JP7284202B2 - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device .

従来、IGBT等の半導体装置において、トレンチゲート構造が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1 特開平08-255902号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, a trench gate structure is known in semiconductor devices such as IGBTs (see, for example, Patent Document 1).
Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-255902

半導体装置は、製造効率が劣化しないことが好ましい。 It is preferable that the manufacturing efficiency of the semiconductor device does not deteriorate.

本発明の第1の態様に係る第1導電型の半導体基板のおもて面側に形成された第2導電型の第1半導体領域と、第1半導体領域よりもおもて面側の一部に選択的に形成された第1導電型の第2半導体領域と、を備える半導体装置の製造方法は、複数のトレンチを形成する工程を含んでよい。トレンチは、半導体基板のおもて面側において予め定められた延伸方向に延びてよい。半導体装置の製造方法は、導電部を形成する工程を含んでよい。導電部は、複数のトレンチの内部に充填されてよい。半導体装置の製造方法は、層間絶縁膜を形成する工程を含んでよい。層間絶縁膜は、半導体基板のおもて面を所定のパターンで覆ってよい。半導体装置の製造方法は、第1電極を形成する工程を含んでよい。第1電極は、トレンチに挟まれたメサ領域において、層間絶縁膜から露出する露出領域を介して半導体基板に接続してよい。半導体装置延伸方向と垂直な断面において、第1トレンチ部が形成されてよい。第1トレンチ部は、半導体基板の表面から導電部の表面の最も深い部分までが所定距離である。半導体装置延伸方向と垂直な断面において、第2トレンチ部が形成されてよい。第2トレンチ部は、半導体基板の表面から導電部の表面の最も深い部分までが所定距離よりも長くてよい。第1トレンチ部および第2トレンチ部は、それぞれのトレンチが、第1半導体領域の下方まで至ると共に、トレンチの側壁の傾斜よりもメサ領域の中央側に傾斜した肩部を上端に有してよい。第2半導体領域は、少なくとも肩部を含んだ範囲に不純物を注入して形成されてよい。第1電極は、エミッタ電極を含んでよい。第1電極は、エミッタ電極と、半導体基板とエミッタ電極との間に配置されるプラグ部と、を含んでよい。半導体装置は、第2導電型の第2コンタクト領域を備えてよい。第2コンタクト領域は、第1半導体領域よりも不純物濃度が高くてよい。第2コンタクト領域は、プラグ部の下方に配置されてよい。プラグ部の下端は、第2半導体領域の下端よりも深い位置に設けられていてよい。半導体装置は、第1導電型の蓄積領域を備えてよい。蓄積領域は、第1半導体領域の下方に配置されてよい。蓄積領域は、半導体基板よりも不純物濃度が高くてよい。 According to the first aspect of the present invention , a second conductivity type first semiconductor region formed on the front surface side of a first conductivity type semiconductor substrate; A second semiconductor region of the first conductivity type selectively formed in part of the semiconductor device may include forming a plurality of trenches. The trench may extend in a predetermined extending direction on the front surface side of the semiconductor substrate. The method of manufacturing a semiconductor device may include the step of forming a conductive portion. The conductive portion may be filled inside the plurality of trenches. The method of manufacturing a semiconductor device may include the step of forming an interlayer insulating film. The interlayer insulating film may cover the front surface of the semiconductor substrate in a predetermined pattern. The method of manufacturing a semiconductor device may include the step of forming a first electrode. The first electrode may be connected to the semiconductor substrate through an exposed region exposed from the interlayer insulating film in the mesa region sandwiched between the trenches. A first trench portion may be formed in a cross section perpendicular to the extending direction of the semiconductor device. The first trench part has a predetermined distance from the surface of the semiconductor substrate to the deepest part of the surface of the conductive part. A second trench portion may be formed in a cross section perpendicular to the extending direction of the semiconductor device. In the second trench portion, the distance from the surface of the semiconductor substrate to the deepest portion of the surface of the conductive portion may be longer than a predetermined distance. Each of the first trench portion and the second trench portion may extend below the first semiconductor region and have a shoulder portion at the upper end that is inclined toward the center of the mesa region from the inclination of the side wall of the trench. . The second semiconductor region may be formed by implanting an impurity into a range including at least the shoulder. The first electrode may include an emitter electrode. The first electrode may include an emitter electrode and a plug portion arranged between the semiconductor substrate and the emitter electrode. The semiconductor device may comprise a second contact region of the second conductivity type. The second contact region may have a higher impurity concentration than the first semiconductor region. The second contact region may be arranged below the plug portion. The lower end of the plug portion may be provided at a position deeper than the lower end of the second semiconductor region. The semiconductor device may comprise an accumulation region of first conductivity type. The accumulation region may be arranged below the first semiconductor region. The accumulation region may be more heavily doped than the semiconductor substrate.

本発明の第2の態様に係る、第1導電型の半導体基板のおもて面側に形成された第2導電型の第1半導体領域と、第1半導体領域よりもおもて面側の一部に選択的に形成された第1導電型の第2半導体領域と、第1半導体領域よりも不純物濃度が高い第2導電型の第1コンタクト領域と、を備える半導体装置の製造方法は、複数のトレンチを形成する工程を含んでよい。トレンチは、半導体基板のおもて面側において予め定められた延伸方向に延びてよい。半導体装置の製造方法は、導電部を形成する工程を含んでよい。導電部は、複数のトレンチの内部に充填されてよい。半導体装置の製造方法は、層間絶縁膜を形成する工程を含んでよい。層間絶縁膜は、半導体基板のおもて面を所定のパターンで覆ってよい。半導体装置の製造方法は、第1電極を形成する工程を含んでよい。第1電極は、トレンチに挟まれたメサ領域において、層間絶縁膜から露出する露出領域を介して半導体基板に接続してよい。半導体装置の延伸方向と垂直な断面において、第1トレンチ部が形成されてよい。第1トレンチ部は、半導体基板の表面から導電部の表面の最も深い部分までが所定距離である。半導体装置の延伸方向と垂直な断面において、第2トレンチ部が形成されてよい。第2トレンチ部は、半導体基板の表面から導電部の表面の最も深い部分までが所定距離よりも長くてよい。第1トレンチ部および第2トレンチ部は、それぞれのトレンチが、第1半導体領域の下方まで至ると共に、トレンチの側壁の傾斜よりもメサ領域の中央側に傾斜した肩部を上端に有してよい。第1コンタクト領域は、半導体基板のおもて面側から、少なくとも肩部を含んだ範囲に不純物を注入して形成されてよい。 According to a second aspect of the present invention, a first semiconductor region of the second conductivity type formed on the front surface side of a semiconductor substrate of the first conductivity type; A method of manufacturing a semiconductor device comprising a second semiconductor region of a first conductivity type selectively formed in part and a first contact region of the second conductivity type having a higher impurity concentration than the first semiconductor region, comprising: Forming a plurality of trenches may be included. The trench may extend in a predetermined extending direction on the front surface side of the semiconductor substrate. The method of manufacturing a semiconductor device may include the step of forming a conductive portion. The conductive portion may be filled inside the plurality of trenches. The method of manufacturing a semiconductor device may include the step of forming an interlayer insulating film. The interlayer insulating film may cover the front surface of the semiconductor substrate in a predetermined pattern. The method of manufacturing a semiconductor device may include the step of forming a first electrode. The first electrode may be connected to the semiconductor substrate through an exposed region exposed from the interlayer insulating film in the mesa region sandwiched between the trenches. A first trench portion may be formed in a cross section perpendicular to the extending direction of the semiconductor device. The first trench part has a predetermined distance from the surface of the semiconductor substrate to the deepest part of the surface of the conductive part. A second trench portion may be formed in a cross section perpendicular to the extending direction of the semiconductor device. In the second trench portion, the distance from the surface of the semiconductor substrate to the deepest portion of the surface of the conductive portion may be longer than a predetermined distance. Each of the first trench portion and the second trench portion may extend below the first semiconductor region and have a shoulder portion at the upper end that is inclined toward the center of the mesa region from the inclination of the side wall of the trench. . The first contact region may be formed by implanting an impurity into a range including at least the shoulder portion from the front surface side of the semiconductor substrate.

第1半導体領域は、ベース領域であってよい。第2半導体領域は、エミッタ領域であってよい。 The first semiconductor region may be a base region. The second semiconductor region may be the emitter region.

エミッタ領域は、トレンチと隣接する側が相対的に長くなっていてよい。エミッタ領域は、延伸方向と垂直な断面において、第1トレンチ部と第2トレンチ部との間に挟まれたメサ領域に配置されているが、第1トレンチ部側と第2トレンチ部側とで対称に配置されていなくてよい。エミッタ領域は、第1トレンチ部側と第2トレンチ部側とで深さが異なっていてよい。 The emitter region may be relatively long on the side adjacent to the trench. The emitter region is arranged in the mesa region sandwiched between the first trench portion and the second trench portion in a cross section perpendicular to the extending direction, and the emitter region is arranged on the first trench portion side and the second trench portion side. They do not have to be arranged symmetrically. The emitter region may have different depths on the first trench side and the second trench side.

第1トレンチ部または第2トレンチ部は、延伸方向と垂直な断面において、導電部の表面の最も深い部分がトレンチの中央に配置されていてよい。第1トレンチ部または第2トレンチ部は、延伸方向と垂直な断面において、導電部の表面の側壁の側が半導体基板のおもて面に相対的に近くてよい。延伸方向と垂直な断面は、第2半導体領域を通る断面であってよい。 In the first trench part or the second trench part, the deepest part of the surface of the conductive part may be arranged at the center of the trench in a cross section perpendicular to the extending direction. In the first trench portion or the second trench portion, the sidewall side of the surface of the conductive portion may be relatively close to the front surface of the semiconductor substrate in a cross section perpendicular to the extending direction. The cross section perpendicular to the extending direction may be a cross section passing through the second semiconductor region.

導電部は、ポリシリコンであってよい。半導体装置は、絶縁膜を備えてよい。絶縁膜は、トレンチの内壁を覆ってよい。絶縁膜は、半導体基板と導電部との絶縁を確保してよい。導電部は、一部がゲート電極に接続されており、その他の少なくとも一部がエミッタ電極に接続されていてよい。肩部は、側壁よりも半導体基板の深さ方向に対する平均傾きが大きくてよい。肩部は、少なくとも一部において直線形状を含んでよい。 The conductive portion may be polysilicon. The semiconductor device may include an insulating film. The insulating film may cover the inner walls of the trench. The insulating film may ensure insulation between the semiconductor substrate and the conductive portion. A portion of the conductive portion may be connected to the gate electrode and at least a portion of the other portion may be connected to the emitter electrode. The shoulder may have a larger average inclination with respect to the depth direction of the semiconductor substrate than the sidewall. The shoulder may include a straight shape at least in part.

