JP2010045237A - Vertical semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

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Tomonori Komachi
友則 小町
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of reducing parasitic capacitance, without having large influence on resistance at breakdown voltage and in an On-state. <P>SOLUTION: The vertical semiconductor device is provided so that a gate electrode (12) is adjacently formed on a surface opposite to a first semiconductor layer (11) where a drain electrode (14) is formed, and a source electrode (13) is formed so as to cover a part between electrodes of the gate electrode (12) and the gate electrode (12), and includes a second semiconductor layer (17) formed between a first semiconductor area (18) and a first semiconductor layer (11) formed on the source electrode (13) side and having the impurity concentration lower than that of the first semiconductor area (18). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体リレー等のスイッチング素子として用いられる縦型DMOSFET(Double Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの縦型半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a vertical semiconductor device such as a vertical DMOSFET (Double Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) used as a switching element such as a semiconductor relay and a method for manufacturing the same.

一般的なパワーMOSFETや半導体リレー(SSR:Solid State Relay)は、縦型二重拡散MOSFET(DMOSFET)と呼ばれる縦型半導体装置で構成される。図9は、従来の縦型DMOSFETの構成を示す断面図である。図9に示す通り、従来の縦型DMOSFET100は、n型のシリコン基板で形成されたn型ドリフト層101の表面側にゲート電極102及びソース電極103が設けられており、n型ドリフト層101の裏面側にドレイン電極104が設けられている。 Common power MOSFETs and semiconductor relays (SSR: Solid State Relay) are constituted by vertical semiconductor devices called vertical double diffusion MOSFETs (DMOSFETs). FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional vertical DMOSFET. As shown in FIG. 9, a conventional vertical DMOSFET100 is, n is an n-type silicon substrate - the gate electrode 102 and source electrode 103 is provided on the surface side of the type drift layer 101, n - -type drift layer A drain electrode 104 is provided on the back side of 101.

尚、図9において、記号「n」が付された層は電子を多数キャリアとする層を意味し、記号「p」が付された層は正孔を多数キャリアとする層を意味する。また、記号「n」又は記号「p」に付随する記号「+」はその層が比較的高不純物濃度であることを意味し、記号「−」は比較的低不純物濃度であることを意味する。   In FIG. 9, the layer with the symbol “n” means a layer having electrons as a majority carrier, and the layer with a symbol “p” means a layer having holes as a majority carrier. The symbol “+” accompanying the symbol “n” or the symbol “p” means that the layer has a relatively high impurity concentration, and the symbol “−” means that the layer has a relatively low impurity concentration. .

ゲート電極102は、例えばポリシリコンで形成されており、n型ドリフト層101に沿って所定の間隔をもって複数配列されている。尚、ゲート電極102の周囲には、ゲート電極102を取り囲むように酸化膜105が形成されている。ソース電極103は、酸化膜105を介してゲート電極102を覆い、且つゲート電極102間の隙間を埋めるように形成されている。ドレイン電極104は、n型コンタクト層106を介してn型ドリフト層101の裏面側に設けられている。 The gate electrodes 102 are made of, for example, polysilicon, and a plurality of gate electrodes 102 are arranged along the n type drift layer 101 with a predetermined interval. Note that an oxide film 105 is formed around the gate electrode 102 so as to surround the gate electrode 102. The source electrode 103 is formed so as to cover the gate electrode 102 via the oxide film 105 and to fill a gap between the gate electrodes 102. The drain electrode 104 is provided on the back surface side of the n type drift layer 101 via the n + type contact layer 106.

また、n型ドリフト層101の表面側には、ゲート電極102の隙間を利用した不純物の拡散によってp型ベース領域107が形成されており、このp型ベース領域107内にはゲート電極102の隙間を再度利用した不純物の拡散によってp型領域108及びn型領域109が形成されている。尚、p型ベース領域107とn型ドリフト層101との間には空乏層110が形成されている。また、ゲート電極102の下方であって、p型ベース領域107の間には、寄生JFET(Junction Field-Effect Transistor:接合型電界効果トランジスタ)によるオン時の抵抗の増大を防止するn型層111が形成されている。 In addition, a p-type base region 107 is formed on the surface side of the n -type drift layer 101 by impurity diffusion using a gap between the gate electrodes 102, and the gate electrode 102 of the gate electrode 102 is formed in the p-type base region 107. The p + -type region 108 and the n + -type region 109 are formed by impurity diffusion using the gap again. A depletion layer 110 is formed between the p-type base region 107 and the n -type drift layer 101. In addition, an n-type layer 111 below the gate electrode 102 and between the p-type base region 107 prevents an increase in on-state resistance due to a parasitic JFET (Junction Field-Effect Transistor). Is formed.

上記構成において、ゲート電極102に電圧を印加しない場合には、ソース電極103に正の電圧を印加しなければソース電極103とドレイン電極104との間には電流が流れない。これに対し、ゲート電極102に電圧を印加すると、p型ベース領域107にnチャンネルが形成される。このため、ソース電極103とドレイン電極104の間に電圧を印加すると、例えばソース電極103からn型領域109、p型ベース領域107に形成されたnチャンネル、n型層111、n型ドリフト層101、n型コンタクト層106、及びドレイン電極104に至る経路を介して電流が流れる。 In the above structure, when no voltage is applied to the gate electrode 102, no current flows between the source electrode 103 and the drain electrode 104 unless a positive voltage is applied to the source electrode 103. On the other hand, when a voltage is applied to the gate electrode 102, an n channel is formed in the p-type base region 107. Therefore, when a voltage is applied between the source electrode 103 and the drain electrode 104, for example, an n channel, an n type layer 111, and an n type drift formed from the source electrode 103 to the n + type region 109 and the p type base region 107. A current flows through a path reaching the layer 101, the n + -type contact layer 106, and the drain electrode 104.

尚、図9に示す縦型DMOSFET100以外の従来の縦型半導体装置の詳細については、例えば以下の特許文献1を参照されたい。
特開平7−221296号公報
For details of a conventional vertical semiconductor device other than the vertical DMOSFET 100 shown in FIG. 9, see, for example, Patent Document 1 below.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-212296

ところで、スイッチングを行う縦型半導体装置の重要な特性の一つとして、ドレイン・ソース間容量Cds及びドレイン・ゲート間容量Cdgが挙げられるが、高速スイッチングを実現するためには両者とも小さい方が望ましい。図9に示す縦型DMOSFET100において、ドレイン・ソース間容量Cdsは、p型ベース領域107とn型ドリフト層101との間の接合容量C101と、p型ベース領域107とn型層111との間の接合容量C102との和によってほぼ決まる。また、ドレイン・ゲート間容量Cdgは、ゲート電極102とn型層111との酸化膜105を介した容量C110でほぼ決まる。 By the way, one of the important characteristics of a vertical semiconductor device that performs switching is a drain-source capacitance Cds and a drain-gate capacitance Cdg. Both of them are preferably small in order to realize high-speed switching. . In the vertical DMOSFET 100 shown in FIG. 9, the drain-source capacitance Cds includes the junction capacitance C101 between the p-type base region 107 and the n -type drift layer 101, the p-type base region 107, and the n-type layer 111. It is almost determined by the sum of the junction capacitance C102. The drain-gate capacitance Cdg is substantially determined by the capacitance C110 through the oxide film 105 between the gate electrode 102 and the n-type layer 111.

