JP4899425B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、パワー集積回路(パワーIC)などの半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device such as a power integrated circuit (power IC) and a manufacturing method thereof.
近年、携帯情報機器の急速な普及や通信技術の高度化などに伴い、パワーMOSFET(金属−酸化膜−半導体よりなる絶縁ゲート構造を有する電界効果トランジスタ)を内蔵したパワーICの重要性が高まっている。横型パワーMOSFETと制御回路を集積したパワーICでは、従来のパワーMOSFET単体と制御駆動回路とを組み合わせてなる構成に対し、小型化、低消費電力化、高信頼性化および低コスト化などが期待される。そこで、CMOS(相補型MOS)回路よりなる制御駆動回路と横型パワーMOSFETとを同一半導体基板上に集積するため、CMOSプロセスをベースにした高性能な横型パワーMOSFETの開発が活発に行われている。 In recent years, with the rapid spread of portable information devices and the advancement of communication technology, the importance of power ICs with built-in power MOSFETs (field-effect transistors having an insulated gate structure made of metal-oxide-semiconductor) has increased. Yes. A power IC that integrates a lateral power MOSFET and a control circuit is expected to be smaller, lower power consumption, higher reliability, and lower cost than a conventional power MOSFET combined with a control drive circuit. Is done. Therefore, in order to integrate a control drive circuit composed of a CMOS (complementary MOS) circuit and a lateral power MOSFET on the same semiconductor substrate, development of a high-performance lateral power MOSFET based on a CMOS process has been actively conducted. .
ところで、デバイスピッチを縮小して集積度を高めるための技術として、トレンチ構造のMOSFETが知られている。上述した横型パワーMOSFETにおいても、さらなる高集積化と低オン抵抗化を図るために、トレンチ技術が盛んに駆使されている。 Incidentally, a MOSFET having a trench structure is known as a technique for reducing the device pitch and increasing the degree of integration. Also in the lateral power MOSFET described above, in order to achieve further higher integration and lower on-resistance, trench technology is actively used.
図59は、従来のトレンチ構造を適用した横型パワー素子の一例を示す断面図である。図59に示すように、P型半導体基板1の内部にN型ウェル領域2が設けられている。N型ウェル領域2の内部には、チャネル領域となるP型オフセット領域3が設けられている。P型オフセット領域3の内部には、2つのトレンチ4が形成されている。トレンチ4の底部には、拡張Nドレイン領域5が設けられている。トレンチ4の内側には、トレンチ4の底面および側壁面に沿って薄いゲート酸化膜6,7が設けられている。
FIG. 59 is a cross-sectional view showing an example of a horizontal power element to which a conventional trench structure is applied. As shown in FIG. 59, an N-
ゲート酸化膜6,7の内側には、ゲート電極8,9が設けられている。ゲート電極8,9のさらに内側には、層間絶縁膜10が埋められている。トレンチ4により分割されてできた基板表面層の第1メサ領域には、N+型の第1ソース領域11とP+型の第1ソース領域12が設けられている。トレンチ4により分割されてできた基板表面層の第2メサ領域には、N+型の第2ソース領域13とP+型の第2ソース領域14が設けられている。
N+型の第1ソース領域11およびP+型の第1ソース領域12には、第1ソース電極15が電気的に接続している。N+型の第2ソース領域13およびP+型の第2ソース領域14には、第2ソース電極16が電気的に接続している。このように、第1ソース電極15から第2ソース電極16へ電流を流すことができるとともに、第2ソース電極16から第1ソース電極15へも電流を流すことができる双方向素子が公知である(例えば、特許文献1参照。)。
A
上述した双方向素子は、次のようにして製造される。まず、P型半導体基板1の表面層にN型ウェル領域2を形成し、そのN型ウェル領域2の表面層にトレンチ4を形成する(このときの断面構成は図3に相当)。次いで、第1メサ領域と第2メサ領域の表面層にP型不純物をイオン注入するとともに、トレンチ4の底面にN型不純物をイオン注入する(このときの断面構成は図4および図5に相当)。
The bidirectional element described above is manufactured as follows. First, the N-
次いで、熱拡散を行って、第1メサ領域および第2メサ領域にP型オフセット領域3を形成するとともに、トレンチ4の底部に拡張Nドレイン領域5を形成する。次いで、トレンチ4の内部にゲート酸化膜6,7を形成し、さらにその内側にゲート電極8,9を形成する(このときの断面構成は図6に相当)。
Next, thermal diffusion is performed to form a P-
次いで、P型オフセット領域3の表面層に選択的にN型不純物とP型不純物をイオン注入する(このときの断面構成は図9および図10に相当)。次いで、熱拡散を行って、第1メサ領域のP型オフセット領域3の表面層にN+型の第1ソース領域11とP+型の第1ソース領域12を形成するとともに、第2メサ領域のP型オフセット領域3の表面層にN+型の第2ソース領域13とP+型の第2ソース領域14を形成する。
Next, N-type impurities and P-type impurities are selectively ion-implanted into the surface layer of the P-type offset region 3 (the cross-sectional configuration at this time corresponds to FIGS. 9 and 10). Next, thermal diffusion is performed to form the N + -type
次いで、層間絶縁膜10を堆積し、平坦化する(このときの断面構成は図11に相当)。最後に、層間絶縁膜10にコンタクトホールを開口し、第1ソース電極15と第2ソース電極16を形成し、図59に示す半導体装置が完成する。
Next, an interlayer
また、図60に示すように、上述した構成の横型パワー素子において、トレンチ4の底面に厚いLOCOS(Local Oxidation of Silicon)酸化膜17を形成した素子が公知である(例えば、特許文献2参照。)。LOCOS酸化膜17は、素子の上方から見て、ゲート電極8,9とその内側の酸化膜の界面が拡張Nドレイン領域5と重なる部分で厚くなるように形成されている。以下、素子の上方から見て、トレンチ内の電極とその内側の絶縁膜(酸化膜を含む)の界面がトレンチ底部のドレイン領域と重なる部分をオーバーラップ部分と称する。
In addition, as shown in FIG. 60, an element in which a thick LOCOS (Local Oxidation of Silicon) oxide film 17 is formed on the bottom surface of the
しかしながら、図59に示す従来の素子では、第1ソース電極15とその側のゲート電極8を接地電位とし、第2ソース電極16とその側のゲート電極9に耐圧未満の高電圧を印加して信頼性試験を行うと、図61に破線で示す電界分布のように、オーバーラップ部分で電界の集中が起こる。そして、拡張Nドレイン領域5の電子が薄い酸化膜に捕獲され、拡張Nドレイン領域5が空乏化する。そのため、深刻な電流低下を招くという問題点がある。
However, in the conventional device shown in FIG. 59, the
上述したオーバーラップ部分での電界の集中を防ぐには、トレンチ4の幅を広げるか、図60に示すように、トレンチ4の底面にLOCOS酸化膜17を形成して、オーバーラップ部分におけるゲート電極8,9と拡張Nドレイン領域5の間の酸化膜を厚くする必要がある。しかし、トレンチ幅を広げると、デバイスピッチが大きくなり、素子の集積度が低くなるため、十分なオン抵抗の低減効果が得られないという問題点がある。一方、LOCOS酸化膜17によりオーバーラップ部分の酸化膜を厚くすると、LOCOS酸化膜17に起因して応力歪みが発生するため、信頼性の低下を招くという問題点がある。
In order to prevent the concentration of the electric field in the overlap portion described above, the width of the
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、トレンチ底部に厚いLOCOS酸化膜を形成することなく、トレンチ底部において、トレンチ内に形成された電極近傍の電界を緩和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を目的とする。 In order to solve the above-described problems caused by the prior art, the present invention can reduce the electric field in the vicinity of the electrode formed in the trench at the bottom of the trench without forming a thick LOCOS oxide film at the bottom of the trench. An object is to provide an apparatus and a method for manufacturing the same.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる半導体装置は、半導体基板の表面層に形成されたトレンチによって該半導体基板の表面層が第1メサ領域と第2メサ領域に分割され、かつ第1メサ領域と第2メサ領域が交互に配置され、第1メサ領域および第2メサ領域で電流の引き出しを行う半導体装置であって、半導体基板の表面層に形成されたウェル領域と、前記ウェル領域内で、前記ウェル領域内に形成されたトレンチの底部に設けられた第1導電型のドレイン領域と、第1メサ領域の表面層に設けられた第1導電型の第1ソース領域と、前記第1ソース領域と前記ドレイン領域の間の前記第1メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記第1ソース領域および前記ドレイン領域の両方に接する第2導電型の第1チャネル領域と、前記第1チャネル領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられた第1ゲート絶縁膜と、前記第1ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられた第1ゲート電極と、第2メサ領域の表面層に設けられた第1導電型の第2ソース領域と、前記第2ソース領域と前記ドレイン領域の間の前記第2メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記第2ソース領域および前記ドレイン領域の両方に接する第2導電型の第2チャネル領域と、前記第2チャネル領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられた第2ゲート絶縁膜と、前記第2ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられた第2ゲート電極と、前記ドレイン領域内で、前記トレンチの底部に設けられ、かつ前記第1チャネル領域および前記第2チャネル領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両方に重なる第2導電型のフローティング領域と、前記第1ソース領域に電気的に接続する第1ソース電極と、前記第2ソース領域に電気的に接続する第2ソース電極と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a semiconductor device according to a first aspect of the present invention includes a trench formed in a surface layer of a semiconductor substrate so that the surface layer of the semiconductor substrate has a first mesa region and a second mesa. A semiconductor device which is divided into regions and in which first mesa regions and second mesa regions are alternately arranged and current is drawn in the first mesa region and the second mesa region, and is formed on a surface layer of a semiconductor substrate A well region, a first conductivity type drain region provided at a bottom of a trench formed in the well region, and a first conductivity type provided in a surface layer of the first mesa region. In the first mesa region between the first source region and the drain region, and along the sidewall of the trench, and in both the first source region and the drain region Contact A first channel region of a second conductivity type, a first gate insulating film provided on a sidewall of the trench along the first channel region, and an inner side of the trench along the first gate insulating film. In the second mesa region between the second source region and the drain region, the first conductivity type second source region provided in the surface layer of the second mesa region, A second channel region of a second conductivity type provided along the sidewall of the trench and in contact with both the second source region and the drain region; and provided on the sidewall of the trench along the second channel region. A second gate insulating film, a second gate electrode provided inside the trench along the second gate insulating film, and provided at the bottom of the trench in the drain region, and the first channel A floating region of a second conductivity type that is separated from both the region and the second channel region and overlaps both the first gate electrode and the second gate electrode as viewed from above, and electrically connected to the first source region A first source electrode to be connected and a second source electrode to be electrically connected to the second source region are provided.
この請求項1の発明によれば、フローティング領域が設けられていることによって、トレンチ底部における電界が緩和されるので、トレンチ底部において、第1ゲート電極および第2ゲート電極とそれらの間の絶縁膜との界面近傍での電界が緩和される。従って、トレンチ底部の薄い絶縁膜に電子が捕獲されることによるドレイン領域の空乏化を抑制することができるので、オン電流が安定し、信頼性が向上する。 According to the first aspect of the present invention, since the floating region is provided, the electric field at the bottom of the trench is alleviated. Therefore, at the bottom of the trench, the first gate electrode and the second gate electrode and the insulating film therebetween The electric field in the vicinity of the interface is relaxed. Therefore, depletion of the drain region due to the trapping of electrons in the thin insulating film at the bottom of the trench can be suppressed, so that the on-current is stabilized and the reliability is improved.
請求項2の発明にかかる半導体装置は、半導体基板の表面層に形成されたトレンチによって該半導体基板の表面層が第1メサ領域と第2メサ領域に分割され、かつ第1メサ領域と第2メサ領域が交互に配置され、第1メサ領域でソース電流の引き出しを行い、第2メサ領域でドレイン電流の引き出しを行う半導体装置であって、半導体基板の表面層に形成されたウェル領域と、前記ウェル領域内で、前記ウェル領域内に形成されたトレンチの底部に設けられた第1導電型の第1ドレイン領域と、第1メサ領域の表面層に設けられた第1導電型のソース領域と、前記ソース領域と前記第1ドレイン領域の間の前記第1メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記ソース領域および前記第1ドレイン領域の両方に接する第2導電型のチャネル領域と、前記チャネル領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられたゲート電極と、第2メサ領域の表面層に設けられた第1導電型の第2ドレイン領域と、前記第2ドレイン領域と前記第1ドレイン領域の間の前記第2メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記第2ドレイン領域および前記第1ドレイン領域の両方に接する第1導電型の第3ドレイン領域と、前記第3ドレイン領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられたフィールド絶縁膜と、前記フィールド絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられたフィールド電極と、前記第1ドレイン領域内で、前記トレンチの底部に設けられ、かつ前記チャネル領域および前記第3ドレイン領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記ゲート電極および前記フィールド電極の両方に重なる第2導電型のフローティング領域と、前記ソース領域に電気的に接続するソース電極と、前記第2ドレイン領域に電気的に接続する第2ドレイン電極と、を備えることを特徴とする。 According to another aspect of the semiconductor device of the present invention, the surface layer of the semiconductor substrate is divided into the first mesa region and the second mesa region by the trench formed in the surface layer of the semiconductor substrate, and the first mesa region and the second mesa region A semiconductor device in which mesa regions are alternately arranged, the source current is drawn in the first mesa region, and the drain current is drawn in the second mesa region, a well region formed in a surface layer of the semiconductor substrate; Within the well region, a first conductivity type first drain region provided at the bottom of a trench formed in the well region, and a first conductivity type source region provided in a surface layer of the first mesa region And a second conductor provided along the sidewall of the trench and in contact with both the source region and the first drain region in the first mesa region between the source region and the first drain region. A channel region of the mold, a gate insulating film provided on the sidewall of the trench along the channel region, a gate electrode provided on the inner side of the trench along the gate insulating film, and a surface of the second mesa region A second drain region of a first conductivity type provided in a layer, and a second mesa region between the second drain region and the first drain region, provided along a sidewall of the trench, and A third drain region of a first conductivity type in contact with both the second drain region and the first drain region; a field insulating film provided on a sidewall of the trench along the third drain region; and the field insulating film A field electrode provided inside the trench along the first drain region, and at the bottom of the trench, and the channel region and the A floating region of a second conductivity type that is separated from both of the three drain regions and overlaps both the gate electrode and the field electrode when viewed from above, a source electrode electrically connected to the source region, and the second drain And a second drain electrode electrically connected to the region.
この請求項2の発明によれば、フローティング領域が設けられていることによって、トレンチ底部における電界が緩和されるので、トレンチ底部において、ゲート電極およびフィールド電極とそれらの間の絶縁膜との界面近傍での電界が緩和される。従って、トレンチ底部の薄い絶縁膜に電子が捕獲されることによるドレイン領域の空乏化を抑制することができるので、オン電流が安定し、信頼性が向上する。 According to the second aspect of the present invention, since the floating region is provided, the electric field at the bottom of the trench is relaxed, so that the vicinity of the interface between the gate electrode and the field electrode and the insulating film between them is formed at the bottom of the trench. The electric field at is relaxed. Therefore, depletion of the drain region due to the trapping of electrons in the thin insulating film at the bottom of the trench can be suppressed, so that the on-current is stabilized and the reliability is improved.
