JP2020047726A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device.
特許文献1には、上面にトレンチが設けられている半導体基板を有する半導体装置が開示されている。この半導体装置では、トレンチ内に、トレンチの内面を覆うゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜によって半導体基板から絶縁されているゲート電極が配置されている。半導体基板は、n型のソース領域と、p型のボディ領域と、n型のドリフト領域を有している。ソース領域は、ゲート絶縁膜に接している。ボディ領域は、ソース領域の下側でゲート絶縁膜に接している。ドリフト領域は、ボディ領域の下側でゲート絶縁膜に接している。また、半導体基板は、トレンチの底面においてゲート絶縁膜に接するp型の底部領域と、トレンチの側面においてゲート絶縁膜に接するp型の側部領域を有している。側部領域は、ボディ領域と底部領域を接続している。ドリフト領域は、側部領域が存在しない範囲でゲート絶縁膜に接している。 Patent Literature 1 discloses a semiconductor device including a semiconductor substrate having a trench provided on an upper surface. In this semiconductor device, a gate insulating film covering an inner surface of the trench and a gate electrode insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film are arranged in the trench. The semiconductor substrate has an n-type source region, a p-type body region, and an n-type drift region. The source region is in contact with the gate insulating film. The body region is in contact with the gate insulating film below the source region. The drift region is in contact with the gate insulating film below the body region. Further, the semiconductor substrate has a p-type bottom region in contact with the gate insulating film on the bottom surface of the trench, and a p-type side region in contact with the gate insulating film on the side surface of the trench. The side region connects the body region and the bottom region. The drift region is in contact with the gate insulating film in a range where the side region does not exist.
この半導体装置がオフするときには、底部領域から側部領域を介してボディ領域へホールが排出される。すると、底部領域からドリフト領域内に空乏層が伸びる。空乏層によって、トレンチ底部のゲート絶縁膜への電界の集中が抑制される。 When the semiconductor device is turned off, holes are discharged from the bottom region to the body region via the side region. Then, a depletion layer extends from the bottom region into the drift region. The concentration of the electric field on the gate insulating film at the bottom of the trench is suppressed by the depletion layer.
この半導体装置がオンするときには、ボディ領域にチャネルが形成され、ドリフト領域内に広がっていた空乏層が収縮して半導体装置がオン状態となる。このとき、側部領域を介してボディ領域から底部領域にホールが供給される。その結果、底部領域からドリフト領域に広がっていた空乏層が底部領域に向かって収縮する。このため、半導体装置がオンするときに短時間でドリフト領域の抵抗が低下する。 When the semiconductor device is turned on, a channel is formed in the body region, and the depletion layer that has spread in the drift region contracts, so that the semiconductor device is turned on. At this time, holes are supplied from the body region to the bottom region via the side regions. As a result, the depletion layer extending from the bottom region to the drift region contracts toward the bottom region. Therefore, when the semiconductor device is turned on, the resistance of the drift region decreases in a short time.
この種の半導体装置では、トレンチの側面に不純物を注入することにより側部領域が形成される。このため、例えば、トレンチの側面の角度に製造誤差が生じた場合には、側部領域に十分な不純物を注入することができず、側部領域が底部領域に接続されない場合や、所望の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する側部領域が形成される場合がある。このような半導体装置では、側部領域の抵抗が高くなるため、オフするときに底部領域からボディ領域にホールが排出され難い。したがって、スイッチング損失が増大する。このように、従来の半導体装置の構造では、スイッチング損失のばらつきが大きいという問題があった。本明細書では、半導体装置のスイッチング損失を安定して低減することができる技術を提供する。 In this type of semiconductor device, a side region is formed by implanting an impurity into a side surface of a trench. Therefore, for example, when a manufacturing error occurs in the angle of the side surface of the trench, sufficient impurities cannot be implanted into the side region, and the side region is not connected to the bottom region, A side region having an impurity concentration lower than the concentration may be formed. In such a semiconductor device, since the resistance in the side region is high, holes are not easily discharged from the bottom region to the body region when the semiconductor device is turned off. Therefore, switching loss increases. As described above, the structure of the conventional semiconductor device has a problem that the variation in switching loss is large. This specification provides a technique capable of stably reducing switching loss of a semiconductor device.
