JP2021077674A - Trench gate type switching element, and manufacturing method for trench gate type switching element - Google Patents
Trench gate type switching element, and manufacturing method for trench gate type switching element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021077674A JP2021077674A JP2019200767A JP2019200767A JP2021077674A JP 2021077674 A JP2021077674 A JP 2021077674A JP 2019200767 A JP2019200767 A JP 2019200767A JP 2019200767 A JP2019200767 A JP 2019200767A JP 2021077674 A JP2021077674 A JP 2021077674A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulating film
- gate electrode
- trench
- outer peripheral
- gate insulating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 16
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 62
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 62
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 57
- 210000000746 body region Anatomy 0.000 claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 11
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 5
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
本明細書に開示の技術は、トレンチゲート型スイッチング素子とトレンチゲート型スイッチング素子製造方法に関する。 The techniques disclosed herein relate to trench gate type switching elements and methods for manufacturing trench gate type switching elements.
特許文献1には、トレンチゲート型スイッチング素子が開示されている。このスイッチング素子は、上面にトレンチが設けられた半導体基板と、トレンチの内面を覆うゲート絶縁膜と、トレンチ内に配置されており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を有している。このスイッチング素子では、半導体基板が、n型のソース領域と、p型のベース領域と、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。ベース領域は、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。 Patent Document 1 discloses a trench gate type switching element. This switching element has a semiconductor substrate having a trench on the upper surface, a gate insulating film covering the inner surface of the trench, and a gate electrode arranged in the trench and insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film. There is. In this switching element, the semiconductor substrate has an n-type source region, a p-type base region, and an n-type drift region. The source region is in contact with the gate insulating film. The base 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.
このスイッチング素子をオンさせるときには、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ベース領域にチャネルが形成される。チャネルを経由してソース領域からドリフト領域に電子が流れることにより、スイッチング素子がオン状態となる。 When this switching element is turned on, the potential of the gate electrode is made higher than the gate threshold value. Then, a channel is formed in the base region near the gate insulating film. The switching element is turned on by the flow of electrons from the source region to the drift region via the channel.
スイッチング素子がオンすると、半導体基板が発熱する。半導体基板の中央部は、外周部に比べて熱が逃げ難い。このため、半導体基板の中央部の温度が高くなり易い。本明細書は、トレンチゲート型スイッチング素子において、半導体基板の温度分布を均一化する技術を提供する。 When the switching element is turned on, the semiconductor substrate generates heat. Heat is less likely to escape in the central portion of the semiconductor substrate than in the outer peripheral portion. Therefore, the temperature of the central portion of the semiconductor substrate tends to rise. The present specification provides a technique for making the temperature distribution of a semiconductor substrate uniform in a trench gate type switching element.
本明細書が開示するトレンチゲート型スイッチング素子は、中央部と、前記中央部の周囲に配置された外周部を有する半導体基板と、前記半導体基板の上面に設けられており、前記中央部と前記外周部に跨って分布するトレンチと、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備えている。前記中央部と前記外周部のそれぞれが、ソース領域と、ボディ領域と、ドリフト領域を有している。前記ソース領域は、前記ゲート絶縁膜に接している第1導電型領域である。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に接している第2導電型領域である。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に接している第1導電型領域である。前記中央部内と前記外周部内のそれぞれで、前記ゲート電極が、前記ソース領域の下端よりも上側の位置から前記ドリフト領域の上端よりも下側の位置まで伸びている。前記中央部における前記ゲート電極の上端が、前記外周部における前記ゲート電極の上端よりも下側に位置している。 The trench gate type switching element disclosed in the present specification is provided on a central portion, a semiconductor substrate having an outer peripheral portion arranged around the central portion, and an upper surface of the semiconductor substrate, and the central portion and the said A trench distributed over the outer peripheral portion, a gate insulating film covering the inner surface of the trench, and a gate electrode arranged in the trench and insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film are provided. There is. Each of the central portion and the outer peripheral portion has a source region, a body region, and a drift region. The source region is a first conductive type region in contact with the gate insulating film. The body region is a second conductive type region that is in contact with the gate insulating film below the source region. The drift region is a first conductive type region that is in contact with the gate insulating film below the body region. In each of the central portion and the outer peripheral portion, the gate electrode extends from a position above the lower end of the source region to a position below the upper end of the drift region. The upper end of the gate electrode in the central portion is located below the upper end of the gate electrode in the outer peripheral portion.
