JP2004055976A - トレンチ構造を有する半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】オン抵抗の増加を招くこと無く、トレンチのコーナー部の閾値電圧Vthの低下を防ぐことができるトレンチ構造を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】MOSFET10はN+型の半導体基板11を備え、半導体基板11の主面にN型の第1の半導体層12が設けられ、第1の半導体層12の上面には、P型の第2の半導体層13が設けられている。第2の半導体層13の表層部の一部にN+型の第3の半導体層14が設けられている。第2の半導体層13を複数に分割するとともにコーナー部を有するトレンチ15が、第3の半導体層14の表面から第2の半導体層13の一部を貫いて第1の半導体層12に達するように格子状に設けられている。トレンチ15の内壁面にはゲート酸化膜16が形成され、トレンチ15を埋めるようにゲート電極Gが設けられている。トレンチ15の各コーナー部に閾値電圧の高いトランジスタ領域を形成するため、P+型の領域17が形成されている。
【選択図】 図1
【解決手段】MOSFET10はN+型の半導体基板11を備え、半導体基板11の主面にN型の第1の半導体層12が設けられ、第1の半導体層12の上面には、P型の第2の半導体層13が設けられている。第2の半導体層13の表層部の一部にN+型の第3の半導体層14が設けられている。第2の半導体層13を複数に分割するとともにコーナー部を有するトレンチ15が、第3の半導体層14の表面から第2の半導体層13の一部を貫いて第1の半導体層12に達するように格子状に設けられている。トレンチ15の内壁面にはゲート酸化膜16が形成され、トレンチ15を埋めるようにゲート電極Gが設けられている。トレンチ15の各コーナー部に閾値電圧の高いトランジスタ領域を形成するため、P+型の領域17が形成されている。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トレンチ構造を有する半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
パワーMOSFETは、微細加工技術の進歩により低オン抵抗化の動きが急速に進んでおり、現在ではセルサイズをより小型化できるトレンチ構造を有する縦型パワーMOSFETの開発が進められている。ところが、低オン抵抗化を図った従来の縦型パワーMOSFETは、トレンチの側面のコーナー部とその他の部分とでゲート酸化膜の厚さ及び膜質が異なり、特性面で様々なアンバランスを引き起こしたり、信頼性上の不具合(例えば、閾値電圧Vthの低下)が発生するという問題がある。
【0003】
この不具合を解消する半導体装置が特許2894820号に開示されている。この半導体装置は、図7に示すように、N型のエピタキシャル層51の上面にP型のチャネル形成層52が設けられ、チャネル形成層52の表層部にN+型ソース領域53が設けられている。そして、ソース領域53の中央部表面からチャネル形成層52の一部を貫いてエピタキシャル層51に達するように格子状のパターンを有するトレンチ54が形成されている。トレンチ54の内壁面にはゲート酸化膜55が形成され、ゲート酸化膜55の上からトレンチ54を埋めるようにゲート電極Gが設けられている。そして、トレンチ54によってチャネル形成層52が分割されたセルパターンの各コーナー部にP+型の第4の半導体層56が形成されている。すなわち、この半導体装置ではトレンチ54のコーナー部には、MOSFETとして機能しない領域が形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
特許2894820号に開示されている前記の半導体装置では、トレンチ54のコーナー部はトランジスタとして機能しないため、トレンチ54のコーナー部の閾値電圧Vthの低下を防ぐことはできるがオン抵抗は増加する。また、セル1個当たりの無効な部分の割合が小さくても、セルが多数集まった1個のMOSFETとしては無効領域が大きくなり、品質の安定性に不利となる。
