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JP5428824B2 - Secondary battery protection device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Secondary battery protection device and semiconductor device manufacturing method Download PDF

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JP5428824B2
JP5428824B2 JP2009283533A JP2009283533A JP5428824B2 JP 5428824 B2 JP5428824 B2 JP 5428824B2 JP 2009283533 A JP2009283533 A JP 2009283533A JP 2009283533 A JP2009283533 A JP 2009283533A JP 5428824 B2 JP5428824 B2 JP 5428824B2
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Description

この発明は、トレンチゲート型MOSFETを用いた半導体装置および二次電池保護装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a secondary battery protection device using a trench gate type MOSFET.

トレンチゲート型MOSFETはチャネル領域を縦方向に形成することから、特に大面積を要するパワーMOSFET等で大幅な素子面積縮小が図れるという利点を有する。
以下に、特許文献1や2などに開示されている双方向トレンチ横型MOSFETについて説明する。
Since the trench gate type MOSFET has a channel region formed in the vertical direction, it has an advantage that the device area can be greatly reduced particularly in a power MOSFET requiring a large area.
The bidirectional trench lateral MOSFET disclosed in Patent Documents 1 and 2 will be described below.

図21は、従来の双方向トレンチ横型MOSFETと二次電池保護装置の充放電制御回路を示す平面図である。図22は図21のX1−X1線で切断した要部断面図である。図23は図21のB部の一例の詳細図で同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX2−X2線で切断した要部断面図である。図24は図21のB部の他の例の詳細図で同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX3−X3線で切断した要部断面図である。   FIG. 21 is a plan view showing a charge / discharge control circuit of a conventional bidirectional trench lateral MOSFET and secondary battery protection device. FIG. 22 is a cross-sectional view of a principal part taken along line X1-X1 in FIG. FIG. 23 is a detailed view of an example of the B part of FIG. 21, where FIG. 23A is a plan view of the main part, and FIG. 23B is a cross-sectional view of the main part taken along line X2-X2 of FIG. . FIG. 24 is a detailed view of another example of the B part in FIG. 21. FIG. 24A is a plan view of the main part, and FIG. 24B is a cross-sectional view of the main part taken along line X3-X3 of FIG. It is.

図21では、双方向トレンチ横型MOSFET90を主として記載しており、充放電制御回路95の構成については省略されている。また、図21では、第1n+ソース領域7、第2n+ソース領域8および第1p+ベースピックアップ領域41、第2p+ベースピックアップ領域51は省略されている。また、図22、図23(a)および図24(a)ではプラグ13、第1ソース電極配線14、第2ソース電極配線15は省略されており、図22では第1トレンチ3を充填する層間絶縁膜200、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51は図示されていない。 In FIG. 21, the bidirectional trench lateral MOSFET 90 is mainly described, and the configuration of the charge / discharge control circuit 95 is omitted. In FIG. 21, the first n + source region 7, the second n + source region 8, the first p + base pickup region 41, and the second p + base pickup region 51 are omitted. 22, 23 (a) and 24 (a), the plug 13, the first source electrode wiring 14, and the second source electrode wiring 15 are omitted, and in FIG. 22, the interlayer filling the first trench 3. The insulating film 200, the first p + base pickup region 41, and the second p + base pickup region 51 are not shown.

この双方向トレンチ横型MOSFET90は、p型半導体基板1の表面層に形成されるnウエル領域2と、nウエル領域2の表面から内部に形成される閉ループ状の蛇行部を有する第1トレンチ3とを有する。蛇行部は、円弧部300と直線部310とから構成されている。また、第1トレンチ3と同時に形成され第1トレンチ3を囲む閉ループ状の第2トレンチ25を有する。第2トレンチ25は必要に応じて形成すればよい。   This bidirectional trench lateral MOSFET 90 includes an n-well region 2 formed in the surface layer of the p-type semiconductor substrate 1, and a first trench 3 having a closed loop-shaped meandering portion formed inside from the surface of the n-well region 2. Have The meandering portion is composed of an arc portion 300 and a straight portion 310. The second trench 25 is formed simultaneously with the first trench 3 and has a closed loop shape surrounding the first trench 3. The second trench 25 may be formed as necessary.

また、第1トレンチ3と第2トレンチ25に囲まれnウエル領域2の表面層に形成される第1pベース領域4と、nウエル領域2の表面層に形成され第1トレンチ3に囲まれる第2pベース領域5と、第1pベース領域4の表面層に形成され第1トレンチ3の側壁と接する第1n+ソース領域7と、第2pベース領域5の表面層に形成され第1トレンチ3の側壁と接する第2n+ソース領域8と、第1pベース領域4の表面層に形成される第1p+ベースピックアップ領域41と、第2pベース領域5の表面層に形成される第2p+ベースピックアップ領域51と有する。 In addition, the first p base region 4 surrounded by the first trench 3 and the second trench 25 and formed in the surface layer of the n well region 2, and the first p base region 4 formed in the surface layer of the n well region 2 and surrounded by the first trench 3. 2 p base region 5, first n + source region 7 formed in the surface layer of first p base region 4 and in contact with the side wall of first trench 3, and side wall of first trench 3 formed in the surface layer of second p base region 5 A second n + source region 8 in contact with the first p base region 4, a first p + base pickup region 41 formed in the surface layer of the first p base region 4, and a second p + base pickup region 51 formed in the surface layer of the second p base region 5. And have.

また、第1トレンチ3の側壁にゲート絶縁膜10を介して第1pベース領域4側に形成されるポリシリコンからなる第1ゲート電極11と、第1トレンチ3の側壁にゲート絶縁膜10を介して第2pベース領域5側に形成されるポリシリコンからなる第2ゲート電極12とを有する。第1トレンチ3で囲まれた領域において、第1トレンチ3同士を接続する第3トレンチ72を有する。また、第3トレンチ72は第2ポリシリコンゲート配線20の下で切断されていてもよい。切断される場合は、図31のように形成される。図31(a)は、第3トレンチ72が切断される場合の図21のY1−Y1線で切断した要部断面図である。図31(b)は、第3トレンチ72が切断される場合の図21のY2−Y2線で切断した要部断面図である。図31(c)は、第3トレンチ72および第2ポリシリコンゲート配線20周辺のマスクレイアウト図である。第2ポリシリコンゲート配線20上のコンタクトホール21形成の際に、コンタクトエッチングによって第2ポリシリコンゲート配線20下のゲート絶縁膜10にダメージが入ることがあるため、コンタクトホール21の下には厚い熱酸化膜であるLOCOSを形成することがある。このLOCOSは第3トレンチ72から所定の距離を離して形成する必要がある。微細化する場合には、第3トレンチ72をLOCOSから離すために切断する。このような構成は第4トレンチ71においても同様の構成とすることができる。また、第3トレンチ72の一端は円弧部300から突出するように形成されている。第3トレンチ72の両側壁にはゲート絶縁膜10を介して第2ゲート電極12が形成されている。この第2ゲート電極12は第1トレンチ3内の第2ゲート電極12と接続されている。第3トレンチ72は、第1トレンチ3に比べて幅を狭くしてもよい。この場合、第2ゲート電極12で埋め込まれ第2ゲート電極12の間に層間絶縁膜が形成されないようにしてもよい。   In addition, a first gate electrode 11 made of polysilicon is formed on the side wall of the first trench 3 via the gate insulating film 10 on the first p base region 4 side, and a gate insulating film 10 is formed on the side wall of the first trench 3. And a second gate electrode 12 made of polysilicon formed on the second p base region 5 side. In a region surrounded by the first trenches 3, there is a third trench 72 that connects the first trenches 3 to each other. The third trench 72 may be cut under the second polysilicon gate wiring 20. In the case of cutting, it is formed as shown in FIG. FIG. 31A is a main-portion cross-sectional view taken along the line Y1-Y1 of FIG. 21 when the third trench 72 is cut. FIG. 31B is a cross-sectional view of the main part taken along the line Y2-Y2 of FIG. 21 when the third trench 72 is cut. FIG. 31C is a mask layout view around the third trench 72 and the second polysilicon gate wiring 20. When the contact hole 21 on the second polysilicon gate wiring 20 is formed, the gate insulating film 10 below the second polysilicon gate wiring 20 may be damaged by contact etching. LOCOS, which is a thermal oxide film, may be formed. This LOCOS needs to be formed at a predetermined distance from the third trench 72. In the case of miniaturization, the third trench 72 is cut to separate it from LOCOS. Such a configuration can be the same in the fourth trench 71. Further, one end of the third trench 72 is formed so as to protrude from the arc portion 300. The second gate electrode 12 is formed on both side walls of the third trench 72 via the gate insulating film 10. The second gate electrode 12 is connected to the second gate electrode 12 in the first trench 3. The third trench 72 may be narrower than the first trench 3. In this case, the interlayer insulating film may be formed so as to be buried with the second gate electrode 12 and not be formed between the second gate electrodes 12.

また、第2トレンチ25の側壁にゲート絶縁膜10と同時に形成された絶縁膜27を介して第1pベース領域4側に形成されるポリシリコン膜28(第1ゲート電極11、第2ゲート電極12と同時に形成される)と、nウエル領域2側に形成されるポリシリコン膜29(第1ゲート電極11、第2ゲート電極12と同時に形成される)とを有する。さらに、第2トレンチ25と第1トレンチ3を接続する第4トレンチ71を備えている。第4トレンチ71は第1ポリシリコンゲート配線19の下で切断されていてもよい。第4トレンチ71の一端は円弧部300から突出するように形成されている。第4トレンチ71の両側壁にはゲート絶縁膜10を介して第1ゲート電極11が形成されている。この第1ゲート電極11は第1トレンチ3内の第1ゲート電極11および第2トレンチ25内のポリシリコン膜28と接続されている。第4トレンチ71は、第1トレンチ3に比べて幅を狭くして、第1ゲート電極11で埋め込まれ第1ゲート電極11の間に層間絶縁膜が形成されないようにしてもよい。   Further, a polysilicon film 28 (first gate electrode 11, second gate electrode 12 formed on the side of the first p base region 4 through an insulating film 27 formed simultaneously with the gate insulating film 10 on the side wall of the second trench 25. And a polysilicon film 29 (formed simultaneously with the first gate electrode 11 and the second gate electrode 12) formed on the n-well region 2 side. Further, a fourth trench 71 connecting the second trench 25 and the first trench 3 is provided. The fourth trench 71 may be cut under the first polysilicon gate wiring 19. One end of the fourth trench 71 is formed so as to protrude from the arc portion 300. A first gate electrode 11 is formed on both side walls of the fourth trench 71 via a gate insulating film 10. The first gate electrode 11 is connected to the first gate electrode 11 in the first trench 3 and the polysilicon film 28 in the second trench 25. The fourth trench 71 may be narrower than the first trench 3 and may be buried with the first gate electrode 11 so that no interlayer insulating film is formed between the first gate electrodes 11.

また、層間絶縁膜200に開けたコンタクトホール16に必要に応じてタングステンなどで形成したプラグ13を配置し、第1n+ソース領域7および第1p+ベースピックアップ領域41と、プラグ13を介して接する第1ソース電極配線14と、第2n+ソース領域8および第2p+ベースピックアップ領域51にプラグ13を介して接する第2ソース電極配線15とを有する。 A plug 13 formed of tungsten or the like is disposed in the contact hole 16 opened in the interlayer insulating film 200 as necessary, and is in contact with the first n + source region 7 and the first p + base pickup region 41 via the plug 13. The first source electrode wiring 14 and the second source electrode wiring 15 in contact with the second n + source region 8 and the second p + base pickup region 51 through the plug 13 are provided.

また、第4トレンチ71内の第1ゲート電極11に接する第1ポリシリコンゲート配線19と、第3トレンチ72内の第2ゲート電極12に接する第2ポリシリコンゲート配線20と、第1ポリシリコンゲート配線19にコンタクトホール21を通して接する第1ゲート金属配線17と、第2ポリシリコンゲート配線20にコンタクトホール21を介して接する第2ゲート金属配線18と、第1ソース電極配線14に接続する第1ソース端子S1と、第2ソース電極配線15に接続する第2ソース端子S2と、第1ゲート金属配線17に接続する第1ゲート端子G1と、第2ゲート金属配線18に接続する第2ゲート端子G2とを有する。尚、ポリシリコン膜29は他の箇所とは接続せず浮遊電位状態とするか、nウエル領域2と接続される。   The first polysilicon gate wiring 19 in contact with the first gate electrode 11 in the fourth trench 71, the second polysilicon gate wiring 20 in contact with the second gate electrode 12 in the third trench 72, and the first polysilicon A first gate metal line 17 in contact with the gate line 19 through the contact hole 21, a second gate metal line 18 in contact with the second polysilicon gate line 20 through the contact hole 21, and a first gate line connected to the first source electrode line 14. 1 source terminal S1, 2nd source terminal S2 connected to the 2nd source electrode wiring 15, 1st gate terminal G1 connected to the 1st gate metal wiring 17, and 2nd gate connected to the 2nd gate metal wiring 18 Terminal G2. It should be noted that the polysilicon film 29 is not connected to other portions but is in a floating potential state or connected to the n-well region 2.

図23(a)では、円弧部の直線部の長手方向に平行に第1p+ベースピックアップ領域41と第2p+ベースピックアップ領域51を形成している。これに対して、図24(a)では、図23(a)に比べてデバイス面積(デバイスピッチ)を小さくするために、直線部310の長手方向で第1n+ソース領域7と第1p+ベースピックアップ領域41および第2n+ソース領域8と第2p+ベースピックアップ領域51をそれぞれ交互に形成している。 In FIG. 23A, a first p + base pickup region 41 and a second p + base pickup region 51 are formed in parallel with the longitudinal direction of the straight portion of the arc portion. On the other hand, in FIG. 24A, in order to reduce the device area (device pitch) compared to FIG. 23A, the first n + source region 7 and the first p + base are arranged in the longitudinal direction of the straight portion 310. Pickup regions 41, second n + source regions 8 and second p + base pickup regions 51 are alternately formed.

