JP5385567B2 - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、トレンチゲート型VDMOSFETを有する半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a trench gate type VDMOSFET and a method for manufacturing the semiconductor device.

VDMOSFET(Vertical Double diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の微細化に有効な構造として、トレンチゲート構造が一般に知られている。
図5は、従来のトレンチゲート型VDMOSFETを有する半導体装置の模式的な断面図である。
As a structure effective for miniaturization of a VDMOSFET (Vertical Double diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), a trench gate structure is generally known.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device having a conventional trench gate type VDMOSFET.

半導体装置100は、N型基板101を備えている。N型基板101上には、N型エピタキシャル層102が積層されている。N型エピタキシャル層102の基層部は、N型領域103とされ、N型エピタキシャル層102の表層部には、P型ボディ領域104がN型領域103と上下に隣接して形成されている。
型エピタキシャル層102には、トレンチ105がその表面から掘り下がって形成されている。トレンチ105は、P型ボディ領域104を貫通し、その最深部がN型領域103に達している。トレンチ105内には、SiO(酸化シリコン)からなるゲート絶縁膜106を介して、N型不純物が高濃度にドープされたポリシリコンからなるゲート電極107が埋設されている。
The semiconductor device 100 includes an N + type substrate 101. An N type epitaxial layer 102 is stacked on the N + type substrate 101. The base layer portion of the N -type epitaxial layer 102 is an N -type region 103, and the P-type body region 104 is formed adjacent to the N -type region 103 in the surface layer portion of the N -type epitaxial layer 102. ing.
A trench 105 is dug down from the surface of the N type epitaxial layer 102. Trench 105 penetrates P-type body region 104, and the deepest part reaches N -type region 103. A gate electrode 107 made of polysilicon doped with N-type impurities at a high concentration is buried in the trench 105 via a gate insulating film 106 made of SiO 2 (silicon oxide).

また、P型ボディ領域104の表層部には、トレンチ105に沿って、N型ソース領域108が形成されている。N型ソース領域108には、平面視でその中央部に、P型コンタクト領域109がN型ソース領域108を貫通して形成されている。
型エピタキシャル層102上には、層間絶縁膜110が積層されている。層間絶縁膜110上には、ソース配線111が形成されている。ソース配線111は、接地されている。そして、ソース配線111は、層間絶縁膜110に形成されたコンタクト孔112を介して、N型ソース領域108およびP型コンタクト領域109にコンタクト(電気接続)されている。また、ゲート電極107には、層間絶縁膜110に形成されたコンタクト孔(図示せず)を介して、ゲート配線113が電気的に接続されている。
An N + type source region 108 is formed along the trench 105 in the surface layer portion of the P type body region 104. In the N + -type source region 108, a P + -type contact region 109 is formed through the N + -type source region 108 in the center portion in plan view.
An interlayer insulating film 110 is stacked on the N type epitaxial layer 102. A source wiring 111 is formed on the interlayer insulating film 110. The source wiring 111 is grounded. The source wiring 111 is in contact (electrically connected) to the N + type source region 108 and the P + type contact region 109 through a contact hole 112 formed in the interlayer insulating film 110. Further, the gate wiring 113 is electrically connected to the gate electrode 107 through a contact hole (not shown) formed in the interlayer insulating film 110.

型基板101の裏面には、ドレイン電極114が形成されている。
ドレイン電極114に適当な大きさの正電圧を印加しつつ、ゲート電極107の電位を制御することにより、P型ボディ領域104におけるゲート絶縁膜106との界面近傍にチャネルが形成され、N型ソース領域108とドレイン電極114との間に電流が流れる。これにより、VDMOSFETのスイッチング動作が達成される。
特開平11−274484号公報
A drain electrode 114 is formed on the back surface of the N + type substrate 101.
While applying a positive voltage of appropriate magnitude to the drain electrode 114, by controlling the potential of the gate electrode 107, a channel is formed near the interface between the gate insulating film 106 in the P-type body region 104, N + -type A current flows between the source region 108 and the drain electrode 114. Thereby, the switching operation of the VDMOSFET is achieved.
JP 11-274484 A

VDMOSFETのスイッチング性能を表わす指標として、たとえば、オン抵抗Ronとゲート電荷量Qとの積Ron・Qが用いられる。
オン抵抗Ronは、ソース−ドレイン間の抵抗である。図5に示す半導体装置100では、オン抵抗Ronは、N型ソース領域108とN型基板101との間(ソース配線111とドレイン電極114との間)の抵抗である。
As an index representing the switching performance of the VDMOSFET, for example, the product R on · Q g the resistance R on the gate charge Q g is used.
The on-resistance R on is a resistance between the source and the drain. In the semiconductor device 100 illustrated in FIG. 5, the on-resistance R on is a resistance between the N + type source region 108 and the N + type substrate 101 (between the source wiring 111 and the drain electrode 114).

ゲート電荷量Qは、ゲート−ドレイン間容量Cgdと、ゲート−ソース間容量Cgsとの合成容量に蓄積される電荷量である。図5に示す半導体装置100では、ゲート−ドレイン間容量Cgdは、ゲート絶縁膜106におけるゲート電極107とトレンチ105の底面との間に挟まれる部分の容量と、N型領域103とP型ボディ領域104との界面から広がる空乏層115が有する容量との合成容量である。図5に示す半導体装置100では、ゲート−ソース間容量Cgsは、ゲート電極107とN型ソース108との間に挟まれる部分におけるゲート絶縁膜106の容量である。 Gate charge Q g is the gate - drain capacitance C gd, the gate - a charge amount accumulated in the combined capacitance of the source capacitance C gs. In the semiconductor device 100 shown in FIG. 5, the gate-drain capacitance C gd includes the capacitance of the portion sandwiched between the gate electrode 107 and the bottom surface of the trench 105 in the gate insulating film 106, the N type region 103, and the P type. This is a combined capacity with the capacity of the depletion layer 115 extending from the interface with the body region 104. In the semiconductor device 100 illustrated in FIG. 5, the gate-source capacitance C gs is the capacitance of the gate insulating film 106 in a portion sandwiched between the gate electrode 107 and the N + type source 108.

オン抵抗Ronとゲート電荷量Qとの積Ron・Qが小さいほど、より高速なスイッチング動作を達成することができる。ところが、図6に示されるように、RonとQとは、一方を低減すると、他方が増大する、いわゆるトレードオフの関係にある。そのため、Ron・Qを小さくするには、RonおよびQの一方を低減するとともに、他方の増大を防止する必要がある。 More product R on · Q g the resistance R on the gate charge Q g is small, it is possible to achieve faster switching operation. However, as shown in FIG. 6, R on and Q g are in a so-called trade-off relationship in which when one is reduced, the other increases. Therefore, in order to reduce R on · Q g , it is necessary to reduce one of R on and Q g and prevent the other from increasing.

そこで、本発明の目的は、オン抵抗Ronの増大を生じることなく、ゲート電荷量Qを低減することができる半導体装置およびその製造方法を提供することである。 An object of the present invention, without causing an increase in on-resistance R on, is to provide a semiconductor device and a manufacturing method thereof capable of reducing gate charge quantity Q g.

