JP4487481B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特にトレンチ横型パワーMOSFETとプレーナ型MOSFET等のプレーナ型デバイスを同一半導体基板上に集積した半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、パワーMOSFETでは、高耐圧化を図るため、拡張ドレイン領域が設けられる。図265は、従来のnチャネルのプレーナ型パワーMOSFETの構成を示す縦断面図である。図265に示すように、N型拡張ドレイン領域12は、P型半導体基板11の表面に沿って、N型ドレイン領域13およびドレイン電極17を共通とする隣り合う素子のゲート電極16,16間にドレイン領域13を囲むように設けられる。P型ベース領域14、N型ソース領域15およびソース電極18は、拡張ドレイン領域12から離れてその側方に設けられる。
【0003】
ゲート電極16は、ゲート酸化膜19に連なる厚いフィールド酸化膜10上に伸びており、フィールドプレートを構成している。なお、本明細書においては、プレーナ型デバイスにはプレーナ型パワーMOSFET等のパワーデバイスは含まれない。
【0004】
プレーナ型パワーMOSFETは、BiCMOS等のプレーナ型デバイスとほぼ同様のプロセスで製造される。そのため、プレーナ型パワーMOSFETをプレーナ型デバイスと一緒に同一の半導体基板上に作製して1チップパワーICを得ることは容易である。しかし、上述したようにプレーナ型パワーMOSFETでは、拡張ドレイン領域12が基板表面に沿って設けられるため、プレーナ型パワーMOSFETとプレーナ型デバイスとで構成された1チップパワーICでは集積度が低いという欠点がある。
【0005】
そこで、高集積化が可能で、プレーナ型パワーMOSFETと比べて単位面積当たりのオン抵抗が小さいという利点を有するトレンチ横型パワーMOSFET(以下、TLPMとする)が提案されている。図266に、従来のnチャネルのTLPMの縦断面構成を示す。P型半導体基板21にはトレンチ30が形成されている。N型拡張ドレイン領域22はトレンチ30の側壁下部および底部に沿って設けられている。
【0006】
拡張ドレイン領域22の外側にはP型ボディ領域24が設けられている。拡張ドレイン領域22の内側にはN型ドレイン領域23が設けられている。また、トレンチ30の内側には、外側から順にゲート酸化膜29、ゲート電極26、層間絶縁膜31およびドレインポリシリコン32が設けられている。トレンチ30の外側にはP型チャネル領域33が設けられており、その上にはN型ソース領域25が設けられている。ソース領域25の外側はP型プラグ領域34となっている。ソース電極28は、ソース領域25およびプラグ領域34に共通に接触している。ドレイン電極27はドレインポリシリコン32を介してドレイン領域23に電気的に接続している。
【0007】
図266に示すTLPMの製造プロセスについて説明する。図267〜図274は、図266に示すTLPMの製造途中における縦断面図である。まず、半導体基板21の表面にマスク酸化膜41を形成し、その開口部にRIE(反応性イオンエッチング)によりトレンチ30を形成する(図267)。トレンチ30の内側にバッファ酸化膜42を形成し、B11をドーピングして(図268)、ボディ領域24を形成する。つづいて、P31をドーピングして(図269)、拡張ドレイン領域22を形成する。そして、バッファ酸化膜42を除去した後、トレンチ30の内側にゲート酸化膜29を形成する(図270)。
【0008】
ついで、ポリシリコン43をトレンチ30の内側および基板表面に堆積し(図271)、それをエッチバックしてトレンチ30の両側壁部分にのみ残してゲート電極26を形成する(図272)。つづいて、LPCVDやP−TEOSCVDなどの成膜方法により、基板表面上よりもトレンチ底部の方が薄くなるように層間絶縁膜31を積層する(図273)。そして、この層間絶縁膜31のエッチバックをおこない、トレンチ底部に、層間絶縁膜31およびゲート酸化膜29を貫通するコンタクトホールを開口させる。
【0009】
トレンチ底部のコンタクトホールを介して、トレンチ底部にドレイン領域23を形成する。その後、トレンチ30の中央部をドレインポリシリコン32で埋める(図274)。しかる後、基板表面を覆う層間絶縁膜31にコンタクトホールを開口し、チャネル領域33、ソース領域25およびプラグ領域34を形成する。最後に、メタルをパターニングしてソース電極28およびドレイン電極27を形成し、図266に示す構成のTLPMが完成する。
【0010】
上述したタイプのTLPM(第1のタイプとする)では、トレンチ底部にドレイン領域23が設けられているが、トレンチ底部にソース領域を設けたタイプ(第2のタイプとする)のTLPMも知られている。図275に示すように、第2のタイプのTLPMでは、P型半導体基板21に形成されたトレンチ30の底部にN型ソース領域25が設けられている。また、トレンチ30の側壁下部および底部に沿って、ソース領域25を囲むように、P型ベース領域45が設けられている。
【0011】
トレンチ30の外側には、N型拡張ドレイン領域22が設けられている。拡張ドレイン領域22の基板表面層には、N型ドレイン領域23が設けられている。トレンチ30の内側には、外側から順にゲート酸化膜29、ゲート電極26、層間絶縁膜31およびソースポリシリコン46が設けられている。ソース電極28は、ソースポリシリコン46を介してソース領域25に電気的に接続している。ドレイン電極27はドレイン領域23に接触している。
【0012】
上述したように、第1のタイプのTLPMでは、ドレインポリシリコン32の外側に層間絶縁膜31を介してゲート電極26が設けられており、さらにその外側にゲート酸化膜29を介して拡張ドレイン領域22が設けられている。そのため、第1のタイプのTLPMでは、スイッチング特性の低下を招く要因となるゲート−ドレイン間の帰還容量が、ゲート電極26と拡張ドレイン領域22との間だけでなく、ドレインポリシリコン32とゲート電極26との間にも存在する。それに対して、第2のタイプのTLPMでは、ゲート−ドレイン間の帰還容量は、ゲート電極26と拡張ドレイン領域22との間に存在するだけであるため、第1のタイプのTLPMに比べて、スイッチング特性が大幅に改善されるという利点がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第1のタイプのTLPMについて上述した製造プロセスはTLPMの単体を製造するためのプロセスであり、一般的なCMOSやBiCMOS等のプレーナ型デバイスの製造プロセスと共通化されていない。また、第2のタイプのTLPMの製造プロセスについては、説明を省略したが、おおよそ第1のタイプのTLPMの製造プロセスと同じであり、これも一般的なCMOSやBiCMOS等のプレーナ型デバイスの製造プロセスと共通化されていない。そのため、従来、TLPMとプレーナ型デバイスとで1チップパワーICを構成するには、TLPMとプレーナ型デバイスとを別々のプロセスで作製し、相互に電気的に接続するためにTLPMとプレーナ型デバイスとを共通のプリント基板に対してボンディングワイヤにより電気的に接続する必要がある。
【0014】
したがって、コストの上昇だけでなく、集積度の低下やボンディングワイヤによるオン抵抗の上昇などの不利益がもたらされ、高集積化が可能で単位面積当たりのオン抵抗が小さいというTLPMの利点を十分にいかすことができないという問題点がある。
【0015】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、TLPMとプレーナ型デバイスとを同一半導体基板上に有するICチップの小型化、低オン抵抗化および低コスト化を実現可能な半導体装置を提供することを目的とする。また、本発明は、小型でオン抵抗が低い、TLPMとプレーナ型デバイスとを同一半導体基板上に有するICチップを、低コストで製造可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、TLPMのゲート電極とプレーナ型デバイスのゲート電極とを同一のポリシリコン層のパターニングにより形成し、またTLPMのドレイン電極およびソース電極と、プレーナ型デバイスのドレイン電極およびソース電極とを同一のメタル配線層のパターニングにより形成する。この発明によれば、ドレイン電極およびソース電極を構成するメタル配線層と、ゲート電極を構成するポリシリコン層を介して、TLPMとプレーナ型デバイスとが相互に電気的に接続される。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。図1に示すように、P型半導体基板51の表面層にPウェル領域52,53およびNウェル領域54が形成されており、一方のPウェル領域52に、第1のタイプ、すなわちトレンチ底部でドレインコンタクトをとるタイプのTLPM100が形成され、他方のPウェル領域53にNチャネルMOSFET(以下、NMOSとする)200が形成され、Nウェル領域54にPチャネルMOSFET(以下、PMOSとする)300が形成されている。
【0018】
なお、以下の説明では、便宜上、TLPMが形成されるPウェル領域を第1のPウェル領域52とし、NMOSが形成されるPウェル領域を第2のPウェル領域53として区別する。TLPM100、NMOS200およびPMOS300は選択酸化膜(LOCOS)63により素子分離されている。
【0019】
まず、TLPM100について説明する。第1のPウェル領域52において、第1のPウェル領域52とほぼ同じ深さのトレンチ130が形成されている。このトレンチ130の側部および底部はP型フィールド領域144により囲まれている。また、トレンチ130の側部および底部に沿って、フィールド領域144よりも浅いN型拡張ドレイン領域122が設けられている。拡張ドレイン領域122の内側にはN型ドレイン領域123が設けられている。トレンチ130の内側には、外側から順にゲート酸化膜129、ゲート電極126、酸化膜(後述するシャドウ酸化膜68の一部)、層間絶縁膜131およびドレインポリシリコン132が設けられている。
【0020】
基板表面層において、トレンチ130の外側にはP型チャネル領域133が設けられており、その表面層にはN型ソース領域125が設けられている。ソース領域125の外側はP型プラグ領域134となっている。ソース電極128は、層間絶縁膜131およびパッシベーション膜71を貫通してソース領域125およびプラグ領域134に共通に接触している。このように、ソース領域125とプラグ領域134とソース電極128とが互いに電気的に接触していることによって、基板51との接地がよく、大電流でも耐圧低下が起こらない。ドレイン電極127は、パッシベーション膜71を貫通し、ドレインポリシリコン132を介してドレイン領域123に電気的に接続している。
【0021】
つぎに、NMOS200について説明する。第2のPウェル領域53の表面層にP型チャネル領域233が形成され、その中にN型ドレイン領域223およびN型ソース領域225が形成されている。ドレイン領域223とソース領域225との間の基板表面にはゲート酸化膜229が形成されており、その上にゲート電極226が形成されている。ドレイン電極227およびソース電極228は、層間絶縁膜131およびパッシベーション膜71を貫通してドレイン領域223およびソース領域225にそれぞれ接触している。
【0022】
つぎに、PMOS300について説明する。Nウェル領域54の表面層にN型チャネル領域333が形成され、その中にP型ドレイン領域323およびP型ソース領域325が形成されている。ドレイン領域323とソース領域325との間の基板表面にはゲート酸化膜329が形成されており、その上にゲート電極326が形成されている。ドレイン電極327およびソース電極328は、層間絶縁膜131およびパッシベーション膜71を貫通してドレイン領域323およびソース領域325にそれぞれ接触している。
【0023】
図1に示す半導体装置の製造プロセスについて説明する。図2〜図27は、図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、半導体基板51の表面層にNウェル領域54を選択的に形成し、基板表面に形成した選択酸化膜55をマスクとして第1のPウェル領域52および第2のPウェル領域53を形成する(図2)。その後、選択酸化膜55を完全に除去する(図3)。
【0024】
つづいて、基板表面にバッファ酸化膜56を形成し(図4)、その上にマスク酸化膜57を形成する(図5)。さらにマスク酸化膜57の上に、トレンチ形成領域を開口させたマスク58を設ける(図6)。このマスク58を用いてマスク酸化膜57のパターニングをおこない、マスク58を除去した後、RIEによりトレンチエッチングをおこなって第1のPウェル領域52にトレンチ130を形成する。トレンチ130の内側にバッファ酸化膜59を形成し(図7)、トレンチ底部にB11をドーピングして(図8)、フィールド領域144を形成する(図9)。その後、マスク酸化膜57およびバッファ酸化膜56,59を完全に除去する(図10)。
【0025】
つづいて、基板表面およびトレンチ130の内側にバッファ酸化膜60を形成し(図11)、その上に窒化シリコン膜61を形成する。さらにその上に、素子分離領域を開口させたマスク62を設ける(図12)。このマスク62を用いて窒化シリコン膜61のパターニングをおこない、マスク62を除去する(図13)。基板表面に残留した窒化シリコン膜61をマスクとして熱酸化をおこない、素子分離のための選択酸化膜63を形成する(図14)。
【0026】
つづいて、基板表面上に、トレンチ130の上方を開口させたマスク64を形成し、P31をドーピングして(図15)、拡張ドレイン領域122を形成する(図16)。その後、基板表面上に、TLPMおよびNMOSのそれぞれのチャネル領域を開口させたマスク65を形成する。B11をドーピングして(図17)、第1のPウェル領域52内にTLPMのチャネル領域133を形成すると同時に、第2のPウェル領域53内にNMOSのチャネル領域233を形成する。そして、マスク65を除去する(図18)。
【0027】
つづいて、基板表面上に、PMOSのチャネル領域を開口させたマスク66を形成し、P31をドーピングして(図19)、Nウェル領域54内にPMOSのチャネル領域333を形成する。そしてバッファ酸化膜60を除去し、トレンチ130の内側および基板表面にそれぞれTLPM、NMOSおよびPMOSのゲート酸化膜129,229,329となる共通の薄い酸化膜を形成し、その上にポリシリコン層143を積層する(図20)。なお、図15、図16と、図17、図18の工程の順序を逆にしてもかまわない。
【0028】
さらにその上に、NMOSおよびPMOSのゲート電極上にのみマスク67を形成する(図21)。このマスク67を用いてポリシリコン層143のエッチングをおこない、トレンチ130の内部のセルフアラインメントによりTLPMのゲート電極126、NMOSのゲート電極226およびPMOSのゲート電極326を同時に形成する。そして、マスク67を除去する(図22)。
【0029】
シャドウ酸化膜68を形成してTLPMのゲート電極126、NMOSのゲート電極226およびPMOSのゲート電極326を覆う。その後、基板表面上に、TLPMのソース領域とドレイン領域、およびNMOS形成領域を開口させたマスク69を形成する。As75をドーピングして(図23)、トレンチ130の底部にTLPMのドレイン領域123、トレンチ130の外側にTLPMのソース領域125、NMOSのチャネル領域233内にソース領域225およびドレイン領域223を同時に形成する。そして、マスク69を除去する。
【0030】
つづいて、基板表面上に、TLPMのプラグ領域、およびPMOS形成領域を開口させたマスク70を形成する。B11をドーピングして(図24)、TLPMのソース領域125の外側にプラグ領域134、PMOSのチャネル領域333内にソース領域325およびドレイン領域323を同時に形成する。マスク70を除去し、基板全面に層間絶縁膜131を積層する(図25)。そして、層間絶縁膜131の、トレンチ130の内部の部分をセルフアライメントによりエッチングしてコンタクトホールを開口させ、さらにトレンチ内部をドレインポリシリコン132で埋める(図26)。そして、基板全面にパッシベーション膜71を形成する(図27)。なお、図23の工程と図24の工程の順序を逆にしてもかなわない。
【0031】
つづいて、パッシベーション膜71をパターニングしてコンタクトホールを開口させる。さらにその上にメタルをパターニングして、TLPMのドレインポリシリコン132に接触するドレイン電極127、TLPMのソース領域125とプラグ領域134に共通に接触するソース電極128、NMOSのドレイン領域223に接触するドレイン電極227、NMOSのソース領域225に接触するソース電極228、PMOSのドレイン領域323に接触するドレイン電極327、およびPMOSのソース領域325に接触するソース電極328を同時に形成する。このようにして、図1に示すように同一半導体基板51上にTLPM100、NMOS200およびPMOS300が集積された半導体装置が完成する。
【0032】
なお、図1に示すTLPM100ではトレンチ130が第1のPウェル領域52とほぼ同じ深さで形成されているが、図28に示すTLPM101のように、第1のPウェル領域52が、図1に示すTLPM100の場合よりも深く形成されており、ドレイン領域123が第1のPウェル領域52の中に形成された構成としてもよい。その反対に、図29に示すTLPM102のように、第1のPウェル領域52が、図1に示すTLPM100の場合よりも浅く形成されており、トレンチ130が第1のPウェル領域52を突き抜けた構成となっていてもよい。
【0033】
また、図30に示すTLPM103のように、拡張ドレイン領域122を囲むP型ボディ領域124が設けられた構成としてもよい。この場合には、図15に示す工程においてトレンチ130の底部にP31をドーピングして拡張ドレイン領域122を形成する代わりに、ボディ領域124を形成した後に拡張ドレイン領域122を形成すればよい。このような構成にすると、比較的高濃度のN型不純物のドーズ量でも高耐圧で、かつ低オン抵抗のTLPMが得られるという利点がある。同様に、図28において低オン抵抗化のために拡張ドレイン領域122の濃度を高くした場合でも、第1のPウェル領域52を拡張ドレイン領域122よりも深く形成することにより、耐圧も維持できる。
【0034】
また、図31に示すように、同一のウェル領域52内に同一導電型チャネルの複数(図示例では2個だけ現われている)のTLPM102が設けられた構成としてもよい。この場合には、図6および図7に示す工程において同一のウェル領域52内に複数のトレンチを形成し、それ以降は、図8に示す工程以降でトレンチ130に対しておこなうプロセスを同時に複数のトレンチに対して適用すればよい。このような構成にすると、TLPM102,102の部分を大電流素子にすることができる。なお、TLPMはTLPM100またはTLPM101の構成でもよい。
【0035】
また、図32に示すように、バイポーラトランジスタ400がTLPM101とともに同一半導体基板51上に集積された構成としてもよい。図32に示す例では、バイポーラトランジスタ400は、第3のPウェル領域72内に形成されている。第3のPウェル領域72内には第1のP型オフセット領域401およびNウェル領域402が形成されている。Nウェル領域402内にはN型コレクタ領域403および第2のP型オフセット領域404が形成されている。第2のP型オフセット領域404内にはP型ベース領域405およびN型エミッタ領域406が形成されている。第1のP型オフセット領域401には高濃度のP型コンタクト領域407を介して基板ピックアップ電極408が電気的に接続されている。
【0036】
また、コレクタ領域403、ベース領域405およびエミッタ領域406にはそれぞれコレクタ電極409、ベース電極410およびエミッタ電極411が接触している。これら基板ピックアップ電極408、コレクタ電極409、ベース電極410およびエミッタ電極411は、TLPM101、PMOS300および図には現われていないNMOS(200)のドレイン電極127,327(227)およびソース電極128,328(228)と同時に形成される。なお、TLPMはTLPM100、TLPM102またはTLPM103の構成でもよい。
【0037】
また、図33に示すように、抵抗素子500がTLPM101とともに同一半導体基板51上に集積された構成としてもよい。図33に示す例では、抵抗素子500は、第4のPウェル領域73内に形成されている。第4のPウェル領域73内にはNウェル領域501が形成されている。Nウェル領域501内にはP型オフセット領域502により分離された高濃度のN型コンタクト領域503,504が形成されている。N型コンタクト領域503,504には電極505,506が接触している。電極505,506はTLPM101、PMOS300および図には現われていないNMOS(200)のドレイン電極127,327(227)およびソース電極128,328(228)と同時に形成される。なお、TLPMはTLPM100、TLPM102またはTLPM103の構成でもよい。
【0038】
また、図34に示すように、キャパシタンス600がTLPM101とともに同一半導体基板51上に集積された構成としてもよい。図34に示す例では、キャパシタンス600は、第5のPウェル領域74内に形成されている。第5のPウェル領域74内にはNウェル領域601が形成されている。Nウェル領域601内には高濃度のN型コンタクト領域602が形成されている。N型コンタクト領域602には電極603が接触している。電極603はTLPM101、PMOS300および図には現われていないNMOS(200)のゲート電極126,326(226)と同時に形成される。なお、TLPMはTLPM100、TLPM102またはTLPM103の構成でもよい。
【0039】
図35は、本発明にかかる半導体装置を適用したパワーモジュールと従来のプレーナ型パワーMOSFETを用いたパワーモジュールとで大きさを比較した様子を模式的に示す図である。図35に示すように、本発明にかかる半導体装置を適用したパワーモジュール1では、ICチップの大きさは2.1mm×3.5mmであり、上述したTLPM101〜103等により構成されるパワー部2の面積は3.2mm2であり、NMOS200、PMOS300、バイポーラトランジスタ400、抵抗素子500およびキャパシタンス600などにより構成される制御部3の面積は4mm2である。
【0040】
それに対して、従来のプレーナ型パワーMOSFETを用いたパワーモジュール4では、ICチップの大きさは3.5mm×3.5mmであり、プレーナ型パワーMOSFET等により構成されるパワー部5の面積は8mm2であり、制御部6の面積は4mm2である。
【0041】
上述した実施の形態1によれば、TLPM100,101,102,103のゲート電極126、NMOS200のゲート電極226およびPMOS300のゲート電極326が同一のポリシリコン層143のパターニングにより形成され、またTLPM100,101,102,103のドレイン電極127およびソース電極128、NMOS200のドレイン電極227およびソース電極228、ならびにPMOS300のドレイン電極327およびソース電極328が同一のメタル配線層のパターニングにより形成されているので、このメタル配線層および前記ポリシリコン層143を介してTLPM100と、NMOS200およびPMOS300とを相互に電気的に接続することが可能である。したがって、従来のようにプリント基板に対するワイヤボンディングをおこなわずに済むため、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られる。
【0042】
また、実施の形態1によれば、TLPM100のチャネル領域133とNMOS200のチャネル領域233とが同時に形成され、TLPM100のゲート電極126とNMOS200のゲート電極226とPMOS300のゲート電極326とが同時に形成され、TLPM100のドレイン領域123およびソース領域125と、NMOS200のソース領域225およびドレイン領域223とが同時に形成され、TLPM100のプラグ領域134とPMOS300のソース領域325およびドレイン領域323とが同時に形成され、TLPM100のドレイン電極127およびソース電極128と、NMOS200のドレイン電極227およびソース電極228と、PMOS300のドレイン電極327およびソース電極328とが同時に形成されるので、製造工程の増大によるコスト増を抑制することができる。
【0043】
実施の形態2.
