JP2021170625A - Superjunction semiconductor device and method of manufacturing superjunction semiconductor device - Google Patents

Superjunction semiconductor device and method of manufacturing superjunction semiconductor device Download PDF

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Abstract

To provide a superjunction semiconductor device and a method of manufacturing the superjunction semiconductor device, enabling SJ structure to be easily formed and enabling cost reduction.SOLUTION: A method of manufacturing a semiconductor device comprising an active region 30 where current flows and a terminal end structure portion 40, includes first to eighth steps. In the first step, a first semiconductor layer 2 of a first conductivity type is formed on a front face of a semiconductor substrate 1 of the first conductivity type. In the second step, a first trench is formed. In the third step, a second semiconductor layer 27 of the first conductivity type that has an impurity concentration lower than that of the first semiconductor layer 2 is formed on a surface of the first semiconductor layer 2 and in the first trench. In the fourth step, parallel pn structure 20 is formed. In the fifth step, a second trench 18B is formed. In the sixth step, a second semiconductor region 5 of a second conductivity type is formed. In the seventh step, a gate insulating film 7 and a gate electrode 8 are formed. In the eighth step, a first semiconductor region 6 of the first conductivity type is formed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、超接合半導体装置および超接合半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a superjunction semiconductor device and a method for manufacturing a superjunction semiconductor device.

電気自動車やハイブリッド自動車に代表される自動車の電装化は、ますます高まっており、消費電力低減のためパワー半導体への低損失(低オン抵抗)要求が強くなっている。低耐圧クラスにおいて低オン抵抗化するためには、トレンチゲートMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)が優位である。さらに、トレンチゲートMOSFETのオン抵抗の低減には、超接合(SJ:Super Junction:スーパージャンクション)構造が有効である。超接合構造は、n型カラム領域とp型カラム領域とが半導体基板の主面に平行な方向に交互に繰り返し配置してなる並列pn領域よりなる。この並列pn領域を形成する方法として、多段エピタキシャル方式やトレンチ埋め込み方式が公知である。 The electrification of automobiles represented by electric vehicles and hybrid vehicles is increasing more and more, and the demand for low loss (low on-resistance) for power semiconductors is increasing in order to reduce power consumption. Trench gate MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) are predominant in order to reduce on-resistance in the low withstand voltage class. Further, a super junction (SJ) structure is effective for reducing the on-resistance of the trench gate MOSFET. The superjunction structure comprises a parallel pn region in which an n-type column region and a p-type column region are alternately and repeatedly arranged in a direction parallel to the main surface of the semiconductor substrate. As a method for forming the parallel pn region, a multi-stage epitaxial method and a trench embedding method are known.

多段エピタキシャル方式では、並列pn領域を以下の工程で形成する。まず、半導体基板の主面にエピタキシャル層を形成する。次に、エピタキシャル層にn型領域およびp型領域を形成する不純物をイオン注入する。その後も、超接合半導体装置の耐圧に応じた所定の並列pn領域の厚みが得られるよう、エピタキシャル層形成とイオン注入とを交互に繰り返す。その後熱処理を行い、n型領域とp型領域のそれぞれを深さ方向につなげることで、並列pn領域が形成される。(例えば、下記特許文献1参照。)。 In the multi-stage epitaxial method, a parallel pn region is formed by the following steps. First, an epitaxial layer is formed on the main surface of the semiconductor substrate. Next, impurities that form n-type regions and p-type regions are ion-implanted into the epitaxial layer. After that, the epitaxial layer formation and the ion implantation are alternately repeated so that a predetermined thickness of the parallel pn region corresponding to the withstand voltage of the superjunction semiconductor device can be obtained. After that, heat treatment is performed to connect each of the n-type region and the p-type region in the depth direction to form a parallel pn region. (For example, see Patent Document 1 below.).

トレンチ埋め込み方式では、並列pn領域を以下の工程で形成する。まず、半導体基板の主面にn型エピタキシャル層を形成する。次に、このn型エピタキシャル層にp型カラム領域を形成するためのトレンチを形成する。トレンチが形成されない領域がn型カラム領域となる。トレンチの深さは、超接合半導体装置の耐圧に応じた所定の並列pn領域の厚みが得られる深さとする。その後、トレンチの内部をp型エピタキシャル層で埋め込むことで、並列pn領域が形成される(例えば、下記特許文献1および2参照。)。 In the trench embedding method, a parallel pn region is formed by the following steps. First, an n-type epitaxial layer is formed on the main surface of the semiconductor substrate. Next, a trench for forming a p-type column region is formed in this n-type epitaxial layer. The region where no trench is formed is the n-type column region. The depth of the trench is set so that the thickness of a predetermined parallel pn region corresponding to the withstand voltage of the superjunction semiconductor device can be obtained. Then, by embedding the inside of the trench with a p-type epitaxial layer, a parallel pn region is formed (see, for example, Patent Documents 1 and 2 below).

特開2016−21547号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-21547 特開2004−241768号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-241768

しかしながら、多段エピタキシャル方式では、エピタキシャル成長毎にフォトリソグラフィ技術によるマスクの形成、イオン注入を繰り返すため寸法や合わせばらつきにより特性変動の可能性が高くなる。さらに、エピタキシャル成長毎の熱履歴で並列pn領域の相互拡散により、隣り合うn型カラム領域とp型カラム領域に濃度補償が生じてオン抵抗が高くなる可能性がある。また、工程が多く、リードタイムが長くなり、製造コストが高くなる。 However, in the multi-stage epitaxial method, since mask formation and ion implantation by photolithography technology are repeated for each epitaxial growth, there is a high possibility of characteristic fluctuation due to dimensional and alignment variations. Further, mutual diffusion of parallel pn regions in the thermal history for each epitaxial growth may cause concentration compensation in adjacent n-type column regions and p-type column regions, resulting in high on-resistance. In addition, there are many processes, the lead time is long, and the manufacturing cost is high.

また、トレンチ埋め込み方式では、p型エピタキシャル層でトレンチを埋め込む際に、n型カラム領域となるn型エピタキシャル層表面に形成されるp型エピタキシャル層を、CMP(Chemical Mechanical. Polisher)工程により除去後、n型エピタキシャル層を表面に形成している。p型エピタキシャル層を除去する理由は、エッジ終端領域にp型層が存在すると耐圧を保持できないためである。このため、トレンチ埋め込み方式は、CMP装置が必要となり、CMP工程での研磨量のばらつきにより特性が変動する可能性がある。また、p型のエピタキシャル成長は、n型のエピタキシャル成長に比べて不純物濃度のばらつきが大きく、不純物濃度のコントロールが必要となる。さらに、高濃度のp型エピタキシャル層とn型ドリフト層の接合のため、不純物濃度の勾配が大きく、空乏層が広がりにくく、耐圧が低下するおそれがある。 Further, in the trench embedding method, when the trench is embedded in the p-type epitaxial layer, the p-type epitaxial layer formed on the surface of the n-type epitaxial layer to be the n-type column region is removed by a CMP (Chemical Mechanical. Policeher) step. , N-type epitaxial layer is formed on the surface. The reason for removing the p-type epitaxial layer is that the withstand voltage cannot be maintained if the p-type layer is present in the edge termination region. Therefore, the trench embedding method requires a CMP apparatus, and the characteristics may vary due to variations in the amount of polishing in the CMP process. Further, the p-type epitaxial growth has a larger variation in the impurity concentration than the n-type epitaxial growth, and it is necessary to control the impurity concentration. Further, since the high-concentration p-type epitaxial layer and the n-type drift layer are joined, the gradient of the impurity concentration is large, the depletion layer is difficult to spread, and the withstand voltage may decrease.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、簡便にSJ構造を形成でき、コスト低減が可能な超接合半導体装置および超接合半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a superjunction semiconductor device and a method for manufacturing a superjunction semiconductor device, which can easily form an SJ structure and reduce costs in order to solve the above-mentioned problems caused by the prior art.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる超接合半導体装置の製造方法は、電流が流れる活性領域と、前記活性領域の外側に配置され、前記活性領域の周囲を囲む耐圧構造が形成された終端構造部と、を有する超接合半導体装置の製造方法である。まず、第1導電型の半導体基板のおもて面に、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層を形成する第1工程を行う。次に、前記第1半導体層の表面から第1トレンチを形成する第2工程を行う。次に、前記第1半導体層の表面および前記第1トレンチ内に、前記第1半導体層より低不純物濃度の第1導電型の第2半導体層を形成する第3工程を行う。次に、前記第2半導体層に、第2導電型となる不純物を注入することで、前記第2半導体層の内部に、第2導電型のウェル領域を形成するとともに、第1導電型の第1カラムと第2導電型の第2カラムとが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された並列pn構造であって、前記第2カラムの上面が、前記ウェル領域の底面と接する前記並列pn構造を形成する第4工程を行う。次に、前記第2半導体層を貫通し、前記第1カラムに達する第2トレンチを形成する第5工程を行う。次に、前記活性領域の前記並列pn構造の表面上に、第2導電型の第2半導体領域を形成する第6工程を行う。次に、前記第2トレンチの内部にゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する第7工程を行う。次に、前記活性領域の前記第2半導体領域の表面層に選択的に第1導電型の第1半導体領域を形成する第8工程を行う。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, the method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to the present invention is arranged in an active region through which an electric current flows and outside the active region, and is arranged around the active region. This is a method for manufacturing a superjunction semiconductor device having a terminal structure portion in which a pressure resistant structure is formed surrounding the device. First, a first step of forming a first conductive type first semiconductor layer having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate is performed on the front surface of the first conductive type semiconductor substrate. Next, a second step of forming the first trench from the surface of the first semiconductor layer is performed. Next, a third step of forming a first conductive type second semiconductor layer having a lower impurity concentration than the first semiconductor layer is performed on the surface of the first semiconductor layer and in the first trench. Next, by injecting an impurity that becomes the second conductive type into the second semiconductor layer, a well region of the second conductive type is formed inside the second semiconductor layer, and the first conductive type first. A parallel pn structure in which the first column and the second conductive type second column are repeatedly and alternately arranged in a direction parallel to the front surface, and the upper surface of the second column is the bottom surface of the well region. The fourth step of forming the parallel pn structure in contact is performed. Next, a fifth step of forming a second trench that penetrates the second semiconductor layer and reaches the first column is performed. Next, a sixth step of forming the second conductive type second semiconductor region on the surface of the parallel pn structure of the active region is performed. Next, a seventh step of forming the gate insulating film and the gate electrode inside the second trench is performed. Next, the eighth step of selectively forming the first conductive type first semiconductor region on the surface layer of the second semiconductor region of the active region is performed.

また、この発明にかかる超接合半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第6工程では、前記第2半導体領域の底面は前記ウェル領域の底面より浅くなるように形成することを特徴とする。 Further, the method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the sixth step, the bottom surface of the second semiconductor region is formed to be shallower than the bottom surface of the well region in the above-described invention. do.

また、この発明にかかる超接合半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第6工程では、前記ウェル領域の不純物濃度が、前記第2半導体領域の不純物濃度より低くなるように形成することを特徴とする。 Further, in the method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the sixth step, the impurity concentration in the well region is formed to be lower than the impurity concentration in the second semiconductor region. It is characterized by.

また、この発明にかかる超接合半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第4工程では、前記第1トレンチ内の前記第2半導体層に前記第2導電型となる不純物を注入することを特徴とする。 Further, in the method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the fourth step, impurities to be the second conductive type are injected into the second semiconductor layer in the first trench. It is characterized by.

また、この発明にかかる超接合半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第4工程では、前記第1半導体層の表面上の前記第2半導体層の表面層に、前記第2導電型となる不純物を注入することを特徴とする。 Further, according to the method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the fourth step, the second conductive type is formed on the surface layer of the second semiconductor layer on the surface of the first semiconductor layer. It is characterized by injecting an impurity that becomes.

また、この発明にかかる超接合半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第4工程では、前記第2カラムを前記終端構造部にも形成することを特徴とする。 Further, the method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the second column is also formed in the terminal structure portion in the fourth step.

また、この発明にかかる超接合半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第5工程より前に、前記第6工程を行うことを特徴とする。 Further, the method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the sixth step is performed before the fifth step.

また、この発明にかかる超接合半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第4工程では、前記第1トレンチ内の前記第2半導体層のみに前記第2導電型となる不純物を注入することを特徴とする。 Further, in the method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the fourth step, impurities to be the second conductive type are injected only into the second semiconductor layer in the first trench. It is characterized by that.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる超接合半導体装置は、次の特徴を有する。電流が流れる活性領域と、前記活性領域の外側に配置され、前記活性領域の周囲を囲む耐圧構造が形成された終端構造部と、を有する超接合半導体装置である。第1導電型の半導体基板のおもて面に、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層が設けられる。前記第1半導体層内部に、第1導電型の第1カラムと第2導電型の第2カラムとが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された並列pn構造が設けられる。前記活性領域の前記並列pn構造の表面層に第2導電型の第2半導体領域が設けられる。前記活性領域の前記第2半導体領域の表面層に選択的に第1導電型の第1半導体領域が設けられる。前記第1半導体領域および前記第2半導体領域を貫通し、前記第1カラムに達する第2トレンチが設けられる。前記第2トレンチ内部にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられる。前記第1半導体層の内部に第2導電型のウェル領域が設けられ、前記ウェル領域の下面が前記第2カラムの上面に接し、前記ウェル領域の底面が前記第2半導体領域の底面より深く、前記ウェル領域の上面の幅は前記第2カラムの幅より広い。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, the superjunction semiconductor device according to the present invention has the following features. It is a superjunction semiconductor device having an active region through which an electric current flows and a terminal structure portion arranged outside the active region and having a pressure-resistant structure surrounding the active region. A first conductive type first semiconductor layer having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate is provided on the front surface of the first conductive type semiconductor substrate. Inside the first semiconductor layer, a parallel pn structure is provided in which the first conductive type first column and the second conductive type second column are repeatedly and alternately arranged in a direction parallel to the front surface. A second conductive type second semiconductor region is provided on the surface layer of the parallel pn structure of the active region. A first conductive type first semiconductor region is selectively provided on the surface layer of the second semiconductor region of the active region. A second trench that penetrates the first semiconductor region and the second semiconductor region and reaches the first column is provided. A gate electrode is provided inside the second trench via a gate insulating film. A second conductive type well region is provided inside the first semiconductor layer, the lower surface of the well region is in contact with the upper surface of the second column, and the bottom surface of the well region is deeper than the bottom surface of the second semiconductor region. The width of the upper surface of the well region is wider than the width of the second column.

また、この発明にかかる超接合半導体装置は、上述した発明において、前記ウェル領域の不純物濃度は前記第2半導体領域の不純物濃度より低いことを特徴とする。 Further, the superjunction semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the impurity concentration in the well region is lower than the impurity concentration in the second semiconductor region.

また、この発明にかかる超接合半導体装置は、上述した発明において、前記並列pn構造は、前記終端構造部にも設けられることを特徴とする。 Further, the superjunction semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the parallel pn structure is also provided in the terminal structure portion.

また、この発明にかかる超接合半導体装置は、上述した発明において、前記終端構造部の前記並列pn構造の繰り返しピッチは前記活性領域の前記並列pn構造の繰り返しピッチより狭いことを特徴とする。 Further, the superjunction semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the repetition pitch of the parallel pn structure of the terminal structure portion is narrower than the repetition pitch of the parallel pn structure of the active region.

また、この発明にかかる超接合半導体装置は、上述した発明において、前記終端構造部の前記半導体基板側に対して反対側の表面層に前記第1半導体層より不純物濃度の低い第1導電型の第2半導体層を備えることを特徴とする。 Further, in the above-described invention, the superjunction semiconductor device according to the present invention is of the first conductive type having a lower impurity concentration than the first semiconductor layer on the surface layer opposite to the semiconductor substrate side of the terminal structure portion. It is characterized by including a second semiconductor layer.

また、この発明にかかる超接合半導体装置は、上述した発明において、前記ウェル領域および前記第2半導体領域は、前記第2トレンチの側壁に接することを特徴とする。 Further, the superjunction semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the well region and the second semiconductor region are in contact with the side wall of the second trench.

上述した発明によれば、エッジ終端領域には、n-型エピタキシャル層(第1導電型の第2半導体層)が設けられ、n-型エピタキシャル層の表面にフィールド酸化膜が設けられている。n-型エピタキシャル層により、n-型エピタキシャル層とp--型リサーフ領域とのpn接合から延びる空乏層をn-型エピタキシャル層に広げることでSJ−MOSFETの耐圧を向上させることができる。また、n-型エピタキシャル層は不純物濃度が低いため、イオン注入によりp型ベース領域の濃度を制御しやすくなり、ゲート閾値電圧Vthのばらつきを抑えることができる。 According to the above-described invention, an n - type epitaxial layer (first conductive type second semiconductor layer) is provided in the edge termination region, and a field oxide film is provided on the surface of the n-type epitaxial layer. With the n - type epitaxial layer, the withstand voltage of the SJ-MOSFET can be improved by extending the depletion layer extending from the pn junction between the n- type epitaxial layer and the p - type resurf region to the n-type epitaxial layer. Further, since the n - type epitaxial layer has a low impurity concentration, it becomes easy to control the concentration of the p-type base region by ion implantation, and the variation in the gate threshold voltage Vth can be suppressed.

また、p型カラム領域となる領域にp型カラム用トレンチを形成し、n型カラム領域となるn型ドリフト層よりも低不純物濃度のn-型エピタキシャル層を堆積し、n-型エピタキシャル層の表面からのp型不純物のイオン注入と拡散により、p型カラム領域4およびp型ウェル領域を形成している。これにより、p型エピタキシャル層の堆積を行わずにp型カラム領域を形成できるので、エッジ終端領域でp型エピタキシャル層の除去が不要となる。また、p型カラム用トレンチが埋め込まれた表面部分はCMP装置等を用い平坦化する工程が不要である。よって、簡便にSJ構造を形成することができ、製造コストを低減することができる。 Further, a trench for a p-type column is formed in a region to be a p-type column region, and an n - type epitaxial layer having a lower impurity concentration than the n-type drift layer to be an n-type column region is deposited to form an n- type epitaxial layer. The p-type column region 4 and the p-type well region are formed by ion injection and diffusion of p-type impurities from the surface. As a result, the p-type column region can be formed without depositing the p-type epitaxial layer, so that it is not necessary to remove the p-type epitaxial layer at the edge termination region. Further, the surface portion in which the trench for the p-type column is embedded does not require a step of flattening by using a CMP device or the like. Therefore, the SJ structure can be easily formed, and the manufacturing cost can be reduced.

本発明にかかる超接合半導体装置および超接合半導体装置の製造方法によれば、簡便でSJ構造を形成でき、コスト低減が可能になるという効果を奏する。 According to the superjunction semiconductor device and the method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to the present invention, it is possible to easily form an SJ structure and reduce costs.

実施の形態にかかるSJ−MOSFETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of SJ-MOSFET which concerns on embodiment. 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの他の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structure of SJ-MOSFET which concerns on embodiment. 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの他の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structure of SJ-MOSFET which concerns on embodiment. 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの他の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structure of SJ-MOSFET which concerns on embodiment. 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの他の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structure of SJ-MOSFET which concerns on embodiment. 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the SJ-MOSFET according to the embodiment. 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その1)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET which concerns on embodiment (the 1). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その2)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET which concerns on embodiment (the 2). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その3)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 3). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その4)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 4). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その5)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 5). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その6)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (No. 6). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その7)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 7). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その8)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET which concerns on embodiment (the 8). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その9)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 9). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その10)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 10). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その11)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 11). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その12)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 12). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その13)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (No. 13). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その14)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 14). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その15)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 15). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その16)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (No. 16). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その17)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (No. 17). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その18)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 18). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その19)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (No. 19). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その20)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (No. 20). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その21)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (No. 21). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その22)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET which concerns on embodiment (the 22). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その23)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET which concerns on embodiment (the 23). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その24)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET which concerns on embodiment (the 24). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その25)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (No. 25). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その26)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 1st manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (No. 26). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第2の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その1)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 2nd manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 1). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第2の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その2)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 2nd manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 2). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第2の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その3)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 2nd manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 3). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第2の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その4)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 2nd manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 4). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第2の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その5)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 2nd manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 5). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第3の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その1)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 3rd manufacturing method of SJ-MOSFET which concerns on embodiment (the 1). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第3の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その2)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 3rd manufacturing method of SJ-MOSFET which concerns on embodiment (the 2). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第3の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その3)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 3rd manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 3). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第3の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その4)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 3rd manufacturing method of SJ-MOSFET which concerns on embodiment (the 4). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第3の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その5)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 3rd manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 5). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第3の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その6)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 3rd manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (No. 6). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第3の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その7)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 3rd manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 7). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第3の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その8)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 3rd manufacturing method of SJ-MOSFET which concerns on embodiment (the 8). 実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第3の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である(その9)。It is sectional drawing which shows the state in the process of manufacturing by the 3rd manufacturing method of SJ-MOSFET according to embodiment (the 9).

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる超接合半導体装置および超接合半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。+および−を含めたnやpの表記が同じ場合は近い濃度であることを示し濃度が同じとは限らない。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the superjunction semiconductor device and the method for manufacturing the superjunction semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that the electrons or holes are a large number of carriers in the layers and regions marked with n or p, respectively. Further, + and-attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and the impurity concentration is lower than that of the layer or region to which it is not attached, respectively. When the notation of n and p including + and-is the same, it indicates that the concentrations are close to each other, and the concentrations are not necessarily the same. In the following description of the embodiment and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same configurations, and duplicate description will be omitted.

(実施の形態)
本発明にかかる超接合半導体装置について、SJ−MOSFETを例に説明する。図1は、実施の形態にかかるSJ−MOSFETの構造を示す断面図である。
(Embodiment)
The superjunction semiconductor device according to the present invention will be described by taking SJ-MOSFET as an example. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the SJ-MOSFET according to the embodiment.

図1に示すSJ−MOSFET(超接合半導体装置)50は、シリコン(Si)からなる半導体基体(シリコン基体:半導体チップ)のおもて面(後述するp型ベース領域5側の面)側にMOS(Metal Oxide Semiconductor)ゲートを備えたSJ−MOSFET50である。このSJ−MOSFET50は、活性領域30と、活性領域30の周囲を囲むエッジ終端領域40とを備える。活性領域30は、オン状態のときに電流が流れる領域である。エッジ終端領域40は、ドリフト領域の半導体基体おもて面側の電界を緩和し耐圧を保持する耐圧保持領域を含む。なお、活性領域30とエッジ終端領域40との境界は、片側のみに後述するn+型ソース領域6が設けられたトレンチ18Bの中心である。図1の活性領域30には、1つの単位セル(素子の機能単位)のみを示し、これらに隣接する他の単位セルを図示省略する。単位セルは、トレンチ18Bの中心から隣のトレンチ18Bの中心までを示す。 The SJ-MOSFET (superjunction semiconductor device) 50 shown in FIG. 1 is located on the front surface (the surface on the p-type base region 5 side, which will be described later) of a semiconductor substrate (silicon substrate: semiconductor chip) made of silicon (Si). It is an SJ-MOSFET 50 provided with a MOS (Metal Oxide Semiconductor) gate. The SJ-MOSFET 50 includes an active region 30 and an edge termination region 40 surrounding the active region 30. The active region 30 is a region through which a current flows when in the ON state. The edge termination region 40 includes a withstand voltage holding region that relaxes the electric field on the front surface side of the semiconductor substrate in the drift region and maintains the withstand voltage. The boundary between the active region 30 and the edge termination region 40 is the center of the trench 18B in which the n + type source region 6 described later is provided on only one side. In the active region 30 of FIG. 1, only one unit cell (functional unit of the element) is shown, and other unit cells adjacent thereto are not shown. The unit cell indicates from the center of the trench 18B to the center of the adjacent trench 18B.

+型半導体基板(第1導電型の半導体基板)1は、例えばヒ素(As)またはリン(P)がドーピングされたシリコン単結晶基板である。n+型半導体基板1上には、n型ドリフト層(第1導電型の第1半導体層)2が設けられている。n型ドリフト層2は、n+型半導体基板1よりも低い不純物濃度を有し、例えばリンがドーピングされている低濃度n型層である。以下、n+型半導体基板1およびn型ドリフト層2を併せて半導体基体とする。n+型半導体基板1とn型ドリフト層2との間には、n型バッファ層(不図示)がn型ドリフト層2よりも低い不純物濃度で配置されていてもよい。n型バッファ層は、例えばリンがドーピングされている低濃度n型層である。半導体基体のおもて面側には、MOSゲート構造(素子構造)が形成されている。また、半導体基体の裏面には、ドレイン電極となる裏面電極11が設けられている。 The n + type semiconductor substrate (first conductive type semiconductor substrate) 1 is, for example, a silicon single crystal substrate doped with arsenic (As) or phosphorus (P). An n-type drift layer (first conductive type first semiconductor layer) 2 is provided on the n + type semiconductor substrate 1. The n-type drift layer 2 is a low-concentration n-type layer having a lower impurity concentration than the n + type semiconductor substrate 1 and, for example, being doped with phosphorus. Hereinafter, the n + type semiconductor substrate 1 and the n-type drift layer 2 are collectively referred to as a semiconductor substrate. Between the n + -type semiconductor substrate 1 and the n-type drift layer 2, n-type buffer layer (not shown) may be disposed at a lower impurity concentration than the n-type drift layer 2. The n-type buffer layer is, for example, a low-concentration n-type layer doped with phosphorus. A MOS gate structure (element structure) is formed on the front surface side of the semiconductor substrate. Further, on the back surface of the semiconductor substrate, a back surface electrode 11 serving as a drain electrode is provided.

SJ−MOSFET50の活性領域30には、n型カラム領域3とp型カラム領域4とが交互に繰り返し配置された並列pn領域20が設けられている。エッジ終端領域40にも、後述する並列pn領域20Bが設けられていてよい。 The active region 30 of the SJ-MOSFET 50 is provided with a parallel pn region 20 in which the n-type column region 3 and the p-type column region 4 are alternately and repeatedly arranged. The edge end region 40 may also be provided with a parallel pn region 20B, which will be described later.

