JP5680326B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
近年、電力変換や電力制御を行う場合、パワー半導体デバイスが用いられる。このようなパワー半導体デバイスの中でも、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor - Field Effect Transistor)は、高速スイッチング性能が優れており、スイッチング電源等の分野において、キーデバイスとして用いられている。 In recent years, power semiconductor devices are used for power conversion and power control. Among such power semiconductor devices, a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor) has excellent high-speed switching performance and is used as a key device in the field of switching power supplies and the like.
パワーMOSFETの一種としては、トレンチゲート型MOSFETがある。このトレンチゲート型MOSFETには、半導体基板にトレンチ(溝)が形成されており、溝内部の底面及び壁面に酸化膜等のトレンチゲート絶縁膜を形成し、更に内部に、トレンチゲート電極を形成した構造のものである。 One type of power MOSFET is a trench gate type MOSFET. In this trench gate type MOSFET, a trench (groove) is formed in a semiconductor substrate, a trench gate insulating film such as an oxide film is formed on the bottom and wall surfaces inside the groove, and a trench gate electrode is further formed inside. Of structure.
このような構造のトレンチゲート型MOSFETは、トレンチゲート絶縁膜に高い電界が印加されるため、トレンチゲート絶縁膜が絶縁破壊されてしまうという問題点を有していた。 The trench gate type MOSFET having such a structure has a problem that the trench gate insulating film breaks down because a high electric field is applied to the trench gate insulating film.
具体的には、図1に示すように、トレンチゲート型MOSFETは、N型ドレイン層201上に、N−型ドリフト層202、P型ボディ拡散層203が積層形成されたものに、P型ボディ拡散層203が形成されている側よりN−型ドリフト層202に至るまでのトレンチを形成する。トレンチの開口部分の両側には、N+型ソース層207が形成されており、この後、トレンチ内の側面及び底面には酸化膜からなるトレンチゲート絶縁膜204を形成し、更に内部には、トレンチゲート電極205が形成されたものである。尚、N型ドレイン層201にはドレイン電極206が設けられており、P型ボディ拡散層203の表面には、N+型ソース層207に接しソース電極208が設けられている。このような構造のトレンチゲート型MOSFETにおいては、トレンチゲート電極205の最も深い位置となる最下端205aは、P型ボディ拡散層203の最も深い位置となる最下端203aよりも深い位置に形成される。このため、破線Aで囲まれた領域内におけるトレンチゲート絶縁膜204に電界が集中し、これによりトレンチゲート絶縁膜204が絶縁破壊されて、トレンチゲート型MOSFETが破壊されてしまう。
Specifically, as shown in FIG. 1, a trench gate type MOSFET has a P-type body formed by laminating an N-
特に、半導体層及び半導体基板としてSiCを用いた半導体装置の場合では、ドリフト層は薄く形成されるため、トレンチゲート絶縁膜204が絶縁破壊されやすくなる。
In particular, in the case of a semiconductor device using SiC as the semiconductor layer and the semiconductor substrate, the drift layer is formed thin, so that the trench gate
このため、トレンチゲート絶縁膜における絶縁破壊が生じにくい構成のトレンチゲート型MOSFETの検討がなされている。 For this reason, a trench gate type MOSFET having a structure in which dielectric breakdown in the trench gate insulating film hardly occurs has been studied.
例えば、トレンチゲート絶縁膜における電界の集中を回避するために、図2に示すように、N型ドレイン層211上に、N−型ドリフト層212、P型ボディ拡散層213が積層形成されたものに、P型ボディ拡散層213が形成されている側よりP型ボディ拡散層213内にトレンチを形成する。トレンチの開口部分の両側には、N+型ソース層217が形成されており、この後、トレンチ内の側面及び底面には酸化膜からなるトレンチゲート絶縁膜214を形成し、更に内部には、トレンチゲート電極215を形成した構造のものが考えられる。尚、N型ドレイン層211にはドレイン電極216が設けられており、P型ボディ拡散層213の表面には、N+型ソース層217に接しソース電極218が設けられている。このような構造のトレンチゲート型MOSFETにおいては、トレンチゲート電極215の最も深い位置となる最下端215aは、P型ボディ拡散層213の最も深い位置となる最下端213aよりも浅い位置に形成される。このためトレンチゲート絶縁膜214における電界の集中を緩和させることができる。しかしながら、チャネルが形成されにくくなってしまうため、ドレイン電極216とソース電極218におけるオン抵抗が増加してしまうという問題が生じてしまう。
For example, in order to avoid concentration of the electric field in the trench gate insulating film, as shown in FIG. 2, an N−
また、図3に示すように、N型ドレイン層221上に、N−型ドリフト層222、P型ボディ拡散層223が積層形成されたものに、P型ボディ拡散層223の形成されている側よりN−型ドリフト層222に至るまでのトレンチを形成する。トレンチの開口部分の両側には、N+型ソース層227が形成されており、この後、トレンチ内の側面及び底面には酸化膜からなるトレンチゲート絶縁膜224を形成し、更に内部には、トレンチゲート電極225を形成した構成のものが考えられる。尚、トレンチゲート絶縁膜224は、トレンチの底面と側面とは異なる膜厚で形成されており、トレンチの底面におけるトレンチゲート絶縁膜224aの膜厚は、トレンチの側面におけるトレンチゲート絶縁膜224bの膜厚よりも厚くなるように形成されている。また、N型ドレイン層221にはドレイン電極226が設けられており、P型ボディ拡散層223の表面には、N+型ソース層227に接しソース電極228が設けられている。このような構造のトレンチゲート型MOSFETにおいては、トレンチゲート電極225の最も深い位置となる最下端225aは、P型ボディ拡散層223の最も深い位置となる最下端223aよりも深い位置に形成されている。よって、トレンチの底面のトレンチゲート絶縁膜224aは厚く形成されており、トレンチの底面のトレンチゲート絶縁膜224aは破壊されにくくなる。しかしながら、トレンチの側面のトレンチゲート絶縁膜224bは、トレンチの底面のトレンチゲート絶縁膜224aよりも薄く形成されており、トレンチの側面のトレンチゲート絶縁膜224bにおけるトレンチの底面近傍において、電界が集中してしまうという問題点を有している。
Further, as shown in FIG. 3, the N-
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、オン抵抗を増加させることなく、印加される電界によりトレンチゲート絶縁膜が破壊されることのない構造のトレンチゲート型MOSFETを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a trench gate type MOSFET having a structure in which a trench gate insulating film is not destroyed by an applied electric field without increasing an on-resistance. It is what.
