JP4923414B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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この発明は、MOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)またはバイポーラトランジスタ等に適用可能で、高耐圧化と大電流容量化が両立する半導体素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor device that can be applied to a MOSFET (insulated gate field effect transistor), an IGBT (insulated gate bipolar transistor), a bipolar transistor, or the like and achieves both high breakdown voltage and large current capacity.

一般に半導体素子は、片面のみに電極部を持つ横型素子と、両面に電極部を持つ縦型素子とに大別できる。縦型素子は、オン時にドリフト電流が流れる方向と、オフ時に逆バイアス電圧による空乏層が延びる方向とが、ともに基板の厚み方向(縦方向)である。例えば、通常のプレーナ型のnチャネル縦型MOSFETでは、高抵抗のn-ドリフト層の部分は、MOSFETがオン状態のときは縦方向にドリフト電流を流す領域として働き、オフ状態のときは空乏化して耐圧を高める働きをする。 In general, semiconductor elements can be broadly classified into horizontal elements having electrode portions only on one side and vertical elements having electrode portions on both sides. In the vertical element, the direction in which the drift current flows when turned on and the direction in which the depletion layer is extended by the reverse bias voltage when turned off are both in the thickness direction (vertical direction) of the substrate. For example, in a normal planar type n-channel vertical MOSFET, the portion of the high resistance n drift layer functions as a region for flowing a drift current in the vertical direction when the MOSFET is in the on state, and is depleted when in the off state. It works to increase pressure resistance.

この高抵抗のn-ドリフト層の厚さを薄くする、すなわち電流経路長を短くすることは、オン状態ではドリフト抵抗が低くなるので、MOSFETの実質的なオン抵抗(ドレイン−ソース間抵抗)を下げる効果をもたらす。しかし、オフ状態ではpベース領域とn-ドリフト層との間のpn接合から拡張するドレイン−ベース間空乏層の拡張幅が狭くなるため、空乏電界強度がシリコンの最大(臨界)電界強度に速く達することになる。つまり、ドレイン−ソース電圧が素子耐圧の設計値に達する前に、ブレークダウンが生じるため、耐圧(ドレイン−ソース電圧)が低下してしまう。 Reducing the thickness of the high-resistance n drift layer, that is, shortening the current path length lowers the drift resistance in the on state, so that the substantial on-resistance (drain-source resistance) of the MOSFET is reduced. It has a lowering effect. However, since the extension width of the drain-base depletion layer extending from the pn junction between the p base region and the n drift layer becomes narrow in the off state, the depletion electric field strength is faster than the maximum (critical) electric field strength of silicon. Will reach. That is, breakdown occurs before the drain-source voltage reaches the design value of the device breakdown voltage, and the breakdown voltage (drain-source voltage) is lowered.

逆に、n-ドリフト層を厚く形成すると、高耐圧化を図ることができるが、必然的にオン抵抗が大きくなるので、オン損失が増す。このように、オン抵抗(電流容量)と耐圧との間にはトレードオフ関係がある。この関係は、ドリフト層を持つIGBT、バイポーラトランジスタおよびダイオード等の半導体素子においても同様に成立することが知られている。また、オン時にドリフト電流が流れる方向と、オフ時に逆バイアス電圧による空乏層が延びる方向とが異なる横型素子でも同様である。この問題に対する解決法として、ドリフト層を、不純物濃度を高めたn型の領域とp型の領域とを交互に配置した並列pn構造とした半導体素子(以下、超接合半導体素子とする)が公知である。 On the contrary, when the n drift layer is formed thick, it is possible to increase the breakdown voltage, but the on-resistance is inevitably increased, so that the on-loss increases. Thus, there is a trade-off relationship between on-resistance (current capacity) and breakdown voltage. This relationship is also known to hold in semiconductor devices such as IGBTs having a drift layer, bipolar transistors, and diodes. The same applies to a lateral element in which the direction in which the drift current flows when turned on and the direction in which the depletion layer is extended by the reverse bias voltage when turned off. As a solution to this problem, a semiconductor element (hereinafter referred to as a superjunction semiconductor element) in which a drift layer has a parallel pn structure in which n-type regions and p-type regions with an increased impurity concentration are alternately arranged is known. It is.

超接合半導体素子と通常のプレーナ型のnチャネル縦型MOSFETとの構造上の違いは、ドリフト部が一様・単一の導電型層(不純物拡散層)ではなく、縦型層状のn型のドリフト領域と縦型層状のp型の仕切領域とを交互に接合した並列pn構造で構成されるということである。この構造では、並列pn構造の不純物濃度が高くても、オフ状態では並列pn構造の縦方向に配向する各pn接合から空乏層がその横方向双方に拡張し、ドリフト部全体が空乏化するため、高耐圧化を図ることができる。   The difference in structure between a superjunction semiconductor element and a normal planar type n-channel vertical MOSFET is that the drift portion is not a uniform / single conductive type layer (impurity diffusion layer), but a vertical layer-like n-type. That is, it is constituted by a parallel pn structure in which a drift region and a vertical layered p-type partition region are joined alternately. In this structure, even if the impurity concentration of the parallel pn structure is high, the depletion layer extends in both the lateral directions from each pn junction oriented in the vertical direction of the parallel pn structure in the off state, and the entire drift portion is depleted. High breakdown voltage can be achieved.

このような超接合半導体素子において、並列pn構造の表面の一部を酸化膜で覆ったものが公知である(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。また、低抵抗基板上に上述した並列pn構造を作製する方法として、n型半導体層にトレンチを形成し、そのトレンチをp型半導体のエピタキシャル成長層で埋め、表面を研磨して平坦化するトレンチ埋め込み法が公知である(例えば、特許文献3参照。)。   In such a superjunction semiconductor element, one in which a part of the surface of the parallel pn structure is covered with an oxide film is known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). Further, as a method of manufacturing the above-described parallel pn structure on a low resistance substrate, a trench is formed by forming a trench in an n-type semiconductor layer, filling the trench with an epitaxial growth layer of a p-type semiconductor, and polishing and planarizing the surface. The method is known (see, for example, Patent Document 3).

特開2002−134748号公報JP 2002-134748 A 特開2001−298190号公報JP 2001-298190 A 特開2001−196573号公報JP 2001-196573 A

超接合半導体素子では、耐圧を確保しつつ低オン抵抗を得るために、並列pn構造のn型領域とp型領域の総不純物量を概ね同じにし、n型領域とp型領域の深さ方向の不純物濃度が概ね均一となるようにする必要がある。n型領域とp型領域の幅が同じ場合には、n型領域とp型領域の不純物濃度を概ね同じにすればよい。このようにすることによって、オン状態のときに電流が流れる活性領域では、耐圧を確保することができる。   In a superjunction semiconductor device, in order to obtain a low on-resistance while ensuring a breakdown voltage, the total impurity amount of the n-type region and the p-type region of the parallel pn structure is made substantially the same, and the depth direction of the n-type region and the p-type region is It is necessary to make the impurity concentration of the substrate approximately uniform. When the widths of the n-type region and the p-type region are the same, the impurity concentrations of the n-type region and the p-type region may be made substantially the same. By doing so, a withstand voltage can be ensured in the active region where current flows in the on state.

しかし、上記特許文献3に開示された方法に従って、一度のトレンチ形成工程と一度のトレンチ埋め込みエピタキシャル成長工程により活性領域の並列pn構造とその周囲の非活性領域の並列pn構造を形成すると、活性領域の並列pn構造をそのまま非活性領域の耐圧構造部まで延長した構造となる。この構造では、最も外側のpベース領域のpn接合からの空乏層が素子の外方向や深さ方向へ広がりきらないため、空乏電界強度がシリコンの臨界電界強度に速く達してしまい、耐圧が低下してしまう。   However, when the parallel pn structure of the active region and the parallel pn structure of the surrounding inactive region are formed by one trench formation step and one trench buried epitaxial growth step according to the method disclosed in Patent Document 3, the active region The parallel pn structure is directly extended to the withstand voltage structure portion of the inactive region. In this structure, since the depletion layer from the pn junction in the outermost p base region does not extend outward or in the depth direction of the device, the depletion electric field strength quickly reaches the critical electric field strength of silicon, and the breakdown voltage decreases. Resulting in.

また、上記特許文献3に開示された方法では、表面の研磨が終了した時点で、その表面に並列pn構造のn型領域とp型領域が露出しているため、その上に熱酸化法により酸化膜を形成すると、その熱酸化膜中にp型領域のドーパントであるボロンが取り込まれてしまい、p型領域の濃度が表面側で低くなる。これに対して、n型領域では、ドーパントであるリンが熱酸化膜中に取り込まれずに、熱酸化膜とシリコンとの界面に蓄積する。このため、熱酸化膜の直下に配置された並列pn構造の表面側では、p型領域の濃度よりもn型領域の濃度が高くなる。   Further, in the method disclosed in Patent Document 3, when the polishing of the surface is completed, the n-type region and the p-type region of the parallel pn structure are exposed on the surface. When the oxide film is formed, boron, which is a dopant in the p-type region, is taken into the thermal oxide film, and the concentration of the p-type region is lowered on the surface side. On the other hand, in the n-type region, phosphorus, which is a dopant, is not taken into the thermal oxide film, but accumulates at the interface between the thermal oxide film and silicon. For this reason, the concentration of the n-type region is higher than the concentration of the p-type region on the surface side of the parallel pn structure disposed immediately below the thermal oxide film.

つまり、図39に示すように、フィールド酸化膜11となる熱酸化膜の直下の並列pn構造7において、p型領域6とフィールド酸化膜11との界面、およびそのp型領域6を通って低抵抗基板(n+基板)1の表面のドレイン電極15へ至る箇所を、それぞれA1およびA2とし、n型領域5とフィールド酸化膜11との界面、およびそのn型領域5を通ってドレイン電極15へ至る箇所を、それぞれB1およびB2とすると、図40に示すA1−A2およびB1−B2の濃度プロファイルのように、B1近傍領域の濃度がA1近傍の濃度よりも高くなる。従って、フィールド酸化膜11の直下の並列pn構造で空乏層が広がりにくくなり、耐圧の低下を引き起こす。 That is, as shown in FIG. 39, in the parallel pn structure 7 immediately below the thermal oxide film to be the field oxide film 11, the low level passes through the interface between the p-type region 6 and the field oxide film 11 and the p-type region 6. The portions of the surface of the resistance substrate (n + substrate) 1 that reach the drain electrode 15 are denoted by A1 and A2, respectively. The drain electrode 15 passes through the interface between the n-type region 5 and the field oxide film 11 and the n-type region 5. Assuming that the locations leading to are B1 and B2, respectively, the concentration in the vicinity of B1 is higher than the concentration in the vicinity of A1, as in the concentration profiles of A1-A2 and B1-B2 shown in FIG. Therefore, the depletion layer is difficult to spread in the parallel pn structure immediately below the field oxide film 11, and the breakdown voltage is reduced.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、トレンチ埋め込み法により作製された並列pn構造をドリフト部とする半導体素子の耐圧を確保することができる半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device capable of securing the withstand voltage of a semiconductor device having a parallel pn structure manufactured by a trench embedding method as a drift portion in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art. With the goal.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、の発明にかかる半導体素子の製造方法は、オン状態のときに電流が流れる活性領域と該活性領域の周囲の非活性領域にわたって、低抵抗層上に第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域が交互に配置された並列pn構造を有する半導体素子を製造するにあたって、低抵抗層上に第1導電型半導体をエピタキシャル成長させる第1の工程と、前記第1導電型半導体のエピタキシャル成長層に複数のトレンチを所定の間隔おきに形成する第2の工程と、前記トレンチ内を第2導電型半導体のエピタキシャル成長により埋める第3の工程と、前記トレンチ間に残った第1導電型半導体領域および前記トレンチ内に埋め込まれた第2導電型半導体領域よりなる並列pn構造の表面を研磨により平坦にする第4の工程と、平坦になった前記並列pn構造の非活性領域となる領域に第2導電型の不純物をイオン注入する第5の工程と、前記並列pn構造に注入された第2導電型の不純物を非酸化性雰囲気での熱処理により活性化させる第6の工程と、熱酸化により前記並列pn構造の表面の一部をフィールド酸化膜で覆う第7の工程と、を含むことを特徴とする。 To solve the above problems and achieve an object, a method of manufacturing a semiconductor device according to this invention, over non-active area surrounding the active region and the active region in which a current flows when the on-state, the low-resistance layer A first step of epitaxially growing a first conductive type semiconductor on a low resistance layer in manufacturing a semiconductor element having a parallel pn structure in which first conductive type semiconductor regions and second conductive type semiconductor regions are alternately arranged A second step of forming a plurality of trenches in the epitaxial growth layer of the first conductive type semiconductor at predetermined intervals, a third step of filling the trenches by epitaxial growth of the second conductive type semiconductor, and the trench The surface of the parallel pn structure composed of the first conductive type semiconductor region remaining in between and the second conductive type semiconductor region buried in the trench is flattened by polishing. A fourth step of ion implantation, a fifth step of ion-implanting a second conductivity type impurity into a flat region of the parallel pn structure that becomes the inactive region, and a second conductivity implanted into the parallel pn structure. A sixth step of activating the type impurities by heat treatment in a non-oxidizing atmosphere, and a seventh step of covering part of the surface of the parallel pn structure with a field oxide film by thermal oxidation. And

の発明にかかる半導体素子の製造方法は、上述した発明において、前記第1導電型半導体領域と前記第2導電型半導体領域は、平面形状がストライプ状をなすように交互に配置されており、前記第5の工程では、非活性領域となる領域に配置された前記並列pn構造のうち、前記活性領域となる領域を通らない前記第1導電型半導体領域および前記第2導電型半導体領域よりなるストライプ状部分に対してのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to this invention is the invention described above, wherein the first conductive type semiconductor region second conductivity type semiconductor regions are alternately arranged so that the planar shape forms a stripe, In the fifth step, the parallel pn structure disposed in the region that becomes the inactive region includes the first conductive type semiconductor region and the second conductive type semiconductor region that do not pass through the region that becomes the active region. An impurity of the second conductivity type is selectively ion-implanted only in the stripe portion.

の発明にかかる半導体素子の製造方法は、オン状態のときに電流が流れる活性領域と該活性領域の周囲の非活性領域にわたって、低抵抗層上に第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域がストライプ状の平面形状をなすように交互に配置された並列pn構造を有する半導体素子を製造するにあたって、低抵抗層上に第1導電型半導体をエピタキシャル成長させる第1の工程と、前記第1導電型半導体のエピタキシャル成長層に複数のトレンチを所定の間隔おきに形成する第2の工程と、前記トレンチ内を第2導電型半導体のエピタキシャル成長により埋める第3の工程と、前記トレンチ間に残った第1導電型半導体領域および前記トレンチ内に埋め込まれた第2導電型半導体領域よりなる並列pn構造の表面を研磨により平坦にする第4の工程と、非活性領域となる領域において平坦になった前記並列pn構造のうち、活性領域となる領域を通らない前記第1導電型半導体領域および前記第2導電型半導体領域よりなるストライプ状部分と活性領域となる領域を通って非活性領域まで至る前記第1導電型半導体領域および前記第2導電型半導体領域よりなるストライプ状部分の両方に第2導電型の不純物をイオン注入する第5の工程と、前記並列pn構造に注入された第2導電型の不純物を非酸化性雰囲気での熱処理により活性化させる第6の工程と、熱酸化により前記並列pn構造の表面の一部をフィールド酸化膜で覆う第7の工程と、を含むことを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to this invention, over non-active area surrounding the active region and the active region in which a current flows when the ON state, the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type on the low-resistance layer In manufacturing a semiconductor element having a parallel pn structure in which semiconductor regions are alternately arranged so as to form a stripe-like planar shape, a first step of epitaxially growing a first conductivity type semiconductor on a low resistance layer; A second step of forming a plurality of trenches in the epitaxial growth layer of one conductivity type semiconductor at predetermined intervals; a third step of filling the trench by epitaxial growth of the second conductivity type semiconductor; The surface of the parallel pn structure composed of the first conductive type semiconductor region and the second conductive type semiconductor region embedded in the trench is flattened by polishing. And a stripe-shaped portion made of the first conductive semiconductor region and the second conductive semiconductor region that do not pass through the region serving as the active region of the parallel pn structure flattened in the region serving as the non-active region. A second conductivity type impurity is ion-implanted into both the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region extending from the active region to the inactive region. A step of activating a second conductivity type impurity implanted into the parallel pn structure by a heat treatment in a non-oxidizing atmosphere; and a field oxidation of a part of the surface of the parallel pn structure by thermal oxidation And a seventh step of covering with a film.

の発明にかかる半導体素子の製造方法は、上述した発明において、前記第5の工程では、前記並列pn構造の非活性領域となる領域の一部の領域の第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域にのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to this invention is the invention described above, in the fifth step, the parallel pn first conductivity type in the partial region of the non-active region and a region of the structure the semiconductor region and the second A second conductivity type impurity is selectively ion-implanted only in the conductivity type semiconductor region.

