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JP5809877B2 - Manufacturing method of trench gate type power semiconductor device - Google Patents

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JP5809877B2 JP2011181549A JP2011181549A JP5809877B2 JP 5809877 B2 JP5809877 B2 JP 5809877B2 JP 2011181549 A JP2011181549 A JP 2011181549A JP 2011181549 A JP2011181549 A JP 2011181549A JP 5809877 B2 JP5809877 B2 JP 5809877B2
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雅人 岸
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Description

本発明は、トレンチゲート型パワー半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a trench gate type power semiconductor equipment.

従来から、トレンチゲート型パワーMOSFETは、DC−DCコンバーターなど各種電源装置に広く用いられている(例えば、特許文献1参照。)。図14は、従来のトレンチゲート型パワーMOSFET900の断面図である。   Conventionally, trench gate type power MOSFETs have been widely used in various power supply devices such as DC-DC converters (see, for example, Patent Document 1). FIG. 14 is a cross-sectional view of a conventional trench gate type power MOSFET 900.

従来のトレンチゲート型パワーMOSFET900は、図14に示すように、n型ドレイン層912と、n型ドレイン層912上に位置するn型ドリフト層914と、n型ドリフト層914上に位置するp型ボディ層920と、p型ボディ層920を開口し、n型ドリフト層914に達して形成してなる溝930と、p型ボディ層920内に配置されるとともに、少なくとも一部を溝930の内周面に露出させて形成してなるn型ソース領域940と、溝930の内周面に形成してなるゲート絶縁膜932と、ゲート絶縁膜932の内周面に形成してなるゲート電極層934と、ゲート電極層934と絶縁されるとともに、n型ソース領域940と接して形成してなるソース電極層950とを備える。なお、図14中、符号910は半導体基体を示し、符号936は保護絶縁膜を示し、符号942はp型コンタクト領域を示し、符号960はドレイン電極層を示す。 Conventional trench gate type power MOSFET900, as shown in FIG. 14, the n + -type drain layer 912, n located on n + -type drain layer 912 - -type drift layer 914, n - on the type drift layer 914 P-type body layer 920 positioned, groove 930 formed by opening p-type body layer 920 and reaching n -type drift layer 914, disposed in p-type body layer 920, and at least partially Are formed on the inner peripheral surface of the trench 930, an n + -type source region 940 formed on the inner peripheral surface of the trench 930, a gate insulating film 932 formed on the inner peripheral surface of the trench 930, and an inner peripheral surface of the gate insulating film 932. And a source electrode layer 950 that is insulated from the gate electrode layer 934 and formed in contact with the n + -type source region 940. In FIG. 14, reference numeral 910 indicates a semiconductor substrate, reference numeral 936 indicates a protective insulating film, reference numeral 942 indicates a p + -type contact region, and reference numeral 960 indicates a drain electrode layer.

従来のトレンチゲート型パワーMOSFET900によれば、通常のプレーナゲート型パワーMOSFETの場合よりも単位セル面積を縮小することが可能であるため、通常のプレーナゲート型パワーMOSFETの場合よりもオン抵抗を低減することが可能となる。   According to the conventional trench gate type power MOSFET 900, since the unit cell area can be reduced as compared with the case of the normal planar gate type power MOSFET, the on-resistance is reduced as compared with the case of the normal planar gate type power MOSFET. It becomes possible to do.

特開2002−299619号公報JP 2002-299619 A

しかしながら、従来のトレンチゲート型パワーMOSFET900においては、以下に示すような問題がある。図15は、p型ボディ層920における不純物の濃度プロファイルを示す図である。すなわち、従来のトレンチゲート型パワーMOSFET900においては、図15に示すように、n型ソース領域を形成する際にn型不純物の拡散深さがばらつくことに起因して、p型ボディ層920におけるp型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置がばらつく。その結果、p型ボディ層920におけるp型不純物の最大濃度がばらつくようになり、トレンチゲート型パワーMOSFETの閾値がばらつくという問題がある。なお、このような問題は、p型とn型とを逆にしたトレンチゲート型パワーMOSFETの場合にも同様に見られる問題である。また、このような問題はトレンチゲート型パワーMOSFETの場合だけに存在する問題ではなく、トレンチゲート型IGBTその他のトレンチゲート型パワー半導体装置全般に見られる問題でもある。 However, the conventional trench gate type power MOSFET 900 has the following problems. FIG. 15 is a diagram showing an impurity concentration profile in the p-type body layer 920. That is, in the conventional trench gate type power MOSFET 900, as shown in FIG. 15, the diffusion depth of the n-type impurity varies when the n + -type source region is formed. The depth position where the concentration of the p-type impurity shows the maximum value varies. As a result, there is a problem that the maximum concentration of the p-type impurity in the p-type body layer 920 varies, and the threshold value of the trench gate type power MOSFET varies. Such a problem is also seen in the case of a trench gate type power MOSFET in which the p-type and the n-type are reversed. Further, such a problem is not a problem that exists only in the case of a trench gate type power MOSFET, but is also a problem that is found in trench gate type power semiconductor devices in general.

そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、第1導電型のソース領域を形成する際に第1導電型不純物の拡散深さがばらついたとしてもトレンチゲート型パワー半導体装置の閾値がばらつくという問題を抑制することが可能なトレンチゲート型パワー半導体装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, and even if the diffusion depth of the first conductivity type impurity varies when forming the source region of the first conductivity type, the trench gate type power semiconductor. An object of the present invention is to provide a trench gate type power semiconductor device capable of suppressing the problem that the threshold value of the device varies.

[1]本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置は、第1導電型のドリフト層と、前記ドリフト層上に配置され、該第1導電型とは反対型の第2導電型のボディ層と、前記ボディ層を開口し、前記ドリフト層に達して形成してなる溝と、前記ボディ層内に配置されるとともに、少なくとも一部を前記溝の内周面に露出させて形成してなる第1導電型のソース領域と、前記溝の内周面に形成してなるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の内周面に形成してなるゲート電極層と、前記ゲート電極層と絶縁されるとともに、前記ソース領域と接して形成してなるソース電極層とを備え、前記ボディ層における第2導電型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置が、前記ソース領域の最下面よりも深い位置にあることを特徴とする。 [1] A trench gate type power semiconductor device of the present invention includes a first conductivity type drift layer, a second conductivity type body layer disposed on the drift layer and opposite to the first conductivity type, A groove formed by opening the body layer and reaching the drift layer; and a first groove formed in the body layer and exposed at least partially on the inner peripheral surface of the groove. Insulated from the conductive type source region, a gate insulating film formed on the inner peripheral surface of the groove, a gate electrode layer formed on the inner peripheral surface of the gate insulating film, and the gate electrode layer And a source electrode layer formed in contact with the source region, wherein a depth position where the concentration of the second conductivity type impurity in the body layer shows a maximum value is deeper than a lowermost surface of the source region. It is characterized by being.

本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置によれば、後述する図2に示すように、ボディ層における第2導電型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置は、ソース領域の最下面よりも深い位置にあるため、ソース領域を形成する際にn型不純物の拡散深さがばらついたとしても、ボディ層における第2導電型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置のばらつき及びこれに起因したボディ層における第2導電型不純物の最大濃度のばらつきが抑制されるようになる。その結果、トレンチゲート型パワー半導体装置の閾値がばらつくという問題を抑制することが可能となる。   According to the trench gate type power semiconductor device of the present invention, as shown in FIG. 2 described later, the depth position where the concentration of the second conductivity type impurity in the body layer shows the maximum value is deeper than the lowermost surface of the source region. Therefore, even if the diffusion depth of the n-type impurity varies when the source region is formed, the variation in the depth position where the concentration of the second conductivity type impurity in the body layer shows the maximum value and this result Variation in the maximum concentration of the second conductivity type impurity in the body layer is suppressed. As a result, it is possible to suppress the problem that the threshold value of the trench gate type power semiconductor device varies.

