JP2009289932A - Semiconductor device and its method for manufacturing - Google Patents

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寛将 大森
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing which obtains a super junction structure having parallel pn layers with a division layer formed in the shape of a peeler at low cost and with good yield. <P>SOLUTION: The method of manufacturing a semiconductor device includes the steps of forming a first trench 12a on an n-type drain layer 1, epitaxially growing n-type drift layers 10a and 10b on the interior of the first trench 12a and on the drain layer 1, planarizing the drift layers 10a and 10b, forming a second trench 12b on the drain layer 1 and the drift layers 10a and 10b, and growing an n-type epitaxial layer on the interior of the second trench 12b and on the drain layer 1 and forming a drift layer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、スーパージャンクション構造を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device having a super junction structure and a method for manufacturing the same.

近年、電源装置に対する消費電力低減の要求から、電源装置を構成するパワー半導体装置の低損失化、即ち半導体装置のオン抵抗低減が望まれている。パワー半導体装置の構造には、半導体層の両面に電極を有する縦型と呼ばれる構造が多く、縦型半導体装置のオン抵抗を低減するためには、オン時にドリフト電流が流れるドリフト層の不純物濃度を高くすることが必要である。しかし、不純物濃度を高くすることで、オフ時の逆バイアス電圧による空乏層の広がりが小さくなり、耐圧の低下を伴ってしまう。このように、パワー半導体装置のオン抵抗と耐圧はトレードオフの関係にあった。
In recent years, due to a demand for reducing power consumption of a power supply device, it is desired to reduce the loss of the power semiconductor device constituting the power supply device, that is, to reduce the on-resistance of the semiconductor device. The structure of a power semiconductor device is often called a vertical type having electrodes on both sides of a semiconductor layer, and in order to reduce the on-resistance of the vertical semiconductor device, the impurity concentration of the drift layer through which a drift current flows when turning on is set. It needs to be high. However, when the impurity concentration is increased, the spread of the depletion layer due to the reverse bias voltage at the time of OFF is reduced, and the breakdown voltage is lowered. Thus, the on-resistance and breakdown voltage of the power semiconductor device have a trade-off relationship.

このトレードオフの関係を解決するため、スーパージャンクション構造と呼ばれる半導体層を有する縦型半導体装置が公知である。
図3は、スーパージャンクション構造を有するnチャネル型MOSFETの側面断面構造を示す図である。
n型のドレイン層1と、
ドレイン層1上に形成された並列pn層2と、
並列pn層2上に島状に形成されたp型のベース層3と、
ベース層3上に島状に形成されたn+型のソース層4と、
並列pn層2およびベース層3およびソース層4上に形成された絶縁膜5と、
ドレイン層1と電気的に接続するドレイン電極6と、
絶縁膜5上に形成されたゲート電極7と、
絶縁膜5の開口部においてソース層4と電気的に接続するソース電極8と、を有し、
並列pn層2が、n−型のドリフト層10とp型の仕切り層11とを横方向に交互に形成した構造を有している。
In order to solve this trade-off relationship, a vertical semiconductor device having a semiconductor layer called a super junction structure is known.
FIG. 3 is a diagram showing a side cross-sectional structure of an n-channel MOSFET having a super junction structure.
an n-type drain layer 1;
A parallel pn layer 2 formed on the drain layer 1;
A p-type base layer 3 formed in an island shape on the parallel pn layer 2;
An n + type source layer 4 formed in an island shape on the base layer 3;
An insulating film 5 formed on the parallel pn layer 2 and the base layer 3 and the source layer 4;
A drain electrode 6 electrically connected to the drain layer 1;
A gate electrode 7 formed on the insulating film 5;
A source electrode 8 electrically connected to the source layer 4 in the opening of the insulating film 5;
The parallel pn layer 2 has a structure in which n − type drift layers 10 and p type partition layers 11 are alternately formed in the horizontal direction.

