JP2003008019A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐圧を確保しながら縦型FETのオン抵抗を
低減する。
【解決手段】 半導体基板に設けられた溝内に絶縁膜を
介してゲート導体層が埋め込まれ、高濃度第1半導体領
域、低濃度第1半導体領域、第2半導体領域、第3半導
体領域が順次形成された縦型のトランジスタを有する半
導体装置の前記低濃度第1半導体領域の中で前記ゲート
導体層側壁近傍部分の不純物濃度を、低濃度第1半導体
領域の他の部分の不純物濃度よりも高くする。また、半
導体基板に設けられた溝内に絶縁膜を介して導体層が埋
め込まれ、高濃度第1半導体領域、低濃度第1半導体領
域、第2半導体領域、第3半導体領域が順次形成された
縦型のトランジスタを有する半導体装置の前記第2領域
の中で前記ゲート導体層側壁近傍部分の不純物濃度を、
第2領域の他の部分の不純物濃度よりも低くする。
[PROBLEMS] To reduce the on-resistance of a vertical FET while ensuring a withstand voltage. SOLUTION: A gate conductor layer is embedded in a groove provided in a semiconductor substrate via an insulating film, and a high-concentration first semiconductor region, a low-concentration first semiconductor region, a second semiconductor region, and a third semiconductor region are sequentially formed. In the semiconductor device having the formed vertical transistor, an impurity concentration in a portion near the side wall of the gate conductor layer in the low-concentration first semiconductor region is higher than an impurity concentration in another portion of the low-concentration first semiconductor region. I do. Further, a conductor layer was buried in a groove provided in the semiconductor substrate via an insulating film, and a high-concentration first semiconductor region, a low-concentration first semiconductor region, a second semiconductor region, and a third semiconductor region were sequentially formed. The impurity concentration in the vicinity of the side wall of the gate conductor layer in the second region of the semiconductor device having a vertical transistor,
The impurity concentration is set lower than the impurity concentration in the other portion of the second region.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に、トレンチゲート構造の半導体装置に適用して
有効な技術に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a technique effectively applied to a semiconductor device having a trench gate structure.
【0002】[0002]
【従来の技術】電力増幅回路、電源回路、コンバータ或
は電源保護回路等にはパワートランジスタが用いられて
いるが、これらのパワートランジスタには大電力を扱う
ために高耐圧化及び大電流化が要求される。MISFE
T(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Tra
nsistor)の場合には、大電流化を達成する方法とし
て、チャネル幅を増大させることによって対処してい
る。2. Description of the Related Art Power transistors are used in power amplifier circuits, power supply circuits, converters, power supply protection circuits, etc. However, since these power transistors handle a large amount of electric power, they are required to have a high breakdown voltage and a large current. Required. MISFE
T (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Tra
In the case of (nsistor), it is dealt with by increasing the channel width as a method of achieving a large current.
【0003】そして、このようなチャネル幅の増大を行
なうことによってチップ面積が増大するのを回避するた
めに、例えばメッシュゲート構造が用いられている。メ
ッシュゲート構造では、ゲートを平面的に格子状に配置
して単位チップ面積当りのチャネル幅を増加させてい
る。A mesh gate structure, for example, is used in order to prevent the chip area from increasing due to such an increase in channel width. In the mesh gate structure, the gates are arranged in a grid in a plan view to increase the channel width per unit chip area.
【0004】従来、このようなパワーFETには、工程
が簡単でありゲート絶縁膜となる酸化膜の形成が容易な
ことからプレーナ構造のものが用いられてきた。しかし
ながら、プレーナFETでは低抵抗化のためにセルサイ
ズを小さくすると、隣接するセルの空乏層がぶつかり、
電流が流れなくなってしまう。このため微細化を図って
も抵抗は下がらない。これをJFET効果といい、これ
ゆえにプレーナFETでは微細化による低抵抗化には限
界があった。Conventionally, such a power FET has a planar structure because of its simple process and easy formation of an oxide film to be a gate insulating film. However, in the planar FET, when the cell size is reduced to reduce the resistance, the depletion layers of adjacent cells collide with each other,
The current stops flowing. For this reason, the resistance does not decrease even if miniaturization is attempted. This is called the JFET effect, and therefore there is a limit to the reduction in resistance due to miniaturization in the planar FET.
【0005】このため、更にセルの集積度を向上させる
ことが可能であり、加えてオン抵抗を低減させることが
できる等の理由からJFET効果のないトレンチゲート
構造のFETが考えられた。トレンチゲート構造とは、
半導体基板主面に延設した溝に絶縁膜を介してゲートと
なる導体層を設け、前記半導体基板主面の深層部をドレ
イン領域とし、前記主面の表層部をソース領域とし、前
記ドレイン領域及びソース領域間の半導体層をチャネル
形成領域とするものである。この種のトレンチゲート構
造のMISFETは、例えば特開平8−23092号公
報に開示されている。For this reason, a trench gate structure FET having no JFET effect has been considered for the reasons that the degree of cell integration can be further improved and the on-resistance can be reduced. What is a trench gate structure?
