JP6524279B2 - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Description

本発明は、トレンチゲート型MOSFETを備える半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including a trench gate type MOSFET and a method of manufacturing the same.

トレンチゲート型MOSFETの一例として、たとえば、特許文献1の半導体装置は、ゲートトレンチが形成されたn型第1ベース層と、ゲートトレンチの内面に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜の内側に充填されたゲート電極と、ゲート電極を被覆するように形成された層間絶縁膜と、n型第1ベース層の表面に形成され、ゲートトレンチの底面よりも浅く形成されたp型第2ベース層と、p型第2ベース層の表面に形成されたn型ソース層と、n型ソース層を貫通し、p型第2ベース層内まで形成されたセルフアラインコンタクト溝と、セルフアラインコンタクト溝の底面においてp型第2ベース層に接続され、セルフアラインコンタクト溝の側面において、n型ソース層に接続されたソース電極と、n型第1ベース層の裏面に形成されたn型ドレイン層と、n型ドレン層上に形成されたドレイン電極とを備えている。 As an example of a trench gate type MOSFET, for example, the semiconductor device of Patent Document 1 includes an n -type first base layer in which a gate trench is formed, a gate insulating film formed on the inner surface of the gate trench, and a gate insulating film. An inner-filled gate electrode, an interlayer insulating film formed to cover the gate electrode, and a p - type first layer formed on the surface of the n -type first base layer and shallower than the bottom of the gate trench A second base layer, an n + -type source layer formed on the surface of the p-type second base layer, and a self-aligned contact trench formed through the n + -type source layer and into the p-type second base layer; is connected to the p-type second base layer at the bottom of the self-aligned contact grooves in the side of the self-aligned contact trenches, a source electrode connected to the n + -type source layer, n - -type first It includes a n + -type drain layer formed on the back surface of the over scan layer and a drain electrode formed on the n + -type drain layer.

特開2010−62477号公報JP, 2010-62477, A 特開2010−021176号公報JP, 2010-021176, A

本発明の半導体装置は、ゲートトレンチが形成された半導体層と、前記半導体層の表面側に露出するように形成され、前記ゲートトレンチの側面の一部を形成する第1導電型のソース領域と、前記ソース領域に対して前記半導体層の裏面側に前記ソース領域に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部を形成する第2導電型のチャネル領域と、前記半導体層の表面側に露出するように前記チャネル領域に形成され、前記半導体層の前記表面に沿う幅方向第1端部および第2端部を有する第2導電型のチャネルコンタクト領域と、前記チャネル領域に対して前記半導体層の前記裏面側に前記チャネル領域に接するように形成され、前記ゲートトレンチの底面を形成する第1導電型のドレイン領域と、前記ゲートトレンチの内面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲートトレンチにおいて前記ゲート絶縁膜の内側に埋め込まれたゲート電極とを含み、前記チャネル領域は、前記ゲートトレンチの前記側面に沿って形成され、動作時にチャネルが形成されるチャネル部と、前記半導体層の前記裏面側の前記チャネル部の端部に対して当該裏面側に突出し、前記チャネルコンタクト領域の前記第1端部および前記第2端部の下方位置に、それぞれ、第1頂部および第2頂部を有する2つの断面視放物線状の凸部とを含む。 A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor layer in which a gate trench is formed, and a source region of a first conductivity type which is formed to be exposed on the surface side of the semiconductor layer and which forms a part of the side surface of the gate trench. the so formed as to the source region in contact with the source region to the back surface side of the semiconductor layer, a second conductivity type channel region which forms part of the side surface of the gate trench, a surface of said semiconductor layer A channel contact region of a second conductivity type formed in the channel region so as to be exposed to the side, and having a first end and a second end in the width direction along the surface of the semiconductor layer; The drain region of the first conductivity type formed on the back surface side of the semiconductor layer to be in contact with the channel region and forming the bottom surface of the gate trench, and the inside of the gate trench And a gate electrode embedded inside the gate insulating film in the gate trench, the channel region is formed along the side surface of the gate trench, and a channel is formed at the time of operation. a channel portion formed, before SL protrudes to the rear surface side to the end of the channel portion of the back surface side of the semiconductor layer, the lower position of the first end and the second end portion of said channel contact region And two convex portions in the form of a paraboloid in cross section each having a first top and a second top .

図1は、本発明の一実施形態に係るトレンチゲート型MOSトランジスタの模式的な平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view of a trench gate type MOS transistor according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1のトレンチゲート型MOSトランジスタの鳥瞰断面図であって、図1の切断線II−IIでの切断面を示す。FIG. 2 is a bird's-eye view of the trench gate type MOS transistor of FIG. 1 and shows a cross section taken along line II-II of FIG. 図3Aは、図2のトレンチゲート型MOSトランジスタの製造工程の一部を示す図である。3A is a view showing a part of the manufacturing process of the trench gate type MOS transistor of FIG. 2; FIG. 図3Bは、図3Aの次の工程を示す図である。FIG. 3B is a view showing the next process of FIG. 3A. 図3Cは、図3Bの次の工程を示す図である。FIG. 3C is a view showing the next process of FIG. 3B. 図3Dは、図3Cの次の工程を示す図である。FIG. 3D is a view showing the next process of FIG. 3C. 図3Eは、図3Dの次の工程を示す図である。FIG. 3E is a view showing the next process of FIG. 3D. 図3Fは、図3Eの次の工程を示す図である。FIG. 3F is a view showing the next process of FIG. 3E. 図3Gは、図3Fの次の工程を示す図である。FIG. 3G is a view showing the next process of FIG. 3F. 図3Hは、図3Gの次の工程を示す図である。FIG. 3H is a view showing the next process of FIG. 3G. 図3Iは、図3Hの次の工程を示す図である。FIG. 3I is a view showing the next process of FIG. 3H. 図3Jは、図3Iの次の工程を示す図である。FIG. 3J is a view showing the next process of FIG. 3I. 図4(a)〜(d)は、図3Gのイオン注入方式の変形例を示す図であって、図4(a)は1段注入、図4(b)〜(d)は多段注入の例をそれぞれ示す。4 (a) to 4 (d) are diagrams showing a modification of the ion implantation method of FIG. 3G, and FIG. 4 (a) shows one-stage injection, and FIG. 4 (b) to FIG. An example is shown respectively. 図5は、B11イオンのドーズ量とブレークダウン電圧との関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the dose of B11 ions and the breakdown voltage. 図6は、図1のトレンチゲート型MOSトランジスタの凸部の変形例を示す図である。FIG. 6 is a view showing a modified example of the convex portion of the trench gate type MOS transistor of FIG. 図7は、図6の凸部を形成するときのイオン注入方法を説明するための図である。FIG. 7 is a view for explaining an ion implantation method when forming the convex portion of FIG. 図8は、図1のトレンチゲート型MOSトランジスタの単位セルの配置形態の第1変形例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a first modification of the arrangement of unit cells of the trench gate type MOS transistor of FIG. 図9は、図1のトレンチゲート型MOSトランジスタの単位セルの配置形態の第2変形例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a second modification of the arrangement of unit cells of the trench gate type MOS transistor of FIG. 図10は、参考例の一実施形態に係るMOSトランジスタの模式的な平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view of a MOS transistor according to an embodiment of the reference example. 図11は、図10のMOSトランジスタの鳥瞰断面図であって、図10の切断線XI−XIでの切断面を示す。11 is a bird's-eye view of the MOS transistor of FIG. 10, and shows a cross section taken along line XI-XI of FIG. 図12Aは、図11のMOSトランジスタの製造工程の一部を示す図である。FIG. 12A is a view showing a part of the manufacturing process of the MOS transistor of FIG. 図12Bは、図12Aの次の工程を示す図である。FIG. 12B is a view showing the next process of FIG. 12A. 図12Cは、図12Bの次の工程を示す図である。FIG. 12C is a view showing the next process of FIG. 12B. 図12Dは、図12Cの次の工程を示す図である。FIG. 12D is a view showing the next process of FIG. 12C. 図12Eは、図12Dの次の工程を示す図である。FIG. 12E is a view showing the next process of FIG. 12D. 図12Fは、図12Eの次の工程を示す図である。FIG. 12F is a view showing the next process of FIG. 12E. 図12Gは、図12Fの次の工程を示す図である。FIG. 12G is a view showing the next process of FIG. 12F. 図12Hは、図12Gの次の工程を示す図である。FIG. 12H is a view showing the next process of FIG. 12G. 図13(a)(b)は、図11のMOSトランジスタのオン時およびオフ時の状態を示す図であって、図13(a)はオン時、図13(b)はオフ時をそれぞれ示す。13 (a) and 13 (b) show the on and off states of the MOS transistor in FIG. 11, and FIG. 13 (a) shows the on state and FIG. 13 (b) shows the off state. . 図14は、図10のMOSトランジスタの単位セルの配置形態の第1変形例を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a first modification of the arrangement of unit cells of the MOS transistor of FIG. 図15は、図10のMOSトランジスタの単位セルの配置形態の第2変形例を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a second modification of the arrangement of unit cells of the MOS transistor of FIG.

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、本発明の一実施形態に係るトレンチゲート型MOSトランジスタの模式的な平面図である。図2は、図1のトレンチゲート型MOSトランジスタの鳥瞰断面図であって、図1の切断線II−IIでの切断面を示す。
図1を参照して、半導体装置としてのMOSトランジスタ1は、トレンチゲート型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、互いに平行に配列されたストライプ状の単位セル2を複数備えている。各単位セル2は、ストライプ状のゲートトレンチ3により区画されており、隣り合うゲートトレンチ3の間隔(トレンチのピッチP)は、たとえば、0.9μm〜1.5μmである。また、単位セル2には、その長手方向一端から他端向かって延びる長尺(平面視長方形)なコンタクトトレンチ4が、各単位セル2に1つずつ形成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view of a trench gate type MOS transistor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a bird's-eye view of the trench gate type MOS transistor of FIG. 1 and shows a cross section taken along line II-II of FIG.
Referring to FIG. 1, a MOS transistor 1 as a semiconductor device is a trench gate type MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), and includes a plurality of stripe-shaped unit cells 2 arranged in parallel to one another. Each unit cell 2 is partitioned by the striped gate trenches 3 and the distance between adjacent gate trenches 3 (trench pitch P) is, for example, 0.9 μm to 1.5 μm. Further, in each unit cell 2, one long (long in plan view) contact trench 4 extending from one end in the longitudinal direction toward the other end of the unit cell 2 is formed in each unit cell 2.

次に、図2を参照して、MOSトランジスタ1は、n型(たとえば、濃度が1×1019〜5×1019cm−3)のSi基板5を備えている。Si基板5は、MOSトランジスタ1のドレインとして機能する。n型不純物としては、リン(P)、ヒ素(As)などが含まれている。以下同じ。
Si基板5の表面6(上面)には、Si基板5よりも低濃度のn型(たとえば、濃度が1×1016〜1×1015cm−3)のSiエピタキシャル層8が積層されている。半導体層としてのSiエピタキシャル層8の厚さは、たとえば、3μm〜10μmである。
Next, referring to FIG. 2, MOS transistor 1 is provided with a Si substrate 5 of n + type (for example, concentration of 1 × 10 19 to 5 × 10 19 cm −3 ). The Si substrate 5 functions as a drain of the MOS transistor 1. The n-type impurities include phosphorus (P), arsenic (As), and the like. same as below.
On the surface 6 (upper surface) of the Si substrate 5, an n -type (for example, a concentration of 1 × 10 16 to 1 × 10 15 cm −3 ) Si epitaxial layer 8 having a lower concentration than the Si substrate 5 is stacked There is. The thickness of the Si epitaxial layer 8 as a semiconductor layer is, for example, 3 μm to 10 μm.

Siエピタキシャル層8には、その表面9からSi基板5へ向かって掘り下がった、側面11および底面12を有するゲートトレンチ3がストライプ状に形成されている。これにより、Siエピタキシャル層8には、ストライプ状のゲートトレンチ3の側面11により区画されたストライプ状の単位セル2が複数本形成されている。
Siエピタキシャル層8の表面9から測定されるゲートトレンチ3の深さDは、たとえば、1.0μm〜1.5μmであり、具体的には、1.0μmである。
In the Si epitaxial layer 8, gate trenches 3 having side surfaces 11 and bottom surfaces 12 dug down from the surface 9 toward the Si substrate 5 are formed in a stripe shape. As a result, a plurality of stripe-shaped unit cells 2 partitioned by the side surfaces 11 of the stripe-shaped gate trenches 3 are formed in the Si epitaxial layer 8.
The depth D 1 of the gate trench 3 as measured from the surface 9 of the Si epitaxial layer 8 is, for example, a 1.0Myuemu~1.5Myuemu, specifically a 1.0 .mu.m.

Siエピタキシャル層8においてゲートトレンチ3の周囲には、n型のソース領域13およびp型(たとえば、濃度が1×1017〜5×1017cm−3)のチャネル領域14が、Siエピタキシャル層8の表面9に近い側からこの順に形成されている。チャネル領域14には、p型不純物として、たとえば、ボロン(B)、アルミニウム(Al)などが含まれている。以下同じ。 Around the gate trench 3 in the Si epitaxial layer 8, an n + -type source region 13 and a p -type (for example, a concentration of 1 × 10 17 to 5 × 10 17 cm −3 ) channel region 14 are formed. The layers 8 are formed in this order from the side close to the surface 9. The channel region 14 contains, for example, boron (B), aluminum (Al) or the like as a p-type impurity. same as below.

ソース領域13は、Siエピタキシャル層8の表面9に露出するとともに、ゲートトレンチ3の側面11の上部(一部)を形成するように、各単位セル2の表層部に形成されている。表面9からSi基板5へ向かう方向に沿うソース領域13の厚さTは、たとえば、0.2μm〜0.4μmである。なお、以下の説明で厚さを定義する場合には、特に断りのない限り、Siエピタキシャル層8の表面9からSi基板5へ向かう方向に沿った厚さのことをいう。 The source region 13 is formed in the surface layer portion of each unit cell 2 so as to be exposed to the surface 9 of the Si epitaxial layer 8 and to form an upper portion (a part) of the side surface 11 of the gate trench 3. The thickness T 1 of the source region 13 along the direction from the surface 9 toward the Si substrate 5 is, for example, 0.2 μm to 0.4 μm. When the thickness is defined in the following description, it refers to the thickness along the direction from the surface 9 of the Si epitaxial layer 8 to the Si substrate 5 unless otherwise noted.

チャネル領域14は、ソース領域13に対してSi基板5側(Siエピタキシャル層8の裏面10側)にソース領域13に接するように、かつ、ゲートトレンチ3の側面11の下部(一部)を形成するように形成されている。
一方、Siエピタキシャル層8における、チャネル領域14に対してSi基板5側の領域は、エピタキシャル成長後のままの状態が維持された、n型のドレイン領域15となっている。ドレイン領域15は、チャネル領域14に対してSi基板5側にチャネル領域14に接しており、ゲートトレンチ3の底面12を形成している。
Channel region 14 forms a lower portion (a part) of side surface 11 of gate trench 3 so as to be in contact with source region 13 on the side of Si substrate 5 with respect to source region 13 (the back surface 10 side of Si epitaxial layer 8). It is formed to be.
On the other hand, the region on the Si substrate 5 side with respect to the channel region 14 in the Si epitaxial layer 8 is an n -type drain region 15 in which the state after the epitaxial growth is maintained. The drain region 15 is in contact with the channel region 14 on the side of the Si substrate 5 with respect to the channel region 14, and forms the bottom surface 12 of the gate trench 3.

ゲートトレンチ3の内面には、その全域を覆うように、ゲート絶縁膜16が形成されている。そして、ゲートトレンチ3において、n型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコンをゲート絶縁膜16の内側に埋め込むことにより、ゲートトレンチ3内にゲート電極17が埋設されている。こうして、ソース領域13とドレイン領域15とが、Siエピタキシャル層8の表面9に垂直な縦方向にチャネル領域14を介して離間して配置された、縦型MOSトランジスタ1構造が構成されている。   A gate insulating film 16 is formed on the inner surface of the gate trench 3 so as to cover the entire area. Then, in the gate trench 3, the gate electrode 17 is buried in the gate trench 3 by embedding polysilicon doped with n-type impurities at a high concentration inside the gate insulating film 16. Thus, a vertical MOS transistor 1 structure is formed in which source region 13 and drain region 15 are spaced apart from each other via channel region 14 in the vertical direction perpendicular to surface 9 of Si epitaxial layer 8.

各単位セル2には、Siエピタキシャル層8の表面9からソース領域13を貫通し、最深部がチャネル領域14に達するコンタクトトレンチ4が形成されている。コンタクトトレンチ4の開口幅Wは、その深さ方向において一定であり、たとえば、0.2μm〜0.5μmである。コンタクトトレンチ4の側面18にはソース領域13が露出し、コンタクトトレンチ4の底面19にはチャネル領域14が露出している。   In each unit cell 2, a contact trench 4 is formed which penetrates the source region 13 from the surface 9 of the Si epitaxial layer 8 and the deepest portion reaches the channel region 14. The opening width W of the contact trench 4 is constant in the depth direction, and is, for example, 0.2 μm to 0.5 μm. The source region 13 is exposed on the side surface 18 of the contact trench 4, and the channel region 14 is exposed on the bottom surface 19 of the contact trench 4.