【0005】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的はオン抵抗の増加を招くこと無く、トレンチのコーナー部の閾値電圧Vthの低下を防ぐことができ、品質が安定するトレンチ構造を有する半導体装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明はトレンチ構造を有する半導体装置である。そして、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板の主面に設けられた第1導電型の第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上面に設けられたチャネル領域形成用の第2導電型の第2の半導体層と、前記第2の半導体層の表層部の一部に設けられた第1導電型の第3の半導体層とを備えている。また、前記第3の半導体層の表面から前記第2の半導体層の一部を貫いて前記第1の半導体層に達するように設けられ、前記第2の半導体層を複数に分割するトレンチを備えている。さらに、前記トレンチの内壁面に形成されたゲート酸化膜と、前記ゲート酸化膜上から前記トレンチを埋めるように設けられゲート電極とを備えている。そして、少なくとも前記トレンチが交差するコーナー部に閾値電圧の高いトランジスタ領域が形成されている。
【0007】
この発明では、トレンチが交差するコーナー部(トレンチのコーナー部)に閾値電圧の高いトランジスタ領域が形成されているため、オン抵抗の増加を招くこと無く、トレンチのコーナー部の閾値電圧Vthの低下を防ぐことができ、品質が安定する。
【0008】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記閾値電圧の高いトランジスタ領域は前記第2の半導体層よりも濃度が高く、前記第3の半導体層よりも濃度の低い第2導電型の領域を設けることにより形成されている。この発明では、請求項1に記載の発明の半導体装置を容易に製造できる。
【0009】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記トレンチによって前記第2の半導体層が分割されたセルパターンを有し、前記セルパターンが長方形状に形成され、そのセルパターンの長手方向の両端部に幅方向全域にわたって前記トランジスタ領域が形成されている。この発明では、トレンチの各コーナー部毎に独立して前記トランジスタ領域が形成されたものに比較して構造が簡単になる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をMOSFETに具体化した一実施の形態を図1及び図2に従って説明する。図1(a)はソース電極や絶縁膜等を省略したMOSFETの模式斜視図であり、(b)は模式平面図、(c)は(b)のC−C線で切断した場合に対応する模式断面図である。なお、断面のハッチングの一部を省略している。
【0011】
図1(a)〜(c)に示すように、半導体装置としてのMOSFET10は、第1導電型(この実施の形態ではN+型)のシリコンからなる半導体基板11を備え、半導体基板11の主面にドレイン領域を構成する第1導電型(この実施の形態ではN型)の第1の半導体層12が設けられている。第1の半導体層12の上面には、チャネル領域形成用の第2導電型(この実施の形態ではP型)の第2の半導体層13が設けられている。第2の半導体層13の表層部の一部に第1導電型(この実施の形態ではN+型)の第3の半導体層14が設けられている。そして、第2の半導体層13を複数に分割するとともにコーナー部を有するトレンチ15が、第3の半導体層14の表面から第2の半導体層13の一部を貫いて第1の半導体層12に達するように格子状に設けられている。この実施の形態では第2の半導体層13が平面ほぼ正方形状に分割されたセルパターンを形成するようにトレンチ15が形成されている。
【0012】
トレンチ15の内壁面にはゲート酸化膜16が形成され、ゲート酸化膜16の上からトレンチ15を埋めるようにゲート電極Gが設けられている。トレンチ15が交差する各コーナー部(トレンチ15のコーナー部)には、図1(c)に示すように第3の半導体層14の下面に接触するように第2導電型(この実施の形態ではP+型)の領域17が形成され、トレンチ15の各コーナー部に閾値電圧Vthの高いトランジスタ領域が形成されている。領域17はその不純物の濃度が、第2の半導体層13よりも濃度が高く、第3の半導体層14よりも濃度が低く設定されている。
【0013】
なお、図1(a),(b)では図示を省略しているが、図1(c)に示すように、ゲート電極G上を覆うとともに、トレンチ15の端部から張り出して第3の半導体層14の一部を覆うように絶縁膜18が設けられている。そして、前記絶縁膜18の露出部、第3の半導体層14の露出表面及び第2の半導体層13の露出表面を覆うようにソース電極Sが形成されている。また、半導体基板11の裏面にはドレイン電極Dが形成されている。ソース電極S及びドレイン電極Dは各セルに対して一体的に設けられ、各セルのゲート電極Gは共通に接続されて、各セルは並列に接続されている。
