JP2011216783A - Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a structure such that a trench gate insulating film is not broken by an applied electric field without increasing the on resistance.SOLUTION: The semiconductor device includes a first semiconductor layer 12a of a first conductivity type formed on a semiconductor substrate 16, a second semiconductor layer 12b of the first conductivity type formed in a partial region on the first semiconductor layer, a third semiconductor layer 13 of a second conductivity type formed on the first semiconductor layer and second semiconductor layer, a trench having a bottom at the second semiconductor layer, a fourth semiconductor layer 17 of a first conductivity type formed on both sides of the trench, a gate insulating film 14 formed in the trench, and a gate electrode 15, wherein the gate insulating film is formed having a thicker film thickness on the bottom of the trench than that on a side face of the trench, and a depth-directional interface between the gate insulating film and gate electrode on the bottom of the trench is formed at a position deeper than a depth-directional interface between the second semiconductor layer and third semiconductor layer.

Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.

近年、電力変換や電力制御を行う場合、パワー半導体デバイスが用いられる。このようなパワー半導体デバイスの中でも、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor - Field Effect Transistor)は、高速スイッチング性能が優れており、スイッチング電源等の分野において、キーデバイスとして用いられている。   In recent years, power semiconductor devices are used for power conversion and power control. Among such power semiconductor devices, a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor) has excellent high-speed switching performance and is used as a key device in the field of switching power supplies and the like.

パワーMOSFETの一種としては、トレンチゲート型MOSFETがある。このトレンチゲート型MOSFETには、半導体基板にトレンチ(溝)が形成されており、溝内部の底面及び壁面に酸化膜等のトレンチゲート絶縁膜を形成し、更に内部に、トレンチゲート電極を形成した構造のものである。   One type of power MOSFET is a trench gate type MOSFET. In this trench gate type MOSFET, a trench (groove) is formed in a semiconductor substrate, a trench gate insulating film such as an oxide film is formed on the bottom and wall surfaces inside the groove, and a trench gate electrode is further formed inside. Of structure.

このような構造のトレンチゲート型MOSFETは、トレンチゲート絶縁膜に高い電界が印加されるため、トレンチゲート絶縁膜が絶縁破壊されてしまうという問題点を有していた。   The trench gate type MOSFET having such a structure has a problem that the trench gate insulating film breaks down because a high electric field is applied to the trench gate insulating film.

具体的には、図1に示すように、トレンチゲート型MOSFETは、N型ドレイン層201上に、N−型ドリフト層202、P型ボディ拡散層203が積層形成されたものに、P型ボディ拡散層203が形成されている側よりN−型ドリフト層202に至るまでのトレンチを形成する。トレンチの開口部分の両側には、N+型ソース層207が形成されており、この後、トレンチ内の側面及び底面には酸化膜からなるトレンチゲート絶縁膜204を形成し、更に内部には、トレンチゲート電極205が形成されたものである。尚、N型ドレイン層201にはドレイン電極206が設けられており、P型ボディ拡散層203の表面には、N+型ソース層207に接しソース電極208が設けられている。このような構造のトレンチゲート型MOSFETにおいては、トレンチゲート電極205の最も深い位置となる最下端205aは、P型ボディ拡散層203の最も深い位置となる最下端203aよりも深い位置に形成される。このため、破線Aで囲まれた領域内におけるトレンチゲート絶縁膜204に電界が集中し、これによりトレンチゲート絶縁膜204が絶縁破壊されて、トレンチゲート型MOSFETが破壊されてしまう。   Specifically, as shown in FIG. 1, a trench gate type MOSFET has a P-type body formed by laminating an N-type drift layer 202 and a P-type body diffusion layer 203 on an N-type drain layer 201. A trench is formed from the side where the diffusion layer 203 is formed to the N − type drift layer 202. An N + type source layer 207 is formed on both sides of the opening of the trench, and thereafter, a trench gate insulating film 204 made of an oxide film is formed on the side surface and the bottom surface in the trench, and further inside the trench A gate electrode 205 is formed. The N-type drain layer 201 is provided with a drain electrode 206, and the surface of the P-type body diffusion layer 203 is provided with a source electrode 208 in contact with the N + type source layer 207. In the trench gate type MOSFET having such a structure, the lowermost end 205a which is the deepest position of the trench gate electrode 205 is formed at a position deeper than the lowermost end 203a which is the deepest position of the P-type body diffusion layer 203. . For this reason, the electric field concentrates on the trench gate insulating film 204 in the region surrounded by the broken line A, thereby causing the dielectric breakdown of the trench gate insulating film 204 and destroying the trench gate type MOSFET.

特に、半導体層及び半導体基板としてSiCを用いた半導体装置の場合では、ドリフト層は薄く形成されるため、トレンチゲート絶縁膜204が絶縁破壊されやすくなる。   In particular, in the case of a semiconductor device using SiC as the semiconductor layer and the semiconductor substrate, the drift layer is formed thin, so that the trench gate insulating film 204 is easily broken down.

特開平10−98188号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-98188 特開2000−269487号公報JP 2000-269487 A 特開2000−332243号公報JP 2000-332243 A 特開2005−116822号公報JP-A-2005-116822

このため、トレンチゲート絶縁膜における絶縁破壊が生じにくい構成のトレンチゲート型MOSFETの検討がなされている。   For this reason, a trench gate type MOSFET having a structure in which dielectric breakdown in the trench gate insulating film hardly occurs has been studied.

例えば、トレンチゲート絶縁膜における電界の集中を回避するために、図2に示すように、N型ドレイン層211上に、N−型ドリフト層212、P型ボディ拡散層213が積層形成されたものに、P型ボディ拡散層213が形成されている側よりP型ボディ拡散層213内にトレンチを形成する。トレンチの開口部分の両側には、N+型ソース層217が形成されており、この後、トレンチ内の側面及び底面には酸化膜からなるトレンチゲート絶縁膜214を形成し、更に内部には、トレンチゲート電極215を形成した構造のものが考えられる。尚、N型ドレイン層211にはドレイン電極216が設けられており、P型ボディ拡散層213の表面には、N+型ソース層217に接しソース電極218が設けられている。このような構造のトレンチゲート型MOSFETにおいては、トレンチゲート電極215の最も深い位置となる最下端215aは、P型ボディ拡散層213の最も深い位置となる最下端213aよりも浅い位置に形成される。このためトレンチゲート絶縁膜214における電界の集中を緩和させることができる。しかしながら、チャネルが形成されにくくなってしまうため、ドレイン電極216とソース電極218におけるオン抵抗が増加してしまうという問題が生じてしまう。   For example, in order to avoid concentration of the electric field in the trench gate insulating film, as shown in FIG. 2, an N− type drift layer 212 and a P type body diffusion layer 213 are stacked on the N type drain layer 211. Then, a trench is formed in the P-type body diffusion layer 213 from the side where the P-type body diffusion layer 213 is formed. An N + type source layer 217 is formed on both sides of the opening of the trench, and thereafter, a trench gate insulating film 214 made of an oxide film is formed on the side surface and the bottom surface in the trench, and further inside the trench A structure in which the gate electrode 215 is formed can be considered. The N-type drain layer 211 is provided with a drain electrode 216, and the surface of the P-type body diffusion layer 213 is provided with a source electrode 218 in contact with the N + type source layer 217. In the trench gate type MOSFET having such a structure, the lowest end 215a which is the deepest position of the trench gate electrode 215 is formed at a position shallower than the lowest end 213a which is the deepest position of the P-type body diffusion layer 213. . Therefore, the concentration of the electric field in the trench gate insulating film 214 can be relaxed. However, since it becomes difficult to form a channel, there arises a problem that the on-resistance in the drain electrode 216 and the source electrode 218 increases.

また、図3に示すように、N型ドレイン層221上に、N−型ドリフト層222、P型ボディ拡散層223が積層形成されたものに、P型ボディ拡散層223の形成されている側よりN−型ドリフト層222に至るまでのトレンチを形成する。トレンチの開口部分の両側には、N+型ソース層227が形成されており、この後、トレンチ内の側面及び底面には酸化膜からなるトレンチゲート絶縁膜224を形成し、更に内部には、トレンチゲート電極225を形成した構成のものが考えられる。尚、トレンチゲート絶縁膜224は、トレンチの底面と側面とは異なる膜厚で形成されており、トレンチの底面におけるトレンチゲート絶縁膜224aの膜厚は、トレンチの側面におけるトレンチゲート絶縁膜224bの膜厚よりも厚くなるように形成されている。また、N型ドレイン層221にはドレイン電極226が設けられており、P型ボディ拡散層223の表面には、N+型ソース層227に接しソース電極228が設けられている。このような構造のトレンチゲート型MOSFETにおいては、トレンチゲート電極225の最も深い位置となる最下端225aは、P型ボディ拡散層223の最も深い位置となる最下端223aよりも深い位置に形成されている。よって、トレンチの底面のトレンチゲート絶縁膜224aは厚く形成されており、トレンチの底面のトレンチゲート絶縁膜224aは破壊されにくくなる。しかしながら、トレンチの側面のトレンチゲート絶縁膜224bは、トレンチの底面のトレンチゲート絶縁膜224aよりも薄く形成されており、トレンチの側面のトレンチゲート絶縁膜224bにおけるトレンチの底面近傍において、電界が集中してしまうという問題点を有している。   Further, as shown in FIG. 3, the N-type drift layer 222 and the P-type body diffusion layer 223 are stacked on the N-type drain layer 221, and the side where the P-type body diffusion layer 223 is formed. A trench extending to the N − type drift layer 222 is formed. N + type source layers 227 are formed on both sides of the opening portion of the trench, and thereafter, a trench gate insulating film 224 made of an oxide film is formed on the side surface and the bottom surface in the trench, and further inside the trench A configuration in which the gate electrode 225 is formed is conceivable. The trench gate insulating film 224 is formed with a film thickness different from the bottom and side surfaces of the trench, and the film thickness of the trench gate insulating film 224a on the bottom surface of the trench is the film thickness of the trench gate insulating film 224b on the side surface of the trench. It is formed to be thicker than the thickness. A drain electrode 226 is provided on the N-type drain layer 221, and a source electrode 228 is provided on the surface of the P-type body diffusion layer 223 so as to be in contact with the N + -type source layer 227. In the trench gate type MOSFET having such a structure, the bottom end 225a which is the deepest position of the trench gate electrode 225 is formed at a position deeper than the bottom end 223a which is the deepest position of the P-type body diffusion layer 223. Yes. Therefore, the trench gate insulating film 224a on the bottom surface of the trench is formed thick, and the trench gate insulating film 224a on the bottom surface of the trench is not easily destroyed. However, the trench gate insulating film 224b on the side surface of the trench is formed thinner than the trench gate insulating film 224a on the bottom surface of the trench, and the electric field is concentrated near the bottom surface of the trench in the trench gate insulating film 224b on the side surface of the trench. It has the problem that it ends up.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、オン抵抗を増加させることなく、印加される電界によりトレンチゲート絶縁膜が破壊されることのない構造のトレンチゲート型MOSFETを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a trench gate type MOSFET having a structure in which a trench gate insulating film is not destroyed by an applied electric field without increasing an on-resistance. It is what.

