JP2016046445A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and a semiconductor device manufacturing method, which can reduce a width of a mesa part without performing fine patterning thereby to achieve a low loss.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a mesa part 1a between adjacent trenches 2, which projects from an interface between an interlayer insulation film 8 and an emitter electrode 9 to the emitter electrode 9 side; a p type base area 5 provided in the mesa part 1a between the adjacent trenches 2; and an ntype emitter area 6 and a ptype contact area 7, which are provided inside the p-type base area 5. The p type base area 5, the ntype emitter area 6 and the ptype contact area 7 are provided in areas of the mesa part 1a, respectively, each including a portion which projects from an interface between the interlayer insulation film 8 and the emitter electrode 9 to the emitter electrode 9 side. The emitter electrode 9 contacts the ntype emitter area 6 and the ptype contact area 7 at a portion of the mesa part 1a, which projects from the interface between the interlayer insulation film 8 and the emitter electrode 9 to the emitter electrode 9 side.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、半導体装置およ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.

電力用半導体装置として、400V、600V、1200V、1700V、3300Vまたはそれ以上の耐圧クラスを有するIGBT(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)等がある。電力用半導体装置において、IGBTはコンバータ−インバータ等の電力変換装置に用いられている。この電力用半導体装置には、低損失、高効率、高耐量であること、および低コストであることが求められている。以下に、従来の電力用半導体装置の構造について、トレンチ型IGBTを例に説明する。図32は、従来のトレンチ型IGBTの活性部の構造を示す断面図である。図33は、図32のエミッタ側の構造を拡大して示す断面図である。   Examples of power semiconductor devices include IGBTs (insulated gate field effect transistors) having a withstand voltage class of 400 V, 600 V, 1200 V, 1700 V, 3300 V, or higher. In power semiconductor devices, IGBTs are used in power conversion devices such as converter-inverters. This power semiconductor device is required to have low loss, high efficiency, high withstand capability, and low cost. The structure of a conventional power semiconductor device will be described below by taking a trench IGBT as an example. FIG. 32 is a cross-sectional view showing the structure of the active portion of a conventional trench IGBT. FIG. 33 is an enlarged sectional view showing the structure on the emitter side of FIG.

図32,33に示すように、従来のトレンチ型IGBTは、n-型半導体基板のおもて面側にトレンチ型のMOSゲート(金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート)構造を備える。具体的には、n-型ドリフト層101となるn-型半導体基板のおもて面側にはトレンチ102が設けられ、トレンチ102の内部にはゲート絶縁膜103を介してゲート電極104が埋め込まれている。隣り合うトレンチ102間のメサ部には、p型ベース領域105が設けられている。p型ベース領域105には、ゲート電圧印加時にゲート絶縁膜103との境界付近にn型の反転層(チャネル)が形成される。p型ベース領域105の内部には、n+型エミッタ領域106およびp+型コンタクト領域107がそれぞれ選択的に設けられている。 As shown in FIGS. 32 and 33, the conventional trench IGBT has a trench type MOS gate (insulated gate made of metal-oxide film-semiconductor) structure on the front surface side of an n type semiconductor substrate. Specifically, a trench 102 is provided on the front surface side of an n type semiconductor substrate to be the n type drift layer 101, and a gate electrode 104 is embedded in the trench 102 via a gate insulating film 103. It is. A p-type base region 105 is provided in a mesa portion between adjacent trenches 102. In the p-type base region 105, an n-type inversion layer (channel) is formed near the boundary with the gate insulating film 103 when a gate voltage is applied. In the p-type base region 105, an n + -type emitter region 106 and a p + -type contact region 107 are selectively provided.

+型エミッタ領域106は、トレンチ102の側壁に沿って設けられたゲート絶縁膜103に接するように設けられている。p+型コンタクト領域107は、ゲート電圧印加時にp型ベース領域105の、ゲート絶縁膜103との境界付近に形成されるチャネルに接しないように、隣り合うトレンチ102間のほぼ中央部に設けられている。p+型コンタクト領域107は、ラッチアップ耐量を保持する機能を有する。n-型半導体基板のおもて面を覆う層間絶縁膜108には、層間絶縁膜108を深さ方向に貫通してn+型エミッタ領域106およびp+型コンタクト領域107を露出するコンタクトホールが設けられている。 The n + -type emitter region 106 is provided so as to be in contact with the gate insulating film 103 provided along the sidewall of the trench 102. The p + -type contact region 107 is provided at a substantially central portion between adjacent trenches 102 so as not to contact the channel formed in the vicinity of the boundary between the p-type base region 105 and the gate insulating film 103 when a gate voltage is applied. ing. The p + -type contact region 107 has a function of maintaining a latch-up resistance. The interlayer insulating film 108 covering the front surface of the n type semiconductor substrate has a contact hole that penetrates the interlayer insulating film 108 in the depth direction and exposes the n + type emitter region 106 and the p + type contact region 107. Is provided.

エミッタ電極109は、層間絶縁膜108上に設けられ、コンタクトホールを介してn+型エミッタ領域106およびp+型コンタクト領域107に接する。MOSゲート構造を構成する各領域、トレンチおよびコンタクトホールを形成するためのパターニングは、それぞれフォトリソグラフィによってなされる。これらのうちコンタクトホールを形成するためのパターニングは、エッチングより除去される部分の幅が最も狭くなり、パターニングの微細化を律速する。n-型半導体基板の裏面側には、n型フィールドストップ層110およびp型コレクタ層111が設けられている。コレクタ電極112は、p型コレクタ層111に接する。 Emitter electrode 109 is provided on interlayer insulating film 108 and is in contact with n + -type emitter region 106 and p + -type contact region 107 through a contact hole. Patterning for forming each region, trench and contact hole constituting the MOS gate structure is performed by photolithography. Among these, the patterning for forming the contact hole has the narrowest width of the portion removed by etching, which limits the miniaturization of the patterning. An n-type field stop layer 110 and a p-type collector layer 111 are provided on the back side of the n type semiconductor substrate. The collector electrode 112 is in contact with the p-type collector layer 111.

IGBTの電力損失を低減させるためには、エミッタ側のキャリア注入効率を上げてコレクタ側のキャリア注入効率を下げることが有効である。トレンチ型IGBTのエミッタのキャリア注入効率を上げるためには、n+型エミッタ領域106が設けられたメサ部の幅(メサ幅)Lnを狭くして、注入促進(IE:Injection Enhancement)効果を増加させることが有効である。しかしながら、この場合、エミッタ電極109とシリコン部(n+型エミッタ領域106およびp+型コンタクト領域107)とのコンタクトをとることが困難となる。 In order to reduce the power loss of the IGBT, it is effective to increase the carrier injection efficiency on the emitter side and decrease the carrier injection efficiency on the collector side. In order to increase the carrier injection efficiency of the emitter of the trench IGBT, the width (mesa width) Ln of the mesa portion provided with the n + -type emitter region 106 is narrowed to increase the injection enhancement (IE) effect. It is effective to make it. However, in this case, it is difficult to make contact between the emitter electrode 109 and the silicon portion (n + -type emitter region 106 and p + -type contact region 107).

具体的には、エミッタ電極109とシリコン部とのコンタクトをとることが困難となる理由として、最もエッチング幅が狭くなるコンタクトホールを形成するためにより微細なパターニングが必要となることや、このように幅の狭いコンタクトホールにアルミニウム(Al)からなるエミッタ電極109を埋め込むことが難しいことが挙げられる。また、従来のトレンチ型IGBTでは、p+型コンタクト領域107は、イオン注入および熱処理によって形成される。この熱処理時における不純物の横方向(深さ方向と直交する方向)拡散により、p+型コンタクト領域107がチャネルに接する位置まで横方向に広がって形成されてしまい、ラッチアップ耐量が低減するという問題がある。 Specifically, the reason why it is difficult to make contact between the emitter electrode 109 and the silicon portion is that fine patterning is necessary to form a contact hole with the narrowest etching width, and in this way It is difficult to bury the emitter electrode 109 made of aluminum (Al) in a narrow contact hole. In the conventional trench IGBT, the p + -type contact region 107 is formed by ion implantation and heat treatment. Due to the diffusion of impurities in the lateral direction (direction perpendicular to the depth direction) during this heat treatment, the p + -type contact region 107 is formed to extend laterally to a position in contact with the channel, and the latch-up resistance is reduced. There is.

このような問題を解消した装置として、図34に示すように、隣り合うトレンチ(ゲートトレンチ)102間のメサ部にp型ベース領域105よりも浅い深さで第2のトレンチ112を設け、このトレンチ112の内壁に沿ってp+型コンタクト領域(トレンチコンタクト)117を設けた装置が提案されている(例えば、下記特許文献1〜3参照。)。図34は、従来のトレンチ型IGBTの活性部のエミッタ側の構造の別の一例を示す断面図である。下記特許文献1〜3では、イオン注入により基板おもて面から所定の深さにp+型コンタクト領域117を形成するにあたって、イオン注入のドーズ量を低減させることができるため、不純物の横方向拡散が抑制され、ラッチアップ耐量が向上する。 As a device that solves such a problem, as shown in FIG. 34, a second trench 112 is provided at a depth shallower than the p-type base region 105 in the mesa between adjacent trenches (gate trenches) 102. An apparatus in which a p + -type contact region (trench contact) 117 is provided along the inner wall of the trench 112 has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3 below). FIG. 34 is a cross-sectional view showing another example of the structure on the emitter side of the active portion of a conventional trench IGBT. In the following Patent Documents 1 to 3, since the dose of ion implantation can be reduced when forming the p + -type contact region 117 at a predetermined depth from the front surface of the substrate by ion implantation, the lateral direction of impurities Diffusion is suppressed and the latch-up resistance is improved.

隣り合うゲートトレンチ間のメサ部に設けたトレンチの内壁に沿ってp+型コンタクト領域を形成する方法として、浅いトレンチをp+型コンタクト領域を形成する深さまで堀り、斜めインプランテーション、気相拡散法あるいは固相拡散法などを用いて不純物を注入する方法が提案されている(例えば、下記特許文献4参照。)。また、エミッタ側のキャリア注入効率を上げた構成の別の装置として、ゲートの上面はpチャネル領域上面より上に位置し、層間絶縁膜は、トレンチ内にあって、その上面はトレンチの開口より下に位置し、ソース電極とn+型ソース領域およびp+型ボディ領域とは、それぞれトレンチの側壁で電気的に接続されている装置が提案されている(例えば、下記特許文献5参照。)。 As a method of forming a p + type contact region along the inner wall of the trench provided in the mesa between adjacent gate trenches, a shallow trench is dug to a depth to form the p + type contact region, oblique implantation, vapor phase A method of injecting impurities using a diffusion method or a solid phase diffusion method has been proposed (see, for example, Patent Document 4 below). As another device having a configuration in which the carrier injection efficiency on the emitter side is increased, the upper surface of the gate is located above the upper surface of the p-channel region, the interlayer insulating film is in the trench, and the upper surface is from the opening of the trench. A device is proposed in which the source electrode, the n + -type source region, and the p + -type body region are electrically connected to each other at the sidewall of the trench (see, for example, Patent Document 5 below). .

特開2009−076762号公報JP 2009-076762 A 特開2011−204808号公報JP 2011-204808 A 特開2012−174989号公報JP 2012-174989 A 特開2003−017699号公報JP 2003-017699 A 特開2005−045123号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-045123