【0014】
次に前記構成のMOSFET10の製造方法の一例を図2(a)〜(d)に従って説明する。
先ず、図2(a)に示すように、N+型のシリコンからなる半導体基板11の主面に、N型の第1の半導体層12をエピタキシャル成長により形成する。次に図2(b)に示すように、各セルのコーナー部と対応する箇所に領域17を形成するための、P+型の注入領域19が形成される。
【0015】
次に第1の半導体層12の表層部にP型の第2の半導体層13が形成された後に図2(c)に示すように、トレンチ15がドライエッチング法により形成される。トレンチ15はその後に形成される第3の半導体層14の表面から第2の半導体層13の一部を貫いて第1の半導体層12に達する深さに設けられる。次にトレンチ15の内面及び第1の半導体層12の表面にシリコン酸化膜を形成する酸化膜形成工程が行われ、ゲート酸化膜16となるシリコン酸化膜が形成される。その後、公知の方法でトレンチ15にゲート材料の埋め込み処理が行われて、ゲート電極Gが形成される。
【0016】
トレンチ15で分割されたセルパターンの中央部を囲むようにN+型の第3の半導体層14が形成されて、図2(d)に示すように、コーナー部に閾値電圧の高いトランジスタ領域が形成されたトレンチ構造を有する半導体装置が製造される。
【0017】
次にゲート電極G上及び第3の半導体層14の一部を覆うように絶縁膜18が設けられる。その後、半導体基板11の表面側(図1(a)の上側)の全面を覆うようにソース電極Sが形成され、半導体基板11の裏面にはドレイン電極Dが形成されてMOSFET10が製造される。なお、各電極の表面はパッシベーション膜で被覆される。
【0018】
この実施の形態では以下の効果を有する。
(1) トレンチ構造を有する半導体装置において、トレンチ15が交差するコーナー部(トレンチ15のコーナー部)に閾値電圧Vthの高いトランジスタ領域が形成されている。従って、半導体装置のオン抵抗の増加を招くこと無く、トレンチ15のコーナー部の閾値電圧Vthの低下を防ぐことができ、品質が安定する。
【0019】
(2) トレンチ15のコーナー部に閾値電圧Vthの高いトランジスタ領域を形成する際、前記閾値電圧の高いトランジスタ領域は第2の半導体層13よりも濃度が高く、第3の半導体層14よりも濃度の低い第2導電型の領域17を設けることにより形成されている。従って、領域17の不純物濃度を第3の半導体層14の濃度と同程度にする場合に比較して、閾値電圧Vthの高いトランジスタ領域を容易に形成できる。
【0020】
(3) 従来技術においてトランジスタとして機能しない領域に、閾値電圧Vthの高いトランジスタ領域を形成することができ、半導体装置を構成する各セルの面積を変更する必要がない。従って、半導体装置の大きさを変更せずに実施できる。
【0021】
(4) トレンチ15が格子状に形成されている。従って、構造的にそれぞれ分離独立した複数のトレンチを形成する構成と異なり、各トレンチ内に形成されたゲート電極G相互を電気的に接続するゲート配線が不要で構造が簡単になる。
【0022】
(5) 半導体装置としてMOSFET10に適用されているため、MOSFET10において前記(1)〜(4)の効果が得られる。
なお、実施の形態は前記に限らず、例えば次のように構成してもよい。
【0023】
○ MOSFET10の構造は、領域17が第2の半導体層13を貫通して第1の半導体層12に達する構造に限らず、図3(d)に示すように、領域17が第2の半導体層13内に存在する構造としてもよい。この構造のMOSFET10の製造は、例えば、次の手順で行われる。
【0024】
先ず、図3(a)に示すように、N+型のシリコンからなる半導体基板11の主面に、N型の第1の半導体層12をエピタキシャル成長により形成し、その後、図3(b)に示すように、第1の半導体層12上にP型の第2の半導体層13を拡散によって形成する。次にイオン注入法を用いて、図3(c)に示すように、第2の半導体層13の各セルのコーナー部と対応する箇所にP+型の領域17を形成するためのP+型の注入領域19が形成される。また、第2の半導体層13の中央部にも同時にP+型の注入領域20が形成される。次に図3(c)に示すように、トレンチ15がドライエッチング法により形成される。トレンチ15は第2の半導体層13の一部を貫いて第1の半導体層12に達する深さに設けられる。次に前記と同様にしてトレンチ15の内面にゲート酸化膜16となるシリコン酸化膜が形成された後、ゲート電極Gが形成される。次にトレンチ15で分割されたセルパターンの中央部を囲むようにN+型の第3の半導体層14が形成されて、図3(d)に示すように、コーナー部に閾値電圧の高いトランジスタ領域が形成されたトレンチ構造を有する半導体装置が製造される。その後、ソース電極S及びドレイン電極D等が形成されてMOSFET10が完成する。