図1では、並列pn領域20のn型カラム領域3とp型カラム領域4とが交互に繰り返し配置された方向がx方向である。活性領域30のp型カラム領域4の上にはp型ウェル領域63が設けられている。活性領域30のp型ウェル領域63の底面は、p型カラム領域4の上面に接している。活性領域30のp型ウェル領域63およびp型カラム領域4は、n型ドリフト層2の上面に設けられたn-型エピタキシャル層27の表面からn+型半導体基板1の表面に達しないように設けられている。p型ウェル領域63の上面の幅は、p型カラム領域4の幅より広くしている。ここで、n型ドリフト層2の上面(半導体基体の第1主面の上)に設けられたn-型エピタキシャル層27の表面を上面100とする。 In FIG. 1, the direction in which the n-type column region 3 and the p-type column region 4 of the parallel pn region 20 are alternately and repeatedly arranged is the x direction. A p-type well region 63 is provided above the p-type column region 4 of the active region 30. The bottom surface of the p-type well region 63 of the active region 30 is in contact with the upper surface of the p-type column region 4. P-type well region 63 and the p-type column region 4 the active region 30, n provided on the upper surface of the n-type drift layer 2 - from the surface of the type epitaxial layer 27 so as not to reach the n + -type semiconductor substrate 1 of the surface It is provided. The width of the upper surface of the p-type well region 63 is wider than the width of the p-type column region 4. Here, the surface of the n- type epitaxial layer 27 provided on the upper surface of the n-type drift layer 2 (above the first main surface of the semiconductor substrate) is referred to as the upper surface 100.

p型ウェル領域63の上面の幅が、p型カラム領域4の幅より広いことで、逆方向耐圧(BVDSS:ドレイン・ソース間ブレークダウン電圧)が向上する効果が得られる。後述するように、活性領域30およびエッジ終端領域40におけるn型カラム領域3とp型カラム領域4の平面形状は、例えばストライプ形状である。p型カラム領域4の平面形状がストライプ形状である場合、p型ウェル領域63の平面形状もストライプ形状である。 When the width of the upper surface of the p-type well region 63 is wider than the width of the p-type column region 4, the effect of improving the reverse withstand voltage (BVDSS: breakdown voltage between drain and source) can be obtained. As will be described later, the planar shapes of the n-type column region 3 and the p-type column region 4 in the active region 30 and the edge termination region 40 are, for example, stripe shapes. When the plane shape of the p-type column region 4 is a stripe shape, the plane shape of the p-type well region 63 is also a stripe shape.

n型カラム領域3の不純物濃度は、n+型半導体基板1の不純物濃度より低い。p型カラム領域4の不純物濃度とp型ウェル領域63の不純物濃度は等しくてもよい。また、n型カラム領域3の不純物濃度とp型カラム領域4の不純物濃度は等しくてもよい。 The impurity concentration of the n-type column region 3 is lower than the impurity concentration of the n + type semiconductor substrate 1. The impurity concentration in the p-type column region 4 and the impurity concentration in the p-type well region 63 may be equal. Further, the impurity concentration in the n-type column region 3 and the impurity concentration in the p-type column region 4 may be equal.

活性領域30の上面100側(半導体基体の第1主面の上方)にp型ベース領域(第2導電型の第2半導体領域)5が選択的に設けられている。p型ベース領域5は、p型ウェル領域63と重なるように設けられている。p型ウェル領域63の底面は、図1のy方向(深さ方向)において、p型ベース領域5の底面より深い位置に設けられている。p型ベース領域5は、p型ウェル領域63より不純物濃度が高い。また、p型ベース領域5は、p型カラム領域4より不純物濃度が高い。 A p-type base region (second conductive type second semiconductor region) 5 is selectively provided on the upper surface 100 side (above the first main surface of the semiconductor substrate) of the active region 30. The p-type base region 5 is provided so as to overlap the p-type well region 63. The bottom surface of the p-type well region 63 is provided at a position deeper than the bottom surface of the p-type base region 5 in the y direction (depth direction) of FIG. The p-type base region 5 has a higher impurity concentration than the p-type well region 63. Further, the p-type base region 5 has a higher impurity concentration than the p-type column region 4.

活性領域30のp型ベース領域5の表面側には、n+型ソース領域(第1導電型の第1半導体領域)6が選択的に設けられている。活性領域30のp型ベース領域5の表面側には、n+型ソース領域6と接するp++型コンタクト領域14が選択的に設けられていてもよい。 An n + type source region (first conductive type first semiconductor region) 6 is selectively provided on the surface side of the p-type base region 5 of the active region 30. A p ++ type contact region 14 in contact with the n + type source region 6 may be selectively provided on the surface side of the p-type base region 5 of the active region 30.

活性領域30および活性領域30とエッジ終端領域40との境界には、トレンチ構造が形成されている。具体的には、トレンチ18B(第2トレンチ)が上面100からp型ベース領域5、後述するp型ベース領域5A、およびn+型ソース領域6を貫通してn型カラム領域3に達する。 A trench structure is formed at the boundary between the active region 30 and the active region 30 and the edge termination region 40. Specifically, the trench 18B (second trench) penetrates the p-type base region 5, the p-type base region 5A described later, and the n + -type source region 6 from the upper surface 100 to reach the n-type column region 3.

活性領域30に設けられるトレンチ18Bの側壁にはp型ベース領域5およびn+型ソース領域6が接している。また、活性領域30とエッジ終端領域40との境界に設けられるトレンチ18Bの側壁には、活性領域30側にp型ベース領域5およびn+型ソース領域6が接し、エッジ終端領域40側に後述するp型ベース領域5Aが接している。なお、エッジ終端領域40にはトレンチ18Bは設けない。 The p-type base region 5 and the n + -type source region 6 are in contact with the side wall of the trench 18B provided in the active region 30. Further, a p-type base region 5 and an n + -type source region 6 are in contact with the active region 30 side on the side wall of the trench 18B provided at the boundary between the active region 30 and the edge termination region 40, and the edge termination region 40 side will be described later. The p-type base region 5A is in contact with the base region 5A. The trench 18B is not provided in the edge end region 40.

活性領域30のトレンチ18Bは選択的に設けられたp型ベース領域5との間に設けられ、活性領域30とエッジ終端領域40との境界のトレンチ18Bはp型ベース領域5とp型ベース領域5Aとの間に設けられる。トレンチ18Bの平面形状は、例えば、図1の奥行き方向(z方向)に延伸するストライプ形状である。 The trench 18B of the active region 30 is provided between the selectively provided p-type base region 5, and the trench 18B at the boundary between the active region 30 and the edge termination region 40 is the p-type base region 5 and the p-type base region. It is provided between 5A. The planar shape of the trench 18B is, for example, a stripe shape extending in the depth direction (z direction) of FIG.

トレンチ18Bは、トレンチ18Bの内壁に沿って、ゲート絶縁膜7が形成されている。トレンチ18B内のゲート絶縁膜7の内側には、ゲート電極8が設けられている。ゲート絶縁膜7によりゲート電極8が、n型カラム領域3(n型ドリフト層2)およびp型ベース領域5と絶縁されている。ゲート電極8の一部は、トレンチ18Bの上方(後述するソース電極10が設けられている側)からソース電極10側に突出するゲート配線(不図示)を設けてもよい。ゲート配線の下部には、ゲート絶縁膜7が設けられている。ゲート配線の上部には、層間絶縁膜9が設けられている。 In the trench 18B, a gate insulating film 7 is formed along the inner wall of the trench 18B. A gate electrode 8 is provided inside the gate insulating film 7 in the trench 18B. The gate electrode 8 is insulated from the n-type column region 3 (n-type drift layer 2) and the p-type base region 5 by the gate insulating film 7. A part of the gate electrode 8 may be provided with a gate wiring (not shown) protruding from above the trench 18B (the side on which the source electrode 10 described later is provided) toward the source electrode 10. A gate insulating film 7 is provided below the gate wiring. An interlayer insulating film 9 is provided above the gate wiring.

層間絶縁膜9は、上面100の上に、トレンチ18Bに埋め込まれたゲート電極8の上面を覆うように設けられている。ゲート電極8と層間絶縁膜9との間には絶縁膜(不図示)が設けられている(トレンチ18Bの内壁に沿って形成されるゲート絶縁膜7とゲート電極8の上部を覆う層間絶縁膜9の境界、およびゲート電極8と層間絶縁膜9との間に設けられる絶縁膜の境界は不図示)。活性領域30のトレンチ18Bに埋め込まれたゲート電極8の上面を覆う層間絶縁膜9には隣り合うトレンチ18Bとの間にコンタクトホール64Aが設けられ、n+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14が露出している。同様に隣り合う活性領域30のトレンチ18Bと活性領域30とエッジ終端領域40との境界に設けられたトレンチ18Bに埋め込まれたゲート電極8の上面を覆う層間絶縁膜9にもコンタクトホール64Aが設けられ、n+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14が露出している。以後、ゲート電極8と層間絶縁膜9との間に設けられた絶縁膜(不図示)については、説明を省略する。 The interlayer insulating film 9 is provided on the upper surface 100 so as to cover the upper surface of the gate electrode 8 embedded in the trench 18B. An insulating film (not shown) is provided between the gate electrode 8 and the interlayer insulating film 9 (the gate insulating film 7 formed along the inner wall of the trench 18B and the interlayer insulating film covering the upper part of the gate electrode 8). The boundary of 9 and the boundary of the insulating film provided between the gate electrode 8 and the interlayer insulating film 9 are not shown). A contact hole 64A is provided between the interlayer insulating film 9 covering the upper surface of the gate electrode 8 embedded in the trench 18B of the active region 30 and the adjacent trench 18B, and the n + type source region 6 and the p ++ type contact are provided. Region 14 is exposed. Similarly, a contact hole 64A is also provided in the interlayer insulating film 9 covering the upper surface of the gate electrode 8 embedded in the trench 18B of the adjacent active region 30 and the trench 18B provided at the boundary between the active region 30 and the edge termination region 40. The n + type source region 6 and the p ++ type contact region 14 are exposed. Hereinafter, the description of the insulating film (not shown) provided between the gate electrode 8 and the interlayer insulating film 9 will be omitted.

ソース電極10は、層間絶縁膜9の上面に設けられ、層間絶縁膜9および層間絶縁膜9の下面に設けられた絶縁膜(不図示)に形成されたコンタクトホール64Aを介して、n+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14に電気的に接続している。以後、層間絶縁膜9の下面に設けられた絶縁膜(不図示)については、説明を省略する。ソース電極10は、層間絶縁膜9によって、ゲート電極8と電気的に絶縁されている。ソース電極10と層間絶縁膜9との間に、例えばソース電極10からゲート電極8側への金属原子の拡散を防止するバリアメタル(不図示)が設けられていてもよい。ソース電極10上には、選択的に例えばポリイミドからなるパッシベーション膜等の保護膜(不図示)が設けられている。ソース電極10上に設けられたパッシベーション膜等の保護膜に設けられた開口部において、ソース電極10が露出している領域がソースパッド領域(不図示)となる。 The source electrode 10 is an n + type via a contact hole 64A provided on the upper surface of the interlayer insulating film 9 and formed in the interlayer insulating film 9 and the insulating film (not shown) provided on the lower surface of the interlayer insulating film 9. It is electrically connected to the source region 6 and the p ++ type contact region 14. Hereinafter, the description of the insulating film (not shown) provided on the lower surface of the interlayer insulating film 9 will be omitted. The source electrode 10 is electrically insulated from the gate electrode 8 by the interlayer insulating film 9. A barrier metal (not shown) that prevents the diffusion of metal atoms from the source electrode 10 to the gate electrode 8 side may be provided between the source electrode 10 and the interlayer insulating film 9. A protective film (not shown) such as a passivation film made of polyimide is selectively provided on the source electrode 10. In the opening provided in the protective film such as the passivation film provided on the source electrode 10, the region where the source electrode 10 is exposed becomes the source pad region (not shown).

また、耐圧を保持するエッジ終端領域40には、もっとも活性領域30に近い側に、活性領域30のp型カラム領域4と同じ幅のp型カラム領域4Aが設けられている。p型カラム領域4とp型カラム領域4Aは、図1のy方向(深さ方向)において、同じ深さであってよい。p型カラム領域4Aの上にp型ウェル領域63Aが設けられている。p型カラム領域4Aの上面とp型ウェル領域63Aの底面が接している。なお、p型カラム領域4とp型カラム領域4Aは同じ不純物濃度であってよく、p型ウェル領域63とp型ウェル領域63Aも同じ不純物濃度であってもよい。 Further, the edge termination region 40 that maintains the withstand voltage is provided with a p-type column region 4A having the same width as the p-type column region 4 of the active region 30 on the side closest to the active region 30. The p-type column region 4 and the p-type column region 4A may have the same depth in the y direction (depth direction) of FIG. A p-type well region 63A is provided above the p-type column region 4A. The upper surface of the p-type column region 4A and the bottom surface of the p-type well region 63A are in contact with each other. The p-type column region 4 and the p-type column region 4A may have the same impurity concentration, and the p-type well region 63 and the p-type well region 63A may also have the same impurity concentration.

p型ベース領域5Aは、p型ウェル領域63Aと重なるように設けられ、活性領域30とエッジ終端領域40との境界に設けられるトレンチ18Bの側壁に接している。p型ウェル領域63Aの底面は、図1のy方向(深さ方向)において、p型ベース領域5Aの底面より深い位置に設けられている。p型ベース領域5Aは、図1のy方向(深さ方向)において、活性領域30のp型ベース領域5と同じ深さで形成してもよい。また、p型ウェル領域63Aは、図1のy方向(深さ方向)において、活性領域30のp型ウェル領域63と同じ深さで形成してもよい。 The p-type base region 5A is provided so as to overlap the p-type well region 63A, and is in contact with the side wall of the trench 18B provided at the boundary between the active region 30 and the edge termination region 40. The bottom surface of the p-type well region 63A is provided at a position deeper than the bottom surface of the p-type base region 5A in the y direction (depth direction) of FIG. The p-type base region 5A may be formed at the same depth as the p-type base region 5 of the active region 30 in the y direction (depth direction) of FIG. Further, the p-type well region 63A may be formed at the same depth as the p-type well region 63 of the active region 30 in the y direction (depth direction) of FIG.

p型ベース領域5Aの不純物濃度は、p型ベース領域5と同じ不純物濃度である。また、p型ベース領域5Aの不純物濃度は、p型ウェル領域63Aの不純物濃度より高い。p型ベース領域5Aの表面側に、p型ベース領域5Aより不純物濃度が高いp++型コンタクト領域14Aが選択的に設けられていてもよい。 The impurity concentration of the p-type base region 5A is the same as that of the p-type base region 5. Further, the impurity concentration in the p-type base region 5A is higher than the impurity concentration in the p-type well region 63A. A p ++ type contact region 14A having a higher impurity concentration than the p-type base region 5A may be selectively provided on the surface side of the p-type base region 5A.

エッジ終端領域40のp型カラム4AよりSJ−MOSFET50の外周側には、並列pn領域20Bが設けられる。並列pn領域20Bは、n型カラム領域3Bとp型カラム領域4Bが交互に繰り返し配置されている。n型カラム領域3Bとp型カラム領域4Bが交互に繰り返し配置される方向は、活性領域30のn型カラム3とp型カラム領域4が交互に繰り返し配置される方向と同じである。 A parallel pn region 20B is provided on the outer peripheral side of the SJ-MOSFET 50 from the p-type column 4A of the edge termination region 40. In the parallel pn region 20B, the n-type column region 3B and the p-type column region 4B are alternately and repeatedly arranged. The direction in which the n-type column region 3B and the p-type column region 4B are alternately and repeatedly arranged is the same as the direction in which the n-type column 3 and the p-type column region 4 in the active region 30 are alternately and repeatedly arranged.

エッジ終端領域40の並列pn領域20Bは、活性領域30の並列pn領域20より、隣り合うn型カラムの幅とp型カラムの幅との和が狭くなっている。ここで、隣り合うn型カラムの幅とp型カラムの幅との和を繰り返しピッチとする。よって、エッジ終端領域40のn型カラム領域3Bの幅とp型カラム領域4Bの幅は、活性領域30のn型カラム領域3の幅とp型カラム領域4の幅より狭くなっている。これにより、エッジ終端領域40において、空乏層が広がりやすくなり、エッジ終端領域40の耐圧を活性領域30の耐圧より高くすることができる。 In the parallel pn region 20B of the edge termination region 40, the sum of the width of the adjacent n-type column and the width of the p-type column is narrower than that of the parallel pn region 20 of the active region 30. Here, the sum of the widths of adjacent n-type columns and the widths of p-type columns is defined as a repeating pitch. Therefore, the width of the n-type column region 3B and the width of the p-type column region 4B of the edge termination region 40 are narrower than the width of the n-type column region 3 and the width of the p-type column region 4 of the active region 30. As a result, the depletion layer is likely to spread in the edge termination region 40, and the withstand voltage of the edge termination region 40 can be made higher than the withstand voltage of the active region 30.

エッジ終端領域40には、p--型リサーフ領域12が設けられている。p--型リサーフ領域12は、活性領域30とエッジ終端領域40との境界から後述するフィールドプレート29およびフィールド酸化膜13の下方まで延在している。p--型リサーフ領域12の平面形状は環状である。 The edge end region 40 is provided with a p- type resurf region 12. The p - type resurf region 12 extends from the boundary between the active region 30 and the edge termination region 40 to the lower part of the field plate 29 and the field oxide film 13 described later. The planar shape of the p - type resurf region 12 is annular.

--型リサーフ領域12は、図1のy方向(深さ方向)において、p型ベース領域5Aより、深く設けられる。p--型リサーフ領域12は、p型ウェル領域63Aより不純物濃度が低い。そのため、p--型リサーフ領域12内にp型ウェル領域63A、p型ベース領域5A、およびp++型コンタクト領域14Aが設けられる。p--型リサーフ領域12は、活性領域30とエッジ終端領域40との境界に設けられたトレンチ18Bに接している。 The p - type resurf region 12 is provided deeper than the p-type base region 5A in the y direction (depth direction) of FIG. The p - type resurf region 12 has a lower impurity concentration than the p-type well region 63A. Therefore, a p-type well region 63A, a p-type base region 5A, and a p ++ type contact region 14A are provided in the p -type resurf region 12. The p - type resurf region 12 is in contact with the trench 18B provided at the boundary between the active region 30 and the edge termination region 40.

--型リサーフ領域12により、p型ベース領域5AのSJ−MOSFET50の外周側の端部にかかる電界集中を緩和して、エッジ終端領域40の耐圧を上げることができる。エッジ終端領域40の並列pn構造20Bにおいて、活性領域30側の一部のn型カラム領域3Bおよびp型カラム領域4Bの上面は、p--型リサーフ領域12の底面に接している。 The p - type resurf region 12 can alleviate the electric field concentration applied to the outer peripheral end of the p-type base region 5A of the SJ-MOSFET 50, and increase the withstand voltage of the edge termination region 40. In the parallel pn structure 20B of the edge termination region 40, the upper surfaces of a part of the n-type column region 3B and the p-type column region 4B on the active region 30 side are in contact with the bottom surface of the p- type resurf region 12.

SJ−MOSFET50の最も外周側にある並列pn領域20Bのp型カラム領域4Bの上面は、SJ−MOSFET50の最も外周側にあるp型ウェル領域63Bの底面に接している。このSJ−MOSFET50の最も外周側にあるp型ウェル領域63Bとp--型リサーフ領域12との間には、図1のx方向において、後述するn-型エピタキシャル層27が設けられている。 The upper surface of the p-type column region 4B of the parallel pn region 20B on the outermost side of the SJ-MOSFET 50 is in contact with the bottom surface of the p-type well region 63B on the outermost side of the SJ-MOSFET 50. An n- type epitaxial layer 27, which will be described later, is provided between the p-type well region 63B and the p- type resurf region 12 on the outermost side of the SJ-MOSFET 50 in the x direction of FIG.

また、エッジ終端領域40には、n型ドリフト層2(半導体基体)の表面にn-型エピタキシャル層(第1導電型の第2半導体層)27が設けられている。後述するようにn-型エピタキシャル層27は、n型ドリフト層2の表面全面に形成されている。n-型エピタキシャル層27の表面層には、p型ウェル領域63、63A、63B、p型ベース領域5、5A、およびp--型リサーフ領域12のそれぞれの上側の部分と、n+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14、14Aが設けられている。 Further, in the edge termination region 40, n on the surface of the n-type drift layer 2 (semiconductor substrate) - type epitaxial layer (first conductivity type second semiconductor layer) 27 is provided. As will be described later, the n - type epitaxial layer 27 is formed on the entire surface of the n-type drift layer 2. The surface layer of the n - type epitaxial layer 27 includes the upper portions of the p-type well regions 63, 63A, 63B, the p-type base regions 5, 5A, and the p - type resurf region 12, and the n + type source. Region 6 and p ++ type contact regions 14, 14A are provided.

また、n-型エピタキシャル層27の不純物濃度はn型ドリフト層2の不純物濃度より低い。このため、イオン注入で注入されたp型の不純物は、イオン注入後の熱処理によってn型ドリフト層2よりn-型エピタキシャル層27で拡散しやすくなり、n型ドリフト層2では拡散しにくくなる。よって、イオン注入後の熱処理によるp型ベース領域5の拡散を制御しやすくなり、ゲート閾値電圧Vthのばらつきを抑えることができる。 Further, n - impurity concentration type epitaxial layer 27 is lower than the impurity concentration of the n-type drift layer 2. Therefore, the p-type impurities injected by ion implantation are more likely to diffuse in the n- type epitaxial layer 27 than in the n-type drift layer 2 by the heat treatment after ion implantation, and are less likely to diffuse in the n-type drift layer 2. Therefore, it becomes easy to control the diffusion of the p-type base region 5 due to the heat treatment after ion implantation, and the variation in the gate threshold voltage Vth can be suppressed.

図1のx方向において、SJ−MOSFET50の外周側からn-型エピタキシャル層27、p型ウェル領域63B、およびp--型リサーフ領域12の表面にわたってフィールド酸化膜13が設けられている。フィールド酸化膜13は、上面100より図1のy方向において、深い位置まで設けられてよい。フィールド酸化膜13は、フィールド酸化膜13の活性領域30側の端部から下面の一部に連続してp--型リサーフ領域12に覆われている。フィールド酸化膜13の下面には、p--型リサーフ領域12、p型ウェル領域63B、およびn-型エピタキシャル層27が設けられ、フィールド酸化膜13の他方の端部から下面の一部に連続してn-型エピタキシャル層27が設けられている。 In the x direction of FIG. 1, a field oxide film 13 is provided from the outer peripheral side of the SJ-MOSFET 50 over the surfaces of the n- type epitaxial layer 27, the p-type well region 63B, and the p -type resurf region 12. The field oxide film 13 may be provided deeper than the upper surface 100 in the y direction of FIG. The field oxide film 13 is continuously covered with a p- type resurf region 12 from the end portion of the field oxide film 13 on the active region 30 side to a part of the lower surface. A p - type resurf region 12, a p-type well region 63B, and an n - type epitaxial layer 27 are provided on the lower surface of the field oxide film 13, and are continuous from the other end of the field oxide film 13 to a part of the lower surface. The n - type epitaxial layer 27 is provided.

--型リサーフ領域12、p型ウェル領域63A、およびp型ベース領域5Aの上面には、フィールド酸化膜13の活性領域30側の端部につながる絶縁膜66Aが設けられ、n-型エピタキシャル層27の上面にはフィールド酸化膜13の他方の端部につながる絶縁膜66Bが設けられている。絶縁膜66A、66Bは、ゲート絶縁膜7と同じ工程で形成してもよい。 An insulating film 66A connected to the end of the field oxide film 13 on the active region 30 side is provided on the upper surface of the p- type resurf region 12, the p-type well region 63A, and the p-type base region 5A, and is n- type epitaxial. An insulating film 66B connected to the other end of the field oxide film 13 is provided on the upper surface of the layer 27. The insulating films 66A and 66B may be formed in the same process as the gate insulating film 7.

フィールドプレート29は、フィールド酸化膜13とフィールド酸化膜13の活性領域30側の端部につながる絶縁膜66Aの上面に設けられる。フィールドプレート29はゲート電極8と電気的に接続しており、ゲート配線の機能も有する。 The field plate 29 is provided on the upper surface of the field oxide film 13 and the insulating film 66A connected to the end of the field oxide film 13 on the active region 30 side. The field plate 29 is electrically connected to the gate electrode 8 and also has a gate wiring function.

チャネルストッパ62は、フィールド酸化膜13とフィールド酸化膜13の他方の端部につながる絶縁膜66Bの上面に設けられる。なお、フィールドプレート29とチャネルストッパ62は、フィールド酸化膜13上で分離され、間隔をあけて設けられている。層間絶縁膜9は、フィールド酸化膜13、フィールドプレート29およびチャネルストッパ62を覆うように設けられている。なお、層間絶縁膜9とフィールドプレート29およびチャネルストッパ62との間には、絶縁膜(不図示)が設けられている。以後、層間絶縁膜9とフィールドプレート29およびチャネルストッパ62との間に設けられる絶縁膜(不図示)については、説明を省略する。 The channel stopper 62 is provided on the upper surface of the field oxide film 13 and the insulating film 66B connected to the other end of the field oxide film 13. The field plate 29 and the channel stopper 62 are separated on the field oxide film 13 and are provided at intervals. The interlayer insulating film 9 is provided so as to cover the field oxide film 13, the field plate 29, and the channel stopper 62. An insulating film (not shown) is provided between the interlayer insulating film 9, the field plate 29, and the channel stopper 62. Hereinafter, the description of the insulating film (not shown) provided between the interlayer insulating film 9 and the field plate 29 and the channel stopper 62 will be omitted.

活性領域30とエッジ終端領域40との境界に設けられたトレンチ18Bに埋め込まれたゲート電極8の上面を覆うように設けられている層間絶縁膜9とフィールドプレート29を覆う層間絶縁膜9との間には、コンタクトホール64Bが設けられ、p++型コンタクト領域14Aが露出している。 An interlayer insulating film 9 provided so as to cover the upper surface of the gate electrode 8 embedded in the trench 18B provided at the boundary between the active region 30 and the edge termination region 40 and an interlayer insulating film 9 covering the field plate 29. A contact hole 64B is provided between them, and the p ++ type contact region 14A is exposed.

フィールド酸化膜13、フィールドプレート29およびチャネルストッパ62を覆う層間絶縁膜9には、コンタクトホール64Cが設けられ、フィールドプレート29が露出している。 A contact hole 64C is provided in the interlayer insulating film 9 that covers the field oxide film 13, the field plate 29, and the channel stopper 62, and the field plate 29 is exposed.

層間絶縁膜9の上面に設けられたソース電極10は、活性領域30からエッジ終端領域40の一部の上面まで延在し、層間絶縁膜9に形成されたコンタクトホール64Bを介して、p++型コンタクト領域14Aおよびp型ベース領域5Aに電気的に接続している。 The source electrode 10 provided on the upper surface of the interlayer insulating film 9 extends from the active region 30 to the upper surface of a part of the edge termination region 40, and p + through the contact hole 64B formed in the interlayer insulating film 9. It is electrically connected to the + type contact region 14A and the p-type base region 5A.

金属ゲートランナー61は層間絶縁膜9に形成されたコンタクトホール64Cを介して、フィールドプレート29に電気的に接続している。p--型リサーフ領域12、フィールド酸化膜13、フィールドプレート29、チャネルストッパ62およびエッジ終端領域40の層間絶縁膜9はSJ−MOSFET50の外周に環状に設けられていてもよい。なお、金属ゲートランナー61は、ソース電極10と電気的に絶縁されている。 The metal gate runner 61 is electrically connected to the field plate 29 via a contact hole 64C formed in the interlayer insulating film 9. The interlayer insulating film 9 of the p - type resurf region 12, the field oxide film 13, the field plate 29, the channel stopper 62, and the edge termination region 40 may be provided in an annular shape on the outer circumference of the SJ-MOSFET 50. The metal gate runner 61 is electrically insulated from the source electrode 10.

図2Aは、実施の形態にかかるSJ−MOSFET50の他の構造を示す断面図である。図2Aが図1と異なる点は、エッジ終端領域40のp型カラム領域4AよりSJ−MOSFET50の外周側にある並列pn領域20Bが設けられていない点である。並列pn領域20Bが設けられていない場合は、n-型エピタキシャル層27により、n-型エピタキシャル層27とp--型リサーフ領域12とのpn接合から延びる空乏層をn型エピタキシャル層27のSJ−MOSFET50の外周側に広げることでSJ−MOSFET50の耐圧を向上させることができる。 FIG. 2A is a cross-sectional view showing another structure of the SJ-MOSFET 50 according to the embodiment. The difference between FIG. 2A and FIG. 1 is that the parallel pn region 20B on the outer peripheral side of the SJ-MOSFET 50 is not provided from the p-type column region 4A of the edge termination region 40. When the parallel pn region 20B is not provided, the n - type epitaxial layer 27 causes the depletion layer extending from the pn junction between the n- type epitaxial layer 27 and the p - type resurf region 12 to be the SJ of the n-type epitaxial layer 27. The withstand voltage of the SJ-MOSFET 50 can be improved by expanding it to the outer peripheral side of the MOSFET 50.

