JP2020004883A - Semiconductor device, electric device, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】トレンチ内のゲート電極と、ゲート電極よりもトレンチの反開口側に位置するフィールドプレート電極とを備える半導体装置において、ゲート電極の寄生容量を低減する。【解決手段】トレンチ(25A、25B)を有する半導体層(20)と、トレンチ内に配置され、トレンチの内側面に対向するゲート電極(31a〜31d)と、ゲート電極よりもトレンチの反開口側に位置するフィールドプレート電極(34A、34B)とを備える半導体装置(10)である。そして、トレンチの深さ方向に見て、フィールドプレート電極(34A、34B)のトレンチの開口側における面の少なくとも一部が、ゲート電極(31a〜31d)の反開口側の面と重ならない。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a parasitic capacitance of a gate electrode in a semiconductor device including a gate electrode in a trench and a field plate electrode located on the anti-opening side of the trench with respect to the gate electrode. A semiconductor layer (20) having a trench (25A, 25B), a gate electrode (31a to 31d) arranged in the trench and facing the inner side surface of the trench, and a counter-opening side of the trench with respect to the gate electrode. It is a semiconductor device (10) provided with a field plate electrode (34A, 34B) located at. Then, when viewed in the depth direction of the trench, at least a part of the surface of the field plate electrode (34A, 34B) on the opening side of the trench does not overlap with the surface of the gate electrode (31a to 31d) on the opposite opening side. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本開示は、半導体装置、電気装置及び半導体装置の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a semiconductor device, an electric device, and a method for manufacturing a semiconductor device.
以前より、半導体装置として、トレンチに収容されたゲート電極を備える縦型のMOSFET(Metal-Oxide Silicon Field-Effect Transmitter)が知られている。特許文献1には、縦型のMOSFETにおいて、ゲート電極よりも深い位置にフィールドプレート電極(以下、「FP電極」と記す)を有する構成が開示されている。
2. Description of the Related Art A vertical MOSFET (Metal-Oxide Silicon Field-Effect Transmitter) having a gate electrode housed in a trench has been known as a semiconductor device.
特許文献1のMOSFETのように、ゲート電極の下方にFP電極が設けられていると、ゲート電極とFP電極との対向する部位に寄生容量が生じる。ゲート電極の寄生容量が増すと、MOSFETのスイッチング速度が遅くなる。
When the FP electrode is provided below the gate electrode as in the MOSFET of
本開示は、トレンチ内のゲート電極と、ゲート電極よりもトレンチの反開口側に位置するフィールドプレート電極とを備える半導体装置において、ゲート電極の寄生容量を低減することを目的とする。本開示は、さらに、このような半導体装置を備える電気装置並びに半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to reduce a parasitic capacitance of a gate electrode in a semiconductor device including a gate electrode in a trench and a field plate electrode located on an opposite side of the trench from the gate electrode. Another object of the present disclosure is to provide an electric device including such a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
本開示の一実施形態に係る半導体装置は、
トレンチを有する半導体層と、
前記トレンチ内に配置され、前記トレンチの内側面に対向するゲート電極と、
前記ゲート電極よりも前記トレンチの反開口側に位置するフィールドプレート電極とを備え、
前記トレンチの深さ方向に見て、前記フィールドプレート電極の前記トレンチの開口側における面の少なくとも一部が、前記ゲート電極の前記反開口側の面と重ならない。
A semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure includes:
A semiconductor layer having a trench;
A gate electrode disposed in the trench and facing an inner side surface of the trench;
A field plate electrode located on the side opposite to the opening of the trench than the gate electrode,
When viewed in the depth direction of the trench, at least a part of the surface of the field plate electrode on the opening side of the trench does not overlap with the surface of the gate electrode on the side opposite to the opening.