の発明にかかる半導体素子の製造方法は、上述した発明において、前記第5の工程では、前記並列pn構造の非活性領域となる領域の第2導電型半導体領域にのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to this invention is the invention described above, in the fifth step, the second conductive only selectively to the second conductivity type semiconductor region of the non-active region and a region of the parallel pn structure It is characterized by ion-implanting a type impurity.

の発明にかかる半導体素子の製造方法は、上述した発明において、前記第5の工程では、前記並列pn構造の非活性領域となる領域の一部の領域の第2導電型半導体領域にのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the invention this is, in the invention described above, in the fifth step, selecting only the second conductivity type semiconductor region of the partial region of the region to be the non-active region of the parallel pn structure In particular, the second conductivity type impurity is ion-implanted.

の発明にかかる半導体素子の製造方法は、上述した発明において、前記第5の工程では、前記並列pn構造の非活性領域となる領域の第1導電型半導体領域にのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to this invention is the invention described above, in the fifth step, the second conductive only selectively a first conductivity type semiconductor region of the non-active region and a region of the parallel pn structure It is characterized by ion-implanting a type impurity.

の発明にかかる半導体素子の製造方法は、上述した発明において、前記第5の工程では、前記並列pn構造の非活性領域となる領域の一部の領域の第1導電型半導体領域にのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the invention this is, in the invention described above, in the fifth step, selecting only the first conductivity type semiconductor region of the partial region of the region to be the non-active region of the parallel pn structure In particular, the second conductivity type impurity is ion-implanted.

この発明にかかる半導体素子の製造方法は、上述した発明において、非活性領域上の前記フィールド酸化膜の活性領域側端部を覆うフィールドプレート電極と非活性領域上の前記フィールド酸化膜のチップ外周側端部を覆うチャネルストッパ電極を形成する第8の工程をさらに含み、前記第5の工程では、前記フィールドプレート電極のチャネルストッパ電極側端部の真下と前記チャネルストッパ電極のフィールドプレート電極側端部の真下との間に位置する箇所から、前記チャネルストッパ電極により覆われる領域までを除く領域にのみ、選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする。The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is the above-described invention. The method further includes an eighth step of forming a channel stopper electrode that covers the end portion. In the fifth step, the field plate electrode side end portion directly below the channel stopper electrode side end portion of the field plate electrode. The second conductivity type impurity is selectively ion-implanted only in a region excluding the portion located between the region immediately below and the region covered with the channel stopper electrode.

この発明にかかる半導体素子の製造方法は、オン状態のときに電流が流れる活性領域と該活性領域の周囲の非活性領域にわたって、低抵抗層上に第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域が交互に配置された並列pn構造を有する半導体素子を製造するにあたって、低抵抗層上に第1導電型半導体をエピタキシャル成長させる第1の工程と、前記第1導電型半導体のエピタキシャル成長層の表面にトレンチ形成用のマスクを形成し、該マスクを用いて前記第1導電型半導体のエピタキシャル成長層に複数のトレンチを所定の間隔おきに形成する第2の工程と、前記トレンチ内を第2導電型半導体のエピタキシャル成長により埋める第3の工程と、前記第2の工程で形成された前記マスクおよび前記トレンチ内に埋め込まれた第2導電型半導体領域よりなる表面を研磨により平坦にする第4の工程と、前記トレンチ間に残った第1導電型半導体領域および前記トレンチ内に埋め込まれた第2導電型半導体領域よりなる並列pn構造の一部または全部の表面に第2導電型の不純物をイオン注入する第5の工程と、前記並列pn構造の、第2導電型の不純物がイオン注入された領域を含む表面に第1導電型半導体をエピタキシャル成長させる第6の工程と、を含み、前記第5の工程では、前記第3の工程で前記トレンチ内に埋め込まれた前記第2導電型半導体領域をおおよそ前記マスクの厚さ分だけエッチングした後に、前記マスクを用いて自己整合的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする。The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first conductive type semiconductor region and a second conductive type semiconductor on a low resistance layer over an active region where current flows in an on state and an inactive region around the active region. In manufacturing a semiconductor device having a parallel pn structure in which regions are alternately arranged, a first step of epitaxially growing a first conductivity type semiconductor on a low resistance layer, and a surface of the epitaxial growth layer of the first conductivity type semiconductor A second step of forming a trench forming mask, and using the mask to form a plurality of trenches in the epitaxial growth layer of the first conductive type semiconductor at predetermined intervals; and the second conductive type semiconductor in the trench A third step of burying by epitaxial growth of the second conductive type half-mask embedded in the trench and the mask formed in the second step A fourth step of flattening the surface of the body region by polishing, and a parallel pn structure comprising a first conductive type semiconductor region remaining between the trenches and a second conductive type semiconductor region embedded in the trenches A fifth step of ion-implanting a second conductivity type impurity into a part or all of the surface, and a first conductivity type semiconductor on the surface of the parallel pn structure including a region where the second conductivity type impurity is ion-implanted. A sixth step of epitaxial growth, and in the fifth step, the second conductive type semiconductor region embedded in the trench in the third step is etched by approximately the thickness of the mask. The second conductivity type impurity is ion-implanted in a self-aligning manner using the mask.

この発明にかかる半導体素子の製造方法は、上述した発明において、前記第4の工程と前記第6の工程の間に、前記トレンチ間に残った第1導電型半導体領域および前記トレンチ内に埋め込まれた第2導電型半導体領域よりなる並列pn構造の一部または全部の表面に第1導電型の不純物をイオン注入する第7の工程をさらに含み、前記第7の工程でイオン注入される第1導電型の不純物のドーズ量は、前記第5の工程でイオン注入される第2導電型の不純物のドーズ量の略1/2であることを特徴とする。The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is the semiconductor device manufacturing method according to the above-described invention, wherein the first conductivity type semiconductor region remaining between the trenches and the trench are buried between the fourth step and the sixth step. A seventh step of ion-implanting a first conductivity type impurity into a part or all of the surface of the parallel pn structure made of the second conductivity type semiconductor region, and the first step of ion implantation in the seventh step; The dose amount of the conductivity type impurity is approximately ½ of the dose amount of the second conductivity type impurity ion-implanted in the fifth step.

この発明にかかる半導体素子の製造方法は、上述した発明において、前記第5の工程では、前記トレンチ間に残った第1導電型半導体領域および前記トレンチ内に埋め込まれた第2導電型半導体領域よりなる並列pn構造の前記第2導電型半導体領域の表面にのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする。In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, in the above-described invention, in the fifth step, the first conductive semiconductor region remaining between the trenches and the second conductive semiconductor region buried in the trenches are used. A second conductivity type impurity is selectively ion-implanted only into the surface of the second conductivity type semiconductor region of the parallel pn structure.

この発明にかかる半導体素子の製造方法は、上述した発明において、前記第5の工程の直前に、前記第7の工程を行うことを特徴とする。The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the seventh step is performed immediately before the fifth step.

この発明にかかる半導体素子の製造方法は、上述した発明において、前記第5の工程の直後に、前記第7の工程を行うことを特徴とする。The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the seventh step is performed immediately after the fifth step.

この発明にかかる半導体素子の製造方法は、上述した発明において、前記第7の工程では、並列pn構造の前記第1導電型半導体領域の表面にのみ選択的に第1導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする。In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, in the above-described invention, in the seventh step, the first conductivity type impurity is selectively ion-implanted only on the surface of the first conductivity type semiconductor region having a parallel pn structure. It is characterized by doing.

この発明にかかる半導体素子の製造方法は、上述した発明において、前記第6の工程では、前記並列pn構造の表面に、同並列pn構造の第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域の繰り返しピッチの1/2程度の厚さの第1導電型半導体をエピタキシャル成長させることを特徴とする。In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, in the above-described invention, in the sixth step, the first conductive type semiconductor region and the second conductive type semiconductor region of the parallel pn structure are formed on the surface of the parallel pn structure. A first conductivity type semiconductor having a thickness of about 1/2 of the repetitive pitch is epitaxially grown.

上述した発明によれば、並列pn構造の表面に熱酸化膜を形成する前に、予め非活性領域となる領域に第2導電型の不純物をイオン注入しておくことによって、非活性領域となる領域の並列pn構造では、その表面側において第2導電型の総不純物量が第1導電型の総不純物量よりも多くなる。その状態で並列pn構造の表面に熱酸化膜を形成するときに熱酸化膜中に第2導電型の不純物が取り込まれ、また熱酸化膜とシリコンの界面に第1導電型の不純物が蓄積しても、非活性領域となる領域では、第1導電型半導体領域の不純物量が第2導電型半導体領域の不純物量よりも少なくなる。従って、非活性領域の耐圧構造部で空乏層が広がりやすくなり、耐圧が向上する。According to the above-described invention, before the thermal oxide film is formed on the surface of the parallel pn structure, the second conductive type impurity is ion-implanted in the region that becomes the inactive region in advance, thereby becoming the inactive region. In the parallel pn structure of regions, the total impurity amount of the second conductivity type is larger than the total impurity amount of the first conductivity type on the surface side. In this state, when the thermal oxide film is formed on the surface of the parallel pn structure, the second conductivity type impurity is taken into the thermal oxide film, and the first conductivity type impurity is accumulated at the interface between the thermal oxide film and the silicon. However, in the region that becomes the inactive region, the impurity amount of the first conductivity type semiconductor region is smaller than the impurity amount of the second conductivity type semiconductor region. Therefore, the depletion layer easily spreads in the breakdown voltage structure portion in the inactive region, and the breakdown voltage is improved.

上述した発明によれば、並列pn構造の表面に熱酸化膜を形成する前に、予め非活性領域となる領域の並列pn構造のうち、活性領域となる領域を通らないストライプ状部分と活性領域となる領域を通って非活性領域まで至るストライプ状部分の両方に第2導電型の不純物をイオン注入しておくことによって、そのイオン注入領域の並列pn構造では、その表面側において第2導電型の総不純物量が第1導電型の総不純物量よりも多くなる。その状態で並列pn構造の表面に熱酸化膜を形成するときに熱酸化膜中に第2導電型の不純物が取り込まれ、また熱酸化膜とシリコンの界面に第1導電型の不純物が蓄積しても、並列pn構造のうち、活性領域となる領域を通らないストライプ状部分では、第1導電型半導体領域の不純物量が第2導電型半導体領域の不純物量よりも少なくなるので、耐圧構造部で空乏層が広がりやすくなり、耐圧が向上する。また、非活性領域となる領域の並列pn構造のうち、活性領域となる領域を通って非活性領域まで至るストライプ状部分では、表面側でのチャージアンバランスが緩和され、チャージバランスが確保されるので、局所的な電界集中がなくなり、横型の超接合構造としての耐圧が確保され、耐圧が向上する。According to the above-described invention, before forming the thermal oxide film on the surface of the parallel pn structure, the stripe-shaped portion and the active region that do not pass through the region that becomes the active region in the parallel pn structure that becomes the inactive region in advance. In the parallel pn structure of the ion implantation region, the second conductivity type is formed on the surface side by ion-implanting the second conductivity type impurity into both of the stripe-shaped portions extending through the region to the inactive region. The total amount of impurities is larger than the total amount of impurities of the first conductivity type. In this state, when the thermal oxide film is formed on the surface of the parallel pn structure, the second conductivity type impurity is taken into the thermal oxide film, and the first conductivity type impurity is accumulated at the interface between the thermal oxide film and the silicon. However, in the parallel pn structure, the amount of impurities in the first conductivity type semiconductor region is smaller than the amount of impurities in the second conductivity type semiconductor region in the stripe portion that does not pass through the region that becomes the active region. As a result, the depletion layer easily spreads and the breakdown voltage is improved. In addition, in the parallel pn structure of the region that becomes the inactive region, the charge imbalance on the surface side is alleviated and the charge balance is secured in the stripe-like portion that extends from the region that becomes the active region to the inactive region. Therefore, local electric field concentration is eliminated, the breakdown voltage as the lateral superjunction structure is secured, and the breakdown voltage is improved.

上述した発明によれば、フィールドプレート電極のチャネルストッパ電極側端部の真下とチャネルストッパ電極のフィールドプレート電極側端部の真下との間に位置する箇所から、チャネルストッパ電極の直下までの領域には、第2導電型の不純物がイオン注入されない。このチャネルストッパ側の、第2導電型の不純物が注入されない領域では、並列pn構造の表面側で第1導電型半導体領域の不純物濃度が第2導電型半導体領域の不純物濃度よりも高くなるので、空乏層の伸びが抑制される。従って、特にフィールド酸化膜の表面に負電荷の外乱が与えられたときの耐圧低下を防止することができる。また、フィールドプレート電極の端部付近で最も電界が強くなるので、チャネルストッパ電極の直下まで第2導電型の不純物がイオン注入されていなくても、十分な耐圧を確保することができる。According to the above-described invention, the region located between the position immediately below the channel stopper electrode side end portion of the field plate electrode and the field stopper electrode side end portion of the channel stopper electrode to the region immediately below the channel stopper electrode. The second conductivity type impurity is not ion-implanted. In the region where the second conductivity type impurity is not implanted on the channel stopper side, the impurity concentration of the first conductivity type semiconductor region is higher than the impurity concentration of the second conductivity type semiconductor region on the surface side of the parallel pn structure. Elongation of the depletion layer is suppressed. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in breakdown voltage particularly when a negative charge disturbance is applied to the surface of the field oxide film. In addition, since the electric field is strongest in the vicinity of the end portion of the field plate electrode, a sufficient breakdown voltage can be ensured even if the second conductivity type impurity is not ion-implanted up to just below the channel stopper electrode.

上述した発明によれば、並列pn構造の表面に第2導電型不純物をイオン注入した後に、並列pn構造の表面に第1導電型半導体をエピタキシャル成長させることによって、その後のフィールド酸化膜となる熱酸化膜を生成するための酸化工程において第2導電型不純物が拡散しても、並列pn構造の表面には第1導電型のドーパントのみがあるので、生成する熱酸化膜中に第2導電型のドーパントが取り込まれることはない。従って、フィールド酸化膜の直下に存在する並列pn構造の表面側では、チャージアンバランスが生じない。これにより、エッジ部の空乏層の広がりが妨げられないので、酸化膜の直下、すなわちエッジ部の直下に存在する空乏層が広がりやすくなり、電界の集中が抑制されるので、耐圧が向上する。According to the above-described invention, after the second conductivity type impurity is ion-implanted into the surface of the parallel pn structure, the first conductivity type semiconductor is epitaxially grown on the surface of the parallel pn structure, thereby forming a thermal oxidation that becomes a subsequent field oxide film. Even if the second conductivity type impurity is diffused in the oxidation step for generating the film, only the first conductivity type dopant is present on the surface of the parallel pn structure. Dopants are not incorporated. Therefore, no charge imbalance occurs on the surface side of the parallel pn structure that exists directly under the field oxide film. Thereby, since the spread of the depletion layer at the edge portion is not hindered, the depletion layer immediately below the oxide film, that is, immediately below the edge portion is easily spread, and the concentration of the electric field is suppressed, so that the breakdown voltage is improved.

上述した発明によれば、第2導電型不純物のイオン注入と第1導電型不純物のイオン注入を行うことによって、フィールド酸化膜となる熱酸化膜の直下の並列pn構造において、その表面側でのチャージバランスを容易に確保することができる。また、フィールド酸化膜となる熱酸化膜の直下の並列pn構造において、その表面側の濃度を容易に制御することができる。さらに、それぞれのイオン注入量を制御することによって、並列pn構造のp型領域の濃度を高めることができるので、より一層、空乏層の広がりが促進されるようにすることができる。According to the above-described invention, by performing ion implantation of the second conductivity type impurity and ion implantation of the first conductivity type impurity, in the parallel pn structure immediately below the thermal oxide film that becomes the field oxide film, Charge balance can be easily secured. Further, in the parallel pn structure immediately below the thermal oxide film that becomes the field oxide film, the concentration on the surface side can be easily controlled. Furthermore, since the concentration of the p-type region of the parallel pn structure can be increased by controlling the respective ion implantation amounts, the spread of the depletion layer can be further promoted.

本発明にかかる半導体素子の製造方法によれば、トレンチ埋め込み法により作製された並列pn構造をドリフト部とする半導体素子の耐圧を確保することができるという効果を奏する。   According to the method for manufacturing a semiconductor element according to the present invention, there is an effect that the breakdown voltage of the semiconductor element having the parallel pn structure manufactured by the trench embedding method as a drift portion can be secured.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体素子の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す「+」は、それが付されていない層や領域よりも高不純物濃度であることを意味する。なお、すべての添付図面において同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Exemplary embodiments of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. Further, “ + ” attached to n or p means that the impurity concentration is higher than that of a layer or region where it is not attached. Note that the same reference numerals are given to the same components in all the attached drawings, and redundant description is omitted.

