JP2009130002A - Jbs and mosfet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ショットキー接合とPN接合とが並存する活性領域と、活性領域の外側に配置されたガードリング領域とを具備する半導体チップによって構成されるJBSに関し、特には、N−エピタキシャル層に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができるJBSに関する。 The present invention relates to a JBS including a semiconductor chip including an active region in which a Schottky junction and a PN junction coexist, and a guard ring region disposed outside the active region, and more particularly to an N-epitaxial layer. The present invention relates to a JBS capable of limiting the amount of holes injected as carriers to be injected.
更に、本発明は、活性領域と活性領域の外側に配置されたガードリング領域とを具備する半導体チップによって構成されるMOSFETに関し、特には、N−エピタキシャル層に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができるMOSFETに関する。 Furthermore, the present invention relates to a MOSFET constituted by a semiconductor chip having an active region and a guard ring region arranged outside the active region, and in particular, a hole as a carrier injected into an N-epitaxial layer. The present invention relates to a MOSFET capable of limiting the injection amount.
従来から、ガードリングを有する半導体素子が知られている。例えば特開平5−190831号公報の図11および図12に記載された半導体素子では、ガードリングがP型領域によって構成されている。特開平5−190831号公報の図11および図12に記載された半導体素子では、プラナー型拡散によってガードリングのP型領域が形成されていると考えられる。半導体チップの周縁部の耐圧を増大させるためには、ガードリングのP型領域のPN接合界面を深くすることが好ましいが、プラナー型拡散によってガードリングのP型領域が形成される場合には、ガードリングのP型領域のPN接合界面を深くすると、ガードリングのP型領域を形成するためのP型不純物が横方向にも広く拡散してしまうため、半導体チップの横方向寸法が大型化してしまう。 Conventionally, a semiconductor element having a guard ring is known. For example, in the semiconductor element described in FIG. 11 and FIG. 12 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-190831, the guard ring is constituted by a P-type region. In the semiconductor element described in FIG. 11 and FIG. 12 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-190831, it is considered that the P-type region of the guard ring is formed by planar diffusion. In order to increase the breakdown voltage of the peripheral portion of the semiconductor chip, it is preferable to deepen the PN junction interface of the P-type region of the guard ring, but when the P-type region of the guard ring is formed by planar diffusion, When the PN junction interface of the P-type region of the guard ring is deepened, P-type impurities for forming the P-type region of the guard ring are diffused widely in the lateral direction, which increases the lateral dimension of the semiconductor chip. End up.
上述した点に鑑み、プラナー型拡散によってP型領域を形成するのではなく、N+型基板上のN−型エピタキシャル層にトレンチ(凹部)を形成し、トレンチ(凹部)の側面を介してP型不純物を導入・拡散することによりトレンチ(凹部)の側面に沿ってP型層を形成すると共に、トレンチ(凹部)の底面を介してP型不純物を導入・拡散することによりトレンチ(凹部)の底面に沿ってP型層を形成した半導体素子が従来から知られている。この種の半導体素子の例としては、例えば特開平4−321274号公報の図3、特開平5−29635号公報の図2、特開平5−48081号公報の図4、特開平5−90565号公報の図2、特開平5−110061号公報の図2等に記載されたものがある。 In view of the above, the P-type region is not formed by planar diffusion, but a trench (recess) is formed in the N− type epitaxial layer on the N + type substrate, and the P type is formed via the side surface of the trench (recess). A P-type layer is formed along the side surface of the trench (recess) by introducing and diffusing impurities, and a bottom surface of the trench (recess) is introduced and diffused through the bottom surface of the trench (recess). Conventionally, a semiconductor element in which a P-type layer is formed along the line is known. Examples of this type of semiconductor element include, for example, FIG. 3 of JP-A-4-321274, FIG. 2 of JP-A-5-29635, FIG. 4 of JP-A-5-48081, and JP-A-5-90565. There are those described in FIG. 2 of the publication, FIG. 2 of JP-A-5-110061, and the like.
特開平4−321274号公報の図3、特開平5−29635号公報の図2、特開平5−48081号公報の図4、特開平5−90565号公報の図2、および、特開平5−110061号公報の図2に記載された半導体素子では、トレンチ(凹部)の底面を介してP型不純物を導入・拡散することによって、トレンチ(凹部)の底面に沿ってP型層が形成されるため、半導体チップの横方向寸法を大型化させることなく、P型層とN−型エピタキシャル層とのPN接合界面を深い位置に形成することができる。 FIG. 3 of Japanese Patent Laid-Open No. 4-321274, FIG. 2 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-29635, FIG. 4 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-48081, FIG. In the semiconductor device described in FIG. 2 of Japanese Patent No. 110061, a P-type layer is formed along the bottom surface of the trench (recess) by introducing and diffusing P-type impurities through the bottom surface of the trench (recess). Therefore, the PN junction interface between the P-type layer and the N-type epitaxial layer can be formed at a deep position without increasing the lateral dimension of the semiconductor chip.
ところで、特開平4−321274号公報の図3、特開平5−29635号公報の図2、特開平5−48081号公報の図4、特開平5−90565号公報の図2、および、特開平5−110061号公報の図2に記載された半導体素子では、トレンチ(凹部)の側面に沿って形成されたP型層の表面に電極メタルが蒸着またはスパッタ法によって形成されると共に、トレンチ(凹部)の底面に沿って形成されたP型層の表面に電極メタルが蒸着またはスパッタ法によって形成される。 Incidentally, FIG. 3 of JP-A-4-321274, FIG. 2 of JP-A-5-29635, FIG. 4 of JP-A-5-48081, FIG. 2 of JP-A-5-90565, and In the semiconductor device described in FIG. 2 of Japanese Patent No. 5-110061, electrode metal is formed on the surface of the P-type layer formed along the side surface of the trench (recess) by vapor deposition or sputtering, and the trench (recess The electrode metal is formed by vapor deposition or sputtering on the surface of the P-type layer formed along the bottom surface.
詳細には、特開平4−321274号公報の図3、特開平5−29635号公報の図2、特開平5−90565号公報の図2、および、特開平5−110061号公報の図2に記載された半導体素子では、トレンチ(凹部)の内部が充填されることなく、凹部として残される。一方、特開平5−48081号公報の図4に記載された半導体素子では、トレンチ(凹部)の内部に、シリコン基板の構成原子であるシリコンを主成分とした多結晶又は非晶質状のシリコンとボロン又はアルミニウム又はリン原子を不純物として含む固体材料が充填される。更に、特開平5−48081号公報の図4に記載された半導体素子では、トレンチ(凹部)の内部に形成された固体材料層が、CVD法で堆積した構造であり、シリコンに対し、ボロン又はアルミニウム又はリンを1018〜1022/cm3以上含有する多結晶又は非晶質シリコンであり、金属的性質を強く示す合金となり、低抵抗電極を形成する。 Specifically, FIG. 3 of Japanese Patent Laid-Open No. 4-321274, FIG. 2 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-29635, FIG. 2 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-90565, and FIG. In the semiconductor element described, the inside of the trench (recess) is not filled and remains as a recess. On the other hand, in the semiconductor device described in FIG. 4 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-48081, polycrystalline or amorphous silicon mainly containing silicon, which is a constituent atom of a silicon substrate, is provided inside a trench (recess). And a solid material containing boron, aluminum, or phosphorus atoms as impurities. Further, in the semiconductor element described in FIG. 4 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-48081, the solid material layer formed inside the trench (recess) is a structure deposited by the CVD method. It is polycrystalline or amorphous silicon containing aluminum or phosphorus in an amount of 10 18 to 10 22 / cm 3 or more, and becomes an alloy that strongly shows metallic properties, and forms a low resistance electrode.
また、特開平4−321274号公報の図3、特開平5−29635号公報の図2、特開平5−48081号公報の図4、特開平5−90565号公報の図2、および、特開平5−110061号公報の図2に記載された半導体素子では、トレンチ(凹部)の底面に沿って形成されたP型層およびその真下のN−型エピタキシャル層に対してトレンチ(凹部)の底面を介して重金属を拡散することが行われない。 Further, FIG. 3 of JP-A-4-321274, FIG. 2 of JP-A-5-29635, FIG. 4 of JP-A-5-48081, FIG. 2 of JP-A-5-90565, and JP-A-5-29565. In the semiconductor device described in FIG. 2 of Japanese Patent No. 5-110061, the bottom surface of the trench (recess) is formed with respect to the P-type layer formed along the bottom surface of the trench (recess) and the N-type epitaxial layer immediately below the P-type layer. The heavy metal is not diffused through.
更に、特開平5−190831号公報の図11および図12に記載された半導体素子のようにプラナー型拡散によってP型領域を形成するのではなく、N+型基板上のN−型エピタキシャル層にトレンチを形成し、P型不純物を垂直に打ち込むことにより、トレンチの底面に沿ったP型層を形成し、トレンチの側面に沿ったP型層を形成しない半導体素子が従来から知られている。この種の半導体素子の例としては、例えば特開平5−63184号公報の図3等に記載されたものがある。 Further, a P-type region is not formed by planar diffusion as in the semiconductor device described in FIGS. 11 and 12 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-190831, but a trench is formed in an N− type epitaxial layer on an N + type substrate. A semiconductor element has been conventionally known in which a P-type layer is formed along the bottom surface of a trench by forming a P-type impurity vertically and a P-type layer is not formed along a side surface of the trench. Examples of this type of semiconductor element include those described in FIG. 3 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-63184, for example.
特開平5−63184号公報の図3に記載された半導体素子では、トレンチの底面のみに沿ったP型層が形成された後に、トレンチの側面および底面に酸化膜が形成される。更に、特開平5−63184号公報の図3に記載された半導体素子では、トレンチの底面のみの酸化膜が除去されてP型層が露出せしめられ、トレンチの側面の酸化膜は残される。次いで、特開平5−63184号公報の図3に記載された半導体素子では、トレンチの底面のP型層上に金属膜が形成されると共に、トレンチの側面の酸化膜上に金属膜が形成される。 In the semiconductor element described in FIG. 3 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-63184, an oxide film is formed on the side and bottom surfaces of the trench after the P-type layer is formed only along the bottom surface of the trench. Further, in the semiconductor device described in FIG. 3 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-63184, the oxide film only on the bottom surface of the trench is removed to expose the P-type layer, and the oxide film on the side surface of the trench is left. Next, in the semiconductor device described in FIG. 3 of JP-A-5-63184, a metal film is formed on the P-type layer on the bottom surface of the trench and a metal film is formed on the oxide film on the side surface of the trench. The
ところで、特開平5−63184号公報の図3に記載された半導体素子では、トレンチの内部が充填されることなく、凹部として残される。 Incidentally, in the semiconductor element described in FIG. 3 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-63184, the inside of the trench is not filled and remains as a recess.
また、特開平5−63184号公報の図3に記載された半導体素子では、トレンチの底面に沿って形成されたP型層およびその真下のN−型エピタキシャル層に対してトレンチの底面を介して重金属を拡散することが行われない。 Further, in the semiconductor device described in FIG. 3 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-63184, the P-type layer formed along the bottom surface of the trench and the N-type epitaxial layer directly below the P-type layer are interposed via the bottom surface of the trench. There is no diffusion of heavy metals.
更に、特開平5−190831号公報の図11および図12に記載された半導体素子のようにプラナー型拡散によってP型領域を形成するのではなく、N+型基板上のN−型エピタキシャル層にトレンチを形成し、トレンチの側面の炭化水素塩素フッ素ポリマーの壁を利用してトレンチの底面のみに沿ったP型層を形成し、トレンチの側面に沿ったP型層を形成しない半導体素子が従来から知られている。この種の半導体素子の例としては、例えば特開平5−110062号公報の図2等に記載されたものがある。 Further, a P-type region is not formed by planar diffusion as in the semiconductor device described in FIGS. 11 and 12 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-190831, but a trench is formed in an N− type epitaxial layer on an N + type substrate. Conventionally, a semiconductor element in which a P-type layer along only the bottom surface of the trench is formed using a hydrocarbon chlorine fluoropolymer wall on the side surface of the trench and no P-type layer along the side surface of the trench is formed. Are known. As an example of this type of semiconductor element, there is one described in, for example, FIG. 2 of JP-A-5-110062.
特開平5−110062号公報の図2に記載された半導体素子では、トレンチの底面のみに沿ったP型層が形成された後に、トレンチの底面のP型層上に金属膜が形成されると共に、トレンチの側面にも金属膜が形成される。 In the semiconductor device described in FIG. 2 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-110062, after a P-type layer is formed only along the bottom surface of the trench, a metal film is formed on the P-type layer on the bottom surface of the trench. A metal film is also formed on the side surface of the trench.
ところで、特開平5−110062号公報の図2に記載された半導体素子では、トレンチの内部が充填されることなく、凹部として残される。 By the way, in the semiconductor element described in FIG. 2 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-110062, the inside of the trench is not filled and remains as a recess.
また、特開平5−110062号公報の図2に記載された半導体素子では、トレンチの底面に沿って形成されたP型層およびその真下のN−型エピタキシャル層に対してトレンチの底面を介して重金属を拡散することが行われない。 Further, in the semiconductor device described in FIG. 2 of JP-A-5-110062, the P-type layer formed along the bottom surface of the trench and the N-type epitaxial layer immediately below the P-type layer are interposed via the bottom surface of the trench. There is no diffusion of heavy metals.
つまり、従来においては、N−型エピタキシャル層にトレンチ(凹部)を形成し、トレンチ(凹部)の内部に対する充填を行うことなくトレンチ(凹部)をそのまま残しておくと、隣接する2個のトレンチ(凹部)の間の部分(凸部)の強度が低下してしまう点に鑑み、例えば特開平5−48081号公報の図4に記載された半導体素子では、例えばボロン又はアルミニウム又はリンを1018〜1022/cm3以上含有する多結晶又は非晶質シリコンがトレンチ(凹部)の内部に配置されていた。 That is, conventionally, if a trench (concave portion) is formed in the N− type epitaxial layer and the trench (concave portion) is left as it is without filling the inside of the trench (concave portion), two adjacent trenches ( In view of the fact that the strength of the portion (convex portion) between the concave portions is reduced, for example, in the semiconductor element described in FIG. 4 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-48081, for example, boron, aluminum, or phosphorus is 10 18 to Polycrystalline or amorphous silicon containing 10 22 / cm 3 or more was disposed inside the trench (recess).
ところが、特開平5−48081号公報の図4に記載された半導体素子では、例えばボロン又はアルミニウム又はリンを1018〜1022/cm3以上含有する多結晶又は非晶質シリコンがトレンチ(凹部)の内部に配置される前に、トレンチ(凹部)の側面および底面に沿ったP型層の表面に電極メタルが蒸着またはスパッタ法によって形成されてしまう。 However, in the semiconductor element described in FIG. 4 of JP-A-5-48081, for example, polycrystalline or amorphous silicon containing 10 18 to 10 22 / cm 3 or more of boron, aluminum, or phosphorus is a trench (recess). Before being placed inside, the electrode metal is formed on the surface of the P-type layer along the side and bottom surfaces of the trench (recess) by vapor deposition or sputtering.
そのため、特開平5−48081号公報の図4に記載された半導体素子では、トレンチ(凹部)の内部に配置された多結晶又は非晶質シリコンおよびトレンチ(凹部)の底面を介して、トレンチ(凹部)の底面の真下のP型層にライフタイムキラーとしての重金属を導入することができない。 Therefore, in the semiconductor element described in FIG. 4 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-48081, the trench (recessed portion) is formed through the polycrystalline or amorphous silicon disposed inside the trench (recessed portion) and the bottom surface of the trench (recessed portion). It is not possible to introduce heavy metal as a lifetime killer into the P-type layer just below the bottom of the recess.
前記問題点に鑑み、本発明は、トレンチの内部に形成された高濃度のP+型ポリシリコン層およびトレンチの底面の酸化膜の開口を介してトレンチの底面の真下のP型層にライフタイムキラーとしての重金属が導入されない場合よりも、N−エピタキシャル層に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができるJBSを提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a lifetime killer for a high-concentration P + type polysilicon layer formed inside a trench and a P-type layer just below the bottom of the trench through an oxide film opening on the bottom of the trench. It is an object of the present invention to provide a JBS capable of limiting the amount of holes injected as carriers injected into an N-epitaxial layer, compared to the case where no heavy metal is introduced.
更に、本発明は、トレンチの底面の真下付近のP型層およびN−型エピタキシャル層のキャリアのライフタイムよりも、トレンチの側面の側方のP型層およびN−型エピタキシャル層のキャリアのライフタイムを長くすることができるJBSを提供することを目的とする。 Furthermore, the present invention provides a carrier life of the P-type layer and N-type epitaxial layer on the side of the trench side rather than the carrier lifetime of the P-type layer and N-type epitaxial layer near the bottom of the trench. An object is to provide a JBS capable of extending the time.
また、本発明は、半導体チップのガードリング領域のP+型ポリシリコン層上にフィールドプレートが形成されない場合よりも、逆方向バイアス時の空亡層を半導体チップの周縁部側に延ばすことができるJBSを提供することを目的とする。 Further, according to the present invention, it is possible to extend the sky layer at the time of reverse bias to the peripheral side of the semiconductor chip as compared with the case where the field plate is not formed on the P + type polysilicon layer in the guard ring region of the semiconductor chip. The purpose is to provide.
更に、本発明は、逆方向バイアス時に隣接する2個のトレンチの間のN型ショットキー接合界面の真下の空亡層の下端とN+型基板との間に存在している残留正孔(ホール)を、逆方向バイアスから順方向バイアスへの切換時に、重金属が局所的に分布されているトレンチの底面の酸化膜の開口の真下のN−型エピタキシャル層およびP型層、並びに、アノード電極メタルの電位に近い電位になっているトレンチの内部の高濃度のP+型ポリシリコン層を介して、アノード電極メタルに迅速に戻すことができるJBSを提供することを目的とする。 Furthermore, the present invention provides a residual hole (hole) existing between the lower end of the vacant layer just below the N-type Schottky junction interface between two adjacent trenches and the N + type substrate during reverse bias. ) At the time of switching from the reverse bias to the forward bias, the N-type epitaxial layer and the P-type layer immediately below the oxide film opening at the bottom of the trench where the heavy metal is locally distributed, and the anode electrode metal An object of the present invention is to provide a JBS that can be quickly returned to the anode electrode metal through a high-concentration P + type polysilicon layer inside a trench having a potential close to that of the anode.
また、本発明は、第1トレンチの内部に形成された高濃度のP+型ポリシリコン層および第1トレンチの底面の酸化膜の開口を介して第1トレンチの底面の真下のP型層にライフタイムキラーとしての重金属が導入されない場合よりも、N−エピタキシャル層に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができるMOSFETを提供することを目的とする。 In addition, the present invention provides a high-concentration P + type polysilicon layer formed inside the first trench and a P-type layer directly below the bottom surface of the first trench through the opening of the oxide film on the bottom surface of the first trench. It is an object of the present invention to provide a MOSFET capable of limiting the amount of holes injected as carriers injected into an N-epitaxial layer, compared to a case where heavy metal as a time killer is not introduced.
更に、本発明は、第1トレンチの底面の真下付近のP型層およびN−型エピタキシャル層のキャリアのライフタイムよりも、第1トレンチの側面の側方のP型層およびN−型エピタキシャル層のキャリアのライフタイムを長くすることができるMOSFETを提供することを目的とする。 Furthermore, the present invention provides a P-type layer and an N-type epitaxial layer on the lateral side of the first trench rather than the carrier lifetime of the P-type layer and the N-type epitaxial layer near the bottom of the first trench. An object of the present invention is to provide a MOSFET capable of extending the lifetime of the carrier.
また、本発明は、半導体チップのガードリング領域のP+型ポリシリコン層上にガードリング電極メタルが形成されない場合よりも、逆方向バイアス時の空亡層を半導体チップの周縁部側に延ばすことができるMOSFETを提供することを目的とする。 Further, according to the present invention, it is possible to extend the vacant layer at the time of reverse bias to the peripheral side of the semiconductor chip as compared with the case where the guard ring electrode metal is not formed on the P + type polysilicon layer in the guard ring region of the semiconductor chip. An object of the present invention is to provide a MOSFET that can be used.
更に、本発明は、逆方向バイアス時に隣接する2個の第1トレンチの間の接合界面の真下の空亡層の下端とN+型基板との間に存在している残留正孔(ホール)を、逆方向バイアスから順方向バイアスへの切換時に、重金属が局所的に分布されている第1トレンチの底面の酸化膜の開口の真下のN−型エピタキシャル層およびP型層、並びに、ソース電極メタルの電位に近い電位になっている第1トレンチの内部の高濃度のP+型ポリシリコン層を介して、ソース電極メタルに迅速に戻すことができるMOSFETを提供することを目的とする。 Furthermore, the present invention eliminates residual holes (holes) existing between the lower end of the vacant layer just below the junction interface between two adjacent first trenches and the N + type substrate during reverse bias. When switching from the reverse bias to the forward bias, the N− type epitaxial layer and the P type layer immediately below the opening of the oxide film at the bottom of the first trench where the heavy metal is locally distributed, and the source electrode metal An object of the present invention is to provide a MOSFET that can be quickly returned to the source electrode metal via a high-concentration P + type polysilicon layer inside the first trench that is close to the potential of the first trench.
請求項1に記載の発明によれば、ショットキー接合とPN接合とが並存する活性領域と、活性領域の外側に配置されたガードリング領域とを具備する半導体チップによって構成されるJBSにおいて、
N−型エピタキシャル層をN+型基板上に形成し、
第1酸化膜をN−型エピタキシャル層の表面全体に形成し、
複数のトレンチ形成用開口を活性領域およびガードリング領域の第1酸化膜に形成し、
複数のトレンチ形成用開口を介して活性領域およびガードリング領域に複数のトレンチを形成し、
複数のトレンチの側面および底面を介してN−型エピタキシャル層にP型不純物の導入・拡散を行うことによって、横方向および縦方向の拡散深さが約0.1〜0.2μmであって濃度が1016/cm3オーダーのP型層を複数のトレンチの側面および底面に沿って形成し、
第2酸化膜を複数のトレンチの側面および底面に形成し、
複数のトレンチの底面の第2酸化膜に開口を形成し、
ポリシリコンを複数のトレンチの内部に充填すると共に、複数のトレンチの内部に充填されたポリシリコンに対してP型不純物をドープすることによって、濃度が1018/cm3オーダー以上のP+型ポリシリコン層を複数のトレンチの内部に形成し、
複数のトレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層および複数のトレンチの底面の第2酸化膜の開口を介してP型層およびN−型エピタキシャル層に重金属を蒸着・拡散し、
複数のトレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層の表面に第3酸化膜を形成し、
N+型層形成用開口を半導体チップの周縁部の酸化膜に形成し、
N+型層形成用開口を介して半導体チップの周縁部にN+型層を形成し、
バリアメタル形成用開口を半導体チップの活性領域の酸化膜に形成し、
フィールドプレート用開口を半導体チップのガードリング領域のP+型ポリシリコン層上の酸化膜に形成し、
バリアメタル形成用開口を介して半導体チップの活性領域にバリアメタルを形成し、
アノード電極メタルをバリアメタル上に形成し、
フィールドプレート用開口を介して半導体チップのガードリング領域のP+型ポリシリコン層上にフィールドプレートを形成し、
EQR電極メタルを半導体チップの周縁部にN+型層上に形成し、
最終保護膜を半導体チップの表面全体に形成し、
アノード電極メタルと接続するためのコンタクト開口を最終保護膜に形成し、
カソード電極メタルを半導体チップの裏面に形成したことを特徴とするJBSが提供される。
According to the first aspect of the present invention, in a JBS configured by a semiconductor chip including an active region in which a Schottky junction and a PN junction coexist, and a guard ring region disposed outside the active region,
Forming an N− type epitaxial layer on an N + type substrate;
Forming a first oxide film over the entire surface of the N-type epitaxial layer;
Forming a plurality of trench formation openings in the first oxide film of the active region and the guard ring region;
A plurality of trenches are formed in the active region and the guard ring region through a plurality of trench formation openings,
By introducing and diffusing P-type impurities into the N − -type epitaxial layer through the side surfaces and bottom surfaces of the plurality of trenches, the diffusion depth in the horizontal and vertical directions is about 0.1 to 0.2 μm and the concentration Forming a P-type layer of the order of 10 16 / cm 3 along the side and bottom surfaces of the plurality of trenches,
Forming a second oxide film on the side and bottom surfaces of the plurality of trenches;
Forming openings in the second oxide film on the bottom surfaces of the plurality of trenches;
P + type polysilicon having a concentration of 10 18 / cm 3 or more is formed by filling polysilicon into the plurality of trenches and doping the polysilicon filled in the plurality of trenches with P type impurities. Forming a layer inside a plurality of trenches;
Depositing and diffusing heavy metal into the P-type layer and the N-type epitaxial layer through the P + type polysilicon layer formed inside the plurality of trenches and the opening of the second oxide film on the bottom surface of the plurality of trenches;
Forming a third oxide film on the surface of the P + type polysilicon layer formed in the plurality of trenches;
Forming an opening for N + type layer formation in the oxide film at the periphery of the semiconductor chip;
Forming an N + type layer on the periphery of the semiconductor chip through the N + type layer forming opening;
An opening for forming a barrier metal is formed in the oxide film in the active region of the semiconductor chip,
An opening for the field plate is formed in the oxide film on the P + type polysilicon layer in the guard ring region of the semiconductor chip,
A barrier metal is formed in the active region of the semiconductor chip through the opening for forming the barrier metal,
An anode electrode metal is formed on the barrier metal,
A field plate is formed on the P + type polysilicon layer in the guard ring region of the semiconductor chip through the field plate opening,
An EQR electrode metal is formed on the N + type layer at the periphery of the semiconductor chip,
A final protective film is formed on the entire surface of the semiconductor chip,
A contact opening for connecting to the anode electrode metal is formed in the final protective film,
A JBS is provided in which a cathode electrode metal is formed on the back surface of a semiconductor chip.
