JP2008103375A - Semiconductor device, and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a MOS semiconductor device having a stripe contact structure in which an on-resistance is reduced without reducing an L load tolerance. <P>SOLUTION: In forming an n<SP>+</SP>source region 24 on a region between adjacent trenches 25, an impurity is injected using a center portion of the region between the trenches as a mask, and the depth of the region of the adjacent trenches 25 of the n<SP>+</SP>source region 24 is made shallower than the depth of a portion near the trenches. Then, a high-concentration p-well region 32 having a concentration higher than that of the other portions of the p-well region 23 is formed on the shallow portion of the n<SP>+</SP>source region 24. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、トレンチゲート構造を有する半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a trench gate structure and a method for manufacturing the same.

トレンチゲート構造を有する半導体装置の1つにトレンチゲート型MOSFET(金属−酸化膜−半導体構造の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)がある。図10は、従来のnチャネル型のトレンチゲート型MOSFETの要部を示す断面図である。図10において、符号1は、nドレイン領域であり、符号2は、n-ドリフト領域であり、符号3は、pウェル領域である。 One of the semiconductor devices having a trench gate structure is a trench gate type MOSFET (insulated gate field effect transistor having a metal-oxide film-semiconductor structure). FIG. 10 is a cross-sectional view showing a main part of a conventional n-channel trench gate type MOSFET. In FIG. 10, reference numeral 1 denotes an n drain region, reference numeral 2 denotes an n drift region, and reference numeral 3 denotes a p well region.

また、符号4は、n+ソース領域である。符号5は、トレンチであり、符号6は、ゲート酸化膜であり、符号7は、ゲート電極である。符号8は、p+ウェルコンタクト領域である。符号9は、ソース電極であり、符号10は、ドレイン電極であり、符号11は、層間絶縁膜である。 Reference numeral 4 denotes an n + source region. Reference numeral 5 denotes a trench, reference numeral 6 denotes a gate oxide film, and reference numeral 7 denotes a gate electrode. Reference numeral 8 denotes a p + well contact region. Reference numeral 9 denotes a source electrode, reference numeral 10 denotes a drain electrode, and reference numeral 11 denotes an interlayer insulating film.

図10に示す構成のトレンチゲート型MOSFETでは、微細化してセルピッチを縮小すると、n+ソース領域4とソース電極9の接触面積が小さくなるため、ソースのコンタクト抵抗が増加するという問題が生じる。この問題を解決する手段として、ストライプコンタクト構造が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 In the trench gate type MOSFET having the configuration shown in FIG. 10, when the cell pitch is reduced by miniaturization, the contact area between the n + source region 4 and the source electrode 9 is reduced, which causes a problem that the source contact resistance increases. As means for solving this problem, a stripe contact structure has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

このストライプコンタクト構造によれば、微細化によって、隣り合うトレンチ5の間の領域(以下、トレンチ間領域とする)の幅が狭くなり、マスクのずれが生じた場合でも、ソース電極9をn+ソース領域4に十分に接触させることができる。また、n+ソース領域4とp+ウェルコンタクト領域8がトレンチ5の長手方向に交互に配置されることによって、トレンチ5とn+ソース領域4とp+ウェルコンタクト領域8のマスク合せが不要になるので、微細化が容易となる。 According to this stripe contact structure, the width of a region between adjacent trenches 5 (hereinafter referred to as an inter-trench region) becomes narrow due to miniaturization, and the source electrode 9 can be n + even when a mask shift occurs. The source region 4 can be sufficiently contacted. Further, since the n + source regions 4 and the p + well contact regions 8 are alternately arranged in the longitudinal direction of the trench 5, mask alignment of the trench 5, the n + source region 4 and the p + well contact region 8 becomes unnecessary. Therefore, miniaturization becomes easy.

図11は、従来のストライプコンタクト構造を有するnチャネル型のトレンチゲート型MOSFETを示す平面図である。図11では、基板表面上の絶縁膜やソース電極は、省略されている。図12、図13および図14は、それぞれ、図11の切断線A−A、B−BおよびC−Cにおける構成を示す断面図である。   FIG. 11 is a plan view showing an n-channel trench gate type MOSFET having a conventional stripe contact structure. In FIG. 11, the insulating film and the source electrode on the substrate surface are omitted. 12, FIG. 13, and FIG. 14 are cross-sectional views showing configurations at section lines AA, BB, and CC in FIG. 11, respectively.

図11に示すように、トレンチ5は、ストライプ状に配置されている。トレンチ間領域には、隣り合うトレンチ5の一方から他方までトレンチ5の短手方向に伸びるn+ソース領域4およびp+ウェルコンタクト領域8が、トレンチ5の長手方向に交互に配置されている。 As shown in FIG. 11, the trenches 5 are arranged in a stripe shape. In the inter-trench region, n + source regions 4 and p + well contact regions 8 extending in the short direction of the trench 5 from one side of the adjacent trench 5 to the other are alternately arranged in the longitudinal direction of the trench 5.

トレンチ間領域の、n+ソース領域4およびp+ウェルコンタクト領域8の下には、pウェル領域3(図12、図13参照)が設けられている。隣り合うトレンチ間領域において、n+ソース領域4は、トレンチ5を挟んで隣り合っている。p+ウェルコンタクト領域8についても、同様である。 A p well region 3 (see FIGS. 12 and 13) is provided below the n + source region 4 and the p + well contact region 8 in the inter-trench region. In the adjacent inter-trench regions, the n + source regions 4 are adjacent to each other with the trench 5 interposed therebetween. The same applies to the p + well contact region 8.