前記目的を達成するための請求項1記載の発明は、第1導電型の半導体層にトレンチを形成する工程と、前記半導体層上に、酸化膜材料を堆積させて、酸化膜材料堆積層を形成する工程と、前記酸化膜材料堆積層をエッチバックして、前記トレンチの底面の周縁部上に前記酸化膜材料堆積層を部分的に残す工程と、前記トレンチの底面および側面を含む前記半導体層の表面ならびに前記トレンチの底面の周縁部上に残された前記酸化膜材料堆積層を酸化させて、前記トレンチの底面の周縁部上において相対的に大きい厚さを有する厚膜部と、当該周縁部に囲まれる中央部上において相対的に小さい厚さを有する薄膜部とを含む酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜上に前記トレンチを埋め尽くすように、ゲート電極を形成する工程と、前記半導体層の表面から第2導電型の不純物を導入して、前記第2導電型のボディ領域を形成する工程と、前記半導体層の表面から前記トレンチの周囲に前記第1導電型の不純物を導入して、前記ボディ領域に接する前記第1導電型のソース領域を形成する工程と、前記酸化膜における前記トレンチ外の部分を除去して、前記トレンチの底面および側面上に、前記厚膜部および前記薄膜部を含むゲート絶縁膜を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法である。
この方法では、トレンチの底面の周縁部上に酸化膜材料堆積層が部分的に残される。この残された酸化膜材料堆積層は、トレンチの底面および側面を含む半導体層の表面と同時に酸化される。この酸化によって、残された酸化膜材料堆積層は、相対的に大きい厚さを有する厚膜部となる。一方、トレンチの底面が酸化されることにより形成された部分は、相対的に小さい厚さを有する薄膜部となる。そして、厚膜部および薄膜部は、それぞれゲート絶縁膜の厚膜部および薄膜部となる。
このように、ゲート絶縁膜の厚膜部と薄膜部とを同時に形成することができる。したがって、複雑な工程を経ることなく、厚膜部および薄膜部を備えるゲート絶縁膜を容易に形成することができる。
請求項1に記載の製造方法により、半導体層と、前記半導体層の基層部に形成された第1導電型の第1導電型領域と、前記半導体層に形成され、前記第1導電型領域に接する第2導電型のボディ領域と、前記半導体層に形成され、前記ボディ領域を貫通し、最深部が前記第1導電型領域に達するトレンチと、前記半導体層の表層部における前記トレンチの周囲に形成され、前記ボディ領域に接する前記第1導電型のソース領域と、前記トレンチの底面および側面上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記トレンチに埋設されたゲート電極とを含み、前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの底面の周縁部上において、相対的に大きい厚さ(前記トレンチの深さ方向における厚さ)を有する厚膜部と、当該周縁部に囲まれる中央部上に、相対的に小さい厚さを有する薄膜部とを備えている、半導体装置を得ることができる。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a step of forming a trench in a semiconductor layer of a first conductivity type, an oxide film material is deposited on the semiconductor layer, and an oxide film material deposition layer is formed. Forming the semiconductor layer, etching back the oxide film material deposition layer to partially leave the oxide film material deposition layer on a peripheral edge of the bottom surface of the trench, and the semiconductor including the bottom surface and side surface of the trench A thick film portion having a relatively large thickness on the periphery of the bottom surface of the trench by oxidizing the oxide material deposition layer left on the periphery of the bottom surface of the trench and the bottom surface of the trench; Forming an oxide film including a thin film portion having a relatively small thickness on a central portion surrounded by a peripheral edge portion; and forming a gate electrode so as to fill the trench on the oxide film; The half Introducing a second conductivity type impurity from the surface of the body layer to form the second conductivity type body region; and introducing the first conductivity type impurity from the surface of the semiconductor layer to the periphery of the trench. Forming the source region of the first conductivity type in contact with the body region, removing a portion outside the trench in the oxide film, and forming the thick film portion and the thick film portion on the bottom and side surfaces of the trench. Forming a gate insulating film including the thin film portion.
In this method, an oxide film material deposition layer is partially left on the peripheral edge of the bottom surface of the trench. The remaining oxide material deposition layer is oxidized simultaneously with the surface of the semiconductor layer including the bottom and side surfaces of the trench. By this oxidation, the remaining oxide film material deposition layer becomes a thick film portion having a relatively large thickness. On the other hand, the portion formed by oxidizing the bottom surface of the trench becomes a thin film portion having a relatively small thickness. The thick film portion and the thin film portion become the thick film portion and the thin film portion of the gate insulating film, respectively.
Thus, the thick film portion and the thin film portion of the gate insulating film can be formed simultaneously. Therefore, a gate insulating film having a thick film portion and a thin film portion can be easily formed without going through a complicated process.
The manufacturing method according to claim 1 , wherein a semiconductor layer, a first conductivity type region of a first conductivity type formed in a base layer portion of the semiconductor layer, and a semiconductor layer formed on the first conductivity type region are formed in the first conductivity type region. A body region of a second conductivity type in contact, a trench formed in the semiconductor layer, penetrating through the body region and having a deepest portion reaching the first conductivity type region, and around the trench in a surface layer portion of the semiconductor layer A source region of the first conductivity type formed and in contact with the body region; a gate insulating film formed on a bottom surface and a side surface of the trench; and a gate electrode embedded in the trench through the gate insulating film; hints, the gate insulating film, on the periphery of the bottom surface of the trench, and a thick film portion having a relatively large thickness (thickness in the depth direction of the trench), among which are surrounded by the peripheral portion On the parts, and a thin film portion having a relatively small thickness, it is possible to obtain a semiconductor device.

この構成によれば、半導体層の基層部には、第1導電型領域が形成されている。また、半導体層には、第2導電型のボディ領域が第1導電型領域に接して形成されている。さらに、半導体層には、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が埋設されるトレンチが形成されている。トレンチは、ボディ領域を貫通し、その最深部が第1導電型領域に達している。半導体層の表層部には、第1導電型のソース領域がトレンチの周囲に形成されている。そして、ゲート絶縁膜は、トレンチの底面の周縁部上に、相対的に大きい厚さを有する厚膜部と、当該周縁部に囲まれる中央部上に、相対的に小さい厚さを有する薄膜部とを備えている。 According to this configuration, the first conductivity type region is formed in the base layer portion of the semiconductor layer. Further, a second conductivity type body region is formed in contact with the first conductivity type region in the semiconductor layer. Furthermore, a trench in which a gate electrode is embedded via a gate insulating film is formed in the semiconductor layer. The trench penetrates the body region, and the deepest portion reaches the first conductivity type region. In the surface layer portion of the semiconductor layer, a source region of the first conductivity type is formed around the trench. The gate insulating film includes a thick film portion having a relatively large thickness on the peripheral portion of the bottom surface of the trench, and a thin film portion having a relatively small thickness on the central portion surrounded by the peripheral portion. And .

トレンチゲート型のトランジスタでは、ボディ領域におけるゲート絶縁膜との界面の近傍の領域(チャネル形成領域)にチャネルが形成される。
たとえば、ゲート絶縁膜の厚さを一様に大きくすることにより、ゲート電極とトレンチの底面との間の間隔を大きくし、それらの間の容量の低減を図ることが考えられる。しかし、ゲート絶縁膜におけるチャネル形成領域に対向する部分厚さが大きくなると、ゲート閾値電圧を増大させてしまうだけでなく、電流能力を低下させてしまうので、チャネル抵抗が増大する。その結果、オン抵抗Ronが増大する。
In the trench gate type transistor, a channel is formed in a region (channel formation region) in the vicinity of the interface with the gate insulating film in the body region.
For example, it is conceivable to increase the gap between the gate electrode and the bottom surface of the trench by uniformly increasing the thickness of the gate insulating film, thereby reducing the capacitance between them. However, when the thickness of the portion of the gate insulating film facing the channel formation region is increased, not only the gate threshold voltage is increased, but also the current capability is decreased, so that the channel resistance is increased. As a result, the on-resistance R on increases.

これに対し、ゲート絶縁膜がトレンチの底面上に厚膜部を有する構成では、トレンチの側面上におけるゲート絶縁膜の厚さをゲート閾値電圧およびチャネル抵抗を考慮した適当な厚さとしながら、厚膜部を挟んで対向するゲート電極とトレンチの底面との間の間隔を大きくすることができる。これにより、ゲート閾値電圧およびオン抵抗Ronを増大させることなく、ゲート電極とトレンチの底面(第1導電型領域)との間の容量を低減することができる。よって、オン抵抗Ronを増大させることなく、ゲート−ドレイン間容量Cgdを低減することができ、ひいてはゲート電荷量Qを低減することができる。その結果、トランジスタのスイッチング動作の高速化を達成することができる。 On the other hand, in the configuration in which the gate insulating film has the thick film portion on the bottom surface of the trench, the thickness of the gate insulating film on the side surface of the trench is set to an appropriate thickness considering the gate threshold voltage and channel resistance. An interval between the gate electrode and the bottom surface of the trench facing each other with the portion interposed therebetween can be increased. Thus, without increasing the gate threshold voltage and on-resistance R on, it is possible to reduce the capacitance between the gate electrode and the bottom surface of the trench (first conductivity type region). Therefore, the gate-drain capacitance C gd can be reduced without increasing the on-resistance R on , and thus the gate charge amount Q g can be reduced. As a result, high speed switching operation of the transistor can be achieved.

