JP2003008015A - Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ゲート電極の静電容量および帰還容量が小さ
くスイッチング速度が比較的速くかつON抵抗が比較的低
いパワー半導体装置を提供する。
【解決手段】 第1導電型の半導体基板110より抵抗
が高く半導体基板の表面に形成された半導体表層120
と、半導体表層に選択的に形成された第1導電型の拡散
層150と、拡散層に接続されたソース電極114と、
半導体基板の裏面に形成されたドレイン電極190と、
互いに隣り合う拡散層の間にチャネル部160を隔てて
形成されたトレンチ182と、半導体表層より抵抗が低
く半導体表層のうちトレンチの周囲に形成された第1導
電型の第1のオフセット層186と、半導体表層の表面
上に形成されたゲート絶縁膜を介して第1のオフセット
層の上から拡散層の上にまで亘り、かつトレンチの上に
は重畳しないようにトレンチの開口の周囲に形成された
ゲート電極180とを備える。
(57) Abstract: Provided is a power semiconductor device in which the capacitance and feedback capacitance of a gate electrode are small, the switching speed is relatively fast, and the ON resistance is relatively low. A semiconductor surface layer having a higher resistance than a semiconductor substrate of a first conductivity type and formed on a surface of the semiconductor substrate.
A diffusion layer 150 of the first conductivity type selectively formed on the semiconductor surface layer, a source electrode 114 connected to the diffusion layer,
A drain electrode 190 formed on the back surface of the semiconductor substrate;
A trench 182 formed between the diffusion layers adjacent to each other with a channel portion 160 therebetween; a first offset layer 186 of a first conductivity type formed around the trench in the semiconductor surface layer having a lower resistance than the semiconductor surface layer; Formed from over the first offset layer to over the diffusion layer via the gate insulating film formed on the surface of the semiconductor surface layer, and around the opening of the trench so as not to overlap the trench. Gate electrode 180.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
半導体装置の製造方法に係り、特に、パワー半導体装置
およびパワー半導体装置の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and more particularly to a power semiconductor device and a method for manufacturing the power semiconductor device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来からパーソナル・コンピュータや情
報通信機器等の電子機器には例えば、DC-DCコンバータ
などが組み込まれている電源が配備される場合がある。
近年、電子機器はますます小型化し、その駆動電圧は低
下し、その駆動電流は大きくなっている。それに伴い、
大きな電流を効率良く流すことができ、かつ高い周波数
に対応できる電源が望まれている。2. Description of the Related Art Conventionally, electronic devices such as personal computers and information communication devices may be equipped with a power supply incorporating a DC-DC converter or the like.
In recent years, electronic devices have become smaller and smaller, their drive voltage has decreased, and their drive current has increased. with this,
A power supply capable of efficiently flowing a large current and capable of supporting a high frequency is desired.
【0003】大きな電流を低電圧で流すためには電源に
使用されるパワー半導体素子のON抵抗が低いほど良い。
また、高周波数に対応するためには電源に使用されるパ
ワー半導体素子のスイッチングがより高速である必要が
ある。In order to allow a large current to flow at a low voltage, the lower the ON resistance of the power semiconductor element used for the power source, the better.
Further, in order to cope with high frequencies, it is necessary for the power semiconductor elements used for the power supply to switch at higher speed.
【0004】また、従来から電源には、整流するために
ショットキー・ダイオードが一般的に使用されている。
近年、低い電圧で大きな電流を流すことができるように
するために、ショットキー・ダイオードに代えて、パワ
ー半導体素子が整流するために使用される。よって、電
源の入力と出力との間をスイッチングする切替用パワー
半導体素子のほかに電流を整流するための整流用パワー
半導体素子が必要になる。このような電源は、整流用パ
ワー半導体素子が切替用パワー半導体素子のスイッチン
グに同期させてスイッチングさせるので、同期整流回路
方式の電源と呼ばれている。Further, conventionally, a Schottky diode is generally used for rectification in a power supply.
In recent years, power semiconductor devices have been used for rectification instead of Schottky diodes in order to be able to carry large currents at low voltages. Therefore, in addition to the switching power semiconductor element for switching between the input and output of the power supply, a rectifying power semiconductor element for rectifying current is required. Such a power source is called a synchronous rectifier circuit type power source because the rectifying power semiconductor element switches in synchronization with the switching of the switching power semiconductor element.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】図15は、典型的な同
期整流回路方式の電源に使用されているDC-DCコンバー
タ2000の回路図である。整流用パワー半導体素子2
010および切替用パワー半導体素子2020は、同期
させて動作させるので、ともに高速にスイッチングさせ
ることができることが好ましい。また、整流用パワー半
導体素子2010および切替用パワー半導体素子202
0は、ともに大きな電流を流すのでON抵抗が低いほど好
ましい。従って、同期整流回路方式のDC-DCコンバータ
2000においては、切替用パワー半導体素子2020
および整流用パワー半導体素子2010のON抵抗の低抵
抗化およびスイッチングの高速化等の改善がより望まれ
る。FIG. 15 is a circuit diagram of a DC-DC converter 2000 used in a typical synchronous rectification circuit type power supply. Rectifying power semiconductor element 2
Since 010 and the switching power semiconductor element 2020 are operated in synchronization, it is preferable that both can be switched at high speed. Further, the rectifying power semiconductor element 2010 and the switching power semiconductor element 202
0 is preferable as the ON resistance is low, because a large current flows in both cases. Therefore, in the DC-DC converter 2000 of the synchronous rectification circuit system, the switching power semiconductor element 2020
Further, it is more desired to improve the ON resistance of the rectifying power semiconductor element 2010 such as a lower resistance and a faster switching speed.
【0006】また、例えば、切替用パワー半導体素子2
020のソース電極2030とDC-DCコンバータの出力
2040との間にインダクタンス2050が接続されて
いる場合がある。このようにインダクタンスが接続され
ている電源をONからOFFまたはOFFからONにスイッチング
することを一般にL負荷スイッチングという。Also, for example, the switching power semiconductor element 2
An inductance 2050 may be connected between the source electrode 2030 of 020 and the output 2040 of the DC-DC converter. Switching the power supply to which the inductance is connected from ON to OFF or from OFF to ON is generally called L load switching.
【0007】切替用パワー半導体素子2020がONして
いる状態においては、ドレイン電極2060とソース電
極2030との間の電位差はゼロに近い。また、インダ
クタンス2050に電気エネルギーが蓄えられる。When the switching power semiconductor element 2020 is on, the potential difference between the drain electrode 2060 and the source electrode 2030 is close to zero. In addition, electric energy is stored in the inductance 2050.
【0008】一方で、切替用パワー半導体素子2020
がONからOFFへ切り替えられたときには、ドレイン電極
2060とソース電極2030との間の接続が断たれ
る。また、切替用パワー半導体素子2020がONしてい
るときの電流をインダクタンス2050が維持しようと
するため、ソース電極2030の電位が低下する。この
とき、整流用パワー半導体素子2010はONするので、
電流は、整流用パワー半導体素子2010およびインダ
クタンス2050を通して出力2040へ供給される。On the other hand, the switching power semiconductor element 2020
When is switched from ON to OFF, the connection between the drain electrode 2060 and the source electrode 2030 is broken. Further, since the inductance 2050 tries to maintain the current when the switching power semiconductor element 2020 is ON, the potential of the source electrode 2030 decreases. At this time, the rectifying power semiconductor element 2010 is turned on,
Current is supplied to output 2040 through rectifying power semiconductor element 2010 and inductance 2050.
【0009】図16は、同期整流回路方式の電源に使用
される従来のパワー半導体素子1000の拡大断面図で
ある。尚、パワー半導体素子1000は、整流用パワー
半導体素子および切替用パワー半導体素子の両方に使用
され得る。従来のパワー半導体素子1000は、例え
ば、n+型の半導体基板1010の表面に半導体基板1
010よりも抵抗の低い半導体表層1020を有する。
半導体表層1020には、p型のベース層1030、1
031が選択的に形成されている。さらに、半導体表層
1020のベース層1030、1031内には、ベース
層1030、1031へそれぞれ接続するコンタクト層
1040、1041およびコンタクト層1040、10
41にそれぞれ隣接したソース層1050、1051が
選択的に形成されている。半導体表層1020の表面近
傍において、ベース層1030、1031内であってソ
ース層1050、1051と半導体表層1020との間
にチャネル部1060、1061がそれぞれ形成され
る。さらに、半導体基板1010の裏面にはドレイン電
極1090が半導体基板1010と接続するように形成
されている。FIG. 16 is an enlarged sectional view of a conventional power semiconductor device 1000 used for a synchronous rectification circuit type power supply. The power semiconductor element 1000 can be used as both a rectifying power semiconductor element and a switching power semiconductor element. The conventional power semiconductor device 1000 has, for example, a semiconductor substrate 1 on the surface of an n + type semiconductor substrate 1010.
The semiconductor surface layer 1020 has a lower resistance than 010.
The semiconductor surface layer 1020 has p-type base layers 1030, 1
031 is selectively formed. Further, in the base layers 1030 and 1031 of the semiconductor surface layer 1020, the contact layers 1040 and 1041 and the contact layers 1040 and 1010 connected to the base layers 1030 and 1031, respectively.
Source layers 1050 and 1051 respectively adjacent to 41 are selectively formed. In the vicinity of the surface of the semiconductor surface layer 1020, channel portions 1060 and 1061 are formed in the base layers 1030 and 1031 and between the source layers 1050 and 1051 and the semiconductor surface layer 1020, respectively. Further, a drain electrode 1090 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1010 so as to be connected to the semiconductor substrate 1010.
【0010】半導体表層1020の表面上には、ゲート
絶縁膜1070を介してゲート電極1080が形成され
ている。ゲート電極1080は、ソース層1050の上
から、チャネル部1060の上、半導体表層1020の
上、さらにチャネル部1061の上を通って、ソース層
1051まで延在している。ゲート電極1080はシリ
コン酸化膜1012で被覆され、さらにシリコン酸化膜
1012はソース電極1014で被覆されている。A gate electrode 1080 is formed on the surface of the semiconductor surface layer 1020 via a gate insulating film 1070. The gate electrode 1080 extends from the source layer 1050, the channel portion 1060, the semiconductor surface layer 1020, and the channel portion 1061 to the source layer 1051. The gate electrode 1080 is covered with a silicon oxide film 1012, and the silicon oxide film 1012 is covered with a source electrode 1014.