また、双方向トレンチ横型MOSFET90を囲むように分離領域となるLOCOS膜37が形成されてる。分離領域はLOCOS膜37ではなく、STI(Shallow Trench Isolation)などでもよい。充放電制御回路95には、PMOS333とNMOS334などのプレーナMOSFETを備えている。PMOS333は、nウエル領域31内に形成されたp+ソースドレイン領域32、33とp+ソースドレイン領域32、33の間のnウエル領域31の表面上にゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極38を備えている。NMOS334は、p型半導体基板1または必要に応じてpウエル領域(図示せず)内に形成されたn+ソースドレイン領域35、36とn+ソースドレイン領域35、36の間のp型半導体基板1の表面上にゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極39を備えている。ゲート電極38およびゲート電極39は、双方向トレンチ横型MOSFET90の第1ゲート電極11、第2ゲート電極12やポリシリコン膜28、29と同時に形成することができる。充放電制御回路95と双方向トレンチ横型MOSFETとの間には、p型半導体基板1の表面層にp+領域34を設け、p+領域34を接地している。双方向トレンチ横型MOSFET90において発生した漏れ電流をグランドに流すことにより寄生動作を抑制している。 A LOCOS film 37 serving as an isolation region is formed so as to surround the bidirectional trench lateral MOSFET 90. The isolation region may not be the LOCOS film 37 but may be STI (Shallow Trench Isolation) or the like. The charge / discharge control circuit 95 includes planar MOSFETs such as a PMOS 333 and an NMOS 334. PMOS333 is gate formed through a gate insulating film on the surface of the n-well region 31 between the p formed in the n-well region 31 + source drain regions 32, 33 and p + source and drain regions 32, 33 An electrode 38 is provided. The NMOS 334 is a p-type semiconductor substrate 1 or a p-type semiconductor substrate between n + source / drain regions 35 and 36 and n + source / drain regions 35 and 36 formed in a p-well region (not shown) if necessary. 1 is provided with a gate electrode 39 formed on the surface of 1 via a gate insulating film. The gate electrode 38 and the gate electrode 39 can be formed simultaneously with the first gate electrode 11, the second gate electrode 12 and the polysilicon films 28 and 29 of the bidirectional trench lateral MOSFET 90. Between the charge / discharge control circuit 95 and the bidirectional trench lateral MOSFET, a p + region 34 is provided on the surface layer of the p-type semiconductor substrate 1, and the p + region 34 is grounded. The parasitic operation is suppressed by flowing the leakage current generated in the bidirectional trench lateral MOSFET 90 to the ground.

このように、従来の双方向トレンチ横型MOSFET90では閉ループ状の蛇行部を有する第1トレンチ3は、その側壁に第1ゲート電極11、第2ゲート電極12が形成され、蛇行部の直線部310の両側のトレンチ残し部は双方向MOSFETの第1n+ソース領域7、第2n+ソース領域8となっている。 Thus, in the conventional bidirectional trench lateral MOSFET 90, the first trench 3 having the closed loop meandering portion has the first gate electrode 11 and the second gate electrode 12 formed on the side wall thereof, and the linear portion 310 of the meandering portion is formed. The trench remaining portions on both sides are the first n + source region 7 and the second n + source region 8 of the bidirectional MOSFET.

その最外周に閉ループ状の第2トレンチ25を形成する場合は、第2トレンチ25で第1pベース領域4とnウエル領域2を分離している。第2トレンチ25を形成することで、nウエル領域2と第1pベース領域4のpn接合が表面ではなくなるため、不活性領域を狭めることができる。また、チップサイズを変えない場合には、活性領域を広げられるのでオン抵抗を低減することができる。   In the case of forming the closed-loop second trench 25 on the outermost periphery, the first p base region 4 and the n-well region 2 are separated by the second trench 25. By forming the second trench 25, the pn junction between the n-well region 2 and the first p base region 4 is not the surface, so that the inactive region can be narrowed. Further, when the chip size is not changed, the active region can be expanded, so that the on-resistance can be reduced.

以下、特許文献3に記載されている二次電池保護装置および二次電池保護装置に上記の双方向トレンチ横型MOSFET90を適用した場合について述べる。
図25(a)はリチウムイオン電池などの二次電池を収納した電池パックに収容された従来の二次電池保護装置の回路構成を示すブロック図であり、電池パック98が充電器99に接続された状態を示している。図25(b)は同図(a)の充放電制御動作を示す図である。また、図26は二次電池保護装置の充放電制御動作における電流経路を示す図であり、放電FET91と充電FET92に流れる電流の経路を示している。同図の(a)は通常時の充放電電流経路、(b)は過充電保護時の放電電流経路、(c)は過放電保護時の充電電流経路をそれぞれ示している。
Hereinafter, the case where the above-described bidirectional trench lateral MOSFET 90 is applied to the secondary battery protection device and the secondary battery protection device described in Patent Document 3 will be described.
FIG. 25A is a block diagram showing a circuit configuration of a conventional secondary battery protection device housed in a battery pack housing a secondary battery such as a lithium ion battery. The battery pack 98 is connected to the charger 99. Shows the state. FIG. 25B is a diagram showing the charge / discharge control operation of FIG. FIG. 26 is a diagram showing a current path in the charge / discharge control operation of the secondary battery protection device, and shows a path of current flowing through the discharge FET 91 and the charge FET 92. (A) of the figure shows the charging / discharging current path at the normal time, (b) shows the discharging current path at the time of overcharge protection, and (c) shows the charging current path at the time of overdischarge protection.

電池パック98には、二次電池96の放電制御用の半導体デバイスである放電FET91及び充電制御用の半導体デバイスである充電FET92のオン(ON)、オフ(OFF)をそれぞれ制御する充放電制御回路95が設けられている。充放電制御回路95は、二次電池96の過放電を検出する過放電検出回路、二次電池の過充電を検出する過充電検出回路および通常状態での二次電池96の放電過電流を検出する放電過電流検出回路を備えている。93,94は放電FET91、充電FET92の寄生ダイオードである。   The battery pack 98 includes a charge / discharge control circuit that controls on / off of a discharge FET 91 that is a semiconductor device for discharge control of the secondary battery 96 and a charge FET 92 that is a semiconductor device for charge control. 95 is provided. The charge / discharge control circuit 95 detects an overdischarge detection circuit that detects overdischarge of the secondary battery 96, an overcharge detection circuit that detects overcharge of the secondary battery, and a discharge overcurrent of the secondary battery 96 in a normal state. A discharge overcurrent detection circuit is provided. 93 and 94 are parasitic diodes of the discharge FET 91 and the charge FET 92.

また、電池パック98には、二次電池96のプラス(+)側とマイナス(−)側の出力端子が設けられており、これらの出力端子は、二次電池96の充電時には充電器99の充電回路97からの充電電流が入力される入力端子となる。   Further, the battery pack 98 is provided with positive (+) side and negative (−) side output terminals of the secondary battery 96, and these output terminals are connected to the charger 99 when the secondary battery 96 is charged. It becomes an input terminal to which the charging current from the charging circuit 97 is input.

通常時の充放電の際には、放電FET91および充電FET92が共にON状態に制御される。通常の充電時において過充電が検出されると、放電FET91がOFF状態に制御され、充電電流を切断させる。充電FET92はON状態のままである。電池パック98に図示しない負荷装置が接続されると、二次電池96は負荷へ電力を供給すべく放電状態となる。通常の放電時において過放電が検出されると、充電FET92がOFF状態に制御され、放電電流を切断させる。放電FET91はON状態のままである。また、放電時、二次電池96を異常負荷あるいは負荷短絡による過電流から保護するため、前記放電過電流検出回路を備え、放電過電流検出回路において、過電流を検出した場合は、放電FET91をOFF状態にして放電電流を切断される。   During normal charging / discharging, both the discharge FET 91 and the charge FET 92 are controlled to be in the ON state. When overcharging is detected during normal charging, the discharge FET 91 is controlled to be in an OFF state, and the charging current is cut off. The charge FET 92 remains in the ON state. When a load device (not shown) is connected to the battery pack 98, the secondary battery 96 is in a discharged state to supply power to the load. When overdischarge is detected during normal discharge, the charge FET 92 is controlled to be in an OFF state, and the discharge current is cut off. The discharge FET 91 remains in the ON state. Also, in order to protect the secondary battery 96 from overcurrent due to abnormal load or load short circuit during discharge, the discharge overcurrent detection circuit is provided. When the overcurrent is detected in the discharge overcurrent detection circuit, the discharge FET 91 is The discharge current is cut off in the OFF state.

図21で示した、双方向トレンチ横型MOSFET90は、放電FET91、充電FET92および寄生ダイオード93、94から構成される。
具体的には、nウエル領域2をドレインとし第1n+ソース領域7をソースとする放電FET91と、nウエル領域2をドレインとし第2n+ソース領域8をソースとする充電FET92は、nウエル領域2で接続されており、このnウエル領域2はどの端子とも接続していない。また、放電FET91と充電FET92は逆並列に接続されている。また、第1pベース領域4とnウエル領域2とのpn接合により形成される寄生ダイオード93と第2pベース領域5とnウエル領域2とのpn接合により形成される寄生ダイオード94はそれぞれ逆並列に接続されている。
The bidirectional trench lateral MOSFET 90 shown in FIG. 21 includes a discharge FET 91, a charge FET 92, and parasitic diodes 93 and 94.
Specifically, a discharge FET 91 using the n well region 2 as a drain and the first n + source region 7 as a source, and a charge FET 92 using the n well region 2 as a drain and the second n + source region 8 as a source include an n well region. 2 and the n-well region 2 is not connected to any terminal. Further, the discharge FET 91 and the charge FET 92 are connected in antiparallel. Further, a parasitic diode 93 formed by a pn junction between the first p base region 4 and the n well region 2 and a parasitic diode 94 formed by a pn junction between the second p base region 5 and the n well region 2 are respectively antiparallel. It is connected.

図21、図22および図24に示す双方向トレンチ横型MOSFET90の製造方法を以下に示す。
まず、p型半導体基板1の表面に選択的にリンなどの不純物を導入し、熱拡散によりnウエル領域2を形成する。このとき、充放電制御回路のnウエル領域31を同時に形成してもよい。つぎに、nウエル領域2の表面に選択的にB(ボロン)などの不純物を導入し熱拡散により第1pベース領域4および第2pベース領域5を同時に形成する。つぎに、ドライエッチングなどによりnウエル領域2の表面から第1pベース領域4および第2pベース領域5の最終的な深さより深い深さで、nウエル領域2より浅い深さの第1トレンチ3、第2トレンチ25、第3トレンチ72および第4トレンチ71を同時に形成する。つぎに、双方向トレンチ横型MOSFET90を充放電制御回路95などと分離するための分離領域を形成する。具体的には、窒化膜により素子形成領域(双方向トレンチ横型MOSFET90や充放電制御回路95)をマスクし、熱酸化によりLOCOS膜37を形成する。つぎに、窒化膜を除去した後、ゲート絶縁膜10としてシリコン酸化膜を熱酸化もしくはCVDにより形成する。この際に、充放電制御回路95に形成するPMOS333およびNMOS334のゲート絶縁膜も同時に形成することができる。つぎに、不純物が導入されたポリシリコンを堆積し、異方性エッチングによりエッチングし、第1トレンチ3、第2トレンチ25、第3トレンチ72および第4トレンチ71の両側壁にポリシリコンを残し、第1ゲート電極11、第2ゲート電極12、ポリシリコン膜28およびポリシリコン膜29を形成する。この際に、PMOS333のゲート電極38およびNMOS334のゲート電極39も同時に形成することができる。具体的には、ポリシリコンを堆積したのち、ゲート電極38,39を形成する領域にマスクを形成する工程を追加すればよい。また、第1pベース領域4および第2pベース領域5は、第1ゲート電極11および第2ゲート電極12を形成した後に形成してもよい。トレンチが閉ループではなく、終端を持つトレンチの場合は、ゲート電極を第1、第2に分ける必要がある。例えばレジストをマスクとして、CDEエッチングなどによりトレンチ側壁のポリシリコンを部分的に除去することで第1、第2ゲート電極を形成することができる。このゲート電極を二つに分ける工程は、ゲート形成直後からトレンチ埋め込みまでの途中のどの工程でも可能である。
A method for manufacturing the bidirectional trench lateral MOSFET 90 shown in FIGS. 21, 22 and 24 will be described below.
First, an impurity such as phosphorus is selectively introduced into the surface of the p-type semiconductor substrate 1, and the n-well region 2 is formed by thermal diffusion. At this time, the n-well region 31 of the charge / discharge control circuit may be formed at the same time. Next, impurities such as B (boron) are selectively introduced into the surface of the n-well region 2 and the first p base region 4 and the second p base region 5 are simultaneously formed by thermal diffusion. Next, a first trench 3 having a depth deeper than the final depth of the first p base region 4 and the second p base region 5 from the surface of the n well region 2 and shallower than the n well region 2 by dry etching or the like, The second trench 25, the third trench 72, and the fourth trench 71 are formed simultaneously. Next, an isolation region for isolating the bidirectional trench lateral MOSFET 90 from the charge / discharge control circuit 95 and the like is formed. Specifically, the element formation region (bidirectional trench lateral MOSFET 90 and charge / discharge control circuit 95) is masked with a nitride film, and the LOCOS film 37 is formed by thermal oxidation. Next, after removing the nitride film, a silicon oxide film is formed as the gate insulating film 10 by thermal oxidation or CVD. At this time, the gate insulating films of the PMOS 333 and the NMOS 334 formed in the charge / discharge control circuit 95 can be formed simultaneously. Next, polysilicon doped with impurities is deposited and etched by anisotropic etching, leaving polysilicon on both side walls of the first trench 3, the second trench 25, the third trench 72, and the fourth trench 71, A first gate electrode 11, a second gate electrode 12, a polysilicon film 28, and a polysilicon film 29 are formed. At this time, the gate electrode 38 of the PMOS 333 and the gate electrode 39 of the NMOS 334 can be formed simultaneously. Specifically, a step of forming a mask in a region for forming the gate electrodes 38 and 39 after depositing polysilicon may be added. The first p base region 4 and the second p base region 5 may be formed after the first gate electrode 11 and the second gate electrode 12 are formed. When the trench is not a closed loop but a trench having an end, the gate electrode needs to be divided into first and second. For example, the first and second gate electrodes can be formed by partially removing polysilicon on the trench sidewalls by CDE etching or the like using a resist as a mask. The step of dividing the gate electrode into two can be performed in any step from immediately after the gate formation to the trench filling.

