JP2006108514A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、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または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ICに用いられる低オン抵抗のパワーMOSFET(金属−酸化膜−半導体よりなる絶縁ゲート構造を有する電界効果トランジスタ)に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and in particular, a low on-resistance power used for an IC that controls a large current with a high withstand voltage, such as a switching power supply IC, an automotive power system driving IC, or a flat panel display driving IC The present invention relates to a MOSFET (field effect transistor having an insulated gate structure made of metal-oxide film-semiconductor).
近年、携帯情報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ICの重要性が高まっている。横型パワーMOSFETと制御回路とを一体化したパワーICでは、パワーMOSFET単体と制御駆動回路とを組み合わせた従来の構成に比べて、小型化、低消費電力化、高信頼性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な横型パワーMOSFETの開発が盛んに行われている。特に、ここ数年、横型パワーMOSFETにおいては、さらなる高集積化と低オン抵抗化を図るため、チャネルが形成される半導体層にトレンチを形成し、このトレンチ内にゲート電極を埋め込むようにした構造(トレンチゲート構造)が提案されている。 In recent years, with the rapid spread of portable information devices and the advancement of communication technology, the importance of power ICs incorporating power MOSFETs has increased. In a power IC that integrates a horizontal power MOSFET and a control circuit, the size, power consumption, high reliability, and cost reduction are reduced compared to a conventional configuration in which a power MOSFET alone and a control drive circuit are combined. Be expected. Therefore, development of a high-performance lateral power MOSFET based on a CMOS process has been actively conducted. In particular, in recent years, lateral power MOSFETs have a structure in which a trench is formed in a semiconductor layer in which a channel is formed and a gate electrode is embedded in the lateral power MOSFET in order to achieve higher integration and lower on-resistance. (Trench gate structure) has been proposed.
このようなトレンチゲート構造を適用した横型パワーMOSFET(以下、TLPMとする)として、次の二つの構造が提案されている。第1は、トレンチの底部にドレイン領域があり、トレンチ内に埋め込まれた埋め込み電極を介してドレイン領域に対する電気的な接続を行う構造である。第2は、トレンチの底部にソース領域があり、トレンチ内の埋め込み電極を介してソース領域に対する電気的な接続を行う構造である(例えば、特許文献1参照。)。以下、前記第1の構造および第2の構造を、それぞれトレンチの底部にドレインコンタクトおよびソースコンタクトを有するTLPMであることから、TLPM/DおよびTLPM/Sと略記する。 The following two structures have been proposed as a lateral power MOSFET (hereinafter referred to as TLPM) to which such a trench gate structure is applied. The first is a structure in which there is a drain region at the bottom of the trench, and electrical connection is made to the drain region through a buried electrode buried in the trench. The second is a structure in which a source region is provided at the bottom of the trench, and electrical connection to the source region is performed via a buried electrode in the trench (see, for example, Patent Document 1). Hereinafter, the first structure and the second structure are abbreviated as TLPM / D and TLPM / S because they are TLPMs having a drain contact and a source contact at the bottom of the trench, respectively.
以下に、従来のTLPM/DおよびTLPM/Sの構造およびその製造プロセスについて説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nまたはpに付す「+」および「-」は、それぞれ比較的高不純物濃度または比較的低不純物濃度であることを意味する。なお、すべての添付図面において同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 The structure of the conventional TLPM / D and TLPM / S and the manufacturing process thereof will be described below. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. Further, “ + ” and “ − ” attached to n or p mean a relatively high impurity concentration or a relatively low impurity concentration, respectively. Note that the same reference numerals are given to the same components in all the attached drawings, and redundant description is omitted.
図52は、従来のTLPM/Dの構成を示す断面図である。このTLPM/Dのトレンチの段数は、1段である。図52に示すように、p-シリコン基板1には、トレンチ4が形成されている。トレンチ4の内側には、ゲート酸化膜7が設けられている。ゲート酸化膜7の内側には、ゲート電極8が設けられている。ゲート電極8の内側には、層間絶縁膜9が形成されている。層間絶縁膜9の内側には、プラグとなる埋め込み電極10が設けられている。この埋め込み電極10は、トレンチ4の底部でn+ドレイン領域16に電気的に接続している。
FIG. 52 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional TLPM / D. The number of TLPM / D trenches is one. As shown in FIG. 52,
層間絶縁膜9と埋め込み電極10の上には、さらに別の層間絶縁膜11が形成されている。ここで、いくつかの異なる層間絶縁膜を区別するため、符号9を付した層間絶縁膜を第1の層間絶縁膜とし、符号11を付した層間絶縁膜を第3の層間絶縁膜とする。ドレイン電極13は、この第3の層間絶縁膜11を貫通して埋め込み電極10に電気的に接続している。また、トレンチ4の開口端の外側の表面領域には、n+ソース領域6aが設けられている。n+ソース領域6aのさらに外側の表面領域には、p+コンタクト領域6bが設けられている。
Another
ソース電極12は、第3の層間絶縁膜11を貫通してn+ソース領域6aとp+コンタクト領域6bに電気的に接続している。ソース電極12とドレイン電極13とは、第3の層間絶縁膜11によって隔てられている。トレンチ4の底部からトレンチ4の側壁下部にかけては、n-拡張ドレイン領域2が形成されている。n-拡張ドレイン領域2とn+ソース領域6aとの間には、チャネル領域となるPベース領域5が形成されている。
The
図52に示すTLPM/Dは、以下のようにして作製される。まず、図53に示すように、p-シリコン基板1の上にマスク酸化膜3を形成する。次に、図54に示すように、マスク酸化膜3の表面にフォトレジスト101を塗布し、露光、現像を行う。そして、マスク酸化膜3をパターニングする。フォトレジスト101を除去した後、図55に示すように、マスク酸化膜3をマスクとしてp-シリコン基板1にトレンチ4を形成する。次に、図56に示すように、トレンチ4の内側にバッファ酸化膜102を形成した後、トレンチ4の底部にn型不純物として例えばリン(P31)をイオン注入する。
The TLPM / D shown in FIG. 52 is manufactured as follows. First, as shown in FIG. 53,
次に、図57に示すように、トレンチ4の底部にn-拡張ドレイン領域2を形成する。バッファ酸化膜102を除去した後、トレンチ4の内部にゲート酸化膜7を形成する。次に、ゲート電極8となるポリシリコンを堆積する。そして、図58に示すように、ポリシリコンをエッチングして、トレンチ4の側壁に沿う部分にのみポリシリコンを残す。これにより、ゲート電極8が形成される。その後、シャドウ酸化を行い、ゲート電極8の内側にシャドウ酸化膜103を形成する。次に、図59に示すように、第1の層間絶縁膜9を堆積する。そして、図60に示すように第1の層間絶縁膜9をエッチングして、トレンチ4の底部にコンタクトホールを形成する。
Next, as shown in FIG. 57, n − extended
次に、図61に示すように、トレンチ4の底部のコンタクトホールを介してn-拡張ドレイン領域2内にn型不純物を導入し、n+ドレイン領域16を形成する。次に、埋め込み電極10となる導電体を堆積する。そして、図62に示すように、その導電体をエッチングして、埋め込み電極10を形成する。続いて、トレンチ4の開口端の外側領域に、p型不純物として例えばホウ素(B11)をイオン注入する。
Next, as shown in FIG. 61, an n-type impurity is introduced into n − extended
次に、図63に示すように、Pベース領域5を形成した後、トレンチ4の開口端の外側領域において、トレンチ4の開口端から離れた領域をレジスト104で被覆する。そして、トレンチ4の開口端に接する領域に、n型不純物として例えば砒素(As75)をイオン注入する。レジスト104を除去した後、図64に示すように、砒素の注入領域(図64において点線で示す領域)およびトレンチ4の開口端の上をレジスト105により被覆する。そして、トレンチ4の開口端から離れた領域に、p型不純物として例えばホウ素をイオン注入する。次に、図65に示すように、トレンチ4の開口端の外側領域に、n+ソース領域6aとp+コンタクト領域6bを形成し、レジスト105を除去した後、第3の層間絶縁膜11を堆積する。
Next, as shown in FIG. 63, after forming the
その後、フォトレジスト106を塗布し、露光、現像を行って、コンタクト形成のためのパターニングを行う。そして、第3の層間絶縁膜11をエッチングして、トレンチ4の開口端の外側表面にソースコンタクトを開口するとともに、埋め込み電極10の表面にドレインコンタクトを開口する。最後に、フォトレジスト106を除去した後に、配線を行い、ソース電極12とドレイン電極13を形成する。このようにして、図52に示すデバイスが完成する。
Thereafter, a
図66および図67は、従来の1段トレンチ構造のTLPM/Sの構成を示す断面図である。図66および図67には、それぞれ活性領域およびベースピックアップ領域の断面構成が示されている。活性領域では、トレンチ4の底部にn+ソース領域6aが設けられている。それに対して、ベースピックアップ領域では、トレンチ4の底部にp+コンタクト領域6bが設けられている。活性領域とベースピックアップ領域のその他の構成は同じである。
66 and 67 are cross-sectional views showing the structure of a conventional TLPM / S having a one-stage trench structure. 66 and 67 show cross-sectional configurations of the active region and the base pickup region, respectively. In the active region, an n + source region 6 a is provided at the bottom of the
上述した従来のTLPM/D(図52参照)と同様に、p-シリコン基板1に、トレンチ4、ゲート酸化膜7、ゲート電極8、第1の層間絶縁膜9および埋め込み電極10が形成されている。そして、図66に示すように、活性領域では、埋め込み電極10は、トレンチ4の底部でn+ソース領域6aに電気的に接続している。一方、図67に示すように、ベースピックアップ領域では、埋め込み電極10は、トレンチ4の底部でp+コンタクト領域6bに電気的に接続している。トレンチ4の開口端の外側の表面上には、マスク酸化膜3が形成されている。マスク酸化膜3、第1の層間絶縁膜9および埋め込み電極10の上には、第3の層間絶縁膜11が形成されている。
Similar to the above-described conventional TLPM / D (see FIG. 52),
ソース電極12は、第3の層間絶縁膜11を貫通して埋め込み電極10に電気的に接続している。トレンチ4の開口端の外側の表面領域には、n+ドレイン領域16が設けられている。ドレイン電極13は、第3の層間絶縁膜11およびその下のマスク酸化膜3を貫通してn+ドレイン領域16に電気的に接続している。トレンチ4の開口端の外側表面からトレンチ4の側壁の下部にかけては、n-拡張ドレイン領域2が形成されている。n-拡張ドレイン領域2と、n+ソース領域6aおよびp+コンタクト領域6bとの間には、Pベース領域5が形成されている。
The
図66および図67に示すTLPM/Sは、以下のようにして作製される。まず、図68に示すように、p-シリコン基板1の表面にn-拡張ドレイン領域2を形成し、その上にマスク酸化膜3を堆積する。次に、図69に示すように、マスク酸化膜3の表面にフォトレジスト101を塗布し、露光、現像を行う。そして、マスク酸化膜3をパターニングする。フォトレジスト101を除去した後、図70に示すように、マスク酸化膜3をマスクとして、n-拡張ドレイン領域2を貫通してp-シリコン基板1に達するトレンチ4を形成する。その後、図71に示すように、トレンチ4の内側にバッファ酸化膜102を形成する。
The TLPM / S shown in FIGS. 66 and 67 is manufactured as follows. First, as shown in FIG. 68, n − extended
次に、図72に示すように、バッファ酸化膜102を除去した後、トレンチ4の内部にゲート酸化膜7を形成する。次に、ゲート電極8となるポリシリコンを堆積する。そして、図73に示すように、ポリシリコンをエッチングして、トレンチ4の側壁に沿う部分にのみゲート電極8を形成する。その後、シャドウ酸化を行い、ゲート電極8の内側にシャドウ酸化膜103を形成する。次に、図74に示すように、トレンチ4の底部にp型不純物として例えばホウ素をイオン注入する。ここまでのプロセスは、活性領域とベースピックアップ領域とで共通である。
Next, as shown in FIG. 72, after removing the
次に、活性領域およびベースピックアップ領域にPベース領域5を形成する。その後、活性領域では、図75に示すように、トレンチ4の底部にn型不純物として例えば砒素をイオン注入する。その際、ピックアップ領域では、図76に示すように、トレンチ4の底部にマスク107を被せて、砒素が注入されないようにする。マスク107を除去した後、ピックアップ領域では、図78に示すように、トレンチ4の底部にp型不純物として例えばホウ素をイオン注入する。その際、活性領域では、図77に示すように、トレンチ4の底部にマスク108を被せて、ホウ素が注入されないようにする。なお、図77において、Pベース領域5内の点線は、砒素の注入領域を表している。
Next, the
マスク108を除去し、図79に示すように、活性領域では、トレンチ4の底部にn+ソース領域6aを形成する。同時に、図80に示すように、ピックアップ領域では、トレンチ4の底部にp+コンタクト領域6bを形成する。次に、活性領域およびベースピックアップ領域において、第1の層間絶縁膜9を堆積する。そして、第1の層間絶縁膜9をエッチングして、トレンチ4の底部にコンタクトホールを形成する。これによって、図81に示すように、活性領域では、トレンチ4の底部にn+ソース領域6aが露出する。また、図82に示すように、ベースピックアップ領域では、トレンチ4の底部にp+コンタクト領域6bが露出する。
The
次に、図83および図84に示すように、活性領域およびベースピックアップ領域において、埋め込み電極10となる導電体を堆積する。そして、図85および図86に示すように、この導電体をエッチングして、埋め込み電極10を形成する。埋め込み電極10は、活性領域においてはn+ソース領域6aに電気的に接続し、一方、ベースピックアップ領域においてはp+コンタクト領域6bに電気的に接続する。
Next, as shown in FIGS. 83 and 84, a conductor to be the buried
次に、図87および図88に示すように、活性領域およびベースピックアップ領域において、第3の層間絶縁膜11を堆積する。そして、レジスト106のマスクを用いて第3の層間絶縁膜11をエッチングし、トレンチ4の開口端の外側表面にドレインコンタクトを開口するとともに、埋め込み電極10の表面にソースコンタクトを開口する。レジスト106を除去した後、図89および図90に示すように、ドレインコンタクトおよびソースコンタクトのための開口部からn型不純物として例えば砒素をイオン注入する。最後に、配線を行い、ソース電極12とドレイン電極13を形成する。このようにして、図66および図67に示すデバイスが完成する。
Next, as shown in FIGS. 87 and 88, a third
図91は、従来の2段トレンチ構造のTLPM/Dの構成を示す断面図である。図91に示すように、2段トレンチ構造のTLPM/Dが、図52に示す1段トレンチ構造のTLPM/Dと異なるのは、トレンチ4の下部とトレンチ4の開口端の外側の表面に、ゲート酸化膜7よりも厚い層間絶縁膜(以下、第2の層間絶縁膜とする)15aが設けられていることである。その他の構成は、1段トレンチ構造のTLPM/Dと同様であるので、重複する説明を省略する。
FIG. 91 is a cross-sectional view showing a TLPM / D configuration having a conventional two-stage trench structure. As shown in FIG. 91, the TLPM / D having the two-stage trench structure is different from the TLPM / D having the one-stage trench structure shown in FIG. 52 on the lower surface of the
図91に示すTLPM/Dは、以下のようにして作製される。まず、図53〜図55に示すプロセスに従って、マスク酸化膜3をマスクとしてp-シリコン基板1にトレンチ4を形成する。ここで、2段トレンチ構造のTLPM/Dの製造プロセスを説明するにあたって、この最初に形成されるトレンチ4を第1のトレンチ4aとし、後に形成するトレンチ(第2のトレンチとする)と区別する。次に、図92に示すように、第1のトレンチ4aの内壁に生成した酸化膜110のさらに内側に窒化膜109を堆積する。そして、図93に示すように、この窒化膜109をエッチングして第1のトレンチ4aの側壁部にのみ窒化膜109を残す。
The TLPM / D shown in FIG. 91 is manufactured as follows. First, according to the process shown in FIGS. 53 to 55,
次に、図94に示すように、窒化膜109をマスクにして、第1のトレンチ4aの底部にn-拡張ドレイン領域2を形成する。その後、第1のトレンチ4aの底部に、第1のトレンチ4aよりも狭い幅の第2のトレンチ4bを形成する。その際、基板表面に残っていたマスク酸化膜3も消滅する。次に、図95に示すように、第2のトレンチ4bの底部と第1のトレンチ4aの開口端の外側の表面に第2の層間絶縁膜15aを形成する。次に、図96に示すように、窒化膜109および酸化膜110を除去した後、第1のトレンチ4aの側壁にゲート酸化膜7を形成する。その後、ゲート電極8となるポリシリコンを堆積する。
Next, as shown in FIG. 94, n − extended
次に、図97に示すように、ポリシリコンをエッチングして、第1のトレンチ4aの側壁に沿う部分にのみゲート電極8を形成する。次に、図98に示すように、第1のトレンチ4aおよび第2のトレンチ4bの内側に第1の層間絶縁膜9を堆積する。そして図99に示すように、この第1の層間絶縁膜9をエッチングして、第2のトレンチ4bの底部にコンタクトホールを形成する。これ以降は、図61〜図65に示すプロセスに従って、n+ドレイン領域16、埋め込み電極10、Pベース領域5、n+ソース領域6a、p+コンタクト領域6b、第3の層間絶縁膜11、ソース電極12およびドレイン電極13を形成する。このようにして、図91に示すデバイスが完成する。
Next, as shown in FIG. 97, the polysilicon is etched to form the
図100および図101は、従来の2段トレンチ構造のTLPM/Sの構成を示す断面図である。図100および図101には、それぞれ活性領域およびベースピックアップ領域の断面構成が示されている。図100および図101に示すように、2段トレンチ構造のTLPM/Sが、図66および図67に示す1段トレンチ構造のTLPM/Sと異なるのは、トレンチ4の側壁の上半部に、ゲート酸化膜7よりも厚い層間絶縁膜が設けられていることである。2段トレンチ構造のTLPM/Sにおいて、この厚い層間絶縁膜を第2の層間絶縁膜15bとする。その他の構成は、1段トレンチ構造のTLPM/Sと同様であるので、重複する説明を省略する。
100 and 101 are cross-sectional views showing the structure of a conventional TLPM / S having a two-stage trench structure. 100 and 101 show the cross-sectional configurations of the active region and the base pickup region, respectively. As shown in FIGS. 100 and 101, the TLPM / S of the two-stage trench structure is different from the TLPM / S of the one-stage trench structure shown in FIGS. 66 and 67 in the upper half of the sidewall of the
図100および図101に示すTLPM/Sは、以下のようにして作製される。まず、図68〜図70に示すプロセスに従う。すなわち、n-拡張ドレイン領域2を形成し、マスク酸化膜3をマスクとして、p-シリコン基板1にトレンチ4を形成する。ただし、トレンチ4がn-拡張ドレイン領域2よりも浅くなるようにする。2段トレンチ構造のTLPM/Sの製造プロセスを説明するにあたって、この最初に形成されるトレンチ4を第1のトレンチ4aとする。次に、図102に示すように、第2の層間絶縁膜15bを堆積する。
The TLPM / S shown in FIGS. 100 and 101 is manufactured as follows. First, the process shown in FIGS. That is, the n − extended
そして、図103に示すように、第2の層間絶縁膜15bをエッチングして、第1のトレンチ4aの側壁部にのみ第2の層間絶縁膜15bを残す。なお、第2の層間絶縁膜15bを堆積する前に、第1のトレンチ4aの側壁部の外側領域にn-拡張ドレイン領域2を形成してもよい。
Then, as shown in FIG. 103, the second
次に、図104に示すように、第2の層間絶縁膜15bをマスクにして第1のトレンチ4aの底部をエッチングして、第1のトレンチ4aよりも狭い幅の第2のトレンチ4bを形成する。第2のトレンチ4bは、n-拡張ドレイン領域2を貫通してp-シリコン基板1に達する。その後、図105に示すように、第2のトレンチ4bの内側にバッファ酸化膜102を形成する。これ以降は、図72〜図90に示すプロセスに従って、ゲート酸化膜7、ゲート電極8、Pベース領域5、n+ソース領域6a、p+コンタクト領域6b、第1の層間絶縁膜9、埋め込み電極10、第3の層間絶縁膜11、ソース電極12およびドレイン電極13を形成する。このようにして、図100および図101に示すデバイスが完成する。
Next, as shown in FIG. 104, the bottom of the
上述したように、各TLPMでは、トレンチ側壁にトランジスタが形成されるので、従来のプレーナ型のパワーMOSデバイスよりも高集積化することができる。従って、TLPMには、パワーMOSデバイスの性能をはかる重要な指標の一つである単位面積あたりのオン抵抗を低減することができるという利点がある。 As described above, in each TLPM, transistors are formed on the trench sidewalls, so that higher integration can be achieved than in conventional planar type power MOS devices. Therefore, TLPM has an advantage that the on-resistance per unit area, which is one of the important indexes for measuring the performance of the power MOS device, can be reduced.