【0011】一般に、ゲート電極1080の長さLgがよ
り長い場合には、それに伴いゲート電極1080がゲー
ト絶縁膜1070を介して半導体表層1020に対向す
る面積がより大きくなるので、ゲート電極1080の静
電容量がより大きくなる。特に、ゲート電極1080が
ゲート絶縁膜1070を介して対向する半導体表層10
20の対向領域1025(図16の矢示領域)とゲート
電極1080との間の容量(以下、「帰還容量」とい
う)がより大きくなる。ゲート電極1080の静電容量
および帰還容量が大きくなると、スイッチングのために
ゲート電極1080の電圧を昇圧または降圧するための
時間が長くなり、スイッチング損失が大きくなってしま
う。よって、パワー半導体装置1000のスイッチング
速度が遅くなってしまいスイッチング損失が大きくなる
ことにより、変換効率が低下する。In general, when the length Lg of the gate electrode 1080 is longer, the area of the gate electrode 1080 facing the semiconductor surface layer 1020 through the gate insulating film 1070 becomes larger accordingly, so that the gate electrode 1080 remains static. The electric capacity becomes larger. In particular, the semiconductor surface layer 10 in which the gate electrode 1080 faces the gate insulating film 1070
The capacitance (hereinafter, referred to as "feedback capacitance") between the facing region 1025 of 20 (the region shown by the arrow in FIG. 16) and the gate electrode 1080 becomes larger. When the electrostatic capacitance and the feedback capacitance of the gate electrode 1080 become large, the time for raising or lowering the voltage of the gate electrode 1080 for switching becomes long and the switching loss becomes large. Therefore, the switching speed of the power semiconductor device 1000 slows down and the switching loss increases, so that the conversion efficiency decreases.
【0012】しかし、同期整流回路方式の電源において
は、切替用パワー半導体素子だけでなく整流用パワー半
導体素子のゲート駆動に要する電力も小さくしなければ
ならない。よって、ゲート電極1080の静電容量およ
び帰還容量はより小さい方が望ましい。一般には、ゲー
ト電極1080の静電容量のうち帰還容量がスイッチン
グ速度およびスイッチング損失に大きな影響を与える。
従って、ゲート電極1080の帰還容量を小さくするた
めに、ゲート電極1080と対向領域1025とが対向
する面積(以下、「対向面積」という)をより小さくす
ることが考えられる。However, in the power supply of the synchronous rectification circuit system, not only the power semiconductor element for switching but also the power required for driving the gate of the power semiconductor element for rectification must be reduced. Therefore, it is desirable that the capacitance and the feedback capacitance of the gate electrode 1080 are smaller. In general, the feedback capacitance of the capacitance of the gate electrode 1080 has a great influence on the switching speed and the switching loss.
Therefore, in order to reduce the feedback capacitance of the gate electrode 1080, it is conceivable to further reduce the area where the gate electrode 1080 and the facing region 1025 face each other (hereinafter, referred to as “facing area”).
【0013】対向面積を小さくするために、互いに隣り
合うベース層1030とベース層1031との間の距離
を短くすることが考えられる。ベース層1030とベー
ス層1031との間の距離を短くすると、チャネル部1
060のチャネル長が拡がり、対向領域1025が狭く
なる。In order to reduce the facing area, it is conceivable to shorten the distance between the base layer 1030 and the base layer 1031 which are adjacent to each other. When the distance between the base layer 1030 and the base layer 1031 is shortened, the channel portion 1
The channel length of 060 expands and the facing region 1025 narrows.
【0014】チャネル長が拡がることによって、パワー
半導体装置1000のON抵抗が高くなってしまうという
問題が生じる。対向領域1025が狭くなると、半導体
基板1010からチャネル部1060へ流れる電流は対
向領域1025を通過し難くなる。それによって、パワ
ー半導体装置1000のON抵抗が高くなってしまうとい
う問題が生じる。The increase in the channel length causes a problem that the ON resistance of the power semiconductor device 1000 increases. When the facing region 1025 becomes narrow, the current flowing from the semiconductor substrate 1010 to the channel portion 1060 becomes difficult to pass through the facing region 1025. This causes a problem that the ON resistance of the power semiconductor device 1000 becomes high.
【0015】ベース層1030とベース層1031との
間の距離を短くするのに伴い、互いに隣り合うソース層
1050とソース層1051との間の距離を短くするこ
とによって、チャネル長の拡がりを回避できる。また、
素子ピッチLpが短くなるので、パワー半導体装置100
0が小さくなる。よって、ベース層1030とベース層
1031と間の距離を短くするのに伴い、互いに隣り合
うソース層1050とソース層1051との間の距離を
短くすることは好ましい。As the distance between the base layer 1030 and the base layer 1031 is shortened, the distance between the source layer 1050 and the source layer 1051 adjacent to each other is shortened, whereby the spread of the channel length can be avoided. . Also,
Since the element pitch Lp becomes short, the power semiconductor device 100
0 becomes smaller. Therefore, it is preferable to shorten the distance between the source layer 1050 and the source layer 1051 which are adjacent to each other as the distance between the base layer 1030 and the base layer 1031 is shortened.
【0016】しかし、対向領域1025が狭くなること
により、ON抵抗が高くなってしまうという問題は依然と
して残る。However, the problem that the ON resistance becomes high due to the narrowing of the facing region 1025 still remains.
【0017】一方で、パワー半導体装置1000のON抵
抗を低くするために、対向領域1025を広いまま維持
すると、対向面積が大きくなってしまう。On the other hand, if the facing region 1025 is kept wide in order to reduce the ON resistance of the power semiconductor device 1000, the facing area becomes large.
【0018】よって、従来から、対向面積を小さくする
ことによってゲート電極1080の静電容量および帰還
容量を小さくし、パワー半導体装置1000のスイッチ
ング速度を速くし、スイッチング損失を小さくすること
と、対向領域1025を広くすることによってパワー半
導体装置1000のON抵抗を小さくすることとはトレー
ドオフの関係にあった。Therefore, conventionally, by reducing the facing area, the capacitance and the feedback capacitance of the gate electrode 1080 are reduced, the switching speed of the power semiconductor device 1000 is increased, the switching loss is reduced, and the facing region is reduced. There is a trade-off relationship with decreasing the ON resistance of the power semiconductor device 1000 by increasing 1025.
【0019】そこで、本発明の目的は、ゲート電極の静
電容量および対向領域とゲート電極との間の帰還容量が
小さい、即ち、スイッチング速度が比較的速く、かつON
抵抗が比較的低いパワー半導体装置を提供することであ
る。Therefore, an object of the present invention is to reduce the electrostatic capacitance of the gate electrode and the feedback capacitance between the facing region and the gate electrode, that is, the switching speed is relatively fast and ON.
An object is to provide a power semiconductor device having a relatively low resistance.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】本発明に従った実施の形
態による半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の表
面に形成された半導体表層と、半導体表層の断面におい
て、互いに離間して選択的に形成された第1導電型の複
数の拡散層と、複数の拡散層に接続されたソース電極ま
たはドレイン電極のいずれか一方と、半導体基板の裏面
に形成されたソース電極またはドレイン電極のいずれか
他方と、互いに隣り合う拡散層の間に該拡散層に接続す
るようにチャネルが形成されるチャネル部と、互いに隣
り合う拡散層の間に拡散層から少なくともチャネル部を
隔てて形成されたトレンチと、半導体表層より抵抗が低
く、半導体表層のうちトレンチの周囲に形成された第1
導電型の第1のオフセット層と、半導体表層の表面上に
形成されたゲート絶縁膜を介して、第1のオフセット層
の上から拡散層の上にまで達し、かつトレンチの上には
重畳しないようにトレンチの開口の周囲に形成されたゲ
ート電極とを備える。A semiconductor device according to an embodiment of the present invention is a semiconductor substrate, a semiconductor surface layer formed on the surface of the semiconductor substrate, and a cross section of the semiconductor surface layer. A plurality of diffusion layers of the first conductivity type formed on, one of a source electrode or a drain electrode connected to the plurality of diffusion layers, and one of a source electrode or a drain electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate. On the other hand, a channel portion in which a channel is formed between adjacent diffusion layers so as to connect to the diffusion layer, and a trench formed between adjacent diffusion layers with at least the channel portion separated from the diffusion layer. , Which has a resistance lower than that of the semiconductor surface layer and is formed on the semiconductor surface layer around the trench.
The first offset layer of conductivity type and the gate insulating film formed on the surface of the semiconductor surface layer reach from the first offset layer to the diffusion layer and do not overlap the trench. And a gate electrode formed around the opening of the trench.
【0021】半導体基板は第1導電型であり、半導体表
層は、第2導電型または半導体基板より抵抗が高い第1導
電型であり、拡散層はソース層であり、ソース層にはソ
ース電極が接続され、半導体基板の裏面にはドレイン電
極が形成されていることが好ましい。The semiconductor substrate is the first conductivity type, the semiconductor surface layer is the second conductivity type or the first conductivity type having a higher resistance than the semiconductor substrate, the diffusion layer is the source layer, and the source layer has the source electrode. It is preferable that a drain electrode is formed on the back surface of the semiconductor substrate, which is connected.
【0022】トレンチの深さは半導体表層を貫通して半
導体基板に到達する深さであってもよい。この場合に
は、第1のオフセット層は半導体表層の表面から半導体
表層を貫通して半導体基板まで形成されている。The depth of the trench may be such that it penetrates the semiconductor surface layer and reaches the semiconductor substrate. In this case, the first offset layer is formed from the surface of the semiconductor surface layer to the semiconductor substrate through the semiconductor surface layer.
【0023】また、半導体表層は第1導電型であり、ト
レンチの深さは半導体表層を貫通することなく半導体表
層中の任意の位置までの深さに形成されていてもよい。
この場合、オフセット層は半導体表層の表面からトレン
チの底部まで形成されている。The semiconductor surface layer may be of the first conductivity type, and the trench may be formed to a depth up to an arbitrary position in the semiconductor surface layer without penetrating the semiconductor surface layer.
In this case, the offset layer is formed from the surface of the semiconductor surface layer to the bottom of the trench.
【0024】さらに、第1のオフセット層の周囲を半導
体表層の表面から半導体表層を貫通して半導体基板まで
形成され、半導体表層よりも抵抗が低い第2導電型の第
2のオフセット層をさらに備えていてもよい。この場
合、トレンチの深さは半導体表層を貫通して半導体基板
に到達する深さであり、第1のオフセット層は半導体表
層の表面から半導体表層を貫通して半導体基板まで形成
されている。Further, the semiconductor device further comprises a second offset layer of the second conductivity type which is formed around the first offset layer from the surface of the semiconductor surface layer to the semiconductor substrate through the semiconductor surface layer to a semiconductor substrate and has a lower resistance than the semiconductor surface layer. May be. In this case, the depth of the trench is a depth that penetrates the semiconductor surface layer and reaches the semiconductor substrate, and the first offset layer is formed from the surface of the semiconductor surface layer to the semiconductor substrate through the semiconductor surface layer.
