JP2008159745A - Mos transistor - Google Patents
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Description
本発明は、電力用半導体装置として用いられるトレンチゲート型のMOSFETの構造に関するものである。 The present invention relates to the structure of a trench gate type MOSFET used as a power semiconductor device.
電力用半導体装置として各種のMOSFETが用いられており、その一例として半導体基板にトレンチ(溝)を形成し、そのトレンチ内にゲート電極を埋め込んだ縦型MOSFETがある。最近では、微細加工技術の進展によりセルピッチの縮小化が進み、図4(例えば、特許文献1参照。)のような構造で高集積化を図る技術も提案されている。図4のMOSトランジスタは、表面側にソース電極28、裏面側にドレイン電極(図示せず)を具え、トレンチ34内には充填したポリシリコンゲート36が構成され、順方向バイアスの印加時にはP型ウェル32内部にチャネルが形成されるものである。
Various types of MOSFETs are used as power semiconductor devices. One example is a vertical MOSFET in which a trench (groove) is formed in a semiconductor substrate and a gate electrode is embedded in the trench. Recently, with the progress of microfabrication technology, the cell pitch has been reduced, and a technology for achieving high integration with a structure as shown in FIG. 4 (see, for example, Patent Document 1) has also been proposed. The MOS transistor of FIG. 4 has a
図2の構造をさらに詳しく説明すると、ドレイン電極(図示せず)は基板裏面に金属膜を形成して構成され、ソース電極38は基板表面側に形成した金属配線層によって構成されている。ゲート電極36は、トレンチ34内に充填されたポリシリコンによって構成されており、ここで、各半導体領域(31、32、33)とはトレンチ34の内壁に形成されたゲート酸化膜35によって絶縁され、ソース電極38とはトレンチ34内部に形成された層間絶縁膜37によって絶縁されている。なお、層間絶縁膜37は、トレンチ34内の半導体基板の表面よりも低い位置に形成されており、これによりソース電極38の一部はトレンチ34内に侵入した形となっている。
2 will be described in more detail. The drain electrode (not shown) is formed by forming a metal film on the back surface of the substrate, and the
図4のような構造の場合、層間絶縁膜37をトレンチ34内のみに形成するので、ポリシリコンゲート電極36を極限まで小さくすることができ、集積度の高いMOSトランジスタのセルを製造することができる。さらに、図4の構造では半導体基板の表面だけではなく、トレンチ34内部でもソース電極38の一部とソース領域33が接触して、ソース電極38とソース領域33の接触面積が大きくなる。これによりオン抵抗が低減できるという利点がある。
しかしながら、図5のように層間絶縁膜47をトレンチ44内部深くに落とし込み、ソース電極48とソース領域43の接触面積を大きくしようとすると、半導体基板の表面側に大きな凹凸が生じてしまう。また、層間絶縁膜47の表面は半導体基板の表面方向とは逆方向に窪んだ形状となるのが一般的であり、半導体基板の表面と層間絶縁膜47の表面窪み部分との高低差はさらに大きくなる。これにより、ソース電極48を形成する際に、層間絶縁膜47の上方のソース電極48内にヴォイド(空孔)49が発生してしまうなどの問題があった。
However, when the
本発明は、ソース電極とソース領域の接触面積を充分に確保することによってオン抵抗の低減を図り、同時にヴォイドの発生を防止することによって信頼性の向上が可能なMOSトランジスタを提供するものである。 The present invention provides a MOS transistor capable of reducing on-resistance by ensuring a sufficient contact area between a source electrode and a source region and at the same time improving reliability by preventing the generation of voids. .
本発明は、トレンチ内部の半導体基板の表面よりも低い位置に層間絶縁膜を埋め込み、且つ層間絶縁膜の表面を半導体基板の表面方向へ隆起させて凸状に形成することによって、上記の課題を解決するものである。 The present invention solves the above problem by embedding an interlayer insulating film at a position lower than the surface of the semiconductor substrate inside the trench, and forming the surface of the interlayer insulating film so as to protrude toward the surface of the semiconductor substrate. It is a solution.