ここで、n型ドリフト層101の濃度を調整すれば、寄生容量(ドレイン・ソース間容量Cds)を低減することはできる。しかしながら、図9に示す縦型DMOSFET100の耐圧及びオン時の抵抗は、n型ドリフト層101の濃度及び厚みで決まるため、寄生容量を低減するためにn型ドリフト層101の濃度を調整してしまうと、縦型DMOSFET100の耐圧及びオン時の抵抗等が変化して縦型DMOSFET100の性能低下を招く虞がある。 Here, if the concentration of the n -type drift layer 101 is adjusted, the parasitic capacitance (drain-source capacitance Cds) can be reduced. However, resistance at the time of the breakdown voltage and on the vertical DMOSFET100 shown in FIG. 9, n - determined depending on a concentration and thickness of the type drift layer 101, in order to reduce the parasitic capacitance n - adjusting the concentration of the type drift layer 101 If this is the case, the withstand voltage of the vertical DMOSFET 100, the on-resistance, and the like may change, leading to a decrease in performance of the vertical DMOSFET 100.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、耐圧及びオン時の抵抗に大きな影響を与えることなく、寄生容量を低減することが可能な縦型半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a vertical semiconductor device capable of reducing parasitic capacitance without greatly affecting the withstand voltage and the on-state resistance. To do.

上記課題を解決するために、本発明では、縦型半導体装置に係る第1の解決手段として、ドレイン電極(14)が形成された第1半導体層(11)の反対側の面に、ゲート電極(12)が隣合うように形成されると共に、前記ゲート電極(12)の電極間と前記ゲート電極(12)とを覆うようにソース電極(13)が形成された縦型半導体装置であって、
前記ソース電極(13)側に形成された第1半導体領域(18)と前記第1半導体層(11)との間に形成され、不純物濃度が第1半導体領域(18)より低い第2半導体層(17)を有したことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, in the present invention, as a first solving means relating to a vertical semiconductor device, a gate electrode is formed on the opposite surface of the first semiconductor layer (11) where the drain electrode (14) is formed. A vertical semiconductor device in which (12) is formed adjacent to each other and a source electrode (13) is formed so as to cover between the gate electrodes (12) and the gate electrode (12). ,
A second semiconductor layer formed between the first semiconductor region (18) formed on the source electrode (13) side and the first semiconductor layer (11) and having an impurity concentration lower than that of the first semiconductor region (18). (17).

また、縦型半導体装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記第2半導体層(17)において、前記ゲート電極(12)直下の領域以外の領域の不純物濃度は前記第1半導体領域(18)より低濃度に設定され、前記ゲート電極(12)直下の領域には、不純物が前記第2半導体層(17)より低濃度かつスレッショールド電圧以下で導電型が反転する濃度に設定された第3半導体層(30)が形成されていることを特徴とする。  Further, as a second solving means relating to the vertical semiconductor device, in the first solving means, in the second semiconductor layer (17), the impurity concentration in a region other than the region immediately below the gate electrode (12) is The concentration is set lower than that of the first semiconductor region (18), and the conductivity is inverted in the region immediately below the gate electrode (12) when the impurity is lower in concentration than the second semiconductor layer (17) and below the threshold voltage. A third semiconductor layer (30) set to a concentration to be formed is formed.

また、縦型半導体装置に係る第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、第1導電型の前記第1半導体層(11)と、該第1半導体層(11)の一方の面に形成された第2導電型の前記第2半導体層(17)と、該第2半導体層(17)の表面に所定間隔を隔てて複数形成された第2導電型の前記第1半導体領域(18)と、該第1半導体領域(18)の表面に形成され、前記第1半導体層(11)より高濃度な第1導電型の第2半導体領域(20)と、互いに隣り合う前記第1半導体領域(18)及び第2半導体領域(20)を跨ぐように複数形成され、所定の絶縁材からなる絶縁領域(15)と、該絶縁領域(15)内にそれぞれ埋め込み形成された前記ゲート電極(12)と、前記第1半導体領域(18)の表面及び前記絶縁領域(15)を覆うように形成された前記ソース電極(13)と、前記第1半導体層(11)の他方の面に形成された前記ドレイン電極(14)とを具備することを特徴とする。  Further, as a third solving means relating to the vertical semiconductor device, in the first or second solving means, the first conductive type first semiconductor layer (11) and the first semiconductor layer (11) The second conductivity type second semiconductor layer (17) formed on one surface, and a plurality of second conductivity type first semiconductor layers formed on the surface of the second semiconductor layer (17) at a predetermined interval. A semiconductor region (18) and a second semiconductor region (20) of the first conductivity type formed on the surface of the first semiconductor region (18) and having a higher concentration than the first semiconductor layer (11) are adjacent to each other. A plurality of layers are formed so as to straddle the first semiconductor region (18) and the second semiconductor region (20), and an insulating region (15) made of a predetermined insulating material and embedded in the insulating region (15), respectively. The gate electrode (12) and the surface of the first semiconductor region (18) And the source electrode (13) formed to cover the insulating region (15), and the drain electrode (14) formed on the other surface of the first semiconductor layer (11). Features.

一方、本発明では、縦型半導体装置の製造方法に係る第1の解決手段として、縦型半導体装置の製造方法であって、一方の面がドレインに接続される第1導電型の第1半導体層(11)を形成するステップと、一方の面が前記第1半導体層(11)の他方の面を覆う、第2導電型の第2半導体層(17)を形成するステップと、前記第1半導体層(11)の他方の面に、不純物濃度が前記第2半導体層(17)より高い第2導電型の第1半導体領域(18)を形成するステップと、前記第1半導体領域(18)をソースに接続するステップとを有することを特徴とする。  On the other hand, according to the present invention, as a first means for solving the vertical semiconductor device manufacturing method, the vertical semiconductor device manufacturing method includes a first conductivity type first semiconductor having one surface connected to the drain. Forming a layer (11); forming a second conductive type second semiconductor layer (17) having one surface covering the other surface of the first semiconductor layer (11); and the first Forming a second conductivity type first semiconductor region (18) having an impurity concentration higher than that of the second semiconductor layer (17) on the other surface of the semiconductor layer (11); and the first semiconductor region (18). Connecting to the source.