従って、図12に示すように、トレンチ5の短手方向に平行なある切断線(図11のA−A)で切断した断面では、n+ソース領域4のみがpウェル領域3の上に出現し、ソース電極9は、n+ソース領域4にのみ接触する。また、図13に示すように、トレンチ5の短手方向に平行な別の切断線(図11のB−B)で切断した断面では、p+ウェルコンタクト領域8のみがpウェル領域3の上に出現する。そして、ソース電極9は、p+ウェルコンタクト領域8にのみ接触する。 Therefore, as shown in FIG. 12, only the n + source region 4 appears on the p-well region 3 in a cross section taken along a certain cutting line (AA in FIG. 11) parallel to the short direction of the trench 5. However, the source electrode 9 contacts only the n + source region 4. As shown in FIG. 13, only the p + well contact region 8 is above the p well region 3 in a cross section taken along another cutting line (BB in FIG. 11) parallel to the short direction of the trench 5. Appears on. The source electrode 9 is in contact only with the p + well contact region 8.

特開2000−252468号公報(図4、図5、段落番号[0023]〜[0024])JP 2000-252468 A (FIG. 4, FIG. 5, paragraph numbers [0023] to [0024])

しかしながら、上述した従来のストライプコンタクト構造では、次のような問題点がある。図13に示すように、p+ウェルコンタクト領域8が存在する部分には、ソース領域が存在しない。そのため、MOSFETがオン状態となり、チャネルが形成されても、p+ウェルコンタクト領域8が存在する部分では、電流がほとんど流れない。従って、オン抵抗が増加してしまう。 However, the conventional stripe contact structure described above has the following problems. As shown in FIG. 13, the source region does not exist in the portion where the p + well contact region 8 exists. Therefore, even if the MOSFET is turned on and a channel is formed, almost no current flows in the portion where the p + well contact region 8 exists. Accordingly, the on-resistance increases.

その対策として、n+ソース領域4の幅を広げることによって、チャネル幅を広くすることが考えられる。しかし、単純にn+ソース領域4の幅を広げるだけでは、図14に示すように、pウェル領域3の、n+ソース領域4の下の領域の寄生抵抗16が高くなるため、バイポーラ動作をしてL負荷耐量が低下するという問題が生じる。 As a countermeasure, it is conceivable to increase the channel width by increasing the width of the n + source region 4. However, by simply increasing the width of the n + source region 4, as shown in FIG. 14, the p-well region 3, since the n + parasitic resistance 16 of the region under the source region 4 is increased, the bipolar operation As a result, there arises a problem that the L load withstand capability decreases.

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、L負荷耐量を低下させることなく、オン抵抗を低減できる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method of manufacturing the same that can reduce the on-resistance without reducing the L load withstand capability in order to solve the above-described problems caused by the prior art.

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、第1導電型の半導体基板層、前記半導体基板層の上に設けられた第2導電型のウェル領域、前記ウェル領域を貫通して前記半導体基板層に達するストライプ状の複数のトレンチ、前記ウェル領域の上に選択的に設けられた第1導電型のソース領域、前記ウェル領域の上に選択的に設けられた第2導電型のウェルコンタクト領域、前記トレンチ内にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極、前記ソース領域および前記ウェルコンタクト領域に共通に接触する第1の電極、並びに前記半導体基板層に電気的に接続される第2の電極、を備え、前記ソース領域および前記ウェルコンタクト領域が、ともに、隣り合う前記トレンチ間で一方のトレンチから他方のトレンチに至るまで伸び、かつトレンチ長手方向に交互に配置された半導体装置において、前記ソース領域の、隣り合う前記トレンチ間の中央部分の深さが、同ソース領域のトレンチ近傍部分の深さよりも浅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 a first aspect of the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate layer, and a second conductivity type well region provided on the semiconductor substrate layer. A plurality of stripe-shaped trenches that penetrate the well region and reach the semiconductor substrate layer, a source region of a first conductivity type that is selectively provided on the well region, and selectively on the well region A well contact region of a second conductivity type provided, a gate electrode provided in the trench via a gate insulating film, a first electrode in common contact with the source region and the well contact region, and the semiconductor substrate A second electrode electrically connected to the layer, wherein the source region and the well contact region are both from one trench to the other between the adjacent trenches. In a semiconductor device that extends to the trench and is alternately arranged in the longitudinal direction of the trench, the depth of the central portion of the source region between the adjacent trenches is shallower than the depth of the vicinity of the trench of the source region. It is characterized by that.

また、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、前記ウェル領域の、前記ソース領域の浅い部分の濃度が、同ウェル領域の他の部分の濃度よりも高いことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the concentration of the shallow portion of the source region in the well region is higher than the concentration of other portions of the well region. It is characterized by.

また、請求項3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、前記ウェル領域の、前記ソース領域の浅い部分に、同ウェル領域の他の部分よりも濃度が高い高濃度ウェル領域が設けられていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the first aspect, wherein the well region has a high concentration well in a shallow portion of the source region, the concentration of which is higher than other portions of the well region. A region is provided.