スーパージャンクション構造を有するMOSFETの動作について説明する。ゲート電極7に所定の閾値電圧以上の電圧が印加されたオン状態において、ドレイン電極6とソース電極8との間にドレイン電極6側の電位を高くする電圧(順方向電圧)が印加されると、ベース層3の表面付近の領域が反転して反転層(チャネル)が形成され、ソース層4から注入された電子が、反転層およびドリフト層10を経由してドレイン層1へと到達する。ゲート電極7に所定の閾値電圧よりも低い電圧が印加されたオフ状態において、ドレイン電極6とソース電極8との間にソース電極8側の電位を高くする電圧(逆方向電圧)が印加されると、交互に形成されたn型のドリフト層10とp型の仕切り層11とから成るpn接合から空乏層が逆方向電圧の増大に伴い横方向に拡張して、ドリフト層2が完全に空乏化される。
このように、スーパージャンクション構造によれば、ドリフト層10の不純物濃度を比較的高い濃度にしても逆方向電圧の印加時にドリフト層10が完全に空乏化するため、MOSFETにおけるオン抵抗の低減と高耐圧化とのトレードオフ関係が改善される。
次に、スーパージャンクション構造の製造方法について説明する。
The operation of the MOSFET having a super junction structure will be described. When a voltage that increases the potential on the drain electrode 6 side (forward voltage) is applied between the drain electrode 6 and the source electrode 8 in the ON state in which a voltage equal to or higher than a predetermined threshold voltage is applied to the gate electrode 7. The region near the surface of the base layer 3 is inverted to form an inversion layer (channel), and electrons injected from the source layer 4 reach the drain layer 1 via the inversion layer and the drift layer 10. In an off state in which a voltage lower than a predetermined threshold voltage is applied to the gate electrode 7, a voltage (reverse voltage) that increases the potential on the source electrode 8 side is applied between the drain electrode 6 and the source electrode 8. In addition, the depletion layer expands laterally as the reverse voltage increases from the pn junction formed by the alternately formed n-type drift layers 10 and p-type partition layers 11, and the drift layer 2 is completely depleted. It becomes.
As described above, according to the super junction structure, even if the impurity concentration of the drift layer 10 is relatively high, the drift layer 10 is completely depleted when a reverse voltage is applied. The trade-off relationship with pressure resistance is improved.
Next, a method for manufacturing a super junction structure will be described.

図4は、特許文献1に記載される従来の埋め込み法を示す工程断面図である。
まず、図4(a)のようにn型のドレイン層1上にドレイン層1よりも不純物濃度の低いn−型のドリフト層10aをエピタキシャル成長させ、熱酸化によりドリフト層10aの表面にSiO2から成るマスク9aを形成しフォトリソグラフィによるパターニングを行い、ウェットエッチングまたはドライエッチングによりトレンチ12aを形成する。このとき、仕切り層11aはドリフト層10aと同等かそれよりも深く形成されるのが好ましい。
次に、図4(b)のようにトレンチ12aの側壁のダメージおよび不純物の除去を行った後、エピタキシャル成長によりトレンチ12aの内部を埋め込み、ドリフト層10aよりも不純物濃度の高いp型の仕切り層11aを形成する。
次に、図4(c)のようにエッチングにより、トレンチ12aの開口部付近の仕切り層11aを選択的に除去する。これは、トレンチ12aの開口部および側壁からの成長が進み開口部が塞がれ、リーク電流等の特性劣化の要因となるボイド(空隙)が仕切り層11a内部に形成されることを防ぐためであり、図4(b)のエピタキシャル成長工程と図4(c)のエッチング工程とを所定の回数繰り返しながら仕切り層11aが形成される。
最後に、図4(d)のように並列pn層2aの表面を化学機械研磨(CMP)等により平坦化して、スーパージャンクション構造が得られる。
FIG. 4 is a process sectional view showing a conventional embedding method described in Patent Document 1. In FIG.
First, as shown in FIG. 4A, an n − type drift layer 10a having an impurity concentration lower than that of the drain layer 1 is epitaxially grown on the n type drain layer 1, and the surface of the drift layer 10a is made of SiO 2 by thermal oxidation. A mask 9a is formed and patterned by photolithography, and a trench 12a is formed by wet etching or dry etching. At this time, the partition layer 11a is preferably formed to be equal to or deeper than the drift layer 10a.
Next, as shown in FIG. 4B, the sidewalls of the trench 12a are damaged and impurities are removed, and then the trench 12a is buried by epitaxial growth, and the p-type partition layer 11a having a higher impurity concentration than the drift layer 10a. Form.
Next, as shown in FIG. 4C, the partition layer 11a near the opening of the trench 12a is selectively removed by etching. This is to prevent growth from the opening and side walls of the trench 12a and the opening is blocked, and voids (voids) that cause deterioration of characteristics such as leakage current are not formed in the partition layer 11a. Yes, the partition layer 11a is formed while repeating the epitaxial growth step of FIG. 4B and the etching step of FIG. 4C a predetermined number of times.
Finally, as shown in FIG. 4D, the surface of the parallel pn layer 2a is planarized by chemical mechanical polishing (CMP) or the like to obtain a super junction structure.

