JP5417699B2 - MOS type semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、MOS型半導体装置およびその製造方法に関し、特に、トレンチ構造を有するMOSFET等のMOS型半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a MOS semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a MOS semiconductor device such as a MOSFET having a trench structure and a manufacturing method thereof.
パワー半導体素子においては、素子のオン抵抗の低減のためにトレンチ構造を利用してチャネル密度を高めたMOSFET素子が作製されている。このようなトレンチ型MOSFETは、たとえば、以下のように作製される。
一導電型の低抵抗シリコンサブストレート上に同一導電型のシリコンエピタキシャル層(ドリフト層)を成長させる。これを以降、シリコン基板または基板と称する。そのシリコンエピタキシャル層に他導電型のドーパントをイオン注入し拡散させ、pウエルを形成する。このpウエルの形成と同時に基板上に作成された酸化膜をフォトリソグラフィーでパターニングし、この酸化膜をマスクにしてトレンチエッチングを行い、pウエルの下層の前記シリコンエピタキシャル層に達するトレンチを形成する。その後、トレンチ内に残留するシリコン酸化膜系ポリマー残渣とマスク酸化膜をHFエッチングにより除去する。次に、前記トレンチエッチングによるトレンチ内表面のダメージ層を除去するためのソフトエッチングと犠牲酸化を行う。犠牲酸化膜とマスク酸化膜の除去後にゲート酸化膜を形成する。さらにゲート電極を形成するため、基板表面に導電性ポリシリコン層を堆積してトレンチ内に埋め込み、基板表面上のポリシリコン層はエッチングにより除去する。
以上説明した、トレンチとトレンチへのゲート酸化膜とゲート電極が形成されたシリコン基板にn+ソース領域を形成する方法は、マスク合わせ回数を減らすために、主として2方法が知られている。図2(a)は第1の方法により作成されたトレンチMOSFETの要部がい略図であり、(a)は平面図であり、(b)は(a)のX−Y線における断面図である。また、図2(a)における層間絶縁膜12とソース電極16はその下層の構造を見えるようにするために、一部を除き除かれている。この第1の方法では、前述のように、n+型のシリコンサブストレート(図示せず)にn型のシリコンエピタキシャル層1とpウエル2を作成したシリコン基板に表面からトレンチ10とトレンチ10の内面へのゲート酸化膜10−1とゲート電極10−2の形成する。その後、トレンチ10間のメサ部の表面層にn+ソース領域11を形成するために、不純物としてAs(砒素)をイオン注入、熱処理を行ってn+ソース領域11を形成する。その後、表面に層間絶縁膜12を堆積し、トレンチ10のストライプ状の平面平行パターン間に平行に、ストライプ状の平面パターンのコンタクトトレンチ15を形成するために、前記層間絶縁膜12をパターニングしてコンタクトトレンチ開口部14を形成する。そして、n+ソース領域11とpウエル2間のpn接合より深くエッチングしてコンタクトトレンチ15を形成する。このコンタクトトレンチ15の底部に露出するpウエル2に、高濃度のボロンのイオン注入および活性化処理を行い、p+コンタクト13を形成する。このコンタクトトレンチ15はその側壁部にn+ソース11のコンタクト面が露出し、底部にはp+コンタクト13が形成される構成を有する。この結果、コンタクトトレンチ15の内部に埋め込まれるソース電極16はn+ソース11とpウエルに共通にオーミック接触することになる。
In a power semiconductor element, a MOSFET element having a channel density increased by using a trench structure in order to reduce the on-resistance of the element. Such a trench MOSFET is manufactured as follows, for example.
