JP5157217B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
トレンチゲート型MOS−FET、トレンチゲート型IGBT等のように、半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達するトレンチゲート電極群を有する半導体装置が知られている。このような半導体装置では、トレンチゲート電極群とボディ領域を備えたトレンチゲート型チャネル構造を、半導体基板の互いに離間している複数の範囲に形成する場合がある。すなわち、隣接するボディ領域は、その間の分離範囲に形成されているドリフト領域によって分離されている。このタイプの半導体装置では、分離範囲の近傍において、トレンチゲート電極の下端、ボディ領域の縁部等に電界が集中し易い。したがって、分離範囲近傍の電界集中を抑制しなければ、半導体装置の耐圧が低くなってしまう。
この問題を解決するために、分離範囲近傍のボディ領域及びトレンチゲート電極を覆う範囲に、拡散領域を形成した半導体装置が知られている。拡散領域は、ボディ領域と同じ導電型の不純物を拡散させた領域である。このように拡散領域を形成すると、分離範囲近傍のトレンチゲート電極の下端、ボディ領域の縁部等への電界の集中を抑制することができる。
なお、特許文献1には、半導体基板の縁部近傍に絶縁体領域を形成することによって半導体装置の耐圧を向上させる技術が開示されている。
2. Description of the Related Art A semiconductor device having a trench gate electrode group that reaches a drift region through a body region from the surface of a semiconductor substrate, such as a trench gate type MOS-FET and a trench gate type IGBT, is known. In such a semiconductor device, a trench gate type channel structure including a trench gate electrode group and a body region may be formed in a plurality of regions of the semiconductor substrate that are spaced apart from each other. That is, adjacent body regions are separated by a drift region formed in a separation range therebetween. In this type of semiconductor device, the electric field tends to concentrate on the lower end of the trench gate electrode, the edge of the body region, and the like in the vicinity of the isolation range. Therefore, the breakdown voltage of the semiconductor device is lowered unless the electric field concentration near the separation range is suppressed.
In order to solve this problem, a semiconductor device in which a diffusion region is formed in a range covering the body region and the trench gate electrode in the vicinity of the isolation range is known. The diffusion region is a region where impurities having the same conductivity type as the body region are diffused. When the diffusion region is formed in this way, the concentration of the electric field on the lower end of the trench gate electrode near the isolation range, the edge of the body region, and the like can be suppressed.
Patent Document 1 discloses a technique for improving the breakdown voltage of a semiconductor device by forming an insulator region near the edge of a semiconductor substrate.
上述した技術では、分離範囲の近傍に拡散層を形成することで、分離範囲近傍への電界の集中を抑制することができる。したがって、この半導体装置の製造時には、拡散層を形成するための不純物注入工程を実施しなければならない。この不純物注入工程では、トレンチゲート電極を覆う程度の深い位置まで不純物を分布させる必要があり、非常に時間がかかる。したがって、この半導体装置は、非常に製造効率が悪いという問題があった。 In the technique described above, the concentration of the electric field in the vicinity of the separation range can be suppressed by forming the diffusion layer in the vicinity of the separation range. Therefore, when manufacturing this semiconductor device, an impurity implantation step for forming a diffusion layer must be performed. In this impurity implantation step, it is necessary to distribute the impurities to a position deep enough to cover the trench gate electrode, which is very time consuming. Therefore, this semiconductor device has a problem that the manufacturing efficiency is very poor.
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、互いに離間している複数の範囲にトレンチゲート型チャネル構造が形成されており、耐圧が高いとともに、容易に製造可能な半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a semiconductor device in which a trench gate type channel structure is formed in a plurality of areas separated from each other, has a high breakdown voltage, and can be easily manufactured. The purpose is to do.
本発明の半導体装置は、第1ボディ領域と、第2ボディ領域と、ドリフト領域と、第1トレンチゲート電極群と、第2トレンチゲート電極群と、第1トレンチ絶縁体群と、第2トレンチ絶縁体群を備えている。前記第1ボディ領域は、半導体基板を平面視したときの第1範囲において半導体基板表面から第1深さにまで至る第1島状範囲に形成されているとともに、第1導電型である。前記第2ボディ領域は、前記半導体基板を平面視したときに前記第1範囲に分離範囲を隔てて隣接している第2範囲において前記半導体基板表面から第2深さにまで至る第2島状範囲に形成されているとともに、第1導電型である。前記ドリフト領域は、前記分離範囲から前記第1ボディ領域の下部及び前記第2ボディ領域の下部に亘って形成されているとともに、第2導電型である。前記第1トレンチゲート電極群は、前記半導体基板表面から前記第1ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に達するとともに少なくとも前記第1範囲内において所定の間隔を隔てて規則的に配置されている第1トレンチ群内に絶縁層に覆われた状態で存在している。前記第2トレンチゲート電極群は、前記半導体基板表面から前記第2ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に達するとともに少なくとも前記第2範囲内において所定の間隔を隔てて規則的に配置されている第2トレンチ群内に絶縁層に覆われた状態で存在している。前記半導体基板を平面視したときに、前記第1トレンチゲート電極群を構成する複数本の第1トレンチゲート電極の配置方向は、前記第2トレンチゲート電極群を構成する複数本の第2トレンチゲート電極の配置方向と一致している。前記第1範囲と前記第2範囲と前記分離範囲とを含む範囲で切り取った断面において、前記第1範囲と前記第2範囲は、前記配置方向に沿って、前記分離範囲を隔てて隣接している。前記配置方向における前記分離範囲の中央の前記半導体基板表面上には、絶縁膜が形成されており、その絶縁膜上に、前記第1トレンチゲート電極群及び前記第2トレンチゲート電極群と接続されているゲート配線が形成されている。前記第1トレンチ絶縁体群は、前記配置方向において、前記複数本の第1トレンチゲート電極のうち最も前記分離範囲寄りの第1トレンチゲート電極と、前記ゲート配線の中央と、の間の第1特定範囲内に、前記半導体基板表面における前記第1範囲と前記分離範囲との境界に沿って形成されており、前記第1トレンチゲート電極群より浅く、かつ、少なくともトレンチの先端部が前記第1ボディ領域の外側にまで伸びており、前記第1トレンチ絶縁体群を構成する複数本の第1トレンチ絶縁体のそれぞれは前記第2範囲に近い第1トレンチ絶縁体の方がより浅いという関係を満たしている。前記第2トレンチ絶縁体群は、前記配置方向において、前記複数本の第2トレンチゲート電極のうち最も前記分離範囲寄りの第2トレンチゲート電極と、前記ゲート配線の中央と、の間の第2特定範囲内に、前記半導体基板表面における前記第2範囲と前記分離範囲との境界に沿って形成されており、前記第2トレンチゲート電極群より浅く、かつ、少なくともトレンチの先端部が前記第2ボディ領域の外側にまで伸びており、前記第2トレンチ絶縁体群を構成する複数本の第2トレンチ絶縁体のそれぞれは前記第1範囲に近い第2トレンチ絶縁体の方がより浅いという関係を満たしている。
なお、トレンチ絶縁体は、少なくとも半導体基板と絶縁されているトレンチ形状の部分であり、トレンチ絶縁体の内部等に導体が存在していてもよい。例えば、トレンチゲート電極と同様に、トレンチ絶縁体が内部に電極を備えており、その電極がトレンチゲート電極と導通していてもよい。
The semiconductor device of the present invention includes a first body region, a second body region, a drift region, a first trench gate electrode group, a second trench gate electrode group, a first trench insulator group, and a second trench. An insulator group is provided. The first body region is formed in a first island-shaped range extending from the surface of the semiconductor substrate to the first depth in a first range when the semiconductor substrate is viewed in plan, and is of a first conductivity type. The second body region has a second island shape extending from the semiconductor substrate surface to a second depth in a second range adjacent to the first range with a separation range when the semiconductor substrate is viewed in plan. The first conductivity type is formed in the range. The drift region is formed from the isolation range to a lower portion of the first body region and a lower portion of the second body region, and is of a second conductivity type. The first trench gate electrode group penetrates the first body region from the surface of the semiconductor substrate to reach the drift region, and is regularly arranged at a predetermined interval at least within the first range. It exists in the state covered with the insulating layer in 1 trench group. The second trench gate electrode group penetrates the second body region from the surface of the semiconductor substrate to reach the drift region, and is regularly arranged at a predetermined interval at least in the second range. The two trench groups are covered with an insulating layer. When the semiconductor substrate is viewed in plan, the arrangement direction of the plurality of first trench gate electrodes constituting the first trench gate electrode group is determined by the plurality of second trench gates constituting the second trench gate electrode group. It coincides with the arrangement direction of the electrodes. In a cross section cut out in a range including the first range, the second range, and the separation range, the first range and the second range are adjacent to each other with the separation range along the arrangement direction. Yes. An insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate at the center of the separation range in the arrangement direction, and is connected to the first trench gate electrode group and the second trench gate electrode group on the insulating film. The gate wiring is formed. The first trench insulator group includes a first trench gate electrode between the first trench gate electrode closest to the isolation range among the plurality of first trench gate electrodes and the center of the gate wiring in the arrangement direction. Within the specific range, it is formed along the boundary between the first range and the isolation range on the surface of the semiconductor substrate, is shallower than the first trench gate electrode group, and at least the tip of the trench is the first region. Each of the plurality of first trench insulators extending to the outside of the body region and constituting the first trench insulator group has a relationship that the first trench insulator close to the second range is shallower. Satisfies. In the arrangement direction, the second trench insulator group includes a second trench gate electrode between a second trench gate electrode closest to the isolation range among the plurality of second trench gate electrodes and a center of the gate wiring. Within the specific range, it is formed along the boundary between the second range and the isolation range on the surface of the semiconductor substrate, is shallower than the second trench gate electrode group, and at least the tip of the trench is the second region. Each of the plurality of second trench insulators extending to the outside of the body region and constituting the second trench insulator group has a relationship that the second trench insulator closer to the first range is shallower. Satisfies.
