JP2020064910A - Switching element - Google Patents
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Description
本明細書に開示の技術は、スイッチング素子に関する。 The technology disclosed in the present specification relates to a switching element.
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スイッチング素子が開示されている。トレンチ内に、ゲート絶縁膜とゲート電極が配置されている。半導体基板は、p型のボディ領域とn型のドリフト領域を有している。ボディ領域は、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している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しているp型の接続領域を有している。接続領域は、ボディ領域と底部領域を接続している。上述したドリフト領域は、接続領域が存在しない範囲でゲート絶縁膜に接している。 Patent Document 1 discloses a switching element having a semiconductor substrate having a trench provided on the upper surface. A gate insulating film and a gate electrode are arranged in the trench. The semiconductor substrate has a p-type body region and an n-type drift region. The body region is in contact with the gate insulating film. 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 which is in contact with the gate insulating film on the bottom surface of the trench, and a p-type connecting region which is in contact with the gate insulating film on the side surface of the trench. The connection region connects the body region and the bottom region. The drift region described above is in contact with the gate insulating film in the range where the connection region does not exist.
このスイッチング素子がオフするときには、ボディ領域及び底部領域からドリフト領域内に空乏層が伸びる。底部領域から伸びる空乏層によって、トレンチの下端近傍における電界の集中が抑制される。 When the switching element is turned off, the depletion layer extends from the body region and the bottom region into the drift region. The depletion layer extending from the bottom region suppresses the concentration of the electric field near the lower end of the trench.
特許文献1のスイッチング素子では、オフしたときに、トレンチの下端の角部に高い電界が生じる。本明細書では、接続領域と底部領域を有するスイッチング素子において、トレンチ近傍での電界を緩和する技術を提供する。 In the switching element of Patent Document 1, when turned off, a high electric field is generated at the corners at the lower end of the trench. The present specification provides a technique for relaxing an electric field in the vicinity of a trench in a switching element having a connection region and a bottom region.
本明細書が開示するスイッチング素子は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に設けられたトレンチと、前記トレンチ内に配置されたゲート絶縁膜と、前記トレンチ内に配置されており、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たゲート電極を備えている。前記半導体基板が、前記ゲート絶縁膜に接している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に接している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いるp型の底部領域と、前記トレンチの側面において前記トレンチに接しており、前記ボディ領域と前記底部領域を接続しているp型の接続領域を有している。前記トレンチの前記側面が、前記ボディ領域よりも下側において、段差部を有している。前記段差部よりも下側では、前記段差部の上側よりも、トレンチの幅が狭い。前記トレンチの前記側面が、前記段差部の上側に位置する第1側面と、前記段差部の下側に位置する第2側面を有している。前記第1側面で前記ゲート絶縁膜に接している前記接続領域のp型不純物濃度が、上側から下側に向かうにしたがって低くなるように分布しており、前記第2側面で前記ゲート絶縁膜に接している前記接続領域のp型不純物濃度が、上側から下側に向かうにしたがって低くなるように分布している。前記第2側面で前記ゲート絶縁膜に接している前記接続領域の上端のp型不純物濃度が、前記第1側面で前記ゲート絶縁膜に接している前記接続領域の下端のp型不純物濃度よりも高い。 A switching element disclosed in the present specification includes a semiconductor substrate, a trench provided on an upper surface of the semiconductor substrate, a gate insulating film arranged in the trench, and a gate insulating film arranged in the trench. A gate electrode is insulated from the semiconductor substrate by a film. The semiconductor substrate has a p-type body region in contact with the gate insulating film, an n-type drift region in contact with the gate insulating film below the body region, and the gate insulating film on the bottom surface of the trench. It has a p-type bottom region that is in contact with the film, and a p-type connection region that is in contact with the trench on the side surface of the trench and that connects the body region and the bottom region. The side surface of the trench has a step portion below the body region. The width of the trench is narrower on the lower side of the step than on the upper side of the step. The side surface of the trench has a first side surface located above the step portion and a second side surface located below the step portion. The p-type impurity concentration of the connection region in contact with the gate insulating film on the first side surface is distributed so as to decrease from the upper side to the lower side, and the p-type impurity concentration on the second side surface affects the gate insulating film. The p-type impurity concentration of the contact regions in contact with each other is distributed so as to decrease from the upper side to the lower side. The p-type impurity concentration at the upper end of the connection region in contact with the gate insulating film on the second side surface is higher than the p-type impurity concentration at the lower end of the connection region in contact with the gate insulating film on the first side surface. high.