A silicon epitaxial layer (drift layer) of the same conductivity type is grown on a low conductivity silicon substrate of one conductivity type. This is hereinafter referred to as a silicon substrate or a substrate. A dopant of another conductivity type is ion-implanted and diffused in the silicon epitaxial layer to form a p-well. Simultaneously with the formation of the p-well, an oxide film formed on the substrate is patterned by photolithography, and trench etching is performed using the oxide film as a mask to form a trench reaching the silicon epitaxial layer below the p-well. Thereafter, the silicon oxide film polymer residue and the mask oxide film remaining in the trench are removed by HF etching. Next, soft etching and sacrificial oxidation are performed to remove the damaged layer on the inner surface of the trench by the trench etching. After removing the sacrificial oxide film and the mask oxide film, a gate oxide film is formed. Further, in order to form a gate electrode, a conductive polysilicon layer is deposited on the substrate surface and buried in the trench, and the polysilicon layer on the substrate surface is removed by etching.
There are mainly two known methods for forming the n + source region on the silicon substrate on which the trench, the trench gate oxide film and the gate electrode are formed, in order to reduce the number of mask alignments. 2A is a schematic view of the main part of a trench MOSFET formed by the first method, FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line XY in FIG. . Further, the
第2の方法は、図7の従来のトレンチMOSFETの要部平面図に示すように、ストライプ状のトレンチMOSゲート10の平面平行パターン間のメサ部の表面層において、前記トレンチ10の長手方向に垂直な形状で交互に併置されるn+ソース領域11とp+コンタクト13をイオン注入・熱処理により形成する。その後、図示しない層間絶縁膜を堆積しパターニングを行ってメタルコンタクト開口部を形成し、メタルを蒸着してパタ−ニングしてソース電極を形成する。さらに、図8の斜視図に示すように、トレンチコンタクト20のパターン(ソース領域を貫通してpウエルに達するトレンチ)がトレンチMOSゲート10のパターンに対して相互に垂直に交差する方向となるように形成することにより、平行なトレンチMOSゲートの間隔を縮小して素子構造の微細化を図る方法(特許文献1)も知られている。
しかしながら、前記特許文献1に記載の方法は、前記第1の方法と比較してp+コンタクト領域(図示せず)の横方向拡散を考慮しないですむので、セルピッチの微細化には有利であるが、p+コンタクト領域ではチャネルが形成されないという欠点もある。
本発明は、以上説明した点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、同一のデザインルールで、単位面積当たりのチャネル密度を高くでき、低オン抵抗とすることのできるMOS型半導体装置およびその製造方法を提供することである。
However, the method described in
The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide a MOS semiconductor capable of increasing channel density per unit area and having low on-resistance with the same design rule. An apparatus and a method for manufacturing the same are provided.
特許請求の範囲の請求項1記載の発明によれば、一導電型のドリフト層と、該ドリフト層の表面層に形成される他導電型のウエルと、該ウエルの表面層に形成される一導電型ソース領域と、該ソース領域の表面から前記ドリフト層に達する深さの複数のMOSゲート用第一トレンチを備え、長さが幅より長い概略長方形の表面形状を有する前記第一トレンチの複数個が周期的な行列状パターンで配置され、前記第一トレンチ内および前記ソース領域上にはゲート絶縁膜が形成され、前記第一トレンチ内には前記ゲート絶縁膜を介して埋め込まれるゲート電極を有し、該ゲート電極は、前記第一トレンチの幅方向に所定の間隔で並列配置されるトレンチ列の方向に沿って、前記第一トレンチの幅に垂直な方向の前記第一トレンチ間の前記ソース領域上の前記ゲート絶縁膜上に引き出された前記ゲート電極によって前記第一トレンチの幅に垂直な方向に前記トレンチ列を導電的に接続すると共に、ゲートパッドまで配線され、前記トレンチ列を導電的に接続する前記ゲート電極は前記トレンチの長手方向の端部から離れ前記トレンチの長手方向の長さより狭い幅で配置され、前記第一トレンチの長さ方向のトレンチ間には前記一導電型のソース領域を表面から貫き前記他導電型のウエルに達する深さのコンタクト用第二トレンチを備え、該第二トレンチの側壁部では前記一導電型ソース領域とコンタクトし、底部では前記ウエルとコンタクトする金属電極を有するMOS型半導体装置とすることにより、前記本発明の目的は達成される。
