JP2000269487A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2000269487A
JP2000269487A JP11068073A JP6807399A JP2000269487A JP 2000269487 A JP2000269487 A JP 2000269487A JP 11068073 A JP11068073 A JP 11068073A JP 6807399 A JP6807399 A JP 6807399A JP 2000269487 A JP2000269487 A JP 2000269487A
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JP
Japan
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semiconductor region
trench
region
forming
semiconductor
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Takeyuki Suzuki
健之 鈴木
Sotoki Wakasa
外樹 若狭
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Toshiba Corp
Kaga Toshiba Electronics Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Kaga Toshiba Electronics Corp
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Publication date
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    • H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/64—Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
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    • H10D30/0291—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs of vertical DMOS [VDMOS] FETs
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Abstract

(57)【要約】 【課題】スイッチング損失を低減し、かつ耐圧を向上さ
せることができ、さらに低オン抵抗化も可能な半導体装
置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】n+半導体基板2上にはn−エピタキシャ
ル層4が形成され、このn−エピタキシャル層4上には
ベース領域(p形領域)6が形成されている。ベース領
域6の上部にはソース領域(n+領域)8が形成され、
ベース領域6内にはソース領域8を突ら抜き、ベース領
域6の層厚より浅いトレンチ10が形成されている。ト
レンチ10の底面下には、トレンチの底面10aからn
−エピタキシャル層4に達するように、n−エピタキシ
ャル層4以上の濃度のn形領域12が形成されている。
そして、トレンチ10の側面上及び底面上には、ゲート
絶縁膜14が形成され、このゲート絶縁膜14上にはゲ
ート電極16が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、電力分野などで
利用される半導体装置及びその製造方法に係わり、特に
制御電極へのバイアス印加によってスイッチング動作を
制御するパワーMOSFET及びその製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電力変換や電力制御が行われる場
合、パワー半導体装置が不可欠なデバイスであり、なか
でもパワー半導体装置の一種であるパワーMOSFET
は、その優れた高速スイッチング性能が注目され、スイ
ッチング電源分野などでキーデバイスとして用いられて
いる。
【0003】以下に従来のパワーMOSFETの中のト
レンチ型nチャネルパワーMOSFETの構成を図面を
用いて説明する。
【0004】図9は、従来のトレンチ型パワーMOSF
ETの構造を示す断面図である。半導体層内にはほぼU
字形状の溝(以下トレンチと記す)が形成されており、
トレンチ型パワーMOSFETはこのトレンチ内に制御
電極であるゲート電極が埋め込まれた構造を有してい
る。
【0005】図9に示すように、n+半導体基板102
上にはn−エピタキシャル層104が形成され、このn
−エピタキシャル層104上にはベース領域(p形領
域)106が形成されている。さらに、ベース領域10
6の上部には、ソース領域(n+領域)108が形成さ
れている。前記n+半導体基板102及びn−エピタキ
シャル層104はドレイン領域である。
【0006】また、前記ソース領域108及びベース領
域106を貫いてn−エピタキシャル層104に突き出
すようにトレンチ110が形成されており、このトレン
チ110内にはゲート絶縁膜112とゲート電極114