A conductor layer serving as a gate is provided in a groove extending in the main surface of the semiconductor substrate via an insulating film, a deep layer portion of the main surface of the semiconductor substrate is a drain region, a surface layer portion of the main surface is a source region, and the drain region is The semiconductor layer between the source region and the source region serves as a channel formation region. This type of trench gate structure MISFET is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-23092.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】こうしたパワートラン
ジスタでは、オン抵抗の低減が常に求められており、特
に低耐圧の製品では限界まで低オン抵抗化が求められて
いる。これまでトレンチゲート構造のFETでは、単位
セル面積を縮小するセルシュリンクによってオン抵抗を
低減してきたが、こうしたオン抵抗低減によって、全体
のオン抵抗に対して前記半導体基板主面を構成するエピ
タキシャル層の抵抗が占める割合が大きくなっている。
そこで、ドレイン領域或いはチャネル領域が形成される
エピタキシャル層の抵抗率を下げる或いはエピタキシャ
ル層の厚さを低減する等の手法が採られてきたが、こう
した方法では耐圧を低下させるという問題があり低抵抗
化には限界がある。In such a power transistor, there is a constant demand for reduction in on-resistance, and particularly for products with low breakdown voltage, there is a demand for low on-resistance. Up to now, in the FET of the trench gate structure, the on-resistance has been reduced by the cell shrink for reducing the unit cell area. However, such reduction of the on-resistance reduces the on-resistance of the epitaxial layer forming the main surface of the semiconductor substrate with respect to the overall on-resistance. The proportion of resistance is increasing.
Therefore, methods such as lowering the resistivity of the epitaxial layer in which the drain region or the channel region is formed or reducing the thickness of the epitaxial layer have been adopted. There is a limit to conversion.
【0007】本発明の課題は、これらの問題点を解決
し、縦型FETのオン抵抗を更に低減し、アバランシェ
耐量を向上させることが可能な技術を提供することにあ
る。本発明の前記ならびにその他の課題と新規な特徴
は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになる
であろう。An object of the present invention is to provide a technique capable of solving these problems, further reducing the on-resistance of the vertical FET, and improving the avalanche withstand capability. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。半導体基板に設けられた溝内に絶
縁膜を介してゲート導体層が埋め込まれ、高濃度第1半
導体領域、低濃度第1半導体領域、第2半導体領域、第
3半導体領域が順次形成された縦型のトランジスタを有
する半導体装置であって、前記低濃度第1半導体領域の
中で前記ゲート導体層側壁近傍部分の不純物濃度を、低
濃度第1半導体領域の他の部分の不純物濃度よりも高く
する。Among the inventions disclosed in the present application, a brief description will be given to the outline of typical ones.
It is as follows. A gate conductor layer is embedded in a groove provided in a semiconductor substrate via an insulating film, and a high-concentration first semiconductor region, a low-concentration first semiconductor region, a second semiconductor region, and a third semiconductor region are sequentially formed in a vertical direction. Type semiconductor device having a low-concentration first semiconductor region, wherein an impurity concentration in a portion of the low-concentration first semiconductor region near a side wall of the gate conductor layer is higher than an impurity concentration in another portion of the low-concentration first semiconductor region. .
【0009】また、半導体基板に設けられた溝内に絶縁
膜を介して導体層が埋め込まれ、高濃度第1半導体領
域、低濃度第1半導体領域、第2半導体領域、第3半導
体領域が順次形成された縦型のトランジスタを有する半
導体装置であって、前記第2領域の中で前記ゲート導体
層側壁近傍部分の不純物濃度を、第2領域の他の部分の
不純物濃度よりも低くする
上述した本発明によれば、低濃度第1半導体領域の中で
前記ゲート導体層側壁近傍部分の不純物濃度を、低濃度
第1半導体領域の他の部分の不純物濃度よりも高くして
あるので低オン抵抗化を図ることができる。加えて、ア
バランシェ降伏の際に空乏層の先端がトレンチ側壁に位
置しトレンチ底部の電界集中を抑制することから、アバ
ランシェ耐量が向上する。Further, a conductor layer is embedded in a groove provided in the semiconductor substrate via an insulating film, and a high-concentration first semiconductor region, a low-concentration first semiconductor region, a second semiconductor region, and a third semiconductor region are sequentially formed. A semiconductor device having a formed vertical transistor, wherein the impurity concentration of a portion of the second region near the side wall of the gate conductor layer is lower than the impurity concentration of another portion of the second region described above. According to the present invention, the impurity concentration of the portion near the side wall of the gate conductor layer in the low-concentration first semiconductor region is made higher than the impurity concentration of other portions of the low-concentration first semiconductor region, so that the low on-resistance is low. Can be realized. In addition, the tip of the depletion layer is located on the side wall of the trench during avalanche breakdown, and electric field concentration at the bottom of the trench is suppressed, so that the avalanche withstand capability is improved.