Note that the trench insulator is a trench-shaped portion that is insulated from at least the semiconductor substrate, and a conductor may exist inside the trench insulator. For example, similarly to the trench gate electrode, the trench insulator may include an electrode inside, and the electrode may be electrically connected to the trench gate electrode.
この半導体装置は、第1トレンチ絶縁体群が、前記第1範囲と前記分離範囲との境界近傍においてその境界に沿って形成されており、第2トレンチ絶縁体群が、前記第2範囲と前記分離範囲との境界近傍においてその境界に沿って形成されている。したがって、分離範囲近傍のトレンチゲート電極の下端及びボディ領域縁部に電界が集中することが抑制される。また、第1トレンチ絶縁体群は、第1トレンチゲート電極群より浅く、第1トレンチ絶縁体群を構成する複数本の第1トレンチ絶縁体は前記第2範囲に近い第1トレンチ絶縁体の方が浅いという関係を満たしている。したがって、第1トレンチ絶縁体の下端近傍に電界が集中することも抑制されている。同様にして、第2トレンチ絶縁体の下端近傍に電界が集中することも抑制されている。したがって、この半導体装置は、分離範囲近傍で電界が集中することが抑制されており、耐圧が高い。
また、トレンチ絶縁体群は、トレンチゲート電極群とともに形成することが可能である。したがって、この半導体装置は、非常に効率よく製造することができる。
In this semiconductor device, the first trench insulator group is formed along the boundary in the vicinity of the boundary between the first range and the isolation range, and the second trench insulator group is formed between the second range and the first range. It is formed along the boundary in the vicinity of the boundary with the separation range. Therefore, it is possible to suppress the concentration of the electric field at the lower end of the trench gate electrode and the edge of the body region near the isolation range. In addition, the first trench insulator group is shallower than the first trench gate electrode group, and the plurality of first trench insulators constituting the first trench insulator group is the first trench insulator closer to the second range. Satisfies the shallow relationship. Therefore, the concentration of the electric field near the lower end of the first trench insulator is also suppressed. Similarly, the concentration of the electric field near the lower end of the second trench insulator is also suppressed. Therefore, in this semiconductor device, the concentration of the electric field in the vicinity of the separation range is suppressed, and the breakdown voltage is high.
The trench insulator group can be formed together with the trench gate electrode group. Therefore, this semiconductor device can be manufactured very efficiently.
上述した半導体装置では、前記分離範囲の中央の前記半導基板表面上に絶縁膜が形成されており、その絶縁膜上に、前記第1トレンチゲート電極群及び前記第2トレンチゲート電極群と接続されているゲート配線が形成されている。
このような構成によれば、ゲート配線が極端に長く引き回されることがなくなり、ゲート配線上での信号の遅延を抑制することができる。
In the semiconductor device described above, an insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate in the center of the isolation range, and the first trench gate electrode group and the second trench gate electrode group are connected on the insulating film. It has been that gate wiring that are formed.
According to such a configuration, the gate wiring is not routed extremely long, and signal delay on the gate wiring can be suppressed.
上述した半導体装置では、前記第1特定範囲内では第2ボディ領域に近づくほどより浅くなっており、前記第1トレンチ絶縁体群は前記第1ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に突出していることが好ましい。
このような構成によれば、分離範囲近傍で電界が集中することを好適に抑制することができる。
In the above-described semiconductor device, the are first shallower than closer to the second body region in a certain range, the first trench insulator group protrudes into the drift region through said first body region It is preferable.
According to such a structure, it can suppress suitably that an electric field concentrates in the isolation | separation range vicinity.
上述した半導体装置では、前記第1トレンチ絶縁体群が前記分離範囲に位置する前記ドリフト領域に形成されていても良い。
このような構成によっても、分離範囲近傍で電界が集中することを好適に抑制することができる。
In the semiconductor device described above, the first trench insulator group may be formed in the drift region located in the isolation range.
Even with such a configuration, it is possible to suitably suppress the concentration of the electric field in the vicinity of the separation range.
上述した半導体装置は、各トレンチ絶縁体が浅いトレンチ絶縁体ほど幅が狭いことが好ましい。
このような構成によれば、半導体基板に各トレンチ絶縁体を容易に形成することができる。
The semiconductor device described above preferably has a narrower width as the trench insulator is shallower.
According to such a configuration, each trench insulator can be easily formed in the semiconductor substrate.
