JP2016034001A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device by which variation in gate threshold is less likely to be generated by variation in depth of a recess part.SOLUTION: A semiconductor substrate comprises: a first semiconductor layer of a first conductivity type exposed to an upper surface of the semiconductor substrate; a second semiconductor layer of a second conductivity type arranged at a lower side of the first semiconductor layer; and a third semiconductor layer of the first conductivity type arranged at the lower side of the second semiconductor layer. The semiconductor device comprises: a trench that penetrates through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and reaches the third semiconductor layer; a gate oxide film that covers an inner surface of the trench; a gate electrode arranged in the trench; and a cap oxide film that covers an upper surface of the gate electrode. In second conductivity type impurity concentration distribution in a depth direction of the semiconductor substrate in the second semiconductor layer, a first maximum value and a second maximum value greater than the first maximum value exist. The second maximum value is formed at a lower surface side from the first maximum value.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。   The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device.

特許文献1には、トレンチゲート型のIGBTが開示されている。コレクタ‐エミッタ間に電圧を印加し、ゲートに閾値以上の電位を印加すると、IGBTがオンする。   Patent Document 1 discloses a trench gate type IGBT. When a voltage is applied between the collector and the emitter, and a potential higher than the threshold is applied to the gate, the IGBT is turned on.

国際公開第2013/121519号公報International Publication No. 2013/121519

特許文献1のIGBTのようなトレンチゲート型のスイッチング用の半導体素子の特性は、ボディ領域の不純物濃度のピーク値の深さにおけるゲート酸化膜の厚みによって大きく変化する。この深さにおけるゲート酸化膜が厚いほど、ゲート閾値が高くなる。   The characteristics of a trench gate type switching semiconductor element such as the IGBT of Patent Document 1 vary greatly depending on the thickness of the gate oxide film at the depth of the peak value of the impurity concentration in the body region. The thicker the gate oxide film at this depth, the higher the gate threshold.

トレンチゲートを形成する際に、ゲート電極の上面の深さ方向における位置には製造誤差が生じる。このため、ゲート電極上に、凹状のリセス部が形成される場合と、リセス部が形成されない場合がある。また、リセス部が形成される場合には、製造工程における誤差によって、リセス部の深さ方向の寸法にはばらつきが生じる。また、ゲート電極の上面にはキャップ酸化膜を形成する必要がある。ゲート電極の上面の深さ方向の位置がばらつくため、キャップ酸化膜の深さ方向の位置にもばらつきが生じる。さらに、キャップ酸化膜を形成する際には、キャップ酸化膜の近傍のゲート酸化膜の厚みが増大する。キャップ酸化膜の深さ方向の位置がばらつくため、ゲート酸化膜の厚みが増大する範囲にもばらつきが生じる。ばらつきによってゲート酸化膜の厚みが増大する範囲がボディ領域の不純物濃度のピーク値の深さと重複すると、ゲート閾値が高くなる。このため、従来の半導体素子の構造では、ゲート電極の上面の深さ方向における位置のばらつきによって、ゲート閾値にばらつきが生じる場合があった。   When the trench gate is formed, a manufacturing error occurs at a position in the depth direction of the upper surface of the gate electrode. For this reason, a recessed recess part may be formed on a gate electrode, and a recess part may not be formed. Further, when the recessed portion is formed, the depth dimension of the recessed portion varies due to an error in the manufacturing process. Further, it is necessary to form a cap oxide film on the upper surface of the gate electrode. Since the position in the depth direction of the upper surface of the gate electrode varies, the position in the depth direction of the cap oxide film also varies. Further, when the cap oxide film is formed, the thickness of the gate oxide film in the vicinity of the cap oxide film increases. Since the position of the cap oxide film in the depth direction varies, the range in which the thickness of the gate oxide film increases also varies. When the range in which the thickness of the gate oxide film increases due to the variation overlaps with the depth of the impurity concentration peak value in the body region, the gate threshold value increases. For this reason, in the conventional semiconductor element structure, the gate threshold value may vary due to the variation in the position of the upper surface of the gate electrode in the depth direction.

したがって、本明細書では、ゲート電極の上面の深さ方向の位置のばらつきが生じてもゲート閾値のばらつきが生じ難い半導体装置に関する技術を提供する。   Therefore, the present specification provides a technique related to a semiconductor device in which variation in gate threshold value hardly occurs even when variation in position in the depth direction of the upper surface of the gate electrode occurs.

本明細書に開示の半導体装置は、半導体基板を有する。前記半導体基板は、前記半導体基板の上面に露出している第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層の下側に配置されており、前記第1半導体層に接する第2導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層の下側に配置されており、前記第2半導体層に接しており、前記第2半導体層によって前記第1半導体層から分離されている第1導電型の第3半導体層を備えている。前記半導体装置は、前記半導体基板の前記上面に形成されており、前記第1半導体層と前記第2半導体層を貫通して前記第3半導体層に達するトレンチと、前記トレンチの内面を覆うゲート酸化膜と、前記トレンチの内部に配置されており、前記ゲート酸化膜によって前記半導体基板から絶縁されているゲート電極と、前記ゲート電極の上面を覆うキャップ酸化膜を備えている。前記第2半導体層内の前記半導体基板の深さ方向における第2導電型不純物濃度分布において、第1の極大値と、第1の極大値よりも大きい第2の極大値が存在する。前記第2の極大値が、前記第1の極大値よりも下面側に形成されている。   The semiconductor device disclosed in this specification includes a semiconductor substrate. The semiconductor substrate is disposed on a lower side of the first semiconductor layer, and is exposed to the first semiconductor layer, and is in contact with the first semiconductor layer. A second semiconductor layer of a type, a first semiconductor layer disposed below the second semiconductor layer, in contact with the second semiconductor layer, and separated from the first semiconductor layer by the second semiconductor layer A conductive third semiconductor layer is provided. The semiconductor device is formed on the upper surface of the semiconductor substrate, has a trench reaching the third semiconductor layer through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and a gate oxidation covering the inner surface of the trench A gate electrode disposed within the trench and insulated from the semiconductor substrate by the gate oxide film; and a cap oxide film covering an upper surface of the gate electrode. In the second conductivity type impurity concentration distribution in the depth direction of the semiconductor substrate in the second semiconductor layer, there are a first maximum value and a second maximum value larger than the first maximum value. The second maximum value is formed on the lower surface side than the first maximum value.

なお、本明細書において、「深さ」は、半導体基板の厚み方向における位置を意味する。   In the present specification, “depth” means a position in the thickness direction of the semiconductor substrate.