さらに、縦型半導体装置の製造方法に係る第2の解決手段として、縦型半導体装置の製造方法であって、一方の面がドレインに接続される第1導電型の第1半導体層(11)を形成するステップと、前記第1半導体層(11)の他方の面に酸化膜を形成するステップと、前記酸化膜の表面において、第3半導体層(30)の形成予定領域に不純物が注入されないようにレジストを形成するステップと、前記レジストの形成後、前記レジストの表面側から第2導電型の第2半導体層(17A)を形成するための不純物を注入するステップと、前記不純物の注入後、前記第1半導体層(11)内においてレジストを挟んだ両側から前記不純物を拡散させ、レジスト直下の領域で不純物を繋げることにより前記第2半導体層(17A)と該第2半導体層(17A)より低濃度かつスレッショールド電圧以下で第1導電型に反転する濃度を有する第2導電型の前記第3半導体層(30)を形成するステップと、前記第1半導体層(11)の他方の面に、不純物濃度が前記第2半導体層(17)より高い第2導電型の第1半導体領域(18)を形成するステップと、前記第1半導体領域(18)をソースに接続するステップとを有することを特徴とする。  Further, as a second means for solving the vertical semiconductor device manufacturing method, the vertical semiconductor device manufacturing method includes a first conductivity type first semiconductor layer (11) having one surface connected to the drain. Forming an oxide film on the other surface of the first semiconductor layer (11), and no impurity is implanted into a region where the third semiconductor layer (30) is to be formed on the surface of the oxide film. Forming a resist, implanting an impurity for forming the second conductive type second semiconductor layer 17A from the surface side of the resist after the resist is formed, and after implanting the impurity In the first semiconductor layer (11), the impurity is diffused from both sides of the resist, and the impurity is connected in a region immediately below the resist, thereby connecting the second semiconductor layer (17A) and the second semiconductor. Forming a second conductive type third semiconductor layer (30) having a concentration lower than that of the layer (17A) and less than a threshold voltage and inverting to the first conductive type; and the first semiconductor layer (11 ) Forming a second conductivity type first semiconductor region (18) having an impurity concentration higher than that of the second semiconductor layer (17) on the other surface, and connecting the first semiconductor region (18) to the source And a step of performing.

本発明では、ソース電極側に形成された第1半導体領域と第1半導体層との間に形成され、不純物濃度が第1半導体領域より低い第2半導体層を有したことにより、第1半導体層と第2半導体層との境界であるPN接合部から伸びた空乏層が第1半導体層及び第2半導体層内に広がることになる。その結果、第1半導体領域と第1半導体層との間が幅広い空乏層で隔てられることになり、第1半導体領域と第1半導体層との間に生じるドレイン・ソース間容量は大幅に低減される。また、ゲート電極と第1半導体層との間も幅広い空乏層で隔てられることになり、ゲート電極と第1半導体層との間に生じるゲート・ドレイン間容量も大幅に低減される。
従って、本発明によれば、第1半導体層の濃度を調整することなく、つまり、縦型半導体装置の耐圧及びオン時の抵抗に大きな影響を与えることなく、寄生容量(ドレイン・ソース間容量及びゲート・ドレイン間容量)を大幅に低減することが可能となる。
In the present invention, the first semiconductor layer is formed between the first semiconductor region and the first semiconductor layer formed on the source electrode side and has a second semiconductor layer having an impurity concentration lower than that of the first semiconductor region. The depletion layer extending from the PN junction that is the boundary between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer extends into the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. As a result, the first semiconductor region and the first semiconductor layer are separated by a wide depletion layer, and the drain-source capacitance generated between the first semiconductor region and the first semiconductor layer is greatly reduced. The In addition, the gate electrode and the first semiconductor layer are also separated by a wide depletion layer, and the gate-drain capacitance generated between the gate electrode and the first semiconductor layer is greatly reduced.
Therefore, according to the present invention, without adjusting the concentration of the first semiconductor layer, that is, without greatly affecting the breakdown voltage and the on-state resistance of the vertical semiconductor device, the parasitic capacitance (drain-source capacitance and (Capacitance between gate and drain) can be significantly reduced.

以下、本発明に係る縦型半導体装置及びその製造方法の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下では、本発明に係る縦型半導体装置の一実施形態として、縦型DMOSFETを例示して説明する。  Hereinafter, an embodiment of a vertical semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a vertical DMOSFET will be described as an example of a vertical semiconductor device according to the present invention.

〔第1実施形態〕
図1は、第1実施形態における縦型半導体装置10の概略構成を示す断面図である。図1に示すように、本実施形態における縦型半導体装置10は、n型ドリフト層11(第1半導体層)等が形成された基板(例えば、n型のシリコン)の表面側にゲート電極12及びソース電極13が設けられており、n型ドリフト層11の裏面側にドレイン電極14が設けられている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a vertical semiconductor device 10 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the vertical semiconductor device 10 according to this embodiment includes a gate electrode on the surface side of a substrate (for example, n-type silicon) on which an n -type drift layer 11 (first semiconductor layer) and the like are formed. 12 and a source electrode 13 are provided, and a drain electrode 14 is provided on the back side of the n -type drift layer 11.

尚、図1において、記号「n」が付された層は電子を多数キャリアとする層(第1導電型の層)を意味し、記号「p」が付された層は正孔を多数キャリアとする層(第2導電型の層)を意味する。また、記号「n」又は記号「p」に付随する記号「+」はその層が比較的高不純物濃度であることを意味し、記号「−」は比較的低不純物濃度であることを意味する。   In FIG. 1, the layer with the symbol “n” means a layer (first conductivity type layer) having electrons as majority carriers, and the layer with the symbol “p” has holes with majority carriers. (Layer of the second conductivity type). The symbol “+” accompanying the symbol “n” or the symbol “p” means that the layer has a relatively high impurity concentration, and the symbol “−” means that the layer has a relatively low impurity concentration. .

ゲート電極12は、例えばポリシリコンで形成されており、n型ドリフト層11等が形成された基板表面に沿って所定の間隔をもって複数配列されている。尚、ゲート電極12の周囲には、ゲート電極12を取り囲むようにSiO等の酸化膜15(絶縁領域)が形成されている。ソース電極13は、酸化膜15を介してゲート電極12を覆い、且つゲート電極12間の隙間を埋めるように形成されている。ドレイン電極14は、n型コンタクト層16を介してn型ドリフト層11等が形成された基板の裏面側に設けられている。 The gate electrodes 12 are made of, for example, polysilicon, and a plurality of gate electrodes 12 are arranged at predetermined intervals along the substrate surface on which the n type drift layer 11 and the like are formed. An oxide film 15 (insulating region) such as SiO 2 is formed around the gate electrode 12 so as to surround the gate electrode 12. The source electrode 13 is formed so as to cover the gate electrode 12 via the oxide film 15 and fill a gap between the gate electrodes 12. The drain electrode 14 is provided on the back side of the substrate on which the n type drift layer 11 and the like are formed via the n + type contact layer 16.