上記のトレンチゲート型スイッチング素子では、中央部におけるゲート電極の上端が、外周部におけるゲート電極の上端よりも下側に位置している。このため、ゲート電極に電圧が印加されたときに、中央部では外周部よりも、ゲート絶縁膜に接する範囲のボディ領域の上端部分に電界が加わり難い。このため、中央部では、外周部よりもゲート閾値が高い。その結果、中央部では、外周部よりも電流が流れ難くなる。このように、上記のスイッチング素子では、半導体基板の中央部を流れる電流が低減されるので、中央部における発熱量が小さくなる。これによって、熱が逃げ難い半導体基板の中央部の温度上昇が抑制される。したがって、このスイッチング素子では、中央部と外周部の温度差が従来よりも小さくなり、半導体基板の温度分布を従来よりも均一化することができる。 In the trench gate type switching element described above, the upper end of the gate electrode in the central portion is located below the upper end of the gate electrode in the outer peripheral portion. Therefore, when a voltage is applied to the gate electrode, an electric field is less likely to be applied to the upper end portion of the body region in the range in contact with the gate insulating film than the outer peripheral portion in the central portion. Therefore, the gate threshold is higher in the central portion than in the outer peripheral portion. As a result, the current is less likely to flow in the central portion than in the outer peripheral portion. As described above, in the above-mentioned switching element, the current flowing through the central portion of the semiconductor substrate is reduced, so that the amount of heat generated in the central portion is reduced. As a result, the temperature rise in the central portion of the semiconductor substrate where heat cannot easily escape is suppressed. Therefore, in this switching element, the temperature difference between the central portion and the outer peripheral portion becomes smaller than before, and the temperature distribution of the semiconductor substrate can be made more uniform than before.
また、本明細書は、トレンチゲート型スイッチング素子の製造方法を開示する。前記製造方法は、中央部と、前記中央部の周囲に配置された外周部を有する半導体基板の上面に、前記中央部と前記外周部に跨って分布するトレンチを形成する工程と、前記トレンチ内に、ゲート絶縁膜と、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形成する工程と、前記中央部と前記外周部のそれぞれに、前記ゲート絶縁膜に接している第1導電型のソース領域と、前記ソース領域の下側で前記ゲート絶縁膜に接している第2導電型のボディ領域と、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第1導電型のドリフト領域を備える構造を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極を形成した後に、前記半導体基板を酸素を含む雰囲気中で加熱する工程を有している。前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極を形成する工程では、前記ゲート電極の上面が前記半導体基板の上面よりも下側に位置するように、前記ゲート電極を形成する。前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極を形成する工程では、前記ゲート電極が前記ソース領域の下端よりも上側の位置から前記ドリフト領域の上端よりも下側の位置まで伸びるように、前記ゲート電極を形成する。前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極を形成する工程では、前記中央部における前記ゲート電極の上端が、前記外周部における前記ゲート電極の上端よりも下側に位置するように、前記ゲート電極を形成する。 Further, the present specification discloses a method for manufacturing a trench gate type switching element. The manufacturing method includes a step of forming a trench distributed across the central portion and the outer peripheral portion on the upper surface of a semiconductor substrate having a central portion and an outer peripheral portion arranged around the central portion, and in the trench. In addition, a step of forming a gate insulating film and a gate electrode insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film, and a first conductivity in contact with the gate insulating film at each of the central portion and the outer peripheral portion. The source region of the mold, the second conductive type body region which is in contact with the gate insulating film below the source region, and the first conductive mold region which is in contact with the gate insulating film below the body region. It has a step of forming a structure including a drift region and a step of heating the semiconductor substrate in an atmosphere containing oxygen after forming the gate insulating film and the gate electrode. In the step of forming the gate insulating film and the gate electrode, the gate electrode is formed so that the upper surface of the gate electrode is located below the upper surface of the semiconductor substrate. In the step of forming the gate insulating film and the gate electrode, the gate electrode is formed so that the gate electrode extends from a position above the lower end of the source region to a position below the upper end of the drift region. To do. In the step of forming the gate insulating film and the gate electrode, the gate electrode is formed so that the upper end of the gate electrode in the central portion is located below the upper end of the gate electrode in the outer peripheral portion. ..