上述した半導体装置について、図1に示す半導体装置を一例として説明する。図1においては、第1導電型をn型として示し、第2導電型をp型として示しているが、逆であってもよい。図1の半導体装置は、第1半導体層220と、第2半導体層222と、第3半導体層224と、ゲート酸化膜242と、ゲート電極244と、キャップ酸化膜246を備えている。キャップ酸化膜246を形成するときにゲート電極244の上面近傍のトレンチの側面が追加的に酸化されるため、ゲート酸化膜242の厚みは、キャップ酸化膜246の近傍では厚く、下側では薄い。図1の深さ250は第1の極大値の深さであり、深さ252は第2の極大値の深さである。第2の極大値は第1の極大値よりも大きいため、この半導体装置のゲート閾値は、第2の極大値の深さ252におけるゲート酸化膜242の厚みの影響を大きく受ける。製造誤差によってゲート電極244の上面の深さ方向の位置はばらつきやすい。この半導体装置では、第2の極大値が第1の極大値の深さ250よりも下面側に位置する深さ252に形成されているので、深さ252においてゲート酸化膜242が厚くなり難い。このため、この半導体装置では、ゲート電極244の上面の深さ方向の位置にばらつきが生じても、ゲート閾値にばらつきが生じ難い。   The semiconductor device described above will be described using the semiconductor device illustrated in FIG. 1 as an example. In FIG. 1, the first conductivity type is shown as n-type and the second conductivity type is shown as p-type, but the opposite may be possible. The semiconductor device of FIG. 1 includes a first semiconductor layer 220, a second semiconductor layer 222, a third semiconductor layer 224, a gate oxide film 242, a gate electrode 244, and a cap oxide film 246. Since the side surface of the trench near the upper surface of the gate electrode 244 is additionally oxidized when the cap oxide film 246 is formed, the thickness of the gate oxide film 242 is thick in the vicinity of the cap oxide film 246 and thin in the lower side. The depth 250 in FIG. 1 is the depth of the first maximum value, and the depth 252 is the depth of the second maximum value. Since the second maximum value is larger than the first maximum value, the gate threshold value of this semiconductor device is greatly influenced by the thickness of the gate oxide film 242 at the depth 252 of the second maximum value. The position in the depth direction of the upper surface of the gate electrode 244 is likely to vary due to manufacturing errors. In this semiconductor device, since the second maximum value is formed at the depth 252 located on the lower surface side of the first maximum value depth 250, the gate oxide film 242 is unlikely to be thick at the depth 252. For this reason, in this semiconductor device, even if the position in the depth direction of the upper surface of the gate electrode 244 varies, the gate threshold value hardly varies.

上記の半導体装置の構造によれば、半導体装置の量産時にゲート電極の上面の位置にばらつきが生じても、各半導体装置のゲート閾値にばらつきが生じることを抑制することができる。   According to the structure of the semiconductor device described above, even if the position of the upper surface of the gate electrode varies during mass production of the semiconductor device, it is possible to suppress the variation in the gate threshold value of each semiconductor device.

本明細書が開示する半導体装置の一例を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor device disclosed in this specification. 実施形態に係るIGBT10の上面図。The top view of IGBT10 which concerns on embodiment. 図2のIII−III線におけるIGBT10の断面図。Sectional drawing of IGBT10 in the III-III line of FIG. 図2のIV−IV線におけるIGBT10の断面図。Sectional drawing of IGBT10 in the IV-IV line | wire of FIG. IGBT10のリセス部48付近の拡大図。The enlarged view of the recess part 48 vicinity of IGBT10. IGBT10のリセス部48付近の拡大図(図5よりリセス部48が深い場合)。The enlarged view of the recess part 48 vicinity of IGBT10 (when the recess part 48 is deeper than FIG. 5). 図2のX−X線の位置における不純物濃度分布を示すグラフ。The graph which shows the impurity concentration distribution in the position of the XX line of FIG. IGBT10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of IGBT10. IGBT10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of IGBT10. IGBT10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of IGBT10. IGBT10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of IGBT10. 図11のリセス部48付近の拡大図。FIG. 12 is an enlarged view of the vicinity of the recess portion 48 in FIG. 11. IGBT10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of IGBT10. IGBT10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of IGBT10. 変形例のIGBTの断面図。Sectional drawing of IGBT of a modification. リセス部48が形成されない場合のIGBT10の断面図。Sectional drawing of IGBT10 when the recessed part 48 is not formed.

図2〜4に示す実施形態に係るIGBT10は、半導体基板12と、半導体基板12の上面及び下面に形成された電極、絶縁体等によって構成されている。   The IGBT 10 according to the embodiment shown in FIGS. 2 to 4 includes a semiconductor substrate 12 and electrodes, insulators, and the like formed on the upper and lower surfaces of the semiconductor substrate 12.

半導体基板12の上面には、複数のトレンチ40が凹状に形成されている。図2に示すように、各トレンチ40は、互いに平行に伸びている。各トレンチ40の内面は、ゲート酸化膜42に覆われている。各トレンチ40の内部には、ゲート電極44が配置されている。ゲート電極44は、ゲート酸化膜42によって半導体基板12から絶縁されている。ゲート電極44の上面は、キャップ酸化膜46に覆われている。また、キャップ酸化膜46上には、層間絶縁膜47が形成されている。ゲート電極44は、図示しない位置で、外部に接続可能とされている。   A plurality of trenches 40 are formed in a concave shape on the upper surface of the semiconductor substrate 12. As shown in FIG. 2, the trenches 40 extend in parallel with each other. The inner surface of each trench 40 is covered with a gate oxide film 42. A gate electrode 44 is disposed inside each trench 40. The gate electrode 44 is insulated from the semiconductor substrate 12 by the gate oxide film 42. The upper surface of the gate electrode 44 is covered with a cap oxide film 46. An interlayer insulating film 47 is formed on the cap oxide film 46. The gate electrode 44 can be connected to the outside at a position not shown.

半導体基板12の上面には、エミッタ電極60が形成されている。エミッタ電極60は、キャップ酸化膜46と層間絶縁膜47によってゲート電極44から絶縁されている。半導体基板12の下面には、コレクタ電極62が形成されている。   An emitter electrode 60 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 12. The emitter electrode 60 is insulated from the gate electrode 44 by the cap oxide film 46 and the interlayer insulating film 47. A collector electrode 62 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 12.

半導体基板12の内部には、エミッタ領域20、ボディコンタクト領域21、第1ボディ領域22、キャリア蓄積領域24、第2ボディ領域26、ドリフト領域28、バッファ領域30及びコレクタ領域32が形成されている。   Inside the semiconductor substrate 12, an emitter region 20, a body contact region 21, a first body region 22, a carrier storage region 24, a second body region 26, a drift region 28, a buffer region 30 and a collector region 32 are formed. .

図3に示すエミッタ領域20は、n型領域であり、半導体基板12の上面に露出する範囲に形成されている。エミッタ領域20は、エミッタ電極60に接続されている。図2に示すように、エミッタ領域20は、ゲート電極44に直交する方向に長く伸びている。エミッタ領域20は、ゲート酸化膜42に接している。   The emitter region 20 shown in FIG. 3 is an n-type region and is formed in a range exposed on the upper surface of the semiconductor substrate 12. The emitter region 20 is connected to the emitter electrode 60. As shown in FIG. 2, the emitter region 20 extends long in a direction perpendicular to the gate electrode 44. The emitter region 20 is in contact with the gate oxide film 42.

図4に示すボディコンタクト領域21は、高濃度のp型不純物を含有するp型領域である。ボディコンタクト領域21は、半導体基板12の上面に露出する範囲に形成されている。図2に示すように、ボディコンタクト領域21は、ゲート電極44に直交する方向に長く伸びている。ボディコンタクト領域21は、エミッタ領域20に隣接している。ボディコンタクト領域21は、エミッタ電極60に接続されている。   The body contact region 21 shown in FIG. 4 is a p-type region containing a high concentration of p-type impurities. The body contact region 21 is formed in a range exposed on the upper surface of the semiconductor substrate 12. As shown in FIG. 2, the body contact region 21 extends long in the direction orthogonal to the gate electrode 44. The body contact region 21 is adjacent to the emitter region 20. The body contact region 21 is connected to the emitter electrode 60.