本発明は、上述した課題を解決する他の形態の半導体装置をも提供する。
この半導体装置は、第1ボディ領域と、第2ボディ領域と、ドリフト領域と、第1トレンチゲート電極群と、第2トレンチゲート電極群を備えている。前記第1ボディ領域は、半導体基板を平面視したときの第1範囲において半導体基板表面から第1深さにまで至る第1島状範囲に形成されているとともに、第1導電型である。前記第2ボディ領域は、前記半導体基板を平面視したときに前記第1範囲に分離範囲を隔てて隣接している第2範囲において前記半導体基板表面から第2深さにまで至る第2島状範囲に形成されているとともに、第1導電型である。前記ドリフト領域は、前記分離範囲から前記第1ボディ領域の下部及び前記第2ボディ領域の下部に亘って形成されているとともに、第2導電型である。前記第1トレンチゲート電極群は、前記半導体基板表面から前記第1ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に達しており、少なくとも前記第1範囲内において所定の間隔を隔てて規則的に配置されている第1トレンチ群内に絶縁層に覆われた状態で存在しており、前記第1トレンチ群は前記分離範囲に向けて伸びているとともに、前記第1範囲と前記分離範囲との境界近傍において前記第2範囲に近づくほど浅くなるという関係を満たして終端している。前記第2トレンチゲート電極群は、前記半導体基板表面から前記第2ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に達しており、少なくとも前記第2範囲内において所定の間隔を隔てて規則的に配置されている第2トレンチ群内に絶縁層に覆われた状態で存在している。
前記半導体基板を平面視したときに、前記第1トレンチ群を構成する各第1トレンチの長手方向は、前記第2トレンチ群を構成する各第2トレンチの長手方向と一致する。前記第1範囲と前記第2範囲と前記分離範囲とを含む範囲で切り取った断面において、前記第1範囲と前記第2範囲は、前記長手方向に沿って、前記分離範囲を隔てて隣接している。前記長手方向における前記分離範囲の中央の前記半導体基板表面上には、絶縁膜が形成されており、その絶縁膜上に、前記第1トレンチゲート電極群及び前記第2トレンチゲート電極群と接続されているゲート配線が形成されている。前記長手方向は、前記ゲート配線に対して直交する方向である。前記各第1トレンチは、その長手方向端部が分離範囲と重なっており、かつ、前記分離範囲に向けて伸びているとともに、前記長手方向端部の深さが、前記第2範囲に近づくほどより浅くなるという関係を満たして終端している。前記各第2トレンチは、その長手方向端部が分離範囲と重なっており、かつ、前記分離範囲に向けて伸びているとともに、前記長手方向端部の深さが、前記第1範囲に近づくほどより浅くなるという関係を満たして終端している。
この半導体装置では、第1トレンチゲート電極群が、前記第1範囲と前記分離範囲との境界近傍において前記第2範囲に近づくほど浅くなるという関係を満たして終端している。また、第2トレンチゲート電極群が、前記第2範囲と前記分離範囲との境界近傍において前記第1範囲に近づくほど浅くなるという関係を満たして終端している。したがって、第1及び第2トレンチゲート電極群の分離範囲側の終端部近傍に電界が集中することが抑制されている。この半導体装置は耐圧が高い。
The present invention also provides another form of semiconductor device that solves the above-described problems.
The semiconductor device includes a first body region, a second body region, a drift region, a first trench gate electrode group, and a second trench gate electrode group. The first body region is formed in a first island-shaped range extending from the surface of the semiconductor substrate to the first depth in a first range when the semiconductor substrate is viewed in plan, and is of a first conductivity type. The second body region has a second island shape extending from the semiconductor substrate surface to a second depth in a second range adjacent to the first range with a separation range when the semiconductor substrate is viewed in plan. The first conductivity type is formed in the range. The drift region is formed from the isolation range to a lower portion of the first body region and a lower portion of the second body region, and is of a second conductivity type. The first trench gate electrode group penetrates the first body region from the surface of the semiconductor substrate to reach the drift region, and is regularly arranged at a predetermined interval in at least the first range. In the first trench group covered with an insulating layer, the first trench group extends toward the isolation range, and in the vicinity of the boundary between the first range and the isolation range. It terminates satisfying the relationship of becoming shallower as it approaches the second range. The second trench gate electrode group penetrates the second body region from the surface of the semiconductor substrate and reaches the drift region, and is regularly arranged at a predetermined interval at least in the second range. The second trench group is covered with an insulating layer .
When the semiconductor substrate is viewed in plan, the longitudinal direction of each first trench constituting the first trench group coincides with the longitudinal direction of each second trench constituting the second trench group. In a cross section cut out in a range including the first range, the second range, and the separation range, the first range and the second range are adjacent to each other with the separation range along the longitudinal direction. Yes. An insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate at the center of the separation range in the longitudinal direction, and is connected to the first trench gate electrode group and the second trench gate electrode group on the insulating film. The gate wiring is formed. The longitudinal direction is a direction orthogonal to the gate wiring. Each of the first trenches has an end portion in the longitudinal direction that overlaps with the separation range, extends toward the separation range, and the depth of the end portion in the longitudinal direction approaches the second range. It ends with the relationship of becoming shallower. As for each said 2nd trench, the longitudinal direction edge part has overlapped with the isolation | separation range, and while extending toward the said isolation | separation range, the depth of the said longitudinal direction edge part is so close to the said 1st range. It ends with the relationship of becoming shallower.
In this semiconductor device, the first trench gate electrode group terminates satisfying the relationship that the first trench gate electrode group becomes shallower toward the second range in the vicinity of the boundary between the first range and the separation range. Further, the second trench gate electrode group terminates satisfying the relationship that the second trench gate electrode group becomes shallower toward the first range in the vicinity of the boundary between the second range and the separation range. Therefore, the concentration of the electric field in the vicinity of the terminal portion on the separation range side of the first and second trench gate electrode groups is suppressed. This semiconductor device has a high breakdown voltage.
上述した半導体装置は、前記第1ボディ領域の前記長手方向端部の深さが、前記第2ボディ領域に近づくほどより浅くなっており、前記第1トレンチゲート電極群は全長に亘って前記第1ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に突出していることが好ましい。
このような構成によれば、分離範囲近傍の第1ボディ領域の縁部に電界が集中することを抑制することができる。
The semiconductor device described above, the depth of the longitudinal end of the first body region, and shallower than closer to the second body region, the first trench gate electrode group over the entire length first It is preferable to protrude through the one body region into the drift region.
According to such a structure, it can suppress that an electric field concentrates on the edge of the 1st body area | region of the isolation | separation range vicinity.
上述した半導体装置は、各第1トレンチの前記長手方向端部の幅が、前記第2ボディ領域に近づくほどより狭くなっていることが好ましい。
このような構成によれば、半導体基板に第1トレンチ群を容易に形成することができる。
The semiconductor device described above, the width of the longitudinal ends of the first trench, it is preferable Chikazukuho etc. are narrower Kuna' the second body region.
According to such a configuration, the first trench group can be easily formed in the semiconductor substrate.
本発明は、上述した半導体装置の製造方法をも提供する。
この製造方法は、エッチングマスク配置工程と、エッチング工程を有する。エッチングマスク配置工程では、第1トレンチゲート電極群形成用の開口群と、第2トレンチゲート電極群形成用の開口群と、第1トレンチ絶縁体群形成用の開口群と、第2トレンチ絶縁体群形成用の開口群を備えており、第1トレンチ絶縁体群形成用の開口群を構成する複数の開口は前記第2範囲に近い開口の方が幅が狭いという関係を満たしており、第2トレンチ絶縁体群形成用の開口群を構成する複数の開口は前記第1範囲に近い開口の方が幅が狭いという関係を満たしているエッチングマスクを前記半導体基板上に配置する。エッチング工程では、配置したエッチングマスクを介して前記半導体基板表面をエッチングすることによって、前記第1トレンチゲート電極群用のトレンチ群と、前記第2トレンチゲート電極群用のトレンチ群と、第1トレンチ絶縁体群用のトレンチ群と、第2トレンチ絶縁体群用のトレンチ群を形成する。
半導体基板のエッチング速度は、エッチングマスクの開口の幅が広いほど早くなる。したがって、この製造方法によれば、第1トレンチゲート電極群用のトレンチ群と第2トレンチゲート電極群用のトレンチ群の深さを第1トレンチ絶縁体群用のトレンチ群及び第2トレンチ絶縁体群用のトレンチ群より深くすることができる。また、第1トレンチ絶縁体群用のトレンチ群を構成する各トレンチを、前記第2範囲に近いトレンチの方が浅いという関係で形成することができる。また、第2トレンチ絶縁体群用のトレンチ群を構成する各トレンチを、前記第1範囲に近いトレンチの方が浅いという関係で形成することができる。すなわち、一度のエッチングで各トレンチを形成することができ、効率的に半導体装置を製造することができる。
The present invention also provides a method for manufacturing the semiconductor device described above.