【0025】ドレイン電極、ソース層、第1のオフセッ
ト層、第2のオフセット層およびゲート電極は、当該半
導体装置の断面において、トレンチの中心を境にほぼ対
称の位置に設けられかつほぼ対称の形状に成形されてい
ることが好ましい。The drain electrode, the source layer, the first offset layer, the second offset layer and the gate electrode are provided at substantially symmetrical positions with respect to the center of the trench in the cross section of the semiconductor device and have substantially symmetrical shapes. It is preferable to be molded.
【0026】本発明に従った実施の形態による半導体装
置の製造方法は、第1導電型の半導体基板より抵抗が高
い第1導電型または第2導電型の半導体表層を該半導体基
板の表面に形成するステップと、半導体表層上に絶縁膜
を形成する絶縁膜形成ステップと、絶縁膜上に導電性の
ゲート材料を形成するゲート材料形成ステップと、所定
のパターンに従って、ゲート材料、絶縁膜および半導体
表層を連続して異方的にエッチングして半導体表層内に
トレンチを形成するトレンチ形成ステップと、トレンチ
の側壁に第1導電型の不純物を該側壁に対して斜め方向
に注入する第1の注入ステップと、第1導電型の不純物
を拡散させることによって、第1のオフセット層を形成
する拡散ステップとを含む。In the method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention, a semiconductor surface layer of the first conductivity type or the second conductivity type having a higher resistance than that of the semiconductor substrate of the first conductivity type is formed on the surface of the semiconductor substrate. Step, an insulating film forming step of forming an insulating film on the semiconductor surface layer, a gate material forming step of forming a conductive gate material on the insulating film, and a gate material, an insulating film and a semiconductor surface layer according to a predetermined pattern. A step of forming a trench in the semiconductor surface layer by continuously anisotropically etching, and a first implantation step of implanting an impurity of the first conductivity type into a sidewall of the trench in an oblique direction with respect to the sidewall. And a diffusion step of forming a first offset layer by diffusing a first conductivity type impurity.
【0027】ゲート材料形成ステップの後に、ゲート材
料を所定のパターンに従ってエッチングして、該エッチ
ング後のゲート材料を利用して自己整合的にソース層を
形成するステップと、トレンチ形成ステップにおけるエ
ッチングによって、ゲート電極が形成され、拡散ステッ
プ後に、ソース層に接続されるソース電極を形成し、半
導体基板の裏面にドレイン電極を形成するステップと、
をさらに含んでいてもよい。After the step of forming the gate material, the step of etching the gate material according to a predetermined pattern to form the source layer in a self-aligned manner using the etched gate material, and the etching in the step of forming the trench, Forming a gate electrode, forming a source electrode connected to the source layer after the diffusion step, and forming a drain electrode on the back surface of the semiconductor substrate;
May be further included.
【0028】第1の注入ステップの後、トレンチの側壁
に第1導電型の不純物と拡散長が相違する第2導電型の
不純物を注入する第2の注入ステップをさらに含み、第
2の注入ステップの後、拡散ステップにおいて、第1導
電型の不純物と第2導電型の不純物を拡散させることに
よって、トレンチの側壁に第1導電型の第1のオフセッ
ト層を形成し、第1のオフセット層の周囲に第2導電型
の第2のオフセット層を形成してもよい。After the first implanting step, the method further includes a second implanting step of implanting a second conductive type impurity having a diffusion length different from that of the first conductive type impurity into the sidewall of the trench. Then, in a diffusion step, a first conductivity type impurity and a second conductivity type impurity are diffused to form a first conductivity type first offset layer on a sidewall of the trench. A second conductivity type second offset layer may be formed around the periphery.
【0029】[0029]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明によ
る実施の形態を説明する。尚、本実施の形態は本発明を
限定するものではない。また、以下の本発明に従った実
施の形態による半導体装置は、各要素の導電型につい
て、p型の要素をn型へ変更し、かつn型の要素をp型
へ変更しても本発明の効果は失われない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present embodiment does not limit the present invention. Further, in the semiconductor device according to the following embodiment of the present invention, the conductivity type of each element is changed even if the p-type element is changed to the n-type and the n-type element is changed to the p-type. The effect of is not lost.
【0030】図1は、本発明に従った第1の実施の形態
によるパワー半導体装置100の拡大断面図である。本
実施の形態によれば、パワー半導体装置100は、n+
型の半導体基板110と、半導体基板110より抵抗が
高く、半導体基板110の表面に形成されたn型の半導
体表層120と、半導体表層120に選択的に形成され
たp型のソース層150およびソース層151と、ソー
ス層150およびソース層151に接続されたソース電
極114と、半導体基板110の裏面に形成されたドレ
イン電極190と、互いに隣り合うソース層150およ
びソース層151の間に、ソース層150およびソース
層151にそれぞれ接続するようにチャネルが形成され
るチャネル部160およびチャネル部161と、互いに
隣り合うソース層150およびソース層151の間に、
ソース層150およびソース層151からそれぞれ少な
くともチャネル部160およびチャネル部161を隔て
て形成されたトレンチ182と、半導体表層120より
抵抗が低く、半導体表層120のうちトレンチ182の
周囲に形成されたn型のオフセット層186およびオフ
セット層189と、半導体表層120の表面上に形成さ
れたゲート絶縁膜170を介してそれぞれオフセット層
186の上からソース層150およびソース層151の
上にまで達し、かつトレンチ182の上には重畳しない
ようにトレンチ182の開口188の周囲に形成された
ゲート電極180およびゲート電極181とを備えてい
る。FIG. 1 is an enlarged sectional view of a power semiconductor device 100 according to the first embodiment of the present invention. According to the present embodiment, the power semiconductor device 100 has n +
Type semiconductor substrate 110, an n-type semiconductor surface layer 120 having a higher resistance than the semiconductor substrate 110 and formed on the surface of the semiconductor substrate 110, a p-type source layer 150 and a source selectively formed on the semiconductor surface layer 120. The source layer between the layer 151, the source layer 150 and the source electrode 114 connected to the source layer 151, the drain electrode 190 formed on the back surface of the semiconductor substrate 110, and the source layer 150 and the source layer 151 adjacent to each other. Between the channel portion 160 and the channel portion 161 in which a channel is formed so as to be connected to the 150 and the source layer 151, respectively, and between the source layer 150 and the source layer 151 which are adjacent to each other,
A trench 182 formed by separating the source layer 150 and the source layer 151 from each other with at least the channel portion 160 and the channel portion 161 respectively, and an n-type formed around the trench 182 in the semiconductor surface layer 120 and having a resistance lower than that of the semiconductor surface layer 120. Of the offset layer 186 and the offset layer 189, and the gate insulating film 170 formed on the surface of the semiconductor surface layer 120, reaching the source layer 150 and the source layer 151 from the offset layer 186, respectively, and the trench 182. The gate electrode 180 and the gate electrode 181 are formed around the opening 188 of the trench 182 so as not to overlap each other.
【0031】本実施の形態において、ベース層130お
よびベース層131が半導体表層120に選択的に形成
されている。ソース層150およびソース層151は、
それぞれベース層130およびベース層131をタッブ
としてそれらの内側に選択的に形成されている。ソース
層150およびソース層151にそれぞれ接続されてい
るコンタクト層140およびコンタクト層141がさら
に設けられている。また、ソース層150、151およ
びコンタクト層140、141に接続されたソース電極
114が形成されている。ソース電極114は、ゲート
電極180、181の上を被覆したゲート絶縁膜112
の上を被覆するように形成されている。In this embodiment, the base layer 130 and the base layer 131 are selectively formed on the semiconductor surface layer 120. The source layer 150 and the source layer 151 are
Each of the base layer 130 and the base layer 131 is selectively formed on the inner side thereof as a tab. Further provided are a contact layer 140 and a contact layer 141, which are connected to the source layer 150 and the source layer 151, respectively. Further, the source electrode 114 connected to the source layers 150 and 151 and the contact layers 140 and 141 is formed. The source electrode 114 is the gate insulating film 112 that covers the gate electrodes 180 and 181.
Is formed so as to cover the top.
【0032】従来例との比較のために、便宜上、ベース
層130、131、コンタクト層140、141および
ソース層150、151の大きさ、位置および濃度は、
従来例のベース層1030、1031、コンタクト層1
040、1041およびソース層1050、1051の
大きさ、位置および濃度と同じとして説明する。For comparison with the conventional example, for convenience, the sizes, positions and concentrations of the base layers 130 and 131, the contact layers 140 and 141 and the source layers 150 and 151 are as follows.
Conventional base layers 1030, 1031 and contact layer 1
040, 1041 and source layers 1050, 1051 have the same size, position, and concentration.
【0033】本実施の形態によるトレンチ182の深さ
は半導体表層120を貫通して半導体基板110に到達
する深さである。また、オフセット層186は半導体表
層120の表面から半導体表層120を貫通して半導体
基板110まで到達している。The depth of the trench 182 according to the present embodiment is a depth that penetrates the semiconductor surface layer 120 and reaches the semiconductor substrate 110. Further, the offset layer 186 reaches the semiconductor substrate 110 from the surface of the semiconductor surface layer 120 through the semiconductor surface layer 120.
【0034】オフセット層186、189の不純物濃度
は半導体表層120の不純物濃度より高く、半導体基板
110およびソース層150、151の不純物濃度より
も低い。The impurity concentration of the offset layers 186 and 189 is higher than that of the semiconductor surface layer 120 and lower than that of the semiconductor substrate 110 and the source layers 150 and 151.
【0035】トレンチ182の内部にはプラグ材料18
4が充填されている。プラグ材料184として、SiO2
やエピタキシャル成長させたn−型またはp−型のシリ
コン等が使用される。Inside the trench 182, the plug material 18
4 is filled. SiO 2 as the plug material 184
Or epitaxially grown n − type or p − type silicon or the like is used.
【0036】ゲート電極180、181は開口188の
周囲に設けられている。よって、図1の断面図において
は、ゲート電極180、181の間に間隙Wが現れてい
る。The gate electrodes 180 and 181 are provided around the opening 188. Therefore, in the cross-sectional view of FIG. 1, the gap W appears between the gate electrodes 180 and 181.
