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JP2010045203A - Semiconductor chip and method of manufacturing the same - Google Patents

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JP2010045203A
JP2010045203A JP2008208396A JP2008208396A JP2010045203A JP 2010045203 A JP2010045203 A JP 2010045203A JP 2008208396 A JP2008208396 A JP 2008208396A JP 2008208396 A JP2008208396 A JP 2008208396A JP 2010045203 A JP2010045203 A JP 2010045203A
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Japan
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semiconductor
trench
type silicon
semiconductor chip
pillar
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JP2008208396A
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Shingo Sato
慎吾 佐藤
Akihiko Osawa
明彦 大澤
Hiroyuki Sugaya
弘幸 菅谷
Tomonori Sakuma
智教 佐久間
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

【課題】ボイドがなく、生産性が高い半導体チップ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】n型のシリコンウェーハ11w上にn型シリコン層12を形成し、n型シリコン層12の上面側から一方向に延びるトレンチ13を形成する。このとき、トレンチ13は、ウェーハ11wの一方の端縁付近から他方の端縁付近まで連続的に形成し、トレンチ13の両端部がチップ領域Rcの内部に配置されないようにする。次に、トレンチ13の内面上にp型シリコンをエピタキシャル成長させることにより、トレンチ13内にp型シリコンピラー14を埋設する。次に、ウェーハ11wをダイシングラインDLに沿って複数のチップに切り分ける。これにより、半導体チップを製造する。
【選択図】図4
A semiconductor chip having no voids and high productivity and a method for manufacturing the same are provided.
An n type silicon layer is formed on an n + type silicon wafer, and a trench extending in one direction from the upper surface side of the n type silicon layer is formed. At this time, the trench 13 is continuously formed from the vicinity of one edge of the wafer 11w to the vicinity of the other edge so that both ends of the trench 13 are not disposed inside the chip region Rc. Next, the p-type silicon pillar 14 is embedded in the trench 13 by epitaxially growing p-type silicon on the inner surface of the trench 13. Next, the wafer 11w is cut into a plurality of chips along the dicing line DL. Thereby, a semiconductor chip is manufactured.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、半導体チップ及びその製造方法に関し、特に、スーパージャンクション構造を備えた電力制御用半導体チップ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor chip and a manufacturing method thereof, and more particularly to a power control semiconductor chip having a super junction structure and a manufacturing method thereof.

高い耐圧と低いオン抵抗とを両立させた電力制御用半導体チップとして、n型の半導体層にp型の半導体ピラーを埋め込み、n型部分とp型部分とを交互に配列させたスーパージャンクション構造(以下、「SJ構造」ともいう)を持つ縦形MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)が知られている。SJ構造においては、n型部分とp型部分に含まれる不純物量を相互に等しくすることで、擬似的にノンドープ層を作り出して高耐圧を保持しつつ、不純物濃度が高いn型部分を介して電流を流すことにより、低いオン抵抗を実現することができる。   As a power control semiconductor chip that achieves both high breakdown voltage and low on-resistance, a super junction structure in which p-type semiconductor pillars are embedded in an n-type semiconductor layer and n-type portions and p-type portions are alternately arranged ( Hereinafter, a vertical MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) having a “SJ structure” is known. In the SJ structure, by making the amounts of impurities contained in the n-type part and the p-type part equal to each other, a pseudo non-doped layer is created and a high breakdown voltage is maintained, and the n-type part has a high impurity concentration. By flowing a current, a low on-resistance can be realized.

このようなSJ構造のMOSFETを形成する方法の1つとして、n型の半導体基板上にn型の半導体層をエピタキシャル成長法によって成長させ、この半導体層に複数本のトレンチを形成し、トレンチ内にp型半導体材料をエピタキシャル成長させてp型の半導体ピラーを形成する方法がある。 As one of the methods for forming such an SJ-structure MOSFET, an n-type semiconductor layer is grown on an n + -type semiconductor substrate by an epitaxial growth method, and a plurality of trenches are formed in the semiconductor layer. There is a method of forming a p-type semiconductor pillar by epitaxially growing a p-type semiconductor material.

しかし、この方法においては、トレンチの開口部におけるp型半導体材料の成長速度がトレンチの内部における成長速度よりも高くなり、トレンチの内部が埋まる前に開口部が塞がってしまい、トレンチの内部にボイドが形成されてしまうという問題がある。この問題を回避するために、エピタキシャル成長の条件を所定の範囲に制御する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、エピタキシャル成長の条件をボイドが形成されないような条件とすると、p型半導体材料の成長速度が遅くなってしまい、生産性が低下するという問題がある。   However, in this method, the growth rate of the p-type semiconductor material in the opening of the trench is higher than the growth rate in the inside of the trench, and the opening is closed before the inside of the trench is filled. There is a problem that is formed. In order to avoid this problem, a method of controlling the epitaxial growth conditions within a predetermined range has been proposed (see, for example, Patent Document 1). However, if the conditions for epitaxial growth are such that no voids are formed, the growth rate of the p-type semiconductor material becomes slow, and there is a problem that productivity decreases.

特開2007−96139号公報JP 2007-96139 A

本発明の目的は、ボイドがなく、生産性が高い半導体チップ及びその製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor chip having no voids and high productivity and a method for manufacturing the same.