実施の形態1.
図1〜図9に、実施の形態1にかかる製造方法に従って製造中のMOSFETの断面構成を順に示す。まず、図1に示すように、例えばアンチモン等の不純物濃度が2×1018cm-3程度であるn型の低抵抗シリコン基板(n++基板)1を用意する。そして、n型低抵抗基板1の上に、例えばリンの不純物濃度が6×1015cm-3程度であるn型半導体2を例えば約50μmの厚さにエピタキシャル成長させる。
Embodiment 1 FIG.
1 to 9 sequentially show the cross-sectional configurations of MOSFETs being manufactured according to the manufacturing method according to the first embodiment. First, as shown in FIG. 1, an n-type low-resistance silicon substrate (n ++ substrate) 1 having an impurity concentration of, for example, antimony or the like of about 2 × 10 18 cm −3 is prepared. Then, an n-type semiconductor 2 having, for example, a phosphorus impurity concentration of about 6 × 10 15 cm −3 is epitaxially grown on the n-type low-resistance substrate 1 to a thickness of, for example, about 50 μm.

次に、図2に示すように、n型半導体2の表面に、1.6μm以上、例えば2.4μmの厚さの絶縁膜、例えば酸化膜(窒化膜等でもよい)を形成する。この酸化膜(または、窒化膜等)の厚さは、酸化膜(または、窒化膜等)とシリコンとの選択比に基づいて、例えば50μmの深さのトレンチを形成した後でも酸化膜(または、窒化膜等)が残るように設定されている。つづいて、リソグラフィによって酸化膜(または、窒化膜等)のパターニングを行い、トレンチ形成用のハードマスク3を形成する。   Next, as shown in FIG. 2, an insulating film having a thickness of 1.6 μm or more, for example, 2.4 μm, for example, an oxide film (or a nitride film or the like) is formed on the surface of the n-type semiconductor 2. The thickness of the oxide film (or nitride film or the like) is determined even after a trench having a depth of, for example, 50 μm is formed based on the selectivity between the oxide film (or nitride film or the like) and silicon. , Nitride film, etc.) are left. Subsequently, the oxide film (or nitride film or the like) is patterned by lithography to form a hard mask 3 for forming trenches.

ハードマスク3の、酸化膜(または、窒化膜等)の部分および開口部分の幅は、それぞれ例えば5μmである。つまり、例えば5μm間隔で5μm幅のハードマスク3が配置されている。つづいて、例えばドライエッチングにより、n型半導体2に例えば約50μmの深さのトレンチ4を、トレンチ側壁の面方位が例えば(010)面またはこれと等価な面になるように形成する。このような面方位を有するトレンチ4が形成されるように、ハードマスク3がパターニングされている。トレンチ形成後に残ったn型半導体2の部分が、並列pn構造のn型領域5となる。   The width of the oxide film (or nitride film or the like) portion and the opening portion of the hard mask 3 is, for example, 5 μm. That is, for example, hard masks 3 having a width of 5 μm are arranged at intervals of 5 μm. Subsequently, the trench 4 having a depth of, for example, about 50 μm is formed in the n-type semiconductor 2 by dry etching, for example, so that the surface orientation of the trench side wall is, for example, the (010) plane or a plane equivalent thereto. The hard mask 3 is patterned so that the trench 4 having such a plane orientation is formed. The portion of the n-type semiconductor 2 remaining after the trench formation becomes the n-type region 5 having a parallel pn structure.

次に、図3に示すように、トレンチ4内に、ボロンドープのp型半導体をエピタキシャル成長させて、トレンチ4を例えば6×1015cm-3程度の濃度のp型半導体で埋める。その際、ハードマスク3の上面よりも高くなるまでp型半導体のエピタキシャル成長層を成長させる。トレンチ側壁の面方位が上述した通りであるので、トレンチ4内にボイドを残さずにトレンチ4をp型半導体のエピタキシャル成長層で埋め込むことができる。このトレンチ4内に埋め込まれたp型半導体が、並列pn構造のp型領域6となる。 Next, as shown in FIG. 3, a boron-doped p-type semiconductor is epitaxially grown in the trench 4, and the trench 4 is filled with a p-type semiconductor having a concentration of, for example, about 6 × 10 15 cm −3 . At this time, an epitaxial growth layer of the p-type semiconductor is grown until it becomes higher than the upper surface of the hard mask 3. Since the surface orientation of the trench sidewall is as described above, the trench 4 can be filled with an epitaxial growth layer of a p-type semiconductor without leaving a void in the trench 4. The p-type semiconductor buried in the trench 4 becomes a p-type region 6 having a parallel pn structure.

次に、図4に示すように、ハードマスク3の酸化膜等を研磨ストッパとしてCMP(化学機械研磨)などの研磨を行い、先のp型半導体のエピタキシャル成長によりハードマスク3の上面よりも上に形成されたシリコン層を除去して表面を平坦にする。ハードマスク3を研磨ストッパとすることによって、エピタキシャル成長時のばらつきを平坦化することができる。   Next, as shown in FIG. 4, CMP (chemical mechanical polishing) or the like is performed using the oxide film or the like of the hard mask 3 as a polishing stopper, and above the upper surface of the hard mask 3 by epitaxial growth of the p-type semiconductor. The formed silicon layer is removed to flatten the surface. By using the hard mask 3 as a polishing stopper, variations during epitaxial growth can be flattened.

次に、ハードマスク3を除去した後、図5に示すように、CMPなどの研磨を行い、露出した並列pn構造7の表面を平坦化する。このときの研磨量が例えば0.5μm程度であれば、並列pn構造7の深さ方向の寸法、すなわち厚さは、例えば約48μmとなる。次に、図6に示すように、並列pn構造7の表面に厚さ500オングストローム程度のスクリーニング酸化膜8を形成する。そして、スクリーニング酸化膜8上に所望のパターンのレジストマスク9を形成し、例えば8×1012cm-2のドーズ量でp型不純物、例えばボロンのイオン注入を行って、非活性領域となる領域において並列pn構造のp型領域6にのみボロンをイオン注入する。その際のシリコンへのダメージは、スクリーニング酸化膜8があることによって軽減される。 Next, after removing the hard mask 3, as shown in FIG. 5, polishing such as CMP is performed to planarize the exposed surface of the parallel pn structure 7. If the polishing amount at this time is about 0.5 μm, for example, the dimension in the depth direction, that is, the thickness of the parallel pn structure 7 is about 48 μm, for example. Next, as shown in FIG. 6, a screening oxide film 8 having a thickness of about 500 angstroms is formed on the surface of the parallel pn structure 7. Then, a resist mask 9 having a desired pattern is formed on the screening oxide film 8, and a p-type impurity such as boron is ion-implanted at a dose of, for example, 8 × 10 12 cm −2 to form a region that becomes an inactive region. , Boron is ion-implanted only into the p-type region 6 having the parallel pn structure. The damage to the silicon at that time is reduced by the presence of the screening oxide film 8.

その後、レジストマスク9を除去し、注入されたボロンを活性化させるために熱処理を行う。このときの熱処理雰囲気は非酸化性雰囲気であるのが望ましい。その理由は、酸化性雰囲気で熱処理を行うと、イオン注入による欠陥と酸化性雰囲気、特に酸素との結合により酸化積層欠陥が誘起されるが、非酸化性雰囲気で熱処理を行うと、酸化積層欠陥の誘起を回避することができるからである。この熱処理により、注入されたボロンが拡散する。それによって、図7に示すように、非活性領域となる領域では、並列pn構造の表面領域においてp型領域6の幅が広がる。その後、スクリーニング酸化膜8を除去する。   Thereafter, the resist mask 9 is removed, and heat treatment is performed to activate the implanted boron. The heat treatment atmosphere at this time is preferably a non-oxidizing atmosphere. The reason for this is that when heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere, defects due to ion implantation and an oxidizing atmosphere, in particular, an oxygen stacking fault is induced by the combination of oxygen. This is because the induction of can be avoided. By this heat treatment, the implanted boron diffuses. As a result, as shown in FIG. 7, the width of the p-type region 6 increases in the surface region of the parallel pn structure in the region that becomes the inactive region. Thereafter, the screening oxide film 8 is removed.

次に、図8に示すように、熱酸化を行って並列pn構造7の表面全体に熱酸化膜10を形成する。その際、熱酸化膜10中に、p型領域6のドーパントであるボロンが取り込まれる。一方、n型領域5のドーパントであるリンは、熱酸化膜10中に取り込まれずに、シリコンと熱酸化膜10との界面に蓄積する。これによって、活性領域となる領域および非活性領域となる領域では、並列pn構造の表面領域においてp型領域6の幅が、熱酸化膜10を形成する前の状態よりも狭くなる。   Next, as shown in FIG. 8, thermal oxidation is performed to form a thermal oxide film 10 on the entire surface of the parallel pn structure 7. At that time, boron which is a dopant of the p-type region 6 is taken into the thermal oxide film 10. On the other hand, phosphorus, which is a dopant in the n-type region 5, is not taken into the thermal oxide film 10 but accumulates at the interface between silicon and the thermal oxide film 10. As a result, in the region that becomes the active region and the region that becomes the inactive region, the width of the p-type region 6 in the surface region of the parallel pn structure becomes narrower than the state before the thermal oxide film 10 is formed.

次に、図9に示すように、熱酸化膜10をパターニングしてフィールド酸化膜11を形成し、活性領域となる領域の表面にMOSFETの表面側の素子構造12を形成する。さらに、並列pn構造の表面側にソース電極13およびチャネルストッパ電極14を形成し、n型低抵抗基板1の裏面にドレイン電極15を形成することによって、超接合MOSFETが完成する。ソース電極13は、活性領域から非活性領域側へ伸び、フィールドプレート電極16として非活性領域のフィールド酸化膜11の一部を覆っている。チャネルストッパ電極14は、チップの外周に沿って設けられており、フィールド酸化膜11の一部を覆っている。   Next, as shown in FIG. 9, the thermal oxide film 10 is patterned to form a field oxide film 11, and an element structure 12 on the surface side of the MOSFET is formed on the surface of the region to be the active region. Further, the source electrode 13 and the channel stopper electrode 14 are formed on the front surface side of the parallel pn structure, and the drain electrode 15 is formed on the back surface of the n-type low resistance substrate 1, thereby completing the super junction MOSFET. The source electrode 13 extends from the active region to the non-active region side and covers a part of the field oxide film 11 in the non-active region as the field plate electrode 16. The channel stopper electrode 14 is provided along the outer periphery of the chip and covers a part of the field oxide film 11.

図10は、非活性領域となる領域に配置された並列pn構造7のp型領域6(図9のA1−A2)とn型領域5(図9のB1−B2)の濃度プロファイルを示す図である。図10に示すように、非活性領域となる領域において並列pn構造7のp型領域6にのみボロンをイオン注入したことにより、非活性領域となる領域の表面領域において、n型領域5の表面領域がp型化することなく、p型領域6の不純物濃度がn型領域5の不純物濃度よりも高くなる。この表面領域で高濃度となったp型領域6がガードリングとして作用するので、耐圧構造部の直下の並列pn構造7において空乏層が充分に広がる。従って、耐圧が向上する。   FIG. 10 is a diagram showing the concentration profiles of the p-type region 6 (A1-A2 in FIG. 9) and the n-type region 5 (B1-B2 in FIG. 9) of the parallel pn structure 7 arranged in the region to be the inactive region. It is. As shown in FIG. 10, boron is ion-implanted only in the p-type region 6 of the parallel pn structure 7 in the region that becomes the inactive region, so that the surface of the n-type region 5 in the surface region of the region that becomes the inactive region. The impurity concentration of the p-type region 6 becomes higher than the impurity concentration of the n-type region 5 without the region becoming p-type. Since the p-type region 6 having a high concentration in this surface region acts as a guard ring, the depletion layer sufficiently spreads in the parallel pn structure 7 immediately below the breakdown voltage structure portion. Accordingly, the breakdown voltage is improved.

なお、非活性領域となる領域において並列pn構造7のp型領域6にボロンをイオン注入する際のドーズ量を3×1013cm-2程度と高くしてもよい。この場合には、非活性領域となる領域において並列pn構造7のp型領域6からボロンが横方向に拡散してn型領域5の表面領域でつながり、n型領域5の表面領域がp型化するが、空乏層の伸張による耐圧の向上効果は同様に得られる。このときの非活性領域となる領域に配置された並列pn構造7のp型領域6(図9のA1−A2)とn型領域5(図9のB1−B2)の濃度プロファイルは、図14のようになる。 Note that the dose amount when boron is ion-implanted into the p-type region 6 of the parallel pn structure 7 in the region to be the inactive region may be as high as about 3 × 10 13 cm −2 . In this case, boron diffuses laterally from the p-type region 6 of the parallel pn structure 7 in the region that becomes the inactive region and is connected to the surface region of the n-type region 5, and the surface region of the n-type region 5 is p-type. However, the effect of improving the breakdown voltage due to the extension of the depletion layer can be obtained similarly. At this time, the concentration profiles of the p-type region 6 (A1-A2 in FIG. 9) and the n-type region 5 (B1-B2 in FIG. 9) of the parallel pn structure 7 arranged in the region serving as the inactive region are shown in FIG. become that way.

実施の形態2.
実施の形態2は、非活性領域となる領域において並列pn構造7のn型領域5とp型領域6の両方にボロンをイオン注入するようにしたものである。図11〜図12に、実施の形態2にかかる製造方法に従って製造中のMOSFETの断面構成を順に示す。まず、実施の形態1と同様に図1〜図5に示すプロセスに従って、並列pn構造7の表面を平坦化する。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, boron is ion-implanted into both the n-type region 5 and the p-type region 6 of the parallel pn structure 7 in a region to be an inactive region. FIG. 11 to FIG. 12 sequentially show cross-sectional configurations of MOSFETs being manufactured according to the manufacturing method according to the second embodiment. First, the surface of the parallel pn structure 7 is planarized according to the processes shown in FIGS. 1 to 5 as in the first embodiment.

次に、図11に示すように、並列pn構造7の表面にスクリーニング酸化膜8およびレジストマスク9を順次形成する。そして、非活性領域となる領域において並列pn構造のn型領域5およびp型領域6に例えば2×1013cm-2程度のドーズ量でp型不純物、例えばボロンをイオン注入する。これ以降のプロセスは、実施の形態1と同じである。 Next, as shown in FIG. 11, a screening oxide film 8 and a resist mask 9 are sequentially formed on the surface of the parallel pn structure 7. Then, a p-type impurity, for example, boron is ion-implanted into the n-type region 5 and the p-type region 6 having a parallel pn structure in a region to be an inactive region with a dose of, for example, about 2 × 10 13 cm −2 . The subsequent processes are the same as those in the first embodiment.

図12には、ボロンのイオン注入後に活性化熱処理を行い、その後にスクリーニング酸化膜8を除去した状態が示されている。図12に示すように、実施の形態2では、活性化熱処理によって、非活性領域となる領域において並列pn構造7のn型領域5の表面が薄くp型化する。図13に、熱酸化膜よりなるフィールド酸化膜11、MOSFETの表面側の素子構造12、ソース電極13、チャネルストッパ電極14およびドレイン電極15を形成し、超接合MOSFETが完成した状態を示す。   FIG. 12 shows a state in which an activation heat treatment is performed after boron ion implantation and then the screening oxide film 8 is removed. As shown in FIG. 12, in the second embodiment, the surface of the n-type region 5 of the parallel pn structure 7 is made thin and p-type in the region that becomes the inactive region by the activation heat treatment. FIG. 13 shows a state where a field oxide film 11 made of a thermal oxide film, an element structure 12 on the surface side of the MOSFET, a source electrode 13, a channel stopper electrode 14 and a drain electrode 15 are formed, and a super junction MOSFET is completed.

図14は、非活性領域となる領域に配置された並列pn構造7のp型領域6(図13のA1−A2)とn型領域5(図13のB1−B2)の濃度プロファイルを示す図である。図14に示すように、非活性領域となる領域において並列pn構造7のn型領域5およびp型領域6にボロンをイオン注入したことにより、非活性領域となる領域において並列pn構造7のn型領域5の表面が薄くp型化する。それによって、ソース電極13の端部の電位が、フィールド酸化膜11となる酸化膜を介して、非活性領域となる領域のp型化した並列pn構造7の表面に伝わるので、その表面電位とドレイン電位との差が並列pn構造7の深さ方向に直接印加される。従って、フィールド酸化膜11の下側の並列pn構造7の表面領域において空乏層が強く広がるようになり、耐圧が向上する。   FIG. 14 is a diagram showing concentration profiles of the p-type region 6 (A1-A2 in FIG. 13) and the n-type region 5 (B1-B2 in FIG. 13) of the parallel pn structure 7 arranged in the region to be the inactive region. It is. As shown in FIG. 14, boron is ion-implanted into the n-type region 5 and the p-type region 6 of the parallel pn structure 7 in the region that becomes the inactive region, so that the n of the parallel pn structure 7 in the region that becomes the inactive region. The surface of the mold region 5 becomes thin and becomes p-type. As a result, the potential at the end of the source electrode 13 is transmitted to the surface of the p-type parallel pn structure 7 in the region serving as the inactive region via the oxide film serving as the field oxide film 11. The difference from the drain potential is directly applied in the depth direction of the parallel pn structure 7. Therefore, the depletion layer is strongly expanded in the surface region of the parallel pn structure 7 below the field oxide film 11, and the breakdown voltage is improved.

