JP5394025B2 - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、トレンチゲート型VDMOSFETを有する半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a trench gate type VDMOSFET and a method for manufacturing the semiconductor device.
VDMOSFET(Vertical Double diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の微細化に有効な構造として、トレンチゲート構造が一般に知られている。
図9は、従来のトレンチゲート型VDMOSFETを有する半導体装置の模式的な断面図である。
As a structure effective for miniaturization of a VDMOSFET (Vertical Double diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), a trench gate structure is generally known.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device having a conventional trench gate type VDMOSFET.
半導体装置100は、N+型基板101を備えている。N+型基板101上には、N-型エピタキシャル層102が積層されている。N-型エピタキシャル層102の基層部は、N-型領域103とされ、N-型エピタキシャル層102の表層部には、P-型ボディ領域104がN-型領域103と上下に隣接して形成されている。
N-型エピタキシャル層102には、ゲートトレンチ105がその表面から掘り下がって形成されている。ゲートトレンチ105は、P-型ボディ領域104を貫通し、その最深部がN-型領域103に達している。ゲートトレンチ105内には、SiO2(酸化シリコン)からなるゲート絶縁膜106を介して、N型不純物が高濃度にドープされたポリシリコンからなるゲート電極107が埋設されている。
The
A
また、P-型ボディ領域104の表層部には、ゲートトレンチ105に沿って、N+型ソース領域108が形成されている。N+型ソース領域108には、平面視でその中央部に、P+型コンタクト領域109がN+型ソース領域108を貫通して形成されている。
N-型エピタキシャル層102上には、層間絶縁膜110が積層されている。層間絶縁膜110上には、ソース配線111が形成されている。ソース配線111は、接地されている。そして、ソース配線111は、層間絶縁膜110に形成されたコンタクト孔112を介して、N+型ソース領域108およびP+型コンタクト領域109にコンタクト(電気接続)されている。また、ゲート電極107には、層間絶縁膜110に形成されたコンタクト孔(図示せず)を介して、ゲート配線113が電気的に接続されている。
An N +
An interlayer
N+型基板101の裏面には、ドレイン電極114が形成されている。
ドレイン電極114に適当な大きさの正電圧を印加しつつ、ゲート電極107の電位を制御することにより、P-型ボディ領域104におけるゲート絶縁膜106との界面近傍(チャネル形成領域116)にチャネルを形成して、N+型ソース領域108とドレイン電極114との間に電流を流すことができる。これにより、VDMOSFETのスイッチング動作が達成される。
By controlling the potential of the
VDMOSFETのスイッチング性能を表わす指標として、たとえば、VDMOSFETのオン抵抗Ronとゲート電荷量Qgとの積Ron・Qgが用いられ、この積Ron・Qgが小さいほど、より高速なスイッチング動作を達成することができる。
図9の半導体装置100において、VDMOSFETのオン抵抗Ron3は、ソース配線111とドレイン電極114との間の抵抗である。たとえば、チャネル形成領域116におけるチャネル抵抗Rch2と、N-型領域103におけるエピ抵抗Repi2との合成抵抗である。
As an index representing the switching performance of the VDMOSFET, for example, the product R on · Q g the resistance R on the gate charge quantity Q g of VDMOSFET is used, the more the product R on · Q g is small, faster switching Operation can be achieved.
In the
一方、VDMOSFETのゲート電荷量Qg3は、ゲートに寄生的に形成されるゲート容量Cg3(ゲート電極107とゲートトレンチ105の底面およびゲートトレンチ105の側面におけるN-型領域103の部分との間に挟まれるゲート絶縁膜106の容量Cox4と、ゲート電極107とN+型ソース領域108との間に挟まれるゲート絶縁膜106の容量Cox5と、N-型領域103とP-型ボディ領域104との界面から広がる空乏層115が有する容量Cdep3との合成容量)に蓄積される電荷量である。半導体装置100では、積Ron3・Qg3を低減することができれば、VDMOSFETの高速スイッチング動作を達成することができる。
On the other hand, the gate charge amount Q g3 of the VDMOSFET is a gate capacitance C g3 formed between the
ところが、図10に示されるように、オン抵抗Ron3とゲート電荷量Qg3とは、一方を低減すると、他方が増大する、いわゆるトレードオフの関係にある。そのため、積Ron3・Qg3を小さくするには、オン抵抗Ron3およびゲート電荷量Qg3の一方を低減するとともに、他方の増大を防止する必要がある。
また、半導体装置100のオン抵抗Ron3に関して、チャネル抵抗Rch2またはエピ抵抗Repi2のいずれかの抵抗を低減することにより、オン抵抗Ron3を低減することができる。
However, as shown in FIG. 10, the on-resistance R on3 and the gate charge amount Q g3 are in a so-called trade-off relationship that when one is reduced, the other is increased. Therefore, to reduce the product R on3 · Q g3 , it is necessary to reduce one of the on-resistance R on3 and the gate charge amount Q g3 and to prevent the other from increasing.
Further, with respect to the on-resistance R on3 of the
オン抵抗Ron3を低減する方策として、たとえば、ゲート絶縁膜106の膜厚を薄くする方策が考えられる。ところが、ゲート絶縁膜106の膜厚が薄いと、ドレイン電極114に電圧が印加されたときに、ゲート絶縁膜106の有する耐圧電圧以上の電圧がゲート・ドレイン間に電圧が印加され、ゲート絶縁膜106が絶縁破壊を起こすおそれがある。このような絶縁破壊を防止するため、ゲート絶縁膜106の膜厚を一定以上確保する必要があり、このことが、半導体装置100におけるオン抵抗Ron3の低減の妨げとなっている。それゆえ、低電圧で駆動させることのできる低電圧仕様の半導体装置を作製することが困難であった。
As a measure for reducing the on-resistance R on3 , for example, a measure for reducing the thickness of the
本発明の目的は、オン抵抗の増大を生じることなく、ゲート電荷量を低減することができる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、オン抵抗を低減することができる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing the amount of gate charge without causing an increase in on-resistance and a method for manufacturing the same.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing on-resistance and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するための請求項1記載の発明は、第1導電型の第1半導体層の一方面に、所定のパターンを有する絶縁層を形成する工程と、前記第1半導体層における露出した面上に、前記第1導電型の第2半導体層を成長させる工程と、前記第2半導体層上に、第2導電型のボディ層を成長させる工程と、前記ボディ層の表面から前記絶縁層の周囲に、前記第1導電型の不純物を導入して、前記第1導電型のソース領域を形成する工程と、前記絶縁層を、その上面が前記第2半導体層の上面と同一平面上に位置するまで除去して、トレンチを形成するとともに、前記絶縁層の底部をゲート絶縁膜の一部として残存させる工程と、前記トレンチの側面を含む前記ボディ層の表面を酸化させて、前記絶縁層の底部とともにゲート絶縁膜を構成する酸化膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に、前記トレンチを埋め尽くすようにゲート電極を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法である。
また、請求項5記載の発明は、第1導電型の第1半導体層の一方面に、所定のパターンを有する絶縁層を形成する工程と、前記第1半導体層における露出した面上に、前記第1導電型の第2半導体層を成長させる工程と、前記第2半導体層上に、第2導電型のボディ層を成長させる工程と、前記ボディ層の表面から前記絶縁層の周囲に、前記第1導電型の不純物を導入して、前記第1導電型のソース領域を形成する工程と、前記絶縁層を除去して、前記ボディ層を貫通し、最深部が前記第1半導体層に達するゲートトレンチを形成する工程と、前記ゲートトレンチの底面から前記第1半導体層に前記第2導電型の不純物を導入する工程と、前記ゲートトレンチの底面および側面ならびにボディ層の上面を酸化させて、前記ゲートトレンチ内において、前記第2半導体層の上面と同一平面上に位置する上面を有するゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に、前記ゲートトレンチを埋め尽くすようにゲート電極を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法である。
請求項1および5記載の発明によって、第1導電型の第1導電型層と、前記第1導電型層上に形成された第2導電型のボディ層と、前記ボディ層を貫通し、最深部が前記第1導電型層に達するゲートトレンチと、前記ボディ層の表層部における前記ゲートトレンチの周囲に形成された前記第1導電型のソース領域と、前記ゲートトレンチの底面および側面上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲートトレンチに埋設されたゲート電極とを含み、前記ゲート電極の底面と前記第1導電型層の上面とが同一平面上に位置している、半導体装置を得ることができる。
According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, an insulating layer having a predetermined pattern is formed on one surface of a first semiconductor layer of a first conductivity type, and the first semiconductor layer is exposed. A step of growing the first conductive type second semiconductor layer on the surface; a step of growing a second conductive type body layer on the second semiconductor layer; and the insulating layer from the surface of the body layer. And introducing the first conductivity type impurity around the substrate to form the first conductivity type source region, and forming the insulating layer on the same plane as the upper surface of the second semiconductor layer. Removing the insulating layer to form a trench, and leaving the bottom of the insulating layer as a part of the gate insulating film; oxidizing the surface of the body layer including the side surface of the trench; A gate insulating film is formed with the bottom of Forming an oxide film that, on the gate insulating film, and forming a gate electrode so as to fill the trench, a method of manufacturing a semiconductor device.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the step of forming an insulating layer having a predetermined pattern on one surface of the first conductive type first semiconductor layer, and the exposed surface of the first semiconductor layer on the exposed surface. Growing a first conductive type second semiconductor layer; growing a second conductive type body layer on the second semiconductor layer; and surrounding the insulating layer from the surface of the body layer, Introducing a first conductivity type impurity to form the first conductivity type source region; removing the insulating layer; penetrating the body layer; and a deepest portion reaching the first semiconductor layer Forming a gate trench; introducing a second conductivity type impurity into the first semiconductor layer from the bottom of the gate trench; oxidizing the bottom and side surfaces of the gate trench and the top surface of the body layer; In the gate trench And forming a gate insulating film having an upper surface located on the same plane as the upper surface of the second semiconductor layer; and forming a gate electrode on the gate insulating film so as to fill the gate trench; A method for manufacturing a semiconductor device including:
According to the first and fifth aspects of the present invention, the first conductivity type layer of the first conductivity type, the second conductivity type body layer formed on the first conductivity type layer, the body layer, and the deepest A gate trench that reaches the first conductivity type layer, a source region of the first conductivity type formed around the gate trench in a surface layer portion of the body layer, and a bottom surface and a side surface of the gate trench. And a gate electrode embedded in the gate trench through the gate insulating film, and the bottom surface of the gate electrode and the top surface of the first conductivity type layer are located on the same plane. A semiconductor device can be obtained .
この構成によれば、最深部が第1導電型層に達するゲートトレンチの底面および側面上には、ゲート絶縁膜が形成されている。ゲートトレンチには、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が埋設されている。このゲート電極の底面は、第1導電型層の上面と同一平面上に位置している。
ゲート電極の底面と第1導電型層の上面とが同一平面上に位置しているので、ゲート電極は、第1導電型層に対して、ゲートトレンチの底面上のゲート絶縁膜のみを挟んで対向し、ゲートトレンチの側面上のゲート絶縁膜を挟んでは対向していない。そのため、ゲート電極が、ゲートトレンチの底面および側面上のゲート絶縁膜を挟んで第1導電型領域と対向する構成(図9参照)に比べ、ゲート電極と第1導電型層との対向面積を小さくすることができる。
According to this configuration, the gate insulating film is formed on the bottom and side surfaces of the gate trench where the deepest portion reaches the first conductivity type layer. A gate electrode is embedded in the gate trench through a gate insulating film. The bottom surface of the gate electrode is located on the same plane as the top surface of the first conductivity type layer.
Since the bottom surface of the gate electrode and the top surface of the first conductivity type layer are located on the same plane, the gate electrode sandwiches only the gate insulating film on the bottom surface of the gate trench with respect to the first conductivity type layer. Opposite, not across the gate insulating film on the side surface of the gate trench. Therefore, compared with the configuration in which the gate electrode faces the first conductivity type region with the gate insulating film on the bottom and side surfaces of the gate trench interposed therebetween (see FIG. 9), the facing area between the gate electrode and the first conductivity type layer is smaller. Can be small.
したがって、ゲート電極と第1導電型層との間に生じる寄生容量を小さくすることができる。その結果、ゲート容量を低減することができ、ゲート電荷量を低減することができる。
また、ゲート電極の底面と第1導電型層の上面とが同一平面上に位置する構成によって、半導体装置のオン抵抗が増大することがない。すなわち、前記の構成によれば、オン抵抗の増大を生じることなく、ゲート電荷量を低減することができる。
Therefore, the parasitic capacitance generated between the gate electrode and the first conductivity type layer can be reduced. As a result, the gate capacitance can be reduced, and the gate charge amount can be reduced.
Further, the on-resistance of the semiconductor device does not increase due to the configuration in which the bottom surface of the gate electrode and the top surface of the first conductivity type layer are located on the same plane. That is, according to the above configuration, the amount of gate charge can be reduced without increasing the on-resistance.
また、請求項2記載の発明は、前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記ゲート絶縁膜の一部として残存する前記絶縁層よりも薄くなるように前記酸化膜を形成することによって、前記トレンチの底面を覆う部分の膜厚が、前記トレンチの側面において前記ボディ層に対向する部分の膜厚よりも厚いゲート絶縁膜を形成する工程を含む、請求項1に記載の半導体装置の製造方法である。 According to a second aspect of the present invention, in the step of forming the gate insulating film, the oxide film is formed to be thinner than the insulating layer remaining as a part of the gate insulating film, thereby forming the trench. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to
また、請求項6記載の発明は、前記ゲートトレンチの底面から前記第2導電型の不純物を導入する工程は、当該不純物の導入によって形成される第2導電型不純物領域が、前記ボディ領域よりも高い不純物濃度となるように不純物を導入する工程を含み、前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記第2導電型不純物領域と前記ボディ領域との不純物濃度の差に基づく酸化レートの差を利用して、前記ゲートトレンチの底面を覆う部分の膜厚が、前記ゲートトレンチの側面において前記ボディ層に対向する部分の膜厚よりも厚いゲート絶縁膜を形成する工程を含む、請求項5に記載の半導体装置の製造方法である。 According to a sixth aspect of the present invention, in the step of introducing the second conductivity type impurity from the bottom surface of the gate trench, the second conductivity type impurity region formed by the introduction of the impurity is more than the body region. The step of introducing an impurity so as to obtain a high impurity concentration, and the step of forming the gate insulating film utilizes a difference in oxidation rate based on a difference in impurity concentration between the second conductivity type impurity region and the body region. The method further comprises: forming a gate insulating film in which the film thickness of the portion covering the bottom surface of the gate trench is thicker than the film thickness of the portion facing the body layer on the side surface of the gate trench. This is a method for manufacturing the semiconductor device.
すなわち、前記半導体装置において、ゲート絶縁膜は、前記ゲートトレンチの底面を覆う部分の膜厚が、前記ゲートトレンチの側面において前記ボディ層に対向する部分の膜厚よりも厚いことが好ましい。
トレンチゲート型の半導体装置では、ゲート電極に所定の電圧(ゲート閾値電圧)を印加し、ゲートトレンチの側面におけるボディ層の絶縁膜との界面近傍部分(チャネル形成領域)にチャネルを形成して半導体装置を動作させる。
That is, in the semiconductor device, a gate insulating film, the film thickness of the portion covering the bottom surface of the pre-Symbol gate trench is preferably thicker than the thickness of the portion opposed to the body layer in a side surface of the gate trench.
In a trench gate type semiconductor device, a predetermined voltage (gate threshold voltage) is applied to a gate electrode, and a channel is formed in the vicinity of the interface with the insulating film of the body layer on the side surface of the gate trench (channel formation region). Operate the device.
たとえば、ゲート絶縁膜の膜厚を一様に大きくすることにより、ゲート電極とゲートトレンチの底面との間の距離を大きくし、それらの間に生じる寄生容量の低減を図ることが考えられる。しかし、チャネル形成領域に対向するゲート絶縁膜の膜厚を大きくすると、オン抵抗が増大するおそれがある。
これに対し、ゲートトレンチのボディ層に対向する部分の膜厚を、適切な厚さとし、ゲート絶縁膜におけるゲートトレンチの底面を覆う部分の膜厚のみを大きくすることによって、半導体装置のオン抵抗を増大させることなく、ゲート電極とゲートトレンチの底面(第1導電層)との間に生じる寄生容量を低減することができる。そのため、ゲート容量をさらに低減することができ、ゲート電荷量を一層低減することができる。その結果、より一層高速なスイッチング動作を達成することができる。
For example, it is conceivable to increase the distance between the gate electrode and the bottom surface of the gate trench by uniformly increasing the thickness of the gate insulating film and to reduce the parasitic capacitance generated between them. However, when the thickness of the gate insulating film facing the channel formation region is increased, the on-resistance may increase.
On the other hand, by setting the thickness of the portion of the gate trench facing the body layer to an appropriate thickness and increasing only the thickness of the portion of the gate insulating film that covers the bottom surface of the gate trench, the on-resistance of the semiconductor device is increased. Without increasing, the parasitic capacitance generated between the gate electrode and the bottom surface (first conductive layer) of the gate trench can be reduced. Therefore, the gate capacitance can be further reduced, and the gate charge amount can be further reduced. As a result, a much faster switching operation can be achieved.
また、請求項3記載の発明は、前記ソース領域を形成する工程は、前記ボディ領域よりも高い不純物濃度で前記ソース領域を形成する工程を含み、前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記ソース領域と前記ボディ領域との不純物濃度の差に基づく酸化レートの差を利用して、前記トレンチの側面において、前記ソース領域に隣接する部分の膜厚が、前記ボディ層における前記ソース領域を除くボディ領域に対向する部分の膜厚よりも厚いゲート絶縁膜を形成する工程を含む、請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法である。
また、請求項7記載の発明は、前記ソース領域を形成する工程は、前記ボディ領域よりも高い不純物濃度で前記ソース領域を形成する工程を含み、前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記ソース領域と前記ボディ領域との不純物濃度の差に基づく酸化レートの差を利用して、前記ゲートトレンチの側面において、前記ソース領域に隣接する部分の膜厚が、前記ボディ層における前記ソース領域を除くボディ領域に対向する部分の膜厚よりも厚いゲート絶縁膜を形成する工程を含む、請求項5または6に記載の半導体装置の製造方法である。
すなわち、前記半導体装置において、ゲート絶縁膜は、前記ゲートトレンチの側面において、前記ソース領域に隣接する部分の膜厚が、前記ボディ層における前記ソース領域を除くボディ領域に対向する部分の膜厚よりも厚いことが好ましい。
ゲートトレンチの側面において、ゲート絶縁膜におけるソース領域に隣接する部分の膜厚が、ボディ領域に対向する部分の膜厚よりも厚い構成であれば、半導体装置のオン抵抗を増大させることなく、ゲート電極とソース領域との間に生じる寄生容量を低減することができる。そのため、ゲート容量をさらに低減することができ、ゲート電荷量を一層低減することができる。その結果、より一層高速なスイッチング動作を達成することができる。
According to a third aspect of the present invention, the step of forming the source region includes a step of forming the source region with an impurity concentration higher than that of the body region, and the step of forming the gate insulating film includes the step of forming the source region. Using the difference in oxidation rate based on the difference in impurity concentration between the region and the body region, the film thickness of the portion adjacent to the source region on the side surface of the trench is the body excluding the source region in the body layer. The method for manufacturing a semiconductor device according to
According to a seventh aspect of the present invention, the step of forming the source region includes a step of forming the source region with an impurity concentration higher than that of the body region, and the step of forming the gate insulating film includes the step of forming the source region. Using the difference in oxidation rate based on the difference in impurity concentration between the region and the body region, the thickness of the portion adjacent to the source region on the side surface of the gate trench excludes the source region in the
That is, in the semiconductor device, a gate insulating film, the side surface of the front Symbol gate trench, the thickness of the portion adjacent to the source region, the thickness of the portion opposed to the body region excluding the source region in the body layer It is preferable that it is thicker.
If the thickness of the portion of the gate insulating film adjacent to the source region on the side surface of the gate trench is thicker than the thickness of the portion facing the body region, the gate without increasing the on-resistance of the semiconductor device. Parasitic capacitance generated between the electrode and the source region can be reduced. Therefore, the gate capacitance can be further reduced, and the gate charge amount can be further reduced. As a result, a much faster switching operation can be achieved.
また、請求項5に記載の発明によって得られる半導体装置によれば、ゲートトレンチの底面から第1導電型層の厚さ方向途中部に至る部分に第2導電型不純物が含有されているので、第1導電型層とボディ層との界面からゲートトレンチの下方に広がる空乏層の厚さ(第1導電型層の厚さ方向における延び)を大きくすることができる。したがって、当該空乏層が有する寄生容量を低減することができるとともに、半導体装置の耐圧を向上させることができる。
Moreover, according to the semiconductor device obtained by the invention of
また、請求項4記載の発明は、前記絶縁層を形成する工程は、酸化シリコンからなる下層膜と窒化シリコンからなる上層膜とが順に積層された2層構造を有する絶縁層を形成する工程を含み、前記絶縁層を除去する工程は、少なくとも前記2層構造が残存するように前記絶縁層を除去する工程を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, the step of forming the insulating layer includes a step of forming an insulating layer having a two-layer structure in which a lower layer film made of silicon oxide and an upper layer film made of silicon nitride are sequentially laminated. The method of manufacturing a semiconductor device according to
すなわち、請求項1に記載の発明によって得られる半導体装置では、ゲート絶縁膜は、前記ゲートトレンチの底面および前記ゲートトレンチの側面において前記第1導電型層に接する底部が、酸化シリコンからなる下層膜と窒化シリコンからなる上層膜とが順に積層された2層構造を成していることが好ましい。 In other words, the semiconductor device obtained by the first aspect of the present invention, the gate insulating film, a bottom portion in contact with the first conductive layer on the bottom surface and the side surface of the gate trench before Symbol gate trench, made of silicon oxide underlayer It is preferable to form a two-layer structure in which a film and an upper film made of silicon nitride are sequentially stacked .
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。
半導体装置1は、トレンチゲート型VDMOSFETを有するユニットセルがマトリクス状に配置されたアレイ構造を有している。
半導体装置1の基体をなすN+型基板2上には、N+型基板2よりもN型不純物(たとえば、P(リン))が低濃度(たとえば、1015/cm3)にドーピングされたSi(シリコン)からなるN-型層4が積層されている。N-型層4上には、P-型のボディ層5が積層されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
The
On N + type substrate 2 forming the base of the
また、半導体装置1には、ゲートトレンチ6がボディ層5の表面から掘り下がって形成されている。ゲートトレンチ6は、ボディ層5を貫通し、その最深部がN-型層4に達している。また、ゲートトレンチ6は、図1における左右方向に一定の間隔を空けて複数形成され、それぞれ図1の紙面と直交する方向(ゲート幅に沿う方向)に延びている。ゲートトレンチ6の内面およびボディ層5の上面には、これらの全域を覆うように、ゲート絶縁膜7が形成されている。
In the
ゲート絶縁膜7は、底部71と、上部72とを有している。
底部71は、ゲートトレンチ6の底面およびゲートトレンチ6の側面においてN-型層4に接しており、SiO2(酸化シリコン)からなる下層膜73とSiN(窒化シリコン)からなる上層膜74とが順に積層された2層構造を成している。下層膜73の膜厚T1は、たとえば、1μm〜10μmであり、上層膜74の膜厚T2は、たとえば、0.05μm〜0.2μmである。また、上層膜74の上面(底部71の上面)は、N-型層4の上面4A(N-型層4とボディ層5との界面)と同一平面上に位置している。
The
The bottom 71 is in contact with the N − -
上部72は、後述するソース領域9に対向するソース領域対向部75と、ボディ層5におけるソース領域9を除くボディ領域3に対向するボディ領域対向部76とを有している。ソース領域対向部75の膜厚T3は、たとえば、0.06μm〜0.1μmであり、ボディ領域対向部76の膜厚T4は、たとえば、0.04μm〜0.06μmである。
そして、ゲートトレンチ6内におけるゲート絶縁膜7の内側を、N型不純物(たとえば、P(リン))が高濃度にドーピングされたポリシリコンで埋め尽くすことにより、ゲートトレンチ6内にゲート電極8が埋設されている。ゲート電極8の底面8Aは、上層膜74の上面(底部71の上面)に接している。すなわち、ゲート電極8の底面8Aは、N-型層4の上面4Aと同一平面上に位置している。
The
Then, the inside of the
ボディ層5の表層部には、ゲートトレンチ6に対してゲート幅と直交する方向(図1における左右方向)の両側に、N-型層4のN型不純物濃度よりも高いN型不純物濃度(たとえば、1019/cm3〜1021/cm3)を有するN+型のソース領域9が形成されている。
ソース領域9は、ゲートトレンチ6に沿ってゲート幅に沿う方向に延び、その底部がボディ層5におけるボディ領域3に接している。また、ゲート幅と直交する方向におけるソース領域9の中央部には、P+型のソースコンタクト領域10がソース領域9を貫通して形成されている。
In the surface layer portion of the
The
すなわち、ゲートトレンチ6およびソース領域9は、ゲート幅と直交する方向に交互に設けられ、それぞれゲート幅に沿う方向に延びている。そして、ソース領域9上に、そのソース領域9に沿って、ゲート幅と直交する方向に隣接するユニットセル間の境界が設定されている。ソースコンタクト領域10は、ゲート幅と直交する方向に隣接する2つのユニットセル間に跨って少なくとも1つ以上設けられている。また、ゲート幅に沿う方向に隣接するユニットセル間の境界は、各ユニットセルに含まれるゲート電極8が一定のゲート幅を有するように設定されている。
That is, the
ボディ層5上には、ゲート絶縁膜7を介して層間絶縁膜13が積層されている。層間絶縁膜13上には、ソース配線14が形成されている。ソース配線14は、接地されている。そして、ソース配線14は、層間絶縁膜13およびゲート絶縁膜7を貫通して設けられたソースプラグ18を介して、ソース領域9およびソースコンタクト領域10にコンタクト(電気接続)されている。
On the
また、層間絶縁膜13上には、ゲート配線16が形成されている。そして、ゲート配線16は、層間絶縁膜13およびゲート絶縁膜7を貫通して設けられたゲートプラグ12を介して、ゲート電極8にコンタクト(電気接続)されている。
N+型基板2の裏面には、ドレイン電極27が形成されている。
ドレイン電極27に適当な大きさの正電圧を印加しつつ、ゲート電極8の電位を制御することにより、ボディ領域3におけるゲート絶縁膜7との界面近傍(チャネル形成領域29)にチャネルを形成して、ソース領域9とドレイン電極27との間に電流を流すことができる。
A
A
A channel is formed in the vicinity of the interface with the
この半導体装置1では、ゲート電極8の底面8AとN-型層4の上面4Aとが同一平面上に位置している。そのため、ゲート電極8は、N-型層4に対して、ゲート絶縁膜7の底部71のみを挟んで対向し、ゲートトレンチ6の側面上のゲート絶縁膜7(上部72)を挟んでは対向していない。
それゆえ、図9に示す半導体装置100のように、ゲート電極107が、ゲートトレンチ105の底面および側面上のゲート絶縁膜106を挟んでN-型領域103と対向する構成に比べ、ゲート電極8とN-型層4との対向面積を小さくすることができる。したがって、ゲート電極8とN-型層4との間に生じる寄生容量Cox1を小さくすることができる。
In the
Therefore, as in the
半導体装置1のゲート容量Cg1は、たとえば、寄生容量Cox1と、N-型層4とボディ領域3との界面から広がる空乏層28が有する寄生容量Cdep1と、後述するCox2との合成容量で表わされる。そのため、寄生容量Cox1を低減することにより、ゲート容量Cg1を低減することができ、その結果、ゲート電荷量Qg1を低減することができる。
また、ゲート電極8の底面8AとN-型層4の上面4Aとが同一平面上に位置する構成によって、半導体装置1のオン抵抗Ron1が増大することがない。すなわち、半導体装置1の構造では、オン抵抗Ron1の増大を生じることなく、ゲート電荷量Qg1を低減することができる。
The gate capacitance C g1 of the
Further, the configuration in which the
また、この半導体装置1では、ゲート絶縁膜7における底部71の膜厚T1+T2が、たとえば、1.05μm〜10.2μmであり、ボディ領域対向部76の膜厚T4(たとえば、0.04μm〜0.06μm)よりも厚い。
半導体装置1のようなトレンチゲート型の半導体装置では、上述したように、ゲート電極8に所定の電圧(ゲート閾値電圧)を印加し、チャネル形成領域29にチャネルを形成して半導体装置1を動作させる。
Further, in this
In the trench gate type semiconductor device such as the
たとえば、ゲート絶縁膜7の膜厚を一様に大きくすることにより、ゲート電極8とゲートトレンチ6の底面との間の距離を大きくし、それらの間に生じる寄生容量の低減を図ることが考えられる。しかし、チャネル形成領域29に対向するゲート絶縁膜7(ボディ領域対向部76)の膜厚を大きくすると、オン抵抗Ron1が増大するおそれがある。
しかし、半導体装置1では、ボディ領域対向部76の膜厚T4を適切な厚さとし、底部71の膜厚T1+T2のみを大きくすることによって、オン抵抗Ron1を増大させることなく、ゲート電極8とN-型層4との間に生じる寄生容量Cox1を一層低減することができる。その結果、ゲート容量Cg1をさらに低減することができ、ゲート電荷量Qg1を一層低減することができる。
For example, it is considered to increase the distance between the
However, in the
しかも、この半導体装置1では、ソース領域対向部75の膜厚T3も、ボディ領域対向部76の膜厚T4よりも厚い。そのため、ソース領域対向部75の膜厚T3のみを大きくすることによって、オン抵抗Ron1を増大させることなく、ゲート電極8とソース領域9との間に生じる寄生容量Cox2も低減することができ、ゲート電荷量Qg1をより一層低減することができる。
Moreover, in the
その結果、より一層高速なスイッチング動作を達成することができる。
図2A〜図2Jは、半導体装置1の製造方法を工程順に示す断面図である。
まず、図2Aに示すように、エピタキシャル成長法により、N+型基板2上に、N-型層17(第1半導体層)が形成される。
次いで、このN-型層17上に、SiO2層(たとえば、層厚1μm〜10μm)、SiN層(たとえば、層厚0.05μm〜0.2μm)およびSiO2層(たとえば、層厚1μm〜1.5μm)が順に形成され、これらの層がパターニングされる。これによって、図2Bに示すように、N-型層17の上面17A(第1半導体層の一方面)に、所定のパターン(N-型層17の上面17Aを部分的に露出させるパターン)の第1絶縁層32、第2絶縁層33および第3絶縁層34からなる絶縁層50が形成される(絶縁層を形成する工程)。
As a result, a much faster switching operation can be achieved.
2A to 2J are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the
First, as shown in FIG. 2A, an N − type layer 17 (first semiconductor layer) is formed on the N + type substrate 2 by an epitaxial growth method.
Then, this on the N - -
次いで、N-型層17の上面17A上に、N-型の半導体層がエピタキシャル成長させられる。このN-型の半導体層は、その上面が第2絶縁層33の上面と同一平面上に位置する高さまで成長させられる。こうして、図2Cに示すように、N-型層17の上面17A上に、N-型層19が形成されて(第2半導体層を成長させる工程)、N-型層17とN-型層19とで構成されるN-型層4が形成される。
Then, N - on the
N-型層4が形成された後には、N-型層4上に、P-型の半導体層が成長させられる。このP-型の半導体層は、たとえば、その上面が絶縁層50の上面(第3絶縁層34の上面)のやや下方に位置する高さまで成長させられる。これにより、図2Cに示すように、N-型層4上にボディ層5が形成される(ボディ層を成長させる工程)。
その後、図2Dに示すように、ボディ層5上に、ソース領域9を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するマスク25が形成される。そして、マスク25の開口を介して、ボディ層5の表層部に、N型不純物(たとえば、P(リン))のイオンが注入される。このイオン注入後、マスク25は除去される。
After the N − type layer 4 is formed, a P − type semiconductor layer is grown on the N − type layer 4. This P − -type semiconductor layer is grown, for example, to a height where the upper surface is located slightly below the upper surface of the insulating layer 50 (the upper surface of the third insulating layer 34). Thereby, as shown in FIG. 2C,
Thereafter, as shown in FIG. 2D, a
さらに、図2Eに示すように、ボディ層5上に、ソースコンタクト領域10を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するマスク26が形成される。そして、マスク26の開口を介して、ボディ層5の表層部に、P型不純物(たとえば、B(ホウ素))のイオンが注入される。このイオン注入後、マスク26は除去される。
その後、アニール処理が行われる。このアニール処理により、ボディ層5の表層部に注入されたN型不純物およびP型不純物のイオンが活性化され、図2Fに示すように、ボディ層5の表層部に、ソース領域9およびソースコンタクト領域10が形成される(ソース領域を形成する工程)。また、ボディ層5におけるソース領域9およびソースコンタクト領域10以外の部分は、エピタキシャル成長後のままの状態でボディ領域3となる。
Further, as shown in FIG. 2E, a
Thereafter, an annealing process is performed. By this annealing treatment, ions of N-type impurities and P-type impurities implanted into the surface layer portion of the
続いて、ドライエッチングもしくはHF(フッ酸)によるウェットエッチングにより、絶縁層50が、その上面がN-型層4の上面4Aと同一平面上に位置するまで除去される。すなわち、図2Gに示すように、絶縁層50における第3絶縁層34が除去され、ボディ層5に、第2絶縁層33の上面を底面とするトレンチ21が形成されるとともに、絶縁層50における第1絶縁層32および第2絶縁層33が、ゲート絶縁膜7の一部として残存させられる。
Subsequently, the insulating
次いで、熱酸化処理により、図2Hに示すように、トレンチ21の側面を含むボディ層5の表面が酸化されて、酸化膜42が形成される(酸化膜を形成する工程)。
ボディ層5におけるソース領域9は、ボディ領域3に比べて、その不純物濃度が大きく、ボディ領域3よりも大きい酸化レートで酸化される。そのため、酸化膜42には、ソース領域9に対向し、相対的に膜厚の大きいソース領域対向部43と、ボディ領域3に対向し、相対的に膜厚の小さいボディ領域対向部44とが形成される。こうして、図2Hに示すように、第1絶縁層32および第2絶縁層33からなる絶縁層50の底部と酸化膜42とで構成されるゲート絶縁膜7が形成される。第1絶縁層32および第2絶縁層33は、それぞれゲート絶縁膜7における下層膜73および上層膜74となる。一方、酸化膜42におけるソース領域対向部43およびボディ領域対向部44は、それぞれゲート絶縁膜7におけるソース領域対向部75およびボディ領域対向部76となる。また、トレンチ21の側面およびN-型層4における底部71との接触界面に囲まれる部分は、ゲートトレンチ6を構成する。
Next, as shown in FIG. 2H, the surface of the
The
そして、CVD法により、ゲート絶縁膜7上に、N型不純物(たとえば、P(リン))が高濃度にドーピングされたポリシリコンの堆積層が形成される。ゲートトレンチ6内は、ポリシリコンの堆積層により埋め尽くされる。そして、エッチングによって、ポリシリコンの堆積層のゲートトレンチ6外に存在する部分が除去される。これにより、図2Iに示すように、ゲートトレンチ6に埋設されたゲート電極8が得られる(ゲート電極を形成する工程)。
Then, a polysilicon deposition layer doped with an N-type impurity (for example, P (phosphorus)) at a high concentration is formed on the
以上の工程を経た後、図2Jに示すように、CVD法により、ゲート絶縁膜7上に層間絶縁膜13が形成される。その後、ゲート絶縁膜7および層間絶縁膜13を貫通してゲートプラグ12が設けられ、このゲートプラグ12上にゲート配線16が形成される。また、ゲート絶縁膜7および層間絶縁膜13を貫通してソースプラグ18が設けられ、このソースプラグ18上にソース配線14が形成される。また、N+型基板2の裏面にドレイン電極27が形成される。これにより、図1に示す半導体装置1が得られる。
After the above steps, an
図3は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図3において、図1に示す各部に対応する部分には、それらの各部と同一の参照符号を付している。また、以下では、同一の参照符号を付した部分についての詳細な説明を省略する。
この半導体装置31において、N+型基板2上には、N+型基板2よりもN型不純物が低濃度(たとえば、1015/cm3)にドーピングされたSi(シリコン)からなるN-型層22が積層されている。N-型層22上には、P-型のボディ層5が積層されている。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, portions corresponding to the respective portions shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those respective portions. Further, in the following, detailed description of the parts denoted by the same reference numerals is omitted.
In the
また、半導体装置31には、ゲートトレンチ6がボディ層5の表面から掘り下がって形成されている。ゲートトレンチ6は、ボディ層5を貫通し、その最深部がN-型層22に達している。ゲートトレンチ6の内面およびボディ層5の上面には、これらの全域を覆うように、SiO2からなるゲート絶縁膜35が形成されている。
ゲート絶縁膜35は、底部36と、上部37とを有している。
In the
The
底部36は、ゲートトレンチ6の底面およびゲートトレンチ6の側面においてN-型層22に接しており、その上面が、N-型層22の上面22A(N-型層4とボディ層5との界面)と同一平面上に位置している。底部36の膜厚T5は、たとえば、0.06μm〜0.08μmである。
上部37は、ソース領域9に対向するソース領域対向部38と、ボディ領域3に対向するボディ領域対向部39とを有している。ソース領域対向部38の膜厚T6は、たとえば、0.06μm〜0.1μmであり、ボディ領域対向部39の膜厚T7は、たとえば、0.04μm〜0.06μmである。
The
そして、ゲートトレンチ6内におけるゲート絶縁膜35の内側を、N型不純物(たとえば、P(リン))が高濃度にドーピングされたポリシリコンで埋め尽くすことにより、ゲートトレンチ6内にゲート電極8が埋設されている。ゲート電極8の底面8Aは、底部36の上面に接している。すなわち、ゲート電極8の底面8Aは、N-型層22の上面22Aと同一平面上に位置している。
Then, the inside of the
また、N-型層22には、ゲートトレンチ6の底面からN-型層22の底部(N+型基板2の上面から所定距離だけ上方に離れた位置)に至る部分に、P型不純物含有領域24が形成されている。P型不純物含有領域24は、N-型層22にP型不純物が含有された領域である。また、P型不純物含有領域24は、たとえば、その厚みT8が、1μm〜10μmである。また、P型不純物含有領域24のP型不純物濃度は、当該領域の上部(底部36との界面付近)では、ボディ領域3のP型不純物濃度よりも大きく、当該領域の下部に近づくほど小さくなる。
Further, the N − -
この半導体装置31によっても、ゲート電極8の底面8AとN-型層22の上面22Aとが同一平面上に位置しているので、ゲート電極8とN-型層4との対向面積を小さくすることができる。したがって、ゲート電極8とN-型層22との間に生じる寄生容量Cox3を小さくすることができる。その結果、ゲート容量Cg2を低減することができ、ゲート電荷量Qg2を低減することができる。
Also in this
また、ゲート電極8の底面8AとN-型層22の上面22Aとが同一平面上に位置する構成によって、半導体装置31のオン抵抗Ron2が増大することがない。すなわち、半導体装置31の構造では、オン抵抗Ron2の増大を生じることなく、ゲート電荷量を低減することができる。
また、この半導体装置31では、ゲートトレンチ6の底面からN-型層22の底部(N+型基板2の上面から所定距離だけ上方に離れた位置)に至る部分に、P型不純物含有領域24が形成されている。そのため、N-型層22とボディ層5(ボディ領域3)との界面からゲートトレンチ6の下方に広がる空乏層30の厚さ(N-型層22の厚さ方向における延び)を大きくすることができる。したがって、空乏層30が有する寄生容量Cdep2を低減することができるとともに、半導体装置31の耐圧を向上させることができる。
Further, the configuration in which the
Further, in this
図4A〜図4Kは、半導体装置31の製造方法を工程順に示す断面図である。
まず、図4Aに示すように、エピタキシャル成長法により、N+型基板2上に、N-型層23(第1半導体層)が形成される。
次いで、このN-型層23上に、SiO2層(たとえば、層厚1μm〜1.5μm)が形成され、この層がパターニングされる。これによって、図4Bに示すように、N-型層23の上面23A(第1半導体層の一方面)に、所定のパターン(N-型層23の上面23Aを部分的に露出させるパターン)の絶縁層40が形成される(絶縁層を形成する工程)。
4A to 4K are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the
First, as shown in FIG. 4A, an N − type layer 23 (first semiconductor layer) is formed on the N + type substrate 2 by an epitaxial growth method.
Next, an SiO 2 layer (for example, a layer thickness of 1 μm to 1.5 μm) is formed on the N − type layer 23, and this layer is patterned. Thus, as shown in FIG. 4B, N - on the
次いで、N-型層23の上面23A上に、N-型の半導体層がエピタキシャル成長させられる。このN-型の半導体層は、その上面がN-型層23の上面23Aから、たとえば、0.03μm〜0.04μmの高さに位置するまで成長させられる。こうして、図4Cに示すように、N-型層23の上面23A上に、N-型層41が形成されて(第2半導体層を成長させる工程)、N-型層23とN-型層41とで構成されるN-型層22が形成される。
Then, N - on the
N-型層22が形成された後には、N-型層22上に、P-型の半導体層が成長させられる。このP-型の半導体層は、たとえば、その上面が絶縁層40の上面のやや下方に位置する高さまで成長させられる。これにより、図4Cに示すように、N-型層22上にボディ層5が形成される(ボディ層を成長させる工程)。
その後、図4Dに示すように、ボディ層5上に、ソース領域9を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するマスク25が形成される。そして、マスク25の開口を介して、ボディ層5の表層部に、N型不純物(たとえば、P(リン))のイオンが注入される。このイオン注入後、マスク25は除去される。
After the N − type layer 22 is formed, a P − type semiconductor layer is grown on the N − type layer 22. This P − -type semiconductor layer is grown, for example, to a height at which the upper surface is located slightly below the upper surface of the insulating
Thereafter, as shown in FIG. 4D, a
さらに、図4Eに示すように、ボディ層5上に、ソースコンタクト領域10を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するマスク26が形成される。そして、マスク26の開口を介して、ボディ層5の表層部に、P型不純物(たとえば、B(ホウ素))のイオンが注入される。このイオン注入後、マスク26は除去される。
その後、アニール処理が行われる。このアニール処理により、ボディ層5の表層部に注入されたN型不純物およびP型不純物のイオンが活性化され、図4Fに示すように、ボディ層5の表層部に、ソース領域9およびソースコンタクト領域10が形成される(ソース領域を形成する工程)。また、ボディ層5におけるソース領域9およびソースコンタクト領域10以外の部分は、エピタキシャル成長後のままの状態でボディ領域3となる。
Further, as shown in FIG. 4E, a
Thereafter, an annealing process is performed. By this annealing treatment, ions of N-type impurities and P-type impurities implanted in the surface layer portion of the
続いて、ドライエッチングもしくはHFによるウェットエッチングにより、絶縁層40が除去される。こうして、図4Gに示すように、ボディ層5を貫通し、その最深部がN-型層22に達するゲートトレンチ6が形成される。
次いで、ゲートトレンチ6の底面からN-型層22にP型不純物(たとえば、B(ホウ素))のイオンが注入される(第2導電型の不純物を導入する工程)。P型不純物のイオン注入は、2回に分けて行なわれる。まず、P型不純物イオンが、P型不純物含有領域24を形成すべき領域に行き渡るように、高加速度で低注入量(たとえば、数百keV以上で、1012ion/cm2〜1013ion/cm2)で注入される。次いで、P型不純物イオンが、主としてゲートトレンチ6の底面付近に導入されるように、低加速度で高注入量(たとえば、数keV〜10数keVで、1013ion/cm2)で注入される。これにより、図4Hに示すように、ゲートトレンチ6の底面からN-型層22の底部(N+型基板2の上面から所定距離だけ上方に離れた位置)に至る部分に、P-型不純物含有領域24が形成される。
Subsequently, the insulating
Next, ions of a P-type impurity (for example, B (boron)) are implanted into the N − -
続いて、図4Iに示すように、熱酸化処理により、ゲートトレンチ6の底面および側面ならびにボディ層5の上面が酸化され、ゲート絶縁膜35が形成される(ゲート絶縁膜を形成する工程)。ボディ層5におけるソース領域9は、ボディ領域3に比べて、その不純物濃度が大きく、ボディ領域3よりも大きい酸化レートで酸化される。また、ゲートトレンチ6の底面付近におけるP型不純物含有領域24のP型不純物濃度は、ボディ領域3よりも大きく、ボディ領域3よりも大きい酸化レートで酸化される。ゲート絶縁膜35には、底部36とソース領域対向部38とボディ領域対向部39とが形成される。底部36は、図4Iに示すように、その上面がN-型層22の上面22Aと同一平面上に位置するように形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4I, the bottom and side surfaces of the
そして、CVD法により、ゲート絶縁膜35上に、N型不純物(たとえば、P(リン))が高濃度にドーピングされたポリシリコンの堆積層が形成される。ゲートトレンチ6内は、ポリシリコンの堆積層により埋め尽くされる。そして、エッチングによって、ポリシリコンの堆積層のゲートトレンチ6外に存在する部分が除去される。これにより、図4Jに示すように、ゲートトレンチ6に埋設されたゲート電極8が得られる(ゲート電極を形成する工程)。
Then, a polysilicon deposition layer doped with an N-type impurity (for example, P (phosphorus)) at a high concentration is formed on the
以上の工程を経た後、図4Kに示すように、CVD法により、ゲート絶縁膜35上に層間絶縁膜13が形成される。その後、ゲート絶縁膜35および層間絶縁膜13を貫通してゲートプラグ12が設けられ、このゲートプラグ12上にゲート配線16が形成される。また、ゲート絶縁膜35および層間絶縁膜13を貫通してソースプラグ18が設けられ、このソースプラグ18上にソース配線14が形成される。また、N+型基板2の裏面にドレイン電極27が形成される。これにより、図3に示す半導体装置31が得られる。
After the above steps, the
図5は、本発明の第1の参考例に係る半導体装置の模式的な断面図である。
半導体装置51は、トレンチゲート型VDMOSFETを有するユニットセルがマトリクス状に配置されたアレイ構造を有している。
半導体装置51の基体をなすN+型基板52上には、N+型基板52よりもN型不純物が低濃度(たとえば、1×1015〜4×1015/cm3)にドーピングされたSi(シリコン)からなるN-型のエピタキシャル層53が積層されている。エピタキシャル層53の基層部は、エピタキシャル成長後のままの状態で、第1導電型領域としてのN-型領域54とされている。また、エピタキシャル層53には、N-型領域54上に、P型のボディ領域55がN-型領域54に接して形成されている。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the first reference example of the present invention.
The
On the N + type substrate 52 that forms the base of the
エピタキシャル層53には、ゲートトレンチ56がその表面から掘り下がって形成されている。ゲートトレンチ56は、ボディ領域55を貫通し、その最深部がN-型領域54に達している。また、ゲートトレンチ56は、図5における左右方向に一定の間隔を空けて複数形成され、それぞれ図5の紙面と直交する方向(ゲート幅に沿う方向)に延びている。各ゲートトレンチ56は、図5における左右方向(ゲート幅と直交する方向)における幅W1が、たとえば、0.5μmで形成されている。
A
ゲートトレンチ56内には、その内面全域を覆うように、SiO2(酸化シリコン)からなるゲート絶縁膜57が形成されている。そして、ゲート絶縁膜57の内側をN型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコンで埋め尽くすことにより、ゲートトレンチ56内にゲート電極58が埋設されている。
また、エピタキシャル層53のN-型領域54には、ゲートトレンチ56の底面からN-型領域54の底部(N+型基板52の上面から所定距離だけ上方に離れた位置)に至る部分に、真性半導体領域67(低濃度領域)が形成されている。真性半導体領域67は、不純物を含まない真性半導体からなる領域である。すなわち、N-型領域54において、真性半導体領域67以外の残余部分よりもN型不純物濃度が低い領域である。また、真性半導体領域67は、たとえば、その幅W2が、ゲートトレンチ56の幅W1と等しく、その厚みTa1が、1μm〜5μmである。
A
Further, the N − type region 54 of the
また、エピタキシャル層53の表層部には、ゲートトレンチ56に対してゲート幅と直交する方向(図5における左右方向)の両側に、N-型領域54のN型不純物濃度よりも高いN型不純物濃度(たとえば、1019/cm3)を有するN+型のソース領域59が形成されている。ソース領域59は、ゲートトレンチ56に沿ってゲート幅に沿う方向に延び、その底部がボディ領域55に接している。また、ゲート幅と直交する方向におけるソース領域59の中央部には、P+型のソースコンタクト領域60がソース領域59を貫通して形成されている。
In the surface layer portion of the
すなわち、ゲートトレンチ56およびソース領域59は、ゲート幅と直交する方向に交互に設けられ、それぞれゲート幅に沿う方向に延びている。そして、ソース領域59上に、そのソース領域59に沿って、ゲート幅と直交する方向に隣接するユニットセル間の境界が設定されている。ソースコンタクト領域60は、ゲート幅と直交する方向に隣接する2つのユニットセル間に跨って少なくとも1つ以上設けられている。また、ゲート幅に沿う方向に隣接するユニットセル間の境界は、各ユニットセルに含まれるゲート電極58が一定のゲート幅を有するように設定されている。
That is, the
エピタキシャル層53上には、層間絶縁膜63が積層されている。層間絶縁膜63上には、ソース配線64が形成されている。ソース配線64は、接地されている。そして、ソース配線64は、層間絶縁膜63に形成されたコンタクト孔65に埋設されたソースプラグ68を介して、ソース領域59およびソースコンタクト領域60にコンタクト(電気接続)されている。また、層間絶縁膜63上には、ゲート配線66が形成されている。そして、ゲート配線66は、層間絶縁膜63に形成されたコンタクト孔61に埋設されたゲートプラグ62を介して、ゲート電極58にコンタクト(電気接続)されている。
An interlayer insulating
N+型基板52の裏面には、ドレイン電極87が形成されている。
ドレイン電極87に適当な大きさの正電圧を印加しつつ、ゲート電極58の電位を制御することにより、ボディ領域55におけるゲート絶縁膜57との界面近傍(チャネル形成領域92)にチャネルを形成して、ソース領域59とドレイン電極87との間に電流を流すことができる。
A
A channel is formed in the vicinity of the interface with the
この半導体装置51では、エピタキシャル層53において、ゲートトレンチ56の底面からN-型領域54の底部に至る部分に、真性半導体領域67が形成されている。そのため、たとえば、図9に示される半導体装置100のように、N型不純物濃度の一様なN-型領域103が形成されている従来の構成に比べ、N-型領域54とボディ領域55との界面から広がる空乏層88の、ゲートトレンチ56の底面からの厚さを大きくすることができる。そのため、ドレイン電極87に電圧が印加されたときにゲート絶縁膜57に印加されるゲート・ドレイン電圧を低減することができる。その結果、ゲート絶縁膜57の膜厚を薄くすることができるので、チャネル形成領域92におけるチャネル抵抗Rch4を低減し、半導体装置51のオン抵抗Ron4を低減することができる。
In this
たとえば、図9に示される半導体装置100のオン抵抗Ron3と半導体装置51のオン抵抗Ron4とを比較する。なお、この比較において使用する記号を、以下のように定義する。
電圧Vd:ドレイン電極114およびドレイン電極87に印加されるドレイン電圧
電圧Vox1:電圧Vdの印加によりゲート絶縁膜57に印加される電圧
電圧Vox2:電圧Vdの印加によりゲート絶縁膜106に印加される電圧
幅Tdep1:電圧Vdの印加により、半導体装置51に広がる空乏層88の厚さ
幅Tdep2:電圧Vdの印加により、半導体装置100に広がる空乏層115の厚さ
容量Cox1:ゲート絶縁膜57を挟んで対向するゲート電極58とゲートトレンチ56の底面との間に生じる寄生容量
容量Cox2:ゲート絶縁膜106を挟んで対向するゲート電極107とゲートトレンチ105の底面との間に生じる寄生容量
容量Cdep1:空乏層88が有する寄生容量
容量Cdep2:空乏層115が有する寄生容量
半導体装置100において、電圧Vox2は、Vox2=Cdep2・Vd/(Cdep2+Cox2)で表わされる。これに対し、半導体装置51において、電圧Vox1は、Vox1=Cdep1・Vd/(Cdep1+Cox1)で表わされる。
For example, comparing the on-resistance R on4 on-resistance R on3 the
Voltage V d: drain electrode 114 and the drain voltage a voltage is applied to the drain electrode 87 V ox1: Voltage V Voltage Voltage is applied to the
そして、Cox2=Cdep2=Cox1とし、さらに、真性半導体領域67の形成により、Tdep1=4Tdep2となり、Cdep1=Cdep2/4になったとすると、半導体装置100における電圧Vox2は、Vox2=Vd/2となる。
これに対し、半導体装置51における電圧Vox1=Vd/5となる。これにより、ゲート絶縁膜57に印加されるVox1とゲート絶縁膜106に印加される電圧Vox2とでは、電圧Vox1の方が小さいことがわかる。
When C ox2 = C dep2 = C ox1 and T dep1 = 4T dep2 and C dep1 = C dep2 / 4 due to the formation of the
On the other hand, the voltage V ox1 = V d / 5 in the
すなわち、真性半導体領域67が形成されていることによって、ドレイン電極87に電圧が印加されたときにゲート絶縁膜57に印加されるゲート・ドレイン電圧を低減することができる。その結果、ゲート絶縁膜57の膜厚を薄くすることができるので、チャネル形成領域92におけるチャネル抵抗Rch4を低減し、オン抵抗Ron4を低減することができる。
That is, since the
図6A〜図6Mは、半導体装置51の製造方法を工程順に示す断面図である。
まず、図6Aに示すように、エピタキシャル成長法により、N+型基板52上に、エピタキシャル層53が形成される。次いで、図6Bに示すように、熱酸化処理により、エピタキシャル層53の表面に、SiO2からなる犠牲酸化膜81が形成される。その後、P−CVD(Plasma Chemical Vapor Deposition:プラズマ化学気相成長)法またはLP−CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition:低圧化学気相成長)法により、犠牲酸化膜81上にSiN(窒化シリコン)層が形成され、このSiN層がパターニングされることによって、トレンチ89を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するハードマスク82が形成される。そして、ハードマスク82を利用して、犠牲酸化膜81およびエピタキシャル層53がエッチングされることにより、トレンチ89が形成される(トレンチを形成する工程)。
6A to 6M are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the
First, as shown in FIG. 6A, an
次に、図6Cに示すように、CVD法により、エピタキシャル層53上に不純物を含まないSiが堆積される。Siは、トレンチ89内を埋め尽くすとともに、エピタキシャル層53を覆い尽くすまで堆積される。これにより、トレンチ89内およびエピタキシャル層53上に、不純物を含まない(エピタキシャル層53よりもN型不純物濃度の低い)低濃度材料堆積層69が形成される。
Next, as shown in FIG. 6C, Si containing no impurities is deposited on the
低濃度材料堆積層69が形成された後には、図6Dに示すように、CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)法により、低濃度材料堆積層69のトレンチ89外に存在する部分が除去される。次いで、ドライエッチングにより、犠牲酸化膜81およびハードマスク82をマスクとして、トレンチ89内に埋設されている低濃度材料堆積層69が部分的に除去される。
After the low-concentration
これにより、図6Eに示すように、トレンチ89の底部に、エピタキシャル層53の一部をなす真性半導体領域67が形成される(半導体材料を埋設する工程)。また、真性半導体領域67の形成により、トレンチ89における真性半導体領域67よりも上方の部分が、ゲートトレンチ56となる。真性半導体領域67が形成された後には、犠牲酸化膜81およびハードマスク82が除去される。
As a result, as shown in FIG. 6E, an
次に、図6Fに示すように、熱酸化処理が行なわれることにより、ゲートトレンチ56の内面を含むエピタキシャル層53の表面の全域に、SiO2からなる酸化膜83が形成される(酸化膜を形成する工程)。
次いで、CVD法により、酸化膜83上に、N型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコンの堆積層が形成される。ゲートトレンチ56内は、ポリシリコンの堆積層により埋め尽くされる。そして、エッチングによって、ポリシリコンの堆積層のゲートトレンチ56外に存在する部分が除去される。これにより、図6Gに示すように、ゲートトレンチ56に埋設されたゲート電極58が得られる(ゲート電極を形成する工程)。
Next, as shown in FIG. 6F, by performing a thermal oxidation process, an
Next, a polysilicon deposition layer doped with N-type impurities at a high concentration is formed on the
その後、P型不純物のイオンが、酸化膜83の表面からエピタキシャル層53の内部に向けて注入される。次いで、ドライブイン拡散処理が行われる。このドライブイン拡散処理により、エピタキシャル層53に注入されたP型不純物のイオンが拡散し、図6Hに示すように、エピタキシャル層53に、ボディ領域55が形成される(ボディ領域を形成する工程)。また、エピタキシャル層53におけるボディ領域55以外の部分は、エピタキシャル成長後のままの状態でN-型領域54となる。
Thereafter, ions of P-type impurities are implanted from the surface of the
ドライブイン拡散処理の後、図6Iに示すように、酸化膜83上に、ソース領域59を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するマスク85が形成される。そして、マスク85の開口を介して、エピタキシャル層53の表層部に、N型不純物のイオンが注入される。このイオン注入後、マスク85は除去される。
さらに、図6Jに示すように、酸化膜83上に、ソースコンタクト領域60を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するマスク86が形成される。そして、マスク86の開口を介して、エピタキシャル層53の表層部に、P型不純物のイオンが注入される。このイオン注入後、マスク86は除去される。
After the drive-in diffusion process, as shown in FIG. 6I, a
Further, as shown in FIG. 6J, a
その後、アニール処理が行われる。このアニール処理により、エピタキシャル層53の表層部に注入されたN型不純物およびP型不純物のイオンが活性化され、図6Kに示すように、エピタキシャル層53の表層部に、ソース領域59およびソースコンタクト領域60が形成される(ソース領域を形成する工程)。
以上の工程を経た後、酸化膜83のゲートトレンチ56外に存在する部分が除去され、ゲートトレンチ56の内面上のみに酸化膜83が残されることにより、ゲート絶縁膜57が得られる。
Thereafter, an annealing process is performed. By this annealing treatment, ions of N-type impurities and P-type impurities implanted into the surface layer portion of the
After the above steps, the portion of the
その後、CVD法により、エピタキシャル層53上にSiO2が堆積される。次いで、堆積されたSiO2上に、コンタクト孔61およびコンタクト孔65を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するマスク70が形成され、このマスク70を用いて、SiO2がドライエッチングされる。これにより、図6Lに示すように、コンタクト孔61およびコンタクト孔65が形成された層間絶縁膜63が形成される。
Thereafter, SiO 2 is deposited on the
そして、図6Mに示すように、コンタクト孔61にゲートプラグ62が埋設され、このゲートプラグ62上にゲート配線66が形成されるとともに、コンタクト孔65にソースプラグ68が埋設され、このソースプラグ68上にソース配線64が形成される。また、N+型基板52の裏面にドレイン電極87が形成される。これにより、図5に示す半導体装置51が得られる。
As shown in FIG. 6M, a
図7は、本発明の第2の参考例に係る半導体装置の模式的な断面図である。図7において、図5に示す各部に対応する部分には、それらの各部と同一の参照符号を付している。また、以下では、同一の参照符号を付した部分についての詳細な説明を省略する。
この半導体装置91において、エピタキシャル層53のN-型領域54には、ゲートトレンチ56の底面からN-型領域54の底部(N+型基板52の上面から所定距離だけ上方に離れた位置)に至る部分に、P-型のP-型不純物含有領域84(低濃度領域)が形成されている。P-型不純物含有領域84は、N-型領域54にP型不純物が含有された領域である。すなわち、N-型領域54において、P-型不純物含有領域84以外の残余部分よりもN型不純物濃度が低い領域である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a second reference example of the present invention. In FIG. 7, portions corresponding to the respective portions shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals as those of the respective portions. Further, in the following, detailed description of the parts denoted by the same reference numerals is omitted.
In this
また、P-型不純物含有領域84は、たとえば、その幅W3が、ゲートトレンチ56の幅W1と等しい。また、P-型不純物含有領域84の不純物濃度および厚みTa2は、たとえば、不純物濃度が1×1015cm-3〜1×1017cm-3で、厚みTa2が1μm〜10μmであり、不純物濃度が1×1016cm-3〜1×1017cm-3で、厚みTa2が1μm〜5μmであることが好ましい。より具体的には、不純物濃度が1×1016cm-3で、厚みTaが4μmであること、および不純物濃度が1×1017cm-3で、厚みTa2が1μmであることが好ましい。
Further, the P − type
この構成によっても、エピタキシャル層53において、ゲートトレンチ56の底面からN-型領域54の底部に至る部分に、P-型不純物含有領域84が形成されているので、N型不純物濃度の一様なN-型領域103が形成されている従来の構成に比べ、N-型領域54とボディ領域55との界面から広がる空乏層90の厚さTdep3を大きくすることができる。その結果、ドレイン電極87に電圧が印加されたときにゲート絶縁膜57に印加されるゲート・ドレイン電圧を低減することができる。その結果、ゲート絶縁膜57の膜厚を薄くすることができるので、チャネル形成領域92におけるチャネル抵抗Rch5を低減し、半導体装置91のオン抵抗Ron5を低減することができる。
Also with this configuration, in the
この半導体装置91は、図6A〜図6Mを参照して説明した方法と類似の方法によって作製することができる。半導体装置91の製造に際しては、図6Cで示した工程において、エピタキシャル層53上に、P型不純物を添加(ドーピング)しながらSiを堆積させて、P型不純物が含有された低濃度材料堆積層69を形成すればよい。
以上、本発明の複数の実施形態および参考例を説明したが、本発明および参考例は、他の形態で実施することもできる。
The
Although a plurality of embodiments and reference examples of the present invention have been described above, the present invention and reference examples can also be implemented in other forms.
たとえば、半導体装置1、半導体装置31および半導体装置51の各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。すなわち、半導体装置1、半導体装置31および半導体装置51において、P型の部分がN型であり、N型の部分がP型であってもよい。
また、半導体装置31において、ゲート絶縁膜35の底部36は、SiO2からなる下層膜とSiNからなる上層膜とで構成される2層構造であってもよい。この場合、下層膜と上層膜とは、半導体装置1の製造方法と同様の方法により作製できる。
For example, a configuration in which the conductivity type of each semiconductor portion of the
In the
また、半導体装置51において、たとえば、ゲートトレンチ56の底面からN-型領域54の底部(N+型基板52の上面から所定距離だけ上方に離れた位置)に至る部分に形成される領域は、当該領域以外の残余部分よりもN型不純物濃度が低い領域であれば、N--型の半導体領域であってもよい。なお、上記N--型の半導体領域を形成するには、たとえば、図6Cで示す工程において、エピタキシャル層53上に、エピタキシャル層53よりもN型不純物濃度の低いSiを堆積させればよい。
In the
また、半導体装置51においては、ゲート絶縁膜57は、たとえば、図8に示すように、エピタキシャル層53におけるボディ領域55に対向するボディ領域対向部96と、ソース領域59に対向し、ボディ領域対向部96よりも厚い膜厚を有するソース領域対向部95とを有していてもよい。このようなゲート絶縁膜57は、たとえば、第1の実施形態で示したように、ゲート絶縁膜57を形成する前に、エピタキシャル層53にソース領域59およびボディ領域55を形成すればよい。
In the
ソース領域59は、ボディ領域55に比べて、その不純物濃度が大きく、ボディ領域55よりも大きい酸化レートで酸化される。そのため、上記のように膜厚の異なるソース領域対向部95およびボディ領域対向部96を有するゲート絶縁膜57を形成することができる。
また、この明細書および図面の記載から、特許請求の範囲に記載した発明以外にも、以下のような特徴が抽出され得る。
項1.半導体層と、第1導電型不純物を含有し、前記半導体層の基層部に形成された第1導電型の第1導電型領域と、前記半導体層に形成され、前記第1導電型領域に接する第2導電型のボディ領域と、前記半導体層に形成され、前記ボディ領域を貫通し、最深部が前記第1導電型領域に達するトレンチと、前記半導体層の表層部における前記トレンチの周囲に形成され、前記ボディ領域に接する前記第1導電型のソース領域と、前記トレンチの底面および側面上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記トレンチに埋設されたゲート電極とを含み、前記第1導電型領域において、前記トレンチの底面から前記第1導電型領域の厚さ方向途中部に至る部分が、当該部分以外の残余部分よりも、第1導電型不純物濃度の低い低濃度領域である、半導体装置。
この構成によれば、半導体層には、ボディ領域を貫通し、最深部が第1導電型領域に達するトレンチが形成されている。トレンチの底面および側面上には、ゲート絶縁膜が形成されており、このゲート絶縁膜を介してゲート電極がトレンチに埋設されている。
そして、第1導電型領域において、トレンチの底面から第1導電型領域の厚さ方向途中部に至る部分は、当該部分の残余部分よりも、第1導電型不純物濃度の低い低濃度領域である。
そのため、第1導電型(たとえば、N型)不純物濃度の一様な第1導電型領域がトレンチの下方に形成されている従来の構成(たとえば、図9参照)に比べ、第1導電型領域とボディ領域との界面からトレンチの下方に広がる空乏層の、第1導電型領域の厚さ方向における厚さを大きくすることができる。
空乏層の厚さを大きくすることにより、ゲート絶縁膜に印加されるゲート・ドレイン電圧を低減することができる。その結果、ゲート絶縁膜の膜厚を薄くすることができるので、半導体装置のオン抵抗を低減することができる。
前記低濃度領域は、第1導電型領域における低濃度領域以外の残余部分よりも、第1導電型不純物濃度が低ければ、たとえば、第1導電型不純物が含有されていない真性半導体領域であってもよいし、第2導電型不純物が含有されている構成であってもよい。とりわけ、第2導電型不純物が含有されている構成であれば、第1導電型領域と低濃度領域との接合界面に空乏層が形成されるので、好ましい。
そして、項1のような構造の半導体装置は、第1導電型の半導体層にトレンチを形成する工程と、前記トレンチの底部に、前記半導体層の第1導電型不純物濃度よりも低い第1導電型不純物濃度を有する半導体材料を埋設する工程と、前記トレンチの側面を含む前記半導体層の表面および前記半導体材料の表面を酸化させて、酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜上に前記トレンチを埋め尽くすように、ゲート電極を形成する工程と、前記半導体層の表面から第2導電型の不純物を導入して、前記第2導電型のボディ領域を形成する工程と、前記半導体層の表面から前記トレンチの周囲に前記第1導電型の不純物を導入して、前記ボディ領域に接する前記第1導電型のソース領域を形成する工程と、前記酸化膜における前記トレンチ外の部分を除去して、前記トレンチの底面および側面上に、ゲート絶縁膜を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法により得ることができる。
また、項1の半導体装置において、ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面において、前記ソース領域に隣接する部分の膜厚が前記ボディ領域に対向する部分の膜厚よりも厚いことが好ましい。
トレンチの側面において、ゲート絶縁膜におけるソース領域に隣接する部分の膜厚が、ボディ領域に対向する部分の膜厚よりも厚い構成であれば、半導体装置のオン抵抗を増大させることなく、ゲート電極とソース領域との間に生じる寄生容量を低減することができる。そのため、ゲート容量をさらに低減することができ、ゲート電荷量を一層低減することができる。その結果、より一層高速なスイッチング動作を達成することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
In addition to the invention described in the claims, the following features can be extracted from the description of the specification and the drawings.
According to this configuration, the semiconductor layer is formed with a trench that penetrates the body region and has the deepest portion reaching the first conductivity type region. A gate insulating film is formed on the bottom and side surfaces of the trench, and the gate electrode is embedded in the trench through the gate insulating film.
In the first conductivity type region, the portion from the bottom surface of the trench to the middle portion in the thickness direction of the first conductivity type region is a low concentration region having a lower first conductivity type impurity concentration than the remaining portion of the portion. .
Therefore, the first conductivity type region is compared with the conventional configuration (for example, see FIG. 9) in which the first conductivity type region having a uniform first conductivity type (for example, N type) impurity concentration is formed below the trench. The thickness in the thickness direction of the first conductivity type region of the depletion layer extending below the trench from the interface between the first region and the body region can be increased.
By increasing the thickness of the depletion layer, the gate-drain voltage applied to the gate insulating film can be reduced. As a result, the thickness of the gate insulating film can be reduced, so that the on-resistance of the semiconductor device can be reduced.
The low concentration region is, for example, an intrinsic semiconductor region that does not contain the first conductivity type impurity if the first conductivity type impurity concentration is lower than the remaining portion of the first conductivity type region other than the low concentration region. Alternatively, the second conductivity type impurity may be included. In particular, the structure containing the second conductivity type impurity is preferable because a depletion layer is formed at the junction interface between the first conductivity type region and the low concentration region.
The semiconductor device having the structure as described in
In the semiconductor device according to
If the thickness of the portion of the gate insulating film adjacent to the source region on the side surface of the trench is thicker than the thickness of the portion facing the body region, the gate electrode is increased without increasing the on-resistance of the semiconductor device. And parasitic capacitance generated between the source region and the source region can be reduced. Therefore, the gate capacitance can be further reduced, and the gate charge amount can be further reduced. As a result, a much faster switching operation can be achieved.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
1 半導体装置
3 ボディ領域
4 N-型層
5 ボディ層
6 ゲートトレンチ
7 ゲート絶縁膜
8 ゲート電極
9 ソース領域
10 コンタクト領域
17 N-型層
19 N-型層
21 トレンチ
22 N-型層
23 N-型層
24 P型不純物含有領域
31 半導体装置
32 第1絶縁層
33 第2絶縁層
34 第3絶縁層
35 ゲート絶縁膜
36 底部
37 上部
38 ソース領域対向部
39 ボディ領域対向部
40 絶縁層
41 N-型層
42 酸化膜
43 ソース領域対向部
44 ボディ領域対向部
50 絶縁層
51 半導体装置
53 エピタキシャル層
54 N-型領域
55 ボディ領域
56 トレンチ
57 ゲート絶縁膜
58 ゲート電極
59 ソース領域
60 ソースコンタクト領域
67 真性半導体領域
69 低濃度材料堆積層
71 底部
72 上部
73 下層膜
74 上層膜
75 ソース領域対向部
76 ボディ領域対向部
84 P-型不純物含有領域
91 半導体装置
95 ソース領域対向部
96 ボディ領域対向部
4A 上面
8A 底面
17A 露出面
22A 上面
23A 露出面
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1半導体層における露出した面上に、前記第1導電型の第2半導体層を成長させる工程と、
前記第2半導体層上に、第2導電型のボディ層を成長させる工程と、
前記ボディ層の表面から前記絶縁層の周囲に、前記第1導電型の不純物を導入して、前記第1導電型のソース領域を形成する工程と、
前記絶縁層を、その上面が前記第2半導体層の上面と同一平面上に位置するまで除去して、トレンチを形成するとともに、前記絶縁層の底部をゲート絶縁膜の一部として残存させる工程と、
前記トレンチの側面を含む前記ボディ層の表面を酸化させて、前記絶縁層の底部とともにゲート絶縁膜を構成する酸化膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、前記トレンチを埋め尽くすようにゲート電極を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法。 Forming an insulating layer having a predetermined pattern on one surface of the first semiconductor layer of the first conductivity type;
Growing a second semiconductor layer of the first conductivity type on an exposed surface of the first semiconductor layer;
Growing a second conductivity type body layer on the second semiconductor layer;
Introducing the first conductivity type impurity from the surface of the body layer to the periphery of the insulating layer to form the first conductivity type source region;
Removing the insulating layer until the upper surface thereof is flush with the upper surface of the second semiconductor layer to form a trench, and leaving the bottom of the insulating layer as a part of the gate insulating film; ,
Oxidizing the surface of the body layer including the side surface of the trench to form an oxide film constituting a gate insulating film together with the bottom of the insulating layer;
Forming a gate electrode on the gate insulating film so as to fill the trench.
前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記ソース領域と前記ボディ領域との不純物濃度の差に基づく酸化レートの差を利用して、前記トレンチの側面において、前記ソース領域に隣接する部分の膜厚が、前記ボディ層における前記ソース領域を除くボディ領域に対向する部分の膜厚よりも厚いゲート絶縁膜を形成する工程を含む、請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the gate insulating film uses a difference in oxidation rate based on a difference in impurity concentration between the source region and the body region to form a film thickness of a portion adjacent to the source region on the side surface of the trench. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: forming a gate insulating film thicker than a film thickness of a portion of the body layer that faces the body region excluding the source region.
前記絶縁層を除去する工程は、少なくとも前記2層構造が残存するように前記絶縁層を除去する工程を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of removing the insulating layer includes a step of removing the insulating layer so that at least the two-layer structure remains.
前記第1半導体層における露出した面上に、前記第1導電型の第2半導体層を成長させる工程と、
前記第2半導体層上に、第2導電型のボディ層を成長させる工程と、
前記ボディ層の表面から前記絶縁層の周囲に、前記第1導電型の不純物を導入して、前記第1導電型のソース領域を形成する工程と、
前記絶縁層を除去して、前記ボディ層を貫通し、最深部が前記第1半導体層に達するゲートトレンチを形成する工程と、
前記ゲートトレンチの底面から前記第1半導体層に前記第2導電型の不純物を導入する工程と、
前記ゲートトレンチの底面および側面ならびにボディ層の上面を酸化させて、前記ゲートトレンチ内において、前記第2半導体層の上面と同一平面上に位置する上面を有するゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、前記ゲートトレンチを埋め尽くすようにゲート電極を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法。 Forming an insulating layer having a predetermined pattern on one surface of the first semiconductor layer of the first conductivity type;
Growing a second semiconductor layer of the first conductivity type on an exposed surface of the first semiconductor layer;
Growing a second conductivity type body layer on the second semiconductor layer;
Introducing the first conductivity type impurity from the surface of the body layer to the periphery of the insulating layer to form the first conductivity type source region;
Removing the insulating layer, forming a gate trench penetrating the body layer and having a deepest portion reaching the first semiconductor layer;
Introducing the second conductivity type impurity into the first semiconductor layer from the bottom surface of the gate trench;
Oxidizing the bottom and side surfaces of the gate trench and the upper surface of the body layer to form a gate insulating film having an upper surface located on the same plane as the upper surface of the second semiconductor layer in the gate trench;
Forming a gate electrode on the gate insulating film so as to fill the gate trench.
前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記第2導電型不純物領域と前記ボディ領域との不純物濃度の差に基づく酸化レートの差を利用して、前記ゲートトレンチの底面を覆う部分の膜厚が、前記ゲートトレンチの側面において前記ボディ層に対向する部分の膜厚よりも厚いゲート絶縁膜を形成する工程を含む、請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the gate insulating film uses a difference in oxidation rate based on a difference in impurity concentration between the second conductivity type impurity region and the body region to form a film thickness of a portion covering the bottom surface of the gate trench. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising forming a gate insulating film thicker than a thickness of a portion facing the body layer on a side surface of the gate trench.
前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記ソース領域と前記ボディ領域との不純物濃度の差に基づく酸化レートの差を利用して、前記ゲートトレンチの側面において、前記ソース領域に隣接する部分の膜厚が、前記ボディ層における前記ソース領域を除くボディ領域に対向する部分の膜厚よりも厚いゲート絶縁膜を形成する工程を含む、請求項5または6に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the gate insulating film uses a difference in oxidation rate based on a difference in impurity concentration between the source region and the body region to form a film adjacent to the source region on the side surface of the gate trench. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of forming a gate insulating film having a thickness larger than a thickness of a portion of the body layer that faces the body region excluding the source region.
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