本発明の一態様によれば、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に設けられ、一方向に延びるトレンチが上面側から形成された第1導電型の半導体層と、前記トレンチ内に埋設された第2導電型の半導体ピラーと、を備え、前記半導体ピラーは、前記半導体層の前記一方向における一方の端面から他方の端面までの全長にわたって連続的に形成されていることを特徴とする半導体チップが提供される。   According to one aspect of the present invention, a first conductivity type semiconductor substrate, a first conductivity type semiconductor layer provided on the semiconductor substrate and having a trench extending in one direction formed from the upper surface side, and the inside of the trench A semiconductor pillar of a second conductivity type embedded in the semiconductor pillar, wherein the semiconductor pillar is continuously formed over the entire length from one end face to the other end face in the one direction of the semiconductor layer. A semiconductor chip is provided.

本発明の他の一態様によれば、第1導電型の半導体ウェーハ上に第1導電型の半導体層を形成する工程と、前記半導体層の上面側から一方向に延びるトレンチを形成する工程と、前記トレンチの内面上に第2導電型の半導体材料を堆積させることにより前記トレンチ内に半導体ピラーを埋設する工程と、前記半導体ウェーハを複数のチップに切り分ける工程と、を備え、前記チップを切り分ける工程において、前記チップの端面で前記半導体ピラーが露出するようにダイシングを行うことを特徴とする半導体チップの製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, a step of forming a first conductivity type semiconductor layer on a first conductivity type semiconductor wafer, and a step of forming a trench extending in one direction from the upper surface side of the semiconductor layer; And burying a semiconductor pillar in the trench by depositing a semiconductor material of a second conductivity type on the inner surface of the trench, and slicing the semiconductor wafer into a plurality of chips. In the process, a semiconductor chip manufacturing method is provided, wherein dicing is performed so that the semiconductor pillar is exposed at an end face of the chip.

本発明によれば、ボイドがなく、生産性が高い半導体チップ及びその製造方法を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a semiconductor chip having no voids and high productivity and a manufacturing method thereof.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る半導体チップを例示する平面図であり、
図2は、図1に示すA−A’線による部分断面図であり、
図3は、図1に示すB−B’線による部分断面図である。
本実施形態に係る半導体チップは、SJ構造と縦形のMOSFETが形成された電力制御用の半導体チップである。
なお、図1においては、図示の便宜上、後述するn型シリコン層12、p型シリコンピラー14及び拡散領域20のみを模式的に示しており、他の構成要素は示していない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a plan view illustrating a semiconductor chip according to this embodiment.
2 is a partial cross-sectional view taken along line AA ′ shown in FIG.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view taken along the line BB ′ shown in FIG.
The semiconductor chip according to the present embodiment is a power control semiconductor chip in which an SJ structure and a vertical MOSFET are formed.
In FIG. 1, for convenience of illustration, only an n-type silicon layer 12, a p-type silicon pillar 14, and a diffusion region 20, which will be described later, are schematically shown, and other components are not shown.

図1乃至図3に示すように、本実施形態に係る半導体チップ1においては、半導体基板として、n型の単結晶シリコンからなるn型シリコン基板11が設けられており、n型シリコン基板11上には、n型の単結晶シリコンからなるn型シリコン層12が設けられている。n型シリコン層12には、n型シリコン層12の上面側から、この上面に平行な一方向に延びる複数本のトレンチ13が形成されている。上方から見て、複数本のトレンチ13は相互に平行に形成されている。また、トレンチ13はn型シリコン基板11には到達していない。 As shown in FIGS. 1 to 3, in the semiconductor chip 1 according to this embodiment, as the semiconductor substrate, n + -type silicon substrate 11 made of n + -type single crystal silicon is provided, the n + -type silicon An n-type silicon layer 12 made of n-type single crystal silicon is provided on the substrate 11. A plurality of trenches 13 are formed in the n-type silicon layer 12 so as to extend from the upper surface side of the n-type silicon layer 12 in one direction parallel to the upper surface. When viewed from above, the plurality of trenches 13 are formed in parallel to each other. Further, the trench 13 does not reach the n + type silicon substrate 11.

トレンチ13内には、p型の単結晶シリコンが埋め込まれることにより、p型シリコンピラー14が埋設されている。これにより、n型シリコン層12内においては、p型シリコンピラー14と、n型シリコン層12におけるp型シリコンピラー14間の部分とが交互に配列されて、スーパージャンクション構造(SJ構造)が形成されている。以下、p型シリコンピラー14が延びる方向を「ピラー方向」といい、ピラー方向に対して直交する方向、すなわち、p型シリコンピラー14が配列されている方向を「SJ方向」という。   A p-type silicon pillar 14 is embedded in the trench 13 by embedding p-type single crystal silicon. Thus, in the n-type silicon layer 12, the p-type silicon pillars 14 and the portions between the p-type silicon pillars 14 in the n-type silicon layer 12 are alternately arranged to form a super junction structure (SJ structure). Has been. Hereinafter, the direction in which the p-type silicon pillar 14 extends is referred to as “pillar direction”, and the direction orthogonal to the pillar direction, that is, the direction in which the p-type silicon pillars 14 are arranged is referred to as “SJ direction”.

