JP3194404U - Semiconductor device - Google Patents

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成修 松田
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Abstract

【課題】安価に製造することができ、帰還容量が低減されたトレンチゲート型のスイッチング素子(パワーMOSFET、IGBT)を得ることができる半導体装置を提供する。【解決手段】溝25の底面においては、左右のゲート電極28の間において、左右のゲート電極28と分離(絶縁)された底面電極29が形成されている。溝25の両側に局所的に層間絶縁層30が残されているために、溝25の中央部は下側に大きく凹形状となり、溝25の両側で上側に凸形状となっている。このため、エミッタ電極72を形成する下地の凹凸は激しくなり、エミッタ電極72の表面にもこの凹凸が反映され、細かい凹凸が多く形成される。【選択図】図6Provided is a semiconductor device which can be manufactured at low cost and can obtain a trench gate type switching element (power MOSFET, IGBT) with reduced feedback capacitance. On the bottom surface of a groove, a bottom electrode is formed between the left and right gate electrodes to be separated (insulated) from the left and right gate electrodes. Since the interlayer insulating layer 30 is locally left on both sides of the groove 25, the central portion of the groove 25 has a large concave shape on the lower side and a convex shape on the upper side on both sides of the groove 25. For this reason, the unevenness of the base on which the emitter electrode 72 is formed becomes severe, and this unevenness is reflected on the surface of the emitter electrode 72, and many fine unevennesses are formed. [Selection] Figure 6

Description

本考案は、スイッチング動作を行うトレンチゲート型の半導体装置の構造に関する。   The present invention relates to a structure of a trench gate type semiconductor device that performs a switching operation.

大電流のスイッチング動作を行うスイッチング素子(パワー半導体素子)として、パワ
ーMOSFETや絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate
Bipolar Transistor:IGBT)等が使用されている。こうしたスイ
ッチング素子においては、半導体基板に形成された溝(トレンチ)中に酸化膜及びゲート
電極を形成したトレンチゲート型のものが用いられる。
As a switching element (power semiconductor element) that performs a switching operation of a large current, a power MOSFET or an insulated gate bipolar transistor (Insulated Gate)
Bipolar Transistor (IGBT) etc. are used. In such a switching element, a trench gate type in which an oxide film and a gate electrode are formed in a groove (trench) formed in a semiconductor substrate is used.

図9は、こうしたトレンチゲート型のパワーMOSFET(半導体装置110)の構成
の一例を示す断面図である。図9において、この半導体基板80においては、ドレイン層
となるn層81の上に、n層82、p層83が順次形成されている。半導体基板8
0の表面側には、p層83を貫通する溝(トレンチ)85が形成されている。溝85は
、図9における紙面と垂直方向に延伸して平行に複数(図示された範囲では4つ)形成さ
れている。各々の溝85の内面には酸化膜86が一様に形成された上で、ゲート電極87
が溝85を埋め込むように形成されている。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of such a trench gate type power MOSFET (semiconductor device 110). In FIG. 9, in the semiconductor substrate 80, an n layer 82 and a p layer 83 are sequentially formed on an n + layer 81 serving as a drain layer. Semiconductor substrate 8
On the surface side of 0, a groove (trench) 85 penetrating the p layer 83 is formed. A plurality of grooves 85 (four in the illustrated range) are formed in parallel to extend in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. An oxide film 86 is uniformly formed on the inner surface of each groove 85, and then the gate electrode 87.
Is formed so as to fill the groove 85.

また、半導体基板80の表面側においては、溝85の両側に、ソース領域となるn
88が形成されている。半導体基板80の表面には、ソース電極(第1の主電極)89が
形成されている。一方、半導体基板80の裏面全面には、n層(ドレイン層)81と接
触してドレイン電極(第2の主電極)90が形成されている。一方、半導体基板80の表
面側においては層間絶縁層91が溝85を覆うように形成されているため、ソース電極8
9は、n層88とp層83の両方に接触し、ゲート電極87とは絶縁される。図9に
示された範囲外の表面側において、例えば溝85の延伸方向(紙面垂直方向)の端部側で
全てのゲート電極87は接続され、共通のゲート配線に接続される。また、 図9に示さ
れた範囲内ではソース電極89は表面全面に形成されているが、表面側では、このゲート
配線とソース電極89とは分離して形成される。このため、各溝85毎に、ゲート配線(
ゲート電極87)に印加された電圧によって溝85の側面におけるp層83でチャネル
が形成され、n層82とn層88の間でn型のMOSFETとして動作し、このMO
SFETがオンとされる。すなわち、ゲート電極87に印加する電圧によって、ソース電
極(第1の主電極)89とドレイン電極(第2の主電極)90との間の電流のスイッチン
グ制御をすることができる。各溝85毎に形成されたMOSFETは全て並列に接続され
ているために、ソース電極89・ドレイン電極90間に大電流を流すことができる。
Further, on the surface side of the semiconductor substrate 80, n + layers 88 serving as source regions are formed on both sides of the groove 85. A source electrode (first main electrode) 89 is formed on the surface of the semiconductor substrate 80. On the other hand, a drain electrode (second main electrode) 90 is formed on the entire back surface of the semiconductor substrate 80 in contact with the n + layer (drain layer) 81. On the other hand, since the interlayer insulating layer 91 is formed so as to cover the groove 85 on the surface side of the semiconductor substrate 80, the source electrode 8.
9 contacts both the n + layer 88 and the p layer 83 and is insulated from the gate electrode 87. On the surface side outside the range shown in FIG. 9, for example, all the gate electrodes 87 are connected on the end side in the extending direction (perpendicular to the paper surface) of the groove 85 and are connected to a common gate wiring. Further, the source electrode 89 is formed on the entire surface within the range shown in FIG. 9, but on the surface side, the gate wiring and the source electrode 89 are formed separately. For this reason, each trench 85 has a gate wiring (
A channel is formed in the p layer 83 on the side surface of the trench 85 by the voltage applied to the gate electrode 87), and operates as an n-type MOSFET between the n layer 82 and the n + layer 88.
SFET is turned on. That is, the switching of current between the source electrode (first main electrode) 89 and the drain electrode (second main electrode) 90 can be controlled by the voltage applied to the gate electrode 87. Since the MOSFETs formed for each groove 85 are all connected in parallel, a large current can flow between the source electrode 89 and the drain electrode 90.

なお、図9はパワーMOSFETの構造を示しているが、IGBTの場合においても同
様の構造を適用することができる。この場合、例えば、n層81をp層(コレクタ層
)に置き換え、ソース電極89をエミッタ電極、ドレイン電極90をコレクタ電極に置き
換えた構造とすることができる。
Although FIG. 9 shows the structure of the power MOSFET, the same structure can be applied to the IGBT. In this case, for example, the n + layer 81 can be replaced with a p + layer (collector layer), the source electrode 89 can be replaced with an emitter electrode, and the drain electrode 90 can be replaced with a collector electrode.

このパワーMOSFETを高速で動作させるには、帰還容量Crssと入力容量Cis
sとを小さくする必要がある。図9の構造においては、帰還容量Crssはゲート電極8
7・ドレイン電極90間の容量となり、入力容量Cissは、ゲート電極87・ソース電
極89間の容量と帰還容量Crssとの和となる。ここで、図9の構造においては、トレ
ンチ85底部の酸化膜86を介した容量が存在するため、ゲート電極87・ドレイン電極
90間の容量Crssを小さくすることが困難である。酸化膜86を厚くすることによっ
てCrssを小さくすることができることは明らかであるが、動作速度以外のMOSFE
Tの特性も酸化膜86の厚さに大きく依存するため、酸化膜86の厚さは、通常は動作速
度以外において所望の特性が得られるように設定される。このため、層間絶縁層91とは
異なり、酸化膜86は、半導体層(p層83等)との間の界面特性が特に良好となる熱
酸化によって薄く形成される。この場合、Crssを低減することは困難である。
In order to operate the power MOSFET at high speed, the feedback capacitor Crss and the input capacitor Cis
It is necessary to reduce s. In the structure of FIG. 9, the feedback capacitance Crss is the gate electrode 8.
7 and the capacitance between the drain electrode 90 and the input capacitance Ciss is the sum of the capacitance between the gate electrode 87 and the source electrode 89 and the feedback capacitance Crss. Here, in the structure of FIG. 9, since there is a capacitance through the oxide film 86 at the bottom of the trench 85, it is difficult to reduce the capacitance Crss between the gate electrode 87 and the drain electrode 90. Although it is clear that Crss can be reduced by increasing the thickness of the oxide film 86, MOSFE other than the operating speed is obtained.
Since the characteristic of T greatly depends on the thickness of the oxide film 86, the thickness of the oxide film 86 is usually set so that a desired characteristic can be obtained except for the operation speed. For this reason, unlike the interlayer insulating layer 91, the oxide film 86 is thinly formed by thermal oxidation with particularly good interface characteristics with the semiconductor layer (p layer 83, etc.). In this case, it is difficult to reduce Crss.

