JP2009200300A - Semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make ON resistance low and withstanding voltage high regardless of micro-patterning in a semiconductor device having a semiconductor substrate of parallel p-n structure. <P>SOLUTION: In the semiconductor device having parallel p-n layers with n-type drift regions 2 and p-type partition regions 3, the drift region 2 and the partition region 3 being alternately arranged, a second trench 4 into which a gate electrode 7 is to be embedded is formed above the n-type drift region 2 or the p-type partition region 3. A round n-type surface buffer region 5 is formed on the bottom surface of the second trench 4. A first trench for forming the parallel p-n layers and the second trench 4 for embedding the gate electrode 7 are formed using same oxide masks. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、大電力用の縦型半導体装置に関するものであり、特に、半導体基板の一部に超接合層を有する半導体装置に関する。   The present invention relates to a vertical semiconductor device for high power, and more particularly to a semiconductor device having a superjunction layer on a part of a semiconductor substrate.

従来、パワーエレクトロニクス分野における電源機器の小型化や高性能化のため、電力用半導体装置では、高耐圧化や大電流化とともに、低損失化、高破壊耐量化、高速化が求められている。このために、半導体装置の基板構造としては、超接合型基板が提案されており、表面構造としては、縦型MOSパワーデバイス構造が提案されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, in order to reduce the size and performance of power supply equipment in the power electronics field, power semiconductor devices are required to have high breakdown voltage and large current, as well as low loss, high breakdown resistance, and high speed. For this reason, a superjunction substrate has been proposed as the substrate structure of the semiconductor device, and a vertical MOS power device structure has been proposed as the surface structure.

半導体装置の基板構造としては、単一の導電型を有する半導体基板と、超接合型基板と、が広く知られている。超接合型基板は、第1導電型の半導体基板と、第2導電型の半導体層と、の間に、半導体基板と垂直な方向に第1導電型と第2導電型の半導体領域が交互に形成された超接合層(並列pn層)を有している(例えば、下記特許文献1、下記特許文献2、下記特許文献3参照。)。この超接合型基板は、第1導電型と第2導電型の半導体領域の濃度がそれぞれ高い場合でも、オフ時に超接合層全体に空間電荷領域を広げることができる。したがって、特に高耐圧の半導体装置においてオン抵抗を小さくすることができる。   As a substrate structure of a semiconductor device, a semiconductor substrate having a single conductivity type and a super junction type substrate are widely known. In the super junction type substrate, the first conductivity type and the second conductivity type semiconductor regions are alternately arranged in a direction perpendicular to the semiconductor substrate between the first conductivity type semiconductor substrate and the second conductivity type semiconductor layer. It has a formed super junction layer (parallel pn layer) (see, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3 below). This superjunction substrate can spread the space charge region over the entire superjunction layer even when the concentration of the semiconductor regions of the first conductivity type and the second conductivity type is high. Therefore, the on-resistance can be reduced particularly in a high breakdown voltage semiconductor device.

なお、本明細書において、nまたはpを冠した半導体は、それぞれ電子、正孔が多数キャリアであることを意味する。また、n+やn-などのように、nやpに付す「+」または「-」は、それぞれそれらが付されていない半導体の不純物濃度よりも比較的高濃度または比較的低濃度であることを表す。 Note that in this specification, a semiconductor having n or p means that electrons and holes are majority carriers, respectively. Further, “ + ” or “ ” attached to n or p, such as n + or n −, is relatively higher or lower than the impurity concentration of the semiconductor to which they are not attached. Represents that.

このような縦型MOSデバイスの一例について説明する。図60は、第1従来例の縦型MOSデバイスの構成を示す平面図である。また、図61は、図60の切断線D−D'における断面構造を示す断面図である。図61に示すように、n++ドレイン領域である抵抗率の低いn++基板41の第1主面側の表面に、n型ドリフト領域(第1導電型半導体領域)42およびp型仕切領域(第2導電型半導体領域)43からなる並列pn層(超接合層)が設けられている。並列pn層は、オン状態ではn型ドリフト領域42に電流を流すとともに、オフ状態ではn型ドリフト領域42およびp型仕切領域43を空乏化する。このように、n型ドリフト領域42と、p型仕切領域43とが交互に配置された並列pn層と、n++基板41と、からなる並列pn構造の半導体基板が形成されている。 An example of such a vertical MOS device will be described. FIG. 60 is a plan view showing the configuration of the vertical MOS device of the first conventional example. FIG. 61 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along the section line DD ′ of FIG. As shown in FIG. 61, an n-type drift region (first conductive semiconductor region) 42 and a p-type partition are formed on the surface of the n ++ substrate 41 having a low resistivity which is an n ++ drain region on the first main surface side. A parallel pn layer (superjunction layer) composed of a region (second conductivity type semiconductor region) 43 is provided. The parallel pn layer allows a current to flow through the n-type drift region 42 in the on state, and depletes the n-type drift region 42 and the p-type partition region 43 in the off state. In this manner, a semiconductor substrate having a parallel pn structure including the parallel pn layers in which the n-type drift regions 42 and the p-type partition regions 43 are alternately arranged and the n ++ substrate 41 is formed.

並列pn構造の半導体基板の第1の主面側には、プレーナ型のMOS構造が形成されている。p型仕切領域43の上部には、pベース領域48が設けられている。pベース領域48には、第1n+ソース領域49aと第2n+ソース領域49bが互いに離れて設けられている。第1n+ソース領域49aと第2n+ソース領域49bは、図示してないが、そのストライプの端部において連結された環状である場合が多い。また、pベース領域48には、第1n+ソース領域49aと第2n+ソース領域49bとに接するように、p+ピックアップ領域50が設けられている。p+ピックアップ領域50は、第1n+ソース領域49aと第2n+ソース領域49bの下側の一部を占めている。 A planar type MOS structure is formed on the first main surface side of the parallel pn structure semiconductor substrate. A p base region 48 is provided on the p type partition region 43. In the p base region 48, a first n + source region 49a and a second n + source region 49b are provided apart from each other. Although not shown, the first n + source region 49a and the second n + source region 49b are often in a ring shape connected at the end of the stripe. The p base region 48 is provided with a p + pickup region 50 so as to be in contact with the first n + source region 49a and the second n + source region 49b. The p + pickup region 50 occupies a part below the first n + source region 49a and the second n + source region 49b.

また、n型ドリフト領域42と、pベース領域48の、n型ドリフト領域42と第1n+ソース領域49aまたは第2n+ソース領域49bとに挟まれた領域上に、ゲート酸化膜46を介してゲート電極47が設けられている。ソース電極51は、p+ピックアップ領域50、第1n+ソース領域49aおよび第2n+ソース領域49bに接している。ドレイン電極52は、並列pn構造の半導体基板の第2の主面側、すなわちn++基板41の第2主面側の表面に接している。 Further, on the region sandwiched between the n-type drift region 42 and the first n + source region 49 a or the second n + source region 49 b in the n-type drift region 42 and the p base region 48, a gate oxide film 46 is interposed. A gate electrode 47 is provided. The source electrode 51 is in contact with the p + pickup region 50, the first n + source region 49a, and the second n + source region 49b. The drain electrode 52 is in contact with the second main surface side of the semiconductor substrate having a parallel pn structure, that is, the surface of the n ++ substrate 41 on the second main surface side.

pベース領域48は、ゲート酸化膜46との界面の近傍でn型ドリフト領域42に張り出す。ここで、n型ドリフト領域42の表面の、pベース領域48以外の部分(n型ドリフト領域42の残し部分)の幅(ネック長)をLn3とする。   The p base region 48 protrudes to the n-type drift region 42 in the vicinity of the interface with the gate oxide film 46. Here, the width (neck length) of a portion other than the p base region 48 (the remaining portion of the n type drift region 42) on the surface of the n type drift region 42 is Ln3.

並列pn層のn型ドリフト領域42とp型仕切領域43とはストライプ状に設けられている。そして、並列pn構造の半導体基板の表面で、ゲート電極47はストライプ状に設けられ、図示しない端部において隣接するゲート電極と繋がっている。ソース電極51は図示してないBPSG等の層間絶縁膜を介してゲート電極47上をシート状に覆っている。また、ゲート電極47の下の領域に、ゲート電極47の長手方向と平行な方向に、n型ドリフト領域42の残し部分がストライプ状に設けられている。   The n-type drift region 42 and the p-type partition region 43 of the parallel pn layer are provided in a stripe shape. The gate electrode 47 is provided in a stripe shape on the surface of the semiconductor substrate having a parallel pn structure, and is connected to the adjacent gate electrode at an end (not shown). The source electrode 51 covers the gate electrode 47 in a sheet shape via an interlayer insulating film such as BPSG (not shown). Further, in the region below the gate electrode 47, the remaining portion of the n-type drift region 42 is provided in stripes in a direction parallel to the longitudinal direction of the gate electrode 47.

図60または図61に示すような、並列pn層を有する縦型MOSデバイスは、n型ドリフト領域42の濃度N0と、p型仕切領域43の濃度P0と、のチャージバランスによって耐圧が決まり、n型ドリフト領域42の濃度N0によってオン抵抗が決まる。したがって、n型ドリフト領域のみによって耐圧が決まる、従来の単一の導電型を有する半導体基板を用いた縦型MOSデバイスに比べると、オン抵抗−耐圧のトレードオフ関係が改善する。特に、図60に示すように、ゲート電極47の長手方向をn型ドリフト領域42の奥行き方向と平行にすることで、電流の無駄な回り込みが抑制されて、オン抵抗が大幅に低くなる。 The vertical MOS device having a parallel pn layer as shown in FIG. 60 or 61 has a breakdown voltage determined by the charge balance between the concentration N 0 of the n-type drift region 42 and the concentration P 0 of the p-type partition region 43. The on-resistance is determined by the concentration N 0 of the n-type drift region 42. Therefore, the on-resistance-withstand voltage trade-off relationship is improved as compared with a conventional vertical MOS device using a semiconductor substrate having a single conductivity type whose breakdown voltage is determined only by the n-type drift region. In particular, as shown in FIG. 60, by making the longitudinal direction of the gate electrode 47 parallel to the depth direction of the n-type drift region 42, wasteful current wraparound is suppressed, and the on-resistance is greatly reduced.

ここで、図60または図61に示す半導体装置において、デバイスの微細化を行うためには、並列pn構造の半導体基板の第1主面側に形成する表面構造を微細化する必要がある。したがって、ゲート電極47の幅を狭くしなければならない。一方、pベース領域48は、ゲート電極47をマスクとして、例えばホウ素などのp型不純物をイオン注入し、熱拡散を行うことで形成される。このとき、横拡散によってpベース領域48が張り出すため、n型ドリフト領域42の幅Wnが狭まると、n型ドリフト領域42のネック長Ln3も狭まり、オン抵抗が上昇する。さらに、n型ドリフト領域42のネック長Ln3がゼロになる可能性もあり、この場合、トランジスタがオンしなくなってしまう。   Here, in the semiconductor device shown in FIG. 60 or 61, in order to miniaturize a device, it is necessary to refine the surface structure formed on the first main surface side of the semiconductor substrate having a parallel pn structure. Therefore, the width of the gate electrode 47 must be reduced. On the other hand, the p base region 48 is formed by ion implantation of a p-type impurity such as boron, for example, using the gate electrode 47 as a mask, and performing thermal diffusion. At this time, since the p base region 48 protrudes due to lateral diffusion, when the width Wn of the n-type drift region 42 is narrowed, the neck length Ln3 of the n-type drift region 42 is also narrowed, and the on-resistance is increased. Further, there is a possibility that the neck length Ln3 of the n-type drift region 42 becomes zero, and in this case, the transistor does not turn on.

ここで、微細化に対応する方法としては、トレンチゲート型の半導体装置が提案されている(例えば、下記特許文献4、下記特許文献5、下記特許文献6参照。)。図62は、第2従来例のトレンチゲート型の半導体装置の構造を示す断面図である。図62においては、第2従来例として、特許文献4に記載された半導体装置について説明する。図62に示すように、並列pn層のn型ドリフト領域2の上部に、第1n+ソース領域9aおよび第2n+ソース領域9bと、に接しかつ、pベース領域8を貫通するトレンチゲート用のトレンチ(第2トレンチ)4が設けられている。また、この第2トレンチ4の内部には、ゲート酸化膜6を介してゲート電極7が設けられている。さらに、第2トレンチ4の下の領域には、n型表面バッファ領域65が設けられている。後述するように、n型表面バッファ領域65は、エピタキシャル成長法によって形成されているため角のある形状となっている。 Here, as a method corresponding to miniaturization, a trench gate type semiconductor device has been proposed (see, for example, Patent Document 4, Patent Document 5, and Patent Document 6). FIG. 62 is a cross-sectional view showing the structure of a trench gate type semiconductor device of a second conventional example. In FIG. 62, a semiconductor device described in Patent Document 4 will be described as a second conventional example. As shown in FIG. 62, for the trench gate which is in contact with the first n + source region 9a and the second n + source region 9b and penetrates the p base region 8 on the n type drift region 2 of the parallel pn layer. A trench (second trench) 4 is provided. A gate electrode 7 is provided inside the second trench 4 via a gate oxide film 6. Further, an n-type surface buffer region 65 is provided in a region below the second trench 4. As will be described later, since the n-type surface buffer region 65 is formed by an epitaxial growth method, it has a cornered shape.

図63〜図68は、第2従来例のトレンチゲート型の半導体装置の製造方法を順に示す断面図である。従来のトレンチゲート型の半導体装置は、まず、図63に示すように、n++基板1の第1主面側に、p型仕切領域となるp型半導体33をエピタキシャル成長させる。そして、p型半導体33の表面に酸化膜を成長させる。ついで、酸化膜のパターニングを行い、n型ドリフト領域を形成する領域に開口部の設けられた第1酸化膜マスク71を形成する。 63 to 68 are cross-sectional views sequentially showing a method of manufacturing the trench gate type semiconductor device of the second conventional example. As shown in FIG. 63, a conventional trench gate type semiconductor device first epitaxially grows a p-type semiconductor 33 serving as a p-type partition region on the first main surface side of an n ++ substrate 1. Then, an oxide film is grown on the surface of the p-type semiconductor 33. Next, the oxide film is patterned to form a first oxide film mask 71 having an opening in a region where an n-type drift region is to be formed.

