JP6935638B2 - Semiconductor devices and manufacturing methods - Google Patents

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栄一 水田
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Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.

MOS型半導体装置を宇宙または原子力施設等の放射線環境下で使用する場合、放射線が半導体装置に影響を与える場合がある。放射線が半導体装置に与える影響として、TID(Total Ionizing Dose)およびSEGR(Single Event Gate Rapture)等が知られている。関連する先行技術文献として、下記の文献がある。
[先行技術文献]
[特許文献]
特許文献1 特開平6−244428号公報
特許文献2 米国特許第7,791,147号明細書
特許文献3 米国特許出願公開第2014/0124851号明細書
When a MOS type semiconductor device is used in a radiation environment such as space or a nuclear facility, radiation may affect the semiconductor device. Known effects of radiation on semiconductor devices include TID (Total Ionizing Dose) and SEGR (Single Event Gate Rapture). The following documents are related prior art documents.
[Prior art literature]
[Patent Document]
Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-244428 Patent Document 2 US Pat. No. 7,791,147, Patent Document 3 US Patent Application Publication No. 2014/01244851.

半導体装置は、SEGR耐量およびTID耐量等の放射線耐量が高いことが好ましい。 The semiconductor device preferably has a high radiation tolerance such as SEGR tolerance and TID tolerance.

本発明の第1の態様における半導体装置は、第1の導電型の半導体基板を備える。半導体装置は、第2の導電型を有し、半導体基板の表面側に設けられた第1のボディ領域および第2のボディ領域を有してよい。半導体装置は、第1のボディ領域および第2のボディ領域の間に設けられた、第1の導電型のネック部を有してよい。半導体装置は、第1のボディ領域内に形成された第1のソース領域、および、第2のボディ領域内に形成された第2のソース領域を有してよい。半導体装置は、第1のソース領域およびネック部との間の第1のボディ領域と対向して設けられた第1のゲート電極と、第2のソース領域およびネック部との間の第2のボディ領域と対向して設けられた第2のゲート電極を有してよい。半導体装置は、第1のゲート電極と半導体基板の間、第2のゲート電極と半導体基板の間、および、ネック部の表面側において連続して設けられた絶縁膜を有してよい。 The semiconductor device according to the first aspect of the present invention includes a first conductive type semiconductor substrate. The semiconductor device has a second conductive type, and may have a first body region and a second body region provided on the surface side of the semiconductor substrate. The semiconductor device may have a first conductive neck portion provided between the first body region and the second body region. The semiconductor device may have a first source region formed in the first body region and a second source region formed in the second body region. The semiconductor device has a first gate electrode provided so as to face the first body region between the first source region and the neck portion, and a second source region between the second source region and the neck portion. It may have a second gate electrode provided facing the body region. The semiconductor device may have an insulating film continuously provided between the first gate electrode and the semiconductor substrate, between the second gate electrode and the semiconductor substrate, and on the surface side of the neck portion.

半導体基板の表面において、第1のボディ領域の端部と、第1のゲート電極の端部とが、対向する位置に設けられてよい。半導体基板の表面において、第2のボディ領域の端部と、第2のゲート電極の端部とが、対向する位置に設けられてよい。 On the surface of the semiconductor substrate, the end portion of the first body region and the end portion of the first gate electrode may be provided at opposite positions. On the surface of the semiconductor substrate, the end portion of the second body region and the end portion of the second gate electrode may be provided at opposite positions.

第1のボディ領域および第2のボディ領域は、半導体基板の表面における端部よりも、ネック部側に突出する突出部を有してよい。突出部が、それぞれのボディ領域の半導体基板の表面における端部よりもネック部側に突出する長さAは、下式の範囲であってよい。

Figure 0006935638
ただし、Lは第1のゲート電極と第2のゲート電極との距離、Kは真空の誘電率、εは半導体基板の比誘電率、qは電子の電荷量、Nはボディ領域およびネック部のうちP型の導電型の領域のアクセプタ濃度、Nはボディ領域およびネック部のうちN型の導電型の領域のドナー濃度、φbiはボディ領域およびネック部の間の空乏層で発生するビルトインポテンシャルを示す。 The first body region and the second body region may have a protruding portion that protrudes toward the neck portion rather than the end portion on the surface of the semiconductor substrate. The length A of the protruding portion protruding toward the neck portion from the end portion on the surface of the semiconductor substrate in each body region may be in the range of the following equation.
Figure 0006935638
However, L is a distance between the first gate electrode and second gate electrode, K is the dielectric constant of vacuum, epsilon 0 is the dielectric constant of the semiconductor substrate, q is the electron charge quantity, N A is the body region and a neck acceptor concentration of the P-type conductivity type region of the section, N D is the donor concentration N-type conductivity type region of the body region and a neck portion, phi bi is generated in the depletion layer between the body region and a neck portion Shows the built-in potential to do.

突出部は、半導体基板の表面と、最もネック部側に突出した先端との間において、半導体基板の裏面側に凸形状の窪み部を有してよい。窪み部は、半導体基板の深さ方向における深さと、半導体基板の表面と平行な方向における幅が等しくてよい。ネック部と対向する絶縁膜の少なくとも一部の厚さは、第1のゲート電極および第2のゲート電極と対向する絶縁膜の厚さと異なってよい。 The protruding portion may have a convex recessed portion on the back surface side of the semiconductor substrate between the front surface of the semiconductor substrate and the tip projecting to the most neck portion side. The recessed portion may have the same width in the depth direction of the semiconductor substrate and the width in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate. The thickness of at least a part of the insulating film facing the neck portion may be different from the thickness of the insulating film facing the first gate electrode and the second gate electrode.

本発明の第2の態様においては、半導体装置の製造方法であって、第1の導電型の半導体基板の表面側に第2の導電型の不純物を注入して、第2の導電型の第1のボディ領域および第2のボディ領域、ならびに、第1のボディ領域および第2のボディ領域の間に設けられた、第1の導電型のネック部を形成する段階と、第1のボディ領域内に第1の導電型の第1のソース領域、および、第2のボディ領域内に第1の導電型の第2のソース領域を形成する段階と、半導体基板の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成段階と、絶縁膜の表面側に、第1のソース領域およびネック部との間の第1のボディ領域と対向する第1のゲート電極と、第2のソース領域およびネック部との間の第2のボディ領域と対向する第2のゲート電極とを形成する段階と、第1のゲート電極および第2のゲート電極を形成した後に、第1のボディ領域および第2のボディ領域に、半導体基板の表面における端部よりも、ネック部側に突出する突出部を形成する段階とを備える製造方法を提供する。 In the second aspect of the present invention, which is a method for manufacturing a semiconductor device, a second conductive type impurity is injected into the surface side of the first conductive type semiconductor substrate to form a second conductive type. A step of forming a first conductive neck portion provided between the first body region and the second body region, and the first body region and the second body region, and a first body region. A step of forming a first conductive type first source region inside and a first conductive type second source region in a second body region, and forming an insulating film on the surface of the semiconductor substrate. In the insulating film forming step, on the surface side of the insulating film, a first gate electrode facing the first body region between the first source region and the neck portion, and a second source region and the neck portion. In the step of forming the second body region in between and the facing second gate electrode, and after forming the first gate electrode and the second gate electrode, in the first body region and the second body region. Provided is a manufacturing method including a step of forming a protruding portion protruding toward the neck portion rather than the end portion on the surface of the semiconductor substrate.

第1のゲート電極および第2のゲート電極を形成する段階において、それぞれのボディ領域の半導体基板の表面における端部よりも、ボディ領域の内側にそれぞれのゲート電極を形成してよい。 At the stage of forming the first gate electrode and the second gate electrode, each gate electrode may be formed inside the body region rather than the end portion on the surface of the semiconductor substrate in each body region.

突出部を形成する段階は、半導体基板の表面を酸化する酸化段階を有してよい。酸化段階において、それぞれのゲート電極に覆われていない絶縁膜に、それぞれのゲート電極に覆われていないボディ領域の不純物を吸収させてよい。酸化段階において、第1のボディ領域の端部と第1のゲート電極の端部とが対向する位置となり、且つ、第2のボディ領域の端部と第2のゲート電極の端部とが対向する位置となるまで、それぞれのボディ領域の不純物を絶縁膜に吸収させてよい。 The step of forming the protrusion may have an oxidation step of oxidizing the surface of the semiconductor substrate. In the oxidation step, the insulating film not covered by each gate electrode may absorb impurities in the body region not covered by each gate electrode. In the oxidation step, the end of the first body region and the end of the first gate electrode are opposed to each other, and the end of the second body region and the end of the second gate electrode are opposed to each other. Impurities in each body region may be absorbed by the insulating film until the position is reached.