しかしながら、従来のTLPMでは、ブレークダウンがゲート酸化膜と基板との界面で密となる。この理由を、図52に示すTLPM/Dを例にして説明する。図106は、図52に示すTLPM/Dをアバランシェ降伏させたときの主要部のポテンシャル分布を示す図であり、ポテンシャル曲線を破線で示している。ポテンシャルは、ゲート酸化膜7と基板(n-拡張ドレイン領域2)との界面(図106に「A」で示す)で密となる。一方、n-拡張ドレイン領域2とp-シリコン基板1との接合界面(図106に「B」および「C」で示す)では、ポテンシャルは疎となる。
However, in the conventional TLPM, breakdown is dense at the interface between the gate oxide film and the substrate. The reason for this will be described by taking TLPM / D shown in FIG. 52 as an example. FIG. 106 is a diagram showing the potential distribution of the main part when the TLPM / D shown in FIG. 52 is avalanche yielded, and the potential curve is indicated by a broken line. The potential becomes dense at the interface (indicated by “A” in FIG. 106) between the
このようなポテンシャル分布となるのは、次のような理由による。すなわち、n-拡張ドレイン領域2とゲート電極8とが薄いゲート酸化膜7を介して対峙する部分、すなわちオーバーラップが大きい。それに対して、図106の「B」および「C」においては、空乏層が広がりやすいので、電界が緩和される。これは、Pベース領域5とn-拡張ドレイン領域2がともに不純物の拡散により形成されているため、Pベース領域5とn-拡張ドレイン領域2との間に形成されるpnダイオードにおいて濃度分布が連続的に変化しているからである。なお、p-シリコン基板1の不純物濃度は、n-拡張ドレイン領域2やPベース領域5に比べて十分に低いので、不連続な濃度分布は形成されない。
This potential distribution is due to the following reason. That is, the n − extended
このように、従来のTLPM/Dでは、図106の「A」において電界が集中し、ブレークダウンが起こる構造となる。そのため、アバランシェ降伏によってゲート酸化膜7にチャージがトラップされてTLPMのオン・オフ特性が変動するアバランシェ・ウォークアウトという現象が起こるだけでなく、ゲート酸化膜7の信頼性の低下を引き起こすという問題点がある。
Thus, the conventional TLPM / D has a structure in which the electric field concentrates at “A” in FIG. 106 and breakdown occurs. Therefore, not only the phenomenon of avalanche walkout in which the charge is trapped in the
また、チャネル濃度が電流の流れる方向(深さ方向)に連続的に変化するので、pn接合のシフトによってしきい値がばらつきやすくなるという問題点もある。さらに、p+コンタクト領域6bとチャネルとの間にPベース領域5の拡散抵抗(図106に「Rbase」で示す)が発生し、ベース抵抗が上昇するため、SOA(安全動作領域)が狭くなるという問題点もある。
Further, since the channel concentration continuously changes in the direction of current flow (depth direction), there is also a problem that the threshold value tends to vary due to the pn junction shift. Further, a diffusion resistance (indicated by “R base ” in FIG. 106) of the
従来のTLPM/Sにおいても同様の問題がある。図107は、図66に示すTLPM/Sをアバランシェ降伏させたときの主要部のポテンシャル分布を示す図である。図107において、破線はポテンシャル曲線を表している。TLPM/Sにおいても、Pベース領域5とn-拡張ドレイン領域2がともに不純物の拡散により形成されているため、これらのなすpn接合の濃度勾配はなだらかに変化する。従って、n-拡張ドレイン領域2とPベース領域5との接合界面(図107に「D」で示す)において、電界が緩和される。
There is a similar problem in the conventional TLPM / S. FIG. 107 is a diagram showing a potential distribution of main parts when the TLPM / S shown in FIG. 66 is avalanche yielded. In FIG. 107, a broken line represents a potential curve. Also in TLPM / S, since the
それに対して、トレンチ4の開口端に近い領域(図107に「E」で示す)では、トレンチ4の開口端に近づくにつれてn-拡張ドレイン領域2の濃度が高くなるため、空乏層が広がりにくくなる。さらに、ゲート電極8がゲート酸化膜7を介してn-拡張ドレイン領域2に面しているため、ゲート酸化膜7と基板(n-拡張ドレイン領域2)との界面でブレークダウンが起こり、信頼性が低下する。以上のような問題は、従来の2段トレンチ構造のTLPMにおいても共通である。
On the other hand, in the region close to the opening end of the trench 4 (indicated by “E” in FIG. 107), the concentration of the n − extended
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、トレンチゲート構造を有する横型のパワー半導体装置において、アバランシェ降伏がバルク領域で起こるような構造とその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、トレンチゲート構造を有し、かつしきい値がばらつきにくい横型のパワー半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。 In order to solve the above-described problems caused by the conventional technology, an object of the present invention is to provide a structure in which avalanche breakdown occurs in a bulk region and a manufacturing method thereof in a lateral power semiconductor device having a trench gate structure. . It is another object of the present invention to provide a horizontal power semiconductor device having a trench gate structure and having a low threshold value variation, and a method for manufacturing the same.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる半導体装置は、
半導体基板の上に設けられた第1導電型半導体層と、前記第1導電型半導体層に形成されたトレンチの底部に設けられた第1の第2導電型半導体領域と、前記トレンチに隣接して前記第1導電型半導体層の表面層に設けられた第2の第2導電型半導体領域と、前記第1導電型半導体層と前記第1の第2導電型半導体領域との間に設けられた第3の第2導電型半導体領域と、前記トレンチの側部に沿って前記トレンチの内側に設けられた絶縁膜と、前記第2の第2導電型半導体領域と前記第3の第2導電型半導体領域との間の前記第1導電型半導体層の表面上に前記絶縁膜を介して設けられた第1の電極と、前記トレンチの底部で前記第1の第2導電型半導体領域に接続し、かつ前記第1の電極の内側に設けられた層間絶縁膜により囲まれる埋め込み電極と、前記埋め込み電極に接続する第2の電極と、
前記第2の第2導電型半導体領域に接続する第3の電極と、を具備し、前記第1導電型半導体層は、均一な不純物濃度であり、前記第3の第2導電型半導体領域の不純物濃度は、前記第1の第2導電型半導体領域の不純物濃度よりも低いことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a semiconductor device according to the invention of
A first conductive type semiconductor layer provided on a semiconductor substrate; a first second conductive type semiconductor region provided at a bottom of the trench formed in the first conductive type semiconductor layer; and adjacent to the trench. A second second conductive type semiconductor region provided on a surface layer of the first conductive type semiconductor layer, and provided between the first conductive type semiconductor layer and the first second conductive type semiconductor region. A third second conductivity type semiconductor region, an insulating film provided inside the trench along the side of the trench, the second second conductivity type semiconductor region, and the third second conductivity A first electrode provided on the surface of the first conductive semiconductor layer between the first semiconductor layer and the insulating film via the insulating film, and connected to the first second conductive semiconductor region at the bottom of the trench And embedded in an interlayer insulating film provided inside the first electrode. And write electrode, a second electrode connected to the buried electrode,
A third electrode connected to the second second-conductivity-type semiconductor region, wherein the first-conductivity-type semiconductor layer has a uniform impurity concentration, and the third second-conductivity-type semiconductor region The impurity concentration is lower than the impurity concentration of the first second conductivity type semiconductor region.
請求項2の発明にかかる半導体装置は、請求項1に記載の発明において、前記第1の第2導電型半導体領域はドレイン領域であり、前記第2の第2導電型半導体領域はソース領域であり、前記第3の第2導電型半導体領域が拡張ドレイン領域である金属−酸化膜−半導体よりなる絶縁ゲート構造を有する横型の電界効果トランジスタであることを特徴とする。請求項3の発明にかかる半導体装置は、請求項1または2に記載の発明において、前記第3の第2導電型半導体領域は、不純物の拡散による濃度分布を有する不純物拡散層であることを特徴とする。請求項4の発明にかかる半導体装置は、請求項1または2に記載の発明において、前記第3の第2導電型半導体領域は、均一な不純物濃度であることを特徴とする。請求項5の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜4のいずれか一つに記載の発明において、前記半導体基板の導電型は、第1導電型であることを特徴とする。請求項6の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜4のいずれか一つに記載の発明において、前記半導体基板の導電型は、第2導電型であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the first second conductivity type semiconductor region is a drain region, and the second second conductivity type semiconductor region is a source region. The third second conductivity type semiconductor region is a lateral field effect transistor having an insulated gate structure made of a metal-oxide film-semiconductor which is an extended drain region. According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first or second aspect, the third second-conductivity-type semiconductor region is an impurity diffusion layer having a concentration distribution due to impurity diffusion. And According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor device according to the first or second aspect, wherein the third second-conductivity-type semiconductor region has a uniform impurity concentration. A semiconductor device according to a fifth aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the conductivity type of the semiconductor substrate is a first conductivity type. According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, the conductivity type of the semiconductor substrate is a second conductivity type.
また、請求項7の発明にかかる半導体装置は、半導体基板の上に設けられた第1導電型半導体層と、前記第1導電型半導体層の上に設けられた第2導電型半導体層と、前記第2導電型半導体層の表面領域に設けられた第1の第2導電型半導体領域と、前記第2導電型半導体層を貫通するトレンチの底部に設けられた第2の第2導電型半導体領域と、前記トレンチの側部に沿って前記トレンチの内側に設けられた絶縁膜と、前記第2導電型半導体層と前記第2の第2導電型半導体領域との間の前記第1導電型半導体層の表面上に前記絶縁膜を介して設けられた第1の電極と、前記トレンチの底部で前記第2の第2導電型半導体領域に接続し、かつ前記第1の電極の内側に設けられた層間絶縁膜により囲まれる埋め込み電極と、前記第1の第2導電型半導体領域に接続する第2の電極と、前記埋め込み電極に接続する第3の電極と、を具備し、前記第1導電型半導体層は、均一な不純物濃度であり、前記第2導電型半導体層は、前記第1の第2導電型半導体領域の不純物濃度よりも低い均一な不純物濃度であることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a first conductivity type semiconductor layer provided on a semiconductor substrate; a second conductivity type semiconductor layer provided on the first conductivity type semiconductor layer; A first second conductivity type semiconductor region provided in a surface region of the second conductivity type semiconductor layer; and a second second conductivity type semiconductor provided in a bottom portion of a trench penetrating the second conductivity type semiconductor layer. The first conductivity type between the region, the insulating film provided inside the trench along the side of the trench, and the second conductivity type semiconductor layer and the second second conductivity type semiconductor region A first electrode provided on the surface of the semiconductor layer via the insulating film; and connected to the second second-conductivity-type semiconductor region at the bottom of the trench and provided inside the first electrode A buried electrode surrounded by the formed interlayer insulating film, and the first second conductor A second electrode connected to the type semiconductor region and a third electrode connected to the buried electrode, wherein the first conductivity type semiconductor layer has a uniform impurity concentration, and the second conductivity type semiconductor The layer has a uniform impurity concentration lower than the impurity concentration of the first second conductivity type semiconductor region.
請求項8の発明にかかる半導体装置は、請求項7に記載の発明において、前記第1の第2導電型半導体領域はドレイン領域であり、前記第2の第2導電型半導体領域はソース領域であり、前記第2導電型半導体層が拡張ドレイン領域である金属−酸化膜−半導体よりなる絶縁ゲート構造を有する横型の電界効果トランジスタであることを特徴とする。請求項9の発明にかかる半導体装置は、請求項7または8に記載の発明において、前記半導体基板の導電型は、第1導電型であることを特徴とする。請求項10の発明にかかる半導体装置は、請求項7または8に記載の発明において、前記半導体基板の導電型は、第2導電型であることを特徴とする。請求項11の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜10のいずれか一つに記載の発明において、前記トレンチの内側に、前記絶縁膜よりも厚い第2の層間絶縁膜が前記トレンチの側部に沿って設けられていることを特徴とする。 The semiconductor device according to an eighth aspect of the present invention is the semiconductor device according to the seventh aspect, wherein the first second conductivity type semiconductor region is a drain region, and the second second conductivity type semiconductor region is a source region. The second conductive semiconductor layer is a lateral field effect transistor having an insulated gate structure made of a metal-oxide film-semiconductor serving as an extended drain region. According to a ninth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the seventh or eighth aspect, the conductivity type of the semiconductor substrate is a first conductivity type. According to a tenth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the seventh or eighth aspect, the conductivity type of the semiconductor substrate is a second conductivity type. The semiconductor device according to an eleventh aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to tenth aspects, wherein a second interlayer insulating film thicker than the insulating film is provided on a side of the trench inside the trench. It is provided along the part.