図36は、本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。実施の形態2にかかる半導体装置が図1に示す実施の形態1と異なるのは、TLPMとしてフィールド領域のないTLPM104が形成されていることと、このTLPM104が、トレンチ130の下部を含めて概ね一定の深さのPウェル領域75に形成されていることである。TLPM104のその他の構成は、図1に示す半導体装置のTLPM100と同じであるので、説明を省略する。なお、実施の形態1と同様の構成については実施の形態1と同一の符号を付して説明を省略する。
【0044】
図36に示す半導体装置の製造プロセスについて説明する。図37〜図47は、図36に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、半導体基板51の表面層にNウェル領域54を選択的に形成し、拡散酸化によりNウェル領域54の表面に選択酸化膜55を形成する(図37)。その後、基板表面上に、トレンチ形成領域を開口させたマスク58を形成する(図38)。このマスク58を用いてトレンチエッチングをおこない、トレンチ130を形成する(図39)。そして、マスク58を除去する(図40)。
【0045】
つづいて、トレンチ130の側壁にバッファ酸化膜59を形成し、選択酸化膜55をマスクとしてトレンチ130の外側領域、トレンチ底部およびNMOS形成領域にB11をドーピングして(図41)、第1のPウェル領域75および第2のPウェル領域53を形成する(図42)。そして、選択酸化膜55およびバッファ酸化膜59を完全に除去した後(図43)、基板表面およびトレンチ130の内側にバッファ酸化膜60を形成する(図44)。その上に窒化シリコン膜61を形成し(図45)、パターニングをおこなって素子分離領域を開口させたマスクを形成し(図46)、熱酸化をおこなって素子分離のための選択酸化膜63を形成する(図47)。
【0046】
これ以降、実施の形態1の図15〜図27に示す工程を順におこない、さらにパッシベーション膜71の形成、各ドレイン電極および各ソース電極の形成をおこなうことによって、図36に示す構成の半導体装置が完成する。
【0047】
上述した実施の形態2によれば、実施の形態1と同様に、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られるという効果に加えて、Pウェル領域75の深さがトレンチ130の下部を含めて概ね一定であるため、フィールド領域を設けなくてもパンチスルー、ラッチアップが起こらない任意の出力段のTLPM104が得られるという効果を奏する。
【0048】
実施の形態3.
本発明の実施の形態3にかかる半導体装置は、Pウェル領域52,53およびNウェル領域54の形成後、素子分離のための選択酸化膜63を形成してからトレンチ130を形成したものである。したがって、完成した半導体装置の縦断面構成は、図1に示す実施の形態1と同じであるので、図示および説明を省略する。なお、実施の形態1と同様の構成については実施の形態1と同一の符号を付す。
【0049】
図48〜図61は、本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、実施の形態1の図2〜図3に示す工程と同様にして、半導体基板51の表面層にNウェル領域54およびPウェル領域52,53を選択的に形成した後、基板表面にバッファ酸化膜56を形成する(図48)。その上に窒化シリコン膜61を形成し、さらにその上に、素子分離領域を開口させたマスク62を設ける(図49)。このマスク62を用いて窒化シリコン膜61のパターニングをおこない、マスク62を除去する(図50)。基板表面に残留した窒化シリコン膜61をマスクとして熱酸化をおこない、素子分離のための選択酸化膜63を形成する(図51)。その後、窒化シリコン膜61を除去する(図52)。
【0050】
再び、基板表面に窒化シリコン膜76を積層し、さらにその上にマスク酸化膜57を積層する(図53)。さらにその上に、トレンチ形成領域を開口させたマスク58を設ける(図54)。このマスク58を用いてマスク酸化膜57のパターニングをおこない、マスク58を除去した後、トレンチエッチングをおこなってトレンチ130を形成する(図55)。そして、マスク酸化膜57および窒化シリコン膜76を除去し(図56)、選択酸化膜63を残して基板表面のバッファ酸化膜56を除去する(図57)。
【0051】
つづいて、トレンチ130の内側にバッファ酸化膜59を形成し、トレンチ130を除いて基板表面を覆うマスク77を形成する(図58)。マスク77を用いてトレンチ底部にB11をドーピングして(図59)、フィールド領域144を形成する。そして、マスク77を除去する(図60)。つづいて、基板表面上に、トレンチ130の上方を開口させたマスク64を形成し、P31をドーピングする(図61)。
【0052】
これによって、図16に示すように拡張ドレイン領域122が形成されるので、これ以降は、実施の形態1の図17〜図27に示す工程を順におこない、さらにパッシベーション膜の形成、各ドレイン電極および各ソース電極の形成をおこなうことによって、半導体装置が完成する。この実施の形態3によれば、実施の形態1と同様に、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られる。
【0053】
実施の形態4.
図62は、本発明の実施の形態4にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。実施の形態4にかかる半導体装置が図1に示す実施の形態1と異なるのは、第2のPウェル領域53にNMOS200の代わりにTLPMが形成されており、このTLPMおよび第1のPウェル領域52に形成されたTLPMとして図28に示すTLPM101が形成されていることである。TLPM101の構成については、重複するので、説明を省略する。なお、実施の形態1と同様の構成については実施の形態1と同一の符号を付して説明を省略する。
【0054】
図62に示す半導体装置の製造プロセスについて説明する。図63〜図70は、図62に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、実施の形態1の図2〜図5に示す工程と同様にして、半導体基板51の表面層にNウェル領域54およびPウェル領域52,53を選択的に形成し、基板表面にバッファ酸化膜56およびマスク酸化膜57を順次形成する。さらにマスク酸化膜57の上に、トレンチ形成領域を開口させたマスク58を設ける(図63)。
【0055】
マスク酸化膜57のパターニング、マスク58の除去およびトレンチエッチングにより、第1のPウェル領域52および第2のPウェル領域53にそれぞれトレンチ130を形成する。各トレンチ130の内側にバッファ酸化膜59を形成し(図64)、各トレンチ底部にB11をドーピングして(図65)、各トレンチ130に対応してフィールド領域144を形成する(図66)。
【0056】
マスク酸化膜57およびバッファ酸化膜56,59を除去した後、実施の形態1の図10〜図14に示す工程と同様にして、素子分離のための選択酸化膜63を形成する。そして、基板表面上に、各トレンチ130の上方を開口させたマスク64を形成し、P31をドーピングして(図67)、各トレンチ130に対応して拡張ドレイン領域122を形成する(図68)。その後、基板表面上に、各TLPMのチャネル領域を開口させたマスク65を形成し、B11をドーピングする(図69)。それによって、第1のPウェル領域52および第2のPウェル領域53において、各TLPMのチャネル領域133が形成される(図70)。
【0057】
マスク65を除去した後、各TLPMに対して実施の形態1の図15〜図27に示す工程を順におこない、さらにパッシベーション膜71の形成、各ドレイン電極および各ソース電極の形成をおこなうことによって、図62に示す構成の半導体装置が完成する。なお、拡張ドレイン領域122の濃度を高くして低オン抵抗化を図るために、図62のTLPM101の代わりに、Pウェル領域52,53が拡張ドレイン領域122よりも深く形成され、拡張ドレイン領域122がPウェル領域52,53の中に形成された構成としてもよい。また、図62のTLPM101を図1のTLPM100,図30のTLPM103或いは図29のTLPM102で置き換えても構わない。この実施の形態4によれば、実施の形態1と同様に、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られる。
【0058】
実施の形態5.
図71は、本発明の実施の形態5にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。実施の形態5にかかる半導体装置が図1に示す実施の形態1と異なるのは、Nウェル領域54にPMOS300の代わりにTLPM301が形成されていることである。図71に示す第1のPウェル領域52に形成されたTLPM100のN型ドレイン領域123は、その形状がわずかに異なるが、図1に示すTLPM100のN型ドレイン領域123と同じである。なお、実施の形態1と同様の構成については実施の形態1と同一の符号を付して説明を省略する。
【0059】
TLPM301について説明する。Nウェル領域54にトレンチ330が形成されている。このトレンチ330の側部および底部はフィールド領域344により囲まれている。また、トレンチ330の側部および底部に沿って、フィールド領域344よりも浅いP型拡張ドレイン領域352が設けられている。拡張ドレイン領域352の内側にはP型ドレイン領域353が設けられている。トレンチ330の内側には、外側から順にゲート酸化膜359、ゲート電極356、酸化膜(後述するシャドウ酸化膜68の一部)、層間絶縁膜131およびドレインポリシリコン362が設けられている。
【0060】
基板表面層において、トレンチ330の外側にはN型チャネル領域363が設けられており、その表面層にはP型ソース領域355が設けられている。ソース領域355の外側はN型プラグ領域364となっている。ソース電極358は、層間絶縁膜131およびパッシベーション膜71を貫通し、基板51との接地をよくして大電流でも耐圧低下が起こらないようにするため、ソース領域355およびプラグ領域364に共通に接触している。ドレイン電極357は、パッシベーション膜71を貫通し、ドレインポリシリコン362を介してドレイン領域353に電気的に接続している。
【0061】
図71に示す半導体装置の製造プロセスについて説明する。図72〜図90は、図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、実施の形態1の図2〜図5に示す工程と同様にして、半導体基板51の表面層にNウェル領域54およびPウェル領域52,53を選択的に形成し、基板表面にバッファ酸化膜56およびマスク酸化膜57を順次形成する。さらにマスク酸化膜57の上に、トレンチ形成領域を開口させたマスク58を設ける(図72)。マスク酸化膜57のパターニング、マスク58の除去およびトレンチエッチングにより、第1のPウェル領域52にトレンチ130、およびNウェル領域54にトレンチ330を形成する。そして、各トレンチ130,330の内側にバッファ酸化膜59を形成する(図73)。
【0062】
つづいて、Nウェル領域54のトレンチ330をマスク78により塞ぎ、第1のPウェル領域52のトレンチ130の底部にB11をイオン注入する(図74)。マスク78を除去した後、第1のPウェル領域52のトレンチ130をマスク79により塞ぎ、Nウェル領域54のトレンチ330の底部にP31をイオン注入する(図75)。マスク79を除去し、熱拡散をおこなうことによって、各トレンチ130,330に対応してフィールド領域144,344が形成される(図76)。なお、図74の工程と図75の工程の順序を逆にしてもかなわない。
【0063】
マスク酸化膜57およびバッファ酸化膜56,59を除去した後、実施の形態1の図10〜図14に示す工程と同様にして、素子分離のための選択酸化膜63を形成する。そして、基板表面上に、第1のPウェル領域52のトレンチ130の上方を開口させたマスク80を形成し、P31をイオン注入する(図77)。マスク80を除去した後、基板表面上に、Nウェル領域54のトレンチ330の上方を開口させたマスク81を形成し、B11をイオン注入する(図78)。マスク81を除去し、熱拡散をおこなうことによって、各トレンチ130,330に対応して拡張ドレイン領域122,352が形成される。
【0064】
その後、基板表面上に、第1のPウェル領域52に形成されるTLPMのチャネル領域および第2のPウェル領域53のNMOS形成領域を開口させたマスク65を形成し、B11をイオン注入する(図79)。マスク65を除去した後、基板表面上に、Nウェル領域54に形成されるTLPMのチャネル領域を開口させたマスク82を形成し、P31をイオン注入する(図80)。マスク82を除去し、熱拡散をおこなうことによって、第1のPウェル領域52にTLPMのチャネル領域133が形成され、第2のPウェル領域53にNMOSのチャネル領域233が形成され、さらにNウェル領域54にTLPMのチャネル領域363が形成される(図81)。なお、図79の工程と図80の工程の順序を逆にしてもかなわない。
【0065】
バッファ酸化膜60を除去した後、トレンチ130,330の内側および基板表面にそれぞれTLPMおよびNMOSのゲート酸化膜129,359,229となる共通の薄い酸化膜を形成し、その上にポリシリコン層143を積層する(図82)。さらにその上に、NMOSのゲート電極上にのみマスク67を形成する(図83)。このマスク67を用いてポリシリコン層143のエッチングをおこない、各トレンチ130,330の内部のセルフアラインメントにより各TLPMのゲート電極126,356、およびNMOSのゲート電極226を同時に形成する(図84)。
【0066】
マスク67を除去し、シャドウ酸化膜68を形成してTLPMのゲート電極126、NMOSのゲート電極226およびTLPMのゲート電極356を覆う(図85)。その後、基板表面上に、第1のPウェル領域52に形成されるTLPMのソース領域とドレイン領域、およびNMOS形成領域を開口させたマスク69を形成し、As75をイオン注入する(図86)。マスク69を除去した後、基板表面上に、第1のPウェル領域52に形成されるTLPMのプラグ領域、およびNウェル領域54に形成されるTLPMのソース領域とドレイン領域を開口させたマスク70を形成し、B11をイオン注入する(図87)。
【0067】
マスク70を除去し、熱拡散をおこなうことによって、第1のPウェル領域52に形成されるTLPMのドレイン領域123とソース領域125とプラグ領域134、NMOSのソース領域225とドレイン領域223、およびNウェル領域54に形成されるTLPMのドレイン領域353とソース領域355とプラグ領域364が同時に形成される(図88)。なお、図86の工程と図87の工程の順序を逆にしてもかなわない。
【0068】
つづいて、基板全面に層間絶縁膜131を積層し、層間絶縁膜131の、各トレンチ130,330の内部の部分をセルフアライメントによりエッチングしてコンタクトホールを開口させ、さらに各トレンチ内部をドレインポリシリコン132,362で埋める(図89)。そして、基板全面にパッシベーション膜71を形成する(図90)。
【0069】
つづいて、パッシベーション膜71をパターニングしてコンタクトホールを開口させる。さらにその上にメタルをパターニングして、第1のPウェル領域52に形成されるTLPMのドレイン電極127とソース電極128、Nウェル領域54に形成されるTLPMのドレイン電極357とソース電極358、およびNMOSのドレイン電極227とソース電極228を同時に形成する。このようにして、図71に示すように同一半導体基板51上にTLPM100、NMOS200およびTLPM301が集積された半導体装置が完成する。なお、図71に示す例では、TLPM100が形成されたPウェル領域52とTLPM301が形成されたNウェル領域54とは隣接しているが、隣接していない場合も同様である。
【0070】
また、図71のTLPM100において、低オン抵抗化のために拡張ドレイン領域122の濃度を高くした場合でも、第1のPウェル領域52を拡張ドレイン領域122より深く形成することにより、耐圧も維持できる。
【0071】
なお、図71において、N型のTLPM100とP型のTLPM301とをもつDC−DCコンバータを形成する場合には、Nウェル領域54をP型の拡張ドレイン領域352よりも深く形成し、拡張ドレイン領域352がNウェル領域54の中に形成された構造とする。こうすることで、次のような効果が得られる。すなわち、DC−DCコンバータを形成するためには、N型TLPM100とP型TLPM301のドレイン電極127,357を同電位にする必要がある。したがって、拡張ドレイン領域352がNウェル領域54よりも深く形成された場合、拡張ドレイン領域352とP型の基板51とがつながって同電位となってしまう。一方、N型TLPM100のソース電極128は、基板51と同電位にあるため、ドレイン電極127,357が基板51を通じてソース電極128とショートして、DC−DCコンバータとしての機能を果たさなくなる。
【0072】
このような不都合に対して、Nウェル領域54を拡張ドレイン領域352よりも深く形成することで、拡張ドレイン領域352と基板51とを分離できるので、ドレイン電極127,352がソース電極128とショートすることを防ぐことができる。
【0073】
なお、図91に示すTLPM302のように、拡張ドレイン領域352を囲むN型ボディ領域354が設けられた構成としてもよい。この場合には、フィールド領域144,344および素子分離のための選択酸化膜63の形成後、マスク83を用いて第1のPウェル領域52のトレンチ130の底部にB11をイオン注入し(図92)、マスク83の除去後、マスク84を用いてNウェル領域54のトレンチ330の底部にP31をイオン注入する(図93)。なお、図92の工程と図93の工程の順序を逆にしてもかなわない。
【0074】
そして、熱拡散により各トレンチ130,330に対応してボディ領域124,354を形成する(図94)。マスク84の除去後、マスク80を用いて第1のPウェル領域52のトレンチ130の底部にP31をイオン注入し(図95)、マスク80の除去後、マスク81を用いてNウェル領域54のトレンチ330の底部にB11をイオン注入する(図96)。なお、図94の工程と図95の工程の順序を逆にしてもかなわない。
【0075】
そして、熱拡散により各トレンチ130,330に対応して拡張ドレイン領域122,352を形成する。その後、マスク65を用いて、第1のPウェル領域52に形成されるTLPMのチャネル形成領域および第2のPウェル領域53のNMOS形成領域にB11をイオン注入する(図97)。これ以降は、図80〜図90に示す工程を順におこない、各ドレイン電極および各ソース電極の形成をおこなう。
【0076】
この実施の形態5によれば、Pウェル領域52およびNウェル領域54にそれぞれ導電型の異なるTLPM100または103およびTLPM301,302が形成されるので、実施の形態1と同様に、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られる。
【0077】
実施の形態6.