第1ボディ領域22は、ボディコンタクト領域21よりもp型不純物濃度が低いp型領域である。図3、4に示すように、第1ボディ領域22は、エミッタ領域20とボディコンタクト領域21の下側に形成されている。第1ボディ領域22は、エミッタ領域20の下側において、ゲート酸化膜42に接している。図7は、図3のX線の位置における不純物濃度分布を示している。すなわち、図7は、第1ボディ領域22、キャリア蓄積領域24及び第2ボディ領域26内の不純物濃度の深さ方向(半導体基板12の厚み方向)に沿った分布を示している。図7の実線のグラフはp型不純物濃度分布を示し、破線のグラフはn型不純物濃度分布を示す。半導体基板12の何れの位置においても、図7と同様の深さ方向のp型不純物濃度分布が観測される。図7に示すように、第1ボディ領域22内には、p型不純物濃度の極大値PH1と、極小値PLと、極大値PH2が形成されている。極大値PH2は、図7のグラフにおいてp型不純物濃度の最大値である。極大値PH1は、極大値PH2よりも小さい。極小値PLは、極大値PH1及びPH2の何れよりも小さい。極大値PH1は、深さ101に形成されている。極小値PLは、極大値PH1よりも下側に位置する深さ103に形成されている。極大値PH2は、深さ103よりも下側に位置する深さ102に形成されている。以下では、極小値PLを有する深さ103よりも上側の第1ボディ領域22を上層22aと呼び、深さ103よりも下側の第1ボディ領域22を下層22bと呼ぶ。上層22aは、極大値PH1を有する層であり、半導体基板12の上面に沿って層状に広く分布している。また、下層22bは、極大値PH2を有する層であり、半導体基板12の上面に沿って層状に広く分布している。   The first body region 22 is a p-type region having a p-type impurity concentration lower than that of the body contact region 21. As shown in FIGS. 3 and 4, the first body region 22 is formed below the emitter region 20 and the body contact region 21. The first body region 22 is in contact with the gate oxide film 42 below the emitter region 20. FIG. 7 shows the impurity concentration distribution at the position of the X-ray in FIG. That is, FIG. 7 shows the distribution of the impurity concentration in the first body region 22, the carrier accumulation region 24 and the second body region 26 along the depth direction (thickness direction of the semiconductor substrate 12). The solid line graph in FIG. 7 shows the p-type impurity concentration distribution, and the broken line graph shows the n-type impurity concentration distribution. A p-type impurity concentration distribution in the depth direction similar to that in FIG. 7 is observed at any position on the semiconductor substrate 12. As shown in FIG. 7, a maximum value PH1, a minimum value PL, and a maximum value PH2 of the p-type impurity concentration are formed in the first body region 22. The maximum value PH2 is the maximum value of the p-type impurity concentration in the graph of FIG. The maximum value PH1 is smaller than the maximum value PH2. The minimum value PL is smaller than any of the maximum values PH1 and PH2. The maximum value PH1 is formed at a depth 101. The minimum value PL is formed at a depth 103 located below the maximum value PH1. The maximum value PH <b> 2 is formed at a depth 102 located below the depth 103. Hereinafter, the first body region 22 above the depth 103 having the minimum value PL is referred to as an upper layer 22a, and the first body region 22 below the depth 103 is referred to as a lower layer 22b. The upper layer 22a is a layer having a maximum value PH1, and is widely distributed in layers along the upper surface of the semiconductor substrate 12. The lower layer 22b is a layer having a maximum value PH2, and is widely distributed in layers along the upper surface of the semiconductor substrate 12.

キャリア蓄積領域24は、n型領域であり、第1ボディ領域22の下側に形成されている。キャリア蓄積領域24は、第1ボディ領域22によってエミッタ領域20から分離されている。キャリア蓄積領域24は、第2ボディ領域26によってドリフト領域28から分離されている。キャリア蓄積領域24は、第1ボディ領域22の下側においてゲート酸化膜42に接している。キャリア蓄積領域24は、第1ボディ領域22と第2ボディ領域26とを分離する中間領域である。   The carrier accumulation region 24 is an n-type region and is formed below the first body region 22. The carrier accumulation region 24 is separated from the emitter region 20 by the first body region 22. The carrier accumulation region 24 is separated from the drift region 28 by the second body region 26. The carrier accumulation region 24 is in contact with the gate oxide film 42 below the first body region 22. The carrier accumulation region 24 is an intermediate region that separates the first body region 22 and the second body region 26.

第2ボディ領域26は、p型領域であり、キャリア蓄積領域24の下側に形成されている。図7に示すように、第2ボディ領域26のp型不純物濃度は、第1ボディ領域22のp型不純物濃度よりも低い。第2ボディ領域26は、キャリア蓄積領域24によって第1ボディ領域22から分離されている。第2ボディ領域26は、キャリア蓄積領域24の下側においてゲート酸化膜42と接している。   The second body region 26 is a p-type region and is formed below the carrier accumulation region 24. As shown in FIG. 7, the p-type impurity concentration of the second body region 26 is lower than the p-type impurity concentration of the first body region 22. The second body region 26 is separated from the first body region 22 by the carrier accumulation region 24. Second body region 26 is in contact with gate oxide film 42 below carrier accumulation region 24.

ドリフト領域28は、低濃度のn型不純物を含有するn型領域である。ドリフト領域28は、第2ボディ領域26の下側に形成されている。ドリフト領域28は、第2ボディ領域26によってキャリア蓄積領域24から分離されている。ドリフト領域28は、トレンチ40の下端に位置するゲート酸化膜42と接している。   The drift region 28 is an n-type region containing a low concentration n-type impurity. The drift region 28 is formed below the second body region 26. The drift region 28 is separated from the carrier accumulation region 24 by the second body region 26. Drift region 28 is in contact with gate oxide film 42 located at the lower end of trench 40.

バッファ領域30は、高濃度のn型不純物を含有するn型領域である。バッファ領域30は、ドリフト領域28の下側に形成されている。   The buffer region 30 is an n-type region containing a high concentration of n-type impurities. The buffer region 30 is formed below the drift region 28.

コレクタ領域32は、高濃度のp型不純物を含有するp型領域である。コレクタ領域32は、バッファ領域30の下側に形成されている。コレクタ領域32は、半導体基板12の下面に臨む範囲の全面に形成されている。コレクタ領域32は、コレクタ電極62に接続されている。   The collector region 32 is a p-type region containing a high concentration of p-type impurities. The collector region 32 is formed below the buffer region 30. The collector region 32 is formed on the entire surface facing the lower surface of the semiconductor substrate 12. The collector region 32 is connected to the collector electrode 62.

