JP2013026488A - Insulation gate type semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法に係り、特に複数の耐圧を少ないマスク変更により製造できる絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an insulated gate semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to an insulated gate semiconductor device that can be manufactured by changing a plurality of masks with less withstand voltage and a method for manufacturing the same.
従来の絶縁ゲート型半導体装置(例えばMOSFET)では、トランジスタセルが設けられる素子領域の外側を囲む周辺領域(チャネル層端部)チャネル層と同導電型のガードリングを設けて素子領域の周端部での電界集中を緩和している(例えば特許文献1参照。)。 In a conventional insulated gate semiconductor device (eg, MOSFET), a peripheral region surrounding the outside of an element region in which a transistor cell is provided (channel layer end portion) is provided with a guard ring having the same conductivity type as the channel layer, and a peripheral end portion of the element region. (See, for example, Patent Document 1).
図9および図10を用いて従来の絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法についてMOSFETの場合を例に説明する。図9(A)は、MOSFETの最終構造(半導体チップ)の全体を示す平面図であり、図9(B)および図10は、MOSFETの製造方法の一例を説明する断面図であって、図9(A)のb−b線の断面図である。 A conventional insulated gate semiconductor device and a method for manufacturing the same will be described with reference to FIGS. FIG. 9A is a plan view showing the entire final structure (semiconductor chip) of the MOSFET, and FIGS. 9B and 10 are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing the MOSFET. It is sectional drawing of the bb line of 9 (A).
図9(A)を参照してMOSFET100のチップは、素子領域121とその外側を囲む周辺領域122からなり、素子領域121には例えばトレンチ型のMOSFETのトランジスタセルが配置され、その表面を覆ってソース電極117が配置される。また周辺領域122においては基板SB表面にガードリング125が配置され、基板SB上に導電層113c、ゲート配線118およびゲートパッド電極119が配置される。
9A, the chip of
図9(B)を参照して、MOSFET100の製造方法は、n+型半導体基板101表面にn−型半導体層102を積層した基板SBを準備し、ガードリングの形成領域が露出するマスク(不図示)を設けてp型不純物(例えばB)をイオン注入した後、p型不純物を拡散する。これによりn−型半導体層102の外周付近に環状のガードリング125を形成する。ガードリング125の形成深さは例えば3μmである。
Referring to FIG. 9B, MOSFET 100 is manufactured by preparing substrate SB in which n −
次にトランジスタセルの形成領域のマスクを除去し、p型不純物を注入及び拡散して、チャネル層104を形成する。その後、チャネル層104を貫通するトレンチ108を形成し、全面を熱酸化してトレンチ108内壁にゲート絶縁膜111を形成する。全面にポリシリコン層を堆積してエッチバックし、トレンチ108内にポリシリコン層を埋設してゲート電極113を形成する。同時にガードリング125上には絶縁膜130を介して導電層113cを形成する。導電層113cはゲート電極113を基板SBの表面で引き回し、ゲートパッド電極119に電気的に接続する。
Next, the mask of the transistor cell formation region is removed, and p-type impurities are implanted and diffused to form the
図10(A)を参照して、ボディ領域の形成領域が露出するマスクM31を設けてチャネル層104表面に選択的にp+型不純物をイオン注入し、マスクM31を除去する。
Referring to FIG. 10A, a mask M31 from which a body region formation region is exposed is provided, and p + type impurities are selectively implanted into the surface of the
図10(B)を参照して、全てのトレンチ108に隣接するソース領域の形成領域が露出するマスクM32を設けて、チャネル層104表面に選択的にn+型不純物をイオン注入し、マスクM32を除去する。
Referring to FIG. 10B, a mask M32 that exposes the formation region of the source region adjacent to all the
図10(C)を参照して全面に絶縁膜を設けてこの時のリフローによりn+型不純物及びp+型不純物を拡散してソース領域115およびボディ領域114を形成する。またこれらが露出するコンタクトホールを絶縁膜に形成してゲート電極113上を覆う層間絶縁膜116を形成する。素子領域121の全面を覆うソース電極117を形成し、周辺領域122に延在するゲート配線118およびこれと接続するゲートパッド電極(不図示)を形成する。
Referring to FIG. 10C, an insulating film is provided on the entire surface, and n + type impurities and p + type impurities are diffused by reflow at this time to form
図10(C)に示すMOSFETにおいて耐圧を高める手法の一つに、ガードリング125を制御する方法がある。一例を挙げると、同じ導電型(nチャネル型)のMOSFETにおいて、ガードリング125の拡散深さを深くすることによって、耐圧を高めることができる。
One method for increasing the breakdown voltage in the MOSFET shown in FIG. 10C is to control the
