JP2010087133A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トレンチゲート型VDMOSFET(Vertical Double diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)およびプレーナゲート型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が混載された半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a trench gate type VDMOSFET (Vertical Double diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) and a planar gate type MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) are mixedly mounted, and a manufacturing method thereof.
たとえば、インテリジェントパワーデバイスでは、高耐圧パワーMOSFETであるトレンチゲート型VDMOSFETとCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)回路とが混載されることがある。
図5は、トレンチゲート型VDMOSFETおよびCMOS回路が混載された半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
For example, in an intelligent power device, a trench gate type VDMOSFET, which is a high breakdown voltage power MOSFET, and a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) circuit may be mounted together.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device in which a trench gate type VDMOSFET and a CMOS circuit are mixedly mounted.
半導体装置101は、N+型(相対的に高濃度なN型)の半導体基板102を備えている。半導体基板102上には、N型のエピタキシャル層103が積層されている。エピタキシャル層103の表面には、VDMOS領域104とCMOS領域105とを分離するLOCOS酸化膜106が選択的に形成されている。
VDMOS領域104には、トレンチゲート型VDMOSFET107が形成されている。
The
In the VDMOS
VDMOS領域104において、エピタキシャル層103の表層部には、P型のボディ領域108が形成されている。また、VDMOS領域104において、エピタキシャル層103には、トレンチ109が形成されている。トレンチ109は、ボディ領域108を貫通し、その最深部がエピタキシャル層103に達している。トレンチ109の底面および側面には、ゲート絶縁膜110が形成されている。トレンチ109内には、ゲート絶縁膜110を介して、ゲート電極111が埋設されている。ボディ領域108の表層部には、N+型のソース領域112が形成されている。また、ボディ領域108の表層部には、トレンチ109に対して間隔を空けた位置に、P+型(相対的に高濃度なP型)のボディコンタクト領域113がソース領域112を層厚方向に貫通して形成されている。
In the VDMOS
CMOS領域105には、エピタキシャル層103の表層部に、P型のディープウェル領域114が形成されている。ディープウェル領域114の表面には、NMOS領域115とPMOS領域116とを分離するためのLOCOS酸化膜117が形成されている。そして、CMOS回路を構成するプレーナゲート型NチャネルMOSFET118およびプレーナゲート型PチャネルMOSFET119は、それぞれNMOS領域115およびPMOS領域116に形成されている。
In the
NMOS領域115において、ディープウェル領域114の表層部には、P型ウェル領域120が形成されている。P型ウェル領域120の表層部には、N+型のソース領域121およびドレイン領域122が互いに間隔を空けて形成されている。ソース領域121とドレイン領域122との間の領域(チャネル領域)上には、ゲート絶縁膜(図示せず)が形成されている。ゲート絶縁膜上には、ゲート電極124が形成されている。ゲート電極124の周囲には、サイドウォール125が形成されている。
In the NMOS
PMOS領域116において、ディープウェル領域114の表層部には、N型ウェル領域126が形成されている。N型ウェル領域126の表層部には、P+型のソース領域127およびドレイン領域128が互いに間隔を空けて形成されている。ソース領域127とドレイン領域128との間の領域(チャネル領域)上には、ゲート絶縁膜(図示せず)が形成されている。ゲート絶縁膜上には、ゲート電極130が形成されている。ゲート電極130の周囲には、サイドウォール131が形成されている。
In the PMOS
エピタキシャル層103上には、その表面全域を覆うように、層間絶縁膜(図示せず)が形成されている。層間絶縁膜には、ソース領域112、ソース領域121、ドレイン領域122、ソース領域127およびドレイン領域128にそれぞれ接続されるプラグ131,132,133,134,135が貫通している。プラグ131は、ソース領域112およびボディコンタクト領域113に跨って接続(バッティングコンタクト)されている。層間絶縁膜上には、ソース配線136,137,138が形成されている。プラグ131,132,134は、それぞれソース配線136,137,138に接続されている。また、層間絶縁膜上には、プラグ133,135と接続される配線139が形成されている。
An interlayer insulating film (not shown) is formed on the
半導体基板102の裏面には、トレンチゲート型VDMOSFET107のドレイン電極140が形成されている。
トレンチゲート型VDMOSFET107のオン抵抗Ronは、その性能評価の指標の1つである。オン抵抗Ronは、ソース配線136からドレイン電極140までのキャリアの移動経路の抵抗の総和である。すなわち、オン抵抗Ronは、ソース配線136およびプラグ131のメタル抵抗Rm、プラグ131とソース領域112との接続部分のコンタクト抵抗Rc、ソース領域112のソース抵抗Rs、ボディ領域108に形成されるチャネル領域のチャネル抵抗Rch、エピタキシャル層103におけるボディ領域108の下方のドリフト領域のドリフト抵抗Rdrおよび半導体基板102の基板抵抗Rsubの和である。
The on-resistance Ron of the trench gate type VDMOSFET 107 is one of performance evaluation indexes. The on-resistance Ron is the total resistance of the carrier moving path from the
半導体基板102がトレンチゲート型VDMOSFET107のドレイン領域となるため、半導体基板102の全体にドレイン電圧が印加される。したがって、プレーナゲート型NチャネルMOSFET118のソース領域121およびドレイン領域122と半導体基板102(エピタキシャル層103におけるディープウェル領域114の下方の部分)との間、プレーナゲート型PチャネルMOSFET119のソース領域127およびドレイン領域128とディープウェル領域114との間、ならびにN型ウェル領域126と半導体基板102との間に、それぞれ大きな分離耐圧を確保する必要がある。
Since the
たとえば、ソース領域127およびドレイン領域128とディープウェル領域114との間の分離耐圧を上げるには、N型ウェル領域126の深さおよび不純物濃度を大きくすればよい。しかし、N型ウェル領域126の深さおよび不純物濃度を大きくすると、N型ウェル領域126と半導体基板102との間の分離耐圧を維持するために、ディープウェル領域114の深さ(ディープウェル領域114におけるN型ウェル領域126の下方の部分の厚さ)を大きくしなければならない。そのため、N型ウェル領域126およびディープウェル領域114の深さの増大分、エピタキシャル層103の厚さが増してしまう。その結果、ボディ領域108の下方のドリフト領域の厚さが増すことにより、トレンチゲート型VDMOSFET107のドリフト抵抗Rdrが増大し、ひいてはそのオン抵抗Ronが増してしまう。
For example, in order to increase the isolation breakdown voltage between the
そこで、本発明の目的は、トレンチゲート型VDMOSFETのオン抵抗Ronを増大させることなく、プレーナゲート型MOSFETのソース領域およびドレイン領域と半導体基板との間の分離耐圧を向上させることができる、半導体装置およびその製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to improve the isolation breakdown voltage between the source region and drain region of the planar gate type MOSFET and the semiconductor substrate without increasing the on-resistance Ron of the trench gate type VDMOSFET. And a method of manufacturing the same.