本発明は、半導体基板上に形成された第1の導電型の第1の半導体層と、前記第1の半導体層上の一部領域に形成された第1の導電型の第2の半導体層と、前記第1の半導体層上及び前記第2の半導体層上に形成された第2の導電型の第3の半導体層と、前記第3の半導体層の形成されている側より形成された前記第2の半導体層に底面を有するトレンチと、前記トレンチの開口部分の両側に形成された第1の導電型の第4の半導体層と、前記トレンチの底面及び側面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介し前記トレンチ内に形成されたゲート電極と、を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面における膜厚よりも、前記トレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、前記トレンチの底面におけるゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との深さ方向における界面よりも深い位置に形成されており、前記第2の半導体層と前記トレンチの底面におけるゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との深さ方向における界面よりも浅い位置に形成されており、前記半導体基板の面に平行な方向において、前記トレンチの側面における前記ゲート絶縁膜と前記第2の半導体層との界面から、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との界面までの長さをXとし、前記半導体基板の面に垂直な方向において、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との界面から、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との界面までの長さをYとした場合、X<Yであることを特徴とする。
The present invention provides a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on a semiconductor substrate and a second semiconductor layer of a first conductivity type formed in a partial region on the first semiconductor layer. A third semiconductor layer of the second conductivity type formed on the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and a side on which the third semiconductor layer is formed. A trench having a bottom surface in the second semiconductor layer; a fourth semiconductor layer of a first conductivity type formed on both sides of the opening of the trench; and a gate insulating film formed on the bottom surface and side surfaces of the trench And a gate electrode formed in the trench through the gate insulating film, and the gate insulating film is formed to have a film thickness at the bottom surface of the trench larger than a film thickness at the side surface of the trench. A gate insulating film on the bottom surface of the trench The position of the interface in the depth direction with the gate electrode is formed at a position deeper than the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer, and the second semiconductor layer And the position of the interface in the depth direction between the bottom surface of the trench and the gate insulating film is formed at a position shallower than the interface in the depth direction between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer , In a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate, from the interface between the gate insulating film and the second semiconductor layer on the side surface of the trench to the interface between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer A length X is defined between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer from the interface between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. The length to the interface is Y If, characterized X <Y der Rukoto.
また、本発明は、半導体基板上に形成された第1の導電型の第1の半導体層と、前記第1の半導体層上の一部領域に形成された第1の導電型の第2の半導体層と、前記第1の半導体層上及び前記第2の半導体層上に形成された第2の導電型の第3の半導体層と、前記第3の半導体層の形成されている側より形成された前記第2の半導体層に底面を有するトレンチと、前記トレンチの開口部分の両側に形成された第1の導電型の第4の半導体層と、前記トレンチの底面及び側面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介し前記トレンチ内に形成されたゲート電極と、を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面における膜厚よりも、前記トレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、前記トレンチの底面におけるゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との深さ方向における界面よりも深い位置に形成されており、前記第2の半導体層と前記トレンチの底面におけるゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との深さ方向における界面よりも浅い位置に形成されており、前記半導体基板の面に平行な方向において、前記トレンチの側面における前記ゲート絶縁膜と前記第2の半導体層との界面から、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との界面までの長さは、0.1μm以上であって、空乏層が形成される長さ以下であることを特徴とする。 The present invention also provides a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on a semiconductor substrate and a second layer of a first conductivity type formed in a partial region on the first semiconductor layer. Formed from a semiconductor layer, a third semiconductor layer of the second conductivity type formed on the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and a side on which the third semiconductor layer is formed A trench having a bottom surface in the second semiconductor layer formed; a fourth semiconductor layer of a first conductivity type formed on both sides of the opening of the trench; and a gate formed on the bottom surface and side surfaces of the trench. An insulating film and a gate electrode formed in the trench through the gate insulating film, and the gate insulating film is thicker at the bottom surface of the trench than at the side surface of the trench. A gate formed on the bottom of the trench The position of the interface in the depth direction between the edge film and the gate electrode is formed at a position deeper than the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer. The position of the interface in the depth direction between the semiconductor layer and the gate insulating film on the bottom surface of the trench is formed at a position shallower than the interface in the depth direction between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. And in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate, from the interface between the gate insulating film and the second semiconductor layer on the side surface of the trench, the second semiconductor layer and the third semiconductor layer The length to the interface is not less than 0.1 μm and not more than the length at which the depletion layer is formed .
また、本発明は、前記半導体基板の面に平行な方向において、前記トレンチ側面における前記ゲート絶縁膜と前記第2の半導体層との界面から、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との界面までの長さは、0.1μm以上であって、空乏層が形成される長さ以下であることを特徴とする。 Further, the present invention provides the second semiconductor layer and the third semiconductor layer from the interface between the gate insulating film and the second semiconductor layer on the side surface of the trench in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate. The length to the interface is 0.1 μm or more and not more than the length at which the depletion layer is formed.
また、本発明は、前記第1の半導体層における不純物濃度よりも、前記第2の半導体層における不純物濃度が高いことを特徴とする。 Further, the invention is characterized in that the impurity concentration in the second semiconductor layer is higher than the impurity concentration in the first semiconductor layer.
また、本発明は、前記第1の半導体層、前記第2の半導体層及び前記第3の半導体層は、SiCを含む材料により形成されているものであることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer are formed of a material containing SiC.
また、本発明は、前記第1の半導体層において、前記第3の半導体層が形成されている面と反対側の面には、第1の導電型の第5の半導体層が形成されており、前記第5の半導体層の表面にはドレイン電極が形成されており、前記第3の半導体層の表面には、前記第4の半導体層に接しソース電極が形成されていることを特徴とする。 According to the present invention, in the first semiconductor layer, a fifth semiconductor layer of the first conductivity type is formed on a surface opposite to the surface on which the third semiconductor layer is formed. The drain electrode is formed on the surface of the fifth semiconductor layer, and the source electrode is formed on the surface of the third semiconductor layer in contact with the fourth semiconductor layer. .
また、本発明は、半導体基板に形成されている第1の導電型の第1の半導体層上に、第2の導電型の半導体層を形成し、前記第2の導電型の半導体層において、所定の領域に第1の導電型からなる領域を形成することにより、前記所定の領域以外の領域を第2の導電型からなる領域とし、前記第1の導電型からなる領域を第2の半導体層とする工程と、前記第2の半導体層及び前記第2の導電型からなる領域上に、前記第2の導電型の半導体膜を形成し、前記第2の導電型からなる領域と前記第2の導電型の半導体膜からなる第3の半導体層を形成する工程と、前記第3の半導体層の形成されている側より、前記第2の半導体層に底面を有するトレンチを形成するとともに、前記トレンチの開口部分の両側に第1の導電型の第4の半導体層を形成する工程と、前記トレンチ内の側面及び底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を介し前記トレンチ内にゲート電極を形成する工程と、を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面における膜厚よりも、前記トレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との深さ方向における界面よりも深い位置に形成されており、前記第2の半導体層と前記ゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする。 According to the present invention, a second conductive type semiconductor layer is formed on a first conductive type first semiconductor layer formed on a semiconductor substrate. In the second conductive type semiconductor layer, By forming a region of the first conductivity type in the predetermined region, a region other than the predetermined region is a region of the second conductivity type, and the region of the first conductivity type is the second semiconductor Forming a layer on the second semiconductor layer and the region of the second conductivity type, forming the second conductivity type semiconductor film on the region of the second conductivity type; Forming a third semiconductor layer made of a semiconductor film of conductivity type 2 and forming a trench having a bottom surface in the second semiconductor layer from the side on which the third semiconductor layer is formed; A fourth semiconductor layer of the first conductivity type is formed on both sides of the opening of the trench. Forming a gate insulating film on the side and bottom surfaces in the trench, and forming a gate electrode in the trench through the gate insulating film, the gate insulating film comprising: The film thickness at the bottom surface of the trench is formed thicker than the film thickness at the side surface of the trench, and the position of the interface in the depth direction between the gate insulating film and the gate electrode is the same as that of the second semiconductor layer. It is formed at a position deeper than the interface in the depth direction with the third semiconductor layer, and the position of the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the gate insulating film is the first semiconductor. It is characterized by being formed at a position shallower than the interface between the layer and the third semiconductor layer.