絶縁膜形成段階において、半導体基板の表面を酸化することで絶縁膜を形成してよい。酸化段階における酸化温度は、絶縁膜形成段階における酸化温度より低くてよい。 In the insulating film forming step, the insulating film may be formed by oxidizing the surface of the semiconductor substrate. The oxidation temperature in the oxidation step may be lower than the oxidation temperature in the insulating film forming step.

突出部を形成する段階は、第1のゲート電極および第2のゲート電極をマスクとして、ネック部に第2の導電型のカウンタ不純物を注入するカウンタ不純物注入段階を有してよい。突出部を形成する段階は、カウンタ不純物を注入した後に、半導体基板をアニールするアニール段階を更に有してよい。 The step of forming the protruding portion may include a counter impurity injection step of injecting a second conductive type counter impurity into the neck portion using the first gate electrode and the second gate electrode as masks. The step of forming the protrusion may further include an annealing step of annealing the semiconductor substrate after injecting counter impurities.

第1のゲート電極および第2のゲート電極を形成する段階において、絶縁膜の表面側に導電膜を形成し、導電膜をパターニングして第1のゲート電極および第2のゲート電極を形成し、且つ、当該パターニングにおいてネック部の表面側の絶縁膜をエッチングしてよい。 At the stage of forming the first gate electrode and the second gate electrode, a conductive film is formed on the surface side of the insulating film, and the conductive film is patterned to form the first gate electrode and the second gate electrode. Moreover, in the patterning, the insulating film on the surface side of the neck portion may be etched.

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The outline of the above invention does not list all the features of the present invention. Sub-combinations of these feature groups can also be inventions.

本発明の一つの実施形態に係る半導体装置100の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device 100 which concerns on one Embodiment of this invention. ボディ領域12の形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the shape of the body region 12. 基板準備段階を示す図である。It is a figure which shows the substrate preparation stage. マスク形成段階を示す図である。It is a figure which shows the mask formation stage. 不純物注入段階を示す図である。It is a figure which shows the impurity injection stage. 絶縁膜形成段階を示す図である。It is a figure which shows the insulating film formation stage. ゲート電極形成段階を示す図である。It is a figure which shows the gate electrode formation stage. 酸化段階を示す図である。It is a figure which shows the oxidation stage. 電極形成段階を示す図である。It is a figure which shows the electrode formation stage. 突出部32の長さAを説明する図である。It is a figure explaining the length A of the protrusion 32. 突出部32の形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the shape of the protrusion 32. ゲート電極形成段階の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of a gate electrode formation stage. 半導体装置100における絶縁膜28の形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the shape of the insulating film 28 in a semiconductor device 100. 半導体装置100の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the semiconductor device 100. 突出部32を形成する工程の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the process of forming a protrusion 32.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the inventions that fall within the scope of the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.

図1は、本発明の一つの実施形態に係る半導体装置100の一例を示す断面図である。半導体装置100は、半導体基板10、第1のゲート電極30−1、第2のゲート電極30−2、絶縁膜28、層間絶縁部27、ソース電極26、および、ドレイン電極24を備える。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention. The semiconductor device 100 includes a semiconductor substrate 10, a first gate electrode 30-1, a second gate electrode 30-2, an insulating film 28, an interlayer insulating portion 27, a source electrode 26, and a drain electrode 24.

半導体基板10は、第1の導電型を有する。本例においては、第1の導電型をN型、第2の導電型をP型として説明するが、第1の導電型がP型、第2の導電型がN型であってもよい。半導体基板10は、例えば所定のN型不純物が添加されたシリコン基板である。 The semiconductor substrate 10 has a first conductive type. In this example, the first conductive type is described as N type and the second conductive type is described as P type, but the first conductive type may be P type and the second conductive type may be N type. The semiconductor substrate 10 is, for example, a silicon substrate to which a predetermined N-type impurity is added.

半導体基板10は、表面と垂直な断面において互いに離間して設けられた第1のボディ領域12−1および第2のボディ領域12−2を有する。本例において、それぞれのボディ領域12はP型である。それぞれのボディ領域12は、半導体基板10の表面に露出している。 The semiconductor substrate 10 has a first body region 12-1 and a second body region 12-2 provided apart from each other in a cross section perpendicular to the surface. In this example, each body region 12 is P-shaped. Each body region 12 is exposed on the surface of the semiconductor substrate 10.

半導体基板10の表面側には、N型のドリフト領域16が設けられる。第1のボディ領域12−1および第2のボディ領域12−2は、ドリフト領域16の表面側の領域に形成される。第1のボディ領域12−1および第2のボディ領域12−2の間には、ドリフト領域16のN型の領域が残存する。本明細書では、第1のボディ領域12−1および第2のボディ領域12−2の間におけるN型領域をネック部18と称する。 An N-shaped drift region 16 is provided on the surface side of the semiconductor substrate 10. The first body region 12-1 and the second body region 12-2 are formed in a region on the surface side of the drift region 16. An N-shaped region of the drift region 16 remains between the first body region 12-1 and the second body region 12-2. In the present specification, the N-type region between the first body region 12-1 and the second body region 12-2 is referred to as a neck portion 18.

第1のボディ領域12−1内には、第1のソース領域14−1が形成される。第2のボディ領域12−2内には、第2のソース領域14−2が形成される。それぞれのソース領域14は、半導体基板10の表面に露出する。また、半導体基板10の表面以外では、ソース領域14は、ボディ領域12に覆われている。本例においてソース領域14はN型である。ソース領域14の不純物濃度は、半導体基板10の不純物濃度より高くてよい。 A first source region 14-1 is formed in the first body region 12-1. A second source region 14-2 is formed in the second body region 12-2. Each source region 14 is exposed on the surface of the semiconductor substrate 10. In addition to the surface of the semiconductor substrate 10, the source region 14 is covered with the body region 12. In this example, the source region 14 is N-type. The impurity concentration of the source region 14 may be higher than the impurity concentration of the semiconductor substrate 10.

半導体基板10の表面において、第1のソース領域14−1およびネック部18との間の第1のボディ領域12−1は、チャネルとして機能する。第1のゲート電極30−1は、チャネルとして機能する第1のボディ領域12−1と対向して設けられる。また、第2のソース領域14−2およびネック部18との間の第2のボディ領域12−2も、チャネルとして機能する。第2のゲート電極30−2は、チャネルとして機能する第2のボディ領域12−2と対向して設けられる。それぞれのゲート電極30と、半導体基板10との間には、絶縁膜28が設けられる。第1のゲート電極30−1および第2のゲート電極30−2は、半導体基板10の表面側において環状に接続されていてよく、平行に延伸していてもよい。 On the surface of the semiconductor substrate 10, the first body region 12-1 between the first source region 14-1 and the neck portion 18 functions as a channel. The first gate electrode 30-1 is provided so as to face the first body region 12-1 that functions as a channel. The second body region 12-2 between the second source region 14-2 and the neck portion 18 also functions as a channel. The second gate electrode 30-2 is provided so as to face the second body region 12-2 that functions as a channel. An insulating film 28 is provided between each gate electrode 30 and the semiconductor substrate 10. The first gate electrode 30-1 and the second gate electrode 30-2 may be connected in an annular shape on the surface side of the semiconductor substrate 10 and may be stretched in parallel.

それぞれのゲート電極30に所定の電圧を印加することで、ゲート電極30に対向するボディ領域12の表面に反転領域が形成される。これによりソース領域14とネック部18とが電気的に接続される。それぞれのボディ領域12の裏面側には、ネック部18と連続するドリフト領域16が設けられる。ドリフト領域16は、ネック部18と同一の不純物濃度を有してよい。 By applying a predetermined voltage to each gate electrode 30, an inversion region is formed on the surface of the body region 12 facing the gate electrode 30. As a result, the source region 14 and the neck portion 18 are electrically connected. A drift region 16 continuous with the neck portion 18 is provided on the back surface side of each body region 12. The drift region 16 may have the same impurity concentration as the neck portion 18.

ドリフト領域16の裏面側には、中間領域20が設けられる。本例の中間領域20は、N型である。中間領域20は、ドリフト領域16よりも不純物濃度が高くてよい。中間領域20の裏面側には、ドレイン領域22が設けられる。本例のドレイン領域22は、N型である。ドレイン領域22は、中間領域20よりも不純物濃度が高くてよい。 An intermediate region 20 is provided on the back surface side of the drift region 16. The intermediate region 20 of this example is N-type. The intermediate region 20 may have a higher impurity concentration than the drift region 16. A drain region 22 is provided on the back surface side of the intermediate region 20. The drain region 22 of this example is N-shaped. The drain region 22 may have a higher impurity concentration than the intermediate region 20.

ドレイン領域22の裏面側には、ドレイン電極24が設けられる。ソース電極26およびドレイン電極24間に所定の電圧を印加した状態で、ゲート電極30に所定の電圧を印加することで、ソースドレイン間に電流が流れる。 A drain electrode 24 is provided on the back surface side of the drain region 22. By applying a predetermined voltage to the gate electrode 30 with a predetermined voltage applied between the source electrode 26 and the drain electrode 24, a current flows between the source and drain.