図2Bは、実施の形態にかかるSJ−MOSFET50のさらに他の構造を示す断面図である。図2Bが図2Aと異なる点は、活性領域30のp型カラム領域4の上面に接するp型ウェル領域63とエッジ終端領域40のp型カラム領域4Aの上面に接するp型ウェル領域63Aが設けられていない点である。図2Bでは、活性領域30のp型カラム領域4の上面にp型ベース領域5が設けられている。活性領域30のp型カラム領域4の上面はp型ベース領域5の底面に接している。また、エッジ終端領域40のp型カラム領域4Aの上面にp型ベース領域5Aが設けられている。エッジ終端領域40のp型カラム領域4Aの上面はp型ベース領域5Aの底面に接している。図2Bと図2Aとの断面形状の違いは、p型カラム領域4を形成するための後述するp型不純物を注入する注入領域の位置が違うためである。図2Bに示したSJ−MOSFET50は、後述する図9Cに示すように、区間D2に注入領域92を形成している。図2Bでは、p型ウェル領域63,63Aを設けないことで、n型ドリフト層2(n型カラム領域3)に形成される電流経路を局所的に狭くする領域がなくなる。電流経路は、電流を流すことで生じるオン電圧によって、n型カラム領域3とp型カラム領域4、4Aのpn接合から空乏層が広がり、空乏層が広がることで狭くなる。電流経路が狭くなる(空乏層が広がる)とオン抵抗が増加する。よって、p型ウェル領域63,63Aを設けないことで、図2Aに比べオン抵抗(動作状態の抵抗)が小さくできる。 FIG. 2B is a cross-sectional view showing still another structure of the SJ-MOSFET 50 according to the embodiment. The difference between FIG. 2B and FIG. 2A is that the p-type well region 63 in contact with the upper surface of the p-type column region 4 of the active region 30 and the p-type well region 63A in contact with the upper surface of the p-type column region 4A of the edge termination region 40 are provided. It is a point that has not been done. In FIG. 2B, a p-type base region 5 is provided on the upper surface of the p-type column region 4 of the active region 30. The upper surface of the p-type column region 4 of the active region 30 is in contact with the bottom surface of the p-type base region 5. Further, a p-type base region 5A is provided on the upper surface of the p-type column region 4A of the edge termination region 40. The upper surface of the p-type column region 4A of the edge termination region 40 is in contact with the bottom surface of the p-type base region 5A. The difference in cross-sectional shape between FIG. 2B and FIG. 2A is due to the difference in the position of the injection region for injecting the p-type impurity described later for forming the p-type column region 4. The SJ-MOSFET 50 shown in FIG. 2B forms an injection region 92 in the section D2 as shown in FIG. 9C described later. In FIG. 2B, by not providing the p-type well regions 63 and 63A, there is no region that locally narrows the current path formed in the n-type drift layer 2 (n-type column region 3). The current path is narrowed by expanding the depletion layer from the pn junction of the n-type column region 3 and the p-type column regions 4 and 4A due to the on-voltage generated by passing a current, and expanding the depletion layer. When the current path becomes narrower (the depletion layer expands), the on-resistance increases. Therefore, by not providing the p-type well regions 63 and 63A, the on-resistance (resistance in the operating state) can be reduced as compared with FIG. 2A.

図2Cは、実施の形態にかかるSJ−MOSFET50のさらに他の構造を示す断面図である。図2Cが図2Aと異なる点は、層間絶縁膜9に形成されたコンタクトホール64D,64E,64Fが凹部67A,67B、67C(溝)を備え、凹部67A、67B、67Cの内部にコンタクトプラグ19が埋め込まれている点である。 FIG. 2C is a cross-sectional view showing still another structure of the SJ-MOSFET 50 according to the embodiment. The difference between FIG. 2C and FIG. 2A is that the contact holes 64D, 64E, 64F formed in the interlayer insulating film 9 are provided with recesses 67A, 67B, 67C (grooves), and the contact plug 19 is provided inside the recesses 67A, 67B, 67C. Is embedded.

活性領域30のトレンチ18Bに埋め込まれたゲート電極8の上面を覆う層間絶縁膜9には隣り合うトレンチ18Bとの間にy方向において上面100より深い凹部67Aが設けられる。凹部67Aの側壁には、n+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域が接している(露出している)。凹部67Aの底部には、p++型コンタクト領域14が接している(露出している)。この凹部67Aがコンタクトホール64Dである。なお、ゲート電極8と層間絶縁膜9との間には絶縁膜(不図示)が設けられている。以後、ゲート電極8と層間絶縁膜9との間に設けられる絶縁膜(不図示)については、説明を省略する。 The interlayer insulating film 9 covering the upper surface of the gate electrode 8 embedded in the trench 18B of the active region 30 is provided with a recess 67A deeper than the upper surface 100 in the y direction between the interlayer insulating film 9 and the adjacent trench 18B. The n + type source region 6 and the p ++ type contact region are in contact with (exposed) the side wall of the recess 67A. A p ++ type contact region 14 is in contact (exposed) with the bottom of the recess 67A. The recess 67A is a contact hole 64D. An insulating film (not shown) is provided between the gate electrode 8 and the interlayer insulating film 9. Hereinafter, the description of the insulating film (not shown) provided between the gate electrode 8 and the interlayer insulating film 9 will be omitted.

同様に隣り合う活性領域30のトレンチ18Bと活性領域30とエッジ終端領域40との境界に設けられたトレンチ18Bに埋め込まれたゲート電極8の上面を覆う層間絶縁膜9にもy方向において上面100より深い凹部67Aが設けられる。凹部67Aの側壁には、n+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14が接している(露出している)。凹部67Aの底部には、p++型コンタクト領域14が接している(露出している)。この凹部67Aがコンタクトホール64Dである。 Similarly, the upper surface 100 of the interlayer insulating film 9 covering the upper surface of the gate electrode 8 embedded in the trench 18B of the adjacent active region 30 and the trench 18B provided at the boundary between the active region 30 and the edge termination region 40 is also formed in the y direction. A deeper recess 67A is provided. The n + type source region 6 and the p ++ type contact region 14 are in contact with (exposed) the side wall of the recess 67A. A p ++ type contact region 14 is in contact (exposed) with the bottom of the recess 67A. The recess 67A is a contact hole 64D.

活性領域30とエッジ終端領域40との境界に設けられたトレンチ18Bに埋め込まれたゲート電極8の上面を覆うように設けられている層間絶縁膜9とフィールドプレート29を覆う層間絶縁膜9との間には、y方向において上面100より深い凹部67Bが設けられる。凹部67Bの側壁および底部には、p++型コンタクト領域14Aが接している(露出している)。この凹部67Bがコンタクトホール64Eである。 An interlayer insulating film 9 provided so as to cover the upper surface of the gate electrode 8 embedded in the trench 18B provided at the boundary between the active region 30 and the edge termination region 40 and an interlayer insulating film 9 covering the field plate 29. A recess 67B deeper than the upper surface 100 is provided between them in the y direction. A p ++ type contact region 14A is in contact (exposed) with the side wall and the bottom of the recess 67B. The recess 67B is the contact hole 64E.

フィールド酸化膜13、フィールドプレート29およびチャネルストッパ62を覆う層間絶縁膜9には、凹部67Cが設けられる。凹部67Cは、フィールドプレート29を貫通してフィールド酸化膜13の表面が露出している。凹部67Cの側壁には、フィールドプレート29が接している(露出している)。また、凹部67Cが、フィールド酸化膜13の表面にも凹部(溝)を設け、凹部67Cの側壁にフィールド酸化膜13とフィールド酸化膜13が接してもよい(露出してもよい)。凹部67Cの底部には、フィールド酸化膜が接している(露出している)。この凹部67Cがコンタクトホール64Fである。なお、層間絶縁膜9とフィールドプレート29およびチャネルストッパ62との間には、絶縁膜(不図示)が設けられている。以後、層間絶縁膜9とフィールドプレート29およびチャネルストッパ62との間に設けられる絶縁膜(不図示)については、説明を省略する。 A recess 67C is provided in the interlayer insulating film 9 that covers the field oxide film 13, the field plate 29, and the channel stopper 62. The recess 67C penetrates the field plate 29 and the surface of the field oxide film 13 is exposed. The field plate 29 is in contact with (exposed) the side wall of the recess 67C. Further, the recess 67C may also be provided with a recess (groove) on the surface of the field oxide film 13, and the field oxide film 13 and the field oxide film 13 may be in contact with (exposed) the side wall of the recess 67C. A field oxide film is in contact with (exposed) the bottom of the recess 67C. The recess 67C is a contact hole 64F. An insulating film (not shown) is provided between the interlayer insulating film 9, the field plate 29, and the channel stopper 62. Hereinafter, the description of the insulating film (not shown) provided between the interlayer insulating film 9 and the field plate 29 and the channel stopper 62 will be omitted.

コンタクトプラグ19は、例えば、埋め込み性の高いタングステン(W)を材料とする金属膜である。また、コンタクトホール64D,64E,64Fにバリアメタルを介してコンタクトプラグ19が設けられていてもよい。ソース電極10は、活性領域30のコンタクトホール64D中のコンタクトプラグ19を介してn+型ソース領域6とp++型コンタクト領域14と電気的に接続している。また、ソース電極10はエッジ終端領域40の一部まで延在し、エッジ終端領域40のコンタクトホール64E中のコンタクトプラグ19を介してp++型コンタクト領域14Aと電気的に接続している。 The contact plug 19 is, for example, a metal film made of tungsten (W) having high embedding property. Further, the contact plug 19 may be provided in the contact holes 64D, 64E, 64F via a barrier metal. The source electrode 10 is electrically connected to the n + type source region 6 and the p ++ type contact region 14 via the contact plug 19 in the contact hole 64D of the active region 30. Further, the source electrode 10 extends to a part of the edge termination region 40 and is electrically connected to the p ++ type contact region 14A via the contact plug 19 in the contact hole 64E of the edge termination region 40.

金属ゲートランナー61は、コンタクトホール64F中のコンタクトプラグ19を介してフィールドプレート29と電気的に接続している。なお、ソース電極10と金属ゲートランナー61は、電気的に絶縁している。 The metal gate runner 61 is electrically connected to the field plate 29 via the contact plug 19 in the contact hole 64F. The source electrode 10 and the metal gate runner 61 are electrically insulated from each other.

図2Cでは、図2Aと同様に、エッジ終端領域40のp型カラム領域4AよりSJ−MOSFET50の外周側にある並列pn領域20Bが設けられていない場合を示している。図2Cは、図1のようにエッジ終端領域40のp型カラム領域4AよりSJ−MOSFET50の外周側にある並列pn領域20Bが設けられてもよい。 FIG. 2C shows a case where the parallel pn region 20B on the outer peripheral side of the SJ-MOSFET 50 is not provided from the p-type column region 4A of the edge termination region 40, as in FIG. 2A. In FIG. 2C, a parallel pn region 20B located on the outer peripheral side of the SJ-MOSFET 50 from the p-type column region 4A of the edge termination region 40 may be provided as shown in FIG.

図2Dは、実施の形態にかかるSJ−MOSFET50の他の構造を示す断面図である。図2Dが図1と異なる点は、p型カラム領域4、4Aの上面に接するp型ウェル領域63、63Aがトレンチ18Bの側壁に接する点である。図2Dでは、活性領域30のp型ウェル領域63が、図2Dのx方向に延在して、トレンチ18Bの側壁に接し、エッジ終端領域40のp型ウェル領域63Aが、図2Dのx方向に延在して、エッジ終端領域40との境界に設けられたトレンチ18Bに接している。 FIG. 2D is a cross-sectional view showing another structure of the SJ-MOSFET 50 according to the embodiment. The difference between FIG. 2D and FIG. 1 is that the p-type well regions 63 and 63A in contact with the upper surfaces of the p-type column regions 4 and 4A are in contact with the side wall of the trench 18B. In FIG. 2D, the p-type well region 63 of the active region 30 extends in the x direction of FIG. 2D and touches the side wall of the trench 18B, and the p-type well region 63A of the edge termination region 40 extends in the x direction of FIG. 2D. It extends to the trench 18B and is in contact with the trench 18B provided at the boundary with the edge termination region 40.

これにより、トレンチ18Bの側壁にp型ウェル領域63、63Aとp型ベース領域5、5Aが接するようになる。このため、p型カラム領域4、4Aの欠損やショートチャネルなどのチャネル欠損による不具合を防ぎやすくなる。さらに、p型ウェル領域63、63Aとp型ベース領域5、5Aとによる2段階の濃度勾配でチャネル接合近傍での電界を緩和し、十分なチャネル長を確保しやすくなる。 As a result, the p-type well regions 63 and 63A and the p-type base regions 5 and 5A come into contact with the side wall of the trench 18B. Therefore, it becomes easy to prevent defects due to defects in the p-type column regions 4 and 4A and channel defects such as short channels. Further, the electric field in the vicinity of the channel junction is relaxed by the two-step concentration gradient of the p-type well regions 63 and 63A and the p-type base regions 5 and 5A, and it becomes easy to secure a sufficient channel length.

図3は、実施の形態にかかるSJ−MOSFETの構造を示す平面図で、図1のA−A’断面の平面図である。図3に示すように、エッジ終端領域40の並列pn領域20Bの繰り返しピッチP2は、活性領域30の並列pn領域20の繰り返しピッチP1より狭くなっている。 FIG. 3 is a plan view showing the structure of the SJ-MOSFET according to the embodiment, and is a plan view of a cross section taken along the line AA'in FIG. As shown in FIG. 3, the repetition pitch P2 of the parallel pn region 20B of the edge termination region 40 is narrower than the repetition pitch P1 of the parallel pn region 20 of the active region 30.

並列pn領域20の繰り返しピッチP1は、図3のx方向において、隣り合うn型カラム領域3の幅とp型カラム領域4の幅の和を示す。また、並列pn領域20Bの繰り返しピッチP2は、図3のx方向において、隣り合うn型カラム領域3Bの幅とp型カラム領域4Bの幅の和を示す。SJ−MOSFET50(超接合半導体装置)でアバランシェ耐量を確保するためには、エッジ終端領域40の耐圧を活性領域30の耐圧より高くすることが必要である。このため、エッジ終端領域40のn型カラム領域3Bの幅およびp型カラム領域4Bの幅は、活性領域30のn型カラム領域3の幅およびp型カラム領域4の幅より狭くするとよい。これにより、エッジ終端領域40において、空乏層が広がりやすくなり、エッジ終端領域40の耐圧を活性領域30の耐圧より高くすることができる。 The repeating pitch P1 of the parallel pn region 20 indicates the sum of the widths of the adjacent n-type column regions 3 and the widths of the p-type column regions 4 in the x direction of FIG. Further, the repeating pitch P2 of the parallel pn region 20B indicates the sum of the widths of the adjacent n-type column regions 3B and the widths of the p-type column regions 4B in the x direction of FIG. In order to secure the avalanche withstand voltage in the SJ-MOSFET 50 (superjunction semiconductor device), it is necessary to make the withstand voltage of the edge termination region 40 higher than the withstand voltage of the active region 30. Therefore, the width of the n-type column region 3B and the width of the p-type column region 4B of the edge termination region 40 may be narrower than the width of the n-type column region 3 and the width of the p-type column region 4 of the active region 30. As a result, the depletion layer is likely to spread in the edge termination region 40, and the withstand voltage of the edge termination region 40 can be made higher than the withstand voltage of the active region 30.

図3に示すように、活性領域30のn型カラム領域3およびp型カラム領域4の平面形状は、例えば、長手方向がz方向と平行なストライプ構造であってもよい。また、エッジ終端領域40におけるn型カラム領域3Bおよびp型カラム領域4Bも、長手方向がz方向と平行なストライプ構造であってよい。また、エッジ終端領域40のp型カラム領域4Bも、長手方向がz方向と平行なストライブ構造であってよい。さらに、図示されていないが、トレンチ18Bの平面形状も、長手方向がz方向に平行なストライプ状であってもよい。 As shown in FIG. 3, the planar shape of the n-type column region 3 and the p-type column region 4 of the active region 30 may be, for example, a striped structure in which the longitudinal direction is parallel to the z direction. Further, the n-type column region 3B and the p-type column region 4B in the edge termination region 40 may also have a striped structure in which the longitudinal direction is parallel to the z direction. Further, the p-type column region 4B of the edge termination region 40 may also have a stripe structure whose longitudinal direction is parallel to the z direction. Further, although not shown, the planar shape of the trench 18B may also be a stripe shape whose longitudinal direction is parallel to the z direction.

(実施の形態にかかる超接合半導体装置の製造方法)
次に、実施の形態にかかる超接合半導体装置の製造方法について説明する。図4〜図21は、実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である。まず、シリコンからなりn+型ドレイン層となるn+型半導体基板1を用意する。
(Manufacturing method of superjunction semiconductor device according to the embodiment)
Next, a method of manufacturing the superjunction semiconductor device according to the embodiment will be described. 4 to 21 are cross-sectional views showing a state in the middle of manufacturing the SJ-MOSFET according to the first embodiment according to the first manufacturing method. First, an n + type semiconductor substrate 1 made of silicon and serving as an n + type drain layer is prepared.

次に、n+型半導体基板1のおもて面上に、n+型半導体基板1より低い不純物濃度のn型ドリフト層2をエピタキシャル成長させる。このとき、n型ドリフト層2の不純物濃度が1.0×1016/cm3以上3.0×1017/cm3以下となるようにn型不純物をドーピングさせてエピタキシャル成長させてもよい。例えば、耐圧40Vの超接合半導体装置を形成する場合には、n型ドリフト層2の不純物濃度を、1.0×1017/cm3以下としてもよい。また、例えば、耐圧100Vの超接合半導体装置を形成する場合には、n型ドリフト層2の不純物濃度を、5.0×1016/cm3としてもよい。n型ドリフト層2の不純物濃度は深さ方向で一定である。ここで、深さ方向はn型ドリフト層2の表面からn+型半導体基板1に向かう方向である。ここまでの状態が図4に記載される。 Then, on the front surface of the n + -type semiconductor substrate 1, the n + -type impurity concentration lower than the semiconductor substrate 1 n-type drift layer 2 is epitaxially grown. At this time, the n-type impurities may be doped and epitaxially grown so that the impurity concentration of the n-type drift layer 2 is 1.0 × 10 16 / cm 3 or more and 3.0 × 10 17 / cm 3 or less. For example, when forming a superjunction semiconductor device having a withstand voltage of 40 V, the impurity concentration of the n-type drift layer 2 may be 1.0 × 10 17 / cm 3 or less. Further, for example, when forming a superjunction semiconductor device having a withstand voltage of 100 V, the impurity concentration of the n-type drift layer 2 may be 5.0 × 10 16 / cm 3. The impurity concentration of the n-type drift layer 2 is constant in the depth direction. Here, the depth direction is the direction from the surface of the n-type drift layer 2 toward the n + -type semiconductor substrate 1. The state up to this point is shown in FIG.

次に、n型ドリフト層2の表面上に、酸化膜23を形成する。次に、酸化膜23の表面上に、フォトリソグラフィ技術によってp型カラム領域4を形成する位置に開口部を有するレジストマスク24を形成する。ここまでの状態が図5に記載される。 Next, the oxide film 23 is formed on the surface of the n-type drift layer 2. Next, a resist mask 24 having an opening at a position where the p-type column region 4 is formed is formed on the surface of the oxide film 23 by a photolithography technique. The state up to this point is shown in FIG.

次に、レジストマスク24をマスクとして、ドライエッチングによって酸化膜23にn型ドリフト層2が露出する開口部を形成する。次にレジストマスク24を除去し、開口部を有する酸化膜23をマスクとして、例えば、異方性のドライエッチングを行い、n型ドリフト層2にp型カラム用トレンチ(第1トレンチ)25Aを形成する。ここまでの状態が図6に記載される。 Next, using the resist mask 24 as a mask, an opening in which the n-type drift layer 2 is exposed is formed in the oxide film 23 by dry etching. Next, the resist mask 24 is removed, and for example, anisotropic dry etching is performed using the oxide film 23 having an opening as a mask to form a p-type column trench (first trench) 25A in the n-type drift layer 2. do. The state up to this point is shown in FIG.

次に、酸化膜23のついた状態で、等方性エッチングおよび犠牲酸化を行う。この工程により、p型カラム用トレンチ25Aのダメージを除去し、p型カラム用トレンチ25Aの底部を丸める。等方性エッチングと犠牲酸化を行う順番は、どちらが先でもよい。また、等方性エッチングと犠牲酸化はどちらか一方を行うだけでもよい。 Next, isotropic etching and sacrificial oxidation are performed with the oxide film 23 attached. By this step, the damage of the p-type column trench 25A is removed, and the bottom of the p-type column trench 25A is rounded. Either isotropic etching or sacrificial oxidation can be performed first. In addition, either isotropic etching or sacrificial oxidation may be performed.

その後、酸化膜23を除去する。酸化膜23は犠牲酸化膜(不図示)と同時に除去してもよい。酸化膜23の除去後に形成されるp型カラム用トレンチ25Bの幅をW1とする。ここまでの状態が図7に記載される。 After that, the oxide film 23 is removed. The oxide film 23 may be removed at the same time as the sacrificial oxide film (not shown). The width of the p-type column trench 25B formed after the removal of the oxide film 23 is defined as W1. The state up to this point is shown in FIG.

次に、n型ドリフト層2の表面を覆い、p型カラム用トレンチ25Bの内部を埋め込むようにn型ドリフト層2より不純物濃度が低いn-型エピタキシャル層27をエピタキシャル成長させる。このとき、n-型エピタキシャル層27の不純物濃度が1.0×1015/cm3以上5.0×1016/cm3以下となるようにn型不純物をドーピングさせてエピタキシャル成長させてもよい。例えば、耐圧40Vの超接合半導体装置を形成する場合には、n-型エピタキシャル層27の不純物濃度を、2.0×1016/cm3としてもよい。また、耐圧100Vの超接合半導体装置を形成する場合には、n-型エピタキシャル層27の不純物濃度を、1.0×1016/cm3としてもよい。 Next, cover the surface of the n-type drift layer 2, impurity concentration than the n-type drift layer 2 so as to fill the inside of the p-type column trench 25B lower the n - -type epitaxial layer 27 is epitaxially grown. At this time, the n-type impurity may be doped and epitaxially grown so that the impurity concentration of the n- type epitaxial layer 27 is 1.0 × 10 15 / cm 3 or more and 5.0 × 10 16 / cm 3 or less. For example, when forming a superjunction semiconductor device having a withstand voltage of 40 V, the impurity concentration of the n- type epitaxial layer 27 may be 2.0 × 10 16 / cm 3. When forming a superjunction semiconductor device having a withstand voltage of 100 V, the impurity concentration of the n- type epitaxial layer 27 may be 1.0 × 10 16 / cm 3.

n型ドリフト層2の不純物濃度とn-型エピタキシャル層27の不純物濃度との関係は、n型ドリフト層2の不純物濃度をa[/cm3]でn-型エピタキシャル層27の不純物濃度をb[/cm3]とした場合、a>bである。n型ドリフト層2の不純物濃度a[/cm3]とn-型エピタキシャル層27の不純物濃度b[/cm3]は、2≦a/b≦10の関係式が成り立つ。 The relationship between the impurity concentration of the n-type drift layer 2 and the impurity concentration of the n - type epitaxial layer 27 is that the impurity concentration of the n-type drift layer 2 is a [/ cm 3 ] and the impurity concentration of the n - type epitaxial layer 27 is b. When [/ cm 3 ] is set, a> b. The impurity concentration of the n-type drift layer 2 a [/ cm 3] and impurity concentration of n - -type epitaxial layer 27 b [/ cm 3], the relationship of 2 ≦ a / b ≦ 10 is satisfied.

-型エピタキシャル層27の平坦な部分の厚さを厚さT1とする。n-型エピタキシャル層27の平坦な部分は、n型ドリフト層2のp型カラム用トレンチ25Bが形成されていない面上にn-型エピタキシャル層27が形成されている部分である。このn-型エピタキシャル層27の平坦な部分の表面を上面100とする。 The thickness of the flat portion of the n - type epitaxial layer 27 is defined as the thickness T1. n - flat portion of the type epitaxial layer 27, n on the surface of p-type column trench 25B of n-type drift layer 2 is not formed - a portion -type epitaxial layer 27 is formed. The surface of the flat portion of the n- type epitaxial layer 27 is defined as the upper surface 100.

-型エピタキシャル層27を形成する際に、厚さT1はp型カラム用トレンチ25Bの幅W1の1/2より厚い値とする(T1>W1/2)。厚さT1をp型カラム用トレンチ25Bの幅W1の1/2より厚くすることで、n-型エピタキシャル層27の上面100(表面)は、CMP装置等を用いて平坦化する工程を行わなくてもよい。ここまでの状態が図8に記載される。 When forming the n - type epitaxial layer 27, the thickness T1 is set to be thicker than 1/2 of the width W1 of the p-type column trench 25B (T1> W1 / 2). By making the thickness T1 thicker than 1/2 of the width W1 of the p-type column trench 25B, the upper surface 100 (surface) of the n- type epitaxial layer 27 is not flattened by using a CMP device or the like. You may. The state up to this point is shown in FIG.

図9A〜図9Cは、イオン注入用マスク21を用いてイオン注入22を行い、注入領域を異なる条件で形成した状態の断面図である。まず、n-型エピタキシャル層27の表面(上面100)上に、フォトリソグラフィ技術によって所定の開口部を有するイオン注入用マスク21を例えばフォトレジストで形成する。イオン注入用マスク21の開口部は、p型カラム用トレンチ25Bの上部に形成される。イオン注入用マスク21をマスクとして、p型不純物のイオン注入22を行う。p型不純物は、例えば、ホウ素(B)またはアルミニウム(Al)等である。イオン注入22は、1回行ってもよく、異なる注入深さで複数回行ってもよい。イオン注入22を異なる深さで複数回行う場合は、イオン注入22の順番は種々変更可能である。ここで、深さはn-型エピタキシャル層27の上面100(表面)からn+型半導体基板1のおもて面に向う方向を示す。注入深さは、n-型エピタキシャル層27の上面100(表面)からの不純物を注入する深さ(不純物濃度分布のピーク位置)である。 9A to 9C are cross-sectional views of a state in which ion implantation 22 is performed using the ion implantation mask 21 and the implantation regions are formed under different conditions. First, an ion implantation mask 21 having a predetermined opening is formed on the surface (upper surface 100) of the n-type epitaxial layer 27 by a photolithography technique, for example, with a photoresist. The opening of the ion implantation mask 21 is formed in the upper part of the p-type column trench 25B. Using the ion implantation mask 21 as a mask, ion implantation 22 of p-type impurities is performed. The p-type impurity is, for example, boron (B) or aluminum (Al). The ion implantation 22 may be performed once or multiple times at different implantation depths. When the ion implantation 22 is performed a plurality of times at different depths, the order of the ion implantation 22 can be changed in various ways. Here, the depth indicates the direction from the upper surface 100 (surface) of the n- type epitaxial layer 27 toward the front surface of the n + type semiconductor substrate 1. The injection depth is the depth at which impurities are injected from the upper surface 100 (surface) of the n- type epitaxial layer 27 (the peak position of the impurity concentration distribution).