また、本発明は、半導体基板に形成されている第1の導電型の第1の半導体層上に、第1の導電型の半導体層を形成し、前記第1の導電型の半導体層において、所定の領域に第2の導電型からなる領域を形成することにより、前記所定の領域以外の領域を第1の導電型からなる領域とし、前記第1の導電型からなる領域を第2の半導体層とする工程と、前記第2の半導体層及び前記第2の導電型からなる領域上に、前記第2の導電型の半導体膜を形成し、前記第2の導電型からなる領域と前記第2の導電型の半導体膜からなる第3の半導体層を形成する工程と、前記第3の半導体層の形成されている側より、前記第2の半導体層に底面を有するトレンチを形成するとともに、前記トレンチの開口部分の両側に第1の導電型の第4の半導体層を形成する工程と、前記トレンチ内の側面及び底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を介し前記トレンチ内にゲート電極を形成する工程と、を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面における膜厚よりも、前記トレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との深さ方向における界面よりも深い位置に形成されており、前記第2の半導体層と前記ゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする。 According to the present invention, a first conductive type semiconductor layer is formed on a first conductive type first semiconductor layer formed on a semiconductor substrate, and the first conductive type semiconductor layer includes: By forming a region of the second conductivity type in a predetermined region, the region other than the predetermined region is a region of the first conductivity type, and the region of the first conductivity type is the second semiconductor Forming a layer on the second semiconductor layer and the region of the second conductivity type, forming the second conductivity type semiconductor film on the region of the second conductivity type; Forming a third semiconductor layer made of a semiconductor film of conductivity type 2 and forming a trench having a bottom surface in the second semiconductor layer from the side on which the third semiconductor layer is formed; A fourth semiconductor layer of the first conductivity type is formed on both sides of the opening of the trench. Forming a gate insulating film on the side and bottom surfaces in the trench, and forming a gate electrode in the trench through the gate insulating film, the gate insulating film comprising: The film thickness at the bottom surface of the trench is formed thicker than the film thickness at the side surface of the trench, and the position of the interface in the depth direction between the gate insulating film and the gate electrode is the same as that of the second semiconductor layer. It is formed at a position deeper than the interface in the depth direction with the third semiconductor layer, and the position of the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the gate insulating film is the first semiconductor. It is characterized by being formed at a position shallower than the interface between the layer and the third semiconductor layer.
また、本発明は、半導体基板に形成されている第1の導電型の第1の半導体層上に、第1の導電型の第2の半導体層を形成する工程と、前記第2の半導体層上に第2の導電型の第3の半導体層を形成する工程と、前記第3の半導体層が形成されている側より、第2の半導体層に底面を有する第1のトレンチを形成するとともに、前記第1のトレンチの開口部分の両側に第1の導電型の第4の半導体層を形成する工程と、前記第3の半導体層が形成されている側より、第1のトレンチとは異なる部分に、第3の半導体層に底面を有する第2のトレンチを形成する工程と、前記第2のトレンチの底面部分の領域に対応する前記第2の半導体層の領域に第2の導電型の半導体領域を形成し、更に前記第2のトレンチを第2の導電型の半導体材料により埋め込むことにより、前記第3の半導体層に含まれる層を形成する工程と、前記第1のトレンチ内の側面及び底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を介し前記第1のトレンチ内にゲート電極を形成する工程と、を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記第1のトレンチの側面における膜厚よりも、前記第1のトレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の深さ方向における界面よりも深い位置に形成されており、前記第2の半導体層と前記ゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記半導体領域との界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする。 The present invention also includes a step of forming a second semiconductor layer of the first conductivity type on the first semiconductor layer of the first conductivity type formed on the semiconductor substrate, and the second semiconductor layer. Forming a second semiconductor layer of a second conductivity type thereon, and forming a first trench having a bottom surface in the second semiconductor layer from the side on which the third semiconductor layer is formed; The first trench is different from the step of forming the fourth semiconductor layer of the first conductivity type on both sides of the opening of the first trench and the side on which the third semiconductor layer is formed. Forming a second trench having a bottom surface in the third semiconductor layer in a portion; and a second conductivity type region in the second semiconductor layer region corresponding to the region of the bottom surface portion of the second trench. A semiconductor region is formed, and the second trench is made of a semiconductor material of a second conductivity type. A step of forming a layer included in the third semiconductor layer by embedding, a step of forming a gate insulating film on a side surface and a bottom surface in the first trench, and the first insulating layer via the gate insulating film. Forming a gate electrode in the trench, and the gate insulating film is formed so that the film thickness on the bottom surface of the first trench is larger than the film thickness on the side surface of the first trench. The position of the interface in the depth direction between the gate insulating film and the gate electrode is formed at a position deeper than the interface in the depth direction of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer, The position of the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the gate insulating film is formed at a position shallower than the interface between the first semiconductor layer and the semiconductor region.
また、本発明は、半導体基板に形成されている第1の導電型の第1の半導体層上に、第2の導電型の第3の半導体層を形成する工程と、前記第3の半導体層の形成されている側より、前記第3の半導体層に底面を有するトレンチを形成するとともに、前記トレンチの開口部分の両側に第1の導電型の第4の半導体層を形成する工程と、前記トレンチの底面に不純物元素を注入し、前記トレンチの底面より前記第1の半導体層に至るまでの領域に、第1の導電型の第2の半導体層を形成する工程と、前記トレンチ内の側面及び底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を介し前記トレンチ内にゲート電極を形成する工程と、を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面における膜厚よりも、前記トレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との界面における最も、浅い位置よりも深い位置に形成されており、前記第2の半導体層と前記ゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層の界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする。 The present invention also includes a step of forming a second semiconductor layer of the second conductivity type on the first semiconductor layer of the first conductivity type formed on the semiconductor substrate, and the third semiconductor layer. Forming a trench having a bottom surface in the third semiconductor layer from the side on which the first conductivity type is formed, and forming a fourth semiconductor layer of the first conductivity type on both sides of the opening of the trench; Implanting an impurity element into the bottom surface of the trench, forming a second semiconductor layer of the first conductivity type in a region from the bottom surface of the trench to the first semiconductor layer, and a side surface in the trench And a step of forming a gate insulating film on the bottom surface, and a step of forming a gate electrode in the trench through the gate insulating film, and the gate insulating film has a film thickness on a side surface of the trench, Film on the bottom of the trench The interface position in the depth direction between the gate insulating film and the gate electrode is deeper than the shallowest position at the interface between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer. And the position of the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the gate insulating film is formed at a position shallower than the interface between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. It is characterized by being.