また、半導体装置100は、ゲート電極30を覆う層間絶縁部27を更に備える。層間絶縁部27は、ゲート電極30を、ソース電極26から絶縁する。層間絶縁部27は、BPSGまたはPSG等を堆積して形成してよい。層間絶縁部27は、ネック部18と対向する位置にも設けられてよい。ただし、ネック部18と層間絶縁部27との間には、絶縁膜28が設けられる。 Further, the semiconductor device 100 further includes an interlayer insulating portion 27 that covers the gate electrode 30. The interlayer insulating portion 27 insulates the gate electrode 30 from the source electrode 26. The interlayer insulating portion 27 may be formed by depositing BPSG, PSG, or the like. The interlayer insulating portion 27 may also be provided at a position facing the neck portion 18. However, an insulating film 28 is provided between the neck portion 18 and the interlayer insulating portion 27.

ソース電極26は、層間絶縁部27で覆われていないソース領域14およびボディ領域12に接続する。ソース電極26およびドレイン電極24は、アルミ等の金属で形成されてよい。ゲート電極30は、ポリシリコン等の導電材料で形成されてよい。 The source electrode 26 is connected to the source region 14 and the body region 12 which are not covered by the interlayer insulating portion 27. The source electrode 26 and the drain electrode 24 may be made of a metal such as aluminum. The gate electrode 30 may be made of a conductive material such as polysilicon.

絶縁膜28は、第1のゲート電極30−1と半導体基板10の間、第2のゲート電極30−2と半導体基板10の間、および、ネック部18の表面側において連続して設けられる。絶縁膜28は、層間絶縁部27よりも絶縁性が高い。絶縁膜28は、例えば半導体基板10の表面を酸化することで形成される。 The insulating film 28 is continuously provided between the first gate electrode 30-1 and the semiconductor substrate 10, between the second gate electrode 30-2 and the semiconductor substrate 10, and on the surface side of the neck portion 18. The insulating film 28 has higher insulating properties than the interlayer insulating portion 27. The insulating film 28 is formed by, for example, oxidizing the surface of the semiconductor substrate 10.

放射線が絶縁膜28に入射すると、絶縁膜28中に電子正孔対が発生する。絶縁膜28中の移動度は、正孔のほうが電子よりも小さく、例えば、絶縁膜28がシリコン酸化膜の場合は6桁以上小さい。ゲート電極30と半導体基板10の間において、絶縁膜28中の欠陥に正孔が捕えられると固定電荷が生じる。また、界面に到達した正孔によって界面準位が生成される。固定電荷および界面準位により、MOSトランジスタの閾値が変動する。このような現象をTIDと称する。 When radiation enters the insulating film 28, electron-hole pairs are generated in the insulating film 28. The mobility of holes in the insulating film 28 is smaller than that of electrons. For example, when the insulating film 28 is a silicon oxide film, the mobility is 6 orders of magnitude or more smaller. When holes are trapped in the defects in the insulating film 28 between the gate electrode 30 and the semiconductor substrate 10, a fixed charge is generated. In addition, the interface state is generated by the holes that reach the interface. The threshold value of the MOS transistor fluctuates depending on the fixed charge and the interface state. Such a phenomenon is called TID.

これに対して、低温プロセスで絶縁膜28を生成することで、絶縁膜28中の欠陥生成を抑制することができる。絶縁膜28は、例えば1000度以下で半導体基板10の表面を酸化することで形成する。酸化温度は、900度以下であってもよい。これにより、TID耐量を向上させることができる。 On the other hand, by forming the insulating film 28 in the low temperature process, it is possible to suppress the formation of defects in the insulating film 28. The insulating film 28 is formed by oxidizing the surface of the semiconductor substrate 10 at, for example, 1000 degrees or less. The oxidation temperature may be 900 degrees or less. Thereby, the TID withstand capacity can be improved.

また、半導体基板10に重粒子が入射すると、重粒子が通過した経路に沿ってプラズマフィラメント(電子正孔対)が生じる。このため、ネック部18に重粒子が入射すると、N型領域に生じたプラズマフィラメントを介して、絶縁膜28の裏面とドレイン電極24とが電気的に接続される。ネック部18と対向する位置にゲート電極が設けられていると、ネック部18に対向する絶縁膜28の表面と裏面との間に大きなドレイン電圧が印加され、絶縁膜28が破壊されてしまう。このような現象を、SEGRと称する。 Further, when heavy particles are incident on the semiconductor substrate 10, plasma filaments (electron-hole pairs) are generated along the path through which the heavy particles have passed. Therefore, when heavy particles are incident on the neck portion 18, the back surface of the insulating film 28 and the drain electrode 24 are electrically connected via the plasma filament generated in the N-shaped region. If the gate electrode is provided at a position facing the neck portion 18, a large drain voltage is applied between the front surface and the back surface of the insulating film 28 facing the neck portion 18, and the insulating film 28 is destroyed. Such a phenomenon is called SEGR.

SEGR耐量を大きくするには、絶縁膜28の厚みを大きくすればよい。しかし、ゲート酸化膜として機能する絶縁膜28の厚みを大きくすると、ゲート酸化膜に電子放射線が照射されたときに発生する電荷量が増大してしまい、TID耐量が劣化する。 In order to increase the SEGR resistance, the thickness of the insulating film 28 may be increased. However, if the thickness of the insulating film 28 that functions as the gate oxide film is increased, the amount of electric charge generated when the gate oxide film is irradiated with electron radiation increases, and the TID resistance deteriorates.

これに対して半導体装置100は、スプリットゲート構造を有しており、ネック部18と対向する位置にゲート電極30が設けられていない。このため、ネック部18に重粒子が入射して、絶縁膜28の裏面がドレイン電極24と電気的に接続した場合であっても、絶縁膜28における電界集中を緩和することができる。これにより、TID耐量の向上と、SEGR耐量の向上とを両立することができる。 On the other hand, the semiconductor device 100 has a split gate structure, and the gate electrode 30 is not provided at a position facing the neck portion 18. Therefore, even when heavy particles are incident on the neck portion 18 and the back surface of the insulating film 28 is electrically connected to the drain electrode 24, the electric field concentration in the insulating film 28 can be relaxed. As a result, both the improvement of the TID withstand capacity and the improvement of the SEGR withstand capacity can be achieved at the same time.

また、絶縁膜28がネック部18の表面側にも延在することで、ネック部18が、比較的に絶縁性の低い層間絶縁部27に接触することを防ぐことができる。このため、スプリットゲート構造によってTID耐量およびSEGR耐量を向上させつつ、半導体装置100の信頼性を維持することができる。絶縁膜28は、ネック部18の表面全体を覆ってよい。ネック部18の表面とは、半導体基板10の表面において、第1のボディ領域12−1および第2のボディ領域12−2により挟まれ、または、囲まれたN型の領域を指す。また、絶縁膜28がネック部18と対向する位置にも延在することで、後述するように、半導体装置100の製造時に、ボディ領域12の形状を制御することができる。 Further, since the insulating film 28 extends to the surface side of the neck portion 18, it is possible to prevent the neck portion 18 from coming into contact with the interlayer insulating portion 27 having a relatively low insulating property. Therefore, the reliability of the semiconductor device 100 can be maintained while improving the TID withstand and SEGR withstand by the split gate structure. The insulating film 28 may cover the entire surface of the neck portion 18. The surface of the neck portion 18 refers to an N-shaped region sandwiched or surrounded by a first body region 12-1 and a second body region 12-2 on the surface of the semiconductor substrate 10. Further, since the insulating film 28 extends to a position facing the neck portion 18, the shape of the body region 12 can be controlled at the time of manufacturing the semiconductor device 100, as will be described later.

図2は、ボディ領域12の形状の一例を示す図である。図2においては、第1のボディ領域12−1の形状を示しているが、第2のボディ領域12−2も、第1のボディ領域12−1と対称な形状を有してよい。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the shape of the body region 12. Although the shape of the first body region 12-1 is shown in FIG. 2, the second body region 12-2 may also have a shape symmetrical to that of the first body region 12-1.

図2に示すように、半導体基板10の表面において、ボディ領域12の端部38と、ゲート電極30の端部36とが、対向する位置に設けられる。ボディ領域12の端部38およびゲート電極30の端部36は、ネック部18側の端部を指す。また、端部が対向するとは、半導体基板10の表面と平行な面内における端部38および端部36の位置がほぼ同一であることを指す。一例として、当該面内における端部38および端部36の位置の誤差が0.2μm以内の場合、端部38および端部36が対向するとみなしてよい。 As shown in FIG. 2, on the surface of the semiconductor substrate 10, the end 38 of the body region 12 and the end 36 of the gate electrode 30 are provided at opposite positions. The end 38 of the body region 12 and the end 36 of the gate electrode 30 refer to the end on the neck 18 side. Further, the fact that the ends face each other means that the positions of the end 38 and the end 36 in the plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 are substantially the same. As an example, when the error in the positions of the end 38 and the end 36 in the plane is within 0.2 μm, the end 38 and the end 36 may be regarded as facing each other.