本発明は、半導体基板上に形成された第1の導電型の第1の半導体層と、前記第1の半導体層上の一部領域に形成された第1の導電型の第2の半導体層と、前記第1の半導体層上及び前記第2の半導体層上に形成された第2の導電型の第3の半導体層と、前記第3の半導体層の形成されている側より形成された前記第2の半導体層に底面を有するトレンチと、前記トレンチの開口部分の両側に形成された第1の導電型の第4の半導体層と、前記トレンチの底面及び側面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介し前記トレンチ内に形成されたゲート電極と、を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面における膜厚よりも、前記トレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、前記トレンチの底面におけるゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との深さ方向における界面よりも深い位置に形成されており、前記第2の半導体層と前記トレンチの底面におけるゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との深さ方向における界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする。   The present invention provides a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on a semiconductor substrate and a second semiconductor layer of a first conductivity type formed in a partial region on the first semiconductor layer. A third semiconductor layer of the second conductivity type formed on the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and a side on which the third semiconductor layer is formed. A trench having a bottom surface in the second semiconductor layer; a fourth semiconductor layer of a first conductivity type formed on both sides of the opening of the trench; and a gate insulating film formed on the bottom surface and side surfaces of the trench And a gate electrode formed in the trench through the gate insulating film, and the gate insulating film is formed to have a film thickness at the bottom surface of the trench larger than a film thickness at the side surface of the trench. A gate insulating film on the bottom surface of the trench The position of the interface in the depth direction with the gate electrode is formed at a position deeper than the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer, and the second semiconductor layer The position of the interface in the depth direction between the gate insulating film and the bottom surface of the trench is formed at a position shallower than the interface in the depth direction between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. It is characterized by.

また、本発明は、前記半導体基板の面に平行な方向において、前記トレンチ側面における前記ゲート絶縁膜と前記第2の半導体層との界面から、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との界面までの長さをXとし、前記半導体基板の面に垂直な方向において、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との界面から、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との界面までの長さをYとした場合、X<Yであることを特徴とする。   Further, the present invention provides the second semiconductor layer and the third semiconductor layer from the interface between the gate insulating film and the second semiconductor layer on the side surface of the trench in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate. X is a length to the interface between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer, in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate, from the interface between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. When the length to the interface with the semiconductor layer is Y, X <Y.

また、本発明は、前記半導体基板の面に平行な方向において、前記トレンチ側面における前記ゲート絶縁膜と前記第2の半導体層との界面から、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との界面までの長さは、0.1μm以上であって、空乏層が形成される長さ以下であることを特徴とする。   Further, the present invention provides the second semiconductor layer and the third semiconductor layer from the interface between the gate insulating film and the second semiconductor layer on the side surface of the trench in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate. The length to the interface is 0.1 μm or more and not more than the length at which the depletion layer is formed.

また、本発明は、前記第1の半導体層における不純物濃度よりも、前記第2の半導体層における不純物濃度が高いことを特徴とする。   Further, the invention is characterized in that the impurity concentration in the second semiconductor layer is higher than the impurity concentration in the first semiconductor layer.

また、本発明は、前記第1の半導体層、前記第2の半導体層及び前記第3の半導体層は、SiCを含む材料により形成されているものであることを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer are formed of a material containing SiC.

また、本発明は、前記第1の半導体層において、前記第3の半導体層が形成されている面と反対側の面には、第1の導電型の第5の半導体層が形成されており、前記第5の半導体層の表面にはドレイン電極が形成されており、前記第3の半導体層の表面には、前記第4の半導体層に接しソース電極が形成されていることを特徴とする。   According to the present invention, in the first semiconductor layer, a fifth semiconductor layer of the first conductivity type is formed on a surface opposite to the surface on which the third semiconductor layer is formed. The drain electrode is formed on the surface of the fifth semiconductor layer, and the source electrode is formed on the surface of the third semiconductor layer in contact with the fourth semiconductor layer. .

また、本発明は、半導体基板に形成されている第1の導電型の第1の半導体層上に、第2の導電型の半導体層を形成し、前記第2の導電型の半導体層において、所定の領域に第1の導電型からなる領域を形成することにより、前記所定の領域以外の領域を第2の導電型からなる領域とし、前記第1の導電型からなる領域を第2の半導体層とする工程と、前記第2の半導体層及び前記第2の導電型からなる領域上に、前記第2の導電型の半導体膜を形成し、前記第2の導電型からなる領域と前記第2の導電型の半導体膜からなる第3の半導体層を形成する工程と、前記第3の半導体層の形成されている側より、前記第2の半導体層に底面を有するトレンチを形成するとともに、前記トレンチの開口部分の両側に第1の導電型の第4の半導体層を形成する工程と、前記トレンチ内の側面及び底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を介し前記トレンチ内にゲート電極を形成する工程と、を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面における膜厚よりも、前記トレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との深さ方向における界面よりも深い位置に形成されており、前記第2の半導体層と前記ゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする。   According to the present invention, a second conductive type semiconductor layer is formed on a first conductive type first semiconductor layer formed on a semiconductor substrate. In the second conductive type semiconductor layer, By forming a region of the first conductivity type in the predetermined region, a region other than the predetermined region is a region of the second conductivity type, and the region of the first conductivity type is the second semiconductor Forming a layer on the second semiconductor layer and the region of the second conductivity type, forming the second conductivity type semiconductor film on the region of the second conductivity type; Forming a third semiconductor layer made of a semiconductor film of conductivity type 2 and forming a trench having a bottom surface in the second semiconductor layer from the side on which the third semiconductor layer is formed; A fourth semiconductor layer of the first conductivity type is formed on both sides of the opening of the trench. Forming a gate insulating film on the side and bottom surfaces in the trench, and forming a gate electrode in the trench through the gate insulating film, the gate insulating film comprising: The film thickness at the bottom surface of the trench is formed thicker than the film thickness at the side surface of the trench, and the position of the interface in the depth direction between the gate insulating film and the gate electrode is the same as that of the second semiconductor layer. It is formed at a position deeper than the interface in the depth direction with the third semiconductor layer, and the position of the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the gate insulating film is the first semiconductor. It is characterized by being formed at a position shallower than the interface between the layer and the third semiconductor layer.

また、本発明は、半導体基板に形成されている第1の導電型の第1の半導体層上に、第1の導電型の半導体層を形成し、前記第1の導電型の半導体層において、所定の領域に第2の導電型からなる領域を形成することにより、前記所定の領域以外の領域を第1の導電型からなる領域とし、前記第1の導電型からなる領域を第2の半導体層とする工程と、前記第2の半導体層及び前記第2の導電型からなる領域上に、前記第2の導電型の半導体膜を形成し、前記第2の導電型からなる領域と前記第2の導電型の半導体膜からなる第3の半導体層を形成する工程と、前記第3の半導体層の形成されている側より、前記第2の半導体層に底面を有するトレンチを形成するとともに、前記トレンチの開口部分の両側に第1の導電型の第4の半導体層を形成する工程と、前記トレンチ内の側面及び底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を介し前記トレンチ内にゲート電極を形成する工程と、を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面における膜厚よりも、前記トレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との深さ方向における界面よりも深い位置に形成されており、前記第2の半導体層と前記ゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする。   According to the present invention, a first conductive type semiconductor layer is formed on a first conductive type first semiconductor layer formed on a semiconductor substrate, and the first conductive type semiconductor layer includes: By forming a region of the second conductivity type in a predetermined region, the region other than the predetermined region is a region of the first conductivity type, and the region of the first conductivity type is the second semiconductor Forming a layer on the second semiconductor layer and the region of the second conductivity type, forming the second conductivity type semiconductor film on the region of the second conductivity type; Forming a third semiconductor layer made of a semiconductor film of conductivity type 2 and forming a trench having a bottom surface in the second semiconductor layer from the side on which the third semiconductor layer is formed; A fourth semiconductor layer of the first conductivity type is formed on both sides of the opening of the trench. Forming a gate insulating film on the side and bottom surfaces in the trench, and forming a gate electrode in the trench through the gate insulating film, the gate insulating film comprising: The film thickness at the bottom surface of the trench is formed thicker than the film thickness at the side surface of the trench, and the position of the interface in the depth direction between the gate insulating film and the gate electrode is the same as that of the second semiconductor layer. It is formed at a position deeper than the interface in the depth direction with the third semiconductor layer, and the position of the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the gate insulating film is the first semiconductor. It is characterized by being formed at a position shallower than the interface between the layer and the third semiconductor layer.

また、本発明は、半導体基板に形成されている第1の導電型の第1の半導体層上に、第1の導電型の第2の半導体層を形成する工程と、前記第2の半導体層上に第2の導電型の第3の半導体層を形成する工程と、前記第3の半導体層が形成されている側より、第2の半導体層に底面を有する第1のトレンチを形成するとともに、前記第1のトレンチの開口部分の両側に第1の導電型の第4の半導体層を形成する工程と、前記第3の半導体層が形成されている側より、第1のトレンチとは異なる部分に、第3の半導体層に底面を有する第2のトレンチを形成する工程と、前記第2のトレンチの底面部分の領域に対応する前記第2の半導体層の領域に第2の導電型の半導体領域を形成し、更に前記第2のトレンチを第2の導電型の半導体材料により埋め込むことにより、前記第3の半導体層に含まれる層を形成する工程と、前記第1のトレンチ内の側面及び底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を介し前記第1のトレンチ内にゲート電極を形成する工程と、を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記第1のトレンチの側面における膜厚よりも、前記第1のトレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の深さ方向における界面よりも深い位置に形成されており、前記第2の半導体層と前記ゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記半導体領域との界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする。   The present invention also includes a step of forming a second semiconductor layer of the first conductivity type on the first semiconductor layer of the first conductivity type formed on the semiconductor substrate, and the second semiconductor layer. Forming a second semiconductor layer of a second conductivity type thereon, and forming a first trench having a bottom surface in the second semiconductor layer from the side on which the third semiconductor layer is formed; The first trench is different from the step of forming the fourth semiconductor layer of the first conductivity type on both sides of the opening of the first trench and the side on which the third semiconductor layer is formed. Forming a second trench having a bottom surface in the third semiconductor layer in a portion; and a second conductivity type region in the second semiconductor layer region corresponding to the region of the bottom surface portion of the second trench. A semiconductor region is formed, and the second trench is made of a semiconductor material of a second conductivity type. A step of forming a layer included in the third semiconductor layer by embedding, a step of forming a gate insulating film on a side surface and a bottom surface in the first trench, and the first insulating layer via the gate insulating film. Forming a gate electrode in the trench, and the gate insulating film is formed so that the film thickness on the bottom surface of the first trench is larger than the film thickness on the side surface of the first trench. The position of the interface in the depth direction between the gate insulating film and the gate electrode is formed at a position deeper than the interface in the depth direction of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer, The position of the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the gate insulating film is formed at a position shallower than the interface between the first semiconductor layer and the semiconductor region.

