JP2011014851A - Semiconductor element, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体素子の低オン抵抗化を実現し、全体の製造工程数を低減する半導体素子およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】ソース・ドレイン領域を形成する際のイオン注入時に、低耐圧横型トレンチMOSFETでは、ドレイン形成用の開口部がトレンチ側壁から離れ、ソース形成用の開口部がトレンチ側壁に達し、トレンチ横型パワーMOSFETでは、ソース形成用の開口部がトレンチ側壁から離れ、ドレイン形成用の開口部がトレンチ側壁に達するパターンのマスクを用いる。このマスクを用いて、高ドーズ量および低加速電圧で行うイオン注入と、低ドーズ量および高加速電圧で行うイオン注入を連続して行うことによって、低耐圧横型トレンチMOSFETのLDD領域と、トレンチ横型パワーMOSFETのLDD領域とを同時に形成する。
【選択図】図9A semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can reduce the on-resistance of the semiconductor device and reduce the total number of manufacturing steps.
In ion implantation for forming a source / drain region, in a low breakdown voltage lateral trench MOSFET, an opening for drain formation is separated from a trench sidewall, and an opening for source formation reaches the trench sidewall. In the power MOSFET, a mask having a pattern in which the opening for forming the source is separated from the side wall of the trench and the opening for forming the drain reaches the side wall of the trench is used. Using this mask, ion implantation performed at a high dose amount and a low acceleration voltage and ion implantation performed at a low dose amount and a high acceleration voltage are continuously performed, so that the LDD region of the low breakdown voltage lateral trench MOSFET and the trench lateral type can be obtained. The LDD region of the power MOSFET is formed at the same time.
[Selection] Figure 9
Description
この発明は、半導体素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
近年、電源IC(Integrated Circuit)を中心としたIC分野では半導体素子の縮小化(シュリンク)や低コスト化、および半導体素子を実装する回路の高効率化などを図る開発が進んでいる。例えば、出力段に用いる半導体素子のオン抵抗(RonA)を低減する技術として、トレンチゲート構造を設けて、チャネル長をトレンチ側壁から底面に沿った長さに伸ばすことで、単位面積当たりのオン抵抗を低減した横型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が公知である(例えば、下記非特許文献1参照。)。
2. Description of the Related Art In recent years, in the IC field centered on power supply ICs (Integrated Circuits), development for reducing the size of semiconductor elements (shrinking), reducing costs, and increasing the efficiency of circuits on which semiconductor elements are mounted has been progressing. For example, as a technique for reducing the on-resistance (RonA) of a semiconductor element used in the output stage, a trench gate structure is provided, and the channel length is extended from the trench side wall to the length along the bottom surface, whereby the on-resistance per unit area is increased. 2. Description of the Related Art A lateral MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) in which the above is reduced is known (for example, see Non-Patent
例えばトレンチゲート構造を有する横型MOSFET(以下、低耐圧横型トレンチMOSFETとする)では、オン抵抗成分の一つであるチャネル抵抗が、オン抵抗を増大する大きな要因となっている。そのため、チャネル抵抗を低減することを主眼とした技術が提案されている。 For example, in a lateral MOSFET having a trench gate structure (hereinafter referred to as a low breakdown voltage lateral trench MOSFET), channel resistance, which is one of on-resistance components, is a major factor that increases on-resistance. For this reason, a technique that focuses on reducing channel resistance has been proposed.
また、通常、設計ルール0.6μm以下の微細化プロセスにおいて、低耐圧横型トレンチMOSFETは、ホットキャリア耐量を向上させるために、ドレイン領域近傍の電界を軽減するLDD(Lightly Doped Drain)構造を備えている。例えば、LDD構造を有する低耐圧横型トレンチMOSFETは、ソース領域とチャネル領域の間、およびドレイン領域とチャネル領域の間に、ソース領域およびドレイン領域と同一の導電型を有する低濃度領域(LDD領域)をそれぞれ設けている。 In general, in a miniaturization process with a design rule of 0.6 μm or less, a low breakdown voltage lateral trench MOSFET has an LDD (Lightly Doped Drain) structure that reduces the electric field in the vicinity of the drain region in order to improve hot carrier resistance. Yes. For example, a low breakdown voltage lateral trench MOSFET having an LDD structure is a low concentration region (LDD region) having the same conductivity type as a source region and a drain region between a source region and a channel region and between a drain region and a channel region. Are provided.
図13は、従来のトレンチゲート構造を有する横型MOSFETを示す断面図である。図13に示す低耐圧横型トレンチMOSFETでは、p-半導体基板201の表面層に、pウエル領域202が設けられている。pウエル領域202の一部には、pウエル領域202を貫通しない深さで、トレンチ203が設けられている。トレンチ203の内部には、ゲート絶縁膜212を介してゲート電極204が設けられている。pウエル領域202の表面層の一部には、トレンチ203を挟んで、トレンチ203よりも深く、トレンチ203の側壁の一部に接して、ソース領域205およびドレイン領域206がそれぞれ設けられている。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a lateral MOSFET having a conventional trench gate structure. In the low breakdown voltage lateral trench MOSFET shown in FIG. 13,
ソース領域205の表面層には、高濃度ソース領域207が設けられている。高濃度ソース領域207は、ソース領域205よりも高い不純物濃度を有する。ドレイン領域206の表面層には、高濃度ドレイン領域208が設けられている。高濃度ドレイン領域208は、ドレイン領域206よりも高い不純物濃度を有する。ソース電極209は、高濃度ソース領域207に接している。ドレイン電極210は、高濃度ドレイン領域208に接している。低耐圧横型トレンチMOSFETは、例えばLOCOS(Local Oxidation of Silicon)などの局部絶縁膜211により、隣接する図示省略する半導体素子と分離されている。このような低耐圧横型トレンチMOSFETでは、ソース領域205およびドレイン領域206がLDD領域として構成されている。
A high
また、LDD構造を有する別の半導体素子として、次のような装置が提案されている。第1導電型の第1の半導体領域の主面部に、細孔または細溝を設け、該細孔または細溝にそって前記第1の半導体領域の主面上部に、絶縁膜を介して導電層を設け、該導電層の両側部の第1の半導体領域の主面部に、第2導電型の第2の半導体領域を設け、該第2の半導体領域の下部で前記導電層の両側部の第1の半導体領域の主面部に、第2の半導体領域と同一導電型でかつ第2の半導体領域よりも不純物濃度が低い領域であって、前記第2の半導体領域および第1の半導体領域中においてチャネルが形成される領域と電気的に接続される第3の半導体領域を設けて、絶縁ゲート型電界効果トランジスタを構成している。前記第2の半導体領域および第3の半導体領域は、ソース領域またはドレイン領域として使用され、前記導電層は、ゲート電極として使用される(例えば、下記特許文献1参照。)。
Further, as another semiconductor element having an LDD structure, the following apparatus has been proposed. A pore or a narrow groove is provided in the main surface portion of the first semiconductor region of the first conductivity type, and the first conductive region is electrically conductive through an insulating film on the main surface of the first semiconductor region along the pore or narrow groove. A second semiconductor region of a second conductivity type is provided on the main surface portion of the first semiconductor region on both sides of the conductive layer, and the second semiconductor region is provided on both sides of the conductive layer below the second semiconductor region. The main surface portion of the first semiconductor region is a region having the same conductivity type as that of the second semiconductor region and having an impurity concentration lower than that of the second semiconductor region, and is in the second semiconductor region and the first semiconductor region. The third semiconductor region electrically connected to the region where the channel is formed in FIG. 4 constitutes an insulated gate field effect transistor. The second semiconductor region and the third semiconductor region are used as a source region or a drain region, and the conductive layer is used as a gate electrode (see, for example,
また、別の装置として、次のような装置が提案されている。半導体基板に形成された溝の側壁にサイドウォールが設けられ、サイドウォールから露出する溝の底部にゲート絶縁膜が設けられた状態で、当該溝内にゲート電極が埋め込み形成されている。そして、半導体基板の表面層には、サイドウォールを介してゲート電極と対向配置されたソース/ドレインが設けられ、さらにソース/ドレインとゲート絶縁膜下方のチャネル形成部との間には、サイドウォールから半導体基板への不純物拡散によって形成された低濃度拡散層が設けられている(例えば、下記特許文献2参照。)。
As another device, the following device has been proposed. A side wall is provided on the side wall of the groove formed in the semiconductor substrate, and a gate electrode is provided in the bottom of the groove exposed from the side wall, and a gate electrode is embedded in the groove. The surface layer of the semiconductor substrate is provided with a source / drain disposed opposite to the gate electrode through the sidewall, and further, between the source / drain and the channel formation portion below the gate insulating film, the sidewall is provided. A low concentration diffusion layer formed by impurity diffusion from the semiconductor substrate to the semiconductor substrate is provided (for example, see
また、LDD構造を有する半導体素子の製造方法として、第1導電型の半導体基板の素子領域に溝を形成する工程と、この溝の底部に閾値制御用の不純物を注入する工程と、全面に導電性膜を堆積させる工程と、前記溝部にのみ、導電性膜を残し、ゲート電極を形成する工程と、全面に第2導電型不純物をイオン注入し、活性化して不純物プロファイルが前記溝底部まで伸びるソース、ドレイン領域を形成する工程とを具備する方法が提案されている(例えば、下記特許文献3参照。)。
In addition, as a method of manufacturing a semiconductor element having an LDD structure, a step of forming a groove in the element region of the first conductivity type semiconductor substrate, a step of implanting an impurity for threshold control at the bottom of the groove, A step of depositing a conductive film, a step of leaving a conductive film only in the trench, and forming a gate electrode, and ion-implanting and activating a second conductivity type impurity over the entire surface to extend the impurity profile to the bottom of the trench. A method including a step of forming source and drain regions has been proposed (see, for example,
しかしながら、上述したような低耐圧横型トレンチMOSFETでは、トレンチゲート構造やLDD構造を構成するための工程が必要となる。また、微細化プロセスにおいては、さらに、次に示すような工程も必要となってしまう。半導体素子を微細化した場合、コンタクト形成部分から活性領域までの距離、またはコンタクト形成部分からLOCOS絶縁膜までの距離が短くなる。例えばドレイン電極210(図13参照)のコンタクトを形成する際に、コンタクト形成のためのエッチングがドレイン領域206を突き抜けてしまった場合にはその部分、または局部絶縁膜211下のドレイン領域206が形成されていない部分で、ドレイン電極210がpウエル領域202に短絡してしまう可能性がある。そのため、このようなコンタクト形成における短絡を防ぐための拡散層(以下、プラグ層とする)を形成する工程が行われる。従って、低耐圧横型トレンチMOSFETの作製において、工程数が増大してしまう。
However, in the low breakdown voltage lateral trench MOSFET as described above, a process for forming a trench gate structure or an LDD structure is required. Further, in the miniaturization process, the following steps are also required. When the semiconductor element is miniaturized, the distance from the contact formation portion to the active region or the distance from the contact formation portion to the LOCOS insulating film is shortened. For example, when the contact of the drain electrode 210 (see FIG. 13) is formed, if the etching for forming the contact penetrates the
一方、発明者らが提案するトレンチゲート構造を有する横型のパワーMOSFET(以下、トレンチ横型パワーMOSFETとする)では、上述した低耐圧横型トレンチMOSFETとは別に、低オン抵抗化を図る技術が開発されている。例えばチャネル抵抗およびドレイン抵抗を低減することにより、低オン抵抗化が図られている。例えばドレイン抵抗を低減するために、トレンチ横型パワーMOSFETでは、トレンチ底面の一部を占め、トレンチ側壁に接するようにドレイン領域が設けられている。トレンチ横型パワーMOSFETは、例えば15〜30Vの耐圧を想定している。このようなトレンチ横型パワーMOSFETでは、プレーナー構造の高耐圧縦型MOSFET(DMOS:Double Diffused MOSFET)に比べて、オン抵抗が大幅に低減される。しかしながら、トレンチゲート構造とするための工程が増えるため、工程数が増大してしまう。 On the other hand, in a lateral power MOSFET having a trench gate structure proposed by the inventors (hereinafter referred to as a trench lateral power MOSFET), a technique for reducing on-resistance has been developed separately from the above-described low breakdown voltage lateral trench MOSFET. ing. For example, the on-resistance is reduced by reducing the channel resistance and the drain resistance. For example, in order to reduce the drain resistance, in the trench lateral power MOSFET, a drain region is provided so as to occupy a part of the bottom of the trench and to be in contact with the trench sidewall. The trench lateral power MOSFET is assumed to have a breakdown voltage of 15 to 30 V, for example. In such a trench lateral power MOSFET, the on-resistance is greatly reduced as compared with a planar high-breakdown-voltage vertical MOSFET (DMOS: Double Diffused MOSFET). However, since the number of steps for forming the trench gate structure increases, the number of steps increases.