各トレンチ13は、半導体チップ1の全長にわたって連続的に形成されている。従って、各p型シリコンピラー14は、半導体チップ1の全長にわたって連続的に設けられている。すなわち、p型シリコンピラー14は、n型シリコン層12のピラー方向における一方の端面から他方の端面までの全長にわたって連続的に形成されている。n型シリコン層12の端面は、半導体チップ1のダイシング面DSの一部を構成している。従って、p型シリコンピラー14は、ダイシング面DSにおいて露出している。   Each trench 13 is continuously formed over the entire length of the semiconductor chip 1. Accordingly, each p-type silicon pillar 14 is continuously provided over the entire length of the semiconductor chip 1. That is, the p-type silicon pillar 14 is continuously formed over the entire length from one end face to the other end face in the pillar direction of the n-type silicon layer 12. The end surface of the n-type silicon layer 12 constitutes a part of the dicing surface DS of the semiconductor chip 1. Therefore, the p-type silicon pillar 14 is exposed at the dicing surface DS.

n型シリコン層12内におけるp型シリコンピラー14の上方には、ピラー方向に延びるp型ベース領域15が形成されている。p型ベース領域15の上層部分には、ピラー方向に延びる一対のn型のソース領域16が相互に離隔して形成されている。また、p型ベース領域15内におけるソース領域16間には、p型のコンタクト領域17が形成されている。 A p-type base region 15 extending in the pillar direction is formed above the p-type silicon pillar 14 in the n-type silicon layer 12. In the upper layer portion of the p-type base region 15, a pair of n + -type source regions 16 extending in the pillar direction are formed apart from each other. A p + -type contact region 17 is formed between the source regions 16 in the p-type base region 15.

また、半導体チップ1の終端部においては、n型シリコン層12及びp型シリコンピラー14の上層部分にn型の拡散領域20が形成されている。拡散領域20の不純物濃度は、n型シリコン層12の不純物濃度よりも高い。また、上方から見た拡散領域20の形状は、半導体チップ1の外縁、すなわち、n型シリコン層12の外縁に沿った環状である。 Further, an n + type diffusion region 20 is formed in the upper layer portion of the n-type silicon layer 12 and the p-type silicon pillar 14 at the terminal portion of the semiconductor chip 1. The impurity concentration of the diffusion region 20 is higher than the impurity concentration of the n-type silicon layer 12. Further, the shape of the diffusion region 20 viewed from above is an annular shape along the outer edge of the semiconductor chip 1, that is, the outer edge of the n-type silicon layer 12.

更に、n型シリコン層12上にはゲート電極21が設けられており、ゲート電極21を包むようにゲート絶縁膜22が設けられている。ゲート電極21は例えばポリシリコンにより形成されており、ゲート絶縁膜22は、例えばシリコン酸化物により形成されている。ゲート電極21は、隣り合うp型ベース領域15内に形成された隣り合うソース領域16間の領域の直上域に配置されている。すなわち、ゲート電極21は、隣り合うソース領域16間に配置された一方のp型ベース領域15、n型シリコン層12、他方のp型ベース領域15の直上域に設けられており、従って、p型ベース領域15におけるn型シリコン層12とソース領域16との間の部分の直上域を含む領域に設けられている。また、ゲート電極21は上に凸となるように湾曲しており、中央部、すなわち、n型シリコン層12の直上域に相当する位置が相対的に高く、両端部が相対的に低くなっている。   Further, a gate electrode 21 is provided on the n-type silicon layer 12, and a gate insulating film 22 is provided so as to surround the gate electrode 21. The gate electrode 21 is made of, for example, polysilicon, and the gate insulating film 22 is made of, for example, silicon oxide. The gate electrode 21 is disposed immediately above a region between adjacent source regions 16 formed in adjacent p-type base regions 15. That is, the gate electrode 21 is provided immediately above one of the p-type base region 15, the n-type silicon layer 12, and the other p-type base region 15 disposed between the adjacent source regions 16. It is provided in a region including a region directly above the portion between the n-type silicon layer 12 and the source region 16 in the type base region 15. In addition, the gate electrode 21 is curved so as to protrude upward, and the center portion, that is, the position corresponding to the region directly above the n-type silicon layer 12 is relatively high, and both end portions are relatively low. Yes.

更にまた、ゲート電極21間及びゲート電極21上には、ソース電極23が設けられている。ソース電極23におけるゲート電極21間の部分は、ソース領域16及びコンタクト領域17に接続されている。また、ゲート電極21は、ゲート絶縁膜22によってn型シリコン層12及びソース電極23から絶縁されている。一方、n型シリコン基板11の下面上には、ドレイン電極24が設けられており、n型シリコン基板11に接続されている。ソース電極23及びドレイン電極24は、例えば金属により形成されている。 Furthermore, a source electrode 23 is provided between and on the gate electrodes 21. A portion between the gate electrodes 21 in the source electrode 23 is connected to the source region 16 and the contact region 17. The gate electrode 21 is insulated from the n-type silicon layer 12 and the source electrode 23 by the gate insulating film 22. On the other hand, on the lower surface of the n + -type silicon substrate 11, the drain electrode 24 is provided, which is connected to the n + -type silicon substrate 11. The source electrode 23 and the drain electrode 24 are made of, for example, metal.

次に、本実施形態に係る半導体チップの製造方法について説明する。
図4(a)は、本実施形態に係る半導体チップの製造方法を例示する平面図であり、(b)は、(a)に示す1つのチップ領域を例示する一部拡大平面図である。
なお、図4(a)及び(b)においては、図示の便宜上、ウェーハに対するチップ領域の面積及びp型シリコンピラーの幅を、実際よりも大きく描いている。
Next, a method for manufacturing a semiconductor chip according to the present embodiment will be described.
FIG. 4A is a plan view illustrating the method for manufacturing a semiconductor chip according to this embodiment, and FIG. 4B is a partially enlarged plan view illustrating one chip region shown in FIG.
4A and 4B, for convenience of illustration, the area of the chip region relative to the wafer and the width of the p-type silicon pillar are drawn larger than actual.