本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板と、トレンチと、ゲート絶縁膜と、第1ゲート電極と、電極絶縁膜と、第2ゲート電極を備える。前記トレンチは、前記半導体基板の上面に設けられている。前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの内面を覆っている。前記第1ゲート電極は、前記トレンチの底部に配置されており、前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されている。前記電極絶縁膜は、前記第1ゲート電極の上面に配置されている。前記第2ゲート電極は、前記電極絶縁膜の上面に配置されており、前記電極絶縁膜によって前記第1ゲート電極から絶縁されており、前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されている。前記半導体基板が、ソース領域と、ボディ領域と、ドリフト領域と、底部領域と、側部領域を有している。前記ソース領域は、前記半導体基板の前記上面に露出しており、前記ゲート絶縁膜を介して前記第2ゲート電極と対向しているn型領域である。前記ボディ領域は、前記ソース領域の下側で前記ゲート絶縁膜を介して前記第2ゲート電極と対向しているp型領域である。前記ドリフト領域は、前記ボディ領域の下側で前記ゲート絶縁膜を介して前記第2ゲート電極と対向しており、前記ボディ領域によって前記ソース領域から分離されているn型領域である。前記底部領域は、前記トレンチの底面において前記ゲート絶縁膜に接しており、前記ドリフト領域に接しているp型領域である。前記側部領域は、前記ボディ領域と前記底部領域の間で前記ゲート絶縁膜を介して前記第1ゲート電極に対向しているp型領域である。 The semiconductor device disclosed in this specification includes a semiconductor substrate, a trench, a gate insulating film, a first gate electrode, an electrode insulating film, and a second gate electrode. The trench is provided on an upper surface of the semiconductor substrate. The gate insulating film covers an inner surface of the trench. The first gate electrode is disposed at a bottom of the trench, and is insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film. The electrode insulating film is disposed on an upper surface of the first gate electrode. The second gate electrode is disposed on the upper surface of the electrode insulating film, is insulated from the first gate electrode by the electrode insulating film, and is insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film. The semiconductor substrate has a source region, a body region, a drift region, a bottom region, and a side region. The source region is an n-type region exposed on the upper surface of the semiconductor substrate and facing the second gate electrode via the gate insulating film. The body region is a p-type region facing the second gate electrode via the gate insulating film below the source region. The drift region is an n-type region facing the second gate electrode below the body region via the gate insulating film and separated from the source region by the body region. The bottom region is a p-type region that is in contact with the gate insulating film on the bottom surface of the trench and is in contact with the drift region. The side region is a p-type region facing the first gate electrode via the gate insulating film between the body region and the bottom region.
上記の半導体装置をオフさせる場合には、第2ゲート電極にオフ電位(すなわち、ゲート閾値よりも低い電位)を印加する。このとき、第1ゲート電極に負電位(ソース領域及びボディ領域よりも低い電位)を印加する。側部領域がゲート絶縁膜を介して第1ゲート電極に対向しているので、第1ゲート電極に負電位を印加すると、側部領域内とその周辺にホールが引き寄せられる。すると、側部領域が低抵抗となり、底部領域からボディ領域へホールが排出され易くなる。また、側部領域が底部領域に接続されていない場合であっても、側部領域周辺に引き寄せられたホールによって側部領域周辺に反転層が形成され、反転層によって側部領域が底部領域と接続される。したがって、底部領域からボディ領域へホールを排出することができる。このため、この半導体装置はスイッチング損失が小さい。 To turn off the semiconductor device, an off potential (that is, a potential lower than the gate threshold) is applied to the second gate electrode. At this time, a negative potential (a lower potential than the source region and the body region) is applied to the first gate electrode. Since the side region faces the first gate electrode via the gate insulating film, when a negative potential is applied to the first gate electrode, holes are drawn into the side region and the periphery thereof. Then, the side region has low resistance, and holes are easily discharged from the bottom region to the body region. Further, even when the side region is not connected to the bottom region, an inversion layer is formed around the side region by the holes drawn around the side region, and the side region is defined as the bottom region by the inversion layer. Connected. Therefore, holes can be discharged from the bottom region to the body region. Therefore, this semiconductor device has a small switching loss.