前記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に積層される第1導電型の半導体層と、前記半導体層の表面に形成され、トレンチゲート型VDMOSFET用の第1領域とプレーナゲート型MOSFET用の第2領域とを分離するための素子分離部と、前記第1領域において、前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のボディ領域と、前記ボディ領域をその表面から掘り下がり、前記ボディ領域を貫通するトレンチと、前記トレンチの底面および側面上に形成されたトレンチゲート絶縁膜と、前記トレンチに前記トレンチゲート絶縁膜を介して埋設されたトレンチゲート電極と、前記ボディ領域の表層部において、前記トレンチの側方に形成された第1導電型のトレンチゲート型VDMOSFET用ソース領域と、前記第2領域において、前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のディープウェル領域と、前記ディープウェル領域の表層部に選択的に形成された第1導電型の第1ウェル領域と、前記第1ウェル領域の表層部に選択的に形成された第2導電型の第1プレーナゲート型MOSFET用ソース領域と、前記第1ウェル領域の表層部に前記第1プレーナゲート型MOSFET用ソース領域と間隔を空けて選択的に形成された第2導電型の第1プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域と、前記第1プレーナゲート型MOSFET用ソース領域と前記第1プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域との間の領域の表面上に形成された第1プレーナゲート絶縁膜と、前記第1プレーナゲート絶縁膜上に形成された第1プレーナゲート電極と、前記ディープウェル領域の下方に形成され、前記ディープウェル領域に接し、前記ディープウェル領域の最深部における第2導電型の不純物濃度よりも高い第2導電型の不純物濃度を有する埋込層とを含む、半導体装置である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a first conductive type semiconductor substrate, a first conductive type semiconductor layer stacked on the semiconductor substrate, and a surface of the semiconductor layer. An element isolation portion for separating the first region for the trench gate type VDMOSFET and the second region for the planar gate type MOSFET, and the second conductivity formed in the surface layer portion of the semiconductor layer in the first region. A body region of the mold, a trench penetrating the body region from the surface thereof, penetrating the body region, a trench gate insulating film formed on a bottom surface and a side surface of the trench, and the trench gate insulating film in the trench A trench gate electrode embedded via the first conductive type trench gate type V formed on the side of the trench in the surface layer portion of the body region A source region for MOSFET, a second conductivity type deep well region formed in a surface layer portion of the semiconductor layer in the second region, and a first conductivity type selectively formed in a surface layer portion of the deep well region First well region, a second conductivity type first planar gate MOSFET source region selectively formed in the surface layer portion of the first well region, and the first well region in the surface layer portion of the first well region. A drain region for a first planar gate MOSFET of a second conductivity type selectively formed with a gap from a source region for a planar gate MOSFET, the source region for the first planar gate MOSFET, and the first planar gate A first planar gate insulating film formed on a surface of a region between the drain region for the type MOSFET, and on the first planar gate insulating film A first planar gate electrode formed, and formed below the deep well region, in contact with the deep well region, and having a second conductivity type higher than an impurity concentration of the second conductivity type in the deepest portion of the deep well region. A semiconductor device including a buried layer having an impurity concentration.
この半導体装置では、第1導電型の半導体基板上に、第1導電型の半導体層が積層されている。半導体層の表面には、トレンチゲート型VDMOSFET用の第1領域とプレーナゲート型MOSFET用の第2領域とを分離するための素子分離部が形成されている。
第1領域において、半導体層の表層部には、第2導電型のボディ領域が形成されている。ボディ領域には、ボディ領域を厚さ方向に貫通するトレンチが形成されている。トレンチの最深部は、半導体層におけるボディ領域の下方の部分(ドリフト領域)に達している。トレンチには、トレンチゲート絶縁膜を介して、トレンチゲート電極が埋設されている。すなわち、第1領域には、半導体基板をドレイン領域とするトレンチゲート型VDMOSFETが形成されている。
In this semiconductor device, a first conductivity type semiconductor layer is stacked on a first conductivity type semiconductor substrate. On the surface of the semiconductor layer, an element isolation portion for separating the first region for the trench gate type VDMOSFET and the second region for the planar gate type MOSFET is formed.
In the first region, a body region of the second conductivity type is formed in the surface layer portion of the semiconductor layer. A trench that penetrates the body region in the thickness direction is formed in the body region. The deepest portion of the trench reaches a portion (drift region) below the body region in the semiconductor layer. A trench gate electrode is embedded in the trench via a trench gate insulating film. That is, a trench gate type VDMOSFET having a semiconductor substrate as a drain region is formed in the first region.
第2領域において、半導体層の表層部には、第2導電型のディープウェル領域が形成されている。ディープウェル領域の表層部には、第1導電型の第1ウェル領域が選択的に形成されている。第1ウェル領域の表層部には、第2導電型の第1プレーナゲート型MOSFET用ソース領域および第1プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域が互いに間隔を空けて選択的に形成されている。第1プレーナゲート型MOSFET用ソース領域と第1プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域との間の領域(チャネル領域)の表面上には、第1プレーナゲート絶縁膜を介して、第1プレーナゲート電極が設けられている。すなわち、第2領域には、第1プレーナゲート型MOSFETが形成されている。 In the second region, a second conductivity type deep well region is formed in the surface layer portion of the semiconductor layer. A first well region of the first conductivity type is selectively formed on the surface layer portion of the deep well region. A source region for the first planar gate MOSFET of the second conductivity type and a drain region for the first planar gate MOSFET are selectively formed on the surface layer portion of the first well region with a space therebetween. On the surface of the region (channel region) between the source region for the first planar gate MOSFET and the drain region for the first planar gate MOSFET, the first planar gate electrode is interposed via the first planar gate insulating film. Is provided. That is, the first planar gate type MOSFET is formed in the second region.
そして、第2導電型のディープウェル領域の下方には、ディープウェル領域に接して、第2導電型の埋込層が形成されている。これにより、第1ウェル領域の下方において、第2導電型を有する領域の厚さが増す。その結果、第1ウェル領域と半導体基板との間の分離耐圧を向上させることができる。
また、第1ウェル領域の深さおよび不純物濃度を大きくすることにより、第1プレーナゲート型MOSFET用ソース領域および第1プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域とディープウェル領域との間の分離耐圧を向上させることができる。埋込層により、第1ウェル領域と半導体基板との間の間隔が拡大されるので、第1ウェル領域の深さおよび不純物濃度を大きくしても、第1ウェル領域と半導体基板との間の分離耐圧を維持することができる。
A second conductivity type buried layer is formed below the second conductivity type deep well region in contact with the deep well region. This increases the thickness of the region having the second conductivity type below the first well region. As a result, the isolation breakdown voltage between the first well region and the semiconductor substrate can be improved.
Also, by increasing the depth and impurity concentration of the first well region, the isolation voltage between the first planar gate MOSFET source region and the first planar gate MOSFET drain region and the deep well region is improved. be able to. The embedded layer enlarges the distance between the first well region and the semiconductor substrate. Therefore, even if the depth and impurity concentration of the first well region are increased, the gap between the first well region and the semiconductor substrate is increased. The isolation breakdown voltage can be maintained.