また、イオン注入22を行って形成される後述する注入領域90、91−1,91−2,92は、上面100からの不純物が注入される領域(不純物濃度分布のピーク位置)を示す。よって、注入深さは、n-型エピタキシャル層27の上面100(表面)からn-型エピタキシャル層27内に形成される注入領域90、91−1,91−2,92までの深さを示す。 Further, the implantation regions 90, 91-1, 91-2, and 92, which will be described later and are formed by performing the ion implantation 22, indicate regions (peak positions of the impurity concentration distribution) in which impurities are implanted from the upper surface 100. Therefore, implantation depth, n - shows the depth up implantation region 90,91-1,91-2,92 formed -type epitaxial layer 27 - n from the upper surface 100 (the surface) of the type epitaxial layer 27 ..

さらに、n-型エピタキシャル層27の表面(上面100)とn型ドリフト層2の表面との間(n-型エピタキシャル層27の平坦な部分の厚さT1)の区間D1とし、n型ドリフト層2の表面(半導体基体の表面)からp型カラム用トレンチ25Bの底部までの間を区間D2とする。 Further, the section D1 between the surface of the n- type epitaxial layer 27 (upper surface 100) and the surface of the n-type drift layer 2 ( thickness T1 of the flat portion of the n- type epitaxial layer 27) is set as the n-type drift layer. The section D2 is defined as a section D2 from the surface of 2 (the surface of the semiconductor substrate) to the bottom of the p-type column trench 25B.

図9Aは、イオン注入22を1回行って注入領域90を形成している。注入領域90は区間D1に形成される。例えば、区間D1が0.8μmで区間D2が1.0μmである場合、注入領域90の注入深さは0.4μmである。区間D1は0.5μm以上1.0μm以下であればよい。注入領域90の注入深さは0.2μm以上1.0μm以下であればよい。区間D2は0.5μm以上2.0μm以下であればよい。なお、注入領域90は、区間D1と区間D2の境界に形成されてもよい。 In FIG. 9A, the ion implantation 22 is performed once to form the implantation region 90. The injection region 90 is formed in section D1. For example, when the section D1 is 0.8 μm and the section D2 is 1.0 μm, the injection depth of the injection region 90 is 0.4 μm. The section D1 may be 0.5 μm or more and 1.0 μm or less. The injection depth of the injection region 90 may be 0.2 μm or more and 1.0 μm or less. The section D2 may be 0.5 μm or more and 2.0 μm or less. The injection region 90 may be formed at the boundary between the section D1 and the section D2.

図9Bは、イオン注入22を2回行って注入領域91−1,91−2を形成している。注入領域91−1は区間D1に形成され、注入領域91−2は区間D2に形成される。例えば、区間D1が0.8μmで区間D2が1.0μmである場合は、注入領域91−1の注入深さを0.4μm、注入領域91−2の注入深さを1.6μmとする。区間D1は0.5μm以上1.5μm以下であればよい。注入領域91−1および注入領域91−2の注入深さは0.2μm以上2.0μm以下であればよい。区間D2は1.0μm以上4.0μm以下であればよい。なお、注入領域91−1あるいは注入領域91−2のどちらかが区間D1と区間D2の境界に形成されてもよい。注入領域91−1および注入領域91−2を形成する順番はどちらが先でもよい。 In FIG. 9B, the ion implantation 22 is performed twice to form the implantation regions 91-1 and 91-2. The injection region 91-1 is formed in section D1 and the injection region 91-2 is formed in section D2. For example, when the section D1 is 0.8 μm and the section D2 is 1.0 μm, the injection depth of the injection region 91-1 is 0.4 μm and the injection depth of the injection region 91-2 is 1.6 μm. The section D1 may be 0.5 μm or more and 1.5 μm or less. The injection depth of the injection region 91-1 and the injection region 91-2 may be 0.2 μm or more and 2.0 μm or less. The section D2 may be 1.0 μm or more and 4.0 μm or less. Either the injection region 91-1 or the injection region 91-2 may be formed at the boundary between the section D1 and the section D2. Either of the order of forming the injection region 91-1 and the injection region 91-2 may come first.

図9Cは、イオン注入22を1回行って注入領域92を形成している。注入領域92は、区間D2に形成される。例えば、区間D1が0.8μmで区間D2が1.0μmである場合は、注入領域92の注入深さを1.2μmとする。区間D1は0.5μm以上1.5μm以下であればよい。注入領域92の注入深さは0.4μm以上2.0μm以下であればよい。注入領域92は区間D1と区間D2の境界に形成されてもよい。 In FIG. 9C, the ion implantation 22 is performed once to form the implantation region 92. The injection region 92 is formed in section D2. For example, when the section D1 is 0.8 μm and the section D2 is 1.0 μm, the injection depth of the injection region 92 is set to 1.2 μm. The section D1 may be 0.5 μm or more and 1.5 μm or less. The injection depth of the injection region 92 may be 0.4 μm or more and 2.0 μm or less. The injection region 92 may be formed at the boundary between the section D1 and the section D2.

図9A、図9Bおよび図9Cでは、イオン注入22でのp型不純物の注入深さおよび注入回数の代表的な例を示したが、注入領域の注入深さおよび注入回数等は種々変更可能である。 In FIGS. 9A, 9B and 9C, typical examples of the implantation depth and the number of injections of the p-type impurity in the ion implantation 22 are shown, but the implantation depth and the number of injections in the implantation region can be variously changed. be.

図10Aは、図9Aのイオン注入22後にイオン注入用マスク21の除去を行って、p型不純物を熱処理で拡散させた断面図である。n-型エピタキシャル層27は、n型ドリフト層2よりも不純物濃度が低いため、p型不純物のイオン注入22およびその後の熱処理によって、p型不純物が注入領域90からn-型エピタキシャル層27に広がりやすくなる。このため、n型ドリフト層2には、p型カラム領域4の幅W2より、n-型エピタキシャル層27の上面100の幅W3が広いp型ウェル領域63が形成される。 FIG. 10A is a cross-sectional view in which the ion implantation mask 21 is removed after the ion implantation 22 of FIG. 9A and the p-type impurities are diffused by heat treatment. Since the n - type epitaxial layer 27 has a lower impurity concentration than the n-type drift layer 2, the p-type impurities spread from the injection region 90 to the n- type epitaxial layer 27 by the ion implantation 22 of the p-type impurities and the subsequent heat treatment. It will be easier. Therefore, the n-type drift layer 2 is formed with a p-type well region 63 in which the width W3 of the upper surface 100 of the n- type epitaxial layer 27 is wider than the width W2 of the p-type column region 4.

隣り合うp型カラム領域4の間がn型カラム領域3となり、n型ドリフト層2に並列pn領域20が形成される。また、エッジ終端領域40のp型カラム領域4Aおよびp型ウェル領域63Aも同じ工程で同様に形成される。 An n-type column region 3 is formed between adjacent p-type column regions 4, and a parallel pn region 20 is formed in the n-type drift layer 2. Further, the p-type column region 4A and the p-type well region 63A of the edge termination region 40 are also formed in the same manner in the same process.

図10Aのp型不純物濃度は、図9Aに示す注入領域90で最も不純物濃度が高く、深さ方向において、注入領域90から離れるにしたがって不純物濃度が低くなっている。ここで、深さ方向はn-型エピタキシャル層27の表面からn+型半導体基板1に向かう方向である。 The p-type impurity concentration in FIG. 10A has the highest impurity concentration in the injection region 90 shown in FIG. 9A, and the impurity concentration decreases as the distance from the injection region 90 increases in the depth direction. Here, the depth direction the n - is a direction from the surface of the type epitaxial layer 27 to the n + -type semiconductor substrate 1.

図10Bは、図9Bのイオン注入22後にイオン注入用マスク21の除去を行って、p型不純物を熱処理で拡散させた断面図である。n-型エピタキシャル層27は、n型ドリフト層2よりも不純物濃度が低いため、p型不純物のイオン注入22およびその後の熱処理によって、p型不純物が注入領域91−1および注入領域91−2からn-型エピタキシャル層27に広がりやすくなる。このため、n型ドリフト層2には、p型カラム領域4の幅W2より、n-型エピタキシャル層27の上面100の幅W3が広いp型ウェル領域63が形成される。 FIG. 10B is a cross-sectional view in which the ion implantation mask 21 is removed after the ion implantation 22 of FIG. 9B and the p-type impurities are diffused by heat treatment. Since the n - type epitaxial layer 27 has a lower impurity concentration than the n-type drift layer 2, the p-type impurities are implanted from the implantation region 91-1 and the injection region 91-2 by the ion implantation 22 of the p-type impurity and the subsequent heat treatment. It easily spreads to the n- type epitaxial layer 27. Therefore, the n-type drift layer 2 is formed with a p-type well region 63 in which the width W3 of the upper surface 100 of the n- type epitaxial layer 27 is wider than the width W2 of the p-type column region 4.

隣り合うp型カラム領域4の間がn型カラム領域3となり、n型ドリフト層2に並列pn領域20が形成される。また、エッジ終端領域40のp型カラム領域4Aおよびp型ウェル領域63Aも同じ工程で同様に形成される。 An n-type column region 3 is formed between adjacent p-type column regions 4, and a parallel pn region 20 is formed in the n-type drift layer 2. Further, the p-type column region 4A and the p-type well region 63A of the edge termination region 40 are also formed in the same manner in the same process.

図10Bのp型不純物濃度は、図9Bに示す注入領域91−1および注入領域91−2で不純物濃度が最も高く、深さ方向において、注入領域91−1および注入領域91−2から離れるにしたがって不純物濃度が低くなっている。なお、注入領域91−1および注入領域91−2のp型不純物の拡散が重なる部分ではp型不純物が多くなり、深さ方向において、注入領域91−1および注入領域91−2から離れていても不純物濃度が高くなる。ここで、深さ方向はn-型エピタキシャル層27の表面からn+型半導体基板1に向かう方向である。 The p-type impurity concentration in FIG. 10B has the highest impurity concentration in the injection region 91-1 and the injection region 91-2 shown in FIG. 9B, and is separated from the injection region 91-1 and the injection region 91-2 in the depth direction. Therefore, the impurity concentration is low. It should be noted that the p-type impurities increase in the portion of the injection region 91-1 and the injection region 91-2 where the diffusion of the p-type impurities overlaps, and the p-type impurities are separated from the injection region 91-1 and the injection region 91-2 in the depth direction. Also, the impurity concentration becomes high. Here, the depth direction the n - is a direction from the surface of the type epitaxial layer 27 to the n + -type semiconductor substrate 1.

図10Cは、図9Cのイオン注入22後にイオン注入用マスク21の除去を行って、p型不純物を熱処理で拡散させた断面図である。n-型エピタキシャル層27は、n型ドリフト層2よりも不純物濃度が低いため、p型不純物のイオン注入22およびその後の熱処理によって、p型不純物は注入領域92からn-型エピタキシャル層27に広がりやすくなる。 FIG. 10C is a cross-sectional view in which the ion implantation mask 21 is removed after the ion implantation 22 of FIG. 9C and the p-type impurities are diffused by heat treatment. Since the n - type epitaxial layer 27 has a lower impurity concentration than the n-type drift layer 2, the p-type impurities spread from the injection region 92 to the n- type epitaxial layer 27 by the ion implantation 22 of the p-type impurities and the subsequent heat treatment. It will be easier.

図9Cに示す注入領域92は、n-型エピタキシャル層27の上面100側と離れた区間D2に形成されている。このため、注入領域92のp型不純物は、n-型エピタキシャル層27の上面100側で深さ方向に垂直な方向(幅W2,W3に平行な方向)に拡散しにくくなる。よって、p型カラム領域4の幅W2とp型ウェル領域63のn-型エピタキシャル層27の上面100の幅W3は、同じ幅で形成されてもよい。 The injection region 92 shown in FIG. 9C is formed in a section D2 away from the upper surface 100 side of the n-type epitaxial layer 27. Therefore, the p-type impurities in the injection region 92 are less likely to diffuse in the direction perpendicular to the depth direction (direction parallel to the widths W2 and W3) on the upper surface 100 side of the n-type epitaxial layer 27. Therefore, the width W2 of the p-type column region 4 and the width W3 of the upper surface 100 of the n-type epitaxial layer 27 of the p-type well region 63 may be formed with the same width.

隣り合うp型カラム領域4の間がn型カラム領域3となり、n型ドリフト層2に並列pn領域20が形成される。また、エッジ終端領域40のp型カラム領域4Aおよびp型ウェル領域63Aも同じ工程で同様に形成される。図10Cのp型不純物濃度は、図9Cに示す注入領域92で不純物濃度が最も高く、注入領域92から離れるにしたがって不純物濃度が低くなっている。ここで、深さ方向はn-型エピタキシャル層27の表面からn+型半導体基板1に向かう方向である。 An n-type column region 3 is formed between adjacent p-type column regions 4, and a parallel pn region 20 is formed in the n-type drift layer 2. Further, the p-type column region 4A and the p-type well region 63A of the edge termination region 40 are also formed in the same manner in the same process. The p-type impurity concentration in FIG. 10C has the highest impurity concentration in the injection region 92 shown in FIG. 9C, and the impurity concentration decreases as the distance from the injection region 92 increases. Here, the depth direction the n - is a direction from the surface of the type epitaxial layer 27 to the n + -type semiconductor substrate 1.

図10Aおよび図10Bはp型ウェル領域の断面形状が同じだが、図10Cは、図10Aおよび図10Bと断面形状が異なっている。これは、イオン注入22により形成される注入領域の位置が異なるためである。以降の製造工程は図10Aの状態をもとに説明する。ここで、深さ方向はn-型エピタキシャル層27の表面(上面100)からn+型半導体基板1に向かう方向とする。また、「浅い」および「深い」は、深さ方向における深さを示す。 10A and 10B have the same cross-sectional shape of the p-shaped well region, but FIG. 10C has a different cross-sectional shape from those of FIGS. 10A and 10B. This is because the positions of the implantation regions formed by the ion implantation 22 are different. The subsequent manufacturing process will be described based on the state of FIG. 10A. Here, the depth direction of the n - and direction from -type epitaxial layer 27 surface (upper surface 100) in the n + -type semiconductor substrate 1. Further, "shallow" and "deep" indicate the depth in the depth direction.

また、イオン注入用マスク21としてフォトレジストを用いた場合を説明したが、例えば酸化膜を用いてもよい。酸化膜を用いる場合は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて酸化膜に開口部を形成する。イオン注入用マスク21に酸化膜を用いる場合は、注入した不純物を拡散するための熱処理を酸化膜がついた状態で行うことも可能である。 Further, although the case where a photoresist is used as the ion implantation mask 21 has been described, for example, an oxide film may be used. When an oxide film is used, an opening is formed in the oxide film by using a photolithography technique and an etching technique. When an oxide film is used for the ion implantation mask 21, it is also possible to perform a heat treatment for diffusing the injected impurities with the oxide film attached.

次に、n-型エピタキシャル層27の表面(上面100)上に、フォトリソグラフィ技術によってp--型リサーフ領域12を形成するための開口部を有するイオン注入用マスク65を形成する。イオン注入用マスク65は、例えばフォトレジストを用いる。イオン注入用マスク65をマスクとして、p型不純物のイオン注入を行う。p型不純物は、例えばホウ素(B)またはアルミニウム(Al)等である。ここまでの状態を図11に示す。 Next, an ion implantation mask 65 having an opening for forming the p- type resurf region 12 is formed on the surface (upper surface 100) of the n-type epitaxial layer 27 by photolithography technology. For the ion implantation mask 65, for example, a photoresist is used. Using the ion implantation mask 65 as a mask, ion implantation of p-type impurities is performed. The p-type impurity is, for example, boron (B) or aluminum (Al). The state up to this point is shown in FIG.

次に、イオン注入用マスク65を除去後、注入したp型不純物を拡散するための熱処理を行って、n-型エピタキシャル層27の表面層にp--型リサーフ領域12を形成する。p--型リサーフ領域12は、p型ウェル領域63Aより不純物濃度が低いため、p型ウェル領域63Aにはp--型リサーフ領域12が形成されない。p--型リサーフ領域12の底面は、n-型エピタキシャル層27とn型ドリフト層2との境界より深く形成される。また、p--型リサーフ領域12の底面は、p型カラム領域4Aとp型ウェル領域63Aの境界(点線)より浅く形成されてよい。ここまでの状態が図12に記載される。 Next, after removing the ion implantation mask 65, heat treatment is performed to diffuse the implanted p-type impurities to form a p- type resurf region 12 on the surface layer of the n-type epitaxial layer 27. Since the p - type resurf region 12 has a lower impurity concentration than the p-type well region 63A, the p - type resurf region 12 is not formed in the p-type well region 63A. p - bottom type RESURF region 12, n - is deeper than the boundary between the type epitaxial layer 27 and the n-type drift layer 2. Further, p - bottom type resurf region 12 may be formed shallower than the p-type column regions 4A and the p-type well region 63A of the boundary (dotted line). The state up to this point is shown in FIG.

次に、上面100上に、酸化膜28を形成する。酸化膜28は、例えば、LOCOS膜であってもよい。活性領域30の酸化膜28の厚さは、エッジ終端領域40の外周側に形成される酸化膜28の厚い部分より薄く形成される。酸化膜28は、n-型エピタキシャル層27の上面に厚さが厚い部分が形成され、酸化膜28の厚い部分の底面は上面100より深い位置まで形成されている。酸化膜28の厚い部分の活性領域30側の端部は、端部から下面の一部に連続して、p--型リサーフ領域12に覆われるように形成される。また、酸化膜28の厚い部分の他方の端部は、他方の端部から下面の一部に連続して、n-型エピタキシャル層27に覆われるように形成される。ここまでの状態が図13に記載される。 Next, the oxide film 28 is formed on the upper surface 100. The oxide film 28 may be, for example, a LOCOS film. The thickness of the oxide film 28 in the active region 30 is formed to be thinner than the thick portion of the oxide film 28 formed on the outer peripheral side of the edge termination region 40. The oxide film 28 has a thick portion formed on the upper surface of the n- type epitaxial layer 27, and the bottom surface of the thick portion of the oxide film 28 is formed to a position deeper than the upper surface 100. The end portion of the thick portion of the oxide film 28 on the active region 30 side is formed so as to be continuously covered with the p-type resurf region 12 from the end portion to a part of the lower surface. Further, the other end of the thick portion of the oxide film 28 is formed so as to be continuously covered with the n-type epitaxial layer 27 from the other end to a part of the lower surface. The state up to this point is shown in FIG.

次に、酸化膜28の表面に、フォトリソグラフィ技術によって所定の開口部を有するレジストマスク(不図示)を形成する。次に、レジストマスクをマスクにして、ドライエッチングによって酸化膜28に開口部を形成する。次にレジストマスクを除去し、酸化膜28をマスクとして、異方性のドライエッチングによって、n-型エピタキシャル層27の上面100からn-型エピタキシャル層27を貫通しn型ドリフト層2に達するトレンチ18Aを形成する。ここまでの状態が図14に記載される。 Next, a resist mask (not shown) having a predetermined opening is formed on the surface of the oxide film 28 by a photolithography technique. Next, using the resist mask as a mask, an opening is formed in the oxide film 28 by dry etching. Then the resist mask is removed, an oxide film 28 as a mask, anisotropic dry etching, n - -type n from the upper surface 100 of the epitaxial layer 27 - -type epitaxial layer 27 through the reach n-type drift layer 2 trenches Form 18A. The state up to this point is shown in FIG.

次に、酸化膜28のついた状態で、等方性エッチングおよび犠牲酸化を行う。この工程により、トレンチ18Aのダメージを除去し、トレンチ18Aの底部を丸める。等方性エッチングと犠牲酸化を行う順番は、どちらが先でもよい。また、等方性エッチングと犠牲酸化はどちらか一方を行うだけでもよい。その後、トレンチ18Aを形成するマスクとして用いた厚さの薄い部分の酸化膜28を除去する。このとき、厚さの薄い部分の酸化膜28と犠牲酸化膜を同時に除去してもよい。酸化膜28の除去後のトレンチがトレンチ18Bとなる。酸化膜28は厚さが薄い部分と、エッジ終端領域40に厚さが厚い部分を有するので、酸化膜28の厚さが薄い部分を除去する全面エッチングを行って、エッジ終端領域40の厚さが厚い部分の酸化膜を残す。犠牲酸化膜(不図示)は酸化膜28の厚さが薄い部分と一緒に除去してもよい。また、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により酸化膜28を除去することで、エッジ終端領域40に酸化膜28を残してもよい。エッジ終端領域40に残った酸化膜(酸化膜28の厚さが厚い部分)がフィールド酸化膜13となる。ここまでの状態を図15に示す。 Next, isotropic etching and sacrificial oxidation are performed with the oxide film 28 attached. By this step, the damage of the trench 18A is removed and the bottom of the trench 18A is rounded. Either isotropic etching or sacrificial oxidation can be performed first. In addition, either isotropic etching or sacrificial oxidation may be performed. After that, the oxide film 28 in the thin portion used as a mask for forming the trench 18A is removed. At this time, the oxide film 28 and the sacrificial oxide film in the thin portion may be removed at the same time. The trench after the oxide film 28 is removed becomes the trench 18B. Since the oxide film 28 has a thin portion and a thick portion in the edge termination region 40, the entire surface is etched to remove the thin portion of the oxide film 28 to obtain the thickness of the edge termination region 40. Leaves a thick oxide film. The sacrificial oxide film (not shown) may be removed together with the thin portion of the oxide film 28. Further, the oxide film 28 may be left in the edge termination region 40 by removing the oxide film 28 by a photolithography technique and an etching technique. The oxide film (the portion where the thickness of the oxide film 28 is thick) remaining in the edge end region 40 becomes the field oxide film 13. The state up to this point is shown in FIG.

次に、n-型エピタキシャル層27、p--型リサーフ領域12およびp型ウェル領域63,63Aの表面(上面100)と、トレンチ18Bの内壁に沿ってゲート絶縁膜7を形成する。このゲート絶縁膜7は、酸素雰囲気中において1000℃程度の温度の熱酸化によって形成してもよい。また、このゲート絶縁膜7は高温酸化(High Temperature Oxide:HTO)等のような化学反応によって堆積する方法で形成してもよい。 Next, the surface (upper surface 100) of the n- type epitaxial layer 27, the p - type resurf region 12 and the p-type well regions 63, 63A, and the gate insulating film 7 are formed along the inner wall of the trench 18B. The gate insulating film 7 may be formed by thermal oxidation at a temperature of about 1000 ° C. in an oxygen atmosphere. Further, the gate insulating film 7 may be formed by a method of depositing by a chemical reaction such as high temperature oxidation (HTO).

次に、ゲート絶縁膜7上に、例えばリン原子がドーピングされた多結晶シリコン層を設ける。この多結晶シリコン層はトレンチ18B内を埋め込むように形成する。この多結晶シリコン層をフォトリソグラフィ技術とエッチング技術によりパターニングし、トレンチ18B内部にゲート絶縁膜7を介してゲート電極8を形成する。 Next, a polycrystalline silicon layer doped with, for example, a phosphorus atom is provided on the gate insulating film 7. This polycrystalline silicon layer is formed so as to embed the inside of the trench 18B. This polycrystalline silicon layer is patterned by a photolithography technique and an etching technique to form a gate electrode 8 inside the trench 18B via a gate insulating film 7.

また、エッジ終端領域40に形成された多結晶シリコン層を選択的に残し、フィールドプレート29およびチャネルストッパ62としてもよい。 Further, the polycrystalline silicon layer formed in the edge termination region 40 may be selectively left as the field plate 29 and the channel stopper 62.

フィールドプレート29は、p--型リサーフ領域12、p型ウェル領域63A、およびp型ベース領域5A上(上面100)に形成されたゲート絶縁膜7(絶縁膜66A)の上面とフィールド酸化膜13の活性領域30側の上面に連続して形成される。フィールドプレート29は、ゲート電極8と電気的に接続しており、ゲート配線の機能も有する。 The field plate 29 includes the upper surface of the gate insulating film 7 (insulating film 66A) and the field oxide film 13 formed on the p- type resurf region 12, the p-type well region 63A, and the p-type base region 5A (upper surface 100). It is continuously formed on the upper surface of the active region 30 side of the above. The field plate 29 is electrically connected to the gate electrode 8 and also has a gate wiring function.

チャネルストッパ62は、フィールド酸化膜13の外周側の上面とn-型エピタキシャル層27上(上面100)に形成されたゲート絶縁膜7(絶縁膜66B)の上面に連続して形成される。なお、フィールドプレート29とチャネルストッパ62は、フィールド酸化膜13上で分離される。 The channel stopper 62 is continuously formed on the upper surface of the field oxide film 13 on the outer peripheral side and the upper surface of the gate insulating film 7 (insulating film 66B) formed on the n-type epitaxial layer 27 (upper surface 100). The field plate 29 and the channel stopper 62 are separated on the field oxide film 13.

次に、n-型エピタキシャル層27の上面100(p型ウェル領域63,63Aおよびn-型エピタキシャル層27の表面)からp型ベース領域5,5Aを形成するためのp型不純物のイオン注入22を行う。p型不純物としては、例えばホウ素(B)あるいはアルミニウム(Al)等である。この際、n-型エピタキシャル層27の上のエッジ終端領域40では、フィールドプレート29、チャネルストッパ62およびフィールド酸化膜13がマスクとして機能する。このため、n-型エピタキシャル層27にはp型不純物が注入されない。また、ゲート電極8もマスクとして機能する。ここまでの状態が図16に記載される。次に、上面100上に形成されたゲート絶縁膜7の除去を行う。なお、ゲート絶縁膜7の除去は、ゲート絶縁膜7の厚さが後述するn+型ソース領域6を形成するためのイオン注入を妨げない厚さ、例えば、500Å以下であれば行わなくてもよい。 Next, ion implantation of p-type impurities to form p-type base regions 5, 5A from the upper surface 100 of the n- type epitaxial layer 27 (the surfaces of the p-type well regions 63 and 63A and the n -type epitaxial layer 27) 22 I do. Examples of the p-type impurity include boron (B) and aluminum (Al). At this time, in the edge termination region 40 on the n- type epitaxial layer 27, the field plate 29, the channel stopper 62, and the field oxide film 13 function as masks. Therefore, p-type impurities are not injected into the n-type epitaxial layer 27. The gate electrode 8 also functions as a mask. The state up to this point is shown in FIG. Next, the gate insulating film 7 formed on the upper surface 100 is removed. The removal of the gate insulating film 7 does not have to be performed if the thickness of the gate insulating film 7 does not interfere with ion implantation for forming the n + type source region 6 described later, for example, 500 Å or less. good.