図1〜4は、実施形態のMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)10を示している。MOSFET10は、半導体基板12と、電極、絶縁層等を備えている。なお、図1では、図の見易さのため、後述する層間絶縁膜29及び上部電極70の図示を省略している。以下では、半導体基板12の上面12aと平行な一方向をx方向といい、上面12aに平行でx方向に直交する方向をy方向といい、半導体基板12の厚み方向をz方向という。半導体基板12は、例えば、SiC(炭化シリコン)によって構成されている。但し、半導体基板12は、例えば、Si(シリコン)等の他の半導体材料によって構成されていてもよい。
1 to 4 show a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 10 of the embodiment. The
図1〜3に示すように、半導体基板12の上面12aには、複数のトレンチ22が設けられている。図1では、トレンチ22を破線で示している。各トレンチ22は、y方向に直線状に長く伸びている。複数のトレンチ22は、x方向に間隔を開けて配列されている。図2〜4に示すように、各トレンチ22の内面は、ゲート絶縁膜24によって覆われている。
As shown in FIGS. 1 to 3, a plurality of
図2及び3に示すように、各トレンチ22内の底部には、第1ゲート電極26が配置されている。第1ゲート電極26は、ゲート絶縁膜24によって半導体基板12から絶縁されている。図4に示すように、第1ゲート電極26は、トレンチ22の底部に沿って設けられた基部26aと、トレンチ22の長手方向の一端において基部26aから上方に屈曲して伸びる屈曲部26bと、屈曲部26bの上端から表面絶縁膜40を介して半導体基板12の上面12a上に伸びる引出部26cを有している。図示していないが、それぞれの第1ゲート電極26の引出部26cは、配線によって電源に接続されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, a
図2〜4に示すように、第1ゲート電極26の上面には、電極絶縁膜27が配置されている。電極絶縁膜27は、第1ゲート電極26の基部26a及び屈曲部26bに沿うように配置されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, an
電極絶縁膜27の上面には、第2ゲート電極28が配置されている。第2ゲート電極28は、電極絶縁膜27によって第1ゲート電極26から絶縁されている。また、第2ゲート電極28は、ゲート絶縁膜24によって半導体基板12から絶縁されている。図4に示すように、第2ゲート電極28は、電極絶縁膜27の上面に沿って設けられた基部28aと、トレンチ22の長手方向の他端において基部28aから上方に屈曲する屈曲部28bと、屈曲部28bから表面絶縁膜40を介して半導体基板12の上面12a上に伸びる引出部28cを有している。図示していないが、それぞれの第2ゲート電極28の引出部28cは、配線によって第1ゲート電極26に接続された電源とは異なる電源に接続されている。すなわち、第1ゲート電極26と第2ゲート電極28の電位は、それぞれ独立して制御される。第2ゲート電極28上には、層間絶縁膜29が配置されている。
On the upper surface of the
半導体基板12の上面12aには、上部電極70が配置されている。図2、3に示すように、上部電極70は、層間絶縁膜29が設けられていない部分で半導体基板12の上面12aに接している。上部電極70は、層間絶縁膜29によって第1ゲート電極26及び第2ゲート電極28から絶縁されている。半導体基板12の下面12bには、下部電極72が配置されている。下部電極72は、半導体基板12の下面12bに接している。
An
図2〜4に示すように、半導体基板12の内部には、複数のソース領域30、ボディ領域32、ドリフト領域34、ドレイン領域35、複数の底部領域36及び複数の側部領域38が設けられている。
As shown in FIGS. 2 to 4, a plurality of
各ソース領域30は、n型領域である。各ソース領域30は、半導体基板12の上面12aに露出する位置に配置されている。各ソース領域30は、上部電極70にオーミック接触している。また、各ソース領域30は、トレンチ22の側面において、ゲート絶縁膜24に接している。各ソース領域30は、トレンチ22の上端部においてゲート絶縁膜24を介して第2ゲート電極28と対向している。