また、本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置によれば、ボディ層及びソース領域の深さを浅くできるため、入力容量Ciss及びチャネル抵抗を低減することが可能となるという効果も得られる。   In addition, according to the trench gate type power semiconductor device of the present invention, since the depth of the body layer and the source region can be reduced, an effect that the input capacitance Ciss and the channel resistance can be reduced is also obtained.

すなわち、本発明のトレンチゲート型パワーMOSFETによれば、後述する図3に示すように、ボディ層における表面不純物濃度を低くすることなく、ボディ層及びソース領域を浅くすることが可能となる。この理由は、ボディ層における表面不純物濃度を低くすることなくボディ層及びソース領域を浅くした場合であってもボディ層における第2導電型不純物の最大濃度が高くなることがないため、従来のトレンチゲート型パワーMOSFET900の場合のようにパンチスルーを抑制するためにボディ層における表面不純物濃度を低くする必要がなくなるためである。その結果、本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置によれば、従来のトレンチゲート型パワーMOSFET900の場合よりもボディ層及びソース領域を浅くすることが可能となるため、ゲート面積を小さくして入力容量Cissを低減することが可能となり、チャネル長を短くしてチャネル抵抗を低減することが可能となる。   That is, according to the trench gate type power MOSFET of the present invention, as shown in FIG. 3 described later, the body layer and the source region can be shallowed without reducing the surface impurity concentration in the body layer. This is because the maximum concentration of the second conductivity type impurity in the body layer does not increase even when the body layer and the source region are shallow without reducing the surface impurity concentration in the body layer. This is because it is not necessary to reduce the surface impurity concentration in the body layer in order to suppress punch-through as in the case of the gate type power MOSFET 900. As a result, according to the trench gate type power semiconductor device of the present invention, since the body layer and the source region can be made shallower than in the case of the conventional trench gate type power MOSFET 900, the gate area is reduced and the input capacitance is reduced. Ciss can be reduced, and the channel length can be shortened to reduce the channel resistance.

[2]本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置においては、前記ボディ層における第2導電型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置が、前記ソース領域の最下面から2μm以上深い位置にあることが好ましい。 [2] In the trench gate type power semiconductor device of the present invention, the depth position where the concentration of the second conductivity type impurity in the body layer shows the maximum value is at a position deeper than 2 μm from the lowermost surface of the source region. Is preferred.

このような構成とすることにより、ボディ層における第2導電型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置のばらつき及びこれに起因したボディ層における第2導電型不純物の最大濃度のばらつきがより一層確実に抑制されるようになる。その結果、トレンチゲート型パワー半導体装置の閾値がばらつくという問題を確実に抑制することが可能となる。   By adopting such a configuration, the variation in the depth position where the concentration of the second conductivity type impurity in the body layer shows the maximum value and the variation in the maximum concentration of the second conductivity type impurity in the body layer due to the variation are further increased. It will surely be suppressed. As a result, it is possible to reliably suppress the problem that the threshold value of the trench gate type power semiconductor device varies.

[3]本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置においては、前記トレンチゲート型パワー半導体装置は、トレンチゲート型パワーMOSFETであり、前記第1導電型のドリフト層は、第1導電型のドレイン層上に配置されていることが好ましい。 [3] In the trench gate type power semiconductor device of the present invention, the trench gate type power semiconductor device is a trench gate type power MOSFET, and the first conductivity type drift layer is formed on the drain layer of the first conductivity type. It is preferable to arrange | position.

このような構成とすることにより、トレンチゲート型パワーMOSFETにおいて、本発明の効果を得ることができる。   With such a configuration, the effects of the present invention can be obtained in a trench gate type power MOSFET.

[4]本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置においては、前記トレンチゲート型パワー半導体装置は、トレンチゲート型IGBTであり、前記第1導電型のドリフト層は、第2導電型のコレクタ層上に配置されていることが好ましい。 [4] In the trench gate type power semiconductor device of the present invention, the trench gate type power semiconductor device is a trench gate type IGBT, and the first conductivity type drift layer is formed on a second conductivity type collector layer. It is preferable that they are arranged.

このような構成とすることにより、トレンチゲート型IGBTにおいて、本発明の効果を得ることができる。   By adopting such a configuration, the effect of the present invention can be obtained in the trench gate type IGBT.

[5]本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置の製造方法は、本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置を製造するためのトレンチゲート型パワー半導体装置の製造方法であって、前記ドリフト層となる第1導電型の第1半導体層及び前記ボディ層となる第2導電型の第2半導体層を備え、前記第1半導体層上に前記第2半導体層が積層された構造の半導体基体を準備する半導体基体準備工程と、前記第2半導体層の表面から前記第1半導体層に達するように溝を形成する溝形成工程と、前記溝の内周面にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、前記ゲート絶縁膜の内周面にゲート電極層を形成するゲート電極層形成工程と、前記第2半導体層内に、少なくとも一部が前記溝の内周面に露出するように第1導電型のソース領域を形成するソース領域形成工程と、前記ゲート電極層を覆うように保護絶縁膜を形成する保護絶縁膜形成工程と、前記第2半導体層及び前記保護絶縁膜を覆うようにソース電極を形成するソース電極形成工程とをこの順序で含み、前記半導体基体準備工程においては、前記第2半導体層における第2導電型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置が、前記第2半導体層の表面と前記第2半導体層の底面との間に存在する半導体基体を準備することを特徴とする。 [5] A method for manufacturing a trench gate type power semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a trench gate type power semiconductor device for manufacturing the trench gate type power semiconductor device according to the present invention. A semiconductor comprising a first semiconductor layer of one conductivity type and a second semiconductor layer of a second conductivity type serving as the body layer, and preparing a semiconductor substrate having a structure in which the second semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer A base preparation step, a groove forming step of forming a groove so as to reach the first semiconductor layer from the surface of the second semiconductor layer, and a gate insulating film forming step of forming a gate insulating film on the inner peripheral surface of the groove; A gate electrode layer forming step of forming a gate electrode layer on the inner peripheral surface of the gate insulating film; and a first conductivity type so that at least a part of the second semiconductor layer is exposed on the inner peripheral surface of the groove. Source region Forming a source region, forming a protective insulating film so as to cover the gate electrode layer, and forming a source electrode so as to cover the second semiconductor layer and the protective insulating film Electrode formation step in this order, and in the semiconductor substrate preparation step, the depth position where the concentration of the second conductivity type impurity in the second semiconductor layer shows the maximum value is the surface of the second semiconductor layer and the A semiconductor substrate existing between the bottom surface of the second semiconductor layer is prepared.

本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置の製造方法によれば、上記したように優れた本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置を製造することが可能となる。   According to the method for manufacturing a trench gate type power semiconductor device of the present invention, the excellent trench gate type power semiconductor device of the present invention can be manufactured as described above.

[6]本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置の製造方法においては、前記ボディ層における第2導電型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置が、前記ボディ層の表面から4μm以上深い位置にあることが好ましい。 [6] In the method of manufacturing a trench gate type power semiconductor device according to the present invention, the depth position where the concentration of the second conductivity type impurity in the body layer shows the maximum value is a position deeper than the surface of the body layer by 4 μm or more. Preferably there is.

このような方法とすることにより、素子の閾値がばらつくという問題をより一層確実に抑制することが可能なトレンチゲート型パワー半導体装置を製造することが可能となる。   By adopting such a method, it becomes possible to manufacture a trench gate type power semiconductor device that can more reliably suppress the problem that the threshold value of the element varies.

[7]本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置の製造方法においては、前記トレンチゲート型パワー半導体装置は、トレンチゲート型パワーMOSFETであり、前記半導体基体準備工程においては、前記ドレイン層となる第1導電型の第3半導体層、前記第1半導体層及び前記第2半導体層を備え、前記第3半導体層上に、第1半導体層及び前記第2半導体層がこの順序で積層された構造の半導体基体を準備することが好ましい。 [7] In the method for manufacturing a trench gate type power semiconductor device according to the present invention, the trench gate type power semiconductor device is a trench gate type power MOSFET, and the drain layer is provided in the first step of preparing the semiconductor substrate. A semiconductor having a conductive third semiconductor layer, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are stacked in this order on the third semiconductor layer. It is preferable to prepare a substrate.

