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JP2019021871A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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JP2019021871A JP2017141943A JP2017141943A JP2019021871A JP 2019021871 A JP2019021871 A JP 2019021871A JP 2017141943 A JP2017141943 A JP 2017141943A JP 2017141943 A JP2017141943 A JP 2017141943A JP 2019021871 A JP2019021871 A JP 2019021871A
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勇志 萩野
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Abstract

To make it difficult to generate leakage current while achieving downsizing of a semiconductor device.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a semiconductor substrate 10 having a drift layer 12, a channel layer 13 formed on the drift layer 12, a first impurity region 15 formed in a surface layer part of the channel layer 13 and a second impurity region 11 formed opposite to the channel layer 13 across the drift layer 12; a trench gate structure where a gate electrode 18 is arranged in a trench 16 via an insulation film 17; and a gate liner 19 electrically connected to the gate electrode 18. The gate liner 19 extends in a direction crossing a longer direction of the trench 16 when viewed from a normal direction with respect to a planar direction of the semiconductor substrate 10 in a state of crossing the trench 16; the channel layer 13 is formed in a region different from a region located below the gate liner 19; and a resurf layer 14 leading to the channel layer 13 is formed in a region located on the drift layer 12 and below the gate liner 19.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、トレンチゲート構造を有する半導体装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device having a trench gate structure and a manufacturing method thereof.

従来より、トレンチゲート構造を有するMOSFET(すなわち、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)素子が形成された半導体装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、この半導体装置は、N型のドリフト層上にP型のチャネル層が形成され、チャネル層の表層部にN型のソース層が形成された半導体基板を用いて構成されている。半導体基板には、ソース層およびチャネル層を貫通するように、一面側から複数のトレンチが形成されている。そして、各トレンチは、壁面に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極によって埋め込まれている。また、半導体基板の一面上には、トレンチが形成されている部分と異なる部分に、ゲート電極と電気的に接続されるゲートライナーが形成されている。言い換えると、半導体基板の一面上には、トレンチと交差しないようにゲートライナーが形成されている。 Conventionally, there has been proposed a semiconductor device in which a MOSFET (that is, metal oxide semiconductor field effect transistor) element having a trench gate structure is formed (see, for example, Patent Document 1). Specifically, this semiconductor device is configured using a semiconductor substrate in which a P-type channel layer is formed on an N -type drift layer and an N + -type source layer is formed on the surface layer portion of the channel layer. ing. In the semiconductor substrate, a plurality of trenches are formed from one side so as to penetrate the source layer and the channel layer. Each trench is filled with a gate insulating film formed on the wall surface and a gate electrode formed on the gate insulating film. A gate liner electrically connected to the gate electrode is formed on one surface of the semiconductor substrate at a portion different from the portion where the trench is formed. In other words, the gate liner is formed on one surface of the semiconductor substrate so as not to cross the trench.

さらに、半導体基板の一面上には、ソース層およびチャネル層と電気的に接続される第1電極が配置されている。また、半導体基板の一面と反対側の他面には、ドレイン層と電気的に接続される第2電極が配置されている。   Furthermore, a first electrode that is electrically connected to the source layer and the channel layer is disposed on one surface of the semiconductor substrate. A second electrode that is electrically connected to the drain layer is disposed on the other surface opposite to the one surface of the semiconductor substrate.

このような半導体装置は、次のように製造される。すなわち、まず、半導体基板にトレンチを形成し、熱酸化等してトレンチの壁面にゲート絶縁膜を形成する。次に、トレンチが埋め込まれるように、CVD(すなわち、Chemical Vapor Deposition)法等によってPoly−Siを成膜しゲート電極を形成する。続いて、半導体基板上に形成されたPoly−Siをパターニングし、ゲートライナーを形成する。そして、P型不純物やN型不純物をイオン注入して熱処理することにより、チャネル層およびソース層を形成する。その後は、第1電極および第2電極等を適宜形成することにより、上記半導体装置が製造される。   Such a semiconductor device is manufactured as follows. That is, first, a trench is formed in a semiconductor substrate, and a gate insulating film is formed on the wall surface of the trench by thermal oxidation or the like. Next, a poly-Si film is formed by CVD (ie, chemical vapor deposition) or the like so as to fill the trench, thereby forming a gate electrode. Subsequently, Poly-Si formed on the semiconductor substrate is patterned to form a gate liner. Then, a channel layer and a source layer are formed by ion implantation of P-type impurities and N-type impurities and heat treatment. Thereafter, the semiconductor device is manufactured by appropriately forming the first electrode, the second electrode, and the like.

特開2017−45827号公報JP 2017-45827 A

ところで、近年では、半導体装置の小型化を図ることが望まれている。このため、本発明者らは、ゲートライナーをトレンチと交差するように形成することにより、半導体装置の小型化を図ることについて検討した。しかしながら、ゲートライナーをトレンチと交差させた半導体装置を上記製造方法で製造すると、ゲートライナーを形成した後に不純物をイオン注入等してチャネル層等を形成するため、ゲートライナーがマスクとなって当該ゲートライナーの下方の領域にチャネル層が形成されない。つまり、ゲートライナーの下方では、ドリフト層が直接半導体基板の一面に達する構成となってしまう。このため、上記のような製造方法によって半導体装置を製造すると、ゲートライナーの下方の領域で高電界が集中し易くなり、リーク電流が発生し易くなってしまう。   In recent years, it has been desired to reduce the size of semiconductor devices. For this reason, the present inventors have studied to reduce the size of the semiconductor device by forming the gate liner so as to intersect the trench. However, when a semiconductor device having a gate liner intersecting with a trench is manufactured by the above manufacturing method, a channel layer is formed by ion implantation of impurities after the gate liner is formed. A channel layer is not formed in the region below the liner. That is, the drift layer directly reaches one surface of the semiconductor substrate below the gate liner. For this reason, when a semiconductor device is manufactured by the manufacturing method as described above, a high electric field is easily concentrated in a region below the gate liner, and a leak current is likely to be generated.

本発明は上記点に鑑み、半導体装置の小型化を図りつつ、リーク電流を発生し難くできる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can make it difficult to generate a leakage current while reducing the size of the semiconductor device.

上記目的を達成するための請求項1では、トレンチゲート構造を有する半導体装置であって、第1導電型のドリフト層(12)と、ドリフト層上に形成された第2導電型のチャネル層(13)と、チャネル層の表層部に形成された第1導電型の第1不純物領域(15)と、ドリフト層を挟んでチャネル層と反対側に形成され、ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第1導電型または第2導電型の第2不純物領域(11)と、を有する半導体基板(10)と、第1不純物領域およびチャネル層を貫通してドリフト層に達し、所定方向を長手方向とするトレンチ(16)内にゲート絶縁膜(17)を介して所定のゲート電圧が印加されるゲート電極(18)が配置されたトレンチゲート構造と、半導体基板上に形成され、ゲート電極と電気的に接続されるゲートライナー(19)と、を備え、ゲートライナーは、半導体基板の面方向に対する法線方向から視たとき、トレンチの長手方向と交差する方向に延設され、かつトレンチと交差する状態で形成されており、チャネル層は、ゲートライナーの下方に位置する領域と異なる領域に形成され、ドリフト層上であって、ゲートライナーの下方に位置する領域には、チャネル層と繋がる第1導電型のリサーフ層(14)が形成されている。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a trench gate structure, the first conductivity type drift layer (12) and a second conductivity type channel layer (on the drift layer) 13), a first impurity region (15) of the first conductivity type formed in the surface layer portion of the channel layer, and formed on the opposite side of the channel layer across the drift layer, and having a higher impurity concentration than the drift layer. A semiconductor substrate (10) having a second impurity region (11) of the first conductivity type or the second conductivity type, and the first impurity region and the channel layer to reach the drift layer, and a predetermined direction is a longitudinal direction. A trench gate structure in which a gate electrode (18) to which a predetermined gate voltage is applied via a gate insulating film (17) is disposed in a trench (16) is formed on a semiconductor substrate. In A gate liner (19) connected to the semiconductor substrate, the gate liner extending in a direction intersecting with the longitudinal direction of the trench when viewed from the normal direction to the surface direction of the semiconductor substrate and intersecting the trench The channel layer is formed in a region different from the region located below the gate liner, and the first conductive layer connected to the channel layer is formed on the drift layer and below the gate liner. A mold RESURF layer (14) is formed.