こうした問題を解決するために、特許文献1においては、溝85底部においてのみ酸化
膜86を特に厚くする構造が記載されている。また、特許文献2には、溝85の底部にゲ
ート電極87、酸化膜86とそれぞれ同様の構成をもつ第1半導体層、第1酸化膜を設け
、その上に上記のゲート電極87、酸化膜86を形成した構成が記載されている。
In order to solve such a problem, Patent Document 1 describes a structure in which the oxide film 86 is particularly thick only at the bottom of the groove 85. Further, in Patent Document 2, a first semiconductor layer and a first oxide film having the same configuration as the gate electrode 87 and the oxide film 86 are provided at the bottom of the trench 85, and the gate electrode 87 and the oxide film described above are provided thereon. A configuration in which 86 is formed is described.

これらの構造によれば、帰還容量Crssを小さくすることができる。一方、これらの
構造では、MOSFETにおけるチャネルが形成される部分である溝85の側面における
層83上(側面)の酸化膜86を薄くされるため、動作速度以外においても良好な特
性のパワーMOSFETを得ることができる。
According to these structures, the feedback capacitance Crss can be reduced. On the other hand, in these structures, since the oxide film 86 on the p layer 83 (side surface) on the side surface of the trench 85, which is a portion where the channel is formed in the MOSFET, is thinned, the power with good characteristics is also obtained except for the operation speed. A MOSFET can be obtained.

特開2003−158268号公報JP 2003-158268 A 特開2006−93506号公報JP 2006-93506 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術において、熱酸化工程では一様に酸化が進むた
め、溝の側面の酸化膜を薄く保ったままで溝の底面においてのみ局所的に厚い酸化膜を形
成することは実際には困難である。このため、局所的に厚い酸化膜を形成するためには、
例えば、形成された酸化膜を局所的に残存させるエッチングを行い、その後で再度熱酸化
を行うという工程、あるいは更にこうした工程を複数回繰り返すことが必要となり、その
製造工程が複雑となった。
However, in the technique described in Patent Document 1, since the oxidation proceeds uniformly in the thermal oxidation process, it is not possible to form a thick oxide film locally only on the bottom surface of the groove while keeping the oxide film on the side surface of the groove thin. It is actually difficult. For this reason, in order to form a locally thick oxide film,
For example, it is necessary to perform etching for locally leaving the formed oxide film and then perform thermal oxidation again, or to repeat such a process a plurality of times, which complicates the manufacturing process.

また、特許文献2に記載の技術における、溝の底部に第1半導体層、第1酸化膜を設け
た上に周知のトレンチゲート構造を有する構造は、溝内の構造を形成するための工程が別
途必要となり、やはりその製造工程が複雑となった。
In the technique disclosed in Patent Document 2, the structure having the well-known trench gate structure on the first semiconductor layer and the first oxide film provided at the bottom of the groove has a step for forming the structure in the groove. It was necessary separately and the manufacturing process was complicated.

このように、製造工程が複雑となるため、特許文献1、2に記載の半導体装置を低コス
トで製造することは困難であった。すなわち、帰還容量Crssが低減されたトレンチゲ
ート型のスイッチング素子(パワーMOSFET、IGBT)を安価に製造することは困
難であった。
Thus, since the manufacturing process becomes complicated, it is difficult to manufacture the semiconductor devices described in Patent Documents 1 and 2 at low cost. That is, it has been difficult to inexpensively manufacture a trench gate type switching element (power MOSFET, IGBT) having a reduced feedback capacitance Crss.

本考案は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する考案を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a device for solving the above problems.

本考案は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本考案の半導体装置は、半導体基板の表面側において溝が形成され、当該溝の内面に形
成された酸化膜と接するゲート電極が設けられ、前記半導体基板の表面側に形成された第
1の主電極と前記半導体基板の裏面側に形成された第2の主電極との間に流れる動作電流
が前記ゲート電極に印加された電圧によってスイッチング制御され、前記ゲート電極が設
けられた前記溝を複数具備する半導体装置であって、前記ゲート電極は、前記溝の内部に
おいて、前記溝の両側面に分断されて形成され、かつ前記第1の主電極は、前記ゲート電
極の上に形成された層間絶縁層を介して複数の前記溝を覆って形成され、前記溝の底面に
おいて前記ゲート電極が形成されない部分の前記酸化膜上に、前記ゲート電極と分断され
前記第1の主電極と電気的に接続された底面電極を具備し、ボンディングワイヤが接続さ
れるボンディングパッドが、複数の前記溝が形成された領域において前記第1の主電極の
上に形成されたことを特徴とする。
本考案の半導体装置は、前記溝の幅が前記溝の深さよりも大きいことを特徴とする。
本考案の半導体装置において、平面視における前記溝の中央部と、平面視において隣接
する2つの前記溝の間の部分とにおいて、前記第1の主電極の表面には凹部が形成された
ことを特徴とする。
本考案の半導体装置において、平面視における前記溝の中央部における前記凹部は、平
面視において隣接する2つの前記溝の間の部分における前記凹部よりも深く形成されたこ
とを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
In the semiconductor device of the present invention, a groove is formed on the surface side of the semiconductor substrate, a gate electrode is provided in contact with the oxide film formed on the inner surface of the groove, and a first main body formed on the surface side of the semiconductor substrate is provided. The operation current flowing between the electrode and the second main electrode formed on the back surface side of the semiconductor substrate is switched by a voltage applied to the gate electrode, and includes a plurality of the grooves provided with the gate electrode. In the semiconductor device, the gate electrode is divided and formed on both side surfaces of the groove inside the groove, and the first main electrode is an interlayer insulation formed on the gate electrode. A plurality of trenches are formed through a layer, and are separated from the gate electrode and electrically connected to the first main electrode on a portion of the oxide film where the gate electrode is not formed on the bottom surface of the trench. Is equipped with a bottom electrode, a bonding pad to which the bonding wires are connected, characterized in that it is formed in a plurality of said grooves are formed region on the first main electrode.
The semiconductor device of the present invention is characterized in that the width of the groove is larger than the depth of the groove.
In the semiconductor device of the present invention, a recess is formed on the surface of the first main electrode in the central portion of the groove in plan view and in the portion between the two adjacent grooves in plan view. Features.
In the semiconductor device according to the present invention, the concave portion in the central portion of the groove in plan view is formed deeper than the concave portion in a portion between two adjacent grooves in plan view.

本考案は以上のように構成されているので、安価に製造することができ、帰還容量が低
減されたトレンチゲート型のスイッチング素子(パワーMOSFET、IGBT)を得る
ことができる。
Since the present invention is configured as described above, it can be manufactured at low cost, and a trench gate type switching element (power MOSFET, IGBT) with reduced feedback capacitance can be obtained.

本考案の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本考案の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本考案の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図(続き)である。It is process sectional drawing (continuation) which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本考案の実施の形態に係る半導体装置の平面図(a)、断面図(b)(c)である。1A is a plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 本考案の実施の形態に係る半導体装置における溝内の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure in the groove | channel in the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本考案の実施の形態に係る半導体装置においてワイヤボンディングが施される際の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the form at the time of performing wire bonding in the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 従来の半導体装置においてワイヤボンディングが施される際の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the form at the time of performing wire bonding in the conventional semiconductor device. 本考案の実施の形態に係る半導体装置の表面形状の構造を特に詳細に示す断面図である。It is sectional drawing which shows especially the structure of the surface shape of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention in detail. 従来のトレンチゲート型の半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional trench gate type semiconductor device.

以下、本考案の実施の形態となる半導体装置について説明する。この半導体装置は、ゲ
ート電圧によってチャネルのオン・オフが制御されて電流のスイッチング制御がなされる
トレンチゲート型のパワーMOSFETである。ゲート電極は、半導体基板の表面に平行
に形成された複数の溝(トレンチ)中に形成され、各ゲート電極は並列に接続される。各
ゲート電極は、溝の中の表面に酸化膜が形成された上で、溝の内部に形成される。
Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described. This semiconductor device is a trench gate type power MOSFET in which on / off of a channel is controlled by a gate voltage and current switching is controlled. The gate electrode is formed in a plurality of grooves (trench) formed in parallel to the surface of the semiconductor substrate, and the gate electrodes are connected in parallel. Each gate electrode is formed inside the trench after an oxide film is formed on the surface in the trench.