This manufacturing method includes an etching mask arrangement step and an etching step. In the etching mask arrangement step, the opening group for forming the first trench gate electrode group, the opening group for forming the second trench gate electrode group, the opening group for forming the first trench insulator group, and the second trench insulator A plurality of openings constituting the first trench insulator group forming opening group satisfy the relationship that the opening closer to the second range has a smaller width, An etching mask that satisfies the relationship that the opening close to the first range has a narrower width than the plurality of openings constituting the opening group for forming the two-trench insulator group is disposed on the semiconductor substrate. In the etching step, the surface of the semiconductor substrate is etched through the arranged etching mask to thereby form a trench group for the first trench gate electrode group, a trench group for the second trench gate electrode group, and a first trench. A trench group for the insulator group and a trench group for the second trench insulator group are formed.
The etching rate of the semiconductor substrate increases as the opening width of the etching mask increases. Therefore, according to this manufacturing method, the depths of the trench group for the first trench gate electrode group and the trench group for the second trench gate electrode group are set to the trench group for the first trench insulator group and the second trench insulator. It can be deeper than the group trench group. In addition, each of the trenches constituting the trench group for the first trench insulator group can be formed because the trench closer to the second range is shallower. Further, the trenches constituting the trench group for the second trench insulator group can be formed in a relationship that the trench closer to the first range is shallower. That is, each trench can be formed by one etching, and a semiconductor device can be manufactured efficiently.
また、本発明は、上述した他の形態の半導体装置の製造方法をも提供する。
この製造方法は、エッチングマスク配置工程と、エッチング工程を有する。エッチング工程では、前記長手方向において前記第2範囲に近づくほど幅がより狭く形成されている第1トレンチゲート電極群形成用の開口群と、前記長手方向において前記第1範囲に近づくほど幅がより狭く形成されている第2トレンチゲート電極群形成用の開口群を備えているエッチングマスクを前記半導体基板上に配置する。エッチング工程では、配置したエッチングマスクを介して前記半導体基板表面をエッチングすることによって、前記第1トレンチゲート電極群用のトレンチ群と、前記第2トレンチゲート電極群用のトレンチ群を形成する。
この製造方法によれば、第1トレンチゲート電極群用のトレンチ群を構成する各トレンチの分離範囲近傍部分を、第2範囲に近づくほど浅く形成することができる。また、第2トレンチゲート電極群用のトレンチ群を構成する各トレンチの分離範囲近傍部分を、第1範囲に近づくほど浅く形成することができる。すなわち、一度のエッチングで第1トレンチ群及び第2トレンチ群を形成することができ、効率的に半導体装置を製造することができる。
The present invention also provides a method for manufacturing the semiconductor device according to another embodiment described above.
This manufacturing method includes an etching mask arrangement step and an etching step. In the etching step, a first aperture group for trench gate electrodes formed width closer to the second range is narrower formed in the longitudinal direction, a width closer to the first range in the longitudinal direction is more An etching mask having an opening group for forming a second trench gate electrode group formed narrowly is disposed on the semiconductor substrate. In the etching step, the surface of the semiconductor substrate is etched through the arranged etching mask to form a trench group for the first trench gate electrode group and a trench group for the second trench gate electrode group.
According to this manufacturing method, the portion near the isolation range of each trench constituting the trench group for the first trench gate electrode group can be formed shallower as it approaches the second range. In addition, the portion near the isolation range of each trench constituting the trench group for the second trench gate electrode group can be formed shallower as it approaches the first range. That is, the first trench group and the second trench group can be formed by one etching, and the semiconductor device can be manufactured efficiently.
(特徴1)IGBTは、複数のトレンチゲート型チャネル構造を備えている。
(特徴2)各トレンチゲート型チャネル構造は、ボディ領域と、ボディ領域を貫通してドリフト領域に達しているトレンチゲート電極群を有している。
(特徴3)全てのトレンチゲート電極は互いに平行に形成されている。
(特徴4)各トレンチゲート型チャネル構造は、半導体基板を平面視したときに、分離範囲によって互いに分離されている複数の範囲にそれぞれ形成されている。
(特徴5)第1範囲と、第1範囲に第1分離範囲を隔ててトレンチゲート電極の幅方向に隣接している第2範囲との境界領域においては、第1範囲と第1分離範囲の境界近傍にその境界に沿って第1トレンチ絶縁体群が形成されており、第2範囲と第1分離範囲の境界近傍にその境界に沿って第2トレンチ絶縁体群が形成されている。
(特徴6)トレンチゲート電極群と、第1トレンチ絶縁体群と、第2トレンチ絶縁体群は、互いに平行に形成されている。
(特徴7)第1範囲の第1ボディ領域は、第1範囲と第1分離範囲との境界近傍では、第2範囲の第2ボディ領域に近づくほど浅くなっている。
(特徴8)第1トレンチ絶縁体群を構成する複数本の第1トレンチ絶縁体のうち、前記第2範囲から遠い側の1つまたは複数の第1トレンチ絶縁体は、前記第1ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に突出している。
(特徴9)第1トレンチ絶縁体群を構成する複数本の第1トレンチ絶縁体のうち、前記第2範囲に近い側の1つまたは複数の第1トレンチ絶縁体は、分離範囲に位置するドリフト領域に形成されている。
(特徴10)第1範囲と、第1範囲に第2分離範囲を隔ててトレンチゲート電極の長さ方向に隣接している第3範囲との境界領域においては、第2分離範囲とトレンチゲート電極群が直交している。
(Feature 1) The IGBT includes a plurality of trench gate type channel structures.
(Feature 2) Each trench gate type channel structure has a body region and a trench gate electrode group penetrating the body region and reaching the drift region.
(Feature 3) All the trench gate electrodes are formed in parallel to each other.
(Feature 4) Each trench gate type channel structure is formed in a plurality of ranges separated from each other by a separation range when the semiconductor substrate is viewed in plan view.
(Feature 5) In the boundary region between the first range and the second range that is adjacent to the first range in the width direction of the trench gate electrode with the first separation range, the first range and the first separation range A first trench insulator group is formed in the vicinity of the boundary along the boundary, and a second trench insulator group is formed in the vicinity of the boundary between the second range and the first separation range along the boundary.
(Feature 6) The trench gate electrode group, the first trench insulator group, and the second trench insulator group are formed in parallel to each other.
(Feature 7) The first body region in the first range is shallower toward the second body region in the second range near the boundary between the first range and the first separation range.
(Characteristic 8) Of the plurality of first trench insulators constituting the first trench insulator group, one or more first trench insulators on the side far from the second range include the first body region. It penetrates and protrudes into the drift region.
(Feature 9) Among the plurality of first trench insulators constituting the first trench insulator group, one or more first trench insulators on the side close to the second range are drifts located in the isolation range. Formed in the region.
(Feature 10) In the boundary region between the first range and the third range that is adjacent to the first range in the length direction of the trench gate electrode with the second isolation range being separated, the second isolation range and the trench gate electrode The groups are orthogonal.