請求項2に記載の発明によれば、活性領域と活性領域の外側に配置されたガードリング領域とを具備する半導体チップによって構成されるMOSFETにおいて、
N−型エピタキシャル層をN+型基板上に形成し、
第1酸化膜をN−型エピタキシャル層の表面全体に形成し、
P型層形成用開口を活性領域の第1酸化膜に形成し、
P型層形成用開口を介してP型不純物の導入・拡散を行うことによって活性領域にP型層を形成し、
P型不純物の拡散中にP型層の表面に第2酸化膜を形成し、
複数の第1トレンチ形成用開口を活性領域およびガードリング領域の酸化膜に形成し、
複数の第1トレンチ形成用開口を介して活性領域およびガードリング領域に複数の第1トレンチを形成し、
複数の第1トレンチの側面および底面を介してN−型エピタキシャル層にP型不純物の導入・拡散を行うことによって、横方向および縦方向の拡散深さが約0.1〜0.2μmであって濃度が1016/cm3オーダーのP型層を複数の第1トレンチの側面および底面に沿って形成し、
第3酸化膜を複数の第1トレンチの側面および底面に形成し、
複数の第1トレンチの底面の第3酸化膜に開口を形成し、
ポリシリコンを複数の第1トレンチの内部に充填すると共に、複数の第1トレンチの内部に充填されたポリシリコンに対してP型不純物をドープすることによって、濃度が1018/cm3オーダー以上のP+型ポリシリコン層を複数の第1トレンチの内部に形成し、
複数の第1トレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層および複数の第1トレンチの底面の第3酸化膜の開口を介してその真下のP型層およびN−型エピタキシャル層に重金属を蒸着・拡散し、
複数の第1トレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層の表面に第4酸化膜を形成し、
N+型層形成用開口を半導体チップの周縁部の酸化膜と、半導体チップの活性領域の中央部のうち第1トレンチを除く部分の酸化膜とに形成し、
N+型層形成用開口を介して半導体チップの周縁部と、半導体チップの活性領域の中央部のうち第1トレンチを除く部分とにN+型層を形成し、
このN+型層の表面に第5酸化膜を形成し、
複数の第2トレンチ形成用開口を活性領域の中央部の酸化膜に形成し、
複数の第2トレンチ形成用開口を介して活性領域の中央部に複数の第2トレンチを形成し、
MOSFETのゲート酸化膜となる熱酸化膜を複数の第2トレンチの側面および底面に形成し、
ポリシリコンを複数の第2トレンチの内部に充填し、かつ、半導体チップの活性領域の周縁部の一部に堆積させると共に、複数の第2トレンチの内部に充填されたポリシリコンおよび半導体チップの活性領域の周縁部の一部に堆積せしめられたポリシリコンに対してN型不純物をドープすることによって、N+型ポリシリコン層を複数の第2トレンチの内部および半導体チップの活性領域の周縁部の一部に形成し、
第6酸化膜を半導体チップの表面全体に形成し、
活性領域の中央部のうち第2トレンチを除く部分の酸化膜、活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層上の一部の酸化膜、ガードリング領域のP+型ポリシリコン層上の一部の酸化膜、および、半導体チップの周縁部のN+型層上の一部の酸化膜に電極メタル形成用開口を形成し、
電極メタルを半導体チップの表面全体に形成し、
半導体チップの表面全体の電極メタルを、活性領域の中央部のソース電極メタルと、活性領域の周縁部のゲート配線引き回し電極メタルと、ゲート配線引き回し電極メタルよりも周縁部側に位置するソース電極メタルと、ガードリング電極メタルと、半導体チップの周縁部のEQR電極メタルとに電気的に分離し、
最終保護膜を半導体チップの表面全体に形成し、
ゲート電極として機能する第2トレンチの内部のN+型ポリシリコン層とゲート配線引き回し電極メタルとを電気的に接続し、
活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層の上側に位置するソース電極メタルと、活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層の下側に位置する第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層とを電気的に接続し、
ドレイン電極メタルを半導体チップの裏面に形成したことを特徴とするMOSFETが提供される。
According to the invention described in
Forming an N− type epitaxial layer on an N + type substrate;
Forming a first oxide film over the entire surface of the N-type epitaxial layer;
Forming a P-type layer forming opening in the first oxide film of the active region;
A P-type layer is formed in the active region by introducing and diffusing P-type impurities through the P-type layer forming opening,
Forming a second oxide film on the surface of the P-type layer during the diffusion of the P-type impurities;
Forming a plurality of first trench formation openings in the oxide film of the active region and the guard ring region;
Forming a plurality of first trenches in the active region and the guard ring region through a plurality of first trench formation openings;
By introducing and diffusing P-type impurities into the N − -type epitaxial layer through the side surfaces and bottom surfaces of the plurality of first trenches, the diffusion depth in the horizontal and vertical directions is about 0.1 to 0.2 μm. Forming a P-type layer with a concentration of the order of 10 16 / cm 3 along the side and bottom surfaces of the plurality of first trenches,
Forming a third oxide film on the side and bottom surfaces of the plurality of first trenches;
Forming an opening in the third oxide film on the bottom surface of the plurality of first trenches;
By filling polysilicon into the plurality of first trenches and doping the polysilicon filled in the plurality of first trenches with a P-type impurity, the concentration becomes 10 18 / cm 3 or more. Forming a P + type polysilicon layer inside the first trenches;
Heavy metal is deposited on the P + type polysilicon layer formed in the plurality of first trenches and the P-type layer and the N− type epitaxial layer immediately below the third oxide film through the openings of the third oxide films on the bottom surfaces of the plurality of first trenches.・ Diffusion,
Forming a fourth oxide film on the surface of the P + type polysilicon layer formed in the plurality of first trenches;
N + type layer forming openings are formed in the oxide film at the peripheral portion of the semiconductor chip and the oxide film in the central portion of the active region of the semiconductor chip excluding the first trench,
Forming an N + type layer on the periphery of the semiconductor chip through the N + type layer forming opening and a portion excluding the first trench in the central part of the active region of the semiconductor chip;
Forming a fifth oxide film on the surface of the N + type layer;
Forming a plurality of second trench formation openings in the oxide film in the center of the active region;
Forming a plurality of second trenches in the central portion of the active region through the plurality of second trench formation openings;
Forming a thermal oxide film to be a gate oxide film of the MOSFET on the side and bottom surfaces of the plurality of second trenches;
The polysilicon is filled in the plurality of second trenches and is deposited on a part of the peripheral portion of the active region of the semiconductor chip, and the polysilicon and the semiconductor chip filled in the plurality of second trenches are activated. By doping the polysilicon deposited on a part of the peripheral portion of the region with an N-type impurity, the N + -type polysilicon layer is formed inside the second trenches and on the peripheral portion of the active region of the semiconductor chip. Formed in the part,
Forming a sixth oxide film over the entire surface of the semiconductor chip;
Of the central portion of the active region, a portion of the oxide film excluding the second trench, a portion of the oxide film on the N + type polysilicon layer at the peripheral portion of the active region, and a portion of the guard ring region on the P + type polysilicon layer An opening for forming an electrode metal is formed in the oxide film and a part of the oxide film on the N + type layer at the periphery of the semiconductor chip,
Electrode metal is formed on the entire surface of the semiconductor chip,
The electrode metal on the entire surface of the semiconductor chip is divided into a source electrode metal at the center of the active region, a gate wiring routing electrode metal at the peripheral portion of the active region, and a source electrode metal positioned on the peripheral side of the gate wiring routing electrode metal. And electrically separating the guard ring electrode metal and the EQR electrode metal at the periphery of the semiconductor chip,
A final protective film is formed on the entire surface of the semiconductor chip,
Electrically connecting the N + type polysilicon layer inside the second trench functioning as the gate electrode and the gate wiring routing electrode metal;
A source electrode metal located above the N + type polysilicon layer at the periphery of the active region, and a P + type polysilicon layer inside the first trench located below the N + type polysilicon layer at the periphery of the active region; Electrically connect
There is provided a MOSFET characterized in that a drain electrode metal is formed on the back surface of a semiconductor chip.
請求項3に記載の発明によれば、活性領域と活性領域の外側に配置されたガードリング領域とを具備する半導体チップによって構成されるMOSFETにおいて、
N−型エピタキシャル層をN+型基板上に形成し、
第1酸化膜をN−型エピタキシャル層の表面全体に形成し、
P型層形成用開口を活性領域の第1酸化膜に形成し、
P型層形成用開口を介してP型不純物の導入・拡散を行うことによって活性領域にP型層を形成し、
P型不純物の拡散中にP型層の表面に第2酸化膜を形成し、
複数の第1トレンチ形成用開口を活性領域およびガードリング領域の酸化膜に形成し、
複数の第1トレンチ形成用開口を介して活性領域およびガードリング領域に複数の第1トレンチを形成し、
複数の第1トレンチの側面および底面を介してN−型エピタキシャル層にP型不純物の導入・拡散を行うことによって、横方向および縦方向の拡散深さが約0.1〜0.2μmであって濃度が1016/cm3オーダーのP型層を複数の第1トレンチの側面および底面に沿って形成し、
第3酸化膜を複数の第1トレンチの側面および底面に形成し、
複数の第1トレンチの底面の第3酸化膜に開口を形成し、
ポリシリコンを複数の第1トレンチの内部に充填すると共に、複数の第1トレンチの内部に充填されたポリシリコンに対してP型不純物をドープすることによって、濃度が1018/cm3オーダー以上のP+型ポリシリコン層を複数の第1トレンチの内部に形成し、
複数の第1トレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層および複数の第1トレンチの底面の第3酸化膜の開口を介してその真下のP型層およびN−型エピタキシャル層に重金属を蒸着・拡散し、
複数の第1トレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層の表面に第4酸化膜を形成し、
N+型層形成用開口を半導体チップの周縁部の酸化膜と、半導体チップの活性領域の中央部のうち、活性領域の周縁部に隣接する部分を除く部分であって、第1トレンチを除く部分の酸化膜とに形成し、
N+型層形成用開口を介して、半導体チップの周縁部と、半導体チップの活性領域の中央部のうち、活性領域の周縁部に隣接する部分を除く部分であって、第1トレンチを除く部分とにN+型層を形成し、
このN+型層の表面に第5酸化膜を形成し、
複数の第2トレンチ形成用開口を活性領域の中央部の酸化膜に形成し、
複数の第2トレンチ形成用開口を介して活性領域の中央部に複数の第2トレンチを形成し、
MOSFETのゲート酸化膜となる熱酸化膜を複数の第2トレンチの側面および底面に形成し、
ポリシリコンを複数の第2トレンチの内部に充填し、かつ、半導体チップの活性領域の周縁部の一部に堆積させると共に、複数の第2トレンチの内部に充填されたポリシリコンおよび半導体チップの活性領域の周縁部の一部に堆積せしめられたポリシリコンに対してN型不純物をドープすることによって、N+型ポリシリコン層を複数の第2トレンチの内部および半導体チップの活性領域の周縁部の一部に形成し、
第6酸化膜を半導体チップの表面全体に形成し、
活性領域の中央部のうち第2トレンチを除く部分の酸化膜、活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層上の一部の酸化膜、ガードリング領域のP+型ポリシリコン層上の一部の酸化膜、および、半導体チップの周縁部のN+型層上の一部の酸化膜に電極メタル形成用開口を形成し、
電極メタルを半導体チップの表面全体に形成し、
半導体チップの表面全体の電極メタルを、活性領域の中央部のソース電極メタルと、活性領域の周縁部のゲート配線引き回し電極メタルと、ゲート配線引き回し電極メタルよりも周縁部側に位置するソース電極メタルと、ガードリング電極メタルと、半導体チップの周縁部のEQR電極メタルとに電気的に分離し、
最終保護膜を半導体チップの表面全体に形成し、
ゲート電極として機能する第2トレンチの内部のN+型ポリシリコン層とゲート配線引き回し電極メタルとを電気的に接続し、
活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層の上側に位置するソース電極メタルと、活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層の下側に位置する第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層とを電気的に接続し、
ドレイン電極メタルを半導体チップの裏面に形成したことを特徴とするMOSFETが提供される。
According to the invention described in
Forming an N− type epitaxial layer on an N + type substrate;
Forming a first oxide film over the entire surface of the N-type epitaxial layer;
Forming a P-type layer forming opening in the first oxide film of the active region;
A P-type layer is formed in the active region by introducing and diffusing P-type impurities through the P-type layer forming opening,
Forming a second oxide film on the surface of the P-type layer during the diffusion of the P-type impurities;
Forming a plurality of first trench formation openings in the oxide film of the active region and the guard ring region;
Forming a plurality of first trenches in the active region and the guard ring region through a plurality of first trench formation openings;
By introducing and diffusing P-type impurities into the N − -type epitaxial layer through the side surfaces and bottom surfaces of the plurality of first trenches, the diffusion depth in the horizontal and vertical directions is about 0.1 to 0.2 μm. Forming a P-type layer with a concentration of the order of 10 16 / cm 3 along the side and bottom surfaces of the plurality of first trenches,
Forming a third oxide film on the side and bottom surfaces of the plurality of first trenches;
Forming an opening in the third oxide film on the bottom surface of the plurality of first trenches;
By filling polysilicon into the plurality of first trenches and doping the polysilicon filled in the plurality of first trenches with a P-type impurity, the concentration becomes 10 18 / cm 3 or more. Forming a P + type polysilicon layer inside the first trenches;
Heavy metal is deposited on the P + type polysilicon layer formed in the plurality of first trenches and the P-type layer and the N− type epitaxial layer immediately below the third oxide film through the openings of the third oxide films on the bottom surfaces of the plurality of first trenches.・ Diffusion,
Forming a fourth oxide film on the surface of the P + type polysilicon layer formed in the plurality of first trenches;
The N + type layer forming opening is a portion excluding the oxide film at the peripheral portion of the semiconductor chip and the central portion of the active region of the semiconductor chip, excluding the portion adjacent to the peripheral portion of the active region, and excluding the first trench Formed with the oxide film,
Of the peripheral portion of the semiconductor chip and the central portion of the active region of the semiconductor chip through the N + type layer forming opening, the portion excluding the portion adjacent to the peripheral portion of the active region, excluding the first trench And an N + type layer is formed on
Forming a fifth oxide film on the surface of the N + type layer;
Forming a plurality of second trench formation openings in the oxide film in the center of the active region;
Forming a plurality of second trenches in the central portion of the active region through the plurality of second trench formation openings;
Forming a thermal oxide film to be a gate oxide film of the MOSFET on the side and bottom surfaces of the plurality of second trenches;
The polysilicon is filled in the plurality of second trenches and is deposited on a part of the peripheral portion of the active region of the semiconductor chip, and the polysilicon and the semiconductor chip filled in the plurality of second trenches are activated. By doping the polysilicon deposited on a part of the peripheral portion of the region with an N-type impurity, the N + -type polysilicon layer is formed inside the second trenches and on the peripheral portion of the active region of the semiconductor chip. Formed in the part,
Forming a sixth oxide film over the entire surface of the semiconductor chip;
Of the central portion of the active region, a portion of the oxide film excluding the second trench, a portion of the oxide film on the N + type polysilicon layer at the peripheral portion of the active region, and a portion of the guard ring region on the P + type polysilicon layer An opening for forming an electrode metal is formed in the oxide film and a part of the oxide film on the N + type layer at the periphery of the semiconductor chip,
Electrode metal is formed on the entire surface of the semiconductor chip,
The electrode metal on the entire surface of the semiconductor chip is divided into a source electrode metal at the center of the active region, a gate wiring routing electrode metal at the peripheral portion of the active region, and a source electrode metal positioned on the peripheral side of the gate wiring routing electrode metal. And electrically separating the guard ring electrode metal and the EQR electrode metal at the periphery of the semiconductor chip,
A final protective film is formed on the entire surface of the semiconductor chip,
Electrically connecting the N + type polysilicon layer inside the second trench functioning as the gate electrode and the gate wiring routing electrode metal;
A source electrode metal located above the N + type polysilicon layer at the periphery of the active region, and a P + type polysilicon layer inside the first trench located below the N + type polysilicon layer at the periphery of the active region; Electrically connect
There is provided a MOSFET characterized in that a drain electrode metal is formed on the back surface of a semiconductor chip.
請求項1に記載のJBSでは、N−型エピタキシャル層がN+型基板上に形成され、第1酸化膜(フィールド酸化膜)がN−型エピタキシャル層の表面全体に形成される。更に、複数のトレンチ形成用開口が活性領域およびガードリング領域の第1酸化膜に形成され、複数のトレンチ形成用開口を介して活性領域およびガードリング領域に複数のトレンチが、例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成される。 In the JBS according to the first aspect, the N− type epitaxial layer is formed on the N + type substrate, and the first oxide film (field oxide film) is formed on the entire surface of the N− type epitaxial layer. Further, a plurality of trench formation openings are formed in the first oxide film in the active region and the guard ring region, and a plurality of trenches are formed in the active region and the guard ring region through the plurality of trench formation openings, for example, reactive ion etching. It is formed by law.
好ましくは、請求項1に記載のJBSでは、半導体チップの活性領域の周縁部のトレンチの幅寸法が、半導体チップの活性領域の他のトレンチの幅寸法よりも大きくされる。 Preferably, in the JBS according to the first aspect, the width dimension of the trench in the peripheral portion of the active region of the semiconductor chip is made larger than the width dimension of other trenches in the active region of the semiconductor chip.
更に、好ましくは、請求項1に記載のJBSでは、半導体チップのガードリング領域に2本の環状のトレンチが形成される。 Further preferably, in the JBS according to the first aspect, two annular trenches are formed in the guard ring region of the semiconductor chip.
また、好ましくは、請求項1に記載のJBSでは、複数のトレンチが半導体チップの活性領域およびガードリング領域に形成された後に、各トレンチの側面および底面の表面平滑化処理が行われる。表面平滑化処理では、例えば低温での犠牲酸化処理によって各トレンチの側面および底面に酸化膜が形成され、次いで、その酸化膜が剥離される。この表面平滑化処理が行われることにより、各トレンチの側面および底面が粗い場合よりもリーク電流を低減することができる。 Preferably, in the JBS according to the first aspect, after the plurality of trenches are formed in the active region and the guard ring region of the semiconductor chip, the surface smoothing process is performed on the side surface and the bottom surface of each trench. In the surface smoothing process, an oxide film is formed on the side and bottom surfaces of each trench by, for example, a sacrificial oxidation process at a low temperature, and then the oxide film is peeled off. By performing this surface smoothing treatment, the leakage current can be reduced as compared with the case where the side and bottom surfaces of each trench are rough.
また、請求項1に記載のJBSでは、複数のトレンチの側面および底面を介してN−型エピタキシャル層にP型不純物の導入・拡散を行うことによって、横方向および縦方向の拡散深さが約0.1〜0.2μmであって濃度が1016/cm3オーダーのP型層が、複数のトレンチの側面および底面に沿って形成される。詳細には、例えば斜めイオン注入法、CVDデポジション、低温拡散デポジション等によって、P型不純物の導入が行われる。また、詳細には、P型不純物の導入・拡散によって形成されたP型層の表面濃度が1016/cm3オーダーにされる。
In the JBS according to
更に、請求項1に記載のJBSでは、第2酸化膜が複数のトレンチの側面および底面に形成され、開口が複数のトレンチの底面の第2酸化膜に形成され、複数のトレンチの側面には第2酸化膜が残される。詳細には、例えばリアクティブイオンエッチング法などによってトレンチの底面の第2酸化膜のみがエッチング除去される。このエッチング除去は、SiO2/Siのエッチングレートが比較的大きいエッチング条件で行われる。
Further, in the JBS according to
また、請求項1に記載のJBSでは、ポリシリコンを複数のトレンチの内部に充填すると共に、複数のトレンチの内部に充填されたポリシリコンに対してP型不純物をドープすることによって、濃度が1018/cm3オーダー以上のP+型ポリシリコン層が、複数のトレンチの内部に形成される。
In the JBS according to
好ましくは、請求項1に記載のJBSでは、ポリシリコンが各トレンチの内部に選択的に充填されるのではなく、半導体チップの表面全体にポリシリコンを堆積させ、次いで、複数のトレンチの内部にのみポリシリコンが残るように、余分なポリシリコンをエッチバックすることにより、ポリシリコンが複数のトレンチの内部に充填される。
Preferably, in the JBS according to
更に、請求項1に記載のJBSでは、複数のトレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層および複数のトレンチの底面の第2酸化膜の開口を介してP型層およびN−型エピタキシャル層に例えば白金等のようなライフタイムキラーとしての重金属が蒸着・拡散される。
Furthermore, in the JBS according to
また、請求項1に記載のJBSでは、複数のトレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層の表面に第3酸化膜が形成される。 In the JBS of the first aspect, the third oxide film is formed on the surface of the P + type polysilicon layer formed inside the plurality of trenches.
好ましくは、請求項1に記載のJBSでは、トレンチの内部のP+型ポリシリコン層の表面に第3酸化膜が形成される時に、トレンチの内部のP+型ポリシリコン層の表面のみに第3酸化膜が形成されるのではなく、半導体チップの表面全体に第3酸化膜が形成される。詳細には、第3酸化膜は、例えば熱酸化、CVD酸化などによって形成される。
Preferably, in the JBS according to
更に、請求項1に記載のJBSでは、N+型層形成用開口が半導体チップの周縁部の酸化膜に形成され、N+型層形成用開口を介して半導体チップの周縁部にN+型層が形成される。
Further, in the JBS according to
また、請求項1に記載のJBSでは、バリアメタル形成用開口が半導体チップの活性領域の酸化膜に形成され、フィールドプレート用開口が半導体チップのガードリング領域のP+型ポリシリコン層上の酸化膜に形成される。
In the JBS according to
更に、請求項1に記載のJBSでは、バリアメタル形成用開口を介して半導体チップの活性領域にバリアメタルが、例えばスパッタリング法、蒸着法などによって形成される。 Furthermore, in the JBS according to the first aspect, the barrier metal is formed in the active region of the semiconductor chip through the opening for forming the barrier metal, for example, by a sputtering method, a vapor deposition method or the like.
更に、請求項1に記載のJBSでは、アノード電極メタルが例えばスパッタリング法、蒸着法などによってバリアメタル上に形成され、フィールドプレート用開口を介して半導体チップのガードリング領域のP+型ポリシリコン層上にフィールドプレートが例えばスパッタリング法、蒸着法などによって形成され、EQR電極メタルが例えばスパッタリング法、蒸着法などによって半導体チップの周縁部にN+型層上に形成される。
Further, in the JBS according to
また、請求項1に記載のJBSでは、最終保護膜が半導体チップの表面全体に形成され、アノード電極メタルと接続するためのコンタクト開口が最終保護膜に形成され、カソード電極メタルが半導体チップの裏面に形成される。
In the JBS according to
好ましくは、請求項1に記載のJBSでは、オーミック接触を確実にするためのシンタリング処理が例えば400℃程度の不活性ガス中で適宜行われる。 Preferably, in the JBS according to the first aspect, the sintering process for ensuring the ohmic contact is appropriately performed in an inert gas of about 400 ° C., for example.
つまり、請求項1に記載のJBSでは、半導体チップの活性領域において、バリアメタルとN−型エピタキシャル層とによるショットキー接合と、P型層とN−型エピタキシャル層とによるPN接合とが、並存している。更に、ガードリング領域が活性領域の外側に配置されている。
In other words, in the JBS according to
詳細には、請求項1に記載のJBSでは、半導体チップの活性領域の周縁部のトレンチと、半導体チップの活性領域の外側のガードリング領域のトレンチと、ガードリング領域の外側のN−型エピタキシャル層と、半導体チップの周縁部のN+型層とによって耐圧維持構造が形成されている。
Specifically, in the JBS according to
更に、請求項1に記載のJBSでは、トレンチ構造が採用されているため、請求項1に記載のJBSによれば、トレンチ構造が採用されていない場合よりも半導体チップの横方向寸法を小型化することができる。
Furthermore, since the JBS according to
また、請求項1に記載のJBSでは、半導体チップのガードリング領域のP+型ポリシリコン層上にフィールドプレートが形成される。そのため、請求項1に記載のJBSによれば、半導体チップのガードリング領域のP+型ポリシリコン層上にフィールドプレートが形成されない場合よりも、逆方向バイアス時の空亡層を半導体チップの周縁部側に延ばすことができる。 In the JBS according to the first aspect, a field plate is formed on the P + type polysilicon layer in the guard ring region of the semiconductor chip. Therefore, according to the JBS of the first aspect, the vacant layer at the time of reverse bias is formed in the peripheral portion of the semiconductor chip as compared with the case where the field plate is not formed on the P + type polysilicon layer in the guard ring region of the semiconductor chip. Can be extended to the side.
更に、請求項1に記載のJBSでは、複数のトレンチの内部のP+型ポリシリコン層の濃度が1018/cm3オーダー以上にされる。そのため、請求項1に記載のJBSによれば、半導体チップの活性領域のP+型ポリシリコン層とバリアメタルとをオーミック接触させることができ、その結果、順方向バイアス時に、アノード電極メタルの電位を、トレンチの側面に沿って形成されたP型層よりも速くトレンチの内部のP+型ポリシリコン層に伝えることができる。 Furthermore, in the JBS according to the first aspect, the concentration of the P + type polysilicon layer inside the plurality of trenches is set to the order of 10 18 / cm 3 or more. Therefore, according to the JBS of the first aspect, the P + type polysilicon layer in the active region of the semiconductor chip and the barrier metal can be brought into ohmic contact, and as a result, the potential of the anode electrode metal can be set during forward bias. It can be transmitted to the P + type polysilicon layer inside the trench faster than the P type layer formed along the side surface of the trench.
換言すれば、請求項1に記載のJBSでは、複数のトレンチの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されている。そのため、請求項1に記載のJBSによれば、複数のトレンチの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されていない場合よりも、順方向バイアス時に、P+型ポリシリコン層の下側の空亡層をカソード電極側に延ばすことができ、その結果、隣接する2つのトレンチの間のN−型エピタキシャル層空間を簡単にピンチオフさせることができる。 In other words, in the JBS according to the first aspect, a high concentration P + type polysilicon layer is formed inside the plurality of trenches. Therefore, according to the JBS of the first aspect, when the forward bias is applied, the lower side of the P + type polysilicon layer is lower than the case where the high concentration P + type polysilicon layer is not formed inside the plurality of trenches. The sky layer can be extended to the cathode electrode side, and as a result, the N-type epitaxial layer space between two adjacent trenches can be easily pinched off.
詳細には、請求項1に記載のJBSでは、順方向バイアス時に、隣接する2つのトレンチの間のピンチオフされたN−型エピタキシャル層空間において、水平方向逆向きの電界およびバリアメタルとN−型エピタキシャル層とのN型ショットキー接合界面から下向きに押し出される電界が相殺し合い、Resurf効果のようなものが起こり、バリアメタルとN−型エピタキシャル層とのN型ショットキー接合界面の電界が大幅に下がる。そのため、請求項1に記載のJBSによれば、順方向バイアス時にバリアメタルとN−型エピタキシャル層とのN型ショットキー接合界面の電界が高くなるのに伴って、リーク電流が増大したり、キヤリア移動度が低下したりしてしまうのを抑制することができ、安全にJBSを運転することができる。
In particular, in the JBS according to
ポリシリコン層中の重金属の拡散速度がN−型エピタキシャル層中の重金属の拡散速度よりも速く、酸化膜中の重金属の拡散速度がN−型エピタキシャル層中の重金属の拡散速度よりも遅い点に鑑み、請求項1に記載のJBSでは、上述したように、複数のトレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層および複数のトレンチの底面の第2酸化膜の開口を介してP型層およびN−型エピタキシャル層に重金属が拡散される。そのため、請求項1に記載のJBSによれば、トレンチの底面の第2酸化膜の開口の真下付近のP型層およびN−型エピタキシャル層に重金属を局所的に拡散させることができる。つまり、請求項1に記載のJBSによれば、トレンチの側面の第2酸化膜の側方のP型層およびN−型エピタキシャル層のキャリアのライフタイムを長いままに維持することができる。 The diffusion rate of heavy metals in the polysilicon layer is faster than the diffusion rate of heavy metals in the N− type epitaxial layer, and the diffusion rate of heavy metals in the oxide film is slower than the diffusion rate of heavy metals in the N− type epitaxial layer. In view of the above, in the JBS of the first aspect, as described above, the P + type polysilicon layer formed inside the plurality of trenches and the P type layer through the opening of the second oxide film on the bottom surface of the plurality of trenches, and Heavy metal is diffused into the N-type epitaxial layer. Therefore, according to the JBS of the first aspect, heavy metal can be locally diffused in the P-type layer and the N − -type epitaxial layer near the opening of the second oxide film on the bottom surface of the trench. In other words, according to the JBS of the first aspect, the carrier lifetime of the P-type layer and the N− type epitaxial layer on the side of the second oxide film on the side surface of the trench can be maintained long.