本発明によれば、オン抵抗を増加させることなく、印加される電界によりトレンチゲート絶縁膜が破壊されることのない構造のトレンチゲート型MOSFETを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a trench gate type MOSFET having a structure in which the trench gate insulating film is not destroyed by the applied electric field without increasing the on-resistance.
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。 The form for implementing this invention is demonstrated below.
〔第1の実施の形態〕
第1の実施の形態における半導体装置を図4に基づき説明する。図4では、本実施の形態における半導体装置として、SiCを半導体材料として用いた半導体装置について説明する。
[First Embodiment]
The semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 4, a semiconductor device using SiC as a semiconductor material will be described as a semiconductor device in the present embodiment.
本実施の形態における半導体装置は、N型ドレイン層11(第5の半導体層)上に、エピタキシャル成長により形成されたN−型ドリフト層12、P型ボディ拡散層13(第3の半導体層)が積層されている。N−型ドリフト層12は高さ(深さ)の異なる2つの領域、即ち、N型ドレイン層11側に略全面に形成された第1の領域12a(第1の半導体層)とP型ボディ拡散層13側に入り込むように、第1の領域12a上の一部の領域に形成された第2の領域12b(第2の半導体層)を有している。従って、N−型ドリフト層12の第1の領域12aの最上部となる第1の領域12aとP型ボディ拡散層13との界面10aの位置は、N−型ドリフト層12の第2の領域12bの最上部となる第2の領域12bとP型ボディ拡散層13との界面10bよりも深い位置となる。
In the semiconductor device according to the present embodiment, an N −
尚、エピタキシャル成長をさせるための方法としては、CVD(Chemical Vapor Deposition)、PVD(Physical Vapor Deposition)、MBE(Molecular Beam Epitaxy)等による成膜方法が挙げられる。 In addition, as a method for performing epitaxial growth, a film forming method by CVD (Chemical Vapor Deposition), PVD (Physical Vapor Deposition), MBE (Molecular Beam Epitaxy) or the like can be cited.
またトレンチは、P型ボディ拡散層13の表面にN+型ソース層17を形成し、N+型ソース層17及びP型ボディ拡散層13を貫通し、N−型ドリフト層12の第2の領域12b内に底面を有するように形成されており、トレンチ内の側面及び底面には酸化膜からなるトレンチゲート絶縁膜14が形成され、更に内部には、トレンチゲート電極15が形成されている。このため、P型ボディ拡散層13の表面のトレンチの開口部分の両側には、N+型ソース層17(第4の半導体層)が形成されている。
The trench forms an N + type source layer 17 on the surface of the P type body diffusion layer 13, penetrates the N + type source layer 17 and the P type body diffusion layer 13, and is a second region 12 b of the N −
また、トレンチゲート絶縁膜14は、トレンチの底面と側面において異なる膜厚で形成されており、トレンチの底面のトレンチゲート絶縁膜14aは、トレンチの側面のトレンチゲート絶縁膜14bよりも厚くなるように形成されている。ここで、トレンチゲート絶縁膜14aの最下部となるトレンチゲート絶縁膜14aとN−型ドリフト層12の第2の領域12bとの界面10c、トレンチゲート絶縁膜14aの最上部となるトレンチゲート絶縁膜14aとトレンチゲート電極15との界面10d、界面10a及び10bとの深さ方向における関係は、深い位置から順に、界面10a、界面10c、界面10d、界面10bとなるように形成されている。即ち、トレンチゲート絶縁膜14aの最上部となる界面10dよりも浅い位置に、第2の領域12bとP型ボディ拡散層13との界面10bが形成されており、トレンチゲート絶縁膜14aの最下部となる界面10cよりも深い位置に、第1の領域12aとP型ボディ拡散層13との界面10aが形成されている。尚、N型ドレイン層11にはドレイン電極16が設けられており、P型ボディ拡散層13の表面には、N+型ソース層17に接し、ソース電極18が設けられている。
Further, the trench
また、N−型ドリフト層12の第2の領域12bはトレンチが形成される前の断面形状が、略長方形の形状となるように形成されている。即ち、図4に示す構造の半導体装置では、各々の半導体層を形成する半導体材料として、SiCを用いているため、SiCでは不純物の拡散が、ほとんど進まない。よって、第2の領域12bは略長方形の形状に形成することができる。また、トレンチの側面方向の第2の領域12bにおける長さ、即ち、半導体基板の面に平行な方向(図4におけるN型ドレイン層11の膜面に平行な方向)において、トレンチゲート絶縁膜14bとN−型ドリフト層12の第2の領域12bとの界面から、第2の領域12bとP型ボディ拡散層13との界面までの長さXは、0.1μm以上、空乏層が届く距離以下となるように形成されている。ここで、空乏層の厚は、(1)に示す式により得ることができる。
Further, the second region 12b of the N − -
空乏層厚=(2εVbi/qNd)1/2・・・・・(1)
尚、εは誘電率であり、SiCの場合、約9×10−13F/cmである。Vbiは内蔵電位であり、2〜3Vである。qは素電荷であり、1.6×10−19Cである。Ndは不純物元素の濃度であり、約1×1015〜1×1017cm−3である。この条件に基づいて、(1)に示す式により得られる空乏層厚の最小値は約0.15μmである。よって、製造誤差等を考慮すると、空乏層厚は、少なくとも0.1μm以上形成する必要がある。また、逆バイアスが加わった場合には、空乏層は広がるため、形成されるトレンチピッチの1/2以下であることが好ましい。また、半導体基板の面に垂直な方向(図4におけるN型ドレイン層11の膜面に垂直な方向)において、界面10aから界面10bまでの長さYは、0.2μm以下で形成されていることが好ましく、また、長さXと長さYとの関係は、X<Yであることが好ましい。
Depletion layer thickness = (2εVbi / qNd) 1/2 (1)
Note that ε is a dielectric constant, which is about 9 × 10 −13 F / cm in the case of SiC. Vbi is a built-in potential and is 2 to 3V. q is an elementary charge and is 1.6 × 10 −19 C. Nd is the concentration of the impurity element and is about 1 × 10 15 to 1 × 10 17 cm −3 . Based on this condition, the minimum value of the depletion layer thickness obtained by the equation shown in (1) is about 0.15 μm. Therefore, in consideration of manufacturing errors and the like, the depletion layer thickness needs to be at least 0.1 μm or more. In addition, when a reverse bias is applied, the depletion layer expands, so that it is preferable that the pitch be 1/2 or less of the formed trench pitch. Further, in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate (the direction perpendicular to the film surface of the N-type drain layer 11 in FIG. 4), the length Y from the
尚、本実施の形態における半導体装置では、1000Vの耐圧を想定したものであり、N−型ドリフト層12は不純物元素として窒素(N)が、1×1015〜1×1016cm−3ドープされており、N−型ドリフト層12において第1の領域12aよりも第2の領域12bの方が、不純物元素の濃度が高くなるように形成されている。また、P型ボディ拡散層13は、不純物元素としてアルミニウム(Al)が、1×1016〜5×1017cm−3ドープされている。尚、本実施の形態における説明では、P型を形成するための不純物元素として、Alを用いた場合について説明するが、不純物元素としてB(ボロン)を用いてもよい。
In the semiconductor device according to the present embodiment, a withstand voltage of 1000 V is assumed, and the N−
次に、図4に示される本実施の形態における半導体装置と、図1、図2及び図3に示される半導体装置において、ドレイン電極とソース電極との間に1000Vの電圧を印加した場合における各々のトレンチゲート絶縁膜における電界強度を調べた結果について説明する。この結果、図1に示される半導体装置の場合では5.6MeVであり、図2に示される半導体装置の場合では1.4MeVであり、図3に示される半導体装置の場合では2.1MeVであり、図4に示される半導体装置の場合では1.4MeVであった。 Next, in the semiconductor device in the present embodiment shown in FIG. 4 and the semiconductor device shown in FIGS. 1, 2, and 3, when a voltage of 1000 V is applied between the drain electrode and the source electrode, respectively. The result of examining the electric field strength in the trench gate insulating film will be described. As a result, it is 5.6 MeV in the case of the semiconductor device shown in FIG. 1, 1.4 MeV in the case of the semiconductor device shown in FIG. 2, and 2.1 MeV in the case of the semiconductor device shown in FIG. In the case of the semiconductor device shown in FIG. 4, it was 1.4 MeV.