肩部は、半導体基板の深さ方向の長さD1が、延伸方向と垂直な方向の幅W1よりも大きくてよい。肩部の幅W1は、導電部の上端と対向する位置におけるトレンチの幅の1/2以下、1/20以上であってよい。肩部の幅W1は、導電部の上端と対向する位置におけるトレンチの幅の1/4以下であってよい。肩部の幅W1は、導電部の上端と対向する位置におけるトレンチの幅の1/10以上であってよい。 The shoulder may have a length D1 in the depth direction of the semiconductor substrate greater than a width W1 in the direction perpendicular to the extending direction. The width W1 of the shoulder portion may be 1/2 or less and 1/20 or more of the width of the trench at the position facing the upper end of the conductive portion. The width W1 of the shoulder may be 1/4 or less of the width of the trench at the position facing the upper end of the conductive portion. The width W1 of the shoulder portion may be 1/10 or more of the width of the trench at the position facing the upper end of the conductive portion.

肩部の少なくとも一部は、半導体基板の深さ方向に対する角度が20度以上であってよい。 At least part of the shoulder may have an angle of 20 degrees or more with respect to the depth direction of the semiconductor substrate.

第1トレンチ部および第2トレンチ部は、それぞれの導電部の上端が、半導体基板の表面よりも深い位置に配置されていてよい。 The first trench portion and the second trench portion may be arranged such that the upper end of each conductive portion is deeper than the surface of the semiconductor substrate.

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。 It should be noted that the above summary of the invention does not list all the features of the invention. Subcombinations of these feature groups can also be inventions.

第1の実施形態に係る半導体装置100の表面の一部を示す図である。1 is a diagram showing part of the surface of a semiconductor device 100 according to a first embodiment; FIG. 図1におけるA-A'断面を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a cross section taken along line AA' in FIG. 1; 半導体装置100のうち、ゲートトレンチ部40およびエミッタ領域12の製造工程の一部を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a part of a manufacturing process of a gate trench portion 40 and an emitter region 12 in the semiconductor device 100; ゲートトレンチ部40の形状を説明する図である。4A and 4B are diagrams illustrating the shape of a gate trench portion 40; FIG. エミッタ領域12およびゲート導電部44の形状を説明する図である。4A and 4B are diagrams illustrating shapes of an emitter region 12 and a gate conductive portion 44; FIG. 肩部33の形状の変形例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a modification of the shape of the shoulder portion 33; 肩部33の形状の変形例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a modification of the shape of the shoulder portion 33; 図1におけるB-B'断面を示す図である。FIG. 2 is a view showing a BB′ cross section in FIG. 1; ゲートトレンチ41、ゲート導電部44、エミッタ領域12およびコンタクト領域15の斜視図である。4 is a perspective view of a gate trench 41, a gate conductive portion 44, an emitter region 12 and a contact region 15; FIG. 図8におけるC-C'断面を示す図である。FIG. 9 is a view showing a CC' cross section in FIG. 8; 図8におけるD-D'断面を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a DD′ cross section in FIG. 8; ゲート導電部44の製造工程の一例を示す図である。4A and 4B are diagrams showing an example of a manufacturing process of the gate conductive portion 44; FIG. 第2の実施形態に係る半導体装置100の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the semiconductor device 100 which concerns on 2nd Embodiment. 肩部33を形成する工程の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a process of forming a shoulder portion 33; 第3の実施形態に係る半導体装置100の表面の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of surface of the semiconductor device 100 which concerns on 3rd Embodiment. 図13におけるC-C'断面を示す図である。FIG. 14 is a view showing a CC′ cross section in FIG. 13;

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 invention according to the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential for the solution of the invention.

図1は、第1の実施形態に係る半導体装置100の表面の一部を示す図である。本例の半導体装置100は、半導体基板の表面において所定の延伸方向に延伸する複数のゲートトレンチ部40を備える。複数のゲートトレンチ部40は、延伸方向と直交する配列方向に沿って所定の間隔で配列される。ゲートトレンチ部40は、例えばIGBT等のパワー半導体素子のゲートとして機能する。 FIG. 1 is a diagram showing part of the surface of a semiconductor device 100 according to the first embodiment. A semiconductor device 100 of this example includes a plurality of gate trench portions 40 extending in a predetermined extending direction on the surface of a semiconductor substrate. The plurality of gate trench portions 40 are arranged at predetermined intervals along the arrangement direction orthogonal to the extending direction. The gate trench portion 40 functions as a gate of a power semiconductor element such as an IGBT.

半導体基板の表面において、それぞれのゲートトレンチ部40に挟まれる領域には、P-型のベース領域14が形成される。ベース領域14の表面には、P+型のコンタクト領域15が形成される。また、コンタクト領域15の表面の一部に、N+型のエミッタ領域12が選択的に形成される。エミッタ領域12は第1領域の一例である。コンタクト領域15は第2領域の一例である。ベース領域14は第3領域の一例である。また、各領域は、本明細書で説明する導電型とは逆の導電型を有していてもよい。 A P− type base region 14 is formed in a region sandwiched between the gate trench portions 40 on the surface of the semiconductor substrate. A P+ type contact region 15 is formed on the surface of the base region 14 . Also, an N + -type emitter region 12 is selectively formed on part of the surface of the contact region 15 . Emitter region 12 is an example of a first region. Contact region 15 is an example of a second region. Base region 14 is an example of a third region. Also, each region may have a conductivity type opposite to that described herein.

本例においてコンタクト領域15およびエミッタ領域12のそれぞれは、隣接する一方のゲートトレンチ部40から、他方のゲートトレンチ部40まで形成される。コンタクト領域15およびエミッタ領域12は、各ゲートトレンチ部40に挟まれる領域において、ゲートトレンチ部40の延伸方向に沿って交互に露出するように形成される。 In this example, each of the contact region 15 and the emitter region 12 is formed from one adjacent gate trench portion 40 to the other gate trench portion 40 . The contact regions 15 and the emitter regions 12 are formed so as to be alternately exposed along the extending direction of the gate trench portions 40 in the regions sandwiched between the gate trench portions 40 .

また、エミッタ領域12がそれぞれのゲートトレンチ部40の両側に延伸方向に沿って形成され、エミッタ領域12に挟まれる領域にコンタクト領域15が形成されてもよい。なお、半導体装置100の表面には、層間絶縁膜およびエミッタ電極等が形成されるが、図1においては省略している。 Alternatively, the emitter regions 12 may be formed on both sides of each gate trench portion 40 along the extension direction, and the contact regions 15 may be formed in regions sandwiched between the emitter regions 12 . Although an interlayer insulating film, an emitter electrode, and the like are formed on the surface of the semiconductor device 100, they are omitted in FIG.

図2は、図1におけるA-A'断面を示す図である。A-A'断面は、半導体装置100の表面と垂直であり、且つ、ゲートトレンチ部40の延伸方向と垂直な断面である。半導体装置100は、当該断面において、半導体基板10、層間絶縁膜26、エミッタ電極52およびコレクタ電極24を有する。 FIG. 2 is a diagram showing a cross section taken along line AA' in FIG. The AA′ cross section is a cross section perpendicular to the surface of the semiconductor device 100 and perpendicular to the extending direction of the gate trench portion 40 . The semiconductor device 100 has a semiconductor substrate 10, an interlayer insulating film 26, an emitter electrode 52 and a collector electrode 24 in the cross section.

層間絶縁膜26は、半導体基板10の表面において所定のパターンで形成される。層間絶縁膜26は、ゲートトレンチ部40の開口部分を覆い、且つ、ゲートトレンチ部40に挟まれるメサ領域の少なくとも一部を露出させる。層間絶縁膜26は、例えばPSG膜またはBPSG膜である。エミッタ電極52は、層間絶縁膜26の上側に形成される。エミッタ電極52は、層間絶縁膜26で覆われていない半導体基板10の表面に接続する。 The interlayer insulating film 26 is formed in a predetermined pattern on the surface of the semiconductor substrate 10 . The interlayer insulating film 26 covers the opening of the gate trench portion 40 and exposes at least a portion of the mesa region sandwiched between the gate trench portions 40 . The interlayer insulating film 26 is, for example, a PSG film or a BPSG film. Emitter electrode 52 is formed above interlayer insulating film 26 . Emitter electrode 52 is connected to the surface of semiconductor substrate 10 not covered with interlayer insulating film 26 .

コレクタ電極24は、半導体基板10の裏面に形成される。エミッタ電極52およびコレクタ電極24は、金属等の導電材料で形成される。また本明細書において、基板、層、領域等の各部材のエミッタ電極52側の面を表面または上面、コレクタ電極24側の面を裏面または底部と称する。また、エミッタ電極52とコレクタ電極24とを結ぶ方向を深さ方向と称する。また、コレクタ電極24からエミッタ電極52に向かう方向を上、エミッタ電極52からコレクタ電極24に向かう方向を下とする。 A collector electrode 24 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 10 . Emitter electrode 52 and collector electrode 24 are made of a conductive material such as metal. In this specification, the emitter electrode 52 side surface of each member such as a substrate, layer, and region is referred to as a top surface or top surface, and the collector electrode 24 side surface is referred to as a back surface or bottom. A direction connecting the emitter electrode 52 and the collector electrode 24 is called a depth direction. The direction from the collector electrode 24 to the emitter electrode 52 is defined as the top, and the direction from the emitter electrode 52 to the collector electrode 24 is defined as the bottom.

半導体基板10は、シリコン基板であってよく、炭化シリコン基板、窒化物半導体基板等であってもよい。半導体基板10の表面側には、P-型のベース領域14が形成される。また、N+型のエミッタ領域12が、ベース領域14の表面側における一部の領域に選択的に形成される。 The semiconductor substrate 10 may be a silicon substrate, a silicon carbide substrate, a nitride semiconductor substrate, or the like. A P− type base region 14 is formed on the surface side of the semiconductor substrate 10 . An N + -type emitter region 12 is selectively formed in a part of the surface side of the base region 14 .

また、半導体基板10は、N-型のドリフト領域18、N-型のバッファ領域20、および、P+型のコレクタ領域22を更に有する。ドリフト領域18は、ベース領域14の裏面側に形成される。 The semiconductor substrate 10 also has an N− type drift region 18 , an N− type buffer region 20 and a P+ type collector region 22 . Drift region 18 is formed on the back side of base region 14 .