なお、トレンチを形成する工程と、ソース領域等を備える構造を形成する工程の順序は特に限定されない。すなわち、トレンチを形成した後にソース領域等を形成してもよいし、トレンチを形成する前にソース領域等を形成してもよい。 The order of the steps of forming the trench and the step of forming the structure including the source region and the like is not particularly limited. That is, the source region or the like may be formed after the trench is formed, or the source region or the like may be formed before the trench is formed.
上記の製造方法では、ゲート絶縁膜とゲート電極を形成した後に、酸素を含む雰囲気中で半導体基板を加熱する。これにより、トレンチ上端近傍で半導体基板が酸化されるとともに、酸化された領域の周辺に結晶欠陥が形成される。中央部では外周部よりも、ゲート電極の上端が下側に位置している。このため、中央部では外周部よりも、深い位置まで結晶欠陥が形成される。したがって、中央部では外周部よりも、チャネル抵抗が高くなる。その結果、この方法によって製造されたトレンチゲート型スイッチング素子がオンした場合には、中央部では外周部よりも電流密度が低くなり、中央部では外周部よりも発熱量が小さくなる。これによって、熱が逃げ難い半導体基板の中央部の温度上昇が抑制される。このように、この製造方法では、中央部と外周部の温度差が従来よりも小さいスイッチング素子を製造でき、半導体基板の温度分布を従来よりも均一化することができる。 In the above manufacturing method, after forming the gate insulating film and the gate electrode, the semiconductor substrate is heated in an atmosphere containing oxygen. As a result, the semiconductor substrate is oxidized near the upper end of the trench, and crystal defects are formed around the oxidized region. In the central portion, the upper end of the gate electrode is located below the outer peripheral portion. Therefore, crystal defects are formed in the central portion to a position deeper than the outer peripheral portion. Therefore, the channel resistance is higher in the central portion than in the outer peripheral portion. As a result, when the trench gate type switching element manufactured by this method is turned on, the current density is lower in the central portion than in the outer peripheral portion, and the calorific value is smaller in the central portion than in the outer peripheral portion. As a result, the temperature rise in the central portion of the semiconductor substrate, from which heat cannot easily escape, is suppressed. As described above, in this manufacturing method, a switching element in which the temperature difference between the central portion and the outer peripheral portion is smaller than the conventional one can be manufactured, and the temperature distribution of the semiconductor substrate can be made more uniform than the conventional one.