図98は、本発明の実施の形態6にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。図98に示すように、P型半導体基板51の表面層にPウェル領域52,53およびNウェル領域54が形成されており、第1のPウェル領域52に、第2のタイプ、すなわちトレンチ底部でソースコンタクトをとるタイプのTLPM1100が形成され、第2のPウェル領域53にNMOS200が形成され、Nウェル領域54にPMOS300が形成されている。TLPM1100、NMOS200およびPMOS300は選択酸化膜63により素子分離されている。
【0078】
TLPM1100について説明する。第1のPウェル領域52にトレンチ1030が形成されている。このトレンチ1030の底部にN型ソース領域1025が設けられている。このソース領域1025を囲むように、トレンチ1030の側壁下部および底部に沿って、P型ベース領域1045が設けられている。トレンチ1030の外側には、第1のPウェル領域52よりも深いN型拡張ドレイン領域1022が設けられている。
【0079】
拡張ドレイン領域1022の基板表面層には、N型ドレイン領域1023が設けられている。トレンチ1030の内側には、外側から順にゲート酸化膜1029、ゲート電極1026、層間絶縁膜1031(後述するシャドウ酸化膜68の一部)およびソースポリシリコン1046が設けられている。ソース電極1028は、パッシベーション膜71を貫通してソースポリシリコン1046に接触し、ソースポリシリコン1046を介してソース領域1025に電気的に接続している。ドレイン電極1027は、パッシベーション膜71および層間絶縁膜131を貫通してドレイン領域1023に接触している。
【0080】
NMOS200およびPMOS300については、実施の形態1と同じであるので、説明を省略する。なお、実施の形態1と同様の構成については実施の形態1と同一の符号を付して説明を省略する。
【0081】
図98に示す半導体装置の製造プロセスについて説明する。図99〜図118は、図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、図2に示すように、半導体基板51の表面層に、リンをたとえばドーズ量0.3×1013〜1.5×1013cm-2でイオン注入し、拡散してNウェル領域54を選択的に形成する。つづいて、Nウェル領域54上に形成された選択酸化膜55をマスクとして、ホウ素をたとえばドーズ量0.5×1013〜1.5×1013cm-2でイオン注入し、拡散させて第1のPウェル領域52および第2のPウェル領域53を形成する。その後、図3に示すように、選択酸化膜55を完全に除去する。
【0082】
つづいて、基板表面にバッファ酸化膜56を形成する。そして、その上に所望のパターンのマスク2001を形成し、そのマスク2001を用いて第1のPウェル領域52に、リン等のN型不純物をたとえばドーズ量0.4×1013〜1.8×1013cm-2でイオン注入する(図99)。その後、注入した不純物を拡散させて拡張ドレイン領域1022を形成する。マスク2001を除去した後、バッファ酸化膜56の上にたとえば厚さ1μmのマスク酸化膜57を積層する(図100)。
【0083】
ついで、マスク酸化膜57の上に、トレンチ形成領域を開口させたマスク58を設ける(図101)。このマスク58を用いてマスク酸化膜57のパターニングをおこない、マスク58を除去した後、RIEによりトレンチエッチングをおこなって第1のPウェル領域52に、たとえば深さ2.0μmで幅3.0μmのトレンチ1030を形成する。その後、マスク酸化膜57を含む基板表面上の酸化膜をすべて除去する(図102)。
【0084】
つづいて、基板表面およびトレンチ1030の内側にバッファ酸化膜60を形成し(図103)、その上に窒化シリコン膜61を形成する。さらにその上に、素子分離領域を開口させたマスク62を設ける(図104)。このマスク62を用いて窒化シリコン膜61のパターニングをおこない、マスク62を除去する(図105)。基板表面に残留した窒化シリコン膜61をマスクとして熱酸化をおこない、素子分離のための選択酸化膜63を形成する(図106)。
【0085】
窒化シリコン膜61を除去し、犠牲酸化をおこなった後、トレンチ1030の上方と、NMOSのチャネル領域となる領域の上方を開口させたマスク65を形成する。このマスク65を用いて、ホウ素(B11)等のP型不純物をたとえばドーズ量0.4×1014〜1×1014cm-2でイオン注入し(図107)、拡散させて、第1のPウェル領域52のトレンチ底面にベース領域1045を形成すると同時に、第2のPウェル領域53内にNMOSのチャネル領域233を形成する。そして、マスク65を除去する(図108)。このようにすれば、TLPM1100とNMOS200のチャネル領域を、1枚のマスク65を用いて同時に形成することができるので、ウェハ1枚あたりのコストが安くなる。
【0086】
つづいて、基板表面上に、PMOSのチャネル領域となる領域を開口させたマスク66を形成し、リン(P31)等のN型不純物をイオン注入し(図109)、拡散させて、Nウェル領域54内にPMOSのチャネル領域333を形成する。マスク66と、基板表面およびトレンチ内側の薄い酸化膜を除去した後、TLPMにはたとえば厚さ0.06〜0.1μmのゲート酸化膜1029を形成し、NMOSおよびPMOSにはそれぞれたとえば厚さ0.02〜0.1μmのゲート酸化膜229,329を形成する。ここで、TLPM、NMOSおよびPMOSのゲート酸化膜1029,229,329を、マスクを用いずに、同時に形成するようにしてもよい。そうすれば、工程の簡略化により、コストが低減する。なお、上記のベース領域1045、チャネル領域233の形成と、チャネル領域333の形成の順序を逆にしてもかまわない。
【0087】
つづいて、ポリシリコン層143を積層し(図110)、そのポリシリコン層143の、NMOSおよびPMOSのゲート電極となる部分の上にのみマスク67を形成する(図111)。このマスク67を用いて、たとえばRIE等によりポリシリコン層143の異方性エッチングをおこなう。それによって、NMOSのゲート電極226およびPMOSのゲート電極326の形成と同時に、トレンチ1030の内部のセルフアラインメントによりTLPMのゲート電極1026が形成される。したがって、工程の簡略化により、コストが低減する。そして、マスク67を除去する(図112)。
【0088】
つづいて、シャドウ酸化膜68を形成してTLPMのゲート電極1026、NMOSのゲート電極226およびPMOSのゲート電極326を覆う(図113)。その後、基板表面上に、TLPMのソース領域とドレイン領域、およびNMOS形成領域を開口させたマスク69を形成し、ヒ素(As75)等のN型不純物をイオン注入し(図114)、拡散させる。これによって、トレンチ1030の底部にTLPMのソース領域1025、トレンチ1030の外側にTLPMのドレイン領域1023、NMOSのチャネル領域233内にソース領域225およびドレイン領域223が同時に形成される。
【0089】
マスク69を除去した後、基板表面上に、PMOS形成領域を開口させたマスク70を形成する。そして、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する(図115)。不純物を拡散させてPMOSのチャネル領域333内にソース領域325およびドレイン領域323を形成した後、マスク70を除去する(図116)。つづいて、基板全面に層間絶縁膜131を積層し、その層間絶縁膜131の、トレンチ1030の内側部分をセルフアライメントによりエッチングしてコンタクトホールを開口させる。さらに、トレンチ内部をソースポリシリコン1046で埋める(図117)。そして、基板全面にパッシベーション膜71を形成する(図118)。なお、ソース領域1025、ドレイン領域1023、ソース領域225およびドレイン領域223の形成と、ソース領域325およびドレイン領域323の形成を逆にしてもかまわない。
【0090】
つづいて、パッシベーション膜71をパターニングしてコンタクトホールを開口させる。さらにその上にメタルをパターニングして、TLPMのソースポリシリコン1046に接触するソース電極1028、TLPMのドレイン領域1023に接触するドレイン電極1027、NMOSのドレイン領域223に接触するドレイン電極227、NMOSのソース領域225に接触するソース電極228、PMOSのドレイン領域323に接触するドレイン電極327、およびPMOSのソース領域325に接触するソース電極328を同時に形成する。このようにして、図98に示すように同一半導体基板51上にTLPM1100、NMOS200およびPMOS300が集積された半導体装置が完成する。
【0091】
上述した製造プロセスによれば、二つのPウェル領域52,53、Nウェル領域54、拡張ドレイン領域1022およびベース領域1045について、基板表面からの、深さ方向への不純物の拡散長が、それぞれたとえば2.3〜2.6μm、3.4〜4.5μm、1.8〜2.1μmおよび1.1〜1.2μmのデバイスが得られる。また、素子耐圧が30〜40V程度で、オン抵抗が10〜20mΩ・mm2のTLPM1100が得られる。これは、図265に示す従来のプレーナ型パワーMOSFETと比べると、同じ素子耐圧でオン抵抗が1/2〜1/3である。また、図98のTLPM100において、低オン抵抗化のために拡張ドレイン領域1022の濃度を高くした場合でも、第1のPウェル領域52を拡張ドレイン領域1022より深く形成することにより、耐圧も維持できる。
【0092】
なお、P型ベース領域1045および基板51を接地するには、次のようにすればよい。まずパッシベーション膜71をパターニングしてコンタクトホールを開口させる際、TLPM上、PMOS上、あるいはNMOS上とは異なる位置にもコンタクトを開口し、その開口部にP型のプラグ領域を形成する。その後、メタルをパターニングする際に、P型のプラグ領域上にもメタルを残し、電極を形成する。この電極を接地することによりチャネル形成領域のP型領域1045フローティングを防ぎ、TLPM1100の耐圧低下を防ぐことができる。
【0093】
ここで、素子分離のための選択酸化膜63を形成してから、トレンチ1030を形成することもできる。すなわち、図2、図3、図99および図100に示す順にしたがって、半導体基板51の表面層にNウェル領域54およびPウェル領域52,53を選択的に形成し、バッファ酸化膜56を形成し、拡張ドレイン領域1022を形成する。その上に窒化シリコン膜61を形成し、さらにその上に、素子分離領域を開口させたマスク62を設ける(図119)。このマスク62を用いて窒化シリコン膜61のパターニングをおこない、マスク62を除去する(図120)。基板表面に残留した窒化シリコン膜61をマスクとして熱酸化をおこない、素子分離のための選択酸化膜63を形成する(図121)。その後、窒化シリコン膜61を除去する(図122)。
【0094】
再び、基板表面に窒化シリコン膜76を積層し、さらにその上にマスク酸化膜57を積層する(図123)。さらにその上に、トレンチ形成領域を開口させたマスク58を設ける(図124)。このマスク58を用いてマスク酸化膜57のパターニングをおこない、マスク58を除去した後、トレンチエッチングをおこなってトレンチ1030を形成する(図125)。そして、マスク酸化膜57および窒化シリコン膜76を除去し(図126)、選択酸化膜63を残して基板表面のバッファ酸化膜56を除去する(図127)。その後、再びバッファ酸化をおこない、図107に示すように、トレンチ1030の上方と、NMOSのチャネル領域となる領域の上方を開口させたマスク65を形成し、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する。これ以降は、図108以降に示す工程と同じである。
【0095】
上述した実施の形態6によれば、TLPM1100のゲート電極1026、NMOS200のゲート電極226およびPMOS300のゲート電極326が同一のポリシリコン層143のパターニングにより形成され、またTLPM1100のドレイン電極1027およびソース電極1028、NMOS200のドレイン電極227およびソース電極228、ならびにPMOS300のドレイン電極327およびソース電極328が同一のメタル配線層のパターニングにより形成されているので、このメタル配線層および前記ポリシリコン層143を介してTLPM1100と、NMOS200およびPMOS300とを相互に電気的に接続することが可能である。したがって、従来のようにプリント基板に対するワイヤボンディングをおこなわずに済むため、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られる。
【0096】
また、実施の形態6によれば、TLPM1100のベース領域1045とNMOS200のチャネル領域233とが同時に形成され、TLPM1100のゲート電極1026とNMOS200のゲート電極226とPMOS300のゲート電極326とが同時に形成され、TLPM1100のドレイン領域1023およびソース領域1025と、NMOS200のソース領域225およびドレイン領域223とが同時に形成され、TLPM1100のドレイン電極1027およびソース電極1028と、NMOS200のドレイン電極227およびソース電極228と、PMOS300のドレイン電極327およびソース電極328とが同時に形成されるので、製造工程の増大によるコスト増を抑制することができる。
【0097】
実施の形態7.
図128は、本発明の実施の形態7にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。図128に示すように、P型半導体基板51の表面層にPウェル領域52,53およびNウェル領域54が形成されており、第1のPウェル領域52に、トレンチ底部でソースコンタクトをとるタイプ(第2のタイプ)の第1のTLPM1101が形成され、第2のPウェル領域53にNMOS200が形成され、Nウェル領域54にトレンチ底部でソースコンタクトをとるタイプ(第2のタイプ)の第2のTLPM1300が形成されている。第1のTLPM1101、NMOS200および第2のTLPM1300は選択酸化膜63により素子分離されている。
【0098】
第1のTLPM1101は、実施の形態6で説明したTLPM1100(図98参照)と略同様であるが、実施の形態6のTLPM1100では、N型ソース領域1025が第1のPウェル領域52内にあるのに対して、実施の形態7の第1のTLPM1101では、N型ソース領域1025が第1のPウェル領域52とN型拡張ドレイン領域1022にまたがっている。第1のTLPM1101のその他の構成は、実施の形態6で説明したTLPM1100と同じであるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【0099】
第2のTLPM1300について説明する。Nウェル領域54にトレンチ1330が形成されている。このトレンチ1330の底部にP型ソース領域1325が設けられている。このソース領域1325を囲むように、トレンチ1330の底部に沿って、N型ベース領域1345が設けられている。Nウェル領域54内においてトレンチ1330の外側には、Nウェル領域54よりも深いP型拡張ドレイン領域1322が設けられている。
【0100】
拡張ドレイン領域1322の基板表面層には、P型ドレイン領域1323が設けられている。トレンチ1330の内側には、外側から順にゲート酸化膜1329、ゲート電極1326、層間絶縁膜1331(後述するシャドウ酸化膜68の一部)およびソースポリシリコン1346が設けられている。ソース電極1328は、パッシベーション膜71を貫通してソースポリシリコン1346に接触し、ソースポリシリコン1346を介してソース領域1325に電気的に接続している。ドレイン電極1327は、パッシベーション膜71および層間絶縁膜131を貫通してドレイン領域1323に接触している。
【0101】
NMOS200については、実施の形態1と同じであるので、説明を省略する。なお、実施の形態1と同様の構成については実施の形態1と同一の符号を付して説明を省略する。
【0102】
図128に示す半導体装置の製造プロセスについて説明する。図129〜図148は、図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、図2、図3および図99に示す順にしたがって、半導体基板51の表面層にNウェル領域54およびPウェル領域52,53を選択的に形成し、バッファ酸化膜56を形成し、第1のPウェル領域52に、リン(P31)等のN型不純物をたとえばドーズ量0.4×1013〜1.8×1013cm-2でイオン注入する。
【0103】
つづいて、マスク2001を除去した後、所望のパターンのマスク2002を形成し、そのマスク2002を用いてNウェル領域54に、ホウ素(B11)等のP型不純物をたとえばドーズ量0.6×1013〜1.8×1013cm-2でイオン注入する(図129)。その後、注入した不純物を拡散させてN型拡張ドレイン領域1022とP型拡張ドレイン領域1322を形成する。マスク2002を除去した後、バッファ酸化膜56の上にたとえば厚さ1μmのマスク酸化膜57を積層する(図130)。
【0104】
ついで、マスク酸化膜57の上に、トレンチ形成領域を開口させたマスク58を設ける(図131)。このマスク58を用いてマスク酸化膜57のパターニングをおこない、マスク58を除去した後、RIEによりトレンチエッチングをおこなって、第1のPウェル領域52にトレンチ1030を形成すると同時に、Nウェル領域54にトレンチ1330を形成する。ここで、二つのトレンチを区別するため、第1のPウェル領域52のトレンチ1030を第1のトレンチ1030とし、Nウェル領域54のトレンチ1330を第2のトレンチ1330とする。その後、マスク酸化膜57を含む基板表面上の酸化膜をすべて除去する(図132)。
【0105】
つづいて、基板表面およびトレンチ1030,1330の内側にバッファ酸化膜60を形成し(図133)、その上に窒化シリコン膜61を形成する(図134)。さらにその上に、素子分離領域を開口させたマスク62を設ける(図135)。このマスク62を用いて窒化シリコン膜61のパターニングをおこない、マスク62を除去する(図136)。基板表面に残留した窒化シリコン膜61をマスクとして熱酸化をおこない、素子分離のための選択酸化膜63を形成する(図137)。
【0106】
窒化シリコン膜61を除去し、犠牲酸化をおこなった後、第1のトレンチ1030の上方と、NMOSのチャネル領域となる領域の上方を開口させたマスク65を形成する。このマスク65を用いて、ホウ素(B11)等のP型不純物をたとえばドーズ量0.4×1014〜1×1014cm-2でイオン注入する(図138)。つづいて、マスク65を除去し、第2のトレンチ1330の上方を開口させたマスク2003を形成する。このマスク2003を用いて、リン(P31)等のN型不純物をたとえばドーズ量0.4×1014〜1×1014cm-2でイオン注入する(図139)。
【0107】
その後、注入した不純物を拡散させる。これによって、第1のトレンチ1030の底面および第2のトレンチ1330の底面にそれぞれP型ベース領域1045およびN型ベース領域1345が形成され、同時に第2のPウェル領域53内にNMOSのチャネル領域233が形成される。そして、マスク2003を除去する(図140)。なお、図138の工程と図139の工程の順序を逆にしてもかなわない。
【0108】
ついで、基板表面およびトレンチ1030,1330内側の薄い酸化膜を除去した後、第1のTLPMのゲート酸化膜1029、NMOSのゲート酸化膜229および第2のTLPMのゲート酸化膜1329を形成する。ここで、第1のTLPM、第2のTLPMおよびNMOSのゲート酸化膜1029,1329,229を、マスクを用いずに、同時に形成するようにしてもよい。そうすれば、工程の簡略化により、コストが低減する。
【0109】
つづいて、ポリシリコン層143を積層し(図141)、そのポリシリコン層143の、NMOSのゲート電極となる部分の上にのみマスク67を形成する(図142)。このマスク67を用いて、たとえばRIE等によりポリシリコン層143の異方性エッチングをおこなう。それによって、NMOSのゲート電極226の形成と同時に、第1および第2のトレンチ1030,1330の内部のセルフアラインメントにより第1のTLPMのゲート電極1026および第2のTLPMのゲート電極1326が形成される。したがって、工程の簡略化により、コストが低減する。そして、マスク67を除去する(図143)。
【0110】
つづいて、シャドウ酸化膜68を形成して第1および第2のTLPMのゲート電極1026,1326と、NMOSのゲート電極226を覆う(図144)。その後、基板表面上に、第1のTLPMのソース領域とドレイン領域、およびNMOS形成領域を開口させたマスク69を形成し、ヒ素(As75)等のN型不純物をイオン注入する(図145)。つづいて、第2のTLPMのソース領域およびドレイン領域を開口させたマスク2004を形成し、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する(図146)。なお、図145の工程と図146の工程の順序を逆にしてもかなわない。
【0111】
つづいて、注入した不純物を拡散させる。これによって、第1のトレンチ1030の底部に第1のTLPMのソース領域1025、第1のトレンチ1030の外側に第1のTLPMのドレイン領域1023、第2のトレンチ1330の底部に第2のTLPMのソース領域1325、第2のトレンチ1330の外側に第2のTLPMのドレイン領域1323、NMOSのチャネル領域233内にソース領域225およびドレイン領域223が同時に形成される。そして、マスク2004を除去する(図147)。
【0112】
つづいて、基板全面に層間絶縁膜131を積層し、その層間絶縁膜131の、第1および第2のトレンチ1030,1330の内側部分をセルフアライメントによりエッチングしてコンタクトホールを開口させる。さらに、第1のトレンチ1030内部をソースポリシリコン1046で埋め、第2のトレンチ1330内部をソースポリシリコン1346で埋める(図148)。そして、基板全面にパッシベーション膜71を形成し、それをパターニングしてコンタクトホールを開口させる。
【0113】
さらにその上にメタルをパターニングして、第1のTLPMのソースポリシリコン1046に接触するソース電極1028、第1のTLPMのドレイン領域1023に接触するドレイン電極1027、第2のTLPMのソースポリシリコン1346に接触するソース電極1328、第2のTLPMのドレイン領域1323に接触するドレイン電極1327、NMOSのドレイン領域223に接触するドレイン電極227、およびNMOSのソース領域225に接触するソース電極228を同時に形成する。このようにして、図128に示すように同一半導体基板51上に第1のTLPM1101、NMOS200および第2のTLPM1300が集積された半導体装置が完成する。
【0114】
上述した製造プロセスによれば、二つのPウェル領域52,53、Nウェル領域54、N型拡張ドレイン領域1022、P型拡張ドレイン領域1322、P型ベース領域1045およびN型ベース領域1345について、基板表面からの、深さ方向への不純物の拡散長が、それぞれたとえば2.3〜2.6μm、3.4〜4.5μm、1.8〜2.1μm、2.3〜2.6μm、1.1〜1.2μmおよび1.0〜1.1μmのデバイスが得られる。また、素子耐圧が30〜40V程度で、オン抵抗が10〜20mΩ・mm2の第1のTLPM1101が得られる。また、素子耐圧が30〜40V程度で、オン抵抗が20〜30mΩ・mm2の第2のTLPM1300が得られる。これは、図265に示す従来のプレーナ型パワーMOSFETと比べると、同じ素子耐圧でオン抵抗が1/2〜1/3である。また、図128のTLPM101において、低オン抵抗化のために拡張ドレイン領域1002の濃度を高くした場合でも、第1のPウェル領域52を拡張ドレイン領域1022より深く形成することにより、耐圧も維持できる。
【0115】
なお、TLPM1101のP型ベース領域1045、基板51およびTLPM1300のN型ベース領域1345を接地するためには、次のようにすればよい。まず、ウェル領域52と54は、それぞれ拡張ドレイン領域1022と1322より深く形成し、P型ベース領域1045およびN型ベース領域1345とそれぞれ接続させる。そしてパッシベーション膜71をパターニングしてコンタクトホールを開口させる際、ウェル領域52および54上にも開口部を形成し、P型のプラグ領域およびN型のプラグ領域をそれぞれ形成する。その後、メタルをパターニングする際に、該P型のプラグ領域およびN型のプラグ領域上にもメタルを残し、電極を形成する。これらの電極を接地することによりチャネル形成領域のP型ベース領域1045およびN型ベース領域1345のフローティングを防ぎ、TLPM1101,1300の耐圧低下を防ぐことができる。
【0116】
上述した実施の形態7によれば、製造工程の増大によるコスト増を抑制しつつ、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られる。また、同一半導体基板上にpチャネルTLPMとnチャネルTLPMとを集積することができるので、集積度が大幅に向上し、従来のpチャネルプレーナパワーMOSFETとnチャネルプレーナパワーMOSFETとを集積したパワーICに比べて、パワーMOSFET部分の面積を40%程度にまで減らすことができる。
【0117】
実施の形態8.