バッファ領域20は、ドリフト領域18の裏面側に形成される。バッファ領域20の不純物濃度は、ドリフト領域18の不純物濃度よりも高い。バッファ領域20は、ベース領域14の裏面側から広がる空乏層が、コレクタ領域22に到達することを防ぐフィールドストップ層として機能してよい。コレクタ領域22は、バッファ領域20の裏面側に形成される。また、コレクタ領域22の裏面にはコレクタ電極24が設けられる。 Buffer region 20 is formed on the rear surface side of drift region 18 . The impurity concentration of the buffer region 20 is higher than that of the drift region 18 . Buffer region 20 may function as a field stop layer that prevents a depletion layer extending from the back side of base region 14 from reaching collector region 22 . Collector region 22 is formed on the back side of buffer region 20 . A collector electrode 24 is provided on the back surface of the collector region 22 .

半導体基板10の表面側には、1以上のゲートトレンチ部40が形成される。各ゲートトレンチ部40は、半導体基板10の表面から、ベース領域14を貫通して、ドリフト領域18に到達する。本断面におけるゲートトレンチ部40は、半導体基板10の表面から、エミッタ領域12およびベース領域14を貫通して、ドリフト領域18に到達する。 One or more gate trench portions 40 are formed on the surface side of the semiconductor substrate 10 . Each gate trench portion 40 extends from the surface of the semiconductor substrate 10 through the base region 14 to reach the drift region 18 . The gate trench portion 40 in this cross section extends from the surface of the semiconductor substrate 10 through the emitter region 12 and the base region 14 to reach the drift region 18 .

ゲートトレンチ部40は、半導体基板10の表面側に形成されたゲートトレンチ41、絶縁膜42およびゲート導電部44を有する。絶縁膜42は、ゲートトレンチ41の内壁を覆って形成される。絶縁膜42は、ゲートトレンチ41の内壁の半導体を酸化または窒化して形成してよい。ゲート導電部44は、ゲートトレンチ41の内部において絶縁膜42よりも内側に形成される。つまり絶縁膜42は、ゲート導電部44と半導体基板10とを絶縁する。ゲート導電部44は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。 The gate trench portion 40 has a gate trench 41 , an insulating film 42 and a gate conductive portion 44 formed on the surface side of the semiconductor substrate 10 . Insulating film 42 is formed to cover the inner wall of gate trench 41 . The insulating film 42 may be formed by oxidizing or nitriding the semiconductor on the inner wall of the gate trench 41 . The gate conductive portion 44 is formed inside the insulating film 42 inside the gate trench 41 . That is, the insulating film 42 insulates the gate conductive portion 44 and the semiconductor substrate 10 from each other. The gate conductive portion 44 is formed of a conductive material such as polysilicon.

ゲート導電部44の上端45は、半導体基板10の表面よりも深い位置に設けられる。つまり、ゲート導電部44の上端45は、ゲートトレンチ41の内部に落ち込んでいる。ゲート導電部44の上端45とは、ゲート導電部44のうち、最も上側にある端部を指す。 An upper end 45 of the gate conductive portion 44 is provided at a position deeper than the surface of the semiconductor substrate 10 . That is, the upper end 45 of the gate conductive portion 44 is depressed inside the gate trench 41 . The upper end 45 of the gate conductive portion 44 refers to the uppermost end of the gate conductive portion 44 .

ゲートトレンチ41の内部においてゲート導電部44および絶縁膜42が設けられていない領域には、層間絶縁膜26が形成される。これにより、ゲート導電部44は、エミッタ電極52と絶縁される。ただし、ゲートトレンチ部40は、半導体装置100において金属のゲート電極の下側まで延伸して設けられる。ゲート電極の下側の層間絶縁膜26には、ゲート導電部44とゲート電極とを電気的に接続するコンタクトホールが形成される。 An interlayer insulating film 26 is formed in a region inside gate trench 41 where gate conductive portion 44 and insulating film 42 are not provided. Thereby, the gate conductive portion 44 is insulated from the emitter electrode 52 . However, the gate trench portion 40 is provided extending to the lower side of the metal gate electrode in the semiconductor device 100 . A contact hole for electrically connecting the gate conductive portion 44 and the gate electrode is formed in the interlayer insulating film 26 under the gate electrode.

ゲート導電部44は、少なくとも隣接するベース領域14と対向する領域を含む。ゲート導電部44に所定の電圧が印加されると、ベース領域14のうちゲートトレンチ41に接する界面の表層にチャネルが形成される。 Gate conductive portion 44 includes at least a region facing adjacent base region 14 . When a predetermined voltage is applied to the gate conductive portion 44 , a channel is formed in the surface layer of the interface contacting the gate trench 41 in the base region 14 .

なお、半導体装置100は、一部のゲートトレンチ部40に代えて、ダミートレンチ部を設けてもよい。ダミートレンチ部はゲートトレンチ部40と同様の構造を有する。ただし、ダミートレンチ部の内部の導電部は、エミッタ電極52と電気的に接続される。この場合、ダミートレンチ部およびエミッタ電極52の間の層間絶縁膜26には、コンタクトホールが設けられる。ダミートレンチ部を設けることで、ドリフト領域へのキャリア注入促進効果(IE効果)を高めてオン電圧を低減することができる。 Note that the semiconductor device 100 may be provided with dummy trench portions instead of some of the gate trench portions 40 . The dummy trench portion has a structure similar to that of the gate trench portion 40 . However, the conductive portion inside the dummy trench portion is electrically connected to the emitter electrode 52 . In this case, a contact hole is provided in the interlayer insulating film 26 between the dummy trench portion and the emitter electrode 52 . By providing the dummy trench portion, the on-voltage can be reduced by enhancing the effect of promoting carrier injection into the drift region (IE effect).

なお、半導体基板10の深さ方向の断面において、ゲート導電部44の上端45と、半導体基板10の表面との間におけるゲートトレンチ41の側壁の平均傾きは、ゲート導電部44の上端45と対向する位置における側壁の傾きよりも大きい。なお、本明細書における「傾き」は、特に明示がない限り、当該断面における、半導体基板10の深さ方向に対する傾きを指す。例えば、半導体基板10の表面の「傾き」は、ほぼ90度であり、深さ方向と平行な直線の「傾き」は0度である。なおゲートトレンチ41の所定の範囲内における側壁の平均傾きは、当該断面におけるゲートトレンチ41の側壁の傾きをゲートトレンチ41の側壁の所定の長さに渡って積分し、当該積分値を当該所定の長さで除算することで算出してよい。 In the cross section of the semiconductor substrate 10 in the depth direction, the average slope of the sidewall of the gate trench 41 between the upper end 45 of the gate conductive portion 44 and the surface of the semiconductor substrate 10 is greater than the slope of the side wall at the position where In addition, unless otherwise specified, the “tilt” in this specification refers to the tilt of the cross section with respect to the depth direction of the semiconductor substrate 10 . For example, the "inclination" of the surface of the semiconductor substrate 10 is approximately 90 degrees, and the "inclination" of a straight line parallel to the depth direction is 0 degrees. Note that the average inclination of the side walls of the gate trench 41 within a predetermined range is obtained by integrating the inclination of the side walls of the gate trench 41 in the cross section over a predetermined length of the side walls of the gate trench 41, and It may be calculated by dividing by the length.

本例のゲートトレンチ41は、半導体基板10の表面と接する領域に肩部33を有する。肩部33は、ゲートトレンチ41の側壁のうち、ゲート導電部44と、半導体基板10の表面との間(すなわちゲート導電部44の上端45よりも上側)に形成される。当該断面において、肩部33におけるゲートトレンチ41の側壁の平均傾きは、ゲート導電部44の上端45と対向する位置における側壁の傾きより小さい。なお、肩部33と、ゲート導電部44の上端45との間におけるゲートトレンチ41の側壁の傾きは、ゲート導電部44の上端45と対向する位置におけるゲートトレンチ41の側壁の傾きとほぼ等しくてよい。 The gate trench 41 of this example has a shoulder portion 33 in a region in contact with the surface of the semiconductor substrate 10 . The shoulder portion 33 is formed in the sidewall of the gate trench 41 between the gate conductive portion 44 and the surface of the semiconductor substrate 10 (that is, above the upper end 45 of the gate conductive portion 44). In the cross section, the average slope of the sidewalls of the gate trench 41 at the shoulder portion 33 is smaller than the slope of the sidewalls at the position facing the upper end 45 of the gate conductive portion 44 . The slope of the side wall of the gate trench 41 between the shoulder portion 33 and the upper end 45 of the gate conductive portion 44 is substantially equal to the slope of the side wall of the gate trench 41 at the position facing the upper end 45 of the gate conductive portion 44 . good.

このように、ゲート導電部44の上端45よりも上側におけるゲートトレンチ41の側壁の傾きを大きくすることで、ゲートトレンチ41に接する領域におけるエミッタ領域12の深さを制御しやすくなる。エミッタ領域12の深さを制御することで、残存するベース領域14の長さを制御することができる。ゲートトレンチ41に接するベース領域14の長さはチャネル長に相当する。このため、半導体装置100の閾値電圧を制御しやすくなる。 By increasing the inclination of the sidewall of the gate trench 41 above the upper end 45 of the gate conductive portion 44 in this way, the depth of the emitter region 12 in the region contacting the gate trench 41 can be easily controlled. By controlling the depth of emitter region 12, the length of remaining base region 14 can be controlled. The length of base region 14 in contact with gate trench 41 corresponds to the channel length. Therefore, it becomes easier to control the threshold voltage of the semiconductor device 100 .

図3は、半導体装置100のうち、ゲートトレンチ部40およびエミッタ領域12の製造工程の一部を説明する図である。まずゲートトレンチ形成段階S300において、半導体基板10の表面にゲートトレンチ41を形成する。ゲートトレンチ41は、半導体基板10の表面と接する領域に肩部33を有する。例えば、所定の開口を有する第1マスクを用いて半導体基板10の表面をエッチングしてトレンチを形成した後に、第1マスクよりも開口の大きい第2マスクを用いて半導体基板10の表面をウェットエッチングすることで肩部33を有するゲートトレンチ41を形成してよい。第2マスクは、第1マスクをウェットエッチングして、開口面積を広げることで形成してよい。 3A and 3B are diagrams for explaining part of the manufacturing process of the gate trench portion 40 and the emitter region 12 of the semiconductor device 100. FIG. First, in the gate trench forming step S300, the gate trench 41 is formed in the surface of the semiconductor substrate 10. As shown in FIG. Gate trench 41 has a shoulder portion 33 in a region in contact with the surface of semiconductor substrate 10 . For example, after etching the surface of the semiconductor substrate 10 using a first mask having a predetermined opening to form trenches, the surface of the semiconductor substrate 10 is wet-etched using a second mask having a larger opening than the first mask. This may form a gate trench 41 having a shoulder 33 . The second mask may be formed by wet etching the first mask to widen the opening area.