特許請求の範囲の請求項2記載の発明によれば、請求項1に記載のMOS型半導体装置の製造方法であって、一導電型のドリフト層の表面層に他導電型のウエルを形成する工程と、該ウエルの表面層に一導電型のソース領域を形成した後、複数の第一トレンチを形成する工程と、該トレンチ内および前記ソース領域上にゲート絶縁膜を形成し、ドープドポリシリコンをトレンチ内に埋め込むと共に前記ソース領域上の前記ゲート絶縁膜上に形成し、前記第一トレンチ間を接続するようにパターニングする工程と、層間絶縁膜を堆積した後、前記第一トレンチ間の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、該コンタクトホールに第二トレンチを形成するエッチング工程と、該第二トレンチ底部に他導電型のコンタクト領域を形成する工程と、前記第二トレンチに金属電極を埋め込む工程を有するMOS型半導体装置の製造方法とする。
According to the invention of
According to the second aspect of the present invention, in the method of manufacturing the MOS type semiconductor device according to the first aspect, the other conductivity type well is formed on the surface layer of the one conductivity type drift layer. Forming a plurality of first trenches after forming a source region of one conductivity type on the surface layer of the well, forming a gate insulating film in the trench and on the source region , a step of silicon was formed on the gate insulating film on write Mutotomoni the source region embedded in the trench is patterned so as to connect between the first trench, after depositing an interlayer insulating film, said first trench A step of forming a contact hole in the interlayer insulating film, an etching step of forming a second trench in the contact hole, and a contact region of another conductivity type at the bottom of the second trench A step, a method of manufacturing a MOS type semiconductor device having a step of embedding a metal electrode on the second trench.
特許請求の範囲の請求項3記載の発明によれば、一導電型のドリフト層と、該ドリフト層の表面層に形成される他導電型のウエルと、該ウエルの表面層に形成される一導電型ソース領域と、該ソース領域の表面から前記ドリフト層に達する深さの複数のMOSゲート用第三トレンチを備え、該第三トレンチは表面がストライプ状のトレンチと該ストライプ状トレンチを垂直に横断する長さの短いトレンチが前記ストライプ状トレンチの幅よりも長い間隔で複数個、配置される組み合わせトレンチを複数個、並列に有し、前記ソース領域は、前記ストライプ状のトレンチおよび前記長さの短いトレンチに接し、前記第三トレンチ内にはゲート絶縁膜を介して埋め込まれるゲート電極を有し、該ゲート電極は、前記ストライプ状トレンチの終端部からゲートパッド部に配線され、前記第三トレンチの、前記並列に複数配置される組み合わせトレンチ間には前記一導電型のソース領域を貫き前記他導電型のウエルに達する深さのコンタクト用第四トレンチを備え、該第四トレンチの側壁部では前記一導電型ソース領域とコンタクトし、底部では前記ウエルとコンタクトする金属電極を有するMOS型半導体装置とする。
特許請求の範囲の請求項4記載の発明によれば、請求項3に記載のMOS型半導体装置を形成する方法であって、一導電型のドリフト層の表面層に他導電型のウエルを形成する工程と、複数の第三トレンチを形成する工程と、トレンチ内にゲート絶縁膜を形成し、ドープドポリシリコンをトレンチ内に埋め込み前記第三トレンチ間を接続するようにパターニングする工程と、前記第三トレンチ間の前記他導電型のウエルの表面層に一導電型のソース領域を形成する工程と、層間絶縁膜を堆積し前記第三トレンチ間の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールをエッチングして第四トレンチを形成するコンタクトトレンチ形成工程と、該第四トレンチ底部に他導電型のコンタクト領域を形成する工程と、前記第四トレンチに金属電極を埋め込む工程を有するMOS型半導体装置の製造方法とする。
According to the invention of claim 3, the one conductivity type drift layer, the other conductivity type well formed in the surface layer of the drift layer, and the one layer formed in the surface layer of the well. A conductive type source region and a plurality of third trenches for MOS gates having a depth reaching the drift layer from the surface of the source region, the third trench being perpendicular to the stripe-shaped trench and the stripe-shaped trench A plurality of combination trenches, in which a plurality of trenches having a short transverse length are arranged at intervals longer than the width of the stripe-shaped trench, are arranged in parallel, and the source region includes the stripe-shaped trench and the length contact with the short trenches, wherein the third trench and a gate electrode that