さらに、スーパージャンクション構造を有する半導体装置のオン抵抗をより低減する手段として、電流経路であるドリフト層10の不純物濃度を高くする手法や、ドリフト層10の面積を広くする手法が知られている。ドリフト層10の面積は、仕切り層11を幅狭に形成するか、あるいは、並列pn層2を板状ではなく柱状に形成することで拡大できる。

特許3485081
Further, as means for further reducing the on-resistance of the semiconductor device having a super junction structure, a technique for increasing the impurity concentration of the drift layer 10 that is a current path and a technique for increasing the area of the drift layer 10 are known. The area of the drift layer 10 can be increased by forming the partition layer 11 narrowly, or by forming the parallel pn layer 2 in a column shape instead of a plate shape.

Patent 3485081

しかしながら、従来の埋め込み法を用いて、仕切り層11を柱状に形成する場合、エピタキシャル成長工程とエッチング工程との繰り返し回数が増加するため、高コストになりやすく、さらに、柱状のトレンチ12をエッチングにより精度良く形成することが困難であるため、歩留の低下を招くという問題があった。
However, when the partition layer 11 is formed in a columnar shape by using the conventional embedding method, the number of repetitions of the epitaxial growth step and the etching step increases, so that the cost tends to increase. Further, the columnar trench 12 can be accurately etched. Since it was difficult to form well, there was a problem that the yield was reduced.

そこで本発明は、仕切り層が柱状に形成された並列pn層を有するスーパージャンクション構造を安価で且つ歩留良く得られる製造方法を提供することである。
Therefore, the present invention is to provide a manufacturing method capable of obtaining a super junction structure having a parallel pn layer in which partition layers are formed in a columnar shape at a low cost and with a high yield.

上記課題を解決し上記目的を達成するために、請求項1に係る本発明の半導体装置の製造方法は、
第1導電型のドリフト層と前記第1導電型とは異なる第2導電型の仕切り層とを横方向に交互に形成する構造を有し、オン状態でドリフト電流を縦方向に流すと共に、オフ状態で空乏化する半導体領域を有する半導体装置の製造方法において、前記半導体領域の形成方法が、
半導体基板上にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内部および前記半導体基板上にエピタキシャル層を形成する工程と、
前記エピタキシャル層を平坦化する工程と、を複数回繰り返すことを特徴とする。
In order to solve the above problems and achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 of the present invention includes:
It has a structure in which a drift layer of the first conductivity type and a partition layer of a second conductivity type different from the first conductivity type are alternately formed in the lateral direction, and a drift current flows in the longitudinal direction in the on state and is turned off. In a manufacturing method of a semiconductor device having a semiconductor region that is depleted in a state, the method for forming the semiconductor region includes:
Forming a trench on the semiconductor substrate;
Forming an epitaxial layer inside the trench and on the semiconductor substrate;
The step of planarizing the epitaxial layer is repeated a plurality of times.