【0037】図2(A)および図2(B)は、本発明に従
った第1の実施の形態によるパワー半導体装置100の
拡大平面図である。本実施の形態において、開口188
(図2(A)参照)を単に溝として、ゲート電極180、
181が溝188(図2(B)参照)によって2つに分
離されているように構成してもよい。即ち、図2(A)に
示すように、ゲート電極に開口188が設けられた場合
には、ゲート電極180、181は2つに分離されず、
梯子状に成形される。一方で、ゲート電極に溝188が
設けられた場合には、ゲート電極は2つに分離され、そ
れぞれが独立し、それぞれが帯状に成形される。ゲート
電極には開口188または溝188のいずれが形成され
てもよい。尚、図2(A)または図2(B)のX-X´線に沿
った断面図が図1の断面図に該当する。FIGS. 2A and 2B are enlarged plan views of power semiconductor device 100 according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, the opening 188
(See FIG. 2A) is simply used as a groove, and the gate electrode 180,
Alternatively, the groove 188 may be divided into two by a groove 188 (see FIG. 2B). That is, as shown in FIG. 2A, when the gate electrode is provided with the opening 188, the gate electrodes 180 and 181 are not separated into two,
It is shaped like a ladder. On the other hand, when the groove 188 is provided in the gate electrode, the gate electrode is divided into two parts, each of which is independent and each of which is formed into a strip shape. Either the opening 188 or the groove 188 may be formed in the gate electrode. The sectional view taken along the line XX ′ in FIG. 2 (A) or FIG. 2 (B) corresponds to the sectional view in FIG. 1.
【0038】次に、本実施の形態によるパワー半導体装
置100の動作を説明する。パワー半導体装置100が
OFFしており、ドレイン電極190に電圧が印加されて
いるときには、空乏層が半導体表層120とベース層1
30、131、オフセット層186、189との間に拡
がる。Next, the operation of the power semiconductor device 100 according to this embodiment will be described. Power semiconductor device 100
When the drain electrode 190 is turned off and the voltage is applied, the depletion layer is the semiconductor surface layer 120 and the base layer 1.
30 and 131 and the offset layers 186 and 189.
【0039】パワー半導体装置100がONするときに
は、ゲート電極180、181に所定のゲート電圧が印
加されることによって、チャネル部160、161が反
転する。それによりチャネルが形成され、ソース層15
0、151と半導体表層120およびオフセット層18
6、189との間に電流が流れる。オフセット層18
6、189の不純物濃度は半導体表層120の不純物濃
度より高いので、ドレイン電極190からの電流は半導
体基板110を介してオフセット層186、189をゲ
ート電極180、181の方向へ向かって流れる。その
電流はそれぞれゲート電極180、181の下の対向領
域125、126を流れ、チャネル部160、161に
形成されたチャネルを介してソース層150、151お
よびソース電極114へと流れる。When the power semiconductor device 100 is turned on, a predetermined gate voltage is applied to the gate electrodes 180 and 181, so that the channel portions 160 and 161 are inverted. Thereby, a channel is formed and the source layer 15
0, 151 and the semiconductor surface layer 120 and the offset layer 18
A current flows between 6 and 189. Offset layer 18
Since the impurity concentration of 6, 189 is higher than that of the semiconductor surface layer 120, the current from the drain electrode 190 flows through the semiconductor substrate 110 through the offset layers 186, 189 toward the gate electrodes 180, 181. The current flows through the facing regions 125 and 126 below the gate electrodes 180 and 181, respectively, and flows to the source layers 150 and 151 and the source electrode 114 through the channels formed in the channel portions 160 and 161.
【0040】本実施の形態によれば、ベース層130、
131とコンタクト層140、141とソース層15
0、151との大きさおよび位置は、従来例のベース層
1030、1031とコンタクト層1040、1041
とソース層1050、1051との大きさおよび位置と
同じである。よって、ゲート電極180のソース層15
0側にある端から、ゲート電極181のソース層151
側にある端までの幅Lgは、図16の従来例におけるゲー
ト電極1080の幅Lgとほぼ同じである。従って、ゲ
ート電極180とゲート電極181との間に間隙Wが設
けられていることによって、ゲート電極全体の半導体表
層120に対向している面積はより小さくなる。従っ
て、ゲート電極の静電容量は、従来例より小さくなる。According to this embodiment, the base layer 130,
131, contact layers 140 and 141, and source layer 15
The sizes and positions of 0 and 151 are the same as those of the conventional base layers 1030 and 1031 and the contact layers 1040 and 1041.
And the source layers 1050 and 1051 have the same size and position. Therefore, the source layer 15 of the gate electrode 180
From the end on the 0 side, the source layer 151 of the gate electrode 181
The width Lg to the end on the side is almost the same as the width Lg of the gate electrode 1080 in the conventional example of FIG. Therefore, since the gap W is provided between the gate electrode 180 and the gate electrode 181, the area of the entire gate electrode facing the semiconductor surface layer 120 becomes smaller. Therefore, the capacitance of the gate electrode is smaller than that of the conventional example.
【0041】また、本実施の形態においては、間隙W´
のトレンチ182が形成されている。従って、対向領域
はトレンチ182の両側壁からベース層130、131
までのそれぞれの間の2つの対向領域125、126に
なる。これらの2つの対向領域125、126の面積の
和が対向面積となる。従って、本実施の形態の帰還容量
は、従来例の帰還容量よりも、トレンチ182が形成さ
れている分だけ小さくなる。In this embodiment, the gap W '
Trench 182 is formed. Therefore, the facing region is formed from both side walls of the trench 182 to the base layers 130 and 131.
There will be two opposing regions 125, 126 between each up to. The sum of the areas of these two facing regions 125 and 126 is the facing area. Therefore, the feedback capacitance of the present embodiment is smaller than that of the conventional example by the amount of the trench 182 formed.
【0042】一方で、半導体表層120のうちトレンチ
182の内壁の周囲には、半導体表層120より抵抗値
の低いオフセット層186、189が形成されている。
従って、電流は、ドレイン電極190から半導体基板1
10を介して比較的抵抗の低いオフセット層186、1
89を通過して、チャネル部160、161へ流れる。
それによって、対向面積の減少に伴い半導体装置100
のON抵抗が上昇することを回避することができる。さ
らに、オフセット層186、189の不純物濃度を多く
し、その抵抗を低下させることによって、従来例よりも
半導体装置100のON抵抗を低下させてもよい。ただ
し、オフセット層186、189の不純物濃度を過度に
多くすると、オフセット層186、189で空乏層が拡
がり難くなる。従って、パワー半導体装置100をOF
Fにしているときのソース−ドレイン間の耐圧が低下す
る。よって、オフセット層186、189のn型の不純
物濃度は約1×1012cm−2から約5×1012cm−2が好
ましい。On the other hand, offset layers 186 and 189 having a lower resistance value than the semiconductor surface layer 120 are formed around the inner wall of the trench 182 in the semiconductor surface layer 120.
Therefore, current flows from the drain electrode 190 to the semiconductor substrate 1
Offset layer 186, 1 having a relatively low resistance
After passing through 89, it flows to the channel parts 160 and 161.
As a result, as the facing area decreases, the semiconductor device 100
It is possible to avoid an increase in the ON resistance of. Furthermore, the ON resistance of the semiconductor device 100 may be lowered as compared with the conventional example by increasing the impurity concentration of the offset layers 186 and 189 and lowering the resistance thereof. However, if the impurity concentration of the offset layers 186 and 189 is excessively increased, it becomes difficult for the depletion layer to spread in the offset layers 186 and 189. Therefore, the power semiconductor device 100 is OF
The breakdown voltage between the source and drain when set to F decreases. Therefore, the n-type impurity concentration of the offset layers 186 and 189 is preferably about 1 × 10 12 cm −2 to about 5 × 10 12 cm −2 .
【0043】尚、本実施の形態においては、間隙Wは間
隙W´とほぼ等しい。それによって、後述するように本
発明に従った本実施の形態による半導体装置の製造方法
によれば、パワー半導体装置100の製造を容易なるか
らである。また、図1の断面図において、パワー半導体
装置100は、トレンチ182の中心を境にほぼ対称に
形成されている。従って、パワー半導体装置100の各
構成要素は、トレンチ182を境にほぼ対称の位置に設
けられかつほぼ対称の形状に成形されている。それによ
り、パワー半導体装置100を流れる電流の流れが対称
となる。よって、パワー半導体装置100の一部分に電
界が集中しないので、パワー半導体装置100が破壊さ
れることがない。また、パワー半導体装置100の寿命
が延びる。さらに、実質的にパワー半導体装置100の
ON抵抗が低下する。In this embodiment, the gap W is almost equal to the gap W '. Thereby, as will be described later, according to the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment of the present invention, the power semiconductor device 100 can be easily manufactured. Further, in the sectional view of FIG. 1, the power semiconductor device 100 is formed substantially symmetrically with the center of the trench 182 as a boundary. Therefore, the respective constituent elements of the power semiconductor device 100 are provided at substantially symmetrical positions with the trench 182 as a boundary and are molded in a substantially symmetrical shape. As a result, the flow of current flowing through the power semiconductor device 100 becomes symmetrical. Therefore, since the electric field is not concentrated on a part of the power semiconductor device 100, the power semiconductor device 100 is not destroyed. In addition, the life of the power semiconductor device 100 is extended. Further, substantially the power semiconductor device 100
ON resistance decreases.
【0044】図3は、本発明に従った第2の実施の形態
によるパワー半導体装置200の拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view of a power semiconductor device 200 according to the second embodiment of the present invention.
【0045】尚、第2から第5の実施の形態において、
トレンチ282、382、482、582より左側の構
成は、トレンチ282、382、482、582より右
側の構成と対称であるので、トレンチ282、382、
482、582より左側の構成要素の参照番号は省略さ
れている。In the second to fifth embodiments,
Since the configuration on the left side of the trenches 282, 382, 482, 582 is symmetrical to the configuration on the right side of the trenches 282, 382, 482, 582, the trenches 282, 382,
Reference numerals of components on the left side of 482 and 582 are omitted.
【0046】第1の実施の形態によるパワー半導体装置
100と比較して、本実施の形態によるパワー半導体装
置200のトレンチ282の深さはトレンチ182より
浅く、オフセット層286の長さはオフセット層186
より短い。よって、トレンチ282およびオフセット層
286は、半導体表層220を貫通しておらず、半導体
基板210に到達していない。従って、パワー半導体装
置200は、電流の集中し易い対向領域125近傍のO
N抵抗(JFET抵抗)を低下させることができる。Compared with the power semiconductor device 100 according to the first embodiment, the depth of the trench 282 of the power semiconductor device 200 according to the present embodiment is shallower than that of the trench 182, and the length of the offset layer 286 is equal to that of the offset layer 186.