次に、ゲート導電部形成段階S302において、ゲートトレンチ41の内壁に絶縁膜42およびゲート導電部44を形成する。絶縁膜42は、半導体基板10を酸化することで形成してよい。なお、ゲート導電部44の上端45が、半導体基板10の表面11よりも深い位置となるように、ゲート導電部44を形成する。本例においてゲート導電部44の上端45は、肩部33よりも下側に設けられる。ゲート導電部44は、例えば不純物をドープしたポリシリコンで形成される。 Next, in the gate conductive portion forming step S302, the insulating film 42 and the gate conductive portion 44 are formed on the inner wall of the gate trench 41. As shown in FIG. The insulating film 42 may be formed by oxidizing the semiconductor substrate 10 . The gate conductive portion 44 is formed such that the upper end 45 of the gate conductive portion 44 is positioned deeper than the surface 11 of the semiconductor substrate 10 . In this example, the upper end 45 of the gate conductive portion 44 is provided below the shoulder portion 33 . The gate conductive portion 44 is formed of polysilicon doped with impurities, for example.

ゲート導電部44を形成した後、半導体基板10の表面にP型の不純物を注入および拡散して、ベース領域14を形成する。P型の不純物は例えばホウ素である。ベース領域14の拡散温度は、例えば1100度程度である。なお、ベース領域14を形成してから、ゲートトレンチ部40を形成してもよい。 After forming the gate conductive portion 44 , a P-type impurity is implanted and diffused into the surface of the semiconductor substrate 10 to form the base region 14 . A P-type impurity is, for example, boron. The diffusion temperature of the base region 14 is, for example, approximately 1100 degrees. The gate trench portion 40 may be formed after the base region 14 is formed.

次に、エミッタ領域形成段階S304において、半導体基板10にN型の不純物を注入して拡散する。N型の不純物は例えば砒素である。また、コンタクト領域15にホウ素等のP型の不純物を注入して拡散する。エミッタ領域12およびコンタクト領域15の不純物は、同一の工程で拡散してよい。当該拡散工程の温度は、ベース領域14の拡散温度より低くてよい。当該拡散工程の温度は、例えば1000度以下である。 Next, in the emitter region forming step S304, N-type impurities are implanted into the semiconductor substrate 10 and diffused. An N-type impurity is, for example, arsenic. Also, a P-type impurity such as boron is implanted into the contact region 15 and diffused. Impurities in emitter region 12 and contact region 15 may be diffused in the same step. The temperature of the diffusion step may be lower than the diffusion temperature of base region 14 . The temperature of the diffusion process is, for example, 1000 degrees or less.

これによりエミッタ領域12を形成する。なおS304においては、半導体基板10の表面だけでなく、ゲート導電部44をマスクとして、ゲートトレンチ41の側壁にも不純物を注入する。このような方法により、エミッタ領域12は、ゲートトレンチ41と接触する部分が最も深くなるように形成される。 An emitter region 12 is thus formed. In S304, impurities are injected not only into the surface of the semiconductor substrate 10 but also into the side walls of the gate trench 41 using the gate conductive portion 44 as a mask. By such a method, the emitter region 12 is formed such that the portion in contact with the gate trench 41 is the deepest.

S304においては、半導体装置100が有するべき閾値電圧に応じた深さまで、ゲートトレンチ41と接する領域においてN型の不純物を拡散させる。より深い位置まで不純物を拡散させる場合、より高い温度またはより長い時間での熱処理が必要になる。ただし、長い時間をかけて熱処理すると製造効率が劣化するので、高い温度での熱処理が好ましい。しかし、高温で熱処理した場合、単位時間あたりに不純物が拡散する長さが大きくなるので、不純物の拡散深さを制御することが困難になる。 In S<b>304 , the N-type impurity is diffused in the region contacting the gate trench 41 to a depth corresponding to the threshold voltage that the semiconductor device 100 should have. When diffusing impurities to a deeper position, heat treatment at a higher temperature or for a longer time is required. However, since heat treatment over a long period of time deteriorates production efficiency, heat treatment at a high temperature is preferable. However, when the heat treatment is performed at a high temperature, the diffusion length of impurities increases per unit time, making it difficult to control the diffusion depth of the impurities.

これに対して本例の半導体装置100および製造方法においては、ゲートトレンチ41が肩部33を有するので、ゲートトレンチ41と接する領域において不純物を拡散させる長さを低減することができる。つまり、肩部33が設けられた領域においては、半導体基板10の表面11よりも下側に不純物が注入される。このため、所定の深さのエミッタ領域12を形成する場合に、不純物を拡散させなければならない長さを低減することができる。 On the other hand, in the semiconductor device 100 and the manufacturing method of this example, since the gate trench 41 has the shoulder portion 33, the length for diffusing the impurity in the region in contact with the gate trench 41 can be reduced. In other words, the impurity is implanted below the surface 11 of the semiconductor substrate 10 in the region where the shoulder portion 33 is provided. Therefore, when forming the emitter region 12 with a predetermined depth, the length required to diffuse the impurity can be reduced.

このため、より低い温度で不純物を拡散させても、熱処理時間が長くならず、製造効率が劣化しない。そして、低い温度で不純物を拡散できるので、ゲートトレンチ41に接する領域におけるエミッタ領域12の深さを精度よく制御することができる。 Therefore, even if the impurity is diffused at a lower temperature, the heat treatment time is not lengthened and the manufacturing efficiency is not deteriorated. Moreover, since the impurity can be diffused at a low temperature, the depth of the emitter region 12 in the region contacting the gate trench 41 can be accurately controlled.

また、ゲートトレンチ41が肩部33を有することで、ゲートトレンチ部40に挟まれるメサ領域の面積を小さくすることができる。このため、電子注入促進効果(IE効果)を得ることができる。 Further, since the gate trench 41 has the shoulder portion 33, the area of the mesa region sandwiched between the gate trench portions 40 can be reduced. Therefore, an electron injection promoting effect (IE effect) can be obtained.

なお、S304においては、半導体基板10の深さ方向に対して所定の傾きθ1を有する方向から、ゲートトレンチ41の側壁に不純物を注入してよい。これにより、不純物を効率よく注入することができる。傾きθ1は、例えば10度以下である。 In S304, the impurity may be implanted into the side wall of gate trench 41 from a direction having a predetermined inclination θ1 with respect to the depth direction of semiconductor substrate 10. Next, as shown in FIG. As a result, impurities can be efficiently implanted. The inclination θ1 is, for example, 10 degrees or less.

また、エミッタ領域12を、ゲート導電部44をマスクとしたセルフアラインで形成するので、エミッタ領域12をゲートトレンチ部40に容易に接触させることができる。一方、エミッタ領域12を、ゲートトレンチ部40とは独立したマスクを用いて形成した場合、マスクの位置合わせ等における製造ばらつきにより、エミッタ領域12とゲートトレンチ部40とが接触せずに、半導体装置100が動作できない場合が生じてしまう。 Moreover, since the emitter region 12 is formed by self-alignment using the gate conductive portion 44 as a mask, the emitter region 12 can be easily brought into contact with the gate trench portion 40 . On the other hand, when the emitter region 12 is formed using a mask independent of the gate trench portion 40, the emitter region 12 and the gate trench portion 40 do not come into contact with each other due to manufacturing variations in mask alignment and the like. 100 may not operate.

図4は、ゲートトレンチ部40の形状を説明する図である。本例では、ゲート導電部44の上端45と対向する位置31における、ゲートトレンチ41の側壁の傾きをθ2とする。また、ゲートトレンチ41の開口の径方向における肩部33の幅をW1、深さ方向の長さをD1とする。なお、肩部33の始点は、半導体基板10の表面11におけるゲートトレンチ41の側壁の端部であってよい。また、肩部33の終点は、位置31から半導体基板10の表面11に向けてゲートトレンチ41の側壁を辿った場合に、ゲートトレンチ41の側壁の傾きがθ2よりも所定値以上大きくなる位置であってよい。一例として当該所定値は10度である。当該所定値は0度であってよく、20度であってよく、30度であってもよい。 FIG. 4 is a diagram for explaining the shape of the gate trench portion 40. As shown in FIG. In this example, the inclination of the side wall of the gate trench 41 at the position 31 facing the upper end 45 of the gate conductive portion 44 is θ2. The width of the shoulder portion 33 in the radial direction of the opening of the gate trench 41 is W1, and the length in the depth direction is D1. The starting point of the shoulder portion 33 may be the edge of the side wall of the gate trench 41 on the surface 11 of the semiconductor substrate 10 . The end point of the shoulder portion 33 is a position where, when the sidewall of the gate trench 41 is traced from the position 31 toward the surface 11 of the semiconductor substrate 10, the inclination of the sidewall of the gate trench 41 is larger than θ2 by a predetermined value or more. It can be. As an example, the predetermined value is 10 degrees. The predetermined value may be 0 degrees, 20 degrees, or 30 degrees.

肩部33は、半導体基板10の内部に向けて凸の曲面部を有してよい。つまり肩部33の傾きは、半導体基板10の表面からの距離が大きくなるに従って増大する。このような肩部33の形状により、より効率よく、深い位置に不純物を注入することができる。このため、所定の深さのエミッタ領域12を形成するための不純物の拡散長さを短くすることができる。 The shoulder portion 33 may have a curved portion that protrudes toward the inside of the semiconductor substrate 10 . That is, the inclination of the shoulder portion 33 increases as the distance from the surface of the semiconductor substrate 10 increases. With such a shape of the shoulder portion 33, the impurity can be implanted in a deep position more efficiently. Therefore, the impurity diffusion length for forming the emitter region 12 with a predetermined depth can be shortened.

また、肩部33の長さD1は、幅W1よりも大きくてよい。これにより、ゲートトレンチ41の開口面積を小さくして微細化できるとともに、ゲートトレンチ41に隣接する領域において深い位置に不純物を注入することができる。また、長さD1は幅W1と等しくてよく、長さD1は幅W1より小さくてもよい。 Also, the length D1 of the shoulder portion 33 may be greater than the width W1. As a result, the opening area of the gate trench 41 can be reduced to allow miniaturization, and the impurity can be implanted at a deep position in the region adjacent to the gate trench 41 . Also, the length D1 may be equal to the width W1, and the length D1 may be less than the width W1.

肩部33の幅W1は、位置31におけるゲートトレンチ41の幅の半分以下であってよく、1/4以下であってよい。これにより、半導体基板10の表面11におけるゲートトレンチ41の面積が増大することを抑制できる。また、幅W1は、位置31におけるゲートトレンチ41の幅の1/20以上であってよく、1/10以上であってもよい。これにより、不純物を深い位置に効率よく注入できる。 The width W1 of shoulder 33 may be less than or equal to half the width of gate trench 41 at location 31, and may be less than or equal to 1/4. This can suppress an increase in the area of the gate trench 41 on the surface 11 of the semiconductor substrate 10 . Also, the width W1 may be 1/20 or more of the width of the gate trench 41 at the position 31, or may be 1/10 or more. As a result, the impurity can be efficiently implanted into a deep position.

