JP2009004411A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which can accelerate switching speed. <P>SOLUTION: The semiconductor device 20 is provided with an n-type epitaxial layer 2 having a plurality of trenches 3 that are arranged at specified spacing (b) with each other, an embedded electrode 5 that is formed inside the trench 3 with a silicon oxide film 4 interposed so that each of the trenches 3 may be embedded, and a metal layer 7 that is provided above the embedded electrode 5 with a silicon oxide film 6 interposed and is capacitance-coupled with the embedded electrode 5. In addition, the semiconductor device 20 is constructed so that a region among the adjoining trenches 3 may be a channel (current passage) 11. Current running in the channel 11 is blocked by covering the area with a depletion layer formed in the periphery of the trench 3, and current may flow through the channel 11 by dissolving the depletion layer in the periphery of the trench 3. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、スイッチング機能を有する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a switching function.

従来、スイッチング機能を有する半導体装置として、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が知られている(たとえば、特許文献1参照)。この特許文献1には、一導電型の半導体層に形成されたトレンチにゲート電極が埋め込まれたトレンチゲート型のMOSFET(半導体装置)が開示されている。   Conventionally, MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is known as a semiconductor device having a switching function (see, for example, Patent Document 1). This Patent Document 1 discloses a trench gate type MOSFET (semiconductor device) in which a gate electrode is embedded in a trench formed in a semiconductor layer of one conductivity type.

図22は、上記特許文献1に開示された従来のMOSFET(半導体装置)の構造を示した断面図である。図22を参照して、従来のMOSFETでは、n+型の半導体基板101の上面上に、エピタキシャル層102が形成されている。このエピタキシャル層102には、半導体基板101側から順に、n-型不純物領域(ドレイン領域)102a、p型不純物領域102bおよびn+型不純物領域(ソース領域)102cが形成されている。 FIG. 22 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional MOSFET (semiconductor device) disclosed in Patent Document 1. Referring to FIG. 22, in the conventional MOSFET, an epitaxial layer 102 is formed on the upper surface of an n + type semiconductor substrate 101. In this epitaxial layer 102, an n -type impurity region (drain region) 102a, a p-type impurity region 102b, and an n + -type impurity region (source region) 102c are formed in this order from the semiconductor substrate 101 side.

また、エピタキシャル層102には、n+型不純物領域102cおよびp型不純物領域102bを貫通してn-型不純物領域102aの途中の深さにまで達するトレンチ103が形成されている。このトレンチ103の内部には、ゲート絶縁膜104を介して、ゲート電極105が形成されている。また、エピタキシャル層102の上面上の所定領域には、トレンチ103の開口を塞ぐ層間絶縁膜106が形成されている。 In addition, trench 103 is formed in epitaxial layer 102 so as to penetrate n + -type impurity region 102 c and p-type impurity region 102 b and reach a depth in the middle of n -type impurity region 102 a. A gate electrode 105 is formed inside the trench 103 via a gate insulating film 104. An interlayer insulating film 106 that closes the opening of the trench 103 is formed in a predetermined region on the upper surface of the epitaxial layer 102.

また、エピタキシャル層102の上面上には、層間絶縁膜106を覆うように、ソース電極107が形成されている。また、半導体基板101の裏面(下面)上には、ドレイン電極108が形成されている。なお、ゲート電極105と、ソース電極107およびドレイン領域102aとの間には、それぞれ、キャパシタ(コンデンサ)が寄生的に形成されている。   A source electrode 107 is formed on the upper surface of the epitaxial layer 102 so as to cover the interlayer insulating film 106. A drain electrode 108 is formed on the back surface (lower surface) of the semiconductor substrate 101. A capacitor (capacitor) is parasitically formed between the gate electrode 105 and the source electrode 107 and the drain region 102a.

上記のように構成された従来のMOSFETでは、ゲート電極105に対する印加電圧を変化させることによりオン/オフの制御が行われる。具体的には、ゲート電極105に対して所定の正電位を印加すると、p型不純物領域102bの少数キャリア(電子)がトレンチ103側に引き寄せられることによって、n-型不純物領域(ドレイン領域)102aとn+型不純物領域(ソース領域)102cとを接続するような反転層109が形成される。これにより、反転層109を介して、ソース電極107とドレイン電極108との間に電流を流すことができる。その結果、MOSFETがオン状態となる。すなわち、従来のMOSFETでは、n-型不純物領域(ドレイン領域)102aとn+型不純物領域(ソース領域)102cとを接続するように形成される反転層109をチャネルとして機能させている。 In the conventional MOSFET configured as described above, on / off control is performed by changing the voltage applied to the gate electrode 105. Specifically, when a predetermined positive potential is applied to the gate electrode 105, minority carriers (electrons) in the p-type impurity region 102b are attracted to the trench 103 side, whereby an n -type impurity region (drain region) 102a. An inversion layer 109 is formed to connect the n + type impurity region (source region) 102c. As a result, a current can flow between the source electrode 107 and the drain electrode 108 via the inversion layer 109. As a result, the MOSFET is turned on. That is, in the conventional MOSFET, the inversion layer 109 formed so as to connect the n -type impurity region (drain region) 102a and the n + -type impurity region (source region) 102c functions as a channel.

その一方、ゲート電極105に対する所定の正電位の印加を解除すると、反転層(チャネル)109が消滅するので、ソース電極107とドレイン電極108との間における電流の流れを遮断することができる。その結果、MOSFETがオフ状態となる。   On the other hand, when the application of a predetermined positive potential to the gate electrode 105 is canceled, the inversion layer (channel) 109 disappears, so that the current flow between the source electrode 107 and the drain electrode 108 can be blocked. As a result, the MOSFET is turned off.

特開2001−7149号公報JP 2001-7149 A

ここで、ゲート電極105と、ソース電極107およびドレイン領域102aとの間にそれぞれキャパシタ(コンデンサ)が形成されている場合には、ゲート電極105に対する印加電圧を制御することによりMOSFET(半導体装置)のオン/オフ制御を行う際に、同時に、形成されたキャパシタ(コンデンサ)の充放電が行われる。このため、キャパシタ(コンデンサ)の充放電に要する時間の分、オン/オフの切り替え速度(スイッチング速度)が遅くなる。このオン/オフの切り替え速度(スイッチング速度)を速くするためには、キャパシタ(コンデンサ)の充放電に要する時間を短くする必要がある。すなわち、キャパシタ(コンデンサ)の静電容量(入力容量)を小さくする必要がある。   Here, when a capacitor (capacitor) is formed between the gate electrode 105 and the source electrode 107 and the drain region 102a, the voltage applied to the gate electrode 105 is controlled to control the MOSFET (semiconductor device). When performing the on / off control, the formed capacitor (capacitor) is charged and discharged at the same time. For this reason, the on / off switching speed (switching speed) is reduced by the time required for charging and discharging the capacitor. In order to increase the on / off switching speed (switching speed), it is necessary to shorten the time required for charging and discharging the capacitor. That is, it is necessary to reduce the capacitance (input capacitance) of the capacitor (capacitor).

しかしながら、図22に示した従来のMOSFETでは、ゲート電極105とソース電極107との間、および、ゲート電極105とドレイン領域102aとの間に形成されるキャパシタ(コンデンサ)は、寄生的に形成されるキャパシタ(コンデンサ)であるため、その静電容量を小さくすることが困難であるという不都合がある。このため、スイッチング速度を高速化することが困難であるという問題点がある。   However, in the conventional MOSFET shown in FIG. 22, the capacitor formed between the gate electrode 105 and the source electrode 107 and between the gate electrode 105 and the drain region 102a is formed parasitically. Therefore, it is difficult to reduce the capacitance of the capacitor. For this reason, there is a problem that it is difficult to increase the switching speed.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、スイッチング速度を高速化することが可能な半導体装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of increasing the switching speed.

上記の目的を達成するために、この発明の一の局面による半導体装置は、互いに所定の間隔を隔てて配列された複数のトレンチを有する一導電型の半導体層と、複数のトレンチの各々に埋め込まれた複数の埋め込み電極と、複数のトレンチの少なくとも1つの内部に形成され、埋め込み電極の上方に第1絶縁膜を介して配設されることにより、埋め込み電極と容量結合された導電体層とを備えている。なお、本発明の半導体層は、半導体基板を含む。   In order to achieve the above object, a semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a one-conductivity-type semiconductor layer having a plurality of trenches arranged at predetermined intervals and embedded in each of the plurality of trenches. A plurality of buried electrodes, and a conductor layer capacitively coupled to the buried electrodes by being formed in at least one of the plurality of trenches and disposed above the buried electrodes via a first insulating film, It has. Note that the semiconductor layer of the present invention includes a semiconductor substrate.

この一の局面による半導体装置では、上記のように、埋め込み電極の上方に第1絶縁膜を介して形成され、埋め込み電極と容量結合された導電体層をトレンチ内部に備えることによって、トレンチ内部に埋め込み電極と直列に接続されたキャパシタ(コンデンサ)を形成することができるので、トレンチ内部の埋め込み電極の合計静電容量(入力容量)を小さくすることができる。これにより、埋め込み電極に対する印加電圧を制御することによって、オフ状態からオン状態への切り替え、または、その逆の切り替えを行う際に、オン/オフの切り替え速度を速くすることができる。すなわち、スイッチング速度を高速化することができる。   In the semiconductor device according to this aspect, as described above, a conductor layer formed above the buried electrode through the first insulating film and capacitively coupled to the buried electrode is provided inside the trench, so that the inside of the trench is provided. Since a capacitor (capacitor) connected in series with the buried electrode can be formed, the total capacitance (input capacitance) of the buried electrode inside the trench can be reduced. Thus, by controlling the voltage applied to the embedded electrode, the on / off switching speed can be increased when switching from the off state to the on state or vice versa. That is, the switching speed can be increased.

上記一の局面による半導体装置において、好ましくは、半導体層は、隣り合うトレンチ間の各領域が電流通路となるように構成されているとともに、複数のトレンチの周辺に形成された空乏層によって、隣り合うトレンチ間の各領域が塞がれることにより、電流通路が遮断される一方、トレンチの周辺に形成された空乏層の少なくとも一部が消滅することにより電流通路が開くように構成されている。このような構成を上記一の局面による半導体装置に適用すれば、スイッチング速度を高速化することが可能であるとともに、オン抵抗を大幅に低減することが可能な新しい動作原理に基づく半導体装置を得ることができる。すなわち、トレンチの内面上に絶縁膜を介して埋め込み電極を形成すれば、その埋め込み電極に対する印加電圧に応じてトレンチの周辺に形成される空乏層の形成状態が変化するので、埋め込み電極に対する印加電圧を制御することによって、オフ状態(チャネルを流れる電流が遮断される状態)からオン状態(チャネルを介して電流が流れる状態)への切り替えを行うことができるとともに、その逆の切り替えも行うことができる。すなわち、半導体装置にスイッチング機能を持たせることができる。そして、上記した構成では、オン時において、隣り合うトレンチ間の各領域の空乏層が形成されていない領域の全てをチャネル(電流通路)として機能させることができるので、非常に薄い反転層をチャネル(電流通路)として機能させる従来の半導体スイッチ装置(MOSFET)と比べて、チャネルを流れる電流に対する抵抗を大幅に低減することが可能となる。これにより、スイッチング速度を高速化させながら、従来の半導体スイッチ装置(MOSFET)と比べて、オン抵抗を大幅に低減することができる。   In the semiconductor device according to the above aspect, the semiconductor layer is preferably configured such that each region between adjacent trenches serves as a current path, and is adjacent to each other by a depletion layer formed around the plurality of trenches. Each region between the matching trenches is blocked to block the current path, while at least part of the depletion layer formed around the trench disappears to open the current path. When such a configuration is applied to the semiconductor device according to the above aspect, a semiconductor device based on a new operation principle capable of increasing the switching speed and significantly reducing the on-resistance can be obtained. be able to. That is, if a buried electrode is formed on the inner surface of the trench through an insulating film, the formation state of the depletion layer formed around the trench changes according to the voltage applied to the buried electrode. Can be switched from an off state (a state in which the current flowing through the channel is interrupted) to an on state (a state in which current flows through the channel), and vice versa. it can. That is, the semiconductor device can have a switching function. In the above-described configuration, since all of the regions where the depletion layer in each region between adjacent trenches is not formed can function as a channel (current path) when turned on, a very thin inversion layer is used as a channel. Compared with a conventional semiconductor switch device (MOSFET) that functions as a (current path), it is possible to significantly reduce the resistance to the current flowing through the channel. As a result, the on-resistance can be significantly reduced as compared with the conventional semiconductor switch device (MOSFET) while increasing the switching speed.