本開示の一実施形態に係る電気装置は、
トレンチを有する半導体層と、
前記トレンチ内に配置され、前記トレンチの内側面に対向するゲート電極と、
前記ゲート電極よりも前記トレンチの反開口側に位置するフィールドプレート電極とを備え、
前記トレンチの深さ方向に見て、前記フィールドプレート電極の前記トレンチの開口側における面の少なくとも一部が、前記ゲート電極の前記反開口側の面と重ならない半導体装置を備える。
An electric device according to an embodiment of the present disclosure includes:
A semiconductor layer having a trench;
A gate electrode disposed in the trench and facing an inner side surface of the trench;
A field plate electrode located on the side opposite to the opening of the trench than the gate electrode,
A semiconductor device is provided in which at least a part of a surface of the field plate electrode on the opening side of the trench does not overlap with a surface of the gate electrode on the side opposite to the opening when viewed in a depth direction of the trench.
本開示の一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、
第1面と前記第1面とは反対側の第2面とを有する第1半導体層に、前記第1面から前記第2面の方へ延在するトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内にフィールドプレート電極を形成する工程と、
前記トレンチ内の前記フィールドプレート電極よりも前記トレンチの開口側に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜が形成された前記トレンチ内にゲート電極を形成する工程と、
を含み、
前記ゲート電極を形成する工程は、前記フィールドプレート電極よりも前記開口側で、かつ、前記トレンチの深さ方向に見て、前記フィールドプレート電極の前記開口側の面の少なくとも一部が、前記ゲート電極の前記第2面側の面と重ならない位置に前記ゲート電極を形成する工程である。
A method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure includes:
Forming a trench extending from the first surface toward the second surface in a first semiconductor layer having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
Forming a field plate electrode in the trench;
Forming an insulating film on the opening side of the trench relative to the field plate electrode in the trench;
Forming a gate electrode in the trench where the insulating film is formed;
Including
The step of forming the gate electrode includes the step of forming at least a part of the surface of the field plate electrode on the opening side as viewed from the field plate electrode on the opening side and in the depth direction of the trench. Forming a gate electrode at a position where the gate electrode does not overlap the surface on the second surface side of the electrode.
本開示によれば、トレンチ内のゲート電極と、ゲート電極よりもトレンチの反開口側に位置するフィールドプレート電極とを備える半導体装置において、ゲート電極の寄生容量を低減できるという効果が得られる。本開示によれば、さらに、このような半導体装置の製造方法を提供できる。 According to the present disclosure, in a semiconductor device including a gate electrode in a trench and a field plate electrode located on a side opposite to the opening of the trench with respect to the gate electrode, an effect that a parasitic capacitance of the gate electrode can be reduced is obtained. According to the present disclosure, a method for manufacturing such a semiconductor device can be further provided.
以下、本開示の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。実施形態において、第1導電型をn型、第1導電型とは異なる第2導電型をp型として説明する。しかし、第1導電型をp型、第2導電型をn型としてもよい。n型半導体層の不純物濃度の濃淡を、濃い方から「n+、n−」のように表わす。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the embodiment, the first conductivity type will be described as n-type, and the second conductivity type different from the first conductivity type as p-type. However, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type. The density of the impurity concentration of the n-type semiconductor layer is expressed as “n +, n−” from the darkest one.
図1は、本開示の実施形態に係るMOSFETを示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a MOSFET according to an embodiment of the present disclosure.