請求項3の発明にかかる半導体装置は、半導体基板の表面層に形成されたトレンチによって該半導体基板の表面層が第1メサ領域と第2メサ領域に分割され、かつ第1メサ領域と第2メサ領域が交互に配置され、第1メサ領域および第2メサ領域で電流の引き出しを行う半導体装置であって、半導体基板の表面層に形成されたウェル領域と、前記ウェル領域内で、前記ウェル領域内に形成されたトレンチの底部に設けられた第1導電型のドレイン領域と、第1メサ領域の表面層に設けられた第1導電型の第1ソース領域と、前記第1ソース領域と前記ドレイン領域の間の前記第1メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記第1ソース領域および前記ドレイン領域の両方に接する第2導電型の第1チャネル領域と、前記第1チャネル領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられた第1ゲート絶縁膜と、前記第1ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられた第1ゲート電極と、第2メサ領域の表面層に設けられた第1導電型の第2ソース領域と、前記第2ソース領域と前記ドレイン領域の間の前記第2メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記第2ソース領域および前記ドレイン領域の両方に接する第2導電型の第2チャネル領域と、前記第2チャネル領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられた第2ゲート絶縁膜と、前記第2ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられた第2ゲート電極と、前記ドレイン領域内で、前記トレンチの底部に設けられ、かつ前記第1チャネル領域および前記第2チャネル領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記第1ゲート電極に重なる第2導電型の第1フローティング領域と、前記ドレイン領域内で、前記トレンチの底部に設けられ、かつ前記第1チャネル領域および前記第2チャネル領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記第2ゲート電極に重なる第2導電型の第2フローティング領域と、前記第1ソース領域に電気的に接続する第1ソース電極と、前記第2ソース領域に電気的に接続する第2ソース電極と、を備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device, the surface layer of the semiconductor substrate is divided into the first mesa region and the second mesa region by the trench formed in the surface layer of the semiconductor substrate, and the first mesa region and the second mesa region A semiconductor device in which mesa regions are alternately arranged and current is drawn in the first mesa region and the second mesa region, the well region formed in a surface layer of a semiconductor substrate, and the well region in the well region A drain region of a first conductivity type provided at the bottom of a trench formed in the region; a first source region of a first conductivity type provided in a surface layer of the first mesa region; and the first source region, A first channel region of a second conductivity type provided along a side wall of the trench in the first mesa region between the drain regions and in contact with both the first source region and the drain region; First A first gate insulating film provided on a sidewall of the trench along the channel region; a first gate electrode provided on the inner side of the trench along the first gate insulating film; and a surface layer of the second mesa region And a second source region of the first conductivity type provided in the second mesa region between the second source region and the drain region, and along the sidewall of the trench, and the second source A second channel region of a second conductivity type in contact with both the region and the drain region; a second gate insulating film provided on a sidewall of the trench along the second channel region; and a second gate insulating film A second gate electrode provided inside the trench along the drain region, in the drain region, at the bottom of the trench, and from both the first channel region and the second channel region A first floating region of a second conductivity type that overlaps the first gate electrode when viewed from above, and a drain region that is provided at the bottom of the trench, and that includes the first channel region and the second channel. A second floating region of a second conductivity type that is separated from both of the regions and overlaps the second gate electrode when viewed from above, a first source electrode electrically connected to the first source region, and the second source And a second source electrode electrically connected to the region.
この請求項3の発明によれば、第1フローティング領域および第2フローティング領域が設けられていることによって、トレンチ底部における電界が緩和されるので、トレンチ底部において、第1ゲート電極および第2ゲート電極とそれらの間の絶縁膜との界面近傍での電界が緩和される。従って、トレンチ底部の薄い絶縁膜に電子が捕獲されることによるドレイン領域の空乏化を抑制することができるので、オン電流が安定し、信頼性が向上する。 According to the third aspect of the invention, since the first floating region and the second floating region are provided, the electric field at the bottom of the trench is alleviated. Therefore, the first gate electrode and the second gate electrode are formed at the bottom of the trench. And the electric field near the interface between them and the insulating film between them is relaxed. Therefore, depletion of the drain region due to the trapping of electrons in the thin insulating film at the bottom of the trench can be suppressed, so that the on-current is stabilized and the reliability is improved.
請求項4の発明にかかる半導体装置は、半導体基板の表面層に形成されたトレンチによって該半導体基板の表面層が第1メサ領域と第2メサ領域に分割され、かつ第1メサ領域と第2メサ領域が交互に配置され、第1メサ領域でソース電流の引き出しを行い、第2メサ領域でドレイン電流の引き出しを行う半導体装置であって、半導体基板の表面層に形成されたウェル領域と、前記ウェル領域内で、前記ウェル領域内に形成されたトレンチの底部に設けられた第1導電型の第1ドレイン領域と、第1メサ領域の表面層に設けられた第1導電型のソース領域と、前記ソース領域と前記第1ドレイン領域の間の前記第1メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記ソース領域および前記第1ドレイン領域の両方に接する第2導電型のチャネル領域と、前記チャネル領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられたゲート電極と、第2メサ領域の表面層に設けられた第1導電型の第2ドレイン領域と、前記第2ドレイン領域と前記第1ドレイン領域の間の前記第2メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記第2ドレイン領域および前記第1ドレイン領域の両方に接する第1導電型の第3ドレイン領域と、前記第3ドレイン領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられたフィールド絶縁膜と、前記フィールド絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられたフィールド電極と、前記第1ドレイン領域内で、前記トレンチの底部に設けられ、かつ前記チャネル領域および前記第3ドレイン領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記ゲート電極に重なる第2導電型の第1フローティング領域と、前記第1ドレイン領域内で、前記トレンチの底部に設けられ、かつ前記チャネル領域および前記第3ドレイン領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記フィールド電極に重なる第2導電型の第2フローティング領域と、前記ソース領域に電気的に接続するソース電極と、前記第2ドレイン領域に電気的に接続する第2ドレイン電極と、を備えることを特徴とする。 In a semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention, a surface layer of the semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region by a trench formed in the surface layer of the semiconductor substrate, and the first mesa region and the second mesa region A semiconductor device in which mesa regions are alternately arranged, the source current is drawn in the first mesa region, and the drain current is drawn in the second mesa region, a well region formed in a surface layer of the semiconductor substrate; Within the well region, a first conductivity type first drain region provided at the bottom of a trench formed in the well region, and a first conductivity type source region provided in a surface layer of the first mesa region And a second conductor provided along the sidewall of the trench and in contact with both the source region and the first drain region in the first mesa region between the source region and the first drain region. A channel region of the mold, a gate insulating film provided on the sidewall of the trench along the channel region, a gate electrode provided on the inner side of the trench along the gate insulating film, and a surface of the second mesa region A second drain region of a first conductivity type provided in a layer, and a second mesa region between the second drain region and the first drain region, provided along a sidewall of the trench, and A third drain region of a first conductivity type in contact with both the second drain region and the first drain region; a field insulating film provided on a sidewall of the trench along the third drain region; and the field insulating film A field electrode provided inside the trench along the first drain region, and at the bottom of the trench, and the channel region and the A first floating region of a second conductivity type that is separated from both of the three drain regions and overlaps the gate electrode when viewed from above, and is provided at the bottom of the trench in the first drain region, and the channel region and A second floating region of a second conductivity type that is separated from both of the third drain regions and overlaps the field electrode as viewed from above, a source electrode electrically connected to the source region, and a second drain region And a second drain electrode that is electrically connected.
この請求項4の発明によれば、第1フローティング領域および第2フローティング領域が設けられていることによって、トレンチ底部における電界が緩和されるので、トレンチ底部において、ゲート電極およびフィールドとそれらの間の絶縁膜との界面近傍での電界が緩和される。従って、トレンチ底部の薄い絶縁膜に電子が捕獲されることによるドレイン領域の空乏化を抑制することができるので、オン電流が安定し、信頼性が向上する。 According to the fourth aspect of the present invention, since the first floating region and the second floating region are provided, the electric field at the bottom of the trench is alleviated. Therefore, at the bottom of the trench, the gate electrode and the field and the gap therebetween The electric field in the vicinity of the interface with the insulating film is relaxed. Therefore, depletion of the drain region due to the trapping of electrons in the thin insulating film at the bottom of the trench can be suppressed, so that the on-current is stabilized and the reliability is improved.
請求項5の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜4のいずれか一つに記載の発明において、前記ウェル領域は第1導電型であることを特徴とする。請求項6の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜4のいずれか一つに記載の発明において、前記ウェル領域は第2導電型であることを特徴とする。請求項7の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜6のいずれか一つに記載の発明において、前記半導体基板は第1導電型であることを特徴とする。請求項8の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜6のいずれか一つに記載の発明において、前記半導体基板は第2導電型であることを特徴とする。請求項5〜8の発明によれば、請求項1〜4と同様の効果が得られる。
A semiconductor device according to a fifth aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the well region is of a first conductivity type. A semiconductor device according to a sixth aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the well region is of a second conductivity type. A semiconductor device according to a seventh aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the semiconductor substrate is of a first conductivity type. According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to sixth aspects, the semiconductor substrate is of a second conductivity type. According to the inventions of
また、請求項9の発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面層に形成されたトレンチによって該半導体基板の表面層が第1メサ領域と第2メサ領域に分割され、かつ第1メサ領域と第2メサ領域が交互に配置され、第1メサ領域および第2メサ領域で電流の引き出しを行う半導体装置を製造するにあたって、半導体基板の表面層にウェル領域を形成する工程と、前記ウェル領域の表面層にトレンチを形成して、前記半導体基板の表面層を第1メサ領域と第2メサ領域に分割する工程と、前記第1メサ領域内の表面層、前記第2メサ領域内の表面層および前記トレンチの底部にそれぞれ第2導電型の第1チャネル領域、第2導電型の第2チャネル領域および第1導電型のドレイン領域の形成を行う工程と、前記トレンチの、前記第1チャネル領域に沿う側壁および前記第2チャネル領域に沿う側壁にそれぞれ第1ゲート絶縁膜および第2ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側にそれぞれ第1ゲート電極および第2ゲート電極を形成する工程と、前記ドレイン領域内の前記トレンチの底部に、前記第1チャネル領域および前記第2チャネル領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両方に重なる第2導電型のフローティング領域を、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極をマスクとして不純物のイオン注入を行うことによって形成する工程と、前記第1メサ領域の表面層および前記第2メサ領域の表面層にそれぞれ第1導電型の第1ソース領域および第1導電型の第2ソース領域を形成する工程と、前記トレンチを層間絶縁膜で埋める工程と、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを開口し、該コンタクトホールを介して前記第1ソース領域および前記第2ソース領域にそれぞれ電気的に接続する第1ソース電極および第2ソース電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the surface layer of the semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region by a trench formed in the surface layer of the semiconductor substrate, and the first mesa region is divided. Forming a well region in a surface layer of a semiconductor substrate in manufacturing a semiconductor device in which mesa regions and second mesa regions are alternately arranged and current is drawn in the first mesa region and the second mesa region; Forming a trench in a surface layer of the well region to divide the surface layer of the semiconductor substrate into a first mesa region and a second mesa region; a surface layer in the first mesa region; and in the second mesa region Forming a second-conductivity-type first channel region, a second-conductivity-type second channel region, and a first-conductivity-type drain region on the surface layer of the trench and the bottom of the trench, respectively, Forming a first gate insulating film and a second gate insulating film on the side wall along the first channel region and the side wall along the second channel region, respectively, and along the first gate insulating film and the second gate insulating film Forming a first gate electrode and a second gate electrode inside the trench, respectively, and separating from both the first channel region and the second channel region at the bottom of the trench in the drain region; A floating region of the second conductivity type that overlaps both the first gate electrode and the second gate electrode as viewed from above is formed by ion implantation of impurities using the first gate electrode and the second gate electrode as a mask. A first conductivity type first layer on the surface layer of the first mesa region and the surface layer of the second mesa region, respectively. Forming a source region and a second source region of the first conductivity type, filling the trench with an interlayer insulating film, opening a contact hole in the interlayer insulating film, and passing the first hole through the contact hole Forming a first source electrode and a second source electrode that are electrically connected to the source region and the second source region, respectively.
請求項10の発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面層に形成されたトレンチによって該半導体基板の表面層が第1メサ領域と第2メサ領域に分割され、かつ第1メサ領域と第2メサ領域が交互に配置され、第1メサ領域および第2メサ領域で電流の引き出しを行う半導体装置を製造するにあたって、半導体基板の表面層にウェル領域を形成する工程と、前記ウェル領域内の表面層に第2導電型のチャネル領域の形成を行う工程と、基板表面にトレンチパターンを有するエッチングマスクを形成し、該エッチングマスクを用いて前記ウェル領域の表面層にトレンチを形成して、前記半導体基板の表面層を第1メサ領域と第2メサ領域に分割することによって、前記ウェル領域内に形成される前記チャネル領域の表面層を第1メサ領域における第1チャネル領域と第2メサ領域における第2チャネル領域に分割する工程と、前記トレンチの底部に第1導電型のドレイン領域の形成を行う工程と、前記トレンチの、前記第1チャネル領域に沿う側壁および前記第2チャネル領域に沿う側壁にそれぞれ第1ゲート絶縁膜および第2ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側にそれぞれ第1ゲート電極および第2ゲート電極を形成する工程と、前記ドレイン領域内の前記トレンチの底部に、前記第1チャネル領域および前記第2チャネル領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両方に重なる第2導電型のフローティング領域を、前記エッチングマスク、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極をマスクとして不純物のイオン注入を行うことによって形成する工程と、前記エッチングマスクを除去した後、前記第1メサ領域の表面層および前記第2メサ領域の表面層にそれぞれ第1導電型の第1ソース領域および第1導電型の第2ソース領域を形成する工程と、前記トレンチを層間絶縁膜で埋める工程と、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを開口し、該コンタクトホールを介して前記第1ソース領域および前記第2ソース領域にそれぞれ電気的に接続する第1ソース電極および第2ソース電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method, wherein a surface layer of a semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region by a trench formed in the surface layer of the semiconductor substrate, and the first mesa region is formed. Forming a well region in a surface layer of a semiconductor substrate in manufacturing a semiconductor device in which currents are drawn in the first mesa region and the second mesa region, and the well region Forming a second conductivity type channel region in the inner surface layer, forming an etching mask having a trench pattern on the substrate surface, and forming a trench in the surface layer of the well region using the etching mask. The surface layer of the channel region formed in the well region is divided into a first mesa region and a second mesa region by dividing the surface layer of the semiconductor substrate into a first mesa region and a second mesa region. A first channel region in the first region and a second channel region in the second mesa region, a step of forming a drain region of the first conductivity type at the bottom of the trench, and the first channel of the trench. Forming a first gate insulating film and a second gate insulating film on the side wall along the region and the side wall along the second channel region, and the trench along the first gate insulating film and the second gate insulating film, respectively. Forming a first gate electrode and a second gate electrode on the inner side of the trench, and separating from both the first channel region and the second channel region at the bottom of the trench in the drain region, as viewed from above. A floating region of a second conductivity type that overlaps both the first gate electrode and the second gate electrode. A step of forming ions by implanting impurities using the first gate electrode and the second gate electrode as a mask, and after removing the etching mask, the surface layer of the first mesa region and the second mesa Forming a first conductive type first source region and a first conductive type second source region on the surface layer of the region, filling the trench with an interlayer insulating film, and forming a contact hole in the interlayer insulating film, respectively. Forming a first source electrode and a second source electrode which are opened and electrically connected to the first source region and the second source region through the contact holes, respectively.