しかしながら、上述したようにトレンチ型IGBTでは、電力損失を低減させるためにメサ部の幅を狭くする必要がある。これに伴い、コンタクトホールの幅も狭くする必要があるが、上述したように、メサ部を選択的に露出する幅の狭いコンタクトホールを微細なパターニングにより形成する場合、エミッタ電極とシリコン部とのオーミックコンタクトをとることが困難となる。上記特許文献1〜3には、電力損失を低減させるためにメサ部の幅を狭くするにあたって、エミッタ電極とシリコン部とのオーミックコンタクトをとることが困難となることを構造的に解決した装置について提案されていない。   However, as described above, in the trench IGBT, it is necessary to narrow the width of the mesa portion in order to reduce power loss. Accordingly, it is necessary to reduce the width of the contact hole. However, as described above, when a narrow contact hole that selectively exposes the mesa portion is formed by fine patterning, the contact between the emitter electrode and the silicon portion is reduced. It becomes difficult to make ohmic contact. In the above Patent Documents 1 to 3, a device that structurally solves the problem that it becomes difficult to make ohmic contact between the emitter electrode and the silicon portion when narrowing the width of the mesa portion in order to reduce power loss. Not proposed.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、微細なパターニングを行うことなく、メサ部の幅を狭くすることができ、低損失化を図ることができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   In order to solve the above-described problems caused by the prior art, the present invention can reduce the width of the mesa portion without performing fine patterning, and can reduce the loss. It aims to provide a method.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。第1導電型の半導体基板のおもて面に、複数のトレンチが設けられている。前記トレンチの内部に、前記トレンチの内壁に沿って、第1絶縁膜が設けられている。前記トレンチの内部の、前記第1絶縁膜の内側に、ゲート電極が設けられている。隣り合う前記トレンチの間のメサ部に、前記トレンチの側壁に沿って設けられた前記第1絶縁膜を介して前記ゲート電極に対向する第2導電型の第1半導体領域が設けられている。前記第1半導体領域の内部に、第1導電型の第2半導体領域が設けられている。前記トレンチの内部の、前記ゲート電極上に、第2絶縁膜が設けられている。前記第1半導体領域および前記第2半導体領域に接する第1電極が設けられている。前記半導体基板の裏面に、第2導電型半導体層が設けられている。前記第2導電型半導体層に接する第2電極が設けられている。前記メサ部の前記第1電極側の端部は、前記第2絶縁膜と前記第1電極との界面から前記第1電極側に突出している。前記第1電極は、前記メサ部の突出した部分の表面全体に接して、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域に接続されている。   In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a semiconductor device according to the present invention has the following characteristics. A plurality of trenches are provided on the front surface of the first conductivity type semiconductor substrate. A first insulating film is provided inside the trench along the inner wall of the trench. A gate electrode is provided inside the first insulating film inside the trench. A first semiconductor region of a second conductivity type facing the gate electrode is provided in the mesa portion between the adjacent trenches through the first insulating film provided along the side wall of the trench. A second semiconductor region of a first conductivity type is provided inside the first semiconductor region. A second insulating film is provided on the gate electrode inside the trench. A first electrode in contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region is provided. A second conductivity type semiconductor layer is provided on the back surface of the semiconductor substrate. A second electrode in contact with the second conductivity type semiconductor layer is provided. An end portion of the mesa portion on the first electrode side protrudes from the interface between the second insulating film and the first electrode toward the first electrode side. The first electrode is in contact with the entire surface of the protruding portion of the mesa portion and is connected to the first semiconductor region and the second semiconductor region.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記メサ部の幅は、3.0μm以下であり、前記メサ部の幅をLmとし、前記ゲート電極の幅をLgとしたときに、Lm/(Lg+Lm)<0.5を満たすことを特徴とする。   In the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, when the width of the mesa portion is 3.0 μm or less, the width of the mesa portion is Lm, and the width of the gate electrode is Lg, Lm / (Lg + Lm) <0.5 is satisfied.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記メサ部の、前記第2絶縁膜と前記ゲート電極との界面から前記第1電極側に突出した部分の厚さは、0.1μm以上であることを特徴とする。   In the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, a thickness of a portion of the mesa portion protruding from the interface between the second insulating film and the gate electrode toward the first electrode is 0.1 μm. It is the above.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記トレンチの深さは、3.0μm以上であることを特徴とする。   In the semiconductor device according to the present invention as set forth in the invention described above, the depth of the trench is 3.0 μm or more.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第1半導体領域の深さは、前記メサ部の側面側よりも前記メサ部の中央部側で浅いことを特徴とする。   In the semiconductor device according to the present invention as set forth in the invention described above, the depth of the first semiconductor region is shallower on the center side of the mesa portion than on the side surface side of the mesa portion.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記トレンチの内部には、前記第2絶縁膜によって電気的に絶縁された複数の前記ゲート電極が設けられていることを特徴とする。   The semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, a plurality of the gate electrodes electrically insulated by the second insulating film are provided inside the trench.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、複数の前記ゲート電極の少なくとも1つは、他の前記ゲート電極と異なる電位であることを特徴とする。   The semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, at least one of the plurality of gate electrodes has a different potential from the other gate electrodes.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、複数の前記トレンチは、ストライプ状に配置されていることを特徴とする。   The semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the plurality of trenches are arranged in a stripe shape.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第1半導体領域と前記第2半導体領域とは、前記メサ部の突出した部分において、前記トレンチがストライプ状に延びる方向と直交する方向に交互に繰り返し配置されていることを特徴とする。   In the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the first semiconductor region and the second semiconductor region are orthogonal to a direction in which the trench extends in a stripe shape in a protruding portion of the mesa portion. It is characterized by being repeatedly arranged alternately.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第1絶縁膜は、酸化膜よりも誘電率の高い絶縁膜からなることを特徴とする。   In the semiconductor device according to the present invention as set forth in the invention described above, the first insulating film is made of an insulating film having a dielectric constant higher than that of the oxide film.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第1絶縁膜は、底面および側壁に沿って酸化膜があり、当該側壁に沿って設けられた部分の少なくとも一部が酸化膜よりも誘電率の高い絶縁膜からなることを特徴とする。   In the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the first insulating film has an oxide film along a bottom surface and a side wall, and at least a part of a portion provided along the side wall is made of an oxide film. Is also made of an insulating film having a high dielectric constant.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第1絶縁膜は、底面および側面に沿って酸化膜があり、当該底面に沿って設けられた部分の少なくとも一部が酸化膜よりも誘電率の低い絶縁膜からなることを特徴とする。   In the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the first insulating film includes an oxide film along a bottom surface and a side surface, and at least a part of a portion provided along the bottom surface is formed from the oxide film. Is also made of an insulating film having a low dielectric constant.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第1絶縁膜は、前記トレンチの底面に沿って設けられた部分の少なくとも一部の厚さが前記トレンチの側壁に沿って設けられた部分の厚さよりも厚いことを特徴とする。   In the semiconductor device according to the present invention as set forth in the invention described above, the first insulating film has a thickness at least part of a portion provided along the bottom surface of the trench along the sidewall of the trench. It is characterized by being thicker than the thickness of the part.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記半導体基板の、前記トレンチの底面に露出する部分の表面層に設けられた第2導電型の第3半導体領域をさらに備えることを特徴とする。   The semiconductor device according to the present invention further includes a second semiconductor region of a second conductivity type provided in a surface layer of the semiconductor substrate exposed at a bottom surface of the trench in the above-described invention. And

また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、第1導電型の半導体基板のおもて面に選択的に第1膜を形成する第1工程を行う。次に、前記半導体基板のおもて面および前記第1膜上に第2膜を形成する第2工程を行う。次に、前記半導体基板のおもて面上の前記第2膜の、前記第1膜の側面に接する部分を所定の幅で残す第3工程を行う。次に、前記第1膜を除去する第4工程を行う。次に、前記第2膜をマスクとして前記半導体基板のおもて面に複数のトレンチを形成する第5工程を行う。次に、前記トレンチの内部に、前記トレンチの内壁に沿って第1絶縁膜を形成する第6工程を行う。次に、前記トレンチの内部の、前記第1絶縁膜の内側にゲート電極を形成する第7工程を行う。次に、前記トレンチの側壁に沿って設けられた前記第1絶縁膜を介して前記ゲート電極に対向するように、隣り合う前記トレンチの間のメサ部に第2導電型の第1半導体領域を形成する第8工程を行う。次に、前記第1半導体領域の内部に第1導電型の第2半導体領域を形成する第9工程を行う。次に、熱処理により、前記ゲート電極の上部に第2絶縁膜を形成する第10工程を行う。次に、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域に接する第1電極を形成する第11工程を行う。次に、前記半導体基板の裏面に第2導電型半導体層を形成する第12工程を行う。次に、前記第2導電型半導体層に接する第2電極を形成する第13工程を行う。そして、前記第3工程では、前記第2膜をエッチングし、前記第2膜の、エッチングされずに前記第1膜の側面に残る部分を残す。前記第7工程では、前記ゲート電極の表面が前記メサ部の表面よりも下方に位置するように前記ゲート電極を形成する。前記第8工程では、前記メサ部の突出した部分を含む領域に前記第1半導体領域を形成する。前記第9工程では、前記メサ部の突出した部分を含む領域に前記第2半導体領域を形成する。前記第11工程では、前記メサ部の突出した部分の表面全体に接する前記第1電極を形成する。   In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a semiconductor device manufacturing method according to the present invention has the following characteristics. First, a first step of selectively forming a first film on the front surface of a first conductivity type semiconductor substrate is performed. Next, a second step of forming a second film on the front surface of the semiconductor substrate and the first film is performed. Next, a third step of leaving a portion of the second film on the front surface of the semiconductor substrate in contact with the side surface of the first film with a predetermined width is performed. Next, a fourth step of removing the first film is performed. Next, a fifth step of forming a plurality of trenches on the front surface of the semiconductor substrate using the second film as a mask is performed. Next, a sixth step of forming a first insulating film in the trench along the inner wall of the trench is performed. Next, a seventh step of forming a gate electrode inside the first insulating film inside the trench is performed. Next, a second conductive type first semiconductor region is formed in a mesa portion between adjacent trenches so as to face the gate electrode through the first insulating film provided along the sidewall of the trench. The 8th process to form is performed. Next, a ninth step of forming a second semiconductor region of the first conductivity type inside the first semiconductor region is performed. Next, a tenth step of forming a second insulating film on the gate electrode by heat treatment is performed. Next, an eleventh step of forming a first electrode in contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region is performed. Next, a twelfth step of forming a second conductivity type semiconductor layer on the back surface of the semiconductor substrate is performed. Next, a thirteenth step of forming a second electrode in contact with the second conductivity type semiconductor layer is performed. In the third step, the second film is etched to leave a portion of the second film that remains on the side surface of the first film without being etched. In the seventh step, the gate electrode is formed so that the surface of the gate electrode is positioned below the surface of the mesa portion. In the eighth step, the first semiconductor region is formed in a region including the protruding portion of the mesa portion. In the ninth step, the second semiconductor region is formed in a region including the protruding portion of the mesa portion. In the eleventh step, the first electrode in contact with the entire surface of the protruding portion of the mesa portion is formed.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、さらに、次の特徴を有する。前記第7工程は、まず、前記ゲート電極を堆積する堆積工程を行う。次に、前記ゲート電極を研磨する研磨工程を行う。次に、前記ゲート電極をエッチングするエッチング工程を行う。そして、前記研磨工程および前記エッチング工程によって、前記ゲート電極の表面が前記メサ部の表面よりも下方に位置するように前記ゲート電極の厚さを薄くする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention further has the following characteristics in the above-described invention. In the seventh step, first, a deposition step for depositing the gate electrode is performed. Next, a polishing process for polishing the gate electrode is performed. Next, an etching process for etching the gate electrode is performed. Then, the thickness of the gate electrode is reduced by the polishing step and the etching step so that the surface of the gate electrode is positioned below the surface of the mesa portion.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記研磨工程では、前記第2膜を研磨ストッパとして前記ゲート電極の、前記第2膜の表面よりも上の部分を研磨することを特徴とする。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the polishing step, a portion of the gate electrode above the surface of the second film is polished using the second film as a polishing stopper. It is characterized by that.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記エッチング工程では、前記第2膜をマスクとして前記ゲート電極をエッチングすることを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, in the etching step, the gate electrode is etched using the second film as a mask.

また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、第1導電型の半導体基板のおもて面に複数のトレンチを形成する第1工程を行う。次に、前記トレンチの内部に、前記トレンチの内壁に沿って第1絶縁膜を形成する第2工程を行う。次に、前記トレンチの内部の、前記第1絶縁膜の内側にゲート電極を形成する第3工程を行う。次に、前記トレンチの側壁に沿って設けられた前記第1絶縁膜を介して前記ゲート電極に対向するように、隣り合う前記トレンチの間のメサ部に第2導電型の第1半導体領域を形成する第4工程を行う。次に、前記第1半導体領域の内部に第1導電型の第2半導体領域を形成する第5工程を行う。次に、熱処理により、前記ゲート電極の上部に第2絶縁膜を形成する第6工程を行う。次に、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域に接する第1電極を形成する第7工程を行う。次に、前記半導体基板の裏面に第2導電型半導体層を形成する第8工程を行う。次に、前記第2導電型半導体層に接する第2電極を形成する第9工程を行う。そして、前記第3工程では、前記ゲート電極の表面が前記メサ部の表面よりも下方に位置するように前記ゲート電極を形成する。前記第4工程では、イオン注入法またはプラズマドーピング法を用いて、前記トレンチの側壁から第2導電型不純物を導入することにより、前記メサ部の突出した部分を含む領域に前記第1半導体領域を形成する。前記第5工程では、イオン注入法またはプラズマドーピング法を用いて、前記トレンチの側壁から第1導電型不純物を導入することにより、前記メサ部の突出した部分を含む領域に前記第2半導体領域を形成する。前記第7工程では、前記メサ部の突出した部分の表面全体に接する前記第1電極を形成する。   In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a semiconductor device manufacturing method according to the present invention has the following characteristics. First, a first step of forming a plurality of trenches on the front surface of a first conductivity type semiconductor substrate is performed. Next, a second step of forming a first insulating film in the trench along the inner wall of the trench is performed. Next, a third step of forming a gate electrode inside the first insulating film inside the trench is performed. Next, a second conductive type first semiconductor region is formed in a mesa portion between adjacent trenches so as to face the gate electrode through the first insulating film provided along the sidewall of the trench. The 4th process to form is performed. Next, a fifth step of forming a second semiconductor region of the first conductivity type inside the first semiconductor region is performed. Next, a sixth step of forming a second insulating film on the gate electrode by heat treatment is performed. Next, a seventh step of forming a first electrode in contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region is performed. Next, an eighth step of forming a second conductivity type semiconductor layer on the back surface of the semiconductor substrate is performed. Next, a ninth step of forming a second electrode in contact with the second conductivity type semiconductor layer is performed. In the third step, the gate electrode is formed such that the surface of the gate electrode is positioned below the surface of the mesa portion. In the fourth step, by introducing a second conductivity type impurity from the sidewall of the trench by using an ion implantation method or a plasma doping method, the first semiconductor region is formed in a region including the protruding portion of the mesa portion. Form. In the fifth step, the second semiconductor region is formed in a region including the protruding portion of the mesa portion by introducing a first conductivity type impurity from the sidewall of the trench using an ion implantation method or a plasma doping method. Form. In the seventh step, the first electrode in contact with the entire surface of the protruding portion of the mesa portion is formed.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第4工程および前記第5工程では、イオン注入法を用いる場合、前記半導体基板のおもて面に対して10°以上80°以下の斜めの方向から前記トレンチの側壁に第2導電型不純物を導入することを特徴とする。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, when the ion implantation method is used in the fourth step and the fifth step, 10 ° or more with respect to the front surface of the semiconductor substrate. A second conductivity type impurity is introduced into the side wall of the trench from an oblique direction of 80 ° or less.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、さらに、次の特徴を有する。前記第4工程は、イオン注入法を用いる場合、2回のイオン注入工程を行う。具体的には、まず、前記メサ部の一方の側面をなす前記トレンチの側壁に、前記半導体基板のおもて面に対して10°以上80°以下の斜めの方向から第2導電型不純物をイオン注入する第1イオン注入工程を行う。次に、前記メサ部の他方の側面をなす前記トレンチの側壁に、前記半導体基板のおもて面に対して−80°以上−10°以下の斜めの方向から第2導電型不純物をイオン注入する第2イオン注入工程を行う。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention further has the following characteristics in the above-described invention. In the fourth step, when an ion implantation method is used, two ion implantation steps are performed. Specifically, first, the second conductivity type impurity is applied to the side wall of the trench forming one side surface of the mesa portion from an oblique direction of 10 ° to 80 ° with respect to the front surface of the semiconductor substrate. A first ion implantation step for ion implantation is performed. Next, a second conductivity type impurity is ion-implanted into a side wall of the trench forming the other side surface of the mesa portion from an oblique direction of −80 ° to −10 ° with respect to the front surface of the semiconductor substrate. A second ion implantation step is performed.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第5工程の後、前記第6工程の前に、熱処理により、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域を活性化させる熱処理工程をさらに含み、前記熱処理工程では、800℃以上1100℃以下で1秒以内の熱処理を行うことを特徴とする。   In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, in the above-described invention, the first semiconductor region and the second semiconductor region are activated by heat treatment after the fifth step and before the sixth step. A heat treatment step, wherein the heat treatment step is performed at 800 ° C. to 1100 ° C. for 1 second or less.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記熱処理工程では、前記熱処理として、スパイク高速アニールまたはフラッシュランプアニールを行うことを特徴とする。   In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, spike heat annealing or flash lamp annealing is performed as the heat treatment in the heat treatment step.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1絶縁膜の形成後、前記ゲート電極の形成前に、熱処理により前記第1絶縁膜を局所的に酸化し、前記第1絶縁膜の一部の厚さを、前記第1絶縁膜の他の部分の厚さよりも厚くする工程を行う。   According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the first insulating film is locally oxidized by heat treatment after the first insulating film is formed and before the gate electrode is formed. A step of making a thickness of a part of the first insulating film thicker than a thickness of the other part of the first insulating film is performed.