また、肩部33の長さD1は、ゲート導電部44の上端45と半導体基板10の表面11との距離R1の半分以下であってよい。また、長さD1は距離R1の半分より大きくてもよい。また、長さD1は距離R1とほぼ等しくてもよい。一例として、長さD1が、距離R1の90%以上、110%以下の場合を、長さD1と距離R1とがほぼ等しいとみなす。 Also, the length D1 of the shoulder portion 33 may be half or less of the distance R1 between the upper end 45 of the gate conductive portion 44 and the surface 11 of the semiconductor substrate 10 . Also, the length D1 may be greater than half the distance R1. Also, the length D1 may be substantially equal to the distance R1. As an example, when the length D1 is 90% or more and 110% or less of the distance R1, the length D1 and the distance R1 are considered to be substantially equal.

また、ゲートトレンチ41の側壁は、ゲート導電部44の上端45と、半導体基板10の表面11の間において、傾きが20度以上となる部分を有する。例えば、肩部33の少なくとも一部の傾きθ3が20度以上となる。このように、上端45よりも上側において、ゲートトレンチ41の側壁の傾きが大きくなることで、不純物を深い位置に効率よく注入でき、ゲートトレンチ41に隣接する領域に対する不純物の拡散の制御が容易になる。 Moreover, the sidewall of the gate trench 41 has a portion with an inclination of 20 degrees or more between the upper end 45 of the gate conductive portion 44 and the surface 11 of the semiconductor substrate 10 . For example, the inclination θ3 of at least a portion of the shoulder portion 33 is 20 degrees or more. In this way, since the slope of the side wall of the gate trench 41 becomes large above the upper end 45 , the impurity can be efficiently implanted into a deep position, and the diffusion of the impurity into the region adjacent to the gate trench 41 can be easily controlled. Become.

図5は、エミッタ領域12およびゲート導電部44の形状を説明する図である。上述したように、ゲートトレンチ41の内壁からも不純物が注入されるので、エミッタ領域12は、ゲートトレンチ41に隣接する部分の下端34が、他の部分よりも深い位置に設けられる。このような形状により、ゲートトレンチ41に隣接する領域におけるベース領域14の長さを制御でき、半導体装置100の閾値電圧を制御することができる。 FIG. 5 is a diagram illustrating shapes of the emitter region 12 and the gate conductive portion 44. As shown in FIG. As described above, impurities are also implanted from the inner walls of the gate trenches 41, so that the lower ends 34 of the portions adjacent to the gate trenches 41 of the emitter region 12 are provided at deeper positions than the other portions. With such a shape, the length of the base region 14 in the region adjacent to the gate trench 41 can be controlled, and the threshold voltage of the semiconductor device 100 can be controlled.

また、エミッタ領域12において、ゲートトレンチ41と接触する部分の深さ方向における長さD2が、エミッタ領域12の他の部分の長さよりも大きくてよい。例えば、ゲートトレンチ41が設けられていないメサ領域におけるエミッタ領域12の長さD3は、長さD2より小さい。 Further, in emitter region 12 , length D<b>2 in the depth direction of the portion in contact with gate trench 41 may be longer than the length of other portions of emitter region 12 . For example, the length D3 of the emitter region 12 in the mesa region where the gate trench 41 is not provided is smaller than the length D2.

また、ゲート導電部44の半導体基板10の表面11側の端面は、ゲートトレンチ41の側壁と隣接する部分(本例では上端45)が、最も半導体基板10の表面11に近く形成される。本例では、ゲート導電部44の半導体基板10の表面11側の端面のうち、ゲートトレンチ41の中央に位置する最も深い部分46が、最も半導体基板10の表面11から遠い位置に形成される。 Further, the end surface of the gate conductive portion 44 on the surface 11 side of the semiconductor substrate 10 is formed so that the portion adjacent to the side wall of the gate trench 41 (upper end 45 in this example) is closest to the surface 11 of the semiconductor substrate 10 . In this example, the deepest portion 46 located in the center of the gate trench 41 of the end face of the gate conductive portion 44 on the surface 11 side of the semiconductor substrate 10 is formed at the farthest position from the surface 11 of the semiconductor substrate 10 .

一例として、ゲート導電部44の当該端面は、ゲートトレンチ41の側壁から、ゲートトレンチ41の中央にかけて、半導体基板10の表面からの距離が徐々に増加する。つまり、半導体基板10の表面11からの深さが増大するに従い、ゲートトレンチ41の側壁と隣接するゲート導電部44の厚みが徐々に増加する。上述したように、ゲート導電部44をマスクとして不純物を斜めに注入した場合、ゲート導電部44の厚みが小さい箇所は、不純物がゲート導電部44を透過して半導体基板10に注入される。これにより、ゲートトレンチ41と隣接する領域において、半導体基板10の表面11から見て深い位置まで、不純物を容易に注入して拡散させることができる。 As an example, the end surface of the gate conductive portion 44 gradually increases in distance from the surface of the semiconductor substrate 10 from the sidewall of the gate trench 41 toward the center of the gate trench 41 . That is, as the depth from the surface 11 of the semiconductor substrate 10 increases, the thickness of the gate conductive portion 44 adjacent to the sidewall of the gate trench 41 gradually increases. As described above, when an impurity is obliquely implanted using the gate conductive portion 44 as a mask, the impurity penetrates the gate conductive portion 44 and is implanted into the semiconductor substrate 10 where the thickness of the gate conductive portion 44 is small. As a result, in the region adjacent to the gate trench 41 , the impurity can be easily implanted and diffused to a deep position as viewed from the surface 11 of the semiconductor substrate 10 .

図6Aは、肩部33の形状の変形例を示す図である。本例の肩部33は、半導体基板10の表面側に向かって凸の曲面部を有する。つまり、本例の肩部33の傾きは、半導体基板10の表面からの距離が大きくなるに従って減少する。このような形状によっても、半導体基板10の表面11から見て深い位置まで、不純物を容易に拡散させることができる。 FIG. 6A is a diagram showing a modification of the shape of the shoulder portion 33. FIG. The shoulder portion 33 of this example has a curved surface portion that protrudes toward the surface side of the semiconductor substrate 10 . That is, the inclination of the shoulder portion 33 in this example decreases as the distance from the surface of the semiconductor substrate 10 increases. Even with such a shape, the impurity can be easily diffused to a deep position when viewed from the surface 11 of the semiconductor substrate 10 .

図6Bは、肩部33の形状の変形例を示す図である。本例の肩部33は、少なくとも一部において直線形状を有する。当該直線形状は、ゲート導電部44の上端45と対向する位置におけるゲートトレンチ41の側壁の傾きθ2よりも、所定値以上大きい傾きを有する。当該所定値は10度であってよく、20度であってよく、30度であってもよい。このような形状によっても、半導体基板10の表面11から見て深い位置まで、不純物を容易に拡散させることができる。 6B is a diagram showing a modification of the shape of the shoulder portion 33. FIG. The shoulder portion 33 of this example has a linear shape at least in part. The linear shape has an inclination larger than the inclination .theta.2 of the side wall of the gate trench 41 at the position facing the upper end 45 of the gate conductive portion 44 by a predetermined value or more. The predetermined value may be 10 degrees, 20 degrees, or 30 degrees. Even with such a shape, the impurity can be easily diffused to a deep position when viewed from the surface 11 of the semiconductor substrate 10 .

図7は、図1におけるB-B'断面を示す図である。当該断面において半導体装置100は、図2に示した断面のエミッタ領域12に代えてコンタクト領域15を有する。他の構造は、図2に示した断面と同一である。 FIG. 7 is a diagram showing a BB' section in FIG. In this cross section, the semiconductor device 100 has a contact region 15 instead of the emitter region 12 in the cross section shown in FIG. Other structures are the same as the cross section shown in FIG.

つまり、ゲートトレンチ41は、エミッタ領域12に隣接する領域、および、コンタクト領域15に隣接する領域の双方において肩部33を有する。エミッタ領域12に隣接する領域における肩部33と、コンタクト領域15に隣接する領域における肩部33の形状は同一であってよい。 That is, gate trench 41 has shoulders 33 both in the region adjacent to emitter region 12 and in the region adjacent to contact region 15 . The shoulder 33 in the region adjacent to the emitter region 12 and the shoulder 33 in the region adjacent to the contact region 15 may have the same shape.

このような構造により、コンタクト領域15の深さも、エミッタ領域12と同様に制御することができる。つまり、コンタクト領域15においても、ゲートトレンチ41と接触する部分が、最も深い位置まで形成される。 With such a structure, the depth of the contact region 15 can be controlled similarly to the emitter region 12 . That is, even in the contact region 15, the portion in contact with the gate trench 41 is formed to the deepest position.

図8は、ゲートトレンチ41、ゲート導電部44、エミッタ領域12およびコンタクト領域15の斜視図である。肩部33は、ゲートトレンチ41の延伸方向に沿って延伸して形成される。 FIG. 8 is a perspective view of gate trench 41 , gate conductive portion 44 , emitter region 12 and contact region 15 . Shoulder portion 33 is formed extending along the extending direction of gate trench 41 .

図9Aは、図8におけるC-C'断面を示す図である。当該断面は、ゲートトレンチ41が設けられていない領域(すなわちメサ領域)においてゲートトレンチ41の延伸方向に沿った断面である。上述したように、ゲートトレンチ41の延伸方向に沿って、半導体基板10の表面11には、エミッタ領域12と、コンタクト領域15とが交互に露出する。コンタクト領域15は、エミッタ領域12よりも深い位置まで形成される。 FIG. 9A is a diagram showing a CC' cross section in FIG. The cross section is a cross section along the extending direction of the gate trench 41 in a region (that is, a mesa region) where the gate trench 41 is not provided. As described above, the emitter regions 12 and the contact regions 15 are alternately exposed on the surface 11 of the semiconductor substrate 10 along the extending direction of the gate trenches 41 . Contact region 15 is formed to a position deeper than emitter region 12 .

図9Bは、図8におけるD-D'断面を示す図である。当該断面は、肩部33が設けられた領域においてゲートトレンチ41の延伸方向に沿った断面である。肩部33におけるエミッタ領域12は、図9Aに示したメサ領域におけるエミッタ領域12よりも深い位置まで形成される。また、肩部33におけるコンタクト領域15は、メサ領域におけるコンタクト領域15よりも深い位置まで形成される。 9B is a diagram showing a DD' section in FIG. 8. FIG. The cross section is a cross section along the extending direction of the gate trench 41 in the region where the shoulder portion 33 is provided. The emitter region 12 in the shoulder portion 33 is formed to a deeper position than the emitter region 12 in the mesa region shown in FIG. 9A. Further, the contact region 15 in the shoulder portion 33 is formed to a deeper position than the contact region 15 in the mesa region.

