JP3550019B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、多結晶シリコンを用いた半導体装置に係り、特に、平板形状のチャネル領域を有する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、集積化技術の発展により、携帯電話や電子手帳等の種々の携帯用機器が使用されるようになってきている。
【0003】
この種の携帯用機器は、電源にバッテリを用い、そのスイッチング損失を低減させる観点から、低耐圧低抵抗のスイッチング素子としてパワーMOSFETが使用されている。
【0004】
また、この種の携帯用機器では、低消費電力、長寿命化の観点から電源電圧が低下する傾向にあり、そのスイッチング素子であるパワーMOSFETにも低オン抵抗化が要求されている。
【0005】
以上述べたようにスイッチング用の半導体装置は、携帯用機器等にも使用可能な程度に、低オン抵抗化が要求されている。
【0006】
また一方、8V〜60V程度の低耐圧におけるスイッチング用の半導体装置としては、横型MOSFETが知られている。
【0007】
図69はこの種の横型MOSFETの構成を示す平面図であり、図70は図69の70−70線矢視断面図である。この横型MOSFETでは、p型半導体基板1表面に選択的にp型ウェル層2が形成され、p型ウェル層2上に選択的にn型ドレイン層3が形成されている。p型ウェル層2上にてn型ドレイン層3から離れた位置にはn型ソース層4が形成されている。
【0008】
n型ドレイン層3とn型ソース層4の間のp型ウェル層2上にはゲート絶縁膜5が形成されている。ゲート絶縁膜5上にゲート電極6が形成されている。n型ドレイン層3上にはドレイン電極7が形成されている。p型ウェル層2上及びn型ソース層4上にはソース電極8が形成されている。
【0009】
この横型MOSFETは、以下のように動作する。
【0010】
ドレイン電極7に正電圧、ソース電極8に負電圧が印加されているとき、ソースよりも正となる正電圧をゲート電極6に印加すると、ゲート絶縁膜5に接したp型ウェル層2の表面がn型に反転し、電子がn型ソース層4から反転層を介してn型ドレイン層3に流れる。すなわち、素子が導通状態になる。
【0011】
このような横型MOSFETを大電流のスイッチングに用いた際には、オン状態における抵抗(オン抵抗)を低く抑えることが損失を抑制する上で重要である。ここで、横型MOSFETのオン抵抗はチャネル部109の抵抗が大部分を占める。このため、横型MOSFETのオン抵抗を低減させるためにはチャネル幅を大きくすればよい。しかしながら、チャネル幅を大きくすると、横型MOSFETの面積を増大させてしまう。
【0012】
また、例えば30Vという低耐圧の横型M0SFETでは、オン抵抗が40mΩ・mm程度であり、これ以上のオン抵抗の低減には限界がある。
【0013】
以上説明したように横型MOSFETでは、チャネル幅を大きくすると、素子の面積を増大させてしまう問題がある。また、横型MOSFETは表面のみに電流が流れており、オン抵抗の低減には限界がある。
【0014】
またさらに、縦型トレンチ構造の半導体装置についても説明する。図71は縦型トレンチ構造の半導体装置の構成を示す断面図である。この半導体装置は、単結晶シリコンのn+ 型基板11上にn− 型ベース層12が形成され、n− 型ベース層12表面にp型ベース層(ウェル)13が形成されている。p型ベース層13表面には選択的にn+ 型ソース層14が形成されている。n+ 型ソース層14表面には選択的にトレンチ15がn型基板11に達する深さまで形成されている。トレンチ15内には絶縁膜16を介してゲート電極17が埋込み形成されている。このような半導体層表面には、p型ベース層13及びその近傍のn+ 型ソース層14を露出させるように選択的に絶縁層18が形成されている。
【0015】
絶縁層間のp型ベース層13及びn+ 型ソース層14の表面にコンタクトするようにソース電極19が形成されている。また、ソース電極19とは反対側のn+ 型基板11上にはドレイン電極20が形成されている。
【0016】
このような縦型トレンチ構造のMOSFETは、トレンチ15間の間隔Wが最小限でも2μm程度となる。係るMOSFETは、寄生のnpnトランジスタの動作を防ぐため、ソース電極19がn+ 型ソース層14とp型ベース層13との両層にコンタクトして両層を電気的にショートさせるように形成されている。
【0017】
また、図71に示した構造のうち、p層が省略されたn構造が図72に示すように提案されている。しかし、n構造は、広いトレンチ間間隔Wを要するため、耐圧を低下させる問題がある。
【0018】
例えば、 n構造のMOSFETは、単結晶シリコンから形成された場合、0.5μm以下の狭いトレンチ間隔Wを形成しても、空乏層内で発生した正孔がn型ベース層12に蓄積され、寄生のバイポーラ動作を引起こすため、耐圧が劣化してしまう問題がある。このため、多結晶シリコンから形成される場合よりも低い耐圧となっている。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように半導体装置では、素子面積を増大させずにオン抵抗を低減するには限界があるという問題がある。
【0020】
本発明は上記実情を考慮してなされたもので、携帯用機器のスイッチング素子としても使用でき、低耐圧と低オン抵抗を実現し得る半導体装置を提供することを目的とする。
【0021】
また、本発明の他の目的は、素子の面積を増大させずに大幅にオン抵抗を低減し得る半導体装置を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明の骨子は、縦型トレンチ構造の半導体装置において、トレンチ間のチャネル領域と、ソース電極とのコンタクト領域とが分離して形成されることにより、トレンチ間隔を短縮でき、且つ多結晶シリコンにより形成されることにより、寄生のバイポーラトランジスタ動作を無くした構造である。これにより、狭いトレンチ間隔の構造をもつ半導体装置において、早いスイッチング速度と大電流の遮断とを同時に実現できる。
【0026】
以上のような本発明の骨子に基づいて、具体的には以下のような手段が講じられる
【0038】
請求項に対応する発明は、ドレイン電極と、前記ドレイン電極上に形成された第2導電型基板と、前記第2導電型基板上に形成された第2導電型高抵抗層と、前記第2導電型高抵抗層よりも低抵抗を有して前記第2導電型高抵抗層に形成された第2導電型埋込層と、前記第2導電型高抵抗層表面に形成された第2導電型ドレイン層と、前記第2導電型ドレイン層とは異なる領域で前記第2導電型高抵抗層表面に形成された第1導電型ベース層と、前記第1導電型ベース層表面に形成された第2導電型ソース層と、前記第2導電型ソース層に形成されたソース電極と、前記第2導電型ソース層と前記第2導電型ドレイン層との間で前記第2導電型高抵抗層の途中の深さまで形成された複数のトレンチ内にゲート絶縁膜を介して埋込形成されたゲート電極とを備えた半導体装置である。
【0039】
また、請求項に対応する発明は、ドレイン電極と、ドレイン電極上に形成された第2導電型ドレイン層と、第2導電型ドレイン層上に形成された第2導電型高抵抗層と、第2導電型高抵抗層上に形成された第1導電型ベース層と、第1導電型ベース層に形成された直線状の第1導電型コンタクト層と、第1導電型コンタクト層とは異なる領域の前記第1導電型ベース層表面に形成された第2導電型ソース層と、第2導電型ソース層の表面からドレイン電極に達する深さを有して第2導電型ソース層の表面に形成された複数のトレンチ内に絶縁膜を介して埋込み形成されたゲート電極と、第1導電型コンタクト層及びその近傍の前記第2導電型ソース層にコンタクトして形成されたソース電極とを備え、第2導電型ドレイン層、第2導電型高抵抗層、第1導電型ベース層、第1導電型コンタクト層及び第2導電型ソース層としては、多結晶シリコンから形成されている半導体装置である。
【0040】
さらに、請求項に対応する発明は、請求項に対応する半導体装置において、第1導電型コンタクト層の長手方向と各トレンチの長手方向とは互いに略直交している半導体装置である。
【0041】
従って、請求項〜請求項のいずれかに対応する発明によれば、上面での二層配線を不要としたことにより、通常Al配線等で問題となる配線抵抗を低減できるため、大電流素子に好適である。
【0042】
また、請求項に対応する発明によれば、素子面積を同一としたまま、トレンチの深さや設置密度に応じてチャネルの幅を大きくできるため、素子のチャネル部の抵抗を小さく、すなわち、素子自体の抵抗を小さくすることができ、もって、オン抵抗を低減することができる。
【0043】
さらに、請求項に対応する発明は、低抵抗の第2導電型埋込層を備えたことにより、チャネル幅全体に電流が拡大して流れるようになるので、容易且つ確実にオン抵抗を低減させることができる。
【0044】
また、請求項に対応する発明によれば、トレンチ構造のゲート電極と、ソース電極へのコンタクト領域とを離して形成したので、狭いトレンチ間隔を実現できる。そして、各半導体層を多結晶シリコンで形成したことにより、寄生トランジスタ動作を無くしたので、早いスイッチング速度と大電流の遮断とを同時に実現させることができる。
【0045】
さらに、請求項に対応する発明は、第1導電型コンタクト層の長手方向と各トレンチの長手方向とが互いに略直交する関係にあるので、請求項に対応する作用に加え、ソース電極から注入される電子がスムーズにトレンチ間のチャネル領域を流れることができる。
【0046】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本説明中、多結晶シリコンは第1〜第6及び第18の実施形態で用いられ、単結晶シリコンは第7〜第17並びに第19〜第26の実施形態に用いられる。但し、多結晶シリコンは、第15〜第17の実施形態中で適宜用いてもよい。
【0047】
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図であり、図2は図1の2−2線矢視断面図であり、図3は図1の3−3線矢視断面図である。この半導体装置は、基板21上に酸化膜22が形成され、酸化膜22上にストライプ状にソース電極23とドレイン電極24とが形成されている。
【0048】
ソース電極23とドレイン電極24との間は、多結晶シリコンからなる高抵抗のチャネル層25が形成されている。なお、このチャネル層25は、500nm程度に薄く形成されることがチャネル移動度を向上させる観点から好ましい。このチャネル層25には、ソース電極23に接する一端部に高不純物濃度をもつソース層26が形成され、ドレイン電極24に接する他端部に高不純物濃度をもつドレイン層27が形成される。
【0049】
これらソース層26、チャネル層25及びドレイン層27上には、周囲を酸化膜28で囲まれた埋込み構造のゲート電極29が配置される。
【0050】
以下同様に、ソース電極23とドレイン電極24との間において、ソース層26、チャネル層25及びドレイン層27からなる多結晶半導体層30と、周囲を酸化膜28で囲まれた埋込み構造のゲート電極29とが交互に配置される。
【0051】
なお、ソース電極23とドレイン電極24との間の一部領域では、ゲート配線層31が、最上層のゲート電極29から酸化膜22に達する深さまで形成されている。
【0052】
このゲート配線層31は、図3に示すように、ゲート電極29には電気的に接続されるが、チャネル層25とは酸化膜28を介して電気的に絶縁されている。
【0053】
以上のような構成により、本実施形態に係る半導体装置は、多結晶シリコンからなるチャネル層25の薄膜を埋込み構造のゲート電極29で挟むことにより、オン状態の時にはチャネル層25全体をチャネルにして高移動度化を実現できるので、携帯用機器のスイッチング素子としても使用でき、低耐圧と低オン抵抗を実現させることができる。
【0054】
また、一層であっても単結晶MOSFETと同程度の高移動度を期待し得るチャネル層25を複数層も互いに電気的に並列に配置した構造となるので、単結晶MOSFETのオン抵抗よりも、低いオン抵抗を実現させることができる。
【0055】
さらに、チャネル層25の厚さが0.8μm以下と薄いため、多結晶半導体層の厚さ方向全体がチャネルとなって各チャネル層25毎に、単結晶シリコンMOSFETと同等のチャネル移動度を容易且つ確実に達成できるので、より一層オン抵抗を低減させることができる。
【0056】
(第2の実施形態)
図4は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図であり、図1乃至図3と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略し、以下同様に、同一符号は同種の要素を示すものとする。
【0057】
すなわち、この半導体装置は、図1乃至図3に示す多層のチャネル構造とは異なり、上下をゲートで挟まれた1層の多結晶シリコンチャネルからなるnチャネルMOSFETである。
【0058】
具体的にはこの半導体装置は、基板21上に酸化膜22及び第1のp+ 型ゲート電極29pが形成されている。第1のp+ 型ゲート電極29p上には選択的にゲート配線層31及び酸化膜22aが形成されている。この酸化膜22a上には、n+ 型ソース層26、n− 型チャネル層25n及びn+ 型ドレイン層27が横方向に順次配置されている。n+ 型ソース層26上にはソース電極23が形成されている。n+ 型ドレイン層27上にはドレイン電極24が形成されている。
【0059】
n+ 型ソース層26の一部上、n− 型チャネル層25n上及びn+ 型ドレイン層27の一部上にはゲート酸化膜28を介して第2のp+ 型ゲート電極32pが形成されている。また、第1及び第2のp+ ゲート電極29p,32pは互いにゲート配線層31を介して接続されている。
【0060】
以上のような構成としても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態は、n+ 型ソース層26及びn+ 型ドレイン層27を夫々p+ 型層に代えて、p+ 型ソース層26p及びp+ 型ドレイン層27pとし、pチャネルMOSFETに変形可能であることは言うまでもない。
【0061】
(第3の実施形態)
図5は本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図であり、図6は図5の6−6線矢視断面図である。
【0062】
すなわち、この半導体装置は、nチャネルMOSFETとpチャネルMOSFETとが並列に配置されたCMOSとなっている。
【0063】
具体的には、基板21上に酸化膜22が形成され、酸化膜22上にはn− 型高抵抗層33が形成されている。このn− 型高抵抗層33は、複数の第1のp+ 型ゲート電極が選択的に形成されている。ここで、n− 型高抵抗層33は、n− 型となるように不純物の添加が制御されて形成され、しかる後、選択的にp+ 型となるように不純物拡散により、各第1のp+ 型ゲート電極29pが形成される。なお、各第1のp+ 型ゲート電極29p間には、n− 型高抵抗層33があるので、互いに他の第1のp+ 型ゲート電極29pから電気的に分離されている。
【0064】
また、n− 型高抵抗層33上及び第1のp+ 型ゲート電極29p上には、酸化膜22aが形成され、この酸化膜22a上には前述同様にnチャネルMOSFET及びpチャネルMOSFETが形成されている。なお、これらnチャネルMOSFET及びpチャネルMOSFETは、夫々n− 型チャネル層25nが酸化膜22aを介して第1のp+ 型ゲート電極29p上に位置するように設けられている。
【0065】
以上のような構成としても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態は、図7に示すように、第1のp+ 型ゲート電極29pをLOCOSにより酸化膜22aで互いに分離した構成に変形しても、同様の効果を得ることができる。
【0066】
(第4の実施形態)
図8は本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図であり、図9は図8の9−9線矢視断面図であって、図1乃至図3に示す構成の変形構成を示している。
【0067】
すなわち、本実施形態は、第1の実施形態の構造を容易な実現を図るものであり、具体的には図8及び図9に示すように、埋込み構造のゲート電極29に代えて、ソース電極23及びドレイン電極24に接する部分にはn− 型高抵抗層40を有して両電極23,24から絶縁されたp+ 型ゲート電極41pを備えている。
【0068】
ここで、p+ 型ゲート電極41pは、B(ボロン)が添加された多結晶シリコンからなり、ソース電極23及びドレイン電極24に接触する部分にはBが添加されずにn− 型高抵抗層40とされて形成されている。
【0069】
なお、n− 型チャネル層25nの両端のn+ 型ソース層26及びn+ 型ドレイン層27は、夫々高濃度にP(リン)がイオン注入されてアニールされて形成されている。
【0070】
以上のような構成によると、p+ 型ゲート電極41pはn− 型高抵抗層40によってソース電極23及びドレイン電極24から電気的に絶縁され、且つチャネル層の両端のn+ 型ソース層26及びn+ 型ドレイン層27は夫々ソース電極23及びドレイン電極24に接続されるので、第1の実施形態の効果に加え、埋込み構造に関する工程を省略でき、製造工程を簡略化することができる。
【0071】
(第5の実施形態)
図10は本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図であり、図11は図10の11−11線矢視断面図であり、図12は図10の12−12線矢視断面図である。
【0072】
この半導体装置は、基材となるドレイン電極24上に多結晶シリコンを堆積させ、トレンチを掘り、トレンチ表面をゲート酸化させ、ゲートとなる多結晶シリコンを埋込んだ縦型の多結晶シリコンMOSFETである。
【0073】
具体的には、ドレイン電極24上に第1のn+ 型多結晶シリコン層51、n− 型多結晶シリコン層52、及び第2のn+ 型多結晶シリコン層53が順次形成されている。第2の多結晶シリコン層53のうち、ゲート電極が埋込まれる領域には、n− 型多結晶シリコン層52及び第1の多結晶シリコン層51を介してドレイン電極24に達する深さまで選択的にトレンチが形成される。トレンチ表面は酸化膜54が形成される。酸化膜54形成後、トレンチ内にp+ 型ゲート電極55pが埋込み形成され、しかる後、図11に示すように、ソース電極23が形成される領域ではゲート電極55p上に酸化膜56が選択形成され、図12に示すように、ゲート配線層31が形成される領域ではトレンチ間の第2のn+ 型多結晶シリコン層53上に酸化膜57が選択形成される。
【0074】
以上のような構成としても、第1の実施形態と同様な効果を得ることができ、さらに、縦型の素子構造としたことにより、多数の多結晶シリコン層の積層工程を省略することができ、もって、製造工程を簡略化することができる。
【0075】
(第6の実施形態)
図13乃至図17は第1乃至第4の実施形態に係る半導体装置の変形構成を示す断面図であり、それぞれ各実施形態に係る半導体装置に並列的に、酸化膜22,22a上にCMOS回路が形成されている。
