JP2017054958A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2017054958A
JP2017054958A JP2015178458A JP2015178458A JP2017054958A JP 2017054958 A JP2017054958 A JP 2017054958A JP 2015178458 A JP2015178458 A JP 2015178458A JP 2015178458 A JP2015178458 A JP 2015178458A JP 2017054958 A JP2017054958 A JP 2017054958A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
semiconductor
type
semiconductor device
semiconductor region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015178458A
Other languages
English (en)
Inventor
昇 横山
Noboru Yokoyama
昇 横山
慎哉 佐藤
Shinya Sato
慎哉 佐藤
智教 佐久間
Tomonori Sakuma
智教 佐久間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2015178458A priority Critical patent/JP2017054958A/ja
Priority to US15/056,896 priority patent/US9536997B1/en
Publication of JP2017054958A publication Critical patent/JP2017054958A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0642Isolation within the component, i.e. internal isolation
    • H01L29/0646PN junctions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0642Isolation within the component, i.e. internal isolation
    • H01L29/0649Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402Field plates
    • H01L29/407Recessed field plates, e.g. trench field plates, buried field plates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66674DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/66712Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66674DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/66712Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/66734Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with a step of recessing the gate electrode, e.g. to form a trench gate electrode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7827Vertical transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

【課題】スーパージャンクション構造の特性劣化を抑制することを可能とする半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体装置は、第1導電型半導体層と、半導体層の第1方向において、半導体層の一部と交互に位置し、第2導電型不純物領域が設けられた複数の第1領域と、第1方向において第1領域の間に位置し、第1導電型不純物領域と、第1導電型不純物領域と半導体層との間に位置する第1絶縁体材料とが設けられた第2領域と、第1領域と第2領域の間に設けられ、第2絶縁体材料が設けられた第3領域と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
高い耐圧と低いオン抵抗を両立させる電力制御用半導体装置として、n型(あるいはp
型)半導体層にp型(あるいはn型)半導体層を埋め込み、n型領域とp型領域を交
互に配列させたスーパージャンクション構造(以下「SJ構造」とも称する)を備える縦
型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field
Effect Transistor)がある。SJ構造では、n型領域に含まれるn型
不純物量とp型領域に含まれるp型不純物量を等しくすることで、疑似的にノンドープ領
域を作り高い耐圧を実現する。半導体装置の耐圧向上により、半導体層の不純物濃度を高くすることが可能になるため、耐圧の向上と同時に、低いオン抵抗を実現できる。