上述した発明によれば、隣り合うトレンチ間のメサ部を、第2絶縁膜と第1電極との界面から第1電極側へ突出させることにより、メサ部の上面を選択的に露出するコンタクトホールを設けない構成とすることができる。このため、フォトリソグラフィによる複数回のパターニングのうち、幅の狭いコンタクトホールを形成するための最も微細なパターニングを行うことなく、トレンチ型半導体装置を作製(製造)することができる。このため、メサ部の幅を狭くしてIE効果を増加させた場合においても、第1電極とシリコン部とのオーミックコンタクトを確実にとることができる。   According to the above-described invention, the mesa portion between adjacent trenches protrudes from the interface between the second insulating film and the first electrode toward the first electrode, thereby selectively exposing the upper surface of the mesa portion. It can be set as the structure which does not provide. Therefore, a trench type semiconductor device can be manufactured (manufactured) without performing the finest patterning for forming a narrow contact hole among a plurality of times of patterning by photolithography. For this reason, even when the width of the mesa portion is narrowed to increase the IE effect, the ohmic contact between the first electrode and the silicon portion can be reliably obtained.

本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、微細なパターニングを行うことなく、メサ部の幅を狭くすることができ、低損失化を図ることができるという効果を奏する。   According to the semiconductor device and the manufacturing method of the semiconductor device according to the present invention, the mesa portion can be narrowed without performing fine patterning, and the loss can be reduced.

実施の形態1にかかる半導体装置の活性部の構造を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a structure of an active portion of the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 図1の基板おもて面側のメサ部の構造を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the structure of the mesa part by the side of the board | substrate front surface of FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置のオン電圧とターンオフ損失との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the ON voltage and turn-off loss of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 実施の形態2にかかる半導体装置の要部の構造を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a structure of a main part of a semiconductor device according to a second embodiment. 実施の形態2にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state during the manufacture of the semiconductor device according to the second embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state during the manufacture of the semiconductor device according to the second embodiment; 実施の形態3にかかる半導体装置の要部の構造を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structure of a main part of a semiconductor device according to a third embodiment. 実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment; 実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment; 実施の形態4にかかる半導体装置の別の一例の要部の構造を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a structure of a main part of another example of a semiconductor device according to a fourth embodiment; 実施の形態5にかかる半導体装置の要部の構造を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a structure of a main part of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態6にかかる半導体装置の要部の構造を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a structure of a main part of a semiconductor device according to a sixth embodiment. 実施の形態7にかかる半導体装置の要部の構造を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a structure of a main part of a semiconductor device according to a seventh embodiment. 実施の形態8にかかる半導体装置の要部の構造を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a structure of a main part of a semiconductor device according to an eighth embodiment. 実施の形態9にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the ninth embodiment; 実施の形態9にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the ninth embodiment; 従来のトレンチ型IGBTの活性部の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the active part of the conventional trench type IGBT. 図32のエミッタ側の構造を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the structure by the side of the emitter of FIG. 従来のトレンチ型IGBTの活性部のエミッタ側の構造の別の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the structure by the side of the emitter of the active part of the conventional trench type IGBT.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Exemplary embodiments of a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. Further, + and − attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region where it is not attached. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.

(実施の形態1)
実施の形態1にかかる半導体装置の構造について、トレンチ型IGBTを例に説明する。図1は、実施の形態1にかかる半導体装置の活性部の構造を示す断面図である。図2は、図1の基板おもて面側のメサ部の構造を拡大して示す断面図である。活性部とは、オン状態のときに電流が流れる領域であり、半導体装置の電流駆動を担う領域である。図1に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置は、隣り合うトレンチ2間のメサ部1aが層間絶縁膜(第2絶縁膜)8とエミッタ電極(第1電極)9との界面からエミッタ電極9側へ突出した構成のトレンチ型のMOSゲート構造を備える。メサ部1a上の層間絶縁膜8に微細なパターニングによるコンタクトホールは設けられておらず、メサ部1aの、基板おもて面側の面(以下、上面とする)全面がエミッタ電極9と接している。また、メサ部1aの、トレンチ2の側壁に露出する部分(側面)もエミッタ電極9と接している。
(Embodiment 1)
The structure of the semiconductor device according to the first embodiment will be described by taking a trench IGBT as an example. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of the active portion of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the structure of the mesa portion on the front side of the substrate in FIG. The active portion is a region through which current flows when in an on state, and is a region responsible for current driving of the semiconductor device. As shown in FIG. 1, in the semiconductor device according to the first embodiment, the mesa portion 1a between adjacent trenches 2 is formed from the interface between the interlayer insulating film (second insulating film) 8 and the emitter electrode (first electrode) 9. A trench type MOS gate structure is provided which protrudes toward the emitter electrode 9 side. No contact hole by fine patterning is provided in the interlayer insulating film 8 on the mesa portion 1a, and the entire surface of the mesa portion 1a on the front side of the substrate (hereinafter referred to as the upper surface) is in contact with the emitter electrode 9. ing. Further, a portion (side surface) of the mesa portion 1 a exposed on the side wall of the trench 2 is also in contact with the emitter electrode 9.

具体的には、n-型ドリフト層1となるn-型半導体基板のおもて面側にはトレンチ2が設けられている。トレンチ2の深さDは、後述するn+型エミッタ領域(第2半導体領域)6およびp+型コンタクト領域7を所定深さとするために、例えば3.0μm以上であることが望ましい。トレンチ2の深さDとは、メサ部1aの上面からトレンチ2の底面までの深さである。トレンチ2の内部には、トレンチ2の内壁に沿って例えば酸化膜(SiO2)からなるゲート絶縁膜(第1絶縁膜)3が設けられ、ゲート絶縁膜3の内側に例えばポリシリコン(Poly−Si)からなるゲート電極4が埋め込まれている。また、トレンチ2の内部には、ゲート電極4上に例えば酸化膜(SiO2)からなる層間絶縁膜8が設けられている。 Specifically, a trench 2 is provided on the front surface side of the n type semiconductor substrate that becomes the n type drift layer 1. The depth D of the trench 2 is preferably 3.0 μm or more, for example, in order to set an n + -type emitter region (second semiconductor region) 6 and a p + -type contact region 7 described later to a predetermined depth. The depth D of the trench 2 is a depth from the upper surface of the mesa portion 1 a to the bottom surface of the trench 2. Inside the trench 2, a gate insulating film (first insulating film) 3 made of, for example, an oxide film (SiO 2 ) is provided along the inner wall of the trench 2, and polysilicon (Poly−) is formed inside the gate insulating film 3. A gate electrode 4 made of Si) is embedded. In addition, an interlayer insulating film 8 made of, for example, an oxide film (SiO 2 ) is provided on the gate electrode 4 inside the trench 2.

隣り合うトレンチ2間のメサ部1aは、層間絶縁膜8とエミッタ電極9との界面からエミッタ電極9側へ突出している。隣り合うトレンチ2間のメサ部1aには、p型ベース領域(第1半導体領域)5が設けられている。p型ベース領域5は、メサ部1aの、層間絶縁膜8とエミッタ電極9との界面からエミッタ電極9側に突出した部分を含む領域に設けられている。p型ベース領域5は、ゲート電圧印加時に、トレンチ2の側壁に設けられたゲート絶縁膜3との境界付近にn型の反転層(チャネル)が形成される領域である。   A mesa portion 1 a between adjacent trenches 2 protrudes from the interface between the interlayer insulating film 8 and the emitter electrode 9 toward the emitter electrode 9. A p-type base region (first semiconductor region) 5 is provided in the mesa portion 1 a between the adjacent trenches 2. The p-type base region 5 is provided in a region including a portion of the mesa portion 1 a that protrudes from the interface between the interlayer insulating film 8 and the emitter electrode 9 toward the emitter electrode 9. The p-type base region 5 is a region where an n-type inversion layer (channel) is formed in the vicinity of the boundary with the gate insulating film 3 provided on the sidewall of the trench 2 when a gate voltage is applied.

隣り合うトレンチ2間のメサ部1aの幅(隣り合うトレンチ2間の距離(メサ幅))Lmは、例えば3.0μm以下であり、かつ下記(1)式を満たすことが好ましい。その理由は、下記(1)式を満たす程度にメサ部1aの幅Lmを狭くすることで、IE効果によりエミッタ側のキャリア注入効率を上げることができ、オン電圧を低減させることができるからである。下記(1)式において、Lgはトレンチ2の幅(トレンチ2が並ぶ方向(すなわち図1の紙面横方向)の幅)である。   The width of mesa portion 1a between adjacent trenches 2 (distance between adjacent trenches 2 (mesa width)) Lm is, for example, 3.0 μm or less, and preferably satisfies the following formula (1). The reason is that by reducing the width Lm of the mesa portion 1a to the extent that the following expression (1) is satisfied, the carrier injection efficiency on the emitter side can be increased by the IE effect, and the on-voltage can be reduced. is there. In the following formula (1), Lg is the width of the trench 2 (the width in the direction in which the trenches 2 are arranged (that is, the lateral direction in FIG. 1)).

Lm/(Lg+Lm)<0.5 …(1)   Lm / (Lg + Lm) <0.5 (1)

p型ベース領域5の内部には、n+型エミッタ領域6およびp+型コンタクト領域7がそれぞれ選択的に設けられている。n+型エミッタ領域6およびp+型コンタクト領域7は、それぞれ、メサ部1aの、層間絶縁膜8とエミッタ電極9との界面からエミッタ電極9側に突出した部分を含む領域に設けられている。n+型エミッタ領域6は、メサ部1aのトレンチ2側に配置されており、トレンチ2の側壁に沿って設けられたゲート絶縁膜3に接する。n+型エミッタ領域6の深さは、p+型コンタクト領域7の深さよりも浅いことが望ましい。その理由は、寄生のpnpnサイリスタによるラッチアップ現象を防止することができるからである。 Inside the p-type base region 5, an n + -type emitter region 6 and a p + -type contact region 7 are selectively provided. The n + -type emitter region 6 and the p + -type contact region 7 are each provided in a region including a portion of the mesa portion 1a that protrudes from the interface between the interlayer insulating film 8 and the emitter electrode 9 toward the emitter electrode 9 side. . The n + -type emitter region 6 is disposed on the side of the trench 2 of the mesa portion 1 a and is in contact with the gate insulating film 3 provided along the side wall of the trench 2. The depth of the n + -type emitter region 6 is preferably shallower than the depth of the p + -type contact region 7. This is because a latch-up phenomenon caused by a parasitic pnpn thyristor can be prevented.

+型コンタクト領域7は、ゲート電圧印加時にp型ベース領域5の、ゲート絶縁膜3との境界付近に形成されるチャネルに接しないように、隣り合うトレンチ2間のほぼ中央部に配置されている。p+型コンタクト領域7は、ラッチアップ耐量を保持する機能を有する。エミッタ電極9は、活性部において基板おもて面全面に設けられており、メサ部1aの、層間絶縁膜8とエミッタ電極9との界面からエミッタ電極9側に突出した部分においてn+型エミッタ領域6およびp+型コンタクト領域7に接する。すなわち、エミッタ電極9は、メサ部1aの上面においてn+型エミッタ領域6およびp+型コンタクト領域7に接する。かつ、エミッタ電極9は、トレンチ2の内部の層間絶縁膜8上の部分に埋め込まれ、トレンチ2の側壁においてn+型エミッタ領域6に接する。 The p + -type contact region 7 is arranged at substantially the center between the adjacent trenches 2 so as not to contact the channel formed in the vicinity of the boundary between the p-type base region 5 and the gate insulating film 3 when a gate voltage is applied. ing. The p + -type contact region 7 has a function of maintaining a latch-up resistance. The emitter electrode 9 is provided on the entire surface of the substrate in the active portion, and an n + -type emitter is formed at a portion of the mesa portion 1a protruding from the interface between the interlayer insulating film 8 and the emitter electrode 9 toward the emitter electrode 9 side. It is in contact with region 6 and p + -type contact region 7. That is, emitter electrode 9 is in contact with n + -type emitter region 6 and p + -type contact region 7 on the upper surface of mesa portion 1a. The emitter electrode 9 is buried in a portion on the interlayer insulating film 8 inside the trench 2 and is in contact with the n + -type emitter region 6 on the side wall of the trench 2.

トレンチ2間のシリコン(Si)部(メサ部1a)の、層間絶縁膜8とエミッタ電極9との界面からエミッタ電極9側へ突出した部分の厚さ(すなわち、メサ部1aの上面から層間絶縁膜8とエミッタ電極9との界面までの距離)Zは、例えば0.1μm以上であることが望ましい。その理由は、n+型エミッタ領域6とエミッタ電極9とのコンタクト抵抗を低減させることができるからである。n-型半導体基板の裏面の表面層には、n型フィールドストップ層10が設けられている。また、n-型半導体基板の裏面の表面層には、n型フィールドストップ層10よりも基板裏面から浅い位置にp型コレクタ層(第2導電型半導体層)11が設けられている。コレクタ電極(第2電極)12は、p型コレクタ層11に接する。 The thickness of the portion of the silicon (Si) portion (mesa portion 1a) between the trenches 2 that protrudes from the interface between the interlayer insulating film 8 and the emitter electrode 9 toward the emitter electrode 9 (ie, the interlayer insulation from the upper surface of the mesa portion 1a) The distance Z) to the interface between the film 8 and the emitter electrode 9 is preferably 0.1 μm or more, for example. This is because the contact resistance between the n + -type emitter region 6 and the emitter electrode 9 can be reduced. An n-type field stop layer 10 is provided on the front surface layer of the n -type semiconductor substrate. Further, a p-type collector layer (second conductivity type semiconductor layer) 11 is provided on the surface layer on the back surface of the n type semiconductor substrate at a position shallower than the n-type field stop layer 10 from the back surface of the substrate. The collector electrode (second electrode) 12 is in contact with the p-type collector layer 11.