そこで、低耐圧横型トレンチMOSFETとトレンチ横型パワーMOSFETとを、同一基板上に同時に作製することで、工程数を低減できないか否かを検討した。例えば、低耐圧横型トレンチMOSFETのLDD領域とトレンチ横型パワーMOSFETのソース領域やドレイン領域とを同時に形成することで、工程数が低減すると推測することができる。しかしながら、その場合、次に示すような問題があることが判明した。 Therefore, it was examined whether or not the number of processes could be reduced by simultaneously fabricating a low breakdown voltage lateral trench MOSFET and a trench lateral power MOSFET on the same substrate. For example, it can be estimated that the number of processes is reduced by simultaneously forming the LDD region of the low breakdown voltage lateral trench MOSFET and the source region and drain region of the trench lateral power MOSFET. However, in that case, it has been found that there are the following problems.
上述した特許文献1の技術では、低耐圧横型トレンチMOSFETのLDD領域は、イオン注入条件を変えた複数回のイオン注入により、トレンチ側壁の全面に接するように形成される。そのため、低耐圧横型トレンチMOSFETのLDD領域とトレンチ横型パワーMOSFETのドレイン領域を同時に形成する場合、例えばトレンチ横型パワーMOSFETの構成に合わせてイオン注入を行うと、低耐圧横型トレンチMOSFETのLDD領域は、トレンチ底面を占めるように形成されてしまう。その場合、低耐圧横型トレンチMOSFETでは、短チャネル効果やパンチスルーが生じてしまい、低オン抵抗化が図れなくなってしまう。一方、低耐圧横型トレンチMOSFETの構成に合わせてイオン注入を行うと、トレンチ横型パワーMOSFETでは、ドレイン領域がトレンチ底面よりも浅く形成されてしまうため、低オン抵抗化が図れなくなってしまう。
In the technique of
また、低耐圧横型トレンチMOSFETのドレイン領域が、トレンチ底面を占めるように形成された場合、ドレイン領域がゲート絶縁膜を介してゲート電極と接する距離が増えてしまうことで、ゲート・ドレイン間容量(帰還容量)が増大してしまう。その場合、半導体素子のゲート・ドレイン間容量(以下、半導体素子の大きさに依存しないゲート・ドレイン間容量として、オン抵抗とゲート電荷の積(RonQg)とする)が増大し、遅延やスイッチング損失の原因となってしまう恐れがある。 Further, when the drain region of the low breakdown voltage lateral trench MOSFET is formed so as to occupy the bottom surface of the trench, the distance between the drain region contacting the gate electrode through the gate insulating film increases, and thus the gate-drain capacitance ( The feedback capacity increases. In this case, the gate-drain capacitance of the semiconductor element (hereinafter referred to as the gate-drain capacitance independent of the size of the semiconductor element is referred to as the product of on-resistance and gate charge (RonQg)) increases, and delay and switching loss There is a risk of causing.
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、オン抵抗を低減することができる半導体素子を提供することを目的とする。また、オン抵抗とゲート電荷の積を低減することができる半導体素子を提供することを目的とする。また、この発明は、全体の製造工程数を低減することができる半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing the on-resistance in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art. It is another object of the present invention to provide a semiconductor element that can reduce the product of on-resistance and gate charge. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can reduce the number of manufacturing steps as a whole.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる半導体素子は、半導体基板の表面層に設けられたウエル領域と、前記ウエル領域に設けられた、前記ウエル領域よりも浅い第1トレンチと、前記ウエル領域の表面層に、前記第1トレンチの一方の側壁に接して、前記第1トレンチの底面のコーナー部を占めるように、前記第1トレンチよりも深く設けられた第1ソース領域と、前記ウエル領域の表面層に、前記第1トレンチの他方の側壁の一部に接して、前記第1トレンチよりも深く設けられた第1ドレイン領域と、前記第1ソース領域の表面層に設けられた、前記第1ソース領域よりも高い不純物濃度を有する第1高濃度ソース領域と、前記第1ドレイン領域の表面層に、前記第1トレンチの側壁と離れて設けられた、前記第1ドレイン領域よりも高い不純物濃度を有する第1高濃度ドレイン領域と、前記第1トレンチの内部に、第1ゲート絶縁膜を介して設けられた第1ゲート電極と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a semiconductor device according to
また、請求項2の発明にかかる半導体素子は、請求項1に記載の発明において、前記ウエル領域の深さ方向において、前記第1ソース領域と前記第1トレンチとが接触する第1距離Xsは、前記第1トレンチの深さDt1、前記第1トレンチの底面の幅Lt1、および前記第1高濃度ソース領域と前記第1トレンチとが接触する第2距離Xn1としたとき、Xs<Dt1+Lt1−Xn1を満たすことを特徴とする。
The semiconductor device according to the invention of
また、請求項3の発明にかかる半導体素子は、請求項1または2に記載の発明において、前記ウエル領域の深さ方向において、前記第1ドレイン領域と前記第1トレンチとが接触する第3距離Xdは、前記第1トレンチの深さDt1、前記第1ドレイン領域が設けられる前の前記ウエル領域の表面から前記第1ゲート電極の表面までの深さDp1としたとき、Dp1<Xd<Dt1を満たすことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the semiconductor element according to the first or second aspect, wherein the first drain region and the first trench are in contact with each other in the depth direction of the well region. X d is the depth of the first trench D t1, when the first drain region is said depth from the surface of the well region to a surface of the first gate electrode D p1 before provided, D p1 < X d <D t1 is satisfied.
また、請求項4の発明にかかる半導体素子は、半導体基板の表面層に設けられたウエル領域と、前記ウエル領域に設けられた、前記ウエル領域よりも浅い第2トレンチと、前記ウエル領域の表面層に、前記第2トレンチの一方の側壁の一部に接して、前記第2トレンチよりも深く設けられた第2ソース領域と、前記ウエル領域の表面層に、前記第2トレンチの他方の側壁に接して、前記第2トレンチの底面のコーナー部を占めるように、前記第2トレンチよりも深く設けられた第2ドレイン領域と、前記第2トレンチの底面における前記ウエル領域の表面層に、前記第2ドレイン領域に接して設けられ、前記第2ドレイン領域と同一の導電型を有し、前記第2ドレイン領域よりも低い不純物濃度の低濃度半導体領域と、前記第2ソース領域の表面層に、前記第2トレンチの側壁と離れて設けられた、前記第2ソース領域よりも高い不純物濃度を有する第2高濃度ソース領域と、前記第2ドレイン領域の表面層に設けられた、前記第2ドレイン領域よりも高い不純物濃度を有する第2高濃度ドレイン領域と、前記第2トレンチの内部に、第2ゲート絶縁膜を介して、前記第2ソース領域から前記低濃度半導体領域を跨るように設けられた第2ゲート電極と、を備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor element including a well region provided in a surface layer of a semiconductor substrate, a second trench provided in the well region and shallower than the well region, and a surface of the well region. A second source region provided in contact with a part of one side wall of the second trench and deeper than the second trench; and a surface layer of the well region on the other side wall of the second trench. A second drain region deeper than the second trench so as to occupy a corner portion of the bottom surface of the second trench, and a surface layer of the well region at the bottom surface of the second trench, A low-concentration semiconductor region provided in contact with the second drain region, having the same conductivity type as the second drain region, and having an impurity concentration lower than that of the second drain region; and A second high concentration source region having an impurity concentration higher than that of the second source region, which is provided apart from a side wall of the second trench, and a surface layer of the second drain region; A second high-concentration drain region having an impurity concentration higher than that of the second drain region, and a second gate insulating film interposed between the second source region and the low-concentration semiconductor region inside the second trench. And a second gate electrode provided as described above.
