膜83の厚さは、ゲートポリシリコ
ン52の下側においてドレイン電極となるドレインポリ
シリコン63に向かって連続的に厚くなる。そして、ゲ
ートポリシリコン52の下側でドレインポリシリコン6
3に最も近い箇所でのゲート酸化膜83の厚さをt1
(図2参照)とすれば、t1はたとえば0.22μmで
ある。また、ゲートポリシリコン52の厚さをtp(図
2参照)とすれば、tpはたとえば0.3μmである。
つぎに、実施の形態1にかかるトレンチ横型パワーMO
SFET1の製造プロセスについて説明する。図4〜図
14はトレンチ横型パワーMOSFET1の製造段階に
おける要部を示す縦断面図であるが、これらの図におい
ては1個のトレンチ51についてのみ示す。まず、たと
えば比抵抗12Ωcmのp型基板50の表面にたとえば
厚さ1μmのマスク酸化膜71を成長させる。そのマス
ク酸化膜71の一部を選択的に除去してトレンチ形成部
を開口させる。そのパターニングされたマスク酸化膜7
1をマスクとしてRIE(反応性イオンエッチング)に
より、たとえば開口幅3μmのトレンチ51をたとえば
3μm間隔で複数形成する。そして、斜めイオン注入に
より、基板50の、トレンチ51の側面および底面の部
分にドリフト領域となるn拡散領域60を形成する(図
4)。
The thickness of gate oxide film 59 is, for example, 0.02 μm on the side surface of trench 51. The thickness of the gate oxide film 83 at the bottom surface of the trench 51 is continuously increased toward the drain polysilicon 63 which serves as a drain electrode below the gate polysilicon 52. The drain polysilicon 6 is formed below the gate polysilicon 52.
The thickness of the gate oxide film 83 at the position closest to 3 is t1.
(See FIG. 2), t1 is, for example, 0.22 μm. If the thickness of the gate polysilicon 52 is tp (see FIG. 2), tp is 0.3 μm, for example.
Next, the trench lateral power MO according to the first embodiment
The manufacturing process of the SFET 1 will be described. 4 to 14 are vertical cross-sectional views showing the main part of the lateral trench power MOSFET 1 in the manufacturing stage, but in these figures, only one trench 51 is shown. First, for example, a mask oxide film 71 having a thickness of 1 μm is grown on the surface of the p-type substrate 50 having a specific resistance of 12 Ωcm. Part of the mask oxide film 71 is selectively removed to open the trench formation portion. The patterned mask oxide film 7
A plurality of trenches 51 having an opening width of 3 μm are formed at intervals of 3 μm, for example, by RIE (reactive ion etching) using 1 as a mask. Then, by oblique ion implantation, an n diffusion region 60 to be a drift region is formed on the side surface and the bottom surface of the trench 51 of the substrate 50 (FIG. 4).

【0016】マスク酸化膜71を除去した後、バッファ
ー酸化膜81をたとえば0.03μmの厚さで形成し、
その上にたとえば厚さ0.15μmの窒化膜82を堆積
する。その後、フォトレジストを塗布し、露光、現像に
より、フォトレジストの、活性領域のトレンチ51の底
面部分の一部を選択的に除去してレジストマスクを形成
する。このレジストマスクを用いて窒化膜82の、活性
領域のトレンチ51の底面部分の一部を選択的に除去す
る。その際、ゲート領域のトレンチ51の底面の窒化膜
を同時に除去してもよい。そして、残留したレジストマ
スクを除去する。この工程により、活性領域のトレンチ
51の底面部分の一部にバッファー酸化膜81が露出す
る。このバッファー酸化膜81の露出領域、すなわち活
性領域のトレンチ51の底面部分において窒化膜82が
除去された領域と、トレンチ底面の端部との距離をt2
とすれば、t2はたとえば0.5μm以上である(図
5)。
After removing the mask oxide film 71, a buffer oxide film 81 is formed to a thickness of 0.03 μm, for example.
A nitride film 82 having a thickness of 0.15 μm, for example, is deposited thereon. After that, a photoresist is applied, and by exposure and development, a part of the bottom surface portion of the trench 51 in the active region of the photoresist is selectively removed to form a resist mask. Using this resist mask, a part of the bottom surface portion of the trench 51 in the active region of the nitride film 82 is selectively removed. At that time, the nitride film on the bottom surface of the trench 51 in the gate region may be simultaneously removed. Then, the remaining resist mask is removed. By this step, the buffer oxide film 81 is exposed at a part of the bottom surface portion of the trench 51 in the active region. The distance between the exposed region of the buffer oxide film 81, that is, the region where the nitride film 82 is removed in the bottom surface portion of the trench 51 in the active region, and the end portion of the bottom surface of the trench is t2.
Then, t2 is, for example, 0.5 μm or more (FIG. 5).

【0017】つぎに、残留した窒化膜82をマスクとし
てたとえば1000℃で熱酸化をおこない、窒化膜82
の開口部にたとえば厚さ0.6μmの選択酸化膜を形成
する。この選択酸化膜がトレンチ底面部分の厚いゲート
酸化膜83となる。つづいて、窒化膜82とバッファー
酸化膜81を除去する(図6)。つぎに、犠牲酸化によ
りトレンチ51の側面を清浄化した後、トレンチ51の
側面および底面にたとえば厚さ0.02μmのゲート酸
化膜59を形成する。ゲート酸化膜59は基板表面上に
延びる。しかる後、ゲート酸化膜59上にたとえば厚さ
0.3μmのポリシリコン72を堆積する。さらに、ポ
リシリコン72上にたとえば厚さ0.4μmの層間酸化
膜67を堆積する。その後、フォトレジストを塗布し、
露光、現像によりゲート領域にのみ選択的にレジストマ
スク73を形成する。活性領域のレジストは除去され
る。このレジストマスク73を用いて層間酸化膜67を
選択的に除去する。この工程により、活性領域では層間
酸化膜67が除去されてポリシリコン72が露出する
(図7)。一方、ゲート領域では層間酸化膜67および
レジストマスク73はそのまま残る(図8)。
Next, using the remaining nitride film 82 as a mask, thermal oxidation is performed at, for example, 1000 ° C. to obtain the nitride film 82.
A selective oxide film having a thickness of 0.6 μm, for example, is formed in the opening. This selective oxide film becomes the thick gate oxide film 83 at the bottom of the trench. Subsequently, the nitride film 82 and the buffer oxide film 81 are removed (FIG. 6). Next, after cleaning the side surface of the trench 51 by sacrificial oxidation, a gate oxide film 59 having a thickness of 0.02 μm, for example, is formed on the side surface and the bottom surface of the trench 51. Gate oxide film 59 extends over the surface of the substrate. Then, polysilicon 72 having a thickness of 0.3 μm, for example, is deposited on the gate oxide film 59. Further, an interlayer oxide film 67 having a thickness of 0.4 μm is deposited on polysilicon 72. After that, apply photoresist,
A resist mask 73 is selectively formed only in the gate region by exposure and development. The resist in the active area is removed. The interlayer oxide film 67 is selectively removed using this resist mask 73. By this step, the interlayer oxide film 67 is removed in the active region to expose the polysilicon 72 (FIG. 7). On the other hand, the interlayer oxide film 67 and the resist mask 73 remain as they are in the gate region (FIG. 8).

【0018】つづいて、残留したレジストマスク73を
除去し、ポリシリコン72を異方性エッチングによりエ
ッチバックする。この工程により、活性領域ではトレン
チ51の側面を除いてポリシリコン72が除去され、ト
レンチ51の側面にのみポリシリコン72が残る。この
残ったポリシリコン72が活性領域におけるゲートポリ
シリコン52となる。このエッチバック工程において
は、活性領域に残ったポリシリコン72の上端がトレン
チ51の表面、すなわち最初の基板表面よりも低くなる
ようにオーバーエッチングする。それによって、ポリシ
リコン72の上端は、基板表面上のゲート酸化膜59の
上面よりもtovだけ低くなる(tov:オーバーエッ
チ量)。
Subsequently, the remaining resist mask 73 is removed, and the polysilicon 72 is etched back by anisotropic etching. By this step, the polysilicon 72 is removed except the side surface of the trench 51 in the active region, and the polysilicon 72 remains only on the side surface of the trench 51. The remaining polysilicon 72 becomes the gate polysilicon 52 in the active region. In this etch back step, overetching is performed so that the upper end of the polysilicon 72 remaining in the active region is lower than the surface of the trench 51, that is, the surface of the first substrate. As a result, the upper end of the polysilicon 72 becomes lower than the upper surface of the gate oxide film 59 on the substrate surface by tov (tov: overetch amount).

【0019】つづいて、基板表面にイオン注入をおこな
った後、ドライブ熱処理をおこなう。それによって、活
性領域において、たとえば拡散深さ1μmで表面濃度1
×1018cm-3のpベース領域62と、たとえば拡散深
さ0.2μmで表面濃度1×1020cm-3のn+拡散領
域61(ソース領域)と、たとえば拡散深さ0.2μm
で表面濃度1×1020cm-3のp+拡散領域41が形成
される。n+拡散領域61とp+拡散領域41とは、イオ
ン注入時に適宜レジストマスクを用いて分けられる(図
9)。一方、ゲート領域では層間酸化膜67によりポリ
シリコン72のエッチングが阻止されるので、ポリシリ
コン72はそのままゲートポリシリコン52として残る
(図10)。
Subsequently, drive heat treatment is performed after ion implantation is performed on the substrate surface. Thereby, in the active region, for example, a diffusion depth of 1 μm and a surface concentration of 1
A p base region 62 of x10 18 cm -3 , an n + diffusion region 61 (source region) having a diffusion depth of 0.2 μm and a surface concentration of 1 × 10 20 cm -3 , for example, a diffusion depth of 0.2 μm.
Thus, a p + diffusion region 41 having a surface concentration of 1 × 10 20 cm −3 is formed. The n + diffusion region 61 and the p + diffusion region 41 are appropriately separated by using a resist mask at the time of ion implantation (FIG. 9). On the other hand, in the gate region, the etching of the polysilicon 72 is blocked by the interlayer oxide film 67, so that the polysilicon 72 remains as the gate polysilicon 52 (FIG. 10).

【0020】つづいて、400℃前後の雰囲気でのLP
CVDやP−TEOSなどの成膜方法により層間酸化膜
65を積層する。このような成膜方法を用いることによ
って、トレンチ51内における層間酸化膜65の成長速
度は、トレンチ51の外、すなわち基板表面における層
間酸化膜65の成長速度の約50%となる。したがっ
て、層間酸化膜65の、トレンチ51の底面に堆積した
部分の厚さは、基板表面における部分の厚さよりも薄く
なる(図11(活性領域)、図12(ゲート領域))。
つづいて、フォトレジストを塗布し、露光、現像によ
り、フォトレジストの、活性領域のトレンチ51の底面
部分の一部を除去してレジストマスクを形成する。この
レジストマスクを用いて、層間酸化膜65およびトレン
チ底面部分の厚いゲート酸化膜83の、活性領域のトレ
ンチ51の底面部分の一部を選択的に除去して、これら
層間酸化膜65およびゲート酸化膜83を貫通するコン
タクトホールを形成する。そして、残留したレジストマ
スクを除去する。つぎに、活性領域のトレンチ51の底
部に、イオン注入によりドレイン領域となるn+拡散領
域58を形成する(図13(活性領域)、図14(ゲー
ト領域))。
Next, LP in an atmosphere around 400 ° C.
The interlayer oxide film 65 is laminated by a film forming method such as CVD or P-TEOS. By using such a film forming method, the growth rate of the interlayer oxide film 65 inside the trench 51 becomes about 50% of the growth rate of the interlayer oxide film 65 outside the trench 51, that is, on the substrate surface. Therefore, the thickness of the portion of the interlayer oxide film 65 deposited on the bottom surface of the trench 51 is smaller than the thickness of the portion on the substrate surface (FIG. 11 (active region), FIG. 12 (gate region)).
Subsequently, a photoresist is applied, and by exposure and development, a part of the bottom surface of the trench 51 in the active region of the photoresist is removed to form a resist mask. Using this resist mask, a part of the bottom surface portion of the trench 51 in the active region of the interlayer oxide film 65 and the thick gate oxide film 83 on the bottom surface portion of the trench is selectively removed to remove the interlayer oxide film 65 and the gate oxide film. A contact hole penetrating the film 83 is formed. Then, the remaining resist mask is removed. Next, an n + diffusion region 58 to be a drain region is formed by ion implantation at the bottom of the trench 51 in the active region (FIG. 13 (active region), FIG. 14 (gate region)).