実施形態に係るMOSFET10は、半導体層20、トレンチ25A、25B、ゲート電極31a〜31d、ソース電極32、ドレイン電極33及びFP電極34A、34Bを備える。さらに、MOSFET10は、絶縁膜41a〜41d、42A、42B及び絶縁部43A、43B、44A、44Bを備える。MOSFET10は、本開示に係る半導体装置の一例に相当する。
The
本実施形態では、トレンチ25A、25Bの開口側を上方、反開口側を下方、トレンチ25A、25Bの深さ方向を高さ方向Zと定義する。また、トレンチ25A、25B内の一方のゲート電極31a、31cから他方のゲート電極31b、31dの方向(図の左右方向)をトレンチ25A、25Bの幅方向Xと定義する。図1の上方がトレンチ25A、25Bの開口側であり、図1の下方がトレンチ25A、25Bの反開口側である。
In the present embodiment, the opening side of the
半導体層20は、シリコン基板と、その上にエピタキシャル成長された薄膜とを備える。半導体層20は、n+型のドレイン層23、n−型のドリフト層22、p型のベース層21及びn+型のソース領域24a〜24dを含む。半導体層20は、ベース層21とドレイン電極33との間にp型の層を含まない。半導体層20の上下2つの面のうち、ドレイン層23とは反対側の面を第1面S1、ドレイン層23の側を第2面S2と呼ぶ。
The
トレンチ25A、25Bは、半導体層20の第1面S1から第2面S2の方へ向かって、ドリフト層22の深さまで延設されている。トレンチ25A、25Bは、奥行方向(紙面に垂直な方向)に、例えば直線状に延設されている。トレンチ25A、25Bの開口は第1面S1に位置する。
The
FP電極34A、34Bは、それぞれトレンチ25A、25B内の反開口側、ドリフト層22の深さに位置する。すなわち、FP電極34A、34Bの上端面は、ゲート電極31a〜31dの下端面よりも下方に位置する。FP電極34A、34Bは、高さ方向Zから見て、それぞれトレンチ25A、25Bの開口と重なる位置に設けられる。FP電極34A、34Bは、図示略の配線電極を介して、例えばソース電極32と同じ電位が与えられる。FP電極34A、34Bは、半導体層20の一部に集中する電界を緩和して、MOSFET10の耐圧を向上する。
The
絶縁部43A、43B及び絶縁膜42A、42Bは、それぞれトレンチ25A、25B内でFP電極34A、34Bを囲み、FP電極34A、34Bとドリフト層22とを絶縁し、かつ、FP電極34A、34Bとゲート電極31a〜31dとを絶縁する。絶縁膜42A、42Bは、FP電極34A、34Bの上端面から、ゲート電極31a〜31dの下端面の高さ範囲に延在し、FP電極34A、34Bとゲート電極31a〜31dとを高さ方向Zにおいて離間させる。
The
ゲート電極31a〜31dは、例えばポリシリコンであり、トレンチ25A、25B内で、FP電極34A、34Bよりも開口側に位置する。先ず、一方のトレンチ25Aのゲート電極31a、31bについて説明する。一方のトレンチ25Aにおいて、ゲート電極31a、31bは、トレンチ25Aの幅方向Xの一方の内側面と他方の内側面とにそれぞれ対向する。一方のゲート電極31aと他方のゲート電極31bとは離間し、離間した部分すなわちトレンチ25Aの幅方向Xの中間の部分には、ゲート電極が存在しない中間領域WAが設けられる。ゲート電極が存在しない中間領域WAは、トレンチ25Aの幅方向Xの中央を含む領域である。なお、中間領域WAは、トレンチ25Aの幅方向Xの中央の点から外れていてもよい。ゲート電極31aは、本開示に係る第1ゲート電極の一例に相当する。ゲート電極31bは、本開示に係る第2ゲート電極の一例に相当する。
The
ゲート電極が存在しない中間領域WAは、FP電極34Aとほぼ同一の幅長であり、中間領域WAとFP電極34Aとは幅方向Xにおいてほぼ同一の位置に配置される。この構成により、高さ方向Zから見て、FP電極34Aの上面の全部は、ゲート電極31a、31bの下面と重ならない。さらに、FP電極34Aの上面の全部と、ゲート電極31a、31bの下面とが、高さ方向Zに対向しない。これらの関係は、トレンチ25Aの幅方向Xにおいて成立してもよいし、トレンチ25Aの幅方向X及び奥行方向の全範囲において成立してもよい。FP電極34Aの上面とは、FP電極34Aの上部の面のうち、面の垂線が水平方向よりも鉛直方向に近い面を意味する。ゲート電極31a、31bの下面とは、ゲート電極31a、31bの下部の面のうち、面の垂線が水平方向よりも鉛直方向に近い面を意味する。
The intermediate region WA where no gate electrode is present has substantially the same width as the
なお、ゲート電極が存在しない中間領域WAの幅長とFP電極34Aの幅長とには差異があってもよいし、中間領域WAとFP電極34Aとの幅方向Xにおける位置には差異があってもよい。これらの場合であっても、高さ方向Zから見て、FP電極34Aの上面の少なくとも一部は、ゲート電極31a、31bの下面と重ならない。さらに、FP電極34Aの上面の少なくとも一部と、ゲート電極31a、31bの下面とが、高さ方向Zに対向しない。