次に、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図3〜17は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。図3〜17には、基板おもて面側のメサ部1aを拡大して示す(図19〜31においても同様)。まず、図3に示すように、n-型ドリフト層1となる例えばn-型シリコン基板を用意し、例えば水蒸気(H2O)雰囲気中で熱処理することにより、n-型シリコン基板のおもて面に初期酸化膜(SiO2:第1膜)21を形成する。次に、図4に示すように、初期酸化膜21上にレジストを塗布してレジスト膜22を形成した後、フォトリソグラフィによりレジスト膜22を所定のパターンにパターニングする。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described. 3 to 17 are cross-sectional views illustrating a state in the process of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 3 to 17 show the mesa portion 1a on the front side of the substrate in an enlarged manner (the same applies to FIGS. 19 to 31). First, as shown in FIG. 3, n - -type drift layer 1 and comprising for example n - prepared -type silicon substrate, for example, by heat treatment at water vapor (H 2 O), in an atmosphere, n - type silicon substrate main An initial oxide film (SiO 2 : first film) 21 is formed on the surface. Next, as shown in FIG. 4, after a resist is applied on the initial oxide film 21 to form a resist film 22, the resist film 22 is patterned into a predetermined pattern by photolithography.

次に、レジスト膜22をマスクとして初期酸化膜21をエッチングし、トレンチ2の形成領域に対応する部分に初期酸化膜21を残して、基板おもて面を露出させる。このとき、初期酸化膜21に覆われた1つのトレンチ2の形成領域に隣り合う他のトレンチ2の形成領域は、初期酸化膜21に覆われずに露出されている。次に、レジスト膜22を除去した後、露出されている基板おもて面および初期酸化膜21上に、例えば窒化膜(SiN:第2膜)23を堆積する。次に、図5に示すように、窒化膜23をエッチングし、窒化膜23の、エッチングされずに初期酸化膜21の側面に残る部分(サイドウォール)を後述するトレンチエッチングのためのマスクとして残す(サイドウォールプロセス)。これにより、n-型シリコン基板上に、初期酸化膜21の側面に接する所定幅の窒化膜23が形成される。 Next, the initial oxide film 21 is etched using the resist film 22 as a mask, leaving the initial oxide film 21 in a portion corresponding to the formation region of the trench 2 and exposing the front surface of the substrate. At this time, the formation region of another trench 2 adjacent to the formation region of one trench 2 covered with the initial oxide film 21 is exposed without being covered with the initial oxide film 21. Next, after removing the resist film 22, for example, a nitride film (SiN: second film) 23 is deposited on the exposed substrate front surface and the initial oxide film 21. Next, as shown in FIG. 5, the nitride film 23 is etched, and a portion (side wall) left on the side surface of the initial oxide film 21 without being etched is left as a mask for trench etching described later. (Sidewall process). As a result, a nitride film 23 having a predetermined width in contact with the side surface of the initial oxide film 21 is formed on the n type silicon substrate.

初期酸化膜21の側面にエッチングされずに残る窒化膜23の幅は、例えば0.005μm以上3.0μm未満であるのがよい。この窒化膜23の幅は、後の工程においてトレンチ2を形成する際に隣り合うトレンチ2間にメサ部1aとして残すシリコン部の幅(メサ幅Lm)である。次に、図6に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングにより初期酸化膜21を除去する。このように、窒化膜23は、当該窒化膜23を挟んで隣り合うトレンチ2の形成領域をトレンチエッチングのためのマスクとなる。このため、ストライプ状に並ぶ3つ以上のトレンチ2を形成する場合には、例えば、初期酸化膜21に覆われたトレンチ2の形成領域と、初期酸化膜21に覆われずに露出されたトレンチ2の形成領域とが交互に配置されるように、初期酸化膜21をパターニングすればよい。   The width of the nitride film 23 that remains on the side surface of the initial oxide film 21 without being etched is preferably, for example, 0.005 μm or more and less than 3.0 μm. The width of the nitride film 23 is the width of the silicon portion (mesa width Lm) that is left as the mesa portion 1a between the adjacent trenches 2 when the trench 2 is formed in a later step. Next, as shown in FIG. 6, the initial oxide film 21 is removed by photolithography and etching. As described above, the nitride film 23 serves as a mask for trench etching in the formation region of the adjacent trench 2 with the nitride film 23 interposed therebetween. For this reason, when forming three or more trenches 2 arranged in stripes, for example, the formation region of the trench 2 covered with the initial oxide film 21 and the trench exposed without being covered with the initial oxide film 21. The initial oxide film 21 may be patterned so that the two formation regions are alternately arranged.

次に、図7に示すように、窒化膜23の残部をマスクとしてエッチング51を行い、n-型シリコン基板のおもて面に0.01μm以上7.0μm未満程度の深さDのトレンチ2を形成する。これにより、n-型シリコン基板の窒化膜23の直下の部分がメサ部1aとして残る。トレンチ2を形成するためのエッチング51は、ドライエッチング、またはKOH(水酸化カリウム)やTMAH(水化テトラメチルアンモニウム)を用いたウェットエッチング等の異方性エッチングであってもよい。次に、図8に示すように、熱処理により、基板おもて面およびトレンチ2の内壁を熱酸化し、0.001μm以上0.2μm以下程度の厚さで、ゲート絶縁膜3となる酸化膜(SiO2)を形成する。 Next, as shown in FIG. 7, etching 51 is performed using the remaining portion of nitride film 23 as a mask, and trench 2 having a depth D of about 0.01 μm or more and less than 7.0 μm is formed on the front surface of the n -type silicon substrate. Form. As a result, the portion immediately below the nitride film 23 of the n type silicon substrate remains as the mesa portion 1a. The etching 51 for forming the trench 2 may be dry etching or anisotropic etching such as wet etching using KOH (potassium hydroxide) or TMAH (tetramethylammonium hydride). Next, as shown in FIG. 8, the substrate front surface and the inner wall of the trench 2 are thermally oxidized by heat treatment, and an oxide film that becomes the gate insulating film 3 with a thickness of about 0.001 μm to 0.2 μm. (SiO 2 ) is formed.

次に、図9に示すように、トレンチ2の内部に埋め込むように、ゲート電極4となるポリシリコン層を堆積する。次に、図10に示すように、窒化膜23を研磨ストッパとしてCMP(化学機械研磨)52を行い、ゲート電極4の厚さを薄くする。次に、図11に示すように、窒化膜23をマスクとして、ゲート電極4の上面がメサ部1aの上面よりも0.005μm以上3.5μm以下程度下方になるまで、ゲート電極4をエッチング53する。次に、図12に示すように、熱処理によりゲート電極4を熱酸化し、ゲート絶縁膜3より厚くなるように例えば0.002μm以上3.5μm以下程度の厚さで、ゲート電極4の上部に層間絶縁膜8となる酸化膜(SiO2)を形成する。 Next, as shown in FIG. 9, a polysilicon layer to be the gate electrode 4 is deposited so as to be embedded in the trench 2. Next, as shown in FIG. 10, CMP (chemical mechanical polishing) 52 is performed using the nitride film 23 as a polishing stopper to reduce the thickness of the gate electrode 4. Next, as shown in FIG. 11, using the nitride film 23 as a mask, the gate electrode 4 is etched 53 until the upper surface of the gate electrode 4 is lower than the upper surface of the mesa portion 1a by about 0.005 μm to 3.5 μm. To do. Next, as shown in FIG. 12, the gate electrode 4 is thermally oxidized by heat treatment, and has a thickness of, for example, about 0.002 μm to 3.5 μm so as to be thicker than the gate insulating film 3. An oxide film (SiO 2 ) to be the interlayer insulating film 8 is formed.

次に、メサ部1aの上部にゲート絶縁膜3越しに、基板おもて面に対して所定の注入角度θ11,θ12で例えばボロン(B)などのp型不純物を第1イオン注入(斜めイオン注入)24し、メサ部1aの上部全体にp型ベース領域5を形成する。第1イオン注入24は、例えば、基板おもて面に対して10°以上80°以下程度の注入角度θ11、および基板おもて面に対して−80°以上−10°以下程度の注入角度θ12での計2回の斜めイオン注入であってもよい。メサ部1aに対して対称となる注入角度θ11,θ12での2回の斜めイオン注入によりp型ベース領域5を形成することで、p型ベース領域5の深さは、メサ部1aの側面側(トレンチ2の側壁側)よりもメサ部1aの中央部側で浅くなる。これによって、IE効果を増加させることができる。また、プラズマドーピング法によりトレンチ2の側壁からボロンなどの不純物を導入することによって、メサ部1aの上部全体にp型ベース領域5を形成してもよい。   Next, a p-type impurity such as boron (B) is first ion-implanted (oblique ions) at predetermined implantation angles θ11 and θ12 with respect to the front surface of the substrate through the gate insulating film 3 above the mesa portion 1a. 24), and the p-type base region 5 is formed over the entire upper portion of the mesa portion 1a. The first ion implantation 24 includes, for example, an implantation angle θ11 of about 10 ° to 80 ° with respect to the substrate front surface, and an implantation angle of about −80 ° to −10 ° with respect to the substrate front surface. A total of two oblique ion implantations at θ12 may be used. By forming the p-type base region 5 by two oblique ion implantations at implantation angles θ11 and θ12 that are symmetric with respect to the mesa portion 1a, the depth of the p-type base region 5 can be set to the side surface side of the mesa portion 1a. It becomes shallower on the center side of the mesa portion 1a than on the side wall side of the trench 2. Thereby, the IE effect can be increased. Alternatively, the p-type base region 5 may be formed on the entire upper portion of the mesa portion 1a by introducing impurities such as boron from the sidewall of the trench 2 by plasma doping.

次に、図13に示すように、メサ部1aの上部にゲート絶縁膜3越しに、基板おもて面に対して所定の注入角度θ21,θ22で例えばボロンなどのp型不純物を第2イオン注入(斜めイオン注入)25し、p型ベース領域5の内部にp+型コンタクト領域7を選択的に形成する。この第2イオン注入25は、例えば、p型ベース領域5を形成するための第1イオン注入24よりも高い加速エネルギーで、かつ基板おもて面に対する注入角度θ21,θ22を第1イオン注入24の基板おもて面に対する注入角度θ11,θ12よりも大きくして行う。 Next, as shown in FIG. 13, a p-type impurity such as boron is introduced into the second ion at a predetermined implantation angle θ21, θ22 with respect to the front surface of the substrate through the gate insulating film 3 above the mesa portion 1a. Implantation (oblique ion implantation) 25 is performed, and ap + -type contact region 7 is selectively formed inside the p-type base region 5. In this second ion implantation 25, for example, the first ion implantation 24 has an acceleration energy higher than that of the first ion implantation 24 for forming the p-type base region 5 and the implantation angles θ21, θ22 with respect to the front surface of the substrate. The implantation angle is larger than the implantation angles θ11 and θ12 with respect to the front surface of the substrate.

次に、図14に示すように、メサ部1aの上部にゲート絶縁膜3越しに、基板おもて面に対して所定の注入角度θ31,θ32で例えば砒素(As)などのn型不純物を第3イオン注入(斜めイオン注入)26し、p型ベース領域5の内部にn+型エミッタ領域6を選択的に形成する。この第3イオン注入26は、例えば、第1イオン注入24よりも低い加速エネルギーで、かつ基板おもて面に対する注入角度θ31,θ32を第1イオン注入24の基板おもて面に対する注入角度θ11,θ12よりも大きくして行う。 Next, as shown in FIG. 14, an n-type impurity such as arsenic (As), for example, is implanted at a predetermined implantation angle θ31, θ32 with respect to the front surface of the substrate through the gate insulating film 3 above the mesa portion 1a. A third ion implantation (oblique ion implantation) 26 is performed to selectively form an n + -type emitter region 6 inside the p-type base region 5. In this third ion implantation 26, for example, the acceleration energy is lower than that of the first ion implantation 24, and the implantation angles θ31 and θ32 with respect to the substrate front surface are set to the implantation angle θ11 with respect to the substrate front surface of the first ion implantation 24. , Θ12.

次に、図15に示すように、例えば800℃以上1100℃以下程度の熱処理を行い、メサ部1aに形成した各不純物領域を活性化する。この不純物活性化のための熱処理は、不純物の拡散を抑えるために、例えば高速アニール(RTA:Rapid Thermal Anneal)、または、1秒以内のアニールを可能とするSpike RTA(スパイクRTA:急速に昇温させた後、所定のアニール温度で保持せずに降温させるアニール)やフラッシュランプアニールを行うのがよい。次に、エッチングにより窒化膜23を除去する。次に、図16に示すように、ゲート電極4上に層間絶縁膜8が残るようにエッチングを行い、メサ部1aの、層間絶縁膜8上に突出する部分を覆うゲート絶縁膜3を除去する。これにより、メサ部1aのn+型エミッタ領域6およびp+型コンタクト領域7が露出される。 Next, as shown in FIG. 15, for example, heat treatment is performed at a temperature of about 800 ° C. to about 1100 ° C. to activate each impurity region formed in the mesa portion 1 a. In order to suppress the diffusion of impurities, the heat treatment for activating the impurities is performed, for example, by rapid annealing (RTA: Rapid Thermal Anneal) or Spike RTA (spike RTA: rapid rise in temperature within 1 second). After that, it is preferable to perform annealing (annealing for lowering the temperature without holding at a predetermined annealing temperature) or flash lamp annealing. Next, the nitride film 23 is removed by etching. Next, as shown in FIG. 16, etching is performed so that the interlayer insulating film 8 remains on the gate electrode 4, and the gate insulating film 3 covering the portion of the mesa portion 1a protruding on the interlayer insulating film 8 is removed. . As a result, the n + -type emitter region 6 and the p + -type contact region 7 of the mesa portion 1a are exposed.

次に、図17に示すように、基板おもて面に、トレンチ2を埋め込むように、エミッタ電極9となる例えばアルミニウム(Al)電極を堆積(形成)する。これにより、メサ部1aの、層間絶縁膜8上に突出する部分(すなわちn+型エミッタ領域6およびp+型コンタクト領域7)とエミッタ電極9とのオーミックコンタクトが形成される。その後、基板裏面側に一般的な方法により、n型フィールドストップ層10、p型コレクタ層11およびコレクタ電極12を形成することにより、図1に示すトレンチ型IGBTが完成する。 Next, as shown in FIG. 17, for example, an aluminum (Al) electrode serving as the emitter electrode 9 is deposited (formed) so as to fill the trench 2 on the front surface of the substrate. As a result, an ohmic contact is formed between the emitter electrode 9 and a portion of the mesa portion 1a protruding on the interlayer insulating film 8 (that is, the n + -type emitter region 6 and the p + -type contact region 7). Thereafter, n-type field stop layer 10, p-type collector layer 11 and collector electrode 12 are formed on the back side of the substrate by a general method, thereby completing the trench IGBT shown in FIG.