【0021】なお、フォトリソグラフィ技術およびエッ
チングによって層間酸化膜65の選択除去をおこなう代
わりに、トレンチ底面部分の厚いゲート酸化膜83、ゲ
ートポリシリコン52となるポリシリコン72および層
間酸化膜65の膜厚の組み合わせによっては、層間酸化
膜65および厚いゲート酸化膜83を自己整合的に除去
して、コンタクトホールを開口することも可能である。
しかる後、ポリシリコンを堆積し、それをエッチバック
してトレンチ51内をポリシリコン63で埋め、その上
全面に層間絶縁膜66を形成する。その層間絶縁膜66
にコンタクトホールを開口し、メタルを堆積してゲート
電極53、ソース電極54およびドレイン電極55を形
成する。以上のようにして、活性領域においては図2に
示す断面構造を有し、かつゲート領域においては図3に
示す断面構造を有するトレンチ横型パワーMOSFET
1ができあがる。
Instead of selectively removing the interlayer oxide film 65 by photolithography and etching, the thickness of the thick gate oxide film 83 at the bottom of the trench, the polysilicon 72 to be the gate polysilicon 52, and the interlayer oxide film 65. Depending on the combination, it is possible to remove the interlayer oxide film 65 and the thick gate oxide film 83 in a self-aligned manner to open the contact hole.
Then, polysilicon is deposited, the trench 51 is etched back to fill the trench 51 with polysilicon 63, and an interlayer insulating film 66 is formed on the entire surface. The interlayer insulating film 66
A contact hole is opened in and a metal is deposited to form a gate electrode 53, a source electrode 54 and a drain electrode 55. As described above, the trench lateral power MOSFET having the sectional structure shown in FIG. 2 in the active region and the sectional structure shown in FIG. 3 in the gate region.
1 is completed.

【0022】ここで、上述した3つのパラメータt1、
t2およびtpの組み合わせ変更した例を3つ挙げ、そ
れぞれの図1のC−Cにおける縦断面構造を図15〜図
17に示す。図15に示す第1の例では、t1=0.1
μm、t2≧0.7μmおよびtp=0.3μmであ
る。この第1の例では、図2に示す断面構造と同様に、
トレンチ51の底面でのゲート酸化膜83は、ゲートポ
リシリコン52の下側においてドレインポリシリコン6
3に向かって連続的に厚くなる。図16に示す第2の例
では、t1=0.04μm、t2≧0.9μmおよびt
p=0.3μmである。この第2の例では、トレンチ5
1の底面でのゲート酸化膜83は、ゲートポリシリコン
52の下側の一部においてドレインポリシリコン63に
向かって連続的に厚くなる。
Here, the above-mentioned three parameters t1,
Three examples in which the combinations of t2 and tp are changed are given, and the vertical cross-sectional structures along CC in FIG. 1 are shown in FIGS. In the first example shown in FIG. 15, t1 = 0.1
μm, t2 ≧ 0.7 μm and tp = 0.3 μm. In this first example, similar to the sectional structure shown in FIG.
The gate oxide film 83 on the bottom surface of the trench 51 is formed on the lower side of the gate polysilicon 52 by the drain polysilicon 6
It becomes thicker toward 3 continuously. In the second example shown in FIG. 16, t1 = 0.04 μm, t2 ≧ 0.9 μm and t
p = 0.3 μm. In this second example, the trench 5
The gate oxide film 83 on the bottom surface of No. 1 continuously becomes thicker toward the drain polysilicon 63 in a part of the lower side of the gate polysilicon 52.

【0023】図17に示す第3の例では、t1=0.0
2μm、t2≧1.0μmおよびtp=0.3μmであ
る。この第3の例では、トレンチ51の底面でのゲート
酸化膜83の厚さは、ゲートポリシリコン52の下側に
おいて均一である。つまり、第3の例は、ゲート酸化膜
83はゲートポリシリコン52の下側においてドレイン
ポリシリコン63に向かって厚くならない例である。つ
ぎに、上述した3つのパラメータt1、t2およびtp
の好適な範囲または相互の関係について考察した結果に
ついて説明する。図18は、0.2μm≦tp≦0.7
μmおよび0.18μm≦t2≦1.4μmの範囲でt
1の値を調べた結果を示す特性図である。ここで、t2
の値を0.18μm以上とした理由は、バッファー酸化
膜81の膜厚と窒化膜82の膜厚との合計が0.18μ
mとなるからである。
In the third example shown in FIG. 17, t1 = 0.0.
2 μm, t2 ≧ 1.0 μm and tp = 0.3 μm. In the third example, the thickness of the gate oxide film 83 on the bottom surface of the trench 51 is uniform below the gate polysilicon 52. That is, the third example is an example in which the gate oxide film 83 does not become thicker toward the drain polysilicon 63 below the gate polysilicon 52. Next, the above three parameters t1, t2 and tp
The results of consideration of the preferable range or mutual relationship will be described. FIG. 18 shows 0.2 μm ≦ tp ≦ 0.7.
in the range of μm and 0.18 μm ≦ t2 ≦ 1.4 μm
It is a characteristic view which shows the result of having investigated the value of 1. Where t2
Is 0.18 μm or more because the total thickness of the buffer oxide film 81 and the nitride film 82 is 0.18 μm.
This is because m.

【0024】図18から明らかなように、t2=tp+
0.7μmとなる条件でt1の値は0.02μmであ
る。つまり、ゲートポリシリコン52の下側でドレイン
ポリシリコン63に最も近い箇所でのゲート酸化膜83
の厚さt1は0.02μmである。一方、上述したよう
に、ゲート酸化膜59の、トレンチ51の側面に沿う部
分の厚さは0.02μmである。したがって、この条件
(t2=tp+0.7μm)では、ゲート酸化膜83
の、ゲートポリシリコン52の下側でドレインポリシリ
コン63に最も近い箇所での厚さは、トレンチ51の側
面に沿うゲート酸化膜59の厚さと同じになる。
As is apparent from FIG. 18, t2 = tp +
The value of t1 is 0.02 μm under the condition of 0.7 μm. That is, the gate oxide film 83 at the position below the gate polysilicon 52 and closest to the drain polysilicon 63.
Has a thickness t1 of 0.02 μm. On the other hand, as described above, the thickness of the portion of the gate oxide film 59 along the side surface of the trench 51 is 0.02 μm. Therefore, under this condition (t2 = tp + 0.7 μm), the gate oxide film 83
The thickness of the portion of the gate polysilicon 52 below the gate polysilicon 52 closest to the drain polysilicon 63 is the same as the thickness of the gate oxide film 59 along the side surface of the trench 51.

【0025】t2=tp+0.6μmとなる条件ではt
1の値は0.03μm以上である。また、t2=tp+
0.4μmとなる条件ではt1の値は0.07μm以上
である。また、t2=tp+0.2μmとなる条件では
t1の値は0.18μm以上である。つまり、t2の値
が0.18μm≦t2≦tp+0.6μmを満たせば、
ゲートポリシリコン52の下側でドレインポリシリコン
63に最も近い箇所でのゲート酸化膜83の厚さは、ゲ
ート酸化膜59の、トレンチ51の側面に沿う部分の厚
さよりも厚くなる。また、トレンチ横型パワーMOSF
ETの耐圧を調べたところ、t2の値が、0.18μm
≦t2≦tp+0.2μmのときの耐圧が最も高く、つ
いでtp+0.2μm≦t2≦tp+0.4μmのとき
の耐圧が高く、そのつぎがtp+0.4μm≦t2≦t
p+0.6μmのときである。このように耐圧が向上す
る理由は、ドレインポリシリコン63に近接するゲート
酸化膜83の膜厚が増加したことと、ゲート酸化膜83
を作製するための選択酸化をおこなう際にトレンチ51
の底面のトレンチコーナー部が丸くなったからである。
また、上述したような順序で耐圧が高くなる理由は、ド
レインポリシリコン63に近接するゲート酸化膜83の
膜厚がこの順に厚くなるからである。
Under the condition that t2 = tp + 0.6 μm, t
The value of 1 is 0.03 μm or more. Also, t2 = tp +
Under the condition of 0.4 μm, the value of t1 is 0.07 μm or more. Further, under the condition that t2 = tp + 0.2 μm, the value of t1 is 0.18 μm or more. That is, if the value of t2 satisfies 0.18 μm ≦ t2 ≦ tp + 0.6 μm,
The thickness of the gate oxide film 83 below the gate polysilicon 52 and closest to the drain polysilicon 63 is larger than the thickness of the portion of the gate oxide film 59 along the side surface of the trench 51. Also, a trench lateral power MOSF
When the withstand voltage of ET was examined, the value of t2 was 0.18 μm.
The breakdown voltage is highest when ≦ t2 ≦ tp + 0.2 μm, followed by the breakdown voltage when tp + 0.2 μm ≦ t2 ≦ tp + 0.4 μm, and then tp + 0.4 μm ≦ t2 ≦ t
This is when p + 0.6 μm. The reason why the breakdown voltage is improved is that the thickness of the gate oxide film 83 adjacent to the drain polysilicon 63 is increased and that the gate oxide film 83 is increased.
When performing the selective oxidation for manufacturing the trench 51
This is because the trench corners on the bottom surface of the are rounded.
The reason why the breakdown voltage becomes higher in the above-described order is that the gate oxide film 83 adjacent to the drain polysilicon 63 becomes thicker in this order.

【0026】図19は、実施の形態1のトレンチ横型パ
ワーMOSFETのオン抵抗RonAおよび耐圧BVと
上記パラメータt1との関係を示す特性図である。ここ
で、ゲートポリシリコン52の膜厚tpを0.3μmと
した。オン抵抗はt1の値にかかわらずほぼ一定であ
り、おおよそ13mΩ・mm2であった。オン抵抗がほ
ぼ一定である理由は、pベース領域62の、トレンチ側
壁でのゲート酸化膜59と向かい合うチャネル領域での
抵抗が、オン抵抗の中で支配的であるからである。耐圧
は、t1の値がトレンチ側壁でのゲート酸化膜59の膜
厚と同じ(0.02μm)であるときには15Vであ
り、t1の増加とともに高耐圧化し、t1の値が0.3
7μm以上では30Vを超えた。
FIG. 19 is a characteristic diagram showing the relationship between the on-resistance RonA and the breakdown voltage BV of the trench lateral power MOSFET of the first embodiment and the parameter t1. Here, the film thickness tp of the gate polysilicon 52 is set to 0.3 μm. The on-resistance was almost constant regardless of the value of t1, and was about 13 mΩ · mm 2 . The on-resistance is almost constant because the resistance of the p-base region 62 in the channel region facing the gate oxide film 59 on the trench sidewall is dominant in the on-resistance. The withstand voltage is 15 V when the value of t1 is the same (0.02 μm) as the film thickness of the gate oxide film 59 on the side wall of the trench, and the withstand voltage is increased with the increase of t1, and the value of t1 is 0.3.
It exceeded 30 V at 7 μm or more.