また、肩部33におけるエミッタ領域12の深さ方向の長さD6は、メサ領域におけるエミッタ領域12の長さD3よりも大きい。肩部33におけるコンタクト領域15の深さ方向の長さD8は、メサ領域におけるコンタクト領域15の長さD5よりも大きい。また、肩部33におけるエミッタ領域12およびコンタクト領域15の長さの差D7は、メサ領域におけるエミッタ領域12およびコンタクト領域15の長さの差D4以上である。 Also, the length D6 of the emitter region 12 in the depth direction at the shoulder portion 33 is greater than the length D3 of the emitter region 12 at the mesa region. The length D8 of the contact region 15 in the depth direction at the shoulder portion 33 is greater than the length D5 of the contact region 15 at the mesa region. Moreover, the length difference D7 between the emitter region 12 and the contact region 15 at the shoulder portion 33 is equal to or greater than the length difference D4 between the emitter region 12 and the contact region 15 at the mesa region.

図10は、ゲート導電部44の製造工程の一例を示す図である。まず、肩部33を有するゲートトレンチ41を半導体基板10の表面11に形成する。次に、ゲートトレンチ41および半導体基板10の表面に絶縁膜42を形成する。次に、ゲートトレンチ41および半導体基板10の表面に導電材料47を堆積する。導電材料47を堆積していくと、ゲートトレンチ41の内部においては、側壁に堆積する導電材料47の厚みが増加する。また、導電材料47は肩部33に沿った形状を維持しつつ、厚みが増加する。 10A and 10B are diagrams showing an example of a manufacturing process of the gate conductive portion 44. FIG. First, a gate trench 41 having a shoulder 33 is formed in surface 11 of semiconductor substrate 10 . Next, an insulating film 42 is formed on the surface of the gate trench 41 and the semiconductor substrate 10 . A conductive material 47 is then deposited on the gate trench 41 and the surface of the semiconductor substrate 10 . As the conductive material 47 is deposited, the thickness of the conductive material 47 deposited on the sidewalls inside the gate trench 41 increases. Also, the thickness of the conductive material 47 increases while maintaining the shape along the shoulder portion 33 .

ゲートトレンチ41の中心まで導電材料47を充填すると、図10の下側に示すように、ゲートトレンチ41の開口の上方における導電材料47は、下に凸の形状を有する。そして、ゲートトレンチ41の内部における所定の深さまで導電材料47をエッチングすることで、図5に示したようなゲート導電部44を形成する。このように、ゲートトレンチ41が肩部を有することで、上面が下側に凸のゲート導電部44を容易に形成できる。このため、ゲートトレンチ41の側面に容易に不純物を注入できる。 When the conductive material 47 is filled up to the center of the gate trench 41, the conductive material 47 above the opening of the gate trench 41 has a downward convex shape as shown in the lower side of FIG. Then, by etching the conductive material 47 to a predetermined depth inside the gate trench 41, the gate conductive portion 44 as shown in FIG. 5 is formed. Since the gate trench 41 has a shoulder portion in this manner, the gate conductive portion 44 having a downwardly convex upper surface can be easily formed. Therefore, impurities can be easily implanted into the side surfaces of the gate trenches 41 .

図11は、第2の実施形態に係る半導体装置100の断面を示す図である。本例の半導体装置100は、半導体基板10の表面11から、ゲート導電部44の上端までの距離が異なる複数のゲートトレンチ部40を有する。つまり、ゲート導電部44の上端の深さが異なる複数のゲートトレンチ部40を有する。なお、それぞれのゲートトレンチ部40は、下端の深さが均一なベース領域14を貫通している。また、それぞれのゲートトレンチ部40が現れる断面は、単一の平面でなくともよい。 FIG. 11 is a diagram showing a cross section of a semiconductor device 100 according to the second embodiment. The semiconductor device 100 of this example has a plurality of gate trench portions 40 with different distances from the surface 11 of the semiconductor substrate 10 to the upper ends of the gate conductive portions 44 . That is, the gate conductive portion 44 has a plurality of gate trench portions 40 with different depths at the upper end. Each gate trench portion 40 penetrates through the base region 14 having a uniform depth at the lower end. Also, the cross section where each gate trench portion 40 appears may not be a single plane.

ゲート導電部44の上端の深さが異なる場合、ゲートトレンチ41に隣接する領域におけるエミッタ領域12の深さも異なる。具体的には、ゲート導電部44の上端が浅い場合、エミッタ領域12も浅くなり、ゲート導電部44の上端が深い場合、エミッタ領域12も深くなる。 If the depth of the upper end of the gate conductive portion 44 is different, the depth of the emitter region 12 in the region adjacent to the gate trench 41 is also different. Specifically, when the upper end of the gate conductive portion 44 is shallow, the emitter region 12 is also shallow, and when the upper end of the gate conductive portion 44 is deep, the emitter region 12 is also deep.

本例では、第1のゲートトレンチ部40-1におけるゲート導電部44の上端と半導体基板10の表面11との距離をL1とする。また、第2のゲートトレンチ部40-2におけるゲート導電部44の上端と半導体基板10の表面11との距離をL2とする。距離L1は距離L2より小さい。 In this example, the distance between the upper end of the gate conductive portion 44 in the first gate trench portion 40-1 and the surface 11 of the semiconductor substrate 10 is L1. Also, the distance between the upper end of the gate conductive portion 44 and the surface 11 of the semiconductor substrate 10 in the second gate trench portion 40-2 is L2. Distance L1 is less than distance L2.

上述したように、ゲート導電部44の上端と半導体基板10の表面11との距離が大きくなるほど、ゲートトレンチ41に隣接するエミッタ領域12は深くなり、チャネル長は短くなる。このため、第1のゲートトレンチ部40-1のチャネル長C1は、第2のゲートトレンチ部40-2のチャネル長C2よりも大きくなる。このため、第1のゲートトレンチ部40-1の閾値電圧は、第2のゲートトレンチ部40-2の閾値電圧よりも大きくなる。 As described above, the greater the distance between the upper end of the gate conductive portion 44 and the surface 11 of the semiconductor substrate 10, the deeper the emitter region 12 adjacent to the gate trench 41 and the shorter the channel length. Therefore, the channel length C1 of the first gate trench portion 40-1 is longer than the channel length C2 of the second gate trench portion 40-2. Therefore, the threshold voltage of the first gate trench portion 40-1 becomes higher than the threshold voltage of the second gate trench portion 40-2.

このように、ゲート導電部44の上端の深さを制御することで、それぞれのゲートトレンチ部40の閾値電圧を制御することができる。従って、それぞれのゲートトレンチ部40の用途または機能等に応じて適切な閾値電圧を設定することができる。 By controlling the depth of the upper end of the gate conductive portion 44 in this manner, the threshold voltage of each gate trench portion 40 can be controlled. Therefore, an appropriate threshold voltage can be set according to the use or function of each gate trench portion 40 .

第1のゲートトレンチ部40―1および第2のゲートトレンチ部40-2におけるゲートトレンチ41は、半導体基板10の表面11からの深さが異なってよい。具体的には、閾値電圧をより大きくしたいゲートトレンチ部40のゲートトレンチ41を、より深く形成する。そして、それぞれのゲートトレンチ41に、同一の長さのゲート導電部44を形成する。これにより、それぞれのゲート導電部44の上端の深さは、ゲートトレンチ41の深さに応じて異なる。本例によれば、それぞれのゲート導電部44を同時に形成して製造工程を効率化しつつ、それぞれのゲートトレンチ部40の閾値電圧を調整することができる。 The gate trenches 41 in the first gate trench portion 40-1 and the second gate trench portion 40-2 may have different depths from the surface 11 of the semiconductor substrate 10. FIG. Specifically, the gate trench 41 of the gate trench portion 40 whose threshold voltage is desired to be increased is formed deeper. Gate conductive portions 44 having the same length are formed in the respective gate trenches 41 . Accordingly, the depth of the upper end of each gate conductive portion 44 differs according to the depth of the gate trench 41 . According to this example, it is possible to adjust the threshold voltage of each gate trench portion 40 while simultaneously forming each gate conductive portion 44 to improve the efficiency of the manufacturing process.

また、面積が異なる複数の開口を有するマスクを用いて半導体基板10の表面11をエッチングすることで、深さの異なる複数のゲートトレンチ41を形成してよい。マスクの開口面積が大きい場合、深いゲートトレンチ41が形成できる。これにより、深さの異なるゲートトレンチ41を同時に形成して製造工程を効率化しつつ、それぞれのゲートトレンチ部40の閾値電圧を調整することができる。 Also, a plurality of gate trenches 41 having different depths may be formed by etching the surface 11 of the semiconductor substrate 10 using a mask having a plurality of openings with different areas. If the opening area of the mask is large, a deep gate trench 41 can be formed. As a result, the gate trenches 41 having different depths can be formed simultaneously to improve the efficiency of the manufacturing process, and the threshold voltages of the respective gate trench portions 40 can be adjusted.

図12は、肩部33を形成する工程の一例を示す図である。上述したように、第1マスク48を用いて半導体基板10の表面11を異方性エッチングすることで、ゲートトレンチ41を形成する。次に、第1マスク48をウェットエッチングして、マスク開口の面積を拡大した第2マスク49を形成する。第2マスク49の開口には、肩部33を形成すべき表面11の領域が露出する。そして、第2マスク49を用いて半導体基板10の表面11をウェットエッチングする。これにより、ゲートトレンチ41の側壁の傾きよりも緩やかな肩部33を形成できる。 12A and 12B are diagrams showing an example of a process for forming the shoulder portion 33. FIG. As described above, the gate trenches 41 are formed by anisotropically etching the surface 11 of the semiconductor substrate 10 using the first mask 48 . Next, the first mask 48 is wet-etched to form a second mask 49 with an enlarged mask opening area. The opening in the second mask 49 exposes the area of the surface 11 where the shoulder 33 is to be formed. Then, the surface 11 of the semiconductor substrate 10 is wet-etched using the second mask 49 . As a result, the shoulder portion 33 that is gentler than the side wall of the gate trench 41 can be formed.

図13は、第3の実施形態に係る半導体装置100の表面の一部を示す図である。本例の半導体装置100は、半導体基板の表面において所定の延伸方向に延伸する複数のゲートトレンチ部40を備える。ゲートトレンチ部40は、図1から図12において説明したいずれかの実施形態におけるゲートトレンチ部40と同一である。 FIG. 13 is a diagram showing part of the surface of the semiconductor device 100 according to the third embodiment. A semiconductor device 100 of this example includes a plurality of gate trench portions 40 extending in a predetermined extending direction on the surface of a semiconductor substrate. The gate trench portion 40 is the same as the gate trench portion 40 in any of the embodiments described with reference to FIGS. 1-12.