なお、非活性領域となる領域において並列pn構造7のn型領域5およびp型領域6にボロンをイオン注入する際のドーズ量を5×1012cm-2程度にしてもよい。この場合には、非活性領域となる領域において並列pn構造7のn型領域5の表面は、p型化しないで、n型のままである。このときの非活性領域となる領域に配置された並列pn構造7のp型領域6(図13のA1−A2)とn型領域5(図13のB1−B2)の濃度プロファイルは、図10のようになる。従って、空乏層の伸張による耐圧の向上効果として、実施の形態1と同様の効果が得られる。 Note that the dose amount when boron is ion-implanted into the n-type region 5 and the p-type region 6 of the parallel pn structure 7 in the region to be the inactive region may be about 5 × 10 12 cm −2 . In this case, the surface of the n-type region 5 of the parallel pn structure 7 in the region to be the inactive region remains n-type without being made p-type. At this time, the concentration profiles of the p-type region 6 (A1-A2 in FIG. 13) and the n-type region 5 (B1-B2 in FIG. 13) of the parallel pn structure 7 arranged in the region serving as the inactive region are shown in FIG. become that way. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained as an effect of improving the breakdown voltage due to the extension of the depletion layer.

実施の形態3.
実施の形態3は、非活性領域となる領域において並列pn構造のn型領域5にのみボロンをイオン注入するようにしたものである。図15に、実施の形態3にかかる製造方法に従って製造中のMOSFETの断面構成を順に示す。まず、実施の形態1と同様に図1〜図5に示すプロセスに従って、並列pn構造7の表面を平坦化する。
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, boron is ion-implanted only into the n-type region 5 having a parallel pn structure in a region to be an inactive region. FIG. 15 sequentially shows the cross-sectional configurations of MOSFETs being manufactured according to the manufacturing method according to the third embodiment. First, the surface of the parallel pn structure 7 is planarized according to the processes shown in FIGS. 1 to 5 as in the first embodiment.

次に、図15に示すように、並列pn構造7の表面にスクリーニング酸化膜8およびレジストマスク9を順次形成する。そして、非活性領域となる領域において並列pn構造のn型領域5に例えば5×1012cm-2程度のドーズ量でp型不純物、例えばボロンをイオン注入する。これ以降のプロセスは、実施の形態1と同じである。実施の形態3により完成した超接合MOSFETの断面構成は、図9に示す構成と同様である。 Next, as shown in FIG. 15, a screening oxide film 8 and a resist mask 9 are sequentially formed on the surface of the parallel pn structure 7. Then, a p-type impurity such as boron is ion-implanted into the n-type region 5 having a parallel pn structure in a region to be an inactive region with a dose of about 5 × 10 12 cm −2 , for example. The subsequent processes are the same as those in the first embodiment. The cross-sectional configuration of the superjunction MOSFET completed according to the third embodiment is the same as the configuration shown in FIG.

図16は、非活性領域となる領域に配置された並列pn構造7のp型領域6(図9のA1−A2)とn型領域5(図9のB1−B2)の濃度プロファイルを示す図である。図16に示すように、非活性領域となる領域において並列pn構造7のn型領域5にのみボロンをイオン注入したことにより、非活性領域となる領域の表面領域において、n型領域5の不純物濃度がp型領域6の不純物濃度よりも低くなる。従って、フィールド酸化膜11の下側の並列pn構造7において空乏層が強く広がるようになり、耐圧が向上する。   FIG. 16 is a diagram showing the concentration profiles of the p-type region 6 (A1-A2 in FIG. 9) and the n-type region 5 (B1-B2 in FIG. 9) of the parallel pn structure 7 arranged in the region to be the inactive region. It is. As shown in FIG. 16, boron is ion-implanted only in the n-type region 5 of the parallel pn structure 7 in the region that becomes the inactive region, so that the impurity in the n-type region 5 in the surface region of the region that becomes the inactive region. The concentration is lower than the impurity concentration of the p-type region 6. Therefore, the depletion layer spreads strongly in the parallel pn structure 7 below the field oxide film 11, and the breakdown voltage is improved.

なお、非活性領域となる領域において並列pn構造7のn型領域5にボロンをイオン注入する際のドーズ量を2×1013cm-2程度にしてもよい。この場合には、非活性領域となる領域において並列pn構造7のn型領域5の表面領域がp型化するが、空乏層の伸張による耐圧の向上効果は同様に得られる。このときの非活性領域となる領域に配置された並列pn構造7のp型領域6(図9のA1−A2)とn型領域5(図9のB1−B2)の濃度プロファイルは、図14のようになる。 Note that the dose amount when boron is ion-implanted into the n-type region 5 of the parallel pn structure 7 in the region to be the inactive region may be about 2 × 10 13 cm −2 . In this case, the surface region of the n-type region 5 of the parallel pn structure 7 becomes p-type in the region that becomes the inactive region, but the effect of improving the breakdown voltage due to the extension of the depletion layer is obtained similarly. At this time, the concentration profiles of the p-type region 6 (A1-A2 in FIG. 9) and the n-type region 5 (B1-B2 in FIG. 9) of the parallel pn structure 7 arranged in the region serving as the inactive region are shown in FIG. become that way.

また、上述した実施の形態1〜3では、非活性領域となる領域に配置された並列pn構造7において、ボロンのイオン注入領域は、図9に矢印C1で示すように、フィールド酸化膜11の下側の領域とチャネルストッパ電極14の下側の領域である。しかし、図9に矢印C2で示すように、矢印C1で示す領域からソース電極13の下側の領域を除いてもよいし、矢印C3で示すように、矢印C1で示す領域からチャネルストッパ電極14の下側の領域を除いてもよいし、矢印C4で示すように、矢印C1で示す領域からソース電極13の下側の領域とチャネルストッパ電極14の下側の領域を除いてもよい。いずれの場合にも、最も空乏層が広がりにくいソース電極13とチャネルストッパ電極14の間で空乏層が広がりやすくなる。   Further, in the first to third embodiments described above, in the parallel pn structure 7 arranged in the region to be the inactive region, the boron ion implantation region is formed of the field oxide film 11 as shown by an arrow C1 in FIG. The lower region and the lower region of the channel stopper electrode 14. However, the region below the source electrode 13 may be removed from the region indicated by the arrow C1 as indicated by the arrow C2 in FIG. 9, or the channel stopper electrode 14 may be excluded from the region indicated by the arrow C1 as indicated by the arrow C3. The region below the source electrode 13 and the region below the channel stopper electrode 14 may be excluded from the region indicated by the arrow C1, as indicated by the arrow C4. In either case, the depletion layer tends to spread between the source electrode 13 and the channel stopper electrode 14 where the depletion layer is most difficult to spread.

実施の形態4.
実施の形態4では、図17に示すように、並列pn構造7の平面形状はストライプ状である。実施の形態4は、実施の形態1においてフィールド酸化膜となる熱酸化膜を形成する前に、非活性領域となる領域の並列pn構造7のうち、活性領域となる領域を通らないn型領域51およびp型領域61よりなるストライプ状部分71のp型領域61と、活性領域となる領域を通って非活性領域まで至るn型領域52およびp型領域62よりなるストライプ状部分72のp型領域62に、ボロンをイオン注入するようにしたものである。その他のプロセスは実施の形態1と同じである。なお、図17では、並列pn構造7の表面層およびその上に形成される素子の表面構造は省略されている(図18においても同じ)。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 17, the planar shape of the parallel pn structure 7 is a stripe shape. In the fourth embodiment, the n-type region that does not pass through the region that becomes the active region in the parallel pn structure 7 of the region that becomes the inactive region before forming the thermal oxide film that becomes the field oxide film in the first embodiment. P-type region 61 of stripe-shaped portion 71 composed of 51 and p-type region 61, and p-type of stripe-shaped portion 72 composed of n-type region 52 and p-type region 62 extending from the region serving as the active region to the non-active region. Boron is ion-implanted into the region 62. Other processes are the same as those in the first embodiment. In FIG. 17, the surface layer of the parallel pn structure 7 and the surface structure of the element formed thereon are omitted (the same applies to FIG. 18).

図17に、ボロンのイオン注入領域21,22をハッチングを付して示す。図17に示すように、活性領域となる領域を通って非活性領域まで至るp型領域62では、ボロンのイオン注入領域22の幅はそのp型領域62の幅よりも狭い。これは、そのp型領域62にボロンをp型領域62と同じ幅で注入すると、表面側でp型領域62の不純物濃度が高くなってしまうからである。一方、活性領域となる領域を通らないp型領域61では、ボロンのイオン注入領域21の幅はそのp型領域61の幅と同じである。実施の形態4では、図17において大小2つの1/4円弧で挟まれる耐圧構造部に対してボロンのイオン注入を行う。   FIG. 17 shows boron ion implantation regions 21 and 22 with hatching. As shown in FIG. 17, in the p-type region 62 that extends from the active region to the non-active region, the width of the boron ion-implanted region 22 is narrower than the width of the p-type region 62. This is because if the boron is implanted into the p-type region 62 with the same width as the p-type region 62, the impurity concentration of the p-type region 62 increases on the surface side. On the other hand, in the p-type region 61 that does not pass through the region serving as the active region, the width of the boron ion-implanted region 21 is the same as the width of the p-type region 61. In the fourth embodiment, boron ions are implanted into the breakdown voltage structure sandwiched between two large and small ¼ arcs in FIG.

例えばp型領域61,62の幅を5μmとした場合、活性領域となる領域を通って非活性領域まで至るp型領域62に対するボロンの注入幅は4μmである。そして、例えばボロンのドーズ量を8×1012cm-2として試作したところ、耐圧構造部において、活性領域となる領域を通って非活性領域まで至るストライプ状部分72でのチャージバランスが確保され、耐圧が約450Vから約680Vに向上した。 For example, when the widths of the p-type regions 61 and 62 are 5 μm, the boron implantation width for the p-type region 62 extending from the active region to the non-active region is 4 μm. For example, when the boron dose is 8 × 10 12 cm −2 , the charge balance is ensured in the stripe-shaped portion 72 extending from the active region to the inactive region in the breakdown voltage structure. The breakdown voltage improved from about 450V to about 680V.

実施の形態5.
実施の形態5では、図18に示すように、並列pn構造7の平面形状はストライプ状である。実施の形態5は、実施の形態1においてフィールド酸化膜となる熱酸化膜を形成する前に、非活性領域となる領域の並列pn構造7のうち、活性領域となる領域を通らないn型領域51およびp型領域61よりなるストライプ状部分71のn型領域51と、活性領域となる領域を通って非活性領域まで至るn型領域52およびp型領域62よりなるストライプ状部分72のn型領域52に、ボロンをイオン注入するようにしたものである。その他のプロセスは実施の形態1と同じである。
Embodiment 5 FIG.
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 18, the planar shape of the parallel pn structure 7 is a stripe shape. In the fifth embodiment, the n-type region which does not pass through the region serving as the active region in the parallel pn structure 7 of the region serving as the non-active region before forming the thermal oxide film serving as the field oxide film in the first embodiment. N-type region 51 of stripe-shaped portion 71 composed of 51 and p-type region 61, and n-type of stripe-shaped portion 72 composed of n-type region 52 and p-type region 62 extending from the region serving as the active region to the non-active region. Boron is ion-implanted into the region 52. Other processes are the same as those in the first embodiment.

図18に、ボロンのイオン注入領域21,22をハッチングを付して示す。図18に示すように、活性領域となる領域を通って非活性領域まで至るn型領域52では、ボロンのイオン注入領域22の幅はそのn型領域52の幅よりも広い。これは、フィールド酸化膜を形成するために熱酸化を行った際にn型領域52がその表面側において広がるため、ボロンを熱酸化前のn型領域52と同じ幅で注入したのでは不純物濃度の高いn型領域が残ってしまうからである。活性領域となる領域を通らないn型領域51では、ボロンのイオン注入領域21の幅はそのn型領域51の幅と同じである。実施の形態5では、図18において大小2つの1/4円弧で挟まれる耐圧構造部に対してボロンのイオン注入を行う。   FIG. 18 shows boron ion implantation regions 21 and 22 with hatching. As shown in FIG. 18, in the n-type region 52 extending from the active region to the non-active region, the width of the boron ion-implanted region 22 is wider than the width of the n-type region 52. This is because, when thermal oxidation is performed to form a field oxide film, the n-type region 52 expands on the surface side, so that if boron is implanted with the same width as the n-type region 52 before thermal oxidation, the impurity concentration This is because a high n-type region remains. In the n-type region 51 that does not pass through the region that becomes the active region, the width of the boron ion-implanted region 21 is the same as the width of the n-type region 51. In the fifth embodiment, boron ions are implanted into the breakdown voltage structure sandwiched between two large and small quarter arcs in FIG.

例えばトレンチ形成時の残し幅としてn型領域51,52の幅を5μmとした場合、活性領域となる領域を通って非活性領域まで至るn型領域52に対するボロンの注入幅は6μmである。そして、例えばボロンのドーズ量を2×1012cm-2として試作したところ、耐圧構造部において、活性領域となる領域を通って非活性領域まで至るストライプ状部分72でのチャージバランスが確保され、耐圧が約450Vから約635Vに向上した。 For example, when the width of the n-type regions 51 and 52 is 5 μm as the remaining width at the time of forming the trench, the boron implantation width to the n-type region 52 extending from the active region to the inactive region is 6 μm. Then, for example, when making a prototype with a boron dose of 2 × 10 12 cm −2 , in the breakdown voltage structure portion, the charge balance is ensured in the stripe-like portion 72 extending from the active region to the inactive region, The breakdown voltage improved from about 450V to about 635V.

実施の形態6.
実施の形態6は、フィールド酸化膜をCVD法により形成するものである。まず、実施の形態1と同様に図1〜図4に示すプロセスに従って、ハードマスク3の上面よりも上に形成されたシリコン層をCMPなどの研磨により除去する。
Embodiment 6 FIG.
In the sixth embodiment, a field oxide film is formed by a CVD method. First, the silicon layer formed above the upper surface of the hard mask 3 is removed by polishing such as CMP according to the process shown in FIGS.

ただし、n型の低抵抗シリコン基板(n++基板)1として、例えば(100)面またはこれと等価な面を主面とする基板を用いる。また、n型低抵抗基板1の上にエピタキシャル成長させるn型半導体2の不純物濃度を例えば4.5×1015cm-3程度とする。また、トレンチ4内を埋めるp型半導体のエピタキシャル成長層の不純物濃度を例えば4.5×1015cm-3程度とする。 However, as the n-type low-resistance silicon substrate (n ++ substrate) 1, for example, a substrate having a (100) plane or a plane equivalent thereto as a main surface is used. Further, the impurity concentration of the n-type semiconductor 2 epitaxially grown on the n-type low-resistance substrate 1 is set to about 4.5 × 10 15 cm −3, for example. Further, the impurity concentration of the epitaxial growth layer of the p-type semiconductor filling the trench 4 is set to about 4.5 × 10 15 cm −3, for example.

CMPなどの研磨が終了した後、ハードマスク3を残したまま、プラズマエッチャーなどを用いた等方性エッチングまたはトレンチエッチャーを用いた異方性エッチングを行い、p型領域6となるp型半導体を、上述したCMP等の研磨後に残っているハードマスク3のおおよその厚さ分だけエッチングして除去する。このエッチングにより、p型領域6の表面と、n型領域5とハードマスク3の界面との段差が概ね解消される。つづいて、ハードマスク3を除去し、露出した並列pn構造7の表面をミラー研磨して、その表面の凹凸をなくす。ここでの研磨量は、例えば0.5μm程度である。   After completion of polishing such as CMP, isotropic etching using a plasma etcher or anisotropic etching using a trench etcher is performed with the hard mask 3 left, and a p-type semiconductor that becomes the p-type region 6 is obtained. Then, the hard mask 3 remaining after the polishing such as CMP is etched and removed by an approximate thickness. By this etching, the step between the surface of the p-type region 6 and the interface between the n-type region 5 and the hard mask 3 is almost eliminated. Subsequently, the hard mask 3 is removed, and the exposed surface of the parallel pn structure 7 is mirror-polished to remove the unevenness on the surface. The polishing amount here is, for example, about 0.5 μm.

上述したようにして作製された並列pn構造7の表面にMOSFETの表面側の素子構造12、フィールド酸化膜11およびソース電極13を形成する。フィールド酸化膜11を形成する際には、例えば縦型炉を用い、チャンバー内圧力を80Paとし、SiH4(モノシラン)およびN2Oの流量をそれぞれ20ccおよび1000ccとし、800℃の温度で、並列pn構造7の表面にシリコン酸化膜を毎分2〜20nmの成長速度で気相成長させる。また、実施の形態6では、実施の形態1においてチャネルストッパ電極14が形成される領域(図9参照)に、チャネルストッパ電極14の代わりに保護膜を形成する。そして、n型低抵抗基板1の裏面にドレイン電極15を形成することによって、超接合MOSFETが完成する。 An element structure 12, a field oxide film 11 and a source electrode 13 on the surface side of the MOSFET are formed on the surface of the parallel pn structure 7 manufactured as described above. When the field oxide film 11 is formed, for example, a vertical furnace is used, the pressure in the chamber is set to 80 Pa, the flow rates of SiH 4 (monosilane) and N 2 O are set to 20 cc and 1000 cc, respectively, and parallel at a temperature of 800 ° C. A silicon oxide film is vapor-phase grown on the surface of the pn structure 7 at a growth rate of 2 to 20 nm per minute. In the sixth embodiment, a protective film is formed instead of the channel stopper electrode 14 in the region (see FIG. 9) where the channel stopper electrode 14 is formed in the first embodiment. Then, by forming the drain electrode 15 on the back surface of the n-type low resistance substrate 1, a super junction MOSFET is completed.