Note that there may be a difference between the width of the intermediate region WA where no gate electrode is present and the width of the
また、1つのゲート電極31bが省略され、1つのトレンチ25Aに1つのゲート電極31aが設けられていてもよい。この場合、ゲート電極31aの幅長は、トレンチ25Aの幅方向Xの内寸の半分よりも小さく、ゲート電極31aはトレンチ25Aの幅方向Xの一方に偏って配置されていてもよい。
In addition, one
もう一方のトレンチ25Bにおいても、同様に、ゲート電極31c、31dと、ゲート電極が存在しない中間領域WBと、が設けられる。中間領域WBとFP電極34Bとの関係は、中間領域WAとFP電極34Aとの関係と同様である。
Similarly, in the
絶縁膜41a〜41dは、トレンチ25A、25Bの側壁部に位置し、ゲート電極31a〜31dと、ベース層21、ドリフト層22及びソース領域24a〜24dと、を絶縁する。
The insulating
絶縁部44A、44Bは、それぞれトレンチ25A、25B内でゲート電極31a〜31dが存在しない領域を埋め、かつ、トレンチ25A、25Bの開口部においてゲート電極31a〜31dとソース電極32との間に介在し、これらを絶縁する。
The insulating
ソース電極32は、MOSFET10の上側に位置する電極層であり、半導体層20の第1面S1並びに絶縁部44A、44Bの上面に接し、ベース層21及びソース領域24a〜24dと電気的に接続される。
The
ドレイン電極33は、MOSFET10の下側に位置する電極層であり、半導体層20の第2面S2に接し、ドレイン層23と電気的に接続される。
The
このように構成されたMOSFET10によれば、ゲート電極31a〜31dとソース電極32との間の電圧がゼロのとき、ドレイン電極33とソース電極32との間に電圧が加えられると、ベース層21とドリフト層22との間に空乏層が形成される。これにより、ドレイン電極33からソース電極32へ電流が流れない。一方、ゲート電極31a〜31dとソース電極32との間に電圧が加えられると、トレンチ25A、25Bの外側面の近傍において、ゲート電極31a〜31dからベース層21に電界が加えられる。そして、ベース層21のゲート電極31a〜31dに対向した部分の導電型が反転し、チャネル層が形成され、これを通ってドレイン電極33からソース電極32へ電流が流れる。
According to the
MOSFET10の動作中、FP電極34A、34Bには、ソース電極32と同一の電位が加えられ、半導体層20の一部に電界が集中することを緩和し、MOSFET10の耐圧を向上する。前述したように、FP電極34A、34Bは、ゲート電極31a〜31dよりも下方に設けられるが、幅方向Xにおいて、FP電極34A、34Bの上面の少なくとも一部と、ゲート電極31a〜31dの下面とが高さ方向Zに重ならない。
During the operation of the
図2は、比較例のMOSFETを示す断面図である。比較例のMOSFET100は、トレンチ125A、125B内にゲート電極131A、131Bが収容され、トレンチ125A、125Bの底方にFP電極134A、134Bが設けられている。比較例のように、FP電極134A、134Bとゲート電極131A、131Bとが対向すると、この間の寄生容量C1A,C1Bが増す。しかし、本実施形態のMOSFET10は、上記の構成により、FP電極34A、34Bとゲート電極31a〜31dとの間の寄生容量が低減され、MOSFET10のスイッチング速度が向上される。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a MOSFET of a comparative example. In the
<電気装置>
本開示に係る実施形態の電気装置は、MOSFET10を備える。電気装置は、例えば、電力変換を行う電源回路を有するパワーモジュールであってもよい。あるいは、電気装置は、種々の電子機器、自動車、航空機等であってもよい。電気装置は、MOSFET10をスイッチングデバイスとして備えてもよい。
<Electric equipment>
The electric device according to the embodiment of the present disclosure includes the
<製造方法>
図3(A)〜図7(C)には、本開示の実施形態に係るMOSFETの製造方法の第1工程から第15工程を説明する断面図を示す。MOSFET10は、次の第1工程から第15工程を順に経て製造することができる。
<Production method>
3A to 7C are cross-sectional views illustrating the first to fifteenth steps of the method for manufacturing a MOSFET according to the embodiment of the present disclosure. The