また、請求項5の発明にかかる半導体素子は、請求項4に記載の発明において、前記ウエル領域の深さ方向において、前記第2ソース領域と前記第2トレンチとが接触する第4距離Xspは、前記第2トレンチの深さDt2、前記第2ソース領域が設けられる前の前記ウエル領域の表面から前記第2ゲート電極の表面までの深さDp2としたとき、Dp2<Xsp<Dt2を満たすことを特徴とする。
The semiconductor device according to the invention of
また、請求項6の発明にかかる半導体素子は、請求項4または5に記載の発明において、前記ウエル領域の深さ方向において、前記第2ドレイン領域と前記第2トレンチとが接触する第5距離Xdpは、前記第2トレンチの深さDt2、前記第2トレンチの底面の幅Lt2、および前記第2高濃度ドレイン領域と前記第2トレンチとが接触する第6距離Xn2としたときに、Xdp<Dt2+(1/2)Lt2−Xn2を満たすことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the fourth or fifth aspect, wherein the second drain region and the second trench are in contact with each other in the depth direction of the well region. X dp is a depth D t2 of the second trench, a width L t2 of the bottom surface of the second trench, and a sixth distance X n2 at which the second high-concentration drain region and the second trench are in contact with each other. And X dp <D t2 + (1/2) L t2 −X n2 is satisfied.
また、請求項7の発明にかかる半導体素子の製造方法は、第1半導体素子と、第2半導体素子と、を同一の半導体基板に形成する半導体素子の製造方法であって、前記半導体基板の表面層に形成された第1導電型のウエル領域に、前記第1半導体素子の第1トレンチを前記ウエル領域よりも浅く形成し、前記第1トレンチから離れて、前記第1トレンチよりも広い幅を有する前記第2半導体素子の第2トレンチを前記ウエル領域よりも浅く形成するトレンチ形成工程と、前記第1トレンチの側壁および底面に第1ゲート絶縁膜を形成し、前記第2トレンチの側壁および底面に第2ゲート絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記絶縁膜形成工程の後に、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチの内部に埋め込むように、前記ウエル領域の表面に導電性の膜を形成する導電膜形成工程と、前記導電性の膜をエッチングして、前記第1トレンチの内部に第1ゲート電極を形成し、前記第2トレンチの内部に第2ゲート電極を形成する電極形成工程と、前記第2ゲート電極をマスクとして、前記第2トレンチの底面に第2導電型の不純物をイオン注入する第1イオン注入工程と、前記第1イオン注入工程の後に、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチの内部を絶縁膜で充填した後、前記第1トレンチの一方の側壁まで開口する第1開口部と、前記第1トレンチの他方の側壁に達しないように開口する第2開口部と、前記第2トレンチの一方の側壁に達しないように開口する第3開口部と、前記第2トレンチの他方の側壁まで開口する第4開口部とを有するマスクを形成するマスク工程と、前記マスク工程で形成された前記マスクを用いて、第2導電型の不純物をイオン注入する第2イオン注入工程と、前記マスク工程で形成された前記マスクを用いて、第2導電型の不純物をイオン注入する第3イオン注入工程と、を含むことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor element, wherein the first semiconductor element and the second semiconductor element are formed on the same semiconductor substrate, the surface of the semiconductor substrate being formed. A first trench of the first semiconductor element is formed shallower than the well region in a well region of the first conductivity type formed in the layer, and has a width wider than the first trench away from the first trench. A trench forming step of forming a second trench of the second semiconductor element shallower than the well region; a first gate insulating film is formed on the side wall and bottom surface of the first trench; and the side wall and bottom surface of the second trench An insulating film forming step of forming a second gate insulating film on the surface, and after the insulating film forming step, a surface of the well region is embedded so as to be embedded in the first trench and the second trench. Forming a conductive film on the conductive film; and etching the conductive film to form a first gate electrode in the first trench, and a second gate electrode in the second trench. After the first ion implantation step of ion-implanting a second conductivity type impurity into the bottom surface of the second trench using the second gate electrode as a mask, and after the first ion implantation step, After the first trench and the second trench are filled with an insulating film, a first opening that opens to one side wall of the first trench and an opening that does not reach the other side wall of the first trench Forming a mask having a second opening that opens, a third opening that opens so as not to reach one side wall of the second trench, and a fourth opening that opens to the other side wall of the second trench. Mask worker A second ion implantation step of ion-implanting a second conductivity type impurity using the mask formed in the mask step, and a second conductivity type using the mask formed in the mask step. And a third ion implantation step of ion-implanting impurities.
ここで、第1イオン注入工程は、前記第2トレンチの底面に第1イオン注入し、前記第2トレンチの底面における前記ウエル領域の表面層に低濃度半導体領域を形成するための工程であってもよい。 Here, the first ion implantation step is a step for implanting first ions into the bottom surface of the second trench and forming a low concentration semiconductor region in the surface layer of the well region at the bottom surface of the second trench. Also good.
また、第2イオン注入工程は、第2イオン注入により、前記第1開口部に露出する前記ウエル領域の表面層に前記第1半導体素子の第1ソース領域を形成し、前記第2開口部に露出する前記ウエル領域の表面層に前記第1半導体素子の第1ドレイン領域を形成し、前記第3開口部に露出する前記ウエル領域の表面層に前記第2半導体素子の第2ソース領域を形成し、前記第4開口部に露出する前記ウエル領域の表面層に、第1イオン注入工程において形成した前記低濃度半導体領域よりも高い不純物濃度を有する前記第2半導体素子の第2ドレイン領域を形成するための工程であってもよい。 In the second ion implantation step, a first source region of the first semiconductor element is formed in a surface layer of the well region exposed to the first opening by second ion implantation, and the second opening is formed in the second opening. A first drain region of the first semiconductor element is formed in a surface layer of the well region exposed, and a second source region of the second semiconductor element is formed in a surface layer of the well region exposed in the third opening. And forming a second drain region of the second semiconductor element having a higher impurity concentration than the low-concentration semiconductor region formed in the first ion implantation step on the surface layer of the well region exposed in the fourth opening. It may be a process for
また、第3イオン注入工程は、第3イオン注入により、前記第1開口部に露出する前記第1ソース領域の表面層に、前記第1ソース領域よりも高い不純物濃度を有する第1高濃度ソース領域を形成し、前記第2開口部に露出する前記第1ドレイン領域の表面層に、前記第1ドレイン領域よりも高い不純物濃度を有する第1高濃度ドレイン領域を形成し、前記第3開口部に露出する前記第2ソース領域の表面層に、前記第2ソース領域よりも高い不純物濃度を有する第2高濃度ソース領域を形成し、前記第4開口部に露出する前記第2ドレイン領域の表面層に、前記第2ドレイン領域よりも高い不純物濃度を有する第2高濃度ドレイン領域を形成するための工程であってもよい。 In the third ion implantation step, a first high-concentration source having a higher impurity concentration than the first source region is formed in the surface layer of the first source region exposed to the first opening by the third ion implantation. Forming a region, forming a first high-concentration drain region having an impurity concentration higher than that of the first drain region in a surface layer of the first drain region exposed to the second opening, and the third opening Forming a second high-concentration source region having an impurity concentration higher than that of the second source region in a surface layer of the second source region exposed to the second source region, and exposing the surface of the second drain region exposed to the fourth opening; The step may be a step for forming a second high-concentration drain region having an impurity concentration higher than that of the second drain region in the layer.
また、請求項8の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項7に記載の発明において、前記第2イオン注入は、前記第3イオン注入よりも高加速電圧で行うことを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method according to the seventh aspect of the present invention, the second ion implantation is performed at a higher acceleration voltage than the third ion implantation.
また、請求項9の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項7または8に記載の発明において、前記第2イオン注入は、前記第3イオン注入よりも低いドーズ量で行うことを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method according to the seventh or eighth aspect of the invention, the second ion implantation is performed with a dose amount lower than that of the third ion implantation. To do.
また、請求項10の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項7〜9のいずれか一つに記載の発明において、前記第2イオン注入工程と前記第3イオン注入工程は、連続して行うことを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the seventh to ninth aspects, wherein the second ion implantation step and the third ion implantation step are performed continuously. It is characterized by performing.
また、請求項11の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項7〜9のいずれか一つに記載の発明において、前記第2イオン注入工程後に熱拡散工程を行い、その後、前記マスク越しに前記第3イオン注入工程を連続して行うことを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor device according to an invention of
上述した請求項1〜3の発明によれば、第1ソース領域を、第1トレンチの底面のコーナー部を占めるように設けることにより、チャネル抵抗を低減することができる。これにより、オン抵抗を低減することができる。また、第1ドレイン領域と第1トレンチが接触する距離を短くすることにより、ゲート・ドレイン間のオーバーラップ容量を低減することができる。これにより、ゲート・ドレイン間容量を低減することができ、オン抵抗とゲート電荷の積(RonQg)を低減することができる。 According to the first to third aspects of the present invention, the channel resistance can be reduced by providing the first source region so as to occupy the corner portion of the bottom surface of the first trench. Thereby, the on-resistance can be reduced. Moreover, the overlap capacitance between the gate and the drain can be reduced by shortening the distance between the first drain region and the first trench. As a result, the gate-drain capacitance can be reduced, and the product of on-resistance and gate charge (RonQg) can be reduced.
また、上述した請求項4〜6の発明によれば、第2ドレイン領域を、第2トレンチの底面のコーナー部を占め、低濃度半導体領域に接するように設けることにより、ドレイン抵抗を低減することができる。これにより、オン抵抗を低減することができる。また、第2ソース領域と第2トレンチが接触する距離を短くすることにより、ゲート・ソース間のオーバーラップ容量を低減することができる。これにより、ゲート・ソース間容量を低減することができ、オン抵抗とゲート電荷の積を低減することができる。 According to the fourth to sixth aspects of the present invention, the drain resistance is reduced by providing the second drain region so as to occupy the corner portion of the bottom surface of the second trench and to be in contact with the low concentration semiconductor region. Can do. Thereby, the on-resistance can be reduced. Moreover, the overlap capacitance between the gate and the source can be reduced by shortening the distance between the second source region and the second trench. As a result, the gate-source capacitance can be reduced, and the product of on-resistance and gate charge can be reduced.