以上のようにして超接合MOSFETを製造することによって、フィールド酸化膜11の下側に配置されたp型領域6のボロンの量とn型領域5のリンの量のバランスが取れるので、耐圧の低下を抑制することができる。実際に試作したところ、耐圧が680Vであり、オン抵抗は20.5mΩcm2であった。比較としてフィールド酸化膜11を熱酸化により形成した素子の耐圧およびオン抵抗がそれぞれ430Vおよび、17.2mΩcm2であったから、実施の形態6によれば耐圧が250V(+58%)向上し、一方、オン抵抗の増加を3.3mΩcm2(約+20%)に抑えることができた。 By manufacturing the super-junction MOSFET as described above, the amount of boron in the p-type region 6 and the amount of phosphorus in the n-type region 5 arranged below the field oxide film 11 can be balanced. The decrease can be suppressed. When actually manufactured as a prototype, the withstand voltage was 680 V and the on-resistance was 20.5 mΩcm 2 . As a comparison, the breakdown voltage and on-resistance of the element formed by thermal oxidation of the field oxide film 11 were 430 V and 17.2 mΩcm 2 , respectively, so that the breakdown voltage improved by 250 V (+ 58%) according to the sixth embodiment, The increase in on-resistance could be suppressed to 3.3 mΩcm 2 (about + 20%).

実施の形態7.
実施の形態7は、実施の形態1の変形例であり、並列pn構造7の表面を平坦化した後のp型不純物のイオン注入領域を、フィールドプレート電極16のチャネルストッパ電極側端部の真下とチャネルストッパ電極14のフィールドプレート電極側端部の真下との間に位置する箇所から、チャネルストッパ電極14により覆われる領域までを除く領域としたものである。以後、説明の便宜上、非活性領域となる領域の並列pn構造を2分し、p型不純物がイオン注入される側の領域(活性領域寄りの領域)を注入対象領域とし、p型不純物がイオン注入されない側の領域(チップ外周端部寄りの領域)を非注入対象領域とする(実施の形態8および実施の形態9においても同じ)。
Embodiment 7 FIG.
The seventh embodiment is a modification of the first embodiment. The ion implantation region of the p-type impurity after the surface of the parallel pn structure 7 is planarized is directly below the end of the field plate electrode 16 on the channel stopper electrode side. And a region located between the portion immediately below the end of the channel stopper electrode 14 on the field plate electrode side and a region covered with the channel stopper electrode 14. Hereinafter, for convenience of explanation, the parallel pn structure of the region to be the inactive region is divided into two, the region on the side where the p-type impurity is ion-implanted (region close to the active region) is set as the implantation target region, and the p-type impurity is ionized. The region on the non-injection side (region near the outer peripheral edge of the chip) is set as a non-injection target region (the same applies to the eighth and ninth embodiments).

図19〜図20に、実施の形態7にかかる製造方法に従って製造中のMOSFETの断面構成を順に示す。まず、実施の形態1と同様に図1〜図5に示すプロセスに従って、並列pn構造7の表面を平坦化する。次に、図19に示すように、並列pn構造7の表面にスクリーニング酸化膜8およびレジストマスク9を順次形成する。そして、非活性領域となる領域において並列pn構造のp型領域6に例えば8×1012cm-2程度のドーズ量でp型不純物、例えばボロンをイオン注入する。 19 to 20 sequentially show the cross-sectional configurations of MOSFETs being manufactured according to the manufacturing method according to the seventh embodiment. First, the surface of the parallel pn structure 7 is planarized according to the processes shown in FIGS. 1 to 5 as in the first embodiment. Next, as shown in FIG. 19, a screening oxide film 8 and a resist mask 9 are sequentially formed on the surface of the parallel pn structure 7. Then, a p-type impurity such as boron is ion-implanted into the p-type region 6 having a parallel pn structure in a region to be an inactive region with a dose of about 8 × 10 12 cm −2 .

このとき、非活性領域となる領域において、非注入対象領域の表面と注入対象領域のうちのn型領域5の表面は、レジストマスク9で覆われているため、これらの領域にはボロンが注入されない。これ以降のプロセスは、実施の形態1と同じである。図20には、ボロンのイオン注入後、レジストマスク9を除去して活性化熱処理を行った状態が示されている。図21に、熱酸化膜よりなるフィールド酸化膜11、MOSFETの表面側の素子構造12、ソース電極13、フィールドプレート電極16、チャネルストッパ電極14およびドレイン電極15を形成し、超接合MOSFETが完成した状態を示す。   At this time, in the region to be the inactive region, the surface of the non-implantation target region and the surface of the n-type region 5 of the target region of implantation are covered with the resist mask 9, so that boron is implanted into these regions. Not. The subsequent processes are the same as those in the first embodiment. FIG. 20 shows a state in which after the ion implantation of boron, the resist mask 9 is removed and activation heat treatment is performed. In FIG. 21, a field oxide film 11 made of a thermal oxide film, an element structure 12 on the surface side of the MOSFET, a source electrode 13, a field plate electrode 16, a channel stopper electrode 14 and a drain electrode 15 are formed, thereby completing a super junction MOSFET. Indicates the state.

非活性領域となる領域のうちの注入対象領域におけるp型領域6(図21のA3−A4)とn型領域5(図21のB3−B4)の濃度プロファイルは、図10においてA1、A2、B1およびB2をそれぞれA3、A4、B3およびB4と読み替えたプロファイルとなる。従って、実施の形態1と同様に、フィールド酸化膜11の下側の並列pn構造7において空乏層が強く広がるので、耐圧が向上する。   Concentration profiles of the p-type region 6 (A3-A4 in FIG. 21) and the n-type region 5 (B3-B4 in FIG. 21) in the region to be implanted in the region to be the inactive region are A1, A2, The profiles are obtained by replacing B1 and B2 with A3, A4, B3, and B4, respectively. Therefore, as in the first embodiment, the depletion layer spreads strongly in the parallel pn structure 7 below the field oxide film 11, so that the breakdown voltage is improved.

また、非活性領域となる領域のうちの非注入対象領域におけるp型領域6(図21のA5−A6)とn型領域5(図21のB5−B6)の濃度プロファイルは、図40においてA1、A2、B1およびB2をそれぞれA5、A6、B5およびB6と読み替えたプロファイルとなる。つまり、非活性領域においてチップ外周端部寄りの領域では、並列pn構造7の表面側でn型領域5の不純物濃度がp型領域6の不純物濃度よりも高くなるので、空乏層の伸びが抑制される。従って、特にフィールド酸化膜11の表面に負電荷の外乱が与えられたときの耐圧低下を防止することができる。   Further, the concentration profiles of the p-type region 6 (A5-A6 in FIG. 21) and the n-type region 5 (B5-B6 in FIG. 21) in the non-implantation target region among the regions that become the non-active regions are A1 in FIG. , A2, B1, and B2 are read as A5, A6, B5, and B6, respectively. That is, in the region near the outer peripheral edge of the chip in the inactive region, the impurity concentration of the n-type region 5 is higher than the impurity concentration of the p-type region 6 on the surface side of the parallel pn structure 7, so that the depletion layer is prevented from growing. Is done. Therefore, it is possible to prevent a decrease in breakdown voltage particularly when a negative charge disturbance is applied to the surface of the field oxide film 11.

実施の形態1のようにチャネルストッパ電極14の直下の並列pn構造7にボロンをイオン注入した場合には、特にフィールド酸化膜11の表面に負電荷の外乱が与えられたときにチャネルストッパ電極14まで強く空乏層が伸張し、チャネルストッパ電極14の付近での電界強度が高くなることによって、耐圧が低下することがある。実施の形態7は、この耐圧の低下に対して有効である。また、最も電界が強くなるのはフィールドプレート電極16の端部付近であるので、チャネルストッパ電極14の下にまでボロンをイオン注入しなくても、十分な耐圧を確保することができる。   When boron is ion-implanted into the parallel pn structure 7 immediately below the channel stopper electrode 14 as in the first embodiment, the channel stopper electrode 14 particularly when a negative charge disturbance is applied to the surface of the field oxide film 11. As the depletion layer extends strongly until the electric field strength in the vicinity of the channel stopper electrode 14 increases, the breakdown voltage may decrease. The seventh embodiment is effective against this decrease in breakdown voltage. In addition, since the electric field is strongest in the vicinity of the end of the field plate electrode 16, a sufficient breakdown voltage can be ensured even if boron is not ion-implanted under the channel stopper electrode 14.

なお、非活性領域となる領域において注入対象領域のp型領域6にボロンをイオン注入する際のドーズ量を2×1013cm-2程度と高くしてもよい。この場合には、非活性領域となる領域のうちの注入対象領域においてn型領域5の表面領域がp型化するが、空乏層の伸張による耐圧の向上効果は同様に得られる。このときの非活性領域となる領域のうちの注入対象領域におけるp型領域6(図21のA3−A4)とn型領域5(図21のB3−B4)の濃度プロファイルは、図14においてA1、A2、B1およびB2をそれぞれA3、A4、B3およびB4と読み替えたプロファイルとなる。 Note that the dose amount when boron is ion-implanted into the p-type region 6 of the region to be implanted in the region to be the inactive region may be as high as about 2 × 10 13 cm −2 . In this case, the surface region of the n-type region 5 becomes p-type in the region to be implanted in the region that becomes the inactive region, but the effect of improving the breakdown voltage due to the extension of the depletion layer is obtained in the same manner. At this time, the concentration profiles of the p-type region 6 (A3-A4 in FIG. 21) and the n-type region 5 (B3-B4 in FIG. 21) in the region to be implanted out of the region that becomes the inactive region are A1 in FIG. , A2, B1, and B2 are read as A3, A4, B3, and B4, respectively.

実施の形態8.
実施の形態8は、実施の形態2の変形例であり、並列pn構造7の表面を平坦化した後にp型不純物のイオン注入を行う際の注入対象領域を、実施の形態7と同様に、非活性領域となる領域の並列pn構造を2分したうちの活性領域寄りの領域とし、チップ外周端部寄りの領域を非注入対象領域としたものである。図22〜図23に、実施の形態8にかかる製造方法に従って製造中のMOSFETの断面構成を順に示す。
Embodiment 8 FIG.
The eighth embodiment is a modification of the second embodiment, and an implantation target region when performing ion implantation of p-type impurities after the surface of the parallel pn structure 7 is planarized is the same as in the seventh embodiment. Of the two halves of the parallel pn structure of the region to be the non-active region, the region near the active region is used, and the region near the outer periphery of the chip is the non-implantation target region. 22 to 23 sequentially show the cross-sectional configurations of MOSFETs being manufactured according to the manufacturing method according to the eighth embodiment.

まず、実施の形態1と同様に図1〜図5に示すプロセスに従って、並列pn構造7の表面を平坦化する。次に、図22に示すように、並列pn構造7の表面にスクリーニング酸化膜8およびレジストマスク9を順次形成する。そして、非活性領域となる領域において並列pn構造のp型領域6およびn型領域5に例えば2×1013cm-2程度のドーズ量でp型不純物、例えばボロンをイオン注入する。 First, the surface of the parallel pn structure 7 is planarized according to the processes shown in FIGS. 1 to 5 as in the first embodiment. Next, as shown in FIG. 22, a screening oxide film 8 and a resist mask 9 are sequentially formed on the surface of the parallel pn structure 7. Then, a p-type impurity such as boron is ion-implanted into the p-type region 6 and the n-type region 5 having a parallel pn structure in a region to be an inactive region with a dose of about 2 × 10 13 cm −2 , for example.

このとき、非活性領域となる領域において、非注入対象領域の表面は、レジストマスク9で覆われているため、この領域にはボロンが注入されない。これ以降のプロセスは、実施の形態1と同じである。図23には、ボロンのイオン注入後、レジストマスク9とスクリーニング酸化膜8を除去して活性化熱処理を行った状態が示されている。図24に、熱酸化膜よりなるフィールド酸化膜11、MOSFETの表面側の素子構造12、ソース電極13、フィールドプレート電極16、チャネルストッパ電極14およびドレイン電極15を形成し、超接合MOSFETが完成した状態を示す。   At this time, since the surface of the non-implantation target region is covered with the resist mask 9 in the region to be the non-active region, boron is not implanted into this region. The subsequent processes are the same as those in the first embodiment. FIG. 23 shows a state in which after the ion implantation of boron, the resist mask 9 and the screening oxide film 8 are removed and an activation heat treatment is performed. In FIG. 24, a field oxide film 11 made of a thermal oxide film, an element structure 12 on the surface side of the MOSFET, a source electrode 13, a field plate electrode 16, a channel stopper electrode 14 and a drain electrode 15 are formed to complete a super junction MOSFET. Indicates the state.

非活性領域となる領域のうちの注入対象領域におけるp型領域6(図24のA3−A4)とn型領域5(図24のB3−B4)の濃度プロファイルは、図14においてA1、A2、B1およびB2をそれぞれA3、A4、B3およびB4と読み替えたプロファイルとなる。従って、注入対象領域では、実施の形態2と同様に、フィールド酸化膜11の下側の並列pn構造7の表面領域において空乏層が強く広がるようになり、耐圧が向上する。   Concentration profiles of the p-type region 6 (A3-A4 in FIG. 24) and the n-type region 5 (B3-B4 in FIG. 24) in the region to be implanted out of the region that becomes the inactive region are A1, A2, The profiles are obtained by replacing B1 and B2 with A3, A4, B3, and B4, respectively. Accordingly, in the region to be implanted, as in the second embodiment, the depletion layer is strongly spread in the surface region of the parallel pn structure 7 below the field oxide film 11, and the breakdown voltage is improved.

また、非活性領域となる領域のうちの非注入対象領域におけるp型領域6(図24のA5−A6)とn型領域5(図24のB5−B6)の濃度プロファイルは、図40においてA1、A2、B1およびB2をそれぞれA5、A6、B5およびB6と読み替えたプロファイルとなる。従って、実施の形態7と同様に、特にフィールド酸化膜11の表面に負電荷の外乱が与えられたときの耐圧低下を防止することができる。また、最も電界が強くなるのはフィールドプレート電極16の端部付近であるので、チャネルストッパ電極14の下にまでボロンをイオン注入しなくても、十分な耐圧を確保することができる。   In addition, the concentration profiles of the p-type region 6 (A5-A6 in FIG. 24) and the n-type region 5 (B5-B6 in FIG. 24) in the non-implantation target region of the region that becomes the inactive region are A1 in FIG. , A2, B1, and B2 are read as A5, A6, B5, and B6, respectively. Therefore, as in the seventh embodiment, it is possible to prevent a decrease in breakdown voltage particularly when a negative charge disturbance is applied to the surface of the field oxide film 11. In addition, since the electric field is strongest in the vicinity of the end of the field plate electrode 16, a sufficient breakdown voltage can be ensured even if boron is not ion-implanted under the channel stopper electrode 14.

なお、非活性領域となる領域のうちの注入対象領域のp型領域6およびn型領域5にボロンをイオン注入する際のドーズ量を5×1012cm-2程度にしてもよい。この場合には、注入対象領域のn型領域5の表面は、p型化しないで、n型のままである。このときの注入対象領域におけるp型領域6(図24のA3−A4)とn型領域5(図24のB3−B4)の濃度プロファイルは、図10においてA1、A2、B1およびB2をそれぞれA3、A4、B3およびB4と読み替えたプロファイルとなる。 Note that the dose amount when boron is ion-implanted into the p-type region 6 and the n-type region 5 of the region to be implanted in the region to be the inactive region may be about 5 × 10 12 cm −2 . In this case, the surface of the n-type region 5 of the implantation target region is not p-type but remains n-type. At this time, the concentration profiles of the p-type region 6 (A3-A4 in FIG. 24) and the n-type region 5 (B3-B4 in FIG. 24) in the implantation target region are A3, A2, B1, and B2 in FIG. , A4, B3, and B4.

実施の形態9.
実施の形態9は、実施の形態3の変形例であり、並列pn構造7の表面を平坦化した後にp型不純物のイオン注入を行う際の注入対象領域を、実施の形態7と同様に、非活性領域となる領域の並列pn構造を2分したうちの活性領域寄りの領域とし、チップ外周端部寄りの領域を非注入対象領域としたものである。図25〜図26に、実施の形態9にかかる製造方法に従って製造中のMOSFETの断面構成を順に示す。
Embodiment 9 FIG.
The ninth embodiment is a modification of the third embodiment, and the region to be implanted when ion implantation of p-type impurities is performed after the surface of the parallel pn structure 7 is planarized, as in the seventh embodiment. Of the two halves of the parallel pn structure of the region to be the non-active region, the region near the active region is used, and the region near the outer periphery of the chip is the non-implantation target region. FIG. 25 to FIG. 26 sequentially show cross-sectional configurations of MOSFETs being manufactured according to the manufacturing method according to the ninth embodiment.