図11は、素子領域121のパターン(ソース領域115、ボディ領域114等の形成位置)を維持して図10(C)のガードリング125の拡散深さを深くした場合のMOSFET100’の断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of
ガードリング125は不純物の拡散領域であり、拡散深さを深くすると、基板SBの主面に水平方向の拡散(いわゆる横拡散)も進行する。この場合、ガードリング125から直近のソース領域(後の工程で形成される最外周のソース領域)115までの距離が小さい場合、ソース領域115と重畳してしまう。具体的には、ガードリング125から最外周のトレンチ108までの距離が例えば4μmの場合、耐圧を高めるためにガードリング125を深く(4μm)拡散すると、横方向にも4μm拡散し、最外周のソース領域115と重畳する。
The
ソース領域115すなわちトランジスタセルの一部にガードリング125が重畳または接触すると、正常なトランジスタ動作を行わないおそれがあり、特にトランジスタセルがストライプ状の場合には、素子領域端部の一列(又は複数列)のトランジスタセルの動作が不安定または不均一になる問題があった。
If the guard ring 125 overlaps or comes into contact with a part of the
このため、あるMOSFET100の製造方法において、耐圧の変更に対応して、ガードリング125に接触しないよう(ガードリング125の端部から所定の距離を確保できるよう)、素子領域121(トランジスタセル)の形成領域を変える必要があった。すなわち、それぞれに対応してソース領域115(およびボディ領域114やチャネル層104など)を形成するマスクが必要であった。
For this reason, in a method of manufacturing a
本発明はかかる課題に鑑みてなされ、第1に、一導電型半導体層と、前記一導電型半導体層表面に設けられた逆導電型のチャネル層と、前記一導電型半導体層に設けられた複数のトレンチと、前記トレンチ内に設けられた絶縁膜と、前記トレンチに埋設されたゲート電極と、前記チャネル層表面に設けられた一導電型のソース領域と、前記チャネル層の外側を囲んで前記一導電型半導体層表面に設けられた高濃度の逆導電型不純物領域とを具備し、前記トレンチのうち少なくとも最外部のトレンチは少なくとも一の側壁が前記逆導電型不純物領域と接することにより解決するものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a problem. First, a one-conductivity-type semiconductor layer, a reverse-conductivity-type channel layer provided on the surface of the one-conductivity-type semiconductor layer, and the one-conductivity-type semiconductor layer are provided. Surrounding a plurality of trenches, an insulating film provided in the trenches, a gate electrode embedded in the trenches, a one-conductivity type source region provided on the surface of the channel layer, and the outside of the channel layer A high-concentration reverse-conductivity type impurity region provided on the surface of the one-conductivity type semiconductor layer, and at least one outermost trench among the trenches is solved by having at least one side wall in contact with the reverse-conductivity type impurity region To do.
第2に、一導電型半導体層を準備し該一導電型半導体層の周辺領域の表面に高濃度の逆導電型不純物領域を形成する工程と、該逆導電型不純物領域より内側の前記一導電型半導体層表面に逆導電型のチャネル層を形成する工程と、前記一導電型半導体層に複数のトレンチを形成する工程と、該トレンチ内を絶縁膜で被覆する工程と、前記トレンチ内にゲート電極を埋設する工程と、前記チャネル層表面に一導電型のソース領域を形成する工程と、を具備し、前記トレンチのうち少なくとも最外部のトレンチは少なくとも一の側壁が前記逆導電型不純物領域と接して形成されることにより解決するものである。 Second, a step of preparing one conductivity type semiconductor layer and forming a high concentration reverse conductivity type impurity region on the surface of the peripheral region of the one conductivity type semiconductor layer, and the one conductivity type inside the reverse conductivity type impurity region. Forming a reverse conductivity type channel layer on the surface of the type semiconductor layer, forming a plurality of trenches in the one conductivity type semiconductor layer, covering the trench with an insulating film, and forming a gate in the trench A step of burying an electrode; and a step of forming a source region of one conductivity type on the surface of the channel layer, wherein at least one of the outermost trenches has at least one sidewall of the opposite conductivity type impurity region. It is solved by being formed in contact.
本発明の絶縁ゲート型半導体装置に依れば、耐圧向上のためにガードリングを深く形成する構造であっても、ガードリングに近い(素子領域の端部)のトランジスタセルにおいてソース領域とガードリングとの接触を回避でき、トランジスタ動作を安定させることができる。 According to the insulated gate semiconductor device of the present invention, the source region and the guard ring in the transistor cell close to the guard ring (end portion of the element region), even if the guard ring is deeply formed to improve the breakdown voltage. Can be avoided, and the transistor operation can be stabilized.