先ず、図2及び図4(a)に示すように、n型の単結晶シリコンからなるウェーハ11wを用意する。そして、ウェーハ11wの上面上にn型のシリコンをエピタキシャル成長させて、n型シリコン層12を形成する。次に、n型シリコン層12の上面側からn型シリコン層12の途中まで、n型シリコン層12の上面に平行な一方向(ピラー方向)に延びるトレンチ13を複数本形成する。このとき、図4(a)及び(b)に示すように、各トレンチ13を、ウェーハ11wにおけるピラー方向の一方の端縁付近から他方の端縁付近まで連続的に形成し、トレンチ13の両端部がチップ領域Rc、すなわち、ダイシングラインDLに囲まれた矩形の領域であって、ダイシング後に各チップとなる予定の領域内に配置されないようにする。すなわち、各トレンチ13は、ウェーハ11wのダイシングラインDLを跨ぐように形成し、トレンチ13の両端部は、ウェーハ11wの外周部の破棄領域Rs内に配置させる。 First, as shown in FIGS. 2 and 4A, a wafer 11w made of n + -type single crystal silicon is prepared. Then, n-type silicon is epitaxially grown on the upper surface of the wafer 11w to form the n-type silicon layer 12. Next, a plurality of trenches 13 extending in one direction (pillar direction) parallel to the upper surface of the n-type silicon layer 12 are formed from the upper surface side of the n-type silicon layer 12 to the middle of the n-type silicon layer 12. At this time, as shown in FIGS. 4A and 4B, each trench 13 is continuously formed from one edge in the pillar direction to the other edge in the wafer 11w, and both ends of the trench 13 are formed. The portion is a chip region Rc, that is, a rectangular region surrounded by the dicing line DL, and is not arranged in a region to be a chip after dicing. That is, each trench 13 is formed so as to straddle the dicing line DL of the wafer 11w, and both end portions of the trench 13 are disposed in the discard region Rs on the outer peripheral portion of the wafer 11w.

次に、図2及び図3に示すように、トレンチ13内にp型のシリコンをエピタキシャル成長させて堆積させ、トレンチ13内にp型シリコンピラー14を埋設する。このとき、エピタキシャル成長は、例えば、n型シリコン層12の上面をシリコン酸化膜31(図5参照)によって覆った上で、CVD法(Chemical Vapor Deposition法:化学気相成長法)によって行う。このCVDの条件は、例えば、トリクロロシラン(TCS)を原料とし、温度を1100〜1150℃とし、圧力を大気圧とする。又は、ジクロロシラン(DCS)を原料とし、温度を900〜1100℃とし、圧力を減圧条件、例えば、1〜40kPaとする。又は、シラン(SiH)を原料とし、温度を800〜1000℃とし、圧力を減圧条件、例えば、1〜40kPaとする。 Next, as shown in FIGS. 2 and 3, p-type silicon is epitaxially grown and deposited in the trench 13, and a p-type silicon pillar 14 is embedded in the trench 13. At this time, the epitaxial growth is performed by, for example, the CVD method (Chemical Vapor Deposition method) after the upper surface of the n-type silicon layer 12 is covered with the silicon oxide film 31 (see FIG. 5). The CVD conditions are, for example, using trichlorosilane (TCS) as a raw material, a temperature of 1100 to 1150 ° C., and a pressure of atmospheric pressure. Alternatively, dichlorosilane (DCS) is used as a raw material, the temperature is set to 900 to 1100 ° C., and the pressure is set to a reduced pressure condition, for example, 1 to 40 kPa. Alternatively, silane (SiH 4 ) is used as a raw material, the temperature is set to 800 to 1000 ° C., and the pressure is set to a reduced pressure condition, for example, 1 to 40 kPa.

次に、通常の方法によって、p型ベース領域15、ソース領域16、コンタクト領域17を形成する。また、ダイシングラインDLに沿って拡散領域20を形成する。そして、n型シリコン層12上にゲート電極21及びゲート絶縁膜22を形成し、ゲート電極21及びゲート絶縁膜22を覆うようにソース電極23を形成する。一方、ウェーハ11wの下面上にドレイン電極24を形成する。   Next, the p-type base region 15, the source region 16, and the contact region 17 are formed by a normal method. Further, the diffusion region 20 is formed along the dicing line DL. Then, the gate electrode 21 and the gate insulating film 22 are formed on the n-type silicon layer 12, and the source electrode 23 is formed so as to cover the gate electrode 21 and the gate insulating film 22. On the other hand, the drain electrode 24 is formed on the lower surface of the wafer 11w.

次に、図4(a)及び(b)に示すように、ウェーハ11w及びその上に形成された構成物をダイシングラインDLに沿ってダイシングし、複数のチップに切り分ける。このとき、各チップの端面でp型シリコンピラー14が露出するようにダイシングを行う。これにより、ウェーハ11wが複数のn型シリコン基板11に切り分けられ、複数個の半導体チップ1が製造される。各半導体チップ1内には、p型シリコンピラー14の両端部以外の部分が配置され、p型シリコンピラー14の両端部はウェーハ11wの外周部の破棄領域Rs内に配置される。従って、図3に示すように、各半導体チップ1においては、ピラー方向に向いたダイシング面DSにおいて、p型シリコンピラー14が露出する。 Next, as shown in FIGS. 4A and 4B, the wafer 11w and the components formed thereon are diced along a dicing line DL and cut into a plurality of chips. At this time, dicing is performed so that the p-type silicon pillar 14 is exposed at the end face of each chip. Thereby, the wafer 11w is cut into a plurality of n + -type silicon substrates 11, and a plurality of semiconductor chips 1 are manufactured. In each semiconductor chip 1, portions other than both ends of the p-type silicon pillar 14 are disposed, and both ends of the p-type silicon pillar 14 are disposed in the discard region Rs on the outer peripheral portion of the wafer 11 w. Therefore, as shown in FIG. 3, in each semiconductor chip 1, the p-type silicon pillar 14 is exposed on the dicing surface DS facing the pillar direction.