これによれば、ゲートライナーは、半導体基板の面方向に対する法線方向から視たとき、トレンチと交差するように形成されている。このため、ゲートライナーがトレンチと交差しないように形成されている場合と比較して、半導体装置の小型化を図ることができる。   According to this, the gate liner is formed so as to intersect the trench when viewed from the normal direction to the surface direction of the semiconductor substrate. For this reason, the semiconductor device can be reduced in size as compared with the case where the gate liner is formed so as not to intersect the trench.

また、ゲートライナーの下方には、リサーフ層が形成されている。このため、リサーフ層が形成されていない場合と比較して、ゲートライナーの下方の領域にドレイン層側から延びる高電界が達することを抑制でき、リーク電流が発生することを抑制できる。   A RESURF layer is formed below the gate liner. For this reason, compared with the case where the RESURF layer is not formed, it can suppress that the high electric field extended from the drain layer side reaches the area | region below a gate liner, and can suppress that a leak current generate | occur | produces.

また、請求項6では、トレンチゲート構造を有する半導体装置の製造方法であって、第1導電型のドリフト層(12)を有する半導体基板(10)を用意することと、半導体基板に、所定方向を長手方向とするトレンチ(16)を形成することと、トレンチ内にゲート絶縁膜(17)を介して所定のゲート電圧が印加されるゲート電極(18)を形成することでトレンチゲート構造を形成することと、半導体基板上にゲート電極と電気的に接続されるゲートライナー(19)を形成することと、ゲートライナーを形成した後、不純物をイオン注入して熱処理することにより、ドリフト層上に第2導電型のチャネル層(13)を形成することと共に、チャネル層の表層部に第1導電型の第1不純物領域(15)を形成することと、を行い、ゲートライナーを形成することでは、半導体基板の面方向に対する法線方向から視たとき、トレンチの長手方向と交差する方向に延設され、かつトレンチと交差するようにゲートライナーを形成し、トレンチを形成することの前に、ゲートライナーの下方となる領域に、第2導電型のリサーフ層(14)を形成することを行い、チャネル層を形成することでは、リサーフ層と繋がるチャネル層を形成するようにしている。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having a trench gate structure, comprising: preparing a semiconductor substrate (10) having a first conductivity type drift layer (12); A trench gate structure is formed by forming a trench (16) having a longitudinal direction as a longitudinal direction and a gate electrode (18) to which a predetermined gate voltage is applied through a gate insulating film (17) in the trench. And forming a gate liner (19) electrically connected to the gate electrode on the semiconductor substrate; and after forming the gate liner, the impurity is ion-implanted and heat-treated to thereby form the gate layer on the drift layer. Forming a second conductivity type channel layer (13) and forming a first conductivity type first impurity region (15) in a surface layer portion of the channel layer; In forming the liner, when viewed from the normal direction to the surface direction of the semiconductor substrate, the gate liner is formed so as to extend in a direction intersecting with the longitudinal direction of the trench and intersect with the trench, thereby forming the trench. Before performing, the second conductivity type RESURF layer (14) is formed in the region below the gate liner, and the channel layer is formed by forming the channel layer connected to the RESURF layer. I have to.

これによれば、ゲートライナーを形成することの前にリサーフ層を形成している。このため、ゲートライナーの下方にリサーフ層が形成された半導体装置を製造することができる。   According to this, the RESURF layer is formed before the gate liner is formed. For this reason, the semiconductor device in which the RESURF layer is formed below the gate liner can be manufactured.

なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis in the said and the claim shows the correspondence of the term described in the claim, and the concrete thing etc. which illustrate the said term described in embodiment mentioned later. .

半導体装置の平面レイアウト図である。It is a plane layout view of a semiconductor device. 図1中のII−II線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the II-II line | wire in FIG. 図1中のIII−III線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the III-III line in FIG. 図1中のIV−IV線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the IV-IV line in FIG. 図2に示す半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 2. 図3に示す半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 3. 図4に示す半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device shown in FIG. 4. 第2実施形態における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in 2nd Embodiment. 第2実施形態における図8とは別の半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device different from FIG. 8 in 2nd Embodiment. 第2実施形態における半導体装置の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the semiconductor device in a 2nd embodiment. 図8に示す半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device shown in FIG. 8. 図9に示す半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device shown in FIG. 9. 第3実施形態における半導体装置の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the semiconductor device in a 3rd embodiment. 第4実施形態における半導体装置の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the semiconductor device in a 4th embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

(第1実施形態)
第1実施形態について説明する。まず、本実施形態の半導体装置の構成について説明する。本実施形態の半導体装置は、図1に示されるように、セル領域1と当該セル領域を囲む外周領域2とを有している。そして、セル領域1は、メイン領域1aと接続領域1bとを有している。なお、図1は、後述するゲート電極18、ゲートライナー19、およびリサーフ層14の位置関係を示す平面レイアウト図であり、断面図ではないが、理解をし易くするためにゲート電極18およびゲートライナー19にハッチングを施してある。また、本実施形態のセル領域1は、後述するゲート電極18が配置され、電流を流す素子としての機能を主に発揮する部分である。接続領域1bは、セル領域1のうちの後述するゲートライナー19が配置される領域のことであり、メイン領域1aは、セル領域1のうちの接続領域1bと異なる領域のことである。
(First embodiment)
A first embodiment will be described. First, the configuration of the semiconductor device of this embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the semiconductor device of the present embodiment has a cell region 1 and an outer peripheral region 2 surrounding the cell region. The cell region 1 has a main region 1a and a connection region 1b. FIG. 1 is a plan layout view showing the positional relationship between a gate electrode 18, a gate liner 19 and a RESURF layer 14 which will be described later, and is not a cross-sectional view. 19 is hatched. Further, the cell region 1 of the present embodiment is a portion in which a gate electrode 18 to be described later is disposed, and functions mainly as an element for flowing current. The connection region 1b is a region in the cell region 1 where a later-described gate liner 19 is disposed, and the main region 1a is a region different from the connection region 1b in the cell region 1.

半導体装置は、図2〜図4に示されるように、N型のドレイン層11と、ドレイン層11の表面上に形成され、ドレイン層11よりも不純物濃度が低くされたN型のドリフト層12とを有する半導体基板10を有している。なお、ドレイン層11は、不純物濃度が高濃度とされたN型のシリコン基板等によって構成される。また、本実施形態では、ドレイン層11が第2不純物領域に相当している。 2 to 4, the semiconductor device includes an N + type drain layer 11 and an N type drift formed on the surface of the drain layer 11 and having an impurity concentration lower than that of the drain layer 11. A semiconductor substrate 10 having a layer 12 is included. The drain layer 11 is composed of an N + type silicon substrate having a high impurity concentration. In the present embodiment, the drain layer 11 corresponds to the second impurity region.

ドリフト層12上(すなわち、半導体基板10の一面10a側)には、図2および図4に示されるように、メイン領域1aにおいて、比較的不純物濃度が低く設定されたP型のチャネル層13が形成されている。また、ドリフト層12上には、図3および図4に示されるように、接続領域1bにおいて、チャネル層13と不純物濃度がほぼ等しくされたP型のリサーフ層14が形成されている。本実施形態では、リサーフ層14は、チャネル層13とほぼ同じ深さまで形成されている。また、リサーフ層14は、後述するゲートライナー19の延設方向に沿って形成されており、ゲートライナー19の下方の全領域に形成されている。つまり、リサーフ層14は、半導体基板10の一面10aに対する法線方向(すなわち、面方向に対する法線方向)から視たとき、後述するゲートライナー19が当該リサーフ層14内に位置するように形成されている。   On the drift layer 12 (that is, on the side of the one surface 10a of the semiconductor substrate 10), as shown in FIGS. 2 and 4, in the main region 1a, a P-type channel layer 13 having a relatively low impurity concentration is formed. Is formed. Further, as shown in FIGS. 3 and 4, a P-type RESURF layer 14 having an impurity concentration substantially equal to that of the channel layer 13 is formed on the drift layer 12 in the connection region 1 b. In the present embodiment, the RESURF layer 14 is formed to substantially the same depth as the channel layer 13. The RESURF layer 14 is formed along the extending direction of the gate liner 19 described later, and is formed in the entire region below the gate liner 19. That is, the RESURF layer 14 is formed such that a gate liner 19 described later is positioned in the RESURF layer 14 when viewed from the normal direction to the one surface 10 a of the semiconductor substrate 10 (that is, the normal direction to the surface direction). ing.