ただし、上述した位置の誤差を有する場合、ゲート電極30の端部36は、ボディ領域12の端部38よりもネック部18側に突出していることが好ましい。ボディ領域12の端部38およびゲート電極30の端部36を対向して配置することで、ボディ領域12におけるチャネルの制御性を確保しつつ、SEGR耐量を最大化することができる。 However, when the gate electrode 30 has the above-mentioned position error, it is preferable that the end portion 36 of the gate electrode 30 projects toward the neck portion 18 side with respect to the end portion 38 of the body region 12. By arranging the end 38 of the body region 12 and the end 36 of the gate electrode 30 so as to face each other, the SEGR tolerance can be maximized while ensuring the controllability of the channel in the body region 12.

また、ボディ領域12は、半導体基板10の表面における端部38よりも、ネック部18側に突出する突出部32を有する。突出部32と半導体基板10の表面との間には、N型のネック部18が延在している。突出部32は、半導体基板10の表面における端部38よりもネック部18側に位置する先端34を、半導体基板10の内部に有する。先端34は、突出部32のうち、半導体基板10の表面と平行な面内において最もネック部18側の部分を指す。 Further, the body region 12 has a protruding portion 32 protruding toward the neck portion 18 from the end portion 38 on the surface of the semiconductor substrate 10. An N-shaped neck portion 18 extends between the protruding portion 32 and the surface of the semiconductor substrate 10. The protruding portion 32 has a tip 34 located inside the semiconductor substrate 10 so as to be located closer to the neck portion 18 than the end portion 38 on the surface of the semiconductor substrate 10. The tip 34 refers to the portion of the protruding portion 32 that is closest to the neck portion 18 in the plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10.

突出部32を設けることで、ゲート電極30の端部36とボディ領域12の端部38との位置の誤差が0より大きく0.2μmまでの範囲で形成された場合(すなわち、端部36が端部38よりも先端34側にずれた場合)に、ネック部18と対向するゲート電極30に挟まれた絶縁膜28が突出部32によって保護される。このため、重粒子が入射してプラズマフィラメントが形成されても、ゲート電極30とネック部18とに挟まれた絶縁膜28に大きなドレイン電圧が印可されることを抑制することができる。また、突出部32を設けることで、ネック部18を細くすることができる。このため、半導体基板10に重粒子が入射した場合に、N型の領域を貫通するプラズマフィラメントの経路が形成されにくくなる。従って、SEGR耐量を向上させることができる。 When the protruding portion 32 is provided so that the positional error between the end portion 36 of the gate electrode 30 and the end portion 38 of the body region 12 is larger than 0 and is formed within a range of 0.2 μm (that is, the end portion 36 is formed). The insulating film 28 sandwiched between the gate electrodes 30 facing the neck portion 18 is protected by the protruding portion 32 (when the tip portion 34 is displaced from the end portion 38). Therefore, even if heavy particles are incident to form a plasma filament, it is possible to prevent a large drain voltage from being applied to the insulating film 28 sandwiched between the gate electrode 30 and the neck portion 18. Further, by providing the protruding portion 32, the neck portion 18 can be made thinner. Therefore, when heavy particles are incident on the semiconductor substrate 10, it becomes difficult to form a path of the plasma filament penetrating the N-type region. Therefore, the SEGR resistance can be improved.

図3Aから図3Gは、半導体装置100の製造方法の一例を説明する図である。図3Aは、基板準備段階を示す。基板準備段階においては、半導体基板10を準備する。本例の半導体基板10は、ドレイン領域22、中間領域20およびドリフト領域16を有する。一例として、N++型のベース基板を準備する。ベース基板上にN+型の中間領域20およびN型のドリフト領域16を順次エピタキシャル成長させて、半導体基板10を準備する。N型のドリフト領域16を形成した後に、ベース基板を研磨して所定の厚みにしてもよい。 3A to 3G are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing the semiconductor device 100. FIG. 3A shows the substrate preparation stage. In the substrate preparation stage, the semiconductor substrate 10 is prepared. The semiconductor substrate 10 of this example has a drain region 22, an intermediate region 20, and a drift region 16. As an example, an N ++ type base substrate is prepared. The semiconductor substrate 10 is prepared by sequentially epitaxially growing the N + type intermediate region 20 and the N-type drift region 16 on the base substrate. After forming the N-shaped drift region 16, the base substrate may be polished to a predetermined thickness.

図3Bは、マスク形成段階を示す。マスク形成段階では、半導体基板10の表面に酸化膜マスク50を形成する。一例として、半導体基板10の表面全体を酸化して酸化膜を形成した後、プラズマエッチング等により酸化膜をパターニングして酸化膜マスク50を形成する。 FIG. 3B shows the mask forming stage. At the mask forming stage, the oxide film mask 50 is formed on the surface of the semiconductor substrate 10. As an example, after the entire surface of the semiconductor substrate 10 is oxidized to form an oxide film, the oxide film is patterned by plasma etching or the like to form an oxide film mask 50.

図3Cは、不純物注入段階を示す。不純物注入段階では、半導体基板10の表面から所定の不純物を注入する。一例として、まず酸化膜マスク50をマスクとしてボロン等のP型不純物を注入する。P型不純物を熱処理等により拡散させて、第1のボディ領域12−1および第2のボディ領域12−2を形成する。 FIG. 3C shows the impurity injection stage. In the impurity injection step, a predetermined impurity is injected from the surface of the semiconductor substrate 10. As an example, first, a P-type impurity such as boron is injected using the oxide film mask 50 as a mask. The P-type impurities are diffused by heat treatment or the like to form the first body region 12-1 and the second body region 12-2.

不純物注入段階では、酸化膜マスク50の縁に沿って環状にボディ領域12を形成してよい。第1のボディ領域12−1および第2のボディ領域12−2は、環状のボディ領域において、N型領域を挟んで配置された2つの領域を指してよい。これにより、ネック部18も形成される。また、酸化膜マスク50をマスクとして用い、ボディ領域12の一部の領域にヒ素等のN型不純物を注入、拡散させて、ボディ領域12内のソース領域14を形成する。酸化膜マスク50をマスクとして用いることで、ボディ領域12とソース領域14はセルフアラインで形成することができる。ソース領域14も、ボディ領域12と同様に環状に形成してよい。また、後述するゲート電極30も、ボディ領域12と同様に環状に形成してよい。 In the impurity injection step, the body region 12 may be formed in a ring shape along the edge of the oxide film mask 50. The first body region 12-1 and the second body region 12-2 may refer to two regions arranged across an N-shaped region in the annular body region. As a result, the neck portion 18 is also formed. Further, using the oxide film mask 50 as a mask, N-type impurities such as arsenic are injected and diffused into a part of the body region 12 to form the source region 14 in the body region 12. By using the oxide film mask 50 as a mask, the body region 12 and the source region 14 can be formed by self-alignment. The source region 14 may also be formed in a ring shape like the body region 12. Further, the gate electrode 30 described later may also be formed in an annular shape like the body region 12.

図3Dは、絶縁膜形成段階を示す。絶縁膜形成段階では、図3Cに示した酸化膜マスク50を除去した後に、半導体基板10の表面を熱酸化することで、絶縁膜52を形成する。絶縁膜52は、欠陥発生を抑制するために、例えば1000度以下の低温プロセスで形成する。絶縁膜52を形成する温度は、900度以下であってもよい。本例において絶縁膜52を形成する温度は、900度である。絶縁膜52の膜厚は、300Å以上、1200Å以下であってよい。 FIG. 3D shows the insulating film forming stage. In the insulating film forming step, the insulating film 52 is formed by removing the oxide film mask 50 shown in FIG. 3C and then thermally oxidizing the surface of the semiconductor substrate 10. The insulating film 52 is formed by, for example, a low temperature process of 1000 degrees or less in order to suppress the occurrence of defects. The temperature at which the insulating film 52 is formed may be 900 degrees or less. In this example, the temperature at which the insulating film 52 is formed is 900 degrees. The film thickness of the insulating film 52 may be 300 Å or more and 1200 Å or less.

絶縁膜52が形成されるときに、ボディ領域12に含まれる不純物が絶縁膜52に吸い出される。このため、ボディ領域12の形状は、半導体基板10の表面近傍において、ネック部18との境界部分がソース領域14側に巻き込まれた形状になる。ボディ領域12には、半導体基板10を酸化した場合に絶縁膜52に吸い出される種類の不純物を注入する。 When the insulating film 52 is formed, impurities contained in the body region 12 are sucked into the insulating film 52. Therefore, the shape of the body region 12 is such that the boundary portion with the neck portion 18 is caught in the source region 14 side in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate 10. Impurities of the type sucked into the insulating film 52 when the semiconductor substrate 10 is oxidized are injected into the body region 12.

