JP2009253121A - Horizontal semiconductor device having trench gate and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トレンチゲートを有する横型半導体装置に関する。本発明はまた、その横型半導体装置の製造方法にも関する。 The present invention relates to a lateral semiconductor device having a trench gate. The present invention also relates to a method for manufacturing the lateral semiconductor device.
横型半導体装置は、例えば車載用の電力変換器で用いられる。この種の横型半導体装置に要求される特性は、オン抵抗(又はオン電圧)が低いことはもちろんのこと、ESD(Electro-Static Discharge:静電気放電)耐量が高いことも望まれる。ESD耐量を改善した横型半導体装置の一例が、特許文献1に開示されている。
The horizontal semiconductor device is used in, for example, an in-vehicle power converter. The characteristics required for this type of lateral semiconductor device are not only low on-resistance (or on-voltage) but also high ESD (Electro-Static Discharge) resistance. An example of a lateral semiconductor device with improved ESD tolerance is disclosed in
図15に、特許文献1で開示される横型半導体装置200の一例の断面図を模式的に示す。横型半導体装置200は、半導体層220の表層部に設けられているp型のボディ領域222、n+型のソース領域223、p+型のボディコンタクト領域224、n型のドリフト領域225、及びn+型のドレイン領域226を備えている。半導体領域227は、半導体層220の表層部に設けられた前記各半導体領域222,223,224,225,226の残部である。ソース領域223とボディコンタクト領域224は、ソース電極に電気的に接続している。ドレイン領域226は、ドレイン電極に電気的に接続している。
FIG. 15 schematically shows a cross-sectional view of an example of the
図示240の破線は、紙面奥行き方向においてトレンチゲートが存在する範囲を示している。トレンチゲート240は、半導体層220の表面から深部に向けて伸びている。トレンチゲート240は、半導体層220内でボディ領域222に対向している。図示234はフィールド酸化膜であり、図示232はフィールドプレート電極である。
A
トレンチゲートに正電圧が印加されると、トレンチゲート240が対向しているボディ領域222に反転層が形成される。ソース領域223から注入された電子は、その反転層を経由してドリフト領域225及びドレイン領域226に向けて流れる。
When a positive voltage is applied to the trench gate, an inversion layer is formed in the
横型半導体装置200は、ソース領域223とドレイン領域226の間にボディコンタクト領域224が設けられていることを特徴としている。ESDのような高いサージ電圧が印加されると、横型半導体装置200ではインパクトイオン化現象が発生し、半導体層220内に正孔が生成する。インパクトイオン化現象は、トレンチゲート240の底面の右エッジ240a近傍で発生することが多い。このため、ボディコンタクト領域224が上記位置に設けられていると、インパクトイオン化現象によって発生した正孔は、ボディコンタクト領域224にスムーズに排出される。このため、ソース領域223とボディ領域222とドリフト領域225で構成される寄生のnpnトランジスタがオンする現象が抑えられる。横型半導体装置200は、高いESD耐量を有している。
The
しかしながら、図15の横型半導体装置200では、ソース領域223とドレイン領域226が半導体層220の表層部の浅い領域に設けられている。このため、電流の多くは半導体層220の表層部を流れようとする。しかし、ソース領域223とドレイン領域226の間にボディコンタクト領域224が設けられている。ボディコンタクト領域224の不純物濃度が濃いことから、ボディコンタクト領域224では反転層が形成されない。このため、横型半導体装置200では、電流の多くが半導体層220の表層部を流れようとするが、ソース領域223とドレイン領域226の間に設けられたボディコンタクト領域224によって電流の導通経路が狭められる。半導体装置200は、オン抵抗が高いという問題がある。
However, in the
本発明は、オン抵抗の低減化とESD耐量の改善を同時に達成する横型半導体装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a lateral semiconductor device that simultaneously achieves a reduction in on-resistance and an improvement in ESD tolerance.