【0010】また、第2半導体領域の不純物濃度を低濃
度第1半導体領域の不純物濃度よりも低くすることによ
って、耐圧を制限する空乏層が低濃度第1半導体領域よ
りも第2半導体領域側により拡がることから、耐圧が向
上する。By making the impurity concentration of the second semiconductor region lower than that of the low-concentration first semiconductor region, the depletion layer that limits the breakdown voltage is closer to the second semiconductor region than the low-concentration first semiconductor region. Since it spreads, the breakdown voltage is improved.
【0011】以下、本発明の実施の形態を説明する。な
お、実施の形態を説明するための全図において、同一機
能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明
は省略する。Embodiments of the present invention will be described below. In all the drawings for explaining the embodiments, the same reference numerals are given to those having the same function, and the repeated description thereof will be omitted.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】図1及び図2は、本実施の形態の
半導体装置に用いられる縦型パワーMISFETの単位
セルの構成を示す部分縦断面図である。この縦型パワー
MISFETは、例えば単結晶珪素からなるn+型半導
体基体1に、例えばエピタキシャル成長によってエピタ
キシャル層2を形成した半導体基板に形成される。この
MISFETは、半導体基板の外周に沿って矩形環状に
設けられたフィールド絶縁膜によって囲まれたセル形成
領域内に、平面形状がストライプ形状,長方形状或いは
多角形状となっているトレンチゲート構造のセルを規則
的に複数配置し、各ゲートを平面的にストライプ状或い
は格子状に配置して各セルを並列接続したストライプ或
いはメッシュゲート構造で構成される。1 and 2 are partial vertical cross-sectional views showing the structure of a unit cell of a vertical power MISFET used in a semiconductor device of this embodiment. This vertical power MISFET is formed on an n + type semiconductor substrate 1 made of single crystal silicon, for example, on a semiconductor substrate having an epitaxial layer 2 formed by epitaxial growth. This MISFET is a cell having a trench gate structure in which a planar shape is a stripe shape, a rectangular shape, or a polygonal shape in a cell forming region surrounded by a field insulating film provided in a rectangular ring shape along the outer periphery of a semiconductor substrate. Are regularly arranged and each gate is arranged in a plane in a stripe shape or a lattice shape, and each cell is connected in parallel to form a stripe or mesh gate structure.
【0013】本実施の形態の各セルでは、第1半導体領
域がドレイン領域、第2半導体領域がチャネル領域、第
3半導体領域がソース領域となっており、高濃度ドレイ
ン領域であるn+型の半導体基体1上にn−型の低濃度
ドレイン領域2aが、低濃度ドレイン領域2a上にp型
のチャネル領域2bが、チャネル領域2b上にn+型の
ソース領域2cが形成された縦型FETとなっている。In each cell of the present embodiment, the first semiconductor region is the drain region, the second semiconductor region is the channel region, and the third semiconductor region is the source region, and the n + type semiconductor is a high-concentration drain region. A vertical FET in which an n-type low-concentration drain region 2a is formed on the substrate 1, a p-type channel region 2b is formed on the low-concentration drain region 2a, and an n + type source region 2c is formed on the channel region 2b. ing.
【0014】ゲート導体層3は、半導体基板主面から低
濃度ドレイン領域2aに達する溝にゲート絶縁膜4を介
して形成される。ゲート導体層3としては、例えば不純
物が導入された多結晶珪素を用い、ゲート絶縁膜4とし
ては、例えば、熱酸化膜と堆積膜とを順次形成した酸化
珪素の多層膜で構成されている。The gate conductor layer 3 is formed via a gate insulating film 4 in a groove extending from the main surface of the semiconductor substrate to the low concentration drain region 2a. The gate conductor layer 3 is made of, for example, polycrystalline silicon doped with impurities, and the gate insulating film 4 is made of, for example, a silicon oxide multilayer film in which a thermal oxide film and a deposited film are sequentially formed.
【0015】本実施の形態のゲート導体層3の上面はキ
ャップ絶縁膜5によって覆われており、キャップ絶縁膜
5によって規定された半導体基板主面の露出部分のソー
ス領域2cには、例えばシリコンを含有させたアルミニ
ウムを用いたソース電極6が電気的に接続されている。
また、ゲート導体層3は半導体基板の周辺部にてソース
電極6と同層のゲート電極と接続されている。The upper surface of the gate conductor layer 3 of the present embodiment is covered with the cap insulating film 5, and the source region 2c of the exposed portion of the main surface of the semiconductor substrate defined by the cap insulating film 5 is made of, for example, silicon. The source electrode 6 using the contained aluminum is electrically connected.