上述した本発明のIGBT構造においては、メサ部1aが層間絶縁膜8とエミッタ電極9との界面からエミッタ電極9側に突出していることで、メサ部1aのn-型ドリフト層1(n-型ドリフト層1の、p型ベース領域5との境界からメサ下部)の厚さが薄くなりIE効果が小さくなるが、このIE効果の低下分以上にIE効果を向上させることができる程度にメサ部1aの幅Lmを狭めることができる。図18は、本発明の実施の形態1にかかる半導体装置のオン電圧とターンオフ損失との関係を示す特性図である。図18に示すように、本発明のIGBT構造は、IGBTの電力損失の指標であるオン電圧(Von)−ターンオフ損失(Eoff)のトレードオフを従来よりも向上させることができる。 In the IGBT structure of the present invention described above, the mesa portion 1a protrudes from the interface between the interlayer insulating film 8 and the emitter electrode 9 to the emitter electrode 9 side, so that the n type drift layer 1 (n of the mesa portion 1a). The thickness of the drift layer 1 from the boundary with the p-type base region 5 to the lower part of the mesa is reduced and the IE effect is reduced. However, the mesa can be improved to the extent that the IE effect can be improved more than the reduction of the IE effect. The width Lm of the part 1a can be reduced. FIG. 18 is a characteristic diagram showing the relationship between the on-voltage and the turn-off loss of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 18, the IGBT structure of the present invention can improve the trade-off of the on-voltage (Von) -turn-off loss (Eoff), which is an index of the power loss of the IGBT, as compared with the prior art.

以上、説明したように、実施の形態1によれば、隣り合うトレンチ間のメサ部を、層間絶縁膜とエミッタ電極との界面からエミッタ電極側へ突出させることにより、メサ部の上面を選択的に露出するコンタクトホールを設けない構成とすることができる。このため、トレンチ型IGBTの製造工程におけるフォトリソグラフィによる複数回のパターニングのうち、幅の狭いコンタクトホールを形成するための最も微細なパターニングを行うことなく、トレンチ型IGBTを作製(製造)することができる。このため、メサ部の幅を狭くしてIE効果を増加させた場合においても、エミッタ電極とシリコン部(n+型エミッタ領域およびp+型コンタクト領域)とのオーミックコンタクトを確実にとることができる。したがって、低損失なトレンチ型IGBTを提供することができる。 As described above, according to the first embodiment, the upper surface of the mesa portion is selectively formed by projecting the mesa portion between adjacent trenches from the interface between the interlayer insulating film and the emitter electrode to the emitter electrode side. The contact hole exposed to the surface may not be provided. For this reason, a trench IGBT can be manufactured (manufactured) without performing the finest patterning for forming a narrow contact hole among a plurality of patterning processes by photolithography in the manufacturing process of the trench IGBT. it can. For this reason, even when the width of the mesa portion is narrowed to increase the IE effect, an ohmic contact between the emitter electrode and the silicon portion (n + -type emitter region and p + -type contact region) can be reliably obtained. . Therefore, a low-loss trench IGBT can be provided.

また、実施の形態1によれば、コンタクトホールの次に微細なパターンとなるメサ部を、初期酸化膜の側壁にサイドウォールプロセスを用いて形成した絶縁膜をマスクとして形成するため、従来のようなメサ部を形成するための微細なパターニングを必要としない。このため、幅の狭いメサ部を精度よく形成することができ、低損失なトレンチ型IGBTを作製することができる。また、実施の形態1によれば、トレンチの側壁に斜めイオン注入を行うことにより、隣り合うトレンチ間のメサ部にp+型コンタクト領域を形成するため、斜めイオン注入の加速エネルギーおよびドーズ量を制御し、かつ高温で高速な熱処理によってp+型コンタクト領域を活性化させるため、メサ部の中央部に所定の幅のp+型コンタクト領域を形成することができる。これにより、不純物の横方向拡散などを原因とするラッチアップ耐量の低減を防止することができる。 In addition, according to the first embodiment, the mesa portion that becomes a fine pattern next to the contact hole is formed using the insulating film formed on the side wall of the initial oxide film by using the sidewall process as a mask. Fine patterning for forming a mesa portion is not required. Therefore, a narrow mesa portion can be formed with high accuracy, and a low-loss trench IGBT can be manufactured. Further, according to the first embodiment, the oblique ion implantation is performed on the sidewall of the trench to form the p + -type contact region in the mesa portion between the adjacent trenches. Therefore, the acceleration energy and the dose amount of the oblique ion implantation are reduced. controlled, and to activate the p + -type contact region by fast thermal treatment at high temperature, it is possible to form the p + -type contact region of predetermined width in the central portion of the mesa portion. As a result, it is possible to prevent a reduction in latch-up resistance caused by lateral diffusion of impurities.

(実施の形態2)
次に、実施の形態2にかかる半導体装置の構造について説明する。図19は、実施の形態2にかかる半導体装置の要部の構造を示す斜視図である。実施の形態2にかかる半導体装置が実施の形態1にかかる半導体装置と異なる点は、メサ部1aがストライプ状に延びる方向(図19においては紙面奥行方向)に、n+型エミッタ領域16とp+型コンタクト領域17とが交互に繰り返し配置されたIGBT構造を備える点である。すなわち、n+型エミッタ領域16およびp+型コンタクト領域17は、ともにトレンチ2の側壁に沿って設けられたゲート絶縁膜3に接する。エミッタ電極9は、メサ部1aの上面においてn+型エミッタ領域16およびp+型コンタクト領域17に接するとともに、トレンチ2の側壁においてn+型エミッタ領域16およびp+型コンタクト領域17に接する。
(Embodiment 2)
Next, the structure of the semiconductor device according to the second embodiment will be described. FIG. 19 is a perspective view of the structure of the main part of the semiconductor device according to the second embodiment. The semiconductor device according to the second embodiment is different from the semiconductor device according to the first embodiment in that the mesa portion 1a extends in a stripe shape (the depth direction in FIG. 19) and the n + -type emitter region 16 and p. This is a point having an IGBT structure in which + -type contact regions 17 are alternately and repeatedly arranged. That is, both n + -type emitter region 16 and p + -type contact region 17 are in contact with gate insulating film 3 provided along the sidewall of trench 2. Emitter electrode 9 is in contact with n + -type emitter region 16 and p + -type contact region 17 on the upper surface of mesa portion 1 a, and is in contact with n + -type emitter region 16 and p + -type contact region 17 on the side wall of trench 2.

次に、実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図20,21は、実施の形態2にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。まず、メサ部1aの上部全体にp型ベース領域5を形成する工程までを、実施の形態1と同様の製造プロセスで行う(図3〜12)。次に、エッチングにより窒化膜23を除去する。次に、図20に示すように、メサ部1aの上部にゲート絶縁膜3越しに、例えば、プラズマドーピング法によりトレンチ2の側壁からボロンなどのp型不純物を導入する、またはイオン注入法により基板おもて面に対して7°の注入角度でのボロンなどのp型不純物を導入することで、メサ部1aの上部全体にわたってp型ベース領域5の内部にp+型コンタクト領域17を形成する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment will be described. 20 and 21 are cross-sectional views illustrating a state during the manufacture of the semiconductor device according to the second embodiment. First, the process up to forming the p-type base region 5 over the entire upper portion of the mesa portion 1a is performed by the same manufacturing process as in the first embodiment (FIGS. 3 to 12). Next, the nitride film 23 is removed by etching. Next, as shown in FIG. 20, a p-type impurity such as boron is introduced from the side wall of the trench 2 into the upper portion of the mesa portion 1a over the gate insulating film 3 by, for example, plasma doping or by ion implantation. By introducing a p-type impurity such as boron at an implantation angle of 7 ° with respect to the front surface, a p + -type contact region 17 is formed inside the p-type base region 5 over the entire upper portion of the mesa portion 1a. .

次に、図21に示すように、基板おもて面全体にレジストを塗布してレジスト膜27を形成する。次に、フォトリソグラフィにより、レジスト膜27をパターニングし、n+型エミッタ領域6の形成領域を露出する。このとき、レジスト膜27のパターンは、トレンチ2がストライプ状に延びる方向と直交する方向にストライプ状に延びるパターンとする。次に、レジスト膜27をマスクとして、メサ部1aの上部にゲート絶縁膜3越しに、例えば、プラズマドーピング法によりトレンチ2の側壁から砒素などのn型不純物を導入する、またはイオン注入法により基板おもて面に対して7°の注入角度で砒素などのn型不純物を導入することで、メサ部1aの上部にn+型エミッタ領域16を選択的に形成する。このとき、メサ部1aの上部にすでに形成されているp+型コンタクト領域17をn型不純物によって打ち返してn型に反転させることによりn+型エミッタ領域16を形成する。その後、メサ部1aに形成された不純物領域を活性化させる工程以降を実施の形態1と同様の製造プロセスで行うことにより、図19に示すトレンチ型IGBTが完成する。 Next, as shown in FIG. 21, a resist film 27 is formed by applying a resist to the entire front surface of the substrate. Next, the resist film 27 is patterned by photolithography to expose a region where the n + -type emitter region 6 is formed. At this time, the pattern of the resist film 27 is a pattern extending in a stripe shape in a direction orthogonal to the direction in which the trench 2 extends in a stripe shape. Next, using the resist film 27 as a mask, an n-type impurity such as arsenic is introduced from the sidewall of the trench 2 by, for example, plasma doping over the gate insulating film 3 on the mesa portion 1a, or by ion implantation. By introducing an n-type impurity such as arsenic at an implantation angle of 7 ° with respect to the front surface, an n + -type emitter region 16 is selectively formed above the mesa portion 1a. At this time, the n + -type emitter region 16 is formed by reversing the p + -type contact region 17 already formed in the upper part of the mesa portion 1a with n-type impurities and inverting it to the n-type. After that, the step of activating the impurity region formed in the mesa portion 1a is performed by the same manufacturing process as in the first embodiment, thereby completing the trench type IGBT shown in FIG.

以上、説明したように、実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態2によれば、n+型エミッタ領域とp+型コンタクト領域とを、メサ部がストライプ状に延びる方向に交互に繰り返し配置することにより、オン電圧の増加を抑えることができるとともに、p+型コンタクト領域の面積を狭くすることができるため、飽和電流を小さくすることができ、短絡耐量を向上させることができる。 As described above, according to the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, according to the second embodiment, an increase in the on-voltage can be suppressed by alternately arranging the n + -type emitter regions and the p + -type contact regions in the direction in which the mesa portions extend in a stripe shape. In addition, since the area of the p + -type contact region can be reduced, the saturation current can be reduced, and the short-circuit tolerance can be improved.

(実施の形態3)
次に、実施の形態3にかかる半導体装置の構造について説明する。図22は、実施の形態3にかかる半導体装置の要部の構造を示す断面図である。実施の形態3にかかる半導体装置が実施の形態1にかかる半導体装置と異なる点は、トレンチ2の内部に、層間絶縁膜18によって電気的に絶縁された2つのゲート電極14を備える点である。具体的には、トレンチ2の対向する側壁には、それぞれ側壁に沿ってゲート電極14が設けられている。各ゲート電極14は、それぞれ、ゲート絶縁膜3を介してメサ部1a(p型ベース領域5およびn+型エミッタ領域6)に対向する。トレンチ2の内部において、ゲート電極14の表面上および2つのゲート電極14間には、層間絶縁膜18が埋め込まれている。
(Embodiment 3)
Next, the structure of the semiconductor device according to the third embodiment will be described. FIG. 22 is a cross-sectional view illustrating the structure of the main part of the semiconductor device according to the third embodiment. The semiconductor device according to the third embodiment is different from the semiconductor device according to the first embodiment in that two gate electrodes 14 electrically insulated by an interlayer insulating film 18 are provided inside the trench 2. Specifically, the gate electrode 14 is provided on the opposite side wall of the trench 2 along the side wall. Each gate electrode 14 is opposed to the mesa portion 1a (p-type base region 5 and n + -type emitter region 6) with the gate insulating film 3 interposed therebetween. In the trench 2, an interlayer insulating film 18 is embedded on the surface of the gate electrode 14 and between the two gate electrodes 14.

次に、実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図23,24は、実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。まず、トレンチ2の内部に埋め込んだゲート電極14となるポリシリコン層を、その上面がメサ部1aの上面よりも下方になるまで除去する工程までを、実施の形態1と同様の製造プロセスで行う(図3〜11)。次に、図23に示すように、ゲート電極14上に、メサ部1aの側面に沿って例えば窒化膜等のサイドウォール28を形成する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment will be described. 23 and 24 are cross-sectional views illustrating a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment. First, the manufacturing process similar to that of the first embodiment is performed until the polysilicon layer that becomes the gate electrode 14 embedded in the trench 2 is removed until the upper surface thereof is below the upper surface of the mesa portion 1a. (FIGS. 3-11). Next, as shown in FIG. 23, a sidewall 28 such as a nitride film is formed on the gate electrode 14 along the side surface of the mesa portion 1a.

次に、図24に示すように、サイドウォール28をマスクとしてゲート電極14をエッチングし、ゲート電極14のサイドウォール28直下の部分を残す。これにより、微細なパターニングを用いずに、トレンチ2の内部に2つのゲート電極14を形成することができる。次に、熱処理により、2つのゲート電極間に埋め込むように、ゲート電極14の上に層間絶縁膜18となる酸化膜を形成する。層間絶縁膜18を形成する方法は実施の形態1と同様である。その後、メサ部1aに不純物領域(p型ベース領域5など)を形成する工程以降を実施の形態1と同様の製造プロセスで行うことにより、図22に示すトレンチ型IGBTが完成する。   Next, as shown in FIG. 24, the gate electrode 14 is etched using the sidewall 28 as a mask, leaving a portion of the gate electrode 14 immediately below the sidewall 28. Thereby, the two gate electrodes 14 can be formed inside the trench 2 without using fine patterning. Next, an oxide film to be an interlayer insulating film 18 is formed on the gate electrode 14 so as to be embedded between the two gate electrodes by heat treatment. The method for forming the interlayer insulating film 18 is the same as in the first embodiment. Then, the trench type IGBT shown in FIG. 22 is completed by performing the process after forming the impurity region (p-type base region 5 and the like) in the mesa portion 1a by the same manufacturing process as in the first embodiment.