チャネル層13上には、図2および図4に示されるように、ドリフト層12よりも高不純物濃度とされたN型のソース層15が形成されている。つまり、メイン領域1aでは、ドリフト層12上に、ドリフト層12側から順にチャネル層13およびソース層15が形成されている。なお、本実施形態では、ソース層15が第1不純物領域に相当している。 As shown in FIGS. 2 and 4, an N + type source layer 15 having a higher impurity concentration than the drift layer 12 is formed on the channel layer 13. That is, in the main region 1a, the channel layer 13 and the source layer 15 are formed on the drift layer 12 in this order from the drift layer 12 side. In the present embodiment, the source layer 15 corresponds to the first impurity region.

また、半導体基板10には、図2および図3に示されるように、一面10a側からドリフト層12に達する複数のトレンチ16が形成されている。本実施形態では、複数のトレンチ16は、半導体基板10の一面10aの面方向のうちの所定方向に沿ってストライプ状に等間隔に形成され、メイン領域1aおよび接続領域1bに形成されている。   Further, as shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of trenches 16 reaching the drift layer 12 from the one surface 10 a side are formed in the semiconductor substrate 10. In the present embodiment, the plurality of trenches 16 are formed in stripes at regular intervals along a predetermined direction of the surface direction of the one surface 10a of the semiconductor substrate 10, and are formed in the main region 1a and the connection region 1b.

具体的には、トレンチ16は、メイン領域1aでは、ソース層15およびチャネル層13を貫通してドリフト層12に達するように形成され、接続領域1bでは、リサーフ層14を貫通してドリフト層12に達するように形成されている。   Specifically, the trench 16 is formed to penetrate the source layer 15 and the channel layer 13 to reach the drift layer 12 in the main region 1a, and to penetrate the resurf layer 14 in the connection region 1b. Is formed to reach.

各トレンチ16は、各トレンチ16の壁面を覆うように形成されたゲート絶縁膜17と、このゲート絶縁膜17の上に形成されたゲート電極18とにより埋め込まれている。これにより、トレンチゲート構造が構成されている。なお、本実施形態では、ゲート絶縁膜17は、酸化膜等で構成され、ゲート電極18は、Poly−Si等で構成される。   Each trench 16 is embedded with a gate insulating film 17 formed so as to cover the wall surface of each trench 16 and a gate electrode 18 formed on the gate insulating film 17. Thereby, a trench gate structure is configured. In the present embodiment, the gate insulating film 17 is made of an oxide film or the like, and the gate electrode 18 is made of Poly-Si or the like.

そして、接続領域1bには、図1、図3および図4に示されるように、半導体基板10の一面10a上に、Poly−Si等で構成されるゲートライナー19が形成されている。具体的には、ゲートライナー19は、半導体基板10の一面10aに対する法線方向から視たとき、トレンチ16(すなわち、ゲート電極18)の延設方向と交差する方向に延設されていると共に、各トレンチ16と交差するように形成されている。そして、ゲートライナー19は、各トレンチ16の開口部上において、各ゲート電極18と電気的に接続されている。   In the connection region 1b, as shown in FIGS. 1, 3, and 4, a gate liner 19 made of Poly-Si or the like is formed on one surface 10a of the semiconductor substrate 10. Specifically, the gate liner 19 extends in a direction intersecting with the extending direction of the trench 16 (that is, the gate electrode 18) when viewed from the normal direction to the one surface 10a of the semiconductor substrate 10. It is formed so as to intersect with each trench 16. The gate liner 19 is electrically connected to each gate electrode 18 on the opening of each trench 16.

また、本実施形態では、ゲートライナー19は、半導体基板10の一面10aに対する法線方向から視たとき、リサーフ層14内に位置するように形成されている。言い換えると、ゲートライナー19の下方の全領域には、リサーフ層14が形成されている。   In the present embodiment, the gate liner 19 is formed so as to be positioned in the RESURF layer 14 when viewed from the normal direction to the one surface 10 a of the semiconductor substrate 10. In other words, the RESURF layer 14 is formed in the entire region below the gate liner 19.

さらに、半導体基板10の一面10a上には、図2〜図4に示されるように、ゲート電極18およびゲートライナー19を覆うように、酸化膜等で構成される層間絶縁膜20が形成されている。この層間絶縁膜20には、メイン領域1aにおいて、ソース層15およびチャネル層13を露出させる第1コンタクトホール21が形成されている。また、層間絶縁膜20には、接続領域1bにおいて、ゲートライナー19を露出させる第2コンタクトホール22が形成されている。   Further, as shown in FIGS. 2 to 4, an interlayer insulating film 20 made of an oxide film or the like is formed on one surface 10 a of the semiconductor substrate 10 so as to cover the gate electrode 18 and the gate liner 19. Yes. In the interlayer insulating film 20, a first contact hole 21 exposing the source layer 15 and the channel layer 13 is formed in the main region 1a. In the interlayer insulating film 20, a second contact hole 22 exposing the gate liner 19 is formed in the connection region 1b.

具体的には、第1コンタクトホール21は、複数形成されており、隣接する各トレンチ16間において、それぞれソース層15を貫通してチャネル層13に達するように形成されている。これにより、ソース層15は、第1コンタクトホール21の側面から露出し、チャネル層13は、第1コンタクトホール21の側面および底面から露出した状態となっている。   Specifically, a plurality of first contact holes 21 are formed, and are formed so as to penetrate the source layer 15 and reach the channel layer 13 between the adjacent trenches 16. Thereby, the source layer 15 is exposed from the side surface of the first contact hole 21, and the channel layer 13 is exposed from the side surface and bottom surface of the first contact hole 21.

また、第2コンタクトホール22は、複数形成されており、ゲートライナー19を露出させるように形成されている。なお、第2コンタクトホール22は、少なくともゲートライナー19の一部が露出する構成とされていればよい。つまり、第2コンタクトホール22は、複数形成されていてもよいし、例えば、1つのみ形成されていてもよい。   A plurality of second contact holes 22 are formed so as to expose the gate liner 19. The second contact hole 22 only needs to have a configuration in which at least a part of the gate liner 19 is exposed. That is, a plurality of second contact holes 22 may be formed, or only one may be formed, for example.

そして、層間絶縁膜20上には、第1コンタクトホール21を通じてソース層15およびチャネル層13と電気的に接続されるソース電極層23が形成されている。また、層間絶縁膜20上には、第2コンタクトホール22を通じてゲートライナー19と接続され、当該ゲートライナー19を介してゲート電極18と電気的に接続されるゲート電極層24が形成されている。   A source electrode layer 23 that is electrically connected to the source layer 15 and the channel layer 13 through the first contact hole 21 is formed on the interlayer insulating film 20. On the interlayer insulating film 20, a gate electrode layer 24 connected to the gate liner 19 through the second contact hole 22 and electrically connected to the gate electrode 18 through the gate liner 19 is formed.

本実施形態では、ソース電極層23は、第1コンタクトホール21内に埋め込まれる第1埋込電極部23aと、層間絶縁膜20上に配置されて第1埋込電極部23aと電気的に接続される第1上層電極部23bとを有する構成とされている。同様に、ゲート電極層24は、第2コンタクトホール22内に埋め込まれる第2埋込電極部24aと、層間絶縁膜20上に配置されて第2埋込電極部24aと電気的に接続される第2上層電極部24bとを有する構成とされている。なお、第1、第2埋込電極部23a、24aは、本実施形態では、W(すなわち、タングステン)で構成されている。つまり、第1、第2埋込電極部23a、24aは、いわゆるWプラグとされている。また、第1、第2上層電極部23b、24bは、Al(すなわち、アルミニウム)等で構成されている。   In the present embodiment, the source electrode layer 23 is disposed on the interlayer insulating film 20 and electrically connected to the first embedded electrode portion 23 a embedded in the first contact hole 21. The first upper layer electrode portion 23b is configured. Similarly, the gate electrode layer 24 is disposed on the interlayer insulating film 20 and is electrically connected to the second embedded electrode portion 24a embedded in the second contact hole 22 and the second embedded electrode portion 24a. The second upper electrode portion 24b is included. In the present embodiment, the first and second embedded electrode portions 23a and 24a are made of W (that is, tungsten). That is, the first and second embedded electrode portions 23a and 24a are so-called W plugs. The first and second upper electrode portions 23b and 24b are made of Al (that is, aluminum) or the like.

また、ドレイン層11を挟んでドリフト層12と反対側には、ドレイン層11と電気的に接続されるドレイン電極25が形成されている。つまり、半導体基板10の他面10b上には、ドレイン層11と電気的に接続されるドレイン電極25が形成されている。   A drain electrode 25 electrically connected to the drain layer 11 is formed on the opposite side of the drift layer 12 with the drain layer 11 interposed therebetween. That is, the drain electrode 25 that is electrically connected to the drain layer 11 is formed on the other surface 10 b of the semiconductor substrate 10.