が形成されている。ゲート電極114上には層間絶縁膜
116が形成され、さらに全面にはソース領域108と
ベース領域106に電気的に接続するように形成された
ソース電極118が設けられている。また、前記ゲート
電極114、ソース電極118、及びn+半導体基板1
02(ドレイン領域)には、それぞれゲート端子TG、
ソース端子TS、及びドレイン端子TDが接続されてい
る。以上のような構造を、従来のトレンチ型パワーMO
SFETは有している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述したような構造を
有するトレンチ型パワーMOSFETでは、本来、トレ
ンチ110の深さはベース領域106の底面と同一面上
に一致するのが特性上最もよいが、製造装置によるプロ
セスのばらつき等、プロセスマージンを考慮して必要以
上にベース領域106からトレンチ110が突き出すよ
うな構造にしている。
【0008】しかしながら、ベース領域106からトレ
ンチ110の突き出し量が多くなると、ゲート電極11
4とn−エピタキシャル層104(ドレイン領域)との
対向する面積が多くなり、ゲート電極とドレイン領域と
の間の容量(以下ゲート−ドレイン容量と記す)が非常
に大きくなってしまう。ゲート−ドレイン容量が大きい
場合、高速スイッチング動作が必要な用途においては、
スイッチング速度の低下や電力損失などが大きくなり、
スイッチング損失が増大するという問題が発生する。さ
らに、トレンチ110の突き出し量が多いと、トレンチ
底部のコーナ近傍において電界集中が発生し、ドレイン
領域とベース領域との間の耐圧が低下してしまう。
【0009】そこでこの発明は、前記課題に鑑みてなさ
れたものであり、スイッチング損失を低減し、かつ耐圧
を向上させることができ、さらに低オン抵抗化も可能な
半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成
された第1導電形の第1の半導体領域と、前記第1の半
導体領域上に形成された第2導電形の第2の半導体領域
と、前記第2の半導体領域内に形成された第1導電形の
第3の半導体領域と、前記第2の半導体領域内に前記第
3の半導体領域を突ら抜いて形成された、前記第2の半
導体領域の層厚より浅いトレンチと、前記トレンチの底
面下に、前記トレンチの底面から前記第1の半導体領域
に達するように形成された、第1導電形で前記第1の半
導体領域以上の濃度の第4の半導体領域と、前記トレン
チの側面上及び底面上に形成されたゲート絶縁膜と、前
記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを具備する
ことを特徴とする。
【0011】また、この発明に係る半導体装置は、半導
体基板上に形成された第1導電形の第1の半導体領域
と、前記第1の半導体領域上に形成された第2導電形の
第2の半導体領域と、前記第2の半導体領域内に形成さ
れた第1導電形の第3の半導体領域と、前記第2の半導
体領域内に前記第3の半導体領域を突ら抜いて形成され
た、前記第2の半導体領域の層厚より浅いトレンチと、
前記トレンチの底面下の前記第2の半導体領域に形成さ
れた、第1導電形で前記第1の半導体領域以上の濃度の
第4の半導体領域と、前記トレンチの側面上及び底面上
に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形
成されたゲート電極とを具備することを特徴とする。
【0012】また、この発明に係る半導体装置は、半導
体基板上に形成された第1導電形の第1の半導体領域
と、前記第1の半導体領域上に形成された、第2導電形
の第2の半導体領域と、前記第2の半導体領域内に形成
された第1導電形の第3の半導体領域と、前記第2の半
導体領域内に前記第3の半導体領域を突ら抜いて形成さ
れた、前記第2の半導体領域の層厚より浅いトレンチ
と、前記トレンチの底面下の前記第2の半導体領域及び
この第2の半導体領域下の第1の半導体領域に形成され
た、第1導電形で前記第1の半導体領域以上の濃度の第
4の半導体領域と、前記トレンチの側面上及び底面上に
形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成
されたゲート電極とを具備することを特徴とする。
【0013】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、半導体基板上に第1導電形の第1の半導体領域を
形成する工程と、前記第1の半導体領域の上部に、第2
導電形の第2の半導体領域を形成する工程と、前記第2
の半導体領域の上部に、第1導電形の第3の半導体領域
を形成する工程と、前記第2の半導体領域内に、前記第
3の半導体領域を突ら抜くように前記第2の半導体領域
の層厚より浅いトレンチを形成する工程と、前記トレン
チの底面下に、前記トレンチの底面から前記第1の半導
体領域に達するように第1導電形で前記第1の半導体領
域以上の濃度の第4の半導体領域を形成する工程と、前
記トレンチの側面上及び底面上にゲート絶縁膜を形成す
る工程と、前記ゲート絶縁膜の内面上にゲート電極を形
成する工程とを具備することを特徴とする。
【0014】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、半導体基板上に第1導電形の第1の半導体領域を
