JP7040162B2 - Semiconductor devices and their manufacturing methods - Google Patents
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Description
本発明は、半導体基板の面内方向で高電圧が印加されて動作する半導体装置の構造、製造方法に関する。 The present invention relates to a structure and a manufacturing method of a semiconductor device that operates by applying a high voltage in the in-plane direction of a semiconductor substrate.
パワー半導体素子の1種であるパワーMOSFETにおいては、オン時において半導体基板の厚さ方向に電流(大電流)を流す縦型の素子と半導体基板の面内方向に電流を流す横型の素子が知られている。このうち、横型の素子の1種であるLDMOS(Laterally Diffused MOSFET)は、高周波特性が優れているため、特に好ましく用いられる。 In power MOSFETs, which are a type of power semiconductor device, vertical elements that flow current (large current) in the thickness direction of the semiconductor substrate and horizontal elements that flow current in the in-plane direction of the semiconductor substrate when turned on are known. Has been done. Of these, LDMOS (Laterally Diffused MOSFET), which is one of the horizontal elements, is particularly preferably used because it has excellent high frequency characteristics.
一般的なLDMOSの構造は、例えば特許文献1に記載されている。このLDMOS(半導体装置200)の断面図を図5に示す。ここでは、その表面付近の構造のみが記載されている。ここでは、n型層81が設けられた半導体基板80が用いられ、その表面の一部に島状のベース領域となるp型層82が形成される。p型層82の中には、ソース電極91と接続される高不純物濃度のp+層83、高不純物濃度のn+層84が形成される。半導体基板80の上側には、表面に露出したn+層84とn型層81を含む領域において、薄いゲート酸化膜90を介してゲート電極92が設けられる。半導体基板80の表面においてゲート電極92から離間した箇所に、高不純物濃度のn+層85を介してドレイン電極93が接続される。n型層81のキャリア濃度はp型層82よりも十分に低いため、ソース電極91の電位(ソース電位)が接地電位、ドレイン電極93の電位(ドレイン電位)が正の高電位である場合にn型層81とp型層82の界面から広がる空乏層は、主にn型層81側で広がる。
A general LDMOS structure is described in, for example,
この半導体装置200においては、オン時(ゲート電極92にオンとなる電圧が印加された場合)には、n+層84からゲート電極92直下に形成されたチャネルを介してn型層81に電流が流れ、更にn型層81中を水平方向に電流が流れることによって、ソース電極91とドレイン電極93間に電流が流れる。
In this
一方、オフ時においては、n+層84とn型層81の間で電流は流れず、n型層81には空乏層が広がり、接地電位とされたソース電極91、接地電位に近い低電位とされたゲート電極92と、高電位とされたドレイン電極93との間の電位差は大きいため、空乏層内部の最大電界強度は高くなる。すなわち、n型層91には、オン時においてはその面内方向(図5における左右方向)で電流が流れ、オフ時においては電流は流れずに空乏層が形成され、空乏層内部の電界強度が高くなる。
On the other hand, when off, no current flows between the n + layer 84 and the n-
この最大電界強度が降伏電界強度を超えると、本来はオフであるにも関わらずソース電極91とドレイン電極93間に電流が流れるため、この半導体装置200の耐圧は、最大電界強度が降伏電界強度となる際のドレイン電圧となる。この最大電界強度を低下させて耐圧を高めるためには、図5におけるn+層85とp型層82等との間の間隔を広くすることが好ましい。一方、これらの層の間は前記のようにオン時における電流の経路となるため、オン時の抵抗を小さくし大電流を流せるようにするためには、これらの間の間隔は狭いことが好ましい。こうした点を考慮し、オン時の抵抗を減少させた上で耐圧を確保するために、p型層82とn+層85との間に厚い酸化膜(フィールド酸化膜94)が設けられている。また、フィールド酸化膜94とゲート電極92とが重複する領域を設けることによって、この最大電界強度を低下させることもできる。
When this maximum electric field strength exceeds the breakdown electric field strength, a current flows between the