また本発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法に依れば、耐圧向上のためにガードリングを深く形成する場合に、ガードリングに近い(素子領域の端部)のトランジスタセルにおいてソース領域とガードリングとの接触を回避する半導体装置の製造方法を提供できる。 Further, according to the method of manufacturing an insulated gate semiconductor device of the present invention, when forming the guard ring deeply in order to improve the breakdown voltage, the source region and the guard in the transistor cell close to the guard ring (end portion of the element region). A method of manufacturing a semiconductor device that avoids contact with the ring can be provided.
更に、耐圧を変える場合であっても、少ないマスク変更で対応でき、複数のシリーズを揃える半導体装置を製造する場合であってもマスク変更の増加を防止し、製造コストの低減が実現する。 Furthermore, even when the withstand voltage is changed, it is possible to cope with a small mask change, and even when a semiconductor device having a plurality of series is manufactured, an increase in the mask change is prevented, and the manufacturing cost is reduced.
本発明の実施の形態を、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の場合を例に図1から図8を参照して説明する。 The embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 by taking the case of a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) as an example.
まず、図1から図4を参照して本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態のMOSFET50の構造を示す。図1(A)はチップ全体の平面図であり、図1(B)は図1(A)のa−a線の断面図である。
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the structure of the
図1(A)を参照してMOSFET50のチップは、チップを構成する基板SBの表面に素子領域21とそれを囲む周辺領域22とが設けられる。
Referring to FIG. 1A, the chip of
素子領域21には、多数のMOSFETのトランジスタセルCが例えばストライプ状に配列されている。ソース電極17は、素子領域21上の全面を覆って設けられ、素子領域21のソース領域(不図示)と接続して設けられる。
In the
周辺領域22の基板SB表面には、高濃度のp型不純物拡散領域であるガードリング25が設けられる。ガードリング25は素子領域21の外側を囲む環状に設けられる。ガードリング25上にはこれと重畳するように導電層13cが設けられる。導電層13cは素子領域21のゲート電極8と接続する。また導電層13cと重畳してゲート配線18が設けられる。ゲート配線18は導電層13cを介してゲート電極13と接続する。ゲート配線18は、基板SB表面に設けられたゲートパッド電極19に接続する。
A
図1(B)を参照して、基板SBはn+型シリコン半導体基板1上にn−型半導体層2を積層してなる。n−型半導体層2は例えばn+型シリコン半導体基板1上にエピタキシャル成長によって形成したシリコン半導体層である。
Referring to FIG. 1B, a substrate SB is formed by laminating an n−
n−型半導体層2表面にはp型のチャネル層4が設けられる。チャネル層4の外周を囲んで、チャネル層4よりも深く高濃度のp+型不純物の拡散領域であるガードリング25が設けられ、チャネル層4周端における空乏層の曲率を緩和して電界集中を抑制している。
A p-
n−型半導体層2をエッチングして複数のトレンチ7が設けられる。第1トレンチ71は素子領域20内のn−型半導体層2をエッチングして設けられ、両側壁がチャネル層4と隣接する。第1トレンチ71は複数設けられ既知のトレンチ構造のトランジスタセルCを構成する。
The n −
第2トレンチ72はここでは複数のトレンチ7のうち最外部に位置するトレンチ(最外部のトレンチ7o)である。第2トレンチ72は一方の側壁(ここでは右側の側壁)がガードリング25と接し、他方の側壁(ここでは左側の側壁)がチャネル層4と隣接する。
Here, the
トレンチ7の内側には熱酸化膜などによるゲート絶縁膜11が設けられ、ゲート電極13が埋設される。ゲート電極13は不純物が導入されたポリシリコン層である。第1トレンチ71に隣接するチャネル層4表面にはn+型不純物領域であるソース領域15が配置される。またソース領域15間のチャネル層4表面にはp+型不純物領域であるボディ領域14が配置される。
A
ソース領域15はチャネル層4表面に設けられる。素子領域21の端部に配置された第2トレンチ72(最外部のトレンチ7o)は、一方の側壁がガードリング25と接しておりソース領域15は配置されないが、素子領域21側の他方の側壁にソース領域15が配置される。尚、本実施形態では、ガードリング25側にはボディ領域14およびチャネル層4が配置される場合を示しているが、ガードリング25側にこれらが配置されなくてもよい。
The
第1トレンチ71および第2トレンチ72で囲まれた領域にトランジスタセルCが構成される。第1トレンチ71は両側壁にソース領域15が配置され、両側壁に沿ってMOSトランジスタのチャネル(反転領域)が形成される。つまり、第1トレンチ71はゲート電極13を挟んで両側がトランジスタとして動作する。一方、第2トレンチ72は、ソース領域15が配置された図1(B)では片側(左半分側)の側壁に沿ってMOSトランジスタのチャネルが形成されトランジスタとして動作するが、他の片側(右半分側)はトランジスタとして動作しない。