ついで、図64に示すように、第1酸化膜マスク71をマスクとして、n型ドリフト領域2を形成するための並列pn層形成用トレンチ(第1トレンチ)22を、n++基板1に達するように形成する。ついで、第1トレンチ22にn型半導体を埋め込み、平坦化する。さらに、第1酸化膜マスク71を除去する。 Next, as shown in FIG. 64, using the first oxide film mask 71 as a mask, the parallel pn layer forming trench (first trench) 22 for forming the n-type drift region 2 reaches the n ++ substrate 1. To form. Next, an n-type semiconductor is buried in the first trench 22 and planarized. Further, the first oxide film mask 71 is removed.

ついで、図65に示すように、並列pn層の表面にn型半導体35をエピタキシャル成長させる。さらに、第2酸化膜マスク72をマスクとして、p型の不純物をイオン注入し、n型半導体を区画化し、第2酸化膜マスク72を除去する。このようにして、図66に示すように、n型表面バッファ領域65が形成される。n型表面バッファ領域65は、p型の不純物をイオン注入して区画化されるため、p型の不純物をイオン注入した部分は、外側に凸の拡散形状となる。よって、n型表面バッファ領域65は内側に凸の形状となるため、その下端のコーナーが鋭角な角部を有する。また、n型半導体35をエピタキシャル成長させ、選択的にトレンチを形成し、そのトレンチにp型半導体をエピタキシャル成長させた場合は、n型表面バッファ領域65の下端のコーナーが直角な角部を有することとなる。   Next, as shown in FIG. 65, an n-type semiconductor 35 is epitaxially grown on the surface of the parallel pn layer. Further, using the second oxide film mask 72 as a mask, p-type impurities are ion-implanted to partition the n-type semiconductor, and the second oxide film mask 72 is removed. In this way, an n-type surface buffer region 65 is formed as shown in FIG. Since the n-type surface buffer region 65 is partitioned by implanting p-type impurities, the portion into which the p-type impurities are ion-implanted has an outwardly convex diffusion shape. Therefore, since the n-type surface buffer region 65 has an inwardly convex shape, the corner at the lower end has an acute corner. Further, when the n-type semiconductor 35 is epitaxially grown to selectively form a trench and the p-type semiconductor is epitaxially grown in the trench, the lower corner of the n-type surface buffer region 65 has a right-angled corner. Become.

ついで、図67に示すように、チャネル領域(pベース領域8)となるp型半導体68をエピタキシャル成長させる。さらに、図68に示すように、図示しない第3酸化膜マスクをマスクとして、p型半導体68を貫通する第2トレンチ4を形成する。ついで、第2トレンチ4の内壁にゲート酸化膜6を形成し、ゲート酸化膜6の表面にゲート電極7を形成する。   Next, as shown in FIG. 67, a p-type semiconductor 68 that becomes a channel region (p base region 8) is epitaxially grown. Further, as shown in FIG. 68, the second trench 4 penetrating the p-type semiconductor 68 is formed using a third oxide film mask (not shown) as a mask. Next, a gate oxide film 6 is formed on the inner wall of the second trench 4, and a gate electrode 7 is formed on the surface of the gate oxide film 6.

ついで、図62に示すように、第1n+ソース領域9a、第2n+ソース領域9b、p+ピックアップ領域10を形成する。さらに、層間絶縁膜24、ソース電極11、ドレイン電極12を形成する。このようにして、従来のトレンチゲート型の半導体装置が完成する。 Next, as shown in FIG. 62, a first n + source region 9a, a second n + source region 9b, and a p + pickup region 10 are formed. Further, the interlayer insulating film 24, the source electrode 11, and the drain electrode 12 are formed. In this way, a conventional trench gate type semiconductor device is completed.

また、特許文献5には、図62に示した半導体装置において、第2トレンチ4の下のn型表面バッファ領域65を省いた半導体装置が開示されている。   Further, Patent Document 5 discloses a semiconductor device in which the n-type surface buffer region 65 under the second trench 4 is omitted from the semiconductor device shown in FIG.

また、図69は、第3従来例のトレンチゲート型の半導体装置の構造を示す断面図である。図69においては、第3従来例として、特許文献6に記載された半導体装置について説明する。図69に示すように、第2トレンチ84の底面にゲート酸化膜6よりも厚い酸化膜86が設けられている。さらに、並列pn層のp型仕切領域83がn++基板1に達しておらず、フローティング領域となっている。 FIG. 69 is a sectional view showing the structure of a trench gate type semiconductor device of a third conventional example. In FIG. 69, a semiconductor device described in Patent Document 6 will be described as a third conventional example. As shown in FIG. 69, an oxide film 86 thicker than the gate oxide film 6 is provided on the bottom surface of the second trench 84. Further, the p-type partition region 83 of the parallel pn layer does not reach the n ++ substrate 1 and is a floating region.

図70〜図75は、第3従来例のトレンチゲート型の半導体装置の製造方法を順に示す断面図である。従来の別のトレンチゲート型の半導体装置は、まず、図70に示すように、n++基板1の第1主面側に、n型半導体32をエピタキシャル成長させる。そして、n型半導体32の表面に酸化膜を成長させる。ついで、酸化膜のパターニングを行い、p型仕切領域を形成する領域に開口部の設けられた第1酸化膜マスク71を形成する。 70 to 75 are cross-sectional views sequentially showing a method of manufacturing the trench gate type semiconductor device of the third conventional example. In another conventional trench gate type semiconductor device, first, as shown in FIG. 70, an n-type semiconductor 32 is epitaxially grown on the first main surface side of an n ++ substrate 1. Then, an oxide film is grown on the surface of the n-type semiconductor 32. Next, patterning of the oxide film is performed to form a first oxide film mask 71 having an opening in a region where the p-type partition region is to be formed.

ついで、図71に示すように、第1酸化膜マスク71をマスクとして、トレンチ84を形成する。ついで、図72に示すように、トレンチ84の内壁に、犠牲酸化膜23を形成する。   Next, as shown in FIG. 71, a trench 84 is formed using the first oxide film mask 71 as a mask. Next, as shown in FIG. 72, a sacrificial oxide film 23 is formed on the inner wall of the trench 84.

ついで、図73に示すように、p型不純物を高い加速度でイオン注入する。さらに、図74に示すように、p型不純物を低い加速度でイオン注入する。ついで、熱処理を行い、p型不純物を熱拡散させる。これにより、図75に示すように、pベース領域8とp型仕切領域83が形成される。また、n型半導体32の、pベース領域8とp型仕切領域83以外の部分が、n型ドリフト領域82となる。さらに、トレンチ84の内壁にゲート酸化膜6を形成し、底面に厚い酸化膜86を形成する。そしてトレンチ84の内部に、ゲート酸化膜6および厚い酸化膜86を介してゲート電極7を形成する。ついで、図69に示すように、pベース領域8の表面に第1n+ソース領域9a、第2n+ソース領域9bおよびp+ピックアップ領域10を形成し、層間絶縁膜24およびソース電極11を形成する。また、n++基板1の第2主面側にドレイン電極12を形成する。このようにして、第3従来例のトレンチゲート型の半導体装置が完成する。 Next, as shown in FIG. 73, p-type impurities are ion-implanted at a high acceleration. Further, as shown in FIG. 74, p-type impurities are ion-implanted at a low acceleration. Next, heat treatment is performed to thermally diffuse the p-type impurity. Thereby, the p base region 8 and the p-type partition region 83 are formed as shown in FIG. Further, a portion of the n-type semiconductor 32 other than the p base region 8 and the p-type partition region 83 becomes an n-type drift region 82. Further, a gate oxide film 6 is formed on the inner wall of the trench 84, and a thick oxide film 86 is formed on the bottom surface. Then, the gate electrode 7 is formed in the trench 84 through the gate oxide film 6 and the thick oxide film 86. Next, as shown in FIG. 69, the first n + source region 9a, the second n + source region 9b and the p + pickup region 10 are formed on the surface of the p base region 8, and the interlayer insulating film 24 and the source electrode 11 are formed. . Further, the drain electrode 12 is formed on the second main surface side of the n ++ substrate 1. Thus, the trench gate type semiconductor device of the third conventional example is completed.

これらの方法により形成することで、pベース領域同士がトレンチによって隔てられるため、微細化しても、n型ドリフト領域のネック長を所定の距離にすることができる。したがって、低いオン抵抗を保持することができる。また、p型仕切領域とn型ドリフト領域とを所望のチャージバランスにすることができるため、オン抵抗−耐圧のトレードオフ関係を改善することができる。   By forming by these methods, since the p base regions are separated from each other by the trench, the neck length of the n-type drift region can be set to a predetermined distance even if the size is reduced. Accordingly, a low on-resistance can be maintained. In addition, since the p-type partition region and the n-type drift region can have a desired charge balance, the on-resistance-breakdown voltage trade-off relationship can be improved.

特開平9−266311号公報JP-A-9-266611 米国特許第5216275号明細書US Pat. No. 5,216,275 特開2004−119611号公報JP 2004-119611 A 特開2003−124464号公報JP 2003-124464 A 特開2007−5516号公報JP 2007-5516 A 特開2007−158275号公報JP 2007-158275 A

しかしながら、上述した特許文献4または特許文献5の技術では、並列pn層を形成するための第1トレンチと、ゲート電極を埋め込むための第2トレンチと、を異なるマスクによって形成する。したがって、並列pn構造を微細化すると、マスクずれの影響を受けやすくなる。図76は、第2従来例のトレンチゲート型半導体装置の問題点を示す図である。図76に示すように、第1トレンチと、第2トレンチ4と、がマスクずれを起こすことで、第2トレンチ4の側壁が、並列pn層のn型ドリフト領域2とp型仕切領域3との界面からずれた位置に形成される。このため、第2トレンチ4の下の、n型表面バッファ領域65とn型ドリフト領域2との界面の近傍(破線Eで囲んだ領域)に電界が集中する。これによって、デバイスの耐圧が下がるという問題がある。したがって、微細化することが困難である。   However, in the technique of Patent Document 4 or Patent Document 5 described above, the first trench for forming the parallel pn layer and the second trench for embedding the gate electrode are formed by different masks. Therefore, if the parallel pn structure is miniaturized, it is likely to be affected by mask displacement. FIG. 76 is a diagram showing a problem of the trench gate type semiconductor device of the second conventional example. As shown in FIG. 76, the first trench and the second trench 4 are shifted in mask so that the side wall of the second trench 4 becomes the n-type drift region 2 and the p-type partition region 3 of the parallel pn layer. Formed at a position shifted from the interface. For this reason, the electric field concentrates in the vicinity of the interface between the n-type surface buffer region 65 and the n-type drift region 2 (region surrounded by the broken line E) below the second trench 4. This causes a problem that the breakdown voltage of the device is lowered. Therefore, it is difficult to miniaturize.

さらに、第2トレンチの下の領域に設けられたn型表面バッファ領域を、エピタキシャル成長とイオン注入によって形成するため、製造が複雑になり、コストがかかるという問題がある。   Furthermore, since the n-type surface buffer region provided in the region below the second trench is formed by epitaxial growth and ion implantation, there is a problem that the manufacturing becomes complicated and the cost is high.

一方、特許文献6の技術では、並列pn層を形成するための並列pn層形成用トレンチを形成する必要がない。すなわち、半導体装置の製造過程において、トレンチを形成する工程が、トレンチゲート用トレンチを形成する工程の1回のみである。このため、製造が簡単であり、安価である。しかしながら、並列pn層のp型仕切領域をイオン注入と熱処理によって形成するため、並列pn層を微細化すると、隣り合うp型仕切領域同士が近接する。そして、図77に示すように、トレンチ84からのp型仕切領域83の張り出しの幅Xspと、トレンチ84同士の間隔Stと、が、次の(1)式の関係を満たすと、隣り合うp型仕切領域83同士がつながってしまう。   On the other hand, in the technique of Patent Document 6, it is not necessary to form a parallel pn layer forming trench for forming a parallel pn layer. That is, in the manufacturing process of the semiconductor device, the step of forming the trench is only one time of the step of forming the trench for the trench gate. For this reason, it is easy to manufacture and inexpensive. However, since the p-type partition region of the parallel pn layer is formed by ion implantation and heat treatment, when the parallel pn layer is miniaturized, adjacent p-type partition regions are close to each other. As shown in FIG. 77, when the width Xsp of the extension of the p-type partition region 83 from the trench 84 and the interval St between the trenches 84 satisfy the relationship of the following equation (1), adjacent p The mold partition regions 83 are connected to each other.

St<2・Xsp・・・(1)     St <2 · Xsp (1)

このため、隣り合うp型仕切領域83が重なった領域(破線Fで囲んだ領域)に電流が流れなくなるという問題がある。したがって、微細化することが困難である。   For this reason, there is a problem that current does not flow in a region where adjacent p-type partition regions 83 overlap (region surrounded by a broken line F). Therefore, it is difficult to miniaturize.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、並列pn構造の半導体基板を有する半導体装置において、微細化をしても、オン抵抗が低く、かつ高耐圧な半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   In order to solve the above-described problems caused by the prior art, a semiconductor device having a semiconductor substrate having a parallel pn structure has a low on-resistance and a high withstand voltage even when miniaturized, and a method of manufacturing the same The purpose is to provide.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる半導体装置は、高不純物濃度の第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面に設けられた、第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域とを交互に配置した並列pn層と、前記並列pn層の前記第2導電型半導体領域または前記第1導電型半導体領域のどちらかに設けられたトレンチと、前記トレンチの内面に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、を備える半導体装置において、前記トレンチの少なくとも底面の角部を覆うように、角のない形状の第1導電型の表面バッファ領域が設けられていることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a semiconductor device according to a first aspect of the present invention is a first conductivity type semiconductor substrate having a high impurity concentration and a first conductivity provided on a surface of the semiconductor substrate. Parallel pn layers in which type semiconductor regions and second conductivity type semiconductor regions are alternately arranged, and trenches provided in either the second conductivity type semiconductor region or the first conductivity type semiconductor region of the parallel pn layer; In a semiconductor device comprising an insulating film provided on the inner surface of the trench and a gate electrode provided via the insulating film, a shape having no corners is formed so as to cover at least a corner portion of the bottom surface of the trench. A surface buffer region of the first conductivity type is provided.