埋込層は、ディープウェル領域の下方に形成され、ボディ領域の下方には形成されない。したがって、半導体層の厚さが増さないので、トレンチゲート型VDMOSFETのドリフト抵抗Rdrの増大を招かない。
よって、トレンチゲート型VDMOSFETのオン抵抗Ronを増大させることなく、第1プレーナゲート型MOSFETのソース領域およびドレイン領域と半導体基板との間の分離耐圧(第1プレーナゲート型MOSFET用ソース領域および第1プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域とディープウェル領域との間の分離耐圧、第1ウェル領域と半導体基板との間の分離耐圧)を向上させることができる。
The buried layer is formed below the deep well region and is not formed below the body region. Therefore, since the thickness of the semiconductor layer does not increase, the drift resistance Rdr of the trench gate type VDMOSFET is not increased.
Therefore, without increasing the on-resistance Ron of the trench gate type VDMOSFET, the isolation breakdown voltage between the source region and drain region of the first planar gate type MOSFET and the semiconductor substrate (the source region for the first planar gate type MOSFET and the first region). The isolation breakdown voltage between the planar gate MOSFET drain region and the deep well region and the isolation breakdown voltage between the first well region and the semiconductor substrate can be improved.
また、埋込層は、ディープウェル領域の最深部における第1導電型の不純物濃度よりも高い第1導電型の不純物濃度を有している。これにより、第1ウェル領域の下方の第2導電型を有する領域の抵抗を下げることができ、その抵抗の低減によるサージ耐性の向上を図ることができる。
半導体基板と半導体層との境界付近では、半導体基板から半導体層に第1導電型の不純物が拡散することにより、第1導電型の不純物濃度が半導体基板に近づくにつれて高くなるように変化している。
The buried layer has an impurity concentration of the first conductivity type higher than the impurity concentration of the first conductivity type in the deepest portion of the deep well region. Thereby, the resistance of the region having the second conductivity type below the first well region can be lowered, and the surge resistance can be improved by reducing the resistance.
In the vicinity of the boundary between the semiconductor substrate and the semiconductor layer, the impurity of the first conductivity type diffuses from the semiconductor substrate to the semiconductor layer, so that the impurity concentration of the first conductivity type is increased so as to approach the semiconductor substrate. .
請求項2に記載のように、前記埋込層は、少なくともその不純物濃度が変化する部分に達していることが好ましい。これにより、埋込層の最深部を半導体基板に近づけることができ、半導体層の厚さを増大させることなく、埋込層の厚さを増大させることができる。その結果、トレンチゲート型VDMOSFETのオン抵抗Ronを増大させることなく、第1プレーナゲート型MOSFETのソース領域およびドレイン領域と半導体基板との間の分離耐圧をさらに向上させることができる。 According to a second aspect of the present invention, it is preferable that the buried layer reaches at least a portion where the impurity concentration changes. As a result, the deepest portion of the buried layer can be brought close to the semiconductor substrate, and the thickness of the buried layer can be increased without increasing the thickness of the semiconductor layer. As a result, the isolation breakdown voltage between the source region and drain region of the first planar gate MOSFET and the semiconductor substrate can be further improved without increasing the on-resistance Ron of the trench gate VDMOSFET.
請求項3に記載のように、前記埋込層は、少なくとも前記半導体基板に達していることがより好ましい。これにより、半導体層の厚さを増大させることなく、埋込層の厚さをさらに増大させることができ、第1プレーナゲート型MOSFETのソース領域およびドレイン領域と半導体基板との間の分離耐圧を一層向上させることができる。
請求項4に記載のように、前記埋込層は、前記半導体基板と前記半導体層とに跨っていることがより好ましい。これにより、半導体層の厚さを増大させることなく、埋込層の厚さを一層増大させることができ、第1プレーナゲート型MOSFETのソース領域およびドレイン領域と半導体基板との間の分離耐圧をより一層向上させることができる。
More preferably, the buried layer reaches at least the semiconductor substrate. Thereby, the thickness of the buried layer can be further increased without increasing the thickness of the semiconductor layer, and the isolation breakdown voltage between the source region and drain region of the first planar gate MOSFET and the semiconductor substrate can be reduced. This can be further improved.
As described in claim 4, it is more preferable that the buried layer straddles the semiconductor substrate and the semiconductor layer. As a result, the thickness of the buried layer can be further increased without increasing the thickness of the semiconductor layer, and the isolation breakdown voltage between the source region and drain region of the first planar gate MOSFET and the semiconductor substrate can be reduced. This can be further improved.
請求項5に記載のように、前記半導体装置は、前記ディープウェル領域の表層部に前記第1ウェル領域と分離して選択的に形成された第2導電型の第2ウェル領域と、前記第2ウェル領域の表層部に選択的に形成された第1導電型の第2プレーナゲート型MOSFET用ソース領域と、前記第2ウェル領域の表層部に前記ソース領域と間隔を空けて選択的に形成された第1導電型の第2プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域と、前記第2プレーナゲート型MOSFET用ソース領域と前記第2プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域との間の領域の表面上に形成された第2プレーナゲート絶縁膜と、前記第2プレーナゲート絶縁膜上に形成された第2プレーナゲート電極とをさらに備えていてもよい。この場合、埋込層が設けられていることにより、第2プレーナゲート型MOSFET用ソース領域および第2プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域の下方において、第2導電型を有する領域の厚さが増す。その結果、第2プレーナゲート型MOSFET用ソース領域および第2プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域と半導体基板との間の分離耐圧を向上させることができる。
6. The semiconductor device according to
前記ディープウェル領域および前記埋込層は、請求項7に記載の半導体装置の製造方法により製造することができる。この製造方法は、トレンチゲート型VDMOSFETおよびプレーナゲート型MOSFETが混載される半導体装置を製造する方法であって、第1導電型の半導体基板上に第1導電型の第1半導体層を積層する工程と、前記プレーナゲート型MOSFETが形成される領域において、前記第1半導体層に第2導電型不純物をドープする工程と、前記第1半導体層にドープされた第2導電型不純物を熱処理により拡散させて、埋込層を形成する工程と、前記熱処理時に前記第1半導体層の表面に形成される酸化膜を除去する工程と、前記酸化膜の除去後に、前記第1半導体層上に第1導電型の第2半導体層を積層する工程と、前記プレーナゲート型MOSFETが形成される領域において、前記第2半導体層に第2導電型不純物をドープする工程と、前記第2半導体層にドープされた第2導電型不純物を熱処理により拡散(ドライブイン)させて、前記埋込層上にディープウェルを形成する工程とを含む。 The deep well region and the buried layer can be manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7. This manufacturing method is a method of manufacturing a semiconductor device in which a trench gate type VDMOSFET and a planar gate type MOSFET are mixed, and a step of stacking a first conductive type first semiconductor layer on a first conductive type semiconductor substrate. And a step of doping the first semiconductor layer with a second conductivity type impurity in a region where the planar gate MOSFET is formed, and diffusing the second conductivity type impurity doped in the first semiconductor layer by heat treatment. A step of forming a buried layer, a step of removing an oxide film formed on a surface of the first semiconductor layer during the heat treatment, and a first conductive layer on the first semiconductor layer after the removal of the oxide film. And a step of doping the second semiconductor layer with a second conductivity type impurity in the step of laminating the second semiconductor layer of the type and the region where the planar gate type MOSFET is formed. When, and a step of said second conductivity type impurity is diffused by heat treatment (drive-in), which is doped in the second semiconductor layer, forming a deep well on the buried layer.