また、n型ドリフト層11上には、後述するp型ベース領域18よりも不純物濃度が低く、且つスレッショールド電圧以下でn型に反転する濃度を有する拡張p型ベース層17(第2半導体層)が形成されている。さらに、拡張p型ベース層17内の表面側には、ゲート電極12の隙間を利用した不純物の拡散によって、拡張p型ベース層17より高濃度なp型ベース領域18(第1半導体領域)が所定間隔を隔てて複数形成されており、このp型ベース領域18内の表面側にはゲート電極12の隙間を再度利用した不純物の拡散によってp型領域19及びn型領域20(第2半導体領域)がそれぞれ形成されている。ここで、p型ベース領域18は、n型ドリフト層11と拡張p型ベース層17との境界であるPN接合部21からの空乏層22の伸びを遮らないように浅く形成することが好適である。 On the n -type drift layer 11, an extended p-type base layer 17 (the second p-type base layer 17) having a lower impurity concentration than a p-type base region 18 described later and a concentration that is inverted to the n-type below the threshold voltage. Semiconductor layer) is formed. Further, a p-type base region 18 (first semiconductor region) having a higher concentration than that of the extended p-type base layer 17 is formed on the surface side in the extended p-type base layer 17 due to diffusion of impurities using a gap between the gate electrodes 12. A plurality of p + type regions 19 and n + type regions 20 (second regions) are formed on the surface side in the p type base region 18 by diffusion of impurities using the gap of the gate electrode 12 again. Semiconductor regions) are respectively formed. Here, the p-type base region 18 is preferably formed shallow so as not to block the extension of the depletion layer 22 from the PN junction 21 that is the boundary between the n -type drift layer 11 and the extended p-type base layer 17. It is.

以上のように、本実施形態の縦型半導体装置10では、図9に示す従来の縦型DMOSFET100に設けられていたn型層111を設けず、n型ドリフト層11上の全面に拡張p型ベース層17を形成し、この拡張p型ベース層17内に各p型ベース領域18を形成するような構成を採用している。従来の縦型DMOSFET100では、ゲート電極102下に設けられたn型層111によって電流パスを確保していたが、本実施形態の縦型半導体装置10では、拡張p型ベース層17によって電流パスを確保している。 As described above, in the vertical semiconductor device 10 of the present embodiment, without providing the n-type layer 111 which is provided in the conventional vertical DMOSFET100 shown in FIG. 9, n - extended over the entire surface of the type drift layer 11 p A configuration is adopted in which a mold base layer 17 is formed and each p-type base region 18 is formed in the extended p-type base layer 17. In the conventional vertical DMOSFET 100, the current path is secured by the n-type layer 111 provided under the gate electrode 102. However, in the vertical semiconductor device 10 of the present embodiment, the current path is provided by the extended p-type base layer 17. Secured.

具体的には、本実施形態における縦型半導体装置10のゲート電極12にスレッショールド電圧以上の電圧を印加すると、図2に示すように、従来の縦型DMOSFET100と同様に、ゲート電極12下のp型の領域がn型に反転してチャネル23が形成される。それと同時に、ゲート電極12下の拡張p型ベース層17も反転してn型となるが、層の不純物濃度が十分に低いため、反転領域24が表面層のみではなく、内部まで形成される。これにより電子が拡張p型ベース層17における反転領域24内に充満し、チャネル23とn型ドリフト層11まで繋ぐキャリアのパスが生成される。この状態で、ソース−ドレイン間に電圧を加えれば電流が流れることになる。 Specifically, when a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode 12 of the vertical semiconductor device 10 according to the present embodiment, as shown in FIG. The p-type region is inverted to the n-type to form the channel 23. At the same time, the extended p-type base layer 17 under the gate electrode 12 is also inverted to become n-type. However, since the impurity concentration of the layer is sufficiently low, the inversion region 24 is formed not only on the surface layer but also inside. As a result, electrons are filled in the inversion region 24 in the extended p-type base layer 17, and a carrier path that connects the channel 23 and the n -type drift layer 11 is generated. In this state, if a voltage is applied between the source and the drain, a current flows.

一方、ゲート電極12に対するオフ電圧印加時における寄生容量について検証すると、拡張p型ベース層17の不純物濃度が十分に低いので、n型ドリフト層11と拡張p型ベース層17との境界であるPN接合部21から伸びた空乏層22がn型ドリフト層11及び拡張p型ベース層17内に広がることになる。その結果、p型ベース領域18とn型ドリフト層11との間が幅広い空乏層22で隔てられることになり、p型ベース領域18とn型ドリフト層11との間に生じるドレイン・ソース間容量Cds(図1中では符号C11)は大幅に低減される。また、ゲート電極12とn型ドリフト層11との間も幅広い空乏層22で隔てられることになり、ゲート電極12とn型ドリフト層11との間に生じるゲート・ドレイン間容量Cdg(図1中では符号C12)も大幅に低減される。 On the other hand, when the parasitic capacitance when the off voltage is applied to the gate electrode 12 is verified, since the impurity concentration of the extended p-type base layer 17 is sufficiently low, it is a boundary between the n -type drift layer 11 and the extended p-type base layer 17. The depletion layer 22 extending from the PN junction 21 extends into the n -type drift layer 11 and the extended p-type base layer 17. As a result, the p-type base region 18 and the n type drift layer 11 are separated by the wide depletion layer 22, and the drain / source generated between the p type base region 18 and the n type drift layer 11. The inter-space capacitance Cds (symbol C11 in FIG. 1) is greatly reduced. Further, the gate electrode 12 and the n type drift layer 11 are also separated by a wide depletion layer 22, and the gate-drain capacitance Cdg generated between the gate electrode 12 and the n type drift layer 11 (FIG. In FIG. 1, the code C12) is also greatly reduced.

以上のように、本実施形態における縦型半導体装置10によると、従来の縦型DMOSFET100に設けられていたn型層111を設けずに、拡張p型ベース層17を設けることにより、n型ドリフト層11の濃度を調整することなく、つまり、縦型半導体装置10の耐圧及びオン時の抵抗に大きな影響を与えることなく、寄生容量(ドレイン・ソース間容量Cds及びゲート・ドレイン間容量Cdg)を大幅に低減することが可能となる。 As described above, according to the vertical semiconductor device 10 in the present embodiment, by providing the extended p-type base layer 17 without providing the n-type layer 111 provided in the conventional vertical DMOSFET 100, the n -type is provided. Parasitic capacitances (drain-source capacitance Cds and gate-drain capacitance Cdg) without adjusting the concentration of the drift layer 11, that is, without significantly affecting the breakdown voltage and on-resistance of the vertical semiconductor device 10. Can be greatly reduced.