本発明の一実施例に係るIGBTについて説明する。本実施例のIGBTは、シリコン基板と、各種の電極、絶縁膜等によって構成されている。図1は、本実施例のIGBT10の上面(すなわち、図2に示すシリコン基板12の上面12a側の表面)の一部の拡大図を示している。図1に示すように、シリコン基板12の上面12aには、エミッタ電極20a〜20cが形成されている。エミッタ電極20a〜20cは、互いに離間している。
後に詳述するが、シリコン基板12の各エミッタ電極20の下部には、複数のゲート電極22、ボディ層26等によって構成されるトレンチゲート型チャネル構造がそれぞれ形成されている。各トレンチゲート型チャネル構造は、他のトレンチゲート型チャネル構造から離間している。
An IGBT according to an embodiment of the present invention will be described. The IGBT of this embodiment is composed of a silicon substrate, various electrodes, an insulating film, and the like. FIG. 1 shows an enlarged view of a part of the upper surface of the
As will be described in detail later, a trench gate type channel structure constituted by a plurality of
図3、図4に示すように、シリコン基板12の上面12aには、ポリシリコン配線40aとアルミ配線40bによって構成されたゲート配線40が形成されている。ポリシリコン配線40aはシリコン基板12の上面12a上に形成された層間絶縁膜42上に形成されており、シリコン基板12とは導通していない。ポリシリコン配線40aは、その上面を除いて絶縁膜44によって覆われている。ポリシリコン配線40aの上面には、アルミ配線40bが形成さている。図1に示すように、ゲート配線40、層間絶縁膜42、絶縁膜44は、エミッタ電極20aとエミッタ電極20bの間を通過するように形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, a
図2は、図1のIGBT10のII−II線断面図を示している。図示するように、エミッタ電極20aの下部のシリコン基板12中には、上面12aから所定深さ範囲までにp型のボディ層26が形成されている。シリコン基板12の上面12aを臨む領域のうち、後述するゲート絶縁膜23と接する領域には、n型のエミッタ領域25が形成されている。エミッタ領域25とボディ層26は、エミッタ電極20aと導通している。ボディ層26の下側には、n型のドリフト層28が形成されている。ドリフト層28の下側には、p型のコレクタ層30が形成されている。コレクタ層30は、シリコン基板12の下面12bに露出している。シリコン基板12の下面12b上にはコレクタ電極32が形成されており、コレクタ層30と導通している。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the
シリコン基板12の上面12aには、ボディ層26を貫通してドリフト層28に達するトレンチ24が複数形成されている。図1に示すように、各トレンチ24は、エミッタ電極20aの下部において等間隔を隔てて互いに平行に形成されている。各トレンチ24の壁面(側面及び底面)には、ゲート絶縁膜23が形成されている。各トレンチ24の内部には、poly−Siからなるゲート電極22が形成されている。各ゲート電極22の上面は、層間絶縁膜48によって覆われている。後述するが、各ゲート電極22はゲート配線40と接続されている。したがって、ゲート配線40に電圧を印加することで、各ゲート電極22に電圧を印加することができる。
A plurality of
上述したエミッタ領域25、ボディ層26、ゲート電極22によって形成されているトレンチゲート型チャネル構造は、各エミッタ電極20の下部にそれぞれ形成されている。また、上述したドリフト層28及びコレクタ層30は、シリコン基板12の平面方向全域に亘って形成されている。上述したコレクタ電極32は、シリコン基板12の下面12bの略全面に亘って形成されている。
The trench gate type channel structure formed by the
図3は、図1のIGBT10のIII−III線断面図を示している。すなわち、図3は、エミッタ電極20a側のトレンチゲート型チャネル構造とエミッタ電極20b側のトレンチゲート型チャネル構造との境界部分の断面図を示している。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the
図示するように、エミッタ電極20a側のボディ層26と、エミッタ電極20b側のボディ層26の間の範囲には、ドリフト層28がシリコン基板12の上面12aに臨む範囲にまで広がっている。したがって、エミッタ電極20a側のボディ層26と、エミッタ電極20b側のボディ層26は、ドリフト層28によって分離されている。以下では、図3の2つのボディ層26の間にドリフト層28が形成されている範囲を分離範囲50という。図3の断面においては、分離範囲50のシリコン基板12の上面12a上には、上述したゲート配線40が形成されている。
As shown in the drawing, the
図示するように、分離範囲50とエミッタ電極20a側のボディ層26との境界近傍のシリコン基板12の上面12aには、トレンチ絶縁体52a〜52eが形成されている。トレンチ絶縁体52a〜52eは、図1の範囲100内に、トレンチ24と平行となり、トレンチ24と略同じ長さに形成されている。トレンチ絶縁体52a〜52eは、トレンチ24より浅い。トレンチ絶縁体52a〜52eは、エミッタ電極20bから最も遠いトレンチ絶縁体52aが最も深く、エミッタ電極20bに近いトレンチ絶縁体ほど浅くなっている。また、トレンチ絶縁体52a〜52eは、エミッタ電極20bから最も遠いトレンチ絶縁体52aが最も幅が広く、エミッタ電極20bに近いトレンチ絶縁体ほど幅が狭くなっている。図示するように、分離範囲50との境界近傍では、エミッタ電極20a側のボディ層26はエミッタ電極20bに近づくほど浅くなっている。トレンチ絶縁体52a、52bは、その境界近傍のボディ層26からドリフト層28へ突出するように形成されている。トレンチ絶縁体52c〜52eは、分離範囲50に形成されている。
トレンチ絶縁体52a〜52eは、トレンチの壁面(側面及び底面)に形成されている絶縁膜と、トレンチの内部に形成されているpoly−Siの導体によって構成されている。したがって、各導体は、絶縁膜によって半導体基板12から絶縁されている。各導体の上面は、層間絶縁膜55によって覆われている。なお、図示していない部分で、導体はゲート配線40に接続されている。
As illustrated,
The
分離範囲50とエミッタ電極20b側のボディ層26との境界近傍にも、エミッタ電極20a側と同様にして、トレンチ絶縁体52a〜52eが形成されている。
Similar to the
以上に説明したように、エミッタ電極20a側のトレンチゲート型チャネル構造とエミッタ電極20b側のトレンチゲート型チャネル構造との境界部分には、2つのトレンチゲート型チャネル構造を分離する分離構造が形成されている。
As described above, the separation structure for separating the two trench gate type channel structures is formed at the boundary between the trench gate type channel structure on the
図4は、図1のIGBT10のIV−IV線断面図を示している。すなわち、図4は、エミッタ電極20a側のトレンチゲート型チャネル構造とエミッタ電極20c側のトレンチゲート型チャネル構造との境界部分の断面図を示している。なお、図4において破線で示すボディ層26は、ゲート電極22を透視したときのボディ層26の位置を示している。
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the
図示するように、エミッタ電極20a側のボディ層26と、エミッタ電極20c側のボディ層26の間の範囲には、ドリフト層28がシリコン基板12の上面12aに臨む範囲にまで広がっている。したがって、エミッタ電極20a側のボディ層26と、エミッタ電極20c側のボディ層26は、ドリフト層28によって分離されている。以下では、図4の2つのボディ層26の間にドリフト層28が形成されている範囲を分離範囲58という。図4の断面においては、分離範囲58のシリコン基板12の上面12a上には、上述したゲート配線40が形成されている。
As shown in the drawing, the
図示するように、エミッタ電極20a側のゲート電極22は、分離範囲58近傍においては、エミッタ電極20cに近づくにつれて浅くなって終端している。また、図1に示すように、エミッタ電極20a側のゲート電極22は、分離範囲58近傍においては、エミッタ電極20cに近づくにつれて幅が細くなっている。また、分離範囲58との境界近傍では、エミッタ電極20a側のボディ層26はエミッタ電極20cに近づくにつれて浅くなっている。したがって、分離範囲58との境界近傍において、ゲート電極22はボディ層26より下側に突出している。すなわち、ゲート電極22は、全長に亘ってボディ層26を貫通してドリフト層28に突出している。
なお、分離範囲58においては、ゲート配線40の周囲の層間絶縁膜42、絶縁膜44中に形成されているコンタクトホール46によって、ゲート電極22がゲート配線40と接続されている。
As shown in the figure, the
In the
エミッタ電極20c側のゲート電極22、ボディ層26も、分離範囲58の境界近傍において、エミッタ電極20a側のゲート電極22、ボディ層26と同様に形成されている。
The
以上に説明したように、エミッタ電極20a側のトレンチゲート型チャネル構造とエミッタ電極20c側のトレンチゲート型チャネル構造との境界部分には、2つのトレンチゲート型チャネル構造を分離する分離構造が形成されている。この分離構造は、図1のエミッタ電極20b側のトレンチゲート型チャネル構造とエミッタ電極20c側のトレンチゲート型チャネル構造との境界部分にも形成されている。
As described above, the separation structure for separating the two trench gate type channel structures is formed at the boundary between the trench gate type channel structure on the
IGBT10のコレクタ電極32−エミッタ電極20間に順電圧を印加し、ゲート配線40(すなわち、ゲート電極22)にオン電圧を印加すると、ボディ層26中にチャネルが形成され、IGBT10がオンする。ゲート電極22に印加する電圧をオフすると、チャネルが消失してIGBT10がオフする。IGBT10のオフ時には、ボディ層26とドリフト層28との境界でキャリアが流れなくなるので、その境界にドリフト層28からボディ層26に向かう電界が発生する。ボディ層26とドリフト層28との境界の一部に電界が集中すると、その部分においてアバランシェ電流が発生して、シリコン基板12が損傷してしまう場合がある。