形成する工程と、前記第1の半導体領域の上部に、第2
導電形の第2の半導体領域を形成する工程と、前記第2
の半導体領域の上部に、第1導電形の第3の半導体領域
を形成する工程と、前記第2の半導体領域内に、前記第
3の半導体領域を突ら抜くように前記第2の半導体領域
の層厚より浅いトレンチを形成する工程と、前記トレン
チの底面下の前記第2の半導体領域に、第1導電形で前
記第1の半導体領域以上の濃度の第4の半導体領域を形
成する工程と、前記トレンチの側面上及び底面上にゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の内面上
にゲート電極を形成する工程とを具備することを特徴と
する。
【0015】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、半導体基板上に第1導電形の第1の半導体領域を
形成する工程と、前記第1の半導体領域の上部に、第2
導電形の第2の半導体領域を形成する工程と、前記第2
の半導体領域の上部に、第1導電形の第3の半導体領域
を形成する工程と、前記第2の半導体領域内に、前記第
3の半導体領域を突ら抜くように前記第2の半導体領域
の層厚より浅いトレンチを形成する工程と、前記トレン
チの底面下の前記第2の半導体領域及びこの第2の半導
体領域下の第1の半導体領域に、第1導電形で前記第1
の半導体領域以上の濃度の第4の半導体領域を形成する
工程と、前記トレンチの側面上及び底面上にゲート絶縁
膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の内面上にゲー
ト電極を形成する工程とを具備することを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態の半
導体装置として、トレンチ型パワーMOSFETについ
て説明する。このトレンチ型パワーMOSFETでは、
半導体層に形成されたほぼU字形状の溝(トレンチ)内
に制御電極であるゲート電極が形成されており、トレン
チ底部の半導体層には不純物がイオン注入された所定の
拡散領域が形成される。ここでは、このトレンチ型パワ
ーMOSFETの耐圧を30V程度に想定し、各部の条
件を述べる。
【0017】図1は、この発明の第1の実施の形態のト
レンチ型パワーMOSFETの構造を示す断面図であ
る。
【0018】図1に示すように、高濃度のn形半導体基
板(n+半導体基板)2上には低濃度のn形エピタキシ
ャル層(n−エピタキシャル層)4が厚さ3μm程度形
成され、このn−エピタキシャル層4上にはp形領域か
らなるベース領域6が厚さ2μm程度形成されている。
このベース領域6の上層には、高濃度のn形領域(n+
領域)からなるソース領域8が深さ0.3μm〜0.4
μm程度形成されている。なお、前記n+半導体基板2
には、不純物濃度(キャリア濃度)が1.0×1018〜
1.0×1019[cm-3]程度の基板が用いられ、また
n−エピタキシャル層4の不純物濃度は2.0×1015
[cm-3]程度とする。前記n+半導体基板2及びn−
エピタキシャル層4はドレイン領域である。
【0019】また、前記ソース領域8の表面からベース
領域6内に亘って、トレンチ10が表面から1.8μm
程度の深さで形成されている。このトレンチ10は、そ
の底面10aがn−エピタキシャル層4に到達しないよ
うに、ベース領域6内に留まるように形成される。この
トレンチ10の底面10a下のベース領域6及びn−エ
ピタキシャル層4には、図1に示すように、n−エピタ
キシャル層4と同程度か、あるいはこれより若干高い濃
度のn形領域12が層厚0.5μm程度形成されてい
る。このn形領域12は、デバイスのオン時にはチャネ
ル領域6aとn−エピタキシャル層4との間の電流通路
となるため、低抵抗、すなわち高濃度のほうがよい。し
かし、n形領域12は、デバイスのオフ時には耐圧を維
持するための空乏層が形成される領域であり、濃度が高
すぎると空乏層ができにくくなるため、耐圧が低下す
る。したがって、n形領域12の濃度は、n−エピタキ
シャル層4と同程度か、あるいは耐圧が問題にならない
範囲内で高濃度に設定する。ここでは、n形領域12の
不純物濃度は2.0×1015〜4.0×1015[c
m-3]程度とする。
【0020】さらに、トレンチ10の側面上及び底面1
0a(n形領域12)上にはシリコン酸化膜等からなる
ゲート絶縁膜14が厚さ500Å〜1000Å程度形成
され、このゲート絶縁膜14の内面上にはトレンチ10
を埋め込むようにポリシリコン膜からなるゲート電極1
6が形成されている。前記ゲート電極16上には層間絶
縁膜18が厚さ0.6μm〜1μm程度形成され、この
層間絶縁膜18上を含むベース領域6上及びソース領域
8上にはソース領域8とベース領域6に電気的に接続さ
れたソース電極(Al等)20が形成されている。
【0021】また、n+半導体基板(ドレイン領域)2
の裏面上には、ニッケル(Ni)、金(Au)等からな
るドレイン電極22がn+半導体基板2と電気的に接続
されるように形成されている。さらに、前記ゲート電極
16はゲート端子TGに電気的に接続され、ソース電極
20はソース端子TSに、ドレイン電極22はドレイン
端子TDに電気的に接続されている。
【0022】次に、前記第1の実施の形態のトレンチ型
パワーMOSFETの動作について説明する。まず、ソ
ース端子TSに対してゲート端子TGに正の電圧を印加