ゲート絶縁膜がトレンチの底面の周縁部上で厚く形成されることにより、その周縁部において、ゲート電極とトレンチの底面との間の間隔を大きくすることができ、それらの間の容量を低減することができる。また、薄膜部の上面が第1導電型領域とボディ領域との界面と同じ位置またはそれより低い位置となるように薄膜部の厚さが設定されることにより、ゲート電極をチャネル形成領域の全長(全チャネル長)にわたって対向させることができる。その結果、トランジスタの良好な動作を確保することができる。   By forming the gate insulating film thickly on the peripheral edge of the bottom surface of the trench, the distance between the gate electrode and the bottom surface of the trench can be increased at the peripheral edge, thereby reducing the capacitance between them. be able to. Further, the thickness of the thin film portion is set so that the upper surface of the thin film portion is at the same position as or lower than the interface between the first conductivity type region and the body region. (Overall channel length). As a result, good operation of the transistor can be ensured.

よって、ゲート−ドレイン間容量Cgdを低減することができながら、トランジスタの良好な動作を確保することができる Therefore, a favorable operation of the transistor can be ensured while the gate-drain capacitance C gd can be reduced .

求項に記載のように、前記酸化膜を形成する工程において、前記酸化膜は、前記トレンチの側面上に一様な厚さで形成されてもよい。 As described in Motomeko 2, in the step of forming the oxide film, the oxide film may be formed in a uniform thickness on a side surface of the trench.

この場合、請求項に記載のように、前記酸化膜を形成する工程において、前記酸化膜は、前記厚膜部の厚さ、前記トレンチの側面上における部分の厚さよりも大きくなるように形成されることが好ましい。
請求項3に記載の製造方法によれば、トレンチの側面上におけるゲート絶縁膜の厚さよりも大きい厚さを有する厚膜部が形成される。トレンチの側面上におけるゲート絶縁膜の厚さを相対的に小さくすることにより、オン抵抗Ronを小さくすることができ、その一方で、厚膜部の厚さを相対的に大きくすることにより、ゲート−ドレイン間容量Cgdを低減することができる。
In this case, as described in claim 3, in the step of forming the oxide film, the oxide film, the thickness of the thick portion is larger than the thickness of the portion on the side surface of the trench Kunar so It is preferable to be formed .
According to the manufacturing method of the third aspect, the thick film portion having a thickness larger than the thickness of the gate insulating film on the side surface of the trench is formed. By relatively small thickness of the gate insulating film on the side surface of the trench, it is possible to reduce the on-resistance R on, on the other hand, by increasing relative thickness of the thick portion, The gate-drain capacitance C gd can be reduced.

また、請求項に記載のように、前記酸化膜を形成する工程において、前記酸化膜は、前記トレンチの側面上に前記ソース領域と接する部分の厚さが前記ボディ領域と接する部分の厚さよりも大きくなるように形成されていてもよい。
請求項4に記載の製造方法によれば、トレンチの側面上において、ソース領域と接する部分の厚さがボディ領域と接する部分の厚さよりも大きいゲート絶縁膜が形成される。ゲート絶縁膜のボディ領域と接する部分の厚さをゲート閾値電圧およびチャネル抵抗を考慮した適当な膜厚としながら、ゲート絶縁膜のソース領域と接する部分の厚さを大きくすることにより、ゲート電極とソース領域との間の容量、つまりゲート−ソース間容量Cgsを低減することができる。よって、オン抵抗Ronを増大させることなく、ゲート−ソース間容量Cgsを低減することができ、ひいてはゲート電荷量Qをさらに低減することができる。その結果、トランジスタのスイッチング動作のさらなる高速化を達成することができる。
Further, as described in claim 4, in the step of forming the oxide film, the oxide film, the thickness of the portion where the thickness of the portion in contact with the front Symbol source region on a side surface of the trench is in contact with the body region it may be formed to a size Kunar so than is.
According to the manufacturing method of the fourth aspect, on the side surface of the trench, the gate insulating film in which the thickness of the portion in contact with the source region is larger than the thickness of the portion in contact with the body region is formed. By increasing the thickness of the portion of the gate insulating film in contact with the source region while making the thickness of the portion in contact with the body region of the gate insulating film an appropriate film thickness considering the gate threshold voltage and channel resistance, The capacitance between the source region, that is, the gate-source capacitance Cgs can be reduced. Therefore, the gate-source capacitance C gs can be reduced without increasing the on-resistance R on , and thus the gate charge amount Q g can be further reduced. As a result, further speeding up of the switching operation of the transistor can be achieved.

また、ゲート絶縁膜のソース領域と接する部分の厚さが大きいことにより、ゲート電極とソース領域との間の間隔を大きく確保することいができる。その結果、ゲート−ソース間耐圧の向上を図ることができる。
この場合、請求項に記載のように、前記酸化膜を形成する工程において、前記酸化膜は、前記厚膜部の厚さ、前記ボディ領域と接する部分の厚さよりも大きくなるように形成されることが好ましい。
請求項5に記載の製造方法によれば、ボディ領域と接する部分の厚さが相対的に小さいゲート絶縁膜が形成される。
In addition, since the thickness of the portion of the gate insulating film that is in contact with the source region is large, a large interval between the gate electrode and the source region can be ensured. As a result, the gate-source breakdown voltage can be improved.
In this case, as described in claim 5, in the step of forming the oxide film, the oxide film, the thickness of the thick film portion is the portion in contact with the body region thickness larger than Kunar so on Preferably it is formed .
According to the manufacturing method of the fifth aspect, the gate insulating film in which the thickness of the portion in contact with the body region is relatively small is formed.

ゲート絶縁膜におけるボディ領域と接する部分の厚さを相対的に小さくすることにより、オン抵抗Ronを小さくすることができ、その一方で、厚膜部の厚さを相対的に大きくすることにより、ゲート−ドレイン間容量Cgdを低減することができる。
By relatively small thickness of the portion in contact with the body region of the gate insulating film, it is possible to reduce the on-resistance R on, on the other hand, by increasing relative thickness of the thick portion The gate-drain capacitance C gd can be reduced.

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。 半導体装置1は、トレンチゲート型VDMOSFETを有するユニットセルがマトリクス状に配置されたアレイ構造を有している。
半導体装置1の基体をなすN型基板2上には、N型基板2よりもN型不純物が低濃度(たとえば、1015/cm)にドーピングされたシリコンからなるN型のエピタキシャル層3が積層されている。エピタキシャル層3の基層部は、エピタキシャル成長後のままの状態で、第1導電型領域としてのN型領域4とされている。また、エピタキシャル層3には、N型領域4上に、P型のボディ領域5がN型領域4に接して形成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor device 1 has an array structure in which unit cells having trench gate type VDMOSFETs are arranged in a matrix.
An N type epitaxial layer made of silicon doped with an N type impurity at a lower concentration (for example, 10 15 / cm 3 ) than the N + type substrate 2 is formed on the N + type substrate 2 that forms the base of the semiconductor device 1. Layer 3 is laminated. The base layer portion of the epitaxial layer 3 is an N type region 4 as a first conductivity type region in a state as it is after epitaxial growth. Further, in the epitaxial layer 3, N - on type region 4, the body region 5 of the P type the N - formed in contact with the mold region 4.

エピタキシャル層3には、トレンチ6がその表面から掘り下がって形成されている。トレンチ6は、ボディ領域5を貫通し、その最深部がN型領域4に達している。また、トレンチ6は、図1における左右方向に一定の間隔を空けて複数形成され、それぞれ図1の紙面と直交する方向(ゲート幅に沿う方向)に延びている。各トレンチ6は、図1における左右方向(ゲート幅と直交する方向)における幅Wが、たとえば、0.5μmで形成されている。トレンチ6内には、その内面全域を覆うように、SiO(酸化シリコン)からなるゲート絶縁膜7が形成されている。 A trench 6 is dug from the surface of the epitaxial layer 3. Trench 6 penetrates body region 5, and the deepest part reaches N type region 4. Further, a plurality of trenches 6 are formed at regular intervals in the left-right direction in FIG. 1, and each extend in a direction (direction along the gate width) perpendicular to the paper surface of FIG. Each trench 6 has a width W 1 in the horizontal direction in FIG. 1 (a direction orthogonal to the gate width), for example, formed by 0.5 [mu] m. A gate insulating film 7 made of SiO 2 (silicon oxide) is formed in the trench 6 so as to cover the entire inner surface.