Each
ボディ領域32は、p型領域である。ボディ領域32は、各ソース領域30に接している。ボディ領域32は、2つのソース領域30に挟まれた範囲から各ソース領域30の下側まで伸びている。ボディ領域32は、高濃度領域32aと低濃度領域32bを有している。高濃度領域32aは、低濃度領域32bよりも高いp型不純物濃度を有している。高濃度領域32aは、2つのソース領域30に挟まれた範囲に配置されている。高濃度領域32aは、上部電極70にオーミック接触している。低濃度領域32bは、トレンチ22の側面において、ゲート絶縁膜24に接している。すなわち、低濃度領域32bは、ソース領域30の下側でゲート絶縁膜24に接している。低濃度領域32bは、ゲート絶縁膜24を介して第2ゲート電極28と対向している。
ドリフト領域34は、n型領域である。ドリフト領域34は、ボディ領域32の下側に配置されており、ボディ領域32によってソース領域30から分離されている。図3に示すように、ドリフト領域34は、トレンチ22の側面において、ゲート絶縁膜24に接している。すなわち、ドリフト領域34は、ボディ領域32の下側でゲート絶縁膜24に接している。ドリフト領域34の上端部分は、ゲート絶縁膜24を介して第2ゲート電極28と対向している。すなわち、ドリフト領域34とボディ領域32の界面は、電極絶縁膜27と第2ゲート電極28の界面よりも上側に位置している。ドリフト領域34は、ボディ領域32に接する位置から、各トレンチ22の下端よりも下側まで分布している。
ドレイン領域35は、n型領域である。ドレイン領域35は、ドリフト領域34よりも高いn型不純物濃度を有している。ドレイン領域35は、ドリフト領域34の下側に配置されている。ドレイン領域35は、半導体基板12の下面12bに露出している。ドレイン領域35は、下部電極72にオーミック接触している。
The
各底部領域36は、p型領域である。各底部領域36は、対応するトレンチ22の底面に露出する範囲に配置されている。各底部領域36は、対応するトレンチ22の底面において、ゲート絶縁膜24に接している。図4に示すように、各底部領域36は、対応するトレンチ22の底面に沿ってy方向に長く伸びている。各底部領域36は、対応するトレンチ22の底面全域でゲート絶縁膜24に接している。図2、3に示すように、各底部領域36の周囲は、ドリフト領域34に囲まれている。後述する側部領域38が形成されている箇所を除いて、各底部領域36は、ドリフト領域34によってボディ領域32から分離されている。
Each
各側部領域38は、p型領域である。図1に示すように、各側部領域38は、トレンチ22の短手方向の側面(すなわち、短手方向の端部に位置する側面であり、y方向に沿って伸びる側面)に沿って設けられている。図2に示すように、側部領域38は、ボディ領域32からトレンチ22の短手方向の側面に沿って下側に伸びている。トレンチ22の短手方向の側面に対して、複数の側部領域38が配置されている。また、側部領域38は、トレンチ22の長手方向の側面(すなわち、長手方向の端部に位置する側面であり、x方向に沿って伸びる側面)にも設けられている。各側部領域38の下端は、底部領域36に接続されている。すなわち、側部領域38によって、ボディ領域32と底部領域36が接続されている。各側部領域38は、ボディ領域32と底部領域36の間で、ゲート絶縁膜24を介して第1ゲート電極26と対向している。
Each
次に、MOSFET10の動作について説明する。MOSFET10の使用時には、MOSFET10と負荷(例えば、モータ)と電源が直列に接続される。MOSFET10と負荷の直列回路に対して、電源電圧(本実施形態では、約800V)が印加される。MOSFET10の下部電極72側が上部電極70側よりも高電位となる向きで、電源電圧が印加される。第2ゲート電極28にオン電位(ゲート閾値以上の電位)を印加すると、ゲート絶縁膜24に接する範囲のボディ領域32(低濃度領域32b)にチャネルが形成され、MOSFET10がオンする。第2ゲート電極28にオフ電位(上部電極70と同電位)を印加すると、チャネルが消滅し、MOSFET10がオフする。以下に、MOSFET10のターンオフ時とターンオン時の動作について、詳細に説明する。
Next, the operation of the