以上、説明したように、実施の形態3によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態3によれば、ゲート絶縁膜の、トレンチの底面に沿った部分において、ゲート絶縁膜とゲート電極とが接する面積が小さくなるため、ミラー効果により利得倍され入力容量として機能するゲート−コレクタ間容量を低減することができる。これによりスイッチング特性を向上させることができる。   As described above, according to the third embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, according to the third embodiment, since the area where the gate insulating film and the gate electrode are in contact with each other along the bottom surface of the trench is reduced, the gain is multiplied by the mirror effect and functions as the input capacitance. The gate-collector capacitance can be reduced. Thereby, switching characteristics can be improved.

(実施の形態4)
次に、実施の形態4にかかる半導体装置の構造について、図1,2を参照して説明する。実施の形態4にかかる半導体装置が実施の形態1にかかる半導体装置と異なる点は、ゲート絶縁膜3の材料として、シリコン酸化膜(SiO2)に代えて、シリコン酸化膜よりも誘電率の高い高誘電率(High−K)材料を用いている点である。High−K材料とは、例えば酸化ハフニウム(HfO2)、ハフニウムシリケート(HfSiO)、酸化ランタン(La23)、ランタンアルミネート(LaAlO3)、酸化セリウム(CeO2)である。一般的に、IGBTはゲート絶縁膜を薄くすることでチャネルに電子を多く集めることができ、電気駆動力を増大させることができるが、ゲート絶縁膜を薄くすることでゲート耐圧の確保が難しくなる。そこで、実施の形態4においては、ゲート絶縁膜3の材料としてHigh−K材料を用いる。このようにゲート絶縁膜3の材料としてHigh−K材料を用いることで、ゲート絶縁膜3の厚さを薄くすることなくチャネルに電子を多く集めることができるため、電気駆動力を増大させることができる。また、ゲート絶縁膜3の厚さを薄くしないため、ゲート耐圧を確保することができる。
(Embodiment 4)
Next, the structure of the semiconductor device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. The semiconductor device according to the fourth embodiment is different from the semiconductor device according to the first embodiment in that the material of the gate insulating film 3 is higher in dielectric constant than the silicon oxide film instead of the silicon oxide film (SiO 2 ). A high dielectric constant (High-K) material is used. Examples of the High-K material include hafnium oxide (HfO 2 ), hafnium silicate (HfSiO), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), lanthanum aluminate (LaAlO 3 ), and cerium oxide (CeO 2 ). In general, an IGBT can collect a large amount of electrons in a channel by thinning a gate insulating film, and can increase an electric driving force. However, it is difficult to ensure a gate breakdown voltage by thinning the gate insulating film. . Therefore, in the fourth embodiment, a High-K material is used as the material of the gate insulating film 3. In this way, by using a High-K material as the material of the gate insulating film 3, a large amount of electrons can be collected in the channel without reducing the thickness of the gate insulating film 3, so that the electric driving force can be increased. it can. Further, since the thickness of the gate insulating film 3 is not reduced, a gate breakdown voltage can be ensured.

実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法において、ゲート絶縁膜3を形成するための熱処理工程に代えて、ゲート絶縁膜3となるHigh−K膜を堆積する工程を行えばよい。   The manufacturing method of the semiconductor device according to the fourth embodiment is the same as the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment. Instead of the heat treatment step for forming the gate insulating film 3, the High-K that becomes the gate insulating film 3 A step of depositing a film may be performed.

また、ゲート絶縁膜3を酸化膜に代えてHigh−K膜とした場合、ゲート−コレクタ間容量が増加し、スイッチング特性が劣化する。そこで、酸化膜からなるゲート絶縁膜3の一部を、シリコン酸化膜に代えてHigh−K材料からなるHigh−K膜としてもよい。図25は、実施の形態4にかかる半導体装置の別の一例の要部の構造を示す断面図である。具体的には、図25に示すように、ゲート絶縁膜の、トレンチ2の底面に沿った部分をシリコン酸化膜31とし、トレンチ2の側壁に沿った部分の少なくとも一部をHigh−K膜32とする。図25には、ゲート絶縁膜の、トレンチ2の側壁に沿った部分全体をHigh−K膜32とした場合を示している。このように、ゲート絶縁膜の、ゲート電極4の直下(コレクタ電極12側)の部分をHigh−K材料ではなくシリコン酸化膜31とすることで、ミラー効果を抑制することができる。   Further, when the gate insulating film 3 is replaced with an oxide film and a High-K film is used, the gate-collector capacitance increases and the switching characteristics deteriorate. Therefore, a part of the gate insulating film 3 made of an oxide film may be replaced with a High-K film made of a High-K material instead of the silicon oxide film. FIG. 25 is a cross-sectional view illustrating a structure of a main part of another example of the semiconductor device according to the fourth embodiment. Specifically, as shown in FIG. 25, a portion of the gate insulating film along the bottom surface of the trench 2 is a silicon oxide film 31, and at least a portion of the portion along the sidewall of the trench 2 is a high-K film 32. And FIG. 25 shows a case where the entire portion of the gate insulating film along the sidewall of the trench 2 is the High-K film 32. Thus, the mirror effect can be suppressed by using the silicon oxide film 31 instead of the High-K material as the portion of the gate insulating film immediately below the gate electrode 4 (on the collector electrode 12 side).

実施の形態4にかかる半導体装置の別の一例の製造方法は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法において、酸化膜のみからなるゲート絶縁膜を形成するための熱処理工程に代えて、トレンチ2の側壁にHigh−K膜32を形成した後に、熱処理によりトレンチ2の底面にシリコン酸化膜31を形成する工程を行えばよい。具体的には、シリコン酸化膜31およびHigh−K膜32からなるゲート絶縁膜を形成するにあたって、まず、トレンチ2の内壁に沿ってHigh−K膜32を堆積した後、トレンチ2の側壁にHigh−K膜32が残るように例えば異方性ドライエッチングを行う。次に、熱処理により、トレンチ2の底面にシリコン酸化膜31を形成する。   Another example of the manufacturing method of the semiconductor device according to the fourth embodiment is the same as the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment except that a trench is used instead of the heat treatment step for forming a gate insulating film made of only an oxide film. After forming the High-K film 32 on the side walls of the second layer, a step of forming the silicon oxide film 31 on the bottom surface of the trench 2 by heat treatment may be performed. Specifically, when forming the gate insulating film composed of the silicon oxide film 31 and the High-K film 32, first, the High-K film 32 is deposited along the inner wall of the trench 2, and then the High side is formed on the sidewall of the trench 2. For example, anisotropic dry etching is performed so that the -K film 32 remains. Next, a silicon oxide film 31 is formed on the bottom surface of the trench 2 by heat treatment.

以上、説明したように、実施の形態4によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態4によれば、ゲート絶縁膜の全体または一部をHigh−K膜とすることで、ゲート耐圧を維持した状態で、電気駆動力を増大させることができる。   As described above, according to the fourth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, according to the fourth embodiment, the whole or part of the gate insulating film is a High-K film, so that the electric driving force can be increased while maintaining the gate breakdown voltage.

(実施の形態5)
次に、実施の形態5にかかる半導体装置の構造について説明する。図26は、実施の形態5にかかる半導体装置の要部の構造を示す断面図である。実施の形態5にかかる半導体装置が実施の形態1にかかる半導体装置と異なる点は、ゲート絶縁膜3の、トレンチ2の底面に沿った部分の少なくとも一部の厚さを厚くしている点である。具体的には、図26に示すように、ゲート絶縁膜3の、トレンチ2の底面に沿った部分の少なくとも一部を、ゲート絶縁膜3の他の部分よりも厚さの厚い局部酸化(LOCOS)膜33とする。ゲート絶縁膜3の他の部分とは、ゲート絶縁膜3の、トレンチ2の側壁に沿った部分、およびゲート絶縁膜3の、トレンチ2の底面に沿った部分のLOCOS膜33以外の部分である。このようにLOCOS膜33を設けることで、ゲート−コレクタ間容量を低減することができるため、スイッチング特性を向上させることができる。
(Embodiment 5)
Next, the structure of the semiconductor device according to the fifth embodiment will be described. FIG. 26 is a cross-sectional view illustrating the structure of the main part of the semiconductor device according to the fifth embodiment. The semiconductor device according to the fifth embodiment differs from the semiconductor device according to the first embodiment in that the thickness of at least a part of the portion of the gate insulating film 3 along the bottom surface of the trench 2 is increased. is there. Specifically, as shown in FIG. 26, at least a part of the portion of the gate insulating film 3 along the bottom surface of the trench 2 is locally oxidized (LOCOS) thicker than other portions of the gate insulating film 3. ) A film 33 is formed. The other part of the gate insulating film 3 is a part of the gate insulating film 3 along the side wall of the trench 2 and a part of the gate insulating film 3 other than the LOCOS film 33 along the bottom surface of the trench 2. . By providing the LOCOS film 33 in this way, the gate-collector capacitance can be reduced, so that the switching characteristics can be improved.

実施の形態5にかかる半導体装置の製造方法は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法において、ゲート絶縁膜3の形成後、ゲート電極4となるポリシリコン層を堆積する前に、一般的なLOCOS法により、ゲート絶縁膜3の、トレンチ2の底部に沿った部分の一部をLOCOS膜33にすればよい。   The manufacturing method of the semiconductor device according to the fifth embodiment is the same as the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment, after forming the gate insulating film 3 and before depositing the polysilicon layer to be the gate electrode 4. A part of the portion of the gate insulating film 3 along the bottom of the trench 2 may be formed into the LOCOS film 33 by a simple LOCOS method.

以上、説明したように、実施の形態5によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the fifth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

(実施の形態6)
次に、実施の形態6にかかる半導体装置の構造について説明する。図27は、実施の形態6にかかる半導体装置の要部の構造を示す断面図である。実施の形態6にかかる半導体装置が実施の形態1にかかる半導体装置と異なる点は、シリコン酸化膜(SiO2)からなるゲート絶縁膜の一部を、シリコン酸化膜に代えてシリコン酸化膜よりも誘電率の低い低誘電率(Low−K)材料からなるLow−K膜とする点である。Low−K材料とは、例えば炭素を含む二酸化珪素(SiOC、SiOCH)である。具体的には、図27に示すように、ゲート絶縁膜3の、トレンチ2の底面に沿った部分をLow−K膜34とし、トレンチ2の側壁に沿った部分をシリコン酸化膜35とする。このように、ゲート絶縁膜の、ゲート電極4の直下の部分を酸化膜ではなくLow−K膜34とすることで、実施の形態5と同様にゲート−コレクタ間容量を低減することができる。
(Embodiment 6)
Next, the structure of the semiconductor device according to the sixth embodiment will be described. FIG. 27 is a cross-sectional view illustrating the structure of the main part of the semiconductor device according to the sixth embodiment. The semiconductor device according to the sixth embodiment is different from the semiconductor device according to the first embodiment in that a part of the gate insulating film made of a silicon oxide film (SiO 2 ) is replaced with a silicon oxide film rather than a silicon oxide film. A low-K film made of a low dielectric constant (Low-K) material having a low dielectric constant is used. The Low-K material is, for example, silicon dioxide containing silicon (SiOC, SiOCH). Specifically, as shown in FIG. 27, a portion of the gate insulating film 3 along the bottom surface of the trench 2 is a Low-K film 34, and a portion along the sidewall of the trench 2 is a silicon oxide film 35. As described above, the portion of the gate insulating film immediately below the gate electrode 4 is not the oxide film but the Low-K film 34, so that the gate-collector capacitance can be reduced as in the fifth embodiment.

実施の形態5にかかる半導体装置の製造方法は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法において、酸化膜のみからなるゲート絶縁膜を形成するための熱処理工程に代えて、トレンチ2の側壁にシリコン酸化膜35を形成した後に、トレンチ2の底面にLow−K膜34を形成する工程を行えばよい。具体的には、Low−K膜34およびシリコン酸化膜35からなるゲート絶縁膜を形成するにあたって、まず、熱処理によりトレンチ2の内壁にシリコン酸化膜35を形成する。次に、フォトリソグラフィにより、シリコン酸化膜35の、トレンチ2の底面に沿った部分を除去して、トレンチ2の底面を露出させる。次に、トレンチ2の底面にLow−K膜34を堆積する。   The semiconductor device manufacturing method according to the fifth embodiment is the same as the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment, except that a heat treatment step for forming a gate insulating film made only of an oxide film is performed on the sidewall of the trench 2. After the silicon oxide film 35 is formed, a step of forming the Low-K film 34 on the bottom surface of the trench 2 may be performed. Specifically, when forming a gate insulating film composed of the Low-K film 34 and the silicon oxide film 35, first, the silicon oxide film 35 is formed on the inner wall of the trench 2 by heat treatment. Next, a portion of the silicon oxide film 35 along the bottom surface of the trench 2 is removed by photolithography to expose the bottom surface of the trench 2. Next, a Low-K film 34 is deposited on the bottom surface of the trench 2.

以上、説明したように、実施の形態6によれば、実施の形態1,5と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the sixth embodiment, the same effects as in the first and fifth embodiments can be obtained.

(実施の形態7)
次に、実施の形態7にかかる半導体装置の構造について説明する。図28は、実施の形態7にかかる半導体装置の要部の構造を示す断面図である。実施の形態7にかかる半導体装置が実施の形態3にかかる半導体装置と異なる点は、n-型ドリフト層1の内部の、トレンチ2の底面との境界に、ゲート絶縁膜3を介してゲート電極14の少なくとも一部と対向するようにp型領域19を設けている点である。具体的には、図28に示すように、p型領域19は、トレンチ2の一方の側壁側のゲート電極14の直下から、トレンチ2の他方の側壁側のゲート電極14の直下にわたって設けられ、ゲート絶縁膜3を介してゲート電極14および層間絶縁膜18に対向する。このようにp型領域19を設けることにより、n-型ドリフト層1に空乏層が伸びるため、所望の耐圧を確保することができる。
(Embodiment 7)
Next, the structure of the semiconductor device according to the seventh embodiment will be described. FIG. 28 is a cross-sectional view illustrating the structure of the main part of the semiconductor device according to the seventh embodiment. The semiconductor device according to the seventh embodiment is different from the semiconductor device according to the third embodiment in that the gate electrode is provided at the boundary between the bottom of the trench 2 inside the n type drift layer 1 via the gate insulating film 3. 14 is that a p-type region 19 is provided so as to face at least a part of 14. Specifically, as shown in FIG. 28, the p-type region 19 is provided from directly below the gate electrode 14 on one side wall side of the trench 2 to directly below the gate electrode 14 on the other side wall side of the trench 2, The gate electrode 14 and the interlayer insulating film 18 are opposed to each other through the gate insulating film 3. By providing the p-type region 19 in this way, a depletion layer extends in the n -type drift layer 1, so that a desired breakdown voltage can be ensured.