第1工程は、図3(A)に示すように、n+層と、n−層とを有する半導体層20iに、例えば反応性イオンエッチングにより、第1面S1から第2面S2の方へトレンチ25A、25Bを形成する工程である。n+層はドレイン層23となる半導体基板である。n−層は半導体基板上に作成されたエピタキシャル層である。半導体層20iは、本開示に係る第1半導体層の一例に相当する。
In the first step, as shown in FIG. 3A, a trench is formed in the
第2工程は、図3(B)に示すように、第1面S1側の露出した面に、熱酸化法又はCVD(chemical vapor deposition)法によりフィールド絶縁膜43iを形成する工程である。フィールド絶縁膜43iは、トレンチ25A、25Bの内面及び半導体層20の第1面S1の上側に形成される。フィールド絶縁膜43iは、トレンチ25A、25Bの幅方向Xの中央部において、高さ方向Zの全部を埋めないように形成される。フィールド絶縁膜43iの一部は、その後、絶縁部43A、43Bとなる。
In the second step, as shown in FIG. 3B, a
第3工程は、図3(C)に示すように、トレンチ25A、25B内のフィールド絶縁膜43iで埋められていない空間を含めて、フィールド絶縁膜43iの上側にCVD法によりポリシリコン34iを形成する工程である。
In the third step, as shown in FIG. 3C, a
第4工程は、図4(A)に示すように、トレンチ25A、25B内の下方に配置された一部のポリシリコン34iを残し、エッチングにより、その他のポリシリコン34iを除去する工程である。
In the fourth step, as shown in FIG. 4A, a part of the
第5工程は、図4(B)に示すように、熱酸化法により、ポリシリコン34iの上部を酸化し、そこに絶縁膜42A、42Bを形成する工程である。半導体層20の第1面S1側及び半導体層20の第2面S2側は露出されていないので酸化されない。ここで、酸化されないポリシリコン34iの下部がFP電極34A、34Bである。第5工程として、絶縁膜42A、42BをCVD法で形成する工程を採用してもよい。絶縁膜42A、42Bは、本開示に係る第1絶縁膜の一例に相当する。
In the fifth step, as shown in FIG. 4B, the upper part of the
第6工程は、図4(C)に示すように、エッチングにより、半導体層20の上側のフィールド絶縁膜43iを除去し、かつ、トレンチ25A、25B内のフィールド絶縁膜43iを絶縁膜42A、42Bの上面の高さまで除去する工程である。フィールド絶縁膜43iの残った部分が絶縁部43A、43Bである。
In a sixth step, as shown in FIG. 4C, the
第7工程は、図5(A)に示すように、熱酸化法又はCVD法により、トレンチ25A、25Bの露出された内面と、半導体層20の第1面S1の上側とに、絶縁膜41iを形成する工程である。絶縁膜41iは、第2工程のフィールド絶縁膜43iよりも薄く形成される。なお、熱酸化法で絶縁膜41iを形成する場合には、図5(A)の絶縁部43A、43Bの上側の部分と、絶縁膜42A、42Bの上側の部分とには、絶縁膜41iが形成されなくてもよい。絶縁膜41iは、本開示に係る第2絶縁膜の一例に相当する。
In the seventh step, as shown in FIG. 5A, an insulating
第8工程は、図5(B)に示すように、第1面S1側からポリシリコン膜31iを堆積する工程である。ポリシリコン膜31iは、トレンチ25A、25Bを完全に埋めず、トレンチ25A、25Bの幅方向Xの中央部が凹んで形成される。ポリシリコン膜31iは、第6工程でフィールド絶縁膜43iが除去された部分を含む箇所に堆積される。
The eighth step is a step of depositing a
第9工程は、図5(C)に示すように、第8工程で形成したポリシリコン膜31iのうち、トレンチ25A、25Bの幅方向Xの中央部、トレンチ25A、25Bの外部、並びに、トレンチ25A、25Bの開口よりも上方の部分を除去する工程である。これにより、ポリシリコン膜31iのうち、トレンチ25A、25Bの内側面に対向する部分が残され、これらがゲート電極31a〜31dである。このとき、ゲート電極31a〜31dの上部のうち、トレンチ25A、25Bの中央に近い側が削られて傾斜面Ra〜Rdが形成されてもよい。この工程は、例えばフォトリソグラフィ及びエッチングのプロセスにより実現できる。
In the ninth step, as shown in FIG. 5C, in the
第10工程は、図6(A)に示すように、エッチングにより、半導体層20の第1面S1の上側の絶縁膜41iを除去する工程である。残った絶縁膜41iが、絶縁膜41a〜41dである。
The tenth step is, as shown in FIG. 6A, a step of removing the insulating