【0027】上述した実施の形態1によれば、トレンチ
51の側部にMOSFETが自己整合的に形成されるた
め、トレンチ底面に厚いゲート酸化膜83を形成するた
めの選択酸化工程を除いてはマスク合わせ精度が不要と
なり、デバイスピッチを小さくすることができる。ま
た、実施の形態1によれば、従来の耐圧80V用のトレ
ンチ横型パワーMOSFET(図31〜図33参照)の
ように高耐圧を確保するための厚い酸化膜をトレンチ側
部に形成する必要がないので、この耐圧80V用のトレ
ンチ横型パワーMOSFETよりもゲート面積や素子サ
イズが小さくなる。したがって、従来の耐圧80V用の
トレンチ横型パワーMOSFETを耐圧30V用に適用
した場合に起こり得る配線抵抗等の増大や駆動ロスの増
大という特性上の劣化を回避することができる。
According to the first embodiment described above, MOSFETs are formed on the sides of the trench 51 in a self-aligned manner. Therefore, except for the selective oxidation step for forming the thick gate oxide film 83 on the bottom surface of the trench. The mask alignment accuracy becomes unnecessary, and the device pitch can be reduced. Further, according to the first embodiment, it is necessary to form a thick oxide film on the trench side portion for ensuring a high breakdown voltage, as in the conventional trench lateral power MOSFET for breakdown voltage 80V (see FIGS. 31 to 33). Therefore, the gate area and the element size are smaller than those of the trench lateral power MOSFET for the withstand voltage 80V. Therefore, it is possible to avoid characteristic deterioration such as an increase in wiring resistance and an increase in drive loss that may occur when the conventional trench lateral power MOSFET for a withstand voltage of 80V is applied for a withstand voltage of 30V.

【0028】また、実施の形態1によれば、基板と素子
の間に生ずる寄生容量が小さくなり、かつゲート、ソー
スおよびドレインの配線長が短くなることによって寄生
の配線抵抗が減る。そのため、スイッチング素子として
高速化を実現でき、スイッチング損失が低減する。ま
た、隣接素子へのノイズの影響を低減することができ
る。また、実施の形態1によれば、製造プロセスにおい
てトレンチエッチングを1回だけおこなえばよいため、
トレンチエッチングを2回おこなう従来の耐圧80V用
のトレンチ横型パワーMOSFETよりも簡素なプロセ
ス工程で製造可能であり、歩留りの低下を防ぐことがで
きる。 実施の形態2.つぎに、実施の形態1にかかるトレンチ
横型パワーMOSFETを、P型のプレーナーMOSF
ET(以下、PMOSとする)およびN型のプレーナー
MOSFET(以下、NMOSとする)とともに同一基
板上に集積した半導体装置について説明する。図20
は、この半導体装置の、MOSFETとして電流を駆動
する活性領域における縦断面図である。図20に示すよ
うに、この半導体装置は、同一のp型基板150上に、
トレンチ横型パワーMOSFET101とPMOS10
2とNMOS103がそれぞれ1個以上ずつ作製された
構成となっている。ただし、図20にはそれぞれ1個ず
つ示されている。トレンチ横型パワーMOSFET10
1、PMOS102およびNMOS103は素子分離用
の選択酸化膜193により互いに分離されている。
Further, according to the first embodiment, the parasitic capacitance generated between the substrate and the element is reduced, and the wiring length of the gate, the source and the drain is shortened, so that the parasitic wiring resistance is reduced. Therefore, high speed can be realized as a switching element, and switching loss is reduced. In addition, it is possible to reduce the influence of noise on adjacent elements. Further, according to the first embodiment, since the trench etching only needs to be performed once in the manufacturing process,
It can be manufactured by simpler process steps than the conventional trench lateral power MOSFET for a breakdown voltage of 80 V in which trench etching is performed twice, and it is possible to prevent a decrease in yield. Embodiment 2. Next, the trench lateral power MOSFET according to the first embodiment is replaced with a P-type planar MOSF.
A semiconductor device integrated on the same substrate together with ET (hereinafter referred to as PMOS) and N-type planar MOSFET (hereinafter referred to as NMOS) will be described. Figure 20
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of an active region of the semiconductor device that drives current as a MOSFET. As shown in FIG. 20, this semiconductor device is provided on the same p-type substrate 150.
Trench lateral power MOSFET 101 and PMOS 10
2 and one each of the NMOS 103 are manufactured. However, one is shown in each of FIG. Trench lateral power MOSFET 10
1, the PMOS 102 and the NMOS 103 are isolated from each other by a selective oxide film 193 for element isolation.

【0029】まず、トレンチ横型パワーMOSFET1
01の構成について説明する。p型基板150にはp型
ウェル領域110が形成されており、トレンチ横型パワ
ーMOSFET101はこのp型ウェル領域110内に
形成されている。ゲート絶縁膜となるゲート酸化膜15
9はトレンチ151の側面に沿って均一な厚さで形成さ
れている。このゲート酸化膜159はトレンチ151の
底面のゲート酸化膜183と繋がっている。トレンチ底
面のゲート酸化膜183はトレンチ側面のゲート酸化膜
159よりも厚く形成されている。第1の導電体である
ゲートポリシリコン152は、トレンチ側面のゲート酸
化膜159の内側に沿ってトレンチ151のほぼ上下に
わたって形成されている。
First, the trench lateral power MOSFET 1
The configuration of 01 will be described. A p-type well region 110 is formed in the p-type substrate 150, and the trench lateral power MOSFET 101 is formed in the p-type well region 110. Gate oxide film 15 serving as a gate insulating film
9 is formed with a uniform thickness along the side surface of the trench 151. The gate oxide film 159 is connected to the gate oxide film 183 on the bottom surface of the trench 151. The gate oxide film 183 on the bottom surface of the trench is formed thicker than the gate oxide film 159 on the side surface of the trench. The gate polysilicon 152, which is the first conductor, is formed along the inside of the gate oxide film 159 on the side surface of the trench and substantially above and below the trench 151.

【0030】トレンチ151の下半部の外側領域は、n
型のドリフト領域となるn拡散領域160である。この
n拡散領域160の外側は前記p型ウェル領域110で
ある。なお、トレンチ横型パワーMOSFET101が
p型ウェル領域110内ではなく、PMOS102の後
述するn型ウェル領域120の外側のp型の部分に形成
された構成となっていてもよい。n拡散領域160内に
おいて、トレンチ151の底の中央部にはドレイン領域
となるn+拡散領域158が設けられている。n+拡散領
域158(ドレイン領域)は、ゲートポリシリコン15
2の内側に層間絶縁膜である層間酸化膜165を介して
設けられた第2の導電体であるドレインポリシリコン1
63に接続されている。ドレインポリシリコン163は
ドレイン電極155に接続されている。層間酸化膜16
5は基板表面を覆っており、さらにその上には層間酸化
膜166が積層されている。
The outer region of the lower half of the trench 151 is n
The n diffusion region 160 serves as a drift region of the mold. The outside of the n diffusion region 160 is the p-type well region 110. The lateral trench power MOSFET 101 may be formed not in the p-type well region 110 but in a p-type portion outside the n-type well region 120 of the PMOS 102 described later. In the n diffusion region 160, an n + diffusion region 158 serving as a drain region is provided at the center of the bottom of the trench 151. The n + diffusion region 158 (drain region) is the gate polysilicon 15
Drain polysilicon 1 that is a second conductor provided inside 2 via an interlayer oxide film 165 that is an interlayer insulating film
It is connected to 63. The drain polysilicon 163 is connected to the drain electrode 155. Interlayer oxide film 16
Reference numeral 5 covers the surface of the substrate, and an interlayer oxide film 166 is further laminated thereon.

【0031】トレンチ151の上半部の外側領域はpベ
ース領域162であり、そのpベース領域162上の基
板表面領域にソース領域となるn+拡散領域161が形
成されている。n+拡散領域161(ソース領域)は、
基板表面に形成されたソース電極154に電気的に接続
されている。pベース領域162は、平面的に別な場所
のn+拡散領域161のない部分でソース電極154に
電気的に接続されている。トレンチ横型パワーMOSF
ET101のゲート領域の縦断面構造は、実施の形態1
の図3に示す構成と同様である。したがって、ゲート領
域の構造については説明を省略する。トレンチ横型パワ
ーMOSFET101では、同一素子内に上述した構成
の活性領域およびゲート領域が存在する。
An outer region of the upper half of the trench 151 is a p base region 162, and an n + diffusion region 161 serving as a source region is formed in a substrate surface region on the p base region 162. The n + diffusion region 161 (source region) is
It is electrically connected to the source electrode 154 formed on the surface of the substrate. The p base region 162 is electrically connected to the source electrode 154 at a portion where there is no n + diffusion region 161 at another place in plan view. Trench lateral power MOSF
The vertical sectional structure of the gate region of the ET101 is the same as in the first embodiment.
The configuration is the same as that shown in FIG. Therefore, the description of the structure of the gate region is omitted. In the trench lateral power MOSFET 101, the active region and the gate region having the above-described structure exist in the same element.

【0032】つぎに、PMOS102の構成について説
明する。PMOS102は、p型基板150に設けられ
たn型ウェル領域120内に形成されている。ゲート絶
縁膜となるゲート酸化膜129は、ソース領域またはド
レイン領域(以下、ソース/ドレイン領域とする)とな
るp+拡散領域121,121およびその間のチャネル
領域の上に、2つのp+拡散領域121,121とオー
バーラップした状態で形成されている。ゲート酸化膜1
29の上には第1の導電体であるゲートポリシリコン1
25が形成されている。ゲートポリシリコン125はゲ
ート電極123に電気的に接続されている。
Next, the structure of the PMOS 102 will be described. The PMOS 102 is formed in the n-type well region 120 provided on the p-type substrate 150. The gate oxide film 129 serving as a gate insulating film is formed on the p + diffusion regions 121 and 121 to be source regions or drain regions (hereinafter referred to as source / drain regions) and the channel region between the two p + diffusion regions. 121, 121 are formed to overlap with each other. Gate oxide film 1
A gate conductor 1 which is a first conductor is formed on 29.
25 are formed. The gate polysilicon 125 is electrically connected to the gate electrode 123.

【0033】各p+拡散領域121の上にはソース電極
またはドレイン電極となるソース/ドレイン電極124
が形成されており、それぞれp+拡散領域121と電気
的に接続されている。ゲート電極123と各ソース/ド
レイン電極124は前記層間酸化膜165,166によ
って電気的に絶縁されている。図20に示す例では、n
型ウェル領域120は選択酸化膜193の下側でp型ウ
ェル領域110に接している。ただし、p型ウェル領域
110がない場合には、n型ウェル領域120は選択酸
化膜193の下側で終端となっている。つぎに、NMO
S103の構成について説明する。NMOS103は、
p型ウェル領域110内に形成されている。ゲート絶縁
膜となるゲート酸化膜119は、ソース/ドレイン領域
となるn+拡散領域111,111およびその間のチャ
ネル領域の上に、各n+拡散領域111,111とオー
バーラップした状態で形成されている。なお、NMOS
103がp型ウェル領域110内ではなく、PMOS1
02のn型ウェル領域120の外側のp型の部分に形成
された構成となっていてもよい。
A source / drain electrode 124 to be a source electrode or a drain electrode is formed on each p + diffusion region 121.
Are formed, and each is electrically connected to the p + diffusion region 121. The gate electrode 123 and each source / drain electrode 124 are electrically insulated by the interlayer oxide films 165 and 166. In the example shown in FIG. 20, n
The type well region 120 is in contact with the p-type well region 110 below the selective oxide film 193. However, when the p-type well region 110 is not provided, the n-type well region 120 is terminated below the selective oxide film 193. Next, NMO
The configuration of S103 will be described. The NMOS 103 is
It is formed in the p-type well region 110. The gate oxide film 119 serving as a gate insulating film is formed on the n + diffusion regions 111, 111 serving as source / drain regions and the channel region between them in a state of overlapping with the n + diffusion regions 111, 111. There is. In addition, NMOS
103 is not in the p-type well region 110 but in the PMOS1
02 may be formed in the p-type portion outside the n-type well region 120.

