JP2020126932A - Trench gate type semiconductor device - Google Patents

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JP2020126932A JP2019018655A JP2019018655A JP2020126932A JP 2020126932 A JP2020126932 A JP 2020126932A JP 2019018655 A JP2019018655 A JP 2019018655A JP 2019018655 A JP2019018655 A JP 2019018655A JP 2020126932 A JP2020126932 A JP 2020126932A
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武寛 加藤
Takehiro Kato
武寛 加藤
泰 浦上
Yasushi Uragami
泰 浦上
渡辺 行彦
Yukihiko Watanabe
行彦 渡辺
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Abstract

To provide a technique capable of reducing channel resistance in a trench gate type semiconductor device.SOLUTION: A semiconductor substrate has an n-type first semiconductor region, a p-type body region, and an n-type second semiconductor region which are arranged between a first trench and a second trench. A body region is arranged below the first semiconductor region and extends from a position where it is in contact with a gate insulating film in the first trench to a position where it is in contact with a gate insulating film in the second trench. The second semiconductor region is arranged below the body region. The interval between the first trench and the second trench is 100 nm or less. The body region has a first high-concentration region provided in a range where it is in contact with the gate insulating film in the first trench, a second high-concentration region in a range where it is in contact with the gate insulating film in the second trench, and a low-concentration region which is arranged between the first high-concentration region and the second high-concentration region, and has a p-type impurity concentration lower than those of the first high-concentration region and the second high-concentration region.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書に開示の技術は、トレンチゲート型半導体装置に関する。 The technology disclosed in the present specification relates to a trench gate type semiconductor device.

特許文献1には、トレンチゲート型半導体装置が開示されている。この半導体装置は、上面にトレンチが設けられた半導体基板と、トレンチ内に配置されたゲート絶縁膜及びゲート電極を有している。ゲート電極は、ゲート絶縁膜によって半導体基板から絶縁されている。この半導体装置では、半導体基板が、第1半導体領域と、ボディ領域と、第2半導体領域を有している。第1半導体領域は、n型であり、ゲート絶縁膜に接している。ボディ領域は、p型であり、第1半導体領域の下側でゲート絶縁膜に接している。第2半導体領域は、n型であり、ボディ領域の下側でゲート絶縁膜に接しており、ボディ領域によって第1半導体領域から分離されている。 Patent Document 1 discloses a trench gate type semiconductor device. This semiconductor device has a semiconductor substrate having a trench provided on the upper surface thereof, and a gate insulating film and a gate electrode arranged in the trench. The gate electrode is insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film. In this semiconductor device, the semiconductor substrate has a first semiconductor region, a body region, and a second semiconductor region. The first semiconductor region is n-type and is in contact with the gate insulating film. The body region is p-type and is in contact with the gate insulating film below the first semiconductor region. The second semiconductor region is n-type, is in contact with the gate insulating film below the body region, and is separated from the first semiconductor region by the body region.

特許文献1の半導体装置がオンするときには、ゲート電極の電位をゲート閾値よりも高くする。すると、ゲート絶縁膜近傍のボディ領域にチャネルが形成される。チャネルを経由して第1半導体領域から第2半導体領域に電子が流れることにより、半導体装置がオン状態となる。 When the semiconductor device of Patent Document 1 is turned on, the potential of the gate electrode is set higher than the gate threshold value. Then, a channel is formed in the body region near the gate insulating film. Electrons flow from the first semiconductor region to the second semiconductor region via the channel, so that the semiconductor device is turned on.

特開2015−159271号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2015-159272

特許文献1の半導体装置では、ゲート絶縁膜近傍にのみチャネルが形成される。したがって、電子は、ボディ領域とゲート絶縁膜の界面近傍を流れる。ボディ領域とゲート絶縁膜の界面近傍を電子が流れる際に、電子が散乱される。例えば、ゲート絶縁膜とボディ領域の間の界面準位に捕捉された電荷によって電子が散乱される。また、ボディ領域とゲート絶縁膜の間の界面の粗さによって電子が散乱される。このように電子が散乱されることによって、チャネルを流れる電子の移動度が低下し、チャネル抵抗が高くなるという問題がある。本明細書は、トレンチゲート型半導体装置において、チャネル抵抗を低減することができる技術を提供する。 In the semiconductor device of Patent Document 1, the channel is formed only near the gate insulating film. Therefore, the electrons flow near the interface between the body region and the gate insulating film. When the electrons flow near the interface between the body region and the gate insulating film, the electrons are scattered. For example, electrons are scattered by the charges trapped in the interface state between the gate insulating film and the body region. In addition, electrons are scattered by the roughness of the interface between the body region and the gate insulating film. Due to the scattering of electrons in this way, there is a problem that the mobility of the electrons flowing through the channel decreases and the channel resistance increases. The present specification provides a technique capable of reducing channel resistance in a trench gate type semiconductor device.

トレンチゲート型半導体装置では、2つの隣接するトレンチの間の間隔を狭くすることにより、半導体装置がオンするときに、トレンチ間に位置するボディ領域の略全域にチャネルを形成することができる。すなわち、ボディ領域の幅を狭くすることにより、トレンチ間に位置するボディ領域の略全域をチャネルとして機能させることができる。本明細書では、トレンチ間に位置するボディ領域の略全域に形成されるチャネルをバルクチャネルという。バルクチャネルでは、ゲート絶縁膜から離れた位置でも電子が流れる。このため、電子は、ゲート絶縁膜とボディ領域の間の界面に起因する散乱の影響を受け難い。したがって、バルクチャネルにより、電子の移動度を向上させることができる。しかしながら、バルクチャネル型のトレンチゲート型半導体装置においては、ボディ領域の濃度を比較的低くする必要がある。このため、ゲート閾値が低いという問題がある。上記の事情に鑑みて、本明細書が開示するトレンチゲート型半導体装置は、以下の構成を有する。 In the trench gate type semiconductor device, by narrowing the interval between two adjacent trenches, when the semiconductor device is turned on, a channel can be formed in almost the entire body region located between the trenches. That is, by narrowing the width of the body region, almost the entire body region located between the trenches can function as a channel. In the present specification, a channel formed in almost the entire body region located between the trenches is referred to as a bulk channel. In the bulk channel, electrons flow even at a position away from the gate insulating film. Therefore, the electrons are less likely to be affected by the scattering caused by the interface between the gate insulating film and the body region. Therefore, the bulk channel can improve electron mobility. However, in the bulk channel type trench gate type semiconductor device, it is necessary to make the concentration of the body region relatively low. Therefore, there is a problem that the gate threshold value is low. In view of the above circumstances, the trench gate type semiconductor device disclosed in this specification has the following configuration.