図面を参照して、本実施形態のスイッチング素子10について説明する。スイッチング素子10は、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)であり、半導体基板12を有している。半導体基板12は、例えば、SiC(炭化シリコン)により構成されている。図1に示すように、半導体基板12の上面12aには、2つの上部電極70が設けられている。各上部電極70は、半導体基板12の上面12aの中央近傍に配置されている。以下では、上部電極70が設けられている範囲のうち、半導体基板12の中央側に位置する領域を中央部14といい、中央部14の周囲に位置する領域を外周部16という。図1に示すように、中央部14及び外周部16は、2つの上部電極70を跨ぐように分布している。
The switching
図2は、図1のII−II線における断面図である。図2において、左側が中央部14であり、右側が外周部16である。図2に示すように、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の略全域を覆っている。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. In FIG. 2, the left side is the
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、図2の紙面に垂直な方向に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。ゲート絶縁膜24は、部分24aと部分24bを有する。部分24aは、トレンチ22の上端部に配置されているとともに下側から上側に向かうに従ってゲート絶縁膜24の厚みが増加する部分である。部分24bは、部分24aよりも下側に配置されている。部分24bでは、ゲート絶縁膜24の厚みは、略一定である。部分24bにおけるゲート絶縁膜24の厚みは、部分24aの下端におけるゲート絶縁膜24の厚みと略等しい。半導体基板12の厚み方向において、中央部14における部分24aの長さは、外周部16における部分24aの長さよりも長い。各トレンチ22内には、ゲート電極26が配置されている。ゲート電極26は、例えば、ポリシリコンにより構成されている。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の表面には、酸化膜27が形成されている。酸化膜27の表面は、層間絶縁膜28によって覆われている。各ゲート電極26は、層間絶縁膜28によって上部電極70から絶縁されている。中央部14におけるゲート電極26の上端26aは、外周部16におけるゲート電極26の上端26bよりも下側に位置している。
A plurality of
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。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は、中央部14及び外周部16の双方に設けられている。
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に露出しており、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、ゲート絶縁膜24に接している。中央部14及び外周部16のそれぞれにおいて、各ソース領域30の下端は、ゲート電極26の上端26a、26bよりも下側に位置している。
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の側面において、ゲート絶縁膜24に接している。メインボディ領域32bは、ソース領域30の下側でゲート絶縁膜24に接している。中央部14及び外周部16のそれぞれにおいて、メインボディ領域32bの上端(ゲート絶縁膜24に接する範囲のソース領域30とメインボディ領域32bの境界の位置)は、ゲート電極26の上端26a、26bよりも下側に位置している。
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いる。ドリフト領域34は、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。ドリフト領域34は、トレンチ22の下端部分においてゲート絶縁膜24に接している。ドリフト領域34は、トレンチ22の下端を覆っている。中央部14及び外周部16のそれぞれにおいて、ドリフト領域34の上端(ゲート絶縁膜24に接する範囲のメインボディ領域32bとドリフト領域34の境界の位置)は、ゲート電極26の下端よりも上側に位置している。
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の下側に配置されている。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、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
次に、スイッチング素子10の製造方法について説明する。まず、図3に示すように、n型のドリフト領域34を有する半導体基板12xを準備する。次に、図4に示すように、従来公知の方法(例えば、イオン注入)により、n型のソース領域30、p型のコンタクト領域32a及びp型のメインボディ領域32bを形成する。
Next, a method of manufacturing the switching
次に、図5に示すように、半導体基板12xを選択的にドライエッチングすることによって、半導体基板12xの上面にトレンチ22を形成する。トレンチ22は、ソース領域30及びボディ領域32を貫通し、ドリフト領域34に達するように形成される。この工程では、ドライエッチングに起因して、トレンチ22の内面近傍の半導体領域に結晶欠陥80が形成される。なお、トレンチ22を形成した後に、トレンチ22の内面に犠牲酸化膜を形成し、当該犠牲酸化膜をウェットエッチングにより除去する工程を設けてもよい。これにより、トレンチ22の内面に形成されたドライエッチングによるダメージを除去してもよい。