まず、実施の形態1と同様に図1〜図5に示すプロセスに従って、並列pn構造7の表面を平坦化する。次に、図25に示すように、並列pn構造7の表面にスクリーニング酸化膜8およびレジストマスク9を順次形成する。そして、非活性領域となる領域において並列pn構造のn型領域5に例えば5×1012cm-2程度のドーズ量でp型不純物、例えばボロンをイオン注入する。 First, the surface of the parallel pn structure 7 is planarized according to the processes shown in FIGS. 1 to 5 as in the first embodiment. Next, as shown in FIG. 25, a screening oxide film 8 and a resist mask 9 are sequentially formed on the surface of the parallel pn structure 7. Then, a p-type impurity such as boron is ion-implanted into the n-type region 5 having a parallel pn structure in a region to be an inactive region with a dose of about 5 × 10 12 cm −2 , for example.

このとき、非活性領域となる領域において、非注入対象領域の表面と注入対象領域のうちのp型領域6の表面は、レジストマスク9で覆われているため、これらの領域にはボロンが注入されない。これ以降のプロセスは、実施の形態1と同じである。図26には、ボロンのイオン注入後、レジストマスク9とスクリーニング酸化膜8を除去して活性化熱処理を行った状態が示されている。図27に、熱酸化膜よりなるフィールド酸化膜11、MOSFETの表面側の素子構造12、ソース電極13、フィールドプレート電極16、チャネルストッパ電極14およびドレイン電極15を形成し、超接合MOSFETが完成した状態を示す。   At this time, in the region to be the inactive region, the surface of the non-implantation target region and the surface of the p-type region 6 in the target region of implantation are covered with the resist mask 9, and boron is implanted into these regions. Not. The subsequent processes are the same as those in the first embodiment. FIG. 26 shows a state in which after the ion implantation of boron, the resist mask 9 and the screening oxide film 8 are removed and an activation heat treatment is performed. In FIG. 27, a field oxide film 11 made of a thermal oxide film, an element structure 12 on the surface side of the MOSFET, a source electrode 13, a field plate electrode 16, a channel stopper electrode 14 and a drain electrode 15 are formed to complete a super junction MOSFET. Indicates the state.

非活性領域となる領域のうちの注入対象領域におけるp型領域6(図27のA3−A4)とn型領域5(図27のB3−B4)の濃度プロファイルは、図16においてA1、A2、B1およびB2をそれぞれA3、A4、B3およびB4と読み替えたプロファイルとなる。従って、実施の形態3と同様に、フィールド酸化膜11の下側の並列pn構造7において空乏層が強く広がるので、耐圧が向上する。   Concentration profiles of the p-type region 6 (A3-A4 in FIG. 27) and the n-type region 5 (B3-B4 in FIG. 27) in the region to be implanted among the regions to be inactive regions are shown in FIG. The profiles are obtained by replacing B1 and B2 with A3, A4, B3, and B4, respectively. Therefore, as in the third embodiment, since the depletion layer spreads strongly in the parallel pn structure 7 below the field oxide film 11, the breakdown voltage is improved.

また、非活性領域となる領域のうちの非注入対象領域におけるp型領域6(図27のA5−A6)とn型領域5(図27のB5−B6)の濃度プロファイルは、図40においてA1、A2、B1およびB2をそれぞれA5、A6、B5およびB6と読み替えたプロファイルとなる。従って、実施の形態7と同様に、特にフィールド酸化膜11の表面に負電荷の外乱が与えられたときの耐圧低下を防止することができる。また、最も電界が強くなるのはフィールドプレート電極16の端部付近であるので、チャネルストッパ電極14の下にまでボロンをイオン注入しなくても、十分な耐圧を確保することができる。   In addition, the concentration profiles of the p-type region 6 (A5-A6 in FIG. 27) and the n-type region 5 (B5-B6 in FIG. 27) in the non-implantation target region among the regions that become the inactive regions are A1 in FIG. , A2, B1, and B2 are read as A5, A6, B5, and B6, respectively. Therefore, as in the seventh embodiment, it is possible to prevent a decrease in breakdown voltage particularly when a negative charge disturbance is applied to the surface of the field oxide film 11. In addition, since the electric field is strongest in the vicinity of the end of the field plate electrode 16, a sufficient breakdown voltage can be ensured even if boron is not ion-implanted under the channel stopper electrode 14.

なお、非活性領域となる領域のうちの注入対象領域のn型領域5にボロンをイオン注入する際のドーズ量を2×1013cm-2程度と高くしてもよい。この場合には、非活性領域となる領域のうちの注入対象領域においてn型領域5の表面領域がp型化するが、空乏層の伸張による耐圧の向上効果は同様に得られる。このときの非活性領域となる領域のうちの注入対象領域におけるp型領域6(図27のA3−A4)とn型領域5(図27のB3−B4)の濃度プロファイルは、図14においてA1、A2、B1およびB2をそれぞれA3、A4、B3およびB4と読み替えたプロファイルとなる。 Note that the dose amount when boron is ion-implanted into the n-type region 5 of the region to be implanted in the region to be the inactive region may be as high as about 2 × 10 13 cm −2 . In this case, the surface region of the n-type region 5 becomes p-type in the region to be implanted in the region that becomes the inactive region, but the effect of improving the breakdown voltage due to the extension of the depletion layer is obtained in the same manner. At this time, the concentration profiles of the p-type region 6 (A3-A4 in FIG. 27) and the n-type region 5 (B3-B4 in FIG. 27) in the region to be implanted in the region to be the inactive region are shown in FIG. , A2, B1, and B2 are read as A3, A4, B3, and B4, respectively.

また、上述した実施の形態6〜9では、非活性領域となる領域に配置された並列pn構造7において、ボロンのイオン注入領域(注入対象領域)は、図9に矢印C5で示すように、非活性領域において、フィールドプレート電極16のチャネルストッパ電極側端部の真下とチャネルストッパ電極14のフィールドプレート電極側端部の真下との間に位置する箇所から活性領域側の領域である。しかし、図9に矢印C6で示すように、矢印C5で示す領域から、フィールドプレート電極16の下側の領域のうちの活性部側の一部を除いてもよい。いずれの場合にも、最も空乏層が広がりにくいフィールドプレート電極16とチャネルストッパ電極14の間で空乏層が広がりやすくなり、耐圧が向上する。   In Embodiments 6 to 9 described above, in the parallel pn structure 7 arranged in the region to be the inactive region, the boron ion implantation region (implantation target region) is as shown by an arrow C5 in FIG. In the non-active region, it is a region on the active region side from a position located immediately below the channel stopper electrode side end of the field plate electrode 16 and directly below the field plate electrode side end of the channel stopper electrode 14. However, as indicated by the arrow C6 in FIG. 9, a part of the active region side in the lower region of the field plate electrode 16 may be excluded from the region indicated by the arrow C5. In any case, the depletion layer tends to spread between the field plate electrode 16 and the channel stopper electrode 14 where the depletion layer is most difficult to spread, and the breakdown voltage is improved.

実施の形態10.
実施の形態10は、並列pn構造7の表面にp型不純物をイオン注入した後に、並列pn構造7の表面にn型半導体をエピタキシャル成長させるようにしたものである。図28〜図32に、実施の形態10にかかる製造方法に従って製造中のMOSFETの断面構成を順に示す。まず、実施の形態1と同様に図1〜図4に示すプロセスに従って、トレンチ形成用のハードマスク3を研磨ストッパとしてCMP等の研磨を行い、ハードマスク3の上面よりも上にエピタキシャル成長したp型半導体(p型領域6)を除去して、ハードマスク3およびp型領域6よりなる表面を平坦にする。このハードマスク3上のエピタキシャル成長層(p型領域6)を研磨する工程を第1の研磨工程とする。
Embodiment 10 FIG.
In the tenth embodiment, a p-type impurity is ion-implanted into the surface of the parallel pn structure 7 and then an n-type semiconductor is epitaxially grown on the surface of the parallel pn structure 7. 28 to 32 sequentially show cross-sectional configurations of MOSFETs being manufactured according to the manufacturing method according to the tenth embodiment. First, according to the process shown in FIGS. 1 to 4, as in the first embodiment, polishing such as CMP is performed using the trench forming hard mask 3 as a polishing stopper, and the p-type is epitaxially grown above the upper surface of the hard mask 3. The semiconductor (p-type region 6) is removed, and the surface composed of the hard mask 3 and the p-type region 6 is flattened. The step of polishing the epitaxial growth layer (p-type region 6) on the hard mask 3 is defined as a first polishing step.

ただし、実施の形態10では、n型の低抵抗シリコン基板(n++基板)1として、例えば(100)面またはこれと等価な面を主面とする基板を用いる。また、等方性エッチングによりシリコンの開口部を広げてもよい。シリコンの開口部を広げた領域では、開口幅が広がっているため、ボイドができにくくなっている。実施の形態10では、等方性エッチングによりシリコンの開口幅を広げた場合でも、ボイドを残さずに埋めることができる。 However, in the tenth embodiment, as the n-type low resistance silicon substrate (n ++ substrate) 1, a substrate having, for example, a (100) plane or a plane equivalent to this is used. Alternatively, the silicon opening may be widened by isotropic etching. In the region where the opening of silicon is widened, the width of the opening is widened, making it difficult to form voids. In the tenth embodiment, even when the opening width of silicon is widened by isotropic etching, it can be filled without leaving voids.

次に、図28に示すように、ハードマスク3を残した状態のまま、その残ったハードマスク3の厚さと概ね同じ量(厚さ)だけシリコンエッチングを行い、シリコン表面の段差を概ね解消する。このシリコンエッチングは、プラズマエッチャーなどを用いた等方性エッチングでもよいし、トレンチエッチャーを用いた異方性エッチングでもよい。等方性エッチングを行った場合には、サイドエッチング部分が形成される。後のイオン注入工程において、このサイドエッチング部分へのイオン注入を回避する場合には、異方性エッチングを行うとよい。   Next, as shown in FIG. 28, with the hard mask 3 left, silicon etching is performed by an amount (thickness) substantially equal to the thickness of the remaining hard mask 3 to substantially eliminate the level difference on the silicon surface. . This silicon etching may be isotropic etching using a plasma etcher or the like, or may be anisotropic etching using a trench etcher. When isotropic etching is performed, a side etching portion is formed. In the subsequent ion implantation step, anisotropic etching may be performed in order to avoid ion implantation into the side etching portion.

そして、表面にスクリーニング酸化膜(図示省略)を形成する。スクリーニング酸化膜の厚さは、例えば50mmである。この膜厚では、n型領域5上に残った酸化膜(ハードマスク3)は殆ど酸化されない。従って、表面の酸化膜の厚さに差が生じる。すなわち、この酸化膜の厚さは、p型領域6上ではスクリーン酸化膜の厚さ(例えば50nm)となり、n型領域5上では残ったハードマスク3の厚さ(例えばおおよそ800nm)となる。   A screening oxide film (not shown) is formed on the surface. The thickness of the screening oxide film is, for example, 50 mm. With this film thickness, the oxide film (hard mask 3) remaining on the n-type region 5 is hardly oxidized. Therefore, a difference occurs in the thickness of the surface oxide film. That is, the thickness of the oxide film is the thickness of the screen oxide film (for example, 50 nm) on the p-type region 6 and the thickness of the remaining hard mask 3 (for example, approximately 800 nm) on the n-type region 5.

次に、図29に示すように、n型領域5上のハードマスク3をセルフアラインのマスクとして自己整合的にp型不純物、例えばボロンのイオン注入を行う。その際、加速電圧は、例えば45KeVであり、ドーズ量は、例えば3×1013cm-2である。この条件では、ボロンの飛程が約100nm程度であるので、トレンチ内に埋め込まれたp型領域6にのみボロンが注入される。図29において、符号17は、ボロンのイオン注入領域である。このようにp型不純物のイオン注入を行うことによって、並列pn構造7のp型領域6の不純物量が多くなるので、耐圧構造部の直下の空乏層が充分に広がることになる。 Next, as shown in FIG. 29, ion implantation of a p-type impurity such as boron is performed in a self-aligning manner using the hard mask 3 on the n-type region 5 as a self-aligned mask. At this time, the acceleration voltage is, for example, 45 KeV, and the dose amount is, for example, 3 × 10 13 cm −2 . Under this condition, since the boron range is about 100 nm, boron is implanted only into the p-type region 6 embedded in the trench. In FIG. 29, reference numeral 17 denotes a boron ion implantation region. By performing ion implantation of p-type impurities in this way, the amount of impurities in the p-type region 6 of the parallel pn structure 7 is increased, so that the depletion layer immediately below the breakdown voltage structure portion is sufficiently expanded.

次に、図30に示すように、ハードマスク3を剥離させて取り除き、露出した面に対してミラー研磨を行い、n型領域5およびp型領域6(ボロンのイオン注入領域17)の露出面を鏡面状態にする。このときのミラー研磨を第2の研磨工程とする。その後、図31に示すように、ミラー研磨面に例えば厚さ50nmのスクリーニング酸化膜8を形成する。そして、全面にn型不純物、例えばリンのイオン注入を行う。   Next, as shown in FIG. 30, the hard mask 3 is peeled off and the exposed surface is mirror-polished to expose the exposed surfaces of the n-type region 5 and the p-type region 6 (boron ion implantation region 17). Is in a mirror state. The mirror polishing at this time is defined as a second polishing step. Thereafter, as shown in FIG. 31, a screening oxide film 8 of, eg, a 50 nm thickness is formed on the mirror polished surface. Then, ion implantation of an n-type impurity such as phosphorus is performed on the entire surface.

このときの加速電圧は、例えば約100KeVであり、ドーズ量は、例えば1.5×1013cm-2である。この場合、p型領域6のボロンのイオン注入領域17のドーズ量が上述したように例えば3×13cm-2であるから、リンのイオン注入後の実効的なボロンのドーズ量は、例えば1.5×1013cm-2となる。従って、並列pn構造7において、p型領域6の表面領域におけるドーズ量とn型領域5の表面領域におけるドーズ量が同程度になる。 The acceleration voltage at this time is, for example, about 100 KeV, and the dose amount is, for example, 1.5 × 10 13 cm −2 . In this case, since the dose of the boron ion implantation region 17 in the p-type region 6 is, for example, 3 × 13 cm −2 as described above, the effective boron dose after phosphorus ion implantation is, for example, 1 5 × 10 13 cm −2 . Therefore, in the parallel pn structure 7, the dose amount in the surface region of the p-type region 6 and the dose amount in the surface region of the n-type region 5 are approximately the same.

このようにn型不純物(例えばリン)のイオン注入を行い、このときのドーズ量と、これよりも前に行ったp型不純物(ここではボロン)のドーズ量を適宜調整することによって、チャージバランスや、総不純物量のpリッチ化、すなわちp型領域6の不純物量をn型領域5の不純物量よりも多くすることなどが可能となる。従って、そのようにした部分での空乏化が促進されるので、耐圧が向上する。   In this way, ion implantation of an n-type impurity (for example, phosphorus) is performed, and the dose amount at this time and the dose amount of the p-type impurity (boron in this case) performed before this are adjusted as appropriate, thereby charge balance. Alternatively, it is possible to make the total impurity amount p-rich, that is, to increase the impurity amount in the p-type region 6 more than the impurity amount in the n-type region 5. Therefore, the depletion in such a portion is promoted, and the breakdown voltage is improved.

次に、図32に示すように、スクリーニング酸化膜8を除去した後、露出した表面にn型の半導体をエピタキシャル成長させて、ボロンのイオン注入領域17の表面とリンのイオン注入領域18の表面をn型半導体層19で覆う。ドーパントの等方拡散を考慮すると、このn型半導体層19の厚さは、並列pn構造7のピッチD(図32参照)の1/2程度であるのが望ましい。また、このn型半導体層19の不純物濃度は、イオン注入時のばらつきに影響を与えないような濃度であればよい。例えば、上述したドーズ量の場合には、n型半導体層19の不純物濃度は、5×1013cm-3程度であればよい。 Next, as shown in FIG. 32, after the screening oxide film 8 is removed, an n-type semiconductor is epitaxially grown on the exposed surface, so that the surface of the boron ion implantation region 17 and the surface of the phosphorus ion implantation region 18 are formed. Covered with an n-type semiconductor layer 19. Considering isotropic diffusion of the dopant, the thickness of the n-type semiconductor layer 19 is preferably about ½ of the pitch D of the parallel pn structure 7 (see FIG. 32). Further, the impurity concentration of the n-type semiconductor layer 19 may be a concentration that does not affect the variation during ion implantation. For example, in the case of the dose described above, the impurity concentration of the n-type semiconductor layer 19 may be about 5 × 10 13 cm −3 .