ゲート絶縁膜7は、トレンチ6の底面上において、相対的に大きい厚さ(トレンチ6の深さ方向における厚さ)を有する厚膜部71と、相対的に小さい厚さを得揺する薄膜部72とを備えている。
厚膜部71は、トレンチ6の底面の周縁部上に形成されている。厚膜部71は、トレンチ6の側面に近づくにつれて厚さが大きくなる断面形状に形成されている。厚膜部71の最大厚さTox2(たとえば、150nm)は、トレンチ6の底面とN型領域4の上面(N型領域4とボディ領域5との界面)との間隔H(たとえば、50nm)より大きい。一方、厚膜部71の最小厚さTox1(たとえば、50nm)は、その間隔Hに等しい。また、厚膜部71は、トレンチ6の底面に、たとえば、0.1μmの幅Wで接している。
The gate insulating film 7 has a thick film portion 71 having a relatively large thickness (thickness in the depth direction of the trench 6) and a thin film portion 72 that obtains a relatively small thickness on the bottom surface of the trench 6. And.
The thick film portion 71 is formed on the peripheral edge portion of the bottom surface of the trench 6. The thick film portion 71 is formed in a cross-sectional shape that increases in thickness as it approaches the side surface of the trench 6. The maximum thickness of the thick portion 71 T ox2 (e.g., 150 nm) is the bottom surface of the trench 6 and the N - top type region 4 - distance H 1 between the (N type region 4 and the interface between the body region 5) (e.g. , 50 nm). On the other hand, the minimum thickness T ox1 (for example, 50 nm) of the thick film portion 71 is equal to the interval H 1 . Further, the thick portion 71, the bottom surface of the trench 6, for example, in contact with the width W 3 of 0.1 [mu] m.

薄膜部72は、トレンチ6の底面の中央部上に形成されている。薄膜部72の上面は、N型領域4の上面と同一平面上に位置している。言い換えれば、薄膜部72の厚さTox1は、トレンチ6の底面とN型領域4の上面との間隔Hに等しい。また、薄膜部72は、トレンチ6の底面に、たとえば、0.3μmの幅Wで接している。
そして、トレンチ6内におけるゲート絶縁膜7の内側を、N型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコンで埋め尽くすことにより、トレンチ6内にゲート電極8が埋設されている。
The thin film portion 72 is formed on the central portion of the bottom surface of the trench 6. The upper surface of the thin film portion 72 is located on the same plane as the upper surface of the N -type region 4. In other words, the thickness T ox1 thin section 72, the bottom surface and the N of the trench 6 - equal to the spacing H 1 between the upper surface of the mold region 4. Further, the thin film portion 72 is in contact with the bottom surface of the trench 6 with a width W 2 of 0.3 μm, for example.
A gate electrode 8 is embedded in the trench 6 by filling the inside of the gate insulating film 7 in the trench 6 with polysilicon doped with N-type impurities at a high concentration.

また、エピタキシャル層3の表層部には、トレンチ6に対してゲート幅と直交する方向(図1における左右方向)の両側に、N型領域4のN型不純物濃度よりも高いN型不純物濃度(たとえば、1019/cm)を有するN型のソース領域9が形成されている。ソース領域9は、トレンチ6に沿ってゲート幅に沿う方向に延び、その底部がボディ領域5に接している。また、ゲート幅と直交する方向におけるソース領域9の中央部には、P型のコンタクト領域10がソース領域9を貫通して形成されている。 Further, in the surface layer portion of the epitaxial layer 3, an N-type impurity concentration higher than the N-type impurity concentration of the N -type region 4 on both sides of the trench 6 in the direction orthogonal to the gate width (left-right direction in FIG. 1). An N + type source region 9 having (for example, 10 19 / cm 3 ) is formed. The source region 9 extends in the direction along the gate width along the trench 6, and the bottom thereof is in contact with the body region 5. A P + -type contact region 10 is formed through the source region 9 at the center of the source region 9 in the direction orthogonal to the gate width.

すなわち、トレンチ6およびソース領域9は、ゲート幅と直交する方向に交互に設けられ、それぞれゲート幅に沿う方向に延びている。そして、ソース領域9上に、そのソース領域9に沿って、ゲート幅と直交する方向に隣接するユニットセル間の境界が設定されている。コンタクト領域10は、ゲート幅と直交する方向に隣接する2つのユニットセル間に跨って少なくとも1つ以上設けられている。また、ゲート幅に沿う方向に隣接するユニットセル間の境界は、各ユニットセルに含まれるゲート電極8が一定のゲート幅を有するように設定されている。   That is, the trenches 6 and the source regions 9 are alternately provided in a direction orthogonal to the gate width, and extend in a direction along the gate width. A boundary between adjacent unit cells is set on the source region 9 along the source region 9 in a direction orthogonal to the gate width. At least one contact region 10 is provided across two unit cells adjacent in the direction orthogonal to the gate width. The boundary between unit cells adjacent in the direction along the gate width is set so that the gate electrode 8 included in each unit cell has a constant gate width.

エピタキシャル層3上には、層間絶縁膜13が積層されている。
層間絶縁膜13上には、ソース配線14およびゲート配線16が形成されている。ソース配線14は、接地されている。
層間絶縁膜13には、ソース配線14とコンタクト領域10を含むソース領域9とが対向する位置に、コンタクト孔15が貫通して形成されている。コンタクト孔15には、ソースプラグ18が埋設されている。そして、ソース配線14は、ソースプラグ18を介して、ソース領域9およびコンタクト領域10にコンタクト(電気接続)されている。
An interlayer insulating film 13 is stacked on the epitaxial layer 3.
A source line 14 and a gate line 16 are formed on the interlayer insulating film 13. The source wiring 14 is grounded.
A contact hole 15 is formed through the interlayer insulating film 13 at a position where the source wiring 14 and the source region 9 including the contact region 10 face each other. A source plug 18 is embedded in the contact hole 15. The source wiring 14 is in contact (electrically connected) to the source region 9 and the contact region 10 via the source plug 18.

また、層間絶縁膜13には、ゲート配線16とゲート電極8とが対向する位置に、コンタクト孔11が貫通して形成されている。コンタクト孔11には、ゲートプラグ12が埋設されている。そして、ゲート配線16は、ゲートプラグ12を介して、ゲート電極8にコンタクト(電気接続)されている。
型基板2の裏面には、ドレイン電極27が形成されている。
Further, a contact hole 11 is formed through the interlayer insulating film 13 at a position where the gate wiring 16 and the gate electrode 8 face each other. A gate plug 12 is embedded in the contact hole 11. The gate wiring 16 is contacted (electrically connected) to the gate electrode 8 through the gate plug 12.
A drain electrode 27 is formed on the back surface of the N + type substrate 2.