Next, as shown in FIG. 5, a
次に、図6に示すように、トレンチ22の内面に、CVD(Chemical Vapor Deposition)によりゲート絶縁膜24を形成する。その後、窒素を含む雰囲気中で、半導体基板12xを熱処理する。熱処理は、例えば、1300℃で実施される。これにより、トレンチ22の内面近傍の半導体領域に形成された結晶欠陥80が、窒素原子により終端化される。
Next, as shown in FIG. 6, a
次に、図7に示すように、トレンチ22内にゲート電極26を形成する。この工程では、まず、ポリシリコンをトレンチ22内と半導体基板12x上に堆積させる。その後、例えばドライエッチングにより、半導体基板12x上のポリシリコンを除去し、トレンチ22内にポリシリコンを残存させる。トレンチ22内に残存したポリシリコンが、ゲート電極26となる。次いで、図8に示すように、中央部14内のトレンチの上部のみに開口60aを有するレジストを、半導体基板12xの上面に形成する。すなわち、外周部16内のトレンチ22の上方は、レジスト60によって覆われる。次に、例えばドライエッチングにより、中央部14内のゲート電極26の上面をエッチングする。これによって、中央部14内のゲート電極26の上端26aを、外周部16内のゲート電極26の上端26bよりも下側に位置させる。なお、この工程では、ゲート電極26の上端26a、26bが、ソース領域30の下端よりも下側に達しないようにエッチングが行われる。その後、レジスト60は除去される。
Next, as shown in FIG. 7, the
次に、図9に示すように、酸素を含む雰囲気中で半導体基板12xを熱処理する。これにより、ゲート電極26の表面が酸化されるとともに、トレンチ22の上端部分の半導体領域が酸化される。その結果、ゲート電極26の表面に酸化膜27が形成されるとともに、トレンチ22の上端部分のゲート絶縁膜24の厚みが厚くなる。トレンチ22の側面では、上側ほど酸化反応が速く進む。このため、ゲート絶縁膜24の上端部分に、下側から上側に向かうに従って厚みが増加する部分24aが形成される。部分24aは、中央部14及び外周部16の双方に形成される。また、この熱処理によって、結晶欠陥80を終端していた窒素が脱離する。このため、半導体領域に再度結晶欠陥80が生じる。ゲート電極26の上端は、中央部14では外周部16よりも下側に位置している。すなわち、中央部14では、ゲート電極26の上部のリセスの深さが深い。このため、熱処理による酸化反応が、中央部14では外周部16よりも深い位置まで進行する。このため、中央部14では外周部16よりも深い位置まで窒素が離脱して結晶欠陥80が形成される。
Next, as shown in FIG. 9, the
その後、従来公知の方法によって、層間絶縁膜28、上部電極70を形成する。また、必要に応じて半導体基板12xの下面から薄板化した後、ドレイン領域35、下部電極72を形成する。これにより、図1及び図2に示す本実施形態のスイッチング素子10が完成する。
After that, the
次に、スイッチング素子10の動作について説明する。スイッチング素子10の使用時には、スイッチング素子10と負荷(例えば、モータ)と電源が直列に接続される。スイッチング素子10と負荷の直列回路に対して、電源電圧が印加される。スイッチング素子10の下部電極72側が上部電極70側よりも高電圧となる向きで、電源電圧が印加される。ゲート電極26にゲート閾値以上の電圧を印加すると、ゲート絶縁膜24に接する範囲のボディ領域32にチャネルが形成され、スイッチング素子10がオンする。ゲート電極26に印加する電圧をゲート閾値未満まで低下させると、チャネルが消失し、スイッチング素子10がオフする。
Next, the operation of the switching
上述したように、本実施形態のスイッチング素子10では、中央部14におけるゲート電極26の上端26aが、外周部16におけるゲート電極26の上端26bよりも下側に位置している。このため、ゲート電極26に電圧が印加されたときに、中央部14では外周部16よりも、ゲート絶縁膜24に接する範囲のボディ領域32の上端部分に電界が加わり難い。このため、中央部14では、外周部16よりもゲート閾値が高い。その結果、中央部14では、外周部16よりも電流密度が低くなる。
As described above, in the switching
さらに、上述したように、中央部14では、外周部16よりも深い位置まで結晶欠陥80が形成される。この結晶欠陥80は、スイッチング素子10がオンするときにチャネルが形成される領域(ゲート絶縁膜24に接する範囲)に主に生成される。結晶欠陥80は、チャネル内のキャリアの移動度に影響する。中央部14では外周部16よりも深い位置まで結晶欠陥80が形成されているので、中央部14では外周部16よりもチャネル抵抗が高い。このため、中央部14では、外周部16よりも電流密度が低くなる。
Further, as described above, in the
以上のとおり、スイッチング素子10がオンしているときに、中央部14では外周部16よりも電流密度が低くなる。このため、中央部14では外周部16よりも発熱量が小さくなる。これにより、これによって、熱が逃げ難い半導体基板12の中央部14の温度上昇が抑制され、中央部14と外周部16の温度差が従来よりも小さくなる。したがって、半導体基板12の温度分布を従来よりも均一化することができる。
As described above, when the switching
n型が「第1導電型」の一例であり、p型が「第2導電型」の一例である。 The n-type is an example of the "first conductive type", and the p-type is an example of the "second conductive type".