する。例えば、ソース端子TSに負電圧あるいはアース
電位を印加し、ゲート端子TGに正電圧を印加する。す
ると、ゲート絶縁膜14近傍のチャネル領域6aに反転
層(チャネル)が誘起される。さらに、ソース端子TS
に対してドレイン端子TDにも正の電圧を印加すると、
このパワーMOSFETはオン状態となり、電子電流が
ソース領域8から反転層(チャネル領域6a)、n形領
域12を通ってn−エピタキシャル層(ドレイン領域)
4に流れる。すなわち、ドレイン端子TDからソース端
子TSに向かって電流が流れる。
【0023】一方、ゲート端子TGをソース端子TSと
短絡させるか、またはソース端子TSに対して、ゲート
端子TGに負の電圧を印加すると、チャネル領域6aの
反転層は消滅し、このパワーMOSFETはオフ状態と
なり電流が遮断される。
【0024】以上のように、このトレンチ型パワーMO
SFETは、ベース領域6内に形成されたトレンチ10
と、このトレンチ10内にゲート絶縁膜14を介して形
成されたゲート電極16を有し、ゲート電極16に正の
バイアスを印加することによりゲート絶縁膜14に接す
るトレンチ側壁近傍のベース領域(チャネル領域6a)
にチャネルが形成されるように構成されている。前記ト
レンチ10は、チャネルが形成されるベース領域より浅
く形成され、さらにトレンチ10底部にはn−エピタキ
シャル層4に到達し突き出すようにベース領域6とは反
対の導電形(n形)で、かつn−エピタキシャル層4と
同程度あるいはこれより高い濃度のn形領域12が形成
されている。このようにトレンチの深さとトレンチ底部
に形成される拡散領域がこの第1の実施の形態の特徴部
分である。
【0025】ところで、図9に示した従来のトレンチ型
パワーMOSFETにおけるトレンチは、ベース領域を
突き抜けてn−エピタキシャル層に突き出すように形成
されており、しかもn−エピタキシャル層への突き出し
量は製造装置によるプロセスのばらつき等、プロセスマ
ージンを考慮し、深めに設定されている。ベース領域よ
り突き出したn−エピタキシャル層内のトレンチ部分で
は、トレンチ内に形成されたゲート電極とドレイン領域
(n−エピタキシャル層)とで対向することとなり、こ
の対向部分はゲート−ドレイン間の容量として形成され
ることになる。すなわち、従来のトレンチ型パワーMO
SFETでは、製造装置によるプロセスのばらつき等、
プロセスマージンを考慮するがゆえに必要以上にゲート
−ドレイン間の容量が大きくなっており、これによりス
イッチング損失が増大している。
【0026】これに対して、この第1の実施の形態で
は、ベース領域からのトレンチの突き出しをなくして、
ゲート電極がn−エピタキシャル層内に入り込まないよ
うにし、さらにトレンチの底部に形成される拡散領域
を、n−エピタキシャル層(ドレイン領域)と同じ導電
形で同程度の濃度になるように形成している。これによ
り、ゲート−ドレイン間の容量を小さくできるため、ス
イッチング損失を低減することができる。さらに、デバ
イスのオフ時にトレンチ底部のコーナ付近に発生する電
界集中を緩和できるため、ドレイン−ソース間の耐圧を
向上させることができる。また、トレンチの底部に形成
される前記拡散領域を、耐圧が低下しない範囲内でn−
エピタキシャル層より高濃度に形成すれば、素子オン抵
抗を低減(低オン抵抗化)することも可能である。
【0027】以上説明したようにこの第1の実施の形態
によれば、トレンチをベース領域からドレイン領域に突
き出さないように形成し、トレンチ底部のベース領域に
n−エピタキシャル層(ドレイン領域)と同じ導電形で
同濃度の拡散領域を形成することにより、スイッチング
損失を低減し、耐圧を向上させた高周波動作に適した素
子を提供することができる。また、トレンチ底部の前記
拡散領域を、耐圧が低下しない範囲内でn−エピタキシ
ャル層(ドレイン領域)より高濃度に形成することによ
り、素子オン抵抗を低減した素子を提供することができ
る。
【0028】次に、この発明の第2の実施の形態のトレ
ンチ型パワーMOSFETについて説明する。
【0029】図2は、第2の実施の形態のトレンチ型パ
ワーMOSFETの構造を示す断面図である。
【0030】図2に示すように、高濃度のn形半導体基
板(n+半導体基板)2上には低濃度のn形エピタキシ
ャル層(n−エピタキシャル層)4が厚さ3μm程度形
成され、このn−エピタキシャル層4上にはp形領域か
らなるベース領域6が厚さ2μm程度形成されている。
このベース領域6の上層には、高濃度のn形領域(n+
領域)からなるソース領域8が深さ0.3μm〜0.4
μm程度形成されている。なお、前記n+半導体基板2
には、不純物濃度(キャリア濃度)が1.0×1018〜
1.0×1019[cm-3]程度の基板が用いられ、また
n−エピタキシャル層4の不純物濃度は2.0×1015
[cm-3]程度とする。前記n+半導体基板2及びn−
エピタキシャル層4はドレイン領域である。
【0031】また、前記ソース領域8の表面からベース
領域6内に亘って、トレンチ30が表面から1.7μm
程度の深さで形成されている。このトレンチ30は、そ
の底面30aがn−エピタキシャル層4に到達しないよ
うに、ベース領域6内に留まるように形成される。この
トレンチ30の底面30a下のベース領域6には、図2
に示すように、n−エピタキシャル層4と同程度か、あ
るいはこれより若干高い濃度のn形領域32が層厚0.