図5、6は、ゲート電極44近傍の拡大断面図を示している。なお、図5、6では、図の見易さのため、層間絶縁膜47のハッチングを省略している。図5に示すように、ゲート電極44の上面は、半導体基板12の上面よりも下側に位置している。したがって、キャップ酸化膜46の上面も、半導体基板12の上面よりも下側に位置している。このため、ゲート電極44上には、半導体基板12の上面に対して凹んだリセス部48が形成されている。リセス部48の側面に形成されているゲート酸化膜42の厚みは、キャップ酸化膜46よりも下側に形成されているゲート酸化膜42(すなわち、ゲート電極44の側方のゲート酸化膜42)の厚みよりも厚い。以下では、リセス部48の側面に形成されている厚いゲート酸化膜42を、厚膜部42aという。また、ゲート電極44の側方のゲート酸化膜42のうちのゲート電極44の上端近傍(すなわち、キャップ酸化膜46近傍)のゲート酸化膜42は、その上端から下側に向かうにしたがって連続して厚みが減少する減少部分42bとなっている。減少部分42bのゲート電極44側の側面は、ゲート電極44側に傾いている。他方、減少部分42bの半導体層側の側面は、半導体基板12の厚み方向と略平行となっている。このため、減少部分42bの厚みは、下側ほど薄くなっている。減少部分42bの上端部(最も厚い部分)の厚みは、厚膜部42aの厚みよりも薄い。減少部分42bの上端は、キャップ酸化膜46と繋がっている。また、以下では、減少部分42bの下側のゲート酸化膜42を薄膜部42cという。薄膜部42cは、略一定の厚みを有している。薄膜部42cの厚みは、減少部分42bの厚みよりも薄い。後に詳述するが、厚膜部42a、減少部分42b及び薄膜部42cのように厚みが異なるゲート酸化膜42が形成される理由は、キャップ酸化膜46を形成する際にゲート酸化膜42が部分的に成長するためである。   5 and 6 are enlarged sectional views in the vicinity of the gate electrode 44. FIG. In FIGS. 5 and 6, the interlayer insulating film 47 is not hatched for easy viewing. As shown in FIG. 5, the upper surface of the gate electrode 44 is located below the upper surface of the semiconductor substrate 12. Therefore, the upper surface of the cap oxide film 46 is also located below the upper surface of the semiconductor substrate 12. Therefore, a recess 48 that is recessed with respect to the upper surface of the semiconductor substrate 12 is formed on the gate electrode 44. The gate oxide film 42 formed on the side surface of the recess 48 has a thickness lower than that of the cap oxide film 46 (that is, the gate oxide film 42 on the side of the gate electrode 44). Thicker than the thickness. Hereinafter, the thick gate oxide film 42 formed on the side surface of the recess portion 48 is referred to as a thick film portion 42a. In addition, the gate oxide film 42 in the vicinity of the upper end of the gate electrode 44 (that is, in the vicinity of the cap oxide film 46) among the gate oxide films 42 on the side of the gate electrode 44 is continuous from the upper end toward the lower side. It is the decreasing part 42b where thickness decreases. A side surface of the reduced portion 42b on the gate electrode 44 side is inclined toward the gate electrode 44 side. On the other hand, the side surface of the reduced portion 42 b on the semiconductor layer side is substantially parallel to the thickness direction of the semiconductor substrate 12. For this reason, the thickness of the reduced portion 42b is thinner toward the lower side. The thickness of the upper end portion (thickest portion) of the reduced portion 42b is smaller than the thickness of the thick film portion 42a. The upper end of the reduced portion 42 b is connected to the cap oxide film 46. Hereinafter, the gate oxide film 42 below the reduced portion 42b is referred to as a thin film portion 42c. The thin film portion 42c has a substantially constant thickness. The thickness of the thin film portion 42c is thinner than the thickness of the reduced portion 42b. As will be described in detail later, the reason why the gate oxide films 42 having different thicknesses such as the thick film portion 42a, the reduced portion 42b, and the thin film portion 42c are formed is that the gate oxide film 42 is partially formed when the cap oxide film 46 is formed. It is for growing up.

図5では、厚膜部42aと減少部分42bの全体がエミッタ領域20の深さ範囲内に存在する。第1ボディ領域22は、薄膜部42cとのみ接している。しかしながら、図5に示すリセス部48の深さ方向の寸法D1(すなわち、半導体基板12の上面とキャップ酸化膜46の間の厚み方向における距離)には、製造誤差が生じる。製造誤差により寸法D1が大きくなった場合には、図6に示すように、厚膜部42aが第1ボディ領域22と接する場合がある。図6の例では、極大値PH1を有する深さ101に厚膜部42aが形成されている。また、極大値PH2を有する深さ102に薄膜部42cが形成されている。減少部分42bは、深さ101と深さ102の間に配置されている。本実施形態のIGBT10では、リセス部48の寸法D1が製造誤差の範囲内で最も大きくなった場合でも、減少部分42bが深さ102よりも上側に位置する。言い換えると、リセス部48の深さD1に係らず、深さ102には薄膜部42cが形成される。   In FIG. 5, the entire thick film portion 42 a and the reduced portion 42 b exist within the depth range of the emitter region 20. The first body region 22 is in contact only with the thin film portion 42c. However, a manufacturing error occurs in the dimension D1 in the depth direction of the recess 48 shown in FIG. 5 (that is, the distance in the thickness direction between the upper surface of the semiconductor substrate 12 and the cap oxide film 46). When the dimension D1 increases due to a manufacturing error, the thick film portion 42a may be in contact with the first body region 22 as shown in FIG. In the example of FIG. 6, the thick film portion 42a is formed at the depth 101 having the maximum value PH1. A thin film portion 42c is formed at a depth 102 having a maximum value PH2. The reduced portion 42 b is disposed between the depth 101 and the depth 102. In the IGBT 10 of the present embodiment, even when the dimension D1 of the recess 48 is the largest within the range of manufacturing error, the reduced portion 42b is positioned above the depth 102. In other words, the thin film portion 42 c is formed at the depth 102 regardless of the depth D 1 of the recess portion 48.

次に、IGBT10の動作について説明する。IGBT動作時には、エミッタ電極60とコレクタ電極62との間にコレクタ電極62がプラスになる電圧が印加される。この状態で、ゲート電極44にゲート閾値(IGBT10をオンさせるのに必要最小限のゲート電圧)以上の電圧が印加されると、IGBT10がオンする。すなわち、ゲート電極44への電圧の印加によって、第1ボディ領域22のゲート酸化膜42と接する範囲にチャネルが形成され、第2ボディ領域26のゲート酸化膜42と接する範囲にチャネルが形成される。これによって、電子が、エミッタ領域20から、第1ボディ領域22のチャネル、キャリア蓄積領域24、第2ボディ領域26のチャネル、ドリフト領域28、及びバッファ領域30を介して、コレクタ領域32へ流れる。また、ホールが、コレクタ領域32からバッファ領域30、ドリフト領域28、第2ボディ領域26、キャリア蓄積領域24、及び、第1ボディ領域22を介して、ボディコンタクト領域21へ流れる。これによって、IGBT10に電流が流れる。   Next, the operation of the IGBT 10 will be described. During the IGBT operation, a voltage that makes the collector electrode 62 positive is applied between the emitter electrode 60 and the collector electrode 62. In this state, when a voltage equal to or higher than the gate threshold (minimum gate voltage necessary for turning on the IGBT 10) is applied to the gate electrode 44, the IGBT 10 is turned on. That is, when a voltage is applied to the gate electrode 44, a channel is formed in a range in contact with the gate oxide film 42 in the first body region 22, and a channel is formed in a range in contact with the gate oxide film 42 in the second body region 26. . As a result, electrons flow from the emitter region 20 to the collector region 32 through the channel of the first body region 22, the carrier accumulation region 24, the channel of the second body region 26, the drift region 28, and the buffer region 30. Further, holes flow from the collector region 32 to the body contact region 21 through the buffer region 30, the drift region 28, the second body region 26, the carrier accumulation region 24, and the first body region 22. As a result, a current flows through the IGBT 10.