The gate conductor layer 3 is connected to the gate electrode in the same layer as the source electrode 6 in the peripheral portion of the semiconductor substrate.
【0016】半導体基板主面の全面には、例えば、テト
ラエトキシシラン(TEOS)ガスをソースガスの主体
とするプラズマCVD法による酸化珪素膜及びポリイミ
ドを用いた保護絶縁膜7が形成され、この保護絶縁膜7
に、ゲート導体層3と接続したゲート電極及びソース電
極6を部分的に露出させる開口を設け、この開口が、ゲ
ート及びソースの接続領域となり、この接続領域にワイ
ヤボンディング等により電気的な接続が行なわれる。On the entire main surface of the semiconductor substrate, for example, a protective insulating film 7 using a silicon oxide film and polyimide is formed by a plasma CVD method using tetraethoxysilane (TEOS) gas as a main source gas, and this protection is performed. Insulation film 7
An opening for partially exposing the gate electrode and the source electrode 6 connected to the gate conductor layer 3 is provided, and this opening serves as a connection region for the gate and the source, and an electrical connection is made to this connection region by wire bonding or the like. Done.
【0017】ドレインの接続領域としては、半導体基板
裏面の全面に、n+型半導体基体1と導通するドレイン
電極8が、例えばニッケル、チタン、ニッケル及び銀が
順次積層された金属膜、或いはチタン、ニッケル及び金
が順次積層された金属膜として形成され、このドレイン
電極8の銀又は金を用いた表面を例えば導電性の接着材
によってリードフレームに接続することによって電気的
な接続が行なわれる。As the drain connection region, a drain electrode 8 electrically connected to the n + type semiconductor substrate 1 is formed on the entire back surface of the semiconductor substrate, for example, a metal film in which nickel, titanium, nickel and silver are sequentially laminated, or titanium, nickel. And gold are sequentially laminated to form a metal film, and the surface of the drain electrode 8 made of silver or gold is connected to a lead frame by, for example, a conductive adhesive to make an electrical connection.
【0018】本実施の形態の縦型トランジスタの図1に
示す構成では、低濃度ドレイン領域2aの中でゲート絶
縁膜4を介してトレンチゲート導体層3側壁に隣接する
側壁近傍部分に不純物濃度が低濃度ドレイン領域2aの
他の部分よりも高い高濃度層10aを形成する。この高
濃度層10aによって、FETがオンの状態で低濃度ド
レイン領域2aの抵抗を低減することができる。また、
高濃度層10aによってアバランシェ降伏の際の空乏層
が、破線図示のごとく、トレンチゲート導体層3側壁で
は伸びにくくなる。In the structure of the vertical transistor of this embodiment shown in FIG. 1, the impurity concentration is present in the low concentration drain region 2a in the vicinity of the sidewall adjacent to the sidewall of the trench gate conductor layer 3 through the gate insulating film 4. A high-concentration layer 10a higher than the other portions of the low-concentration drain region 2a is formed. The high-concentration layer 10a can reduce the resistance of the low-concentration drain region 2a when the FET is on. Also,
The high-concentration layer 10a makes it difficult for the depletion layer at the time of avalanche breakdown to extend on the sidewall of the trench gate conductor layer 3 as shown by the broken line.
【0019】トレンチゲート下面の角部では電界が集中
するために、従来は、空乏層が伸びることによってこの
部分がアバランシェ降伏の際のブレイクダウンポイント
となることが多いので、耐圧を確保するために、トレン
チゲート導体層3下部の低濃度ドレイン領域2aの厚さ
を確保して、電界の集中を緩和していた。Since the electric field is concentrated at the corners of the lower surface of the trench gate, conventionally, since the depletion layer extends, this portion often becomes a breakdown point at the time of avalanche breakdown, so that the breakdown voltage is ensured. The thickness of the low-concentration drain region 2a under the trench gate conductor layer 3 is secured to reduce the concentration of electric field.
【0020】しかし、本実施の形態では空乏層の先端が
トレンチゲート導体層3下面の角部ではなくトレンチゲ
ートの側壁に位置しているため、トレンチゲート導体層
3下面の角部への電界集中を抑制することができるの
で、この部分がブレイクダウンポイントになりにくくア
バランシェ耐量が向上する。この結果として、トレンチ
ゲート導体層3下部の低濃度ドレイン領域2aの厚さを
低減することが可能となり、これによって低濃度ドレイ
ン領域2aの抵抗を低減することができる。However, in this embodiment, since the tip of the depletion layer is located not at the corner of the lower surface of the trench gate conductor layer 3 but at the side wall of the trench gate, the electric field is concentrated on the corner of the lower surface of the trench gate conductor layer 3. Since this can be suppressed, this portion is less likely to become a breakdown point, and the avalanche withstand capability is improved. As a result, it is possible to reduce the thickness of the low-concentration drain region 2a below the trench gate conductor layer 3, and thereby reduce the resistance of the low-concentration drain region 2a.