また、請求項2の発明にかかる半導体装置は、請求項1に記載の発明において、前記表面バッファ領域は、熱拡散させた形状であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the surface buffer region has a thermally diffused shape.

また、請求項3の発明にかかる半導体装置は、請求項1または2に記載の発明において、前記半導体基板と、前記並列pn層との間に、第1導電型の裏面バッファ領域が設けられていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first or second aspect of the present invention, a back buffer region of a first conductivity type is provided between the semiconductor substrate and the parallel pn layer. It is characterized by being.

また、請求項4の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜3のいずれか一つに記載の発明において、前記半導体基板と、前記並列pn層の前記第2導電型半導体領域との間に、該第2導電型半導体領域より高不純物濃度の第2導電型層が設けられていることを特徴とする。   A semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to third aspects, wherein the semiconductor substrate and the second conductive type semiconductor region of the parallel pn layer are provided. A second conductivity type layer having a higher impurity concentration than the second conductivity type semiconductor region is provided.

また、請求項5の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜4のいずれか一つに記載の発明において、前記表面バッファ領域は、前記トレンチの底面の角部の近傍にのみ設けられていることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, the surface buffer region is provided only in the vicinity of a corner of the bottom surface of the trench. It is characterized by that.

また、請求項6の発明にかかる半導体装置の製造方法は、高不純物濃度の第1導電型の半導体基板の表面に、第1導電型半導体または第2導電型半導体を生成する半導体生成工程と、絶縁膜マスクをマスクとして、前記半導体生成工程で生成した一方の導電型の半導体に第1トレンチを形成する第1トレンチ形成工程と、前記第1トレンチに、他方の導電型の半導体を生成することで、一方の導電型の半導体領域と他方の導電型の半導体領域とを交互に配置した並列pn層を形成する並列pn層形成工程と、前記絶縁膜マスクをマスクとして、前記他方の導電型の半導体領域に第2トレンチを形成する第2トレンチ形成工程と、前記第2トレンチの内部に、ゲート酸化膜を介してゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、を含むことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method for generating a first conductivity type semiconductor or a second conductivity type semiconductor on a surface of a first impurity type semiconductor substrate having a high impurity concentration, A first trench forming step of forming a first trench in one of the conductive type semiconductors generated in the semiconductor generating step using an insulating film mask as a mask, and generating the other conductive type semiconductor in the first trench A parallel pn layer forming step of forming a parallel pn layer in which one conductive type semiconductor region and the other conductive type semiconductor region are alternately arranged; and using the insulating film mask as a mask, the other conductive type A second trench forming step of forming a second trench in the semiconductor region; and a gate electrode forming step of forming a gate electrode inside the second trench through a gate oxide film. To.

また、請求項7の発明にかかる半導体装置の製造方法は、高不純物濃度の第1導電型の半導体基板の表面に、第1導電型半導体または第2導電型半導体を生成する半導体生成工程と、絶縁膜マスクをマスクとして、前記半導体生成工程で生成した一方の導電型の半導体に第1トレンチを形成する第1トレンチ形成工程と、前記第1トレンチに、他方の導電型の半導体を生成することで、一方の導電型の半導体領域と他方の導電型の半導体領域とを交互に配置した並列pn層を形成する並列pn層形成工程と、前記他方の導電型の半導体を研磨して、前記絶縁膜マスクと前記他方の導電型の半導体領域との高さを揃える高さ揃え工程と、前記絶縁膜マスクを除去することで、第2トレンチを形成する第2トレンチ形成工程と、前記第2トレンチの内部に、ゲート酸化膜を介してゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、を含むことを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method for generating a first conductivity type semiconductor or a second conductivity type semiconductor on a surface of a high impurity concentration first conductivity type semiconductor substrate; A first trench forming step of forming a first trench in one of the conductive type semiconductors generated in the semiconductor generating step using an insulating film mask as a mask, and generating the other conductive type semiconductor in the first trench A parallel pn layer forming step of forming a parallel pn layer in which one conductive type semiconductor region and the other conductive type semiconductor region are alternately arranged; and polishing the other conductive type semiconductor to form the insulating layer A height aligning step of aligning the height of the film mask and the other conductive type semiconductor region, a second trench forming step of forming a second trench by removing the insulating film mask, and the second trench Therein, characterized in that it comprises a gate electrode forming step of forming a gate electrode via a gate oxide film.

また、請求項8の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項6または7に記載の発明において、前記半導体生成工程の前に、前記半導体基板の表面に、第1導電型の裏面バッファ領域を形成する裏面バッファ領域形成工程を含むことを特徴とする。   According to a eighth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method according to the sixth or seventh aspect of the present invention, wherein the first conductivity type back surface buffer region is formed on the surface of the semiconductor substrate before the semiconductor generation step. A back surface buffer region forming step of forming

また、請求項9の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項6〜8のいずれか一つに記載の発明において、前記半導体生成工程の前に、前記半導体基板の表面に、第2導電型のエピタキシャル層を形成するエピタキシャル層形成工程を含むことを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method according to any one of the sixth to eighth aspects, wherein the second conductive layer is formed on the surface of the semiconductor substrate before the semiconductor generation step. An epitaxial layer forming step of forming a type epitaxial layer.

また、請求項10の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項6〜9のいずれか一つに記載の発明において、前記第2トレンチ形成工程と、前記ゲート電極形成工程との間に、前記第2トレンチの少なくとも底面の角部に第1導電型の不純物をイオン注入するイオン注入工程を含み、ゲート電極形成工程の後に、前記イオン注入工程においてイオン注入された第1導電型の不純物に熱拡散を行い、前記第2トレンチの底面の角部に表面バッファ領域を形成する表面バッファ領域形成工程を含むことを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method according to any one of the sixth to ninth aspects, wherein the second trench forming step and the gate electrode forming step are performed. An ion implantation step of ion-implanting a first conductivity type impurity into at least a corner of the bottom surface of the second trench, and after the gate electrode formation step, the first conductivity type impurity ion-implanted in the ion implantation step It includes a surface buffer region forming step of performing thermal diffusion and forming a surface buffer region at a corner of the bottom surface of the second trench.

また、請求項11の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項10に記載の発明において、前記イオン注入工程においては、前記第2トレンチの底面の中央部に、第1導電型の不純物をイオン注入しないことを特徴とする。   Further, in the semiconductor device manufacturing method according to the invention of claim 11, in the invention of claim 10, in the ion implantation step, an impurity of the first conductivity type is added to a central portion of the bottom surface of the second trench. The ion implantation is not performed.

上記の請求項1〜5、請求項10または請求項11の発明によれば、ゲート電極を埋め込むためのトレンチの底面に接する第1導電型の表面バッファ領域を、例えばイオン拡散と熱拡散により、簡単に形成することができる。   According to the first to fifth, tenth, or eleventh aspects of the invention, the surface buffer region of the first conductivity type in contact with the bottom surface of the trench for embedding the gate electrode is formed by ion diffusion and thermal diffusion, for example. It can be easily formed.

また、請求項6〜11の発明によれば、並列pn層を形成するための第1トレンチと、ゲート電極を埋め込むための第2トレンチと、を同一の酸化膜マスクを用いて形成することができる。したがって、第1トレンチと第2トレンチとのマスクずれを防ぐことができる。   According to the invention of claims 6 to 11, the first trench for forming the parallel pn layer and the second trench for embedding the gate electrode can be formed using the same oxide film mask. it can. Therefore, mask displacement between the first trench and the second trench can be prevented.

本発明にかかる半導体装置およびその製造方法によれば、並列pn構造の半導体基板を有する半導体装置において、微細化をしても、オン抵抗を低く、かつ耐圧を高くすることができるという効果を奏する。   According to the semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the present invention, the semiconductor device having the semiconductor substrate having the parallel pn structure has an effect that the on-resistance can be lowered and the withstand voltage can be increased even if the semiconductor device is miniaturized. .

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置およびその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明およびすべての添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Exemplary embodiments of a semiconductor device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that, in the following description of the embodiments and all the attached drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す平面図である。また、図2は、図1の切断線A−A'の断面構造を示す断面図である。図2に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置は、並列pn構造の半導体基板を用いて作製されている。並列pn構造の半導体基板は、n+ドレイン領域である抵抗率の低いn++基板1の第1主面側の表面に、n型ドリフト領域(第1導電型半導体領域)2およびp型仕切領域(第2導電型半導体領域)3からなる並列pn層が設けられている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line AA ′ in FIG. As shown in FIG. 2, the semiconductor device according to the first embodiment is manufactured using a semiconductor substrate having a parallel pn structure. A semiconductor substrate of the parallel pn structure, n + lower n ++ first main surface side of the surface of the substrate 1 of the drain region and a resistivity, n-type drift region (first conductive type semiconductor region) 2 and p-type partition A parallel pn layer composed of the region (second conductivity type semiconductor region) 3 is provided.

n型ドリフト領域2の上部には、pベース領域8が設けられている。pベース領域8の表面には、第1n+ソース領域9aと第2n+ソース領域9bが互いに離れて設けられている。さらに、第1n+ソース領域9aと第2n+ソース領域9bとの間に、p+ピックアップ領域10が設けられている。 A p base region 8 is provided on the n type drift region 2. On the surface of the p base region 8, a first n + source region 9a and a second n + source region 9b are provided apart from each other. Further, a p + pickup region 10 is provided between the first n + source region 9a and the second n + source region 9b.

p型仕切領域3には、ゲート電極を埋め込むためのトレンチ(第2トレンチ)4が設けられており、第2トレンチ4の内部には、ゲート酸化膜6を介して、ゲート電極7が設けられている。ゲート電極7は、例えば、ポリシリコンである。上述したn++基板1から第1n+ソース領域9a、第2n+ソース領域9bおよびp+ピックアップ領域10までが並列pn構造の半導体基板である。 The p-type partition region 3 is provided with a trench (second trench) 4 for embedding a gate electrode, and a gate electrode 7 is provided inside the second trench 4 via a gate oxide film 6. ing. The gate electrode 7 is, for example, polysilicon. The above-described n ++ substrate 1 to the first n + source region 9a, the second n + source region 9b, and the p + pickup region 10 are semiconductor substrates having a parallel pn structure.

並列pn構造の半導体基板の表面の第1主面側には、層間絶縁膜24が設けられている。層間絶縁膜24には開口部が設けられており、この開口部において、ソース電極11が、p+ピックアップ領域10、第1n+ソース領域9aおよび第2n+ソース領域9bに接している。ドレイン電極12は、並列pn構造の半導体基板の第2の主面側、すなわちn++基板1の第2主面側の表面に接している。また、図1に示すように、ゲート電極7の奥行き方向と、n型ドリフト領域2およびp型仕切領域3の奥行き方向と、が平行である。 An interlayer insulating film 24 is provided on the first main surface side of the surface of the parallel pn structure semiconductor substrate. An opening is provided in the interlayer insulating film 24, and the source electrode 11 is in contact with the p + pickup region 10, the first n + source region 9 a, and the second n + source region 9 b in this opening. The drain electrode 12 is in contact with the second main surface side of the semiconductor substrate having the parallel pn structure, that is, the surface of the n ++ substrate 1 on the second main surface side. As shown in FIG. 1, the depth direction of the gate electrode 7 and the depth direction of the n-type drift region 2 and the p-type partition region 3 are parallel.

つぎに、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図3〜図7は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について順に示す断面図である。実施の形態1にかかる半導体装置は、まず、n++基板の第1主面側に、n型ドリフト領域となるn型半導体をエピタキシャル成長させる。そして、n型半導体の表面層に、絶縁膜、例えば酸化膜を堆積する。ついで、酸化膜のパターニングを行い、p型仕切領域を形成する領域に開口部の設けられた酸化膜マスクを形成する。そして、図3に示すように、酸化膜マスク21をマスクとして、p型仕切領域を形成するための並列pn構造形成用トレンチ(第1トレンチ)22を、n++基板1に達するように形成する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described. 3 to 7 are cross-sectional views sequentially illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. In the semiconductor device according to the first embodiment, first, an n-type semiconductor to be an n-type drift region is epitaxially grown on the first main surface side of the n ++ substrate. Then, an insulating film such as an oxide film is deposited on the surface layer of the n-type semiconductor. Next, the oxide film is patterned to form an oxide film mask having an opening in a region where the p-type partition region is to be formed. Then, as shown in FIG. 3, using the oxide film mask 21 as a mask, a parallel pn structure forming trench (first trench) 22 for forming a p-type partition region is formed so as to reach the n ++ substrate 1. To do.