上記のスイッチング素子では、トレンチの側面が、ボディ領域よりも下側において、段差部を有している。段差部の下側では、段差部の上側よりもトレンチの幅が狭い。段差部を設けることで、トレンチの下端の角部と段差部とに電界集中箇所が分散するので、トレンチの下端の角部の電界を緩和することができる。 In the above switching element, the side surface of the trench has a step portion below the body region. The width of the trench on the lower side of the step portion is narrower than that on the upper side of the step portion. By providing the step portion, the electric field concentration portions are dispersed in the corner portion at the lower end of the trench and the step portion, so that the electric field at the corner portion at the lower end of the trench can be relaxed.
また、上記のスイッチング素子では、段差部の上下に位置する各側面(第1側面及び第2側面)における接続領域のp型不純物濃度が、上側から下側に向かうにしたがって低くなるように分布している。スイッチング素子がオフしているときには、接続領域内に空乏層が広がる。また、p型不純物濃度が高い領域では、p型不純物濃度が低い領域よりも空乏層が広がり難い。したがって、p型不純物濃度が高い領域ではp型不純物濃度が低い領域よりも空乏層の幅が狭くなる。このため、p型不純物濃度が高い領域ではp型不純物濃度が低い領域よりも非空乏化領域(空乏化していない領域)の幅が広くなる。したがって、第1側面と第2側面のそれぞれにおいて、非空乏化領域の幅が上側から下側に向かうにしたがって狭くなるように非空乏化領域が分布する。また、第2側面に接する接続領域の上端のp型不純物濃度が、第1側面に接する接続領域の下端のp型不純物濃度よりも高い。すなわち、第2側面に接する接続領域の上端における非空乏化領域の幅が、第1側面に接する接続領域の下端における非空乏化領域の幅よりも広い。このため、段差部の上下において、非空乏化領域が滑らかに接続される。このように滑らかに接続された非空乏化領域によって段差部が覆われるので、段差部での電界集中を緩和することができる。このように、この半導体装置によれば、トレンチの近傍における電界集中を緩和することができる。 Further, in the above switching element, the p-type impurity concentration of the connection region on each side surface (first side surface and second side surface) located above and below the step portion is distributed so as to decrease from the upper side to the lower side. ing. When the switching element is off, the depletion layer spreads in the connection region. Further, in the region where the p-type impurity concentration is high, the depletion layer is less likely to spread than in the region where the p-type impurity concentration is low. Therefore, the width of the depletion layer is narrower in the region where the p-type impurity concentration is higher than in the region where the p-type impurity concentration is low. Therefore, in the region having a high p-type impurity concentration, the width of the non-depleted region (the region not depleted) is wider than that in the region having a low p-type impurity concentration. Therefore, in each of the first side surface and the second side surface, the non-depleted regions are distributed such that the width of the non-depleted region becomes narrower from the upper side to the lower side. Further, the p-type impurity concentration at the upper end of the connection region in contact with the second side face is higher than the p-type impurity concentration at the lower end of the connection region in contact with the first side face. That is, the width of the non-depleted region at the upper end of the connection region in contact with the second side face is wider than the width of the non-depleted region at the lower end of the connection region in contact with the first side face. Therefore, the non-depleted regions are smoothly connected above and below the step. Since the step portion is covered by the non-depleted region that is smoothly connected in this way, it is possible to reduce the electric field concentration at the step portion. Thus, according to this semiconductor device, the electric field concentration near the trench can be relaxed.