SJ構造を形成する一方法として、例えば、n型の半導体層にトレンチを形成し、そのトレンチ内をp型の半導体で埋め込みp型の半導体層を設ける方法がある。しかしながら、この方法では、p型の半導体層内に空洞部(ボイド、空孔)が形成されやすい。
特開2014−075402号公報
本発明が解決しようとする課題は、スーパージャンクション構造の特性劣化を抑制することを可能とする半導体装置を提供することにある。
実施形態の半導体装置は、第1導電型半導体層と、半導体層の第1方向において、半導体層の一部と交互に位置し、第2導電型不純物領域が設けられた複数の第1領域と、第1方向において第1領域の間に位置し、第1導電型不純物領域と、第1導電型不純物領域と半導体層との間に位置する第1絶縁体材料とが設けられた第2領域と、第1領域と第2領域の間に設けられ、第2絶縁体材料が設けられた第3領域と、を備える。
第1の実施形態の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。 第2の実施形態の半導体装置の模式断面図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一の
部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する。
本明細書中、部品等の位置関係を示すために、図面の上方向を「上」、図面の下方向を「下」と記述する。本明細書中、「上」、「下」の概念は、必ずしも重力の向きとの関係を示す用語ではない。
(第1の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、第1導電型半導体層と、半導体層の第1方向において、半導体層の一部と交互に位置し、第2導電型不純物領域が設けられた複数の第1領域と、第1方向において第1領域の間に位置し、第1導電型不純物領域と、第1導電型不純物領域と半導体層との間に位置する第1絶縁体材料とが設けられた第2領域と、第1領域と第2領域の間に設けられ、第2絶縁体材料が設けられた第3領域と、を備える。
図1は、本実施形態の半導体装置の模式断面図である。本実施形態の半導体装置100は、スーパージャンクション構造を備えるトレンチゲート型縦型MOSFETである。
半導体装置100は、第1導電型半導体層8と、第1領域10と、第2導電型第7半導体領域12と、第8半導体領域14と、空孔16と、第2導電型第3半導体領域18と、第2領域20と、第1導電型第4半導体領域22と、第1絶縁体材料24と、第3領域30と、第2絶縁体材料32と、第1導電型第5半導体領域34と、第1導電型第1半導体領域42と、第2導電型第2半導体領域44と、第2導電型第6半導体領域46と、第3絶縁体材料50と、バリアメタル52と、ソース電極54と、ドレイン電極56を備える。
以下、第1導電型がn型、第2導電型がp型である場合を例に説明する。また、n型、n型、n型の順で、第1導電型の不純物濃度が低くなっていることを意味する。同様に、p型、p型、p型の順で、第2導電型の不純物濃度が低くなっていることを意味する。
n型半導体層8は、例えば、n型不純物を含む単結晶シリコンを含む。n型半導体層8は、半導体装置100のドリフト領域である。n型不純物は、例えば、リン(P)又はヒ素(As)である。n型半導体層8は、スーパージャンクション構造のn型領域の部分である。
複数の第1領域10は、半導体層8の第1方向において、n型半導体層8の一部と交互に設けられている。複数の第1領域10には、p型不純物領域と半導体材料が設けられる。p型不純物は、例えば、ボロン(B)である。半導体材料は、例えば、シリコン(Si)である。複数の第1領域10は、スーパージャンクション構造のp型領域の部分である。
複数の第1領域10は、内部に空孔16を有する第8半導体領域14と、第8半導体領域14の周囲に設けられたp型の第7半導体領域12と、第8半導体領域14(第1領域10)上に設けられたp型第3半導体領域18を含む。第7半導体領域12、及び第8半導体領域14はn型半導体層8内に位置し、第3半導体領域18はn型半導体層8の一方の面に位置している。第8半導体領域14は、i型(ノンドープ型)のSiを含む。空孔16の下部の径dは、空孔16上部の径dより大きい。すなわち、空孔16は、n型半導体層8側に位置する内径よりも、第3半導体領域18側に位置する内径の方が小さくなるように設けられる。第7半導体領域12は、例えば、半導体層8及び第8半導体領域14及び後述する第6半導体領域46に接している。
第2領域20は、第1方向において隣り合う第1領域10の間に設けられている。第2領域20には、n型不純物領域と半導体材料と第1絶縁体材料が設けられる。半導体材料は、例えばSiである。第1絶縁体材料は、例えば、酸化シリコン(SiO)である。
第2領域20は、n型第4半導体領域22と、第4半導体領域22の周囲に設けられた第1絶縁体材料24を含む。第4半導体領域22は、n型不純物と上記の半導体材料を含む。第4半導体領域22は、ゲート電極として動作する。第1絶縁体材料24は、半導体層8及び第4半導体領域22と接している。
第3領域30は、第1領域10と第2領域20の間に設けられている。
例えば、第3領域30には、n型第5半導体領域34と、第5半導体領域34の周囲に位置する第2絶縁体材料32が設けられる。第2絶縁体材料32はn型半導体層8の一方の面に位置しており、第7半導体領域12、及び第3半導体領域18に接している。第2絶縁体材料は、例えば、酸化シリコン(SiO)である。第2絶縁体材料32は、例えば、第5半導体領域34と接している。