また、本発明は、半導体基板に形成されている第1の導電型の第1の半導体層上に、第2の導電型の第3の半導体層を形成する工程と、前記第3の半導体層の形成されている側より、前記第3の半導体層に底面を有するトレンチを形成するとともに、前記トレンチの開口部分の両側に第1の導電型の第4の半導体層を形成する工程と、前記トレンチの底面に不純物元素を注入し、前記トレンチの底面より前記第1の半導体層に至るまでの領域に、第1の導電型の第2の半導体層を形成する工程と、前記トレンチ内の側面及び底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を介し前記トレンチ内にゲート電極を形成する工程と、を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面における膜厚よりも、前記トレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との界面における最も、浅い位置よりも深い位置に形成されており、前記第2の半導体層と前記ゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層の界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする。   The present invention also includes a step of forming a second semiconductor layer of the second conductivity type on the first semiconductor layer of the first conductivity type formed on the semiconductor substrate, and the third semiconductor layer. Forming a trench having a bottom surface in the third semiconductor layer from the side on which the first conductivity type is formed, and forming a fourth semiconductor layer of the first conductivity type on both sides of the opening of the trench; Implanting an impurity element into the bottom surface of the trench, forming a second semiconductor layer of the first conductivity type in a region from the bottom surface of the trench to the first semiconductor layer, and a side surface in the trench And a step of forming a gate insulating film on the bottom surface, and a step of forming a gate electrode in the trench through the gate insulating film, and the gate insulating film has a film thickness on a side surface of the trench, Film on the bottom of the trench The interface position in the depth direction between the gate insulating film and the gate electrode is deeper than the shallowest position at the interface between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer. And the position of the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the gate insulating film is formed at a position shallower than the interface between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. It is characterized by being.

本発明によれば、オン抵抗を増加させることなく、印加される電界によりトレンチゲート絶縁膜が破壊されることのない構造のトレンチゲート型MOSFETを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a trench gate type MOSFET having a structure in which the trench gate insulating film is not destroyed by the applied electric field without increasing the on-resistance.

従来のトレンチゲート型MOSFETの構造図Structure diagram of conventional trench gate type MOSFET 図1を改善したトレンチゲート型MOSFETの構造図(1)Structure of trench gate type MOSFET improved from FIG. 1 (1) 図1を改善したトレンチゲート型MOSFETの構造図(2)Structure diagram of trench gate type MOSFET improved from FIG. 1 (2) 第1の実施の形態におけるトレンチゲート型MOSFETの構造図Structure diagram of trench gate type MOSFET in the first embodiment 第2の実施の形態におけるトレンチゲート型MOSFETの製造工程図Manufacturing process diagram of trench gate type MOSFET in the second embodiment 第3の実施の形態におけるトレンチゲート型MOSFETの製造工程図Manufacturing process diagram of trench gate type MOSFET in the third embodiment 第4の実施の形態におけるトレンチゲート型MOSFETの製造工程図Manufacturing process diagram of trench gate type MOSFET in the fourth embodiment 第5の実施の形態におけるトレンチゲート型MOSFETの製造工程図Manufacturing process diagram of trench gate type MOSFET in the fifth embodiment

本発明を実施するための形態について、以下に説明する。   The form for implementing this invention is demonstrated below.

〔第1の実施の形態〕
第1の実施の形態における半導体装置を図4に基づき説明する。図4では、本実施の形態における半導体装置として、SiCを半導体材料として用いた半導体装置について説明する。
[First Embodiment]
The semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 4, a semiconductor device using SiC as a semiconductor material will be described as a semiconductor device in the present embodiment.

本実施の形態における半導体装置は、N型ドレイン層11(第5の半導体層)上に、エピタキシャル成長により形成されたN−型ドリフト層12、P型ボディ拡散層13(第3の半導体層)が積層されている。N−型ドリフト層12は高さ(深さ)の異なる2つの領域、即ち、N型ドレイン層11側に略全面に形成された第1の領域12a(第1の半導体層)とP型ボディ拡散層13側に入り込むように、第1の領域12a上の一部の領域に形成された第2の領域12b(第2の半導体層)を有している。従って、N−型ドリフト層12の第1の領域12aの最上部となる第1の領域12aとP型ボディ拡散層13との界面10aの位置は、N−型ドリフト層12の第2の領域12bの最上部となる第2の領域12bとP型ボディ拡散層13との界面10bよりも深い位置となる。   In the semiconductor device according to the present embodiment, an N − type drift layer 12 and a P type body diffusion layer 13 (third semiconductor layer) formed by epitaxial growth are formed on an N type drain layer 11 (fifth semiconductor layer). Are stacked. The N − -type drift layer 12 includes two regions having different heights (depths), that is, a first region 12a (first semiconductor layer) formed on the substantially entire surface on the N-type drain layer 11 side and a P-type body. A second region 12b (second semiconductor layer) formed in a partial region on the first region 12a is provided so as to enter the diffusion layer 13 side. Therefore, the position of the interface 10a between the first region 12a which is the uppermost portion of the first region 12a of the N − type drift layer 12 and the P type body diffusion layer 13 is the second region of the N − type drift layer 12. The position is deeper than the interface 10b between the second region 12b, which is the uppermost part of 12b, and the P-type body diffusion layer 13.

尚、エピタキシャル成長をさせるための方法としては、CVD(Chemical Vapor Deposition)、PVD(Physical Vapor Deposition)、MBE(Molecular Beam Epitaxy)等による成膜方法が挙げられる。   In addition, as a method for performing epitaxial growth, a film forming method by CVD (Chemical Vapor Deposition), PVD (Physical Vapor Deposition), MBE (Molecular Beam Epitaxy) or the like can be cited.

またトレンチは、P型ボディ拡散層13の表面にN+型ソース層17を形成し、N+型ソース層17及びP型ボディ拡散層13を貫通し、N−型ドリフト層12の第2の領域12b内に底面を有するように形成されており、トレンチ内の側面及び底面には酸化膜からなるトレンチゲート絶縁膜14が形成され、更に内部には、トレンチゲート電極15が形成されている。このため、P型ボディ拡散層13の表面のトレンチの開口部分の両側には、N+型ソース層17(第4の半導体層)が形成されている。   The trench forms an N + type source layer 17 on the surface of the P type body diffusion layer 13, penetrates the N + type source layer 17 and the P type body diffusion layer 13, and is a second region 12 b of the N − type drift layer 12. A trench gate insulating film 14 made of an oxide film is formed on the side and bottom surfaces in the trench, and a trench gate electrode 15 is formed inside. Therefore, N + type source layers 17 (fourth semiconductor layers) are formed on both sides of the trench opening on the surface of the P type body diffusion layer 13.

また、トレンチゲート絶縁膜14は、トレンチの底面と側面において異なる膜厚で形成されており、トレンチの底面のトレンチゲート絶縁膜14aは、トレンチの側面のトレンチゲート絶縁膜14bよりも厚くなるように形成されている。ここで、トレンチゲート絶縁膜14aの最下部となるトレンチゲート絶縁膜14aとN−型ドリフト層12の第2の領域12bとの界面10c、トレンチゲート絶縁膜14aの最上部となるトレンチゲート絶縁膜14aとトレンチゲート電極15との界面10d、界面10a及び10bとの深さ方向における関係は、深い位置から順に、界面10a、界面10c、界面10d、界面10bとなるように形成されている。即ち、トレンチゲート絶縁膜14aの最上部となる界面10dよりも浅い位置に、第2の領域12bとP型ボディ拡散層13との界面10bが形成されており、トレンチゲート絶縁膜14aの最下部となる界面10cよりも深い位置に、第1の領域12aとP型ボディ拡散層13との界面10aが形成されている。尚、N型ドレイン層11にはドレイン電極16が設けられており、P型ボディ拡散層13の表面には、N+型ソース層17に接し、ソース電極18が設けられている。   Further, the trench gate insulating film 14 is formed with a different film thickness on the bottom surface and the side surface of the trench, and the trench gate insulating film 14a on the bottom surface of the trench is thicker than the trench gate insulating film 14b on the side surface of the trench. Is formed. Here, the interface 10c between the trench gate insulating film 14a which is the lowermost part of the trench gate insulating film 14a and the second region 12b of the N − type drift layer 12, and the trench gate insulating film which is the uppermost part of the trench gate insulating film 14a 14a and the interface 10d between the trench gate electrode 15 and the interfaces 10a and 10b in the depth direction are formed so as to be an interface 10a, an interface 10c, an interface 10d, and an interface 10b in order from a deep position. That is, the interface 10b between the second region 12b and the P-type body diffusion layer 13 is formed at a position shallower than the interface 10d which is the uppermost part of the trench gate insulating film 14a, and the lowermost part of the trench gate insulating film 14a. An interface 10a between the first region 12a and the P-type body diffusion layer 13 is formed at a position deeper than the interface 10c. A drain electrode 16 is provided on the N-type drain layer 11, and a source electrode 18 is provided on the surface of the P-type body diffusion layer 13 in contact with the N + type source layer 17.

また、N−型ドリフト層12の第2の領域12bはトレンチが形成される前の断面形状が、略長方形の形状となるように形成されている。即ち、図4に示す構造の半導体装置では、各々の半導体層を形成する半導体材料として、SiCを用いているため、SiCでは不純物の拡散が、ほとんど進まない。よって、第2の領域12bは略長方形の形状に形成することができる。また、トレンチの側面方向の第2の領域12bにおける長さ、即ち、半導体基板の面に平行な方向(図4におけるN型ドレイン層11の膜面に平行な方向)において、トレンチゲート絶縁膜14bとN−型ドリフト層12の第2の領域12bとの界面から、第2の領域12bとP型ボディ拡散層13との界面までの長さXは、0.1μm以上、空乏層が届く距離以下となるように形成されている。ここで、空乏層の厚は、(1)に示す式により得ることができる。   Further, the second region 12b of the N − -type drift layer 12 is formed so that the cross-sectional shape before the trench is formed is a substantially rectangular shape. That is, since the semiconductor device having the structure shown in FIG. 4 uses SiC as a semiconductor material for forming each semiconductor layer, the diffusion of impurities hardly progresses in SiC. Therefore, the second region 12b can be formed in a substantially rectangular shape. Further, in the length in the second region 12b in the lateral direction of the trench, that is, in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate (the direction parallel to the film surface of the N-type drain layer 11 in FIG. 4), the trench gate insulating film 14b. The length X from the interface between the second region 12b of the N− type drift layer 12 and the interface between the second region 12b and the P type body diffusion layer 13 is 0.1 μm or more, and the distance that the depletion layer reaches It is formed to be as follows. Here, the thickness of the depletion layer can be obtained by the equation shown in (1).