また、請求項12の発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に均一な不純物濃度の第1導電型不純物層を形成する工程、前記第1導電型不純物層にトレンチを形成する工程、前記トレンチの底部に不純物を拡散させて第3の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記トレンチの側部に沿って前記トレンチの内側に絶縁膜を形成する工程、前記絶縁膜の内側に第1の電極を形成する工程、前記第1の電極の内側に層間絶縁膜を形成する工程、前記層間絶縁膜を貫通して前記トレンチの底部に半導体を露出させる工程、前記第3の第2導電型半導体領域内の前記トレンチの底部に第1の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記層間絶縁膜の内側に、前記トレンチの底部で前記第1の第2導電型半導体領域に接続する埋め込み電極を形成する工程、前記トレンチに隣接して、第1導電型不純物層の表面層に第2の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記埋め込み電極に接続する第2の電極および前記第2の第2導電型半導体領域に接続する第3の電極を形成する工程、を順に行うことを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device comprising: forming a first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on a semiconductor substrate; and forming a trench in the first conductivity type impurity layer. A step of diffusing impurities in the bottom of the trench to form a third second-conductivity-type semiconductor region, a step of forming an insulating film inside the trench along the side of the trench, and an inner side of the insulating film Forming a first electrode, forming an interlayer insulating film inside the first electrode, exposing the semiconductor to the bottom of the trench through the interlayer insulating film, the third third Forming a first second conductivity type semiconductor region at the bottom of the trench in a two conductivity type semiconductor region, inside the interlayer insulating film, and at the bottom of the trench in the first second conductivity type semiconductor region; Embedded to connect Forming a pole, forming a second second-conductivity-type semiconductor region in a surface layer of the first-conductivity-type impurity layer adjacent to the trench, a second electrode connected to the buried electrode, and the first Forming a third electrode connected to the second second conductive type semiconductor region in order.
また、請求項13の発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に均一な不純物濃度の第1の第1導電型不純物層を形成する工程、前記第1の第1導電型不純物層に第3のトレンチを形成する工程、前記第3のトレンチの内部に均一な不純物濃度の第2導電型不純物層を形成する工程、前記第1の第1導電型不純物層および前記第2導電型不純物層の上に均一な不純物濃度の第2の第1導電型不純物層を形成する工程、前記第3のトレンチよりも狭い幅で前記第2の第1導電型不純物層を貫通する第1のトレンチを形成する工程、前記第1のトレンチの側部に沿って前記第1のトレンチの内側に絶縁膜を形成する工程、前記絶縁膜の内側に第1の電極を形成する工程、前記第1の電極の内側に層間絶縁膜を形成する工程、前記層間絶縁膜を貫通して前記第1のトレンチの底部に半導体を露出させる工程、前記第2導電型不純物層内の前記第1のトレンチの底部に第1の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記層間絶縁膜の内側に、前記第1のトレンチの底部で前記第1の第2導電型半導体領域に接続する埋め込み電極を形成する工程、前記トレンチに隣接して、第1導電型不純物層の表面層に第2の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記埋め込み電極に接続する第2の電極および前記第2の第2導電型半導体領域に接続する第3の電極を形成する工程、を順に行うことを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on a semiconductor substrate; and the first first conductivity type impurity layer. Forming a third trench, forming a second conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration inside the third trench, the first first conductivity type impurity layer, and the second conductivity type. Forming a second first-conductivity-type impurity layer having a uniform impurity concentration on the impurity layer; and a first penetrating through the second first-conductivity-type impurity layer with a narrower width than the third trench. Forming a trench; forming an insulating film inside the first trench along a side of the first trench; forming a first electrode inside the insulating film; Forming an interlayer insulating film on the inner side of the electrode, the interlayer Exposing the semiconductor to the bottom of the first trench through the edge film; forming the first second conductivity type semiconductor region at the bottom of the first trench in the second conductivity type impurity layer; Forming a buried electrode connected to the first second-conductivity-type semiconductor region at the bottom of the first trench inside the interlayer insulating film; a first-conductivity-type impurity layer adjacent to the trench; Forming a second second-conductivity-type semiconductor region on the surface layer, forming a second electrode connected to the buried electrode, and a third electrode connected to the second second-conductivity-type semiconductor region Are performed in order.
請求項14の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項12または13に記載の発明において、前記半導体基板の導電型は、第1導電型であることを特徴とする。請求項15の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項12または13に記載の発明において、前記半導体基板の導電型は、第2導電型であることを特徴とする。 According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method according to the twelfth or thirteenth aspect of the present invention, wherein the semiconductor substrate has a first conductivity type. According to a fifteenth aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method according to the twelfth or thirteenth aspect of the present invention, the conductivity type of the semiconductor substrate is a second conductivity type.
また、請求項16の発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に均一な不純物濃度の第1導電型不純物層を形成する工程、前記第1導電型不純物層の上に均一な不純物濃度の第2導電型不純物層を形成する工程、前記第2導電型不純物層を貫通するトレンチを形成する工程、前記トレンチの側部に沿って前記トレンチの内側に絶縁膜を形成する工程、前記絶縁膜の内側に第1の電極を形成する工程、前記トレンチの底部に第2の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記第1の電極の内側に層間絶縁膜を形成する工程、前記層間絶縁膜を貫通して前記トレンチの底部に前記第2の第2導電型半導体領域を露出させる工程、前記層間絶縁膜の内側に、前記トレンチの底部で前記第2の第2導電型半導体領域に接続する埋め込み電極を形成する工程、前記第1のトレンチの外側に第1の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記第1の第2導電型半導体領域に接続する第2の電極および前記埋め込み電極に接続する第3の電極を形成する工程、を順に行うことを特徴とする。 According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device comprising: forming a first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on a semiconductor substrate; and forming a uniform impurity on the first conductivity type impurity layer. Forming a second conductivity type impurity layer having a concentration; forming a trench penetrating the second conductivity type impurity layer; forming an insulating film inside the trench along a side of the trench; A step of forming a first electrode inside the insulating film, a step of forming a second second conductive semiconductor region at the bottom of the trench, a step of forming an interlayer insulating film inside the first electrode, Exposing the second second conductivity type semiconductor region to the bottom of the trench through the interlayer insulation film, the second second conductivity type semiconductor region at the bottom of the trench inside the interlayer insulation film Embedded power to connect to A step of forming a first second conductivity type semiconductor region outside the first trench, a second electrode connected to the first second conductivity type semiconductor region, and a connection to the buried electrode The step of forming the third electrode is sequentially performed.
また、請求項17の発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に均一な不純物濃度の第1の第1導電型不純物層を形成する工程、前記第1の第1導電型不純物層に第3のトレンチを形成する工程、前記第3のトレンチの内部に均一な不純物濃度の第2の第1導電型不純物層を形成する工程、前記第1の第1導電型不純物層および前記第2の第1導電型不純物層の上に均一な不純物濃度の第2導電型不純物層を形成する工程、前記第3のトレンチよりも狭い幅で前記第2導電型不純物層を貫通する第1のトレンチを形成する工程、前記第1のトレンチの側部に沿って前記第1のトレンチの内側に絶縁膜を形成する工程、前記絶縁膜の内側に第1の電極を形成する工程、前記第1のトレンチの底部に第2の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記第1の電極の内側に層間絶縁膜を形成する工程、前記層間絶縁膜を貫通して前記第1のトレンチの底部に前記第2の第2導電型半導体領域を露出させる工程、前記層間絶縁膜の内側に、前記第1のトレンチの底部で前記第2の第2導電型半導体領域に接続する埋め込み電極を形成する工程、前記第1のトレンチの外側に第1の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記第1の第2導電型半導体領域に接続する第2の電極および前記埋め込み電極に接続する第3の電極を形成する工程、を順に行うことを特徴とする。 According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on a semiconductor substrate; and the first first conductivity type impurity layer. Forming a third trench, forming a second first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration inside the third trench, the first first conductivity type impurity layer and the first trench Forming a second conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on the second first conductivity type impurity layer, a first through the second conductivity type impurity layer with a width narrower than that of the third trench. Forming a trench; forming an insulating film inside the first trench along a side of the first trench; forming a first electrode inside the insulating film; Forming a second second-conductivity-type semiconductor region at the bottom of each trench A step of forming an interlayer insulating film inside the first electrode, a step of exposing the second second-conductivity-type semiconductor region at the bottom of the first trench through the interlayer insulating film, Forming a buried electrode connected to the second second-conductivity-type semiconductor region at the bottom of the first trench on the inner side of the interlayer insulating film; and first second conductive on the outer side of the first trench. A step of forming a type semiconductor region, a step of forming a second electrode connected to the first second conductivity type semiconductor region, and a third electrode connected to the buried electrode.
また、請求項18の発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に均一な不純物濃度の第1導電型不純物層を形成する工程、前記第1導電型不純物層に第1のトレンチを形成する工程、前記第1のトレンチの底部に不純物を拡散させて第3の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記第1のトレンチの側部に沿って前記第1のトレンチの内側に絶縁膜を形成する工程、前記第1のトレンチの側壁にマスク絶縁膜を形成する工程、前記第1のトレンチの底部に第2のトレンチを前記第3の第2導電型半導体領域よりも浅く形成する工程、前記第2のトレンチの底部に前記絶縁膜よりも厚い第2の層間絶縁膜を形成する工程、前記マスク絶縁膜を除去する工程、前記絶縁膜の内側に第1の電極を形成する工程、前記第1の電極の内側に第1の層間絶縁膜を形成する工程、前記第1の層間絶縁膜および前記第2の層間絶縁膜を貫通して前記第2のトレンチの底部に半導体を露出させる工程、前記第3の第2導電型半導体領域内の前記第2のトレンチの底部に第1の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記第1の層間絶縁膜および前記第2の層間絶縁膜の内側に、前記第2のトレンチの底部で前記第1の第2導電型半導体領域に接続する埋め込み電極を形成する工程、前記トレンチに隣接して、第1導電型不純物層の表面層に第2の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記埋め込み電極に接続する第2の電極および前記第2の第2導電型半導体領域に接続する第3の電極を形成する工程、を順に行うことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device comprising: forming a first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on a semiconductor substrate; and forming a first trench in the first conductivity type impurity layer. A step of forming a third second conductivity type semiconductor region by diffusing impurities in a bottom portion of the first trench, and inside the first trench along a side portion of the first trench. Forming an insulating film; forming a mask insulating film on a sidewall of the first trench; forming a second trench shallower than the third second-conductivity-type semiconductor region at a bottom of the first trench; A step of forming a second interlayer insulating film thicker than the insulating film at the bottom of the second trench, a step of removing the mask insulating film, and forming a first electrode inside the insulating film. Step, inside the first electrode Forming a first interlayer insulating film, exposing the semiconductor to the bottom of the second trench through the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film, the third second Forming a first second conductive type semiconductor region at the bottom of the second trench in the conductive type semiconductor region, and inside the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film, Forming a buried electrode connected to the first second-conductivity-type semiconductor region at the bottom of the trench, and adjacent to the trench, a second second-conductivity-type semiconductor is formed on the surface layer of the first-conductivity-type impurity layer. A step of forming a region, a step of forming a second electrode connected to the buried electrode and a third electrode connected to the second second conductivity type semiconductor region are sequentially performed.
また、請求項19の発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に均一な不純物濃度の第1の第1導電型不純物層を形成する工程、前記第1の第1導電型不純物層に第3のトレンチを形成する工程、前記第3のトレンチの内部に均一な不純物濃度の第2導電型不純物層を形成する工程、前記第1の第1導電型不純物層および前記第2導電型不純物層の上に均一な不純物濃度の第2の第1導電型不純物層を形成する工程、前記第3のトレンチよりも狭い幅で前記第2の第1導電型不純物層を貫通する第1のトレンチを形成する工程、前記第1のトレンチの側部に沿って前記第1のトレンチの内側に絶縁膜を形成する工程、前記第1のトレンチの側壁にマスク絶縁膜を形成する工程、前記第1のトレンチの底部に前記第1のトレンチよりも狭い幅の第2のトレンチを形成する工程、前記第2のトレンチの底部に前記絶縁膜よりも厚い第2の層間絶縁膜を形成する工程、前記マスク絶縁膜を除去する工程、前記絶縁膜の内側に第1の電極を形成する工程、前記第1の電極の内側に第1の層間絶縁膜を形成する工程、前記第1の層間絶縁膜および前記第2の層間絶縁膜を貫通して前記第2のトレンチの底部に半導体を露出させる工程、前記第2導電型不純物層内の前記第2のトレンチの底部に第1の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記第1の層間絶縁膜および前記第2の層間絶縁膜の内側に、前記第2のトレンチの底部で前記第1の第2導電型半導体領域に接続する埋め込み電極を形成する工程、前記トレンチに隣接して、第1導電型不純物層の表面層に第2の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記埋め込み電極に接続する第2の電極および前記第2の第2導電型半導体領域に接続する第3の電極を形成する工程、を順に行うことを特徴とする。 According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on a semiconductor substrate; and the first first conductivity type impurity layer. Forming a third trench, forming a second conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration inside the third trench, the first first conductivity type impurity layer, and the second conductivity type. Forming a second first-conductivity-type impurity layer having a uniform impurity concentration on the impurity layer; and a first penetrating through the second first-conductivity-type impurity layer with a narrower width than the third trench. Forming a trench; forming an insulating film inside the first trench along a side of the first trench; forming a mask insulating film on a sidewall of the first trench; The first trench at the bottom of one trench Forming a second trench having a narrow width, forming a second interlayer insulating film thicker than the insulating film at the bottom of the second trench, removing the mask insulating film, and the insulating film Forming a first electrode inside the first electrode, forming a first interlayer insulating film inside the first electrode, penetrating the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film Exposing the semiconductor to the bottom of the second trench, forming a first second conductivity type semiconductor region at the bottom of the second trench in the second conductivity type impurity layer, the first interlayer Forming a buried electrode connected to the first second conductivity type semiconductor region at the bottom of the second trench inside the insulating film and the second interlayer insulating film; adjacent to the trench; The second conductive layer is formed on the surface layer of the first conductive type impurity layer. Forming a semiconductor region, and performing the step of forming a third electrode connected to the second electrode and the second second-conductivity type semiconductor region to be connected to the buried electrode, in this order.
また、請求項20の発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に均一な不純物濃度の第1導電型不純物層を形成する工程、前記第1導電型不純物層の上に均一な不純物濃度の第2導電型不純物層を形成する工程、前記第2導電型不純物層に第2のトレンチを前記第2導電型不純物層よりも浅く形成する工程、前記第2のトレンチの側壁に第2の層間絶縁膜を形成する工程、前記第2の層間絶縁膜をマスクとして前記第2のトレンチの底部に前記第2のトレンチよりも狭い幅で前記第2導電型不純物層を貫通する第1のトレンチを形成する工程、前記第1のトレンチの側部に沿って前記第1のトレンチの内側に絶縁膜を形成する工程、前記第2の層間絶縁膜および前記絶縁膜の内側に第1の電極を形成する工程、前記第1の電極の内側に第1の層間絶縁膜を形成する工程、前記第1の層間絶縁膜を貫通して前記第1のトレンチの底部に半導体を露出させる工程、前記第1のトレンチの底部に第2の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記第1の層間絶縁膜の内側に、前記第1のトレンチの底部で前記第2の第2導電型半導体領域に接続する埋め込み電極を形成する工程、前記第1のトレンチの外側に第1の第2導電型半導体領域を形成する工程、前記第1の第2導電型半導体領域に接続する第2の電極および前記埋め込み電極に接続する第3の電極を形成する工程、を順に行うことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device comprising: forming a first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on a semiconductor substrate; and forming a uniform impurity on the first conductivity type impurity layer. Forming a second conductivity type impurity layer having a concentration; forming a second trench shallower than the second conductivity type impurity layer in the second conductivity type impurity layer; and forming a second trench on the sidewall of the second trench. Forming a first interlayer insulating film, wherein a first width penetrating the second conductivity type impurity layer at a bottom width of the second trench with a width narrower than that of the second trench using the second interlayer insulating film as a mask. Forming a trench; forming an insulating film inside the first trench along a side portion of the first trench; a first electrode inside the second interlayer insulating film and the insulating film Forming the first electrode Forming a first interlayer insulating film on the side; exposing the semiconductor to the bottom of the first trench through the first interlayer insulating film; and a second second at the bottom of the first trench. Forming a two-conductivity type semiconductor region; forming a buried electrode connected to the second second-conductivity type semiconductor region at the bottom of the first trench inside the first interlayer insulating film; Forming a first second conductivity type semiconductor region outside the first trench; a second electrode connected to the first second conductivity type semiconductor region; and a third electrode connected to the buried electrode. The forming step is performed in order.