以上より、図4に示す本実施の形態における半導体装置では、図1及び図3に示される半導体装置のトレンチゲート絶縁膜における電界強度よりも低くなり、図2に示される半導体装置のトレンチゲート絶縁膜における電界強度と略同じであった。また、本実施の形態における半導体装置は、図2に示されるN−型ドリフト層212とP型ボディ層213の界面となる最下端213aより、図4に示されるN−型ドリフト層12の第2領域12bの最上部となる第2の領域12bとP型ボディ拡散層13との界面10bが、より浅い位置となっているため、図2に示される半導体装置よりもオン抵抗を低くすることができる。
As described above, in the semiconductor device in the present embodiment shown in FIG. 4, the electric field strength in the trench gate insulating film of the semiconductor device shown in FIGS. 1 and 3 is lower, and the trench gate insulation of the semiconductor device shown in FIG. It was almost the same as the electric field strength in the film. In addition, the semiconductor device in the present embodiment has the N −
従って、本実施の形態における半導体装置では、オン抵抗を増加させることなく、印加される電界によりトレンチゲート絶縁膜14が破壊されることを防ぐとことができる。
Therefore, in the semiconductor device according to the present embodiment, the trench
尚、上述した説明では、NMOSについて説明したが、N型とP型とを入れ替えることにより、本実施の形態における半導体装置をPMOSとすることも可能である。また、上述した説明では、半導体材料としてSiCを用いた場合について説明したが、Siを用いた場合についても同様である。 In the above description, the NMOS is described. However, the semiconductor device in this embodiment can be a PMOS by switching the N-type and the P-type. In the above description, the case of using SiC as the semiconductor material has been described, but the same applies to the case of using Si.
また、本実施の形態における半導体装置となる具体的なものとしては、半導体材料としてSiCを用いた場合には、パワーMOSFET等、半導体材料としてSiを用いた場合には、パワーMOSFET、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等が挙げられる。 Further, specific examples of the semiconductor device according to the present embodiment include a power MOSFET and the like when SiC is used as the semiconductor material, and a power MOSFET and IGBT (Insulated) when Si is used as the semiconductor material. Gate Bipolar Transistor).
〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、半導体装置の製造方法である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. The present embodiment is a method for manufacturing a semiconductor device.
図5に基づき本実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
最初に、図5(a)に示すように、不図示のN型ドレイン層の形成されているSiC基板上に、SiCのN層111を形成し、更に、N層111上にSiCのP層112をエピタキシャル成長により形成する。尚、N層111は、N−型ドリフト層の第1の領域(第1の半導体層)となるものであり、P層112の形成される厚さは、後述するN−型ドリフト層の第2の領域の厚さと略同じ厚さとなるように形成する。尚、エピタキシャル成長により形成する方法としては、CVD、PVD、MBE等の方法が挙げられる。また、N層111を形成するためには、不純物元素として窒素をドープし、P層112を形成するためには、不純物元素としてAlをドープする。
First, as shown in FIG. 5A, an
次に、図5(b)に示すように、P層112の所定の領域にSiCからなるN層113を形成する。尚、このN層113は、N−型ドリフト層の第2の領域(第2の半導体層)となるものであり、N−型ドリフト層の第1の領域となるN層111よりも不純物濃度が高くなるように形成されている。また、P層112においてN層113が形成されることにより、P層112においてN層113が形成されていない領域はP層112aとなる。N層113を形成する方法の一つとしては、P層112を形成した後、N層113が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、レジストパターンの開口部におけるP層112をN層111の表面が露出するまでエッチングにより除去し、この後、エッチングにより除去された領域にエピタキシャル成長により、不純物元素として窒素がドープされたSiCを成膜することによりN層113を形成する方法が挙げられる。また、別の方法としては、P層112を形成した後、N層113が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、P層112に不純物元素として窒素を注入することにより、レジストパターンの開口部における領域にN層113を形成する方法が挙げられる。
Next, as shown in FIG. 5B, an
次に、図5(c)に示すように、P層112a及びN層113上にP層114をエピタキシャル成長により形成する。これによりP層112aとP層114からなるP型ボディ拡散層115(第3の半導体層)が形成される。
Next, as shown in FIG. 5C, a
次に、図5(d)に示すように、トレンチ116を形成する。トレンチ116は、N−型ドリフト層の第2の領域となるN層113が形成されている部分に形成され、P型ボディ拡散層115のP層114を貫通し、トレンチ116の底面がN層113となるように形成する。尚、トレンチ116を形成する前、または後において、トレンチ116の開口部分の両側には、N+ソース層118が形成されている。例えば、P型ボディ拡散層115の表面にN+ソース層118を形成し、この後、トレンチ116が形成される領域に開口部を有する不図示のマスクを形成し、RIE(Reactive Ion Etching)等のドライエッチングにより、開口部の形成されている領域のN+ソース層118及びP型ボディ拡散層115を貫通し、N層113の一部を除去することにより形成する。尚、N−型ドリフト層の第1の領域となるN層111とP型ボディ拡散層115におけるP層112aとの界面を110aとし、N−型ドリフト層の第2の領域となるN層113とP型ボディ拡散層115におけるP層114との界面を110bとした場合、形成されたトレンチ116の底面となる界面110cは、界面110aよりも浅い位置であって、界面110bよりも深い位置となるように形成する。また、形成されるトレンチ116とN層113との位置関係については、アライメント精度が良いことが望ましいが、多少位置ズレが生じていても、製造される半導体装置の特性に影響を及ぼすことはない。即ち、形成されるトレンチ116の位置が多少ずれていたとしても、膜面方向におけるN層113の幅の広い部分に流れる電流量は多く、幅の狭い部分に流れる電流量は少ない。よって、トレンチ116の形成される位置が多少ずれたとしても、一つのトレンチ116において流れる電流量は殆ど変わらない。
Next, as shown in FIG. 5D, a
次に、図5(e)に示すように、トレンチ116内にトレンチゲート絶縁膜117を形成する。トレンチゲート絶縁膜117は、トレンチ116の底面のトレンチゲート絶縁膜117aの膜厚が、トレンチ116の側面のトレンチゲート絶縁膜117bの膜厚よりも厚くなるように形成する。具体的には、CVDによる成膜と熱酸化を行うことにより、トレンチ116の底面のトレンチゲート絶縁膜117aの膜厚が、トレンチ116の側面のトレンチゲート絶縁膜117bの膜厚よりも厚くなるようにトレンチゲート絶縁膜117を形成する。尚、トレンチ116の底面のトレンチゲート絶縁膜117aは、トレンチゲート絶縁膜117aの上面となる界面110dの位置が、界面110bよりも深い位置となるように形成する。
Next, as shown in FIG. 5E, a trench
次に、図5(f)に示すように、トレンチゲート絶縁膜117が形成されたトレンチ116内に、トレンチゲート電極118を形成し、更には、P型ボディ拡散層115の表面に、N+ソース層118に接してソース電極119を形成し、不図示のドレイン層の表面にドレイン電極を形成する。これにより、本実施の形態における半導体装置の製造方法により半導体装置が製造される。
Next, as shown in FIG. 5F, a
本実施の形態における半導体装置の製造方法では、簡単な工程により、オン抵抗を増加させることなく、トレンチゲート絶縁膜が電界により破壊されることのない構造のトレンチゲート型MOSFET等の半導体装置を製造することができる。 The manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment manufactures a semiconductor device such as a trench gate type MOSFET having a structure in which the trench gate insulating film is not destroyed by an electric field without increasing the on-resistance by a simple process. can do.