【0034】ゲート酸化膜119の上には第1の導電体
であるゲートポリシリコン115が形成されている。ゲ
ートポリシリコン115はゲート電極113に電気的に
接続されている。ソース電極またはドレイン電極となる
ソース/ドレイン電極114はn+拡散領域111に電
気的に接続されている。ゲート電極113と各ソース/
ドレイン電極114は前記層間酸化膜165,166に
よって電気的に絶縁されている。ここで、特に限定しな
いが、トレンチ横型パワーMOSFET101の各部の
寸法および不純物の表面濃度はつぎのとおりである。た
とえばトレンチ151について、その深さは2μmであ
り、その幅は3μmである。トレンチ151のピッチは
たとえば3μmであり、この3μm幅のトレンチ151
間の基板表面領域に前記pベース領域162およびソー
ス領域となる前記n+拡散領域161が形成される。p
ベース領域162の拡散深さはたとえば1μmであり、
表面濃度はたとえば1×1018cm-3である。また、前
記n+拡散領域158(ドレイン領域)および前記n+
散領域161(ソース領域)について、それぞれたとえ
ば拡散深さは0.2μmであり、表面濃度は1×1020
cm-3である。また、たとえば前記n拡散領域160
(ドリフト領域)の拡散深さは2μmであり、表面濃度
は2×1016cm-3である。
A gate polysilicon 115, which is a first conductor, is formed on the gate oxide film 119. The gate polysilicon 115 is electrically connected to the gate electrode 113. The source / drain electrode 114, which serves as a source electrode or a drain electrode, is electrically connected to the n + diffusion region 111. Gate electrode 113 and each source /
The drain electrode 114 is electrically insulated by the interlayer oxide films 165 and 166. Here, although not particularly limited, the dimensions of each part of the trench lateral power MOSFET 101 and the surface concentration of impurities are as follows. For example, for the trench 151, its depth is 2 μm and its width is 3 μm. The pitch of the trenches 151 is, for example, 3 μm, and the trenches 151 each having a width of 3 μm.
The p base region 162 and the n + diffusion region 161 serving as a source region are formed in the substrate surface region therebetween. p
The diffusion depth of the base region 162 is, for example, 1 μm,
The surface concentration is, for example, 1 × 10 18 cm −3 . The n + diffusion region 158 (drain region) and the n + diffusion region 161 (source region) each have, for example, a diffusion depth of 0.2 μm and a surface concentration of 1 × 10 20.
cm -3 . Further, for example, the n diffusion region 160
The diffusion depth of the (drift region) is 2 μm, and the surface concentration is 2 × 10 16 cm −3 .

【0035】p型ウェル領域110については、たとえ
ば拡散深さは6μmであり、表面濃度は1×1017cm
-3である。ゲート酸化膜159の厚さはトレンチ151
の側面ではたとえば0.02μmである。トレンチ15
1の底面でのゲート酸化膜183の厚さは、ゲートポリ
シリコン152の下側においてドレインポリシリコン1
63に向かって連続的に厚くなる。そして、ゲートポリ
シリコン152の下側でドレインポリシリコン163に
最も近い箇所でのゲート酸化膜183の厚さはたとえば
0.22μmである。また、ゲートポリシリコン152
の厚さはたとえば0.3μmである。
The p-type well region 110 has, for example, a diffusion depth of 6 μm and a surface concentration of 1 × 10 17 cm.
-3 . The thickness of the gate oxide film 159 is the trench 151.
Is 0.02 μm, for example. Trench 15
The thickness of the gate oxide film 183 at the bottom surface of the drain polysilicon 1 is below the gate polysilicon 152.
The thickness gradually increases toward 63. The thickness of the gate oxide film 183 at the position below the gate polysilicon 152 and closest to the drain polysilicon 163 is 0.22 μm, for example. Also, the gate polysilicon 152
Has a thickness of 0.3 μm, for example.

【0036】また、特に限定しないが、PMOS102
の各部の寸法および不純物の表面濃度はつぎのとおりで
ある。たとえば、n型ウェル領域120の拡散深さは6
μmであり、表面濃度は1×1017cm-3である。p+
拡散領域121については、たとえば拡散深さは0.3
μmであり、表面濃度は1×1020cm-3である。ゲー
ト酸化膜129の厚さはたとえば0.02μmである。
ゲートポリシリコン125の厚さはたとえば0.3μm
である。また、特に限定しないが、NMOS103の各
部の寸法および不純物の表面濃度はつぎのとおりであ
る。p型ウェル領域110の拡散深さおよび表面濃度は
上述したとおりである。n+拡散領域111について
は、たとえば拡散深さは0.3μmであり、表面濃度は
1×1020cm-3である。ゲート酸化膜119の厚さは
たとえば0.02μmである。ゲートポリシリコン11
5の厚さはたとえば0.3μmである。素子分離用の選
択酸化膜193の膜厚はたとえば0.6μmである。
The PMOS 102 is not particularly limited.
The dimensions of each part and the surface concentration of impurities are as follows. For example, the diffusion depth of the n-type well region 120 is 6
μm, and the surface concentration is 1 × 10 17 cm −3 . p +
For the diffusion region 121, for example, the diffusion depth is 0.3.
μm, and the surface concentration is 1 × 10 20 cm −3 . Gate oxide film 129 has a thickness of 0.02 μm, for example.
The thickness of the gate polysilicon 125 is 0.3 μm, for example.
Is. Although not particularly limited, the dimensions of each part of the NMOS 103 and the surface concentration of impurities are as follows. The diffusion depth and surface concentration of the p-type well region 110 are as described above. For n + diffusion region 111, for example, the diffusion depth is 0.3 μm and the surface concentration is 1 × 10 20 cm −3 . Gate oxide film 119 has a thickness of 0.02 μm, for example. Gate polysilicon 11
The thickness of 5 is 0.3 μm, for example. The film thickness of the selective oxide film 193 for element isolation is, for example, 0.6 μm.

【0037】つぎに、実施の形態2にかかる半導体装置
の製造プロセスについて説明する。図21〜図30は実
施の形態2にかかる半導体装置の製造段階における要部
を示す縦断面図であるが、これらの図においてはトレン
チ横型パワーMOSFET101、PMOS102およ
びNMOS103をそれぞれ1個ずつ示す。まず、たと
えば比抵抗12Ωcmのp型基板150の表面上にたと
えば厚さ0.03μmのバッファー酸化膜を形成し、そ
の上にたとえばCVD法により厚さ0.15μmの窒化
膜を堆積する。さらにその上に、フォトレジストを塗布
し、露光、現像をおこなってn型ウェル領域120を形
成するためのレジストマスクを形成する。このレジスト
マスクを用いて、窒化膜の、n型ウェル領域120の形
成領域上の部分を選択的に除去する。レジストマスクを
除去した後、残留した窒化膜をマスクとして、たとえば
イオン注入法によりp型基板150に燐を導入する。
Next, a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment will be described. 21 to 30 are vertical cross-sectional views showing the main part in the manufacturing stage of the semiconductor device according to the second embodiment. In these drawings, one trench lateral power MOSFET 101, one PMOS 102 and one NMOS 103 are shown. First, a buffer oxide film having a thickness of 0.03 μm, for example, is formed on the surface of p type substrate 150 having a specific resistance of 12 Ωcm, and a nitride film having a thickness of 0.15 μm is deposited thereon by, for example, the CVD method. Further thereon, a photoresist is applied, exposed and developed to form a resist mask for forming the n-type well region 120. Using this resist mask, the portion of the nitride film on the formation region of the n-type well region 120 is selectively removed. After removing the resist mask, phosphorus is introduced into the p-type substrate 150 by ion implantation, for example, using the remaining nitride film as a mask.

【0038】その後、拡散炉においてたとえば900℃
に加熱してn型ウェル領域120の形成領域部分を厚さ
0.4μmの酸化膜で覆い、それから残留した窒化膜を
除去する。それによって、基板表面にp型ウェル領域1
10を形成するためのマスクが形成される。この酸化膜
をマスクとして、たとえばイオン注入法によりp型基板
150に硼素を導入する。つづいて、拡散炉においてた
とえば1100℃で熱処理をおこなう。これによって、
p型基板150にp型ウェル領域110およびn型ウェ
ル領域120ができあがる。そして、イオン注入マスク
とした酸化膜を除去する(図21)。
After that, in a diffusion furnace, for example, 900 ° C.
Then, the region where the n-type well region 120 is formed is covered with an oxide film having a thickness of 0.4 μm, and the remaining nitride film is removed. Thereby, the p-type well region 1 is formed on the substrate surface.
A mask for forming 10 is formed. Using this oxide film as a mask, boron is introduced into p type substrate 150 by, for example, an ion implantation method. Subsequently, heat treatment is performed at 1100 ° C. in a diffusion furnace. by this,
The p-type well region 110 and the n-type well region 120 are completed on the p-type substrate 150. Then, the oxide film used as the ion implantation mask is removed (FIG. 21).

【0039】つづいて、基板表面にたとえば厚さ0.4
μmのマスク酸化膜171をCVD法などにより成長さ
せ、その一部を選択的に除去してp型ウェル領域110
内にトレンチ形成部を開口させる。そのパターニングさ
れたマスク酸化膜171をマスクとしてRIEにより、
たとえば開口幅3μmのトレンチ151をたとえば3μ
m間隔で複数形成する。そして、斜めイオン注入によ
り、基板150の、トレンチ151の側面および底面の
部分にドリフト領域となるn拡散領域160を形成する
(図22)。マスク酸化膜171を除去した後、バッフ
ァー酸化膜181をたとえば0.03μmの厚さで形成
し、その上にたとえば厚さ0.15μmの窒化膜182
を堆積する。その後、フォトレジストを塗布し、露光、
現像により、フォトレジストの、活性領域のトレンチ1
51の底面部分の一部、およびp型ウェル領域110と
n型ウェル領域120との境界部分を選択的に除去して
レジストマスクを形成する。このレジストマスクを用い
て窒化膜182の、活性領域のトレンチ151の底面部
分の一部、およびp型ウェル領域110とn型ウェル領
域120との境界部分を選択的に除去する。その際、ゲ
ート領域のトレンチ151の底面の窒化膜を同時に除去
してもよい。
Subsequently, a thickness of 0.4 is formed on the surface of the substrate.
A μm mask oxide film 171 is grown by a CVD method or the like, and a part thereof is selectively removed to remove the p-type well region 110.
A trench forming portion is opened therein. RIE using the patterned mask oxide film 171 as a mask,
For example, a trench 151 having an opening width of 3 μm is formed with
A plurality is formed at m intervals. Then, by oblique ion implantation, an n diffusion region 160 serving as a drift region is formed in the side surface and the bottom surface of the trench 151 of the substrate 150 (FIG. 22). After removing the mask oxide film 171, a buffer oxide film 181 is formed to a thickness of 0.03 μm, for example, and a nitride film 182 having a thickness of 0.15 μm is formed thereon.
Deposit. After that, apply photoresist, expose,
By development, a trench 1 in the active area of the photoresist
A part of the bottom surface portion of 51 and the boundary portion between the p-type well region 110 and the n-type well region 120 are selectively removed to form a resist mask. Using this resist mask, a part of the bottom surface portion of the trench 151 in the active region and the boundary portion between the p-type well region 110 and the n-type well region 120 of the nitride film 182 are selectively removed. At that time, the nitride film on the bottom surface of the trench 151 in the gate region may be removed at the same time.