is embedded through a gate insulating film, the gate electrode, the end portion of the striped trench The fourth contact for contact having a depth reaching the well of the other conductivity type through the source region of the one conductivity type between the combination trenches arranged in parallel in the third trench. The MOS semiconductor device includes a trench and has a metal electrode in contact with the one conductivity type source region at the side wall portion of the fourth trench and in contact with the well at the bottom portion.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for forming the MOS type semiconductor device according to the third aspect, wherein a well of another conductivity type is formed on a surface layer of a drift layer of one conductivity type. A step of forming a plurality of third trenches, a step of forming a gate insulating film in the trenches, patterning so as to embed doped polysilicon in the trenches and connect the third trenches, Forming a source region of one conductivity type in a surface layer of the other conductivity type well between third trenches, and depositing an interlayer insulating film and forming a contact hole in the interlayer insulating film between the third trenches And forming a fourth trench by etching the contact hole, forming a contact region of another conductivity type at the bottom of the fourth trench, A method of manufacturing a MOS type semiconductor device having a step of embedding a metal electrode to the four trenches.
本発明は、要するに、チャネルを形成するトレンチMOS構造をストライプ状ではなく、短い線状のトレンチを周期的に配置する。短い線状のトレンチの長手方向のトレンチ間にコンタクト領域を形成し、短い線状のトレンチの幅を垂直に横断する方向にゲート電極を配線して短い線状のトレンチ内のゲート電極を導電型的に接続する構造とする。前記コンタクト領域は、ソース領域を貫いたトレンチを前記トレンチMOS構造に対して垂直に形成し、側壁部でソースコンタクトを底部でpウエルのコンタクトをとる。このような構造を有するMOS型半導体装置はMOS部のトレンチを垂直方位に関してセルピッチを容易に縮小することが可能となり、チャネル密度を高くすることできる。あるいは、上記短い線状のトレンチの幅を垂直方向に横断するようにトレンチを形成しても良い。 In short, in the present invention, the trench MOS structure forming the channel is not formed in a stripe shape, but short linear trenches are periodically arranged. A contact region is formed between the longitudinal trenches of the short linear trench, the gate electrode is wired in a direction perpendicular to the width of the short linear trench, and the gate electrode in the short linear trench is conductive. It is set as a structure to connect. In the contact region, a trench penetrating the source region is formed perpendicular to the trench MOS structure, and a source contact is formed at the side wall and a p-well contact is formed at the bottom. In the MOS type semiconductor device having such a structure, the cell pitch can be easily reduced with respect to the vertical direction of the trench of the MOS portion, and the channel density can be increased. Alternatively, the trench may be formed so as to cross the width of the short linear trench in the vertical direction.
本発明によれば、同一のデザインルールで、単位面積当たりのチャネル密度を高くでき、低オン抵抗とすることのできるMOS型半導体装置およびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a MOS semiconductor device and a method for manufacturing the same that can increase channel density per unit area and have low on-resistance with the same design rule.