第11工程は、図6(B)に示すように、半導体層20の第1面S1の側からn+導電型の不純物とp導電型の不純物とをイオン注入し、さらに、これらを熱拡散し、ベース層21とソース領域24a〜24dとを形成する工程である。ソース領域24a〜24dを形成する際には、イオン注入前に酸化膜を作成する酸化工程を挿入し、特定の領域のみn+導電型の不純物が注入されるようにしてもよい。また、ベース層21には、p+導電型の不純物を注入してもよい。不純物の拡散が及ばないエピタキシャル層がドリフト層22である。ベース層21及びソース領域24a〜24dは、本開示に係る第2半導体層及び第3半導体層の一例に相当する。
In an eleventh step, as shown in FIG. 6B, an n + conductivity type impurity and a p conductivity type impurity are ion-implanted from the first surface S1 side of the
第12工程は、図6(C)に示すように、トレンチ25A、25B内の空間を含めて、トレンチ25A、25Bと半導体層20との第1面S1側に、CVD法により層間絶縁膜44iを形成する工程である。層間絶縁膜44iは、ゲート電極31a〜31dとソース電極32とを絶縁する。
In the twelfth step, as shown in FIG. 6C, the
第13工程は、図7(A)に示すように、エッチングにより、トレンチ25A、25Bよりも外側で、ベース層21と、ソース領域24a〜24dの一部とを露出させるように、層間絶縁膜44iの一部を除去する工程である。残った層間絶縁膜44iが絶縁部44A、44Bである。
In a thirteenth step, as shown in FIG. 7A, an interlayer insulating film is formed by etching so that the
第14工程は、図7(B)に示すように、スパッタリングにより、露出した半導体層20及び層間絶縁膜44iの上側に、例えばAl−Si(アルミニウム−シリコン)合金膜を、ソース電極32として形成する工程である。AL−Si合金膜は、Siを予め添加しておくことで、ALの半導体層20へのスパイクを防止するバリアメタルとしても機能する。なお、第14工程は、露出した半導体層20及び層間絶縁膜44iの上側に、別のバリアメタル層を形成する工程と、その上にソース電極32となる金属膜を形成する工程とを含んでもよい。
In a fourteenth step, an Al-Si (aluminum-silicon) alloy film, for example, is formed as a
第15工程は、図7(C)に示すように、スパッタリングにより、半導体層20の第2面S2の下側にドレイン電極33となる金属膜を形成する工程である。
The fifteenth step is a step of forming a metal film to be the
以上のように、本実施形態のMOSFET10によれば、トレンチ25A、25Bの高さ方向Zから見て、FP電極34A、34Bの上面の一部あるいは全部が、ゲート電極31a〜31dの下面と重ならない。これにより、これらの間に生じる寄生容量を低減することができ、MOSFET10のスイッチング速度が向上される。
As described above, according to the
さらに、本実施形態のMOSFET10によれば、ゲート電極31a〜31dは、トレンチ25A、25Bの幅方向Xの中央部を除けて配置されている。これにより、FP電極34A、34Bの上面の一部あるいは全部と、ゲート電極31a〜31dの下面とが対向しない構成を実現できる。
Further, according to the
さらに、本実施形態のMOSFET10によれば、1つのトレンチ25Aには、トレンチ25Aの一方の内側面に対向するゲート電極31aと、他方の内側面に対向するゲート電極31bとが収容され、一対のゲート電極31a、31bの間が離間している。これにより、ゲート電極31a〜31dがベース層21に対向する面積を確保しつつ、FP電極34A、34Bの上面の一部あるいは全部と、ゲート電極31a〜31dの下面とが対向しない構成を実現できる。
Further, according to the
さらに、本実施形態のMOSFET10は、FP電極34A、34Bよりも下方に、ドリフト層22と異なる導電型(p型)の半導体層を持たない。ゲート電極31a〜31dよりも下方に位置するFP電極34A、34Bは、FP電極34A、34Bよりも下方に、ドリフト層22と異なる導電型(p型)の半導体層を持たないMOSFETに対して、特に有効に半導体層20における電界の集中を緩和できる。したがって、ドリフト層22より下方に異なる導電型(p型)の層を持たない縦型のMOSFETに対して、上記寄生容量を低減する構成が特に有効である。
Further, the