本例において半導体基板10はシリコンであり、ボディ領域12に注入する不純物はボロンである。絶縁膜52を形成した後、絶縁膜52の表面側に導電材料54を成膜する。導電材料54は、例えばポリシリコンである。ただし半導体基板10、不純物、導電材料54の材料は、上記の例に限定されない。 In this example, the semiconductor substrate 10 is silicon, and the impurity injected into the body region 12 is boron. After forming the insulating film 52, the conductive material 54 is formed on the surface side of the insulating film 52. The conductive material 54 is, for example, polysilicon. However, the materials of the semiconductor substrate 10, impurities, and the conductive material 54 are not limited to the above examples.

図3Eは、ゲート電極形成段階を示す。ゲート電極形成段階では、導電材料54をエッチングして、第1の電極30−1および第2の電極30−2を形成する。エッチングは、例えばプラズマエッチングである。 FIG. 3E shows the gate electrode forming stage. In the gate electrode forming step, the conductive material 54 is etched to form the first electrode 30-1 and the second electrode 30-2. The etching is, for example, plasma etching.

それぞれのゲート電極30は、ソース領域14およびネック部18の間のボディ領域12と対向する位置に形成される。ただし、ゲート電極形成段階では、それぞれのゲート電極30のネック部18側の端部36が、半導体基板10の表面におけるボディ領域12のネック部18側の端部よりもソース領域14側となるように、導電材料54をエッチングする。 Each gate electrode 30 is formed at a position facing the body region 12 between the source region 14 and the neck portion 18. However, in the gate electrode forming stage, the end portion 36 on the neck portion 18 side of each gate electrode 30 is located closer to the source region 14 than the end portion on the surface of the semiconductor substrate 10 on the neck portion 18 side of the body region 12. The conductive material 54 is etched.

この段階では、半導体基板10の表面において、ボディ領域12のネック部18側の端部と対向する位置には、ゲート電極30が設けられていない。つまり、ゲート電極30の端部36は、半導体基板10の表面と平行な面内において、ボディ領域12の内側に配置される。 At this stage, the gate electrode 30 is not provided on the surface of the semiconductor substrate 10 at a position facing the end of the body region 12 on the neck portion 18 side. That is, the end portion 36 of the gate electrode 30 is arranged inside the body region 12 in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10.

図3Fは、第1のボディ領域12−1および第2のボディ領域12−2に、半導体基板10の表面における端部38よりも、ネック部18側に突出する突出部32を形成する段階を示す。本例の突出部32を形成する段階は、酸化段階を有する。酸化段階では、ゲート電極30を形成した後に、半導体基板10の表面を更に熱酸化する。酸化段階における酸化温度は、絶縁膜形成段階における酸化温度より低く、例えば900度より低い。本例の酸化段階における酸化温度は、850度である。 FIG. 3F shows a step of forming a protruding portion 32 protruding toward the neck portion 18 from the end portion 38 on the surface of the semiconductor substrate 10 in the first body region 12-1 and the second body region 12-2. show. The step of forming the protrusion 32 of this example has an oxidation step. In the oxidation step, after the gate electrode 30 is formed, the surface of the semiconductor substrate 10 is further thermally oxidized. The oxidation temperature in the oxidation step is lower than the oxidation temperature in the insulating film forming step, for example, lower than 900 degrees. The oxidation temperature in the oxidation step of this example is 850 degrees.

酸化段階により、絶縁膜52の膜厚が増加して、絶縁膜28が形成される。ただし、ゲート電極30で覆われている領域においては、半導体基板10の酸化が進みにくいので、絶縁膜52の膜厚はほとんど増加しない。ゲート電極30で覆われていない領域では、ボディ領域12に含まれる不純物が絶縁膜28に吸収される。 Due to the oxidation step, the film thickness of the insulating film 52 is increased to form the insulating film 28. However, in the region covered by the gate electrode 30, oxidation of the semiconductor substrate 10 does not proceed easily, so that the film thickness of the insulating film 52 hardly increases. In the region not covered by the gate electrode 30, impurities contained in the body region 12 are absorbed by the insulating film 28.

このため、ボディ領域12の半導体基板10の表面における端部38は、ソース領域14側に更に巻き込まれる。つまり、ボディ領域12の端部38の位置は、半導体基板10の表面の酸化が進むにつれて、ソース領域14側に移動する。 Therefore, the end portion 38 on the surface of the semiconductor substrate 10 in the body region 12 is further involved in the source region 14 side. That is, the position of the end 38 of the body region 12 moves toward the source region 14 as the surface of the semiconductor substrate 10 is oxidized.

酸化段階においては、それぞれのボディ領域12の端部38と、それぞれのゲート電極30の端部36とが対向する位置となるまで、それぞれのボディ領域12の不純物を絶縁膜28に吸収させる。ただし、ゲート電極30で覆われている領域では、ボディ領域12に含まれる不純物が絶縁膜28にほとんど吸収されない。ボディ領域12の端部38は、ゲート電極30の端部36と対向する位置まで移動すると、更に酸化を進めても、ソース領域14側には移動しない。 In the oxidation step, the insulating film 28 absorbs impurities in each body region 12 until the end 38 of each body region 12 and the end 36 of each gate electrode 30 face each other. However, in the region covered by the gate electrode 30, impurities contained in the body region 12 are hardly absorbed by the insulating film 28. When the end 38 of the body region 12 moves to a position facing the end 36 of the gate electrode 30, it does not move to the source region 14 side even if oxidation is further advanced.

このため、ゲート電極30の端部36に対して、ボディ領域12の端部38の位置をセルフアラインで揃えることができる。また、それぞれのボディ領域12の端部38の位置を、ゲート電極30の端部36の位置に、同一の工程で精度よく合わせることができる。 Therefore, the position of the end portion 38 of the body region 12 can be self-aligned with respect to the end portion 36 of the gate electrode 30. Further, the position of the end 38 of each body region 12 can be accurately aligned with the position of the end 36 of the gate electrode 30 in the same process.

図3Gは、電極形成段階を示す。電極形成段階では、半導体基板10の表面側に絶縁膜を形成して、所定のパターンにエッチングすることで層間絶縁部27を形成する。層間絶縁部27を形成するとともに、絶縁膜28をエッチングしてソース領域14の一部およびボディ領域12の一部を露出させる。そして、半導体基板10の表面側において、ソース領域14およびボディ領域12に接続されたソース電極26を形成する。また、半導体基板10の裏面側にドレイン電極24を形成する。なお、ドレイン電極24を形成する前に、ベース基板を研磨して所定の厚みにしてもよい。このような方法により、半導体装置100が製造できる。 FIG. 3G shows the electrode formation stage. In the electrode forming stage, an insulating film is formed on the surface side of the semiconductor substrate 10 and etched into a predetermined pattern to form the interlayer insulating portion 27. The interlayer insulating portion 27 is formed, and the insulating film 28 is etched to expose a part of the source region 14 and a part of the body region 12. Then, on the surface side of the semiconductor substrate 10, the source electrode 26 connected to the source region 14 and the body region 12 is formed. Further, the drain electrode 24 is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 10. Before forming the drain electrode 24, the base substrate may be polished to a predetermined thickness. By such a method, the semiconductor device 100 can be manufactured.

本例の製造方法によれば、ゲート電極30をネック部18上に配置しないこと、および、ゲート電極30をボディ領域12のチャネル上に配置することの両方を、精度よく達成することができる。つまり、SEGR耐量の向上と、チャネルの制御性とを両立することができる。更に、ボディ領域12に突出部32が形成されるので、SEGR耐量を更に向上させることができる。 According to the manufacturing method of this example, both that the gate electrode 30 is not arranged on the neck portion 18 and that the gate electrode 30 is arranged on the channel of the body region 12 can be achieved with high accuracy. That is, it is possible to achieve both improvement in SEGR withstand capability and channel controllability. Further, since the protruding portion 32 is formed in the body region 12, the SEGR resistance can be further improved.

また、絶縁膜28を低温プロセスで形成することで、TID耐量を向上させることができる。また、ゲート電極30の下方の絶縁膜28を厚くする必要がないので、TID耐量を向上させることができる。また、ネック部18上に絶縁膜28が設けられるので、ネック部18が、比較的に絶縁性の低い層間絶縁部27に接触することを防ぐことができる。このように、本例の製造方法または半導体装置100によれば、TID耐量およびSEGR耐量の改善を、高いレベルで両立することができる。 Further, by forming the insulating film 28 by a low temperature process, the TID resistance can be improved. Further, since it is not necessary to thicken the insulating film 28 below the gate electrode 30, the TID resistance can be improved. Further, since the insulating film 28 is provided on the neck portion 18, it is possible to prevent the neck portion 18 from coming into contact with the interlayer insulating portion 27 having a relatively low insulating property. As described above, according to the manufacturing method of this example or the semiconductor device 100, it is possible to achieve both improvement of TID withstand capability and SEGR withstand capability at a high level.