【0021】加えて、ブレイクダウンポイントが、トレ
ンチゲート導体層3下面の角部以外の場所、具体的には
ソース電極6と接続する部分の直下に生じることから、
寄生バイポーラトランジスタが動作しにくくなりアパラ
ンシェ耐量が高くなる。In addition, since the breakdown point occurs at a place other than the corner of the lower surface of the trench gate conductor layer 3, specifically, immediately below the portion connected to the source electrode 6,
The parasitic bipolar transistor becomes difficult to operate, and the avalanche withstand capability increases.
【0022】また、図2に示す構成では、チャネル領域
2bの中でゲート絶縁膜4を介してトレンチゲート導体
層3側壁に隣接する側壁近傍部分に不純物濃度がチャネ
ル領域2bの他の部分よりも低い低濃度層10bを形成
する。この低濃度層10bによって伝達コンダクタンス
を大きくすることができる。伝達コンダクタンスが大き
くなることによって、許容される作動電圧範囲の狭い低
電圧駆動の際に低いしきい値電圧制御が容易になる。上
述した夫々の構成を一体にまとめた構成を図3に示す。In the structure shown in FIG. 2, the impurity concentration in the channel region 2b in the vicinity of the sidewall adjacent to the sidewall of the trench gate conductor layer 3 via the gate insulating film 4 is higher than that in the other portions of the channel region 2b. A low low concentration layer 10b is formed. The low-concentration layer 10b can increase the transfer conductance. The increased transfer conductance facilitates low threshold voltage control during low voltage drive with a narrow allowable operating voltage range. FIG. 3 shows a configuration in which the above-described configurations are integrated together.
【0023】更に本実施の形態では、図4に不純物濃度
プロファイルを示すように、チャネル領域を複数のピー
クを有する不純物プロファイルとすることによって、チ
ャネル領域の濃度プロファイルを平坦化して、更に伝達
コンダクタンスの高い素子を得ることができる。Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4 as an impurity concentration profile, the channel region has an impurity profile having a plurality of peaks, whereby the concentration profile of the channel region is flattened and the transfer conductance is further reduced. A high element can be obtained.
【0024】続いて、前述した半導体装置の製造方法に
ついて、図5及び図6を用いて説明する。先ず、例えば
ヒ素(As)が導入された単結晶珪素からなるn+型半
導体基体1上に、エピタキシャル成長によって半導体基
体1よりも低濃度のn−型のエピタキシャル層2を5μ
m程度形成した半導体基板主面に堆積させた絶縁膜11
を、ホトリソグラフィによってゲート導体層4のパター
ンを開口させ、この絶縁膜11をマスクとして用いたド
ライエッチングによって、半導体基板主面にゲート導体
層4のトレンチとして例えば深さ1.6μm程度の溝を
形成する。Next, a method of manufacturing the above-mentioned semiconductor device will be described with reference to FIGS. First, an n-type epitaxial layer 2 having a lower concentration than that of the semiconductor substrate 1 is epitaxially grown on the n + type semiconductor substrate 1 made of single crystal silicon in which arsenic (As) is introduced to a thickness of 5 μm.
Insulating film 11 deposited on the main surface of the semiconductor substrate having a thickness of about m
Then, a pattern of the gate conductor layer 4 is opened by photolithography, and a groove having a depth of, for example, about 1.6 μm is formed as a trench of the gate conductor layer 4 on the main surface of the semiconductor substrate by dry etching using the insulating film 11 as a mask. Form.
【0025】この状態で、トレンチゲートの溝の近傍に
低濃度ドレイン領域2aの高濃度層10a及びチャネル
領域2bの低濃度層10bを形成するために、形成され
たトレンチゲートの溝へ対して不純物を注入する。この
注入では、図5に破線にて示すように、ウェハに対して
斜めにイオンを打ち込むステップを4方向に対して行な
うステップイオン注入によってリン或いはヒ素等のn型
不純物を導入して側壁近傍部分に不純物層10を形成す
る。In this state, in order to form the high-concentration layer 10a of the low-concentration drain region 2a and the low-concentration layer 10b of the channel region 2b in the vicinity of the trench gate trench, impurities are added to the trench gate trench thus formed. Inject. In this implantation, as shown by a broken line in FIG. 5, n-type impurities such as phosphorus or arsenic are introduced by step ion implantation in which ions are obliquely implanted into the wafer in four directions, and a portion near a sidewall is introduced. Then, the impurity layer 10 is formed.