本明細書で開示されるトレンチゲートを有する横型半導体装置は、第1ウェル領域と、第2ウェル領域と、第1半導体領域と、第2半導体領域と、コンタクト領域を備えている。第1ウェル領域は、半導体層の表層部に設けられており、第1導電型である。第2ウェル領域は、半導体層の表層部に設けられており、第1ウェル領域に隣接しており、第2導電型である。第1半導体領域は、半導体層の表層部に設けられており、第1ウェル領域によって第2ウェル領域から隔てられており、第1主電極に接続しており、第2導電型である。第2半導体領域は、半導体層の表層部に設けられており、第2ウェル領域によって第1ウェル領域から隔てられており、第2主電極に接続しており、第2ウェル領域よりも不純物濃度が高濃度な第2導電型である。コンタクト領域は、半導体層の表層部であって第1ウェル領域内に設けられており、第1主電極に接続しており、第1ウェル領域よりも不純物濃度が高濃度な第1導電型である。トレンチゲートは、ゲート絶縁膜と、そのゲート絶縁膜で被覆されたゲート電極を有しており、第1半導体領域と第2ウェル領域を隔てている第1ウェル領域に対向している。コンタクト領域は、少なくとも第1コンタクト領域と第2コンタクト領域を有している。第1コンタクト領域、第1半導体領域、第2コンタクト領域、第2半導体領域が、半導体層の表層部を一方向に沿ってこの順で並んでいる。さらに、第1半導体領域と第2半導体領域が、第2コンタクト領域よりも深い位置にまで形成されている。 A lateral semiconductor device having a trench gate disclosed in this specification includes a first well region, a second well region, a first semiconductor region, a second semiconductor region, and a contact region. The first well region is provided in the surface layer portion of the semiconductor layer and is of the first conductivity type. The second well region is provided in the surface layer portion of the semiconductor layer, is adjacent to the first well region, and is of the second conductivity type. The first semiconductor region is provided in the surface layer portion of the semiconductor layer, is separated from the second well region by the first well region, is connected to the first main electrode, and is of the second conductivity type. The second semiconductor region is provided in a surface layer portion of the semiconductor layer, is separated from the first well region by the second well region, is connected to the second main electrode, and has an impurity concentration higher than that of the second well region. Is the second conductivity type having a high concentration. The contact region is a surface layer portion of the semiconductor layer and is provided in the first well region, is connected to the first main electrode, and has a first conductivity type having a higher impurity concentration than the first well region. is there. The trench gate has a gate insulating film and a gate electrode covered with the gate insulating film, and faces the first well region that separates the first semiconductor region and the second well region. The contact region has at least a first contact region and a second contact region. The first contact region, the first semiconductor region, the second contact region, and the second semiconductor region are arranged in this order along the surface direction of the semiconductor layer along one direction. Further, the first semiconductor region and the second semiconductor region are formed to a position deeper than the second contact region.
上記横型半導体装置では、第1半導体領域が第1主電極に接続しており、第2半導体領域が第2主電極に接続している。このため、第1半導体領域と第2半導体領域の間で電流が流れる。上記横型半導体装置では、第1半導体領域と第2半導体領域の間に第2コンタクト領域が設けられている。しかし、第1半導体領域と第2半導体領域が第2コンタクト領域よりも深い位置にまで形成されているので、第1半導体領域と第2半導体領域の間の電流の導通経路が広く確保されている。上記横型半導体装置では、オン抵抗が低減されている。
さらに、上記横型半導体装置では、第1コンタクト領域、第1半導体領域、第2コンタクト領域、第2半導体領域が、半導体層の表層部を一方向に沿ってこの順で並んでいる。第1半導体領域と第2半導体領域を結ぶ方向は、電流の導通方向である。即ち、第1コンタクト領域と第2コンタクト領域が、その導通方向において、第1半導体領域の両側に配置されている。導通方向に沿って第1コンタクト領域と第2コンタクト領域が配置されているので、インパクトイオン化現象によって発生したキャリアを、第1コンタクト領域及び/又は第2コンタクト領域にスムーズに排出することができる。
上記横型半導体装置は、(1)第1半導体領域と第2半導体領域を深く設けたこと、(2)第1コンタクト領域と第2コンタクト領域を第1半導体領域の両側に設けたこと、この両者を組合せたことを特徴としている。(1)の形態を採用すると、オン抵抗を低減化することができるものの、電流経路が広くなることから、インパクトイオン化現象が半導体層内の様々な場所で起こり得るようになる。しかしながら、(2)の形態を同時に採用することによって、半導体層内のどこでインパクトイオン化現象が発生したとしても、発生した正孔をスムーズに第1コンタクト領域及び/又は第2コンタクト領域に排出することができる。上記(1)の形態を採用したときに、上記(2)の有用性が顕著に発揮される。上記(1)及び(2)を組合せることによって得られる相乗効果は、極めて有用なものである。
In the lateral semiconductor device, the first semiconductor region is connected to the first main electrode, and the second semiconductor region is connected to the second main electrode. For this reason, a current flows between the first semiconductor region and the second semiconductor region. In the lateral semiconductor device, the second contact region is provided between the first semiconductor region and the second semiconductor region. However, since the first semiconductor region and the second semiconductor region are formed deeper than the second contact region, a current conduction path between the first semiconductor region and the second semiconductor region is widely secured. . In the horizontal semiconductor device, the on-resistance is reduced.
Furthermore, in the horizontal semiconductor device, the first contact region, the first semiconductor region, the second contact region, and the second semiconductor region are arranged in this order along the surface layer portion of the semiconductor layer along one direction. The direction connecting the first semiconductor region and the second semiconductor region is the current conduction direction. That is, the first contact region and the second contact region are disposed on both sides of the first semiconductor region in the conduction direction. Since the first contact region and the second contact region are arranged along the conduction direction, carriers generated by the impact ionization phenomenon can be smoothly discharged to the first contact region and / or the second contact region.