When a forward voltage is applied between the
図3の破線A1は、IGBT10をオフしているときの、図3の断面におけるボディ層26とドリフト層28の境界近傍の電位分布を示す等電位線を示している。また、図5は、比較例として、従来のIGBTの図3の断面に対応する断面におけるボディ層26とドリフト層28の境界近傍の電位分布を示している。
図5に示すように、従来のIGBTでは、ボディ層26の角部近傍領域100と、分離範囲50に最も近いゲート電極22の下端近傍領域102で等電位線が密となっている。すなわち、領域100、102に電界が集中する。
図3に示すように、本実施例のIGBT10では、分離範囲50とボディ層26の境界近傍に、トレンチ絶縁体52a〜52eが形成されている。したがって、図示するように等電位線が分離範囲50内に大きく伸びる。これによって、ボディ層26の角部近傍及びゲート電極22の下端近傍に電界が集中することが抑制される。また、トレンチ絶縁体52a〜52eは、ゲート電極22より浅く、他方のエミッタ電極20に近いトレンチ絶縁体ほど(例えば、エミッタ電極20a側のトレンチ絶縁体52a〜52eの場合、エミッタ電極20bに近いトレンチ絶縁体ほど)浅くなっている。したがって、図示するように、等電位線が滑らかに変化している。すなわち、トレンチ絶縁体52a〜52eに電界が分散する。したがって、分離領域50に最も近いゲート電極22に電界が集中することが抑制される。また、トレンチ絶縁体52a〜52eの下端近傍に電界集中が発生することもない。すなわち、IGBT10の分離範囲50近傍での電界集中の発生が抑制されている。
A broken line A1 in FIG. 3 indicates an equipotential line indicating a potential distribution near the boundary between the
As shown in FIG. 5, in the conventional IGBT, equipotential lines are dense in the
As shown in FIG. 3, in the
図4の破線A2は、IGBT10をオフしているときの、図4の断面におけるボディ層26とドリフト層28の境界近傍の電位分布を示す等電位線を示している。また、図6は、比較例として、従来のIGBTの図4の断面に対応する断面におけるボディ層26とドリフト層28の境界近傍の電位分布を示している。
図6に示すように、従来のIGBTでは、ゲート電極22の角部近傍領域104で等電位線が密となっている。すなわち、角部近傍領域104に電界が集中する。
図4に示すように、本実施例のIGBT10では、ゲート電極22が他方のエミッタ電極20に近づくほど(例えば、エミッタ電極20a側のゲート電極22の場合、エミッタ電極20cに近づくほど)浅くなっている。したがって、ゲート電極22の近傍に電界が集中することが抑制される。また、分離範囲58との境界近傍において、ゲート電極22はボディ層26より下側に突出している(すなわち、ゲート電極22が全長に亘ってボディ層26の下側に突出している)。したがって、ボディ層26の近傍に電界が集中することも抑制される。すなわち、IGBT10の分離範囲58近傍での電界集中の発生が抑制されている。
A broken line A2 in FIG. 4 indicates an equipotential line indicating a potential distribution near the boundary between the
As shown in FIG. 6, in the conventional IGBT, equipotential lines are dense in the
As shown in FIG. 4, in the
以上に説明したように、本実施例のIGBT10では、トレンチ絶縁体52a〜52eによって分離範囲50近傍における電界の集中が抑制されている。分離範囲58近傍においては、ゲート電極22が徐々に浅くなって周端していることによって電界の集中が抑制されている。したがって、IGBT10は耐圧が非常に高い。
As described above, in the
また、本実施例のIGBT10では、トレンチゲート型チャネル構造の境界部分の半導体基板12の表面にゲート配線40が形成されている。したがって、ゲート配線40を半導体基板12の外周端近傍に設ける場合に比べて、ゲート配線40のボンディングパッド側の端部からゲート電極22に至るまでの距離の最大値が短くなる。したがって、ゲート配線上での信号の遅延を抑制されている。なお、半導体基板上にゲート配線を形成する場合、ゲート配線下に半導体領域等の構造を形成するとIGBTの製造効率が低下してしまう場合がある。しかしながら、本実施例のIGBT10は、ゲート配線40の下に何れの構造も形成する必要が無く、容易にIGBT10を製造することができる。
Further, in the
なお、上述したIGBT10では、トレンチ絶縁体52a、52bが境界近傍のボディ層26からドリフト層28に突出するように形成されており、トレンチ絶縁体52c〜52eが分離範囲50に形成されている。しかしながら、図7に示すように、全てのトレンチ絶縁体52を分離範囲50に形成しても良い。また、図8に示すように、全てのトレンチ絶縁体52を境界近傍のボディ層26からドリフト層28に突出するように形成しても良い。図7、図8に示すようにトレンチ絶縁体を形成しても、分離範囲50近傍での電界の集中を抑制することができる。
In the
また、上述したトレンチ絶縁体群をシリコン基板12の外周端近傍部分に形成することもできる。この場合、外周に近いトレンチ絶縁体ほど浅く形成することで、外周端近傍部分の電界集中を好適に抑制することができる。
Further, the above-described trench insulator group can be formed in the vicinity of the outer peripheral end of the
次に、IGBT10の製造方法について説明する。なお、ゲート電極22及びトレンチ絶縁体52a〜52e以外の構造については、従来公知の方法により形成することができる。したがって、以下では、ゲート電極22及びトレンチ絶縁体52a〜52eを形成する方法について説明する。
Next, the manufacturing method of IGBT10 is demonstrated. The structure other than the
まず、シリコン基板12の上面12aをドライエッチングによりエッチングする。
図9は、シリコン基板12の上面12aをエッチングするときに、上面12aに配置するエッチングマスクの開口の形状を示している。なお、図9は、エッチングマスクの開口のうちの一部のみを示している。
開口124は、トレンチ24と略同等の幅を有している。開口152a〜152eは、開口124よりも幅が狭い。開口152a〜152eは、トレンチ絶縁体52a〜52eと略同等の幅を有している。すなわち、開口152aの幅が最も広く、開口152e側の開口ほど幅が狭くなっている。また、開口124、152a〜152eは、端部近傍の幅が端部に近づくにつれて細くなっている。
エッチングマスクを配置したら、ドライエッチングにより、配置したエッチングマスクを介してシリコン基板12の上面12aをエッチングする。したがって、各開口内のシリコン基板12がエッチングされる。このとき、幅が広い開口内では、エッチングガスの流入量が多いので、エッチング速度が速くなる。幅が狭い開口内では、エッチングガスの流入量が少なく、エッチング速度が遅くなる。したがって、エッチング後に、図10に示すようにシリコン基板12に深さの異なるトレンチが形成される。すなわち、トレンチ252a〜252eは、トレンチ24よりも浅くなる。また、トレンチ252a〜252eは、トレンチ252aが最も深く、トレンチ252aから遠いトレンチほど浅くなる。また、開口124、152a〜152eの端部近傍は端部に近づくほど幅が狭くなっているので、トレンチ24、252a〜252eの端部近傍は端部に近づくほど浅くなる。
First, the
FIG. 9 shows the shape of the opening of the etching mask disposed on the
The
After the etching mask is arranged, the
トレンチ24、252a〜252eを形成したら、従来公知の方法によって、トレンチ24、252a〜252eの壁面に絶縁膜を形成し、トレンチ24、252a〜252e内にpoly−Si電極を形成し、poly−Si電極の上面に層間絶縁膜48、55を形成する。これによって、トレンチ24内のpoly−Si電極がゲート電極22となり、トレンチ252a〜252e内の絶縁膜とpoly−Si電極がトレンチ絶縁体52a〜52eとなる。
After the
以上に説明したように、この製造方法によれば、一度のエッチングで深さの異なるトレンチを形成することができる。したがって、ゲート電極22と同時にトレンチ絶縁体52a〜52eを形成することができる。また、ゲート電極22の端部近傍(すなわち、分離領域58近傍)を、端部に近づくほど浅く形成することができる。したがって、通常のIGBTの製造時に比べて製造効率を低下させること無く、IGBT10を製造することができる。
As described above, according to this manufacturing method, trenches having different depths can be formed by a single etching. Therefore,
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
10:IGBT
12:シリコン基板
20:エミッタ電極
22:ゲート電極
23:ゲート絶縁膜
24:トレンチ
25:エミッタ領域
26:ボディ層
28:ドリフト層
30:コレクタ層
32:コレクタ電極
40:ゲート配線
46:コンタクトホール
50:分離範囲
52:トレンチ絶縁体
58:分離範囲
10: IGBT
12: silicon substrate 20: emitter electrode 22: gate electrode 23: gate insulating film 24: trench 25: emitter region 26: body layer 28: drift layer 30: collector layer 32: collector electrode 40: gate wiring 46: contact hole 50: Isolation range 52: Trench insulator 58: Isolation range
Claims (9)
前記第1ボディ領域は、半導体基板を平面視したときの第1範囲において半導体基板表面から第1深さにまで至る第1島状範囲に形成されているとともに、第1導電型であり、
前記第2ボディ領域は、前記半導体基板を平面視したときに前記第1範囲に分離範囲を隔てて隣接している第2範囲において前記半導体基板表面から第2深さにまで至る第2島状範囲に形成されているとともに、第1導電型であり、
前記ドリフト領域は、前記分離範囲から前記第1ボディ領域の下部及び前記第2ボディ領域の下部に亘って形成されているとともに、第2導電型であり、