Shorter. Therefore, the trench 282 and the offset layer 286 do not penetrate the semiconductor surface layer 220 and reach the semiconductor substrate 210. Therefore, in the power semiconductor device 200, the O
N resistance (JFET resistance) can be reduced.
【0047】一方、トレンチ282およびオフセット層
286の下方には、比較的不純物濃度の低い半導体表層
220が存在する。よって、トレンチ282およびオフ
セット層286の下方へ空乏層が伸び易い。それによ
り、パワー半導体装置200がOFFの場合におけるソ
ース−ドレイン間の耐圧は、パワー半導体装置100が
OFFの場合におけるソース−ドレイン間の耐圧よりも
高くなる。On the other hand, below the trench 282 and the offset layer 286, there is a semiconductor surface layer 220 having a relatively low impurity concentration. Therefore, the depletion layer easily extends below the trench 282 and the offset layer 286. As a result, the breakdown voltage between the source and drain when the power semiconductor device 200 is OFF is higher than the breakdown voltage between the source and drain when the power semiconductor device 100 is OFF.
【0048】パワー半導体装置100およびパワー半導
体装置200は、それらの使用の目的によって選択すれ
ばよい。例えば、ソース−ドレイン間の耐圧が高いこと
を重視する場合は、パワー半導体装置200を選択すれ
ばよい。The power semiconductor device 100 and the power semiconductor device 200 may be selected according to the purpose of their use. For example, when importance is attached to the high breakdown voltage between the source and the drain, the power semiconductor device 200 may be selected.
【0049】図4は、本発明に従った第3の実施の形態
によるパワー半導体装置300の拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of power semiconductor device 300 according to the third embodiment of the present invention.
【0050】第1の実施の形態によるパワー半導体装置
100と比較して、本実施の形態によるパワー半導体装
置300はp型の半導体表層320を使用していること
が異なっている。従って、ドレイン電極390とソース
電極314との間の電位差によって、半導体表層320
からオフセット層386へ空乏層が拡がり易くなる。そ
れによって、ゲート電極380と対向領域325との間
の帰還容量が小さくなる。従って、パワー半導体装置3
00は、パワー半導体装置100およびパワー半導体装
置200に比較して、スイッチング速度が速く、スイッ
チング損失が小さくなる。Compared with the power semiconductor device 100 according to the first embodiment, the power semiconductor device 300 according to the present embodiment is different in using a p-type semiconductor surface layer 320. Therefore, due to the potential difference between the drain electrode 390 and the source electrode 314, the semiconductor surface layer 320
The depletion layer easily spreads from the offset layer 386 to the offset layer 386. As a result, the feedback capacitance between the gate electrode 380 and the facing region 325 becomes small. Therefore, the power semiconductor device 3
00 has a higher switching speed and smaller switching loss than the power semiconductor devices 100 and 200.
【0051】また、パワー半導体装置100およびパワ
ー半導体装置200のスイッチング速度と同程度のスイ
ッチング速度で足りる場合には、オフセット層386の
不純物濃度を高くすることができる。それにより、パワ
ー半導体装置300は、パワー半導体装置100および
パワー半導体装置200に比較して、ON抵抗をさらに低
下させることもできる。If the switching speeds comparable to those of power semiconductor device 100 and power semiconductor device 200 are sufficient, the impurity concentration of offset layer 386 can be increased. Thereby, the power semiconductor device 300 can further reduce the ON resistance as compared with the power semiconductor device 100 and the power semiconductor device 200.
【0052】図5は、本発明に従った第4の実施の形態
によるパワー半導体装置400の拡大断面図である。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of power semiconductor device 400 according to the fourth embodiment of the present invention.
【0053】半導体表層420はp型である。さらに、
オフセット層486の周囲を半導体表層420の表面か
ら半導体表層420を貫通して半導体基板410まで形
成され、半導体表層420よりも抵抗が低いp型のオフ
セット層487をさらに備えている。The semiconductor surface layer 420 is p-type. further,
A p-type offset layer 487, which is formed around the offset layer 486 from the surface of the semiconductor surface layer 420 through the semiconductor surface layer 420 to the semiconductor substrate 410 and has a lower resistance than the semiconductor surface layer 420, is further provided.
【0054】オフセット層487は半導体表層420よ
りも不純物濃度が高い。よって、第3の実施の形態によ
るパワー半導体装置300と比較して、本実施の形態に
よるパワー半導体装置400においては、ドレイン電極
490とソース電極414との間の電位差によって、半
導体表層420からオフセット層486へ空乏層がさら
に拡がり易くなる。それによって、ゲート電極480と
対向領域425との間の帰還容量がさらに小さくなる。
従って、パワー半導体装置400は、パワー半導体装置
100、パワー半導体装置200およびパワー半導体装
置300に比較して、スイッチング速度が速い。The offset layer 487 has a higher impurity concentration than the semiconductor surface layer 420. Therefore, as compared with the power semiconductor device 300 according to the third embodiment, in the power semiconductor device 400 according to the present embodiment, the potential difference between the drain electrode 490 and the source electrode 414 causes the semiconductor surface layer 420 to be offset by the offset layer. The depletion layer is more easily spread to 486. As a result, the feedback capacitance between the gate electrode 480 and the facing region 425 is further reduced.
Therefore, the power semiconductor device 400 has a higher switching speed than the power semiconductor device 100, the power semiconductor device 200, and the power semiconductor device 300.
【0055】また、パワー半導体装置100、パワー半
導体装置200またはパワー半導体装置300のスイッ
チング速度と同程度のスイッチング速度で足りる場合に
は、オフセット層486の不純物濃度を高くすることが
できる。よって、パワー半導体装置400は、パワー半
導体装置100、パワー半導体装置200およびパワー
半導体装置300に比較して、ON抵抗をさらに低下させ
ることができる。If a switching speed similar to that of power semiconductor device 100, power semiconductor device 200 or power semiconductor device 300 is sufficient, the impurity concentration of offset layer 486 can be increased. Therefore, the power semiconductor device 400 can further reduce the ON resistance as compared with the power semiconductor device 100, the power semiconductor device 200, and the power semiconductor device 300.
【0056】図6は、本発明に従った第5の実施の形態
によるパワー半導体装置500の拡大断面図である。図
5の第4の実施の形態によるパワー半導体装置400と
比較して、パワー半導体装置500は、n型の半導体表
層520を使用していることが異なっている。従って、
ドレイン電極590とソース電極514との電位差によ
って、半導体表層520からオフセット層587へ空乏
層が広がりやすくなる。それによって、オフセット層5
87の不純物濃度を高くすることができる。従って、オ
フセット層586の不純物濃度を高くすることができる
ので、パワー半導体装置500はパワー半導体装置40
0に比較してON抵抗を更に低下させることができる。FIG. 6 is an enlarged sectional view of power semiconductor device 500 according to the fifth embodiment of the present invention. The power semiconductor device 500 is different from the power semiconductor device 400 according to the fourth embodiment of FIG. 5 in that an n-type semiconductor surface layer 520 is used. Therefore,
The depletion layer easily spreads from the semiconductor surface layer 520 to the offset layer 587 due to the potential difference between the drain electrode 590 and the source electrode 514. Thereby, the offset layer 5
The impurity concentration of 87 can be increased. Therefore, since the impurity concentration of the offset layer 586 can be increased, the power semiconductor device 500 can be used in the power semiconductor device 40.
Compared with 0, ON resistance can be further reduced.
【0057】図7は、本発明に従った第6の実施の形態
によるパワー半導体装置700の拡大断面図である。図
6の第5の実施の形態によるパワー半導体装置500と
比較して、ソース電極714が半導体基板710の裏面
に形成され、ドレイン電極790が半導体基板710の
表面に形成されている点で異なる。FIG. 7 is an enlarged sectional view of power semiconductor device 700 according to the sixth embodiment of the present invention. It differs from the power semiconductor device 500 according to the fifth embodiment of FIG. 6 in that the source electrode 714 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 710 and the drain electrode 790 is formed on the front surface of the semiconductor substrate 710.
【0058】従って、本実施の形態によるパワー半導体
装置700は、p+型の半導体基板710と、半導体基
板710の表面に形成されたn型またはp型の半導体表
層720と、半導体表層720の断面において、互いに
離間して選択的に形成されたn型の2つのドレイン層7
11、712と、ドレイン層711、712に接続され
たドレイン電極790と、半導体基板710の裏面に形
成されたソース電極714と、互いに隣り合うドレイン
層711、712の間に該ドレイン層711、712に
接続するようにチャネルが形成されるチャネル部713
と、互いに隣り合うドレイン層711、712の間にド
レイン層711、712から少なくともチャネル部71
3を隔てて形成されたトレンチ782と、半導体表層7
20より抵抗が低く、半導体表層720のうちトレンチ
782の周囲に形成されたn+型のオフセット層786
と、半導体表層720の表面上に形成されたゲート絶縁
膜770を介して、オフセット層786の上からドレイ
ン層711、712の上にまで達し、かつトレンチ78
2の上には重畳しないようにトレンチ782の開口の周
囲に形成されたゲート電極780とを備える。Therefore, in power semiconductor device 700 according to the present embodiment, p + type semiconductor substrate 710, n type or p type semiconductor surface layer 720 formed on the surface of semiconductor substrate 710, and a cross section of semiconductor surface layer 720. , Two n-type drain layers 7 selectively formed apart from each other
11, 712, the drain electrode 790 connected to the drain layers 711 and 712, the source electrode 714 formed on the back surface of the semiconductor substrate 710, and the drain layers 711 and 712 adjacent to each other. A channel portion 713 in which a channel is formed so as to connect to
And between the drain layers 711 and 712 which are adjacent to each other, at least the channel portion 71 from the drain layers 711 and 712.
3 and the trench 782 formed with the semiconductor surface layer 7 formed therebetween.
N + -type offset layer 786 having a resistance lower than that of the semiconductor surface layer 720 and formed around the trench 782 in the semiconductor surface layer 720.
Through the gate insulating film 770 formed on the surface of the semiconductor surface layer 720, reaching from above the offset layer 786 to above the drain layers 711 and 712, and forming the trench 78.
2 and a gate electrode 780 formed around the opening of the trench 782 so as not to overlap.