A transistor cell C is formed in a region surrounded by the
つまり素子領域21の内側から、両側壁に沿ってトランジスタセルCが配置される第1トレンチ71片側の側壁のみに沿ってトランジスタセルCが配置される第2トレンチ72形成される。
That is, the
本実施形態では、ソース領域15が配置される領域、すなわちトランジスタ動作を行うトランジスタセルCが配置される領域までを素子領域21と称する。つまり図1(B)では破線より左側の領域が素子領域21であり、第2トレンチ72は素子領域21の端部を構成する。
In the present embodiment, the region where the
ゲート電極13上は層間絶縁膜16で覆われ、層間絶縁膜16に設けられたコンタクトホールCHからソース領域15の一部とボディ領域14が露出する。これらはコンタクトホールCHを介して、素子領域21の全面を覆って設けられたソース電極17とコンタクトする。
The
ゲート電極13は周辺領域22において、導電層13cによって基板SB表面に引き出される。導電層13cはゲート電極13と同材料のポリシリコン層であり、素子領域21の例えば外側を囲むにように基板SB表面に延在し、例えば保護ダイオード(不図示)の一端に接続する。
The
導電層13c上にはこれと重畳しまた電気的に接続するゲート配線18が設けられる。ゲート配線18はゲートパッド電極19に接続し、MOSFETにゲート電圧を印加する。
A
ソース電極17、ゲート配線18およびゲートパッド電極19は例えばアルミニウムなどの金属のスパッタにより同一の金属層として半導体基板SBの全面に設けられ、所定の形状にパターンニングされてなる。
The
ソース電極17は、全てのトレンチ8上を覆って設けられており、本実施形態ではガードリング25の内周端部(素子領域21側の端部)がソース電極17の下方に配置される。
The
n+型シリコン半導体基板1の裏面には、蒸着金属層などによってドレイン電極20が設けられる。
A
本実施形態では、n−型半導体層2に複数の(ストライプ状の)トレンチ7が設けられ、少なくとも最外部のトレンチ7o(ここでは第2トレンチ72)は、少なくとも一の側壁(ここでは右側の側壁)がガードリング25と接する。また第2トレンチ72の一方の側壁にはソース領域15が配置されず、他方の側壁(ここでは左側の側壁)のみにソース領域15が配置される。つまり、ソース領域15はガードリング25と接する第2トレンチ72の側壁上が覆われるような(開口部を有さない)マスクを用いて形成される(これについては後述する)。
In this embodiment, a plurality of (striped)
これにより素子領域21の端部のトランジスタセルC(第1トレンチ71と第2トレンチ72間のトランジスタセルC)であってもガードリング25とソース領域15が重畳することを回避でき、安定したトランジスタ動作を行うことができる。
Thereby, even if it is transistor cell C (transistor cell C between
また図1(B)では第2トレンチ72の中央付近までガードリング25が達している場合を示しているが、ガードリング25の端部が達する位置はこれに限らない。ガードリング25は、耐圧に応じて設計され、例えばその端部は第2トレンチ72の右側の側壁部分とほぼ一致するものであってもよい。
1B shows a case where the
次に、図2から図4を参照して第1の実施形態のMOSFET50の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず図2(A)を参照して、n+型シリコン半導体基板1上にn−型半導体層2を積層するなどした基板SBを準備する。一例として、n+型シリコン半導体基板1上にエピタキシャル成長などによりn−型半導体層2を積層する。
First, referring to FIG. 2A, a substrate SB in which an n−
基板の全面を熱酸化(例えば1000℃程度)し、n−型半導体層2の表面に、酸化膜(不図示)を形成し、フォトリソグラフィ工程によってガードリングの形成領域を露出させる。これをマスクとして、p型不純物(例えばボロン(B))をイオン注入する。一例として注入エネルギーは50keV、ドーズ量は1×1014/cm2である。
The entire surface of the substrate is thermally oxidized (for example, about 1000 ° C.), an oxide film (not shown) is formed on the surface of the n −
その後、熱処理(1000℃〜1200℃)を施し、注入したp型不純物を拡散する。これにより、n−型半導体層2の外周付近に環状のガードリング25を形成する(図1(A)参照)。これらの形成深さは例えば4μm〜5μmである。
Thereafter, heat treatment (1000 ° C. to 1200 ° C.) is performed to diffuse the implanted p-type impurity. Thereby, an
次に、再び全面に酸化膜(不図示)を設けるなどしてフォトリソグラフィ工程によってチャネル層の形成領域を露出させる。これをマスクとして全面にp型不純物(例えばB)をイオン注入する。注入エネルギーは例えば120keV〜450keVであり、ドーズ量は、例えば2×1012/cm2である。その後熱処理(1100℃)によりp型不純物を拡散し、p型のチャネル層4を形成する。
Next, an oxide film (not shown) is provided again on the entire surface, and the channel layer forming region is exposed by a photolithography process. Using this as a mask, a p-type impurity (for example, B) is ion-implanted over the entire surface. The implantation energy is, for example, 120 keV to 450 keV, and the dose amount is, for example, 2 × 10 12 / cm 2 . Thereafter, p-type impurities are diffused by heat treatment (1100 ° C.) to form the p-