つぎに、第1n+ソース領域7および第2n+ソース領域8を形成する。図27は製造工程中の要部断面図であり、同図(a)および(c)は図24のX3−X3線で切断した要部断面図を示し、同図(b)は図24のX4−X4線で切断した要部断面図を示す。 Next, the first n + source region 7 and the second n + source region 8 are formed. 27 is a cross-sectional view of the main part in the manufacturing process. FIGS. 27 (a) and (c) are cross-sectional views taken along line X3-X3 in FIG. 24. FIG. 27 (b) is a cross-sectional view of FIG. The principal part sectional drawing cut | disconnected by the X4-X4 line is shown.

まず、レジストを全面に塗布し、パターニングによりレジストマスク61を形成し、ヒ素をイオン注入する(図27(a)および(b))。つぎにレジストマスク61を除去する(図27(c))。このときn+ソースドレイン領域35,36を形成するためのイオン注入を同時に行ってもよい。第1n+ソース領域7および第2n+ソース領域8は後述するリフローにより活性化される。第1pベース領域4および第2pベース領域5を第1ゲート電極11および第2ゲート電極12を形成した後に形成する場合は、第1n+ソース領域7および第2n+ソース領域8を形成する不純物のイオン注入の前にレジストマスク61をマスクとしてBF2のイオン注入と熱拡散(活性化)を行えばよい。 First, a resist is applied to the entire surface, a resist mask 61 is formed by patterning, and arsenic ions are implanted (FIGS. 27A and 27B). Next, the resist mask 61 is removed (FIG. 27C). At this time, ion implantation for forming the n + source / drain regions 35 and 36 may be performed simultaneously. The first n + source region 7 and the second n + source region 8 are activated by reflow described later. When the first p base region 4 and the second p base region 5 are formed after the first gate electrode 11 and the second gate electrode 12 are formed, impurities of the first n + source region 7 and the second n + source region 8 are formed. Before ion implantation, ion implantation and thermal diffusion (activation) of BF 2 may be performed using the resist mask 61 as a mask.

つぎに、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51を形成する。図28は製造工程中の要部断面図であり、同図(a)は図24のX3−X3線で切断した要部断面図を示し、同図(b)(c)は図24のX4−X4線で切断した要部断面図を示す。 Next, a first p + base pickup region 41 and a second p + base pickup region 51 are formed. 28 is a cross-sectional view of the main part in the manufacturing process. FIG. 28 (a) shows a cross-sectional view of the main part taken along line X3-X3 in FIG. 24. FIGS. 28 (b) and (c) are X4 in FIG. The principal part sectional drawing cut | disconnected by -X4 line is shown.

レジストを全面に塗布し、パターニングによりレジストマスク62を形成し、BF2をイオン注入する(図28(a)および(b))。つぎにレジストマスク62を除去する(図28(c))。このときp+ソースドレイン領域32,33およびp+領域34を形成するためのイオン注入を同時に行ってもよい。第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51は後述するリフローにより活性化される。 A resist is applied to the entire surface, a resist mask 62 is formed by patterning, and BF 2 is ion-implanted (FIGS. 28A and 28B). Next, the resist mask 62 is removed (FIG. 28C). At this time, ion implantation for forming the p + source / drain regions 32 and 33 and the p + region 34 may be performed simultaneously. The first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51 are activated by reflow described later.

図29は、製造工程中の要部断面図であり、図24のX3−X3線で切断した要部断面図を示す。
第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51形成後、層間絶縁膜200を形成する。層間絶縁膜200はBPSG(boro−phospho silicate glass film)をCVD法により堆積後リフローを行う。このリフローにより、第1n+ソース領域7、第2n+ソース領域8、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51が活性化される(図29(a))。そして、層間絶縁膜200にコンタクトホールを形成し、第1n+ソース領域7および第2n+ソース領域8、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51と接触するプラグ13を形成する(図29(b))。この後、プラグ13と接続される第1ソース電極配線14および第2ソース電極配線15などを形成することにより、図21、図22および図24で示した双方向トレンチ横型MOSFET90が完成する。
FIG. 29 is a fragmentary cross-sectional view during the manufacturing process, and shows a fragmentary cross-sectional view taken along line X3-X3 of FIG.
After forming the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51, an interlayer insulating film 200 is formed. The interlayer insulating film 200 is reflowed after depositing BPSG (boro-phospho silicate glass film) by a CVD method. By this reflow, the first n + source region 7, the second n + source region 8, the first p + base pickup region 41, and the second p + base pickup region 51 are activated (FIG. 29A). Then, contact holes are formed in the interlayer insulating film 200, and the plugs 13 that are in contact with the first n + source region 7 and the second n + source region 8, the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51 are formed. (FIG. 29 (b)). Thereafter, by forming the first source electrode wiring 14 and the second source electrode wiring 15 connected to the plug 13, the bidirectional trench lateral MOSFET 90 shown in FIGS. 21, 22 and 24 is completed.

特開2004−274039号公報JP 2004-274039 A 特開2008−172006号公報JP 2008-172006 A 特開2008−42964号公報JP 2008-42964 A

図24で示した双方向トレンチ横型MOSFET90は、nウエル領域2をエミッタ、第1pベース領域4をベース、第1n+ソース領域7をコレクタとする第1の寄生トランジスタと、nウエル領域2をエミッタ、第2pベース領域5をベース、第2n+ソース領域8をコレクタとする第2の寄生トランジスタとを備えている。これら寄生トランジスタがオンして素子が破壊しないようにラッチアップ耐量を高めるためには、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51を配置する間隔を狭め、pベース抵抗を下げることが有効である。しかしその分、第1n+ソース領域7および第2n+ソース領域8の領域が減ることになり、図26(b)で示した通常充放電時において放電FET91および充電FET92が共にオン状態の場合のオン抵抗が上昇してしまう。 The bidirectional trench lateral MOSFET 90 shown in FIG. 24 includes a first parasitic transistor having an n well region 2 as an emitter, a first p base region 4 as a base, and a first n + source region 7 as a collector, and an n well region 2 as an emitter. And a second parasitic transistor having the second p base region 5 as a base and the second n + source region 8 as a collector. In order to increase the latch-up resistance so that these parasitic transistors are not turned on and the element is not destroyed, the interval between the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51 is narrowed and the p base resistance is lowered. Is effective. However, the areas of the first n + source region 7 and the second n + source region 8 are reduced correspondingly, and the case where both the discharge FET 91 and the charge FET 92 are in the on state during the normal charge and discharge shown in FIG. On-resistance increases.

図30は、図28(b)に対応するマスクずれを示す図である。レジストマスク62の形成工程において、アライメント精度や加工精度が悪い場合、レジストの露光される面積が多くなり、トレンチ底面までレジストが抜けた状態にレジストマスク62が形成されることがある。この場合、トレンチ底面に対してもイオンが注入され、p+領域が形成されてしまい耐圧が低下する。また、第1n+ソース領域7および第2n+ソース領域8を形成する場合にも同様の問題がある。 FIG. 30 is a diagram showing the mask displacement corresponding to FIG. In the step of forming the resist mask 62, if the alignment accuracy or processing accuracy is poor, the resist exposure area increases, and the resist mask 62 may be formed in a state where the resist has been removed to the bottom of the trench. In this case, ions are also implanted into the bottom surface of the trench, forming a p + region and lowering the breakdown voltage. The same problem occurs when the first n + source region 7 and the second n + source region 8 are formed.

レジストマスク62のパターニング工程におけるマスク合わせのマージンは、第1ゲート電極11または第2ゲート電極12の厚さとゲート絶縁膜10の厚さを足した厚さH1(以下、マージンH1という)しかない。このマージンを多くとるために第1ゲート電極11、第2ゲート電極12を厚くすると、デバイスピッチが広がりオン抵抗が上昇する。また、PMOS333およびNMOS334のゲート電極38、39を第1ゲート電極11、第2ゲート電極12と同時に形成する場合、PMOS333とNMOS334において段差が大きくなり、他の工程に影響する。また、ゲート絶縁膜10を厚くすると、MOSFETの特性が悪くなる。よって、コスト、性能に優れた双方向トレンチ横型MOSFET90を製造するには、第1n+ソース領域7、第2n+ソース領域8の形成工程および第1p+ベースピックアップ領域41、第2p+ベースピックアップ領域51の形成工程での高いアライメント精度および加工精度が要求される。 A mask alignment margin in the patterning process of the resist mask 62 is only a thickness H1 obtained by adding the thickness of the first gate electrode 11 or the second gate electrode 12 and the thickness of the gate insulating film 10 (hereinafter referred to as a margin H1). If the first gate electrode 11 and the second gate electrode 12 are thickened to increase the margin, the device pitch increases and the on-resistance increases. Further, when the gate electrodes 38 and 39 of the PMOS 333 and the NMOS 334 are formed simultaneously with the first gate electrode 11 and the second gate electrode 12, a difference in level between the PMOS 333 and the NMOS 334 becomes large, which affects other processes. Further, when the gate insulating film 10 is thickened, the characteristics of the MOSFET are deteriorated. Therefore, in order to manufacture the bidirectional trench lateral MOSFET 90 excellent in cost and performance, the first n + source region 7 and the second n + source region 8 are formed, and the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region. High alignment accuracy and processing accuracy in the forming step 51 are required.

このように高いアライメント精度および加工精度が要求されるため、検査工程の追加、場合によってはパターニング工程のやり直しを行う必要があり、生産性が悪い。このような問題は、双方向トレンチ横型MOSFETに限らず、トレンチ内にその両側壁にそれぞれ絶縁膜を介してゲート電極を形成するトレンチゲート型半導体装置においても生じるといえる。   Since high alignment accuracy and processing accuracy are required in this way, it is necessary to add an inspection process and, in some cases, to perform a patterning process again, resulting in poor productivity. It can be said that such a problem occurs not only in the bidirectional trench lateral MOSFET but also in a trench gate type semiconductor device in which a gate electrode is formed on each side wall of the trench via an insulating film.

この発明の目的は、前記の課題を解決して、特性が改善された半導体装置および二次電池保護装置を提供することにある。また、低コストであり生産性が向上された半導体装置の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a secondary battery protection device with improved characteristics by solving the above-described problems. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device which is low in cost and has improved productivity.

前記の目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項1記載の発明によれば、第1導電型の半導体基板の表面層に位置する第2導電型のウエル領域と、
前記ウエル領域内に位置するトレンチと、
前記ウエル領域の表面層に位置し前記トレンチにより互いに分離され前記トレンチに接している第1導電型の第1ベース領域および第2ベース領域と、
前記第1ベース領域の表面層に位置し前記トレンチに接している第2導電型の第1ソース領域と、
前記第2ベース領域の表面層に位置し前記トレンチに接している第2導電型の第2ソース領域と、
前記第1ベース領域の表面層に位置する第1導電型の第1ピックアップ領域と、
前記第2ベース領域の表面層に位置する第1導電型の第2ピックアップ領域と、
前記トレンチの側壁の前記ウエル領域と前記第1ソース領域の間の前記第1ベース領域上にゲート絶縁膜を介して位置する第1ゲート電極と、
前記トレンチの側壁の前記ウエル領域と前記第2ソース領域の間の前記第2ベース領域上にゲート絶縁膜を介して位置する第2ゲート電極と、
前記第1ソース領域および前記第1ピックアップ領域に電気的に接触する第1主電極と、
前記第2ソース領域および前記第2ピックアップ領域に電気的に接触する第2主電極と、を備えた半導体装置において、
前記第1ソース領域と前記第1ピックアップ領域が前記トレンチの長さ方向において交互に配置され、前記第2ソース領域と前記第2ピックアップ領域が前記トレンチの長さ方向において交互に配置され、前記第1主電極が二次電池の低電位側に接続され、前記第2主電極が前記二次電池を充電するための充電回路または負荷に接続される二次電池保護装置であって、
前記第1ピックアップ領域間の前記第1ソース領域の前記トレンチの長さ方向の長さが前記第2ピックアップ領域間の前記第2ソース領域の前記トレンチの長さ方向の長さより短いこととする。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the second conductivity type well region located in the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate,
A trench located in the well region;
A first base region and a second base region of a first conductivity type located on a surface layer of the well region and separated from each other by the trench and in contact with the trench;
A first source region of a second conductivity type located in a surface layer of the first base region and in contact with the trench;
A second source region of a second conductivity type located in a surface layer of the second base region and in contact with the trench;
A first pickup region of a first conductivity type located in a surface layer of the first base region;
A second pickup region of a first conductivity type located in a surface layer of the second base region;
A first gate electrode located on the first base region between the well region and the first source region on the sidewall of the trench via a gate insulating film;
A second gate electrode located on the second base region between the well region and the second source region on the sidewall of the trench via a gate insulating film;
A first main electrode in electrical contact with the first source region and the first pickup region;
A semiconductor device comprising: a second main electrode in electrical contact with the second source region and the second pickup region;
The first source region and the first pick-up region are arranged alternately in the longitudinal direction of the trench, the second pick-up region and the second source region are alternately arranged in the longitudinal direction of the trench, the first A secondary battery protection device in which one main electrode is connected to a low potential side of a secondary battery, and the second main electrode is connected to a charging circuit or a load for charging the secondary battery,
The length of the first source region between the first pickup regions in the length direction of the trench is shorter than the length of the second source region between the second pickup regions in the length direction of the trench.