【0059】ドレイン層711、712は、ドレイン電
極790と接合する接合部711と接合部711からチ
ャネル部713へ延在している電界緩和部712を有す
る。電界緩和部712は、ゲート電極780を利用して
自己整合的に形成される。電界緩和部712は、チャネ
ル部713またはp型の半導体表層720との間に拡が
る空乏層を延び易くすることによって、ソース−ドレイ
ン間の耐圧を向上させるために設けられている。したが
って、電界緩和部712は、半導体表層720がn型の
場合には必ずしも必要ない場合もある。Each of the drain layers 711 and 712 has a joint portion 711 joined to the drain electrode 790 and an electric field relaxation portion 712 extending from the joint portion 711 to the channel portion 713. The electric field relaxation portion 712 is formed in a self-aligned manner by using the gate electrode 780. The electric field relaxation portion 712 is provided to improve the breakdown voltage between the source and the drain by making it easier to extend the depletion layer extending between the channel portion 713 or the p-type semiconductor surface layer 720. Therefore, the electric field relaxation portion 712 may not always be necessary when the semiconductor surface layer 720 is n-type.
【0060】また、トレンチ782内に少なくとも半導
体基板710とオフセット層786とを接続することが
できるように金属材料781が堆積される。金属材料7
81は半導体基板710とオフセット層786とを電気
的に接続する。Further, a metal material 781 is deposited in the trench 782 so as to connect at least the semiconductor substrate 710 and the offset layer 786. Metal material 7
Reference numeral 81 electrically connects the semiconductor substrate 710 and the offset layer 786.
【0061】また、パワー半導体装置700は、オフセ
ット層786の周囲にp型のオフセット層787をさら
に備える。オフセット層787は、ドレイン電極790
に正電位を印加したときに、ドレイン層711、712
から拡がる空乏層がオフセット層786に届くことによ
って、ドレイン層711、712とオフセット層786
との間にピンチ・オフが起きることを防止する。半導体
表層720がn型の場合には、オフセット層787はソ
ースとドレインとの間の短絡を防止するために必ず必要
になる。一方で、半導体表層720がp型の場合には、
オフセット層787は半導体表層720の濃度によって
必ずしも必要でない場合もある。例えば、ドレイン層7
11、712から拡がる空乏層がオフセット層786に
届かない程度に半導体表層720の濃度が設定されてい
る場合には、オフセット層787は必要ではない。The power semiconductor device 700 further includes a p-type offset layer 787 around the offset layer 786. The offset layer 787 is a drain electrode 790.
When a positive potential is applied to the drain layers 711 and 712
When the depletion layer extending from the drain reaches the offset layer 786, the drain layer 711, 712 and the offset layer 786
Prevent pinch off between and. When the semiconductor surface layer 720 is n-type, the offset layer 787 is absolutely necessary to prevent a short circuit between the source and the drain. On the other hand, when the semiconductor surface layer 720 is p-type,
The offset layer 787 may not be necessary depending on the concentration of the semiconductor surface layer 720. For example, the drain layer 7
If the concentration of the semiconductor surface layer 720 is set to such an extent that the depletion layer extending from 11, 712 does not reach the offset layer 786, the offset layer 787 is not necessary.
【0062】本実施の形態による半導体装置700にお
いては、電界緩和部712はゲート電極780を利用し
て自己整合的に形成されているので、ドレイン層71
1、712とゲート電極780との対向面積が電界緩和
部712のチャネル部713の方向への拡散によって決
定される。従って、半導体装置700における対向領域
725は、第1から第5の実施の形態における対向領域
125、126、325、425、525と比較して、
小さくすることができる。したがって、半導体装置70
0は、他の実施の形態に比べて、電界緩和部712の拡
散の程度によって帰還容量を小さくすることができる。In the semiconductor device 700 according to the present embodiment, the electric field relaxation portion 712 is formed in a self-aligned manner by utilizing the gate electrode 780, so that the drain layer 71 is formed.
The facing area between the gate electrode 780 and the gate electrodes 712 is determined by the diffusion of the electric field relaxation portion 712 toward the channel portion 713. Therefore, the facing region 725 in the semiconductor device 700 is compared with the facing regions 125, 126, 325, 425, 525 in the first to fifth embodiments,
Can be made smaller. Therefore, the semiconductor device 70
0 can reduce the feedback capacitance depending on the degree of diffusion of the electric field relaxation portion 712 as compared with the other embodiments.
【0063】次に、本発明に従った半導体装置の製造方
法について説明する。Next, a method of manufacturing the semiconductor device according to the present invention will be described.
【0064】尚、本実施の形態において、断面図がほぼ
左右対称の構成になるので、断面図のほぼ中心から左側
の構成要素の参照番号は適宜省略されている。In the present embodiment, the cross-sectional view has a substantially symmetrical structure, and therefore the reference numerals of the components on the left side from the substantial center of the cross-sectional view are appropriately omitted.
【0065】図8から図14は、本発明に従った第1の
実施の形態によるパワー半導体装置100の製造方法を
プロセス順に従って示したパワー半導体装置100の工
程別の拡大断面図である。8 to 14 are enlarged cross-sectional views of the power semiconductor device 100 according to the steps of the method for manufacturing the power semiconductor device 100 according to the first embodiment of the present invention in the order of processes.
【0066】図8を参照すると、n+型の半導体基板1
10が準備され、半導体基板110上に半導体基板11
0より抵抗が高いn型の半導体表層120が形成され
る。半導体表層120の表面にはp型のベース層が選択
的に形成される。半導体表層120上にシリコン酸化膜
などの絶縁膜170が形成される。さらに、絶縁膜17
0の上に金属またはドープドポリシリコン等のゲート材
料178が堆積され、所定の形状に成形される。Referring to FIG. 8, an n + type semiconductor substrate 1
10 is prepared, and the semiconductor substrate 11 is formed on the semiconductor substrate 110.
An n-type semiconductor surface layer 120 having a resistance higher than 0 is formed. A p-type base layer is selectively formed on the surface of the semiconductor surface layer 120. An insulating film 170 such as a silicon oxide film is formed on the semiconductor surface layer 120. Further, the insulating film 17
A gate material 178, such as metal or doped polysilicon, is deposited over the 0 and shaped into a predetermined shape.
【0067】次に、図9を参照すると、フォト・レジス
ト、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等のマスク材料1
76によって、ゲート材料178が被覆される。ゲート
材料178は、そのほぼ中間部分において間隙Wを有す
るようにパターニングされる。ゲート材料178のほぼ
中間は、互いに隣り合うベース層130のほぼ中間でも
ある。間隙Wは、互いに隣り合うベース層130の間の
距離よりも小さいことが好ましい。それによって、オフ
セット層186(図12参照)はチャネル部160(図
14参照)に影響を与えない。Next, referring to FIG. 9, a mask material 1 such as a photoresist, a silicon oxide film, a silicon nitride film, etc.
The gate material 178 is covered by 76. Gate material 178 is patterned to have a gap W approximately in its middle portion. Nearly the middle of the gate material 178 is also approximately the middle of the adjacent base layers 130. The gap W is preferably smaller than the distance between the base layers 130 adjacent to each other. As a result, the offset layer 186 (see FIG. 12) does not affect the channel portion 160 (see FIG. 14).
【0068】次に、図10を参照すると、マスク材料1
76の上からゲート材料178、絶縁膜170および半
導体表層120を連続して異方的にエッチングして半導
体表層120内にトレンチ182を形成する。Next, referring to FIG. 10, mask material 1
The gate material 178, the insulating film 170 and the semiconductor surface layer 120 are continuously and anisotropically etched from above 76 to form a trench 182 in the semiconductor surface layer 120.
【0069】本実施の形態では、半導体基板110の一
部もエッチングされている。よって、トレンチ182は
半導体基板110まで到達している。In this embodiment, part of the semiconductor substrate 110 is also etched. Therefore, the trench 182 reaches the semiconductor substrate 110.
【0070】次に、図11を参照すると、トレンチ18
2の側壁にn型の不純物185が、トレンチ182の側
壁に対して斜め方向に注入される。不純物185の注入
の方向は、トレンチ182の間隙Wとマスク材料176
の表面からトレンチ182の底面までの深さDによって
決定される。Referring now to FIG. 11, trench 18
The n-type impurity 185 is implanted into the side wall of the trench 182 in an oblique direction with respect to the side wall of the trench 182. The direction of implantation of the impurities 185 depends on the gap W of the trench 182 and the mask material 176.
From the surface of the trench 182 to the bottom of the trench 182.
【0071】即ち、不純物185の注入は、半導体基板
110の表面に対して垂直な方向から角度|θ|≧tan
−1(W/D)だけ傾けた斜め方向に向けて行われる。本
実施の形態では、不純物185は、図11の矢印Yの方
向へ注入される。また、トレンチ182の対向する側壁
に注入する場合には、不純物185は、図11の矢印Y
´の方向へ注入される。それによって、トレンチ182
の側壁全体に不純物185が注入される。尚、不純物1
85は、例えば、砒素、リン等のn型の不純物である。That is, the implantation of the impurities 185 is performed with an angle | θ | ≧ tan from the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 110.
It is performed in an oblique direction with an inclination of -1 (W / D). In the present embodiment, the impurities 185 are implanted in the direction of arrow Y in FIG. Further, when the impurities are injected into the opposite sidewalls of the trench 182, the impurities 185 are not shown in the arrow Y of FIG.
It is injected in the direction of ´. Thereby, the trench 182
Impurities 185 are implanted into the entire sidewall of the. Impurity 1
85 is an n-type impurity such as arsenic or phosphorus.
【0072】次に、図12を参照すると、パワー半導体
装置100を熱処理することによって、トレンチ182
へ注入された不純物185が拡散される。不純物185
が拡散されることによってオフセット層186が形成さ
れる。Next, referring to FIG. 12, the trenches 182 are formed by heat treating the power semiconductor device 100.
Impurities 185 injected into are diffused. Impurity 185
Are diffused to form an offset layer 186.
【0073】次に、図13を参照すると、マスク材料1
76が除去され、トレンチ182の内部にプラグ材料1
84が充填される。さらに、コンタクト層140および
ソース層150がベース層130に選択的に形成され
る。Next, referring to FIG. 13, the mask material 1
76 removed and plug material 1 inside trench 182
84 is filled. Further, the contact layer 140 and the source layer 150 are selectively formed on the base layer 130.
【0074】次に、図14を参照すると、層間絶縁膜1
12がゲート電極180、181の上を被覆するように
形成される。さらに、層間絶縁膜112の上にソース電
極114を堆積し、ソース電極114がコンタクト層1
40およびソース層150とオーミック接触するように
形成される。また、ドレイン電極190が半導体基板1
10の裏面とオーミック接触するように形成される。Next, referring to FIG. 14, the interlayer insulating film 1
12 is formed so as to cover the gate electrodes 180 and 181. Further, a source electrode 114 is deposited on the interlayer insulating film 112, and the source electrode 114 is used as the contact layer 1.