【0025】
○ MOSFET10はセルパターンの平面形状がほぼ正方形状に限らず、例えば図4に示すように、細長い長方形状とし、各セルパターンのコーナー部に閾値電圧Vthの高いトランジスタ領域を形成するための領域17を形成してもよい。この場合も、前記実施の形態の(1)〜(5)と同様な効果が得られる。
【0026】
○ 図5に示すように、セルパターンを細長い長方形状とし、各セルパターンの長手方向の両端部に前記トランジスタ領域を構成する領域17を幅方向全体にわたって形成してもよい。この発明では、トレンチ15の各コーナー部毎に独立して前記トランジスタ領域が形成されたものに比較して構造が簡単になる。
【0027】
○ トレンチ構造を有する半導体装置として、MOSFET10に限らず、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)に適用してもよい。IGBTに適用する場合は、例えば、図6に示すように、P+型半導体基板21にN+型半導体層23が設けられる点を除いて、MOSFET10と同じ構成となる。ただし、IGBT22の場合は、MOSFET10においてソース電極Sと呼ばれた電極がエミッタ電極Eと呼ばれ、ドレイン電極Dと呼ばれた電極がコレクタ電極Cと呼ばれる。また、ソース領域はエミッタ領域と呼ばれる。この場合も、IGBTにおいて、前記(1)〜(4)等と同様な効果が得られる。
【0028】
〇 領域17の不純物濃度を第3の半導体層14の不純物濃度よりも低くせず、第3の半導体層14の不純物濃度と同程度にしてもよい。
○ 前記各実施の形態ではNチャネルの半導体装置について説明したが、Pチャネルの半導体装置としてもよい。この場合、第1導電型の不純物と第2導電型の不純物とを逆に用いればよい。例えば、MOSFET10の場合、半導体基板11をP+型、第1の半導体層12をP型、第2の半導体層13をN型、第3の半導体層14をP+型、領域17をN+型、注入領域20が存在する場合は注入領域20をN+型、とする。IGBT22の場合、半導体基板21をN+型、第1の半導体層12をP型、第2の半導体層13をN型、第3の半導体層14をP+型、領域17をN+型、注入領域20をN+型、半導体層23をP+型とする。
【0029】
○ 領域17が第1の半導体層12に達する構造の半導体装置において、注入領域20を設けたり、領域17が第1の半導体層12に達しない構造の半導体装置において、注入領域20を省略してもよい。
【0030】
○ トレンチは必ずしも格子状に連続していなくてもよい。
前記実施の形態から把握される発明(技術的思想)について、以下に記載する。
【0031】
(1) 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記トレンチは格子状に形成されている。
(2) 請求項1〜請求項3及び前記技術的思想(1)のいずれか一項に記載の発明において、前記半導体装置はMOSFETである。
【0032】
(3) 請求項1〜請求項3及び前記技術的思想(1)のいずれか一項に記載の発明において、前記半導体装置はIGBTである。
【0033】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項1〜請求項3に記載の発明によれば、オン抵抗の増加を招くこと無く、トレンチのコーナー部の閾値電圧Vthの低下を防ぐことができ、品質が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は一実施の形態のMOSFETの要部模式斜視図、(b)は同じく部分平面図、(c)は(b)のC−C線の位置で切断した模式断面図。
【図2】(a)〜(d)はMOSFETの製造方法を示す模式断面図。
【図3】(a)〜(d)は別の実施の形態のMOSFETの製造方法を示す模式断面図。
【図4】別の実施の形態のMOSFETの要部模式平面図。
【図5】別の実施の形態のMOSFETの要部模式平面図。
【図6】IGBTの要部模式断面図
【図7】従来のMOSFETの斜視図。
【符号の説明】