以下、本発明にかかるMOS型半導体装置およびその製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。
図1に実施例1により作成されたトレンチMOSFETの要部平面図(a)と(a)のA−A線における断面図(b)を示す。図3に、実施例1にかかるトレンチMOSFETのゲート酸化後のトレンチゲートの平面パターンの一部を示す平面図である。図4は実施例1にかかるトレンチMOSFETの複数のトレンチゲートを導電接続するドープドポリシリコンのパターニング後の平面図(a)と断面図(b)、(c)であり、(b)は図4(a)のB−B線断面図、(c)は同図のC−C線断面図を示す。図5は実施例1にかかるトレンチMOSFETのp+コンタクト領域形成後の平面図(a)と、(a)のD−D線断面図(b)である。図6は実施例2にかかる、異なるトレンチゲートの一部の平面図(a)と(a)のE−E線断面図(b)とチップの平面図(c)である。図9は本発明にかかるトレンチMOSFETによれば、チャネル密度を高くできることを説明するために参照する図であり、図1の(a)からポリシリコンゲート電極10−2と層間絶縁膜12とソース電極16を除いた図であり、(a)は本発明にかかるトレンチMOSFETの要部平面図、(b)は図8に示される従来のトレンチMOSFET(特許文献1に記載)の要部平面図である。
Hereinafter, a MOS type semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the description of the examples described below unless it exceeds the gist.
FIG. 1 shows a plan view (a) of a main part of a trench MOSFET fabricated according to Example 1 and a cross-sectional view (b) taken along the line AA in FIG. FIG. 3 is a plan view illustrating a part of the planar pattern of the trench gate after the gate oxidation of the trench MOSFET according to the first embodiment. FIG. 4 is a plan view (a) and sectional views (b) and (c) after patterning of doped polysilicon for conductively connecting a plurality of trench gates of the trench MOSFET according to the first embodiment. 4 (a) is a cross-sectional view taken along line B-B, and FIG. 4 (c) is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. FIG. 5A is a plan view after forming the p + contact region of the trench MOSFET according to the first embodiment, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. 6A and 6B are a plan view (a) of a part of different trench gates according to the second embodiment, a cross-sectional view taken along line EE of (a), and a plan view (c) of a chip. FIG. 9 is a diagram referred to for explaining that the channel density can be increased according to the trench MOSFET according to the present invention. From FIG. 1A, the polysilicon gate electrode 10-2, the
実施例1では、n型のシリコンサブストレート上にリンドープしたエピタキシャルシリコン層1(n型ドリフト層)を約10μmの厚さに成長させた基板に、前記エピタキシャルシリコン層1の表面からボロンをイオン注入し拡散してpウエル2を形成する。該pウエル2の形成後の基板表面の各MOSFETチップパターンの耐圧構造部の内側に位置する活性部に相当する全域にAs(砒素)をイオン注入し熱処理してn+ソース領域11を形成する。この基板上に酸化膜を全面に形成した後、図3に示すようなフォトリソグラフィーで幅0.35μm、長さ2μmの4角形状パターンの酸化膜開口部を並列方向(紙面の縦方向)に1μmピッチ、縦列方向(紙面の横方向)に4μmピッチで周期的に繰り返すパターンで複数形成する。このパターニングされた酸化膜をマスクにして前記開口部にRIE(Reactive Ion Etching)などの異方性エッチングにより深さ2μmのトレンチ10(第一トレンチ)を形成する。前記RIEエッチングによりトレンチ10を形成した際に形成されるトレンチ10内表面のダメージ層を除去するために、CDE(Chemical Dry Etching)を用いた等方性のエッチングと犠牲酸化を行う(図示せず)。