ドレイン電極27に適当な大きさの正電圧を印加しつつ、ゲート電極8の電位を制御することにより、ボディ領域5におけるゲート絶縁膜7との界面近傍(チャネル形成領域29)にチャネルが形成され、ソース領域9とドレイン電極27との間に電流が流れる。
半導体装置1では、ゲート絶縁膜7の厚さが一様に大きくされるのではなく、ゲート絶縁膜7がトレンチ6の底面の周縁部上で局所的に厚く形成されている。これにより、ゲート絶縁膜7は、トレンチ6の底面の周縁部上に、他の部分よりも厚さが大きい厚膜部71を備えている。そのため、トレンチ6の側面上におけるゲート絶縁膜7の厚さをゲート閾値電圧およびチャネル抵抗を考慮した適当な厚さとしながら、厚膜部71を挟んで対向するゲート電極8とトレンチ6の底面との間の間隔を大きくすることができる。したがって、ゲート閾値電圧およびオン抵抗Ronを増大させることなく、ゲート絶縁膜7を挟んで対向するゲート電極8とトレンチ6の底面(N型領域4)との間の容量Cox1を低減することができる。よって、オン抵抗Ronを増大させることなく、ゲート−ドレイン間容量Cgdを低減することができ、ひいてはゲート電荷量Qを低減することができる。その結果、VDMOSFETのスイッチング動作の高速化を達成することができる。
A channel is formed in the vicinity of the interface with the gate insulating film 7 in the body region 5 (channel formation region 29) by controlling the potential of the gate electrode 8 while applying an appropriate positive voltage to the drain electrode 27. A current flows between the source region 9 and the drain electrode 27.
In the semiconductor device 1, the thickness of the gate insulating film 7 is not uniformly increased, but the gate insulating film 7 is locally thickly formed on the peripheral edge of the bottom surface of the trench 6. Thus, the gate insulating film 7 includes a thick film portion 71 having a thickness larger than that of other portions on the peripheral edge portion of the bottom surface of the trench 6. Therefore, the thickness of the gate insulating film 7 on the side surface of the trench 6 is set to an appropriate thickness considering the gate threshold voltage and channel resistance, and the gate electrode 8 and the bottom surface of the trench 6 facing each other with the thick film portion 71 interposed therebetween. The interval between them can be increased. Therefore, the capacitance C ox1 between the gate electrode 8 and the bottom surface of the trench 6 (N type region 4) sandwiching the gate insulating film 7 is reduced without increasing the gate threshold voltage and the on-resistance R on. be able to. Therefore, the gate-drain capacitance C gd can be reduced without increasing the on-resistance R on , and thus the gate charge amount Q g can be reduced. As a result, the switching operation speed of the VDMOSFET can be increased.

図5に示す半導体装置100において、トレンチ105の幅およびゲート幅をそれぞれトレンチ6の幅Wおよびゲート幅Wに等しいとする。また、ゲート絶縁膜106の厚さをゲート絶縁膜7の薄膜部72の厚さTox1に等しいとする。この場合、半導体装置100において、ゲート絶縁膜106を挟んで対向するゲート電極107とトレンチ105の底面(N型領域103)との間の容量Cox2は、
ox2=εox・W・W/Tox1
ただし、εox:SiOの比誘電率
となる。
In the semiconductor device 100 shown in FIG. 5, the same width and the gate width of the trench 105 to the width W 1 and the gate width W g of each trench 6. The thickness of the gate insulating film 106 is assumed to be equal to the thickness T ox1 of the thin film portion 72 of the gate insulating film 7. In this case, in the semiconductor device 100, the capacitance C ox2 between the gate electrode 107 and the bottom surface (N -type region 103) of the trench 105 facing each other with the gate insulating film 106 interposed therebetween is
C ox2 = ε ox · W 1 · W g / T ox1
However, it becomes a relative dielectric constant of ε ox : SiO 2 .

これに対し、半導体装置1において、厚膜部71のトレンチ6の深さ方向における厚さをTox(t)とすると、ゲート絶縁膜7を挟んで対向するゲート電極8とトレンチ6の底面(N型領域4)との間の容量Cox1は、
ox1=εox・W・W/Tox1+2∫ W3εox・dt/Tox(t)
となる。
On the other hand, in the semiconductor device 1, when the thickness of the thick film portion 71 in the depth direction of the trench 6 is Tox (t) , the gate electrode 8 and the bottom surface of the trench 6 facing each other with the gate insulating film 7 interposed therebetween ( The capacitance C ox1 between the N type region 4) is
C ox1 = ε ox · W 2 · W g / T ox1 + 2∫ 0 W3 ε ox · dt / T ox (t)
It becomes.

ここで、∫ W3εox・dt/Tox(t)≒W/2Tox1とする。そして、容量Cox1,Cox2を求める前記の各式に、W=0.5μm、W=0.3μm、W=0.1μmおよびTox1=50nmを代入して、Cox1とCox2とを比較すると、
ox1=0.8Cox2
となる。
Here, it is assumed that 0 0 W3 ε ox · dt / T ox (t) ≈W 3 / 2T ox1 . Then, by substituting W 1 = 0.5 μm, W 2 = 0.3 μm, W 3 = 0.1 μm, and T ox1 = 50 nm into the above equations for obtaining the capacitances C ox1 and C ox2 , C ox1 and C ox1 When comparing with ox2 ,
C ox1 = 0.8C ox2
It becomes.

よって、半導体装置1の構造における容量Cox1は、半導体装置100の構造における容量Cox2よりも低減されることが理解される。
また、ゲート絶縁膜7は、トレンチ6の底面の中央部上に薄膜部72を備え、この薄膜部72の上面は、N型領域4の上面と同一平面上に位置している。そのため、ゲート電極8をチャネル形成領域29の全長(全チャネル長)にわたって対向させることができる。その結果、VDMOSFETの良好な動作を確保することができる。
Therefore, the capacitance C ox1 in the structure of the semiconductor device 1, to be reduced is understood than the capacitance C ox2 in the structure of the semiconductor device 100.
The gate insulating film 7 includes a thin film portion 72 on the center of the bottom surface of the trench 6, and the upper surface of the thin film portion 72 is located on the same plane as the upper surface of the N -type region 4. Therefore, the gate electrode 8 can be opposed over the entire length (total channel length) of the channel formation region 29. As a result, good operation of the VDMOSFET can be ensured.

よって、ゲート−ドレイン間容量Cgd(を低減することができながら、VDMOSFETの良好な動作を確保することができる。
図2A〜2Nは、図1に示す半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である。
まず、図2Aに示すように、エピタキシャル成長法により、N型基板2上に、エピタキシャル層3が形成される。
Therefore, it is possible to secure a good operation of the VDMOSFET while reducing the gate-drain capacitance C gd (.
2A to 2N are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG.
First, as shown in FIG. 2A, an epitaxial layer 3 is formed on an N + type substrate 2 by an epitaxial growth method.

次に、図2Bに示すように、熱酸化処理により、エピタキシャル層3の表面に、SiOからなる犠牲酸化膜21が形成される。その後、P−CVD(Plasma Chemical Vapor Deposition:プラズマ化学気相成長)法により、犠牲酸化膜21上にSiN(窒化シリコン)層が形成され、このSiN層がパターニングされることによって、トレンチ6を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するハードマスク22が形成される。そして、ハードマスク22を利用して、犠牲酸化膜21およびエピタキシャル層3がエッチングされることにより、トレンチ6が形成される(トレンチを形成する工程)。トレンチ6が形成された後には、犠牲酸化膜21およびハードマスク22が除去される。 Next, as shown in FIG. 2B, a sacrificial oxide film 21 made of SiO 2 is formed on the surface of the epitaxial layer 3 by thermal oxidation. Thereafter, a SiN (silicon nitride) layer is formed on the sacrificial oxide film 21 by P-CVD (Plasma Chemical Vapor Deposition), and the trench 6 is formed by patterning the SiN layer. A hard mask 22 having an opening in a portion facing the portion to be formed is formed. Then, the sacrificial oxide film 21 and the epitaxial layer 3 are etched using the hard mask 22 to form the trench 6 (step of forming a trench). After the trench 6 is formed, the sacrificial oxide film 21 and the hard mask 22 are removed.

次に、図2Cに示すように、熱酸化処理が行なわれることにより、トレンチ6の内面を含むエピタキシャル層3の表面の全域に、SiOからなる酸化膜23が形成される。
酸化膜23が形成された後には、図2Dに示すように、CVD法により、酸化膜23上に、N型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコンの堆積層24が形成される(酸化膜材料堆積層を形成する工程)。堆積層24は、トレンチ6を埋め尽くさない厚さに形成される。
Next, as shown in FIG. 2C, an oxide film 23 made of SiO 2 is formed over the entire surface of the epitaxial layer 3 including the inner surface of the trench 6 by performing a thermal oxidation process.
After the oxide film 23 is formed, as shown in FIG. 2D, a polysilicon deposition layer 24 doped with N-type impurities at a high concentration is formed on the oxide film 23 by the CVD method (oxide film). A step of forming a material deposition layer). The deposited layer 24 is formed to a thickness that does not fill the trench 6.