このような方法とすることにより、本発明の効果を有するトレンチゲート型パワーMOSFETを製造することができる。   By setting it as such a method, the trench gate type power MOSFET which has the effect of this invention can be manufactured.

[8]本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置の製造方法においては、前記トレンチゲート型パワー半導体装置は、トレンチゲート型IGBTであり、前記半導体基体準備工程においては、前記コレクタ層となる第2導電型の第4半導体層、前記第1半導体層及び前記第2半導体層を備え、前記第4半導体層上に、第1半導体層及び前記第2半導体層がこの順序で積層された構造の半導体基体を準備することが好ましい。 [8] In the method for manufacturing a trench gate type power semiconductor device according to the present invention, the trench gate type power semiconductor device is a trench gate type IGBT, and in the semiconductor substrate preparation step, the second conductive material serving as the collector layer. A semiconductor substrate having a structure in which a fourth semiconductor layer of a type, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer are provided, and the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are stacked in this order on the fourth semiconductor layer It is preferable to prepare.

このような方法とすることにより、本発明の効果を有するトレンチゲート型IGBTを製造することができる。   By setting it as such a method, the trench gate type IGBT which has the effect of this invention can be manufactured.

実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFET100の断面図である。1 is a cross-sectional view of a trench gate type power MOSFET 100 according to Embodiment 1. FIG. p型ボディ層120における不純物の濃度プロファイルを示す図である。6 is a diagram showing an impurity concentration profile in a p-type body layer 120. FIG. p型ボディ層及びソース領域の深さを浅くできる理由を説明するために示す図である。It is a figure shown in order to demonstrate the reason which can make the depth of a p-type body layer and a source region shallow. 実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法を説明するために示す図である。FIG. 5 is a view for explaining the method for manufacturing the trench gate type power MOSFET according to the first embodiment. 実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法を説明するために示す図である。FIG. 5 is a view for explaining the method for manufacturing the trench gate type power MOSFET according to the first embodiment. 実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法を説明するために示す図である。FIG. 5 is a view for explaining the method for manufacturing the trench gate type power MOSFET according to the first embodiment. 実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法を説明するために示す図である。FIG. 5 is a view for explaining the method for manufacturing the trench gate type power MOSFET according to the first embodiment. 実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法を説明するために示す図である。FIG. 5 is a view for explaining the method for manufacturing the trench gate type power MOSFET according to the first embodiment. 実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法を説明するために示す図である。FIG. 5 is a view for explaining the method for manufacturing the trench gate type power MOSFET according to the first embodiment. p型不純物の拡散深さがばらついたとしてもトレンチゲート型パワーMOSFETの閾値がばらつくという問題を抑制することが可能となる理由を説明するために示す図である。It is a figure shown in order to explain the reason that it becomes possible to suppress the problem that the threshold value of the trench gate type power MOSFET varies even if the diffusion depth of the p-type impurity varies. 実施形態2に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法を説明するために示す図である。FIG. 10 is a view for explaining the method for manufacturing the trench gate type power MOSFET according to the second embodiment. 実施形態3に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法を説明するために示す図である。It is a figure shown in order to demonstrate the manufacturing method of the trench gate type power MOSFET which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施形態4に係るトレンチゲート型IGBTの断面図である。6 is a cross-sectional view of a trench gate type IGBT according to Embodiment 4. FIG. 従来のトレンチゲート型パワーMOSFET900の断面図である。It is sectional drawing of the conventional trench gate type power MOSFET900. p型ボディ層920における不純物の濃度プロファイルを示す図である。6 is a diagram showing a concentration profile of impurities in a p-type body layer 920. FIG.

以下、本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置及びその製造方法について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。   Hereinafter, a trench gate type power semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.

[実施形態1]
1.実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFET100
図1は、実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFET100の断面図である。図2は、p型ボディ層120における不純物の濃度プロファイルを示す図である。
[Embodiment 1]
1. The trench gate type power MOSFET 100 according to the first embodiment
FIG. 1 is a cross-sectional view of a trench gate type power MOSFET 100 according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram showing an impurity concentration profile in the p-type body layer 120.

実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFET100は、図1に示すように、n型ドレイン層112と、n型ドレイン層112上に位置するn型ドリフト層(第1導電型のドリフト層)114と、n型ドリフト層114上に位置するp型ボディ層(第2導電型のボディ層)120と、p型ボディ層120を開口し、n型ドリフト層114に達して形成してなる溝130と、p型ボディ層120内に配置されるとともに、少なくとも一部を溝130の内周面に露出させて形成してなるn型ソース領域(第1導電型のソース領域)140と、溝130の内周面に形成してなるゲート絶縁膜132と、ゲート絶縁膜132の内周面に形成してなるゲート電極層134と、ゲート電極層134と絶縁されるとともに、n型ソース領域140と接して形成してなるソース電極層150と、n型ドレイン層112と接して形成してなるドレイン電極層160とを備える。そして、図2に示すように、p型ボディ120におけるp型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置は、n型ソース領域140の最下面よりも深い位置にある。なお、図1中、符号110は半導体基体を示し、符号122はp型ボディ層120の表面側に位置するp型半導体領域を示し、符号124はp型ボディ層120の中央部に位置するp型半導体領域を示し、符号126はp型ボディ層120の底面側に位置するp型半導体領域を示し、符号142はp型コンタクト領域を示す。 As shown in FIG. 1, the trench gate type power MOSFET 100 according to the first embodiment includes an n + type drain layer 112 and an n type drift layer (first conductivity type drift layer) located on the n + type drain layer 112. ) 114, p-type body layer (second conductivity type body layer) 120 located on n -type drift layer 114, and p-type body layer 120 are opened to reach n -type drift layer 114. And an n + -type source region (first conductivity type source region) formed in the p-type body layer 120 and having at least a portion exposed on the inner peripheral surface of the trench 130. 140, a gate insulating film 132 formed on the inner peripheral surface of the trench 130, a gate electrode layer 134 formed on the inner peripheral surface of the gate insulating film 132, and the gate electrode layer 134, and n + Type A source electrode layer 150 formed in contact with the source region 140 and a drain electrode layer 160 formed in contact with the n + -type drain layer 112 are provided. As shown in FIG. 2, the depth position at which the concentration of the p-type impurity in the p-type body 120 has the maximum value is deeper than the lowermost surface of the n + -type source region 140. In FIG. 1, reference numeral 110 denotes a semiconductor substrate, reference numeral 122 denotes a p type semiconductor region located on the surface side of the p type body layer 120, and reference numeral 124 denotes a central portion of the p type body layer 120. Reference numeral 126 denotes a p-type semiconductor region, reference numeral 126 denotes a p type semiconductor region located on the bottom surface side of the p type body layer 120, and reference numeral 142 denotes a p + type contact region.

型ドレイン層112の厚さは例えば300μmであり、n型ドレイン層112の不純物濃度は例えば2×1019cm−3である。また、n型ドリフト層114の厚さは例えば50μmであり、n型ドリフト層114の不純物濃度は例えば1×1014cm−3である。また、p型ボディ層120の厚さは例えば10μmであり、p型ボディ層120の不純物濃度は、表面(p型不純物領域122の部分)において例えば1×1015cm−3であり、底面(p型不純物領域126の部分)において例えば1×1014cm−3であり、表面と底面との間(p型不純物領域124の部分)において例えば1×1016cm−3である。 The thickness of the n + type drain layer 112 is, for example, 300 μm, and the impurity concentration of the n + type drain layer 112 is, for example, 2 × 10 19 cm −3 . Further, the thickness of the n type drift layer 114 is, for example, 50 μm, and the impurity concentration of the n type drift layer 114 is, for example, 1 × 10 14 cm −3 . In addition, the thickness of the p-type body layer 120 is, for example, 10 μm, and the impurity concentration of the p-type body layer 120 is, for example, 1 × 10 15 cm −3 on the surface (part of the p -type impurity region 122). For example, it is 1 × 10 14 cm −3 in the (p type impurity region 126 portion), and is 1 × 10 16 cm −3 between the front surface and the bottom surface (portion of the p type impurity region 124).