上記のフィールド酸化膜94はゲート酸化膜90よりも大幅に厚く形成される。一方、前記のように耐圧を確保するためには、図5におけるその横方向の長さは長くなるため、フィールド酸化膜94は厚く長くなり、こうした形状が実現できるような形成方法でフィールド酸化膜94は形成される。こうした形成方法としては、同様に厚い酸化膜が用いられるCMOS集積回路の素子分離用の酸化膜を形成する際にも用いられているような、シリコン窒化膜をマスクとして用いることにより局所的にSi表面を酸化させるLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法がある。なお、図においては単純化して示されているが、実際にはLOCOS法によるフィールド酸化膜94の厚さは一様ではなく、かつn型層81の表面よりも上側に突出した形状となる。
The
一方、上記のようなLDMOSは、CMOS集積回路と同一の半導体基板に形成された混載デバイスとして用いられる場合も多い。この場合には、CMOS集積回路における素子分離用の酸化膜とLDMOSにおける上記のフィールド酸化膜94を同時に形成することができるため、製造工程を単純化でき、これにより混載デバイスの低コスト化を図ることができる。
On the other hand, the LDMOS as described above is often used as a mixed mounting device formed on the same semiconductor substrate as the CMOS integrated circuit. In this case, since the oxide film for element separation in the CMOS integrated circuit and the above-mentioned
近年のCMOS集積回路の高性能化のための微細化に伴い、その素子分離用のための酸化膜も微細化が進行し、その幅は微細化している。これに伴い、この素子分離用の酸化膜も、上記のようなLOCOS法によるものではなく、STI(Shallow Trench Isolation)となっている。STIにおいては、素子分離用酸化膜の形状に対応した微細な溝を半導体基板の表面に形成した後に全面に酸化膜を形成してこの溝を埋め込み、表面の酸化膜を除去することによってこの溝中にのみ残存した酸化膜(埋め込み絶縁層)が素子分離用酸化膜とされる。一方、LOCOS法によって同様の形状、寸法の素子分離用酸化膜を形成することは困難であった。 With the recent miniaturization of CMOS integrated circuits for higher performance, the oxide film for device separation has also been miniaturized, and its width has been miniaturized. Along with this, the oxide film for separating the elements is not based on the LOCOS method as described above, but is STI (Shallow Trench Isolation). In STI, after forming a fine groove corresponding to the shape of the oxide film for element separation on the surface of the semiconductor substrate, an oxide film is formed on the entire surface, this groove is embedded, and this groove is removed by removing the oxide film on the surface. The oxide film (embedded insulating layer) remaining only inside is used as an oxide film for element separation. On the other hand, it has been difficult to form an oxide film for element separation having the same shape and dimensions by the LOCOS method.
前記の通り、図5の半導体装置200とCMOS集積回路の混載デバイスを製造する際には、上記のフィールド酸化膜94と素子分離用酸化膜を同時に形成することが好ましい。ここで、前記のようにCMOS集積回路における素子分離用酸化膜の幅は微細化しているのに対し、LDMOSの耐圧を確保するためにフィールド酸化膜94の幅は広くされることには変わりがない。このため、フィールド酸化膜94の幅と素子分離用酸化膜の幅の乖離が大きくなった。
As described above, when manufacturing the mixed mounting device of the
ここで、前記のようなSTIを形成するための製造工程は、STIの寸法に応じて最適化された条件で行われる。このため、STIよりも大幅に広い幅をもつフィールド酸化膜94をSTIと同時に形成することは困難であった。すなわち、フィールド酸化膜94と素子分離用酸化膜を同一工程で形成することは困難であった。このため、幅の狭い埋め込み絶縁層を用いて高い耐圧が得られる構造が望まれた。
Here, the manufacturing process for forming the STI as described above is performed under the conditions optimized according to the dimensions of the STI. Therefore, it was difficult to form the
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an invention for solving the above problems.