ついで、図4に示すように、p型仕切領域となるp型半導体33を堆積して、第1トレンチ22にp型半導体33を埋め込む。ついで、図5に示すように、表面のp型半導体33をCMP研磨し酸化膜マスク21を残したまま、つぎにp型半導体33をオーバーエッチングして、p型仕切領域3を形成する。このとき、p型仕切領域3の高さを、n型ドリフト領域2の高さより低くする。これによって形成された、p型仕切領域3とn型ドリフト領域2との段差が第2トレンチ4となる。ついで、図6に示すように、熱酸化を行い、第2トレンチ4の内壁に犠牲酸化膜23を形成する。そして、酸化膜マスク21と、犠牲酸化膜23と、を除去する。   Next, as shown in FIG. 4, a p-type semiconductor 33 serving as a p-type partition region is deposited, and the p-type semiconductor 33 is embedded in the first trench 22. Next, as shown in FIG. 5, the p-type semiconductor 33 on the surface is subjected to CMP polishing and the p-type semiconductor 33 is then over-etched while leaving the oxide film mask 21 to form the p-type partition region 3. At this time, the height of the p-type partition region 3 is set lower than the height of the n-type drift region 2. A step between the p-type partition region 3 and the n-type drift region 2 formed thereby becomes the second trench 4. Next, as shown in FIG. 6, thermal oxidation is performed to form a sacrificial oxide film 23 on the inner wall of the second trench 4. Then, the oxide film mask 21 and the sacrificial oxide film 23 are removed.

ついで、図7に示すように、第2トレンチ4の内壁に沿って、ゲート酸化膜6を成長させ、ゲート電極7を埋め込む。   Next, as shown in FIG. 7, a gate oxide film 6 is grown along the inner wall of the second trench 4 to embed the gate electrode 7.

ついで、図2に示すように、n型層にpベース領域8まで達するp+ピックアップ領域10を形成する。このp+ピックアップ領域10によって区切られたn型層が、それぞれ、第1n+ソース領域9aおよび第2n+ソース領域9bとなる。そして、層間絶縁膜24を堆積させて、p+ピックアップ領域10、第1n+ソース領域9aおよび第2n+ソース領域9bに達する開口部を形成する。さらに、p+ピックアップ領域10、第1n+ソース領域9aおよび第2n+ソース領域9bに接するようにソース電極11を形成する。また、n++基板1の第2主面側に、ドレイン電極12を形成する。このようにして、実施の形態1にかかる半導体装置が完成する。 Next, as shown in FIG. 2, ap + pickup region 10 reaching the p base region 8 is formed in the n-type layer. The n-type layers delimited by the p + pickup region 10 become the first n + source region 9a and the second n + source region 9b, respectively. Then, an interlayer insulating film 24 is deposited to form openings reaching the p + pickup region 10, the first n + source region 9a, and the second n + source region 9b. Further, the source electrode 11 is formed so as to be in contact with the p + pickup region 10, the first n + source region 9a, and the second n + source region 9b. Further, the drain electrode 12 is formed on the second main surface side of the n ++ substrate 1. In this way, the semiconductor device according to the first embodiment is completed.

つぎに、実施の形態1にかかる半導体装置と、第3従来例(図69参照)と、を比較する。ここで、図3に示すように、酸化膜マスク21の厚さを初期膜厚t21とし、第1トレンチ22の深さをDt22とする。また、図2に示すように、第2トレンチ4の深さをDt4とする。さらに、図3において、酸化膜マスク21をマスクとして、n型半導体に第1トレンチ22を形成する際のエッチングの選択比(シリコン−酸化シリコン選択比)をSとする。ここで、酸化膜マスク21の厚さは、図5に示すように、第2トレンチ4を形成した後に、0.4μm程度残っていればよい。その理由は、図5にてp型半導体33をオーバーエッチングする前に酸化膜21上にまで成長したp型半導体33をCMP研磨して平滑化するが、そのCMP研磨の停止を酸化膜21の露出を検出するのに0.4μm程度の厚さが必要であるためである。この場合、初期膜厚t21は、次の(2)式で与えられる。   Next, the semiconductor device according to the first embodiment is compared with the third conventional example (see FIG. 69). Here, as shown in FIG. 3, the thickness of the oxide film mask 21 is the initial film thickness t21, and the depth of the first trench 22 is Dt22. Further, as shown in FIG. 2, the depth of the second trench 4 is Dt4. Further, in FIG. 3, with the oxide film mask 21 as a mask, the etching selection ratio (silicon-silicon oxide selection ratio) when forming the first trench 22 in the n-type semiconductor is S. Here, as shown in FIG. 5, the thickness of the oxide film mask 21 may be about 0.4 μm after the second trench 4 is formed. This is because the p-type semiconductor 33 grown on the oxide film 21 is smoothed by CMP polishing before over-etching the p-type semiconductor 33 in FIG. This is because a thickness of about 0.4 μm is necessary to detect exposure. In this case, the initial film thickness t21 is given by the following equation (2).

t21≧{(Dt22+Dt4)/S}+0.4・・・(2)     t21 ≧ {(Dt22 + Dt4) / S} +0.4 (2)

ここで、例えば、第1トレンチ22の深さDt22が45μmであり、第2トレンチ4の深さDt4が3μmまたは10μmである場合の、最低限必要な初期膜厚t21の値をt21minとする。図8は、最低限必要な初期膜厚t21minと、選択比Sとの関係を示す特性図である。図8に示すように、選択比Sの値が高くなる程、最低限必要な初期膜厚t21minが減少する。例えば、Dt4が10μmの場合、選択比Sが90以上で、最低限必要な初期膜厚t21minが、1μm程度となる。また、Dt4が3μmの場合、選択比Sが90以上で、最低限必要な初期膜厚t21minが、1μmより小さくなる。したがって、選択比Sが90以上のときに、最低限必要な初期膜厚t21minが、1μm以下となることがわかる。このように、マスクとなる酸化膜の厚さの最低限必要な初期膜厚が少ないため、スループットが向上する。   Here, for example, when the depth Dt22 of the first trench 22 is 45 μm and the depth Dt4 of the second trench 4 is 3 μm or 10 μm, the minimum required initial film thickness t21 is t21min. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the minimum required initial film thickness t21min and the selection ratio S. As shown in FIG. 8, the minimum required initial film thickness t21min decreases as the value of the selection ratio S increases. For example, when Dt4 is 10 μm, the selection ratio S is 90 or more, and the minimum required initial film thickness t21min is about 1 μm. When Dt4 is 3 μm, the selection ratio S is 90 or more, and the minimum required initial film thickness t21min is smaller than 1 μm. Therefore, it can be seen that when the selection ratio S is 90 or more, the minimum required initial film thickness t21min is 1 μm or less. Thus, since the minimum required initial film thickness of the oxide film serving as a mask is small, the throughput is improved.

図9は、並列pn層のn型ドリフト領域とp型仕切領域の繰り返しピッチと、オン抵抗との関係を示す特性図である。図9において、オン抵抗は、次の(3)式で与えられる値で規格化した。ただし、図2に示すように、n型ドリフト領域2の幅をWnとし、図69に示すように、トレンチ84からのp型仕切領域83の張り出しの幅をXsp、トレンチ84同士の間隔をStとする。   FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the on-resistance and the repetition pitch of the n-type drift region and the p-type partition region of the parallel pn layer. In FIG. 9, the on-resistance is normalized by a value given by the following equation (3). However, as shown in FIG. 2, the width of the n-type drift region 2 is Wn, and as shown in FIG. 69, the protruding width of the p-type partition region 83 from the trench 84 is Xsp, and the interval between the trenches 84 is St. And

Wn/(2Xsp)=St/(2Xsp)=4・・・(3)     Wn / (2Xsp) = St / (2Xsp) = 4 (3)

例えば、第1トレンチの深さDt22が45μmであり、第2トレンチの深さDt4が5μmであり、n型ドリフト領域の幅Wnと、p型仕切領域の幅Wpと、第2トレンチ同士の間隔Stと、が同程度であるとする。この場合、図9に示すように、第3従来例では、n型ドリフト領域とp型仕切領域の繰り返しピッチが約1.5(B点の値)より狭くなった場合、オン抵抗が増加する。一方、実施の形態1においては、n型ドリフト領域とp型仕切領域の繰り返しのピッチがB点の値より狭くなってもオン抵抗が増加せず、さらに減少している。このとき、耐圧はn型ドリフト領域とp型仕切領域とのチャージバランスで決まっているため、第3従来例と実施の形態1とでは、ほとんど変わらない。したがって、実施の形態1によれば、微細化を行っても、オン抵抗−耐圧のトレードオフ関係が改善される。   For example, the first trench depth Dt22 is 45 μm, the second trench depth Dt4 is 5 μm, the width Wn of the n-type drift region, the width Wp of the p-type partition region, and the distance between the second trenches. It is assumed that St is approximately the same. In this case, as shown in FIG. 9, in the third conventional example, the ON resistance increases when the repetition pitch of the n-type drift region and the p-type partition region becomes smaller than about 1.5 (the value of the B point). . On the other hand, in the first embodiment, even when the repetitive pitch between the n-type drift region and the p-type partition region becomes narrower than the value of the point B, the on-resistance does not increase and further decreases. At this time, since the breakdown voltage is determined by the charge balance between the n-type drift region and the p-type partition region, there is almost no difference between the third conventional example and the first embodiment. Therefore, according to the first embodiment, the trade-off relationship between on-resistance and breakdown voltage is improved even if miniaturization is performed.

つぎに、実施の形態1にかかる半導体装置のオン抵抗および耐圧について説明する。ここで、図2に示すように、ソース電極11と半導体との界面から、pベース領域8とn型ドリフト領域2との界面までの距離、すなわちpベース領域8の拡散深さを、Xj1とする。また、pベース領域8とn型ドリフト領域2との界面から、第2トレンチ4とp型仕切領域3との界面までの距離、すなわち第2トレンチ4のネック長を、Ln3とする。さらに、ソース電極11と半導体との界面から第2トレンチ4の底面までの距離、すなわち第2トレンチ4の深さを、Dt4とする。   Next, the on-resistance and breakdown voltage of the semiconductor device according to the first embodiment will be described. Here, as shown in FIG. 2, the distance from the interface between the source electrode 11 and the semiconductor to the interface between the p base region 8 and the n-type drift region 2, that is, the diffusion depth of the p base region 8 is expressed as Xj1 To do. Further, the distance from the interface between the p base region 8 and the n-type drift region 2 to the interface between the second trench 4 and the p-type partition region 3, that is, the neck length of the second trench 4 is Ln3. Furthermore, the distance from the interface between the source electrode 11 and the semiconductor to the bottom surface of the second trench 4, that is, the depth of the second trench 4 is Dt 4.

図10は、実施の形態1にかかる半導体装置における、規格化したオン抵抗または規格化した耐圧と、第2トレンチのネック長と、の関係を示す特性図である。図10に示すように、第2トレンチのネック長Ln3は、次の(4)式によって与えられる。   FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the normalized on-resistance or the normalized breakdown voltage and the neck length of the second trench in the semiconductor device according to the first embodiment. As shown in FIG. 10, the neck length Ln3 of the second trench is given by the following equation (4).

Dt4=Xj1+Ln3・・・(4)     Dt4 = Xj1 + Ln3 (4)

実施の形態1にかかる半導体装置においては、0.3μm以上であることが好ましい。その理由は、ネック長Ln3が0.3μm未満の場合、オン抵抗が高く、デバイスがオンしなくなる可能性があり、良好な特性が得られないからである。したがって、第2トレンチの深さDt4は、次の(5)式によって与えられる。   In the semiconductor device according to the first embodiment, it is preferably 0.3 μm or more. The reason is that when the neck length Ln3 is less than 0.3 μm, the on-resistance is high, the device may not be turned on, and good characteristics cannot be obtained. Therefore, the depth Dt4 of the second trench is given by the following equation (5).

Dt4≧Xj1+0.3・・・(5)     Dt4 ≧ Xj1 + 0.3 (5)

具体的には、pベース領域の拡散深さXj1が、例えば、2.5μm程度の場合、第2トレンチの深さDt4は、2.8μm以上であればよい。一方、図10に示すように、ネック長Ln3がn型ドリフト領域の幅Wnより大きくなると、耐圧が低下する。その理由は、図11に示すように、第2トレンチ4の側壁と、n型ドリフト領域2とが接する領域(符号Cで示す領域)に、電界(図中の破線)が集中するためである。このため、第2トレンチの深さDt4は、次の(6)式によって与えられる。   Specifically, when the diffusion depth Xj1 of the p base region is, for example, about 2.5 μm, the depth Dt4 of the second trench may be 2.8 μm or more. On the other hand, as shown in FIG. 10, when the neck length Ln3 becomes larger than the width Wn of the n-type drift region, the breakdown voltage decreases. This is because, as shown in FIG. 11, the electric field (broken line in the figure) concentrates on a region where the side wall of the second trench 4 and the n-type drift region 2 are in contact with each other (region indicated by reference numeral C). . For this reason, the depth Dt4 of the second trench is given by the following equation (6).

Dt4≦Xj1+Wn・・・(6)     Dt4 ≦ Xj1 + Wn (6)

したがって、前述の(4)式および(5)式と、上述の(6)式をまとめると、ネック長Ln3と、n型ドリフト領域の幅Wnとの関係は、次の(7)式によって与えられる。   Therefore, by summarizing the above equations (4) and (5) and the above equation (6), the relationship between the neck length Ln3 and the width Wn of the n-type drift region is given by the following equation (7). It is done.

0.3≦Ln3≦Wn・・・(7)     0.3 ≦ Ln3 ≦ Wn (7)

実施の形態1によれば、第1トレンチと、第2トレンチとを、同一のマスクによって形成することができる。したがって、第1トレンチと、第2トレンチとのマスクずれを防ぐことができる。このため、マスクずれによる電界集中を防ぎ、耐圧の低下を防ぐことができる。   According to the first embodiment, the first trench and the second trench can be formed using the same mask. Therefore, mask displacement between the first trench and the second trench can be prevented. For this reason, electric field concentration due to mask displacement can be prevented, and a decrease in breakdown voltage can be prevented.