図4は、突出部32の長さAを説明する図である。長さAは、半導体基板10の表面と平行な面内において、ボディ領域12の端部38と、突出部32の先端34との距離を指す。長さAは、下記の範囲であることが好ましい。

Figure 0006935638
ただし、Lは第1のゲート電極30−1と、第2のゲート電極30−2との距離、Kは真空の誘電率、εは半導体基板10の比誘電率、qは電子の電荷量、Nはボディ領域12およびネック部18のうちP型の導電型の領域のアクセプタ濃度、Nはボディ領域12およびネック部18のうちN型の導電型の領域のドナー濃度、φbiはボディ領域12およびネック部18の間の空乏層で発生するビルトインポテンシャルを示す。 FIG. 4 is a diagram for explaining the length A of the protruding portion 32. The length A refers to the distance between the end 38 of the body region 12 and the tip 34 of the protrusion 32 in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10. The length A is preferably in the following range.
Figure 0006935638
However, L is the distance between the first gate electrode 30-1 and the second gate electrode 30-2, K is the dielectric constant of the vacuum, ε 0 is the relative permittivity of the semiconductor substrate 10, and q is the amount of electron charge. , donor concentration of N-type conductivity type region of the P-type acceptor concentration of the conductive type region, N D is the body region 12 and a neck portion 18 of the N a body region 12 and a neck portion 18, phi bi is The built-in potential generated in the depletion layer between the body region 12 and the neck portion 18 is shown.

第1のボディ領域12−1からネック部18に広がる空乏層40と、第2のボディ領域12−2からネック部18に広がる空乏層40とが接すると、電流経路がなくなりオン抵抗が増大する。このため、突出部32の長さAは、第1のボディ領域12−1からの空乏層40と、第2のボディ領域12−2からの空乏層40とが接しない範囲であることが好ましい。 When the depletion layer 40 extending from the first body region 12-1 to the neck portion 18 and the depletion layer 40 extending from the second body region 12-2 to the neck portion 18 come into contact with each other, the current path disappears and the on-resistance increases. .. Therefore, the length A of the protruding portion 32 is preferably a range in which the depletion layer 40 from the first body region 12-1 and the depletion layer 40 from the second body region 12-2 do not come into contact with each other. ..

つまり、ネック部18側の空乏層40の幅をWとすると、下式を満たすことが好ましい。

Figure 0006935638
ネック部18がN型の場合、ネック部18側の空乏層幅Wは次式で与えられる。
Figure 0006935638
数2および数3から、数1が得られる。空乏層間に所定の距離を設けるために、長さAの上限は、数1の右辺の半分であってもよい。 That is, assuming that the width of the depletion layer 40 on the neck portion 18 side is W n, it is preferable to satisfy the following equation.
Figure 0006935638
When the neck portion 18 is N-shaped, the depletion layer width W n on the neck portion 18 side is given by the following equation.
Figure 0006935638
From Equation 2 and Equation 3, Equation 1 is obtained. The upper limit of the length A may be half of the right side of Equation 1 in order to provide a predetermined distance between the depletion layers.

また、突出部32の長さは、0.3μm以上、0.5μm以下であってよい。ゲート電極30間の距離Lは、2μm以上、4μm以下であってよい。また、ボディ領域12の先端34間の距離は、1μm以上、3μm以下であってよい。 The length of the protruding portion 32 may be 0.3 μm or more and 0.5 μm or less. The distance L between the gate electrodes 30 may be 2 μm or more and 4 μm or less. The distance between the tips 34 of the body region 12 may be 1 μm or more and 3 μm or less.

図5は、突出部32の形状の一例を示す図である。本例の突出部32は、半導体基板10の表面における端部38と、先端34との間において、半導体基板10の裏面側に凸形状となる窪み部42を有する。本例における窪み部42は、半導体基板10の表面と垂直な断面において、突出部32の接線の半導体基板10の表面に対する傾きが、端部38側から先端34に向けて徐々に減少する領域であってよい。ただし、窪み部42は、突出部32の接線が、半導体基板10の表面とほぼ平行となり、傾きが変化しない部分を含んでもよい。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the shape of the protruding portion 32. The protruding portion 32 of this example has a recessed portion 42 having a convex shape on the back surface side of the semiconductor substrate 10 between the end portion 38 on the front surface of the semiconductor substrate 10 and the tip end 34. The recessed portion 42 in this example is a region in which the inclination of the tangent line of the protruding portion 32 with respect to the surface of the semiconductor substrate 10 gradually decreases from the end portion 38 side toward the tip end 34 in a cross section perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 10. It may be there. However, the recessed portion 42 may include a portion where the tangent line of the protruding portion 32 is substantially parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 and the inclination does not change.

突出部32が窪み部42を有することで、絶縁膜28と、突出部32との間における電流経路を広げることができる。これにより、オン抵抗を低減することができる。 Since the protruding portion 32 has the recessed portion 42, the current path between the insulating film 28 and the protruding portion 32 can be widened. Thereby, the on-resistance can be reduced.

窪み部42は、半導体基板10の深さ方向における深さD1、および、半導体基板の表面と平行な方向における幅W1を有する。窪み部42の一端は、突出部32の端部38であってよい。また、窪み部42の他端は、半導体基板10の表面と垂直な断面において、突出部32の接線の半導体基板10の表面に対する傾きが、端部38側から先端34に向けて徐々に増加し始める領域の境界点44であってよい。 The recessed portion 42 has a depth D1 in the depth direction of the semiconductor substrate 10 and a width W1 in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate. One end of the recessed portion 42 may be the end portion 38 of the protruding portion 32. Further, in the cross section of the other end of the recessed portion 42 perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 10, the inclination of the tangential line of the protruding portion 32 with respect to the surface of the semiconductor substrate 10 gradually increases from the end portion 38 side toward the tip end 34. It may be the boundary point 44 of the starting region.

窪み部42の幅W1は、突出部32の長さAの半分以上であってよい。また、窪み部42の深さD1は、突出部32の先端34の深さD2の半分以上であってよい。窪み部42を大きくすることで、絶縁膜28と、突出部32との間における電流経路を広げることができる。一例として、窪み部42の深さD1は、0.1μm以上、0.5μm以下であり、幅W1は、0.1μm以上、0.5μm以下である。 The width W1 of the recessed portion 42 may be at least half the length A of the protruding portion 32. Further, the depth D1 of the recessed portion 42 may be half or more of the depth D2 of the tip 34 of the protruding portion 32. By enlarging the recessed portion 42, the current path between the insulating film 28 and the protruding portion 32 can be widened. As an example, the depth D1 of the recessed portion 42 is 0.1 μm or more and 0.5 μm or less, and the width W1 is 0.1 μm or more and 0.5 μm or less.

窪み部42の幅W1および深さD1は等しくてよい。等しいとは、厳密に一致していることを意味しない。幅W1および深さD1との比が80%以上、120%以下程度であれば、幅W1および深さD1は等しいとみなしてよい。このような形状により、窪み部42の形状が急峻になることを防ぎ、局所的な電界集中を防ぐことができる。 The width W1 and the depth D1 of the recess 42 may be equal. Equal does not mean that they are exactly the same. If the ratio of the width W1 and the depth D1 is about 80% or more and 120% or less, the width W1 and the depth D1 may be considered to be equal. With such a shape, it is possible to prevent the shape of the recessed portion 42 from becoming steep and prevent local electric field concentration.

窪み部42は、図3Fにおいて説明した酸化工程において形成することができる。上述したように、ゲート電極30で覆われているボディ領域12においては、不純物が絶縁膜28に吸い出されにくく、酸化を進めても、ボディ領域12の端部38の位置は、ゲート電極30の端部36と対向する位置で止まる。ボディ領域12の端部38の位置が、ゲート電極30の端部36と対向する位置となった後に更に酸化を進めると、ボディ領域12の端部38の位置はほとんど移動しないが、ゲート電極30に覆われていないボディ領域12の表面近傍の不純物は絶縁膜28に吸い出される。このため、窪み部42が形成される。 The recessed portion 42 can be formed in the oxidation step described in FIG. 3F. As described above, in the body region 12 covered with the gate electrode 30, impurities are not easily sucked out to the insulating film 28, and even if oxidation is promoted, the position of the end 38 of the body region 12 is the gate electrode 30. It stops at a position facing the end portion 36 of the. When the position of the end 38 of the body region 12 becomes a position facing the end 36 of the gate electrode 30 and then further oxidation is carried out, the position of the end 38 of the body region 12 hardly moves, but the gate electrode 30 Impurities near the surface of the body region 12 not covered with the insulating film 28 are sucked into the insulating film 28. Therefore, the recessed portion 42 is formed.