上記一の局面による半導体装置において、好ましくは、導電体層が、複数のトレンチの各々の内部に形成されており、埋め込み電極とそれぞれ容量結合されている。このように構成すれば、埋め込み電極の各々に対して、その合計静電容量(入力容量)を小さくすることができるので、容易に、スイッチング速度を高速化することができる。   In the semiconductor device according to the above aspect, the conductor layer is preferably formed inside each of the plurality of trenches and is capacitively coupled to the buried electrode. With this configuration, the total capacitance (input capacitance) of each embedded electrode can be reduced, so that the switching speed can be easily increased.

上記一の局面による半導体装置において、導電体層の上面上に、第2絶縁膜を形成するとともに、第2絶縁膜を、その上面が半導体層の上面と同一面となるようにトレンチ内に形成してもよい。   In the semiconductor device according to the above aspect, the second insulating film is formed on the upper surface of the conductor layer, and the second insulating film is formed in the trench so that the upper surface is flush with the upper surface of the semiconductor layer. May be.

上記一の局面による半導体装置において、好ましくは、複数の埋め込み電極のうちの所定の埋め込み電極は、第3絶縁膜を介してトレンチの内面上に形成されており、第1絶縁膜の厚みは、第3絶縁膜の厚み以上である。このように構成にすれば、第1絶縁膜における絶縁破壊を抑制することができるので、トレンチ内に第1絶縁膜を介して導電体層を形成したとしても、第1絶縁膜の絶縁破壊に起因して、半導体装置の耐圧特性が低下するという不都合が生じるのを抑制することができる。   In the semiconductor device according to the above aspect, the predetermined embedded electrode of the plurality of embedded electrodes is preferably formed on the inner surface of the trench via the third insulating film, and the thickness of the first insulating film is It is not less than the thickness of the third insulating film. With this configuration, since the dielectric breakdown in the first insulating film can be suppressed, even if the conductor layer is formed in the trench via the first insulating film, the dielectric breakdown of the first insulating film is prevented. As a result, it is possible to suppress the disadvantage that the breakdown voltage characteristics of the semiconductor device are deteriorated.

上記一の局面による半導体装置において、好ましくは、トレンチの配列方向における導電体層の幅は、埋め込み電極の幅よりも小さい。このように構成すれば、導電体層の平面積を小さくすることができるので、埋め込み電極と導電体層との間の静電容量を小さくすることができる。このため、容易に、トレンチ内部の埋め込み電極の合計静電容量(入力容量)を小さくすることができる。   In the semiconductor device according to the above aspect, the width of the conductor layer in the trench arrangement direction is preferably smaller than the width of the buried electrode. If comprised in this way, since the plane area of a conductor layer can be made small, the electrostatic capacitance between a buried electrode and a conductor layer can be made small. For this reason, the total capacitance (input capacitance) of the buried electrode in the trench can be easily reduced.

上記一の局面による半導体装置において、好ましくは、導電体層は、金属材料から構成されている。このように構成すれば、容易に、トレンチ内部に導電体層を形成することができるので、容易に、トレンチ内部に埋め込み電極と直列に接続されたキャパシタ(コンデンサ)を形成することができる。   In the semiconductor device according to the aforementioned aspect, the conductor layer is preferably made of a metal material. If comprised in this way, since a conductor layer can be easily formed in a trench, a capacitor (capacitor) connected in series with a buried electrode can be easily formed in the trench.

上記一の局面による半導体装置において、好ましくは、導電体層は、W、Ti、および、TiNより選択された、少なくとも1つの金属材料から構成されている。このように構成すれば、より容易に、トレンチ内部に導電体層を形成することができるので、より容易に、トレンチ内部に埋め込み電極と直列に接続されたキャパシタ(コンデンサ)を形成することができる。   In the semiconductor device according to the above aspect, the conductor layer is preferably made of at least one metal material selected from W, Ti, and TiN. With this configuration, the conductor layer can be more easily formed in the trench, and thus a capacitor (capacitor) connected in series with the buried electrode can be more easily formed in the trench. .

上記一の局面による半導体装置において、複数のトレンチを、それぞれ、半導体層の上面と平行で、かつ、トレンチの配列方向と直交する方向に、互いに平行に延びるように細長状に形成してもよい。   In the semiconductor device according to the above aspect, each of the plurality of trenches may be formed in an elongated shape so as to extend in parallel with each other in a direction parallel to the upper surface of the semiconductor layer and perpendicular to the arrangement direction of the trenches. .

上記隣り合うトレンチ間の各領域が電流通路となるように構成された半導体装置において、複数のトレンチの各々の周辺に形成される全ての空乏層で隣り合うトレンチ間の各領域が塞がれることにより電流通路が遮断される一方、複数のトレンチの各々の周辺に形成された全ての空乏層が消滅することにより電流通路が開くように構成されていてもよい。   In the semiconductor device configured such that each region between the adjacent trenches serves as a current path, each region between adjacent trenches is blocked by all the depletion layers formed around each of the plurality of trenches. While the current path is interrupted by this, all the depletion layers formed around each of the plurality of trenches may disappear so that the current path is opened.

上記隣り合うトレンチ間の各領域が電流通路となるように構成された半導体装置において、複数の埋め込み電極は、互いに別個に電圧が印加される第1埋め込み電極および第2埋め込み電極の2種類に分けられており、複数のトレンチのうちの全てのトレンチの周辺に形成される空乏層で隣り合うトレンチ間の各領域が塞がれることにより、電流通路が遮断される一方、複数のトレンチのうちの第1埋め込み電極が埋め込まれたトレンチの周辺に形成された空乏層が消滅することにより、電流通路が開くように構成されていてもよい。   In the semiconductor device configured such that each region between the adjacent trenches serves as a current path, the plurality of embedded electrodes are divided into two types, a first embedded electrode and a second embedded electrode to which a voltage is applied separately. The current path is blocked by blocking each region between adjacent trenches by a depletion layer formed around all of the plurality of trenches, while The current path may be configured to be opened when the depletion layer formed around the trench in which the first embedded electrode is embedded disappears.

この場合、第2埋め込み電極は、トレンチの内部において、半導体層に対してショットキー接触していてもよい。   In this case, the second embedded electrode may be in Schottky contact with the semiconductor layer inside the trench.

上記隣り合うトレンチ間の各領域が電流通路となるように構成された半導体装置において、半導体層の隣り合うトレンチ間の各領域に形成され、トレンチに対して所定の間隔を隔てて配置された逆導電型の拡散領域をさらに備え、トレンチおよび拡散領域の各々の周辺に形成される空乏層で、隣り合うトレンチ間の各領域が塞がれることにより、電流通路が遮断される一方、トレンチの周辺に形成された空乏層が消滅することにより、電流通路が開くように構成されていてもよい。   In the semiconductor device configured such that each region between the adjacent trenches serves as a current path, the semiconductor device is formed in each region between the adjacent trenches of the semiconductor layer, and is reversely arranged at a predetermined interval with respect to the trench. A conduction type diffusion region is further provided, and a depletion layer formed in the periphery of each of the trench and the diffusion region blocks each region between adjacent trenches, thereby blocking a current path, while surrounding the trench. The current path may be configured to be opened when the depletion layer formed on the substrate disappears.

以上のように、本発明よれば、スイッチング速度を高速化することが可能な半導体装置を容易に得ることができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to easily obtain a semiconductor device capable of increasing the switching speed.

以下、本発明を具体化した実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造を示した断面図である。まず、図1を参照して、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置20の構造について説明する。なお、第1の実施形態に係る半導体装置20は、ノーマリオフ型のスイッチ装置として機能するように構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. First, the structure of the semiconductor device 20 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the semiconductor device 20 according to the first embodiment is configured to function as a normally-off type switching device.

第1の実施形態に係る半導体装置20では、n+型シリコン基板1の上面上に、約1μm〜約10μmの厚み(a)を有するn型シリコンからなるn型エピタキシャル層2が形成されている。n+型シリコン基板1には、後述するドレイン電極10との間で良好なオーミック接触を得るために、n型不純物が高濃度で導入されている。また、n型エピタキシャル層2には、n型不純物がn+型シリコン基板1よりも低い濃度(たとえば、約5×1015cm-3〜約1.0×1018cm-3)で導入されている。なお、n型エピタキシャル層2は、本発明の「一導電型の半導体層」の一例である。 In the semiconductor device 20 according to the first embodiment, the n type epitaxial layer 2 made of n type silicon having a thickness (a) of about 1 μm to about 10 μm is formed on the upper surface of the n + type silicon substrate 1. . An n-type impurity is introduced into the n + -type silicon substrate 1 at a high concentration in order to obtain a good ohmic contact with a drain electrode 10 described later. In addition, n-type impurities are introduced into the n-type epitaxial layer 2 at a lower concentration than the n + -type silicon substrate 1 (for example, about 5 × 10 15 cm −3 to about 1.0 × 10 18 cm −3 ). ing. The n-type epitaxial layer 2 is an example of the “one conductivity type semiconductor layer” in the present invention.

また、n型エピタキシャル層2は、その厚み方向に掘られた複数のトレンチ3を有している。この複数のトレンチ3は、n型エピタキシャル層2の所定領域がその上面(主表面)側からエッチングされることによって形成されている。すなわち、複数のトレンチ3の各々の開口端は、n型エピタキシャル層2の上面側に位置している。   The n-type epitaxial layer 2 has a plurality of trenches 3 dug in the thickness direction. The plurality of trenches 3 are formed by etching a predetermined region of the n-type epitaxial layer 2 from the upper surface (main surface) side. That is, the open ends of the plurality of trenches 3 are located on the upper surface side of the n-type epitaxial layer 2.

また、複数のトレンチ3は、その各々がn型エピタキシャル層2の上面に対して平行な所定方向に沿って延びるように細長状に形成されている。また、複数のトレンチ3は、n型エピタキシャル層2の上面に対して平行で、かつ、トレンチ3が延びる方向と直交する方向(A方向)に互いに約0.05μm〜約0.3μmの間隔(b)を隔てて配列されている。さらに、複数のトレンチ3の各々の溝深さ(c)は、n型エピタキシャル層2の厚み(a)よりも小さくなるように、約0.5μm〜約5μmに設定されている。また、複数のトレンチ3のA方向の幅(d)は、約0.1μm〜約1μmに設定されている。   The plurality of trenches 3 are formed in an elongated shape so that each of them extends along a predetermined direction parallel to the upper surface of the n-type epitaxial layer 2. In addition, the plurality of trenches 3 are parallel to the upper surface of the n-type epitaxial layer 2 and are spaced apart from each other by about 0.05 μm to about 0.3 μm in the direction (A direction) orthogonal to the direction in which the trenches 3 extend (A direction). b). Furthermore, the groove depth (c) of each of the plurality of trenches 3 is set to about 0.5 μm to about 5 μm so as to be smaller than the thickness (a) of the n-type epitaxial layer 2. The width (d) in the A direction of the plurality of trenches 3 is set to about 0.1 μm to about 1 μm.