3μm程度形成されている。このn形領域32は、n−
エピタキシャル層4と接し、n−エピタキシャル層4内
に突き出さないように形成される。このn形領域32
は、デバイスのオン時にはチャネル領域6aとn−エピ
タキシャル層4との間の電流通路となるため、低抵抗、
すなわち高濃度のほうがよい。しかし、n形領域32
は、デバイスのオフ時には耐圧を維持するための空乏層
が形成される領域であり、濃度が高すぎると空乏層がで
きにくくなるため、耐圧が低下する。したがって、n形
領域32の濃度は、n−エピタキシャル層4と同程度
か、あるいは耐圧が問題にならない範囲内で高濃度に設
定する。ここでは、n形領域12の不純物濃度は2.0
×1015〜4.0×1015[cm-3]程度とする。
【0032】さらに、トレンチ30の側面上及び底面3
0a(n形領域32)上にはシリコン酸化膜等からなる
ゲート絶縁膜14が厚さ500Å〜1000Å程度形成
され、このゲート絶縁膜14の内面上にはトレンチ30
を埋め込むようにポリシリコン膜からなるゲート電極1
6が形成されている。前記ゲート電極16上には層間絶
縁膜18が厚さ0.6μm〜1μm程度形成され、この
層間絶縁膜18上を含むベース領域6上及びソース領域
8上にはソース領域8とベース領域6に電気的に接続さ
れたソース電極(Al等)20が形成されている。
【0033】また、n+半導体基板(ドレイン領域)2
の裏面上には、ニッケル(Ni)、金(Au)等からな
るドレイン電極22がn+半導体基板2と電気的に接続
されるように形成されている。さらに、前記ゲート電極
16はゲート端子TGに電気的に接続され、ソース電極
20はソース端子TSに、ドレイン電極22はドレイン
端子TDに電気的に接続されている。
【0034】すなわち、このトレンチ型パワーMOSF
ETでは、トレンチ30はチャネルが形成されるベース
領域より浅く形成され、さらにトレンチ30底部にはn
−エピタキシャル層4に接しn−エピタキシャル層4内
に突き出さないように、ドレイン領域と反対の導電形
(n形)で、かつn−エピタキシャル層4と同程度ある
いはこれより高い濃度のn形領域32が形成されてい
る。このようにトレンチの深さと、n−エピタキシャル
層4に接するようにトレンチ底部に形成された拡散領域
がこの第2の実施の形態の特徴部分である。
【0035】このように構成された第2の実施の形態に
おける作用及び効果については、前記第1の実施の形態
と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【0036】以上説明したようにこの第2の実施の形態
によれば、トレンチをベース領域からドレイン領域に突
き出さないように形成し、トレンチ底部のベース領域に
n−エピタキシャル層(ドレイン領域)と同じ導電形で
同濃度の拡散領域を形成することにより、スイッチング
損失を低減し、耐圧を向上させた高周波動作に適した素
子を提供することができる。また、トレンチ底部の前記
拡散領域を、耐圧が低下しない範囲内でn−エピタキシ
ャル層(ドレイン領域)より高濃度に形成することによ
り、素子オン抵抗を低減した素子を提供することができ
る。
【0037】次に、この発明の第3の実施の形態のトレ
ンチ型パワーMOSFETについて説明する。
【0038】図3は、第3の実施の形態のトレンチ型パ
ワーMOSFETの構造を示す断面図である。
【0039】図3に示すように、高濃度のn形半導体基
板(n+半導体基板)2上には低濃度のn形エピタキシ
ャル層(n−エピタキシャル層)4が厚さ3μm程度形
成され、このn−エピタキシャル層4上にはp形領域か
らなるベース領域6が厚さ2μm程度形成されている。
このベース領域6の上層には、高濃度のn形領域(n+
領域)からなるソース領域8が深さ0.3μm〜0.4
μm程度形成されている。なお、前記n+半導体基板2
には、不純物濃度(キャリア濃度)が1.0×1018〜
1.0×1019[cm-3]程度の基板が用いられ、また
n−エピタキシャル層4の不純物濃度は2.0×1015
[cm-3]程度とする。前記n+半導体基板2及びn−
エピタキシャル層4はドレイン領域である。
【0040】また、前記ソース領域8の表面からベース
領域6及びn−エピタキシャル層4内に亘って、トレン
チ40が表面から2.4μm程度の深さで形成されてい
る。このトレンチ40は、その底面40aがベース領域
6を突き抜けてn−エピタキシャル層4に突き出すよう
に形成される。このトレンチ40の底面40a下のn−
エピタキシャル層4には、図3に示すように、n−エピ
タキシャル層4より若干高濃度のn形領域42が層厚
0.3μm程度形成されている。このn形領域42は、
デバイスのオン時には電流通路となるため、低抵抗、す
なわち高濃度のほうがよい。しかし、n形領域42は、
デバイスのオフ時には耐圧を維持するための空乏層が形
成される領域であり、濃度が高すぎると空乏層ができに
くくなるため、耐圧が低下する。したがって、n形領域