次に、熱処理によりp型不純物を拡散させることで、n-型エピタキシャル層27、p型ウェル領域63,63A、およびp--型リサーフ領域12の表面層に、p型ベース領域5,5Aを形成する。この熱処理によって、トレンチ18Bを埋め込むように形成した多結晶シリコン層からなるゲート電極8の上面、フィールドプレート29およびチャネルストッパ62を覆うように絶縁膜66Cが形成される。 Next, by diffusing the p-type impurities by heat treatment, the p-type base regions 5, 5A are formed on the surface layers of the n- type epitaxial layer 27, the p-type well regions 63, 63A, and the p -type resurf region 12. Form. By this heat treatment, an insulating film 66C is formed so as to cover the upper surface of the gate electrode 8 made of a polycrystalline silicon layer formed so as to embed the trench 18B, the field plate 29, and the channel stopper 62.

p型ベース領域5とp型ウェル領域63は重なり、かつp型ベース領域5の底面は、p型ウェル領域63の底面より浅く形成される。p型ベース領域5Aとp型ウェル領域63Aは重なり、かつp型ベース領域5Aの底面は、p型ウェル領域63Aの底面より浅く形成される。 The p-type base region 5 and the p-type well region 63 overlap, and the bottom surface of the p-type base region 5 is formed shallower than the bottom surface of the p-type well region 63. The p-type base region 5A and the p-type well region 63A overlap, and the bottom surface of the p-type base region 5A is formed shallower than the bottom surface of the p-type well region 63A.

p型ベース領域5とp型ベース領域5Aの不純物濃度は等しくてもよい。p型ウェル領域63とp型ウェル領域63Aの不純物濃度は等しくてもよい。p型ベース領域5の不純物濃度は、p型ウェル領域63の不純物濃度より高い。また、p型ベース領域5Aの不純物濃度は、p型ウェル領域63Aの不純物濃度より高い。p型ベース領域5,5Aは、トレンチ18Bの側壁に接するように形成される。 The impurity concentrations in the p-type base region 5 and the p-type base region 5A may be equal. The impurity concentrations in the p-type well region 63 and the p-type well region 63A may be equal. The impurity concentration of the p-type base region 5 is higher than the impurity concentration of the p-type well region 63. Further, the impurity concentration in the p-type base region 5A is higher than the impurity concentration in the p-type well region 63A. The p-type base regions 5, 5A are formed so as to be in contact with the side wall of the trench 18B.

エッジ終端領域40では、酸化膜28、フィールドプレート29およびチャネルストッパ62がマスクとして機能するため、これらに上部を覆われたn-型エピタキシャル層27およびp--型リサーフ領域12にはホウ素(B)が注入されない。これにより、p型ベース領域5,5Aを形成するp型不純物を拡散するために熱処理を行っても、n-型エピタキシャル層27およびp--型リサーフ領域12にはp型ベース領域5,5Aを形成するp型不純物が拡散することはない。よって、エッジ終端領域40には、n-型エピタキシャル層27およびp--型リサーフ領域12が残る。 In the edge termination region 40, the oxide film 28, the field plate 29, and the channel stopper 62 function as masks, so that the n - type epitaxial layer 27 and the p - type resurf region 12 covered by these function as boron (B). ) Is not injected. As a result, even if heat treatment is performed to diffuse the p-type impurities forming the p-type base regions 5, 5A, the p-type base regions 5, 5A are formed in the n - type epitaxial layer 27 and the p - type resurf region 12. The p-type impurities that form the above do not diffuse. Therefore, the n- type epitaxial layer 27 and the p - type resurf region 12 remain in the edge termination region 40.

このように、第1の製造方法では、チャネルが形成されるp型ベース領域5をトレンチ18B形成後に形成する。ここまでの状態が図17に記載される。 As described above, in the first manufacturing method, the p-type base region 5 in which the channel is formed is formed after the trench 18B is formed. The state up to this point is shown in FIG.

次に、p型ベース領域5の表面上に、例えば、レジストを用い、フォトリソグラフィ技術によって所望の開口部を有するマスク(不図示)を形成する。このレジストマスクをマスクとしてn型不純物をイオン注入する。このイオン注入によって、p型ベース領域5の表面層にn+型ソース領域6が形成される箇所にn型不純物を注入する。注入するn型不純物は、砒素(As)、リン(P)等である。 Next, a mask (not shown) having a desired opening is formed on the surface of the p-type base region 5 by a photolithography technique using, for example, a resist. Using this resist mask as a mask, n-type impurities are ion-implanted. By this ion implantation, an n-type impurity is implanted at a location where an n + -type source region 6 is formed in the surface layer of the p-type base region 5. The n-type impurities to be injected are arsenic (As), phosphorus (P) and the like.

次に、n+型ソース領域6を形成するために用いたイオン注入用マスクを除去する。さらに、p型ベース領域5の表面上に、例えば、レジストを用い、フォトリソグラフィ技術によって所望の開口部を有するマスクを形成して、p型ベース領域5の表面層に、n+型ソース領域6と接するp++型コンタクト領域14を形成するp型不純物を注入してもよい。また、p型ベース領域5Aの表面層にも、p++型コンタクト領域14Aを形成するp型不純物を注入してもよい。なお、エッジ終端領域40のp型ベース領域5Aの表面層にはn+型ソース領域6を形成しない。 Next, the ion implantation mask used to form the n + type source region 6 is removed. Further, on the surface of the p-type base region 5, for example, a resist is used to form a mask having a desired opening by photolithography technology, and an n + type source region 6 is formed on the surface layer of the p-type base region 5. A p-type impurity may be injected to form the p ++ type contact region 14 in contact with the p ++ type contact region 14. Further, the p-type impurity forming the p ++ type contact region 14A may be injected into the surface layer of the p-type base region 5A. The n + type source region 6 is not formed on the surface layer of the p-type base region 5A of the edge termination region 40.

次に、n+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14,14Aを形成するため、注入した不純物を活性化させる熱処理を行う。ここで、活性化させる熱処理とイオン注入後の熱処理(イオン注入した不純物を拡散する熱処理)との違いを説明する。イオン注入を行った半導体基体、例えば、n型ドリフト層2等は、イオン注入によりダメージを受けて欠陥が発生している。イオン注入された不純物は、欠陥によって全てが電荷として働かない状態となっている。活性化させる熱処理は、イオン注入によって発生した欠陥を回復させて、注入された不純物量に見合った電荷量(抵抗)にする熱処理を示す。イオン注入後の熱処理(イオン注入した不純物を拡散する熱処理)は、イオン注入によって発生した欠陥を回復させて、注入された不純物量に見合った電荷量(抵抗)にし、さらに、半導体基体、例えば、n型ドリフト層2等の任意の位置まで不純物を拡散させる熱処理を示す。よって、活性化させる熱処理は、イオン注入後の熱処理(イオン注入した不純物を拡散する熱処理)より、熱履歴が小さい。熱履歴が小さいとは、例えば、熱処理温度が低いまたは熱処理時間が短い、熱処理温度が低く且つ熱処理時間が短いことを示す。n+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14,14Aを形成するイオン注入を行う順番はどちらが先でもよい。ここまでの状態が図18に記載される。 Next, in order to form the n + type source region 6 and the p ++ type contact regions 14, 14A, a heat treatment is performed to activate the injected impurities. Here, the difference between the heat treatment for activating and the heat treatment after ion implantation (heat treatment for diffusing the ion-implanted impurities) will be described. The ion-implanted semiconductor substrate, for example, the n-type drift layer 2 and the like, is damaged by the ion implantation and has defects. All of the ion-implanted impurities are in a state where they do not work as electric charges due to defects. The heat treatment for activating indicates a heat treatment in which a defect generated by ion implantation is recovered and the amount of electric charge (resistance) is adjusted to match the amount of impurities implanted. The heat treatment after ion implantation (the heat treatment for diffusing the ion-implanted impurities) recovers the defects generated by the ion implantation to obtain a charge amount (resistance) commensurate with the amount of the injected impurities, and further, a semiconductor substrate, for example, The heat treatment for diffusing impurities to an arbitrary position such as the n-type drift layer 2 is shown. Therefore, the heat treatment for activating has a smaller thermal history than the heat treatment after ion implantation (heat treatment for diffusing the ion-implanted impurities). A small heat history means, for example, that the heat treatment temperature is low or the heat treatment time is short, the heat treatment temperature is low, and the heat treatment time is short. Either of the order of ion implantation forming the n + type source region 6 and the p ++ type contact regions 14 and 14A may come first. The state up to this point is shown in FIG.

次に、n-型エピタキシャル層27の表面(上面100)の上部全面に層間絶縁膜9を形成する。層間絶縁膜9は、絶縁膜66Cを介して、例えば、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8、n+型ソース領域6、p++型コンタクト領域14、p型ベース領域5A、p++型コンタクト領域14A、フィールド酸化膜13、フィールドプレート29およびチャネルストッパ62の上部を覆うように形成される。層間絶縁膜9は、例えば、BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)、PSG(Phosphorus Silicate Glass)等で形成される。また、層間絶縁膜9は、例えばBPSGの下(BPSGとゲート電極8の間)に、HTO(High Temperature Oxide)、NSG(None−doped Silicate Glass)あるいはTEOS(テトラエトキシシラン)膜のいずれかを形成して積層膜としてもよい。層間絶縁膜9の厚さは1μm程度でよい。 Next, the interlayer insulating film 9 is formed on the entire upper surface of the surface (upper surface 100) of the n-type epitaxial layer 27. The interlayer insulating film 9 is formed through, for example, the gate insulating film 7, the gate electrode 8, the n + type source region 6, the p ++ type contact region 14, the p type base region 5A, and the p ++ type contact via the insulating film 66C. It is formed so as to cover the upper part of the region 14A, the field oxide film 13, the field plate 29 and the channel stopper 62. The interlayer insulating film 9 is formed of, for example, BPSG (Boron Phosphorus Silicate Glass), PSG (Phosphorus Silicate Glass), or the like. Further, as the interlayer insulating film 9, for example, under the BPSG (between the BPSG and the gate electrode 8), either an HTO (High Temperature Oxide), an NSG (None-topped Silicate Glass) or a TEOS (tetraethoxysilane) film is formed. It may be formed to form a laminated film. The thickness of the interlayer insulating film 9 may be about 1 μm.

次に、層間絶縁膜9および絶縁膜63Cをフォトリソグラフィ技術とエッチング技術によりパターニングを行う。活性領域30には、n+型ソース領域6とp++型コンタクト領域14の表面を露出させたコンタクトホール64Aが形成される(トレンチ18Bの内壁に沿って形成されるゲート絶縁膜7とゲート電極8の上部を覆う層間絶縁膜9の境界は不図示)。また、エッジ終端領域40には、p++型コンタクト領域14Aの表面を露出させたコンタクトホール64Bが形成される。さらに、エッジ終端領域40には、フィールドプレート29の表面を露出させたコンタクトホール64Cが形成される。その後、熱処理(リフロー)を行って層間絶縁膜9を平坦化する。ここまでの状態が図19に記載される。 Next, the interlayer insulating film 9 and the insulating film 63C are patterned by a photolithography technique and an etching technique. In the active region 30, a contact hole 64A is formed in which the surfaces of the n + type source region 6 and the p ++ type contact region 14 are exposed (the gate insulating film 7 and the gate formed along the inner wall of the trench 18B). The boundary of the interlayer insulating film 9 that covers the upper part of the electrode 8 is not shown (not shown). Further, in the edge end region 40, a contact hole 64B having an exposed surface of the p ++ type contact region 14A is formed. Further, in the edge termination region 40, a contact hole 64C having an exposed surface of the field plate 29 is formed. After that, heat treatment (reflow) is performed to flatten the interlayer insulating film 9. The state up to this point is shown in FIG.

次に、スパッタにより、アルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とする合金(Al−Si、Al−Cu、Al−Si―Cu)等の金属膜をコンタクトホール64A,64B,64C内を埋め込み、さらに層間絶縁膜9の上面を連続して覆うように成膜する。なお、金属膜を成膜する前に、スパッタによりチタン膜(Ti)、窒化チタン膜(TiN)、またはこれらの積層膜(例えば、Ti/TiN等)からなるバリアメタル(不図示)をコンタクトホール64A,64B,64Cの内壁に沿い、かつ層間絶縁膜9の上面に連続するように形成してもよい。その後、金属膜およびバリアメタル(不図示)をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターニングすることで、ソース電極10、金属ゲートランナー61、およびゲート電極パッド(不図示)を形成する。なお、バリアメタルは、コンタクトホール64A,64B,64C内にのみ形成してもよい。 Next, by sputtering, a metal film such as aluminum or an alloy containing aluminum as a main component (Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu) is embedded in the contact holes 64A, 64B, 64C, and further, an interlayer insulating film is formed. A film is formed so as to continuously cover the upper surface of 9. Before forming the metal film, a contact hole is formed with a titanium film (Ti), a titanium nitride film (TiN), or a barrier metal (not shown) composed of a laminated film (for example, Ti / TiN) thereof by sputtering. It may be formed so as to be continuous with the inner wall of 64A, 64B, 64C and on the upper surface of the interlayer insulating film 9. After that, the source electrode 10, the metal gate runner 61, and the gate electrode pad (not shown) are formed by patterning the metal film and the barrier metal (not shown) by a photolithography technique and an etching technique. The barrier metal may be formed only in the contact holes 64A, 64B, 64C.

ソース電極10は、活性領域30において、コンタクトホール64Aで表面が露出されたn+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14と電気的に接続する。また、ソース電極10はエッジ終端領域40において、コンタクトホール64Bで表面が露出されたp++型コンタクト領域14Aと電気的に接続する。また、金属ゲートランナー61は、コンタクトホール64Cで表面が露出されたフィールドプレート29およびゲート電極8と電気的に接続する。ゲート電極パッド(不図示)は、金属ゲートランナー61およびゲート電極8と電気的に接続する。なお、コンタクトホール64A,64B,64C内にはバリアメタルを介してタングステンプラグ等を埋め込んでもよい。 The source electrode 10 is electrically connected to the n + type source region 6 and the p ++ type contact region 14 whose surfaces are exposed in the contact hole 64A in the active region 30. Further, the source electrode 10 is electrically connected to the p ++ type contact region 14A whose surface is exposed by the contact hole 64B in the edge termination region 40. Further, the metal gate runner 61 is electrically connected to the field plate 29 and the gate electrode 8 whose surfaces are exposed in the contact hole 64C. The gate electrode pad (not shown) is electrically connected to the metal gate runner 61 and the gate electrode 8. A tungsten plug or the like may be embedded in the contact holes 64A, 64B, 64C via a barrier metal.

次に、スパッタにより、n+型半導体基板1の裏面(半導体基体の裏面)に裏面電極11を形成する。裏面電極11は、例えば、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)あるいはアルミニウムを主成分とする合金(Al−Si、Al−Cu、Al−Si―Cu)等の金属膜等から形成されてもよい。また、これらの積層膜(例えば、Ti/Ni/Au、Al/Ti/Ni/Au等)を成膜してもよい。裏面電極11を成膜後に熱処理を行い、n+型半導体基板1と裏面電極11とのオーミック接合を形成する。これにより、図2Aに示したSJ−MOSFET50が完成する。 Next, the back surface electrode 11 is formed on the back surface of the n + type semiconductor substrate 1 (the back surface of the semiconductor substrate) by sputtering. The back surface electrode 11 is, for example, nickel (Ni), titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), or an alloy containing aluminum as a main component (Al—Si, Al—Cu, Al−. It may be formed from a metal film such as Si—Cu) or the like. Further, these laminated films (for example, Ti / Ni / Au, Al / Ti / Ni / Au, etc.) may be formed. After the back surface electrode 11 is formed into a film, heat treatment is performed to form an ohmic contact between the n + type semiconductor substrate 1 and the back surface electrode 11. As a result, the SJ-MOSFET 50 shown in FIG. 2A is completed.

このように、p型カラム領域4、4Aとなる領域にp型カラム用トレンチ25Bを形成し、n型カラム領域3となるn型ドリフト層2よりも不純物濃度が低いn-型エピタキシャル層27をp型カラム用トレンチ25に埋め込むように形成する。 In this way, the p-type column trench 25B is formed in the p-type column regions 4 and 4A, and the n - type epitaxial layer 27 having a lower impurity concentration than the n-type drift layer 2 which is the n-type column region 3 is formed. It is formed so as to be embedded in the trench 25 for a p-type column.

さらに、n-型エピタキシャル層27の表面(上面100)からのp型不純物のイオン注入と注入した不純物を拡散するための熱処理を行い、p型カラム領域4、4Aおよびp型ウェル領域63、63Aを形成している。これにより、p型エピタキシャル層の堆積を行わずにp型カラム領域4を形成できるため、エッジ終端領域40でp型エピタキシャル層を除去する工程が不要となる。また、p型カラム用トレンチ25Bに埋め込まれたn-型エピタキシャル層27の表面は、CMP装置等を用いて平坦化する工程が不要となる。よって、製造工程の数を減らすことで製造コストを低減することができる。 Further, ion implantation of p-type impurities from the surface (upper surface 100) of the n- type epitaxial layer 27 and heat treatment for diffusing the injected impurities are performed to perform p-type column regions 4, 4A and p-type well regions 63, 63A. Is forming. As a result, the p-type column region 4 can be formed without depositing the p-type epitaxial layer, so that the step of removing the p-type epitaxial layer at the edge termination region 40 becomes unnecessary. Further, the surface of the n- type epitaxial layer 27 embedded in the p-type column trench 25B does not require a step of flattening by using a CMP apparatus or the like. Therefore, the manufacturing cost can be reduced by reducing the number of manufacturing processes.

さらに、多段エピタキシャル方式と比較して、n型カラム領域3およびp型カラム領域4のそれぞれ幅を微細化することができ、例えば、耐圧が100V以下のSJ−MOSFET(超接合半導体装置)50においてオン抵抗の低減が可能になる。また、イオン注入と熱処理による拡散によりp型カラム領域4を形成するため、p型カラム領域4とn型カラム領域3との境界で相互拡散が起こる。そのため、従来のトレンチ埋め込み方式でp型カラム領域とn型カラム領域を形成する場合より、p型カラム領域4とn型カラム領域3との境界は緩やかに導電型が変わる。その結果、空乏層が広がりやすくなり、電界が緩和されて耐圧を向上させることができる。 Further, the widths of the n-type column region 3 and the p-type column region 4 can be miniaturized as compared with the multi-stage epitaxial method. The on-resistance can be reduced. Further, since the p-type column region 4 is formed by ion implantation and diffusion by heat treatment, mutual diffusion occurs at the boundary between the p-type column region 4 and the n-type column region 3. Therefore, the conductive type changes more gently at the boundary between the p-type column region 4 and the n-type column region 3 than when the p-type column region and the n-type column region are formed by the conventional trench embedding method. As a result, the depletion layer is likely to spread, the electric field is relaxed, and the withstand voltage can be improved.

図2Cに示したSJ−MOSFET50は、以下のように製造される。まず、図2Aに示したSJ−MOSFET50と同様に、図4〜図17までと同じ工程を行い、p型ベース領域5までを形成する。図18、19の工程に換えて図20、21の工程でコンタクトプラグ19を形成する。 The SJ-MOSFET 50 shown in FIG. 2C is manufactured as follows. First, similarly to the SJ-MOSFET 50 shown in FIG. 2A, the same steps as in FIGS. 4 to 17 are performed to form the p-type base region 5. The contact plug 19 is formed in the steps 20 and 21 instead of the steps 18 and 19.

図17に記載の工程後に、p型ベース領域5の上部に絶縁膜66Cを介して、フォトリソグラフィ技術によって所望の開口部を有する例えばレジストマスク(不図示)を形成する。このレジストマスクを用いてイオン注入を行い、n型不純物を注入する。活性領域30のp型ベース領域5の表面層にn+型ソース領域6を形成するn型不純物が注入される。n型不純物としては、例えば、砒素(As)あるいはリン(P)等である。その後、レジストマスクを除去する。 After the step described in FIG. 17, for example, a resist mask (not shown) having a desired opening is formed by a photolithography technique on the upper portion of the p-type base region 5 via an insulating film 66C. Ion implantation is performed using this resist mask to implant n-type impurities. An n-type impurity that forms an n + -type source region 6 is injected into the surface layer of the p-type base region 5 of the active region 30. Examples of the n-type impurity include arsenic (As) and phosphorus (P). After that, the resist mask is removed.

次に、p型ベース領域5、5Aの上部に絶縁膜66Cを介して、フォトリソグラフィ技術によって所望の開口部を有する例えばレジストマスク(不図示)を形成する。このレジストマスクを用いてイオン注入を行い、p型不純物を注入する。p型ベース領域5,5Aの表面層にp++型コンタクト領域14、14Aを形成するp型不純物が注入される。p++型コンタクト領域14、14Aを形成するp型不純物は、n+型ソース領域6を形成するn型不純物より深い位置に注入される。 Next, for example, a resist mask (not shown) having a desired opening is formed by photolithography technology on the upper part of the p-type base regions 5 and 5A via the insulating film 66C. Ion implantation is performed using this resist mask to implant p-type impurities. P-type impurities forming p ++ type contact regions 14, 14A are injected into the surface layer of the p-type base regions 5, 5A. The p- type impurities forming the p ++ type contact regions 14 and 14A are injected at a position deeper than the n-type impurities forming the n + type source region 6.

エッジ終端領域40のp型ベース領域5Aの表面層にはp++型コンタクト領域14Aを形成するp型不純物が注入され、n+型ソース領域6を形成するn型不純物は注入しなくてもよい。 The p-type impurities forming the p ++ type contact region 14A are injected into the surface layer of the p-type base region 5A of the edge termination region 40, and the n-type impurities forming the n + type source region 6 are not injected. good.

次に、n+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14に注入した不純物を活性化させるための熱処理を行う。注入した不純物を活性化する熱処理は、注入した不純物を拡散するための熱処理より、熱履歴が小さい。p++型コンタクト領域14の底面は、n+型ソース領域6の底面より深く形成される。また、n+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14を形成するイオン注入の順序は種々変更可能である。ここまでの状態が図20に記載される。 Next, a heat treatment is performed to activate the impurities injected into the n + type source region 6 and the p ++ type contact region 14. The heat treatment for activating the injected impurities has a smaller thermal history than the heat treatment for diffusing the injected impurities. The bottom surface of the p ++ type contact region 14 is formed deeper than the bottom surface of the n + type source region 6. Further, the order of ion implantation forming the n + type source region 6 and the p ++ type contact region 14 can be variously changed. The state up to this point is shown in FIG.

次に、n-型エピタキシャル層27の表面(上面100)の上部全面に層間絶縁膜9を形成する。層間絶縁膜9は、絶縁膜66Cを介して、例えば、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8、n+型ソース領域6、p++型コンタクト領域14、p型ベース領域5A、p++型コンタクト領域14A、フィールド酸化膜13、フィールドプレート29およびチャネルストッパ62の上部を覆うように形成される。層間絶縁膜9は、例えば、BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)、PSG(Phosphorus Silicate Glass)等で形成される。また、層間絶縁膜9は例えばBPSGの下(BPSGとゲート電極8の間)にHTO(High Temperature Oxide)、NSG(None−doped Silicate Glass)あるいはTEOS(テトラエトキシシラン)膜のいずれかを形成して積層膜としてもよい。層間絶縁膜9の厚さは1μm程度でよい。 Next, the interlayer insulating film 9 is formed on the entire upper surface of the surface (upper surface 100) of the n-type epitaxial layer 27. The interlayer insulating film 9 is formed through, for example, the gate insulating film 7, the gate electrode 8, the n + type source region 6, the p ++ type contact region 14, the p type base region 5A, and the p ++ type contact via the insulating film 66C. It is formed so as to cover the upper part of the region 14A, the field oxide film 13, the field plate 29 and the channel stopper 62. The interlayer insulating film 9 is formed of, for example, BPSG (Boron Phosphorus Silicate Glass), PSG (Phosphorus Silicate Glass), or the like. Further, the interlayer insulating film 9 forms, for example, either an HTO (High Temperature Oxide), an NSG (None-topped Silicate Glass) or a TEOS (tetraethoxysilane) film under the BPSG (between the BPSG and the gate electrode 8). It may be used as a laminated film. The thickness of the interlayer insulating film 9 may be about 1 μm.

次に層間絶縁膜9の表面上に、例えばフォトリソグラフィ技術により、開口部を有するレジストマスク(不図示)を形成する。次に、レジストマスクを用いて異方性のドライエッチングによって層間絶縁膜9および絶縁膜66Cに開口部を形成する(トレンチ18Bの内壁に沿って形成されるゲート絶縁膜7とゲート電極8の上部を覆う絶縁膜66Cの境界は不図示)。次に異方性のドライエッチングによって、凹部67D,67E,67Fを形成する。凹部67D,67E,67Fは、SJ−MOSFET50が完成時に図2Cの凹部67A,67B,67Cとなる。 Next, a resist mask (not shown) having an opening is formed on the surface of the interlayer insulating film 9 by, for example, a photolithography technique. Next, an opening is formed in the interlayer insulating film 9 and the insulating film 66C by anisotropic dry etching using a resist mask (the upper part of the gate insulating film 7 and the gate electrode 8 formed along the inner wall of the trench 18B). The boundary of the insulating film 66C covering the above is not shown). Next, recesses 67D, 67E, 67F are formed by anisotropic dry etching. The recesses 67D, 67E, 67F become the recesses 67A, 67B, 67C of FIG. 2C when the SJ-MOSFET 50 is completed.

活性領域30のトレンチ18Bに埋め込まれたゲート電極8の上面を覆う層間絶縁膜9および絶縁膜66Cには、隣り合うトレンチ18Bとの間に上面100より深い凹部67Dが形成される。凹部67Dの側壁には、n+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14が接している(露出している)。凹部67Dの底部には、p++型コンタクト領域14が接している(露出している)。この凹部67Dがコンタクトホール64Dである。 A recess 67D deeper than the upper surface 100 is formed between the interlayer insulating film 9 and the insulating film 66C that cover the upper surface of the gate electrode 8 embedded in the trench 18B of the active region 30 and the adjacent trench 18B. The n + type source region 6 and the p ++ type contact region 14 are in contact with (exposed) the side wall of the recess 67D. A p ++ type contact region 14 is in contact (exposed) with the bottom of the recess 67D. The recess 67D is a contact hole 64D.

同様に隣り合う活性領域30のトレンチ18Bに埋め込まれたゲート電極8の上面を覆う層間絶縁膜9および絶縁膜66Cと活性領域30とエッジ終端領域40との境界に設けられたトレンチ18Bに埋め込まれたゲート電極8の上面を覆う層間絶縁膜9および絶縁膜66Cとの間にも、上面100より深い凹部67Dが形成される。凹部67Dの側壁には、n+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14が接している(露出している)。凹部67Dの底部には、p++型コンタクト領域14が接している(露出している)。この凹部67Dがコンタクトホール64Dである。 Similarly, it is embedded in the interlayer insulating film 9 and the insulating film 66C that cover the upper surface of the gate electrode 8 embedded in the trench 18B of the adjacent active regions 30, and in the trench 18B provided at the boundary between the active region 30 and the edge termination region 40. A recess 67D deeper than the upper surface 100 is also formed between the interlayer insulating film 9 and the insulating film 66C covering the upper surface of the gate electrode 8. The n + type source region 6 and the p ++ type contact region 14 are in contact with (exposed) the side wall of the recess 67D. A p ++ type contact region 14 is in contact (exposed) with the bottom of the recess 67D. The recess 67D is a contact hole 64D.

活性領域30とエッジ終端領域40との境界に設けられたトレンチ18Bに埋め込まれたゲート電極8の上面を覆うように設けられている層間絶縁膜9および絶縁膜66Cとフィールドプレート29を覆う層間絶縁膜9との間には、上面100より深い凹部67Eが形成される。凹部67Eの側壁および底部には、p++型コンタクト領域14Aが接している(露出している)。この凹部67Eがコンタクトホール64Eである。 The interlayer insulating film 9 and the insulating film 66C provided so as to cover the upper surface of the gate electrode 8 embedded in the trench 18B provided at the boundary between the active region 30 and the edge termination region 40 and the interlayer insulation covering the field plate 29. A recess 67E deeper than the upper surface 100 is formed between the film 9 and the film 9. A p ++ type contact region 14A is in contact (exposed) with the side wall and the bottom of the recess 67E. The recess 67E is a contact hole 64E.