さらに、上記課題を解決し上記目的を達成するために、請求項2に係る本発明の半導体装置の製造方法は、
前記半導体基板上に、前記第1の方向と交差する第2の方向に延伸する第2のトレンチを形成する工程と、
前記第2のトレンチ内にエピタキシャル成長によって第2の半導体層を埋設し、前記半導体基板に前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とによって囲まれた柱状のドリフト層又は仕切り層を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
Further, in order to solve the above problems and achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention according to claim 2 comprises:
Forming a second trench extending in a second direction intersecting the first direction on the semiconductor substrate;
A second semiconductor layer is embedded in the second trench by epitaxial growth, and a columnar drift layer or partition layer surrounded by the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is formed on the semiconductor substrate. And a process.

さらに、上記課題を解決し上記目的を達成するために、請求項3に係る本発明の半導体装置の製造方法は、
第1導電型の前記半導体基板上に第1のトレンチを形成する工程と、
前記第1のトレンチ内部および前記半導体基板上に、第2導電型の第1のエピタキシャル層を形成する工程と、
前記第1のエピタキシャル層を平坦化する工程と、
前記第1のエピタキシャル層および前記半導体基板上に第2のトレンチを形成する工程と、
前記第2のトレンチ内部に第1導電型の第2のエピタキシャル層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする。
Furthermore, in order to solve the above problems and achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to a third aspect of the present invention includes:
Forming a first trench on the semiconductor substrate of the first conductivity type;
Forming a first conductivity type first epitaxial layer in the first trench and on the semiconductor substrate;
Planarizing the first epitaxial layer;
Forming a second trench on the first epitaxial layer and the semiconductor substrate;
Forming a second epitaxial layer of a first conductivity type within the second trench;
It is characterized by providing.

さらに、上記課題を解決し上記目的を達成するために、請求項4に係る本発明の半導体装置の製造方法は、
前記半導体基板と前記第1のエピタキシャル層と前記第2のエピタキシャル層とを平坦化する工程と、第2導電型の不純物イオンを注入する工程を備えることを特徴とする。
Furthermore, in order to solve the above problems and achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention includes:
The method includes the steps of planarizing the semiconductor substrate, the first epitaxial layer, and the second epitaxial layer, and implanting impurity ions of a second conductivity type.

さらに、上記課題を解決し上記目的を達成するために、請求項5に係る本発明の半導体装置は、
第1導電型のドリフト層と前記第1導電型とは異なる第2導電型の仕切り層とを横方向に交互に形成する構造を有し、オン状態でドリフト電流を縦方向に流すと共に、オフ状態で空乏化する半導体領域を有する半導体装置において、前記半導体領域が、
半導体基板上にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内部および前記半導体基板上にエピタキシャル層を形成する工程と、
前記エピタキシャル層を平坦化する工程と、を複数回繰り返すことにより形成されることを特徴とする。
Further, in order to solve the above problems and achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention according to claim 5 is:
It has a structure in which a drift layer of the first conductivity type and a partition layer of a second conductivity type different from the first conductivity type are alternately formed in the lateral direction, and a drift current flows in the longitudinal direction in the on state and is turned off. In a semiconductor device having a semiconductor region that is depleted in a state, the semiconductor region is
Forming a trench on the semiconductor substrate;
Forming an epitaxial layer inside the trench and on the semiconductor substrate;
And the step of planarizing the epitaxial layer is repeated a plurality of times.

各請求項の発明によれば、柱状の仕切り層を有するスーパージャンクション構造を有する半導体装置を安価で且つ歩留良く得られる。
According to the invention of each claim, a semiconductor device having a super junction structure having a columnar partition layer can be obtained at a low cost and with a high yield.