また、上述した請求項7〜11の発明によれば、第1半導体素子のLDD領域(第1ソース領域および第1ドレイン領域など)と、第2半導体素子のLDD領域(第2ソース領域および第2ドレイン領域など)を同時に形成することで、半導体装置の全体の製造工程数を低減することができる。また、高ドーズ量および低加速電圧で行う第2イオン注入と、低ドーズ量および高加速電圧で行う第3イオン注入を連続して行うことで、ウエル領域の深さ方向に向かって不純物濃度が低くなるように、ソース領域およびドレイン領域を設けることができる。また、その後の熱処理により、ソース領域やドレイン領域をトレンチよりも深く形成することができる。これにより、半導体素子をLDD構造とすることができ、半導体素子のオン抵抗を低減することができる。また、ドレイン領域を、プラグ層として機能させることができる。これにより、プラグ層を形成する工程を行わずにすむため、さらに製造工程数を低減することができる。 According to the seventh to eleventh aspects of the invention described above, the LDD region (the first source region and the first drain region) of the first semiconductor element and the LDD region (the second source region and the first source region) of the second semiconductor element. 2 drain regions and the like are formed at the same time, the number of manufacturing steps of the entire semiconductor device can be reduced. Further, the second ion implantation performed at a high dose and a low acceleration voltage and the third ion implantation performed at a low dose and a high acceleration voltage are continuously performed, so that the impurity concentration is increased in the depth direction of the well region. A source region and a drain region can be provided to be low. Further, by subsequent heat treatment, the source region and the drain region can be formed deeper than the trench. Accordingly, the semiconductor element can have an LDD structure, and the on-resistance of the semiconductor element can be reduced. Further, the drain region can function as a plug layer. This eliminates the step of forming the plug layer, thereby further reducing the number of manufacturing steps.
また、マスク工程で形成するマスクをマスクとして、第2イオン注入を行うことにより、第1半導体素子では、第1ソース領域を、第1トレンチの底面のコーナー部を占めるように形成することができる。これにより、第1半導体素子のチャネル抵抗を低減することができ、オン抵抗を低減することができる。また、第1ドレイン領域と第1トレンチが接触する距離を短く形成することができる。これにより、ゲート・ドレイン間容量を低減することができ、オン抵抗とゲート電荷の積を低減することができる。一方、第2半導体素子では、第2ドレイン領域を、第2トレンチの底面のコーナー部を占め、低濃度半導体領域に接するように形成することができる。これにより、第2半導体素子のドレイン抵抗を低減することができ、オン抵抗を低減することができる。また、第2ソース領域と第2トレンチが接触する距離を短く形成することができる。これにより、ゲート・ソース間容量を低減することができ、オン抵抗とゲート電荷の積(RonQg)を低減することができる。 Further, by performing second ion implantation using the mask formed in the mask process as a mask, the first source region can be formed to occupy the corner portion of the bottom surface of the first trench in the first semiconductor element. . Thereby, the channel resistance of the first semiconductor element can be reduced, and the on-resistance can be reduced. Further, the distance between the first drain region and the first trench can be shortened. As a result, the gate-drain capacitance can be reduced, and the product of on-resistance and gate charge can be reduced. On the other hand, in the second semiconductor element, the second drain region can be formed to occupy the corner portion of the bottom surface of the second trench and to be in contact with the low concentration semiconductor region. Thereby, the drain resistance of the second semiconductor element can be reduced, and the on-resistance can be reduced. Further, the distance between the second source region and the second trench can be shortened. As a result, the gate-source capacitance can be reduced, and the product of on-resistance and gate charge (RonQg) can be reduced.
本発明にかかる半導体素子およびその製造方法によれば、半導体素子のオン抵抗を低減することができるという効果を奏する。また、オン抵抗とゲート電荷の積を低減することができるという効果を奏する。また、全体の製造工程数を低減することができるという効果を奏する。 According to the semiconductor element and the manufacturing method thereof according to the present invention, there is an effect that the on-resistance of the semiconductor element can be reduced. In addition, the product of on-resistance and gate charge can be reduced. Moreover, there exists an effect that the number of the whole manufacturing processes can be reduced.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体素子およびその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Exemplary embodiments of a semiconductor device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. Further, + and − attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region where it is not attached. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1にかかる半導体素子を示す断面図である。図1に示す半導体素子は、トレンチゲート構造を有する横型MOSFET(低耐圧横型トレンチMOSFET)である。図1に示すように、低耐圧横型トレンチMOSFETでは、p-型の半導体基板1の表面層に、p型のウエル領域2が設けられている。ウエル領域2の一部には、ウエル領域2を貫通しない深さで、第1トレンチ3が設けられている。第1トレンチ3の内部には、第1ゲート絶縁膜12を介して第1ゲート電極4が設けられている。ウエル領域2の表面層の一部には、第1トレンチ3の一方の側壁に接して、第1トレンチ3の底面の例えば曲線形状を有するコーナー部(以下、第1トレンチ曲率部51とする)を占めるように、n型の第1ソース領域5が設けられている。第1ソース領域5は、第1トレンチ3よりも深さを有する。また、第1トレンチ3の他方の側壁の一部に接して、n型の第1ドレイン領域6が設けられている。第1ドレイン領域6は、第1トレンチ3よりも深さを有する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment. The semiconductor element shown in FIG. 1 is a lateral MOSFET (low withstand voltage lateral trench MOSFET) having a trench gate structure. As shown in FIG. 1, in a low breakdown voltage lateral trench MOSFET, a p -
第1ソース領域5の表面層には、n+型の第1高濃度ソース領域7が設けられている。第1高濃度ソース領域7は、第1ゲート絶縁膜12を介して第1ゲート電極4と接しないように設けられている。また、第1高濃度ソース領域7は、第1ソース領域5よりも高い不純物濃度を有する。第1ドレイン領域6の表面層の一部には、第1トレンチ3の側壁から離れて、n+型の第1高濃度ドレイン領域8が設けられている。第1高濃度ドレイン領域8は、第1ドレイン領域6よりも高い不純物濃度を有する。
On the surface layer of the
第1ソース電極9は、第1高濃度ソース領域7に接している。第1ドレイン電極10は、第1高濃度ドレイン領域8に接している。低耐圧横型トレンチMOSFETは、例えばLOCOSなどの局部絶縁膜11により、隣接する図示省略する半導体素子と分離されている。
The first source electrode 9 is in contact with the first high concentration source region 7. The
第1ソース領域5は、次の(1)式を満たすように設けるのが良い。(1)式は、ウエル領域2の深さ方向における、第1ソース領域5と第1トレンチ3とが接触する第1距離Xsの好適な範囲である。なお、第1トレンチ3の深さDt1、第1トレンチ3の底面の幅Lt1、および第1高濃度ソース領域7と第1トレンチ3とが接触する第2距離Xn1とする。
The
Xs<Dt1+Lt1−Xn1 ・・・(1) X s <D t1 + L t1 −X n1 (1)
(1)式を満たすように第1ソース領域5を設ける理由は、第1距離Xsの値が上限値よりも大きい場合、ソース・ドレイン間でパンチスルーが生じてしまうからである。
(1) The reason for providing the