型第1半導体領域42は、第2領域20と第3領域30の間に位置する、n型半導体層8の一方の面上に設けられている。第1半導体領域42は、第1絶縁体材料24と接しており、半導体装置100のソース領域として動作する。
型第2半導体領域44は、第3領域30と第1半導体領域42の間に設けられている。第2半導体領域44aは、半導体装置100のチャネルコンタクト領域(ベースコンタクト領域)として動作する。
p型第6半導体領域46は、第2領域20と第3領域30の間の、第1半導体領域42と第2半導体領域44の下方に設けられている。すなわち、第6半導体領域46はn型半導体層8と、第1半導体領域42及び第2半導体領域44との間に位置している。第6半導体領域46は、第1絶縁体材料24と接しており、半導体装置100のチャネル領域(ベース領域)として動作する。
第3絶縁体材料50は、第2領域20におけるn型半導体層8上に設けられている。第3絶縁体材料50は、後述するソース電極54とn型の第4半導体領域22との絶縁性を担保する。第3絶縁体材料50は、例えばNSG(None−doped Silicate Glass)又はBPSG(Boro−phospho silicate glass)を含む。
バリアメタル52は、第1領域10、第2領域20、第3領域30、第1半導体領域42、第2半導体領域44、及び第3絶縁体材料50上に設けられている。バリアメタル52は、後述するソース電極54に用いられるアルミニウム(Al)とシリコンが直接接することによりアルミニウムとシリコンが互いに拡散する事を防ぐ。バリアメタル52は、例えば、窒化チタン(TiN)、チタン(Ti)、チタンタングステン(TiW)を含む。
ソース電極54は、バリアメタル52上方に設けられている。ドレイン電極56は、n型半導体層8の下方に設けられており、n型半導体層8と電気的に接続されている。。
次に、本実施形態の半導体装置100の製造方法を述べる。図2乃至図17は、本実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式断面図である。
本実施形態の半導体装置100の製造方法は、n型半導体層上に第1酸化膜を形成し、半導体層上の第1方向に複数の第1領域を形成し、第1領域内にp型第7半導体領域を形成し、第1領域内に第8半導体領域を形成し、第1領域内に空孔を形成し、第1酸化膜上に形成された余剰の第8半導体領域を除去し、第1酸化膜を除去し、半導体層及び第8半導体領域上に第2酸化膜を形成し、第2酸化膜を、第8半導体領域側面に形成されたサイドウォールを残して除去し、半導体層及び第8半導体領域及びサイドウォール上にp型第9半導体領域を形成し、サイドウォール上に形成された第9半導体領域を除去し、第9半導体領域上に第3酸化膜を形成し、第3酸化膜上にCVD膜Mを形成し、半導体層上に、底部を第9半導体領域上に有する第1開口部及び底部を半導体層内に有する第2開口部を形成し、第2開口部の面取をし、CVD膜と第3酸化膜を除去して第3領域となる第3開口部を形成し、第2開口部内及び第3開口部内及び第9半導体領域上に第4酸化膜を形成し、第2開口部内及び第3開口部内に多結晶シリコンを形成し、多結晶シリコン中にn型不純物をドープすることにより、第2領域内にn型の第4半導体領域を、第3領域内にn型第5半導体領域を形成し、第4酸化膜上、第4半導体領域上、第5半導体領域上に第5酸化膜を形成し、第8半導体領域上にp型第3半導体領域を形成し、第1領域と第2領域の間にp型第2半導体領域を形成し、p型不純物を拡散させ、第1領域と第2領域の間にn型の第1半導体領域を形成し、第1半導体領域と第2半導体領域の下にp型の第6半導体領域を形成し、n型不純物を拡散させ、フィルムを第5酸化膜上に形成し、熱処理し、フィルムの一部を除去することにより第2領域上に第3絶縁体材料を形成し、バリアメタルを第1領域、第2領域、第3領域、第1半導体領域、第2半導体領域、第3絶縁体材料上に形成し、バリアメタル上にソース電極を形成し、半導体層8の下にドレイン電極を形成する。
まず、図2に示すように、n型の半導体層8上に第1酸化膜60を例えば熱酸化法により形成し、半導体層8上の第1方向に複数の第1領域10を例えばRIE(Reactive Ion Etching)により形成し、第1領域10内にp型第7半導体領域12を例えばエピタキシャル成長により形成する。次に、第1領域10内に第8半導体領域14を形成する。このとき第1領域10内に下部の径dが上部の径dより大きい空孔16が形成される。
次に、図3に示すように、第1酸化膜60上に形成された余剰の第8半導体領域14を、第1酸化膜60をCMPストッパとしてCMP(Chemical Mechanical Polishing)により除去する。
次に、図4に示すように、例えばフッ酸と過酸化水素水の混合液を用いて第1酸化膜60を除去する。
次に、図5に示すように、例えば熱酸化法又はCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、半導体層8及び第8半導体領域14上に、第2酸化膜62を形成する。
次に、図6に示すように、例えばRIEにより、第2酸化膜62を、第7半導体領域12側面に形成されたサイドウォール62を残して除去する。
次に、図7に示すように、例えばエピタキシャル成長法により、半導体層8及び第8半導体領域14及び第7半導体領域14及びサイドウォール62上に、p型の第9半導体領域46を形成する。
次に、図8に示すように、サイドウォール62及び第7半導体領域12上に形成されたp型の第9半導体領域46を、サイドウォール62をCMPストッパとしてCMP(Chemical Mechanical Polishing)により除去する。
次に、図9に示すように、p型の第9半導体領域46上に、熱酸化法により第3酸化膜64を形成し、第3酸化膜64上に例えばCVD法によりCVD膜Mを形成する。