そして、コンタクトトレンチ4の底面19に露出したチャネル領域14には、p型(たとえば、濃度が1×1019〜1×1020cm−3)のチャネルコンタクト領域20が形成されている。チャネルコンタクト領域20は、コンタクトトレンチ4の長手方向に沿って、コンタクトトレンチ4の底面19全面に直線状に形成されている。
Siエピタキシャル層8上には、層間絶縁膜21が形成されている。層間絶縁膜21には、コンタクトトレンチ4を露出させるコンタクトホール22が形成されている。
A channel contact region 20 of p + type (for example, a concentration of 1 × 10 19 to 1 × 10 20 cm −3 ) is formed in the channel region 14 exposed to the bottom surface 19 of the contact trench 4. The channel contact region 20 is formed in a straight line on the entire bottom surface 19 of the contact trench 4 along the longitudinal direction of the contact trench 4.
An interlayer insulating film 21 is formed on the Si epitaxial layer 8. The interlayer insulating film 21 is formed with a contact hole 22 exposing the contact trench 4.

なお、図示は省略するが、層間絶縁膜21上には、ソース電極が形成されており、このソース電極は、各コンタクトトレンチ4を介して、すべての単位セル2(ソース領域13およびチャネルコンタクト領域20)に一括して接している。すなわち、ソース電極は、すべての単位セル2に対して共通の配線となっている。また、Si基板5の裏面7には、その全域を覆うようにドレイン電極が形成されている。このドレイン電極は、すべての単位セル2に対して共通の電極となっている。   Although not shown, a source electrode is formed on interlayer insulating film 21, and this source electrode is connected to all unit cells 2 (source region 13 and channel contact region) via each contact trench 4. 20) collectively. That is, the source electrode is a common wiring to all unit cells 2. In addition, a drain electrode is formed on the back surface 7 of the Si substrate 5 so as to cover the entire area. The drain electrode is a common electrode for all unit cells 2.

そして、この実施形態では、各単位セル2において、チャネル領域14のコンタクトトレンチ4の直下の部分が、チャネルコンタクト領域20から離れる方向に断面視山状に突出(隆起)している。
具体的には、チャネル領域14は、MOSトランジスタ1の動作時にチャネルが形成されるチャネル領域14のチャネル部23付近を両端とし、当該両端からコンタクトトレンチ4の底面19の幅方向中央部の下方位置に1つのピーク(頂部25)がくるように描かれる放物線状に突出している。これにより、チャネル領域14は、当該放物線で区画される部分として、Siエピタキシャル層8の裏面10側のチャネル部23の端部に対して当該裏面10側に突出した凸部24を有している。
In this embodiment, in each unit cell 2, the portion directly below the contact trench 4 of the channel region 14 protrudes (raises) in a mountain shape in a direction away from the channel contact region 20.
Specifically, channel region 14 has both ends near channel portion 23 of channel region 14 in which the channel is formed when MOS transistor 1 operates, and the lower position of the central portion in the width direction of bottom surface 19 of contact trench 4 from both ends. It protrudes in the shape of a parabola drawn so that one peak (apex 25) may come to. Thus, the channel region 14 has, as a portion partitioned by the parabola, a convex portion 24 protruding toward the back surface 10 with respect to the end of the channel portion 23 on the back surface 10 side of the Si epitaxial layer 8 .

凸部24の頂部25(放物線のピーク)は、Si基板5に接触しない範囲内で、ゲートトレンチ3の底面12に対してSiエピタキシャル層8の裏面10側に位置しており(つまり、ゲートトレンチ3の底面12よりも深く)、コンタクトトレンチ4に沿って直線状に形成されている。また、凸部24の導電型は、チャネル領域14と同じp型(たとえば、濃度が1×1017〜5×1017cm−3)であり、その不純物濃度は、p型(たとえば、濃度が1×1019〜1×1020cm−3)のチャネルコンタクト領域20の1/100以下であることが好ましい。 The top 25 (peak of the parabola) of the convex portion 24 is located on the back surface 10 side of the Si epitaxial layer 8 with respect to the bottom surface 12 of the gate trench 3 within a range not contacting the Si substrate 5 (that is, the gate trench 3) and is formed in a straight line along the contact trench 4). In addition, the conductivity type of the convex portion 24 is the same p type (for example, the concentration is 1 × 10 17 to 5 × 10 17 cm −3 ) same as that of the channel region 14, and the impurity concentration is p + type (for example, The concentration is preferably 1/100 or less of the channel contact region 20 of 1 × 10 19 to 1 × 10 20 cm −3 .

また、チャネル領域14において、チャネル部23の厚さTは、たとえば、0.5μm〜0.9μmであり、具体的には、0.8μmである。また、凸部24の頂部25までの厚さTは、たとえば、1.0μm〜1.6μmであり、具体的には、1.4μmである。
図3A〜図3Jは、図2のトレンチゲート型MOSトランジスタの製造工程の一部を示す図であって、図2と同じ位置での切断面を示す。
Further, in the channel region 14, the thickness T 2 of the channel portion 23 is, for example, 0.5 μm to 0.9 μm, and specifically, 0.8 μm. The thickness T 3 until the top 25 of the convex portion 24 is, for example, a 1.0Myuemu~1.6Myuemu, specifically a 1.4 [mu] m.
3A to 3J are diagrams showing a part of the manufacturing process of the trench gate type MOS transistor of FIG. 2 and showing a cut surface at the same position as that of FIG.

MOSトランジスタ1を製造するには、図3Aに示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法、LPE(Liquid Phase Epitaxy:液相エピタキシ)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシ)法などのエピタキシャル成長法により、Si基板5の表面6上に、n型不純物をドーピングしながらSi結晶を成長させる。これにより、Si基板5上に、n型のSiエピタキシャル層8(ドレイン領域15)が形成される。次に、Siエピタキシャル層8の表面9へ向け、p型不純物およびn型不純物を順に注入する。注入後、アニール処理(たとえば、900℃〜1000℃で、10分〜30分)することによって、注入された各不純物が活性化されて、チャネル領域14およびソース領域13が同時に形成される。次に、たとえば、CVD法により、Siエピタキシャル層8の表面9にSiO膜26を形成し、当該SiO膜26上にSiN膜27を形成することにより、SiO膜26およびSiN膜27の2層膜からなるハードマスク28を形成する。SiO膜26の厚さは、たとえば、50Å〜100Åとし、SiN膜27の厚さは、たとえば、1000Å〜1500Åとする。 In order to manufacture the MOS transistor 1, as shown in FIG. 3A, a CVD (Chemical Vapor Deposition: chemical vapor deposition) method, an LPE (Liquid Phase Epitaxy: liquid phase epitaxy) method, an MBE (Molecular Beam Epitaxy: molecular beam epitaxy). Si crystal is grown on the surface 6 of the Si substrate 5 while doping n-type impurities by the epitaxial growth method such as the. Thus, the n -type Si epitaxial layer 8 (drain region 15) is formed on the Si substrate 5. Next, p-type impurities and n-type impurities are sequentially implanted toward the surface 9 of the Si epitaxial layer 8. After implantation, annealing is performed (for example, at 900 ° C. to 1000 ° C., for 10 minutes to 30 minutes) to activate each implanted impurity to simultaneously form the channel region 14 and the source region 13. Next, for example, a SiO 2 film 26 is formed on the surface 9 of the Si epitaxial layer 8 by the CVD method, and an SiN film 27 is formed on the SiO 2 film 26 to form the SiO 2 film 26 and the SiN film 27. A hard mask 28 composed of a two-layer film is formed. The thickness of the SiO 2 film 26 is, eg, 50 Å to 100 Å, and the thickness of the SiN film 27 is, eg, 1000 Å to 1500 Å.

次に、図3Bに示すように、このハードマスク28を利用して、Siエピタキシャル層8をエッチングする。これにより、Siエピタキシャル層8が表面9からドライエッチングされてゲートトレンチ3が形成される。それとともに、Siエピタキシャル層8に複数の単位セル2が形成される。
次に、図3Cに示すように、たとえば、熱酸化法(たとえば、850℃〜950℃で、10分〜30分)により、ゲートトレンチ3の内面(側面11および底面12)にゲート絶縁膜16を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, the Si epitaxial layer 8 is etched using the hard mask 28. Thereby, the Si epitaxial layer 8 is dry etched from the surface 9 to form the gate trench 3. At the same time, a plurality of unit cells 2 are formed in the Si epitaxial layer 8.
Next, as shown in FIG. 3C, gate insulating film 16 is formed on the inner surface (side surface 11 and bottom surface 12) of gate trench 3 by thermal oxidation (for example, 10 minutes to 30 minutes at 850.degree. C. to 950.degree. C.). Form

次に、図3Dに示すように、たとえば、CVD法により、ドーピングされたポリシリコン(電極材料)を、Siエピタキシャル層8の上方から堆積する。ポリシリコンの堆積は、少なくともSiエピタキシャル層8の表面9が隠れるまで続ける。その後、堆積したポリシリコンを、エッチバック面がSiエピタキシャル層8の表面9に対して面一になるまでエッチバックする。これにより、ゲートトレンチ3内に残存するポリシリコンからなるゲート電極17が形成される。   Next, as shown in FIG. 3D, doped polysilicon (electrode material) is deposited from above the Si epitaxial layer 8 by, eg, CVD. The deposition of polysilicon continues until at least the surface 9 of the Si epitaxial layer 8 is hidden. Thereafter, the deposited polysilicon is etched back until the etch back surface is flush with the surface 9 of the Si epitaxial layer 8. Thereby, gate electrode 17 made of polysilicon remaining in gate trench 3 is formed.

次に、図3Eに示すように、たとえば、CVD法により、SiO(絶縁材料)を、Siエピタキシャル層8の上方から堆積して、層間絶縁膜21を形成する。
次に、図3Fに示すように、たとえば、ドライエッチングにより、層間絶縁膜21にコンタクトホール22を形成する。コンタクトホール22の形成後、層間絶縁膜21をマスクとして利用して、露出したSiエピタキシャル層8をエッチングする。これにより、Siエピタキシャル層8が表面9からドライエッチングされて、層間絶縁膜21に対して自己整合的にコンタクトトレンチ4が形成される。
Next, as shown in FIG. 3E, for example, SiO 2 (insulating material) is deposited from above the Si epitaxial layer 8 by the CVD method to form the interlayer insulating film 21.
Next, as shown in FIG. 3F, contact holes 22 are formed in the interlayer insulating film 21 by dry etching, for example. After contact hole 22 is formed, exposed Si epitaxial layer 8 is etched using interlayer insulating film 21 as a mask. Thereby, the Si epitaxial layer 8 is dry etched from the surface 9, and the contact trench 4 is formed in a self-aligned manner with the interlayer insulating film 21.

次に、図3Gに示すように、コンタクトトレンチ4の底面12に対して垂直な方向に、不純物(B11イオン)を入射させることにより、チャネル領域14とドレイン領域15との界面29に対してSiエピタキシャル層8の表面9側(チャネル領域14における界面29の近傍)の深さ位置に不純物を1段注入する。不純物イオンの注入エネルギは、たとえば、100keV〜140keVであり、好ましくは、140keV程度である。また、不純物イオンのドーズ量は、たとえば、4×1012cm−2〜1×1013cm−2であり、好ましくは、6×1012cm−2〜8×1012cm−2である。 Next, as shown in FIG. 3G, an impurity (B11 ion) is made to enter in a direction perpendicular to the bottom surface 12 of the contact trench 4 to form Si at the interface 29 between the channel region 14 and the drain region 15. One stage of impurity implantation is performed at a depth position on the surface 9 side of the epitaxial layer 8 (near the interface 29 in the channel region 14). The implantation energy of impurity ions is, for example, 100 keV to 140 keV, preferably about 140 keV. The dose of impurity ions is, for example, 4 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 13 cm −2 , preferably 6 × 10 12 cm −2 to 8 × 10 12 cm −2 .

注入後、アニール処理(たとえば、900℃〜950℃で、0.5分〜1分)することによって、図3Hに示すように、注入されたp型不純物が拡散・活性化されて、チャネル領域14の凸部24が形成される。
次に、図3Iに示すように、コンタクトトレンチ4の底面12に対して垂直な方向に、40keV程度の注入エネルギおよび1×1015cm−2程度のドーズ量で不純物(BFイオン)を入射させることにより、チャネル領域14における底面12の近傍の深さ位置に不純物を1段注入する。
After implantation, annealing (for example, at 900 ° C. to 950 ° C. for 0.5 minutes to 1 minute) diffuses / activates the implanted p-type impurity, as shown in FIG. Fourteen convex portions 24 are formed.
Next, as shown in FIG. 3I, impurities (BF 2 ions) are injected in a direction perpendicular to the bottom surface 12 of the contact trench 4 at an implantation energy of about 40 keV and a dose of about 1 × 10 15 cm −2 As a result, one stage of impurity implantation is carried out at a depth position near the bottom surface 12 in the channel region 14.

注入後、アニール処理(たとえば、900℃〜950℃で、0.5分〜1分)することによって、図3Jに示すように、注入されたp型不純物が拡散・活性化されて、チャネルコンタクト領域20が形成される。
その後は、ソース電極(図示せず)、ドレイン電極(図示せず)などを形成することにより、図2に示すMOSトランジスタ1が得られる。
After the implantation, annealing (for example, at 900 ° C. to 950 ° C. for 0.5 minutes to 1 minute) diffuses and activates the implanted p-type impurity, as shown in FIG. Region 20 is formed.
Thereafter, a source electrode (not shown), a drain electrode (not shown) and the like are formed to obtain the MOS transistor 1 shown in FIG.

以上、この実施形態によれば、チャネル領域14の一部が、チャネル領域14のチャネル部23付近を両端とし、当該両端からコンタクトトレンチ4の底面19の幅方向中央部の下方位置に1つのピークがくるように描かれる放物線状に凸部24として突出している。これにより、Siエピタキシャル層8の表面9からチャネル領域14とドレイン領域15との界面(pn接合界面)までの深さが一定である従来の構造に比べて、pn接合界面の面積を、MOSトランジスタ1のチャネル特性に影響を与えずに大きくすることができる。つまり、チャネル部23の長さ(チャネル長)を変えずに、チャネル領域14のコンタクトトレンチ4の直下の部分だけを突出させているため、チャネル特性への影響がほとんどない。そのため、当該pn接合から広がる空乏層の面積も大きくなるので、当該空乏層は大きな面積で電圧を受けることになる。その結果、空乏層の単位面積あたりで受ける電圧を低減することができる。   As described above, according to this embodiment, a portion of the channel region 14 has the vicinity of the channel portion 23 of the channel region 14 at both ends, and one peak at a position below the central portion in the width direction of the bottom surface 19 of the contact trench 4 from the both ends. It protrudes as a convex part 24 in the shape of a parabola drawn so that it may come. Thus, the area of the pn junction interface can be made larger than that of the conventional structure in which the depth from the surface 9 of the Si epitaxial layer 8 to the interface (pn junction interface) between the channel region 14 and the drain region 15 is constant. It can be enlarged without affecting the channel characteristic of 1. That is, since only the portion immediately below the contact trench 4 of the channel region 14 is protruded without changing the length (channel length) of the channel portion 23, there is almost no influence on the channel characteristics. Therefore, the area of the depletion layer extending from the pn junction also increases, so that the depletion layer receives a voltage in a large area. As a result, the voltage received per unit area of the depletion layer can be reduced.

したがって、チャネル部23とドレイン領域15との界面に対してSiエピタキシャル層8の裏面10側へのゲートトレンチ3の突出量L(この実施形態では、たとえば、0.2μm〜0.1μm)が小さく(ゲートトレンチ3が浅く)、ゲート絶縁膜16とドレイン領域15との小さな面積の界面から広がる空乏層だけでは耐圧を確保できない場合でも、チャネル領域14の凸部24付近に大きな面積の空乏層が存在するので、MOSトランジスタ1全体としての耐圧を向上させることができる。   Therefore, the amount L of protrusion (for example, 0.2 μm to 0.1 μm in this embodiment) of gate trench 3 to the back surface 10 side of Si epitaxial layer 8 with respect to the interface between channel portion 23 and drain region 15 is small. Even if the breakdown voltage can not be ensured only by the depletion layer extending from the interface of the small area between the gate insulating film 16 and the drain region 15 (the gate trench 3 is shallow), the large depletion layer is present near the convex portion 24 of the channel region 14 As it exists, the breakdown voltage of the MOS transistor 1 as a whole can be improved.