また、請求項4の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜3のいずれか一つに記載の発明において、前記ソース領域のトレンチ長手方向の長さは、前記ウェルコンタクト領域のトレンチ長手方向の長さの2倍よりも長いことを特徴とする。   A semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to third aspects, wherein the length of the source region in the trench longitudinal direction is the length of the well contact region in the trench longitudinal direction. It is characterized by being longer than twice the length.

また、請求項5の発明にかかる半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体基板層、前記半導体基板層の上に設けられた第2導電型のウェル領域、前記ウェル領域を貫通して前記半導体基板層に達するストライプ状の複数のトレンチ、前記ウェル領域の上に選択的に設けられた第1導電型のソース領域、前記ウェル領域の上に選択的に設けられた第2導電型のウェルコンタクト領域、前記トレンチ内にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極、前記ソース領域および前記ウェルコンタクト領域に共通に接触する第1の電極、並びに前記半導体基板層に電気的に接続される第2の電極、を備え、前記ソース領域および前記ウェルコンタクト領域が、ともに、隣り合う前記トレンチ間で一方のトレンチから他方のトレンチに至るまで伸び、かつトレンチ長手方向に交互に配置されており、さらに、前記ソース領域の、隣り合う前記トレンチ間の中央部分の深さが、同ソース領域のトレンチ近傍部分の深さよりも浅く、かつ前記ウェル領域の、前記ソース領域の浅い部分の濃度が、同ウェル領域の他の部分の濃度よりも高い半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、前記半導体基板層上に設けられた前記ウェル領域に、同ウェル領域を貫通して前記半導体基板層に達するストライプ状の複数のトレンチを形成する工程と、前記ソース領域を形成する領域の、隣り合う前記トレンチ間のトレンチ近傍部分を開口させ、かつ隣り合う前記トレンチ間の中央部分を被覆するパターンを有する第1のマスクを用いて、前記ウェル領域に第1導電型不純物を注入するソース領域形成工程と、前記第1のマスクを除去するマスク除去工程と、前記ウェルコンタクト領域を形成する領域を開口させたパターンを有する第2のマスクを用いて、前記ウェル領域に第2導電型不純物を注入するウェルコンタクト領域形成工程と、を含むことを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method including a first conductivity type semiconductor substrate layer, a second conductivity type well region provided on the semiconductor substrate layer, and the well region. A plurality of stripe-shaped trenches reaching the semiconductor substrate layer, a first conductivity type source region selectively provided on the well region, and a second conductivity type selectively provided on the well region A well contact region, a gate electrode provided in the trench through a gate insulating film, a first electrode that is in common contact with the source region and the well contact region, and the semiconductor substrate layer are electrically connected A second electrode, and both the source region and the well contact region extend from one trench to the other trench between the adjacent trenches, Further, the depth of the central portion between the adjacent trenches in the source region is shallower than the depth in the vicinity of the trench in the source region, and the well region In the method of manufacturing a semiconductor device in which the concentration of the shallow portion of the source region is higher than the concentration of the other portion of the well region, the well region provided on the semiconductor substrate layer has the same concentration. Forming a plurality of stripe-shaped trenches penetrating through the well region and reaching the semiconductor substrate layer; and opening the region in the vicinity of the trench between the adjacent trenches in the region forming the source region; A source region type in which a first conductivity type impurity is implanted into the well region using a first mask having a pattern covering a central portion between trenches A second conductive type impurity is implanted into the well region using a step, a mask removing step of removing the first mask, and a second mask having a pattern in which a region for forming the well contact region is opened And a well contact region forming step.

また、請求項6の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項5に記載の発明において、前記マスク除去工程後、前記ウェルコンタクト領域形成工程前に、隣り合う前記トレンチ間の領域の全面に第2導電型不純物を注入する高濃度ウェル領域形成工程、をさらに含むことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth aspect of the present invention, wherein the entire area between adjacent trenches is formed after the mask removing step and before the well contact region forming step. And a high-concentration well region forming step of implanting a second conductivity type impurity.

この発明によれば、ソース領域の幅を広げてチャネル幅を広くすることによって、オン抵抗が低くなる。また、ウェル領域の、ソース領域下の領域における寄生抵抗成分が減少し、L負荷耐量の低下を防ぐことができる。   According to the present invention, the on-resistance is lowered by increasing the width of the source region to increase the channel width. In addition, the parasitic resistance component in the well region and the region under the source region is reduced, and the L load withstand capability can be prevented from being lowered.

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、L負荷耐量を低下させることなく、オン抵抗を低減でき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, there is an effect that the on-resistance can be reduced without reducing the L load withstand capability.

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。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やpに付す+および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、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。   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. 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 and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region where it is not attached. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.

図1は、この発明の実施の形態にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。図1に示すように、このMOSFETは、nドレイン領域21の上にn-ドリフト領域22を有する。nドレイン領域21およびn-ドリフト領域22は、n型の半導体基板層を構成する。pウェル領域23は、n-ドリフト領域22の表面層に設けられている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this MOSFET has an n drift region 22 on an n drain region 21. N drain region 21 and n drift region 22 constitute an n-type semiconductor substrate layer. P well region 23 is provided in the surface layer of n drift region 22.