【0076】
ここで、CMOS回路のうちのnMOSと各半導体装置とは、夫々n+ 型ソース層26及びn+ 型ドレイン層27が同時に形成されている。
【0077】
また、CMOS回路と各半導体装置とは、夫々n− 型チャネル層25nが同時に形成されている。さらに、CMOS回路のうちのpMOSと各半導体装置とは、夫々p+ 型ソース層26p、p+ ドレイン層27p及びp+ 型ゲート電極32pとが同時に形成されている。
【0078】
従って、本実施形態によれば、第1乃至第4の実施形態の効果に加え、CMOSからなる制御回路とパワー素子とからなるインテリジェントな半導体装置を製造工程を共通化させながら実現させることができる。なお、第5の実施形態に係る半導体装置に関しては、図18に示す如き構成となるため、CMOSとパワー素子との製造工程の共通化はできないものの、本実施形態と同様に、CMOSからなる制御回路とパワー素子とからなるインテリジェントな半導体装置を実現させることができる。
【0079】
(第7の実施形態)
図19は本発明の第7の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図20(a)は図19の20A−20A線矢視断面図であって、図20(b)は図19の20B−20B線矢視断面図である。この横型トレンチMOSFETは、p型基板111上にn型高抵抗層112が形成されている。n型高抵抗層112上には選択的にストライプ状にp型ウェル層113が形成されている。p型ウェル層113表面には選択的にストライプ状にn型ソース層114が形成されている。一方、n型ソース層114から離れた位置のn型高抵抗層112表面に、n型ソース層114とは平行となるようにストライプ状のn型ドレイン層115が形成されている。
【0080】
n型ドレイン層115の端部からn型高抵抗層112、p型ウェル層113及びn型ソース層114の端部に至る中間領域には、p型ウェル層113を貫通してn型高抵抗層112の途中の深さまで複数のトレンチ(溝)116が形成されている。なお、各トレンチ116は、n型ソース層114及びn型ドレイン層115とは直交する方向のストライプ状の平面形状を有し、互いに略平行に配置されている。また、トレンチ116の表面の面方位は例えば(100)面が使用可能である。
【0081】
また、ドレイン−ソース間の中間領域及び各トレンチ16には、ゲート絶縁膜117を介してポリシリコンからなるゲート電極118が形成されている。n型ソース層114上にはソース電極119が形成されている。n型ドレイン層115上にはドレイン電極120が形成されている。
【0082】
次に、このような横型トレンチMOSFETの作用について説明する。
【0083】
前述同様に、ドレイン電極120に正電圧、ソース電極119に負電圧が印加されているとき、ソースよりも正となる正電圧をゲート電極118に印加すると、p型ウェル層113のゲート電極118に接した表面がn型に反転し、電子がn型ソース層114から反転層を介してn型高抵抗層112に注入され、n型高抵抗層112中をn型ドレイン層115に向かって流れ、n型ドレイン層115へ到達する。すなわち、素子が導通状態になる。
【0084】
このとき、n型高抵抗層112もトレンチ116に沿って内部にチャネルが形成され、図20(B)に示すように、電子eが内部に広がって流れる。よって、この内部のチャネルの幅に応じてオン抵抗を低減させることができる。このオン抵抗の低減の度合は、素子設計にもよるが、従来のプレーナ構造と比べて1/10以下が期待できる。
【0085】
例えば、図21は単結晶シリコンに形成した横型トレンチMOSFETのオン抵抗におけるトレンチ間隔の依存性を対数目盛で示す図である。図示するように、トレンチ間隔W2が狭くなるに従い、単位面積当りのチャネル幅が増加するので、オン抵抗を低減できる。特に、トレンチ間隔W2が0.8〜0.01μmの範囲内にあるとき、オン抵抗が実用上、充分に低い値となっているために好ましい。但し、0.01μm以下のトレンチ間隔は、チャネル移動度を表面散乱の影響で低下させ、オン抵抗を増大させるため、好ましくない。
【0086】
なお、従来の30V耐圧の横型プレーナMOSFETのオン抵抗は40mΩ・mmであり、従来の縦型トレンチMOSFETのオン抵抗は30mΩ・mmである。
【0087】
一方、本発明に係る横型トレンチMOSFETのオン抵抗は、トレンチ間隔W2とトレンチ幅W1の両方を0.1μmとすれば実に1mΩ・mm以下が期待できる。この値は従来の縦型トレンチMOSFETの1/10以下である。また、トレンチ間隔W2とトレンチ幅W1の両方を0.05μmとすると、本発明に係る横型トレンチMOSFETのオン抵抗は、0.3mΩ・mmとなり、従来の縦型トレンチMOSFETの1/100にも低減される。
【0088】
このように、本発明に係る横型トレンチMOSFETが同一寸法のトレンチを用いた縦型MOSFETよりも圧倒的に優れていることが分かる。また、一般的に、横型素子は縦型素子に比べて特性が悪いので、本発明によるオン抵抗の低減効果が極めて顕著であることが分かる。
【0089】
なお、本発明に係る横型トレンチMOSFETは、一般的な縦型トレンチMOSFETが約60Vよりも低い耐圧のとき、この縦型素子よりもオン抵抗を低減できる。その理由は、本発明に係る横型トレンチMOSFETは、トレンチ間の間隔を幾らでも小さくできることにある。
【0090】
例えば、縦型トレンチMOSFETでは、図22に示すように、n型ソース層121及びp型コンタクト層122と、ソース電極123とが上部でコンタクトする必要がある。ここで、縦型トレンチMOSFETでは、コンタクトの為のコンタクトホール124を必要とするため、トレンチ間隔W2を現状では3μm以下に狭くできない。
【0091】
一方、横型トレンチMOSFETにおいては、この制約がないためトレンチ間隔W2を0.1μm程度にも狭くでき、単位面積当たりのチャネル幅が縦型よりも5倍以上大きい。この結果、横型トレンチMOSFETは、前述したように、オン抵抗を低減できる。
【0092】
上述したように本実施形態によれば、素子面積を増大させずにオン抵抗を低減することができる。
【0093】
(第8の実施形態)
図23は本発明の第8の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図24(a)は図23の24A−24A線矢視断面図であって、図24(b)は図23の24B−24B線矢視断面図である。図23、図24(A)及び図24(B)において図19と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。なお、以下の各実施形態についても、同一内容の重複をさけるように説明する。
【0094】
本実施形態は、第7の実施形態の変形構成であり、図示するように、トレンチ116の深さdをp型ウェル層113よりも浅くし、且つトレンチ間隔W2とトレンチ幅W1とを更に小さくした構成となっている。
【0095】
このような構成によれば、第7の実施形態の効果に加え、さらに、0.1μm以下のトレンチ間隔W2としたとき、各トレンチ116に挟まれたn型高抵抗層112全体がチャネルとなってオン抵抗を飛躍的に低減させることができる。これは、横型にして初めて達成できる効果である。
【0096】
(第9の実施形態)
図25は本発明の第9の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図26(a)は図25の26A−26A線矢視断面図であって、図26(b)は図25の26B−26B線矢視断面図である。
【0097】
本実施形態は、第7の実施形態の変形構成であり、図示するように、n型高抵抗層112に代えて、p型高抵抗層131が形成されている。また、p型ウェル層113とn型ドレイン層114との間のp型高抵抗層131表面にはn型リサーフ拡散層132が形成されている。
【0098】
このような構成によれば、第7の実施形態の効果に加え、n型リサーフ拡散層132による電界緩和によって、高耐圧化を図ることができる。
【0099】
(第10の実施形態)
図27は本発明の第10の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図28(a)は図27の28A−28A線矢視断面図であって、図28(b)は図27の28B−28B線矢視断面図である。
【0100】
本実施形態は、第7の実施形態の変形構成であり、p型ウェル層113とn型ドレイン層115との間のn型高抵抗層112表面にはn型リサーフ拡散層132が形成されている。
【0101】
このような構成によれば、第7の実施形態の効果に加え、n型リサーフ拡散層132による電界緩和によって、高耐圧化を図ることができる。
【0102】
また、本実施形態は、第8の実施形態の変形構成としても適用可能である。
【0103】
(第11の実施形態)
図29は本発明の第11の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図30(a)は図29の30A−30A線矢視断面図であって、図30(b)は図29の30B−30B線矢視断面図である。
【0104】
本実施形態は、第7の実施形態の変形構成であり、n型ドレイン層115とn型高抵抗層112との間に、n型高抵抗層112よりも高抵抗のn型オフセット層133が形成されている。
【0105】
このような構成によれば、第7の実施形態の効果に加え、n型オフセット層133の抵抗分によって、素子耐圧の増大を図ることができる。なお、本実施形態は、第7〜第10の実施形態のいずれにも適用可能である。
【0106】
また、本実施形態において、Diffusion セルフアライン(DSA)を用いずに、p型ウェル層113を拡散により形成し、その後、n型ソース層114を拡散により形成した場合について補足する。この場合、n型ソース層114との接合近傍のp型ウェル層113は、n型ソース層114側面の113Aの部分よりも、n型ソース層114下面の113Bの部分の方が低濃度である。このため、電子eは、図31に示すように、しきい値電圧の低い113Bの部分からチャネル内に注入される。従って、各トレンチ116間の113Bの部分を大きく形成することにより、電子が容易に注入され、素子抵抗を低減させることができる。
【0107】
(第12の実施形態)
図32は本発明の第12の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図33(a)は図32の33A−33A線矢視断面図であって、図33(b)は図32の33B−33B線矢視断面図である。
【0108】
本実施形態は、第11の実施形態の変形構成であり、n型オフセット層133直下にn型高抵抗層112よりも低抵抗のn型埋込み層134が形成されている。なお、n型埋込み層134はそのソース側端部を、n型オフセット層133のソース側端部と上下方向で略同一位置とするように形成される。
【0109】
このような構成によれば、導通状態において、n型高抵抗層112に注入された電子eはトレンチ116側面を通ってn型埋込み層134に至り、n型埋込み層134からn型オフセット層133を通ってn型ドレイン層115へと流れる。
【0110】
すなわち、n型オフセット層133直下にn型埋込み層134を設けたことにより、電子がトレンチ116側面のチャネル幅内で充分に広がってn型埋込み層134に流入するので、オン抵抗をより低減させることができる。
【0111】
なお、本実施形態では、他にも電子の流れを広げるために、図33(A)及び図33(B)に示すように、n型ドレイン層115の位置をn型ソース層の位置よりも下げて形成したが、これは変形例であり、n型ドレイン層115の位置をn型ソース層の位置と同一平面上にしても良いことは言うまでもない。
【0112】
(第13の実施形態)
図34は本発明の第13の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図35(a)は図34の35A−35A線矢視断面図であって、図35(b)は図34の35B−35B線矢視断面図である。
【0113】
本実施形態は、第12の実施形態の変形構成であり、n型オフセット層133直下に形成された低抵抗のn型埋込み層135がドレイン−ソース間の中央近傍まで延長されて設けられている。
【0114】
このような構成によれば、第12の実施形態と同様に、電子eがトレンチ側面のチャネル幅内で充分に広がってn型埋込み層135に流入するので、オン抵抗をより低減させることができる。さらに、本実施形態では、n型埋込み層135がドレイン−ソース間の中央近傍まで設けられているので、図35(B)に示すように、電子eの流れの広がり度合を第12の実施形態よりも増大させることができ、さらにオン抵抗を低減させることができる。
【0115】
なお、第12及び第13の実施形態においては、n型埋込み層134,135をソース側に延ばすに従い、オン抵抗の低減を図ることができたが、さらに、n型オフセット層133を深く形成して耐圧の向上を図ってもよい。
【0116】
(第14の実施形態)
図36は本発明の第14の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図37(a)は図36の37A−37A線矢視断面図であって、図37(b)は図36の37B−37B線矢視断面図である。
【0117】
本実施形態は、第7の実施形態の変形構成であり、具体的には第10と第11の実施形態の組合せ構成であって、n型ドレイン層115とn型高抵抗層112との間に、n型高抵抗層112よりも高抵抗のn型オフセット層133が形成され、且つp型ウェル層とn型オフセット層133との間のn型高抵抗層112表面にはn型リサーフ拡散層132が形成されている。
【0118】
このような構成によれば、第7、第10及び第11の実施形態の効果を同時に得ることができる。すなわち、素子面積を増大させずにオン抵抗を低減でき、さらに、素子の耐圧を増大させることができる。
【0119】
(第15の実施形態)
図38は本発明の第15の実施形態に係る縦型トレンチMOSFETの構成を示す断面図である。この縦型トレンチMOSFETは、第11の実施形態の変形構成であり、具体的には、p型ウェル層113の表面に選択的にp型基板111に達する深さまでp型拡散層136が形成され、且つソース電極119を電気回路(図示せず)に接続不可とするように絶縁層137で覆って単なる金属層119xに代える一方、新たにソース電極38がp型基板111の裏面に形成されている。また、ドレイン電極120aは、ドレイン層115にコンタクトしつつ、絶縁層137上に一面に形成されている。
【0120】
すなわち、p型拡散層136を介してp型ウェル層113とp型基板111とを電気的に接続することにより、ソース電極138をp型基板111の裏面に形成する構成とした。この構成は、上面での二層配線を不要としたことにより、通常Al配線等で問題となる配線抵抗を低減できるため、大電流素子に好適である。
【0121】
なお、動作としては、前述同様に、各電極120a,138,118に所定の電圧を印加すると、図39に示すように、電流iがドレイン電極120aからドレイン層115、n型オフセット層133を介してトレンチ116側面のチャネルを通過してp型ウェル層113に至り、p型ウェル層113からn型ソース層114及び金属層119xを介してp型ウェル層113及びp型拡散層136を通ってp型基板111に行き、ソース電極138へと流れる。
【0122】
上述したように本実施形態によれば、第11の実施形態の効果に加え、大電流素子に好適な構成を実現することができる。また、ドレイン層115は、IGBTを構成するためのp型層に置き換えることができる。すなわち、本実施形態は、ドレイン層115に代えてp型層を設けることにより、IGBTに適用させることができる。
【0123】
(第16の実施形態)
図40は本発明の第16の実施形態に係る縦型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図41は図40の41−41線矢視断面図である。
【0124】
この縦型トレンチMOSFETは、n型基板111n上にn型バッファ層112b及びn型エピタキシャル層112cが順次形成され、n型エピタキシャル層112c表面に選択的に互いに略平行となるストライプ状のp型ウェル層113が形成されている。p型ウェル層113表面には選択的に互いに略平行のストライプ状のn型ソース層114が形成されている。
【0125】
ここで、一方のn型ソース層114端部からp型ウェル層113及びn型エピタキシャル層112cを介して他方のp型ウェル層113及びn型ソース層114端部に至る中間領域には、p型ウェル層113及びn型エピタキシャル層112cを貫通してn型バッファ層112bの途中の深さまでトレンチ116aが形成されている。なお、このトレンチ116aの平面形状は、連続した略十字型であり、具体的には各n型ソース層114とは略直交する方向のストライプ状の平面形状に対してその中間を各n型ソース層114とは略平行にストライプ状の平面形状が貫いている。
【0126】
また、トレンチ116a内には、SiOからなるゲート絶縁膜117を介してポリシリコンからなるゲート電極118が形成されている。また、各ソース間の中間領域上には、ゲート電極118上を含めてSiOからなる絶縁層137が形成されている。ソース電極138bは、n型ソース層114にコンタクトしつつ、絶縁層137上に一面に形成されている。一方、n型基板111nにおけるソース電極138bとは反対側の面上には、ドレイン電極120bが形成されている。
【0127】
以上のような構成により、導通状態では、図41に示すように、ソース電極138bから供給される電子eがn型ソース層114を介しp型ウェル層113におけるトレンチ116a界面の反転層を通ってn型エピタキシャル層112cに注入され、トレンチ116a側面のチャネルに沿ってn型バッファ層112bに到達し、n型基板111nを通ってドレイン電極120bへと流れる。
【0128】
従って、本実施形態によっても、第15の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0129】
また、本実施形態は、図42に示す平面図、図43に示す図42の43−43線矢視断面図、及び図44に示す図42の44−44線矢視断面図のように、各トレンチの中間を略直交して貫通するトレンチを省略した構造に変形しても良い。このような構造としても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態及びその変形例は、図45又は図46に示す断面図のように、n+ 型基板111nに代えて、p+ 型基板111pを用いたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor )に変形してもよい。
【0130】
(第17の実施形態)