42の濃度は、耐圧が問題にならない範囲内でn−エピ
タキシャル層4より高濃度に設定する。ここでは、n形
領域42の不純物濃度は3.0×1015〜4.0×10
15[cm-3]程度とする。
【0041】さらに、トレンチ40の側面上及び底面4
0a(n形領域42)上にはシリコン酸化膜等からなる
ゲート絶縁膜14が厚さ500Å〜1000Å程度形成
され、このゲート絶縁膜14の内面上にはトレンチ40
を埋め込むようにポリシリコン膜からなるゲート電極1
6が形成されている。前記ゲート電極16上には層間絶
縁膜18が厚さ0.6μm〜1μm程度形成され、この
層間絶縁膜18上を含むベース領域6上及びソース領域
8上にはソース領域8とベース領域6に電気的に接続さ
れたソース電極(Al等)20が形成されている。
【0042】また、n+半導体基板(ドレイン領域)2
の裏面上には、ニッケル(Ni)、金(Au)等からな
るドレイン電極22がn+半導体基板2と電気的に接続
されるように形成されている。さらに、前記ゲート電極
16はゲート端子TGに電気的に接続され、ソース電極
20はソース端子TSに、ドレイン電極22はドレイン
端子TDに電気的に接続されている。
【0043】次に、前記第3の実施の形態のトレンチ型
パワーMOSFETの動作について説明する。まず、ソ
ース端子TSに対して、ゲート端子TGに正の電圧を印
加する。例えば、ソース端子TSに負電圧あるいはアー
ス電位を印加し、ゲート端子TGに正電圧を印加する。
すると、ゲート絶縁膜14近傍のチャネル領域6bに反
転層(チャネル)が誘起される。さらに、ソース端子T
Sに対して、ドレイン端子TDにも正の電圧を印加する
と、このパワーMOSFETはオン状態となり、電子電
流がソース領域8から反転層(チャネル領域6b)を通
ってn−エピタキシャル層(ドレイン領域)4に流れ、
この電子電流の一部はn形領域42を通ってn+半導体
基板2に流れる。すなわち、ドレイン端子TDからソー
ス端子TSに向かって電流が流れる。
【0044】一方、ゲート端子TGをソース端子TSと
短絡させるか、またはソース端子TSに対して、ゲート
端子TGに負の電圧を印加すると、チャネル領域6bの
反転層は消滅し、このパワーMOSFETはオフ状態と
なり電流が遮断される。
【0045】以上のように、このトレンチ型パワーMO
SFETは、ベース領域6及びn−エピタキシャル層4
内に形成されたトレンチ40と、このトレンチ40内に
ゲート絶縁膜14を介して形成されたゲート電極16を
有し、ゲート電極16に正のバイアスを印加することに
よりゲート絶縁膜14に接するトレンチ側壁近傍のベー
ス領域(チャネル領域6a)にチャネルが形成されるよ
うに構成されている。前記トレンチ40は、ベース領域
6を突き抜けてn−エピタキシャル層4に突き出すよう
に形成され、さらにトレンチ40底部のn−エピタキシ
ャル層4にはn−エピタキシャル層4と同じ導電形(n
形)で、かつn−エピタキシャル層4より高濃度のn形
領域42が形成されている。このようにトレンチの深さ
とトレンチ底部に形成される拡散領域がこの第3の実施
の形態の特徴部分である。
【0046】この第3の実施の形態では、トレンチの底
部に形成される拡散領域を、耐圧が問題にならない範囲
内でn−エピタキシャル層より高濃度に形成することに
より、素子オン抵抗を低減できる。
【0047】以上説明したようにこの第3の実施の形態
によれば、トレンチ底部に、ドレイン領域と同じ導電形
で、耐圧が問題にならない範囲内でn−エピタキシャル
層(ドレイン領域)の濃度より高濃度な拡散領域を形成
することにより、素子オン抵抗を低減した素子を提供す
ることができる。
【0048】次に、この発明の前記第1の実施の形態の
トレンチ型パワーMOSFETの製造方法について説明
する。
【0049】図4〜図8は、前述した第1の実施の形態
のトレンチ型パワーMOSFETの製造方法を示す各工
程の断面図である。
【0050】まず、図4に示すように、不純物濃度が
1.0×1018〜1.0×1019[cm-3]程度のn+
半導体基板2上に、エピタキシャル成長法により不純物
濃度が2.0×1015[cm-3]程度のn−エピタキシ
ャル層4を厚さ5μm程度形成する。このn−エピタキ
シャル層4に、図5に示すように、イオン注入法により
ボロン(B)など導入し、その後1100℃〜1200
℃程度の熱処理を行って、p形領域からなるベース領域
6を表面から深さ2μm程度まで形成する。続いて、前
記ベース領域6の上層に、イオン注入法によりヒ素(A
s)あるいはリン(P)など導入し、その後900℃〜
1000℃程度の熱処理を行って、n+領域からなるソ
ース領域8を深さ0.3μm〜0.4μm程度形成す
る。
【0051】次に、図6に示すように、RIE法などの
異方性エッチングにより、前記ソース領域8の表面から
ベース領域6内に亘って、表面から1.8μm程度の深
さのトレンチ10を形成する。このとき、トレンチ10
の底面10aがn−エピタキシャル層4に到達しないよ