40 and the source layer 150 are formed in ohmic contact. In addition, the drain electrode 190 is the semiconductor substrate 1
It is formed so as to make ohmic contact with the back surface of 10.
【0075】尚、層間絶縁膜112は、例えば、CVD等
の方法を使用して堆積させればよい。また、ソース電極
114およびゲート電極180は、例えば、金、銀、
銅、アルミニウムなどの金属をスパッタリングによって
形成することができる。The interlayer insulating film 112 may be deposited by using a method such as CVD. The source electrode 114 and the gate electrode 180 are made of, for example, gold, silver,
A metal such as copper or aluminum can be formed by sputtering.
【0076】また、図3に示したパワー半導体装置20
0のトレンチ282は、パワー半導体装置100のトレ
ンチ182と比較して浅い。従って、不純物の注入は、
半導体基板210の表面に垂直な方向(以下、単に「方
向V」という)からトレンチ282の側壁に対して角度
|θ|<tan−1(W/D´)(D´については図3を参
照)だけ傾けた斜め方向に向けて行われると、底部に高
濃度の不純物が注入されてしまう。底部に高濃度の不純
物が注入されると、パワー半導体装置200の耐圧が低
下してしまう。Further, the power semiconductor device 20 shown in FIG.
The 0 trench 282 is shallower than the trench 182 of the power semiconductor device 100. Therefore, the implantation of impurities is
An angle | θ | <tan −1 (W / D ′) with respect to the sidewall of the trench 282 from a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 210 (hereinafter, simply referred to as “direction V”) (see FIG. 3 for D ′ ), The high-concentration impurities are implanted at the bottom. If a high-concentration impurity is injected into the bottom, the breakdown voltage of the power semiconductor device 200 will fall.
【0077】そこで、パワー半導体装置200において
は、不純物の注入は、方向Vからトレンチ282の側壁
に対して角度|θ|≧tan−1(W/D´)だけ傾けた斜
め方向に向けて行う。それによって、トレンチ282の
側面に不純物が注入され、その底部には注入されない。Therefore, in the power semiconductor device 200, the impurity implantation is performed in the oblique direction inclined from the direction V by the angle | θ | ≧ tan −1 (W / D ′) with respect to the sidewall of the trench 282. . As a result, impurities are implanted into the side surface of the trench 282 and not into the bottom portion thereof.
【0078】また、一般的に、不純物の注入は、半導体
基板を回転させながら行われる。しかし、本実施の形態
においては、不純物は、半導体基板210を停止させた
まま、方向Vからトレンチ282の側壁に対して角度|
θ|≧tan−1(W/D´)だけ傾けた2方向へ注入され
る。Further, generally, the implantation of impurities is performed while rotating the semiconductor substrate. However, in the present embodiment, the impurities form an angle | with respect to the sidewall of trench 282 from direction V while stopping semiconductor substrate 210.
It is injected in two directions inclined by θ | ≧ tan −1 (W / D ′).
【0079】その理由は、本実施の形態において半導体
基板210を回転させながら不純物の注入を行った場
合、トレンチ282の長手方向と不純物の注入を方向V
から傾斜させる方向とが一致することが生ずる。それに
よって、不純物がトレンチ282の底部に注入されてし
まうからである。The reason is that, in the present embodiment, when the impurity is implanted while rotating the semiconductor substrate 210, the longitudinal direction of the trench 282 and the impurity implantation are performed in the direction V.
It may happen that the direction of inclining from is coincident with. This is because impurities are injected into the bottom of the trench 282.
【0080】不純物がトレンチ282の底部に注入され
ると、ベース層230からの空乏層の伸びが制限される
ので、パワー半導体装置200のソース−トレイン間の
耐圧が低下してしまう。When impurities are implanted into the bottom of the trench 282, extension of the depletion layer from the base layer 230 is limited, and the breakdown voltage between the source and train of the power semiconductor device 200 is reduced.
【0081】図8から図14は、パワー半導体装置10
0の製造方法を示した。しかし、パワー半導体装置20
0、300、400、500にも適用することができ
る。8 to 14 show the power semiconductor device 10.
The manufacturing method of 0 was shown. However, the power semiconductor device 20
It can also be applied to 0, 300, 400, 500.
【0082】例えば、パワー半導体装置400は、オフ
セット層486の周囲を半導体表層420よりも抵抗が
低いp型のオフセット層487をさらに有する。オフセ
ット層486は次のプロセスで形成される。即ち、図1
1を参照して、不純物が注入された後、トレンチの側壁
に不純物185と拡散長が相違するp型の不純物(図示
せず)を注入する。p型の不純物は、不純物185が注
入された方向とほぼ同方向へ注入される。p型の不純物
としては、ボロン等である。For example, the power semiconductor device 400 further has a p-type offset layer 487 having a lower resistance than the semiconductor surface layer 420 around the offset layer 486. The offset layer 486 is formed by the following process. That is, FIG.
Referring to No. 1, after the impurity is injected, a p-type impurity (not shown) having a diffusion length different from that of the impurity 185 is injected into the sidewall of the trench. The p-type impurity is injected in substantially the same direction as the direction in which the impurity 185 is injected. The p-type impurity is boron or the like.
【0083】さらに、パワー半導体装置400を熱処理
することによって、不純物185およびp型の不純物が
拡散される。パワー半導体装置400においては、不純
物185の拡散長よりもp型の不純物の拡散長の方が長
い。よって、トレンチ182の側壁にオフセット層48
6が形成され、オフセット層486の周囲にpのオフセ
ット層487が自己整合的に形成される。Further, by heat treating power semiconductor device 400, impurities 185 and p-type impurities are diffused. In the power semiconductor device 400, the diffusion length of the p-type impurity is longer than the diffusion length of the impurity 185. Therefore, the offset layer 48 is formed on the sidewall of the trench 182.
6 is formed, and a p offset layer 487 is formed around the offset layer 486 in a self-aligned manner.
【0084】図8から図14の製造方法をパワー半導体
装置200、300、500にも適用することは、当業
者にとってきわめて容易である。It is extremely easy for those skilled in the art to apply the manufacturing method of FIGS. 8 to 14 to the power semiconductor devices 200, 300 and 500.
【0085】本実施の形態による半導体装置の製造方法
により、本発明に従った半導体装置が既存の装置によっ
て製造することができる。また、トレンチ182を形成
する際に、ゲート材料178、絶縁膜170および半導
体表層120は連続してエッチングされるので、プロセ
ス工程がさほど長くなることはない。よって、製造コス
トの増加も低く抑えられる。By the method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment, the semiconductor device according to the present invention can be manufactured by an existing device. Further, since the gate material 178, the insulating film 170, and the semiconductor surface layer 120 are continuously etched when the trench 182 is formed, the process steps do not become so long. Therefore, an increase in manufacturing cost can be suppressed low.
【0086】尚、本発明に従った実施の形態は、同期整
流回路の切替用パワー半導体素子ないし整流用パワー半
導体素子のいずれに使用してもよい。切替用パワー半導
体素子および整流用パワー半導体素子に使用してもよ
い。The embodiment according to the present invention may be used for either the switching power semiconductor element or the rectifying power semiconductor element of the synchronous rectification circuit. It may be used for a switching power semiconductor element and a rectifying power semiconductor element.
【0087】[0087]
【発明の効果】本発明による半導体装置によれば、ゲー
ト電極の静電容量および対向領域とゲート電極との間の
帰還容量を小さくすることができる。即ち、本発明によ
る半導体装置は、従来と比較して、スイッチング速度を
より速く、スイッチング損失をより小さく、かつON抵抗
をより低くすることができる。According to the semiconductor device of the present invention, the capacitance of the gate electrode and the feedback capacitance between the facing region and the gate electrode can be reduced. That is, the semiconductor device according to the present invention can have a faster switching speed, a smaller switching loss, and a lower ON resistance than the conventional one.
【0088】また、本発明による半導体装置の製造方法
により、本発明に従った半導体装置が既存の装置によっ
て製造することができ、かつプロセス工程がさほど長く
ならないので、製造コストの増加も低く抑えられる。Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the semiconductor device according to the present invention can be manufactured by the existing device, and the process steps do not become so long. Therefore, the increase of the manufacturing cost can be suppressed low. .
【図1】本発明に従った第1の実施の形態によるパワー
半導体装置100の拡大断面図。FIG. 1 is an enlarged sectional view of a power semiconductor device 100 according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明に従った第1の実施の形態によるパワー
半導体装置100の拡大平面図。FIG. 2 is an enlarged plan view of the power semiconductor device 100 according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明に従った第2の実施の形態によるパワー
半導体装置200の拡大断面図。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a power semiconductor device 200 according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明に従った第3の実施の形態によるパワー
半導体装置300の拡大断面図。FIG. 4 is an enlarged sectional view of a power semiconductor device 300 according to a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明に従った第4の実施の形態によるパワー
半導体装置400の拡大断面図。FIG. 5 is an enlarged sectional view of a power semiconductor device 400 according to a fourth embodiment of the present invention.
【図6】本発明に従った第5の実施の形態によるパワー
半導体装置500の拡大断面図。FIG. 6 is an enlarged sectional view of a power semiconductor device 500 according to a fifth embodiment of the present invention.
【図7】本発明に従った第6の実施の形態によるパワー
半導体装置700の拡大断面図。FIG. 7 is an enlarged sectional view of a power semiconductor device 700 according to a sixth embodiment of the present invention.
【図8】本発明に従った第1の実施の形態による半導体
装置の製造方法をプロセス順に従って示した半導体装置
の拡大断面図。FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the semiconductor device showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of processes.
【図9】本発明に従った第1の実施の形態による半導体
装置の製造方法をプロセス順に従って示した半導体装置
の拡大断面図。FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the semiconductor device showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of processes.
【図10】本発明に従った第1の実施の形態による半導
体装置の製造方法をプロセス順に従って示した半導体装
置の拡大断面図。FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the semiconductor device showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of processes.
【図11】本発明に従った第1の実施の形態による半導
体装置の製造方法をプロセス順に従って示した半導体装
置の拡大断面図。FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of the semiconductor device showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of processes.
【図12】本発明に従った第1の実施の形態による半導
体装置の製造方法をプロセス順に従って示した半導体装
置の拡大断面図。FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of the semiconductor device showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of processes.
【図13】本発明に従った第1の実施の形態による半導
体装置の製造方法をプロセス順に従って示した半導体装
置の拡大断面図。FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view of the semiconductor device showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of processes.
【図14】本発明に従った第1の実施の形態による半導
体装置の製造方法をプロセス順に従って示した半導体装
置の拡大断面図。FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view of the semiconductor device showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of processes.