図47は本発明の第17の実施形態に係る縦型トレンチMOSFETの構成を示す断面図である。この縦型トレンチMOSFETは、n型基板111n上にn型エピタキシャル層112cが形成され、且つn型エピタキシャル層112cとn型基板111nとの界面には、n型エピタキシャル層112cよりも低抵抗を有するストライプ状のn型埋込み層135aが選択的に形成されている。n型エピタキシャル層112c表面には、n型埋込み層135aとは略平行に且つn型埋込み層135aに到達する深さまで選択的にストライプ状のn型オフセット層133aが形成されている。n型オフセット層133aの表面には、n型オフセット層133aとは略平行となるように選択的にストライプ状のn型低抵抗層115aが形成されている。
【0131】
一方、n型エピタキシャル層112c表面におけるn型オフセット層133aとは異なる領域には、n型オフセット層133aとは略平行となるように選択的にストライプ状のp型ウェル層113が形成されている。このp型ウェル層113の端部は、上下方向においてn型エピタキシャル層112cを介してn型埋込み層135aの端部と重なっている。p型ウェル層113表面には、p型ウェル層113とは略平行となるように選択的にストライプ状のn型ソース層114が形成されている。
【0132】
ここで、n型ソース層114端部からp型ウェル層113及びn型エピタキシャル層112cを介してn型オフセット層133aに至る中間領域には、p型ウェル層113及びn型エピタキシャル層112cを貫通してn型埋込み層135aに到達する深さまで複数のトレンチ116が形成されている。なお、各トレンチ116は、前述同様に、n型ソース層114及びn型低抵抗層115aとは略直交する方向のストライプ状の平面形状を有し、互いに略平行に配置されている。
【0133】
また、各トレンチ116にはゲート絶縁膜117を介してゲート電極118が形成されている。また、n型ソース層114−n型低抵抗層115a間の中間領域上には、ゲート電極118上を含めて絶縁層137が形成されている。ソース電極138bは、n型ソース層114にコンタクトしつつ、絶縁層137上に一面に形成されている。一方、n型基板111nにおけるソース電極138bとは反対側の面上には、ドレイン電極120bが形成されている。
【0134】
以上のような構成により、導通状態では、図48に示すように、ソース電極138bから供給される電子eがn型ソース層114を介しp型ウェル層113表面の反転層を通ってn型エピタキシャル層112cに注入され、トレンチ116側面のチャネルに沿ってn型埋込み層135aを介し又は介さずにn型オフセット層133aからn型低抵抗層115aに到達する。この電子eは、n型低抵抗層115aからn型オフセット層133a及びn型埋込み層135aを通ってn型基板111nに到達し、n型基板111nからドレイン電極120bへと流れる。
【0135】
従って、本実施形態によっても、第15の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、n型埋込み層135aを備えたことにより、電子eをトレンチ側面のチャネル幅内で充分に広がらせてn型低抵抗層115aに流入させることができるので、オン抵抗をより低減させることができる。
【0136】
また、図38〜図48に示す構造は、単結晶シリコン又は多結晶シリコンのいずれでも実現可能となっている。但し、単結晶シリコンを用いた方が容易に製造可能である。
【0137】
(第18の実施形態)
図49は本発明の第18の実施形態に係る縦型トレンチMOSFETの半導体層の表面構成を示す平面図であり、図50は図49の50−50線矢視断面図である。図51は図49の51−51線矢視断面図である。
【0138】
この半導体装置は、トレンチ間隔を短縮可能な構造であり、また、寄生のnpnトランジスタ動作を無くす観点から半導体層が多結晶シリコンで形成されている。
【0139】
具体的には、図50及び図51に示すように、金属層のドレイン電極120b上に、0.2μm厚のn+ 型ドレイン層115x、0.5μm厚のn− 型ベース層112x、0.3μm厚のp型ベース層113x、p+ 型コンタクト層100及び0.2μm厚のn+ 型ソース層114xが順次形成されている。ここで、p+ 型コンタクト層100は、直線状の平面形状を有し、p型ベース層113x表面に選択的に形成されている。また、n+ 型ソース層114xは、p+ 型コンタクト層100とは異なる領域のp型ベース層113x表面に選択的に形成されている。
【0140】
n+ 型ソース層114xには、p+ 型コンタクト層100の長手方向とは略直交する方向に長手方向を有し、且つドレイン電極120bに達する深さを有する複数のトレンチ116xが形成されている。各トレンチ116xは、0.4μmの幅と10μmの長さとを有し、互いに横方向には0.4μmの間隔Wをもち、且つ長手方向には2μmの間隔をもって配列されている。なお、この2μmの間隔内には、トレンチ116xの長手方向に略直交する方向に沿って直線状のp+ 型コンタクト層100が形成されている。
【0141】
なお、これらの寸法は一例であり、例えば各トレンチ116xの間隔Wは0.03〜0.8μmの間で任意に設定可能である。各トレンチ116x内には絶縁膜117を介してゲート電極118が埋込形成されている。
【0142】
また、p型コンタクト層100及びその近傍のn+ 型ソース層114xにコンタクトするようにソース電極138bが形成されている。
【0143】
次に、このような半導体装置の製造方法について述べる。
【0144】
ドレイン電極120bとしての金属層上に、0.2μm厚のn型アモルファスシリコン層及び1μm厚のn型高抵抗層が順次堆積される。
【0145】
続いて、600℃、20時間の条件のアニールにより、アモルファスシリコンが多結晶シリコンに変質されてn+ 型ドレイン層115xに形成される。続いて、100keVでボロンがイオン注入され、15keVでAsとボロンをイオン注入することにより、1μm厚のn型高抵抗層が0.5μm厚のn− 型ベース層112x、0.3μm厚のp型ベース層113x及び0.2μm厚のn型ソース層114x、0.3μm厚のp+ 型コンタクト層100の積層構造に形成される。
【0146】
以下、単結晶シリコンのときの周知の製造方法により、トレンチ構造のMOSFETが形成される。例えばRIE 法により、n+ 型ソース層114xの表面からドレイン電極120bに達する深さの複数のトレンチ116xが選択的に形成される。続いて、基板全面に絶縁膜117が形成された後、各トレンチ116x内の絶縁膜117上にゲート電極118としての多結晶シリコンが埋込形成される。
【0147】
この多結晶シリコンは、各ゲートを接続する部分を残して他を取り除く。次に、多結晶シリコンにリンを拡散して低抵抗化する。
【0148】
また、基板上に、p+ 型コンタクト層100及びその近傍領域を露出させるためのコンタクトホール101を有して層間絶縁層102が選択的に形成される。その後、p+ 型コンタクト層100及びその近傍のn+ 型ソース層114xにコンタクトしてソース電極138bが形成される。
【0149】
上述したように本実施形態によれば、トレンチ構造のゲート電極118と、ソース電極138bのコンタクト領域とを離して形成したので、0.5μm以下という狭いトレンチ間隔Wを実現でき、且つ半導体層を多結晶シリコンで形成したので、早いスイッチング速度と大電流の遮断とを同時に実現させることができる。
【0150】
すなわち、縦型MOSFETが多結晶シリコンで製造されることにより、寄生のnpnトランジスタの増幅率が実質的に0となるため、MOSFETは、大電流を遮断でき、また、スイッチング速度を向上できる。
【0151】
補足すると、本実施形態の構造は、単結晶シリコンを用いた場合、p型ベース層113xとn+ 型ソース層114xとをショートさせた部分から離れた部分で寄生のnpnトランジスタが動作するため、スイッチング速度が遅く、また、大電流を遮断できない問題がある。
【0152】
例えば、本実施形態の構造のMOSFETは、単結晶シリコンから形成された場合、遮断可能な電流が1Aである。一方、本実施形態の構造のMOSFETは、多結晶シリコンから形成された場合、遮断可能な電流が20Aであり、単結晶シリコンの場合よりも20倍大きい電流を遮断できる。
【0153】
また、多結晶シリコンからなるMOSFETは、寄生のnpnトランジスタが動作しないので、ターンオフ時のスイッチング速度を単結晶シリコンのMOSFETよりも高速化することができる。
【0154】
また、p+ 型コンタクト層100の長手方向と各トレンチ116xの長手方向とは互いに略直交する関係にあるので、ソース電極138bから注入される電子がスムーズにトレンチ間のチャネル領域を流れることができる。
【0155】
(第19の実施形態)
以上の第7〜第18の実施形態がトレンチ構造に係る本発明の基本構成である。次に、トレンチ構造に係る実施形態のうち、ウェル層内にソース層とドレイン層とをもつものについて単結晶シリコンを例に挙げて述べる。
【0156】
図52は本発明の第19の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図53(a)は図52の53A−53A線矢視断面図であって、図53(b)は図52の53B−53B線矢視断面図である。
【0157】
この横型トレンチMOSFETは、p型基板141p上に選択的にp型ウェル層142pが形成されている。p型ウェル層141p表面は、選択的にストライプ状にn型ソース層143nが形成され、且つn型ソース層143nから離れた位置にn型ソース層143nとは平行となるようにストライプ状のn型ドレイン層144nが選択的に形成されている。
【0158】
n型ドレイン層144nの端部からp型ウェル層142p及びn型ソース層143nの端部に至る中間領域には、p型ウェル層142pの途中の深さまで複数のトレンチ145が形成されている。なお、各トレンチ145は、n型ソース層143n及びn型ドレイン層144nとは直交する方向のストライプ状の平面形状を有し、互いに略平行に配置されている。
【0159】
また、ドレイン−ソース間の中間領域及び各トレンチ145には、ゲート絶縁膜146を介してゲート電極147が形成されている。n型ソース層143n上にはソース電極148が形成されている。n型ドレイン層144n上にはドレイン電極149が形成されている。
【0160】
このような構成によれば、前述同様に、ドレイン電極149に正電圧、ソース電極148に負電圧が印加されているとき、ソースよりも正となる正電圧をゲート電極147に印加すると、p型ウェル層142pのゲート電極147に接した表面がn型に反転し、電子がn型ソース層143nから反転層を介してn型ドレイン層144nに流れる。すなわち、素子が導通状態になる。
【0161】
このとき、p型ウェル層142pはトレンチ145に沿って内部にチャネルが形成され、前述同様に、電流が内部に広がって流れる。よって、この内部のチャネルの幅に応じてオン抵抗を低減させることができる。
【0162】
ここで、トレンチ145の幅をW1、トレンチ145の間隔をW2、トレンチ145の深さをdとすると単位面積当りのチャネル幅は、従来例と比較して(W1+W2+2d)/(W1+W2)倍に増加させることができる。
【0163】
例えばW1=W2=Wとし、深さd=1μmとしたとき、オン抵抗とWの関係を図54に示す。このようにWが狭くなると、単位面積当りのチャネル幅が増加するためにオン抵抗は低減される。また、0.6μm以下のW2では、トレンチ145に挟まれた部分がゲートオンの際に完全に空乏化するので、チャネルに直交する方向の電界が無くなり、オン抵抗の低減が顕著になる。しかし、0.03μm以下のW2は、表面の凹凸による散乱の効果が大きくなってオン抵抗が低下しなくなる。また、0.01μmよりも狭いW2は、オン抵抗を増加させてしまう。よって、前述同様に、W2は0.01〜0.8μmの範囲内にあることが好ましい。
【0164】
上述したように本実施形態によればpウェル層142pにn型ソース層143nとn型ドレイン層144nとを設けた構成としても、第7の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0165】
(第20の実施形態)
図55は本発明の第20の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図56(a)は図55の56A−56A線矢視断面図であって、図56(b)は図55の56B−56B線矢視断面図である。
【0166】
本実施形態は、第19の実施形態の変形構成であり、p型ウェル層142p、n型ソース層143n及びn型ドレイン層144nの導電型を反転させたものであり、具体的には、p型ウェル層142p、n型ソース層143n及びn型ドレイン層144nに代えて、n型ウェル層142n、p型ソース層143p及びp型ドレイン層144pを備えている。
【0167】
以上のような構成としても、第19の実施形態と同様な効果を得ることができる。また、本実施形態は、第19の実施形態と組合せることにより、ブリッジ回路や、プッシュプル回路を構成することができる。
【0168】
(第21の実施形態)
図57は本発明の第21の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図58(a)は図57の58A−58A線矢視断面図であって、図58(b)は図57の58B−58B線矢視断面図である。
【0169】
本実施形態は、第19の実施形態の変形構成であり、p型ウェル層の周辺構造の変形例であって、具体的には、p型基板141p表面に選択的に低抵抗のp型埋込層151pが形成され、p型埋込層151p上にはn型エピタキシャル層152nが形成され、n型エピタキシャル層152n表面にはp型ウェル層142pがp型埋込層151pに到達するように形成されている。p型ウェル層142p内の構造は第12の実施形態と同様である。
【0170】
このような構成としても、第19の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0171】
(第22の実施形態)
図59は本発明の第22の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図60(a)は図59の60A−60A線矢視断面図であって、図60(b)は図59の60B−60B線矢視断面図である。
【0172】
本実施形態は、第21の実施形態の変形構成であり、p型埋込み層151p、p型ウェル層142p、n型ソース層143n及びn型ドレイン層144nの導電型を反転させたものであり、具体的には、p型埋込み層151p、p型ウェル層142p、n型ソース層144n及びn型ドレイン層144nに代えて、n型埋込み層151n、n型ウェル層142n、p型ソース層143p及びp型ドレイン層144pを備えている。
【0173】
以上のような構成としても、第21の実施形態と同様な効果を得ることができる。また、本実施形態は、第21の実施形態と組合せることにより、ブリッジ回路や、プッシュプル回路を構成することができる。
【0174】
(第23の実施形態)
図61は本発明の第23の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図62(a)は図61の62A−62A線矢視断面図であって、図62(b)は図61の62B−62B線矢視断面図である。
【0175】
本実施形態は、第19の実施形態の変形構成であり、具体的には、n型ドレイン層144nとp型ウェル層142pとの間に、n型ドレイン層144nよりも高抵抗のn型オフセット層161nを備えている。
【0176】
ここで、n型オフセット層161nは、例えば、ゲート電極147をマスクとして自己整合的に形成可能となっている。また、n型ドレイン層144nは、例えば、n型オフセット層161nの形成後、少なくともゲート電極147上及びn型オフセット層161n上に酸化膜が形成され、RIEにより酸化膜が除去されてゲート電極147に酸化膜からなる側壁162が形成され、さらに、ゲート電極147及びその側壁162をマスクとして自己整合的に拡散により形成可能となっている。
【0177】
このような構成としても、第19の実施形態の効果を得ることができる。また、第19の実施形態と比べ、ゲート絶縁膜146が薄くなり、p型ウェル層142pが高濃度になっても、ゲート下におけるドレイン端の電界を緩和できるので、耐圧を維持することができる。
【0178】
(第24の実施形態)
図63は本発明の第24の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図64(a)は図63の64A−64A線矢視断面図であって、図64(b)は図63の64B−64B線矢視断面図である。
【0179】
本実施形態は、第23の実施形態の変形構成であり、p型ウェル層142p、n型ソース層143n、n型オフセット層161n及びn型ドレイン層144nの導電型を反転させたものであり、具体的には、p型ウェル層142p、n型ソース層143n、n型オフセット層161n及びn型ドレイン層144nに代えて、n型ウェル層142n、p型ソース層143p、p型オフセット層161p及びp型ドレイン層144pを備えている。
【0180】
以上のような構成としても、第23の実施形態と同様な効果を得ることができる。また、本実施形態は、第23の実施形態と組合せることにより、ブリッジ回路や、プッシュプル回路を構成することができる。
【0181】
(第25の実施形態)
図65は本発明の第25の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図66(a)は図65の66A−66A線矢視断面図であって、図66(b)は図65の66B−66B線矢視断面図である。
【0182】
本実施形態は、第23の実施形態の変形構成であり、具体的には、n型ソース層143nとp型ウェル層142pとの間に、n型ソース層143nよりも高抵抗のn型低濃度層171nを備えている。
【0183】
ここで、n型低濃度層171nは、前述したn型オフセット層161nと同様の形成工程により、n型オフセット層161nと同時に形成される。また同様に、n型ソース層143nは、前述したn型ドレイン層144nと同様の形成工程により、n型ドレイン層144nと同時に形成される。
【0184】
このような構成としても、第23の実施形態の効果を得ることができる。また、本実施形態は、第23の実施形態と比べ、n型ソース層143nとn型ドレイン層144nとを同時に形成できるので、工程数を削減することができる。
【0185】
(第26の実施形態)
図67は本発明の第26の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図であり、図68(a)は図67の68A−68A線矢視断面図であって、図68(b)は図67の68B−68B線矢視断面図である。
【0186】
本実施形態は、第25の実施形態の変形構成であり、p型ウェル層142p、n型ソース層143n、n型低濃度層171n、n型オフセット層161n及びn型ドレイン層144nの導電型を反転させたものであり、具体的には、p型ウェル層142p、n型ソース層143n、n型低濃度層171n、n型オフセット層161n及びn型ドレイン層144nに代えて、n型ウェル層142n、p型ソース層143p、p型低濃度層171p、p型オフセット層161p及びp型ドレイン層144pを備えている。
【0187】