〔第3の実施の形態〕
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第2の実施の形態とは異なる半導体装置の製造方法である。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. This embodiment is a method for manufacturing a semiconductor device, which is different from the second embodiment.
図6に基づき本実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。 A method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to FIG.
最初に、図6(a)に示すように、不図示のN型ドレイン層の形成されているSiC基板上に、SiCのN層131を形成し、更に、N層131上にN層132をエピタキシャル成長により形成する。尚、N層131は、N−型ドリフト層の第1の領域(第1の半導体層)となるものである。また、N層132は後述するようにN−型ドリフト層の第2の領域を形成するものであり、N−型ドリフト層の第1の領域となるN層131よりも不純物濃度が高くなるように形成する。
First, as shown in FIG. 6A, an
次に、図6(b)に示すように、N層132の所定の領域にSiCからなるP層133を形成する。尚、N層132においてP層133が形成されることにより、N層132においてP層133が形成されていない領域はN層132aとなる。P層133を形成する方法の一つとしては、N層132を形成した後、P層133が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、レジストパターンの開口部におけるN層132をN層131の表面が露出するまでエッチングにより除去し、この後、エッチングにより除去された領域にエピタキシャル成長により、不純物元素としてAlがドープされたSiCを成膜することによりP層133を形成する方法が挙げられる。また、別の方法としては、N層132を形成した後、P層133が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、N層132に不純物元素としてAlを注入することにより、レジストパターンの開口部における領域にP層133を形成する方法が挙げられる。このようにしてP層133が形成された後のN層132aは、N−型ドリフト層の第2の領域(第2の半導体層)となる。
Next, as shown in FIG. 6B, a
次に、図6(c)に示すように、N層132a及びP層133上にP層134をエピタキシャル成長により形成する。これによりP層133とP層134からなるP型ボディ拡散層135(第3の半導体層)が形成される。
Next, as shown in FIG. 6C, a
次に、図6(d)に示すように、トレンチ136を形成する。トレンチ136は、N−型ドリフト層の第2の領域となるN層132aが形成されている部分に形成され、P型ボディ拡散層135のP層134を貫通し、トレンチ136の底面がN層132aとなるように形成する。尚、トレンチ136を形成する前、または後において、トレンチ136の開口部分の両側には、N+ソース層139が形成されている。例えば、P型ボディ拡散層135の表面にN+ソース層139を形成し、この後、トレンチ136の形成される領域に開口部を有する不図示のマスクを形成し、RIE等のドライエッチングにより、開口部の形成されている領域のN+ソース層139及びP型ボディ拡散層135を貫通し、N層132aの一部を除去することにより形成する。尚、N−型ドリフト層の第1の領域となるN層131とP型ボディ拡散層135におけるP層133との界面を130aとし、N−型ドリフト層の第2の領域となるN層132aとP型ボディ拡散層135におけるP層134との界面を130bとした場合、形成されたトレンチ136の底面となる界面130cは、界面130aよりも浅い位置であって、界面130bよりも深い位置となるように形成する。また、形成されるトレンチ136とN層132aとの位置関係については、アライメント精度が良いことが望ましいが、多少位置ズレが生じていても、製造される半導体装置の特性に影響を及ぼすことはない。即ち、形成されるトレンチ136の位置が多少ずれていたとしても、膜面方向におけるN層132aの幅の広い部分に流れる電流量は多く、幅の狭い部分に流れる電流量は少ない。よって、トレンチ136の形成される位置が多少ずれたとしても、一つのトレンチ136において流れる電流量は殆ど変わらない。
Next, as shown in FIG. 6D, a
次に、図6(e)に示すように、トレンチ136内にトレンチゲート絶縁膜137を形成する。トレンチゲート絶縁膜137は、トレンチ136の底面のトレンチゲート絶縁膜137aの膜厚が、トレンチ136の側面のトレンチゲート絶縁膜137bの膜厚よりも厚くなるように形成する。尚、トレンチ136の底面のトレンチゲート絶縁膜137aは、トレンチゲート絶縁膜137aの上面となる界面130dの位置が、界面130bよりも深い位置となるように形成する。
Next, as shown in FIG. 6E, a trench
次に、図6(f)に示すように、トレンチゲート絶縁膜137が形成されたトレンチ136内に、トレンチゲート電極138を形成し、更には、P型ボディ拡散層115の表面に、N+ソース層139に接してソース電極140を形成し、不図示のドレイン層の表面にドレイン電極を形成する。これにより、半本実施の形態における半導体装置の製造方法により半導体装置が製造される。
Next, as shown in FIG. 6F, a
本実施の形態における半導体装置の製造方法では、第2の実施の形態と同様に、簡単な工程により、オン抵抗を増加させることなく、トレンチゲート絶縁膜が電界により破壊されることのない構造のトレンチゲート型MOSFET等の半導体装置を製造することができる。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, as in the second embodiment, the trench gate insulating film is not destroyed by an electric field without increasing the on-resistance by a simple process. A semiconductor device such as a trench gate type MOSFET can be manufactured.
尚、上記以外の成膜方法等の内容については、第2の実施の形態と同様である。 The contents of the film forming method other than the above are the same as those in the second embodiment.
〔第4の実施の形態〕
次に、第4の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第2及び第3の実施の形態とは異なる半導体装置の製造方法である。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described. The present embodiment is a method for manufacturing a semiconductor device different from the second and third embodiments.
図7に基づき本実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。 A method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to FIG.