図6は、図3Eで説明したゲート電極形成段階の他の例を示す図である。上述したように、ゲート電極形成段階では、絶縁膜52の表面側に形成した導電材料54を所定のパターンにエッチングして、第1のゲート電極30−1および第2のゲート電極30−2を形成する。本例では、導電材料54のパターニングにおいて、ネック部18の表面側の領域46における絶縁膜52もエッチングする。絶縁膜52のエッチングは、導電材料54のエッチングと連続して行ってよく、別途行ってもよい。 FIG. 6 is a diagram showing another example of the gate electrode forming stage described with reference to FIG. 3E. As described above, in the gate electrode forming step, the conductive material 54 formed on the surface side of the insulating film 52 is etched into a predetermined pattern to form the first gate electrode 30-1 and the second gate electrode 30-2. Form. In this example, in the patterning of the conductive material 54, the insulating film 52 in the region 46 on the surface side of the neck portion 18 is also etched. The etching of the insulating film 52 may be performed continuously with the etching of the conductive material 54, or may be performed separately.

これにより、ネック部18と対向する領域46の絶縁膜52の厚みT2は、ゲート電極30と対向する領域48の絶縁膜52の厚みT1よりも小さくなる。この状態で、図3Fに示した酸化段階を行う。領域46の絶縁膜52を薄くすることで、酸化段階における領域46の絶縁膜52の初期成長速度を向上させることができる。このため、不純物を効率よく吸い出して、突出部32および窪み部42を形成することができる。 As a result, the thickness T2 of the insulating film 52 in the region 46 facing the neck portion 18 becomes smaller than the thickness T1 of the insulating film 52 in the region 48 facing the gate electrode 30. In this state, the oxidation step shown in FIG. 3F is performed. By thinning the insulating film 52 in the region 46, the initial growth rate of the insulating film 52 in the region 46 at the oxidation stage can be improved. Therefore, impurities can be efficiently sucked out to form the protruding portion 32 and the recessed portion 42.

また、絶縁膜52を薄くすることで、より低温のプロセスでも不純物を効率よく吸い出すことができる。このため、絶縁膜52に欠陥が生じることを抑制して、TID耐量を向上させることができる。 Further, by thinning the insulating film 52, impurities can be efficiently sucked out even in a process at a lower temperature. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of defects in the insulating film 52 and improve the TID resistance.

領域46の絶縁膜52の厚みT2は、領域48の絶縁膜52の厚みT1の半分以下であってよい。これにより、領域46の絶縁膜52の成長速度を更に向上させることができる。厚みT2は、厚みT1の半分以上であってもよい。 The thickness T2 of the insulating film 52 in the region 46 may be half or less of the thickness T1 of the insulating film 52 in the region 48. Thereby, the growth rate of the insulating film 52 in the region 46 can be further improved. The thickness T2 may be half or more of the thickness T1.

図7は、半導体装置100における絶縁膜28の形状の一例を示す図である。本例の絶縁膜28は、ネック部18と対向する領域46における厚みが、ゲート電極30と対向する領域48における厚みと異なる。上述した製造方法の例では、ゲート電極30を形成した後に、更に半導体基板10を酸化するので、ゲート電極30に覆われている領域と、ゲート電極30に覆われていない領域とで、絶縁膜28の厚みは必ずしも一致しない。 FIG. 7 is a diagram showing an example of the shape of the insulating film 28 in the semiconductor device 100. In the insulating film 28 of this example, the thickness in the region 46 facing the neck portion 18 is different from the thickness in the region 48 facing the gate electrode 30. In the above-mentioned example of the manufacturing method, since the semiconductor substrate 10 is further oxidized after the gate electrode 30 is formed, the insulating film is formed between the region covered by the gate electrode 30 and the region not covered by the gate electrode 30. The thicknesses of 28 do not always match.

図7に示すように、絶縁膜28は、ネック部18と対向する領域46における厚みが、ゲート電極30と対向する領域48における厚みより小さくてよい。図6に説明したように、酸化段階の前に領域46における絶縁膜28をエッチングした場合、このような絶縁膜28の形状になり得る。 As shown in FIG. 7, the thickness of the insulating film 28 in the region 46 facing the neck portion 18 may be smaller than the thickness in the region 48 facing the gate electrode 30. As described in FIG. 6, when the insulating film 28 in the region 46 is etched before the oxidation step, the shape of the insulating film 28 can be obtained.

また、絶縁膜28は、ネック部18と対向する領域46における厚みが、ゲート電極30と対向する領域48における厚みより大きくてもよい。酸化段階の前に領域46における絶縁膜28をエッチングしない場合、このような絶縁膜28の形状になり得る。また、酸化段階の前に領域46における絶縁膜28をエッチングした場合であっても、酸化段階において絶縁膜28の膜厚を十分増加させることで、このような絶縁膜28の形状になり得る。この場合、ゲート電極30と対向する絶縁膜28を薄くして、TID耐量を向上させつつ、ネック部18と対向する絶縁膜28については厚くすることができる。 Further, the thickness of the insulating film 28 in the region 46 facing the neck portion 18 may be larger than the thickness in the region 48 facing the gate electrode 30. If the insulating film 28 in the region 46 is not etched before the oxidation step, the shape of the insulating film 28 can be obtained. Further, even when the insulating film 28 in the region 46 is etched before the oxidation step, the shape of the insulating film 28 can be obtained by sufficiently increasing the film thickness of the insulating film 28 in the oxidation step. In this case, the insulating film 28 facing the gate electrode 30 can be thinned to improve the TID resistance, and the insulating film 28 facing the neck portion 18 can be made thicker.

図8は、半導体装置100の他の構成例を示す図である。本例の半導体装置100は、図1に示した半導体装置100の構成に比べて、ボディ領域12の形状が異なる。他の構造は、図1に示した半導体装置100と同一であってよい。 FIG. 8 is a diagram showing another configuration example of the semiconductor device 100. In the semiconductor device 100 of this example, the shape of the body region 12 is different from the configuration of the semiconductor device 100 shown in FIG. Other structures may be the same as the semiconductor device 100 shown in FIG.

本例のボディ領域12は、裏面側の端部が中間領域20まで達している。つまり、ボディ領域12およびドリフト領域16により、スーパージャンクション構造を形成する。スーパージャンクション構造により、半導体装置100の耐圧が向上する。図1から図7において説明した構造は、スーパージャンクション構造の半導体装置100にも適用することができる。なお、突出部32は、ドリフト領域16の内部を延伸して中間領域20まで達する部分よりも、ネック部18の方向に突出して形成される。 In the body region 12 of this example, the end portion on the back surface side reaches the intermediate region 20. That is, the body region 12 and the drift region 16 form a super junction structure. The withstand voltage of the semiconductor device 100 is improved by the super junction structure. The structures described in FIGS. 1 to 7 can also be applied to the semiconductor device 100 having a super junction structure. The protruding portion 32 is formed so as to protrude in the direction of the neck portion 18 from the portion extending inside the drift region 16 to reach the intermediate region 20.

図9は、突出部32を形成する工程の他の例を示す図である。本例において図3Aから図3Eまでの工程は同一である。本例では、図3Fに示した酸化工程に代えて、カウンタ不純物注入段階を有する。 FIG. 9 is a diagram showing another example of the step of forming the protrusion 32. In this example, the steps from FIG. 3A to FIG. 3E are the same. In this example, the counter impurity injection step is provided instead of the oxidation step shown in FIG. 3F.

カウンタ不純物注入段階では、第1のゲート電極30−1および第2電極30−2をマスクとして、ネック部18に第1の導電型のカウンタ不純物を注入する。第1の導電型は、ボディ領域12の導電型とは逆の導電型である。つまり、ボディ領域12にN型の不純物が既に注入されている場合、カウンタ不純物はボディ領域12をP型不純物である。カウンタ不純物は、ボディ領域12の一部を第1の導電型にできる程度のドーズ量で注入される。 In the counter impurity injection step, the first conductive type counter impurity is injected into the neck portion 18 using the first gate electrode 30-1 and the second electrode 30-2 as masks. The first conductive type is a conductive type opposite to the conductive type of the body region 12. That is, when N-type impurities have already been injected into the body region 12, the counter impurities are P-type impurities in the body region 12. The counter impurity is injected in an amount sufficient to form a part of the body region 12 into the first conductive type.

一例として、半導体装置100がシリコンのNチャネルMOSトランジスタの場合、カウンタ不純物は砒素イオンまたはリンイオンであってよい。一例としてカウンタ不純物のドーズ量は、5×1013/cm程度である。 As an example, when the semiconductor device 100 is a silicon N-channel MOS transistor, the counter impurity may be arsenic ion or phosphorus ion. As an example, the dose amount of counter impurities is about 5 × 10 13 / cm 2.