MOSFET10をターンオフさせる場合には、第2ゲート電極28の電位をオン電位からオフ電位に引き下げる。すると、チャネルが消滅し、下部電極72の電位が上昇する。下部電極72の電位は、上部電極70に対して電源電圧分(すなわち、約800V)だけ高い電位まで上昇する。下部電極72の電位が上昇する過程において、底部領域36と下部電極72の間の容量結合によって、底部領域36の電位が少し上昇する。すると、底部領域36から側部領域38とボディ領域32を介して上部電極70へホールが流れる。このため、底部領域36の電位の上昇が抑制され、底部領域36の電位が上部電極70の電位よりもわずかに高い電位に維持される。
When the
また、下部電極72の電位の上昇に伴って、ドリフト領域34の電位も上昇する。ドリフト領域34の電位が上昇すると、ボディ領域32とドリフト領域34の間に電位差が生じる。このため、ボディ領域32とドリフト領域34の界面のpn接合に逆電圧が印加される。したがって、ボディ領域32からドリフト領域34に空乏層が広がる。また、ドリフト領域34の電位が上昇すると、底部領域36及び側部領域38とドリフト領域34との間に電位差が生じる。このため、底部領域36及び側部領域38とドリフト領域34との界面のpn接合に逆電圧が印加される。したがって、底部領域36及び側部領域38からドリフト領域34に空乏層が広がる。
Further, as the potential of the
また、MOSFET10をターンオフさせるときには、第2ゲート電極28の電位をオフ電位に引き下げるとともに、第1ゲート電極26に負電位(詳細には、上部電極70よりも低い電位)を印加する。側部領域38がゲート絶縁膜24を介して第1ゲート電極26に対向しているので、第1ゲート電極26に負電位を印加すると、側部領域38内とその周辺にホールが引き寄せられる。すると、側部領域38が低抵抗となり、底部領域36からボディ領域32を介して上部電極70へホールが排出され易くなる。したがって、MOSFET10をターンオフするときに底部領域36の電位の上昇を抑制でき、底部領域36からその周囲のドリフト領域34へ素早く空乏層が伸びる。したがって、このMOSFET10では、ターンオフ時に素早く電流が遮断され、スイッチング損失が小さい。
When the
また、製造誤差等によって、図5に示すように、側部領域38が底部領域36に接続されていない場合がある。この場合であっても、第1ゲート電極26に負電位を印加することにより、側部領域38周辺に引き寄せられたホールによって側部領域38周辺に反転層が形成され、形成された反転層が側部領域38と底部領域36を接続する。したがって、底部領域36から当該反転層を介して上部電極70へホールを排出することができる。また、製造誤差によって、側部領域38の一部でp型不純物濃度が低くなり、側部領域38の抵抗が高くなる場合がある。この場合であっても、第1ゲート電極26に負電位を印加することにより、側部領域38にホールが引き寄せられ、側部領域38の抵抗が下がる。したがって、底部領域36から上部電極70へホールを排出することができる。このように、MOSFET10によれば、側部領域38が途切れている場合や、側部領域38が高抵抗である場合でも、底部領域36から上部電極70へ好適にホールを排出することができ、安定してスイッチング損失を抑制することができる。
Further, the
MOSFET10をターンオンさせる場合には、第2ゲート電極28の電位をオフ電位からオン電位に引き上げる。すると、トレンチ22の側面においてゲート絶縁膜24に接している範囲のボディ領域32に電子が引き寄せられる。これによって、この範囲のボディ領域32がp型からn型に反転し、チャネルが形成される。チャネルによって、ソース領域30とドリフト領域34が接続される。これによって、ドリフト領域34及び下部電極72の電位が低下する。ドリフト領域34の電位が低下すると、ボディ領域32とドリフト領域34の界面のpn接合に印加されていた逆電圧が低下する。このため、ボディ領域32からドリフト領域34に広がっていた空乏層が、ボディ領域32に向かって収縮し、消滅する。これにより、上部電極70から、ソース領域30、チャネル、ドリフト領域34を経由して下部電極72へ電子が流れるようになる。すなわち、MOSFET10がオンする。また、ドリフト領域34の電位が低下する過程において、上部電極70からボディ領域32と側部領域38を介して底部領域36にホールが流れる。底部領域36にホールが供給されると、底部領域36からドリフト領域34に広がっていた空乏層が底部領域36に向かって収縮する。