請求項21の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項16〜20のいずれか一つに記載の発明において、前記半導体基板の導電型は、第1導電型であることを特徴とする。請求項22の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項16〜20のいずれか一つに記載の発明において、前記半導体基板の導電型は、第2導電型であることを特徴とする。 According to a twenty-first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the sixteenth to twentieth aspects, wherein the semiconductor substrate has a first conductivity type. According to a twenty-second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the sixteenth to twentieth aspects, wherein the conductivity type of the semiconductor substrate is a second conductivity type.
上記各請求項の発明によれば、均一な濃度の第1導電型半導体層と、これに接する第2導電型の半導体領域または半導体層とのpn接合面付近に不連続な濃度分布ができるので、このpnダイオード接合面でアバランシェ降伏が起こる。また、電流が流れる反転層の濃度が、電流が流れる方向に一様であるので、しきい値のばらつきが小さくなる。 According to the invention of each of the above claims, a discontinuous concentration distribution is formed in the vicinity of the pn junction surface between the first conductivity type semiconductor layer having a uniform concentration and the second conductivity type semiconductor region or semiconductor layer in contact therewith. The avalanche breakdown occurs at the pn diode junction surface. Further, since the concentration of the inversion layer through which the current flows is uniform in the direction in which the current flows, the variation in threshold value is reduced.
本発明にかかる半導体装置およびその製造方法によれば、トレンチゲート構造を有し、かつアバランシェ降伏がバルク領域で起こる横型のパワー半導体装置が得られるという効果を奏する。また、トレンチゲート構造を有し、かつしきい値がばらつきにくい横型のパワー半導体装置が得られるという効果を奏する。 According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, it is possible to obtain a lateral power semiconductor device having a trench gate structure and in which avalanche breakdown occurs in a bulk region. In addition, there is an effect that a lateral power semiconductor device having a trench gate structure and with less variation in threshold value can be obtained.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置およびその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。特に限定しないが、以下の各実施の形態では、均一な濃度の不純物層としてエピタキシャル層を用いた例を説明する。 Exemplary embodiments of a semiconductor device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Although not particularly limited, in each of the following embodiments, an example in which an epitaxial layer is used as an impurity layer having a uniform concentration will be described.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかるTLPM/Dの構成を示す断面図である。トレンチの段数は、1段である。図1に示すように、p-シリコン基板1の上に、チャネル領域となる均一な濃度のpエピタキシャル層21が設けられている。トレンチ4は、このエピタキシャル層21内に形成されており、pエピタキシャル層21とp-シリコン基板1との界面よりも浅い。トレンチ4の底部に設けられたn+ドレイン領域16、およびn+ドレイン領域16を囲むn-拡張ドレイン領域2は、pエピタキシャル層21内に設けられている。n-拡張ドレイン領域2は、不純物の拡散により形成された不純物拡散層であり、濃度分布を有する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the TLPM / D according to the first embodiment of the present invention. The number of trenches is one. As shown in FIG. 1, a p-
n+ソース領域6aおよびp+コンタクト領域6bは、pエピタキシャル層21の表面領域に設けられている。ゲート酸化膜7、ゲート電極8、第1の層間絶縁膜9、埋め込み電極10、第3の層間絶縁膜11、ソース電極12およびドレイン電極13については、図52に示す従来のTLPM/Dの構成と同様である。ただし、実施の形態1では、Pベース領域は設けられていない。換言すれば、従来のPベース領域の代わりに、pエピタキシャル層21が設けられている。
N + source region 6 a and p + contact region 6 b are provided in the surface region of
ここで、p-シリコン基板1、pエピタキシャル層21、n+ドレイン領域16、n+ソース領域6aおよびn-拡張ドレイン領域2は、それぞれ半導体基板、第1導電型半導体層、第1の第2導電型半導体領域、第2の第2導電型半導体領域および第3の第2導電型半導体領域に相当する。また、ゲート酸化膜7、ゲート電極8、ドレイン電極13、ソース電極12および第1の層間絶縁膜9は、それぞれトレンチの内側の絶縁膜、第1の電極、第2の電極、第3の電極および第1の電極の内側の層間絶縁膜に相当する。
Here, the p − silicon substrate 1, the
図1に示す構成において、30Vの耐圧を得るためには、トレンチ4の深さを例えば2.0μm程度にするのが望ましい。また、プロファイルについては、例えば、pエピタキシャル層21の濃度を1×1017cm-3とし、n-拡張ドレイン領域2の表面濃度を5×1016cm-3とし、拡散長を0.6μmにするとよい。この場合には、しきい値電圧が2.0V程度で、オフ耐圧が33V程度で、オン耐圧が30V程度であるデバイスを得ることができる。
In the configuration shown in FIG. 1, in order to obtain a withstand voltage of 30 V, it is desirable that the depth of the
図1に示す構成のTLPM/Dの製造方法について説明する。まず、図2に示すように、p-シリコン基板1の上にpエピタキシャル層21を成長させる。次に、図3に示すように、pエピタキシャル層21の上にマスク酸化膜3を形成する。そして、マスク酸化膜3の表面にフォトレジスト101を塗布し、露光、現像を行う。その後、マスク酸化膜3をパターニングする。フォトレジスト101を除去した後、図4に示すように、マスク酸化膜3をマスクとしてpエピタキシャル層21にトレンチ4を形成する。その際、トレンチ4をpエピタキシャル層21よりも浅く形成する。これは、pエピタキシャル層21のみでチャネルを形成するためである。
A method of manufacturing the TLPM / D having the configuration shown in FIG. 1 will be described. First, as shown in FIG. 2,
これ以降は、図56〜図65に示すプロセスに従って、n-拡張ドレイン領域2、ゲート酸化膜7、ゲート電極8、第1の層間絶縁膜9、n+ドレイン領域16、埋め込み電極10、n+ソース領域6a、p+コンタクト領域6b、第3の層間絶縁膜11、ソース電極12およびドレイン電極13を形成する。ただし、実施の形態1では、Pベース領域を形成しないで、チャネル濃度をpエピタキシャル層21の不純物濃度により調節する。従って、図62〜図63に示すプロセスにおいて、Pベース領域を形成するためのp型不純物のイオン注入工程と拡散工程を省略することができる。以上のようにして、図1に示すデバイスが完成する。ゲート電極8は、n+ソース領域6aとn-拡張ドレイン領域2との間のpエピタキシャル層21の表面部分(チャネル形成箇所)に対応する長さで形成されればよいが、図1では、トレンチ4底部付近まで形成されており、チャネル形成箇所から延長して形成される格好になっている。この延長して形成される部分は、フィールドプレートとして作用する。
Thereafter, according to the process shown in FIGS. 56 to 65, n − extended
実施の形態1によれば、n-拡張ドレイン領域2とpエピタキシャル層21とのpn接合付近に不連続な濃度分布が生じるので、pn接合界面付近でブレークダウンが起こる。また、実施の形態1によれば、n-拡張ドレイン領域2とpエピタキシャル層21の濃度を最適化することにより、図5にアバランシェ降伏時のポテンシャル曲線(破線で示す)を示すように、n-拡張ドレイン領域2とpエピタキシャル層21との接合界面(図5に「F」で示す)でポテンシャルが密となり、一方、ゲート酸化膜7とn-拡張ドレイン領域2との界面(図5に「G」で示す)でポテンシャルが疎となるようにすることができる。つまり、バルク領域でブレークダウンが起こるようにすることができる。従って、アバランシェ・ウォークアウトや、ゲート酸化膜7の信頼性が低下するのを防ぐことができる。
According to the first embodiment, a discontinuous concentration distribution is generated in the vicinity of the pn junction between the n − extended
また、実施の形態1によれば、トレンチ4の側壁に沿ってチャネル濃度が均一となるので、pn接合位置のばらつき(シフト)によらず、しきい値のばらつきを低減することができる。さらに、ベース抵抗がpエピタキシャル層21とp+コンタクト領域6bの拡散抵抗のみで決まるので、ベース抵抗を小さくすることができる。従って、SOAを広くすることができる。
Further, according to the first embodiment, since the channel concentration becomes uniform along the side wall of the
なお、p-シリコン基板1の代わりに、図6に示すように、n-シリコン基板1aを用いてもよい。この場合、n-シリコン基板1aを除いた他の構成は、p-シリコン基板1を用いた場合と同じである。また、製造方法は、n-シリコン基板1aを用いる点が異なるだけで、それ以外はp-シリコン基板1を用いた場合と同じである。また、n-シリコン基板1aを用いても、p-シリコン基板1を用いた場合と同じ効果が得られる。
Incidentally, p - in place of the
実施の形態2.
図7は、本発明の実施の形態2にかかるTLPM/Dの構成を示す断面図である。トレンチの段数は、1段である。図7に示すように、実施の形態2は、実施の形態1において、n-拡張ドレイン領域を均一な濃度のn-エピタキシャル層22で形成したものである。すなわち、図7に示すように、p-シリコン基板1の上に第1のpエピタキシャル層21aが設けられている。この第1のpエピタキシャル層21a内には、拡張ドレイン領域として均一な濃度のn-エピタキシャル層22が設けられている。
FIG. 7: is sectional drawing which shows the structure of TLPM /
これら第1のpエピタキシャル層21aおよびn-エピタキシャル層22の上には、チャネル領域となる第2のpエピタキシャル層21bが設けられている。そして、トレンチ4は、第2のpエピタキシャル層21bを貫通してn-エピタキシャル層22に達している。その他の構成は、実施の形態1と同じである。なお、図示例では、トレンチ4が第2のpエピタキシャル層21bよりも深くなっているが、トレンチ4の底部がn-エピタキシャル層22に、丁度、達した程度でもよい。
On the first
実施の形態2では、第1のpエピタキシャル層21aおよび第2のpエピタキシャル層21bは、それぞれ第1の第1導電型不純物層および第2の第1導電型不純物層に相当する。そして、これら第1のpエピタキシャル層21aと第2のpエピタキシャル層21bを合わせたものが第1導電型半導体層に相当する。
In the second embodiment, the first
図7に示す構成において、30Vの耐圧を得るためには、トレンチ4の深さを例えば2.0μm程度にするのが望ましい。また、プロファイルについては、例えば、第1のpエピタキシャル層21aおよび第2のpエピタキシャル層21bの濃度を1×1017cm-3とし、n-エピタキシャル層22の濃度を3×1016cm-3にするとよい。この場合には、しきい値電圧が2.0V程度で、オフ耐圧が33V程度で、オン耐圧が30V程度であるデバイスを得ることができる。
In the configuration shown in FIG. 7, in order to obtain a withstand voltage of 30 V, it is desirable that the depth of the
あるいは、第2のpエピタキシャル層21bの濃度を第1のpエピタキシャル層21aの濃度よりも低くしてもよい。例えば、上述した濃度において、第2のpエピタキシャル層21bの濃度のみを5×1016cm-3にしてもよい。この場合には、オン耐圧とオフ耐圧を低下させることなく、しきい値電圧が1.2V程度であるデバイスを得ることができる。
Alternatively, the concentration of the second
図7に示す構成のTLPM/Dの製造方法について説明する。まず、図8に示すように、p-シリコン基板1の上に第1のpエピタキシャル層21aを成長させる。次に、図9に示すように、第1のpエピタキシャル層21aの上にマスク酸化膜3aを形成する。そして、マスク酸化膜3aの表面にフォトレジスト111を塗布し、露光、現像を行う。その後、マスク酸化膜3aをパターニングする。フォトレジスト111を除去した後、図10に示すように、マスク酸化膜3aをマスクとして第1のpエピタキシャル層21aにトレンチを形成する。このトレンチを第3のトレンチ4cとする。
A method for manufacturing the TLPM / D having the configuration shown in FIG. 7 will be described. First, as shown in FIG. 8, a first
なお、図示例のように第3のトレンチ4cが第1のpエピタキシャル層21aよりも浅くてもよいし、第3のトレンチ4cが第1のpエピタキシャル層21aよりも深くてもよいし、第3のトレンチ4cの底部がp-シリコン基板1に、丁度、達した程度でもよい。
As shown in the example, the
次に、図11に示すように、第3のトレンチ4c内に、拡張ドレイン領域となるn-エピタキシャル層22を成長させる。その際、マスク酸化膜3aをストッパーとして利用する。次に、図12に示すように、マスク酸化膜3aを除去して、第1のpエピタキシャル層21aとn-エピタキシャル層22とからなる面を平坦化する。そして、図13に示すように、第1のpエピタキシャル層21aおよびn-エピタキシャル層22の表面に、チャネル領域となる第2のpエピタキシャル層21bを成長させる。
Next, as shown in FIG. 11, an n − epitaxial layer 22 to be an extended drain region is grown in the
その際、第1のpエピタキシャル層21aと第2のpエピタキシャル層21bとで濃度を独立して調節することができるが、第1のpエピタキシャル層21aが第2のpエピタキシャル層21bよりも濃い方が望ましい。これは、第1のpエピタキシャル層21aを高濃度にすることによって、第1のpエピタキシャル層21aとn-エピタキシャル層22との間の接合界面、すなわちバルク領域でアバランシェ降伏させるためである。
At that time, the concentration can be adjusted independently between the first
次に、図14に示すように、第2のpエピタキシャル層21bの上にマスク酸化膜3を形成する。そして、マスク酸化膜3の表面にフォトレジスト101を塗布し、露光、現像を行う。その後、マスク酸化膜3をパターニングする。フォトレジスト101を除去した後、図15に示すように、マスク酸化膜3をマスクとして第2のpエピタキシャル層21bに第1のトレンチ4a(図7のトレンチ4となる)を形成する。その際、第1のトレンチ4aの幅を第3のトレンチ4cの幅よりも狭くする。
Next, as shown in FIG. 14, a
また、第1のトレンチ4aを、第1のトレンチ4aの底部がn-エピタキシャル層22に、丁度、達する程度に形成するか、図示例のように、第1のトレンチ4aが第2のpエピタキシャル層21bよりも深くなるように形成する。これは、第1のトレンチ4aの側壁に沿って、第2のpエピタキシャル層21bにチャネルができるようにするためである。
Also, the
次に、図16に示すように、マスク酸化膜3を除去する。そして、図17に示すように、第1のトレンチ4aの内部にゲート酸化膜7を形成し、続いて、ゲート電極8となるポリシリコンを堆積する。これ以降は、図58〜図65に示すプロセスに従って、ゲート電極8、第1の層間絶縁膜9、n+ドレイン領域16、埋め込み電極10、n+ソース領域6a、p+コンタクト領域6b、第3の層間絶縁膜11、ソース電極12およびドレイン電極13を形成する。ただし、実施の形態2では、Pベース領域を形成しないで、チャネル濃度を第2のpエピタキシャル層21bの不純物濃度により調節する。従って、図62〜図63に示すプロセスにおいて、Pベース領域を形成するためのp型不純物のイオン注入工程と拡散工程を省略することができる。以上のようにして、図7に示すデバイスが完成する。
Next, as shown in FIG. 16, the
実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果が得られる。また、n-拡張ドレイン領域がn-エピタキシャル層22でできていることによって、拡張ドレイン領域の濃度が一様になるので、濃度勾配によるオン抵抗の増大を防ぐことができる。 According to the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, since the n − extended drain region is made of the n − epitaxial layer 22, the concentration of the extended drain region becomes uniform, so that an increase in on-resistance due to a concentration gradient can be prevented.
実施の形態3.