溝の深さは例えば11μmであり、n型ソース領域140の深さは例えば2μmであり、n型ソース領域140の不純物濃度は例えば2×1019cm−3である。ゲート絶縁膜132の厚さは、溝の130の底面部分で例えば2μmであり、溝130の側面部で例えば0.1μmである。ゲート電極層134は例えばリンをドープしたポリシリコンからなる。ソース電極層150は、例えばアルミニウムからなり、厚さが例えば2μmである。ソース電極層150は、保護絶縁膜136によりゲート電極層134と絶縁されている。ドレイン電極層160は、例えばニッケルからなり、厚さが例えば2μmである。 The depth of the trench is, for example, 11 μm, the depth of the n + -type source region 140 is, for example, 2 μm, and the impurity concentration of the n + -type source region 140 is, for example, 2 × 10 19 cm −3 . The thickness of the gate insulating film 132 is, for example, 2 μm at the bottom surface portion of the groove 130, and is, for example, 0.1 μm at the side surface portion of the groove 130. The gate electrode layer 134 is made of, for example, polysilicon doped with phosphorus. The source electrode layer 150 is made of, for example, aluminum and has a thickness of, for example, 2 μm. The source electrode layer 150 is insulated from the gate electrode layer 134 by the protective insulating film 136. The drain electrode layer 160 is made of, for example, nickel and has a thickness of, for example, 2 μm.

p型ボディ層120におけるp型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置は、図2に示すように、n型ソース領域140の最下面から3μm深い位置にある。また、p型ボディ層120の表面から5μmの深さ位置にある。 The depth position at which the concentration of the p-type impurity in the p-type body layer 120 has the maximum value is at a position 3 μm deep from the bottom surface of the n + -type source region 140 as shown in FIG. Further, the depth is 5 μm from the surface of the p-type body layer 120.

2.実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFET100の効果
実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFET100によれば、上記したように、p型ボディ層120におけるp型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置が、n型ソース領域140の最下面よりも深い位置にあるため、n型ソース領域140を形成する際にn型不純物の拡散深さがばらついたとしても、p型ボディ層120におけるp型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置のばらつき及びこれに起因したp型ボディ層120におけるp型不純物の最大濃度のばらつきが抑制されるようになる。その結果、トレンチゲート型パワーMOSFETの閾値がばらつくという問題を抑制することが可能となる。
2. Effect of trench gate type power MOSFET 100 according to the first embodiment According to the trench gate type power MOSFET 100 according to the first embodiment, as described above, the depth position where the concentration of the p type impurity in the p type body layer 120 shows the maximum value. but, n + because it is deeper than the lowermost surface of the source region 140, even as the diffusion depth of the n-type impurity varies in forming the n + -type source region 140, p in p-type body layer 120 Variation in the depth position where the concentration of the p-type impurity shows the maximum value and variation in the maximum concentration of the p-type impurity in the p-type body layer 120 due to this variation are suppressed. As a result, it is possible to suppress the problem that the threshold value of the trench gate type power MOSFET varies.

また、実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFET100によれば、p型ボディ層120及びn型ソース領域140の深さを浅くできるため、入力容量Ciss及びチャネル抵抗を低減することが可能となるという効果も得られる。 In addition, according to the trench gate type power MOSFET 100 according to the first embodiment, since the depths of the p-type body layer 120 and the n + -type source region 140 can be reduced, the input capacitance Ciss and the channel resistance can be reduced. The effect is also obtained.

図3は、p型ボディ層120及びn型ソース領域140の深さを浅くできる理由を説明するために示す図である。図3(a)は実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFET100においてp型ボディ層120及びn型ソース領域140の深さを浅くした場合に問題が抑制されていることを示す図であり、図3(b)は従来のトレンチゲート型パワーMOSFET900においてp型ボディ層920及びn型ソース領域940の深さを浅くした場合の問題点を示す図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining the reason why the depths of the p-type body layer 120 and the n + -type source region 140 can be reduced. FIG. 3A is a diagram showing that the problem is suppressed when the depths of the p-type body layer 120 and the n + -type source region 140 are reduced in the trench gate type power MOSFET 100 according to the first embodiment. FIG. 3B is a diagram showing a problem when the depths of the p-type body layer 920 and the n + -type source region 940 are reduced in the conventional trench gate type power MOSFET 900.

すなわち、実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFET100によれば、図3(a)に示すように、p型ボディ層120における表面不純物濃度を低くすることなく、p型ボディ層120及びn型ソース領域140を浅くすることが可能となる。この理由は、p型ボディ層120における表面不純物濃度を低くすることなくp型ボディ層120及びn型ソース領域140を浅くした場合であってもp型ボディ領域におけるp型不純物の最大濃度が高くなることがないため、従来のトレンチゲート型パワーMOSFET900の場合のようにパンチスルーを抑制するためにp型ボディ層における表面不純物濃度を低くする必要がなくなるためである。その結果、実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFET100によれば、従来のトレンチゲート型パワーMOSFET900の場合よりもp型ボディ層及びn型ソース領域を浅くすることが可能となるため、ゲート面積を小さくして入力容量Cissを低減することが可能となり、チャネル長を短くしてチャネル抵抗を低減することが可能となる。 That is, according to the trench gate type power MOSFET 100 according to the first embodiment, as shown in FIG. 3A, the p-type body layer 120 and the n + -type are formed without reducing the surface impurity concentration in the p-type body layer 120. It is possible to make the source region 140 shallow. This is because the maximum concentration of p-type impurities in the p-type body region is low even when the p-type body layer 120 and the n + -type source region 140 are shallowed without reducing the surface impurity concentration in the p-type body layer 120. This is because it does not increase, so that it is not necessary to reduce the surface impurity concentration in the p-type body layer in order to suppress punch-through as in the case of the conventional trench gate type power MOSFET 900. As a result, according to the trench gate type power MOSFET 100 according to the first embodiment, the p type body layer and the n + type source region can be made shallower than in the case of the conventional trench gate type power MOSFET 900. Can be reduced to reduce the input capacitance Ciss, and the channel length can be shortened to reduce the channel resistance.

3.実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法
実施形態1に係るトレンチゲートパワーMOSFET100は、以下のような方法により製造することができる。
3. Method for Manufacturing Trench Gate Power MOSFET According to Embodiment 1 The trench gate power MOSFET 100 according to Embodiment 1 can be manufactured by the following method.

図4〜図9は、実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法を説明するために示す図である。図4(a)〜図4(c)、図5(a)〜図5(c)、図6(a)〜図6(c)、図7(a)〜図7(c)、図8(a)〜図8(c)及び図9(a)〜図9(c)は各工程図である。   4 to 9 are views for explaining the method of manufacturing the trench gate type power MOSFET according to the first embodiment. 4 (a) to 4 (c), 5 (a) to 5 (c), 6 (a) to 6 (c), 7 (a) to 7 (c), 8 FIGS. 9A to 8C and FIGS. 9A to 9C are process diagrams.

(1)半導体基体準備工程
図4(a)に示すように、n型ドレイン層112となる第3半導体層、n型ドリフト層114となる第1半導体層及びp型ボディ層120となる第2半導体層120’を備え、第3半導体層上に、第1半導体層及び第2半導体層120’がこの順序でエピタキシャル成長された構造の半導体基体を準備する。
(1) Semiconductor Substrate Preparation Step As shown in FIG. 4A, a third semiconductor layer that becomes an n + -type drain layer 112, a first semiconductor layer that becomes an n -type drift layer 114, and a p-type body layer 120 are formed. A semiconductor substrate having a structure in which a second semiconductor layer 120 ′ is provided and the first semiconductor layer and the second semiconductor layer 120 ′ are epitaxially grown in this order on the third semiconductor layer is prepared.