また、請求項1に記載のJBSでは、上述したように、複数のトレンチの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されている。つまり、請求項1に記載のJBSでは、高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されている複数のトレンチの内部において、多数キャリアとなる正孔が十分に活性化されておらず、正孔の移動度が十分に高くなっていない。そのため、請求項1に記載のJBSによれば、トレンチの内部、トレンチの底面の第2酸化膜の開口、および、その真下のP型層を介してN−型エピタキシャル層に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。
In the JBS according to the first aspect, as described above, a high-concentration P + type polysilicon layer is formed inside the plurality of trenches. That is, in the JBS according to
更に、請求項1に記載のJBSでは、上述したように、トレンチの底面の第2酸化膜の開口を介してその真下のP型層にライフタイムキラーとしての重金属が導入されている。つまり、請求項1に記載のJBSでは、トレンチの底面の第2酸化膜の開口の真下のP型層において、キャリアとしての正孔のライフタイムが短くなっている。そのため、請求項1に記載のJBSによれば、トレンチの内部、トレンチの底面の第2酸化膜の開口、および、その真下のP型層を介してN−型エピタキシャル層に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。 Furthermore, in the JBS according to the first aspect, as described above, heavy metal as a lifetime killer is introduced into the P-type layer immediately below the second oxide film opening at the bottom of the trench. That is, in the JBS according to the first aspect, the lifetime of holes as carriers is shortened in the P-type layer immediately below the opening of the second oxide film on the bottom surface of the trench. Therefore, according to the JBS of the first aspect, as carriers injected into the N − type epitaxial layer through the opening of the second oxide film at the bottom of the trench, and the P type layer directly below the trench, The amount of holes injected can be limited.
また、請求項1に記載のJBSでは、上述したように、トレンチの側面には第2酸化膜が残されている。つまり、請求項1に記載のJBSでは、トレンチの内部、トレンチの側面の第2酸化膜、および、その側方のP型層を介してN−型エピタキシャル層にキャリアとしての正孔が注入されることはない。
Moreover, in JBS of
更に、請求項1に記載のJBSでは、トレンチの側面に沿って形成されたP型層とその上側のバリアメタルとの界面は、P型ショットキー接合界面を構成している。つまり、請求項1に記載のJBSでは、順方向バイアス時に、トレンチの側面に沿って形成されたP型層とその上側のバリアメタルとのP型ショットキー接合界面が、逆向きに接続されたP型ショットキーバリアダイオードとして機能する。そのため、請求項1に記載のJBSによれば、バリアメタルおよびトレンチの側面に沿って形成されたP型層を介してN−型エピタキシャル層に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。 Further, in the JBS according to the first aspect, the interface between the P-type layer formed along the side surface of the trench and the barrier metal above it forms a P-type Schottky junction interface. That is, in the JBS according to the first aspect, at the time of forward bias, the P-type Schottky junction interface between the P-type layer formed along the side surface of the trench and the upper barrier metal is connected in the opposite direction. Functions as a P-type Schottky barrier diode. Therefore, according to the JBS of the first aspect, the injection amount of holes as carriers injected into the N− type epitaxial layer via the P type layer formed along the side surfaces of the barrier metal and the trench is limited. can do.
つまり、請求項1に記載のJBSによれば、トレンチの内部のP+型ポリシリコン層の濃度が1018/cm3オーダー未満にされている場合や、トレンチの底面からライフタイムキラーとしての重金属が導入されていない場合や、トレンチの側面に酸化膜が形成されていない場合や、トレンチの側面に沿って形成されたP型層とバリアメタルとによってP型ショットキー接合界面が構成されていない場合よりも、N−型エピタキシャル層へのキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。 That is, according to the JBS of the first aspect, when the concentration of the P + type polysilicon layer in the trench is less than the order of 10 18 / cm 3, or when heavy metal as a lifetime killer is generated from the bottom of the trench. When not introduced, when the oxide film is not formed on the side surface of the trench, or when the P-type Schottky junction interface is not configured by the P-type layer and the barrier metal formed along the side surface of the trench Rather, the amount of holes injected as carriers into the N − type epitaxial layer can be limited.
また、請求項1に記載のJBSでは、隣接する2個のトレンチの間に、バリアメタルとN型ショットキー接合界面を構成するN−型エピタキシャル層が配置されている。そのため、請求項1に記載のJBSでは、逆方向バイアス時に、トレンチの真下の空亡層の下端よりも、隣接する2個のトレンチの間のN型ショットキー接合界面の真下の空亡層の下端が高い位置に位置する。その結果、請求項1に記載のJBSによれば、逆方向バイアス時に、隣接する2個のトレンチの間のN型ショットキー接合界面の真下の空亡層の下端とN+型基板との間に残留正孔(ホール)を存在させることができる。
In the JBS according to the first aspect, an N− type epitaxial layer constituting an interface between the barrier metal and the N type Schottky junction is disposed between two adjacent trenches. Therefore, in the JBS according to
更に、請求項1に記載のJBSでは、上述したように、トレンチの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されており、トレンチの内部で多数キャリアとなる正孔が十分に活性化されていない。更に、トレンチの内部のP+型ポリシリコン層に拡散された重金属が、トレンチの底面の酸化膜の開口を介して、その真下のP型層およびN−型エピタキシャル層に局所的に分布している。 Further, in the JBS according to the first aspect, as described above, a high-concentration P + type polysilicon layer is formed inside the trench, and holes serving as majority carriers are sufficiently activated inside the trench. Not. Further, the heavy metal diffused in the P + type polysilicon layer inside the trench is locally distributed in the P type layer and the N− type epitaxial layer directly below the opening of the oxide film at the bottom of the trench. .
そのため、請求項1に記載のJBSでは、逆方向バイアス時に隣接する2個のトレンチの間のN型ショットキー接合界面の真下の空亡層の下端とN+型基板との間に存在している残留正孔(ホール)が、逆方向バイアスから順方向バイアスへの切換時に、重金属が局所的に分布されているトレンチの底面の酸化膜の開口の真下のN−型エピタキシャル層およびP型層、並びに、アノード電極メタルの電位に近い電位になっているトレンチの内部の高濃度のP+型ポリシリコン層を介して、アノード電極メタルに迅速に戻される。 Therefore, in the JBS according to the first aspect, when the reverse bias is applied, the JBS exists between the lower end of the empty layer immediately below the N-type Schottky junction interface between two adjacent trenches and the N + type substrate. N-type epitaxial layer and P-type layer immediately below the oxide film opening at the bottom of the trench where heavy metals are locally distributed when the residual holes (holes) are switched from reverse bias to forward bias; At the same time, it is quickly returned to the anode electrode metal through the high-concentration P + type polysilicon layer inside the trench that is close to the potential of the anode electrode metal.
つまり、請求項1に記載のJBSによれば、トレンチの底面の真下のP型層およびN−型エピタキシャル層に重金属が局所的に分布されていない場合や、トレンチの内部に1018/cm3オーダー以上の高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されていない場合よりも、逆回復時間(trr)を短くすることができ、ソフトリカバリーを達成することができる。 That is, according to the JBS of the first aspect, when heavy metal is not locally distributed in the P-type layer and the N− type epitaxial layer directly below the bottom surface of the trench, or in the inside of the trench, 10 18 / cm 3. The reverse recovery time (trr) can be shortened and soft recovery can be achieved as compared with the case where a high-concentration P + type polysilicon layer is not formed.
ちなみに、請求項1に記載のJBSでは、逆方向バイアス時に隣接する2個のトレンチの間のN型ショットキー接合界面の真下の空亡層の下端とN+型基板との間に存在している残留正孔(ホール)の一部が、逆方向バイアスから順方向バイアスへの切換時に、トレンチの側面に沿って形成された1016/cm3オーダーの低濃度であって単結晶層のP型層、および、そのP型層とバリアメタルとのP型ショットキー接合界面を介して、アノード電極メタルに戻される。
By the way, in the JBS according to
請求項2に記載のMOSFETでは、N−型エピタキシャル層がN+型基板上に形成され、第1酸化膜(フィールド酸化膜)がN−型エピタキシャル層の表面全体に形成される。更に、P型層形成用開口が活性領域の第1酸化膜に形成され、P型層形成用開口を介してP型不純物の導入・拡散を行うことによって活性領域にP型層が形成される。
In the MOSFET according to
好ましくは、請求項2に記載のMOSFETでは、その後の熱処理によってP型不純物の拡散深度が増加することを考慮し、この段階におけるP型不純物の拡散深度は、目標の拡散深度よりも浅めに設定される。
Preferably, in the MOSFET according to
更に、請求項2に記載のMOSFETでは、P型不純物の拡散中に第2酸化膜がP型層の表面に形成される。また、複数の第1トレンチ形成用開口が活性領域およびガードリング領域の酸化膜に形成され、複数の第1トレンチ形成用開口を介して活性領域およびガードリング領域に複数の第1トレンチが、例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成される。
Furthermore, in the MOSFET according to
好ましくは、請求項2に記載のMOSFETでは、半導体チップの活性領域の周縁部のトレンチの幅寸法が、半導体チップの活性領域の他のトレンチの幅寸法よりも大きくされる。
Preferably, in the MOSFET according to
また、好ましくは、請求項2に記載のMOSFETでは、半導体チップのガードリング領域に1本の環状の第1トレンチが形成される。
Preferably, in the MOSFET according to
更に、好ましくは、請求項2に記載のMOSFETでは、複数の第1トレンチが半導体チップの活性領域およびガードリング領域に形成された後に、各第1トレンチの側面および底面の表面平滑化処理が行われる。表面平滑化処理では、例えば低温での犠牲酸化処理によって各第1トレンチの側面および底面に酸化膜が形成され、次いで、その酸化膜が剥離される。この表面平滑化処理が行われることにより、各第1トレンチの側面および底面が粗い場合よりもリーク電流を低減することができる。
Furthermore, preferably, in the MOSFET according to
また、請求項2に記載のMOSFETでは、複数の第1トレンチの側面および底面を介してN−型エピタキシャル層にP型不純物の導入・拡散を行うことによって、横方向および縦方向の拡散深さが約0.1〜0.2μmであって濃度が1016/cm3オーダーのP型層が、複数の第1トレンチの側面および底面に沿って形成される。詳細には、例えば斜めイオン注入法、CVDデポジション、低温拡散デポジション等によって、P型不純物の導入が行われる。また、詳細には、P型不純物の導入・拡散によって形成されたP型層の表面濃度が1016/cm3オーダーにされる。
In the MOSFET according to
更に、請求項2に記載のMOSFETでは、第3酸化膜が複数の第1トレンチの側面および底面に形成され、開口が複数の第1トレンチの底面の第3酸化膜に形成され、複数の第1トレンチの側面には第3酸化膜が残される。詳細には、例えばリアクティブイオンエッチング法などによって第1トレンチの底面の第3酸化膜のみがエッチング除去される。このエッチング除去は、SiO2/Siのエッチングレートが比較的大きいエッチング条件で行われる。
Furthermore, in the MOSFET according to
また、請求項2に記載のMOSFETでは、ポリシリコンを複数の第1トレンチの内部に充填すると共に、複数の第1トレンチの内部に充填されたポリシリコンに対してP型不純物をドープすることによって、濃度が1018/cm3オーダー以上のP+型ポリシリコン層が、複数の第1トレンチの内部に形成される。
In the MOSFET according to
好ましくは、請求項2に記載のMOSFETでは、ポリシリコンが各第1トレンチの内部に選択的に充填されるのではなく、半導体チップの表面全体にポリシリコンを堆積させ、次いで、複数の第1トレンチの内部にのみポリシリコンが残るように、余分なポリシリコンをエッチバックすることにより、ポリシリコンが複数の第1トレンチの内部に充填される。
Preferably, in the MOSFET according to
更に、請求項2に記載のMOSFETでは、複数の第1トレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層および複数の第1トレンチの底面の第3酸化膜の開口を介してその真下のP型層およびN−型エピタキシャル層に例えば白金等のようなライフタイムキラーとしての重金属が蒸着・拡散される。
Furthermore, in the MOSFET according to
また、請求項2に記載のMOSFETでは、複数の第1トレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層の表面に第4酸化膜が形成される。
In the MOSFET according to
好ましくは、請求項2に記載のMOSFETでは、第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層の表面に第4酸化膜が形成される時に、第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層の表面のみに第4酸化膜が選択的に形成されるのではなく、半導体チップの表面全体に第4酸化膜が形成される。詳細には、第4酸化膜は、例えば熱酸化、CVD酸化などによって形成される。
Preferably, in the MOSFET according to
更に、請求項2に記載のMOSFETでは、N+型層形成用開口が、半導体チップの周縁部の酸化膜と、半導体チップの活性領域の中央部のうち第1トレンチを除く部分の酸化膜とに形成される。
Further, in the MOSFET according to
また、請求項2に記載のMOSFETでは、N+型層形成用開口を介して半導体チップの周縁部と、半導体チップの活性領域の中央部のうち第1トレンチを除く部分とにN+型層が形成される。詳細には、請求項2に記載のMOSFETでは、半導体チップの活性領域の中央部に形成されたN+型層は、MOSFETのセルとして機能する。
In the MOSFET according to
また、請求項2に記載のMOSFETでは、このN+型層の表面に第5酸化膜が形成される。詳細には、第5酸化膜は、例えば熱酸化、CVD酸化などによって形成される。
In the MOSFET according to
更に、請求項2に記載のMOSFETでは、複数の第2トレンチ形成用開口が活性領域の中央部の酸化膜に形成され、複数の第2トレンチ形成用開口を介して活性領域の中央部に複数の第2トレンチが、例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成される。
Further, in the MOSFET according to
好ましくは、請求項2に記載のMOSFETでは、複数の第2トレンチが半導体チップの活性領域の中央部に形成された後に、各第2トレンチの側面および底面の表面平滑化処理が行われる。表面平滑化処理では、例えば低温での犠牲酸化処理によって各第2トレンチの側面および底面に酸化膜が形成され、次いで、その酸化膜が剥離される。この表面平滑化処理が行われることにより、各第2トレンチの側面および底面が粗い場合よりも、リーク電流を低減することができ、良質のゲート酸化膜を得ることができる。詳細には、MOSFETのチャンネル部となる各第2トレンチの側面の表面平滑化処理が行われることにより、表面平滑化処理が行われない場合よりも、チャンネルを通過する多数キャリアである電子のチャンネル移動度(μch)を向上させることができる。
Preferably, in the MOSFET according to
また、請求項2に記載のMOSFETでは、MOSFETのゲート酸化膜となる熱酸化膜が複数の第2トレンチの側面および底面に形成される。 According to a second aspect of the present invention, the thermal oxide film that becomes the gate oxide film of the MOSFET is formed on the side and bottom surfaces of the plurality of second trenches.
好ましくは、請求項2に記載のMOSFETでは、MOSFETのゲート酸化膜となる熱酸化膜が極めて清浄な雰囲気ガスの下で形成される。
Preferably, in the MOSFET according to
更に、請求項2に記載のMOSFETでは、ポリシリコンを複数の第2トレンチの内部に充填し、かつ、半導体チップの活性領域の周縁部の一部に堆積させると共に、複数の第2トレンチの内部に充填されたポリシリコンおよび半導体チップの活性領域の周縁部の一部に堆積せしめられたポリシリコンに対してN型不純物をドープすることによって、N+型ポリシリコン層が複数の第2トレンチの内部および半導体チップの活性領域の周縁部の一部に形成される。半導体チップの活性領域の周縁部の一部に形成されたN+型ポリシリコン層は、後でゲート配線引き回しのために用いられる。
Furthermore, in the MOSFET according to
好ましくは、請求項2に記載のMOSFETでは、ポリシリコンが各第2トレンチの内部に選択的に充填されると共に、半導体チップの活性領域の周縁部の一部に選択的に堆積せしめられるのではなく、半導体チップの表面全体にポリシリコンを堆積させ、次いで、複数の第2トレンチの内部および半導体チップの活性領域の周縁部の一部にポリシリコンが残るように、余分なポリシリコンがエッチバックされる。
Preferably, in the MOSFET according to
また、請求項2に記載のMOSFETでは、第6酸化膜が半導体チップの表面全体に形成される。詳細には、第6酸化膜は、例えば熱酸化、CVD酸化などによって形成される。
In the MOSFET according to
更に、請求項2に記載のMOSFETでは、活性領域の中央部のうち第2トレンチを除く部分の酸化膜、活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層上の一部の酸化膜、ガードリング領域のP+型ポリシリコン層上の一部の酸化膜、および、半導体チップの周縁部のN+型層上の一部の酸化膜に、電極メタル形成用開口が形成される。
Furthermore, in the MOSFET according to
また、請求項2に記載のMOSFETでは、電極メタルが半導体チップの表面全体に例えばスパッタリング法、蒸着法などによって形成される。
In the MOSFET according to
更に、請求項2に記載のMOSFETでは、半導体チップの表面全体の電極メタルが、活性領域の中央部のソース電極メタルと、活性領域の周縁部のゲート配線引き回し電極メタルと、ゲート配線引き回し電極メタルよりも周縁部側に位置するソース電極メタルと、ガードリング電極メタルと、半導体チップの周縁部のEQR電極メタルとに電気的に分離してパターニングされる。
Furthermore, in the MOSFET according to
その結果、請求項2に記載のMOSFETでは、ゲート電極として機能する第2トレンチの内部のN+型ポリシリコン層とゲート配線引き回し電極メタルとが、電気的に接続されることになる。
As a result, in the MOSFET according to
更に、請求項2に記載のMOSFETでは、活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層の上側に位置するソース電極メタルと、活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層の下側に位置する第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層とが、電気的に接続される。
Furthermore, in the MOSFET according to
また、請求項2に記載のMOSFETでは、ドレイン電極メタルが半導体チップの裏面に形成される。 In the MOSFET of the second aspect, the drain electrode metal is formed on the back surface of the semiconductor chip.
好ましくは、請求項2に記載のMOSFETでは、オーミック接触を確実にするためのシンタリング処理が例えば400℃程度の不活性ガス中で適宜行われる。 Preferably, in the MOSFET according to the second aspect, the sintering process for ensuring the ohmic contact is appropriately performed in an inert gas of about 400 ° C., for example.
つまり、請求項2に記載のMOSFETでは、ガードリング領域が活性領域の外側に配置されている。 That is, in the MOSFET according to the second aspect, the guard ring region is disposed outside the active region.
詳細には、請求項2に記載のMOSFETでは、半導体チップの活性領域の周縁部の第1トレンチと、半導体チップの活性領域の外側のガードリング領域の第1トレンチと、ガードリング領域の外側のN−型エピタキシャル層と、半導体チップの周縁部のN+型層とによって耐圧維持構造が形成されている。
Specifically, in the MOSFET according to
更に、請求項2に記載のMOSFETでは、トレンチ構造が採用されているため、請求項2に記載のMOSFETによれば、トレンチ構造が採用されていない場合よりも半導体チップの横方向寸法を小型化することができる。
Furthermore, since the MOSFET according to
また、請求項2に記載のMOSFETでは、半導体チップのガードリング領域のP+型ポリシリコン層上にガードリング電極メタルが形成される。そのため、請求項2に記載のMOSFETによれば、半導体チップのガードリング領域のP+型ポリシリコン層上にガードリング電極メタルが形成されない場合よりも、逆方向バイアス時の空亡層を半導体チップの周縁部側に延ばすことができる。
In the MOSFET according to
更に、請求項2に記載のMOSFETでは、複数の第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層の濃度が1018/cm3オーダー以上にされる。そのため、請求項2に記載のMOSFETによれば、半導体チップの活性領域のP+型ポリシリコン層とソース電極メタルとをオーミック接触させることができ、その結果、順方向バイアス時に、ソース電極メタルの電位を、第1トレンチの側面に沿って形成されたP型層よりも速く第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層に伝えることができる。
Furthermore, in the MOSFET according to
換言すれば、請求項2に記載のMOSFETでは、複数の第1トレンチの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されている。そのため、請求項2に記載のMOSFETによれば、複数の第1トレンチの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されていない場合よりも、順方向バイアス時に、P+型ポリシリコン層の下側の空亡層をドレイン電極側に延ばすことができ、その結果、隣接する2つの第1トレンチの間の空間を簡単にピンチオフさせることができる。
In other words, in the MOSFET according to
詳細には、請求項2に記載のMOSFETでは、複数の第1トレンチの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されているため、請求項2に記載のMOSFETでは、P+型ポリシリコン層の下側のN−型エピタキシャル層に延びる空亡層が、迅速にN+型基板側に到達する。その結果、第1トレンチの下側部分では、電界強度が他の部分に比べて最大となる。つまり、請求項2に記載のMOSFETでは、第2トレンチの下側部分の電界強度が相対的に低くなり、第2トレンチの側面のゲート酸化膜にかかる電界強度が低く抑えられる。そのため、請求項2に記載のMOSFETによれば、第2トレンチの側面のゲート酸化膜にかかる電界強度が高くなるように構成されている場合よりも、第2トレンチの側面のゲート酸化膜を安全に保護することができる。
Specifically, in the MOSFET according to
詳細には、請求項2に記載のMOSFETによれば、第1トレンチが設けられず、第2トレンチのみが設けられているMOSFETよりも、第2トレンチの下方の電界強度を低くすることができる。 Specifically, according to the MOSFET of the second aspect, the electric field intensity below the second trench can be made lower than the MOSFET in which the first trench is not provided and only the second trench is provided. .
ポリシリコン層中の重金属の拡散速度がN−型エピタキシャル層中の重金属の拡散速度よりも速く、酸化膜中の重金属の拡散速度がN−型エピタキシャル層中の重金属の拡散速度よりも遅い点に鑑み、請求項2に記載のMOSFETでは、上述したように、複数の第1トレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層および複数の第1トレンチの底面の酸化膜の開口を介してP型層およびN−型エピタキシャル層に重金属が拡散される。そのため、請求項2に記載のMOSFETによれば、第1トレンチの底面の酸化膜の開口の真下付近のP型層およびN−型エピタキシャル層に重金属を局所的に拡散させることができる。つまり、請求項2に記載のMOSFETによれば、第1トレンチの側面の酸化膜の側方のP型層およびN−型エピタキシャル層のキャリアのライフタイムを長いままに維持することができる。
The diffusion rate of heavy metals in the polysilicon layer is faster than the diffusion rate of heavy metals in the N− type epitaxial layer, and the diffusion rate of heavy metals in the oxide film is slower than the diffusion rate of heavy metals in the N− type epitaxial layer. In view of the above, in the MOSFET according to
また、請求項2に記載のMOSFETでは、上述したように、複数の第1トレンチの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されている。つまり、請求項2に記載のMOSFETでは、高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されている複数の第1トレンチの内部において、多数キャリアとなる正孔が十分に活性化されておらず、正孔の移動度が十分に高くなっていない。そのため、請求項2に記載のMOSFETによれば、第1トレンチの内部、第1トレンチの底面の酸化膜の開口、および、その真下のP型層を介してN−型エピタキシャル層に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。
In the MOSFET of the second aspect, as described above, a high-concentration P + type polysilicon layer is formed inside the plurality of first trenches. That is, in the MOSFET according to
更に、請求項2に記載のMOSFETでは、上述したように、第1トレンチの底面の酸化膜の開口を介してその真下のP型層にライフタイムキラーとしての重金属が導入されている。つまり、請求項2に記載のMOSFETでは、第1トレンチの底面の酸化膜の開口の真下のP型層において、キャリアとしての正孔のライフタイムが短くなっている。そのため、請求項2に記載のMOSFETによれば、第1トレンチの内部、第1トレンチの底面の酸化膜の開口、および、その真下のP型層を介してN−型エピタキシャル層に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。
Furthermore, in the MOSFET according to the second aspect, as described above, heavy metal as a lifetime killer is introduced into the P-type layer directly below the opening of the oxide film on the bottom surface of the first trench. That is, in the MOSFET according to
また、請求項2に記載のMOSFETでは、上述したように、第1トレンチの側面には酸化膜が残されている。つまり、請求項2に記載のMOSFETでは、第1トレンチの内部、第1トレンチの側面の酸化膜、および、その側方のP型層を介してN−型エピタキシャル層にキャリアとしての正孔が注入されることはない。
In the MOSFET according to
つまり、請求項2に記載のMOSFETによれば、第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層の濃度が1018/cm3オーダー未満にされている場合や、第1トレンチの底面からライフタイムキラーとしての重金属が導入されていない場合や、第1トレンチの側面に酸化膜が形成されていない場合よりも、N−型エピタキシャル層へのキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。 That is, according to the MOSFET of the second aspect, when the concentration of the P + type polysilicon layer inside the first trench is made less than 10 18 / cm 3 order, or from the bottom surface of the first trench, the lifetime killer As compared with the case where no heavy metal is introduced or the case where no oxide film is formed on the side surface of the first trench, the amount of holes injected as carriers into the N − -type epitaxial layer can be limited.
更に、請求項2に記載のMOSFETでは、上述したように、第1トレンチの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されており、第1トレンチの内部で多数キャリアとなる正孔が十分に活性化されていない。更に、第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層に拡散された重金属が、第1トレンチの底面の酸化膜の開口を介して、その真下のP型層およびN−型エピタキシャル層に局所的に分布している。
Furthermore, in the MOSFET according to
そのため、請求項2に記載のMOSFETでは、逆方向バイアス時に隣接する2個の第1トレンチの間の部分の真下の空亡層の下端とN+型基板との間に存在している残留正孔(ホール)が、逆方向バイアスから順方向バイアスへの切換時に、重金属が局所的に分布されている第1トレンチの底面の酸化膜の開口の真下のN−型エピタキシャル層およびP型層、並びに、ソース電極メタルの電位に近い電位になっている第1トレンチの内部の高濃度のP+型ポリシリコン層を介して、ソース電極メタルに迅速に戻される。
Therefore, in the MOSFET according to
つまり、請求項2に記載のMOSFETによれば、第1トレンチの底面の真下のP型層およびN−型エピタキシャル層に重金属が局所的に分布されていない場合や、第1トレンチの内部に1018/cm3オーダー以上の高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されていない場合よりも、MOSFETに内蔵された逆並列接続ダイオードの逆回復時間(trr)を短くすることができ、ソフトリカバリーを達成することができる。 That is, according to the MOSFET of the second aspect, when heavy metal is not locally distributed in the P-type layer and the N− type epitaxial layer directly below the bottom surface of the first trench, or in the interior of the first trench, The reverse recovery time (trr) of the anti-parallel connected diode built in the MOSFET can be shortened compared with the case where a high-concentration P + type polysilicon layer of 18 / cm 3 or more is not formed, and soft recovery can be performed. Can be achieved.