また、第1ドレイン領域6は、次の(2)式を満たすように設けるのが良い。(2)式は、ウエル領域2の深さ方向における、第1ドレイン領域6と第1トレンチ3とが接触する第3距離Xdの好適な範囲である。なお、第1トレンチ3の深さDt1、第1ドレイン領域6が設けられる前のウエル領域2の表面から第1ゲート電極4の表面までの深さDp1とする。
The
Dp1<Xd<Dt1 ・・・(2) D p1 <X d <D t1 (2)
(2)式を満たすように第1ドレイン領域6を設ける理由は、次に示すとおりである。第3距離Xdの値が下限値よりも小さい場合、第1ドレイン領域6が、第1ゲート絶縁膜12を介して第1ゲート電極4と接しないため、低耐圧横型トレンチMOSFETが、MOSFETの構成とならないからである。また、第3距離Xdの値が上限値よりも大きい場合、低耐圧横型トレンチMOSFETのチャネル抵抗を低減することができないからである。
The reason why the
このような低耐圧横型トレンチMOSFETにおいて、第1トレンチ3の底面の第1トレンチ曲率部51を占めるように、第1ソース領域5を設けることにより、チャネル抵抗を低減することができる。その理由は、後述する。また、第1ドレイン領域6が第1ゲート絶縁膜12を介して第1ゲート電極4と接する距離を短くすることにより、ゲート・ドレイン間のオーバーラップ容量を低減することができる。これにより、ゲート・ドレイン間容量(帰還容量)を低減することができる。その理由は、後述する。
In such a low breakdown voltage lateral trench MOSFET, the channel resistance can be reduced by providing the
また、第1ソース領域5の表面層に第1高濃度ソース領域7を設けることにより、ウエル領域2の深さ方向に向かって不純物濃度が低くなるように、ソース領域を設けることができる。また、第1ドレイン領域6の表面層に第1高濃度ドレイン領域8を設けることにより、ウエル領域2の深さ方向に向かって不純物濃度が低くなるように、ドレイン領域を設けることができる。これにより、低耐圧横型トレンチMOSFETを、LDD構造とすることができる。また、第1ドレイン領域6を深く設けることにより、第1ドレイン領域6を、コンタクト形成における短絡を防ぐための拡散層(プラグ層)として機能させることができる。
In addition, by providing the first high-concentration source region 7 in the surface layer of the
また、第1高濃度ドレイン領域8を第1トレンチ3の側壁から離して設けることにより、低耐圧横型トレンチMOSFET内で電界集中する部分に、第1高濃度ドレイン領域8内の不純物が拡散してくることを防止することができる。
Further, by providing the first high-
以上、説明したように、実施の形態1によれば、第1ソース領域5を、第1トレンチ3の底面の第1トレンチ曲率部51を占めるように設けることにより、チャネル抵抗を低減することができる。これにより、オン抵抗を低減することができる。また、第1ドレイン領域6と第1トレンチ3が接触する距離を短くすることにより、ゲート・ドレイン間のオーバーラップ容量を低減することができる。これにより、ゲート・ドレイン間容量を低減することができ、オン抵抗とゲート電荷の積(RonQg)を低減することができる。また、第1トレンチ3の底面から、第1ドレイン領域6側の第1トレンチ3の側壁に跨る領域を、チャネル領域とすることができる。そのため、第1トレンチ3を浅く形成し、トレンチ幅を狭くしたとしても、低耐圧横型トレンチMOSFETを短チャンネル効果やパンチスルーを抑制することができる構造とすることができる。
As described above, according to the first embodiment, the channel resistance can be reduced by providing the
(実施の形態2)
図2は、実施の形態2にかかる半導体素子を示す断面図である。図2に示す半導体素子は、トレンチゲート構造を有する横型のパワーMOSFET(トレンチ横型パワーMOSFET)である。図2に示すように、トレンチ横型パワーMOSFETでは、ウエル領域2の一部には、ウエル領域2を貫通しない深さで、第2トレンチ21が設けられている。第2トレンチ21は、例えば実施の形態1の低耐圧横型トレンチMOSFETの第1トレンチよりも広い幅を有する。ウエル領域2の表面層の一部には、第2トレンチ21の一方の側壁の一部に接して、n型の第2ソース領域24が設けられている。第2ソース領域24は、第2トレンチ21よりも深さを有する。また、第2トレンチ21の他方の側壁に接して、第2トレンチ21の底面の例えば曲線形状を有するコーナー部(以下、第2トレンチ曲率部52とする)を占めるように、n型の第2ドレイン領域25が設けられている。第2ドレイン領域25は、第2トレンチ21よりも深さを有する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor element according to the second embodiment. The semiconductor element shown in FIG. 2 is a lateral power MOSFET (trench lateral power MOSFET) having a trench gate structure. As shown in FIG. 2, in the trench lateral power MOSFET, a
第2トレンチ21の底面において、ウエル領域2の表面層には、第2ドレイン領域25に接するように、n-低濃度半導体領域23が設けられている。n-低濃度半導体領域23は、第2ドレイン領域25と同一の導電型を有する。また、n-低濃度半導体領域23は、第2ドレイン領域25よりも低い不純物濃度を有する。第2ソース領域24の表面層の一部には、第2トレンチ21の側壁と離れて、n+型の第2高濃度ソース領域26が設けられている。第2高濃度ソース領域26は、第2ソース領域24よりも高い不純物濃度を有する。第2ドレイン領域25の表面層には、n+型の第2高濃度ドレイン領域27が設けられている。第2高濃度ドレイン領域27は、第2ドレイン領域25よりも高い不純物濃度を有する。
On the bottom surface of the
第2ゲート電極22は、第2トレンチ21の内部において、第2ゲート絶縁膜30を介して、第2ソース領域24からn-低濃度半導体領域23まで跨るように設けられている。第2ソース電極28は、第2高濃度ソース領域26に接している。第2ドレイン電極29は、第2高濃度ドレイン領域27に接している。また、第2ドレイン電極29は、第2トレンチ21の第2ドレイン領域25側の側壁に、第2ゲート絶縁膜30を介して設けられた電極と短絡している。それ以外の構成は、実施の形態1の低耐圧横型トレンチMOSFETと同様である。
The
第2ソース領域24は、次の(3)式を満たすように設けるのが良い。(3)式は、ウエル領域2の深さ方向における、第2ソース領域24と第2トレンチ21とが接触する第4距離Xspの好適な範囲である。なお、第2トレンチ21の深さDt2、第2ソース領域24が設けられる前のウエル領域2の表面から第2ゲート電極22の表面までの深さDp2とする。
The
Dp2<Xsp<Dt2 ・・・(3) D p2 <X sp <D t2 (3)
(3)式を満たすように第2ソース領域24を設ける理由は、次に示すとおりである。第4距離Xspの値が下限値よりも小さい場合、第2ソース領域24が、第2ゲート絶縁膜30を介して第2ゲート電極22と接しないため、トレンチ横型パワーMOSFETが、MOSFETの構成とならないからである。また、第4距離Xspの値が上限値よりも大きい場合、第2ソース領域24が、n-低濃度半導体領域23を介して第2ドレイン電極29に短絡してしまうからである。
The reason why the
また、第2ドレイン領域25は、次の(4)式を満たすように設けるのが良い。(4)式は、ウエル領域2の深さ方向における、第2ドレイン領域25と第2トレンチ21とが接触する第5距離Xdpの好適な範囲である。なお、第2トレンチ21の深さDt2、第2トレンチ21の底面の幅Lt2、および第2高濃度ドレイン領域27と第2トレンチ21とが接触する第6距離Xn2とする。
The
Xdp<Dt2+(1/2)Lt2−Xn2 ・・・(4) X dp <D t2 + (1/2) L t2 −X n2 (4)
(4)式を満たすように第2ドレイン領域25を設ける理由は、次に示すとおりである。第5距離Xdpの値が上限値よりも大きい値で、例えばソース・ドレイン間の耐圧を高くするために、n-低濃度半導体領域23の全体を覆うように第2ドレイン領域25を形成してしまうと、n-低濃度半導体領域23が第2ドレイン領域25の電位となってしまい、ウエル領域2が空乏化しにくくなってしまう。そのため、第2ドレイン領域25の底面近傍の電位を、n-低濃度半導体領域23の電位に維持する必要があるからである。
The reason why the
このようなトレンチ横型パワーMOSFETでは、第2ソース領域24の底面近傍のウエル領域2が、チャネル領域として機能する。また、第2ソース領域24が第2ゲート絶縁膜30を介して第2ゲート電極22と接する距離を短くすることにより、ゲート・ドレイン間のオーバーラップ容量を低減することができる。これにより、ゲート・ドレイン間容量を低減することができる。
In such a trench lateral power MOSFET, the
また、第2ソース領域24の表面層に第2高濃度ソース領域26を設けることにより、ウエル領域2の深さ方向に向かって不純物濃度が低くなるように、ソース領域を設けることができる。また、第2ドレイン領域25の表面層に、第2高濃度ドレイン領域27を設けることにより、ウエル領域2の深さ方向に向かって不純物濃度が低くなるように、ドレイン領域を設けることができる。これにより、トレンチ横型パワーMOSFETを、LDD構造とすることができる。また、第2ドレイン領域25を深く設けることにより、第2ドレイン領域25をプラグ層として機能させることができる。
Further, by providing the second high-
以上、説明したように、実施の形態2によれば、第2ドレイン領域25を、第2トレンチ21の底面の第2トレンチ曲率部52を占め、n-低濃度半導体領域23に接するように設けることにより、ドレイン抵抗を低減することができる。これにより、オン抵抗を低減することができる。また、第2ソース領域24と第2トレンチ21が接触する距離を短くすることにより、ゲート・ソース間のオーバーラップ容量を低減することができる。これにより、ゲート・ソース間容量を低減することができ、オン抵抗とゲート電荷の積を低減することができる。
As described above, according to the second embodiment, the
(実施の形態3)
図3は、本発明にかかるマスクパターンを示す平面図である。図3は、実施の形態1にかかる低耐圧横型トレンチMOSFETのソース領域およびドレイン領域を形成する際の、イオン注入時のマスクパターンを示している。図3に示すように、例えば半導体領域34には、第3トレンチ33が設けられている。ドレイン領域の第1マスク開口部31は、第3トレンチ33から離れて形成されている。例えば、第1マスク開口部31と第3トレンチ33の第1間隔Aは、例えば0.10〜0.2μm程度離して形成される。これは、第3トレンチ33の底面と側面とのなす角度(テーパー角度)を86〜89度としたときに、ドーズ量1×1013〜1×1015cm-2のイオン注入でドレイン領域を形成した場合の、所望の第3距離Xdを得るためのおおよその範囲である。つまり、第1間隔Aの範囲は、ドレイン領域を形成するためのイオン注入のドーズ量や加速電圧、イオン注入後の熱処理、第3トレンチ33のアスペクト比、第3トレンチ33のテーパー角度によって変えても良い。ソース領域の第2マスク開口部32は、第3トレンチ33に接して形成されている。つまり、第2マスク開口部32と第3トレンチ33の第2間隔Bはゼロである。このようなマスクパターンで、実施の形態1にかかる低耐圧横型トレンチMOSFETの、第1ソース領域、第1ドレイン領域、第1高濃度ソース領域および第1高濃度ドレイン領域が形成される。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a plan view showing a mask pattern according to the present invention. FIG. 3 shows a mask pattern at the time of ion implantation when forming the source region and the drain region of the low breakdown voltage lateral trench MOSFET according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, for example, a