外周領域2には、特に図示しないが、耐圧向上を図るためのガードリングや、当該ガードリングと電気的に接続される外周電極等が適宜形成されている。   Although not specifically shown, the outer peripheral region 2 is appropriately formed with a guard ring for improving a withstand voltage, an outer peripheral electrode electrically connected to the guard ring, and the like.

以上が本実施形態における半導体装置の構成である。なお、本実施形態では、N型、N型、N型が第1導電型に相当しており、P型、P型が第2導電型に相当している。また、上記のように、本実施形態の半導体基板10は、ドレイン層11、ドリフト層12、チャネル層13、ソース層15を含んで構成されている。 The above is the configuration of the semiconductor device in this embodiment. In this embodiment, N + type, N type, and N type correspond to the first conductivity type, and P type and P + type correspond to the second conductivity type. Further, as described above, the semiconductor substrate 10 of this embodiment includes the drain layer 11, the drift layer 12, the channel layer 13, and the source layer 15.

このような半導体装置では、セル領域1において、ゲートライナー19の下方にもP型のリサーフ層14が形成されている。このため、ゲートライナー19の下方にリサーフ層14が形成されていない場合と比較して、ゲートライナー19の下方に高電界が集中することを抑制できる。したがって、ゲートライナー19の下方の部分にてリーク電流が発生することを抑制できる。   In such a semiconductor device, a P-type RESURF layer 14 is also formed below the gate liner 19 in the cell region 1. For this reason, compared with the case where the RESURF layer 14 is not formed under the gate liner 19, it can suppress that a high electric field concentrates under the gate liner 19. FIG. Accordingly, it is possible to suppress the occurrence of a leak current in a portion below the gate liner 19.

次に、上記半導体装置の製造工程について、図5〜図7を参照しつつ説明する。なお、図5は、図2に相当する断面図であり、図6は、図3に相当する断面図であり、図7は、図4に相当する断面図である。また、各図の(a)〜(d)は、それぞれ同じ工程の状態を示している。   Next, the manufacturing process of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 5 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2, FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3, and FIG. 7 is a cross-sectional view corresponding to FIG. Moreover, (a)-(d) of each figure has shown the state of the same process, respectively.

まず、図5(a)、図6(a)、図7(a)に示されるように、ドレイン層11上にドリフト層12が積層された半導体基板10を用意する。なお、ここでは、ドレイン層11上にドリフト層12が積層された半導体基板10を用意する例について説明するが、下記の工程を行った後、イオン注入および熱処理を行うことで半導体基板10の他面10b側にドレイン層11を形成するようにしてもよい。   First, as shown in FIG. 5A, FIG. 6A, and FIG. 7A, a semiconductor substrate 10 in which a drift layer 12 is stacked on a drain layer 11 is prepared. Here, an example of preparing the semiconductor substrate 10 in which the drift layer 12 is stacked on the drain layer 11 will be described. However, after performing the following steps, ion implantation and heat treatment are performed to perform other steps of the semiconductor substrate 10. The drain layer 11 may be formed on the surface 10b side.

次に、図6(a)および図7(a)に示されるように、半導体基板10の一面10a上に図示しないマスクを配置し、ゲートライナー19が形成される下方の領域にP型不純物を適宜イオン注入して熱拡散することにより、リサーフ層14を形成する。その後、マスクを除去する。   Next, as shown in FIGS. 6A and 7A, a mask (not shown) is arranged on one surface 10a of the semiconductor substrate 10, and P-type impurities are introduced into the lower region where the gate liner 19 is formed. The RESURF layer 14 is formed by ion implantation as appropriate and thermal diffusion. Thereafter, the mask is removed.

そして、図5(b)、図6(b)、図7(b)に示されるように、図示しないマスクを配置し、ドライエッチング等を行って上記トレンチ16を形成する。その後、熱酸化等を行い、トレンチ16の壁面にゲート絶縁膜17を形成する。なお、この工程では、半導体基板10の一面10a上にも絶縁膜が形成される。   Then, as shown in FIG. 5B, FIG. 6B, and FIG. 7B, a mask (not shown) is disposed, and the trench 16 is formed by performing dry etching or the like. Thereafter, thermal oxidation or the like is performed to form a gate insulating film 17 on the wall surface of the trench 16. In this step, an insulating film is also formed on one surface 10a of the semiconductor substrate 10.

続いて、図5(c)、図6(c)、図7(c)に示されるように、各トレンチ16が埋め込まれるように、CVD法等でPoly−Siを成膜する。これにより、各トレンチ16には、ゲート絶縁膜17を介してゲート電極18が配置されたトレンチゲート構造が構成される。そして、図示しないマスクを配置してドライエッチング等を行い、半導体基板10の一面10a上に形成されたpoly−Siを適宜パターニングしてゲートライナー19を形成する。この際、ゲートライナー19は、上記で説明したように、半導体基板10の一面10aに対する法線方向から視たとき、各トレンチ16と交差し、かつ下方にリサーフ層14層が位置するように形成される。その後、マスクを除去する。   Subsequently, as shown in FIGS. 5C, 6C, and 7C, a poly-Si film is formed by CVD or the like so that each trench 16 is embedded. As a result, each trench 16 has a trench gate structure in which the gate electrode 18 is disposed via the gate insulating film 17. Then, a mask (not shown) is disposed and dry etching or the like is performed, and poly-Si formed on the one surface 10a of the semiconductor substrate 10 is appropriately patterned to form the gate liner 19. At this time, as described above, the gate liner 19 is formed so as to intersect with each trench 16 and to have the RESURF layer 14 located below when viewed from the normal direction to the one surface 10a of the semiconductor substrate 10. Is done. Thereafter, the mask is removed.

なお、リサーフ層14を形成する工程およびゲートライナー19を形成する工程では、半導体基板10の一面10aに対する法線方向から視たとき、リサーフ層14内にゲートライナー19が位置するようにリサーフ層14およびゲートライナー19が形成される。   In the step of forming the RESURF layer 14 and the step of forming the gate liner 19, the RESURF layer 14 is positioned so that the gate liner 19 is positioned in the RESURF layer 14 when viewed from the normal direction to the one surface 10 a of the semiconductor substrate 10. And the gate liner 19 is formed.

次に、図5(d)、図6(d)、図7(d)に示されるように、P型不純物およびN型不純物をイオン注入して熱拡散することにより、チャネル層13およびソース層15を形成する。この際、ゲートライナー19の下方には、当該ゲートライナー19がマスクとなって不純物が注入されない。しかしながら、本実施形態では、ゲートライナー19の下方には、既にリサーフ層14が形成されている。このため、この工程では、チャネル層13とリサーフ層14とが繋がるように当該チャネル層13を形成する。これにより、セル領域1では、ドリフト層12上にチャネル層13またはリサーフ層14が形成された構成となる。   Next, as shown in FIGS. 5D, 6D, and 7D, the channel layer 13 and the source layer are formed by ion implantation of P-type impurities and N-type impurities and thermal diffusion. 15 is formed. At this time, impurities are not implanted below the gate liner 19 using the gate liner 19 as a mask. However, in the present embodiment, the RESURF layer 14 is already formed below the gate liner 19. Therefore, in this step, the channel layer 13 is formed so that the channel layer 13 and the RESURF layer 14 are connected. As a result, the cell region 1 has a configuration in which the channel layer 13 or the RESURF layer 14 is formed on the drift layer 12.

その後は、特に図示しないが、ゲート電極18およびゲートライナー19を覆うように、層間絶縁膜20をCVD法等により形成する。そして、層間絶縁膜20上にフォトレジスト等を配置し、当該フォトレジストをマスクとして層間絶縁膜20に第1コンタクトホール21および第2コンタクトホール22を形成する。   Thereafter, although not particularly shown, an interlayer insulating film 20 is formed by CVD or the like so as to cover the gate electrode 18 and the gate liner 19. Then, a photoresist or the like is disposed on the interlayer insulating film 20, and the first contact hole 21 and the second contact hole 22 are formed in the interlayer insulating film 20 using the photoresist as a mask.

続いて、チャネル層13およびソース層15と電気的に接続されるソース電極層23を形成すると共に、ゲートライナー19と接続されるゲート電極層24を形成する。ソース電極層23およびゲート電極層24を形成する際には、例えば、まず、第1コンタクトホール21および第2コンタクトホール22内にCVD法等でWを埋め込み、第1、第2埋込電極部23a、24aを形成する。次に、層間絶縁膜20上に積層されたW膜を除去する。その後、層間絶縁膜20上にCVD法等でAl等の金属膜を成膜し、成膜した金属膜をパターニングすることにより、第1埋込電極部23aと電気的に接続される第1上層電極部23bを形成すると共に、第2埋込電極部24aと電気的に接続される第2上層電極部24bを形成する。以上のようにして、本実施形態の半導体装置が製造される。   Subsequently, a source electrode layer 23 electrically connected to the channel layer 13 and the source layer 15 is formed, and a gate electrode layer 24 connected to the gate liner 19 is formed. When forming the source electrode layer 23 and the gate electrode layer 24, for example, first, W is buried in the first contact hole 21 and the second contact hole 22 by a CVD method or the like, and the first and second buried electrode portions. 23a and 24a are formed. Next, the W film stacked on the interlayer insulating film 20 is removed. Thereafter, a metal film such as Al is formed on the interlayer insulating film 20 by CVD or the like, and the formed metal film is patterned, whereby the first upper layer electrically connected to the first embedded electrode portion 23a. The electrode portion 23b is formed, and the second upper electrode portion 24b that is electrically connected to the second embedded electrode portion 24a is formed. As described above, the semiconductor device of this embodiment is manufactured.

以上説明したように、本実施形態では、ゲートライナー19は、半導体基板10の一面10aに対する法線方向から視たとき、トレンチ16と交差するように形成されている。このため、ゲートライナー19がトレンチ16と交差しないように形成されている場合と比較して、半導体装置の小型化を図ることができる。   As described above, in this embodiment, the gate liner 19 is formed so as to intersect with the trench 16 when viewed from the normal direction to the one surface 10 a of the semiconductor substrate 10. For this reason, the semiconductor device can be reduced in size as compared with the case where the gate liner 19 is formed so as not to intersect the trench 16.

また、ゲートライナー19の下方には、リサーフ層14が形成されている。このため、リサーフ層14が形成されていない場合と比較して、ゲートライナー19の下方の領域にドレイン層11側から延びる高電界が達することを抑制でき、リーク電流が発生することを抑制できる。   A RESURF layer 14 is formed below the gate liner 19. For this reason, compared with the case where the RESURF layer 14 is not formed, it can suppress that the high electric field extended from the drain layer 11 side reaches the area | region under the gate liner 19, and can suppress that a leak current generate | occur | produces.

さらに、ゲートライナー19は、半導体基板10の一面10aに対する法線方向から視たとき、リサーフ層14内に位置するように形成されている。つまり、セル領域1は、ドリフト層12上にチャネル層13またはリサーフ層14が形成された状態となっている。このため、さらにリーク電流が発生することを抑制できる。   Further, the gate liner 19 is formed so as to be positioned in the RESURF layer 14 when viewed from the normal direction to the one surface 10 a of the semiconductor substrate 10. That is, the cell region 1 is in a state where the channel layer 13 or the RESURF layer 14 is formed on the drift layer 12. For this reason, generation | occurrence | production of leak current can be suppressed further.

そして、リサーフ層14は、ゲートライナー19を形成する前に形成するようにしている。このため、ゲートライナー19の下方にリサーフ層14が配置された半導体装置を容易に製造することができる。   The RESURF layer 14 is formed before the gate liner 19 is formed. Therefore, a semiconductor device in which the RESURF layer 14 is disposed below the gate liner 19 can be easily manufactured.

また、チャネル層13およびソース層15は、トレンチゲート構造を形成した後に形成される。このため、例えば、トレンチ16の僅かな出来栄えの変化に基づいてチャネル層13およびソース層15を形成する際のイオン注入や熱処理等の条件を変更でき、信頼度の高い半導体装置を製造できる。   The channel layer 13 and the source layer 15 are formed after forming the trench gate structure. For this reason, for example, conditions such as ion implantation and heat treatment in forming the channel layer 13 and the source layer 15 can be changed based on a slight change in the quality of the trench 16, and a highly reliable semiconductor device can be manufactured.

(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して、トレンチゲート構造を変更したものであり、その他に関しては上記第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described. In the present embodiment, the trench gate structure is changed with respect to the first embodiment, and the other aspects are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted here.

本実施形態では、図8および図9に示されるように、トレンチゲート構造は、いわゆるスプリットゲート構造とされている。具体的には、各トレンチ16には、底部側にシールド電極26が配置され、開口部側にゲート電極18が配置されている。つまり、各トレンチ16には、シールド電極26とゲート電極18とが積層されて配置されている。そして、トレンチ16の上段側に配置されたゲート電極18によって上段側ゲート構造が構成され、トレンチ16の底部側に配置されたシールド電極26によって下段側ゲート構造が構成されている。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, the trench gate structure is a so-called split gate structure. Specifically, in each trench 16, a shield electrode 26 is disposed on the bottom side, and a gate electrode 18 is disposed on the opening side. In other words, the shield electrode 26 and the gate electrode 18 are stacked in each trench 16. An upper gate structure is constituted by the gate electrode 18 arranged on the upper stage side of the trench 16, and a lower gate structure is constituted by the shield electrode 26 arranged on the bottom side of the trench 16.

なお、シールド電極26とゲート電極18との間には、ゲート絶縁膜17が配置されている。また、ゲート電極18は、半導体基板10の一面10a側からチャネル層13の底部よりも深い位置まで形成されている。つまり、ゲート電極18は、トレンチ16の開口部側に配置されるが、ゲート電圧が印加された際、チャネル層13にソース層15とドリフト層12とを繋ぐチャネルが形成されるように配置されている。そして、各ゲート電極18は、上記第1実施形態と同様に、ゲートライナー19と電気的に接続されている。   Note that the gate insulating film 17 is disposed between the shield electrode 26 and the gate electrode 18. The gate electrode 18 is formed from the one surface 10 a side of the semiconductor substrate 10 to a position deeper than the bottom of the channel layer 13. That is, the gate electrode 18 is disposed on the opening side of the trench 16, but is disposed so that a channel connecting the source layer 15 and the drift layer 12 is formed in the channel layer 13 when a gate voltage is applied. ing. Each gate electrode 18 is electrically connected to the gate liner 19 as in the first embodiment.

また、各トレンチ16は、図9に示されるように、セル領域1から外周領域2まで延設されている。本実施形態では、トレンチ16は、延設方向における一端部が外周領域2に位置するように形成されている。そして、各シールド電極26は、図9および図10に示されるように、それぞれトレンチ16の外周領域2に位置する部分にて、トレンチ16の開口部まで引き出され、外周領域2に形成されたシールドライナー27と電気的に接続されている。   Each trench 16 extends from the cell region 1 to the outer peripheral region 2 as shown in FIG. In the present embodiment, the trench 16 is formed so that one end in the extending direction is located in the outer peripheral region 2. As shown in FIGS. 9 and 10, each shield electrode 26 is drawn to the opening of the trench 16 at a portion located in the outer peripheral region 2 of the trench 16, and the shield formed in the outer peripheral region 2. It is electrically connected to the liner 27.

なお、本実施形態では、シールドライナー27は、図10とは別断面において、Al配線等を介してソース電極層23と電気的に接続され、ソース電極層23と同電位とされている。つまり、シールド電極26は、ソース電極層23の電位に維持されている。また、シールドライナー27は、トレンチ16の延設方向における一端部側において、トレンチ16の延設方向と直交する方向に延設され、端部を有する形状とされている。   In the present embodiment, the shield liner 27 is electrically connected to the source electrode layer 23 through an Al wiring or the like and has the same potential as the source electrode layer 23 in a cross section different from FIG. That is, the shield electrode 26 is maintained at the potential of the source electrode layer 23. In addition, the shield liner 27 extends in a direction orthogonal to the extending direction of the trench 16 on one end side in the extending direction of the trench 16 and has a shape having an end.

外周領域2では、図9および図10に示されるように、シールドライナー27の下方にP型の外周リサーフ層28が形成されている。さらに、外周領域2では、シールドライナー27の下方と異なる領域において、外周リサーフ層28と繋がるP型層29が形成されている。本実施形態では、外周リサーフ層28とP型層29とが連結されることにより、セル領域1を囲むガードリング30が構成されている。なお、本実施形態では、P型層29が第3不純物領域に相当している。   In the outer peripheral region 2, as shown in FIGS. 9 and 10, a P-type outer peripheral resurf layer 28 is formed below the shield liner 27. Further, in the outer peripheral region 2, a P-type layer 29 connected to the outer peripheral resurf layer 28 is formed in a region different from the lower part of the shield liner 27. In the present embodiment, the outer peripheral RESURF layer 28 and the P-type layer 29 are connected to form a guard ring 30 that surrounds the cell region 1. In the present embodiment, the P-type layer 29 corresponds to the third impurity region.

以上が本実施形態における半導体装置の構成である。次に、上記半導体装置の製造工程について図11および図12を参照しつつ説明する。なお、図11は、図9に相当する断面図であり、図12は図10に相当する断面図である。   The above is the configuration of the semiconductor device in this embodiment. Next, the manufacturing process of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 11 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 9, and FIG. 12 is a cross-sectional view corresponding to FIG.

まず、図11(a)および図12(a)に示されるように、半導体基板10の一面10a上に図示しないマスクを配置し、シールドライナー27が形成される下方の領域を含む位置にP型不純物を適宜イオン注入して熱拡散することにより、外周リサーフ層28を形成する。その後、マスクを除去する。なお、この工程は、特に図示しないが、リサーフ層14を形成する工程と同時に行われる。   First, as shown in FIGS. 11A and 12A, a mask (not shown) is arranged on one surface 10a of the semiconductor substrate 10, and a P type is formed at a position including a lower region where the shield liner 27 is formed. An outer peripheral resurf layer 28 is formed by ion implantation of impurities as appropriate and thermal diffusion. Thereafter, the mask is removed. Note that this step is performed simultaneously with the step of forming the RESURF layer 14 although not particularly illustrated.

次に、図11(b)および図12(b)に示されるように、トレンチ16を形成した後、熱酸化やCVD法等を適宜行って上記スプリットゲート構造を形成する。なお、この際、トレンチ16は、外周領域2まで延設されるようにする。また、シールド電極26を形成する際には、トレンチ16の外周領域2に位置する部分にて、トレンチ16の開口部まで引き出されるようにする。そして、半導体基板10の一面10a上に形成されたPoly−Siを適宜パターニングし、シールド電極26と電気的に接続されるシールドライナー27を形成する。   Next, as shown in FIGS. 11B and 12B, after the trench 16 is formed, the above-described split gate structure is formed by appropriately performing thermal oxidation, CVD, or the like. At this time, the trench 16 is extended to the outer peripheral region 2. Further, when the shield electrode 26 is formed, the shield electrode 26 is drawn to the opening of the trench 16 at a portion located in the outer peripheral region 2 of the trench 16. Then, Poly-Si formed on the one surface 10 a of the semiconductor substrate 10 is appropriately patterned to form a shield liner 27 that is electrically connected to the shield electrode 26.

続いて、図11(c)および図12(c)に示されるように、P型不純物およびN型不純物をイオン注入して熱拡散することにより、チャネル層13およびソース層15を形成する。なお、この工程では、シールドライナー27の下方には、当該シールドライナー27がマスクとなって不純物が注入されない。このため、図12(c)とは別断面において、外周リサーフ層28と繋がるようにP型層29を形成することにより、外周領域2にガードリング30を構成する。   Subsequently, as shown in FIGS. 11C and 12C, a channel layer 13 and a source layer 15 are formed by ion implantation of P-type impurities and N-type impurities and thermal diffusion. In this step, impurities are not implanted below the shield liner 27 using the shield liner 27 as a mask. For this reason, the guard ring 30 is formed in the outer peripheral region 2 by forming the P-type layer 29 so as to be connected to the outer peripheral resurf layer 28 in a cross section different from FIG.

その後は、特に図示しないが、上記第1実施形態と同様に、ソース電極層23およびゲート電極層24等を形成することにより、上記半導体装置が製造される。   Thereafter, although not particularly shown, the semiconductor device is manufactured by forming the source electrode layer 23, the gate electrode layer 24, and the like, as in the first embodiment.

このように、スプリットゲート構造を有する半導体装置としてもよい。また、トレンチ16の底部側にシールド電極26を配置することにより、トレンチ16の底部に電界集中が発生することを抑制でき、耐圧の向上を図ることができる。   Thus, a semiconductor device having a split gate structure may be used. In addition, by arranging the shield electrode 26 on the bottom side of the trench 16, it is possible to suppress the occurrence of electric field concentration at the bottom portion of the trench 16 and to improve the breakdown voltage.

(第3実施形態)
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第2実施形態に対して、シールドライナー27の構成を変更したものであり、その他に関しては上記第2実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described. In the present embodiment, the configuration of the shield liner 27 is changed with respect to the second embodiment, and the other aspects are the same as those of the second embodiment, and thus the description thereof is omitted here.

本実施形態では、図13に示されるように、外周領域2には、トレンチ16の延設方向における両端部側にシールドライナー27が形成されている。また、特に図示しないが、トレンチ16は、延設方向における両端部側が外周領域2まで延設されている。そして、シールド電極26は、トレンチ16の延設方向における両端部側にて開口部まで引き出され、外周領域2に形成された各シールドライナー27と電気的に接続されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 13, shield liners 27 are formed in the outer peripheral region 2 at both end portions in the extending direction of the trench 16. Although not shown in particular, the trench 16 extends to the outer peripheral region 2 at both ends in the extending direction. The shield electrode 26 is drawn to the opening at both ends in the extending direction of the trench 16 and is electrically connected to each shield liner 27 formed in the outer peripheral region 2.

また、外周領域2では、各シールドライナー27の下方にP型の外周リサーフ層28が形成されている。そして、シールドライナー27の下方と異なる領域には、各外周リサーフ層28と繋がり、各外周リサーフ層28と共にガードリング30を構成するP型層29が形成されている。   Further, in the outer peripheral region 2, a P-type outer peripheral resurf layer 28 is formed below each shield liner 27. A P-type layer 29 that is connected to each outer peripheral resurf layer 28 and constitutes a guard ring 30 together with each outer peripheral resurf layer 28 is formed in a region different from the lower side of the shield liner 27.

以上説明したように、本実施形態では、各シールド電極26は、トレンチ16の延設方向における両端部側から引き出され、各シールド電極26と電気的に接続されている。このため、シールド電極26内の電位をほぼ均等にできる。   As described above, in the present embodiment, each shield electrode 26 is drawn from both end sides in the extending direction of the trench 16 and is electrically connected to each shield electrode 26. For this reason, the electric potential in the shield electrode 26 can be made substantially equal.

なお、このような半導体装置は、特に図示しないが次のように製造される。すなわち、図11(a)および図12(a)の工程において、各シールドライナー27が形成される下方の領域を含む位置にそれぞれ外周リサーフ層28を形成する。そして、図11(b)および図12(b)の工程において、延設方向の両端部が外周領域2に位置するようにトレンチ16を形成し、外周領域2に位置する両端部にてシールド電極26とシールドライナー27とが電気的に接続されるようにすることによって製造される。   Such a semiconductor device is manufactured as follows although not particularly shown. That is, in the steps of FIG. 11A and FIG. 12A, the outer peripheral RESURF layer 28 is formed at a position including a lower region where each shield liner 27 is formed. 11B and FIG. 12B, trenches 16 are formed so that both ends in the extending direction are located in the outer peripheral region 2, and shield electrodes are formed at both ends located in the outer peripheral region 2. 26 and the shield liner 27 are manufactured by being electrically connected.

(第4実施形態)
第4実施形態について説明する。本実施形態は、第3実施形態に対して、シールドライナー27の構成を変更したものであり、その他に関しては上記第3実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described. In the present embodiment, the configuration of the shield liner 27 is changed with respect to the third embodiment, and the other aspects are the same as those of the third embodiment, and thus the description thereof is omitted here.

本実施形態では、図14に示されるように、シールドライナー27は、セル領域1を囲むように形成されている。つまり、シールドライナー27は、枠状に形成されており、端部を有しない形状とされている。そして、シールドライナー27の下方には、セル領域1を囲むように外周リサーフ層28が形成されている。つまり、本実施形態では、外周リサーフ層28のみによってガードリング30が構成されており、P型層29は形成されていない。   In the present embodiment, as shown in FIG. 14, the shield liner 27 is formed so as to surround the cell region 1. That is, the shield liner 27 is formed in a frame shape and does not have an end. An outer peripheral resurf layer 28 is formed below the shield liner 27 so as to surround the cell region 1. That is, in the present embodiment, the guard ring 30 is configured only by the outer peripheral resurf layer 28, and the P-type layer 29 is not formed.

以上説明したように、本実施形態では、シールドライナー27は、セル領域を囲むように形成されている。このため、外周領域2におけるセル領域1側の全領域において、電界強度の緩和を図ることができる。   As described above, in this embodiment, the shield liner 27 is formed so as to surround the cell region. Therefore, the electric field strength can be reduced in the entire region on the cell region 1 side in the outer peripheral region 2.