図18および図19は、本発明の実施の形態3にかかるTLPM/Sの構成を示す断面図である。図18および図19には、それぞれ活性領域およびベースピックアップ領域の断面構成が示されている。トレンチの段数は、1段である。これらの図に示すように、活性領域およびベースピックアップ領域において、p-シリコン基板1の上に、チャネル領域となる均一な濃度のpエピタキシャル層21が設けられている。pエピタキシャル層21の上には、拡張ドレイン領域となるn-エピタキシャル層22が設けられている。このn-エピタキシャル層22の濃度は、n+ドレイン領域16よりも低く、かつ均一である。トレンチ4は、このn-エピタキシャル層22を貫通してpエピタキシャル層21に達している。
18 and 19 are cross-sectional views showing the configuration of the TLPM / S according to the third embodiment of the present invention. 18 and 19 show cross-sectional configurations of the active region and the base pickup region, respectively. The number of trenches is one. As shown in these figures, in the active region and the base pickup region, a p-
活性領域では、トレンチ4の底部にn+ソース領域6aが設けられている。ベースピックアップ領域では、トレンチ4の底部にp+コンタクト領域6bが設けられている。n+ソース領域6aおよびp+コンタクト領域6bは、pエピタキシャル層21内に設けられている。また、n+ドレイン領域16は、n-エピタキシャル層22内の、トレンチ4の開口端の外側の表面領域に設けられている。
In the active region, an n + source region 6 a is provided at the bottom of the
ゲート酸化膜7、ゲート電極8、第1の層間絶縁膜9、埋め込み電極10、マスク酸化膜3、第3の層間絶縁膜11、ソース電極12およびドレイン電極13については、図66および図67に示す従来のTLPM/Sの構成と同様である。ただし、実施の形態3では、Pベース領域は設けられていない。pエピタキシャル層21が従来のPベース領域の代わりとなる。なお、図示例では、トレンチ4がn-エピタキシャル層22よりも深くなっているが、トレンチ4の底部がpエピタキシャル層21に、丁度、達した程度でもよい。
The
ここで、p-シリコン基板1、pエピタキシャル層21、n-エピタキシャル層22、n+ドレイン領域16およびn+ソース領域6aは、それぞれ半導体基板、第1導電型半導体層、第2導電型半導体層、第1の第2導電型半導体領域および第2の第2導電型半導体領域に相当する。また、ゲート酸化膜7、ゲート電極8、ドレイン電極13、ソース電極12および第1の層間絶縁膜9は、それぞれトレンチの内側の絶縁膜、第1の電極、第2の電極、第3の電極および第1の電極の内側の層間絶縁膜に相当する。
Here, the p − silicon substrate 1, the
図18および図19に示す構成において、パンチスルーを防ぐためには、チャネル長を少なくとも0.4μm程度にするのが望ましい。また、プロファイルについては、例えば、pエピタキシャル層21の濃度を1×1017cm-3とし、n-エピタキシャル層22の濃度を3×1016cm-3にするとよい。この場合には、しきい値電圧が2.0V程度で、オフ耐圧が33V程度で、オン耐圧が30V程度であるデバイスを得ることができる。
In the configurations shown in FIGS. 18 and 19, it is desirable that the channel length be at least about 0.4 μm in order to prevent punch-through. For the profile, for example, the concentration of the
図18および図19に示す構成のTLPM/Sの製造方法について説明する。まず、図20に示すように、p-シリコン基板1の上にpエピタキシャル層21を成長させる。続いて、pエピタキシャル層21の上にn-エピタキシャル層22を成長させる。次に、図21に示すように、n-エピタキシャル層22の上にマスク酸化膜3を形成する。そして、マスク酸化膜3の表面にフォトレジスト101を塗布し、露光、現像を行う。
A method for manufacturing the TLPM / S having the configuration shown in FIGS. 18 and 19 will be described. First, as shown in FIG. 20,
その後、マスク酸化膜3をパターニングする。フォトレジスト101を除去した後、図22に示すように、マスク酸化膜3をマスクとしてn-エピタキシャル層22を貫通してpエピタキシャル層21に達するトレンチ4を形成する。ここまでのプロセスは、活性領域とベースピックアップ領域とで共通である。
Thereafter, the
これ以降は、図72〜図90に示すプロセスに従って、ゲート酸化膜7、ゲート電極8、n+ソース領域6a、p+コンタクト領域6b、第1の層間絶縁膜9、埋め込み電極10、第3の層間絶縁膜11、ソース電極12およびドレイン電極13を形成する。ただし、実施の形態3では、Pベース領域を形成しないで、チャネル濃度をpエピタキシャル層21の不純物濃度により調節する。従って、図74〜図75に示すプロセスにおいて、Pベース領域を形成するためのp型不純物のイオン注入工程と拡散工程を省略することができる。以上のようにして、図18および図19に示すデバイスが完成する。なお、pエピタキシャル層21がp+コンタクト領域6bを兼ねる構成とすることもできる。この場合には、p+コンタクト領域6bを形成するためのp型不純物のイオン注入工程(図78)を省略することができる。ゲート電極8は、n+ソース領域6aとn-拡張ドレイン領域2との間のpエピタキシャル層22の表面部分(チャネル形成箇所)に対応する長さで形成されればよいが、図18では、トレンチ4開口端付近まで形成されており、チャネル形成箇所から延長して形成される格好になっている。この延長して形成される部分は、フィールドプレートとして作用する。
Thereafter, according to the process shown in FIGS. 72 to 90, the
実施の形態3によれば、実施の形態2と同様の効果が得られる。また、実施の形態3によれば、pエピタキシャル層21とn-エピタキシャル層22とがなすpn接合の濃度勾配が急峻となるので、図23にアバランシェ降伏時のポテンシャル曲線(破線で示す)を示すように、pエピタキシャル層21とn-エピタキシャル層22との接合界面(図23に「H」で示す)で電界が集中する。それに対して、n-エピタキシャル層22の濃度が均一であるため、ゲート酸化膜7とn-エピタキシャル層22との界面(図23に「I」で示す)では電界が広がりやすいので、電界集中が緩和される。従って、図23において、バルク領域の「H」で示す領域でブレークダウンが起こるので、従来のTLPM/S(図66、図107参照)と比べて、信頼性が大幅に向上する。
According to the third embodiment, the same effect as in the second embodiment can be obtained. Further, according to the third embodiment, since the concentration gradient of the pn junction formed by the
実施の形態4.
図24および図25は、本発明の実施の形態4にかかるTLPM/Sの構成を示す断面図である。図24および図25には、それぞれ活性領域およびベースピックアップ領域の断面構成が示されている。トレンチの段数は、1段である。これらの図に示すように、実施の形態4は、実施の形態3において、pエピタキシャル層を、第1のpエピタキシャル層21aと第2のpエピタキシャル層21bに分けて形成したものである。ここで、第1のpエピタキシャル層21aの濃度と第2のpエピタキシャル層21bの濃度は一般に異なり、各々独立して調節することができるものとする。
24 and 25 are cross-sectional views showing the configuration of the TLPM / S according to the fourth embodiment of the present invention. 24 and 25 show cross-sectional configurations of the active region and the base pickup region, respectively. The number of trenches is one. As shown in these drawings, the fourth embodiment is obtained by dividing the p epitaxial layer into the first
p-シリコン基板1の上に第1のpエピタキシャル層21aが設けられている。この第1のpエピタキシャル層21a内には、均一な濃度の第2のpエピタキシャル層21bが設けられている。これら第1のpエピタキシャル層21aおよび第2のpエピタキシャル層21bの上には、n-エピタキシャル層22が設けられている。そして、トレンチ4は、n-エピタキシャル層22を貫通して第2のpエピタキシャル層21bに達している。活性領域においてトレンチ4の底部に設けられたn+ソース領域6aは、第2のpエピタキシャル層21b内に設けられている。同様に、ベースピックアップ領域においてトレンチ4の底部に設けられたp+コンタクト領域6bは、第2のpエピタキシャル層21b内に設けられている。
A first
その他の構成は、実施の形態3と同じである。なお、図示例では、トレンチ4がn-エピタキシャル層22よりも深くなっているが、トレンチ4の底部が第2のpエピタキシャル層21bに、丁度、達した程度でもよい。実施の形態4では、第1のpエピタキシャル層21aおよび第2のpエピタキシャル層21bは、それぞれ第1の第1導電型不純物層および第2の第1導電型不純物層に相当する。そして、これら第1のpエピタキシャル層21aと第2のpエピタキシャル層21bを合わせたものが第1導電型半導体層に相当する。
Other configurations are the same as those of the third embodiment. In the illustrated example, the
図24および図25に示す構成のプロファイルについては、第1のpエピタキシャル層21aの濃度が第2のpエピタキシャル層21bの濃度よりも高いのが望ましい。これは、第1のpエピタキシャル層21aのn-エピタキシャル層22との接合界面、すなわちバルク領域でアバランシェ降伏させるためである。例えば、第1のpエピタキシャル層21aの濃度を1.3×1017cm-3とし、第2のpエピタキシャル層21bの濃度を7×1016cm-3とし、n-エピタキシャル層22の濃度を3×1016cm-3にするとよい。
24 and 25, it is desirable that the concentration of the first
この場合には、しきい値電圧が1.4V程度で、オフ耐圧が30V程度で、オン耐圧が30V程度であるデバイスを得ることができる。ただし、第1のpエピタキシャル層21aの濃度が5×1016cm-3以下になると、パンチスルーとなり、十分な特性を発揮することは困難となる。
In this case, a device having a threshold voltage of about 1.4 V, an off breakdown voltage of about 30 V, and an on breakdown voltage of about 30 V can be obtained. However, when the concentration of the first
図24および図25に示す構成のTLPM/Sの製造方法について説明する。まず、図8〜図10に示すプロセスに従って、マスク酸化膜3aをマスクとして第1のpエピタキシャル層21aに第3のトレンチ4cを形成する。その後、図11〜図15に示すプロセスと同様にして、第1のトレンチ4a(図24および図25のトレンチ4となる)の形成までを行う。ただし、第3のトレンチ4c内には、n-エピタキシャル層22ではなく、チャネル領域となる第2のpエピタキシャル層21bを成長させる。
A method for manufacturing TLPM / S having the configuration shown in FIGS. 24 and 25 will be described. First, according to the process shown in FIGS. 8 to 10,
また、第1のpエピタキシャル層21aおよび第2のpエピタキシャル層21bの表面(図13では、第1のpエピタキシャル層21aおよびn-エピタキシャル層22)には、第2のpエピタキシャル層21bではなく、拡張ドレイン領域となるn-エピタキシャル層22を成長させる。ここまでのプロセスは、活性領域とベースピックアップ領域とで共通である。
In addition, the surface of the first
これ以降は、図72〜図90に示すプロセスに従って、ゲート酸化膜7、ゲート電極8、n+ソース領域6a、p+コンタクト領域6b、第1の層間絶縁膜9、埋め込み電極10、第3の層間絶縁膜11、ソース電極12およびドレイン電極13を形成する。ただし、実施の形態3では、Pベース領域を形成しないで、チャネル濃度を第2のpエピタキシャル層21bの不純物濃度により調節する。従って、図74〜図75に示すプロセスにおいて、Pベース領域を形成するためのp型不純物のイオン注入工程と拡散工程を省略することができる。
Thereafter, according to the process shown in FIGS. 72 to 90, the
以上のようにして、図24および図25に示すデバイスが完成する。なお、pエピタキシャル層21がp+コンタクト領域6bを兼ねる構成とすることもできる。この場合には、p+コンタクト領域6bを形成するためのp型不純物のイオン注入工程(図78)を省略することができる。実施の形態4によれば、実施の形態2と同様の効果が得られる。
As described above, the devices shown in FIGS. 24 and 25 are completed. The
実施の形態5.
図26は、本発明の実施の形態5にかかるTLPM/Dの構成を示す断面図である。トレンチの段数は、2段である。図26に示すように、実施の形態5は、実施の形態1において、n-拡張ドレイン領域2内の、第1のトレンチ4a(実施の形態1では、トレンチ4)の底部に、第1のトレンチ4aよりも広い幅の第2のトレンチ4bが設けられており、この第2のトレンチ4bが、ゲート酸化膜7よりも厚い第2の層間絶縁膜15aで埋められているものである。第2のトレンチ4bの底部には、n+ドレイン領域16が設けられている。n+ドレイン領域16は、n-拡張ドレイン領域2により囲まれている。埋め込み電極10は、第1の層間絶縁膜9および第2の層間絶縁膜15aを貫通して、第2のトレンチ4bの底部でn+ドレイン領域16に電気的に接続している。その他の構成は、実施の形態1と同じである。
FIG. 26: is sectional drawing which shows the structure of TLPM /
図26に示す構成において、60V以上の耐圧を得るためには、第1のトレンチ4aの深さを例えば4μm程度とし、第2の層間絶縁膜15aの厚さを例えば1μm程度にするのが望ましい。また、プロファイルについては、例えば、pエピタキシャル層21の濃度を1×1017cm-3とし、n-拡張ドレイン領域2の表面濃度を2.5×1016〜5×1016cm-3とし、拡散長を3μm程度にするとよい。この場合には、オフ耐圧が65〜80V程度で、オン耐圧が60V以上であるデバイスを得ることができる。
In the configuration shown in FIG. 26, in order to obtain a withstand voltage of 60 V or more, it is desirable that the depth of the
図26に示す構成のTLPM/Dの製造方法について説明する。まず、図2〜図4に示すプロセスに従って、マスク酸化膜3をマスクとしてpエピタキシャル層21に第1のトレンチ4a(図4のトレンチ4に相当)を形成する。次に、従来の2段トレンチ構造のTLPM/Dと同様に、図92〜図99に示すプロセスと、その後に続く図61〜図65に示すプロセスに従う。ただし、実施の形態5では、Pベース領域を形成しないで、チャネル濃度をpエピタキシャル層21の不純物濃度により調節する。従って、図62〜図63に示すプロセスにおいて、Pベース領域を形成するためのp型不純物のイオン注入工程と拡散工程を省略することができる。以上のようにして、図26に示すデバイスが完成する。実施の形態5によれば、実施の形態1よりも高い耐圧のTLPMが得られる。
A method of manufacturing TLPM / D having the configuration shown in FIG. 26 will be described. First, according to the process shown in FIGS. 2 to 4,
実施の形態6.
図27は、本発明の実施の形態6にかかるTLPM/Dの構成を示す断面図である。トレンチの段数は、2段である。図27に示すように、実施の形態6は、実施の形態2において、n-エピタキシャル層22内の、第1のトレンチ4a(実施の形態2では、トレンチ4)の底部に、第1のトレンチ4aよりも広い幅の第2のトレンチ4bが設けられており、この第2のトレンチ4bが、ゲート酸化膜7よりも厚い第2の層間絶縁膜15aで埋められているものである。第2のトレンチ4bの底部には、n+ドレイン領域16が設けられている。n+ドレイン領域16は、n-エピタキシャル層22により囲まれている。埋め込み電極10は、第1の層間絶縁膜9および第2の層間絶縁膜15aを貫通して、第2のトレンチ4bの底部でn+ドレイン領域16に電気的に接続している。その他の構成は、実施の形態2と同じである。
FIG. 27 is a cross-sectional view showing the configuration of the TLPM / D according to the sixth embodiment of the present invention. The number of trenches is two. As shown in FIG. 27, in the sixth embodiment, the first trench is formed at the bottom of
図27に示す構成において、60V以上の耐圧を得るためには、第1のトレンチ4aの深さを例えば4μm程度とし、第2の層間絶縁膜15aの厚さを例えば1μm程度にするのが望ましい。また、プロファイルについては、例えば、第1のpエピタキシャル層21aおよび第2のpエピタキシャル層21bの濃度を1×1017cm-3とし、n-エピタキシャル層22の濃度を8×1015〜1×1016cm-3にするとよい。この場合には、しきい値電圧が2.0V程度で、オフ耐圧が65〜80V程度で、オン耐圧が60V以上であるデバイスを得ることができる。
In the configuration shown in FIG. 27, in order to obtain a withstand voltage of 60 V or more, it is desirable that the depth of the
あるいは、第2のpエピタキシャル層21bの濃度を第1のpエピタキシャル層21aの濃度よりも低くしてもよい。例えば、上述した濃度において、第2のpエピタキシャル層21bの濃度のみを5×1016cm-3にしてもよい。この場合には、オン耐圧とオフ耐圧を低下させることなく、しきい値電圧が1.2V程度であるデバイスを得ることができる。
Alternatively, the concentration of the second
図27に示す構成のTLPM/Dの製造方法について説明する。まず、実施の形態2と同様に、図8〜図16に示すプロセスに従う。その際、図15に示すプロセスおいて、第1のトレンチ4aが第2のpエピタキシャル層21bを貫通して第2のpエピタキシャル層21bよりも深くなるようにする。次に、図28に示すように、第1のトレンチ4aの内壁に生成した酸化膜110のさらに内側に窒化膜109を堆積する。そして、図29に示すように、この窒化膜109をエッチングして第1のトレンチ4aの側壁部にのみ窒化膜109を残す。次に、図30に示すように、第2のpエピタキシャル層21bの表面上の酸化膜110を除去し、窒化膜109をマスクとして第1のトレンチ4aの底部に第2のトレンチ4bを形成する。
A method for manufacturing TLPM / D having the configuration shown in FIG. 27 will be described. First, the process shown in FIGS. 8 to 16 is followed as in the second embodiment. At that time, in the process shown in FIG. 15, the
次に、図31に示すように、第2のトレンチ4bの底部と第1のトレンチ4aの開口端の外側の表面に第2の層間絶縁膜15aを形成する。次に、図32に示すように、窒化膜109と酸化膜110を除去する。そして、第1のトレンチ4aの側壁にゲート酸化膜7を形成する。その後、ゲート電極8となるポリシリコンを堆積する。次に、従来の2段トレンチ構造のTLPM/Dと同様に、図97〜図99に示すプロセスと、その後に続く図61〜図65に示すプロセスに従う。ただし、実施の形態6では、Pベース領域を形成しないで、チャネル濃度をpエピタキシャル層21bの不純物濃度により調節する。従って、図62〜図63に示すプロセスにおいて、Pベース領域を形成するためのp型不純物のイオン注入工程と拡散工程を省略することができる。以上のようにして、図27に示すデバイスが完成する。実施の形態6によれば、実施の形態2よりも高い耐圧のTLPMが得られる。
Next, as shown in FIG. 31, a second
実施の形態7.