図1は、この半導体装置(パワーMOSFET)10の構造を示す断面図である。この
半導体装置10は、半導体基板20中に形成された溝(トレンチ)中にゲート電極が形成
された構成を具備するトレンチゲート型の素子である。図1において、この半導体基板2
0においては、ドレイン層となるn層21の上に、n層22、p層23が順次形成
されている。半導体基板20の表面側には、p層23を貫通する溝(トレンチ)25が
形成されている。溝25は、図1における紙面と垂直方向に延伸して並行に複数(図1に
おいては2つ)形成されている。溝25の内面(側面及び底面)には酸化膜26が一様に
形成されている。ただし、特許文献1に記載の技術と同様に、酸化膜26を側面で薄く、
底面で厚くしてもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device (power MOSFET) 10. The semiconductor device 10 is a trench gate type element having a configuration in which a gate electrode is formed in a groove (trench) formed in a semiconductor substrate 20. In FIG. 1, this semiconductor substrate 2
In 0, an n layer 22 and a p layer 23 are sequentially formed on an n + layer 21 serving as a drain layer. On the surface side of the semiconductor substrate 20, a groove (trench) 25 penetrating the p layer 23 is formed. A plurality of grooves 25 (two in FIG. 1) are formed in parallel to extend in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. An oxide film 26 is uniformly formed on the inner surface (side surface and bottom surface) of the groove 25. However, like the technique described in Patent Document 1, the oxide film 26 is thin on the side surface,
It may be thick at the bottom.

半導体基板20の表面側においては、溝25の両側に、n層27が形成されている。
半導体基板20の裏面全面には、n層(ドレイン層)21と電気的に接続されるドレイ
ン電極(第2の主電極)40が形成されている。
On the surface side of the semiconductor substrate 20, n + layers 27 are formed on both sides of the groove 25.
A drain electrode (second main electrode) 40 electrically connected to the n + layer (drain layer) 21 is formed on the entire back surface of the semiconductor substrate 20.

酸化膜26は、溝25から離れた半導体基板20の表面においては除去されている。図
1においては、溝25が2つ並んだ構造が示されており、以下では、単一の溝25に対応
した構造について説明する。この半導体装置10においては、特に溝25内の構造が図9
に示された半導体装置110と異なっている。
The oxide film 26 is removed on the surface of the semiconductor substrate 20 away from the trench 25. FIG. 1 shows a structure in which two grooves 25 are arranged. Hereinafter, a structure corresponding to a single groove 25 will be described. In this semiconductor device 10, the structure in the groove 25 is particularly shown in FIG.
This is different from the semiconductor device 110 shown in FIG.

まず、ゲート電極28は、溝25の左右の側壁部のp層23に沿ってそれぞれ設けら
れており、溝25の底面で左右に分離されて形成されている。ただし、左右のゲート電極
28の各々は図示の範囲外(例えば溝25の長手方向の端部)で接続されている。ゲート
電極28は、例えば高濃度にドープされた導電性の多結晶シリコンで構成される。
First, the gate electrodes 28 are respectively provided along the p layers 23 on the left and right side wall portions of the trench 25, and are formed separately on the left and right at the bottom surface of the trench 25. However, each of the left and right gate electrodes 28 is connected outside the illustrated range (for example, the end in the longitudinal direction of the groove 25). The gate electrode 28 is made of, for example, conductive polycrystalline silicon doped at a high concentration.

一方、溝25の底面においては、上面からみた場合には後述する図4(a)に示される
ように左右のゲート電極28の間において、左右のゲート電極28と分離(絶縁)された
底面電極29が形成されている。溝25の底面においても酸化膜26は形成されているた
め、底面電極29はその下のn層22とも絶縁される。この状態で、左右のゲート電極
28を覆い、かつ底面電極29とその両側のゲート電極28とを分離するように、層間絶
縁層30が溝25内に形成されている。
On the other hand, on the bottom surface of the groove 25, as viewed from above, the bottom electrode separated (insulated) from the left and right gate electrodes 28 between the left and right gate electrodes 28 as shown in FIG. 29 is formed. Since the oxide film 26 is also formed on the bottom surface of the groove 25, the bottom electrode 29 is also insulated from the n layer 22 below it. In this state, an interlayer insulating layer 30 is formed in the trench 25 so as to cover the left and right gate electrodes 28 and to separate the bottom electrode 29 and the gate electrodes 28 on both sides thereof.

この状態で、半導体基板20の表面を覆うように、ソース電極(第1の主電極)35が
形成されている。上記の構成により、ソース電極35は、図9の構成の半導体装置80と
同様に半導体基板20の表面においてp層23、n層27と接続されると共に、層間
絶縁層30中に設けられた貫通孔によって、溝25の底面における底面電極29とも接続
される。層間絶縁層30により、ソース電極35とゲート電極28とは絶縁される。
In this state, a source electrode (first main electrode) 35 is formed so as to cover the surface of the semiconductor substrate 20. With the above configuration, the source electrode 35 is connected to the p layer 23 and the n + layer 27 on the surface of the semiconductor substrate 20 as in the semiconductor device 80 having the configuration of FIG. The bottom electrode 29 on the bottom surface of the groove 25 is also connected by the through hole. The source electrode 35 and the gate electrode 28 are insulated by the interlayer insulating layer 30.

図9の半導体装置110と同様に、全てのゲート電極28は、表面側において、溝25
の延伸方向端部側で共通のゲート配線と接続される。このゲート配線とソース電極35と
は分離されている。このため、ソース電極(第1の主電極)35、ドレイン電極(第2の
主電極)40、ゲート配線(ゲート電極28)の電位を各々制御し、ゲート配線に印加し
た電圧によってソース電極35、ドレイン電極40間の電流のスイッチング制御をするこ
とができる。
As with the semiconductor device 110 of FIG.
Are connected to a common gate wiring at the end in the extending direction. The gate wiring and the source electrode 35 are separated. Therefore, the potentials of the source electrode (first main electrode) 35, the drain electrode (second main electrode) 40, and the gate wiring (gate electrode 28) are controlled, and the source electrode 35, Switching of current between the drain electrodes 40 can be controlled.

この構造においては、ゲート電極28が溝25の底面側に形成されず、両側に分断され
たことで、ゲート電極28・ドレイン電極40間容量Crssが低減される。更に、底面
電極29がソース電極35と同電位(接地電位)とされるために、ゲート電極28・ドレ
イン電極40間の容量Crss(帰還容量)が低減される。
In this structure, the gate electrode 28 is not formed on the bottom surface side of the groove 25 but is divided on both sides, so that the capacitance Crss between the gate electrode 28 and the drain electrode 40 is reduced. Furthermore, since the bottom electrode 29 is set to the same potential (ground potential) as the source electrode 35, the capacitance Crss (feedback capacitance) between the gate electrode 28 and the drain electrode 40 is reduced.

また、一般的なトレンチゲート型の素子においては、溝25の幅が広い場合(例えば幅
が1〜20μmの場合)、溝25の底部側における空乏層が広がりにくくなるために、こ
の部分で耐圧が低くなり、この部分で素子全体の耐圧が低下する場合が多い。これに対し
て、上記のように左右のゲート電極28の間に底面電極29を設けることによって、溝2
5の幅が広い場合でも、溝25の底部側における空乏層が良好に広がるために、耐圧を向
上させることが可能である。また、上記の構造を具備するIGBTの場合においては、特
に、1〜20μm、より好ましくは3〜15μmの広い溝の場合には、正孔が溝の底部に
蓄積されるため、これによってオン電圧を低下させることができるため、特に好ましい。
Further, in a general trench gate type device, when the width of the groove 25 is wide (for example, when the width is 1 to 20 μm), the depletion layer on the bottom side of the groove 25 is difficult to expand. In many cases, the breakdown voltage of the entire device is lowered at this portion. On the other hand, the groove 2 is formed by providing the bottom electrode 29 between the left and right gate electrodes 28 as described above.
Even when the width of the groove 5 is wide, the depletion layer on the bottom side of the groove 25 spreads favorably, so that the breakdown voltage can be improved. In the case of an IGBT having the above structure, holes are accumulated at the bottom of the groove, particularly in the case of a wide groove of 1 to 20 μm, more preferably 3 to 15 μm. Is particularly preferable.