When the
また、MOSFET10をターンオンさせるときには、第2ゲート電極28の電位をオン電位に引き上げるとともに、第1ゲート電極26に正電位(詳細には、上部電極70よりも高い電位)を印加する。底部領域36がゲート絶縁膜24を介して第1ゲート電極26に対向しているので、第1ゲート電極26に正電位を印加すると、底部領域36の電位が上昇する。このため、底部領域36からドリフト領域34に広がっていた空乏層が素早く収縮する。したがって、ドリフト領域34の抵抗が速やかに低下し、上部電極70から下部電極72に向かって電子が流れ易くなる。このため、MOSFET10では、ドリフト領域34で生じる損失が低減される。
When the
以上に説明したように、本実施形態のMOSFET10では、ゲート絶縁膜24を介してボディ領域32に対向する第2ゲート電極28の電位を制御するとともに、ゲート絶縁膜24を介して側部領域38に対向する第1ゲート電極26の電位を制御することにより、MOSFET10で生じるスイッチング損失を好適に低減することができる。
As described above, in the
次に、図6〜12を参照して、MOSFET10の製造方法について説明する。なお、図6〜12は、MOSFET10の製造過程における半導体基板の断面図である。また、図6〜12においては、図番号にAが付された図(図6A、図7A等)がトレンチ22の短手方向に沿った断面(図2に相当する断面)を示しており、図番号にBが付された図(図6B、図7B等)がトレンチ22の長手方向に沿った断面(図4に相当する断面)を示している。
Next, a method for manufacturing the
まず、図6A、6Bに示すように、n型のドリフト領域34と、ドリフト領域34上に配置されたp型の低濃度領域32bと、低濃度領域32b上に配置されたソース領域30及び高濃度領域32aと、を有する半導体基板12xを準備する。ソース領域30、高濃度領域32a及び低濃度領域32bは、イオン注入やエピタキシャル成長等の従来公知の方法によって形成することができる。
First, as shown in FIGS. 6A and 6B, an n-
次に、図7A、7Bに示すように、半導体基板12xの上面12aを部分的にエッチングすることによって、ソース領域30及び低濃度領域32bを貫通してドリフト領域34に達するトレンチ22を形成する。その後、図7A、7Bに示すように、CVD(chemical vapor deposition)法によって、半導体基板12xの上面12aとトレンチ22の内面を覆う酸化膜60を形成する。
Next, as shown in FIGS. 7A and 7B, the
次に、トレンチ22の底面、トレンチ22の短手方向の側面及びトレンチ22の長手方向の側面にp型不純物を注入する。p型不純物は、酸化膜60を貫通して半導体基板12xに注入される。このp型不純物の注入は、トレンチ22の深さ方向に対してp型不純物の照射方向を適宜傾斜させることで実施される。その後、半導体基板12xを熱処理する。すると、半導体基板12xに注入されたp型不純物が活性化する。これによって、図8A、8Bに示すように、底部領域36及び側部領域38が形成される。
Next, a p-type impurity is implanted into the bottom surface of the
次に、半導体基板12xの上面12a及びトレンチ22内にCVD法によって金属層を堆積させ、その後、その金属層を選択的にエッチングする。ここでは、図9A、9Bに示すように、トレンチ22の底部に金属層を残存させる。また、図9Bに示すように、トレンチ22の長手方向の一端(y軸負方向の端部)においては、トレンチ22の底部から上端及び半導体基板12xの上面12aに亘って金属層が残存するように金属層をエッチングする。トレンチ22の底部に残存した金属層が第1ゲート電極26の基部26aとなり、トレンチ22の長手方向の一端の側面に残存した金属層が第1ゲート電極26の屈曲部26bとなり、半導体基板12xの上面12aに残存した金属層が第1ゲート電極26の引出部26cとなる。
Next, a metal layer is deposited on the