また、特許請求の範囲の請求項記載の発明によれば、第1導電型の半導体基板の表面層に選択的に形成された第2導電型のウエル領域と、
前記ウエル領域内に位置するトレンチと、
前記ウエル領域の表面層に位置し前記トレンチにより互いに分離され前記トレンチに接している第1導電型の第1ベース領域および第2ベース領域と、
前記第1ベース領域の表面層に位置し前記トレンチに接している第2導電型の第1ソース領域と、
前記第2ベース領域の表面層に位置し前記トレンチに接している第2導電型の第2ソース領域と、
前記第1ベース領域の表面層に位置する第1導電型の第1ピックアップ領域と、
前記第2ベース領域の表面層に位置する第1導電型の第2ピックアップ領域と、
前記トレンチの側壁の前記ウエル領域と前記第1ソース領域の間の前記第1ベース領域上にゲート絶縁膜を介して位置する第1ゲート電極と、
前記トレンチの側壁の前記ウエル領域と前記第2ソース領域の間の前記第2ベース領域上に前記ゲート絶縁膜を介して位置する第2ゲート電極と、
前記第1ソース領域および前記第1ピックアップ領域に電気的に接触する第1主電極と、
前記第2ソース領域および前記第2ピックアップ領域に電気的に接触する第2主電極と、を備え、
前記第1ソース領域と前記第1ピックアップ領域が前記トレンチの長さ方向において交互に配置され、前記第2ソース領域と前記第2ピックアップ領域が前記トレンチの長さ方向において交互に配置された半導体装置の製造方法において、
前記ウエル領域、前記第1ベース領域、前記第2ベース領域、前記トレンチ、前記ゲート絶縁膜、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極を形成した後、
前記第1ゲート電極および第2ゲート電極間の前記トレンチ底部を覆い、前記第1ベース領域および第2ベース領域の前記トレンチと隣接する箇所に達する開口部を有する第1のレジストマスクを形成する工程と、
該第1のレジストマスクを用いて前記第1ソース領域および前記第2ソース領域を形成するための不純物のイオン注入を行う工程と、
前記第1ゲート電極および第2ゲート電極間の前記トレンチ底部と前記第1ベース領域および第2ベース領域の前記トレンチと隣接する箇所の一部を覆い、前記第1ベース領域および前記第2ベース領域に達する開口部を有する第2のレジストマスクを形成する工程と、
該第2のレジストマスクを用いて前記第1ピックアップ領域および第2ピックアップ領
域を形成するための不純物のイオン注入を行う工程と、
前記第1ソース領域および前記第1ピックアップ領域に電気的に接触する第1主電極を形成する工程と、
前記第2ソース領域および前記第2ピックアップ領域に電気的に接触する第2主電極を形成する工程と、
を備えたこととする。
According to the invention of claim 2 , the second conductivity type well region selectively formed in the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate;
A trench located in the well region;
A first base region and a second base region of a first conductivity type located on a surface layer of the well region and separated from each other by the trench and in contact with the trench;
A first source region of a second conductivity type located in a surface layer of the first base region and in contact with the trench;
A second source region of a second conductivity type located in a surface layer of the second base region and in contact with the trench;
A first pickup region of a first conductivity type located in a surface layer of the first base region;
A second pickup region of a first conductivity type located in a surface layer of the second base region;
A first gate electrode located on the first base region between the well region and the first source region on the sidewall of the trench via a gate insulating film;
A second gate electrode located on the second base region between the well region and the second source region on the sidewall of the trench via the gate insulating film;
A first main electrode in electrical contact with the first source region and the first pickup region;
A second main electrode in electrical contact with the second source region and the second pickup region,
A semiconductor device in which the first source region and the first pickup region are alternately arranged in the length direction of the trench, and the second source region and the second pickup region are alternately arranged in the length direction of the trench. In the manufacturing method of
After forming the well region, the first base region, the second base region, the trench, the gate insulating film, the first gate electrode, and the second gate electrode,
Forming a first resist mask that covers the bottom of the trench between the first gate electrode and the second gate electrode and has an opening that reaches the first base region and the second base region adjacent to the trench; When,
Performing ion implantation of impurities for forming the first source region and the second source region using the first resist mask;
Covering the trench bottom between the first gate electrode and the second gate electrode and a part of the first base region and the second base region adjacent to the trench, the first base region and the second base region Forming a second resist mask having an opening that reaches
Performing ion implantation of impurities for forming the first pickup region and the second pickup region using the second resist mask;
Forming a first main electrode in electrical contact with the first source region and the first pickup region;
Forming a second main electrode in electrical contact with the second source region and the second pickup region;
Suppose that

また、特許請求の範囲の請求項記載の発明によれば、請求項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板に選択的に前記ウエル領域を形成する工程と、
前記ウエル領域内に前記第1ベース領域および第2ベース領域となる第1導電型領域を形成する工程と、
前記第1導電型領域を前記第1ベース領域および第2ベース領域に分離するように前記第1導電型領域より深い深さで前記ウエル領域内に前記トレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記トレンチの両側壁に前記第1ゲート電極および第2ゲート電極を形成する工程と、を備えたこととする。
According to the invention described in claim 3 , the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2 ,
Selectively forming the well region in the semiconductor substrate;
Forming a first conductivity type region to be the first base region and the second base region in the well region;
Forming the trench in the well region at a depth deeper than the first conductivity type region so as to separate the first conductivity type region into the first base region and the second base region;
Forming a gate insulating film on the inner surface of the trench;
Forming the first gate electrode and the second gate electrode on both side walls of the trench.

また、特許請求の範囲の請求項記載の発明によれば、請求項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板に選択的に前記ウエル領域を形成する工程と、
前記ウエル領域内に前記トレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記トレンチの両側壁に前記第1ゲート電極および第2ゲート電極を形成する工程と、
前記第1ゲート電極および第2ゲート電極間の前記トレンチ底部を覆い、前記第1ベース領域および第2ベース領域の前記トレンチと隣接する箇所に達する開口部を有する第3のレジストマスクを形成する工程と、
該第3のレジストマスクを用いて前記ウエル領域内に前記第1ベース領域および第2ベース領域を形成するための不純物のイオン注入を行う工程と、を備えたこととする。
According to the invention as set forth in claim 4 , in the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2 ,
Selectively forming the well region in the semiconductor substrate;
Forming the trench in the well region;
Forming a gate insulating film on the inner surface of the trench;
Forming the first gate electrode and the second gate electrode on both side walls of the trench;
Forming a third resist mask that covers the bottom of the trench between the first gate electrode and the second gate electrode, and has an opening reaching the portion of the first base region and the second base region adjacent to the trench. When,
And a step of performing ion implantation of impurities to form the first base region and the second base region in the well region using the third resist mask.

また、特許請求の範囲の請求項記載の発明によれば、第1導電型の半導体基板の表面層に選択的に形成された第2導電型のウエル領域と、
前記ウエル領域内に位置するトレンチと、
前記ウエル領域の表面層に位置し前記トレンチの一方の側壁に接している第1導電型のベース領域と、
前記ベース領域の表面層に位置し前記トレンチに接している第2導電型のソース領域と、
前記ベース領域の表面層に位置する第1導電型のベースピックアップ領域と、
前記ウエル領域の表面層に位置し前記トレンチの他方の側壁に接している第2導電型のドレイン領域と、
前記トレンチの一方の側壁の前記ウエル領域と前記ソース領域の間の前記ベース領域上にゲート絶縁膜を介して位置するゲート電極と、
前記ソース領域および前記ベースピックアップ領域に電気的に接触する第1主電極と、
前記ドレイン領域に電気的に接触する第2主電極と、を備え、
前記ソース領域と前記ピックアップ領域が前記トレンチの長さ方向において交互に配置された半導体装置の製造方法において、
前記ウエル領域、前記ベース領域、前記トレンチ、前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極を形成した後、
前記トレンチ底部を覆い、前記ベース領域の前記トレンチと隣接する箇所に達する開口部を有する第1のレジストマスクを形成する工程と、
該第1のレジストマスクを用いて前記ソース領域および前記ドレイン領域を形成するための不純物のイオン注入を行う工程と、
前記トレンチ底部と前記ベース領域の前記トレンチの一方の側壁と隣接する箇所を覆い、前記ベース領域に達する開口部を有する第2のレジストマスクを形成する工程と、
該第2のレジストマスクを用いて前記ベースピックアップ領域を形成するための不純物のイオン注入を行う工程と、
前記ソース領域および前記ベースピックアップ領域に電気的に接触する第1主電極を形成する工程と、
前記ドレイン領域に電気的に接触する第2主電極を形成する工程と、
を備えたこととする。
According to the invention of claim 5 , the second conductivity type well region selectively formed in the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate;
A trench located in the well region;
A base region of a first conductivity type located in a surface layer of the well region and in contact with one side wall of the trench;
A source region of a second conductivity type located in a surface layer of the base region and in contact with the trench;
A base pickup region of a first conductivity type located in a surface layer of the base region;
A drain region of a second conductivity type located in the surface layer of the well region and in contact with the other side wall of the trench;
A gate electrode located on the base region between the well region and the source region on one side wall of the trench via a gate insulating film;
A first main electrode in electrical contact with the source region and the base pickup region;
A second main electrode in electrical contact with the drain region,
In the method of manufacturing a semiconductor device in which the source region and the pickup region are alternately arranged in the length direction of the trench,
After forming the well region, the base region, the trench, the gate insulating film and the gate electrode,
Forming a first resist mask that covers the bottom of the trench and has an opening reaching a portion of the base region adjacent to the trench;
Performing impurity ion implantation for forming the source region and the drain region using the first resist mask;
Forming a second resist mask that covers a portion of the trench bottom and the base region adjacent to one side wall of the trench and has an opening reaching the base region;
Performing impurity ion implantation for forming the base pickup region using the second resist mask;
Forming a first main electrode in electrical contact with the source region and the base pickup region;
Forming a second main electrode in electrical contact with the drain region;
Suppose that

また、特許請求の範囲の請求項記載の発明によれば、請求項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板に選択的に前記ウエル領域を形成する工程と、
前記ウエル領域内に前記ベース領域を形成する工程と、
前記ベース領域より深い深さで前記ウエル領域内にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記トレンチの一方の側壁に前記ゲート電極を形成する工程と、を備えることとする。
According to the invention described in claim 6 of the claims, in the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5 ,
Selectively forming the well region in the semiconductor substrate;
Forming the base region in the well region;
Forming a trench in the well region at a depth deeper than the base region;
Forming a gate insulating film on the inner surface of the trench;
Forming the gate electrode on one side wall of the trench.

また、特許請求の範囲の請求項記載の発明によれば、請求項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板に選択的に前記ウエル領域を形成する工程と、
前記ウエル領域内に前記トレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記トレンチの一方の側壁に前記ゲート電極を形成する工程と、
前記トレンチ底部および前記トレンチの他方の側壁に隣接する表面を覆い、前記トレンチの一方の側壁に隣接する箇所に達する開口部を有する第3のレジストマスクを形成する工程と、
該第3のレジストマスクを用いて前記ウエル領域内に前記ベース領域を形成するための不純物のイオン注入を行う工程と、を備えることとする。
According to the invention of claim 7 of the scope of claims, in the method of manufacturing a semiconductor device of claim 5 ,
Selectively forming the well region in the semiconductor substrate;
Forming the trench in the well region;
Forming a gate insulating film on the inner surface of the trench;
Forming the gate electrode on one side wall of the trench;
Forming a third resist mask covering the surface adjacent to the trench bottom and the other sidewall of the trench and having an opening reaching a location adjacent to the sidewall of the trench;
And a step of performing ion implantation of impurities for forming the base region in the well region using the third resist mask.

この発明によると、特性が改善された半導体装置および二次電池保護装置を提供することができる。また、低コストであり生産性が向上された半導体装置の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, a semiconductor device and a secondary battery protection device with improved characteristics can be provided. Further, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device with low cost and improved productivity.

この発明の第1実施例の半導体装置の構成図であり、図1(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のZ1−Z1線で切断した要部断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram of the semiconductor device of 1st Example of this invention, FIG. 1 (a) is a principal part top view, The same figure (b) is principal part sectional drawing cut | disconnected by the Z1-Z1 line | wire of the same figure (a). It is. 製造に用いるマスクレイアウト図である。It is a mask layout figure used for manufacture. 製造に用いるマスクレイアウト図である。It is a mask layout figure used for manufacture. 製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in a manufacturing process. 製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in a manufacturing process. 製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in a manufacturing process. 製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in a manufacturing process. 製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in a manufacturing process. 製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in a manufacturing process. 製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in a manufacturing process. この発明の第3実施例の半導体装置の要部平面図である。It is a principal part top view of the semiconductor device of 3rd Example of this invention. 図11のC部の詳細図で同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のZ4−Z4線で切断した要部断面図である。FIG. 11A is a detailed view of a portion C in FIG. 11, in which FIG. 11A is a plan view of the main portion, and FIG. 11B is a cross-sectional view of the main portion cut along the Z4-Z4 line of FIG. 図11のZ3−Z3線で切断した要部断面図である。It is principal part sectional drawing cut | disconnected by the Z3-Z3 line | wire of FIG. 製造に用いるマスクレイアウト図である。It is a mask layout figure used for manufacture. 製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in a manufacturing process. 製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in a manufacturing process. 製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in a manufacturing process. 製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in a manufacturing process. 製造工程の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of a manufacturing process. 製造工程の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of a manufacturing process. 従来の双方向トレンチ横型MOSFETと二次電池保護装置を示す平面図である。It is a top view which shows the conventional bidirectional trench lateral MOSFET and a secondary battery protection apparatus. 図21のX1−X1線で切断した要部断面図である。It is principal part sectional drawing cut | disconnected by the X1-X1 line | wire of FIG. 図21のB部の一例の詳細図で同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX2−X2線で切断した要部断面図である。FIG. 21A is a detailed view of an example of a portion B in FIG. 21, in which FIG. 21A is a plan view of the main portion, and FIG. 21B is a cross-sectional view of the main portion cut along line X2-X2 in FIG. 図21のB部の他の例の詳細図で同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX3−X3線で切断した要部断面図である。FIG. 21B is a detailed view of another example of the B part in FIG. 21, in which FIG. 21A is a plan view of the main part, and FIG. 21B is a cross-sectional view of the main part taken along line X3-X3 of FIG. 図25(a)はリチウムイオン電池などの二次電池を収納した電池パックに収容された従来の二次電池保護装置の回路構成を示すブロック図である。図25(b)は同図(a)の充放電制御動作を示す図である。FIG. 25A is a block diagram showing a circuit configuration of a conventional secondary battery protection device housed in a battery pack housing a secondary battery such as a lithium ion battery. FIG. 25B is a diagram showing the charge / discharge control operation of FIG. 二次電池保護装置の充放電制御動作における電流経路を示す図であり、放電FET91と充電FET92に流れる電流の経路を示している。同図の(a)は通常時の充放電電流経路、(b)は過充電保護時の放電電流経路、(c)は過放電保護時の充電電流経路をそれぞれ示している。It is a figure which shows the current pathway in the charge / discharge control operation | movement of a secondary battery protection apparatus, and has shown the path | route of the electric current which flows into discharge FET91 and charge FET92. (A) of the figure shows the charging / discharging current path at the normal time, (b) shows the discharging current path at the time of overcharge protection, and (c) shows the charging current path at the time of overdischarge protection. 製造工程中の要部断面図であり、同図(a)および(c)は図24のX3−X3線で切断した要部断面図を示し、同図(b)は図24のX4−X4線で切断した要部断面図を示す。FIG. 25 is a cross-sectional view of a main part in the manufacturing process, in which FIGS. (A) and (c) show a cross-sectional view of the main part taken along line X3-X3 in FIG. 24, and (b) in FIG. The principal part sectional drawing cut | disconnected by the line is shown. 図21のX1−X1線で切断した要部断面図である。It is principal part sectional drawing cut | disconnected by the X1-X1 line | wire of FIG. 製造工程中の要部断面図であり、図24のX3−X3線で切断した要部断面図である。It is principal part sectional drawing in a manufacturing process, and is principal part sectional drawing cut | disconnected by the X3-X3 line | wire of FIG. 図28(b)に対応するマスクずれを示す図である。It is a figure which shows the mask shift | offset | difference corresponding to FIG.28 (b). (a)は、第3トレンチ72が切断される場合の図21のY1−Y1線切断した要部断面図であり、(b)は、第3トレンチ72が切断される場合の図21のY2-Y2で切断した要部断面図であり、図31(c)は、第3トレンチ72および第2ポリシリコンゲート配線20周辺のマスクレイアウト図である。(A) is principal part sectional drawing cut | disconnected by the Y1-Y1 line | wire of FIG. 21 when the 3rd trench 72 is cut | disconnected, (b) is Y2 of FIG. 21 when the 3rd trench 72 is cut | disconnected. FIG. 31C is a cross-sectional view of a main part cut at -Y2, and FIG. 31C is a mask layout diagram around the third trench 72 and the second polysilicon gate wiring 20. FIG.