うに、ベース領域6内に留まるようにする。
【0052】このトレンチ10の底面10a下のベース
領域6及びn−エピタキシャル層4に、図7に示すよう
に、イオン注入法によりヒ素(As)あるいはリン
(P)など導入し、その後900℃〜1000℃程度の
熱処理を行って、n−エピタキシャル層4と同程度か、
あるいはこれより若干高い濃度のn形領域12を層厚
0.5μm程度形成する。ここでは、n形領域12の不
純物濃度を2.0×1015〜4.0×1015[cm-3]
程度に設定する。
【0053】さらに、図8に示すように、トレンチ10
の側面上及び底面10a(n形領域12)上に、シリコ
ン酸化膜等からなるゲート絶縁膜14を厚さ500Å〜
1000Å程度形成する。このゲート絶縁膜14の内面
上に、トレンチ10を埋め込むようにCVD法によりポ
リシリコン膜からなるゲート電極16を形成する。その
後、全面に絶縁膜を厚さ0.6μm〜1μm程度形成
し、パターニングを行って図1に示すように、前記ゲー
ト電極16上に層間絶縁膜18を形成する。続いて、全
面にアルミニウム(Al)等からなる金属膜を形成し、
パターニングを行ってソース領域8とベース領域6に電
気的に接続されたソース電極20を形成する。さらに、
n+半導体基板(ドレイン領域)2の裏面上に、ニッケ
ル(Ni)、金(Au)等からなるドレイン電極22を
n+半導体基板2と電気的に接続されるように形成す
る。以上により、第1の実施の形態のトレンチ型パワー
MOSFETが製造できる。
【0054】以上説明したような製造方法によれば、図
1に示した前記第1の実施の形態のトレンチ型パワーM
OSFETを容易に製造することができる。さらに、上
述の製造方法において、トレンチを形成するためのRI
E法の製造条件、拡散層を形成するためのイオン注入時
の条件などを適宜設定すれば、図2、図3に示した前記
第2、第3の実施の形態のトレンチ型パワーMOSFE
Tも容易に製造することができる。
【0055】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、ス
イッチング損失を低減し、かつ耐圧を向上させることが
でき、さらに低オン抵抗化も可能な半導体装置及びその
製造方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態のトレンチ型パワ
ーMOSFETの構造を示す断面図である。
【図2】この発明の第2の実施の形態のトレンチ型パワ
ーMOSFETの構造を示す断面図である。
【図3】この発明の第3の実施の形態のトレンチ型パワ
ーMOSFETの構造を示す断面図である。
【図4】前記第1の実施の形態のトレンチ型パワーMO
SFETの製造方法を示す各工程の断面図である。
【図5】前記第1の実施の形態のトレンチ型パワーMO
SFETの製造方法を示す各工程の断面図である。
【図6】前記第1の実施の形態のトレンチ型パワーMO
SFETの製造方法を示す各工程の断面図である。
【図7】前記第1の実施の形態のトレンチ型パワーMO
SFETの製造方法を示す各工程の断面図である。
【図8】前記第1の実施の形態のトレンチ型パワーMO
SFETの製造方法を示す各工程の断面図である。
【図9】従来のトレンチ型パワーMOSFETの構造を
示す断面図である。
【符号の説明】
2…高濃度のn形半導体基板(n+半導体基板) 4…低濃度のn形エピタキシャル層(n−エピタキシャ
ル層) 6…ベース領域(p形領域) 6a…チャネル領域 6b…チャネル領域 8…ソース領域(n+領域) 10…トレンチ(U字形状の溝) 10a…トレンチ底面 12…n形領域 14…ゲート絶縁膜 16…ゲート電極 18…層間絶縁膜 20…ソース電極(Al等) 22…ドレイン電極 30…トレンチ(U字形状の溝) 30a…トレンチ底面 40…トレンチ(U字形状の溝) 40a…トレンチ底面 TG…ゲート端子 TS…ソース端子 TD…ドレイン端子

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成された第1導電形の
    第1の半導体領域と、 前記第1の半導体領域上に形成された第2導電形の第2
    の半導体領域と、 前記第2の半導体領域内に形成された第1導電形の第3
    の半導体領域と、 前記第2の半導体領域内に前記第3の半導体領域を突ら
    抜いて形成された、前記第2の半導体領域の層厚より浅
    いトレンチと、 前記トレンチの底面下に、前記トレンチの底面から前記
    第1の半導体領域に達するように形成された、第1導電
    形で前記第1の半導体領域以上の濃度の第4の半導体領
    域と、 前記トレンチの側面上及び底面上に形成されたゲート絶
    縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 を具備することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に形成された第1導電形の