更に、請求項2に記載のMOSFETでは、N+型層が、活性領域の中央部のうち活性領域の周縁部に隣接する部分のP型層の上側に形成されている。そのため、請求項2に記載のMOSFETによれば、活性領域の中央部のうち活性領域の周縁部に隣接する部分のP型層の上側のN+型層をMOSFETのセルとして働かせることができる。 Furthermore, in the MOSFET according to the second aspect, the N + type layer is formed above the P type layer in a portion adjacent to the peripheral portion of the active region in the central portion of the active region. Therefore, according to the MOSFET of the second aspect, the N + type layer above the P type layer in the portion adjacent to the peripheral portion of the active region in the central portion of the active region can be used as the MOSFET cell.
好ましくは、請求項2に記載のMOSFETでは、活性領域の中央部と活性領域の周縁部とに2個の第1トレンチが隣接して配置され、それらの間に第1トレンチの深さよりも浅いP型層が形成されるが、それらの2個の第1トレンチおよびそれらの間のP型層の代わりに、活性領域の中央部と活性領域の周縁部とに跨る1個の第1トレンチを形成することも可能である。
Preferably, in the MOSFET according to
請求項2に記載のMOSFETでは、活性領域の中央部と活性領域の周縁部とに2個の第1トレンチが隣接して配置され、各第1トレンチの内部にP+型ポリシリコン層が形成されるため、請求項2に記載のMOSFETによれば、N−型エピタキシャル層へのキャリアとしての正孔の注入量を制限することができ、この部分に発生する寄生ダイオードの影響を低減することができる。
In the MOSFET according to
請求項3に記載のMOSFETでは、N−型エピタキシャル層がN+型基板上に形成され、第1酸化膜(フィールド酸化膜)がN−型エピタキシャル層の表面全体に形成される。更に、P型層形成用開口が活性領域の第1酸化膜に形成され、P型層形成用開口を介してP型不純物の導入・拡散を行うことによって活性領域にP型層が形成される。
In the MOSFET according to
好ましくは、請求項3に記載のMOSFETでは、その後の熱処理によってP型不純物の拡散深度が増加することを考慮し、この段階におけるP型不純物の拡散深度は、目標の拡散深度よりも浅めに設定される。
Preferably, in the MOSFET according to
更に、請求項3に記載のMOSFETでは、P型不純物の拡散中に第2酸化膜がP型層の表面に形成される。また、複数の第1トレンチ形成用開口が活性領域およびガードリング領域の酸化膜に形成され、複数の第1トレンチ形成用開口を介して活性領域およびガードリング領域に複数の第1トレンチが、例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成される。 Furthermore, in the MOSFET according to the third aspect, the second oxide film is formed on the surface of the P-type layer during the diffusion of the P-type impurity. A plurality of first trench formation openings are formed in the oxide film of the active region and the guard ring region, and a plurality of first trenches are formed in the active region and the guard ring region through the plurality of first trench formation openings, for example, It is formed by a reactive ion etching method or the like.
好ましくは、請求項3に記載のMOSFETでは、半導体チップの活性領域の周縁部のトレンチの幅寸法が、半導体チップの活性領域の他のトレンチの幅寸法よりも大きくされる。
Preferably, in the MOSFET according to
また、好ましくは、請求項3に記載のMOSFETでは、半導体チップのガードリング領域に1本の環状の第1トレンチが形成される。
Preferably, in the MOSFET according to
更に、好ましくは、請求項3に記載のMOSFETでは、複数の第1トレンチが半導体チップの活性領域およびガードリング領域に形成された後に、各第1トレンチの側面および底面の表面平滑化処理が行われる。表面平滑化処理では、例えば低温での犠牲酸化処理によって各第1トレンチの側面および底面に酸化膜が形成され、次いで、その酸化膜が剥離される。この表面平滑化処理が行われることにより、各第1トレンチの側面および底面が粗い場合よりもリーク電流を低減することができる。
Furthermore, preferably, in the MOSFET according to
また、請求項3に記載のMOSFETでは、複数の第1トレンチの側面および底面を介してN−型エピタキシャル層にP型不純物の導入・拡散を行うことによって、横方向および縦方向の拡散深さが約0.1〜0.2μmであって濃度が1016/cm3オーダーのP型層が、複数の第1トレンチの側面および底面に沿って形成される。詳細には、例えば斜めイオン注入法、CVDデポジション、低温拡散デポジション等によって、P型不純物の導入が行われる。また、詳細には、P型不純物の導入・拡散によって形成されたP型層の表面濃度が1016/cm3オーダーにされる。
In the MOSFET according to
更に、請求項3に記載のMOSFETでは、第3酸化膜が複数の第1トレンチの側面および底面に形成され、開口が複数の第1トレンチの底面の第3酸化膜に形成され、複数の第1トレンチの側面には第3酸化膜が残される。詳細には、例えばリアクティブイオンエッチング法などによって第1トレンチの底面の第3酸化膜のみがエッチング除去される。このエッチング除去は、SiO2/Siのエッチングレートが比較的大きいエッチング条件で行われる。
Furthermore, in the MOSFET according to
また、請求項3に記載のMOSFETでは、ポリシリコンを複数の第1トレンチの内部に充填すると共に、複数の第1トレンチの内部に充填されたポリシリコンに対してP型不純物をドープすることによって、濃度が1018/cm3オーダー以上のP+型ポリシリコン層が、複数の第1トレンチの内部に形成される。
In the MOSFET according to
好ましくは、請求項3に記載のMOSFETでは、ポリシリコンが各第1トレンチの内部に選択的に充填されるのではなく、半導体チップの表面全体にポリシリコンを堆積させ、次いで、複数の第1トレンチの内部にのみポリシリコンが残るように、余分なポリシリコンをエッチバックすることにより、ポリシリコンが複数の第1トレンチの内部に充填される。
Preferably, in the MOSFET according to
更に、請求項3に記載のMOSFETでは、複数の第1トレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層および複数の第1トレンチの底面の第3酸化膜の開口を介してその真下のP型層およびN−型エピタキシャル層に例えば白金等のようなライフタイムキラーとしての重金属が蒸着・拡散される。
Furthermore, in the MOSFET according to
また、請求項3に記載のMOSFETでは、複数の第1トレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層の表面に第4酸化膜が形成される。
In the MOSFET according to
好ましくは、請求項3に記載のMOSFETでは、第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層の表面に第4酸化膜が形成される時に、第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層の表面のみに第4酸化膜が選択的に形成されるのではなく、半導体チップの表面全体に第4酸化膜が形成される。詳細には、第4酸化膜は、例えば熱酸化、CVD酸化などによって形成される。
Preferably, in the MOSFET according to
更に、請求項3に記載のMOSFETでは、N+型層形成用開口が、半導体チップの周縁部の酸化膜と、半導体チップの活性領域の中央部のうち、活性領域の周縁部に隣接する部分を除く部分であって、第1トレンチを除く部分の酸化膜とに形成される。
Furthermore, in the MOSFET according to
また、請求項3に記載のMOSFETでは、N+型層形成用開口を介して、半導体チップの周縁部と、半導体チップの活性領域の中央部のうち、活性領域の周縁部に隣接する部分を除く部分であって、第1トレンチを除く部分とにN+型層が形成される。詳細には、請求項3に記載のMOSFETでは、半導体チップの活性領域の中央部のうち、活性領域の周縁部に隣接する部分に、N+型層が形成されず、その部分にP型層が残される。更に、その部分に残されたP型層が、活性領域の中央部(セル領域)のN+型層の下側に位置するP型(PB)層と共にMOSFETに逆並列接続されたダイオードとして機能する。
In the MOSFET according to
更に詳細には、半導体チップの活性領域の中央部のうち活性領域の周縁部に隣接する部分にN+型層が形成される場合には、その部分に寄生npnトランジスタが構成され、活性領域の周縁部およびガードリング領域の下部に注入された正孔および残留正孔が逆方向バイアス時にソース電極メタルに戻る時に、この寄生npnトランジスタを動作させてしまうおそれがある。この点に鑑み、請求項3に記載のMOSFETでは、上述したように、半導体チップの活性領域の中央部のうち、活性領域の周縁部に隣接する部分に、N+型層が形成されず、その部分にP型層が残される。
More specifically, when an N + type layer is formed in a portion adjacent to the periphery of the active region in the central portion of the active region of the semiconductor chip, a parasitic npn transistor is formed in that portion, and the periphery of the active region is formed. When the holes and residual holes injected into the lower part of the part and the guard ring region return to the source electrode metal at the time of reverse bias, this parasitic npn transistor may be operated. In view of this point, in the MOSFET according to
好ましくは、請求項3に記載のMOSFETでは、半導体チップの活性領域の中央部のうち、活性領域の周縁部に隣接するN+型層が形成されない部分、つまり、MOSFETに逆並列接続されたダイオードとして機能する部分の幅が、セルの半分の幅に設定されるが、代わりに、その部分の幅をセルの1個分の幅に設定したり、その部分の幅をセルの1.5個分の幅に設定したり、その部分の幅をセルの2個分の幅に設定したり、その部分の幅をセルの2.5個分の幅に設定したり、その部分の幅を上述した幅以外の任意の幅に設定したりすることも可能である。
Preferably, in the MOSFET according to
また、請求項3に記載のMOSFETでは、このN+型層の表面に第5酸化膜が形成される。詳細には、第5酸化膜は、例えば熱酸化、CVD酸化などによって形成される。
In the MOSFET according to
更に、請求項3に記載のMOSFETでは、複数の第2トレンチ形成用開口が活性領域の中央部の酸化膜に形成され、複数の第2トレンチ形成用開口を介して活性領域の中央部に複数の第2トレンチが、例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成される。
Furthermore, in the MOSFET according to
好ましくは、請求項3に記載のMOSFETでは、複数の第2トレンチが半導体チップの活性領域の中央部に形成された後に、各第2トレンチの側面および底面の表面平滑化処理が行われる。表面平滑化処理では、例えば低温での犠牲酸化処理によって各第2トレンチの側面および底面に酸化膜が形成され、次いで、その酸化膜が剥離される。この表面平滑化処理が行われることにより、各第2トレンチの側面および底面が粗い場合よりもリーク電流を低減することができ、良質のゲート酸化膜を得ることができる。詳細には、MOSFETのチャンネル部となる各第2トレンチの側面の表面平滑化処理が行われることにより、表面平滑化処理が行われない場合よりも、チャンネルを通過する多数キャリアである電子のチャンネル移動度(μch)を向上させることができる。 Preferably, in the MOSFET according to the third aspect, after the plurality of second trenches are formed in the central portion of the active region of the semiconductor chip, the surface smoothing process is performed on the side surface and the bottom surface of each second trench. In the surface smoothing process, an oxide film is formed on the side surface and the bottom surface of each second trench by, for example, a sacrificial oxidation process at a low temperature, and then the oxide film is peeled off. By performing this surface smoothing treatment, it is possible to reduce the leakage current and to obtain a high-quality gate oxide film as compared with the case where the side and bottom surfaces of each second trench are rough. More specifically, the surface of the side surfaces of the second trenches serving as the channel portions of the MOSFET is subjected to the surface smoothing process, so that the channel of electrons that are majority carriers passing through the channel than the case where the surface smoothing process is not performed. Mobility (μch) can be improved.
また、請求項3に記載のMOSFETでは、MOSFETのゲート酸化膜となる熱酸化膜が複数の第2トレンチの側面および底面に形成される。 According to a third aspect of the present invention, the thermal oxide film that becomes the gate oxide film of the MOSFET is formed on the side and bottom surfaces of the plurality of second trenches.
好ましくは、請求項3に記載のMOSFETでは、MOSFETのゲート酸化膜となる熱酸化膜が極めて清浄な雰囲気ガスの下で形成される。 Preferably, in the MOSFET according to the third aspect, the thermal oxide film serving as the gate oxide film of the MOSFET is formed under an extremely clean atmosphere gas.
更に、請求項3に記載のMOSFETでは、ポリシリコンを複数の第2トレンチの内部に充填し、かつ、半導体チップの活性領域の周縁部の一部に堆積させると共に、複数の第2トレンチの内部に充填されたポリシリコンおよび半導体チップの活性領域の周縁部の一部に堆積せしめられたポリシリコンに対してN型不純物をドープすることによって、N+型ポリシリコン層が複数の第2トレンチの内部および半導体チップの活性領域の周縁部の一部に形成される。半導体チップの活性領域の周縁部の一部に形成されたN+型ポリシリコン層は、後でゲート配線引き回しのために用いられる。
Furthermore, in the MOSFET according to
好ましくは、請求項3に記載のMOSFETでは、ポリシリコンが各第2トレンチの内部に選択的に充填されると共に、半導体チップの活性領域の周縁部の一部に選択的に堆積せしめられるのではなく、半導体チップの表面全体にポリシリコンを堆積させ、次いで、複数の第2トレンチの内部および半導体チップの活性領域の周縁部の一部にポリシリコンが残るように、余分なポリシリコンがエッチバックされる。
Preferably, in the MOSFET according to
また、請求項3に記載のMOSFETでは、第6酸化膜が半導体チップの表面全体に形成される。詳細には、第6酸化膜は、例えば熱酸化、CVD酸化などによって形成される。
In the MOSFET according to
更に、請求項3に記載のMOSFETでは、活性領域の中央部のうち第2トレンチを除く部分の酸化膜、活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層上の一部の酸化膜、ガードリング領域のP+型ポリシリコン層上の一部の酸化膜、および、半導体チップの周縁部のN+型層上の一部の酸化膜に、電極メタル形成用開口が形成される。
Furthermore, in the MOSFET according to
また、請求項3に記載のMOSFETでは、電極メタルが半導体チップの表面全体に例えばスパッタリング法、蒸着法などによって形成される。 In the MOSFET according to the third aspect, the electrode metal is formed on the entire surface of the semiconductor chip by, for example, a sputtering method or a vapor deposition method.
更に、請求項3に記載のMOSFETでは、半導体チップの表面全体の電極メタルが、活性領域の中央部のソース電極メタルと、活性領域の周縁部のゲート配線引き回し電極メタルと、ゲート配線引き回し電極メタルよりも周縁部側に位置するソース電極メタルと、ガードリング電極メタルと、半導体チップの周縁部のEQR電極メタルとに電気的に分離してパターニングされる。
Furthermore, in the MOSFET according to
その結果、請求項3に記載のMOSFETでは、ゲート電極として機能する第2トレンチの内部のN+型ポリシリコン層とゲート配線引き回し電極メタルとが、電気的に接続されることになる。
As a result, in the MOSFET according to
更に、請求項3に記載のMOSFETでは、活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層の上側に位置するソース電極メタルと、活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層の下側に位置する第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層とが、電気的に接続される。
Furthermore, in the MOSFET according to
また、請求項3に記載のMOSFETでは、ドレイン電極メタルが半導体チップの裏面に形成される。
In the MOSFET according to
好ましくは、請求項3に記載のMOSFETでは、オーミック接触を確実にするためのシンタリング処理が例えば400℃程度の不活性ガス中で適宜行われる。
Preferably, in the MOSFET according to
つまり、請求項3に記載のMOSFETでは、ガードリング領域が活性領域の外側に配置されている。 That is, in the MOSFET according to the third aspect, the guard ring region is disposed outside the active region.
詳細には、請求項3に記載のMOSFETでは、半導体チップの活性領域の周縁部の第1トレンチと、半導体チップの活性領域の外側のガードリング領域の第1トレンチと、ガードリング領域の外側のN−型エピタキシャル層と、半導体チップの周縁部のN+型層とによって耐圧維持構造が形成されている。
Specifically, in the MOSFET according to
更に、請求項3に記載のMOSFETでは、トレンチ構造が採用されているため、請求項3に記載のMOSFETによれば、トレンチ構造が採用されていない場合よりも半導体チップの横方向寸法を小型化することができる。
Furthermore, since the MOSFET according to
また、請求項3に記載のMOSFETでは、半導体チップのガードリング領域のP+型ポリシリコン層上にガードリング電極メタルが形成される。そのため、請求項3に記載のMOSFETによれば、半導体チップのガードリング領域のP+型ポリシリコン層上にガードリング電極メタルが形成されない場合よりも、逆方向バイアス時の空亡層を半導体チップの周縁部側に延ばすことができる。
In the MOSFET according to
更に、請求項3に記載のMOSFETでは、複数の第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層の濃度が1018/cm3オーダー以上にされる。そのため、請求項3に記載のMOSFETによれば、半導体チップの活性領域のP+型ポリシリコン層とソース電極メタルとをオーミック接触させることができ、その結果、順方向バイアス時に、ソース電極メタルの電位を、第1トレンチの側面に沿って形成されたP型層よりも速く第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層に伝えることができる。
Furthermore, in the MOSFET according to
換言すれば、請求項3に記載のMOSFETでは、複数の第1トレンチの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されている。そのため、請求項3に記載のMOSFETによれば、複数の第1トレンチの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されていない場合よりも、順方向バイアス時に、P+型ポリシリコン層の下側の空亡層をドレイン電極側に延ばすことができ、その結果、隣接する2つの第1トレンチの間の空間を簡単にピンチオフさせることができる。
In other words, in the MOSFET according to
詳細には、請求項3に記載のMOSFETでは、複数の第1トレンチの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されているため、請求項3に記載のMOSFETでは、P+型ポリシリコン層の下側のN−型エピタキシャル層に延びる空亡層が、迅速にN+型基板側に到達する。その結果、第1トレンチの下側部分では、電界強度が他の部分に比べて最大となる。つまり、請求項3に記載のMOSFETでは、第2トレンチの下側部分の電界強度が相対的に低くなり、第2トレンチの側面のゲート酸化膜にかかる電界強度が低く抑えられる。そのため、請求項3に記載のMOSFETによれば、第2トレンチの側面のゲート酸化膜にかかる電界強度が高くなるように構成されている場合よりも、第2トレンチの側面のゲート酸化膜を安全に保護することができる。
Specifically, in the MOSFET according to
詳細には、請求項3に記載のMOSFETによれば、第1トレンチが設けられず、第2トレンチのみが設けられているMOSFETよりも、第2トレンチの下方の電界強度を低くすることができる。 Specifically, according to the MOSFET of the third aspect, the electric field strength below the second trench can be made lower than the MOSFET in which the first trench is not provided and only the second trench is provided. .
ポリシリコン層中の重金属の拡散速度がN−型エピタキシャル層中の重金属の拡散速度よりも速く、酸化膜中の重金属の拡散速度がN−型エピタキシャル層中の重金属の拡散速度よりも遅い点に鑑み、請求項3に記載のMOSFETでは、上述したように、複数の第1トレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層および複数の第1トレンチの底面の酸化膜の開口を介してP型層およびN−型エピタキシャル層に重金属が拡散される。そのため、請求項3に記載のMOSFETによれば、第1トレンチの底面の酸化膜の開口の真下付近のP型層およびN−型エピタキシャル層に重金属を局所的に拡散させることができる。つまり、請求項3に記載のMOSFETによれば、第1トレンチの側面の酸化膜の側方のP型層およびN−型エピタキシャル層のキャリアのライフタイムを長いままに維持することができる。
The diffusion rate of heavy metals in the polysilicon layer is faster than the diffusion rate of heavy metals in the N− type epitaxial layer, and the diffusion rate of heavy metals in the oxide film is slower than the diffusion rate of heavy metals in the N− type epitaxial layer. In view of the above, in the MOSFET according to
また、請求項3に記載のMOSFETでは、上述したように、複数の第1トレンチの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されている。つまり、請求項3に記載のMOSFETでは、高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されている複数の第1トレンチの内部において、多数キャリアとなる正孔が十分に活性化されておらず、正孔の移動度が十分に高くなっていない。そのため、請求項3に記載のMOSFETによれば、第1トレンチの内部、第1トレンチの底面の酸化膜の開口、および、その真下のP型層を介してN−型エピタキシャル層に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。
In the MOSFET according to the third aspect, as described above, a high concentration P + type polysilicon layer is formed inside the plurality of first trenches. That is, in the MOSFET according to
更に、請求項3に記載のMOSFETでは、上述したように、第1トレンチの底面の酸化膜の開口を介してその真下のP型層にライフタイムキラーとしての重金属が導入されている。つまり、請求項3に記載のMOSFETでは、第1トレンチの底面の酸化膜の開口の真下のP型層において、キャリアとしての正孔のライフタイムが短くなっている。そのため、請求項3に記載のMOSFETによれば、第1トレンチの内部、第1トレンチの底面の酸化膜の開口、および、その真下のP型層を介してN−型エピタキシャル層に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。
Furthermore, in the MOSFET according to the third aspect, as described above, heavy metal as a lifetime killer is introduced into the P-type layer directly below the opening of the oxide film on the bottom surface of the first trench. That is, in the MOSFET according to
また、請求項3に記載のMOSFETでは、上述したように、第1トレンチの側面には酸化膜が残されている。つまり、請求項3に記載のMOSFETでは、第1トレンチの内部、第1トレンチの側面の酸化膜、および、その側方のP型層を介してN−型エピタキシャル層にキャリアとしての正孔が注入されることはない。
In the MOSFET according to the third aspect, as described above, the oxide film is left on the side surface of the first trench. In other words, in the MOSFET according to
つまり、請求項3に記載のMOSFETによれば、第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層の濃度が1018/cm3オーダー未満にされている場合や、第1トレンチの底面からライフタイムキラーとしての重金属が導入されていない場合や、第1トレンチの側面に酸化膜が形成されていない場合よりも、N−型エピタキシャル層へのキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。 That is, according to the MOSFET of the third aspect, when the concentration of the P + type polysilicon layer in the first trench is less than 10 18 / cm 3 order, or from the bottom surface of the first trench, the lifetime killer As compared with the case where no heavy metal is introduced or the case where no oxide film is formed on the side surface of the first trench, the amount of holes injected as carriers into the N − -type epitaxial layer can be limited.
更に、請求項3に記載のMOSFETでは、上述したように、第1トレンチの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されており、第1トレンチの内部で多数キャリアとなる正孔が十分に活性化されていない。更に、第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層に拡散された重金属が、第1トレンチの底面の酸化膜の開口を介して、その真下のP型層およびN−型エピタキシャル層に局所的に分布している。
Furthermore, in the MOSFET according to
そのため、請求項3に記載のMOSFETでは、逆方向バイアス時に隣接する2個の第1トレンチの間の部分の真下の空亡層の下端とN+型基板との間に存在している残留正孔(ホール)が、逆方向バイアスから順方向バイアスへの切換時に、重金属が局所的に分布されている第1トレンチの底面の酸化膜の開口の真下のN−型エピタキシャル層およびP型層、並びに、ソース電極メタルの電位に近い電位になっている第1トレンチの内部の高濃度のP+型ポリシリコン層を介して、ソース電極メタルに迅速に戻される。
Therefore, in the MOSFET according to
つまり、請求項3に記載のMOSFETによれば、第1トレンチの底面の真下のP型層およびN−型エピタキシャル層に重金属が局所的に分布されていない場合や、第1トレンチの内部に1018/cm3オーダー以上の高濃度のP+型ポリシリコン層が形成されていない場合よりも、MOSFETに内蔵された逆並列接続ダイオードの逆回復時間(trr)を短くすることができ、ソフトリカバリーを達成することができる。
That is, according to the MOSFET of
また、請求項3に記載のMOSFETでは、N+型層形成用開口を介して、半導体チップの活性領域の中央部のうち、活性領域の周縁部に隣接する部分を除く部分であって、第1トレンチを除く部分の酸化膜にN+型層が形成されている。つまり、請求項3に記載のMOSFETでは、半導体チップの活性領域の中央部のうち、活性領域の周縁部に隣接する部分に、N+型層が形成されず、P型層が残されている。そのため、請求項3に記載のMOSFETによれば、そのP型層が残されている部分を、MOSFETに逆並列接続されたダイオードとして働かせることができる。
The MOSFET according to
好ましくは、請求項3に記載のMOSFETでは、活性領域の中央部と活性領域の周縁部とに2個の第1トレンチが隣接して配置され、それらの間に第1トレンチの深さよりも浅いP型層が形成されるが、それらの2個の第1トレンチおよびそれらの間のP型層の代わりに、活性領域の中央部と活性領域の周縁部とに跨る1個の第1トレンチを形成することも可能である。
Preferably, in the MOSFET according to
請求項3に記載のMOSFETでは、活性領域の中央部と活性領域の周縁部とに2個の第1トレンチが隣接して配置され、各第1トレンチの内部にP+型ポリシリコン層が形成されるため、請求項3に記載のMOSFETによれば、N−型エピタキシャル層へのキャリアとしての正孔の注入量を制限することができ、この部分に発生する寄生ダイオードの影響を低減することができる。
In the MOSFET according to
以下、本発明の第1の実施形態について説明する。図1〜図3は第1の実施形態のJBSの製造工程を示した断面図、図4は第1の実施形態のJBSを示した図である。詳細には、図4(A)は第1の実施形態のJBSの一部を示した平面図、図4(B)は第1の実施形態のJBSの一部を示した断面図である。図5は第1の実施形態のJBSの右半分の一部を透視して見た平面図である。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described. 1 to 3 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the JBS of the first embodiment, and FIG. 4 is a view showing the JBS of the first embodiment. Specifically, FIG. 4A is a plan view showing a part of the JBS of the first embodiment, and FIG. 4B is a cross-sectional view showing a part of the JBS of the first embodiment. FIG. 5 is a plan view seen through a part of the right half of the JBS of the first embodiment.
第1の実施形態のJBSの製造時には、まず最初に、図1(A)に示すように、N−型エピタキシャル層2がN+型基板1上に形成される。次いで、酸化膜(フィールド酸化膜)3がN−型エピタキシャル層2の表面全体に形成される。次いで、図1(B)に示すように、トレンチ形成用開口3a,3b,3cが活性領域の中央部(セル領域)A1の酸化膜3に形成され、トレンチ形成用開口3dが活性領域の周縁部A2の酸化膜3に形成され、トレンチ形成用開口3e,3fがガードリング領域A3の酸化膜3に形成される。
When manufacturing the JBS of the first embodiment, first, as shown in FIG. 1A, an N−
第1の実施形態のJBSの製造時には、次いで、図1(C)に示すように、トレンチ形成用開口3a,3b,3c(図1(B)参照)を介して活性領域の中央部(セル領域)A1にトレンチ4a,4b,4cが、例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成される。また、トレンチ形成用開口3d(図1(B)参照)を介して活性領域の周縁部A2にトレンチ4dが、例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成される。更に、トレンチ形成用開口3e,3f(図1(B)参照)を介してガードリング領域A3にトレンチ4e,4fが、例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成される。
At the time of manufacturing the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 1C, the central portion (cell) of the active region is then passed through the
第1の実施形態のJBSでは、図1(C)に示すように、半導体チップの活性領域の外周部A2のトレンチ4dの幅寸法(図1(C)の左右方向寸法)が、半導体チップの活性領域の中央部(セル領域)A1のトレンチ4a,4b,4cの幅寸法(図1(C)の左右方向寸法)よりも大きくされている。また、第1の実施形態のJBSでは、図1(C)および図5に示すように、半導体チップのガードリング領域A3に2本の環状のトレンチ4e,4fが形成されている。
In the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 1C, the width dimension of the
第1の実施形態のJBSの製造時には、次いで、図1(C)に示すように、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの側面4a1,4b1,4c1,4d1,4e1,4f1および底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2の表面平滑化処理が行われる。表面平滑化処理では、例えば低温での犠牲酸化処理によって各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの側面4a1,4b1,4c1,4d1,4e1,4f1および底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2に酸化膜(図示せず)が形成され、次いで、その酸化膜(図示せず)が剥離される。この表面平滑化処理が行われることにより、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの側面4a1,4b1,4c1,4d1,4e1,4f1および底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2が粗い場合よりもリーク電流を低減することができる。
At the time of manufacturing the JBS of the first embodiment, next, as shown in FIG. 1C, the side surfaces 4a1, 4b1, 4c1, 4d1, 4e1, 4f1 of the
第1の実施形態のJBSの製造時には、次いで、図2(A)に示すように、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの側面4a1,4b1,4c1,4d1,4e1,4f1および底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2(図1(C)参照)を介してN−型エピタキシャル層2にP型不純物の導入・拡散を行うことによって、横方向(図2(A)の左右方向)および縦方向(図2(A)の上下方向)の拡散深さが約0.1〜0.2μmであって濃度が1016/cm3オーダーのP型層5a,5b,5c,5d,5e,5fが、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの側面4a1,4b1,4c1,4d1,4e1,4f1および底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2(図1(C)参照)に沿って形成される。
At the time of manufacturing the JBS of the first embodiment, next, as shown in FIG. 2A, the side surfaces 4a1, 4b1, 4c1, 4d1, 4e1, 4f1 of the
詳細には、第1の実施形態のJBSの製造時には、例えば斜めイオン注入法、CVDデポジション、低温拡散デポジション等によって、P型不純物の導入が行われる。また、詳細には、P型不純物の導入・拡散によって形成されたP型層5a,5b,5c,5d,5e,5fの表面濃度が1016/cm3オーダーにされる。
Specifically, when manufacturing the JBS of the first embodiment, the P-type impurity is introduced by, for example, an oblique ion implantation method, CVD deposition, low-temperature diffusion deposition, or the like. More specifically, the surface concentrations of the P-
第1の実施形態のJBSの製造時には、次いで、図2(B)に示すように、酸化膜6が各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの側面4a1,4b1,4c1,4d1,4e1,4f1および底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2(図1(C)参照)に形成される。次いで、図2(C)に示すように、開口6a,6b,6c,6d,6e,6fが各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2(図1(C)参照)の酸化膜6(図2(B)参照)に形成され、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの側面4a1,4b1,4c1,4d1,4e1,4f1(図1(C)参照)には酸化膜6(図2(B)参照)が残される。詳細には、例えばリアクティブイオンエッチング法などによって各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2(図1(C)参照)の酸化膜6(図2(B)参照)のみがエッチング除去される。このエッチング除去は、SiO2/Siのエッチングレートが比較的大きいエッチング条件で行われる。
At the time of manufacturing the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 2B, the
第1の実施形態のJBSの製造時には、次いで、図3(A)に示すように、ポリシリコンを各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4f(図1(C)参照)の内部に充填すると共に、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部に充填されたポリシリコンに対してP型不純物をドープすることによって、濃度が1018/cm3オーダー以上のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7d,7e,7fが、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部に形成される。
At the time of manufacturing the JBS of the first embodiment, next, as shown in FIG. 3A, polysilicon is placed inside each of the
詳細には、第1の実施形態のJBSの製造時には、ポリシリコンが各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4f(図1(C)参照)の内部に選択的に充填されるのではなく、図3(A)に示すように、半導体チップの表面全体にポリシリコンを堆積させ、次いで、図3(B)に示すように、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4f(図1(C)参照)の内部にのみポリシリコンが残るように、余分なポリシリコンをエッチバックすることにより、ポリシリコンが各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部に充填される。
Specifically, when the JBS of the first embodiment is manufactured, polysilicon is not selectively filled into the
第1の実施形態のJBSの製造時には、次いで、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4f(図1(C)参照)の内部に形成されたP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7d,7e,7f(図3(B)参照)および各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2(図1(C)参照)の酸化膜6(図2(B)参照)の開口6a,6b,6c,6d,6e,6f(図2(C)参照)を介して、P型層5a,5b,5c,5d,5e,5fおよびN−型エピタキシャル層2(図3(B)参照)に例えば白金等のようなライフタイムキラーとしての重金属が蒸着・拡散される。
At the time of manufacturing the JBS of the first embodiment, P +
図6は酸化膜6の開口6b(図2(C)参照)を介してP型層5bおよびN−型エピタキシャル層2に拡散せしめられた例えば白金等のような重金属の拡散領域Bb、酸化膜6の開口6c(図2(C)参照)を介してP型層5cおよびN−型エピタキシャル層2に拡散せしめられた例えば白金等のような重金属の拡散領域Bc等を示した図である。詳細には図示しないが、第1の実施形態のJBSでは、図6に示した重金属の拡散領域Bbと同様の重金属の拡散領域が、酸化膜6の開口6aを介してP型層5aおよびN−型エピタキシャル層2に形成され、酸化膜6の開口6dを介してP型層5dおよびN−型エピタキシャル層2に形成され、酸化膜6の開口6eを介してP型層5eおよびN−型エピタキシャル層2に形成され、酸化膜6の開口6fを介してP型層5fおよびN−型エピタキシャル層2に形成される。
6 shows a diffusion region Bb of heavy metal such as platinum diffused in the P-
第1の実施形態のJBSの製造時には、次いで、図3(B)に示すように、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4f(図1(C)参照)の内部に形成されたP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7d,7e,7fの表面に酸化膜8a,8b,8c,8d,8e,8fが形成される。
At the time of manufacturing the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 3 (B), it was then formed inside each
詳細には、第1の実施形態のJBSでは、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4f(図1(C)参照)の内部のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7d,7e,7fの表面に酸化膜8a,8b,8c,8d,8e,8f(図3(B)参照)が形成される時に、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4f(図1(C)参照)の内部のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7d,7e,7fの表面のみに酸化膜8a,8b,8c,8d,8e,8f(図3(B)参照)が選択的に形成されるのではなく、半導体チップの表面全体に酸化膜(8a,8b,8c,8d,8e,8f)が形成される。詳細には、酸化膜8a,8b,8c,8d,8e,8fは、例えば熱酸化、CVD酸化などによって形成される。
More specifically, in the JBS of the first embodiment, the P +
第1の実施形態のJBSの製造時には、次いで、図3(B)に示すように、N+型層形成用開口3gが半導体チップの周縁部A4の酸化膜3に形成され、N+型層形成用開口3gを介して半導体チップの周縁部A4にN+型層9が形成される。
At the time of manufacturing the JBS of the first embodiment, next, as shown in FIG. 3B, an N + type
第1の実施形態のJBSの製造時には、次いで、図3(C)に示すように、バリアメタル形成用開口3hが活性領域の中央部(セル領域)A1および活性領域の周縁部A2の酸化膜3に形成され、フィールドプレート用開口3i,3jがガードリング領域A3のP+型ポリシリコン層7e,7f上の酸化膜3に形成される。
At the time of manufacturing the JBS of the first embodiment, next, as shown in FIG. 3C, the barrier
第1の実施形態のJBSの製造時には、次いで、図3(C)に示すように、バリアメタル形成用開口3hを介して活性領域の中央部(セル領域)A1および活性領域の周縁部A2にバリアメタル10が、例えばスパッタリング法、蒸着法などによって形成される(例えばパターニングされる)。
At the time of manufacturing the JBS of the first embodiment, then, as shown in FIG. 3C, the active region has a central portion (cell region) A1 and a peripheral portion A2 of the active region through the barrier
また、第1の実施形態のJBSの製造時には、図3(C)に示すように、アノード電極メタル11が例えばスパッタリング法、蒸着法などによってバリアメタル10上に形成され(例えばパターニングされ)、フィールドプレート用開口3i,3jを介して半導体チップのガードリング領域A3のP+型ポリシリコン7e,7f層上にフィールドプレート12a,12b,12cが例えばスパッタリング法、蒸着法などによって形成され(例えばパターニングされ)、EQR電極メタル13が例えばスパッタリング法、蒸着法などによって半導体チップの周縁部A4にN+型層9上に形成される(例えばパターニングされる)。
Further, at the time of manufacturing the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 3C, the
第1の実施形態のJBSの製造時には、次いで、図3(D)に示すように、最終保護膜14が半導体チップの表面全体に形成され、アノード電極メタル11と接続するためのコンタクト開口14aが最終保護膜14に形成され、カソード電極メタル15が半導体チップの裏面に形成される。また、第1の実施形態のJBSの製造時には、オーミック接触を確実にするためのシンタリング処理が例えば400℃程度の不活性ガス中で適宜行われる。
At the time of manufacturing the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 3D, a final
つまり、第1の実施形態のJBSでは、図4(B)に示すように、半導体チップの活性領域の中央部(セル領域)A1および活性領域の周縁部A2において、バリアメタル10とN−型エピタキシャル層2とによるショットキー接合界面C1と、P型層5a,5b,5c,5dとN−型エピタキシャル層2とによるPN接合界面C2とが、並存している。更に、ガードリング領域A3が活性領域の周縁部A2の外側に配置されている。
That is, in the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 4B, the
詳細には、第1の実施形態のJBSでは、図4(B)に示すように、半導体チップの活性領域の周縁部A2のトレンチ4dと、半導体チップの活性領域の外側のガードリング領域A3のトレンチ4e,4fと、ガードリング領域A3の外側のN−型エピタキシャル層2と、半導体チップの周縁部A4のN+型層9とによって耐圧維持構造が形成されている。
In detail, in the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 4B, the
更に、第1の実施形態のJBSでは、トレンチ構造が採用されているため、第1の実施形態のJBSによれば、トレンチ構造が採用されていない場合よりも半導体チップの横方向(図4(B)の左右方向)寸法を小型化することができる。 Further, since the JBS of the first embodiment employs a trench structure, according to the JBS of the first embodiment, the lateral direction of the semiconductor chip (FIG. The dimension in B) can be reduced.
図7は第1の実施形態のJBSに逆方向バイアスが印加された時における空亡層D1等を示した図である。 FIG. 7 is a diagram showing the vacant layer D1 and the like when a reverse bias is applied to the JBS of the first embodiment.
また、第1の実施形態のJBSでは、図4(B)に示すように、半導体チップのガードリング領域A3のP+型ポリシリコン層7e,7f上にフィールドプレート12a,12b,12cが形成されている。そのため、第1の実施形態のJBSでは、図4(B)および図7に示すように、半導体チップのガードリング領域A3のP+型ポリシリコン層7e,7f上にフィールドプレート12a,12b,12cが形成されていない場合における逆方向バイアス時の空亡層D1’よりも、逆方向バイアス時の空亡層D1を半導体チップの周縁部側(図7の右側)に延ばすことができる。
In the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 4B,
更に、第1の実施形態のJBSでは、図4(B)に示すように、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7d,7e,7fの濃度が1018/cm3オーダー以上にされている。そのため、第1の実施形態のJBSによれば、半導体チップの活性領域の中央部(セル領域)A1のP+型ポリシリコン層7a,7b,7cとバリアメタル10とをオーミック接触させることができ、その結果、順方向バイアス時に、アノード電極メタル11の電位を、各トレンチ4a,4b,4cの側面に沿って形成されたP型層5a,5b,5cよりも速く各トレンチ4a,4b,4cの内部のP+型ポリシリコン層7a,7b,7cに伝えることができる。
Furthermore, in the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 4B, the P +
換言すれば、第1の実施形態のJBSでは、図4(B)に示すように、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7d,7e,7fが形成されている。そのため、第1の実施形態のJBSによれば、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7d,7e,7fが形成されていない場合よりも、図6に示すように、順方向バイアス時に、P+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7d,7e,7fの下側(図6の下側)の空亡層(順方向バイアス時空亡層)D2をカソード電極15の側(図6の下側)に延ばすことができ、その結果、隣接する2つのトレンチ4b,4cの間のN−型エピタキシャル層空間2’を簡単にピンチオフさせることができる。
In other words, in the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 4B, high-concentration P +
詳細には、第1の実施形態のJBSでは、図6に示すように、順方向バイアス時に、隣接する2つのトレンチ4b,4cの間のピンチオフされたN−型エピタキシャル層空間2’において、水平方向逆向きの電界およびバリアメタル10とN−型エピタキシャル層2とのN型ショットキー接合界面C1から下向きに押し出される電界が相殺し合い、Resurf効果のようなものが起こり、バリアメタル10とN−型エピタキシャル層2とのN型ショットキー接合界面C1の電界が大幅に下がる。そのため、第1の実施形態のJBSによれば、順方向バイアス時にバリアメタル10とN−型エピタキシャル層2とのN型ショットキー接合界面C1の電界が高くなるのに伴って、リーク電流が増大したり、キヤリア移動度が低下したりしてしまうのを抑制することができ、安全にJBSを運転することができる。
Specifically, in the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 6, when forward biased, the N− type
P+ポリシリコン層7b,7c中の重金属の拡散速度がN−型エピタキシャル層2中の重金属の拡散速度よりも速く、酸化膜6中の重金属の拡散速度がN−型エピタキシャル層2中の重金属の拡散速度よりも遅い点に鑑み、第1の実施形態のJBSでは、図6に示すように、トレンチ4b,4cの内部に形成されたP+型ポリシリコン層7b,7cおよびトレンチ4b,4cの底面4b2,4c2(図1(C)参照)の酸化膜6の開口6b,6c(図2(C)参照)を介してP型層5b,5cおよびN−型エピタキシャル層2に重金属が拡散される。そのため、第1の実施形態のJBSによれば、トレンチ4b,4cの底面4b2,4c2の酸化膜6の開口6b,6cの真下付近のP型層5b,5cおよびN−型エピタキシャル層2に重金属(Bb,Bc)を局所的に拡散させることができる。つまり、第1の実施形態のJBSによれば、トレンチ4b,4cの側面4b1,4c1(図1(C)参照)の酸化膜6の側方のP型層5b,5cおよびN−型エピタキシャル層2のキャリアのライフタイムを長いままに維持することができる。
The diffusion rate of heavy metals in the P + polysilicon layers 7b and 7c is faster than the diffusion rate of heavy metals in the N−
また、第1の実施形態のJBSでは、図4(B)に示すように、各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7d,7e,7fが形成されている。つまり、第1の実施形態のJBSでは、高濃度のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7d,7e,7fが形成されている各トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部において、多数キャリアとなる正孔が十分に活性化されておらず、正孔の移動度が十分に高くなっていない。そのため、第1の実施形態のJBSによれば、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部、トレンチの底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2(図1(C)参照)の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6d,6e,6f(図2(C)参照)、および、その真下のP型層5a,5b,5c,5d,5e,5fを介してN−型エピタキシャル層2に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。
In the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 4B, high-concentration P +
更に、第1の実施形態のJBSでは、図4(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2(図1(C)参照)の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6d,6e,6f(図2(C)参照)を介してその真下のP型層5a,5b,5c,5d,5e,5fにライフタイムキラーとしての重金属が導入されている。つまり、第1の実施形態のJBSでは、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6d,6e,6fの真下のP型層5a,5b,5c,5d,5e,5fにおいて、キャリアとしての正孔のライフタイムが短くなっている。そのため、第1の実施形態のJBSによれば、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6d,6e,6f、および、その真下のP型層5a,5b,5c,5d,5e,5fを介してN−型エピタキシャル層2に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。
Furthermore, in the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 4B, the bottom surfaces 4a2, 4b2, 4c2, 4d2, 4e2, 4f2 of the
また、第1の実施形態のJBSでは、図4(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの側面4a1,4b1,4c1,4d1,4e1,4f1(図1(C)参照)には酸化膜6が残されている。つまり、第1の実施形態のJBSでは、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの側面4a1,4b1,4c1,4d1,4e1,4f1の酸化膜6、および、その側方のP型層5a,5b,5c,5d,5e,5fを介してN−型エピタキシャル層2にキャリアとしての正孔が注入されることはない。
In the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 4B, the side surfaces 4a1, 4b1, 4c1, 4d1, 4e1, 4f1 of the
更に、第1の実施形態のJBSでは、図6に示すように、トレンチ4a,4b,4cの側面4a1,4b1,4c1(図1(C)参照)に沿って形成されたP型層5a,5b,5cとその上側のバリアメタル10との界面は、P型ショットキー接合界面C3を構成している。つまり、第1の実施形態のJBSでは、順方向バイアス時に、トレンチ4a,4b,4cの側面4a1,4b1,4c1に沿って形成されたP型層5a,5b,5cとその上側のバリアメタル10とのP型ショットキー接合界面C3が、逆向きに接続されたP型ショットキーバリアダイオードとして機能する。そのため、第1の実施形態のJBSによれば、バリアメタル10およびトレンチ4a,4b,4cの側面4a1,4b1,4c1に沿って形成されたP型層5a,5b,5cを介してN−型エピタキシャル層2に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。
Furthermore, in the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 6, P-
つまり、第1の実施形態のJBSによれば、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7d,7e,7fの濃度が1018/cm3オーダー未満にされている場合や、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2からライフタイムキラーとしての重金属が導入されていない場合や、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの側面4a1,4b1,4c1,4d1,4e1,4f1に酸化膜6が形成されていない場合や、トレンチ4a,4b,4cの側面4a1,4b1,4c1に沿って形成されたP型層5a,5b,5cとバリアメタル10とによってP型ショットキー接合界面C3が構成されていない場合よりも、N−型エピタキシャル層2へのキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。
That is, according to the JBS of the first embodiment, the concentration of the P +
また、第1の実施形態のJBSでは、図4(B)に示すように、隣接する2個のトレンチ4a,4bの間に、バリアメタル10とN型ショットキー接合界面C1を構成するN−型エピタキシャル層2が配置され、隣接する2個のトレンチ4b,4cの間に、バリアメタル10とN型ショットキー接合界面C1を構成するN−型エピタキシャル層2が配置され、隣接する2個のトレンチ4c,4dの間に、バリアメタル10とN型ショットキー接合界面C1を構成するN−型エピタキシャル層2が配置されている。そのため、第1の実施形態のJBSでは、図4(B)および図7に示すように、逆方向バイアス時に、トレンチ4a,4b,4c,4dの真下の空亡層D1の下端よりも、隣接する2個のトレンチ4a,4b,4c,4dの間のN型ショットキー接合界面C1の真下の空亡層D1の下端が高い位置(図7の上側の位置)に位置する。その結果、第1の実施形態のJBSによれば、逆方向バイアス時に、隣接する2個のトレンチ4a,4b,4c,4dの間のN型ショットキー接合界面C1の真下の空亡層D1の下端とN+型基板1との間に残留正孔(ホール)(図6参照)を存在させることができる。
Further, in the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 4B, N− which forms the
更に、第1の実施形態のJBSでは、図4(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7d,7e,7fが形成されており、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部で多数キャリアとなる正孔が十分に活性化されていない。更に、図6に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7d,7e,7fに拡散された重金属(Bb,Bc)が、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2(図1(C)参照)の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6d,6e,6f(図2(C)参照)を介して、その真下のP型層5a,5b,5c,5d,5e,5fおよびN−型エピタキシャル層2に局所的に分布している。
Furthermore, in the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 4B, high-concentration P +
そのため、第1の実施形態のJBSでは、図6に示すように、逆方向バイアス時に隣接する2個のトレンチ4b,4cの間のN型ショットキー接合界面C1の真下の空亡層D1の下端とN+型基板1との間に存在している残留正孔(ホール)が、逆方向バイアスから順方向バイアスへの切換時に、重金属(Bb,Bc)が局所的に分布されているトレンチ4b,4cの底面4b2,4c2(図1(C)参照)の酸化膜6の開口6b,6c(図2(C)参照)の真下のN−型エピタキシャル層2およびP型層5b,5c、並びに、アノード電極メタル11の電位に近い電位になっているトレンチ4b,4cの内部の高濃度のP+型ポリシリコン層7b,7cを介して、アノード電極メタル11に迅速に戻される(図6中の経路L1)。
Therefore, in the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 6, the lower end of the vacant layer D1 directly below the N-type Schottky junction interface C1 between the two
つまり、第1の実施形態のJBSによれば、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの底面4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2の真下のP型層5a,5b,5c,5d,5e,5fおよびN−型エピタキシャル層2に重金属(Bb,Bc)が局所的に分布されていない場合や、トレンチ4a,4b,4c,4d,4e,4fの内部に1018/cm3オーダー以上の高濃度のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7d,7e,7fが形成されていない場合よりも、逆回復時間(trr)を短くすることができ、ソフトリカバリーを達成することができる。
That is, according to the JBS of the first embodiment, the P-
ちなみに、第1の実施形態のJBSでは、図6に示すように、逆方向バイアス時に隣接する2個のトレンチ4b,4cの間のN型ショットキー接合界面C1の真下の空亡層D1の下端とN+型基板1との間に存在している残留正孔(ホール)の一部が、逆方向バイアスから順方向バイアスへの切換時に、トレンチ4b,4cの側面4b1,4c1(図1(C)参照)に沿って形成された1016/cm3オーダーの低濃度であって単結晶層のP型層5b,5c、および、そのP型層5b,5cとバリアメタル10とのP型ショットキー接合界面C3を介して、アノード電極メタル11に戻される(図6中の経路L2)。
Incidentally, in the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 6, the lower end of the vacant layer D1 directly below the N-type Schottky junction interface C1 between the two
また、第1の実施形態のJBSでは、図6に示すように、逆方向バイアスから順方向バイアスへの切換時に、残留電子が経路L3を通ってカソード電極メタル15に戻される。
Further, in the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 6, when switching from the reverse bias to the forward bias, residual electrons are returned to the
以下、本発明の第2の実施形態について説明する。図8〜図11は第2の実施形態のMOSFETの製造工程を示した断面図、図12は第2の実施形態のMOSFETを示した図である。詳細には、図12(A)は第2の実施形態のMOSFETの一部を示した平面図、図12(B)は第2の実施形態のMOSFETの一部を示した断面図である。図13は第2の実施形態のMOSFETの右半分の一部を透視して見た平面図である。図14は第2の実施形態のMOSFETの最表面の右半分を示した平面図である。 Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. 8 to 11 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the MOSFET according to the second embodiment, and FIG. 12 is a view showing the MOSFET according to the second embodiment. Specifically, FIG. 12A is a plan view showing a part of the MOSFET of the second embodiment, and FIG. 12B is a cross-sectional view showing a part of the MOSFET of the second embodiment. FIG. 13 is a plan view seen through a part of the right half of the MOSFET of the second embodiment. FIG. 14 is a plan view showing the right half of the outermost surface of the MOSFET of the second embodiment.
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、まず最初に、図8(A)に示すように、N−型エピタキシャル層2がN+型基板1上に形成される。次いで、酸化膜(フィールド酸化膜)3がN−型エピタキシャル層2の表面全体に形成される。次いで、P型層形成用開口3aが活性領域の中央部(セル領域)A1および活性領域の周縁部A2の酸化膜3に形成される。次いで、P型層形成用開口3aを介してP型不純物の導入・拡散を行うことによって活性領域の中央部(セル領域)A1および活性領域の周縁部A2にP型層21が形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, first, as shown in FIG. 8A, the N−
第2の実施形態のMOSFETでは、その後の熱処理によってP型不純物の拡散深度が増加することを考慮し、図8(A)に示す段階におけるP型不純物の拡散深度は、目標の拡散深度よりも浅めに設定される。 In the MOSFET of the second embodiment, considering that the diffusion depth of the P-type impurity is increased by the subsequent heat treatment, the diffusion depth of the P-type impurity in the stage shown in FIG. 8A is higher than the target diffusion depth. Set shallower.
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図8(B)に示すように、P型不純物の拡散中に酸化膜22がP型層21の表面に形成される。次いで、トレンチ形成用開口22a,22bが活性領域の中央部(セル領域)A1の酸化膜22に形成され、トレンチ形成用開口22cが活性領域の周縁部A2の酸化膜22に形成され、トレンチ形成用開口3bがガードリング領域A3の酸化膜3に形成される。次いで、トレンチ形成用開口22a,22bを介して活性領域の中央部(セル領域)A1にトレンチ4a,4bが例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成され、トレンチ形成用開口22cを介して活性領域の周縁部A2にトレンチ4cが例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成され、トレンチ形成用開口3bを介してガードリング領域A3にトレンチ4dが例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, next, as shown in FIG. 8B, an
第2の実施形態のMOSFETでは、図8(B)に示すように、活性領域の周縁部A2のトレンチ4cの幅寸法(図8(B)の左右方向寸法)が、活性領域の中央部(セル領域)A1のトレンチ4a,4bの幅寸法(図8(B)の左右方向寸法)よりも大きくされている。また、第2の実施形態のMOSFETでは、図8(B)に示すように、ガードリング領域A3に1本の環状のトレンチ4dが形成されている。
In the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 8B, the width dimension of the
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図8(B)に示すように、各トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1および底面4a2,4b2,4c2,4d2の表面平滑化処理が行われる。表面平滑化処理では、例えば低温での犠牲酸化処理によって各トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1および底面4a2,4b2,4c2,4d2に酸化膜(図示せず)が形成され、次いで、その酸化膜(図示せず)が剥離される。この表面平滑化処理が行われることにより、各トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1および底面4a2,4b2,4c2,4d2が粗い場合よりもリーク電流を低減することができる。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, next, as shown in FIG. 8B, the side surfaces 4a1, 4b1, 4c1, 4d1 and the bottom surfaces 4a2, 4b2, 4c2, 4d2 of the
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図8(C)に示すように、各トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1および底面4a2,4b2,4c2,4d2(図8(B)参照)を介してN−型エピタキシャル層2にP型不純物の導入・拡散を行うことによって、横方向(図8(C)の左右方向)および縦方向(図8(C)の上下方向)の拡散深さが約0.1〜0.2μmであって濃度が1016/cm3オーダーのP型層5a,5b,5c,5dが、各トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1および底面4a2,4b2,4c2,4d2に沿って形成される。詳細には、例えば斜めイオン注入法、CVDデポジション、低温拡散デポジション等によって、P型不純物の導入が行われる。また、詳細には、P型不純物の導入・拡散によって形成されたP型層5a,5b,5c,5dの表面濃度が1016/cm3オーダーにされる。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, next, as shown in FIG. 8C, the side surfaces 4a1, 4b1, 4c1, 4d1 and the bottom surfaces 4a2, 4b2, 4c2, 4d2 of the
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図9(A)に示すように、酸化膜6が各トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1および底面4a2,4b2,4c2,4d2(図8(B)参照)に形成される。次いで、開口6a,6b,6c,6dが各トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2の酸化膜6に形成され、各トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1には酸化膜6が残される。詳細には、例えばリアクティブイオンエッチング法などによって各トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2の酸化膜6のみがエッチング除去される。このエッチング除去は、SiO2/Siのエッチングレートが比較的大きいエッチング条件で行われる。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, next, as shown in FIG. 9A, the
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図9(A)に示すように、ポリシリコンを各トレンチ4a,4b,4c,4d(図8(B)参照)の内部に充填すると共に、各トレンチ4a,4b,4c,4dの内部に充填されたポリシリコンに対してP型不純物をドープすることによって、濃度が1018/cm3オーダー以上のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7dが、各トレンチ4a,4b,4c,4dの内部に形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 9A, polysilicon is then filled in the
詳細には、第2の実施形態のMOSFETの製造時には、ポリシリコンが各トレンチ4a,4b,4c,4dの内部に選択的に充填されるのではなく、半導体チップの表面全体にポリシリコンを堆積させ、次いで、各トレンチ4a,4b,4c,4dの内部にのみポリシリコンが残るように、余分なポリシリコンをエッチバックすることにより、ポリシリコンが各トレンチ4a,4b,4c,4dの内部に充填される。
Specifically, when manufacturing the MOSFET of the second embodiment, polysilicon is not selectively filled into the
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図9(A)に示すように、各トレンチ4a,4b,4c,4d(図8(B)参照)の内部に形成されたP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7dおよび各トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2(図8(B)参照)の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6dを介してその真下のP型層5a,5b,5c,5dおよびN−型エピタキシャル層2に例えば白金等のようなライフタイムキラーとしての重金属が蒸着・拡散される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 9 (A), P + type polysilicon formed in the
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図9(B)に示すように、各トレンチ4a,4b,4c,4d(図8(B)参照)の内部に形成されたP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7dの表面に酸化膜8a,8b,8c,8dが形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 9B, P + type polysilicon formed in the
詳細には、第2の実施形態のMOSFETの製造時には、各トレンチ4a,4b,4c,4d(図8(B)参照)の内部のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7dの表面に酸化膜8a,8b,8c,8dが形成される時に、各トレンチ4a,4b,4c,4dの内部のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7dの表面のみに酸化膜8a,8b,8c,8dが選択的に形成されるのではなく、半導体チップの表面全体に酸化膜が形成される。詳細には、酸化膜8a,8b,8c,8dは、例えば熱酸化、CVD酸化などによって形成される。
Specifically, when the MOSFET of the second embodiment is manufactured, the surface of the P +
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図9(C)に示すように、N+型層形成用開口3c,22dが、半導体チップの周縁部A4の酸化膜3と、半導体チップの活性領域の中央部(セル領域)A1のうちトレンチ4a,4b(図8(B)参照)を除く部分の酸化膜22とに形成される。次いで、N+型層形成用開口3cを介して半導体チップの周縁部A4にN+型層9が形成されると共に、N+型層形成用開口22dを介して半導体チップの活性領域の中央部(セル領域)A1のうちトレンチ4a,4b(図8(B)参照)を除く部分にN+型層23が形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, next, as shown in FIG. 9C, the N + type
詳細には、第2の実施形態のMOSFETでは、半導体チップの活性領域の中央部(セル領域)A1に形成されたN+型層23が、MOSFETのセルとして機能する。
Specifically, in the MOSFET of the second embodiment, the N +
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図10(A)に示すように、N+型層23,9の表面に酸化膜24が形成される。詳細には、酸化膜24は、例えば熱酸化、CVD酸化などによって形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, an
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図10(A)に示すように、トレンチ形成用開口24a,24bが活性領域の中央部(セル領域)A1の酸化膜24に形成される。次いで、トレンチ形成用開口24a,24bを介して活性領域の中央部(セル領域)A1にトレンチ25a,25bが、例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, next, as shown in FIG. 10A,
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、各トレンチ25a,25bの側面および底面の表面平滑化処理が行われる。表面平滑化処理では、例えば低温での犠牲酸化処理によって各トレンチ25a,25bの側面および底面に酸化膜(図示せず)が形成され、次いで、その酸化膜(図示せず)が剥離される。この表面平滑化処理が行われることにより、各トレンチ25a,25bの側面および底面が粗い場合よりもリーク電流を低減することができ、良質のゲート酸化膜を得ることができる。詳細には、MOSFETのチャンネル部となる各トレンチ25a,25bの側面の表面平滑化処理が行われることにより、表面平滑化処理が行われない場合よりも、チャンネルを通過する多数キャリアである電子のチャンネル移動度(μch)を向上させることができる。
Next, when the MOSFET of the second embodiment is manufactured, the surface smoothing process is performed on the side surfaces and the bottom surface of each of the
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図10(B)に示すように、MOSFETのゲート酸化膜となる熱酸化膜26が各トレンチ25a,25bの側面および底面に形成される。詳細には、第2の実施形態のMOSFETの製造時には、MOSFETのゲート酸化膜となる熱酸化膜26が極めて清浄な雰囲気ガスの下で形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, next, as shown in FIG. 10B, a
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図10(B)に示すように、図12(A)のA−A線に沿った断面に相当する部分において、ポリシリコンをトレンチ25a,25bの内部に充填し、かつ、半導体チップの活性領域の周縁部A2に堆積させると共に、トレンチ25a,25bの内部に充填されたポリシリコンおよび半導体チップの活性領域の周縁部A2に堆積せしめられたポリシリコンに対してN型不純物をドープすることによって、N+型ポリシリコン層27a,27b,27cがトレンチ25a,25bの内部および半導体チップの活性領域の周縁部A2に形成される。半導体チップの活性領域の周縁部A2に形成されたN+型ポリシリコン層27cは、後でゲート配線引き回しのために用いられる。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 10B, polysilicon is then trenched in
一方、この時、図12(A)のB−B線に沿った断面に相当する部分では、ポリシリコンをトレンチ25a,25bの内部に充填し、かつ、半導体チップの活性領域の周縁部A2の一部に堆積させると共に、トレンチ25a,25bの内部に充填されたポリシリコンおよび半導体チップの活性領域の周縁部A2の一部に堆積せしめられたポリシリコンに対してN型不純物をドープすることによって、N+型ポリシリコン層27a,27b,27c’(図11(A)参照)がトレンチ25a,25bの内部および半導体チップの活性領域の周縁部A2の一部に形成される。半導体チップの活性領域の周縁部A2の一部に形成されたN+型ポリシリコン層27c’(図11(A)参照)は、後でゲート配線引き回しのために用いられる。
On the other hand, in the portion corresponding to the cross section along the line BB in FIG. 12A, polysilicon is filled in the
詳細には、第2の実施形態のMOSFETの製造時には、ポリシリコンが各トレンチ25a,25bの内部に選択的に充填されると共に、半導体チップの活性領域の周縁部A2の一部に選択的に堆積せしめられるのではなく、半導体チップの表面全体にポリシリコンを堆積させ、次いで、トレンチ25a,25bの内部および半導体チップの活性領域の周縁部A2の一部にポリシリコンが残るように、余分なポリシリコンがエッチバックされる。
Specifically, during the manufacture of the MOSFET of the second embodiment, polysilicon is selectively filled into the
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図10(C)に示すように、酸化膜28が半導体チップの表面全体に形成される。詳細には、酸化膜28は、例えば熱酸化、CVD酸化などによって形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, next, as shown in FIG. 10C, an
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図11(A)に示すように、図12(A)のB−B線に沿った断面に相当する部分において、活性領域の中央部(セル領域)A1のうちトレンチ25a,25b(図10(A)参照)を除く部分の酸化膜、ガードリング領域A3のP+型ポリシリコン層7d上の一部の酸化膜、および、半導体チップの周縁部A4のN+型層9上の一部の酸化膜に、電極メタル形成用開口28a,28b,28d,28eが形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, next, as shown in FIG. 11A, in the portion corresponding to the cross section along the line BB in FIG. Region) A1 except for
一方、この時、図12(A)のA−A線に沿った断面に相当する部分では、図11(B)に示すように、活性領域の中央部(セル領域)A1のうちトレンチ25a,25b(図10(A)参照)を除く部分の酸化膜、活性領域の周縁部A2のN+型ポリシリコン層27c上の一部の酸化膜、ガードリング領域A3のP+型ポリシリコン層7d上の一部の酸化膜、および、半導体チップの周縁部A4のN+型層9上の一部の酸化膜に、電極メタル形成用開口28a,28c,28d,28eが形成される。
On the other hand, at this time, in the portion corresponding to the cross section along the line AA in FIG. 12A, as shown in FIG. 11B, the
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、電極メタルが半導体チップの表面全体に例えばスパッタリング法、蒸着法などによって形成される。 At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, an electrode metal is then formed on the entire surface of the semiconductor chip by, for example, sputtering or vapor deposition.
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図11(C)に示すように、半導体チップの表面全体の電極メタルが、活性領域の中央部(セル領域)A1のソース電極メタル29aと、活性領域の周縁部A2のゲート配線引き回し電極メタル29bと、ゲート配線引き回し電極メタル29bよりも周縁部(図11(C)の右側)側に位置するソース電極メタル29cと、ガードリング電極メタル29dと、半導体チップの周縁部A4のEQR電極メタル29eとに電気的に分離してパターニングされる。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, next, as shown in FIG. 11C, the electrode metal on the entire surface of the semiconductor chip is replaced with the
その結果、第2の実施形態のMOSFETでは、図11(C)および図13に示すように、ゲート電極として機能するトレンチ25a,25b(図10(A)参照)の内部のN+型ポリシリコン層27a,27bとゲート配線引き回し電極メタル29bとが、電気的に接続されることになる。
As a result, in the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIGS. 11C and 13, the N + type polysilicon layer inside the
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図11(C)に示すように、活性領域の中央部(セル領域)A1のN+型ポリシリコン層27cの上側に位置するソース電極メタル29aと、活性領域の中央部(セル領域)A1のN+型ポリシリコン層27cの下側に位置するトレンチ4b(図8(B)参照)の内部のP+型ポリシリコン層7bとが、電気的に接続される。また、活性領域の周縁部A2のN+型ポリシリコン層27cの上側に位置するソース電極メタル29cと、活性領域の周縁部A2のN+型ポリシリコン層27cの下側に位置するトレンチ4c(図8(B)参照)の内部のP+型ポリシリコン層7cとが、電気的に接続される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, next, as shown in FIG. 11C, the
第2の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図11(C)に示すように、最終保護膜14が半導体チップの表面全体に形成される。更に、ソース電極メタル29aと接続するためのコンタクト開口14aが最終保護膜14に形成される。また、ドレイン電極メタル30が半導体チップの裏面に形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the second embodiment, the final
また、第2の実施形態のMOSFETの製造時には、図14に示すように、ゲート配線引き回し電極メタル29bと電気的に接続されたゲート電極メタル31が、半導体チップの表面に形成される。更に、ゲート電極メタル31と電気的に接続されたゲートパッド32が、半導体チップの表面に形成される。また、ソース電極メタル29a,29cと電気的に接続されたソースパッド33が、半導体チップの表面に形成される。
Further, when the MOSFET of the second embodiment is manufactured, as shown in FIG. 14, a
その結果、第2の実施形態のMOSFETでは、図12に示すように、N+型ポリシリコン層27a’,27a,27bがゲート電極として機能する。更に、N+型ポリシリコン層27a’,27a,27bの側面のゲート酸化膜26に隣接するP型層21が、縦型MOSFETチャンネルとして機能する。
As a result, in the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 12, the N +
詳細には、第2の実施形態のMOSFETの製造時には、オーミック接触を確実にするためのシンタリング処理が例えば400℃程度の不活性ガス中で適宜行われる。 Specifically, during the manufacture of the MOSFET of the second embodiment, a sintering process for ensuring ohmic contact is appropriately performed in, for example, an inert gas at about 400 ° C.
つまり、第2の実施形態のMOSFETでは、図12(B)に示すように、ガードリング領域A3が活性領域の周縁部A2の外側(図12(B)の右側)に配置されている。詳細には、第2の実施形態のMOSFETでは、半導体チップの活性領域の周縁部A2のトレンチ4c(図8(B)参照)と、半導体チップの活性領域の周縁部A2の外側のガードリング領域A3のトレンチ4d(図8(B)参照)と、ガードリング領域A3の外側のN−型エピタキシャル層2と、半導体チップの周縁部A4のN+型層9とによって耐圧維持構造が形成されている。
That is, in the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 12B, the guard ring region A3 is disposed outside the peripheral edge A2 of the active region (on the right side in FIG. 12B). Specifically, in the MOSFET according to the second embodiment, the
更に、第2の実施形態のMOSFETでは、トレンチ構造が採用されているため、第2の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ構造が採用されていない場合よりも半導体チップの横方向寸法(図12(B)の左右方向寸法)を小型化することができる。 Furthermore, since the MOSFET according to the second embodiment employs a trench structure, according to the MOSFET according to the second embodiment, the lateral dimension of the semiconductor chip (FIG. 12) is greater than when the trench structure is not employed. (B) horizontal dimension) can be reduced.
また、第2の実施形態のMOSFETでは、図12(B)に示すように、半導体チップのガードリング領域A3のP+型ポリシリコン層7d上にガードリング電極メタル29dが形成されている。そのため、第2の実施形態のMOSFETによれば、半導体チップのガードリング領域A3のP+型ポリシリコン層7d上にガードリング電極メタル29dが形成されていない場合よりも、逆方向バイアス時の空亡層D1(図7参照)を半導体チップの周縁部側に延ばすことができる。
In the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 12B, the guard
更に、第2の実施形態のMOSFETでは、図12(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4d(図8(B)参照)の内部のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dの濃度が1018/cm3オーダー以上にされている。そのため、第2の実施形態のMOSFETによれば、半導体チップの活性領域の中央部(セル領域)A1のP+型ポリシリコン層7a’,7aとソース電極メタル29aとをオーミック接触させることができ、その結果、順方向バイアス時に、ソース電極メタル29aの電位を、トレンチ4aの側面に沿って形成されたP型層5a’,5aよりも速くトレンチ4aの内部のP+型ポリシリコン層7a’,7aに伝えることができる。
Furthermore, in the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 12B, the P +
換言すれば、第2の実施形態のMOSFETでは、図12(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4d(図8(B)参照)の内部に高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dが形成されている。そのため、第2の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dが形成されていない場合よりも、順方向バイアス時に、P+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dの下側の空亡層D2(図6参照)をドレイン電極30の側(図12(B)の下側)に延ばすことができ、その結果、隣接する2つのトレンチの間の空間2’(図6参照)を簡単にピンチオフさせることができる。
In other words, in the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 12B, a high-concentration P + type polysilicon layer is formed inside the
詳細には、第2の実施形態のMOSFETでは、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dが形成されているため、第2の実施形態のMOSFETでは、P+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dの下側のN−型エピタキシャル層2に延びる空亡層が、迅速にN+型基板1側に到達する。その結果、トレンチ4a,4b,4c,4dの下側部分では、電界強度が他の部分に比べて最大となる。つまり、第2の実施形態のMOSFETでは、トレンチ25a,25b(図10(B)参照)の下側部分の電界強度が相対的に低くなり、トレンチ25a,25bの側面のゲート酸化膜26にかかる電界強度が低く抑えられる。そのため、第2の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ25a,25bの側面のゲート酸化膜26にかかる電界強度が高くなるように構成されている場合よりも、トレンチ25a,25bの側面のゲート酸化膜26を安全に保護することができる。
Specifically, in the MOSFET of the second embodiment, the high concentration P +
ところで、一般的に、MOSFETは、図20(B)に示すような出力特性を有している。詳細には、VG1(OFFモード)からVGn(ONモード)へのSW(スイッチング)時、および、VGn(ONモード)からVG1(OFFモード)へのSW(スイッチング)時に、ゲート電圧が、図20(B)中の矢印⇔を行ったり来たりしている。また、MOSFETのデバイス内部では、ONモード時の空亡層の形状が、図20(A)中の「ON時空亡層形状」のようになり、OFFモード時の空亡層の形状が、図20(A)中の「OFF時空亡層形状」のようになる。つまり、VG1(OFFモード)からVGn(ONモード)へのSW(スイッチング)時、および、VGn(ONモード)からVG1(OFFモード)へのSW(スイッチング)時に、空亡層の形状が、図20(A)中の矢印⇔を行ったり来たりしている。 Incidentally, a MOSFET generally has output characteristics as shown in FIG. Specifically, the gate voltage at the time of SW (switching) from VG1 (OFF mode) to VGn (ON mode) and at the time of SW (switching) from VGn (ON mode) to VG1 (OFF mode) is shown in FIG. (B) Go back and forth in the arrow 行 っ. In addition, inside the MOSFET device, the shape of the airborne layer in the ON mode is like the “ON airborne layer shape” in FIG. 20A, and the shape of the airborne layer in the OFF mode is shown in FIG. It becomes like the “OFF spacetime layer shape” in 20 (A). That is, when SW (switching) from VG1 (OFF mode) to VGn (ON mode) and SW (switching) from VGn (ON mode) to VG1 (OFF mode), the shape of the sky layer is shown in FIG. The arrow 中 in 20 (A) goes back and forth.
詳細には、第2の実施形態のMOSFETでは、隣接するトレンチ4a,4b(図8(B)参照)の間にトレンチ25bおよびゲート酸化膜26(図10(B)参照)が配置されているため、隣接するトレンチ4a,4bの間隔が第1の実施形態のJBSよりも広くなる。また、トレンチ25a,25bからも空亡層がトレンチ25a,25bの底部に沿って同心円上に広がってくる。そのため、第2の実施形態のMOSFETでは、OFFモード時の空亡層の形状が、図20(A)中の「OFF時空亡層形状」のようになる。
Specifically, in the MOSFET of the second embodiment, a
つまり、第2の実施形態のMOSFETでは、図20(A)に示すように、OFF時空亡層形状が、トレンチ4a,4bの底面4a2,4b2(図8(B)参照)のPN接合面から下方に広がると共に、トレンチ25bのゲート酸化膜26(図10(B)参照)から下方に広がる。詳細には、第2の実施形態のMOSFETでは、トレンチ4a,4bの底面4a2,4b2のPN接合面が、トレンチ25bのゲート酸化膜26よりも深い位置に配置されている。そのため、第2の実施形態のMOSFETでは、トレンチ4a,4bの下方のN−型エピタキシャル層2とN+型基板1(図12(B)参照)との境界部分(図20(A)中の○印の部分)の電界強度が最も高くなる。
That is, in the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 20 (A), the OFF spacetime layer shape is from the PN junction surface of the bottom surfaces 4a2 and 4b2 (see FIG. 8 (B)) of the
一方、第2の実施形態のMOSFETでは、トレンチ25b(図10(B)参照)の下方のN−型エピタキシャル層2(図12(B)参照)の厚さが、トレンチ4a,4b(図8(B)参照)の下方のN−型エピタキシャル層2の厚さよりも厚くなっている。そのため、第2の実施形態のMOSFETでは、トレンチ25bの下方の電界強度が、トレンチ4a,4bの下方の電界強度よりも低くなる。
On the other hand, in the MOSFET of the second embodiment, the thickness of the N− type epitaxial layer 2 (see FIG. 12B) below the
換言すれば、第2の実施形態のMOSFETでは、トレンチ4a,4b(図8(B)参照)およびトレンチ25b(図10(B)参照)から同時に延びる空亡層同士が相殺し合い、Resurf効果のようなものが起こる。その結果、第2の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ4a,4bが設けられず、トレンチ25bのみが設けられているMOSFETよりも、トレンチ25bの下方の電界強度を低くすることができる。
In other words, in the MOSFET of the second embodiment, the vacant layers extending simultaneously from the
第2の実施形態のMOSFETでは、ONモードになると、トレンチ4a,4b(図8(B)参照)の周辺のPN接合にかかるVDS電圧が徐々に下がり、ゲート電極として機能するトレンチ25b(図10(B)参照)の内部のN+型ポリシリコン層27b(図10(B)参照)にVGn(Onモード)のゲート電圧がかかる。そのため、トレンチ25bの内部のN+型ポリシリコン層27bと、ゲート酸化膜26(図10(B)参照)と、N−型エピタキシャル層2(図10(B)参照)とが成すコンデンサ効果によって、多くの電子が蓄積されるようになる。その結果、N−型エピタキシャル層2が更にN型化し、一方、ゲート酸化膜26に隣接するP型層21(図10(B)参照)は、「P型」→「P−型」→「N−型」→「N型」に反転してくる。そうすると、図20(A)に示すように、トレンチ25bの側面のゲート酸化膜26に隣接するP型層21に「チャンネル」が形成され、「電子電流」が流れる経路が形成される。この「電子電流」の経路は広い経路であることが好ましい。
In the MOSFET of the second embodiment, in the ON mode, the VDS voltage applied to the PN junction around the
換言すれば、図20(A)中の「ON時空亡層形状」のうち、トレンチ4b(図8(B)参照)とトレンチ25b(図10(B)参照)との間の部分が、トレンチ4bに近く、トレンチ25bから遠ければ、広い「電子電流」の経路が確保されることになる。
In other words, the portion between the
ポリシリコン層中の重金属の拡散速度がN−型エピタキシャル層2中の重金属の拡散速度よりも速く、酸化膜6中の重金属の拡散速度がN−型エピタキシャル層2中の重金属の拡散速度よりも遅い点に鑑み、第2の実施形態のMOSFETでは、図12(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4d(図8(B)参照)の内部に形成されたP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dおよびトレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2(図8(B)参照)の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6d(図9(A)参照)を介してP型層5a’5a,5b,5c,5dおよびN−型エピタキシャル層2に重金属が拡散される。そのため、第2の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6dの真下付近のP型層5a’5a,5b,5c,5dおよびN−型エピタキシャル層2に重金属(Bb,Bc(図6参照))を局所的に拡散させることができる。つまり、第2の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1の酸化膜6の側方のP型層5a’5a,5b,5c,5dおよびN−型エピタキシャル層2のキャリアのライフタイムを長いままに維持することができる。
The diffusion rate of heavy metal in the polysilicon layer is faster than the diffusion rate of heavy metal in the N −
また、第2の実施形態のMOSFETでは、図12(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4d(図8(B)参照)の内部に高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dが形成されている。つまり、第2の実施形態のMOSFETでは、高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dが形成されているトレンチ4a,4b,4c,4dの内部において、多数キャリアとなる正孔が十分に活性化されておらず、正孔の移動度が十分に高くなっていない。そのため、第2の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2(図8(B)参照)の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6d(図9(A)参照)、および、その真下のP型層5a’5a,5b,5c,5dを介してN−型エピタキシャル層2に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。
Further, in the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 12B, a high-concentration P +
更に、第2の実施形態のMOSFETでは、図12(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2(図8(B)参照)の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6d(図9(A)参照)を介してその真下のP型層5a’5a,5b,5c,5dにライフタイムキラーとしての重金属が導入されている。つまり、第2の実施形態のMOSFETでは、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6dの真下のP型層5a’5a,5b,5c,5dにおいて、キャリアとしての正孔のライフタイムが短くなっている。そのため、第2の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6d、および、その真下のP型層5a’5a,5b,5c,5dを介してN−型エピタキシャル層2に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。
Furthermore, in the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 12B, the
また、第2の実施形態のMOSFETでは、図12(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1(図8(B)参照)には酸化膜6が残されている。つまり、第2の実施形態のMOSFETでは、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部、トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1の酸化膜6、および、その側方のP型層5a’5a,5b,5c,5dを介してN−型エピタキシャル層2にキャリアとしての正孔が注入されることはない。
In the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 12B, the oxide film is not formed on the side surfaces 4a1, 4b1, 4c1, 4d1 (see FIG. 8B) of the
つまり、第2の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dの濃度が1018/cm3オーダー未満にされている場合や、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2からライフタイムキラーとしての重金属が導入されていない場合や、トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1に酸化膜6が形成されていない場合よりも、N−型エピタキシャル層2へのキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。
That is, according to the MOSFET of the second embodiment, the concentration of the P +
更に、第2の実施形態のMOSFETでは、図12(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4d(図8(B)参照)の内部に高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dが形成されており、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部で多数キャリアとなる正孔が十分に活性化されていない。更に、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dに拡散された重金属が、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2(図8(B)参照)の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6d(図9(A)参照)を介して、その真下のP型層5a’,5a,5b,5c,5dおよびN−型エピタキシャル層2に局所的に分布している。
Furthermore, in the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 12B, a high-concentration P +
そのため、第2の実施形態のMOSFETでは、図12(B)に示すように、逆方向バイアス時に隣接する2個のトレンチ4a,4b,4c(図8(B)参照)の間の部分の真下の空亡層D1(図6参照)の下端とN+型基板1との間に存在している残留正孔(ホール)(図6参照)が、逆方向バイアスから順方向バイアスへの切換時に、重金属(Bb,Bc(図6参照))が局所的に分布されているトレンチ4a,4b,4cの底面4a2,4b2,4c2(図8(B)参照)の酸化膜6の開口6a,6b,6c(図9(A)参照)の真下のN−型エピタキシャル層2およびP型層5a’5a,5b,5c、並びに、ソース電極メタル29a,29cの電位に近い電位になっているトレンチ4a,4b,4cの内部の高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7cを介して、ソース電極メタル29a,29cに迅速に戻される。
Therefore, in the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 12B, immediately below the portion between two
つまり、第2の実施形態のMOSFETによれば、図12(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2(図8(B)参照)の真下のP型層5a’5a,5b,5c,5dおよびN−型エピタキシャル層2に重金属が局所的に分布されていない場合や、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部に1018/cm3オーダー以上の高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dが形成されていない場合よりも、MOSFETに内蔵された逆並列接続ダイオードの逆回復時間(trr)を短くすることができ、ソフトリカバリーを達成することができる。
That is, according to the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 12B, directly below the bottom surfaces 4a2, 4b2, 4c2, 4d2 of the
更に、第2の実施形態のMOSFETでは、図12(B)に示すように、N+型層23(図9(C)参照)が、活性領域の中央部(セル領域)A1のうち活性領域の周縁部A2に隣接する部分(つまり、図12(B)中のP+型ポリシリコン層7bとN+型ポリシリコン層27bとの間の部分)のP型層21の上側に形成されている。そのため、第2の実施形態のMOSFETによれば、活性領域の中央部(セル領域)A1のうち活性領域の周縁部A2に隣接する部分(つまり、図12(B)中のP+型ポリシリコン層7bとN+型ポリシリコン層27bとの間の部分)のP型層21の上側のN+型層23(図9(C)参照)をMOSFETのセルとして働かせることができる。
Furthermore, in the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 12B, the N + type layer 23 (see FIG. 9C) is formed in the active region in the central portion (cell region) A1 of the active region. It is formed on the upper side of the P-
第2の実施形態のMOSFETでは、図12(B)に示すように、活性領域の中央部(セル領域)A1と活性領域の周縁部A2とに2個のトレンチ4b,4c(図8(B)参照)が隣接して配置され、トレンチ4b,4cの間にトレンチ4b,4cの深さよりも浅いP型層21が形成されるが、第2の実施形態のMOSFETの変形例では、それらの2個のトレンチ4b,4cおよびそれらの間のP型層21の代わりに、図21(B)に示すように、活性領域の中央部(セル領域)A1と活性領域の周縁部A2とに跨る1個のトレンチを形成し、P型層5bcを形成し、酸化膜6を形成し、P+型ポリシリコン層7bcを形成することも可能である。図21は第2の実施形態のMOSFETの変形例を示した図である。詳細には、図21(A)は第2の実施形態のMOSFETの変形例の一部を示した平面図、図21(B)は第2の実施形態のMOSFETの変形例の一部を示した断面図である。
In the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 12B, two
第2の実施形態のMOSFETでは、図12(B)に示すように、活性領域の中央部(セル領域)A1と活性領域の周縁部A2とに2個のトレンチ4b,4c(図8(B)参照)が隣接して配置され、各トレンチ4b,4cの内部にP+型ポリシリコン層7b,7cが形成されるため、第2の実施形態のMOSFETによれば、N−型エピタキシャル層2へのキャリアとしての正孔の注入量を制限することができ、この部分に発生する寄生ダイオードの影響を低減することができる。
In the MOSFET of the second embodiment, as shown in FIG. 12B, two
以下、本発明の第3の実施形態について説明する。図15〜図18は第3の実施形態のMOSFETの製造工程を示した断面図、図19は第3の実施形態のMOSFETを示した図である。詳細には、図19(A)は第3の実施形態のMOSFETの一部を示した平面図、図19(B)は第3の実施形態のMOSFETの一部を示した断面図である。第3の実施形態のMOSFETの右半分の一部を透視して見た平面図は、図13に示した第2の実施形態のMOSFETの平面図と同様である。また、第3の実施形態のMOSFETの最表面の右半分を示した平面図は、図14に示した第2の実施形態のMOSFETの平面図と同様である。 Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described. 15 to 18 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the MOSFET according to the third embodiment, and FIG. 19 is a view showing the MOSFET according to the third embodiment. Specifically, FIG. 19A is a plan view showing a part of the MOSFET of the third embodiment, and FIG. 19B is a cross-sectional view showing a part of the MOSFET of the third embodiment. A plan view seen through a part of the right half of the MOSFET of the third embodiment is similar to the plan view of the MOSFET of the second embodiment shown in FIG. The plan view showing the right half of the outermost surface of the MOSFET of the third embodiment is the same as the plan view of the MOSFET of the second embodiment shown in FIG.