図2(B)を参照して、全面にCVD法によりNSG(Non−doped Silicate Glass)のCVD酸化膜(不図示)を生成する。その後、トレンチの開口部分を除いてレジスト膜によるマスクを形成する。CVD酸化膜をドライエッチングして部分的に除去し、チャネル層4が露出したトレンチ開口部を形成する。
Referring to FIG. 2B, an NSG (Non-Doped Silicate Glass) CVD oxide film (not shown) is formed on the entire surface by CVD. Thereafter, a mask made of a resist film is formed except for the opening of the trench. The CVD oxide film is partially removed by dry etching to form a trench opening in which the
CVD酸化膜をマスクとしてトレンチ開口部のn−型半導体層2をCF系およびHBr系ガスによりドライエッチングし、複数のトレンチ7(第1トレンチ71および第2トレンチ72)を形成する。第1トレンチ71はチャネル層4を貫通してn−型半導体層2まで達する。すなわち第1トレンチ71は両側壁がチャネル層4と接する。第2トレンチ72は最外部のトレンチ7oであり一方の側壁がチャネル層4と接し、他方の側壁がガードリング25と接する。
Using the CVD oxide film as a mask, the n −
ダミー酸化をしてトレンチ7内壁とチャネル層4表面に酸化膜(図示せず)を形成してドライエッチングの際のエッチングダメージを除去し、その後、この酸化膜とCVD酸化膜をエッチングにより除去する。
Dummy oxidation is performed to form an oxide film (not shown) on the inner wall of the
更に、全面を酸化してトレンチ7内壁にゲート酸化膜11を駆動電圧に応じて例えば厚み約300Å〜700Åに形成する。
Further, the entire surface is oxidized to form a
その後、不純物を含むポリシリコン層を全面に堆積する。ポリシリコン層は不純物を含むポリシリコンを堆積した層でもよいし、ノンドープのポリシリコンを堆積後、不純物を導入してもよい。 Thereafter, a polysilicon layer containing impurities is deposited on the entire surface. The polysilicon layer may be a layer in which polysilicon containing impurities is deposited, or impurities may be introduced after depositing non-doped polysilicon.
引き続き周辺領域22において基板SB表面に所望の形状のポリシリコン層が残存するようなマスクを設けてドライエッチングを行う。これにより、トレンチ7に埋設されたゲート電極13が形成される。同時にゲート電極13を基板SB表面に引き出し、周辺領域22の基板SB表面に延在する導電層13cが形成される。導電層13cはこの断面において、これまでの工程において周辺領域22に形成された(残存した)CVD酸化膜やゲート酸化膜11等の絶縁膜30の上に形成される。また必要に応じて保護ダイオード(不図示)を構成するポリシリコン層が形成される。
Subsequently, dry etching is performed by providing a mask such that a polysilicon layer having a desired shape remains on the surface of the substrate SB in the
図3(A)を参照して、ボディ領域となる部分を露出したレジスト膜によるマスクM11を設けて、選択的にp型不純物(例えばボロン(B))を例えばドーズ量2.0×1015/cm2でイオン注入する。 Referring to FIG. 3A, a mask M11 made of a resist film exposing a portion to be a body region is provided, and a p-type impurity (for example, boron (B)) is selectively applied, for example, at a dose of 2.0 × 10 15. Ion implantation at / cm 2 .
図3(B)を参照してソース領域となる部分を露出した新たなレジスト膜によるマスクM12を設けて、選択的にn型不純物(例えばヒ素(As))を例えばドーズ量5.0×1015/cm2程度でイオン注入する。 With reference to FIG. 3B, a new resist film mask M12 exposing a portion to be a source region is provided, and an n-type impurity (for example, arsenic (As)) is selectively doped with, for example, a dose of 5.0 × 10. Ion implantation is performed at about 15 / cm 2 .
このときのマスクM12の開口部(すなわちソース領域が形成される領域)は、第2トレンチ72より内側のみに設けられる。つまり全てのトレンチについてこれに隣接する領域が開口されている従来のマスクと異なり、本実施形態のマスクM12では第2トレンチ72からガードリング25までの領域には、ソース領域形成のための開口部は設けられていない。
At this time, the opening of the mask M12 (that is, the region where the source region is formed) is provided only inside the
尚、ソース領域を形成するためのイオン注入工程はボディ領域を形成するためのイオン注入工程より先に行ってもよい。 Note that the ion implantation step for forming the source region may be performed prior to the ion implantation step for forming the body region.