実施の形態を以下の実施例で説明する。従来構造の部位と同一部位には同一の符号を付した。   Embodiments will be described in the following examples. The same parts as those of the conventional structure are denoted by the same reference numerals.

図1および図2は、この発明の第1実施例の半導体装置の構成図であり、図1(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のZ1−Z1線で切断した要部断面図を示す。図2は製造に用いるマスクレイアウト図であり、図1のA部に対応する。   FIGS. 1 and 2 are configuration diagrams of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view of a main part, and FIG. 1B is a Z1-Z1 line in FIG. The principal part sectional drawing cut | disconnected by is shown. FIG. 2 is a mask layout diagram used for manufacturing and corresponds to part A of FIG.

図1は、図24に対応する図であり、図24と同様に図21のB部の拡大図である。第1トレンチ3の長さ方向において第1p+ベースピックアップ領域41と第1n+ソース領域7が交互に形成されており、第1トレンチ3の長さ方向において同様に第2p+ベースピックアップ領域51と第2n+ソース領域8が交互に形成されている。第1実施例の構成において、図24と異なる点は、第1p+ベースピックアップ領域41と第2p+ベースピックアップ領域51の配置位置であり、他は図24と同じである。図1では、第2p+ベースピックアップ領域51の間の第2n+ソース領域8の第1トレンチ3の長さ方向の長さを第1p+ベースピックアップ領域41の間の第1n+ソース領域7の第1トレンチ3の長さ方向の長さよりも長くしたものとなっている。 1 corresponds to FIG. 24, and is an enlarged view of a portion B in FIG. The first p + base pickup regions 41 and the first n + source regions 7 are alternately formed in the length direction of the first trench 3, and the second p + base pickup regions 51 are similarly formed in the length direction of the first trench 3. Second n + source regions 8 are alternately formed. In the configuration of the first embodiment, the difference from FIG. 24 is the arrangement position of the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51, and the other points are the same as those in FIG. In FIG. 1, the length in the length direction of the first trench 3 of the second n + source region 8 between the second p + base pickup region 51 is the length of the first n + source region 7 between the first p + base pickup region 41. The first trench 3 is longer than the length in the length direction.

第1トレンチ3は、トレンチの平面形状は、メッシュ状でも、トラック状の単純な閉ループでよい。また、閉ループに限らず、終端を有するストライプ状としてもよい。さらに、円弧部300は直角に曲がっていてもよい。   The first trench 3 may be a simple closed loop having a mesh shape or a track shape as a planar shape of the trench. Moreover, it is good also as a stripe form which has not only a closed loop but a termination | terminus. Further, the arc portion 300 may be bent at a right angle.

図2および後述する図3のマスクレイアウト図とは、第1トレンチ3を形成するためのマスク、第1n+ソース領域7および第2n+ソース領域8を形成するためのマスク、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51を形成するためのマスクについて示した図である。開口部161は、コンタクトホール16を形成するためのマスク開口部となる箇所である。開口部311は、第1トレンチ3を形成するためのマスク開口部である。開口部451は、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51を形成するためのマスク開口部となる箇所である。開口部781は、第1n+ソース領域7および第2n+ソース領域8を形成するためのマスク開口部となる箇所である。 2 and the mask layout diagram of FIG. 3 to be described later, a mask for forming the first trench 3, a mask for forming the first n + source region 7 and the second n + source region 8, and the first p + base pickup FIG. 5 is a diagram showing a mask for forming a region 41 and a second p + base pickup region 51. The opening 161 is a portion that becomes a mask opening for forming the contact hole 16. The opening 311 is a mask opening for forming the first trench 3. The opening 451 is a portion serving as a mask opening for forming the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51. The opening 781 is a portion serving as a mask opening for forming the first n + source region 7 and the second n + source region 8.

これは、図25に示したような電池パック98の場合、第1ソース端子S1は接地され第2ソース端子S2は充電回路97または携帯電話などの負荷(図示せず)に接続されているため、第2ソース端子S2に印加される電流および電圧の方が第1ソース端子S1に印加される電流および電圧より高くなる。二次電池保護装置に充電回路が接続されている場合で説明すると、充電回路97より充電電圧が第2ソース端子S2に印加されると、nウエル領域2の電圧も第2ソース端子S2に印加される電圧に近い電圧となる。この場合、nウエル領域2をエミッタ、第1pベース領域4をベース、第1n+ソース領域7をコレクタとする第1の寄生トランジスタがラッチアップし易くなる。 This is because, in the case of the battery pack 98 as shown in FIG. 25, the first source terminal S1 is grounded and the second source terminal S2 is connected to a load (not shown) such as a charging circuit 97 or a mobile phone. The current and voltage applied to the second source terminal S2 are higher than the current and voltage applied to the first source terminal S1. In the case where a charging circuit is connected to the secondary battery protection device, when a charging voltage is applied from the charging circuit 97 to the second source terminal S2, the voltage of the n-well region 2 is also applied to the second source terminal S2. The voltage is close to the applied voltage. In this case, the first parasitic transistor having the n well region 2 as an emitter, the first p base region 4 as a base, and the first n + source region 7 as a collector is easily latched up.

よって、放電FET91の方が充電FET92に比べて高いラッチアップ耐量が必要となる。
このようにトレンチの両側壁に形成された2つのMOSFETの必要となるラッチアップ耐量が同じでない双方向トレンチ横型MOSFETでは、ラッチアップ耐量が低いMOSFETとラッチアップ耐量が高いMOSFETとを形成することにより、必要となるラッチアップ耐量を確保しつつ、オン抵抗を最小限に抑えることができると考えた。
Therefore, the discharge FET 91 requires a higher latch-up resistance than the charge FET 92.
In this way, in the bidirectional trench lateral MOSFET in which the required latch-up resistance of the two MOSFETs formed on the both side walls of the trench is not the same, a MOSFET having a low latch-up resistance and a MOSFET having a high latch-up resistance are formed. The on-resistance can be minimized while securing the required latch-up resistance.

図1および図2のように、充電FET92の第2p+ベースピックアップ領域51の間隔を放電FET91の第1p+ベースピックアップ領域41の間隔に比べて広くした。
第2p+ベースピックアップ領域51を配置する間隔を広くすることにより第2n+ソース領域8の領域が増え、充電FET92のオン抵抗が低減される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the interval between the second p + base pickup regions 51 of the charge FET 92 is made wider than the interval between the first p + base pickup regions 41 of the discharge FET 91.
By widening the interval at which the second p + base pickup region 51 is arranged, the region of the second n + source region 8 is increased, and the on-resistance of the charge FET 92 is reduced.

このため、放電FET91および充電FET92が共にオン状態のときの双方向トレンチ横型MOSFET90のオン抵抗を低減することができた。   Therefore, the on-resistance of the bidirectional trench lateral MOSFET 90 when both the discharge FET 91 and the charge FET 92 are in the on state can be reduced.

図3は、製造に用いるマスクレイアウト図を示し、図1のA部に対応する。
図3が実施例1の図2と異なる点は、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51を形成するためのイオン注入を行うマスク開口幅L2が図2のマスク開口幅L1に比べて狭いことである。
FIG. 3 shows a mask layout used for manufacturing and corresponds to part A of FIG.
FIG. 3 differs from FIG. 2 of the first embodiment in that the mask opening width L2 for performing ion implantation for forming the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51 is the mask opening width L1 in FIG. It is narrow compared to.

以下製造方法について主に図4〜図10を用いて説明する。図4〜図10は、図1のZ1−Z1線またはZ2−Z2線で切断した断面図を示している。
まず、図22に示したように、p型半導体基板1の表面に双方向トレンチ横型MOSFET形成領域以外を図示しないレジストなどによりマスクしてリンなどの不純物を導入し、熱拡散によりnウエル領域2を形成する(図4(a))。つぎに、nウエル領域2の表面に選択的にB(ボロン)などの不純物を導入し熱拡散により第1pベース領域4および第2pベース領域5となるp領域225を形成する(図4(b))。つぎに、シリコン酸化膜からなるマスク211をマスクとして、異方性ドライエッチングなどによりnウエル領域2の表面から第1pベース領域4および第2pベース領域5より深い深さで、nウエル領域2より浅い深さの第1トレンチ3を形成する(図4(c))。つぎに、双方向トレンチ横型MOSFETを充放電制御回路95などと分離するための分離領域を形成する。具体的には、窒化膜により素子形成領域(双方向トレンチ横型MOSFET90や充放電制御回路95)をマスクし、熱酸化により図22に記載のLOCOS膜37を形成する。つぎに、窒化膜を除去した後、ゲート絶縁膜10としてシリコン酸化膜を熱酸化もしくはCVDにより形成し、つぎに、不純物が導入されたポリシリコンを堆積する(図5(a))。つぎに、異方性エッチングによりエッチングし、第1トレンチ3の両側壁にポリシリコンを残し、第1ゲート電極11、第2ゲート電極12を形成する(図5(b))。
Hereinafter, the manufacturing method will be described mainly with reference to FIGS. 4 to 10 are cross-sectional views taken along the line Z1-Z1 or Z2-Z2 in FIG.
First, as shown in FIG. 22, impurities such as phosphorus are introduced on the surface of the p-type semiconductor substrate 1 by masking a region other than the bidirectional trench lateral MOSFET formation region with a resist (not shown), and the n-well region 2 by thermal diffusion. (FIG. 4A). Next, an impurity such as B (boron) is selectively introduced into the surface of the n-well region 2 to form a p region 225 that becomes the first p base region 4 and the second p base region 5 by thermal diffusion (FIG. 4B). )). Next, using the mask 211 made of a silicon oxide film as a mask, the surface of the n well region 2 is deeper than the first p base region 4 and the second p base region 5 from the surface of the n well region 2 by anisotropic dry etching or the like. A first trench 3 having a shallow depth is formed (FIG. 4C). Next, an isolation region for isolating the bidirectional trench lateral MOSFET from the charge / discharge control circuit 95 is formed. Specifically, the element formation region (bidirectional trench lateral MOSFET 90 and charge / discharge control circuit 95) is masked with a nitride film, and the LOCOS film 37 shown in FIG. 22 is formed by thermal oxidation. Next, after removing the nitride film, a silicon oxide film is formed as the gate insulating film 10 by thermal oxidation or CVD, and then polysilicon doped with impurities is deposited (FIG. 5A). Next, etching is performed by anisotropic etching to leave polysilicon on both side walls of the first trench 3 to form the first gate electrode 11 and the second gate electrode 12 (FIG. 5B).

第1pベース領域4および第2pベース領域5は、第1ゲート電極11および第2ゲート電極12を形成した後に形成してもよい。具体的には、図(a)のようにnウエル領域2を形成した後に、第1トレンチ3を形成し、さらに、第1ゲート電極11および第2ゲート電極12を形成した後、図6(a)のように第1トレンチ3の底部を覆うようにレジストマスク264を形成し、レジストマスク264をマスクとしてボロンをイオン注入する。その後、レジストマスク264を除去し、熱拡散する(図6(b))。   The first p base region 4 and the second p base region 5 may be formed after the first gate electrode 11 and the second gate electrode 12 are formed. Specifically, as shown in FIG. 6A, after the n-well region 2 is formed, the first trench 3 is formed, and further, the first gate electrode 11 and the second gate electrode 12 are formed. As in a), a resist mask 264 is formed so as to cover the bottom of the first trench 3, and boron is ion-implanted using the resist mask 264 as a mask. Thereafter, the resist mask 264 is removed and thermal diffusion is performed (FIG. 6B).

つぎに、第1n+ソース領域7および第2n+ソース領域8を形成する。図7は製造工程中の要部断面図であり、同図(a)および(c)は図1のZ1−Z1線で切断した要部断面図を示し、同図(b)は図1のZ2−Z2線で切断した要部断面図を示す。 Next, the first n + source region 7 and the second n + source region 8 are formed. 7 is a cross-sectional view of the main part in the manufacturing process. FIGS. 7A and 7C are cross-sectional views of the main part taken along the line Z1-Z1 in FIG. 1, and FIG. The principal part sectional drawing cut | disconnected by the Z2-Z2 line is shown.

まず、レジストを全面に塗布し、パターニングによりレジストマスク261を形成し、ヒ素をイオン注入する(図7(a)および(b))。つぎにレジストマスク261を除去する(図7(c))。このときn+ソースドレイン領域35,36を形成するためのイオン注入を同時に行ってもよい。第1n+ソース領域7および第2n+ソース領域8は後述するリフローにより活性化される。 First, a resist is applied to the entire surface, a resist mask 261 is formed by patterning, and arsenic ions are implanted (FIGS. 7A and 7B). Next, the resist mask 261 is removed (FIG. 7C). At this time, ion implantation for forming the n + source / drain regions 35 and 36 may be performed simultaneously. The first n + source region 7 and the second n + source region 8 are activated by reflow described later.