フィールドプレート29とチャネルストッパ62を覆う層間絶縁膜9および絶縁膜66Cには、凹部67Fが形成される。凹部67Fの底部には、フィールドプレート29を貫通してフィールド酸化膜13の表面が露出している。凹部67Fの側壁には、フィールドプレート29とフィールド酸化膜13が接している(露出している)。凹部67Fの底部には、フィールド酸化膜13が接している(露出している)。この凹部67Fがコンタクトホール64Fである。なお、凹部67Fの側壁には、フィールド酸化膜13が接していなくてもよい。 A recess 67F is formed in the interlayer insulating film 9 and the insulating film 66C that cover the field plate 29 and the channel stopper 62. At the bottom of the recess 67F, the surface of the field oxide film 13 is exposed through the field plate 29. The field plate 29 and the field oxide film 13 are in contact with (exposed) the side wall of the recess 67F. The field oxide film 13 is in contact with (exposed) the bottom of the recess 67F. The recess 67F is a contact hole 64F. The field oxide film 13 may not be in contact with the side wall of the recess 67F.

コンタクトホール64D、64E、64Fを形成するドライエッチング後にレジストマスクを除去し、熱処理(リフロー)を行って層間絶縁膜9を平坦化する。 After dry etching to form the contact holes 64D, 64E, 64F, the resist mask is removed and heat treatment (reflow) is performed to flatten the interlayer insulating film 9.

次に、スパッタにより、層間絶縁膜9の表面からコンタクトホール64D,64E,64Fの内壁に沿って、チタン膜(Ti)、窒化チタン膜(TiN)、またはこれらの積層膜(例えば、Ti/TiN等)からなるバリアメタル(不図示)を形成する。次に、コンタクトホール64D,64E,64F内にバリアメタルを介して、例えば、タングステン膜(W)を埋め込むように形成する。 Next, by sputtering, a titanium film (Ti), a titanium nitride film (TiN), or a laminated film thereof (for example, Ti / TiN) is formed from the surface of the interlayer insulating film 9 along the inner walls of the contact holes 64D, 64E, 64F. Etc.) to form a barrier metal (not shown). Next, for example, a tungsten film (W) is formed so as to be embedded in the contact holes 64D, 64E, 64F via a barrier metal.

次にタングステン膜のエッチバックを行い、コンタクトホール64D,64E,64F内にコンタクトプラグ19を形成する。コンタクトホール64D内に形成されたコンタクトプラグ19は、バリアメタル(不図示)を介してn+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14と電気的に接続する。また、コンタクトホール64E内に形成されたコンタクトプラグ19は、バリアメタル(不図示)を介してp++型コンタクト領域14Aと電気的に接続する。また、コンタクトホール64F内に形成されたコンタクトプラグ19は、バリアメタル(不図示)を介してフィールドプレート29と電気的に接続する。ここまでの状態が図21に記載される。 Next, the tungsten film is etched back to form the contact plug 19 in the contact holes 64D, 64E, 64F. The contact plug 19 formed in the contact hole 64D is electrically connected to the n + type source region 6 and the p ++ type contact region 14 via a barrier metal (not shown). Further, the contact plug 19 formed in the contact hole 64E is electrically connected to the p ++ type contact region 14A via a barrier metal (not shown). Further, the contact plug 19 formed in the contact hole 64F is electrically connected to the field plate 29 via a barrier metal (not shown). The state up to this point is shown in FIG.

次に、スパッタにより、図21に示すSJ−MOSFET(超接合半導体装置)の上面にアルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とする合金(Al−Si、Al−Cu、Al−Si―Cu)等の金属膜を成膜する。次に、金属膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターニングして、ソース電極10、金属ゲートランナー61およびゲート電極パッド(不図示)を形成する。 Next, by sputtering, a metal film such as aluminum or an alloy containing aluminum as a main component (Al—Si, Al—Cu, Al—Si—Cu) is formed on the upper surface of the SJ-MOSFET (superjunction semiconductor device) shown in FIG. Is formed. Next, the metal film is patterned by a photolithography technique and an etching technique to form a source electrode 10, a metal gate runner 61, and a gate electrode pad (not shown).

ソース電極10は、p++型コンタクト領域14と電気的に接続しているコンタクトプラグ19と電気的に接続する。また、金属ゲートランナー61は、フィールドプレート29と電気的に接続する。さらに、金属ゲートランナー61はゲート電極8と電気的に接続し、ゲート電極パッド(不図示)は金属ゲートランナー61およびゲート電極8と電気的に接続する。 The source electrode 10 is electrically connected to a contact plug 19 which is electrically connected to the p ++ type contact region 14. Further, the metal gate runner 61 is electrically connected to the field plate 29. Further, the metal gate runner 61 is electrically connected to the gate electrode 8, and the gate electrode pad (not shown) is electrically connected to the metal gate runner 61 and the gate electrode 8.

次に、スパッタにより、n+型半導体基板1の裏面(半導体基体の裏面)に裏面電極11を形成する。裏面電極11は、例えば、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)あるいはアルミニウムを主成分とする合金(Al−Si、Al−Cu、Al−Si―Cu)等の金属膜等から形成されてもよい。また、これらの積層膜(例えば、Ti/Ni/Au、Al/Ti/Ni/Au等)を成膜してもよい。裏面電極11を成膜後に熱処理を行い、n+型半導体基板1と裏面電極11とのオーミック接合を形成する。これにより、図2Cに示したSJ−MOSFET50が完成する。 Next, the back surface electrode 11 is formed on the back surface of the n + type semiconductor substrate 1 (the back surface of the semiconductor substrate) by sputtering. The back surface electrode 11 is, for example, nickel (Ni), titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), or an alloy containing aluminum as a main component (Al—Si, Al—Cu, Al−. It may be formed from a metal film such as Si—Cu) or the like. Further, these laminated films (for example, Ti / Ni / Au, Al / Ti / Ni / Au, etc.) may be formed. After the back surface electrode 11 is formed into a film, heat treatment is performed to form an ohmic contact between the n + type semiconductor substrate 1 and the back surface electrode 11. As a result, the SJ-MOSFET 50 shown in FIG. 2C is completed.

図2Cに示したSJ−MOSFET50は、以下のように製造することもできる。まず、図2Aに示したSJ−MOSFET50と同様に、図4〜図17まで同じ工程を行い、p型ベース領域5までを形成する。図18、19の工程に換えて図22〜図25の工程でコンタクトプラグ19を形成する。 The SJ-MOSFET 50 shown in FIG. 2C can also be manufactured as follows. First, similarly to the SJ-MOSFET 50 shown in FIG. 2A, the same steps from FIGS. 4 to 17 are performed to form the p-type base region 5. The contact plug 19 is formed in the steps 22 to 25 instead of the steps 18 and 19.

図17まで実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第1の製造方法を行った後、p型ベース領域5の表面上に、例えば、レジストを用い、フォトリソグラフィ技術によって所望の開口部を有するマスク(不図示)を形成する。このレジストマスクをマスクとしてn型不純物をイオン注入する。このイオン注入によって、p型ベース領域5の表面層にn+型ソース領域6が形成される箇所にn型不純物を注入する。注入するn型不純物は、砒素(As)、リン(P)等である。なお、エッジ終端領域40のp型ベース領域5Aの表面層にはn+型ソース領域6を形成するn型不純物は注入しなくてよい。次に、n+型ソース領域6を形成するために用いたイオン注入用マスクを除去する。次に、n+型ソース領域6を形成するため、注入した不純物を活性化させる熱処理を行う。ここまでの状態が図22に記載される。 After performing the first manufacturing method of the SJ-MOSFET according to the embodiment up to FIG. 17, a mask having a desired opening on the surface of the p-type base region 5 by, for example, a resist and a photolithography technique. (Not shown) is formed. Using this resist mask as a mask, n-type impurities are ion-implanted. By this ion implantation, an n-type impurity is implanted at a location where an n + -type source region 6 is formed in the surface layer of the p-type base region 5. The n-type impurities to be injected are arsenic (As), phosphorus (P) and the like. It is not necessary to inject the n-type impurities forming the n + -type source region 6 into the surface layer of the p-type base region 5A of the edge termination region 40. Next, the ion implantation mask used to form the n + type source region 6 is removed. Next, in order to form the n + type source region 6, a heat treatment is performed to activate the injected impurities. The state up to this point is shown in FIG.

次に、n-型エピタキシャル層27の表面(上面100)の上部全面に層間絶縁膜9を形成する。層間絶縁膜9は絶縁膜66Cを介して、例えば、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8、n+型ソース領域6、p++型コンタクト領域14、p型ベース領域5A、p++型コンタクト領域14A、フィールド酸化膜13、フィールドプレート29およびチャネルストッパ62の上部を覆うように形成される。層間絶縁膜9は、例えば、BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)、PSG(Phosphorus Silicate Glass)等で形成される。また、層間絶縁膜9は、例えばBPSGの下(BPSGとゲート電極8の間)に、HTO(High Temperature Oxide)、NSG(None−doped Silicate Glass)あるいはTEOS(テトラエトキシシラン)膜のいずれかを形成して積層膜としてもよい。層間絶縁膜9の厚さは1μm程度でよい。ここまでの状態が図23に記載される。 Next, the interlayer insulating film 9 is formed on the entire upper surface of the surface (upper surface 100) of the n-type epitaxial layer 27. The interlayer insulating film 9 passes through the insulating film 66C, for example, the gate insulating film 7, the gate electrode 8, the n + type source region 6, the p ++ type contact region 14, the p type base region 5A, and the p ++ type contact region. It is formed so as to cover the upper part of 14A, the field oxide film 13, the field plate 29 and the channel stopper 62. The interlayer insulating film 9 is formed of, for example, BPSG (Boron Phosphorus Silicate Glass), PSG (Phosphorus Silicate Glass), or the like. Further, as the interlayer insulating film 9, for example, under the BPSG (between the BPSG and the gate electrode 8), either an HTO (High Temperature Oxide), an NSG (None-topped Silicate Glass) or a TEOS (tetraethoxysilane) film is formed. It may be formed to form a laminated film. The thickness of the interlayer insulating film 9 may be about 1 μm. The state up to this point is shown in FIG.

次に、層間絶縁膜9の表面上に、例えばフォトリソグラフィ技術により、開口部を有するレジストマスク(不図示)を形成する。次に、レジストマスクを用いて異方性のドライエッチングによって層間絶縁膜9および絶縁膜66Cに開口部を形成する(トレンチ18Bの内壁に沿って形成されるゲート絶縁膜7とゲート電極8の上部を覆う絶縁膜66Cの境界は不図示)。次に異方性のドライエッチングによって、凹部67D,67E,67Fを形成する。凹部67D,67E,67Fは、SJ−MOSFET50が完成時に図2Cの凹部67A,67B,67Cとなる。 Next, a resist mask (not shown) having an opening is formed on the surface of the interlayer insulating film 9 by, for example, a photolithography technique. Next, an opening is formed in the interlayer insulating film 9 and the insulating film 66C by anisotropic dry etching using a resist mask (the upper part of the gate insulating film 7 and the gate electrode 8 formed along the inner wall of the trench 18B). The boundary of the insulating film 66C covering the above is not shown). Next, recesses 67D, 67E, 67F are formed by anisotropic dry etching. The recesses 67D, 67E, 67F become the recesses 67A, 67B, 67C of FIG. 2C when the SJ-MOSFET 50 is completed.

活性領域30のトレンチ18Bに埋め込まれたゲート電極8の上面を覆う層間絶縁膜9および絶縁膜66Cには、隣り合うトレンチ18Bとの間に上面100より深い凹部67Dが形成される。凹部67Dの側壁には、n+型ソース領域6およびp型ベース領域5が接している(露出している)。凹部67Dの底部には、p型ベース領域5が接している(露出している)。この凹部67Dがコンタクトホール64Dである。 A recess 67D deeper than the upper surface 100 is formed between the interlayer insulating film 9 and the insulating film 66C that cover the upper surface of the gate electrode 8 embedded in the trench 18B of the active region 30 and the adjacent trench 18B. The n + type source region 6 and the p-type base region 5 are in contact with (exposed) the side wall of the recess 67D. The p-type base region 5 is in contact with (exposed) the bottom of the recess 67D. The recess 67D is a contact hole 64D.

同様に隣り合う活性領域30のトレンチ18Bに埋め込まれたゲート電極8の上面を覆う層間絶縁膜9および絶縁膜66Cと活性領域30とエッジ終端領域40との境界に設けられたトレンチ18Bに埋め込まれたゲート電極8の上面を覆う層間絶縁膜9および絶縁膜66Cとの間にも、上面100より深い凹部67Dが形成される。凹部67Dの側壁には、n+型ソース領域6およびp型ベース領域5が接している(露出している)。凹部67Dの底部には、p型ベース領域5が接している(露出している)。この凹部67Dがコンタクトホール64Dである。 Similarly, it is embedded in the interlayer insulating film 9 and the insulating film 66C that cover the upper surface of the gate electrode 8 embedded in the trench 18B of the adjacent active regions 30, and in the trench 18B provided at the boundary between the active region 30 and the edge termination region 40. A recess 67D deeper than the upper surface 100 is also formed between the interlayer insulating film 9 and the insulating film 66C covering the upper surface of the gate electrode 8. The n + type source region 6 and the p-type base region 5 are in contact with (exposed) the side wall of the recess 67D. The p-type base region 5 is in contact with (exposed) the bottom of the recess 67D. The recess 67D is a contact hole 64D.

活性領域30とエッジ終端領域40との境界に設けられたトレンチ18Bに埋め込まれたゲート電極8の上面を覆うように設けられている層間絶縁膜9および絶縁膜66Cとフィールドプレート29を覆う層間絶縁膜9との間には、上面100より深い凹部67Eが形成される。凹部67Eの側壁および底部には、p型ベース領域5Aが接している(露出している)。この凹部67Eがコンタクトホール64Eである。 The interlayer insulating film 9 and the insulating film 66C provided so as to cover the upper surface of the gate electrode 8 embedded in the trench 18B provided at the boundary between the active region 30 and the edge termination region 40 and the interlayer insulation covering the field plate 29. A recess 67E deeper than the upper surface 100 is formed between the film 9 and the film 9. The p-type base region 5A is in contact (exposed) with the side wall and the bottom of the recess 67E. The recess 67E is a contact hole 64E.

フィールドプレート29とチャネルストッパ62を覆う層間絶縁膜9および絶縁膜66Cには、凹部67Fが形成される。凹部67Fの底部には、フィールドプレート29を貫通してフィールド酸化膜13の表面が露出している。凹部67Fの側壁には、フィールドプレート29およびフィールド酸化膜13が接している(露出している)。凹部67Fの底部には、フィールド酸化膜13が接している(露出している)。この凹部67Fがコンタクトホール64Fである。なお、凹部67Fの側壁には、フィールド酸化膜13が接していなくてもよい。 A recess 67F is formed in the interlayer insulating film 9 and the insulating film 66C that cover the field plate 29 and the channel stopper 62. At the bottom of the recess 67F, the surface of the field oxide film 13 is exposed through the field plate 29. The field plate 29 and the field oxide film 13 are in contact with (exposed) the side wall of the recess 67F. The field oxide film 13 is in contact with (exposed) the bottom of the recess 67F. The recess 67F is a contact hole 64F. The field oxide film 13 may not be in contact with the side wall of the recess 67F.

次に、層間絶縁膜9をマスクとしてイオン注入22を行い、p型不純物を注入する。凹部67Dの底部と、凹部67Eの側面および底部には、p型ベース領域5,5Aの表面層にp++型コンタクト領域14、14Aを形成するp型不純物が注入される。エッジ終端領域40のp型ベース領域5Aの表面層にはp++型コンタクト領域14Aを形成するp型不純物が注入され、n+型ソース領域6を形成するn型不純物は注入しなくてもよい。ここまでの状態が図24に記載される。 Next, ion implantation 22 is performed using the interlayer insulating film 9 as a mask, and p-type impurities are injected. The bottom of the recess 67D and the side surfaces and bottom of the recess 67E are injected with p-type impurities that form p ++ -type contact regions 14, 14A on the surface layer of the p-type base regions 5, 5A. The p-type impurities forming the p ++ type contact region 14A are injected into the surface layer of the p-type base region 5A of the edge termination region 40, and the n-type impurities forming the n + type source region 6 are not injected. good. The state up to this point is shown in FIG.

次に、熱処理(リフロー)を行って層間絶縁膜9を平坦化する。また、層間絶縁膜9を平坦化と同時に注入したp++型コンタクト領域14,14Aを形成するp型不純物の活性化させてもよい。 Next, heat treatment (reflow) is performed to flatten the interlayer insulating film 9. Further, the p-type impurities forming the p ++ type contact regions 14, 14A in which the interlayer insulating film 9 is injected at the same time as flattening may be activated.

次に、スパッタにより、層間絶縁膜9の表面からコンタクトホール64D,64E,64Fの内壁に沿って、チタン膜(Ti)、窒化チタン膜(TiN)、またはこれらの積層膜(例えば、Ti/TiN等)からなるバリアメタル(不図示)を形成する。次に、コンタクトホール64D,64E,64F内にバリアメタルを介して、例えば、タングステン膜(W)を埋め込むように形成する。 Next, by sputtering, a titanium film (Ti), a titanium nitride film (TiN), or a laminated film thereof (for example, Ti / TiN) is formed from the surface of the interlayer insulating film 9 along the inner walls of the contact holes 64D, 64E, 64F. Etc.) to form a barrier metal (not shown). Next, for example, a tungsten film (W) is formed so as to be embedded in the contact holes 64D, 64E, 64F via a barrier metal.

次にタングステン膜のエッチバックを行い、コンタクトホール64D,64E,64F内にコンタクトプラグ19を形成する。コンタクトホール64D内に形成されたコンタクトプラグ19は、バリアメタル(不図示)を介してn+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14と電気的に接続する。また、コンタクトホール64E内に形成されたコンタクトプラグ19は、バリアメタル(不図示)を介してp++型コンタクト領域14Aと電気的に接続する。また、コンタクトホール64F内に形成されたコンタクトプラグ19は、バリアメタル(不図示)を介してフィールドプレート29と電気的に接続する。ここまでの状態が図25に記載される。 Next, the tungsten film is etched back to form the contact plug 19 in the contact holes 64D, 64E, 64F. The contact plug 19 formed in the contact hole 64D is electrically connected to the n + type source region 6 and the p ++ type contact region 14 via a barrier metal (not shown). Further, the contact plug 19 formed in the contact hole 64E is electrically connected to the p ++ type contact region 14A via a barrier metal (not shown). Further, the contact plug 19 formed in the contact hole 64F is electrically connected to the field plate 29 via a barrier metal (not shown). The state up to this point is shown in FIG.

次に、スパッタにより、図25に示すSJ−MOSFET(超接合半導体装置)の上面にアルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とする合金(Al−Si、Al−Cu、Al−Si―Cu)等の金属膜を成膜する。次に、金属膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターニングして、ソース電極10、金属ゲートランナー61およびゲート電極パッド(不図示)を形成する。 Next, by sputtering, a metal film such as aluminum or an alloy containing aluminum as a main component (Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu) is formed on the upper surface of the SJ-MOSFET (superjunction semiconductor device) shown in FIG. Is formed. Next, the metal film is patterned by a photolithography technique and an etching technique to form a source electrode 10, a metal gate runner 61, and a gate electrode pad (not shown).

ソース電極10は、p++型コンタクト領域14と電気的に接続しているコンタクトプラグ19と電気的に接続する。また、金属ゲートランナー61は、フィールドプレート29と電気的に接続する。さらに、金属ゲートランナー61はゲート電極8と電気的に接続し、ゲート電極パッド(不図示)は金属ゲートランナー61およびゲート電極8と電気的に接続する。 The source electrode 10 is electrically connected to a contact plug 19 which is electrically connected to the p ++ type contact region 14. Further, the metal gate runner 61 is electrically connected to the field plate 29. Further, the metal gate runner 61 is electrically connected to the gate electrode 8, and the gate electrode pad (not shown) is electrically connected to the metal gate runner 61 and the gate electrode 8.

次に、スパッタにより、n+型半導体基板1の裏面(半導体基体の裏面)に裏面電極11を形成する。裏面電極11は、例えば、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)あるいはアルミニウムを主成分とする合金(Al−Si、Al−Cu、Al−Si―Cu)等の金属膜等から形成されてもよい。また、これらの積層膜(例えば、Ti/Ni/Au、Al/Ti/Ni/Au等)を成膜してもよい。裏面電極11を成膜後に熱処理を行い、n+型半導体基板1と裏面電極11とのオーミック接合を形成する。これにより、図2Cに示したSJ−MOSFET50が完成する。 Next, the back surface electrode 11 is formed on the back surface of the n + type semiconductor substrate 1 (the back surface of the semiconductor substrate) by sputtering. The back surface electrode 11 is, for example, nickel (Ni), titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), or an alloy containing aluminum as a main component (Al—Si, Al—Cu, Al−. It may be formed from a metal film such as Si—Cu) or the like. Further, these laminated films (for example, Ti / Ni / Au, Al / Ti / Ni / Au, etc.) may be formed. After the back surface electrode 11 is formed into a film, heat treatment is performed to form an ohmic contact between the n + type semiconductor substrate 1 and the back surface electrode 11. As a result, the SJ-MOSFET 50 shown in FIG. 2C is completed.

次に、図4〜図21に示す第1の製造方法と異なる第2の製造方法について説明する。図26〜図30は、実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第2の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である。第2の製造方法は、図2Dに示すSJ−MOSFETの製造方法である。エッジ終端領域40の製造方法は第1の製造方法と同じであるため、図26〜図30では活性領域30の断面図を示す。第2の製造方法は、図4〜図8に示す工程まで第1の製造方法と同じ工程を行い、n-型エピタキシャル層27を形成する。 Next, a second manufacturing method different from the first manufacturing method shown in FIGS. 4 to 21 will be described. 26 to 30 are cross-sectional views showing a state in the middle of manufacturing the SJ-MOSFET according to the second embodiment according to the second manufacturing method. The second manufacturing method is the manufacturing method of the SJ-MOSFET shown in FIG. 2D. Since the manufacturing method of the edge termination region 40 is the same as that of the first manufacturing method, FIGS. 26 to 30 show cross-sectional views of the active region 30. In the second manufacturing method, the same steps as those in the first manufacturing method are performed from the steps shown in FIGS. 4 to 8 to form the n- type epitaxial layer 27.

第2の製造方法が第1の製造方法と異なる点は、n-型エピタキシャル層27にイオン注入22によって形成される注入領域93である。具体的には、区間D1において、エッジ終端領域40の一部を除いた所定の領域の全面にイオン注入22を行って注入領域93を形成する点である。所定の領域は、図9Aに示すp型カラム領域4Aを形成するイオン注入用マスク21の開口部より活性領域30側である。 The difference between the second manufacturing method and the first manufacturing method is the implantation region 93 formed by the ion implantation 22 in the n-type epitaxial layer 27. Specifically, in the section D1, ion implantation 22 is performed on the entire surface of a predetermined region excluding a part of the edge termination region 40 to form the implantation region 93. The predetermined region is on the active region 30 side from the opening of the ion implantation mask 21 forming the p-type column region 4A shown in FIG. 9A.

ここで、深さはn-型エピタキシャル層27の上面100(表面)からn+型半導体基板1のおもて面に向う方向を示す。注入深さは、n-型エピタキシャル層27の上面100(表面)からの不純物を注入する深さ(不純物濃度分布のピーク位置)である。 Here, the depth indicates the direction from the upper surface 100 (surface) of the n- type epitaxial layer 27 toward the front surface of the n + type semiconductor substrate 1. The injection depth is the depth at which impurities are injected from the upper surface 100 (surface) of the n- type epitaxial layer 27 (the peak position of the impurity concentration distribution).

また、イオン注入22を行って形成される注入領域93は、上面100からの不純物が注入される領域(不純物濃度分布のピーク位置)を示す。注入深さは、n-型エピタキシャル層27の上面100(表面)からn-型エピタキシャル層27内に形成される注入領域93までの深さを示す。 Further, the implantation region 93 formed by performing the ion implantation 22 indicates a region (peak position of the impurity concentration distribution) into which impurities are implanted from the upper surface 100. Implantation depth, n - from the upper surface 100 of the type epitaxial layer 27 (surface) n - indicating the depth of up to implanted region 93 formed in the type epitaxial layer 27.

さらに、n-型エピタキシャル層27の表面(上面100)とn型ドリフト層2の表面との間(n-型エピタキシャル層27の平坦な部分の厚さT1)の区間D1とし、n型ドリフト層2の表面からp型カラム用トレンチ25Bの底部までの間(p型カラム用トレンチ25Bの深さ)を区間D2とする。 Further, the section D1 between the surface of the n- type epitaxial layer 27 (upper surface 100) and the surface of the n-type drift layer 2 ( thickness T1 of the flat portion of the n- type epitaxial layer 27) is set as the n-type drift layer. The section D2 is between the surface of 2 and the bottom of the p-type column trench 25B (depth of the p-type column trench 25B).

図8に示すn-型エピタキシャル層27を形成する工程後に、n-型エピタキシャル層27の表面から所定の領域にp型不純物のイオン注入22を行う。p型不純物としては、例えば、ホウ素(B)あるいはアルミニウム(Al)等である。第2の製造方法では、n-型エピタキシャル層27の所定の領域にイオン注入22を行い、図9Aに示すイオン注入を行わないエッジ終端領域40のp型カラム領域4Aを形成するイオン注入用マスク21の開口部より外周側の領域には、イオン注入用マスクを新たに形成しなくてもよい。イオン注入22を行わない外周側の領域には、図6に示す酸化膜23を残してマスクとし、p型不純物が注入されないようにしてもよい。また、外周側の領域には、n-型エピタキシャル層27の表面(上面100)にレジスト等によりイオン注入用マスク21を形成してイオン注入22を行ってもよい。 After the step of forming the n- type epitaxial layer 27 shown in FIG. 8, ion implantation 22 of the p-type impurity is performed from the surface of the n-type epitaxial layer 27 into a predetermined region. Examples of the p-type impurity include boron (B) and aluminum (Al). In the second manufacturing method, an ion implantation mask is performed in a predetermined region of the n- type epitaxial layer 27 to form a p-type column region 4A of the edge termination region 40 in which ion implantation is not performed as shown in FIG. 9A. It is not necessary to newly form an ion implantation mask in the region on the outer peripheral side of the opening of 21. The oxide film 23 shown in FIG. 6 may be left as a mask in the outer peripheral region where the ion implantation 22 is not performed to prevent the p-type impurities from being implanted. Further, in the region on the outer peripheral side, an ion implantation mask 21 may be formed on the surface (upper surface 100) of the n-type epitaxial layer 27 with a resist or the like to perform ion implantation 22.

イオン注入22で形成される注入領域93は区間D1に形成される。区間D1が0.8μmで区間D2が1.0μmである場合、n-型エピタキシャル層27の表面から注入領域93までの深さを0.4μmとする。区間D1(厚さT1)は0.5μm以上1.0μm以下であればよい。n-型エピタキシャル層27の表面(上面100)から注入領域93までの注入深さは0.2μm以上1.0μm以下であればよい。また、区間D2は0.5μm以上2.0μm以下であればよい。注入領域93は区間D1と区間D2の境界に形成されてもよい。ここまでの状態が図26に記載される。 The implantation region 93 formed by the ion implantation 22 is formed in the section D1. If the interval D1 is 1.0μm a section D2 in 0.8 [mu] m, n - a depth from the surface of the type epitaxial layer 27 to the injection region 93 to 0.4 .mu.m. The section D1 (thickness T1) may be 0.5 μm or more and 1.0 μm or less. The injection depth from the surface (upper surface 100) of the n - type epitaxial layer 27 to the injection region 93 may be 0.2 μm or more and 1.0 μm or less. Further, the section D2 may be 0.5 μm or more and 2.0 μm or less. The injection region 93 may be formed at the boundary between the section D1 and the section D2. The state up to this point is shown in FIG.