G…ゲート電極、11,21…半導体基板、12…第1の半導体層、13…第2の半導体層、14…第3の半導体層、15…トレンチ、16…ゲート酸化膜、17…領域。
【発明の属する技術分野】
本発明は、トレンチ構造を有する半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
パワーMOSFETは、微細加工技術の進歩により低オン抵抗化の動きが急速に進んでおり、現在ではセルサイズをより小型化できるトレンチ構造を有する縦型パワーMOSFETの開発が進められている。ところが、低オン抵抗化を図った従来の縦型パワーMOSFETは、トレンチの側面のコーナー部とその他の部分とでゲート酸化膜の厚さ及び膜質が異なり、特性面で様々なアンバランスを引き起こしたり、信頼性上の不具合(例えば、閾値電圧Vthの低下)が発生するという問題がある。
【0003】
この不具合を解消する半導体装置が特許2894820号に開示されている。この半導体装置は、図7に示すように、N型のエピタキシャル層51の上面にP型のチャネル形成層52が設けられ、チャネル形成層52の表層部にN+型ソース領域53が設けられている。そして、ソース領域53の中央部表面からチャネル形成層52の一部を貫いてエピタキシャル層51に達するように格子状のパターンを有するトレンチ54が形成されている。トレンチ54の内壁面にはゲート酸化膜55が形成され、ゲート酸化膜55の上からトレンチ54を埋めるようにゲート電極Gが設けられている。そして、トレンチ54によってチャネル形成層52が分割されたセルパターンの各コーナー部にP+型の第4の半導体層56が形成されている。すなわち、この半導体装置ではトレンチ54のコーナー部には、MOSFETとして機能しない領域が形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
特許2894820号に開示されている前記の半導体装置では、トレンチ54のコーナー部はトランジスタとして機能しないため、トレンチ54のコーナー部の閾値電圧Vthの低下を防ぐことはできるがオン抵抗は増加する。また、セル1個当たりの無効な部分の割合が小さくても、セルが多数集まった1個のMOSFETとしては無効領域が大きくなり、品質の安定性に不利となる。
【0005】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的はオン抵抗の増加を招くこと無く、トレンチのコーナー部の閾値電圧Vthの低下を防ぐことができ、品質が安定するトレンチ構造を有する半導体装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明はトレンチ構造を有する半導体装置である。そして、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板の主面に設けられた第1導電型の第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上面に設けられたチャネル領域形成用の第2導電型の第2の半導体層と、前記第2の半導体層の表層部の一部に設けられた第1導電型の第3の半導体層とを備えている。また、前記第3の半導体層の表面から前記第2の半導体層の一部を貫いて前記第1の半導体層に達するように設けられ、前記第2の半導体層を複数に分割するトレンチを備えている。さらに、前記トレンチの内壁面に形成されたゲート酸化膜と、前記ゲート酸化膜上から前記トレンチを埋めるように設けられゲート電極とを備えている。そして、少なくとも前記トレンチが交差するコーナー部に閾値電圧の高いトランジスタ領域が形成されている。
【0007】
この発明では、トレンチが交差するコーナー部(トレンチのコーナー部)に閾値電圧の高いトランジスタ領域が形成されているため、オン抵抗の増加を招くこと無く、トレンチのコーナー部の閾値電圧Vthの低下を防ぐことができ、品質が安定する。
【0008】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記閾値電圧の高いトランジスタ領域は前記第2の半導体層よりも濃度が高く、前記第3の半導体層よりも濃度の低い第2導電型の領域を設けることにより形成されている。この発明では、請求項1に記載の発明の半導体装置を容易に製造できる。