図1、2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、半導体基板12の上面12a上の電極、絶縁層等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 and 2 show a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 10 according to an 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に示すように、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。ゲート絶縁膜24は、底部絶縁膜24aと側面絶縁膜24bを有している。底部絶縁膜24aは、トレンチ22の底部に設けられている。底部絶縁膜24aは、トレンチ22の底面と、その底面近傍の側面を覆っている。側面絶縁膜24bは、底部絶縁膜24aよりも上側のトレンチ22の側面を覆っている。底部絶縁膜24aの厚み(すなわち、底部絶縁膜24aの上面と下面の間の幅(別言すると、ゲート電極26の下端とトレンチ22の底面の間の間隔))は、側面絶縁膜24bの厚み(すなわち、トレンチ22の側面とゲート電極26の側面の間の間隔)よりも厚い。各トレンチ22内には、ゲート電極26が配置されている。各ゲート電極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。各ゲート電極26の上面は、層間絶縁膜28によって覆われている。
As shown in FIGS. 1 to 3, a plurality of
図2、3に示すように、トレンチ22の側面23は、後述するボディ領域32(メインボディ領域32b)よりも下側において、段差部40を有している。段差部40の下側では、段差部40の上側よりもトレンチ22の幅が狭い。すなわち、段差部40が設けられることによって、トレンチ22の幅(x方向の幅)が上側から下側に向かうにしたがって狭くなっている。段差部40は、ゲート電極26の下端よりも下側に位置している。段差部40は、半導体基板12の上面(すなわち、x−y平面)と略平行に伸びている。トレンチ22の側面23は、段差部40の上側に位置する第1側面23aと、段差部40の下側に位置する第2側面23bを有している。トレンチ22の側面23のうち、ボディ領域32の下端から段差部40までの範囲が第1側面23aであり、トレンチ22の下端から段差部40までの範囲が第2側面23bである。第1側面23aと第2側面23bのそれぞれは、半導体基板12の深さ方向(z方向)に伸びている。第1側面23aと第2側面23bは、段差部40によって接続されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, 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。上部電極70は、層間絶縁膜28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28によってゲート電極26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。
The
図2、3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及び複数の接続領域38が設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, 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。各ソース領域30は、トレンチ22の側面23において、側面絶縁膜24bに接している。各ソース領域30は、トレンチ22の上端部において側面絶縁膜24bに接している。
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、コンタクト領域32aとメインボディ領域32bを有している。コンタクト領域32aは、メインボディ領域32bよりも高いp型不純物濃度を有している。コンタクト領域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。コンタクト領域32aは、上部電極70にオーミック接触している。メインボディ領域32bは、トレンチ22の側面23において、側面絶縁膜24bに接している。メインボディ領域32bは、ソース領域30の下側で側面絶縁膜24bに接している。
The
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23において、側面絶縁膜24b及び底部絶縁膜24aに接している。ドリフト領域34は、ボディ領域32の下側で側面絶縁膜24b及び底部絶縁膜24aに接している。
The
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。図2、3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、底部絶縁膜24aに接している。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の周囲は、ドリフト領域34に囲まれている。接続領域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