空乏層厚=(2εVbi/qNd)1/2・・・・・(1)
尚、εは誘電率であり、SiCの場合、約9×10−13F/cmである。Vbiは内蔵電位であり、2〜3Vである。qは素電荷であり、1.6×10−19Cである。Ndは不純物元素の濃度であり、約1×1015〜1×1017cm−3である。この条件に基づいて、(1)に示す式により得られる空乏層厚の最小値は約0.15μmである。よって、製造誤差等を考慮すると、空乏層厚は、少なくとも0.1μm以上形成する必要がある。また、逆バイアスが加わった場合には、空乏層は広がるため、形成されるトレンチピッチの1/2以下であることが好ましい。また、半導体基板の面に垂直な方向(図4におけるN型ドレイン層11の膜面に垂直な方向)において、界面10aから界面10bまでの長さYは、0.2μm以下で形成されていることが好ましく、また、長さXと長さYとの関係は、X<Yであることが好ましい。
Depletion layer thickness = (2εVbi / qNd) 1/2 (1)
Note that ε is a dielectric constant, which is about 9 × 10 −13 F / cm in the case of SiC. Vbi is a built-in potential and is 2 to 3V. q is an elementary charge and is 1.6 × 10 −19 C. Nd is the concentration of the impurity element and is about 1 × 10 15 to 1 × 10 17 cm −3 . Based on this condition, the minimum value of the depletion layer thickness obtained by the equation shown in (1) is about 0.15 μm. Therefore, in consideration of manufacturing errors and the like, the depletion layer thickness needs to be at least 0.1 μm or more. In addition, when a reverse bias is applied, the depletion layer expands, so that it is preferable that the pitch be 1/2 or less of the formed trench pitch. Further, in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate (the direction perpendicular to the film surface of the N-type drain layer 11 in FIG. 4), the length Y from the interface 10a to the interface 10b is 0.2 μm or less. In addition, the relationship between the length X and the length Y is preferably X <Y.

尚、本実施の形態における半導体装置では、1000Vの耐圧を想定したものであり、N−型ドリフト層12は不純物元素として窒素(N)が、1×1015〜1×1016cm−3ドープされており、N−型ドリフト層12において第1の領域12aよりも第2の領域12bの方が、不純物元素の濃度が高くなるように形成されている。また、P型ボディ拡散層13は、不純物元素としてアルミニウム(Al)が、1×1016〜5×1017cm−3ドープされている。尚、本実施の形態における説明では、P型を形成するための不純物元素として、Alを用いた場合について説明するが、不純物元素としてB(ボロン)を用いてもよい。 In the semiconductor device according to the present embodiment, a withstand voltage of 1000 V is assumed, and the N− type drift layer 12 is doped with nitrogen (N) as an impurity element at 1 × 10 15 to 1 × 10 16 cm −3. In the N − type drift layer 12, the second region 12b is formed to have a higher impurity element concentration than the first region 12a. Further, the P-type body diffusion layer 13 is doped with aluminum (Al) as an impurity element by 1 × 10 16 to 5 × 10 17 cm −3 . In the description of this embodiment, the case where Al is used as the impurity element for forming the P-type is described, but B (boron) may be used as the impurity element.

次に、図4に示される本実施の形態における半導体装置と、図1、図2及び図3に示される半導体装置において、ドレイン電極とソース電極との間に1000Vの電圧を印加した場合における各々のトレンチゲート絶縁膜における電界強度を調べた結果について説明する。この結果、図1に示される半導体装置の場合では5.6MeVであり、図2に示される半導体装置の場合では1.4MeVであり、図3に示される半導体装置の場合では2.1MeVであり、図4に示される半導体装置の場合では1.4MeVであった。   Next, in the semiconductor device in the present embodiment shown in FIG. 4 and the semiconductor device shown in FIGS. 1, 2, and 3, when a voltage of 1000 V is applied between the drain electrode and the source electrode, The result of examining the electric field strength in the trench gate insulating film will be described. As a result, it is 5.6 MeV in the case of the semiconductor device shown in FIG. 1, 1.4 MeV in the case of the semiconductor device shown in FIG. 2, and 2.1 MeV in the case of the semiconductor device shown in FIG. In the case of the semiconductor device shown in FIG. 4, it was 1.4 MeV.

以上より、図4に示す本実施の形態における半導体装置では、図1及び図3に示される半導体装置のトレンチゲート絶縁膜における電界強度よりも低くなり、図2に示される半導体装置のトレンチゲート絶縁膜における電界強度と略同じであった。また、本実施の形態における半導体装置は、図2に示されるN−型ドリフト層212とP型ボディ層213の界面となる最下端213aより、図4に示されるN−型ドリフト層12の第2領域12bの最上部となる第2の領域12bとP型ボディ拡散層13との界面10bが、より浅い位置となっているため、図2に示される半導体装置よりもオン抵抗を低くすることができる。   As described above, in the semiconductor device in the present embodiment shown in FIG. 4, the electric field strength in the trench gate insulating film of the semiconductor device shown in FIGS. 1 and 3 is lower, and the trench gate insulation of the semiconductor device shown in FIG. It was almost the same as the electric field strength in the film. In addition, the semiconductor device in the present embodiment has the N − type drift layer 12 shown in FIG. 4 from the lowermost end 213a that is the interface between the N − type drift layer 212 and the P type body layer 213 shown in FIG. Since the interface 10b between the second region 12b, which is the top of the two regions 12b, and the P-type body diffusion layer 13 is at a shallower position, the on-resistance is made lower than that of the semiconductor device shown in FIG. Can do.

従って、本実施の形態における半導体装置では、オン抵抗を増加させることなく、印加される電界によりトレンチゲート絶縁膜14が破壊されることを防ぐとことができる。   Therefore, in the semiconductor device according to the present embodiment, the trench gate insulating film 14 can be prevented from being destroyed by the applied electric field without increasing the on-resistance.

尚、上述した説明では、NMOSについて説明したが、N型とP型とを入れ替えることにより、本実施の形態における半導体装置をPMOSとすることも可能である。また、上述した説明では、半導体材料としてSiCを用いた場合について説明したが、Siを用いた場合についても同様である。   In the above description, the NMOS is described. However, the semiconductor device in this embodiment can be a PMOS by switching the N-type and the P-type. In the above description, the case of using SiC as the semiconductor material has been described, but the same applies to the case of using Si.

また、本実施の形態における半導体装置となる具体的なものとしては、半導体材料としてSiCを用いた場合には、パワーMOSFET等、半導体材料としてSiを用いた場合には、パワーMOSFET、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等が挙げられる。   Further, specific examples of the semiconductor device according to the present embodiment include a power MOSFET and the like when SiC is used as the semiconductor material, and a power MOSFET and IGBT (Insulated) when Si is used as the semiconductor material. Gate Bipolar Transistor).

〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、半導体装置の製造方法である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. The present embodiment is a method for manufacturing a semiconductor device.

図5に基づき本実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。   A method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

最初に、図5(a)に示すように、不図示のN型ドレイン層の形成されているSiC基板上に、SiCのN層111を形成し、更に、N層111上にSiCのP層112をエピタキシャル成長により形成する。尚、N層111は、N−型ドリフト層の第1の領域(第1の半導体層)となるものであり、P層112の形成される厚さは、後述するN−型ドリフト層の第2の領域の厚さと略同じ厚さとなるように形成する。尚、エピタキシャル成長により形成する方法としては、CVD、PVD、MBE等の方法が挙げられる。また、N層111を形成するためには、不純物元素として窒素をドープし、P層112を形成するためには、不純物元素としてAlをドープする。   First, as shown in FIG. 5A, an SiC N layer 111 is formed on an SiC substrate on which an N-type drain layer (not shown) is formed, and further, an SiC P layer is formed on the N layer 111. 112 is formed by epitaxial growth. Note that the N layer 111 is a first region (first semiconductor layer) of the N − type drift layer, and the thickness of the P layer 112 formed is that of an N − type drift layer described later. The thickness of the region 2 is substantially the same as the thickness of the region 2. In addition, as a method of forming by epitaxial growth, methods, such as CVD, PVD, MBE, are mentioned. Further, in order to form the N layer 111, nitrogen is doped as an impurity element, and in order to form the P layer 112, Al is doped as an impurity element.

次に、図5(b)に示すように、P層112の所定の領域にSiCからなるN層113を形成する。尚、このN層113は、N−型ドリフト層の第2の領域(第2の半導体層)となるものであり、N−型ドリフト層の第1の領域となるN層111よりも不純物濃度が高くなるように形成されている。また、P層112においてN層113が形成されることにより、P層112においてN層113が形成されていない領域はP層112aとなる。N層113を形成する方法の一つとしては、P層112を形成した後、N層113が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、レジストパターンの開口部におけるP層112をN層111の表面が露出するまでエッチングにより除去し、この後、エッチングにより除去された領域にエピタキシャル成長により、不純物元素として窒素がドープされたSiCを成膜することによりN層113を形成する方法が挙げられる。また、別の方法としては、P層112を形成した後、N層113が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、P層112に不純物元素として窒素を注入することにより、レジストパターンの開口部における領域にN層113を形成する方法が挙げられる。   Next, as shown in FIG. 5B, an N layer 113 made of SiC is formed in a predetermined region of the P layer 112. The N layer 113 serves as a second region (second semiconductor layer) of the N − drift layer, and has an impurity concentration higher than that of the N layer 111 serving as the first region of the N − drift layer. Is formed to be high. In addition, since the N layer 113 is formed in the P layer 112, a region where the N layer 113 is not formed in the P layer 112 becomes the P layer 112a. As one method for forming the N layer 113, after forming the P layer 112, a resist pattern (not shown) having an opening is formed in a region where the N layer 113 is formed, and this resist pattern is used as a mask. The P layer 112 in the opening portion of the resist pattern is removed by etching until the surface of the N layer 111 is exposed, and thereafter, SiC doped with nitrogen as an impurity element is formed by epitaxial growth in the region removed by the etching. Thus, a method of forming the N layer 113 can be given. As another method, after the P layer 112 is formed, a resist pattern (not shown) having an opening is formed in a region where the N layer 113 is formed. There is a method of forming the N layer 113 in a region in the opening of the resist pattern by implanting nitrogen as an element.

次に、図5(c)に示すように、P層112a及びN層113上にP層114をエピタキシャル成長により形成する。これによりP層112aとP層114からなるP型ボディ拡散層115(第3の半導体層)が形成される。   Next, as shown in FIG. 5C, a P layer 114 is formed on the P layer 112a and the N layer 113 by epitaxial growth. As a result, a P-type body diffusion layer 115 (third semiconductor layer) including the P layer 112a and the P layer 114 is formed.