次に、イオン注入22で用いたマスク(不図示)、例えば、酸化膜23、レジストで形成されたイオン注入用マスク21等を除去し、その後熱処理を行ってp型不純物を拡散させる。これにより、p型カラム領域4およびp型ウェル領域63が形成される。 Next, the mask (not shown) used in the ion implantation 22, for example, the oxide film 23, the ion implantation mask 21 formed of the resist, and the like are removed, and then heat treatment is performed to diffuse the p-type impurities. As a result, the p-type column region 4 and the p-type well region 63 are formed.

ここで、n-型エピタキシャル層27は、n型ドリフト層2よりも低い不純物濃度で形成されている。p型不純物のイオン注入22およびその後の熱処理によって、p型不純物は注入領域93からn-型エピタキシャル層27に広がりやすくなる。 Here, the n - type epitaxial layer 27 is formed with an impurity concentration lower than that of the n-type drift layer 2. The ion implantation 22 of the p-type impurity and the subsequent heat treatment facilitate the spread of the p-type impurity from the implantation region 93 to the n- type epitaxial layer 27.

隣り合うp型カラム領域4との間がn型カラム領域3となり、並列pn領域20が形成される。p型ウェル領域63は、イオン注入22された所定の領域の全面に形成される。 An n-type column region 3 is formed between the adjacent p-type column regions 4 and a parallel pn region 20 is formed. The p-type well region 63 is formed on the entire surface of a predetermined region that has been ion-implanted 22.

p型ウェル領域63とp型カラム領域4の不純物濃度は、注入領域93で最も不純物濃度が高く、深さ方向において、注入領域93から離れるにしたがって不純物濃度が低くなっている。ここで、深さ方向はn-型エピタキシャル層27の表面からn+型半導体基板1に向かう方向である。 The impurity concentrations in the p-type well region 63 and the p-type column region 4 are the highest in the injection region 93, and decrease in the depth direction as the distance from the injection region 93 increases. Here, the depth direction the n - is a direction from the surface of the type epitaxial layer 27 to the n + -type semiconductor substrate 1.

イオン注入22後のp型不純物を拡散するための熱処理後にp型ウェル領域63の表面(上面100)上に酸化膜28を形成する。なお、酸化膜28は、イオン注入22後のp型不純物を拡散するための熱処理で形成してもよい。 An oxide film 28 is formed on the surface (upper surface 100) of the p-type well region 63 after the heat treatment for diffusing the p-type impurities after the ion implantation 22. The oxide film 28 may be formed by heat treatment for diffusing p-type impurities after ion implantation 22.

熱処理を行う際に、p型カラム領域4とp型ウェル領域63の境界(p型カラム用トレンチ25Bとn型ドリフト層2の表面との間の角部)の形状が不純物の拡散によって丸みを持つ形状が形成されてもよい。ここまでの状態が図27に記載される。 When heat treatment is performed, the shape of the boundary between the p-type column region 4 and the p-type well region 63 (the corner between the p-type column trench 25B and the surface of the n-type drift layer 2) is rounded due to the diffusion of impurities. The shape to be held may be formed. The state up to this point is shown in FIG.

このように、第2の製造方法では、後述するトレンチ18Aを形成する前に、エッジ終端領域40の一部を除いた所定の領域の全面にイオン注入22を行って注入領域93を形成する。イオン注入22の後に熱処理を行い、p型カラム領域4とp型ウェル領域63を形成している。 As described above, in the second manufacturing method, before forming the trench 18A described later, ion implantation 22 is performed on the entire surface of a predetermined region excluding a part of the edge termination region 40 to form the implantation region 93. Heat treatment is performed after the ion implantation 22 to form the p-type column region 4 and the p-type well region 63.

-型エピタキシャル層27の不純物濃度は、n型ドリフト層2より低い不純物濃度で形成される。n-型エピタキシャル層27とn型ドリフト層2との不純物濃度の濃度差が大きいため、イオン注入22で注入したp型不純物はn型ドリフト層2に拡散しにくく、n-型エピタキシャル層27で拡散しやすくなる。 The impurity concentration of n - -type epitaxial layer 27 is formed at a lower impurity concentration than the n-type drift layer 2. n - is large density difference of the impurity concentration in the type epitaxial layer 27 and the n-type drift layer 2, p-type impurities implanted in the ion implantation 22 is difficult to diffuse the n-type drift layer 2, n - the type epitaxial layer 27 It becomes easy to spread.

p型ウェル領域63は、イオン注入22された所定の領域の全面に形成され、トレンチ18Bの側壁に接するため、後の工程で形成されるp型ベース領域5と同じ機能を有する。イオン注入22で注入したp型不純物はn型ドリフト層2に拡散しにくいため、チャネル長が熱処理によって広がることを抑えることができる。 Since the p-type well region 63 is formed on the entire surface of the predetermined region to which the ion implantation 22 has been implanted and is in contact with the side wall of the trench 18B, it has the same function as the p-type base region 5 formed in a later step. Since the p-type impurities injected by the ion implantation 22 are difficult to diffuse into the n-type drift layer 2, it is possible to prevent the channel length from expanding due to the heat treatment.

次に、酸化膜28の表面に、フォトリソグラフィ技術によって所定の開口部を有するフォトレジストマスク(不図示)を形成する。次に、フォトレジストマスクを用いて、例えば異方性のドライエッチングによって酸化膜28に開口部を形成する。次にフォトレジストマスク(不図示)を除去し、酸化膜28をマスクとして、異方性のドライエッチングによって、p型ウェル領域63を貫通して、n型ドリフト層2(n型カラム領域3)に達するトレンチ18Aを形成する。第2の製造方法では、トレンチ18Aの側壁にp型ウェル領域63が接している。ここまでの状態が図28に記載される。 Next, a photoresist mask (not shown) having a predetermined opening is formed on the surface of the oxide film 28 by a photolithography technique. Next, using a photoresist mask, an opening is formed in the oxide film 28 by, for example, anisotropic dry etching. Next, the photoresist mask (not shown) is removed, and the oxide film 28 is used as a mask to penetrate the p-type well region 63 by anisotropic dry etching to penetrate the n-type drift layer 2 (n-type column region 3). Form a trench 18A that reaches. In the second manufacturing method, the p-type well region 63 is in contact with the side wall of the trench 18A. The state up to this point is shown in FIG.

次に、酸化膜28のついた状態で、等方性エッチングおよび犠牲酸化を行う。この工程により、トレンチ18Aのダメージを除去し、トレンチ18Aの底部を丸める。等方性エッチングと犠牲酸化を行う順番は、どちらが先でもよい。また、等方性エッチングと犠牲酸化はどちらか一方を行うだけでもよい。その後、酸化膜28を除去する。酸化膜28と同時に犠牲酸化膜(不図示)も除去されてよい。 Next, isotropic etching and sacrificial oxidation are performed with the oxide film 28 attached. By this step, the damage of the trench 18A is removed and the bottom of the trench 18A is rounded. Either isotropic etching or sacrificial oxidation can be performed first. In addition, either isotropic etching or sacrificial oxidation may be performed. After that, the oxide film 28 is removed. The sacrificial oxide film (not shown) may be removed at the same time as the oxide film 28.

次に、p型ウェル領域63の表面(n-型エピタキシャル層27の上面100)とトレンチ18Bの内壁に沿ってゲート絶縁膜7を形成する。このゲート絶縁膜7は、酸素雰囲気中において1000℃程度の温度の熱酸化によって形成してもよい。また、このゲート絶縁膜7は高温酸化(High Temperature Oxide:HTO)等のような化学反応によって堆積する方法で形成してもよい。 Next, the gate insulating film 7 is formed along the surface of the p-type well region 63 ( upper surface 100 of the n- type epitaxial layer 27) and the inner wall of the trench 18B. The gate insulating film 7 may be formed by thermal oxidation at a temperature of about 1000 ° C. in an oxygen atmosphere. Further, the gate insulating film 7 may be formed by a method of depositing by a chemical reaction such as high temperature oxidation (HTO).

次に、ゲート絶縁膜7上に、例えばリン原子がドーピングされた多結晶シリコン層を設ける。この多結晶シリコン層はトレンチ18B内を埋め込むように形成する。この多結晶シリコン層をフォトリソグラフィ技術とエッチング技術によりパターニングし、トレンチ18B内部にゲート絶縁膜7を介してゲート電極8を形成する。トレンチ18Bの側壁には、p型ウェル領域63が接している。 Next, a polycrystalline silicon layer doped with, for example, a phosphorus atom is provided on the gate insulating film 7. This polycrystalline silicon layer is formed so as to embed the inside of the trench 18B. This polycrystalline silicon layer is patterned by a photolithography technique and an etching technique to form a gate electrode 8 inside the trench 18B via a gate insulating film 7. The p-shaped well region 63 is in contact with the side wall of the trench 18B.

次に、p型ウェル領域63の表面(n-型エピタキシャル層27の上面100)から、p型ベース領域5を形成するためのp型不純物、例えばホウ素(B)等のイオン注入22を行う。活性領域30では、ゲート電極8がマスクとして機能する。ここまでの状態が図29に記載される。 Next, ion implantation 22 of p-type impurities such as boron (B) for forming the p-type base region 5 is performed from the surface of the p-type well region 63 ( upper surface 100 of the n-type epitaxial layer 27). In the active region 30, the gate electrode 8 functions as a mask. The state up to this point is shown in FIG.

次に、イオン注入22で注入したp型不純物を拡散するための熱処理を行い、p型ベース領域5を形成する。p型ベース領域5はp型ウェル領域63の表面層に形成され、p型ベース領域5の不純物濃度はp型ウェル領域63の不純物濃度より高い。深さ方向において、p型ベース領域5の底面は、p型ウェル領域63の底面より浅く形成される。p型ベース領域5およびp型ウェル領域63は、トレンチ18Bの側壁に接するように形成される。 Next, heat treatment is performed to diffuse the p-type impurities injected by ion implantation 22 to form the p-type base region 5. The p-type base region 5 is formed on the surface layer of the p-type well region 63, and the impurity concentration of the p-type base region 5 is higher than the impurity concentration of the p-type well region 63. In the depth direction, the bottom surface of the p-type base region 5 is formed shallower than the bottom surface of the p-type well region 63. The p-type base region 5 and the p-type well region 63 are formed so as to be in contact with the side wall of the trench 18B.

同様に活性領域30とエッジ終端領域40との境界に形成されたトレンチ18B(不図示)の側壁には、活性領域30側にはp型ベース領域5およびp型ウェル領域63が接し、エッジ終端領域40にはp型ベース領域5Aおよびp型ウェル領域63Aが接する。 Similarly, on the side wall of the trench 18B (not shown) formed at the boundary between the active region 30 and the edge termination region 40, the p-type base region 5 and the p-type well region 63 are in contact with the active region 30 side, and the edge termination The p-type base region 5A and the p-type well region 63A are in contact with the region 40.

p型ウェル領域63を形成後にトレンチ18Bの形成を行う場合、SJ−MOSFET(超接合半導体装置)50に熱が加えられる工程、例えば、酸化膜28、犠牲酸化膜およびゲート絶縁膜7の形成等によって、p型ウェル領域63のp型不純物が拡散してゲート閾値電圧のばらつきが大きくなる可能性がある。そこで、トレンチ18Bの形成後(ゲート電極8の形成後)にp型ベース領域5を形成することにより、ゲート閾値電圧を安定させることができる。ここまでの状態が図30に記載される。 When forming the trench 18B after forming the p-type well region 63, a step of applying heat to the SJ-MOSFET (superjunction semiconductor device) 50, for example, forming an oxide film 28, a sacrificial oxide film, and a gate insulating film 7. As a result, the p-type impurities in the p-type well region 63 may diffuse and the variation in the gate threshold voltage may increase. Therefore, the gate threshold voltage can be stabilized by forming the p-type base region 5 after the trench 18B is formed (after the gate electrode 8 is formed). The state up to this point is shown in FIG.

なお、p型ベース領域5を形成するp型不純物のイオン注入22を行わない場合、イオン注入の回数を減らすことができ、製造コストを低減することができる。その後、第1の製造方法と同様に、n+型ソース領域6を形成する工程以降の工程を行うことで、図2Dに示すSJ−MOSFET50が完成する。第2の製造方法では、第1の製造方法とp型ウェル領域63が異なり、トレンチ18Bの側壁にp型ウェル領域63が接している。 When the ion implantation 22 of the p-type impurity forming the p-type base region 5 is not performed, the number of ion implantations can be reduced and the manufacturing cost can be reduced. After that, the SJ-MOSFET 50 shown in FIG. 2D is completed by performing the steps after the step of forming the n + type source region 6 in the same manner as in the first manufacturing method. In the second manufacturing method, the p-type well region 63 is different from the first manufacturing method, and the p-type well region 63 is in contact with the side wall of the trench 18B.

次に、図26〜図30に示す第2の製造方法と異なる第3の製造方法について説明する。図31〜図39は、実施の形態にかかるSJ−MOSFETの第3の製造方法による製造途中の状態を示す断面図である。第3の製造方法は、図2Bに示すSJ−MOSFETの製造方法である。第3の製造方法は、まず、図4〜図8、図9C、図10Cに示す工程まで第1の製造方法と同じ工程を行い、p型不純物を熱処理で拡散させる。 Next, a third manufacturing method different from the second manufacturing method shown in FIGS. 26 to 30 will be described. 31 to 39 are cross-sectional views showing a state in the middle of manufacturing the SJ-MOSFET according to the third embodiment according to the third manufacturing method. The third manufacturing method is the manufacturing method of the SJ-MOSFET shown in FIG. 2B. In the third production method, first, the same steps as those in the first production method are performed up to the steps shown in FIGS. 4 to 8, 9C, and 10C, and the p-type impurities are diffused by heat treatment.

第3の製造方法が第1の製造方法と異なる点は、p型カラム用トレンチ25B内にn-型エピタキシャル層27を埋め込んだ領域のみに第2導電型不純物のイオン注入を行いp型カラム領域4、4Aを形成する点である。 The third manufacturing method differs from the first manufacturing method in that the p-type column region is obtained by implanting the second conductive impurity into the region in which the n-type epitaxial layer 27 is embedded in the p-type column trench 25B. It is a point that forms 4, 4A.

次に、n-型エピタキシャル層27の表面(上面100)上に、フォトリソグラフィ技術によってp--型リサーフ領域12を形成するための開口部を有するイオン注入用マスク65を形成する。イオン注入用マスク65は、例えばフォトレジストを用いる。イオン注入用マスク65をマスクとして、p型不純物のイオン注入を行う。p型不純物は、例えばホウ素(B)またはアルミニウム(Al)等である。ここまでの状態を図31に示す。 Next, an ion implantation mask 65 having an opening for forming the p- type resurf region 12 is formed on the surface (upper surface 100) of the n-type epitaxial layer 27 by photolithography technology. For the ion implantation mask 65, for example, a photoresist is used. Using the ion implantation mask 65 as a mask, ion implantation of p-type impurities is performed. The p-type impurity is, for example, boron (B) or aluminum (Al). The state up to this point is shown in FIG.

次に、イオン注入用マスク65を除去後、注入したp型不純物を拡散するための熱処理を行って、n-型エピタキシャル層27の表面層にp--型リサーフ領域12を形成する。p--型リサーフ領域12は、p型ウェル領域63Aより不純物濃度が低いため、p型ウェル領域63Aにはp--型リサーフ領域12が形成されない。p--型リサーフ領域12の底面は、n-型エピタキシャル層27とn型ドリフト層2との境界より深く形成される。また、p--型リサーフ領域12の底面は、p型カラム領域4Aとp型ウェル領域63Aの境界(点線)より深く形成されても浅く形成されてもよい。ここまでの状態が図32に記載される。 Next, after removing the ion implantation mask 65, heat treatment is performed to diffuse the implanted p-type impurities to form a p- type resurf region 12 on the surface layer of the n-type epitaxial layer 27. Since the p - type resurf region 12 has a lower impurity concentration than the p-type well region 63A, the p - type resurf region 12 is not formed in the p-type well region 63A. p - bottom type RESURF region 12, n - is deeper than the boundary between the type epitaxial layer 27 and the n-type drift layer 2. Further, p - bottom type RESURF region 12, p-type column regions 4A and the p-type well region 63A of the boundary may be even shallower formed deeper than (dotted line). The state up to this point is shown in FIG.

次に、上面100上に、酸化膜28を形成する。酸化膜28は、例えば、LOCOS膜であってもよい。活性領域30の酸化膜28の厚さは、エッジ終端領域40の外周側に形成される酸化膜28の厚い部分より薄く形成される。酸化膜28は、n-型エピタキシャル層27の上面に厚さが厚い部分が形成され、酸化膜28の厚い部分の底面は上面100より深い位置まで形成されている。酸化膜28の厚い部分の活性領域30側の端部は、端部から下面の一部に連続して、p--型リサーフ領域12に覆われるように形成される。また、酸化膜28の厚い部分の他方の端部は、他方の端部から下面の一部に連続して、n-型エピタキシャル層27に覆われるように形成される。ここまでの状態が図33に記載される。 Next, the oxide film 28 is formed on the upper surface 100. The oxide film 28 may be, for example, a LOCOS film. The thickness of the oxide film 28 in the active region 30 is formed to be thinner than the thick portion of the oxide film 28 formed on the outer peripheral side of the edge termination region 40. The oxide film 28 has a thick portion formed on the upper surface of the n- type epitaxial layer 27, and the bottom surface of the thick portion of the oxide film 28 is formed to a position deeper than the upper surface 100. The end portion of the thick portion of the oxide film 28 on the active region 30 side is formed so as to be continuously covered with the p-type resurf region 12 from the end portion to a part of the lower surface. Further, the other end of the thick portion of the oxide film 28 is formed so as to be continuously covered with the n-type epitaxial layer 27 from the other end to a part of the lower surface. The state up to this point is shown in FIG.

次に、酸化膜28の表面に、フォトリソグラフィ技術によって所定の開口部を有するレジストマスク(不図示)を形成する。次に、レジストマスクをマスクにして、ドライエッチングによって酸化膜28に開口部を形成する。次にレジストマスクを除去し、酸化膜28をマスクとして、異方性のドライエッチングによって、n-型エピタキシャル層27の上面100からn-型エピタキシャル層27を貫通しn型ドリフト層2に達するトレンチ18Aを形成する。ここまでの状態が図34に記載される。 Next, a resist mask (not shown) having a predetermined opening is formed on the surface of the oxide film 28 by a photolithography technique. Next, using the resist mask as a mask, an opening is formed in the oxide film 28 by dry etching. Then the resist mask is removed, an oxide film 28 as a mask, anisotropic dry etching, n - -type n from the upper surface 100 of the epitaxial layer 27 - -type epitaxial layer 27 through the reach n-type drift layer 2 trenches Form 18A. The state up to this point is shown in FIG.

次に、酸化膜28のついた状態で、等方性エッチングおよび犠牲酸化を行う。この工程により、トレンチ18Aのダメージを除去し、トレンチ18Aの底部を丸める。等方性エッチングと犠牲酸化を行う順番は、どちらが先でもよい。また、等方性エッチングと犠牲酸化はどちらか一方を行うだけでもよい。その後、トレンチ18Aを形成するマスクとして用いた厚さの薄い部分の酸化膜28を除去する。このとき、厚さの薄い部分の酸化膜28と犠牲酸化膜を同時に除去してもよい。酸化膜28の除去後のトレンチがトレンチ18Bとなる。酸化膜28は厚さが薄い部分と、エッジ終端領域40に厚さが厚い部分を有するので、酸化膜28の厚さが薄い部分を除去する全面エッチングを行って、エッジ終端領域40の厚さが厚い部分の酸化膜を残す。犠牲酸化膜(不図示)は酸化膜28の厚さが薄い部分と一緒に除去してもよい。また、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により酸化膜28を除去することで、エッジ終端領域40に酸化膜28を残してもよい。エッジ終端領域40に残った酸化膜(酸化膜28の厚さが厚い部分)がフィールド酸化膜13となる。ここまでの状態を図35に示す。 Next, isotropic etching and sacrificial oxidation are performed with the oxide film 28 attached. By this step, the damage of the trench 18A is removed and the bottom of the trench 18A is rounded. Either isotropic etching or sacrificial oxidation can be performed first. In addition, either isotropic etching or sacrificial oxidation may be performed. After that, the oxide film 28 in the thin portion used as a mask for forming the trench 18A is removed. At this time, the oxide film 28 and the sacrificial oxide film in the thin portion may be removed at the same time. The trench after the oxide film 28 is removed becomes the trench 18B. Since the oxide film 28 has a thin portion and a thick portion in the edge termination region 40, the entire surface is etched to remove the thin portion of the oxide film 28 to obtain the thickness of the edge termination region 40. Leaves a thick oxide film. The sacrificial oxide film (not shown) may be removed together with the thin portion of the oxide film 28. Further, the oxide film 28 may be left in the edge termination region 40 by removing the oxide film 28 by a photolithography technique and an etching technique. The oxide film (the portion where the thickness of the oxide film 28 is thick) remaining in the edge end region 40 becomes the field oxide film 13. The state up to this point is shown in FIG.

次に、n-型エピタキシャル層27、p--型リサーフ領域12およびp型ウェル領域63,63Aの表面(上面100)と、トレンチ18Bの内壁に沿ってゲート絶縁膜7を形成する。このゲート絶縁膜7は、酸素雰囲気中において1000℃程度の温度の熱酸化によって形成してもよい。また、このゲート絶縁膜7は高温酸化(High Temperature Oxide:HTO)等のような化学反応によって堆積する方法で形成してもよい。 Next, the surface (upper surface 100) of the n- type epitaxial layer 27, the p - type resurf region 12 and the p-type well regions 63, 63A, and the gate insulating film 7 are formed along the inner wall of the trench 18B. The gate insulating film 7 may be formed by thermal oxidation at a temperature of about 1000 ° C. in an oxygen atmosphere. Further, the gate insulating film 7 may be formed by a method of depositing by a chemical reaction such as high temperature oxidation (HTO).

次に、ゲート絶縁膜7上に、例えばリン原子がドーピングされた多結晶シリコン層を設ける。この多結晶シリコン層はトレンチ18B内を埋め込むように形成する。この多結晶シリコン層をフォトリソグラフィ技術とエッチング技術によりパターニングし、トレンチ18B内部にゲート絶縁膜7を介してゲート電極8を形成する。 Next, a polycrystalline silicon layer doped with, for example, a phosphorus atom is provided on the gate insulating film 7. This polycrystalline silicon layer is formed so as to embed the inside of the trench 18B. This polycrystalline silicon layer is patterned by a photolithography technique and an etching technique to form a gate electrode 8 inside the trench 18B via a gate insulating film 7.

また、エッジ終端領域40に形成された多結晶シリコン層を選択的に残し、フィールドプレート29およびチャネルストッパ62としてもよい。 Further, the polycrystalline silicon layer formed in the edge termination region 40 may be selectively left as the field plate 29 and the channel stopper 62.

フィールドプレート29は、p--型リサーフ領域12、p型ウェル領域63A、およびp型ベース領域5A上(上面100)に形成されたゲート絶縁膜7(絶縁膜66A)の上面とフィールド酸化膜13の活性領域30側の上面に連続して形成される。フィールドプレート29は、ゲート電極8と電気的に接続しており、ゲート配線の機能も有する。 The field plate 29 includes the upper surface of the gate insulating film 7 (insulating film 66A) and the field oxide film 13 formed on the p- type resurf region 12, the p-type well region 63A, and the p-type base region 5A (upper surface 100). It is continuously formed on the upper surface of the active region 30 side of the above. The field plate 29 is electrically connected to the gate electrode 8 and also has a gate wiring function.

チャネルストッパ62は、フィールド酸化膜13の外周側の上面とn-型エピタキシャル層27上(上面100)に形成されたゲート絶縁膜7(絶縁膜66B)の上面に連続して形成される。なお、フィールドプレート29とチャネルストッパ62は、フィールド酸化膜13上で分離される。 The channel stopper 62 is continuously formed on the upper surface of the field oxide film 13 on the outer peripheral side and the upper surface of the gate insulating film 7 (insulating film 66B) formed on the n-type epitaxial layer 27 (upper surface 100). The field plate 29 and the channel stopper 62 are separated on the field oxide film 13.

次に、n-型エピタキシャル層27の上面100(p型ウェル領域63,63Aおよびn-型エピタキシャル層27の表面)からp型ベース領域5,5Aを形成するためのp型不純物のイオン注入22を行う。p型不純物としては、例えばホウ素(B)あるいはアルミニウム(Al)等である。この際、n-型エピタキシャル層27の上のエッジ終端領域40では、フィールドプレート29、チャネルストッパ62およびフィールド酸化膜13がマスクとして機能する。このため、n-型エピタキシャル層27にはp型不純物が注入されない。また、ゲート電極8もマスクとして機能する。ここまでの状態が図36に記載される。 Next, ion implantation of p-type impurities to form p-type base regions 5, 5A from the upper surface 100 of the n- type epitaxial layer 27 (the surfaces of the p-type well regions 63 and 63A and the n -type epitaxial layer 27) 22 I do. Examples of the p-type impurity include boron (B) and aluminum (Al). At this time, in the edge termination region 40 on the n- type epitaxial layer 27, the field plate 29, the channel stopper 62, and the field oxide film 13 function as masks. Therefore, p-type impurities are not injected into the n-type epitaxial layer 27. The gate electrode 8 also functions as a mask. The state up to this point is shown in FIG.

次に、上面100上に形成されたゲート絶縁膜7の除去を行う。なお、ゲート絶縁膜7の除去は、ゲート絶縁膜7の厚さが後述するn+型ソース領域6を形成するためのイオン注入を妨げない厚さ、例えば、500Å以下であれば行わなくてもよい。 Next, the gate insulating film 7 formed on the upper surface 100 is removed. The removal of the gate insulating film 7 does not have to be performed if the thickness of the gate insulating film 7 does not interfere with ion implantation for forming the n + type source region 6 described later, for example, 500 Å or less. good.

次に、熱処理によりp型不純物を拡散させることで、n-型エピタキシャル層27、p型ウェル領域63,63A、およびp--型リサーフ領域12の表面層に、p型ベース領域5,5Aを形成する。この熱処理によって、トレンチ18Bを埋め込むように形成した多結晶シリコン層からなるゲート電極8の上面、フィールドプレート29およびチャネルストッパ62を覆うように絶縁膜66Cが形成される。 Next, by diffusing the p-type impurities by heat treatment, the p-type base regions 5, 5A are formed on the surface layers of the n- type epitaxial layer 27, the p-type well regions 63, 63A, and the p -type resurf region 12. Form. By this heat treatment, an insulating film 66C is formed so as to cover the upper surface of the gate electrode 8 made of a polycrystalline silicon layer formed so as to embed the trench 18B, the field plate 29, and the channel stopper 62.

p型ベース領域5とp型ウェル領域63は重なり、かつp型ベース領域5の底面は、p型ウェル領域63の底面より浅く形成される。p型ベース領域5Aとp型ウェル領域63Aは重なり、かつp型ベース領域5Aの底面は、p型ウェル領域63Aの底面より浅く形成される。 The p-type base region 5 and the p-type well region 63 overlap, and the bottom surface of the p-type base region 5 is formed shallower than the bottom surface of the p-type well region 63. The p-type base region 5A and the p-type well region 63A overlap, and the bottom surface of the p-type base region 5A is formed shallower than the bottom surface of the p-type well region 63A.

p型ベース領域5とp型ベース領域5Aの不純物濃度は等しくてもよい。p型ウェル領域63とp型ウェル領域63Aの不純物濃度は等しくてもよい。p型ベース領域5の不純物濃度は、p型ウェル領域63の不純物濃度より高い。また、p型ベース領域5Aの不純物濃度は、p型ウェル領域63Aの不純物濃度より高い。p型ベース領域5,5Aは、トレンチ18Bの側壁に接するように形成される。 The impurity concentrations in the p-type base region 5 and the p-type base region 5A may be equal. The impurity concentrations in the p-type well region 63 and the p-type well region 63A may be equal. The impurity concentration of the p-type base region 5 is higher than the impurity concentration of the p-type well region 63. Further, the impurity concentration in the p-type base region 5A is higher than the impurity concentration in the p-type well region 63A. The p-type base regions 5, 5A are formed so as to be in contact with the side wall of the trench 18B.