【0026】不純物層10としては、一括したイオン注
入によって単一の不純物濃度としたが、高濃度層10a
及び低濃度層10bを形成するための不純物導入は、側
壁表面にマスクを形成する等の方法によって、高濃度層
10aと低濃度層10bとで選択的にイオン注入を行な
い、夫々の不純物濃度を最適化してもよい。Although the impurity layer 10 has a single impurity concentration by collective ion implantation, the high concentration layer 10a
In order to introduce the impurities for forming the low concentration layer 10b, ion implantation is selectively performed between the high concentration layer 10a and the low concentration layer 10b by a method such as forming a mask on the side wall surface, and the respective impurity concentrations are changed. It may be optimized.
【0027】この後、ゲート絶縁膜4を形成し、前記溝
内を含む半導体基板主面全面にゲート導体層3の導電膜
となる多結晶珪素膜をCVDにより形成し、この多結晶
珪素膜をエッチバックして、前記溝内にゲート導体層3
を形成する。After that, a gate insulating film 4 is formed, and a polycrystalline silicon film serving as a conductive film of the gate conductor layer 3 is formed by CVD on the entire main surface of the semiconductor substrate including the inside of the groove, and this polycrystalline silicon film is formed. Etch back to form the gate conductor layer 3 in the groove.
To form.
【0028】続いて、エピタキシャル層2の全面にp型
不純物(例えばボロン)のイオン打込みを行ない、熱拡
散処理を行なってチャネル領域2bを形成する。このイ
オン注入によって、チャネル領域2bの側壁近傍のn型
不純物層10が、注入されたp型不純物によって相殺さ
れ、不純物層10の側壁近傍のチャネル領域2bは他の
部分よりも低濃度p型のチャネル領域低濃度層10bに
なり、低濃度ドレイン領域2a高濃度層10aである低
濃度ドレイン領域2aの不純物層10と分離される。Subsequently, p-type impurities (for example, boron) are ion-implanted on the entire surface of the epitaxial layer 2 and a thermal diffusion process is performed to form a channel region 2b. By this ion implantation, the n-type impurity layer 10 near the side wall of the channel region 2b is canceled by the implanted p-type impurity, and the channel region 2b near the side wall of the impurity layer 10 has a lower concentration p-type than other portions. It becomes the channel region low-concentration layer 10b and is separated from the impurity layer 10 of the low-concentration drain region 2a which is the low-concentration drain region 2a and the high-concentration drain region 2a.
【0029】更に、n型不純物(例えばヒ素)を選択的
にイオン打込みして、アニール処理を行ない、ソース領
域2cを形成する。なお、ソース領域2cでは、その側
壁に注入されたn型不純物はソース領域2cがはるかに
高濃度のn型となるため殆ど影響を与えない。そして、
これらの不純物導入が行なわれないエピタキシャル層2
の深部、具体的にはチャネル領域2bと半導体基体1と
の間に位置するエピタキシャル層2が、低濃度ドレイン
領域2aとなる。この状態を図6に示す。Further, an n-type impurity (for example, arsenic) is selectively ion-implanted and an annealing process is performed to form a source region 2c. It should be noted that in the source region 2c, the n-type impurity implanted into the side wall of the source region 2c has almost no influence because the source region 2c has a much higher concentration of n-type. And
Epitaxial layer 2 in which these impurities are not introduced
The deep layer, specifically, the epitaxial layer 2 located between the channel region 2b and the semiconductor substrate 1 becomes the low-concentration drain region 2a. This state is shown in FIG.
【0030】この後、全面に堆積させた酸化珪素膜をパ
ターニングしてゲート導体層3を被覆するキャップ絶縁
膜5を形成し、所定パターンのレジストマスクを用いた
エッチングによってコンタクト孔を形成し、コンタクト
孔内を含む半導体基板主面上の全面に例えばシリコンを
含むアルミニウム等の金属からなる導電膜を形成し、こ
の金属膜をパターニングして、前記ゲート電極及びソー
ス電極6を形成し、例えばソースガスの主体としてテト
ラエトキシシラン(TEOS)ガスを用いたプラズマC
VDによる酸化珪素膜にポリイミドを塗布積層して半導
体基板主面の全面を覆う保護絶縁膜7を形成し、この保
護絶縁膜7にゲート電極及びソース電極6の前記接続領
域を露出させる開口を形成する。n+型半導体基体1の
裏面には例えば蒸着によりドレイン電極8を形成して、
図3に示す状態となる。After that, the silicon oxide film deposited on the entire surface is patterned to form a cap insulating film 5 covering the gate conductor layer 3, and a contact hole is formed by etching using a resist mask having a predetermined pattern. A conductive film made of a metal such as aluminum containing silicon is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate including the inside of the hole, and the metal film is patterned to form the gate electrode and the source electrode 6. Plasma C using tetraethoxysilane (TEOS) gas as the main constituent of
Polyimide is applied and laminated on a silicon oxide film formed by VD to form a protective insulating film 7 covering the entire main surface of the semiconductor substrate, and openings are formed in the protective insulating film 7 to expose the connection regions of the gate electrode and the source electrode 6. To do. A drain electrode 8 is formed on the back surface of the n + type semiconductor substrate 1 by, for example, vapor deposition,
The state shown in FIG. 3 is obtained.