図33および図34は、本発明の実施の形態7にかかるTLPM/Sの構成を示す断面図である。図33および図34には、それぞれ活性領域およびベースピックアップ領域の断面構成が示されている。トレンチの段数は、2段である。これらの図に示すように、実施の形態7は、実施の形態3において、n-エピタキシャル層22内の、第1のトレンチ4a(実施の形態3では、トレンチ4)の側部に、ゲート酸化膜7よりも厚い第2の層間絶縁膜15bが設けられているものである。この第2の層間絶縁膜15bは、n-エピタキシャル層22内に第1のトレンチ4aよりも広い幅で、かつn-エピタキシャル層22よりも浅く形成された第2のトレンチ4b内に埋められている。その他の構成は、実施の形態3と同じである。
33 and 34 are cross-sectional views showing the configuration of the TLPM / S according to the seventh embodiment of the present invention. 33 and 34 show cross-sectional configurations of the active region and the base pickup region, respectively. The number of trenches is two. As shown in these drawings, in the seventh embodiment, gate oxidation is performed on the side of the
図33および図34に示す構成において、60V以上の耐圧を得るためには、トレンチ4b開口端基板表面を基準とした第1のトレンチ4aの深さを例えば5μm以上とし、第1のトレンチ4aと第2の層間絶縁膜15bとのオーバーラップ量を4μm以上にするのが望ましい。また、パンチスルーを防ぐためには、チャネル長を0.4μm以上にするのが望ましい。プロファイルについては、例えば、pエピタキシャル層21の濃度を1×1017cm-3とし、n-エピタキシャル層22の濃度を8×1015〜1×1016cm-3にするとよい。この場合には、しきい値電圧が2.0V程度で、オフ耐圧が65〜83V程度で、オン耐圧が60〜80V程度であるデバイスを得ることができる。
In the configuration shown in FIGS. 33 and 34, in order to obtain a withstand voltage of 60 V or higher, the depth of the
図33および図34に示す構成のTLPM/Sの製造方法について説明する。まず、実施の形態3と同様に、図20〜図21に示すプロセスに従う。フォトレジスト101を除去した後、図35に示すように、マスク酸化膜3をマスクとしてn-エピタキシャル層22よりも浅い第2のトレンチ4bを形成する。次に、図36に示すように、第2の層間絶縁膜15bを堆積する。そして、図37に示すように、第2の層間絶縁膜15bをエッチングして、第2のトレンチ4bの側壁部にのみ第2の層間絶縁膜15bを残す。
A method of manufacturing TLPM / S having the configuration shown in FIGS. 33 and 34 will be described. First, the process shown in FIGS. 20 to 21 is followed as in the third embodiment. After removing the
次に、図38に示すように、第2の層間絶縁膜15bをマスクにして第2のトレンチ4bの底部をエッチングして、第2のトレンチ4bよりも狭い幅の第1のトレンチ4aを形成する。第1のトレンチ4aは、n-エピタキシャル層22を貫通してpエピタキシャル層21に達する。なお、図示例では、第1のトレンチ4aがn-エピタキシャル層22よりも深くなっているが、第1のトレンチ4aの底部がpエピタキシャル層21に、丁度、達した程度でもよい。その後、図39に示すように、第1のトレンチ4aの内側にバッファ酸化膜102を形成する。ここまでのプロセスは、活性領域とベースピックアップ領域とで共通である。
Next, as shown in FIG. 38, the bottom of
これ以降は、図72〜図90に示すプロセスに従う。ただし、実施の形態7では、Pベース領域を形成しないで、チャネル濃度をpエピタキシャル層21の不純物濃度により調節する。従って、図74〜図75に示すプロセスにおいて、Pベース領域を形成するためのp型不純物のイオン注入工程と拡散工程を省略することができる。以上のようにして、図33および図34に示すデバイスが完成する。
Thereafter, the process shown in FIGS. 72 to 90 is followed. However, in the seventh embodiment, the channel concentration is adjusted by the impurity concentration of the
なお、pエピタキシャル層21がp+コンタクト領域6bを兼ねる構成とすることもできる。この場合には、p+コンタクト領域6bを形成するためのp型不純物のイオン注入工程(図78)を省略することができる。実施の形態7によれば、実施の形態3よりも高い耐圧のTLPMが得られる。
The
実施の形態8.
図40および図41は、本発明の実施の形態8にかかるTLPM/Sの構成を示す断面図である。図40および図41には、それぞれ活性領域およびベースピックアップ領域の断面構成が示されている。トレンチの段数は、2段である。これらの図に示すように、実施の形態8は、実施の形態4において、n-エピタキシャル層22内の、第1のトレンチ4a(実施の形態4では、トレンチ4)の側部に、ゲート酸化膜7よりも厚い第2の層間絶縁膜15bが設けられているものである。この第2の層間絶縁膜15bは、n-エピタキシャル層22内に第1のトレンチ4aよりも広い幅で、かつn-エピタキシャル層22よりも浅く形成された第2のトレンチ4b内に埋められている。その他の構成は、実施の形態4と同じである。
40 and 41 are cross-sectional views showing the configuration of the TLPM / S according to the eighth embodiment of the present invention. 40 and 41 show cross-sectional configurations of the active region and the base pickup region, respectively. The number of trenches is two. As shown in these drawings, in the eighth embodiment, gate oxidation is performed on the side of the
図40および図41に示す構成のTLPM/Sの製造方法について説明する。まず、実施の形態4と同様に、図8〜図14に示すプロセスに従う。ただし、図11に示すプロセスにおいて、第3のトレンチ4c内には、n-エピタキシャル層22ではなく、チャネル領域となる第2のpエピタキシャル層21bを成長させる。また、図13に示すプロセスにおいて、第1のpエピタキシャル層21aおよび第2のpエピタキシャル層21b(図13では、第1のpエピタキシャル層21aおよびn-エピタキシャル層22)の表面には、第2のpエピタキシャル層21bではなく、拡張ドレイン領域となるn-エピタキシャル層22を成長させる。
A method of manufacturing TLPM / S having the configuration shown in FIGS. 40 and 41 will be described. First, as in the fourth embodiment, the process shown in FIGS. However, in the process shown in FIG. 11, not the n − epitaxial layer 22 but the second
フォトレジスト101を除去した後、図42に示すように、マスク酸化膜3をマスクとして、n-エピタキシャル層22よりも浅い第2のトレンチ4bを形成する。次に、図43に示すように、第2の層間絶縁膜15bを堆積する。そして、図44に示すように、第2の層間絶縁膜15bをエッチングして、第2のトレンチ4bの側壁部にのみ第2の層間絶縁膜15bを残す。次に、図45に示すように、第2の層間絶縁膜15bをマスクにして第2のトレンチ4bの底部をエッチングして、第2のトレンチ4bよりも狭い幅の第1のトレンチ4aを形成する。
After removing the
第1のトレンチ4aは、n-エピタキシャル層22を貫通して第2のpエピタキシャル層21bに達する。なお、図示例では、第1のトレンチ4aがn-エピタキシャル層22よりも深くなっているが、第1のトレンチ4aの底部が第2のpエピタキシャル層21bに、丁度、達した程度でもよい。その後、第1のトレンチ4aの内側にバッファ酸化膜102を形成する。ここまでのプロセスは、活性領域とベースピックアップ領域とで共通である。
これ以降は、図72〜図90に示すプロセスに従う。ただし、実施の形態8では、Pベース領域を形成しないで、チャネル濃度を第2のpエピタキシャル層21bの不純物濃度により調節する。従って、図74〜図75に示すプロセスにおいて、Pベース領域を形成するためのp型不純物のイオン注入工程と拡散工程を省略することができる。以上のようにして、図40および図41に示すデバイスが完成する。
Thereafter, the process shown in FIGS. 72 to 90 is followed. However, in the eighth embodiment, the channel concentration is adjusted by the impurity concentration of the second
なお、第2のpエピタキシャル層21bがp+コンタクト領域6bを兼ねる構成とすることもできる。この場合には、p+コンタクト領域6bを形成するためのp型不純物のイオン注入工程(図78)を省略することができる。実施の形態8によれば、実施の形態4よりも高い耐圧のTLPMが得られる。
The second
実施の形態9.
図46は、本発明の実施の形態9にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。図46に示すように、実施の形態9は、実施の形態1のnチャネルTLPM/Dと、これと同一の構造で導電型が異なるpチャネルTLPM/Dを一体化したものである。図46において右側に位置するpチャネルTLPM/Dの構成は、実施の形態1の説明において、n-拡張ドレイン領域2、トレンチ4、n+ソース領域6a、p+コンタクト領域6b、ゲート酸化膜7、ゲート電極8、第1の層間絶縁膜9、埋め込み電極10、ソース電極12、ドレイン電極13、n+ドレイン領域16およびpエピタキシャル層21を、それぞれp-拡張ドレイン領域202、トレンチ204、p+ソース領域206a、n+コンタクト領域206b、ゲート酸化膜207、ゲート電極208、第1の層間絶縁膜209、埋め込み電極210、ソース電極212、ドレイン電極213、p+ドレイン領域216およびnエピタキシャル層221と読み替えたものである。
FIG. 46 is a sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 46, in the ninth embodiment, the n-channel TLPM / D of the first embodiment and the p-channel TLPM / D having the same structure and different conductivity types are integrated. The configuration of the p-channel TLPM / D located on the right side in FIG. 46 is the same as that in the description of the first embodiment in that n − extended
図46に示す構成の半導体装置の製造方法について説明する。まず、p-シリコン基板1の上に酸化膜を堆積し、その酸化膜を部分的にエッチングして、p-シリコン基板1を部分的に露出させる。次に、p-シリコン基板1の露出した表面にpエピタキシャル層21を成長させる。続いて、p-シリコン基板1の表面に残った酸化膜をエッチングして、p-シリコン基板1の残りの部分を露出させる。そして、その露出したp-シリコン基板1の表面にnエピタキシャル層221を成長させる。その後、実施の形態1の製造プロセスに従って、pエピタキシャル層21およびnエピタキシャル層221にそれぞれ、図46に示すnチャネルTLPM/DおよびpチャネルTLPM/Dを作製する。
A method for manufacturing the semiconductor device having the structure shown in FIG. 46 will be described. First, an oxide film is deposited on the p − silicon substrate 1 and the oxide film is partially etched to expose the p − silicon substrate 1 partially. Next,
なお、nチャネルTLPM/DとpチャネルTLPM/Dとで、それぞれのトレンチ4,204、それぞれのゲート酸化膜7,207、それぞれのゲート電極8,208となるポリシリコン、それぞれの第1の層間絶縁膜9,209、それぞれの埋め込み電極10,210、またはそれぞれのソースおよびドレインの電極12,13,212,213を同時に形成してもよい。そのようにすれば、工程数が削減されるので、コストの低減を図ることができる。
Note that, in the n-channel TLPM / D and the p-channel TLPM / D, the
実施の形態10.
図47は、本発明の実施の形態10にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。図47に示すように、実施の形態10は、実施の形態2のnチャネルTLPM/Dと、これと同一の構造で導電型が異なるpチャネルTLPM/Dを一体化したものである。図47において右側に位置するpチャネルTLPM/Dの構成は、実施の形態2の説明において、トレンチ4、n+ソース領域6a、p+コンタクト領域6b、ゲート酸化膜7、ゲート電極8、第1の層間絶縁膜9、埋め込み電極10、ソース電極12、ドレイン電極13、n+ドレイン領域16、第1のpエピタキシャル層21a、第2のpエピタキシャル層21bおよびn-エピタキシャル層22を、それぞれトレンチ204、p+ソース領域206a、n+コンタクト領域206b、ゲート酸化膜207、ゲート電極208、第1の層間絶縁膜209、埋め込み電極210、ソース電極212、ドレイン電極213、p+ドレイン領域216、第1のnエピタキシャル層221a、第2のnエピタキシャル層221bおよびp-エピタキシャル層222と読み替えたものである。
FIG. 47 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 47, in the tenth embodiment, the n-channel TLPM / D of the second embodiment and the p-channel TLPM / D having the same structure and different conductivity types are integrated. 47, the structure of the p-channel TLPM / D located on the right side in the description of the second embodiment is the
図47に示す構成の半導体装置の製造方法について説明する。まず、実施の形態9と同様にしてp-シリコン基板1の上に、pエピタキシャル層21とnエピタキシャル層221を形成する。その後、実施の形態2の製造プロセスに従って、pエピタキシャル層21およびnエピタキシャル層221にそれぞれ、図47に示すnチャネルTLPM/DおよびpチャネルTLPM/Dを作製する。
A method for manufacturing the semiconductor device having the structure shown in FIG. 47 will be described. First, the
なお、nチャネルTLPM/DとpチャネルTLPM/Dとで、それぞれのトレンチ4,204、それぞれのゲート酸化膜7,207、それぞれのゲート電極8,208となるポリシリコン、それぞれの第1の層間絶縁膜9,209、それぞれの埋め込み電極10,210、またはそれぞれのソースおよびドレインの電極12,13,212,213を同時に形成してもよい。そのようにすれば、工程数が削減されるので、コストの低減を図ることができる。
Note that, in the n-channel TLPM / D and the p-channel TLPM / D, the
実施の形態11.