(実施の形態2)
図12は、実施の形態2にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。図12に示すように、実施の形態2にかかる半導体装置は、第2トレンチ4の底面に接するように、n型表面バッファ領域5が設けられている。ここで、n型表面バッファ領域5は、例えばイオン注入と熱拡散によって形成されているため、角のない形状となっている。すなわち、n型表面バッファ領域5は、第2トレンチ4の底面から等方的に拡散させた形状となっている。
(Embodiment 2)
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating the structure of the semiconductor device according to the second embodiment. As shown in FIG. 12, the semiconductor device according to the second embodiment is provided with an n-type surface buffer region 5 so as to be in contact with the bottom surface of the second trench 4. Here, since the n-type surface buffer region 5 is formed by, for example, ion implantation and thermal diffusion, it has a shape with no corners. That is, the n-type surface buffer region 5 has a shape diffused isotropically from the bottom surface of the second trench 4.

図13または図14は、実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。実施の形態2にかかる半導体装置は、上述した図3〜図6の処理の後に、第2トレンチ4の底面にn型不純物をイオン注入する。ついで、図13に示すように酸化膜マスク21をマスクとして、第2トレンチ4の底面にn型不純物をイオン注入する。そして、酸化膜マスク21と、犠牲酸化膜23と、を除去する。   FIG. 13 or FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment. In the semiconductor device according to the second embodiment, n-type impurities are ion-implanted into the bottom surface of the second trench 4 after the above-described processing of FIGS. Next, as shown in FIG. 13, n-type impurities are ion-implanted into the bottom surface of the second trench 4 using the oxide film mask 21 as a mask. Then, the oxide film mask 21 and the sacrificial oxide film 23 are removed.

ついで、図14に示すように、ゲート酸化膜6を第2トレンチ4の内壁に沿って成長させ、第2トレンチ4にゲート電極7を埋め込む。そして、熱処理を行い、熱拡散によってn型表面バッファ領域5を形成する。ついで、チャネル領域となるpベース領域8と、第1n+ソース領域および第2n+ソース領域となるn型層19を形成する。さらに、図12に示すように、実施の形態1と同様に、pベース領域8、p+ピックアップ領域10、第1n+ソース領域9a、第2n+ソース領域9b、ソース電極11、ドレイン電極12を形成し、実施の形態2にかかる半導体装置が完成する。 Next, as shown in FIG. 14, the gate oxide film 6 is grown along the inner wall of the second trench 4, and the gate electrode 7 is embedded in the second trench 4. Then, heat treatment is performed to form the n-type surface buffer region 5 by thermal diffusion. Next, a p base region 8 to be a channel region and an n-type layer 19 to be a first n + source region and a second n + source region are formed. Further, as shown in FIG. 12, as in the first embodiment, the p base region 8, the p + pickup region 10, the first n + source region 9a, the second n + source region 9b, the source electrode 11 and the drain electrode 12 are formed. Then, the semiconductor device according to the second embodiment is completed.

つぎに、実施の形態2にかかる半導体装置のオン抵抗および耐圧について説明する。ここで、図12に示すように、実施の形態2にかかる半導体装置においては、第2トレンチ4の底面の、n型表面バッファ領域5と接する領域の幅を2・Ln4とする。   Next, on-resistance and breakdown voltage of the semiconductor device according to the second embodiment will be described. Here, as shown in FIG. 12, in the semiconductor device according to the second embodiment, the width of the region in contact with the n-type surface buffer region 5 on the bottom surface of the second trench 4 is 2 · Ln4.

図15および図16は、実施の形態2にかかる半導体装置における、規格化したオン抵抗または規格化した耐圧と、第2トレンチのネック長と、の関係を示す特性図である。図15においては、Ln4が0.3μm以上の場合のオン抵抗と耐圧を示し、図16においては、Ln4が0.3μm以下の場合のオン抵抗と耐圧を示す。   FIGS. 15 and 16 are characteristic diagrams showing the relationship between the normalized on-resistance or the normalized breakdown voltage and the neck length of the second trench in the semiconductor device according to the second embodiment. 15 shows on-resistance and breakdown voltage when Ln4 is 0.3 μm or more, and FIG. 16 shows on-resistance and breakdown voltage when Ln4 is 0.3 μm or less.

図15または図16に示すように、実施の形態2にかかる半導体装置は、n型表面バッファ領域5が形成されているため、オン抵抗が急激に高くなるときのネック長Ln3の値が、実施の形態1にかかる半導体装置のネック長Ln3の値(例えば、0.3μm)よりLn4の値だけ低い値となる。したがって、実施の形態1にかかる半導体装置と比べると、前述の(4)式により、第2トレンチの深さDt4を浅く形成することができることがわかる。例えば、第2トレンチの深さDt4が、pベース領域の拡散深さXj1よりも浅い場合でも、n型表面バッファ領域が設けられているため、実施の形態1にかかる半導体装置よりネック長Ln3の値を長くすることができる。また、第2トレンチの底面と平行な方向にもネック長Ln4を確保することができるため、オン抵抗が低い状態を保つLn3の範囲が実施の形態1にかかる半導体装置よりLn4の値だけ長くなり、オン抵抗を低くすることができる。なお、図11に示したような電界集中を抑制するためには、実施の形態1と同様に、式(7)を満たすようなLn3とすればよい。   As shown in FIG. 15 or FIG. 16, since the n-type surface buffer region 5 is formed in the semiconductor device according to the second embodiment, the value of the neck length Ln3 when the on-resistance rapidly increases is The value of Ln4 is lower than the value (for example, 0.3 μm) of the neck length Ln3 of the semiconductor device according to the first embodiment. Therefore, as compared with the semiconductor device according to the first embodiment, it can be seen that the depth Dt4 of the second trench can be formed shallower by the above-described equation (4). For example, even when the depth Dt4 of the second trench is shallower than the diffusion depth Xj1 of the p base region, since the n-type surface buffer region is provided, the neck length Ln3 is larger than that of the semiconductor device according to the first embodiment. The value can be increased. In addition, since the neck length Ln4 can be secured also in the direction parallel to the bottom surface of the second trench, the range of Ln3 that keeps the on-resistance low is longer by the value of Ln4 than the semiconductor device according to the first embodiment. , The on-resistance can be lowered. In order to suppress the electric field concentration as shown in FIG. 11, Ln3 that satisfies Expression (7) may be used as in the first embodiment.

実施の形態2によれば、実施の形態1よりもオン抵抗を低くすることができる。また、n型表面バッファ領域を、例えばイオン注入と熱拡散により、簡単に形成することができるため、コストが低くなる。   According to the second embodiment, the on-resistance can be made lower than that of the first embodiment. Further, since the n-type surface buffer region can be easily formed by, for example, ion implantation and thermal diffusion, the cost is reduced.

(実施の形態3)
つぎに、図17は、実施の形態3にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。図17に示すように、実施の形態3にかかる半導体装置は、第2トレンチ4の中央部にn型表面バッファ領域5が形成されていない。
(Embodiment 3)
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating the structure of the semiconductor device according to the third embodiment. As shown in FIG. 17, in the semiconductor device according to the third embodiment, the n-type surface buffer region 5 is not formed in the center portion of the second trench 4.

図18〜図20は、実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法について順に示す断面図である。実施の形態3にかかる半導体装置は、上述した図3〜図6の処理の後に、まず、図18および図19に示すように、酸化膜マスク21をマスクとして、第2トレンチ4にn型不純物を斜めにイオン注入する。このとき、注入角度を調節することによるシャドウ効果を利用して、第2トレンチ4の中央部にn型不純物を注入しないようにする。   18 to 20 are cross-sectional views sequentially illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment. In the semiconductor device according to the third embodiment, after the processes in FIGS. 3 to 6 described above, first, as shown in FIGS. 18 and 19, an n-type impurity is formed in the second trench 4 using the oxide film mask 21 as a mask. Are implanted at an angle. At this time, the shadow effect by adjusting the implantation angle is used to prevent the n-type impurity from being implanted into the central portion of the second trench 4.

そして、図20に示すように、第2トレンチ4の内壁に沿って、ゲート酸化膜6を成長させ、ゲート電極7を埋め込む。さらに、図17に示すように、実施の形態1または実施の形態2の半導体装置と同様に、pベース領域8、p+ピックアップ領域10、第1n+ソース領域9a、第2n+ソース領域9b、層間絶縁膜24、ソース電極11、ドレイン電極12を形成する。このようにして、実施の形態3にかかる半導体装置が完成する。実施の形態3においては、第2トレンチ4の底面において、一方の角部がn型表面バッファ領域5と接する領域の幅をLn4とする。 Then, as shown in FIG. 20, the gate oxide film 6 is grown along the inner wall of the second trench 4 to embed the gate electrode 7. Further, as shown in FIG. 17, as in the semiconductor device of the first or second embodiment, the p base region 8, the p + pickup region 10, the first n + source region 9a, the second n + source region 9b, Interlayer insulating film 24, source electrode 11, and drain electrode 12 are formed. In this way, the semiconductor device according to the third embodiment is completed. In the third embodiment, the width of the region where one corner is in contact with the n-type surface buffer region 5 on the bottom surface of the second trench 4 is Ln4.

実施の形態3によれば、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。   According to the third embodiment, the same effect as in the second embodiment can be obtained.

(実施の形態4)
つぎに、実施の形態4にかかる半導体装置について説明する。実施の形態4にかかる半導体装置は、実施の形態1〜実施の形態3にかかる半導体装置の有する並列pn構造の半導体基板において、p型仕切領域の深さが異なる。図21および図22は、実施の形態4にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。ここで、一例として、実施の形態1にかかる半導体装置に実施の形態4を適用した例を示す。以下の説明においては、実施の形態1と同様の構成については説明を省略する。図21においては、第1トレンチ22がn++基板1に達していない。すなわち、p型仕切領域3の深さが、n型ドリフト領域2とn++基板1との界面よりも浅い。
(Embodiment 4)
Next, a semiconductor device according to Embodiment 4 will be described. The semiconductor device according to the fourth embodiment is different in the depth of the p-type partition region in the parallel pn structure semiconductor substrate included in the semiconductor device according to the first to third embodiments. 21 and 22 are cross-sectional views illustrating the structure of the semiconductor device according to the fourth embodiment. Here, as an example, an example in which the fourth embodiment is applied to the semiconductor device according to the first embodiment will be described. In the following description, description of the same configuration as in the first embodiment will be omitted. In FIG. 21, the first trench 22 does not reach the n ++ substrate 1. That is, the depth of the p-type partition region 3 is shallower than the interface between the n-type drift region 2 and the n ++ substrate 1.

また、図22においては、第1トレンチ22の深さが、n型ドリフト領域2とn++基板1との界面より深い。すなわち、p型仕切領域3の深さが、n型ドリフト領域2とn++基板1との界面よりも深い。ここで、n型ドリフト領域2の底面から、p型仕切領域3の底面までの距離Xbは、10μm以下が好ましい。その理由は、距離Xbが10μmより大きくなると、p型仕切領域3とドレイン電極12が近づいて、耐圧が低下するからである。 In FIG. 22, the depth of the first trench 22 is deeper than the interface between the n-type drift region 2 and the n ++ substrate 1. That is, the depth of the p-type partition region 3 is deeper than the interface between the n-type drift region 2 and the n ++ substrate 1. Here, the distance Xb from the bottom surface of the n-type drift region 2 to the bottom surface of the p-type partition region 3 is preferably 10 μm or less. The reason is that when the distance Xb is greater than 10 μm, the p-type partition region 3 and the drain electrode 12 approach each other and the breakdown voltage decreases.

なお、実施の形態4にかかる半導体装置は、第1トレンチを形成する際(図3参照)に、第1トレンチの深さを調整することによって作製することができる。また、実施の形態4は、実施の形態2または実施の形態3にかかる半導体装置にも適用可能である。   Note that the semiconductor device according to the fourth embodiment can be manufactured by adjusting the depth of the first trench when the first trench is formed (see FIG. 3). The fourth embodiment is also applicable to the semiconductor device according to the second or third embodiment.

実施の形態4によれば、p型仕切領域の底面の位置と、n型ドリフト領域とn++基板との界面の位置と、の間の領域を、並列pn層のp型仕切領域の底面より上の領域とは異なるチャージバランスにすることができる。このため、アバランシェ耐量を向上させることができる。 According to the fourth embodiment, the region between the position of the bottom surface of the p-type partition region and the position of the interface between the n-type drift region and the n ++ substrate is defined as the bottom surface of the p-type partition region of the parallel pn layer. The charge balance can be different from the upper region. For this reason, avalanche tolerance can be improved.

(実施の形態5)
つぎに、実施の形態5にかかる半導体装置について説明する。図23〜27は、実施の形態5にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。ここで、一例として、実施の形態1にかかる半導体装置に、実施の形態5を適用した例について示す。実施の形態5にかかる半導体装置は、図23〜27に示すように、並列pn層とn++基板1との間に、n型ドリフト領域2とは不純物濃度が異なるn型裏面バッファ領域35が設けられている。
(Embodiment 5)
Next, a semiconductor device according to Embodiment 5 will be described. 23 to 27 are cross-sectional views illustrating the structure of the semiconductor device according to the fifth embodiment. Here, as an example, an example in which the fifth embodiment is applied to the semiconductor device according to the first embodiment will be described. As shown in FIGS. 23 to 27, the semiconductor device according to the fifth embodiment includes an n-type back buffer region 35 having an impurity concentration different from that of the n-type drift region 2 between the parallel pn layer and the n ++ substrate 1. Is provided.