各接続領域38は、p型領域である。図2に示すように、各接続領域38は、対応するトレンチ22の側面23に露出する範囲に配置されている。各接続領域38は、対応するトレンチ22の側面23において、側面絶縁膜24b及び底部絶縁膜24aに接している。各接続領域38は、トレンチ22の側面23に沿ってz方向に伸びている。図1に示すように、各トレンチ22に対して、複数の接続領域38がy方向に間隔を空けて配置されている。図2に示すように、接続領域38の上端は、メインボディ領域32bに接続されている。接続領域38の下端は、底部領域36に接続されている。すなわち、接続領域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。接続領域38は、複数の高濃度領域42と、複数の中濃度領域44と、複数の低濃度領域46を有している。
Each
高濃度領域42は、中濃度領域44よりも高いp型不純物濃度を有している。高濃度領域42のp型不純物濃度は、メインボディ領域32bのp型不純物濃度よりも高い。中濃度領域44は、低濃度領域46よりも高いp型不純物濃度を有している。図2に示すように、各接続領域38は、トレンチ22の第1側面23aに接する範囲で、高濃度領域42(以下、第1高濃度領域42aという。)、中濃度領域44(以下、第1中濃度領域44aという。)及び低濃度領域46(以下、第1低濃度領域46aという。)を有している。トレンチ22の第1側面23aに接する範囲では、第1高濃度領域42aが接続領域38の上部を構成しており、第1低濃度領域46aが接続領域38の下部を構成しており、第1中濃度領域44aが第1高濃度領域42aと第1低濃度領域46aの間の範囲の接続領域38を構成している。すなわち、第1側面23aでトレンチ22に接している接続領域38のp型不純物濃度が、上側から下側に向かうにしたがって段階的に低くなるように分布している。第1高濃度領域42aの上端は、メインボディ領域32bに接続されている。また、各接続領域38は、トレンチ22の第2側面23bに接する範囲において、高濃度領域42(以下、第2高濃度領域42bという。)、中濃度領域44(以下、第2中濃度領域44bという。)及び低濃度領域46(以下、第2低濃度領域46bという。)を有している。トレンチ22の第2側面23bに接する範囲では、第2高濃度領域42bが接続領域38の上部を構成しており、第2低濃度領域46bが接続領域38の下部を構成しており、第2中濃度領域44bが第2高濃度領域42bと第2低濃度領域46bの間の範囲の接続領域38を構成している。すなわち、第2側面23bでトレンチ22に接している接続領域38のp型不純物濃度が、上側から下側に向かうにしたがって段階的に低くなるように分布している。第2高濃度領域42bの上端は、第1低濃度領域46aの下端及び段差部40に接続されており、第2低濃度領域46bの下端は、底部領域36に接続されている。第2高濃度領域42bは、第1低濃度領域46aよりもp型不純物濃度が高い。
The high concentration region 42 has a higher p-type impurity concentration than the medium concentration region 44. The p-type impurity concentration of the high concentration region 42 is higher than the p-type impurity concentration of the
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のドレイン側(下部電極72)がソース側(上部電極70)よりも高電位となる向きで、電源電圧が印加される。ゲート電極26にゲートオン電位(ゲート閾値よりも高い電位)を印加すると、側面絶縁膜24bに接する範囲のメインボディ領域32bにチャネル(反転層)が形成され、MOSFET10がオンする。ゲート電極26にゲートオフ電位(ゲート閾値以下の電位)を印加すると、チャネルが消滅し、MOSFET10がオフする。
Next, the operation of
MOSFET10がオフすると、ドリフト領域34とp型領域(すなわち、ボディ領域32、接続領域38及び底部領域36)の界面のpn接合に逆電圧が印加される。このため、そのpn接合からドリフト領域34に空乏層が広がる。空乏化したドリフト領域34によって、ボディ領域32とドレイン領域35の間の電圧が保持される。特に、底部領域36からその周囲に空乏層が広がることで、トレンチ22の下端近傍における電界集中が抑制される。また、ボディ領域32よりも下側において、トレンチ22の側面23が、段差部40を有している。段差部40を設けることで、トレンチ22の下端の角部と段差部40とに電界集中箇所が分散する。このため、MOSFET10では、トレンチ22の下端の角部の電界をより好適に緩和することができる。