前記第1トレンチゲート電極群は、前記半導体基板表面から前記第1ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に達するとともに、少なくとも前記第1範囲内において所定の間隔を隔てて規則的に配置されている第1トレンチ群内に絶縁層に覆われた状態で存在しており、
前記第2トレンチゲート電極群は、前記半導体基板表面から前記第2ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に達するとともに、少なくとも前記第2範囲内において所定の間隔を隔てて規則的に配置されている第2トレンチ群内に絶縁層に覆われた状態で存在しており、
前記半導体基板を平面視したときに、前記第1トレンチゲート電極群を構成する複数本の第1トレンチゲート電極の配置方向は、前記第2トレンチゲート電極群を構成する複数本の第2トレンチゲート電極の配置方向と一致し、
前記第1範囲と前記第2範囲と前記分離範囲とを含む範囲で切り取った断面において、前記第1範囲と前記第2範囲は、前記配置方向に沿って、前記分離範囲を隔てて隣接しており、
前記配置方向における前記分離範囲の中央の前記半導体基板表面上には、絶縁膜が形成されており、
その絶縁膜上に、前記第1トレンチゲート電極群及び前記第2トレンチゲート電極群と接続されているゲート配線が形成されており、
前記第1トレンチ絶縁体群は、前記配置方向において、前記複数本の第1トレンチゲート電極のうち最も前記分離範囲寄りの第1トレンチゲート電極と、前記ゲート配線の中央と、の間の第1特定範囲内に、前記半導体基板表面における前記第1範囲と前記分離範囲との境界に沿って形成されており、前記第1トレンチゲート電極群より浅く、かつ、少なくともトレンチの先端部が前記第1ボディ領域の外側にまで伸びており、前記第1トレンチ絶縁体群を構成する複数本の第1トレンチ絶縁体のそれぞれは前記第2範囲に近い第1トレンチ絶縁体の方がより浅いという関係を満たしており、
前記第2トレンチ絶縁体群は、前記配置方向において、前記複数本の第2トレンチゲート電極のうち最も前記分離範囲寄りの第2トレンチゲート電極と、前記ゲート配線の中央と、の間の第2特定範囲内に、前記半導体基板表面における前記第2範囲と前記分離範囲との境界に沿って形成されており、前記第2トレンチゲート電極群より浅く、かつ、少なくともトレンチの先端部が前記第2ボディ領域の外側にまで伸びており、前記第2トレンチ絶縁体群を構成する複数本の第2トレンチ絶縁体のそれぞれは前記第1範囲に近い第2トレンチ絶縁体の方がより浅いという関係を満たしている、
ことを特徴とする半導体装置。 A first body region, a second body region, a drift region, a first trench gate electrode group, a second trench gate electrode group, a first trench insulator group, and a second trench insulator group are provided. A semiconductor device,
The first body region is formed in a first island-shaped range extending from the surface of the semiconductor substrate to the first depth in the first range when the semiconductor substrate is viewed in plan, and is of the first conductivity type.
The second body region has a second island shape extending from the semiconductor substrate surface to a second depth in a second range adjacent to the first range with a separation range when the semiconductor substrate is viewed in plan. Is formed in a range and is of the first conductivity type,
The drift region is formed from the isolation range to a lower portion of the first body region and a lower portion of the second body region, and is of a second conductivity type.
The first trench gate electrode group penetrates the first body region from the surface of the semiconductor substrate to reach the drift region, and is regularly arranged at a predetermined interval at least in the first range. It exists in a state covered with an insulating layer in the first trench group,
The second trench gate electrode group penetrates the second body region from the surface of the semiconductor substrate to reach the drift region, and is regularly arranged at a predetermined interval at least in the second range. It exists in a state covered with an insulating layer in the second trench group,
When the semiconductor substrate is viewed in plan, the arrangement direction of the plurality of first trench gate electrodes constituting the first trench gate electrode group is determined by the plurality of second trench gates constituting the second trench gate electrode group. Match the electrode orientation,
In a cross section cut out in a range including the first range, the second range, and the separation range, the first range and the second range are adjacent to each other with the separation range along the arrangement direction. And
An insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate in the center of the separation range in the arrangement direction,
A gate wiring connected to the first trench gate electrode group and the second trench gate electrode group is formed on the insulating film,
The first trench insulator group includes a first trench gate electrode between the first trench gate electrode closest to the isolation range among the plurality of first trench gate electrodes and the center of the gate wiring in the arrangement direction. within a specific range, the are formed along boundary of the separation range between the first range in the semiconductor substrate surface, shallower than the first trench gate electrodes, and the tip portion of at least the trench is the first 1 extends to the outside of the body region, the first relationship each of the first trench insulator plurality of constituting the trench isolation unit is shallower toward the first trench insulator close to the second range Meets
In the arrangement direction, the second trench insulator group includes a second trench gate electrode between a second trench gate electrode closest to the isolation range among the plurality of second trench gate electrodes and a center of the gate wiring. within a specific range, the are formed along boundary of the separation range between the second range in the semiconductor substrate surface, shallower than the second trench gate electrodes, and the tip portion of at least the trench is the first 2 extends to the outside of the body region, the second relation that each of the second trench insulating a plurality of constituting the trench isolation unit is shallower toward the second trench insulator close to said first range Meets
A semiconductor device.