なお、上述したような本実施形態における縦型半導体装置10の構成を採用することにより、ゲート電極12の長さLgを、図9に示す従来の縦型DMOSFET100と比べて10倍以上長くすることができるため、寄生容量のさらなる低減化を図ることができる。但し、本実施形態における縦型半導体装置10の構成を採用してゲート電極12の長さLgを長くすると、セルと呼ばれるFETの繰り返しの単位が大きくなるため、デバイス単位面積当たりのセル数が減少し、チャネル抵抗が大きくなってしまう。従って、本実施形態の縦型半導体装置10で採用した構成は、バルクの抵抗に比べてチャネルの抵抗がオン抵抗に大きく影響しない高耐圧デバイスに好適である。  In addition, by adopting the configuration of the vertical semiconductor device 10 in the present embodiment as described above, the length Lg of the gate electrode 12 is increased by 10 times or more compared to the conventional vertical DMOSFET 100 shown in FIG. Therefore, the parasitic capacitance can be further reduced. However, when the length Lg of the gate electrode 12 is increased by adopting the configuration of the vertical semiconductor device 10 in the present embodiment, the number of cells per device unit area decreases because the unit of repeating FET called a cell increases. In addition, the channel resistance increases. Therefore, the configuration adopted in the vertical semiconductor device 10 of this embodiment is suitable for a high breakdown voltage device in which the channel resistance does not greatly affect the on-resistance as compared with the bulk resistance.

次に、上述した第1実施形態における縦型半導体装置10の製造方法について図3及び図4を参照して説明する。
図3(a)に示すように、まず、例えば熱酸化法やCVD法等を用い、n型ドリフト層11(例えば、n型シリコン基板)の一方の面の全体に亘って酸化膜15を形成する。続いて、図3(b)に示すように、酸化膜15の形成後、イオン注入法を用いて酸化膜15の表面側から拡張p型ベース層17を形成するための不純物を注入し、アニール等の加熱処理を施すことで不純物を拡散させることにより、拡張p型ベース層17を形成する。
Next, a method for manufacturing the vertical semiconductor device 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3A, first, an oxide film 15 is formed over the entire surface of one side of the n type drift layer 11 (for example, an n-type silicon substrate) using, for example, a thermal oxidation method or a CVD method. Form. Subsequently, as shown in FIG. 3B, after the oxide film 15 is formed, an impurity for forming the extended p-type base layer 17 is implanted from the surface side of the oxide film 15 using an ion implantation method, and annealing is performed. The extended p-type base layer 17 is formed by diffusing impurities by performing a heat treatment such as the above.

このように、拡張p型ベース層17を形成した後、酸化膜15上の全面に亘ってポリシリコン等の電極層12を形成する。そして、これら酸化膜15及び電極層12のうち、p型ベース領域18を形成すべき部分を除去して開口部Hを形成する。これにより、図4(a)に示すように、拡張p型ベース層17上には、酸化膜15の一部及びゲート電極12が形成される。なお、ここでは、上記の酸化膜15及び電極層12の双方を除去して開口部Hを形成する例について説明するが、電極層12のみを除去して酸化膜15をイオン注入の際のバッファとして用いても良い。  Thus, after the extended p-type base layer 17 is formed, the electrode layer 12 such as polysilicon is formed over the entire surface of the oxide film 15. Then, portions of the oxide film 15 and the electrode layer 12 where the p-type base region 18 is to be formed are removed to form an opening H. As a result, as shown in FIG. 4A, a part of the oxide film 15 and the gate electrode 12 are formed on the extended p-type base layer 17. Here, an example in which both the oxide film 15 and the electrode layer 12 are removed to form the opening H will be described. However, only the electrode layer 12 is removed and the oxide film 15 is buffered during ion implantation. It may be used as

続いて、図4(b)に示すように、ゲート電極12をマスクとして用い、ゲート電極12に形成された開口部Hから不純物を拡張p型ベース層17に注入及び拡散させて、p型ベース領域18を形成する。このとき、p型ベース領域18の濃度がチャネルを形成するために適切となるようにp型ベース領域18を形成する。ここで、拡張p型ベース層17内に形成される空乏層22の幅を制限することがないよう、p型ベース領域18を浅く形成するのが望ましい。    Subsequently, as shown in FIG. 4B, using the gate electrode 12 as a mask, impurities are implanted and diffused from the opening H formed in the gate electrode 12 into the extended p-type base layer 17 to form a p-type base. Region 18 is formed. At this time, the p-type base region 18 is formed so that the concentration of the p-type base region 18 is appropriate for forming a channel. Here, it is desirable to form the p-type base region 18 shallow so as not to limit the width of the depletion layer 22 formed in the extended p-type base layer 17.

そして、図4(c)に示すように、p型ベース領域18の形成後、再度ゲート電極12をマスクとして用い、ゲート電極12に形成された開口部Hから不純物をp型ベース領域18に拡散させ、p型領域19及びn型領域20をそれぞれ形成する。以上のような工程が終了すると、ゲート電極12の周囲に酸化膜15を形成する工程、ソース電極13を形成する工程、及びドレイン電極をnドリフト層11の裏面側に形成する工程等が順に行われることにより、図1に示す縦型半導体装置10が製造される。 Then, as shown in FIG. 4C, after the p-type base region 18 is formed, impurities are diffused into the p-type base region 18 from the opening H formed in the gate electrode 12 again using the gate electrode 12 as a mask. P + -type region 19 and n + -type region 20 are formed. When the above steps are completed, the step of forming the oxide film 15 around the gate electrode 12, the step of forming the source electrode 13, the step of forming the drain electrode on the back side of the n drift layer 11, etc. in order. As a result, the vertical semiconductor device 10 shown in FIG. 1 is manufactured.

〔第2実施形態〕
図5は、第2実施形態における縦型半導体装置10Aの概略構成を示す断面図である。なお、図5において、図1と同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。図5に示すように、第2実施形態における縦型半導体装置10Aは、第1実施形態における縦型半導体装置10と比較して、n型ドリフト層11上に、p型ベース領域18よりも不純物濃度が低い拡張p型ベース層17Aが形成されており、その拡張p型ベース層17A内におけるゲート電極12の直下の領域、つまり、隣合う2つのp型ベース領域18で挟まれた領域には、拡張p型ベース層17Aよりも不純物濃度が低く、且つスレッショールド電圧以下でn型に反転する濃度を有するp−−型低濃度層30(第3半導体層)が形成されている点で異なる。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a vertical semiconductor device 10A in the second embodiment. In FIG. 5, the same components as those in FIG. As shown in FIG. 5, the vertical semiconductor device 10 </ b> A in the second embodiment is more on the n type drift layer 11 than the p-type base region 18 compared to the vertical semiconductor device 10 in the first embodiment. An extended p-type base layer 17A having a low impurity concentration is formed. In the extended p-type base layer 17A, a region immediately below the gate electrode 12, that is, a region sandwiched between two adjacent p-type base regions 18 is formed. Is formed with a p −− type low concentration layer 30 (third semiconductor layer) having an impurity concentration lower than that of the extended p type base layer 17A and having a concentration that is inverted to the n type below the threshold voltage. It is different.