なお、このような半導体装置は、特に図示しないが、次のように製造される。すなわち、図11(a)および図12(a)の工程において、セル領域1を囲むように外周リサーフ層28を形成し、図11(b)および図12(b)の工程において、セル領域1を囲むようにシールドライナー27を形成することによって製造される。   Such a semiconductor device is manufactured as follows although not particularly shown. That is, in the steps of FIGS. 11A and 12A, the outer peripheral resurf layer 28 is formed so as to surround the cell region 1, and in the steps of FIGS. 11B and 12B, the cell region 1 is formed. It is manufactured by forming a shield liner 27 so as to surround.

(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.

例えば、上記各実施形態では、第1導電型をN型、第2導電型をP型とする場合について説明したが、第1導電型をP型、第2導電型をN型とする半導体装置としてもよい。つまり、上記各実施形態で説明した各部の導電型を反転させた構造としてもよい。   For example, in each of the above embodiments, the case where the first conductivity type is the N type and the second conductivity type is the P type has been described. However, the semiconductor device in which the first conductivity type is the P type and the second conductivity type is the N type. It is good. That is, it is good also as a structure which reversed the conductivity type of each part demonstrated by each said embodiment.

上記各実施形態において、リサーフ層14は、チャネル層13より高不純物濃度とされていてもよい。また、上記各実施形態において、リサーフ層14は、チャネル層13より深くされていてもよい。これらによれば、ゲートライナー19の下方で高電界が集中することをさらに抑制でき、さらにリーク電流が発生することを抑制できる。   In each of the above embodiments, the RESURF layer 14 may have a higher impurity concentration than the channel layer 13. In each of the above embodiments, the RESURF layer 14 may be deeper than the channel layer 13. According to these, it is possible to further suppress the concentration of a high electric field below the gate liner 19 and further suppress the occurrence of a leak current.

さらに、上記各実施形態において、リサーフ層14は、チャネル層13より低不純物濃度とされていてもよい。また、上記各実施形態において、リサーフ層14は、チャネル層13より浅く形成されていてもよい。このような半導体装置としても、リサーフ層14が形成されていることにより、ゲートライナー19の下方で高電界が集中することを抑制できる。   Further, in each of the above embodiments, the RESURF layer 14 may have a lower impurity concentration than the channel layer 13. In each of the embodiments described above, the RESURF layer 14 may be formed shallower than the channel layer 13. Also in such a semiconductor device, the formation of the RESURF layer 14 can suppress the concentration of a high electric field below the gate liner 19.

そして、上記各実施形態において、リサーフ層14は、ゲートライナー19の下方の領域の一部に形成されていてもよい。このような半導体装置としても、リサーフ層14が形成されていない場合と比較して、ゲートライナー19の下方で高電界が集中することを抑制できる。   In each of the above embodiments, the RESURF layer 14 may be formed in a part of the region below the gate liner 19. Even in such a semiconductor device, the concentration of a high electric field under the gate liner 19 can be suppressed as compared with the case where the RESURF layer 14 is not formed.

さらに、上記各実施形態において、ゲート電極18とゲートライナー19は、異なる材料で形成されていてもよく、例えば、ゲートライナー19は、アルミニウム等で構成されていてもよい。同様に、上記第2〜第4実施形態において、シールド電極26とシールドライナー27は、異なる材料で形成されていてもよく、例えば、シールドライナー27は、アルミニウム等で構成されていてもよい。   Furthermore, in each said embodiment, the gate electrode 18 and the gate liner 19 may be formed with a different material, for example, the gate liner 19 may be comprised with aluminum etc. Similarly, in the second to fourth embodiments, the shield electrode 26 and the shield liner 27 may be made of different materials. For example, the shield liner 27 may be made of aluminum or the like.

そして、上記各実施形態において、ドレイン層11を備える代わりに、P型のコレクタ層を備えるようにしてもよい。つまり、半導体基板10にIGBT(すなわち、Insulated Gate Bipolar Transistor)素子が形成されていてもよい。なお、このような構成とする場合は、コレクタ層が第2不純物領域に相当する。また、ドレイン層11上に、N型のカラム領域とP型のカラム領域とが配置されたスーパージャンクション構造を有する半導体装置としてもよい。   In each of the above embodiments, a P-type collector layer may be provided instead of the drain layer 11. That is, an IGBT (that is, an insulated gate bipolar transistor) element may be formed on the semiconductor substrate 10. In such a configuration, the collector layer corresponds to the second impurity region. Alternatively, a semiconductor device having a super junction structure in which an N-type column region and a P-type column region are arranged on the drain layer 11 may be used.

さらに、上記各実施形態において、ドリフト層12の表層部にドレイン層11が形成され、半導体基板10の面方向に電流を流す横型の半導体装置としてもよい。   Furthermore, in each of the above embodiments, the drain layer 11 may be formed in the surface layer portion of the drift layer 12, and a horizontal semiconductor device that allows current to flow in the plane direction of the semiconductor substrate 10 may be used.

さらに、上記各実施形態において、第1コンタクトホール21および第2コンタクトホール22の壁面に、Ti(すなわち、チタン)、またはTiN(すなわち、窒化チタン)等で構成されるバリアメタルが形成されていてもよい。なお、このようなバリアメタルは、例えば、第1、第2埋込電極部23a、24aを形成する前に、スパッタ法等で形成される。   Further, in each of the above embodiments, a barrier metal made of Ti (ie, titanium) or TiN (ie, titanium nitride) is formed on the wall surfaces of the first contact hole 21 and the second contact hole 22. Also good. Such a barrier metal is formed by sputtering or the like before the first and second embedded electrode portions 23a and 24a are formed, for example.

そして、上記各実施形態において、第1ソース電極層23は、第1埋込電極部23aと第1上層電極部23bとが同じ材料を用いて構成されていてもよく、例えば、アルミニウムで構成されていてもよい。同様に、第2ゲート電極層24は、第2埋込電極部24aと第2上層電極部24bとが同じ材料を用いて構成されていてもよく、例えば、アルミニウムで構成されていてもよい。   In each of the above embodiments, the first source electrode layer 23 may be configured by using the same material for the first embedded electrode portion 23a and the first upper electrode portion 23b, for example, aluminum. It may be. Similarly, in the second gate electrode layer 24, the second embedded electrode portion 24a and the second upper layer electrode portion 24b may be made of the same material, and may be made of aluminum, for example.

さらに、上記各実施形態において、ソース層15は、チャネル層13の表層部に選択的に形成されていてもよい。つまり、半導体基板10の一面10aがチャネル層13およびソース層15を有する構成とされていてもよい。この場合、第1コンタクトホール21は、チャネル層13およびソース層15が露出されればよいため、半導体基板10の一面10aより深くまで形成されていなくてもよい。つまり、第1コンタクトホール21は、半導体基板10の一面10aからチャネル層13およびソース層15が露出するように形成されていればよい。   Further, in each of the above embodiments, the source layer 15 may be selectively formed on the surface layer portion of the channel layer 13. That is, the one surface 10 a of the semiconductor substrate 10 may have the channel layer 13 and the source layer 15. In this case, the first contact hole 21 need not be formed deeper than the one surface 10a of the semiconductor substrate 10 as long as the channel layer 13 and the source layer 15 are exposed. That is, the first contact hole 21 may be formed so that the channel layer 13 and the source layer 15 are exposed from the one surface 10 a of the semiconductor substrate 10.