ここで、IGBT10のゲート閾値は、チャネルが形成される領域のp型不純物濃度と、チャネルが形成される領域に接するゲート酸化膜42の厚みによって大きく変化する。チャネルが形成される領域のp型不純物濃度が高いと、その領域がn型に反転し難くなるので、チャネルが形成され難くなる。IGBT10では、チャネルが形成される第1ボディ領域22及び第2ボディ領域26の中で、極大値PH2を有する深さ102で最もp型不純物濃度が高い。したがって、深さ102では最もチャネルが形成され難い。また、ゲート絶縁膜42の厚みが厚いと、ゲート電極44からチャネルが形成される領域に電界が加わり難くなるので、チャネルが形成され難くなる。IGBT10では、チャネルが形成され難い深さ102におけるゲート酸化膜42の厚みが、ゲート閾値に極めて大きく影響する。   Here, the gate threshold value of the IGBT 10 greatly varies depending on the p-type impurity concentration in the region where the channel is formed and the thickness of the gate oxide film 42 in contact with the region where the channel is formed. If the p-type impurity concentration of the region where the channel is formed is high, it is difficult to invert the region to n-type, so that it is difficult to form the channel. In the IGBT 10, the p-type impurity concentration is highest at the depth 102 having the maximum value PH2 in the first body region 22 and the second body region 26 where the channel is formed. Therefore, the channel is hardly formed at the depth 102. Further, when the gate insulating film 42 is thick, an electric field is hardly applied from the gate electrode 44 to a region where a channel is formed, and thus a channel is hardly formed. In the IGBT 10, the thickness of the gate oxide film 42 at a depth 102 at which a channel is difficult to be formed greatly affects the gate threshold.

ここで、IGBT10では、第1ボディ領域22内に2つの極大値PH1、PH2が形成されている。極大値PH2の深さ102は、極大値PH1の深さ101よりも下側に位置する。したがって、製造誤差によって図6に示すようにリセス部48が深くなった場合でも、厚膜部42a及び減少部分42bが深さ102まで到達し難い。すなわち、深さ102に薄膜部42cが確実に形成される。このため、IGBT10では、リセス部48の寸法D1のばらつきに係らず、深さ102におけるゲート酸化膜42の厚みにばらつきが生じ難い。したがって、この構造のIGBT10は、量産時にゲート閾値にばらつきが生じ難い。なお、極大値PH1の深さ101には、図6に示すように厚膜部42aが形成されても、ゲート閾値にはほとんど影響しない。これは、極大値PH1が極大値PH2よりも小さいためである。   Here, in the IGBT 10, two maximum values PH <b> 1 and PH <b> 2 are formed in the first body region 22. The depth 102 of the maximum value PH2 is located below the depth 101 of the maximum value PH1. Therefore, even when the recess portion 48 becomes deep as shown in FIG. 6 due to manufacturing errors, the thick film portion 42a and the reduced portion 42b hardly reach the depth 102. That is, the thin film portion 42 c is reliably formed at the depth 102. For this reason, in the IGBT 10, variations in the thickness of the gate oxide film 42 at the depth 102 hardly occur regardless of variations in the dimension D 1 of the recess 48. Therefore, the IGBT 10 having this structure is unlikely to vary in the gate threshold during mass production. Note that even if the thick film portion 42a is formed at the depth 101 of the maximum value PH1, as shown in FIG. 6, the gate threshold value is hardly affected. This is because the maximum value PH1 is smaller than the maximum value PH2.

また、IGBT10の第1ボディ領域22は、極大値PH2に加えて極大値PH1を有している。このため、第1ボディ領域22のp型不純物濃度を深さ方向に積分した値(すなわち、図7のグラフの第1ボディ領域22内での積分値)が高い。この積分値が高いと、IGBT10がオフしたときに、第1ボディ領域22とキャリア蓄積領域24の境界から第1ボディ領域22側に伸びる空乏層がエミッタ領域20まで到達することを防止することができる。したがって、このIGBT10は、耐圧特性が高い。また、このように2つの極大値PH1及びPH2を設けることで、極大値PH2の値をそれほど大きくすることなく、前記積分値を大きくすることができる。このように、極大値PH2の値を比較的低くすることで、ゲート閾値をさらに低減することが実現されている。   The first body region 22 of the IGBT 10 has a maximum value PH1 in addition to the maximum value PH2. For this reason, the value obtained by integrating the p-type impurity concentration in the first body region 22 in the depth direction (that is, the integrated value in the first body region 22 in the graph of FIG. 7) is high. When this integral value is high, it is possible to prevent the depletion layer extending from the boundary between the first body region 22 and the carrier accumulation region 24 from reaching the first body region 22 to reach the emitter region 20 when the IGBT 10 is turned off. it can. Therefore, this IGBT 10 has high withstand voltage characteristics. Further, by providing the two maximum values PH1 and PH2 in this way, the integrated value can be increased without increasing the value of the maximum value PH2. In this way, it is realized that the gate threshold value is further reduced by making the value of the maximum value PH2 relatively low.

(製造工程)
次に、IGBTの製造方法を説明する。IGBT10は、ドリフト領域28と略同じn型不純物濃度を有するn型の半導体基板(シリコン基板)から製造される。最初に、半導体基板の上面に、エッチングによって、トレンチ40を形成する。次に、酸化またはCVD法などによって、図8に示すように、トレンチ40の内面にゲート酸化膜42を形成する。また、ゲート酸化膜42は、半導体基板の上面にも形成される。次に、酸化またはCVD法などによって、図9に示すように、半導体基板の上面とトレンチ40の内部に、ポリシリコンからなる電極層52を形成する。次に、研削、研磨、エッチング、CMP等によって、電極層52の上面を平坦化する。
(Manufacturing process)
Next, the manufacturing method of IGBT is demonstrated. The IGBT 10 is manufactured from an n-type semiconductor substrate (silicon substrate) having substantially the same n-type impurity concentration as the drift region 28. First, the trench 40 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate by etching. Next, a gate oxide film 42 is formed on the inner surface of the trench 40 by oxidation or CVD, as shown in FIG. The gate oxide film 42 is also formed on the upper surface of the semiconductor substrate. Next, as shown in FIG. 9, an electrode layer 52 made of polysilicon is formed on the upper surface of the semiconductor substrate and inside the trench 40 by oxidation or CVD. Next, the upper surface of the electrode layer 52 is planarized by grinding, polishing, etching, CMP, or the like.