また、実施の形態2にかかるトレンチ横型パワーMOSFETの、ソース領域およびドレイン領域を形成するためのマスクパターンでは、ドレイン領域の第1マスク開口部31は、第3トレンチ33に接して形成されている。ソース領域の第2マスク開口部32は、第3トレンチ33から離れて形成されている。つまり、図3に示すマスクパターンにおいて、第1間隔Aと第2間隔Bが逆の状態のマスクパターンとなる。
In the mask pattern for forming the source region and the drain region of the trench lateral power MOSFET according to the second embodiment, the first mask opening 31 in the drain region is formed in contact with the
図4〜図9は、本発明にかかる半導体素子の製造方法を示す断面図である。実施の形態1にかかる低耐圧横型トレンチMOSFETと、実施の形態2にかかるトレンチ横型パワーMOSFETとを、同一の半導体基板1に形成する工程について説明する。低耐圧横型トレンチMOSFETは、第1半導体素子に相当する。トレンチ横型パワーMOSFETは、第2半導体素子に相当する。
4-9 is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor element concerning this invention. A process of forming the low breakdown voltage lateral trench MOSFET according to the first embodiment and the trench lateral power MOSFET according to the second embodiment on the
まず、図4に示すように、半導体基板1の表面に形成された図示省略するマスク酸化膜の上から、半導体基板1の表面層に、例えばボロン(B)などの不純物をイオン注入する。次いで、熱処理を行い、半導体基板1の表面層に打ち込んだ不純物を拡散し、半導体基板1の表面にウエル領域2を形成する。このように形成された半導体基板1には、低耐圧横型トレンチMOSFETを形成する領域(以下、第1半導体素子形成領域とする)100と、トレンチ横型パワーMOSFETを形成する領域(以下、第2半導体素子形成領域とする)110が設けられる。
First, as shown in FIG. 4, an impurity such as boron (B) is ion-implanted into the surface layer of the
次いで、フォトリソグラフィにより、第1半導体素子形成領域100に、第1トレンチ3を形成する。また、第2半導体素子形成領域110に、第2トレンチ21を形成する。第2トレンチ21の底面の幅Lt2は、第1トレンチ3の底面の幅Lt1よりも広く形成するのが良い(Lt1<Lt2)。その理由は、後述する。第1トレンチ3の深さDt1および底面の幅Lt1は、例えばそれぞれ0.7μmおよび0.5μmであっても良い。第2トレンチ21の深さDt2および底面の幅Lt2は、例えばそれぞれ0.7μmおよび1.0μmであっても良い。
Next, the
次いで、フォトリソグラフィによって、第1半導体素子形成領域100および第2半導体素子形成領域110を覆う図示省略する第1レジストパターンを形成する。次いで、第1レジストパターンをマスクとして、ウエル領域2の表面を局所的に熱酸化(LOCOS)し、局部絶縁膜11を形成する。これにより、低耐圧横型トレンチMOSFETとトレンチ横型パワーMOSFETが局部絶縁膜11により分離される。次いで、第1レジストパターンのマスクを除去しウエル領域2の表面に、酸化膜40を形成する。このとき、第1トレンチ3および第2トレンチ21の側壁および底面にも、酸化膜40が形成される。第1トレンチ3の側壁および底面に形成された酸化膜40は、第1ゲート絶縁膜12である。第2トレンチ21の側壁および底面に形成された酸化膜40は、第2ゲート絶縁膜30である。酸化膜40の厚さは、例えば100〜200Åであっても良い。
Next, a first resist pattern (not shown) that covers the first semiconductor
次いで、第1半導体素子形成領域100および第2半導体素子形成領域110の全体にわたって、半導体基板1の酸化膜40が形成された表面全面に、第1トレンチ3および第2トレンチ21の内部を埋め込むように、不純物を添加したポリシリコン(ドープトポリシリコン:Doped Poly−Silicon)を堆積する。このポリシリコンの膜は、導電性の膜に相当する。次いで、エッチバックを行い、酸化膜40の表面のポリシリコンを除去する。第1半導体素子形成領域100では、第1トレンチ3の開口部近傍のポリシリコンも除去される。これにより、第1トレンチ3の内部に第1ゲート電極4が形成される。また、第2トレンチ21の底面の幅Lt2が第1トレンチ3の底面の幅Lt1よりも広いので、第2半導体素子形成領域110では、第2トレンチ21の開口部近傍のポリシリコンとともに、第2トレンチ21の中央部近傍のポリシリコンも除去される。これにより、第2トレンチ21の側壁にのみ、ポリシリコンが残り、第2ゲート電極22が形成される。第2ソース領域24が形成される側の側壁に残るポリシリコンが、第2ゲート電極22である。
Next, the inside of the
次いで、図5に示すように、フォトリソグラフィによって、第2トレンチ21の形成領域およびその近傍が開口した第2レジストパターン41を形成する。次いで、第2レジストパターン41をマスクとして、酸化膜40の上から、ウエル領域2の表面層に、例えばリン(P)をイオン注入する。イオン注入条件は、例えば加速電圧50KeV、ドーズ量1×1012〜1×1013cm-2であっても良い。このイオン注入が、第1イオン注入に相当する。後の熱処理工程により拡散することにより、図6に示すように、第2トレンチ21の底面におけるウエル領域2の表面層に、n-低濃度半導体領域23が形成される。n-低濃度半導体領域23は、第2トレンチ21の側壁に残るポリシリコンと第2ゲート電極22により自己整合的に形成される。また、第2トレンチ21の側壁上部におけるウエル領域2の表面層に、後の工程で第2ソース領域24および第2ドレイン領域25となる領域が形成される。次いで、第2レジストパターン41を除去する。また、リン(P)のドーズ量が1×1012cm-2程度の低濃度の場合は、第2レジストパターン41が不要となり、この場合、酸化膜40の上から、ウエル領域2の表面層の全面にイオン注入しても構わない。
Next, as shown in FIG. 5, a second resist
次いで、トレンチ内部を絶縁膜ですべて充填したのち、図7に示すように、フォトリソグラフィによって、第1ソース領域5、第1ドレイン領域6、第2ソース領域24および第2ドレイン領域25の形成領域が開口した第3レジストパターン42を形成する。第1ソース領域5の形成領域における開口部は、第1トレンチ3の一方の側壁まで開口する(図3参照)。この開口部が、第1開口部に相当する。第1ドレイン領域6の形成領域における開口部は、第1トレンチ3の他方の側壁に達しないように開口する。開口部の側壁から第1トレンチ3の側壁までの距離は、例えば0.10〜0.20μm程度であっても良い。この開口部が、第2開口部に相当する。第2ソース領域24の形成領域における開口部は、第2トレンチ21の一方の側壁に達しないように開口する。開口部の側壁から第2トレンチ21の側壁までの距離は、例えば0.10〜0.20μm程度であっても良い。この開口部が、第3開口部に相当する。第2ドレイン領域25の形成領域における開口部は、第2トレンチ21の他方の側壁まで開口する。この開口部が、第4開口部に相当する。つまり、第1半導体素子形成領域100における開口部の形状と、第2半導体素子形成領域110における開口部の形状は、対称的な形状となっている。
Next, after filling the inside of the trench with an insulating film, as shown in FIG. 7, the formation region of the
次いで、第3レジストパターン42をマスクとして、酸化膜40の上から、ウエル領域2の表面層に、例えばリンを垂直、もしくはウエル領域2の深さ方向に対して7°の傾きでイオン注入する。このイオン注入は、次に連続して行うイオン注入よりも、低ドーズ量および高加速電圧で行うのが良い。イオン注入条件は、例えば加速電圧150KeV〜1MeV、ドーズ量1×1014〜1×1015cm-2程度であっても良い。このイオン注入が、第2イオン注入に相当する。例えばリンを150KeVでイオン注入した場合には、例えば窒素雰囲気で熱拡散工程をおこなうことにより、トレンチ底面よりも深くなるようにドライブすることで、第1半導体素子形成領域100において、ウエル領域2の表面層に、第1ソース領域5および第1ドレイン領域6が形成される。また、第2半導体素子形成領域110において、ウエル領域2の表面層に、第2ソース領域24および第2ドレイン領域25が形成される。
Next, using the third resist
また、リンを1MeVでイオン注入した場合には、飛程が1μm程度まで達するので、その前述の熱拡散工程は不要であり、後の熱処理工程により活性化され、第1半導体素子形成領域100において、ウエル領域2の表面層に、第1ソース領域5および第1ドレイン領域6が形成される。また、第2半導体素子形成領域110において、ウエル領域2の表面層に、第2ソース領域24および第2ドレイン領域25が形成される。
In addition, when phosphorus is ion-implanted at 1 MeV, the range reaches about 1 μm, so that the above-described thermal diffusion process is not necessary, and it is activated by a subsequent heat treatment process. The
次に、図8に示すように、第3レジストパターン42をマスクとして、酸化膜40の上から、ウエル領域2の表面層に、例えば砒素(As)を垂直、もしくはウエル領域2の深さ方向に対して7°の傾きでイオン注入する。イオン注入条件は、例えば加速電圧40KeV、ドーズ量3×1015cm-2程度であっても良い。このイオン注入が、第3イオン注入に相当する。
Next, as shown in FIG. 8, for example, arsenic (As) is perpendicular to the surface layer of the
第2イオン注入の後に熱拡散工程が不要の場合は、第2イオン注入と第3イオン注入を同じマスクを用いて連続して行うことができる。また、第2イオン注入の後に熱拡散工程を行った後に第3イオン注入を行う場合においても、熱拡散工程を還元性雰囲気で行うことにより、第2イオン注入を行う際のマスクを用いて第3イオン注入を行うことができる。 When the thermal diffusion process is not required after the second ion implantation, the second ion implantation and the third ion implantation can be continuously performed using the same mask. Also, in the case where the third ion implantation is performed after the thermal diffusion process is performed after the second ion implantation, the thermal diffusion process is performed in a reducing atmosphere, so that the second ion implantation is performed using the mask for performing the second ion implantation. Three ion implantations can be performed.