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
図5は、トレンチ内にp型シリコンをエピタキシャル成長させる際の原料ガスの流れを例示する図であり、
図6(a)及び(b)は、埋設されたp型シリコンピラーを例示する断面図であり、(a)はトレンチの中間部を示し、(b)はトレンチの端部を示す。
Next, the effect of this embodiment is demonstrated.
FIG. 5 is a diagram illustrating the flow of a source gas when epitaxially growing p-type silicon in a trench.
FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views illustrating a buried p-type silicon pillar, where FIG. 6A shows an intermediate portion of the trench, and FIG. 6B shows an end portion of the trench.

図5に示すように、トレンチ13内にシリコンをエピタキシャル成長させる際には、n型シリコン層12の上面をシリコン酸化膜31によって覆った上で、原料ガスをトレンチ13の内部に侵入させる。このとき、トレンチ13の長手方向(ピラー方向)の両端部13a以外の部分(以下、「中間部13b」という)においては、原料ガスは2方向、すなわち、トレンチ13の幅方向(SJ方向)から供給される。これに対して、トレンチ13の端部13aにおいては、原料ガスは3方向から供給される。すなわち、端部13aにおいては、原料ガスは、トレンチ13の幅方向(SJ方向)の2方向に加えて、長手方向(ピラー方向)のうちトレンチが終端している側の1方向からも供給される。このため、トレンチ13の端部13aは、中間部13bよりも原料ガスの供給量が多い。また、端部13aは中間部13bと比較して、トレンチ13の内面の結晶方位が異なる。これらの要因により、トレンチ13の端部13aにおいては、中間部13bと比較して、シリコンの成長が早い。   As shown in FIG. 5, when silicon is epitaxially grown in the trench 13, the upper surface of the n-type silicon layer 12 is covered with the silicon oxide film 31, and the source gas is allowed to enter the trench 13. At this time, in a portion other than both end portions 13a in the longitudinal direction (pillar direction) of the trench 13 (hereinafter referred to as “intermediate portion 13b”), the source gas flows from two directions, that is, from the width direction of the trench 13 (SJ direction). Supplied. On the other hand, the source gas is supplied from three directions at the end 13a of the trench 13. That is, in the end portion 13a, the source gas is supplied from one direction on the side where the trench terminates in the longitudinal direction (pillar direction) in addition to the two directions in the width direction (SJ direction) of the trench 13. The For this reason, the supply amount of the source gas is larger in the end portion 13a of the trench 13 than in the intermediate portion 13b. Further, the end portion 13a has a different crystal orientation on the inner surface of the trench 13 compared to the intermediate portion 13b. Due to these factors, silicon grows faster in the end portion 13a of the trench 13 than in the intermediate portion 13b.

この結果、図6(a)に示すように、トレンチ13の中間部13bにおいて、トレンチ13の内部が完全にシリコンによって埋まる条件でCVDを行っても、図6(b)に示すように、トレンチ13の両端部13aにおいては、トレンチ13の開口部におけるシリコンの成長が早くなり過ぎ、内部がシリコンで埋まる前に開口部が塞がってしまい、ボイド32が形成されてしまう。p型シリコンピラー14内にボイド32が発生すると、半導体チップ1の特性が低下する。   As a result, as shown in FIG. 6A, even if CVD is performed in the intermediate portion 13b of the trench 13 under the condition that the inside of the trench 13 is completely filled with silicon, as shown in FIG. At both end portions 13a of 13, the growth of silicon in the opening portion of the trench 13 becomes too fast, the opening portion is closed before the inside is filled with silicon, and a void 32 is formed. When the void 32 is generated in the p-type silicon pillar 14, the characteristics of the semiconductor chip 1 are deteriorated.

これを回避するために、CVDの条件を、トレンチ13の両端部13aにおいてトレンチ13の内部が完全に埋まるような条件とすることも考えられる。しかし、そうすると、シリコンの成長速度が著しく遅くなってしまい、半導体チップ1の生産性が著しく低下してしまう。   In order to avoid this, it is also conceivable that the CVD conditions are such that the inside of the trench 13 is completely filled at both ends 13a of the trench 13. However, in this case, the growth rate of silicon is remarkably slowed, and the productivity of the semiconductor chip 1 is significantly reduced.