図149は、本発明の実施の形態8にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。図149に示すように、実施の形態8にかかる半導体装置は、実施の形態7にかかる半導体装置に、実施の形態1にかかる半導体装置のPMOS300を集積したものである。すなわち、P型半導体基板51の表面層に第1のPウェル領域52、第1のNウェル領域54、第2のPウェル領域53および第2のNウェル領域85がこの順で形成されている。そして、第1のPウェル領域52に、トレンチ底部でソースコンタクトをとるタイプ(第2のタイプ)の第1のTLPM1101が形成され、第1のNウェル領域54に、トレンチ底部でソースコンタクトをとるタイプ(第2のタイプ)の第2のTLPM1300が形成されている。
【0118】
また、第2のPウェル領域53にNMOS200が形成され、第2のNウェル領域85にPMOS300が形成されている。第1のTLPM1101、第2のTLPM1300、NMOS200およびPMOS300は選択酸化膜63により素子分離されている。第1のTLPM1101および第2のTLPM1300の構成については、実施の形態7において説明済みであり、また、NMOS200およびPMOS300の構成については、実施の形態1において説明済みであるため、ここでは説明を省略する。
【0119】
図149に示す半導体装置の製造プロセスについて説明する。図150〜図173は、図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、半導体基板51の表面層に第1のNウェル領域54および第2のNウェル領域85を選択的に形成し、それらNウェル領域54,85上に形成した選択酸化膜55をマスクとして第1のPウェル領域52および第2のPウェル領域53を形成する(図150)。その後、選択酸化膜55を完全に除去する(図151)。
【0120】
ついで、基板表面にバッファ酸化膜56を形成する。そして、その上に所望のパターンのマスク2001を形成し、そのマスク2001を用いて第1のPウェル領域52に、リン(P31)等のN型不純物をイオン注入する(図152)。つづいて、マスク2001を除去した後、所望のパターンのマスク2002を形成し、そのマスク2002を用いて第1のNウェル領域54に、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する(図153)。その後、注入した不純物を拡散させてN型拡張ドレイン領域1022とP型拡張ドレイン領域1322を形成する。マスク2002を除去した後、バッファ酸化膜56の上にマスク酸化膜57を積層する(図154)。
【0121】
ついで、マスク酸化膜57の上に、トレンチ形成領域を開口させたマスク58を設ける(図155)。このマスク58を用いてマスク酸化膜57のパターニングをおこない、マスク58を除去した後、RIEによりトレンチエッチングをおこなって、第1のPウェル領域52に第1のトレンチ1030を形成すると同時に、第1のNウェル領域54に第2のトレンチ1330を形成する。その後、マスク酸化膜57を含む基板表面上の酸化膜をすべて除去する(図156)。
【0122】
つづいて、基板表面およびトレンチ1030,1330の内側にバッファ酸化膜60を形成し(図157)、その上に窒化シリコン膜61を形成する(図158)。さらにその上に、素子分離領域を開口させたマスク62を設ける(図159)。このマスク62を用いて窒化シリコン膜61のパターニングをおこない、マスク62を除去する(図160)。基板表面に残留した窒化シリコン膜61をマスクとして熱酸化をおこない、素子分離のための選択酸化膜63を形成する(図161)。
【0123】
窒化シリコン膜61を除去し、犠牲酸化をおこなった後、第1のトレンチ1030の上方と、NMOSのチャネル領域となる領域の上方を開口させたマスク65を形成する。このマスク65を用いて、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する(図162)。そして、注入した不純物を拡散させて、第1のトレンチ1030の底面にP型ベース領域1045を形成するとともに、第2のPウェル領域53内にNMOSのチャネル領域233を形成し、マスク65を除去する(図163)。
【0124】
ついで、第2のトレンチ1330の上方と、PMOSのチャネル領域となる領域の上方を開口させたマスク2005を形成する。このマスク2005を用いて、リン(P31)等のN型不純物をイオン注入する(図164)。その後、注入した不純物を拡散させて、第2のトレンチ1330の底面にN型ベース領域1345を形成するとともに、第2のNウェル領域85内にPMOSのチャネル領域333が形成される。
【0125】
マスク2005を除去し、基板表面およびトレンチ1030,1330内側の薄い酸化膜を除去した後、第1のTLPMのゲート酸化膜1029、第2のTLPMのゲート酸化膜1329、NMOSのゲート酸化膜229およびPMOSのゲート酸化膜329を形成する。(図165)。ここで、第1のTLPM、第2のTLPM、NMOSおよびPMOSのゲート酸化膜1029,1329,229,329を、マスクを用いずに、同時に形成するようにしてもよい。そうすれば、工程の簡略化により、コストが低減する。なお、図162、図163の工程と、図164、図165の工程の順序を逆にしてもかなわない。
【0126】
ついで、それらゲート酸化膜1029,1329,229,329の上にポリシリコン層143を積層し、そのポリシリコン層143の、NMOSおよびPMOSの各ゲート電極となる部分の上にのみマスク67を形成する(図166)。このマスク67を用いて、たとえばRIE等によりポリシリコン層143の異方性エッチングをおこなう。それによって、NMOSおよびPMOSの各ゲート電極226,326の形成と同時に、第1および第2のトレンチ1030,1330の内部のセルフアラインメントにより第1のTLPMのゲート電極1026および第2のTLPMのゲート電極1326が形成される。したがって、工程の簡略化により、コストが低減する。そして、マスク67を除去する(図167)。
【0127】
つづいて、シャドウ酸化膜68を形成して第1および第2のTLPMのゲート電極1026,1326と、NMOSおよびPMOSのゲート電極226,326を覆う(図168)。その後、基板表面上に、第1のTLPMのソース領域とドレイン領域、およびNMOS形成領域を開口させたマスク69を形成し、ヒ素(As75)等のN型不純物をイオン注入する(図169)。その後、注入した不純物を拡散させて、第1のトレンチ1030の底部に第1のTLPMのソース領域1025、第1のトレンチ1030の外側に第1のTLPMのドレイン領域1023、NMOSのチャネル領域233内にソース領域225およびドレイン領域223を同時に形成する。
【0128】
ついで、第2のTLPMのソース領域とドレイン領域、およびPMOS形成領域を開口させたマスク2006を形成し、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する(図170)。その後、注入した不純物を拡散させて、第2のトレンチ1330の底部に第2のTLPMのソース領域1325、第2のトレンチ1330の外側に第2のTLPMのドレイン領域1323、PMOSのチャネル領域333内にソース領域325およびドレイン領域323を同時に形成する。そして、マスク2006を除去する(図171)。なお、図169の工程と図170の工程の順序を逆にしてもかなわない。
【0129】
つづいて、基板全面に層間絶縁膜131を積層し、その層間絶縁膜131の、第1および第2のトレンチ1030,1330の内側部分をセルフアライメントによりエッチングしてコンタクトホールを開口させる。さらに、第1のトレンチ1030内部をソースポリシリコン1046で埋め、第2のトレンチ1330内部をソースポリシリコン1346で埋める(図172)。そして、基板全面にパッシベーション膜71を形成する(図173)。さらに、パッシベーション膜71および層間絶縁膜131にコンタクトホールを開口させる。
【0130】
そして、その上にメタルをパターニングして、第1のTLPMのソースポリシリコン1046に接触するソース電極1028、第1のTLPMのドレイン領域1023に接触するドレイン電極1027、第2のTLPMのソースポリシリコン1346に接触するソース電極1328、第2のTLPMのドレイン領域1323に接触するドレイン電極1327、NMOSのドレイン領域223に接触するドレイン電極227、NMOSのソース領域225に接触するソース電極228、PMOSのドレイン領域323に接触するドレイン電極327、およびPMOSのソース領域325に接触するソース電極328を同時に形成する。このようにして、図149に示すように同一半導体基板51上に第1のTLPM1101、第2のTLPM1300、NMOS200およびPMOS300が集積された半導体装置が完成する。
【0131】
上述した実施の形態8によれば、製造工程の増大によるコスト増を抑制しつつ、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られる。また、同一半導体基板上にpチャネルTLPMとnチャネルTLPMとを集積することができ、さらにそれらTLPMよりなるパワーMOSFETと、プレーナ型のPMOSおよびNMOSを用いた制御回路とを一体化したパワーICチップでは、従来のパワーICチップの半分程度の面積まで小型化することができる。
【0132】
実施の形態9.
図174は、本発明の実施の形態9にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。図174に示すように、実施の形態9の半導体装置は、図98に示す実施の形態6において、第1のPウェル領域52に、TLPM1100の代わりに、TLPM1100にP型ボディ領域1024を追加した構成のTLPM1102を形成したものである。このボディ領域1024は、TLPM1102のトレンチ1030の底面に沿って、P型ベース領域1045を囲むように設けられている。その他の構成は実施の形態6と同じであるので、実施の形態6と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【0133】
図174に示す半導体装置の製造プロセスについて説明する。図175〜図177は、図174に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、図2および図3に示すように、半導体基板51の表面層にNウェル領域54、第1のPウェル領域52および第2のPウェル領域53を形成する。ついで、図99および図100に示すように、拡張ドレイン領域1022を形成する。その後、図101に示すように、マスク酸化膜57の上に、トレンチ形成領域を開口させたマスク58を設ける。
【0134】
このマスク58を用いてマスク酸化膜57のパターニングをおこない、マスク58を除去した後、RIEによりトレンチエッチングをおこなって第1のPウェル領域52にトレンチ1030を形成する。その後、トレンチ1030の内部にバッファ酸化膜59を形成する(図175)。つづいて、トレンチ1030の底面に、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する(図176)。注入した不純物を拡散させて、トレンチ底面にボディ領域1024を形成する(図177)。これ以降は、図102以降に示す工程と同じである。このようにして、図174に示すように同一半導体基板51上に、P型ボディ領域1024を有するTLPM1102、NMOS200およびPMOS300が集積された半導体装置が完成する。
【0135】
ここで、素子分離のための選択酸化膜63を形成してから、トレンチ1030を形成する場合には、つぎのようにすればよい。すなわち、図2、図3、図99および図100に示す順にしたがって、半導体基板51の表面層にNウェル領域54、第1のPウェル領域52および第2のPウェル領域53を形成し、さらに拡張ドレイン領域1022を形成する。
【0136】
つづいて、図119〜図125に示す順にしたがって、素子分離のための選択酸化膜63を形成し、トレンチ1030を形成する。ついで、トレンチ1030の内部を犠牲酸化し、トレンチ1030の底面に、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する(図178)。注入した不純物を拡散させて、トレンチ底面にボディ領域1024を形成する(図179)。そして、マスク酸化膜57、窒化シリコン膜76およびトレンチ内部の犠牲酸化膜を除去する(図180)。これ以降は、図127以降に示す工程と同じである。
【0137】
上述した実施の形態9によれば、製造工程の増大によるコスト増を抑制しつつ、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られる。また、実施の形態6では、比較的深い拡散の拡張ドレイン領域1022がPベース領域1045より深く形成されトレンチ1030の下でつながり、基板51とPベース領域1045が分離されるようなことがない。基板51とPベース領域1045が拡張ドレイン領域1022により分離されると、基板51の電位がフローティング状態となり、Pベース領域1045と基板51の間に電位差が生じる恐れがある。電位差が生じた状態では、オフ時にPベース領域が空乏化してパンチスルーする可能性がある。また、Pベース領域1045,拡張ドレイン領域1022および基板51からなる寄生PNPバイポーラトランジスタ、または、ドレイン領域,Pベース領域,拡張ドレイン領域および基板51からなる寄生サイリスタが形成され、これら寄生素子がラッチアップする可能性がある。しかし、ボディ領域1024を形成することで基板51とPベース領域1045が分離され拡張ドレイン領域1022がトレンチ下でつながることを防ぐことができ、パンチスルー、および寄生素子の形成を防ぐことができるので、高耐圧で、低オン抵抗のTLPM1102が得られるという効果を奏する。
【0138】
実施の形態10.
図181は、本発明の実施の形態10にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。図181に示すように、実施の形態10の半導体装置は、図128に示す実施の形態7において、第1のPウェル領域52に、TLPM1101の代わりに、TLPM1101にP型ボディ領域1024を追加した構成のTLPM1103を形成し、またNウェル領域54に、TLPM1300の代わりに、TLPM1300にN型ボディ領域1324を追加した構成のTLPM1301を形成したものである。
【0139】
P型ボディ領域1024は、TLPM1103のトレンチ1030の底面に沿って、P型ベース領域1045を囲むように設けられている。N型ボディ領域1324は、TLPM1301のトレンチ1330の底面に沿って、N型ベース領域1345を囲むように設けられている。その他の構成は実施の形態7と同じであるので、実施の形態7と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【0140】
図181に示す半導体装置の製造プロセスについて説明する。図182〜図186は、図181に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、図2および図3に示すように、半導体基板51の表面層にNウェル領域54、第1のPウェル領域52および第2のPウェル領域53を形成する。ついで、図99および図129〜図131に示すように、N型拡張ドレイン領域1022とP型拡張ドレイン領域1322を形成し、マスク酸化膜57を積層し、さらにその上にトレンチ形成領域を開口させたマスク58を積層する。
【0141】
このマスク58を用いてマスク酸化膜57のパターニングをおこない、マスク58を除去した後、RIEによりトレンチエッチングをおこなって第1のトレンチ1030および第2のトレンチ1330を形成する。その後、第1および第2のトレンチ1030,1330の内部にバッファ酸化膜2007を形成する(図182)。つづいて、第2のトレンチ1330にマスク2008を被せ、第1のトレンチ1030の底面に、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する(図183)。マスク2008を除去した後、第1のトレンチ1030にマスク2009を被せ、第2のトレンチ1330の底面に、リン(P31)等のN型不純物をイオン注入する(図184)。なお、図183の工程と図184の工程の順序を逆にしてもかなわない。
【0142】
マスク2009を除去した後、注入した不純物を拡散させて、P型ボディ領域1024とN型ボディ領域1324を同時に形成する(図185)。そして、マスク酸化膜57を含む基板表面上の酸化膜をすべて除去する(図186)。これ以降は、図133以降に示す工程と同じである。このようにして、図181に示すように同一半導体基板51上に、P型ボディ領域1024を有するTLPM1103、N型ボディ領域1324を有するTLPM1301およびNMOS200が集積された半導体装置が完成する。
【0143】
ここで、図187に示すように、実施の形態8の半導体装置(図149)において、第1のTLPM1101の代わりに、P型ボディ領域1024を有する前記TLPM1103を形成し、第2のTLPM1300の代わりに、N型ボディ領域1324を有する前記TLPM1301を形成してもよい。
【0144】
上述した実施の形態10によれば、製造工程の増大によるコスト増を抑制しつつ、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られるだけでなく、つぎのような効果が得られる。すなわち、N型拡張ドレイン領域1022のドーズ量がたとえば2×1013cm-2程度に高くなると、N型拡張ドレイン領域1022の拡散長が、第1のトレンチ1030の深さとP型ベース領域1045の拡散長との和よりも大きくなり、パンチスルーによる耐圧低下、ラッチアップが起こる。同様に、P型拡張ドレイン領域1322のドーズ量がたとえば2×1013cm-2程度に高くなると、P型拡張ドレイン領域1322の拡散長が、第2のトレンチ1330の深さとN型ベース領域1345の拡散長との和よりも大きくなり、パンチスルーによる耐圧低下、ラッチアップが起こる。
【0145】
このような不都合に対して、実施の形態10のようにP型ボディ領域1024およびN型ボディ領域1324を設けることによって、第1のトレンチ1030の真下でN型拡張ドレイン領域1022同士がつながるのを防ぐことができ、かつ第2のトレンチ1330の真下でP型拡張ドレイン領域1322同士がつながるのを防ぐことができるので、パンチスルー、ラッチアップを防ぐことができるという効果が得られる。
【0146】
なお、図188に示すように、第1のPウェル領域52に、第1のTLPM1101の代わりに、P型ボディ領域1024を有する前記TLPM1103を形成し、Nウェル領域54には、N型ボディ領域のない前記第2のTLPM1300を形成した構成としてもよい。また、図189に示すように、第1のPウェル領域52には、P型ボディ領域のない前記第1のTLPM1101を形成し、Nウェル領域54に、第2のTLPM1300の代わりに、N型ボディ領域1324を有する前記TLPM1301を形成した構成としてもよい。いずれの構成でも、パンチスルー、ラッチアップを防ぐことができる。
【0147】
実施の形態11.