When the
また、MOSFET10がオフすると、接続領域38とドリフト領域34の界面のpn接合にも逆電圧が印加される。すると、そのpn接合から接続領域38内に空乏層が広がる。MOSFET10では、段差部40の上下に位置する各側面(第1側面23a及び第2側面23b)における接続領域38それぞれが高濃度領域42、中濃度領域44及び低濃度領域46を有している。すなわち、接続領域38のp型不純物濃度が、第1側面23a及び第2側面23bのそれぞれにおいて上側から下側に向かうにしたがって低くなるように分布している。p型不純物濃度が高い領域では、p型不純物濃度が低い領域よりも空乏層が広がり難い。図4は、空乏層100と非空乏化領域102(空乏化していない領域)の分布を示している。図4において、斜線でハッチングされた半導体領域が非空乏化領域102であり、ハッチングされていない半導体領域が空乏化領域100である。図4に示すように、p型不純物濃度が高い領域ではp型不純物濃度が低い領域よりも空乏層100の幅が狭くなる。このため、p型不純物濃度が高い領域ではp型不純物濃度が低い領域よりも非空乏化領域102の幅が広くなる。具体的には、高濃度領域42では中濃度領域44よりも非空乏化領域102の幅が広くなり、中濃度領域44では、低濃度領域46よりも非空乏化領域102の幅が広くなる。したがって、第1側面23aと第2側面23bのそれぞれにおいて、非空乏化領域102の幅が上側から下側に向かうにしたがって狭くなるように非空乏化領域102が分布する。また、MOSFET10では、第2高濃度領域42bのp型不純物濃度が、第1低濃度領域46aのp型不純物濃度よりも高い。このため、第2高濃度領域42bの非空乏化領域102の幅が、第1低濃度領域46aの非空乏化領域102の幅よりも広くなる。このため、段差部40の上下において、非空乏化領域102が滑らかに接続される。このように滑らかに接続された非空乏化領域102によって段差部40が覆われるので、MOSFET10がオフしたときに、段差部40での電界集中を緩和することができる。
When the
次に、MOSFET10の製造方法について説明する。まず、図5に示すように、n型のドレイン領域35と、ドレイン領域35上に配置された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型のメインボディ領域32bと、メインボディ領域32b上に配置されたp型のコンタクト領域32a及びn型のソース領域30を有する半導体基板12xを準備する。ドリフト領域34、メインボディ領域32b、コンタクト領域32a及びソース領域30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。
Next, a method of manufacturing
次に、図6に示すように、開口部80aを有するマスク80を半導体基板12xの上面に形成する。開口部80aは、後の工程で形成されるトレンチ22(図6では、二点鎖線によりトレンチ22が形成される範囲を示している。)の第2側面23bに接する範囲の接続領域38を形成すべき部分の上部に設けられる。マスク80は、例えば、酸化シリコンにより構成される。そして、マスク80を介して半導体基板12xの上面からp型不純物を注入する。半導体基板12xの上面がマスク80により覆われている範囲では、マスク80によってp型不純物の半導体基板12xへの注入が遮られる。ここでは、p型不純物のドーズ量や照射エネルギーを変更しながら、複数回p型不純物を注入することで、第2低濃度領域46b、第2中濃度領域44b及び第2高濃度領域42bの3層の領域を形成する。このとき、第2高濃度領域42b、第2中濃度領域44b、第2低濃度領域46bの順にp型不純物濃度が低くなるようにそれぞれの領域42b、44b、46bが形成される。また、第2高濃度領域42bは、第2中濃度領域44b及び第2低濃度領域46bよりもx方向の幅が広くなるように形成される。
Next, as shown in FIG. 6, a
次に、図7に示すように、開口部82aを有するマスク82を半導体基板12xの上面に形成する。開口部82aの幅は、形成すべきトレンチ22の第2側面23bの深さ位置におけるトレンチ22のx方向の幅と等しくなるように設けられる。マスク82は、例えば、酸化シリコンによって構成される。そして、開口部82a内の半導体基板12xの上面をエッチングすることによって、トレンチ22aを形成する。次に、図8に示すように、トレンチ22aの内面を覆うように保護酸化膜84を形成する。そして、トレンチ22aの底面に保護酸化膜84を介してp型不純物を注入し、底部領域36を形成する。
Next, as shown in FIG. 7, a