そこで、本実施形態においては、トレンチ13を、ウェーハ11wにおけるピラー方向の一方の端縁付近から他方の端縁付近まで連続的に形成し、トレンチ13の両端部がチップとなる予定の領域内に配置されないようにする。これにより、ダイシング後の半導体チップ1内にはp型シリコンピラー14の中間部のみが配置され、p型シリコンピラー14の端部は、ウェーハ11wの外周部の破棄領域Rs内に配置される。この結果、半導体チップ1には、p型シリコンピラー14のうち、ボイドが発生していない中間部のみを用いることができる。このように、本実施形態によれば、ボイドがなく特性が良好な半導体チップを生産性よく製造することができる。   Therefore, in the present embodiment, the trench 13 is continuously formed from the vicinity of one edge in the pillar direction of the wafer 11w to the vicinity of the other edge, and both ends of the trench 13 are in a region where chips are to be formed. Avoid being placed. Thereby, only the middle part of the p-type silicon pillar 14 is arranged in the semiconductor chip 1 after dicing, and the end part of the p-type silicon pillar 14 is arranged in the discard region Rs of the outer peripheral part of the wafer 11w. As a result, only the intermediate part of the p-type silicon pillar 14 where no void is generated can be used for the semiconductor chip 1. Thus, according to this embodiment, a semiconductor chip having no voids and good characteristics can be manufactured with high productivity.

なお、本実施形態においては、p型シリコンピラー14を分断するようにダイシングしているため、ダイシング後の半導体チップ1において、p型シリコンピラー14は半導体チップ1のダイシング面DSで露出している。そこで、本実施形態においては、半導体チップ1の外周部に、環状の拡散領域20を形成している。この拡散領域20に一定電位を印加することにより、拡散領域20がEQPR(Equivalent Potential Ring:等電位リング)として機能し、n型シリコン層12とp型シリコンピラー14との接合界面から発生した空乏層がダイシング面DSに到達することを防止できる。   In this embodiment, since the dicing is performed so that the p-type silicon pillar 14 is divided, in the semiconductor chip 1 after dicing, the p-type silicon pillar 14 is exposed at the dicing surface DS of the semiconductor chip 1. . Therefore, in the present embodiment, an annular diffusion region 20 is formed on the outer periphery of the semiconductor chip 1. By applying a constant potential to the diffusion region 20, the diffusion region 20 functions as an EQPR (Equivalent Potential Ring), and the depletion generated from the junction interface between the n-type silicon layer 12 and the p-type silicon pillar 14. It is possible to prevent the layer from reaching the dicing surface DS.

次に、本実施形態の比較例について説明する。
図7(a)は、本比較例に係る半導体チップの製造方法を例示する平面図であり、(b)は、(a)に示す1つのチップ領域を例示する一部拡大平面図である。
なお、図7(a)及び(b)においては、図示の便宜上、ウェーハに対するチップ領域の面積及びp型シリコンピラーの幅を、実際よりも大きく描いている。
Next, a comparative example of this embodiment will be described.
FIG. 7A is a plan view illustrating a method for manufacturing a semiconductor chip according to this comparative example, and FIG. 7B is a partially enlarged plan view illustrating one chip region shown in FIG.
7A and 7B, for convenience of illustration, the area of the chip region relative to the wafer and the width of the p-type silicon pillar are drawn larger than actual.

図7(a)及び(b)に示すように、本比較例に係る半導体チップの製造方法においては、ウェーハ11w上に形成されたn型シリコン層12にトレンチ13を形成する際に、チップ領域Rcごとにトレンチ13を形成する。以後の工程は、前述の第1の実施形態と同様である。   As shown in FIGS. 7A and 7B, in the method of manufacturing a semiconductor chip according to this comparative example, when the trench 13 is formed in the n-type silicon layer 12 formed on the wafer 11w, the chip region A trench 13 is formed for each Rc. Subsequent steps are the same as those in the first embodiment.

本比較例によれば、ダイシング後のチップ内にp型シリコンピラー14の両端部、すなわち、ボイドが発生している部分が含まれてしまう。このため、半導体チップの特性が低くなる。   According to this comparative example, both ends of the p-type silicon pillar 14, that is, portions where voids are generated are included in the chip after dicing. For this reason, the characteristics of the semiconductor chip are lowered.

次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図8は、本実施形態に係る半導体チップを例示する平面図であり、
図9は、本実施形態に係る半導体チップを例示する部分断面図である。
なお、図8においては、図示の便宜上、n型シリコン領域12、後述するトレンチ41及び絶縁層42以外の構成要素は図示を省略している。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a plan view illustrating a semiconductor chip according to this embodiment.
FIG. 9 is a partial cross-sectional view illustrating a semiconductor chip according to this embodiment.
In FIG. 8, for convenience of illustration, components other than the n-type silicon region 12, a trench 41 and an insulating layer 42 described later are not shown.

図8及び図9に示すように、本実施形態に係る半導体チップ2は、前述の第1の実施形態に係る半導体チップ1(図1参照)と比較して、EQPRとなる拡散領域20(図1参照)が設けられておらず、その替わりに、n型シリコン層12及びp型シリコンピラー14の上面側からn型シリコン層12及びp型シリコンピラー14の内部にトレンチ41が形成されており、トレンチ41内には絶縁材料、例えば、シリコン酸化物が埋め込まれ、絶縁層42が形成されている点が異なっている。なお、トレンチ41は、n型シリコン基板11には到達していない。絶縁層42は半導体チップ2の終端部に形成されており、上方から見た形状は、半導体チップ2の外縁、すなわち、n型シリコン層12の外縁に沿った環状である。 As shown in FIGS. 8 and 9, the semiconductor chip 2 according to the present embodiment has a diffusion region 20 (see FIG. 1) that becomes an EQPR as compared with the semiconductor chip 1 according to the first embodiment described above (see FIG. 1). 1) is provided, and instead, a trench 41 is formed in the n-type silicon layer 12 and the p-type silicon pillar 14 from the upper surface side of the n-type silicon layer 12 and the p-type silicon pillar 14. The trench 41 is different in that an insulating material, for example, silicon oxide is embedded in the trench 41 and an insulating layer 42 is formed. Note that the trench 41 does not reach the n + -type silicon substrate 11. The insulating layer 42 is formed at the terminal portion of the semiconductor chip 2, and the shape viewed from above is an annular shape along the outer edge of the semiconductor chip 2, that is, the outer edge of the n-type silicon layer 12.