また、複数のトレンチ3の各々の内面上には、n型エピタキシャル層2を構成するn型シリコンを熱酸化処理することによって得られるシリコン酸化膜4が、約10nm〜約100nmの厚みで形成されている。なお、シリコン酸化膜4は、本発明の「第3絶縁膜」の一例である。   A silicon oxide film 4 obtained by thermally oxidizing n-type silicon constituting the n-type epitaxial layer 2 is formed on each inner surface of the plurality of trenches 3 with a thickness of about 10 nm to about 100 nm. ing. The silicon oxide film 4 is an example of the “third insulating film” in the present invention.

また、複数のトレンチ3の各々の内面上には、シリコン酸化膜4を介して、p型ポリシリコンからなる埋め込み電極(ゲート電極)5がそれぞれ形成されている。この複数の埋め込み電極(ゲート電極)5の各々は、対応するトレンチ3の途中の深さまで埋め込まれている。   A buried electrode (gate electrode) 5 made of p-type polysilicon is formed on the inner surface of each of the plurality of trenches 3 with a silicon oxide film 4 interposed therebetween. Each of the plurality of buried electrodes (gate electrodes) 5 is buried to a depth in the middle of the corresponding trench 3.

第1の実施形態では、上記のような複数の埋め込み電極(ゲート電極)5を設けることによって、複数の埋め込み電極(ゲート電極)5に対する印加電圧を制御すれば、複数のトレンチ3の各々の周辺に空乏層を形成したり、その形成された空乏層を消滅させたりすることが可能となる。そして、第1の実施形態では、互いに隣り合うトレンチ3間の間隔(b)は、複数のトレンチ3の各々の周辺に空乏層を形成した時に、隣り合うトレンチ3の各々に形成された空乏層の一部が互いに重なり合うように設定されている。すなわち、複数のトレンチ3の各々の周辺に空乏層を形成した場合には、隣り合うトレンチ3の各々の周辺に形成された空乏層が互いに連結される。このため、第1の実施形態では、複数のトレンチ3の各々の周辺に空乏層を形成すれば、互いに隣り合うトレンチ3間の各領域を空乏層によって塞ぐことが可能となる。   In the first embodiment, by providing a plurality of embedded electrodes (gate electrodes) 5 as described above and controlling the voltage applied to the plurality of embedded electrodes (gate electrodes) 5, the periphery of each of the plurality of trenches 3 is provided. It is possible to form a depletion layer or to eliminate the formed depletion layer. In the first embodiment, the interval (b) between the trenches 3 adjacent to each other is such that the depletion layer formed in each of the adjacent trenches 3 when the depletion layer is formed around each of the plurality of trenches 3. Are set to overlap each other. That is, when a depletion layer is formed around each of the plurality of trenches 3, the depletion layers formed around each of the adjacent trenches 3 are connected to each other. For this reason, in the first embodiment, if a depletion layer is formed around each of the plurality of trenches 3, it is possible to block each region between adjacent trenches 3 with the depletion layer.

また、第1の実施形態では、複数のトレンチ3の各々における埋め込み電極(ゲート電極)5の上方に、W(タングステン)から構成されるメタル層7がシリコン酸化膜6を介して形成されている。このメタル層7は、A方向の幅が、埋め込み電極(ゲート電極)5のA方向の幅よりも小さくなるように形成されているとともに、埋め込み電極(ゲート電極)5と対向するようにトレンチ3の内部に配設されている。一方、n型エピタキシャル層2の上面上の所定領域には、図示しないゲートパッド電極が形成されており、複数のトレンチ3の各々の内部に設けられたメタル層7は、図示しない配線層を介して、ゲートパッド電極(図示せず)とそれぞれ電気的に接続されている。すなわち、メタル層7は、埋め込み電極(ゲート電極)5と容量結合されている。これにより、複数のトレンチ3の各々の内部には、メタル層7と埋め込み電極(ゲート電極)5とにより、シリコン酸化膜6を誘電体層とするキャパシタ(コンデンサ)が埋め込み電極(ゲート電極)5と直列に形成されている。   In the first embodiment, the metal layer 7 made of W (tungsten) is formed above the buried electrode (gate electrode) 5 in each of the plurality of trenches 3 with the silicon oxide film 6 interposed therebetween. . The metal layer 7 is formed so that the width in the A direction is smaller than the width in the A direction of the buried electrode (gate electrode) 5, and the trench 3 is opposed to the buried electrode (gate electrode) 5. Is disposed inside. On the other hand, a gate pad electrode (not shown) is formed in a predetermined region on the upper surface of the n-type epitaxial layer 2, and the metal layer 7 provided in each of the plurality of trenches 3 passes through a wiring layer (not shown). Are electrically connected to gate pad electrodes (not shown). That is, the metal layer 7 is capacitively coupled to the buried electrode (gate electrode) 5. Thereby, in each of the plurality of trenches 3, a capacitor (capacitor) having the silicon oxide film 6 as a dielectric layer is embedded in the buried electrode (gate electrode) 5 by the metal layer 7 and the buried electrode (gate electrode) 5. And is formed in series.

また、第1の実施形態では、上記のように、埋め込み電極(ゲート電極)5と容量結合されたメタル層7を複数のトレンチ3の各々の内部に設けることによって、ゲート入力容量を大幅に低減することが可能となる。すなわち、埋め込み電極(ゲート電極)5とメタル層7とが容量結合されることにより、埋め込み電極(ゲート電極)5にキャパシタ(コンデンサ)が直列に接続された状態では、埋め込み電極(ゲート電極)5の合計静電容量(ゲート入力容量)Cは下記(1)式で表される。   In the first embodiment, as described above, the gate input capacitance is greatly reduced by providing the metal layer 7 capacitively coupled to the buried electrode (gate electrode) 5 in each of the plurality of trenches 3. It becomes possible to do. In other words, when the embedded electrode (gate electrode) 5 and the metal layer 7 are capacitively coupled, a capacitor (capacitor) is connected in series to the embedded electrode (gate electrode) 5. The total capacitance (gate input capacitance) C is expressed by the following equation (1).

Figure 2009004411
ここで、CGMは、埋め込み電極(ゲート電極)5とメタル層7によって形成されるキャパシタ(コンデンサ)の静電容量を、CGは、埋め込み電極(ゲート電極)5との間に寄生的に形成されるキャパシタ(コンデンサ)の静電容量(ただし、CGMを除く)をそれぞれ示している。
Figure 2009004411
Here, C GM is the capacitance of the buried electrode capacitor formed by (gate electrode) 5 and the metal layer 7 (capacitor), C G is parasitically between the embedded electrode (gate electrode) 5 the capacitance of the capacitor (condenser) is formed (except for C GM) respectively show.

具体的な数値を用いて示すと、たとえば、CGが、2000pFで、CGMが、100pFの場合には、上記(1)式より、埋め込み電極(ゲート電極)5の合計静電容量(ゲート入力容量)Cは、約95pFとなる。このように、メタル層7を埋め込み電極(ゲート電極)5と容量結合させることによって、ゲート入力容量を大幅に低減させることが可能となる。なお、上記(1)式より、埋め込み電極(ゲート電極)5とメタル層7とによって形成されたキャパシタ(コンデンサ)の静電容量CGMが小さいほど、埋め込み電極(ゲート電極)5の合計静電容量Cが小さくなる。 When showing a specific numerical value, for example, C G is at 2000 pF, C GM is the case of 100pF, from equation (1), the buried electrode total capacitance of (gate electrode) 5 (Gate The input capacitance (C) is about 95 pF. Thus, by capacitively coupling the metal layer 7 with the buried electrode (gate electrode) 5, the gate input capacitance can be greatly reduced. From the above equation (1), the smaller the capacitance C GM of the capacitor (capacitor) formed by the embedded electrode (gate electrode) 5 and the metal layer 7, the smaller the total electrostatic capacity of the embedded electrode (gate electrode) 5. The capacity C is reduced.

また、第1の実施形態では、シリコン酸化膜6は、シリコン酸化膜4の厚み以上の厚みに形成されている。なお、シリコン酸化膜6は、本発明の「第1絶縁膜」の一例であり、メタル層7は、本発明の「導電体層」の一例である。   In the first embodiment, the silicon oxide film 6 is formed to have a thickness equal to or greater than the thickness of the silicon oxide film 4. The silicon oxide film 6 is an example of the “first insulating film” in the present invention, and the metal layer 7 is an example of the “conductor layer” in the present invention.

また、複数のトレンチ3の各々におけるメタル層7の上方の部分には、SiO2からなる層間絶縁膜8が形成されている。この層間絶縁膜8の各々の上面は、n型エピタキシャル層2の上面(隣り合うトレンチ3間の各領域の上端部の上面)に対して同一面となっている。なお、層間絶縁膜8は、本発明の「第2絶縁膜」の一例である。 Further, an interlayer insulating film 8 made of SiO 2 is formed in a portion above each of the metal layers 7 in each of the plurality of trenches 3. The upper surface of each interlayer insulating film 8 is flush with the upper surface of the n-type epitaxial layer 2 (the upper surface of the upper end of each region between adjacent trenches 3). The interlayer insulating film 8 is an example of the “second insulating film” in the present invention.

また、n型エピタキシャル層2の上面側の部分(隣り合うトレンチ3間の各領域の上端部)には、n型エピタキシャル層2の上面に低濃度領域が露出しないように、n型不純物が高濃度でイオン注入された高濃度領域2aが形成されている。このn型エピタキシャル層2の高濃度領域2aの不純物濃度は、後述するソース電極9との間で良好なオーミック接触を得ることが可能なように設定されており、n型エピタキシャル層2の他の部分の不純物濃度よりも高くなっている。   In addition, n-type impurities are high in a portion on the upper surface side of the n-type epitaxial layer 2 (upper end portion of each region between adjacent trenches 3) so that a low concentration region is not exposed on the upper surface of the n-type epitaxial layer 2. A high concentration region 2a ion-implanted at a concentration is formed. The impurity concentration of the high concentration region 2a of the n-type epitaxial layer 2 is set so as to obtain a good ohmic contact with the source electrode 9 described later. The impurity concentration is higher than that of the portion.

また、n型エピタキシャル層2の上面上には、複数のトレンチ3の各々の開口端を覆うように、Al層からなるソース電極9が形成されている。このソース電極9は、n型エピタキシャル層2の高濃度領域(隣り合うトレンチ3間の各領域の上端部)2aに対してオーミック接触している。また、n+型シリコン基板1の裏面(下面)上には、複数の金属層が積層された多層構造体からなるドレイン電極10が形成されている。このドレイン電極10は、n+型シリコン基板1に対してオーミック接触している。 A source electrode 9 made of an Al layer is formed on the upper surface of the n-type epitaxial layer 2 so as to cover the open ends of the plurality of trenches 3. The source electrode 9 is in ohmic contact with the high concentration region 2a (the upper end portion of each region between adjacent trenches 3) 2a of the n-type epitaxial layer 2. On the back surface (lower surface) of the n + -type silicon substrate 1, a drain electrode 10 made of a multilayer structure in which a plurality of metal layers are stacked is formed. The drain electrode 10 is in ohmic contact with the n + type silicon substrate 1.

上記した構成では、ソース電極9とドレイン電極10との間に電圧を印加した場合に、ソース電極9とドレイン電極10との間を流れる電流(n型エピタキシャル層2の厚み方向に流れる電流)は、n型エピタキシャル層2の隣り合うトレンチ3間の各領域を通過することになる。すなわち、上記した構成では、n型エピタキシャル層2の隣り合うトレンチ3間の各領域がチャネル(電流通路)11として機能することになる。   In the configuration described above, when a voltage is applied between the source electrode 9 and the drain electrode 10, the current flowing between the source electrode 9 and the drain electrode 10 (current flowing in the thickness direction of the n-type epitaxial layer 2) is , Each region between the adjacent trenches 3 of the n-type epitaxial layer 2 is passed. That is, in the above-described configuration, each region between adjacent trenches 3 of the n-type epitaxial layer 2 functions as a channel (current path) 11.