図8および図9は、製造工程中の要部断面図であり、図8(a)は図1のZ1−Z1線で切断した要部断面図であり、同図(b)、(c)は図1のZ2−Z2線で切断した要部断面図である。図9(a)、(b)は図1のZ2−Z2線で切断した要部断面図である。   8 and 9 are cross-sectional views of the main part during the manufacturing process, and FIG. 8A is a cross-sectional view of the main part taken along the line Z1-Z1 in FIG. 1, and FIGS. FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part taken along line Z2-Z2 in FIG. FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views taken along the line Z2-Z2 in FIG.

レジストを塗布後に、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51を形成するためのマスクを用いてレジストをパターニングしレジストマスク63を形成する(図8(a)、(b))。このレジストマスク63の幅L3は第1トレンチ3の幅よりも広く、レジストマスク63は第1pベース領域4および第2pベース領域5を覆うように形成されている。その後、熱処理を行うことにより、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51を活性化する(図8(c))。図8(c)では、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51は、横方向拡散のため第1トレンチ3に隣接して形成されている。しかし、図9のように、レジストマスク63のパターニング工程において矢印Yの方向にマスクずれが発生し、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51が第1トレンチ3に隣接して形成されなくてももちろん構わない。図9で示すように、第1トレンチ3に挟まれたpベース領域504の一方の第1トレンチ3に隣接する箇所はレジストマスク63に覆われ他方の第1トレンチ3に隣接する箇所は露出する場合がある。しかしながら、レジストマスク63によって第1pベース領域4の第1トレンチ3に隣接する表面の一部を覆うように形成される。 After applying the resist, the resist is patterned using a mask for forming the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51 to form a resist mask 63 (FIGS. 8A and 8B). . The width L3 of the resist mask 63 is wider than the width of the first trench 3, and the resist mask 63 is formed so as to cover the first p base region 4 and the second p base region 5. Thereafter, heat treatment is performed to activate the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51 (FIG. 8C). In FIG. 8C, the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51 are formed adjacent to the first trench 3 for lateral diffusion. However, as shown in FIG. 9, mask displacement occurs in the direction of arrow Y in the patterning process of the resist mask 63, and the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51 are adjacent to the first trench 3. Of course, it does not matter if it is not formed. As shown in FIG. 9, a portion adjacent to one first trench 3 of the p base region 504 sandwiched between the first trenches 3 is covered with a resist mask 63 and a portion adjacent to the other first trench 3 is exposed. There is a case. However, the resist mask 63 is formed so as to cover a part of the surface adjacent to the first trench 3 of the first p base region 4.

図10は、製造工程中の要部断面図であり、図1のZ1−Z1線で切断した要部断面図を示す。
第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51形成後、層間絶縁膜200を形成する。層間絶縁膜200はBPSGをCVD法により堆積後リフローを行う。このリフローにより、第1n+ソース領域7、第2n+ソース領域8、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51が活性化される(図10(a))。そして、層間絶縁膜200にコンタクトホールを形成し、第1n+ソース領域7および第2n+ソース領域8、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51と接触するプラグ13を形成する(図10(b))。この後、プラグ13と接続される第1ソース電極配線14および第2ソース電極配線15などを形成することにより、図21、図22および図1で示した双方向トレンチ横型MOSFET90が完成する。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a main part in the manufacturing process, and shows a cross-sectional view of the main part taken along line Z1-Z1 in FIG.
After forming the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51, an interlayer insulating film 200 is formed. The interlayer insulating film 200 is reflowed after depositing BPSG by the CVD method. By this reflow, the first n + source region 7, the second n + source region 8, the first p + base pickup region 41, and the second p + base pickup region 51 are activated (FIG. 10A). Then, contact holes are formed in the interlayer insulating film 200, and the plugs 13 that are in contact with the first n + source region 7 and the second n + source region 8, the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51 are formed. (FIG. 10 (b)). Thereafter, by forming the first source electrode wiring 14 and the second source electrode wiring 15 connected to the plug 13, the bidirectional trench lateral MOSFET 90 shown in FIGS. 21, 22 and 1 is completed.

従来技術では、図30を用いて説明したとおり、第1トレンチ3に隣接して第1n+ソース領域7、第2n+ソース領域8、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51を形成する場合は、生産性が良くない。第1n+ソース領域7および第2n+ソース領域8は、第1トレンチ3に隣接して形成しなければならないが、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51は、第1トレンチ3に隣接して形成する必要はない。そこで、第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51を形成する工程において、図30で示したマージンH1にさらに、図3で示すマージンH2を合わせてマージンを増やす。これにより、高いアライメント精度および加工精度を必要としないため他の領域と同等のアライメント精度、加工精度で第1p+ベースピックアップ領域41および第2p+ベースピックアップ領域51を形成することができる。これにより、検査工程やパターニング工程のやり直しを省くことができ生産性を向上することができる。 In the prior art, as described with reference to FIG. 30, the first n + source region 7, the second n + source region 8, the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51 are adjacent to the first trench 3. When forming, productivity is not good. The first n + source region 7 and the second n + source region 8 must be formed adjacent to the first trench 3, while the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51 are formed in the first trench. It is not necessary to form adjacent to 3. Therefore, in the process of forming the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51, the margin H2 shown in FIG. 3 is further added to the margin H1 shown in FIG. 30 to increase the margin. Thereby, since high alignment accuracy and processing accuracy are not required, the first p + base pickup region 41 and the second p + base pickup region 51 can be formed with the same alignment accuracy and processing accuracy as other regions. As a result, the redoing of the inspection process and the patterning process can be omitted, and the productivity can be improved.

図11は、この発明の第3実施例の半導体装置の要部平面図であり、図12は図11のC部の詳細図で同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のZ4−Z4線で切断した要部断面図であり、図13は図11のZ3−Z3線で切断した要部断面図であり、この半導体装置は単方向トレンチ横型MOSFETの例である。   11 is a plan view of an essential part of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. FIG. 12 is a detailed view of a C part in FIG. 11, and FIG. 11 (a) is a plan view of the essential part, and FIG. FIG. 13 is a fragmentary sectional view taken along line Z4-Z4 in FIG. 11A, and FIG. 13 is a fragmentary sectional view cut along line Z3-Z3 in FIG. 11. This semiconductor device is a unidirectional trench lateral MOSFET. It is an example.

図11では図12に記載されているn+ソース領域507、n+ドレイン領域508およびp+ベースピックアップ領域541は省略されている。また図12(a)および図13では図11で記載されているドレイン電極配線515、ソース電極配線514、ポリシリコンゲート配線519、ポリシリコン配線520は省略されている。 In FIG. 11, the n + source region 507, the n + drain region 508 and the p + base pickup region 541 shown in FIG. 12 are omitted. 12A and 13, the drain electrode wiring 515, the source electrode wiring 514, the polysilicon gate wiring 519, and the polysilicon wiring 520 described in FIG. 11 are omitted.

この単方向トレンチ横型MOSFET500の構成について説明する。この単方向トレンチ横型MOSFET500は、p型半導体基板501の表面層に形成されるnウエル領域502と、nウエル領域502の表面から内部に形成される閉ループ状の第1トレンチ503と、第1トレンチ503と同時に形成され第1トレンチ503を囲む閉ループ状の第2トレンチ525とを有する。第1トレンチ503は円弧部700と直線部710を有する蛇行部を備えている。   A configuration of the unidirectional trench lateral MOSFET 500 will be described. The unidirectional trench lateral MOSFET 500 includes an n-well region 502 formed in the surface layer of the p-type semiconductor substrate 501, a closed-loop first trench 503 formed from the surface of the n-well region 502, and a first trench. And a closed-loop second trench 525 that is formed at the same time as 503 and surrounds the first trench 503. The first trench 503 includes a meandering portion having an arc portion 700 and a straight portion 710.

また、第1トレンチ503と第2トレンチ525に囲まれnウエル領域502の表面層に形成されるpベース領域504と、nウエル領域502の表面層に形成され第1トレンチ503に囲まれるn領域505と、pベース領域504の表面層に形成され第1トレンチ503の側壁と接するn+ソース領域507と、n領域505の表面層に形成され第1トレンチ503の側壁と接するn+ドレイン領域508と、n+ソース領域507と接しpベース領域504の表面層に形成されるp+ベースピックアップ領域541とを有する。pベース領域504、n領域505、n+ソース領域507およびn+ドレイン領域508は第1トレンチ503の直線部710に沿って形成される。 Further, a p base region 504 surrounded by the first trench 503 and the second trench 525 and formed in the surface layer of the n well region 502, and an n region formed in the surface layer of the n well region 502 and surrounded by the first trench 503. 505, an n + source region 507 formed in the surface layer of the p base region 504 and in contact with the sidewall of the first trench 503, and an n + drain region 508 formed in the surface layer of the n region 505 and in contact with the sidewall of the first trench 503. And a p + base pickup region 541 formed in the surface layer of the p base region 504 in contact with the n + source region 507. The p base region 504, the n region 505, the n + source region 507 and the n + drain region 508 are formed along the straight portion 710 of the first trench 503.

また、第1トレンチ503の側壁にゲート絶縁膜510を介してpベース領域504側に形成されるゲート電極511を有する。
また、第1トレンチ503の側壁にゲート絶縁膜510を介してn領域505側にゲート電極511と同時に形成されるフィールドプレート電極512を有する。第2トレンチ525の側壁にゲート絶縁膜510と同時に形成された絶縁膜531を介してpベース領域504側に形成されるポリシリコン膜528(ゲート電極511と同時に形成)と、nウエル領域502側に形成されるポリシリコン膜529(ゲート電極511と同時に形成)とを有する。
The gate electrode 511 is formed on the side of the first trench 503 on the p base region 504 side with the gate insulating film 510 interposed therebetween.
In addition, a field plate electrode 512 formed simultaneously with the gate electrode 511 is formed on the side of the first trench 503 on the n region 505 side through the gate insulating film 510. A polysilicon film 528 (formed at the same time as the gate electrode 511) formed on the side of the second trench 525 on the p base region 504 side through an insulating film 531 formed at the same time as the gate insulating film 510 on the side wall of the second trench 525, and an n well region 502 side And a polysilicon film 529 (formed simultaneously with the gate electrode 511).

また、層間絶縁膜600に開けたコンタクトホール516と、n+ソース領域507およびp+ベースピックアップ領域541にプラグ513を介して接するソース電極配線514と、第3トレンチ571上でゲート電極511およびポリシリコン膜528に接するポリシリコンゲート配線519と、第1トレンチ503の円弧部から突出している箇所でフィールドプレート電極512に接するポリシリコン配線520と、ポリシリコンゲート配線519にコンタクトホール521を通して接するゲート金属配線517と、ポリシリコン配線520にコンタクトホール521を介して接し、n+ドレイン領域508とプラグ513を介して接するドレイン電極配線515とを有する。なお、第1トレンチ503の円弧部700から突出している箇所のトレンチ幅は、第1トレンチ503の他の幅より狭く形成されてもよい。この場合、ゲート電極511間に層間絶縁膜600が形成されないようにトレンチ幅を形成する。また、第3トレンチ571は、図31に記載されている第3トレンチ72のように切断されていてもよい。 In addition, a contact hole 516 opened in the interlayer insulating film 600, a source electrode wiring 514 contacting the n + source region 507 and the p + base pickup region 541 via a plug 513, a gate electrode 511 and a poly on the third trench 571 A polysilicon gate wiring 519 in contact with the silicon film 528, a polysilicon wiring 520 in contact with the field plate electrode 512 at a portion protruding from the arc portion of the first trench 503, and a gate metal in contact with the polysilicon gate wiring 519 through the contact hole 521 The wiring 517 has a drain electrode wiring 515 in contact with the polysilicon wiring 520 through the contact hole 521 and in contact with the n + drain region 508 through the plug 513. Note that the trench width of the first trench 503 protruding from the arc portion 700 may be narrower than the other width of the first trench 503. In this case, the trench width is formed so that the interlayer insulating film 600 is not formed between the gate electrodes 511. The third trench 571 may be cut like the third trench 72 shown in FIG.

また、ソース電極配線514に接続するソース端子Sと、ドレイン電極配線515に接続するドレイン端子Dと、ゲート金属配線517に接続するゲート端子Gとを有する。尚、ポリシリコン膜529は浮遊電位状態とするか、nウエル領域502と接続される。   Further, it has a source terminal S connected to the source electrode wiring 514, a drain terminal D connected to the drain electrode wiring 515, and a gate terminal G connected to the gate metal wiring 517. Note that the polysilicon film 529 is in a floating potential state or connected to the n-well region 502.

また、nウエル領域502を囲むようにLOCOS膜537が形成されており、単方向トレンチ横型MOSFET500で発生した漏れ電流を引き抜くためのp+領域534を有する。 A LOCOS film 537 is formed so as to surround the n-well region 502, and has a p + region 534 for drawing out a leakage current generated in the unidirectional trench lateral MOSFET 500.

このような単方向トレンチ横型MOSFET500においても、実施例2で説明した製造方法を適用することができる。
図14は、製造に用いるマスクレイアウト図を示し、図11のC部に対応する。
Also in such a unidirectional trench lateral MOSFET 500, the manufacturing method described in the second embodiment can be applied.
FIG. 14 is a mask layout diagram used for manufacturing, and corresponds to part C of FIG.

図14のマスクレイアウト図とは、第1トレンチ503を形成するためのマスク、n+ソース領域507およびn+ドレイン領域508を形成するためのマスク、p+ベースピックアップ領域541を形成するためのマスクについて示した図である。第1トレンチ503を形成するためのマスクの開口部は開口部5311、n+ソース領域507およびn+ドレイン領域508を形成するためのマスクの開口部は開口部5781および開口部5161、p+ベースピックアップ領域541を形成するためのマスクの開口部は開口部5451である。 The mask layout diagram of FIG. 14 is a mask for forming the first trench 503, a mask for forming the n + source region 507 and the n + drain region 508, and a mask for forming the p + base pickup region 541. It is the figure shown about. The opening of the mask for forming the first trench 503 is the opening 5311, and the opening of the mask for forming the n + source region 507 and the n + drain region 508 is the opening 5781 and the opening 5161, p + base. An opening of the mask for forming the pickup region 541 is an opening 5451.

つぎに、製造方法について説明する。図15〜図17は、製造工程中の要部断面図を示し、図17(b)は図12のZ5−Z5線で切断した断面を示し、その他は図12のZ4−Z4線で切断した断面を示す。   Next, a manufacturing method will be described. 15 to 17 are cross-sectional views showing the main part during the manufacturing process, FIG. 17B is a cross-sectional view taken along the line Z5-Z5 in FIG. 12, and the others are cut along the line Z4-Z4 in FIG. A cross section is shown.