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、表面側において面内方向で電位差が発生し電流が前記面内方向を流れるように半導体素子が形成された半導体基板が用いられる半導体装置であって、第1の導電型をもち内部において前記電流が前記面内方向を流れる第1の半導体層が前記半導体基板の表面側に設けられ、前記第1の半導体層において、前記第1の半導体層を貫通せずに表面側から前記第1の半導体層が掘下げられた溝が、前記電位差が発生する方向に沿って複数形成され、前記電位差が発生する方向に沿って、前記溝の幅は3~10μmの範囲、前記溝の間隔は0.3~0.8μmの範囲とされ、前記溝が絶縁層で埋め込まれ、隣接する前記溝の間の前記表面において、前記第1の導電型と逆の第2の導電型をもつ表面導電層が形成されたことを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記第1の半導体層の表面に前記第1の導電型と逆の第2の導電型をもつ第2の半導体層が局所的に形成され、かつ前記第1の半導体層の表面における前記第2の半導体層と離間した箇所に主電極が接続され、平面視において、前記複数の溝は、前記主電極と前記第2の半導体層の間に形成されたことを特徴とする。
本発明の半導体装置において、前記半導体素子はMOSFETであり、前記主電極は前記MOSFETにおけるドレイン電極とされたことを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記表面導電層に電極が接続されたことを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法であって、前記第1の半導体層に前記溝を形成する溝形成工程と、前記溝を埋め込むように前記半導体基板の前記
表面に前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記溝の内部以外における前記表面の前記絶縁層を除去する絶縁層除去工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記絶縁層形成工程において、初めに熱酸化を行うことによって熱酸化膜を前記溝の内面に形成した後に、CVD法によって前記絶縁層を形成することを特徴とする。
The present invention has the following configurations in order to solve the above problems.
The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device using a semiconductor substrate in which a semiconductor element is formed so that a potential difference is generated in the in-plane direction on the surface side and a current flows in the in-plane direction, and the first conductive type. A first semiconductor layer in which the current flows in the in-plane direction is provided on the surface side of the semiconductor substrate, and in the first semiconductor layer, the surface side without penetrating the first semiconductor layer. A plurality of grooves from which the first semiconductor layer is dug are formed along the direction in which the potential difference is generated, and the width of the groove is in the range of 3 to 10 μm along the direction in which the potential difference is generated. The spacing between the two is in the range of 0.3 to 0.8 μm, the grooves are embedded in an insulating layer, and a second conductive type opposite to the first conductive type is formed on the surface between the adjacent grooves. It is characterized in that a surface conductive layer having a surface conductive layer is formed.
In the semiconductor device of the present invention, a second semiconductor layer having a second conductive type opposite to the first conductive type is locally formed on the surface of the first semiconductor layer, and the first semiconductor is formed. The main electrode is connected to a position on the surface of the layer separated from the second semiconductor layer, and the plurality of grooves are formed between the main electrode and the second semiconductor layer in a plan view. And.
In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor element is a MOSFET, and the main electrode is a drain electrode in the MOSFET.
The semiconductor device of the present invention is characterized in that an electrode is connected to the surface conductive layer.
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is the method for manufacturing the semiconductor device, which is a groove forming step for forming the groove in the first semiconductor layer and a groove forming step on the surface of the semiconductor substrate so as to embed the groove. It is characterized by comprising an insulating layer forming step for forming the insulating layer and an insulating layer removing step for removing the insulating layer on the surface other than the inside of the groove.
The semiconductor device of the present invention is characterized in that, in the insulating layer forming step, a thermal oxide film is first formed on the inner surface of the groove by thermal oxidation, and then the insulating layer is formed by a CVD method.
本発明は以上のように構成されているので、幅の狭い埋め込み絶縁層を用いて高い耐圧を得ることができる。 Since the present invention is configured as described above, a high withstand voltage can be obtained by using an embedded insulating layer having a narrow width.