【0009】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記トレンチによって前記第2の半導体層が分割されたセルパターンを有し、前記セルパターンが長方形状に形成され、そのセルパターンの長手方向の両端部に幅方向全域にわたって前記トランジスタ領域が形成されている。この発明では、トレンチの各コーナー部毎に独立して前記トランジスタ領域が形成されたものに比較して構造が簡単になる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をMOSFETに具体化した一実施の形態を図1及び図2に従って説明する。図1(a)はソース電極や絶縁膜等を省略したMOSFETの模式斜視図であり、(b)は模式平面図、(c)は(b)のC−C線で切断した場合に対応する模式断面図である。なお、断面のハッチングの一部を省略している。
【0011】
図1(a)〜(c)に示すように、半導体装置としてのMOSFET10は、第1導電型(この実施の形態ではN+型)のシリコンからなる半導体基板11を備え、半導体基板11の主面にドレイン領域を構成する第1導電型(この実施の形態ではN型)の第1の半導体層12が設けられている。第1の半導体層12の上面には、チャネル領域形成用の第2導電型(この実施の形態ではP型)の第2の半導体層13が設けられている。第2の半導体層13の表層部の一部に第1導電型(この実施の形態ではN+型)の第3の半導体層14が設けられている。そして、第2の半導体層13を複数に分割するとともにコーナー部を有するトレンチ15が、第3の半導体層14の表面から第2の半導体層13の一部を貫いて第1の半導体層12に達するように格子状に設けられている。この実施の形態では第2の半導体層13が平面ほぼ正方形状に分割されたセルパターンを形成するようにトレンチ15が形成されている。
【0012】
トレンチ15の内壁面にはゲート酸化膜16が形成され、ゲート酸化膜16の上からトレンチ15を埋めるようにゲート電極Gが設けられている。トレンチ15が交差する各コーナー部(トレンチ15のコーナー部)には、図1(c)に示すように第3の半導体層14の下面に接触するように第2導電型(この実施の形態ではP+型)の領域17が形成され、トレンチ15の各コーナー部に閾値電圧Vthの高いトランジスタ領域が形成されている。領域17はその不純物の濃度が、第2の半導体層13よりも濃度が高く、第3の半導体層14よりも濃度が低く設定されている。
【0013】
なお、図1(a),(b)では図示を省略しているが、図1(c)に示すように、ゲート電極G上を覆うとともに、トレンチ15の端部から張り出して第3の半導体層14の一部を覆うように絶縁膜18が設けられている。そして、前記絶縁膜18の露出部、第3の半導体層14の露出表面及び第2の半導体層13の露出表面を覆うようにソース電極Sが形成されている。また、半導体基板11の裏面にはドレイン電極Dが形成されている。ソース電極S及びドレイン電極Dは各セルに対して一体的に設けられ、各セルのゲート電極Gは共通に接続されて、各セルは並列に接続されている。
【0014】
次に前記構成のMOSFET10の製造方法の一例を図2(a)〜(d)に従って説明する。
先ず、図2(a)に示すように、N+型のシリコンからなる半導体基板11の主面に、N型の第1の半導体層12をエピタキシャル成長により形成する。次に図2(b)に示すように、各セルのコーナー部と対応する箇所に領域17を形成するための、P+型の注入領域19が形成される。
【0015】
次に第1の半導体層12の表層部にP型の第2の半導体層13が形成された後に図2(c)に示すように、トレンチ15がドライエッチング法により形成される。トレンチ15はその後に形成される第3の半導体層14の表面から第2の半導体層13の一部を貫いて第1の半導体層12に達する深さに設けられる。次にトレンチ15の内面及び第1の半導体層12の表面にシリコン酸化膜を形成する酸化膜形成工程が行われ、ゲート酸化膜16となるシリコン酸化膜が形成される。その後、公知の方法でトレンチ15にゲート材料の埋め込み処理が行われて、ゲート電極Gが形成される。
【0016】
トレンチ15で分割されたセルパターンの中央部を囲むようにN+型の第3の半導体層14が形成されて、図2(d)に示すように、コーナー部に閾値電圧の高いトランジスタ領域が形成されたトレンチ構造を有する半導体装置が製造される。
【0017】
次にゲート電極G上及び第3の半導体層14の一部を覆うように絶縁膜18が設けられる。その後、半導体基板11の表面側(図1(a)の上側)の全面を覆うようにソース電極Sが形成され、半導体基板11の裏面にはドレイン電極Dが形成されてMOSFET10が製造される。なお、各電極の表面はパッシベーション膜で被覆される。
【0018】