請求項6に記載の発明は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に積層される第1導電型の半導体層と、トレンチゲート型VDMOSFET用の第1領域とプレーナゲート型MOSFET用の第2領域とを分離するための素子分離部と、前記第1領域において、前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のボディ領域と、前記ボディ領域をその表面から掘り下がり、前記ボディ領域を貫通するトレンチと、前記トレンチの底面および側面上に形成されたトレンチゲート絶縁膜と、前記トレンチに前記トレンチゲート絶縁膜を介して埋設されたトレンチゲート電極と、前記ボディ領域の表層部において、前記トレンチの側方に形成された第1導電型のトレンチゲート型VDMOSFET用ソース領域と、前記第2領域において、前記半導体層に形成された第2導電型領域と、前記第2導電型領域の表層部に選択的に形成された第1導電型のウェル領域と、前記ウェル領域の表層部に選択的に形成された第2導電型のプレーナゲート型MOSFET用ソース領域と、前記ウェル領域の表層部に前記プレーナゲート型MOSFET用ソース領域と間隔を空けて選択的に形成された第2導電型のプレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域と、前記プレーナゲート型MOSFET用ソース領域と前記プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域との間の領域の表面上に形成されたプレーナゲート絶縁膜と、前記プレーナゲート絶縁膜上に形成されたプレーナゲート電極とを含み、前記第2導電型領域は、少なくとも前記半導体基板に接している、半導体装置である。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a first conductivity type semiconductor substrate, a first conductivity type semiconductor layer stacked on the semiconductor substrate, a first region for a trench gate type VDMOSFET, and a planar gate type MOSFET. An element isolation part for isolating the second region, a second conductivity type body region formed in a surface layer portion of the semiconductor layer in the first region, and the body region being dug down from the surface, A trench penetrating the body region; a trench gate insulating film formed on the bottom and side surfaces of the trench; a trench gate electrode embedded in the trench through the trench gate insulating film; and a surface layer of the body region In the first conductivity type trench gate type VDMOSFET source region formed on the side of the trench, and in the second region, A second conductivity type region formed in the semiconductor layer; a first conductivity type well region selectively formed in a surface layer portion of the second conductivity type region; and a surface layer portion of the well region. A second conductivity type planar gate MOSFET, and a second conductivity type planar gate MOSFET selectively formed on the surface layer of the well region at a distance from the planar gate MOSFET source region. Drain region, a planar gate insulating film formed on the surface of the region between the planar gate MOSFET source region and the planar gate MOSFET drain region, and formed on the planar gate insulating film And a planar gate electrode, wherein the second conductivity type region is at least in contact with the semiconductor substrate.
この構成によれば、第1導電型の半導体基板上には、第1導電型の半導体層が積層されている。半導体層の表面には、トレンチゲート型VDMOSFET用の第1領域とプレーナゲート型MOSFET用の第2領域とを分離するための素子分離部が形成されている。
第1領域において、半導体層の表層部には、第2導電型のボディ領域が形成されている。ボディ領域には、ボディ領域を厚さ方向に貫通するトレンチが形成されている。トレンチの最深部は、半導体層におけるボディ領域の下方の部分(ドリフト領域)に達している。トレンチには、トレンチゲート絶縁膜を介して、トレンチゲート電極が埋設されている。すなわち、第1領域には、半導体基板をドレイン領域とするトレンチゲート型VDMOSFETが形成されている。
According to this configuration, the first conductivity type semiconductor layer is stacked on the first conductivity type semiconductor substrate. On the surface of the semiconductor layer, an element isolation portion for separating the first region for the trench gate type VDMOSFET and the second region for the planar gate type MOSFET is formed.
In the first region, a body region of the second conductivity type is formed in the surface layer portion of the semiconductor layer. A trench that penetrates the body region in the thickness direction is formed in the body region. The deepest portion of the trench reaches a portion (drift region) below the body region in the semiconductor layer. A trench gate electrode is embedded in the trench via a trench gate insulating film. That is, a trench gate type VDMOSFET having a semiconductor substrate as a drain region is formed in the first region.
第2領域において、半導体層には、第2導電型のディープウェル領域が形成されている。ディープウェル領域の表層部には、第1導電型のウェル領域が選択的に形成されている。ウェル領域の表層部には、第2導電型のプレーナゲート型MOSFET用ソース領域およびプレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域が互いに間隔を空けてそれぞれ選択的に形成されている。プレーナゲート型MOSFET用ソース領域とプレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域との間の領域(チャネル領域)の表面上には、プレーナゲート絶縁膜を介して、プレーナゲート電極が設けられている。すなわち、第2領域には、プレーナゲート型MOSFETが形成されている。 In the second region, a second conductivity type deep well region is formed in the semiconductor layer. A well region of the first conductivity type is selectively formed in the surface layer portion of the deep well region. A source region for a planar gate type MOSFET and a drain region for a planar gate type MOSFET are selectively formed on the surface layer portion of the well region at intervals from each other. A planar gate electrode is provided on the surface of a region (channel region) between the planar gate MOSFET source region and the planar gate MOSFET drain region via a planar gate insulating film. That is, a planar gate type MOSFET is formed in the second region.
そして、第2導電型領域は、少なくとも半導体基板に接している。言い換えれば、第2導電型領域は、第2領域において、少なくとも半導体層の厚さ方向の全域にわたって形成されている。これにより、ウェル領域の下方における第2導電型領域の厚さを大きく確保することができる。その結果、半導体層の厚さを増大させることなく、ウェル領域と半導体基板との間の分離耐圧を向上させることができる。 The second conductivity type region is in contact with at least the semiconductor substrate. In other words, the second conductivity type region is formed over the entire region in the thickness direction of the semiconductor layer in the second region. Thereby, it is possible to ensure a large thickness of the second conductivity type region below the well region. As a result, the isolation breakdown voltage between the well region and the semiconductor substrate can be improved without increasing the thickness of the semiconductor layer.
また、ウェル領域の深さおよび不純物濃度を大きくすることにより、プレーナゲート型MOSFET用ソース領域およびプレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域と第2導電型領域との間の分離耐圧を向上させることができる。ウェル領域の下方における第2導電型領域の厚さが大きいので、ウェル領域の深さおよび不純物濃度を大きくしても、ウェル領域と半導体基板との間の分離耐圧を維持することができる。 Further, by increasing the depth of the well region and the impurity concentration, the isolation breakdown voltage between the planar gate MOSFET source region and the planar gate MOSFET drain region and the second conductivity type region can be improved. Since the thickness of the second conductivity type region below the well region is large, the isolation breakdown voltage between the well region and the semiconductor substrate can be maintained even when the depth and impurity concentration of the well region are increased.
よって、トレンチゲート型VDMOSFETのオン抵抗Ron(ドリフト抵抗Rdr)を増大させることなく、プレーナゲート型MOSFETのソース領域およびドレイン領域と半導体基板との間の分離耐圧(プレーナゲート型MOSFET用ソース領域およびプレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域と第2導電型領域との間の分離耐圧、ウェル領域と半導体基板との間の分離耐圧)を向上させることができる。 Accordingly, the isolation breakdown voltage between the source region and drain region of the planar gate type MOSFET and the semiconductor substrate (the source region and the planar region for the planar gate type MOSFET) is increased without increasing the on-resistance Ron (drift resistance Rdr) of the trench gate type VDMOSFET. The isolation breakdown voltage between the gate MOSFET drain region and the second conductivity type region and the isolation breakdown voltage between the well region and the semiconductor substrate can be improved.