以下、本発明の実施の形態となる半導体装置について説明する。この半導体装置の動作時においては、半導体基板の面内方向において高い電位差が発生する、あるいは面内方向において大電流が流れる。具体的には、この半導体装置1は、ソース電極とドレイン電極との間の電流のオン・オフがゲート電極の電位で制御されるMOSFETであり、特に、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極の全てが半導体基板の表面側に設けられたLDMOSである。
Hereinafter, the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described. During operation of this semiconductor device, a high potential difference is generated in the in-plane direction of the semiconductor substrate, or a large current flows in the in-plane direction. Specifically, this
図1は、この半導体装置1の構造を示す断面図である。この半導体装置1においては、Siで構成された半導体基板10が用いられてLDMOSが構成され、図1においては、このLDMOSに対応する部分が示されている。実際にはこの部分以外の領域で、CMOS集積回路もこの半導体基板10に形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the
半導体基板10の表面側には、エピタキシャル成長によって低濃度のn型であるn型層(第1の半導体層)11が設けられている。実際にはn型層11よりも下側に他の層が設けられているが、他の層は本願発明とは無関係であるため、ここではその記載は省略されている。n型層11は、前記の半導体装置200におけるn型層81と同様である。すなわち、n型層11には、オン時においてはその面内方向(図1における左右方向)で電流が流れ、オフ時においては電流は流れずに空乏層が形成され、空乏層内部の電界強度が高くなる。
An n-type layer (first semiconductor layer) 11 having a low concentration of n-type is provided on the surface side of the
また、p型層(ベース領域:第2の半導体層)12、p+層13、n+層14、15、ゲート酸化膜20、ソース電極(主電極)21、ゲート電極22、ドレイン電極(主電極)23についても、前記の半導体装置200におけるp型層82、p+層83、n+層84、85、ゲート酸化膜90、ソース電極91、ゲート電極92、ドレイン電極93とそれぞれ同様である。すなわち、これらの構成要素により、同様にLDMOSが形成される。
Further, the p-type layer (base region: second semiconductor layer) 12, p + layer 13, n + layers 14, 15,
ただし、ここでは、前記の幅の広いフィールド酸化膜94に代わり、幅の狭い埋め込み酸化層(埋め込み絶縁層)25が紙面と垂直な方向に延伸して複数列(図においては3列)設けられる。埋め込み酸化層25は、n型層11を貫通しない深さに形成された溝が絶縁層であるSiO2で埋め込まれて形成される。また、隣接する埋め込み酸化層25の間における半導体基板10の表面には、p+層(表面導電層)16が形成される。
However, here, instead of the wide
図1において、3つの埋め込み酸化層25と隣接する埋め込み酸化層25に挟まれたp+層16が水平方向に配列した領域が図5におけるフィールド酸化膜94に対応し、後述するように、これによって、オフ時におけるソース電極21、ドレイン電極23間の耐圧を高めることができる。一方、各埋め込み酸化層25の幅は、前記のフィールド酸化膜94よりも大幅に小さく設定することができる。具体的には、埋め込み酸化層25の幅は3~10μm程度、その間隔(p+層16の幅)は0.3~0.8μm程度とされる。このため、同時に形成されるCMOS集積回路のSTIと埋め込み酸化層25を同時に形成することができる。
In FIG. 1, the region in which the p + layers 16 sandwiched between the three embedded oxide layers 25 and the adjacent embedded oxide layers 25 are arranged in the horizontal direction corresponds to the
次に、この半導体装置1において高い耐圧が得られる点について説明する。まず、比較のために、図5の半導体装置200において、オフ時にドレイン電極93の電圧(ドレイン電圧Vd)を3段階に上昇させた場合におけるn型層91中の電界強度Eの分布を模式的に図2に示す。ここでは、ドレイン電圧Vdは、このグラフにおけるEの積分値に対応し、Vdの印加によって発生する電界がn型層91中でこのように生成されることが示されている。
Next, the point that a high withstand voltage can be obtained in this
図2においては、電界Eは最上部に示された半導体装置200の構造における横方向の位置xにおけるものとして1次元分布の計算値として示され、電界強度Eの分布における横軸xは、最上部に示された半導体装置200中の位置に対応する。ここでは、水平方向におけるソース側のpn接合(p型層92とn型層91との間の界面付近からドレイン側端部(n+層85側)までの間の電界強度Eの分布が示されており、電界強度Eが零でない箇所は、空乏層となっている箇所である。また、ここで示された電界強度Eの分布のグラフ(a)(b)(c)においては、下側に向かうに従いVdが大きくされている。
In FIG. 2, the electric field E is shown as a calculated value of the one-dimensional distribution as the one at the lateral position x in the structure of the
前記の通り、Vdを増大させるに従って空乏層の幅が特にn型層91側(pn接合の右側)で広がり、電界強度Eはpn接合界面で最大値をとる。この際、電界強度分布は、Vdに比例した相似形で変化し、n型層91中における電界強度Eの変化率dE/dx(傾き)は、x、Vdによらず一定である。このため、理想的には、pn接合界面の電界強度Eが降伏電界強度(Siの場合には3×105V/cm程度)となった場合のVdがこの半導体装置200の耐圧となる。
As described above, as Vd is increased, the width of the depletion layer widens especially on the n-