次に、不要な電極層52をエッチングする。このとき、図10に示すように、トレンチ40内に電極層52を残存させる。トレンチ40内に残存した電極層52が、ゲート電極44となる。エッチングは、トレンチ40内の電極層52が部分的にエッチングされるように実施される。したがって、ゲート電極44の上にリセス部48が形成される。エッチング量にばらつきが生じるため、リセス部48の深さ方向の寸法にはばらつきが生じる。   Next, the unnecessary electrode layer 52 is etched. At this time, the electrode layer 52 is left in the trench 40 as shown in FIG. The electrode layer 52 remaining in the trench 40 becomes the gate electrode 44. The etching is performed so that the electrode layer 52 in the trench 40 is partially etched. Therefore, a recess 48 is formed on the gate electrode 44. Since the etching amount varies, the dimension of the recess 48 in the depth direction varies.

次に、酸化雰囲気下で半導体基板12を熱処理することで、ゲート電極44の上面を酸化させる。これによって、図11に示すように、キャップ酸化膜46を形成する。   Next, the upper surface of the gate electrode 44 is oxidized by heat-treating the semiconductor substrate 12 in an oxidizing atmosphere. As a result, a cap oxide film 46 is formed as shown in FIG.

キャップ酸化膜46を形成する際には、酸化ガスがリセス部48の側面のゲート酸化膜42を透過し、半導体層に到達する。その結果、この側面の半導体層が酸化され、リセス部48の側面を覆っているゲート酸化膜42の厚みが増大する。このため、図12に示すように、厚膜部42aが形成される。   When the cap oxide film 46 is formed, the oxidizing gas passes through the gate oxide film 42 on the side surface of the recess 48 and reaches the semiconductor layer. As a result, the semiconductor layer on this side surface is oxidized, and the thickness of the gate oxide film 42 covering the side surface of the recess 48 increases. For this reason, as shown in FIG. 12, the thick film part 42a is formed.

また、キャップ酸化膜46を形成する際には、酸化ガスがゲート電極44の上端近傍のゲート電極44の側面にも到達する。これによって、当該側面が酸化され、ゲート電極44の上端近傍のゲート酸化膜42の厚みが増大する。ゲート電極44は、その上端に近い位置ほど酸化され易い。このため、ゲート電極44の上端近傍では、当該上端に近い位置ほどゲート酸化膜42の厚みが厚くなる。その結果、ゲート電極44の上端から下側に向かうに従って厚みが減少する減少部分42bが形成される。また、減少部分42bよりも下側のゲート酸化膜42は酸化されないので、元の厚みを維持する。このため、減少部分42bよりも下側のゲート酸化膜42は、薄膜部42cとなる。   Further, when the cap oxide film 46 is formed, the oxidizing gas reaches the side surface of the gate electrode 44 near the upper end of the gate electrode 44. As a result, the side surface is oxidized, and the thickness of the gate oxide film 42 near the upper end of the gate electrode 44 increases. The position closer to the upper end of the gate electrode 44 is more likely to be oxidized. Therefore, in the vicinity of the upper end of the gate electrode 44, the thickness of the gate oxide film 42 increases as the position is closer to the upper end. As a result, a reduced portion 42b whose thickness decreases from the upper end of the gate electrode 44 toward the lower side is formed. Further, since the gate oxide film 42 below the reduced portion 42b is not oxidized, the original thickness is maintained. For this reason, the gate oxide film 42 below the reduced portion 42b becomes a thin film portion 42c.

次に、半導体基板の上面側から、半導体基板に、不純物イオンを注入する。ここでは、エミッタ領域20に対するn型不純物の注入、ボディコンタクト領域21に対するp型不純物の注入、第1ボディ領域22に対するp型不純物の注入、キャリア蓄積領域24に対するn型不純物の注入、及び、第2ボディ領域26に対するp型不純物の注入をそれぞれ行う。   Next, impurity ions are implanted into the semiconductor substrate from the upper surface side of the semiconductor substrate. Here, n-type impurity implantation into the emitter region 20, p-type impurity implantation into the body contact region 21, p-type impurity implantation into the first body region 22, n-type impurity implantation into the carrier storage region 24, and The p-type impurity is implanted into the two body regions 26, respectively.

図13の参照番号20a、22a1、22a2、24a及び26aは、不純物が注入される位置を示している。参照番号20aは、エミッタ領域20に対するイオン注入でn型不純物が注入される位置を示しており、参照番号22a1、22a2は、第1ボディ領域22に対するイオン注入でp型不純物が注入される位置を示しており、参照番号24aは、キャリア蓄積領域24に対するイオン注入でn型不純物が注入される位置を示しており、参照番号26aは、第2ボディ領域26に対するイオン注入でp型不純物が注入される位置を示している。また、図示していないが、ボディコンタクト領域21に対するp型不純物の注入も実施される。ここで、第1ボディ領域22に対しては、位置22a1に対するイオン注入と、位置22a2に対するイオン注入との少なくとも2回のイオン注入が実施される。位置22a2は、位置22a1よりも下側に位置する。位置22a2に対しては、位置22a1よりも高濃度にp型不純物が注入される。その後、半導体基板を熱処理することで、図14に示すように、エミッタ領域20、ボディコンタクト領域21、第1ボディ領域22、キャリア蓄積領域24及び第2ボディ領域26が形成される。第1ボディ領域22には2回のイオン注入が行われているため、第1ボディ領域22には異なる深さに2つの極大値PH1、PH2が形成される。また、より深い位置22a2に高濃度にp型不純物濃度を注入しているので、図7で説明したように、極大値PH2は、極大値PH1の深さ101よりも下面側に形成される。   Reference numbers 20a, 22a1, 22a2, 24a, and 26a in FIG. 13 indicate positions where impurities are implanted. Reference number 20a indicates a position where n-type impurities are implanted by ion implantation into the emitter region 20, and reference numbers 22a1 and 22a2 indicate positions where p-type impurities are implanted by ion implantation into the first body region 22. The reference number 24a indicates the position where n-type impurities are implanted by ion implantation into the carrier accumulation region 24, and the reference number 26a indicates that p-type impurities are implanted by ion implantation into the second body region 26. The position is shown. Although not shown, p-type impurity implantation into the body contact region 21 is also performed. Here, at least two ion implantations of the ion implantation for the position 22a1 and the ion implantation for the position 22a2 are performed on the first body region 22. The position 22a2 is located below the position 22a1. For the position 22a2, the p-type impurity is implanted at a higher concentration than the position 22a1. Thereafter, by heat-treating the semiconductor substrate, an emitter region 20, a body contact region 21, a first body region 22, a carrier accumulation region 24, and a second body region 26 are formed as shown in FIG. Since the first body region 22 is ion-implanted twice, two maximum values PH1 and PH2 are formed in the first body region 22 at different depths. Further, since the p-type impurity concentration is implanted at a deeper position 22a2, the maximum value PH2 is formed on the lower surface side than the depth 101 of the maximum value PH1, as described with reference to FIG.

上述したように、リセス部48の深さ方向の寸法のばらつきは大きい。しかしながら、この製造方法では、第1ボディ領域22内のp型不純物濃度の最大値(すなわち、極大値PH2)の深さ102が下面に近い側に位置するので、深さ102に厚膜部42a及び減少部分42bが形成されることを防止することができる。このため、深さ102におけるゲート酸化膜42の厚みにばらつきが生じ難い。したがって、この製造方法によれば、製造するIGBTのゲート閾値にばらつきが生じ難い。   As described above, the variation in the dimension of the recess 48 in the depth direction is large. However, in this manufacturing method, since the depth 102 of the maximum value (that is, the maximum value PH2) of the p-type impurity concentration in the first body region 22 is located closer to the lower surface, the thick film portion 42a is formed at the depth 102. In addition, the reduced portion 42b can be prevented from being formed. For this reason, variations in the thickness of the gate oxide film 42 at the depth 102 hardly occur. Therefore, according to this manufacturing method, the gate threshold value of the IGBT to be manufactured is less likely to vary.