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
半導体装置1は、たとえば、トレンチゲート型VDMOSFET(以下「VDMOS」という。)2とCMOS回路を構成するプレーナゲート型PチャネルMOSFET(以下「PMOS」という。)3およびプレーナゲート型NチャネルMOSFET(以下「NMOS」という。)4とが混載されたインテリジェントデバイスである。半導体装置1は、N+型の半導体基板5を備えている。半導体基板5は、たとえば、シリコン(Si)基板である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
The
半導体基板5上には、半導体基板5よりもN型不純物が低濃度にドーピングされたシリコンからなるN型のシリコン層6が積層されている。シリコン層6の厚さは、たとえば、5.0μmである。シリコン層6の表面には、VDMOS領域7とCMOS領域8とを分離するLOCOS酸化膜9が選択的に形成されている。
VDMOS2は、VDMOS領域7に形成されている。
On the
The
VDMOS領域7において、シリコン層6の表層部には、P型のボディ領域10が形成されている。ボディ領域10の深さは、たとえば、1μmである。
また、VDMOS領域7において、シリコン層6には、複数のトレンチ11が形成されている。複数のトレンチ11は、それぞれ直線状に延び、一定の間隔で並列に設けられている。そして、各トレンチ11は、シリコン層6をその表面から掘り下がり、ボディ領域10を貫通して、その最深部がボディ領域10の下方のシリコン層6(ドリフト領域)に達している。
In the VDMOS region 7, a P-
In the VDMOS region 7, a plurality of
トレンチ11の内面(側面および底面)上には、SiO2(酸化シリコン)からなるトレンチゲート絶縁膜12が形成されている。そして、トレンチ11内には、トレンチゲート絶縁膜12を介して、ドープトポリシリコン(たとえば、N型不純物がドーピングされたポリシリコン)からなるトレンチゲート電極13が埋設されている。
なお、ボディ領域10およびトレンチゲート電極13の表面上にもシリコン酸化膜が形成されている。ボディ領域10の表面上のシリコン酸化膜は、トレンチゲート絶縁膜12と一体化している。
A trench
A silicon oxide film is also formed on the surfaces of
ボディ領域10の表層部には、N+型のソース領域14が形成されている。ソース領域14は、各トレンチゲート電極13のゲート幅方向(図1の紙面に垂直な方向)と直交する方向の両側において、次に述べるボディコンタクト領域15を除いた全域に形成されている。これにより、VDMOS領域7には、トレンチ11とソース領域14とがゲート幅方向と直交する方向に交互に形成されている。
An N +
また、ボディ領域10の表層部には、トレンチ11に対して間隔を空けた位置に、ボディ領域10よりもP型不純物が高濃度にドーピングされたP+型のボディコンタクト領域15が形成されている。
CMOS領域8において、シリコン層6の表層部には、P型のディープウェル領域16が形成されている。ディープウェル領域16の深さは、たとえば、4.0μmである。ディープウェル領域16の表面には、PMOS領域17とNMOS領域18とを分離するためのLOCOS酸化膜19が形成されている。そして、CMOS回路を構成するPMOS3およびNMOS4は、それぞれPMOS領域17およびNMOS領域18に形成されている。
Further, a P + -type
In the
PMOS領域17において、ディープウェル領域16の表層部には、N型ウェル領域20が形成されている。N型ウェル領域20の表層部には、P+型ソース領域21およびP+型ドレイン領域22が互いに間隔を空けて形成されている。
P+型ソース領域21とP+型ドレイン領域22との間の領域は、チャネル領域であり、このチャネル領域の表面上には、SiO2からなる第1プレーナゲート絶縁膜23が形成されている。第1プレーナゲート絶縁膜23上には、ドープトポリシリコンからなる第1プレーナゲート電極24が形成されている。第1プレーナゲート絶縁膜23および第1プレーナゲート電極24の周囲には、SiN(窒化シリコン)からなるサイドウォール25が形成されている。
In the
A region between the P +
また、N型ウェル領域20の表層部には、N型ウェル領域20よりもN型不純物が高濃度にドーピングされたN+型のボディコンタクト領域26がP+型ソース領域21と空けて形成されている。そして、P+型ソース領域21とボディコンタクト領域26との間の領域の表面には、LOCOS酸化膜27が形成されている。
NMOS領域18において、ディープウェル領域16の表層部には、P型ウェル領域28が形成されている。P型ウェル領域28の表層部には、N+型ソース領域29およびN+型ドレイン領域30が互いに間隔を空けて形成されている。
Further, an N + type
In the
N+型ソース領域29とN+型ドレイン領域30との間の領域は、チャネル領域であり、このチャネル領域の表面上には、SiO2からなる第2プレーナゲート絶縁膜31が形成されている。第2プレーナゲート絶縁膜31上には、ドープトポリシリコンからなる第2プレーナゲート電極32が形成されている。第2プレーナゲート絶縁膜31および第2プレーナゲート電極32の周囲には、SiN(窒化シリコン)からなるサイドウォール33が形成されている。
A region between the N +
また、P型ウェル領域28の表層部には、P型ウェル領域28よりもP型不純物が高濃度にドーピングされたP+型のボディコンタクト領域34がN+型ソース領域29と空けて形成されている。そして、N+型ソース領域29とボディコンタクト領域34との間の領域の表面には、LOCOS酸化膜35が形成されている。
そして、ディープウェル領域16の下方には、ディープウェル領域16の最深部におけるP型不純物濃度よりも高いP型不純物濃度を有するP型の埋込層36が形成されている。埋込層36は、ディープウェル領域16と同じ平面サイズを有し、ディープウェル領域16に接している。また、埋込層36の最深部は、半導体基板5の表層部に達し、その表層部に食い込んでいる。
Further, in the surface layer portion of the P-
A P type buried
シリコン層6には、その表面全域を覆うように、層間絶縁膜(図示せず)が形成されている。層間絶縁膜には、ソース領域14、P+型ソース領域21、P+型ドレイン領域22、ボディコンタクト領域26、N+型ソース領域29、N+型ドレイン領域30およびボディコンタクト領域34にそれぞれ接続されるプラグ37,38,39,40,41,42,43が埋設されている。プラグ37は、ソース領域14およびボディコンタクト領域15に跨って接続(バッティングコンタクト)されている。層間絶縁膜上には、配線44,45,46,47,48,49が形成されている。配線44,45,46,47,48は、それぞれプラグ37,38,40,41,43に接続されている。配線49は、プラグ39,42に共通に接続されている。
An interlayer insulating film (not shown) is formed on the
半導体基板5の裏面には、VDMOS2のドレイン電極50が形成されている。
図2A〜2Mは、図1に示す半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である。
まず、図2Aに示すように、エピタキシャル成長法により、半導体基板5の表面上に、N型不純物がドーピングされたシリコンからなる第1エピタキシャル層51が形成される。つづいて、熱酸化法により、第1エピタキシャル層51上に、SiO2からなる第1酸化膜52が形成される。
A
2A to 2M are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG.