よって、ソース−ドレイン間の耐圧を十分保持しながら、ゲートトレンチ3を浅くしてゲート電極17とドレイン領域15との対向面積を小さくし、ゲート−ドレイン間の容量を下げることができる。
しかも、チャネル領域14の凸部24は、チャネルコンタクト領域20から離れる方向へ突出しているので、凸部24とドレイン領域15との界面から広がる空乏層とチャネルコンタクト領域20との接触を防止することができる。したがって、両者の接触に起因する耐圧の低下を回避することができる。
Therefore, the gate trench 3 can be made shallow to reduce the facing area between the gate electrode 17 and the drain region 15, and the capacitance between the gate and the drain can be reduced while sufficiently maintaining the withstand voltage between the source and the drain.
Moreover, since the convex portion 24 of the channel region 14 protrudes in the direction away from the channel contact region 20, the contact between the channel contact region 20 and the depletion layer extending from the interface between the convex portion 24 and the drain region 15 is prevented. Can. Therefore, the fall of the proof pressure resulting from both contact can be avoided.

また、このような凸部24は、従来のイオン注入(イオンインプランテーション)技術を利用して、Siエピタキシャル層8の表面9に対して1段低くなったコンタクトトレンチ4の底面12へ向かって不純物イオンを入射させることにより簡単に形成することができる。さらに、コンタクトトレンチ4の底面12に対して垂直に不純物イオンを入射して凸部24を形成できるので、不純物イオンの注入の際に精密な角度調整をせずに済み、しかも、注入角度の切換えが必要ない。   Further, such a convex portion 24 is an impurity toward the bottom surface 12 of the contact trench 4 which is lowered by one step with respect to the surface 9 of the Si epitaxial layer 8 by using the conventional ion implantation (ion implantation) technology. It can be easily formed by injecting ions. Furthermore, since the projection 24 can be formed by injecting impurity ions perpendicularly to the bottom surface 12 of the contact trench 4, precise angle adjustment is not required at the time of impurity ion implantation, and switching of the implantation angle is performed. Is not necessary.

なお、凸部24を形成するためのイオン注入の方式や注入深さは、ゲートトレンチ3の形状・深さや、ソース領域13、チャネル領域14などの不純物領域の形状・大きさに応じて変化させることができる。
たとえば、図4(a)に示すように、チャネル領域14とドレイン領域15との界面29に対してSiエピタキシャル層8の裏面10側(ドレイン領域15における界面29の近傍)の深さ位置に不純物を1段注入することができる。
Note that the ion implantation method and implantation depth for forming the convex portion 24 are changed according to the shape and depth of the gate trench 3 and the shape and size of the impurity regions such as the source region 13 and the channel region 14. be able to.
For example, as shown in FIG. 4A, the impurity is located at a depth position on the back surface 10 side (near the interface 29 in the drain region 15) of the Si epitaxial layer 8 with respect to the interface 29 between the channel region 14 and the drain region 15. Can be injected one stage.

また、図4(b)に示すように、80keV〜180keVの範囲で注入エネルギを変化させることにより、不純物イオン(B11イオン)の注入深さのいくつかがSiエピタキシャル層8の表面9側となり、残りが裏面10側となるように、注入部分により画成される領域が、界面29に対してSiエピタキシャル層8の表面9側および裏面10側に跨るように不純物イオンを複数段にわたって多段注入することもできる。   Further, as shown in FIG. 4B, by changing the implantation energy in the range of 80 keV to 180 keV, some of the implantation depths of the impurity ions (B11 ions) are on the surface 9 side of the Si epitaxial layer 8, Impurity ions are multi-stagely implanted in multiple stages such that the region defined by the implanted portion straddles the surface 29 side and the back surface 10 side of the Si epitaxial layer 8 with respect to the interface 29 so that the rest is on the back surface 10 side. It can also be done.

さらに、多段注入を採用する場合、図4(c)に示すように、全ての不純物イオンの注入深さが、界面29に対してSiエピタキシャル層8の裏面10側となるように、不純物イオンを注入してもよいし、図4(d)に示すように、全ての不純物イオンの注入深さが、界面29に対してSiエピタキシャル層8の表面9側となるように、不純物イオンを注入してもよい。   Furthermore, in the case of employing multistage implantation, as shown in FIG. 4C, the impurity ions are implanted so that the implantation depth of all the impurity ions is on the back surface 10 side of the Si epitaxial layer 8 with respect to the interface 29. Alternatively, as shown in FIG. 4D, impurity ions are implanted such that the implantation depth of all the impurity ions is on the surface 9 side of the Si epitaxial layer 8 with respect to the interface 29. May be

このように、1段および多段といったイオンの注入方式や、イオンの注入深さを選択することにより、様々な形状の凸部24を形成することができる。したがって、ゲートトレンチ3の形状・深さや、ソース領域13、チャネル領域14などの不純物領域の形状・大きさに応じて適切な形状の凸部24を形成することができる。
また、不純物(B11イオン)のドーズ量を4×1012cm−2〜1×1013cm−2の範囲にすることによって、ドレイン−ソース間のブレークダウン電圧を向上させることができる。具体的には、図5に示すように(注入エネルギ=140keV)、B11イオンのドーズ量が4×1012cm−2〜1×1013cm−2の範囲では、ブレークダウン電圧を36V以上にすることができた。
As described above, the convex portions 24 having various shapes can be formed by selecting the ion implantation method such as single-stage and multi-stage or the ion implantation depth. Therefore, the convex portion 24 having an appropriate shape can be formed in accordance with the shape and depth of the gate trench 3 and the shape and size of the impurity region such as the source region 13 and the channel region 14.
In addition, the breakdown voltage between the drain and the source can be improved by setting the dose amount of the impurity (B11 ion) in the range of 4 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 13 cm −2 . Specifically, as shown in FIG. 5 (implantation energy = 140 keV), the breakdown voltage is set to 36 V or more when the dose of B11 ion is in the range of 4 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 13 cm −2 We were able to.

また、凸部24の形状は、断面視において、1つの放物線で区画される形状である必要はなく、たとえば、2つの放物線で区画される形状であってもよい。
具体的には、図6のチャネル領域30の凸部31のように、チャネル部23付近を両端とし、当該両端からコンタクトトレンチ4の底面19の幅方向一端部および他端部の下方位置それぞれにピーク(頂部32)が1つずつくるように描かれる2つの放物線状に突出していることが好ましい。この場合、各凸部31の頂部32は、コンタクトトレンチ4に沿って互いに平行に直線状に並ぶことになる。また、一方の凸部31および他方の凸部31は、コンタクトトレンチ4の底面19の幅方向中央部を通る垂線を対称軸sとする線対称であることが好ましく、この対称軸s上にある逆側の頂部33は、ゲートトレンチ3の底面12に対してSiエピタキシャル層8の裏面10側に位置していることが好ましい(つまり、ゲートトレンチ3の底面12よりも深い位置にある)。
Moreover, the shape of the convex part 24 does not need to be a shape divided by one parabola in cross sectional view, for example, may be a shape divided by two parabola.
Specifically, as in the convex portion 31 of the channel region 30 in FIG. 6, the vicinity of the channel portion 23 is at both ends, and the lower end of the bottom surface 19 of the contact trench 4 in the width direction It is preferable to project two parabolic projections drawn so that the peaks (tops 32) come one by one. In this case, the top portions 32 of the respective convex portions 31 are linearly arranged in parallel to one another along the contact trenches 4. In addition, it is preferable that one convex portion 31 and the other convex portion 31 be axisymmetrical with a vertical line passing through the widthwise central portion of the bottom surface 19 of the contact trench 4 as the axis of symmetry s. The opposite top portion 33 is preferably located on the back surface 10 side of the Si epitaxial layer 8 with respect to the bottom surface 12 of the gate trench 3 (that is, at a deeper position than the bottom surface 12 of the gate trench 3).

そして、図6の凸部31は、たとえば、図3Gの工程に代えて、コンタクトトレンチ4の底面12に対して7°〜14°で傾斜する注入角度θで、コンタクトトレンチ4の幅方向一端部へ向けて不純物イオンを注入する第1工程と、コンタクトトレンチ4の底面12に対して7°〜14°で傾斜する注入角度θで、第1工程における不純物イオンの入射方向と交差するように、コンタクトトレンチ4の幅方向他端部へ向けて不純物イオンを注入する第2工程とを実行することにより形成することができる。 Then, the convex portion 31 of FIG. 6, for example, in place of the FIG. 3G step, an implantation angle theta 1 which is inclined by 7 ° to 14 ° to the bottom surface 12 of the contact trench 4, the width direction end of the contact trench 4 The first step of implanting impurity ions toward the portion, and the implantation direction of impurity ions in the first step at an implantation angle θ 2 inclined at 7 ° to 14 ° with respect to the bottom surface 12 of the contact trench 4 The second step of implanting impurity ions toward the other end in the width direction of the contact trench 4 can be performed.

この方法によれば、第1工程から第2工程への移行時に、不純物イオンの注入角度の切換え(θ→θ)が必要であるが、凸部31が複数の頂部32(ピーク)を持つので、凸部31とドレイン領域15との界面の面積を一層大きくすることができる。その結果、空乏層の単位面積あたりで受ける電圧を一層低減することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
According to this method, at the time of transition from the first step to the second step, switching of the implantation angle of impurity ions (θ 1 → θ 2 ) is necessary, but the convex portion 31 has a plurality of peak portions 32 (peaks). Because of this, the area of the interface between the convex portion 31 and the drain region 15 can be further increased. As a result, the voltage received per unit area of the depletion layer can be further reduced.
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be implemented in other forms.

たとえば、単位セル2の配置形態は、ストライプ状である必要はなく、図8に示すような行列状、図9に示すような千鳥状であってもよい。
また、各単位セル2の形状は、ストライプ状(図1)、四角柱状(図8,図9)に限らず、たとえば、三角柱状、五角柱状、六角柱状等の他の多角柱状であってもよい。
また、MOSトランジスタ1において、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。たとえば、MOSトランジスタ1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。
For example, the arrangement form of the unit cells 2 does not have to be in the form of stripes, and may be in the form of a matrix as shown in FIG. 8 or in a zigzag form as shown in FIG.
In addition, the shape of each unit cell 2 is not limited to the stripe shape (FIG. 1) and the quadrangular prisms (FIG. 8 and FIG. 9), for example, other polygonal prisms such as triangular prisms, pentagonal prisms and hexagonal prisms. Good.
Further, in the MOS transistor 1, a configuration in which the conductivity type of each semiconductor portion is inverted may be employed. For example, in the MOS transistor 1, the p-type portion may be n-type and the n-type portion may be p-type.

また、Siエピタキシャル層8に代えて、たとえば、SiCエピタキシャル層を用いることもできる。
また、チャネル領域の凸部は、凸部24,31のようにコンタクトトレンチ4の直下にある必要はなく、MOSトランジスタ1のチャネル特性に影響を与えない範囲で様々な場所に形成することもできる。
Also, instead of the Si epitaxial layer 8, for example, a SiC epitaxial layer can be used.
Further, the convex portion of the channel region does not have to be directly under the contact trench 4 like the convex portions 24 and 31 and can be formed in various places without affecting the channel characteristics of the MOS transistor 1 .

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。
また、この明細書および図面の記載から、抽出される特徴を以下に示す。
例えば、半導体装置は、ゲートトレンチが形成された半導体層と、前記半導体層の表面側に露出するように形成され、前記ゲートトレンチの側面の一部を形成する第1導電型のソース領域と、前記ソース領域に対して前記半導体層の裏面側に前記ソース領域に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部を形成する第2導電型のチャネル領域と、前記チャネル領域に対して前記半導体層の前記裏面側に前記チャネル領域に接するように形成され、前記ゲートトレンチの底面を形成する第1導電型のドレイン領域と、前記ゲートトレンチの内面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲートトレンチにおいて前記ゲート絶縁膜の内側に埋め込まれたゲート電極とを含み、前記チャネル領域は、前記ゲートトレンチの前記側面に沿って形成され、動作時にチャネルが形成されるチャネル部と、前記半導体層の前記裏面側の前記チャネル部の端部に対して当該裏面側に突出した凸部とを含む。
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
Also, features extracted from the description of this specification and the drawings are shown below.
For example, the semiconductor device includes a semiconductor layer in which a gate trench is formed, and a source region of a first conductivity type which is formed to be exposed on the surface side of the semiconductor layer and which forms a part of the side surface of the gate trench. A channel region of a second conductivity type formed on the back surface side of the semiconductor layer with respect to the source region so as to be in contact with the source region and forming a part of the side surface of the gate trench A drain region of a first conductivity type formed on the back surface side of the semiconductor layer to be in contact with the channel region and forming a bottom surface of the gate trench; a gate insulating film formed on an inner surface of the gate trench; And a gate electrode buried inside the gate insulating film in the gate trench, and the channel region extends along the side surface of the gate trench. Is formed, including a channel portion in which a channel is formed during operation, the convex portion protruding to the rear side against the end of the channel portion of the back surface side of the semiconductor layer.

この構成によれば、チャネル領域の一部が、動作時にチャネルが形成される部分(チャネル部)とは異なる箇所において半導体層の裏面側に凸部として突出している。これにより、半導体層の表面からチャネル領域とドレイン領域との界面(pn接合界面)までの深さが一定である従来の構造に比べて、pn接合界面の面積を、半導体装置のチャネル特性に影響を与えずに大きくすることができる。そのため、当該pn接合から広がる空乏層の面積も大きくなるので、当該空乏層は大きな面積で電圧を受けることになる。その結果、空乏層の単位面積あたりで受ける電圧を低減することができる。   According to this configuration, a portion of the channel region protrudes as a convex portion on the back surface side of the semiconductor layer at a portion different from the portion (channel portion) in which the channel is formed during operation. Thus, the area of the pn junction interface affects the channel characteristics of the semiconductor device, as compared to the conventional structure in which the depth from the surface of the semiconductor layer to the interface (pn junction interface) between the channel region and the drain region is constant. Can be enlarged without giving Therefore, the area of the depletion layer extending from the pn junction also increases, so that the depletion layer receives a voltage in a large area. As a result, the voltage received per unit area of the depletion layer can be reduced.

したがって、チャネル領域とドレイン領域との界面に対して半導体層の裏面側へのゲートトレンチの突出量が小さく(ゲートトレンチが浅く)、ゲート絶縁膜とドレイン領域との小さな面積の界面から広がる空乏層だけでは耐圧を確保できない場合でも、チャネル領域の凸部付近に大きな面積の空乏層が存在するので、半導体装置全体としての耐圧を向上させることができる。   Therefore, the amount of protrusion of the gate trench to the back surface side of the semiconductor layer with respect to the interface between the channel region and the drain region is small (the gate trench is shallow), and the depletion layer extends from the interface with a small area between the gate insulating film and the drain region. Even when the breakdown voltage can not be ensured only by this, a depletion layer having a large area is present near the convex portion of the channel region, so that the breakdown voltage of the entire semiconductor device can be improved.

よって、ソース−ドレイン間の耐圧を十分保持しながら、ゲートトレンチを浅くしてゲート電極とドレイン領域との対向面積を小さくし、ゲート−ドレイン間の容量を下げることができる。
また、前記半導体装置は、前記半導体層の前記表面から前記ソース領域を貫通し、最深部が前記チャネル領域に達するコンタクトトレンチと、前記コンタクトトレンチの底面に形成された第2導電型のチャネルコンタクト領域とをさらに含み、前記凸部は、前記チャネルコンタクト領域の直下に形成されていることが好ましい。
Therefore, the gate trench can be made shallow to reduce the facing area between the gate electrode and the drain region, and the capacitance between the gate and the drain can be reduced, while sufficiently maintaining the withstand voltage between the source and the drain.
In the semiconductor device, a contact trench which penetrates the source region from the surface of the semiconductor layer and whose deepest portion reaches the channel region, and a channel contact region of a second conductivity type formed on the bottom surface of the contact trench It is preferable that the convex portion be formed immediately below the channel contact region.

このような構成の半導体装置は、たとえば、表面側に露出するように形成された第1導電型のソース領域、前記ソース領域に対して裏面側に前記ソース領域に接するように形成された第2導電型のチャネル領域、および前記チャネル領域に対して前記裏面側に前記チャネル領域に接するように形成された第1導電型のドレイン領域を有する半導体層に、前記ソース領域および前記チャネル領域を貫通し、最深部が前記ドレイン領域に達するゲートトレンチを形成する工程と、前記ゲートトレンチの内面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の内側に電極材料を埋め込むことにより、ゲート電極を形成する工程と、前記半導体層に、前記ソース領域を貫通し、最深部が前記チャネル領域に達するコンタクトトレンチを形成する工程と、前記コンタクトトレンチの底面を通って、前記チャネル領域と前記ドレイン領域との界面近傍に達するように第2導電型イオンを注入することにより、前記コンタクトトレンチの直下に、前記ゲートトレンチの前記側面に沿って形成された前記チャネル領域のチャネル部の前記半導体層の前記裏面側の端部に対して当該裏面側に突出した凸部を形成する工程と、前記半導体層の前記コンタクトトレンチの前記底面近傍に第2導電型イオンを注入することにより、前記チャネル領域にチャネルコンタクト領域を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法により製造することができる。   In the semiconductor device having such a configuration, for example, a source region of the first conductivity type formed to be exposed to the front side, and a second source region formed on the back side with respect to the source region to be in contact with the source region. The source region and the channel region are penetrated to a semiconductor layer having a channel region of the conductivity type and a drain region of the first conductivity type formed on the back surface side to be in contact with the channel region with respect to the channel region. Forming a gate electrode by forming a gate trench where the deepest portion reaches the drain region, forming a gate insulating film on the inner surface of the gate trench, and embedding an electrode material inside the gate insulating film Forming a contact trench which penetrates the source region and whose deepest portion reaches the channel region in the semiconductor layer. And implanting ions of a second conductivity type so as to reach the vicinity of the interface between the channel region and the drain region through the bottom of the contact trench, so that the side surface of the gate trench is directly below the contact trench. Forming a convex portion protruding toward the back surface side with respect to the end portion on the back surface side of the semiconductor layer of the channel portion of the channel region formed along the bottom surface, and the bottom surface of the contact trench of the semiconductor layer By implanting ions of the second conductivity type in the vicinity, the semiconductor device can be manufactured by a method of manufacturing a semiconductor device including the step of forming a channel contact region in the channel region.