最後に、図33に示すように、フィールド酸化膜11、MOSFETの表面側の素子構造12、チャネルストッパ領域20、ソース電極13、フィールドプレート電極16、チャネルストッパ電極14およびドレイン電極15を形成し、超接合MOSFETが完成する。フィールド酸化膜11やMOSFETの表面側の素子構造12やチャネルストッパ領域20を形成する際には、様々な熱履歴が生じる。   Finally, as shown in FIG. 33, a field oxide film 11, an element structure 12 on the surface side of the MOSFET, a channel stopper region 20, a source electrode 13, a field plate electrode 16, a channel stopper electrode 14 and a drain electrode 15 are formed. A super-junction MOSFET is completed. When forming the field oxide film 11, the element structure 12 on the surface side of the MOSFET, or the channel stopper region 20, various thermal histories are generated.

その熱履歴の際に、並列pn構造7の表面領域に設けられたドーパントの供給源となるイオン注入領域17,18(図32参照)から例えばボロンとリンが供給され、フィールド酸化膜11との界面まで拡散する。それによって、フィールド酸化膜11にボロンが取り込まれるのが抑制される。また、シリコンとフィールド酸化膜11との界面にリンが蓄積するのが抑制される。従って、耐圧構造部での耐圧低下を抑制することができる。   During the thermal history, for example, boron and phosphorus are supplied from ion implantation regions 17 and 18 (see FIG. 32) serving as a dopant supply source provided in the surface region of the parallel pn structure 7, and the field oxide film 11 Diffuses to the interface. Thereby, the incorporation of boron into the field oxide film 11 is suppressed. Further, accumulation of phosphorus at the interface between silicon and the field oxide film 11 is suppressed. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in breakdown voltage in the breakdown voltage structure.

実施の形態11.
実施の形態11は、実施の形態10の変形例であり、n型不純物、例えばリンのイオン注入を選択的に並列pn構造7のn型領域5に行うようにしたものである。図34〜図35に、実施の形態11にかかる製造方法に従って製造中のMOSFETの断面構成を順に示す。まず、実施の形態10と同様に、図1〜図4および図28〜図30に示すプロセスに従って、第2の研磨工程までを行い、n型領域5およびp型領域6(ボロンのイオン注入領域17)の露出面を鏡面状態にする。
Embodiment 11 FIG.
The eleventh embodiment is a modification of the tenth embodiment, in which ion implantation of an n-type impurity such as phosphorus is selectively performed in the n-type region 5 of the parallel pn structure 7. 34 to 35 sequentially show cross-sectional configurations of MOSFETs being manufactured according to the manufacturing method according to the eleventh embodiment. First, in the same manner as in the tenth embodiment, the second polishing step is performed according to the processes shown in FIGS. 1 to 4 and FIGS. 28 to 30, and the n-type region 5 and the p-type region 6 (boron ion implantation region). 17) Set the exposed surface to a mirror state.

その後、図34に示すように、ミラー研磨面に例えば厚さ50nmのスクリーニング酸化膜8を形成する。さらに、図35に示すように、スクリーニング酸化膜8の上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりn型領域5の上の部分を選択的に開口させたレジストマスク9を形成する。そして、n型不純物、例えばリンのイオン注入を行い、レジストマスク9の開口部よりn型領域5の表面領域にリンを注入する。   Thereafter, as shown in FIG. 34, a screening oxide film 8 of, eg, a 50 nm thickness is formed on the mirror polished surface. Further, as shown in FIG. 35, a resist is applied on the screening oxide film 8, and a resist mask 9 is formed by selectively opening a portion above the n-type region 5 by photolithography. Then, ion implantation of an n-type impurity such as phosphorus is performed, and phosphorus is implanted into the surface region of the n-type region 5 through the opening of the resist mask 9.

このときのドーズ量は、これよりも前に行ったボロンのイオン注入時のドーズ量と同じであり、例えば3×1013cm-2である。このようにすることによって、選択的にリンのイオン注入を行った場合でも、並列pn構造7のチャージバランスを確保することができる。その後、レジストマスク9とスクリーニング酸化膜8を除去する。これ以降のプロセスは、実施の形態10と同じである。実施の形態11によれば、実施の形態10と同様の効果が得られる。 The dose amount at this time is the same as the dose amount at the time of boron ion implantation performed before this, and is, for example, 3 × 10 13 cm −2 . In this way, even when phosphorus ions are selectively implanted, the charge balance of the parallel pn structure 7 can be ensured. Thereafter, the resist mask 9 and the screening oxide film 8 are removed. The subsequent processes are the same as those in the tenth embodiment. According to the eleventh embodiment, the same effect as in the tenth embodiment can be obtained.

実施の形態12.
実施の形態12は、実施の形態10の変形例であり、第2の研磨工程(ミラー研磨工程)の後に、p型不純物、例えばボロンのイオン注入を選択的に並列pn構造7のp型領域6に行うとともに、n型不純物、例えばリンのイオン注入を選択的に並列pn構造7のn型領域5に行うようにしたものである。図36〜図37に、実施の形態12にかかる製造方法に従って製造中のMOSFETの断面構成を順に示す。まず、実施の形態10と同様に、図1〜図4および図28に示すプロセスに従って、トレンチ形成用のハードマスク3を残した状態のまま、シリコンエッチングを行ってシリコン表面の段差を概ね解消する。
Embodiment 12 FIG.
The twelfth embodiment is a modification of the tenth embodiment, and after the second polishing process (mirror polishing process), ion implantation of p-type impurities such as boron is selectively performed in the p-type region of the parallel pn structure 7. 6 and the n-type impurity, for example, phosphorus ion implantation is selectively performed in the n-type region 5 of the parallel pn structure 7. 36 to 37 sequentially show cross-sectional configurations of the MOSFETs being manufactured according to the manufacturing method according to the twelfth embodiment. First, in the same way as in the tenth embodiment, according to the processes shown in FIGS. 1 to 4 and FIG. 28, silicon etching is carried out with the trench-forming hard mask 3 left, so that the level difference on the silicon surface is substantially eliminated. .

その後、残ったハードマスク3を除去する。そして、露出した面に対して第2の研磨工程としてミラー研磨を行い、その露出面を鏡面状態にする。ミラー研磨後の断面構成は、図5に示す構成と同様となる。次に、図36に示すように、ミラー研磨面にスクリーニング酸化膜8を形成する。さらに、スクリーニング酸化膜8の上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりp型領域6の上の部分を選択的に開口させたレジストマスク9を形成する。そして、p型不純物、例えばボロンのイオン注入を行い、レジストマスク9の開口部よりp型領域6の表面領域にボロンを注入する。その際、加速電圧は、例えば45KeVであり、ドーズ量は、例えば1.5×1013cm-2である。 Thereafter, the remaining hard mask 3 is removed. Then, the exposed surface is subjected to mirror polishing as a second polishing step, and the exposed surface is brought into a mirror state. The cross-sectional configuration after mirror polishing is the same as the configuration shown in FIG. Next, as shown in FIG. 36, a screening oxide film 8 is formed on the mirror polished surface. Further, a resist is applied on the screening oxide film 8, and a resist mask 9 is formed by selectively opening portions on the p-type region 6 by photolithography. Then, ion implantation of a p-type impurity such as boron is performed, and boron is implanted into the surface region of the p-type region 6 through the opening of the resist mask 9. At this time, the acceleration voltage is, for example, 45 KeV, and the dose amount is, for example, 1.5 × 10 13 cm −2 .

次に、図37に示すように、レジストマスク9を除去した後、再びスクリーニング酸化膜8の上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりn型領域5の上の部分を選択的に開口させたレジストマスク25を形成する。そして、n型不純物、例えばリンのイオン注入を行い、レジストマスク25の開口部よりn型領域5の表面領域にリンを注入する。このときのドーズ量は、例えば1.5×1013cm-2である。このようにすると、並列pn構造7のチャージバランスを確保することができる。 Next, as shown in FIG. 37, after removing the resist mask 9, a resist is again applied on the screening oxide film 8, and a resist in which a portion above the n-type region 5 is selectively opened by photolithography. A mask 25 is formed. Then, ion implantation of an n-type impurity such as phosphorus is performed, and phosphorus is implanted into the surface region of the n-type region 5 through the opening of the resist mask 25. The dose at this time is, for example, 1.5 × 10 13 cm −2 . In this way, the charge balance of the parallel pn structure 7 can be ensured.

その後、レジストマスク25とスクリーニング酸化膜8を除去する。そして、露出した表面にn型の半導体をエピタキシャル成長させて、ボロンのイオン注入領域17の表面とリンのイオン注入領域18の表面をn型半導体層19で覆う(図32参照)。これ以降のプロセスは、実施の形態10と同じである。実施の形態12によれば、実施の形態10と同様の効果が得られる。なお、n型不純物のイオン注入を行った後に、p型不純物のイオン注入を行うようにしてもよい。   Thereafter, the resist mask 25 and the screening oxide film 8 are removed. Then, an n-type semiconductor is epitaxially grown on the exposed surface, and the surface of the boron ion implantation region 17 and the surface of the phosphorus ion implantation region 18 are covered with an n-type semiconductor layer 19 (see FIG. 32). The subsequent processes are the same as those in the tenth embodiment. According to the twelfth embodiment, the same effect as in the tenth embodiment can be obtained. Note that the ion implantation of the p-type impurity may be performed after the ion implantation of the n-type impurity.

実施の形態13.
実施の形態13は、実施の形態12の変形例であり、n型不純物、例えばリンのイオン注入を並列pn構造7の全面に行うようにしたものである。図38に、実施の形態13にかかる製造方法に従って製造中のMOSFETの断面構成を順に示す。まず、実施の形態12と同様に、図1〜図4、図28および図36に示すプロセスに従って、p型不純物、例えばボロンのイオン注入を行う。特に限定しないが、ボロンのドーズ量は、例えば3×1013cm-2である。
Embodiment 13 FIG.
The thirteenth embodiment is a modification of the twelfth embodiment, in which ion implantation of an n-type impurity such as phosphorus is performed on the entire surface of the parallel pn structure 7. FIG. 38 shows, in order, the cross-sectional configurations of MOSFETs being manufactured according to the manufacturing method according to the thirteenth embodiment. First, in the same manner as in the twelfth embodiment, ion implantation of a p-type impurity, for example, boron is performed according to the processes shown in FIGS. 1 to 4, 28 and 36. Although not particularly limited, the dose of boron is, for example, 3 × 10 13 cm −2 .

その後、レジストマスク9を除去する。このときの断面構成は、図34に示す構成と同様となる。そして、図38に示すように、n型不純物、例えばリンのイオン注入を行い、並列pn構造7の全面にリンを注入する。このときのドーズ量は、これよりも前に行ったp型不純物のドーズ量の半分程度であり、例えば1.5×1013cm-2である。このようにすると、並列pn構造7のボロンのイオン注入領域17とリンのイオン注入領域18の実効ドーズ量が略等しくなるので、並列pn構造7のチャージバランスを確保することができる。 Thereafter, the resist mask 9 is removed. The cross-sectional configuration at this time is the same as the configuration shown in FIG. Then, as shown in FIG. 38, ion implantation of an n-type impurity such as phosphorus is performed, and phosphorus is implanted into the entire surface of the parallel pn structure 7. The dose at this time is about half of the dose of the p-type impurity performed before this, for example, 1.5 × 10 13 cm −2 . In this case, since the effective dose amounts of the boron ion implantation region 17 and the phosphorus ion implantation region 18 of the parallel pn structure 7 are substantially equal, the charge balance of the parallel pn structure 7 can be ensured.

その後、スクリーニング酸化膜8を除去し、その露出面にn型の半導体をエピタキシャル成長させて、ボロンのイオン注入領域17の表面とリンのイオン注入領域18の表面をn型半導体層19で覆う(図32参照)。これ以降のプロセスは、実施の形態10と同じである。実施の形態13によれば、実施の形態10と同様の効果が得られる。なお、n型不純物のイオン注入を行った後に、p型不純物のイオン注入を行うようにしてもよい。   Thereafter, the screening oxide film 8 is removed, an n-type semiconductor is epitaxially grown on the exposed surface, and the surface of the boron ion implantation region 17 and the surface of the phosphorus ion implantation region 18 are covered with the n-type semiconductor layer 19 (FIG. 32). The subsequent processes are the same as those in the tenth embodiment. According to the thirteenth embodiment, the same effect as in the tenth embodiment can be obtained. Note that the ion implantation of the p-type impurity may be performed after the ion implantation of the n-type impurity.

また、上述した実施の形態10〜13では、p型不純物とn形不純物のイオン注入に関するドーズ量の条件をチャージバランス条件としたが、それらのドーズ量を適宜調整することによって、総不純物量のpリッチ化を図ったり、n型領域5の不純物量をp型領域6の不純物量よりも多くするnリッチ化を図ることができる。特に、pリッチ化した場合には、アバランシェ時に発生したホールが蓄積することによって起こる電界の再分布により、負性抵抗となる電流−電圧特性を改善することができる。このようにイオン注入時のドーズ量をpリッチ化することによって、アバランシェ耐量が向上する。   In Embodiments 10 to 13 described above, the condition of the dose amount related to the ion implantation of the p-type impurity and the n-type impurity is set as the charge balance condition. However, by adjusting these dose amounts appropriately, the total impurity amount can be reduced. It is possible to achieve p-riching or n-riching in which the amount of impurities in the n-type region 5 is larger than the amount of impurities in the p-type region 6. In particular, in the case of p enrichment, the current-voltage characteristic that becomes a negative resistance can be improved by the redistribution of the electric field caused by the accumulation of holes generated during avalanche. Thus, the avalanche resistance is improved by making the dose amount during ion implantation p-rich.

さらに、上述した実施の形態10〜13において、実施の形態6〜9のように、p型不純物(例えばボロン)のイオン注入を行う際に、フィールドプレート電極16のチャネルストッパ電極側端部の真下とチャネルストッパ電極14のフィールドプレート電極側端部の真下との間に位置する箇所からチップ外周端までの領域にp型不純物(例えばボロン)が注入されないようにしてもよい。その場合にも、最も空乏層が広がりにくいフィールドプレート電極16とチャネルストッパ電極14の間で空乏層が広がりやすくなり、耐圧が向上する。   Furthermore, in Embodiments 10 to 13 described above, when ion implantation of a p-type impurity (for example, boron) is performed as in Embodiments 6 to 9, directly below the channel stopper electrode side end of field plate electrode 16. And p-type impurities (for example, boron) may not be injected into a region from a position located between the channel stopper electrode 14 and a portion directly below the end of the field plate electrode on the field plate electrode side. Even in this case, the depletion layer is easily spread between the field plate electrode 16 and the channel stopper electrode 14 where the depletion layer is most difficult to spread, and the breakdown voltage is improved.

以上において、本発明は、上述した各実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、非活性領域となる領域における並列pn構造7のn型領域5,51,52およびp型領域6,61,62の幅が、それぞれ活性領域となる領域における並列pn構造7のn型領域5,52およびp型領域6,62の幅と同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、非活性領域となる領域におけるn型領域5,51,52およびp型領域6,61,62の幅が、それぞれ活性領域となる領域におけるn型領域5,52およびp型領域6,62の幅よりも狭くてもよい。   As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, the widths of the n-type regions 5, 51, 52 of the parallel pn structure 7 and the p-type regions 6, 61, 62 in the region that becomes the non-active region are the n-type regions of the parallel pn structure 7 in the region that becomes the active region, respectively. 5 and 52 and the widths of the p-type regions 6 and 62 may be the same or different. Further, the widths of the n-type regions 5, 51, 52 and the p-type regions 6, 61, 62 in the region that becomes the inactive region are set so that the n-type regions 5, 52 and the p-type regions 6, 62 in the region that becomes the active region, respectively. It may be narrower than the width.

また、活性領域となる領域と非活性領域となる領域とでp型領域6,61,62の幅は同じであるが、非活性領域となる領域におけるn型領域5,51,52の幅が、活性領域となる領域におけるn型領域5,52の幅よりも狭くなっていてもよい。また、実施の形態中に記載した寸法や濃度およびCVD条件などは一例であり、本発明はそれらの値に限定されるものではない。さらに、第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としてもよい。さらにまた、本発明は、MOSFETに限らず、IGBT、バイポーラトランジスタ、FWDまたはショットキーダイオード等にも適用することができる。   The p-type regions 6, 61, and 62 have the same width in the region that becomes the active region and the region that becomes the inactive region, but the width of the n-type regions 5, 51, and 52 in the region that becomes the inactive region is the same. The width of the n-type regions 5 and 52 in the region to be the active region may be narrower. In addition, the dimensions, concentrations, CVD conditions, and the like described in the embodiments are examples, and the present invention is not limited to these values. Further, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type. Furthermore, the present invention can be applied not only to MOSFETs but also to IGBTs, bipolar transistors, FWDs, Schottky diodes, and the like.