次に、図5(d)に示すように、トレンチ116を形成する。トレンチ116は、N−型ドリフト層の第2の領域となるN層113が形成されている部分に形成され、P型ボディ拡散層115のP層114を貫通し、トレンチ116の底面がN層113となるように形成する。尚、トレンチ116を形成する前、または後において、トレンチ116の開口部分の両側には、N+ソース層118が形成されている。例えば、P型ボディ拡散層115の表面にN+ソース層118を形成し、この後、トレンチ116が形成される領域に開口部を有する不図示のマスクを形成し、RIE(Reactive Ion Etching)等のドライエッチングにより、開口部の形成されている領域のN+ソース層118及びP型ボディ拡散層115を貫通し、N層113の一部を除去することにより形成する。尚、N−型ドリフト層の第1の領域となるN層111とP型ボディ拡散層115におけるP層112aとの界面を110aとし、N−型ドリフト層の第2の領域となるN層113とP型ボディ拡散層115におけるP層114との界面を110bとした場合、形成されたトレンチ116の底面となる界面110cは、界面110aよりも浅い位置であって、界面110bよりも深い位置となるように形成する。また、形成されるトレンチ116とN層113との位置関係については、アライメント精度が良いことが望ましいが、多少位置ズレが生じていても、製造される半導体装置の特性に影響を及ぼすことはない。即ち、形成されるトレンチ116の位置が多少ずれていたとしても、膜面方向におけるN層113の幅の広い部分に流れる電流量は多く、幅の狭い部分に流れる電流量は少ない。よって、トレンチ116の形成される位置が多少ずれたとしても、一つのトレンチ116において流れる電流量は殆ど変わらない。   Next, as shown in FIG. 5D, a trench 116 is formed. The trench 116 is formed in a portion where the N layer 113 serving as the second region of the N − type drift layer is formed, penetrates the P layer 114 of the P type body diffusion layer 115, and the bottom surface of the trench 116 is the N layer. 113 is formed. Note that, before or after the formation of the trench 116, N + source layers 118 are formed on both sides of the opening of the trench 116. For example, an N + source layer 118 is formed on the surface of the P-type body diffusion layer 115, and then a mask (not shown) having an opening is formed in a region where the trench 116 is formed, and RIE (Reactive Ion Etching) or the like is formed. By dry etching, the N + source layer 118 and the P-type body diffusion layer 115 in the region where the opening is formed are penetrated and a part of the N layer 113 is removed. Note that the interface between the N layer 111 serving as the first region of the N − type drift layer and the P layer 112a in the P type body diffusion layer 115 is defined as 110a, and the N layer 113 serving as the second region of the N − type drift layer. When the interface between the P-type body diffusion layer 115 and the P layer 114 is 110b, the interface 110c serving as the bottom surface of the formed trench 116 is shallower than the interface 110a and deeper than the interface 110b. It forms so that it may become. In addition, as for the positional relationship between the formed trench 116 and the N layer 113, it is desirable that the alignment accuracy be good, but even if a slight positional deviation occurs, the characteristics of the manufactured semiconductor device are not affected. . That is, even if the position of the formed trench 116 is slightly shifted, the amount of current flowing through the wide portion of the N layer 113 in the film surface direction is large and the amount of current flowing through the narrow portion is small. Therefore, even if the position where the trench 116 is formed is slightly shifted, the amount of current flowing in one trench 116 is hardly changed.

次に、図5(e)に示すように、トレンチ116内にトレンチゲート絶縁膜117を形成する。トレンチゲート絶縁膜117は、トレンチ116の底面のトレンチゲート絶縁膜117aの膜厚が、トレンチ116の側面のトレンチゲート絶縁膜117bの膜厚よりも厚くなるように形成する。具体的には、CVDによる成膜と熱酸化を行うことにより、トレンチ116の底面のトレンチゲート絶縁膜117aの膜厚が、トレンチ116の側面のトレンチゲート絶縁膜117bの膜厚よりも厚くなるようにトレンチゲート絶縁膜117を形成する。尚、トレンチ116の底面のトレンチゲート絶縁膜117aは、トレンチゲート絶縁膜117aの上面となる界面110dの位置が、界面110bよりも深い位置となるように形成する。   Next, as shown in FIG. 5E, a trench gate insulating film 117 is formed in the trench 116. The trench gate insulating film 117 is formed so that the thickness of the trench gate insulating film 117 a on the bottom surface of the trench 116 is larger than the film thickness of the trench gate insulating film 117 b on the side surface of the trench 116. Specifically, the film thickness of the trench gate insulating film 117a on the bottom surface of the trench 116 is made thicker than the film thickness of the trench gate insulating film 117b on the side surface of the trench 116 by performing film formation by CVD and thermal oxidation. Then, a trench gate insulating film 117 is formed. Note that the trench gate insulating film 117a on the bottom surface of the trench 116 is formed such that the position of the interface 110d that is the upper surface of the trench gate insulating film 117a is deeper than the interface 110b.

次に、図5(f)に示すように、トレンチゲート絶縁膜117が形成されたトレンチ116内に、トレンチゲート電極118を形成し、更には、P型ボディ拡散層115の表面に、N+ソース層118に接してソース電極119を形成し、不図示のドレイン層の表面にドレイン電極を形成する。これにより、本実施の形態における半導体装置の製造方法により半導体装置が製造される。   Next, as shown in FIG. 5F, a trench gate electrode 118 is formed in the trench 116 in which the trench gate insulating film 117 is formed. Further, an N + source is formed on the surface of the P-type body diffusion layer 115. A source electrode 119 is formed in contact with the layer 118, and a drain electrode is formed on the surface of a drain layer (not shown). Thus, the semiconductor device is manufactured by the method for manufacturing the semiconductor device in the present embodiment.

本実施の形態における半導体装置の製造方法では、簡単な工程により、オン抵抗を増加させることなく、トレンチゲート絶縁膜が電界により破壊されることのない構造のトレンチゲート型MOSFET等の半導体装置を製造することができる。   The manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment manufactures a semiconductor device such as a trench gate type MOSFET having a structure in which the trench gate insulating film is not destroyed by an electric field without increasing the on-resistance by a simple process. can do.

〔第3の実施の形態〕
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第2の実施の形態とは異なる半導体装置の製造方法である。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. This embodiment is a method for manufacturing a semiconductor device, which is different from the second embodiment.

図6に基づき本実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。   A method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to FIG.

最初に、図6(a)に示すように、不図示のN型ドレイン層の形成されているSiC基板上に、SiCのN層131を形成し、更に、N層131上にN層132をエピタキシャル成長により形成する。尚、N層131は、N−型ドリフト層の第1の領域(第1の半導体層)となるものである。また、N層132は後述するようにN−型ドリフト層の第2の領域を形成するものであり、N−型ドリフト層の第1の領域となるN層131よりも不純物濃度が高くなるように形成する。   First, as shown in FIG. 6A, an SiC N layer 131 is formed on an SiC substrate on which an N-type drain layer (not shown) is formed, and an N layer 132 is further formed on the N layer 131. It is formed by epitaxial growth. Note that the N layer 131 becomes a first region (first semiconductor layer) of the N − -type drift layer. The N layer 132 forms a second region of the N − type drift layer as will be described later, and has an impurity concentration higher than that of the N layer 131 serving as the first region of the N − type drift layer. To form.

次に、図6(b)に示すように、N層132の所定の領域にSiCからなるP層133を形成する。尚、N層132においてP層133が形成されることにより、N層132においてP層133が形成されていない領域はN層132aとなる。P層133を形成する方法の一つとしては、N層132を形成した後、P層133が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、レジストパターンの開口部におけるN層132をN層131の表面が露出するまでエッチングにより除去し、この後、エッチングにより除去された領域にエピタキシャル成長により、不純物元素としてAlがドープされたSiCを成膜することによりP層133を形成する方法が挙げられる。また、別の方法としては、N層132を形成した後、P層133が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、N層132に不純物元素としてAlを注入することにより、レジストパターンの開口部における領域にP層133を形成する方法が挙げられる。このようにしてP層133が形成された後のN層132aは、N−型ドリフト層の第2の領域(第2の半導体層)となる。   Next, as shown in FIG. 6B, a P layer 133 made of SiC is formed in a predetermined region of the N layer 132. Note that, when the P layer 133 is formed in the N layer 132, a region where the P layer 133 is not formed in the N layer 132 becomes the N layer 132a. As one method for forming the P layer 133, after forming the N layer 132, a resist pattern (not shown) having an opening is formed in a region where the P layer 133 is formed, and this resist pattern is used as a mask. The N layer 132 in the opening of the resist pattern is removed by etching until the surface of the N layer 131 is exposed, and thereafter, SiC doped with Al as an impurity element is formed by epitaxial growth in the region removed by the etching. The method of forming the P layer 133 by this is mentioned. As another method, after the N layer 132 is formed, a resist pattern (not shown) having an opening is formed in a region where the P layer 133 is formed, and the resist pattern is used as a mask to form impurities in the N layer 132. A method of forming the P layer 133 in the region in the opening of the resist pattern by injecting Al as an element can be mentioned. The N layer 132a after the P layer 133 is formed in this manner becomes the second region (second semiconductor layer) of the N − type drift layer.

次に、図6(c)に示すように、N層132a及びP層133上にP層134をエピタキシャル成長により形成する。これによりP層133とP層134からなるP型ボディ拡散層135(第3の半導体層)が形成される。   Next, as shown in FIG. 6C, a P layer 134 is formed on the N layer 132a and the P layer 133 by epitaxial growth. As a result, a P-type body diffusion layer 135 (third semiconductor layer) composed of the P layer 133 and the P layer 134 is formed.