一方、図3においては、図2と同様に、上記の半導体装置1においてVdを徐々に上昇させた場合の電界強度Eの分布を算出した結果を示す。ここでは、Vdの上昇に伴い空乏層が広がるという点は図2の場合と同様であるが、電界強度Eの分布形状は、p+層16の影響を大きく受ける。まず、最もVdが小さく空乏層が最も左側のp+層16まで達しない(a)の場合には、前記の図2(a)と同様の分布となる。
On the other hand, FIG. 3 shows the result of calculating the distribution of the electric field strength E when Vd is gradually increased in the above-mentioned
次に、これよりもVdが大きくなったために空乏層が広がり、空乏層が左側のp+層16を超えて形成された場合が(b)である。ここで、図において左側のp+層16の左端の位置がA、右端の位置がBとされる。空乏層がp+層16に達した場合には、p+層16から空乏層中に多数の正孔が注入されるために(あるいはp+層16側に形成される負イオンの影響により)、xがAよりも大きな部分で電界強度Eが大きく低下する。このため、電界強度Eは、(b)に示されたように、Aで大きく低下する。一方、この場合のVdが例えば図2(b)の場合と同じであるとすると、Vdはこのグラフにおける電界強度Eの積分値となるため、xがAよりも小さな(図3においてAよりも左側の)領域の電界強度Eは、Aよりも右側における電界強度Eの減少分だけ大きくなる。あるいは、、前記のようにp+層16から注入された正孔は、xがAよりも右側の領域で電界強度Eを低下させるように作用しAよりも左側の領域では電界強度Eを増大させるように作用する。このため、図2の場合には、dE/dxはn型層91中で一定であったのに対して、図3(b)においては、xがAよりも大きな点でEが大きく減少する(|dE/dx|が大きくなる)ことによって、xがAよりも小さな点における|dE/dx|が小さくなる。
Next, (b) is a case where the depletion layer spreads because Vd becomes larger than this, and the depletion layer is formed beyond the p + layer 16 on the left side. Here, in the figure, the position of the left end of the left p + layer 16 is A, and the position of the right end is B. When the depletion layer reaches the p + layer 16, a large number of holes are injected from the p + layer 16 into the depletion layer (or due to the influence of negative ions formed on the p + layer 16 side). , The electric field strength E is greatly reduced in the portion where x is larger than A. Therefore, the electric field strength E greatly decreases at A as shown in (b). On the other hand, assuming that Vd in this case is the same as in FIG. 2B, for example, x is smaller than A because Vd is the integrated value of the electric field strength E in this graph (more than A in FIG. 3). The electric field strength E in the region (on the left side) becomes larger by the decrease of the electric field strength E on the right side than A. Alternatively, the holes injected from the p + layer 16 as described above act so that x lowers the electric field strength E in the region on the right side of A and increases the electric field strength E in the region on the left side of A. It acts to make you. Therefore, in the case of FIG. 2, dE / dx was constant in the n-
図3の(b)よりも更にVdを大きくして空乏層が右側のp+層16(左端の位置がC,右端の位置がD)を超えた場合が(c)である。この場合においては、Aよりも左側の領域における状況は(b)と変わりがないため、Bよりも右側の領域が(b)の場合となる。このため、(c)においては、Cよりも右側で電界強度Eが大きく減少し、かつCよりも左側の電界強度Eは大きくなる。その後、図3の(c)よりも更にVdを大きくした場合が(d)である。 (C) is a case where the depletion layer exceeds p + layer 16 (the position at the left end is C and the position at the right end is D) on the right side by further increasing Vd than (b) in FIG. In this case, the situation in the region on the left side of A is the same as in (b), so that the region on the right side of B is (b). Therefore, in (c), the electric field strength E on the right side of C is greatly reduced, and the electric field strength E on the left side of C is large. After that, (d) is a case where Vd is further increased as compared with (c) in FIG.