また、図1の構造においては、酸化膜26は、溝25の内部に一様に形成されているた
め、1回の熱酸化工程によって酸化膜26を形成することができる。また、同一の多結晶
シリコン層をパターニングすることによって、ゲート電極28と底面電極29とを同時に
形成することができる。
In the structure of FIG. 1, since the oxide film 26 is uniformly formed inside the groove 25, the oxide film 26 can be formed by a single thermal oxidation process. Also, the gate electrode 28 and the bottom electrode 29 can be formed simultaneously by patterning the same polycrystalline silicon layer.

以下に、この製造方法について具体的に説明する。図2(a)〜(h)、図3(i)〜
(n)は、この半導体装置10の製造工程を示す工程断面図である。ここでは、一つの溝
25に関わる構造のみについて示す。
Below, this manufacturing method is demonstrated concretely. 2 (a)-(h), FIG. 3 (i)-
FIG. 4N is a process cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the semiconductor device 10. Here, only the structure related to one groove 25 is shown.

まず、図2(a)に示されるように、n層21の上に、n層22、p層23が順
次形成された半導体基板20における溝25が形成されるべき箇所の表面(p層23中
)に、溝25よりも広い幅とされたn層27をイオン注入によって形成する。
First, as shown in FIG. 2A, the surface (where the groove 25 is to be formed in the semiconductor substrate 20 in which the n layer 22 and the p layer 23 are sequentially formed on the n + layer 21 ( In the p layer 23), an n + layer 27 having a width wider than that of the trench 25 is formed by ion implantation.

次に、図2(b)に示されるように、n層27が形成された領域中に溝25を形成す
る(溝形成工程)。溝25は、例えばフォトレジストをマスクとして半導体基板20をド
ライエッチングすることによって形成することができる。溝25は、p層23を貫通し
、n層22に達する深さとされる。
Next, as shown in FIG. 2B, a groove 25 is formed in the region where the n + layer 27 is formed (groove forming step). The groove 25 can be formed, for example, by dry etching the semiconductor substrate 20 using a photoresist as a mask. The trench 25 has a depth that penetrates the p layer 23 and reaches the n layer 22.

次に、図2(b)の構造を熱酸化することによって、溝25内を含む半導体基板20の
表面全体に酸化膜26を形成する(酸化工程)。その後に、溝25から離れた領域におけ
る酸化膜26をエッチング除去する。これによって、図2(c)に示されるように、酸化
膜26は、溝25の内部(底面、側面)及びその周囲にのみ残存する。ここで、酸化膜2
6の厚さは溝25内で一様とした場合、1回の熱酸化で酸化膜26を形成することができ
る。
Next, the structure of FIG. 2B is thermally oxidized to form an oxide film 26 on the entire surface of the semiconductor substrate 20 including the inside of the trench 25 (oxidation step). Thereafter, the oxide film 26 in the region away from the trench 25 is removed by etching. As a result, as shown in FIG. 2C, the oxide film 26 remains only in and around the trench 25 (bottom surface, side surface). Here, the oxide film 2
When the thickness 6 is uniform in the groove 25, the oxide film 26 can be formed by one thermal oxidation.

次に、導電性をもつように高濃度にドーピングされた多結晶シリコン(ゲート電極材料
)50をCVD法によって表面全面に成膜する(ゲート電極成膜工程)。この際、図2(
d)に示されるように、溝25の内部が多結晶シリコン50で埋め込まれず、多結晶シリ
コン50の厚さが溝25の側面及び底面において略均一に覆われるような成膜条件で多結
晶シリコン50の成膜は行われる。
Next, a polycrystalline silicon (gate electrode material) 50 doped with a high concentration so as to have conductivity is formed on the entire surface by a CVD method (gate electrode formation step). At this time, FIG.
As shown in d), the polycrystalline silicon is formed under such film forming conditions that the inside of the trench 25 is not filled with the polycrystalline silicon 50 and the thickness of the polycrystalline silicon 50 is substantially uniformly covered on the side and bottom surfaces of the trench 25. 50 films are formed.

次に、この成膜された多結晶シリコン50をパターニングする(ゲート電極パターニン
グ工程)。図2(e)〜(h)はこの工程を詳細に説明する図である。まず、図2(e)
に示されるように、フォトレジスト層100を全面に塗布形成した後に、マスクを用いた
露光・現像を行い、図2(f)に示されるように、フォトレジスト層100をパターニン
グする。ここで、段差部を含んで形成されたフォトレジスト層100を露光・現像して段
差の上下を通じて高精度でパターニングすることは、露光の際の焦点深度の制限があるた
めに、一般には容易ではない。しかしながら、図示されるように、ここでパターニングさ
れるのは、溝25の内部のみであるため、露光の際の焦点を溝25の底面に合わせること
によって、図2(f)に示されるパターニングを容易に行うことができる。
Next, the deposited polycrystalline silicon 50 is patterned (gate electrode patterning step). 2E to 2H are diagrams for explaining this process in detail. First, FIG. 2 (e)
As shown in FIG. 2, after the photoresist layer 100 is applied and formed on the entire surface, exposure and development using a mask are performed, and the photoresist layer 100 is patterned as shown in FIG. Here, it is generally not easy to expose and develop the photoresist layer 100 including the step portion and pattern it with high accuracy through the top and bottom of the step because of the limitation of the depth of focus at the time of exposure. Absent. However, as shown in the figure, since the patterning is performed only inside the groove 25, the patterning shown in FIG. 2F is performed by focusing the bottom surface of the groove 25 at the time of exposure. It can be done easily.

その後、図2(g)に示されるように、多結晶シリコン50をドライエッチング(異方
性エッチング)することにより、特に溝25内での多結晶シリコン50を選択的に除去し
、ゲート電極28と底面電極29とを分離して形成する。その後、図2(h)に示される
ように、フォトレジスト層100を除去する。これによって、図1におけるゲート電極2
8、底面電極29が形成される。なお、多結晶シリコン50は、図示の範囲外(例えば溝
25の延伸方向の端部側等)でも、配線材料として一部残存するようにパターニングされ
る。
Thereafter, as shown in FIG. 2G, the polycrystalline silicon 50 is dry-etched (anisotropic etching) to selectively remove the polycrystalline silicon 50 particularly in the trench 25, and the gate electrode 28 is removed. And the bottom electrode 29 are formed separately. Thereafter, as shown in FIG. 2H, the photoresist layer 100 is removed. As a result, the gate electrode 2 in FIG.
8. A bottom electrode 29 is formed. Note that the polycrystalline silicon 50 is patterned so that a part of the polycrystalline silicon 50 remains as a wiring material even outside the illustrated range (for example, the end side in the extending direction of the groove 25).

その後、図3(i)に示されるように、CVD法によって絶縁層(SiO)60を表
面全面に成膜する(層間絶縁層成膜工程)。この際、多結晶シリコン50と同様に、溝2
5の内部に絶縁層60が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 3I, an insulating layer (SiO 2 ) 60 is formed on the entire surface by CVD (interlayer insulating layer forming step). At this time, like the polycrystalline silicon 50, the groove 2
An insulating layer 60 is formed inside 5.

次に、この成膜された絶縁層60をパターニングする(層間絶縁層パターニング工程)
。図3(j)〜(m)はこの工程を詳細に説明する図である。まず、図3(j)に示され
るように、図2(d)と同様にフォトレジスト層100を塗布形成する。その後に、図3
(k)に示されるように、溝25の外側、及び溝25内における底面電極29上で絶縁層
60が露出するように、フォトレジスト層100を同様にパターニングする。この場合の
パターンにおいても、加工線幅の小さな箇所は溝25の内部となるため、露光の際の焦点
を溝25の底面に合わせて行うことにより、容易にこのパターニングを行うことができる
Next, the formed insulating layer 60 is patterned (interlayer insulating layer patterning step).
. FIGS. 3J to 3M are diagrams for explaining this process in detail. First, as shown in FIG. 3J, a photoresist layer 100 is applied and formed in the same manner as in FIG. After that, FIG.
As shown in (k), the photoresist layer 100 is similarly patterned so that the insulating layer 60 is exposed on the outside of the groove 25 and on the bottom electrode 29 in the groove 25. Also in the pattern in this case, since the portion with the small processing line width is inside the groove 25, this patterning can be easily performed by adjusting the focal point at the time of exposure to the bottom surface of the groove 25.