【0031】本実施の形態のパワートランジスタでは、
オン抵抗が低くアパランシェ耐量が高いことから、パー
ソナルコンピュータ等に用いられるVRM(Voltage Reg
ulator Module)等に用いると有効である。パーソナルコ
ンピュータでは、高速処理及び低消費電力化のためにデ
ータを処理する演算ユニット(CPU)の動作電圧は2
V以下として、更に状況に応じて動作電圧を変えている
ものが多い。このため、用意されている電源電圧の5V
或いは3.3Vを降圧した動作電圧を安定して供給する
ためにVRMが用いられている。In the power transistor of this embodiment,
Since the on-resistance is low and the aparanche resistance is high, VRM (Voltage Reg) used in personal computers etc.
It is effective when used as an emulator module). In a personal computer, the operating voltage of an arithmetic unit (CPU) for processing data is 2 for high-speed processing and low power consumption.
In many cases, the operating voltage is changed to V or lower depending on the situation. Therefore, the prepared power supply voltage of 5V
Alternatively, VRM is used to stably supply an operating voltage that is 3.3V down.
【0032】こうしたVRMでは、図7に示すように、
制御チップによって2つのパワーFETを交互にオンオ
フさせて、端子Vinから入力した5V或いは3.3V
の電源電圧を2V以下の所定の動作電圧に変換し、チョ
ークコイルL及びコンデンサCで平滑して端子Vout
からCPUに供給する。In such a VRM, as shown in FIG.
The control chip turns on and off the two power FETs alternately, and inputs 5V or 3.3V from the terminal Vin.
Is converted to a predetermined operating voltage of 2 V or less, smoothed by the choke coil L and the capacitor C, and then the terminal Vout
Supply to the CPU.
【0033】本実施の形態のパワートランジスタは、そ
の他に携帯電話に用いられるリチウムイオン電池の保護
回路等に用いても有効である。The power transistor of this embodiment is also effective when used in a protection circuit for a lithium ion battery used in a mobile phone.
【0034】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明
は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは
勿論である。例えば、前述した説明ではn型のパワーM
ISFETについて説明したが、本発明は、p型のパワ
ーMISFETに適用することも可能であり、パワーM
ISFET以外にも、IGBT(Integrated Gate Bipo
lar Transistor)等にも適用が可能である。As described above, the inventions made by the present inventor are
Although the specific description has been given based on the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the above description, the n-type power M
Although the ISFET has been described, the present invention can also be applied to a p-type power MISFET, and the power M
Besides ISFET, IGBT (Integrated Gate Bipo
lar Transistor) is also applicable.
【0035】[0035]
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
(1)本発明によれば、低濃度ドレイン領域の中で前記
ゲート導体層側壁近傍部分の不純物濃度を、他の部分の
不純物濃度よりも高くしてあるので低オン抵抗化を図る
ことができるという効果がある。
(2)本発明によれば、低濃度ドレイン領域の中で前記
ゲート導体層側壁近傍部分の不純物濃度を、他の部分の
不純物濃度よりも高くしてあるので、アバランシェ降伏
の際に空乏層の先端がトレンチ側壁に位置しトレンチ底
部の電界集中を抑制することから、耐圧を向上させるこ
とができるという効果がある。
(3)本発明によれば、チャネル層の不純物濃度をドレ
イン層の不純物濃度よりも低くすることによって、耐圧
を制限する空乏層がドレイン領域よりもチャネル領域側
により拡がることから、耐圧が向上するという効果があ
る。The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. (1) According to the present invention, the impurity concentration in the portion near the side wall of the gate conductor layer in the low-concentration drain region is made higher than the impurity concentration in other portions, so that the low on-resistance can be achieved. There is an effect. (2) According to the present invention, the impurity concentration in the portion near the side wall of the gate conductor layer in the low-concentration drain region is made higher than the impurity concentration in other portions, so that the depletion layer of the avalanche breakdown is formed. Since the tip is located on the side wall of the trench and the electric field concentration at the bottom of the trench is suppressed, the breakdown voltage can be improved. (3) According to the present invention, by making the impurity concentration of the channel layer lower than that of the drain layer, the depletion layer that limits the breakdown voltage expands to the channel region side rather than the drain region, so the breakdown voltage improves. There is an effect.