本実施形態においては、半導体チップ2の終端部に環状の絶縁層42が設けられているため、n型シリコン層12とp型シリコンピラー14との接合界面から発生した空乏層が、半導体チップ2のダイシング面DSに到達することがない。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。   In the present embodiment, since the annular insulating layer 42 is provided at the terminal portion of the semiconductor chip 2, the depletion layer generated from the junction interface between the n-type silicon layer 12 and the p-type silicon pillar 14 is the semiconductor chip 2. The dicing surface DS is not reached. Other configurations, operations, and effects of the present embodiment are the same as those of the first embodiment.

次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
図10は、本実施形態に係る半導体チップを例示する部分断面図である。
図10に示すように、本実施形態に係る半導体チップ3は、前述の第1の実施形態に係る半導体チップ1(図1参照)と比較して、EQPRとなる拡散領域20(図1参照)が設けられておらず、その替わりに、n型シリコン層12上にフィールドプレート電極46が設けられている点が異なっている。フィールドプレート電極46は半導体チップ3の終端部に形成されており、上方から見た形状は、半導体チップ3の外縁、すなわち、n型シリコン基板11の外縁に沿った環状である。また、フィールドプレート電極46は金属等の導電材料によって形成されている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 is a partial cross-sectional view illustrating a semiconductor chip according to this embodiment.
As shown in FIG. 10, the semiconductor chip 3 according to the present embodiment has a diffusion region 20 (see FIG. 1) that becomes an EQPR as compared with the semiconductor chip 1 (see FIG. 1) according to the first embodiment described above. However, the field plate electrode 46 is provided on the n-type silicon layer 12 instead. The field plate electrode 46 is formed at the terminal portion of the semiconductor chip 3, and the shape seen from above is an annular shape along the outer edge of the semiconductor chip 3, that is, the outer edge of the n + -type silicon substrate 11. The field plate electrode 46 is formed of a conductive material such as metal.

本実施形態においては、半導体チップ3の終端部に環状のフィールドプレート電極46が設けられているため、終端部の電界集中が緩和され、n型シリコン層12とp型シリコンピラー14との接合界面から発生した空乏層が、半導体チップ3のダイシング面DSに到達することを防止できる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。   In the present embodiment, since the annular field plate electrode 46 is provided at the terminal portion of the semiconductor chip 3, the electric field concentration at the terminal portion is alleviated, and the junction interface between the n-type silicon layer 12 and the p-type silicon pillar 14 is reduced. It is possible to prevent the depletion layer generated from reaching the dicing surface DS of the semiconductor chip 3. Other configurations, operations, and effects of the present embodiment are the same as those of the first embodiment.

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。   While the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. For example, those in which the person skilled in the art appropriately added, deleted, or changed the design of the above-described embodiments, or those in which the process was added, omitted, or changed the conditions are also included in the gist of the present invention. As long as it is provided, it is included in the scope of the present invention.

例えば、前述の各実施形態においては、第1の導電型をn型、第2の導電型をp型として説明したが、本発明は第1の導電型をp型、第2の導電型をn型としても実施可能である。また、n型シリコン基板11とn型シリコン層12との間に、不純物濃度がn型シリコン層12の不純物濃度よりも低いn型バッファ層を設けてもよい。更に、前述の各実施形態においては、プレナー型MOSゲート構造を持つ半導体チップを例に挙げて説明したが、本発明に係る半導体チップは、トレンチ型MOSゲート構造(UMOS構造)を用いても実施可能である。更にまた、前述の各実施形態においては、半導体としてシリコン(Si)を用いる例を示したが、半導体には例えば、シリコンカーバイト(SiC)若しくは窒化ガリウム(GaN)等の化合物半導体、又は、ダイアモンド等のワイドバンドギャップ半導体を用いることもできる。 For example, in each of the above-described embodiments, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, in the present invention, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is It can also be implemented as an n-type. Further, an n -type buffer layer having an impurity concentration lower than that of the n-type silicon layer 12 may be provided between the n + -type silicon substrate 11 and the n-type silicon layer 12. Furthermore, in each of the above-described embodiments, the semiconductor chip having a planar MOS gate structure has been described as an example. However, the semiconductor chip according to the present invention can also be implemented using a trench MOS gate structure (UMOS structure). Is possible. Furthermore, in each of the above-described embodiments, an example in which silicon (Si) is used as a semiconductor has been described. For example, a compound semiconductor such as silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN), or diamond is used as the semiconductor. A wide bandgap semiconductor such as can also be used.