図190は、本発明の実施の形態11にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。図190に示すように、実施の形態11の半導体装置では、TLPM1104は、トレンチ1030の下部を含めて概ね一定の深さの第1のPウェル領域75に形成されており、また第1のPウェル領域75内においてトレンチ1030の両側に、N型ドレイン領域1023を囲むようにN型拡張ドレイン領域1122が形成されている。TLPM1104のその他の構成は、図98に示す半導体装置のTLPM1100と同じであるので、説明を省略する。なお、実施の形態6と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【0148】
図190に示す半導体装置の製造プロセスについて説明する。図191〜図195は、図190に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、図37〜図43に示す順にしたがって、半導体基板51の表面層にNウェル領域54を形成し、ついでトレンチ1030を形成し、第1のPウェル領域75および第2のPウェル領域53を同時に形成し、トレンチ内部および基板表面の酸化膜を除去する。
【0149】
ついで、バッファ酸化をおこなった後、第1のPウェル領域75内のトレンチ1030の外側領域を開口させたマスク2010を形成し、リン(P31)等のN型不純物をイオン注入する(図191)。このとき、図191に示すように、トレンチ1030内にもマスク2010を被せるのは、トレンチ底面のN型不純物の拡散が深くなってパンチスルーが起こるのを防ぐおよび寄生素子のラッチアップを防ぐためである。また、このようにすることによって、比較的濃いN型不純物ドーズ量の拡張ドレイン領域1122に対して、高耐圧で低オン抵抗化を達成することができる。
【0150】
マスク2010を除去した後、注入した不純物を拡散してトレンチ1030の側壁の外側にN型拡張ドレイン領域1122を形成する(図192)。ついで、トレンチ内部および基板表面の酸化膜を除去し(図193)、その後、再び基板表面およびトレンチ1030の内側にバッファ酸化膜60を形成する(図194)。その上に窒化シリコン膜61を形成し、さらにその上に、素子分離領域を開口させたマスク62を設ける(図195)。これ以降は、図105以降に示す工程と同じである。このようにして、図190に示す構成の半導体装置が完成する。
【0151】
なお、実施の形態7の半導体装置(図128)に実施の形態11を適用することもできる。すなわち、図196に示すように、実施の形態7のTLPM1101の代わりに、トレンチ1030の下部を含めて概ね一定の深さの第1のPウェル領域75内にTLPM1104を形成し、第1のPウェル領域75内においてトレンチ1030の両側に、N型ドレイン領域1023を囲むようにN型拡張ドレイン領域1122を形成した構成としてもよい。また、実施の形態8の半導体装置(図149)に実施の形態11を適用することもできる。
【0152】
上述した実施の形態11によれば、製造工程の増大によるコスト増を抑制しつつ、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られる。また、トレンチ1030を形成した後に、第1のPウェル領域75を形成するため、このPウェル領域75の拡散長をトレンチ深さの分だけ深くすることができ、また、トレンチ1030の外側にイオン注入をおこなってN型拡張ドレイン領域1122を形成するため、N型拡張ドレイン領域1122の拡散長を浅くすることができる。したがって、P型ボディ領域を設けなくてもパンチスルー、ラッチアップを防ぐことができるという効果が得られる。
【0153】
実施の形態12.
実施の形態12では、実施の形態6の半導体装置において、TLPM1100の代わりに、トレンチ1030の内側にバリアメタル層を有するTLPM1105が設けられている。また、ベース領域1045がP型プラグ領域を介して接地されている。なお、実施の形態6と同じ構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0154】
図197は、本発明の実施の形態12にかかる半導体装置の不純物プロファイルの平面レイアウト図である。図197に示すように、不純物プロファイルの平面レイアウトにおいて、左端の選択酸化膜63に隣接して、NMOS200のソース領域225、ゲート電極226およびドレイン領域223がこの順で並ぶ。このドレイン領域223の隣に選択酸化膜63を介して、PMOS300のソース領域325、ゲート電極326およびドレイン領域323がこの順で並ぶ。
【0155】
さらにこのドレイン領域323の隣に選択酸化膜63を介して、第1のPウェル領域52が並び、その隣にTLPM1105の拡張ドレイン領域1022、ドレイン領域1023、トレンチ1030、ドレイン領域1023および拡張ドレイン領域1022がこの順で並ぶ。そして、トレンチ1030の領域のうち、一部の領域では、ゲート電極1026とゲート電極1026との間はP型プラグ領域1051となっている。トレンチ1030の領域のうち、残りの領域では、ゲート電極1026とゲート電極1026との間はソース領域1025となっている。
【0156】
実施の形態12の半導体装置の製造プロセスについて、図198〜図202を参照しながら説明するが、図201は図197のA−A’における製造途中の縦断面図であり、図198、図199、図200および図202は、図197のB−B’における製造途中の縦断面図である。図197のA−A’はソース領域1025を通り、B−B’はプラグ領域1051を通る。まず、図2、図3および図99〜図113に示す順にしたがって、Nウェル領域54、第1のPウェル領域52、第2のPウェル領域53、拡張ドレイン領域1022、トレンチ1030、選択酸化膜63、ベース領域1045、NMOSのチャネル領域233、PMOSのチャネル領域333、ゲート酸化膜1029,229,329、ゲート電極1026,226,326、およびシャドウ酸化膜68を形成する。
【0157】
しかる後、図197のA−A’に相当する領域では、図114に示すように、基板表面上に、TLPMのソース領域とドレイン領域、およびNMOS形成領域を開口させたマスク69を形成する。このとき、図197のB−B’に相当する領域では、図198に示すように、PMOS形成領域だけでなく、TLPMのソース領域、すなわちトレンチ1030の内側にもマスク69が被せられる。そして、ヒ素(As75)等のN型不純物をイオン注入する。
【0158】
つづいて、注入した不純物を拡散する。これによって、図197のA−A’に相当する領域では、図115に示すように、トレンチ1030の底部にTLPMのソース領域1025、トレンチ1030の外側にTLPMのドレイン領域1023、NMOSのチャネル領域233内にソース領域225およびドレイン領域223が同時に形成される。また、図197のB−B’に相当する領域では、図199に示すように、トレンチ1030の外側にTLPMのドレイン領域1023、NMOSのチャネル領域233内にソース領域225およびドレイン領域223が同時に形成される。
【0159】
マスク69を除去した後、図197のA−A’に相当する領域では、図115に示すように、基板表面上に、PMOS形成領域を開口させたマスク70を形成する。このとき、図197のB−B’に相当する領域では、図199に示すように、マスク70は、PMOS形成領域だけでなく、トレンチ1030の内側も開口させたパターンとなる。そして、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する。
【0160】
つづいて、注入した不純物を拡散する。これによって、図197のA−A’に相当する領域では、図116に示すように、PMOSのチャネル領域333内にソース領域325およびドレイン領域323が形成される。また、図197のB−B’に相当する領域では、図200に示すように、トレンチ1030の底部にP型プラグ領域1051、PMOSのチャネル領域333内にソース領域325およびドレイン領域323が同時に形成される。図197の平面レイアウト図は、厳密には図116および図200に示す状態でのレイアウトを示している。
【0161】
マスク70を除去した後、基板全面に層間絶縁膜131を積層し、その層間絶縁膜131の、トレンチ1030の内側部分をセルフアライメントによりエッチングしてコンタクトホールを開口させる。そして、図197のA−A’に相当する領域では、図201に示すように、トレンチ1030の内側にバリアメタル層86を、トレンチ底部のソース領域1025に接触するように形成し、その内側をソースポリシリコン1046で埋める。このとき、図197のB−B’に相当する領域では、図202に示すように、バリアメタル層86は、トレンチ底部のプラグ領域1051に接触する。バリアメタル層86は、絶縁膜によりゲート電極1026から絶縁されている。
【0162】
ついで、図118に示すように、基板全面にパッシベーション膜71を形成し、パッシベーション膜71および層間絶縁膜131にコンタクトホールを開口させ、メタルをパターニングしてソース電極およびドレイン電極を形成する。
【0163】
上述した実施の形態12によれば、製造工程の増大によるコスト増を抑制しつつ、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られるだけでなく、つぎのような効果が得られる。すなわち、ソースポリシリコン1046は、不純物濃度の高いP型か、またはN型であるが、N型の場合、バリアメタル層86がないと、N型のソースポリシリコン1046とP型プラグ領域1051との接触によりpnダイオード構造が形成されてしまい、オーミック接触とならない。同様に、ソースポリシリコン1046がP型の場合に、バリアメタル層86がないと、P型のソースポリシリコン1046とN型ソース領域1025との接触によりpnダイオード構造が形成されてしまい、オーミック接触とならない。
【0164】
このような不都合に対して、実施の形態12のようにバリアメタル層86を設けることによって、ソースポリシリコン1046がN型であってもP型であっても、ソースポリシリコン1046は、P型プラグ領域1051およびN型ソース領域1025のいずれにも低抵抗で電気的に接続される。このようにして、ソースと基板とを接地させることにより、チャネルとなるP型ベース領域1045でのフローティングを防止し、TLPM1105の耐圧低下を防ぐことができるという効果が得られる。
【0165】
実施の形態13.
図203は、本発明の実施の形態13にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。図203に示すように、実施の形態13では、実施の形態7の半導体装置において、第1のTLPM1101の代わりに、トレンチ1030の内側にバリアメタル層86を有するTLPM1106が設けられており、かつ第2のTLPM1300の代わりに、トレンチ1330の内側にバリアメタル層87を有するTLPM1302が設けられている。なお、実施の形態7と同じ構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0166】
図203に示す半導体装置の製造プロセスについて説明する。図204は、図203に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、図2、図3、図99および図129〜図147に示す順にしたがって、Nウェル領域54、Pウェル領域52,53、N型拡張ドレイン領域1022、P型拡張ドレイン領域1322、第1のトレンチ1030、第2のトレンチ1330、選択酸化膜63、P型ベース領域1045、N型ベース領域1345、NMOS200のチャネル領域233、ゲート酸化膜1029,229,1329、ゲート電極226,1026,1326、第1のTLPM1106のN型ソース領域1025およびN型ドレイン領域1023、第2のTLPM1302のP型ソース領域1325およびP型ドレイン領域1323、NMOS200のソース領域225およびドレイン領域223を形成する。
【0167】
しかる後、基板全面に層間絶縁膜131を積層し、その層間絶縁膜131の、第1のトレンチ1030の内側部分および第2のトレンチ1330の内側部分をセルフアライメントによりエッチングしてコンタクトホールを開口させる。そして、第1のトレンチ1030の内側にバリアメタル層86を、トレンチ底部のN型ソース領域1025に接触するように形成する。また、第2のトレンチ1330の内側にバリアメタル層87を、トレンチ底部のP型ソース領域1325に接触するように形成する。そして、第1のトレンチ1030内のバリアメタル層86の内側、および第2のトレンチ1330内のバリアメタル層87の内側をポリシリコンで埋め、第1のTLPM1106のソースポリシリコン1046と第2のTLPM1302のソースポリシリコン1346を同時に形成する(図204)。バリアメタル層86,87は、絶縁膜によりゲート電極1026、1326から絶縁されている。
【0168】
ついで、基板全面にパッシベーション膜71を形成し、パッシベーション膜71および層間絶縁膜131にコンタクトホールを開口させる。そして、メタルをパターニングしてソース電極およびドレイン電極を形成することによって、図203に示す構成の半導体装置が完成する。
【0169】
ここで、図205に示すように、実施の形態8の半導体装置(図149)において、第1のTLPM1101の代わりに、トレンチ1030の内側にバリアメタル層86を有する前記TLPM1106を形成し、かつ第2のTLPM1300の代わりに、トレンチ1330の内側にバリアメタル層87を有する前記TLPM1302を形成してもよい。
【0170】
上述した実施の形態13によれば、製造工程の増大によるコスト増を抑制しつつ、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られるだけでなく、つぎのような効果が得られる。すなわち、ソースポリシリコン1046,1346は、不純物濃度の高いP型か、またはN型であるが、N型の場合、バリアメタル層87がないと、N型のソースポリシリコン1346とP型ソース領域1325との接触によりpnダイオード構造が形成されてしまい、オーミック接触とならない。同様に、ソースポリシリコン1046,1346がP型の場合に、バリアメタル層86がないと、P型のソースポリシリコン1046とN型ソース領域1025との接触によりpnダイオード構造が形成されてしまい、オーミック接触とならない。
【0171】
このような不都合に対して、実施の形態13のようにバリアメタル層86,87を設けることによって、ソースポリシリコン1046,1346がN型であってもP型であっても、ソースポリシリコン1046,1346は、N型ソース領域1025およびP型ソース領域1325のいずれにも低抵抗で電気的に接続される。また、ソースポリシリコン1046,1346を別々に形成する場合に比べて、マスクの枚数が少なくなるので、コストが低減する。
【0172】
実施の形態14.
実施の形態14では、実施の形態7の半導体装置において、第1のTLPM1101の代わりに、トレンチ1030の内側にバリアメタル層86を有するTLPM1106が設けられており、かつ第2のTLPM1300の代わりに、トレンチ1330の内側にバリアメタル層87を有するTLPM1302が設けられている。また、P型ベース領域1045およびN型ベース領域1345がそれぞれP型プラグ領域およびN型プラグ領域を介して接地されている。なお、実施の形態7と同じ構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0173】
図206は、本発明の実施の形態14にかかる半導体装置の不純物プロファイルの平面レイアウト図である。図206に示すように、不純物プロファイルの平面レイアウトにおいて、左端の選択酸化膜63に隣接して、NMOS200のソース領域225、ゲート電極226およびドレイン領域223がこの順で並ぶ。このドレイン領域223の隣に選択酸化膜63を介して、Nウェル領域54が並び、その隣に第2のTLPM1302のドレイン領域1323、トレンチ1330、ドレイン領域1323およびNウェル領域54がこの順で並ぶ。そして、トレンチ1330の領域のうち、一部の領域では、ゲート電極1326とゲート電極1326との間はN型プラグ領域1351となっている。トレンチ1330の領域のうち、残りの領域では、ゲート電極1326とゲート電極1326との間はソース領域1325となっている。
【0174】
さらにNウェル領域54の隣に選択酸化膜63を介して、第1のPウェル領域52が並び、その隣に第1のTLPM1106の拡張ドレイン領域1022、ドレイン領域1023、トレンチ1030、ドレイン領域1023および拡張ドレイン領域1022がこの順で並ぶ。そして、トレンチ1030の領域のうち、一部の領域では、ゲート電極1026とゲート電極1026との間はP型プラグ領域1051となっている。トレンチ1030の領域のうち、残りの領域では、ゲート電極1026とゲート電極1026との間はソース領域1025となっている。
【0175】
図206のC−C’はソース領域1025,1325を通るが、このC−C’における半導体装置の縦断面構成は図203に示す通りである。つまり、第1のTLPM1106において、ソースポリシリコン1046はトレンチ1030内のバリアメタル層86を介してN型ソース領域1025に低抵抗で電気的に接続している。同様に、第2のTLPM1302において、ソースポリシリコン1346はトレンチ1330内のバリアメタル層87を介してP型ソース領域1325に低抵抗で電気的に接続している。
【0176】
また、図206のD−D’はプラグ領域1051,1351を通るが、このD−D’における半導体装置の縦断面構成は図207に示す通りである。つまり、第1のTLPM1106において、ソースポリシリコン1046はトレンチ1030内のバリアメタル層86を介してP型プラグ領域1051に低抵抗で電気的に接続している。同様に、第2のTLPM1302において、ソースポリシリコン1346はトレンチ1330内のバリアメタル層87を介してN型プラグ領域1351に低抵抗で電気的に接続している。
【0177】
上述した実施の形態14によれば、製造工程の増大によるコスト増を抑制しつつ、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られるだけでなく、つぎのような効果が得られる。すなわち、ソースポリシリコン1046,1346は、不純物濃度の高いP型か、またはN型であるが、N型の場合、バリアメタル層87がないと、N型のソースポリシリコン1346とP型ソース領域1325との接触によりpnダイオード構造が形成されてしまい、オーミック接触とならない。また、バリアメタル層86がないと、N型のソースポリシリコン1046とP型プラグ領域1051との接触によりpnダイオード構造が形成されてしまい、オーミック接触とならない。
【0178】
同様に、ソースポリシリコン1046,1346がP型の場合に、バリアメタル層86がないと、P型のソースポリシリコン1046とN型ソース領域1025との接触によりpnダイオード構造が形成されてしまい、オーミック接触とならない。また、バリアメタル層87がないと、P型のソースポリシリコン1346とN型プラグ領域1351との接触によりpnダイオード構造が形成されてしまい、オーミック接触とならない。
【0179】
このような不都合に対して、実施の形態14のようにバリアメタル層86,87を設けることによって、ソースポリシリコン1046,1346がN型であってもP型であっても、ソースポリシリコン1046,1346は、P型ソース領域1325、N型ソース領域1025、N型プラグ領域1351およびP型プラグ領域1051のいずれにも低抵抗で電気的に接続される。このようにして、ソースと基板とを接地させることにより、チャネルとなるベース領域1045,1345でのフローティングを防止し、TLPM1106,1302の耐圧低下を防ぐことができるという効果が得られる。また、ソースポリシリコン1046,1346を同時に形成することができるので、ソースポリシリコン1046,1346を別々に形成する場合に比べて、マスクの枚数が少なくなるので、コストが低減する。
【0180】
実施の形態15.