このような構成の縦型半導体装置10Aのゲート電極12にスレッショールド電圧以上の電圧を印加すると、図6に示すように、第1実施形態の縦型半導体装置10と同様に、p型ベース領域18及び拡張p型ベース層17Aにおけるゲート電極12下のp型の領域がn型に反転してチャネル23Aが形成される。それと同時に、ゲート電極12下のp−−型低濃度層30も反転してn型となるが、層の不純物濃度が十分に低いため、反転領域が表面層のみではなく、内部まで形成される。これにより電子がp−−型低濃度層30内に充満し、チャネル23Aとn型ドリフト層11まで繋ぐキャリアのパスが生成される。この状態で、ソース−ドレイン間に電圧を加えれば電流が流れることになる。 When a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode 12 of the vertical semiconductor device 10A having such a configuration, as shown in FIG. 6, the p-type base is the same as the vertical semiconductor device 10 of the first embodiment. The p-type region under the gate electrode 12 in the region 18 and the extended p-type base layer 17A is inverted to the n-type to form the channel 23A. At the same time, the p −− type low concentration layer 30 under the gate electrode 12 is also inverted to become n type, but since the impurity concentration of the layer is sufficiently low, the inversion region is formed not only in the surface layer but also in the interior. . As a result, electrons fill the p −− type low concentration layer 30, and a carrier path that connects the channel 23 </ b> A and the n type drift layer 11 is generated. In this state, if a voltage is applied between the source and the drain, a current flows.

一方、ゲート電極12に対するオフ電圧印加時における寄生容量を検証すると、拡張p型ベース層17A及びp−−型低濃度層30の不純物濃度が十分に低いので、n型ドリフト層11と拡張p型ベース層17A及びp−−型低濃度層30との境界であるPN接合部21Aから伸びた空乏層22Aが、n型ドリフト層11、拡張p型ベース層17A及びp−−型低濃度層30内に広がることになる。その結果、第1実施形態と同様に、p型ベース領域18とn型ドリフト層11との間が幅広い空乏層22Aで隔てられることになり、p型ベース領域18とn型ドリフト層11との間に生じるドレイン・ソース間容量Cds(符号C11A)は大幅に低減される。また、ゲート電極12とn型ドリフト層11との間も幅広い空乏層22Aで隔てられることになり、ゲート電極12とn型ドリフト層11との間に生じるゲート・ドレイン間容量Cdg(符号C12A)も大幅に低減される。 On the other hand, when verifying the parasitic capacitance during turn-off voltage applied to the gate electrode 12, extended p-type base layer 17A and p - since the impurity concentration of the type low concentration layer 30 is sufficiently low, n - -type drift layer 11 and the extended p The depletion layer 22A extending from the PN junction 21A, which is the boundary between the p-type base layer 17A and the p −− type low concentration layer 30, is the n type drift layer 11, the extended p type base layer 17A and the p −− type low concentration. It will spread within the layer 30. As a result, as in the first embodiment, the p-type base region 18 and the n -type drift layer 11 are separated by a wide depletion layer 22A, and the p-type base region 18 and the n -type drift layer 11 are separated. The drain-source capacitance Cds (reference C11A) generated between the two is greatly reduced. Further, the gate electrode 12 and the n type drift layer 11 are also separated by a wide depletion layer 22A, and the gate-drain capacitance Cdg (reference numeral) generated between the gate electrode 12 and the n type drift layer 11 C12A) is also greatly reduced.

以上のように、第2実施形態における縦型半導体装置10Aによると、従来の縦型DMOSFET100に設けられていたn型層111を設けずに、拡張p型ベース層17A及びp−−型低濃度層30を設けることにより、n型ドリフト層11の濃度を調整することなく、つまり、縦型半導体装置10Aの耐圧及びオン時の抵抗に大きな影響を与えることなく、寄生容量(ドレイン・ソース間容量Cds及びゲート・ドレイン間容量Cdg)を大幅に低減することが可能となる。 As described above, according to the vertical semiconductor device 10A in the second embodiment, the extended p-type base layer 17A and the p −− type low concentration can be obtained without providing the n-type layer 111 provided in the conventional vertical DMOSFET 100. By providing the layer 30, the parasitic capacitance (between the drain and the source is not adjusted without adjusting the concentration of the n -type drift layer 11, that is, without greatly affecting the breakdown voltage and the on-state resistance of the vertical semiconductor device 10 < / b> A. Capacitance Cds and gate-drain capacitance Cdg) can be greatly reduced.

なお、第1実施形態と同様に、第2実施形態における縦型半導体装置10Aの構成を採用することにより、ゲート電極12の長さLgを従来より長くすることができるため、寄生容量のさらなる低減化を図ることができる。また、第2実施形態の縦型半導体装置10Aで採用した構成は、バルクの抵抗に比べてチャネルの抵抗がオン抵抗に大きく影響しない高耐圧デバイスに好適である。  Similar to the first embodiment, by adopting the configuration of the vertical semiconductor device 10A in the second embodiment, the length Lg of the gate electrode 12 can be made longer than the conventional one, so that the parasitic capacitance can be further reduced. Can be achieved. Further, the configuration employed in the vertical semiconductor device 10A of the second embodiment is suitable for a high breakdown voltage device in which the channel resistance does not greatly affect the on-resistance as compared with the bulk resistance.

次に、上述した第2実施形態における縦型半導体装置10Aの製造方法について図7及び図8を参照して説明する。
図7(a)に示すように、まず、例えば熱酸化法やCVD法等を用い、n型ドリフト層11(例えば、n型シリコン基板)の一方の面の全体に亘って酸化膜15を形成する。続いて、図7(b)に示すように、例えばフォトリソグラフィ法等を用い、酸化膜15上において、p−−型低濃度層30の形成予定領域に不純物が注入されないようにレジスト40を形成する。
Next, a method for manufacturing the vertical semiconductor device 10A in the second embodiment described above will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 7A, first, the oxide film 15 is formed over the entire surface of one side of the n type drift layer 11 (for example, an n-type silicon substrate) using, for example, a thermal oxidation method or a CVD method. Form. Subsequently, as illustrated in FIG. 7B, a resist 40 is formed on the oxide film 15 so that impurities are not implanted into a region where the p −− type low concentration layer 30 is to be formed, for example, using a photolithography method or the like. To do.