以上のように、本発明にかかる半導体素子の製造方法は、大電力用半導体素子の製造に有用であり、特に、並列pn構造をドリフト部に有するMOSFETやIGBTやバイポーラトランジスタ等の高耐圧化と大電流容量化を両立させることのできる半導体素子を製造するのに適している。   As described above, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is useful for manufacturing a high-power semiconductor device. In particular, it is possible to increase the breakdown voltage of MOSFETs, IGBTs, bipolar transistors, etc. having a parallel pn structure in the drift portion. It is suitable for manufacturing a semiconductor device capable of achieving both large current capacity.

本発明の実施の形態1にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる製造方法に従って製造された半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element manufactured according to the manufacturing method concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる製造方法に従って製造された半導体素子の並列pn構造の濃度プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the concentration profile of the parallel pn structure of the semiconductor element manufactured according to the manufacturing method concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる製造方法に従って製造された半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element manufactured according to the manufacturing method concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる製造方法に従って製造された半導体素子の並列pn構造の濃度プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the density | concentration profile of the parallel pn structure of the semiconductor element manufactured according to the manufacturing method concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる製造方法に従って製造された半導体素子の並列pn構造の濃度プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the concentration profile of the parallel pn structure of the semiconductor element manufactured according to the manufacturing method concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4にかかる製造方法のイオン注入領域を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the ion implantation area | region of the manufacturing method concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5にかかる製造方法のイオン注入領域を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the ion implantation area | region of the manufacturing method concerning Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態7にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態7にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態7にかかる製造方法に従って製造された半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element manufactured according to the manufacturing method concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる製造方法に従って製造された半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element manufactured according to the manufacturing method concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態9にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 9 of this invention. 本発明の実施の形態9にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 9 of this invention. 本発明の実施の形態9にかかる製造方法に従って製造された半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element manufactured according to the manufacturing method concerning Embodiment 9 of this invention. 本発明の実施の形態10にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 10 of this invention. 本発明の実施の形態10にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 10 of this invention. 本発明の実施の形態10にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 10 of this invention. 本発明の実施の形態10にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 10 of this invention. 本発明の実施の形態10にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 10 of this invention. 本発明の実施の形態10にかかる製造方法に従って製造された半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element manufactured according to the manufacturing method concerning Embodiment 10 of this invention. 本発明の実施の形態11にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 11 of this invention. 本発明の実施の形態11にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 11 of this invention. 本発明の実施の形態12にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 12 of this invention. 本発明の実施の形態12にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element under manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 12 of this invention. 本発明の実施の形態13にかかる製造方法に従って製造中の半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor element in manufacture according to the manufacturing method concerning Embodiment 13 of this invention. 従来の超接合半導体素子の要部の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the principal part of the conventional superjunction semiconductor element. 従来の超接合半導体素子の並列pn構造の濃度プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the density | concentration profile of the parallel pn structure of the conventional superjunction semiconductor element.

符号の説明Explanation of symbols

1 低抵抗層(n型低抵抗基板)
2 第1導電型半導体(n型半導体)
3 ハードマスク
4 トレンチ
5,51,52 第1導電型半導体領域(n型領域)
6,61,62 第2導電型半導体領域(p型領域)
7 並列pn構造
10 熱酸化膜
11 フィールド酸化膜
14 チャネルストッパ電極
16 フィールドプレート電極
71,72 ストライプ状部分


1 Low resistance layer (n-type low resistance substrate)
2 First conductivity type semiconductor (n-type semiconductor)
3 Hard mask 4 Trench 5, 51, 52 First conductivity type semiconductor region (n-type region)
6, 61, 62 Second conductivity type semiconductor region (p-type region)
7 Parallel pn structure 10 Thermal oxide film 11 Field oxide film 14 Channel stopper electrode 16 Field plate electrode 71, 72 Striped portion


Claims (16)

オン状態のときに電流が流れる活性領域と該活性領域の周囲の非活性領域にわたって、低抵抗層上に第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域が交互に配置された並列pn構造を有する半導体素子を製造するにあたって、
低抵抗層上に第1導電型半導体をエピタキシャル成長させる第1の工程と、
前記第1導電型半導体のエピタキシャル成長層に複数のトレンチを所定の間隔おきに形成する第2の工程と、
前記トレンチ内を第2導電型半導体のエピタキシャル成長により埋める第3の工程と、
前記トレンチ間に残った第1導電型半導体領域および前記トレンチ内に埋め込まれた第2導電型半導体領域よりなる並列pn構造の表面を研磨により平坦にする第4の工程と、
平坦になった前記並列pn構造の非活性領域となる領域に第2導電型の不純物をイオン注入する第5の工程と、
前記並列pn構造に注入された第2導電型の不純物を非酸化性雰囲気での熱処理により活性化させる第6の工程と、
熱酸化により前記並列pn構造の表面の一部をフィールド酸化膜で覆う第7の工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
A parallel pn structure in which a first conductive type semiconductor region and a second conductive type semiconductor region are alternately arranged on a low resistance layer over an active region where current flows in an on state and a non-active region around the active region. In manufacturing a semiconductor device having
A first step of epitaxially growing a first conductivity type semiconductor on the low resistance layer;
A second step of forming a plurality of trenches at predetermined intervals in the epitaxial growth layer of the first conductivity type semiconductor;
A third step of filling the trench by epitaxial growth of a second conductivity type semiconductor;
A fourth step of polishing to flatten the surface of the parallel pn structure comprising the first conductive type semiconductor region remaining between the trenches and the second conductive type semiconductor region embedded in the trench;
A fifth step of ion-implanting a second conductivity type impurity into a flat region of the parallel pn structure which becomes an inactive region;
A sixth step of activating the second conductivity type impurity implanted in the parallel pn structure by heat treatment in a non-oxidizing atmosphere;
A seventh step of covering a part of the surface of the parallel pn structure with a field oxide film by thermal oxidation;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1導電型半導体領域と前記第2導電型半導体領域は、平面形状がストライプ状をなすように交互に配置されており、前記第5の工程では、非活性領域となる領域に配置された前記並列pn構造のうち、前記活性領域となる領域を通らない前記第1導電型半導体領域および前記第2導電型半導体領域よりなるストライプ状部分に対してのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の製造方法。   The first conductivity type semiconductor regions and the second conductivity type semiconductor regions are alternately arranged so that a planar shape thereof forms a stripe shape. In the fifth step, the first conductivity type semiconductor regions and the second conductivity type semiconductor regions are arranged in regions that become inactive regions. In the parallel pn structure, impurities of a second conductivity type are selectively applied only to a stripe-shaped portion made of the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region that do not pass through the region that becomes the active region. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein ions are implanted. オン状態のときに電流が流れる活性領域と該活性領域の周囲の非活性領域にわたって、低抵抗層上に第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域がストライプ状の平面形状をなすように交互に配置された並列pn構造を有する半導体素子を製造するにあたって、
低抵抗層上に第1導電型半導体をエピタキシャル成長させる第1の工程と、
前記第1導電型半導体のエピタキシャル成長層に複数のトレンチを所定の間隔おきに形成する第2の工程と、
前記トレンチ内を第2導電型半導体のエピタキシャル成長により埋める第3の工程と、
前記トレンチ間に残った第1導電型半導体領域および前記トレンチ内に埋め込まれた第2導電型半導体領域よりなる並列pn構造の表面を研磨により平坦にする第4の工程と、
非活性領域となる領域において平坦になった前記並列pn構造のうち、活性領域となる領域を通らない前記第1導電型半導体領域および前記第2導電型半導体領域よりなるストライプ状部分と活性領域となる領域を通って非活性領域まで至る前記第1導電型半導体領域および前記第2導電型半導体領域よりなるストライプ状部分の両方に第2導電型の不純物をイオン注入する第5の工程と、
前記並列pn構造に注入された第2導電型の不純物を非酸化性雰囲気での熱処理により活性化させる第6の工程と、
熱酸化により前記並列pn構造の表面の一部をフィールド酸化膜で覆う第7の工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
The first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region have a stripe-like planar shape on the low resistance layer over the active region where current flows in the on state and the inactive region around the active region. In manufacturing a semiconductor device having a parallel pn structure arranged alternately,
A first step of epitaxially growing a first conductivity type semiconductor on the low resistance layer;
A second step of forming a plurality of trenches at predetermined intervals in the epitaxial growth layer of the first conductivity type semiconductor;
A third step of filling the trench by epitaxial growth of a second conductivity type semiconductor;
A fourth step of polishing to flatten the surface of the parallel pn structure comprising the first conductive type semiconductor region remaining between the trenches and the second conductive type semiconductor region embedded in the trench;
Of the parallel pn structure flattened in a region to be an inactive region, a stripe-shaped portion made of the first conductive type semiconductor region and the second conductive type semiconductor region that do not pass through the region to be an active region, and an active region A fifth step of ion-implanting a second conductivity type impurity into both of the first conductivity type semiconductor region extending from the region to the inactive region and the stripe-shaped portion made of the second conductivity type semiconductor region;
A sixth step of activating the second conductivity type impurity implanted in the parallel pn structure by heat treatment in a non-oxidizing atmosphere;
A seventh step of covering a part of the surface of the parallel pn structure with a field oxide film by thermal oxidation;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第5の工程では、前記並列pn構造の非活性領域となる領域の一部の領域の第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域にのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体素子の製造方法。   In the fifth step, the second conductivity type impurity is selectively ionized only in the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region in a part of the region which becomes the inactive region of the parallel pn structure. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein implantation is performed. 前記第5の工程では、前記並列pn構造の非活性領域となる領域の第2導電型半導体領域にのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体素子の製造方法。   4. In the fifth step, ions of a second conductivity type are selectively ion-implanted only into a second conductivity type semiconductor region of a region that becomes an inactive region of the parallel pn structure. The manufacturing method of the semiconductor element as described in any one of these. 前記第5の工程では、前記並列pn構造の非活性領域となる領域の一部の領域の第2導電型半導体領域にのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする請求項5に記載の半導体素子の製造方法。   In the fifth step, the second conductivity type impurity is selectively ion-implanted only into the second conductivity type semiconductor region in a part of the region which becomes the inactive region of the parallel pn structure. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5. 前記第5の工程では、前記並列pn構造の非活性領域となる領域の第1導電型半導体領域にのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体素子の製造方法。   4. In the fifth step, a second conductivity type impurity is selectively ion-implanted only in a first conductivity type semiconductor region of a region that becomes an inactive region of the parallel pn structure. The manufacturing method of the semiconductor element as described in any one of these. 前記第5の工程では、前記並列pn構造の非活性領域となる領域の一部の領域の第1導電型半導体領域にのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする請求項7に記載の半導体素子の製造方法。   In the fifth step, the second conductivity type impurity is selectively ion-implanted only in the first conductivity type semiconductor region in a part of the region which becomes the inactive region of the parallel pn structure. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7. 非活性領域上の前記フィールド酸化膜の活性領域側端部を覆うフィールドプレート電極と非活性領域上の前記フィールド酸化膜のチップ外周側端部を覆うチャネルストッパ電極を形成する第8の工程をさらに含み、An eighth step of forming a field plate electrode covering the active region side end portion of the field oxide film on the non-active region and a channel stopper electrode covering the chip outer peripheral side end portion of the field oxide film on the non-active region; Including
前記第5の工程では、前記フィールドプレート電極のチャネルストッパ電極側端部の真下と前記チャネルストッパ電極のフィールドプレート電極側端部の真下との間に位置する箇所から、前記チャネルストッパ電極により覆われる領域までを除く領域にのみ、選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする請求項4、6または8に記載の半導体素子の製造方法。  In the fifth step, the channel stopper electrode covers the portion located between the portion immediately below the channel stopper electrode side end portion of the field plate electrode and the field stopper electrode side end portion of the channel stopper electrode. 9. The method of manufacturing a semiconductor element according to claim 4, wherein the second conductivity type impurity is selectively ion-implanted only in a region excluding the region.
オン状態のときに電流が流れる活性領域と該活性領域の周囲の非活性領域にわたって、低抵抗層上に第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域が交互に配置された並列pn構造を有する半導体素子を製造するにあたって、A parallel pn structure in which a first conductive type semiconductor region and a second conductive type semiconductor region are alternately arranged on a low resistance layer over an active region where current flows in an on state and a non-active region around the active region. In manufacturing a semiconductor device having
低抵抗層上に第1導電型半導体をエピタキシャル成長させる第1の工程と、  A first step of epitaxially growing a first conductivity type semiconductor on the low resistance layer;
前記第1導電型半導体のエピタキシャル成長層の表面にトレンチ形成用のマスクを形成し、該マスクを用いて前記第1導電型半導体のエピタキシャル成長層に複数のトレンチを所定の間隔おきに形成する第2の工程と、  Forming a trench forming mask on the surface of the epitaxial growth layer of the first conductivity type semiconductor, and forming a plurality of trenches in the epitaxial growth layer of the first conductivity type semiconductor at predetermined intervals using the mask; Process,
前記トレンチ内を第2導電型半導体のエピタキシャル成長により埋める第3の工程と、  A third step of filling the trench by epitaxial growth of a second conductivity type semiconductor;
前記第2の工程で形成された前記マスクおよび前記トレンチ内に埋め込まれた第2導電型半導体領域よりなる表面を研磨により平坦にする第4の工程と、  A fourth step of flattening the surface of the mask formed in the second step and the second conductive type semiconductor region embedded in the trench by polishing;
前記トレンチ間に残った第1導電型半導体領域および前記トレンチ内に埋め込まれた第2導電型半導体領域よりなる並列pn構造の一部または全部の表面に第2導電型の不純物をイオン注入する第5の工程と、  A second conductivity type impurity is ion-implanted into a part or all of the surface of the parallel pn structure composed of the first conductivity type semiconductor region remaining between the trenches and the second conductivity type semiconductor region buried in the trench. 5 steps,
前記並列pn構造の、第2導電型の不純物がイオン注入された領域を含む表面に第1導電型半導体をエピタキシャル成長させる第6の工程と、  A sixth step of epitaxially growing a first conductivity type semiconductor on a surface of the parallel pn structure including a region into which a second conductivity type impurity is ion-implanted;
を含み、  Including
前記第5の工程では、前記第3の工程で前記トレンチ内に埋め込まれた前記第2導電型半導体領域をおおよそ前記マスクの厚さ分だけエッチングした後に、前記マスクを用いて自己整合的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする半導体素子の製造方法。  In the fifth step, the second conductivity type semiconductor region buried in the trench in the third step is etched by approximately the thickness of the mask, and then the second conductive semiconductor region is self-aligned using the mask. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized by ion-implanting two conductivity type impurities.
前記第4の工程と前記第6の工程の間に、前記トレンチ間に残った第1導電型半導体領域および前記トレンチ内に埋め込まれた第2導電型半導体領域よりなる並列pn構造の一部または全部の表面に第1導電型の不純物をイオン注入する第7の工程をさらに含み、  Part of a parallel pn structure comprising a first conductive type semiconductor region remaining between the trenches and a second conductive type semiconductor region embedded in the trenches between the fourth step and the sixth step, or A seventh step of ion-implanting a first conductivity type impurity into the entire surface;
前記第7の工程でイオン注入される第1導電型の不純物のドーズ量は、前記第5の工程でイオン注入される第2導電型の不純物のドーズ量の略1/2であることを特徴とする請求項10に記載の半導体素子の製造方法。  The dose amount of the first conductivity type impurity ion-implanted in the seventh step is approximately ½ of the dose amount of the second conductivity type impurity ion-implanted in the fifth step. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
前記第5の工程では、前記トレンチ間に残った第1導電型半導体領域および前記トレンチ内に埋め込まれた第2導電型半導体領域よりなる並列pn構造の前記第2導電型半導体領域の表面にのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする請求項10または11に記載の半導体素子の製造方法。In the fifth step, only the surface of the second conductive semiconductor region having a parallel pn structure composed of the first conductive semiconductor region remaining between the trenches and the second conductive semiconductor region buried in the trench is used. 12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein a second conductivity type impurity is selectively ion-implanted. 前記第5の工程の直前に、前記第7の工程を行うことを特徴とする請求項11に記載の半導体素子の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor element according to claim 11, wherein the seventh step is performed immediately before the fifth step. 前記第5の工程の直後に、前記第7の工程を行うことを特徴とする請求項11に記載の半導体素子の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor element according to claim 11, wherein the seventh step is performed immediately after the fifth step. 前記第7の工程では、並列pn構造の前記第1導電型半導体領域の表面にのみ選択的に第1導電型の不純物をイオン注入することを特徴とする請求項11、13または14に記載の半導体素子の製造方法。15. The seventh step according to claim 11, 13 or 14, wherein in the seventh step, a first conductivity type impurity is selectively ion-implanted only into a surface of the first conductivity type semiconductor region having a parallel pn structure. A method for manufacturing a semiconductor device. 前記第6の工程では、前記並列pn構造の表面に、同並列pn構造の第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域の繰り返しピッチの1/2程度の厚さの第1導電型半導体をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項10〜15のいずれか一つに記載の半導体素子の製造方法。In the sixth step, on the surface of the parallel pn structure, a first conductivity type semiconductor having a thickness of about ½ of a repetition pitch of the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region of the parallel pn structure. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the semiconductor device is epitaxially grown.
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