以上のような構成としても、第25の実施形態と同様な効果を得ることができる。また、本実施形態は、第25の実施形態と組合せることにより、ブリッジ回路や、プッシュプル回路を構成することができる。
【0188】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態ではp型を第1導電型、n型を第2導電型としたが、導電型を全て逆にしても良い。
【0189】
その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【0190】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、携帯用機器のスイッチング素子としても使用でき、低耐圧と低オン抵抗を実現できる半導体装置を提供できる。
【0191】
また、素子の面積を増大させずに大幅にオン抵抗を低減できる半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図
【図2】図1の2−2線矢視断面図
【図3】図1の3−3線矢視断面図
【図4】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図
【図5】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図
【図6】図5の6−6線矢視断面図
【図7】
同実施形態における変形構成を示す断面図
【図8】本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図
【図9】図8の9−9線矢視断面図
【図10】本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図
【図11】図10の11−11線矢視断面図
【図12】図10の12−12線矢視断面図
【図13】本発明の第6の実施形態における第1の実施形態の変形構成を示す断面図
【図14】同実施形態における第2の実施形態の変形構成を示す断面図
【図15】同実施形態における第3の実施形態の変形構成を示す断面図
【図16】同実施形態における第3の実施形態の変形構成の変形構成を示す断面図
【図17】同実施形態における第4の実施形態の変形構成を示す断面図
【図18】同実施形態における第5の実施形態の変形構成を示す断面図
【図19】本発明の第7の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図20】図19の20A−20A線及び20B−20B線矢視断面図
【図21】同実施形態における横型トレンチMOSFETのオン抵抗におけるトレンチ間隔の依存性を対数目盛で示す図
【図22】同実施形態における効果を説明するための従来素子の断面図
【図23】本発明の第8の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図24】図23の24A−24A線及び24B−24B線矢視断面図
【図25】本発明の第9の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図26】図25の26A−26A線及び26B−26B線矢視断面図
【図27】本発明の第10の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図28】図27の28A−28A線及び28B−28B線矢視断面図
【図29】本発明の第11の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図30】図29の30A−30A線及び30B−30B線矢視断面図
【図31】同実施形態における最適な態様を説明するための模式図
【図32】本発明の第12の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図33】図32の33A−33A線及び33B−33B線矢視断面図
【図34】本発明の第13の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図35】図34の35A−35A線及び35B−35B線矢視断面図
【図36】本発明の第14の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図37】図36の37A−37A線及び37B−37B線矢視断面図
【図38】本発明の第15の実施形態に係る縦型トレンチMOSFETの構成を示す断面図
【図39】同実施形態における電流の経路を説明するための模式図
【図40】本発明の第16の実施形態に係る縦型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図41】図40の41−41線矢視断面図
【図42】同実施形態の変形構成を示す平面図
【図43】図42の43−43線矢視断面図
【図44】図42の44−44線矢視断面図
【図45】同実施形態の変形構成を示す断面図
【図46】同実施形態の変形構成の変形構成を示す断面図
【図47】本発明の第17の実施形態に係る縦型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図48】同実施形態における電流の経路を説明するための模式図
【図49】本発明の第18の実施形態に係る縦型トレンチMOSFETの半導体層の表面構成を示す平面図
【図50】図49の50−50線矢視断面図
【図51】図49の51−51線矢視断面図
【図52】本発明の第19の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図53】図52の53A−53A線及び53B−53B線矢視断面図
【図54】同実施形態におけるオン抵抗とトレンチ寸法との関係を示す図
【図55】本発明の第20の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図56】図55の56A−56A線及び56B−56B線矢視断面図
【図57】本発明の第21の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図58】図57の58A−58A線及び58B−58B線矢視断面図
【図59】本発明の第22の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図60】図59の60A−60A線及び60B−60B線矢視断面図
【図61】本発明の第23の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図62】図61の62A−62A線及び62B−62B線矢視断面図
【図63】本発明の第24の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図64】図63の64A−64A線及び64B−64B線矢視断面図
【図65】本発明の第25の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図66】図65の66A−66A線及び66B−66B線矢視断面図
【図67】本発明の第26の実施形態に係る横型トレンチMOSFETの構成を示す平面図
【図68】図67の68A−68A線及び68B−68B線矢視断面図
【図69】従来の横型MOSFETの構成を示す平面図
【図70】図69の70−70線矢視断面図
【図71】従来の縦型MOSFETの構成を示す断面図
【図72】従来の縦型MOSFETの構成を示す断面図
【符号の説明】
21…基板
22,22a,54,56,57…酸化膜
23…ソース電極
24…ドレイン電極
25…チャネル層
25n…n− 型チャネル層
26…ソース層
26p…p+ 型ソース層
27…ドレイン層
27p…p+ 型ドレイン層
28…酸化膜
29…ゲート電極
29p,32p,41p,55p…p+ 型ゲート電極
30…多結晶半導体層
31…ゲート配線層
33,40…n− 型高抵抗層
51,53…n+ 型多結晶シリコン層
52…n− 型多結晶シリコン層
100…p+ 型コンタクト層
111,141p…p型基板
111n…n型基板
112…n型高抵抗層
112b…n型バッファ層
112c,152n…n型エピタキシャル層
112x…n− 型ベース層
113,142p…p型ウェル層
113x…p型ベース層
114,114x,143n…n型ソース層
115,115x,144n…n型ドレイン層
115a…n型低抵抗層
116,116a,116x,145…トレンチ
117,146…ゲート絶縁膜
118,147…ゲート電極
119,138,138b,148…ソース電極
119x…金属層
120,120a,120b,149…ドレイン電極
131…p型高抵抗層
132…n型リサーフ拡散層
133,133a…n型オフセット層
134,135,135a,151n…n型埋込み層
136…p型拡散層
137…絶縁層
142n…n型ウェル層
143p…p型ソース層
144p…p型ドレイン層
151p…p型埋込層
161n…n型オフセット層
161p…p型オフセット層
162…側壁
171n…n型低濃度層
171p…p型低濃度層
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device using polycrystalline silicon, and more particularly to a semiconductor device having a flat channel region.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the development of integration technology, various portable devices such as mobile phones and electronic organizers have been used.
[0003]
In this type of portable device, a power MOSFET is used as a low withstand voltage and low resistance switching element from the viewpoint of using a battery as a power supply and reducing switching loss.
[0004]
In this type of portable equipment, the power supply voltage tends to decrease from the viewpoint of low power consumption and long life, and a low on-resistance is also required for a power MOSFET serving as a switching element.
[0005]
As described above, the semiconductor device for switching is required to have a low on-resistance so that it can be used for portable equipment and the like.
[0006]
On the other hand, a lateral MOSFET is known as a semiconductor device for switching at a low withstand voltage of about 8 V to 60 V.
[0007]
FIG. 69 is a plan view showing the structure of this type of lateral MOSFET, and FIG. 70 is a sectional view taken along line 70-70 of FIG. In this lateral MOSFET, a p-type well layer 2 is selectively formed on the surface of a p-type semiconductor substrate 1, and an n-type drain layer 3 is selectively formed on the p-type well layer 2. An n-type source layer 4 is formed on the p-type well layer 2 at a position away from the n-type drain layer 3.
[0008]
On the p-type well layer 2 between the n-type drain layer 3 and the n-type source layer 4, a gate insulating film 5 is formed. A gate electrode 6 is formed on the gate insulating film 5. On the n-type drain layer 3, a drain electrode 7 is formed. A source electrode 8 is formed on the p-type well layer 2 and the n-type source layer 4.
[0009]
This lateral MOSFET operates as follows.
[0010]
When a positive voltage that is more positive than the source is applied to the gate electrode 6 when a positive voltage is applied to the drain electrode 7 and a negative voltage is applied to the source electrode 8, the surface of the p-type well layer 2 in contact with the gate insulating film 5 Is inverted to n-type, and electrons flow from the n-type source layer 4 to the n-type drain layer 3 via the inversion layer. That is, the element becomes conductive.
[0011]
When such a lateral MOSFET is used for switching a large current, it is important to reduce the resistance in the ON state (ON resistance) in order to suppress the loss. Here, the resistance of the channel portion 109 occupies most of the on-resistance of the lateral MOSFET. Therefore, in order to reduce the on-resistance of the lateral MOSFET, the channel width may be increased. However, when the channel width is increased, the area of the lateral MOSFET is increased.
[0012]
For example, in a lateral M0SFET having a low withstand voltage of 30 V, the on-resistance is 40 mΩ · mm.2And there is a limit in further reducing the on-resistance.
[0013]
As described above, in the lateral MOSFET, there is a problem that increasing the channel width increases the element area. Further, in the lateral type MOSFET, current flows only on the surface, and there is a limit in reducing the on-resistance.
[0014]
Further, a semiconductor device having a vertical trench structure will be described. FIG. 71 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device having a vertical trench structure. In this semiconductor device, an n − -type base layer 12 is formed on an n + -type substrate 11 of single crystal silicon, and a p-type base layer (well) 13 is formed on the surface of the n − -type base layer 12. An n + -type source layer 14 is selectively formed on the surface of the p-type base layer 13. A trench 15 is selectively formed on the surface of the n + -type source layer 14 to a depth reaching the n-type substrate 11. A gate electrode 17 is buried in the trench 15 via an insulating film 16. On such a semiconductor layer surface, an insulating layer 18 is selectively formed so as to expose the p-type base layer 13 and the n + -type source layer 14 in the vicinity thereof.
[0015]
A source electrode 19 is formed so as to contact the surfaces of the p-type base layer 13 and the n + -type source layer 14 between the insulating layers. In addition, a drain electrode 20 is formed on the n + type substrate 11 opposite to the source electrode 19.