図2および図3は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の動作を説明するための断面図である。なお、図2には、スイッチ装置として機能する半導体装置がオフ状態となっている場合を示しており、図3には、スイッチ装置として機能する半導体装置がオン状態となっている場合を図示している。次に、図2および図3を参照して、第1の実施形態に係るスイッチ装置として機能する半導体装置20の動作について説明する。   2 and 3 are cross-sectional views for explaining the operation of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 2 illustrates a case where a semiconductor device functioning as a switch device is in an off state, and FIG. 3 illustrates a case where a semiconductor device functioning as a switch device is in an on state. ing. Next, the operation of the semiconductor device 20 functioning as the switch device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

なお、以下の説明では、ソース電極9に負電位が印加され、ドレイン電極10に正電位が印加されているとする。すなわち、スイッチ装置として機能する半導体装置20がオン状態の場合には、ドレイン電極10からソース電極9(図3の矢印方向)に電流が流れる。   In the following description, it is assumed that a negative potential is applied to the source electrode 9 and a positive potential is applied to the drain electrode 10. That is, when the semiconductor device 20 functioning as a switch device is in an on state, a current flows from the drain electrode 10 to the source electrode 9 (in the arrow direction in FIG. 3).

まず、スイッチ装置として機能する半導体装置20がオフ状態の場合には、図2に示すように、埋め込み電極(ゲート電極)5が埋め込まれたトレンチ3の周辺に存在する多数キャリアが減少するように、埋め込み電極(ゲート電極)5に対する印加電圧が制御されている。ここで、メタル層7と埋め込み電極(ゲート電極)5とは、容量結合されているため、埋め込み電極(ゲート電極)5に対する印加電圧の制御は、メタル層7に対する印加電圧を制御することにより行われる。これにより、トレンチ3の周辺には、空乏層12が形成されている。   First, when the semiconductor device 20 functioning as a switch device is in an OFF state, as shown in FIG. 2, the majority carriers existing around the trench 3 in which the buried electrode (gate electrode) 5 is buried are reduced. The voltage applied to the buried electrode (gate electrode) 5 is controlled. Here, since the metal layer 7 and the buried electrode (gate electrode) 5 are capacitively coupled, the voltage applied to the buried electrode (gate electrode) 5 is controlled by controlling the voltage applied to the metal layer 7. Is called. Thereby, a depletion layer 12 is formed around the trench 3.

この際、隣り合うトレンチ3間の領域において、隣り合うトレンチ3の各々の周辺に形成された空乏層12の一部が互いに重なる。すなわち、隣り合うトレンチ3間の領域において、隣り合うトレンチ3の各々の周辺に形成された空乏層12が互いに連結された状態となる。これにより、チャネル11が空乏層12によって塞がれた状態となるので、チャネル11を流れる電流が遮断される。したがって、スイッチ装置として機能する半導体装置20がオフ状態となる。   At this time, in the region between the adjacent trenches 3, part of the depletion layers 12 formed around each of the adjacent trenches 3 overlap each other. That is, in the region between the adjacent trenches 3, the depletion layers 12 formed around the adjacent trenches 3 are connected to each other. As a result, the channel 11 is blocked by the depletion layer 12, so that the current flowing through the channel 11 is blocked. Therefore, the semiconductor device 20 functioning as a switch device is turned off.

次に、スイッチ装置として機能する半導体装置20をオフ状態からオン状態に切り替える場合には、図3に示すように、埋め込み電極(ゲート電極)5(メタル層7)に対して所定の正電位(所定電圧)を印加することによって、トレンチ3の周辺に形成された空乏層12(図2参照)を消滅させる。これにより、チャネル11を介して電流を流すことができるので、スイッチ装置として機能する半導体装置20をオン状態にすることが可能となる。   Next, when the semiconductor device 20 functioning as a switch device is switched from the off state to the on state, as shown in FIG. 3, a predetermined positive potential (with respect to the embedded electrode (gate electrode) 5 (metal layer 7)) By applying a predetermined voltage, the depletion layer 12 (see FIG. 2) formed around the trench 3 is extinguished. As a result, current can flow through the channel 11, so that the semiconductor device 20 functioning as a switch device can be turned on.

また、スイッチ装置として機能する半導体装置20をオン状態からオフ状態に切り替える場合には、埋め込み電極(ゲート電極)5(メタル層7)に対する所定の正電位(所定電圧)の印加を解除する。これにより、図2に示した状態に戻るので、スイッチ装置として機能する半導体装置20をオフ状態にすることが可能となる。   When the semiconductor device 20 functioning as a switch device is switched from an on state to an off state, the application of a predetermined positive potential (predetermined voltage) to the embedded electrode (gate electrode) 5 (metal layer 7) is canceled. As a result, the state shown in FIG. 2 is restored, so that the semiconductor device 20 functioning as a switch device can be turned off.

第1の実施形態では、上記のように、埋め込み電極(ゲート電極)5と容量結合されたメタル層7を複数のトレンチ3の各々の内部に形成することによって、複数のトレンチ3の各々の内部に埋め込み電極(ゲート電極)5と直列に接続されたキャパシタ(コンデンサ)を形成することができるので、複数のトレンチ3の各々の内部における埋め込み電極(ゲート電極)5の合計静電容量(ゲート入力容量)を小さくすることができる。これにより、埋め込み電極(ゲート電極)5に対する印加電圧を制御することによって、オフ状態からオン状態への切り替え、または、その逆の切り替えを行う際に、オン/オフの切り替え速度を速くすることができる。すなわち、スイッチング速度を高速化することができる。また、埋め込み電極(ゲート電極)5の合計静電容量(ゲート入力容量)を小さくすることができるので、埋め込み電極(ゲート電極)5の閾値電圧を高くすることができる。   In the first embodiment, as described above, the metal layer 7 that is capacitively coupled to the buried electrode (gate electrode) 5 is formed inside each of the plurality of trenches 3, whereby the inside of each of the plurality of trenches 3 is formed. Since a capacitor (capacitor) connected in series with the buried electrode (gate electrode) 5 can be formed in the first electrode, the total capacitance (gate input) of the buried electrode (gate electrode) 5 inside each of the plurality of trenches 3 can be formed. (Capacity) can be reduced. Thus, by controlling the voltage applied to the buried electrode (gate electrode) 5, the on / off switching speed can be increased when switching from the off state to the on state or vice versa. it can. That is, the switching speed can be increased. In addition, since the total capacitance (gate input capacitance) of the buried electrode (gate electrode) 5 can be reduced, the threshold voltage of the buried electrode (gate electrode) 5 can be increased.

また、第1の実施形態では、複数のトレンチ3の各々の周辺に形成される全ての空乏層12でチャネル(隣り合うトレンチ3間の各領域)11を塞ぐことにより、チャネル(隣り合うトレンチ3間の各領域)11を流れる電流が遮断される一方、複数のトレンチ3の各々の周辺に形成された全ての空乏層12を消滅させることにより、チャネル(隣り合うトレンチ3間の各領域)11を介して電流が流れるように構成することによって、トレンチ3の周辺に形成される空乏層12の形成状態は埋め込み電極(ゲート電極)5に対する印加電圧に応じて変化するので、埋め込み電極(ゲート電極)5に対する印加電圧を制御することにより、オフ状態(チャネル11を流れる電流が遮断される状態)からオン状態(チャネル11を介して電流が流れる状態)への切り替えを行うことができるとともに、その逆の切り替えも行うことができる。すなわち、半導体装置20にスイッチング機能を持たせることができる。そして、上記した構成では、オン時において、隣り合うトレンチ3間の各領域の空乏層12が消滅した部分の全てをチャネル(電流通路)11として機能させることができるので、非常に薄い反転層をチャネル(電流通路)として機能させる従来の半導体スイッチ装置(MOSFET)と比べて、チャネル11を流れる電流に対する抵抗を大幅に低減することが可能となる。これにより、スイッチング速度を高速化させながら、従来の半導体スイッチ装置(MOSFET)と比べて、オン抵抗を大幅に低減することができる。   Further, in the first embodiment, the channel (the adjacent trenches 3) is closed by closing the channel (each region between the adjacent trenches 3) 11 with all the depletion layers 12 formed around each of the plurality of trenches 3. While the current flowing through each of the plurality of trenches 3 is interrupted, all the depletion layers 12 formed around each of the plurality of trenches 3 are eliminated, whereby the channel (each region between the adjacent trenches 3) 11. In this way, the formation state of the depletion layer 12 formed around the trench 3 changes according to the voltage applied to the buried electrode (gate electrode) 5, so that the buried electrode (gate electrode) ) By controlling the applied voltage to 5, the current flows through the channel 11 from the off state (the state where the current flowing through the channel 11 is interrupted). It is possible to switch to a state) that can be carried out switching the reverse. That is, the semiconductor device 20 can have a switching function. In the above-described configuration, since all the portions where the depletion layer 12 in each region between the adjacent trenches 3 disappears can function as the channel (current path) 11 at the time of ON, a very thin inversion layer can be formed. Compared to a conventional semiconductor switch device (MOSFET) that functions as a channel (current path), the resistance to the current flowing through the channel 11 can be greatly reduced. As a result, the on-resistance can be significantly reduced as compared with the conventional semiconductor switch device (MOSFET) while increasing the switching speed.

また、第1の実施形態では、メタル層7の上面上に層間絶縁膜8を形成するとともに、層間絶縁膜8を、その上面がn型エピタキシャル層2の上面と同一面となるように各トレンチ3内に形成することによって、互いに隣り合うトレンチ3に形成された層間絶縁膜8において、一方のトレンチ3に形成された層間絶縁膜8と隣り合う他方のトレンチ3に形成された層間絶縁膜8とが接触するのを抑制することができる。このため、互いに隣り合うトレンチ3間の間隔(b)を、複数のトレンチ3の各々の周辺に空乏層12を形成した時に、隣り合うトレンチ3の各々に形成された空乏層12の一部が互いに重なり合うように容易に設定することができる。   In the first embodiment, the interlayer insulating film 8 is formed on the upper surface of the metal layer 7, and the interlayer insulating film 8 is formed in each trench so that the upper surface is flush with the upper surface of the n-type epitaxial layer 2. In the interlayer insulating film 8 formed in the trenches 3 adjacent to each other, the interlayer insulating film 8 formed in the other trench 3 adjacent to the interlayer insulating film 8 formed in the one trench 3 is formed. Can be prevented from coming into contact with each other. For this reason, when the depletion layer 12 is formed in the periphery of each of the plurality of trenches 3 with the space (b) between the adjacent trenches 3, a part of the depletion layer 12 formed in each of the adjacent trenches 3 is It can be easily set to overlap each other.

また、第1の実施形態では、シリコン酸化膜6の厚みを、シリコン酸化膜4の厚み以上に構成することによって、シリコン酸化膜6における絶縁破壊を抑制することができるので、シリコン酸化膜6の絶縁破壊に起因して、半導体装置20の耐圧特性が低下するという不都合が生じるのを抑制することができる。   In the first embodiment, since the thickness of the silicon oxide film 6 is set to be equal to or greater than the thickness of the silicon oxide film 4, dielectric breakdown in the silicon oxide film 6 can be suppressed. It is possible to suppress the inconvenience that the breakdown voltage characteristics of the semiconductor device 20 are deteriorated due to the dielectric breakdown.

また、第1の実施形態では、トレンチ3の配列方向(A方向)におけるメタル層7の幅を、埋め込み電極(ゲート電極)5のA方向の幅よりも小さくなるように構成することによって、メタル層7の平面積を小さくすることができるので、埋め込み電極(ゲート電極)5とメタル層7との間の静電容量を小さくすることができる。このため、容易に、埋め込み電極(ゲート電極)の合計静電容量(ゲート入力容量)を小さくすることができる。   In the first embodiment, the metal layer 7 in the arrangement direction (A direction) of the trenches 3 is configured so that the width of the buried electrode (gate electrode) 5 is smaller than the width in the A direction. Since the plane area of the layer 7 can be reduced, the capacitance between the buried electrode (gate electrode) 5 and the metal layer 7 can be reduced. Therefore, the total capacitance (gate input capacitance) of the embedded electrode (gate electrode) can be easily reduced.