次に、図6(d)に示すように、トレンチ136を形成する。トレンチ136は、N−型ドリフト層の第2の領域となるN層132aが形成されている部分に形成され、P型ボディ拡散層135のP層134を貫通し、トレンチ136の底面がN層132aとなるように形成する。尚、トレンチ136を形成する前、または後において、トレンチ136の開口部分の両側には、N+ソース層139が形成されている。例えば、P型ボディ拡散層135の表面にN+ソース層139を形成し、この後、トレンチ136の形成される領域に開口部を有する不図示のマスクを形成し、RIE等のドライエッチングにより、開口部の形成されている領域のN+ソース層139及びP型ボディ拡散層135を貫通し、N層132aの一部を除去することにより形成する。尚、N−型ドリフト層の第1の領域となるN層131とP型ボディ拡散層135におけるP層133との界面を130aとし、N−型ドリフト層の第2の領域となるN層132aとP型ボディ拡散層135におけるP層134との界面を130bとした場合、形成されたトレンチ136の底面となる界面130cは、界面130aよりも浅い位置であって、界面130bよりも深い位置となるように形成する。また、形成されるトレンチ136とN層132aとの位置関係については、アライメント精度が良いことが望ましいが、多少位置ズレが生じていても、製造される半導体装置の特性に影響を及ぼすことはない。即ち、形成されるトレンチ136の位置が多少ずれていたとしても、膜面方向におけるN層132aの幅の広い部分に流れる電流量は多く、幅の狭い部分に流れる電流量は少ない。よって、トレンチ136の形成される位置が多少ずれたとしても、一つのトレンチ136において流れる電流量は殆ど変わらない。   Next, as shown in FIG. 6D, a trench 136 is formed. The trench 136 is formed in a portion where the N layer 132a to be the second region of the N − type drift layer is formed, penetrates the P layer 134 of the P type body diffusion layer 135, and the bottom surface of the trench 136 is the N layer. It is formed to be 132a. Note that an N + source layer 139 is formed on both sides of the opening of the trench 136 before or after the trench 136 is formed. For example, an N + source layer 139 is formed on the surface of the P-type body diffusion layer 135, and then a mask (not shown) having an opening is formed in a region where the trench 136 is formed, and the opening is formed by dry etching such as RIE. The N + source layer 139 and the P-type body diffusion layer 135 in the region where the part is formed are formed by removing a part of the N layer 132a. Note that the interface between the N layer 131 serving as the first region of the N − type drift layer and the P layer 133 in the P type body diffusion layer 135 is denoted by 130a, and the N layer 132a serving as the second region of the N − type drift layer. When the interface between the P-type body diffusion layer 135 and the P layer 134 is 130b, the interface 130c serving as the bottom surface of the formed trench 136 is shallower than the interface 130a and deeper than the interface 130b. It forms so that it may become. In addition, as for the positional relationship between the formed trench 136 and the N layer 132a, it is desirable that the alignment accuracy be good, but even if a slight positional deviation occurs, the characteristics of the manufactured semiconductor device are not affected. . That is, even if the position of the formed trench 136 is slightly shifted, the amount of current flowing through the wide portion of the N layer 132a in the film surface direction is large, and the amount of current flowing through the narrow portion is small. Therefore, even if the position where the trench 136 is formed is slightly deviated, the amount of current flowing in one trench 136 is hardly changed.

次に、図6(e)に示すように、トレンチ136内にトレンチゲート絶縁膜137を形成する。トレンチゲート絶縁膜137は、トレンチ136の底面のトレンチゲート絶縁膜137aの膜厚が、トレンチ136の側面のトレンチゲート絶縁膜137bの膜厚よりも厚くなるように形成する。尚、トレンチ136の底面のトレンチゲート絶縁膜137aは、トレンチゲート絶縁膜137aの上面となる界面130dの位置が、界面130bよりも深い位置となるように形成する。   Next, as shown in FIG. 6E, a trench gate insulating film 137 is formed in the trench 136. The trench gate insulating film 137 is formed so that the film thickness of the trench gate insulating film 137a on the bottom surface of the trench 136 is larger than the film thickness of the trench gate insulating film 137b on the side surface of the trench 136. Note that the trench gate insulating film 137a on the bottom surface of the trench 136 is formed such that the position of the interface 130d that is the upper surface of the trench gate insulating film 137a is deeper than the interface 130b.

次に、図6(f)に示すように、トレンチゲート絶縁膜137が形成されたトレンチ136内に、トレンチゲート電極138を形成し、更には、P型ボディ拡散層115の表面に、N+ソース層139に接してソース電極140を形成し、不図示のドレイン層の表面にドレイン電極を形成する。これにより、半本実施の形態における半導体装置の製造方法により半導体装置が製造される。   Next, as shown in FIG. 6F, a trench gate electrode 138 is formed in the trench 136 in which the trench gate insulating film 137 is formed. Further, an N + source is formed on the surface of the P-type body diffusion layer 115. A source electrode 140 is formed in contact with the layer 139, and a drain electrode is formed on the surface of a drain layer (not shown). Thus, the semiconductor device is manufactured by the method of manufacturing a semiconductor device according to the semi-embodiment.

本実施の形態における半導体装置の製造方法では、第2の実施の形態と同様に、簡単な工程により、オン抵抗を増加させることなく、トレンチゲート絶縁膜が電界により破壊されることのない構造のトレンチゲート型MOSFET等の半導体装置を製造することができる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, as in the second embodiment, the trench gate insulating film is not destroyed by an electric field without increasing the on-resistance by a simple process. A semiconductor device such as a trench gate type MOSFET can be manufactured.

尚、上記以外の成膜方法等の内容については、第2の実施の形態と同様である。   The contents of the film forming method other than the above are the same as those in the second embodiment.

〔第4の実施の形態〕
次に、第4の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第2及び第3の実施の形態とは異なる半導体装置の製造方法である。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described. The present embodiment is a method for manufacturing a semiconductor device different from the second and third embodiments.

図7に基づき本実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。   A method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to FIG.

最初に、図7(a)に示すように、不図示のN型ドレイン層の形成されているSiC基板上に、SiCのN層151を形成し、更に、N層151上にSiCのN層152をエピタキシャル成長により形成する。尚、N層151は、N−型ドリフト層の第1の領域(第1の半導体層)となるものである。また、後述するようにN層152はN−型ドリフト層の第2の領域を形成するものであり、N−型ドリフト層の第1の領域となるN層151よりも不純物濃度が高くなるように形成する。尚、N層151及びN層152を形成するためには、不純物元素として窒素がドープされている。   First, as shown in FIG. 7A, an SiC N layer 151 is formed on an SiC substrate on which an N-type drain layer (not shown) is formed, and further, an SiC N layer is formed on the N layer 151. 152 is formed by epitaxial growth. Note that the N layer 151 becomes a first region (first semiconductor layer) of the N − type drift layer. Further, as will be described later, the N layer 152 forms a second region of the N − type drift layer, and has an impurity concentration higher than that of the N layer 151 serving as the first region of the N − type drift layer. To form. In order to form the N layer 151 and the N layer 152, nitrogen is doped as an impurity element.

次に、図7(b)に示すように、N層152上に、SiCのP層153を形成する。具体的には、エピタキシャル成長によりN層152上に、不純物元素としてAlがドープされたSiCを成膜することによりP層153を形成する。   Next, as shown in FIG. 7B, a SiC P layer 153 is formed on the N layer 152. Specifically, P layer 153 is formed by depositing SiC doped with Al as an impurity element on N layer 152 by epitaxial growth.

次に、図7(c)に示すように、トレンチ154(第1のトレンチ)を形成する。トレンチ154は、P層153を貫通し、N層152にトレンチ154の底面が形成されるように形成する。尚、トレンチ154を形成する前、または後において、トレンチ154の開口部分の両側には、N+ソース層161が形成されている。例えば、P層153の表面にN+ソース層161を形成し、この後、トレンチ154の形成される領域に開口部を有する不図示のマスクを形成し、RIE等のドライエッチングにより、マスクの開口部となる領域のN+ソース層161及びP層153を貫通しN層152の一部を除去することによりトレンチ154を形成する。   Next, as shown in FIG. 7C, a trench 154 (first trench) is formed. The trench 154 is formed so as to penetrate the P layer 153 and form the bottom surface of the trench 154 in the N layer 152. Note that, before or after the formation of the trench 154, N + source layers 161 are formed on both sides of the opening of the trench 154. For example, an N + source layer 161 is formed on the surface of the P layer 153, and then a mask (not shown) having an opening is formed in a region where the trench 154 is formed, and the mask opening is formed by dry etching such as RIE. A trench 154 is formed by passing through the N + source layer 161 and the P layer 153 in the region to be removed and removing a part of the N layer 152.

次に、図7(d)に示すように、トレンチ154間に、別の異なるトレンチ155(第2のトレンチ)を形成し、不純物元素のイオン注入を行う。具体的には、トレンチ155の形成方法は、トレンチ154と同様の方法により形成する。形成されるトレンチ155の底面はN層152とP層153との界面近傍であって、N層152とP層153との界面よりも浅い位置となるように形成する。このため、トレンチ155の底面はトレンチ154の底面よりも浅い位置に形成される。この後、トレンチ155以外の領域に不図示のマスクを形成し、トレンチ155の形成されている領域下のN層152に、不純物元素としてAlのイオン注入を行うことによりP層156を形成する。このように形成されたP層156とN−型ドリフト層の第1の領域となるN層151との界面150aの位置は、トレンチ154の底面となる界面150cよりも深い位置となるよう形成される。尚、N層152の上面となる界面150bの位置は、界面150cよりも浅い位置となる。このようにしてP層156が形成された後のN層152は、N−型ドリフト層の第2の領域(第2の半導体層)となる。   Next, as shown in FIG. 7D, another different trench 155 (second trench) is formed between the trenches 154, and ion implantation of an impurity element is performed. Specifically, the trench 155 is formed by the same method as the trench 154. The bottom surface of the trench 155 is formed in the vicinity of the interface between the N layer 152 and the P layer 153 and at a position shallower than the interface between the N layer 152 and the P layer 153. For this reason, the bottom surface of the trench 155 is formed at a shallower position than the bottom surface of the trench 154. Thereafter, a mask (not shown) is formed in a region other than the trench 155, and an Al ion is implanted as an impurity element into the N layer 152 below the region where the trench 155 is formed, thereby forming a P layer 156. The position of the interface 150a between the P layer 156 formed in this way and the N layer 151 serving as the first region of the N− type drift layer is formed to be deeper than the interface 150c serving as the bottom surface of the trench 154. The Note that the position of the interface 150b which is the upper surface of the N layer 152 is shallower than the interface 150c. After the P layer 156 is formed in this way, the N layer 152 becomes the second region (second semiconductor layer) of the N − type drift layer.

次に、図7(e)に示すように、トレンチ155にP層157を形成し、P層153、156及び157からなるP型ボディ拡散層158(第3の半導体層)を形成する。この後、トレンチ154内にトレンチゲート絶縁膜159を形成する。トレンチゲート絶縁膜159は、トレンチ154の底面のトレンチゲート絶縁膜159aの膜厚が、トレンチ154の側面のトレンチゲート絶縁膜159bの膜厚よりも厚くなるように形成する。ここで、トレンチ154の底面のトレンチゲート絶縁膜159aは、トレンチ154の底面のトレンチゲート絶縁膜159aの上面となる界面150dの位置が、界面150bよりも深い位置となるように形成する。   Next, as shown in FIG. 7E, a P layer 157 is formed in the trench 155, and a P-type body diffusion layer 158 (third semiconductor layer) composed of the P layers 153, 156, and 157 is formed. Thereafter, a trench gate insulating film 159 is formed in the trench 154. The trench gate insulating film 159 is formed so that the thickness of the trench gate insulating film 159 a on the bottom surface of the trench 154 is larger than the thickness of the trench gate insulating film 159 b on the side surface of the trench 154. Here, the trench gate insulating film 159a on the bottom surface of the trench 154 is formed so that the position of the interface 150d that is the top surface of the trench gate insulating film 159a on the bottom surface of the trench 154 is deeper than the interface 150b.