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、まず最初に、図15(A)に示すように、N−型エピタキシャル層2がN+型基板1上に形成される。次いで、酸化膜(フィールド酸化膜)3がN−型エピタキシャル層2の表面全体に形成される。次いで、P型層形成用開口3aが活性領域の中央部(セル領域)A1および活性領域の周縁部A2の酸化膜3に形成される。次いで、P型層形成用開口3aを介してP型不純物の導入・拡散を行うことによって活性領域の中央部(セル領域)A1および活性領域の周縁部A2にP型層21が形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, first, as shown in FIG. 15A, the N−
第3の実施形態のMOSFETでは、その後の熱処理によってP型不純物の拡散深度が増加することを考慮し、図15(A)に示す段階におけるP型不純物の拡散深度は、目標の拡散深度よりも浅めに設定される。 In the MOSFET of the third embodiment, considering that the diffusion depth of the P-type impurity is increased by the subsequent heat treatment, the diffusion depth of the P-type impurity at the stage shown in FIG. 15A is higher than the target diffusion depth. Set shallower.
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図15(B)に示すように、P型不純物の拡散中に酸化膜22がP型層21の表面に形成される。次いで、トレンチ形成用開口22a,22bが活性領域の中央部(セル領域)A1の酸化膜22に形成され、トレンチ形成用開口22cが活性領域の周縁部A2の酸化膜22に形成され、トレンチ形成用開口3bがガードリング領域A3の酸化膜3に形成される。次いで、トレンチ形成用開口22a,22bを介して活性領域の中央部(セル領域)A1にトレンチ4a,4bが例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成され、トレンチ形成用開口22cを介して活性領域の周縁部A2にトレンチ4cが例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成され、トレンチ形成用開口3bを介してガードリング領域A3にトレンチ4dが例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, an
第3の実施形態のMOSFETでは、図15(B)に示すように、活性領域の周縁部A2のトレンチ4cの幅寸法(図15(B)の左右方向寸法)が、活性領域の中央部(セル領域)A1のトレンチ4a,4bの幅寸法(図15(B)の左右方向寸法)よりも大きくされている。また、第3の実施形態のMOSFETでは、図15(B)に示すように、ガードリング領域A3に1本の環状のトレンチ4dが形成されている。
In the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 15B, the width dimension of the
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図15(B)に示すように、各トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1および底面4a2,4b2,4c2,4d2の表面平滑化処理が行われる。表面平滑化処理では、例えば低温での犠牲酸化処理によって各トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1および底面4a2,4b2,4c2,4d2に酸化膜(図示せず)が形成され、次いで、その酸化膜(図示せず)が剥離される。この表面平滑化処理が行われることにより、各トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1および底面4a2,4b2,4c2,4d2が粗い場合よりもリーク電流を低減することができる。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, next, as shown in FIG. 15B, the side surfaces 4a1, 4b1, 4c1, 4d1 and the bottom surfaces 4a2, 4b2, 4c2, 4d2 of the
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図15(C)に示すように、各トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1および底面4a2,4b2,4c2,4d2(図15(B)参照)を介してN−型エピタキシャル層2にP型不純物の導入・拡散を行うことによって、横方向(図15(C)の左右方向)および縦方向(図15(C)の上下方向)の拡散深さが約0.1〜0.2μmであって濃度が1016/cm3オーダーのP型層5a,5b,5c,5dが、各トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1および底面4a2,4b2,4c2,4d2に沿って形成される。詳細には、例えば斜めイオン注入法、CVDデポジション、低温拡散デポジション等によって、P型不純物の導入が行われる。また、詳細には、P型不純物の導入・拡散によって形成されたP型層5a,5b,5c,5dの表面濃度が1016/cm3オーダーにされる。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, next, as shown in FIG. 15C, the side surfaces 4a1, 4b1, 4c1, 4d1 and the bottom surfaces 4a2, 4b2, 4c2, 4d2 of the
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図16(A)に示すように、酸化膜6が各トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1および底面4a2,4b2,4c2,4d2(図15(B)参照)に形成される。次いで、開口6a,6b,6c,6dが各トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2の酸化膜6に形成され、各トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1には酸化膜6が残される。詳細には、例えばリアクティブイオンエッチング法などによって各トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2の酸化膜6のみがエッチング除去される。このエッチング除去は、SiO2/Siのエッチングレートが比較的大きいエッチング条件で行われる。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, next, as shown in FIG. 16A, the
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図16(A)に示すように、ポリシリコンを各トレンチ4a,4b,4c,4d(図15(B)参照)の内部に充填すると共に、各トレンチ4a,4b,4c,4dの内部に充填されたポリシリコンに対してP型不純物をドープすることによって、濃度が1018/cm3オーダー以上のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7dが、各トレンチ4a,4b,4c,4dの内部に形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, next, as shown in FIG. 16A, polysilicon is filled in the
詳細には、第3の実施形態のMOSFETの製造時には、ポリシリコンが各トレンチ4a,4b,4c,4dの内部に選択的に充填されるのではなく、半導体チップの表面全体にポリシリコンを堆積させ、次いで、各トレンチ4a,4b,4c,4dの内部にのみポリシリコンが残るように、余分なポリシリコンをエッチバックすることにより、ポリシリコンが各トレンチ4a,4b,4c,4dの内部に充填される。
Specifically, when manufacturing the MOSFET of the third embodiment, polysilicon is not selectively filled into the
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図16(A)に示すように、各トレンチ4a,4b,4c,4d(図15(B)参照)の内部に形成されたP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7dおよび各トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2(図15(B)参照)の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6dを介してその真下のP型層5a,5b,5c,5dおよびN−型エピタキシャル層2に例えば白金等のようなライフタイムキラーとしての重金属が蒸着・拡散される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 16 (A), P + type polysilicon formed in the
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図16(B)に示すように、各トレンチ4a,4b,4c,4d(図15(B)参照)の内部に形成されたP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7dの表面に酸化膜8a,8b,8c,8dが形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET according to the third embodiment, as shown in FIG. 16 (B), P + type polysilicon formed in the
詳細には、第3の実施形態のMOSFETの製造時には、各トレンチ4a,4b,4c,4d(図15(B)参照)の内部のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7dの表面に酸化膜8a,8b,8c,8dが形成される時に、各トレンチ4a,4b,4c,4dの内部のP+型ポリシリコン層7a,7b,7c,7dの表面のみに酸化膜8a,8b,8c,8dが選択的に形成されるのではなく、半導体チップの表面全体に酸化膜が形成される。詳細には、酸化膜8a,8b,8c,8dは、例えば熱酸化、CVD酸化などによって形成される。
Specifically, when the MOSFET of the third embodiment is manufactured, the surface of the P +
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図16(C)に示すように、N+型層形成用開口3cが、半導体チップの周縁部A4の酸化膜3に形成されると共に、N+型層形成用開口22dが、半導体チップの活性領域の中央部(セル領域)A1のうち、活性領域の周縁部A2に隣接する部分を除く部分であって、トレンチ4a,4b(図15(B)参照)を除く部分の酸化膜22に形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, next, as shown in FIG. 16C, an N + type
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図16(C)に示すように、N+型層形成用開口3cを介して半導体チップの周縁部A4にN+型層9が形成されると共に、N+型層形成用開口22dを介して半導体チップの活性領域の中央部(セル領域)A1のうち、活性領域の周縁部A2に隣接する部分を除く部分であって、トレンチ4a,4b(図15(B)参照)を除く部分にN+型層23が形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, next, as shown in FIG. 16C, the N +
第3の実施形態のMOSFETでは、図16(C)に示すように、半導体チップの活性領域の中央部(セル領域)A1のうち、活性領域の周縁部A2に隣接する部分に、N+型層23が形成されず、その部分(つまり、P型層21が残された部分)が、活性領域の中央部(セル領域)A1のN+型層23の下側に位置するP型(PB)層21と共にMOSFETに逆並列接続されたダイオードとして機能する。
In the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 16C, an N + type layer is formed in a portion adjacent to the peripheral edge A2 of the active region in the central portion (cell region) A1 of the active region of the semiconductor chip. 23 is not formed, and the portion (that is, the portion where the P-
詳細には、半導体チップの活性領域の中央部(セル領域)A1のうち活性領域の周縁部A2に隣接する部分にN+型層23が形成される場合には、その部分に寄生npnトランジスタが構成され、活性領域の周縁部A2およびガードリング領域A3の下部に注入された正孔および残留正孔が逆方向バイアス時にソース電極メタル29a,29c(図19参照)に戻る時に、この寄生npnトランジスタを動作させてしまうおそれがある。この点に鑑み、第3の実施形態のMOSFETでは、図16(C)に示すように、半導体チップの活性領域の中央部(セル領域)A1のうち、活性領域の周縁部A2に隣接する部分に、N+型層23が形成されず、P型層21が残される。
Specifically, when the N +
第3の実施形態のMOSFETでは、図18(C)に示すように、半導体チップの活性領域の中央部(セル領域)A1のうち、活性領域の周縁部A2に隣接するN+型層23が形成されない部分(すなわち、P型層21が残される部分)の幅、つまり、MOSFETに逆並列接続されたダイオードとして機能する部分の幅が、セル1単位分の幅の約2分の1の幅に設定される。第3の実施形態のMOSFETの変形例では、代わりに、MOSFETに逆並列接続されたダイオードとして機能する部分の幅を、セル1単位分の幅に設定したり、セル1単位分の幅の約1.5倍の幅に設定したり、セル1単位分の幅の約2倍の幅に設定したり、セル1単位分の幅の約2.5倍の幅に設定したり、上述した幅以外の任意の幅に設定したりすることも可能である。
In the MOSFET according to the third embodiment, as shown in FIG. 18C, an N +
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図17(A)に示すように、N+型層23,9の表面に酸化膜24が形成される。詳細には、酸化膜24は、例えば熱酸化、CVD酸化などによって形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, an
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図17(A)に示すように、トレンチ形成用開口24a,24bが活性領域の中央部(セル領域)A1の酸化膜24に形成される。次いで、トレンチ形成用開口24a,24bを介して活性領域の中央部(セル領域)A1にトレンチ25a,25bが、例えばリアクティブイオンエッチング法などによって形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, next, as shown in FIG. 17A,
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、各トレンチ25a,25bの側面および底面の表面平滑化処理が行われる。表面平滑化処理では、例えば低温での犠牲酸化処理によって各トレンチ25a,25bの側面および底面に酸化膜(図示せず)が形成され、次いで、その酸化膜(図示せず)が剥離される。この表面平滑化処理が行われることにより、各トレンチ25a,25bの側面および底面が粗い場合よりもリーク電流を低減することができ、良質のゲート酸化膜を得ることができる。詳細には、MOSFETのチャンネル部となる各トレンチ25a,25bの側面の表面平滑化処理が行われることにより、表面平滑化処理が行われない場合よりも、チャンネルを通過する多数キャリアである電子のチャンネル移動度(μch)を向上させることができる。
Next, when the MOSFET of the third embodiment is manufactured, the surface smoothing process is performed on the side surfaces and the bottom surface of the
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図17(B)に示すように、MOSFETのゲート酸化膜となる熱酸化膜26が各トレンチ25a,25bの側面および底面に形成される。詳細には、第3の実施形態のMOSFETの製造時には、MOSFETのゲート酸化膜となる熱酸化膜26が極めて清浄な雰囲気ガスの下で形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 17B, a
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図17(B)に示すように、図19(A)のA−A線に沿った断面に相当する部分において、ポリシリコンをトレンチ25a,25bの内部に充填し、かつ、半導体チップの活性領域の周縁部A2に堆積させると共に、トレンチ25a,25bの内部に充填されたポリシリコンおよび半導体チップの活性領域の周縁部A2に堆積せしめられたポリシリコンに対してN型不純物をドープすることによって、N+型ポリシリコン層27a,27b,27cがトレンチ25a,25bの内部および半導体チップの活性領域の周縁部A2に形成される。半導体チップの活性領域の周縁部A2に形成されたN+型ポリシリコン層27cは、後でゲート配線引き回しのために用いられる。
At the time of manufacturing the MOSFET according to the third embodiment, as shown in FIG. 17B, polysilicon is then trenched in the
一方、この時、図19(A)のB−B線に沿った断面に相当する部分では、ポリシリコンをトレンチ25a,25bの内部に充填し、かつ、半導体チップの活性領域の周縁部A2の一部に堆積させると共に、トレンチ25a,25bの内部に充填されたポリシリコンおよび半導体チップの活性領域の周縁部A2の一部に堆積せしめられたポリシリコンに対してN型不純物をドープすることによって、N+型ポリシリコン層27a,27b,27c’(図18(A)参照)がトレンチ25a,25bの内部および半導体チップの活性領域の周縁部A2の一部に形成される。半導体チップの活性領域の周縁部A2の一部に形成されたN+型ポリシリコン層27c’(図18(A)参照)は、後でゲート配線引き回しのために用いられる。
On the other hand, in the portion corresponding to the cross section along the line BB in FIG. 19A, polysilicon is filled in the
詳細には、第3の実施形態のMOSFETの製造時には、ポリシリコンが各トレンチ25a,25bの内部に選択的に充填されると共に、半導体チップの活性領域の周縁部A2の一部に選択的に堆積せしめられるのではなく、半導体チップの表面全体にポリシリコンを堆積させ、次いで、トレンチ25a,25bの内部および半導体チップの活性領域の周縁部A2の一部にポリシリコンが残るように、余分なポリシリコンがエッチバックされる。
Specifically, during the manufacture of the MOSFET of the third embodiment, polysilicon is selectively filled into the
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図17(C)に示すように、酸化膜28が半導体チップの表面全体に形成される。詳細には、酸化膜28は、例えば熱酸化、CVD酸化などによって形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, next, as shown in FIG. 17C, an
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図18(A)に示すように、図19(A)のB−B線に沿った断面に相当する部分において、活性領域の中央部(セル領域)A1のうちトレンチ25a,25b(図17(A)参照)を除く部分の酸化膜、ガードリング領域A3のP+型ポリシリコン層7d上の一部の酸化膜、および、半導体チップの周縁部A4のN+型層9上の一部の酸化膜に、電極メタル形成用開口28a,28b,28d,28eが形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, next, as shown in FIG. 18A, in the portion corresponding to the cross section along the line BB in FIG. Region) A1 except for
一方、この時、図19(A)のA−A線に沿った断面に相当する部分では、図18(B)に示すように、活性領域の中央部(セル領域)A1のうちトレンチ25a,25b(図17(A)参照)を除く部分の酸化膜、活性領域の周縁部A2のN+型ポリシリコン層27c上の一部の酸化膜、ガードリング領域A3のP+型ポリシリコン層7d上の一部の酸化膜、および、半導体チップの周縁部A4のN+型層9上の一部の酸化膜に、電極メタル形成用開口28a,28c,28d,28eが形成される。
On the other hand, at this time, in the portion corresponding to the cross section along the line AA in FIG. 19A, as shown in FIG. 18B, the
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、電極メタルが半導体チップの表面全体に例えばスパッタリング法、蒸着法などによって形成される。 At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, an electrode metal is then formed on the entire surface of the semiconductor chip by, for example, sputtering or vapor deposition.
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図18(C)に示すように、半導体チップの表面全体の電極メタルが、活性領域の中央部(セル領域)A1のソース電極メタル29aと、活性領域の周縁部A2のゲート配線引き回し電極メタル29bと、ゲート配線引き回し電極メタル29bよりも周縁部(図18(C)の右側)側に位置するソース電極メタル29cと、ガードリング電極メタル29dと、半導体チップの周縁部A4のEQR電極メタル29eとに電気的に分離してパターニングされる。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 18C, the electrode metal on the entire surface of the semiconductor chip is then replaced with the
その結果、第3の実施形態のMOSFETでは、図18(C)および図13に示すように、ゲート電極として機能するトレンチ25a,25b(図17(A)参照)の内部のN+型ポリシリコン層27a,27bとゲート配線引き回し電極メタル29bとが、電気的に接続されることになる。
As a result, in the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIGS. 18C and 13, the N + type polysilicon layer inside the
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図18(C)に示すように、活性領域の中央部(セル領域)A1のN+型ポリシリコン層27cの上側に位置するソース電極メタル29aと、活性領域の中央部(セル領域)A1のN+型ポリシリコン層27cの下側に位置するトレンチ4b(図15(B)参照)の内部のP+型ポリシリコン層7bとが、電気的に接続される。また、活性領域の周縁部A2のN+型ポリシリコン層27cの上側に位置するソース電極メタル29cと、活性領域の周縁部A2のN+型ポリシリコン層27cの下側に位置するトレンチ4c(図15(B)参照)の内部のP+型ポリシリコン層7cとが、電気的に接続される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, next, as shown in FIG. 18C, the
第3の実施形態のMOSFETの製造時には、次いで、図18(C)に示すように、最終保護膜14が半導体チップの表面全体に形成される。更に、ソース電極メタル29aと接続するためのコンタクト開口14aが最終保護膜14に形成される。また、ドレイン電極メタル30が半導体チップの裏面に形成される。
At the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, the final
また、第3の実施形態のMOSFETの製造時には、図14に示すように、ゲート配線引き回し電極メタル29bと電気的に接続されたゲート電極メタル31が、半導体チップの表面に形成される。更に、ゲート電極メタル31と電気的に接続されたゲートパッド32が、半導体チップの表面に形成される。また、ソース電極メタル29a,29cと電気的に接続されたソースパッド33が、半導体チップの表面に形成される。
Further, at the time of manufacturing the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 14, the
その結果、第3の実施形態のMOSFETでは、図19に示すように、N+型ポリシリコン層27a’,27a,27bがゲート電極として機能する。更に、N+型ポリシリコン層27a’,27a,27bの側面のゲート酸化膜26に隣接するP型層21が、縦型MOSFETチャンネルとして機能する。
As a result, in the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 19, the N +
詳細には、第3の実施形態のMOSFETの製造時には、オーミック接触を確実にするためのシンタリング処理が例えば400℃程度の不活性ガス中で適宜行われる。 Specifically, during the manufacture of the MOSFET of the third embodiment, a sintering process for ensuring ohmic contact is appropriately performed in an inert gas of about 400 ° C., for example.
つまり、第3の実施形態のMOSFETでは、図19(B)に示すように、ガードリング領域A3が活性領域の周縁部A2の外側(図19(B)の右側)に配置されている。詳細には、第3の実施形態のMOSFETでは、半導体チップの活性領域の周縁部A2のトレンチ4c(図15(B)参照)と、半導体チップの活性領域の周縁部A2の外側のガードリング領域A3のトレンチ4d(図15(B)参照)と、ガードリング領域A3の外側のN−型エピタキシャル層2と、半導体チップの周縁部A4のN+型層9とによって耐圧維持構造が形成されている。
That is, in the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 19B, the guard ring region A3 is disposed outside the peripheral edge A2 of the active region (on the right side of FIG. 19B). Specifically, in the MOSFET according to the third embodiment, the
更に、第3の実施形態のMOSFETでは、トレンチ構造が採用されているため、第3の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ構造が採用されていない場合よりも半導体チップの横方向寸法(図19(B)の左右方向寸法)を小型化することができる。 Furthermore, since the MOSFET according to the third embodiment employs a trench structure, according to the MOSFET according to the third embodiment, the lateral dimension of the semiconductor chip (FIG. 19) is greater than when the trench structure is not employed. (B) horizontal dimension) can be reduced.