[0016]
In such a MOSFET having the vertical trench structure, the interval W between the trenches 15 is at least about 2 μm. Such a MOSFET is formed such that a source electrode 19 contacts both layers of the n + -type source layer 14 and the p-type base layer 13 to electrically short-circuit both layers in order to prevent the operation of a parasitic npn transistor. I have.
[0017]
In addition, in the structure shown in FIG.+nn+A structure has been proposed as shown in FIG. But n+nn+Since the structure requires a wide interval W between trenches, there is a problem that the breakdown voltage is reduced.
[0018]
For example, n+nn+When a MOSFET having a structure is formed of single crystal silicon, even if a narrow trench interval W of 0.5 μm or less is formed, holes generated in the depletion layer are nSince it is accumulated in the mold base layer 12 and causes a parasitic bipolar operation, there is a problem that the breakdown voltage is deteriorated. For this reason, the breakdown voltage is lower than in the case of being formed from polycrystalline silicon.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the semiconductor device has a problem that there is a limit in reducing the on-resistance without increasing the element area.
[0020]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a semiconductor device that can be used as a switching element of a portable device and that can realize low withstand voltage and low on-resistance.
[0021]
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of greatly reducing the on-resistance without increasing the area of the element.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The gist of the present invention isIn a semiconductor device having a vertical trench structure, a channel region between trenches and a contact region with a source electrode are formed separately, so that a trench interval can be reduced, and by being formed of polycrystalline silicon, The structure eliminates the parasitic bipolar transistor operation. As a result, in a semiconductor device having a structure with a narrow trench interval, a high switching speed and a cutoff of a large current can be simultaneously realized.
[0026]
The present invention as described aboveBone ofBased on the child, concrete measures such as the following are taken.
[0038]
Claim1And a second conductive type substrate formed on the drain electrode, a second conductive type high-resistance layer formed on the second conductive type substrate, and a second conductive type high resistance layer formed on the second conductive type substrate. A second conductivity type buried layer having a lower resistance than the high resistance layer and formed in the second conductivity type high resistance layer; and a second conductivity type drain formed on the surface of the second conductivity type high resistance layer. A first conductive type base layer formed on the surface of the second conductive type high resistance layer in a region different from the second conductive type drain layer; and a second conductive layer formed on the surface of the first conductive type base layer. A conductive type source layer; a source electrode formed on the second conductive type source layer; and a middle of the second conductive type high resistance layer between the second conductive type source layer and the second conductive type drain layer. Buried via a gate insulating film in a plurality of trenches formed to a depth of A semiconductor device provided with and.
[0039]
Claims2The invention corresponding to the first aspect includes a drain electrode, a second conductivity type drain layer formed on the drain electrode, a second conductivity type high resistance layer formed on the second conductivity type drain layer, and a second conductivity type high resistance layer. A first conductive type base layer formed on the resistance layer, a linear first conductive type contact layer formed on the first conductive type base layer, and a first conductive type contact layer in a region different from the first conductive type contact layer; A second conductive type source layer formed on the surface of the conductive type base layer; and a plurality of second conductive type source layers formed on the surface of the second conductive type source layer having a depth reaching the drain electrode from the surface of the second conductive type source layer. A gate electrode buried in the trench via an insulating film, and a source electrode formed in contact with the first conductive type contact layer and the second conductive type source layer near the first conductive type contact layer; Drain layer, second conductive type high resistance layer, first conductive type Type base layer, a first conductive-type contact layer and the second conductive type source layer is a semiconductor device which is formed of polycrystalline silicon.
[0040]
Claims3The invention corresponding to the claim2Is a semiconductor device in which the longitudinal direction of the first conductivity type contact layer and the longitudinal direction of each trench are substantially orthogonal to each other.
[0041]
Therefore, the claims1~ Claim3According to the invention corresponding to any one of the above, the need for the two-layer wiring on the upper surface is unnecessary, and thus the wiring resistance which normally becomes a problem in the case of Al wiring or the like can be reduced.
[0042]
Claims1According to the invention, the channel width can be increased in accordance with the trench depth and the installation density while keeping the element area the same, so that the resistance of the channel portion of the element is reduced, that is, the resistance of the element itself is reduced. Therefore, the on-resistance can be reduced.
[0043]
Claims1According to the invention corresponding to (1), the provision of the low resistance second conductivity type buried layer allows the current to expand and flow over the entire channel width, so that the on-resistance can be easily and reliably reduced.
[0044]
Claims2According to the invention corresponding to (1), since the gate electrode having the trench structure and the contact region to the source electrode are formed apart from each other, a narrow trench interval can be realized. Since each semiconductor layer is formed of polycrystalline silicon, the operation of a parasitic transistor is eliminated, so that a high switching speed and a high current interruption can be realized at the same time.
[0045]
Claims3Since the longitudinal direction of the first conductivity type contact layer and the longitudinal direction of each trench are substantially orthogonal to each other,2And the electrons injected from the source electrode can smoothly flow through the channel region between the trenches.
[0046]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this description, polycrystalline silicon is used in the first to sixth and eighteenth embodiments, and single crystal silicon is used in the seventh to seventeenth and nineteenth to twenty-sixth embodiments. However, polycrystalline silicon may be used as appropriate in the fifteenth to seventeenth embodiments.
[0047]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1, and FIG. FIG. In this semiconductor device, an oxide film 22 is formed on a substrate 21, and a source electrode 23 and a drain electrode 24 are formed on the oxide film 22 in stripes.
[0048]
A high-resistance channel layer 25 made of polycrystalline silicon is formed between the source electrode 23 and the drain electrode 24. It is preferable that the channel layer 25 be formed as thin as about 500 nm from the viewpoint of improving the channel mobility. In the channel layer 25, a source layer 26 having a high impurity concentration is formed at one end contacting the source electrode 23, and a drain layer 27 having a high impurity concentration is formed at the other end contacting the drain electrode 24.
[0049]
On these source layer 26, channel layer 25, and drain layer 27, a gate electrode 29 having a buried structure surrounded by an oxide film 28 is arranged.
[0050]
Similarly, between the source electrode 23 and the drain electrode 24, a polycrystalline semiconductor layer 30 including a source layer 26, a channel layer 25 and a drain layer 27, and a buried gate electrode surrounded by an oxide film 28. 29 are alternately arranged.
[0051]
In a part of the region between the source electrode 23 and the drain electrode 24, the gate wiring layer 31 is formed to a depth reaching the oxide film 22 from the uppermost gate electrode 29.
[0052]
The gate wiring layer 31 is electrically connected to the gate electrode 29 as shown in FIG. 3, but is electrically insulated from the channel layer 25 via the oxide film 28.
[0053]
With the configuration as described above, the semiconductor device according to the present embodiment has the thin film of the channel layer 25 made of polycrystalline silicon interposed between the gate electrodes 29 of the buried structure, so that the channel layer 25 as a whole is turned on when in the ON state. Since high mobility can be realized, it can be used also as a switching element of a portable device, and low withstand voltage and low on-resistance can be realized.
[0054]
In addition, since the single-crystal MOSFET has a structure in which a plurality of channel layers 25 that can be expected to have the same high mobility as the single-crystal MOSFET are also arranged in parallel with each other, the on-resistance of the single-crystal MOSFET is higher than that of the single-crystal MOSFET. Low on-resistance can be realized.
[0055]
Further, since the thickness of the channel layer 25 is as thin as 0.8 μm or less, the entire thickness direction of the polycrystalline semiconductor layer becomes a channel, and channel mobility equivalent to that of a single-crystal silicon MOSFET is easily provided for each channel layer 25. In addition, since it can be reliably achieved, the on-resistance can be further reduced.
[0056]
(Second embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. , The same symbols indicate the same kind of elements.
[0057]
That is, this semiconductor device is an n-channel MOSFET composed of a single-layer polycrystalline silicon channel sandwiched between upper and lower gates, unlike the multilayer channel structure shown in FIGS.
[0058]
Specifically, in this semiconductor device, an oxide film 22 and a first p + type gate electrode 29p are formed on a substrate 21. A gate wiring layer 31 and an oxide film 22a are selectively formed on the first p + type gate electrode 29p. On the oxide film 22a, an n + type source layer 26, an n− type channel layer 25n, and an n + type drain layer 27 are sequentially arranged in the lateral direction. A source electrode 23 is formed on the n + type source layer 26. On the n + type drain layer 27, a drain electrode 24 is formed.
[0059]
A second p + type gate electrode 32p is formed on a part of the n + type source layer 26, on the n− type channel layer 25n, and on a part of the n + type drain layer 27 via a gate oxide film 28. The first and second p + gate electrodes 29p and 32p are connected to each other via a gate wiring layer 31.
[0060]
With the above configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In the present embodiment, the n + -type source layer 26 and the n + -type drain layer 27 are replaced with p + -type layers, respectively, and are replaced with p + -type source layers 26p and p + -type drain layers 27p. Needless to say.
[0061]
(Third embodiment)
FIG. 5 is a sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a sectional view taken along line 6-6 of FIG.
[0062]
That is, this semiconductor device is a CMOS in which an n-channel MOSFET and a p-channel MOSFET are arranged in parallel.
[0063]
Specifically, oxide film 22 is formed on substrate 21, and n − -type high resistance layer 33 is formed on oxide film 22. In the n− type high resistance layer 33, a plurality of first p + type gate electrodes are selectively formed. Here, the n− type high resistance layer 33 is formed by controlling the addition of impurities so as to be n− type, and thereafter, each first p + is doped by impurity diffusion so as to be selectively p + type. A mold gate electrode 29p is formed. Since the n− type high resistance layer 33 is provided between each first p + type gate electrode 29p, it is electrically separated from the other first p + type gate electrode 29p.
[0064]
An oxide film 22a is formed on the n− type high resistance layer 33 and the first p + type gate electrode 29p, and an n-channel MOSFET and a p-channel MOSFET are formed on the oxide film 22a as described above. ing. The n-channel MOSFET and the p-channel MOSFET are provided such that the n- type channel layer 25n is located on the first p + type gate electrode 29p via the oxide film 22a.
[0065]
With the above configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the same effect can be obtained even if the first p + type gate electrode 29p is modified to a configuration in which the first p + type gate electrode 29p is separated from each other by an oxide film 22a by LOCOS.
[0066]
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line 9-9 of FIG. 3 shows a modified configuration.
[0067]
That is, in the present embodiment, the structure of the first embodiment is easily realized. Specifically, as shown in FIGS. 8 and 9, the source electrode is replaced with the gate electrode 29 having the buried structure. A p + type gate electrode 41p having an n− type high resistance layer 40 and insulated from both electrodes 23 and 24 is provided at a portion in contact with the drain electrode 23 and the drain electrode 24.
[0068]
Here, the p + -type gate electrode 41 p is made of polycrystalline silicon to which B (boron) is added, and B is not added to a portion in contact with the source electrode 23 and the drain electrode 24 without adding B. It is formed.
[0069]
The n + -type source layer 26 and the n + -type drain layer 27 at both ends of the n − -type channel layer 25n are formed by high-concentration P (phosphorus) ion implantation and annealing.
[0070]
According to the above configuration, the p + type gate electrode 41p is electrically insulated from the source electrode 23 and the drain electrode 24 by the n− type high resistance layer 40, and the n + type source layer 26 and the n + type Since the drain layer 27 is connected to the source electrode 23 and the drain electrode 24, respectively, in addition to the effects of the first embodiment, the steps relating to the buried structure can be omitted, and the manufacturing steps can be simplified.
[0071]
(Fifth embodiment)
FIG. 10 is a plan view showing the configuration of a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention, FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line 11-11 of FIG. 10, and FIG. 12 is 12-12 of FIG. FIG.
[0072]
This semiconductor device is a vertical polycrystalline silicon MOSFET in which polycrystalline silicon is deposited on a drain electrode 24 serving as a base material, a trench is dug, a trench surface is oxidized, and polycrystalline silicon serving as a gate is embedded. is there.
[0073]
Specifically, a first n + type polysilicon layer 51, an n− type polysilicon layer 52, and a second n + type polysilicon layer 53 are sequentially formed on the drain electrode 24. In the region of the second polycrystalline silicon layer 53 where the gate electrode is buried, the region selectively reaches the depth reaching the drain electrode 24 via the n − type polycrystalline silicon layer 52 and the first polycrystalline silicon layer 51. A trench is formed in the trench. An oxide film 54 is formed on the trench surface. After the oxide film 54 is formed, ap + -type gate electrode 55p is buried in the trench. Thereafter, as shown in FIG. 11, an oxide film 56 is selectively formed on the gate electrode 55p in a region where the source electrode 23 is formed. As shown in FIG. 12, an oxide film 57 is selectively formed on the second n + -type polycrystalline silicon layer 53 between the trenches in the region where the gate wiring layer 31 is formed.
[0074]
With the above configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, the vertical element structure can omit the step of laminating many polycrystalline silicon layers. Thus, the manufacturing process can be simplified.
[0075]
(Sixth embodiment)
13 to 17 are cross-sectional views showing modified configurations of the semiconductor devices according to the first to fourth embodiments. CMOS circuits are formed on oxide films 22 and 22a in parallel with the semiconductor devices according to the respective embodiments. Is formed.
[0076]
Here, in the nMOS and each semiconductor device in the CMOS circuit, an n + type source layer 26 and an n + type drain layer 27 are simultaneously formed, respectively.
[0077]
In the CMOS circuit and each semiconductor device, an n-type channel layer 25n is simultaneously formed. Further, in the pMOS of the CMOS circuit and each semiconductor device, the p + source layer 26p, the p + drain layer 27p, and the p + gate electrode 32p are simultaneously formed, respectively.
[0078]
Therefore, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first to fourth embodiments, an intelligent semiconductor device including a control circuit made of CMOS and a power element can be realized while making the manufacturing process common. . Since the semiconductor device according to the fifth embodiment has a configuration as shown in FIG. 18, the manufacturing process for the CMOS and the power element cannot be shared. An intelligent semiconductor device including a circuit and a power element can be realized.
[0079]
(Seventh embodiment)
FIG. 19 is a plan view showing the configuration of the lateral trench MOSFET according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. 20A is a cross-sectional view taken along line 20A-20A of FIG. 20) is a sectional view taken along line 20B-20B in FIG. In this horizontal trench MOSFET, an n-type high resistance layer 112 is formed on a p-type substrate 111. A p-type well layer 113 is selectively formed on the n-type high resistance layer 112 in a stripe shape. On the surface of the p-type well layer 113, an n-type source layer 114 is selectively formed in a stripe shape. On the other hand, a striped n-type drain layer 115 is formed on the surface of the n-type high-resistance layer 112 at a position away from the n-type source layer 114 so as to be parallel to the n-type source layer 114.
[0080]
In an intermediate region extending from the end of the n-type drain layer 115 to the ends of the n-type high resistance layer 112, the p-type well layer 113, and the ends of the n-type source layer 114, the n-type high resistance A plurality of trenches (grooves) 116 are formed to a depth in the middle of the layer 112. Each of the trenches 116 has a stripe-shaped planar shape in a direction orthogonal to the n-type source layer 114 and the n-type drain layer 115, and is arranged substantially parallel to each other. The surface orientation of the surface of the trench 116 may be, for example, a (100) plane.
[0081]
A gate electrode 118 made of polysilicon is formed in the intermediate region between the drain and the source and in each trench 16 via a gate insulating film 117. On the n-type source layer 114, a source electrode 119 is formed. On the n-type drain layer 115, a drain electrode 120 is formed.