トレンチ25は、pウェル領域23を貫通してn-ドリフト領域22に達する。トレンチ25の平面パターンは、図11に示す従来のMOS型半導体装置と同様に、ストライプ状である。ゲート酸化膜26は、トレンチ25の内壁面に沿って設けられている。トレンチ25は、ゲート酸化膜26を介してゲート電極27により埋められている。 Trench 25 penetrates p well region 23 and reaches n drift region 22. The planar pattern of the trench 25 is striped, as in the conventional MOS semiconductor device shown in FIG. The gate oxide film 26 is provided along the inner wall surface of the trench 25. The trench 25 is filled with a gate electrode 27 through a gate oxide film 26.

+ソース領域24は、pウェル領域23の表面層に選択的に設けられている。また、n+ソース領域24は、ゲート酸化膜26に接している。p+ウェルコンタクト領域は、pウェル領域23の表面層に選択的に設けられている。ただし、p+ウェルコンタクト領域は、図1とは異なる断面に現われるように配置されているため、図1には現われていない。n+ソース領域24とp+ウェルコンタクト領域は、図11に示す従来構成と同様に、トレンチ25のストライプの方向に直交するように、交互にストライプ状に形成されている。p+ウェルコンタクト領域は、図11に示す従来構成においてp+ウェルコンタクト領域8に相当する。 The n + source region 24 is selectively provided in the surface layer of the p well region 23. The n + source region 24 is in contact with the gate oxide film 26. The p + well contact region is selectively provided in the surface layer of the p well region 23. However, since the p + well contact region is arranged so as to appear in a cross section different from that in FIG. 1, it does not appear in FIG. The n + source regions 24 and the p + well contact regions are alternately formed in a stripe shape so as to be orthogonal to the stripe direction of the trench 25 as in the conventional configuration shown in FIG. The p + well contact region corresponds to the p + well contact region 8 in the conventional configuration shown in FIG.

従って、n+ソース領域24とp+ウェルコンタクト領域は、トレンチ間領域において、隣り合うトレンチ25間でその一方から他方に至るまでトレンチ25の短手方向に伸び、かつトレンチ25の長手方向に交互に配置されている。第1の電極であるソース電極29は、n+ソース領域24およびp+ウェルコンタクト領域に接触し、かつ層間絶縁膜31によりゲート電極27から絶縁されている。第2の電極であるドレイン電極30は、nドレイン領域21に接してその裏面に設けられている。 Therefore, the n + source region 24 and the p + well contact region extend in the short direction of the trench 25 from one side to the other between the adjacent trenches 25 in the inter-trench region, and alternate in the longitudinal direction of the trench 25. Is arranged. The source electrode 29 that is the first electrode is in contact with the n + source region 24 and the p + well contact region, and is insulated from the gate electrode 27 by the interlayer insulating film 31. The drain electrode 30 as the second electrode is provided on the back surface thereof in contact with the n drain region 21.

ここで、n+ソース領域24は、トレンチ間領域の中央部分において、トレンチ近傍部分よりも浅くなっている。このn+ソース領域24が浅くなっている部分の濃度は、pウェル領域23の他の部分の濃度よりも高くなっている。つまり、pウェル領域23の、n+ソース領域24が浅くなっている部分には、pウェル領域23の他の部分よりも濃度が高い高濃度pウェル領域32が設けられている。 Here, the n + source region 24 is shallower in the central portion of the inter-trench region than in the vicinity of the trench. The concentration of the shallow portion of the n + source region 24 is higher than the concentration of other portions of the p well region 23. That is, a high-concentration p-well region 32 having a higher concentration than other portions of the p-well region 23 is provided in a portion of the p-well region 23 where the n + source region 24 is shallow.

また、n+ソース領域24のトレンチ長手方向の長さは、p+ウェルコンタクト領域のトレンチ長手方向の長さの2倍よりも長い。特に限定しないが、例えば、n+ソース領域24のトレンチ長手方向の長さは、p+ウェルコンタクト領域のトレンチ長手方向の長さの4倍である。また、セルピッチは、例えば2.2μmである。要するに、実施の形態は、従来よりもp+ウェルコンタクト領域の面積を小さくし、n+ソース領域24の下に高濃度のp+領域を配置したものである。 The length of the n + source region 24 in the longitudinal direction of the trench is longer than twice the length of the p + well contact region in the longitudinal direction of the trench. Although not particularly limited, for example, the length of the n + source region 24 in the trench longitudinal direction is four times the length of the p + well contact region in the trench longitudinal direction. The cell pitch is 2.2 μm, for example. In short, in the embodiment, the area of the p + well contact region is made smaller than in the prior art, and a high concentration p + region is arranged under the n + source region 24.

図2〜図7は、この発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図または平面図である。まず、nドレイン領域21上にn-ドリフト領域22をエピタキシャル成長させる。その際、n-ドリフト領域22の不純物濃度は、例えば1×1016cm-3である。これらnドレイン領域21とn-ドリフト領域22を合わせて半導体基板層とする。 2 to 7 are sectional views or plan views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention. First, the n drift region 22 is epitaxially grown on the n drain region 21. At that time, the impurity concentration of the n drift region 22 is, for example, 1 × 10 16 cm −3 . These n drain region 21 and n drift region 22 are combined to form a semiconductor substrate layer.

次いで、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)プロセスにより半導体基板層の表面を選択酸化し、フィールド酸化膜を形成する。その後、熱拡散技術等により、半導体基板層の表面層にpウェル領域23を形成するとともに、表面にマスク酸化膜を形成する。次いで、半導体基板層の表面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィおよびエッチングを行って、マスク酸化膜をトレンチ形成パターンにする。   Next, the surface of the semiconductor substrate layer is selectively oxidized by a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) process to form a field oxide film. Thereafter, a p-well region 23 is formed on the surface layer of the semiconductor substrate layer by a thermal diffusion technique or the like, and a mask oxide film is formed on the surface. Next, a resist is applied to the surface of the semiconductor substrate layer, and photolithography and etching are performed to form a mask oxide film as a trench formation pattern.

このマスク酸化膜をマスクとしてRIE(Reactive Ion Etching)などの異方性ドライエッチングを行い、pウェル領域23を貫通してn-ドリフト領域22に達する深さのトレンチ25を形成する。続いて、CDE(Chemical Dry Etching)等のソフトエッチングや犠牲酸化処理を行って、トレンチエッチングの際に生じた表面の荒れを平坦化する。そして、マスク酸化膜を除去する。 Using this mask oxide film as a mask, anisotropic dry etching such as RIE (Reactive Ion Etching) is performed to form a trench 25 having a depth reaching the n drift region 22 through the p well region 23. Subsequently, soft etching such as CDE (Chemical Dry Etching) or sacrificial oxidation treatment is performed to flatten the roughness of the surface generated during the trench etching. Then, the mask oxide film is removed.

次いで、トレンチ25の内側および半導体基板層の表面を酸化して、ゲート酸化膜26を形成する。その後、例えばドープトポリシリコンを堆積して、トレンチ25内をゲート電極27で埋める。そして、ゲート電極27の一部を除いて、ゲート電極27の、半導体基板層の表面よりも上の部分を除去する。次いで、半導体基板層の表面のゲート酸化膜26を除去した後、半導体基板層およびゲート電極27の表面にスクリーン酸化膜41を形成する(図2)。   Next, the inside of the trench 25 and the surface of the semiconductor substrate layer are oxidized to form a gate oxide film 26. Thereafter, for example, doped polysilicon is deposited, and the trench 25 is filled with the gate electrode 27. Then, except for a part of the gate electrode 27, a portion of the gate electrode 27 above the surface of the semiconductor substrate layer is removed. Next, after removing the gate oxide film 26 on the surface of the semiconductor substrate layer, a screen oxide film 41 is formed on the surfaces of the semiconductor substrate layer and the gate electrode 27 (FIG. 2).

次いで、半導体基板層の表面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりソース領域を形成するためのレジストマスク(第1のマスク)を形成する。図3に斜線で示すように、このレジストマスク42は、pウェル領域23の、ウェルコンタクト領域が形成される領域とトレンチ間領域の中央部分を被覆するパターンを有する。次いで、レジストマスク42を用いて、第1導電型の不純物イオンとして例えば砒素(As)を半導体基板層の表面に対して垂直に注入する。   Next, a resist is applied to the surface of the semiconductor substrate layer, and a resist mask (first mask) for forming a source region is formed by photolithography. As shown by hatching in FIG. 3, the resist mask 42 has a pattern that covers the central portion of the p-well region 23 where the well contact region is formed and the region between the trenches. Next, using the resist mask 42, for example, arsenic (As) is implanted as the first conductivity type impurity ions perpendicularly to the surface of the semiconductor substrate layer.

図3において、トレンチ25の両脇の「n+」とした領域は、砒素が注入される領域であることを表している(図5においても同じ)。次いで、熱処理を行い、砒素を拡散および活性化させて、pウェル領域23の表面層にn+ソース領域24を選択的に形成する(図4)。図4は、n+ソース領域を形成した後の、図3の切断線D−Dにおける構成を示す断面図である。 In FIG. 3, “n + ” regions on both sides of the trench 25 represent regions where arsenic is implanted (the same applies to FIG. 5). Next, heat treatment is performed to diffuse and activate arsenic to selectively form an n + source region 24 in the surface layer of the p well region 23 (FIG. 4). FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration at section line DD in FIG. 3 after forming the n + source region.

なお、n+ソース領域24を形成するための不純物の注入を行う際に、図3に示すパターンのレジストマスク42に代えて、図5に示すパターンのレジストマスク43を用いてもよい。図5に斜線で示すように、このレジストマスク43は、トレンチ間領域の中央部分のみを被覆するパターンを有する。 Note that, when the impurity implantation for forming the n + source region 24 is performed, the resist mask 43 having the pattern shown in FIG. 5 may be used instead of the resist mask having the pattern shown in FIG. As indicated by hatching in FIG. 5, the resist mask 43 has a pattern that covers only the central portion of the inter-trench region.

レジストマスク42(図5に示すパターンの場合には、レジストマスク43)を除去した後、半導体基板層の表面全面に、第2導電型の不純物イオンとして例えばフッ化ホウ素(BF2)を半導体基板層の表面に対して垂直に注入する。続いて、熱処理を行い、高濃度pウェル領域32を形成する。次いで、半導体基板層の表面に再びレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりp+ウェルコンタクト領域を形成するためのレジストマスク(第2のマスク)を形成する。 After removing the resist mask 42 (in the case of the pattern shown in FIG. 5, the resist mask 43), for example, boron fluoride (BF 2 ) as the second conductivity type impurity ions is formed on the entire surface of the semiconductor substrate layer. Implant perpendicular to the surface of the layer. Subsequently, heat treatment is performed to form a high concentration p-well region 32. Next, a resist is applied again on the surface of the semiconductor substrate layer, and a resist mask (second mask) for forming a p + well contact region is formed by photolithography.

図6に斜線で示すように、このレジストマスク44は、pウェル領域23の、ウェルコンタクト領域が形成される領域以外を被覆するパターンを有する。次いで、レジストマスク44を用いて、第2導電型の不純物イオンとして例えばホウ素(B)を注入する。図6において、トレンチ25の両脇の「p+」とした領域は、ホウ素が注入される領域であることを表している。次いで、熱処理を行い、pウェル領域23の表面層にp+ウェルコンタクト領域を形成する。 As shown by hatching in FIG. 6, the resist mask 44 has a pattern that covers the p-well region 23 other than the region where the well contact region is formed. Next, for example, boron (B) is implanted as impurity ions of the second conductivity type using the resist mask 44. In FIG. 6, “p + ” regions on both sides of the trench 25 represent regions where boron is implanted. Next, heat treatment is performed to form ap + well contact region in the surface layer of the p well region 23.

また、p+ウェルコンタクト領域の形成時に、図6に示すパターンを反転させたパターン、すなわち、p+ウェルコンタクト領域を被覆するパターンを有するレジストマスクを用いて、低加速で例えば砒素イオンを注入し、熱処理を行って、n+ソース領域24の、ソース電極29と接触する部分の濃度を1×1020cm-3以上としてもよい。その際、熱処理を、p+ウェルコンタクト領域を形成する際の熱処理と一緒にしてもよい。 Further, when forming the p + well contact region, a pattern obtained by inverting the pattern shown in FIG. 6, that is, by using a resist mask having a pattern covering the p + well contact region, implanting a low acceleration for example, arsenic ions The concentration of the n + source region 24 in contact with the source electrode 29 may be set to 1 × 10 20 cm −3 or more by performing heat treatment. At this time, the heat treatment may be performed together with the heat treatment for forming the p + well contact region.

図7は、p+ウェルコンタクト領域を形成した後の、図6の切断線E−Eにおける構成を示す断面図である。レジストマスク44を除去した後、図1に示すように、ゲート電極27の上に層間絶縁膜31を形成する。さらにその上にソース電極29と、図には現われていない金属ゲート電極を形成する。また、nドレイン領域21の裏面にドレイン電極30を形成する。以上のようにして、MOSFETが完成する。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration at section line EE in FIG. 6 after the p + well contact region is formed. After removing the resist mask 44, an interlayer insulating film 31 is formed on the gate electrode 27 as shown in FIG. Further, a source electrode 29 and a metal gate electrode not shown in the figure are formed thereon. Further, the drain electrode 30 is formed on the back surface of the n drain region 21. As described above, the MOSFET is completed.

次に、実施の形態のMOSFETと従来のストライプコンタクト構造のMOSFETとで、トレンチ間領域の縦方向の不純物プロファイルを比較する。図8は、図1のF−F'およびG−G'における不純物プロファイルを示す特性図であり、図9は、図12のH−H'における不純物プロファイルを示す特性図である。MOSFETのしきい値電圧とソース領域の下の寄生抵抗は、砒素(As)の特性曲線とホウ素(B)の特性曲線が交差する位置で決まる。   Next, the vertical impurity profiles in the inter-trench region are compared between the MOSFET of the embodiment and the conventional stripe contact MOSFET. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the impurity profile at FF ′ and GG ′ in FIG. 1, and FIG. 9 is a characteristic diagram showing the impurity profile at HH ′ in FIG. The threshold voltage of the MOSFET and the parasitic resistance under the source region are determined by the position where the characteristic curve of arsenic (As) and the characteristic curve of boron (B) intersect.

実施の形態では、図8にBで示すホウ素のプロファイルが得られる。トレンチ近傍では、ソース領域が従来と同様の深さであるので、As(F−F')で示す砒素の特性曲線およびBで示すホウ素の特性曲線は、いずれも図9に示す従来の特性曲線と同じになる。従って、実施の形態における砒素の特性曲線とホウ素の特性曲線の交差点51は、図9に示す従来の交差点53と同じ位置になるので、実施の形態のしきい値は、従来のしきい値と同じになる。   In the embodiment, a boron profile indicated by B in FIG. 8 is obtained. In the vicinity of the trench, since the source region has the same depth as the conventional one, the characteristic curve of arsenic indicated by As (FF ′) and the characteristic curve of boron indicated by B are both the conventional characteristic curve shown in FIG. Will be the same. Therefore, since the intersection 51 of the arsenic characteristic curve and the boron characteristic curve in the embodiment is at the same position as the conventional intersection 53 shown in FIG. 9, the threshold in the embodiment is the same as the conventional threshold. Be the same.