また、第3の実施形態のMOSFETでは、図19(B)に示すように、半導体チップのガードリング領域A3のP+型ポリシリコン層7d上にガードリング電極メタル29dが形成されている。そのため、第3の実施形態のMOSFETによれば、半導体チップのガードリング領域A3のP+型ポリシリコン層7d上にガードリング電極メタル29dが形成されていない場合よりも、逆方向バイアス時の空亡層D1(図7参照)を半導体チップの周縁部側に延ばすことができる。
In the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 19B, a guard
更に、第3の実施形態のMOSFETでは、図19(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4d(図15(B)参照)の内部のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dの濃度が1018/cm3オーダー以上にされている。そのため、第3の実施形態のMOSFETによれば、半導体チップの活性領域の中央部(セル領域)A1のP+型ポリシリコン層7a’,7aとソース電極メタル29aとをオーミック接触させることができ、その結果、順方向バイアス時に、ソース電極メタル29aの電位を、トレンチ4aの側面に沿って形成されたP型層5a’,5aよりも速くトレンチ4aの内部のP+型ポリシリコン層7a’,7aに伝えることができる。
Further, in the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 19B, the P +
換言すれば、第3の実施形態のMOSFETでは、図19(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4d(図15(B)参照)の内部に高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dが形成されている。そのため、第3の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dが形成されていない場合よりも、順方向バイアス時に、P+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dの下側の空亡層D2(図6参照)をドレイン電極30の側(図19(B)の下側)に延ばすことができ、その結果、隣接する2つのトレンチの間の空間2’(図6参照)を簡単にピンチオフさせることができる。
In other words, in the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 19B, a high concentration P + type polysilicon layer is formed inside the
詳細には、第3の実施形態のMOSFETでは、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部に高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dが形成されているため、第3の実施形態のMOSFETでは、P+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dの下側のN−型エピタキシャル層2に延びる空亡層が、迅速にN+型基板1側に到達する。その結果、トレンチ4a,4b,4c,4dの下側部分では、電界強度が他の部分に比べて最大となる。つまり、第3の実施形態のMOSFETでは、トレンチ25a,25b(図17(B)参照)の下側部分の電界強度が相対的に低くなり、トレンチ25a,25bの側面のゲート酸化膜26にかかる電界強度が低く抑えられる。そのため、第3の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ25a,25bの側面のゲート酸化膜26にかかる電界強度が高くなるように構成されている場合よりも、トレンチ25a,25bの側面のゲート酸化膜26を安全に保護することができる。
Specifically, in the MOSFET of the third embodiment, the high concentration P +
詳細には、第3の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ4a,4bが設けられず、トレンチ25a,25bのみが設けられているMOSFETよりも、トレンチ25a,25bの下方の電界強度を低くすることができる。
Specifically, according to the MOSFET of the third embodiment, the electric field strength below the
ポリシリコン層中の重金属の拡散速度がN−型エピタキシャル層2中の重金属の拡散速度よりも速く、酸化膜6中の重金属の拡散速度がN−型エピタキシャル層2中の重金属の拡散速度よりも遅い点に鑑み、第3の実施形態のMOSFETでは、図19(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4d(図15(B)参照)の内部に形成されたP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dおよびトレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2(図15(B)参照)の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6d(図16(A)参照)を介してP型層5a’5a,5b,5c,5dおよびN−型エピタキシャル層2に重金属が拡散される。そのため、第3の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6dの真下付近のP型層5a’5a,5b,5c,5dおよびN−型エピタキシャル層2に重金属(Bb,Bc(図6参照))を局所的に拡散させることができる。つまり、第3の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1の酸化膜6の側方のP型層5a’5a,5b,5c,5dおよびN−型エピタキシャル層2のキャリアのライフタイムを長いままに維持することができる。
The diffusion rate of heavy metal in the polysilicon layer is faster than the diffusion rate of heavy metal in the N −
また、第3の実施形態のMOSFETでは、図19(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4d(図15(B)参照)の内部に高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dが形成されている。つまり、第3の実施形態のMOSFETでは、高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dが形成されているトレンチ4a,4b,4c,4dの内部において、多数キャリアとなる正孔が十分に活性化されておらず、正孔の移動度が十分に高くなっていない。そのため、第3の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2(図15(B)参照)の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6d(図16(A)参照)、および、その真下のP型層5a’5a,5b,5c,5dを介してN−型エピタキシャル層2に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。
Further, in the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 19B, a high-concentration P +
更に、第3の実施形態のMOSFETでは、図19(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2(図15(B)参照)の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6d(図16(A)参照)を介してその真下のP型層5a’5a,5b,5c,5dにライフタイムキラーとしての重金属が導入されている。つまり、第3の実施形態のMOSFETでは、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6dの真下のP型層5a’5a,5b,5c,5dにおいて、キャリアとしての正孔のライフタイムが短くなっている。そのため、第3の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6d、および、その真下のP型層5a’5a,5b,5c,5dを介してN−型エピタキシャル層2に注入されるキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。
Further, in the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 19B, the
また、第3の実施形態のMOSFETでは、図19(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1(図15(B)参照)には酸化膜6が残されている。つまり、第3の実施形態のMOSFETでは、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部、トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1の酸化膜6、および、その側方のP型層5a’5a,5b,5c,5dを介してN−型エピタキシャル層2にキャリアとしての正孔が注入されることはない。
In the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 19B, oxide films are not formed on the side surfaces 4a1, 4b1, 4c1, 4d1 (see FIG. 15B) of the
つまり、第3の実施形態のMOSFETによれば、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dの濃度が1018/cm3オーダー未満にされている場合や、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2からライフタイムキラーとしての重金属が導入されていない場合や、トレンチ4a,4b,4c,4dの側面4a1,4b1,4c1,4d1に酸化膜6が形成されていない場合よりも、N−型エピタキシャル層2へのキャリアとしての正孔の注入量を制限することができる。
That is, according to the MOSFET of the third embodiment, the concentration of the P +
更に、第3の実施形態のMOSFETでは、図19(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4d(図15(B)参照)の内部に高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dが形成されており、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部で多数キャリアとなる正孔が十分に活性化されていない。更に、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dに拡散された重金属が、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2(図15(B)参照)の酸化膜6の開口6a,6b,6c,6d(図16(A)参照)を介して、その真下のP型層5a’,5a,5b,5c,5dおよびN−型エピタキシャル層2に局所的に分布している。
Furthermore, in the MOSFET according to the third embodiment, as shown in FIG. 19B, a high-concentration P +
そのため、第3の実施形態のMOSFETでは、図19(B)に示すように、逆方向バイアス時に隣接する2個のトレンチ4a,4b,4c(図15(B)参照)の間の部分の真下の空亡層D1(図6参照)の下端とN+型基板1との間に存在している残留正孔(ホール)(図6参照)が、逆方向バイアスから順方向バイアスへの切換時に、重金属(Bb,Bc(図6参照))が局所的に分布されているトレンチ4a,4b,4cの底面4a2,4b2,4c2(図15(B)参照)の酸化膜6の開口6a,6b,6c(図16(A)参照)の真下のN−型エピタキシャル層2およびP型層5a’5a,5b,5c、並びに、ソース電極メタル29a,29cの電位に近い電位になっているトレンチ4a,4b,4cの内部の高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7cを介して、ソース電極メタル29a,29cに迅速に戻される。
Therefore, in the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 19B, immediately below the portion between two
つまり、第3の実施形態のMOSFETによれば、図19(B)に示すように、トレンチ4a,4b,4c,4dの底面4a2,4b2,4c2,4d2(図15(B)参照)の真下のP型層5a’5a,5b,5c,5dおよびN−型エピタキシャル層2に重金属が局所的に分布されていない場合や、トレンチ4a,4b,4c,4dの内部に1018/cm3オーダー以上の高濃度のP+型ポリシリコン層7a’,7a,7b,7c,7dが形成されていない場合よりも、MOSFETに内蔵された逆並列接続ダイオードの逆回復時間(trr)を短くすることができ、ソフトリカバリーを達成することができる。
That is, according to the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 19B, directly below the bottom surfaces 4a2, 4b2, 4c2, 4d2 of the
更に、第3の実施形態のMOSFETでは、図19(B)に示すように、N+型層23(図16(C)参照)が、活性領域の中央部(セル領域)A1のうち活性領域の周縁部A2に隣接する部分(つまり、図19(B)中のP+型ポリシリコン層7bとN+型ポリシリコン層27bとの間の部分)に形成されておらず、その部分にP型層21が残されている。そのため、第3の実施形態のMOSFETによれば、そのP型層21が残されている部分(つまり、図19(B)中のP+型ポリシリコン層7bとN+型ポリシリコン層27bとの間の部分)を、MOSFETに逆並列接続されたダイオードとして働かせることができる。
Furthermore, in the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 19B, the N + type layer 23 (see FIG. 16C) is formed in the active region in the central portion (cell region) A1 of the active region. It is not formed in a portion adjacent to the peripheral portion A2 (that is, a portion between the P +
第3の実施形態のMOSFETでは、図19(B)に示すように、活性領域の中央部(セル領域)A1と活性領域の周縁部A2とに2個のトレンチ4b,4c(図15(B)参照)が隣接して配置され、各トレンチ4b,4cの内部にP+型ポリシリコン層7b,7cが形成されるため、第3の実施形態のMOSFETによれば、N−型エピタキシャル層2へのキャリアとしての正孔の注入量を制限することができ、この部分に発生する寄生ダイオードの影響を低減することができる。
In the MOSFET of the third embodiment, as shown in FIG. 19B, two
第4の実施形態では、上述した第1から第3の実施形態およびそれらの変形例を適宜組み合わせることも可能である。 In the fourth embodiment, the above-described first to third embodiments and their modifications can be combined as appropriate.
A1 活性領域の中央部(セル領域)
A2 活性領域の周縁部
A3 ガードリング領域
A4 半導体チップの周縁部
1 N+型基板
2 N−型エピタキシャル層
3 酸化膜
3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g 開口
3h,3i,3j 開口
4a,4b,4c,4d,4e,4f トレンチ
4a1,4b1,4c1,4d1,4e1,4f1 側面
4a2,4b2,4c2,4d2,4e2,4f2 底面
5a,5b,5c,5d,5e,5f P型層
6 酸化膜
6a,6b,6c,6d,6e,6f 開口
7a,7b,7c,7d,7e,7f P+型ポリシリコン層
8a,8b,8c,8d,8e,8f 酸化膜
9 N+型層
10 バリアメタル
11 アノード電極メタル
12a,12b,12c フィールドプレート
13 EQR電極メタル
14 最終保護膜
14a 開口
15 カソード電極メタル
A1 Central part of active area (cell area)
A2 Edge of active region A3 Guard ring region A4 Edge of semiconductor chip 1 N + type substrate 2 N−
Claims (3)
N−型エピタキシャル層をN+型基板上に形成し、
第1酸化膜をN−型エピタキシャル層の表面全体に形成し、
複数のトレンチ形成用開口を活性領域およびガードリング領域の第1酸化膜に形成し、
複数のトレンチ形成用開口を介して活性領域およびガードリング領域に複数のトレンチを形成し、
複数のトレンチの側面および底面を介してN−型エピタキシャル層にP型不純物の導入・拡散を行うことによって、横方向および縦方向の拡散深さが約0.1〜0.2μmであって濃度が1016/cm3オーダーのP型層を複数のトレンチの側面および底面に沿って形成し、
第2酸化膜を複数のトレンチの側面および底面に形成し、
複数のトレンチの底面の第2酸化膜に開口を形成し、
ポリシリコンを複数のトレンチの内部に充填すると共に、複数のトレンチの内部に充填されたポリシリコンに対してP型不純物をドープすることによって、濃度が1018/cm3オーダー以上のP+型ポリシリコン層を複数のトレンチの内部に形成し、
複数のトレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層および複数のトレンチの底面の第2酸化膜の開口を介してP型層およびN−型エピタキシャル層に重金属を蒸着・拡散し、
複数のトレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層の表面に第3酸化膜を形成し、
N+型層形成用開口を半導体チップの周縁部の酸化膜に形成し、
N+型層形成用開口を介して半導体チップの周縁部にN+型層を形成し、
バリアメタル形成用開口を半導体チップの活性領域の酸化膜に形成し、
フィールドプレート用開口を半導体チップのガードリング領域のP+型ポリシリコン層上の酸化膜に形成し、
バリアメタル形成用開口を介して半導体チップの活性領域にバリアメタルを形成し、
アノード電極メタルをバリアメタル上に形成し、
フィールドプレート用開口を介して半導体チップのガードリング領域のP+型ポリシリコン層上にフィールドプレートを形成し、
EQR電極メタルを半導体チップの周縁部にN+型層上に形成し、
最終保護膜を半導体チップの表面全体に形成し、
アノード電極メタルと接続するためのコンタクト開口を最終保護膜に形成し、
カソード電極メタルを半導体チップの裏面に形成したことを特徴とするJBS。 In a JBS configured by a semiconductor chip including an active region in which a Schottky junction and a PN junction coexist, and a guard ring region disposed outside the active region,
Forming an N− type epitaxial layer on an N + type substrate;
Forming a first oxide film over the entire surface of the N-type epitaxial layer;
Forming a plurality of trench formation openings in the first oxide film of the active region and the guard ring region;
A plurality of trenches are formed in the active region and the guard ring region through a plurality of trench formation openings,
By introducing and diffusing P-type impurities into the N − -type epitaxial layer through the side surfaces and bottom surfaces of the plurality of trenches, the diffusion depth in the horizontal and vertical directions is about 0.1 to 0.2 μm and the concentration Forming a P-type layer of the order of 10 16 / cm 3 along the side and bottom surfaces of the plurality of trenches,
Forming a second oxide film on the side and bottom surfaces of the plurality of trenches;
Forming openings in the second oxide film on the bottom surfaces of the plurality of trenches;
P + type polysilicon having a concentration of 10 18 / cm 3 or more is formed by filling polysilicon into the plurality of trenches and doping the polysilicon filled in the plurality of trenches with P type impurities. Forming a layer inside a plurality of trenches;
Depositing and diffusing heavy metal into the P-type layer and the N-type epitaxial layer through the P + type polysilicon layer formed inside the plurality of trenches and the opening of the second oxide film on the bottom surface of the plurality of trenches;
Forming a third oxide film on the surface of the P + type polysilicon layer formed in the plurality of trenches;
Forming an opening for N + type layer formation in the oxide film at the periphery of the semiconductor chip;
Forming an N + type layer on the periphery of the semiconductor chip through the N + type layer forming opening;
An opening for forming a barrier metal is formed in the oxide film in the active region of the semiconductor chip,
An opening for the field plate is formed in the oxide film on the P + type polysilicon layer in the guard ring region of the semiconductor chip,
A barrier metal is formed in the active region of the semiconductor chip through the opening for forming the barrier metal,
An anode electrode metal is formed on the barrier metal,
A field plate is formed on the P + type polysilicon layer in the guard ring region of the semiconductor chip through the field plate opening,
An EQR electrode metal is formed on the N + type layer at the periphery of the semiconductor chip,
A final protective film is formed on the entire surface of the semiconductor chip,
A contact opening for connecting to the anode electrode metal is formed in the final protective film,
A JBS characterized in that a cathode electrode metal is formed on the back surface of a semiconductor chip.
N−型エピタキシャル層をN+型基板上に形成し、
第1酸化膜をN−型エピタキシャル層の表面全体に形成し、
P型層形成用開口を活性領域の第1酸化膜に形成し、
P型層形成用開口を介してP型不純物の導入・拡散を行うことによって活性領域にP型層を形成し、
P型不純物の拡散中にP型層の表面に第2酸化膜を形成し、
複数の第1トレンチ形成用開口を活性領域およびガードリング領域の酸化膜に形成し、
複数の第1トレンチ形成用開口を介して活性領域およびガードリング領域に複数の第1トレンチを形成し、
複数の第1トレンチの側面および底面を介してN−型エピタキシャル層にP型不純物の導入・拡散を行うことによって、横方向および縦方向の拡散深さが約0.1〜0.2μmであって濃度が1016/cm3オーダーのP型層を複数の第1トレンチの側面および底面に沿って形成し、
第3酸化膜を複数の第1トレンチの側面および底面に形成し、
複数の第1トレンチの底面の第3酸化膜に開口を形成し、
ポリシリコンを複数の第1トレンチの内部に充填すると共に、複数の第1トレンチの内部に充填されたポリシリコンに対してP型不純物をドープすることによって、濃度が1018/cm3オーダー以上のP+型ポリシリコン層を複数の第1トレンチの内部に形成し、
複数の第1トレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層および複数の第1トレンチの底面の第3酸化膜の開口を介してその真下のP型層およびN−型エピタキシャル層に重金属を蒸着・拡散し、
複数の第1トレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層の表面に第4酸化膜を形成し、
N+型層形成用開口を半導体チップの周縁部の酸化膜と、半導体チップの活性領域の中央部のうち第1トレンチを除く部分の酸化膜とに形成し、
N+型層形成用開口を介して半導体チップの周縁部と、半導体チップの活性領域の中央部のうち第1トレンチを除く部分とにN+型層を形成し、
このN+型層の表面に第5酸化膜を形成し、
複数の第2トレンチ形成用開口を活性領域の中央部の酸化膜に形成し、
複数の第2トレンチ形成用開口を介して活性領域の中央部に複数の第2トレンチを形成し、
MOSFETのゲート酸化膜となる熱酸化膜を複数の第2トレンチの側面および底面に形成し、
ポリシリコンを複数の第2トレンチの内部に充填し、かつ、半導体チップの活性領域の周縁部の一部に堆積させると共に、複数の第2トレンチの内部に充填されたポリシリコンおよび半導体チップの活性領域の周縁部の一部に堆積せしめられたポリシリコンに対してN型不純物をドープすることによって、N+型ポリシリコン層を複数の第2トレンチの内部および半導体チップの活性領域の周縁部の一部に形成し、
第6酸化膜を半導体チップの表面全体に形成し、
活性領域の中央部のうち第2トレンチを除く部分の酸化膜、活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層上の一部の酸化膜、ガードリング領域のP+型ポリシリコン層上の一部の酸化膜、および、半導体チップの周縁部のN+型層上の一部の酸化膜に電極メタル形成用開口を形成し、
電極メタルを半導体チップの表面全体に形成し、
半導体チップの表面全体の電極メタルを、活性領域の中央部のソース電極メタルと、活性領域の周縁部のゲート配線引き回し電極メタルと、ゲート配線引き回し電極メタルよりも周縁部側に位置するソース電極メタルと、ガードリング電極メタルと、半導体チップの周縁部のEQR電極メタルとに電気的に分離し、
最終保護膜を半導体チップの表面全体に形成し、
ゲート電極として機能する第2トレンチの内部のN+型ポリシリコン層とゲート配線引き回し電極メタルとを電気的に接続し、
活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層の上側に位置するソース電極メタルと、活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層の下側に位置する第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層とを電気的に接続し、
ドレイン電極メタルを半導体チップの裏面に形成したことを特徴とするMOSFET。 In a MOSFET constituted by a semiconductor chip comprising an active region and a guard ring region disposed outside the active region,
Forming an N− type epitaxial layer on an N + type substrate;
Forming a first oxide film over the entire surface of the N-type epitaxial layer;
Forming a P-type layer forming opening in the first oxide film of the active region;
A P-type layer is formed in the active region by introducing and diffusing P-type impurities through the P-type layer forming opening,
Forming a second oxide film on the surface of the P-type layer during the diffusion of the P-type impurities;
Forming a plurality of first trench formation openings in the oxide film of the active region and the guard ring region;
Forming a plurality of first trenches in the active region and the guard ring region through a plurality of first trench formation openings;
By introducing and diffusing P-type impurities into the N − -type epitaxial layer through the side surfaces and bottom surfaces of the plurality of first trenches, the diffusion depth in the horizontal and vertical directions is about 0.1 to 0.2 μm. Forming a P-type layer with a concentration of the order of 10 16 / cm 3 along the side and bottom surfaces of the plurality of first trenches,
Forming a third oxide film on the side and bottom surfaces of the plurality of first trenches;
Forming an opening in the third oxide film on the bottom surface of the plurality of first trenches;
By filling polysilicon into the plurality of first trenches and doping the polysilicon filled in the plurality of first trenches with a P-type impurity, the concentration becomes 10 18 / cm 3 or more. Forming a P + type polysilicon layer inside the first trenches;
Heavy metal is deposited on the P + type polysilicon layer formed in the plurality of first trenches and the P-type layer and the N− type epitaxial layer immediately below the third oxide film through the openings of the third oxide films on the bottom surfaces of the plurality of first trenches.・ Diffusion,
Forming a fourth oxide film on the surface of the P + type polysilicon layer formed in the plurality of first trenches;
N + type layer forming openings are formed in the oxide film at the peripheral portion of the semiconductor chip and the oxide film in the central portion of the active region of the semiconductor chip excluding the first trench,
Forming an N + type layer on the periphery of the semiconductor chip through the N + type layer forming opening and a portion excluding the first trench in the central part of the active region of the semiconductor chip;
Forming a fifth oxide film on the surface of the N + type layer;
Forming a plurality of second trench formation openings in the oxide film in the center of the active region;
Forming a plurality of second trenches in the central portion of the active region through the plurality of second trench formation openings;
Forming a thermal oxide film to be a gate oxide film of the MOSFET on the side and bottom surfaces of the plurality of second trenches;
The polysilicon is filled in the plurality of second trenches and is deposited on a part of the peripheral portion of the active region of the semiconductor chip, and the polysilicon and the semiconductor chip filled in the plurality of second trenches are activated. By doping the polysilicon deposited on a part of the peripheral portion of the region with an N-type impurity, the N + -type polysilicon layer is formed inside the second trenches and on the peripheral portion of the active region of the semiconductor chip. Formed in the part,
Forming a sixth oxide film over the entire surface of the semiconductor chip;
Of the central portion of the active region, a portion of the oxide film excluding the second trench, a portion of the oxide film on the N + type polysilicon layer at the peripheral portion of the active region, and a portion of the guard ring region on the P + type polysilicon layer An opening for forming an electrode metal is formed in the oxide film and a part of the oxide film on the N + type layer at the periphery of the semiconductor chip,
Electrode metal is formed on the entire surface of the semiconductor chip,
The electrode metal on the entire surface of the semiconductor chip is divided into a source electrode metal at the center of the active region, a gate wiring routing electrode metal at the peripheral portion of the active region, and a source electrode metal positioned on the peripheral side of the gate wiring routing electrode metal. And electrically separating the guard ring electrode metal and the EQR electrode metal at the periphery of the semiconductor chip,
A final protective film is formed on the entire surface of the semiconductor chip,
Electrically connecting the N + type polysilicon layer inside the second trench functioning as the gate electrode and the gate wiring routing electrode metal;
A source electrode metal located above the N + type polysilicon layer at the periphery of the active region, and a P + type polysilicon layer inside the first trench located below the N + type polysilicon layer at the periphery of the active region; Electrically connect
A MOSFET characterized in that a drain electrode metal is formed on the back surface of a semiconductor chip.
N−型エピタキシャル層をN+型基板上に形成し、
第1酸化膜をN−型エピタキシャル層の表面全体に形成し、
P型層形成用開口を活性領域の第1酸化膜に形成し、
P型層形成用開口を介してP型不純物の導入・拡散を行うことによって活性領域にP型層を形成し、
P型不純物の拡散中にP型層の表面に第2酸化膜を形成し、
複数の第1トレンチ形成用開口を活性領域およびガードリング領域の酸化膜に形成し、
複数の第1トレンチ形成用開口を介して活性領域およびガードリング領域に複数の第1トレンチを形成し、
複数の第1トレンチの側面および底面を介してN−型エピタキシャル層にP型不純物の導入・拡散を行うことによって、横方向および縦方向の拡散深さが約0.1〜0.2μmであって濃度が1016/cm3オーダーのP型層を複数の第1トレンチの側面および底面に沿って形成し、
第3酸化膜を複数の第1トレンチの側面および底面に形成し、
複数の第1トレンチの底面の第3酸化膜に開口を形成し、
ポリシリコンを複数の第1トレンチの内部に充填すると共に、複数の第1トレンチの内部に充填されたポリシリコンに対してP型不純物をドープすることによって、濃度が1018/cm3オーダー以上のP+型ポリシリコン層を複数の第1トレンチの内部に形成し、
複数の第1トレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層および複数の第1トレンチの底面の第3酸化膜の開口を介してその真下のP型層およびN−型エピタキシャル層に重金属を蒸着・拡散し、
複数の第1トレンチの内部に形成されたP+型ポリシリコン層の表面に第4酸化膜を形成し、
N+型層形成用開口を半導体チップの周縁部の酸化膜と、半導体チップの活性領域の中央部のうち、活性領域の周縁部に隣接する部分を除く部分であって、第1トレンチを除く部分の酸化膜とに形成し、
N+型層形成用開口を介して、半導体チップの周縁部と、半導体チップの活性領域の中央部のうち、活性領域の周縁部に隣接する部分を除く部分であって、第1トレンチを除く部分とにN+型層を形成し、
このN+型層の表面に第5酸化膜を形成し、
複数の第2トレンチ形成用開口を活性領域の中央部の酸化膜に形成し、
複数の第2トレンチ形成用開口を介して活性領域の中央部に複数の第2トレンチを形成し、
MOSFETのゲート酸化膜となる熱酸化膜を複数の第2トレンチの側面および底面に形成し、
ポリシリコンを複数の第2トレンチの内部に充填し、かつ、半導体チップの活性領域の周縁部の一部に堆積させると共に、複数の第2トレンチの内部に充填されたポリシリコンおよび半導体チップの活性領域の周縁部の一部に堆積せしめられたポリシリコンに対してN型不純物をドープすることによって、N+型ポリシリコン層を複数の第2トレンチの内部および半導体チップの活性領域の周縁部の一部に形成し、
第6酸化膜を半導体チップの表面全体に形成し、
活性領域の中央部のうち第2トレンチを除く部分の酸化膜、活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層上の一部の酸化膜、ガードリング領域のP+型ポリシリコン層上の一部の酸化膜、および、半導体チップの周縁部のN+型層上の一部の酸化膜に電極メタル形成用開口を形成し、
電極メタルを半導体チップの表面全体に形成し、
半導体チップの表面全体の電極メタルを、活性領域の中央部のソース電極メタルと、活性領域の周縁部のゲート配線引き回し電極メタルと、ゲート配線引き回し電極メタルよりも周縁部側に位置するソース電極メタルと、ガードリング電極メタルと、半導体チップの周縁部のEQR電極メタルとに電気的に分離し、
最終保護膜を半導体チップの表面全体に形成し、
ゲート電極として機能する第2トレンチの内部のN+型ポリシリコン層とゲート配線引き回し電極メタルとを電気的に接続し、
活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層の上側に位置するソース電極メタルと、活性領域の周縁部のN+型ポリシリコン層の下側に位置する第1トレンチの内部のP+型ポリシリコン層とを電気的に接続し、
ドレイン電極メタルを半導体チップの裏面に形成したことを特徴とするMOSFET。 In a MOSFET constituted by a semiconductor chip comprising an active region and a guard ring region disposed outside the active region,
Forming an N− type epitaxial layer on an N + type substrate;
Forming a first oxide film over the entire surface of the N-type epitaxial layer;
Forming a P-type layer forming opening in the first oxide film of the active region;
A P-type layer is formed in the active region by introducing and diffusing P-type impurities through the P-type layer forming opening,
Forming a second oxide film on the surface of the P-type layer during the diffusion of the P-type impurities;
Forming a plurality of first trench formation openings in the oxide film of the active region and the guard ring region;
Forming a plurality of first trenches in the active region and the guard ring region through a plurality of first trench formation openings;
By introducing and diffusing P-type impurities into the N − -type epitaxial layer through the side surfaces and bottom surfaces of the plurality of first trenches, the diffusion depth in the horizontal and vertical directions is about 0.1 to 0.2 μm. Forming a P-type layer with a concentration of the order of 10 16 / cm 3 along the side and bottom surfaces of the plurality of first trenches,
Forming a third oxide film on the side and bottom surfaces of the plurality of first trenches;
Forming an opening in the third oxide film on the bottom surface of the plurality of first trenches;
By filling polysilicon into the plurality of first trenches and doping the polysilicon filled in the plurality of first trenches with a P-type impurity, the concentration becomes 10 18 / cm 3 or more. Forming a P + type polysilicon layer inside the first trenches;
Heavy metal is deposited on the P + type polysilicon layer formed in the plurality of first trenches and the P-type layer and the N− type epitaxial layer immediately below the third oxide film through the openings of the third oxide films on the bottom surfaces of the plurality of first trenches.・ Diffusion,
Forming a fourth oxide film on the surface of the P + type polysilicon layer formed in the plurality of first trenches;
The N + type layer forming opening is a portion excluding the oxide film at the peripheral portion of the semiconductor chip and the central portion of the active region of the semiconductor chip, excluding the portion adjacent to the peripheral portion of the active region, and excluding the first trench Formed with the oxide film,
Of the peripheral portion of the semiconductor chip and the central portion of the active region of the semiconductor chip through the N + type layer forming opening, the portion excluding the portion adjacent to the peripheral portion of the active region, excluding the first trench And an N + type layer is formed on
Forming a fifth oxide film on the surface of the N + type layer;
Forming a plurality of second trench formation openings in the oxide film in the center of the active region;
Forming a plurality of second trenches in the central portion of the active region through the plurality of second trench formation openings;
Forming a thermal oxide film to be a gate oxide film of the MOSFET on the side and bottom surfaces of the plurality of second trenches;
The polysilicon is filled in the plurality of second trenches and is deposited on a part of the peripheral portion of the active region of the semiconductor chip, and the polysilicon and the semiconductor chip filled in the plurality of second trenches are activated. By doping the polysilicon deposited on a part of the peripheral portion of the region with an N-type impurity, the N + -type polysilicon layer is formed inside the second trenches and on the peripheral portion of the active region of the semiconductor chip. Formed in the part,
Forming a sixth oxide film over the entire surface of the semiconductor chip;
Of the central portion of the active region, a portion of the oxide film excluding the second trench, a portion of the oxide film on the N + type polysilicon layer at the peripheral portion of the active region, and a portion of the guard ring region on the P + type polysilicon layer An opening for forming an electrode metal is formed in the oxide film and a part of the oxide film on the N + type layer at the periphery of the semiconductor chip,
Electrode metal is formed on the entire surface of the semiconductor chip,
The electrode metal on the entire surface of the semiconductor chip is divided into a source electrode metal at the center of the active region, a gate wiring routing electrode metal at the peripheral portion of the active region, and a source electrode metal positioned on the peripheral side of the gate wiring routing electrode metal. And electrically separating the guard ring electrode metal and the EQR electrode metal at the periphery of the semiconductor chip,
A final protective film is formed on the entire surface of the semiconductor chip,
Electrically connecting the N + type polysilicon layer inside the second trench functioning as the gate electrode and the gate wiring routing electrode metal;
A source electrode metal located above the N + type polysilicon layer at the periphery of the active region, and a P + type polysilicon layer inside the first trench located below the N + type polysilicon layer at the periphery of the active region; Electrically connect
A MOSFET characterized in that a drain electrode metal is formed on the back surface of a semiconductor chip.
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