その後、絶縁層60のドライエッチングを行うことにより、図3(l)に示されるよう
に、絶縁層60は、層間絶縁層30として残存する。その後、図3(m)に示されるよう
にフォトレジスト100を除去する。
Thereafter, by performing dry etching of the insulating layer 60, the insulating layer 60 remains as the interlayer insulating layer 30 as shown in FIG. Thereafter, the photoresist 100 is removed as shown in FIG.

その後、図3(n)に示されるように、表面にソース電極35、裏面にドレイン電極4
0を形成する(電極形成工程)ことにより、図1の半導体装置10が製造される。なお、
図3(n)に示された領域においては表面全面にソース電極35が形成されているが、実
際には、ドレイン電極40とは異なり、ソース電極35は半導体装置10の表面全面には
形成されない。実際には溝25は図2、3における紙面と垂直方向に延伸しており、その
端部においてゲート電極28は、ソース電極35と接さないように表面側において引き出
されるようにパターニングされる。これによって、ゲート電極28、ソース電極35、ド
レイン電極40のそれぞれが電極端子として機能する。
Thereafter, as shown in FIG. 3 (n), the source electrode 35 is formed on the front surface and the drain electrode 4 is formed on the back surface.
By forming 0 (electrode forming step), the semiconductor device 10 of FIG. 1 is manufactured. In addition,
In the region shown in FIG. 3 (n), the source electrode 35 is formed on the entire surface, but actually, unlike the drain electrode 40, the source electrode 35 is not formed on the entire surface of the semiconductor device 10. . Actually, the groove 25 extends in a direction perpendicular to the paper surface in FIGS. 2 and 3, and the gate electrode 28 is patterned so as to be drawn out on the surface side so as not to contact the source electrode 35 at the end. Thereby, each of the gate electrode 28, the source electrode 35, and the drain electrode 40 functions as an electrode terminal.

図1の構成においては、ソース電極35と底面電極29とが直接接しているために、底
面電極29はソース電極35と同電位とされた。ここで、実際には底面電極29は溝25
の延伸方向において溝25と同様に延伸しているが、底面電極29自身は電流の経路とは
ならない。このため、ソース電極35と細長い底面電極29とが溝25の延伸方向におい
て一様に接している必要はなく、これらの接触部分は適宜設定することが可能である。
In the configuration of FIG. 1, since the source electrode 35 and the bottom electrode 29 are in direct contact, the bottom electrode 29 has the same potential as the source electrode 35. Here, the bottom electrode 29 is actually the groove 25.
However, the bottom electrode 29 itself does not serve as a current path. For this reason, the source electrode 35 and the elongated bottom electrode 29 do not need to be in uniform contact with each other in the extending direction of the groove 25, and these contact portions can be set as appropriate.

図4(a)は、こうした場合における構成を上面から見た平面図を示す。ここで、ソー
ス電極35、層間絶縁層30の記載を省略し、底面電極29上における層間絶縁層30の
開口部301が記載されている。図4(a)におけるA−A方向の断面図が図4(b)で
あり、B−B方向の断面図が図4(c)である。この例では開口部301(すなわち、ソ
ース電極35と底面電極29との接続箇所)が千鳥配列とされているが、例えば、チップ
の中央部分では開口部301を設けず、チップの端部にのみ開口部301を設けてもよい
。こうした設定は、層間絶縁層パターニング工程(図3(k))におけるマスクパターン
によって行うことができる。層間絶縁層30(絶縁層60)の形状は、ゲート電極28と
底面電極29とが絶縁できる限りにおいて、適宜設定することができる。
FIG. 4A shows a plan view of the configuration in such a case as viewed from above. Here, the description of the source electrode 35 and the interlayer insulating layer 30 is omitted, and the opening 301 of the interlayer insulating layer 30 on the bottom electrode 29 is described. 4A is a cross-sectional view in the AA direction in FIG. 4A, and FIG. 4C is a cross-sectional view in the BB direction. In this example, the openings 301 (that is, where the source electrode 35 and the bottom electrode 29 are connected) are arranged in a staggered arrangement. However, for example, the openings 301 are not provided in the central portion of the chip, but only at the ends of the chip. An opening 301 may be provided. Such setting can be performed by the mask pattern in the interlayer insulating layer patterning step (FIG. 3K). The shape of the interlayer insulating layer 30 (insulating layer 60) can be appropriately set as long as the gate electrode 28 and the bottom electrode 29 can be insulated.

次に、ゲート電極28と底面電極29の位置関係について説明する。図1の構成におい
て、溝25の底面におけるゲート電極28と底面電極29の間の位置関係は、半導体装置
10の特性に影響を及ぼす。図5は、溝25の内部構造を拡大した図であり、ゲート電極
28と底面電極29の間隔がD、溝25内におけるゲート電極28の底面電極29側への
突き出し量がXである。
Next, the positional relationship between the gate electrode 28 and the bottom electrode 29 will be described. In the configuration of FIG. 1, the positional relationship between the gate electrode 28 and the bottom electrode 29 on the bottom surface of the trench 25 affects the characteristics of the semiconductor device 10. FIG. 5 is an enlarged view of the internal structure of the groove 25, where the distance between the gate electrode 28 and the bottom electrode 29 is D, and the amount of protrusion of the gate electrode 28 toward the bottom electrode 29 in the groove 25 is X.

例えば、間隔Dを広くすると、ゲート電極28直下に形成される空乏層の幅が底面電極
29側で狭くなり、ソース電極35、ドレイン電極40間の耐圧が低下する。このため、
この耐圧はゲート電極28と底面電極29の間隔Dで制御できる。
For example, when the distance D is increased, the width of the depletion layer formed immediately below the gate electrode 28 is narrowed on the bottom electrode 29 side, and the breakdown voltage between the source electrode 35 and the drain electrode 40 is reduced. For this reason,
This breakdown voltage can be controlled by the distance D between the gate electrode 28 and the bottom electrode 29.

また、ゲート電極28の突き出し量Xが大きければ、帰還容量Crssが大きくなる。
このため、突き出し量XによってCrssを調整することができる。
Further, if the protrusion amount X of the gate electrode 28 is large, the feedback capacitance Crss becomes large.
For this reason, Crss can be adjusted by the protrusion amount X.

上記の構造、製造方法によれば、D、Xは、いずれもゲート電極パターニング工程(図
2(f))のフォトレジスト層100のパターン(リソグラフィのマスクパターン)で定
まる。例えば、一般にパワーMOSFETにおいては、素子の保護のために、ソース電極
35、ドレイン電極40間のブレークダウンが発生する場合には、この箇所はチップ上の
特定の領域で発生するように定められる。この場合、この特定の箇所においてDが広くさ
れたマスクパターンを用いることにより、チップ上における活性領域(セル領域)の耐圧
を低下させることを容易に行うことができる。一方、Dを小さくすることで、Crssを
低減することもできる。すなわち、チップの面内における耐圧やCrssの分布の制御を
、ゲート電極パターニング工程におけるリソグラフィのマスクパターンのみによって行う
ことができる。図2(f)におけるリソグラフィにおいては、露光の際の焦点を溝25の
底面に合わせることにより、D、Xを高精度で制御することができる。これに対して、特
許文献1に記載の構造において同様の制御を行う場合には、酸化膜の厚さ等をチップ内で
変える必要があるため、更にその製造工程が複雑となる。
According to the above structure and manufacturing method, D and X are both determined by the pattern (lithographic mask pattern) of the photoresist layer 100 in the gate electrode patterning step (FIG. 2F). For example, in general, in a power MOSFET, when a breakdown occurs between the source electrode 35 and the drain electrode 40 in order to protect the element, this portion is determined to occur in a specific region on the chip. In this case, it is possible to easily reduce the breakdown voltage of the active region (cell region) on the chip by using a mask pattern in which D is widened at this specific location. On the other hand, by reducing D, Crss can also be reduced. That is, the withstand voltage and Crss distribution in the surface of the chip can be controlled only by the lithography mask pattern in the gate electrode patterning step. In the lithography shown in FIG. 2 (f), D and X can be controlled with high accuracy by focusing on the bottom surface of the groove 25 at the time of exposure. On the other hand, when the same control is performed in the structure described in Patent Document 1, it is necessary to change the thickness of the oxide film in the chip, which further complicates the manufacturing process.