また、第1の実施形態では、メタル層7をW(タングステン)から構成することによって、容易に、メタル層7をトレンチ3の内部に形成することができるので、容易に、トレンチ3の内部に埋め込み電極(ゲート電極)5と直列に接続されたキャパシタ(コンデンサ)を形成することができる。   In the first embodiment, since the metal layer 7 is made of W (tungsten), the metal layer 7 can be easily formed inside the trench 3. Therefore, the metal layer 7 can be easily formed inside the trench 3. A capacitor (capacitor) connected in series with the buried electrode (gate electrode) 5 can be formed.

図4〜図13は、図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。次に、図1、および、図4〜図13を参照して、本発明の第1の実施形成に係る半導体装置20の製造方法について説明する。   4 to 13 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. Next, with reference to FIGS. 1 and 4 to 13, a method for manufacturing the semiconductor device 20 according to the first embodiment of the present invention will be described.

先ず、n型不純物が高濃度で導入されたn+型シリコン基板1の上面上に、エピタキシャル成長法などによって、約1μm〜約10μmの厚み(a)(図1参照)を有するとともに、n+型シリコン基板1よりも低い濃度(たとえば、約5×1015cm-3〜約1.0×1018cm-3)でn型不純物が導入されたn型シリコンからなるn型エピタキシャル層2を成長させる。次に、図4に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、n型エピタキシャル層2の所定領域に複数のトレンチ3を形成する。この際、複数のトレンチ3は、その各々がn型エピタキシャル層2の上面に対して平行な所定方向に沿って延びるように細長状に形成する。また、複数のトレンチ3は、図1に示したように、n型エピタキシャル層2の上面に対して平行で、かつ、トレンチ3が延びる方向と直交する方向(A方向)に互いに約0.05μm〜約0.3μmの間隔(b)を隔てて配列する。さらに、複数のトレンチ3は、その各々の溝深さ(c)を、n型エピタキシャル層2の厚み(a)よりも小さくなるように、約0.5μm〜約5μmに形成するとともに、複数のトレンチ3のA方向の幅(d)を、約0.1μm〜約1μmに形成する。 First, a thickness (a) (see FIG. 1) of about 1 μm to about 10 μm is formed on the upper surface of the n + type silicon substrate 1 into which n-type impurities are introduced at a high concentration by an epitaxial growth method or the like, and the n + type is also used. Growing an n-type epitaxial layer 2 made of n-type silicon into which an n-type impurity is introduced at a concentration lower than that of the silicon substrate 1 (for example, about 5 × 10 15 cm −3 to about 1.0 × 10 18 cm −3 ). Let Next, as shown in FIG. 4, a plurality of trenches 3 are formed in a predetermined region of the n-type epitaxial layer 2 by using a photolithography technique and an etching technique. At this time, the plurality of trenches 3 are formed in an elongated shape so that each of them extends along a predetermined direction parallel to the upper surface of the n-type epitaxial layer 2. Further, as shown in FIG. 1, the plurality of trenches 3 are approximately 0.05 μm from each other in a direction (A direction) that is parallel to the upper surface of the n-type epitaxial layer 2 and orthogonal to the direction in which the trenches 3 extend. They are arranged with an interval (b) of about 0.3 μm. Further, the plurality of trenches 3 are formed to have a groove depth (c) of about 0.5 μm to about 5 μm so as to be smaller than the thickness (a) of the n-type epitaxial layer 2. The width (d) in the A direction of the trench 3 is formed to be about 0.1 μm to about 1 μm.

次に、エッチングによってn型エピタキシャル層2に加わった欠陥を除去する。具体的には、犠牲酸化を行うとともに、その犠牲酸化により形成された表面酸化物層(SiO2層:図示せず)をエッチングにより除去する。 Next, defects added to the n-type epitaxial layer 2 by etching are removed. Specifically, sacrificial oxidation is performed, and a surface oxide layer (SiO 2 layer: not shown) formed by the sacrificial oxidation is removed by etching.

続いて、n+型シリコン基板1を熱酸化処理することにより、図5に示すように、表面酸化物(SiO2)層4aを成長させる。これにより、SiO2からなるシリコン酸化膜4(4a)が、トレンチ3の内壁(底面および側面)を覆うように形成される。この際、シリコン酸化膜4(4a)は、約10nm〜約100nmの厚みに成長させる。 Subsequently, by subjecting the n + type silicon substrate 1 to a thermal oxidation treatment, a surface oxide (SiO 2 ) layer 4a is grown as shown in FIG. Thus, the silicon oxide film 4 made of SiO 2 (4a) is formed so as to cover the inner wall of the trench 3 (bottom and side surfaces). At this time, the silicon oxide film 4 (4a) is grown to a thickness of about 10 nm to about 100 nm.

次に、図6に示すように、CVD法などを用いて、不純物の導入により導電化されたポリシリコン層5aを全面に形成する。そして、図7に示すように、エッチバックにより、ポリシリコン層5aの所定領域を除去する。これにより、各々のトレンチ3内におけるポリシリコン層5aの上面(エッチバック面)が、n型エピタキシャル層2の上面よりも下方に形成され、トレンチ3内に、ポリシリコンからなる埋め込み電極(ゲート電極)5が形成される。   Next, as shown in FIG. 6, a polysilicon layer 5a made conductive by introducing impurities is formed on the entire surface by CVD or the like. Then, as shown in FIG. 7, a predetermined region of the polysilicon layer 5a is removed by etch back. Thereby, the upper surface (etch back surface) of the polysilicon layer 5a in each trench 3 is formed below the upper surface of the n-type epitaxial layer 2, and a buried electrode (gate electrode) made of polysilicon is formed in the trench 3. ) 5 is formed.

その後、図8に示すように、SiO2層6aを全面に形成する。そして、図9に示すように、蒸着法などによって、全面にW(タングステン)から構成されるメタル層7aを形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 8, a SiO 2 layer 6a is formed on the entire surface. Then, as shown in FIG. 9, a metal layer 7a made of W (tungsten) is formed on the entire surface by vapor deposition or the like.

続いて、図10に示すように、メタルエッチバックによりメタル層7aの所定領域を除去することによって、トレンチ3の内部にメタル層7を形成する。次に、図11に示すように、SiO2層8aを全面に形成する。そして、エッチバックにより、n型エピタキシャル層2の上面が露出するまで、SiO2層8a、SiO2層6aおよび表面酸化物層4aを除去する。これにより、図12に示すように、埋め込み電極(ゲート電極)5の上面上に、その上面がn型エピタキシャル層2の上面と実質的に同一面となる層間絶縁膜8が形成されるとともに、n型エピタキシャル層2の上面が平坦化される。また、埋め込み電極(ゲート電極)5の上方にシリコン酸化膜6を介してメタル層7が形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 10, the metal layer 7 is formed inside the trench 3 by removing a predetermined region of the metal layer 7 a by metal etch back. Next, as shown in FIG. 11, the SiO 2 layer 8a is formed on the entire surface. Then, the SiO 2 layer 8a, the SiO 2 layer 6a and the surface oxide layer 4a are removed by etch back until the upper surface of the n-type epitaxial layer 2 is exposed. Thereby, as shown in FIG. 12, an interlayer insulating film 8 whose upper surface is substantially flush with the upper surface of the n-type epitaxial layer 2 is formed on the upper surface of the buried electrode (gate electrode) 5. The upper surface of the n-type epitaxial layer 2 is planarized. A metal layer 7 is formed above the buried electrode (gate electrode) 5 with a silicon oxide film 6 interposed therebetween.

次に、図13に示すように、n型エピタキシャル層2の上面に低濃度領域が露出しないように、n型不純物が高濃度でイオン注入された高濃度領域2aを形成する。そして、図1に示したように、n型エピタキシャル層2の上面上に、複数のトレンチ3の各々の開口端を覆うように、Al層からなるソース電極9を形成する。最後に、n+型シリコン基板1の裏面(下面)上に、複数の金属層が積層された多層構造体からなるドレイン電極10を形成する。このようにして、図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置20が形成される。 Next, as shown in FIG. 13, a high concentration region 2 a in which n type impurities are ion-implanted at a high concentration is formed so that the low concentration region is not exposed on the upper surface of the n type epitaxial layer 2. Then, as shown in FIG. 1, a source electrode 9 made of an Al layer is formed on the upper surface of the n-type epitaxial layer 2 so as to cover the open ends of the plurality of trenches 3. Finally, on the back surface (lower surface) of the n + -type silicon substrate 1, a drain electrode 10 made of a multilayer structure in which a plurality of metal layers are stacked is formed. Thus, the semiconductor device 20 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is formed.

(第2の実施形態)
図14は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構造を示した断面図である。次に、図14を参照して、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置30の構造について説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Next, the structure of the semiconductor device 30 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

この第2の実施形態に係る半導体装置30では、複数のトレンチ3の各々の内面上に、シリコン酸化膜4を介してp型ポリシリコンからなる埋め込み電極5がそれぞれ形成されている。そして、複数の埋め込み電極5は、互いに別個に電圧が印加される2種類の埋め込み電極5aおよび5bに分けられている。一方の埋め込み電極5aは、所定の制御信号(オン/オフの切り替えを行うための信号)に対応する電圧が印加されるように構成されている。また、他方の埋め込み電極5bは、ソース電極9に電気的に接続されている。すなわち、他方の埋め込み電極5bは、ソース電極9と同電位となるように構成されている。また、埋め込み電極5aおよび5bは、A方向に1つずつ交互に配置されている。したがって、2つの埋め込み電極5a(5b)の間に1つの埋め込み電極5b(5a)が配置されていることになる。なお、埋め込み電極5aおよび5bは、それぞれ、本発明の「第1埋め込み電極」および「第2埋め込み電極」の一例である。   In the semiconductor device 30 according to the second embodiment, the buried electrode 5 made of p-type polysilicon is formed on the inner surface of each of the plurality of trenches 3 with the silicon oxide film 4 interposed therebetween. The plurality of embedded electrodes 5 are divided into two types of embedded electrodes 5a and 5b to which voltages are separately applied. One embedded electrode 5a is configured to be applied with a voltage corresponding to a predetermined control signal (signal for switching on / off). The other embedded electrode 5 b is electrically connected to the source electrode 9. That is, the other embedded electrode 5 b is configured to have the same potential as the source electrode 9. The embedded electrodes 5a and 5b are alternately arranged one by one in the A direction. Therefore, one embedded electrode 5b (5a) is arranged between the two embedded electrodes 5a (5b). The embedded electrodes 5a and 5b are examples of the “first embedded electrode” and the “second embedded electrode” in the present invention, respectively.

また、埋め込み電極5aが埋め込まれたトレンチ3(以下、トレンチ3aと言う)では、埋め込み電極5aの上方に、W(タングステン)から構成されるメタル層7がシリコン酸化膜6を介して形成されている。このメタル層7は、埋め込み電極5aと容量結合されている。また、トレンチ3aにおけるメタル層7の上方の部分には、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜8(8a)が形成されている。一方、埋め込み電極5bが埋め込まれたトレンチ3(以下、トレンチ3bと言う)では、埋め込み電極5bの上方の部分に、メタル層7が形成されずにSiO2からなる層間絶縁膜8(8b)が形成されている。なお、第2の実施形態に係る半導体装置30のその他の構造は、上記した第1の実施形態に係る半導体装置20の構造と同様である。 In the trench 3 in which the embedded electrode 5a is embedded (hereinafter referred to as the trench 3a), a metal layer 7 made of W (tungsten) is formed above the embedded electrode 5a with the silicon oxide film 6 interposed therebetween. Yes. This metal layer 7 is capacitively coupled to the buried electrode 5a. Further, an interlayer insulating film 8 (8a) made of a silicon oxide film is formed in a portion above the metal layer 7 in the trench 3a. On the other hand, in the trench 3 in which the embedded electrode 5b is embedded (hereinafter referred to as the trench 3b), the interlayer insulating film 8 (8b) made of SiO 2 is formed in the portion above the embedded electrode 5b without forming the metal layer 7. Is formed. The remaining structure of the semiconductor device 30 according to the second embodiment is the same as the structure of the semiconductor device 20 according to the first embodiment described above.