この実施の形態では以下の効果を有する。
(1) トレンチ構造を有する半導体装置において、トレンチ15が交差するコーナー部(トレンチ15のコーナー部)に閾値電圧Vthの高いトランジスタ領域が形成されている。従って、半導体装置のオン抵抗の増加を招くこと無く、トレンチ15のコーナー部の閾値電圧Vthの低下を防ぐことができ、品質が安定する。
【0019】
(2) トレンチ15のコーナー部に閾値電圧Vthの高いトランジスタ領域を形成する際、前記閾値電圧の高いトランジスタ領域は第2の半導体層13よりも濃度が高く、第3の半導体層14よりも濃度の低い第2導電型の領域17を設けることにより形成されている。従って、領域17の不純物濃度を第3の半導体層14の濃度と同程度にする場合に比較して、閾値電圧Vthの高いトランジスタ領域を容易に形成できる。
【0020】
(3) 従来技術においてトランジスタとして機能しない領域に、閾値電圧Vthの高いトランジスタ領域を形成することができ、半導体装置を構成する各セルの面積を変更する必要がない。従って、半導体装置の大きさを変更せずに実施できる。
【0021】
(4) トレンチ15が格子状に形成されている。従って、構造的にそれぞれ分離独立した複数のトレンチを形成する構成と異なり、各トレンチ内に形成されたゲート電極G相互を電気的に接続するゲート配線が不要で構造が簡単になる。
【0022】
(5) 半導体装置としてMOSFET10に適用されているため、MOSFET10において前記(1)〜(4)の効果が得られる。
なお、実施の形態は前記に限らず、例えば次のように構成してもよい。
【0023】
○ MOSFET10の構造は、領域17が第2の半導体層13を貫通して第1の半導体層12に達する構造に限らず、図3(d)に示すように、領域17が第2の半導体層13内に存在する構造としてもよい。この構造のMOSFET10の製造は、例えば、次の手順で行われる。
【0024】
先ず、図3(a)に示すように、N+型のシリコンからなる半導体基板11の主面に、N型の第1の半導体層12をエピタキシャル成長により形成し、その後、図3(b)に示すように、第1の半導体層12上にP型の第2の半導体層13を拡散によって形成する。次にイオン注入法を用いて、図3(c)に示すように、第2の半導体層13の各セルのコーナー部と対応する箇所にP+型の領域17を形成するためのP+型の注入領域19が形成される。また、第2の半導体層13の中央部にも同時にP+型の注入領域20が形成される。次に図3(c)に示すように、トレンチ15がドライエッチング法により形成される。トレンチ15は第2の半導体層13の一部を貫いて第1の半導体層12に達する深さに設けられる。次に前記と同様にしてトレンチ15の内面にゲート酸化膜16となるシリコン酸化膜が形成された後、ゲート電極Gが形成される。次にトレンチ15で分割されたセルパターンの中央部を囲むようにN+型の第3の半導体層14が形成されて、図3(d)に示すように、コーナー部に閾値電圧の高いトランジスタ領域が形成されたトレンチ構造を有する半導体装置が製造される。その後、ソース電極S及びドレイン電極D等が形成されてMOSFET10が完成する。
【0025】
○ MOSFET10はセルパターンの平面形状がほぼ正方形状に限らず、例えば図4に示すように、細長い長方形状とし、各セルパターンのコーナー部に閾値電圧Vthの高いトランジスタ領域を形成するための領域17を形成してもよい。この場合も、前記実施の形態の(1)〜(5)と同様な効果が得られる。
【0026】
○ 図5に示すように、セルパターンを細長い長方形状とし、各セルパターンの長手方向の両端部に前記トランジスタ領域を構成する領域17を幅方向全体にわたって形成してもよい。この発明では、トレンチ15の各コーナー部毎に独立して前記トランジスタ領域が形成されたものに比較して構造が簡単になる。
【0027】
○ トレンチ構造を有する半導体装置として、MOSFET10に限らず、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)に適用してもよい。IGBTに適用する場合は、例えば、図6に示すように、P+型半導体基板21にN+型半導体層23が設けられる点を除いて、MOSFET10と同じ構成となる。ただし、IGBT22の場合は、MOSFET10においてソース電極Sと呼ばれた電極がエミッタ電極Eと呼ばれ、ドレイン電極Dと呼ばれた電極がコレクタ電極Cと呼ばれる。また、ソース領域はエミッタ領域と呼ばれる。この場合も、IGBTにおいて、前記(1)〜(4)等と同様な効果が得られる。