まず、図示しないレジストマスクなどのマスクを形成し、p型半導体基板501の表面に選択的にリンなどの不純物を導入し、熱拡散によりnウエル領域502を形成する(図15(a))。つぎに、レジストマスク65を形成後、pベース領域504形成のためにnウエル領域502の表面に選択的にB(ボロン)などの不純物を導入する(図15(b))。つぎに、レジストマスク65を除去し、レジストマスク66を形成後、n領域505形成のためにnウエル領域502の表面に選択的にリンなどの不純物を導入する(図15(c))。 つぎに、ドライエッチングなどによりnウエル領域2の表面からnウエル領域2内に第1トレンチ503、第2トレンチ525、第3トレンチ571を同時に形成する(図16(a))。つぎに、図示しないが、単方向トレンチ横型MOSFET500を他の領域と分離するための分離領域を形成する。具体的には、窒化膜(図示しない)により素子形成領域(単方向トレンチ横型MOSFET500)をマスクし、熱酸化によりLOCOS膜537を形成する。つぎに、窒化膜を除去した後、ゲート絶縁膜510としてシリコン酸化膜を熱酸化もしくはCVDにより形成する(図16(b))。つぎに、不純物が導入されたポリシリコン5111を堆積する(図16(b))。つぎに、異方性エッチングによりポリシリコン5111をエッチングし、第1トレンチ503、第2トレンチ525、第3トレンチ571の両側壁にポリシリコン5111を残し、ゲート電極511、フィールドプレート電極512、ポリシリコン膜528およびポリシリコン膜529を形成する(図16(c))。図15(c)において、n領域505を形成したが、図15(c)でn領域505を形成せず、図16(c)の後に第1トレンチ503およびpベース領域504を覆うようにマスクを形成し、イオン注入および熱拡散を行って形成してもよい。   First, a mask such as a resist mask (not shown) is formed, impurities such as phosphorus are selectively introduced into the surface of the p-type semiconductor substrate 501, and an n-well region 502 is formed by thermal diffusion (FIG. 15A). Next, after forming the resist mask 65, an impurity such as boron (B) is selectively introduced into the surface of the n-well region 502 in order to form the p base region 504 (FIG. 15B). Next, after removing the resist mask 65 and forming the resist mask 66, impurities such as phosphorus are selectively introduced into the surface of the n-well region 502 in order to form the n-region 505 (FIG. 15C). Next, a first trench 503, a second trench 525, and a third trench 571 are simultaneously formed in the n-well region 2 from the surface of the n-well region 2 by dry etching or the like (FIG. 16A). Next, although not shown, an isolation region for isolating the unidirectional trench lateral MOSFET 500 from other regions is formed. Specifically, the element formation region (unidirectional trench lateral MOSFET 500) is masked with a nitride film (not shown), and a LOCOS film 537 is formed by thermal oxidation. Next, after removing the nitride film, a silicon oxide film is formed as a gate insulating film 510 by thermal oxidation or CVD (FIG. 16B). Next, polysilicon 5111 into which impurities are introduced is deposited (FIG. 16B). Next, the polysilicon 5111 is etched by anisotropic etching to leave the polysilicon 5111 on both side walls of the first trench 503, the second trench 525, and the third trench 571, and the gate electrode 511, the field plate electrode 512, the polysilicon A film 528 and a polysilicon film 529 are formed (FIG. 16C). Although the n region 505 is formed in FIG. 15C, the n region 505 is not formed in FIG. 15C, and a mask is formed so as to cover the first trench 503 and the p base region 504 after FIG. May be formed by ion implantation and thermal diffusion.

つぎに、n+ソース領域507およびn+ドレイン領域508を形成する。まず、レジストを全面に塗布し、パターニングによりレジストマスク67を形成する。このレジストマスク67は、第1トレンチ503、第2トレンチ525、第3トレンチ571の底部を覆い、pベース領域504およびn領域505の第1トレンチ503に隣接する表面を開口する開口部5781および開口部5161を有するように形成する(図17(a))。このマスク形成は、高いアライメント精度および加工精度が要求される。そして、マスク開口部にヒ素をイオン注入する。その後レジストマスクを除去する。後述するリフローによりn+ソース領域507およびn+ドレイン領域508は活性化される。 Next, an n + source region 507 and an n + drain region 508 are formed. First, a resist is applied on the entire surface, and a resist mask 67 is formed by patterning. The resist mask 67 covers the bottoms of the first trench 503, the second trench 525, and the third trench 571, and has an opening 5781 and an opening that open the surfaces adjacent to the first trench 503 in the p base region 504 and the n region 505. A portion 5161 is formed (FIG. 17A). This mask formation requires high alignment accuracy and processing accuracy. Then, arsenic ions are implanted into the mask opening. Thereafter, the resist mask is removed. The n + source region 507 and the n + drain region 508 are activated by reflow described later.

つぎに、p+ベースピックアップ領域541を形成する。
図18は、製造工程の要部断面図であり、同図(a)は図12のZ4−Z4線で切断した要部断面図であり、同図(b)および(c)は図12のZ5−Z5線で切断した要部断面図である。
Next, a p + base pickup region 541 is formed.
18 is a cross-sectional view of the main part of the manufacturing process, FIG. 18 (a) is a cross-sectional view of the main part taken along the line Z4-Z4 of FIG. 12, and FIG. 18 (b) and FIG. It is principal part sectional drawing cut | disconnected by the Z5-Z5 line.

レジストを全面に塗布し、パターニングにより開口部5451を有するレジストマスク68を形成し、このレジストマスク68をマスクとしてBF2をイオン注入する(図18(a)、(b))。このレジストマスク68は、開口部5451を有しているため、マスクずれのマージンが図30で示したH1(ゲート絶縁膜とゲート電極の幅)と図14で示したマージンH3を足したものとなる。図19に示すように、マスクずれが起こっても第1トレンチ503の底部が露出されることが抑制できる。この実施例では、図19に示すように、pベース領域504およびn領域505が複数の第1トレンチ503に挟まれるような断面形状を備えている。このような場合、第1トレンチ503に挟まれたpベース領域504の一方の第1トレンチ503に隣接する箇所はレジストマスク68に覆われ他方の第1トレンチ503に隣接する箇所は露出する場合がある。しかしながら、レジストマスク68によってpベース領域504の第1トレンチ503に隣接する表面の一部を覆うように形成される。このレジストマスク68を除去する。後述する活性化によりp+ベースピックアップ領域541が拡散される。 その後、BPSGを堆積後リフローし、層間絶縁膜600を形成する。このリフロー時にn+ソース領域507、n+ドレイン領域508およびp+ベースピックアップ領域541が活性化される。p+ベースピックアップ領域541は、第1トレンチ503に隣接するように形成されている(図20(a))。そして、層間絶縁膜600にコンタクトホール516を形成し、n+ソース領域507およびn+ドレイン領域508、p+ベースピックアップ領域541と接触するプラグ513を形成する(図20(b))。この後、プラグ513と接続されるソース電極配線514およびドレイン電極配線515などを形成する(図20(c))ことににより、単方向トレンチ横型MOSFET500が完成する。 A resist is applied to the entire surface, a resist mask 68 having an opening 5451 is formed by patterning, and BF 2 is ion-implanted using the resist mask 68 as a mask (FIGS. 18A and 18B). Since this resist mask 68 has an opening 5451, the mask shift margin is obtained by adding H1 (the width of the gate insulating film and the gate electrode) shown in FIG. 30 and the margin H3 shown in FIG. Become. As shown in FIG. 19, even if mask displacement occurs, it is possible to suppress the bottom of the first trench 503 from being exposed. In this embodiment, as shown in FIG. 19, the p base region 504 and the n region 505 have a cross-sectional shape sandwiched between a plurality of first trenches 503. In such a case, a portion adjacent to one first trench 503 of the p base region 504 sandwiched between the first trenches 503 may be covered with the resist mask 68 and a portion adjacent to the other first trench 503 may be exposed. is there. However, the resist mask 68 is formed so as to cover a part of the surface adjacent to the first trench 503 of the p base region 504. The resist mask 68 is removed. The p + base pickup region 541 is diffused by activation described later. Thereafter, BPSG is deposited and reflowed to form an interlayer insulating film 600. During this reflow, n + source region 507, n + drain region 508 and p + base pickup region 541 are activated. The p + base pickup region 541 is formed adjacent to the first trench 503 (FIG. 20A). Then, a contact hole 516 is formed in the interlayer insulating film 600, and a plug 513 in contact with the n + source region 507, the n + drain region 508, and the p + base pickup region 541 is formed (FIG. 20B). Thereafter, the source electrode wiring 514 and the drain electrode wiring 515 connected to the plug 513 are formed (FIG. 20C), whereby the unidirectional trench lateral MOSFET 500 is completed.

このような製造方法により、p+ベースピックアップ領域541の形成は、高いアライメント精度および加工精度を必要としないため他の領域と同等のアライメント精度、加工精度で形成することができる。これにより、検査工程やパターニング工程のやり直しを省くことができ生産性を向上することができる。 By such a manufacturing method, formation of the p + base pickup region 541 does not require high alignment accuracy and processing accuracy, and therefore can be formed with alignment accuracy and processing accuracy equivalent to other regions. As a result, the redoing of the inspection process and the patterning process can be omitted, and the productivity can be improved.

この実施例において、第2トレンチ525は必要に応じて形成すればよく、形成しない場合もある。また、フィールドプレート電極512を有するものについて説明したが、フィールドプレート電極512を除去する場合もある。具体的には、ゲート電極511およびフィールドプレート電極512を形成した後に、ゲート電極511をマスクし、フィールドプレート電極512をエッチングにより除去すればよい。フィールドプレート電極512を除去する場合は、フィールドプレート電極512によるオン抵抗低減のためのn領域505も必要がないため、n領域505を形成しなくてもよい。   In this embodiment, the second trench 525 may be formed as necessary and may not be formed. Further, although the field plate electrode 512 has been described, the field plate electrode 512 may be removed. Specifically, after the gate electrode 511 and the field plate electrode 512 are formed, the gate electrode 511 may be masked and the field plate electrode 512 may be removed by etching. When the field plate electrode 512 is removed, the n region 505 for reducing the on-resistance by the field plate electrode 512 is not necessary, and thus the n region 505 may not be formed.

また、pベース領域504は、実施例2と同様に、ゲート電極511を形成した後に形成してもい。   Further, the p base region 504 may be formed after the gate electrode 511 is formed as in the second embodiment.

1、501 p型半導体基板
2、502 nウエル領域
3、503 第1トレンチ
4 第1pベース領域
5 第2pベース領域
7 第1n+ソース領域
8 第2n+ソース領域
10、510 ゲート絶縁膜
11 第1ゲート電極
12 第2ゲート電極
13、513 プラグ
14 第1ソース電極配線
15 第2ソース電極配線
16 コンタクトホール
17 第1ゲート金属配線
18 第2ゲート金属配線
19 第1ポリシリコンゲート配線
20 第2ポリシリコンゲート配線
21 コンタクトホール
25、525 第2トレンチ
27、531 絶縁膜
28、29、528、529 ポリシリコン膜
31 nウエル領域
32、33 p+ソースドレイン領域
34 p+領域
35、36 n+ソースドレイン領域
37、537 LOCOS膜
38、39 ゲート電極
41 第1p+ベースピックアップ領域
51 第2p+ベースピックアップ領域
61、62、63、65、66、67、68 レジストマスク
71 第4トレンチ
72、571 第3トレンチ
90 双方向トレンチ横型MOSFET
91 放電FET
92 充電FET
93,94 寄生ダイオード
95 充放電制御回路
96 二次電池
97 充電回路
98 電池パック
99 充電器
200、600 層間絶縁膜
261、264 レジストマスク
300、700 円弧部
310、710 直線部
333 PMOS
334 NMOS
500 単方向トレンチ横型MOSFET
504 pベース領域
505 n領域
507 n+ソース領域
508 n+ドレイン領域
511 ゲート電極
512 フィールドプレート電極
514 ソース電極配線
515 ドレイン電極配線
516 コンタクトホール
517 ゲート金属配線
519 ポリシリコンゲート配線
520 ポリシリコン配線
521 コンタクトホール
534 p+領域
541 p+ベースピックアップ領域
161、311、451、781 開口部
5161、5311、5451、5781 開口部
H1、H2、H3 マージン
L1、L2 マスク開口幅
L3 幅
1, 501 p-type semiconductor substrate 2, 502 n-well region 3, 503 first trench 4 first p base region 5 second p base region 7 first n + source region 8 second n + source region 10, 510 gate insulating film 11 first Gate electrode 12 Second gate electrode 13, 513 Plug 14 First source electrode wiring 15 Second source electrode wiring 16 Contact hole 17 First gate metal wiring 18 Second gate metal wiring 19 First polysilicon gate wiring 20 Second polysilicon Gate wiring 21 Contact hole 25, 525 Second trench 27, 531 Insulating film 28, 29, 528, 529 Polysilicon film 31 N well region 32, 33 p + source / drain region 34 p + region 35, 36 n + source / drain region 37, 537 LOCOS film 38, 39 Gate electrode 41 First p + base pickup region 51 Second p + base pickup region 61, 62, 63, 65, 66, 67, 68 Resist mask 71 Fourth trench 72, 571 Third trench 90 Bidirectional trench lateral MOSFET
91 Discharge FET
92 Charge FET
93, 94 Parasitic diode 95 Charge / discharge control circuit 96 Secondary battery 97 Charging circuit 98 Battery pack 99 Battery charger 200, 600 Interlayer insulating film 261, 264 Resist mask 300, 700 Arc portion 310, 710 Linear portion 333 PMOS
334 NMOS
500 Unidirectional trench lateral MOSFET
504 p base region 505 n region 507 n + source region 508 n + drain region 511 gate electrode 512 field plate electrode 514 source electrode wiring 515 drain electrode wiring 516 contact hole 517 gate metal wiring 519 polysilicon gate wiring 520 polysilicon wiring 521 contact Hole 534 p + region 541 p + base pickup region 161, 311, 451, 781 opening 5161, 5311, 5451, 5781 opening H1, H2, H3 margin L1, L2 mask opening width L3 width

Claims (7)