First, as shown in FIG. 2A, a
次に、図2Bに示すように、第1酸化膜52上に、レジストパターン53が形成される。そして、レジストパターン53をマスクとするエッチングにより、第1酸化膜52が選択的に除去される。その後、イオン注入法により、第1酸化膜52およびレジストパターン53をマスクとして、第1エピタキシャル層51の露出した部分にP型不純物(たとえば、ボロン)が注入される。
Next, as shown in FIG. 2B, a resist
レジストパターン53が除去された後、熱処理が行われる。この熱処理により、図2Cに示すように、第1エピタキシャル層51に注入されたP型不純物が拡散する。この拡散により、半導体基板5と第1エピタキシャル層51とに跨る領域に、P型の埋込層36が形成される。また、熱処理により、第1酸化膜52および埋込層36の表面上に、熱酸化膜54が形成される。熱酸化膜54は、埋込層36上で大きなレートで成長する。その結果、熱処理後の第1酸化膜52の表面と熱酸化膜54の表面との段差は、熱処理前の第1酸化膜52の表面と第1エピタキシャル層51の表面との段差よりも小さくなる。
After the resist
図2Dに示すように、フッ酸(HF)を用いたエッチングにより、第1酸化膜52および熱酸化膜54が除去される。その後、エピタキシャル成長法により、第1エピタキシャル層51上に、N型不純物がドーピングされたシリコンからなる第2エピタキシャル層55が形成される。第2エピタキシャル層55は、第1エピタキシャル層51と一体化し、シリコン層6となる。
As shown in FIG. 2D, the
次いで、図2Eに示すように、熱酸化法により、シリコン層6の表面上に、スルー膜56が形成される。そして、スルー膜56上に、埋込層36と対向する部分に開口を有するレジストパターン57が形成される。その後、イオン注入法により、レジストパターン57をマスクとして、シリコン層6の露出した部分にP型不純物が注入される。
つづいて、図2Fに示すように、熱処理により、シリコン層6に注入されたP型不純物が拡散(ドライブイン)される。この拡散により、シリコン層6には、埋込層36の上方に、埋込層36と接するディープウェル領域16が形成される。
Next, as shown in FIG. 2E, a through
Subsequently, as shown in FIG. 2F, the P-type impurity implanted into the
ディープウェル領域16の形成後、図2Gに示すように、LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法により、スルー膜56上に、窒化シリコン膜58が形成される。
その後、窒化シリコン膜58上に、レジストパターンが形成され、このレジストパターンをマスクとするエッチングにより、窒化シリコン膜58およびスルー膜56が選択的に除去される。そして、熱処理が行われる。これにより、図2Hに示すように、シリコン層6の表面にLOCOS酸化膜9,19,27,35が形成される。すなわち、LOCOS法により、シリコン層6の表面にLOCOS酸化膜9,19,27,35が形成される。LOCOS酸化膜9が形成されることにより、VDMOS領域7とCMOS領域8とが区画される。また、LOCOS酸化膜19が形成されることにより、PMOS領域17とNMOS領域18とが区画される。
After the formation of the
Thereafter, a resist pattern is formed on the
次いで、図2Iに示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、VDMOS領域7におけるシリコン層6にトレンチ11が形成される。
その後、図2Jに示すように、熱酸化法により、トレンチ11の内面上に、トレンチゲート絶縁膜12が形成される。そして、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法により、シリコン層6上に、トレンチ11を埋め尽くすように、ドープトポリシリコンが堆積される。そして、そのドープトポリシリコンの堆積層のエッチバックにより、トレンチ11内にトレンチゲート絶縁膜12を介して埋設されたトレンチゲート電極13が形成される。トレンチゲート電極13の形成後、窒化シリコン膜58が除去される。
Next, as shown in FIG. 2I, a
Thereafter, as shown in FIG. 2J, a trench
窒化シリコン膜58の除去後、イオン注入法により、VDMOS領域7におけるシリコン層6の表層部にP型不純物が注入される。また、イオン注入法により、NMOS領域18におけるディープウェル領域16の表層部にP型不純物が注入される。これらのP型不純物の注入は、同一の工程で行われてもよい。また、VDMOS領域7およびNMOS領域18に注入されるP型不純物濃度が異なる場合には、各領域へのP型不純物の別の工程で行われるとよい。さらに、イオン注入法により、PMOS領域17におけるディープウェル領域16の表層部にN型不純物(たとえば、ヒ素)が注入される。その後、熱処理が行われる。この熱処理により、図2Kに示すように、ボディ領域10、N型ウェル領域20およびP型ウェル領域28が形成される。
After removing the
その後、フッ酸を用いたエッチングにより、スルー膜56が除去される。そして、熱酸化法により、N型ウェル領域20およびP型ウェル領域28の表面に、それぞれ第1プレーナゲート絶縁膜23および第2プレーナゲート絶縁膜31が形成される。このとき、ボディ領域10およびトレンチゲート電極13の表面上にもシリコン酸化膜が形成される。
その後、図2Lに示すように、CVD法、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、第1プレーナゲート絶縁膜23および第2プレーナゲート絶縁膜31上に、それぞれ第1プレーナゲート電極24および第2プレーナゲート電極32が形成される。次いで、シリコン層6上に、レジストパターン59が形成される。そして、イオン注入法により、レジストパターン59をマスクとして、シリコン層6の露出した部分にN型不純物が注入される。これにより、ソース領域14、N+型ソース領域29、N+型ドレイン領域30およびボディコンタクト領域26が形成される。
Thereafter, the through
Thereafter, as shown in FIG. 2L, the first
その後、図2Mに示すように、シリコン層6上に、レジストパターン60が形成される。そして、イオン注入法により、レジストパターン60をマスクとして、シリコン層6の露出した部分にP型不純物が注入される。これにより、ボディコンタクト領域15、P+型ソース領域21、P+型ドレイン領域22およびボディコンタクト領域34が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 2M, a resist pattern 60 is formed on the
この後、プラグ37〜43、配線44〜49およびドレイン電極50などが形成されて、図1に示す構造の半導体装置1が得られる。
半導体装置1では、P型のディープウェル領域16の下方に、ディープウェル領域16に接して、P型の埋込層36が形成されている。これにより、N型ウェル領域20の下方において、P型を有する領域の厚さが増す。その結果、N型ウェル領域20とN型の半導体基板5との間の分離耐圧を向上させることができる。
Thereafter, plugs 37 to 43, wirings 44 to 49,
In the
また、N型ウェル領域20の深さおよび不純物濃度を大きくすることにより、P+型ソース領域21およびP+型ドレイン領域22とディープウェル領域16との間の分離耐圧を向上させることができる。埋込層36により、N型ウェル領域20と半導体基板5との間の間隔が拡大されるので、N型ウェル領域20の深さおよび不純物濃度を大きくしても、N型ウェル領域20と半導体基板5との間の分離耐圧を維持することができる。
Further, by increasing the depth and impurity concentration of the N-
埋込層36は、ディープウェル領域16の下方に形成され、ボディ領域10の下方には形成されない。したがって、シリコン層6の厚さが増さないので、トレンチゲート型VDMOSFETのドリフト抵抗Rdrの増大を招かない。
よって、VDMOS2のオン抵抗Ronを増大させることなく、PMOS3のP+型ソース領域21およびP+型ドレイン領域22と半導体基板5との間の分離耐圧(P+型ソース領域21およびP+型ドレイン領域22とディープウェル領域16との間の分離耐圧、N型ウェル領域20と半導体基板5との間の分離耐圧)を向上させることができる。
The buried
Therefore, the isolation breakdown voltage (P + -
また、埋込層36は、ディープウェル領域16の最深部におけるP型の不純物濃度よりも高いP型不純物濃度を有している。これにより、N型ウェル領域20の下方のP型を有する領域の抵抗を下げることができ、その抵抗の低減によるサージ耐性の向上を図ることができる。
埋込層36が設けられていることにより、N+型ソース領域29およびN+型ドレイン領域30の下方において、P型を有する領域の厚さが増す。その結果、N+型ソース領域29およびN+型ドレイン領域30と半導体基板5との間の分離耐圧を向上させることができる。
The buried
By providing the buried
なお、図3に示すように、埋込層36は、半導体基板5から離間していてもよい。図3に破線で示す半導体基板5とシリコン層6との境界付近の領域71では、半導体基板5からシリコン層6にN型不純物が拡散することにより、N型不純物濃度が半導体基板5に近づくにつれて高くなるように変化している。
埋込層36が半導体基板5から離間して設けられる場合、埋込層36は、少なくともその不純物濃度が変化する領域71に達していることが好ましい。これにより、埋込層36の最深部を半導体基板5に近づけることができ、シリコン層6の厚さを増大させることなく、埋込層36の厚さを増大させることができる。その結果、VDMOS2のオン抵抗Ronを増大させることなく、PMOS3のP+型ソース領域21およびP+型ドレイン領域22半導体基板5との間の分離耐圧を向上させることができる。
As shown in FIG. 3, the buried
When the buried
また、図4に示すように、埋込層36は、半導体基板5の表層部に食い込まずに、半導体基板5に接していてもよい。この構造では、シリコン層6の厚さを増大させることなく、図3に示す構造よりも、埋込層36の厚さをさらに増大させることができる。その結果、VDMOS2のオン抵抗Ronを増大させることなく、PMOS3のP+型ソース領域21およびP+型ドレイン領域22半導体基板5との間の分離耐圧をさらに向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 4, the buried
ただし、図1に示すように、埋込層36が半導体基板5と前記シリコン層6とに跨る構造では、図4に示す構造よりも、PMOS3のP+型ソース領域21およびP+型ドレイン領域22と半導体基板5との間の分離耐圧を一層向上させることができる。
本発明の実施形態の説明は以上のとおりであるが、この実施形態には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