なお、底面電極29の断面形状(図2(g)における多結晶シリコン50のエッチング
形状は、ドライエッチング条件によって制御できる。これにより、例えば底面電極29を
順テーパー形状(下側で広がる形状)とした場合には、層間絶縁層30をゲート電極28
と底面電極29の間に埋め込みやすくなり、これらの間の絶縁性を良好にすることができ
る。逆に、底面電極29を逆テーパー形状(上側で広がる形状)とした場合には、ソース
電極35と底面電極29との間の接触面積を大きくすることができ、これらの間のコンタ
クト抵抗を低減することができる。
Note that the cross-sectional shape of the bottom electrode 29 (the etching shape of the polycrystalline silicon 50 in FIG. 2G can be controlled by dry etching conditions. As a result, for example, the bottom electrode 29 has a forward taper shape (a shape that expands downward). In this case, the interlayer insulating layer 30 is formed on the gate electrode 28.
And the bottom electrode 29 are easily embedded, and the insulation between them can be improved. Conversely, when the bottom electrode 29 has a reverse taper shape (a shape that widens upward), the contact area between the source electrode 35 and the bottom electrode 29 can be increased, and the contact resistance between them can be reduced. can do.

なお、前記の通り、多結晶シリコン(ゲート電極材料)50が溝25の外側(半導体基
板20の表面)で配線として残存する箇所も存在するが、この配線パターンは、D、Xと
比べて太いため、露光の際の焦点を溝25の底面に合わせた場合でも、この配線パターン
のパターニングは容易である。すなわち、上記のように高精度でD、Xを制御する場合で
も、この半導体装置10における多結晶シリコン(ゲート電極材料)50のパターニング
を容易に行うことができる。なお、層間絶縁層パターニング工程においても、実際には溝
25以外の箇所においても絶縁層60が残存する箇所が存在するが、この箇所におけるパ
ターンは溝25内のパターン(開口部301)と比べて太いため、同様にそのパターニン
グは容易である。
As described above, there is a portion where the polycrystalline silicon (gate electrode material) 50 remains as a wiring outside the trench 25 (the surface of the semiconductor substrate 20), but this wiring pattern is thicker than D and X. Therefore, even when the focus at the time of exposure is adjusted to the bottom surface of the groove 25, patterning of the wiring pattern is easy. That is, even when D and X are controlled with high accuracy as described above, patterning of the polycrystalline silicon (gate electrode material) 50 in the semiconductor device 10 can be easily performed. In the interlayer insulating layer patterning step, there are actually places where the insulating layer 60 remains in places other than the grooves 25. The pattern in this place is compared with the pattern in the groove 25 (opening 301). Since it is thick, the patterning is similarly easy.

以上より、上記の半導体装置10を簡易な製造工程で製造することができ、その特性の
制御も、リソグラフィの際のマスクパターンによって行うことができる。
As described above, the semiconductor device 10 can be manufactured by a simple manufacturing process, and the characteristics can be controlled by the mask pattern at the time of lithography.

上記の構造を溝25内に形成するため、上記の半導体装置10においては、溝25の幅
は広いことが好ましい。このため、溝25の幅はその深さよりも大きくすることが好まし
い。
In order to form the above structure in the groove 25, in the semiconductor device 10 described above, the width of the groove 25 is preferably wide. For this reason, it is preferable to make the width of the groove 25 larger than its depth.

また、上記の例では、溝25内の両側面に分断されて形成されたゲート電極28の間に
底面電極29が形成されたが、底面電極29が形成されない場合でも、帰還容量Crss
が低減されることは明らかである。こうした場合でも、ゲート電極パターニング工程にお
けるリソグラフィのマスクパターンを変更する以外においては、上記と同様の製造方法を
適用することができる。
In the above example, the bottom electrode 29 is formed between the gate electrodes 28 formed by being divided on both side surfaces in the groove 25. However, even when the bottom electrode 29 is not formed, the feedback capacitance Crss.
It is clear that is reduced. Even in such a case, a manufacturing method similar to the above can be applied except that the lithography mask pattern in the gate electrode patterning step is changed.

上記のとおり、この半導体装置10においては、単一の溝25に関わる構造によって、
Crssを小さくすることができるという効果を奏する。実際の半導体装置においては、
図9の構造と同様に、図1の構造が複数並列に形成されている。図1の構造においては、
このようにこの構造が複数並列に形成された場合において、特に信頼性を高めることがで
きる。この点について以下に説明する。
As described above, in this semiconductor device 10, due to the structure related to the single groove 25,
There is an effect that Crss can be reduced. In actual semiconductor devices,
Similar to the structure of FIG. 9, a plurality of the structures of FIG. 1 are formed in parallel. In the structure of FIG.
Thus, when a plurality of such structures are formed in parallel, the reliability can be particularly improved. This will be described below.

実際の半導体装置(IGBT等)においては、図1の構造が複数並列に形成され、その
上にチップ外への配線が接続される。図6(a)は、図1と同様の構造を並列に4つ具備
する半導体装置(IGBT)120の断面図である。ここでは、図1の半導体装置(パワ
ーMOSFET)におけるn層21の代わりに、コレクタ層となるp層71が設けら
れた半導体基板70が用いられる。また、表面のソース電極35がエミッタ電極(第1の
主電極)72、裏面のドレイン電極40がコレクタ電極(第2の主電極)73とされてい
る。この半導体装置120が実装される際には、半導体装置120が形成されたチップは
リードフレームや基板に接合され、コレクタ電極73は、チップの裏面側でリードフレー
ムや基板に対して電気的に接続される。一方、エミッタ電極72はチップの表面側におい
て電気的に接続される。このため、図6(a)に示されるように、エミッタ電極72の上
には金属材料で構成されたボンディングパッド74が部分的に形成される。図6(b)に
示されるように、実装の際にはワイヤ状のボンディングワイヤ75の一端がこのボンディ
ングパッド74に接合される。ボンディングワイヤ75の他端は、チップ外の端子に接続
される。
In an actual semiconductor device (IGBT or the like), a plurality of the structures in FIG. 1 are formed in parallel, and wirings outside the chip are connected thereon. FIG. 6A is a cross-sectional view of a semiconductor device (IGBT) 120 having four structures similar to those in FIG. 1 in parallel. Here, instead of the n + layer 21 in the semiconductor device (power MOSFET) of FIG. 1, a semiconductor substrate 70 provided with a p + layer 71 serving as a collector layer is used. The source electrode 35 on the front surface is an emitter electrode (first main electrode) 72, and the drain electrode 40 on the back surface is a collector electrode (second main electrode) 73. When the semiconductor device 120 is mounted, the chip on which the semiconductor device 120 is formed is bonded to a lead frame or a substrate, and the collector electrode 73 is electrically connected to the lead frame or the substrate on the back side of the chip. Is done. On the other hand, the emitter electrode 72 is electrically connected on the surface side of the chip. Therefore, as shown in FIG. 6A, a bonding pad 74 made of a metal material is partially formed on the emitter electrode 72. As shown in FIG. 6B, one end of a wire-like bonding wire 75 is bonded to the bonding pad 74 at the time of mounting. The other end of the bonding wire 75 is connected to a terminal outside the chip.

ボンディングワイヤ75の一端は、超音波を印加した状態で圧着されることによって、
ボンディングパッド74に接合される。この圧着時にボンディングパッド74の直下の半
導体基板20に悪影響を与えないために、ボンディングパッド74は厚い金属(Al等)
層で構成され、ボンディングワイヤ75は、AlやAuの細線で構成される。このため、
半導体装置120の信頼性を高めるためには、ボンディングパッド74とエミッタ電極7
2、ボンディングパッド74とボンディングワイヤ75との間に剥離が生じにくいことが
必要である。
One end of the bonding wire 75 is crimped with an ultrasonic wave applied,
Bonded to the bonding pad 74. The bonding pad 74 is made of a thick metal (such as Al) so as not to adversely affect the semiconductor substrate 20 immediately below the bonding pad 74 during this bonding.
The bonding wire 75 is composed of a thin Al or Au wire. For this reason,
In order to increase the reliability of the semiconductor device 120, the bonding pad 74 and the emitter electrode 7 are used.
2. It is necessary that peeling does not easily occur between the bonding pad 74 and the bonding wire 75.