次に、ゲート酸化膜となるCVD酸化膜10−1を膜厚100nmで形成する(図3)。次に、ゲート電極となる導電性ポリシリコン層を500nm堆積する。さらに、図4(a)の平面図および(a)のB−B線断面図である同図(b)、(a)のC−C線断面図である同図(c)に示すように、トレンチ10内に前記ゲート酸化膜10−1を介して導電性ポリシリコン層10−2で埋めると共に、導電性ポリシリコン層10−2を、トレンチ10の長さより狭い幅で、長さ方向に対して垂直に交差させて横断して覆う形状にするために、それ以外の部分をエッチングしてゲート電極を形成する。基板表面に残されたゲート酸化膜10−1を除去する。
In Example 1, boron is ion-implanted from the surface of the
Next, a CVD oxide film 10-1 serving as a gate oxide film is formed with a film thickness of 100 nm (FIG. 3). Next, a conductive polysilicon layer to be a gate electrode is deposited to 500 nm. Furthermore, as shown in FIG. 4A, the plan view of FIG. 4B, the cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 4A, and the cross-sectional view taken along the line CC of FIG. The
図5に示すように、層間絶縁膜としてCVD酸化膜を厚さ200nmとBPSG(Boro Phosphor Silicate Glass)を厚さ400nm堆積しリフォローさせた後、トレンチ10の長手方向の広いトレンチ間に金属電極と良好な接触をさせるためのp+高濃度領域(p+コンタクト領域)13を形成するためにストライプ状のパターニング(開口)を前記層間絶縁膜12に対して行う。図5(a)に示す層間絶縁膜12はその下層のパターン構造を見えるようにするために、一部を残して除去されている。このパターニングにより層間絶縁膜12に開口部(コンタクトホール)14を形成した後、開口部14に露出するSi基板表面のn+ソース領域11を貫通し、下層のpウエル2に達するコンタクトトレンチ15(第二トレンチ)をエッチングにより形成する。そして、図示しないスクリーン酸化膜を堆積後、コンタクトトレンチ15底部にボロンをイオン注入および活性化処理してp+コンタクト領域13を形成する。
この後、図1に示すようにアルミニウムなどを主要金属とする電極材料を堆積してソ−ス電極16と図示しないゲートパッド金属部を形成するようにパターニングして電極部の形成を行う。このように形成されたMOSFETのMOSゲート側表面の要部平面図およびA−A線断面図を図1に示す。図1(a)における層間絶縁膜12とソース電極16は、一部を除き、その下層のパターン構造が見えるようにするために、敢えて除去されている。
As shown in FIG. 5, a CVD oxide film having a thickness of 200 nm and a BPSG (borophosphosilicate glass) of 400 nm are deposited and re-followed as an interlayer insulating film, and then re-followed. Stripe patterning (openings) is performed on the
Thereafter, as shown in FIG. 1, an electrode material having aluminum or the like as a main metal is deposited and patterned so as to form a
以上説明した本発明のトレンチMOSFETが従来のトレンチMOSFETよりチャネル密度を高くできることについて、図9を参照して説明する。本発明にかかる図9(a)は発明の効果を明確にするために、図1に示されるトレンチ10とコンタクトトレンチ15の配置よりも、トレンチ10の間隔(図の左右方向の間隔)が限界まで縮められている。また、図9の縦方向に記されている線状の破線は寸法の目安にするためのルーラーである。実際の前記トレンチの配置は図1に近くなる。平行なトレンチ10のピッチをLA、コンタクトトレンチ15のピッチをLB、トレンチ10の幅をWA、トレンチ10の長さをWT、p+コンタクト領域13の幅をWBとすると、本発明にかかるMOSFETでは、単位面積当たりのチャネル密度は2(WA+WT)/(LA×LB)で表される。一方、従来の単位面積当たりのチャネル密度は2(LB−WB)/(LA×LB)で表される。本発明と従来のトレンチMOSFETとで、トレンチピッチとトレンチ長さを変えた場合のチャネル密度を算出し、それぞれ、本発明のトレンチMOSFETのチャネル密度を下記表1に、従来のトレンチMOSFETのチャネル密度を下記表2にまとめた。
The fact that the trench MOSFET of the present invention described above can have a higher channel density than the conventional trench MOSFET will be described with reference to FIG. In order to clarify the effect of the invention, FIG. 9A according to the present invention has a limit in the distance between the trenches 10 (the distance in the horizontal direction in the figure) rather than the arrangement of the