この請求項9または10の発明によれば、従来の製造プロセスに、フローティング領域を形成するためのイオン注入工程を追加するだけで、請求項1または3の半導体装置を製造することができる。また、請求項10の発明によれば、基板表面に残るエッチングマスクを利用して、フローティング領域を形成するためのイオン注入を行うので、請求項9の発明に比べて、マスクが1枚減り、製造プロセスが簡略する。従って、請求項1または3の半導体装置を製造する際の製造コストの増大を最小限に抑えることができる。
According to the invention of
請求項11の発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面層に形成されたトレンチによって該半導体基板の表面層が第1メサ領域と第2メサ領域に分割され、かつ第1メサ領域と第2メサ領域が交互に配置され、第1メサ領域でソース電流の引き出しを行い、第2メサ領域でドレイン電流の引き出しを行う半導体装置を製造するにあたって、半導体基板の表面層にウェル領域を形成する工程と、前記ウェル領域の表面層にトレンチを形成して、前記半導体基板の表面層を第1メサ領域と第2メサ領域に分割する工程と、前記第1メサ領域内の表面層に第2導電型のチャネル領域の形成を行う工程と、前記第2メサ領域内の表面層に第1導電型の第1ドレイン領域の形成を行う工程と、前記トレンチの底部に第1導電型の第2ドレイン領域の形成を行う工程と、前記トレンチの、前記チャネル領域に沿う側壁および前記第1ドレイン領域に沿う側壁にそれぞれゲート絶縁膜およびフィールド絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜および前記フィールド絶縁膜に沿って前記トレンチの内側にそれぞれゲート電極およびフィールド電極を形成する工程と、前記第2ドレイン領域内の前記トレンチの底部に、前記チャネル領域および前記第1ドレイン領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記ゲート電極および前記フィールド電極の両方に重なる第2導電型のフローティング領域を、前記ゲート電極および前記フィールド電極をマスクとして不純物のイオン注入を行うことによって形成する工程と、前記第1メサ領域の表面層に第1導電型のソース領域を形成する工程と、前記トレンチを層間絶縁膜で埋める工程と、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを開口し、該コンタクトホールを介して前記ソース領域および前記第1ドレイン領域にそれぞれ電気的に接続するソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 In a method of manufacturing a semiconductor device according to an eleventh aspect of the present invention, a surface layer of the semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region by a trench formed in the surface layer of the semiconductor substrate, and the first mesa region And the second mesa region are alternately arranged, the source current is drawn in the first mesa region, and the drain current is drawn in the second mesa region. Forming a trench in a surface layer of the well region, dividing the surface layer of the semiconductor substrate into a first mesa region and a second mesa region, and forming a surface layer in the first mesa region. Forming a second conductivity type channel region; forming a first conductivity type first drain region in a surface layer in the second mesa region; and forming a first conductivity type channel at the bottom of the trench. Second dress Forming a gate region, a step of forming a gate insulating film and a field insulating film on the side wall of the trench along the side wall of the trench and the side of the first drain region, and the gate insulating film and the field of the field, respectively. Forming a gate electrode and a field electrode inside the trench along the insulating film, respectively, at the bottom of the trench in the second drain region, away from both the channel region and the first drain region; Forming a floating region of a second conductivity type that overlaps both the gate electrode and the field electrode as viewed from above by performing ion implantation of impurities using the gate electrode and the field electrode as a mask; A source region of the first conductivity type is formed on the surface layer of the mesa region A step of filling the trench with an interlayer insulating film; a source electrode that opens a contact hole in the interlayer insulating film and is electrically connected to the source region and the first drain region through the contact hole; and Forming a drain electrode.
請求項12の発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面層に形成されたトレンチによって該半導体基板の表面層が第1メサ領域と第2メサ領域に分割され、かつ第1メサ領域と第2メサ領域が交互に配置され、第1メサ領域でソース電流の引き出しを行い、第2メサ領域でドレイン電流の引き出しを行う半導体装置を製造するにあたって、半導体基板の表面層にウェル領域を形成する工程と、前記ウェル領域内の表面層に第2導電型のチャネル領域および第1導電型の第1ドレイン領域の形成を行う工程と、基板表面にトレンチパターンを有するエッチングマスクを形成し、該エッチングマスクを用いて前記ウェル領域の表面層にトレンチを形成して、前記半導体基板の表面層を第1メサ領域と第2メサ領域に分割することによって、第1メサ領域におけるチャネル領域と第2メサ領域における第1ドレイン領域を分離する工程と、前記トレンチの底部に第1導電型の第2ドレイン領域の形成を行う工程と、前記トレンチの、前記チャネル領域に沿う側壁および前記第1ドレイン領域に沿う側壁にそれぞれゲート絶縁膜およびフィールド絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜および前記フィールド絶縁膜に沿って前記トレンチの内側にそれぞれゲート電極およびフィールド電極を形成する工程と、前記第2ドレイン領域内の前記トレンチの底部に、前記チャネル領域および前記第1ドレイン領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記ゲート電極および前記フィールド電極の両方に重なる第2導電型のフローティング領域を、前記エッチングマスク、前記ゲート電極および前記フィールド電極をマスクとして不純物のイオン注入を行うことによって形成する工程と、前記エッチングマスクを除去した後、前記第1メサ領域の表面層に第1導電型のソース領域を形成する工程と、前記トレンチを層間絶縁膜で埋める工程と、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを開口し、該コンタクトホールを介して前記ソース領域および前記第1ドレイン領域にそれぞれ電気的に接続するソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 According to a semiconductor device manufacturing method of a twelfth aspect of the present invention, a surface layer of the semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region by a trench formed in the surface layer of the semiconductor substrate, and the first mesa region And the second mesa region are alternately arranged, the source current is drawn in the first mesa region, and the drain current is drawn in the second mesa region. Forming a second conductivity type channel region and a first conductivity type first drain region on the surface layer in the well region; forming an etching mask having a trench pattern on the substrate surface; A trench is formed in the surface layer of the well region using the etching mask, and the surface layer of the semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region. A step of separating a channel region in the first mesa region and a first drain region in the second mesa region, a step of forming a second drain region of the first conductivity type at the bottom of the trench, Forming a gate insulating film and a field insulating film on the side wall along the channel region and the side wall along the first drain region, respectively, and forming a gate inside the trench along the gate insulating film and the field insulating film, respectively. A step of forming an electrode and a field electrode; and at the bottom of the trench in the second drain region, apart from both the channel region and the first drain region and as viewed from above, the gate electrode and the field electrode A floating region of the second conductivity type that overlaps both of the etching mask and the front Forming by ion implantation of impurities using the gate electrode and the field electrode as a mask, and forming a first conductivity type source region in the surface layer of the first mesa region after removing the etching mask And a step of filling the trench with an interlayer insulating film; and a source electrode and a drain that open a contact hole in the interlayer insulating film and are electrically connected to the source region and the first drain region through the contact hole, respectively. Forming an electrode.
この請求項11または12の発明によれば、従来の製造プロセスに、フローティング領域を形成するためのイオン注入工程を追加するだけで、請求項2または4の半導体装置を製造することができる。また、請求項12の発明によれば、基板表面に残るエッチングマスクを利用して、フローティング領域を形成するためのイオン注入を行うので、請求項11の発明に比べて、マスクが1枚減り、製造プロセスが簡略する。従って、請求項2または4の半導体装置を製造する際の製造コストの増大を最小限に抑えることができる。
According to the invention of
請求項13の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項9または10に記載の発明において、前記トレンチの深さをDtとし、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間隔をLGGとし、前記フローティング領域を形成するために不純物のイオン注入を行う際のチルト面と前記トレンチの側壁面に平行な面とのなす角度をθとすると、
−LGG/(2・Dt)≦tanθ≦LGG/(2・Dt)
であることを特徴とする。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the invention of
−L GG / (2 · D t ) ≦ tan θ ≦ L GG / (2 · D t )
It is characterized by being.
請求項14の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項9または10に記載の発明において、前記トレンチの深さをDtとし、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間隔をLGGとし、前記フローティング領域を形成するために不純物のイオン注入を行う際のチルト面と前記トレンチの側壁面に平行な面とのなす角度をθとすると、
LGG/(2・Dt)<|tanθ|≦LGG/Dt
であることを特徴とする。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the invention of
L GG / (2 · D t ) <| tan θ | ≦ L GG / D t
It is characterized by being.
請求項15の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項10に記載の発明において、前記トレンチの深さをDtとし、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間隔をLGGとし、前記エッチングマスクの厚さをT1とし、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の厚さをそれぞれT3とし、前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜の厚さをそれぞれT4とし、前記フローティング領域を形成するために不純物のイオン注入を行う際のチルト面と前記トレンチの側壁面に平行な面とのなす角度をθとし、前記T3と前記T4の和をT2とすると、
T1>(Dt・T2)/LGG
かつ
−(2・T2+LGG)/{2・(T1+Dt)}≦tanθ≦(2・T2+LGG)/{2・(T1+Dt)}
であることを特徴とする。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the invention of
T 1 > (D t · T 2 ) / L GG
And- (2 · T 2 + L GG ) / {2 · (T 1 + D t )} ≦ tan θ ≦ (2 · T 2 + L GG ) / {2 · (T 1 + D t )}
It is characterized by being.
請求項16の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項10に記載の発明において、前記トレンチの深さをDtとし、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間隔をLGGとし、前記エッチングマスクの厚さをT1とし、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の厚さをそれぞれT3とし、前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜の厚さをそれぞれT4とし、前記フローティング領域を形成するために不純物のイオン注入を行う際のチルト面と前記トレンチの側壁面に平行な面とのなす角度をθとし、前記T3と前記T4の和をT2とすると、
T1>(Dt・T2)/LGG
かつ
(2・T2+LGG)/{2・(T1+Dt)}<|tanθ|≦(2・T2+LGG)/(T1+Dt)
であることを特徴とする。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the invention of
T 1 > (D t · T 2 ) / L GG
And (2 · T 2 + L GG ) / {2 · (T 1 + D t )} <| tan θ | ≦ (2 · T 2 + L GG ) / (T 1 + D t )
It is characterized by being.
請求項17の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項11または12に記載の発明において、前記トレンチの深さをDtとし、前記ゲート電極と前記フィールド電極との間隔をLFGとし、前記フローティング領域を形成するために不純物のイオン注入を行う際のチルト面と前記トレンチの側壁面に平行な面とのなす角度をθとすると、
−LFG/(2・Dt)≦tanθ≦LFG/(2・Dt)
であることを特徴とする。
According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device according to the eleventh or twelfth aspect of the present invention, wherein the depth of the trench is D t , and the distance between the gate electrode and the field electrode is L FG . When an angle formed by a tilt plane when performing ion implantation of impurities to form the floating region and a plane parallel to the side wall surface of the trench is θ,
−L FG / (2 · D t ) ≦ tan θ ≦ L FG / (2 · D t )
It is characterized by being.
請求項18の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項11または12に記載の発明において、前記トレンチの深さをDtとし、前記ゲート電極と前記フィールド電極との間隔をLFGとし、前記フローティング領域を形成するために不純物のイオン注入を行う際のチルト面と前記トレンチの側壁面に平行な面とのなす角度をθとすると、
LFG/(2・Dt)<|tanθ|≦LFG/Dt
であることを特徴とする。
Method of manufacturing a semiconductor device in the invention of claim 18 is the invention according to claim 11 or 12, the depth of the trench and D t, the distance between the field electrode and the gate electrode and L FG, When an angle formed by a tilt plane when performing ion implantation of impurities to form the floating region and a plane parallel to the side wall surface of the trench is θ,
L FG / (2 · D t ) <| tan θ | ≦ L FG / D t
It is characterized by being.
請求項19の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項12に記載の発明において、前記トレンチの深さをDtとし、前記ゲート電極と前記フィールド電極との間隔をLFGとし、前記エッチングマスクの厚さをT1とし、前記ゲート電極および前記フィールド電極の厚さをそれぞれT3とし、前記ゲート絶縁膜および前記フィールド絶縁膜の厚さをそれぞれT4とし、前記フローティング領域を形成するために不純物のイオン注入を行う際のチルト面と前記トレンチの側壁面に平行な面とのなす角度をθとし、前記T3と前記T4の和をT2とすると、
T1>(Dt・T2)/LFG
かつ
−(2・T2+LFG)/{2・(T1+Dt)}≦tanθ≦(2・T2+LFG)/{2・(T1+Dt)}
であることを特徴とする。
Method of manufacturing a semiconductor device in the invention of claim 19 is the invention according to
T 1 > (D t · T 2 ) / L FG
And- (2 · T 2 + L FG ) / {2 · (T 1 + D t )} ≦ tan θ ≦ (2 · T 2 + L FG ) / {2 · (T 1 + D t )}
It is characterized by being.
請求項20の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項12に記載の発明において、前記トレンチの深さをDtとし、前記ゲート電極と前記フィールド電極との間隔をLFGとし、前記エッチングマスクの厚さをT1とし、前記ゲート電極および前記フィールド電極の厚さをそれぞれT3とし、前記ゲート絶縁膜および前記フィールド絶縁膜の厚さをそれぞれT4とし、前記フローティング領域を形成するために不純物のイオン注入を行う際のチルト面と前記トレンチの側壁面に平行な面とのなす角度をθとし、前記T3と前記T4の和をT2とすると、
T1>(Dt・T2)/LFG
かつ
(2・T2+LFG)/{2・(T1+Dt)}<|tanθ|≦(2・T2+LFG)/(T1+Dt)
であることを特徴とする。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the invention of claim 20 is the invention according to
T 1 > (D t · T 2 ) / L FG
And (2 · T 2 + L FG ) / {2 · (T 1 + D t )} <| tan θ | ≦ (2 · T 2 + L FG ) / (T 1 + D t )
It is characterized by being.
請求項13〜20の発明によれば、斜めイオン注入法によりフローティング領域を形成することができる。特に、請求項14、16、18および20の発明によれば、斜めイオン注入法によりドレイン領域内に複数に分割されたフローティング領域を形成することができる。
According to the invention of
請求項21の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項9〜12のいずれか一つに記載の発明において、前記ウェル領域は第1導電型であることを特徴とする。請求項22の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項9〜12のいずれか一つに記載の発明において、前記ウェル領域は第2導電型であることを特徴とする。請求項23の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項9〜22のいずれか一つに記載の発明において、前記半導体基板は第1導電型であることを特徴とする。請求項24の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項9〜22のいずれか一つに記載の発明において、前記半導体基板は第2導電型であることを特徴とする。 According to a twenty-first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method according to any one of the ninth to twelfth aspects, wherein the well region is of a first conductivity type. A method of manufacturing a semiconductor device according to a twenty-second aspect of the invention is characterized in that, in the invention according to any one of the ninth to twelfth aspects, the well region is of a second conductivity type. According to a twenty-third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method according to any one of the ninth to twenty-second aspects, wherein the semiconductor substrate is of a first conductivity type. According to a twenty-fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method according to any one of the ninth to twenty-second aspects, wherein the semiconductor substrate is of a second conductivity type.