実施の形態7にかかる半導体装置の製造方法は、実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法において、ゲート絶縁膜3の形成後、ゲート電極14となるポリシリコン層を堆積する前に、トレンチ2の底面の表面層にp型領域19を形成する工程を行えばよい。p型領域19を形成する方法として、例えば、トレンチ2の底面にゲート絶縁膜3越しに、トレンチ2の底面に対して例えば0°以上7°以下程度の注入角度ボロンなどのp型不純物をイオン注入すればよい。   The manufacturing method of the semiconductor device according to the seventh embodiment is the same as the manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment, after the formation of the gate insulating film 3 and before the deposition of the polysilicon layer that becomes the gate electrode 14. The step of forming the p-type region 19 in the surface layer at the bottom of the substrate may be performed. As a method of forming the p-type region 19, for example, a p-type impurity such as an implantation angle boron of about 0 ° to 7 ° with respect to the bottom surface of the trench 2 is ionized through the gate insulating film 3 on the bottom surface of the trench 2. Just inject.

以上、説明したように、実施の形態7によれば、実施の形態1,3と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the seventh embodiment, the same effects as in the first and third embodiments can be obtained.

(実施の形態8)
次に、実施の形態8にかかる半導体装置の構造について説明する。図29は、実施の形態8にかかる半導体装置の要部の構造を示す断面図である。実施の形態8にかかる半導体装置が実施の形態3にかかる半導体装置と異なる点は、トレンチ2の対向する側壁に沿ってそれぞれ設けられた2つのゲート電極(以下、第1ゲート電極とする)14間に、さらに複数の第2ゲート電極41を備える点である。すなわち、トレンチ2の内部に、層間絶縁膜18によって電気的に絶縁された少なくとも3つのゲート電極が設けられている。第1ゲート電極14と第2ゲート電極41との間および隣り合う第2ゲート電極41間には、層間絶縁膜18が埋め込まれている。
(Embodiment 8)
Next, the structure of the semiconductor device according to the eighth embodiment will be described. FIG. 29 is a cross-sectional view illustrating the structure of the main part of the semiconductor device according to the eighth embodiment. The semiconductor device according to the eighth embodiment is different from the semiconductor device according to the third embodiment in that two gate electrodes (hereinafter referred to as first gate electrodes) 14 provided along the opposite side walls of the trench 2 respectively. A plurality of second gate electrodes 41 are further provided therebetween. That is, at least three gate electrodes that are electrically insulated by the interlayer insulating film 18 are provided inside the trench 2. An interlayer insulating film 18 is buried between the first gate electrode 14 and the second gate electrode 41 and between the adjacent second gate electrodes 41.

第1,2ゲート電極14,41は、例えばトレンチ2がストライプ状に延びる方向(紙面奥行方向)と直交する方向に所定間隔で配置され、かつトレンチ2がストライプ状に延びる方向にストライプ状に延びている。第1ゲート電極14は、ゲート制御に寄与する。第2ゲート電極41は、第1ゲート電極14と異なる電位をもっていてもよい。具体的には、第2ゲート電極41を、第1ゲート電極14の電位からエミッタ電極9の電位までの浮遊電位とすることで、第2ゲート電極41がフィールドプレートとして機能し、耐圧が向上する。また、第2ゲート電極41をエミッタ電極9と同電位とすることで、ターンオンdi/dt制御性の向上も見込める。   For example, the first and second gate electrodes 14 and 41 are arranged at predetermined intervals in a direction orthogonal to the direction in which the trench 2 extends in a stripe shape (the depth direction on the paper), and extend in a stripe shape in the direction in which the trench 2 extends in a stripe shape ing. The first gate electrode 14 contributes to gate control. The second gate electrode 41 may have a potential different from that of the first gate electrode 14. Specifically, by setting the second gate electrode 41 to a floating potential from the potential of the first gate electrode 14 to the potential of the emitter electrode 9, the second gate electrode 41 functions as a field plate and the breakdown voltage is improved. . Further, by setting the second gate electrode 41 to the same potential as the emitter electrode 9, it is possible to improve the turn-on di / dt controllability.

実施の形態8にかかる半導体装置の製造方法は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法において、トレンチ2の内部に堆積したポリシリコン層をエッチングして2つの第1ゲート電極14を形成する工程の際に、2つの第1ゲート電極14の他に、さらに1つ以上の第2ゲート電極41が形成されるようにポリシリコン層をパターニングすればよい。   The manufacturing method of the semiconductor device according to the eighth embodiment is the same as the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment, wherein the polysilicon layer deposited inside the trench 2 is etched to form two first gate electrodes 14. In the process, the polysilicon layer may be patterned so that one or more second gate electrodes 41 may be formed in addition to the two first gate electrodes 14.

以上、説明したように、実施の形態8によれば、実施の形態3と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the eighth embodiment, the same effect as in the third embodiment can be obtained.

(実施の形態9)
次に、実施の形態9にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図30,31は、実施の形態9にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。実施の形態9にかかる半導体装置の製造方法が実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法と異なる点は、基板おもて面側にトレンチ2を形成する前に、基板おもて面の表面層にp型ベース領域15を形成する点である。実施の形態9においては、p型ベース領域15を形成するための第1イオン注入を、例えば基板おもて面に対して略垂直する注入角度で行う。第1イオン注入の注入角度を基板おもて面に対して略垂直とした場合、p型ベース領域15の、メサ部1aの上面からの深さは、メサ部1aの中央部側および側面側ともに略等しくなる。
(Embodiment 9)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the ninth embodiment will be described. 30 and 31 are cross-sectional views illustrating a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the ninth embodiment. The semiconductor device manufacturing method according to the ninth embodiment is different from the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment in that the surface of the substrate front surface is formed before the trench 2 is formed on the substrate front surface side. The p-type base region 15 is formed in the layer. In the ninth embodiment, the first ion implantation for forming the p-type base region 15 is performed at an implantation angle that is substantially perpendicular to the front surface of the substrate, for example. When the implantation angle of the first ion implantation is substantially perpendicular to the front surface of the substrate, the depth of the p-type base region 15 from the upper surface of the mesa portion 1a is the central portion side and the side surface side of the mesa portion 1a. Both are approximately equal.

具体的には、まず、図30に示すように、n-型ドリフト層1となる例えばn-型シリコン基板を用意し、例えばボロンのイオン注入により、n-型シリコン基板のおもて面の表面層にp型ベース領域15を形成する。次に、図31に示すように、基板おもて面に形成した窒化膜23をマスクとしてエッチング54を行い、基板おもて面からp型ベース領域15を貫通してn-型ドリフト層1に達するトレンチ2を形成する。これにより、隣り合うトレンチ2間のメサ部1aにp型ベース領域15が残る。その後、斜めイオン注入(第2イオン注入)によりメサ部1aにp+型コンタクト領域7を形成する工程以降を実施の形態1と同様の製造プロセスで行うことにより、図1に示すトレンチ型IGBTが完成する。 Specifically, first, as shown in FIG. 30, n - -type drift layer 1 and comprising for example n - prepared -type silicon substrate, for example by ion implantation of boron, n - type silicon substrate on the front surface A p-type base region 15 is formed in the surface layer. Next, as shown in FIG. 31, etching 54 is performed using the nitride film 23 formed on the front surface of the substrate as a mask, penetrating the p-type base region 15 from the front surface of the substrate, and the n type drift layer 1. A trench 2 reaching to is formed. As a result, the p-type base region 15 remains in the mesa portion 1 a between the adjacent trenches 2. Thereafter, the steps after forming the p + -type contact region 7 in the mesa portion 1a by oblique ion implantation (second ion implantation) are performed by the same manufacturing process as in the first embodiment, so that the trench IGBT shown in FIG. Complete.

以上、説明したように、実施の形態9によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the ninth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

以上において本発明は種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や表面濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、上述した実施の形態2〜6,9では、実施の形態1のIGBT構造に適用した場合を例に説明しているが、他の実施の形態のIGBT構造に適用した場合においても同様の効果を奏する。また、上述した実施の形態7,8では、実施の形態3のIGBT構造に適用した場合を例に説明しているが、他の実施の形態のIGBT構造に適用した場合においても同様の効果を奏する。また、各実施の形態では第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、本発明は第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としても同様に成り立つ。   As described above, the present invention can be variously changed. In each of the above-described embodiments, for example, the dimensions and surface concentration of each part are variously set according to required specifications. In the above-described second to sixth and ninth embodiments, the case where the present invention is applied to the IGBT structure of the first embodiment has been described as an example, but the same applies to the case where the present invention is applied to the IGBT structure of other embodiments. There is an effect. Further, in the above-described seventh and eighth embodiments, the case where the present invention is applied to the IGBT structure of the third embodiment has been described as an example, but the same effect can be obtained even when the present invention is applied to the IGBT structure of other embodiments. Play. In each embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, in the present invention, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. It holds.

以上のように、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法は、インバータなどの電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置や自動車のイグナイタなどに使用されるパワー半導体装置に有用である。   As described above, the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention are useful for power conversion devices such as inverters, power supply devices such as various industrial machines, and power semiconductor devices used for automobile igniters. is there.

1 n-型ドリフト層
1a メサ部
2 トレンチ
3 ゲート絶縁膜
4 ゲート電極
5 p型ベース領域
6 n+型エミッタ領域
7 p+型コンタクト領域
8 層間絶縁膜
9 エミッタ電極
10 n型フィールドストップ層
11 p型コレクタ層
12 コレクタ電極
Lg トレンチの幅
Lm メサ部の幅
1 n type drift layer 1 a mesa 2 trench 3 gate insulating film 4 gate electrode 5 p type base region 6 n + type emitter region 7 p + type contact region 8 interlayer insulating film 9 emitter electrode 10 n type field stop layer 11 p Type collector layer 12 collector electrode Lg width of trench Lm width of mesa portion

Claims (25)