図208は、本発明の実施の形態15にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。図208に示すように、実施の形態15の半導体装置は、図98に示す実施の形態6において、第1のPウェル領域52に、TLPM1100の代わりに、TLPM1100のトレンチ底部にP型ボディ領域1024を追加するとともに、TLPM1100のトレンチ側壁にP型ボディ領域1061と第2のN型拡張ドレイン領域1062を追加した構成のTLPM1107を形成したものである。第2のN型拡張ドレイン領域1062は、トレンチ側壁のP型ボディ領域1061内に形成されている。その他の構成は実施の形態6と同じであるので、実施の形態6と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【0181】
図208に示す半導体装置の製造プロセスについて説明する。図209〜図212は、図208に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、図2、図3、図99および図100に示すように、Nウェル領域54、第1のPウェル領域52、第2のPウェル領域53および拡張ドレイン領域1022を形成する。その後、第1のPウェル領域52にトレンチ1030を形成し、その内部にバッファ酸化膜59を形成した後、トレンチ側壁にホウ素(B11)等のP型不純物を斜めイオン注入する(図209)。
【0182】
つづいて、トレンチ1030の底面に、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する(図210)。注入した不純物を拡散させて、トレンチ底面のボディ領域1024とトレンチ側壁のボディ領域1061を同時に形成する。ついで、トレンチ側壁にリン(P31)等のN型不純物を斜めイオン注入する(図211)。注入した不純物を拡散させて、トレンチ側壁に第2のN型拡張ドレイン領域1062を形成する(図212)。これ以降は、図102以降に示す工程と同じである。
【0183】
ここで、図213に示すように、実施の形態7の半導体装置(図128)において、第1のTLPM1101の代わりに、トレンチ底部にP型ボディ領域1024を追加するとともに、トレンチ側壁にP型ボディ領域1061と第2のN型拡張ドレイン領域1062を追加した構成の前記TLPM1107を形成し、第2のTLPM1300の代わりに、トレンチ底部にN型ボディ領域1324を追加するとともに、トレンチ側壁にN型ボディ領域1361と第2のP型拡張ドレイン領域1362を追加した構成のTLPM1303を形成してもよい。また、図214に示すように、実施の形態8の半導体装置(図149)においても同様である。
【0184】
なお、第2のTLPM1303において、N型ボディ領域1324,1361および第2のP型拡張ドレイン領域1362の形成方法は、第1のTLPM1107のP型ボディ領域1024,1061および第2のN型拡張ドレイン領域1062の形成方法と同様である。ただし、注入する不純物の導電型が逆になる。
【0185】
上述した実施の形態15によれば、製造工程の増大によるコスト増を抑制しつつ、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られる。また、実施の形態15によれば、トレンチ側壁にP型ボディ領域1061および第2のN型拡張ドレイン領域1062があることによって、トレンチ側壁のN型不純物濃度を一定に保ち、濃度分布によるオン抵抗を減らすことができるだけでなく、トレンチ側壁に比較的高濃度のN型不純物をイオン注入しても、P型ボディ領域1061と第2のN型拡張ドレイン領域1062とのチャージバランスが取れるので、高耐圧化を図ることができるという効果が得られる。第2のTLPM1303についても同様の効果が得られる。
【0186】
実施の形態16.
実施の形態16の半導体装置は、同一半導体基板上に抵抗素子とTLPMが集積されたものである。図215は、本発明の実施の形態16にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。図215に示すように、第1のPウェル領域52にTLPM(一例として、実施の形態7で説明したTLPM1101)が形成されている。Nウェル領域54にPMOS300が形成されている。第2のPウェル領域53に抵抗素子1500が形成されている。
【0187】
第2のPウェル領域53内にはNウェル領域1501が形成されている。Nウェル領域1501内にはP型オフセット領域1502により分離された高濃度のN型コンタクト領域1503,1504が形成されている。N型コンタクト領域1503,1504には電極1505,1506が接触している。
【0188】
図215に示す半導体装置の製造プロセスについて説明する。図216〜図223は、図215に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、図2および図3に示す順にしたがって、Nウェル領域54、第1のPウェル領域52、第2のPウェル領域53を形成する。ついで、基板表面にバッファ酸化膜56を形成し、その上に所望のパターンのマスク2011を形成し、第1のPウェル領域52および第2のPウェル領域53に、リン(P31)等のN型不純物をイオン注入する(図216)。
【0189】
このとき、マスクを2枚用いて、第1のPウェル領域52と第2のPウェル領域53に別々にリン(P31)等のN型不純物をイオン注入してもよい。その場合には、Nウェル領域54および第2のPウェル領域53内のNウェル領域1501の濃度を適切に設定することによって、それらNウェル領域54とNウェル領域1501とがつながりにくくなり、PMOS300と抵抗素子1500との相互作用を防ぐことができる。
【0190】
ついで、注入した不純物を拡散させて、第1のPウェル領域52に拡張ドレイン領域1022を形成するとともに、第2のPウェル領域53内にNウェル領域1501を形成する。マスク2011を除去した後、バッファ酸化膜56の上にマスク酸化膜57を積層する(図217)。その後、マスク酸化膜57をパターニングして第1のPウェル領域52にトレンチ1030を形成し、素子分離のための選択酸化膜63を形成する。
【0191】
ついで、トレンチ1030の上方と、抵抗素子のオフセット領域となる領域の上方を開口させたマスク2012を形成する。そして、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入し(図218)、拡散させて、第1のPウェル領域52のトレンチ底面にベース領域1045を形成すると同時に、第2のPウェル領域53のNウェル領域1501内にオフセット領域1502を形成する。そして、マスク2012を除去する(図219)。
【0192】
つづいて、PMOSのチャネル領域333、ゲート酸化膜1029,329を形成し、ポリシリコン層143を積層する。そのポリシリコン層143の、PMOSのゲート電極となる部分の上にのみマスク2013を形成し(図220)、RIE等の異方性エッチングによりPMOSのゲート電極326およびTLPMのゲート電極1026を形成する。そして、マスク2013を除去する(図221)。ついで、シャドウ酸化膜68を形成する。そして、TLPMのソース領域とドレイン領域、および抵抗素子のN型コンタクト領域を開口させたマスク2014を形成し、ヒ素(As75)等のN型不純物をイオン注入する(図222)。
【0193】
注入した不純物を拡散させて、トレンチ1030の底部にTLPMのソース領域1025、トレンチ1030の外側にTLPMのドレイン領域1023、抵抗素子のN型コンタクト領域1503,1504を形成する。そして、マスク2014を除去した後、PMOS形成領域を開口させたマスク70を用いて、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する(図223)。
【0194】
その後、不純物の拡散によりPMOSのソース領域およびドレイン領域を形成する。ついで、層間絶縁膜131を積層し、トレンチ底面にコンタクトホールを開口させ、トレンチ内部をソースポリシリコンで埋める。その後、パッシベーション膜71を形成し、コンタクトホールを開口させる。最後に、ソース電極およびドレイン電極を形成するとともに、抵抗素子1500のN型コンタクト領域1503,1504に接触する電極1505,1506を形成する。なお、図222の工程と図223の工程の順序を逆にしてもかなわない。
【0195】
上述した実施の形態16によれば、抵抗素子1500とTLPM1101を集積することができるので、これらとバイポーラトランジスタやキャパシタンスなどを集積することにより、アナログIC全般にTLPMを一体化することができる。したがって、従来のプレーナ型のパワーMOSFETを用いたアナログICに比べて低消費電力化を図ることができる。
【0196】
実施の形態17.
実施の形態17の半導体装置は、同一半導体基板上にバイポーラトランジスタとTLPMが集積されたものである。図224は、本発明の実施の形態17にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。図224に示すように、第1のPウェル領域52にTLPM(一例として、実施の形態6で説明したTLPM1100)が形成されている。第1のNウェル領域54にPMOS300が形成されている。第2のPウェル領域53にNMOS200が形成されている。第2のNウェル領域85にバイポーラトランジスタ1400が形成されている。
【0197】
第2のNウェル領域85内には、P型オフセット領域1401およびN型コレクタ領域1403が形成されている。P型オフセット領域1401内にはP型ベース領域1405およびN型エミッタ領域1406が形成されている。コレクタ領域1403、ベース領域1405およびエミッタ領域1406にはそれぞれコレクタ電極1409、ベース電極1410およびエミッタ電極1411が接触している。
【0198】
図224に示す半導体装置の製造プロセスについて説明する。図225〜図237は、図224に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、図150〜図152に示す順にしたがって、第1のPウェル領域52、第2のPウェル領域53、第1のNウェル領域54、第2のNウェル領域85を形成し、バッファ酸化膜56を形成した後、第1のPウェル領域52にリン(P31)等のN型不純物をイオン注入する。
【0199】
ついで、注入した不純物を拡散させて、第1のPウェル領域52に拡張ドレイン領域1022を形成する。その後、バッファ酸化膜56の上にマスク酸化膜57を積層し(図225)、トレンチ形成領域を開口させたマスク58を形成する(図226)。このマスク58を用いてマスク酸化膜57をパターニングし、第1のPウェル領域52にトレンチ1030を形成する。そして、マスク酸化膜57を含む基板表面上の酸化膜をすべて除去する(図227)。その後、パターニングした窒化シリコン膜61を用いて、素子分離のための選択酸化膜63を形成する(図228)。
【0200】
窒化シリコン膜61を除去し、犠牲酸化をおこなった後、トレンチ1030の上方、NMOSのチャネル領域となる領域の上方、およびバイポーラトランジスタのオフセット領域となる領域の上方を開口させたマスク2015を形成する。このマスク2015を用いて、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する(図229)。そして、注入した不純物を拡散させて、トレンチ1030の底面にP型ベース領域1045を形成し、第2のPウェル領域53内にNMOSのチャネル領域233を形成し、P型オフセット領域1401を形成する。そして、マスク2015を除去する(図230)。
【0201】
つづいて、PMOSのチャネル領域となる領域を開口させたマスク66を用いて、リン(P31)等のN型不純物をイオン注入する(図231)。注入した不純物を拡散させて、第1のNウェル領域54内にPMOSのチャネル領域333を形成する。マスク66と、基板表面およびトレンチ内側の薄い酸化膜を除去した後、ゲート酸化膜1029,229,329を形成する(図232)。ついで、ポリシリコン層143を積層し、そのポリシリコン層143の、NMOSおよびPMOSのゲート電極となる部分の上にのみマスク67を形成する(図233)。なお、図229の工程と図231の工程の順序を逆にしてもかなわない。
【0202】
つづいて、RIE等の異方性エッチングにより、NMOSのゲート電極226、PMOSのゲート電極326およびTLPMのゲート電極1026を形成する。そして、マスク67を除去する(図234)。その後、シャドウ酸化膜68を形成し、TLPMのソース領域とドレイン領域、NMOS形成領域およびバイポーラトランジスタのN型コレクタ領域とN型エミッタ領域を開口させたマスク2016を形成する。そして、ヒ素(As75)等のN型不純物をイオン注入する(図235)。
【0203】
注入した不純物を拡散させて、トレンチ1030の底部にTLPMのソース領域1025、トレンチ1030の外側にTLPMのドレイン領域1023、NMOSのチャネル領域233内にソース領域225およびドレイン領域223、バイポーラトランジスタのN型コレクタ領域1403およびN型エミッタ領域1406を形成する。そして、マスク2016を除去した後、PMOS形成領域およびバイポーラトランジスタのP型ベース領域を開口させたマスク2017を用いて、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する(図236)。なお、図235の工程と図236の工程の順序を逆にしてもかなわない。
【0204】
その後、不純物の拡散によりPMOSのソース領域325およびドレイン領域323と、バイポーラトランジスタのP型ベース領域1405を形成し、マスク2017を除去する(図237)。ついで、層間絶縁膜131を積層し、トレンチ底面にコンタクトホールを開口させ、トレンチ内部をソースポリシリコンで埋める。その後、パッシベーション膜71を形成し、コンタクトホールを開口させる。最後に、ソース電極およびドレイン電極を形成するとともに、バイポーラトランジスタ1400のコレクタ電極1409、ベース電極1410およびエミッタ電極1411を形成する。
【0205】
上述した実施の形態17によれば、バイポーラトランジスタ1400とTLPM1100を集積することができるので、これらと抵抗素子やキャパシタンスなどを集積することにより、アナログIC全般にTLPMを一体化することができる。したがって、従来のプレーナ型のパワーMOSFETを用いたアナログICに比べて低消費電力化を図ることができる。
【0206】
実施の形態18.
実施の形態18の半導体装置は、同一半導体基板上にキャパシタンスとTLPMが集積されたものである。図238は、本発明の実施の形態18にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。図238に示すように、第1のPウェル領域52にTLPM(一例として、実施の形態6で説明したTLPM1100)が形成されている。第1のNウェル領域54にPMOS300が形成されている。第2のPウェル領域53にNMOS200が形成されている。第2のNウェル領域85にキャパシタンス1600が形成されている。
【0207】
第2のNウェル領域85内には、P型オフセット領域1601が形成されている。P型オフセット領域1601内には高濃度P型領域1602が形成されている。高濃度P型領域1602上には、キャパシタンス絶縁膜1604を介してキャパシタンス電極1603が設けられている。
【0208】
図238に示す半導体装置の製造プロセスについて説明する。図239〜図244は、図238に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、図150〜図152および図225〜図232に示す順にしたがって、第1のPウェル領域52、第2のPウェル領域53、第1のNウェル領域54、第2のNウェル領域85、拡張ドレイン領域1022、トレンチ1030、選択酸化膜63、TLPMのP型ベース領域1045、NMOSのチャネル領域233、キャパシタンスのP型オフセット領域1601(図230では、符号は1401となっている)、PMOSのチャネル領域333、ゲート酸化膜1029,229,329およびキャパシタンス絶縁膜1604(図230では、符号なし)を形成する。
【0209】
ついで、キャパシタンスの高濃度P型領域を開口させたマスク2018を用いて、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する(図239)。注入した不純物を拡散させて、P型オフセット領域1601内に高濃度P型領域1602を形成する。マスク2018を除去した後、ポリシリコン層143を積層し、そのポリシリコン層143の、NMOSおよびPMOSのゲート電極となる部分と、キャパシタンス電極となる部分の上にのみマスク2019を形成する(図240)。
【0210】
つづいて、RIE等の異方性エッチングにより、キャパシタンス電極1603、NMOSのゲート電極226、PMOSのゲート電極326およびTLPMのゲート電極1026を形成する。そして、マスク2019を除去する(図241)。その後、シャドウ酸化膜68を形成し、TLPMのソース領域とドレイン領域、およびNMOS形成領域を開口させたマスク69を形成する。そして、ヒ素(As75)等のN型不純物をイオン注入する(図242)。
【0211】
注入した不純物を拡散させて、トレンチ1030の底部にTLPMのソース領域1025、トレンチ1030の外側にTLPMのドレイン領域1023、NMOSのチャネル領域233内にソース領域225およびドレイン領域223を形成する。そして、マスク69を除去した後、PMOS形成領域を開口させたマスク70を用いて、ホウ素(B11)等のP型不純物をイオン注入する(図243)。その後、不純物の拡散によりPMOSのソース領域325およびドレイン領域323を形成し、マスク70を除去する(図244)。なお、図242の工程と図232の工程の順序を逆にしてもかなわない。
【0212】
ついで、層間絶縁膜131を積層し、トレンチ底面にコンタクトホールを開口させ、トレンチ内部をソースポリシリコンで埋める。その後、パッシベーション膜71を形成し、コンタクトホールを開口させる。最後に、ソース電極およびドレイン電極を形成する。
【0213】
上述した実施の形態18によれば、キャパシタンス1600とTLPM1100を集積することができるので、これらと抵抗素子やバイポーラトランジスタなどを集積することにより、アナログIC全般にTLPMを一体化することができる。したがって、従来のプレーナ型のパワーMOSFETを用いたアナログICに比べて低消費電力化を図ることができる。
【0214】
実施の形態19.
図245は、本発明の実施の形態19にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。図245に示すように、実施の形態19では、図98に示す実施の形態6の半導体装置において、第2のPウェル領域53に、NMOS200の代わりに、第1のPウェル領域52と同様にTLPM1100を形成したものである。
【0215】
このように、上述した実施の形態6〜18において、複数のPウェル領域にそれぞれTLPMを一つずつ形成してもよい。Nウェル領域についても同様であり、複数のNウェル領域にそれぞれTLPMを一つずつ形成してもよい。また、一つのウェル領域内に複数のTLPMを形成してもよい。実施の形態19によれば、同一半導体基板に、同じ導電型のTLPMが複数存在するので、TLPMを大電流素子として作ることができるという効果が得られる。
【0216】
実施の形態20.
図246は、本発明の実施の形態20にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。図246に示すように、この半導体装置では、半導体基板3000に第1のNウェル領域3001、第1のPウェル領域3002、第2のNウェル領域3003および第2のPウェル領域3004が形成されており、第1のNウェル領域3001、第1のPウェル領域3002、第2のNウェル領域3003および第2のPウェル領域3004にそれぞれPチャネルの第1のTLPM3100、Nチャネルの第2のTLPM3200、PMOS3300およびNMOS3400が形成されている。そして、TLPM3100,3200のゲート酸化膜3101,3201は、PMOS3300およびNMOS3400の各ゲート酸化膜3301,3401よりも厚く形成されている。
【0217】
図246において、符号3102、3202、3302、3402はそれぞれゲート電極である。符号3103、3203、3303、3403はそれぞれソース領域である。符号3104、3204、3304、3404はそれぞれドレイン領域である。符号3105、3205、3305、3405はそれぞれソース電極である。符号3106、3206、3306、3406はそれぞれドレイン電極である。符号3107および3207はそれぞれ層間絶縁膜であり、符号3108および3208はそれぞれドレインポリシリコンである。符号3005は素子分離のための選択酸化膜である。なお、図246においては、基板表面の層間絶縁膜およびパッシベーション膜を省略している。
【0218】
TLPM3100,3200のゲート酸化膜3101,3201の厚さは、特に限定しないが、たとえば600オングストロームである。それに対して、PMOS3300およびNMOS3400の各ゲート酸化膜3301,3401の厚さは、特に限定しないが、たとえば170オングストローム程度である。ここで、高耐圧素子であるTLPMのドレイン部には、通常、20V以上の電圧が印加される。図247は、ゲート酸化膜厚とドレイン耐圧との関係のシミュレーション結果を示す図である。図247に示すように、ゲート酸化膜厚が600オングストロームのときには、ドレイン耐圧は27Vであり、十分である。それに対して、ゲート酸化膜厚が通常のCMOS部と同程度の200オングストロームのときには、ドレイン耐圧は18V程度となり、不十分である。
【0219】
したがって、TLPMの十分なドレイン耐圧を得るために、ゲート酸化膜を厚くすることが考えられる。しかし、その場合には、CMOS部のゲート酸化膜が厚くなり、しきい値電圧が上昇したり、応答が遅くなるなどの不具合や、電流が流れ難くなったり、ノイズマージンが小さくなるなどの不都合が生じる。そこで、一例として以下に説明するような製造プロセスによって、TLPM3100,3200のゲート酸化膜3101,3201を、PMOS3300およびNMOS3400の各ゲート酸化膜3301,3401よりも厚く形成する。
【0220】
図248〜図256は、図246に示す半導体装置と同様の構成の半導体装置の製造途中における縦断面図である。まず、P型半導体基板3000に第1のNウェル領域3001、第1のPウェル領域3002、第2のNウェル領域3003および第2のPウェル領域3004を選択的に形成する(図248)。ついで、パターニングしたマスク酸化膜4001を用いて、第1のトレンチ3110および第2のトレンチ3210を形成する。そして、第1のトレンチ3110および第2のトレンチ3210のそれぞれの底面に各TLPMのドレイン領域3104,3204を形成する(図249)。
【0221】
マスク酸化膜4001を除去した後、素子分離用の選択酸化膜3005を形成する(図250)。ついで、犠牲酸化膜4002を形成し、イオン注入法等により、TLPM3100、TLPM3200、PMOS3300およびNMOS3400の各チャネル領域3111,3211,3311,3411を形成する(図251)。犠牲酸化膜4002を除去した後、基板表面およびトレンチ3110,3210の内側に第1のゲート酸化膜4003を形成する。そして、トレンチ3110,3210にマスク4004を被せ、その状態でエッチング等をおこなって、CMOS部から第1のゲート酸化膜4003を除去する。これによって、トレンチ3110,3210の内側にのみ第1のゲート酸化膜4003が残る(図252)。
【0222】
マスク4004を除去した後、基板表面およびトレンチ3110,3210の内側に第2のゲート酸化膜4005を形成する(図253)。これによって、PMOS3300のゲート酸化膜3301およびNMOS3400のゲート酸化膜3401は、第2のゲート酸化膜4005により構成される。それに対して、第1のTLPM3100のゲート酸化膜3101および第2のTLPM3200のゲート酸化膜3201は、第1のゲート酸化膜4003に第2のゲート酸化膜4005が積層された構成となり、CMOS部のゲート酸化膜3301,3401よりも厚い酸化膜となる。
【0223】
ついで、ゲート電極3102,3202,3302,3402を形成し(図254)、TLPM3100,3200、PMOS3300およびNMOS3400ソース領域3103,3203,3303,3403や、PMOS3300およびNMOS3400のドレイン領域3304,3404を形成する(図255)。なお、図示例では、LDD構造となっている。ついで、層間絶縁膜を積層し、その層間絶縁膜の、トレンチ底面部分にコンタクトホールを開口させ、第1のトレンチ3110および第2のトレンチ3210の内部をドレインポリシリコン3108,3208で埋める(図256)。そして基板全面にパッシベーション膜を形成し、コンタクトホールを開けてソース電極およびドレイン電極を形成することにより、半導体装置が完成する。
【0224】
上述した実施の形態20によれば、TLPM3100,3200のゲート酸化膜3101,3201を、CMOSFET部のゲート酸化膜3301,3401よりも厚く形成することができるため、低しきい値電圧のCMOS部と、高耐圧のパワーMOSFETとを同一半導体基板上に集積した半導体装置が得られる。
【0225】
実施の形態21.