実施例2について図6を参照して説明する。図6は、MOSFETのMOSゲート側の表面のトレンチ30の一部の平面図(a)および(a)のE−E線断面図(b)およびゲート引き出し配線とゲートパッドを示すチップ全体の平面図(c)からなる。実施例2は、実施例1のトレンチ10(第一トレンチ)と比べて、トレンチ30(第三トレンチ)の平面パターン形状が異なる。実施例1におけるトレンチ10の形状は相互に分離した概略長方形のトレンチ10を、該トレンチ10の上を覆う導電性ポリシリコンゲート電極で相互に接続させる構造を有していたが、実施例2では、実施例1のトレンチ10に相当する平行に分離して複数配置されるトレンチ10aに対して、さらにこの平行トレンチ10aの幅を垂直に交差して横断する方向に延びるストライプ状のトレンチ10bを新たに形成して組み合わせたトレンチ30となっている点である。
このトレンチ30では前記トレンチ10に相当するトレンチ10aは、前記交差するトレンチ10bとこれらのトレンチ10a、10bを埋めるポリシリコンゲート電極10−2により相互に接続される。このトレンチ30の平面パターンを図6(a)に示す。図6(a)では2個の平行トレンチ10aをその中央を垂直方向に交差して横断する方向に延びるトレンチ10bが示されているだけであるが、実際にはさらに多くの平行トレンチ10aを中央でストライプ状トレンチ10bが横断する形状となっている。図6(a)の左右のトレンチは、それぞれストライプ状トレンチ10bの終端部となる活性部の周辺部に設けられるゲート引き出し配線10−3(図6(c)参照)によって導電性的に接続され、ゲートパッド10−4に接続される。ゲート引き出し配10−3線とゲートパッド10−4の表面にはアルミニウム膜が被覆される。
A second embodiment will be described with reference to FIG. 6A is a plan view of a part of the trench 30 on the MOS gate side surface of the MOSFET, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line E-E of FIG. Consists of FIG. Example 2 differs from the trench 10 (first trench) of Example 1 in the planar pattern shape of the trench 30 (third trench). The shape of the
In this trench 30, the
n型のシリコン基板上にリンドープしたエピタキシャルシリコン層(ドリフト層)を約10μmの厚さに成長させた基板に、前記リンドープしたエピタキシャルシリコン層の表面からボロンをイオン注入し拡散してpウエルを形成する。この基板上に酸化膜を全面に形成した後、図6に示すように、フォトリソグラフィーで幅0.35μm、長さ2μmの4角形状パターンの酸化膜開口部10aを平行に並べる方向(図面の縦方向)に1.4μmピッチで形成し、開口部形状の縦長方向(図面の横方向)に4μmピッチで周期的繰り返すパターンを形成すると共に、さらに、図面に縦方向に並列状に配置された前記4角形状パターンの酸化膜開口部10aの中央部を垂直に交差して横断するストライプ状開口部10bを形成する。この開口された酸化膜をマスクにして前記開口部にRIEなどの異方性エッチングにより深さ2μmのトレンチを形成する。前記RIEエッチングによりトレンチ30を形成した際に形成されるトレンチ内表面のダメージ層を除去するために、CDE(Chemical Dry Etching)を用いて等方性のエッチングと犠牲酸化を行う。この実施例2において、平行なトレンチ10aの間隔1.4μmを実施例1の場合の間隔1.0μmより広くした理由は、実施例1と2とで、トレンチの側壁部に形成される単位面積当たりのチャネルの密度を概略同じにするためである。
Boron is ion-implanted and diffused from the surface of the phosphorus-doped epitaxial silicon layer on a substrate obtained by growing a phosphorus-doped epitaxial silicon layer (drift layer) on an n-type silicon substrate to a thickness of about 10 μm to form a p-well. To do. After an oxide film is formed on the entire surface of this substrate, as shown in FIG. 6, a direction in which the
次に、ゲート酸化膜10−1をCVD法で膜厚100nmに形成し、ゲート電極10−2である導電性ポリシリコン層を500nm堆積してトレンチ30内を埋めると共に、図6(c)に示すような外周部のゲート引き出し配線10−3とこの引き出し配線10−3とゲート電極10−2とを接続するポリシリコン配線(図示せず)とを残すようにパターニングを行い、活性部の導電性ポリシリコン層をエッチバックする。基板表面に残されたゲート酸化膜を除去後、図示しないスクリーン酸化膜を形成し、活性部に残されているポリシリコン層をマスクにしてポリシリコン層の無い領域にAs(砒素)をイオン注入し熱処理して図1(b)と同様なn+ソース領域11を形成する。