In the lateral semiconductor device, (1) the first semiconductor region and the second semiconductor region are provided deep, (2) the first contact region and the second contact region are provided on both sides of the first semiconductor region, both It is characterized by combining. When the form (1) is adopted, the on-resistance can be reduced, but the current path becomes wide, so that the impact ionization phenomenon can occur in various places in the semiconductor layer. However, by adopting the form (2) at the same time, the generated holes can be smoothly discharged to the first contact region and / or the second contact region no matter where the impact ionization phenomenon occurs in the semiconductor layer. Can do. When the form (1) is adopted, the usefulness (2) is remarkably exhibited. The synergistic effect obtained by combining the above (1) and (2) is extremely useful.
本明細書で開示される横型半導体装置では、第1半導体領域と第2半導体領域の深さが、トレンチゲートの深さ以上であることが好ましい。これにより、第1半導体領域から注入されたキャリアは、トレンチゲートの側面の全体を利用して流れることができる。電流の導通経路が広く確保され、オン抵抗がさらに低減される。 In the lateral semiconductor device disclosed in this specification, it is preferable that the depths of the first semiconductor region and the second semiconductor region be greater than or equal to the depth of the trench gate. Accordingly, carriers injected from the first semiconductor region can flow using the entire side surface of the trench gate. A wide current conduction path is ensured, and the on-resistance is further reduced.
第1半導体領域と第2半導体領域が、同一の深さを有していることが好ましい。この形態を採用すると、第1半導体領域と第2半導体領域を共通の製造工程で作成することができる。第1半導体領域と第2半導体領域を共通の製造工程で作成することで、横型半導体装置の製造工程数を削減することができる。 It is preferable that the first semiconductor region and the second semiconductor region have the same depth. When this form is adopted, the first semiconductor region and the second semiconductor region can be formed by a common manufacturing process. By creating the first semiconductor region and the second semiconductor region in a common manufacturing process, the number of manufacturing processes of the horizontal semiconductor device can be reduced.
第1コンタクト領域が、第2コンタクト領域よりも深い位置にまで形成されていることが好ましい。第1コンタクト領域が設けられている位置は、電流の導通経路を妨げるものではない。したがって、第1コンタクト領域を深く形成すれば、オン抵抗に影響を与えることなく、ESD耐量を改善することができる。 It is preferable that the first contact region is formed to a position deeper than the second contact region. The position where the first contact region is provided does not hinder the current conduction path. Therefore, if the first contact region is formed deeply, the ESD tolerance can be improved without affecting the on-resistance.
本明細書で開示される技術によると、オン抵抗の低減化とESD耐量の改善を同時に達成する横型半導体装置を提供することができる。 According to the technology disclosed in this specification, it is possible to provide a lateral semiconductor device that can simultaneously achieve a reduction in on-resistance and an improvement in ESD tolerance.
本明細書で開示される技術の特徴を整理しておく。
(第1特徴) ソース領域及びドレイン領域は、第2ボディコンタクト領域よりも深い位置にまで形成されている。好ましくは、ソース領域及びドレイン領域の深さは、第2ボディコンタクト領域の深さの2倍以上である。
(第2特徴) 第1ボディコンタクト領域は、第2ボディコンタクト領域よりも深い位置にまで形成されている。好ましくは、第1ボディコンタクト領域の深さは、第2ボディコンタクト領域の深さの2倍以上である。
(第3特徴) トレンチゲートは、半導体層の表面から深部に向けて伸びている。好ましくは、トレンチゲートの深さは、第2ボディコンタクト領域の深さの2倍以上である。
(第4特徴) 横型半導体装置は、SOI基板の活性層に形成されている。
The features of the technology disclosed in this specification will be summarized.
(First Feature) The source region and the drain region are formed deeper than the second body contact region. Preferably, the depth of the source region and the drain region is not less than twice the depth of the second body contact region.
(Second Feature) The first body contact region is formed deeper than the second body contact region. Preferably, the depth of the first body contact region is at least twice the depth of the second body contact region.
(Third Feature) The trench gate extends from the surface of the semiconductor layer toward the deep portion. Preferably, the depth of the trench gate is at least twice the depth of the second body contact region.
(Fourth Feature) A horizontal semiconductor device is formed in an active layer of an SOI substrate.
以下、図面を参照して実施例を詳細に説明する。なお、各図面において、共通する構成要素に関しては共通の符号を付し、その説明を省略する。以下の実施例では、半導体材料としてシリコンを用いているが、他の半導体材料を用いてもよい。例えば、炭化シリコン、ガリウムヒ素、窒化ガリウム等の半導体材料を用いてもよい。以下の実施例に係る技術は、他の半導体材料においても有用である。また、各半導体領域の導電型(n型、p型)を逆にしたとしても、以下の実施例に係る技術は再現され得る。また、以下の実施例に係る技術は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)以外の半導体装置、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などにも有用である。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected about the common component, The description is abbreviate | omitted. In the following embodiments, silicon is used as a semiconductor material, but other semiconductor materials may be used. For example, a semiconductor material such as silicon carbide, gallium arsenide, or gallium nitride may be used. The techniques according to the following examples are also useful for other semiconductor materials. Moreover, even if the conductivity type (n-type, p-type) of each semiconductor region is reversed, the techniques according to the following examples can be reproduced. The technology according to the following embodiments is also useful for semiconductor devices other than MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).