次に、半導体基板12xの上面12a、第1ゲート電極26の引出部26cの上面及びトレンチ22内にCVD法によって酸化膜層を堆積させ、その後、その酸化膜層を選択的にエッチングする。ここでは、図10A、10Bに示すように、トレンチ22内において第1ゲート電極26の基部26aを覆うように酸化膜層27aを残存させる。このとき、基部26aを覆う酸化膜層27aの上面が、ボディ領域32とドリフト領域34の界面よりも下側に位置する深さまで酸化膜層27aをエッチングする。また、図10Bに示すように、トレンチ22の長手方向の一端においては、第1ゲート電極26の屈曲部26b及び引出部26cを覆うように酸化膜層を残存させる。
Next, an oxide film layer is deposited by a CVD method on the
次に、半導体基板12xの上面12a、酸化膜層27aの上面及びトレンチ22内にCVD法によって金属層を堆積させ、その後、その金属層を選択的にエッチングする。ここでは、図11A、11Bに示すように、トレンチ22の上端まで金属層が充填されるように金属層を残存させる。また、図11Bに示すように、トレンチ22の長手方向の他端(y軸正方向の端部)においては、酸化膜層27aの上面からトレンチ22の上端及び半導体基板12xの上面12aに亘って金属層が残存するように金属層をエッチングする。トレンチ22内に残存した金属層が第2ゲート電極28の基部28aとなり、トレンチ22の長手方向の他端の上部に残存した金属層が第2ゲート電極28の屈曲部28bとなり、半導体基板12xの上面12aに残存した金属層が第2ゲート電極28の引出部28cとなる。
Next, a metal layer is deposited on the
次に、図12Aに示すように、ソース領域30及び高濃度領域32aを覆っている範囲の酸化膜60をエッチングにより除去する。これにより、ソース領域30及び高濃度領域32aを露出させる。また、図12Bに示すように、第1ゲート電極26の引出部26cを覆っている範囲の酸化膜層27aをエッチングにより除去する。これにより、第1ゲート電極26の引出部26cを露出させる。半導体基板12xの上面12aに残存した酸化膜60(図12B参照)が表面絶縁膜40であり、トレンチ22の内面に残存した酸化膜60がゲート絶縁膜24である。
Next, as shown in FIG. 12A, the
その後、従来公知の方法によって、層間絶縁膜29、上部電極70、ドレイン領域35及び下部電極72が形成される。これにより、図1〜図4に示すMOSFET10が完成する。
After that, the
なお、上述した実施形態では、第2ゲート電極28の引出部28cが、トレンチ22の長手方向において第1ゲート電極26の引出部26cとは反対側の端部(y軸正方向の端部)から引き出されていた。しかしながら、変形例では、図13に示すように、第2ゲート電極128の引出部128cは、トレンチ22の長手方向において第1ゲート電極26の引出部26cと同じ側の端部(y軸負方向の端部)から引き出されてもよい。
In the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態では、MOSFET10をターンオンするときに第1ゲート電極26に正電位を印加したが、第1ゲート電極26に常時負電位を印加してもよい。このように第1ゲート電極26の電位を制御しても、MOSFET10は動作可能である。
In the above-described embodiment, a positive potential is applied to the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 As described above, specific examples of the present invention have been described in detail, but these are merely examples, and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and alterations of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. The technology illustrated in the present specification or the drawings simultaneously achieves a plurality of objects, and has technical utility by achieving one of the objects.