次に、図1を参照して本発明の実施形態に係わるスーパージャンクション構造の製造方法の一例を説明する。
Next, an example of a method for manufacturing a super junction structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1は、本発明の第1実施例に係るスーパージャンクション構造の製造方法を示す工程断面図である。
まず、図1(a)のようにn型のドレイン層1上にn−型のドリフト層10aをエピタキシャル成長させ、熱酸化によりドリフト層10aの表面にSiO2から成るマスク9aを形成し、平面的に見てマスク9aがストライプ状になるようにフォトリソグラフィにより開口部を設け、ウェットエッチングまたは反応性イオンエッチング(RIE)法等のドライエッチングによる第1のトレンチエッチング工程によりトレンチ12aを形成する。このとき、ドリフト層10aの不純物濃度は1.5×1015m−3、厚さは50μmであり、マスク9aの幅は5μmであり、トレンチ12aの深さは50μmである。
FIG. 1 is a process sectional view showing a method for manufacturing a super junction structure according to a first embodiment of the present invention.
First, as shown in FIG. 1A, an n − type drift layer 10a is epitaxially grown on an n type drain layer 1, and a mask 9a made of SiO 2 is formed on the surface of the drift layer 10a by thermal oxidation. An opening is provided by photolithography so that the mask 9a is formed in a stripe shape, and a trench 12a is formed by a first trench etching process by dry etching such as wet etching or reactive ion etching (RIE). At this time, the impurity concentration of the drift layer 10 a is 1.5 × 10 15 m −3, the thickness is 50 μm, the width of the mask 9 a is 5 μm, and the depth of the trench 12 a is 50 μm.

次に、図1(b)のように従来の埋め込み法と同様の手法によりドリフト層10aよりも不純物濃度の高いp型の仕切り層11aをエピタキシャル生長させる。仕切り層11aの形成工程においては、帯状のトレンチ12aの開口部付近から成長が進むことが少ないため、エピタキシャル成長とエッチング工程とを繰り返す必要が無い。次に、仕切り層11aの表面をCMP法等により平坦化して並列pn層2aを形成する。仕切り層11aの不純物濃度は3.5×1015m−3である。
Next, as shown in FIG. 1B, a p-type partition layer 11a having an impurity concentration higher than that of the drift layer 10a is epitaxially grown by a method similar to the conventional embedding method. In the step of forming the partition layer 11a, the growth rarely proceeds from the vicinity of the opening of the strip-shaped trench 12a, so that it is not necessary to repeat the epitaxial growth and the etching step. Next, the surface of the partition layer 11a is planarized by a CMP method or the like to form the parallel pn layer 2a. The impurity concentration of the partition layer 11a is 3.5 × 10 15 m −3.

次に、図1(c)のように並列pn層2aの表面に熱酸化によりSiO2膜を設け、フォトリソグラフィにより開口部を形成してマスク9bを形成する。マスク9bに形成された開口部は、図示のように、平面的に見て仕切り層11aと直交する方向に延伸している。マスク9bの幅は5μmである。
Next, as shown in FIG. 1C, a SiO2 film is provided on the surface of the parallel pn layer 2a by thermal oxidation, and an opening is formed by photolithography to form a mask 9b. As shown in the drawing, the opening formed in the mask 9b extends in a direction orthogonal to the partition layer 11a when seen in a plan view. The width of the mask 9b is 5 μm.

次に、図1(d)のようにウェットエッチングまたはRIE法等のドライエッチングによる第2のトレンチエッチング工程によりトレンチ12bを50μmの深さに形成する。
Next, as shown in FIG. 1D, a trench 12b is formed to a depth of 50 μm by a second trench etching process by wet etching or dry etching such as RIE.

そして、図1(e)のように従来の埋め込み法と同様の手法によりn−型のドリフト層10bを形成した後、ドリフト層10bの表面をCMP法等により平坦化して並列pn層2bを形成することで、角柱状の仕切り層11bを有するスーパージャンクション構造が得られる。
Then, as shown in FIG. 1E, after forming the n − -type drift layer 10b by the same method as the conventional embedding method, the surface of the drift layer 10b is flattened by the CMP method or the like to form the parallel pn layer 2b. By doing so, a super junction structure having a prismatic partition layer 11b is obtained.

すなわち、本発明の第1実施例に係るスーパージャンクション構造の製造方法は、帯状のトレンチ12aを形成する第1のトレンチエッチング工程と帯状のトレンチ12bを形成する第2のトレンチエッチング工程とを繰り返し、且つ、トレンチ12aとトレンチ12bとは平面的に見て互いに直交するように形成される点で従来の製造方法と異なる。
That is, the manufacturing method of the super junction structure according to the first embodiment of the present invention repeats the first trench etching process for forming the strip-shaped trench 12a and the second trench etching process for forming the strip-shaped trench 12b, In addition, the trench 12a and the trench 12b are different from the conventional manufacturing method in that the trench 12a and the trench 12b are formed so as to be orthogonal to each other in plan view.

本発明の第1実施例に係るスーパージャンクション構造の製造方法によれば、仕切り層11が柱状に形成され、ドリフト層10の面積を拡大したスーパージャンクション構造を有する、オン抵抗の低減と高耐圧化とのトレードオフの関係が改善された半導体装置を安価で且つ歩留良く得られる。
According to the manufacturing method of the super junction structure according to the first embodiment of the present invention, the partition layer 11 is formed in a columnar shape, and has the super junction structure in which the area of the drift layer 10 is enlarged, and the on-resistance is reduced and the breakdown voltage is increased. Thus, a semiconductor device with an improved trade-off relationship can be obtained at a low cost and with a high yield.

図2は、本発明の第2実施例に係るスーパージャンクション構造の製造方法を示す工程断面図である。
まず、図2(a)のように、第1実施例の図1(a)および(b)と同様の手法で、ドレイン層1上にp型の仕切り層11aと不純物濃度が等しくなるようにn型のドリフト層10a’をエピタキシャル成長させ、p型の仕切り層11aを形成し、並列pn層2a’を形成する。ドリフト層10a’および仕切り層11aの不純物濃度は1.5×1015m−3である。
FIG. 2 is a process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a super junction structure according to a second embodiment of the present invention.
First, as shown in FIG. 2A, the impurity concentration is made equal to that of the p-type partition layer 11a on the drain layer 1 by the same method as in FIGS. 1A and 1B of the first embodiment. An n-type drift layer 10a ′ is epitaxially grown to form a p-type partition layer 11a, and a parallel pn layer 2a ′ is formed. The impurity concentration of the drift layer 10a ′ and the partition layer 11a is 1.5 × 10 15 m −3.

次に、図2(b)ように、第1実施例の図1(c)〜(e)と同様の手法でドリフト層10b’と仕切り層11bとから成る並列pn層2b’を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, a parallel pn layer 2b ′ composed of the drift layer 10b ′ and the partition layer 11b is formed by the same method as in FIGS. 1C to 1E of the first embodiment.

そして、図2(c)のように、並列pn層2b’の表面からホウ素(B)等のp型不純物イオンを注入した後、不純物イオンを活性化させることで、n−型のドリフト層10cとp+型の仕切り層11cとから成る並列pn層2cを有するスーパージャンクション構造が得られる。このとき、イオン加速電圧を段階的または連続的に変えて注入することで、並列pn層2cの深さ方向の不純物イオン注入量を均一にすることができる。このとき、ドリフト層10cの総不純物量と仕切り層11cの総不純物量とが等しくなるように、Bイオンを注入する。
Then, as shown in FIG. 2C, after implanting p-type impurity ions such as boron (B) from the surface of the parallel pn layer 2b ′, the impurity ions are activated, whereby the n − -type drift layer 10c. And a super junction structure having a parallel pn layer 2c composed of a p + type partition layer 11c. At this time, by implanting the ion acceleration voltage stepwise or continuously, the impurity ion implantation amount in the depth direction of the parallel pn layer 2c can be made uniform. At this time, B ions are implanted so that the total impurity amount of the drift layer 10c is equal to the total impurity amount of the partition layer 11c.

本発明の第2実施例に係るスーパージャンクション構造の製造方法によれば、ドリフト層10a’および仕切り層11aの不純物濃度が等しいため、第2のトレンチエッチング工程において形成されるトレンチの幅および深さの均一性が改善でき、第1実施例の製造方法と同様の作用効果に加え、製造歩留をより改善することができる。
According to the method of manufacturing a super junction structure according to the second embodiment of the present invention, the impurity concentration of the drift layer 10a ′ and the partition layer 11a is equal, so the width and depth of the trench formed in the second trench etching step. In addition to the same effects as the manufacturing method of the first embodiment, the manufacturing yield can be further improved.

本発明のトランジスタは、上記の実施例に限定されず、様々な変形が可能なものである。例えば、各半導体層の導電型は逆でも良いため、pチャネル型MOSFETの製造にも適用できる。また、ドレイン層1上にエピタキシャル成長させた仕切り層11に埋め込み法を適用してドリフト層10を形成しても良い。
また、トレンチ12bは、仕切り層11aと任意の角度を有して交わるように形成されても良い。
また、トレンチ幅が、並列pn層2表面側からトレンチ裏面に向かって徐々に狭くなるようにテーパ状に形成することで、埋め込み性はより向上する。
また、イオン注入は第2のトレンチエッチング工程とドリフト層10の埋め込み工程との間に実施しても良く、その場合は垂直よりも角度を有してトレンチ側面にイオン注入できるため、トレンチの深さ方向の不純物濃度を容易に均一にできる。
また、不純物濃度は、ドリフト層10と仕切り層11との総不純物量が得られるよう適宜変更することができる。
The transistor of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, since the conductivity type of each semiconductor layer may be reversed, it can also be applied to the manufacture of a p-channel MOSFET. Alternatively, the drift layer 10 may be formed by applying a filling method to the partition layer 11 epitaxially grown on the drain layer 1.
The trench 12b may be formed so as to intersect the partition layer 11a at an arbitrary angle.
Further, the embedding property is further improved by forming the trench so that the trench width gradually becomes narrower from the front surface side of the parallel pn layer 2 toward the rear surface of the trench.
In addition, the ion implantation may be performed between the second trench etching step and the drift layer 10 filling step. In this case, the ion implantation can be performed on the side surface of the trench at an angle rather than the vertical direction. The impurity concentration in the vertical direction can be easily made uniform.
The impurity concentration can be changed as appropriate so that the total impurity amount of the drift layer 10 and the partition layer 11 can be obtained.

本発明の第1実施例の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device of 1st Example of this invention. 本発明の第2実施例の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device of 2nd Example of this invention. 従来のスーパージャンクション構造を有するMOSFETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of MOSFET which has the conventional super junction structure. 従来の半導体装置の埋め込み法による製造方法を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing method by the embedding method of the conventional semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

1 ドレイン層
2、2a〜2c 並列pn層
3 ベース層
4 ソース層
5 絶縁膜
6 ドレイン電極
7 ゲート電極
8 ソース電極
9、9a、9b マスク
10、10a〜10c ドリフト層
11、11a〜11c 仕切り層
12、12a、12b トレンチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drain layer 2, 2a-2c Parallel pn layer 3 Base layer 4 Source layer 5 Insulating film 6 Drain electrode 7 Gate electrode 8 Source electrode 9, 9a, 9b Mask 10, 10a-10c Drift layer 11, 11a-11c Partition layer 12 , 12a, 12b trench