この方法によれば、従来のイオン注入(イオンインプランテーション)技術を利用して、半導体層の表面に対して1段低くなったコンタクトトレンチの底面へ向かって第2導電型イオンを入射させることにより、チャネル領域に凸部を簡単に形成することができる。なお、半導体層の材料の種類に応じて、第2導電型イオンの注入後にアニール処理を行って、第2導電型イオンを半導体層中に拡散させてもよい。このような拡散は、チャネルコンタクト領域を形成する際も、同様に行うことができる。   According to this method, by using the conventional ion implantation (ion implantation) technique, the second conductivity type ions are made to be incident toward the bottom of the contact trench which is lowered by one step with respect to the surface of the semiconductor layer. The protrusion can be easily formed in the channel region. Note that, depending on the type of material of the semiconductor layer, annealing may be performed after the implantation of the second conductivity type ions to diffuse the second conductivity type ions into the semiconductor layer. Such diffusion can be similarly performed when forming the channel contact region.

また、形成される凸部は、半導体層の裏面側へ向かってチャネルコンタクト領域から離れる方向へ突出しているので、凸部とドレイン領域との界面から広がる空乏層とチャネルコンタクト領域との接触を防止することができる。したがって、両者の接触に起因する耐圧の低下を回避することができる。
この場合、前記チャネルコンタクト領域の直下の前記凸部の頂部は、前記コンタクトトレンチの前記底面の幅方向中央部の下方位置に沿って形成されていてもよい。
In addition, since the convex portion to be formed protrudes in the direction away from the channel contact region toward the back surface side of the semiconductor layer, contact between the depletion layer and the channel contact region extending from the interface between the convex portion and the drain region is prevented. can do. Therefore, the fall of the proof pressure resulting from both contact can be avoided.
In this case, the top of the convex portion directly below the channel contact region may be formed along the lower position of the widthwise central portion of the bottom surface of the contact trench.

このような構成の半導体装置は、たとえば、前記半導体装置の製造方法において、前記コンタクトトレンチの前記底面に対して垂直に前記第2導電型イオンを垂直注入する工程を実行することにより製造することができる。
この方法によれば、第2導電型イオンの注入の際に精密な角度調整をせずに済み、しかも、注入角度の切換えが必要なく、第2導電型イオンを常時垂直に注入しておけばよいので、より簡単に凸部を形成することができる。
The semiconductor device having such a configuration may be manufactured, for example, by performing the step of vertically implanting the second conductivity type ion vertically to the bottom surface of the contact trench in the method of manufacturing the semiconductor device. it can.
According to this method, precise angle adjustment is not required at the time of implantation of the second conductivity type ions, and switching of the implantation angle is not necessary. Since it is good, a convex part can be formed more easily.

一方、前記チャネルコンタクト領域の直下の前記凸部の頂部は、前記コンタクトトレンチの前記底面の幅方向端部の下方位置に沿って形成されていてもよい。
このような構成の半導体装置は、たとえば、前記半導体装置の製造方法において、前記コンタクトトレンチの前記底面に対して傾斜する注入角度で前記第2導電型イオンを斜め注入する工程を実行することにより製造することができる。
On the other hand, the top of the convex portion immediately below the channel contact region may be formed along the lower position of the widthwise end of the bottom surface of the contact trench.
The semiconductor device having such a configuration is manufactured, for example, by executing the step of obliquely implanting the second conductivity type ions at an implantation angle inclined to the bottom surface of the contact trench in the method of manufacturing the semiconductor device. can do.

凸部の頂部は、コンタクトトレンチの底面の幅方向端部の下方位置に沿って形成される場合、特に、当該底面の幅方向両端部の下方位置に沿って互いに平行に形成された複数の頂部であることが好ましい。つまり、凸部が、単一の頂部(ピーク)ではなく、複数の頂部(ピーク)を持つように突出していることが好ましい。
このような構成の半導体装置は、第2導電型イオンを斜め注入する際に、前記コンタクトトレンチの前記底面の幅方向一端部へ向けて前記第2導電型イオンを注入する第1工程と、前記コンタクトトレンチの前記底面の幅方向他端部へ向けて、前記第1工程における前記第2導電型イオンの入射方向と交差する方向に第2導電型イオンを注入する第2工程とを実行することにより製造することができる。
When the tops of the protrusions are formed along the lower position of the widthwise end of the bottom of the contact trench, in particular, a plurality of tops formed parallel to each other along the lower positions of the widthwise both ends of the bottom Is preferred. That is, it is preferable that the convex portion protrudes so as to have a plurality of peaks (peaks) instead of a single peak (peak).
In the semiconductor device having such a configuration, a first step of implanting the second conductivity type ion toward one end in the width direction of the bottom surface of the contact trench when obliquely implanting the second conductivity type ion, and Performing a second step of implanting second conductivity type ions in a direction intersecting the incident direction of the second conductivity type ions in the first step toward the other widthwise end of the bottom surface of the contact trench; It can be manufactured by

この方法によれば、第1工程から第2工程への移行時に、第2導電型イオンの注入角度の切換えが必要であるが、凸部が複数の頂部(ピーク)を持つので、凸部とドレイン領域との界面の面積を一層大きくすることができる。その結果、空乏層の単位面積あたりで受ける電圧を一層低減することができる。
また、前記半導体装置では、前記凸部の頂部は、前記ゲートトレンチの前記底面に対して前記半導体層の前記裏面側に位置していることが好ましく、前記凸部の不純物濃度は、前記チャネルコンタクト領域の濃度の1/100以下であることが好ましい。凸部の不純物濃度が上記条件を満たすことにより、耐圧をさらに向上させることができる。
According to this method, it is necessary to switch the implantation angle of the second conductivity type ion at the transition from the first step to the second step, but since the convex portion has a plurality of peaks (peaks), the convex portion and The area of the interface with the drain region can be further increased. As a result, the voltage received per unit area of the depletion layer can be further reduced.
Further, in the semiconductor device, it is preferable that a top portion of the convex portion is located on the back surface side of the semiconductor layer with respect to the bottom surface of the gate trench, and the impurity concentration of the convex portion is the channel contact Preferably, it is 1/100 or less of the concentration of the region. When the impurity concentration of the convex portion satisfies the above condition, the withstand voltage can be further improved.

また、前記半導体層は、Si半導体層からなっていてもよい。
また、前記半導体装置の製造方法では、前記凸部を形成する工程は、前記コンタクトトレンチの前記底面から所定の深さの位置に前記第2導電型イオンを注入する1段注入工程を含んでいてもよいし、注入エネルギを変化させることにより、前記コンタクトトレンチの前記底面から所定の深さまで前記第2導電型イオンを複数段にわたって注入する多段注入工程を含んでいてもよい。
The semiconductor layer may be made of a Si semiconductor layer.
Further, in the method of manufacturing the semiconductor device, the step of forming the convex portion includes a one-step implantation step of implanting the second conductivity type ion at a predetermined depth from the bottom surface of the contact trench. Alternatively, the method may include a multistage implantation process of implanting the ions of the second conductivity type over a plurality of stages to a predetermined depth from the bottom surface of the contact trench by changing the implantation energy.

さらに、1段注入工程では、前記チャネル領域と前記ドレイン領域との前記界面に対して前記半導体層の前記表面側および前記裏面側のどちらの深さ位置に前記第2導電型イオンを注入してもよい。
また、多段注入工程では、第2導電型イオンの注入深さのいくつかが前記半導体層の前記表面側となり、残りが前記裏面側となるように、複数段の注入部分により画成される領域が、前記チャネル領域と前記ドレイン領域との前記界面に対して前記半導体層の前記表面側および前記裏面側に跨るように第2導電型イオンを注入してもよい。また、全ての第2導電型イオンの注入深さが、前記チャネル領域と前記ドレイン領域との界面に対して前記半導体層の前記表面側もしくは前記裏面側となるように、第2導電型イオンを注入してもよい。
Furthermore, in the one-step implantation step, the second conductivity type ion is implanted at any depth position on the front surface side and the back surface side of the semiconductor layer with respect to the interface between the channel region and the drain region. It is also good.
In the multi-stage implantation step, a region defined by a plurality of stages of implantation portions such that some of the implantation depth of the second conductivity type ion is on the front surface side of the semiconductor layer and the rest is on the back surface side. Alternatively, ions of the second conductivity type may be implanted so as to straddle the front surface side and the rear surface side of the semiconductor layer with respect to the interface between the channel region and the drain region. Further, the second conductivity type ions are implanted so that the implantation depth of all the second conductivity type ions is on the front surface side or the back surface side of the semiconductor layer with respect to the interface between the channel region and the drain region. It may be injected.

このように、1段および多段といったイオンの注入方式や、イオンの注入深さを選択することにより、様々な形状の凸部を形成することができる。したがって、ゲートトレンチの形状・深さや、ソース領域、チャネル領域などの不純物領域の形状・大きさに応じて適切な形状の凸部を形成することができる。
<参考例に係る発明>
(参考例の背景技術)
MOSFETの一例として、たとえば、特許文献2の半導体装置が公知である。
As described above, convex portions with various shapes can be formed by selecting the ion implantation method in one or more stages and the ion implantation depth. Therefore, a convex portion having an appropriate shape can be formed in accordance with the shape and depth of the gate trench and the shape and size of the impurity region such as the source region and the channel region.
<Invention according to reference example>
(Background art of reference example)
For example, the semiconductor device of Patent Document 2 is known as an example of the MOSFET.

この半導体装置は、トレンチゲートを含むpチャネル型パワーMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)とすることができる。半導体装置は、p型のシリコン基板と、その上に形成されたp型半導体層と、さらにその上に形成されたn型のチャネル層とから構成される半導体基板を含む。
半導体装置は、さらに、チャネル層上の半導体基板の表面に形成されたn型のボディ領域と、平面視でボディ領域の四方を囲むp型のソース領域とを含む。また、半導体装置は、チャネル層を貫通し、p型半導体層にまで到達するゲートトレンチと、ゲートトレンチの側面に形成されたゲート酸化膜と、ゲートトレンチの底面に形成され、ゲート酸化膜よりも膜厚が厚い厚膜酸化膜と、ゲートトレンチ内でゲート酸化膜および厚膜酸化膜上に形成され、ゲートトレンチを埋め込むゲート電極とを含む。
The semiconductor device can be a p-channel power MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) including a trench gate. The semiconductor device includes a semiconductor substrate including ap + -type silicon substrate, a p-type semiconductor layer formed thereon, and an n-type channel layer formed thereon.
The semiconductor device further includes an n + -type body region formed on the surface of the semiconductor substrate on the channel layer, and a p + -type source region surrounding four sides of the body region in plan view. The semiconductor device is formed on the gate trench which penetrates the channel layer and reaches the p-type semiconductor layer, the gate oxide film formed on the side surface of the gate trench, and the bottom of the gate trench A thick film oxide film having a large thickness and a gate electrode formed on the gate oxide film and the thick oxide film in the gate trench and filling the gate trench are included.

また、半導体装置は、半導体基板上に形成されたソース電極と、ゲート電極上に形成され、ゲート電極とソース電極とを絶縁する層間絶縁膜と、半導体基板のソース電極が形成された面とは反対側の裏面にシリコン基板に接して設けられたドレイン電極とを含む。
(参考例が解決しようとする課題)
特許文献2では、ゲートトレンチの外部に露出したポリシリコンをエッチバックにより除去してゲート電極を形成した後、半導体基板に選択的に不純物イオンを注入し、熱処理することによりソース領域を形成している。
In the semiconductor device, a source electrode formed over the semiconductor substrate, an interlayer insulating film formed over the gate electrode to insulate the gate electrode from the source electrode, and a surface of the semiconductor substrate on which the source electrode is formed are And a drain electrode provided in contact with the silicon substrate on the back surface on the opposite side.
(Issues to be solved by the reference example)
In Patent Document 2, after polysilicon exposed to the outside of a gate trench is removed by etch back to form a gate electrode, impurity ions are selectively implanted into a semiconductor substrate and heat treatment is performed to form a source region. There is.

しかしながら、このような方法では、イオン注入によるソース領域の深さが設計値よりも深くなり、その直下のチャネル層の一部がソース領域に変質するおそれがある。この変質により、チャネル層が設計値よりも薄くなり、チャネル長が短くなるという不具合がある。
この理由は、エッチバックの加工精度が低いため、エッチバック後のゲート電極の上面(エッチバック面)が半導体基板の表面に対して窪んでいる場合が多い。そのため、半導体基板の表面に不純物イオンを注入する際に、不純物イオンの一部がゲート電極のエッチバック面付近に露出したゲートトレンチの側面からも半導体基板の内部に注入されるからである。
However, in such a method, the depth of the source region due to the ion implantation becomes deeper than the design value, and there is a possibility that a part of the channel layer immediately below may be transformed into the source region. Due to this deterioration, the channel layer becomes thinner than the design value, and the channel length becomes short.
The reason for this is that since the processing accuracy of the etch back is low, the upper surface (etch back surface) of the gate electrode after the etch back is often recessed with respect to the surface of the semiconductor substrate. Therefore, when implanting impurity ions into the surface of the semiconductor substrate, part of the impurity ions is also implanted into the semiconductor substrate from the side surface of the gate trench exposed near the etch back surface of the gate electrode.

参考例の目的は、チャネル長を設計通りに精密に制御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。
また、参考例の他の目的は、高耐圧化および低オン抵抗化を両立させ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。
(参考例の実施形態)
以下では、参考例の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
An object of the reference example is to provide a semiconductor device capable of precisely controlling a channel length as designed and a manufacturing method thereof.
Another object of the reference example is to provide a semiconductor device capable of achieving both high breakdown voltage and low on resistance and a method of manufacturing the same.
(Embodiment of Reference Example)
Hereinafter, embodiments of the reference example will be described in detail with reference to the attached drawings.

図10は、参考例の一実施形態に係るMOSトランジスタの模式的な平面図である。図11は、図10のMOSトランジスタの鳥瞰断面図であって、図10の切断線XI−XIでの切断面を示す。
図10を参照して、半導体装置としてのMOSトランジスタ41は、互いに平行に配列されたストライプ状の単位セル42を複数備えている。各単位セル42は、ストライプ状のゲートトレンチ43により区画されており、隣り合うゲートトレンチ43の間隔(トレンチのピッチP)は、たとえば、0.9μm〜1.5μmである。また、単位セル42には、その長手方向一端から他端向かって延びる長尺(平面視長方形)なコンタクトトレンチ44が、各単位セル42に1つずつ形成されている。
FIG. 10 is a schematic plan view of a MOS transistor according to an embodiment of the reference example. 11 is a bird's-eye view of the MOS transistor of FIG. 10, and shows a cross section taken along line XI-XI of FIG.
Referring to FIG. 10, MOS transistor 41 as a semiconductor device includes a plurality of stripe-shaped unit cells 42 arranged in parallel to one another. Each unit cell 42 is partitioned by the striped gate trenches 43, and the distance between adjacent gate trenches 43 (trench pitch P) is, for example, 0.9 μm to 1.5 μm. Further, in each unit cell 42, one long (long in plan view) contact trench 44 extending from one end in the longitudinal direction toward the other end is formed in each unit cell 42.

次に、図11を参照して、MOSトランジスタ41は、n型(たとえば、濃度が1×1019〜5×1019cm−3)のSiからなる半導体層としての基板45を備えている。基板45は、MOSトランジスタ41のドレインとして機能する。n型不純物としては、リン(P)、ヒ素(As)などが含まれている。以下同じ。
基板45の表面46(上面)には、基板45よりも低濃度のn型(たとえば、濃度が1×1016〜1×1015cm−3)のSiからなるエピタキシャル層48が積層されている。半導体層としてのエピタキシャル層48の厚さは、たとえば、3μm〜50μmであり、基板およびエピタキシャル層を合わせた半導体層の厚さは、たとえば、70μm〜300μmである。
Next, referring to FIG. 11, MOS transistor 41 includes a substrate 45 as a semiconductor layer made of n + -type (for example, concentration 1 × 10 19 to 5 × 10 19 cm −3 ) Si. . The substrate 45 functions as a drain of the MOS transistor 41. The n-type impurities include phosphorus (P), arsenic (As), and the like. same as below.
On the surface 46 (upper surface) of the substrate 45, an epitaxial layer 48 made of n -type (for example, a concentration of 1 × 10 16 to 1 × 10 15 cm −3 ) lower in concentration than the substrate 45 is stacked. There is. The thickness of the epitaxial layer 48 as the semiconductor layer is, for example, 3 μm to 50 μm, and the thickness of the semiconductor layer including the substrate and the epitaxial layer is, for example, 70 μm to 300 μm.