図15は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の動作を説明するための断面図である。次に、図14および図15を参照して、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置30の動作について説明する。なお、以下の動作説明では、ソース電極9およびドレイン電極10の各々に負電位および正電位が印加されているとする。   FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining the operation of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Next, the operation of the semiconductor device 30 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description of the operation, it is assumed that a negative potential and a positive potential are applied to each of the source electrode 9 and the drain electrode 10.

まず、オフ状態の場合には、図14に示すように、埋め込み電極5bがソース電極9に電気的に接続されているため、埋め込み電極5bに対して負電位が印加されることになる。したがって、埋め込み電極5bが埋め込まれたトレンチ3(3b)の周辺には、多数キャリアが減少した状態となっている。すなわち、トレンチ3bの周辺には、オン状態およびオフ状態にかかわらず、空乏層12(12b)が形成されている。また、オフ状態の場合には、埋め込み電極5aが埋め込まれたトレンチ3(3a)の周辺に存在する多数キャリアが減少するように、埋め込み電極5aに対する印加電圧が制御されている。これにより、トレンチ3aの周辺にも、トレンチ3bの周辺に形成された空乏層12(12b)と同様の空乏層12(12a)が形成されている。   First, in the off state, as shown in FIG. 14, since the embedded electrode 5b is electrically connected to the source electrode 9, a negative potential is applied to the embedded electrode 5b. Therefore, majority carriers are reduced around the trench 3 (3b) in which the buried electrode 5b is buried. That is, the depletion layer 12 (12b) is formed around the trench 3b regardless of the on state and the off state. In the off state, the voltage applied to the buried electrode 5a is controlled so that the majority carriers existing around the trench 3 (3a) in which the buried electrode 5a is buried are reduced. As a result, a depletion layer 12 (12a) similar to the depletion layer 12 (12b) formed around the trench 3b is also formed around the trench 3a.

この際、トレンチ3aとトレンチ3bとの間の領域では、トレンチ3aおよび3bの各々の周辺に形成された空乏層12aおよび12bの一部が互いに重なる。すなわち、トレンチ3aとトレンチ3bとの間の領域では、空乏層12aおよび12bが互いに連結された状態となる。これにより、チャネル(電流通路)31が空乏層12aおよび12bによって遮断された状態となるので、チャネル(電流通路)31を介して流れる電流を遮断することができる。したがって、半導体装置30がオフ状態となる。   At this time, in the region between the trench 3a and the trench 3b, part of the depletion layers 12a and 12b formed around the trenches 3a and 3b overlap each other. That is, in the region between trench 3a and trench 3b, depletion layers 12a and 12b are connected to each other. Thus, the channel (current path) 31 is blocked by the depletion layers 12a and 12b, so that the current flowing through the channel (current path) 31 can be blocked. Therefore, the semiconductor device 30 is turned off.

そして、オフ状態からオン状態に切り替える場合には、図15に示すように、埋め込み電極5aに対して所定の正電位を印加することによって、トレンチ3aの周辺に形成された空乏層12a(図14参照)を消滅させる。すなわち、チャネル(電流通路)31の埋め込み電極5a側(トレンチ3a側)の部分を介して図15中の矢印方向に電流を流すことができるので、半導体装置30をオン状態にすることが可能となる。   When switching from the off state to the on state, as shown in FIG. 15, a depletion layer 12a (FIG. 14) formed around the trench 3a by applying a predetermined positive potential to the buried electrode 5a. See). That is, current can flow in the direction of the arrow in FIG. 15 through the portion of the channel (current path) 31 on the buried electrode 5a side (trench 3a side), so that the semiconductor device 30 can be turned on. Become.

また、半導体装置30をオン状態からオフ状態に切り替える場合には、埋め込み電極5aに対する所定の正電位の印加を解除する。これにより、図14に示した状態に戻るので、半導体装置30をオフ状態にすることが可能となる。   In addition, when switching the semiconductor device 30 from the on state to the off state, the application of a predetermined positive potential to the embedded electrode 5a is canceled. As a result, the state shown in FIG. 14 is restored, so that the semiconductor device 30 can be turned off.

この第2の実施形態の効果は、上記第1の実施形態の効果と同様である。   The effect of the second embodiment is the same as the effect of the first embodiment.

(第3の実施形態)
図16は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の構造を示した断面図である。次に、図16を参照して、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置40の構造について説明する。
(Third embodiment)
FIG. 16 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Next, the structure of the semiconductor device 40 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第3の実施形態に係る半導体装置40では、所定の制御信号が印加される埋め込み電極5(5a)が埋め込まれたトレンチ3(3a)と、ソース電極41の一部(以下、埋め込み部41aと言う)が埋め込まれたトレンチ3(3c)とが設けられている。このトレンチ3aおよび3cは、互いに所定の間隔を隔てて1つずつ交互に配列されている。また、ソース電極41の埋め込み部41aは、トレンチ3cの内部において、エピタキシャル層2に対してショットキー接触している。なお、ソース電極41の埋め込み部41aは、本発明の「第2埋め込み電極」の一例である。   In the semiconductor device 40 according to the third embodiment, the trench 3 (3a) in which the buried electrode 5 (5a) to which a predetermined control signal is applied is buried, and a part of the source electrode 41 (hereinafter referred to as the buried portion 41a). And a trench 3 (3c) embedded therein. The trenches 3a and 3c are alternately arranged one by one at a predetermined interval. The buried portion 41a of the source electrode 41 is in Schottky contact with the epitaxial layer 2 inside the trench 3c. The buried portion 41a of the source electrode 41 is an example of the “second buried electrode” in the present invention.

そして、第3の実施形態では、ソース電極41とドレイン電極10との間に電圧が印加された場合、ソース電極41とドレイン電極10との間を流れる電流は、トレンチ3aとトレンチ3cとの間の各領域を通過することになる。すなわち、第3の実施形態では、トレンチ3aとトレンチ3cとの間の各領域がチャネル(電流通路)42として機能することになる。   In the third embodiment, when a voltage is applied between the source electrode 41 and the drain electrode 10, the current flowing between the source electrode 41 and the drain electrode 10 is between the trench 3a and the trench 3c. It will pass through each area. That is, in the third embodiment, each region between the trench 3 a and the trench 3 c functions as a channel (current path) 42.

なお、トレンチ3aの内部には、上記第2の実施形態と同様、埋め込み電極5aの上方に、W(タングステン)から構成されるメタル層7が形成されている。   In the trench 3a, a metal layer 7 made of W (tungsten) is formed above the buried electrode 5a, as in the second embodiment.

この第3の実施形態に係る半導体装置40のその他の構造は、上記第1の実施形態に係る半導体装置20の構造と同様である。   The other structure of the semiconductor device 40 according to the third embodiment is the same as the structure of the semiconductor device 20 according to the first embodiment.

図17は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の動作を説明するための断面図である。次に、図16および図17を参照して、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置40の動作について説明する。   FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining the operation of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Next, with reference to FIG. 16 and FIG. 17, the operation of the semiconductor device 40 according to the third embodiment of the present invention will be described.

なお、以下の動作説明では、ソース電極41およびドレイン電極10の各々に負電位および正電位が印加されているとする。すなわち、ソース電極41の埋め込み部41aが埋め込まれたトレンチ3cの周辺には、オン状態およびオフ状態にかかわらず、空乏層12(12c)が形成されている。   In the following description of the operation, it is assumed that a negative potential and a positive potential are applied to the source electrode 41 and the drain electrode 10, respectively. That is, the depletion layer 12 (12c) is formed around the trench 3c in which the buried portion 41a of the source electrode 41 is buried regardless of the on state and the off state.

まず、オフ状態の場合には、図16に示すように、トレンチ3aの周辺に空乏層12(12a)が形成されるように、埋め込み電極5aに対して負電位が印加されている。これにより、チャネル(電流通路)42が空乏層12aおよび12cによって塞がれた状態となるので、チャネル(電流通路)42を介して流れる電流を遮断することができる。   First, in the off state, as shown in FIG. 16, a negative potential is applied to the buried electrode 5a so that the depletion layer 12 (12a) is formed around the trench 3a. As a result, the channel (current path) 42 is blocked by the depletion layers 12a and 12c, so that the current flowing through the channel (current path) 42 can be cut off.

そして、オフ状態からオン状態に切り替える場合には、図17に示すように、埋め込み電極5aに対して正電位を印加することによって、図16に示した空乏層12aを消滅させる。これにより、チャネル(電流通路)42の埋め込み電極5a側(トレンチ3a側)の部分を介して図17中の矢印方向に電流を流すことができる。   When switching from the off state to the on state, as shown in FIG. 17, the depletion layer 12a shown in FIG. 16 is extinguished by applying a positive potential to the buried electrode 5a. As a result, current can flow in the direction of the arrow in FIG. 17 through the portion of the channel (current path) 42 on the embedded electrode 5a side (trench 3a side).

また、半導体装置40をオン状態からオフ状態に切り替える場合には、埋め込み電極5aに対する所定の正電位の印加を解除する。これにより、図16に示した状態に戻るので、半導体装置40をオフ状態にすることが可能となる。   When the semiconductor device 40 is switched from the on state to the off state, the application of a predetermined positive potential to the embedded electrode 5a is canceled. As a result, the state shown in FIG. 16 is restored, so that the semiconductor device 40 can be turned off.

この第3の実施形態の効果は、上記第1の実施形態の効果と同様である。   The effect of the third embodiment is the same as the effect of the first embodiment.

(第4の実施形態)
図18は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の構造を示した断面図である。次に、図18を参照して、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置50の構造について説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 18 is a sectional view showing the structure of a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. Next, the structure of the semiconductor device 50 according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第4の実施形態に係る半導体装置50では、所定の制御信号が印加される埋め込み電極5(5a)が埋め込まれたトレンチ3(3a)に加えて、p型不純物が高濃度で導入されたp+型拡散領域51がさらに設けられている。このp+型拡散領域51は、隣り合うトレンチ3(3a)間の各領域に、トレンチ3(3a)に対して所定の間隔を隔てて1つずつ配置されている。また、p+型拡散領域51は、ソース電極9に対してオーミック接触している。なお、p+型拡散領域51は、本発明の「逆導電型の拡散領域」の一例である。 In the semiconductor device 50 according to the fourth embodiment, in addition to the trench 3 (3a) in which the buried electrode 5 (5a) to which a predetermined control signal is applied is buried, p in which p-type impurities are introduced at a high concentration. A + type diffusion region 51 is further provided. The p + -type diffusion regions 51 are arranged one by one in each region between adjacent trenches 3 (3a) at a predetermined interval with respect to the trench 3 (3a). The p + -type diffusion region 51 is in ohmic contact with the source electrode 9. The p + -type diffusion region 51 is an example of the “reverse conductivity type diffusion region” in the present invention.

そして、第4の実施形態では、ソース電極9とドレイン電極10との間に電圧が印加された場合、ソース電極9とドレイン電極10との間を流れる電流は、トレンチ3(3a)とp+型拡散領域51との間の各領域を通過することになる。すなわち、第4の実施形態では、トレンチ3(3a)とp+型拡散領域51との間の各領域がチャネル(電流通路)52として機能することになる。 In the fourth embodiment, when a voltage is applied between the source electrode 9 and the drain electrode 10, the current flowing between the source electrode 9 and the drain electrode 10 flows between the trench 3 (3 a) and p +. Each region between the mold diffusion region 51 and the mold diffusion region 51 is passed. That is, in the fourth embodiment, each region between the trench 3 (3 a) and the p + -type diffusion region 51 functions as a channel (current path) 52.