【図15】従来の典型的な同期整流回路方式の電源に使
用されているDC-DCコンバータ2000の回路図。FIG. 15 is a circuit diagram of a DC-DC converter 2000 used in a conventional typical synchronous rectification circuit type power supply.
【図16】従来の同期整流回路方式の電源に使用される
従来のパワー半導体素子1000の拡大断面図。FIG. 16 is an enlarged cross-sectional view of a conventional power semiconductor device 1000 used for a conventional synchronous rectification circuit type power supply.
100、200、300、400、500、700 パ
ワー半導体装置
110、210、310、410、510、710 半
導体基板
114、214、314、414、514、714 ソ
ース電極
120、220、320、420、520、720 半
導体表層
125、126、325、425、525、725 対
向領域
130、131、230、330、430、530 ベ
ース層
140、141、240、340、440 コンタクト
層
150、151、250、350、450 ソース層
178、180、181、280、281、380、4
80、580、780ゲート電極
182、282、382、482、582、782 ト
レンチ
186、189、286、386、486、487、5
86、786、787オフセット層
190、290,390,490、590、790 ド
レイン電極
170、270、370、470、570、770 ゲ
ート酸化膜
112 層間絶縁膜
184 プラグ材料
781 金属材料
176 マスク材料100, 200, 300, 400, 500, 700 Power semiconductor device 110, 210, 310, 410, 510, 710 Semiconductor substrate 114, 214, 314, 414, 514, 714 Source electrode 120, 220, 320, 420, 520, 720 Semiconductor surface layer 125, 126, 325, 425, 525, 725 Opposing region 130, 131, 230, 330, 430, 530 Base layer 140, 141, 240, 340, 440 Contact layer 150, 151, 250, 350, 450 Source Layers 178, 180, 181, 280, 281, 380, 4
80, 580, 780 Gate electrodes 182, 282, 382, 482, 582, 782 Trench 186, 189, 286, 386, 486, 487, 5
86, 786, 787 Offset layer 190, 290, 390, 490, 590, 790 Drain electrode 170, 270, 370, 470, 570, 770 Gate oxide film 112 Inter-layer insulation film 184 Plug material 781 Metal material 176 Mask material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安 原 紀 夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 川 口 雄 介 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Fターム(参考) 4M104 AA01 BB01 BB02 BB04 BB08 BB09 BB40 CC01 CC05 DD02 DD37 DD66 DD91 EE03 EE05 EE09 EE16 EE17 FF02 FF32 GG18 HH14 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Norio Yasuhara 1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen Inside (72) Inventor Yusuke Kawaguchi 1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen Inside F-term (reference) 4M104 AA01 BB01 BB02 BB04 BB08 BB09 BB40 CC01 CC05 DD02 DD37 DD66 DD91 EE03 EE05 EE09 EE16 EE17 FF02 FF32 GG18 HH14
Claims (9)
に形成された第1導電型の複数の拡散層と、 前記複数の拡散層に接続されたソース電極またはドレイ
ン電極のいずれか一方と、 前記半導体基板の裏面に形成されたソース電極またはド
レイン電極のいずれか他方と、 互いに隣り合う前記拡散層の間に該拡散層に接続するよ
うにチャネルが形成されるチャネル部と、 互いに隣り合う前記拡散層の間に前記拡散層から少なく
とも前記チャネル部を隔てて形成されたトレンチと、 前記半導体表層より抵抗が低く、前記半導体表層のうち
前記トレンチの周囲に形成された第1導電型の第1のオフ
セット層と、 前記半導体表層の表面上に形成されたゲート絶縁膜を介
して、前記第1のオフセット層の上から前記拡散層の上
にまで達し、かつ前記トレンチの上には重畳しないよう
に前記トレンチの開口の周囲に形成されたゲート電極
と、 を備えた半導体装置。1. A semiconductor substrate, a semiconductor surface layer formed on a surface of the semiconductor substrate, and a plurality of diffusion layers of a first conductivity type which are selectively formed apart from each other in a cross section of the semiconductor surface layer, Between one of the source electrode or the drain electrode connected to the plurality of diffusion layers, the other of the source electrode or the drain electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate, and between the diffusion layers adjacent to each other. A channel portion in which a channel is formed so as to be connected to a diffusion layer, a trench formed by separating at least the channel portion from the diffusion layer between adjacent diffusion layers, and a resistance lower than the semiconductor surface layer, Of the semiconductor surface layer, a first offset layer of a first conductivity type formed around the trench, and a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor surface layer. And a gate electrode formed around the opening of the trench so as to reach from above the first offset layer to above the diffusion layer and not overlap above the trench. .
り抵抗が高い第1導電型であり、 前記拡散層はソース層であり、 前記ソース層にはソース電極が接続され、 前記半導体基板の裏面にはドレイン電極が形成されてい
ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。2. The semiconductor substrate is of a first conductivity type, the semiconductor surface layer is a second conductivity type or a first conductivity type having a higher resistance than the semiconductor substrate, and the diffusion layer is a source layer, The semiconductor device according to claim 1, wherein a source electrode is connected to the source layer, and a drain electrode is formed on the back surface of the semiconductor substrate.
通して前記半導体基板に到達する深さであり、 前記第1のオフセット層は前記半導体表層の表面から前
記半導体表層を貫通して前記半導体基板まで形成されて
いることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。3. The depth of the trench is a depth that penetrates the semiconductor surface layer to reach the semiconductor substrate, and the first offset layer penetrates the semiconductor surface layer from the surface of the semiconductor surface layer and The semiconductor device according to claim 2, further comprising a semiconductor substrate.
く前記半導体表層中の任意の位置までの深さであり、 前記オフセット層は前記半導体表層の表面から前記トレ
ンチの底部まで形成されていることを特徴とする請求項
2に記載の半導体装置。4. The semiconductor surface layer is of a first conductivity type, the depth of the trench is a depth to an arbitrary position in the semiconductor surface layer without penetrating the semiconductor surface layer, and the offset layer is 3. The semiconductor device according to claim 2, which is formed from the surface of the semiconductor surface layer to the bottom of the trench.
通して前記半導体基板に到達する深さであり、 前記第1のオフセット層は前記半導体表層の表面から前
記半導体表層を貫通して前記半導体基板まで形成されて
おり、 前記第1のオフセット層の周囲を前記半導体表層の表面
から前記半導体表層を貫通して前記半導体基板まで形成
され、前記半導体表層よりも抵抗が低い第2導電型の第
2のオフセット層をさらに備えたことを特徴とする請求
項2に記載の半導体装置。5. The depth of the trench is a depth that penetrates the semiconductor surface layer to reach the semiconductor substrate, and the first offset layer penetrates the semiconductor surface layer from a surface of the semiconductor surface layer and The semiconductor substrate is formed, the periphery of the first offset layer is formed from the surface of the semiconductor surface layer to the semiconductor substrate through the semiconductor surface layer, and the second conductivity type having a lower resistance than the semiconductor surface layer. The semiconductor device according to claim 2, further comprising a second offset layer.
1のオフセット層、前記第2のオフセット層および前記
ゲート電極は、当該半導体装置の断面において、前記ト
レンチの中心を境にほぼ対称の位置に設けられかつほぼ
対称の形状に成形されていることを特徴とする請求項2
に記載の半導体装置。6. The drain electrode, the source layer, the first
In the cross section of the semiconductor device, the first offset layer, the second offset layer, and the gate electrode are provided at substantially symmetrical positions with respect to the center of the trench and are formed into substantially symmetrical shapes. Claim 2 characterized by the above-mentioned.
The semiconductor device according to.
1導電型または第2導電型の半導体表層を該半導体基板の
表面に形成するステップと、 前記半導体表層上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成ステッ
プと、 前記絶縁膜上に導電性のゲート材料を形成するゲート材
料形成ステップと、 所定のパターンに従って、前記ゲート材料、前記絶縁膜
および前記半導体表層を連続して異方的にエッチングし
て前記半導体表層内にトレンチを形成するトレンチ形成
ステップと、 前記トレンチの側壁に第1導電型の不純物を該側壁に対
して斜め方向に注入する第1の注入ステップと、 前記第1導電型の不純物を拡散させることによって、前
記第1のオフセット層を形成する拡散ステップと、 を含む半導体装置の製造方法。7. A semiconductor substrate having a resistance higher than that of a semiconductor substrate of the first conductivity type.
Forming a semiconductor surface layer of one conductivity type or a second conductivity type on the surface of the semiconductor substrate, an insulating film forming step of forming an insulating film on the semiconductor surface layer, a conductive gate material on the insulating film. A gate material forming step to be formed; a trench forming step of forming a trench in the semiconductor surface layer by anisotropically etching the gate material, the insulating film and the semiconductor surface layer continuously according to a predetermined pattern; Forming a first offset layer by first implanting a first conductivity type impurity into a sidewall of the trench in a direction oblique to the sidewall; and diffusing the first conductivity type impurity. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a diffusion step.
ゲート材料を所定のパターンに従ってエッチングして、
該エッチング後のゲート材料を利用して自己整合的にソ
ース層を形成するステップと、 前記トレンチ形成ステップにおけるエッチングによっ
て、ゲート電極が形成され、 前記拡散ステップ後に、前記ソース層に接続されるソー
ス電極を形成し、前記半導体基板の裏面にドレイン電極
を形成するステップと、 をさらに含む請求項7に記載の半導体装置の製造方法。8. After the step of forming the gate material, the gate material is etched according to a predetermined pattern,
Forming a source layer in a self-aligned manner using the gate material after the etching; forming a gate electrode by etching in the trench forming step; and a source electrode connected to the source layer after the diffusion step. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising: forming a drain electrode on the back surface of the semiconductor substrate.
チの側壁に第1導電型の不純物と拡散長が相違する第2
導電型の不純物を注入する第2の注入ステップをさらに
含み、 前記拡散ステップにおいて、前記第1導電型の不純物と
前記第2導電型の不純物を拡散させることによって、前
記トレンチの側壁に第1導電型の第1のオフセット層を
形成し、前記第1のオフセット層の周囲に第2導電型の
第2のオフセット層を形成することを特徴とする請求項
7または請求項8に記載された半導体装置の製造方法。9. After the first implantation step, a second conductivity type impurity having a diffusion length different from that of the first conductivity type impurity is formed on the sidewall of the trench.
The method further includes a second implanting step of implanting a conductive type impurity, wherein the diffusing step diffuses the first conductive type impurity and the second conductive type impurity to form a first conductive layer on a sidewall of the trench. 9. The semiconductor according to claim 7, wherein a first offset layer of a second conductivity type is formed, and a second offset layer of a second conductivity type is formed around the first offset layer. Device manufacturing method.
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