続いて、図7(c)に示すように、酸化膜15及びレジスト40の形成後、イオン注入法を用いて、これら酸化膜15及びレジスト40の表面側から拡張p型ベース層17Aを形成するための不純物を注入する。そして、図7(d)に示すように、不純物の注入後、n型ドリフト層11内においてレジスト40を挟んだ両側から不純物を拡散させ、レジスト40の直下領域で不純物を繋げることにより、拡張p型ベース層17A及びp−−型低濃度層30を形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 7C, after the oxide film 15 and the resist 40 are formed, an extended p-type base layer 17A is formed from the surface side of the oxide film 15 and the resist 40 using an ion implantation method. Impurities are implanted. Then, as shown in FIG. 7D, after the impurity implantation, the impurity is diffused from both sides of the resist 40 in the n -type drift layer 11, and the impurity is connected in the region immediately below the resist 40, thereby expanding the impurity. The p-type base layer 17A and the p −− type low concentration layer 30 are formed.

以上のような工程によって、n型ドリフト層11、拡張p型ベース層17A及びp−−
型低濃度層30を形成した後、酸化膜15上の全面に亘ってポリシリコン等の電極層12を形成する。そして、これら酸化膜15及び電極層12のうち、p型ベース領域18を形成すべき部分を除去して開口部Hを形成する。これにより、図8(a)に示すように、拡張p型ベース層17A及びp−−型低濃度層30上には、酸化膜15の一部及びゲート電極12が形成される。なお、ここでは、上記の酸化膜15及び電極層12の双方を除去して開口部Hを形成する例について説明するが、電極層12のみを除去して酸化膜15をイオン注入の際のバッファとして用いても良い。
Through the steps as described above, the n type drift layer 11, the extended p type base layer 17 < / b> A and the p −−
After forming the mold low concentration layer 30, the electrode layer 12 such as polysilicon is formed over the entire surface of the oxide film 15. Then, portions of the oxide film 15 and the electrode layer 12 where the p-type base region 18 is to be formed are removed to form an opening H. Thereby, as shown in FIG. 8A, a part of the oxide film 15 and the gate electrode 12 are formed on the extended p-type base layer 17 </ b> A and the p −− type low concentration layer 30. Here, an example in which both the oxide film 15 and the electrode layer 12 are removed to form the opening H will be described. However, only the electrode layer 12 is removed and the oxide film 15 is buffered during ion implantation. It may be used as

続いて、図8(b)に示すように、ゲート電極12をマスクとして用い、ゲート電極12に形成された開口部Hから不純物を拡張p型ベース層17Aに注入及び拡散させて、p型ベース領域18を形成する。このとき、p型ベース領域18の濃度がチャネルを形成するために適切となるようにp型ベース領域18を形成する。ここで、拡張p型ベース層17A内に形成される空乏層22の幅を制限することがないよう、p型ベース領域18を浅く形成するのが望ましい。   Subsequently, as shown in FIG. 8B, using the gate electrode 12 as a mask, impurities are implanted and diffused from the opening H formed in the gate electrode 12 into the extended p-type base layer 17A to form a p-type base. Region 18 is formed. At this time, the p-type base region 18 is formed so that the concentration of the p-type base region 18 is appropriate for forming a channel. Here, it is desirable to form the p-type base region 18 shallow so as not to limit the width of the depletion layer 22 formed in the extended p-type base layer 17A.

そして、図8(c)に示すように、p型ベース領域18の形成後、再度ゲート電極12をマスクとして用い、ゲート電極12に形成された開口部Hから不純物をp型ベース領域18に拡散させ、p型領域19及びn型領域20をそれぞれ形成する。以上のような工程が終了すると、ゲート電極12の周囲に酸化膜15を形成する工程、ソース電極13を形成する工程、及びドレイン電極をnドリフト層11の裏面側に形成する工程等が順に行われることにより、図5に示す第2実施形態の縦型半導体装置10Aが製造される。 Then, as shown in FIG. 8C, after the p-type base region 18 is formed, impurities are diffused into the p-type base region 18 from the opening H formed in the gate electrode 12 again using the gate electrode 12 as a mask. P + -type region 19 and n + -type region 20 are formed. When the above steps are completed, the step of forming the oxide film 15 around the gate electrode 12, the step of forming the source electrode 13, the step of forming the drain electrode on the back side of the n drift layer 11, etc. in order. As a result, the vertical semiconductor device 10A of the second embodiment shown in FIG. 5 is manufactured.

以上、本発明に係る縦型半導体装置の一実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変更可能である。例えば、上記実施形態では、縦型半導体装置としてnチャネル型の縦型DMOSFETを例示して説明したが、各層の導電型を逆にすることでpチャネル型の縦型DMOSFETとしても良い。また、本発明に係る縦型半導体装置は、縦型DMOSFETに限らず、その他のリレー用スイッチング素子やパワー半導体素子等に適用することが可能である。   As mentioned above, although one embodiment of the vertical semiconductor device according to the present invention has been described, the present invention is not limited to these embodiments, and can be changed without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, an n-channel vertical DMOSFET is exemplified as the vertical semiconductor device, but a p-channel vertical DMOSFET may be formed by reversing the conductivity type of each layer. The vertical semiconductor device according to the present invention is not limited to the vertical DMOSFET, and can be applied to other relay switching elements, power semiconductor elements, and the like.

本発明の第1実施形態における縦型半導体装置10の断面図である。1 is a cross-sectional view of a vertical semiconductor device 10 according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態における縦型半導体装置10の動作説明図である。FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the vertical semiconductor device 10 according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態における縦型半導体装置10の製造方法を示す第1工程図である。It is a 1st process figure showing a manufacturing method of vertical semiconductor device 10 in a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態における縦型半導体装置10の製造方法を示す第2工程図である。It is a 2nd process figure showing a manufacturing method of vertical semiconductor device 10 in a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態における縦型半導体装置10Aの断面図である。It is sectional drawing of 10 A of vertical semiconductor devices in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における縦型半導体装置10Aの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of 10 A of vertical semiconductor devices in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における縦型半導体装置10Aの製造方法を示す第1工程図である。It is a 1st process drawing showing a manufacturing method of vertical semiconductor device 10A in a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態における縦型半導体装置10Aの製造方法を示す第2工程図である。It is a 2nd process drawing which shows the manufacturing method of 10 A of vertical semiconductor devices in 2nd Embodiment of this invention. 従来における縦型DMOSFET100の断面図である。It is sectional drawing of the conventional vertical DMOSFET100.