本発明にかかる半導体装置およびその製造方法によれば、トレンチ底部に厚いLOCOS酸化膜を形成することなく、トレンチ底部において、トレンチ内に形成された電極近傍の電界を緩和することができるという効果を奏する。 According to the semiconductor device and the method for manufacturing the same according to the present invention, the electric field in the vicinity of the electrode formed in the trench can be relaxed at the bottom of the trench without forming a thick LOCOS oxide film at the bottom of the trench. Play.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置およびその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、NまたはPを冠記した領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、NやPに付す+は、それが付されていない領域よりも高不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Exemplary embodiments of a semiconductor device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In this specification and the accompanying drawings, in the region where N or P is named, it means that electrons or holes are majority carriers, respectively. Further, + attached to N or P means that the impurity concentration is higher than that in a region where N or P is not attached. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。図1に示すように、P型半導体基板21の内部にN型ウェル領域22が設けられている。N型ウェル領域22の内部には、例えば2つのトレンチ24が形成されている。トレンチ24は、N型ウェル領域22よりも浅い。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an N-
これらのトレンチ24によって、P型半導体基板21の表面層は、第1メサ領域41と第2メサ領域42に分割されている。第1メサ領域41と第2メサ領域42は、交互に配置されており、例えば図1の例では、2つのトレンチ24に挟まれる領域が第1メサ領域41であり、2つのトレンチ24の外側の領域が第2メサ領域42である。
By these
第1メサ領域41の表面層には、N+型の第1ソース領域31とP+型の第1ソース領域32が設けられている。N+型の第1ソース領域31は、トレンチ24の一方の側壁に接して設けられている。第2メサ領域42の表面層には、N+型の第2ソース領域33とP+型の第2ソース領域34が設けられている。N+型の第2ソース領域33は、トレンチ24のもう一方の側壁に接して設けられている。
In the surface layer of the
各トレンチ24の底部には、拡張Nドレイン領域25が設けられている。拡張Nドレイン領域25は、トレンチ24の底面全体と側面の一部を囲み、かつN型ウェル領域22よりも浅いが、N型ウェル領域22より深くても構わない。N型ウェル領域22がP型の場合は、拡張Nドレイン領域25は、P型ウェル領域より浅くなければならない。また、N型ウェル領域22がP型の場合、第1チャネル領域43と第2チャネル領域44とを分離するために隣り合う拡張Nドレイン領域25は互いに接続されるようにする。第1メサ領域41において、拡張Nドレイン領域25とN+型およびP+型の第1ソース領域31,32との間には、P型の第1チャネル領域43が設けられている。また、第2メサ領域42において、拡張Nドレイン領域25とN+型およびP+型の第2ソース領域33,34との間には、P型の第2チャネル領域44が設けられている。
An extended
各トレンチ24の内側には、薄い第1ゲート酸化膜26および第2ゲート酸化膜27が設けられている。第1ゲート酸化膜26は、トレンチ24の底面およびP型の第1チャネル領域43に沿って設けられている。第2ゲート酸化膜27は、トレンチ24の底面およびP型の第2チャネル領域44に沿って設けられている。各トレンチ24において、第1ゲート酸化膜26および第2ゲート酸化膜27の内側には、それぞれ第1ゲート電極28および第2ゲート電極29が設けられている。
A thin first
各拡張Nドレイン領域25の内部には、P型フローティング領域45が設けられている。P型フローティング領域45は、トレンチ24の底部の中央部に接しており、P型の第1チャネル領域43およびP型の第2チャネル領域44の両方から離れている。ただし、P型フローティング領域45は、素子の上方から見て、第1ゲート電極28および第2ゲート電極29とその間を埋める層間絶縁膜30の界面が拡張Nドレイン領域25と重なるオーバーラップ部分に、さらに重なるように形成されている。
Inside each extended
層間絶縁膜30は、第1メサ領域41および第2メサ領域42の上にも設けられている。層間絶縁膜30を貫通するコンタクトホールを介して、N+型の第1ソース領域31およびP+型の第1ソース領域32に第1ソース電極35が電気的に接続している。また、層間絶縁膜30を貫通するコンタクトホールを介して、N+型の第2ソース領域33およびP+型の第2ソース領域34に第2ソース電極36が電気的に接続している。そして、第1ソース電極35と第2ソース電極36の間で双方向に電流が流れる。
The
図2は、図1に示す半導体装置の信頼性試験における電界分布を示す図である。信頼性試験は、第1ソース電極35と第1ゲート電極28を接地電位とし、第2ソース電極36と第2ゲート電極29に耐圧未満の高電圧を印加することによりおこなった。図1に示す半導体装置において、P型フローティング領域45の濃度を最適化することにより、トレンチ底面での電界が緩和される。それによって、図2に破線で示す電界分布のように、図61と比べてオーバーラップ部分における電界が緩和される。従って、トレンチ底部の薄い絶縁膜に電子が捕獲されることによる拡張Nドレイン領域25の空乏化を抑制することができるので、オン電流が安定し、信頼性が向上する。
FIG. 2 is a diagram showing an electric field distribution in the reliability test of the semiconductor device shown in FIG. The reliability test was performed by setting the
次に、図1に示す半導体装置の製造プロセスについて図3〜図11を参照しながら説明する。図3〜図11は、工程順に製造段階の半導体装置の要部を示す縦断面図である。まず、P型半導体基板21の表面層にN型ウェル領域22を形成する。続いて、基板表面に例えば酸化膜からなるマスク51を形成し、トレンチエッチングを行って、N型ウェル領域22の表面層にトレンチ24を形成する(図3)。
Next, a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 3 to 11 are longitudinal cross-sectional views showing the main parts of the semiconductor device in the manufacturing stage in the order of processes. First, the N-
マスク51を除去した後、バッファ酸化を行って、バッファ酸化膜52を形成する。そして、トレンチ24の内部と、基板表面におけるP型半導体基板21とN型ウェル領域22の境界部分の上に、マスク53を被せ、第1メサ領域41と第2メサ領域42の表面層にP型不純物として例えばボロン(B11)をイオン注入する(図4)。マスク53を除去した後、第1メサ領域41と第2メサ領域42の上にマスク54を被せ、トレンチ24の底面にN型不純物として例えばリン(P31)をイオン注入する(図5)。なお、図4の工程の前に図5の工程を行ってもよい。
After removing the
マスク54を除去した後、熱拡散を行って、第1メサ領域41内の表面層、第2メサ領域42内の表面層およびトレンチ24の底部にそれぞれP型の第1チャネル領域43、P型の第2チャネル領域44および拡張Nドレイン領域25を形成する。バッファ酸化膜52を除去した後、トレンチ24の内部に第1ゲート酸化膜26および第2ゲート酸化膜27となる酸化膜を形成し、さらにその内側に第1ゲート電極28と第2ゲート電極29を形成する。そして、シャドウ酸化を行って、シャドウ酸化膜55を形成する(図6)。
After removing the
次いで、第1メサ領域41と第2メサ領域42の上にマスク56を被せ、第1ゲート電極28と第2ゲート電極29をマスクとしてトレンチ24の底面にのみP型不純物として例えばボロン(B11)をイオン注入する(図7)。マスク56を除去した後、熱拡散を行って、拡張Nドレイン領域25内のトレンチ24の底部にP型フローティング領域45を形成する(図8)。
Next, a
ここで、第1ゲート電極28と第2ゲート電極29をマスクとするのは、図8に示すように、P型フローティング領域45と拡張Nドレイン領域25との接合端のマージンLdfを確保し、P型フローティング領域45がP型の第1チャネル領域43およびP型の第2チャネル領域44とつながらないようにするためである。また、P型フローティング領域45の両端が第1ゲート電極28および第2ゲート電極29の下側にまで伸びてオーバーラップ部分に重なるようにするためである。
Here, using the
次いで、第1メサ領域41と第2メサ領域42の上にマスク57を被せ、第1メサ領域41の表面層および第2メサ領域42の表面層に選択的にN型不純物として例えば砒素(As75)をイオン注入する(図9)。マスク57を除去した後、第1メサ領域41と第2メサ領域42の上にマスク58を被せ、第1メサ領域41の表面層および第2メサ領域42の表面層に選択的にP型不純物として例えばボロン(B11)をイオン注入する(図10)。なお、図9の工程の前に図10の工程を行ってもよい。
Next, a
マスク58を除去した後、熱拡散を行って、P型の第1チャネル領域43(第1メサ領域41)の表面層にN+型の第1ソース領域31とP+型の第1ソース領域32を形成するとともに、P型の第2チャネル領域44(第2メサ領域42)の表面層にN+型の第2ソース領域33とP+型の第2ソース領域34を形成する。続いて、基板全体に層間絶縁膜30を堆積し、トレンチ24を層間絶縁膜30で埋めるとともに、第1メサ領域41および第2メサ領域42の上にも層間絶縁膜30を堆積する。
After removing the
そして、CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)などにより層間絶縁膜30を平坦化する(図11)。最後に、層間絶縁膜30にコンタクトホールを開口し、N+型の第1ソース領域31とP+型の第1ソース領域32に電気的に接続する第1ソース電極35を形成するとともに、N+型の第2ソース領域33とP+型の第2ソース領域34に電気的に接続する第2ソース電極36を形成する。これによって、図1に示す半導体装置が完成する。
Then, the
なお、図3〜図6の工程に代えて、図12〜図14の工程を行ってもよい。まず、P型半導体基板21の表面層にN型ウェル領域22を形成する。そして、基板表面にバッファ酸化膜63を形成する。続いて、基板表面におけるP型半導体基板21とN型ウェル領域22の境界部分の上に、マスク59を被せ、N型ウェル領域22の全面にP型不純物として例えばボロン(B11)をイオン注入する(図12)。
In addition, it may replace with the process of FIGS. 3-6 and the process of FIGS. 12-14 may be performed. First, the N-
バッファ酸化膜63およびマスク59を除去した後、基板表面に例えば酸化膜からなるマスク60を形成し、トレンチエッチングを行って、N型ウェル領域22の表面層にトレンチ24を形成する。続いて、バッファ酸化を行って、トレンチ24の内部にバッファ酸化膜61を形成する。そして、トレンチ24の底面にN型不純物として例えばリン(P31)をイオン注入する(図13)。
After removing the
次いで、熱拡散を行って、第1メサ領域41内の表面層、第2メサ領域42内の表面層およびトレンチ24の底部にそれぞれP型の第1チャネル領域43、P型の第2チャネル領域44および拡張Nドレイン領域25を形成する。バッファ酸化膜61を除去した後、トレンチ24の内部に第1ゲート酸化膜26および第2ゲート酸化膜27となる酸化膜を形成し、さらにその内側に第1ゲート電極28と第2ゲート電極29を形成する(図14)。そして、図示省略するが、マスク60を除去し、シャドウ酸化を行って、シャドウ酸化膜を形成した後、図7の工程へ進む。
Next, thermal diffusion is performed, and a P-type
また、図7の工程に代えて、図15の工程を行ってもよい。すなわち、図6の工程に続いて、基板表面におけるP型半導体基板21とN型ウェル領域22とP型の第2チャネル領域44の境界部分の上に、マスク62を被せ、第1ゲート電極28と第2ゲート電極29をマスクとしてトレンチ24の底面、P型の第1チャネル領域43の表面層およびP型の第2チャネル領域44の表面層にP型不純物として例えばボロン(B11)をイオン注入する(図15)。そして、マスク62を除去し、図8の工程へ進む。
Further, the process of FIG. 15 may be performed instead of the process of FIG. That is, following the process of FIG. 6, the
図15の工程を行う場合には、P型の第1チャネル領域43およびP型の第2チャネル領域44の濃度は、図4と図15の両工程におけるP型不純物のイオン注入量によって制御される。図15の工程を行うことによって、微細化したときにマスクずれの精度を懸念することなく、イオン注入を行うことができるので、製造プロセスが簡便となる。
When the process of FIG. 15 is performed, the concentrations of the P-type
さらに、図7の工程に代えて、図16と図17の工程を行ってもよいし、図15の工程に代えて、図18と図19の工程を行ってもよい。つまり、図7または図15の工程では、P型不純物のイオン注入角度は、鉛直方向(0度)である。それに対して、図16と図17の工程、または図18と図19の工程では、斜めイオン注入法を適用しており、P型不純物のイオン注入角度が鉛直方向から傾いている。 Further, instead of the process of FIG. 7, the processes of FIGS. 16 and 17 may be performed, or instead of the process of FIG. 15, the processes of FIGS. 18 and 19 may be performed. That is, in the process of FIG. 7 or FIG. 15, the ion implantation angle of the P-type impurity is the vertical direction (0 degree). On the other hand, the oblique ion implantation method is applied in the steps of FIGS. 16 and 17, or the steps of FIGS. 18 and 19, and the ion implantation angle of the P-type impurity is inclined from the vertical direction.
この斜めイオン注入法においては、イオン注入を行う際のチルト面とトレンチ24の側壁面に平行な面とのなす角度をθとすると、θ=±θ1(ただし、θ1>0)でイオン注入を行う。その際、θ1が、次の(1)式を満たすようにする。ただし、Dtは、トレンチ24の深さであり、LGGは、第1ゲート電極28と第2ゲート電極29との間隔である。
0<tanθ1≦LGG/(2・Dt) ・・・(1)
In this oblique ion implantation method, if the angle formed between the tilt plane and the plane parallel to the sidewall surface of the
0 <tan θ 1 ≦ L GG / (2 · D t ) (1)
そして、図16または図18に示す正方向の斜めイオン注入工程では、θ=+θ1の角度でイオン注入を行い、図17または図19に示す負方向の斜めイオン注入工程では、正方向のときと同じ濃度で、θ=−θ1の角度でイオン注入を行うのが好ましい。このようにすれば、P型フローティング領域45のプロファイルがトレンチ24の中心線に対して左右対称になるので、第1ソース電極35から第2ソース電極36へ電流が流れるときと、その逆のときとで、同じオン・オフ特性が得られるからである。
Then, in the positive direction of the oblique ion implantation step shown in FIG. 16 or 18, ion implantation at an angle of θ = + θ 1, the negative direction of the oblique ion implantation step shown in FIG. 17 or FIG. 19, when the positive direction It is preferable to perform ion implantation at an angle of θ = −θ 1 at the same concentration. In this way, the profile of the P-
実施の形態1によれば、トレンチ24の側壁にトランジスタが形成されるので、単位面積あたりのチャネル幅を増やすことができる。従って、集積度を高くすることができるとともに、単位面積あたりのオン抵抗を低減させることができる。また、トレンチ24の底部における電界が緩和されることによって、電子の捕獲による拡張Nドレイン領域25の空乏化を抑制することができるので、オン電流が安定し、信頼性が向上する。さらに、従来の製造プロセスに、P型フローティング領域45を形成するためのイオン注入工程と熱拡散工程を追加するだけで図1に示す半導体装置が得られるので、トレンチ底面にLOCOS酸化膜を形成してトレンチ底部における電界を緩和する構成に比べて、製造プロセスが簡便である。
According to the first embodiment, since the transistor is formed on the sidewall of the
実施の形態2.
図20は、本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。図20に示すように、実施の形態2の半導体装置は、図1に示す実施の形態1の半導体装置において、次のように読み替えたものである。第1ゲート酸化膜26、第2ゲート酸化膜27、第1ゲート電極28および第2ゲート電極29をそれぞれゲート酸化膜76、フィールド酸化膜77、ゲート電極78およびフィールド電極79と読み替える。
FIG. 20 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 20, the semiconductor device of the second embodiment is the following replacement of the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG. 1. The first
また、N+型の第1ソース領域31およびP+型の第1ソース領域32をそれぞれN+型ソース領域81およびP+型ソース領域82と読み替える。また、N+型の第2ソース領域33およびP+型の第2ソース領域34をともにN+型ドレイン領域83と読み替える。つまり、実施の形態2では、第2メサ領域42の表面層には、N+型ドレイン領域83が設けられており、P型の領域はない。
Further, the N + -type
また、第1ソース電極35および第2ソース電極36をそれぞれソース電極85およびドレイン電極86と読み替える。また、P型の第1チャネル領域43およびP型の第2チャネル領域44をそれぞれP型チャネル領域93およびN型ドレイン領域94と読み替える。その他の構成については、実施の形態1と同様であるので、詳細な説明を省略する。実施の形態2の半導体装置では、ドレイン電極86からソース電極85へ向かう一方向に電流が流れる。
Further, the
図20に示す半導体装置において、P型フローティング領域45の濃度を最適化し、ソース電極85とゲート電極78を接地電位とし、ドレイン電極86とフィールド電極79に耐圧未満の高電圧を印加して信頼性試験を行うと、トレンチ底面での電界が緩和される。従って、実施の形態1と同様に、オーバーラップ部分における電界が緩和され、トレンチ底部の薄い絶縁膜に電子が捕獲されることによる拡張Nドレイン領域25の空乏化を抑制することができるので、オン電流が安定し、信頼性が向上する。
In the semiconductor device shown in FIG. 20, the concentration of the P-
次に、図20に示す半導体装置の製造プロセスについて図3および図21〜図29を参照しながら説明する。図3および図21〜図29は、工程順に製造段階の半導体装置の要部を示す縦断面図である。まず、実施の形態1と同様にして、P型半導体基板21の表面層にN型ウェル領域22を形成し、マスク51によりトレンチ24を形成する(図3)。
Next, a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 20 will be described with reference to FIGS. 3 and 21 to 29. 3 and 21 to 29 are longitudinal sectional views showing the main part of the semiconductor device in the manufacturing stage in the order of processes. First, in the same manner as in the first embodiment, the N-
マスク51を除去した後、バッファ酸化を行って、バッファ酸化膜101を形成する。そして、トレンチ24の内部と第2メサ領域42の上にマスク102を被せ、第1メサ領域41の表面層にP型不純物として例えばボロン(B11)をイオン注入する(図21)。マスク102を除去した後、トレンチ24の内部と第1メサ領域41の上と、基板表面におけるP型半導体基板21とN型ウェル領域22の境界部分の上に、マスク103を被せ、第2メサ領域42の表面層にN型不純物として例えばリン(P31)をイオン注入する(図22)。
After removing the
マスク103を除去した後、第1メサ領域41と第2メサ領域42の上にマスク104を被せ、トレンチ24の底面にN型不純物として例えばリン(P31)をイオン注入する(図23)。マスク104を除去した後、熱拡散を行って、第1メサ領域41内の表面層、第2メサ領域42内の表面層およびトレンチ24の底部にそれぞれP型チャネル領域93、N型ドレイン領域94および拡張Nドレイン領域25を形成する。バッファ酸化膜101を除去した後、トレンチ24の内部にゲート酸化膜76およびフィールド酸化膜77となる酸化膜を形成し、さらにその内側にゲート電極78とフィールド電極79を形成する。そして、シャドウ酸化を行って、シャドウ酸化膜105を形成する(図24)。
After the
次いで、第1メサ領域41と第2メサ領域42の上にマスク106を被せ、ゲート電極78とフィールド電極79をマスクとしてトレンチ24の底面にのみP型不純物として例えばボロン(B11)をイオン注入する(図25)。マスク106を除去した後、熱拡散を行って、拡張Nドレイン領域25内のトレンチ24の底部にP型フローティング領域45を形成する(図26)。
Next, a
ここで、ゲート電極78とフィールド電極79をマスクとするのは、図26に示すように、P型フローティング領域45と拡張Nドレイン領域25との接合端のマージンLdf1およびLdf2を確保し、P型フローティング領域45がP型チャネル領域93とつながらないようにするためである。また、P型フローティング領域45の両端がゲート電極78およびフィールド電極79の下側にまで伸びてオーバーラップ部分に重なるようにするためである。
Here, the
次いで、第1メサ領域41と第2メサ領域42の上にマスク107を被せ、第1メサ領域41の表面層および第2メサ領域42の表面層に選択的にN型不純物として例えば砒素(As75)をイオン注入する(図27)。マスク107を除去した後、第1メサ領域41と第2メサ領域42の上にマスク108を被せ、第1メサ領域41の表面層に選択的にP型不純物として例えばボロン(B11)をイオン注入する(図28)。
Next, a
マスク108を除去した後、熱拡散を行って、P型チャネル領域93(第1メサ領域41)の表面層にN+型ソース領域81とP+型ソース領域82を形成するとともに、N型ドレイン領域94(第2メサ領域42)の表面層にN+型ドレイン領域83を形成する。続いて、基板全体に層間絶縁膜30を堆積し、CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)などにより層間絶縁膜30を平坦化する(図29)。
After removing the
最後に、層間絶縁膜30にコンタクトホールを開口し、N+型ソース領域81とP+型ソース領域82に電気的に接続するソース電極85を形成するとともに、N+型ドレイン領域83に電気的に接続するドレイン電極86を形成する。これによって、図20に示す半導体装置が完成する。
Finally, a contact hole is opened in the
なお、図3および図21〜図24の工程に代えて、図30〜図33の工程を行ってもよい。まず、P型半導体基板21の表面層にN型ウェル領域22を形成する。そして、基板表面にバッファ酸化膜109を形成する。続いて、第2メサ領域となる領域上に、マスク110を被せ、第1メサ領域となる領域にP型不純物として例えばボロン(B11)をイオン注入する(図30)。なお、図29の工程の前に図30の工程を行ってもよい。
Instead of the steps of FIGS. 3 and 21 to 24, the steps of FIGS. 30 to 33 may be performed. First, the N-
次いで、第1メサ領域となる領域上に、マスク111を被せ、第2メサ領域となる領域にN型不純物として例えばリン(P31)をイオン注入する(図31)。バッファ酸化膜109およびマスク111を除去した後、基板表面に例えば酸化膜からなるマスク112を形成し、トレンチエッチングを行って、N型ウェル領域22の表面層にトレンチ24を形成する。続いて、バッファ酸化を行って、トレンチ24の内部にバッファ酸化膜113を形成する。そして、トレンチ24の底面にN型不純物として例えばリン(P31)をイオン注入する(図32)。
Next, the region serving as the first mesa region is covered with a
次いで、熱拡散を行って、第1メサ領域41内の表面層、第2メサ領域42内の表面層およびトレンチ24の底部にそれぞれP型チャネル領域93、N型ドレイン領域94および拡張Nドレイン領域25を形成する。バッファ酸化膜113を除去した後、トレンチ24の内部にゲート酸化膜76およびフィールド酸化膜77となる酸化膜を形成し、さらにその内側にゲート電極78とフィールド電極79を形成する(図33)。そして、図示省略するが、マスク112を除去し、シャドウ酸化を行って、シャドウ酸化膜を形成した後、図25の工程へ進む。
Next, thermal diffusion is performed, so that the surface layer in the
また、図25の工程に代えて、図34の工程を行ってもよい。すなわち、図24の工程に続いて、第2メサ領域42の上に、マスク114を被せ、ゲート電極78とフィールド電極79をマスクとしてトレンチ24の底面およびP型チャネル領域93の表面層にP型不純物として例えばボロン(B11)をイオン注入する(図34)。そして、マスク114を除去し、図26の工程へ進む。
Further, the step of FIG. 34 may be performed instead of the step of FIG. 24, the
図34の工程を行う場合には、P型チャネル領域93の濃度は、図21と図34の両工程におけるP型不純物のイオン注入量によって制御される。図34の工程を行うことによって、微細化したときにマスクずれの精度を懸念することなく、イオン注入を行うことができるので、製造プロセスが簡便となる。
When the process of FIG. 34 is performed, the concentration of the P-
さらに、図25の工程に代えて、図35と図36の工程を行ってもよいし、図34の工程に代えて、図37と図38の工程を行ってもよい。つまり、図25または図34の工程では、P型不純物のイオン注入角度は、鉛直方向(0度)である。それに対して、図35と図36の工程、または図37と図38の工程では、斜めイオン注入法を適用しており、P型不純物のイオン注入角度が鉛直方向から傾いている。 Further, instead of the step of FIG. 25, the steps of FIG. 35 and FIG. 36 may be performed, or the steps of FIG. 37 and FIG. 38 may be performed instead of the step of FIG. That is, in the step of FIG. 25 or FIG. 34, the ion implantation angle of the P-type impurity is the vertical direction (0 degree). In contrast, the oblique ion implantation method is applied in the steps of FIGS. 35 and 36 or the steps of FIGS. 37 and 38, and the ion implantation angle of the P-type impurity is inclined from the vertical direction.
この斜めイオン注入法においては、実施の形態1と同様に、θ=±θ1(ただし、θ1>0)でイオン注入を行う。その際、θ1が、次の(2)式を満たすようにする。ただし、LFGは、ゲート電極78とフィールド電極79との間隔である。
0<tanθ1≦LFG/(2・Dt) ・・・(2)
In this oblique ion implantation method, as in the first embodiment, ion implantation is performed with θ = ± θ 1 (where θ 1 > 0). At that time, θ 1 is set to satisfy the following expression (2). However, L FG is the distance between the
0 <tan θ 1 ≦ L FG / (2 · D t ) (2)
そして、図35または図37に示す正方向と、図36または図38に示す負方向とで対称にイオン注入を行うのが好ましい。このようにすれば、どのトレンチストライプ断面をとってもP型フローティング領域45のプロファイルが同じになるので、デバイス特性のばらつきが小さくなるからである。実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果が得られる。
Then, it is preferable to perform ion implantation symmetrically in the positive direction shown in FIG. 35 or FIG. 37 and the negative direction shown in FIG. 36 or FIG. This is because, since the profile of the P-
実施の形態3.
図39は、本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。図39に示すように、実施の形態3の半導体装置は、図1に示す実施の形態1の半導体装置において、P型フローティング領域45を複数、例えば2つのP型フローティング領域46,47に分割し、トレンチ24の底部の中央部にP型フローティング領域がないようにしたものである。これらP型フローティング領域46,47は、P型の第1チャネル領域43およびP型の第2チャネル領域44の両方から離れている。
FIG. 39 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 39, in the semiconductor device of the third embodiment, the P-
また、一方のP型フローティング領域46は、素子の上方から見て、第1ゲート電極28と層間絶縁膜30の界面が拡張Nドレイン領域25と重なるオーバーラップ部分に、さらに重なるように形成されている。他方のP型フローティング領域47は、素子の上方から見て、第2ゲート電極29と層間絶縁膜30の界面が拡張Nドレイン領域25と重なるオーバーラップ部分に、さらに重なるように形成されている。その他の構成については、実施の形態1と同様であるので、詳細な説明を省略する。
One P-
実施の形態3では、実施の形態1と同様に、オーバーラップ部分の電界緩和によってオン電流が安定し、信頼性が向上するのに加えて、実施の形態1よりもオン抵抗を低くすることができる。その理由は、次の通りである。実施の形態1では、図40に示すように、P型フローティング領域45が、トレンチ24の底面と拡張Nドレイン領域25の界面のほぼ全面を被っているため、オン電流は拡張Nドレイン領域25の高抵抗バルク領域(図中、R1で示す部分)を流れることになる。
In the third embodiment, as in the first embodiment, the on-state current is stabilized and the reliability is improved by the electric field relaxation in the overlap portion. In addition, the on-resistance can be made lower than that in the first embodiment. it can. The reason is as follows. In the first embodiment, as shown in FIG. 40, since the P-
それに対して、実施の形態3では、図41に示すように、P型フローティング領域46,47が分割されているので、拡張Nドレイン領域25の一部がトレンチ24の底面に接する。このため、拡張Nドレイン領域25の抵抗成分として、高抵抗バルク領域の抵抗R1に並列な抵抗成分R2が生じることになり、拡張Nドレイン領域25のドリフト抵抗がR1よりも低くなる。従って、実施の形態3の方が、実施の形態1よりもオン抵抗が低くなる。
On the other hand, in the third embodiment, as shown in FIG. 41, since the P
次に、図39に示す半導体装置の製造プロセスについて図42〜図44を参照しながら説明する。図42〜図44は、工程順に製造段階の半導体装置の要部を示す縦断面図である。まず、実施の形態1と同様に、図3〜図6の工程を行う。次いで、第1メサ領域41と第2メサ領域42の上にマスク56を被せ、第1ゲート電極28と第2ゲート電極29をマスクとしてトレンチ24の底面にのみP型不純物として例えばボロン(B11)を斜めイオン注入する(図42、図43)。
Next, a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 39 will be described with reference to FIGS. 42 to 44 are longitudinal cross-sectional views showing the main parts of the semiconductor device in the manufacturing stage in the order of processes. First, similarly to the first embodiment, the steps of FIGS. Next, a
次いで、マスク56を除去した後、熱拡散を行って、拡張Nドレイン領域25内のトレンチ24の底部にP型フローティング領域46,47を形成する(図44)。これ以降は、実施の形態1と同様に、図9〜図11の工程を行い、第1ソース電極35と第2ソース電極36を形成する。
Next, after removing the
図42および図43の斜めイオン注入工程では、θ=±θ1(ただし、θ1>0)でイオン注入を行う。その際、θ1が、次の(3)式を満たすようにする。なお、マスク56の厚みはシャドウ効果に寄与しないものとする。
LGG/(2・Dt)<tanθ1≦LGG/Dt ・・・(3)
42 and 43, ion implantation is performed at θ = ± θ 1 (where θ 1 > 0). At that time, θ 1 is set to satisfy the following expression (3). Note that the thickness of the
L GG / (2 · D t ) <tan θ 1 ≦ L GG / D t (3)
(3)式を満たす必要があるのは以下の理由による。tanθ1≦LGG/(2・Dt)となるθ1で斜めイオン注入を行うと、図16および図17のようになり、2つのP型フローティング領域46,47がトレンチ24の底面でつながってしまうからである。また、tanθ1>LGG/Dtとなるθ1で斜めイオン注入を行うと、シャドウ効果によりトレンチ24の底面にP型不純物が到達しないため、P型フローティング領域46,47を形成することができないからである。
The reason why the expression (3) needs to be satisfied is as follows. When oblique ion implantation is performed at θ 1 where tan θ 1 ≦ L GG / (2 · D t ), as shown in FIGS. 16 and 17, the two P-
実施の形態3によれば、実施の形態1と同様の効果が得られる。また、シャドウ効果を利用してP型フローティング領域46,47を形成することができるので、P型フローティング領域46,47を分けて形成するためにトレンチ24の底面にマスクを形成する必要がない。従って、製造プロセスが簡便となる。なお、拡張Nドレイン領域25の内部にP型フローティング領域を3個以上形成してもよい。
According to the third embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, since the P-
実施の形態4.
図45は、本発明の実施の形態4にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。図45に示すように、実施の形態4の半導体装置は、図20に示す実施の形態2の半導体装置において、実施の形態3と同様に、P型フローティング領域45を複数、例えば2つのP型フローティング領域46,47に分割し、トレンチ24の底部の中央部にP型フローティング領域がないようにしたものである。
FIG. 45 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 45, the semiconductor device of the fourth embodiment is similar to the third embodiment in the semiconductor device of the second embodiment shown in FIG. 20, and a plurality of, for example, two P-
一方のP型フローティング領域46は、素子の上方から見て、ゲート電極78と層間絶縁膜30の界面が拡張Nドレイン領域25と重なるオーバーラップ部分に、さらに重なるように形成されている。他方のP型フローティング領域47は、素子の上方から見て、フィールド電極79と層間絶縁膜30の界面が拡張Nドレイン領域25と重なるオーバーラップ部分に、さらに重なるように形成されている。
One P-
その他の構成については、実施の形態2と同様であるので、詳細な説明を省略する。実施の形態4では、実施の形態2よりもオン抵抗を低くすることができる。その理由は、実施の形態3で説明した通りである。 Since other configurations are the same as those in the second embodiment, detailed description thereof is omitted. In the fourth embodiment, the on-resistance can be made lower than that in the second embodiment. The reason is as described in the third embodiment.
次に、図45に示す半導体装置の製造プロセスについて図46〜図48を参照しながら説明する。図46〜図48は、工程順に製造段階の半導体装置の要部を示す縦断面図である。まず、実施の形態2と同様に、図3および図21〜図24の工程を行う。次いで、第1メサ領域41と第2メサ領域42の上にマスク106を被せ、ゲート電極78とフィールド電極79をマスクとしてトレンチ24の底面にのみP型不純物として例えばボロン(B11)を斜めイオン注入する(図46、図47)。
Next, a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 45 will be described with reference to FIGS. 46 to 48 are longitudinal sectional views showing the main parts of the semiconductor device in the manufacturing stage in the order of processes. First, similarly to the second embodiment, the steps of FIGS. 3 and 21 to 24 are performed. Next, the
次いで、マスク106を除去した後、熱拡散を行って、拡張Nドレイン領域25内のトレンチ24の底部にP型フローティング領域46,47を形成する(図48)。これ以降は、実施の形態2と同様に、図27〜図29の工程を行い、ソース電極85とドレイン電極86を形成する。
Next, after removing the
図46および図47の斜めイオン注入工程では、θ=±θ1(ただし、θ1>0)でイオン注入を行う。その際、θ1が、次の(4)式を満たすようにする。(4)式を満たす必要がある理由は、実施の形態3で説明した通りである。なお、マスク106の厚みはシャドウ効果に寄与しないものとする。
LFG/(2・Dt)<tanθ1≦LFG/Dt ・・・(4)
46 and 47, ion implantation is performed at θ = ± θ 1 (where θ 1 > 0). At that time, θ 1 is set to satisfy the following expression (4). The reason why the expression (4) needs to be satisfied is as described in the third embodiment. Note that the thickness of the
L FG / (2 · D t ) <tan θ 1 ≦ L FG / D t (4)
実施の形態4によれば、実施の形態2と同様の効果が得られる。また、実施の形態3と同様に、シャドウ効果を利用してP型フローティング領域46,47を形成するので、製造プロセスが簡便となる。なお、拡張Nドレイン領域25の内部にP型フローティング領域を3個以上形成してもよい。
According to the fourth embodiment, the same effect as in the second embodiment can be obtained. Further, since the P-
実施の形態5.
実施の形態5は、図1に示す実施の形態1の半導体装置の別の製造方法である。実施の形態5の製造プロセスについて図49および図50を参照しながら説明する。図49および図50は、工程順に製造段階の半導体装置の要部を示す縦断面図である。
The fifth embodiment is another method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG. A manufacturing process according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 49 and 50 are longitudinal sectional views showing the main part of the semiconductor device in the manufacturing stage in the order of processes.
まず、実施の形態1と同様に、図12〜図14の工程を行う。次いで、第1メサ領域41と第2メサ領域42の上にマスク60を被せたまま、第1ゲート電極28と第2ゲート電極29をマスクとしてトレンチ24の底面にのみP型不純物として例えばボロン(B11)をイオン注入する(図49)。次いで、熱拡散を行って、拡張Nドレイン領域25内のトレンチ24の底部にP型フローティング領域45を形成する(図50)。これ以降は、実施の形態1と同様に、図9〜図11の工程を行い、第1ソース電極35と第2ソース電極36を形成する。図示省略するが、図9の工程へ進む前にマスク60を除去し、シャドウ酸化を行って、シャドウ酸化膜を形成する。
First, similarly to the first embodiment, the steps of FIGS. 12 to 14 are performed. Next, with the
なお、図49の工程では、P型不純物のイオン注入角度は、鉛直方向(0度)であるが、斜めイオン注入法を適用してもよい。この斜めイオン注入法においては、θ=±θ1(ただし、θ1>0)でイオン注入を行う。その際、次の(5)式または(6)式を満たすようにする。ただし、T1は、マスク60の厚さであり、T2は、第1ゲート酸化膜26と第1ゲート電極28、または第2ゲート酸化膜27と第2ゲート電極29の厚さの和である。
In the step of FIG. 49, the ion implantation angle of the P-type impurity is in the vertical direction (0 degree), but an oblique ion implantation method may be applied. In this oblique ion implantation method, ion implantation is performed with θ = ± θ 1 (where θ 1 > 0). At that time, the following expression (5) or (6) is satisfied. However, T 1 is the thickness of the
T1≦(Dt・T2)/LGG
のとき、
0<tanθ1≦LGG/(2・Dt) ・・・(5)
T1>(Dt・T2)/LGG
のとき、
0<tanθ≦(2・T2+LGG)/{2・(T1+Dt)} ・・・(6)
T 1 ≦ (D t · T 2 ) / L GG
When,
0 <tan θ 1 ≦ L GG / (2 · D t ) (5)
T 1 > (D t · T 2 ) / L GG
When,
0 <tan θ ≦ (2 · T 2 + L GG ) / {2 · (T 1 + D t )} (6)
実施の形態5によれば、実施の形態1と同様の効果が得られる。また、マスク60を残したままP型フローティング領域45を形成するためのイオン注入を行うことによって、図7のようにイオン注入を行う前にマスク56を形成する必要がないので、製造プロセスが簡便となる。
According to the fifth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, by performing ion implantation for forming the P-
実施の形態6.
実施の形態6は、図20に示す実施の形態2の半導体装置の別の製造方法である。実施の形態6の製造プロセスについて図51および図52を参照しながら説明する。図51および図52は、工程順に製造段階の半導体装置の要部を示す縦断面図である。
The sixth embodiment is another method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment shown in FIG. The manufacturing process of the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 51 and 52 are longitudinal sectional views showing the main parts of the semiconductor device in the manufacturing stage in the order of processes.
まず、実施の形態2と同様に、図30〜図33の工程を行う。次いで、第1メサ領域41と第2メサ領域42の上にマスク112を被せたまま、ゲート電極78とフィールド電極79をマスクとしてトレンチ24の底面にのみP型不純物として例えばボロン(B11)をイオン注入する(図51)。次いで、熱拡散を行って、拡張Nドレイン領域25内のトレンチ24の底部にP型フローティング領域45を形成する(図52)。これ以降は、実施の形態2と同様に、図27〜図29の工程を行い、ソース電極85とドレイン電極86を形成する。図示省略するが、図27の工程へ進む前にマスク112を除去し、シャドウ酸化を行って、シャドウ酸化膜を形成する。
First, similarly to the second embodiment, the steps of FIGS. 30 to 33 are performed. Next, with the
なお、図51の工程では、P型不純物のイオン注入角度は、鉛直方向(0度)であるが、斜めイオン注入法を適用してもよい。この斜めイオン注入法においては、θ=±θ1(ただし、θ1>0)でイオン注入を行う。その際、次の(7)式または(8)式を満たすようにする。ただし、T1は、マスク112の厚さであり、T2は、ゲート酸化膜76とゲート電極78、またはフィールド酸化膜77とフィールド電極79の厚さの和である。
In the process of FIG. 51, the ion implantation angle of the P-type impurity is in the vertical direction (0 degree), but an oblique ion implantation method may be applied. In this oblique ion implantation method, ion implantation is performed with θ = ± θ 1 (where θ 1 > 0). At that time, the following expression (7) or (8) is satisfied. However, T 1 is the thickness of the
T1≦(Dt・T2)/LFG
のとき、
0<tanθ≦LFG/(2・Dt) ・・・(7)
T1>(Dt・T2)/LFG
のとき、
0<tanθ≦(2・T2+LFG)/{2・(T1+Dt)} ・・・(8)
T 1 ≦ (D t · T 2 ) / L FG
When,
0 <tan θ ≦ L FG / (2 · D t ) (7)
T 1 > (D t · T 2 ) / L FG
When,
0 <tan θ ≦ (2 · T 2 + L FG ) / {2 · (T 1 + D t )} (8)
実施の形態6によれば、実施の形態2と同様の効果が得られる。また、マスク112を残したままP型フローティング領域45を形成するためのイオン注入を行うことによって、図25のようにイオン注入を行う前にマスク106を形成する必要がないので、製造プロセスが簡便となる。
According to the sixth embodiment, the same effect as in the second embodiment can be obtained. In addition, by performing ion implantation for forming the P-
実施の形態7.
実施の形態7は、図39に示す実施の形態3の半導体装置の別の製造方法である。実施の形態7の製造プロセスについて図53〜図55を参照しながら説明する。図53〜図55は、工程順に製造段階の半導体装置の要部を示す縦断面図である。
The seventh embodiment is another method for manufacturing the semiconductor device of the third embodiment shown in FIG. A manufacturing process according to the seventh embodiment will be described with reference to FIGS. 53 to 55 are longitudinal sectional views showing the main part of the semiconductor device in the manufacturing stage in the order of processes.
まず、実施の形態1または5と同様に、図12〜図14の工程を行う。次いで、第1メサ領域41と第2メサ領域42の上にマスク60を被せたまま、第1ゲート電極28と第2ゲート電極29をマスクとしてトレンチ24の底面にのみP型不純物として例えばボロン(B11)を斜めイオン注入する(図53、図54)。次いで、熱拡散を行って、拡張Nドレイン領域25内のトレンチ24の底部にP型フローティング領域46,47を形成する(図55)。これ以降は、実施の形態1と同様に、図9〜図11の工程を行い、第1ソース電極35と第2ソース電極36を形成する。図示省略するが、図9の工程へ進む前にマスク60を除去し、シャドウ酸化を行って、シャドウ酸化膜を形成する。
First, the steps of FIGS. 12 to 14 are performed as in the first or fifth embodiment. Next, with the
図53および図54の斜めイオン注入工程では、θ=≦θ1(ただし、θ1>0)でイオン注入を行う。その際、次の(9)式または(10)式を満たすようにする。ただし、T1は、マスク60の厚さであり、T2は、第1ゲート酸化膜26と第1ゲート電極28、または第2ゲート酸化膜27と第2ゲート電極29の厚さの和である。
53 and 54, ion implantation is performed with θ = ≦ θ 1 (where θ 1 > 0). At that time, the following expression (9) or (10) is satisfied. However, T 1 is the thickness of the
T1≦(Dt・T2)/LGG
のとき、
LGG/(2・Dt)<tanθ1≦LGG/Dt ・・・(9)
T1>(Dt・T2)/LGG
のとき、
(2・T2+LGG)/{2・(T1+Dt)}<tanθ1≦(2・T2+LGG)/(T1+Dt) ・・・(10)
T 1 ≦ (D t · T 2 ) / L GG
When,
L GG / (2 · D t ) <tan θ 1 ≦ L GG / D t (9)
T 1 > (D t · T 2 ) / L GG
When,
(2 · T 2 + L GG ) / {2 · (T 1 + D t )} <tan θ 1 ≦ (2 · T 2 + L GG ) / (T 1 + D t ) (10)
(9)式は、マスク60の厚さT1が薄く、マスク60がシャドウ効果に寄与しない場合に対応している。一方、(10)式は、マスク60の厚さT1が厚く、マスク60がシャドウ効果に寄与する場合に対応している。
Equation (9) corresponds to the case where the thickness T 1 of the
実施の形態7によれば、実施の形態3と同様の効果が得られる。また、マスク60を残したままP型フローティング領域46,47を形成するためのイオン注入を行うことによって、図42のようにイオン注入を行う前にマスク56を形成する必要がないので、製造プロセスが簡便となる。なお、拡張Nドレイン領域25の内部にP型フローティング領域を3個以上形成してもよい。
According to the seventh embodiment, the same effect as in the third embodiment can be obtained. Further, by performing ion implantation for forming the P-
実施の形態8.
実施の形態8は、図45に示す実施の形態4の半導体装置の別の製造方法である。実施の形態8の製造プロセスについて図56〜図58を参照しながら説明する。図56〜図58は、工程順に製造段階の半導体装置の要部を示す縦断面図である。
The eighth embodiment is another method for manufacturing the semiconductor device of the fourth embodiment shown in FIG. A manufacturing process according to the eighth embodiment will be described with reference to FIGS. 56 to 58 are longitudinal sectional views showing the main parts of the semiconductor device in the manufacturing stage in the order of processes.
まず、実施の形態2または6と同様に、図30〜図33の工程を行う。次いで、第1メサ領域41と第2メサ領域42の上にマスク112を被せたまま、ゲート電極78とフィールド電極79をマスクとしてトレンチ24の底面にのみP型不純物として例えばボロン(B11)を斜めイオン注入する(図56、図57)。次いで、熱拡散を行って、拡張Nドレイン領域25内のトレンチ24の底部にP型フローティング領域46,47を形成する(図58)。これ以降は、実施の形態2と同様に、図27〜図29の工程を行い、ソース電極85とドレイン電極86を形成する。図示省略するが、図27の工程へ進む前にマスク112を除去し、シャドウ酸化を行って、シャドウ酸化膜を形成する。
First, similarly to the second or sixth embodiment, the steps of FIGS. 30 to 33 are performed. Next, with the
図56および図57の斜めイオン注入工程では、θ=±θ1(ただし、θ1>0)でイオン注入を行う。その際、次の(11)式または(12)式を満たすようにする。ただし、T1は、マスク112の厚さであり、T2は、ゲート酸化膜76とゲート電極78、またはフィールド酸化膜77とフィールド電極79の厚さの和である。
56 and 57, ion implantation is performed at θ = ± θ 1 (where θ 1 > 0). At that time, the following expression (11) or (12) is satisfied. However, T 1 is the thickness of the
T1≦(Dt・T2)/LFG
のとき、
LFG/(2・Dt)<tanθ1≦LFG/Dt ・・・(11)
T1>(Dt・T2)/LFG
のとき、
(2・T2+LFG)/{2・(T1+Dt)}<tanθ1≦(2・T2+LFG)/(T1+Dt) ・・・(12)
T 1 ≦ (D t · T 2 ) / L FG
When,
L FG / (2 · D t ) <tan θ 1 ≦ L FG / D t (11)
T 1 > (D t · T 2 ) / L FG
When,
(2 · T 2 + L FG ) / {2 · (T 1 + D t )} <tan θ 1 ≦ (2 · T 2 + L FG ) / (T 1 + D t ) (12)
(11)式は、マスク112の厚さT1が薄く、マスク112がシャドウ効果に寄与しない場合に対応している。一方、(12)式は、マスク112の厚さT1が厚く、マスク112がシャドウ効果に寄与する場合に対応している。
Equation (11) corresponds to the case where the thickness T 1 of the
実施の形態8によれば、実施の形態4と同様の効果が得られる。また、マスク112を残したままP型フローティング領域46,47を形成するためのイオン注入を行うことによって、図46のようにイオン注入を行う前にマスク106を形成する必要がないので、製造プロセスが簡便となる。なお、拡張Nドレイン領域25の内部にP型フローティング領域を3個以上形成してもよい。
According to the eighth embodiment, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained. Further, by performing ion implantation for forming the P-
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、実施の形態1〜8において、ウェル領域22の導電性をP型にしてもよい。その場合、実施の形態1、3、5または7においては、半導体基板21の導電性をN型にするのが望ましい。その理由は、半導体基板21とウェル領域22がともにP型であると、P型の第1チャネル領域43および第2チャネル領域44とP型半導体基板21とが同電位となるため、第1ソース電極35と第2ソース電極36が同電位となり、双方向のMOSFETとして機能しなくなるからである。ただし、第1メサ領域41を挟む2つの拡張Nドレイン領域25が電気的に接続されるような構成であれば、半導体基板21の導電性がP型であってもよい。
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, in the first to eighth embodiments, the conductivity of the
また、実施の形態1〜8において、半導体基板21の導電性は、P型、N型のいずれでもよい。さらに、実施の形態1〜8において、すべての半導体の導電性を反転させてもよい。
In the first to eighth embodiments, the conductivity of the
以上のように、本発明にかかる半導体装置およびその製造方法は、高耐圧で大電流を制御する集積回路に適する低オン抵抗のパワーMOSFETに有用であり、特に、スイッチング電源用IC、自動車パワー系駆動用IC、フラットパネルディスプレイ駆動用ICなどに集積されるパワーMOSFETに適している。 As described above, the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention are useful for a low on-resistance power MOSFET suitable for an integrated circuit that controls a large current with a high breakdown voltage, and in particular, an IC for a switching power supply, an automobile power system It is suitable for power MOSFETs integrated in driving ICs, flat panel display driving ICs, and the like.
21 半導体基板
22 ウェル領域
24 トレンチ
25,83,94 ドレイン領域
26,27,76 ゲート絶縁膜
28,29,78 ゲート電極
30 層間絶縁膜
31,33,81 ソース領域
35,36,85 ソース電極
41 第1メサ領域
42 第2メサ領域
43,44,93 チャネル領域
45 フローティング領域
77 フィールド酸化膜
79 フィールド電極
86 ドレイン電極
21
Claims (24)
半導体基板の表面層に形成されたウェル領域と、
前記ウェル領域内で、前記ウェル領域内に形成されたトレンチの底部に設けられた第1導電型のドレイン領域と、
第1メサ領域の表面層に設けられた第1導電型の第1ソース領域と、
前記第1ソース領域と前記ドレイン領域の間の前記第1メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記第1ソース領域および前記ドレイン領域の両方に接する第2導電型の第1チャネル領域と、
前記第1チャネル領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられた第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられた第1ゲート電極と、
第2メサ領域の表面層に設けられた第1導電型の第2ソース領域と、
前記第2ソース領域と前記ドレイン領域の間の前記第2メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記第2ソース領域および前記ドレイン領域の両方に接する第2導電型の第2チャネル領域と、
前記第2チャネル領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられた第2ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられた第2ゲート電極と、
前記ドレイン領域内で、前記トレンチの底部に設けられ、かつ前記第1チャネル領域および前記第2チャネル領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両方に重なる第2導電型のフローティング領域と、
前記第1ソース領域に電気的に接続する第1ソース電極と、
前記第2ソース領域に電気的に接続する第2ソース電極と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 A surface layer of the semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region by a trench formed in the surface layer of the semiconductor substrate, and the first mesa region and the second mesa region are alternately arranged, and the first mesa A semiconductor device that draws current in a region and a second mesa region,
A well region formed in a surface layer of a semiconductor substrate;
A drain region of a first conductivity type provided at a bottom portion of a trench formed in the well region in the well region;
A first source region of a first conductivity type provided in a surface layer of the first mesa region;
A second conductivity type second electrode provided along the sidewall of the trench and in contact with both the first source region and the drain region in the first mesa region between the first source region and the drain region. One channel region;
A first gate insulating film provided on a sidewall of the trench along the first channel region;
A first gate electrode provided inside the trench along the first gate insulating film;
A second source region of the first conductivity type provided in the surface layer of the second mesa region;
A second conductivity type second electrode provided along the sidewall of the trench and in contact with both the second source region and the drain region in the second mesa region between the second source region and the drain region. A two-channel region;
A second gate insulating film provided on a sidewall of the trench along the second channel region;
A second gate electrode provided inside the trench along the second gate insulating film;
Within the drain region, provided at the bottom of the trench and away from both the first channel region and the second channel region, and when viewed from above, on both the first gate electrode and the second gate electrode Overlapping floating regions of the second conductivity type;
A first source electrode electrically connected to the first source region;
A second source electrode electrically connected to the second source region;
A semiconductor device comprising:
半導体基板の表面層に形成されたウェル領域と、
前記ウェル領域内で、前記ウェル領域内に形成されたトレンチの底部に設けられた第1導電型の第1ドレイン領域と、
第1メサ領域の表面層に設けられた第1導電型のソース領域と、
前記ソース領域と前記第1ドレイン領域の間の前記第1メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記ソース領域および前記第1ドレイン領域の両方に接する第2導電型のチャネル領域と、
前記チャネル領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられたゲート電極と、
第2メサ領域の表面層に設けられた第1導電型の第2ドレイン領域と、
前記第2ドレイン領域と前記第1ドレイン領域の間の前記第2メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記第2ドレイン領域および前記第1ドレイン領域の両方に接する第1導電型の第3ドレイン領域と、
前記第3ドレイン領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられたフィールド絶縁膜と、
前記フィールド絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられたフィールド電極と、
前記第1ドレイン領域内で、前記トレンチの底部に設けられ、かつ前記チャネル領域および前記第3ドレイン領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記ゲート電極および前記フィールド電極の両方に重なる第2導電型のフローティング領域と、
前記ソース領域に電気的に接続するソース電極と、
前記第2ドレイン領域に電気的に接続する第2ドレイン電極と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 A surface layer of the semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region by a trench formed in the surface layer of the semiconductor substrate, and the first mesa region and the second mesa region are alternately arranged, and the first mesa A semiconductor device that draws a source current in a region and draws a drain current in a second mesa region,
A well region formed in a surface layer of a semiconductor substrate;
A first drain region of a first conductivity type provided at a bottom of a trench formed in the well region in the well region;
A source region of a first conductivity type provided in a surface layer of the first mesa region;
A channel of a second conductivity type provided along the sidewall of the trench and in contact with both the source region and the first drain region in the first mesa region between the source region and the first drain region Area,
A gate insulating film provided on a sidewall of the trench along the channel region;
A gate electrode provided inside the trench along the gate insulating film;
A second drain region of the first conductivity type provided in the surface layer of the second mesa region;
The first mesa region between the second drain region and the first drain region is provided along a side wall of the trench and is in contact with both the second drain region and the first drain region. A third drain region of conductivity type;
A field insulating film provided on a sidewall of the trench along the third drain region;
A field electrode provided inside the trench along the field insulating film;
Second conductivity in the first drain region, which is provided at the bottom of the trench and is separated from both the channel region and the third drain region and overlaps both the gate electrode and the field electrode when viewed from above. A floating area of the mold,
A source electrode electrically connected to the source region;
A second drain electrode electrically connected to the second drain region;
A semiconductor device comprising:
半導体基板の表面層に形成されたウェル領域と、
前記ウェル領域内で、前記ウェル領域内に形成されたトレンチの底部に設けられた第1導電型のドレイン領域と、
第1メサ領域の表面層に設けられた第1導電型の第1ソース領域と、
前記第1ソース領域と前記ドレイン領域の間の前記第1メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記第1ソース領域および前記ドレイン領域の両方に接する第2導電型の第1チャネル領域と、
前記第1チャネル領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられた第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられた第1ゲート電極と、
第2メサ領域の表面層に設けられた第1導電型の第2ソース領域と、
前記第2ソース領域と前記ドレイン領域の間の前記第2メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記第2ソース領域および前記ドレイン領域の両方に接する第2導電型の第2チャネル領域と、
前記第2チャネル領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられた第2ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられた第2ゲート電極と、
前記ドレイン領域内で、前記トレンチの底部に設けられ、かつ前記第1チャネル領域および前記第2チャネル領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記第1ゲート電極に重なる第2導電型の第1フローティング領域と、
前記ドレイン領域内で、前記トレンチの底部に設けられ、かつ前記第1チャネル領域および前記第2チャネル領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記第2ゲート電極に重なる第2導電型の第2フローティング領域と、
前記第1ソース領域に電気的に接続する第1ソース電極と、
前記第2ソース領域に電気的に接続する第2ソース電極と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 A surface layer of the semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region by a trench formed in the surface layer of the semiconductor substrate, and the first mesa region and the second mesa region are alternately arranged, and the first mesa A semiconductor device that draws current in a region and a second mesa region,
A well region formed in a surface layer of a semiconductor substrate;
A drain region of a first conductivity type provided at a bottom portion of a trench formed in the well region in the well region;
A first source region of a first conductivity type provided in a surface layer of the first mesa region;
A second conductivity type second electrode provided along the sidewall of the trench and in contact with both the first source region and the drain region in the first mesa region between the first source region and the drain region. One channel region;
A first gate insulating film provided on a sidewall of the trench along the first channel region;
A first gate electrode provided inside the trench along the first gate insulating film;
A second source region of the first conductivity type provided in the surface layer of the second mesa region;
A second conductivity type second electrode provided along the sidewall of the trench and in contact with both the second source region and the drain region in the second mesa region between the second source region and the drain region. A two-channel region;
A second gate insulating film provided on a sidewall of the trench along the second channel region;
A second gate electrode provided inside the trench along the second gate insulating film;
In the drain region, a first of the second conductivity type is provided at the bottom of the trench and is separated from both the first channel region and the second channel region and overlaps the first gate electrode when viewed from above. A floating area,
In the drain region, a second conductivity type second layer is provided at the bottom of the trench and is separated from both the first channel region and the second channel region and overlaps the second gate electrode when viewed from above. A floating area,
A first source electrode electrically connected to the first source region;
A second source electrode electrically connected to the second source region;
A semiconductor device comprising:
半導体基板の表面層に形成されたウェル領域と、
前記ウェル領域内で、前記ウェル領域内に形成されたトレンチの底部に設けられた第1導電型の第1ドレイン領域と、
第1メサ領域の表面層に設けられた第1導電型のソース領域と、
前記ソース領域と前記第1ドレイン領域の間の前記第1メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記ソース領域および前記第1ドレイン領域の両方に接する第2導電型のチャネル領域と、
前記チャネル領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられたゲート電極と、
第2メサ領域の表面層に設けられた第1導電型の第2ドレイン領域と、
前記第2ドレイン領域と前記第1ドレイン領域の間の前記第2メサ領域内で、前記トレンチの側壁に沿って設けられ、かつ前記第2ドレイン領域および前記第1ドレイン領域の両方に接する第1導電型の第3ドレイン領域と、
前記第3ドレイン領域に沿って前記トレンチの側壁に設けられたフィールド絶縁膜と、
前記フィールド絶縁膜に沿って前記トレンチの内側に設けられたフィールド電極と、
前記第1ドレイン領域内で、前記トレンチの底部に設けられ、かつ前記チャネル領域および前記第3ドレイン領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記ゲート電極に重なる第2導電型の第1フローティング領域と、
前記第1ドレイン領域内で、前記トレンチの底部に設けられ、かつ前記チャネル領域および前記第3ドレイン領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記フィールド電極に重なる第2導電型の第2フローティング領域と、
前記ソース領域に電気的に接続するソース電極と、
前記第2ドレイン領域に電気的に接続する第2ドレイン電極と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 A surface layer of the semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region by a trench formed in the surface layer of the semiconductor substrate, and the first mesa region and the second mesa region are alternately arranged, and the first mesa A semiconductor device that draws a source current in a region and draws a drain current in a second mesa region,
A well region formed in a surface layer of a semiconductor substrate;
A first drain region of a first conductivity type provided at a bottom of a trench formed in the well region in the well region;
A source region of a first conductivity type provided in a surface layer of the first mesa region;
A channel of a second conductivity type provided along the sidewall of the trench and in contact with both the source region and the first drain region in the first mesa region between the source region and the first drain region Area,
A gate insulating film provided on a sidewall of the trench along the channel region;
A gate electrode provided inside the trench along the gate insulating film;
A second drain region of the first conductivity type provided in the surface layer of the second mesa region;
The first mesa region between the second drain region and the first drain region is provided along a side wall of the trench and is in contact with both the second drain region and the first drain region. A third drain region of conductivity type;
A field insulating film provided on a sidewall of the trench along the third drain region;
A field electrode provided inside the trench along the field insulating film;
In the first drain region, a first floating region of a second conductivity type that is provided at the bottom of the trench and is separated from both the channel region and the third drain region and overlaps the gate electrode when viewed from above. When,
In the first drain region, a second floating region of a second conductivity type provided at the bottom of the trench and is separated from both the channel region and the third drain region and overlaps the field electrode when viewed from above. When,
A source electrode electrically connected to the source region;
A second drain electrode electrically connected to the second drain region;
A semiconductor device comprising:
半導体基板の表面層にウェル領域を形成する工程と、
前記ウェル領域の表面層にトレンチを形成して、前記半導体基板の表面層を第1メサ領域と第2メサ領域に分割する工程と、
前記第1メサ領域内の表面層、前記第2メサ領域内の表面層および前記トレンチの底部にそれぞれ第2導電型の第1チャネル領域、第2導電型の第2チャネル領域および第1導電型のドレイン領域の形成を行う工程と、
前記トレンチの、前記第1チャネル領域に沿う側壁および前記第2チャネル領域に沿う側壁にそれぞれ第1ゲート絶縁膜および第2ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側にそれぞれ第1ゲート電極および第2ゲート電極を形成する工程と、
前記ドレイン領域内の前記トレンチの底部に、前記第1チャネル領域および前記第2チャネル領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両方に重なる第2導電型のフローティング領域を、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極をマスクとして不純物のイオン注入を行うことによって形成する工程と、
前記第1チャネル領域の表面層および前記第2チャネル領域の表面層にそれぞれ第1導電型の第1ソース領域および第1導電型の第2ソース領域を形成する工程と、
前記トレンチを層間絶縁膜で埋める工程と、
前記層間絶縁膜にコンタクトホールを開口し、該コンタクトホールを介して前記第1ソース領域および前記第2ソース領域にそれぞれ電気的に接続する第1ソース電極および第2ソース電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A surface layer of the semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region by a trench formed in the surface layer of the semiconductor substrate, and the first mesa region and the second mesa region are alternately arranged, and the first mesa In manufacturing a semiconductor device that draws current in the region and the second mesa region,
Forming a well region in a surface layer of a semiconductor substrate;
Forming a trench in the surface layer of the well region and dividing the surface layer of the semiconductor substrate into a first mesa region and a second mesa region;
A surface layer in the first mesa region, a surface layer in the second mesa region, and a bottom portion of the trench have a second conductivity type first channel region, a second conductivity type second channel region, and a first conductivity type, respectively. Forming a drain region of
Forming a first gate insulating film and a second gate insulating film on the side wall along the first channel region and the side wall along the second channel region of the trench, respectively;
Forming a first gate electrode and a second gate electrode inside the trench along the first gate insulating film and the second gate insulating film, respectively;
Second conductivity that is separated from both the first channel region and the second channel region at the bottom of the trench in the drain region and overlaps both the first gate electrode and the second gate electrode when viewed from above. Forming a floating region of the mold by ion implantation of impurities using the first gate electrode and the second gate electrode as a mask;
Forming a first conductivity type first source region and a first conductivity type second source region on a surface layer of the first channel region and a surface layer of the second channel region, respectively;
Filling the trench with an interlayer insulating film;
Opening a contact hole in the interlayer insulating film, and forming a first source electrode and a second source electrode that are electrically connected to the first source region and the second source region, respectively, through the contact hole;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
半導体基板の表面層にウェル領域を形成する工程と、
前記ウェル領域内の表面層に第2導電型のチャネル領域の形成を行う工程と、
基板表面にトレンチパターンを有するエッチングマスクを形成し、該エッチングマスクを用いて前記ウェル領域の表面層にトレンチを形成して、前記半導体基板の表面層を第1メサ領域と第2メサ領域に分割することによって、前記ウェル領域内に形成される前記チャネル領域の表面層を第1メサ領域における第1チャネル領域と第2メサ領域における第2チャネル領域に分割する工程と、
前記トレンチの底部に第1導電型のドレイン領域の形成を行う工程と、
前記トレンチの、前記第1チャネル領域に沿う側壁および前記第2チャネル領域に沿う側壁にそれぞれ第1ゲート絶縁膜および第2ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜に沿って前記トレンチの内側にそれぞれ第1ゲート電極および第2ゲート電極を形成する工程と、
前記ドレイン領域内の前記トレンチの底部に、前記第1チャネル領域および前記第2チャネル領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両方に重なる第2導電型のフローティング領域を、前記エッチングマスク、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極をマスクとして不純物のイオン注入を行うことによって形成する工程と、
前記エッチングマスクを除去した後、前記第1チャネル領域の表面層および前記第2チャネル領域の表面層にそれぞれ第1導電型の第1ソース領域および第1導電型の第2ソース領域を形成する工程と、
前記トレンチを層間絶縁膜で埋める工程と、
前記層間絶縁膜にコンタクトホールを開口し、該コンタクトホールを介して前記第1ソース領域および前記第2ソース領域にそれぞれ電気的に接続する第1ソース電極および第2ソース電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A surface layer of the semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region by a trench formed in the surface layer of the semiconductor substrate, and the first mesa region and the second mesa region are alternately arranged, and the first mesa In manufacturing a semiconductor device that draws current in the region and the second mesa region,
Forming a well region in a surface layer of a semiconductor substrate;
Forming a second conductivity type channel region in a surface layer in the well region;
An etching mask having a trench pattern is formed on the substrate surface, a trench is formed in the surface layer of the well region using the etching mask, and the surface layer of the semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region Dividing the surface layer of the channel region formed in the well region into a first channel region in the first mesa region and a second channel region in the second mesa region;
Forming a drain region of a first conductivity type at the bottom of the trench;
Forming a first gate insulating film and a second gate insulating film on the side wall along the first channel region and the side wall along the second channel region of the trench, respectively;
Forming a first gate electrode and a second gate electrode inside the trench along the first gate insulating film and the second gate insulating film, respectively;
Second conductivity that is separated from both the first channel region and the second channel region at the bottom of the trench in the drain region and overlaps both the first gate electrode and the second gate electrode when viewed from above. Forming a floating region of a mold by ion implantation of impurities using the etching mask, the first gate electrode and the second gate electrode as a mask;
After removing the etching mask, forming a first conductivity type first source region and a first conductivity type second source region on the surface layer of the first channel region and the surface layer of the second channel region, respectively. When,
Filling the trench with an interlayer insulating film;
Opening a contact hole in the interlayer insulating film, and forming a first source electrode and a second source electrode that are electrically connected to the first source region and the second source region, respectively, through the contact hole;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
半導体基板の表面層にウェル領域を形成する工程と、
前記ウェル領域の表面層にトレンチを形成して、前記半導体基板の表面層を第1メサ領域と第2メサ領域に分割する工程と、
前記第1メサ領域内の表面層に第2導電型のチャネル領域の形成を行う工程と、
前記第2メサ領域内の表面層に第1導電型の第1ドレイン領域の形成を行う工程と、
前記トレンチの底部に第1導電型の第2ドレイン領域の形成を行う工程と、
前記トレンチの、前記チャネル領域に沿う側壁および前記第1ドレイン領域に沿う側壁にそれぞれゲート絶縁膜およびフィールド絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜および前記フィールド絶縁膜に沿って前記トレンチの内側にそれぞれゲート電極およびフィールド電極を形成する工程と、
前記第2ドレイン領域内の前記トレンチの底部に、前記チャネル領域および前記第1ドレイン領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記ゲート電極および前記フィールド電極の両方に重なる第2導電型のフローティング領域を、前記ゲート電極および前記フィールド電極をマスクとして不純物のイオン注入を行うことによって形成する工程と、
前記第1チャネル領域の表面層に第1導電型のソース領域を形成する工程と、
前記トレンチを層間絶縁膜で埋める工程と、
前記層間絶縁膜にコンタクトホールを開口し、該コンタクトホールを介して前記ソース領域および前記第1ドレイン領域にそれぞれ電気的に接続するソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A surface layer of the semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region by a trench formed in the surface layer of the semiconductor substrate, and the first mesa region and the second mesa region are alternately arranged, and the first mesa In manufacturing a semiconductor device that draws a source current in a region and draws a drain current in a second mesa region,
Forming a well region in a surface layer of a semiconductor substrate;
Forming a trench in the surface layer of the well region and dividing the surface layer of the semiconductor substrate into a first mesa region and a second mesa region;
Forming a second conductivity type channel region on a surface layer in the first mesa region;
Forming a first drain region of the first conductivity type on a surface layer in the second mesa region;
Forming a first conductivity type second drain region at the bottom of the trench;
Forming a gate insulating film and a field insulating film on the sidewall of the trench along the channel region and the sidewall of the first drain region, respectively;
Forming a gate electrode and a field electrode inside the trench along the gate insulating film and the field insulating film, respectively;
A floating region of a second conductivity type at the bottom of the trench in the second drain region that is separated from both the channel region and the first drain region and overlaps both the gate electrode and the field electrode when viewed from above Forming by ion implantation of impurities using the gate electrode and the field electrode as a mask,
Forming a first conductivity type source region in a surface layer of the first channel region;
Filling the trench with an interlayer insulating film;
Forming a contact hole in the interlayer insulating film, and forming a source electrode and a drain electrode that are electrically connected to the source region and the first drain region through the contact hole, respectively;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
半導体基板の表面層にウェル領域を形成する工程と、
前記ウェル領域内の前記第1メサ領域となる領域の表面層に第2導電型のチャネル領域を形成し、前記ウェル領域内の前記第2メサ領域となる領域の表面層に第1導電型の第1ドレイン領域の形成を行う工程と、
基板表面にトレンチパターンを有するエッチングマスクを形成し、該エッチングマスクを用いて前記ウェル領域の表面層にトレンチを形成して、前記半導体基板の表面層を第1メサ領域と第2メサ領域に分割することによって、第1メサ領域における前記チャネル領域と第2メサ領域における前記第1ドレイン領域を分離する工程と、
前記トレンチの底部に第1導電型の第2ドレイン領域の形成を行う工程と、
前記トレンチの、前記チャネル領域に沿う側壁および前記第1ドレイン領域に沿う側壁にそれぞれゲート絶縁膜およびフィールド絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜および前記フィールド絶縁膜に沿って前記トレンチの内側にそれぞれゲート電極およびフィールド電極を形成する工程と、
前記第2ドレイン領域内の前記トレンチの底部に、前記チャネル領域および前記第1ドレイン領域の両方から離れるとともに、上方から見て前記ゲート電極および前記フィールド電極の両方に重なる第2導電型のフローティング領域を、前記エッチングマスク、前記ゲート電極および前記フィールド電極をマスクとして不純物のイオン注入を行うことによって形成する工程と、
前記エッチングマスクを除去した後、前記第1チャネル領域の表面層に第1導電型のソース領域を形成する工程と、
前記トレンチを層間絶縁膜で埋める工程と、
前記層間絶縁膜にコンタクトホールを開口し、該コンタクトホールを介して前記ソース領域および前記第1ドレイン領域にそれぞれ電気的に接続するソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A surface layer of the semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region by a trench formed in the surface layer of the semiconductor substrate, and the first mesa region and the second mesa region are alternately arranged, and the first mesa In manufacturing a semiconductor device that draws a source current in a region and draws a drain current in a second mesa region,
Forming a well region in a surface layer of a semiconductor substrate;
A channel region of the second conductivity type is formed in a surface layer of the region that becomes the first mesa region in the well region, and a surface layer of the first conductivity type is formed in the surface layer of the region that becomes the second mesa region in the well region. Forming a first drain region;
An etching mask having a trench pattern is formed on the substrate surface, a trench is formed in the surface layer of the well region using the etching mask, and the surface layer of the semiconductor substrate is divided into a first mesa region and a second mesa region by, separating said first drain region in the channel region and the second mesa region in the first mesa region,
Forming a first conductivity type second drain region at the bottom of the trench;
Forming a gate insulating film and a field insulating film on the sidewall of the trench along the channel region and the sidewall of the first drain region, respectively;
Forming a gate electrode and a field electrode inside the trench along the gate insulating film and the field insulating film, respectively;
A floating region of a second conductivity type at the bottom of the trench in the second drain region that is separated from both the channel region and the first drain region and overlaps both the gate electrode and the field electrode when viewed from above Forming by ion implantation of impurities using the etching mask, the gate electrode and the field electrode as a mask;
Forming a source region of a first conductivity type on a surface layer of the first channel region after removing the etching mask;
Filling the trench with an interlayer insulating film;
Forming a contact hole in the interlayer insulating film, and forming a source electrode and a drain electrode that are electrically connected to the source region and the first drain region through the contact hole, respectively;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
−LGG/(2・Dt)≦tanθ≦LGG/(2・Dt)
であることを特徴とする請求項9または10に記載の半導体装置の製造方法。 The depth of the trench is D t , the distance between the first gate electrode and the second gate electrode is L GG, and the tilt plane and the trench when performing ion implantation of impurities to form the floating region If the angle formed by a plane parallel to the side wall surface is θ,
−L GG / (2 · D t ) ≦ tan θ ≦ L GG / (2 · D t )
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the method is a semiconductor device manufacturing method.
LGG/(2・Dt)<|tanθ|≦LGG/Dt
であることを特徴とする請求項9または10に記載の半導体装置の製造方法。 The depth of the trench is D t , the distance between the first gate electrode and the second gate electrode is L GG, and the tilt plane and the trench when performing ion implantation of impurities to form the floating region If the angle formed by a plane parallel to the side wall surface is θ,
L GG / (2 · D t ) <| tan θ | ≦ L GG / D t
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the method is a semiconductor device manufacturing method.
T1>(Dt・T2)/LGG
かつ
−(2・T2+LGG)/{2・(T1+Dt)}≦tanθ≦(2・T2+LGG)/{2・(T1+Dt)}
であることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 The depth of the trench is D t , the distance between the first gate electrode and the second gate electrode is L GG , the thickness of the etching mask is T 1, and the first gate electrode and the second gate Tilt planes when ion implantation of impurities is performed to form the floating region, where the thickness of each electrode is T 3 and the thickness of each of the first gate insulating film and the second gate insulating film is T 4. And an angle formed by a plane parallel to the side wall surface of the trench is θ, and the sum of T 3 and T 4 is T 2 .
T 1 > (D t · T 2 ) / L GG
And- (2 · T 2 + L GG ) / {2 · (T 1 + D t )} ≦ tan θ ≦ (2 · T 2 + L GG ) / {2 · (T 1 + D t )}
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein:
T1>(Dt・T2)/LGG
かつ
(2・T2+LGG)/{2・(T1+Dt)}<|tanθ|≦(2・T2+LGG)/(T1+Dt)
であることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 The depth of the trench is D t , the distance between the first gate electrode and the second gate electrode is L GG , the thickness of the etching mask is T 1, and the first gate electrode and the second gate Tilt planes when ion implantation of impurities is performed to form the floating region, where the thickness of each electrode is T 3 and the thickness of each of the first gate insulating film and the second gate insulating film is T 4. And an angle formed by a plane parallel to the side wall surface of the trench is θ, and the sum of T 3 and T 4 is T 2 .
T 1 > (D t · T 2 ) / L GG
And (2 · T 2 + L GG ) / {2 · (T 1 + D t )} <| tan θ | ≦ (2 · T 2 + L GG ) / (T 1 + D t )
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein:
−LFG/(2・Dt)≦tanθ≦LFG/(2・Dt)
であることを特徴とする請求項11または12に記載の半導体装置の製造方法。 The depth of the trench is D t , the distance between the gate electrode and the field electrode is L FG, and the tilt surface and the side wall surface of the trench are used when ion implantation of impurities is performed to form the floating region. Assuming that the angle between the parallel surfaces is θ,
−L FG / (2 · D t ) ≦ tan θ ≦ L FG / (2 · D t )
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the method is a semiconductor device manufacturing method.
LFG/(2・Dt)<|tanθ|≦LFG/Dt
であることを特徴とする請求項11または12に記載の半導体装置の製造方法。 The depth of the trench is D t , the distance between the gate electrode and the field electrode is L FG, and the tilt surface and the side wall surface of the trench are used when ion implantation of impurities is performed to form the floating region. Assuming that the angle between the parallel surfaces is θ,
L FG / (2 · D t ) <| tan θ | ≦ L FG / D t
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the method is a semiconductor device manufacturing method.
T1>(Dt・T2)/LFG
かつ
−(2・T2+LFG)/{2・(T1+Dt)}≦tanθ≦(2・T2+LFG)/{2・(T1+Dt)}
であることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。 The depth of the trench and D t, said distance between the gate electrode and the field electrode is L FG, the thickness of the etching mask and T 1, the gate electrode and the field thickness of each T 3 electrodes The thicknesses of the gate insulating film and the field insulating film are each T 4, and a tilt plane when performing ion implantation of impurities to form the floating region and a plane parallel to the sidewall surface of the trench If the angle formed is θ and the sum of T 3 and T 4 is T 2 ,
T 1 > (D t · T 2 ) / L FG
And- (2 · T 2 + L FG ) / {2 · (T 1 + D t )} ≦ tan θ ≦ (2 · T 2 + L FG ) / {2 · (T 1 + D t )}
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein:
T1>(Dt・T2)/LFG
かつ
(2・T2+LFG)/{2・(T1+Dt)}<|tanθ|≦(2・T2+LFG)/(T1+Dt)
であることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。 The depth of the trench and D t, said distance between the gate electrode and the field electrode is L FG, the thickness of the etching mask and T 1, the gate electrode and the field thickness of each T 3 electrodes The thicknesses of the gate insulating film and the field insulating film are each T 4, and a tilt plane when performing ion implantation of impurities to form the floating region and a plane parallel to the sidewall surface of the trench If the angle formed is θ and the sum of T 3 and T 4 is T 2 ,
T 1 > (D t · T 2 ) / L FG
And (2 · T 2 + L FG ) / {2 · (T 1 + D t )} <| tan θ | ≦ (2 · T 2 + L FG ) / (T 1 + D t )
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein:
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