最初に、図7(a)に示すように、不図示のN型ドレイン層の形成されているSiC基板上に、SiCのN層151を形成し、更に、N層151上にSiCのN層152をエピタキシャル成長により形成する。尚、N層151は、N−型ドリフト層の第1の領域(第1の半導体層)となるものである。また、後述するようにN層152はN−型ドリフト層の第2の領域を形成するものであり、N−型ドリフト層の第1の領域となるN層151よりも不純物濃度が高くなるように形成する。尚、N層151及びN層152を形成するためには、不純物元素として窒素がドープされている。
First, as shown in FIG. 7A, an
次に、図7(b)に示すように、N層152上に、SiCのP層153を形成する。具体的には、エピタキシャル成長によりN層152上に、不純物元素としてAlがドープされたSiCを成膜することによりP層153を形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, a
次に、図7(c)に示すように、トレンチ154(第1のトレンチ)を形成する。トレンチ154は、P層153を貫通し、N層152にトレンチ154の底面が形成されるように形成する。尚、トレンチ154を形成する前、または後において、トレンチ154の開口部分の両側には、N+ソース層161が形成されている。例えば、P層153の表面にN+ソース層161を形成し、この後、トレンチ154の形成される領域に開口部を有する不図示のマスクを形成し、RIE等のドライエッチングにより、マスクの開口部となる領域のN+ソース層161及びP層153を貫通しN層152の一部を除去することによりトレンチ154を形成する。
Next, as shown in FIG. 7C, a trench 154 (first trench) is formed. The
次に、図7(d)に示すように、トレンチ154間に、別の異なるトレンチ155(第2のトレンチ)を形成し、不純物元素のイオン注入を行う。具体的には、トレンチ155の形成方法は、トレンチ154と同様の方法により形成する。形成されるトレンチ155の底面はN層152とP層153との界面近傍であって、N層152とP層153との界面よりも浅い位置となるように形成する。このため、トレンチ155の底面はトレンチ154の底面よりも浅い位置に形成される。この後、トレンチ155以外の領域に不図示のマスクを形成し、トレンチ155の形成されている領域下のN層152に、不純物元素としてAlのイオン注入を行うことによりP層156を形成する。このように形成されたP層156とN−型ドリフト層の第1の領域となるN層151との界面150aの位置は、トレンチ154の底面となる界面150cよりも深い位置となるよう形成される。尚、N層152の上面となる界面150bの位置は、界面150cよりも浅い位置となる。このようにしてP層156が形成された後のN層152は、N−型ドリフト層の第2の領域(第2の半導体層)となる。
Next, as shown in FIG. 7D, another different trench 155 (second trench) is formed between the
次に、図7(e)に示すように、トレンチ155にP層157を形成し、P層153、156及び157からなるP型ボディ拡散層158(第3の半導体層)を形成する。この後、トレンチ154内にトレンチゲート絶縁膜159を形成する。トレンチゲート絶縁膜159は、トレンチ154の底面のトレンチゲート絶縁膜159aの膜厚が、トレンチ154の側面のトレンチゲート絶縁膜159bの膜厚よりも厚くなるように形成する。ここで、トレンチ154の底面のトレンチゲート絶縁膜159aは、トレンチ154の底面のトレンチゲート絶縁膜159aの上面となる界面150dの位置が、界面150bよりも深い位置となるように形成する。
Next, as shown in FIG. 7E, a
次に、図7(f)に示すように、また、トレンチゲート絶縁膜159が形成されたトレンチ155内に、トレンチゲート電極160を形成し、更には、P型ボディ拡散層158の表面に、N+ソース層161に接してソース電極162を形成し、不図示のドレイン層の表面にドレイン電極を形成する。これにより、本実施の形態における半導体装置の製造方法により半導体装置が製造される。
Next, as shown in FIG. 7F, a
本実施の形態における半導体装置の製造方法では、オン抵抗を増加させることなく、トレンチゲート絶縁膜が電界により破壊されることのない構造のトレンチゲート型MOSFET等の半導体装置を製造することができる。また、本実施の形態では、トレンチ154を形成する際のアライメントを行う必要がないため、より均一性の高い半導体装置を製造することができる。
In the method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment, a semiconductor device such as a trench gate type MOSFET having a structure in which the trench gate insulating film is not destroyed by an electric field can be manufactured without increasing the on-resistance. Further, in this embodiment, it is not necessary to perform alignment when forming the
尚、上記以外の成膜方法等の内容については、第2の実施の形態と同様である。 The contents of the film forming method other than the above are the same as those in the second embodiment.
〔第5の実施の形態〕
次に、第5の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第2及び第4の実施の形態とは異なる半導体装置の製造方法である。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment will be described. The present embodiment is a method of manufacturing a semiconductor device different from the second and fourth embodiments.
図8に基づき本実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。 A method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to FIG.
最初に、図8(a)に示すように、不図示のN型ドレイン層の形成されているSiC基板上に、SiCのN層171を形成し、更に、N層171上にSiCのP層172をエピタキシャル成長により形成する。尚、N層171は、N−型ドリフト層の第1の領域(第1の半導体層)となるものであり、P層172は、P型ボディ拡散層(第3の半導体層)となるものである。また、N層171を形成するために、不純物元素として窒素がドープされており、P層172を形成するために、不純物元素としてAlがドープされている。
First, as shown in FIG. 8A, an
次に、図8(b)に示すように、トレンチ173を形成する。具体的には、P層172の表面にN+ソース層178を形成し、この後、トレンチ173の形成される領域に開口部を有する不図示のマスクを形成し、開口部におけるN+ソース層178及びP層172をRIE等のドライエッチングにより除去することにより、P層172内にトレンチ173を形成する。尚、N+ソース層178はトレンチ173を形成する前または後のいずれにおいても形成することが可能であり、トレンチ173の開口部分の両側に形成される。また、トレンチ173は、トレンチ173の最下端となる界面170cが、N層171とP層172との界面170aよりも浅い位置となるように形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, a
次に、図8(c)に示すように、酸化膜174を形成する。酸化膜174は、TEOS酸化膜、熱酸化、CVD等の方法により、トレンチ173の内部において略均一の膜厚で形成する。
Next, as shown in FIG. 8C, an
次に、図8(d)に示すように、トレンチ173の形成されている領域に不純物元素のイオン注入を行う。具体的には、トレンチ173の形成されている領域以外に不図示のマスクを形成し、不純物元素として窒素のイオン注入を行う。トレンチ173の底面は図示するように曲面状に形成されているため、注入された窒素は、トレンチ173の底面から広がるように打ち込まれ、N層175を形成する。このように形成されたN層175は、N−型ドリフト層の第2の領域(第2の半導体層)となるものである。尚、トレンチ173の側面には酸化膜174が形成されているため、イオン注入される窒素はトレンチ173の側面よりP層172に広がることはない。
Next, as shown in FIG. 8D, an impurity element is ion-implanted into the region where the
次に、図8(e)に示すように、酸化膜174を除去した後、トレンチ173の側面及び底面にトレンチゲート酸化膜176を形成する。形成されるトレンチゲート酸化膜176は、トレンチ173の底面に形成されるトレンチゲート酸化膜176aと、トレンチ173の側面にトレンチゲート酸化膜176aよりも薄く形成されるトレンチゲート酸化膜176bにより構成される。トレンチ173の底面に形成されるトレンチゲート酸化膜176aの上部となる界面170dの位置は、N層175とP層172との界面170bにおける最も浅い位置よりも、深い位置となるように形成する。
Next, as shown in FIG. 8E, after removing the
次に、図8(f)に示すように、トレンチゲート絶縁膜176が形成されているトレンチ173内にトレンチゲート電極177を形成し、更には、P型ボディ拡散層115の表面に、N+ソース層178に接してソース電極179を形成し、不図示のドレイン層の表面にドレイン電極を形成する。これにより、本実施の形態における半導体装置の製造方法により半導体装置が製造される。
Next, as shown in FIG. 8F, a
本実施の形態における半導体装置の製造方法により、オン抵抗を増加させることなく、トレンチゲート絶縁膜が電界により破壊されることのない構造のトレンチゲート型MOSFET等の半導体装置を製造することができる。 By the method for manufacturing a semiconductor device in this embodiment, a semiconductor device such as a trench gate type MOSFET having a structure in which the trench gate insulating film is not destroyed by an electric field can be manufactured without increasing the on-resistance.