そして、図2Eに示すように、堆積層24がエッチバックされる。このエッチバックにより、トレンチ6の底面の周縁部上に、堆積層24の一部が堆積片30として残る(酸化膜材料堆積層を部分的に残す工程)。
次いで、図2Fに示すように、エッチングにより、酸化膜23が堆積片30とトレンチ6の内面とで挟まれる部分を残して除去される。これにより、トレンチ6の底面の中央部および側面が露出する。
Then, as shown in FIG. 2E, the deposited layer 24 is etched back. By this etch back, a part of the deposited layer 24 remains as a deposited piece 30 on the peripheral edge of the bottom surface of the trench 6 (step of partially leaving the oxide film material deposited layer).
Next, as shown in FIG. 2F, the oxide film 23 is removed by etching, leaving a portion sandwiched between the deposited piece 30 and the inner surface of the trench 6. Thereby, the central part and the side surface of the bottom surface of the trench 6 are exposed.

次に、図2Gに示すように、熱酸化処理により、エピタキシャル層3の表面ならびに堆積片30が酸化されて、酸化膜31が形成される。N型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコンからなる堆積片30は、Siからなるエピタキシャル層3に比べて、たとえば、3倍の酸化レートで酸化される。そのため、エピタキシャル層3の表面ならびに堆積片30を同時に酸化させることにより、トレンチ6の底面の周縁部上には、トレンチ6の深さ方向における厚さが相対的に大きい厚膜部32が形成され、当該周縁部に囲まれる中央部上には、厚さが相対的に小さい薄膜部33が形成される。   Next, as shown in FIG. 2G, the surface of the epitaxial layer 3 and the deposited piece 30 are oxidized by thermal oxidation, and an oxide film 31 is formed. The deposited piece 30 made of polysilicon doped with N-type impurities at a high concentration is oxidized at an oxidation rate three times that of the epitaxial layer 3 made of Si, for example. Therefore, by simultaneously oxidizing the surface of the epitaxial layer 3 and the deposited piece 30, a thick film portion 32 having a relatively large thickness in the depth direction of the trench 6 is formed on the peripheral edge portion of the bottom surface of the trench 6. A thin film portion 33 having a relatively small thickness is formed on the central portion surrounded by the peripheral edge portion.

次いで、CVD法により、酸化膜31上に、N型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコンの堆積層が形成される。トレンチ6内は、ポリシリコンの堆積層により埋め尽くされる。そして、エッチングによって、ポリシリコンの堆積層のトレンチ6外に存在する部分が除去される。これにより、図2Hに示すように、トレンチ6に埋設されたゲート電極8が得られる(ゲート電極を形成する工程)。   Next, a polysilicon deposition layer doped with N-type impurities at a high concentration is formed on the oxide film 31 by CVD. The trench 6 is filled with a polysilicon deposition layer. Etching removes a portion of the polysilicon deposition layer existing outside the trench 6. Thereby, as shown in FIG. 2H, the gate electrode 8 embedded in the trench 6 is obtained (step of forming the gate electrode).

その後、酸化膜31の表面からエピタキシャル層3の内部に向けて、P型不純物のイオンが注入される。次いで、ドライブイン拡散処理が行われる。このドライブイン拡散処理により、エピタキシャル層3に注入されたP型不純物のイオンが拡散し、図2Iに示すように、エピタキシャル層3に、ボディ領域5が形成される(ボディ領域を形成する工程)。また、エピタキシャル層3におけるボディ領域5以外の部分は、エピタキシャル成長後のままの状態でN型領域4となる。 Thereafter, ions of P-type impurities are implanted from the surface of the oxide film 31 toward the inside of the epitaxial layer 3. Next, drive-in diffusion processing is performed. By this drive-in diffusion treatment, ions of P-type impurities implanted into the epitaxial layer 3 are diffused, and as shown in FIG. 2I, a body region 5 is formed in the epitaxial layer 3 (a step of forming a body region). . Further, the portion other than the body region 5 in the epitaxial layer 3 becomes the N type region 4 as it is after the epitaxial growth.

ドライブイン拡散処理の後、図2Jに示すように、酸化膜31上に、ソース領域9を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するマスク25が形成される。そして、マスク25の開口を介して、エピタキシャル層3の表層部に、N型不純物のイオンが注入される。このイオン注入後、マスク25は除去される。
さらに、図2Kに示すように、酸化膜31上に、コンタクト領域10を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するマスク26が形成される。そして、マスク26の開口を介して、エピタキシャル層3の表層部に、P型不純物のイオンが注入される。このイオン注入後、マスク26は除去される。
After the drive-in diffusion process, as shown in FIG. 2J, a mask 25 having an opening in a portion facing the portion where the source region 9 is to be formed is formed on the oxide film 31. Then, ions of N-type impurities are implanted into the surface layer portion of the epitaxial layer 3 through the opening of the mask 25. After this ion implantation, the mask 25 is removed.
Further, as shown in FIG. 2K, a mask 26 having an opening at a portion facing the portion where the contact region 10 is to be formed is formed on the oxide film 31. Then, ions of P-type impurities are implanted into the surface layer portion of the epitaxial layer 3 through the opening of the mask 26. After this ion implantation, the mask 26 is removed.

その後、アニール処理が行われる。このアニール処理により、エピタキシャル層3の表層部に注入されたN型不純物およびP型不純物のイオンが活性化され、図2Lに示すように、エピタキシャル層3の表層部に、ソース領域9およびコンタクト領域10が形成される(ソース領域を形成する工程)。
以上の工程を経た後、酸化膜31のトレンチ6外に存在する部分が除去され、トレンチ6の内面上のみに酸化膜31が残されることにより、ゲート絶縁膜7が得られる。酸化膜31の厚膜部32および薄膜部33は、それぞれゲート絶縁膜7の厚膜部71および薄膜部72となる。
Thereafter, an annealing process is performed. By this annealing treatment, ions of N-type impurities and P-type impurities implanted in the surface layer portion of the epitaxial layer 3 are activated, and the source region 9 and the contact region are formed in the surface layer portion of the epitaxial layer 3 as shown in FIG. 2L. 10 is formed (step of forming a source region).
After passing through the above steps, a portion of the oxide film 31 existing outside the trench 6 is removed, and the oxide film 31 is left only on the inner surface of the trench 6, whereby the gate insulating film 7 is obtained. The thick film portion 32 and the thin film portion 33 of the oxide film 31 become the thick film portion 71 and the thin film portion 72 of the gate insulating film 7, respectively.

その後、CVD法により、エピタキシャル層3上にSiOが堆積される。次いで、堆積されたSiO上に、コンタクト孔11およびコンタクト孔15を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するマスク20が形成され、このマスク20を用いて、SiOがドライエッチングされる。これにより、図2Mに示すように、コンタクト孔11およびコンタクト孔15を有する層間絶縁膜13が形成される。 Thereafter, SiO 2 is deposited on the epitaxial layer 3 by the CVD method. Next, on the deposited SiO 2 , a mask 20 having an opening in a portion facing the portion where the contact hole 11 and the contact hole 15 are to be formed is formed, and the SiO 2 is dry etched using the mask 20. . Thereby, as shown in FIG. 2M, the interlayer insulating film 13 having the contact hole 11 and the contact hole 15 is formed.

そして、図2Nに示すように、ゲートプラグ12、ゲート配線16、ソースプラグ18、ソース配線14およびドレイン電極27が形成される。これにより、図1に示す半導体装置1が得られる。
この製造方法では、堆積層24のエッチバックにより、トレンチ6の底面の周縁部上に、堆積層24の一部が堆積片30として残される。堆積片30は、熱酸化処理により、エピタキシャル層3の表面と同時に酸化される。この酸化によって、堆積片30は、相対的に大きい厚さを有する厚膜部32となる。一方、トレンチ6の底面が酸化されることにより形成された部分は、相対的に小さい厚さを有する薄膜部33となる。そして、厚膜部32および薄膜部33は、それぞれゲート絶縁膜7の厚膜部71および薄膜部72となる。
Then, as shown in FIG. 2N, the gate plug 12, the gate wiring 16, the source plug 18, the source wiring 14, and the drain electrode 27 are formed. Thereby, the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 is obtained.
In this manufacturing method, a portion of the deposited layer 24 is left as a deposited piece 30 on the peripheral portion of the bottom surface of the trench 6 by the etch back of the deposited layer 24. The deposited piece 30 is oxidized simultaneously with the surface of the epitaxial layer 3 by a thermal oxidation process. By this oxidation, the deposited piece 30 becomes a thick film portion 32 having a relatively large thickness. On the other hand, a portion formed by oxidizing the bottom surface of the trench 6 becomes a thin film portion 33 having a relatively small thickness. The thick film portion 32 and the thin film portion 33 become the thick film portion 71 and the thin film portion 72 of the gate insulating film 7, respectively.