半導体基板の表面において、それぞれのゲートトレンチ部40に挟まれる領域には、N+形のエミッタ領域12が形成される。エミッタ領域12は、ゲートトレンチ部40と隣接する領域にストライプ状に形成される。本例では、半導体基板の表面においてゲートトレンチ部40に挟まれる領域には、ベース領域14が露出していない。 An N + -type emitter region 12 is formed in a region sandwiched between the gate trench portions 40 on the surface of the semiconductor substrate. The emitter region 12 is formed in stripes in a region adjacent to the gate trench portion 40 . In this example, the base region 14 is not exposed in the region between the gate trench portions 40 on the surface of the semiconductor substrate.

また、本例のコンタクト領域15は、半導体基板の内部に形成されており、半導体基板の表面には露出しない。コンタクト領域15は、半導体基板の内部において、ゲートトレンチ部40と平行にストライプ状に形成されている。エミッタ領域12には、コンタクト領域15を露出させるコンタクト開口が形成される。当該コンタクト開口の内部には、コンタクト領域15とエミッタ電極52とを接続するプラグが形成される。 Further, the contact region 15 of this example is formed inside the semiconductor substrate and is not exposed on the surface of the semiconductor substrate. The contact regions 15 are formed in stripes parallel to the gate trench portion 40 inside the semiconductor substrate. A contact opening is formed in the emitter region 12 to expose the contact region 15 . A plug connecting the contact region 15 and the emitter electrode 52 is formed inside the contact opening.

図14は、図13におけるC-C'断面を示す図である。C-C'断面は、半導体装置100の表面と垂直であり、且つ、ゲートトレンチ部40の延伸方向と垂直な断面である。本例では、2つのゲートトレンチ部40に挟まれる領域において、半導体基板10の上面近傍にエミッタ領域12が形成され、エミッタ領域12の下方にベース領域14が形成される。また、本例の半導体装置100は、プラグ部28を更に備える。また、プラグ部28の底部と隣接して、コンタクト領域15が形成されている。他の構造は、図2に示した構造と同一であってよい。 FIG. 14 is a diagram showing a CC' cross section in FIG. A CC′ cross section is a cross section perpendicular to the surface of the semiconductor device 100 and perpendicular to the extending direction of the gate trench portion 40 . In this example, the emitter region 12 is formed near the upper surface of the semiconductor substrate 10 and the base region 14 is formed below the emitter region 12 in the region sandwiched between the two gate trench portions 40 . Moreover, the semiconductor device 100 of this example further includes a plug portion 28 . A contact region 15 is formed adjacent to the bottom of the plug portion 28 . Other structures may be identical to the structure shown in FIG.

プラグ部28は、2つのゲートトレンチ部40の間において、層間絶縁膜26およびエミッタ領域12を貫通して形成されている。プラグ部28は、2つのゲートトレンチ部40に挟まれる領域の中央に配置されてよい。プラグ部28の上端はエミッタ電極52に接続され、下端はベース領域14の内部に配置される。プラグ部28は、例えばタングステンを含む材料で形成されてよい。 The plug portion 28 is formed through the interlayer insulating film 26 and the emitter region 12 between the two gate trench portions 40 . The plug portion 28 may be arranged in the center of the region sandwiched between the two gate trench portions 40 . The plug portion 28 has an upper end connected to the emitter electrode 52 and a lower end located inside the base region 14 . The plug portion 28 may be made of a material containing tungsten, for example.

コンタクト領域15は、ベース領域14の内部に形成される。本例のコンタクト領域15は、全体がベース領域14に囲まれている。コンタクト領域15は、プラグ部28の下端と接触して形成される。このような構造により、エミッタ電極52と半導体領域とのコンタクト抵抗を低減することができる。特に半導体装置100が微細化すると、ゲートトレンチ部40に挟まれるメサ幅が小さくなり、エミッタ電極52と半導体領域とのコンタクト面積が小さくなってしまう。これに対して本例によれば、プラグ部28を設けることで、半導体装置100を微細化してもコンタクト抵抗を低く保つことができる。 A contact region 15 is formed inside the base region 14 . The contact region 15 in this example is entirely surrounded by the base region 14 . Contact region 15 is formed in contact with the lower end of plug portion 28 . Such a structure can reduce the contact resistance between the emitter electrode 52 and the semiconductor region. In particular, when the semiconductor device 100 is miniaturized, the width of the mesa sandwiched between the gate trench portions 40 is reduced, and the contact area between the emitter electrode 52 and the semiconductor region is reduced. On the other hand, according to this example, by providing the plug portion 28, the contact resistance can be kept low even if the semiconductor device 100 is miniaturized.

また、半導体装置100は、N+型の蓄積領域16を更に備えてよい。蓄積領域16は、ドリフト領域18よりも不純物濃度が高い。蓄積領域16は、2つのゲートトレンチ部40の間において、ベース領域14とドリフト領域18との間に形成される。このような構成により、キャリア蓄積効果を高めて、オン電圧とターンオフ損失とのトレードオフを改善することができる。蓄積領域16は、図1から図12において説明した第1および第2の実施形態に係る半導体装置100に適用してもよい。 In addition, the semiconductor device 100 may further include an N+ type accumulation region 16 . The accumulation region 16 has a higher impurity concentration than the drift region 18 . An accumulation region 16 is formed between the base region 14 and the drift region 18 between the two gate trench portions 40 . With such a configuration, the carrier accumulation effect can be enhanced, and the trade-off between on-voltage and turn-off loss can be improved. The accumulation region 16 may be applied to the semiconductor device 100 according to the first and second embodiments described with reference to FIGS. 1-12.

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 is obvious to those skilled in the art that various modifications and improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the scope of claims that forms with such modifications or improvements can also be included in the technical scope of the present invention.

なお、特許請求の範囲または明細書における「上」と「下」とは、互いに逆の方向を指す。ただし、「上」の用語は、重力方向と逆向きの方向に限定されない。また、「下」の用語は、重力方向に限定されない。 "Upper" and "lower" in the claims or the specification refer to opposite directions. However, the term "up" is not limited to the direction opposite to the direction of gravity. Also, the term "lower" is not limited to the direction of gravity.

10・・・半導体基板、11・・・表面、12・・・エミッタ領域、14・・・ベース領域、15・・・コンタクト領域、16・・・蓄積領域、18・・・ドリフト領域、20・・・バッファ領域、22・・・コレクタ領域、24・・・コレクタ電極、26・・・層間絶縁膜、28・・・プラグ部、33・・・肩部、34・・・下端、40・・・ゲートトレンチ部、41・・・ゲートトレンチ、42・・・絶縁膜、44・・・ゲート導電部、45・・・上端、46・・・最も深い部分、47・・・導電材料、48・・・第1マスク、49・・・第2マスク、52・・・エミッタ電極、100・・・半導体装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Semiconductor substrate 11... Surface 12... Emitter region 14... Base region 15... Contact region 16... Accumulation region 18... Drift region 20. Buffer region 22 Collector region 24 Collector electrode 26 Interlayer insulating film 28 Plug portion 33 Shoulder portion 34 Lower end 40 Gate trench portion 41 Gate trench 42 Insulating film 44 Gate conductive portion 45 Upper end 46 Deepest portion 47 Conductive material 48. 1st mask 49 2nd mask 52 emitter electrode 100 semiconductor device

Claims (31)