エピタキシャル層48には、その表面49から基板45へ向かって掘り下がった、側面51および底面52を有するゲートトレンチ43がストライプ状に形成されている。これにより、エピタキシャル層48には、ストライプ状のゲートトレンチ43の側面51により区画されたストライプ状の単位セル42が複数本形成されている。
ゲートトレンチ43は、エピタキシャル層48の表面49から測定される深さDが、たとえば30μm〜50μm(具体的には、40μm)のディープトレンチであり、エピタキシャル層48を貫通して、その最深部が基板45の厚さ方向途中に位置している。
In epitaxial layer 48, gate trench 43 having side surface 51 and bottom surface 52 dug down from surface 49 toward substrate 45 is formed in a stripe shape. Thus, a plurality of stripe-shaped unit cells 42 partitioned by the side surface 51 of the stripe-shaped gate trench 43 are formed in the epitaxial layer 48.
The gate trench 43 has a depth D 1 measured from the surface 49 of the epitaxial layer 48 is, for example (specifically, 40 [mu] m) 30-50 microns are deep trench, through the epitaxial layer 48, the deepest portion Are located midway in the thickness direction of the substrate 45.

ゲートトレンチ43の内面およびエピタキシャル層48の表面49におけるゲートトレンチ43の周縁部には、それらを一体的に覆うゲート絶縁膜53が形成されている。ゲート絶縁膜の厚さは、たとえば、0.025μm〜0.15μmである。
そして、ゲート絶縁膜53を挟んでエピタキシャル層48に対向するように、ゲート電極54が形成されている。ゲート電極54は、たとえば、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。
A gate insulating film 53 integrally covering the inner surface of the gate trench 43 and the peripheral portion of the gate trench 43 on the surface 49 of the epitaxial layer 48 is formed. The thickness of the gate insulating film is, for example, 0.025 μm to 0.15 μm.
A gate electrode 54 is formed to face the epitaxial layer 48 with the gate insulating film 53 interposed therebetween. Gate electrode 54 is made of, for example, polysilicon heavily doped with impurities.

ゲート電極54は、ゲートトレンチ43に充填されたトレンチ部55と、当該トレンチ部55の開口端側の端部から、当該端部に対してゲートトレンチ43の幅方向(横方向)の両側にエピタキシャル層48の表面49に沿って引き出されたプレーナ部56とを一体的に含み、断面視T字状に形成されている。
エピタキシャル層48の表面49の近傍(表面部)においてゲートトレンチ43の周囲には、p型(たとえば、濃度が1×1017〜5×1017cm−3)のチャネル層57が形成されている。チャネル層57には、p型不純物として、たとえば、ボロン(B)、アルミニウム(Al)などが含まれている。以下同じ。また、エピタキシャル層48において、チャネル層57に対してエピタキシャル層48の裏面50側の部分は、ドレイン層58である。
The gate electrode 54 is epitaxially grown on both sides in the width direction (lateral direction) of the gate trench 43 from the trench 55 filled in the gate trench 43 and the end on the opening end side of the trench 55 It integrally includes a planar portion 56 drawn along the surface 49 of the layer 48, and is formed in a T-shape in cross section.
A p -type (for example, a concentration of 1 × 10 17 to 5 × 10 17 cm −3 ) channel layer 57 is formed around gate trench 43 in the vicinity (surface portion) of surface 49 of epitaxial layer 48. There is. The channel layer 57 contains, for example, boron (B), aluminum (Al) or the like as a p-type impurity. same as below. Further, in the epitaxial layer 48, the portion on the back surface 50 side of the epitaxial layer 48 with respect to the channel layer 57 is the drain layer 58.

チャネル層57は、ゲートトレンチ43の側面51とエピタキシャル層48の表面49とが交わって形成されたゲートトレンチ43の角部(トレンチ角部59)において、ゲートトレンチ43をその幅方向両側から挟むように形成されていて、エピタキシャル層48の表面49およびゲートトレンチ43の側面51の両方に露出している。これにより、チャネル層57には、ゲート電極54のトレンチ部55に対向する側面部60と、ゲート電極54のプレーナ部56に対向する表面部61とが、トレンチ角部59で垂直に交わるL字形に形成されている。また、チャネル層57の深さ(側面部60の深さ)Dは、ゲートトレンチ43よりも浅く、たとえば、0.5μm〜3.0μmである。 The channel layer 57 sandwiches the gate trench 43 from both sides in the width direction at the corner (trench corner 59) of the gate trench 43 formed by the intersection of the side surface 51 of the gate trench 43 and the surface 49 of the epitaxial layer 48. And exposed to both the surface 49 of the epitaxial layer 48 and the side surface 51 of the gate trench 43. Thus, in the channel layer 57, an L-shape in which the side surface portion 60 facing the trench 55 of the gate electrode 54 and the surface portion 61 facing the planar portion 56 of the gate electrode 54 intersect perpendicularly at the trench corner 59 Is formed. The depth of the channel layer 57 (the depth of the side surface portion 60) D 2 is shallower than the gate trenches 43, for example, a 0.5Myuemu~3.0Myuemu.

チャネル層57におけるエピタキシャル層48の表面部には、表面49に露出するようにソース層62が形成されている。ソース層62は、その周囲および下方の全部がチャネル層57に取り囲まれるように形成されたソースウェルであり、ソース層62とドレイン層58との間には、チャネル層57が介在している。
ソース層62は、ゲート電極54のプレーナ部56の端部の下方に所定量入り込んでプレーナ部56の一部と重なり合い、チャネル層57の表面部61に対してゲートトレンチ43の反対側で隣接するオーバーラップ部63と、コンタクトトレンチ44の側面65(後述)で露出するコンタクト部64とを一体的に有している。
A source layer 62 is formed on the surface portion of the epitaxial layer 48 in the channel layer 57 so as to be exposed to the surface 49. The source layer 62 is a source well formed so that the whole of the periphery and the lower part is surrounded by the channel layer 57, and the channel layer 57 is interposed between the source layer 62 and the drain layer 58.
The source layer 62 penetrates by a predetermined amount below the end of the planar portion 56 of the gate electrode 54 and overlaps a portion of the planar portion 56, and is adjacent to the surface portion 61 of the channel layer 57 on the opposite side of the gate trench 43. An overlap portion 63 and a contact portion 64 exposed on a side surface 65 (described later) of the contact trench 44 are integrally provided.

ソース層62は、エピタキシャル層48の表面49に沿う位置により深さが異なっており、たとえば、オーバーラップ部63がコンタクト部64よりも浅い。具体的には、オーバーラップ部63の深さDは、たとえば、0.2μm〜1.0μmであり、コンタクト部64の深さDは、たとえば、0.3μm〜1.1μmである。なお、ソース層62の深さは、エピタキシャル層48の表面49に沿うどの位置から測定した場合でも、ゲート絶縁膜53の厚さの3倍以下である。 Source layer 62 varies in depth depending on the position along surface 49 of epitaxial layer 48, and, for example, overlap portion 63 is shallower than contact portion 64. Specifically, the depth D 3 of the overlapping portion 63 is, for example, a 0.2Myuemu~1.0Myuemu, the depth D 4 of the contact portion 64 is, for example, 0.3Myuemu~1.1Myuemu. The depth of the source layer 62 is three times or less the thickness of the gate insulating film 53 when measured from any position along the surface 49 of the epitaxial layer 48.

各単位セル42には、エピタキシャル層48の表面49からソース層62を貫通し、最深部がチャネル層57に達するコンタクトトレンチ44が形成されている。コンタクトトレンチ44の開口幅Wは、その深さ方向において一定であり、たとえば、0.2μm〜0.5μmである。コンタクトトレンチ44の側面65にはソース層62のコンタクト部64が露出し、コンタクトトレンチ44の底面66にはチャネル層57が露出している。   In each unit cell 42, a contact trench 44 which penetrates the source layer 62 from the surface 49 of the epitaxial layer 48 and reaches the channel layer 57 at the deepest portion is formed. The opening width W of the contact trench 44 is constant in the depth direction, and is, for example, 0.2 μm to 0.5 μm. The contact portion 64 of the source layer 62 is exposed on the side surface 65 of the contact trench 44, and the channel layer 57 is exposed on the bottom surface 66 of the contact trench 44.

そして、コンタクトトレンチ44の底面66に露出したチャネル層57には、p型(たとえば、濃度が1×1019〜1×1020cm−3)のチャネルコンタクト領域67が形成されている。チャネルコンタクト領域67は、コンタクトトレンチ44の長手方向に沿って、コンタクトトレンチ44の底面66全面に直線状に形成されている。
エピタキシャル層48上には、ゲート電極54(プレーナ部56)を覆うように層間絶縁膜68が形成されている。層間絶縁膜68には、コンタクトトレンチ44を露出させるコンタクトホール69が形成されている。
Then, in the channel layer 57 exposed to the bottom surface 66 of the contact trench 44, a p + -type (for example, a concentration of 1 × 10 19 to 1 × 10 20 cm −3 ) channel contact region 67 is formed. The channel contact region 67 is formed linearly on the entire bottom surface 66 of the contact trench 44 along the longitudinal direction of the contact trench 44.
An interlayer insulating film 68 is formed on the epitaxial layer 48 so as to cover the gate electrode 54 (planar portion 56). In the interlayer insulating film 68, a contact hole 69 for exposing the contact trench 44 is formed.

なお、図示は省略するが、層間絶縁膜68上には、ソース電極が形成されており、このソース電極は、各コンタクトトレンチ44を介して、すべての単位セル42(ソース層62およびチャネルコンタクト領域67)に一括して接している。すなわち、ソース電極は、すべての単位セル42に対して共通の配線となっている。また、基板45の裏面47には、その全域を覆うようにドレイン電極が形成されている。このドレイン電極は、すべての単位セル42に対して共通の電極となっている。   Although not shown, a source electrode is formed on the interlayer insulating film 68, and the source electrode is formed on all the unit cells 42 (the source layer 62 and the channel contact region) via the contact trenches 44. 67) collectively. That is, the source electrode is a wiring common to all unit cells 42. In addition, a drain electrode is formed on the back surface 47 of the substrate 45 so as to cover the entire area. The drain electrode is a common electrode to all unit cells 42.

図12A〜図12Hは、図11のMOSトランジスタの製造工程の一部を工程順に示す図であって、図11と同じ位置での切断面を示す。
MOSトランジスタ41を製造するには、図12Aに示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法、LPE(Liquid Phase Epitaxy:液相エピタキシ)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシ)法などのエピタキシャル成長法により、基板45の表面46上に、n型不純物イオンをドーピングしながらSi結晶を成長させる。これにより、基板45上に、n型のエピタキシャル層48(ドレイン層58)が形成される。次に、エピタキシャル層48の表面49へ向け、p型不純物イオン(Bイオン)を注入する。注入後、アニール処理(たとえば、900℃〜1000℃で、10分〜30分)することによって、注入されたp型不純物イオンが活性化されて、チャネル層57が形成される。
12A to 12H are diagrams showing a part of the manufacturing process of the MOS transistor of FIG. 11 in the order of steps, showing a cut surface at the same position as FIG.
In order to manufacture the MOS transistor 41, as shown in FIG. 12A, CVD (Chemical Vapor Deposition: chemical vapor deposition), LPE (Liquid Phase Epitaxy: liquid phase epitaxy), MBE (Molecular Beam Epitaxy: molecular beam epitaxy). Si crystal is grown on the surface 46 of the substrate 45 while being doped with n-type impurity ions by the epitaxial growth method such as the. Thus, the n -type epitaxial layer 48 (drain layer 58) is formed on the substrate 45. Next, p-type impurity ions (B ions) are implanted toward the surface 49 of the epitaxial layer 48. After implantation, annealing (for example, at 900 ° C. to 1000 ° C., 10 minutes to 30 minutes) activates the implanted p-type impurity ions to form channel layer 57.

次に、図12Bに示すように、たとえば、CVD法により、エピタキシャル層48の表面49にSiO膜70を形成し、当該SiO膜70上にSiN膜71を形成することにより、SiO膜70およびSiN膜71の2層膜からなるハードマスク72を形成する。SiO膜70の厚さは、たとえば、50Å〜100Åとし、SiN膜71の厚さは、たとえば、1000Å〜1500Åとする。次に、このハードマスク72を利用して、チャネル層57およびドレイン層58を貫通するようにエピタキシャル層48および基板45の一部をエッチングする。これにより、エピタキシャル層48が表面49からドライエッチングされてゲートトレンチ43が形成される。それとともに、エピタキシャル層48に複数の単位セル42が形成される。 Next, as shown in FIG. 12B, for example, a SiO 2 film 70 is formed on the surface 49 of the epitaxial layer 48 by the CVD method, and an SiN film 71 is formed on the SiO 2 film 70 to form a SiO 2 film. A hard mask 72 consisting of a two-layer film of 70 and a SiN film 71 is formed. The thickness of the SiO 2 film 70 is, eg, 50 Å to 100 Å, and the thickness of the SiN film 71 is, eg, 1000 Å to 1500 Å. Next, the hard mask 72 is used to etch the epitaxial layer 48 and a part of the substrate 45 so as to penetrate the channel layer 57 and the drain layer 58. Thereby, epitaxial layer 48 is dry etched from surface 49 to form gate trench 43. At the same time, a plurality of unit cells 42 are formed in the epitaxial layer 48.

次に、図12Cに示すように、たとえば、熱酸化法(たとえば、850℃〜950℃で、10分〜30分)により、ゲートトレンチ43の内面(側面51および底面52)にゲート絶縁膜53を形成する。この際、ハードマスク72のSiO膜70は、トレンチ角部59においてゲート絶縁膜53と一体化し、エピタキシャル層48の表面49上のゲート絶縁膜53となる。その後、ハードマスク72のSiN膜71を除去する。 Next, as shown in FIG. 12C, gate insulating film 53 is formed on the inner surface (side surface 51 and bottom surface 52) of gate trench 43 by, eg, thermal oxidation (for example, 10 minutes to 30 minutes at 850 ° C. to 950 ° C.). Form At this time, the SiO 2 film 70 of the hard mask 72 is integrated with the gate insulating film 53 at the trench corner 59 and becomes the gate insulating film 53 on the surface 49 of the epitaxial layer 48. Thereafter, the SiN film 71 of the hard mask 72 is removed.

次に、図12Dに示すように、たとえば、CVD法により、ドーピングされたポリシリコンを、エピタキシャル層48の上方から堆積する。ポリシリコンの堆積は、少なくともゲートトレンチ43が満たされ、エピタキシャル層48の表面49が隠れるまで続ける。これにより、電極材料層73が形成される。次に、電極材料層73上に所定パターンのフォトレジスト74を形成し、このフォトレジスト74をマスクとしたドライエッチングにより、電極材料層73を選択的にエッチングする。   Next, as shown in FIG. 12D, doped polysilicon is deposited from above the epitaxial layer 48, for example, by the CVD method. The deposition of polysilicon continues until at least the gate trench 43 is filled and the surface 49 of the epitaxial layer 48 is hidden. Thereby, the electrode material layer 73 is formed. Next, a photoresist 74 having a predetermined pattern is formed on the electrode material layer 73, and the electrode material layer 73 is selectively etched by dry etching using the photoresist 74 as a mask.

これにより、図12Eに示すように、ゲートトレンチ43に充填されたトレンチ部55と、当該トレンチ部55の開口端側の端部から、当該端部に対してゲートトレンチ43の幅方向(横方向)の両側にエピタキシャル層48の表面49に沿って引き出されたプレーナ部56とを一体的に含むゲート電極54が形成される。
次に、図12Eに示すように、ゲート電極54(プレーナ部56)をマスクとして利用して、エピタキシャル層48の表面49に対して3°〜14°で傾斜する注入角度θで、エピタキシャル層48の表面49へ向けてn型不純物イオン(Asイオン)を注入する(第1工程)。
Thus, as shown in FIG. 12E, from the trench 55 filled in the gate trench 43 and the end of the open end of the trench 55, the width direction (lateral direction) of the gate trench 43 with respect to the end Gate electrode 54 integrally including planar portion 56 drawn along surface 49 of epitaxial layer 48 on both sides of.
Next, as shown in FIG. 12E, using the gate electrode 54 a (planar portions 56) as a mask, an implantation angle theta 1 which is inclined by 3 ° to 14 ° relative to the surface 49 of the epitaxial layer 48, the epitaxial layer An n-type impurity ion (As ion) is implanted toward the surface 49 of 48 (first step).