なお、トレンチ3(3a)の内部には、上記第2および第3の実施形態と同様、埋め込み電極5aの上方に、W(タングステン)から構成されるメタル層7が形成されている。   In the trench 3 (3a), a metal layer 7 made of W (tungsten) is formed above the buried electrode 5a, as in the second and third embodiments.

この第4の実施形態に係る半導体装置50のその他の構造は、上記第1の実施形態に係る半導体装置20の構造と同様である。   The other structure of the semiconductor device 50 according to the fourth embodiment is the same as the structure of the semiconductor device 20 according to the first embodiment.

図19は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の動作を説明するための断面図である。次に、図18および図19を参照して、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置50の動作について説明する。   FIG. 19 is a cross-sectional view for explaining the operation of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. Next, with reference to FIGS. 18 and 19, the operation of the semiconductor device 50 according to the fourth embodiment of the present invention will be described.

なお、以下の動作説明では、ソース電極9およびドレイン電極10の各々に負電位および正電位が印加されているとする。すなわち、p+型拡散領域51の周辺には、オン状態およびオフ状態にかかわらず、空乏層12(12d)が形成されている。 In the following description of the operation, it is assumed that a negative potential and a positive potential are applied to each of the source electrode 9 and the drain electrode 10. That is, the depletion layer 12 (12d) is formed around the p + -type diffusion region 51 regardless of the on state and the off state.

まず、オフ状態の場合には、図18に示すように、トレンチ3aの周辺に空乏層12(12a)が形成されるように、埋め込み電極5aに対して負電位が印加されている。これにより、チャネル(電流通路)52が空乏層12aおよび12dによって塞がれた状態となるので、チャネル(電流通路)52を介して流れる電流を遮断することができる。   First, in the off state, as shown in FIG. 18, a negative potential is applied to the buried electrode 5a so that the depletion layer 12 (12a) is formed around the trench 3a. As a result, the channel (current path) 52 is blocked by the depletion layers 12a and 12d, so that the current flowing through the channel (current path) 52 can be cut off.

そして、オフ状態からオン状態に切り替える場合には、図19に示すように、埋め込み電極5aに対して正電位を印加することによって、図18に示した空乏層12aを消滅させる。これにより、チャネル(電流通路)52の埋め込み電極5a側(トレンチ3a側)の部分を介して図19の矢印方向に電流を流すことができる。   When switching from the off state to the on state, as shown in FIG. 19, the depletion layer 12a shown in FIG. 18 is extinguished by applying a positive potential to the buried electrode 5a. As a result, current can flow in the direction of the arrow in FIG. 19 through the portion of the channel (current path) 52 on the embedded electrode 5a side (trench 3a side).

また、半導体装置50をオン状態からオフ状態に切り替える場合には、埋め込み電極5aに対する所定の正電位の印加を解除する。これにより、図18に示した状態に戻るので、半導体装置50をオフ状態にすることが可能となる。   In addition, when the semiconductor device 50 is switched from the on state to the off state, the application of a predetermined positive potential to the embedded electrode 5a is canceled. As a result, the state shown in FIG. 18 is restored, so that the semiconductor device 50 can be turned off.

この第4の実施形態の効果は、上記第1の実施形態の効果と同様である。   The effect of the fourth embodiment is the same as the effect of the first embodiment.

(第5の実施形態)
図20は、本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の構造を示した断面図である。次に、図20を参照して、この第5の実施形態に係る半導体装置60では、トレンチ3の内部に埋め込み電極(ゲート電極)5が埋め込まれたトレンチゲート型のMOSFETに構成されている。すなわち、この第5の実施形態に係る半導体装置60では、隣り合うトレンチ3間の各領域において、高濃度領域(ソース領域)2aとn型エピタキシャル層2の低濃度領域(ドレイン領域)2cとの間にp型不純物領域2bが形成されている。
(Fifth embodiment)
FIG. 20 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. Next, referring to FIG. 20, the semiconductor device 60 according to the fifth embodiment is configured as a trench gate type MOSFET in which a buried electrode (gate electrode) 5 is buried inside the trench 3. That is, in the semiconductor device 60 according to the fifth embodiment, in each region between adjacent trenches 3, a high concentration region (source region) 2 a and a low concentration region (drain region) 2 c of the n-type epitaxial layer 2 are formed. A p-type impurity region 2b is formed therebetween.

第5の実施形態では、メタル層7に所定の正電位を印加すると、メタル層7と埋め込み電極(ゲート電極)5とが容量結合されているため、埋め込み電極(ゲート電極)5に対して所定の正電位が印加される。このため、p型不純物領域2bの少数キャリア(電子)がトレンチ3側に引き寄せられるので、p型不純物領域2bのトレンチ3の周辺に、低濃度領域(ドレイン領域)2cと高濃度領域(ソース領域)2aとを接続するような反転層13が形成される。この反転層13を介して、ソース電極9とドレイン電極10との間に電流を流すことが可能となるので、半導体装置60がオン状態となる。その一方、メタル層7に対する所定の正電位の印加を解除すると、埋め込み電極(ゲート電極)5に対する所定の正電位の印加が解除されるので、反転層13が消滅する。これにより、ソース電極9とドレイン電極10との間における電流の流れを遮断することが可能となるので、半導体装置60がオフ状態となる。   In the fifth embodiment, when a predetermined positive potential is applied to the metal layer 7, the metal layer 7 and the embedded electrode (gate electrode) 5 are capacitively coupled. Is applied. For this reason, since minority carriers (electrons) in the p-type impurity region 2b are attracted to the trench 3, the low-concentration region (drain region) 2c and the high-concentration region (source region) are formed around the trench 3 in the p-type impurity region 2b. ) An inversion layer 13 is formed so as to connect 2a. A current can flow between the source electrode 9 and the drain electrode 10 through the inversion layer 13, so that the semiconductor device 60 is turned on. On the other hand, when the application of the predetermined positive potential to the metal layer 7 is canceled, the application of the predetermined positive potential to the buried electrode (gate electrode) 5 is canceled, so that the inversion layer 13 disappears. As a result, the current flow between the source electrode 9 and the drain electrode 10 can be interrupted, so that the semiconductor device 60 is turned off.

なお、第5の実施形態に係る半導体装置60の他の構成は、上記第1の実施形態に係る半導体装置20と同様である。   The other configuration of the semiconductor device 60 according to the fifth embodiment is the same as that of the semiconductor device 20 according to the first embodiment.

第5の実施形態では、上記のように、埋め込み電極(ゲート電極)5と容量結合されたメタル層7を複数のトレンチ3の各々の内部に形成することによって、複数のトレンチ3の各々の内部に埋め込み電極(ゲート電極)5と直列に接続されたキャパシタ(コンデンサ)を形成することができるので、複数のトレンチ3の各々の内部における埋め込み電極(ゲート電極)5の合計静電容量(ゲート入力容量)を小さくすることができる。これにより、埋め込み電極(ゲート電極)5に対する印加電圧を制御することによって、オフ状態からオン状態への切り替え、または、その逆の切り替えを行う際に、オン/オフの切り替え速度を速くすることができる。すなわち、スイッチング速度を高速化することができる。   In the fifth embodiment, as described above, the metal layer 7 that is capacitively coupled to the buried electrode (gate electrode) 5 is formed inside each of the plurality of trenches 3, whereby the inside of each of the plurality of trenches 3 is formed. Since a capacitor (capacitor) connected in series with the buried electrode (gate electrode) 5 can be formed in the first electrode, the total capacitance (gate input) of the buried electrode (gate electrode) 5 inside each of the plurality of trenches 3 can be formed. (Capacity) can be reduced. Thus, by controlling the voltage applied to the buried electrode (gate electrode) 5, the on / off switching speed can be increased when switching from the off state to the on state or vice versa. it can. That is, the switching speed can be increased.

また、第5の実施形態では、メタル層7の上面上に層間絶縁膜8を形成するとともに、層間絶縁膜8を、その上面がn型エピタキシャル層2の上面と同一面となるように各トレンチ3内に形成することによって、互いに隣り合うトレンチ3に形成された層間絶縁膜8において、一方のトレンチ3に形成された層間絶縁膜8と隣り合う他方のトレンチ3に形成された層間絶縁膜8とが接触するのを抑制することができる。このため、互いに隣り合うトレンチ3間の間隔(b)を、容易に短くすることができるので、互いに隣り合うトレンチ3間の間隔(b)を短くすることによって、単位面積あたりのトレンチ密度を大きくすることができる。その結果、反転層13の合計面積を大きくすることができるので、スイッチング速度を高速化させながら、オン抵抗を低減することができる。   In the fifth embodiment, the interlayer insulating film 8 is formed on the upper surface of the metal layer 7, and the interlayer insulating film 8 is formed in each trench so that the upper surface is flush with the upper surface of the n-type epitaxial layer 2. In the interlayer insulating film 8 formed in the trenches 3 adjacent to each other, the interlayer insulating film 8 formed in the other trench 3 adjacent to the interlayer insulating film 8 formed in the one trench 3 is formed. Can be prevented from coming into contact with each other. For this reason, since the interval (b) between the adjacent trenches 3 can be easily shortened, the trench density per unit area is increased by reducing the interval (b) between the adjacent trenches 3. can do. As a result, since the total area of the inversion layer 13 can be increased, the on-resistance can be reduced while increasing the switching speed.

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

たとえば、上記第1〜第5の実施形態では、シリコン基板上に形成されたエピタキシャル層にトレンチなどを形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、シリコン基板(半導体基板)上にエピタキシャル層を形成することなく、直接シリコン基板(半導体基板)にトレンチなどを形成するようにしてもよい。また、シリコン基板上に形成されたエピタキシャル層にトレンチなどを形成した後、シリコン基板を研磨等で除去するようにしてもよい。   For example, in the first to fifth embodiments, an example in which a trench or the like is formed in an epitaxial layer formed on a silicon substrate has been shown. However, the present invention is not limited to this, and a silicon substrate (semiconductor substrate) is formed. A trench or the like may be directly formed in a silicon substrate (semiconductor substrate) without forming an epitaxial layer. Further, after forming a trench or the like in the epitaxial layer formed on the silicon substrate, the silicon substrate may be removed by polishing or the like.

また、上記第1〜第5の実施形態では、n+型シリコン基板上に、n型エピタキシャル層を形成した構成を示したが、本発明はこれに限らず、p+型シリコン基板上に、p型エピタキシャル層を形成した構成にしてもよい。すなわち、導電型を全て逆にした構成にしてもよい。 In the first to fifth embodiments, the configuration in which the n-type epitaxial layer is formed on the n + -type silicon substrate is shown. However, the present invention is not limited to this, and the p + -type silicon substrate is formed on the p + -type silicon substrate. A p-type epitaxial layer may be formed. In other words, all the conductivity types may be reversed.

また、上記第1〜第5の実施形態では、トレンチの内部にメタル層を1層形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、図21に示すように、トレンチ3の内部にシリコン酸化膜6を介して形成されるメタル層7を2層設けてもよい。また、メタル層7を2層以上設けるようにしてもよい。   Moreover, in the said 1st-5th embodiment, although the example which formed one metal layer in the inside of a trench was shown, this invention is not restricted to this, As shown in FIG. Two metal layers 7 formed through the silicon oxide film 6 may be provided. Two or more metal layers 7 may be provided.

また、上記第1〜第5の実施形態では、メタル層の幅を埋め込み電極の幅よりも小さくなるように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、メタル層の幅と埋め込み電極の幅とが同じ大きさになるように構成してもよい。   In the first to fifth embodiments, the example in which the width of the metal layer is configured to be smaller than the width of the embedded electrode has been described. However, the present invention is not limited to this, and the width of the metal layer and the embedded layer are embedded. You may comprise so that the width | variety of an electrode may become the same magnitude | size.