第3イオン注入において、例えば砒素が注入された領域には、後の熱処理工程により、第1ソース領域5の表面層に、第1高濃度ソース領域7が形成される。また、第1ドレイン領域6の表面層に、第1高濃度ドレイン領域8が形成される。また、第2ソース領域24の表面層に、第2高濃度ソース領域26が形成される。また、第2ドレイン領域25の表面層に、第2高濃度ドレイン領域27が形成される。
In the third ion implantation, for example, a first high-concentration source region 7 is formed in the surface layer of the
次いで、HTO(High Temperature Oxide)などの保護酸化膜のデポジションや、BPSG(Boro−Phospho Silicate Glass)などの層間絶縁膜のリフロー、ソース領域およびドレイン領域のアニールが行われる。このような熱処理により、図9に示すように、イオン注入により形成された拡散領域内の不純物が、ウエル領域2の深さ方向および水平方向へと所望の大きさに拡散する。例えばソース領域やドレイン領域などのLDD領域は、トレンチの深さ(例えば0.7μm)よりも深い、例えば1.0μm程度の深さになる。また、第1半導体素子形成領域100では、第1ソース領域5は、第1トレンチ3の底面の第1トレンチ曲率部51を占めるように拡散する。また、第1ドレイン領域6は、第1ソース領域5の拡散方向と同方向に、第1トレンチ3から離れる方向に拡散する。また、第2半導体素子形成領域110では、第2ドレイン領域25は、第2トレンチ21の底面の第2トレンチ曲率部52を占めるように拡散する。また、第2ソース領域24は、第2ドレイン領域25の拡散方向と同方向に、第2トレンチ21から離れる方向に拡散する。また、n-低濃度半導体領域23も拡散される。
Next, deposition of a protective oxide film such as HTO (High Temperature Oxide), reflow of an interlayer insulating film such as BPSG (Boro-Phospho Silicate Glass), and annealing of the source region and the drain region are performed. By such heat treatment, as shown in FIG. 9, impurities in the diffusion region formed by ion implantation are diffused to a desired size in the depth direction and the horizontal direction of the
次いで、第1高濃度ソース領域7に接する第1ソース電極9を形成する。また、第1高濃度ドレイン領域8に接する第1ドレイン電極10を形成する。また、第2高濃度ソース領域26に接する第2ソース電極28を形成する。また、第2高濃度ドレイン領域27に接する第2ドレイン電極29を形成する。また、第2トレンチ21の第2ドレイン領域25側の側壁に残るポリシリコンと、第2ドレイン電極29については、ゲート奥行き方向のエッヂ部分で引き出されたポリシリコンに対し、例えばアルミニウムなどを用いて電気的に接続することにより短絡する。これにより、同一の半導体基板1に、実施の形態1にかかる低耐圧横型トレンチMOSFET、および実施の形態2にかかるトレンチ横型パワーMOSFETが形成された半導体装置が完成する。
Next, a first source electrode 9 in contact with the first high concentration source region 7 is formed. Further, the
以上、説明したように、実施の形態3によれば、実施の形態1および実施の形態2と同様の効果を得ることができる。また、低耐圧横型トレンチMOSFETのLDD領域と、トレンチ横型パワーMOSFETのLDD領域を同時に形成することで、半導体装置の全体の製造工程数を低減することができる。また、高ドーズ量および低加速電圧で行うイオン注入と、低ドーズ量および高加速電圧で行うイオン注入を連続して行うことで、ウエル領域2の深さ方向に向かって不純物濃度が低くなるように、ソース領域およびドレイン領域を設けることができる。また、その後の熱処理により、ソース領域やドレイン領域をトレンチよりも深く形成することができる。これにより、半導体素子をLDD構造とすることができ、半導体素子のオン抵抗を低減することができる。また、ドレイン領域を、プラグ層として機能させることができる。これにより、プラグ層を形成する工程を行わずにすむため、さらに製造工程数を低減することができる。
As described above, according to the third embodiment, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained. In addition, by simultaneously forming the LDD region of the low breakdown voltage lateral trench MOSFET and the LDD region of the trench lateral power MOSFET, the number of manufacturing steps of the entire semiconductor device can be reduced. Further, the ion concentration performed at a high dose and a low acceleration voltage and the ion implantation performed at a low dose and a high acceleration voltage are continuously performed so that the impurity concentration decreases in the depth direction of the
また、第3レジストパターン42をマスクとして、イオン注入を行うことにより、低耐圧横型トレンチMOSFETでは、第1ソース領域5を、第1トレンチ3の底面の第1トレンチ曲率部51を占めるように形成することができる。これにより、低耐圧横型トレンチMOSFETのチャネル抵抗を低減することができ、オン抵抗を低減することができる。また、第1ドレイン領域6と第1トレンチ3が接触する距離を短く形成することができる。これにより、ゲート・ドレイン間容量を低減することができ、オン抵抗とゲート電荷の積を低減することができる。一方、トレンチ横型パワーMOSFETでは、第2ドレイン領域25を、第2トレンチ21の底面の第2トレンチ曲率部52を占め、n-低濃度半導体領域23に接するように形成することができる。これにより、トレンチ横型パワーMOSFETのドレイン抵抗を低減することができ、オン抵抗を低減することができる。また、第2ソース領域24と第2トレンチ21が接触する距離を短く形成することができる。これにより、ゲート・ソース間容量を低減することができ、オン抵抗とゲート電荷の積を低減することができる。
Further, by performing ion implantation using the third resist
次に、上述した各実施の形態にかかる半導体素子のオン抵抗、およびオン抵抗とゲート電荷の積(RonQg)について検証を行った。実施の形態1にかかる半導体素子を例に説明する。図10は、実施の形態1にかかる半導体素子のオン時のドレイン電流−ドレイン電圧の関係を示す特性図である。また、図11は、実施の形態1にかかる半導体素子のオフ時のドレイン電流−ドレイン電圧の関係を示す特性図である。また、図12は、実施の形態1にかかる半導体素子のゲート・ドレイン間容量を示す特性図である。まず、上述した実施の形態1に従い、低耐圧横型トレンチMOSFETを作成した(以下、実施例とする)。また、比較のため、図13に示すような従来の低耐圧横型トレンチMOSFETを作成した(以下、従来例とする)。実施例および従来例ともに、第1トレンチ3の深さDt1および底面の幅Lt1を、それぞれ0.7μmおよび0.5μmとした。チャネル領域の、チャネル長に直行する方向の長さを25μmとした。ゲート電圧を5.0Vとした。
Next, the on-resistance of the semiconductor element according to each embodiment described above and the product of the on-resistance and the gate charge (RonQg) were verified. The semiconductor device according to the first embodiment will be described as an example. FIG. 10 is a characteristic diagram illustrating a relationship between drain current and drain voltage when the semiconductor element according to the first embodiment is on. FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between the drain current and the drain voltage when the semiconductor device according to the first embodiment is off. FIG. 12 is a characteristic diagram showing the gate-drain capacitance of the semiconductor element according to the first embodiment. First, according to the first embodiment described above, a low breakdown voltage lateral trench MOSFET was formed (hereinafter referred to as an example). For comparison, a conventional low breakdown voltage lateral trench MOSFET as shown in FIG. 13 was prepared (hereinafter referred to as a conventional example). In both the example and the conventional example, the depth D t1 and the bottom width L t1 of the
図10に示す結果より、実施例は、従来例に比べて、オン抵抗が低減することがわかった。チャネル抵抗を大幅に低減することができるためと推測することができる。図10に示すように、実施例では、約30%程度、低オン抵抗化が図れることがわかる。 From the results shown in FIG. 10, it was found that the on-resistance was reduced in the example as compared with the conventional example. It can be assumed that the channel resistance can be greatly reduced. As shown in FIG. 10, it can be seen that the on-resistance can be reduced by about 30% in the embodiment.
また、図11に示す結果より、実施例および従来例のオフ耐圧は、ほぼ同様の値となった。その理由は、ゲートトレンチ構造の横型MOSFETのオフ耐圧は、トレンチのドレイン領域側の側壁上部における第1ドレイン領域6の不純物濃度で決定するからである。図11に示すように、ドレイン・ソース間の漏れ電流が1.0μAのときに、実施例および従来例のオフ耐圧は14Vとなることがわかる。
Moreover, from the results shown in FIG. 11, the off-breakdown voltages of the example and the conventional example are substantially the same value. This is because the off breakdown voltage of the lateral MOSFET having the gate trench structure is determined by the impurity concentration of the
また、図12に示す結果より、実施例は、従来例に比べて、オン抵抗とゲート電荷の積が低減することがわかった。実施の形態1において述べたように、実施例では、ゲート・ドレイン間容量(帰還容量)を低減することができるからである。また、図10に示しように、オン抵抗を低減することができるからである。 From the results shown in FIG. 12, it was found that the product of the on-resistance and the gate charge was reduced in the example as compared with the conventional example. This is because the gate-drain capacitance (feedback capacitance) can be reduced in the example as described in the first embodiment. Further, as shown in FIG. 10, the on-resistance can be reduced.
また、トレンチ横型パワーMOSFETは、低耐圧横型トレンチMOSFETと同様に、LDD領域を備えている。そのため、トレンチ横型パワーMOSFETにおいても、オン抵抗を低減することができることがわかる。また、トレンチ横型パワーMOSFETでは、第2ゲート電極22および第2ソース領域24間の構造が、低耐圧横型トレンチMOSFETの第1ゲート電極4および第1ドレイン領域6間の構造と同様である。そのため、ドレイン・ソース間容量を低減することができると推測することができる。これにより、トレンチ横型パワーMOSFETにおいても、オン抵抗とゲート電荷の積を低減することができると推測することができる。
In addition, the trench lateral power MOSFET includes an LDD region, like the low breakdown voltage lateral trench MOSFET. Therefore, it can be seen that the on-resistance can also be reduced in the trench lateral power MOSFET. In the trench lateral power MOSFET, the structure between the
以上において本発明では、n型のMOSFETを例に説明しているが、上述した実施の形態に限らず、p型のMOSFETに適用することが可能である。その場合、n型のウエル領域2の表面層に、例えばボロン(B11)およびフッ化ボロン(BF2)をイオン注入し、p型のソース領域、高濃度ソース領域、p型のドレイン領域および高濃度ドレイン領域を設けるのが良い。
In the above description, the present invention has been described by taking an n-type MOSFET as an example. In that case, boron (B 11 ) and boron fluoride (BF 2 ), for example, are ion-implanted into the surface layer of the n-
なお、低耐圧横型トレンチMOSFETと、低耐圧横型トレンチMOSFETのLDD領域と同じ構成の拡散領域を有する半導体素子とを同一基板に形成する場合にも、この半導体素子の拡散領域と、低耐圧横型トレンチMOSFETのLDD領域とを同時に形成することで、本発明は適用可能である。トレンチ横型パワーMOSFETにおいても、トレンチ横型パワーMOSFETと、トレンチ横型パワーMOSFETのLDD領域と同じ構成の拡散領域を有する半導体素子とを同一基板に形成する場合に、本発明は適用可能である。 Even when the low breakdown voltage lateral trench MOSFET and the semiconductor element having the diffusion region having the same configuration as the LDD region of the low breakdown voltage lateral trench MOSFET are formed on the same substrate, the diffusion region of the semiconductor element and the low breakdown voltage lateral trench are formed. The present invention can be applied by simultaneously forming the LDD region of the MOSFET. The present invention can also be applied to a trench lateral power MOSFET when the trench lateral power MOSFET and a semiconductor element having a diffusion region having the same configuration as the LDD region of the trench lateral power MOSFET are formed on the same substrate.