その後、図4(b)に示すように、第2半導体層120’の表面からp型不純物(例えばボロンイオン)を第2半導体層120’中に高加速電圧(例えば130keV)、1×1012cm−2のドーズ量でイオン注入し、その後半導体基体に熱処理(例えば400℃)を施して、p型不純物を活性化させる。これにより、図4(c)に示すように、半導体基体が、p型ボディ層120におけるp型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置(p型半導体層124)が、p型ボディ層120の表面(p型半導体層122)とp型ボディ層120の底面(p型半導体層126)との間に存在する半導体基体となる。 Thereafter, as shown in FIG. 4B, p-type impurities (for example, boron ions) are applied from the surface of the second semiconductor layer 120 ′ to the second semiconductor layer 120 ′ at a high acceleration voltage (for example, 130 keV), 1 × 10 12. Ions are implanted at a dose of cm −2 , and then the semiconductor substrate is subjected to heat treatment (for example, 400 ° C.) to activate the p-type impurities. As a result, as shown in FIG. 4C, the semiconductor substrate has a depth position (p-type semiconductor layer 124) where the concentration of the p-type impurity in the p-type body layer 120 has a maximum value (p-type body layer 120). The semiconductor substrate is present between the surface (p type semiconductor layer 122) and the bottom surface (p type semiconductor layer 126) of the p type body layer 120.

(2)溝形成工程
その後、図5(a)及び図5(b)に示すように、p型ボディ層120の表面からn型ドリフト層114に達するように溝130を形成する。溝の深さは例えば11μmとする。
(2) Groove Formation Step Thereafter, as shown in FIGS. 5A and 5B, a groove 130 is formed so as to reach the n type drift layer 114 from the surface of the p-type body layer 120. The depth of the groove is, for example, 11 μm.

(3)ゲート絶縁膜形成工程
その後、図5(c)に示すように、気相法により、p型ボディ層120の表面側から溝130を埋めるようにシリコン酸化膜131を形成する。
その後、図6(a)に示すように、シリコン酸化膜131のエッチバックを行い、溝130の底部にのみシリコン酸化膜131を残した状態でシリコン酸化膜131を除去する。
その後、図6(b)に示すように、酸化性雰囲気の下で半導体基体に熱処理を施して、溝130の内面に熱酸化膜131’を形成する。
これにより、に示すように、溝130の内周面にゲート絶縁膜132(131,131’)が形成される。
(3) Gate Insulating Film Formation Step Thereafter, as shown in FIG. 5C, a silicon oxide film 131 is formed by a vapor phase method so as to fill the trench 130 from the surface side of the p-type body layer 120.
Thereafter, as shown in FIG. 6A, the silicon oxide film 131 is etched back, and the silicon oxide film 131 is removed with the silicon oxide film 131 left only at the bottom of the trench 130.
Thereafter, as shown in FIG. 6B, the semiconductor substrate is subjected to a heat treatment under an oxidizing atmosphere to form a thermal oxide film 131 ′ on the inner surface of the groove 130.
As a result, gate insulating films 132 (131, 131 ′) are formed on the inner peripheral surface of the trench 130, as shown in FIG.

(4)ゲート電極層形成工程
その後、図6(c)に示すように、p型ボディ層120の表面側から、溝130を埋めるようにドープトポリシリコン膜133を形成する。
その後、図7(a)に示すように、ポリシリコン膜133のエッチバックを行い、溝130の内部にのみポリシリコン膜133を残した状態でポリシリコン膜133を除去する。これにより、溝130の内周面にゲート電極層134が形成される。
(4) Gate Electrode Layer Formation Step Thereafter, as shown in FIG. 6C, a doped polysilicon film 133 is formed so as to fill the trench 130 from the surface side of the p-type body layer 120.
Thereafter, as shown in FIG. 7A, the polysilicon film 133 is etched back, and the polysilicon film 133 is removed with the polysilicon film 133 remaining only in the trench 130. Thereby, the gate electrode layer 134 is formed on the inner peripheral surface of the trench 130.

(5)n型ソース領域形成工程
その後、図7(b)に示すように、p型ボディ層120の表面における所定領域にマスクM1を形成した後、当該マスクM1を介してn型不純物(例えばリンイオン)のイオン注入を行い、さらにその後、半導体基体に熱処理を施してn型不純物を活性化させる。これにより、p型ボディ層120内に、少なくとも一部が溝130の内周面に露出するようにn型ソース領域140が形成される。
(5) n + Type Source Region Formation Step After that, as shown in FIG. 7B, after forming a mask M1 in a predetermined region on the surface of the p type body layer 120, an n type impurity ( For example, phosphorus ions are implanted, and then the semiconductor substrate is subjected to a heat treatment to activate n-type impurities. As a result, n + -type source region 140 is formed in p-type body layer 120 so that at least a part thereof is exposed on the inner peripheral surface of trench 130.

(6)p型コンタクト領域形成工程
その後、図7(c)に示すように、p型ボディ層120の表面における所定領域にマスクM2を形成した後、当該マスクM2を介してp型不純物(例えばボロンイオン)のイオン注入を行い、さらにその後、半導体基体に熱処理を施してp型不純物を活性化させる。これにより、p型ボディ層120の表面にp型コンタクト領域142が形成される。
(6) Step of forming p + -type contact region After that, as shown in FIG. 7C, after forming a mask M2 in a predetermined region on the surface of the p-type body layer 120, a p-type impurity ( For example, boron ions are implanted, and then the semiconductor substrate is heat-treated to activate the p-type impurities. Thereby, ap + type contact region 142 is formed on the surface of p type body layer 120.

(7)保護絶縁膜形成工程
その後、図8(a)に示すように、p型ボディ層120の表面における熱酸化膜131を除去した後、図8(b)に示すように、半導体基体に熱処理を施してp型ボディ層120の表面及び溝130上部の内周面にシリコンの熱酸化膜135を形成し、その後、図8(c)に示すように、p型ボディ層120の表面側から気相法によりPSG膜135’を形成し、さらにその後、ゲート電極層134の上部を残してシリコンの熱酸化膜135及びPSG膜135’をエッチングにより除去する。これにより、図9(a)に示すように、ゲート電極層134の上部に保護絶縁膜136が形成される。
(7) Protective Insulating Film Forming Step After that, as shown in FIG. 8A, after removing the thermal oxide film 131 on the surface of the p-type body layer 120, as shown in FIG. A thermal oxide film 135 of silicon is formed on the surface of the p-type body layer 120 and the inner peripheral surface of the upper portion of the groove 130 by heat treatment, and then the surface side of the p-type body layer 120 as shown in FIG. Then, a PSG film 135 ′ is formed by a vapor phase method, and then the silicon thermal oxide film 135 and the PSG film 135 ′ are removed by etching leaving the upper portion of the gate electrode layer 134. As a result, as shown in FIG. 9A, the protective insulating film 136 is formed on the gate electrode layer 134.

(8)ソース電極層形成工程
その後、図9(b)に示すように、p型ボディ層120及び保護絶縁膜136を覆うようにソース電極層150を形成する。
(8) Source Electrode Layer Formation Step Thereafter, as shown in FIG. 9B, the source electrode layer 150 is formed so as to cover the p-type body layer 120 and the protective insulating film 136.

(9)ドレイン電極層形成工程
その後、図9(c)に示すように、n型ドレイン層の表面にドレイン電極層160を形成する。
(9) Drain Electrode Layer Formation Step Thereafter, as shown in FIG. 9C, a drain electrode layer 160 is formed on the surface of the n + type drain layer.