【0040】そして、残留したレジストマスクを除去す
る。この工程により、活性領域のトレンチ151の底面
部分の一部、およびp型ウェル領域110とn型ウェル
領域120との境界部分にバッファー酸化膜181が露
出する。ここで、活性領域のトレンチ151の底面部分
において、窒化膜182が除去されてバッファー酸化膜
181が露出した領域と、トレンチ底面の端部との距離
t2はたとえば0.5μm以上である。また、p型ウェ
ル領域110とn型ウェル領域120の境界を含む領域
では、たとえば5μmの幅で窒化膜182が除去されて
バッファー酸化膜181が露出する(図23)。
Then, the remaining resist mask is removed. By this step, the buffer oxide film 181 is exposed at a part of the bottom surface portion of the trench 151 in the active region and the boundary portion between the p-type well region 110 and the n-type well region 120. Here, in the bottom surface portion of trench 151 in the active region, the distance t2 between the region where nitride film 182 is removed and buffer oxide film 181 is exposed and the end portion of the bottom surface of the trench is 0.5 μm or more, for example. In the region including the boundary between p-type well region 110 and n-type well region 120, nitride film 182 is removed with a width of, for example, 5 μm to expose buffer oxide film 181 (FIG. 23).

【0041】つぎに、残留した窒化膜182をマスクと
してたとえば1000℃で熱酸化をおこない、窒化膜1
82の開口部を選択酸化する。これによって、トレンチ
151の底面部分にたとえば厚さ0.6μmのゲート酸
化膜183が形成される。また、p型ウェル領域110
とn型ウェル領域120の境界部分に素子分離用の選択
酸化膜193が形成される。つづいて、窒化膜182と
バッファー酸化膜181を除去する(図24)。つぎ
に、犠牲酸化によりトレンチ151の側面および基板表
面を清浄化した後、基板表面と、トレンチ151の側面
および底面にたとえば厚さ0.02μmのゲート酸化膜
159を形成する。しかる後、ゲート酸化膜159およ
び素子分離用の選択酸化膜193上にたとえば厚さ0.
3μmのポリシリコン172を堆積する。さらにその上
にフォトレジストを塗布し、露光、現像によりPMOS
102およびNMOS103の各ゲート電極形成部分
と、トレンチ横型パワーMOSFET101の形成領域
にのみ選択的にレジストマスク168を形成する。(図
25) このレジストマスク168を用いてポリシリコン172
を異方性エッチングによりエッチバックする。この工程
により、PMOS102およびNMOS103の各形成
領域において、ゲート電極となる部分を除いてポリシリ
コン172が除去され、ゲート電極にのみポリシリコン
172が残る。この残ったポリシリコン172はPMO
S102のゲートポリシリコン125およびNMOS1
03のゲートポリシリコン115となる(図26)。
Next, using the remaining nitride film 182 as a mask, thermal oxidation is performed at, for example, 1000 ° C. to obtain the nitride film 1.
The opening of 82 is selectively oxidized. As a result, a gate oxide film 183 having a thickness of 0.6 μm is formed on the bottom surface of trench 151. In addition, the p-type well region 110
A selective oxide film 193 for element isolation is formed at the boundary between the n-type well region 120 and the n-type well region 120. Subsequently, the nitride film 182 and the buffer oxide film 181 are removed (FIG. 24). Next, after cleaning the side surface of the trench 151 and the substrate surface by sacrificial oxidation, a gate oxide film 159 having a thickness of 0.02 μm, for example, is formed on the substrate surface and the side surface and the bottom surface of the trench 151. Then, the gate oxide film 159 and the selective oxide film 193 for element isolation are formed on the gate oxide film 159 and the element isolation film 193 with a thickness of, for example, 0.
Deposit 3 μm of polysilicon 172. Furthermore, a photoresist is coated on it, and the PMOS is exposed and developed.
The resist mask 168 is selectively formed only in the gate electrode formation portions of the NMOS transistor 102 and the NMOS 103 and the formation region of the trench lateral power MOSFET 101. (FIG. 25) Polysilicon 172 is formed using this resist mask 168.
Is etched back by anisotropic etching. By this step, the polysilicon 172 is removed in each formation region of the PMOS 102 and the NMOS 103 except the portion to be the gate electrode, and the polysilicon 172 remains only on the gate electrode. This remaining polysilicon 172 is PMO
S102 gate polysilicon 125 and NMOS1
03 gate polysilicon 115 (FIG. 26).

【0042】つづいて、レジストマスク168を除去す
る。このとき、トレンチ横型パワーMOSFET101
の形成領域では、その表面にポリシリコン172が露出
する。再度、フォトレジストを塗布し、露光、現像によ
りトレンチ横型パワーMOSFET101の活性領域を
除いて選択的にレジストマスク173を形成する。この
レジストマスク173を用いて、ポリシリコン172を
異方性エッチングによりエッチバックする。この工程に
より、トレンチ横型パワーMOSFET101の活性領
域ではトレンチ151の側面を除いてポリシリコン17
2が除去され、トレンチ151の側面にのみポリシリコ
ン172が残る。この残ったポリシリコン172が活性
領域におけるゲートポリシリコン152となる。このエ
ッチバック工程においては、活性領域に残ったポリシリ
コン172の上端がトレンチ151の表面、すなわち最
初の基板表面よりも低くなるようにオーバーエッチング
する。それによって、ポリシリコン172の上端は、基
板表面上のゲート酸化膜159の上面よりも低くなる
(図27)。
Then, the resist mask 168 is removed. At this time, the trench lateral power MOSFET 101
In the formation region of, the polysilicon 172 is exposed on the surface. A photoresist is applied again, and a resist mask 173 is selectively formed by exposing and developing except the active region of the trench lateral power MOSFET 101. Using this resist mask 173, the polysilicon 172 is etched back by anisotropic etching. By this step, in the active region of the trench lateral power MOSFET 101, the polysilicon 17 is removed except for the side surface of the trench 151.
2 is removed, and the polysilicon 172 remains only on the side surface of the trench 151. The remaining polysilicon 172 becomes the gate polysilicon 152 in the active region. In this etch back step, overetching is performed so that the upper end of the polysilicon 172 remaining in the active region is lower than the surface of the trench 151, that is, the surface of the first substrate. As a result, the upper end of the polysilicon 172 becomes lower than the upper surface of the gate oxide film 159 on the substrate surface (FIG. 27).

【0043】つづいて、pベース領域162を形成する
ため、基板表面にたとえば硼素をイオン注入する。レジ
ストマスク173を除去した後、再度フォトレジストの
塗布、露光、現像によりPMOS102の形成領域にの
み選択的にレジストマスクを形成し、たとえば砒素をイ
オン注入する。その後、レジストマスクを除去し、再度
フォトレジストの塗布、露光、現像によりPMOS10
2の形成領域のみが選択的に開口されたレジストマスク
を形成する。そして、たとえばBF2をイオン注入し、
レジストマスクを除去する。つづいて、たとえば拡散炉
にて800℃のドライブ熱処理をおこなう。それによっ
て、トレンチ横型パワーMOSFET101の活性領域
において、たとえば拡散深さ1μmで表面濃度1×10
18cm-3のpベース領域162と、たとえば拡散深さ
0.2μmで表面濃度1×1020cm-3のn+拡散領域
161(ソース領域)が形成される。また、PMOS1
02では、たとえば拡散深さ0.2μmで表面濃度1×
1020cm-3のp+拡散領域121が形成される。一
方、NMOS103では、たとえば拡散深さ0.2μm
で表面濃度1×1020cm-3のn+拡散領域111が形
成される(図28)。
Subsequently, in order to form the p base region 162, for example, boron is ion-implanted into the surface of the substrate. After removing the resist mask 173, a resist mask is selectively formed only in the formation region of the PMOS 102 by applying, exposing, and developing a photoresist again, and, for example, arsenic is ion-implanted. After that, the resist mask is removed, and the PMOS 10 is coated again with photoresist, exposed, and developed.
A resist mask in which only the formation region of 2 is selectively opened is formed. Then, for example, by ion-implanting BF 2 ,
The resist mask is removed. Subsequently, for example, a drive heat treatment at 800 ° C. is performed in a diffusion furnace. As a result, in the active region of the trench lateral power MOSFET 101, the surface concentration is 1 × 10 5 at a diffusion depth of 1 μm, for example.
A p base region 162 of 18 cm -3 and an n + diffusion region 161 (source region) having a diffusion depth of 0.2 μm and a surface concentration of 1 × 10 20 cm -3 are formed. Also, PMOS1
No. 02, the surface concentration is 1 × at a diffusion depth of 0.2 μm.
A p + diffusion region 121 of 10 20 cm -3 is formed. On the other hand, in the NMOS 103, for example, the diffusion depth is 0.2 μm.
Then, an n + diffusion region 111 having a surface concentration of 1 × 10 20 cm −3 is formed (FIG. 28).

【0044】つづいて、400℃前後の雰囲気でのLP
CVDやP−TEOSなどの成膜方法により層間絶縁膜
165を積層する。このような成膜方法を用いることに
よって、トレンチ151内における層間絶縁膜165の
成長速度は、トレンチ151の外、すなわち基板表面に
おける層間絶縁膜165の成長速度の約50%となる。
したがって、層間酸化膜165の、トレンチ151の底
面に堆積した部分の厚さは、基板表面における部分の厚
さよりも薄くなる(図29)。つづいて、フォトレジス
トを塗布し、露光、現像により、フォトレジストの、活
性領域のトレンチ151の底面部分の一部を除去してレ
ジストマスクを形成する。このレジストマスクを用い
て、層間酸化膜165およびトレンチ底面部分の厚いゲ
ート酸化膜183の、活性領域のトレンチ151の底面
部分の一部を選択的に除去して、これら層間酸化膜16
5およびゲート酸化膜183を貫通するコンタクトホー
ルを形成する。そして、残留したレジストマスクを除去
する(図30)。
Next, LP in an atmosphere around 400 ° C.
The interlayer insulating film 165 is stacked by a film forming method such as CVD or P-TEOS. By using such a film forming method, the growth rate of the interlayer insulating film 165 inside the trench 151 is about 50% of the growth rate of the interlayer insulating film 165 outside the trench 151, that is, on the substrate surface.
Therefore, the thickness of the portion of the interlayer oxide film 165 deposited on the bottom surface of the trench 151 is thinner than the thickness of the portion on the substrate surface (FIG. 29). Subsequently, a photoresist is applied, and by exposure and development, a part of the bottom surface of the trench 151 in the active region of the photoresist is removed to form a resist mask. Using this resist mask, a part of the bottom surface portion of the trench 151 in the active region of the interlayer oxide film 165 and the thick gate oxide film 183 at the bottom surface portion of the trench is selectively removed, and the interlayer oxide film 16 is removed.
5 and a contact hole penetrating the gate oxide film 183 is formed. Then, the remaining resist mask is removed (FIG. 30).