以上、本開示の実施形態について説明した。しかし、本開示は上記実施形態に限られるものでない。例えば、半導体基板は、シリコン基板の他、シリコンカーバイド(SiC)、ガリウムナイトライド又は窒化ガリウム(GaN)、酸化ガリウム(Ga2O3)等の種々の半導体を含む基板であってもよい。上記実施形態では、本開示に係る半導体装置としてMOSFETを例にとって説明したが、半導体装置は、トレンチ内のゲート電極とゲート電極よりもトレンチの反開口側に位置するFP電極とを有すれば、MOSFETに限られない。実施形態で説明した全ての図面は概略図である。図示された各部の相対的な寸法は、適宜大きく又は小さく変更してもよい。図示された各層及び各領域の境界は明確でなくてもよい。実施形態に示された細部の構造及び方法は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 The embodiments of the present disclosure have been described above. However, the present disclosure is not limited to the above embodiment. For example, the semiconductor substrate may be a substrate containing various semiconductors such as silicon carbide (SiC), gallium nitride or gallium nitride (GaN), and gallium oxide (Ga2O3) in addition to a silicon substrate. In the above embodiments, the MOSFET has been described as an example of the semiconductor device according to the present disclosure.However, if the semiconductor device has a gate electrode in the trench and an FP electrode located on the opposite side of the trench from the gate electrode, Not limited to MOSFET. All the drawings described in the embodiments are schematic diagrams. The relative dimensions of the illustrated parts may be changed to be larger or smaller as appropriate. The boundaries between the layers and regions illustrated in the drawings may not be clear. The detailed structure and method shown in the embodiment can be appropriately changed without departing from the spirit of the invention.
10 MOSFET(半導体装置)
20 半導体層
21 ベース層
22 ドリフト層
23 ドレイン層
24a〜24d ソース領域
25A、25B トレンチ
31a〜31d ゲート電極
32 ソース電極
33 ドレイン電極
34A、34B FP電極
41a〜41d、42A、42B 絶縁膜
43A、43B、44A、44B 絶縁部
S1 第1面
S2 第2面
WA、WB 中間領域
10 MOSFET (semiconductor device)
Claims (16)
前記トレンチ内に配置され、前記トレンチの内側面に対向するゲート電極と、
前記ゲート電極よりも前記トレンチの反開口側に位置するフィールドプレート電極とを備え、
前記トレンチの深さ方向に見て、前記フィールドプレート電極の前記トレンチの開口側における面の少なくとも一部が、前記ゲート電極の前記反開口側の面と重ならない半導体装置。 A semiconductor layer having a trench;
A gate electrode disposed in the trench and facing an inner side surface of the trench;
A field plate electrode located on the side opposite to the opening of the trench than the gate electrode,
A semiconductor device in which at least a part of the surface of the field plate electrode on the opening side of the trench does not overlap with the surface of the gate electrode on the side opposite to the opening when viewed in the depth direction of the trench.