尚、上記以外の成膜方法等の内容については、第2の実施の形態と同様である。 The contents of the film forming method other than the above are the same as those in the second embodiment.
また、第2から第5の実施の形態では、半導体材料としてSiCを用いたものについて説明したが、半導体材料としてSiを用いた場合においても、同様の効果の得ることのできる半導体装置を製造することができる。また、P型を形成するための不純物元素として、Alを用いた場合について説明しているが、B(ボロン)を用いてもよい。 In the second to fifth embodiments, the semiconductor material using SiC is described. However, even when Si is used as the semiconductor material, a semiconductor device capable of obtaining the same effect is manufactured. be able to. Further, although the case where Al is used as the impurity element for forming the P-type is described, B (boron) may be used.
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。 As mentioned above, although the form which concerns on implementation of this invention was demonstrated, the said content does not limit the content of invention.
10a 界面
10b 界面
10c 界面
10d 界面
11 N型ドレイン層(第5の半導体層)
12 N−型ドリフト層
12a 第1の領域(第1の半導体層)
12b 第2の領域(第2の半導体層)
13 P型ボディ拡散層(第3の半導体層)
14 トレンチゲート絶縁膜
14a トレンチゲート絶縁膜(トレンチの底面)
14b トレンチゲート絶縁膜(トレンチの側面)
15 トレンチゲート電極
16 ドレイン電極
17 N+型ソース層(第4の半導体層)
18 ソース電極
12 N−
12b Second region (second semiconductor layer)
13 P-type body diffusion layer (third semiconductor layer)
14 Trench
14b Trench gate insulating film (side surface of trench)
15
18 Source electrode
Claims (2)
前記第2の半導体層及び前記第2の導電型からなる領域上に、前記第2の導電型の半導体膜を形成し、前記第2の導電型からなる領域と前記第2の導電型の半導体膜からなる第3の半導体層を形成する工程と、
前記第3の半導体層の形成されている側より、前記第2の半導体層に底面を有するトレンチを形成するとともに、前記トレンチの開口部分の両側に第1の導電型の第4の半導体層を形成する工程と、
前記トレンチ内の側面及び底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜を介し前記トレンチ内にゲート電極を形成する工程と、
を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面における膜厚よりも、前記トレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、
前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との深さ方向における界面よりも深い位置に形成されており、
前記第2の半導体層と前記ゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A second conductivity type semiconductor layer is formed on the first conductivity type first semiconductor layer formed on the semiconductor substrate. In the second conductivity type semiconductor layer, a first region is formed in a predetermined region. Forming a region other than the predetermined region by forming a region of the first conductivity type, and forming a region of the first conductivity type as the second semiconductor layer.
The second conductivity type semiconductor film is formed on the second semiconductor layer and the region of the second conductivity type, and the region of the second conductivity type and the semiconductor of the second conductivity type are formed. Forming a third semiconductor layer comprising a film;
A trench having a bottom surface is formed in the second semiconductor layer from the side where the third semiconductor layer is formed, and a fourth semiconductor layer of the first conductivity type is formed on both sides of the opening of the trench. Forming, and
Forming a gate insulating film on a side surface and a bottom surface in the trench;
Forming a gate electrode in the trench through the gate insulating film;
And the gate insulating film is formed with a film thickness on the bottom surface of the trench larger than a film thickness on the side surface of the trench,
The position of the interface in the depth direction between the gate insulating film and the gate electrode is formed at a position deeper than the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer,
The position of the interface between the second semiconductor layer and the gate insulating film in the depth direction is formed at a position shallower than the interface between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第2の半導体層上に第2の導電型の第3の半導体層を形成する工程と、
前記第3の半導体層が形成されている側より、第2の半導体層に底面を有する第1のトレンチを形成するとともに、前記第1のトレンチの開口部分の両側に第1の導電型の第4の半導体層を形成する工程と、
前記第3の半導体層が形成されている側より、第1のトレンチとは異なる部分に、第3の半導体層に底面を有する第2のトレンチを形成する工程と、
前記第2のトレンチの底面部分の領域に対応する前記第2の半導体層の領域に第2の導電型の半導体領域を形成し、更に前記第2のトレンチを第2の導電型の半導体材料により埋め込むことにより、前記第3の半導体層に含まれる層を形成する工程と、
前記第1のトレンチ内の側面及び底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜を介し前記第1のトレンチ内にゲート電極を形成する工程と、
を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記第1のトレンチの側面における膜厚よりも、前記第1のトレンチの底面における膜厚が厚く形成されており、
前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との深さ方向における界面の位置は、前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の深さ方向における界面よりも深い位置に形成されており、
前記第2の半導体層と前記ゲート絶縁膜との深さ方向における界面の位置は、前記第1の半導体層と前記半導体領域との界面よりも浅い位置に形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first semiconductor layer of the first conductivity type on the first semiconductor layer of the first conductivity type formed on the semiconductor substrate;
Forming a third semiconductor layer of a second conductivity type on the second semiconductor layer;
A first trench having a bottom surface in the second semiconductor layer is formed from the side on which the third semiconductor layer is formed, and the first conductivity type second is formed on both sides of the opening of the first trench. 4 forming a semiconductor layer;
Forming a second trench having a bottom surface in the third semiconductor layer in a portion different from the first trench from the side on which the third semiconductor layer is formed;
A second conductivity type semiconductor region is formed in a region of the second semiconductor layer corresponding to a region of the bottom surface portion of the second trench, and the second trench is formed of a second conductivity type semiconductor material. Forming a layer included in the third semiconductor layer by embedding;
Forming a gate insulating film on a side surface and a bottom surface in the first trench;
Forming a gate electrode in the first trench through the gate insulating film;
The gate insulating film is formed so that the film thickness on the bottom surface of the first trench is thicker than the film thickness on the side surface of the first trench,
The position of the interface in the depth direction between the gate insulating film and the gate electrode is formed at a position deeper than the interface in the depth direction of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer,
The position of the interface in the depth direction between the second semiconductor layer and the gate insulating film is formed at a position shallower than the interface between the first semiconductor layer and the semiconductor region. Device manufacturing method.
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