【0045】つぎに、活性領域のトレンチ151の底部
に、イオン注入によりドレイン領域となるn+拡散領域
158を形成する。なお、フォトリソグラフィ技術およ
びエッチングによって層間酸化膜165の選択除去をお
こなう代わりに、トレンチ底面部分の厚いゲート酸化膜
183、ゲートポリシリコン152となるポリシリコン
172および層間酸化膜165の膜厚の組み合わせによ
っては、層間酸化膜165および厚いゲート酸化膜18
3を自己整合的に除去して、コンタクトホールを開口す
ることも可能である。つづいて、ポリシリコンを堆積
し、それをエッチバックしてトレンチ151内をポリシ
リコン163で埋め、その上全面に層間絶縁膜166を
形成する。その層間絶縁膜166にコンタクトホールを
開口し、メタルを堆積して、トレンチ横型パワーMOS
FET101のソース電極154およびドレイン電極1
55と、PMOS102のゲート電極123およびソー
ス/ドレイン電極124と、NMOS103のゲート電
極113およびソース/ドレイン電極114を形成す
る。以上のようにして、活性領域においては図20に示
す断面構造を有するトレンチ横型パワーMOSFET1
01、PMOS102およびNMOS103を有する半
導体装置ができあがる。
Next, at the bottom of the active region trench 151, an n + diffusion region 158 to be a drain region is formed by ion implantation. Instead of selectively removing the interlayer oxide film 165 by photolithography and etching, a combination of the thicknesses of the thick gate oxide film 183 at the bottom of the trench, the polysilicon 172 to be the gate polysilicon 152, and the interlayer oxide film 165 is used. Is an interlayer oxide film 165 and a thick gate oxide film 18
It is also possible to remove 3 in a self-aligned manner and open a contact hole. Subsequently, polysilicon is deposited, the trench 151 is etched back to fill the trench 151 with polysilicon 163, and an interlayer insulating film 166 is formed on the entire surface. A contact hole is opened in the interlayer insulating film 166 and metal is deposited to form a trench lateral power MOS.
Source electrode 154 and drain electrode 1 of FET 101
55, the gate electrode 123 and the source / drain electrode 124 of the PMOS 102, and the gate electrode 113 and the source / drain electrode 114 of the NMOS 103 are formed. As described above, in the active region, the trench lateral power MOSFET 1 having the sectional structure shown in FIG.
A semiconductor device having 01, PMOS 102 and NMOS 103 is completed.

【0046】つぎに、トレンチ横型パワーMOSFET
101に関して、前記パラメータt2、ゲートポリシリ
コン152の膜厚tp、およびゲートポリシリコン15
2の下側でドレインポリシリコン163に最も近い箇所
でのゲート酸化膜183の厚さt1の好適な範囲または
相互の関係について考察した結果について説明する。
0.2μm≦tp≦0.7μmおよび0.18μm≦t
2≦1.4μmの範囲でt1の値を調べた結果、実施の
形態1と同様の結果が得られた。すなわち、0.18μ
m≦t2≦tp+0.6μmであれば、ゲートポリシリ
コン152の下側でドレインポリシリコン163に最も
近い箇所でのゲート酸化膜183の厚さは、ゲート酸化
膜159の、トレンチ151の側面に沿う部分の厚さよ
りも厚くなる。
Next, a trench lateral power MOSFET
101, the parameter t2, the thickness tp of the gate polysilicon 152, and the gate polysilicon 15
The result of consideration of the preferable range of the thickness t1 of the gate oxide film 183 or the mutual relationship at a portion below the drain polysilicon 163 closest to the drain polysilicon 163 will be described.
0.2 μm ≦ tp ≦ 0.7 μm and 0.18 μm ≦ t
As a result of examining the value of t1 in the range of 2 ≦ 1.4 μm, the same result as that of the first embodiment was obtained. That is, 0.18μ
If m ≦ t2 ≦ tp + 0.6 μm, the thickness of the gate oxide film 183 at the position below the gate polysilicon 152 and closest to the drain polysilicon 163 is along the side surface of the trench 151 of the gate oxide film 159. Thicker than the thickness of the part.

【0047】また、トレンチ横型パワーMOSFET1
01の耐圧を調べた結果、実施の形態1と同様に、0.
18μm≦t2≦tp+0.2μmのときの耐圧が最も
高く、ついでtp+0.2μm≦t2≦tp+0.4μ
mのときの耐圧が高く、そのつぎがtp+0.4μm≦
t2≦tp+0.6μmのときである。このように耐圧
が向上する理由は、ドレインポリシリコン163に近接
するゲート酸化膜183の膜厚が増加したことと、ゲー
ト酸化膜183を作製するための選択酸化をおこなう際
にトレンチ151の底面のトレンチコーナー部が丸くな
ったからである。また、上述したような順序で耐圧が高
くなる理由は、ドレインポリシリコン163に近接する
ゲート酸化膜183の膜厚がこの順に厚くなったからで
ある。
Further, the trench lateral power MOSFET 1
As a result of investigating the breakdown voltage of No. 01, as in the first embodiment, 0.
The breakdown voltage is highest when 18 μm ≦ t2 ≦ tp + 0.2 μm, and then tp + 0.2 μm ≦ t2 ≦ tp + 0.4 μ
Withstand voltage is high when m, followed by tp + 0.4 μm ≦
This is when t2 ≦ tp + 0.6 μm. The reason why the breakdown voltage is improved in this way is that the thickness of the gate oxide film 183 adjacent to the drain polysilicon 163 is increased and that the bottom surface of the trench 151 is formed when the selective oxidation for forming the gate oxide film 183 is performed. This is because the trench corners are rounded. The reason why the breakdown voltage becomes higher in the order as described above is that the film thickness of the gate oxide film 183 adjacent to the drain polysilicon 163 becomes thicker in this order.

【0048】つぎに、トレンチ横型パワーMOSFET
101のオン抵抗および耐圧と上記パラメータt1との
関係を調べた結果について説明する。ただし、ゲートポ
リシリコン152の膜厚tpを0.3μmとした。実施
の形態1と同様に、オン抵抗はt1の値にかかわらずほ
ぼ一定であり、おおよそ13mΩ・mm2であった。オ
ン抵抗がほぼ一定である理由は、pベース領域162
の、トレンチ側壁でのゲート酸化膜159と向かい合う
チャネル領域での抵抗が、オン抵抗の中で支配的である
からである。耐圧は、t1の値がトレンチ側壁でのゲー
ト酸化膜159の膜厚と同じ(0.02μm)であると
きには15Vであり、t1の増加とともに高耐圧化し、
t1の値が0.37μm以上では30Vを超えた。
Next, a trench lateral power MOSFET
The results of examining the relationship between the on-resistance and breakdown voltage of 101 and the parameter t1 will be described. However, the film thickness tp of the gate polysilicon 152 was set to 0.3 μm. Similar to the first embodiment, the on-resistance was almost constant regardless of the value of t1 and was about 13 mΩ · mm 2 . The reason why the on-resistance is almost constant is that the p base region 162 is
This is because the resistance in the channel region facing the gate oxide film 159 on the side wall of the trench is dominant in the on-resistance. The withstand voltage is 15 V when the value of t1 is the same (0.02 μm) as the film thickness of the gate oxide film 159 on the side wall of the trench, and the withstand voltage is increased as t1 is increased.
When the value of t1 was 0.37 μm or more, it exceeded 30V.

【0049】上述した実施の形態2によれば、同一基板
上にトレンチ横型パワーMOSFET101と、PMO
S102やNMOS103とを集積した半導体装置を製
造することができ、それによって、同一基板上にトレン
チ横型パワーMOSFET101と、PMOS102や
NMOS103とが集積された半導体装置を得ることが
できる。また、実施の形態2によれば、素子分離用の選
択酸化膜193と、トレンチ横型パワーMOSFET1
01のトレンチ底面における厚いゲート酸化膜183と
を同一の選択酸化工程で作製することができるので、そ
うすることによって製造プロセスを簡略化することがで
きる。
According to the second embodiment described above, the trench lateral power MOSFET 101 and the PMO are formed on the same substrate.
A semiconductor device in which S102 and NMOS 103 are integrated can be manufactured, whereby a semiconductor device in which trench lateral power MOSFET 101 and PMOS 102 and NMOS 103 are integrated on the same substrate can be obtained. Further, according to the second embodiment, the selective oxide film 193 for element isolation and the trench lateral power MOSFET 1 are formed.
Since the thick gate oxide film 183 on the bottom surface of the trench 01 can be formed in the same selective oxidation step, the manufacturing process can be simplified by doing so.

【0050】また、実施の形態2によれば、従来の横型
パワーMOSFETと制御回路とを集積したパワーIC
よりも小型化、低消費電力化、高信頼性化および低コス
ト化を図ることができる。以上において本発明は種々変
更可能である。たとえば実施の形態1または実施の形態
2において、各部の寸法や表面濃度等は要求される使用
等に応じて種々設定される。
Further, according to the second embodiment, a power IC in which a conventional lateral power MOSFET and a control circuit are integrated.
More compactness, lower power consumption, higher reliability, and lower cost can be achieved. In the above, the present invention can be variously modified. For example, in the first or second embodiment, the dimensions, surface density, etc. of each part are variously set according to the required use.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明によれば、トレンチの側部にMO
SFETが自己整合的に形成されるため、トレンチ底面
での選択酸化工程を除いてはマスク合わせ精度が不要と
なり、デバイスピッチを小さくすることができる。ま
た、従来の耐圧80V用のトレンチ横型パワーMOSF
ETのように高耐圧を確保するための厚い酸化膜が不要
であるため、この耐圧80V用のトレンチ横型パワーM
OSFETよりもゲート面積や素子サイズが小さくな
る。したがって、従来の耐圧80V用のトレンチ横型パ
ワーMOSFETを耐圧30V用に適用した場合に起こ
り得る特性上の劣化を回避することができる。また、製
造プロセスにおいてトレンチエッチングを1回だけおこ
なえばよいため、トレンチエッチングを2回おこなう従
来の耐圧80V用のトレンチ横型パワーMOSFETよ
りも簡素なプロセス工程で製造可能であり、生産性の向
上を図り、また歩留りの低下を防ぐことができる。
According to the present invention, MO is formed on the side of the trench.
Since the SFET is formed in a self-aligned manner, the mask alignment accuracy becomes unnecessary except for the selective oxidation step on the bottom surface of the trench, and the device pitch can be reduced. In addition, a conventional trench lateral power MOSF for a withstand voltage of 80 V is used.
Since a thick oxide film for ensuring a high withstand voltage unlike ET is not required, this trench lateral power M for a withstand voltage 80V is used.
The gate area and element size are smaller than those of the OSFET. Therefore, it is possible to avoid deterioration in characteristics that may occur when the conventional trench lateral power MOSFET for a breakdown voltage of 80V is applied for a breakdown voltage of 30V. In addition, since the trench etching only needs to be performed once in the manufacturing process, it can be manufactured by simpler process steps than the conventional trench lateral power MOSFET for a withstand voltage of 80 V, which performs the trench etching twice, thereby improving the productivity. In addition, it is possible to prevent a decrease in yield.