図23においては、n型ドリフト領域2とn型裏面バッファ領域35との界面と、p型仕切領域3とn型裏面バッファ領域35との界面と、が同じ深さである。図24においては、p型仕切領域3が、n型裏面バッファ領域35に達していない。図25においては、p型仕切領域3の底面の位置が、n型裏面バッファ領域35内である。図26においては、p型仕切領域3の底面の位置が、n型ドリフト領域2とn++基板1との界面である。図27においては、p型仕切領域3の底面の位置が、n++基板1内である。このように、p型仕切領域3の底面の位置と、n型ドリフト領域2とn型裏面バッファ領域35との界面の位置と、が異なっていてもよい。なお、図27においては、n型裏面バッファ領域35とn++基板1との界面から、p型仕切領域3の底面までの距離Xbは、10μm以下が好ましい。その理由は、距離Xbが10μmより大きくなると、p型仕切領域3とドレイン電極12が近づいて、耐圧が低下するからである。 In FIG. 23, the interface between n-type drift region 2 and n-type back buffer region 35 and the interface between p-type partition region 3 and n-type back buffer region 35 have the same depth. In FIG. 24, the p-type partition region 3 does not reach the n-type back buffer region 35. In FIG. 25, the position of the bottom surface of the p-type partition region 3 is in the n-type back surface buffer region 35. In FIG. 26, the position of the bottom surface of the p-type partition region 3 is the interface between the n-type drift region 2 and the n ++ substrate 1. In FIG. 27, the position of the bottom surface of the p-type partition region 3 is in the n ++ substrate 1. As described above, the position of the bottom surface of the p-type partition region 3 and the position of the interface between the n-type drift region 2 and the n-type back buffer region 35 may be different. In FIG. 27, the distance Xb from the interface between the n-type back surface buffer region 35 and the n ++ substrate 1 to the bottom surface of the p-type partition region 3 is preferably 10 μm or less. The reason is that when the distance Xb is greater than 10 μm, the p-type partition region 3 and the drain electrode 12 approach each other and the breakdown voltage decreases.

なお、実施の形態5にかかる半導体装置は、n++基板の第1主面側にn型半導体をエピタキシャル成長する前に、n型裏面バッファ領域を形成することで作製することができる。そして、このn型裏面バッファ領域の表面に、n型ドリフト領域となるn型半導体をエピタキシャル成長させる。また、実施の形態5は、実施の形態2または実施の形態3にかかる半導体装置にも適用可能である。 Note that the semiconductor device according to the fifth embodiment can be manufactured by forming an n-type back buffer region before epitaxially growing an n-type semiconductor on the first main surface side of the n ++ substrate. Then, an n-type semiconductor serving as an n-type drift region is epitaxially grown on the surface of the n-type back buffer region. The fifth embodiment can also be applied to the semiconductor device according to the second or third embodiment.

実施の形態5によれば、p型仕切領域の底面の位置と、n型裏面バッファ領域とn++基板との界面の位置と、の間の領域を、並列pn層のp型仕切領域の底面より上の領域とは異なるチャージバランスにすることができる。このため、アバランシェ耐量を向上させることができる。 According to the fifth embodiment, the region between the position of the bottom surface of the p-type partition region and the position of the interface between the n-type back surface buffer region and the n ++ substrate is defined as the p-type partition region of the parallel pn layer. The charge balance can be made different from the region above the bottom surface. For this reason, avalanche tolerance can be improved.

(実施の形態6)
図28は、実施の形態6にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。図28に示すように、実施の形態6にかかる半導体装置は、並列pn構造のn型ドリフト領域2の上部に、第2トレンチ4が設けられている。すなわち、実施の形態1にかかる半導体装置の有する並列pn構造の半導体基板において、n型ドリフト領域2とp型仕切領域3とが置き換わった構造となっている。
(Embodiment 6)
FIG. 28 is a cross-sectional view illustrating the structure of the semiconductor device according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 28, in the semiconductor device according to the sixth embodiment, the second trench 4 is provided above the n-type drift region 2 having the parallel pn structure. That is, in the semiconductor substrate having the parallel pn structure included in the semiconductor device according to the first embodiment, the n-type drift region 2 and the p-type partition region 3 are replaced.

つぎに、実施の形態6にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図29〜33は、実施の形態6にかかる半導体装置の製造方法について順に示す断面図である。図29に示すように、実施の形態6にかかる半導体装置は、まず、n++基板1の第1主面側に、p型仕切領域3となるp型半導体をエピタキシャル成長させる。そして、p型半導体の表面層に、酸化膜を堆積する。ついで、酸化膜のパターニングを行い、n型ドリフト領域を形成する領域に開口部の設けられた酸化膜マスク21を形成する。そして、酸化膜マスク21をマスクとして、n型ドリフト領域を形成するための第1トレンチ22を、n++基板1に達するように形成する。このように、実施の形態6にかかる半導体装置の製造方法は、図3〜図7を用いて説明した実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法において、並列pn構造の半導体基板におけるn型ドリフト領域2とp型仕切領域3とを置き換えたものである。したがって、その他の構成および製造方法は、実施の形態1と同様のため説明は省略する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the sixth embodiment will be described. 29 to 33 are cross-sectional views sequentially showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 29, in the semiconductor device according to the sixth embodiment, first, a p-type semiconductor to be the p-type partition region 3 is epitaxially grown on the first main surface side of the n ++ substrate 1. Then, an oxide film is deposited on the surface layer of the p-type semiconductor. Next, the oxide film is patterned to form an oxide film mask 21 having an opening in a region where an n-type drift region is to be formed. Then, using the oxide film mask 21 as a mask, a first trench 22 for forming an n-type drift region is formed so as to reach the n ++ substrate 1. As described above, the manufacturing method of the semiconductor device according to the sixth embodiment is the same as that of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment described with reference to FIGS. The region 2 and the p-type partition region 3 are replaced. Therefore, the other configuration and the manufacturing method are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

図34は、実施の形態6にかかる半導体装置における、規格化したオン抵抗または規格化した耐圧と、第2トレンチのネック長と、の関係を示す特性図である。ここで、図28において、pベース領域8とp型仕切領域3との界面から、第2トレンチ4とn型ドリフト領域2との界面までの距離、すなわち第2トレンチ4のネック長を、Lp3とする。図34に示すように、オン抵抗−耐圧のトレードオフ関係が良好であるLp3の範囲が、実施の形態1にかかる半導体装置のLn3の範囲(図15参照)よりも広い。その理由は、n型表面バッファ領域が形成されていなくても、第2トレンチの底面がn型の半導体層(例えば、n型ドリフト領域)と接しているため、この部分に第2トレンチの底面と水平方向のネック長Ln4を確保することができるからである。また、図28において、ネック長Lp3は、次の(8)式または(9)式によって与えられる。   FIG. 34 is a characteristic diagram showing the relationship between the normalized on-resistance or the normalized breakdown voltage and the neck length of the second trench in the semiconductor device according to the sixth embodiment. Here, in FIG. 28, the distance from the interface between the p base region 8 and the p-type partition region 3 to the interface between the second trench 4 and the n-type drift region 2, that is, the neck length of the second trench 4 is expressed as Lp3. And As shown in FIG. 34, the range of Lp3 in which the trade-off relationship between on-resistance and breakdown voltage is good is wider than the range of Ln3 of the semiconductor device according to the first embodiment (see FIG. 15). The reason is that even if the n-type surface buffer region is not formed, the bottom surface of the second trench is in contact with the n-type semiconductor layer (for example, the n-type drift region). This is because the horizontal neck length Ln4 can be secured. In FIG. 28, the neck length Lp3 is given by the following equation (8) or (9).

Xj1≦Dt4=Xj1+Lp3≦Xj1+Wp・・・(8)     Xj1 ≦ Dt4 = Xj1 + Lp3 ≦ Xj1 + Wp (8)

0≦Lp3≦Wp・・・(9)     0 ≦ Lp3 ≦ Wp (9)

その理由は、図28において第2トレンチ4の深さDt4が、pベース領域8の拡散深さXj1よりも浅いと、第2トレンチ4の下側で、第2トレンチ4の左右のpベース領域8がつながってしまい、オンしなくなるからである。また、第2トレンチ4の深さDt4が、pベース領域8の拡散深さXj1にp型仕切領域3の幅Wpを加算した値よりも深い場合、耐圧が低下したり、チャネル長Lchが長くなるためにオン抵抗が増大したりするからである。   The reason is that in FIG. 28, if the depth Dt4 of the second trench 4 is shallower than the diffusion depth Xj1 of the p base region 8, the left and right p base regions of the second trench 4 below the second trench 4. This is because 8 is connected and cannot be turned on. In addition, when the depth Dt4 of the second trench 4 is deeper than the value obtained by adding the width Wp of the p-type partition region 3 to the diffusion depth Xj1 of the p base region 8, the breakdown voltage decreases or the channel length Lch increases. This is because the on-resistance increases.

実施の形態6によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態6によれば、実施の形態1よりもオン抵抗−耐圧のトレードオフ関係を改善することができる。   According to the sixth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Furthermore, according to the sixth embodiment, the trade-off relationship between on-resistance and withstand voltage can be improved as compared with the first embodiment.

(実施の形態7)
つぎに、図35は、実施の形態7にかかる半導体装置の構造について示す断面図であり、図36および図37は、実施の形態7にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。実施の形態7にかかる半導体装置は、実施の形態6にかかる半導体装置に実施の形態2を適用した半導体装置である。すなわち、実施の形態7にかかる半導体装置は、実施の形態2にかかる半導体装置と、並列pn構造のn型ドリフト領域2とp型仕切領域3とを置き換えたものである。したがって、その他の構成および製造方法は同様なため、説明を省略する。
(Embodiment 7)
FIG. 35 is a sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the seventh embodiment. FIGS. 36 and 37 are sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the seventh embodiment. The semiconductor device according to the seventh embodiment is a semiconductor device in which the second embodiment is applied to the semiconductor device according to the sixth embodiment. That is, the semiconductor device according to the seventh embodiment is obtained by replacing the semiconductor device according to the second embodiment with the n-type drift region 2 and the p-type partition region 3 having a parallel pn structure. Accordingly, the other configuration and the manufacturing method are the same, and the description thereof is omitted.

(実施の形態8)
図38は、実施の形態8にかかる半導体装置の構造について示す断面図であり、図39〜41は、実施の形態8にかかる半導体装置の製造方法について順に示す断面図である。実施の形態8にかかる半導体装置は、実施の形態6にかかる半導体装置に、実施の形態3を適用した半導体装置である。すなわち実施の形態8にかかる半導体装置は、実施の形態3にかかる半導体装置の、並列pn構造のn型ドリフト領域2とp型仕切領域3とを置き換えたものである。したがって、その他の構成および製造方法は同様なため、説明を省略する。
(Embodiment 8)
FIG. 38 is a cross-sectional view illustrating the structure of the semiconductor device according to the eighth embodiment, and FIGS. 39 to 41 are cross-sectional views sequentially illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the eighth embodiment. The semiconductor device according to the eighth embodiment is a semiconductor device in which the third embodiment is applied to the semiconductor device according to the sixth embodiment. That is, the semiconductor device according to the eighth embodiment is obtained by replacing the semiconductor device according to the third embodiment with the n-type drift region 2 and the p-type partition region 3 having a parallel pn structure. Therefore, the other configuration and the manufacturing method are the same, and the description thereof is omitted.

(実施の形態9)
つぎに、実施の形態9にかかる半導体装置について説明する。実施の形態9にかかる半導体装置は、実施の形態6にかかる半導体装置の並列pn構造半導体基板において、n型ドリフト領域の底面の位置が、p型仕切領域とn++基板1との界面よりも浅い位置にある。ここで、一例として、実施の形態6にかかる半導体装置に実施の形態9を適用した例を示す。
(Embodiment 9)
Next, a semiconductor device according to Embodiment 9 will be described. In the semiconductor device according to the ninth embodiment, in the parallel pn structure semiconductor substrate of the semiconductor device according to the sixth embodiment, the position of the bottom surface of the n-type drift region is from the interface between the p-type partition region and the n ++ substrate 1. Is also in a shallow position. Here, as an example, an example in which the ninth embodiment is applied to the semiconductor device according to the sixth embodiment will be described.

図42は、実施の形態9にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。図42に示すように、第1トレンチ22の深さが、p型仕切領域3とn++基板1との界面の位置より深い。すなわち、n型ドリフト領域2の底面の位置が、p型仕切領域3とn++基板1との界面の位置よりも深い位置にある。ここで、p型仕切領域3とn++基板1との界面から、n型ドリフト領域2の底面までの距離Xbは、10μm以下が好ましい。その理由は、距離Xbが10μmより大きくなると、n型ドリフト領域2とドレイン電極12の距離が近づいて、耐圧が低下するからである。 FIG. 42 is a cross-sectional view illustrating the structure of the semiconductor device according to the ninth embodiment. As shown in FIG. 42, the depth of the first trench 22 is deeper than the position of the interface between the p-type partition region 3 and the n ++ substrate 1. That is, the position of the bottom surface of the n-type drift region 2 is deeper than the position of the interface between the p-type partition region 3 and the n ++ substrate 1. Here, the distance Xb from the interface between the p-type partition region 3 and the n ++ substrate 1 to the bottom surface of the n-type drift region 2 is preferably 10 μm or less. The reason for this is that when the distance Xb is greater than 10 μm, the distance between the n-type drift region 2 and the drain electrode 12 approaches and the breakdown voltage decreases.

なお、n型ドリフト領域2を形成するための第1トレンチ22の深さがp型仕切領域とn++基板1との界面の位置より浅い場合、n型ドリフト領域2とn++基板1とが電気的につながらない。このため、デバイスがオンしなくなるため好ましくない。また、実施の形態9は、実施の形態7または実施の形態8にかかる半導体装置にも適用可能である。 If the depth of the first trench 22 for forming the n-type drift region 2 is shallower than the position of the interface between the p-type partition region and the n ++ substrate 1, the n-type drift region 2 and the n ++ substrate 1 And are not connected electrically. This is not preferable because the device does not turn on. The ninth embodiment can also be applied to the semiconductor device according to the seventh or eighth embodiment.

実施の形態9によれば、実施の形態4と同様の効果を得ることができる。   According to the ninth embodiment, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained.