ここで、この半導体装置120においては、エミッタ電極72を形成する前の断面形状
は図3(m)に示された形状と同様である。ここでは、溝25の両側に局所的に層間絶縁
層30が残されているために、溝25の中央部は下側に大きく凹形状となり、溝25の両
側で上側に凸形状となっている。このため、エミッタ電極72を形成する下地の凹凸は激
しくなり、エミッタ電極72の表面にもこの凹凸が反映され、細かい凹凸が多く形成され
る。この凹凸によって、ボンディングパッド74がエミッタ電極72にピン留めされる効
果が生ずる。同様に、ボンディングパッド74の表面にもエミッタ電極72の凹凸を反映
した凹凸が形成され、この凹凸によって、ボンディングワイヤ75がボンディングパッド
74にピン留めされる効果も生ずる。
Here, in this semiconductor device 120, the cross-sectional shape before forming the emitter electrode 72 is the same as the shape shown in FIG. Here, since the interlayer insulating layer 30 is locally left on both sides of the groove 25, the central portion of the groove 25 has a large concave shape on the lower side and a convex shape on the upper side on both sides of the groove 25. . For this reason, the unevenness of the base on which the emitter electrode 72 is formed becomes severe, and this unevenness is reflected on the surface of the emitter electrode 72, and many fine unevennesses are formed. Due to the unevenness, the bonding pad 74 is pinned to the emitter electrode 72. Similarly, unevenness reflecting the unevenness of the emitter electrode 72 is formed on the surface of the bonding pad 74, and this unevenness also has an effect of pinning the bonding wire 75 to the bonding pad 74.

これに対して、図9に示された従来の構造の上にボンディングパッド74が形成され、
その上にボンディングワイヤ75が接続された場合の断面図を図7に示す。この構造にお
いては、ゲート電極87が溝85を埋め込んで形成されるために、ソース電極89(エミ
ッタ電極72に対応)の下地には、層間絶縁層91に起因する凹凸しか存在しない。この
ため、図6の構造と比べて、水平方向における凹凸の間隔は長く凹凸の密度が小さくなり
、かつ凹凸の深さも浅くなり、上記のピン留め効果は小さくなる。このため、ボンディン
グパッド74、ボンディングワイヤ75には剥離が発生しやすくなる。
In contrast, a bonding pad 74 is formed on the conventional structure shown in FIG.
FIG. 7 shows a cross-sectional view when the bonding wire 75 is connected thereon. In this structure, since the gate electrode 87 is formed so as to fill the groove 85, only the unevenness due to the interlayer insulating layer 91 exists on the base of the source electrode 89 (corresponding to the emitter electrode 72). For this reason, compared with the structure of FIG. 6, the interval of the unevenness | corrugation in a horizontal direction is long, the density of an unevenness | corrugation becomes small, and the depth of an unevenness | corrugation becomes shallow, and the said pinning effect becomes small. For this reason, the bonding pads 74 and the bonding wires 75 are easily peeled off.

すなわち、図6に示された半導体装置120のボンディングワイヤ75等の接合におい
ては、高い信頼性が得られる。
That is, high reliability is obtained in the bonding of the bonding wires 75 and the like of the semiconductor device 120 shown in FIG.

この構造におけるエミッタ電極72の詳細な断面形状を図8に示す。エミッタ電極72
の凹凸は、エミッタ電極72が形成される直前の下地の表面形状によって定まるため、溝
25の中央部分で大きく下側に凹形状とされ、溝25の両側で上側に凸形状となる。この
ため、エミッタ電極72は、隣接する溝25の中間部分で下側に窪み、溝25の中央部分
で大きく下側に窪む。エミッタ電極72が最も高くなるのは層間絶縁層30が残された溝
25の両側であり、図8においては、この部分を基準とした窪み量は、隣接する溝25の
中間部分でa、溝25の中央部分でbとして示されている。この半導体装置120におい
ては、窪み量がaの凹部と窪み量がbの凹部が共に形成されるのに対して、図7の従来の
構造では、窪み量が小さな凹部(図8における窪み量がaの凹部に相当)のみが形成され
る。すなわち、図8の構造では、凹部の数を多く、かつより深くすることができる。
A detailed cross-sectional shape of the emitter electrode 72 in this structure is shown in FIG. Emitter electrode 72
Since the unevenness is determined by the surface shape of the base immediately before the emitter electrode 72 is formed, the concave portion is largely concave at the center portion of the groove 25 and convex upward at both sides of the groove 25. For this reason, the emitter electrode 72 is depressed downward in the middle portion of the adjacent groove 25 and largely depressed downward in the central portion of the groove 25. The height of the emitter electrode 72 is highest on both sides of the groove 25 where the interlayer insulating layer 30 remains. In FIG. In the central part of 25 is shown as b. In this semiconductor device 120, a recess having a recess amount a and a recess having a recess amount b are formed together, whereas in the conventional structure of FIG. 7, a recess having a small recess amount (the recess amount in FIG. only the concave part a) is formed. That is, in the structure of FIG. 8, the number of the concave portions can be increased and deepened.

また、半導体基板70を構成するシリコンとその表面の広い領域に形成されたエミッタ
電極72を構成する金属材料の主成分(例えばアルミニウム)の熱膨張係数は大きく異な
る。このため、この半導体装置120を製造する際におけるチップ毎の分断前のウェハの
状態、あるいは分断後のチップ状態において、これらの熱膨張係数の差に起因する反りあ
るいは応力が図6の構造で発生する。製造工程においてウェハに反りが発生した場合には
、製造装置におけるウェハの吸着による固定が困難となる場合があり、チップ毎に分断さ
れ製品として使用された状態で反りや応力が発生した場合には、リードフレームからのチ
ップの剥離や特性の劣化等の問題が生ずる。
Further, the thermal expansion coefficients of silicon constituting the semiconductor substrate 70 and the main component (for example, aluminum) of the metal material constituting the emitter electrode 72 formed in a wide area on the surface thereof are greatly different. Therefore, in the structure of FIG. 6, warpage or stress due to the difference in the thermal expansion coefficient occurs in the state of the wafer before the division for each chip or the state of the chip after the division when the semiconductor device 120 is manufactured. To do. If the wafer warps during the manufacturing process, it may be difficult to fix the wafer by suction in the manufacturing equipment. If warpage or stress occurs when the product is divided into chips and used as a product, This causes problems such as chip peeling from the lead frame and deterioration of characteristics.

これに対して、上記の半導体装置120においては、図8においてb>aとなり、溝2
5の中央部分ではエミッタ電極72に特に深い溝が形成される。この溝によって金属材料
で構成されたエミッタ電極72は水平方向に変形(伸縮)しやすくなる。このため、熱膨
張の際にエミッタ電極72は半導体基板70の熱膨張に従って伸縮しやすくなり、上記の
反りや応力の発生が緩和される。
On the other hand, in the semiconductor device 120 described above, b> a in FIG.
A particularly deep groove is formed in the emitter electrode 72 in the central portion of 5. The emitter electrode 72 made of a metal material is easily deformed (stretched) in the horizontal direction by the groove. For this reason, the emitter electrode 72 easily expands and contracts in accordance with the thermal expansion of the semiconductor substrate 70 during thermal expansion, and the generation of the warp and stress is alleviated.

すなわち、図1の構造を複数具備する半導体装置120においては、ウェハやチップに
発生する反りや応力を抑制することができ、高い信頼性を得ることができる。
That is, in the semiconductor device 120 having a plurality of the structures shown in FIG. 1, warpage and stress generated in the wafer or chip can be suppressed, and high reliability can be obtained.

また、上記の構成において、導電型(p型、n型)を逆転させても同様の効果を奏する
ことは明らかである。半導体基板、ゲート電極等を構成する材料によらずに、上記の構造
、製造方法を実現することができ、同様の効果を奏することも明らかである。
In the above configuration, it is clear that the same effect can be obtained even if the conductivity type (p-type, n-type) is reversed. It is obvious that the above-described structure and manufacturing method can be realized regardless of the material constituting the semiconductor substrate, the gate electrode, and the like, and the same effect can be obtained.

また、上記の半導体装置には、周知のトランスファーモールド成形によって、これを被覆する樹脂封止体が形成される。その際、樹脂封止体を形成する為の樹脂が、ボンディングパッド74の表面に形成された複数の凹凸が延伸する方向に流れるようにトランスファーモールドを行うことが望ましい。このようにすることで、ボンディングパッド74の表面に形成された凹凸内を樹脂で良好に埋めることができ、樹脂封止体にボイドが発生することを抑制できる。   Moreover, the resin sealing body which coat | covers this is formed in said semiconductor device by well-known transfer mold molding. At this time, it is desirable to perform transfer molding so that the resin for forming the resin sealing body flows in a direction in which a plurality of irregularities formed on the surface of the bonding pad 74 extends. By doing in this way, the inside of the unevenness | corrugation formed in the surface of the bonding pad 74 can be favorably filled with resin, and it can suppress that a void generate | occur | produces in a resin sealing body.