前記第1トレンチ絶縁体群は、前記第1ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に突出していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The first body region is shallower than closer to the the first within a certain range the second body region,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first trench insulator group penetrates through the first body region and protrudes into the drift region.
前記第1ボディ領域は、半導体基板を平面視したときの第1範囲において半導体基板表面から第1深さにまで至る第1島状範囲に形成されているとともに、第1導電型であり、
前記第2ボディ領域は、前記半導体基板を平面視したときに前記第1範囲に分離範囲を隔てて隣接している第2範囲において前記半導体基板表面から第2深さにまで至る第2島状範囲に形成されているとともに、第1導電型であり、
前記ドリフト領域は、前記分離範囲から前記第1ボディ領域の下部及び前記第2ボディ領域の下部に亘って形成されているとともに、第2導電型であり、
前記第1トレンチゲート電極群は、前記半導体基板表面から前記第1ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に達しており、少なくとも前記第1範囲内において所定の間隔を隔てて規則的に配置されている第1トレンチ群内に絶縁層に覆われた状態で存在しており、
前記第2トレンチゲート電極群は、前記半導体基板表面から前記第2ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に達しており、少なくとも前記第2範囲内において所定の間隔を隔てて規則的に配置されている第2トレンチ群内に絶縁層に覆われた状態で存在しており、
前記半導体基板を平面視したときに、前記第1トレンチ群を構成する各第1トレンチの長手方向は、前記第2トレンチ群を構成する各第2トレンチの長手方向と一致し、
前記第1範囲と前記第2範囲と前記分離範囲とを含む範囲で切り取った断面において、前記第1範囲と前記第2範囲は、前記長手方向に沿って、前記分離範囲を隔てて隣接しており、
前記長手方向における前記分離範囲の中央の前記半導体基板表面上には、絶縁膜が形成されており、
その絶縁膜上に、前記第1トレンチゲート電極群及び前記第2トレンチゲート電極群と接続されているゲート配線が形成されており、
前記長手方向は、前記ゲート配線に対して直交する方向であり、
前記各第1トレンチは、その長手方向端部が分離範囲と重なっており、かつ、前記分離範囲に向けて伸びているとともに、前記長手方向端部の深さが、前記第2範囲に近づくほどより浅くなるという関係を満たして終端しており、
前記各第2トレンチは、その長手方向端部が分離範囲と重なっており、かつ、前記分離範囲に向けて伸びているとともに、前記長手方向端部の深さが、前記第1範囲に近づくほどより浅くなるという関係を満たして終端している、
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device comprising a first body region, a second body region, a drift region, a first trench gate electrode group, and a second trench gate electrode group,
The first body region is formed in a first island-shaped range extending from the surface of the semiconductor substrate to the first depth in the first range when the semiconductor substrate is viewed in plan, and is of the first conductivity type.
The second body region has a second island shape extending from the semiconductor substrate surface to a second depth in a second range adjacent to the first range with a separation range when the semiconductor substrate is viewed in plan. Is formed in a range and is of the first conductivity type,
The drift region is formed from the isolation range to a lower portion of the first body region and a lower portion of the second body region, and is of a second conductivity type.
The first trench gate electrode group penetrates the first body region from the surface of the semiconductor substrate to reach the drift region, and is regularly arranged at a predetermined interval in at least the first range. Existing in the first trench group covered with an insulating layer ,
The second trench gate electrode group penetrates the second body region from the surface of the semiconductor substrate and reaches the drift region, and is regularly arranged at a predetermined interval at least in the second range. Existing in the second trench group covered with an insulating layer ,
When the semiconductor substrate is viewed in plan, the longitudinal direction of each first trench constituting the first trench group coincides with the longitudinal direction of each second trench constituting the second trench group,
In a cross section cut out in a range including the first range, the second range, and the separation range, the first range and the second range are adjacent to each other with the separation range along the longitudinal direction. And
On the surface of the semiconductor substrate at the center of the separation range in the longitudinal direction, an insulating film is formed,
A gate wiring connected to the first trench gate electrode group and the second trench gate electrode group is formed on the insulating film,
The longitudinal direction is a direction orthogonal to the gate wiring,
Each of the first trenches has an end portion in the longitudinal direction that overlaps with the separation range, extends toward the separation range, and the depth of the end portion in the longitudinal direction approaches the second range. It is terminated with the relationship of becoming shallower,
As for each said 2nd trench, the longitudinal direction edge part has overlapped with the isolation | separation range, and while extending toward the said isolation | separation range, the depth of the said longitudinal direction edge part is so close to the said 1st range. It ends with the relationship of becoming shallower,
A semiconductor device.
前記第1トレンチゲート電極群は、全長に亘って前記第1ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に突出していることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。 The first body region, the depth of the longitudinal ends, and shallower than closer to the second body region,
The semiconductor device according to claim 5 , wherein the first trench gate electrode group penetrates the first body region over the entire length and protrudes into the drift region.
第1トレンチゲート電極群形成用の開口群と、第2トレンチゲート電極群形成用の開口群と、第1トレンチ絶縁体群形成用の開口群と、第2トレンチ絶縁体群形成用の開口群を備えており、第1トレンチ絶縁体群形成用の開口群を構成する複数の開口は前記第2範囲に近い開口の方が幅が狭いという関係を満たしており、第2トレンチ絶縁体群形成用の開口群を構成する複数の開口は前記第1範囲に近い開口の方が幅が狭いという関係を満たしているエッチングマスクを前記半導体基板上に配置するエッチングマスク配置工程と、
配置したエッチングマスクを介して前記半導体基板表面をエッチングすることによって、前記第1トレンチゲート電極群用のトレンチ群と、前記第2トレンチゲート電極群用のトレンチ群と、第1トレンチ絶縁体群用のトレンチ群と、第2トレンチ絶縁体群用のトレンチ群を形成するエッチング工程を有する半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4 ,
An opening group for forming a first trench gate electrode group, an opening group for forming a second trench gate electrode group, an opening group for forming a first trench insulator group, and an opening group for forming a second trench insulator group The plurality of openings constituting the opening group for forming the first trench insulator group satisfy the relationship that the opening closer to the second range has a narrower width, and the second trench insulator group is formed. An etching mask disposing step of disposing an etching mask on the semiconductor substrate that satisfies a relationship that the opening close to the first range is narrower than the plurality of openings constituting the opening group for
Etching the surface of the semiconductor substrate through the arranged etching mask, the trench group for the first trench gate electrode group, the trench group for the second trench gate electrode group, and the first trench insulator group The manufacturing method of the semiconductor device which has an etching process which forms the trench group for this, and the trench group for 2nd trench insulator groups.
前記長手方向において、前記第2範囲に近づくほど幅がより狭く形成されている第1トレンチゲート電極群形成用の開口群と、前記長手方向において、前記第1範囲に近づくほど幅がより狭く形成されている第2トレンチゲート電極群形成用の開口群を備えているエッチングマスクを前記半導体基板上に配置するエッチングマスク配置工程と、
配置したエッチングマスクを介して前記半導体基板表面をエッチングすることによって、前記第1トレンチゲート電極群用のトレンチ群と、前記第2トレンチゲート電極群用のトレンチ群を形成するエッチング工程を有する半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7 , comprising:
Oite in the longitudinal direction, the a first aperture group for trench gate electrodes formed width closer to the second range is narrower formed, Oite the longitudinal, width closer to the first range An etching mask disposing step of disposing an etching mask having a second trench gate electrode group forming opening group formed more narrowly on the semiconductor substrate;
A semiconductor device having an etching step of forming a trench group for the first trench gate electrode group and a trench group for the second trench gate electrode group by etching the surface of the semiconductor substrate through the arranged etching mask Manufacturing method.
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