10:MOSFET、12:半導体基板、12a:上面、12b:下面、22:トレンチ、24:ゲート絶縁膜、26:第1ゲート電極、26a:基部、26b:屈曲部、26c:引出部、27:電極絶縁膜、28:第2ゲート電極、28a:基部、28b:屈曲部、28c:引出部、29:層間絶縁膜、30:ソース領域、32:ボディ領域、32a:高濃度領域、32b:低濃度領域、34:ドリフト領域、35:ドレイン領域、36:底部領域、38:側部領域、40:表面絶縁膜、70:上部電極、72:下部電極 10: MOSFET, 12: semiconductor substrate, 12a: upper surface, 12b: lower surface, 22: trench, 24: gate insulating film, 26: first gate electrode, 26a: base, 26b: bent portion, 26c: lead portion, 27: Electrode insulating film, 28: second gate electrode, 28a: base, 28b: bent portion, 28c: lead portion, 29: interlayer insulating film, 30: source region, 32: body region, 32a: high concentration region, 32b: low Concentration region, 34: drift region, 35: drain region, 36: bottom region, 38: side region, 40: surface insulating film, 70: upper electrode, 72: lower electrode
Claims (1)
前記半導体基板の上面に設けられたトレンチと、
前記トレンチの内面を覆っているゲート絶縁膜と、
前記トレンチの底部に配置されており、前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されている第1ゲート電極と、
前記第1ゲート電極の上面に配置されている電極絶縁膜と、
前記電極絶縁膜の上面に配置されており、前記電極絶縁膜によって前記第1ゲート電極から絶縁されており、前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されている第2ゲート電極、
を備えており、
前記半導体基板が、
前記半導体基板の前記上面に露出しており、前記ゲート絶縁膜を介して前記第2ゲート電極と対向しているn型のソース領域と、
前記ソース領域の下側で前記ゲート絶縁膜を介して前記第2ゲート電極と対向しているp型のボディ領域と、
前記ボディ領域の下側で前記ゲート絶縁膜を介して前記第2ゲート電極と対向しており、前記ボディ領域によって前記ソース領域から分離されているn型のドリフト領域と、
前記トレンチの底面において前記ゲート絶縁膜に接しており、前記ドリフト領域に接しているp型の底部領域と、
前記ボディ領域と前記底部領域の間で前記ゲート絶縁膜を介して前記第1ゲート電極と対向しているp型の側部領域、
を有している、半導体装置。
A semiconductor substrate;
A trench provided on the upper surface of the semiconductor substrate,
A gate insulating film covering the inner surface of the trench;
A first gate electrode disposed at the bottom of the trench and insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film;
An electrode insulating film disposed on an upper surface of the first gate electrode;
A second gate electrode disposed on the upper surface of the electrode insulating film, insulated from the first gate electrode by the electrode insulating film, and insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film;
With
The semiconductor substrate,
An n-type source region exposed on the upper surface of the semiconductor substrate and facing the second gate electrode via the gate insulating film;
A p-type body region facing the second gate electrode via the gate insulating film below the source region;
An n-type drift region opposed to the second gate electrode via the gate insulating film below the body region and separated from the source region by the body region;
A p-type bottom region in contact with the gate insulating film at the bottom surface of the trench, and in contact with the drift region;
A p-type side region facing the first gate electrode via the gate insulating film between the body region and the bottom region;
A semiconductor device comprising:
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