図2の場合には、電界強度Eは単一ピークの分布をとりその最大値はpn接合界面で得られたのに対し、図3(d)の場合には、電界強度Eはpn接合界面以外の箇所で最大値となる場合がある。また、Vdは図2、3における電界強度Eの分布の積分値となるため、|dE/dx|が小さな領域(電界強度Eが高く維持された領域)が広く設けられた図3の場合には、Vdが同等であれば、図2の場合よりも電界強度の最大値を低くすることができる。すなわち、p+層を図1のように設けることにより、|dE/dx|を小さくすることができ、Vdが大きな場合でも、従来の半導体装置200よりも最大電界強度をより低くすることができ、耐圧を高めることができる。
In the case of FIG. 2, the electric field strength E has a single peak distribution and its maximum value is obtained at the pn junction interface, whereas in the case of FIG. 3 (d), the electric field strength E is the pn junction interface. It may be the maximum value in places other than. Further, since Vd is an integral value of the distribution of the electric field strength E in FIGS. 2 and 3, in the case of FIG. 3 in which a region where | dE / dx | is small (a region where the electric field strength E is maintained high) is widely provided. Can lower the maximum value of the electric field strength as compared with the case of FIG. 2 if Vd is equivalent. That is, by providing the p + layer as shown in FIG. 1, | dE / dx | can be made small, and even when Vd is large, the maximum electric field strength can be made lower than that of the
Vdが大きくされ空乏層が最も広がり最も電界強度が高くなる図3(d)の場合における電界強度Eの分布の形状は、埋め込み酸化層25の数、埋め込み酸化層25、p+層16の幅、p+層16の不純物濃度の設定によって調整することができる。このため、埋め込み酸化層25、p+層16の幅は、全てにおいて同一である必要はない。この場合、これらの幅が、図1における横方向で一方の側から他方の側に向かうに従って徐々に変化するような設定とすることができる。p+層16の不純物濃度についても同様である。
The shape of the distribution of the electric field strength E in the case of FIG. 3 (d) where Vd is increased and the depletion layer is the widest and the electric field strength is the highest is the number of the embedded oxide layers 25, the width of the embedded
また、複数存在するp+層16に適宜電極を接続することによって、各p+層16の電位を調整することもでき、これによっても図3(d)の場合における電界強度Eの分布を調整し、これによって最大電界強度を低下させることができる。すなわち、こうした構成によって、更に耐圧を高めることができる。 Further, the potential of each p + layer 16 can be adjusted by appropriately connecting electrodes to a plurality of existing p + layers 16, which also adjusts the distribution of the electric field strength E in the case of FIG. 3D. However, this can reduce the maximum electric field strength. That is, with such a configuration, the withstand voltage can be further increased.