第1導電型の半導体基板のおもて面側に形成された第2導電型の第1半導体領域と、前記第1半導体領域よりもおもて面側の一部に選択的に形成された第1導電型の第2半導体領域と、を備える半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板のおもて面側において予め定められた延伸方向に延びる複数のトレンチを形成する工程と、
複数の前記トレンチの内部に充填される導電部を形成する工程と、
前記半導体基板のおもて面を所定のパターンで覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記トレンチに挟まれたメサ領域において、前記層間絶縁膜から露出する露出領域を介して前記半導体基板に接続する第1電極を形成する工程と、を含み、
当該半導体装置の前記延伸方向と垂直な断面において、前記半導体基板の表面から前記導電部の表面の最も深い部分までが所定距離である第1トレンチ部と、前記半導体基板の表面から前記導電部の表面の最も深い部分までが前記所定距離よりも長い第2トレンチ部と、が形成され、
前記第1トレンチ部および前記第2トレンチ部は、それぞれの前記トレンチが、前記第1半導体領域の下方まで至ると共に、前記トレンチの側壁の傾斜よりも前記メサ領域の中央側に傾斜した肩部を上端に有し、
前記第2半導体領域は、少なくとも前記肩部を含んだ範囲に不純物を注入して形成される
半導体装置の製造方法。
a first semiconductor region of a second conductivity type formed on the front surface side of a semiconductor substrate of the first conductivity type; In a method for manufacturing a semiconductor device comprising: a second semiconductor region of a first conductivity type;
forming a plurality of trenches extending in a predetermined extending direction on the front surface side of the semiconductor substrate;
forming a conductive portion to be filled inside the plurality of trenches;
forming an interlayer insulating film covering the front surface of the semiconductor substrate in a predetermined pattern;
forming a first electrode connected to the semiconductor substrate through an exposed region exposed from the interlayer insulating film in the mesa region sandwiched between the trenches;
In a cross section of the semiconductor device perpendicular to the extending direction, a first trench portion having a predetermined distance from the surface of the semiconductor substrate to the deepest portion of the surface of the conductive portion, and a portion of the conductive portion from the surface of the semiconductor substrate. a second trench portion having a length longer than the predetermined distance up to the deepest part of the surface;
Each of the first trench portion and the second trench portion extends below the first semiconductor region and has a shoulder portion that is inclined toward the center of the mesa region from the inclination of the side wall of the trench. has at the top,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second semiconductor region is formed by implanting an impurity into a range including at least the shoulder portion.
前記第1電極は、エミッタ電極を含む
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said first electrode includes an emitter electrode.
第1導電型の半導体基板のおもて面側に形成された第2導電型の第1半導体領域と、前記第1半導体領域よりもおもて面側の一部に選択的に形成された第1導電型の第2半導体領域と、前記第1半導体領域よりも不純物濃度が高い第2導電型の第1コンタクト領域と、を備える半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板のおもて面側において予め定められた延伸方向に延びる複数のトレンチを形成する工程と、
複数の前記トレンチの内部に充填される導電部を形成する工程と、
前記半導体基板のおもて面を所定のパターンで覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記トレンチに挟まれたメサ領域において、前記層間絶縁膜から露出する露出領域を介して前記半導体基板に接続する第1電極を形成する工程と、を含み、
当該半導体装置の前記延伸方向と垂直な断面において、前記半導体基板の表面から前記導電部の表面の最も深い部分までが所定距離である第1トレンチ部と、前記半導体基板の表面から前記導電部の表面の最も深い部分までが前記所定距離よりも長い第2トレンチ部と、が形成され、
前記第1トレンチ部および前記第2トレンチ部は、それぞれの前記トレンチが、前記第1半導体領域の下方まで至ると共に、前記トレンチの側壁の傾斜よりも前記メサ領域の中央側に傾斜した肩部を上端に有し、
前記第1コンタクト領域は、前記半導体基板のおもて面側から、少なくとも前記肩部を含んだ範囲に不純物を注入して形成される
半導体装置の製造方法。
a first semiconductor region of a second conductivity type formed on the front surface side of a semiconductor substrate of the first conductivity type; In a method for manufacturing a semiconductor device comprising a first conductivity type second semiconductor region and a second conductivity type first contact region having a higher impurity concentration than the first semiconductor region,
forming a plurality of trenches extending in a predetermined extending direction on the front surface side of the semiconductor substrate;
forming a conductive portion to be filled inside the plurality of trenches;
forming an interlayer insulating film covering the front surface of the semiconductor substrate in a predetermined pattern;
forming a first electrode connected to the semiconductor substrate through an exposed region exposed from the interlayer insulating film in the mesa region sandwiched between the trenches;
In a cross section of the semiconductor device perpendicular to the extending direction, a first trench portion having a predetermined distance from the surface of the semiconductor substrate to the deepest portion of the surface of the conductive portion, and a portion of the conductive portion from the surface of the semiconductor substrate. a second trench portion having a length longer than the predetermined distance up to the deepest part of the surface;
Each of the first trench portion and the second trench portion extends below the first semiconductor region and has a shoulder portion that is inclined toward the center of the mesa region from the inclination of the side wall of the trench. has at the top,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first contact region is formed by implanting an impurity into a range including at least the shoulder portion from the front surface side of the semiconductor substrate.
前記第1電極は、エミッタ電極と、前記半導体基板と前記エミッタ電極との間に配置されるプラグ部と、を含む
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said first electrode includes an emitter electrode and a plug portion arranged between said semiconductor substrate and said emitter electrode.
前記半導体装置は、前記第1半導体領域よりも不純物濃度が高く、前記プラグ部の下方に配置される第2導電型の第2コンタクト領域を更に備える
請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein said semiconductor device further comprises a second contact region of a second conductivity type arranged below said plug portion and having an impurity concentration higher than that of said first semiconductor region.
前記プラグ部の下端は、前記第2半導体領域の下端よりも深い位置に設けられている
請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the lower end of said plug portion is provided at a position deeper than the lower end of said second semiconductor region.
前記半導体装置は、前記第1半導体領域の下方に配置され、前記半導体基板よりも不純物濃度が高い第1導電型の蓄積領域を更に備える
請求項4から6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
7. The semiconductor device according to any one of claims 4 to 6, further comprising a first conductivity type accumulation region arranged below the first semiconductor region and having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate. manufacturing method.
前記第1半導体領域は、ベース領域である
請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said first semiconductor region is a base region.
前記第2半導体領域は、エミッタ領域である
請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said second semiconductor region is an emitter region.
前記エミッタ領域は、前記トレンチと隣接する側が相対的に長くなっている
請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the emitter region has a relatively long side adjacent to the trench.
前記エミッタ領域は、前記延伸方向と垂直な断面において、前記第1トレンチ部と前記第2トレンチ部との間に挟まれたメサ領域に配置されているが、前記第1トレンチ部側と前記第2トレンチ部側とで対称に配置されていない
請求項9または10に記載の半導体装置の製造方法。
The emitter region is arranged in a mesa region sandwiched between the first trench portion and the second trench portion in a cross section perpendicular to the extending direction. 11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the two trench portions are not arranged symmetrically.
前記エミッタ領域は、前記第1トレンチ部側と前記第2トレンチ部側とで深さが異なる
請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the emitter region has different depths on the side of the first trench portion and on the side of the second trench portion.
前記第1トレンチ部または前記第2トレンチ部は、前記延伸方向と垂直な断面において、前記導電部の表面の前記最も深い部分が前記トレンチの中央に配置されている
請求項1から12のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
13. The first trench portion or the second trench portion according to any one of claims 1 to 12, wherein the deepest portion of the surface of the conductive portion is arranged in the center of the trench in a cross section perpendicular to the extending direction. 2. A method for manufacturing a semiconductor device according to item 1.
前記第1トレンチ部または前記第2トレンチ部は、前記延伸方向と垂直な断面において、前記導電部の表面の前記側壁の側が前記半導体基板のおもて面に相対的に近い
請求項1から13のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
13. In the first trench portion or the second trench portion, the sidewall side of the surface of the conductive portion is relatively close to the front surface of the semiconductor substrate in a cross section perpendicular to the extending direction. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of Claims 1 to 3.
前記延伸方向と垂直な前記断面は、前記第2半導体領域を通る断面である
請求項1から14のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said cross section perpendicular to said extending direction is a cross section passing through said second semiconductor region.
前記導電部は、ポリシリコンであり、
前記第2トレンチ部の前記トレンチは、前記半導体基板の表面からの深さが前記第1トレンチ部の前記トレンチと異なる
請求項1から15のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
the conductive portion is polysilicon;
16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the trench of the second trench section has a depth from the surface of the semiconductor substrate different from that of the trench of the first trench section.
前記半導体装置は、前記トレンチの内壁を覆い、前記半導体基板と前記導電部との絶縁を確保する絶縁膜を更に備える
請求項1から16のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
17. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising an insulating film that covers inner walls of the trench and ensures insulation between the semiconductor substrate and the conductive portion.
前記導電部は、一部がゲート電極に接続されており、その他の少なくとも一部が前記エミッタ電極に接続されている
請求項2、4から7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein a part of said conductive part is connected to the gate electrode, and at least another part of said conductive part is connected to said emitter electrode. .
前記肩部は、前記側壁よりも前記半導体基板の深さ方向に対する平均傾きが大きい
請求項1から18のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
19. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said shoulder has a larger average inclination with respect to the depth direction of said semiconductor substrate than said sidewall.
前記肩部は、少なくとも一部において直線形状を含む
請求項1から19のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein at least part of said shoulder portion has a linear shape.
前記肩部は、前記半導体基板の深さ方向の長さD1が、前記延伸方向と垂直な方向の幅W1よりも大きい
請求項1から20のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said shoulder has a length D1 in the depth direction of said semiconductor substrate greater than a width W1 in a direction perpendicular to said extending direction.
前記肩部の幅W1は、前記導電部の上端と対向する位置における前記トレンチの幅の1/2以下、1/20以上である
請求項21に記載の半導体装置の製造方法。
22. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 21, wherein the width W1 of the shoulder portion is 1/2 or less and 1/20 or more of the width of the trench at the position facing the upper end of the conductive portion.
前記肩部の幅W1は、前記導電部の上端と対向する位置における前記トレンチの幅の1/4以下である
請求項22に記載の半導体装置の製造方法。
23. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 22, wherein the width W1 of the shoulder portion is 1/4 or less of the width of the trench at a position facing the upper end of the conductive portion.
前記肩部の幅W1は、前記導電部の上端と対向する位置における前記トレンチの幅の1/10以上である
請求項22または23に記載の半導体装置の製造方法。
24. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 22, wherein the width W1 of the shoulder portion is 1/10 or more of the width of the trench at a position facing the upper end of the conductive portion.
前記肩部の少なくとも一部は、前記半導体基板の深さ方向に対する角度が20度以上である
請求項1から24のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
25. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein at least part of said shoulder has an angle of 20 degrees or more with respect to the depth direction of said semiconductor substrate.
前記第1トレンチ部および前記第2トレンチ部は、それぞれの前記導電部の上端が、前記半導体基板の表面よりも深い位置に配置されている
請求項1から25のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
26. The semiconductor according to any one of claims 1 to 25, wherein the first trench portion and the second trench portion are arranged such that upper ends of the conductive portions are located at positions deeper than the surface of the semiconductor substrate. Method of manufacturing the device.
前記第2半導体領域は、上面視で前記肩部と重なる部分において、前記半導体基板の裏面側が当該第2半導体領域の内側に窪んだ凹部を含む
請求項1から26のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
27. The second semiconductor region according to any one of claims 1 to 26, wherein the second semiconductor region includes a concave portion recessed inside the second semiconductor region on the back surface side of the semiconductor substrate in a portion overlapping with the shoulder portion when viewed from above. A method of manufacturing a semiconductor device.
前記凹部は、前記肩部と重なる部分から、前記肩部が接する前記層間絶縁膜と前記露出領域との境界と上面視で重なる部分にわたり、当該第2半導体領域の内側に窪んでいる
請求項27に記載の半導体装置の製造方法。
27. The recess is recessed inside the second semiconductor region from a portion overlapping with the shoulder portion to a portion overlapping a boundary between the interlayer insulating film and the exposed region with which the shoulder portion is in contact when viewed from above. A method for manufacturing the semiconductor device according to 1.
前記肩部は、前記延伸方向と垂直な断面において、前記半導体基板の内部に向かって凸の曲面部、前記半導体基板の表面側に向かって凸の曲面部、および、少なくとも一部において直線形状を有する直線部のうち、少なくとも1つを含む
請求項27または28に記載の半導体装置の製造方法。
The shoulder portion has, in a cross section perpendicular to the extending direction, a curved surface portion that protrudes toward the inside of the semiconductor substrate, a curved surface portion that protrudes toward the surface side of the semiconductor substrate, and at least a portion of which is linear. 29. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 27 or 28, including at least one of the linear portions.
前記第1トレンチ部に接する前記第1半導体領域の、前記半導体基板の深さ方向における長さは、前記第2トレンチ部に接する前記第1半導体領域の前記深さ方向における長さよりも長い
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The length in the depth direction of the semiconductor substrate of the first semiconductor region in contact with the first trench portion is longer than the length in the depth direction of the first semiconductor region in contact with the second trench portion. 2. The method for manufacturing the semiconductor device according to 1.
前記第1トレンチ部の前記肩部に接する前記第2半導体領域の深さは、前記第2トレンチ部の前記肩部に接する前記第2半導体領域の深さよりも浅い
請求項1または30に記載の半導体装置の製造方法。
The second semiconductor region according to claim 1 or 30, wherein the depth of said second semiconductor region in contact with said shoulder of said first trench is shallower than the depth of said second semiconductor region in contact with said shoulder of said second trench. A method of manufacturing a semiconductor device.
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