上述した実施形態では、n型MOSFETについて説明したが、p型MOSFETに本明細書に開示の技術を適用してもよい。この場合、p型が「第1導電型」の一例であり、n型が「第2導電型」の一例である。 Although the n-type MOSFET has been described in the above-described embodiment, the technique disclosed in the present specification may be applied to the p-type MOSFET. In this case, the p-type is an example of the "first conductive type", and the n-type is an example of the "second conductive type".
また、上述した実施形態では、ゲート絶縁膜24が、下側から上側に向かうに従って厚みが増加する部分24aを有していた。しかしながら、ゲート絶縁膜24の厚みは、トレンチ22の内面全体に亘って略一定であってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
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、ゲート絶縁膜が、下側から上側に向かうに従って厚みが増加する部分を、トレンチの上端部に有してもよい。 The technical elements disclosed herein are described below. In the configuration of one example disclosed herein, the gate insulating film may have a portion at the upper end of the trench whose thickness increases from the lower side to the upper side.
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。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described herein or in the drawings exhibit their technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in this specification or drawings achieve a plurality of objectives at the same time, and achieving one of the objectives itself has technical usefulness.
10:スイッチング素子
12:半導体基板
12a:上面
12b:下面
14:中央部
16:外周部
22:トレンチ
24:ゲート絶縁膜
24a:部分
24b:部分
26:ゲート電極
26a:上端
26b:上端
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
34:ドリフト領域
35:ドレイン領域
70:上部電極
72:下部電極
10: Switching element 12:
Claims (3)
中央部と、前記中央部の周囲に配置された外周部を有する半導体基板と、
前記半導体基板の上面に設けられており、前記中央部と前記外周部に跨って分布するトレンチと、
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、
を備え、
前記中央部と前記外周部のそれぞれが、
前記ゲート絶縁膜に接している第1導電型のソース領域と、
前記ソース領域の下側で前記ゲート絶縁膜に接している第2導電型のボディ領域と、
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第1導電型のドリフト領域、
を有しており、
前記中央部内と前記外周部内のそれぞれで、前記ゲート電極が、前記ソース領域の下端よりも上側の位置から前記ドリフト領域の上端よりも下側の位置まで伸びており、
前記中央部における前記ゲート電極の上端が、前記外周部における前記ゲート電極の上端よりも下側に位置している、
トレンチゲート型スイッチング素子。 It is a trench gate type switching element.
A semiconductor substrate having a central portion and an outer peripheral portion arranged around the central portion,
A trench provided on the upper surface of the semiconductor substrate and distributed across the central portion and the outer peripheral portion, and
The gate insulating film covering the inner surface of the trench and
A gate electrode arranged in the trench and insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film,
With
Each of the central portion and the outer peripheral portion
The first conductive type source region in contact with the gate insulating film and
A second conductive body region in contact with the gate insulating film below the source region,
The first conductive type drift region, which is in contact with the gate insulating film under the body region,
Have and
In each of the central portion and the outer peripheral portion, the gate electrode extends from a position above the lower end of the source region to a position below the upper end of the drift region.
The upper end of the gate electrode in the central portion is located below the upper end of the gate electrode in the outer peripheral portion.
Trench gate type switching element.
中央部と、前記中央部の周囲に配置された外周部を有する半導体基板の上面に、前記中央部と前記外周部に跨って分布するトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内に、ゲート絶縁膜と、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形成する工程と、
前記中央部と前記外周部のそれぞれに、前記ゲート絶縁膜に接している第1導電型のソース領域と、前記ソース領域の下側で前記ゲート絶縁膜に接している第2導電型のボディ領域と、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第1導電型のドリフト領域を備える構造を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極を形成した後に、前記半導体基板を酸素を含む雰囲気中で加熱する工程、
を有し、
前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極を形成する工程では、前記ゲート電極の上面が前記半導体基板の上面よりも下側に位置するように、前記ゲート電極を形成し、
前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極を形成する工程では、前記ゲート電極が前記ソース領域の下端よりも上側の位置から前記ドリフト領域の上端よりも下側の位置まで伸びるように、前記ゲート電極を形成し、
前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極を形成する工程では、前記中央部における前記ゲート電極の上端が、前記外周部における前記ゲート電極の上端よりも下側に位置するように、前記ゲート電極を形成する、
製造方法。 A method for manufacturing trench gate type switching elements.