[0082]
Next, the operation of such a lateral trench MOSFET will be described.
[0083]
As described above, when a positive voltage that is more positive than the source is applied to the gate electrode 118 when a positive voltage is applied to the drain electrode 120 and a negative voltage is applied to the source electrode 119, the gate electrode 118 of the p-type well layer 113 is applied to the gate electrode 118. The contacted surface is inverted to n-type, and electrons are injected from the n-type source layer 114 to the n-type high-resistance layer 112 via the inversion layer, and flow through the n-type high-resistance layer 112 toward the n-type drain layer 115. , Reaches the n-type drain layer 115. That is, the element becomes conductive.
[0084]
At this time, a channel is also formed inside the n-type high resistance layer 112 along the trench 116, and the electrons e spread inside and flow, as shown in FIG. Therefore, the on-resistance can be reduced according to the width of the internal channel. The degree of reduction in the on-resistance depends on the element design, but can be expected to be 1/10 or less as compared with the conventional planar structure.
[0085]
For example, FIG. 21 is a diagram showing, on a logarithmic scale, the dependency of the trench interval on the on-resistance of a lateral trench MOSFET formed in single-crystal silicon. As shown in the figure, as the trench interval W2 becomes narrower, the channel width per unit area increases, so that the on-resistance can be reduced. In particular, when the trench interval W2 is in the range of 0.8 to 0.01 μm, it is preferable because the on-resistance is practically sufficiently low. However, a trench interval of 0.01 μm or less is not preferable because it lowers channel mobility under the influence of surface scattering and increases on-resistance.
[0086]
The on-resistance of the conventional 30 V withstand voltage horizontal planar MOSFET is 40 mΩ · mm.2And the on-resistance of the conventional vertical trench MOSFET is 30 mΩ · mm2It is.
[0087]
On the other hand, the on-resistance of the lateral trench MOSFET according to the present invention is actually 1 mΩ · mm if both the trench interval W2 and the trench width W1 are 0.1 μm.2The following can be expected. This value is 1/10 or less of the conventional vertical trench MOSFET. When both the trench interval W2 and the trench width W1 are 0.05 μm, the on-resistance of the lateral trench MOSFET according to the present invention is 0.3 mΩ · mm.2And it is reduced to 1/100 of the conventional vertical trench MOSFET.
[0088]
Thus, it can be seen that the lateral trench MOSFET according to the present invention is overwhelmingly superior to the vertical MOSFET using trenches of the same dimensions. Further, in general, since the characteristics of the horizontal element are lower than those of the vertical element, it can be seen that the effect of reducing the on-resistance according to the present invention is extremely remarkable.
[0089]
It should be noted that the horizontal trench MOSFET according to the present invention can have a lower on-resistance than a vertical element when a general vertical trench MOSFET has a withstand voltage lower than about 60 V. The reason is that in the lateral trench MOSFET according to the present invention, the interval between the trenches can be reduced as much as possible.
[0090]
For example, in a vertical trench MOSFET, as shown in FIG. 22, the n-type source layer 121 and the p-type contact layer 122 need to be in contact with the source electrode 123 at the top. Here, since the vertical trench MOSFET requires the contact hole 124 for contact, the trench interval W2 cannot be narrowed to 3 μm or less at present.
[0091]
On the other hand, in the lateral trench MOSFET, since there is no such restriction, the trench interval W2 can be reduced to about 0.1 μm, and the channel width per unit area is at least five times larger than that of the vertical trench MOSFET. As a result, the lateral trench MOSFET can reduce the on-resistance as described above.
[0092]
As described above, according to the present embodiment, the on-resistance can be reduced without increasing the element area.
[0093]
(Eighth embodiment)
FIG. 23 is a plan view showing the configuration of the lateral trench MOSFET according to the eighth embodiment of the present invention. FIG. 24A is a cross-sectional view taken along line 24A-24A of FIG. 24) is a sectional view taken along line 24B-24B in FIG. 23, 24 (A) and 24 (B), the same parts as those in FIG. 19 are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and only different parts will be described here. The following embodiments will be described so as to avoid duplication of the same contents.
[0094]
This embodiment is a modification of the seventh embodiment. As shown, the depth d of the trench 116 is made shallower than the p-type well layer 113, and the trench interval W2 and the trench width W1 are further reduced. The configuration is as follows.
[0095]
According to such a configuration, in addition to the effect of the seventh embodiment, when the trench interval W2 is 0.1 μm or less, the entire n-type high resistance layer 112 sandwiched between the trenches 116 becomes a channel. As a result, the on-resistance can be significantly reduced. This is an effect that can be achieved only by using the horizontal type.
[0096]
(Ninth embodiment)
FIG. 25 is a plan view showing the configuration of the lateral trench MOSFET according to the ninth embodiment of the present invention. FIG. 26A is a sectional view taken along line 26A-26A of FIG. ) Is a sectional view taken along line 26B-26B in FIG.
[0097]
This embodiment is a modification of the seventh embodiment. As shown, a p-type high resistance layer 131 is formed instead of the n-type high resistance layer 112. On the surface of the p-type high resistance layer 131 between the p-type well layer 113 and the n-type drain layer 114, an n-type RESURF diffusion layer 132 is formed.
[0098]
According to such a configuration, in addition to the effects of the seventh embodiment, a high withstand voltage can be achieved by electric field relaxation by the n-type RESURF diffusion layer 132.
[0099]
(Tenth embodiment)
FIG. 27 is a plan view showing the configuration of the lateral trench MOSFET according to the tenth embodiment of the present invention. FIG. 28A is a sectional view taken along line 28A-28A of FIG. 28) is a sectional view taken along line 28B-28B of FIG.
[0100]
This embodiment is a modification of the seventh embodiment. An n-type RESURF diffusion layer 132 is formed on the surface of an n-type high resistance layer 112 between a p-type well layer 113 and an n-type drain layer 115. I have.
[0101]
According to such a configuration, in addition to the effects of the seventh embodiment, a high withstand voltage can be achieved by electric field relaxation by the n-type RESURF diffusion layer 132.
[0102]
This embodiment is also applicable as a modified configuration of the eighth embodiment.
[0103]
(Eleventh embodiment)
FIG. 29 is a plan view showing the configuration of the lateral trench MOSFET according to the eleventh embodiment of the present invention. FIG. 30 (a) is a sectional view taken along line 30A-30A of FIG. ) Is a sectional view taken along line 30B-30B in FIG.
[0104]
This embodiment is a modification of the seventh embodiment. An n-type offset layer 133 having higher resistance than the n-type high resistance layer 112 is provided between the n-type drain layer 115 and the n-type high resistance layer 112. Is formed.
[0105]
According to such a configuration, in addition to the effects of the seventh embodiment, the withstand voltage of the element can be increased by the resistance of the n-type offset layer 133. This embodiment is applicable to any of the seventh to tenth embodiments.
[0106]
In this embodiment, a supplementary description will be given of the case where the p-type well layer 113 is formed by diffusion without using the diffusion self-alignment (DSA), and then the n-type source layer 114 is formed by diffusion. In this case, the p-type well layer 113 near the junction with the n-type source layer 114 has a lower concentration at the portion 113B on the lower surface of the n-type source layer 114 than at the portion 113A on the side surface of the n-type source layer 114. . For this reason, as shown in FIG. 31, the electrons e are injected into the channel from a portion 113B having a low threshold voltage. Therefore, by forming a large portion 113B between the trenches 116, electrons can be easily injected and the element resistance can be reduced.
[0107]
(Twelfth embodiment)
FIG. 32 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to a twelfth embodiment of the present invention. FIG. 33 (a) is a cross-sectional view taken along line 33A-33A of FIG. 32) is a sectional view taken along line 33B-33B in FIG.
[0108]
This embodiment is a modified configuration of the eleventh embodiment, and an n-type buried layer 134 having a lower resistance than the n-type high-resistance layer 112 is formed immediately below the n-type offset layer 133. The n-type buried layer 134 is formed such that its source-side end is substantially at the same position as the source-side end of the n-type offset layer 133 in the vertical direction.
[0109]
According to such a configuration, in the conductive state, the electrons e injected into the n-type high resistance layer 112 pass through the side surface of the trench 116 to reach the n-type buried layer 134, and from the n-type buried layer 134 to the n-type offset layer 133 And flows to the n-type drain layer 115.
[0110]
That is, by providing the n-type buried layer 134 immediately below the n-type offset layer 133, electrons spread sufficiently within the channel width on the side surface of the trench 116 and flow into the n-type buried layer 134, so that the on-resistance is further reduced. be able to.
[0111]
Note that in this embodiment, the position of the n-type drain layer 115 is set higher than the position of the n-type source layer as shown in FIGS. Although formed lower, this is a modified example, and it goes without saying that the position of the n-type drain layer 115 may be on the same plane as the position of the n-type source layer.
[0112]
(Thirteenth embodiment)
FIG. 34 is a plan view showing the configuration of the lateral trench MOSFET according to the thirteenth embodiment of the present invention. FIG. 35 (a) is a sectional view taken along line 35A-35A of FIG. 34) is a sectional view taken along line 35B-35B in FIG.
[0113]
This embodiment is a modified configuration of the twelfth embodiment, in which a low-resistance n-type buried layer 135 formed immediately below an n-type offset layer 133 is provided to extend to near the center between the drain and the source. .
[0114]
According to such a configuration, as in the twelfth embodiment, the electrons e sufficiently spread within the channel width on the side surface of the trench and flow into the n-type buried layer 135, so that the on-resistance can be further reduced. . Further, in the present embodiment, since the n-type buried layer 135 is provided up to the vicinity of the center between the drain and the source, as shown in FIG. And the on-resistance can be further reduced.
[0115]
In the twelfth and thirteenth embodiments, the on-resistance can be reduced as the n-type buried layers 134 and 135 are extended toward the source, but the n-type offset layer 133 is formed deeper. To improve the breakdown voltage.
[0116]
(14th embodiment)
FIG. 36 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to a fourteenth embodiment of the present invention. FIG. 37 (a) is a sectional view taken along line 37A-37A of FIG. 37) is a sectional view taken along line 37B-37B in FIG.
[0117]
The present embodiment is a modified configuration of the seventh embodiment, specifically, a combination configuration of the tenth and eleventh embodiments, in which the n-type drain layer 115 and the n-type high resistance layer 112 An n-type offset layer 133 having a higher resistance than the n-type high resistance layer 112 is formed, and an n-type RESURF diffusion is formed on the surface of the n-type high resistance layer 112 between the p-type well layer and the n-type offset layer 133. A layer 132 is formed.
[0118]
According to such a configuration, the effects of the seventh, tenth, and eleventh embodiments can be simultaneously obtained. That is, the on-resistance can be reduced without increasing the element area, and the withstand voltage of the element can be increased.
[0119]
(Fifteenth embodiment)
FIG. 38 is a sectional view showing the configuration of the vertical trench MOSFET according to the fifteenth embodiment of the present invention. This vertical trench MOSFET is a modification of the eleventh embodiment. Specifically, a p-type diffusion layer 136 is formed on the surface of a p-type well layer 113 to a depth that selectively reaches the p-type substrate 111. In addition, the source electrode 119 is covered with an insulating layer 137 so as not to be connected to an electric circuit (not shown), and is replaced with a simple metal layer 119x, while a new source electrode 38 is formed on the back surface of the p-type substrate 111. I have. Further, the drain electrode 120 a is formed on the entire surface of the insulating layer 137 while being in contact with the drain layer 115.
[0120]
That is, the source electrode 138 is formed on the back surface of the p-type substrate 111 by electrically connecting the p-type well layer 113 and the p-type substrate 111 via the p-type diffusion layer 136. This configuration is suitable for a large-current element because the wiring resistance, which normally becomes a problem in Al wiring and the like, can be reduced by eliminating the need for a two-layer wiring on the upper surface.
[0121]
As described above, when a predetermined voltage is applied to each of the electrodes 120a, 138, and 118, a current i flows from the drain electrode 120a through the drain layer 115 and the n-type offset layer 133 as shown in FIG. Through the channel on the side surface of the trench 116 to reach the p-type well layer 113, and from the p-type well layer 113 through the p-type well layer 113 and the p-type diffusion layer 136 via the n-type source layer 114 and the metal layer 119 x. It goes to the p-type substrate 111 and flows to the source electrode 138.
[0122]
As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects of the eleventh embodiment, a configuration suitable for a large current element can be realized. Further, the drain layer 115 can be replaced with a p-type layer for forming an IGBT. That is, this embodiment can be applied to an IGBT by providing a p-type layer instead of the drain layer 115.
[0123]
(Sixteenth embodiment)
FIG. 40 is a plan view showing a configuration of a vertical trench MOSFET according to a sixteenth embodiment of the present invention, and FIG. 41 is a cross-sectional view taken along line 41-41 of FIG.
[0124]
This vertical trench MOSFET has a stripe-shaped p-type well in which an n-type buffer layer 112b and an n-type epitaxial layer 112c are sequentially formed on an n-type substrate 111n, and selectively substantially parallel to each other on the surface of the n-type epitaxial layer 112c. A layer 113 is formed. On the surface of the p-type well layer 113, an n-type source layer 114 having a stripe shape substantially parallel to each other is selectively formed.
[0125]
Here, an intermediate region extending from the end of one n-type source layer 114 to the end of the other p-type well layer 113 and the end of the n-type source layer 114 via the p-type well layer 113 and the n-type epitaxial layer 112c has a p-type. A trench 116a is formed through the n-type well layer 113 and the n-type epitaxial layer 112c to a depth in the middle of the n-type buffer layer 112b. The planar shape of the trench 116a is a continuous substantially cross shape. Specifically, the middle of each of the n-type source layers 114 is set in the middle of a stripe-shaped planar shape substantially perpendicular to the n-type source layers 114. A stripe-shaped planar shape extends substantially parallel to the layer 114.
[0126]
In the trench 116a, SiO2A gate electrode 118 made of polysilicon is formed via a gate insulating film 117 made of polysilicon. Further, on the intermediate region between the respective sources, SiO 2 including the gate electrode 118 is formed.2An insulating layer 137 is formed. The source electrode 138b is formed on the entire surface of the insulating layer 137 while being in contact with the n-type source layer 114. On the other hand, a drain electrode 120b is formed on the surface of the n-type substrate 111n opposite to the source electrode 138b.
[0127]
With the above-described configuration, in the conductive state, as shown in FIG. 41, electrons e supplied from source electrode 138b pass through the inversion layer at the interface of trench 116a in p-type well layer 113 via n-type source layer 114. It is injected into the n-type epitaxial layer 112c, reaches the n-type buffer layer 112b along the channel on the side surface of the trench 116a, and flows to the drain electrode 120b through the n-type substrate 111n.
[0128]
Therefore, according to the present embodiment, the same effect as that of the fifteenth embodiment can be obtained.
[0129]
In addition, in the present embodiment, as shown in a plan view shown in FIG. 42, a sectional view taken along line 43-43 of FIG. 43 shown in FIG. 43, and a sectional view taken along line 44-44 of FIG. 42 shown in FIG. The structure may be modified to omit the trench that passes through the middle of each trench at substantially right angles. Even with such a structure, the same effect as in the present embodiment can be obtained. In addition, the present embodiment and its modifications are modified to an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) using a p + type substrate 111p instead of the n + type substrate 111n, as shown in the cross-sectional views shown in FIG. 45 or FIG. Is also good.