次に、図10に示すように、例えばフォトリソグラフィーによるパターニングと酸化膜RIEにより半導体層8上に、底部を第9半導体領域46上に有する第1開口部70を形成する。次に、シリコンRIEにより、底部を半導体層8内に有する第2開口部72を形成する。次に、ゲート電極−ソース電極間リーク防止のため、CDE(Chemical Dry Etching)により、第2開口部72の面取をする。第2開口部72は、第2領域20となる。
次に、図11に示すように、CVD膜Mと第3酸化膜64を除去する。これにより、第3開口部74が形成される。第3開口部74は、後に述べるように、第3領域30となる。
次に、図12に示すように、例えば熱酸化法により第2開口部72内及び第3開口部74内及びp型の第9半導体領域46上に第4酸化膜66を形成し、第2開口部72内及び第3開口部74内に例えばCVD法により多結晶シリコンを形成し、例えば塩化ホスホリルPOClを用いてn型不純物であるリン(P)を多結晶シリコン中にドープする。これにより、第2領域20内にn型の第4半導体領域22を、第3領域30内にn型の第5半導体領域34を形成する。
次に、図13に示すように、第4酸化膜66上、第4半導体領域22上、第5半導体領域34上に、例えば熱酸化法により、第5酸化膜68を形成する。
次に、図14に示すように、イオン注入法により、第8半導体領域14上にp型の第3半導体領域18を、また第1領域10aと第2領域20aの間にp型の第2半導体領域44を形成する。その後、例えば900℃以上1100℃以下での第1熱処理により、p型不純物を拡散させる。第3半導体領域18内のp型不純物と第7半導体領域内のp型不純物は第8半導体領域14に拡散する。また、第6半導体領域46のp型不純物が下方に拡散することにより第6半導体領域46は下方に拡大する。
次に、図15に示すように、イオン注入法により、第1領域10と第2領域20の間にn型の第1半導体領域42を形成する。これにより、第1半導体領域42と第2半導体領域44の下にp型の第6半導体領域46が形成される。その後、例えば900℃以上1100℃以下での第2熱処理によりn型不純物を拡散させる。第6半導体領域46のp型不純物が下方に拡散することにより第6半導体領域46は下方に拡大する。
第1熱処理又は第2熱処理により、第6半導体領域46内のp型不純物は第8半導体領域14に拡散する。
次に、図16に示すように、NSGとBPSGを含むフィルム50を第5酸化膜68上に形成し、熱処理を行う。
次に、図17に示すように、フィルム50の一部を除去することにより、第2領域20上に第3絶縁体材料50を形成する。
次に、バリアメタル52を第1領域10、第2領域20、第3領域30、n型の第1半導体領域42、p型の第2半導体領域44、第3絶縁体材料50の上に形成し、バリアメタル52上にソース電極54を形成し、半導体層8の下にドレイン電極56を形成し、半導体装置100を得る。
次に、本実施形態の半導体装置100の作用効果を記載する。
後述するように、本実施形態の半導体装置100は、サイドウォール62を用いることによって、空孔16上部の開放が抑制され、製造プロセスに用いられる薬液等が空孔16内に入ることのないように製造される。製造工程においてサイドウォール62が形成されていた部分は、半導体装置100の第3領域30である。すなわち、第3領域を有する半導体装置100は、空孔16上部の開放を抑制して製造されたものであることから、半導体装置100の信頼性(安定性)を向上させることが可能であると考えられる。さらに、第3領域30が第2絶縁体材料32を含むため、第3領域30付近における電気抵抗は高くなると考えられ、第1領域10と第2領域20の間における意図しない電気的導通を抑制することが可能となる。
また、第6の半導体領域をエピタキシャル成長により形成することで、従来のイオン注入と高温拡散によるベース領域を作成することに比べ、スーパージャンクションの濃度が熱により相殺されることを抑制することができる。よって、低オン抵抗の半導体装置を作成することができる。
第1領域上に設けられた第2導電型不純物を含む第3半導体領域をさらに備えることにより、第1領域の下方及び側方に配置された第7半導体領域のみならず半導体装置100の上方からもまた第2導電型不純物が注入されるため、さらに安定した特性を有する半導体装置100の提供が可能となる。
第3絶縁体材料50をさらに備えることにより、ソース電極54とn型の第4半導体領域22との絶縁が担保される。
次に、本実施形態の半導体装置100の製造方法の作用効果を記載する。
p型の第7半導体領域12における空孔16の形成を許容することにより、第8半導体領域14をより急速に形成することが出来る。しかし、例えば図4に示した製造途中の半導体装置の模式断面図の直後にCMP等を行って第8半導体領域14を研磨すると、空孔16の上部が開放されるおそれがある。この場合、レジストや、CMPに用いるスラリー等が空孔16内部に滞留してしまい、製造工程を継続することができなくなるおそれがある。
本実施形態の半導体装置100の製造方法においては、サイドウォール62を形成し、その後にサイドウォール62をCMPストッパとして用いてCMPを行うことにより、空孔16の上部の開放を防止することが出来る。これにより、製造工程を継続することが可能となる。
がdより大きいことで、半導体装置100の動作時に発生する正孔が移動する領域が大きくなるため、半導体装置100の安定動作に有利である。
以上のように、本実施形態の半導体装置100及びその製造方法によれば、スーパージャンクション構造の特性安定を可能とする半導体装置及びその製造方法の提供が可能となる。