第1導電型の半導体基板の表面層に位置する第2導電型のウエル領域と、
前記ウエル領域内に位置するトレンチと、
前記ウエル領域の表面層に位置し前記トレンチにより互いに分離され前記トレンチに接している第1導電型の第1ベース領域および第2ベース領域と、
前記第1ベース領域の表面層に位置し前記トレンチに接している第2導電型の第1ソース領域と、
前記第1ベース領域の表面層に位置し前記トレンチに接している第2導電型の第2ソース領域と、
前記第1ベース領域の表面層に位置する第1導電型の第1ピックアップ領域と、
前記第2ベース領域の表面層に位置する第1導電型の第2ピックアップ領域と、
前記トレンチの側壁の前記ウエル領域と前記第1ソース領域の間の前記第1ベース領域上にゲート絶縁膜を介して位置する第1ゲート電極と、
前記トレンチの側壁の前記ウエル領域と前記第2ソース領域の間の前記第2ベース領域上にゲート絶縁膜を介して位置する第2ゲート電極と、
前記第1ソース領域および前記第1ピックアップ領域に電気的に接触する第1主電極と、
前記第2ソース領域および前記第2ピックアップ領域に電気的に接触する第2主電極と、を備えた半導体装置において、
前記第1ソース領域と前記第1ピックアップ領域が前記トレンチの長さ方向において交互に配置され、前記第2ソース領域と前記第2ピックアップ領域が前記トレンチの長さ方向において交互に配置され、
前記第1主電極が二次電池の低電位側に接続され、前記第2主電極が前記二次電池を充電するための充電回路または負荷に接続される二次電池保護装置であって、
前記第1ピックアップ領域間の前記第1ソース領域の前記トレンチの長さ方向の長さが前記2ピックアップ領域間の前記第2ソース領域の前記トレンチの長さ方向の長さより短いことを特徴とする二次電池保護装置。
A second conductivity type well region located in the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate;
A trench located in the well region;
A first base region and a second base region of a first conductivity type located on a surface layer of the well region and separated from each other by the trench and in contact with the trench;
A first source region of a second conductivity type located in a surface layer of the first base region and in contact with the trench;
A second source region of a second conductivity type located in a surface layer of the first base region and in contact with the trench;
A first pickup region of a first conductivity type located in a surface layer of the first base region;
A second pickup region of a first conductivity type located in a surface layer of the second base region;
A first gate electrode located on the first base region between the well region and the first source region on the sidewall of the trench via a gate insulating film;
A second gate electrode located on the second base region between the well region and the second source region on the sidewall of the trench via a gate insulating film;
A first main electrode in electrical contact with the first source region and the first pickup region;
A semiconductor device comprising: a second main electrode in electrical contact with the second source region and the second pickup region;
The first source regions and the first pickup regions are alternately arranged in the length direction of the trench, the second source regions and the second pickup regions are alternately arranged in the length direction of the trench,
The first main electrode is connected to a low potential side of a secondary battery, and the second main electrode is a secondary battery protection device connected to a charging circuit or a load for charging the secondary battery,
The length of the first source region between the first pickup regions in the length direction of the trench is shorter than the length of the second source region between the two pickup regions in the length direction of the trench. Secondary battery protection device.
第1導電型の半導体基板の表面層に選択的に形成された第2導電型のウエル領域と、A second conductivity type well region selectively formed in the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate;
前記ウエル領域内に位置するトレンチと、  A trench located in the well region;
前記ウエル領域の表面層に位置し前記トレンチにより互いに分離され前記トレンチに接している第1導電型の第1ベース領域および第2ベース領域と、  A first base region and a second base region of a first conductivity type located on a surface layer of the well region and separated from each other by the trench and in contact with the trench;
前記第1ベース領域の表面層に位置し前記トレンチに接している第2導電型の第1ソース領域と、  A first source region of a second conductivity type located in a surface layer of the first base region and in contact with the trench;
前記第2ベース領域の表面層に位置し前記トレンチに接している第2導電型の第2ソース領域と、  A second source region of a second conductivity type located in a surface layer of the second base region and in contact with the trench;
前記第1ベース領域の表面層に位置する第1導電型の第1ピックアップ領域と、  A first pickup region of a first conductivity type located in a surface layer of the first base region;
前記第2ベース領域の表面層に位置する第1導電型の第2ピックアップ領域と、  A second pickup region of a first conductivity type located in a surface layer of the second base region;
前記トレンチの側壁の前記ウエル領域と前記第1ソース領域の間の前記第1ベース領域上にゲート絶縁膜を介して位置する第1ゲート電極と、  A first gate electrode located on the first base region between the well region and the first source region on the sidewall of the trench via a gate insulating film;
前記トレンチの側壁の前記ウエル領域と前記第2ソース領域の間の前記第2ベース領域上に前記ゲート絶縁膜を介して位置する第2ゲート電極と、  A second gate electrode located on the second base region between the well region and the second source region on the sidewall of the trench via the gate insulating film;
前記第1ソース領域および前記第1ピックアップ領域に電気的に接触する第1主電極と、  A first main electrode in electrical contact with the first source region and the first pickup region;
前記第2ソース領域および前記第2ピックアップ領域に電気的に接触する第2主電極と  A second main electrode in electrical contact with the second source region and the second pickup region;
、を備え、With
前記第1ソース領域と前記第1ピックアップ領域が前記トレンチの長さ方向において交互に配置され、前記第2ソース領域と前記第2ピックアップ領域が前記トレンチの長さ方向において交互に配置された半導体装置の製造方法において、  A semiconductor device in which the first source region and the first pickup region are alternately arranged in the length direction of the trench, and the second source region and the second pickup region are alternately arranged in the length direction of the trench. In the manufacturing method of
前記ウエル領域、前記第1ベース領域、前記第2ベース領域、前記トレンチ、前記ゲート絶縁膜、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極を形成した後、  After forming the well region, the first base region, the second base region, the trench, the gate insulating film, the first gate electrode, and the second gate electrode,
前記第1ゲート電極および第2ゲート電極間の前記トレンチ底部を覆い、前記第1ベース領域および第2ベース領域の前記トレンチと隣接する箇所に達する開口部を有する第1のレジストマスクを形成する工程と、  Forming a first resist mask that covers the bottom of the trench between the first gate electrode and the second gate electrode and has an opening that reaches the first base region and the second base region adjacent to the trench; When,
該第1のレジストマスクを用いて前記第1ソース領域および前記第2ソース領域を形成するための不純物のイオン注入を行う工程と、  Performing ion implantation of impurities for forming the first source region and the second source region using the first resist mask;
前記第1ゲート電極および第2ゲート電極間の前記トレンチ底部と前記第1ベース領域および第2ベース領域の前記トレンチと隣接する箇所の一部を覆い、前記第1ベース領域および前記第2ベース領域に達する開口部を有する第2のレジストマスクを形成する工程と、  Covering the trench bottom between the first gate electrode and the second gate electrode and a part of the first base region and the second base region adjacent to the trench, the first base region and the second base region Forming a second resist mask having an opening that reaches
該第2のレジストマスクを用いて前記第1ピックアップ領域および第2ピックアップ領域を形成するための不純物のイオン注入を行う工程と、  Performing ion implantation of impurities for forming the first pickup region and the second pickup region using the second resist mask;
前記第1ソース領域および前記第1ピックアップ領域に電気的に接触する第1主電極を形成する工程と、  Forming a first main electrode in electrical contact with the first source region and the first pickup region;
前記第2ソース領域および前記第2ピックアップ領域に電気的に接触する第2主電極を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。  Forming a second main electrode in electrical contact with the second source region and the second pickup region. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記半導体基板に選択的に前記ウエル領域を形成する工程と、  Selectively forming the well region in the semiconductor substrate;
前記ウエル領域内に前記第1ベース領域および第2ベース領域となる第1導電型領域を形成する工程と、  Forming a first conductivity type region to be the first base region and the second base region in the well region;
前記第1導電型領域を前記第1ベース領域および第2ベース領域に分離するように前記第1導電型領域より深い深さで前記ウエル領域内に前記トレンチを形成する工程と、  Forming the trench in the well region at a depth deeper than the first conductivity type region so as to separate the first conductivity type region into the first base region and the second base region;
前記トレンチ内面にゲート絶縁膜を形成する工程と、  Forming a gate insulating film on the inner surface of the trench;
前記トレンチの両側壁に前記第1ゲート電極および第2ゲート電極を形成する工程と、を備えたことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。  The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising: forming the first gate electrode and the second gate electrode on both side walls of the trench.
前記半導体基板に選択的に前記ウエル領域を形成する工程と、  Selectively forming the well region in the semiconductor substrate;
前記ウエル領域内に前記トレンチを形成する工程と、  Forming the trench in the well region;
前記トレンチ内面にゲート絶縁膜を形成する工程と、  Forming a gate insulating film on the inner surface of the trench;
前記トレンチの両側壁に前記第1ゲート電極および第2ゲート電極を形成する工程と、  Forming the first gate electrode and the second gate electrode on both side walls of the trench;
前記第1ゲート電極および第2ゲート電極間の前記トレンチ底部を覆い、前記第1ベース領域および第2ベース領域の前記トレンチと隣接する箇所に達する開口部を有する第3のレジストマスクを形成する工程と、  Forming a third resist mask that covers the bottom of the trench between the first gate electrode and the second gate electrode, and has an opening reaching the portion of the first base region and the second base region adjacent to the trench. When,
該第3のレジストマスクを用いて前記ウエル領域内に前記第1ベース領域および第2ベース領域を形成するための不純物のイオン注入を行う工程と、を備えたことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。  3. The step of ion-implanting impurities for forming the first base region and the second base region in the well region using the third resist mask is provided. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
第1導電型の半導体基板の表面層に選択的に形成された第2導電型のウエル領域と、A second conductivity type well region selectively formed in the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate;
前記ウエル領域内に位置するトレンチと、  A trench located in the well region;
前記ウエル領域の表面層に位置し前記トレンチの一方の側壁に接している第1導電型のベース領域と、  A base region of a first conductivity type located in a surface layer of the well region and in contact with one side wall of the trench;
前記ベース領域の表面層に位置し前記トレンチに接している第2導電型のソース領域と、  A source region of a second conductivity type located in a surface layer of the base region and in contact with the trench;
前記ベース領域の表面層に位置する第1導電型のベースピックアップ領域と、  A base pickup region of a first conductivity type located in a surface layer of the base region;
前記ウエル領域の表面層に位置し前記トレンチの他方の側壁に接している第2導電型の  A second conductivity type located on the surface layer of the well region and in contact with the other side wall of the trench;
ドレイン領域と、A drain region;
前記トレンチの一方の側壁の前記ウエル領域と前記ソース領域の間の前記ベース領域上にゲート絶縁膜を介して位置するゲート電極と、  A gate electrode located on the base region between the well region and the source region on one side wall of the trench via a gate insulating film;
前記ソース領域および前記ベースピックアップ領域に電気的に接触する第1主電極と、  A first main electrode in electrical contact with the source region and the base pickup region;
前記ドレイン領域に電気的に接触する第2主電極と、を備え、  A second main electrode in electrical contact with the drain region,
前記ソース領域と前記ピックアップ領域が前記トレンチの長さ方向において交互に配置された半導体装置の製造方法において、  In the method of manufacturing a semiconductor device in which the source region and the pickup region are alternately arranged in the length direction of the trench,
前記ウエル領域、前記ベース領域、前記トレンチ、前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極を形成した後、  After forming the well region, the base region, the trench, the gate insulating film and the gate electrode,
前記トレンチ底部を覆い、前記ベース領域の前記トレンチと隣接する箇所に達する開口部を有する第1のレジストマスクを形成する工程と、  Forming a first resist mask that covers the bottom of the trench and has an opening reaching a portion of the base region adjacent to the trench;
該第1のレジストマスクを用いて前記ソース領域および前記ドレイン領域を形成するための不純物のイオン注入を行う工程と、  Performing impurity ion implantation for forming the source region and the drain region using the first resist mask;
前記トレンチ底部と前記ベース領域の前記トレンチの一方の側壁と隣接する箇所を覆い、前記ベース領域に達する開口部を有する第2のレジストマスクを形成する工程と、  Forming a second resist mask that covers a portion of the trench bottom and the base region adjacent to one side wall of the trench and has an opening reaching the base region;
該第2のレジストマスクを用いて前記ベースピックアップ領域を形成するための不純物のイオン注入を行う工程と、  Performing impurity ion implantation for forming the base pickup region using the second resist mask;
前記ソース領域および前記ベースピックアップ領域に電気的に接触する第1主電極を形成する工程と、  Forming a first main electrode in electrical contact with the source region and the base pickup region;
前記ドレイン領域に電気的に接触する第2主電極を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。  Forming a second main electrode that is in electrical contact with the drain region.
前記半導体基板に選択的に前記ウエル領域を形成する工程と、Selectively forming the well region in the semiconductor substrate;
前記ウエル領域内に前記ベース領域を形成する工程と、  Forming the base region in the well region;
前記ベース領域より深い深さで前記ウエル領域内にトレンチを形成する工程と、  Forming a trench in the well region at a depth deeper than the base region;
前記トレンチ内面にゲート絶縁膜を形成する工程と、  Forming a gate insulating film on the inner surface of the trench;
前記トレンチの一方の側壁に前記ゲート電極を形成する工程と、を備えること特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。  The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising: forming the gate electrode on one side wall of the trench.
前記半導体基板に選択的に前記ウエル領域を形成する工程と、  Selectively forming the well region in the semiconductor substrate;
前記ウエル領域内に前記トレンチを形成する工程と、  Forming the trench in the well region;
前記トレンチ内面にゲート絶縁膜を形成する工程と、  Forming a gate insulating film on the inner surface of the trench;
前記トレンチの一方の側壁に前記ゲート電極を形成する工程と、  Forming the gate electrode on one side wall of the trench;
前記トレンチ底部および前記トレンチの他方の側壁に隣接する表面を覆い、前記トレンチの一方の側壁に隣接する箇所に達する開口部を有する第3のレジストマスクを形成する工程と、  Forming a third resist mask covering the surface adjacent to the trench bottom and the other sidewall of the trench and having an opening reaching a location adjacent to the sidewall of the trench;
該第3のレジストマスクを用いて前記ウエル領域内に前記ベース領域を形成するための不純物のイオン注入を行う工程と、を備えることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。  6. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising the step of ion-implanting impurities for forming the base region in the well region using the third resist mask.
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