本明細書が開示するトレンチゲート型半導体装置は、半導体基板と、第1トレンチと、第2トレンチと、ゲート絶縁膜と、ゲート電極を有している。前記第1トレンチは、前記半導体基板の上面に設けられている。前記第2トレンチは、前記半導体基板の前記上面に前記第1トレンチから間隔を空けて設けられている。前記ゲート絶縁膜は、前記第1トレンチの内面及び前記第2トレンチの内面を覆っている。前記ゲート電極は、前記第1トレンチ内及び前記第2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ている。前記半導体基板が、第1半導体領域と、ボディ領域と第2半導体領域を有している。前記第1半導体領域は、前記第1トレンチと前記第2トレンチの間に配置されているn型領域である。前記ボディ領域は、前記第1トレンチと前記第2トレンチの間に配置されており、前記第1半導体領域の下側に配置されており、前記第1トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接する位置から前記第2トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接する位置まで伸びているp型領域である。前記第2半導体領域は、前記第1トレンチと前記第2トレンチの間に配置されており、前記ボディ領域の下側に配置されており、前記第1トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接する位置から前記第2トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接する位置まで伸びており、前記ボディ領域によって前記第1半導体領域から分離されているn型領域である。前記第1トレンチと前記第2トレンチの間の間隔が100nm以下である。前記ボディ領域が、前記第1トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接する範囲に設けられた第1高濃度領域と、前記第2トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接する範囲に設けられた第2高濃度領域と、前記第1高濃度領域と前記第2高濃度領域の間に配置されており、前記第1高濃度領域及び前記第2高濃度領域よりもp型不純物濃度が低い低濃度領域を有する。 The trench gate type semiconductor device disclosed in this specification includes a semiconductor substrate, a first trench, a second trench, a gate insulating film, and a gate electrode. The first trench is provided on the upper surface of the semiconductor substrate. The second trench is provided on the upper surface of the semiconductor substrate at a distance from the first trench. The gate insulating film covers the inner surface of the first trench and the inner surface of the second trench. The gate electrode is arranged in the first trench and the second trench, and is insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film. The semiconductor substrate has a first semiconductor region, a body region and a second semiconductor region. The first semiconductor region is an n-type region arranged between the first trench and the second trench. The body region is disposed between the first trench and the second trench, is disposed below the first semiconductor region, and extends from a position in contact with the gate insulating film in the first trench. The p-type region extends to a position in contact with the gate insulating film in the second trench. The second semiconductor region is arranged between the first trench and the second trench, is arranged below the body region, and is located from a position in contact with the gate insulating film in the first trench. An n-type region that extends to a position in contact with the gate insulating film in the second trench and is separated from the first semiconductor region by the body region. The distance between the first trench and the second trench is 100 nm or less. A first high-concentration region provided in a range where the body region contacts the gate insulating film in the first trench, and a second high-concentration region provided in a range contacting the gate insulating film in the second trench. A region and a low concentration region which is arranged between the first high concentration region and the second high concentration region and has a p-type impurity concentration lower than those of the first high concentration region and the second high concentration region. ..

上記のトレンチゲート型半導体装置では、ボディ領域が、第1トレンチ内のゲート絶縁膜に接する位置から第2トレンチ内のゲート絶縁膜に接する位置まで伸びている。また、第1トレンチと第2トレンチの間の間隔が100nm以下であり、バルクチャネルを形成可能なほど十分に狭い。このため、上記の半導体装置をオンする際には、ボディ領域の略全域にバルクチャネルが形成される。 In the above trench gate type semiconductor device, the body region extends from a position in contact with the gate insulating film in the first trench to a position in contact with the gate insulating film in the second trench. Further, the distance between the first trench and the second trench is 100 nm or less, which is sufficiently narrow to form a bulk channel. Therefore, when the semiconductor device is turned on, a bulk channel is formed in almost the entire body region.

また、上記のトレンチゲート型半導体装置では、ボディ領域が、ゲート絶縁膜に接する範囲に設けられた第1高濃度領域及び第2高濃度領域と、第1高濃度領域と第2高濃度領域の間に配置された低濃度領域を有している。ゲート絶縁膜に接する範囲に第1高濃度領域と第2高濃度領域を設けることで、ボディ領域に反転層が広がり難くなる。このため、従来よりもゲート閾値を高くすることができる。また、ボディ領域にバルクチャネルが形成されると、電子が、p型不純物濃度が低い低濃度領域内を流れることができる。p型不純物濃度が低い低濃度領域では、固定電荷(p型不純物)による電子の散乱が生じ難いので、電子の移動度が高い。したがって、低いチャネル抵抗を実現することができる。このように、このトレンチゲート型半導体装置では、高いゲート閾値と低いチャネル抵抗を実現することができる。 Further, in the above trench gate type semiconductor device, the body region includes the first high concentration region and the second high concentration region, which are provided in a range in contact with the gate insulating film, and the first high concentration region and the second high concentration region. It has a low-concentration region disposed in between. By providing the first high-concentration region and the second high-concentration region in the range in contact with the gate insulating film, it becomes difficult for the inversion layer to spread in the body region. Therefore, the gate threshold value can be made higher than in the conventional case. Further, when the bulk channel is formed in the body region, electrons can flow in the low concentration region where the p-type impurity concentration is low. In the low-concentration region where the p-type impurity concentration is low, electrons are less likely to be scattered by fixed charges (p-type impurities), so that the mobility of electrons is high. Therefore, low channel resistance can be realized. Thus, in this trench gate type semiconductor device, a high gate threshold and a low channel resistance can be realized.

実施例に係る半導体装置10の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device 10 which concerns on an Example. 高濃度領域の幅を変化させたときのゲート閾値のシミュレーション結果を示す図。The figure which shows the simulation result of the gate threshold value when changing the width of a high concentration area|region. 高濃度領域の幅を変化させたときのオン抵抗のシミュレーション結果を示す図。The figure which shows the simulation result of ON resistance when changing the width of a high concentration area|region. 半導体装置10の製造工程を説明するための図(実施例1)。6A to 6D are views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device 10 (Example 1). 半導体装置10の製造工程を説明するための図(実施例1)。6A to 6D are views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device 10 (Example 1). 半導体装置10の製造工程を説明するための図(実施例1)。6A to 6D are views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device 10 (Example 1). 半導体装置10の製造工程を説明するための図(実施例1)。6A to 6D are views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device 10 (Example 1). 半導体装置10の製造工程を説明するための図(実施例1)。6A to 6D are views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device 10 (Example 1). 半導体装置10の製造工程を説明するための図(実施例2)。6A and 6B are views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device 10 (Example 2). 半導体装置10の製造工程を説明するための図(実施例2)。6A and 6B are views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device 10 (Example 2). 半導体装置10の製造工程を説明するための図(実施例3)。6A to 6C are views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device 10 (Example 3). 半導体装置10の製造工程を説明するための図(実施例3)。6A to 6C are views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device 10 (Example 3).

図1に示す実施例1のトレンチゲート型半導体装置10(以下、半導体装置10という。)は、MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)である。半導体装置10は、半導体基板12を有している。本実施例では、半導体基板12は、炭化珪素(SiC)により構成されている。半導体基板12の材料は、上記に限定されず、例えば、珪素(Si)や窒化ガリウム(GaN)といった各種の半導体材料であってもよい。以下では、半導体基板12の上面12aに平行な一方向(図1の左右方向)をx方向といい、上面12aに平行でx方向に直交する方向(図1の紙面に対して垂直な方向)をy方向という。図1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。各トレンチ22は、y方向に長く伸びている。各トレンチ22は、x方向に間隔を空けて互いに平行に伸びている。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。各トレンチ22の内部には、ゲート電極26が配置されている。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。以下では、説明の便宜上、図1において左側のトレンチ22を第1トレンチ22aといい、図1において右側のトレンチ22を第2トレンチ22bということがある。なお、図示されていないが、図1において、第1トレンチ22aの左側及び第2トレンチ22bの右側には、トレンチ22と同様のトレンチが複数形成されている。本実施例では、各トレンチ22の間の間隔は100nm以下である。詳細には、図1に示すように、隣接する2つのトレンチ22の対向する側面の間の間隔Wが100nm以下である。 The trench gate type semiconductor device 10 (hereinafter referred to as the semiconductor device 10) of the first embodiment shown in FIG. 1 is a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). The semiconductor device 10 has a semiconductor substrate 12. In this embodiment, the semiconductor substrate 12 is made of silicon carbide (SiC). The material of the semiconductor substrate 12 is not limited to the above, and may be various semiconductor materials such as silicon (Si) and gallium nitride (GaN). Hereinafter, one direction parallel to the upper surface 12a of the semiconductor substrate 12 (left-right direction in FIG. 1) is referred to as the x direction, and a direction parallel to the upper surface 12a and orthogonal to the x direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1) Is called the y direction. As shown in FIG. 1, a plurality of trenches 22 are provided on the upper surface 12 a of the semiconductor substrate 12. Each trench 22 extends long in the y direction. The trenches 22 extend in parallel with each other at intervals in the x direction. The inner surface of each trench 22 is covered with a gate insulating film 24. A gate electrode 26 is arranged inside each trench 22. The gate electrode 26 is insulated from the semiconductor substrate 12 by the gate insulating film 24. The upper surface of each gate electrode 26 is covered with an interlayer insulating film 28. Hereinafter, for convenience of description, the left trench 22 in FIG. 1 may be referred to as a first trench 22a, and the right trench 22 in FIG. 1 may be referred to as a second trench 22b. Although not shown, a plurality of trenches similar to the trench 22 are formed on the left side of the first trench 22a and the right side of the second trench 22b in FIG. In this embodiment, the distance between the trenches 22 is 100 nm or less. Specifically, as shown in FIG. 1, the distance W between the opposing side surfaces of two adjacent trenches 22 is 100 nm or less.

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の略全域に接している。 The upper electrode 70 is arranged on the upper surface 12 a of the semiconductor substrate 12. The upper electrode 70 is in contact with the upper surface 12a of the semiconductor substrate 12 at the portion where the interlayer insulating film 28 is not provided. The upper electrode 70 is insulated from the gate electrode 26 by the interlayer insulating film 28. A lower electrode 72 is arranged on the lower surface 12b of the semiconductor substrate 12. The lower electrode 72 is in contact with substantially the entire lower surface 12b of the semiconductor substrate 12.

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及びドレイン領域35が設けられている。なお、隣接する2つのトレンチ22の間における半導体基板12の内部の構成は、同様であるため、以下では、図1に示す2つのトレンチ22a、22bの間に位置する構成について説明する。 Inside the semiconductor substrate 12, a plurality of source regions 30, a body region 32, a drift region 34 and a drain region 35 are provided. Since the internal configuration of the semiconductor substrate 12 between the two adjacent trenches 22 is the same, the configuration located between the two trenches 22a and 22b shown in FIG. 1 will be described below.

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おり、上部電極70にオーミック接触している。ソース領域30は、第1トレンチ22aの上端部において第1トレンチ22a内のゲート絶縁膜24に接する第1ソース領域30aと、第2トレンチ22bの上端部において第2トレンチ22b内のゲート絶縁膜24に接する第2ソース領域30bを有している。 The source region 30 is an n-type region. Each source region 30 is arranged at a position exposed on the upper surface 12 a of the semiconductor substrate 12, and is in ohmic contact with the upper electrode 70. The source region 30 includes a first source region 30a in contact with the gate insulating film 24 in the first trench 22a at the upper end of the first trench 22a, and a gate insulating film 24 in the second trench 22b at the upper end of the second trench 22b. Has a second source region 30b in contact with.

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、第1ソース領域30aと第2ソース領域30b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、第1ソース領域30aと第2ソース領域30b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、第1ソース領域30a、コンタクト領域32a及び第2ソース領域30bの下側に配置されている。メインボディ領域32bは、第1トレンチ22a内のゲート絶縁膜24に接する位置から第2トレンチ22b内のゲート絶縁膜24に接する位置まで伸びている。メインボディ領域32bは、第1高濃度領域33aと、第2高濃度領域33bと、低濃度領域33cを有している。 The body region 32 is a p-type region. The body region 32 is in contact with each source region 30. The body region 32 extends from the range between the first source region 30a and the second source region 30b to the lower side of each source region 30. The body region 32 has a contact region 32a and a main body region 32b. Contact region 32a has a higher p-type impurity concentration than main body region 32b. The contact region 32a is arranged in a range sandwiched between the first source region 30a and the second source region 30b. The contact region 32a is in ohmic contact with the upper electrode 70. The main body region 32b is arranged below the first source region 30a, the contact region 32a, and the second source region 30b. The main body region 32b extends from a position in contact with the gate insulating film 24 in the first trench 22a to a position in contact with the gate insulating film 24 in the second trench 22b. The main body region 32b has a first high-concentration region 33a, a second high-concentration region 33b, and a low-concentration region 33c.

第1高濃度領域33aは、第1トレンチ22aのゲート絶縁膜24に接する範囲に設けられている。第1高濃度領域33aは、第1ソース領域30aの下側で第1トレンチ22a内のゲート絶縁膜24に接している。第2高濃度領域33bは、第2トレンチ22bのゲート絶縁膜24に接する範囲に設けられている。第2高濃度領域33bは、第2ソース領域30bの下側で第2トレンチ22b内のゲート絶縁膜24に接している。第2高濃度領域33bのp型不純物濃度は、第1高濃度領域33aのp型不純物濃度と略等しい。第1高濃度領域33a及び第2高濃度領域33bのp型不純物濃度は、特に限定されないが、例えば、2×1018cm−3である。低濃度領域33cは、第1高濃度領域33aと第2高濃度領域33bの間に配置されている。低濃度領域33cは、第1高濃度領域33aによって第1トレンチ22a内のゲート絶縁膜24から分離されている。低濃度領域33cは、第2高濃度領域33bによって第2トレンチ22b内のゲート絶縁膜24から分離されている。低濃度領域33cは、コンタクト領域32aに接している。低濃度領域33cは、第1ソース領域30a及び第2ソース領域30bに接している。低濃度領域33cは、第1高濃度領域33a及び第2高濃度領域33bよりも低いp型不純物濃度を有している。低濃度領域33cのp型不純物濃度は、特に限定されないが、例えば、2×1016cm−3である。また、第1高濃度領域33aの幅(第1トレンチ22a内のゲート絶縁膜24と低濃度領域33cの間の距離)及び第2高濃度領域33bの幅(第2トレンチ22b内のゲート絶縁膜24と低濃度領域33cの間の距離)は、特に限定されないが、例えば、10nmである。 The first high concentration region 33a is provided in a range in contact with the gate insulating film 24 of the first trench 22a. The first high concentration region 33a is in contact with the gate insulating film 24 in the first trench 22a below the first source region 30a. The second high concentration region 33b is provided in a range in contact with the gate insulating film 24 of the second trench 22b. The second high concentration region 33b is in contact with the gate insulating film 24 in the second trench 22b below the second source region 30b. The p-type impurity concentration of the second high-concentration region 33b is substantially equal to the p-type impurity concentration of the first high-concentration region 33a. The p-type impurity concentration of the first high concentration region 33a and the second high concentration region 33b is not particularly limited, but is, for example, 2×10 18 cm −3 . The low concentration region 33c is arranged between the first high concentration region 33a and the second high concentration region 33b. The low concentration region 33c is separated from the gate insulating film 24 in the first trench 22a by the first high concentration region 33a. The low concentration region 33c is separated from the gate insulating film 24 in the second trench 22b by the second high concentration region 33b. The low concentration region 33c is in contact with the contact region 32a. The low concentration region 33c is in contact with the first source region 30a and the second source region 30b. The low-concentration region 33c has a p-type impurity concentration lower than those of the first high-concentration region 33a and the second high-concentration region 33b. The p-type impurity concentration of the low-concentration region 33c is not particularly limited, but is, for example, 2×10 16 cm −3 . The width of the first high-concentration region 33a (distance between the gate insulating film 24 in the first trench 22a and the low-concentration region 33c) and the width of the second high-concentration region 33b (gate insulating film in the second trench 22b). The distance between 24 and the low concentration region 33c is not particularly limited, but is 10 nm, for example.

ドリフト領域34は、n型領域である。ドリフト領域34は、メインボディ領域32bの下側に配置されている。ドリフト領域34は、第1高濃度領域33a、第2高濃度領域33b、及び、低濃度領域33cに接している。ドリフト領域34は、第1トレンチ22a内のゲート絶縁膜24に接する位置から第2トレンチ22b内のゲート絶縁膜24に接する位置まで伸びている。ドリフト領域34は、メインボディ領域32bによってソース領域30から分離されている。ドリフト領域34は、第1トレンチ22aの底部を覆うとともに、第2トレンチ22bの底部を覆っている。 The drift region 34 is an n-type region. The drift region 34 is arranged below the main body region 32b. The drift region 34 is in contact with the first high concentration region 33a, the second high concentration region 33b, and the low concentration region 33c. The drift region 34 extends from a position in contact with the gate insulating film 24 in the first trench 22a to a position in contact with the gate insulating film 24 in the second trench 22b. The drift region 34 is separated from the source region 30 by the main body region 32b. The drift region 34 covers the bottom of the first trench 22a and the bottom of the second trench 22b.

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 drain region 35 is an n-type region. The drain region 35 has a higher n-type impurity concentration than the drift region 34. The drain region 35 is arranged below the drift region 34. The drain region 35 is exposed on the lower surface 12b of the semiconductor substrate 12. The drain region 35 is in ohmic contact with the lower electrode 72.

次に、半導体装置10の動作について説明する。半導体装置10の使用時には、半導体装置10と負荷(例えば、モータ)と電源が直列に接続される。半導体装置10と負荷の直列回路に対して、電源電圧が印加される。半導体装置10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。半導体装置10をオンするときには、ゲート電極26の電位を、ゲート閾値よりも高い電位まで上昇させる。ゲート電極26の電位を上昇させる過程において、まず、メインボディ領域32bの第1高濃度領域33a及び第2高濃度領域33bがn型に反転する。本実施例では、第1トレンチ22aと第2トレンチ22bの間の間隔Wが100nm以下となっている。すなわち、メインボディ領域32bの幅が100nm以下である。メインボディ領域32bの幅が十分に狭いので、ゲート電極26の電位をさらに上昇させると、第1高濃度領域33a及び第2高濃度領域33bから低濃度領域33cに反転層が広がり、低濃度領域33cの略全域がn型に反転する。これにより、第1トレンチ22aと第2トレンチ22bの間のメインボディ領域32bの全域にチャネル(すなわち、バルクチャネル)が形成される。メインボディ領域32bにバルクチャネルが形成されると、バルク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。したがって、ソース領域30からバルクチャネルを介してドリフト領域34へ電子が流れる。これにより、半導体装置10がオンする。半導体装置10をオフするときには、ゲート電極26にゲート閾値よりも低い電位を印加する。すると、メインボディ領域32bに形成されていたバルクチャネルが消滅し、半導体装置10がオフする。 Next, the operation of the semiconductor device 10 will be described. When using the semiconductor device 10, the semiconductor device 10, a load (for example, a motor), and a power supply are connected in series. A power supply voltage is applied to the series circuit of the semiconductor device 10 and the load. The power supply voltage is applied so that the drain side (lower electrode 72) of the semiconductor device 10 has a higher potential than the source side (upper electrode 70). When the semiconductor device 10 is turned on, the potential of the gate electrode 26 is raised to a potential higher than the gate threshold. In the process of raising the potential of the gate electrode 26, first, the first high concentration region 33a and the second high concentration region 33b of the main body region 32b are inverted to n-type. In this embodiment, the distance W between the first trench 22a and the second trench 22b is 100 nm or less. That is, the width of the main body region 32b is 100 nm or less. Since the width of the main body region 32b is sufficiently narrow, when the potential of the gate electrode 26 is further increased, the inversion layer spreads from the first high concentration region 33a and the second high concentration region 33b to the low concentration region 33c, and the low concentration region is reduced. Substantially the entire area of 33c is inverted to the n-type. As a result, a channel (that is, a bulk channel) is formed in the entire main body region 32b between the first trench 22a and the second trench 22b. When the bulk channel is formed in the main body region 32b, the source region 30 and the drift region 34 are connected by the bulk channel. Therefore, electrons flow from the source region 30 to the drift region 34 via the bulk channel. As a result, the semiconductor device 10 is turned on. When the semiconductor device 10 is turned off, a potential lower than the gate threshold value is applied to the gate electrode 26. Then, the bulk channel formed in the main body region 32b disappears, and the semiconductor device 10 is turned off.

隣接するトレンチの間隔が広い従来の半導体装置では、ボディ領域のゲート絶縁膜近傍の範囲にのみチャネルが形成される。したがって、電子はボディ領域とゲート絶縁膜の界面近傍を流れる。この際、ゲート絶縁膜とボディ領域の間の界面準位に捕捉された電荷や、ボディ領域とゲート絶縁膜の間の界面の粗さによって電子が散乱される。その結果、チャネルを流れる電子の移動度が低下し、チャネル抵抗が高くなる。 In the conventional semiconductor device in which the distance between the adjacent trenches is large, the channel is formed only in the area near the gate insulating film in the body region. Therefore, the electrons flow near the interface between the body region and the gate insulating film. At this time, the electrons are scattered by the charges trapped in the interface state between the gate insulating film and the body region and the roughness of the interface between the body region and the gate insulating film. As a result, the mobility of the electrons flowing in the channel is lowered and the channel resistance is increased.

これに対し、本実施例では、上述したように、メインボディ領域32bにバルクチャネルが形成される。バルクチャネルでは、ゲート絶縁膜24の近傍の高濃度領域33a、33bだけでなく、ゲート絶縁膜24から離れた低濃度領域33cでも電子が流れる。ゲート絶縁膜24から離れた低濃度領域33c内では、ゲート絶縁膜24とメインボディ領域32bの間の界面に起因する電子の散乱が生じない。また、p型不純物濃度が低い低濃度領域33cでは、固定電荷(p型不純物)による電子の散乱が生じ難い。このように、低濃度領域33c内では、電子の散乱が生じ難いので、電子の移動度が高い。したがって、本実施例の半導体装置10では、バルクチャネルが形成されることにより、低いチャネル抵抗を実現することができる。 On the other hand, in the present embodiment, as described above, the bulk channel is formed in the main body region 32b. In the bulk channel, electrons flow not only in the high-concentration regions 33a and 33b near the gate insulating film 24 but also in the low-concentration region 33c distant from the gate insulating film 24. In the low-concentration region 33c distant from the gate insulating film 24, electron scattering due to the interface between the gate insulating film 24 and the main body region 32b does not occur. Further, in the low concentration region 33c where the p-type impurity concentration is low, it is difficult for electrons to be scattered by fixed charges (p-type impurities). Thus, in the low-concentration region 33c, electrons are less likely to be scattered, so that the mobility of electrons is high. Therefore, in the semiconductor device 10 of this embodiment, a low channel resistance can be realized by forming the bulk channel.

なお、ゲート絶縁膜24の近傍に位置する高濃度領域33a、33bでは、ゲート絶縁膜24とメインボディ領域32bの間の界面に起因する電子の散乱が生じる。また、p型不純物濃度が高い高濃度領域33a、33bでは、固定電荷(p型不純物)による電子の散乱が生じ易い。このように、高濃度領域33a、33b内では、電子の散乱が生じ易いので、電子の移動度が低い。しかしながら、本実施例の半導体装置10では、電子は、上述したように移動度が高い低濃度領域33cを流れることができる。このため、半導体装置10は、低いオン抵抗を有する。 In the high-concentration regions 33a and 33b located near the gate insulating film 24, electrons are scattered due to the interface between the gate insulating film 24 and the main body region 32b. Further, in the high-concentration regions 33a and 33b having a high p-type impurity concentration, electrons are easily scattered by fixed charges (p-type impurities). Thus, in the high-concentration regions 33a and 33b, electrons are likely to be scattered, so that the mobility of electrons is low. However, in the semiconductor device 10 of the present embodiment, electrons can flow in the low concentration region 33c having high mobility as described above. Therefore, the semiconductor device 10 has low on-resistance.

また、本実施例の半導体装置10では、ゲート絶縁膜24に接する範囲に、第1高濃度領域33a及び第2高濃度領域33bが設けられている。このため、ゲート電極26の電位を上昇させるときに、第1高濃度領域33aと第2高濃度領域33bがn型に反転し難い。したがって、ゲート電極26の電位をある程度上昇させないと、第1高濃度領域33aと第2高濃度領域33bがn型に反転しない。そして、第1高濃度領域33aと第2高濃度領域33bがn型に反転した後に、低濃度領域33cがn型に反転して、バルクチャネルが形成される。このように、ゲート絶縁膜24に接する範囲に第1高濃度領域33a及び第2高濃度領域33bが設けられていることで、バルクチャネルを形成するのに必要なゲート電極26の電位が高くなる。したがって、この半導体装置10では、従来よりもゲート閾値を高くすることができる。なお、本実施例の半導体装置10では、第1高濃度領域33a及び第2高濃度領域33bのp型不純物濃度を適宜調整することによって、所望のゲート閾値を実現することができる。 Further, in the semiconductor device 10 of the present embodiment, the first high concentration region 33a and the second high concentration region 33b are provided in the range in contact with the gate insulating film 24. Therefore, when increasing the potential of the gate electrode 26, it is difficult for the first high concentration region 33a and the second high concentration region 33b to invert to the n-type. Therefore, unless the potential of the gate electrode 26 is raised to some extent, the first high concentration region 33a and the second high concentration region 33b do not invert to the n-type. Then, after the first high-concentration region 33a and the second high-concentration region 33b are inverted to n-type, the low-concentration region 33c is inverted to n-type to form a bulk channel. Thus, the first high-concentration region 33a and the second high-concentration region 33b are provided in the range in contact with the gate insulating film 24, so that the potential of the gate electrode 26 required to form the bulk channel becomes high. .. Therefore, in this semiconductor device 10, the gate threshold can be made higher than in the conventional case. In the semiconductor device 10 of the present embodiment, a desired gate threshold value can be realized by appropriately adjusting the p-type impurity concentration of the first high concentration region 33a and the second high concentration region 33b.

図2は、第1高濃度領域33a及び第2高濃度領域33bの幅を変化させたときのゲート閾値についてシミュレーションした結果を示している。図2及び後述する図3においては、高濃度領域幅が0nmのデータは、第1高濃度領域33a及び第2高濃度領域33bを有さない(すなわち、メインボディ領域32bが低濃度領域33cのみによって構成されている)半導体装置のシミュレーション結果を示している。図2に示すように、メインボディ領域32bが高濃度領域33a、33bを有していると、ゲート閾値が上昇する結果となった。また、高濃度領域33a、33bの幅が広いほど、ゲート閾値が上昇する結果となった。 FIG. 2 shows a result of simulating the gate threshold when the widths of the first high concentration region 33a and the second high concentration region 33b are changed. In FIG. 2 and FIG. 3 described later, the data of the high-concentration region width of 0 nm does not include the first high-concentration region 33a and the second high-concentration region 33b (that is, the main body region 32b includes only the low-concentration region 33c. FIG. 4 shows a simulation result of a semiconductor device (composed of the above). As shown in FIG. 2, when the main body region 32b has the high-concentration regions 33a and 33b, the gate threshold value is increased. Further, the wider the high-concentration regions 33a and 33b, the higher the gate threshold.

図3は、第1高濃度領域33a及び第2高濃度領域33bの幅を変化させたときの、メインボディ領域32bの面積とオン抵抗の積(RonA)についてシミュレーションした結果を示している。図3では、RonAを、高濃度領域33a、33bを有さない場合を基準とした相対比で表している。RonAが高いことは、半導体装置のオン抵抗が高いことを意味する。図3に示すように、高濃度領域幅を大きくするほどRonAが増加する結果となった。また、高濃度領域幅を1nm程度まで狭くすれば、高濃度領域が存在しない場合と同等の低いRonAが得られる結果となった。また、高濃度領域幅を10nm程度としても、高濃度領域が存在しない場合と比較してオン抵抗がそれほど上昇しない結果となった。このように、ゲート絶縁膜24とメインボディ領域32bの間の界面近傍のみに高濃度領域33a、33bを形成することによって、RonAを低い値に維持することができることが分かった。 FIG. 3 shows a simulation result of the product of the area of the main body region 32b and the on-resistance (RonA) when the widths of the first high concentration region 33a and the second high concentration region 33b are changed. In FIG. 3, RonA is represented by a relative ratio based on the case where the high concentration regions 33a and 33b are not provided. High RonA means that the semiconductor device has high on-resistance. As shown in FIG. 3, the result was that RonA increased as the width of the high-concentration region was increased. Further, if the width of the high concentration region is narrowed to about 1 nm, the result is that RonA as low as that in the case where there is no high concentration region is obtained. Further, even if the width of the high-concentration region is set to about 10 nm, the on-resistance does not increase so much as compared with the case where the high-concentration region does not exist. Thus, it was found that RonA can be maintained at a low value by forming the high-concentration regions 33a and 33b only near the interface between the gate insulating film 24 and the main body region 32b.

図2、3から明らかなように、ゲート絶縁膜24とメインボディ領域32bの間の界面近傍のみに高濃度領域33a、33bを設けることによって、高いゲート閾値と低いオン抵抗を実現することができる。 As is clear from FIGS. 2 and 3, by providing the high-concentration regions 33a and 33b only near the interface between the gate insulating film 24 and the main body region 32b, it is possible to realize a high gate threshold and a low on-resistance. ..

なお、本実施例のように、SiCによって構成された半導体基板12では、ゲート絶縁膜24とメインボディ領域32bの間の界面近傍における電子の移動度が約10〜120cm/Vsであるのに対し、ゲート絶縁膜24から離れた位置での電子の移動度は約800〜1000cm/Vsである。したがって、ゲート絶縁膜24近傍ではなく、ゲート絶縁膜24から離れた位置にある低濃度領域33cに主に電子を流すことで、チャネル抵抗を大幅に低減することができる。このように、本明細書に開示の技術は、SiCによって構成された半導体基板12を用いる場合に特に有用である。 In the semiconductor substrate 12 made of SiC as in this embodiment, the electron mobility in the vicinity of the interface between the gate insulating film 24 and the main body region 32b is about 10 to 120 cm 2 /Vs. On the other hand, the mobility of electrons at a position away from the gate insulating film 24 is about 800 to 1000 cm 2 /Vs. Therefore, the channel resistance can be significantly reduced by causing electrons to flow mainly in the low-concentration region 33c at a position distant from the gate insulating film 24, not in the vicinity of the gate insulating film 24. As described above, the technique disclosed in this specification is particularly useful when the semiconductor substrate 12 made of SiC is used.

次に、半導体装置10の製造方法について説明する。まず、図4に示すように、エピタキシャル成長によって、ドリフト領域34上にp型の低濃度領域33cを形成する。 Next, a method of manufacturing the semiconductor device 10 will be described. First, as shown in FIG. 4, a p-type low concentration region 33c is formed on the drift region 34 by epitaxial growth.

次に、図5に示すように、低濃度領域33cの上面を選択的にエッチングすることにより、低濃度領域33cの上面に複数のトレンチ50を形成する。各トレンチ50は、その底面が低濃度領域33cとドリフト領域34の界面と略同じ深さとなるように形成される。すなわち、各トレンチ50の底面にドリフト領域34が露出する。 Next, as shown in FIG. 5, a plurality of trenches 50 are formed in the upper surface of the low concentration region 33c by selectively etching the upper surface of the low concentration region 33c. Each trench 50 is formed so that the bottom surface thereof has substantially the same depth as the interface between the low concentration region 33c and the drift region 34. That is, the drift region 34 is exposed on the bottom surface of each trench 50.

次に、図6に示すように、エピタキシャル成長によって、各トレンチ50内にp型の高濃度領域33を形成する。高濃度領域33は、低濃度領域33cよりも高いp型不純物濃度を有するように形成される。 Next, as shown in FIG. 6, a p-type high concentration region 33 is formed in each trench 50 by epitaxial growth. The high concentration region 33 is formed to have a higher p-type impurity concentration than the low concentration region 33c.

次に、図7に示すように、高濃度領域33と低濃度領域33cの上面からn型とp型の不純物を注入することによって、n型のソース領域30と、p型のコンタクト領域32aを形成する。 Next, as shown in FIG. 7, by implanting n-type and p-type impurities from the upper surfaces of the high-concentration region 33 and the low-concentration region 33c, the n-type source region 30 and the p-type contact region 32a are removed. Form.

次に、図8に示すように、各ソース領域30の上面を選択的にエッチングすることによって、各ソース領域30の上面に複数のトレンチ22を形成する。各トレンチ22は、ソース領域30及び高濃度領域33を貫通してドリフト領域34に達するように形成される。各トレンチ22は、各トレンチ22の両側面に接する範囲に、ソース領域30と高濃度領域33が残存するように形成される。ここでは、残存する高濃度領域33の幅が、約10nmとなるようにエッチングが行われる。また、隣接する2つのトレンチ22の間の間隔が100nm以下となるように各トレンチ22が形成される。 Next, as shown in FIG. 8, a plurality of trenches 22 are formed in the upper surface of each source region 30 by selectively etching the upper surface of each source region 30. Each trench 22 is formed so as to penetrate the source region 30 and the high concentration region 33 and reach the drift region 34. Each trench 22 is formed such that the source region 30 and the high-concentration region 33 remain in a range in contact with both side surfaces of each trench 22. Here, etching is performed so that the width of the remaining high-concentration region 33 is about 10 nm. Further, each trench 22 is formed such that the interval between two adjacent trenches 22 is 100 nm or less.

その後、従来公知の方法で、ゲート絶縁膜24、ゲート電極26、層間絶縁膜28、上部電極70、ドレイン領域35及び下部電極72を形成することによって、図1に示す半導体装置10が完成する。 After that, the gate insulating film 24, the gate electrode 26, the interlayer insulating film 28, the upper electrode 70, the drain region 35, and the lower electrode 72 are formed by a conventionally known method, whereby the semiconductor device 10 shown in FIG. 1 is completed.

実施例2では、半導体装置の製造方法が実施例1と異なるが、その構成については実施例1と同様である。実施例2の製造方法では、実施例1の図4に示す低濃度領域33cを形成した後、図9に示すように、低濃度領域33cの上面を選択的にエッチングすることにより、低濃度領域33cの上面に複数のトレンチ22を形成する。各トレンチ22は、低濃度領域33cを貫通してドリフト領域34に達するように形成される。また、ここでは、隣接する2つのトレンチ22の間の間隔が、100nm以下となるように各トレンチ22が形成される。 The second embodiment is different from the first embodiment in the method of manufacturing the semiconductor device, but the configuration is the same as that of the first embodiment. In the manufacturing method of the second embodiment, after the low concentration region 33c shown in FIG. 4 of the first embodiment is formed, the upper surface of the low concentration region 33c is selectively etched as shown in FIG. A plurality of trenches 22 are formed on the upper surface of 33c. Each trench 22 is formed so as to penetrate the low concentration region 33c and reach the drift region 34. Further, here, each trench 22 is formed such that the interval between two adjacent trenches 22 is 100 nm or less.

次に、図10に示すように、各トレンチ22の側面にp型不純物を注入する。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傾斜させることで実施される。これにより、図10に示すように、各トレンチ22の側面に高濃度領域33を形成する。ここでは、高濃度領域33の幅が約10nmとなるように、p型不純物のドーズ量や照射エネルギーを調整する。その後、ソース領域30及びコンタクト領域32aを各種不純物のイオン注入により形成し、従来公知の方法で、ゲート絶縁膜24、ゲート電極26、層間絶縁膜28、上部電極70、ドレイン領域35及び下部電極72を形成することによって、半導体装置10が完成する。 Next, as shown in FIG. 10, p-type impurities are implanted into the side surface of each trench 22. The p-type impurity is implanted by inclining the irradiation direction of the p-type impurity with respect to the depth direction of the trench 22. Thereby, as shown in FIG. 10, the high concentration region 33 is formed on the side surface of each trench 22. Here, the dose amount of the p-type impurity and the irradiation energy are adjusted so that the width of the high concentration region 33 is about 10 nm. After that, the source region 30 and the contact region 32a are formed by ion implantation of various impurities, and the gate insulating film 24, the gate electrode 26, the interlayer insulating film 28, the upper electrode 70, the drain region 35, and the lower electrode 72 are formed by a conventionally known method. The semiconductor device 10 is completed by forming the.

実施例3では、半導体装置の製造方法が実施例1と異なるが、その構成については実施例1と同様である。実施例3の製造方法では、まず、図11に示すように、ドリフト領域60を有する半導体基板を準備する。ドリフト領域60は、図4におけるドリフト領域34と低濃度領域33cとを合わせた厚みを有する。次いで、図11に示すように、ドリフト領域60の上面を選択的にエッチングすることにより、ドリフト領域60の上面に複数のトレンチ22を形成する。ここでは、隣接する2つのトレンチ22の間の間隔が、100nm以下となるように各トレンチ22が形成される。 In the third embodiment, the semiconductor device manufacturing method is different from that of the first embodiment, but the configuration is the same as that of the first embodiment. In the manufacturing method of Example 3, first, as shown in FIG. 11, a semiconductor substrate having a drift region 60 is prepared. The drift region 60 has a total thickness of the drift region 34 and the low concentration region 33c in FIG. Next, as shown in FIG. 11, a plurality of trenches 22 are formed in the upper surface of the drift region 60 by selectively etching the upper surface of the drift region 60. Here, each trench 22 is formed such that the distance between two adjacent trenches 22 is 100 nm or less.

次に、図12に示すように、各トレンチ22の側面にp型不純物を注入する。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。これにより、図12に示すように、各トレンチ22の側面に接する範囲に高濃度領域33を形成し、高濃度領域33よりもトレンチ22の側面から離間する範囲に低濃度領域33cを形成する。隣接する2つのトレンチ22の間の間隔は100nm以下と狭い。したがって、この工程では、トレンチ22の側面へのイオン注入時にp型不純物の注入プロファイルを調整することによって、低濃度領域33cと高濃度領域33を形成することができる。すなわち、トレンチ22の側面に対してp型不純物を注入するときに、トレンチ22の側面に接する範囲ではp型不純物の濃度が高くなり、トレンチ22の側面から離間する範囲ではp型不純物の濃度が低くなるように、p型不純物を注入する。これにより、低濃度領域33cと高濃度領域33を形成する。その後、ソース領域30及びコンタクト領域32aを各種不純物のイオン注入により形成し、従来公知の方法で、ゲート絶縁膜24、ゲート電極26、層間絶縁膜28、上部電極70、ドレイン領域35及び下部電極72を形成することによって、半導体装置10が完成する。 Next, as shown in FIG. 12, p-type impurities are implanted into the side surface of each trench 22. The p-type impurity is implanted by appropriately sloping the irradiation direction of the p-type impurity with respect to the depth direction of the trench 22. As a result, as shown in FIG. 12, the high-concentration region 33 is formed in a range in contact with the side surface of each trench 22, and the low-concentration region 33c is formed in a range more distant from the side surface of the trench 22 than the high-concentration region 33. The distance between two adjacent trenches 22 is as narrow as 100 nm or less. Therefore, in this step, the low-concentration region 33c and the high-concentration region 33 can be formed by adjusting the implantation profile of the p-type impurity during the ion implantation into the side surface of the trench 22. That is, when the p-type impurity is implanted into the side surface of the trench 22, the p-type impurity concentration becomes high in the range in contact with the side surface of the trench 22, and the p-type impurity concentration becomes high in the range away from the side surface of the trench 22. A p-type impurity is implanted so that it becomes low. As a result, the low concentration region 33c and the high concentration region 33 are formed. After that, the source region 30 and the contact region 32a are formed by ion implantation of various impurities, and the gate insulating film 24, the gate electrode 26, the interlayer insulating film 28, the upper electrode 70, the drain region 35, and the lower electrode 72 are formed by a conventionally known method. The semiconductor device 10 is completed by forming the.

上述した実施例では、2つのソース領域30の間にコンタクト領域32aが配置されていた。しかしながら、コンタクト領域32aを別の位置に形成し、第1ソース領域30aと第2ソース領域30bが接続されていてもよい。すなわち、ソース領域30が、半導体基板12の上面12aに露出する範囲で、第1トレンチ22a内のゲート絶縁膜24に接する位置から第2トレンチ22b内のゲート絶縁膜24に接する位置まで伸びていてもよい。このような構成であっても、上述した実施例と同様の効果を奏することができる。 In the above-described embodiment, the contact region 32a is arranged between the two source regions 30. However, the contact region 32a may be formed at another position and the first source region 30a and the second source region 30b may be connected. That is, the source region 30 extends from a position in contact with the gate insulating film 24 in the first trench 22a to a position in contact with the gate insulating film 24 in the second trench 22b in a range exposed on the upper surface 12a of the semiconductor substrate 12. Good. Even with such a configuration, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.

また、上述した実施例では、ソース領域30がゲート絶縁膜24に接していた。しかしながら、ソース領域30は、ゲート絶縁膜24に接していなくてもよい。本明細書に開示の技術では、バルクチャネルを利用して電子が主に低濃度領域33cを流れる。すなわち、主にゲート絶縁膜24から離れた位置を電子が流れる。したがって、ソース領域30がゲート絶縁膜24に接していない場合であっても、上部電極70からソース領域30、バルクチャネル、ドリフト領域34及びドレイン領域35を経由して下部電極72へ電子を流すことができる。 Further, in the above-described embodiments, the source region 30 is in contact with the gate insulating film 24. However, the source region 30 does not have to be in contact with the gate insulating film 24. In the technique disclosed in this specification, electrons mainly flow in the low concentration region 33c by utilizing the bulk channel. That is, electrons mainly flow at a position away from the gate insulating film 24. Therefore, even when the source region 30 is not in contact with the gate insulating film 24, electrons are allowed to flow from the upper electrode 70 to the lower electrode 72 via the source region 30, the bulk channel, the drift region 34, and the drain region 35. You can

また、第1高濃度領域33aと第2高濃度領域33bは、図示しない位置で接続されていてもよい。 The first high concentration region 33a and the second high concentration region 33b may be connected at a position not shown.

また、上述した実施例では、半導体装置10がMOSFETである場合を説明した。しかしながら、半導体装置10は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であってもよい。ドレイン領域35をp型領域に変更することにより、IGBTの構造を得ることができる。 Further, in the above-described embodiments, the case where the semiconductor device 10 is the MOSFET has been described. However, the semiconductor device 10 may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The structure of the IGBT can be obtained by changing the drain region 35 to the p-type region.

上述した実施例の構成要素と請求項の構成要素の関係について説明する。実施例のソース領域30は、請求項の第1半導体領域の一例である。実施例のドリフト領域34は、請求項の第2半導体領域の一例である。 The relationship between the components of the above-described embodiment and the components of the claims will be described. The source region 30 of the embodiment is an example of the claimed first semiconductor region. The drift region 34 of the embodiment is an example of the second semiconductor region in the claims.

本明細書が開示する技術要素を以下に記載する。本明細書が開示する一例の構成では、半導体基板は、炭化珪素(SiC)により構成されていてもよい。SiCにより構成された半導体基板では、ゲート絶縁膜との界面近傍における電子の移動度が特に低い。このため、本明細書が開示するバルクチャネル型の半導体装置は、SiCにより構成された半導体基板を用いる場合、特に有用である。 The technical elements disclosed in this specification are described below. In the configuration of the example disclosed in this specification, the semiconductor substrate may be made of silicon carbide (SiC). In a semiconductor substrate made of SiC, the mobility of electrons is particularly low near the interface with the gate insulating film. Therefore, the bulk channel semiconductor device disclosed in this specification is particularly useful when a semiconductor substrate made of SiC is used.

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 objects at the same time, and achieving the one object among them has technical utility.

10:トレンチゲート型半導体装置、12:半導体基板、12a:上面、12b:下面、22a:第1トレンチ、22b:第2トレンチ、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、32a:コンタクト領域、32b:メインボディ領域、33a:第1高濃度領域、33b:第2高濃度領域、33c:低濃度領域、34:ドリフト領域、35:ドレイン領域、70:上部電極、72:下部電極 Reference numeral 10: trench gate type semiconductor device, 12: semiconductor substrate, 12a: upper surface, 12b: lower surface, 22a: first trench, 22b: second trench, 24: gate insulating film, 26: gate electrode, 28: interlayer insulating film, 30: source region, 32: body region, 32a: contact region, 32b: main body region, 33a: first high concentration region, 33b: second high concentration region, 33c: low concentration region, 34: drift region, 35: Drain region, 70: upper electrode, 72: lower electrode

Claims (2)

トレンチゲート型半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の上面に設けられている第1トレンチと、
前記半導体基板の前記上面に前記第1トレンチから間隔を空けて設けられている第2トレンチと、
前記第1トレンチの内面及び前記第2トレンチの内面を覆うゲート絶縁膜と、
前記第1トレンチ内及び前記第2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ているゲート電極、
を有しており、
前記半導体基板が、
前記第1トレンチと前記第2トレンチの間に配置されているn型の第1半導体領域と、
前記第1トレンチと前記第2トレンチの間に配置されており、前記第1半導体領域の下側に配置されており、前記第1トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接する位置から前記第2トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接する位置まで伸びているp型のボディ領域と、
前記第1トレンチと前記第2トレンチの間に配置されており、前記ボディ領域の下側に配置されており、前記第1トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接する位置から前記第2トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接する位置まで伸びており、前記ボディ領域によって前記第1半導体領域から分離されているn型の第2半導体領域、
を有しており、
前記第1トレンチと前記第2トレンチの間の間隔が100nm以下であり、
前記ボディ領域が、
前記第1トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接する範囲に設けられた第1高濃度領域と、
前記第2トレンチ内の前記ゲート絶縁膜に接する範囲に設けられた第2高濃度領域と、
前記第1高濃度領域と前記第2高濃度領域の間に配置されており、前記第1高濃度領域及び前記第2高濃度領域よりもp型不純物濃度が低い低濃度領域、
を有する、
トレンチゲート型半導体装置。
A trench gate type semiconductor device,
A semiconductor substrate,
A first trench provided on the upper surface of the semiconductor substrate;
A second trench provided on the upper surface of the semiconductor substrate at a distance from the first trench;
A gate insulating film covering the inner surface of the first trench and the inner surface of the second trench;
A gate electrode disposed in the first trench and the second trench and insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film,
Has
The semiconductor substrate is
An n-type first semiconductor region disposed between the first trench and the second trench,
It is arranged between the first trench and the second trench, is arranged below the first semiconductor region, and is arranged in the second trench from a position in contact with the gate insulating film in the first trench. A p-type body region extending to a position in contact with the gate insulating film,
It is arranged between the first trench and the second trench, is arranged below the body region, and is arranged in the second trench from a position in contact with the gate insulating film in the first trench. An n-type second semiconductor region that extends to a position in contact with the gate insulating film and is separated from the first semiconductor region by the body region,
Has
The distance between the first trench and the second trench is 100 nm or less,
The body region is
A first high-concentration region provided in a range in contact with the gate insulating film in the first trench;
A second high-concentration region provided in a range in contact with the gate insulating film in the second trench;
A low-concentration region that is arranged between the first high-concentration region and the second high-concentration region and has a lower p-type impurity concentration than the first high-concentration region and the second high-concentration region;
Have
Trench gate type semiconductor device.
前記半導体基板は、炭化珪素により構成されている、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is made of silicon carbide.
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