このように、ゲート絶縁膜7の厚膜部71および薄膜部72を同時に形成することができる。すなわち、複雑な工程を経ることなく、厚膜部71および薄膜部72を備えるゲート絶縁膜7を容易に形成することができる。
図3は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。
図3において、図1に示す各部に相当する部分には、図1の場合と同一の参照符号を付している。また、以下では、図1に示す構造との相違点のみを取り上げて説明し、同一の参照符号を付した各部についての説明を省略する。
Thus, the thick film portion 71 and the thin film portion 72 of the gate insulating film 7 can be formed simultaneously. That is, the gate insulating film 7 including the thick film portion 71 and the thin film portion 72 can be easily formed without going through a complicated process.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
3, parts corresponding to the parts shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG. In the following description, only differences from the structure shown in FIG. 1 will be described, and description of each part given the same reference numeral will be omitted.

図3に示す半導体装置201において、ゲート絶縁膜7は、トレンチ6の側面上において、ソース領域9に接する部分202の厚さがボディ領域5と接する部分203の厚さよりも大きいように形成されている。より具体的には、ゲート絶縁膜7のボディ領域5と接する部分203の厚さをゲート閾値電圧およびチャネル抵抗を考慮した適当な膜厚としながら、ゲート絶縁膜7のソース領域9と接する部分の厚さが大きくされている。これにより、オン抵抗Ronを増大させることなく、ゲート電極8とソース領域9との間の容量、つまりゲート−ソース間容量Cgsを低減することができ、ひいてはゲート電荷量Qをさらに低減することができる。その結果、トランジスタのスイッチング動作のさらなる高速化を達成することができる。 In the semiconductor device 201 shown in FIG. 3, the gate insulating film 7 is formed on the side surface of the trench 6 such that the thickness of the portion 202 in contact with the source region 9 is larger than the thickness of the portion 203 in contact with the body region 5. Yes. More specifically, the thickness of the portion 203 in contact with the body region 5 of the gate insulating film 7 is set to an appropriate thickness considering the gate threshold voltage and channel resistance, and the portion of the gate insulating film 7 in contact with the source region 9 is The thickness is increased. Thus, without increasing the on-resistance R on, the capacitance between the gate electrode 8 and the source region 9, i.e. the gate - it is possible to reduce the source capacitance C gs, further reducing the turn gate charge Q g can do. As a result, further speeding up of the switching operation of the transistor can be achieved.

また、ゲート絶縁膜7のソース領域9と接する部分202の厚さが大きいことにより、ゲート電極8とソース領域9との間の間隔を大きく確保することができる。その結果、ゲート−ソース間耐圧の向上を図ることができる。
図4A〜4Gは、図3に示す半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である。
In addition, since the thickness of the portion 202 in contact with the source region 9 of the gate insulating film 7 is large, a large interval between the gate electrode 8 and the source region 9 can be secured. As a result, the gate-source breakdown voltage can be improved.
4A to 4G are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG.

図3に示す半導体装置201は、図2A〜2Gに示す各工程を経た後、図2H〜2Mに示す各工程に代えて、図4A〜4Gに示す各工程が行われることにより得られる。なお、図4A〜4Gにおいて、図2I〜2Mに示す各部に相当する部分には、図2I〜2Mの場合と同一の参照符号を付している。
図2Gに示す工程の後、CVD法により、酸化膜31上に、N型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコンの堆積層が形成される。トレンチ6内は、ポリシリコンの堆積層により埋め尽くされる。そして、エッチングによって、ポリシリコンおよび酸化膜31の堆積層のトレンチ6外に存在する部分が除去される。これにより、図4Aに示すように、トレンチ6に埋設されたゲート電極8が得られる。
The semiconductor device 201 illustrated in FIG. 3 is obtained by performing the processes illustrated in FIGS. 4A to 4G in place of the processes illustrated in FIGS. 2H to 2M after the processes illustrated in FIGS. 4A to 4G, parts corresponding to those shown in FIGS. 2I to 2M are denoted by the same reference numerals as in FIGS. 2I to 2M.
After the step shown in FIG. 2G, a polysilicon deposition layer doped with N-type impurities at a high concentration is formed on the oxide film 31 by CVD. The trench 6 is filled with a polysilicon deposition layer. Etching removes a portion of the deposited layer of polysilicon and oxide film 31 that exists outside the trench 6. As a result, the gate electrode 8 embedded in the trench 6 is obtained as shown in FIG. 4A.

その後、酸化膜31の表面からエピタキシャル層3の内部に向けて、P型不純物のイオンが注入される。次いで、ドライブイン拡散処理が行われる。このドライブイン拡散処理により、エピタキシャル層3に注入されたP型不純物のイオンが拡散し、エピタキシャル層3に、ボディ領域5が形成される。また、エピタキシャル層3におけるボディ領域5以外の部分は、エピタキシャル成長後のままの状態でN型領域4となる。 Thereafter, ions of P-type impurities are implanted from the surface of the oxide film 31 toward the inside of the epitaxial layer 3. Next, drive-in diffusion processing is performed. By this drive-in diffusion treatment, ions of P-type impurities implanted into the epitaxial layer 3 are diffused, and a body region 5 is formed in the epitaxial layer 3. Further, the portion other than the body region 5 in the epitaxial layer 3 becomes the N type region 4 as it is after the epitaxial growth.

ドライブイン拡散処理の後、図4Bに示すように、酸化膜31上に、ソース領域9を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するマスク25が形成される。そして、マスク25の開口を介して、エピタキシャル層3の表層部に、N型不純物のイオンが注入される。このイオン注入後、マスク25は除去される。
さらに、図4Cに示すように、酸化膜31上に、コンタクト領域10を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するマスク26が形成される。そして、マスク26の開口を介して、エピタキシャル層3の表層部に、P型不純物のイオンが注入される。このイオン注入後、マスク26は除去される。
After the drive-in diffusion process, as shown in FIG. 4B, a mask 25 having an opening in a portion facing the portion where the source region 9 is to be formed is formed on the oxide film 31. Then, ions of N-type impurities are implanted into the surface layer portion of the epitaxial layer 3 through the opening of the mask 25. After this ion implantation, the mask 25 is removed.
Further, as shown in FIG. 4C, a mask 26 having an opening in a portion facing the portion where the contact region 10 is to be formed is formed on the oxide film 31. Then, ions of P-type impurities are implanted into the surface layer portion of the epitaxial layer 3 through the opening of the mask 26. After this ion implantation, the mask 26 is removed.

その後、アニール処理が行われる。このアニール処理により、エピタキシャル層3の表層部に注入されたN型不純物およびP型不純物のイオンが活性化され、図4Dに示すように、エピタキシャル層3の表層部に、ソース領域9およびコンタクト領域10が形成される。
次いで、エピタキシャル層3の表面にHF(フッ酸)が供給される。このHFの作用により、図4Eに示すように、酸化膜31におけるソース領域9と接する部分が除去される。
Thereafter, an annealing process is performed. By this annealing treatment, ions of N-type impurities and P-type impurities implanted in the surface layer portion of the epitaxial layer 3 are activated, and the source region 9 and the contact region are formed in the surface layer portion of the epitaxial layer 3 as shown in FIG. 4D. 10 is formed.
Next, HF (hydrofluoric acid) is supplied to the surface of the epitaxial layer 3. Due to the action of HF, as shown in FIG. 4E, the portion of the oxide film 31 in contact with the source region 9 is removed.