その後、その他の必要な領域を半導体基板内に形成し、必要な電極、絶縁膜等を半導体基板に表面に形成することで、IGBT10が形成される。   Thereafter, other necessary regions are formed in the semiconductor substrate, and necessary electrodes, insulating films and the like are formed on the surface of the semiconductor substrate, whereby the IGBT 10 is formed.

以上に説明したように、本実施形態のIGBT10の構造および製造方法を採用することで、リセス部48の深さ方向の寸法にばらつきがある場合であっても、IGBTの閾値電圧のばらつきを抑えることが可能である。   As described above, by adopting the structure and manufacturing method of the IGBT 10 according to the present embodiment, even when there is a variation in the dimension of the recess 48 in the depth direction, the variation in the threshold voltage of the IGBT is suppressed. It is possible.

なお、上記の実施形態のIGBT10の各構成要素は、請求項の各構成要素に対して以下の関係を有する。実施形態のエミッタ領域20は、請求項の第1半導体層の一例である。実施形態の第1ボディ領域22は、請求項の第2半導体層の一例である。実施形態のキャリア蓄積領域24は、請求項の第3半導体層の一例である。実施形態の第2ボディ領域26は、請求項の第5半導体層の一例である。実施形態のドリフト領域28及びバッファ領域30は、請求項の第6半導体層の一例である。実施形態のコレクタ領域32は、請求項の第4半導体層の一例である。   In addition, each component of IGBT10 of said embodiment has the following relationship with respect to each component of a claim. The emitter region 20 of the embodiment is an example of a first semiconductor layer in the claims. The first body region 22 of the embodiment is an example of a second semiconductor layer in the claims. The carrier accumulation region 24 of the embodiment is an example of a third semiconductor layer in the claims. The second body region 26 of the embodiment is an example of a fifth semiconductor layer in the claims. The drift region 28 and the buffer region 30 in the embodiment are an example of a sixth semiconductor layer in the claims. The collector region 32 of the embodiment is an example of a fourth semiconductor layer in the claims.

なお、上記の実施形態ではキャリア蓄積領域24を有するIGBTについて説明したが、キャリア蓄積領域24を有さないIGBTに上記の実施形態の技術を適用してもよい。例えば、図15に示すように、キャリア蓄積領域24を有さず、1つのボディ領域22のみを有するIGBTであってもよい。図15のIGBTでは、ボディ領域22内の深さ101に極大値PH1が形成されており、深さ101よりも下側の深さ102に極大値PH2が形成されている。極大値PH2は極大値PH1よりも大きい。図15の構造でも、ゲート閾値のばらつきを抑制することができる。   In the above embodiment, the IGBT having the carrier accumulation region 24 has been described. However, the technique of the above embodiment may be applied to an IGBT that does not have the carrier accumulation region 24. For example, as shown in FIG. 15, an IGBT having only one body region 22 without the carrier accumulation region 24 may be used. In the IGBT of FIG. 15, a maximum value PH1 is formed at the depth 101 in the body region 22, and a maximum value PH2 is formed at the depth 102 below the depth 101. The maximum value PH2 is larger than the maximum value PH1. Even in the structure of FIG. 15, variations in the gate threshold can be suppressed.

また、上記の実施形態では、リセス部48を有する場合について説明したが、リセス部48は必ずしも形成されていなくてもよい。例えば、上述した電極層52をエッチングする工程においてエッチング量が少ない場合や、電極層52をCMPなどで平坦化する場合には、図16に示すように、キャップ絶縁膜46の上面と半導体基板12の上面が同一平面となる場合がある。すなわち、この場合、リセス部48は形成されない。   Moreover, although said embodiment demonstrated the case where it had the recess part 48, the recess part 48 does not necessarily need to be formed. For example, when the etching amount is small in the step of etching the electrode layer 52 described above, or when the electrode layer 52 is planarized by CMP or the like, the upper surface of the cap insulating film 46 and the semiconductor substrate 12 are formed as shown in FIG. In some cases, the upper surfaces of the two surfaces are coplanar. That is, in this case, the recess 48 is not formed.

なお、図15のIGBTにおいては、エミッタ領域20が請求項の第1半導体層の一例であり、ボディ領域22が請求項の第2半導体層の一例であり、ドリフト領域28及びバッファ領域30が請求項の第3半導体層の一例である。また、図15のコレクタ領域32は請求項の第4半導体層の一例である。   In the IGBT of FIG. 15, the emitter region 20 is an example of the first semiconductor layer of the claims, the body region 22 is an example of the second semiconductor layer of the claims, and the drift region 28 and the buffer region 30 are claimed. It is an example of the 3rd semiconductor layer of a term. Further, the collector region 32 of FIG. 15 is an example of a fourth semiconductor layer in the claims.

また、図2及び図15に示す半導体装置は、コレクタ領域32が省略されており、下面電極62がn型領域30に接続されているMOSFETであってもよい。   The semiconductor device shown in FIGS. 2 and 15 may be a MOSFET in which the collector region 32 is omitted and the bottom electrode 62 is connected to the n-type region 30.

上述した実施形態の半導体装置は、以下のように表すことができる。半導体基板が、第3半導体層によって第2半導体層から分離されている第2導電型の第4半導体層をさらに有していてもよい。なお、第4半導体層が第3半導体層に接していてもよいし、第4半導体層と第3半導体層の間に他の層が介在していてもよい。   The semiconductor device of the above-described embodiment can be expressed as follows. The semiconductor substrate may further include a fourth semiconductor layer of the second conductivity type separated from the second semiconductor layer by the third semiconductor layer. Note that the fourth semiconductor layer may be in contact with the third semiconductor layer, or another layer may be interposed between the fourth semiconductor layer and the third semiconductor layer.

半導体基板が、第3半導体層の下側に配置されており、第3半導体層に接しており、第3半導体層によって第2半導体層から分離されている第2導電型の第5半導体層と、第5半導体層の下側に配置されており、第5半導体層に接しており、第5半導体層によって第3半導体層から分離されている第1導電型の第6半導体層をさらに有していてもよい。トレンチが、第3半導体層と第5半導体層を貫通して第6半導体層に達していてもよい。   A semiconductor substrate disposed below the third semiconductor layer, in contact with the third semiconductor layer, and separated from the second semiconductor layer by the third semiconductor layer; The semiconductor device further includes a sixth semiconductor layer of a first conductivity type disposed below the fifth semiconductor layer, in contact with the fifth semiconductor layer, and separated from the third semiconductor layer by the fifth semiconductor layer. It may be. The trench may penetrate the third semiconductor layer and the fifth semiconductor layer and reach the sixth semiconductor layer.