一方、トレンチ間領域の中央部分では、ソース領域が従来よりも浅く、かつソース領域の下に高濃度pウェル領域が存在するので、実施の形態における砒素の特性曲線とホウ素の特性曲線の交差点52は、図9に示す従来の交差点53よりもホウ素の濃度が高い方にずれる。従って、実施の形態の寄生抵抗は、従来よりも低くなる。   On the other hand, in the central portion of the inter-trench region, the source region is shallower than in the prior art, and a high-concentration p-well region exists below the source region. Therefore, the intersection 52 of the arsenic characteristic curve and the boron characteristic curve in the embodiment Shifts to a higher boron concentration than the conventional intersection 53 shown in FIG. Therefore, the parasitic resistance of the embodiment is lower than that of the prior art.

実施の形態のMOSFETと従来のストライプコンタクト構造のMOSFETとで、同じL負荷耐量でオン抵抗Ronを比較したところ、実施の形態の方が従来構造よりも8%低かった。実施の形態では、トレンチとソースのマスク合せが必要であるため、セルピッチを2.2μmとし、ソース領域の長さとウェルコンタクト領域の長さの比を4:lとした。一方、従来のストライプコンタクト構造では、セルピッチを2μmとしたが、実施の形態と同じL負荷耐量となるソース領域の長さとウェルコンタクト領域の長さの比は、2:1であった。   When the on-resistance Ron was compared with the MOSFET of the embodiment and the MOSFET of the conventional stripe contact structure with the same L load withstand capability, the embodiment was 8% lower than the conventional structure. In the embodiment, since mask alignment of the trench and the source is necessary, the cell pitch is set to 2.2 μm, and the ratio of the length of the source region to the length of the well contact region is set to 4: l. On the other hand, in the conventional stripe contact structure, the cell pitch is set to 2 μm, but the ratio of the length of the source region and the length of the well contact region, which has the same L load resistance as in the embodiment, was 2: 1.

以上説明したように、実施の形態によれば、しきい値電圧に影響を与えずに、オン抵抗を低くできる。また、pウェル領域23の、n+ソース領域24の下の領域における寄生抵抗成分が減少するので、L負荷耐量の低下を防ぐことができる。従って、L負荷耐量を低下させることなく、オン抵抗を低減できるという効果を奏する。 As described above, according to the embodiment, the on-resistance can be lowered without affecting the threshold voltage. Further, since the parasitic resistance component in the region under the n + source region 24 in the p well region 23 is reduced, it is possible to prevent the L load withstand capability from being lowered. Therefore, the on-resistance can be reduced without reducing the L load withstand capability.

以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、実施の形態中に記載した寸法や濃度などは一例であり、本発明はそれらの値に限定されるものではない。また、各実施の形態では第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、本発明は第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としても同様に成り立つ。   As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, the dimensions and concentrations described in the embodiments are examples, and the present invention is not limited to these values. In each embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, in the present invention, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. It holds.

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、トレンチゲート構造を有する半導体装置に有用であり、特に、ストライプ状に配置されたトレンチゲート構造のトレンチ間領域においてソース領域とウェルコンタクト領域がトレンチの長手方向に交互に配置された構造を有するトレンチゲート型パワー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 semiconductor device having a trench gate structure, and in particular, a source region and a well contact in an inter-trench region of a trench gate structure arranged in a stripe shape. This is suitable for a trench gate type power MOSFET having a structure in which regions are alternately arranged in the longitudinal direction of the trench.

この発明の実施の形態にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. この発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. この発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する平面図である。It is a top view explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. この発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. この発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する平面図である。It is a top view explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. この発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する平面図である。It is a top view explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. この発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. この発明の実施の形態にかかる半導体装置の不純物プロファイルを示す特性図である。It is a characteristic view which shows the impurity profile of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 従来のMOSFETの不純物プロファイルを示す特性図である。It is a characteristic view which shows the impurity profile of the conventional MOSFET. 従来のトレンチゲート型MOSFETの要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the conventional trench gate type MOSFET. 従来のストライプコンタクト構造を有するトレンチゲート型MOSFETを示す平面図である。It is a top view which shows the trench gate type MOSFET which has the conventional stripe contact structure. 図11の切断線A−Aにおける構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure in the cutting line AA of FIG. 図11の切断線B−Bにおける構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure in the cutting line BB of FIG. 図11の切断線C−Cにおける構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure in the cutting line CC of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

21 nドレイン領域
22 n-ドリフト領域
23 pウェル領域
24 n+ソース領域
25 トレンチ
26 ゲート酸化膜
27 ゲート電極
29 ソース電極
30 ドレイン電極
32 高濃度pウェル領域
42,43,44 レジストマスク
21 n drain region 22 n drift region 23 p well region 24 n + source region 25 trench 26 gate oxide film 27 gate electrode 29 source electrode 30 drain electrode 32 high concentration p well region 42, 43, 44 resist mask

Claims (6)