実施の形態21は、上述したようにCMOS部等と一緒に集積されるTLPMや、単体のTLPMに適用可能なトレンチ内の埋め込み電極の構造に関する。以下、埋め込み電極の構造を8例示す。
【0226】
図257は、実施の形態21にかかる半導体装置の第1の例を示す縦断面図である。図257に示すTLPM5100は、トレンチ底部でソースコンタクトをとる第2のタイプの素子である。半導体基板5000に一段目のトレンチ5101が形成され、その側壁に厚い酸化膜5102が形成されている。そして、一段目のトレンチ底面より2段目のトレンチ5103が形成され、その2段目のトレンチ5103の底部にソース領域5104およびベース領域5105が形成されている。1段目および2段目のトレンチ内部には、一段目のトレンチ内の厚い酸化膜5102および2段目のトレンチ5103の側壁に沿って、ゲート酸化膜5106を介してゲート電極5107が形成されている。
【0227】
ゲート電極5107の内側には、層間絶縁膜5108を介して、Ti、TiN、Ta、TaN、TiC、TaC、W2Nなどでできたバリアメタル層5109が設けられている。バリアメタル層5109はソース領域5104に接触しており、その内側に、埋め込み電極としてタングステン・プラグ5110が設けられている。基板表面にはドレイン領域5111が設けられており、ドレイン領域5111とベース領域5105との間に拡張ドレイン領域5112が設けられている。基板表面には、層間絶縁膜5108およびパッシベーション膜5115を貫通して、ドレイン領域5111に接触するドレイン電極5113と、タングステン・プラグ5110およびバリアメタル層5109を介してソース領域5104に電気的に接続するソース電極5114が設けられている。
【0228】
この第1の例によれば、CVD法によりタングステン・プラグ5110の埋め込みをおこなうと、その成長速度は毎分0.15〜0.6μmであるため、ドープト・ポリシリコンを埋め込む場合の成長速度が毎分約25オングストロームであるのに比べれば、2桁速く成長させることができるという利点がある。また、バリアメタル層5109により、タングステンがシリコン基板や酸化膜の中に拡散するのを防ぐことができる。
【0229】
図258は、実施の形態21にかかる半導体装置の第2の例を示す縦断面図である。図258に示すTLPM5200は、トレンチ底部でドレインコンタクトをとる第1のタイプの素子であり、トレンチを2回掘ることによって形成される。トレンチ底部にドレイン領域5211が設けられており、トレンチを囲むように拡張ドレイン領域5212が設けられている。トレンチ内には、ゲート酸化膜5206を介してゲート電極5207が形成されている。ゲート電極5207の内側には、層間絶縁膜5208を介して、ドレイン領域5211に接触するバリアメタル層5209が設けられている。バリアメタル層5209の内側は、タングステン・プラグ5210により埋め込まれている。
【0230】
基板表面には、ソース領域5204およびプラグ領域5221が設けられている。ソース領域5204およびプラグ領域5221には、層間絶縁膜5208およびパッシベーション膜5215を貫通して、ソース電極5214が接触している。ドレイン電極5213は、タングステン・プラグ5210およびバリアメタル層5209を介してドレイン領域5211に電気的に接続している。
【0231】
この第2の例によれば、上述した第1の例と同様に、CVD法によりタングステン・プラグ5210の埋め込みをおこなうことにより、ドープト・ポリシリコンを埋め込む場合に比べて、2桁速く成長させることができるという利点がある。
【0232】
図259は、実施の形態21にかかる半導体装置の第3の例を示す縦断面図である。図259に示すTLPM5300は、トレンチ底部でソースコンタクトをとる第2のタイプの素子であり、トレンチを1回掘ることによって形成される。トレンチ5303の底部にソース領域5304およびベース領域5305が設けられている。トレンチ内には、外側から順にゲート酸化膜5306、ゲート電極5307、層間絶縁膜5308、およびソース領域5304に接触するバリアメタル層5309が設けられている。バリアメタル層5309の内側は、タングステン・プラグ5310により埋め込まれている。
【0233】
基板表面には、ドレイン領域5311が設けられている。ドレイン電極5313は、層間絶縁膜5308およびパッシベーション膜5315を貫通して、ドレイン領域5311に接触している。ソース電極5314は、タングステン・プラグ5310およびバリアメタル層5309を介してソース領域5304に電気的に接続している。
【0234】
この第3の例によれば、上述した第1の例と同様に、CVD法によりタングステン・プラグ5310の埋め込みをおこなうことにより、ドープト・ポリシリコンを埋め込む場合に比べて、2桁速く成長させることができるという利点がある。また、バリアメタル層5309により、タングステンがシリコン基板や酸化膜の中に拡散するのを防ぐことができる。
【0235】
図260は、実施の形態21にかかる半導体装置の第4の例を示す縦断面図である。図260に示すTLPM5400は、トレンチ底部でドレインコンタクトをとる第1のタイプの素子であり、トレンチを1回掘ることによって形成される。ドレイン領域5411はトレンチ底部に設けられている。トレンチ内には、外側から順にゲート酸化膜5406、ゲート電極5407、層間絶縁膜5408、およびドレイン領域5411に接触するバリアメタル層5409が設けられている。バリアメタル層5409の内側は、タングステン・プラグ5410により埋め込まれている。
【0236】
基板表面には、ソース領域5404およびプラグ領域5421が設けられている。ソース領域5404およびプラグ領域5421には、層間絶縁膜5408およびパッシベーション膜5415を貫通して、ソース電極5414が接触している。ドレイン電極5413は、タングステン・プラグ5410およびバリアメタル層5409を介してドレイン領域5411に電気的に接続している。
【0237】
この第4の例によれば、上述した第1の例と同様に、CVD法によりタングステン・プラグ5410の埋め込みをおこなうことにより、ドープト・ポリシリコンを埋め込む場合に比べて、2桁速く成長させることができるという利点がある。
【0238】
図261は、実施の形態21にかかる半導体装置の第5の例を示す縦断面図である。図261に示すTLPM5500は、トレンチ底部でソースコンタクトをとる第2のタイプの素子であり、トレンチを2回掘ることによって形成される。トレンチの底部にソース領域5504およびベース領域5505が設けられている。トレンチ内には、外側から順に厚い酸化膜5502、ゲート酸化膜5506、ゲート電極5507および層間絶縁膜5508が設けられている。層間絶縁膜5508の内側は、ソース領域5504に接触するWSi(タングステンシリサイド)電極5510により埋め込まれている。
【0239】
基板表面には、ドレイン領域5511が設けられている。ドレイン電極5513は、層間絶縁膜5508およびパッシベーション膜5515を貫通して、ドレイン領域5511に接触している。ソース電極5514は、WSi電極5510を介してソース領域5504に電気的に接続している。
【0240】
この第5の例によれば、CVD法によりWSi電極5510の埋め込みをおこなうと、その成長速度は毎分0.15〜0.6μmであるため、上述した第1の例と同様に、ドープト・ポリシリコンを埋め込む場合に比べて、2桁速く成長させることができるという利点がある。また、バリアメタル層が不要であるため、上述した第1の例よりもスループットが向上するという利点がある。
【0241】
図262は、実施の形態21にかかる半導体装置の第6の例を示す縦断面図である。図262に示すTLPM5600は、トレンチ底部でソースコンタクトをとる第2のタイプの素子であり、トレンチを2回掘ることによって形成される。トレンチの底部にソース領域5604およびベース領域5605が設けられている。トレンチ内には、外側から順に厚い酸化膜5602、ゲート酸化膜5606、ゲート電極5607、層間絶縁膜5608、およびソース領域5604に接触するバリアメタル層5609が設けられている。バリアメタル層5609の内側は、Pドープト・ポリシリコン電極5610により埋め込まれている。
【0242】
基板表面には、ドレイン領域5611が設けられている。ドレイン電極5613は、層間絶縁膜5608およびパッシベーション膜5615を貫通して、ドレイン領域5611に接触している。ソース電極5614は、Pドープト・ポリシリコン電極5610およびバリアメタル層5609を介してソース領域5604に電気的に接続している。この第6の例によれば、バリアメタル層5609により、Pドープト・ポリシリコン電極5610からのドーパントの拡散を抑制することができる。
【0243】
図263は、実施の形態21にかかる半導体装置の第7の例を示す縦断面図である。図263に示すTLPM5700は、トレンチ底部でソースコンタクトをとる第2のタイプの素子であり、トレンチを2回掘ることによって形成される。トレンチの底部にソース領域5704およびベース領域5705が設けられている。トレンチ内には、外側から順に厚い酸化膜5702、ゲート酸化膜5706、ゲート電極5707および層間絶縁膜5708が設けられている。層間絶縁膜5708の内側は、ソース領域5704に接触する埋め込み電極5710により埋め込まれている。この埋め込み電極5710は、トレンチ内にノン・ドープト・ポリシリコンを埋め込んだ後に、P(リン)をドーピングすることによりできている。
【0244】
基板表面には、ドレイン領域5711が設けられている。ドレイン電極5713は、層間絶縁膜5708およびパッシベーション膜5715を貫通して、ドレイン領域5711に接触している。ソース電極5714は、埋め込み電極5710を介してソース領域5704に電気的に接続している。この第7の例によれば、CVD法によりノン・ドープト・ポリシリコンの埋め込みをおこなう際の成長速度は、ドープト・ポリシリコンの成長速度の2〜3倍速いため、スループットが向上するという利点がある。
【0245】
図264は、実施の形態21にかかる半導体装置の第8の例を示す縦断面図である。図264に示すTLPM5800は、トレンチ底部でソースコンタクトをとる第2のタイプの素子であり、トレンチを2回掘ることによって形成される。トレンチの底部にソース領域5804およびベース領域5805が設けられている。トレンチ内には、外側から順に厚い酸化膜5802、ゲート酸化膜5806、ゲート電極5807、層間絶縁膜5808、およびソース領域5804に接触するバリアメタル層5809が設けられている。バリアメタル層5809の内側は、埋め込み電極5810により埋め込まれている。この埋め込み電極5810は、トレンチ内にノン・ドープト・ポリシリコンを埋め込んだ後に、リンをドーピングすることによりできている。
【0246】
基板表面には、ドレイン領域5811が設けられている。ドレイン電極5813は、層間絶縁膜5808およびパッシベーション膜5815を貫通して、ドレイン領域5811に接触している。ソース電極5814は、埋め込み電極5810およびバリアメタル層5809を介してソース領域5804に電気的に接続している。この第8の例によれば、CVD法によりノン・ドープト・ポリシリコンの埋め込みをおこなう際の成長速度は、ドープト・ポリシリコンの成長速度の2〜3倍速いため、スループットが向上するという利点がある。また、バリアメタル層5809により、埋め込み電極5810からのドーパントの拡散を抑制することができる。
【0247】
なお、第5〜第8の例に関し、トレンチ底部でドレインコンタクトをとる第1のタイプで、トレンチを2回掘ることによって形成されるTLPM、トレンチ底部でソースコンタクトをとる第2のタイプで、トレンチを1回掘ることによって形成されるTLPM、トレンチ底部でドレインコンタクトをとる第1のタイプで、トレンチを1回掘ることによって形成されるTLPMに適用した場合にも、同様の効果が得れる。
【0248】
なお、実施の形態21において、埋め込み電極の金属材料はタングステンに限らず、銅やアルミニウムなどでもよい。また、ドーパントはリンに限らない。また、トレンチが3段以上の構成となっていてもよい。また、ゲート絶縁膜は、酸化膜に限らず、電気的絶縁膜や高抵抗膜であってもよい。また、シリコン半導体に限らず、SiCなどの化合物半導体の素子にも適用できる。
【0249】
以上において本発明は、上述した各実施の形態に限らず、種々変更可能である。たとえば、上述した各実施の形態の説明においてP型とN型を逆転させてもよい。また、上述したいくつかの実施の形態では、Pウェル領域が2個でNウェル領域が1個の場合について説明したが、各ウェル領域の数はこれに限らない。また、各トレンチの深さや幅は適宜選択され、それによって任意の出力段のTLPMが得られる。
【0250】
【発明の効果】
本発明によれば、TLPMのゲート電極とプレーナ型デバイスのゲート電極が同一のポリシリコン層のパターニングにより形成されており、またTLPMのドレイン電極およびソース電極と、プレーナ型デバイスのドレイン電極およびソース電極とが同一のメタル配線層のパターニングにより形成されているため、このメタル配線層やポリシリコン層を介してTLPMとプレーナ型デバイスとを相互に電気的に接続することが可能であり、従来のようにプリント基板に対するワイヤボンディングをおこなわずに済むので、小型で、オン抵抗が低く、かつコストが低い1チップパワーICが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図2】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図3】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図4】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図5】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図6】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図7】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図8】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図9】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図10】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図11】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図12】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図13】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図14】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図15】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図16】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図17】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図18】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図19】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図20】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図21】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図22】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図23】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図24】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図25】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図26】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図27】図1に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図28】本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の変形例を示す縦断面図である。
【図29】本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の変形例を示す縦断面図である。
【図30】本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の変形例を示す縦断面図である。
【図31】本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の変形例を示す縦断面図である。
【図32】本発明の実施の形態1にかかる半導体装置のバイポーラトランジスタとの集積例を示す縦断面図である。
【図33】本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の抵抗素子との集積例を示す縦断面図である。
【図34】本発明の実施の形態1にかかる半導体装置のキャパシタンスとの集積例を示す縦断面図である。
【図35】本発明にかかる半導体装置を適用したパワーモジュールと従来のプレーナ型パワーMOSFETを用いたパワーモジュールとで大きさを比較した様子を模式的に示す図である。
【図36】本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図37】図36に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図38】図36に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図39】図36に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図40】図36に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図41】図36に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図42】図36に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図43】図36に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図44】図36に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図45】図36に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図46】図36に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図47】図36に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図48】本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図49】本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図50】本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図51】本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図52】本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図53】本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図54】本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図55】本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図56】本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図57】本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図58】本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図59】本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図60】本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図61】本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図62】本発明の実施の形態4にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図63】図62に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図64】図62に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図65】図62に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図66】図62に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図67】図62に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図68】図62に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図69】図62に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図70】図62に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図71】本発明の実施の形態5にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図72】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図73】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図74】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図75】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図76】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図77】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図78】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図79】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図80】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図81】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図82】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図83】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図84】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図85】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図86】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図87】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図88】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図89】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図90】図71に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図91】本発明の実施の形態5にかかる半導体装置の変形例を示す縦断面図である。
【図92】図91に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図93】図91に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図94】図91に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図95】図91に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図96】図91に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図97】図91に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図98】本発明の実施の形態6にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図99】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図100】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図101】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図102】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図103】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図104】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図105】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図106】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図107】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図108】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図109】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図110】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図111】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図112】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図113】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図114】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図115】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図116】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図117】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図118】図98に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図119】図98に示す半導体装置の別の製造方法による製造途中における縦断面図である。
【図120】図98に示す半導体装置の別の製造方法による製造途中における縦断面図である。
【図121】図98に示す半導体装置の別の製造方法による製造途中における縦断面図である。
【図122】図98に示す半導体装置の別の製造方法による製造途中における縦断面図である。
【図123】図98に示す半導体装置の別の製造方法による製造途中における縦断面図である。
【図124】図98に示す半導体装置の別の製造方法による製造途中における縦断面図である。
【図125】図98に示す半導体装置の別の製造方法による製造途中における縦断面図である。
【図126】図98に示す半導体装置の別の製造方法による製造途中における縦断面図である。
【図127】図98に示す半導体装置の別の製造方法による製造途中における縦断面図である。
【図128】本発明の実施の形態7にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図129】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図130】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図131】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図132】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図133】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図134】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図135】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図136】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図137】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図138】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図139】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図140】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図141】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図142】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図143】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図144】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図145】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図146】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図147】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図148】図128に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図149】本発明の実施の形態8にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図150】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図151】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図152】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図153】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図154】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図155】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図156】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図157】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図158】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図159】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図160】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図161】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図162】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図163】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図164】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図165】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図166】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図167】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図168】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図169】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図170】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図171】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図172】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図173】図149に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図174】本発明の実施の形態9にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図175】図174に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図176】図174に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図177】図174に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図178】図174に示す半導体装置の別の製造方法による製造途中における縦断面図である。
【図179】図174に示す半導体装置の別の製造方法による製造途中における縦断面図である。
【図180】図174に示す半導体装置の別の製造方法による製造途中における縦断面図である。
【図181】本発明の実施の形態10にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図182】図181に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図183】図181に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図184】図181に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図185】図181に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図186】図181に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図187】本発明の実施の形態10にかかる半導体装置の他の構成を示す縦断面図である。
【図188】本発明の実施の形態10にかかる半導体装置のさらに他の構成を示す縦断面図である。
【図189】本発明の実施の形態10にかかる半導体装置のさらに他の構成を示す縦断面図である。
【図190】本発明の実施の形態11にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図191】図190に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図192】図190に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図193】図190に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図194】図190に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図195】図190に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図196】本発明の実施の形態11にかかる半導体装置の他の構成を示す縦断面図である。
【図197】本発明の実施の形態12にかかる半導体装置の不純物プロファイルの平面レイアウト図である。
【図198】図197のB−B’における半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図199】図197のB−B’における半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図200】図197のB−B’における半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図201】図197のA−A’における半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図202】図197のB−B’における半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図203】本発明の実施の形態13にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図204】図203に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図205】本発明の実施の形態13にかかる半導体装置の他の構成を示す縦断面図である。
【図206】本発明の実施の形態14にかかる半導体装置の不純物プロファイルの平面レイアウト図である。
【図207】図206のD−D’における半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図208】本発明の実施の形態15にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図209】図208に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図210】図208に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図211】図208に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図212】図208に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図213】本発明の実施の形態15にかかる半導体装置の他の構成を示す縦断面図である。
【図214】本発明の実施の形態15にかかる半導体装置の他の構成を示す縦断面図である。
【図215】本発明の実施の形態16にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図216】図215に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図217】図215に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図218】図215に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図219】図215に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図220】図215に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図221】図215に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図222】図215に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図223】図215に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図224】本発明の実施の形態17にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図225】図224に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図226】図224に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図227】図224に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図228】図224に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図229】図224に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図230】図224に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図231】図224に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図232】図224に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図233】図224に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図234】図224に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図235】図224に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図236】図224に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図237】図224に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図238】本発明の実施の形態18にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図239】図238に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図240】図238に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図241】図238に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図242】図238に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図243】図238に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図244】図238に示す半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図245】本発明の実施の形態19にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図246】本発明の実施の形態20にかかる半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図247】ゲート酸化膜厚とドレイン耐圧との関係のシミュレーション結果を示す図である。