次に、図7(f)に示すように、また、トレンチゲート絶縁膜159が形成されたトレンチ155内に、トレンチゲート電極160を形成し、更には、P型ボディ拡散層158の表面に、N+ソース層161に接してソース電極162を形成し、不図示のドレイン層の表面にドレイン電極を形成する。これにより、本実施の形態における半導体装置の製造方法により半導体装置が製造される。   Next, as shown in FIG. 7F, a trench gate electrode 160 is formed in the trench 155 in which the trench gate insulating film 159 is formed. Further, on the surface of the P-type body diffusion layer 158, A source electrode 162 is formed in contact with the N + source layer 161, and a drain electrode is formed on the surface of a drain layer (not shown). Thus, the semiconductor device is manufactured by the method for manufacturing the semiconductor device in the present embodiment.

本実施の形態における半導体装置の製造方法では、オン抵抗を増加させることなく、トレンチゲート絶縁膜が電界により破壊されることのない構造のトレンチゲート型MOSFET等の半導体装置を製造することができる。また、本実施の形態では、トレンチ154を形成する際のアライメントを行う必要がないため、より均一性の高い半導体装置を製造することができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment, a semiconductor device such as a trench gate type MOSFET having a structure in which the trench gate insulating film is not destroyed by an electric field can be manufactured without increasing the on-resistance. Further, in this embodiment, it is not necessary to perform alignment when forming the trench 154, so that a semiconductor device with higher uniformity can be manufactured.

尚、上記以外の成膜方法等の内容については、第2の実施の形態と同様である。   The contents of the film forming method other than the above are the same as those in the second embodiment.

〔第5の実施の形態〕
次に、第5の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第2及び第4の実施の形態とは異なる半導体装置の製造方法である。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment will be described. The present embodiment is a method of manufacturing a semiconductor device different from the second and fourth embodiments.

図8に基づき本実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。   A method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to FIG.

最初に、図8(a)に示すように、不図示のN型ドレイン層の形成されているSiC基板上に、SiCのN層171を形成し、更に、N層171上にSiCのP層172をエピタキシャル成長により形成する。尚、N層171は、N−型ドリフト層の第1の領域(第1の半導体層)となるものであり、P層172は、P型ボディ拡散層(第3の半導体層)となるものである。また、N層171を形成するために、不純物元素として窒素がドープされており、P層172を形成するために、不純物元素としてAlがドープされている。   First, as shown in FIG. 8A, an SiC N layer 171 is formed on an SiC substrate on which an N-type drain layer (not shown) is formed, and an SiC P layer is formed on the N layer 171. 172 is formed by epitaxial growth. The N layer 171 becomes a first region (first semiconductor layer) of the N − type drift layer, and the P layer 172 becomes a P type body diffusion layer (third semiconductor layer). It is. Further, nitrogen is doped as an impurity element in order to form the N layer 171, and Al is doped as an impurity element in order to form the P layer 172.

次に、図8(b)に示すように、トレンチ173を形成する。具体的には、P層172の表面にN+ソース層178を形成し、この後、トレンチ173の形成される領域に開口部を有する不図示のマスクを形成し、開口部におけるN+ソース層178及びP層172をRIE等のドライエッチングにより除去することにより、P層172内にトレンチ173を形成する。尚、N+ソース層178はトレンチ173を形成する前または後のいずれにおいても形成することが可能であり、トレンチ173の開口部分の両側に形成される。また、トレンチ173は、トレンチ173の最下端となる界面170cが、N層171とP層172との界面170aよりも浅い位置となるように形成する。   Next, as shown in FIG. 8B, a trench 173 is formed. Specifically, an N + source layer 178 is formed on the surface of the P layer 172, and then a mask (not shown) having an opening is formed in a region where the trench 173 is formed, and the N + source layer 178 and By removing the P layer 172 by dry etching such as RIE, a trench 173 is formed in the P layer 172. The N + source layer 178 can be formed either before or after the trench 173 is formed, and is formed on both sides of the opening of the trench 173. The trench 173 is formed such that the interface 170 c that is the lowermost end of the trench 173 is shallower than the interface 170 a between the N layer 171 and the P layer 172.

次に、図8(c)に示すように、酸化膜174を形成する。酸化膜174は、TEOS酸化膜、熱酸化、CVD等の方法により、トレンチ173の内部において略均一の膜厚で形成する。   Next, as shown in FIG. 8C, an oxide film 174 is formed. The oxide film 174 is formed with a substantially uniform film thickness inside the trench 173 by a method such as TEOS oxide film, thermal oxidation, or CVD.

次に、図8(d)に示すように、トレンチ173の形成されている領域に不純物元素のイオン注入を行う。具体的には、トレンチ173の形成されている領域以外に不図示のマスクを形成し、不純物元素として窒素のイオン注入を行う。トレンチ173の底面は図示するように曲面状に形成されているため、注入された窒素は、トレンチ173の底面から広がるように打ち込まれ、N層175を形成する。このように形成されたN層175は、N−型ドリフト層の第2の領域(第2の半導体層)となるものである。尚、トレンチ173の側面には酸化膜174が形成されているため、イオン注入される窒素はトレンチ173の側面よりP層172に広がることはない。   Next, as shown in FIG. 8D, an impurity element is ion-implanted into the region where the trench 173 is formed. Specifically, a mask (not shown) is formed in a region other than the region where the trench 173 is formed, and nitrogen ion implantation is performed as an impurity element. Since the bottom surface of the trench 173 is formed in a curved shape as shown in the figure, the implanted nitrogen is implanted so as to spread from the bottom surface of the trench 173 to form an N layer 175. The N layer 175 thus formed serves as the second region (second semiconductor layer) of the N − type drift layer. Since the oxide film 174 is formed on the side surface of the trench 173, the nitrogen ion-implanted does not spread to the P layer 172 from the side surface of the trench 173.

次に、図8(e)に示すように、酸化膜174を除去した後、トレンチ173の側面及び底面にトレンチゲート酸化膜176を形成する。形成されるトレンチゲート酸化膜176は、トレンチ173の底面に形成されるトレンチゲート酸化膜176aと、トレンチ173の側面にトレンチゲート酸化膜176aよりも薄く形成されるトレンチゲート酸化膜176bにより構成される。トレンチ173の底面に形成されるトレンチゲート酸化膜176aの上部となる界面170dの位置は、N層175とP層172との界面170bにおける最も浅い位置よりも、深い位置となるように形成する。   Next, as shown in FIG. 8E, after removing the oxide film 174, a trench gate oxide film 176 is formed on the side and bottom surfaces of the trench 173. The formed trench gate oxide film 176 includes a trench gate oxide film 176a formed on the bottom surface of the trench 173, and a trench gate oxide film 176b formed on the side surface of the trench 173 thinner than the trench gate oxide film 176a. . The position of the interface 170d which is the upper part of the trench gate oxide film 176a formed on the bottom surface of the trench 173 is formed to be deeper than the shallowest position in the interface 170b between the N layer 175 and the P layer 172.

次に、図8(f)に示すように、トレンチゲート絶縁膜176が形成されているトレンチ173内にトレンチゲート電極177を形成し、更には、P型ボディ拡散層115の表面に、N+ソース層178に接してソース電極179を形成し、不図示のドレイン層の表面にドレイン電極を形成する。これにより、本実施の形態における半導体装置の製造方法により半導体装置が製造される。   Next, as shown in FIG. 8F, a trench gate electrode 177 is formed in the trench 173 in which the trench gate insulating film 176 is formed. Further, an N + source is formed on the surface of the P-type body diffusion layer 115. A source electrode 179 is formed in contact with the layer 178, and a drain electrode is formed on the surface of a drain layer (not shown). Thus, the semiconductor device is manufactured by the method for manufacturing the semiconductor device in the present embodiment.

本実施の形態における半導体装置の製造方法により、オン抵抗を増加させることなく、トレンチゲート絶縁膜が電界により破壊されることのない構造のトレンチゲート型MOSFET等の半導体装置を製造することができる。   By the method for manufacturing a semiconductor device in this embodiment, a semiconductor device such as a trench gate type MOSFET having a structure in which the trench gate insulating film is not destroyed by an electric field can be manufactured without increasing the on-resistance.

尚、上記以外の成膜方法等の内容については、第2の実施の形態と同様である。   The contents of the film forming method other than the above are the same as those in the second embodiment.

また、第2から第5の実施の形態では、半導体材料としてSiCを用いたものについて説明したが、半導体材料としてSiを用いた場合においても、同様の効果の得ることのできる半導体装置を製造することができる。また、P型を形成するための不純物元素として、Alを用いた場合について説明しているが、B(ボロン)を用いてもよい。   In the second to fifth embodiments, the semiconductor material using SiC is described. However, even when Si is used as the semiconductor material, a semiconductor device capable of obtaining the same effect is manufactured. be able to. Further, although the case where Al is used as the impurity element for forming the P-type is described, B (boron) may be used.

以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。   As mentioned above, although the form which concerns on implementation of this invention was demonstrated, the said content does not limit the content of invention.

10a 界面
10b 界面
10c 界面
10d 界面
11 N型ドレイン層(第5の半導体層)
12 N−型ドリフト層
12a 第1の領域(第1の半導体層)
12b 第2の領域(第2の半導体層)
13 P型ボディ拡散層(第3の半導体層)
14 トレンチゲート絶縁膜
14a トレンチゲート絶縁膜(トレンチの底面)
14b トレンチゲート絶縁膜(トレンチの側面)
15 トレンチゲート電極
16 ドレイン電極
17 N+型ソース層(第4の半導体層)
18 ソース電極
10a interface 10b interface 10c interface 10d interface 11 N-type drain layer (fifth semiconductor layer)
12 N− type drift layer 12a First region (first semiconductor layer)
12b Second region (second semiconductor layer)
13 P-type body diffusion layer (third semiconductor layer)
14 Trench gate insulating film 14a Trench gate insulating film (bottom surface of trench)
14b Trench gate insulating film (side surface of trench)
15 Trench gate electrode 16 Drain electrode 17 N + type source layer (fourth semiconductor layer)
18 Source electrode

Claims (10)