11 ドレイン層(第2不純物領域)
12 ドリフト層
13 チャネル層
14 リサーフ層
15 ソース層(第1不純物領域)
16 トレンチ
17 ゲート絶縁膜
18 ゲート電極
19 ゲートライナー
11 Drain layer (second impurity region)
12 Drift layer 13 Channel layer 14 RESURF layer 15 Source layer (first impurity region)
16 trench 17 gate insulating film 18 gate electrode 19 gate liner

Claims (8)

トレンチゲート構造を有する半導体装置であって、
第1導電型のドリフト層(12)と、
前記ドリフト層上に形成された第2導電型のチャネル層(13)と、
前記チャネル層の表層部に形成された第1導電型の第1不純物領域(15)と、
前記ドリフト層を挟んで前記チャネル層と反対側に形成され、前記ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第1導電型または第2導電型の第2不純物領域(11)と、を有する半導体基板(10)と、
前記第1不純物領域および前記チャネル層を貫通して前記ドリフト層に達し、所定方向を長手方向とするトレンチ(16)内にゲート絶縁膜(17)を介して所定のゲート電圧が印加されるゲート電極(18)が配置された前記トレンチゲート構造と、
前記半導体基板上に形成され、前記ゲート電極と電気的に接続されるゲートライナー(19)と、を備え、
前記ゲートライナーは、前記半導体基板の面方向に対する法線方向から視たとき、前記トレンチの長手方向と交差する方向に延設され、かつ前記トレンチと交差する状態で形成されており、
前記チャネル層は、前記ゲートライナーの下方に位置する領域と異なる領域に形成され、
前記ドリフト層上であって、前記ゲートライナーの下方に位置する領域には、前記チャネル層と繋がる第2導電型のリサーフ層(14)が形成されている半導体装置。
A semiconductor device having a trench gate structure,
A first conductivity type drift layer (12);
A second conductivity type channel layer (13) formed on the drift layer;
A first impurity region (15) of a first conductivity type formed in a surface layer portion of the channel layer;
A semiconductor substrate having a first impurity type or second conductivity type second impurity region (11) formed on the opposite side of the channel layer across the drift layer and having a higher impurity concentration than the drift layer. (10) and
A gate that passes through the first impurity region and the channel layer, reaches the drift layer, and is applied with a predetermined gate voltage through a gate insulating film (17) in a trench (16) having a predetermined direction as a longitudinal direction. The trench gate structure in which the electrode (18) is disposed;
A gate liner (19) formed on the semiconductor substrate and electrically connected to the gate electrode;
The gate liner is formed so as to extend in a direction intersecting the longitudinal direction of the trench when viewed from a normal direction with respect to the surface direction of the semiconductor substrate, and to intersect the trench,
The channel layer is formed in a region different from a region located below the gate liner;
A semiconductor device in which a second conductivity type RESURF layer (14) connected to the channel layer is formed in a region on the drift layer and below the gate liner.
前記ゲートライナーは、前記半導体基板の面方向に対する法線方向から視たとき、前記リサーフ層内に位置している請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate liner is located in the RESURF layer when viewed from a normal direction with respect to a surface direction of the semiconductor substrate. 前記リサーフ層は、前記チャネル層よりも高不純物濃度とされている請求項1または2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the RESURF layer has a higher impurity concentration than the channel layer. 前記リサーフ層は、前記チャネル層よりも深くまで形成されている請求項1ないし3のいずれか1つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the RESURF layer is formed deeper than the channel layer. 前記トレンチ内には、前記ゲート絶縁膜を介し、前記トレンチの底部側に所定の電位に維持されるシールド電極(26)が配置され、前記トレンチの開口部側に前記ゲート電極が配置されており、
前記ゲート電極が配置される領域をセル領域(1)とし、前記セル領域を囲む領域を外周領域(2)とすると、
前記トレンチは、前記長手方向の端部が前記外周領域まで延設され、
前記シールド電極は、前記トレンチの前記外周領域に位置する部分にて前記トレンチの開口部まで引き出され、
前記半導体基板上には、前記トレンチの開口部にて前記シールド電極と電気的に接続されるシールドライナー(27)が形成されており、
前記ドリフト層上であって、前記シールドライナーの下方に位置する領域には、第2導電型の外周リサーフ層(28)が形成され、
前記外周領域には、前記外周リサーフ層を含むガードリング(30)が構成されている請求項1ないし4のいずれか1つに記載の半導体装置。
In the trench, a shield electrode (26) maintained at a predetermined potential is disposed on the bottom side of the trench through the gate insulating film, and the gate electrode is disposed on the opening side of the trench. ,
When the region where the gate electrode is disposed is a cell region (1) and the region surrounding the cell region is an outer peripheral region (2),
The trench has an end in the longitudinal direction extending to the outer peripheral region,
The shield electrode is drawn to the opening of the trench at a portion located in the outer peripheral region of the trench,
A shield liner (27) electrically connected to the shield electrode at the opening of the trench is formed on the semiconductor substrate,
In the region on the drift layer and below the shield liner, an outer peripheral resurf layer (28) of the second conductivity type is formed,
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein a guard ring (30) including the outer peripheral resurf layer is formed in the outer peripheral region.
トレンチゲート構造を有する半導体装置の製造方法であって、
第1導電型のドリフト層(12)を有する半導体基板(10)を用意することと、
前記半導体基板に、所定方向を長手方向とするトレンチ(16)を形成することと、
前記トレンチ内にゲート絶縁膜(17)を介して所定のゲート電圧が印加されるゲート電極(18)を形成することで前記トレンチゲート構造を形成することと、
前記半導体基板上に前記ゲート電極と電気的に接続されるゲートライナー(19)を形成することと、
前記ゲートライナーを形成した後、不純物をイオン注入して熱処理することにより、前記ドリフト層上に第2導電型のチャネル層(13)を形成することと共に、前記チャネル層の表層部に第1導電型の第1不純物領域(15)を形成することと、を行い、
前記ゲートライナーを形成することでは、前記半導体基板の面方向に対する法線方向から視たとき、前記トレンチの長手方向と交差する方向に延設され、かつ前記トレンチと交差するように前記ゲートライナーを形成し、
前記トレンチを形成することの前に、前記ゲートライナーの下方となる領域に、第2導電型のリサーフ層(14)を形成することを行い、
前記チャネル層を形成することでは、前記リサーフ層と繋がる前記チャネル層を形成することを行う半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a trench gate structure,
Providing a semiconductor substrate (10) having a drift layer (12) of a first conductivity type;
Forming a trench (16) in the semiconductor substrate having a predetermined direction as a longitudinal direction;
Forming the trench gate structure by forming a gate electrode (18) to which a predetermined gate voltage is applied via a gate insulating film (17) in the trench;
Forming a gate liner (19) electrically connected to the gate electrode on the semiconductor substrate;
After the gate liner is formed, impurities are ion-implanted and heat-treated to form a second conductivity type channel layer (13) on the drift layer, and the first conductive layer is formed on the surface layer of the channel layer. Forming a first impurity region (15) of the mold;
In forming the gate liner, the gate liner extends in a direction intersecting with the longitudinal direction of the trench when viewed from the normal direction to the surface direction of the semiconductor substrate, and the gate liner is intersected with the trench. Forming,
Before forming the trench, forming a second conductivity type RESURF layer (14) in a region below the gate liner;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein forming the channel layer includes forming the channel layer connected to the RESURF layer.
前記半導体基板を用意することでは、前記ゲート電極が配置されるセル領域(1)と、前記セル領域を囲む外周領域(2)と、を有する前記半導体基板を用意し、
前記トレンチを形成することでは、前記セル領域から前記外周領域まで延設された前記トレンチを形成し、
前記トレンチゲート構造を形成することでは、前記トレンチの底部側に所定の電位に維持されるシールド電極(26)を形成することと、前記トレンチの開口部側に前記ゲート電極を形成することと、を行い、
前記シールド電極を形成することでは、前記トレンチの前記外周領域に位置する部分にて前記トレンチの開口部まで引き出された前記シールド電極を形成し、
前記外周領域にて前記シールド電極と電気的に接続されるシールドライナー(27)を形成することと、
前記トレンチを形成することの前に、前記シールドライナーの下方となる領域を含み、前記セル領域を囲むガードリング(30)の少なくとも一部を構成する第2導電型の外周リサーフ層(28)を形成することと、を行う請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
In preparing the semiconductor substrate, the semiconductor substrate having a cell region (1) in which the gate electrode is disposed and an outer peripheral region (2) surrounding the cell region is prepared,
In forming the trench, the trench extending from the cell region to the outer peripheral region is formed,
In forming the trench gate structure, forming a shield electrode (26) maintained at a predetermined potential on the bottom side of the trench, forming the gate electrode on the opening side of the trench, And
In the formation of the shield electrode, the shield electrode drawn to the opening of the trench is formed at a portion located in the outer peripheral region of the trench,
Forming a shield liner (27) electrically connected to the shield electrode in the outer peripheral region;
Before forming the trench, an outer peripheral resurf layer (28) of a second conductivity type including at least a part of a guard ring (30) surrounding the cell region, including a region below the shield liner. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the forming is performed.
前記シールドライナーを形成することでは、端部を有する前記シールドライナーを形成し、
前記チャネル層および前記第1不純物領域を形成することでは、前記イオン注入および前記熱処理を行うことにより、前記外周リサーフ層と連結され、前記外周リサーフ層と共に前記ガードリングを構成する第2導電型の第3不純物領域(29)を形成する請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
In forming the shield liner, the shield liner having an end is formed,
In the formation of the channel layer and the first impurity region, the ion implantation and the heat treatment are performed so that the channel layer and the first impurity region are connected to the outer peripheral resurf layer and form the guard ring together with the outer peripheral resurf layer. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the third impurity region (29) is formed.
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