図48および図49は、本発明の実施の形態11にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。図48および図49には、それぞれ活性領域およびベースピックアップ領域の断面構成が示されている。これらの図に示すように、実施の形態11は、実施の形態3のnチャネルTLPM/Sと、これと同一の構造で導電型が異なるpチャネルTLPM/Sを一体化したものである。
48 and 49 are cross-sectional views showing the configuration of the semiconductor device according to
図48および図49において右側に位置するpチャネルTLPM/Sの構成は、実施の形態3の説明において、トレンチ4、n+ソース領域6a、p+コンタクト領域6b、ゲート酸化膜7、ゲート電極8、第1の層間絶縁膜9、埋め込み電極10、ソース電極12、ドレイン電極13、n+ドレイン領域16、pエピタキシャル層21およびn-エピタキシャル層22を、それぞれトレンチ204、p+ソース領域206a、n+コンタクト領域206b、ゲート酸化膜207、ゲート電極208、第1の層間絶縁膜209、埋め込み電極210、ソース電極212、ドレイン電極213、p+ドレイン領域216、nエピタキシャル層221およびp-エピタキシャル層222と読み替えたものである。ただし、n-エピタキシャル層22およびp-エピタキシャル層222は、それぞれpエピタキシャル層21およびnエピタキシャル層221に形成された第4のトレンチ4d,204d内に埋め込まれている。
48 and 49, the structure of the p-channel TLPM / S located on the right side in the description of the third embodiment is the
図48および図49に示す構成の半導体装置の製造方法について説明する。まず、実施の形態9と同様にしてp-シリコン基板1の上に、pエピタキシャル層21とnエピタキシャル層221を形成する。その後、pエピタキシャル層21およびnエピタキシャル層221に第4のトレンチ4d,204dを形成する。そして、pエピタキシャル層21の第4のトレンチ4d内にn-エピタキシャル層22を成長させる。また、nエピタキシャル層221の第4のトレンチ204d内にp-エピタキシャル層222を成長させる。
A method for manufacturing the semiconductor device having the structure shown in FIGS. 48 and 49 will be described. First, the
これ以降は、nチャネルTLPM/SおよびpチャネルTLPM/Sのそれぞれについて、図21〜図22に示すプロセスに従った後、図72〜図90に示すプロセスに従う。ただし、実施の形態11では、Pベース領域およびNベース領域を形成しないで、チャネル濃度をpエピタキシャル層21およびnエピタキシャル層221の不純物濃度により調節する。従って、図74〜図78に示すプロセスにおいて、Pベース領域を形成するためのp型不純物のイオン注入工程と拡散工程、およびNベース領域を形成するためのn型不純物のイオン注入工程と拡散工程を省略することができる。以上のようにして、図48および図49に示すデバイスが完成する。
Thereafter, for each of the n-channel TLPM / S and the p-channel TLPM / S, the process shown in FIGS. 21 to 22 is followed, and then the process shown in FIGS. 72 to 90 is followed. However, in the eleventh embodiment, the channel concentration is adjusted by the impurity concentration of the
なお、活性領域(図48)においてnエピタキシャル層221内のトレンチ204の底部にあるp+ソース領域206aと、ベースピックアップ領域(図49)においてpエピタキシャル層21内のトレンチ4の底部にあるp+コンタクト領域6bを、同じマスクのパターニングで形成することができる。同様に、活性領域(図48)においてpエピタキシャル層21内のトレンチ4の底部にあるn+ソース領域6aと、ベースピックアップ領域(図49)においてnエピタキシャル層221内のトレンチ204の底部にあるn+コンタクト領域206bを、同じマスクのパターニングで形成することができる。また、ベースピックアップ領域(図49)において、pエピタキシャル層21がp+コンタクト領域6bを兼ねる構成としてもよいし、nエピタキシャル層221がn+コンタクト領域206bを兼ねる構成としてもよい。
Incidentally, there is a p + source region 206a at the bottom of the
実施の形態12.
図50は、本発明の実施の形態12にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。図50に示すように、実施の形態12は、TLPM(同図左端)とプレーナ型のpチャネルMOSFET(同図中央)とプレーナ型のnチャネルMOSFET(同図右端)を一体化したものである。図示例では、実施の形態1のTLPMが一体化されているが、実施の形態2〜8のいずれのTLPMを一体化させてもよい。プレーナ型のMOSFETの構成は、周知である。なお、本明細書においては、プレーナ型のMOSFETは、低耐圧のロジック用のデバイスであるとし、パワーMOSFETを含まないものとする。
FIG. 50 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the twelfth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 50, in the twelfth embodiment, TLPM (the left end in the figure), a planar p-channel MOSFET (the center in the figure), and a planar n-channel MOSFET (the right end in the figure) are integrated. . In the illustrated example, the TLPM of the first embodiment is integrated, but any TLPM of the second to eighth embodiments may be integrated. The structure of a planar type MOSFET is well known. In this specification, a planar MOSFET is a low breakdown voltage logic device and does not include a power MOSFET.
図50に示す構成の半導体装置の製造方法について説明する。まず、p-シリコン基板1の上に、pエピタキシャル層21,321とnエピタキシャル層421を交互に形成する。そして、例えば図50において左端のpエピタキシャル層21に実施の形態1〜8のいずれかのTLPMを作製し、同図右端のpエピタキシャル層321にプレーナ型のnチャネルMOSFETを作製する。また、図50において中央のnエピタキシャル層421にはプレーナ型のpチャネルMOSFETを作製する。その際、プレーナ型のnチャネルMOSFETのn+ソース領域306aおよびn+ドレイン領域316と、TLPMのn+ソース領域6aを、同じマスクのパターニングで形成するようにしてもよい。そうすれば、マスク枚数を節約することができるので、コストの低減を図ることができる。
A method for manufacturing the semiconductor device having the structure shown in FIG. 50 will be described. First, p epitaxial layers 21 and 321 and n epitaxial layers 421 are alternately formed on a p − silicon substrate 1. Then, for example, in FIG. 50, the TLPM according to any one of the first to eighth embodiments is formed in the leftmost
pチャネルTLPMを、プレーナ型のpチャネルMOSFETおよびプレーナ型のnチャネルMOSFETと一体化させる場合には、プレーナ型のpチャネルMOSFETのp+ソース領域406aおよびp+ドレイン領域416と、TLPMのp+ソース領域を、同じマスクのパターニングで形成すればよい。また、TLPMのソース電極12およびドレイン電極13と、プレーナ型のnチャネルMOSFETのソース電極312およびドレイン電極313と、プレーナ型のpチャネルMOSFETのソース電極412およびドレイン電極413を同時に形成してもよい。なお、図50において、符号308および符号408で示したものは、それぞれプレーナ型のMOSFETのゲート電極である。
The p-channel TLPM, in the case where the integrated with planar p-channel MOSFET and a planar type of n-channel MOSFET of the planar type of p-channel MOSFET and the p + source region 406a and a p + drain region 416, the TLPM p + The source region may be formed by patterning the same mask. Further, the
実施の形態13.
図51は、本発明の実施の形態13にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。図51に示すように、実施の形態13は、実施の形態9の半導体装置(同図左端および左から2番目)とプレーナ型のnチャネルMOSFET(同図右から2番目)とプレーナ型のpチャネルMOSFET(同図右端)を一体化したものである。図示例では、実施の形態9の半導体装置が一体化されているが、実施の形態10または11の半導体装置を一体化させてもよい。プレーナ型のMOSFETの構成は、周知である。
FIG. 51 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the thirteenth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 51, the thirteenth embodiment includes a semiconductor device of the ninth embodiment (second from the left end and the left in the figure), a planar n-channel MOSFET (second from the right in the figure), and a planar type p. The channel MOSFET (the right end of the figure) is integrated. In the illustrated example, the semiconductor device of the ninth embodiment is integrated, but the semiconductor device of the tenth or eleventh embodiment may be integrated. The structure of a planar type MOSFET is well known.
図51に示す構成の半導体装置の製造方法について説明する。まず、p-シリコン基板1の上に、pエピタキシャル層21,321とnエピタキシャル層221,421を交互に形成する。そして、例えば図51において左端のpエピタキシャル層21に実施の形態1〜8のいずれかのnチャネルTLPMを作製する。そして、図51において左から2番目のnエピタキシャル層221には、実施の形態1〜8のいずれかのnチャネルTLPMと同一の構造で導電型が異なるpチャネルTLPMを作製する。また、図51において右から2番目のpエピタキシャル層321にプレーナ型のnチャネルMOSFETを作製し、同図右端のnエピタキシャル層421にプレーナ型のpチャネルMOSFETを作製する。
A method for manufacturing the semiconductor device having the structure shown in FIG. 51 will be described. First, p epitaxial layers 21 and 321 and n epitaxial layers 221 and 421 are alternately formed on a p − silicon substrate 1. Then, for example, the n-channel TLPM according to any one of the first to eighth embodiments is formed in the leftmost
その際、プレーナ型のnチャネルMOSFETのn+ソース領域306aおよびn+ドレイン領域316と、nチャネルTLPMのn+ソース領域6aを、同じマスクのパターニングで形成するようにしてもよい。また、プレーナ型のpチャネルMOSFETのp+ソース領域406aおよびp+ドレイン領域416と、pチャネルTLPMのp+ソース領域を、同じマスクのパターニングで形成すればよい。そうすれば、マスク枚数を節約することができるので、コストの低減を図ることができる。 At this time, the n + source region 306a and the n + drain region 316 of the planar n-channel MOSFET and the n + source region 6a of the n-channel TLPM may be formed by patterning the same mask. Further, the planar type p-channel MOSFET and the p + source region 406a and a p + drain region 416, a p + source region of the p-channel TLPM, may be formed by patterning the same mask. By doing so, the number of masks can be saved, and the cost can be reduced.
また、nチャネルTLPMのソース電極12およびドレイン電極13と、PチャネルTLPMのソース電極212およびドレイン電極213と、プレーナ型のnチャネルMOSFETのソース電極312およびドレイン電極313と、プレーナ型のpチャネルMOSFETのソース電極412およびドレイン電極413を同時に形成してもよい。
In addition, the
以上において、本発明は、上述した各実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、実施の形態2〜13においても、実施の形態1と同様に、p-シリコン基板1の代わりに、n-シリコン基板を用いてもよい。この場合、各実施の形態において、n-シリコン基板を除いた他の構成は、p-シリコン基板1を用いた場合と同じである。また、製造方法は、n-シリコン基板を用いる点が異なるだけで、それ以外はp-シリコン基板1を用いた場合と同じである。また、n-シリコン基板を用いても、p-シリコン基板1を用いた場合と同じ効果が得られる。
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, in the
さらに、実施の形態1〜8、12および13において、各半導体領域や半導体層のp型とn型をすべて反転させた構成としてもよい。さらにまた、実施の形態9〜11において、実施の形態1〜8のうちのいずれかのnチャネルTLPMと、実施の形態1〜8のうちのいずれかのnチャネルTLPMと同一の構造で導電型が異なるpチャネルTLPMとが一体化されていてもよい。また、実施の形態9〜11において、実施の形態1〜8のうちのいずれかのnチャネルTLPMと、実施の形態1〜8のうちのいずれかのnチャネルTLPMとが一体化されていてもよい。 Furthermore, in the first to eighth embodiments, the twelfth and thirteenth embodiments, the p-type and n-type of each semiconductor region or semiconductor layer may be reversed. Furthermore, in the ninth to eleventh embodiments, the n-channel TLPM in any of the first to eighth embodiments and the n-channel TLPM in any of the first to eighth embodiments have the same structure and conductivity type. P-channel TLPMs having different values may be integrated. Further, in the ninth to eleventh embodiments, even if any n-channel TLPM in the first to eighth embodiments and any n-channel TLPM in the first to eighth embodiments are integrated. Good.
また、実施の形態9〜11において、実施の形態1〜8のうちのいずれかのnチャネルTLPMと同一の構造で導電型が異なるpチャネルTLPMと、実施の形態1〜8のうちのいずれかのnチャネルTLPMと同一の構造で導電型が異なるpチャネルTLPMとが一体化されていてもよい。さらに、実施の形態1〜13において、エピタキシャル層の一部またはすべてを、エピタキシャル層以外の均一な濃度の不純物層に置き換えた構成としてもよい。
Further, in the ninth to eleventh embodiments, a p-channel TLPM having the same structure as that of any n-channel TLPM in the first to eighth embodiments and having a different conductivity type, and any one of the first to eighth embodiments. A p-channel TLPM having the same structure as that of the n-channel TLPM and having a different conductivity type may be integrated. Furthermore, in
以上のように、本発明にかかる半導体装置およびその製造方法は、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に有用であり、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などに集積されるパワーMOSFETに適している。 As described above, the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention are useful for a low on-resistance power MOSFET suitable for an integrated circuit that controls a large current with a high breakdown voltage, and in particular, an IC for a switching power supply, an automobile power system Suitable for power MOSFETs integrated in driving ICs, flat panel display driving ICs, and the like.
1 半導体基板(p-シリコン基板)
1a 半導体基板(n-シリコン基板)
2 第3の第2導電型半導体領域、不純物拡散層(n-拡張ドレイン領域)
3 マスク絶縁膜(マスク酸化膜)
4 トレンチ
4a 第1のトレンチ
4b 第2のトレンチ
4c 第3のトレンチ
6a 第2の第2導電型半導体領域(n+ソース領域)
7 トレンチの内側の絶縁膜(ゲート酸化膜)
8 第1の電極(ゲート電極)
9 第1の電極の内側の層間絶縁膜、第1の層間絶縁膜
10 埋め込み電極
12 第3の電極(ソース電極)
13 第2の電極(ドレイン電極)
15a,15b 第2の層間絶縁膜
16 第1の第2導電型半導体領域(n+ドレイン領域)
21 第1導電型半導体層、第1導電型不純物層(pエピタキシャル層)
21a 第1の第1導電型不純物層(第1のpエピタキシャル層)
21b 第2の第1導電型不純物層(第2のpエピタキシャル層)
22 第3の第2導電型半導体領域、第2導電型不純物層、第2導電型半導体層(n-エピタキシャル層)
1 Semiconductor substrate (p - silicon substrate)
1a Semiconductor substrate (n - silicon substrate)
2 Third second conductivity type semiconductor region, impurity diffusion layer (n − extended drain region)
3 Mask insulation film (mask oxide film)
4
7 Insulation film (gate oxide film) inside the trench
8 First electrode (gate electrode)
9 Interlayer insulating film inside first electrode, first
13 Second electrode (drain electrode)
15a, 15b Second
21 1st conductivity type semiconductor layer, 1st conductivity type impurity layer (p epitaxial layer)
21a First first conductivity type impurity layer (first p epitaxial layer)
21b Second first conductivity type impurity layer (second p epitaxial layer)
22 3rd 2nd conductivity type semiconductor region, 2nd conductivity type impurity layer, 2nd conductivity type semiconductor layer (n < - > epitaxial layer)
Claims (22)
前記第1導電型半導体層に形成されたトレンチの底部に設けられた第1の第2導電型半導体領域と、
前記トレンチに隣接して前記第1導電型半導体層の表面層に設けられた第2の第2導電型半導体領域と、
前記第1導電型半導体層と前記第1の第2導電型半導体領域との間に設けられた第3の第2導電型半導体領域と、
前記トレンチの側部に沿って前記トレンチの内側に設けられた絶縁膜と、
前記第2の第2導電型半導体領域と前記第3の第2導電型半導体領域との間の前記第1導電型半導体層の表面上に前記絶縁膜を介して設けられた第1の電極と、
前記トレンチの底部で前記第1の第2導電型半導体領域に接続し、かつ前記第1の電極の内側に設けられた層間絶縁膜により囲まれる埋め込み電極と、
前記埋め込み電極に接続する第2の電極と、
前記第2の第2導電型半導体領域に接続する第3の電極と、を具備し、
前記第1導電型半導体層は、均一な不純物濃度であり、前記第3の第2導電型半導体領域の不純物濃度は、前記第1の第2導電型半導体領域の不純物濃度よりも低いことを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type semiconductor layer provided on a semiconductor substrate;
A first second conductivity type semiconductor region provided at the bottom of a trench formed in the first conductivity type semiconductor layer;
A second second conductivity type semiconductor region provided in a surface layer of the first conductivity type semiconductor layer adjacent to the trench;
A third second conductivity type semiconductor region provided between the first conductivity type semiconductor layer and the first second conductivity type semiconductor region;
An insulating film provided inside the trench along the side of the trench;
A first electrode provided on the surface of the first conductive type semiconductor layer between the second second conductive type semiconductor region and the third second conductive type semiconductor region via the insulating film; ,
A buried electrode connected to the first second conductivity type semiconductor region at the bottom of the trench and surrounded by an interlayer insulating film provided inside the first electrode;
A second electrode connected to the embedded electrode;
A third electrode connected to the second second conductivity type semiconductor region,
The first conductivity type semiconductor layer has a uniform impurity concentration, and the impurity concentration of the third second conductivity type semiconductor region is lower than the impurity concentration of the first second conductivity type semiconductor region. A semiconductor device.