図1に、横型半導体装置10の要部平面図を模式的に示す。図2に、図1のII-II線に対応した縦断面図を模式的に示す。図3に、図1のIII-III線に対応した縦断面図を模式的に示す。なお、図1の要部平面図では、図2及び図3に示される半導体層20上のフィールド酸化膜34及びフィールドプレート電極32を便宜の上で省略している。
FIG. 1 schematically shows a main part plan view of the
横型半導体装置10は、シリコン単結晶の半導体層20を利用して形成されている。半導体層20は、例えばSOI基板の活性層である。したがって、図2及び図3の断面図では、半導体層20のみを図示し、SOI基板を構成する他の半導体基板及び埋め込み絶縁層を省略している。
The
横型半導体装置10は、半導体層20の表層部に設けられているp型のボディ領域22(第1ウェル領域の一例)とn型のドリフト領域25(第2ウェル領域の一例)を備えている。ボディ領域22とドリフト領域25は隣接している。ボディ領域22及びドリフト領域25は、例えばイオン注入技術を利用して、半導体層20の表層部に形成することができる。あるいは、後述するように、ボディ領域22及びドリフト領域25は、ドープドポリシリコンからの不純物の熱拡散を利用して形成することもできる。
The
横型半導体装置10はさらに、半導体層20の表層部であってボディ領域22内に設けられているn+型のソース領域23(第1半導体領域の一例)、第1ボディコンタクト領域21、及び第2ボディコンタクト領域24を備えている。ソース領域23は、ボディ領域22によってドリフト領域25から隔てられている。ボディコンタクト領域21,24は、ボディ領域22よりも不純物濃度が濃い。図2の破線24Dは、第2ボディコンタクト領域24の深さを示す。ソース領域23は、第2ボディコンタクト領域24よりも深い位置にまで形成されている。ソース領域23と第1ボディコンタクト領域21と第2ボディコンタクト領域24は、ソース電極に接続している。
The
ソース領域23及びボディコンタクト領域21,24は、例えばイオン注入技術を利用して、半導体層20の表層部に形成される。あるいは、後述するように、ソース領域23は、ドープドポリシリコンからの不純物の熱拡散を利用して形成することもできる。
The
横型半導体装置10はさらに、半導体層20の表層部であってドリフト領域25内に設けられているn+型のドレイン領域26を備えている。ドレイン領域26は、ドリフト領域25によってボディ領域22から隔てられている。ドレイン領域26は、ドリフト領域25よりも不純物濃度が濃い。図2に示すように、ドレイン領域26も、第2ボディコンタクト領域24よりも深い位置にまで形成されている。ドレイン領域26は、ドレイン電極に接続している。後述するように、ドレイン領域26は、深いトレンチを形成した後に、そのトレンチの内壁に不純物を導入して形成することができる。あるいは、ドレイン領域26は、深いトレンチ内にドープドポリシリコンを充填することによって形成することができる。半導体領域27は、半導体層20の表層部に設けられた前記各半導体領域の残部である。
The
横型半導体装置10はさらに、トレンチゲート40を備えている。トレンチゲート40は、半導体層20の表面から深部に向けて伸びている。トレンチゲート40は、酸化シリコンのゲート絶縁膜44と、そのゲート絶縁膜44で被覆されたポリシリコンのゲート電極42を有している。図2では、紙面奥行き方向においてトレンチゲート40が存在する範囲を破線で示している。図2に示すように、トレンチゲート40は、ソース領域23とドリフト領域25を隔てているボディ領域22の一部に、半導体層20内で対向している。図示34はフィールド酸化膜であり、図示32はフィールドプレート電極である。フィールドプレート電極32は、トレンチゲート40のゲート電極42に電気的に接続している。
The
次に、横型半導体装置10の作用効果を、比較例を用いて検討する。図4に、比較検討した3種類の横型半導体装置の縦断面図を示す。図4(A)は本実施例の横型半導体装置10であり、図4(B)は第1比較例の横型半導体装置であり、図4(C)は第2比較例の横型半導体装置である。3種類の横型半導体装置はいずれも、トレンチゲート40とドレイン領域26の深さが3μmであり、ソース領域23の深さが1μmである。図4(B)の第1比較例は、第1コンタクト領域21が設けられていない点で本実施例の横型半導体装置10(図4(A))と相違する。図4(C)の第2比較例は、第2コンタクト領域24が設けられていない点で本実施例の横型半導体装置10(図4(A))と相違する。
Next, the function and effect of the
図5に、3種類の横型半導体装置のそれぞれのドレイン電圧とドレイン電流の関係を示す。図中(A)は本実施例の横型半導体装置10の結果であり、図中(B)は第1比較例の横型半導体装置の結果であり、図中(C)は第2比較例の横型半導体装置の結果である。
FIG. 5 shows the relationship between the drain voltage and drain current of each of the three types of horizontal semiconductor devices. In the figure, (A) shows the result of the
ここで、スナップバック現象に関して説明する。スナップバック現象とは、ソース・ドレイン間耐圧特性において、ブレークダウン電圧に達した後に、さらにドレイン電流を流していくと、ドレイン電圧が減少する現象のことをいう。即ち、スナップバック現象とは、負性抵抗を示す点が現れる現象のことをいう。このスナップバック現象が発生する点の電流値とESD耐量の間には略比例の関係がある。したがって、この電流値が高い横型半導体装置は、ESD耐量も高い。 Here, the snapback phenomenon will be described. The snap-back phenomenon refers to a phenomenon in which the drain voltage decreases in the source-drain breakdown voltage characteristics when the drain current further flows after reaching the breakdown voltage. That is, the snapback phenomenon refers to a phenomenon in which a point showing negative resistance appears. There is a substantially proportional relationship between the current value at the point where the snapback phenomenon occurs and the ESD tolerance. Therefore, the lateral semiconductor device having a high current value has a high ESD tolerance.
図5に示すように、スナップバック現象が発生する電流値は、本実施例(A)が最も高く、第2比較例の約5倍、第1比較例の約3.4倍である。特に、本実施例(A)は、他の比較例(B),(C)とは明らかに相違した顕著な結果が得られている。 As shown in FIG. 5, the current value at which the snapback phenomenon occurs is highest in this example (A), about 5 times that of the second comparative example and about 3.4 times that of the first comparative example. In particular, the present Example (A) has a remarkable result clearly different from the other Comparative Examples (B) and (C).
図4(C)の横型半導体装置は、従来から広く知られる一般的な形態を示す。この形態の横型半導体装置では、インパクトイオン化現象がトレンチゲート40の底面の右エッジ40a近傍で発生する。発生した正孔は、第1ボディコンタクト領域21に向けてボディ領域22内を横方向に移動する。この「正孔電流」と「経路の抵抗成分」の積に基づいてボディ領域22の電位が上昇し、ソース領域23とボディ領域22とドリフト領域25で構成される寄生npnトランジスタがオンする。寄生npnトランジスタは、図示46近傍でオンする。この結果、図4(C)の横型半導体装置は、早い段階でスナップバック現象が発生してしまう。
The horizontal semiconductor device in FIG. 4C shows a general form that has been widely known. In the horizontal semiconductor device of this embodiment, the impact ionization phenomenon occurs in the vicinity of the
図4(B)の横型半導体装置では、ソース領域23とドレイン領域26の間に第2ボディコンタクト領域24が設けられている。このため、インパクトイオン現象によって発生した正孔は、第2ボディコンタクト領域24に向けて排出される。このため、図4(C)の場合に比べ、図4(B)の横型半導体装置では、正孔が流れる経路が短く、第2ボディコンタクト領域24までの抵抗成分が小さいので、寄生npnトランジスタがオンしにくい。この結果、図5に示すように、図4(B)の横型半導体装置は、図4(C)の横型半導体装置に比して、スナップバック現象が発生する電流値が増加しており、ESD耐量が改善されている。
In the lateral semiconductor device of FIG. 4B, the second
図4(A)の横型半導体装置10は、第1ボディコンタクト領域21と第2ボディコンタクト領域24の双方を備えていることを特徴としている。このため、発生した正孔を短い経路で第1ボディコンタクト領域21又は第2ボディコンタクト領域24に排出することができる。このように、図4(A)の横型半導体装置10は、2つの経路で正孔を排出することができるので、それらの経路の抵抗成分が小さくなり、他の横型半導体装置に比して、スナップバック現象が発生する電流値が顕著に増加し、ESD耐量が大幅に改善されている。
The
図4(A)〜(C)に示す横型半導体装置では、トレンチゲート40の深さ、ボディ領域22の深さと濃度、ドリフト領域25の深さと濃度によって生じるインパクトイオン化現象が、トレンチゲート40の底面の右エッジ近傍のみならず、様々な場所で起こる可能性がある。インパクトイオン化現象がどこで発生したとしても、図4(A)の構造であれば、第1ボディコンタクト領域21又は第2ボディコンタクト領域24までの距離を短くすることができ、ESD耐量が大幅に改善することができる。
4A to 4C, the impact ionization phenomenon caused by the depth of the
即ち、本実施例の横型半導体装置10は、(1)ソース領域23とドレイン領域26を深く設けたこと、(2)第1ボディコンタクト領域21と第2ボディコンタクト領域24をソース領域23の両側に設けたこと、この両者を組合せたことを特徴としている。(1)の形態を採用すると、オン抵抗を低減化することができる。また、(2)の形態を同時に採用することによって、半導体層20内のどこでインパクトイオン化現象が発生したとしても、発生した正孔を短い経路で第1ボディコンタクト領域21又は第2ボディコンタクト領域24に排出することができる。上記(1)の形態を採用したときに、上記(2)の有用性が顕著に発揮される。上記(1)及び(2)を組合せることによって得られる相乗効果は、極めて有用なものである。
That is, in the
(変形例1)
図6に、変形例の横型半導体装置11を示す。横型半導体装置11は、ソース領域123がトレンチゲート40よりも深い位置まで形成されていることを特徴としている。また、横型半導体装置11では、ソース領域123とドレイン領域26が同一の深さを有している。この形態は、ソース領域123とドレイン領域26が共通の製造工程で作成されたことを表している。その製造工程は、後述する。
(Modification 1)
FIG. 6 shows a modified
図6に示すように、ソース領域123がトレンチゲート40よりも深い位置まで形成されていると、ソース領域123から注入された電位は、トレンチゲート40の側面の全体を利用して流れることができる。電流の導通経路が広く確保され、オン抵抗がさらに低減される。
As shown in FIG. 6, when the
(変形例2)
図7に、変形例の横型半導体装置12を示す。横型半導体装置12は、第1ボディコンタクト領域121が第2ボディコンタクト領域24よりも深い位置まで形成されていることを特徴としている。この例では、第1ボディコンタクト領域121とソース領域123が同一の深さを有している。第1ボディコンタクト領域121は、ソース領域123とドレイン領域26の間に設けられていないので、電流の導通経路を妨げるものではない。したがって、第1ボディコンタクト領域121を深く形成しても、オン抵抗に影響を与えることはない。その一方で、第1ボディコンタクト領域121を深く形成すれば、インパクトイオン化現象によって発生した正孔が、より短い距離で第1ボディコンタクト領域121から排出される。第1ボディコンタクト領域121を深く形成すれば、オン抵抗に影響を与えることなく、ESD耐量をさらに改善することができる。
(Modification 2)
FIG. 7 shows a modified
(ドレイン領域26の製造工程)
図8に、本実施例のドレイン領域26を製造する工程を示す。本実施例のドレイン領域26は、従来技術のものよりも深い。以下に説明する技術を利用するのが好ましい。
(Manufacturing process of drain region 26)
FIG. 8 shows a process for manufacturing the
まず、図8(A)に示すように、半導体層20の表面に開口を有するBPSG(Boron Phosphor Silicate Glass)膜52を形成する。さらに、そのBPSG膜52を被覆するとともに開口を有するマスク53を形成する。BPSG膜52の開口幅がマスク53の開口幅よりも広い。次にプラズマエッチング技術を利用して、その開口から露出する半導体層20を除去し、トレンチ54を形成する。
First, as shown in FIG. 8A, a BPSG (Boron Phosphor Silicate Glass)
次に、図8(B)に示すように、マスク53を除去する。次に、リン気相拡散を実施する。この結果、図8(B)に示すように、トレンチ54の内壁にリンが導入され、高濃度領域55が形成される。この例では、高濃度領域55は、前述した横型半導体装置10,11,12のドレイン領域26として機能する。
Next, as shown in FIG. 8B, the
次に、図8(C)に示すように、トレンチ54内にタングステン56を充填する。これにより、ドレイン電極と電気的に接続するドレイン領域を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 8C,
(ドレイン領域26の製造工程の変形例)
ドレイン領域26は、図9に示す製造工程でも形成するこができる。まず、図9(A)に示すように、半導体層20の表面に開口を有するマスク57を形成する。次にプラズマエッチング技術を利用して、その開口から露出する半導体層20を除去し、トレンチ54を形成する。
(Modification of manufacturing process of drain region 26)
The
次に、図9(B)に示すように、マスク57を除去する。次に、トレンチ54内にリンを高濃度に含むポリシリコン58を充填する。この例では、ポリシリコン58が、前述した横型半導体装置10,11,12のドレイン領域26として機能する。
Next, as shown in FIG. 9B, the
(ソース領域23の製造工程)
図10に、本実施例のソース領域23を製造する工程を示す。本実施例のソース領域23は、従来技術のものよりも深い。深いソース領域23は、多段のイオン注入技術を利用するのが好ましい。
(Manufacturing process of the source region 23)
FIG. 10 shows a process for manufacturing the
まず、図10(A)に示すように、半導体層20の表面に開口を有するマスク64を形成する。次に、イオン注入技術を利用して、そのマスク64の開口越しに、半導体層20内に不純物を導入する。導入される不純物濃度分布のピークは、半導体層20内の深い位置に設定されている。導入された不純物は、部分領域62を形成する。
First, as shown in FIG. 10A, a
次に、図10(B)に示すように、イオン注入技術を利用して、マスク64の開口越しに、半導体層20内に不純物を導入する。導入される不純物濃度分布のピークは、前回よりも浅い位置に設定されている。導入された不純物は部分領域63を形成する。部分領域62,63は、前述した横型半導体装置10,11,12のソース領域23として機能する。
Next, as shown in FIG. 10B, an impurity is introduced into the
(ソース領域23とボディ領域22の同時製造工程)
図11に、前述した横型半導体装置10,11,12のソース領域23及びボディ領域22を同時に製造する工程を示す。
まず、図11(A)に示すように、半導体層20の表層部にトレンチ72を形成する。トレンチ72は、例えば、ドライエッチング技術を利用して形成することができる。
(Simultaneous manufacturing process of
FIG. 11 shows a process of simultaneously manufacturing the
First, as shown in FIG. 11A, a
次に、図11(B)に示すように、トレンチ72内にボロンとヒ素を含むポリシリコン74を充填する。ポリシリコン74を充填するためには、例えば蒸着技術を利用してもよく、エピタキシャル成長技術を利用してもよい。
Next, as shown in FIG. 11B, the
次に、図11(C)に示すように、半導体層20を熱処理する。ボロンの拡散係数は、ヒ素の拡散係数よりも大きい。このため、図11(C)に示すように、拡散係数の差に基づいて、p型の拡散領域78がポリシリコン74から遠い位置に形成され、n型の拡散領域76がポリシリコン74から近い位置に形成される。p型の拡散領域78が前述した横型半導体装置10,11,12のボディ領域22として機能し、n型の拡散領域76がソース領域23として機能する。
Next, as shown in FIG. 11C, the
なお、図12(A)に示すように、蒸着技術を利用して、ヒ素を含む第1ポリシリコン74aでトレンチ72の内壁を被覆した後に、図12(B)に示すように、トレンチ72内にボロンを含む第2ポリシリコン74bを充填してもよい。第1ポリシリコン74aと第2ポリシリコン74bに含まれる不純物を逆にしてもよい。
As shown in FIG. 12A, after the inner wall of the
次に、図12(C)に示すように、半導体層20を熱処理する。この場合も同様に、拡散係数の差に基づいて、p型の拡散領域78がポリシリコン74a,74bから遠い位置に形成され、n型の拡散領域76がポリシリコン74a,74bから近い位置に形成される。
Next, as shown in FIG. 12C, the
また、図13(A)及び(B)に示すように、第1ポリシリコン74aを被覆した後に、トレンチ72の底面を被覆している第1ポリシリコン74aの一部75を除去し、半導体層20をトレンチ72の底面において露出させてもよい。この場合、図13(C)に示すように、第2ポリシリコン74bがn型の拡散領域76と電気的に接続することができる。このため、n型の拡散領域76の電位を全体に亘って安定させることができる。
Further, as shown in FIGS. 13A and 13B, after covering the
(ソース領域22とボディ領域22とドレイン領域26の同時製造工程)
図14A〜14Dに、前述した横型半導体装置10,11,12のソース領域22とボディ領域22とドレイン領域26を同時に製造する工程を示す。
(Simultaneous manufacturing process of
14A to 14D show a process of simultaneously manufacturing the
まず、図14Aに示すように、半導体層20の表層部に第1トレンチ172と第2トレンチ154を形成する。第1トレンチ172が形成される位置は、ソース領域22及びボディ領域22の位置に対応している。第2トレンチ154が形成される位置は、ドレイン領域26の位置に対応している。第1トレンチ172のトレンチ幅172Wは、第2トレンチ154のトレンチ幅154Wよりも大きい。第1トレンチ172のトレンチ幅172Wは、第2トレンチ154のトレンチ幅154Wの1.5倍以上にするのが好ましい。
First, as shown in FIG. 14A, the
次に、図14Bに示すように、蒸着技術を利用して、ヒ素を含む第1ポリシリコン82で第1トレンチ172の内壁を被覆し、第2トレンチ154内にその第1ポリシリコン82を充填する。このとき、第1トレンチ172内が第1ポリシリコン82で完全に充填されずに、且つ第2トレンチ154が第1ポリシリコン82で完全に充填される条件とする。ここで、第1トレンチ172内の第1ポリシリコンを符号82aで示し、第2トレンチ154内の第1ポリシリコンを符号84で示す。次に、図14Cに示すように、第1トレンチ172内にボロンを含む第2ポリシリコン82bを充填する。
Next, as shown in FIG. 14B, the inner wall of the
次に、図14Dに示すように、半導体層20を熱処理する。拡散係数の差に基づいて、第1トレンチ172の周囲には、p型の拡散領域87とn型の拡散領域86が形成される。第2トレンチ154の周囲には、n型の拡散領域85のみが形成される。第1トレンチ172の周囲では、p型の拡散領域87が前述した横型半導体装置10,11,12のボディ領域22として機能し、n型の拡散領域86がソース領域23として機能する。第2トレンチ154の周囲では、n型の拡散領域85がドレイン領域26として機能する。
Next, as shown in FIG. 14D, the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
20:半導体層
21,121:第1ボディコンタクト領域
22:ボディ領域
23,123:ソース領域
24:第2ボディコンタクト領域
25:ドリフト領域
26:ドレイン領域
27:半導体領域
32:フィールドプレート電極
34:フィールド酸化膜
40:トレンチゲート
42:ゲート電極
44:ゲート絶縁膜
20:
Claims (8)
半導体層の表層部に設けられている第1導電型の第1ウェル領域と、
半導体層の表層部に設けられており、第1ウェル領域に隣接する第2導電型の第2ウェル領域と、
半導体層の表層部に設けられており、第1ウェル領域によって第2ウェル領域から隔てられており、第1主電極に接続している第2導電型の第1半導体領域と、
半導体層の表層部に設けられており、第2ウェル領域によって第1ウェル領域から隔てられており、第2主電極に接続しているとともに第2ウェル領域よりも不純物濃度が高濃度な第2導電型の第2半導体領域と、
半導体層の表層部であって第1ウェル領域内に設けられており、第1主電極に接続しているとともに第1ウェル領域よりも不純物濃度が高濃度な第1導電型のコンタクト領域と、を備えており、
前記トレンチゲートは、ゲート絶縁膜と、そのゲート絶縁膜で被覆されたゲート電極を有しており、第1半導体領域と第2ウェル領域を隔てている第1ウェル領域に対向しており、
前記コンタクト領域は、少なくとも第1コンタクト領域と第2コンタクト領域を有しており、
第1コンタクト領域、第1半導体領域、第2コンタクト領域、第2半導体領域が、半導体層の表層部を一方向に沿ってこの順で並んでおり、
第1半導体領域と第2半導体領域が、第2コンタクト領域よりも深い位置にまで形成されている横型半導体装置。 A lateral semiconductor device having a trench gate,
A first well region of a first conductivity type provided in a surface layer portion of the semiconductor layer;
A second well region of a second conductivity type provided in a surface layer portion of the semiconductor layer and adjacent to the first well region;
A first semiconductor region of a second conductivity type provided in a surface layer portion of the semiconductor layer, separated from the second well region by the first well region, and connected to the first main electrode;
A second layer is provided in the surface layer portion of the semiconductor layer, is separated from the first well region by the second well region, is connected to the second main electrode, and has a higher impurity concentration than the second well region. A conductive second semiconductor region;
A contact region of a first conductivity type, which is a surface layer portion of the semiconductor layer and provided in the first well region, connected to the first main electrode and having a higher impurity concentration than the first well region; With
The trench gate has a gate insulating film and a gate electrode covered with the gate insulating film, and faces the first well region that separates the first semiconductor region and the second well region,
The contact region has at least a first contact region and a second contact region;
The first contact region, the first semiconductor region, the second contact region, and the second semiconductor region are arranged in this order along the surface layer portion of the semiconductor layer,
A lateral semiconductor device in which a first semiconductor region and a second semiconductor region are formed deeper than a second contact region.
半導体層の表層部に第1トレンチを形成するトレンチ形成工程と、
第1導電型の第1不純物と第2導電型の第2不純物を含む不純物供給部を前記第1トレンチ内に充填する充填工程と、
半導体層を熱処理する熱処理工程と、を備えており、
第1不純物の拡散係数が第2不純物の拡散係数よりも大きく、これにより、熱処理工程を実施すると、前記半導体層の表層部に第1不純物を含む第1ウェル領域と第2不純物を含む第1半導体領域が形成され、第1ウェル領域は前記第1トレンチから遠い位置に形成され、前記第1半導体領域が前記第1トレンチから近い位置に形成される製造方法。 A method of manufacturing the lateral semiconductor device according to claim 1, comprising:
A trench forming step of forming a first trench in a surface layer portion of the semiconductor layer;
A filling step of filling the first trench with an impurity supply portion including a first impurity of the first conductivity type and a second impurity of the second conductivity type;
A heat treatment step of heat treating the semiconductor layer,
The diffusion coefficient of the first impurity is larger than the diffusion coefficient of the second impurity. Accordingly, when the heat treatment process is performed, the first well region including the first impurity and the first impurity including the second impurity in the surface layer portion of the semiconductor layer. A manufacturing method in which a semiconductor region is formed, the first well region is formed at a position far from the first trench, and the first semiconductor region is formed at a position near the first trench.
前記充填工程では、前記第1不純物供給部又は前記第2不純物供給部のいずれか一方で前記第1トレンチの内壁を被覆した後に、他方を前記第1トレンチ内に充填することを特徴とする請求項5に記載の製造方法。 The impurity supply unit includes a first impurity supply unit including a first impurity and a second impurity supply unit including a second impurity;
The filling step is characterized in that either the first impurity supply unit or the second impurity supply unit covers the inner wall of the first trench and then fills the other into the first trench. Item 6. The manufacturing method according to Item 5.
前記トレンチ形成工程では、前記半導体層の表層部であって前記第1トレンチから離反した位置に、前記第1トレンチよりも幅狭な第2トレンチも形成しており、
前記充填工程では、前記第1不純物供給部で前記第1トレンチの内壁を被覆するとともに前記第2トレンチ内に第1不純物供給部を充填した後に、前記第2不純物供給部を前記第1トレンチ内に充填しており、
熱処理工程を実施すると、前記半導体層の表層部に第2不純物を含む第2ウェル領域が前記第2トレンチの周囲に形成されることを特徴とする製造方法。
The manufacturing method according to claim 6 or 7,
In the trench formation step, a second trench that is narrower than the first trench is also formed at a position that is a surface layer portion of the semiconductor layer and is separated from the first trench,
In the filling step, the first impurity supply part covers the inner wall of the first trench and the second impurity supply part is filled in the first trench after the first impurity supply part is filled in the second trench. Filled with
When the heat treatment step is performed, a second well region containing a second impurity is formed around the second trench in a surface layer portion of the semiconductor layer.
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