    第1の半導体領域と、 前記第1の半導体領域上に形成された第2導電形の第2
    の半導体領域と、 前記第2の半導体領域内に形成された第1導電形の第3
    の半導体領域と、 前記第2の半導体領域内に前記第3の半導体領域を突ら
    抜いて形成された、前記第2の半導体領域の層厚より浅
    いトレンチと、 前記トレンチの底面下の前記第2の半導体領域に形成さ
    れた、第1導電形で前記第1の半導体領域以上の濃度の
    第4の半導体領域と、 前記トレンチの側面上及び底面上に形成されたゲート絶
    縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 を具備することを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に形成された第1導電形の
    第1の半導体領域と、 前記第1の半導体領域上に形成された第2導電形の第2
    の半導体領域と、 前記第2の半導体領域内に形成された第1導電形の第3
    の半導体領域と、 前記第2の半導体領域内に前記第3の半導体領域を突ら
    抜いて形成された、前記第2の半導体領域の層厚より浅
    いトレンチと、 前記トレンチの底面下の前記第2の半導体領域及びこの
    第2の半導体領域下の第1の半導体領域に形成された、
    第1導電形で前記第1の半導体領域以上の濃度の第4の
    半導体領域と、 前記トレンチの側面上及び底面上に形成されたゲート絶
    縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 を具備することを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記第4の半導体領域の濃度は、耐圧の
    低下を招かない範囲内で設定されることを特徴とする請
    求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 半導体基板上に第1導電形の第1の半導
    体領域を形成する工程と、 前記第1の半導体領域の上部に、第2導電形の第2の半
    導体領域を形成する工程と、 前記第2の半導体領域の上部に、第1導電形の第3の半
    導体領域を形成する工程と、 前記第2の半導体領域内に、前記第3の半導体領域を突
    ら抜いて前記第2の半導体領域の層厚より浅いトレンチ
    を形成する工程と、 前記トレンチの底面下に、前記トレンチの底面から前記
    第1の半導体領域に達するように第1導電形で前記第1
    の半導体領域以上の濃度の第4の半導体領域を形成する
    工程と、 前記トレンチの側面上及び底面上にゲート絶縁膜を形成
    する工程と、 前記ゲート絶縁膜の内面上にゲート電極を形成する工程
    と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 半導体基板上に第1導電形の第1の半導
    体領域を形成する工程と、 前記第1の半導体領域の上部に、第2導電形の第2の半
    導体領域を形成する工程と、 前記第2の半導体領域の上部に、第1導電形の第3の半
    導体領域を形成する工程と、 前記第2の半導体領域内に、前記第3の半導体領域を突
    ら抜いて前記第2の半導体領域の層厚より浅いトレンチ
    を形成する工程と、 前記トレンチの底面下の前記第2の半導体領域に、第1
    導電形で前記第1の半導体領域以上の濃度の第4の半導
    体領域を形成する工程と、 前記トレンチの側面上及び底面上にゲート絶縁膜を形成
    する工程と、 前記ゲート絶縁膜の内面上にゲート電極を形成する工程
    と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 半導体基板上に第1導電形の第1の半導
    体領域を形成する工程と、 前記第1の半導体領域の上部に、第2導電形の第2の半
    導体領域を形成する工程と、 前記第2の半導体領域の上部に、第1導電形の第3の半
    導体領域を形成する工程と、 前記第2の半導体領域内に、前記第3の半導体領域を突
    ら抜いて前記第2の半導体領域の層厚より浅いトレンチ
    を形成する工程と、 前記トレンチの底面下の前記第2の半導体領域及びこの
    第2の半導体領域下の第1の半導体領域に、第1導電形
    で前記第1の半導体領域以上の濃度の第4の半導体領域
    を形成する工程と、 前記トレンチの側面上及び底面上にゲート絶縁膜を形成
    する工程と、 前記ゲート絶縁膜の内面上にゲート電極を形成する工程
    と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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