エッジ終端領域40では、酸化膜28、フィールドプレート29およびチャネルストッパ62がマスクとして機能するため、これらに上部を覆われたn-型エピタキシャル層27およびp--型リサーフ領域12にはホウ素(B)が注入されない。これにより、p型ベース領域5,5Aを形成するp型不純物を拡散するために熱処理を行っても、n-型エピタキシャル層27およびp--型リサーフ領域12にはp型ベース領域5,5Aを形成するp型不純物が拡散することはない。よって、エッジ終端領域40には、n-型エピタキシャル層27およびp--型リサーフ領域12が残る。 In the edge termination region 40, the oxide film 28, the field plate 29, and the channel stopper 62 function as masks, so that the n - type epitaxial layer 27 and the p - type resurf region 12 covered by these function as boron (B). ) Is not injected. As a result, even if heat treatment is performed to diffuse the p-type impurities forming the p-type base regions 5, 5A, the p-type base regions 5, 5A are formed in the n - type epitaxial layer 27 and the p - type resurf region 12. The p-type impurities that form the above do not diffuse. Therefore, the n- type epitaxial layer 27 and the p - type resurf region 12 remain in the edge termination region 40.

このように、第3の製造方法では、チャネルが形成されるp型ベース領域5をトレンチ18B形成後に形成する。ここまでの状態が図37に記載される。 As described above, in the third manufacturing method, the p-type base region 5 in which the channel is formed is formed after the trench 18B is formed. The state up to this point is shown in FIG. 37.

次に、p型ベース領域5の表面上に、例えば、レジストを用い、フォトリソグラフィ技術によって所望の開口部を有するマスク(不図示)を形成する。このレジストマスクをマスクとしてn型不純物をイオン注入する。このイオン注入によって、p型ベース領域5の表面層にn+型ソース領域6が形成される箇所にn型不純物を注入する。注入するn型不純物は、砒素(As)、リン(P)等である。 Next, a mask (not shown) having a desired opening is formed on the surface of the p-type base region 5 by a photolithography technique using, for example, a resist. Using this resist mask as a mask, n-type impurities are ion-implanted. By this ion implantation, an n-type impurity is implanted at a location where an n + -type source region 6 is formed in the surface layer of the p-type base region 5. The n-type impurities to be injected are arsenic (As), phosphorus (P) and the like.

次に、n+型ソース領域6を形成するために用いたイオン注入用マスクを除去する。さらに、p型ベース領域5の表面上に、例えば、レジストを用い、フォトリソグラフィ技術によって所望の開口部を有するマスクを形成して、p型ベース領域5の表面層に、n+型ソース領域6と接するp++型コンタクト領域14を形成するp型不純物を注入してもよい。また、p型ベース領域5Aの表面層にも、p++型コンタクト領域14Aを形成するp型不純物を注入してもよい。なお、エッジ終端領域40のp型ベース領域5Aの表面層にはn+型ソース領域6を形成しない。 Next, the ion implantation mask used to form the n + type source region 6 is removed. Further, on the surface of the p-type base region 5, for example, a resist is used to form a mask having a desired opening by photolithography technology, and an n + type source region 6 is formed on the surface layer of the p-type base region 5. A p-type impurity may be injected to form the p ++ type contact region 14 in contact with the p ++ type contact region 14. Further, the p-type impurity forming the p ++ type contact region 14A may be injected into the surface layer of the p-type base region 5A. The n + type source region 6 is not formed on the surface layer of the p-type base region 5A of the edge termination region 40.

次に、n+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14,14Aに注入した不純物を活性化させるための熱処理を行う。注入した不純物を活性化する熱処理は、注入した不純物を拡散するための熱処理より、熱履歴が小さい。n+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14,14Aを形成するイオン注入を行う順番はどちらが先でもよい。ここまでの状態が図38に記載される。 Next, a heat treatment is performed to activate the impurities injected into the n + type source region 6 and the p ++ type contact regions 14, 14A. The heat treatment for activating the injected impurities has a smaller thermal history than the heat treatment for diffusing the injected impurities. Either of the order of ion implantation forming the n + type source region 6 and the p ++ type contact regions 14 and 14A may come first. The state up to this point is shown in FIG.

次に、n-型エピタキシャル層27の表面(上面100)の上部全面に層間絶縁膜9を形成する。層間絶縁膜9は、絶縁膜66Cを介して、例えば、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8、n+型ソース領域6、p++型コンタクト領域14、p型ベース領域5A、p++型コンタクト領域14A、フィールド酸化膜13、フィールドプレート29およびチャネルストッパ62を覆うように形成される。層間絶縁膜9は、例えば、BPSG、PSG等で形成される。また、層間絶縁膜9は、例えばBPSGの下(BPSGとゲート電極8の間)に、HTO、NSGあるいはTEOS膜のいずれかを形成して積層膜としてもよい。層間絶縁膜9の厚さは1μm程度でよい。 Next, the interlayer insulating film 9 is formed on the entire upper surface of the surface (upper surface 100) of the n-type epitaxial layer 27. The interlayer insulating film 9 is formed through, for example, the gate insulating film 7, the gate electrode 8, the n + type source region 6, the p ++ type contact region 14, the p type base region 5A, and the p ++ type contact via the insulating film 66C. It is formed so as to cover the region 14A, the field oxide film 13, the field plate 29, and the channel stopper 62. The interlayer insulating film 9 is formed of, for example, BPSG, PSG, or the like. Further, the interlayer insulating film 9 may be formed as a laminated film by forming either an HTO, NSG or TEOS film under the BPSG (between the BPSG and the gate electrode 8), for example. The thickness of the interlayer insulating film 9 may be about 1 μm.

次に、層間絶縁膜9および絶縁膜66Cをフォトリソグラフィ技術とエッチング技術によりパターニングを行う。活性領域30には、n+型ソース領域6とp++型コンタクト領域14の表面を露出させたコンタクトホール64Aが形成される(トレンチ18Bの内壁に沿って形成されるゲート絶縁膜7とゲート電極8の上部を覆う層間絶縁膜9の境界は不図示)。また、エッジ終端領域40には、p++型コンタクト領域14Aの表面を露出させたコンタクトホール64Bが形成される。さらに、エッジ終端領域40には、フィールドプレート29の表面を露出させたコンタクトホール64Cが形成される。その後、熱処理(リフロー)を行って層間絶縁膜9を平坦化する。ここまでの状態が図39に記載される。 Next, the interlayer insulating film 9 and the insulating film 66C are patterned by a photolithography technique and an etching technique. In the active region 30, a contact hole 64A is formed in which the surfaces of the n + type source region 6 and the p ++ type contact region 14 are exposed (the gate insulating film 7 and the gate formed along the inner wall of the trench 18B). The boundary of the interlayer insulating film 9 that covers the upper part of the electrode 8 is not shown (not shown). Further, in the edge end region 40, a contact hole 64B having an exposed surface of the p ++ type contact region 14A is formed. Further, in the edge termination region 40, a contact hole 64C having an exposed surface of the field plate 29 is formed. After that, heat treatment (reflow) is performed to flatten the interlayer insulating film 9. The state up to this point is shown in FIG.

次に、スパッタにより、アルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とする合金(Al−Si、Al−Cu、Al−Si―Cu)等の金属膜をコンタクトホール64A,64B,64C内を埋め込み、さらに層間絶縁膜9の上面を連続して覆うように成膜する。なお、金属膜を成膜する前に、スパッタによりチタン膜(Ti)、窒化チタン膜(TiN)、またはこれらの積層膜(例えば、Ti/TiN等)からなるバリアメタル(不図示)をコンタクトホール64A,64B,64Cの内壁に沿い、かつ層間絶縁膜9の上面に連続するように形成してもよい。その後、金属膜およびバリアメタル(不図示)をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターニングすることで、ソース電極10、金属ゲートランナー61、およびゲート電極パッド(不図示)を形成する。なお、バリアメタルは、コンタクトホール64A,64B,64C内にのみ形成してもよい。 Next, by sputtering, a metal film such as aluminum or an alloy containing aluminum as a main component (Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu) is embedded in the contact holes 64A, 64B, 64C, and further, an interlayer insulating film is formed. A film is formed so as to continuously cover the upper surface of 9. Before forming the metal film, a contact hole is formed with a titanium film (Ti), a titanium nitride film (TiN), or a barrier metal (not shown) composed of a laminated film (for example, Ti / TiN) thereof by sputtering. It may be formed so as to be continuous with the inner wall of 64A, 64B, 64C and on the upper surface of the interlayer insulating film 9. After that, the source electrode 10, the metal gate runner 61, and the gate electrode pad (not shown) are formed by patterning the metal film and the barrier metal (not shown) by a photolithography technique and an etching technique. The barrier metal may be formed only in the contact holes 64A, 64B, 64C.

ソース電極10は、活性領域30において、コンタクトホール64Aで表面が露出されたn+型ソース領域6およびp++型コンタクト領域14と電気的に接続する。また、ソース電極10はエッジ終端領域40において、コンタクトホール64Bで表面が露出されたp++型コンタクト領域14Aと電気的に接続する。また、金属ゲートランナー61は、コンタクトホール64Cで表面が露出されたフィールドプレート29およびゲート電極8と電気的に接続する。ゲート電極パッド(不図示)は、金属ゲートランナー61およびゲート電極8と電気的に接続する。なお、コンタクトホール64A,64B,64C内にはバリアメタルを介してタングステンプラグ等を埋め込んでもよい。コンタクトホール64A,64B,64Cは、図21に示す第1の製造方法と同様に凹部を備えたコンタクトホールとしてもよい。 The source electrode 10 is electrically connected to the n + type source region 6 and the p ++ type contact region 14 whose surfaces are exposed in the contact hole 64A in the active region 30. Further, the source electrode 10 is electrically connected to the p ++ type contact region 14A whose surface is exposed by the contact hole 64B in the edge termination region 40. Further, the metal gate runner 61 is electrically connected to the field plate 29 and the gate electrode 8 whose surfaces are exposed in the contact hole 64C. The gate electrode pad (not shown) is electrically connected to the metal gate runner 61 and the gate electrode 8. A tungsten plug or the like may be embedded in the contact holes 64A, 64B, 64C via a barrier metal. The contact holes 64A, 64B, 64C may be contact holes provided with recesses as in the first manufacturing method shown in FIG.

次に、スパッタにより、n+型半導体基板1の裏面(半導体基体の裏面)に裏面電極11を形成する。裏面電極11は、例えば、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)あるいはアルミニウムを主成分とする合金(Al−Si、Al−Cu、Al−Si―Cu)等の金属膜等から形成されてもよい。また、これらの積層膜(例えば、Ti/Ni/Au、Al/Ti/Ni/Au等)を成膜してもよい。裏面電極11を成膜後に熱処理を行い、n+型半導体基板1と裏面電極11とのオーミック接合を形成する。これにより、図2Bに示したSJ−MOSFET50が完成する。 Next, the back surface electrode 11 is formed on the back surface of the n + type semiconductor substrate 1 (the back surface of the semiconductor substrate) by sputtering. The back surface electrode 11 is, for example, nickel (Ni), titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), or an alloy containing aluminum as a main component (Al—Si, Al—Cu, Al−. It may be formed from a metal film such as Si—Cu) or the like. Further, these laminated films (for example, Ti / Ni / Au, Al / Ti / Ni / Au, etc.) may be formed. After the back surface electrode 11 is formed into a film, heat treatment is performed to form an ohmic contact between the n + type semiconductor substrate 1 and the back surface electrode 11. As a result, the SJ-MOSFET 50 shown in FIG. 2B is completed.

このように、p型カラム用トレンチ25B内にn-型エピタキシャル層27を埋め込んだ領域のみに第2導電型不純物のイオン注入を行っているため、p型ウェル領域63,63Aが形成されないようになる。 In this way, since the ion implantation of the second conductive type impurity is performed only in the region where the n- type epitaxial layer 27 is embedded in the trench 25B for the p-type column, the p-type well regions 63 and 63A are not formed. Become.

以上、説明したように、実施の形態によれば、エッジ終端領域40には、n-型エピタキシャル層が設けられ、n-型エピタキシャル層27の表面にフィールド酸化膜13が設けられている。n-型エピタキシャル層27により、n-型エピタキシャル層27とp--型リサーフ領域12とのpn接合から延びる空乏層をn-型エピタキシャル層27に広げることでSJ−MOSFET50の耐圧を向上させることができる。 As described above, according to the embodiment, the n - type epitaxial layer is provided in the edge termination region 40, and the field oxide film 13 is provided on the surface of the n-type epitaxial layer 27. The n - type epitaxial layer 27 improves the withstand voltage of the SJ-MOSFET 50 by extending the depletion layer extending from the pn junction between the n- type epitaxial layer 27 and the p - type resurf region 12 to the n-type epitaxial layer 27. Can be done.

また、別の実施の形態において、エッジ終端領域40にn型カラム領域3Bの幅とp型カラム領域4Bの幅が活性領域30のn型カラム領域3の幅とp型カラム領域4の幅より狭くなっている並列pn構造20Bを備えることで、エッジ終端領域40において、空乏層が広がりやすくなり、エッジ終端領域40の耐圧を活性領域30の耐圧より高くすることができる。 Further, in another embodiment, the width of the n-type column region 3B and the width of the p-type column region 4B in the edge termination region 40 are larger than the width of the n-type column region 3 and the width of the p-type column region 4 of the active region 30. By providing the narrowed parallel pn structure 20B, the depletion layer is likely to spread in the edge termination region 40, and the withstand voltage of the edge termination region 40 can be made higher than the withstand voltage of the active region 30.

さらに、n-型エピタキシャル層27は不純物濃度が低いため、p型ウェル領域63,63Aおよびp型ベース領域5、5Aの拡散を制御しやすくなり、ゲート閾値電圧Vthのばらつきを抑えることができる。 Further, since the n - type epitaxial layer 27 has a low impurity concentration, it becomes easy to control the diffusion of the p-type well regions 63 and 63A and the p-type base regions 5 and 5A, and it is possible to suppress variations in the gate threshold voltage Vth.

また、従来のトレンチ埋め込み方式のようにp型エピタキシャル層の堆積を行わずにp型カラム領域4を形成できるため、CMP装置等を用いて表面のp型エピタキシャル層を除去し、p型エピタキシャル層除去後の表面にn型エピタキシャル層を形成することが不要となる。さらに、p型カラム用トレンチ25Bが埋め込まれた表面部分はCMP装置等を用い平坦化する工程が不要である。よって、簡便にSJ構造を形成することができ、製造コストを低減することができる。 Further, since the p-type column region 4 can be formed without depositing the p-type epitaxial layer as in the conventional trench embedding method, the p-type epitaxial layer on the surface is removed by using a CMP device or the like, and the p-type epitaxial layer is removed. It is not necessary to form an n-type epitaxial layer on the surface after removal. Further, the surface portion in which the p-type column trench 25B is embedded does not require a step of flattening by using a CMP device or the like. Therefore, the SJ structure can be easily formed, and the manufacturing cost can be reduced.

以上において本発明では、シリコン基板の第1主面上にMOSゲート構造を構成した場合を例に説明したが、これに限らず、半導体の種類(例えば、炭化珪素(SiC)等)、基板主面の面方位等を種々変更可能である。また、本発明の実施の形態では、トレンチ型MOSFETを例に説明したが、これに限らず、プレーナ型MOSFET等の超接合半導体装置、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)の超接合半導体装置等、様々な構成の半導体装置に適用可能である。また、本発明では、各実施の形態では第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、本発明は第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としても同様に成り立つ。 In the present invention, the case where the MOS gate structure is configured on the first main surface of the silicon substrate has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the type of semiconductor (for example, silicon carbide (SiC), etc.) and the substrate main The surface orientation of the surface can be changed in various ways. Further, in the embodiment of the present invention, the trench type MOSFET has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and is not limited to this. It can be applied to semiconductor devices having various configurations such as bonded semiconductor devices. Further, in the present invention, the first conductive type is n-type and the second conductive type is p-type in each embodiment, but in the present invention, the first conductive type is p-type and the second conductive type is n-type. The same holds true.

以上のように、本発明にかかる超接合半導体装置および超接合半導体装置の製造方法は、電力変換装置や種々の産業用機械等の電源装置等に使用される高耐圧半導体装置に有用である。 As described above, the superjunction semiconductor device and the method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to the present invention are useful for high withstand voltage semiconductor devices used in power conversion devices, power supply devices for various industrial machines, and the like.

1 n+型半導体基板
2 n型ドリフト層
3,3B n型カラム領域
4,4A,4B p型カラム領域
5,5A p型ベース領域
6 n+型ソース領域
7 ゲート絶縁膜
8 ゲート電極
9 層間絶縁膜
10 ソース電極
11 裏面電極
12 p--型リサーフ領域
13 フィールド酸化膜
14,14A p++型コンタクト領域
18A,18B トレンチ
19 コンタクトプラグ
20、20B 並列pn領域
21、65 イオン注入用マスク
22 イオン注入
23 酸化膜
24 レジストマスク
25A,25B p型カラム用トレンチ
27 n-型エピタキシャル層
28 酸化膜
29 フィールドプレート
30 活性領域
40 エッジ終端領域
50 SJ−MOSFET
61 金属ゲートランナー
62 チャネルストッパ
63,63A,63B p型ウェル領域
64A,64B,64C,64D,64E,64F コンタクトホール
66A,66B,66C 絶縁膜
67A,67B,67C,67D,67E,67F 凹部
90、91−1,91−2,92,93 注入領域
100 上面
W1,W2,W3 幅
T1 厚さ
D1,D2 区間
1 n + type semiconductor substrate 2 n type drift layer 3,3B n type column area 4, 4A, 4B p type column area 5, 5A p type base area 6 n + type source area 7 gate insulating film 8 gate electrode 9 interlayer insulation film 10 source electrode 11 back electrode 12 p - -type RESURF region 13 field oxide film 14, 14A p ++ type contact regions 18A, 18B trench 19 contact plug 20,20B parallel pn regions 21,65 ion implantation mask 22 ion implantation 23 Oxide film 24 Resist mask 25A, 25B P-type column trench 27 n - type epitaxial layer 28 Oxide film 29 Field plate 30 Active region 40 Edge termination region 50 SJ-MOSFET
61 Metal Gate Runner 62 Channel Stopper 63, 63A, 63B p-type Well Region 64A, 64B, 64C, 64D, 64E, 64F Contact Hole 66A, 66B, 66C Insulating Film 67A, 67B, 67C, 67D, 67E, 67F Recess 90, 91-1, 91-2, 92, 93 Injection region 100 Top surface W1, W2, W3 Width T1 Thickness D1, D2 Section

Claims (14)

電流が流れる活性領域と、前記活性領域の外側に配置され、前記活性領域の周囲を囲む耐圧構造が形成された終端構造部と、を有する超接合半導体装置の製造方法であって、
第1導電型の半導体基板のおもて面に、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層を形成する第1工程と、
前記第1半導体層の表面から第1トレンチを形成する第2工程と、
前記第1半導体層の表面および前記第1トレンチ内に、前記第1半導体層より低不純物濃度の第1導電型の第2半導体層を形成する第3工程と、
前記第2半導体層に、第2導電型となる不純物を注入することで、前記第2半導体層の内部に、第2導電型のウェル領域を形成するとともに、第1導電型の第1カラムと第2導電型の第2カラムとが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された並列pn構造であって、前記第2カラムの上面が、前記ウェル領域の底面と接する前記並列pn構造を形成する第4工程と、
前記第2半導体層を貫通し、前記第1カラムに達する第2トレンチを形成する第5工程と、
前記活性領域の前記並列pn構造の表面上に、第2導電型の第2半導体領域を形成する第6工程と、
前記第2トレンチの内部にゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する第7工程と、
前記活性領域の前記第2半導体領域の表面層に選択的に第1導電型の第1半導体領域を形成する第8工程と、
を含むことを特徴とする超接合半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a superjunction semiconductor device having an active region through which an electric current flows and a terminal structure portion arranged outside the active region and having a pressure-resistant structure surrounding the active region.
A first step of forming a first conductive type first semiconductor layer having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate on the front surface of the first conductive type semiconductor substrate.
The second step of forming the first trench from the surface of the first semiconductor layer, and
A third step of forming a first conductive type second semiconductor layer having a lower impurity concentration than the first semiconductor layer on the surface of the first semiconductor layer and in the first trench.
By injecting an impurity that becomes the second conductive type into the second semiconductor layer, a well region of the second conductive type is formed inside the second semiconductor layer, and the first column of the first conductive type is formed. A parallel pn structure in which the second column of the second conductive type is repeatedly and alternately arranged in a direction parallel to the front surface, and the upper surface of the second column is in contact with the bottom surface of the well region. The fourth step of forming the pn structure and
A fifth step of forming a second trench that penetrates the second semiconductor layer and reaches the first column.
The sixth step of forming the second conductive type second semiconductor region on the surface of the parallel pn structure of the active region, and
The seventh step of forming the gate insulating film and the gate electrode inside the second trench, and
The eighth step of selectively forming the first conductive type first semiconductor region on the surface layer of the second semiconductor region of the active region, and
A method for manufacturing a superjunction semiconductor device, which comprises.
前記第6工程では、前記第2半導体領域の底面は前記ウェル領域の底面より浅くなるように形成することを特徴とする請求項1に記載の超接合半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to claim 1, wherein in the sixth step, the bottom surface of the second semiconductor region is formed so as to be shallower than the bottom surface of the well region. 前記第6工程では、前記ウェル領域の不純物濃度が、前記第2半導体領域の不純物濃度より低くなるように形成することを特徴とする請求項1に記載の超接合半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to claim 1, wherein in the sixth step, the impurity concentration in the well region is formed to be lower than the impurity concentration in the second semiconductor region. 前記第4工程では、前記第1トレンチ内の前記第2半導体層に前記第2導電型となる不純物を注入することを特徴とする請求項1に記載の超接合半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to claim 1, wherein in the fourth step, an impurity that becomes the second conductive type is injected into the second semiconductor layer in the first trench. 前記第4工程では、前記第1半導体層の表面上の前記第2半導体層の表面層に、前記第2導電型となる不純物を注入することを特徴とする請求項1に記載の超接合半導体装置の製造方法。 The superjunction semiconductor according to claim 1, wherein in the fourth step, impurities to be the second conductive type are injected into the surface layer of the second semiconductor layer on the surface of the first semiconductor layer. Manufacturing method of the device. 前記第4工程では、前記第2カラムを前記終端構造部にも形成することを特徴とする請求項1に記載の超接合半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to claim 1, wherein in the fourth step, the second column is also formed in the terminal structure portion. 前記第5工程より前に、前記第6工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の超接合半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to claim 1, wherein the sixth step is performed before the fifth step. 前記第4工程では、前記第1トレンチ内の前記第2半導体層のみに前記第2導電型となる不純物を注入することを特徴とする請求項1に記載の超接合半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a superjunction semiconductor device according to claim 1, wherein in the fourth step, an impurity that becomes the second conductive type is injected only into the second semiconductor layer in the first trench. 電流が流れる活性領域と、前記活性領域の外側に配置され、前記活性領域の周囲を囲む耐圧構造が形成された終端構造部と、を有する超接合半導体装置であって、
第1導電型の半導体基板のおもて面に設けられた、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層内部に設けられた、第1導電型の第1カラムと第2導電型の第2カラムとが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された並列pn構造と、
前記活性領域の前記並列pn構造の表面層に設けられた第2導電型の第2半導体領域と、
前記活性領域の前記第2半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域および前記第2半導体領域を貫通し、前記第1カラムに達する第2トレンチと、
前記第2トレンチ内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、を備え
前記第1半導体層の内部に第2導電型のウェル領域が設けられ、前記ウェル領域の下面が前記第2カラムの上面に接し、前記ウェル領域の底面が前記第2半導体領域の底面より深く、前記ウェル領域の上面の幅は前記第2カラムの幅より広いことを特徴とする超接合半導体装置。
A superjunction semiconductor device having an active region through which an electric current flows and a terminal structure portion arranged outside the active region and having a pressure-resistant structure surrounding the active region.
A first conductive type first semiconductor layer provided on the front surface of the first conductive type semiconductor substrate and having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate, and a first conductive type first semiconductor layer.
A parallel pn structure in which the first conductive type first column and the second conductive type second column provided inside the first semiconductor layer are repeatedly and alternately arranged in a direction parallel to the front surface. ,
A second conductive type second semiconductor region provided on the surface layer of the parallel pn structure of the active region, and
A first conductive type first semiconductor region selectively provided on the surface layer of the second semiconductor region of the active region,
A second trench that penetrates the first semiconductor region and the second semiconductor region and reaches the first column,
A gate electrode provided inside the second trench via a gate insulating film is provided, and a second conductive type well region is provided inside the first semiconductor layer, and the lower surface of the well region is the second column. A superjunction semiconductor device that is in contact with the upper surface of the well region, the bottom surface of the well region is deeper than the bottom surface of the second semiconductor region, and the width of the upper surface of the well region is wider than the width of the second column.
前記ウェル領域の不純物濃度は前記第2半導体領域の不純物濃度より低いことを特徴とする請求項9に記載の超接合半導体装置。 The superjunction semiconductor device according to claim 9, wherein the impurity concentration in the well region is lower than the impurity concentration in the second semiconductor region. 前記並列pn構造は、前記終端構造部にも設けられることを特徴とする請求項9に記載の超接合半導体装置。 The superjunction semiconductor device according to claim 9, wherein the parallel pn structure is also provided in the terminal structure portion. 前記終端構造部の前記並列pn構造の繰り返しピッチは前記活性領域の前記並列pn構造の繰り返しピッチより狭いことを特徴とする請求項9に記載の超接合半導体装置。 The superjunction semiconductor device according to claim 9, wherein the repeating pitch of the parallel pn structure of the terminal structure portion is narrower than the repeating pitch of the parallel pn structure of the active region. 前記終端構造部の前記半導体基板側に対して反対側の表面層に前記第1半導体層より不純物濃度の低い第1導電型の第2半導体層を備えることを特徴とする請求項9に記載の超接合半導体装置。 The ninth aspect of the present invention, wherein the surface layer of the terminal structure portion on the opposite side of the semiconductor substrate side is provided with a first conductive type second semiconductor layer having a lower impurity concentration than the first semiconductor layer. Superjunction semiconductor device. 前記ウェル領域および前記第2半導体領域は、前記第2トレンチの側壁に接することを特徴とする請求項9に記載の超接合半導体装置。 The superjunction semiconductor device according to claim 9, wherein the well region and the second semiconductor region are in contact with the side wall of the second trench.
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