A step of forming a trench distributed over the central portion and the outer peripheral portion on the upper surface of a semiconductor substrate having a central portion and an outer peripheral portion arranged around the central portion.
A step of forming a gate insulating film and a gate electrode insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film in the trench.
A first conductive type source region in contact with the gate insulating film and a second conductive type body region in contact with the gate insulating film below the source region, respectively, in the central portion and the outer peripheral portion. And a step of forming a structure having a first conductive type drift region in contact with the gate insulating film on the lower side of the body region.
A step of heating the semiconductor substrate in an oxygen-containing atmosphere after forming the gate insulating film and the gate electrode.
Have,
In the step of forming the gate insulating film and the gate electrode, the gate electrode is formed so that the upper surface of the gate electrode is located below the upper surface of the semiconductor substrate.
In the step of forming the gate insulating film and the gate electrode, the gate electrode is formed so that the gate electrode extends from a position above the lower end of the source region to a position below the upper end of the drift region. And
In the step of forming the gate insulating film and the gate electrode, the gate electrode is formed so that the upper end of the gate electrode in the central portion is located below the upper end of the gate electrode in the outer peripheral portion. ,
Production method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019200767A JP7335781B2 (en) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | Trench gate type switching element and trench gate type switching element manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019200767A JP7335781B2 (en) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | Trench gate type switching element and trench gate type switching element manufacturing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021077674A true JP2021077674A (en) | 2021-05-20 |
JP7335781B2 JP7335781B2 (en) | 2023-08-30 |
Family
ID=75898119
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019200767A Active JP7335781B2 (en) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | Trench gate type switching element and trench gate type switching element manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7335781B2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004047896A (en) * | 2002-07-15 | 2004-02-12 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Semiconductor device and its manufacture |
JP2008171891A (en) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | Toyota Motor Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2012160601A (en) * | 2011-02-01 | 2012-08-23 | Toshiba Corp | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2016034001A (en) * | 2014-07-31 | 2016-03-10 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2017059817A (en) * | 2015-09-16 | 2017-03-23 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method |
-
2019
- 2019-11-05 JP JP2019200767A patent/JP7335781B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004047896A (en) * | 2002-07-15 | 2004-02-12 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Semiconductor device and its manufacture |
JP2008171891A (en) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | Toyota Motor Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2012160601A (en) * | 2011-02-01 | 2012-08-23 | Toshiba Corp | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2016034001A (en) * | 2014-07-31 | 2016-03-10 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2017059817A (en) * | 2015-09-16 | 2017-03-23 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7335781B2 (en) | 2023-08-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6707498B2 (en) | Method for forming a silicon carbide device having a shield gate | |
JP4777630B2 (en) | Semiconductor device | |
JP4727744B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
JP5621340B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device manufacturing method and silicon carbide semiconductor device | |
JP3575331B2 (en) | Field effect transistor | |
JP6140823B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
KR101228366B1 (en) | Lateral double diffused metal oxide semiconductor and method for fabricating the same | |
JP2014135494A (en) | Semiconductor element having dual parallel channel structure and method of manufacturing the same | |
US11094790B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
JP2018082114A (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
JP4447474B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2017224719A (en) | Semiconductor device | |
JP5033305B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
TWI550882B (en) | Planar mosfets and methods of fabrication, charge retention | |
US11164968B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP5679821B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP4948784B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP4972293B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2020087958A (en) | Semiconductor device | |
JP5037103B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
JP7152117B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device | |
JP6589143B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP7335781B2 (en) | Trench gate type switching element and trench gate type switching element manufacturing method | |
JP2020096084A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
JP5916792B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20210322 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220708 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230725 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230727 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230818 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7335781 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |