JP2003101027A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板に形成
されたトレンチ内にゲート電極を埋め込み、そのトレン
チ側面をチャネル領域とする縦型パワーMOSFETの
トレンチ配列構成に関するものある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a trench arrangement structure of a vertical power MOSFET in which a gate electrode is embedded in a trench formed in a semiconductor substrate and a side surface of the trench serves as a channel region.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の半導体基板に形成されたトレンチ
内にゲート電極を埋め込み、そのトレンチ側面をチャネ
ル領域とする縦型パワーMOSFET(以下、UMOS
という)は、ポリシリコンなどのゲート電極が埋め込ま
れた複数のトレンチを有し、そのトレンチ間のピッチが
約2.3〜3.0μm程度で構成されている。トレンチ
の口径は約0.5μmであるので、隣接するトレンチ間
の距離は約1.8〜2.5μmが通常の大きさである。
図14は、従来のトレンチコンタクト型UMOSの断面
図及び平面図である。平面図のA−A′線に沿う部分が
その断面図である。半導体基板101は、例えば、p型
シリコン半導体を用いる。半導体基板101の表面領域
にはn型不純物がドープされたn−ベース領域102が
形成されている。n−ベース領域102の上には1面が
半導体基板101の主面となるp−ソース領域103が
形成されている。これら領域が形成されていない裏面側
の領域はp−ドレイン領域101′となっている。半導
体基板101の主面から内部に向かって複数のトレンチ
110が形成されている。トレンチ110は、p−ソー
ス領域103が形成された主面からp−ドレイン領域1
01′の所定の深さまでに達している。トレンチ110
側壁には、例えば、熱酸化により形成されたシリコン酸
化膜などのゲート絶縁膜104が形成されている。2. Description of the Related Art A vertical power MOSFET (hereinafter referred to as UMOS) in which a gate electrode is embedded in a trench formed in a conventional semiconductor substrate and a side surface of the trench serves as a channel region.
Has a plurality of trenches in which a gate electrode such as polysilicon is embedded, and the pitch between the trenches is about 2.3 to 3.0 μm. Since the diameter of the trench is about 0.5 μm, the distance between adjacent trenches is usually about 1.8 to 2.5 μm.
FIG. 14 is a sectional view and a plan view of a conventional trench contact type UMOS. The portion along the line AA 'in the plan view is the cross-sectional view. The semiconductor substrate 101 uses, for example, a p-type silicon semiconductor. An n-base region 102 doped with an n-type impurity is formed in the surface region of the semiconductor substrate 101. On the n-base region 102, a p-source region 103 whose one surface is the main surface of the semiconductor substrate 101 is formed. A region on the back surface side where these regions are not formed is a p-drain region 101 '. A plurality of trenches 110 are formed from the main surface of the semiconductor substrate 101 toward the inside. The trench 110 is formed from the main surface on which the p-source region 103 is formed to the p-drain region 1.
It has reached a predetermined depth of 01 '. Trench 110
A gate insulating film 104 such as a silicon oxide film formed by thermal oxidation is formed on the side wall.
【0003】このゲート絶縁膜104は、トレンチ11
0側壁からトレンチ周辺の半導体基板101の主面上に
延在している。隣接するトレンチ間の距離は、2.3〜
3.0μm程度である。ゲート絶縁膜104に被覆され
たトレンチ110にはポリシリコンなどからなるゲート
105が埋め込まれている。このポリシリコンゲート1
05の表面は、半導体基板101の主面とほぼ同じ面を
構成している。ポリシリコンゲート105の表面及びゲ
ート絶縁膜104の表面は、CVDなどにより形成され
たシリコン酸化膜などの層間絶縁膜106が堆積形成さ
れている。さらに半導体基板101の主面には、トレン
チ110間に層間絶縁膜106を貫通してベース領域1
02に達する開口107が形成されている。The gate insulating film 104 is formed in the trench 11
0 side wall and extends on the main surface of the semiconductor substrate 101 around the trench. The distance between adjacent trenches is 2.3 to
It is about 3.0 μm. A gate 105 made of polysilicon or the like is embedded in the trench 110 covered with the gate insulating film 104. This polysilicon gate 1
The surface of 05 constitutes almost the same surface as the main surface of the semiconductor substrate 101. An interlayer insulating film 106 such as a silicon oxide film formed by CVD is deposited and formed on the surface of the polysilicon gate 105 and the surface of the gate insulating film 104. Further, on the main surface of the semiconductor substrate 101, the interlayer insulating film 106 is penetrated between the trenches 110 and the base region 1 is formed.
An opening 107 reaching 02 is formed.
【0004】開口107は、トレンチ110間にあっ
て、図14の半導体基板の平面図(ソース電極は示され
ていない)に示すように半導体基板101の主面に、例
えば、千鳥状に形成配置されている。また、各トレンチ
110内に埋め込まれたポリシリコンゲート105は、
互いに電気的に接続されるように配線され、配線された
これらポリシリコンゲート105は、半導体基板101
主面に形成されたゲート引き出し電極105′と電気的
に接続されている。この状態で半導体基板101主面
は、開口107及びゲート引き出し電極105′を除い
て層間絶縁膜106により被覆されている。層間絶縁膜
106上には、ゲート引き出し電極105′とは電気的
に絶縁されるようにソース電極108が形成されてい
る。ソース電極108は、開口107内部にも埋め込ま
れて開口107内部に露出しているソース領域103及
びベース領域102と電気的に接続されている。ソース
電極108は、例えば、アルミニウムからなり、ソース
領域103及びベース領域102と対向する部分は、バ
リアメタル層が介在されている(図示しない)。また半
導体基板101の裏面は、ドレイン領域101′と電気
的に接続されたドレイン電極109が形成されている。
しかし、この構造ではポリシリコンゲート105とソー
ス電極108の間の絶縁を保つため及び露光技術の合わ
せずれマージン対策のために、層間絶縁膜106をエッ
チングして開口107を形成した際にトレンチ110の
開口端から開口107の端まで距離を持たせている。The openings 107 are formed between the trenches 110, and are formed and arranged in a zigzag pattern, for example, on the main surface of the semiconductor substrate 101 as shown in the plan view of the semiconductor substrate of FIG. 14 (source electrodes are not shown). There is. In addition, the polysilicon gate 105 embedded in each trench 110 is
These polysilicon gates 105, which are wired so as to be electrically connected to each other, are connected to the semiconductor substrate 101.
It is electrically connected to the gate extraction electrode 105 'formed on the main surface. In this state, the main surface of the semiconductor substrate 101 is covered with the interlayer insulating film 106 except for the opening 107 and the gate extraction electrode 105 '. A source electrode 108 is formed on the interlayer insulating film 106 so as to be electrically insulated from the gate lead electrode 105 '. The source electrode 108 is electrically connected to the source region 103 and the base region 102 which are also embedded in the opening 107 and exposed inside the opening 107. The source electrode 108 is made of, for example, aluminum, and a barrier metal layer is interposed (not shown) at a portion facing the source region 103 and the base region 102. A drain electrode 109 electrically connected to the drain region 101 'is formed on the back surface of the semiconductor substrate 101.
However, in this structure, in order to maintain the insulation between the polysilicon gate 105 and the source electrode 108 and as a countermeasure against the misalignment margin of the exposure technique, when the opening 107 is formed by etching the interlayer insulating film 106, the trench 110 of the trench 110 is formed. There is a distance from the opening end to the end of the opening 107.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】このようにトレンチ間
の距離が大きい(セルピッチが広い)と、トレンチ間の
領域での等電位線のプロファイルがトレンチ形状に沿う
ように蜜になり電界が集中して耐圧が低くなる傾向にあ
る。従来トレンチゲート製品は、メサ領域幅(隣接する
トレンチ間の距離)が最小でも2.0μmあり、通常
2.3〜3.0μmである。この設計範囲ではパワーM
OSFETのドレイン耐圧を上げようとした場合FET
のオン抵抗が高くなる、またはオン抵抗を下げようとし
た場合(不純物濃度をあげる)、ドレイン耐圧まで低下
するという問題があった。メサ領域幅についても従来は
コンタクトパターンと下地のトレンチパターンとの合わ
せマージン問題があるので2.0μm以下で設計するこ
とは不可能であった。本発明は、このような事情により
なされたものであり、セルピッチの間隔を十分シュリン
クさせるとともに、ドレイン耐圧を犠牲にすることなく
(FETの)オン抵抗を低減させることができるトレン
チ側面をチャネルとする縦型のパワーMOSFETを備
えた半導体装置及びその製造方法を提供する。When the distance between the trenches is large (the cell pitch is wide), the profile of the equipotential lines in the region between the trenches becomes dense along the trench shape and the electric field is concentrated. Withstand voltage tends to decrease. Conventional trench gate products have a mesa region width (distance between adjacent trenches) of at least 2.0 μm, usually 2.3 to 3.0 μm. Power M in this design range
When trying to increase the drain breakdown voltage of OSFET FET
There is a problem that the drain withstand voltage is lowered when the on resistance of the device is increased or when the on resistance is tried to be decreased (the impurity concentration is increased). Regarding the mesa region width, it has been impossible to design the width of the mesa region to be 2.0 μm or less because there is a problem of alignment margin between the contact pattern and the underlying trench pattern. The present invention has been made in view of the above circumstances, and uses a trench side surface as a channel that can sufficiently shrink the cell pitch interval and reduce the on-resistance (of the FET) without sacrificing the drain breakdown voltage. A semiconductor device including a vertical power MOSFET and a method for manufacturing the same are provided.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、トレンチ側面
をチャネルとする縦型のパワーMOSFETの隣接する
トレンチ間の距離(メサ領域幅)を1.5μm以下で構
成することを特徴としている。このようにトレンチ間の
距離を規定することによってトランジスタのオン抵抗を
犠牲にすることなくドレイン耐圧を向上させることが可
能となる。すなわち、本発明の半導体装置は、半導体基
板と、前記半導体基板に形成され、前記半導体基板裏面
に一面が露出しているドレイン領域と、前記半導体基板
に形成され、前記ドレイン領域の他面と接し、部分的に
複数の箇所で前記半導体基板主面に露出するベース領域
と、前記半導体基板に形成され、一面が前記ベース領域
と接し、他面が前記半導体基板主面に露出しているソー
ス領域と、前記半導体基板主面から縦方向に底面が前記
ドレイン領域中に配置されるように形成されたトレンチ
と、実質的に前記トレンチ側壁のみに形成されたゲート
絶縁膜と、前記トレンチ内に埋め込まれ、その表面が前
記ソース領域と前記ベース領域との接合面より上部にあ
り、且つ前記半導体基板主面より低い位置に形成されて
いるゲート電極と、前記半導体基板裏面に前記ドレイン
領域と接するように形成されたドレイン電極と、前記半
導体基板主面に形成され、前記ソース領域及び前記ベー
ス領域に接するソース電極とを備え、前記トレンチは、
所定の間隔をおいて複数形成され、隣接する前記トレン
チ間の距離は、1.5μm以下であることを特徴として
いる。このようにトレンチ間の距離を規定することによ
ってトランジスタのオン抵抗を犠牲にすることなくドレ
イン耐圧を向上させることができる。The present invention is characterized in that the distance (mesa region width) between adjacent trenches of a vertical power MOSFET having a trench side surface as a channel is 1.5 μm or less. By thus defining the distance between the trenches, the drain breakdown voltage can be improved without sacrificing the on-resistance of the transistor. That is, the semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate, a drain region formed on the semiconductor substrate and having one surface exposed on the back surface of the semiconductor substrate, and a drain region formed on the semiconductor substrate and contacting the other surface of the drain region. A base region that is partially exposed at the semiconductor substrate main surface at a plurality of locations, and a source region that is formed on the semiconductor substrate and has one surface in contact with the base region and the other surface exposed at the semiconductor substrate main surface A trench formed such that a bottom surface thereof is arranged in the drain region in the vertical direction from the main surface of the semiconductor substrate; a gate insulating film formed substantially only on the sidewall of the trench; and a trench embedded in the trench. A gate electrode whose surface is above the junction surface between the source region and the base region and lower than the main surface of the semiconductor substrate; A drain electrode formed in contact with the drain region on the back surface of the substrate, wherein formed in the semiconductor substrate main surface, and a source electrode in contact with said source region and said base region, said trench,
A plurality of trenches are formed at a predetermined interval, and the distance between the adjacent trenches is 1.5 μm or less. By thus defining the distance between the trenches, the drain breakdown voltage can be improved without sacrificing the on-resistance of the transistor.
【0007】前記ゲート電極の表面、前記トレンチの前
記ゲート電極が埋め込まれていない部分及び前記トレン
チ周辺部に露出する前記ゲート絶縁膜上に形成された絶
縁膜を有するようにしても良い。前記トレンチの前記ゲ
ート電極が埋め込まれていない部分に埋め込まれたリフ
ロー性の絶縁膜を有するようにしても良い。この構造で
は、基板の縦方向に絶縁距離をとることができるのでト
レンチ間を従来より短縮させることができる。トレンチ
内にリフロー性のある層間絶縁膜を埋め込み、トレンチ
の直上部のみに層間絶縁膜が残るようにドライエッチン
グもしくは異方性エッチングを行ったあとに層間絶縁膜
をリフローさせてからソース・ベース領域の電極である
ソース電極となるメタルを形成するので、半導体基板主
面は平坦になり、ソース電極となるアルミニウムなどの
金属膜の形成が容易になる。前記リフロー性の絶縁膜と
前記ゲート電極の表面との間及び前記リフロー性の絶縁
膜と前記トレンチの前記ゲート電極が埋め込まれていな
い部分に露出するゲート絶縁膜との間にシリコン窒化膜
が形成されているようにしても良い。An insulating film may be formed on the surface of the gate electrode, the portion of the trench where the gate electrode is not buried, and the gate insulating film exposed at the peripheral portion of the trench. A reflowable insulating film may be embedded in a portion of the trench where the gate electrode is not embedded. In this structure, since the insulation distance can be set in the vertical direction of the substrate, the distance between the trenches can be shortened as compared with the conventional case. The trench is filled with a reflowable interlayer insulating film, and dry etching or anisotropic etching is performed so that the interlayer insulating film remains only right above the trench, and then the interlayer insulating film is reflowed before the source / base region. Since the metal to be the source electrode, which is the electrode, is formed, the main surface of the semiconductor substrate becomes flat, and the metal film such as aluminum to be the source electrode can be easily formed. A silicon nitride film is formed between the reflowable insulating film and the surface of the gate electrode and between the reflowable insulating film and the gate insulating film exposed in a portion of the trench where the gate electrode is not buried. It may be done.
【0008】本発明の半導体装置は、半導体基板と、前
記半導体基板に形成され、前記半導体基板裏面に一面が
露出しているドレイン領域と、前記半導体基板に形成さ
れ、前記ドレイン領域の他面と接しているベース領域
と、前記半導体基板に形成され、一面が前記ベース領域
と接し、他面が前記半導体基板主面に露出しているソー
ス領域と、前記半導体基板主面から縦方向に底面が前記
ドレイン領域中に配置されるように形成されたトレンチ
と、前記トレンチ側壁に形成され、且つその周辺部まで
延在しているゲート絶縁膜と、前記トレンチ内に埋め込
まれ、その表面が前記ソース領域と前記ベース領域との
接合面より上部にあり、且つ前記半導体基板主面より低
い位置に形成されているゲート電極と、前記半導体基板
裏面に前記ドレイン領域と接するように形成されたドレ
イン電極と、前記半導体基板主面に形成され、前記ソー
ス領域及び前記ベース領域に接するソース電極とを備
え、前記トレンチは、所定の間隔をおいて複数形成さ
れ、隣接する前記トレンチ間の距離は、1.5μm以下
であることを特徴としている。前記半導体基板主面には
開口が形成され、前記ソース電極は、この開口を介して
前記ソース領域及び前記ベース領域に接しているように
しても良い。A semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate, a drain region formed on the semiconductor substrate and having one surface exposed on the back surface of the semiconductor substrate, and another surface formed on the semiconductor substrate and the other surface of the drain region. A base region that is in contact with the semiconductor substrate, one surface is in contact with the base region, the other surface is a source region that is exposed to the semiconductor substrate main surface, and a bottom surface in the vertical direction from the semiconductor substrate main surface. A trench formed so as to be arranged in the drain region, a gate insulating film formed on the sidewall of the trench and extending to a peripheral portion thereof, and a trench filled in the trench, the surface of which is the source. A gate electrode formed above the junction surface between the region and the base region and lower than the main surface of the semiconductor substrate, and the drain on the back surface of the semiconductor substrate. A drain electrode formed to be in contact with the region, a source electrode formed on the semiconductor substrate main surface and in contact with the source region and the base region, and the trench is formed in plural at a predetermined interval, The distance between the adjacent trenches is characterized by being 1.5 μm or less. An opening may be formed in the main surface of the semiconductor substrate, and the source electrode may be in contact with the source region and the base region through the opening.
【0009】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基板に前記半導体基板裏面に一面が露出しているドレイ
ン領域、前記ドレイン領域の他面と接し、部分的に複数
の箇所で前記半導体基板主面に露出するベース領域及び
一面が前記ベース領域と接し、他面が前記半導体基板主
面に露出しているソース領域を形成する工程と、前記半
導体基板主面から縦方向に底面が前記ドレイン領域中に
配置されるように複数のトレンチを隣接するトレンチ間
が1.5μm以下になるように形成する工程と、実質的
に前記トレンチ側壁のみにゲート絶縁膜を形成する工程
と、前記トレンチ内に、その表面が前記ソース領域と前
記ベース領域との接合面より上部にあり、且つ前記半導
体基板主面より低い位置に埋め込まれるようにゲート電
極を形成する工程と、前記半導体基板裏面に前記ドレイ
ン領域と接するようにドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース領域及び前記ベース領域に接する前記半導体
基板主面にソース電極を形成する工程とを備えたことを
特徴としている。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the semiconductor substrate main portion is in contact with the drain region of which one surface is exposed on the back surface of the semiconductor substrate and the other surface of the drain region, and the semiconductor substrate main part is partially formed at a plurality of locations. A base region exposed on a surface and a source region having one surface in contact with the base region and the other surface exposed on the semiconductor substrate main surface; and a bottom surface extending vertically from the semiconductor substrate main surface to the drain region. Forming a plurality of trenches so that the distance between adjacent trenches is 1.5 μm or less, and forming a gate insulating film substantially only on the sidewalls of the trenches; A step of forming a gate electrode so that the surface thereof is located above the junction surface between the source region and the base region and lower than the main surface of the semiconductor substrate. And forming a drain electrode in contact with the drain region in the semiconductor substrate back surface,
And a step of forming a source electrode on the main surface of the semiconductor substrate in contact with the source region and the base region.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施
の形態を説明する。まず、図1乃至図8を参照して第1
の実施例を説明する。この実施例ではトレンチ側面をチ
ャネルとするパワーMOSFET(UMOSと略称す
る)の構成は、トレンチ上部に形成したゲート−ソース
間の層間絶縁膜をトレンチ内部に埋め込んで形成し、ソ
ースのコンタクトをセルフアラインで行える構造を前提
としている。この構造では層間膜埋め込み型のトレンチ
パワーMOSFETは隣接するトレンチ間の距離(メサ
領域幅)がコンタクト合わせ精度に制限されてないので
よりよく狭く形成することが可能である。図1は、UM
OS構造の半導体装置の断面図、図2は、図1に示す半
導体基板の斜視図(ソース電極及びドレイン電極の表示
は省略)及びA−A′線に沿う部分の断面図、図3は、
図1に示す半導体装置の平面図、図4は、この半導体装
置を製造する工程断面図、図5は、この実施例の他の例
を示す平面図、図6は図5のA−A′線に沿う部分の断
面図、図7は、パワーMOSFETの隣接するトレンチ
間の距離(メサ領域幅)とドレイン耐圧との関係を説明
する特性図、図8は、本発明及び従来のパワーMOSF
ETのドレイン耐圧を説明する半導体基板の概略断面図
である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, referring to FIG. 1 to FIG.
An example will be described. In this embodiment, the structure of a power MOSFET (abbreviated as UMOS) having a trench side surface as a channel is formed by embedding an interlayer insulating film between a gate and a source formed in the upper portion of the trench inside the trench, and a source contact is self-aligned. It is premised on the structure that can be done in. In this structure, the interlayer power buried type trench power MOSFET can be formed more narrowly because the distance between adjacent trenches (mesa region width) is not limited by the contact alignment accuracy. Figure 1 is UM
2 is a cross-sectional view of a semiconductor device having an OS structure, FIG. 2 is a perspective view of the semiconductor substrate shown in FIG. 1 (source electrodes and drain electrodes are not shown), and a cross-sectional view of a portion along the line AA ′, and FIG.
1 is a plan view of the semiconductor device shown in FIG. 1, FIG. 4 is a cross-sectional view of a process for manufacturing the semiconductor device, FIG. 5 is a plan view showing another example of this embodiment, and FIG. 6 is AA 'of FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of a portion along the line, FIG. 7 is a characteristic diagram illustrating the relationship between the distance (mesa region width) between adjacent trenches of the power MOSFET and the drain breakdown voltage. FIG. 8 is the present invention and the conventional power MOSF.
It is a schematic sectional drawing of the semiconductor substrate explaining the drain breakdown voltage of ET.
【0011】半導体基板1は、例えば、p型シリコン半
導体を用いる。半導体基板1の表面領域にはn型不純物
がドープされたn−ベース領域2が形成されている。n
−ベース領域2に接して1面が半導体基板1の主面とな
るp−ソース領域3が形成されている。これら領域が形
成されていない半導体基板裏面側の領域は、p−ドレイ
ン領域1′となっている。p−ドレイン領域1′は、n
−ベース領域2に接する低濃度ドレインドリフト領域
1″(ドレイン領域1′より低濃度である)を有してい
る。半導体基板1の主面から内部に向かって複数の長細
いトレンチ10が形成されている。トレンチ10は、ソ
ース領域3が形成された主面から低濃度ドレインドリフ
ト領域1″の所定の深さまでに達している。すなわち、
トレンチ10の底面は、ドレイン領域1′中に形成され
ている。トレンチ10の側壁には、例えば、熱酸化によ
り形成されたシリコン酸化膜などのゲート絶縁膜4が形
成されている。このゲート絶縁膜4は、実質的にトレン
チ10の開口端まで形成されているが、エッチング処理
の仕方により幾分半導体基板1の主面より下に形成され
ることもある。The semiconductor substrate 1 uses, for example, a p-type silicon semiconductor. An n-base region 2 doped with an n-type impurity is formed in the surface region of the semiconductor substrate 1. n
A p-source region 3 is formed in contact with the base region 2, one surface of which is the main surface of the semiconductor substrate 1. The region on the back surface side of the semiconductor substrate in which these regions are not formed is the p-drain region 1 '. The p-drain region 1'is n
It has a low concentration drain drift region 1 ″ (having a lower concentration than the drain region 1 ′) in contact with the base region 2. A plurality of elongated trenches 10 are formed from the main surface of the semiconductor substrate 1 toward the inside. The trench 10 extends from the main surface where the source region 3 is formed to a predetermined depth of the low concentration drain drift region 1 ″. That is,
The bottom surface of the trench 10 is formed in the drain region 1 '. A gate insulating film 4 such as a silicon oxide film formed by thermal oxidation is formed on the sidewall of the trench 10. Although the gate insulating film 4 is formed substantially up to the opening end of the trench 10, it may be formed below the main surface of the semiconductor substrate 1 depending on the etching method.
【0012】ゲート絶縁膜4に被覆されたトレンチ10
にはポリシリコンなどからなるゲート電極5が埋め込ま
れている。このポリシリコンゲート5の表面は、半導体
基板1の主面より低くなっている。ポリシリコンゲート
5の表面と半導体基板1の主面との間の距離は、約0.
2μm以上である。ただし、ポリシリコンゲート5の表
面からソース電極8までの絶縁距離は確保できるように
形成されている。ゲート引き出し部を除いたポリシリコ
ンゲート5表面の半導体基板1主面からの深さは、ソー
ス/ベース接合部の接合深さより浅く形成されている。
ポリシリコンゲート5の表面及びポリシリコンゲート5
から露出しているゲート絶縁膜4の表面には膜厚10〜
100nm程度のシリコン窒化膜7が形成され、その上
にリフロー性の高いBPSGなどの層間絶縁膜6が形成
されている。この層間絶縁膜6は、リフローされ表面が
平坦化されて完全にトレンチ10内部に埋め込まれてい
る。Trench 10 covered with gate insulating film 4
A gate electrode 5 made of polysilicon or the like is embedded in the. The surface of the polysilicon gate 5 is lower than the main surface of the semiconductor substrate 1. The distance between the surface of the polysilicon gate 5 and the main surface of the semiconductor substrate 1 is about 0.
It is 2 μm or more. However, it is formed so that an insulation distance from the surface of the polysilicon gate 5 to the source electrode 8 can be secured. The depth of the surface of the polysilicon gate 5 excluding the gate lead portion from the main surface of the semiconductor substrate 1 is formed to be shallower than the junction depth of the source / base junction portion.
Surface of polysilicon gate 5 and polysilicon gate 5
The thickness of the gate insulating film 4 exposed from the
A silicon nitride film 7 having a thickness of about 100 nm is formed, and an interlayer insulating film 6 such as BPSG having a high reflow property is formed on the silicon nitride film 7. The interlayer insulating film 6 is reflowed to have its surface flattened and completely embedded in the trench 10.
【0013】図2に示すように、トレンチ10間のソー
ス/ベース/ドレイン領域は、その中間にあるベース領
域2のn+高濃度コンタクト領域2′が半導体基板1の
主面に複数の箇所で露出している。すなわち、半導体基
板1の主面にはソース領域3とコンタクト領域2′とが
交互に配置されている。この上にベース領域2及びソー
ス領域3に電気的に接続されたソース電極8が形成され
ている。図3に示すように、層間絶縁膜6は、ほぼトレ
ンチ10の上にのみ形成されて、ソース領域3及びコン
タクト領域2′が露出しており、ソース電極8は、これ
らの上に堆積される。また、各トレンチ10内に埋め込
まれたポリシリコンゲート5は、互いに電気的に接続さ
れるように配線され、配線されたこれらポリシリコンゲ
ート5は、半導体基板1の主面に形成されたゲート引き
出し電極5′と電気的に接続されている。ゲート引き出
し電極5′にはリード線5″が接続されている。ソース
引き出し電極8は、例えば、アルミニウムからなり、ソ
ース領域3及びコンタクト領域2と対向する部分は、T
iW膜などのバリアメタル層が介在されるようにしても
良い。また、半導体基板1の裏面は、ドレイン領域1′
と電気的に接続されたドレイン電極9が形成されてい
る。また、隣接するトレンチ間の距離d(メサ領域幅)
は、1.5μm以下である。As shown in FIG. 2, in the source / base / drain regions between the trenches 10, the n + high-concentration contact region 2 ′ of the base region 2 in the middle is formed at a plurality of points on the main surface of the semiconductor substrate 1. Exposed. That is, the source region 3 and the contact region 2'are alternately arranged on the main surface of the semiconductor substrate 1. A source electrode 8 electrically connected to the base region 2 and the source region 3 is formed thereon. As shown in FIG. 3, the interlayer insulating film 6 is formed almost only on the trench 10 to expose the source region 3 and the contact region 2 ', and the source electrode 8 is deposited thereon. . Further, the polysilicon gates 5 embedded in the respective trenches 10 are wired so as to be electrically connected to each other, and the wired polysilicon gates 5 are formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. It is electrically connected to the electrode 5 '. A lead wire 5 ″ is connected to the gate lead electrode 5 ′. The source lead electrode 8 is made of, for example, aluminum, and a portion facing the source region 3 and the contact region 2 is T.
A barrier metal layer such as an iW film may be interposed. In addition, the back surface of the semiconductor substrate 1 has a drain region 1 ′.
A drain electrode 9 electrically connected to is formed. In addition, the distance d between adjacent trenches (width of mesa region)
Is 1.5 μm or less.
【0014】この実施例では、ゲート表面を半導体基板
主面より後退させて形成しているので、ポリシリコンゲ
ートの表面から半導体基板主面までの距離は、実質的に
ゲート電極とソース電極間の絶縁距離(0.4〜0.5
mm程度)にほぼ等しい。縦方向に絶縁距離を取ってい
るのでゲート絶縁膜5の残し幅を小さくすることがで
き、またベース領域2のコンタクト領域2′を半導体基
板1主面に露出させているのでソース領域3とベース領
域2とをソース電極8にコンタクトさせるための開口
(図14参照)を形成する必要は無くなり、その分トレ
ンチ5、5間の距離(d)を上記のような値に狭めるこ
とができる。したがって、トレンチのセルピッチは十分
シュリンクさせることが可能になる。シリコン窒化膜
は、リフロー性の絶縁膜からゲート電極に移行するリン
やボロンなどの不純物を捕らえてトランジスタ特性を安
定化させるものである。In this embodiment, since the gate surface is formed to be recessed from the semiconductor substrate main surface, the distance from the surface of the polysilicon gate to the semiconductor substrate main surface is substantially between the gate electrode and the source electrode. Insulation distance (0.4 to 0.5
mm). Since the insulating distance is set in the vertical direction, the remaining width of the gate insulating film 5 can be reduced, and since the contact region 2'of the base region 2 is exposed on the main surface of the semiconductor substrate 1, the source region 3 and the base region It is not necessary to form an opening (see FIG. 14) for contacting the region 2 with the source electrode 8, and the distance (d) between the trenches 5 and 5 can be reduced to the above value by that amount. Therefore, the cell pitch of the trench can be sufficiently shrunk. The silicon nitride film captures impurities such as phosphorus and boron that migrate from the reflowable insulating film to the gate electrode and stabilizes transistor characteristics.
【0015】図4は、このUMOS構造の半導体装置を
形成する工程断面図である。半導体基板1に、この基板
裏面に一面が露出しているp−ドレイン領域1′、ドレ
イン領域1′の他面と接し、部分的に複数の箇所で半導
体基板1の主面に露出するn−ベース領域2及び一面が
前記ベース領域2と接し、他面が半導体基板1の主面に
露出しているp−ソース領域3を形成する。次に、半導
体基板1の主面から縦方向に底面がドレイン領域1′中
に配置されるようにトレンチ10を形成する。その後半
導体基板の主面全面に熱酸化処理によりシリコン酸化膜
を形成してゲート絶縁膜4とする。そして、トレンチ1
0の内部に、その表面がソース領域3とベース領域2と
の接合面より上部にあり、且つ半導体基板1の主面より
低い位置に埋め込まれるようにポリシリコンゲート5を
形成する。次に、トレンチ10の内部を含めて半導体基
板1の主面に膜厚10〜100nm程度のシリコン窒化
膜7を形成する。更にシリコン窒化膜7の上に、例え
ば、BPSG膜などのリフロー性の絶縁膜6を堆積させ
る。その後、リフロー性の絶縁膜6をドライエッチング
法によりエッチングする。4A to 4D are sectional views showing steps of forming the semiconductor device having the UMOS structure. The semiconductor substrate 1 is in contact with the p-drain region 1 ′ and the other surface of the drain region 1 ′ whose one surface is exposed on the back surface of the semiconductor substrate 1, and is partially exposed on the main surface of the semiconductor substrate 1 at a plurality of points. The p-source region 3 is formed in which the base region 2 and one surface are in contact with the base region 2 and the other surface is exposed on the main surface of the semiconductor substrate 1. Next, the trench 10 is formed so that the bottom surface is arranged in the drain region 1 ′ in the vertical direction from the main surface of the semiconductor substrate 1. After that, a silicon oxide film is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate by thermal oxidation to form the gate insulating film 4. And trench 1
Inside 0, a polysilicon gate 5 is formed such that its surface is above the junction surface between the source region 3 and the base region 2 and is buried at a position lower than the main surface of the semiconductor substrate 1. Next, a silicon nitride film 7 having a film thickness of about 10 to 100 nm is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 including the inside of the trench 10. Further, a reflowable insulating film 6 such as a BPSG film is deposited on the silicon nitride film 7. After that, the reflowable insulating film 6 is etched by a dry etching method.
【0016】次に、埋め込まれたリフロー性の絶縁膜6
を900℃程度の温度でリフローする。リフロー性の絶
縁膜6は、トレンチ10内に完全に埋め込まれる。その
後、半導体基板1の裏面にドレイン領域1′と接するよ
うにドレイン電極9を形成し、半導体基板1の主面にソ
ース領域3及びベース領域2に接する半導体基板1の主
面にソース電極8をスパッタリング法などにより形成す
る。半導体基板主面は従来より平坦になっているので電
極の付着性が向上する。この実施例では層間絶縁膜にリ
フロー性の絶縁膜を用いているが、本発明は、これに限
定されず、リフロー性のない絶縁膜を用いても良い。し
かし、このような絶縁膜を用いる場合は、リフロー性の
ものとは異なる方法により絶縁膜を形成する必要があ
る。Next, the embedded reflowable insulating film 6 is formed.
Is reflowed at a temperature of about 900 ° C. The reflowable insulating film 6 is completely embedded in the trench 10. Then, the drain electrode 9 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1 so as to be in contact with the drain region 1 ′, and the source electrode 8 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 which is in contact with the source region 3 and the base region 2 on the main surface of the semiconductor substrate 1. It is formed by a sputtering method or the like. Since the main surface of the semiconductor substrate is flatter than before, the adhesion of the electrodes is improved. Although the reflow insulating film is used as the interlayer insulating film in this embodiment, the present invention is not limited to this, and an insulating film having no reflow property may be used. However, when such an insulating film is used, it is necessary to form the insulating film by a method different from the reflowable one.
【0017】次に、図5及び図6を参照してこの実施例
の変形例を説明する。この変形例に示すUMOS構造の
半導体装置は、図1の半導体装置とは基本的には同じで
あり、トレンチを被覆する絶縁構造及びドレイン領域が
相違する。この例では、トレンチ10のゲート電極5が
埋め込まれていない上部にはシリコン酸化膜などからな
る絶縁膜6′のみが埋め込み形成されている。すなわ
ち、この半導体装置にはシリコン窒化膜が介在していな
い。したがって、リフロー性の絶縁膜からゲート電極に
移行するリンやボロンなどの不純物を捕らえてトランジ
スタ特性を安定化させるというシリコン窒化膜特有の作
用効果は有していない。また、ドレイン領域には、ドレ
イン領域1′(高濃度領域)とベース領域2との間に低
濃度ドレインドリフト領域1″が形成されている。この
変形例では、ゲート表面を半導体基板主面より後退させ
て形成しているので、ポリシリコンゲートの表面から半
導体基板主面までの距離は、実質的にゲート電極とソー
ス電極間の絶縁距離にほぼ等しい。また、縦方向に絶縁
距離を取っているのでゲート絶縁膜5の残し幅を小さく
することができ、またベース領域のコンタクト領域を半
導体基板主面に露出させているのでソース領域とベース
領域2とをソース電極8にコンタクトさせるための開口
(図14参照)を形成する必要は無くなり、その分トレ
ンチ5、5間の距離(d)を1.5μm以下に狭めるこ
とができる。Next, a modification of this embodiment will be described with reference to FIGS. The semiconductor device having the UMOS structure shown in this modification is basically the same as the semiconductor device shown in FIG. 1, except for the insulating structure for covering the trench and the drain region. In this example, only the insulating film 6'made of a silicon oxide film or the like is buried and formed in the upper portion of the trench 10 where the gate electrode 5 is not buried. That is, no silicon nitride film is present in this semiconductor device. Therefore, it does not have the action and effect peculiar to the silicon nitride film of capturing impurities such as phosphorus and boron that migrate from the reflowable insulating film to the gate electrode and stabilizing the transistor characteristics. Further, in the drain region, a low-concentration drain drift region 1 ″ is formed between the drain region 1 ′ (high-concentration region) and the base region 2. In this modification, the gate surface is located above the main surface of the semiconductor substrate. Since it is formed so as to be recessed, the distance from the surface of the polysilicon gate to the main surface of the semiconductor substrate is substantially equal to the insulation distance between the gate electrode and the source electrode. Since the remaining width of the gate insulating film 5 can be reduced, and since the contact region of the base region is exposed on the main surface of the semiconductor substrate, an opening for contacting the source region and the base region 2 with the source electrode 8 is formed. (See FIG. 14) is not necessary, and the distance (d) between the trenches 5 and 5 can be narrowed to 1.5 μm or less.
【0018】図7にこのUMOS構造の半導体装置のド
レイン耐圧の隣接するトレンチ−トレンチ間距離依存性
の結果を示す。図は、縦軸がドレイン耐圧(V)、横軸
が隣接するトレンチ間距離d(μm)である。黒丸が図
6に示すpチャネル(pch)UMOS(トレンチ側面
をチャネルとするパワーMOSFET)の特性を表し、
白丸がnチャネル(nch)UMOSの特性を示してい
る。ドレイン耐圧の基準値を40Vにすると、隣接する
トレンチ間距離d(メサ領域幅)を従来の2μm程度か
ら1.5μm以下程度にすると耐圧が2〜3V向上する
結果が得られる。これは従来と同じドレイン耐圧になる
ようにドレイン設計を行った場合において、オン抵抗で
0.5mΩの抵抗低減効果となる。このように、この実
施例では、トレンチ間の距離を規定することによってト
ランジスタのオン抵抗を犠牲にすることなくドレイン耐
圧を向上させることが可能となる。FIG. 7 shows the results of the dependency of the drain breakdown voltage of the semiconductor device having this UMOS structure on the distance between adjacent trenches. In the figure, the vertical axis represents the drain breakdown voltage (V), and the horizontal axis represents the distance d (μm) between adjacent trenches. The black circles represent the characteristics of the p-channel (pch) UMOS (power MOSFET having a trench side surface as a channel) shown in FIG.
White circles show the characteristics of n-channel (nch) UMOS. When the reference value of the drain breakdown voltage is set to 40 V, the breakdown voltage is improved by 2 to 3 V when the distance d between adjacent trenches (width of mesa region) is set to about 1.5 μm or less from the conventional value of about 2 μm. This has the effect of reducing the on-resistance by 0.5 mΩ when the drain is designed to have the same drain breakdown voltage as the conventional one. As described above, in this embodiment, by defining the distance between the trenches, the drain breakdown voltage can be improved without sacrificing the on-resistance of the transistor.
【0019】次に、図8を参照してこの実施例の作用効
果をさらに説明する。図8は、本発明及び従来のパワー
pch型MOSFETのドレイン耐圧を説明する半導体
基板の概念図であり、隣接するトレンチ間(メサ領域
幅)が従来のもの(図8(a))と、従来より狭くなっ
た本発明のもの(図8(b))の等電位線プロファイル
を示している。この概念図により隣接するトレンチ間
(メサ領域幅)が狭くなってくると耐圧が高くなる理由
を説明する。パワーMOSFETの耐圧を決める要因
は、ベースのn層とドレインのp層の主接合部から広が
る空乏層の幅(W)にある。空乏層の幅は、半導体基板
の濃度によって決まり、濃度の薄い基板では空乏層はよ
り遠くまで伸びるので耐圧は高くなる。また、空乏層が
導体や誘電率の異なる領域に当たったときは空乏層が曲
げられ、曲がった部分(例えば、トレンチの先端部分)
で電界の集中が部分的に発生して耐圧を悪くさせてしま
うことがある。そのときp層側に伸びる空乏層W2とn
層側に伸びる空乏層W1は、それぞれトータルのキャリ
アが同じになるように伸びる。通常ベース濃度は、ドリ
フト領域のドレイン濃度よりも約〜10倍程度高くなっ
ているためドレイン側に伸びる空乏層W2は、ベース側
に伸びる空乏層W1に比べて約〜10程度良く伸びるこ
とになる(図8(a))。Next, the function and effect of this embodiment will be further described with reference to FIG. FIG. 8 is a conceptual diagram of a semiconductor substrate for explaining the drain breakdown voltage of the power pch type MOSFET of the present invention and the conventional one, and a conventional one (FIG. 8 (a)) between adjacent trenches (mesa region width) and a conventional one. Fig. 9 shows an equipotential line profile of a narrower version of the invention (Fig. 8 (b)). The reason why the breakdown voltage becomes higher as the space between adjacent trenches (width of the mesa region) becomes narrower will be described with reference to this conceptual diagram. The factor that determines the breakdown voltage of the power MOSFET is the width (W) of the depletion layer extending from the main junction between the n layer of the base and the p layer of the drain. The width of the depletion layer is determined by the concentration of the semiconductor substrate, and in a substrate with a low concentration, the depletion layer extends further and the breakdown voltage increases. Also, when the depletion layer hits a conductor or a region having a different dielectric constant, the depletion layer is bent and bent (for example, the tip of the trench).
Therefore, the electric field may be partially concentrated to deteriorate the breakdown voltage. At that time, the depletion layer W2 extending to the p-layer side and n
The depletion layer W1 extending to the layer side extends so that the total carriers are the same. Usually, the base concentration is about 10 to 10 times higher than the drain concentration in the drift region, so the depletion layer W2 extending to the drain side extends about 10 to 10 times better than the depletion layer W1 extending to the base side. (FIG. 8A).
【0020】セルピッチを縮めていった場合(トレンチ
間距離を小さくする)、ベース側に伸びる空乏層W1
は、セルピッチが広い場合と比べても大きくは変らない
がドレイン側はキャリアの濃度が薄いことと極端にトレ
ンチ間が狭くなった影響でその内部に閉じ込められてい
るキャリア量が少なくなっており、トレンチの外側まで
すぐに伸びるようになっている。トレンチの外側まで空
乏層が伸びたときもセルピッチが広いとき(従来例の場
合)にはなかなか空乏層の終端が平坦になりにくいがセ
ルピッチが狭いとき(本発明の場合)には空乏層の終端
が平坦になり易く、つまり平行電界になりやすく電界の
局所的な集中が起こり難くなっている。以上をまとめる
と、セルピッチが狭くなるとセルピッチが広いときに比
べて空乏層がより遠くまで伸び易くなることと、トレン
チに挟まれた領域での等電位線のプロファイルが疎にな
り電界の集中を緩和させた結果耐圧が良くなる傾向が出
てくるものと考えられる。ベース側の空乏層終端部が0
Vで、ドレイン側の空乏層終端部がドレインのバイアス
電圧(例えば−30V)を指している。この空乏層の中
で0〜−30Vまでの等電位線が黒線に示したように分
布しているものと考えられる。When the cell pitch is reduced (the distance between trenches is reduced), the depletion layer W1 extending to the base side
Is not much different from the case where the cell pitch is wide, but the amount of carriers confined inside the drain side is small due to the low carrier concentration on the drain side and the extremely narrow space between trenches. It is designed to extend to the outside of the trench immediately. Even when the depletion layer extends to the outside of the trench, when the cell pitch is wide (in the case of the conventional example), the termination of the depletion layer does not easily become flat, but when the cell pitch is narrow (in the case of the present invention), the depletion layer terminates. Is likely to be flat, that is, a parallel electric field is likely to occur, and local concentration of the electric field is less likely to occur. To summarize the above, when the cell pitch is narrow, the depletion layer is more likely to extend farther than when the cell pitch is wide, and the equipotential line profile in the region sandwiched by the trenches becomes sparse, reducing the concentration of the electric field. As a result, the breakdown voltage tends to improve. The depletion layer end on the base side is 0
In V, the drain side depletion layer termination portion indicates the drain bias voltage (eg, −30 V). It is considered that in this depletion layer, equipotential lines of 0 to -30 V are distributed as shown by the black line.
【0021】また、ドレイン耐圧(Vdss)とオン抵
抗(Ron)には相関があり、ここでは−30V系パワ
ーpch型MOSFETを例にとって説明する。Ron
(Ω)とVdss(V)の関係は、一般的に式(1)に
示される。
Ron(Ω)=A×Vdss+B ・・・ (1)
(1)式のAと定数Bは素子のスペックによって変る。
オーバースペックとなる耐圧向上分をΔVdssとする
と抵抗低減効果分はΔRon=A×ΔVdssとなる。
ここで例に挙げる−30V系パワーPch型MOSFE
Tに関して、AとBは実験的にA=1.7E−4(Ω/
V)、B=−1.3E−4(Ω)が得られている。トレ
ンチセルピッチを狭くしたことによる耐圧向上分を約
2.4VとするとRon低減効果は、ΔRon=1.7
E−4×2.4=4.1E−4(Ω)=0.41(m
Ω)となる。Further, there is a correlation between the drain breakdown voltage (Vdss) and the on-resistance (Ron). Here, a -30V power pch type MOSFET will be described as an example. Ron
The relationship between (Ω) and Vdss (V) is generally expressed by equation (1). Ron (Ω) = A × Vdss + B (1) A and the constant B in the equation (1) vary depending on the specifications of the element.
If the breakdown voltage improvement amount that is over-spec is ΔVdss, the resistance reduction effect amount is ΔRon = A × ΔVdss.
-30V power Pch type MOSFE which is taken as an example here.
Regarding T, A and B are experimentally A = 1.7E-4 (Ω /
V) and B = -1.3E-4 (Ω) are obtained. If the breakdown voltage improvement due to the narrowing of the trench cell pitch is set to about 2.4 V, the Ron reducing effect is ΔRon = 1.7.
E-4 x 2.4 = 4.1 E-4 (Ω) = 0.41 (m
Ω).
【0022】次に、図9乃至図12を参照して第2の実
施例を説明する。図9は、UMOS構造の半導体装置の
断面図、図10は、図9に示す電極表示が省略された半
導体基板の斜視図、図11は、図9に示す半導体装置の
平面図、図12は、半導体基板全体を示す断面図であ
る。半導体基板21は、例えば、p型シリコン半導体を
用いる。半導体基板21の表面領域にはn型不純物がド
ープされたn−ベース領域22が形成されている。n−
ベース領域22に接して1面が半導体基板21の主面と
なるp−ソース領域23が形成されている。これら領域
が形成されていない裏面側の領域は、p−ドレイン領域
21′となっている。半導体基板21の主面から内部に
向かって複数の長細いトレンチ20が形成されている。
トレンチ20は、ソース領域23が形成された主面から
ドレイン領域21′の所定の深さまでに達している。す
なわち、トレンチ20の底面は、ドレイン領域21′中
に形成されている。トレンチ20の側壁には、例えば、
熱酸化により形成されたシリコン酸化膜などのゲート絶
縁膜24が形成されている。このゲート絶縁膜24は、
トレンチ20の側壁からトレンチ周辺の半導体基板21
の主面上にわずかに延在している。その延在部分のトレ
ンチ20の開口端から先端部までの距離は0〜0.3μ
m程度である。Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 9 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a UMOS structure, FIG. 10 is a perspective view of a semiconductor substrate in which the electrode display shown in FIG. 9 is omitted, FIG. 11 is a plan view of the semiconductor device shown in FIG. 9, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the entire semiconductor substrate. The semiconductor substrate 21 uses, for example, a p-type silicon semiconductor. An n-base region 22 doped with n-type impurities is formed in the surface region of the semiconductor substrate 21. n-
A p-source region 23 having one surface serving as the main surface of the semiconductor substrate 21 is formed in contact with the base region 22. A region on the back surface side where these regions are not formed is a p-drain region 21 '. A plurality of elongated trenches 20 are formed from the main surface of the semiconductor substrate 21 toward the inside.
The trench 20 reaches the predetermined depth of the drain region 21 ′ from the main surface where the source region 23 is formed. That is, the bottom surface of the trench 20 is formed in the drain region 21 '. On the sidewall of the trench 20, for example,
A gate insulating film 24 such as a silicon oxide film formed by thermal oxidation is formed. The gate insulating film 24 is
From the sidewall of the trench 20 to the semiconductor substrate 21 around the trench
It extends slightly above the main surface of. The distance from the open end of the trench 20 in the extended portion to the tip is 0 to 0.3 μm.
It is about m.
【0023】ゲート絶縁膜24に被覆されたトレンチ2
0にはポリシリコンなどからなるゲート25が埋め込ま
れている。この埋め込まれたポリシリコンゲート25の
表面は、半導体基板21の主面より低くなっている。ポ
リシリコンゲート25の表面と半導体基板21の主面と
の間の距離は、0.2μm以上である。ゲート引き出し
部を除いたポリシリコンゲート25は、ソース/ベース
接合部の接合深さより浅く形成されている。ポリシリコ
ンゲート25の表面及びポリシリコンゲート25から露
出しているゲート絶縁膜24の表面にはリフロー性の高
いBPSGなどの層間絶縁膜26が形成されている。こ
の層間絶縁膜26は、リフローされ表面が丸みを帯びて
いる。Trench 2 covered with gate insulating film 24
A gate 25 made of polysilicon or the like is embedded in 0. The surface of the buried polysilicon gate 25 is lower than the main surface of the semiconductor substrate 21. The distance between the surface of polysilicon gate 25 and the main surface of semiconductor substrate 21 is 0.2 μm or more. The polysilicon gate 25 excluding the gate lead portion is formed to be shallower than the junction depth of the source / base junction portion. An interlayer insulating film 26 such as BPSG having a high reflow property is formed on the surface of the polysilicon gate 25 and the surface of the gate insulating film 24 exposed from the polysilicon gate 25. The interlayer insulating film 26 is reflowed and has a rounded surface.
【0024】図10に示すように、トレンチ20間のソ
ース/ベース/ドレイン領域は、その中間にあるベース
領域22のn+高濃度コンタクト領域22′が半導体基
板21の主面に複数の箇所で露出している。すなわち、
半導体基板21の主面にはソース領域23とコンタクト
領域22′が交互に配置されている。この上にベース領
域22及びソース領域23に電気的に接続されたソース
電極28が形成されている。図11に示すように、層間
絶縁膜26は、ほぼトレンチ20の上にのみ形成され
て、ソース領域23及びコンタクト領域22′が露出し
ており、ソース電極28は、これらの上に堆積される。
また、各トレンチ20内に埋め込まれたポリシリコンゲ
ート25は、互いに電気的に接続されるように配線さ
れ、配線されたこれらポリシリコンゲート25は、半導
体基板21の主面に形成されたゲート引き出し電極2
5′と電気的に接続されている。ゲート引き出し電極2
5′にはリード線25″が接続されている。ソース電極
28は、例えば、アルミニウムからなり、ソース領域2
3及びコンタクト領域22′と対向する部分は、TiW
膜などのバリアメタル層が介在されるようにしても良
い。また、半導体基板21の裏面は、ドレイン領域2
1′と電気的に接続されたドレイン電極29が形成され
ている(図12参照)。隣接するトレンチ25間の距離
d(メサ領域幅)1.5μm以下である。As shown in FIG. 10, in the source / base / drain regions between the trenches 20, the n + high-concentration contact region 22 ′ of the base region 22 in the middle is formed at a plurality of locations on the main surface of the semiconductor substrate 21. Exposed. That is,
Source regions 23 and contact regions 22 'are alternately arranged on the main surface of the semiconductor substrate 21. A source electrode 28 electrically connected to the base region 22 and the source region 23 is formed thereon. As shown in FIG. 11, the interlayer insulating film 26 is formed almost only on the trench 20, the source region 23 and the contact region 22 'are exposed, and the source electrode 28 is deposited on these. .
Further, the polysilicon gates 25 embedded in the respective trenches 20 are wired so as to be electrically connected to each other, and the wired polysilicon gates 25 are formed on the main surface of the semiconductor substrate 21. Electrode 2
5'is electrically connected. Gate extraction electrode 2
A lead wire 25 ″ is connected to 5 ′. The source electrode 28 is made of, for example, aluminum, and has a source region 2
3 and a portion facing the contact region 22 'are made of TiW.
A barrier metal layer such as a film may be interposed. In addition, the back surface of the semiconductor substrate 21 has the drain region 2
A drain electrode 29 electrically connected to 1'is formed (see FIG. 12). The distance d (mesa region width) between the adjacent trenches 25 is 1.5 μm or less.
【0025】この実施例では、ゲート表面を半導体基板
主面より後退させて形成しているので、層間絶縁膜が被
覆されているゲート絶縁膜の延在部分のトレンチ開口端
から先端部分までの距離及びポリシリコンゲート表面か
ら半導体基板主面までの距離の和は、実質的にゲート電
極とソース電極間の絶縁距離にほぼ等しい。ソース領域
及びベース領域をソース電極と電気的に接続するために
用いる開口を基板に形成する構造では、層間絶縁膜が被
覆されているゲート絶縁膜の残し幅が実質的な絶縁距離
であるので、この実施例では、縦方向に絶縁距離を取っ
ただけゲート絶縁膜の残し幅を小さくすることができ
る。またベース領域のコンタクト領域を半導体基板主面
に露出させているのでソース領域とベース領域とをソー
ス電極にコンタクトさせるための開口を形成する必要は
無くなり、その分トレンチ間を狭めることができる。し
たがって、トレンチ間距離を1.5μm以下にしてセル
ピッチを十分シュリンクさせることが可能になる。ま
た、層間絶縁膜の表面は丸みを帯びているのでソース電
極の密着性が高くなり段切れなどのない機械的強度の高
い構造が得られる。In this embodiment, since the gate surface is formed so as to be recessed from the main surface of the semiconductor substrate, the distance from the trench opening end to the tip portion of the extended portion of the gate insulating film covered with the interlayer insulating film. And the sum of the distances from the polysilicon gate surface to the main surface of the semiconductor substrate is substantially equal to the insulation distance between the gate electrode and the source electrode. In the structure in which the opening used to electrically connect the source region and the base region to the source electrode is formed in the substrate, since the remaining width of the gate insulating film covered with the interlayer insulating film is a substantial insulating distance, In this embodiment, the remaining width of the gate insulating film can be reduced by keeping the insulation distance in the vertical direction. Further, since the contact region of the base region is exposed on the main surface of the semiconductor substrate, it is not necessary to form an opening for contacting the source region and the base region with the source electrode, and the trench can be narrowed accordingly. Therefore, it becomes possible to sufficiently shrink the cell pitch by setting the distance between trenches to 1.5 μm or less. In addition, since the surface of the interlayer insulating film is rounded, the adhesion of the source electrode is enhanced, and a structure having high mechanical strength without step breakage can be obtained.
【0026】次に、このUMOS構造の半導体装置を製
造する工程を説明する。シリコンなどからなる半導体基
板21に、その裏面に一面が露出しているp−ドレイン
領域21′、ドレイン領域21′の他面と接し部分的に
複数の箇所で半導体基板21の主面に露出するn−ベー
ス領域22及び一面が前記ベース領域22と接し、他面
が半導体基板21の主面に露出しているp−ソース領域
23を形成する。なお、トレンチを形成した後にソース
を形成するプロセスを採用することもできる。次に、半
導体基板21の主面から縦方向に底面がドレイン領域2
1′中に配置されるようにトレンチ20を形成する。そ
の後、トレンチ20の側壁を含めて半導体基板21の主
面にシリコン酸化膜などのゲート絶縁膜24を形成す
る。次に、前記トレンチ20内部を含めてポリシリコン
膜を半導体基板21の主面に堆積させ、これをパターニ
ングして、トレンチ20内に、その表面がソース領域2
3とベース領域22との接合面より上部にあり、且つ半
導体基板21の主面より低い位置に埋め込まれるように
ポリシリコンからなるゲート電極25を形成する。この
トレンチ20内部に埋め込まれたポリシリコンゲート2
5上及びゲート絶縁膜24上にBPSG膜などのリフロ
ー性の絶縁膜を堆積させる。Next, a process of manufacturing the semiconductor device having the UMOS structure will be described. The semiconductor substrate 21 made of silicon or the like is in contact with the other surface of the p-drain region 21 'and the drain region 21' whose one surface is exposed on the back surface, and is partially exposed on the main surface of the semiconductor substrate 21 at a plurality of locations. An n-base region 22 and a p-source region 23 having one surface in contact with the base region 22 and the other surface exposed to the main surface of the semiconductor substrate 21 are formed. It is also possible to adopt a process of forming the source after forming the trench. Next, the bottom surface of the semiconductor substrate 21 in the vertical direction extends from the main surface to the drain region 2.
A trench 20 is formed so as to be arranged in 1 '. After that, a gate insulating film 24 such as a silicon oxide film is formed on the main surface of the semiconductor substrate 21 including the sidewalls of the trench 20. Next, a polysilicon film including the inside of the trench 20 is deposited on the main surface of the semiconductor substrate 21, and this is patterned so that the surface of the source region 2 is inside the trench 20.
A gate electrode 25 made of polysilicon is formed so as to be located above the junction surface between the semiconductor substrate 21 and the base region 22 and below the main surface of the semiconductor substrate 21. Polysilicon gate 2 embedded in the trench 20
A reflowable insulating film such as a BPSG film is deposited on the gate insulating film 24 and the gate insulating film 24.
【0027】リフロー性の絶縁膜26にフォトレジスト
からなる所定のパターンを有するマスクを配置し、この
マスクを用いて異方性エッチング法により絶縁膜26を
エッチングして、トレンチ20のポリシリコンゲート2
5が埋め込まれていない部分及び前記トレンチ周辺部の
前記ゲート絶縁膜24上にリフロー性の絶縁膜26をパ
ターニングする。マスクは、トレンチ20とその周辺を
被覆している。パターニングされた絶縁膜26は、マス
クに合わせて形成される。次に、フォトレジストのマス
クを除去してから、エッチングによりパターニングされ
たリフロー性の絶縁膜26を900℃以上でリフローす
ることにより、このリフロー性の絶縁膜26を完全にト
レンチ20内に埋め込むとともにその表面に丸みを帯び
させることができる(図10参照)。次に、半導体基板
21の裏面にドレイン領域21′と接するようにドレイ
ン電極29及び主面側にベース領域22及びソース領域
23に接するようにソース電極28を形成する(図9参
照)。この実施例では、セルピッチのシュリンクが十分
達成でき、また、コンタクト露光(リフロー性の絶縁膜
のパターニング処理)の合せズレがあってもリフローに
より埋め戻しが可能になる。A mask having a predetermined pattern made of photoresist is arranged on the reflowable insulating film 26, and the insulating film 26 is etched by anisotropic etching using this mask to form the polysilicon gate 2 in the trench 20.
A reflowable insulating film 26 is patterned on the gate insulating film 24 in the portion where the trenches 5 are not buried and in the peripheral portion of the trench. The mask covers the trench 20 and its periphery. The patterned insulating film 26 is formed according to the mask. Next, after removing the photoresist mask, the reflowable insulating film 26 patterned by etching is reflowed at 900 ° C. or higher to completely fill the trench 20 with the reflowable insulating film 26. The surface can be rounded (see FIG. 10). Next, the drain electrode 29 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 21 so as to be in contact with the drain region 21 ', and the source electrode 28 is formed on the main surface side so as to be in contact with the base region 22 and the source region 23 (see FIG. 9). In this embodiment, shrinking of the cell pitch can be sufficiently achieved, and refilling can be performed by reflow even if there is misalignment in contact exposure (patterning process of a reflowable insulating film).
【0028】図12は、この実施例の完成された半導体
装置を示す半導体基板の断面図である。 次に、図13
を参照して第3の実施例を説明する。図13は、UMO
S構造の半導体装置の断面図及び平面図である。この断
面図は、平面図のA−A′線に沿う部分に相当する。こ
の実施例の半導体装置は、ソース領域とベース領域とを
ソース電極にコンタクトさせるための開口を形成してい
るので、その分トレンチ間の距離dを所定の幅にするこ
とは困難であり、細心の注意をしながら工程を進める必
要がある。この実施例の半導体基板に形成されたUMO
S(トレンチ内にゲート電極を埋め込み、そのトレンチ
側面をチャネル領域とする縦型パワーMOSFET)
は、ポリシリコンなどのゲート電極が埋め込まれた複数
のトレンチを有し、そのトレンチ間の距離が1.5以下
程度で構成され、トレンチの口径は約0.5μmであ
る。FIG. 12 is a sectional view of a semiconductor substrate showing a completed semiconductor device of this embodiment. Next, FIG.
The third embodiment will be described with reference to FIG. Figure 13 shows UMO
It is sectional drawing and the top view of the semiconductor device of S structure. This sectional view corresponds to a portion along the line AA 'in the plan view. Since the semiconductor device of this embodiment has the opening for contacting the source region and the base region with the source electrode, it is difficult to make the distance d between the trenches a predetermined width by that amount, and it is very careful. It is necessary to proceed with the process while paying attention to. UMO formed on the semiconductor substrate of this embodiment
S (vertical power MOSFET in which a gate electrode is embedded in the trench and the side surface of the trench serves as a channel region)
Has a plurality of trenches in which a gate electrode such as polysilicon is embedded, and the distance between the trenches is about 1.5 or less, and the diameter of the trench is about 0.5 μm.
【0029】半導体基板31は、例えば、p型シリコン
半導体を用いる。半導体基板31の表面領域にはn型不
純物がドープされたn−ベース領域32が形成されてい
る。n−ベース領域32の上には1面が半導体基板31
の主面となるp−ソース領域33が形成されている。こ
れら領域が形成されていない裏面側の領域は、p−ドレ
イン領域31′となっている。半導体基板31の主面か
ら内部に向かって複数のトレンチ30が形成されてい
る。トレンチ30は、p−ソース領域33が形成された
主面からp−ドレイン領域31′の所定の深さまでに達
している。トレンチ30側壁には、例えば、熱酸化によ
り形成されたシリコン酸化膜などのゲート絶縁膜34が
形成されている。このゲート絶縁膜34は、トレンチ3
0側壁からトレンチ周辺の半導体基板31の主面上に延
在している。隣接するトレンチ間の距離は、1.5μm
程度以下である。ゲート絶縁膜34に被覆されたトレン
チ30にはポリシリコンなどからなるゲート35が埋め
込まれている。このポリシリコンゲート35の表面は、
半導体基板31の主面とほぼ同じ面を構成している。ポ
リシリコンゲート35の表面及びゲート絶縁膜34の表
面は、CVDなどにより形成されたシリコン酸化膜など
の層間絶縁膜36が堆積形成されている。さらに半導体
基板31の主面には、トレンチ30間に層間絶縁膜36
を貫通してベース領域34に達する開口37が形成され
ている。For the semiconductor substrate 31, for example, a p-type silicon semiconductor is used. An n-base region 32 doped with n-type impurities is formed in the surface region of the semiconductor substrate 31. The semiconductor substrate 31 has one surface on the n-base region 32.
A p-source region 33 that serves as the main surface of is formed. A region on the back surface side where these regions are not formed is a p-drain region 31 '. A plurality of trenches 30 are formed from the main surface of the semiconductor substrate 31 toward the inside. The trench 30 reaches the predetermined depth of the p-drain region 31 ′ from the main surface where the p-source region 33 is formed. A gate insulating film 34 such as a silicon oxide film formed by thermal oxidation is formed on the sidewall of the trench 30. The gate insulating film 34 is formed in the trench 3
0 side wall and extends on the main surface of the semiconductor substrate 31 around the trench. The distance between adjacent trenches is 1.5 μm
It is below the level. A gate 35 made of polysilicon or the like is embedded in the trench 30 covered with the gate insulating film 34. The surface of the polysilicon gate 35 is
It forms almost the same surface as the main surface of the semiconductor substrate 31. An interlayer insulating film 36 such as a silicon oxide film formed by CVD is deposited and formed on the surface of the polysilicon gate 35 and the surface of the gate insulating film 34. Further, on the main surface of the semiconductor substrate 31, the interlayer insulating film 36 is provided between the trenches 30.
An opening 37 that penetrates through and reaches the base region 34 is formed.
【0030】開口37は、トレンチ30間にあって半導
体基板31の主面に、例えば、千鳥状に形成配置されて
いる。また、各トレンチ30内に埋め込まれたポリシリ
コンゲート35は、互いに電気的に接続されるように配
線され、配線されたこれらポリシリコンゲート35は、
半導体基板31主面に形成されたゲート引き出し電極3
5′と電気的に接続されている。この状態で半導体基板
31主面は、開口37及びゲート引き出し電極35′を
除いて層間絶縁膜36により被覆されている。層間絶縁
膜36上には、ゲート引き出し電極35′とは電気的に
絶縁されるようにソース電極38が形成されている。ソ
ース電極38は、開口37内部にも埋め込まれて開口3
7内部に露出しているソース領域33及びベース領域3
2と電気的に接続されている。ソース電極38は、例え
ば、アルミニウムからなり、ソース領域33及びベース
領域32と対向する部分は、バリアメタル層が介在され
ている(図示しない)。また半導体基板31の裏面は、
ドレイン領域31′と電気的に接続されたドレイン電極
39が形成されている。この構造のものは、ポリシリコ
ンゲート35とソース電極38の間の絶縁を保つため及
び露光技術の合わせずれマージン対策のために、層間絶
縁膜36をエッチングして開口37を形成した際にトレ
ンチ30の開口端から開口37の端まで距離を持たせて
いる。The openings 37 are formed between the trenches 30 on the main surface of the semiconductor substrate 31, for example, in a zigzag pattern. Further, the polysilicon gates 35 embedded in the respective trenches 30 are wired so as to be electrically connected to each other, and the wired polysilicon gates 35 are
Gate extraction electrode 3 formed on the main surface of the semiconductor substrate 31
5'is electrically connected. In this state, the main surface of the semiconductor substrate 31 is covered with the interlayer insulating film 36 except for the opening 37 and the gate lead electrode 35 '. A source electrode 38 is formed on the interlayer insulating film 36 so as to be electrically insulated from the gate lead electrode 35 '. The source electrode 38 is also embedded inside the opening 37 and the opening 3 is formed.
7. Source region 33 and base region 3 exposed inside
2 is electrically connected. The source electrode 38 is made of, for example, aluminum, and a barrier metal layer is interposed (not shown) at a portion facing the source region 33 and the base region 32. The back surface of the semiconductor substrate 31 is
A drain electrode 39 electrically connected to the drain region 31 'is formed. With this structure, the trench 30 is formed when the opening 37 is formed by etching the interlayer insulating film 36 in order to maintain the insulation between the polysilicon gate 35 and the source electrode 38 and as a countermeasure against the misalignment margin of the exposure technique. There is a distance from the open end of the opening to the end of the opening 37.
【0031】この実施例は、トレンチ側面をチャネルと
する縦型のパワーMOSFETの隣接するトレンチ間の
距離(メサ領域幅)を1.5μm以下で構成されている
ので、トランジスタのオン抵抗を犠牲にすることなくド
レイン耐圧を向上させることが可能となる。本発明の隣
接するトレンチ間の距離を1.5μm以下にするトレン
チの側面をチャネルとするパワーMOSFETは、従来
知られているどのようなタイプにも適用することができ
る。In this embodiment, the distance (mesa region width) between adjacent trenches of a vertical power MOSFET having a trench side surface as a channel is set to 1.5 μm or less, so that the on-resistance of the transistor is sacrificed. The drain breakdown voltage can be improved without doing so. The power MOSFET having a channel on the side surface of the trench according to the present invention, in which the distance between adjacent trenches is 1.5 μm or less, can be applied to any conventionally known type.
【0032】[0032]
【発明の効果】本発明は、以上のようにトレンチ側面を
チャネルとする縦型のパワーMOSFETに形成された
隣接するトレンチ間の距離(メサ領域幅)を1.5μm
以下で構成されているので、トランジスタのドレイン耐
圧を犠牲にすることなくオン抵抗を低減させることが可
能となる。As described above, according to the present invention, the distance (mesa region width) between adjacent trenches formed in the vertical power MOSFET having the trench side surface as the channel is 1.5 μm.
Since it is configured as follows, it is possible to reduce the on-resistance without sacrificing the drain breakdown voltage of the transistor.
【図1】本発明の第1の実施例に係るUMOS構造の半
導体装置の断面図。FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device having a UMOS structure according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1に示すUMOS構造の半導体装置(半導体
基板の上下に形成された電極の表示は省略)の斜視図及
びこの斜視図のA−A′線に沿う部分の断面図。2 is a perspective view of a semiconductor device having a UMOS structure (illustration of electrodes formed above and below a semiconductor substrate is omitted) shown in FIG. 1 and a cross-sectional view of a portion along line AA ′ of this perspective view.
【図3】図1に示すUMOS構造の半導体装置の上面か
ら見た部分透視平面図。3 is a partially transparent plan view of the semiconductor device having the UMOS structure shown in FIG.
【図4】図1に示すUMOS構造の半導体装置の工程を
説明する部分透視断面図。FIG. 4 is a partial perspective sectional view illustrating a process of the semiconductor device having the UMOS structure shown in FIG.
【図5】本発明の第1の実施例に係るUMOS構造の半
導体装置(半導体基板の上下に形成された電極の表示は
省略)の断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a UMOS structure according to the first embodiment of the present invention (display of electrodes formed above and below a semiconductor substrate is omitted).
【図6】図5に示すUMOS構造の半導体装置の断面
図。6 is a cross-sectional view of the semiconductor device having the UMOS structure shown in FIG.
【図7】半導体装置の隣接するトレンチ間距離(メサ領
域幅)(d)とドレイン耐圧との関係を示す特性図。FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the distance between adjacent trenches (mesa region width) (d) of the semiconductor device and the drain breakdown voltage.
【図8】本発明及び従来のUMOS構造の半導体装置
(パワーMOSFET)のドレイン耐圧を説明する半導
体基板の概略断面図。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor substrate for explaining the drain breakdown voltage of a semiconductor device (power MOSFET) of the present invention and a conventional UMOS structure.
【図9】本発明の第2の実施例に係るUMOS構造の半
導体装置の断面図。FIG. 9 is a sectional view of a semiconductor device having a UMOS structure according to a second embodiment of the present invention.
【図10】図9に示すUMOS構造の半導体装置(半導
体基板の上下に形成された電極の表示は省略)の斜視
図。10 is a perspective view of the semiconductor device having the UMOS structure shown in FIG. 9 (illustration of electrodes formed above and below a semiconductor substrate is omitted).
【図11】図9に示すUMOS構造の半導体装置の上面
から見た部分透視平面図。11 is a partial perspective plan view of the semiconductor device having the UMOS structure shown in FIG. 9 as seen from above.
【図12】図9に示す半導体装置の半導体基板全体を示
す断面図。12 is a cross-sectional view showing the entire semiconductor substrate of the semiconductor device shown in FIG.
【図13】本発明の第3の実施例に係るUMOS構造の
半導体装置の断面図及び平面図(平面図は半導体基板の
上下に形成された電極の表示は省略し、断面図はこの平
面図のA−A′線に沿う部分を表している)。FIG. 13 is a sectional view and a plan view of a semiconductor device having a UMOS structure according to a third embodiment of the present invention (the plan view does not show the electrodes formed above and below the semiconductor substrate, and the cross section is the plan view). The portion along the line AA ′ in FIG.
【図14】従来のUMOS構造の半導体装置の断面図及
び平面図(平面図は半導体基板の上下に形成された電極
の表示は省略し、断面図はこの平面図のA−A′線に沿
う部分を表している)。FIG. 14 is a sectional view and a plan view of a conventional semiconductor device having a UMOS structure (the plan view does not show electrodes formed above and below a semiconductor substrate, and the cross section is taken along the line AA ′ of the plan view). Represents the part).
1、21、31、101・・・半導体基板、1′、2
1′、31′、101′・・・ドレイン領域、1″・・
・低濃度ドレインドリフト領域、2、22、32、10
2・・・ベース領域、3、23、33、103・・・ソ
ース領域、4、24、34、104・・・ゲート絶縁
膜、5、25、35、105・・・ゲート電極(ポリシ
リコンゲート)5′、25′、105′・・・ゲート引
き出し電極、5″、25″・・・リード、 6、6′、
26、36、106・・・絶縁膜、7・・・シリコン窒
化膜、 8、28、38、108・・・ソース電極、
9、29、39、109・・・ドレイン電極、10、2
0、30、110・・・トレンチ、37、107・・・
開口。1, 21, 31, 101 ... Semiconductor substrate, 1 ', 2
1 ', 31', 101 '... Drain region, 1 "...
-Low-concentration drain drift region, 2, 22, 32, 10
2 ... Base region, 3, 23, 33, 103 ... Source region, 4, 24, 34, 104 ... Gate insulating film, 5, 25, 35, 105 ... Gate electrode (polysilicon gate) ) 5 ', 25', 105 '... Gate extraction electrode, 5 ", 25" ... Lead, 6, 6',
26, 36, 106 ... Insulating film, 7 ... Silicon nitride film, 8, 28, 38, 108 ... Source electrode,
9, 29, 39, 109 ... Drain electrodes 10, 2
0, 30, 110 ... Trench, 37, 107 ...
Opening.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊野 孝佳 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 大澤 明彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 大田 剛志 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 高橋 純司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Fターム(参考) 4M104 AA01 BB01 BB02 BB36 CC05 DD02 FF18 FF22 GG09 GG10 GG14 GG18 HH09 HH12 HH14 HH20 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Takaka Ino 1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen Inside (72) Inventor Akihiko Osawa 1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen Inside (72) Inventor Takeshi Ota 1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen Inside (72) Inventor Junji Takahashi 1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen Inside F-term (reference) 4M104 AA01 BB01 BB02 BB36 CC05 DD02 FF18 FF22 GG09 GG10 GG14 GG18 HH09 HH12 HH14 HH20
Claims (7)
が露出しているドレイン領域と、 前記半導体基板に形成され、前記ドレイン領域の他面と
接し、部分的に複数の箇所で前記半導体基板主面に露出
するベース領域と、 前記半導体基板に形成され、一面が前記ベース領域と接
し、他面が前記半導体基板主面に露出しているソース領
域と、 前記半導体基板主面から縦方向に底面が前記ドレイン領
域中に配置されるように形成されたトレンチと、 実質的に前記トレンチ側壁のみに形成されたゲート絶縁
膜と、 前記トレンチ内に埋め込まれ、その表面が前記ソース領
域と前記ベース領域との接合面より上部にあり、且つ前
記半導体基板主面より低い位置に形成されているゲート
電極と、 前記半導体基板裏面に前記ドレイン領域と接するように
形成されたドレイン電極と、 前記半導体基板主面に形成され、前記ソース領域及び前
記ベース領域に接するソース電極とを備え、 前記トレンチは、所定の間隔をおいて複数形成され、隣
接する前記トレンチ間の距離は、1.5μm以下である
ことを特徴とする半導体装置。1. A semiconductor substrate, a drain region formed on the semiconductor substrate and having one surface exposed at the back surface of the semiconductor substrate, and a drain region formed on the semiconductor substrate, contacting the other surface of the drain region, and partially A base region exposed at the semiconductor substrate main surface at a plurality of locations; a source region formed on the semiconductor substrate, one surface contacting the base region and the other surface exposed at the semiconductor substrate main surface; A trench formed so that the bottom surface is arranged in the drain region in the vertical direction from the main surface of the substrate, a gate insulating film formed substantially only on the sidewall of the trench, and a surface embedded in the trench. A gate electrode formed above the junction surface between the source region and the base region and lower than the main surface of the semiconductor substrate; A drain electrode formed to be in contact with a drain region; and a source electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate and in contact with the source region and the base region, wherein the trench is formed in plural at predetermined intervals. The semiconductor device, wherein the distance between the adjacent trenches is 1.5 μm or less.
前記ゲート電極が埋め込まれていない部分及び前記トレ
ンチ周辺部に露出する前記ゲート絶縁膜上に形成された
絶縁膜を備えたことを特徴とする請求項1に記載の半導
体装置。2. An insulating film formed on the surface of the gate electrode, a portion of the trench where the gate electrode is not buried, and the gate insulating film exposed in the peripheral portion of the trench. The semiconductor device according to claim 1.
まれていない部分に埋め込まれたリフロー性の絶縁膜を
備えたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a reflowable insulating film embedded in a portion of the trench where the gate electrode is not embedded.
極の表面との間及び前記リフロー性の絶縁膜と前記トレ
ンチの前記ゲート電極が埋め込まれていない部分に露出
するゲート絶縁膜との間にシリコン窒化膜が形成されて
いることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。4. A gate insulating film exposed between the reflowable insulating film and the surface of the gate electrode and between the reflowable insulating film and a portion of the trench where the gate electrode is not buried. The semiconductor device according to claim 3, wherein a silicon nitride film is formed.
が露出しているドレイン領域と、 前記半導体基板に形成され、前記ドレイン領域の他面と
接しているベース領域と、 前記半導体基板に形成され、一面が前記ベース領域と接
し、他面が前記半導体基板主面に露出しているソース領
域と、 前記半導体基板主面から縦方向に底面が前記ドレイン領
域中に配置されるように形成されたトレンチと、 前記トレンチ側壁に形成され、且つその周辺部まで延在
しているゲート絶縁膜と、 前記トレンチ内に埋め込まれ、その表面が前記ソース領
域と前記ベース領域との接合面より上部にあり、且つ前
記半導体基板主面より低い位置に形成されているゲート
電極と、 前記半導体基板裏面に前記ドレイン領域と接するように
形成されたドレイン電極と、 前記半導体基板主面に形成され、前記ソース領域及び前
記ベース領域に接するソース電極とを備え、 前記トレンチは、所定の間隔をおいて複数形成され、隣
接する前記トレンチ間の距離は、1.5μm以下である
ことを特徴とする半導体装置。5. A semiconductor substrate, a drain region formed on the semiconductor substrate and having one surface exposed on the back surface of the semiconductor substrate, and a base region formed on the semiconductor substrate and in contact with the other surface of the drain region. A source region formed on the semiconductor substrate, one surface of which is in contact with the base region and the other surface of which is exposed to the semiconductor substrate main surface, and a bottom surface in the vertical direction from the semiconductor substrate main surface in the drain region. A trench formed so as to be disposed; a gate insulating film formed on the sidewall of the trench and extending to a peripheral portion thereof; and a trench filled in the trench, the surface of which is the source region and the base region. A gate electrode formed above the junction surface of the semiconductor substrate and lower than the main surface of the semiconductor substrate, and in contact with the drain region on the back surface of the semiconductor substrate. A drain electrode formed, and a source electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate and in contact with the source region and the base region, wherein the trench is formed in plural at predetermined intervals, and between the adjacent trenches. The semiconductor device is characterized in that the distance is less than 1.5 μm.
れ、前記ソース電極は、この開口を介して前記ソース領
域及び前記ベース領域に接していることを特徴とする請
求項5に記載の半導体装置。6. The semiconductor device according to claim 5, wherein an opening is formed in the main surface of the semiconductor substrate, and the source electrode is in contact with the source region and the base region through the opening. apparatus.
が露出しているドレイン領域、前記ドレイン領域の他面
と接し、部分的に複数の箇所で前記半導体基板主面に露
出するベース領域及び一面が前記ベース領域と接し、他
面が前記半導体基板主面に露出しているソース領域を形
成する工程と、 前記半導体基板主面から縦方向に底面が前記ドレイン領
域中に配置されるように複数のトレンチを隣接するトレ
ンチ間が1.5μm以下になるように形成する工程と、 実質的に前記トレンチ側壁のみにゲート絶縁膜を形成す
る工程と、 前記トレンチ内に、その表面が前記ソース領域と前記ベ
ース領域との接合面より上部にあり、且つ前記半導体基
板主面より低い位置に埋め込まれるようにゲート電極を
形成する工程と、 前記半導体基板裏面に前記ドレイン領域と接するように
ドレイン電極を形成する工程と、 前記ソース領域及び前記ベース領域に接する前記半導体
基板主面にソース電極を形成する工程とを備えたことを
特徴とする半導体装置の製造方法。7. A drain region of which one surface is exposed to the back surface of the semiconductor substrate, a base region which is in contact with the other surface of the drain region and is partially exposed to the main surface of the semiconductor substrate at a plurality of locations, and one surface of the semiconductor substrate. Forming a source region which is in contact with the base region and the other surface of which is exposed to the semiconductor substrate main surface, and a plurality of bottom surfaces are arranged in the drain region in the vertical direction from the semiconductor substrate main surface. Forming trenches such that the distance between adjacent trenches is 1.5 μm or less; forming a gate insulating film substantially only on the trench sidewalls; A step of forming a gate electrode so as to be buried above a junction surface with the base region and lower than the main surface of the semiconductor substrate; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a drain electrode so as to be in contact with a rain region; and forming a source electrode on the main surface of the semiconductor substrate in contact with the source region and the base region.
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