次に、前記図1(b)と同様に、層間絶縁膜12としてCVD酸化膜を200nmとBPSG(Boro Phosphor Silicate Glass)を400nm堆積しリフォローさせた後、トレンチ30間のn+ソース領域11上の層間絶縁膜12に、金属電極との良好な接触のための高濃度領域(p+コンタクト領域)を形成するために、ストライプ状のパターニング(開口)を前記層間絶縁膜に対して行う。このパターニングにより層間絶縁膜12に開口部を形成した後、開口部に露出するSi基板のn+ソース領域11を貫通し、下層のpウエル2に達する深さのエッチングを行い、コンタクトトレンチ15(第四トレンチ)を形成する。そして、スクリーン酸化膜を堆積後、トレンチ15の底部へボロンをイオン注入および活性化処理してp+コンタクト領域13を形成する。
Next, a gate oxide film 10-1 is formed to a thickness of 100 nm by a CVD method, a conductive polysilicon layer as a gate electrode 10-2 is deposited to a thickness of 500 nm to fill the trench 30, and FIG. Patterning is performed so as to leave a gate lead-out wiring 10-3 in the outer peripheral portion and a polysilicon wiring (not shown) connecting the lead-out wiring 10-3 and the gate electrode 10-2 as shown in FIG. Etch back the conductive polysilicon layer. After removing the gate oxide film remaining on the substrate surface, a screen oxide film (not shown) is formed, and As (arsenic) is ion-implanted into a region without the polysilicon layer using the polysilicon layer remaining in the active portion as a mask. And heat treatment to form an n + source region 11 similar to that shown in FIG.
Next, as in FIG. 1B, a CVD oxide film of 200 nm and BPSG (borophosphosilicate glass) of 400 nm are deposited and re-followed as the
この後、アルミニウムなどを主要金属とする電極材料を堆積してソ−ス電極16とゲート引き出し配線10−3とゲートパッド10−4を形成するようにパターニングして電極部の形成を行う。実施例2の場合でも、実施例1と同様の程度のチャネル密度が高くなる。
以上説明した実施例1、2に記載のトレンチMOSFETによれば、同一のデザインルールで作製した従来のストライプ状のトレンチゲートを有するトレンチMOSFETよりも、単位面積当たりのチャネル密度が5%〜50%増加し、その結果、オン抵抗を20%低減することができる。
Thereafter, an electrode material mainly composed of aluminum or the like is deposited and patterned to form the
According to the trench MOSFETs described in the first and second embodiments described above, the channel density per unit area is 5% to 50% as compared with the conventional trench MOSFET having the stripe-shaped trench gate manufactured by the same design rule. As a result, the on-resistance can be reduced by 20%.
1 n型エピタキシャルシリコン層、n型ドリフト層
2 pウエル
10、30 トレンチ
10−1 ゲート酸化膜
10−2 導電性ポリシリコンゲート電極
10−3 ゲート引き出し配線
10−4 ゲートパッド
11 n+ソース領域
12 層間絶縁膜
13 p+コンタクト領域
14 コンタクトトレンチ開口部
15 コンタクトトレンチ
16 ソース電極。
1 n-type epitaxial silicon layer, n-type drift layer 2 p-well 10, 30 trench 10-1 gate oxide film 10-2 conductive polysilicon gate electrode 10-3 gate lead-out wiring 10-4 gate pad 11 n + source region 12 Interlayer insulating film 13 p + contact region 14
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