図4(A)を参照して、マスクM12を除去し、全面にNSG又はPSG(不図示)及びBPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)層の絶縁膜16’をCVD法により堆積する。この時の熱処理により、ボディ領域とソース領域のそれぞれの形成領域に注入したp型不純物およびn型不純物を拡散し、ボディ領域14とソース領域15を形成する。
Referring to FIG. 4A, the mask M12 is removed, and an NSG or PSG (not shown) and BPSG (Boron Phosphorus Silicate Glass) layer insulating film 16 'is deposited on the entire surface by CVD. By the heat treatment at this time, the p-type impurity and the n-type impurity implanted in the respective formation regions of the body region and the source region are diffused to form the
ガードリング25に隣接する第2トレンチ72の一方(ここでは右側)の側壁にはソース領域15及びボディ領域14が形成されず、ガードリング25とこれらの領域とが重畳することを回避できる。
The
これによりトレンチ8に囲まれた領域がトランジスタセルCとなり多数のMOSFETのトランジスタセルCが配置された素子領域21が形成される。
As a result, a region surrounded by the trench 8 becomes a transistor cell C, and an
図4(B)を参照して、レジスト膜によるマスク(不図示)を設けて絶縁膜16’をエッチングし、ゲート電極13上を覆う層間絶縁膜16を形成するとともにソース領域15の一部とボディ領域14が露出するコンタクトホールCHを形成する。
Referring to FIG. 4B, a mask (not shown) made of a resist film is provided and the insulating
その後アルミニウム等をスパッタ装置で全面に付着して、所望の形状にパターンニングし、素子領域21全面を覆い、ソース領域15およびボディ領域14にコンタクトするソース電極17を形成する。ソース電極17は素子領域21の端部付近においてガードリング25の一部、および第2トレンチ72上を覆う。
Thereafter, aluminum or the like is deposited on the entire surface by a sputtering apparatus and patterned into a desired shape, covering the entire surface of the
更に、n+型シリコン半導体基板1の裏面に金属蒸着などによりドレイン電極を形成し、図1に示す最終構造を得る。
Further, a drain electrode is formed on the back surface of the n + -type
本発明のMOSFETは、複数のトレンチ7のうち少なくとも最外部のトレンチ7oは少なくとも一の側壁がガードリング25と接し、当該一の側壁にはソース領域15を配置しないものである。これにより、そのトレンチ7o側壁部分においてはトランジスタ動作を行わず、ガードリング25と接した場合でも不安定な動作を回避できる。従って、最外部のトレンチ7oは上記の構成に限らない。
In the MOSFET of the present invention, at least the outermost trench 7o among the plurality of
図5は、本発明の第2の実施形態を示す図であり、図1(A)のa−a線の断面に相当する図である。図5(A)の如く、最外部のトレンチ7oは、両側壁がガードリング25と接しても良い。すなわち、第2トレンチ72の外側に最外部のトレンチ7oとなる第3トレンチ73が設けられてもよい。ガードリング25は第2トレンチ72まで達しており、第3トレンチ73はガードリング25の外周端と内周端の間に位置し、すなわち第3トレンチ73は両側壁がガードリング25と接している。この場合、第3トレンチ73の両側壁にソース領域15は配置されない。当該第3トレンチ73内も絶縁膜(ゲート絶縁膜11)で覆われポリシリコン層(ゲート電極13)が埋設されるが、ソース領域15は両側壁に配置されないためトランジスタ動作は行わない。
FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, which corresponds to a cross section taken along the line aa in FIG. As shown in FIG. 5A, the outermost trench 7 o may be in contact with the
つまり素子領域21の内側から、両側壁に沿ってトランジスタセルCが配置される第1トレンチ71片側の側壁のみに沿ってトランジスタセルCが配置される第2トレンチ72、そして両側壁ともにトランジスタセルCが配置されない第3トレンチ73が形成される。またソース電極17は当該第3トレンチ73上も覆っている。またトランジスタ動作を行わない第3トレンチ73は、複数設けられてもよい。
That is, from the inside of the
側壁にソース領域15が形成されない第3トレンチ73を設けることにより、ガードリング25を更に深く(幅を広く)形成することができる。この場合、ソース領域15を形成するマスクは、第3トレンチ73の両側壁と第2トレンチ72の一方の側壁が覆われたマスクを用いる。
By providing the
また、図5(B)の如く、ガードリング25の端部はトレンチ7の間に位置してもよい。この場合、ガードリング25の端部とは接しないが近接するトレンチ7は、その両側壁にソース領域15が設けられてトランジスタ動作を行う第1トレンチ71となってもよいし、ガードリング25と近接しない側の側壁にのみソース領域15が設けられて片側のみトランジスタ動作を行う第2トレンチ72となってもよい。つまり破線のソース領域15は、形成の有無が任意であることを示す。ガードリング25端部から直近のソース領域15までの距離が十分確保できれば第1トレンチ71とし、距離が不足する場合は第2トレンチ72とすればよい。尚、ここではガードリング25内の第3トレンチ73は複数の場合を示しているが1つであってもよい。
5B, the end of the
ソース領域15を設けなければその領域(側壁)でトランジスタ動作を行なわず、ガードリング25が接することによる不安定動作を回避できる。つまり、チャネル層4、トレンチ7及びボディ領域14を形成するマスクは従前のマスクを使用し、これらがガードリング25と接して又は重畳して形成されても問題はない。ソース領域15形成のマスクM22のみパターンを変更することで、マスクパターンの変更は最小限ですむ。尚、本発明は、トランジスタ動作を行わせない領域へのチャネル層4およびボディ領域14の形成を排除するものではない。
If the
このように、ソース領域15の配置はソース領域15形成のマスクのパターンで選択できる。つまり、耐圧の異なるMOSFETを製造する場合において素子領域21のパターンはガードリング25の拡散幅に応じて、ソース領域15を形成するマスクのマスク変更のみで対応できる。以下、図6から図8を参照して本実施形態の製造方法について説明する。
Thus, the arrangement of the
図6は、異なる耐圧のMOSFETを示す断面図であり、図6(A)が例えば第1の実施形態(図1B)の100V〜150Vの耐圧のMOSFET(以下低耐圧MOSFET51)であり、図6(B)が例えば第2の実施形態(図5(A))の200V〜250Vの耐圧のMOSFET(以下高耐圧MOSFET52)である。これは以降の図7及び図8についても同様である。 6 is a cross-sectional view showing MOSFETs having different breakdown voltages, and FIG. 6A is a MOSFET having a breakdown voltage of 100 V to 150 V (hereinafter referred to as a low breakdown voltage MOSFET 51) of the first embodiment (FIG. 1B), for example. (B) is, for example, a MOSFET having a breakdown voltage of 200 V to 250 V (hereinafter referred to as a high breakdown voltage MOSFET 52) of the second embodiment (FIG. 5A). The same applies to FIGS. 7 and 8 below.
これらを比較すると、図6(B)の高耐圧MOSFET52では耐圧が高いため、図6(A)の低耐圧MOSFET51よりガードリング25が深く形成され、横拡散も大きい。従って素子領域21のソース領域15のパターン(形成領域)のみ変更することで、2つの耐圧のMOSFETの製造工程において、ソース領域15形成以外のマスクを共通化できる。尚、ボディ領域14およびチャネル層4形成のマスクをガードリング25の形成領域に合わせてそれぞれ変更してもよいが、ソース領域15のマスクのみ変更することでマスクのパターン変更の枚数を最小限にできる。
Comparing these, since the high
図7および図8は主にソース領域およびボディ領域を形成する工程について示しており、これ以外の製造工程は第1の実施形態と同様である。また低耐圧のMOSFET51(図7(A))と高耐圧MOSFET52(図7(B))を並べて記載しているが(図8も同様)、マスク共通化が可能となることを説明するためのものであり、これらが同時に製造されるということではない。 7 and 8 mainly show the steps of forming the source region and the body region, and the other manufacturing steps are the same as those in the first embodiment. Further, the low breakdown voltage MOSFET 51 (FIG. 7A) and the high breakdown voltage MOSFET 52 (FIG. 7B) are shown side by side (also in FIG. 8), but it is possible to share a mask. It is not that they are manufactured at the same time.
図7を参照して、ガードリングの形成領域が露出した酸化膜をマスクとして、p型不純物をそれぞれの耐圧に応じた条件でイオン注入する。 Referring to FIG. 7, p-type impurities are ion-implanted under a condition corresponding to each breakdown voltage, using the oxide film from which the guard ring formation region is exposed as a mask.