次に、保護酸化膜84及びマスク82を除去した後、図9に示すように、トレンチ22a内を充填するように、開口部86aを有する埋め込み酸化膜86を形成する。開口部86aは、トレンチ22の第2側面23bに接する範囲の接続領域38を形成すべき部分の上部に設けられる。埋め込み酸化膜86は、例えば、酸化シリコンによって構成される。そして、埋め込み酸化膜86を介して半導体基板12xの上面からp型不純物を注入する。半導体基板12xの上面が埋め込み酸化膜86により覆われている範囲では、埋め込み酸化膜86によってp型不純物の半導体基板12xへの注入が遮られる。ここでは、p型不純物のドーズ量や照射エネルギーを変更しながら、複数回p型不純物を注入することで、第1低濃度領域46a、第1中濃度領域44a及び第1高濃度領域42aの3層の領域を形成する。このとき、第1高濃度領域42a、第1中濃度領域44a、第1低濃度領域46aの順にp型不純物濃度が低くなるようにそれぞれの領域42a、44a、46aが形成される。また、第1高濃度領域42aは、第1中濃度領域44a及び第1低濃度領域46aよりもx方向の幅が広くなるように形成される。また、第1低濃度領域46aは、第2高濃度領域42bよりもp型不純物濃度が低くなるように形成される。これにより、接続領域38が形成される。
Next, after removing the
次に、図10に示すように、開口部88aを有するマスク88を半導体基板12xの上面及び埋め込み酸化膜86の上面に形成する。開口部88aは、x方向において、形成すべきトレンチ22の第1側面23aの位置から、トレンチ22aまでの範囲の上部に設けられる。マスク88は、例えば、酸化シリコンによって構成される。そして、開口部88a内の半導体基板12xの上面をエッチングすることによって、トレンチ22bを形成する。トレンチ22a及びトレンチ22bがトレンチ22となる。その後、マスク88及び埋め込み酸化膜86を除去し、図11に示すように、トレンチ22の底面上に底部絶縁膜24aを形成する。次いで、底部絶縁膜24aの上側のトレンチ22の側面を覆うように、側面絶縁膜24bを形成する。次いで、底部絶縁膜24aと側面絶縁膜24bの形成後のトレンチ22の内部にゲート電極26を形成する。ゲート電極26は、接続領域38が設けられていない断面において、ゲート電極26の下端がボディ領域32の下側に位置するように形成される。
Next, as shown in FIG. 10, a
その後、従来公知の方法で層間絶縁膜28、上部電極70及び下部電極72を形成することによって、図1〜3のMOSFET10が完成する。
After that, the
なお、上述した実施形態では、ボディ領域32よりも下側におけるトレンチ22の短手方向の側面23が、段差部40によって互いに接続される第1側面23aと第2側面23bの2段の側面により構成されていた。しかしながら、ボディ領域32よりも下側におけるトレンチ22の短手方向の側面23が、2段よりも多くの側面によって構成されていてもよい。例えば、図12に示すように、ボディ領域32よりも下側におけるトレンチ22の短手方向の側面23が、段差部41によって第2側面23bに接続される第3側面23cをさらに有していてもよい。この場合、第3側面23cでトレンチ22に接している接続領域38のp型不純物濃度は、上側から下側に向かうにしたがって段階的に低くなるように分布することができる。例えば、図12に示すように、第3側面23cでトレンチ22に接する範囲の接続領域38が、第2低濃度領域46bの下端及び段差部41に接続される第3高濃度領域42cと、第3高濃度領域42cに接続される第3中濃度領域44cと、第3中濃度領域44c及び底部領域36に接続される第3低濃度領域46cを有するように構成されてもよい。この場合、第3高濃度領域42cは第2低濃度領域46bよりもp型不純物濃度が高くなるように形成されればよい。
In the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態では、第1側面23a及び第2側面23bそれぞれに接する範囲における接続領域38が、高濃度領域42と中濃度領域44と低濃度領域46の3層によって構成されていた。しかしながら、接続領域38が、3層よりも多くの層によって構成されていてもよい。すなわち、接続領域38内のp型不純物濃度が、ボディ領域32側から底部領域36側に向かうにしたがって低くなるように分布していれば、接続領域38が3層よりも多くの層によって構成されていてもよい。また、第1側面23a及び第2側面23bそれぞれに接する範囲における接続領域38内のp型不純物濃度が、ボディ領域32側から底部領域36側に向かうにしたがって徐々に低くなるように構成されていてもよい。
Further, in the above-described embodiment, 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。 Specific examples of the present invention have been described above 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 changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technique illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of purposes at the same time, and achieving the one purpose among them has technical utility.