【0052】別の発明によれば、同一基板上にトレンチ
横型パワーMOSFET、PMOSおよびNMOSを集
積した半導体装置を製造することができ、それによっ
て、同一基板上にトレンチ横型パワーMOSFET、P
MOSおよびNMOSが集積された半導体装置を得るこ
とができる。また、素子分離用の選択酸化膜の作製工程
と、トレンチ横型パワーMOSFETのトレンチ底面に
おける厚いゲート酸化膜の作製工程を共通化することが
できるので、製造プロセスを簡略化することができる。
また、従来の横型パワーMOSFETと制御回路とを集
積したパワーICよりも小型で、消費電力が少なく、信
頼性が高く、かつ低コストのパワーICを得ることがで
きる。
According to another invention, a semiconductor device in which a trench lateral power MOSFET, PMOS and NMOS are integrated on the same substrate can be manufactured, whereby a trench lateral power MOSFET, P can be formed on the same substrate.
A semiconductor device in which MOS and NMOS are integrated can be obtained. Further, the manufacturing process of the selective oxide film for element isolation and the manufacturing process of the thick gate oxide film on the bottom surface of the trench of the trench lateral power MOSFET can be made common, so that the manufacturing process can be simplified.
Further, it is possible to obtain a power IC that is smaller in size, consumes less power, has higher reliability, and is lower in cost than a conventional power IC in which a lateral power MOSFET and a control circuit are integrated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型パ
ワーMOSFETの要部を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a main part of a trench lateral power MOSFET according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のC−Cにおける縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view taken along the line CC of FIG.

【図3】図1のD−Dにおける縦断面図である。FIG. 3 is a vertical sectional view taken along the line DD of FIG.

【図4】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型パ
ワーMOSFETの製造段階における要部を示す縦断面
図である。
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a main part in a manufacturing step of the trench lateral power MOSFET according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型パ
ワーMOSFETの製造段階における要部を示す縦断面
図である。
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing a main part in a manufacturing step of the trench lateral power MOSFET according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型パ
ワーMOSFETの製造段階における要部を示す縦断面
図である。
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing a main part in a manufacturing step of the trench lateral power MOSFET according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型パ
ワーMOSFETの製造段階における要部を示す縦断面
図である。
FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing a main part in a manufacturing step of the trench lateral power MOSFET according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型パ
ワーMOSFETの製造段階における要部を示す縦断面
図である。
FIG. 8 is a vertical cross-sectional view showing a main part in a manufacturing step of the trench lateral power MOSFET according to the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型パ
ワーMOSFETの製造段階における要部を示す縦断面
図である。
FIG. 9 is a vertical cross-sectional view showing a main part in a manufacturing step of the trench lateral power MOSFET according to the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型
パワーMOSFETの製造段階における要部を示す縦断
面図である。
FIG. 10 is a vertical cross-sectional view showing a main part in a manufacturing step of the trench lateral power MOSFET according to the first embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型
パワーMOSFETの製造段階における要部を示す縦断
面図である。
FIG. 11 is a vertical cross-sectional view showing a main part in a manufacturing step of the trench lateral power MOSFET according to the first embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型
パワーMOSFETの製造段階における要部を示す縦断
面図である。
FIG. 12 is a vertical cross-sectional view showing a main part in a manufacturing step of the trench lateral power MOSFET according to the first embodiment of the present invention.

【図13】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型
パワーMOSFETの製造段階における要部を示す縦断
面図である。
FIG. 13 is a vertical cross-sectional view showing a main part in a manufacturing step of the trench lateral power MOSFET according to the first embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型
パワーMOSFETの製造段階における要部を示す縦断
面図である。
FIG. 14 is a vertical cross-sectional view showing a main part in a manufacturing step of the trench lateral power MOSFET according to the first embodiment of the present invention.

【図15】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型
パワーMOSFETの図1C−Cにおける別の断面構造
の例を示す縦断面図である。
FIG. 15 is a vertical cross-sectional view showing an example of another cross-sectional structure in FIG. 1C-C of the trench lateral power MOSFET according to the first exemplary embodiment of the present invention.

【図16】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型
パワーMOSFETの図1C−Cにおける別の断面構造
の例を示す縦断面図である。
FIG. 16 is a vertical sectional view showing an example of another sectional structure of the trench lateral power MOSFET according to the first exemplary embodiment of the present invention in FIGS. 1C-C.

【図17】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型
パワーMOSFETの図1C−Cにおける別の断面構造
の例を示す縦断面図である。
FIG. 17 is a vertical sectional view showing an example of another sectional structure of the trench lateral power MOSFET according to the first exemplary embodiment of the present invention in FIG. 1C-C.

【図18】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型
パワーMOSFETの3つのパラメータt1、t2およ
びtpの関係を示す特性図である。
FIG. 18 is a characteristic diagram showing a relationship between three parameters t1, t2 and tp of the trench lateral power MOSFET according to the first embodiment of the present invention.

【図19】本発明の実施の形態1にかかるトレンチ横型
パワーMOSFETのオン抵抗および耐圧とt1との関
係を示す特性図である。
FIG. 19 is a characteristic diagram showing the relationship between the on-resistance and breakdown voltage of the trench lateral power MOSFET according to the first embodiment of the present invention and t1.

【図20】本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の
活性領域における構造を示す縦断面図である。
FIG. 20 is a vertical sectional view showing a structure in an active region of a semiconductor device according to a second exemplary embodiment of the present invention.

【図21】本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の
製造段階における要部を示す縦断面図である。
FIG. 21 is a vertical cross-sectional view showing the main parts of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention at the manufacturing stage.

【図22】本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の
製造段階における要部を示す縦断面図である。
FIG. 22 is a vertical cross-sectional view showing the main parts in the manufacturing stage of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

【図23】本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の
製造段階における要部を示す縦断面図である。
FIG. 23 is a vertical cross-sectional view showing a main part in a manufacturing step of the semiconductor device according to the second exemplary embodiment of the present invention.

【図24】本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の
製造段階における要部を示す縦断面図である。
FIG. 24 is a vertical cross-sectional view showing the main parts in the manufacturing stage of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

【図25】本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の
製造段階における要部を示す縦断面図である。
FIG. 25 is a vertical cross-sectional view showing the main parts of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention at the manufacturing stage.

【図26】本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の
製造段階における要部を示す縦断面図である。
FIG. 26 is a vertical cross-sectional view showing the main parts at the manufacturing stage of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

【図27】本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の
製造段階における要部を示す縦断面図である。
FIG. 27 is a vertical cross-sectional view showing the main parts in the manufacturing stage of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

【図28】本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の
製造段階における要部を示す縦断面図である。
FIG. 28 is a vertical cross-sectional view showing the main parts at the manufacturing stage of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

【図29】本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の
製造段階における要部を示す縦断面図である。
FIG. 29 is a vertical cross-sectional view showing the main parts at the manufacturing stage of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

【図30】本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の
製造段階における要部を示す縦断面図である。
FIG. 30 is a vertical cross-sectional view showing the main parts at the manufacturing stage of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

【図31】従来のトレンチ横型パワーMOSFETの構
成を示す平面図である。
FIG. 31 is a plan view showing a configuration of a conventional trench lateral power MOSFET.

【図32】図31にA−Aで示す活性領域の構成を示す
縦断面図である。
32 is a vertical cross-sectional view showing the structure of the active region indicated by AA in FIG.

【図33】図31にB−Bで示すゲート領域の構成を示
す縦断面図である。
FIG. 33 is a vertical cross-sectional view showing the structure of the gate region indicated by BB in FIG. 31.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体装置(トレンチ横型パワーMOSFET) 50,150 半導体基板 51,151 トレンチ 52,115,125,152,172 第1の導電
体(ゲートポリシリコン) 53,113,123 ゲート電極 54,154 ソース電極 55,155 ドレイン電極 58,158 ドレイン領域(n+拡散領域) 59,83,119,129,159,183 ゲー
ト絶縁膜(ゲート酸化膜) 60,160 ドリフト領域(n拡散領域) 61,161 ソース領域(n+拡散領域) 62,162 ベース領域 63,163 第2の導電体(ドレインポリシリコ
ン) 65,66 層間絶縁膜(層間酸化膜) 82,182 窒化膜 101 トレンチ横型パワーMOSFET 102,103 プレーナーMOSFET(PMO
S、NMOS) 111 ソース/ドレイン領域(n+拡散領域) 114,124 ソース/ドレイン電極 120 ウェル領域 121 ソース/ドレイン領域(p+拡散領域) 165,166 層間絶縁膜(層間酸化膜) 193 素子分離用の選択酸化膜
1 semiconductor device (trench lateral power MOSFET) 50, 150 semiconductor substrate 51, 151 trench 52, 115, 125, 152, 172 first conductor (gate polysilicon) 53, 113, 123 gate electrode 54, 154 source electrode 55 , 155 drain electrode 58, 158 drain region (n + diffusion region) 59, 83, 119, 129, 159, 183 gate insulating film (gate oxide film) 60, 160 drift region (n diffusion region) 61, 161 source region ( n + diffusion region) 62, 162 base regions 63, 163 second conductor (drain polysilicon) 65, 66 interlayer insulating film (interlayer oxide film) 82, 182 nitride film 101 trench lateral power MOSFET 102, 103 planar MOSFET ( PMO
S, NMOS) 111 source / drain region (n + diffusion region) 114,124 source / drain electrode 120 well region 121 source / drain region (p + diffusion region) 165,166 interlayer insulating film (interlayer oxide film) 193 element isolation Selective oxide film for

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/08 102B 102C (72)発明者 北村 睦美 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 杉 祥夫 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 Fターム(参考) 5F048 AA05 AA09 AC03 AC06 BB01 BB05 BB16 BB19 BC03 BD01 BD04 BD05 BD07 BE03 BF11 BF15 BF16 5F140 AA01 AA25 AA39 AB03 AB04 AC21 AC23 BB04 BC06 BC17 BF04 BF43 BF44 BF45 BG27 BG38 BH05 BH09 BH10 BH14 BH25 BH30 BH47 BJ04 BJ11 BJ15 BJ25 BJ27 BK09 BK13 BK14 BK21 CB01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 27/08 102B 102C (72) Inventor Mutsumi Kitamura No. 1 Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fuji Inside the Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yoshio Sugi 1-1, Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fuji Electric Co., Ltd. F-term (reference) 5F048 AA05 AA09 AC03 AC06 BB01 BB05 BB16 BB19 BC03 BD01 BD04 BD05 BD07 BE03 BF11 BF15 BF16 5F140 AA01 AA25 AA39 AB03 AB04 AC21 AC23 BB04 BC06 BC17 BF04 BF43 BF44 BF45 BG27 BG38 BH05 BH09 BH10 BH14 BH25 BH30 BH47 BJ04 BJ11 BJ15 BJ25 BJ27 BK09 BK13 CB01 BK13 BK14 BK14