[0130]
(Seventeenth embodiment)
FIG. 47 is a sectional view showing a configuration of a vertical trench MOSFET according to a seventeenth embodiment of the present invention. In this vertical trench MOSFET, an n-type epitaxial layer 112c is formed on an n-type substrate 111n, and the interface between the n-type epitaxial layer 112c and the n-type substrate 111n has a lower resistance than the n-type epitaxial layer 112c. Striped n-type buried layer 135a is selectively formed. On the surface of the n-type epitaxial layer 112c, a striped n-type offset layer 133a is formed substantially parallel to the n-type buried layer 135a and selectively to a depth reaching the n-type buried layer 135a. On the surface of the n-type offset layer 133a, a stripe-shaped n-type low-resistance layer 115a is selectively formed so as to be substantially parallel to the n-type offset layer 133a.
[0131]
On the other hand, in a region different from the n-type offset layer 133a on the surface of the n-type epitaxial layer 112c, a p-type well layer 113 having a stripe shape is formed selectively so as to be substantially parallel to the n-type offset layer 133a. . The end of the p-type well layer 113 overlaps the end of the n-type buried layer 135a in the vertical direction via the n-type epitaxial layer 112c. On the surface of the p-type well layer 113, a striped n-type source layer 114 is formed selectively so as to be substantially parallel to the p-type well layer 113.
[0132]
Here, the p-type well layer 113 and the n-type epitaxial layer 112c pass through the intermediate region from the end of the n-type source layer 114 to the n-type offset layer 133a via the p-type well layer 113 and the n-type epitaxial layer 112c. Then, a plurality of trenches 116 are formed to a depth reaching n-type buried layer 135a. As described above, each of the trenches 116 has a stripe-shaped planar shape in a direction substantially orthogonal to the n-type source layer 114 and the n-type low resistance layer 115a, and is arranged substantially parallel to each other.
[0133]
A gate electrode 118 is formed in each trench 116 with a gate insulating film 117 interposed therebetween. In addition, an insulating layer 137 is formed on the intermediate region between the n-type source layer 114 and the n-type low-resistance layer 115a, including the gate electrode 118. The source electrode 138b is formed on the entire surface of the insulating layer 137 while being in contact with the n-type source layer 114. On the other hand, a drain electrode 120b is formed on the surface of the n-type substrate 111n opposite to the source electrode 138b.
[0134]
With the above configuration, in the conductive state, as shown in FIG. 48, electrons e supplied from the source electrode 138b pass through the n-type source layer 114, pass through the inversion layer on the surface of the p-type well layer 113, and pass through the n-type epitaxial layer. The n-type offset layer 133a is injected into the layer 112c and reaches the n-type low-resistance layer 115a from the n-type offset layer 133a with or without the n-type buried layer 135a along the channel on the side surface of the trench 116. The electrons e reach the n-type substrate 111n from the n-type low resistance layer 115a through the n-type offset layer 133a and the n-type buried layer 135a, and flow from the n-type substrate 111n to the drain electrode 120b.
[0135]
Therefore, according to the present embodiment, the same effect as that of the fifteenth embodiment can be obtained. In addition, the provision of the n-type buried layer 135a allows the electrons e to sufficiently spread within the channel width on the side surface of the trench and flow into the n-type low-resistance layer 115a, so that the on-resistance can be further reduced. it can.
[0136]
The structures shown in FIGS. 38 to 48 can be realized with either single crystal silicon or polycrystalline silicon. However, it is easier to manufacture using single crystal silicon.
[0137]
(Eighteenth Embodiment)
FIG. 49 is a plan view showing the surface configuration of the semiconductor layer of the vertical trench MOSFET according to the eighteenth embodiment of the present invention, and FIG. 50 is a sectional view taken along line 50-50 of FIG. FIG. 51 is a sectional view taken along line 51-51 of FIG.
[0138]
This semiconductor device has a structure capable of reducing a trench interval, and a semiconductor layer is formed of polycrystalline silicon from the viewpoint of eliminating a parasitic npn transistor operation.
[0139]
Specifically, as shown in FIGS. 50 and 51, a 0.2 μm thick n + type drain layer 115x, a 0.5 μm thick n− type base layer 112x, a 0.3 μm A thick p-type base layer 113x, a p + -type contact layer 100, and a 0.2 μm-thick n + -type source layer 114x are sequentially formed. Here, the p + -type contact layer 100 has a linear planar shape and is selectively formed on the surface of the p-type base layer 113x. Further, the n + -type source layer 114x is selectively formed on the surface of the p-type base layer 113x in a region different from the p + -type contact layer 100.
[0140]
A plurality of trenches 116x having a longitudinal direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the p + type contact layer 100 and having a depth reaching the drain electrode 120b are formed in the n + type source layer 114x. Each trench 116x has a width of 0.4 μm and a length of 10 μm, has an interval W of 0.4 μm in the lateral direction, and is arranged at an interval of 2 μm in the longitudinal direction. Note that, within the interval of 2 μm, a linear p + -type contact layer 100 is formed along a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the trench 116x.
[0141]
Note that these dimensions are merely examples, and for example, the interval W between the trenches 116x can be arbitrarily set between 0.03 and 0.8 μm. A gate electrode 118 is buried in each trench 116x via an insulating film 117.
[0142]
Also, p+A source electrode 138b is formed so as to make contact with type contact layer 100 and n + type source layer 114x in the vicinity thereof.
[0143]
Next, a method for manufacturing such a semiconductor device will be described.
[0144]
On the metal layer as the drain electrode 120b, a 0.2 μm thick n+Type amorphous silicon layer and 1 μm thick nType high resistance layers are sequentially deposited.
[0145]
Subsequently, by annealing at 600 ° C. for 20 hours, amorphous silicon is transformed into polycrystalline silicon and formed on the n + -type drain layer 115x. Subsequently, boron is ion-implanted at 100 keV, and As and boron are ion-implanted at 15 keV, thereby forming a 1 μm thick n.N-type base layer 112x having a thickness of 0.5 μm, p-type base layer 113x having a thickness of 0.3 μm, and n having a thickness of 0.2 μm.+The source layer 114x is formed in a stacked structure of a 0.3 μm thick p + type contact layer 100.
[0146]
Hereinafter, a MOSFET having a trench structure is formed by a well-known manufacturing method for single crystal silicon. For example, a plurality of trenches 116x having a depth reaching the drain electrode 120b from the surface of the n + type source layer 114x are selectively formed by RIE. Subsequently, after an insulating film 117 is formed on the entire surface of the substrate, polycrystalline silicon as a gate electrode 118 is buried on the insulating film 117 in each trench 116x.
[0147]
This polycrystalline silicon is removed except for a portion connecting each gate. Next, the resistance is reduced by diffusing phosphorus into the polycrystalline silicon.
[0148]
In addition, an interlayer insulating layer 102 is selectively formed on the substrate with a contact hole 101 for exposing the p + type contact layer 100 and a region in the vicinity thereof. Thereafter, a source electrode 138b is formed in contact with the p + type contact layer 100 and the n + type source layer 114x in the vicinity thereof.
[0149]
As described above, according to the present embodiment, since the gate electrode 118 having the trench structure and the contact region of the source electrode 138b are formed apart from each other, a narrow trench interval W of 0.5 μm or less can be realized, and the semiconductor layer can be formed. Since it is made of polycrystalline silicon, a high switching speed and a high current interruption can be realized at the same time.
[0150]
That is, since the amplification factor of the parasitic npn transistor becomes substantially zero by manufacturing the vertical MOSFET with polycrystalline silicon, the MOSFET can cut off a large current and improve the switching speed.
[0151]
Supplementally, in the structure of the present embodiment, when single crystal silicon is used, a parasitic npn transistor operates in a portion apart from a portion where the p-type base layer 113x and the n + -type source layer 114x are short-circuited. There is a problem that the speed is slow and a large current cannot be cut off.
[0152]
For example, when the MOSFET having the structure according to the present embodiment is formed of single crystal silicon, the cutoff current is 1 A. On the other hand, when the MOSFET having the structure according to the present embodiment is formed of polycrystalline silicon, the current that can be cut off is 20 A, and the current that can be cut off is 20 times larger than that of single crystal silicon.
[0153]
In addition, since the MOSFET made of polycrystalline silicon does not operate the parasitic npn transistor, the switching speed at the time of turn-off can be higher than that of the MOSFET made of single crystal silicon.
[0154]
Further, since the longitudinal direction of the p + -type contact layer 100 and the longitudinal direction of each trench 116x are substantially orthogonal to each other, electrons injected from the source electrode 138b can flow smoothly through the channel region between the trenches.
[0155]
(Nineteenth Embodiment)
The seventh to eighteenth embodiments described above are the basic configuration of the present invention relating to the trench structure. Next, among the embodiments related to the trench structure, those having a source layer and a drain layer in a well layer will be described using single crystal silicon as an example.
[0156]
FIG. 52 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to a nineteenth embodiment of the present invention. FIG. 53 (a) is a cross-sectional view taken along line 53A-53A of FIG. 52) is a sectional view taken along line 53B-53B in FIG. 52.
[0157]
In this lateral trench MOSFET, a p-type well layer 142p is selectively formed on a p-type substrate 141p. On the surface of the p-type well layer 141p, an n-type source layer 143n is selectively formed in a stripe shape, and the n-type source layer 143n is spaced apart from the n-type source layer 143n so as to be parallel to the n-type source layer 143n. Type drain layer 144n is selectively formed.
[0158]
In an intermediate region from the end of the n-type drain layer 144n to the end of the p-type well layer 142p and the end of the n-type source layer 143n, a plurality of trenches 145 are formed to a depth in the middle of the p-type well layer 142p. Each trench 145 has a stripe-shaped planar shape in a direction orthogonal to the n-type source layer 143n and the n-type drain layer 144n, and is arranged substantially in parallel with each other.
[0159]
In an intermediate region between the drain and the source and in each trench 145, a gate electrode 147 is formed with a gate insulating film 146 interposed therebetween. A source electrode 148 is formed on the n-type source layer 143n. A drain electrode 149 is formed on the n-type drain layer 144n.
[0160]
According to such a configuration, as described above, when a positive voltage that is more positive than the source is applied to the gate electrode 147 when a positive voltage is applied to the drain electrode 149 and a negative voltage is applied to the source electrode 148, the p-type The surface of the well layer 142p in contact with the gate electrode 147 is inverted to n-type, and electrons flow from the n-type source layer 143n to the n-type drain layer 144n via the inversion layer. That is, the element becomes conductive.
[0161]
At this time, a channel is formed inside the p-type well layer 142p along the trench 145, and the current spreads and flows inside as described above. Therefore, the on-resistance can be reduced according to the width of the internal channel.
[0162]
Here, assuming that the width of the trench 145 is W1, the interval between the trenches 145 is W2, and the depth of the trench 145 is d, the channel width per unit area is increased by (W1 + W2 + 2d) / (W1 + W2) times as compared with the conventional example. Can be done.
[0163]
For example, when W1 = W2 = W and the depth d = 1 μm, the relationship between the on-resistance and W is shown in FIG. When W becomes narrow in this way, the channel width per unit area increases, so that the on-resistance is reduced. In the case of W2 of 0.6 μm or less, the portion sandwiched between the trenches 145 is completely depleted when the gate is turned on, so that the electric field in the direction perpendicular to the channel is eliminated, and the on-resistance is significantly reduced. However, for W2 of 0.03 μm or less, the scattering effect due to surface irregularities increases, and the on-resistance does not decrease. Further, W2 smaller than 0.01 μm increases the on-resistance. Therefore, as described above, W2 is preferably within the range of 0.01 to 0.8 μm.
[0164]
As described above, according to the present embodiment, the same effect as in the seventh embodiment can be obtained even when the n-type source layer 143n and the n-type drain layer 144n are provided in the p-well layer 142p.
[0165]
(Twentieth embodiment)
FIG. 55 is a plan view showing the configuration of the lateral trench MOSFET according to the twentieth embodiment of the present invention. FIG. 56 (a) is a cross-sectional view taken along line 56A-56A of FIG. 55) is a sectional view taken along line 56B-56B in FIG.
[0166]
This embodiment is a modified configuration of the nineteenth embodiment, in which the conductivity types of the p-type well layer 142p, the n-type source layer 143n, and the n-type drain layer 144n are inverted. An n-type well layer 142n, a p-type source layer 143p, and a p-type drain layer 144p are provided instead of the type well layer 142p, the n-type source layer 143n, and the n-type drain layer 144n.
[0167]
Even with the above configuration, the same effects as in the nineteenth embodiment can be obtained. This embodiment can form a bridge circuit or a push-pull circuit by being combined with the nineteenth embodiment.
[0168]
(Twenty-first embodiment)
FIG. 57 is a plan view showing the configuration of the lateral trench MOSFET according to the twenty-first embodiment of the present invention. FIG. 58 (a) is a sectional view taken along the line 58A-58A in FIG. 57) is a sectional view taken along line 58B-58B in FIG. 57.
[0169]
This embodiment is a modification of the nineteenth embodiment, and is a modification of the peripheral structure of the p-type well layer. Specifically, the p-type substrate 141p has a selectively low resistance p-type buried surface. Embedded layer 151p is formed, n-type epitaxial layer 152n is formed on p-type buried layer 151p, and p-type well layer 142p is formed on the surface of n-type epitaxial layer 152n so as to reach p-type buried layer 151p. Is formed. The structure in the p-type well layer 142p is the same as in the twelfth embodiment.
[0170]
Even with such a configuration, the same effect as in the nineteenth embodiment can be obtained.
[0171]
(Twenty-second embodiment)
FIG. 59 is a plan view showing the configuration of the lateral trench MOSFET according to the twenty-second embodiment of the present invention. FIG. 60 (a) is a cross-sectional view taken along line 60A-60A of FIG. 60) is a sectional view taken along line 60B-60B in FIG.
[0172]
This embodiment is a modification of the twenty-first embodiment, in which the conductivity types of the p-type buried layer 151p, the p-type well layer 142p, the n-type source layer 143n, and the n-type drain layer 144n are inverted. Specifically, instead of the p-type buried layer 151p, the p-type well layer 142p, the n-type source layer 144n, and the n-type drain layer 144n, the n-type buried layer 151n, the n-type well layer 142n, the p-type source layer 143p and The p-type drain layer 144p is provided.
[0173]
With the above configuration, the same effect as that of the twenty-first embodiment can be obtained. This embodiment can be combined with the twenty-first embodiment to form a bridge circuit or a push-pull circuit.
[0174]
(Twenty-third embodiment)
FIG. 61 is a plan view showing the configuration of the lateral trench MOSFET according to the twenty-third embodiment of the present invention. FIG. 62 (a) is a sectional view taken along line 62A-62A of FIG. 62) is a sectional view taken along line 62B-62B in FIG.
[0175]
This embodiment is a modification of the nineteenth embodiment. Specifically, an n-type offset having a higher resistance than the n-type drain layer 144n is provided between the n-type drain layer 144n and the p-type well layer 142p. It has a layer 161n.