半導体基板上に形成された第1の導電型の第1の半導体層と、
前記第1の半導体層上の一部領域に形成された第1の導電型の第2の半導体層と、
前記第1の半導体層上及び前記第2の半導体層上に形成された第2の導電型の第3の半導体層と、
前記第3の半導体層の形成されている側より形成された前記第2の半導体層に底面を有するトレンチと、
前記トレンチの開口部分の両側に形成された第1の導電型の第4の半導体層と、
前記トレンチの底面及び側面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介し前記トレンチ内に形成されたゲート電極と、
を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面における膜厚よりも、前記トレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、
前記トレンチの底面におけるゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との深さ方向における界面よりも深い位置に形成されており、
前記第2の半導体層と前記トレンチの底面におけるゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との深さ方向における界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor layer of a first conductivity type formed on a semiconductor substrate;
A second semiconductor layer of a first conductivity type formed in a partial region on the first semiconductor layer;
A third semiconductor layer of the second conductivity type formed on the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
A trench having a bottom surface in the second semiconductor layer formed from the side on which the third semiconductor layer is formed;
A fourth semiconductor layer of the first conductivity type formed on both sides of the opening of the trench;
A gate insulating film formed on the bottom and side surfaces of the trench;
A gate electrode formed in the trench through the gate insulating film;
And the gate insulating film is formed with a film thickness on the bottom surface of the trench larger than a film thickness on the side surface of the trench,
The position of the interface in the depth direction between the gate insulating film and the gate electrode on the bottom surface of the trench is formed at a position deeper than the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer. And
The position of the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the gate insulating film at the bottom of the trench is shallower than the interface in the depth direction between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. A semiconductor device characterized in that the semiconductor device is formed.
前記半導体基板の面に平行な方向において、前記トレンチ側面における前記ゲート絶縁膜と前記第2の半導体層との界面から、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との界面までの長さをXとし、前記半導体基板の面に垂直な方向において、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との界面から、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との界面までの長さをYとした場合、
X<Y
であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
A length from the interface between the gate insulating film and the second semiconductor layer on the side surface of the trench to the interface between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate. Where X is the thickness, and in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate, the interface between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer from the interface between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. If the length up to Y is Y,
X <Y
The semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記半導体基板の面に平行な方向において、前記トレンチ側面における前記ゲート絶縁膜と前記第2の半導体層との界面から、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との界面までの長さは、0.1μm以上であって、空乏層が形成される長さ以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。   A length from the interface between the gate insulating film and the second semiconductor layer on the side surface of the trench to the interface between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate. 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a length of 0.1 μm or more and not more than a length at which a depletion layer is formed. 前記第1の半導体層における不純物濃度よりも、前記第2の半導体層における不純物濃度が高いことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein an impurity concentration in the second semiconductor layer is higher than an impurity concentration in the first semiconductor layer. 5. 前記第1の半導体層、前記第2の半導体層及び前記第3の半導体層は、SiCを含む材料により形成されているものであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。   5. The device according to claim 1, wherein the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer are made of a material containing SiC. Semiconductor device. 前記第1の半導体層において、前記第3の半導体層が形成されている面と反対側の面には、第1の導電型の第5の半導体層が形成されており、
前記第5の半導体層の表面にはドレイン電極が形成されており、
前記第3の半導体層の表面には、前記第4の半導体層に接しソース電極が形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体装置。
In the first semiconductor layer, a fifth semiconductor layer of the first conductivity type is formed on a surface opposite to the surface on which the third semiconductor layer is formed,
A drain electrode is formed on the surface of the fifth semiconductor layer,
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein a source electrode is formed on a surface of the third semiconductor layer so as to be in contact with the fourth semiconductor layer.
半導体基板に形成されている第1の導電型の第1の半導体層上に、第2の導電型の半導体層を形成し、前記第2の導電型の半導体層において、所定の領域に第1の導電型からなる領域を形成することにより、前記所定の領域以外の領域を第2の導電型からなる領域とし、前記第1の導電型からなる領域を第2の半導体層とする工程と、
前記第2の半導体層及び前記第2の導電型からなる領域上に、前記第2の導電型の半導体膜を形成し、前記第2の導電型からなる領域と前記第2の導電型の半導体膜からなる第3の半導体層を形成する工程と、
前記第3の半導体層の形成されている側より、前記第2の半導体層に底面を有するトレンチを形成するとともに、前記トレンチの開口部分の両側に第1の導電型の第4の半導体層を形成する工程と、
前記トレンチ内の側面及び底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜を介し前記トレンチ内にゲート電極を形成する工程と、
を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面における膜厚よりも、前記トレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、
前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との深さ方向における界面よりも深い位置に形成されており、
前記第2の半導体層と前記ゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A second conductivity type semiconductor layer is formed on the first conductivity type first semiconductor layer formed on the semiconductor substrate. In the second conductivity type semiconductor layer, a first region is formed in a predetermined region. Forming a region other than the predetermined region by forming a region of the first conductivity type, and forming a region of the first conductivity type as the second semiconductor layer.
The second conductivity type semiconductor film is formed on the second semiconductor layer and the region of the second conductivity type, and the region of the second conductivity type and the semiconductor of the second conductivity type are formed. Forming a third semiconductor layer comprising a film;
A trench having a bottom surface is formed in the second semiconductor layer from the side where the third semiconductor layer is formed, and a fourth semiconductor layer of the first conductivity type is formed on both sides of the opening of the trench. Forming, and
Forming a gate insulating film on a side surface and a bottom surface in the trench;
Forming a gate electrode in the trench through the gate insulating film;
And the gate insulating film is formed with a film thickness on the bottom surface of the trench larger than a film thickness on the side surface of the trench,
The position of the interface in the depth direction between the gate insulating film and the gate electrode is formed at a position deeper than the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer,
The position of the interface between the second semiconductor layer and the gate insulating film in the depth direction is formed at a position shallower than the interface between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
半導体基板に形成されている第1の導電型の第1の半導体層上に、第1の導電型の半導体層を形成し、前記第1の導電型の半導体層において、所定の領域に第2の導電型からなる領域を形成することにより、前記所定の領域以外の領域を第1の導電型からなる領域とし、前記第1の導電型からなる領域を第2の半導体層とする工程と、
前記第2の半導体層及び前記第2の導電型からなる領域上に、前記第2の導電型の半導体膜を形成し、前記第2の導電型からなる領域と前記第2の導電型の半導体膜からなる第3の半導体層を形成する工程と、
前記第3の半導体層の形成されている側より、前記第2の半導体層に底面を有するトレンチを形成するとともに、前記トレンチの開口部分の両側に第1の導電型の第4の半導体層を形成する工程と、
前記トレンチ内の側面及び底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜を介し前記トレンチ内にゲート電極を形成する工程と、
を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面における膜厚よりも、前記トレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、
前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との深さ方向における界面よりも深い位置に形成されており、
前記第2の半導体層と前記ゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first conductivity type semiconductor layer is formed on a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on a semiconductor substrate, and a second region is formed in a predetermined region of the first conductivity type semiconductor layer. Forming a region of the first conductivity type by forming a region of the first conductivity type, and forming a region of the first conductivity type as the second semiconductor layer,
The second conductivity type semiconductor film is formed on the second semiconductor layer and the region of the second conductivity type, and the region of the second conductivity type and the semiconductor of the second conductivity type are formed. Forming a third semiconductor layer comprising a film;
A trench having a bottom surface is formed in the second semiconductor layer from the side where the third semiconductor layer is formed, and a fourth semiconductor layer of the first conductivity type is formed on both sides of the opening of the trench. Forming, and
Forming a gate insulating film on a side surface and a bottom surface in the trench;
Forming a gate electrode in the trench through the gate insulating film;
And the gate insulating film is formed with a film thickness on the bottom surface of the trench larger than a film thickness on the side surface of the trench,
The position of the interface in the depth direction between the gate insulating film and the gate electrode is formed at a position deeper than the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer,
The position of the interface between the second semiconductor layer and the gate insulating film in the depth direction is formed at a position shallower than the interface between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
半導体基板に形成されている第1の導電型の第1の半導体層上に、第1の導電型の第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層上に第2の導電型の第3の半導体層を形成する工程と、
前記第3の半導体層が形成されている側より、第2の半導体層に底面を有する第1のトレンチを形成するとともに、前記第1のトレンチの開口部分の両側に第1の導電型の第4の半導体層を形成する工程と、
前記第3の半導体層が形成されている側より、第1のトレンチとは異なる部分に、第3の半導体層に底面を有する第2のトレンチを形成する工程と、
前記第2のトレンチの底面部分の領域に対応する前記第2の半導体層の領域に第2の導電型の半導体領域を形成し、更に前記第2のトレンチを第2の導電型の半導体材料により埋め込むことにより、前記第3の半導体層に含まれる層を形成する工程と、
前記第1のトレンチ内の側面及び底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜を介し前記第1のトレンチ内にゲート電極を形成する工程と、
を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記第1のトレンチの側面における膜厚よりも、前記第1のトレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、
前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の深さ方向における界面よりも深い位置に形成されており、
前記第2の半導体層と前記ゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記半導体領域との界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first semiconductor layer of the first conductivity type on the first semiconductor layer of the first conductivity type formed on the semiconductor substrate;
Forming a third semiconductor layer of a second conductivity type on the second semiconductor layer;
A first trench having a bottom surface in the second semiconductor layer is formed from the side on which the third semiconductor layer is formed, and the first conductivity type second is formed on both sides of the opening of the first trench. 4 forming a semiconductor layer;
Forming a second trench having a bottom surface in the third semiconductor layer in a portion different from the first trench from the side on which the third semiconductor layer is formed;
A second conductivity type semiconductor region is formed in a region of the second semiconductor layer corresponding to a region of the bottom surface portion of the second trench, and the second trench is formed of a second conductivity type semiconductor material. Forming a layer included in the third semiconductor layer by embedding;
Forming a gate insulating film on a side surface and a bottom surface in the first trench;
Forming a gate electrode in the first trench through the gate insulating film;
The gate insulating film is formed so that the film thickness on the bottom surface of the first trench is thicker than the film thickness on the side surface of the first trench,
The position of the interface in the depth direction between the gate insulating film and the gate electrode is formed at a position deeper than the interface in the depth direction of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer,
The position of the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the gate insulating film is formed at a position shallower than the interface between the first semiconductor layer and the semiconductor region. Device manufacturing method.
半導体基板に形成されている第1の導電型の第1の半導体層上に、第2の導電型の第3の半導体層を形成する工程と、
前記第3の半導体層の形成されている側より、前記第3の半導体層に底面を有するトレンチを形成するとともに、前記トレンチの開口部分の両側に第1の導電型の第4の半導体層を形成する工程と、
前記トレンチの底面に不純物元素を注入し、前記トレンチの底面より前記第1の半導体層に至るまでの領域に、第1の導電型の第2の半導体層を形成する工程と、
前記トレンチ内の側面及び底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜を介し前記トレンチ内にゲート電極を形成する工程と、
を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面における膜厚よりも、前記トレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、
前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との界面における最も、浅い位置よりも深い位置に形成されており、
前記第2の半導体層と前記ゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層の界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a second semiconductor layer of the second conductivity type on the first semiconductor layer of the first conductivity type formed on the semiconductor substrate;
A trench having a bottom surface is formed in the third semiconductor layer from the side where the third semiconductor layer is formed, and a fourth semiconductor layer of the first conductivity type is formed on both sides of the opening of the trench. Forming, and
Implanting an impurity element into the bottom surface of the trench and forming a second semiconductor layer of the first conductivity type in a region from the bottom surface of the trench to the first semiconductor layer;
Forming a gate insulating film on a side surface and a bottom surface in the trench;
Forming a gate electrode in the trench through the gate insulating film;
And the gate insulating film is formed with a film thickness on the bottom surface of the trench larger than a film thickness on the side surface of the trench,
The position of the interface in the depth direction between the gate insulating film and the gate electrode is formed at a position deeper than the shallowest position at the interface between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer,
The interface position in the depth direction between the second semiconductor layer and the gate insulating film is formed at a position shallower than the interface between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
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