(第2の実施形態)
本実施形態の半導体装置200は、スーパージャンクション構造を備えるプレーナーゲート型縦型MOSFETである点で、第1の実施形態の半導体装置100と異なっている。ここで、第1の実施形態と重複する点については、記載を省略する。
図18は、本実施形態の半導体装置200の模式断面図である。本実施形態の半導体装置200及びその製造方法においても、スーパージャンクション構造の特性安定を可能とする半導体装置の提供が可能となる。
本発明のいくつかの実施形態及び実施例を説明したが、これらの実施形態及び実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
8 n型半導体層
10 第1領域
12 p型第7半導体領域
14 第8半導体領域
16 空孔
18 p型第3半導体領域
20 第2領域
22 n型第4半導体領域
24 第1絶縁体材料
30 第3領域
32 第2絶縁体材料
34 n型第5半導体領域
42 n型第1半導体領域
44 p型第2半導体領域
46 p型第9半導体領域
46 p型第6半導体領域
50 フィルム(第3絶縁体材料)
52 バリアメタル
54 ソース電極
56 ドレイン電極
60 第1酸化膜
62 第2酸化膜
62 サイドウォール
64 第3酸化膜
66 第4酸化膜
68 第5酸化膜
70 第1開口部
72 第2開口部
74 第3開口部
100 半導体装置
200 半導体装置
M CVD膜

Claims (6)

  1. 第1導電型半導体層と、
    前記半導体層の第1方向において、前記半導体層の一部と交互に位置し、第2導電型不純物領域が設けられた複数の第1領域と、
    前記第1方向において前記第1領域の間に位置し、第1導電型不純物領域と、第1導電型不純物領域と前記半導体層との間に位置する第1絶縁体材料とが設けられた第2領域と、
    前記第1領域と前記第2領域の間に設けられ、第2絶縁体材料が設けられた第3領域と、
    を備える半導体装置。
  2. 前記第2領域と前記第3領域の間に第1導電型不純物を含む第1半導体領域と、
    前記第3領域と前記第1半導体領域の間に第2導電型不純物を含む第2半導体領域と、
    をさらに備える請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記第1領域上に設けられた第2導電型不純物を含む第3半導体領域をさらに備える請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記第1領域は前記半導体層側に位置する内径よりも、前記第3半導体領域側に位置する内径の方が小さくなるように設けられる空孔を有する請求項1乃至請求項3いずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記第2半導体領域と前記第3半導体領域の間に設けられた第2絶縁体材料を更に備える請求項1乃至請求項4いずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 前記第2領域は、第1導電型不純物を含む第4半導体領域をさらに備える請求項1乃至請求項5いずれか一項に記載の半導体装置。
JP2015178458A 2015-09-10 2015-09-10 半導体装置 Pending JP2017054958A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015178458A JP2017054958A (ja) 2015-09-10 2015-09-10 半導体装置
US15/056,896 US9536997B1 (en) 2015-09-10 2016-02-29 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015178458A JP2017054958A (ja) 2015-09-10 2015-09-10 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017054958A true JP2017054958A (ja) 2017-03-16

Family

ID=57682455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015178458A Pending JP2017054958A (ja) 2015-09-10 2015-09-10 半導体装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9536997B1 (ja)
JP (1) JP2017054958A (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6844228B2 (ja) * 2016-12-02 2021-03-17 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP2019102669A (ja) * 2017-12-04 2019-06-24 株式会社東芝 半導体装置
CN108110042A (zh) * 2017-12-13 2018-06-01 深圳市晶特智造科技有限公司 半导体功率器件的超结结构及其制作方法
US10720494B2 (en) * 2018-01-22 2020-07-21 Globalfoundries Inc. Field-effect transistors with airgaps
CN111180518B (zh) * 2020-01-03 2021-03-16 电子科技大学 一种具有两种导电模式的超结mosfet