本発明の第1の実施形態に係る半導体チップを例示する平面図である。1 is a plan view illustrating a semiconductor chip according to a first embodiment of the invention. 図1に示すA−A’線による部分断面図である。It is a fragmentary sectional view by the A-A 'line shown in FIG. 図1に示すB−B’線による部分断面図である。It is a fragmentary sectional view by the B-B 'line shown in FIG. (a)は、第1の実施形態に係る半導体チップの製造方法を例示する平面図であり、(b)は、(a)に示す1つのチップ領域を例示する一部拡大平面図である。(A) is a top view which illustrates the manufacturing method of the semiconductor chip which concerns on 1st Embodiment, (b) is a partially expanded plan view which illustrates one chip area | region shown to (a). トレンチ内にp型シリコンをエピタキシャル成長させる際の原料ガスの流れを例示する図である。It is a figure which illustrates the flow of source gas at the time of carrying out the epitaxial growth of p-type silicon in a trench. (a)及び(b)は、埋設されたp型シリコンピラーを例示する断面図であり、(a)はトレンチの中間部を示し、(b)はトレンチの端部を示す。(A) And (b) is sectional drawing which illustrates the embedded p-type silicon pillar, (a) shows the intermediate part of a trench, (b) shows the edge part of a trench. (a)は、比較例に係る半導体チップの製造方法を例示する平面図であり、(b)は、(a)に示す1つのチップ領域を例示する一部拡大平面図である。(A) is a top view which illustrates the manufacturing method of the semiconductor chip which concerns on a comparative example, (b) is a partially expanded plan view which illustrates one chip area | region shown to (a). 本発明の第2の実施形態に係る半導体チップを例示する平面図である。FIG. 6 is a plan view illustrating a semiconductor chip according to a second embodiment of the invention. 第2の実施形態に係る半導体チップを例示する部分断面図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional view illustrating a semiconductor chip according to a second embodiment. 本発明の第3の実施形態に係る半導体チップを例示する部分断面図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional view illustrating a semiconductor chip according to a third embodiment of the invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、2、3 半導体チップ、11 n型シリコン基板、11w ウェーハ、12 n型シリコン層、13 トレンチ、13a 端部、13b 中間部、14 p型シリコンピラー、15 p型ベース領域、16 ソース領域、17 コンタクト領域、20 拡散領域、21 ゲート電極、22 ゲート絶縁膜、23 ソース電極、24 ドレイン電極、31 シリコン酸化膜、32 ボイド、41 トレンチ、42 絶縁層、46 フィールドプレート電極、DL ダイシングライン、DS ダイシング面、Rc チップ領域、Rs 破棄領域 1, 2, 3 Semiconductor chip, 11 n + type silicon substrate, 11w wafer, 12 n type silicon layer, 13 trench, 13a end, 13b middle part, 14 p type silicon pillar, 15 p type base region, 16 source region , 17 contact region, 20 diffusion region, 21 gate electrode, 22 gate insulating film, 23 source electrode, 24 drain electrode, 31 silicon oxide film, 32 void, 41 trench, 42 insulating layer, 46 field plate electrode, DL dicing line, DS dicing surface, Rc chip area, Rs discard area

Claims (5)

第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、一方向に延びるトレンチが上面側から形成された第1導電型の半導体層と、
前記トレンチ内に埋設された第2導電型の半導体ピラーと、
を備え、
前記半導体ピラーは、前記半導体層の前記一方向における一方の端面から他方の端面までの全長にわたって連続的に形成されていることを特徴とする半導体チップ。
A first conductivity type semiconductor substrate;
A semiconductor layer of a first conductivity type provided on the semiconductor substrate and having a trench extending in one direction formed from the upper surface side;
A second conductivity type semiconductor pillar embedded in the trench;
With
The semiconductor chip is formed continuously over the entire length from one end surface to the other end surface in the one direction of the semiconductor layer.
前記半導体層及び半導体ピラーの上層部分に形成され、不純物濃度が前記半導体層の不純物濃度よりも高く、上方から見た形状が前記半導体チップの外縁に沿った環状である拡散領域をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体チップ。   A diffusion region formed in an upper layer portion of the semiconductor layer and the semiconductor pillar, the impurity concentration being higher than the impurity concentration of the semiconductor layer, and a shape viewed from above is an annular shape along the outer edge of the semiconductor chip; The semiconductor chip according to claim 1. 前記半導体層及び前記半導体ピラーに埋め込まれ、上方から見た形状が前記半導体チップの外縁に沿った環状である絶縁層をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体チップ。   The semiconductor chip according to claim 1, further comprising an insulating layer embedded in the semiconductor layer and the semiconductor pillar and having an annular shape along an outer edge of the semiconductor chip as viewed from above. 前記半導体層及び前記半導体ピラーの上方に設けられ、導電材料からなり、上方から見た形状が前記半導体チップの外縁に沿った環状であるフィールドプレート電極をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体チップ。   2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a field plate electrode provided above the semiconductor layer and the semiconductor pillar, made of a conductive material and having an annular shape along the outer edge of the semiconductor chip as viewed from above. The semiconductor chip described. 第1導電型の半導体ウェーハ上に第1導電型の半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の上面側から一方向に延びるトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの内面上に第2導電型の半導体材料を堆積させることにより前記トレンチ内に半導体ピラーを埋設する工程と、
前記半導体ウェーハを複数のチップに切り分ける工程と、
を備え、
前記チップを切り分ける工程において、前記チップの端面で前記半導体ピラーが露出するようにダイシングを行うことを特徴とする半導体チップの製造方法。
Forming a first conductivity type semiconductor layer on a first conductivity type semiconductor wafer;
Forming a trench extending in one direction from the upper surface side of the semiconductor layer;
Burying a semiconductor pillar in the trench by depositing a second conductivity type semiconductor material on the inner surface of the trench;
Cutting the semiconductor wafer into a plurality of chips;
With
In the step of cutting the chip, dicing is performed so that the semiconductor pillar is exposed at the end face of the chip.
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