以上のようにして、実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFET100を製造することができる。   As described above, the trench gate type power MOSFET 100 according to the first embodiment can be manufactured.

図10は、n型ソース領域を形成する際にn型不純物の拡散深さがばらついたとしてもトレンチゲート型パワーMOSFETの閾値がばらつくという問題を抑制することが可能となる理由を説明するために示す図である。図10(a)は実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFET100を製造する過程におけるn型ソース領域形成工程を示す図であり、図10(b)は比較例としての従来のトレンチゲート型パワーMOSFET900を製造する過程におけるn型ソース領域形成工程を示す図である。 FIG. 10 illustrates the reason why it is possible to suppress the problem that the threshold value of the trench gate type power MOSFET varies even when the diffusion depth of the n-type impurity varies when forming the n + -type source region. FIG. FIG. 10A is a diagram showing an n + type source region forming step in the process of manufacturing the trench gate type power MOSFET 100 according to the first embodiment, and FIG. 10B is a conventional trench gate type power as a comparative example. 5 is a diagram showing an n + type source region forming step in the process of manufacturing a MOSFET 900. FIG.

図10からもわかるように、n型ソース領域形成工程中においては、n型不純物が、溝130中のゲート電極層134が埋まっていない部分(プラグロスの部分)においても溝130の内周面を介してp型ボディ層に注入されるため、そのプラグロスの程度により、n型不純物の拡散深さがばらつくことになる。このとき、実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFET100においては、p型ボディ層120におけるp型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置が、nソース領域140の最下面よりも深い位置にあるため、図2に示すように、n型ソース領域を形成する際にn型不純物の拡散深さがばらついたとしてもトレンチゲート型パワーMOSFETの閾値がばらつくという問題を抑制することが可能となる。これに対して、比較例としての従来のトレンチゲート型パワーMOSFET900においては、p型ボディ層920におけるp型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置が、p型ボディ層920の表面にあるため、図15に示すように、n型ソース領域を形成する際にn型不純物の拡散深さがばらつくことに起因してトレンチゲート型パワーMOSFETの閾値がばらついてしまう。 As can be seen from FIG. 10, in the n + -type source region forming step, the n-type impurity is an inner peripheral surface of the trench 130 even in a portion where the gate electrode layer 134 is not buried in the trench 130 (plug loss portion). Therefore, the diffusion depth of the n-type impurity varies depending on the degree of plug loss. At this time, in the trench gate type power MOSFET 100 according to the first embodiment, the depth position where the concentration of the p-type impurity in the p-type body layer 120 shows the maximum value is deeper than the bottom surface of the n + source region 140. Therefore, as shown in FIG. 2, even if the diffusion depth of the n-type impurity varies when forming the n + -type source region, it is possible to suppress the problem that the threshold value of the trench gate type power MOSFET varies. Become. On the other hand, in the conventional trench gate type power MOSFET 900 as a comparative example, the depth position where the concentration of the p-type impurity in the p-type body layer 920 shows the maximum value is on the surface of the p-type body layer 920. As shown in FIG. 15, when the n + type source region is formed, the threshold value of the trench gate type power MOSFET varies due to the variation in the diffusion depth of the n type impurity.

[実施形態2]
図11は、実施形態2に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法を説明するために示す図である。図11(a)〜図11(c)は各工程図である。
[Embodiment 2]
FIG. 11 is a view for explaining the method of manufacturing the trench gate type power MOSFET according to the second embodiment. Fig.11 (a)-FIG.11 (c) are each process drawing.

実施形態2に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法は、基本的には実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法と同様の工程を含むが、半導体基体準備工程の内容が実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法の場合とは異なる。   The manufacturing method of the trench gate type power MOSFET according to the second embodiment basically includes the same steps as those of the manufacturing method of the trench gate type power MOSFET according to the first embodiment. This is different from the method of manufacturing the trench gate type power MOSFET according to FIG.

すなわち、実施形態2に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法においては、図11に示すように、n−型エピタキシャル層114’の表面から、p型不純物を第1加速電圧V1でかつ第1ドーズ量D1だけイオン注入する工程と、p型不純物を第1加速電圧V1よりも高い第2加速電圧V2でかつ第1ドーズ量D1よりも多い第2ドーズ量D2だけイオン注入する工程と、p型不純物を第2加速電圧よりも高い第3加速電圧V3でかつ第2ドーズ量よりも少ない第3ドーズ量D3だけイオン注入する工程とを実施するとともに、その後半導体基体に熱処理を施すことにより、当該半導体基体を、p型ボディ層120におけるp型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置が、p型ボディ層120の表面とp型ボディ層の底面との間に存在する半導体基体としている。   That is, in the method for manufacturing a trench gate type power MOSFET according to the second embodiment, as shown in FIG. 11, the p-type impurity is supplied from the surface of the n − type epitaxial layer 114 ′ at the first acceleration voltage V1 and the first dose. A step of ion-implanting by an amount D1, a step of ion-implanting a p-type impurity by a second acceleration voltage V2 higher than the first acceleration voltage V1 and a second dose amount D2 larger than the first dose amount D1, and p-type Performing a step of ion-implanting impurities at a third acceleration voltage V3 higher than the second acceleration voltage and a third dose amount D3 smaller than the second dose amount, and then subjecting the semiconductor substrate to a heat treatment, The depth position at which the concentration of the p-type impurity in the p-type body layer 120 has the maximum value is between the surface of the p-type body layer 120 and the bottom surface of the p-type body layer. It is to be present semiconductor substrate.

このように、実施形態2に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法は、半導体基体準備工程の内容が実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法の場合とは異なるが、実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの場合と同様に、p型ボディ層120におけるp型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置が、n型ソース領域140の最下面よりも深い位置にあるため、n型ソース領域140を形成する際にn型不純物の拡散深さがばらついたとしても、p型ボディ層120におけるp型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置のばらつき及びこれに起因したボディ層におけるp型不純物の最大濃度のばらつきが抑制されるようになる。その結果、トレンチゲート型パワーMOSFETの閾値がばらつくという問題を抑制することが可能となる。また、p型ボディ層120及びn型ソース領域140の深さを浅くできるため、入力容量Ciss及びチャネル抵抗を低減することが可能となるという効果も得られる。 As described above, the manufacturing method of the trench gate type power MOSFET according to the second embodiment differs from the manufacturing method of the trench gate type power MOSFET according to the first embodiment in the content of the semiconductor substrate preparation process, but the first embodiment is different from the first embodiment. As in the case of the trench gate type power MOSFET, the depth position where the concentration of the p-type impurity in the p-type body layer 120 shows the maximum value is deeper than the lowermost surface of the n + -type source region 140. Even if the diffusion depth of the n-type impurity varies when the n + -type source region 140 is formed, the variation in the depth position at which the concentration of the p-type impurity in the p-type body layer 120 shows the maximum value and this are caused. Variations in the maximum concentration of p-type impurities in the body layer are suppressed. As a result, it is possible to suppress the problem that the threshold value of the trench gate type power MOSFET varies. In addition, since the depths of the p-type body layer 120 and the n + -type source region 140 can be reduced, an effect that the input capacitance Ciss and the channel resistance can be reduced is also obtained.

なお、実施形態2に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法は、半導体基体準備工程の内容以外の内容は実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法の場合と同様であるため、実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法が有する効果のうち該当する効果を有する。   The method for manufacturing the trench gate type power MOSFET according to the second embodiment is the same as the method for manufacturing the trench gate type power MOSFET according to the first embodiment except for the content of the semiconductor substrate preparation step. 1 has a corresponding effect among the effects of the method for manufacturing a trench gate type power MOSFET according to 1.

[実施形態3]
図12は、実施形態3に係るパワーMOSFETの製造方法を説明するために示す図である。
[Embodiment 3]
FIG. 12 is a drawing for explaining the method of manufacturing the power MOSFET according to the third embodiment.