第1導電型の半導体基板層、前記半導体基板層の上に設けられた第2導電型のウェル領域、前記ウェル領域を貫通して前記半導体基板層に達するストライプ状の複数のトレンチ、前記ウェル領域の上に選択的に設けられた第1導電型のソース領域、前記ウェル領域の上に選択的に設けられた第2導電型のウェルコンタクト領域、前記トレンチ内にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極、前記ソース領域および前記ウェルコンタクト領域に共通に接触する第1の電極、並びに前記半導体基板層に電気的に接続される第2の電極、を備え、前記ソース領域および前記ウェルコンタクト領域が、ともに、隣り合う前記トレンチ間で一方のトレンチから他方のトレンチに至るまで伸び、かつトレンチ長手方向に交互に配置された半導体装置において、
前記ソース領域の、隣り合う前記トレンチ間の中央部分の深さが、同ソース領域のトレンチ近傍部分の深さよりも浅いことを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate layer; a second conductivity type well region provided on the semiconductor substrate layer; a plurality of stripe-shaped trenches penetrating the well region to reach the semiconductor substrate layer; and the well region A first conductivity type source region selectively provided on the well region, a second conductivity type well contact region selectively provided on the well region, and a gate insulating film provided in the trench. A gate electrode, a first electrode in common contact with the source region and the well contact region, and a second electrode electrically connected to the semiconductor substrate layer, the source region and the well contact region However, both of the semiconductor devices extend from one trench to the other trench between adjacent trenches and are alternately arranged in the longitudinal direction of the trench. Te,
A semiconductor device, wherein a depth of a central portion between adjacent trenches of the source region is shallower than a depth of a portion in the vicinity of the trench of the source region.
前記ウェル領域の、前記ソース領域の浅い部分の濃度が、同ウェル領域の他の部分の濃度よりも高いことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a concentration of a shallow portion of the well region in the well region is higher than a concentration of other portions of the well region. 前記ウェル領域の、前記ソース領域の浅い部分に、同ウェル領域の他の部分よりも濃度が高い高濃度ウェル領域が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a high concentration well region having a higher concentration than other portions of the well region is provided in a shallow portion of the well region in the source region. 前記ソース領域のトレンチ長手方向の長さは、前記ウェルコンタクト領域のトレンチ長手方向の長さの2倍よりも長いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the length of the source region in the longitudinal direction of the trench is longer than twice the length of the well contact region in the longitudinal direction of the trench. 第1導電型の半導体基板層、前記半導体基板層の上に設けられた第2導電型のウェル領域、前記ウェル領域を貫通して前記半導体基板層に達するストライプ状の複数のトレンチ、前記ウェル領域の上に選択的に設けられた第1導電型のソース領域、前記ウェル領域の上に選択的に設けられた第2導電型のウェルコンタクト領域、前記トレンチ内にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極、前記ソース領域および前記ウェルコンタクト領域に共通に接触する第1の電極、並びに前記半導体基板層に電気的に接続される第2の電極、を備え、前記ソース領域および前記ウェルコンタクト領域が、ともに、隣り合う前記トレンチ間で一方のトレンチから他方のトレンチに至るまで伸び、かつトレンチ長手方向に交互に配置されており、さらに、前記ソース領域の、隣り合う前記トレンチ間の中央部分の深さが、同ソース領域のトレンチ近傍部分の深さよりも浅く、かつ前記ウェル領域の、前記ソース領域の浅い部分の濃度が、同ウェル領域の他の部分の濃度よりも高い半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板層上に設けられた前記ウェル領域に、同ウェル領域を貫通して前記半導体基板層に達するストライプ状の複数のトレンチを形成する工程と、
前記ソース領域を形成する領域の、隣り合う前記トレンチ間のトレンチ近傍部分を開口させ、かつ隣り合う前記トレンチ間の中央部分を被覆するパターンを有する第1のマスクを用いて、前記ウェル領域に第1導電型不純物を注入するソース領域形成工程と、
前記第1のマスクを除去するマスク除去工程と、
前記ウェルコンタクト領域を形成する領域を開口させたパターンを有する第2のマスクを用いて、前記ウェル領域に第2導電型不純物を注入するウェルコンタクト領域形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first conductivity type semiconductor substrate layer; a second conductivity type well region provided on the semiconductor substrate layer; a plurality of stripe-shaped trenches penetrating the well region to reach the semiconductor substrate layer; and the well region A first conductivity type source region selectively provided on the well region, a second conductivity type well contact region selectively provided on the well region, and a gate insulating film provided in the trench. A gate electrode, a first electrode in common contact with the source region and the well contact region, and a second electrode electrically connected to the semiconductor substrate layer, the source region and the well contact region Are both extended from one trench to the other trench between the adjacent trenches, and alternately arranged in the longitudinal direction of the trench, The depth of the central portion between the adjacent trenches in the source region is shallower than the depth in the vicinity of the trench in the source region, and the concentration of the shallow portion of the source region in the well region is the same well region. In a method for manufacturing a semiconductor device for manufacturing a semiconductor device having a concentration higher than that of other portions,
Forming a plurality of stripe-shaped trenches that penetrate the well region and reach the semiconductor substrate layer in the well region provided on the semiconductor substrate layer;
In the well region, a first mask having a pattern that opens a portion in the vicinity of the trench between the adjacent trenches in a region forming the source region and covers a central portion between the adjacent trenches is formed in the well region. A source region forming step of implanting one conductivity type impurity;
A mask removing step of removing the first mask;
A well contact region forming step of implanting a second conductivity type impurity into the well region using a second mask having a pattern in which a region for forming the well contact region is opened;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記マスク除去工程後、前記ウェルコンタクト領域形成工程前に、隣り合う前記トレンチ間の領域の全面に第2導電型不純物を注入する高濃度ウェル領域形成工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
A high-concentration well region forming step of implanting a second conductivity type impurity in the entire region between the adjacent trenches after the mask removing step and before the well contact region forming step;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising:
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