すなわち、ドレイン領域となる第1導電型の第1の領域と、その第1の領域の表面から所定の深さまで形成された第2導電型の第2の領域と、第2の領域の表面にソース領域となる第1導電型の第3の領域を具える半導体基板に、第3の領域表面から第2の領域を貫通して第1の領域に達するトレンチを具え、そのトレンチに絶縁膜を介して第2の領域と対向するゲート電極を具え、ゲート電極の表面側に形成された層間絶縁膜とソース領域に接続されるソース電極を具えたMOSトランジスタにおいて、トレンチ内部に半導体基板の表面方向に隆起した凸状の層間絶縁膜が形成されるとともに、ソース電極の一部がそのトレンチ内に侵入するように形成された特徴を有するものである。 That is, a first conductivity type first region to be a drain region, a second conductivity type second region formed to a predetermined depth from the surface of the first region, and a surface of the second region A semiconductor substrate having a third region of the first conductivity type serving as a source region is provided with a trench that penetrates the second region from the surface of the third region to reach the first region, and an insulating film is provided in the trench. In a MOS transistor having a gate electrode facing the second region through the interlayer insulating film formed on the surface side of the gate electrode and a source electrode connected to the source region, the surface direction of the semiconductor substrate inside the trench A protruding interlayer insulating film is formed, and a part of the source electrode is formed so as to penetrate into the trench.
本発明によれば、セルピッチを小さくすることができるので、パワーMOSFETの高集積化を図ることができる。また、ソース電極とソース領域との接触面積を大きくできるため、コンタクト抵抗を下げることができ、オン抵抗の低減が可能となる。 According to the present invention, since the cell pitch can be reduced, the power MOSFET can be highly integrated. In addition, since the contact area between the source electrode and the source region can be increased, the contact resistance can be reduced, and the on-resistance can be reduced.
トレンチ内部の層間絶縁膜を半導体基板の表面方向に隆起した凸状に形成することによって、半導体基板の表面と層間絶縁膜表面との高低差を小さくできる。その結果、ヴォイドの発生を防止することが可能となり、素子の信頼性を高めることができる。 By forming the interlayer insulating film inside the trench into a convex shape protruding in the surface direction of the semiconductor substrate, the difference in height between the surface of the semiconductor substrate and the surface of the interlayer insulating film can be reduced. As a result, generation of voids can be prevented, and the reliability of the element can be improved.
本発明のMOSトランジスタは、ゲート電極と層間絶縁膜がトレンチ内に埋め込まれ、層間絶縁膜は半導体基板の表面方向に隆起した凸状の形状をしており、さらに、ソース電極の一部がトレンチ内にも形成されたことを特徴とする。 In the MOS transistor of the present invention, the gate electrode and the interlayer insulating film are embedded in the trench, the interlayer insulating film has a convex shape protruding toward the surface of the semiconductor substrate, and a part of the source electrode is in the trench. It is also characterized by being formed inside.