また、半導体装置100がシリコンのPチャネルMOSトランジスタの場合、カウンタ不純物はボロンイオンであってよい。一例としてカウンタ不純物のドーズ量は、1×1014/cm程度である。 Further, when the semiconductor device 100 is a silicon P-channel MOS transistor, the counter impurity may be boron ions. As an example, the dose amount of counter impurities is about 1 × 10 14 / cm 2.

カウンタ不純物注入段階においては、カウンタ不純物を注入する前にレジスト60を半導体基板10の表面に形成してよい。レジスト60は、ネック部18以外の半導体基板10の表面を覆う。ただしネック部18側におけるゲート電極30の一部は、レジスト60に覆われていなくともよい。これにより、レジスト60の形成時にレジスト60の位置ずれが生じても、レジスト60がネック部18を覆ってしまうことを抑制できる。 In the counter impurity injection step, the resist 60 may be formed on the surface of the semiconductor substrate 10 before the counter impurities are injected. The resist 60 covers the surface of the semiconductor substrate 10 other than the neck portion 18. However, a part of the gate electrode 30 on the neck portion 18 side does not have to be covered with the resist 60. As a result, even if the resist 60 is displaced during the formation of the resist 60, it is possible to prevent the resist 60 from covering the neck portion 18.

突出部32を形成する工程は、カウンタ不純物をネック部18に注入した後、半導体基板10をアニールするアニール段階を更に有する。これにより、ネック部18に注入したカウンタ不純物を活性化させる。活性化したカウンタ不純物により、ゲート電極30に覆われていないボディ領域12の上部が第1の導電型に変化する。 The step of forming the protrusion 32 further includes an annealing step of injecting counter impurities into the neck portion 18 and then annealing the semiconductor substrate 10. This activates the counter impurities injected into the neck portion 18. Due to the activated counter impurities, the upper part of the body region 12 not covered by the gate electrode 30 is changed to the first conductive type.

アニール段階におけるアニール温度は、図3Dに示した絶縁膜形成段階における酸化温度より低く、例えば900度より低い。本例の酸化段階における酸化温度は、850度である。なお、カウンタ不純物を活性化させるべく、一例としてアニール段階におけるアニール温度の下限は700度である。これにより、絶縁膜28の劣化を防ぎつつ、カウンタ不純物を活性化させて突出部32を形成できる。 The annealing temperature in the annealing step is lower than the oxidation temperature in the insulating film forming step shown in FIG. 3D, for example, lower than 900 degrees. The oxidation temperature in the oxidation step of this example is 850 degrees. As an example, the lower limit of the annealing temperature in the annealing step is 700 degrees in order to activate the counter impurities. As a result, the protrusion 32 can be formed by activating the counter impurities while preventing the insulating film 28 from deteriorating.

このような工程により、図1から図8において説明した突出部32を形成することができる。本例におけるボディ領域12の形状は、例えば図5に示したボディ領域12と同様である。ただし、突出部32の端部38は、カウンタ不純物の拡散長に応じて、ゲート電極30の端部よりもソース領域14側に設けられてもよい。 By such a step, the protruding portion 32 described in FIGS. 1 to 8 can be formed. The shape of the body region 12 in this example is the same as that of the body region 12 shown in FIG. 5, for example. However, the end 38 of the protrusion 32 may be provided on the source region 14 side of the end of the gate electrode 30 depending on the diffusion length of the counter impurities.

なお、半導体装置100がシリコンのPチャネルMOSトランジスタの場合、図3Fに示した酸化工程では、ボディ領域12の不純物を吸い出すことが困難な場合も考えられる。これに対して本例の製造方法によれば、半導体装置100がシリコンのPチャネルMOSトランジスタの場合であっても、ボディ領域12に突出部32を容易に形成することができる。 When the semiconductor device 100 is a silicon P-channel MOS transistor, it may be difficult to suck out impurities in the body region 12 in the oxidation step shown in FIG. 3F. On the other hand, according to the manufacturing method of this example, even when the semiconductor device 100 is a silicon P-channel MOS transistor, the protruding portion 32 can be easily formed in the body region 12.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that such modified or improved forms may also be included in the technical scope of the present invention.

なお、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した方法における各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうる。 It should be noted that the scope of claims, the specification, and the execution order of each process in the method shown in the drawings are not specified as "before", "prior to", etc. It can be achieved in any order unless the output is used in later processing.

10・・・半導体基板、12・・・ボディ領域、14・・・ソース領域、16・・・ドリフト領域、18・・・ネック部、20・・・中間領域、22・・・ドレイン領域、24・・・ドレイン電極、26・・・ソース電極、27・・・層間絶縁部、28・・・絶縁膜、30・・・ゲート電極、32・・・突出部、34・・・先端、36・・・端部、38・・・端部、40・・・空乏層、42・・・窪み部、44・・・境界点、46・・・領域、48・・・領域、50・・・酸化膜マスク、52・・・絶縁膜、54・・・導電材料、60・・・レジスト、100・・・半導体装置 10 ... Semiconductor substrate, 12 ... Body region, 14 ... Source region, 16 ... Drift region, 18 ... Neck part, 20 ... Intermediate region, 22 ... Drain region, 24 ... drain electrode, 26 ... source electrode, 27 ... interlayer insulating part, 28 ... insulating film, 30 ... gate electrode, 32 ... protruding part, 34 ... tip, 36 ... .. end, 38 ... end, 40 ... depletion layer, 42 ... depression, 44 ... boundary point, 46 ... region, 48 ... region, 50 ... oxidation Film mask, 52 ... Insulating film, 54 ... Conductive material, 60 ... Resist, 100 ... Semiconductor device

Claims (1)

第1の導電型の半導体基板と、
第2の導電型を有し、前記半導体基板の表面側に設けられた第1のボディ領域および第2のボディ領域と、
前記第1のボディ領域および前記第2のボディ領域の間に設けられた、前記第1の導電型のネック部と、
前記第1の導電型を有し、前記第1のボディ領域内に形成された第1のソース領域、および、前記第2のボディ領域内に形成された第2のソース領域と、
前記第1のソース領域および前記ネック部との間の前記第1のボディ領域と対向し、端部が前記第1のボディ領域の前記半導体基板の表面における端部と対向する位置に設けられた第1のゲート電極、ならびに、前記第2のソース領域および前記ネック部との間の前記第2のボディ領域と対向し、端部が前記第2のボディ領域の前記半導体基板の表面における端部と対向する位置に設けられた第2のゲート電極と、
前記第1のゲート電極と前記半導体基板の間、前記第2のゲート電極と前記半導体基板の間、および、前記ネック部の表面側において連続して設けられた絶縁膜と、
前記ネック部の表面側の前記絶縁膜、前記第1のゲート電極および前記第2のゲート電極を覆う層間絶縁膜と、
前記第1のソース領域および前記第2のソース領域、ならびに、前記第1のボディ領域および前記第2のボディ領域に接続され、且つ、前記ネック部の表面側の前記層間絶縁膜を覆うソース電極と
を備え、
前記層間絶縁膜は、前記ソース電極を、前記第1のゲート電極および前記第2のゲート電極から絶縁し、
前記第1のゲート電極および前記第2のゲート電極の間における前記ソース電極の底面は、前記第1のゲート電極の上面および前記第2のゲート電極の上面のいずれよりも上方に配置されており、
前記絶縁膜は熱酸化膜であり、
前記層間絶縁膜が前記ネック部において前記絶縁膜と接している
半導体装置。
The first conductive semiconductor substrate and
A first body region and a second body region having a second conductive type and provided on the surface side of the semiconductor substrate,
The first conductive type neck portion provided between the first body region and the second body region, and
A first source region having the first conductive type and formed in the first body region, and a second source region formed in the second body region.
The first body region between the first source region and the neck portion is provided at a position facing the first body region, and the end portion is provided at a position facing the end portion of the first body region on the surface of the semiconductor substrate. The end of the second body region on the surface of the semiconductor substrate, which faces the first gate electrode and the second body region between the second source region and the neck. A second gate electrode provided at a position facing the
An insulating film continuously provided between the first gate electrode and the semiconductor substrate, between the second gate electrode and the semiconductor substrate, and on the surface side of the neck portion.
The insulating film on the surface side of the neck portion, the interlayer insulating film covering the first gate electrode and the second gate electrode, and the interlayer insulating film.
A source electrode connected to the first source region and the second source region, and the first body region and the second body region, and covers the interlayer insulating film on the surface side of the neck portion. With and
The interlayer insulating film insulates the source electrode from the first gate electrode and the second gate electrode.
The bottom surface of the source electrode between the first gate electrode and the second gate electrode is arranged above both the upper surface of the first gate electrode and the upper surface of the second gate electrode. ,
The insulating film is a thermal oxide film.
A semiconductor device in which the interlayer insulating film is in contact with the insulating film at the neck portion.
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