次に、ゲートトレンチ43に対して第1工程の注入位置の反対側から、エピタキシャル層48の表面49に対して3°〜14°で傾斜する注入角度θで、第1工程におけるn型不純物イオンの入射方向と交差するように、エピタキシャル層48の表面49へ向けて同じn型不純物イオンを注入する。注入後、アニール処理(たとえば、900℃〜1000℃で、10分〜30分)することによって、注入されたn型不純物イオンが活性化されて、プレーナ部56に対して自己整合的にソース層62が形成される。 Next, from the opposite side of the implantation position in the first step with respect to gate trench 43, the n-type impurity in the first step at an implantation angle θ 2 inclined at 3 ° to 14 ° with respect to surface 49 of epitaxial layer 48. The same n-type impurity ion is implanted toward the surface 49 of the epitaxial layer 48 so as to cross the ion incident direction. After implantation, annealing is performed (for example, at 900 ° C. to 1000 ° C., for 10 minutes to 30 minutes) to activate the implanted n-type impurity ions so that the source layer is self-aligned to planar portion 56. 62 are formed.

第1工程および第2工程の際、ソース層62にはゲート電極54のプレーナ部56の下方に入り込んだオーバーラップ部63が形成されるが、チャネル層57におけるオーバーラップ部63が形成される部分は、イオン注入時にプレーナ部56で覆われている。そのため、n型不純物イオンが直接注入される部分(コンタクト部64)とは異なり、オーバーラップ部63は相対的に浅く形成される(D<Dとなる)。 In the first step and the second step, an overlap portion 63 is formed in the source layer 62 below the planar portion 56 of the gate electrode 54, but a portion where the overlap portion 63 is formed in the channel layer 57 Is covered with the planar portion 56 at the time of ion implantation. Therefore, unlike the portion (contact portion 64) into which n-type impurity ions are directly implanted, the overlap portion 63 is formed relatively shallow (D 3 <D 4 ).

次に、図12Fに示すように、たとえば、CVD法により、SiO(絶縁材料)を、エピタキシャル層48の上方から堆積して、層間絶縁膜68を形成する。
次に、図12Gに示すように、たとえば、ドライエッチングにより、層間絶縁膜68にコンタクトホール69を形成する。コンタクトホール69の形成後、層間絶縁膜68をマスクとして利用して、露出したエピタキシャル層48をエッチングする。これにより、エピタキシャル層48が表面49からドライエッチングされて、層間絶縁膜68に対して自己整合的にコンタクトトレンチ44が形成される。
Next, as shown in FIG. 12F, SiO 2 (insulating material) is deposited from above the epitaxial layer 48 by, eg, CVD to form an interlayer insulating film 68.
Next, as shown in FIG. 12G, contact holes 69 are formed in the interlayer insulating film 68 by dry etching, for example. After contact hole 69 is formed, exposed epitaxial layer 48 is etched using interlayer insulating film 68 as a mask. Thus, epitaxial layer 48 is dry etched from surface 49, and contact trench 44 is formed in a self-aligned manner with respect to interlayer insulating film 68.

次に、図12Hに示すように、コンタクトトレンチ44の底面66に対して垂直な方向に、40keV程度の注入エネルギおよび1×1015cm−2程度のドーズ量でp型不純物イオン(BFイオン)を入射させることにより、チャネル層57における底面66の近傍の深さ位置に不純物を1段注入する。注入後、アニール処理(たとえば、900℃〜950℃で、0.5分〜1分)することによって、注入されたp型不純物イオンが拡散・活性化されて、チャネルコンタクト領域67が形成される。 Next, as shown in FIG. 12H, a contact in a direction perpendicular to the bottom surface 66 of trench 44, p-type impurity ions (BF 2 ions at an implantation energy and 1 × 10 15 cm dose of about -2 about 40keV 1) to inject a single stage of impurity at a depth position near the bottom surface 66 in the channel layer 57. After implantation, annealing (for example, at 900 ° C. to 950 ° C. for 0.5 minutes to 1 minute) diffuses and activates the implanted p-type impurity ions to form channel contact region 67. .

その後は、ソース電極(図示せず)、ドレイン電極(図示せず)などを形成することにより、図11に示すMOSトランジスタ41が得られる。
以上、このMOSトランジスタ41によれば、ソース層62とドレイン層58との間(ソース−ドレイン間)にドレイン電圧が印加された状態でゲート電極54に閾値電圧以上の電圧を印加することにより、ゲート電極54から電界を発生させる(ON状態)。これにより、図13(a)に示すように、ゲートトレンチ43の側面51に沿って垂直方向に電流を流すチャネルをチャネル層57の側面部60に形成できると同時に、エピタキシャル層48の表面49に沿って横方向に電流を流すチャネルをチャネル層57の表面部61に形成することができる。つまり、チャネル層57では、垂直方向チャネルおよび横方向チャネルの2方向チャネルが形成され、これらのチャネルがトレンチ角部59で交わって、全体としてL字形のチャネルが形成される。
Thereafter, a source electrode (not shown), a drain electrode (not shown) and the like are formed to obtain the MOS transistor 41 shown in FIG.
As described above, according to the MOS transistor 41, a voltage higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode 54 in the state where the drain voltage is applied between the source layer 62 and the drain layer 58 (between the source and the drain). An electric field is generated from the gate electrode 54 (ON state). As a result, as shown in FIG. 13A, a channel can be formed in the side surface portion 60 of the channel layer 57 along the side surface 51 of the gate trench 43 and at the same time the surface 49 of the epitaxial layer 48 is formed. A channel can be formed in the surface portion 61 of the channel layer 57 to allow current to flow in the lateral direction. That is, in the channel layer 57, a vertical channel and a lateral channel are formed, and these channels meet at the trench corner 59 to form an L-shaped channel as a whole.

L字形チャネルのチャネル長は、垂直方向チャネルおよび横方向チャネルのそれぞれのチャネル長を足し合わせた大きさである。そして、垂直方向のチャネル長はチャネル層57の側面部60の深さによって決められ、横方向のチャネル長はチャネル層57の表面部61の幅によって決められる。
本実施形態では、図12Aの工程において、p型不純物イオンの注入条件に基づいてチャネル層57が設計通りの深さで形成されれば、その後、図12Eに示すソース層62を形成するためのn型不純物イオン注入時は、チャネル層57の側面部60がゲート電極54のプレーナ部56(マスク)に覆われている。そのため、当該n型不純物イオンの影響を受けない。なお、本実施形態ではn型不純物イオンを斜め注入しているので、プレーナ部56の下方にもn型不純物イオンが若干注入されるが、その量は微量であり、しかも注入される位置もプレーナ部56の端部に留まるので、チャネル層57の側面部60がそのn型不純物イオンの影響を受けることはない。従って、本実施形態では、チャネル層57の側面部60の深さを設計通りに精密に保持することができるので、垂直方向のチャネル長を設計通りに精密に制御することができる。
The channel length of the L-shaped channel is the sum of the channel lengths of the vertical channel and the horizontal channel. The channel length in the vertical direction is determined by the depth of the side surface portion 60 of the channel layer 57, and the channel length in the lateral direction is determined by the width of the surface portion 61 of the channel layer 57.
In the present embodiment, in the process of FIG. 12A, if the channel layer 57 is formed with the designed depth based on the implantation conditions of the p-type impurity ion, then the source layer 62 shown in FIG. At the time of n-type impurity ion implantation, the side surface portion 60 of the channel layer 57 is covered with the planar portion 56 (mask) of the gate electrode 54. Therefore, it is not affected by the n-type impurity ion. In the present embodiment, since n-type impurity ions are obliquely implanted, some n-type impurity ions are implanted below the planar portion 56, but the amount is very small, and the implantation position is also planar. Since it remains at the end of the portion 56, the side portion 60 of the channel layer 57 is not affected by the n-type impurity ion. Therefore, in the present embodiment, since the depth of the side surface portion 60 of the channel layer 57 can be held precisely as designed, the channel length in the vertical direction can be precisely controlled as designed.

一方、チャネル層57の表面部61の幅は、その横に形成されるソース層62の形成精度によって左右されるが、本実施形態では、図12Eに示すように、加工精度に優れるエッチング技術により形成されたゲート電極54のプレーナ部56(マスク)に対して、ソース層62を自己整合的に形成する。そのため、プレーナ部56で覆われているチャネル層57の表面部61へのソース層62の過剰な進出を防止できるので、電極材料層73を設計通りにエッチングしてプレーナ部56を形成することにより、チャネル層57の表面部61の幅を設計通りに精密に制御することができる。その結果、横方向のチャネル長も、垂直方向のチャネル長と同様に、設計通りに精密に制御することができる。   On the other hand, the width of the surface portion 61 of the channel layer 57 is influenced by the formation accuracy of the source layer 62 formed on the side, but in the present embodiment, as shown in FIG. The source layer 62 is formed in a self-aligned manner with respect to the planar portion 56 (mask) of the gate electrode 54 formed. As a result, excessive advancement of the source layer 62 to the surface portion 61 of the channel layer 57 covered by the planar portion 56 can be prevented. Therefore, the electrode material layer 73 is etched as designed to form the planar portion 56. The width of the surface portion 61 of the channel layer 57 can be precisely controlled as designed. As a result, the channel length in the lateral direction can also be precisely controlled as designed, as can the channel length in the vertical direction.

また、このMOSトランジスタ41によれば、ソース層62の一部がオーバーラップ部63としてゲート電極54のプレーナ部56と重なり合うように形成されるので、このオーバーラップ部63に隣接するチャネル層57の表面部61を、ゲート電極54のプレーナ部56に確実に対向させることができる。その結果、信頼性の高いトランジスタ動作を行なうことができる。   Further, according to this MOS transistor 41, a part of source layer 62 is formed to overlap with planar part 56 of gate electrode 54 as overlap part 63, so that channel layer 57 adjacent to this overlap part 63 is formed. The surface portion 61 can be made to face the planar portion 56 of the gate electrode 54 with certainty. As a result, highly reliable transistor operation can be performed.

そして、このようなオーバーラップ部63は、図12Eに示すように、斜め注入を採用することにより、n型不純物イオンを積極的にプレーナ部56の下方に注入して簡単に形成することができる。
さらに、このMOSトランジスタ41によれば、ゲートトレンチ43が、エピタキシャル層48の表面49からチャネル層57およびドレイン層58を貫通して基板45に達するディープトレンチであるため、MOSトランジスタ41をオンしたときには、ゲート電極54からの電界により、ドレイン層58に含まれるキャリア(電子)をゲートトレンチ43の側面51近傍に誘引させることができる。誘引されたキャリアは、側面51に沿ってゲートトレンチ43の深さ方向に一様に分布するように蓄積され、ゲートトレンチ43の側面51の近傍に層状のキャリア蓄積層75を形成する。
Such an overlap portion 63 can be easily formed by positively injecting n-type impurity ions below the planar portion 56 by adopting oblique implantation as shown in FIG. 12E. .
Furthermore, according to this MOS transistor 41, since gate trench 43 is a deep trench which penetrates channel layer 57 and drain layer 58 from surface 49 of epitaxial layer 48 to reach substrate 45, when MOS transistor 41 is turned on. Carriers (electrons) contained in the drain layer 58 can be attracted to the vicinity of the side surface 51 of the gate trench 43 by the electric field from the gate electrode 54. The attracted carriers are accumulated so as to be uniformly distributed along the side surface 51 in the depth direction of the gate trench 43, and form a layered carrier accumulation layer 75 in the vicinity of the side surface 51 of the gate trench 43.

そして、MOSトランジスタ41のオン時には、このキャリア蓄積層75を電流路として利用することができる。そのため、エピタキシャル層48の固有の抵抗値に関係なく、MOSトランジスタ41のオン抵抗を低くすることができる。従って、低オン抵抗を維持しながら、エピタキシャル層48を厚くして高耐圧化を達成することができる。
以上、参考例の実施形態を説明したが、参考例は、他の形態で実施することもできる。
When the MOS transistor 41 is on, the carrier storage layer 75 can be used as a current path. Therefore, the on-resistance of MOS transistor 41 can be reduced regardless of the inherent resistance value of epitaxial layer 48. Therefore, the epitaxial layer 48 can be thickened to achieve high breakdown voltage while maintaining low on-resistance.
As mentioned above, although embodiment of the reference example was described, the reference example can also be implemented by other forms.

たとえば、単位セル42の配置形態は、ストライプ状である必要はなく、図14に示すような行列状、図15に示すような千鳥状であってもよい。
また、各単位セル42の形状は、ストライプ状(図10)、四角柱状(図14,図15)に限らず、たとえば、三角柱状、五角柱状、六角柱状等の他の多角柱状であってもよい。
For example, the arrangement form of the unit cells 42 does not have to be a stripe, and may be a matrix as shown in FIG. 14 or a zigzag as shown in FIG.
In addition, the shape of each unit cell 42 is not limited to the stripe shape (FIG. 10) or the quadrangular prism (FIGS. 14 and 15), for example, other polygonal prisms such as triangular prism, pentagon prism, hexagonal prism, etc. Good.

また、MOSトランジスタ41において、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。たとえば、MOSトランジスタ41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。
また、ソース層62を形成するときのイオン注入は、エピタキシャル層48の表面49に対して傾斜する方向にイオンを注入する斜め注入に限らず、たとえば、エピタキシャル層48の表面49に対して垂直な方向にイオンを注入する垂直注入を採用してもよい。
Further, in the MOS transistor 41, a configuration in which the conductivity type of each semiconductor portion is inverted may be employed. For example, in the MOS transistor 41, the p-type portion may be n-type and the n-type portion may be p-type.
Further, ion implantation for forming source layer 62 is not limited to oblique implantation in which ions are implanted in a direction inclined with respect to surface 49 of epitaxial layer 48, for example, perpendicular to surface 49 of epitaxial layer 48. Vertical implantation may be employed to implant ions in a direction.