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体基板に設けられたト
レンチと、 前記トレンチの外側の基板表面領域に形成された第2導
電型のソース領域と、 前記トレンチの外側で前記ソース領域の下側に形成され
た第1導電型のベース領域と、前記ベース領域の下側で
前記トレンチの側部に沿って前記トレンチの外側に形成
された第2導電型のドリフト領域と、前記トレンチの底
部に形成された第2導電型のドレイン領域と、前記トレ
ンチの側部および底部に沿って前記トレンチの内側に形
成され、かつ前記トレンチの側部よりも底部の方が厚い
ゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の内側に形成された
第1の導電体と、前記第1の導電体の内側に層間絶縁膜
を介して形成され、かつ前記ドレイン領域と電気的に接
続する第2の導電体と、前記第1の導電体に電気的に接
続するゲート電極と、前記ソース領域に電気的に接続す
るソース電極と、前記第2の導電体に電気的に接続する
ドレイン電極と、を具備することを特徴とする半導体装
置。
1. A trench provided in a semiconductor substrate of a first conductivity type, a source region of a second conductivity type formed in a substrate surface region outside the trench, and below the source region outside the trench. A first conductivity type base region formed on a side of the trench, a second conductivity type drift region formed below the base region along the side of the trench and outside the trench, and a bottom of the trench. A drain region of the second conductivity type formed in the trench, a gate insulating film formed inside the trench along a side portion and a bottom portion of the trench, and having a thicker bottom portion than the side portion of the trench; A first conductor formed inside the gate insulating film, and a second conductor formed inside the first conductor via an interlayer insulating film and electrically connected to the drain region. , The first conductivity The semiconductor device according to claim a gate electrode electrically connected to a source electrode electrically connected to the source region, by comprising a drain electrode electrically connected to the second conductor on.
【請求項2】 前記ドリフト領域は前記トレンチの側部
に沿って延びていることを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the drift region extends along a side portion of the trench.
【請求項3】 前記ゲート絶縁膜は、前記第1の導電体
の下側に、前記第2の導電体に向かって連続的に厚くな
る部分を有す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。
3. The gate insulating film has a portion below the first conductor that continuously increases in thickness toward the second conductor. The semiconductor device described.
【請求項4】 前記ゲート絶縁膜のうち、前記第1の導
電体の下側に位置する部分は、当該部分が選択的に酸化
されて形成された選択酸化膜であることを特徴とする請
求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体装置。
4. The portion of the gate insulating film located below the first conductor is a selective oxide film formed by selectively oxidizing the portion. Item 5. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 3.
【請求項5】 上記請求項1〜4のいずれか一つに記載
の半導体装置と、プレーナーMOSFETとが同一基板
上に作製されていることを特徴とする半導体装置。
5. A semiconductor device in which the semiconductor device according to any one of claims 1 to 4 and a planar MOSFET are formed on the same substrate.
【請求項6】 第1導電型の半導体基板の表面領域にト
レンチを形成する工程と、前記トレンチの周囲に第2導
電型のドリフト領域を形成する工程と、前記トレンチの
内側および基板表面に窒化膜を形成する工程と、少なく
とも活性領域に相当する領域において、前記窒化膜の、
前記トレンチの底部を覆う部分の一部を除去する工程
と、前記窒化膜をマスクとした選択酸化をおこなう工程
と、前記トレンチの内側に、前記トレンチの側部に沿っ
てゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の
表面に沿って第1の導電体を形成する工程と、活性領域
に相当する領域において前記第1の導電体を前記トレン
チの側面にのみ残るようにエッチバックする工程と、前
記トレンチの外側の基板表面領域に第1導電型のベース
領域および第2導電型のソース領域を形成する工程と、
前記第1の導電体の内側に層間絶縁膜を形成し、活性領
域に相当する領域において前記層間絶縁膜の底部を選択
的に除去して前記トレンチの底部に第2導電型のドレイ
ン領域を形成する工程と、前記トレンチ内に、前記ドレ
イン領域に電気的に接続する第2の導電体を設ける工程
と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. A step of forming a trench in a surface region of a semiconductor substrate of a first conductivity type, a step of forming a drift region of a second conductivity type around the trench, and a step of nitriding inside the trench and the surface of the substrate. A step of forming a film, and at least in a region corresponding to the active region, of the nitride film,
A step of removing a part of a portion covering the bottom of the trench, a step of performing selective oxidation using the nitride film as a mask, and a gate insulating film is formed inside the trench along the side portion of the trench. A step of forming a first conductor along the surface of the gate insulating film, and a step of etching back the first conductor so that it remains only on the side surface of the trench in a region corresponding to an active region. And a step of forming a first conductivity type base region and a second conductivity type source region in the substrate surface region outside the trench,
An interlayer insulating film is formed inside the first conductor, and a bottom portion of the interlayer insulating film is selectively removed in a region corresponding to an active region to form a drain region of the second conductivity type at a bottom portion of the trench. And a step of providing a second conductor electrically connected to the drain region in the trench.
【請求項7】 前記窒化膜をマスクとして選択酸化をお
こなう際に、前記窒化膜はトレンチ底面にまで達してお
り、前記第1の導電体の膜厚tpと、トレンチ底面の端
部から前記窒化膜が除去されている領域までの距離t2
との関係は、0.18μm≦t2≦tp+0.6μm、
好ましくは0.18μm≦t2≦tp+0.4μm、よ
り好ましくは0.18μm≦t2≦tp+0.2μmで
あることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製
造方法。
7. When performing selective oxidation using the nitride film as a mask, the nitride film reaches the bottom surface of the trench, the film thickness tp of the first conductor and the nitriding from the end of the bottom surface of the trench. Distance t2 to the area where the film is removed
The relationship with is 0.18 μm ≦ t2 ≦ tp + 0.6 μm,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein 0.18 μm ≦ t2 ≦ tp + 0.4 μm is preferable, and 0.18 μm ≦ t2 ≦ tp + 0.2 μm is more preferable.
【請求項8】 基板表面に層間絶縁膜をさらに形成し、
その層間絶縁膜にコンタクトホールを開口して、前記第
1の導電体に電気的に接続するゲート電極、前記第2の
導電体に電気的に接続するドレイン電極、および前記ソ
ース領域に電気的に接続するソース電極を形成する工程
と、を含むことを特徴とする請求項6または7に記載の
半導体装置の製造方法。
8. An interlayer insulating film is further formed on the surface of the substrate,
A contact hole is opened in the interlayer insulating film to form a gate electrode electrically connected to the first conductor, a drain electrode electrically connected to the second conductor, and a source electrode electrically connected to the source region. 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising the step of forming a source electrode to be connected.
【請求項9】 トレンチMOSFETとプレーナーMO
SFETとが同一基板上に集積された半導体装置を製造
するにあたって、 第1導電型の半導体基板の表面領域の一部に第2導電型
のウェル領域を形成する工程と、前記ウェル領域の外側
のトレンチMOSFET形成領域内にトレンチを形成す
る工程と、 トレンチMOSFET形成領域内で前記トレンチの周囲
に第2導電型のドリフト領域を形成する工程と、 基板表面上および前記トレンチの内側に窒化膜を形成
し、その窒化膜の、少なくとも活性領域に相当する領域
においてトレンチ底部の一部、および基板表面のトレン
チMOSFETおよびプレーナーMOSFETの各素子
の境界部分を除去し、残った窒化膜をマスクとして選択
酸化膜を形成する工程と、基板表面上および前記トレン
チの内側にゲート絶縁膜を形成する工程と、基板表面上
および前記トレンチの内側に、前記ゲート絶縁膜の表面
に沿って第1の導電体を形成する工程と、活性領域に相
当する領域において、前記第1の導電体が、基板表面で
は前記選択酸化膜が形成されていない領域の一部に残
り、一方、前記トレンチが形成された領域では前記トレ
ンチの側面にのみ残るようにエッチバックする工程と、
トレンチMOSFET形成領域内で前記トレンチの外側
の基板表面領域に第1導電型のベース領域および第2導
電型のソース領域を形成する工程と、プレーナーMOS
FET形成領域内の前記ウェル領域内に第1導電型のソ
ースまたはドレインとなるソース/ドレイン領域を形成
する工程と、プレーナーMOSFET形成領域内で前記
ウェル領域の外側に第2導電型のソースまたはドレイン
となるソース/ドレイン領域を形成する工程と、プレー
ナーMOSFET形成領域内の前記第1の導電体の上
部、および前記トレンチ内の前記第1の導電体の内側に
層間絶縁膜を形成する工程と、活性領域に相当する領域
において前記トレンチ内の前記層間絶縁膜の底部を選択
的に除去してトレンチ底部に第2導電型のドレイン領域
を形成する工程と、前記トレンチ内に前記ドレイン領域
に電気的に接続する第2の導電体を設ける工程と、を含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. A trench MOSFET and a planar MO.
In manufacturing a semiconductor device in which SFETs are integrated on the same substrate, a step of forming a second conductivity type well region in a part of a surface region of a first conductivity type semiconductor substrate, and a step of forming a well region of the second conductivity type outside the well region. Forming a trench in the trench MOSFET formation region; forming a second conductivity type drift region around the trench in the trench MOSFET formation region; forming a nitride film on the substrate surface and inside the trench Then, a part of the bottom of the trench in at least a region corresponding to the active region of the nitride film and a boundary portion between each element of the trench MOSFET and the planar MOSFET on the substrate surface are removed, and the remaining nitride film is used as a mask to form a selective oxide film. A step of forming a gate insulating film on the surface of the substrate and inside the trench, and Forming a first conductor along the surface of the gate insulating film above and inside the trench; and in a region corresponding to an active region, the first conductor is selectively oxidized on the substrate surface. Etching back so as to remain in a part of the region where the film is not formed, while remaining in only the side surface of the trench in the region where the trench is formed,
Forming a first conductivity type base region and a second conductivity type source region in a substrate surface region outside the trench in the trench MOSFET formation region;
Forming a source / drain region serving as a source or drain of the first conductivity type in the well region in the FET formation region, and a second conductivity type source or drain outside the well region in the planar MOSFET formation region Forming a source / drain region to be a source / drain region, and forming an interlayer insulating film on the first conductor in the planar MOSFET formation region and inside the first conductor in the trench, A step of selectively removing a bottom portion of the interlayer insulating film in the trench in a region corresponding to an active region to form a drain region of the second conductivity type in the trench bottom portion; and electrically connecting the drain region to the drain region in the trench. And a step of providing a second conductor to be connected to the semiconductor device.
【請求項10】 前記窒化膜をマスクとして選択酸化を
おこなう際に、前記窒化膜はトレンチ底面にまで達して
おり、前記第1の導電体の膜厚tpと、トレンチ底面の
端部から前記窒化膜が除去されている領域までの距離t
2との関係は、0.18μm≦t2≦tp+0.6μ
m、好ましくは0.18μm≦t2≦tp+0.4μ
m、より好ましくは0.18μm≦t2≦tp+0.2
μmであることを特徴とする請求項9に記載の半導体装
置の製造方法。
10. When performing selective oxidation using the nitride film as a mask, the nitride film reaches the bottom surface of the trench, the film thickness tp of the first conductor and the nitriding from the end of the bottom surface of the trench. Distance t to the area where the film is removed
The relationship with 2 is 0.18 μm ≦ t2 ≦ tp + 0.6 μ
m, preferably 0.18 μm ≦ t2 ≦ tp + 0.4 μm
m, more preferably 0.18 μm ≦ t2 ≦ tp + 0.2
The manufacturing method of a semiconductor device according to claim 9, wherein the thickness is μm.
【請求項11】 トレンチMOSFET形成領域内に第
2導電型の前記ソース領域を形成する工程と、プレーナ
ーMOSFET形成領域内で前記ウェル領域の外側に第
2導電型の前記ソース/ドレイン領域を形成する工程と
は同一工程であることを特徴とする請求項9または10
に記載の半導体装置の製造方法。
11. A step of forming the source region of the second conductivity type in the trench MOSFET formation region, and a step of forming the source / drain region of the second conductivity type outside the well region in the planar MOSFET formation region. 11. The process is the same process as in claim 9,
A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1.
【請求項12】 基板表面に層間絶縁膜をさらに形成
し、その層間絶縁膜にコンタクトホールを開口して、前
記第1の導電体に電気的に接続するゲート電極、前記第
2の導電体に電気的に接続するドレイン電極、前記ソー
ス領域に電気的に接続するソース電極、前記第1導電型
のソース/ドレイン領域に電気的に接続するソース/ド
レイン電極、および前記第2導電型のソース/ドレイン
領域に電気的に接続するソース/ドレイン電極を形成す
る工程と、を含むことを特徴とする請求項9〜11のい
ずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
12. An interlayer insulating film is further formed on a substrate surface, a contact hole is opened in the interlayer insulating film, and a gate electrode electrically connected to the first conductor and the second conductor are formed. A drain electrode electrically connected, a source electrode electrically connected to the source region, a source / drain electrode electrically connected to the source / drain region of the first conductivity type, and a source / drain of the second conductivity type. 12. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising the step of forming a source / drain electrode electrically connected to the drain region.
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