However, as shown in FIG. 1, in the structure in which the buried
Although the description of the embodiment of the present invention is as described above, various design changes can be made to the embodiment within the scope of the matters described in the claims.
たとえば、図1、図3および図4に示す半導体装置において、各半導体部分の導電型(P型、N型)を反転した構造が採用されてもよい。 For example, in the semiconductor device shown in FIGS. 1, 3, and 4, a structure in which the conductivity type (P type, N type) of each semiconductor portion is inverted may be employed.
1 半導体装置
2 トレンチゲート型VDMOSFET
3 プレーナゲート型PチャネルMOSFET
4 プレーナゲート型NチャネルMOSFET
5 半導体基板
6 シリコン層(半導体層)
7 VDMOS領域(第1領域)
8 CMOS領域(第2領域)
9 LOCOS酸化膜(素子分離部)
10 ボディ領域
11 トレンチ
12 トレンチゲート絶縁膜
13 トレンチゲート電極
14 ソース領域(トレンチゲート型VDMOSFET用ソース領域)
16 ディープウェル領域(第2導電型領域)
20 N型ウェル領域(第1ウェル領域)
21 P+型ソース領域(第1プレーナゲート型MOSFET用ソース領域、プレーナゲート型MOSFET用ソース領域)
22 P+型ドレイン領域(第1プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域、プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域)
23 第1プレーナゲート絶縁膜(プレーナゲート絶縁膜)
24 第1プレーナゲート電極(プレーナゲート電極)
28 P型ウェル領域(第2ウェル領域)
29 N+型ソース領域(第2プレーナゲート型MOSFET用ソース領域)
30 N+型ドレイン領域(第2プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域)
31 第2プレーナゲート絶縁膜
32 第2プレーナゲート電極
36 埋込層(第2導電型領域)
51 第1エピタキシャル層(第1半導体層)
55 第2エピタキシャル層(第2半導体層)
DESCRIPTION OF
3 Planar gate type P-channel MOSFET
4 Planar gate type N-channel MOSFET
7 VDMOS region (first region)
8 CMOS area (second area)
9 LOCOS oxide film (element isolation part)
DESCRIPTION OF
16 Deep well region (second conductivity type region)
20 N-type well region (first well region)
21 P + type source region (first planar gate MOSFET source region, planar gate MOSFET source region)
22 P + type drain region (first planar gate type MOSFET drain region, planar gate type MOSFET drain region)
23 First planar gate insulating film (planar gate insulating film)
24 First planar gate electrode (planar gate electrode)
28 P-type well region (second well region)
29 N + type source region (source region for second planar gate MOSFET)
30 N + type drain region (drain region for second planar gate type MOSFET)
31 Second planar
51 First epitaxial layer (first semiconductor layer)
55 Second Epitaxial Layer (Second Semiconductor Layer)
Claims (7)
前記半導体基板上に積層される第1導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面に形成され、トレンチゲート型VDMOSFET用の第1領域とプレーナゲート型MOSFET用の第2領域とを分離するための素子分離部と、
前記第1領域において、前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域をその表面から掘り下がり、前記ボディ領域を貫通するトレンチと、
前記トレンチの底面および側面上に形成されたトレンチゲート絶縁膜と、
前記トレンチに前記トレンチゲート絶縁膜を介して埋設されたトレンチゲート電極と、
前記ボディ領域の表層部において、前記トレンチの側方に形成された第1導電型のトレンチゲート型VDMOSFET用ソース領域と、
前記第2領域において、前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のディープウェル領域と、
前記ディープウェル領域の表層部に選択的に形成された第1導電型の第1ウェル領域と、
前記第1ウェル領域の表層部に選択的に形成された第2導電型の第1プレーナゲート型MOSFET用ソース領域と、
前記第1ウェル領域の表層部に前記第1プレーナゲート型MOSFET用ソース領域と間隔を空けて選択的に形成された第2導電型の第1プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域と、
前記第1プレーナゲート型MOSFET用ソース領域と前記第1プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域との間の領域の表面上に形成された第1プレーナゲート絶縁膜と、
前記第1プレーナゲート絶縁膜上に形成された第1プレーナゲート電極と、
前記ディープウェル領域の下方に形成され、前記ディープウェル領域に接し、前記ディープウェル領域の最深部における第2導電型の不純物濃度よりも高い第2導電型の不純物濃度を有する埋込層とを含む、半導体装置。 A first conductivity type semiconductor substrate;
A first conductivity type semiconductor layer stacked on the semiconductor substrate;
An element isolation portion formed on the surface of the semiconductor layer for separating a first region for a trench gate type VDMOSFET and a second region for a planar gate type MOSFET;
A body region of a second conductivity type formed in a surface layer portion of the semiconductor layer in the first region;
Digging down the body region from its surface, and a trench penetrating the body region;
A trench gate insulating film formed on the bottom and side surfaces of the trench;
A trench gate electrode embedded in the trench via the trench gate insulating film;
A source region for a first conductivity type trench gate type VDMOSFET formed on a side of the trench in a surface layer portion of the body region;
A deep well region of a second conductivity type formed in a surface layer portion of the semiconductor layer in the second region;
A first well region of a first conductivity type selectively formed in a surface layer portion of the deep well region;
A source region for a first planar gate type MOSFET of a second conductivity type selectively formed in a surface layer portion of the first well region;
A drain region for a first planar gate MOSFET of a second conductivity type selectively formed in a surface layer portion of the first well region with a space from the source region for the first planar gate MOSFET;
A first planar gate insulating film formed on a surface of a region between the source region for the first planar gate MOSFET and the drain region for the first planar gate MOSFET;
A first planar gate electrode formed on the first planar gate insulating film;
A buried layer formed below the deep well region, in contact with the deep well region, and having a second conductivity type impurity concentration higher than a second conductivity type impurity concentration in the deepest portion of the deep well region. , Semiconductor devices.