また、図6(a)において、エミッタ電極72とチップ外の端子との間に接続されたボンディングワイヤ75は、ボンディングワイヤ75の延伸する方向が、ボンディングパッド74の表面に形成された複数の凹凸が延伸する方向と並行するように接続するのが望ましい。このようにすることで、樹脂が凹凸の延伸する方向に流れるようにトランスファーモールドした際に、ボンディングワイヤ75が樹脂によって流されることが起こり難く、ボンディングワイヤ75の断線や、ボンディングパッド74とボンディングワイヤ75との間に剥離が生じにくくなる。   In FIG. 6A, the bonding wire 75 connected between the emitter electrode 72 and the terminal outside the chip has a plurality of irregularities formed on the surface of the bonding pad 74 in the direction in which the bonding wire 75 extends. It is desirable to connect so as to be parallel to the direction in which the film extends. By doing so, when transfer molding is performed so that the resin flows in the direction in which the unevenness extends, the bonding wire 75 is unlikely to be flown by the resin, and the bonding wire 75 is disconnected or the bonding pad 74 and the bonding wire are Peeling is less likely to occur between 75 and 75.

10、110 半導体装置(パワーMOSFET)
20、70,80 半導体基板
21、27、81、88 n
22、82 n
23、83 p
25、85 溝(トレンチ)
26、86 酸化膜
28、87 ゲート電極
29 底面電極
30、91 層間絶縁層
35、89 ソース電極(第1の主電極)
40、90 ドレイン電極(第2の主電極)
50 多結晶シリコン(ゲート電極材料)
60 絶縁層(SiO
71 p
72 エミッタ電極(第1の主電極)
73 コレクタ電極(第2の主電極)
74 ボンディングパッド
75 ボンディングワイヤ
100 フォトレジスト層
120 半導体装置(IGBT)
301 開口部
10, 110 Semiconductor device (power MOSFET)
20, 70, 80 Semiconductor substrate 21, 27, 81, 88 n + layer 22, 82 n layer 23, 83 p layer 25, 85 groove (trench)
26, 86 Oxide film 28, 87 Gate electrode 29 Bottom electrode 30, 91 Interlayer insulating layers 35, 89 Source electrode (first main electrode)
40, 90 Drain electrode (second main electrode)
50 Polycrystalline silicon (Gate electrode material)
60 Insulating layer (SiO 2 )
71 p + layer 72 emitter electrode (first main electrode)
73 Collector electrode (second main electrode)
74 Bonding pad 75 Bonding wire 100 Photoresist layer 120 Semiconductor device (IGBT)
301 opening

Claims (8)

半導体基板の表面側において溝が形成され、当該溝の内面に形成された酸化膜と接するゲート電極が設けられ、前記半導体基板の表面側に形成された第1の主電極と前記半導体基板の裏面側に形成された第2の主電極との間に流れる動作電流が前記ゲート電極に印加された電圧によってスイッチング制御され、前記ゲート電極が設けられた前記溝を複数具備する半導体装置であって、
前記ゲート電極は、前記溝の内部において、前記溝の両側面に分断されて形成され、かつ前記第1の主電極は、前記ゲート電極の上に形成された層間絶縁層を介して複数の前記溝を覆って形成され、
前記溝の底面において前記ゲート電極が形成されない部分の前記酸化膜上に、前記ゲート電極と分断され前記第1の主電極と電気的に接続された底面電極を具備し、
ボンディングワイヤが接続されるボンディングパッドが、複数の前記溝が形成された領域において前記第1の主電極の上に形成されたことを特徴とする半導体装置。
A groove is formed on the front surface side of the semiconductor substrate, a gate electrode in contact with the oxide film formed on the inner surface of the groove is provided, a first main electrode formed on the front surface side of the semiconductor substrate, and a back surface of the semiconductor substrate A semiconductor device comprising a plurality of the grooves provided with the gate electrode, wherein an operating current flowing between the second main electrode formed on the side is switched by a voltage applied to the gate electrode;
The gate electrode is divided and formed on both side surfaces of the groove inside the groove, and the first main electrode is formed with a plurality of the interlayer insulating layers formed on the gate electrode. Formed over the groove,
A bottom electrode separated from the gate electrode and electrically connected to the first main electrode on the oxide film in a portion where the gate electrode is not formed at the bottom of the groove;
A semiconductor device, wherein a bonding pad to which a bonding wire is connected is formed on the first main electrode in a region where a plurality of the grooves are formed.
前記溝の幅が前記溝の深さよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a width of the groove is larger than a depth of the groove. 平面視における前記溝の中央部と、平面視において隣接する2つの前記溝の間の部分とにおいて、前記第1の主電極の表面には凹部が形成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。   The concave portion is formed on the surface of the first main electrode in a central portion of the groove in a plan view and a portion between two adjacent grooves in a plan view. 2. The semiconductor device according to 2. 平面視における前記溝の中央部における前記凹部は、平面視において隣接する2つの前記溝の間の部分における前記凹部よりも深く形成されたことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the recess in the central portion of the groove in plan view is formed deeper than the recess in a portion between two adjacent grooves in plan view. 半導体基板の表面側において溝が形成され、当該溝の内面に形成された酸化膜と接するゲート電極が設けられ、前記半導体基板の表面側に形成された第1の主電極と前記半導体基板の裏面側に形成された第2の主電極との間に流れる動作電流が前記ゲート電極に印加された電圧によってスイッチング制御され、前記ゲート電極が設けられた前記溝を複数具備する半導体装置であって、
前記第1の主電極は、前記ゲート電極の上に形成された層間絶縁層を介して複数の前記溝を覆って形成され、前記第1の主電極の表面には、前記半導体基板の表面側に形成された前記溝に対向する溝が設けられていることを特徴とする半導体装置。
A groove is formed on the front surface side of the semiconductor substrate, a gate electrode in contact with the oxide film formed on the inner surface of the groove is provided, a first main electrode formed on the front surface side of the semiconductor substrate, and a back surface of the semiconductor substrate A semiconductor device comprising a plurality of the grooves provided with the gate electrode, wherein an operating current flowing between the second main electrode formed on the side is switched by a voltage applied to the gate electrode;
The first main electrode is formed to cover the plurality of grooves through an interlayer insulating layer formed on the gate electrode, and the surface of the first main electrode is on the surface side of the semiconductor substrate. A semiconductor device comprising a groove facing the groove formed in the semiconductor device.
半導体基板の表面側において溝が形成され、当該溝の内面に形成された酸化膜と接するゲート電極が設けられ、前記半導体基板の表面側に形成された第1の主電極と前記半導体基板の裏面側に形成された第2の主電極との間に流れる動作電流が前記ゲート電極に印加された電圧によってスイッチング制御され、前記ゲート電極が設けられた前記溝を複数具備する半導体装置であって、 ボンディングワイヤが接続されるボンディングパッドが、複数の前記溝が形成された領域において前記第1の主電極の上に形成され、前記ボンディングパッドの表面には溝が設けられていることを特徴とする半導体装置。 A groove is formed on the front surface side of the semiconductor substrate, a gate electrode in contact with the oxide film formed on the inner surface of the groove is provided, a first main electrode formed on the front surface side of the semiconductor substrate, and a back surface of the semiconductor substrate A semiconductor device comprising a plurality of the grooves provided with the gate electrode, wherein an operating current flowing between the second main electrode formed on the side is switched by a voltage applied to the gate electrode; A bonding pad to which a bonding wire is connected is formed on the first main electrode in a region where a plurality of the grooves are formed, and a groove is provided on the surface of the bonding pad. Semiconductor device. 前記溝は前記半導体基板の表面に複数並列して形成されており、平面視における前記溝の幅は、平面視において隣接する2つの前記溝の間の前記半導体基板の幅よりも大きいことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の半導体装置。   A plurality of the grooves are formed in parallel on the surface of the semiconductor substrate, and the width of the groove in plan view is larger than the width of the semiconductor substrate between two adjacent grooves in plan view. The semiconductor device according to claim 5 or 6. 前記溝の幅が前記溝の深さよりも大きいことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5, wherein a width of the groove is larger than a depth of the groove.
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