Claims (5)

第1導電型のドリフト層と前記第1導電型とは異なる第2導電型の仕切り層とを横方向に交互に形成する構造を有し、オン状態でドリフト電流を縦方向に流すと共に、オフ状態で空乏化する半導体領域を有する半導体装置の製造方法において、前記半導体領域の形成方法が、
半導体基板上にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内部および前記半導体基板上にエピタキシャル層を形成する工程と、
前記エピタキシャル層を平坦化する工程と、を複数回繰り返すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
It has a structure in which a drift layer of the first conductivity type and a partition layer of a second conductivity type different from the first conductivity type are alternately formed in the lateral direction, and a drift current flows in the longitudinal direction in the on state and is turned off. In a manufacturing method of a semiconductor device having a semiconductor region that is depleted in a state, the method for forming the semiconductor region includes:
Forming a trench on the semiconductor substrate;
Forming an epitaxial layer inside the trench and on the semiconductor substrate;
And a step of flattening the epitaxial layer, a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the method is repeated a plurality of times.
前記半導体基板上に、前記第1の方向と交差する第2の方向に延伸する第2のトレンチを形成する工程と、
前記第2のトレンチ内にエピタキシャル成長によって第2の半導体層を埋設し、前記半導体基板に前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とによって囲まれた柱状のドリフト層又は仕切り層を形成する工程と、を備えることを特徴とする請求項1記載の半導体層値の製造方法。
Forming a second trench extending in a second direction intersecting the first direction on the semiconductor substrate;
A second semiconductor layer is embedded in the second trench by epitaxial growth, and a columnar drift layer or partition layer surrounded by the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is formed on the semiconductor substrate. The method of manufacturing a semiconductor layer value according to claim 1, further comprising: a step.
第1導電型の前記半導体基板上に第1のトレンチを形成する工程と、
前記第1のトレンチ内部および前記半導体基板上に、第2導電型の第1のエピタキシャル層を形成する工程と、
前記第1のエピタキシャル層を平坦化する工程と、
前記第1のエピタキシャル層および前記半導体基板上に第2のトレンチを形成する工程と、
前記第2のトレンチ内部に第1導電型の第2のエピタキシャル層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
Forming a first trench on the semiconductor substrate of the first conductivity type;
Forming a first conductivity type first epitaxial layer in the first trench and on the semiconductor substrate;
Planarizing the first epitaxial layer;
Forming a second trench on the first epitaxial layer and the semiconductor substrate;
Forming a second epitaxial layer of a first conductivity type within the second trench;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising:
前記半導体基板と前記第1のエピタキシャル層と前記第2のエピタキシャル層とに第2導電型の不純物イオンを注入する工程を備えることを特徴とする請求項1乃至3記載の半導体装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of implanting second conductivity type impurity ions into the semiconductor substrate, the first epitaxial layer, and the second epitaxial layer.
第1導電型のドリフト層と前記第1導電型とは異なる第2導電型の仕切り層とを横方向に交互に形成する構造を有し、オン状態でドリフト電流を縦方向に流すと共に、オフ状態で空乏化する半導体領域を有する半導体装置において、前記半導体領域が、
半導体基板上にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内部および前記半導体基板上にエピタキシャル層を形成する工程と、
前記エピタキシャル層を平坦化する工程と、を複数回繰り返すことにより形成されることを特徴とする半導体装置。
It has a structure in which a drift layer of the first conductivity type and a partition layer of a second conductivity type different from the first conductivity type are alternately formed in the lateral direction, and a drift current flows in the longitudinal direction in the on state and is turned off. In a semiconductor device having a semiconductor region that is depleted in a state, the semiconductor region is
Forming a trench on the semiconductor substrate;
Forming an epitaxial layer inside the trench and on the semiconductor substrate;
The semiconductor device is formed by repeating the step of planarizing the epitaxial layer a plurality of times.
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