また、エピタキシャル層48に代えて、たとえば、SiCエピタキシャル層を用いることもできる。
(参考例の実施形態の開示から把握されるべき特徴)
たとえば、参考例の実施形態の開示からは、下記(1)〜(14)の発明を把握することができる。
(1)ゲートトレンチが形成された第1導電型の半導体層と、
ゲート絶縁膜を挟んで前記半導体層に対向する電極であって、前記ゲートトレンチに充填されたトレンチ部と、当該トレンチ部の開口端側の端部から横方向に前記半導体層の表面に沿って引き出されたプレーナ部とを一体的に含むゲート電極と、
前記半導体層の前記表面および前記ゲートトレンチの前記側面の両方に露出するように前記半導体層の表面部に形成され、前記ゲートトレンチよりも浅い深さを有する第2導電型の層であって、前記ゲート電極の前記プレーナ部に対向する表面部と、前記ゲート電極の前記トレンチ部に対向する側面部とを含むチャネル層と、
前記半導体層の前記表面に露出するように前記チャネル層に形成され、前記チャネル層の前記表面部に対して前記ゲートトレンチの反対側で隣接する第1導電型のソース層とを含む、半導体装置。
(2)前記ソース層は、前記プレーナ部の端部の下方に所定量入り込んで前記プレーナ部の一部と重なり合うオーバーラップ部を有している、(1)に記載の半導体装置。
(3)前記ソース層の前記オーバーラップ部は、前記ソース層の残りの部分よりも浅い、(2)に記載の半導体装置。
(4)前記ソース層の深さは、前記ゲート絶縁膜の厚さの3倍以下である、(1)〜(3)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(5)前記ゲートトレンチは、前記半導体装置がオンしたときに前記ゲート電極からの電界により、前記半導体層に含まれる第1導電型キャリアの蓄積層がその側面に沿って形成され得るディープトレンチを含む、(1)〜(4)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(6)前記半導体層は、第1導電型の基板と、前記基板上に形成され、前記基板よりも不純物濃度が低いエピタキシャル層とを含み、
前記ディープトレンチは、前記エピタキシャル層を貫通して前記基板に達するトレンチを含む、(5)に記載の半導体装置。
(7)前記半導体層の厚さは、70μm〜300μmである、(1)〜(6)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(8)前記ゲートトレンチの深さは、30μm〜50μmである、(1)〜(7)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(9)前記ゲートトレンチは、ストライプ状に配列された単位セルを区画するように形成されている、(1)〜(8)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(10)前記ゲートトレンチは、行列状に配列された単位セルを区画するように形成されている、(1)〜(8)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(11)前記ゲートトレンチは、千鳥状に配列された単位セルを区画するように形成されている、(1)〜(8)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(12)第1導電型の半導体層に第2導電型イオンを注入することにより、前記半導体層の表面に露出するようにチャネル層を形成する工程と、
前記チャネル層を貫通するように前記半導体層を前記表面からエッチングすることにより、前記チャネル層の深さよりも深いゲートトレンチを形成する工程と、
前記ゲートトレンチの内面および前記半導体層の前記表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲートトレンチが満たされ、前記半導体層の前記表面が覆われるまで、前記ゲート絶縁膜上に電極材料を堆積させる工程と、
前記電極材料の前記ゲートトレンチ外の部分をエッチングによりパターニングすることにより、前記ゲートトレンチに充填されたトレンチ部と、当該トレンチ部の開口端側の端部から横方向に前記半導体層の表面に沿って引き出されたプレーナ部とを一体的に含むゲート電極を形成する工程と、
前記チャネル層の前記プレーナ部の下方の部分が前記プレーナ部で覆われた状態で、前記半導体層の前記表面を介して前記チャネル層に第1導電型イオンを注入することにより、前記プレーナ部に対して自己整合的にソース層を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
(13)前記ソース層を形成する工程は、前記ソース層の一部が前記プレーナ部の端部の下方に所定量入り込んで、前記プレーナ部の一部と重なり合うオーバーラップ部が形成されるように、前記半導体層の前記表面に対して傾斜する注入角度で前記第1導電型イオンを斜め注入する工程を含む、(12)に記載の半導体装置の製造方法。
(14)前記ゲートトレンチを形成する工程が、前記半導体層に単位セルがストライプ状に配列されるようにストライプトレンチを形成する工程を含み、
前記第1導電型イオンを斜め注入する工程は、前記ストライプトレンチに対して幅方向一方側から前記第1導電型イオンを斜め注入する第1工程と、前記ストライプトレンチに対して前記第1工程の注入位置の反対側から、前記第1工程における前記第1導電型イオンの入射方向と交差する方向に前記第1導電型イオンを斜め注入する第2工程とを含む、(13)に記載の半導体装置の製造方法。
(上記把握されるべき特徴の効果)
(1)の半導体装置は、たとえば、(12)の半導体装置の製造方法により製造することができる。
Also, instead of the epitaxial layer 48, for example, a SiC epitaxial layer can be used.
(Features to be understood from the disclosure of the embodiment of the reference example)
For example, from the disclosure of the embodiment of the reference example, the inventions of the following (1) to (14) can be grasped.
(1) A semiconductor layer of a first conductivity type in which a gate trench is formed,
An electrode facing the semiconductor layer with a gate insulating film interposed therebetween, and a trench portion filled in the gate trench and an end portion on the opening end side of the trench portion laterally along the surface of the semiconductor layer A gate electrode integrally including a planar portion taken out;
A layer of a second conductivity type formed on a surface portion of the semiconductor layer so as to be exposed on both the surface of the semiconductor layer and the side surface of the gate trench and having a depth shallower than the gate trench, A channel layer including a surface portion facing the planar portion of the gate electrode and a side surface portion facing the trench portion of the gate electrode;
A semiconductor device comprising: a source layer of a first conductivity type formed in the channel layer to be exposed to the surface of the semiconductor layer and adjacent to the surface portion of the channel layer on the opposite side of the gate trench .
(2) The semiconductor device according to (1), wherein the source layer has an overlap portion which is inserted below the end portion of the planar portion by a predetermined amount and overlaps a portion of the planar portion.
(3) The semiconductor device according to (2), wherein the overlapping portion of the source layer is shallower than the remaining portion of the source layer.
(4) The semiconductor device according to any one of (1) to (3), wherein the depth of the source layer is three times or less the thickness of the gate insulating film.
(5) The gate trench is a deep trench in which a storage layer of the first conductivity type carrier included in the semiconductor layer can be formed along the side surface by an electric field from the gate electrode when the semiconductor device is turned on. The semiconductor device as described in any one of (1)-(4) containing.
(6) The semiconductor layer includes a substrate of a first conductivity type, and an epitaxial layer formed on the substrate and having a lower impurity concentration than the substrate,
The semiconductor device according to (5), wherein the deep trench includes a trench which penetrates the epitaxial layer and reaches the substrate.
(7) The semiconductor device according to any one of (1) to (6), wherein the thickness of the semiconductor layer is 70 μm to 300 μm.
(8) The semiconductor device according to any one of (1) to (7), wherein a depth of the gate trench is 30 μm to 50 μm.
(9) The semiconductor device according to any one of (1) to (8), wherein the gate trench is formed to partition unit cells arranged in a stripe shape.
(10) The semiconductor device according to any one of (1) to (8), wherein the gate trench is formed to partition unit cells arranged in a matrix.
(11) The semiconductor device according to any one of (1) to (8), wherein the gate trench is formed to partition unit cells arranged in a staggered manner.
(12) forming a channel layer to be exposed on the surface of the semiconductor layer by implanting ions of the second conductivity type into the semiconductor layer of the first conductivity type;
Forming a gate trench deeper than the depth of the channel layer by etching the semiconductor layer from the surface so as to penetrate the channel layer;
Forming a gate insulating film on the inner surface of the gate trench and the surface of the semiconductor layer;
Depositing an electrode material on the gate dielectric until the gate trench is filled and the surface of the semiconductor layer is covered;
By patterning the portion outside the gate trench of the electrode material by etching, the trench portion filled in the gate trench and the edge portion on the opening end side of the trench portion extend along the surface of the semiconductor layer laterally. Forming a gate electrode integrally including the planar portion taken out;
In the state where the lower portion of the planar portion of the channel layer is covered with the planar portion, the planar portion is implanted with ions of the first conductivity type through the surface of the semiconductor layer. And the step of forming the source layer in a self-aligned manner.
(13) In the step of forming the source layer, a portion of the source layer enters a predetermined amount below an end of the planar portion to form an overlapping portion overlapping with the portion of the planar portion. (12) The method of manufacturing a semiconductor device according to (12), including the step of obliquely implanting the first conductivity type ions at an implantation angle which is inclined with respect to the surface of the semiconductor layer.
(14) The step of forming the gate trench includes the step of forming a stripe trench so that unit cells are arranged in a stripe shape in the semiconductor layer,
The step of obliquely implanting the first conductivity type ion includes a first step of obliquely implanting the first conductivity type ion from one side in the width direction to the stripe trench, and a step of the first step of implanting the stripe trench The semiconductor process according to (13), including a second step of obliquely implanting the first conductivity type ion in a direction intersecting the incident direction of the first conductivity type ion in the first step from the opposite side of the implantation position Device manufacturing method.
(Effect of the above features to be grasped)
The semiconductor device of (1) can be manufactured, for example, by the method of manufacturing a semiconductor device of (12).

(1)および(12)の発明によれば、ゲート電極からの電界により、チャネル層の側面部に形成され、ゲートトレンチの側面に沿って垂直方向に電流を流すチャネル、およびチャネル層の表面部に形成され、半導体層の表面に沿って横方向に電流を流すチャネルの2方向チャネルを形成することができる。
垂直方向のチャネル長はチャネル層の側面部の深さによって決められ、横方向のチャネル長はチャネル層の表面部の幅によって決められる。
According to the inventions of (1) and (12), the channel formed on the side surface of the channel layer by the electric field from the gate electrode and flowing the current in the vertical direction along the side surface of the gate trench In order to form a bi-directional channel of the channel which allows current to flow laterally along the surface of the semiconductor layer.
The vertical channel length is determined by the depth of the side portion of the channel layer, and the lateral channel length is determined by the width of the surface portion of the channel layer.

参考例の発明では、第2導電型イオンの注入条件に基づいてチャネル層が設計通りの深さで形成されれば、その後、ソース層を形成するための第1導電型イオン注入時は、チャネル層の側面部がゲート電極のプレーナ部(マスク)に覆われているので、当該第1導電型イオンの影響を受けない。そのため、チャネル層の側面部の深さを設計通りに精密に保持することができるので、垂直方向のチャネル長を設計通りに精密に制御することができる。   In the invention of the reference example, if the channel layer is formed with the designed depth based on the implantation conditions of the second conductivity type ions, then, at the time of the first conductivity type ion implantation for forming the source layer, the channel Since the side surface of the layer is covered with the planar portion (mask) of the gate electrode, it is not affected by the first conductivity type ions. Therefore, since the depth of the side portion of the channel layer can be precisely maintained as designed, the channel length in the vertical direction can be precisely controlled as designed.

一方、チャネル層の表面部の幅は、その横に形成されるソース層の形成精度によって左右されるが、参考例の発明では、加工精度に優れるエッチング技術により形成されたゲート電極のプレーナ部(マスク)に対して、ソース層を自己整合的に形成する。プレーナ部で覆われているチャネル層の表面部へのソース層の過剰な進出を防止できるので、電極材料を設計通りにエッチングしてプレーナ部を形成することにより、チャネル層の表面部の幅を設計通りに精密に制御することができる。その結果、横方向のチャネル長も、垂直方向のチャネル長と同様に、設計通りに精密に制御することができる。   On the other hand, the width of the surface portion of the channel layer depends on the formation accuracy of the source layer formed laterally, but in the invention of the reference example, the planar portion of the gate electrode formed by the etching technique excellent in processing accuracy The source layer is formed in a self-aligned manner with respect to the mask). Since excessive advancement of the source layer to the surface portion of the channel layer covered by the planar portion can be prevented, the width of the surface portion of the channel layer is made by etching the electrode material as designed to form the planar portion. It can be precisely controlled as designed. As a result, the channel length in the lateral direction can also be precisely controlled as designed, as can the channel length in the vertical direction.

参考例の半導体装置では、(2)記載のように、前記ソース層は、前記プレーナ部の端部の下方に所定量入り込んで前記プレーナ部の一部と重なり合うオーバーラップ部を有していることが好ましい。この場合、(3)記載のように、前記ソース層の前記オーバーラップ部は、前記ソース層の残りの部分よりも浅くてもよい。
この構成によれば、チャネル層の表面部がゲート電極のプレーナ部に確実に対向することになるので、信頼性の高いトランジスタ動作を行なうことができる。
In the semiconductor device of the reference example, as described in (2), the source layer has an overlap portion which enters a predetermined amount below the end of the planar portion and overlaps with a part of the planar portion. Is preferred. In this case, as described in (3), the overlapping portion of the source layer may be shallower than the remaining portion of the source layer.
According to this configuration, the surface portion of the channel layer reliably faces the planar portion of the gate electrode, so that highly reliable transistor operation can be performed.

また、参考例の半導体装置では、(4)記載のように、前記ソース層の深さは、前記ゲート絶縁膜の厚さの3倍以下であってもよい。
また、参考例の半導体装置では、(5)記載のように、前記ゲートトレンチは、前記半導体装置がオンしたときに前記ゲート電極からの電界により、前記半導体層に含まれる第1導電型キャリアの蓄積層がその側面に沿って形成され得るディープトレンチを含むことが好ましい。
In the semiconductor device of the reference example, as described in (4), the depth of the source layer may be three times or less the thickness of the gate insulating film.
In the semiconductor device of the reference example, as described in (5), when the semiconductor device is turned on, the gate trench is made of the first conductivity type carrier contained in the semiconductor layer by an electric field from the gate electrode. It is preferred to include a deep trench in which the accumulation layer can be formed along its side.

この構成によれば、半導体層に低抵抗なキャリア蓄積層が形成されており、このキャリア蓄積層を、半導体装置のオン時の電流路として利用することができる。そのため、半導体層の固有の抵抗値に関係なく、半導体装置のオン抵抗を低くすることができる。従って、低オン抵抗を維持しながら、半導体層を厚くして高耐圧化を達成することができる。
具体的には、(6)記載のように、前記半導体層が、第1導電型の基板と、前記基板上に形成され、前記基板よりも不純物濃度が低いエピタキシャル層とを含む場合、前記ディープトトレンチは、前記エピタキシャル層を貫通して前記基板に達するトレンチを含むことが好ましい。
According to this configuration, a low resistance carrier storage layer is formed in the semiconductor layer, and this carrier storage layer can be used as a current path when the semiconductor device is on. Therefore, the on resistance of the semiconductor device can be lowered regardless of the intrinsic resistance value of the semiconductor layer. Therefore, the semiconductor layer can be thickened to achieve high breakdown voltage while maintaining low on-resistance.
Specifically, as described in (6), when the semiconductor layer includes a substrate of a first conductivity type and an epitaxial layer formed on the substrate and having a lower impurity concentration than the substrate, the deep layer Preferably, the trench comprises a trench through the epitaxial layer to the substrate.

これにより、不純物濃度が低く、低オン抵抗化の妨げとなるエピタキシャル層の厚さ方向全区間にキャリア蓄積層を形成することができるので、低オン抵抗化の効果が大きい。
また、参考例の半導体装置では、(7)記載のように、前記半導体層の厚さは、70μm〜300μmであってもよく、(8)記載のように、前記ゲートトレンチの深さは、30μm〜50μmであってもよい。
As a result, since the carrier concentration can be formed in the entire thickness direction of the epitaxial layer which has a low impurity concentration and hinders the reduction of the on-resistance, the effect of the reduction of the on-resistance is large.
In the semiconductor device of the reference example, as described in (7), the thickness of the semiconductor layer may be 70 μm to 300 μm, and as described in (8), the depth of the gate trench is It may be 30 μm to 50 μm.

また、前記ゲートトレンチは、(9)記載のように、ストライプ状に配列された単位セル、(10)記載のように、行列状に配列された単位セル、および(11)記載のように、千鳥状に配列された単位セルに代表されるいずれの形態の単位セルを区画するように形成されていてもよい。
また、参考例の半導体装置の製造方法では、(13)記載のように、前記ソース層を形成する工程は、前記ソース層の一部が前記プレーナ部の端部の下方に所定量入り込んで、前記プレーナ部の一部と重なり合うオーバーラップ部が形成されるように、前記半導体層の前記表面に対して傾斜する注入角度で前記第1導電型イオンを斜め注入する工程を含むことが好ましい。
Also, the gate trenches may be unit cells arranged in a stripe as described in (9), unit cells arranged in a matrix as described in (10), and as described in (11). It may be formed to partition unit cells of any form represented by the unit cells arranged in a staggered manner.
In the semiconductor device manufacturing method of the reference example, as described in (13), in the step of forming the source layer, a part of the source layer enters a predetermined amount below an end of the planar portion. It is preferable to include the step of obliquely implanting the first conductivity type ions at an implantation angle inclined to the surface of the semiconductor layer so that an overlap portion overlapping with a part of the planar portion is formed.

この方法により、第1導電型イオンを積極的にプレーナ部の下方に注入することができるので、ソース層のオーバーラップ部を簡単に形成することができる。
また、(14)記載のように、前記ゲートトレンチを形成する工程が、前記半導体層に単位セルがストライプ状に配列されるようにストライプトレンチを形成する工程を含む場合、前記第1導電型イオンを斜め注入する工程は、前記ストライプトレンチに対して幅方向一方側から前記第1導電型イオンを斜め注入する第1工程と、前記ストライプトレンチに対して前記第1工程の注入位置の反対側から、前記第1工程における前記第1導電型イオンの入射方向と交差する方向に前記第1導電型イオンを斜め注入する第2工程とを含むことが好ましい。
By this method, since the first conductivity type ions can be positively implanted below the planar portion, the overlap portion of the source layer can be easily formed.
In addition, as described in (14), in the case where the step of forming the gate trench includes the step of forming a stripe trench so that unit cells are arranged in a stripe shape in the semiconductor layer, the first conductivity type ion In the step of obliquely implanting, the first step of obliquely implanting the ions of the first conductivity type from one side in the width direction to the stripe trench, and the opposite side of the implantation position of the first step with respect to the stripe trench It is preferable to include a second step of obliquely implanting the first conductivity type ion in a direction intersecting the incident direction of the first conductivity type ion in the first step.