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図1は本発明によるMOSトランジスタの第1の実施例を示す正面断面図である。半導体基板の表面側にソース領域13、裏面側にドレイン領域11を具え、トレンチ14内に充填したポリシリコンでゲート電極16が構成されており、順方向バイアス印加時にP型ウェル12内部にチャネルが形成される点は従来と同じものである。なお、拡散工程などにおけるトレンチ14開口部への応力集中を防ぐために、トレンチ14開口部は角部において半導体基板表面とトレンチ側面とが滑らかに結合した形状に形成してある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a front sectional view showing a first embodiment of a MOS transistor according to the present invention. A
ドレイン電極(図示せず)は基板の裏面に金属膜を形成して構成し、ソース領域13への配線は基板表面側に形成したソース電極18によって構成する。
The drain electrode (not shown) is configured by forming a metal film on the back surface of the substrate, and the wiring to the
ゲート電極16は、ドレイン領域11、P型ウェル12、ソース領域13の各領域とトレンチ14の内壁に形成されたゲート酸化膜15によって絶縁されている。また、ゲート電極16の上側表面は層間絶縁膜17で覆われ、ゲート電極16とソース電極18は層間絶縁膜17によって絶縁されている。層間絶縁膜17はトレンチ14内部に形成され、さらに、層間絶縁膜17の上側表面は半導体基板の表面方向に緩やかに隆起した凸状の形状に形成される。
The
また、トレンチ14内において、層間絶縁膜17が半導体基板の表面よりも低い位置に形成されており、ソース電極18の一部はトレンチ14内に侵入するように形成される。
Further, in the
以上の構造を特徴とする本発明によるMOSトランジスタは、層間絶縁膜17の形状が半導体基板の表面方向に隆起した凸状を成していることにより、半導体基板の表面と層間絶縁膜17の表面との高低差を小さくすることができる。これにより、層間絶縁膜17の上方のソース電極18にヴォイドが発生しにくい。
In the MOS transistor according to the present invention having the above structure, the surface of the semiconductor substrate and the surface of the
また、トレンチ14内部上端付近のソース領域13は層間絶縁膜17に覆われることなくトレンチ14内に露出する。このようなトレンチ14内部にソース電極18の一部が侵入することによって、ソース領域13とソース電極18の接触する面積を充分に確保できる。これより、コンタクト抵抗を下げることができ、オン抵抗を低減できる。
Further, the
図2は、本発明によるMOSトランジスタの第1の実施例のトレンチゲートの形状を示す斜視図である。パワーMOSトランジスタの場合、ソース領域とソース電極との接触面積を充分に確保することは重要である。図2のようにトレンチ14をストライプ状に形成することで、ソース領域とソース電極との接触面積を効率よく確保することができ、高い集積度を維持しながらオン抵抗を低減できる。パワーMOSトランジスタの場合には、更に好ましくは、図2のようにトレンチゲートをストライプ状に形成する事が望ましい。
FIG. 2 is a perspective view showing the shape of the trench gate of the first embodiment of the MOS transistor according to the present invention. In the case of a power MOS transistor, it is important to ensure a sufficient contact area between the source region and the source electrode. By forming the
図3は、本発明によるMOSトランジスタの第2の実施例を示す正面断面図である。第1の実施例と異なる点は、トレンチ28に埋め込まれた層間絶縁膜27の表面が緩やかではなく、鋭角的な凸状に形成されていることである。その他の部分は、第1の実施例と同じであるため説明は省略する。製造に用いる手段や処理条件によっては、図2ような鋭角的な凸状の層間絶縁膜27形成される。この場合でも、ソース電極28のトレンチ14中央部への落ち込みを層間絶縁膜27の凸部が緩和して、ヴォイドの発生を防止する。
FIG. 3 is a front sectional view showing a second embodiment of the MOS transistor according to the present invention. The difference from the first embodiment is that the surface of the
11、21…ドレイン領域、12、22…P型ウェル、13、23…ソース領域、14、24…トレンチ、15、25…ゲート酸化膜、16、26…ゲート電極、17、27…層間絶縁膜、18、28…ソース電極
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第3の領域の表面から前記第2の領域を貫通して前記第1の領域に達するトレンチを具え、
そのトレンチに絶縁膜を介して第2の領域と対向するゲート電極を具え、
前記ゲート電極の表面側に層間絶縁膜と前記ソース領域に接続されるソース電極を具えたMOSトランジスタにおいて、
前記層間絶縁膜が半導体基板表面方向に隆起した凸状の形状を成して、前記トレンチ内で前記ゲート電極表面を覆うとともに、
前記ソース電極の一部が前記トレンチ内に侵入するように形成されたことを特徴とするMOSトランジスタ。 A first conductivity type first region to be a drain region, a second conductivity type second region formed on the first region, and a source region on the surface of the second region. To a semiconductor substrate having a third region of one conductivity type,
Comprising a trench extending from the surface of the third region through the second region to the first region;
A gate electrode facing the second region via an insulating film in the trench;
In a MOS transistor comprising a source electrode connected to an interlayer insulating film and the source region on the surface side of the gate electrode,
The interlayer insulating film has a convex shape raised in the semiconductor substrate surface direction, covers the gate electrode surface in the trench,
A MOS transistor, wherein a part of the source electrode is formed so as to penetrate into the trench.
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