10:MOSFET、12:半導体基板、22:トレンチ、23:側面、23a:第1側面、23b:第2側面、23c:第3側面、24:ゲート絶縁膜、26:ゲート電極、28:層間絶縁膜、30:ソース領域、32:ボディ領域、34:ドリフト領域、35:ドレイン領域、36:底部領域、38:接続領域、40:段差部、42:高濃度領域、44:中濃度領域、46:低濃度領域、70:上部電極、72:下部電極
10: MOSFET, 12: semiconductor substrate, 22: trench, 23: side surface, 23a: first side surface, 23b: second side surface, 23c: third side surface, 24: gate insulating film, 26: gate electrode, 28: interlayer insulation Film, 30: source region, 32: body region, 34: drift region, 35: drain region, 36: bottom region, 38: connection region, 40: step portion, 42: high concentration region, 44: medium concentration region, 46 : Low concentration region, 70: upper electrode, 72: lower electrode
Claims (1)
半導体基板と、
前記半導体基板の上面に設けられたトレンチと、
前記トレンチ内に配置されたゲート絶縁膜と、
前記トレンチ内に配置されており、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たゲート電極、
を備えており、
前記半導体基板が、
前記ゲート絶縁膜に接している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に接している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いるp型の底部領域と、
前記トレンチの側面において前記ゲート絶縁膜に接しており、前記ボディ領域と前記底部領域を接続しているp型の接続領域、
を有しており、
前記トレンチの前記側面が、前記ボディ領域よりも下側において、段差部を有しており、
前記段差部よりも下側では、前記段差部の上側よりも、トレンチの幅が狭く、
前記トレンチの前記側面が、前記段差部の上側に位置する第1側面と、前記段差部の下側に位置する第2側面を有しており、
前記第1側面で前記ゲート絶縁膜に接している前記接続領域のp型不純物濃度が、上側から下側に向かうにしたがって低くなるように分布しており、
前記第2側面で前記ゲート絶縁膜に接している前記接続領域のp型不純物濃度が、上側から下側に向かうにしたがって低くなるように分布しており、
前記第2側面で前記ゲート絶縁膜に接している前記接続領域の上端のp型不純物濃度が、前記第1側面で前記ゲート絶縁膜に接している前記接続領域の下端のp型不純物濃度よりも高い、
スイッチング素子。 A switching element,
A semiconductor substrate,
A trench provided on the upper surface of the semiconductor substrate,
A gate insulating film disposed in the trench,
A gate electrode disposed in the trench and insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film,
Is equipped with
The semiconductor substrate is
A p-type body region in contact with the gate insulating film,
An n-type drift region below the body region and in contact with the gate insulating film,
A p-type bottom region in contact with the gate insulating film on the bottom surface of the trench,
A p-type connection region that is in contact with the gate insulating film on the side surface of the trench and connects the body region and the bottom region,
Has
The side surface of the trench has a step portion below the body region,
On the lower side of the step portion, the width of the trench is narrower than on the upper side of the step portion,
The side surface of the trench has a first side surface located above the step portion and a second side surface located below the step portion,
The p-type impurity concentration of the connection region in contact with the gate insulating film on the first side surface is distributed so as to decrease from the upper side to the lower side,
The p-type impurity concentration of the connection region in contact with the gate insulating film on the second side surface is distributed so as to decrease from the upper side to the lower side,
The p-type impurity concentration at the upper end of the connection region in contact with the gate insulating film on the second side surface is higher than the p-type impurity concentration at the lower end of the connection region in contact with the gate insulating film on the first side surface. high,
Switching element.
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-
2018
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