第1導電型の半導体基板のおもて面に設けられた複数のトレンチと、
前記トレンチの内部に、前記トレンチの内壁に沿って設けられた第1絶縁膜と、
前記トレンチの内部の、前記第1絶縁膜の内側に設けられたゲート電極と、
隣り合う前記トレンチの間のメサ部に設けられ、前記トレンチの側壁に沿って設けられた前記第1絶縁膜を介して前記ゲート電極に対向する第2導電型の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の内部に設けられた第1導電型の第2半導体領域と、
前記トレンチの内部の、前記ゲート電極上に設けられた第2絶縁膜と、
前記第1半導体領域および前記第2半導体領域に接する第1電極と、
前記半導体基板の裏面に設けられた第2導電型半導体層と、
前記第2導電型半導体層に接する第2電極と、
を備え、
前記メサ部の前記第1電極側の端部は、前記第2絶縁膜と前記第1電極との界面から前記第1電極側に突出しており、
前記第1電極は、前記メサ部の突出した部分の表面全体に接して、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域に接続されていることを特徴とする半導体装置。
A plurality of trenches provided on the front surface of the first conductivity type semiconductor substrate;
A first insulating film provided inside the trench along the inner wall of the trench;
A gate electrode provided inside the first insulating film inside the trench;
A first semiconductor region of a second conductivity type provided in a mesa portion between adjacent trenches and facing the gate electrode through the first insulating film provided along a side wall of the trench;
A second semiconductor region of a first conductivity type provided inside the first semiconductor region;
A second insulating film provided on the gate electrode inside the trench;
A first electrode in contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region;
A second conductivity type semiconductor layer provided on the back surface of the semiconductor substrate;
A second electrode in contact with the second conductivity type semiconductor layer;
With
An end of the mesa portion on the first electrode side protrudes from the interface between the second insulating film and the first electrode to the first electrode side,
The first electrode is in contact with the entire surface of the protruding portion of the mesa portion and is connected to the first semiconductor region and the second semiconductor region.
前記メサ部の幅は、3.0μm以下であり、
前記メサ部の幅をLmとし、前記ゲート電極の幅をLgとしたときに、Lm/(Lg+Lm)<0.5を満たすことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The mesa portion has a width of 3.0 μm or less,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein Lm / (Lg + Lm) <0.5 is satisfied when the width of the mesa portion is Lm and the width of the gate electrode is Lg.
前記メサ部の、前記第2絶縁膜と前記ゲート電極との界面から前記第1電極側に突出した部分の厚さは、0.1μm以上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。   3. The thickness of a portion of the mesa portion protruding from the interface between the second insulating film and the gate electrode toward the first electrode is 0.1 μm or more. Semiconductor device. 前記トレンチの深さは、3.0μm以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体装置。   The depth of the said trench is 3.0 micrometers or more, The semiconductor device as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記第1半導体領域の深さは、前記メサ部の側面側よりも前記メサ部の中央部側で浅いことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a depth of the first semiconductor region is shallower on a central portion side of the mesa portion than on a side surface side of the mesa portion. 前記トレンチの内部には、前記第2絶縁膜によって電気的に絶縁された複数の前記ゲート電極が設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the gate electrodes that are electrically insulated by the second insulating film are provided inside the trench. 複数の前記ゲート電極の少なくとも1つは、他の前記ゲート電極と異なる電位であることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein at least one of the plurality of gate electrodes has a potential different from that of the other gate electrodes. 複数の前記トレンチは、ストライプ状に配置されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of trenches are arranged in a stripe shape. 前記第1半導体領域と前記第2半導体領域とは、前記メサ部の突出した部分において、前記トレンチがストライプ状に延びる方向と直交する方向に交互に繰り返し配置されていることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。   The first semiconductor region and the second semiconductor region are alternately and repeatedly arranged in a direction perpendicular to a direction in which the trench extends in a stripe shape in a protruding portion of the mesa portion. 8. The semiconductor device according to 8. 前記第1絶縁膜は、酸化膜よりも誘電率の高い絶縁膜からなることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film is an insulating film having a dielectric constant higher than that of an oxide film. 前記第1絶縁膜は、底面および側壁に沿って酸化膜があり、当該側壁に沿って設けられた部分の少なくとも一部が酸化膜よりも誘電率の高い絶縁膜からなることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の半導体装置。   The first insulating film has an oxide film along a bottom surface and a side wall, and at least a part of a portion provided along the side wall is made of an insulating film having a dielectric constant higher than that of the oxide film. Item 10. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 9. 前記第1絶縁膜は、底面および側面に沿って酸化膜があり、当該底面に沿って設けられた部分の少なくとも一部が酸化膜よりも誘電率の低い絶縁膜からなることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の半導体装置。   The first insulating film includes an oxide film along a bottom surface and a side surface, and at least a part of a portion provided along the bottom surface is formed of an insulating film having a dielectric constant lower than that of the oxide film. Item 10. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 9. 前記第1絶縁膜は、前記トレンチの底面に沿って設けられた部分の少なくとも一部の厚さが前記トレンチの側壁に沿って設けられた部分の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の半導体装置。   2. The first insulating film according to claim 1, wherein a thickness of at least a part of a portion provided along a bottom surface of the trench is larger than a thickness of a portion provided along a side wall of the trench. The semiconductor device as described in any one of -9. 前記半導体基板の、前記トレンチの底面に露出する部分の表面層に設けられた第2導電型の第3半導体領域をさらに備えることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一つに記載の半導体装置。   14. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a third semiconductor region of a second conductivity type provided in a surface layer of a portion of the semiconductor substrate exposed at a bottom surface of the trench. Semiconductor device. 第1導電型の半導体基板のおもて面に選択的に第1膜を形成する第1工程と、
前記半導体基板のおもて面および前記第1膜上に第2膜を形成する第2工程と、
前記半導体基板のおもて面上の前記第2膜の、前記第1膜の側面に接する部分を所定の幅で残す第3工程と、
前記第3工程の後、前記第1膜を除去する第4工程と、
前記第4工程の後、前記第2膜をマスクとして前記半導体基板のおもて面に複数のトレンチを形成する第5工程と、
前記トレンチの内部に、前記トレンチの内壁に沿って第1絶縁膜を形成する第6工程と、
前記トレンチの内部の、前記第1絶縁膜の内側にゲート電極を形成する第7工程と、
前記トレンチの側壁に沿って設けられた前記第1絶縁膜を介して前記ゲート電極に対向するように、隣り合う前記トレンチの間のメサ部に第2導電型の第1半導体領域を形成する第8工程と、
前記第1半導体領域の内部に第1導電型の第2半導体領域を形成する第9工程と、
熱処理により、前記ゲート電極の上部に第2絶縁膜を形成する第10工程と、
前記第10工程の後、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域に接する第1電極を形成する第11工程と、
前記第11工程の後、前記半導体基板の裏面に第2導電型半導体層を形成する第12工程と、
前記第2導電型半導体層に接する第2電極を形成する第13工程と、
を含み、
前記第3工程では、前記第2膜をエッチングし、前記第2膜の、エッチングされずに前記第1膜の側面に残る部分を残し、
前記第7工程では、前記ゲート電極の表面が前記メサ部の表面よりも下方に位置するように前記ゲート電極を形成し、
前記第8工程では、前記メサ部の突出した部分を含む領域に前記第1半導体領域を形成し、
前記第9工程では、前記メサ部の突出した部分を含む領域に前記第2半導体領域を形成し、
前記第11工程では、前記メサ部の突出した部分の表面全体に接する前記第1電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first step of selectively forming a first film on a front surface of a first conductivity type semiconductor substrate;
A second step of forming a second film on the front surface of the semiconductor substrate and the first film;
A third step of leaving a portion of the second film on the front surface of the semiconductor substrate in contact with a side surface of the first film with a predetermined width;
A fourth step of removing the first film after the third step;
After the fourth step, a fifth step of forming a plurality of trenches on the front surface of the semiconductor substrate using the second film as a mask;
A sixth step of forming a first insulating film in the trench along the inner wall of the trench;
A seventh step of forming a gate electrode inside the first insulating film inside the trench;
Forming a second conductive type first semiconductor region in a mesa between adjacent trenches so as to face the gate electrode through the first insulating film provided along the sidewall of the trench; 8 steps,
A ninth step of forming a second semiconductor region of the first conductivity type inside the first semiconductor region;
A tenth step of forming a second insulating film on the gate electrode by heat treatment;
After the tenth step, an eleventh step of forming a first electrode in contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region;
After the eleventh step, a twelfth step of forming a second conductivity type semiconductor layer on the back surface of the semiconductor substrate;
A thirteenth step of forming a second electrode in contact with the second conductivity type semiconductor layer;
Including
In the third step, the second film is etched, leaving a portion of the second film that remains on the side surface of the first film without being etched,
In the seventh step, the gate electrode is formed such that the surface of the gate electrode is positioned below the surface of the mesa portion,
In the eighth step, the first semiconductor region is formed in a region including a protruding portion of the mesa portion,
In the ninth step, the second semiconductor region is formed in a region including a protruding portion of the mesa portion,
In the eleventh step, the first electrode in contact with the entire surface of the protruding portion of the mesa portion is formed.
前記第7工程は、
前記ゲート電極を堆積する堆積工程と、
前記ゲート電極を研磨する研磨工程と、
前記研磨工程の後、前記ゲート電極をエッチングするエッチング工程と、を含み、
前記研磨工程および前記エッチング工程によって、前記ゲート電極の表面が前記メサ部の表面よりも下方に位置するように前記ゲート電極の厚さを薄くすることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
The seventh step includes
A deposition step of depositing the gate electrode;
A polishing step of polishing the gate electrode;
An etching step of etching the gate electrode after the polishing step,
16. The semiconductor device according to claim 15, wherein the thickness of the gate electrode is reduced by the polishing step and the etching step so that the surface of the gate electrode is positioned below the surface of the mesa portion. Manufacturing method.
前記研磨工程では、前記第2膜を研磨ストッパとして前記ゲート電極の、前記第2膜の表面よりも上の部分を研磨することを特徴とする請求項16に記載の半導体装置の製造方法。   17. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein, in the polishing step, a portion of the gate electrode above the surface of the second film is polished using the second film as a polishing stopper. 前記エッチング工程では、前記第2膜をマスクとして前記ゲート電極をエッチングすることを特徴とする請求項16または17に記載の半導体装置の製造方法。   18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein in the etching step, the gate electrode is etched using the second film as a mask. 第1導電型の半導体基板のおもて面に複数のトレンチを形成する第1工程と、
前記トレンチの内部に、前記トレンチの内壁に沿って第1絶縁膜を形成する第2工程と、
前記トレンチの内部の、前記第1絶縁膜の内側にゲート電極を形成する第3工程と、
前記トレンチの側壁に沿って設けられた前記第1絶縁膜を介して前記ゲート電極に対向するように、隣り合う前記トレンチの間のメサ部に第2導電型の第1半導体領域を形成する第4工程と、
前記第1半導体領域の内部に第1導電型の第2半導体領域を形成する第5工程と、
熱処理により、前記ゲート電極の上部に第2絶縁膜を形成する第6工程と、
前記第6工程の後、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域に接する第1電極を形成する第7工程と、
前記第7工程の後、前記半導体基板の裏面に第2導電型半導体層を形成する第8工程と、
前記第2導電型半導体層に接する第2電極を形成する第9工程と、
を含み、
前記第3工程では、前記ゲート電極の表面が前記メサ部の表面よりも下方に位置するように前記ゲート電極を形成し、
前記第4工程では、イオン注入法またはプラズマドーピング法を用いて、前記トレンチの側壁から第2導電型不純物を導入することにより、前記メサ部の突出した部分を含む領域に前記第1半導体領域を形成し、
前記第5工程では、イオン注入法またはプラズマドーピング法を用いて、前記トレンチの側壁から第1導電型不純物を導入することにより、前記メサ部の突出した部分を含む領域に前記第2半導体領域を形成し、
前記第7工程では、前記メサ部の突出した部分の表面全体に接する前記第1電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first step of forming a plurality of trenches on a front surface of a first conductivity type semiconductor substrate;
A second step of forming a first insulating film in the trench along the inner wall of the trench;
A third step of forming a gate electrode inside the first insulating film inside the trench;
Forming a second conductive type first semiconductor region in a mesa between adjacent trenches so as to face the gate electrode through the first insulating film provided along the sidewall of the trench; 4 steps,
A fifth step of forming a second semiconductor region of the first conductivity type inside the first semiconductor region;
A sixth step of forming a second insulating film on the gate electrode by heat treatment;
After the sixth step, a seventh step of forming a first electrode in contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region;
After the seventh step, an eighth step of forming a second conductivity type semiconductor layer on the back surface of the semiconductor substrate;
A ninth step of forming a second electrode in contact with the second conductivity type semiconductor layer;
Including
In the third step, the gate electrode is formed so that the surface of the gate electrode is positioned below the surface of the mesa portion,
In the fourth step, by introducing a second conductivity type impurity from the sidewall of the trench by using an ion implantation method or a plasma doping method, the first semiconductor region is formed in a region including the protruding portion of the mesa portion. Forming,
In the fifth step, the second semiconductor region is formed in a region including the protruding portion of the mesa portion by introducing a first conductivity type impurity from the sidewall of the trench using an ion implantation method or a plasma doping method. Forming,
In the seventh step, the first electrode in contact with the entire surface of the protruding portion of the mesa portion is formed.
前記第4工程および前記第5工程では、
イオン注入法を用いる場合、
前記半導体基板のおもて面に対して10°以上80°以下の斜めの方向から前記トレンチの側壁に第2導電型不純物を導入することを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
In the fourth step and the fifth step,
When using ion implantation,
The semiconductor device manufacturing method according to claim 19, wherein a second conductivity type impurity is introduced into a sidewall of the trench from an oblique direction of 10 ° to 80 ° with respect to the front surface of the semiconductor substrate. Method.
前記第4工程は、
イオン注入法を用いる場合、
前記メサ部の一方の側面をなす前記トレンチの側壁に、前記半導体基板のおもて面に対して10°以上80°以下の斜めの方向から第2導電型不純物をイオン注入する第1イオン注入工程と、
前記メサ部の他方の側面をなす前記トレンチの側壁に、前記半導体基板のおもて面に対して−80°以上−10°以下の斜めの方向から第2導電型不純物をイオン注入する第2イオン注入工程と、の2回のイオン注入工程を含むことを特徴とする請求項20に記載の半導体装置の製造方法。
The fourth step includes
When using ion implantation,
First ion implantation for ion-implanting a second conductivity type impurity into a side wall of the trench forming one side surface of the mesa portion from an oblique direction of 10 ° to 80 ° with respect to the front surface of the semiconductor substrate Process,
A second conductivity type impurity is ion-implanted into the side wall of the trench forming the other side surface of the mesa portion from a diagonal direction of −80 ° to −10 ° with respect to the front surface of the semiconductor substrate. 21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20, further comprising two ion implantation steps including an ion implantation step.
前記第5工程の後、前記第6工程の前に、熱処理により、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域を活性化させる熱処理工程をさらに含み、
前記熱処理工程では、800℃以上1100℃以下で1秒以内の熱処理を行うことを特徴とする請求項19〜21のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
After the fifth step, before the sixth step, further includes a heat treatment step of activating the first semiconductor region and the second semiconductor region by heat treatment,
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 19 to 21, wherein in the heat treatment step, a heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C to 1100 ° C within 1 second.
前記熱処理工程では、前記熱処理として、スパイク高速アニールまたはフラッシュランプアニールを行うことを特徴とする請求項22に記載の半導体装置の製造方法。   23. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 22, wherein in the heat treatment step, spike high-speed annealing or flash lamp annealing is performed as the heat treatment. 前記第6工程の後、前記第7工程の前に、熱処理により前記第1絶縁膜を局所的に酸化し、前記第1絶縁膜の一部の厚さを、前記第1絶縁膜の他の部分の厚さよりも厚くする工程をさらに含むことを特徴とする請求項15〜18のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。   After the sixth step and before the seventh step, the first insulating film is locally oxidized by a heat treatment, and the thickness of a part of the first insulating film is changed to another thickness of the first insulating film. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 15, further comprising a step of making the thickness thicker than a thickness of the portion. 前記第2工程の後、前記第3工程の前に、熱処理により前記第1絶縁膜を局所的に酸化し、前記第1絶縁膜の一部の厚さを、前記第1絶縁膜の他の部分の厚さよりも厚くする工程をさらに含むことを特徴とする請求項19〜23のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。   After the second step and before the third step, the first insulating film is locally oxidized by a heat treatment, and the thickness of a part of the first insulating film is changed to another thickness of the first insulating film. 24. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, further comprising a step of making the thickness thicker than a thickness of the portion.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12020935B2 (en) 2021-03-25 2024-06-25 Mitsubishi Electric Corporation Method of manufacturing semiconductor device

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04246823A (en) * 1990-09-28 1992-09-02 Applied Materials Inc Multi-angle injection method for conducting shallow injection
JP2002026274A (en) * 2000-05-01 2002-01-25 Mitsubishi Electric Corp Method for manufacturing semiconductor device
JP2005340626A (en) * 2004-05-28 2005-12-08 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2007043123A (en) * 2005-07-01 2007-02-15 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2007080971A (en) * 2005-09-12 2007-03-29 Fuji Electric Holdings Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2008042166A (en) * 2006-07-12 2008-02-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Vertical gate semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2011159763A (en) * 2010-01-29 2011-08-18 Toshiba Corp Power semiconductor device
JP2012231092A (en) * 2011-04-27 2012-11-22 Toyota Motor Corp Method of manufacturing semiconductor device
JP2012238834A (en) * 2011-04-12 2012-12-06 Denso Corp Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device
JP2014060362A (en) * 2012-09-19 2014-04-03 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2014107456A (en) * 2012-11-28 2014-06-09 Renesas Electronics Corp Method of manufacturing semiconductor device

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04246823A (en) * 1990-09-28 1992-09-02 Applied Materials Inc Multi-angle injection method for conducting shallow injection
JP2002026274A (en) * 2000-05-01 2002-01-25 Mitsubishi Electric Corp Method for manufacturing semiconductor device
JP2005340626A (en) * 2004-05-28 2005-12-08 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2007043123A (en) * 2005-07-01 2007-02-15 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2007080971A (en) * 2005-09-12 2007-03-29 Fuji Electric Holdings Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2008042166A (en) * 2006-07-12 2008-02-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Vertical gate semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2011159763A (en) * 2010-01-29 2011-08-18 Toshiba Corp Power semiconductor device
JP2012238834A (en) * 2011-04-12 2012-12-06 Denso Corp Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device
JP2012231092A (en) * 2011-04-27 2012-11-22 Toyota Motor Corp Method of manufacturing semiconductor device
JP2014060362A (en) * 2012-09-19 2014-04-03 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2014107456A (en) * 2012-11-28 2014-06-09 Renesas Electronics Corp Method of manufacturing semiconductor device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12020935B2 (en) 2021-03-25 2024-06-25 Mitsubishi Electric Corporation Method of manufacturing semiconductor device

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