(実施の形態10)
つぎに、実施の形態10にかかる半導体装置について説明する。ここでは、一例として、実施の形態6にかかる半導体装置に、実施の形態10を適用した例について示す。図43および図44は、実施の形態10にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。図43および図44に示すように、実施の形態10にかかる半導体装置は、p型仕切領域3とn++基板1との間に、p型仕切領域3とは不純物濃度が異なるpエピタキシャル層38が設けられている。図43においては、n型ドリフト領域2の底面が、pエピタキシャル層38とn++基板1との界面に接している。図44においては、n型ドリフト領域2の底面の位置が、n++基板1内である。このように、実施の形態10によれば、n型ドリフト領域2は、n++基板1と接している必要がある。
(Embodiment 10)
Next, a semiconductor device according to Embodiment 10 will be described. Here, as an example, an example in which the tenth embodiment is applied to the semiconductor device according to the sixth embodiment will be described. 43 and 44 are sectional views showing the structure of the semiconductor device according to the tenth embodiment. As shown in FIGS. 43 and 44, the semiconductor device according to the tenth embodiment includes a p epitaxial layer having a different impurity concentration from that of the p type partition region 3 between the p type partition region 3 and the n ++ substrate 1. 38 is provided. In FIG. 43, the bottom surface of n type drift region 2 is in contact with the interface between p epitaxial layer 38 and n ++ substrate 1. In FIG. 44, the position of the bottom surface of the n-type drift region 2 is in the n ++ substrate 1. Thus, according to the tenth embodiment, n-type drift region 2 needs to be in contact with n ++ substrate 1.

なお、図44においては、n++基板1とpエピタキシャル層38との界面から、n型ドリフト領域2の底面までの距離Xbは、10μm以下が好ましい。その理由は、距離Xbが10μmより大きくなると、n型ドリフト領域2とドレイン電極12との距離が近づいて、耐圧が低下するからである。また、実施の形態10は、実施の形態7または実施の形態8にかかる半導体装置にも適用可能である。 In FIG. 44, the distance Xb from the interface between n ++ substrate 1 and p epitaxial layer 38 to the bottom surface of n-type drift region 2 is preferably 10 μm or less. The reason is that when the distance Xb is greater than 10 μm, the distance between the n-type drift region 2 and the drain electrode 12 approaches and the breakdown voltage decreases. The tenth embodiment is also applicable to the semiconductor device according to the seventh or eighth embodiment.

実施の形態10によれば、n型ドリフト領域の底面の位置と、pエピタキシャル層とn++基板との界面の位置と、の間の領域を、並列pn層のp型仕切領域の底面より上の領域とは異なるチャージバランスにすることができる。このため、アバランシェ耐量を向上することができる。 According to the tenth embodiment, the region between the position of the bottom surface of the n-type drift region and the position of the interface between the p epitaxial layer and the n ++ substrate is determined from the bottom surface of the p-type partition region of the parallel pn layer. The charge balance can be different from the upper area. For this reason, avalanche tolerance can be improved.

(実施の形態11)
つぎに、実施の形態11にかかる半導体装置について説明する。ここでは、一例として、実施の形態6にかかる半導体装置に、実施の形態11を適用した例について示す。図45〜図48は、実施の形態11にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。図45〜図48に示すように、実施の形態11にかかる半導体装置は、p型仕切領域3とn++基板1との間に、n型裏面バッファ領域35が設けられている。n型裏面バッファ領域35の不純物濃度は、n型ドリフト領域2の不純物濃度と等しくてもよいし、異なっていてもよい。
(Embodiment 11)
Next, a semiconductor device according to Embodiment 11 will be described. Here, as an example, an example in which the eleventh embodiment is applied to the semiconductor device according to the sixth embodiment will be described. 45 to 48 are sectional views showing the structure of the semiconductor device according to the eleventh embodiment. As shown in FIGS. 45 to 48, in the semiconductor device according to the eleventh embodiment, an n-type back buffer region 35 is provided between the p-type partition region 3 and the n ++ substrate 1. The impurity concentration of the n-type back buffer region 35 may be equal to or different from the impurity concentration of the n-type drift region 2.

図45においては、n型ドリフト領域2の底面が、n型裏面バッファ領域35とn++基板1との界面に接している。図46においては、n型ドリフト領域2の底面の位置が、n型裏面バッファ領域35内である。図47においては、n型ドリフト領域2の底面が、p仕切領域とn型裏面バッファ領域35との界面に接している。図48においては、n型ドリフト領域2の底面の位置が、n++基板1内である。 In FIG. 45, the bottom surface of n-type drift region 2 is in contact with the interface between n-type back surface buffer region 35 and n ++ substrate 1. In FIG. 46, the position of the bottom surface of the n-type drift region 2 is in the n-type back surface buffer region 35. In FIG. 47, the bottom surface of the n-type drift region 2 is in contact with the interface between the p partition region and the n-type back buffer region 35. In FIG. 48, the position of the bottom surface of n type drift region 2 is in n ++ substrate 1.

なお、図48においては、n++基板1とn型裏面バッファ領域35との界面から、n型ドリフト領域2の底面までの距離Xbは、10μm以下が好ましい。その理由は、距離Xbが10μmより大きくなると、n型ドリフト領域2とドレイン電極12との距離が近づいて、耐圧が低下するからである。また、実施の形態11は、実施の形態7または実施の形態8にかかる半導体装置に適用可能である。 In FIG. 48, the distance Xb from the interface between the n ++ substrate 1 and the n-type back buffer region 35 to the bottom surface of the n-type drift region 2 is preferably 10 μm or less. The reason is that when the distance Xb is greater than 10 μm, the distance between the n-type drift region 2 and the drain electrode 12 approaches and the breakdown voltage decreases. Further, the eleventh embodiment is applicable to the semiconductor device according to the seventh or eighth embodiment.

実施の形態11によれば、実施の形態10と同様の効果を得ることができる。   According to the eleventh embodiment, the same effect as in the tenth embodiment can be obtained.

(実施の形態12)
つぎに、実施の形態12について説明する。実施の形態12は、実施の形態1〜実施の形態11と、並列pn構造の半導体基板を製造する方法が異なる。図49〜53は、実施の形態12にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。実施の形態12においては、一例として、実施の形態1にかかる半導体装置に実施の形態12を適用した例を示す。
(Embodiment 12)
Next, a twelfth embodiment will be described. The twelfth embodiment differs from the first to eleventh embodiments in the method of manufacturing a semiconductor substrate having a parallel pn structure. 49 to 53 are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the twelfth embodiment. In the twelfth embodiment, as an example, an example in which the twelfth embodiment is applied to the semiconductor device according to the first embodiment is shown.

実施の形態12においては、まず、図49に示すように、n++基板1の第1主面側の表面に、p型仕切領域となるp型半導体をエピタキシャル成長させる。このとき、p型半導体の高さを、図5に示す第1トレンチ22の深さDt22から、第2トレンチの深さDt4を減算した値とする。そして、p型半導体の表面層に、酸化膜を堆積する。ついで、酸化膜のパターニングを行い、n型ドリフト領域を形成する領域に開口部の設けられた酸化膜マスク21を形成する。ここで、酸化膜マスク21の厚さt21'を、図2に示す初期膜厚t21に、第2トレンチの深さを加算した値とする。そして、酸化膜マスク21をマスクとして、n型ドリフト領域を形成するための第1トレンチ22を、n++基板1に達するように形成する。このときエッチングを行う深さが(Dt22−Dt4)となり、実施の形態1におけるエッチングの深さ(Dt22)よりも少なくすることができる。 In the twelfth embodiment, first, as shown in FIG. 49, a p-type semiconductor serving as a p-type partition region is epitaxially grown on the surface of the n ++ substrate 1 on the first main surface side. At this time, the height of the p-type semiconductor is set to a value obtained by subtracting the depth Dt4 of the second trench from the depth Dt22 of the first trench 22 shown in FIG. Then, an oxide film is deposited on the surface layer of the p-type semiconductor. Next, the oxide film is patterned to form an oxide film mask 21 having an opening in a region where an n-type drift region is to be formed. Here, the thickness t21 ′ of the oxide film mask 21 is a value obtained by adding the depth of the second trench to the initial film thickness t21 shown in FIG. Then, using the oxide film mask 21 as a mask, a first trench 22 for forming an n-type drift region is formed so as to reach the n ++ substrate 1. At this time, the etching depth is (Dt22−Dt4), which can be made smaller than the etching depth (Dt22) in the first embodiment.

ついで、図50に示すように、n型ドリフト領域となるn型半導体32を堆積して、第1トレンチ22にn型半導体32を埋め込む。ついで、図51に示すように、酸化膜マスク21をストッパーとして、CMP(化学機械研磨)などにより研磨を行い、n型半導体と、酸化膜マスク21との高さを揃える。これによって、n型ドリフト領域2を形成する。また、このとき、酸化膜マスク21の深さが、後に形成される第2トレンチの深さDt4になるようにする。   Next, as shown in FIG. 50, an n-type semiconductor 32 to be an n-type drift region is deposited, and the n-type semiconductor 32 is embedded in the first trench 22. Next, as shown in FIG. 51, polishing is performed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) using the oxide film mask 21 as a stopper, and the heights of the n-type semiconductor and the oxide film mask 21 are made uniform. Thereby, the n-type drift region 2 is formed. At this time, the depth of the oxide film mask 21 is set to the depth Dt4 of the second trench to be formed later.

ついで、図52に示すように、研磨面に熱酸化を行い、犠牲酸化膜23を形成する。さらに、酸化膜マスク21をマスクとして、pベース領域を形成するためのp型不純物をイオン注入する。そして、酸化膜マスク21と、犠牲酸化膜23とを除去する。   Next, as shown in FIG. 52, thermal oxidation is performed on the polished surface to form a sacrificial oxide film 23. Further, using the oxide film mask 21 as a mask, ion implantation of p-type impurities for forming the p base region is performed. Then, the oxide film mask 21 and the sacrificial oxide film 23 are removed.

ついで、図53に示すように、酸化膜マスクを除去することで形成された第2トレンチ4の内壁に沿ってゲート酸化膜6を成長させ、さらに、ゲート電極7を埋め込む。また、pベース領域8の表面層に、第1n+ソース領域および第2n+ソース領域となるn型層19を形成する。ついで、図2に示すように、p+ピックアップ領域10、第1n+ソース領域9a、第2n+ソース領域9b、ソース電極11およびドレイン電極12を形成して、図2に示した実施の形態1にかかる半導体装置と同様の構造の半導体装置が完成する。 Next, as shown in FIG. 53, a gate oxide film 6 is grown along the inner wall of the second trench 4 formed by removing the oxide film mask, and a gate electrode 7 is embedded. In addition, an n-type layer 19 serving as a first n + source region and a second n + source region is formed on the surface layer of the p base region 8. Next, as shown in FIG. 2, the p + pickup region 10, the first n + source region 9a, the second n + source region 9b, the source electrode 11 and the drain electrode 12 are formed, and the first embodiment shown in FIG. Thus, a semiconductor device having the same structure as that of the semiconductor device is completed.

なお、実施の形態12においては、n型表面ドリフト層を形成してもよい。この場合、酸化膜マスクを除去することで形成された第2トレンチの内壁に、ゲート酸化膜を成長させる前に、所定の位置にn型不純物をイオン注入し、熱処理を行う。   In the twelfth embodiment, an n-type surface drift layer may be formed. In this case, before the gate oxide film is grown on the inner wall of the second trench formed by removing the oxide film mask, n-type impurities are ion-implanted at a predetermined position and heat treatment is performed.

つぎに、実施の形態6にかかる半導体装置に実施の形態12を適用した例を示す。図54〜58は、実施の形態12にかかる半導体装置の別の製造方法について示す断面図である。図54〜58においては、上述した図49〜図53を用いて説明した製造方法において、並列pn構造のn型ドリフト領域2とp型仕切領域3とを置き換えたものである。したがって、その他の製造方法は同様のため説明は省略する。   Next, an example in which the twelfth embodiment is applied to the semiconductor device according to the sixth embodiment will be described. 54 to 58 are sectional views showing another method for manufacturing the semiconductor device according to the twelfth embodiment. 54 to 58 are obtained by replacing the n-type drift region 2 and the p-type partition region 3 having a parallel pn structure in the manufacturing method described with reference to FIGS. 49 to 53 described above. Therefore, since other manufacturing methods are the same, description will be omitted.

また、図59は、最低限必要な初期膜厚t21'minと、選択比Sとの関係を示す特性図である。選択比Sは有限であるため、例えば、シリコンをエッチングする際にも、シリコン酸化膜である酸化膜マスクの一部がエッチングされる。したがって、t21'minは、第2トレンチの仕上がり深さよりも大きくしなければならない。なお、実施の形態12は、実施の形態2〜実施の形態5または実施の形態7〜実施の形態11にかかる半導体装置にも適用可能である。   FIG. 59 is a characteristic diagram showing the relationship between the minimum required initial film thickness t21′min and the selection ratio S. Since the selection ratio S is finite, for example, even when silicon is etched, a part of the oxide film mask which is a silicon oxide film is etched. Therefore, t21′min must be larger than the finished depth of the second trench. The twelfth embodiment can also be applied to the semiconductor device according to the second to fifth embodiments or the seventh to eleventh embodiments.

実施の形態12によれば、酸化膜マスクの高さを第2トレンチの深さにすることで、第1トレンチを形成する際に、エッチングを行う深さを少なくすることができる。また、酸化膜マスクの高さが第2トレンチの深さとなるため、第1トレンチに半導体を埋め込んだ後のエッチングを行う深さを少なくすることができる。   According to the twelfth embodiment, the depth of the etching can be reduced when the first trench is formed by setting the height of the oxide film mask to the depth of the second trench. Further, since the height of the oxide film mask becomes the depth of the second trench, the depth of etching after the semiconductor is buried in the first trench can be reduced.