前記フィールドプレート電極よりも前記反開口側には前記第1導電型とは異なる第2導電型の半導体層を有さない請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体装置。 A first conductive type semiconductor layer further on the side opposite to the opening than the field plate electrode;
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a semiconductor layer of a second conductivity type different from the first conductivity type is not provided on the opposite side of the opening from the field plate electrode. 5.
前記トレンチ内に配置され、前記トレンチの内側面に対向するゲート電極と、
前記ゲート電極よりも前記トレンチの反開口側に位置するフィールドプレート電極とを備え、
前記トレンチの深さ方向に見て、前記フィールドプレート電極の前記トレンチの開口側における面の少なくとも一部が、前記ゲート電極の前記反開口側の面と重ならない半導体装置を備える電気装置。 A semiconductor layer having a trench;
A gate electrode disposed in the trench and facing an inner side surface of the trench;
A field plate electrode located on the side opposite to the opening of the trench than the gate electrode,
An electric device comprising a semiconductor device in which at least a part of a surface of the field plate electrode on the opening side of the trench does not overlap with a surface of the gate electrode on the side opposite to the opening when viewed in a depth direction of the trench.
前記トレンチ内にフィールドプレート電極を形成する工程と、
前記トレンチ内の前記フィールドプレート電極よりも前記トレンチの開口側に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜が形成された前記トレンチ内にゲート電極を形成する工程と、
を含み、
前記ゲート電極を形成する工程は、前記フィールドプレート電極よりも前記開口側で、かつ、前記トレンチの深さ方向に見て、前記フィールドプレート電極の前記開口側の面の少なくとも一部が、前記ゲート電極の前記第2面側の面と重ならない位置に前記ゲート電極を形成する工程である半導体装置の製造方法。 Forming a trench extending from the first surface toward the second surface in a first semiconductor layer having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
Forming a field plate electrode in the trench;
Forming an insulating film on the opening side of the trench relative to the field plate electrode in the trench;
Forming a gate electrode in the trench where the insulating film is formed;
Including
The step of forming the gate electrode includes the step of forming at least a part of the surface of the field plate electrode on the opening side as viewed from the field plate electrode on the opening side and in the depth direction of the trench. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming the gate electrode at a position that does not overlap with the second surface of the electrode.
前記フィールドプレート電極の形成後かつ前記ゲート電極の形成前に、前記トレンチの内側面から前記フィールド絶縁膜の少なくとも一部を除去する工程と、
を更に含み、
前記ゲート電極を形成する工程は、前記フィールド絶縁膜の除去された部分を含んだ箇所に前記ゲート電極を形成する工程である請求項9記載の半導体装置の製造方法。 Forming a field insulating film on the inner surface of the trench before forming the field plate electrode;
After forming the field plate electrode and before forming the gate electrode, removing at least a portion of the field insulating film from the inner side surface of the trench;
Further comprising
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the step of forming the gate electrode is a step of forming the gate electrode at a location including a portion where the field insulating film has been removed.
前記絶縁膜を形成する工程は、前記第1絶縁膜を熱酸化法で形成する工程が含まれる請求項9又は請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 The insulating film includes a first insulating film formed on the opening side of the field plate electrode and on the second surface side of the gate electrode,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the step of forming the insulating film includes a step of forming the first insulating film by a thermal oxidation method.
前記絶縁膜を形成する工程は、前記第1絶縁膜をCVD法で形成する工程が含まれる請求項9又は請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 The insulating film includes a first insulating film formed on the opening side of the field plate electrode and on the second surface side of the gate electrode,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the step of forming the insulating film includes a step of forming the first insulating film by a CVD method.
前記絶縁膜を形成する工程は、前記第2絶縁膜を熱酸化法で形成する工程を含む請求項9から請求項12のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 The insulating film includes a second insulating film interposed between the inner surface of the trench and the gate electrode,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the step of forming the insulating film includes a step of forming the second insulating film by a thermal oxidation method.
前記絶縁膜を形成する工程は、前記第2絶縁膜をCVD法で形成する工程を含む請求項9から請求項12のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 The insulating film includes a second insulating film interposed between the inner surface of the trench and the gate electrode,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the step of forming the insulating film includes a step of forming the second insulating film by a CVD method.
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