前記第1導電型半導体層の上に設けられた第2導電型半導体層と、
前記第2導電型半導体層の表面領域に設けられた第1の第2導電型半導体領域と、
前記第2導電型半導体層を貫通するトレンチの底部に設けられた第2の第2導電型半導体領域と、
前記トレンチの側部に沿って前記トレンチの内側に設けられた絶縁膜と、
前記第2導電型半導体層と前記第2の第2導電型半導体領域との間の前記第1導電型半導体層の表面上に前記絶縁膜を介して設けられた第1の電極と、
前記トレンチの底部で前記第2の第2導電型半導体領域に接続し、かつ前記第1の電極の内側に設けられた層間絶縁膜により囲まれる埋め込み電極と、
前記第1の第2導電型半導体領域に接続する第2の電極と、
前記埋め込み電極に接続する第3の電極と、を具備し、
前記第1導電型半導体層は、均一な不純物濃度であり、前記第2導電型半導体層は、前記第1の第2導電型半導体領域の不純物濃度よりも低い均一な不純物濃度であることを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type semiconductor layer provided on a semiconductor substrate;
A second conductivity type semiconductor layer provided on the first conductivity type semiconductor layer;
A first second conductivity type semiconductor region provided in a surface region of the second conductivity type semiconductor layer;
A second second conductivity type semiconductor region provided at the bottom of a trench penetrating the second conductivity type semiconductor layer;
An insulating film provided inside the trench along the side of the trench;
A first electrode provided on the surface of the first conductivity type semiconductor layer between the second conductivity type semiconductor layer and the second second conductivity type semiconductor region via the insulating film;
A buried electrode connected to the second second-conductivity-type semiconductor region at the bottom of the trench and surrounded by an interlayer insulating film provided inside the first electrode;
A second electrode connected to the first second conductivity type semiconductor region;
A third electrode connected to the embedded electrode,
The first conductivity type semiconductor layer has a uniform impurity concentration, and the second conductivity type semiconductor layer has a uniform impurity concentration lower than the impurity concentration of the first second conductivity type semiconductor region. A semiconductor device.
前記第1導電型不純物層にトレンチを形成する工程、
前記トレンチの底部に不純物を拡散させて第3の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記トレンチの側部に沿って前記トレンチの内側に絶縁膜を形成する工程、
前記絶縁膜の内側に第1の電極を形成する工程、
前記第1の電極の内側に層間絶縁膜を形成する工程、
前記層間絶縁膜を貫通して前記トレンチの底部に半導体を露出させる工程、
前記第3の第2導電型半導体領域内の前記トレンチの底部に第1の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記層間絶縁膜の内側に、前記トレンチの底部で前記第1の第2導電型半導体領域に接続する埋め込み電極を形成する工程、
前記トレンチに隣接して、第1導電型不純物層の表面層に第2の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記埋め込み電極に接続する第2の電極および前記第2の第2導電型半導体領域に接続する第3の電極を形成する工程、
を順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on a semiconductor substrate;
Forming a trench in the first conductivity type impurity layer;
A step of diffusing impurities at the bottom of the trench to form a third second conductivity type semiconductor region;
Forming an insulating film inside the trench along a side of the trench;
Forming a first electrode inside the insulating film;
Forming an interlayer insulating film inside the first electrode;
Exposing the semiconductor through the interlayer insulating film at the bottom of the trench;
Forming a first second conductivity type semiconductor region at the bottom of the trench in the third second conductivity type semiconductor region;
Forming a buried electrode connected to the first second conductivity type semiconductor region at the bottom of the trench inside the interlayer insulating film;
Forming a second second conductivity type semiconductor region in a surface layer of the first conductivity type impurity layer adjacent to the trench;
Forming a second electrode connected to the embedded electrode and a third electrode connected to the second second conductivity type semiconductor region;
In order.
前記第1の第1導電型不純物層に第3のトレンチを形成する工程、
前記第3のトレンチの内部に均一な不純物濃度の第2導電型不純物層を形成する工程、
前記第1の第1導電型不純物層および前記第2導電型不純物層の上に均一な不純物濃度の第2の第1導電型不純物層を形成する工程、
前記第3のトレンチよりも狭い幅で前記第2の第1導電型不純物層を貫通する第1のトレンチを形成する工程、
前記第1のトレンチの側部に沿って前記第1のトレンチの内側に絶縁膜を形成する工程、
前記絶縁膜の内側に第1の電極を形成する工程、
前記第1の電極の内側に層間絶縁膜を形成する工程、
前記層間絶縁膜を貫通して前記第1のトレンチの底部に半導体を露出させる工程、
前記第2導電型不純物層内の前記第1のトレンチの底部に第1の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記層間絶縁膜の内側に、前記第1のトレンチの底部で前記第1の第2導電型半導体領域に接続する埋め込み電極を形成する工程、
前記トレンチに隣接して、第1導電型不純物層の表面層に第2の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記埋め込み電極に接続する第2の電極および前記第2の第2導電型半導体領域に接続する第3の電極を形成する工程、
を順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on a semiconductor substrate;
Forming a third trench in the first first conductivity type impurity layer;
Forming a second conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration inside the third trench;
Forming a second first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on the first first conductivity type impurity layer and the second conductivity type impurity layer;
Forming a first trench penetrating the second first conductivity type impurity layer with a width narrower than that of the third trench;
Forming an insulating film inside the first trench along the side of the first trench;
Forming a first electrode inside the insulating film;
Forming an interlayer insulating film inside the first electrode;
Exposing the semiconductor through the interlayer insulating film at the bottom of the first trench;
Forming a first second conductivity type semiconductor region at the bottom of the first trench in the second conductivity type impurity layer;
Forming a buried electrode connected to the first second-conductivity-type semiconductor region at the bottom of the first trench inside the interlayer insulating film;
Forming a second second conductivity type semiconductor region in a surface layer of the first conductivity type impurity layer adjacent to the trench;
Forming a second electrode connected to the embedded electrode and a third electrode connected to the second second conductivity type semiconductor region;
In order.
前記第1導電型不純物層の上に均一な不純物濃度の第2導電型不純物層を形成する工程、
前記第2導電型不純物層を貫通するトレンチを形成する工程、
前記トレンチの側部に沿って前記トレンチの内側に絶縁膜を形成する工程、
前記絶縁膜の内側に第1の電極を形成する工程、
前記トレンチの底部に第2の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記第1の電極の内側に層間絶縁膜を形成する工程、
前記層間絶縁膜を貫通して前記トレンチの底部に前記第2の第2導電型半導体領域を露出させる工程、
前記層間絶縁膜の内側に、前記トレンチの底部で前記第2の第2導電型半導体領域に接続する埋め込み電極を形成する工程、
前記第1のトレンチの外側に第1の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記第1の第2導電型半導体領域に接続する第2の電極および前記埋め込み電極に接続する第3の電極を形成する工程、
を順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on a semiconductor substrate;
Forming a second conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on the first conductivity type impurity layer;
Forming a trench penetrating the second conductivity type impurity layer;
Forming an insulating film inside the trench along a side of the trench;
Forming a first electrode inside the insulating film;
Forming a second second conductivity type semiconductor region at the bottom of the trench;
Forming an interlayer insulating film inside the first electrode;
Exposing the second second-conductivity-type semiconductor region through the interlayer insulating film at the bottom of the trench;
Forming a buried electrode connected to the second second-conductivity-type semiconductor region at the bottom of the trench inside the interlayer insulating film;
Forming a first second conductivity type semiconductor region outside the first trench;
Forming a second electrode connected to the first second conductivity type semiconductor region and a third electrode connected to the buried electrode;
In order.
前記第1の第1導電型不純物層に第3のトレンチを形成する工程、
前記第3のトレンチの内部に均一な不純物濃度の第2の第1導電型不純物層を形成する工程、
前記第1の第1導電型不純物層および前記第2の第1導電型不純物層の上に均一な不純物濃度の第2導電型不純物層を形成する工程、
前記第3のトレンチよりも狭い幅で前記第2導電型不純物層を貫通する第1のトレンチを形成する工程、
前記第1のトレンチの側部に沿って前記第1のトレンチの内側に絶縁膜を形成する工程、
前記絶縁膜の内側に第1の電極を形成する工程、
前記第1のトレンチの底部に第2の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記第1の電極の内側に層間絶縁膜を形成する工程、
前記層間絶縁膜を貫通して前記第1のトレンチの底部に前記第2の第2導電型半導体領域を露出させる工程、
前記層間絶縁膜の内側に、前記第1のトレンチの底部で前記第2の第2導電型半導体領域に接続する埋め込み電極を形成する工程、
前記第1のトレンチの外側に第1の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記第1の第2導電型半導体領域に接続する第2の電極および前記埋め込み電極に接続する第3の電極を形成する工程、
を順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on a semiconductor substrate;
Forming a third trench in the first first conductivity type impurity layer;
Forming a second first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration in the third trench;
Forming a second conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on the first first conductivity type impurity layer and the second first conductivity type impurity layer;
Forming a first trench penetrating the second conductivity type impurity layer with a narrower width than the third trench;
Forming an insulating film inside the first trench along the side of the first trench;
Forming a first electrode inside the insulating film;
Forming a second second conductivity type semiconductor region at the bottom of the first trench;
Forming an interlayer insulating film inside the first electrode;
Exposing the second second-conductivity-type semiconductor region through the interlayer insulating film at the bottom of the first trench;
Forming a buried electrode connected to the second second conductivity type semiconductor region at the bottom of the first trench inside the interlayer insulating film;
Forming a first second conductivity type semiconductor region outside the first trench;
Forming a second electrode connected to the first second conductivity type semiconductor region and a third electrode connected to the buried electrode;
In order.
前記第1導電型不純物層に第1のトレンチを形成する工程、
前記第1のトレンチの底部に不純物を拡散させて第3の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記第1のトレンチの側部に沿って前記第1のトレンチの内側に絶縁膜を形成する工程、
前記第1のトレンチの側壁にマスク絶縁膜を形成する工程、
前記第1のトレンチの底部に第2のトレンチを前記第3の第2導電型半導体領域よりも浅く形成する工程、
前記第2のトレンチの底部に前記絶縁膜よりも厚い第2の層間絶縁膜を形成する工程、
前記マスク絶縁膜を除去する工程、
前記絶縁膜の内側に第1の電極を形成する工程、
前記第1の電極の内側に第1の層間絶縁膜を形成する工程、
前記第1の層間絶縁膜および前記第2の層間絶縁膜を貫通して前記第2のトレンチの底部に半導体を露出させる工程、
前記第3の第2導電型半導体領域内の前記第2のトレンチの底部に第1の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記第1の層間絶縁膜および前記第2の層間絶縁膜の内側に、前記第2のトレンチの底部で前記第1の第2導電型半導体領域に接続する埋め込み電極を形成する工程、
前記トレンチに隣接して、第1導電型不純物層の表面層に第2の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記埋め込み電極に接続する第2の電極および前記第2の第2導電型半導体領域に接続する第3の電極を形成する工程、
を順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on a semiconductor substrate;
Forming a first trench in the first conductivity type impurity layer;
A step of diffusing impurities at the bottom of the first trench to form a third second conductivity type semiconductor region;
Forming an insulating film inside the first trench along the side of the first trench;
Forming a mask insulating film on a sidewall of the first trench;
Forming a second trench shallower than the third second-conductivity-type semiconductor region at the bottom of the first trench;
Forming a second interlayer insulating film thicker than the insulating film at the bottom of the second trench;
Removing the mask insulating film;
Forming a first electrode inside the insulating film;
Forming a first interlayer insulating film inside the first electrode;
Exposing the semiconductor to the bottom of the second trench through the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film;
Forming a first second conductivity type semiconductor region at the bottom of the second trench in the third second conductivity type semiconductor region;
Forming a buried electrode connected to the first second-conductivity-type semiconductor region at the bottom of the second trench inside the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film;
Forming a second second conductivity type semiconductor region in a surface layer of the first conductivity type impurity layer adjacent to the trench;
Forming a second electrode connected to the embedded electrode and a third electrode connected to the second second conductivity type semiconductor region;
In order.
前記第1の第1導電型不純物層に第3のトレンチを形成する工程、
前記第3のトレンチの内部に均一な不純物濃度の第2導電型不純物層を形成する工程、
前記第1の第1導電型不純物層および前記第2導電型不純物層の上に均一な不純物濃度の第2の第1導電型不純物層を形成する工程、
前記第3のトレンチよりも狭い幅で前記第2の第1導電型不純物層を貫通する第1のトレンチを形成する工程、
前記第1のトレンチの側部に沿って前記第1のトレンチの内側に絶縁膜を形成する工程、
前記第1のトレンチの側壁にマスク絶縁膜を形成する工程、
前記第1のトレンチの底部に前記第1のトレンチよりも狭い幅の第2のトレンチを形成する工程、
前記第2のトレンチの底部に前記絶縁膜よりも厚い第2の層間絶縁膜を形成する工程、
前記マスク絶縁膜を除去する工程、
前記絶縁膜の内側に第1の電極を形成する工程、
前記第1の電極の内側に第1の層間絶縁膜を形成する工程、
前記第1の層間絶縁膜および前記第2の層間絶縁膜を貫通して前記第2のトレンチの底部に半導体を露出させる工程、
前記第2導電型不純物層内の前記第2のトレンチの底部に第1の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記第1の層間絶縁膜および前記第2の層間絶縁膜の内側に、前記第2のトレンチの底部で前記第1の第2導電型半導体領域に接続する埋め込み電極を形成する工程、
前記トレンチに隣接して、第1導電型不純物層の表面層に第2の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記埋め込み電極に接続する第2の電極および前記第2の第2導電型半導体領域に接続する第3の電極を形成する工程、
を順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on a semiconductor substrate;
Forming a third trench in the first first conductivity type impurity layer;
Forming a second conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration inside the third trench;
Forming a second first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on the first first conductivity type impurity layer and the second conductivity type impurity layer;
Forming a first trench penetrating the second first conductivity type impurity layer with a width narrower than that of the third trench;
Forming an insulating film inside the first trench along the side of the first trench;
Forming a mask insulating film on a sidewall of the first trench;
Forming a second trench having a narrower width than the first trench at the bottom of the first trench;
Forming a second interlayer insulating film thicker than the insulating film at the bottom of the second trench;
Removing the mask insulating film;
Forming a first electrode inside the insulating film;
Forming a first interlayer insulating film inside the first electrode;
Exposing the semiconductor to the bottom of the second trench through the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film;
Forming a first second conductivity type semiconductor region at the bottom of the second trench in the second conductivity type impurity layer;
Forming a buried electrode connected to the first second-conductivity-type semiconductor region at the bottom of the second trench inside the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film;
Forming a second second conductivity type semiconductor region in a surface layer of the first conductivity type impurity layer adjacent to the trench;
Forming a second electrode connected to the embedded electrode and a third electrode connected to the second second conductivity type semiconductor region;
In order.
前記第1導電型不純物層の上に均一な不純物濃度の第2導電型不純物層を形成する工程、
前記第2導電型不純物層に第2のトレンチを前記第2導電型不純物層よりも浅く形成する工程、
前記第2のトレンチの側壁に第2の層間絶縁膜を形成する工程、
前記第2の層間絶縁膜をマスクとして前記第2のトレンチの底部に前記第2のトレンチよりも狭い幅で前記第2導電型不純物層を貫通する第1のトレンチを形成する工程、
前記第1のトレンチの側部に沿って前記第1のトレンチの内側に絶縁膜を形成する工程、
前記第2の層間絶縁膜および前記絶縁膜の内側に第1の電極を形成する工程、
前記第1の電極の内側に第1の層間絶縁膜を形成する工程、
前記第1の層間絶縁膜を貫通して前記第1のトレンチの底部に半導体を露出させる工程、
前記第1のトレンチの底部に第2の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記第1の層間絶縁膜の内側に、前記第1のトレンチの底部で前記第2の第2導電型半導体領域に接続する埋め込み電極を形成する工程、
前記第1のトレンチの外側に第1の第2導電型半導体領域を形成する工程、
前記第1の第2導電型半導体領域に接続する第2の電極および前記埋め込み電極に接続する第3の電極を形成する工程、
を順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on a semiconductor substrate;
Forming a second conductivity type impurity layer having a uniform impurity concentration on the first conductivity type impurity layer;
Forming a second trench shallower than the second conductivity type impurity layer in the second conductivity type impurity layer;
Forming a second interlayer insulating film on a sidewall of the second trench;
Forming a first trench penetrating the second conductivity type impurity layer with a width narrower than that of the second trench at the bottom of the second trench using the second interlayer insulating film as a mask;
Forming an insulating film inside the first trench along the side of the first trench;
Forming a first electrode inside the second interlayer insulating film and the insulating film;
Forming a first interlayer insulating film inside the first electrode;
Exposing the semiconductor to the bottom of the first trench through the first interlayer insulating film;
Forming a second second conductivity type semiconductor region at the bottom of the first trench;
Forming a buried electrode connected to the second second-conductivity-type semiconductor region at the bottom of the first trench inside the first interlayer insulating film;
Forming a first second conductivity type semiconductor region outside the first trench;
Forming a second electrode connected to the first second conductivity type semiconductor region and a third electrode connected to the buried electrode;
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