[0176]
Here, the n-type offset layer 161n can be formed in a self-aligned manner using, for example, the gate electrode 147 as a mask. The n-type drain layer 144n is formed, for example, by forming an oxide film on at least the gate electrode 147 and the n-type offset layer 161n after the formation of the n-type offset layer 161n, and removing the oxide film by RIE to remove the gate electrode 147. A sidewall 162 made of an oxide film is formed on the gate electrode 147. Further, the gate electrode 147 and the sidewall 162 can be used as a mask to be formed by diffusion in a self-aligned manner.
[0177]
Even with such a configuration, the effects of the nineteenth embodiment can be obtained. Also, as compared with the nineteenth embodiment, even if the gate insulating film 146 becomes thinner and the concentration of the p-type well layer 142p becomes higher, the electric field at the drain end under the gate can be reduced, so that the breakdown voltage can be maintained. .
[0178]
(24th embodiment)
FIG. 63 is a plan view showing the configuration of the lateral trench MOSFET according to the twenty-fourth embodiment of the present invention. FIG. 64 (a) is a cross-sectional view taken along line 64A-64A of FIG. 64) is a sectional view taken along line 64B-64B in FIG.
[0179]
This embodiment is a modification of the twenty-third embodiment, in which the conductivity types of the p-type well layer 142p, the n-type source layer 143n, the n-type offset layer 161n, and the n-type drain layer 144n are inverted. Specifically, instead of the p-type well layer 142p, the n-type source layer 143n, the n-type offset layer 161n, and the n-type drain layer 144n, the n-type well layer 142n, the p-type source layer 143p, the p-type offset layer 161p, The p-type drain layer 144p is provided.
[0180]
Even with the above configuration, the same effects as in the twenty-third embodiment can be obtained. This embodiment can be combined with the twenty-third embodiment to form a bridge circuit or a push-pull circuit.
[0181]
(25th embodiment)
FIG. 65 is a plan view showing the configuration of the lateral trench MOSFET according to the twenty-fifth embodiment of the present invention. FIG. 66 (a) is a sectional view taken along line 66A-66A of FIG. 65) is a sectional view taken along line 66B-66B in FIG.
[0182]
This embodiment is a modification of the twenty-third embodiment. Specifically, an n-type low resistance having a higher resistance than the n-type source layer 143n is provided between the n-type source layer 143n and the p-type well layer 142p. It has a concentration layer 171n.
[0183]
Here, the n-type low-concentration layer 171n is formed simultaneously with the n-type offset layer 161n by the same forming process as that of the n-type offset layer 161n described above. Similarly, the n-type source layer 143n is formed simultaneously with the n-type drain layer 144n by the same forming process as that of the above-described n-type drain layer 144n.
[0184]
Even with such a configuration, the effects of the twenty-third embodiment can be obtained. Also, in the present embodiment, the number of steps can be reduced because the n-type source layer 143n and the n-type drain layer 144n can be formed at the same time as compared with the twenty-third embodiment.
[0185]
(Twenty-sixth embodiment)
FIG. 67 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to a twenty-sixth embodiment of the present invention. FIG. 68 (a) is a sectional view taken along line 68A-68A of FIG. FIG. 67) is a sectional view taken along line 68B-68B in FIG. 67.
[0186]
This embodiment is a modification of the twenty-fifth embodiment. The conductivity type of the p-type well layer 142p, the n-type source layer 143n, the n-type low concentration layer 171n, the n-type offset layer 161n, and the n-type drain layer 144n is changed. Specifically, instead of the p-type well layer 142p, the n-type source layer 143n, the n-type low concentration layer 171n, the n-type offset layer 161n, and the n-type drain layer 144n, an n-type well layer is used. 142n, a p-type source layer 143p, a p-type low concentration layer 171p, a p-type offset layer 161p, and a p-type drain layer 144p.
[0187]
Even with the above configuration, the same effects as in the twenty-fifth embodiment can be obtained. This embodiment can be combined with the twenty-fifth embodiment to form a bridge circuit or a push-pull circuit.
[0188]
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, the p-type is the first conductivity type and the n-type is the second conductivity type, but the conductivity types may be all reversed.
[0189]
In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the gist thereof.
[0190]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device that can be used as a switching element of a portable device and that can realize low withstand voltage and low on-resistance.
[0191]
Further, it is possible to provide a semiconductor device capable of greatly reducing the on-resistance without increasing the element area.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 of FIG. 1;
FIG. 4 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view taken along line 6-6 of FIG. 5;
FIG. 7
Sectional view showing a modified configuration in the same embodiment.
FIG. 8 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view taken along line 9-9 of FIG.
FIG. 10 is a plan view showing a configuration of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
11 is a sectional view taken along line 11-11 of FIG. 10;
FIG. 12 is a sectional view taken along line 12-12 of FIG. 10;
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a modified configuration of the first embodiment according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a sectional view showing a modified configuration of the second embodiment in the same embodiment;
FIG. 15 is a sectional view showing a modified configuration of the third embodiment in the third embodiment;
FIG. 16 is a sectional view showing a modified configuration of the third embodiment in the modified configuration of the third embodiment;
FIG. 17 is a sectional view showing a modified configuration of the fourth embodiment in the fourth embodiment;
FIG. 18 is a sectional view showing a modified configuration of the fifth embodiment according to the fifth embodiment;
FIG. 19 is a plan view showing the configuration of a lateral trench MOSFET according to a seventh embodiment of the present invention.
20 is a cross-sectional view taken along line 20A-20A and line 20B-20B in FIG. 19;
FIG. 21 is a diagram showing, on a logarithmic scale, the dependency of the trench interval on the on-resistance of the lateral trench MOSFET in the same embodiment.
FIG. 22 is a cross-sectional view of a conventional element for describing the effect of the embodiment.
FIG. 23 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to an eighth embodiment of the present invention.
24 is a sectional view taken along line 24A-24A and line 24B-24B in FIG.
FIG. 25 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to a ninth embodiment of the present invention.
26 is a sectional view taken along line 26A-26A and line 26B-26B in FIG. 25;
FIG. 27 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to a tenth embodiment of the present invention.
28 is a sectional view taken along line 28A-28A and line 28B-28B in FIG. 27;
FIG. 29 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to an eleventh embodiment of the present invention.
30 is a sectional view taken along line 30A-30A and line 30B-30B in FIG. 29;
FIG. 31 is a schematic view for explaining an optimal mode in the embodiment.
FIG. 32 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to a twelfth embodiment of the present invention.
33 is a sectional view taken along line 33A-33A and line 33B-33B in FIG. 32;
FIG. 34 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to a thirteenth embodiment of the present invention.
35 is a sectional view taken along line 35A-35A and line 35B-35B in FIG. 34;
FIG. 36 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to a fourteenth embodiment of the present invention.
FIG. 37 is a sectional view taken along line 37A-37A and line 37B-37B in FIG. 36;
FIG. 38 is a sectional view showing a configuration of a vertical trench MOSFET according to a fifteenth embodiment of the present invention;
FIG. 39 is a schematic view for explaining a current path in the embodiment.
FIG. 40 is a plan view showing a configuration of a vertical trench MOSFET according to a sixteenth embodiment of the present invention.
FIG. 41 is a sectional view taken along line 41-41 of FIG. 40;
FIG. 42 is a plan view showing a modified configuration of the embodiment.
FIG. 43 is a sectional view taken along line 43-43 of FIG. 42;
FIG. 44 is a sectional view taken along line 44-44 of FIG. 42;
FIG. 45 is a sectional view showing a modified configuration of the embodiment.
FIG. 46 is a sectional view showing a modified configuration of the modified configuration of the embodiment.
FIG. 47 is a plan view showing a configuration of a vertical trench MOSFET according to a seventeenth embodiment of the present invention;
FIG. 48 is a schematic view for explaining a current path in the embodiment.
FIG. 49 is a plan view showing a surface configuration of a semiconductor layer of a vertical trench MOSFET according to an eighteenth embodiment of the present invention;
50 is a sectional view taken along line 50-50 of FIG. 49.
FIG. 51 is a sectional view taken along line 51-51 of FIG. 49;
FIG. 52 is a plan view showing the configuration of a lateral trench MOSFET according to a nineteenth embodiment of the present invention.
FIG. 53 is a sectional view taken along line 53A-53A and line 53B-53B in FIG. 52;
FIG. 54 is a view showing the relationship between on-resistance and trench dimensions in the embodiment.
FIG. 55 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to a twentieth embodiment of the present invention;
FIG. 56 is a sectional view taken along lines 56A-56A and 56B-56B of FIG. 55;
FIG. 57 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to a twenty-first embodiment of the present invention.
58 is a sectional view taken along line 58A-58A and line 58B-58B in FIG. 57;
FIG. 59 is a plan view showing the configuration of a lateral trench MOSFET according to a twenty-second embodiment of the present invention.
60 is a sectional view taken along line 60A-60A and line 60B-60B in FIG. 59.
FIG. 61 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to a twenty-third embodiment of the present invention.
FIG. 62 is a sectional view taken along line 62A-62A and line 62B-62B of FIG. 61;
FIG. 63 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to a twenty-fourth embodiment of the present invention;
64 is a sectional view taken along line 64A-64A and line 64B-64B in FIG. 63;
FIG. 65 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to a twenty-fifth embodiment of the present invention.
FIG. 66 is a sectional view taken along line 66A-66A and line 66B-66B in FIG. 65;
FIG. 67 is a plan view showing a configuration of a lateral trench MOSFET according to a twenty-sixth embodiment of the present invention.
FIG. 68 is a sectional view taken along line 68A-68A and line 68B-68B in FIG. 67;
FIG. 69 is a plan view showing a configuration of a conventional lateral MOSFET.
70 is a sectional view taken along line 70-70 of FIG. 69;
FIG. 71 is a sectional view showing the configuration of a conventional vertical MOSFET.
FIG. 72 is a sectional view showing a configuration of a conventional vertical MOSFET.
[Explanation of symbols]
21 ... Substrate
22, 22a, 54, 56, 57 ... oxide film
23 ... Source electrode
24 ... Drain electrode
25 ... Channel layer
25n ... n- type channel layer
26 ... Source layer
26p ... p + type source layer
27 ... Drain layer
27p ... p + type drain layer
28 ... Oxide film
29 ... Gate electrode
29p, 32p, 41p, 55p ... p + type gate electrode
30 ... polycrystalline semiconductor layer
31 ... Gate wiring layer
33, 40 ... n- type high resistance layer
51, 53... N + type polycrystalline silicon layers
52... N-type polycrystalline silicon layer
100 ... p + type contact layer
111, 141p ... p-type substrate
111n ... n-type substrate
112 ... n-type high resistance layer
112b ... n-type buffer layer
112c, 152n ... n-type epitaxial layer
112x ... n- type base layer
113, 142p ... p-type well layer
113x ... p-type base layer
114, 114x, 143n... N-type source layer
115, 115x, 144n... N-type drain layer
115a ... n-type low resistance layer
116, 116a, 116x, 145 ... trench
117,146 ... gate insulating film
118, 147 gate electrode
119, 138, 138b, 148 ... source electrode
119x ... metal layer
120, 120a, 120b, 149 ... Drain electrode
131 ... p-type high resistance layer
132 ... n-type RESURF diffusion layer
133, 133a... N-type offset layer
134, 135, 135a, 151n ... n-type buried layer
136 ... p-type diffusion layer
137 ... Insulating layer
142n ... n-type well layer
143p ... p-type source layer
144p ... p-type drain layer
151p ... p-type buried layer
161n ... n-type offset layer
161p ... p-type offset layer
162 ... side wall
171n ... n-type low concentration layer
171p ... p-type low concentration layer

Claims (3)

ドレイン電極と、
前記ドレイン電極上に形成された第2導電型基板と、
前記第2導電型基板上に形成された第2導電型高抵抗層と、
前記第2導電型高抵抗層よりも低抵抗を有して前記第2導電型高抵抗層に形成された第2導電型埋込層と、
前記第2導電型高抵抗層表面に形成された第2導電型ドレイン層と、
前記第2導電型ドレイン層とは異なる領域で前記第2導電型高抵抗層表面に形成された第1導電型ベース層と、
前記第1導電型ベース層表面に形成された第2導電型ソース層と、
前記第2導電型ソース層に形成されたソース電極と、
前記第2導電型ソース層と前記第2導電型ドレイン層との間で前記第2導電型高抵抗層の途中の深さまで形成された複数のトレンチ内にゲート絶縁膜を介して埋込形成されたゲート電極と
を備えたことを特徴とする半導体装置。
A drain electrode;
A second conductivity type substrate formed on the drain electrode;
A second conductive type high resistance layer formed on the second conductive type substrate;
A second conductivity type buried layer having a lower resistance than the second conductivity type high resistance layer and formed in the second conductivity type high resistance layer;
A second conductivity type drain layer formed on the surface of the second conductivity type high resistance layer;
A first conductivity type base layer formed on a surface of the second conductivity type high resistance layer in a region different from the second conductivity type drain layer;
A second conductivity type source layer formed on the surface of the first conductivity type base layer;
A source electrode formed on the second conductivity type source layer;
A plurality of trenches formed between the second conductivity type source layer and the second conductivity type drain layer to a depth in the middle of the second conductivity type high resistance layer are buried via a gate insulating film. A semiconductor device comprising: a gate electrode;
ドレイン電極と、
前記ドレイン電極上に形成された第2導電型ドレイン層と、
前記第2導電型ドレイン層上に形成された第2導電型高抵抗層と、
前記第2導電型高抵抗層上に形成された第1導電型ベース層と、
前記第1導電型ベース層に形成された直線状の第1導電型コンタクト層と、
前記第1導電型コンタクト層とは異なる領域の前記第1導電型ベース層表面に形成された第2導電型ソース層と、
前記第2導電型ソース層の表面から前記ドレイン電極に達する深さを有して前記第2導電型ソース層の表面に形成された複数のトレンチ内に絶縁膜を介して埋込み形成されたゲート電極と、
前記第1導電型コンタクト層及びその近傍の前記第2導電型ソース層にコンタクトして形成されたソース電極とを備え、
前記第2導電型ドレイン層、前記第2導電型高抵抗層、前記第1導電型ベース層、前記第1導電型コンタクト層及び前記第2導電型ソース層は、多結晶シリコンから形成されていることを特徴とする半導体装置。
A drain electrode;
A second conductivity type drain layer formed on the drain electrode;
A second conductivity type high resistance layer formed on the second conductivity type drain layer;
A first conductivity type base layer formed on the second conductivity type high resistance layer;
A linear first conductivity type contact layer formed on the first conductivity type base layer;
A second conductivity type source layer formed on a surface of the first conductivity type base layer in a region different from the first conductivity type contact layer;
A gate electrode having a depth reaching the drain electrode from the surface of the second conductivity type source layer and buried through a plurality of trenches formed on the surface of the second conductivity type source layer via an insulating film; When,
A source electrode formed in contact with the first conductivity type contact layer and the second conductivity type source layer in the vicinity thereof;
The second conductive type drain layer, the second conductive type high resistance layer, the first conductive type base layer, the first conductive type contact layer, and the second conductive type source layer are formed of polycrystalline silicon. A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
請求項に記載の半導体装置において、
前記第1導電型コンタクト層の長手方向と前記各トレンチの長手方向とは互いに略直交していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2 ,
A semiconductor device, wherein a longitudinal direction of the first conductivity type contact layer and a longitudinal direction of each of the trenches are substantially orthogonal to each other.
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