このように第3半導体層の下側に第5半導体層及び第6半導体層が存在する場合でも、ゲート電極の上面の位置のばらつきに起因する閾値電圧のばらつきを抑えることが可能である。   As described above, even when the fifth semiconductor layer and the sixth semiconductor layer are present below the third semiconductor layer, it is possible to suppress variations in threshold voltage due to variations in the position of the upper surface of the gate electrode.

ゲート酸化膜が、キャップ酸化膜の深さから下側に向かうに従って厚みが減少する減少部分と、減少部分よりも下側に位置する下側部分を有していてもよい。第2の極大値が、下側部分の深さに位置していてもよい。   The gate oxide film may have a reduced portion whose thickness decreases as it goes downward from the depth of the cap oxide film, and a lower portion positioned below the reduced portion. The second maximum value may be located at the depth of the lower portion.

このような構成をとることによって、キャップ酸化膜を形成する際の条件が変化することによって減少部分の位置や範囲が変動しても、閾値電圧のばらつきを抑えることが可能である。   By adopting such a configuration, it is possible to suppress variations in threshold voltage even if the position and range of the reduced portion vary due to changes in the conditions for forming the cap oxide film.

半導体装置の製造方法は、第2半導体層の深さ範囲内に、第2導電型不純物を注入する第1工程と、第2半導体層の深さ範囲内の第1工程の注入深さよりも下側の深さに第1工程よりも多くの第2導電型不純物を注入する第2工程を有していてもよい。   A method for manufacturing a semiconductor device includes a first step of implanting a second conductivity type impurity in a depth range of a second semiconductor layer, and a depth lower than an implantation depth of a first step in the depth range of the second semiconductor layer. You may have the 2nd process of inject | pouring more 2nd conductivity type impurities into the depth of the side than a 1st process.

このような製造方法をとることによって、半導体装置の閾値電圧のばらつきを抑えることが可能である。   By adopting such a manufacturing method, it is possible to suppress variations in threshold voltage of the semiconductor device.

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの1つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
The embodiments have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of them.

10:IGBT
12:半導体基板
20:エミッタ領域
21:ボディコンタクト領域
22:第1ボディ領域
22a:上層
22b:下層
24:キャリア蓄積領域
26:第2ボディ領域
28:ドリフト領域
30:バッファ領域
32:コレクタ領域
40:トレンチ
42:ゲート酸化膜
42a:厚膜部
42b:減少部分
42c:薄膜部
44:ゲート電極
46:キャップ酸化膜
47:層間絶縁膜
48:リセス部
60:エミッタ電極
62:コレクタ電極
10: IGBT
12: Semiconductor substrate 20: Emitter region 21: Body contact region 22: First body region 22a: Upper layer 22b: Lower layer 24: Carrier accumulation region 26: Second body region 28: Drift region 30: Buffer region 32: Collector region 40: Trench 42: Gate oxide film 42a: Thick film portion 42b: Decreasing portion 42c: Thin film portion 44: Gate electrode 46: Cap oxide film 47: Interlayer insulating film 48: Recessed portion 60: Emitter electrode 62: Collector electrode

Claims (5)

半導体基板を有する半導体装置であって、
前記半導体基板が、
前記半導体基板の上面に露出している第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層の下側に配置されており、前記第1半導体層に接する第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層の下側に配置されており、前記第2半導体層に接しており、前記第2半導体層によって前記第1半導体層から分離されている第1導電型の第3半導体層、
を備え、
前記半導体装置が、
前記半導体基板の前記上面に形成されており、前記第1半導体層と前記第2半導体層を貫通して前記第3半導体層に達するトレンチと、
前記トレンチの内面を覆うゲート酸化膜と、
前記トレンチの内部に配置されており、前記ゲート酸化膜によって前記半導体基板から絶縁されているゲート電極と、
前記ゲート電極の上面を覆うキャップ酸化膜と、
を備え、
前記第2半導体層内の前記半導体基板の深さ方向における第2導電型不純物濃度分布において、第1の極大値と、第1の極大値よりも大きい第2の極大値が存在し、
前記第2の極大値は、前記第1の極大値よりも下面側に形成されている、
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a semiconductor substrate,
The semiconductor substrate is
A first semiconductor layer of a first conductivity type exposed on an upper surface of the semiconductor substrate;
A second semiconductor layer of a second conductivity type disposed below the first semiconductor layer and in contact with the first semiconductor layer;
A third semiconductor layer of a first conductivity type, disposed below the second semiconductor layer, in contact with the second semiconductor layer and separated from the first semiconductor layer by the second semiconductor layer;
With
The semiconductor device is
A trench formed on the upper surface of the semiconductor substrate, penetrating the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and reaching the third semiconductor layer;
A gate oxide film covering the inner surface of the trench;
A gate electrode disposed inside the trench and insulated from the semiconductor substrate by the gate oxide film;
A cap oxide film covering the upper surface of the gate electrode;
With
In the second conductivity type impurity concentration distribution in the depth direction of the semiconductor substrate in the second semiconductor layer, a first maximum value and a second maximum value larger than the first maximum value exist,
The second maximum value is formed on the lower surface side than the first maximum value.
A semiconductor device.
前記半導体基板が、前記第3半導体層によって前記第2半導体層から分離されている第2導電型の第4半導体層をさらに有する請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate further includes a fourth semiconductor layer of a second conductivity type separated from the second semiconductor layer by the third semiconductor layer. 前記半導体基板が、
前記第3半導体層の下側に配置されており、前記第3半導体層に接しており、前記第3半導体層によって前記第2半導体層から分離されている第2導電型の第5半導体層と、
前記第5半導体層の下側に配置されており、前記第5半導体層に接しており、前記第5半導体層によって前記第3半導体層から分離されている第1導電型の第6半導体層、
をさらに有しており、
前記トレンチが、前記第3半導体層と前記第5半導体層を貫通して前記第6半導体層に達している、
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。
The semiconductor substrate is
A fifth semiconductor layer of a second conductivity type disposed below the third semiconductor layer, in contact with the third semiconductor layer, and separated from the second semiconductor layer by the third semiconductor layer; ,
A sixth semiconductor layer of a first conductivity type, disposed below the fifth semiconductor layer, in contact with the fifth semiconductor layer and separated from the third semiconductor layer by the fifth semiconductor layer;
In addition,
The trench penetrates the third semiconductor layer and the fifth semiconductor layer to reach the sixth semiconductor layer;
The semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記ゲート酸化膜が、前記キャップ酸化膜の深さから下側に向かうに従って厚みが減少する減少部分と、前記減少部分よりも下側に位置する下側部分を有しており、
前記第2の極大値が、前記下側部分の深さに位置している、
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置。
The gate oxide film has a reduced portion whose thickness decreases as it goes downward from the depth of the cap oxide film, and a lower portion located below the reduced portion;
The second maximum is located at a depth of the lower portion;
The semiconductor device according to claim 1, wherein:
請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第2半導体層の深さ範囲内に、第2導電型不純物を注入する第1工程と、
前記第2半導体層の深さ範囲内の前記第1工程の注入深さよりも下側の深さに前記第1工程よりも多くの第2導電型不純物を注入する第2工程、
を備える製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4,
A first step of implanting a second conductivity type impurity within a depth range of the second semiconductor layer;
A second step of implanting more second conductivity type impurities than the first step to a depth below the implantation depth of the first step within the depth range of the second semiconductor layer;
A manufacturing method comprising:
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