次に、上記の半導体装置1を製造する製造方法について説明する。ここで、上記の埋め込み酸化層25周辺の構造以外の構造は、従来より知られる半導体装置200と変わるところがないため、埋め込み酸化層25周辺の構造を形成する工程のみについて説明する。図4は、この製造方法を示す工程断面図である。
Next, a manufacturing method for manufacturing the above-mentioned
まず、図4(a)に示されるように、平坦な半導体基板10(n型層11)の表面の一部に、イオン注入等によって、p+層16を形成する。p+層16としては、図1の状態のように分断されている必要はなく、この時点では図1の状態のp+層16が連結された状態となるように広く形成することができる。 First, as shown in FIG. 4A, the p + layer 16 is formed on a part of the surface of the flat semiconductor substrate 10 (n-type layer 11) by ion implantation or the like. The p + layer 16 does not need to be divided as in the state of FIG. 1, and at this point, the p + layer 16 in the state of FIG. 1 can be widely formed so as to be in a connected state.
次に、図4(b)に示されるように、図1における埋め込み酸化層25の形状に対応した、n型層11を貫通しない深さの溝Tをドライエッチングによってn型層11に形成する(溝形成工程)。その後、熱酸化を行い、図4(c)に示されるようにSiO2で構成された熱酸化膜31を全面に薄く形成する。熱酸化膜31は溝Tの内面を含めたn型層11の表面に一様に形成されるが、その厚さは数百nm以下であり溝Tの幅、深さと比べて十分に薄いため、この時点の表面の形状は、図4(c)に示されるように、図4(b)の熱酸化前の形状とほぼ同様となり、溝Tの形状が反映されている。
Next, as shown in FIG. 4B, a groove T having a depth not penetrating the n-
その後、図4(d)に示されるように、例えばTEOS(テトラエトキシシラン)を原料に用いたCVD法によってSiO2で構成されたCVD酸化膜32を厚く形成し、溝Tを埋め込んだ形態とすることができる(絶縁層形成工程)。その後、露出したSiO2表面をCMP(化学機械研磨)等の手法により除去して平坦化することにより、図4(e)に示されるように、溝T内にのみCVD酸化膜32、熱酸化膜31を残存させ、この残存した部分を埋め込み酸化層25とすることができる(絶縁層除去工程)。なお、ゲート電極22が形成される部分において熱酸化膜31を残存させ、これを図1におけるゲート酸化膜20としてもよい。
After that, as shown in FIG. 4D, for example, a
図4に示された埋め込み酸化層25を形成するための製造工程は、通常のCMOS集積回路における素子分離用のSTIを形成するための製造工程と同様である。この際、例えば図4(b)~(e)に示された工程においては、溝Tの幅(埋め込み酸化層25の幅)に応じた最適化がなされる。上記の半導体装置1においては、埋め込み酸化層25の幅と上記のSTIの幅を同等とすることができるため、図1に示されたLDMOSとCMOS集積回路を混載した半導体装置を製造する際に、上記の製造工程を共通に用いることができる。このため、上記の半導体装置1を安価に製造することができる。
The manufacturing process for forming the embedded
また、上記の例では、内部が高電界となり主電極の一方(ドレイン電極23)が接続された第1の半導体層(n型層11)がn型(第1の導電型)であり、その表面に局所的に形成され主電極の他方(ソース電極91)が接続された第2の半導体層(p型層12)がp型(第2の導電型)であるものとした。しかしながら、第1の半導体層と第2の半導体層の導電型を逆転させ、表面導電層(p+層16)の導電型を逆転させても、同様の効果を奏することは明らかである。 Further, in the above example, the first semiconductor layer (n-type layer 11) to which one of the main electrodes (drain electrode 23) is connected is an n-type (first conductive type) due to a high electric field inside. It is assumed that the second semiconductor layer (p-type layer 12) locally formed on the surface and to which the other of the main electrodes (source electrode 91) is connected is p-type (second conductive type). However, it is clear that the same effect can be obtained by reversing the conductive type of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and reversing the conductive type of the surface conductive layer (p + layer 16).