また、上記第1〜第5の実施形態では、メタル層をW(タングステン)から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、W(タングステン)以外の導電性材料から構成してもよい。たとえば、メタル層を、Ti(チタン)から構成してもよいし、TiとTiNとの積層構造材料から構成してもよい。また、メタル層に換えて、導電性を有するポリシリコンなどの導電体層をトレンチ内部に形成してもよい。   Moreover, although the example which comprised the metal layer from W (tungsten) was shown in the said 1st-5th embodiment, this invention is not restricted to this but comprises from electroconductive materials other than W (tungsten). Also good. For example, the metal layer may be made of Ti (titanium) or a laminated structure material of Ti and TiN. Further, instead of the metal layer, a conductive layer such as conductive polysilicon may be formed inside the trench.

また、上記第1〜第5の実施形態では、埋め込み電極をp型ポリシリコンから構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、p型ポリシリコン以外に、金属などを用いることもできる。たとえば、埋め込み電極に用いる金属材料としては、たとえば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、タングステン(W)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、銀(Ag)、白金(Pt)および鉛(Pb)などがあげられる。また、これらの金属材料は、1種または2種以上組み合わせて用いることができる。さらに、ポリシリコンおよび金属材料の双方を含んでいてもよい。   In the first to fifth embodiments, the embedded electrode is made of p-type polysilicon. However, the present invention is not limited to this, and a metal or the like may be used in addition to p-type polysilicon. it can. For example, as a metal material used for the embedded electrode, for example, aluminum (Al), copper (Cu), tungsten (W), titanium (Ti), nickel (Ni), molybdenum (Mo), cobalt (Co), silver ( Ag), platinum (Pt), lead (Pb) and the like. Moreover, these metal materials can be used 1 type or in combination of 2 or more types. Furthermore, both polysilicon and metal materials may be included.

また、上記第1〜第5の実施形態では、埋め込み電極の上面上に形成された層間絶縁膜を、その上面がエピタキシャル層の上面と同一面となるように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、埋め込み電極の上面上に形成された層間絶縁膜を、その上面がエピタキシャル層の上面から突出するように形成してもよいし、その上面がエピタキシャル層の上面よりも下方(トレンチ内部側)に位置するように形成してもよい。   In the first to fifth embodiments, the example in which the interlayer insulating film formed on the upper surface of the buried electrode is formed so that the upper surface is flush with the upper surface of the epitaxial layer is shown. The invention is not limited to this, and the interlayer insulating film formed on the upper surface of the buried electrode may be formed so that the upper surface protrudes from the upper surface of the epitaxial layer, or the upper surface is below the upper surface of the epitaxial layer. You may form so that it may be located (inside a trench).

また、上記第1〜第5実施形態では、トレンチの溝深さがn型エピタキシャル層の厚みよりも小さくなるように構成したが、本発明はこれに限らず、トレンチがn型エピタキシャル層を貫通してn+型シリコン基板にまで達するように構成してもよい。すなわち、トレンチの溝深さを、約12μm程度に構成してもよい。 Moreover, in the said 1st-5th embodiment, although it comprised so that the groove depth of a trench might become smaller than the thickness of an n-type epitaxial layer, this invention is not limited to this, A trench penetrates an n-type epitaxial layer. Then, it may be configured to reach the n + type silicon substrate. That is, the trench depth may be set to about 12 μm.

また、上記第1および第5の実施形態では、複数のトレンチの各々の内部にメタル層を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、複数のトレンチの全てにメタル層が形成されていなくてもよい。   In the first and fifth embodiments, the metal layer is formed in each of the plurality of trenches. However, the present invention is not limited to this, and the metal layer is formed in all of the plurality of trenches. It does not have to be.

本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention shown in FIG. 図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention shown in FIG. 図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention shown in FIG. 図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention shown in FIG. 図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention shown in FIG. 図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention shown in FIG. 図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention shown in FIG. 図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention shown in FIG. 図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention shown in FIG. 図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention shown in FIG. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the semiconductor device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the semiconductor device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the semiconductor device which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the semiconductor device which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the semiconductor device which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の変形例による半導体装置の構造の一部を示した断面図である。It is sectional drawing which showed a part of structure of the semiconductor device by the modification of this invention. 特許文献1に開示された従来のMOSFET(半導体装置)の構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the conventional MOSFET (semiconductor device) disclosed by patent document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 n+型シリコン基板(一導電型の半導体層)
2 n型エピタキシャル層(一導電型の半導体層)
3、3a、3b、3c トレンチ
4 シリコン酸化膜(第3絶縁膜)
5 埋め込み電極
5a 埋め込み電極(第1埋め込み電極)
5b 埋め込み電極(第2埋め込み電極)
6 シリコン酸化膜(第1絶縁膜)
7 メタル層(導電体層)
8、8a、8b 層間絶縁膜(第2絶縁膜)
9、41 ソース電極
10 ドレイン電極
11、31、42、52 チャネル(電流通路)
12、12a、12b、12c、12d 空乏層
13 反転層
20、30、40、50、60 半導体装置
41a 埋め込み部(第2埋め込み電極)
51 p+型拡散領域(逆導電型の拡散領域)
1 n + type silicon substrate (one conductivity type semiconductor layer)
2 n-type epitaxial layer (one conductivity type semiconductor layer)
3, 3a, 3b, 3c trench 4 silicon oxide film (third insulating film)
5 Embedded electrode 5a Embedded electrode (first embedded electrode)
5b Embedded electrode (second embedded electrode)
6 Silicon oxide film (first insulating film)
7 Metal layer (conductor layer)
8, 8a, 8b Interlayer insulating film (second insulating film)
9, 41 Source electrode 10 Drain electrode 11, 31, 42, 52 Channel (current path)
12, 12a, 12b, 12c, 12d Depletion layer 13 Inversion layer 20, 30, 40, 50, 60 Semiconductor device 41a Embedded portion (second embedded electrode)
51 p + type diffusion region (reverse conductivity type diffusion region)

Claims (13)

互いに所定の間隔を隔てて配列された複数のトレンチを有する一導電型の半導体層と、
前記複数のトレンチの各々に埋め込まれた複数の埋め込み電極と、
前記複数のトレンチの少なくとも1つの内部に形成され、前記埋め込み電極の上方に第1絶縁膜を介して配設されることにより、前記埋め込み電極と容量結合された導電体層とを備えることを特徴とする、半導体装置。
A semiconductor layer of one conductivity type having a plurality of trenches arranged at predetermined intervals from each other;
A plurality of embedded electrodes embedded in each of the plurality of trenches;
And a conductive layer capacitively coupled to the buried electrode by being formed in at least one of the plurality of trenches and disposed via a first insulating film above the buried electrode. A semiconductor device.
前記半導体層は、隣り合う前記トレンチ間の各領域が電流通路となるように構成されているとともに、前記複数のトレンチの周辺に形成された空乏層によって、隣り合う前記トレンチ間の各領域が塞がれることにより、前記電流通路が遮断される一方、前記トレンチの周辺に形成された空乏層の少なくとも一部が消滅することにより前記電流通路が開くように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor layer is configured such that each region between adjacent trenches serves as a current path, and each region between adjacent trenches is blocked by a depletion layer formed around the plurality of trenches. The current path is interrupted by being peeled off, while the current path is configured to be opened when at least part of the depletion layer formed around the trench disappears, The semiconductor device according to claim 1. 前記導電体層が、前記複数のトレンチの各々の内部に形成されており、前記埋め込み電極とそれぞれ容量結合されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductor layer is formed inside each of the plurality of trenches and is capacitively coupled to the buried electrode. 4. 前記導電体層の上面上には、第2絶縁膜が形成されており、
前記第2絶縁膜は、その上面が前記半導体層の上面と同一面となるように前記トレンチ内に形成されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。
A second insulating film is formed on the upper surface of the conductor layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second insulating film is formed in the trench so that an upper surface thereof is flush with an upper surface of the semiconductor layer.
前記複数の埋め込み電極のうちの所定の埋め込み電極は、第3絶縁膜を介して前記トレンチの内面上に形成されており、
前記第1絶縁膜の厚みは、前記第3絶縁膜の厚み以上であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の半導体装置。
A predetermined embedded electrode of the plurality of embedded electrodes is formed on the inner surface of the trench via a third insulating film,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness of the first insulating film is equal to or greater than a thickness of the third insulating film.
前記トレンチの配列方向における前記導電体層の幅は、前記埋め込み電極の幅よりも小さいことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 1, wherein a width of the conductor layer in an arrangement direction of the trench is smaller than a width of the embedded electrode. 前記導電体層は、金属材料から構成されていることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductor layer is made of a metal material. 前記導電体層は、W、Ti、および、TiNより選択された、少なくとも1つの金属材料から構成されていることを特徴とする、請求項7に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 7, wherein the conductor layer is made of at least one metal material selected from W, Ti, and TiN. 前記複数のトレンチは、それぞれ、前記半導体層の上面と平行で、かつ、前記トレンチの配列方向と直交する方向に、互いに平行に延びるように細長状に形成されていることを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の半導体装置。   The plurality of trenches are formed in an elongated shape so as to extend parallel to each other in a direction parallel to the upper surface of the semiconductor layer and perpendicular to the arrangement direction of the trenches. Item 9. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 8. 前記複数のトレンチの各々の周辺に形成される全ての空乏層で前記隣り合うトレンチ間の各領域が塞がれることにより前記電流通路が遮断される一方、前記複数のトレンチの各々の周辺に形成された全ての空乏層が消滅することにより前記電流通路が開くように構成されていることを特徴とする、請求項2〜9のいずれか1項に記載の半導体装置。   All the depletion layers formed around each of the plurality of trenches are blocked by the respective regions between the adjacent trenches, thereby blocking the current path, while being formed around each of the plurality of trenches. 10. The semiconductor device according to claim 2, wherein the current path is opened when all the depletion layers thus formed disappear. 10. 前記複数の埋め込み電極は、互いに別個に電圧が印加される第1埋め込み電極および第2埋め込み電極の2種類に分けられており、
前記複数のトレンチのうちの全てのトレンチの周辺に形成される空乏層で前記隣り合うトレンチ間の各領域が塞がれることにより、前記電流通路が遮断される一方、前記複数のトレンチのうちの前記第1埋め込み電極が埋め込まれたトレンチの周辺に形成された空乏層が消滅することにより、前記電流通路が開くように構成されていることを特徴とする、請求項2〜9のいずれか1項に記載の半導体装置。
The plurality of embedded electrodes are divided into two types, a first embedded electrode and a second embedded electrode to which a voltage is applied separately from each other,
Each region between the adjacent trenches is blocked by a depletion layer formed around all of the plurality of trenches, thereby blocking the current path, 10. The structure according to claim 2, wherein the current path is opened when a depletion layer formed around a trench in which the first embedded electrode is embedded disappears. The semiconductor device according to item.
前記第2埋め込み電極は、前記トレンチの内部において、前記半導体層に対してショットキー接触していることを特徴とする、請求項11に記載の半導体装置。   12. The semiconductor device according to claim 11, wherein the second buried electrode is in Schottky contact with the semiconductor layer inside the trench. 前記半導体層の前記隣り合うトレンチ間の各領域に形成され、前記トレンチに対して所定の間隔を隔てて配置された逆導電型の拡散領域をさらに備え、
前記トレンチおよび前記拡散領域の各々の周辺に形成される空乏層で、前記隣り合うトレンチ間の各領域が塞がれることにより、前記電流通路が遮断される一方、前記トレンチの周辺に形成された空乏層が消滅することにより、前記電流通路が開くように構成されていることを特徴とする、請求項2〜9のいずれか1項に記載の半導体装置。
A diffusion region of a reverse conductivity type formed in each region between the adjacent trenches of the semiconductor layer and disposed at a predetermined interval with respect to the trench;
The depletion layer formed around each of the trench and the diffusion region is blocked around each region between the adjacent trenches, thereby blocking the current path, and formed around the trench. The semiconductor device according to claim 2, wherein the current path is opened when the depletion layer disappears.
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