符号の説明Explanation of symbols

10、10A…縦型半導体装置、11…n型ドリフト層(第1半導体層)、12…ゲート電極、13…ソース電極、14…ドレイン電極、17、17A…拡張p型ベース層(第2半導体層)、18…p型ベース領域(第1半導体領域)、 19…p型領域、20…n型領域(第2半導体領域)、30…p−−型低濃度層(第3半導体層) DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10A ... Vertical type semiconductor device, 11 ... n < - > type | mold drift layer (1st semiconductor layer), 12 ... Gate electrode, 13 ... Source electrode, 14 ... Drain electrode, 17, 17A ... Extended p-type base layer (2nd semiconductor layer), 18 ... p-type base region (first semiconductor region), 19 ... p + -type region, 20 ... n + -type region (second semiconductor region), 30 ... p - -type low concentration layer (third semiconductor layer)

Claims (5)

ドレイン電極が形成された第1半導体層の反対側の面に、ゲート電極が隣合うように形成されると共に、前記ゲート電極の電極間と前記ゲート電極とを覆うようにソース電極が形成された縦型半導体装置であって、
前記ソース電極側に形成された第1半導体領域と前記第1半導体層との間に形成され、不純物濃度が第1半導体領域より低い第2半導体層を有したことを特徴とする縦型半導体装置。
A gate electrode is formed adjacent to the opposite surface of the first semiconductor layer on which the drain electrode is formed, and a source electrode is formed so as to cover between the gate electrodes and the gate electrode. A vertical semiconductor device,
A vertical semiconductor device comprising a second semiconductor layer formed between the first semiconductor region formed on the source electrode side and the first semiconductor layer and having an impurity concentration lower than that of the first semiconductor region. .
前記第2半導体層において、前記ゲート電極直下の領域以外の領域の不純物濃度は前記第1半導体領域より低濃度に設定され、
前記ゲート電極直下の領域には、不純物が前記第2半導体層より低濃度かつスレッショールド電圧以下で導電型が反転する濃度に設定された第3半導体層が形成されていることを特徴とする請求項1記載の縦型半導体装置。
In the second semiconductor layer, the impurity concentration in a region other than the region directly under the gate electrode is set to be lower than that in the first semiconductor region,
A region immediately below the gate electrode is formed with a third semiconductor layer having a concentration lower than that of the second semiconductor layer and having a conductivity type that is inverted when the impurity voltage is lower than a threshold voltage. The vertical semiconductor device according to claim 1.
第1導電型の前記第1半導体層と、
該第1半導体層の一方の面に形成された第2導電型の前記第2半導体層と、
該第2半導体層の表面に所定間隔を隔てて複数形成された第2導電型の前記第1半導体領域と、
該第1半導体領域の表面に形成され、前記第1半導体層より高濃度な第1導電型の第2半導体領域と、
互いに隣り合う前記第1半導体領域及び第2半導体領域を跨ぐように複数形成され、所定の絶縁材からなる絶縁領域と、
該絶縁領域内にそれぞれ埋め込み形成された前記ゲート電極と、
前記第1半導体領域の表面及び前記絶縁領域を覆うように形成された前記ソース電極と、
前記第1半導体層の他方の面に形成された前記ドレイン電極と、
を具備することを特徴とする請求項1または2に記載の縦型半導体装置。
The first semiconductor layer of the first conductivity type;
The second semiconductor layer of the second conductivity type formed on one surface of the first semiconductor layer;
A plurality of second conductivity type first semiconductor regions formed on the surface of the second semiconductor layer at a predetermined interval;
A second semiconductor region of a first conductivity type formed on a surface of the first semiconductor region and having a higher concentration than the first semiconductor layer;
A plurality of insulating regions formed of a predetermined insulating material so as to straddle the first semiconductor region and the second semiconductor region adjacent to each other;
The gate electrodes embedded in the insulating regions,
The source electrode formed to cover the surface of the first semiconductor region and the insulating region;
The drain electrode formed on the other surface of the first semiconductor layer;
The vertical semiconductor device according to claim 1, further comprising:
縦型半導体装置の製造方法であって、
一方の面がドレインに接続される第1導電型の第1半導体層を形成するステップと、
一方の面が前記第1半導体層の他方の面を覆う、第2導電型の第2半導体層を形成するステップと、
前記第1半導体層の他方の面に、不純物濃度が前記第2半導体層より高い第2導電型の第1半導体領域を形成するステップと、
前記第1半導体領域をソースに接続するステップと、
を有することを特徴とする縦型半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a vertical semiconductor device, comprising:
Forming a first semiconductor layer of a first conductivity type having one surface connected to the drain;
Forming a second semiconductor layer of a second conductivity type, one surface covering the other surface of the first semiconductor layer;
Forming a second conductivity type first semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the second semiconductor layer on the other surface of the first semiconductor layer;
Connecting the first semiconductor region to a source;
A method of manufacturing a vertical semiconductor device, comprising:
縦型半導体装置の製造方法であって、
一方の面がドレインに接続される第1導電型の第1半導体層を形成するステップと、
前記第1半導体層の他方の面に酸化膜を形成するステップと、
前記酸化膜の表面において、第3半導体層の形成予定領域に不純物が注入されないようにレジストを形成するステップと、
前記レジストの形成後、前記レジストの表面側から第2導電型の第2半導体層を形成するための不純物を注入するステップと、
前記不純物の注入後、前記第1半導体層内においてレジストを挟んだ両側から前記不純物を拡散させ、レジスト直下の領域で不純物を繋げることにより前記第2半導体層と該第2半導体層より低濃度かつスレッショールド電圧以下で第1導電型に反転する濃度を有する第2導電型の前記第3半導体層を形成するステップと、
前記第1半導体層の他方の面に、不純物濃度が前記第2半導体層より高い第2導電型の第1半導体領域を形成するステップと、
前記第1半導体領域をソースに接続するステップと、
を有することを特徴とする縦型半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a vertical semiconductor device, comprising:
Forming a first semiconductor layer of a first conductivity type having one surface connected to the drain;
Forming an oxide film on the other surface of the first semiconductor layer;
Forming a resist on the surface of the oxide film so that impurities are not implanted into a region where the third semiconductor layer is to be formed;
After the formation of the resist, implanting impurities for forming a second semiconductor layer of the second conductivity type from the surface side of the resist;
After the implantation of the impurities, the impurities are diffused from both sides of the first semiconductor layer sandwiching the resist, and the impurities are connected in a region immediately below the resist, thereby lowering the concentration of the second semiconductor layer and the second semiconductor layer. Forming the third semiconductor layer of the second conductivity type having a concentration which is inverted to the first conductivity type below the threshold voltage;
Forming a second conductivity type first semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the second semiconductor layer on the other surface of the first semiconductor layer;
Connecting the first semiconductor region to a source;
A method of manufacturing a vertical semiconductor device, comprising:
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