実施形態3に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法も、基本的には実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法と同様の工程を含むが、半導体基体準備工程の内容が実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法の場合とは異なる。   The method for manufacturing a trench gate type power MOSFET according to the third embodiment also includes basically the same steps as the method for manufacturing the trench gate type power MOSFET according to the first embodiment, but the contents of the semiconductor substrate preparation step are the same as those in the first embodiment. This is different from the method of manufacturing the trench gate type power MOSFET according to FIG.

すなわち、実施形態3に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法においては、図12に示すように、n型エピタキシャル層114上にp型エピタキシャル層126、p型エピタキシャル層124及びp型エピタキシャル層122が順次積積層された構造を有する半導体基体を用いてトレンチゲート型パワーMOSFETを製造することとしている。 That is, in the method for manufacturing the trench gate type power MOSFET according to the third embodiment, as shown in FIG. 12, the p type epitaxial layer 126, the p type epitaxial layer 124, and the p type epitaxial layer are formed on the n type epitaxial layer 114. A trench gate type power MOSFET is manufactured by using a semiconductor substrate having a structure in which layers 122 are sequentially stacked.

このように、実施形態3に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法は、半導体基体準備工程の内容が実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法の場合とは異なるが、実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの場合と同様に、p型ボディ層120におけるp型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置が、n型ソース領域140の最下面よりも深い位置にあるため、n型ソース領域140を形成する際にn型不純物の拡散深さがばらついたとしても、p型ボディ層120におけるp型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置のばらつき及びこれに起因したボディ層におけるp型不純物の最大濃度のばらつきが抑制されるようになる。その結果、トレンチゲート型パワーMOSFETの閾値がばらつくという問題を抑制することが可能となる。また、p型ボディ層120及びn型ソース領域140の深さを浅くできるため、入力容量Ciss及びチャネル抵抗を低減することが可能となるという効果も得られる。 As described above, the manufacturing method of the trench gate type power MOSFET according to the third embodiment differs from the case of the manufacturing method of the trench gate type power MOSFET according to the first embodiment in the content of the semiconductor substrate preparation process, but the first embodiment is different from the first embodiment. As in the case of the trench gate type power MOSFET, the depth position where the concentration of the p-type impurity in the p-type body layer 120 shows the maximum value is deeper than the lowermost surface of the n + -type source region 140. Even if the diffusion depth of the n-type impurity varies when the n + -type source region 140 is formed, the variation in the depth position at which the concentration of the p-type impurity in the p-type body layer 120 shows the maximum value and this are caused. Variations in the maximum concentration of p-type impurities in the body layer are suppressed. As a result, it is possible to suppress the problem that the threshold value of the trench gate type power MOSFET varies. In addition, since the depths of the p-type body layer 120 and the n + -type source region 140 can be reduced, an effect that the input capacitance Ciss and the channel resistance can be reduced is also obtained.

なお、実施形態3に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法は、半導体基体準備工程の内容以外の内容は実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法の場合と同様であるため、実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの製造方法が有する効果のうち該当する効果を有する。   The method for manufacturing the trench gate type power MOSFET according to the third embodiment is the same as the method for manufacturing the trench gate type power MOSFET according to the first embodiment except for the contents of the semiconductor substrate preparation step. 1 has a corresponding effect among the effects of the method for manufacturing a trench gate type power MOSFET according to 1.

[実施形態4]
図13は、実施形態4に係るトレンチゲート型IGBT200を説明するために示す図である。
[Embodiment 4]
FIG. 13 is a view for explaining a trench gate type IGBT 200 according to the fourth embodiment.

上記した実施形態1〜3においては、トレンチゲート型パワーMOSFETを例にとって本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、例えばトレンチゲート型IGBTにも適用可能である。   In the first to third embodiments described above, the trench gate type power semiconductor device of the present invention has been described taking the trench gate type power MOSFET as an example, but the present invention is not limited to this. The present invention is also applicable to, for example, a trench gate type IGBT.

すなわち、実施形態4に係るトレンチゲート型IGBT200においても、図13に示すように、実施形態1に係るトレンチゲート型パワーMOSFETの場合と同様に、p型ボディ層220におけるp型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置を、n型ソース領域240の最下面よりも深い位置にすることにより、n型ソース領域240を形成する際にn型不純物の拡散深さがばらついたとしても、p型ボディ層220におけるp型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置のばらつき及びこれに起因したp型ボディ層におけるp型不純物の最大濃度のばらつきが抑制されるようになる。その結果、トレンチゲート型IGBTの閾値がばらつくという問題を抑制することが可能となる。また、p型ボディ層220及びn型ソース領域240の深さを浅くできるため、入力容量Ciss及びチャネル抵抗を低減することが可能となるという効果も得られる。 That is, also in the trench gate type IGBT 200 according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 13, the concentration of the p type impurity in the p type body layer 220 is the maximum, as in the case of the trench gate type power MOSFET according to the first embodiment. the depth position indicating the value, by a position deeper than the lowermost surface of the n + -type source region 240, even as the diffusion depth of the n-type impurity varies in forming the n + -type source region 240, Variations in the depth position where the concentration of the p-type impurity in the p-type body layer 220 shows the maximum value and variations in the maximum concentration of the p-type impurity in the p-type body layer due to this variation are suppressed. As a result, it is possible to suppress the problem that the threshold value of the trench gate type IGBT varies. In addition, since the depths of the p-type body layer 220 and the n + -type source region 240 can be reduced, an effect that the input capacitance Ciss and the channel resistance can be reduced is also obtained.

以上、本発明のトレンチゲート型パワー半導体装置を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。   As mentioned above, although the trench gate type power semiconductor device of the present invention was explained based on the above-mentioned embodiment, the present invention is not limited to this, and can be carried out without departing from the gist thereof, For example, the following modifications are possible.

(1)上記した各実施形態においては、第1導電型をn型とし第2導電型をp型として、本発明の半導体装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第1導電型をp型とし第2導電型をn型としてもよい。 (1) In each of the above embodiments, the semiconductor device of the present invention has been described with the first conductivity type as n-type and the second conductivity type as p-type. However, the present invention is not limited to this. For example, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type.

100,900…パワーMOSFET、110,210,910…半導体基体、112,912…n型ドレイン層、114,214,914…n型ドリフト層、114’…n型エピタキシャル層、120,220,920…p型ボディ層、120’…p型エピタキシャル層、122,222…p型半導体層、122’…p型不純物導入領域、124,224…p型半導体層、124’…p型不純物導入領域、126,226…p型半導体層、126’…p型不純物導入領域、130,230,930…溝、131…シリコン酸化膜、132,232,932…ゲート絶縁膜、133…ポリシリコン層、134,934…ゲート電極層、136,936…保護絶縁膜、140,940…n型ソース領域、142,242,942…p型コンタクト領域、150,950…ソース電極層、160,960…ドレイン電極層、200…IGBT、212…p型コレクタ層(p型ドレイン層)、240…n型エミッタ領域(n型ソース領域)、250…エミッタ電極層(ソース電極層)、260…コレクタ電極層(ドレイン電極層)、M1,M2…マスク 100, 900 ... Power MOSFET, 110,210,910 ... semiconductor substrate, 112,912 ... n + -type drain layer, 114,214,914 ... n - -type drift layer, 114 '... n - -type epitaxial layer, 120, 220 920 ... p-type body layer, 120 '... p - type epitaxial layer, 122,222 ... p - type semiconductor layer, 122' ... p-type impurity introduction region, 124,224 ... p-type semiconductor layer, 124 '... p-type Impurity introduction region, 126, 226... P type semiconductor layer, 126 ′... P type impurity introduction region, 130, 230, 930... Trench, 131... Silicon oxide film, 132, 232, 932. silicon layer, 134,934 ... gate electrode layer, 136,936 ... protective insulating film, 140,940 ... n + -type source region, 142,242,942 ... + -Type contact region, 150,950 ... source electrode layer, 160,960 ... drain electrode layer, 200 ... IGBT, 212 ... p + -type collector layer (p + -type drain layer), 240 ... n + -type emitter region (n + Type source region), 250... Emitter electrode layer (source electrode layer), 260... Collector electrode layer (drain electrode layer), M1, M2.