1 MOSトランジスタ
2 単位セル
3 ゲートトレンチ
4 コンタクトトレンチ
5 Si基板
6 (Si基板の)表面
7 (Si基板の)裏面
8 Siエピタキシャル層
9 (Siエピタキシャル層の)表面
10 (Siエピタキシャル層の)裏面
11 (ゲートトレンチの)側面
12 (ゲートトレンチの)底面
13 ソース領域
14 チャネル領域
15 ドレイン領域
16 ゲート絶縁膜
17 ゲート電極
18 (コンタクトトレンチの)側面
19 (コンタクトトレンチの)底面
20 チャネルコンタクト領域
21 層間絶縁膜
22 コンタクトホール
23 チャネル部
24 凸部
25 頂部
26 SiO
27 SiN膜
28 ハードマスク
29 界面
30 チャネル領域
31 凸部
32 頂部
33 頂部
41 MOSトランジスタ
42 単位セル
43 ゲートトレンチ
44 コンタクトトレンチ
45 基板
46 (基板の)表面
47 (基板の)裏面
48 エピタキシャル層
49 (エピタキシャル層の)表面
50 (エピタキシャル層の)裏面
51 (ゲートトレンチの)側面
52 (ゲートトレンチの)底面
53 ゲート絶縁膜
54 ゲート電極
55 (ゲート電極の)トレンチ部
56 (ゲート電極の)プレーナ部
57 チャネル層
58 ドレイン層
59 トレンチ角部
60 (チャネル層の)側面部
61 (チャネル層の)表面部
62 ソース層
63 オーバーラップ部
64 コンタクト部
65 (コンタクトトレンチの)側面
66 (コンタクトトレンチの)底面
67 チャネルコンタクト領域
68 層間絶縁膜
69 コンタクトホール
70 SiO
71 SiN膜
72 ハードマスク
73 電極材料層
74 フォトレジスト
75 キャリア蓄積層
Reference Signs List 1 MOS transistor 2 unit cell 3 gate trench 4 contact trench 5 Si substrate 6 front surface 7 (for Si substrate) back surface 8 (for Si substrate) 8 Si epitaxial layer 9 front surface (for Si epitaxial layer) 10 back surface 11 (for Si epitaxial layer) Side surface 12 (gate trench) bottom surface 13 (gate trench) bottom surface 13 source region 14 channel region 15 drain region 16 gate insulating film 17 gate electrode 18 side surface (of contact trench) 19 bottom surface (of contact trench) 20 channel contact region 21 interlayer insulation film 22 contact hole 23 channel portion 24 projecting portion 25 top 26 SiO 2 film 27 SiN film 28 hard mask 29 surface 30 channel region 31 protrusions 32 top 33 top 41 MOS transistor 42 unit cells 43 Gate trench 44 Contact trench 45 Substrate 46 Surface 47 (Substrate) Back surface 48 Epitaxial layer 49 Surface 50 (Epitaxial layer) Surface 50 (Epitaxial layer) Back surface 51 (Gate trench) Bottom 52 (Gate trench) 53 Gate insulating film 54 Gate electrode 55 Trench portion 56 (for gate electrode) Planar portion 57 (for gate electrode) 57 Channel layer 58 Drain layer 59 Trench corner portion 60 Side portion (for channel layer) 61 Surface portion (for channel layer) 62 Source layer 63 (the contact trench) overlap portion 64 contact portion 65 side 66 (the contact trench) bottom 67 channel contact region 68 interlayer insulating film 69 contact hole 70 SiO 2 film 71 SiN film 72 hard mask 73 electrode member Layer 74 photoresist 75 carrier accumulation layer

Claims (36)

ゲートトレンチが形成された半導体層と、
前記半導体層の表面側に露出するように形成され、前記ゲートトレンチの側面の一部を形成する第1導電型のソース領域と、
前記ソース領域に対して前記半導体層の裏面側に前記ソース領域に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部を形成する第2導電型のチャネル領域と、
前記半導体層の表面側に露出するように前記チャネル領域に形成され、前記半導体層の前記表面に沿う幅方向第1端部および第2端部を有する第2導電型のチャネルコンタクト領域と、
前記チャネル領域に対して前記半導体層の前記裏面側に前記チャネル領域に接するように形成され、前記ゲートトレンチの底面を形成する第1導電型のドレイン領域と、
前記ゲートトレンチの内面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲートトレンチにおいて前記ゲート絶縁膜の内側に埋め込まれたゲート電極とを含み、
前記チャネル領域は、前記ゲートトレンチの前記側面に沿って形成され、動作時にチャネルが形成されるチャネル部と、前記半導体層の前記裏面側の前記チャネル部の端部に対して当該裏面側に突出し、前記チャネルコンタクト領域の前記第1端部および前記第2端部の下方位置に、それぞれ、第1頂部および第2頂部を有する2つの断面視放物線状の凸部とを含む、半導体装置。
A semiconductor layer in which a gate trench is formed,
A source region of a first conductivity type which is formed to be exposed on the surface side of the semiconductor layer and which forms a part of the side surface of the gate trench;
A channel region of a second conductivity type formed on the back surface side of the semiconductor layer with respect to the source region so as to be in contact with the source region and forming a part of the side surface of the gate trench;
A channel contact region of a second conductivity type formed in the channel region so as to be exposed to the surface side of the semiconductor layer, and having a first end and a second end in the width direction along the surface of the semiconductor layer;
A drain region of a first conductivity type formed on the back surface side of the semiconductor layer with respect to the channel region so as to be in contact with the channel region and forming a bottom surface of the gate trench;
A gate insulating film formed on the inner surface of the gate trench;
A gate electrode buried inside the gate insulating film in the gate trench,
Said channel region is formed along the side surface of the gate trench, and a channel portion in which a channel is formed during operation, the back side to the end of the channel portion of the back side of the front Symbol semiconductor layer A semiconductor device comprising : two projecting portions having a first top and a second top and having a first top and a second top at positions below the first end and the second end of the channel contact region .
前記チャネル領域は、前記半導体層の前記表面から、前記ソース領域と前記チャネル領域との界面よりも前記半導体層の前記裏面側に達するように形成された凹部を含み、
前記チャネル部は、前記凹部の底部と異なる不純物濃度を有している、請求項に記載の半導体装置。
The channel region includes a recess formed to extend from the surface of the semiconductor layer to the back surface side of the semiconductor layer relative to an interface between the source region and the channel region.
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the channel portion has an impurity concentration different from that of the bottom of the recess.
前記凹部は、前記半導体層の前記表面から前記ソース領域を貫通し、最深部が前記チャネル領域に達するコンタクトトレンチを含み、
前記チャネルコンタクト領域は、前記コンタクトトレンチの底面に形成されており
前記凸部の不純物濃度は、前記チャネルコンタクト領域の濃度の1/100以下である、請求項に記載の半導体装置。
The recess includes a contact trench which penetrates the source region from the surface of the semiconductor layer and the deepest portion reaches the channel region.
It said channel contact region is formed in the bottom surface of the contact trench,
The semiconductor device according to claim 2 , wherein the impurity concentration of the convex portion is 1/100 or less of the concentration of the channel contact region.
前記凹部は、前記半導体層の前記表面から前記ソース領域を貫通し、最深部が前記チャネル領域に達するコンタクトトレンチを含み、
前記チャネルコンタクト領域は、前記コンタクトトレンチの底面に形成されており
前記凸部は、前記チャネルコンタクト領域の直下に形成されている、請求項に記載の半導体装置。
The recess includes a contact trench which penetrates the source region from the surface of the semiconductor layer and the deepest portion reaches the channel region.
It said channel contact region is formed in the bottom surface of the contact trench,
The semiconductor device according to claim 2 , wherein the convex portion is formed immediately below the channel contact region.
前記凸部の前記第1頂部および前記第2頂部は、前記コンタクトトレンチの前記底面の幅方向両端部の下方位置に沿って互いに平行に形成されている、請求項に記載の半導体装置。 The first top and the second top portion of the convex portion, along said lower position of the widthwise ends of the bottom surface of the contact trench are parallel to each other, the semiconductor device according to claim 4. 前記凸部の前記第1頂部および前記第2頂部は、前記ゲートトレンチの前記底面に対して前記半導体層の前記裏面側に位置している、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。 The said 1st top part and the said 2nd top part of the said convex part are located in the said back surface side of the said semiconductor layer with respect to the said bottom face of the said gate trench as described in any one of Claims 1-5 . Semiconductor device. 前記半導体層が、Si半導体層からなる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the semiconductor layer is made of a Si semiconductor layer. 前記チャネル部の端部は、前記ゲートトレンチの前記底面に対して前記半導体層の前記表面側に位置している、請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7 , wherein an end of the channel portion is located on the surface side of the semiconductor layer with respect to the bottom surface of the gate trench. 前記凸部の前記第1頂部および前記第2頂部は、前記コンタクトトレンチの前記底面の幅方向第1端部および第2端部の下方位置に、それぞれ、位置している、請求項に記載の半導体装置。 The first top and the second top portion of the convex portion, the lower position of the width direction first end of the bottom surface and the second end portion of said contact trench, respectively, are located, according to claim 4 Semiconductor devices. 前記第1頂部および前記第2頂部は、前記コンタクトトレンチに沿って互いに平行に形成されている、請求項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 9 , wherein the first top and the second top are formed parallel to each other along the contact trench. 前記第1頂部および前記第2頂部は、前記コンタクトトレンチの前記底面の幅方向中央部を通る垂線を対称軸sとする線対称に形成されている、請求項10に記載の半導体装置。 11. The semiconductor device according to claim 10 , wherein the first top and the second top are formed in line symmetry with a vertical line passing through a widthwise center of the bottom of the contact trench as an axis of symmetry s. 前記対称軸s上にある前記チャネル領域の逆側の頂部は、前記ゲートトレンチの前記底面よりも深い位置に位置している、請求項11に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 11 , wherein an opposite top of the channel region on the symmetry axis s is positioned deeper than the bottom surface of the gate trench. 前記Si半導体層は、Si基板と、前記Si基板上に形成され、前記Si基板よりも低い不純物濃度を有するSiエピタキシャル層とを含み、
前記凸部の前記第1頂部および前記第2頂部は、前記Si基板に接していない、請求項に記載の半導体装置。
The Si semiconductor layer includes a Si substrate, and a Si epitaxial layer formed on the Si substrate and having an impurity concentration lower than that of the Si substrate,
The semiconductor device according to claim 7 , wherein the first top and the second top of the protrusion are not in contact with the Si substrate.
前記チャネル部の厚さが0.5μm〜0.9μmであり、前記凸部の前記第1頂部および前記第2頂部までの厚さが1.0μm〜1.6μmである、請求項1〜13のいずれか一項に記載の半導体装置。 The thickness of the channel portion is 0.5Myuemu~0.9Myuemu, thickness of up to the first top and the second top portion of the convex portion is 1.0Myuemu~1.6Myuemu, claims 1 to 13 The semiconductor device according to any one of the above. 前記チャネル部と前記ドレイン領域との界面からの前記ゲートトレンチの突出量は、0.2μm〜0.1μmである、請求項1〜14のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 14 , wherein an amount of projection of the gate trench from an interface between the channel portion and the drain region is 0.2 μm to 0.1 μm. 前記コンタクトトレンチが、ストライプ状に形成されており、
前記凸部は、前記ストライプ状のコンタクトトレンチに沿うストライプ状に形成されている、請求項に記載の半導体装置。
The contact trench is formed in a stripe shape,
The semiconductor device according to claim 4 , wherein the convex portion is formed in a stripe shape along the stripe contact trench.
前記コンタクトトレンチは、前記ゲートトレンチよりも浅く形成されている、請求項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4 , wherein the contact trench is formed shallower than the gate trench. 前記ゲート絶縁膜は、酸化シリコン膜を含む、請求項1〜17のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 17 , wherein the gate insulating film includes a silicon oxide film. 第1面および第2面を有し、前記第1面にトレンチが形成された半導体層と、
前記半導体層の前記第1面側に露出するように形成され、前記トレンチの側面の一部を形成する第1導電型の第1領域と、
前記第1領域に対して前記第2面側に形成され、前記トレンチの前記側面の一部を形成する第2導電型の第2領域と、
前記第2領域に対して前記第2面側に形成され、前記トレンチの底面を形成する第1導電型の第3領域と、
前記トレンチの内面に形成された絶縁膜と、
前記トレンチにおいて前記絶縁膜の内側に埋め込まれた第1電極とを含み、
前記第2領域は、前記トレンチの底面よりも前記半導体層の第1面側に配置された第1部分と、前記第1部分から前記トレンチの底面よりも前記半導体層の第2面側へ向かって突出する第2部分と、前記第1部分に接し、前記半導体層の前記第1面側に露出するように形成され、前記半導体層の前記第1面に沿う幅方向第1端部および第2端部を有する第3部分を一体的に含み、
前記第2部分は、前記第2領域と前記第3領域との境界面を定義し、当該境界面は、前記半導体層の第1面に対して傾斜しており、
前記第2領域の前記第2部分は、前記第3部分の前記第1端部および前記第2端部の下方位置に、それぞれ、第1頂部および第2頂部を有する2つの断面視放物線状に形成されている、半導体装置。
A semiconductor layer having a first surface and a second surface and having a trench formed on the first surface;
A first region of a first conductivity type which is formed to be exposed to the first surface side of the semiconductor layer and which forms a part of the side surface of the trench;
A second region of a second conductivity type formed on the second surface side with respect to the first region and forming a part of the side surface of the trench;
A third region of a first conductivity type formed on the second surface side with respect to the second region and forming a bottom surface of the trench;
An insulating film formed on the inner surface of the trench;
And a first electrode embedded inside the insulating film in the trench,
The second region is a first portion disposed closer to the first surface of the semiconductor layer than a bottom surface of the trench, and a portion extending from the first portion toward the second surface of the semiconductor layer from the bottom surface of the trench And a second portion which protrudes in contact with the first portion and is formed to be exposed on the first surface side of the semiconductor layer, and a first end in a width direction along the first surface of the semiconductor layer and Integrally includes a third portion having two ends ,
The second portion defines an interface between the second region and the third region, and the interface is inclined with respect to the first surface of the semiconductor layer ,
The second portion of the second region is parabolic in two cross-sectional views having a first top and a second top at positions below the first end and the second end of the third portion, respectively. A semiconductor device being formed .
前記半導体層の第1面から第2面に向かって形成され、前記第2領域の前記第2部分の直上に配置された凹部を含む、請求項19に記載の半導体装置。 20. The semiconductor device according to claim 19 , further comprising: a recess formed from a first surface to a second surface of the semiconductor layer and disposed immediately above the second portion of the second region. 前記第2領域の前記第3部分は、前記凹部の底面に形成され、前記第1部分よりも高い不純物濃度を有する、請求項20に記載の半導体装置。 Wherein the third portion of the second region is formed on the bottom surface of the recess, that have a higher impurity concentration than the first portion, the semiconductor device according to claim 20. 前記第2領域の前記第2部分は、前記凹部の最も広い幅よりも広い幅を有している、請求項20または21に記載の半導体装置。 22. The semiconductor device according to claim 20 , wherein the second portion of the second region has a width wider than the widest width of the recess. 前記第3領域は、部分的に、前記トレンチの側面と前記境界面との間に形成されている、請求項19〜22のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 19 to 22 , wherein the third region is partially formed between the side surface of the trench and the boundary surface. 前記第2領域の前記第1部分は、前記第2領域の前記第3部分と異なる不純物濃度を有している、請求項21に記載の半導体装置。 22. The semiconductor device according to claim 21 , wherein the first portion of the second region has an impurity concentration different from that of the third portion of the second region. 前記第2部分の不純物濃度は、前記第3部分の濃度の1/100以下である、請求項24に記載の半導体装置。 25. The semiconductor device according to claim 24 , wherein the impurity concentration of the second portion is 1/100 or less of the concentration of the third portion. 前記第2部分の前記第1頂部および前記第2頂部は、前記凹部の前記底面の幅方向両端部の下方位置に沿って互いに平行に形成されている、請求項20に記載の半導体装置。 Wherein the first top and the second top portion of the second portion, along the lower position of the widthwise ends of the bottom surface of the recess are parallel to each other, the semiconductor device according to claim 20. 前記半導体層が、Si半導体層からなる、請求項19〜26のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 19 to 26 , wherein the semiconductor layer comprises a Si semiconductor layer. 前記第2部分の前記第1頂部および前記第2頂部は、前記凹部の前記底面の幅方向第1端部および第2端部の下方位置に、それぞれ、位置している、請求項20に記載の半導体装置。 The first top and the second top portion of the second portion, the lower position of the first end width direction of the bottom surface and the second end portion of the recess, respectively, are located, according to claim 20 Semiconductor devices. 前記第1頂部および前記第2頂部は、前記凹部に沿って互いに平行に形成されている、請求項28に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 28 , wherein the first top and the second top are formed parallel to each other along the recess. 前記第1頂部および前記第2頂部は、前記凹部の前記底面の幅方向中央部を通る垂線を対称軸sとする線対称に形成されている、請求項29に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 29 , wherein the first top and the second top are formed in line symmetry with a vertical line passing through a widthwise center of the bottom surface of the recess as a symmetry axis s. 前記Si半導体層は、Si基板と、前記Si基板上に形成され、前記Si基板よりも低い不純物濃度を有するSiエピタキシャル層とを含み、
前記第2部分の前記第1頂部および前記第2頂部は、前記Si基板に接していない、請求項27に記載の半導体装置。
The Si semiconductor layer includes a Si substrate, and a Si epitaxial layer formed on the Si substrate and having an impurity concentration lower than that of the Si substrate,
The semiconductor device according to claim 27 , wherein the first top and the second top of the second portion are not in contact with the Si substrate.
前記第1部分の厚さが0.5μm〜0.9μmであり、前記第2部分の前記第1頂部および前記第2頂部までの厚さが1.0μm〜1.6μmである、請求項19〜31のいずれか一項に記載の半導体装置。 The thickness of the first portion is a 0.5Myuemu~0.9Myuemu, thickness of up to the first top and the second top portion of the second portion is 1.0Myuemu~1.6Myuemu, claim 19 31. The semiconductor device according to any one of to 31 . 前記第1部分と前記第3領域との界面からの前記トレンチの突出量は、0.2μm〜0.1μmである、請求項19〜32のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 19 to 32, wherein an amount of protrusion of the trench from an interface between the first portion and the third region is 0.2 μm to 0.1 μm . 前記凹部が、ストライプ状に形成されており、
前記第2部分は、前記ストライプ状の凹部に沿うストライプ状に形成されている、請求項20に記載の半導体装置。
The recess is formed in a stripe shape,
The semiconductor device according to claim 20 , wherein the second portion is formed in a stripe shape along the stripe-shaped concave portion.
前記凹部は、前記トレンチよりも浅く形成されている、請求項20に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 20 , wherein the recess is formed shallower than the trench. 前記絶縁膜は、酸化シリコン膜を含む、請求項19〜35のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 19 to 35 , wherein the insulating film includes a silicon oxide film.
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