【0028】
〇 領域17の不純物濃度を第3の半導体層14の不純物濃度よりも低くせず、第3の半導体層14の不純物濃度と同程度にしてもよい。
○ 前記各実施の形態ではNチャネルの半導体装置について説明したが、Pチャネルの半導体装置としてもよい。この場合、第1導電型の不純物と第2導電型の不純物とを逆に用いればよい。例えば、MOSFET10の場合、半導体基板11をP+型、第1の半導体層12をP型、第2の半導体層13をN型、第3の半導体層14をP+型、領域17をN+型、注入領域20が存在する場合は注入領域20をN+型、とする。IGBT22の場合、半導体基板21をN+型、第1の半導体層12をP型、第2の半導体層13をN型、第3の半導体層14をP+型、領域17をN+型、注入領域20をN+型、半導体層23をP+型とする。
【0029】
○ 領域17が第1の半導体層12に達する構造の半導体装置において、注入領域20を設けたり、領域17が第1の半導体層12に達しない構造の半導体装置において、注入領域20を省略してもよい。
【0030】
○ トレンチは必ずしも格子状に連続していなくてもよい。
前記実施の形態から把握される発明(技術的思想)について、以下に記載する。
【0031】
(1) 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記トレンチは格子状に形成されている。
(2) 請求項1〜請求項3及び前記技術的思想(1)のいずれか一項に記載の発明において、前記半導体装置はMOSFETである。
【0032】
(3) 請求項1〜請求項3及び前記技術的思想(1)のいずれか一項に記載の発明において、前記半導体装置はIGBTである。
【0033】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項1〜請求項3に記載の発明によれば、オン抵抗の増加を招くこと無く、トレンチのコーナー部の閾値電圧Vthの低下を防ぐことができ、品質が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は一実施の形態のMOSFETの要部模式斜視図、(b)は同じく部分平面図、(c)は(b)のC−C線の位置で切断した模式断面図。
【図2】(a)〜(d)はMOSFETの製造方法を示す模式断面図。
【図3】(a)〜(d)は別の実施の形態のMOSFETの製造方法を示す模式断面図。
【図4】別の実施の形態のMOSFETの要部模式平面図。
【図5】別の実施の形態のMOSFETの要部模式平面図。
【図6】IGBTの要部模式断面図
【図7】従来のMOSFETの斜視図。
【符号の説明】
G…ゲート電極、11,21…半導体基板、12…第1の半導体層、13…第2の半導体層、14…第3の半導体層、15…トレンチ、16…ゲート酸化膜、17…領域。
Claims (3)
- 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の主面に設けられた第1導電型の第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上面に設けられたチャネル領域形成用の第2導電型の第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の表層部の一部に設けられた第1導電型の第3の半導体層と、
前記第3の半導体層の表面から前記第2の半導体層の一部を貫いて前記第1の半導体層に達するように設けられ、前記第2の半導体層を複数に分割するトレンチと、
前記トレンチの内壁面に形成されたゲート酸化膜と、
前記ゲート酸化膜上から前記トレンチを埋めるように設けられたゲート電極とを備えたトレンチ構造を有する半導体装置であって、
少なくとも前記トレンチが交差するコーナー部に閾値電圧の高いトランジスタ領域が形成されているトレンチ構造を有する半導体装置。 - 前記閾値電圧の高いトランジスタ領域は前記第2の半導体層よりも濃度が高く、前記第3の半導体層よりも濃度の低い第2導電型の領域を設けることにより形成されている請求項1に記載のトレンチ構造を有する半導体装置。
- 前記トレンチによって前記第2の半導体層が分割されたセルパターンを有し、前記セルパターンが長方形状に形成され、そのセルパターンの長手方向の両端部に幅方向全域にわたって前記トランジスタ領域が形成されている請求項1又は請求項2に記載のトレンチ構造を有する半導体装置。
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