Claims (5)

第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層上に位置し、該第1導電型とは反対型の第2導電型のボディ層と、
前記ボディ層を開口し、前記ドリフト層に達して形成してなる溝と、
前記ボディ層内に配置されるとともに、少なくとも一部を前記溝の内周面に露出させて形成してなる第1導電型のソース領域と、
前記溝の内周面に形成してなるゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の内周面に形成してなるゲート電極層と、
前記ゲート電極層と絶縁されるとともに、前記ソース領域と接して形成してなるソース電極層とを備え、
前記ボディ層における第2導電型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置が、前記ソース領域の最下面よりも深い位置にあるトレンチゲート型パワー半導体装置を製造するためのトレンチゲート型パワー半導体装置の製造方法であって、
前記ドリフト層となる第1導電型の第1半導体層及び前記ボディ層となる第2導電型の第2半導体層を備え、前記第1半導体層上に前記第2半導体層が積層された構造の半導体基体を準備する半導体基体準備工程と、
前記第2半導体層の表面から前記第1半導体層に達するように溝を形成する溝形成工程と、
前記溝の内周面にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記ゲート絶縁膜の内周面にゲート電極層を形成するゲート電極層形成工程と、
前記第2半導体層内に、少なくとも一部が前記溝の内周面に露出するように第1導電型のソース領域を形成するソース領域形成工程と、
前記ゲート電極層を覆うように保護絶縁膜を形成する保護絶縁膜形成工程と、
前記第2半導体層及び前記保護絶縁膜を覆うようにソース電極を形成するソース電極形成工程とをこの順序で含み、
前記半導体基体準備工程においては、第1導電型のエピタキシャル層の表面側から第2導電型不純物を第1加速電圧V1でかつ第1ドーズ量D1だけイオン注入する工程と、第2導電型不純物を前記第1加速電圧V1よりも高い第2加速電圧V2でかつ前記第1ドーズ量D1よりも多い第2ドーズ量D2だけイオン注入する工程と、第2導電型不純物を前記第2加速電圧V2よりも高い第3加速電圧V3でかつ前記第2ドーズ量D2よりも少ない第3ドーズ量D3だけイオン注入する工程とを実施し、その後、前記エピタキシャル層に熱処理を施すことにより形成された半導体基体であって、前記第1半導体層上に前記第2半導体層が積層された構造を有し、かつ、前記第2半導体層における第2導電型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置が、前記第2半導体層の表面と前記第2半導体層の底面との間に存在する半導体基体を準備するトレンチゲートパワー半導体装置の製造方法。
A first conductivity type drift layer;
A body layer of a second conductivity type located on the drift layer and opposite to the first conductivity type;
A groove formed by opening the body layer and reaching the drift layer;
A source region of a first conductivity type disposed in the body layer and formed by exposing at least a part of the inner peripheral surface of the groove;
A gate insulating film formed on the inner peripheral surface of the groove;
A gate electrode layer formed on the inner peripheral surface of the gate insulating film;
A source electrode layer that is insulated from the gate electrode layer and formed in contact with the source region;
A trench gate type power semiconductor device for manufacturing a trench gate type power semiconductor device in which the depth position where the concentration of the second conductivity type impurity in the body layer shows the maximum value is deeper than the bottom surface of the source region. A manufacturing method of
A first conductivity type first semiconductor layer serving as the drift layer and a second conductivity type second semiconductor layer serving as the body layer, wherein the second semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer; A semiconductor substrate preparation step of preparing a semiconductor substrate;
A groove forming step of forming a groove so as to reach the first semiconductor layer from the surface of the second semiconductor layer;
Forming a gate insulating film on the inner peripheral surface of the groove; and
Forming a gate electrode layer on the inner peripheral surface of the gate insulating film; and
A source region forming step of forming a first conductivity type source region in the second semiconductor layer so that at least a part thereof is exposed on the inner peripheral surface of the groove;
A protective insulating film forming step of forming a protective insulating film so as to cover the gate electrode layer;
A source electrode forming step of forming a source electrode so as to cover the second semiconductor layer and the protective insulating film in this order,
In the semiconductor substrate preparation step, the second conductivity type impurity is ion-implanted from the surface side of the first conductivity type epitaxial layer by the first acceleration voltage V1 and the first dose amount D1, and the second conductivity type impurity is added. A step of ion-implanting a second acceleration voltage V2 higher than the first acceleration voltage V1 and a second dose amount D2 larger than the first dose amount D1, and a second conductivity type impurity from the second acceleration voltage V2. A semiconductor substrate formed by performing ion implantation with a higher third acceleration voltage V3 and a third dose amount D3 smaller than the second dose amount D2, and then subjecting the epitaxial layer to heat treatment. A depth position having a structure in which the second semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer, and the concentration of the second conductivity type impurity in the second semiconductor layer is maximum. The method of the trench gate type power semiconductor device for preparing a semiconductor substrate which exists between the bottom surface of the second semiconductor layer and the second semiconductor layer surface.
請求項1に記載のトレンチゲート型パワー半導体装置の製造方法において、
前記ボディ層における第2導電型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置が、前記ソース領域の最下面から2μm以上深い位置にあるトレンチゲートパワー半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the trench gate type power semiconductor device according to claim 1,
A method of manufacturing a trench gate type power semiconductor device, wherein a depth position where the concentration of the second conductivity type impurity in the body layer shows a maximum value is at a position deeper than 2 μm from the lowermost surface of the source region.
請求項1又は2に記載のトレンチゲート型パワー半導体装置の製造方法において、
前記ボディ層における第2導電型不純物の濃度が最大値を示す深さ位置が、前記ボディ層の表面から4μm以上深い位置にあるトレンチゲートパワー半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the trench gate type power semiconductor device according to claim 1 or 2,
A method of manufacturing a trench gate type power semiconductor device, wherein a depth position where the concentration of the second conductivity type impurity in the body layer shows a maximum value is at a position deeper than the surface of the body layer by 4 μm or more.
請求項1〜3のいずれかに記載のトレンチゲート型パワー半導体装置の製造方法において、
前記トレンチゲート型パワー半導体装置は、トレンチゲート型パワーMOSFETであり、
前記半導体基体準備工程においては、前記ドレイン層となる第1導電型の第3半導体層、前記第1半導体層及び前記第2半導体層を備え、前記第3半導体層上に、第1半導体層及び前記第2半導体層がこの順序で積層された構造の半導体基体を準備するトレンチゲートパワー半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the trench gate type power semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The trench gate type power semiconductor device is a trench gate type power MOSFET,
The semiconductor substrate preparing step includes a first conductive type third semiconductor layer serving as the drain layer, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are provided on the third semiconductor layer A method for manufacturing a trench gate type power semiconductor device, comprising preparing a semiconductor substrate having a structure in which the second semiconductor layers are stacked in this order.
請求項1〜3のいずれかに記載のトレンチゲート型パワー半導体装置の製造方法において、
前記トレンチゲート型パワー半導体装置は、トレンチゲート型IGBTであり、
前記半導体基体準備工程においては、前記コレクタ層となる第2導電型の第4半導体層、前記第1半導体層及び前記第2半導体層を備え、前記第4半導体層上に、第1半導体層及び前記第2半導体層がこの順序で積層された構造の半導体基体を準備するトレンチゲートパワー半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the trench gate type power semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The trench gate type power semiconductor device is a trench gate type IGBT,
The semiconductor substrate preparation step includes a second conductive type fourth semiconductor layer serving as the collector layer, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are provided on the fourth semiconductor layer. A method for manufacturing a trench gate type power semiconductor device, comprising preparing a semiconductor substrate having a structure in which the second semiconductor layers are stacked in this order.
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