なお、上記の半導体装置1はLDMOSであったが、半導体基板の面内方向に高い電位差が発生し、面内方向で電流が流されて動作する半導体装置であれば、前記のフィールド酸化膜94と同様の絶縁層が耐圧を確保するために用いられている場合が多い。上記の構成は、こうした場合において、このような絶縁層の構造を置換することができ、これによって同様の効果が得られることが明らかである。すなわち、上記の構成は、LDMOSに限定されない。
Although the above-mentioned
1、200 半導体装置
10、80 半導体基板
11、81 n型層(第1の半導体層)
12、82 p型層(第2の半導体層)
13、83 p+層
14、15、84、85 n+層
16 p+層(表面導電層)
20、90 ゲート酸化膜
21、91 ソース電極(主電極)
22、92 ゲート電極
23、93 ドレイン電極(主電極)
25 埋め込み酸化層((埋め込み絶縁層))
31 熱酸化膜
32 CVD酸化膜
94 フィールド酸化膜
T 溝
1,200
12, 82 p-type layer (second semiconductor layer)
13,83 p + layer 14, 15, 84, 85 n + layer 16 p + layer (surface conductive layer)
20, 90
22, 92
25 Embedded oxide layer ((embedded insulating layer))
31
Claims (6)
第1の導電型をもち内部において前記電流が前記面内方向を流れる第1の半導体層が前記半導体基板の表面側に設けられ、
前記第1の半導体層において、
前記第1の半導体層を貫通せずに表面側から前記第1の半導体層が掘下げられた溝が、前記電位差が発生する方向に沿って複数形成され、
前記電位差が発生する方向に沿って、前記溝の幅は3~10μmの範囲、前記溝の間隔は0.3~0.8μmの範囲とされ、
前記溝が絶縁層で埋め込まれ、
隣接する前記溝の間の前記表面において、前記第1の導電型と逆の第2の導電型をもつ表面導電層が形成されたことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device using a semiconductor substrate in which a semiconductor element is formed so that a potential difference is generated in the in-plane direction on the surface side and a current flows in the in-plane direction.
A first semiconductor layer having a first conductive type and having the current flowing in the in-plane direction is provided on the surface side of the semiconductor substrate.
In the first semiconductor layer,
A plurality of grooves in which the first semiconductor layer is dug from the surface side without penetrating the first semiconductor layer are formed along the direction in which the potential difference is generated.
The width of the groove is in the range of 3 to 10 μm, and the distance between the grooves is in the range of 0.3 to 0.8 μm along the direction in which the potential difference is generated.
The groove is embedded with an insulating layer,
A semiconductor device characterized in that a surface conductive layer having a second conductive type opposite to the first conductive type is formed on the surface between adjacent grooves.
平面視において、前記複数の溝は、前記主電極と前記第2の半導体層の間に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 A second semiconductor layer having a second conductive type opposite to the first conductive type is locally formed on the surface of the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer is formed on the surface of the first semiconductor layer. The main electrode is connected to a location separated from the semiconductor layer of
The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of grooves are formed between the main electrode and the second semiconductor layer in a plan view.
前記第1の半導体層に前記溝を形成する溝形成工程と、
前記溝を埋め込むように前記半導体基板の前記表面に前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記溝の内部以外における前記表面の前記絶縁層を除去する絶縁層除去工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4.
A groove forming step of forming the groove in the first semiconductor layer,
An insulating layer forming step of forming the insulating layer on the surface of the semiconductor substrate so as to embed the groove.
An insulating layer removing step for removing the insulating layer on the surface other than the inside of the groove,
A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises the above.
初めに熱酸化を行うことによって熱酸化膜を前記溝の内面に形成した後に、CVD法によって前記絶縁層を形成することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 In the insulating layer forming step,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein a thermal oxide film is first formed on the inner surface of the groove by thermal oxidation, and then the insulating layer is formed by a CVD method.
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