以上のように、本発明にかかる半導体素子およびその製造方法は、トレンチ内にゲート電極を有する横型のMOSFETを備えた半導体素子に有用であり、特に、電源ICに使用される半導体素子に適している。 As described above, the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention are useful for a semiconductor device including a lateral MOSFET having a gate electrode in a trench, and are particularly suitable for a semiconductor device used in a power supply IC. Yes.
1 半導体基板
2 ウエル領域
3 第1トレンチ
4 第1ゲート電極
5 第1ソース領域
6 第1ドレイン領域
7 第1高濃度ソース領域
8 第1高濃度ドレイン領域
9 第1ソース電極
10 第1ドレイン電極
11 局部絶縁膜
12 第1ゲート絶縁膜
21 第2トレンチ
22 第2ゲート電極
23 n-低濃度半導体領域
24 第2ソース領域
25 第2ドレイン領域
26 第2高濃度ソース領域
27 第2高濃度ドレイン領域
28 第2ソース電極
29 第2ドレイン電極
30 第2ゲート絶縁膜
33 第3トレンチ
100 半導体素子形成領域(第1)
110 半導体素子形成領域(第2)
DESCRIPTION OF
110 Semiconductor element formation region (second)
Claims (11)
前記ウエル領域に設けられた、前記ウエル領域よりも浅い第1トレンチと、
前記ウエル領域の表面層に、前記第1トレンチの一方の側壁に接して、前記第1トレンチの底面のコーナー部を占めるように、前記第1トレンチよりも深く設けられた第1ソース領域と、
前記ウエル領域の表面層に、前記第1トレンチの他方の側壁の一部に接して、前記第1トレンチよりも深く設けられた第1ドレイン領域と、
前記第1ソース領域の表面層に設けられた、前記第1ソース領域よりも高い不純物濃度を有する第1高濃度ソース領域と、
前記第1ドレイン領域の表面層に、前記第1トレンチの側壁と離れて設けられた、前記第1ドレイン領域よりも高い不純物濃度を有する第1高濃度ドレイン領域と、
前記第1トレンチの内部に、第1ゲート絶縁膜を介して設けられた第1ゲート電極と、
を備えることを特徴とする半導体素子。 A well region provided in a surface layer of a semiconductor substrate;
A first trench provided in the well region and shallower than the well region;
A first source region provided deeper than the first trench so as to be in contact with one side wall of the first trench and occupy a corner portion of the bottom surface of the first trench on a surface layer of the well region;
A first drain region provided deeper than the first trench in contact with a part of the other side wall of the first trench on a surface layer of the well region;
A first high concentration source region provided in a surface layer of the first source region and having an impurity concentration higher than that of the first source region;
A first high-concentration drain region having an impurity concentration higher than that of the first drain region, provided in a surface layer of the first drain region, apart from a sidewall of the first trench;
A first gate electrode provided in the first trench through a first gate insulating film;
A semiconductor device comprising:
Xs<Dt1+Lt1−Xn1
を満たすことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。 In the depth direction of the well region, the first distance X s where the first source region and the first trench are in contact is the depth D t1 of the first trench and the width L t1 of the bottom surface of the first trench. And the second distance X n1 where the first high-concentration source region and the first trench are in contact with each other,
X s <D t1 + L t1 −X n1
The semiconductor device according to claim 1, wherein:
Dp1<Xd<Dt1
を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体素子。 In the depth direction of the well region, the third distance Xd at which the first drain region and the first trench are in contact is the depth D t1 of the first trench, before the first drain region is provided. When the depth D p1 from the surface of the well region to the surface of the first gate electrode is set,
D p1 <X d <D t1
The semiconductor element according to claim 1, wherein:
前記ウエル領域に設けられた、前記ウエル領域よりも浅い第2トレンチと、
前記ウエル領域の表面層に、前記第2トレンチの一方の側壁の一部に接して、前記第2トレンチよりも深く設けられた第2ソース領域と、
前記ウエル領域の表面層に、前記第2トレンチの他方の側壁に接して、前記第2トレンチの底面のコーナー部を占めるように、前記第2トレンチよりも深く設けられた第2ドレイン領域と、
前記第2トレンチの底面における前記ウエル領域の表面層に、前記第2ドレイン領域に接して設けられ、前記第2ドレイン領域と同一の導電型を有し、前記第2ドレイン領域よりも低い不純物濃度の低濃度半導体領域と、
前記第2ソース領域の表面層に、前記第2トレンチの側壁と離れて設けられた、前記第2ソース領域よりも高い不純物濃度を有する第2高濃度ソース領域と、
前記第2ドレイン領域の表面層に設けられた、前記第2ドレイン領域よりも高い不純物濃度を有する第2高濃度ドレイン領域と、
前記第2トレンチの内部に、第2ゲート絶縁膜を介して、前記第2ソース領域から前記低濃度半導体領域を跨るように設けられた第2ゲート電極と、
を備えることを特徴とする半導体素子。 A well region provided in a surface layer of a semiconductor substrate;
A second trench provided in the well region and shallower than the well region;
A second source region provided deeper than the second trench in contact with a part of one side wall of the second trench on a surface layer of the well region;
A second drain region provided deeper than the second trench so as to occupy a corner of the bottom surface of the second trench in contact with the other side wall of the second trench on the surface layer of the well region;
The surface layer of the well region at the bottom surface of the second trench is provided in contact with the second drain region, has the same conductivity type as the second drain region, and has an impurity concentration lower than that of the second drain region. A low concentration semiconductor region,
A second high-concentration source region having an impurity concentration higher than that of the second source region, provided on the surface layer of the second source region, apart from the sidewall of the second trench;
A second high-concentration drain region provided in a surface layer of the second drain region and having an impurity concentration higher than that of the second drain region;
A second gate electrode provided in the second trench so as to straddle the low-concentration semiconductor region from the second source region via a second gate insulating film;
A semiconductor device comprising:
Dp2<Xsp<Dt2
を満たすことを特徴とする請求項4に記載の半導体素子。 In the depth direction of the well region, the fourth distance X sp at which the second source region and the second trench are in contact is the depth D t2 of the second trench, before the second source region is provided. When the depth D p2 from the surface of the well region to the surface of the second gate electrode is set,
D p2 <X sp <D t2
The semiconductor device according to claim 4, wherein:
Xdp<Dt2+(1/2)Lt2−Xn2
を満たすことを特徴とする請求項4または5に記載の半導体素子。 In the depth direction of the well region, the fifth distance X dp where the second drain region and the second trench are in contact with each other is the depth D t2 of the second trench and the width L t2 of the bottom surface of the second trench. And a sixth distance X n2 where the second high-concentration drain region and the second trench are in contact with each other,
X dp <D t2 + (1/2) L t2 −X n2
The semiconductor element according to claim 4, wherein:
前記半導体基板の表面層に形成された第1導電型のウエル領域に、前記第1半導体素子の第1トレンチを前記ウエル領域よりも浅く形成し、前記第1トレンチから離れて、前記第1トレンチよりも広い幅を有する前記第2半導体素子の第2トレンチを前記ウエル領域よりも浅く形成するトレンチ形成工程と、
前記第1トレンチの側壁および底面に第1ゲート絶縁膜を形成し、前記第2トレンチの側壁および底面に第2ゲート絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜形成工程の後に、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチの内部に埋め込むように、前記ウエル領域の表面に導電性の膜を形成する導電膜形成工程と、
前記導電性の膜をエッチングして、前記第1トレンチの内部に第1ゲート電極を形成し、前記第2トレンチの内部に第2ゲート電極を形成する電極形成工程と、
前記第2ゲート電極をマスクとして、前記第2トレンチの底面に第2導電型の不純物をイオン注入する第1イオン注入工程と、
前記第1イオン注入工程の後に、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチの内部を絶縁膜で充填した後、前記第1トレンチの一方の側壁まで開口する第1開口部と、前記第1トレンチの他方の側壁に達しないように開口する第2開口部と、前記第2トレンチの一方の側壁に達しないように開口する第3開口部と、前記第2トレンチの他方の側壁まで開口する第4開口部とを有するマスクを形成するマスク工程と、
前記マスク工程で形成された前記マスクを用いて、第2導電型の不純物をイオン注入する第2イオン注入工程と、
前記マスク工程で形成された前記マスクを用いて、第2導電型の不純物をイオン注入する第3イオン注入工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor element, wherein a first semiconductor element and a second semiconductor element are formed on the same semiconductor substrate,
A first trench of the first semiconductor element is formed shallower than the well region in a first conductivity type well region formed in a surface layer of the semiconductor substrate, and the first trench is separated from the first trench. A trench forming step of forming a second trench of the second semiconductor element having a wider width shallower than the well region;
Forming an insulating film on the sidewall and bottom surface of the first trench, and forming a second gate insulating film on the sidewall and bottom surface of the second trench;
A conductive film forming step of forming a conductive film on a surface of the well region so as to be embedded in the first trench and the second trench after the insulating film forming step;
Etching the conductive film to form a first gate electrode inside the first trench and forming a second gate electrode inside the second trench; and
A first ion implantation step of ion-implanting a second conductivity type impurity into the bottom surface of the second trench using the second gate electrode as a mask;
After the first ion implantation step, the first trench and the second trench are filled with an insulating film and then opened to one side wall of the first trench, and the first trench A second opening that opens so as not to reach the other side wall; a third opening that opens so as not to reach one side wall of the second trench; and a fourth opening that opens to the other side wall of the second trench. A mask process for forming a mask having an opening;
A second ion implantation step of ion-implanting a second conductivity type impurity using the mask formed in the mask step;
A third ion implantation step of ion implanting a second conductivity type impurity using the mask formed in the mask step;
The manufacturing method of the semiconductor element characterized by the above-mentioned.
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2009
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| CN109148449A (en) * | 2017-06-19 | 2019-01-04 | 富士电机株式会社 | The manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device |
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