なお、上述の半導体装置の説明においては第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、本発明は第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としても同様に成り立つ。   In the above description of the semiconductor device, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, in the present invention, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. The same holds true.

以上のように、本発明にかかる半導体装置およびその製造方法は、大電力用半導体素子の製造に有用であり、特に、並列pn構造の半導体基板を有し、高耐圧化とオン抵抗の特性の改善を両立させることのできる半導体装置に適している。   As described above, the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention are useful for manufacturing a high-power semiconductor element, and in particular, have a parallel pn structure semiconductor substrate, and have high breakdown voltage and on-resistance characteristics. It is suitable for a semiconductor device that can achieve both improvements.

本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 図1の切断線A−A'の断面構造を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure taken along a cutting line AA ′ in FIG. 1. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 最低限必要な初期膜厚t21minと、選択比Sとの関係を示す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the minimum required initial film thickness t21min and the selection ratio S. 並列pn層のn型ドリフト領域とp型仕切領域の繰り返しピッチと、オン抵抗との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the repetition pitch of the n-type drift area | region and p-type partition area | region of a parallel pn layer, and ON resistance. 実施の形態1にかかる半導体装置おける、規格化したオン抵抗または規格化した耐圧と、第2トレンチのネック長と、の関係を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a normalized on-resistance or a normalized breakdown voltage and a neck length of a second trench in the semiconductor device according to the first embodiment; 電界の集中する領域を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the area | region where an electric field concentrates. 実施の形態2にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a second embodiment; FIG. 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置における、規格化したオン抵抗または規格化した耐圧と、第2トレンチのネック長と、の関係を示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a normalized on-resistance or a normalized breakdown voltage and a neck length of a second trench in the semiconductor device according to the second embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置における、規格化したオン抵抗または規格化した耐圧と、第2トレンチのネック長と、の関係を示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a normalized on-resistance or a normalized breakdown voltage and a neck length of a second trench in the semiconductor device according to the second embodiment; 実施の形態3にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor device according to a third embodiment. 実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。7 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment; FIG. 実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。7 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment; FIG. 実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。7 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment; FIG. 実施の形態4にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態4にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態5にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態6にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a sixth embodiment. 実施の形態6にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a sixth embodiment; 実施の形態6にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a sixth embodiment; 実施の形態6にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a sixth embodiment; 実施の形態6にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a sixth embodiment; 実施の形態6にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a sixth embodiment; 実施の形態6にかかる半導体装置における、規格化したオン抵抗または規格化した耐圧と、第2トレンチのネック長と、の関係を示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing a relationship between a normalized on-resistance or a normalized breakdown voltage and a neck length of a second trench in the semiconductor device according to the sixth embodiment; 実施の形態7にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a seventh embodiment. 実施の形態7にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a seventh embodiment; 実施の形態7にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a seventh embodiment; 実施の形態8にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to an eighth embodiment; 実施の形態8にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an eighth embodiment; 実施の形態8にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an eighth embodiment; 実施の形態8にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an eighth embodiment; 実施の形態9にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor device according to a ninth embodiment. 実施の形態10にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the tenth embodiment; 実施の形態10にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the tenth embodiment; 実施の形態11にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。14 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to an eleventh embodiment; FIG. 実施の形態11にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。14 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to an eleventh embodiment; FIG. 実施の形態11にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。14 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to an eleventh embodiment; FIG. 実施の形態11にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。14 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to an eleventh embodiment; FIG. 実施の形態12にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the twelfth embodiment; 実施の形態12にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the twelfth embodiment; 実施の形態12にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the twelfth embodiment; 実施の形態12にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the twelfth embodiment; 実施の形態12にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the twelfth embodiment; 実施の形態12にかかる半導体装置の別の製造方法について示す断面図である。FIG. 23 is a cross-sectional view showing another method for manufacturing the semiconductor device according to the twelfth embodiment; 実施の形態12にかかる半導体装置の別の製造方法について示す断面図である。FIG. 23 is a cross-sectional view showing another method for manufacturing the semiconductor device according to the twelfth embodiment; 実施の形態12にかかる半導体装置の別の製造方法について示す断面図である。FIG. 23 is a cross-sectional view showing another method for manufacturing the semiconductor device according to the twelfth embodiment; 実施の形態12にかかる半導体装置の別の製造方法について示す断面図である。FIG. 23 is a cross-sectional view showing another method for manufacturing the semiconductor device according to the twelfth embodiment; 実施の形態12にかかる半導体装置の別の製造方法について示す断面図である。FIG. 23 is a cross-sectional view showing another method for manufacturing the semiconductor device according to the twelfth embodiment; 最低限必要な初期膜厚t21'minと、選択比Sとの関係を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a minimum required initial film thickness t21′min and a selection ratio S. 第1従来例の縦型MOSデバイスの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the vertical MOS device of a 1st prior art example. 図60の切断線D−D'における断面構造を示す断面図である。FIG. 61 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure along a cutting line DD ′ in FIG. 60. 第2従来例のトレンチゲート型の半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the trench gate type semiconductor device of the 2nd prior art example. 第2従来例のトレンチゲート型の半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the trench gate type semiconductor device of a 2nd prior art example. 第2従来例のトレンチゲート型の半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the trench gate type semiconductor device of a 2nd prior art example. 第2従来例のトレンチゲート型の半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the trench gate type semiconductor device of a 2nd prior art example. 第2従来例のトレンチゲート型の半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the trench gate type semiconductor device of a 2nd prior art example. 第2従来例のトレンチゲート型の半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the trench gate type semiconductor device of a 2nd prior art example. 第2従来例のトレンチゲート型の半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the trench gate type semiconductor device of a 2nd prior art example. 第3従来例のトレンチゲート型の半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the trench gate type semiconductor device of a 3rd prior art example. 第3従来例のトレンチゲート型の半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the trench gate type semiconductor device of a 3rd prior art example. 第3従来例のトレンチゲート型の半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the trench gate type semiconductor device of a 3rd prior art example. 第3従来例のトレンチゲート型の半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the trench gate type semiconductor device of a 3rd prior art example. 第3従来例のトレンチゲート型の半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the trench gate type semiconductor device of a 3rd prior art example. 第3従来例のトレンチゲート型の半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the trench gate type semiconductor device of a 3rd prior art example. 第3従来例のトレンチゲート型の半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the trench gate type semiconductor device of a 3rd prior art example. 第2従来例のトレンチゲート型半導体装置の問題点を示す図である。It is a figure which shows the problem of the trench gate type semiconductor device of the 2nd prior art example. 第3従来例のトレンチゲート型半導体装置の問題点を示す図である。It is a figure which shows the problem of the trench gate type semiconductor device of a 3rd prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1 n++基板
2 n型ドリフト領域(第1導電型半導体領域)
3 p型仕切領域(第2導電型半導体領域)
4 第2トレンチ
5 n型表面バッファ領域
6 ゲート酸化膜
7 ゲート電極
8 pベース領域
9a 第1n+ソース領域
9b 第2n+ソース領域
10 p+ピックアップ領域
11 ソース電極
12 ドレイン電極
24 層間絶縁膜
1 n ++ substrate 2 n-type drift region (first conductivity type semiconductor region)
3 p-type partition region (second conductivity type semiconductor region)
4 second trench 5 n-type surface buffer region 6 gate oxide film 7 gate electrode 8 p base region 9a first n + source region 9b second n + source region 10 p + pickup region 11 source electrode 12 drain electrode 24 interlayer insulating film

Claims (11)

高不純物濃度の第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面に設けられた、第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域とを交互に配置した並列pn層と、前記並列pn層の前記第2導電型半導体領域または前記第1導電型半導体領域のどちらかに設けられたトレンチと、前記トレンチの内面に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、を備える半導体装置において、
前記トレンチの少なくとも底面の角部を覆うように、角のない形状の第1導電型の表面バッファ領域が設けられていることを特徴とする半導体装置。
A first impurity type semiconductor substrate having a high impurity concentration; a parallel pn layer provided on the surface of the semiconductor substrate, wherein the first and second conductivity type semiconductor regions are alternately arranged; and the parallel pn layer A trench provided in either the second conductive type semiconductor region or the first conductive type semiconductor region of the layer, an insulating film provided on an inner surface of the trench, and a gate electrode provided via the insulating film In a semiconductor device comprising:
A semiconductor device characterized in that a first-conductivity-type surface buffer region having no corner is provided so as to cover at least a corner of the bottom surface of the trench.
前記表面バッファ領域は、熱拡散させた形状であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the surface buffer region has a thermally diffused shape. 前記半導体基板と、前記並列pn層との間に、第1導電型の裏面バッファ領域が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a back surface buffer region of a first conductivity type is provided between the semiconductor substrate and the parallel pn layer. 前記半導体基板と、前記並列pn層の前記第2導電型半導体領域との間に、該第2導電型半導体領域より高不純物濃度の第2導電型層が設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体装置。   A second conductivity type layer having a higher impurity concentration than that of the second conductivity type semiconductor region is provided between the semiconductor substrate and the second conductivity type semiconductor region of the parallel pn layer. Item 4. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 3. 前記表面バッファ領域は、前記トレンチの底面の角部の近傍にのみ設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the surface buffer region is provided only in the vicinity of a corner portion of the bottom surface of the trench. 高不純物濃度の第1導電型の半導体基板の表面に、第1導電型半導体または第2導電型半導体を生成する半導体生成工程と、
絶縁膜マスクをマスクとして、前記半導体生成工程で生成した一方の導電型の半導体に第1トレンチを形成する第1トレンチ形成工程と、
前記第1トレンチに、他方の導電型の半導体を生成することで、一方の導電型の半導体領域と他方の導電型の半導体領域とを交互に配置した並列pn層を形成する並列pn層形成工程と、
前記絶縁膜マスクをマスクとして、前記他方の導電型の半導体領域に第2トレンチを形成する第2トレンチ形成工程と、
前記第2トレンチの内部に、ゲート酸化膜を介してゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A semiconductor generation step of generating a first conductivity type semiconductor or a second conductivity type semiconductor on the surface of a first conductivity type semiconductor substrate having a high impurity concentration;
A first trench formation step of forming a first trench in one of the conductive type semiconductors generated in the semiconductor generation step using an insulating film mask as a mask;
A parallel pn layer forming step for forming a parallel pn layer in which one conductive type semiconductor region and the other conductive type semiconductor region are alternately arranged by generating a semiconductor of the other conductive type in the first trench. When,
A second trench forming step of forming a second trench in the semiconductor region of the other conductivity type using the insulating film mask as a mask;
Forming a gate electrode in the second trench through a gate oxide film; and
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
高不純物濃度の第1導電型の半導体基板の表面に、第1導電型半導体または第2導電型半導体を生成する半導体生成工程と、
絶縁膜マスクをマスクとして、前記半導体生成工程で生成した一方の導電型の半導体に第1トレンチを形成する第1トレンチ形成工程と、
前記第1トレンチに、他方の導電型の半導体を生成することで、一方の導電型の半導体領域と他方の導電型の半導体領域とを交互に配置した並列pn層を形成する並列pn層形成工程と、
前記他方の導電型の半導体を研磨して、前記絶縁膜マスクと前記他方の導電型の半導体領域との高さを揃える高さ揃え工程と、
前記絶縁膜マスクを除去することで、第2トレンチを形成する第2トレンチ形成工程と、
前記第2トレンチの内部に、ゲート酸化膜を介してゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A semiconductor generation step of generating a first conductivity type semiconductor or a second conductivity type semiconductor on a surface of a first impurity type semiconductor substrate having a high impurity concentration;
A first trench formation step of forming a first trench in one of the conductivity type semiconductors generated in the semiconductor generation step using an insulating film mask as a mask;
A parallel pn layer forming step for forming a parallel pn layer in which one conductivity type semiconductor region and the other conductivity type semiconductor region are alternately arranged by generating a semiconductor of the other conductivity type in the first trench. When,
Polishing the other conductivity type semiconductor to align the height of the insulating film mask and the other conductivity type semiconductor region;
A second trench forming step of forming a second trench by removing the insulating film mask;
Forming a gate electrode in the second trench through a gate oxide film; and
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記半導体生成工程の前に、前記半導体基板の表面に、第1導電型の裏面バッファ領域を形成する裏面バッファ領域形成工程を含むことを特徴とする請求項6または7に記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising a back surface buffer region forming step of forming a back surface buffer region of a first conductivity type on the surface of the semiconductor substrate before the semiconductor generation step. Method. 前記半導体生成工程の前に、前記半導体基板の表面に、第2導電型のエピタキシャル層を形成するエピタキシャル層形成工程を含むことを特徴とする請求項6〜8のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。   The semiconductor according to claim 6, further comprising an epitaxial layer forming step of forming a second conductivity type epitaxial layer on the surface of the semiconductor substrate before the semiconductor generating step. Device manufacturing method. 前記第2トレンチ形成工程と、前記ゲート電極形成工程との間に、
前記第2トレンチの少なくとも底面の角部に第1導電型の不純物をイオン注入するイオン注入工程を含み、
ゲート電極形成工程の後に、
前記イオン注入工程においてイオン注入された第1導電型の不純物に熱拡散を行い、前記第2トレンチの底面の角部に表面バッファ領域を形成する表面バッファ領域形成工程を含むことを特徴とする請求項6〜9のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
Between the second trench formation step and the gate electrode formation step,
An ion implantation step of ion-implanting a first conductivity type impurity into at least a corner of the bottom surface of the second trench;
After the gate electrode formation process,
And a surface buffer region forming step of performing thermal diffusion on the first conductivity type impurities implanted in the ion implantation step to form a surface buffer region at a corner of the bottom surface of the second trench. Item 10. A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Items 6 to 9.
前記イオン注入工程においては、前記第2トレンチの底面の中央部に、第1導電型の不純物をイオン注入しないことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。   11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein in the ion implantation step, the first conductivity type impurity is not ion-implanted into a central portion of a bottom surface of the second trench.
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