次に、図示しないマスクを設けてp型不純物をイオン注入、及び拡散し、チャネル層4を形成する。
Next, a
以降は第1の実施形態と同様の工程を行い、トレンチ7(第1トレンチ71、第2トレンチ72、第3トレンチ73)、ゲート絶縁膜11およびゲート電極13(導電層13c)を形成する。
Thereafter, the same process as in the first embodiment is performed to form the trench 7 (
その後、ボディ領域の形成領域が露出したマスクM21を設けてp型不純物をイオン注入する。このようにチャネル層4、トレンチ7およびボディ領域14を形成するマスクは、共用できる。
Thereafter, a mask M21 in which the formation region of the body region is exposed is provided, and p-type impurities are ion-implanted. Thus, the mask for forming the
図8を参照して、ソース領域の形成領域が露出した新たなマスクM22a,M22bを設けてn型不純物をイオン注入する。この時、低耐圧MOSFET51と高耐圧MOSFET52はソース領域15の形成領域が異なるため別のマスクM22a,M22bを用いる。
Referring to FIG. 8, new masks M22a and M22b in which the formation region of the source region is exposed are provided, and n-type impurities are ion-implanted. At this time, since the low
このように、本発明では耐圧の異なるMOSFETに対して少ないマスク変更(本実施形態ではソース形成用のマスク変更のみ)で可能にした。従って、複数の耐圧に対応した(シリーズ化した)MOSFETの製造方法であっても、マスク変更を削減し、製造コストを低減することができる。 As described above, in the present invention, it is possible to change the number of masks for MOSFETs having different breakdown voltages (in this embodiment, only the mask for forming the source is changed). Therefore, even with a MOSFET manufacturing method (series) corresponding to a plurality of breakdown voltages, the mask change can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.
以上、本発明の実施の形態ではnチャネル型MOSFETを例に説明したが、導電型を逆にしたpチャネル型MOSFETに関しても同様に実施でき、同様の効果が得られる。また、MOSFETに限らず、MOSFETのn+型シリコン半導体基板1の下にp型半導体層を配置したIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の絶縁ゲート型半導体素子であっても同様に実施でき、同様の効果が得られる。
As described above, the n-channel MOSFET has been described as an example in the embodiment of the present invention. However, a p-channel MOSFET having a reversed conductivity type can be implemented in the same manner, and the same effect can be obtained. The present invention is not limited to the MOSFET, and can be similarly applied to an insulated gate semiconductor device such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) in which a p-type semiconductor layer is disposed under the n + -type
1 n+型シリコン半導体基板
2 n−型半導体層
4 チャネル層
8 ゲート電極
14 ボディ領域
15 ソース領域
17 ソース電極
25 ガードリング
1 n + type silicon semiconductor substrate
2 n-type semiconductor layer
4 channel layer
8 Gate electrode
14 Body region
15 Source region
17 Source electrode
25 Guard ring
Claims (6)
前記一導電型半導体層表面に設けられた逆導電型のチャネル層と、
前記一導電型半導体層に設けられた複数のトレンチと、
前記トレンチ内に設けられた絶縁膜と、
前記トレンチに埋設されたゲート電極と、
前記チャネル層表面に設けられた一導電型のソース領域と、
前記チャネル層の外側を囲んで前記一導電型半導体層表面に設けられた高濃度の逆導電型不純物領域とを具備し、
前記トレンチのうち少なくとも最外部のトレンチは少なくとも一の側壁が前記逆導電型不純物領域と接することを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置。 One conductivity type semiconductor layer;
A reverse conductivity type channel layer provided on the surface of the one conductivity type semiconductor layer;
A plurality of trenches provided in the one conductivity type semiconductor layer;
An insulating film provided in the trench;
A gate electrode embedded in the trench;
A source region of one conductivity type provided on the surface of the channel layer;
A high-concentration reverse conductivity type impurity region provided on the surface of the one conductivity type semiconductor layer surrounding the outside of the channel layer,
The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein at least one sidewall of at least the outermost trench is in contact with the reverse conductivity type impurity region.
該逆導電型不純物領域より内側の前記一導電型半導体層表面に逆導電型のチャネル層を形成する工程と、
前記一導電型半導体層に複数のトレンチを形成する工程と、
該トレンチ内を絶縁膜で被覆する工程と
前記トレンチ内にゲート電極を埋設する工程と、
前記チャネル層表面に一導電型のソース領域を形成する工程と、
を具備し、
前記トレンチのうち少なくとも最外部のトレンチは少なくとも一の側壁が前記逆導電型不純物領域と接して形成されることを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。 Preparing one conductivity type semiconductor layer and forming a high concentration reverse conductivity type impurity region on the surface of the peripheral region of the one conductivity type semiconductor layer;
Forming a reverse conductivity type channel layer on the surface of the one conductivity type semiconductor layer inside the reverse conductivity type impurity region;
Forming a plurality of trenches in the one conductivity type semiconductor layer;
A step of covering the trench with an insulating film, a step of burying a gate electrode in the trench,
Forming a source region of one conductivity type on the surface of the channel layer;
Comprising
At least the outermost trench among the trenches is formed such that at least one side wall is in contact with the reverse conductivity type impurity region.
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