前記埋込層は、少なくとも当該不純物濃度が変化する部分に達している、請求項1に記載の半導体装置。 In the vicinity of the boundary between the semiconductor substrate and the semiconductor layer, the impurity concentration of the first conductivity type changes so as to increase as it approaches the semiconductor substrate,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the buried layer reaches at least a portion where the impurity concentration changes.
前記第2ウェル領域の表層部に選択的に形成された第1導電型の第2プレーナゲート型MOSFET用ソース領域と、
前記第2ウェル領域の表層部に前記ソース領域と間隔を空けて選択的に形成された第1導電型の第2プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域と、
前記第2プレーナゲート型MOSFET用ソース領域と前記第2プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域との間の領域の表面上に形成された第2プレーナゲート絶縁膜と、
前記第2プレーナゲート絶縁膜上に形成された第2プレーナゲート電極とをさらに含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置。 A second well region of a second conductivity type selectively formed separately from the first well region in a surface layer portion of the deep well region;
A first conductivity type second planar gate type MOSFET source region selectively formed in a surface layer portion of the second well region;
A drain region for the second planar gate MOSFET of the first conductivity type selectively formed on the surface layer portion of the second well region with a space from the source region;
A second planar gate insulating film formed on a surface of a region between the source region for the second planar gate MOSFET and the drain region for the second planar gate MOSFET;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a second planar gate electrode formed on the second planar gate insulating film.
前記半導体基板上に積層される第1導電型の半導体層と、
トレンチゲート型VDMOSFET用の第1領域とプレーナゲート型MOSFET用の第2領域とを分離するための素子分離部と、
前記第1領域において、前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域をその表面から掘り下がり、前記ボディ領域を貫通するトレンチと、
前記トレンチの底面および側面上に形成されたトレンチゲート絶縁膜と、
前記トレンチに前記トレンチゲート絶縁膜を介して埋設されたトレンチゲート電極と、
前記ボディ領域の表層部において、前記トレンチの側方に形成された第1導電型のトレンチゲート型VDMOSFET用ソース領域と、
前記第2領域において、前記半導体層に形成された第2導電型領域と、
前記第2導電型領域の表層部に選択的に形成された第1導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域の表層部に選択的に形成された第2導電型のプレーナゲート型MOSFET用ソース領域と、
前記ウェル領域の表層部に前記プレーナゲート型MOSFET用ソース領域と間隔を空けて選択的に形成された第2導電型のプレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域と、
前記プレーナゲート型MOSFET用ソース領域と前記プレーナゲート型MOSFET用ドレイン領域との間の領域の表面上に形成されたプレーナゲート絶縁膜と、
前記プレーナゲート絶縁膜上に形成されたプレーナゲート電極とを含み、
前記第2導電型領域は、少なくとも前記半導体基板に接している、半導体装置。 A first conductivity type semiconductor substrate;
A first conductivity type semiconductor layer stacked on the semiconductor substrate;
An element isolation part for separating the first region for the trench gate type VDMOSFET and the second region for the planar gate type MOSFET;
A body region of a second conductivity type formed in a surface layer portion of the semiconductor layer in the first region;
Digging down the body region from its surface, and a trench penetrating the body region;
A trench gate insulating film formed on the bottom and side surfaces of the trench;
A trench gate electrode embedded in the trench via the trench gate insulating film;
A source region for a first conductivity type trench gate type VDMOSFET formed on a side of the trench in a surface layer portion of the body region;
A second conductivity type region formed in the semiconductor layer in the second region;
A first conductivity type well region selectively formed in a surface layer portion of the second conductivity type region;
A source region for a planar gate MOSFET of a second conductivity type selectively formed in a surface layer portion of the well region;
A drain region for a planar gate MOSFET of a second conductivity type selectively formed on the surface layer of the well region at a distance from the source region for the planar gate MOSFET;
A planar gate insulating film formed on the surface of a region between the planar gate MOSFET source region and the planar gate MOSFET drain region;
A planar gate electrode formed on the planar gate insulating film,
The semiconductor device, wherein the second conductivity type region is in contact with at least the semiconductor substrate.
第1導電型の半導体基板上に第1導電型の第1半導体層を積層する工程と、
前記プレーナゲート型MOSFETが形成される領域において、前記第1半導体層に第2導電型不純物をドープする工程と、
前記第1半導体層にドープされた第2導電型不純物を熱処理により拡散させて、埋込層を形成する工程と、
前記熱処理時に前記第1半導体層の表面に形成される酸化膜を除去する工程と、
前記酸化膜の除去後に、前記第1半導体層上に第1導電型の第2半導体層を積層する工程と、
前記プレーナゲート型MOSFETが形成される領域において、前記第2半導体層に第2導電型不純物をドープする工程と、
前記第2半導体層にドープされた第2導電型不純物を熱処理により拡散させて、前記埋込層上にディープウェルを形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device in which a trench gate type VDMOSFET and a planar gate type MOSFET are mixed,
Laminating a first conductive type first semiconductor layer on a first conductive type semiconductor substrate;
Doping the first semiconductor layer with a second conductivity type impurity in a region where the planar gate MOSFET is formed;
Diffusing a second conductivity type impurity doped in the first semiconductor layer by heat treatment to form a buried layer;
Removing an oxide film formed on the surface of the first semiconductor layer during the heat treatment;
Laminating a first conductivity type second semiconductor layer on the first semiconductor layer after removing the oxide film;
Doping the second semiconductor layer with a second conductivity type impurity in a region where the planar gate MOSFET is formed;
And a step of diffusing a second conductivity type impurity doped in the second semiconductor layer by heat treatment to form a deep well on the buried layer.
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