その後、熱酸化処理により、図4Fに示すように、エピタキシャル層3の表面、ゲート電極8の表面およびソース領域9とゲート電極8との間に酸化膜204が形成される。N型不純物が高濃度に注入された部分は、熱酸化処理による酸化膜の成長速度が大きいため、酸化膜204は、短時間で酸化膜31よりも大きな膜厚に成長する。
以上の工程を経た後、図4Gに示すように、酸化膜204のトレンチ6外に存在する部分が除去され、トレンチ6内のみに酸化膜204が残される。この残された酸化膜204は、酸化膜31とともにゲート絶縁膜7を構成し、ゲート絶縁膜7のソース領域9と接する部分202となる。次いで、CVD法により、エピタキシャル層3上にSiOが堆積される。次いで、堆積されたSiO上に、コンタクト孔11およびコンタクト孔15を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するマスク20が形成され、このマスク20を用いて、SiOがドライエッチングされる。これにより、コンタクト孔11およびコンタクト孔15を有する層間絶縁膜13が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 4F, an oxide film 204 is formed by thermal oxidation treatment between the surface of the epitaxial layer 3, the surface of the gate electrode 8, and between the source region 9 and the gate electrode 8. Since the portion where the N-type impurity is implanted at a high concentration has a high growth rate of the oxide film by the thermal oxidation treatment, the oxide film 204 grows to a thickness larger than that of the oxide film 31 in a short time.
After the above steps, as shown in FIG. 4G, a portion of the oxide film 204 existing outside the trench 6 is removed, and the oxide film 204 is left only in the trench 6. The remaining oxide film 204 constitutes the gate insulating film 7 together with the oxide film 31 and becomes a portion 202 in contact with the source region 9 of the gate insulating film 7. Next, SiO 2 is deposited on the epitaxial layer 3 by the CVD method. Next, on the deposited SiO 2 , a mask 20 having an opening in a portion facing the portion where the contact hole 11 and the contact hole 15 are to be formed is formed, and the SiO 2 is dry etched using the mask 20. . Thereby, the interlayer insulating film 13 having the contact hole 11 and the contact hole 15 is formed.

そして、ゲートプラグ12、ゲート配線16、ソースプラグ18、ソース配線14およびドレイン電極27が形成される。これにより、図3に示す半導体装置201が得られる。
なお、半導体装置1,201の各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。すなわち、半導体装置1,201において、P型の部分がN型であり、N型の部分がP型であってもよい。
Then, the gate plug 12, the gate wiring 16, the source plug 18, the source wiring 14, and the drain electrode 27 are formed. Thereby, the semiconductor device 201 shown in FIG. 3 is obtained.
A configuration in which the conductivity type of each semiconductor portion of the semiconductor devices 1 and 201 is reversed may be employed. That is, in the semiconductor devices 1 and 201, the P-type portion may be N-type and the N-type portion may be P-type.

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。   In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図2Aは、図1に示す半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である。FIG. 2A is a schematic cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 図2Bは、図2Aの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 2A. 図2Cは、図2Bの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 2C is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 2B. 図2Dは、図2Cの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 2D is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 2C. 図2Eは、図2Dの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 2E is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 2D. 図2Fは、図2Eの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 2F is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 2E. 図2Gは、図2Fの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 2G is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 2F. 図2Hは、図2Gの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 2H is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 2G. 図2Iは、図2Hの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 2I is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 2H. 図2Jは、図2Iの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 2J is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 2I. 図2Kは、図2Jの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 2K is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 2J. 図2Lは、図2Kの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 2L is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 2K. 図2Mは、図2Lの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 2M is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 2L. 図2Nは、図2Mの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 2N is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 2M. 図3は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 図4Aは、図3に示す半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 図4Bは、図4Aの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 4B is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 4A. 図4Cは、図4Bの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 4C is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 4B. 図4Dは、図4Cの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 4D is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 4C. 図4Eは、図4Dの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 4E is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 4D. 図4Fは、図4Eの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 4F is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 4E. 図4Gは、図4Fの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 4G is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 4F. 図5は、従来のトレンチゲート型VDMOSFETを有する半導体装置の模式的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device having a conventional trench gate type VDMOSFET. 図6は、図5に示すVDMOSFETのオン抵抗Ronとゲート電荷量Qとの関係を示すグラフである。Figure 6 is a graph showing the relationship between the resistance R on the gate charge quantity Q g of VDMOSFET shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体装置
3 エピタキシャル層
4 N型領域
5 ボディ領域
6 トレンチ
7 ゲート絶縁膜
8 ゲート電極
9 ソース領域
10 コンタクト領域
24 堆積層
30 堆積片
31 酸化膜
32 厚膜部
33 薄膜部
71 厚膜部
72 薄膜部
201 半導体装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 3 Epitaxial layer 4 N - type area | region 5 Body area | region 6 Trench 7 Gate insulating film 8 Gate electrode 9 Source area 10 Contact area 24 Deposition layer 30 Deposition piece 31 Oxide film 32 Thick film part 33 Thin film part 71 Thick film part 72 Thin film portion 201 Semiconductor device

Claims (5)

第1導電型の半導体層にトレンチを形成する工程と、
前記半導体層上に、酸化膜材料を堆積させて、酸化膜材料堆積層を形成する工程と、
前記酸化膜材料堆積層をエッチバックして、前記トレンチの底面の周縁部上に前記酸化膜材料堆積層を部分的に残す工程と、
前記トレンチの底面および側面を含む前記半導体層の表面ならびに前記トレンチの底面の周縁部上に残された前記酸化膜材料堆積層を酸化させて、前記トレンチの底面の周縁部上において相対的に大きい厚さを有する厚膜部と、当該周縁部に囲まれる中央部上において相対的に小さい厚さを有する薄膜部とを含む酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜上に前記トレンチを埋め尽くすように、ゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層の表面から第2導電型の不純物を導入して、前記第2導電型のボディ領域を形成する工程と、
前記半導体層の表面から前記トレンチの周囲に前記第1導電型の不純物を導入して、前記ボディ領域に接する前記第1導電型のソース領域を形成する工程と、
前記酸化膜における前記トレンチ外の部分を除去して、前記トレンチの底面および側面上に、前記厚膜部および前記薄膜部を含むゲート絶縁膜を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
Forming a trench in the semiconductor layer of the first conductivity type;
Depositing an oxide film material on the semiconductor layer to form an oxide film material deposition layer;
Etching back the oxide material deposition layer to partially leave the oxide material deposition layer on the peripheral edge of the bottom surface of the trench;
The surface of the semiconductor layer including the bottom and side surfaces of the trench and the oxide film material deposition layer left on the peripheral portion of the bottom surface of the trench are oxidized to be relatively large on the peripheral portion of the bottom surface of the trench. Forming an oxide film including a thick film portion having a thickness and a thin film portion having a relatively small thickness on a central portion surrounded by the peripheral edge portion ;
Forming a gate electrode so as to fill the trench on the oxide film;
Introducing a second conductivity type impurity from the surface of the semiconductor layer to form the second conductivity type body region;
Introducing the first conductivity type impurity from the surface of the semiconductor layer to the periphery of the trench to form the first conductivity type source region in contact with the body region;
Removing the portion outside the trench in the oxide film, and forming a gate insulating film including the thick film portion and the thin film portion on a bottom surface and a side surface of the trench.
前記酸化膜を形成する工程において、前記酸化膜は、前記トレンチの側面上に一様な厚さで形成される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。  The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of forming the oxide film, the oxide film is formed with a uniform thickness on a side surface of the trench. 前記酸化膜を形成する工程において、前記酸化膜は、前記厚膜部の厚さが、前記トレンチの側面上における部分の厚さよりも大きくなるように形成される、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。  3. The semiconductor device according to claim 2, wherein in the step of forming the oxide film, the oxide film is formed such that a thickness of the thick film portion is larger than a thickness of a portion on a side surface of the trench. Manufacturing method. 前記酸化膜を形成する工程において、前記酸化膜は、前記トレンチの側面上に前記ソース領域と接する部分の厚さが前記ボディ領域と接する部分の厚さよりも大きくなるように形成される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。  The step of forming the oxide film, wherein the oxide film is formed on a side surface of the trench so that a thickness of a portion in contact with the source region is larger than a thickness of a portion in contact with the body region. 2. A method for manufacturing a semiconductor device according to 1. 前記酸化膜を形成する工程において、前記酸化膜は、前記厚膜部の厚さが、前記ボディ領域と接する部分の厚さよりも大きくなるように形成される、請求項4に記載の半導体装置の製造方法。  5. The semiconductor device according to claim 4, wherein in the step of forming the oxide film, the oxide film is formed such that a thickness of the thick film portion is larger than a thickness of a portion in contact with the body region. Production method.
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