【図1】本発明の一実施の形態である半導体装置を示す
縦断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施の形態である半導体装置を示す
縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施の形態である半導体装置を示す
縦断面図である。FIG. 3 is a vertical sectional view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
【図4】図3に示した半導体装置の不純物濃度プロファ
イルを示すグラフである。4 is a graph showing an impurity concentration profile of the semiconductor device shown in FIG.
【図5】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造
工程を示す縦断面図である。FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
【図6】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造
工程を示す縦断面図である。FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
【図7】本発明の一実施の形態である半導体装置を用い
たVRMの等価回路図である。FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of a VRM using the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
1…半導体基体、2…エピタキシャル層、2a…低濃度
ドレイン領域、2b…チャネル領域、2c…ソース領
域、3…ゲート導体層、4…ゲート絶縁膜、5…キャッ
プ絶縁膜、6…ソース電極、7…保護絶縁膜、8…ドレ
イン電極、10…不純物層、10a…高濃度層、10b
…低濃度層、11…絶縁膜。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Epitaxial layer, 2a ... Low concentration drain region, 2b ... Channel region, 2c ... Source region, 3 ... Gate conductor layer, 4 ... Gate insulating film, 5 ... Cap insulating film, 6 ... Source electrode, 7 ... Protective insulating film, 8 ... Drain electrode, 10 ... Impurity layer, 10a ... High concentration layer, 10b
... Low concentration layer, 11 ... Insulating film.
Claims (4)
介してゲート導体層が埋め込まれ、高濃度第1半導体領
域、低濃度第1半導体領域、第2半導体領域、第3半導
体領域が順次形成された縦型のトランジスタを有する半
導体装置であって、前記低濃度第1半導体領域の中で前
記ゲート導体層側壁近傍部分の不純物濃度を、低濃度第
1半導体領域の他の部分の不純物濃度よりも高くするこ
とを特徴とする半導体装置。1. A high-concentration first semiconductor region, a low-concentration first semiconductor region, a second semiconductor region, and a third semiconductor region are formed by embedding a gate conductor layer in a groove provided in a semiconductor substrate via an insulating film. A semiconductor device having vertical transistors sequentially formed, wherein an impurity concentration in a portion of the low-concentration first semiconductor region near the sidewall of the gate conductor layer is set to an impurity concentration in another portion of the low-concentration first semiconductor region. A semiconductor device characterized in that the concentration is higher than the concentration.
介して導体層が埋め込まれ、高濃度第1半導体領域、低
濃度第1半導体領域、第2半導体領域、第3半導体領域
が順次形成された縦型のトランジスタを有する半導体装
置であって、前記第2領域の中で前記ゲート導体層側壁
近傍部分の不純物濃度を、第2領域の他の部分の不純物
濃度よりも低くすることを特徴とする半導体装置。2. A conductor layer is embedded in a groove provided in a semiconductor substrate via an insulating film, and a high-concentration first semiconductor region, a low-concentration first semiconductor region, a second semiconductor region, and a third semiconductor region are sequentially formed. A semiconductor device having a formed vertical transistor, wherein an impurity concentration in a portion near the sidewall of the gate conductor layer in the second region is set to be lower than an impurity concentration in another portion of the second region. Characteristic semiconductor device.
する不純物プロファイルとなっていることを特徴とする
請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor region has an impurity profile having a plurality of peaks.
り、第2半導体領域がチャネル領域であり、第3半導体
領域がソース領域であることを特徴とする請求項1乃至
請求項3の何れか一項に記載の半導体装置。4. The first semiconductor region is a drain region, the second semiconductor region is a channel region, and the third semiconductor region is a source region. The semiconductor device according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001189821A JP2003008019A (en) | 2001-06-22 | 2001-06-22 | Semiconductor device |
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|---|---|
| JP2003008019A true JP2003008019A (en) | 2003-01-10 |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007059632A (en) * | 2005-08-24 | 2007-03-08 | Sanken Electric Co Ltd | Semiconductor device and its manufacturing method |
| JP2008205414A (en) * | 2007-01-26 | 2008-09-04 | Rohm Co Ltd | Nitride semiconductor device, nitride semiconductor package, and method of manufacturing nitride semiconductor device |
| JP2008218846A (en) * | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Rohm Co Ltd | Nitride semiconductor device and method for manufacturing nitride semiconductor device |
| JP2015133447A (en) * | 2014-01-15 | 2015-07-23 | 株式会社豊田中央研究所 | Semiconductor device |
| JP2018125441A (en) * | 2017-02-01 | 2018-08-09 | 株式会社豊田中央研究所 | Nitride semiconductor device |
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2001
- 2001-06-22 JP JP2001189821A patent/JP2003008019A/en active Pending
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