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7482220B2 (en) * 2005-02-15 2009-01-27 Semiconductor Components Industries, L.L.C. Semiconductor device having deep trench charge compensation regions and method
JP2010505270A (ja) * 2006-09-27 2010-02-18 マックスパワー・セミコンダクター・インコーポレイテッド 窪んだフィールドプレートを備えたパワーmosfet
US7964913B2 (en) * 2007-01-09 2011-06-21 Maxpower Semiconductor, Inc. Power MOS transistor incorporating fixed charges that balance the charge in the drift region
JP5194912B2 (ja) 2008-03-17 2013-05-08 信越半導体株式会社 スーパージャンクション構造を有する半導体素子の製造方法
US7902075B2 (en) * 2008-09-08 2011-03-08 Semiconductor Components Industries, L.L.C. Semiconductor trench structure having a sealing plug and method
JP2010171074A (ja) 2009-01-20 2010-08-05 Renesas Technology Corp 半導体装置
JP2013125827A (ja) * 2011-12-14 2013-06-24 Toshiba Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2014075402A (ja) 2012-10-03 2014-04-24 Renesas Electronics Corp 半導体装置及び半導体装置の形成方法
ITTO20130410A1 (it) * 2013-05-22 2014-11-23 St Microelectronics Srl Dispositivo di potenza a supergiunzione e relativo procedimento di fabbricazione
US9219114B2 (en) * 2013-07-12 2015-12-22 Globalfoundries Inc. Partial FIN on oxide for improved electrical isolation of raised active regions
JP6054272B2 (ja) 2013-09-13 2016-12-27 株式会社東芝 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
US9536997B1 (en) 2017-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4851694B2 (ja) 半導体装置の製造方法
TWI487110B (zh) 半導體裝置及其製造方法
CN103915500B (zh) 垂直功率mosfet
TWI587503B (zh) 半導體裝置及其製造方法
CN109524451B (zh) 半导体装置及其制造方法
JP2017054958A (ja) 半導体装置
CN103972291A (zh) 半导体器件及其制造方法
JP2013120931A (ja) 半導体装置の製造方法
CN105321824B (zh) 半导体装置的制造方法
JP2012204636A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP6750300B2 (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
US20130221498A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2016039263A (ja) 半導体装置の製造方法
JP7118914B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
US9099435B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP2012004458A (ja) 半導体装置およびその製造方法
US11227945B2 (en) Transistor having at least one transistor cell with a field electrode
JP2015046627A (ja) 半導体集積回路装置の製造方法
JP2016076729A (ja) 半導体装置
US11569345B2 (en) Gas dopant doped deep trench super junction high voltage MOSFET
JP7417497B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
TWI506705B (zh) 半導體裝置及其製造方法
TW201631759A (zh) 具場電極功率電晶體
JP2023140026A (ja) 半導体装置
TWI463666B (zh) 半導體裝置及其製造方法