【図248】図246に示す半導体装置と同様の構成の半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図249】図246に示す半導体装置と同様の構成の半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図250】図246に示す半導体装置と同様の構成の半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図251】図246に示す半導体装置と同様の構成の半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図252】図246に示す半導体装置と同様の構成の半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図253】図246に示す半導体装置と同様の構成の半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図254】図246に示す半導体装置と同様の構成の半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図255】図246に示す半導体装置と同様の構成の半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図256】図246に示す半導体装置と同様の構成の半導体装置の製造途中における縦断面図である。
【図257】本発明の実施の形態21にかかる半導体装置の第1の例を示す縦断面図である。
【図258】本発明の実施の形態21にかかる半導体装置の第2の例を示す縦断面図である。
【図259】本発明の実施の形態21にかかる半導体装置の第3の例を示す縦断面図である。
【図260】本発明の実施の形態21にかかる半導体装置の第4の例を示す縦断面図である。
【図261】本発明の実施の形態21にかかる半導体装置の第5の例を示す縦断面図である。
【図262】本発明の実施の形態21にかかる半導体装置の第6の例を示す縦断面図である。
【図263】本発明の実施の形態21にかかる半導体装置の第7の例を示す縦断面図である。
【図264】本発明の実施の形態21にかかる半導体装置の第8の例を示す縦断面図である。
【図265】従来のプレーナ型パワーMOSFETの構成を示す縦断面図である。
【図266】従来のトレンチ底部にドレインコンタクトがあるタイプのTLPMの構成を示す縦断面図である。
【図267】図266に示すTLPMの製造途中における縦断面図である。
【図268】図266に示すTLPMの製造途中における縦断面図である。
【図269】図266に示すTLPMの製造途中における縦断面図である。
【図270】図266に示すTLPMの製造途中における縦断面図である。
【図271】図266に示すTLPMの製造途中における縦断面図である。
【図272】図266に示すTLPMの製造途中における縦断面図である。
【図273】図266に示すTLPMの製造途中における縦断面図である。
【図274】図266に示すTLPMの製造途中における縦断面図である。
【図275】従来のトレンチ底部にソースコンタクトがあるタイプのTLPMの構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
51 半導体基板
52,53,54,72,73,74,75,85 ウェル領域
63 選択酸化膜
71 パッシベーション膜
86,87 バリアメタル層6
100,101,102,103,104,301,302 TLPM
122,352 拡張ドレイン領域
123,353 第1のドレイン領域
125,355 第1のソース領域
126,356 第1のゲート電極
127,357 第1のドレイン電極
128,358 第1のソース電極
129,359 第1のゲート酸化膜
130,330 トレンチ
131 層間絶縁膜
132,362 ポリシリコン
143 ポリシリコン層
200,300 プレーナ型MOSFET
223,323 第2のドレイン領域
225,325 第2のソース領域
226,326 第2のゲート電極
227,327 第2のドレイン電極
228,328 第2のソース電極
229,329 第2のゲート酸化膜
400 バイポーラトランジスタ
409 コレクタ電極
410 ベース電極
411 エミッタ電極
500 抵抗素子
505,506 抵抗素子の電極
600 キャパシタンス
603 キャパシタンスの電極
1100,1101,1102,1103,1104,1105,1106,1107,1300,1301,1302,1303 TLPM
1022,1322 拡張ドレイン領域
1023,1323 ドレイン領域
1024,1061,1324,1361 ボディ領域
1025,1325 ソース領域
1026,1326 ゲート電極
1027,1327 ドレイン電極
1028,1328 ソース電極
1029,1329 ゲート酸化膜
1030,1330 トレンチ
1031,1331 層間絶縁膜
1045,1345 ベース領域
1046,1346 ソースポリシリコン
1051,1351 プラグ領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device in which planar devices such as a trench lateral power MOSFET and a planar MOSFET are integrated on the same semiconductor substrate and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In general, a power MOSFET is provided with an extended drain region in order to increase the breakdown voltage. FIG. 265 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional n-channel planar power MOSFET. As shown in FIG. 265, the N-type extended
[0003]
The
[0004]
The planar power MOSFET is manufactured by a process substantially similar to that of a planar device such as BiCMOS. Therefore, it is easy to obtain a one-chip power IC by fabricating a planar power MOSFET together with a planar device on the same semiconductor substrate. However, as described above, in the planar power MOSFET, since the extended
[0005]
Therefore, a trench lateral power MOSFET (hereinafter referred to as TLPM) has been proposed that can be highly integrated and has an advantage that the on-resistance per unit area is smaller than that of a planar power MOSFET. FIG. 266 shows a vertical cross-sectional configuration of a conventional n-channel TLPM. A
[0006]
A P-
[0007]
A manufacturing process of the TLPM shown in FIG. 266 will be described. 267 to 274 are longitudinal sectional views in the middle of manufacturing the TLPM shown in FIG. 266. First, a
[0008]
Next,
[0009]
A
[0010]
In the above-described type of TLPM (referred to as the first type), the
[0011]
An N-type extended
[0012]
As described above, in the first type TLPM, the
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, the manufacturing process described above for the first type of TLPM is a process for manufacturing a single TLPM, and is not shared with a manufacturing process for a general planar device such as a CMOS or BiCMOS. Although the description of the manufacturing process of the second type TLPM is omitted, it is almost the same as the manufacturing process of the first type TLPM, and this is also the manufacturing of a general planar type device such as CMOS or BiCMOS. Not shared with processes. Therefore, conventionally, in order to configure a one-chip power IC with TLPM and a planar type device, the TLPM and the planar type device are manufactured by separate processes and electrically connected to each other. Must be electrically connected to a common printed circuit board by bonding wires.
[0014]
Therefore, not only the cost is increased, but also disadvantages such as a decrease in the degree of integration and an increase in the on-resistance due to the bonding wire are brought about, and the advantage of TLPM that the high integration is possible and the on-resistance per unit area is small enough There is a problem that it cannot be used.
[0015]
The present invention has been made in view of the above problems, and is a semiconductor device capable of realizing downsizing, low on-resistance, and low cost of an IC chip having a TLPM and a planar device on the same semiconductor substrate. The purpose is to provide. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can manufacture an IC chip having a small TLPM and a planar device on the same semiconductor substrate at low cost.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, the gate electrode of the TLPM and the gate electrode of the planar device are formed by patterning the same polysilicon layer, and the drain and source electrodes of the TLPM and the drain of the planar device are formed. The electrode and the source electrode are formed by patterning the same metal wiring layer. According to the present invention, the TLPM and the planar device are electrically connected to each other via the metal wiring layer constituting the drain electrode and the source electrode and the polysilicon layer constituting the gate electrode.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, P well
[0018]
In the following description, for the sake of convenience, the P well region in which the TLPM is formed is distinguished as the first
[0019]
First, the
[0020]
In the substrate surface layer, a P-
[0021]
Next, the
[0022]
Next, the
[0023]
A manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1 will be described. 2 to 27 are longitudinal sectional views of the semiconductor device shown in FIG. First, the
[0024]
Subsequently, a
[0025]
Subsequently, a
[0026]
Subsequently, a
[0027]
Subsequently, a
[0028]
Further, a
[0029]
A
[0030]
Subsequently, a
[0031]
Subsequently, the
[0032]
In the
[0033]
Further, as in the case of the
[0034]
Further, as shown in FIG. 31, a plurality of TLPMs 102 (only two appear in the illustrated example) of the same conductivity type channel may be provided in the
[0035]
Further, as shown in FIG. 32, the
[0036]
In addition,
[0037]
Further, as shown in FIG. 33, the
[0038]
Further, as shown in FIG. 34, the
[0039]
FIG. 35 is a diagram schematically showing a size comparison between a power module to which the semiconductor device according to the present invention is applied and a power module using a conventional planar type power MOSFET. As shown in FIG. 35, in the
[0040]
On the other hand, in the
[0041]
According to the first embodiment described above, the
[0042]
Further, according to the first embodiment, the
[0043]
FIG. 36 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The semiconductor device according to the second embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a
[0044]
A manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 36 will be described. 37 to 47 are longitudinal sectional views of the semiconductor device shown in FIG. First, an
[0045]
Subsequently, a
[0046]
Thereafter, the steps shown in FIGS. 15 to 27 of the first embodiment are sequentially performed, and further, the
[0047]
According to the second embodiment described above, as in the first embodiment, in addition to the effect of obtaining a one-chip power IC that is small in size, low on-resistance, and low in cost, the depth of the
[0048]
In the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, after the P well
[0049]
48 to 61 are longitudinal sectional views of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention in the middle of manufacture. First, the
[0050]
Again, a
[0051]
Subsequently, a
[0052]
As a result, the
[0053]
FIG. 62 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. The semiconductor device according to the fourth embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a TLPM is formed in the second
[0054]
A manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 62 will be described. 63 to 70 are longitudinal sectional views of the semiconductor device shown in FIG. First, similarly to the steps shown in FIGS. 2 to 5 of the first embodiment, an
[0055]
By patterning
[0056]
After removing
[0057]
After removing the
[0058]
FIG. 71 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. The semiconductor device according to the fifth embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a
[0059]
The
[0060]
In the substrate surface layer, an N-
[0061]
A manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 71 will be described. 72 to 90 are longitudinal sectional views in the course of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. First, similarly to the steps shown in FIGS. 2 to 5 of the first embodiment, an
[0062]
Subsequently, the
[0063]
After removing
[0064]
Thereafter, on the substrate surface, a
[0065]
After the
[0066]
The
[0067]
By removing the
[0068]
Subsequently, an
[0069]
Subsequently, the
[0070]
In the
[0071]
In FIG. 71, when forming a DC-DC converter having an N-
[0072]
For this inconvenience, since the
[0073]
Note that an N-
[0074]
Then,
[0075]
Then,
[0076]
According to the fifth embodiment,
[0077]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 98 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 98, P well
[0078]
The
[0079]
An N-
[0080]
Since the
[0081]
A manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 98 will be described. 99 to 118 are longitudinal sectional views in the course of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. First, as shown in FIG. 2, phosphorus is applied to the surface layer of the
[0082]
Subsequently, a
[0083]
Next, a
[0084]
Subsequently, a
[0085]
After removing the
[0086]
Subsequently, a
[0087]
Subsequently, a
[0088]
Subsequently, a
[0089]
After the
[0090]
Subsequently, the
[0091]
According to the manufacturing process described above, the diffusion length of impurities in the depth direction from the substrate surface for each of the two P well
[0092]
The P-
[0093]
Here, after forming the
[0094]
Again, a
[0095]
According to the sixth embodiment described above, the
[0096]
Further, according to the sixth embodiment, the
[0097]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 128 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention. As shown in FIG. 128, P well
[0098]
The
[0099]
The
[0100]
A P-
[0101]
Since the
[0102]
A manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 128 will be described. 129 to 148 are longitudinal sectional views in the course of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128. First, according to the order shown in FIGS. 2, 3 and 99, N well
[0103]
Subsequently, after removing the
[0104]
Next, a
[0105]
Subsequently, a
[0106]
After removing the
[0107]
Thereafter, the implanted impurities are diffused. As a result, a P-
[0108]
Next, after removing the thin oxide film on the substrate surface and inside the
[0109]
Subsequently, a
[0110]
Subsequently, a
[0111]
Subsequently, the implanted impurities are diffused. Accordingly, the
[0112]
Subsequently, an
[0113]
Further, a metal is patterned thereon to form a
[0114]
According to the manufacturing process described above, the two P-
[0115]
In order to ground the P-
[0116]
According to the seventh embodiment described above, a one-chip power IC that is small in size, low on-resistance, and low in cost can be obtained while suppressing an increase in cost due to an increase in manufacturing steps. Further, since the p-channel TLPM and the n-channel TLPM can be integrated on the same semiconductor substrate, the degree of integration is greatly improved, and a power IC in which a conventional p-channel planar power MOSFET and an n-channel planar power MOSFET are integrated. As compared with the above, the area of the power MOSFET portion can be reduced to about 40%.
[0117]
FIG. 149 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the eighth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 149, the semiconductor device according to the eighth embodiment is obtained by integrating the
[0118]
Further, the
[0119]
A manufacturing process of the semiconductor device illustrated in FIG. 149 will be described. 150 to 173 are longitudinal sectional views of the semiconductor device shown in FIG. First, the first
[0120]
Next, a
[0121]
Next, a
[0122]
Subsequently, a
[0123]
After removing the
[0124]
Next, a
[0125]
After removing the
[0126]
Next, a
[0127]
Subsequently, a
[0128]
Next, a
[0129]
Subsequently, an
[0130]
Then, a metal is patterned thereon to form a
[0131]
According to the above-described eighth embodiment, it is possible to obtain a one-chip power IC that is small in size, low in on-resistance, and low in cost while suppressing an increase in cost due to an increase in manufacturing steps. Further, a p-channel TLPM and an n-channel TLPM can be integrated on the same semiconductor substrate, and a power IC chip in which a power MOSFET made of these TLPM and a control circuit using planar type PMOS and NMOS are integrated. Then, the size can be reduced to about half the area of the conventional power IC chip.
[0132]
FIG. 174 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 174, in the semiconductor device of the ninth embodiment, a P-
[0133]
A manufacturing process of the semiconductor device illustrated in FIG. 174 will be described. 175 to 177 are longitudinal sectional views in the course of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 174. First, as shown in FIGS. 2 and 3, an
[0134]
The
[0135]
Here, when the
[0136]
Subsequently, in the order shown in FIGS. 119 to 125, a
[0137]
According to the ninth embodiment described above, it is possible to obtain a one-chip power IC that is small in size, low in on-resistance, and low in cost while suppressing an increase in cost due to an increase in manufacturing steps. In the sixth embodiment, the
[0138]
FIG. 181 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 181, in the semiconductor device of the tenth embodiment, in the seventh embodiment shown in FIG. 128, a P-
[0139]
The P-
[0140]
A manufacturing process of the semiconductor device illustrated in FIG. 181 will be described. 182 to 186 are longitudinal sectional views of the semiconductor device shown in FIG. First, as shown in FIGS. 2 and 3, an
[0141]
The
[0142]
After removing the
[0143]
Here, as shown in FIG. 187, in the semiconductor device of the eighth embodiment (FIG. 149), instead of the
[0144]
According to the above-described tenth embodiment, not only can a one-chip power IC that is small in size, low in on-resistance, and low in cost can be obtained while suppressing an increase in cost due to an increase in manufacturing processes, and the following effects can be obtained. Is obtained. That is, the dose amount of the N-type
[0145]
For such inconvenience, by providing the P-
[0146]
As shown in FIG. 188, the
[0147]
FIG. 190 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention. As shown in FIG. 190, in the semiconductor device of the eleventh embodiment,
[0148]
A manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 190 will be described. 191 to 195 are longitudinal sectional views in the course of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. First, in accordance with the order shown in FIGS. 37 to 43, the
[0149]
Next, after performing buffer oxidation, a
[0150]
After removing the
[0151]
It should be noted that the eleventh embodiment can be applied to the semiconductor device of the seventh embodiment (FIG. 128). That is, as shown in FIG. 196, instead of the
[0152]
According to the eleventh embodiment described above, a one-chip power IC that is small in size, low on-resistance, and low in cost can be obtained while suppressing an increase in cost due to an increase in manufacturing steps. Further, since the first
[0153]
In the twelfth embodiment, in the semiconductor device of the sixth embodiment, a
[0154]
FIG. 197 is a planar layout diagram of the impurity profile of the semiconductor device according to
[0155]
Further, the first
[0156]
A manufacturing process of the semiconductor device according to the twelfth embodiment will be described with reference to FIGS. 198 to 202. FIG. 201 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing at AA ′ of FIG. 197, and FIGS. 200 and 202 are longitudinal sectional views in the middle of manufacture at BB ′ in FIG. 197. In FIG. 197, AA ′ passes through the
[0157]
Thereafter, in a region corresponding to AA ′ in FIG. 197, as shown in FIG. 114, a
[0158]
Subsequently, the implanted impurities are diffused. As a result, in a region corresponding to AA ′ in FIG. 197, as shown in FIG. A
[0159]
After removing the
[0160]
Subsequently, the implanted impurities are diffused. As a result, in a region corresponding to AA ′ in FIG. 197, a
[0161]
After removing the
[0162]
Next, as shown in FIG. 118, a
[0163]
According to the above-described twelfth embodiment, not only can a one-chip power IC with a small size, a low on-resistance, and a low cost be suppressed while suppressing an increase in cost due to an increase in the manufacturing process, and the following effects can be obtained. Is obtained. That is, the
[0164]
For such inconvenience, the
[0165]
FIG. 203 is a longitudinal sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the thirteenth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 203, in the thirteenth embodiment, in the semiconductor device of the seventh embodiment, a
[0166]
A manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 203 will be described. 204 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. First, according to the order shown in FIGS. 2, 3, 99 and 129 to 147, the
[0167]
Thereafter, an
[0168]
Next, a
[0169]
205, in the semiconductor device of the eighth embodiment (FIG. 149), instead of the
[0170]
According to the above-described thirteenth embodiment, not only is a one-chip power IC that is small in size, low in on-resistance, and low in cost reduced while suppressing an increase in cost due to an increase in manufacturing processes, the following effects can be obtained. Is obtained. That is, the source polysilicons 1046 and 1346 are P-type or N-type with a high impurity concentration. However, in the case of the N-type, the N-
[0171]
For such inconvenience, by providing the
[0172]
In the fourteenth embodiment, in the semiconductor device of the seventh embodiment, a
[0173]
FIG. 206 is a planar layout diagram of the impurity profile of the semiconductor device according to
[0174]
Further, the first
[0175]
206 passes through the
[0176]
In addition, DD ′ in FIG. 206 passes through the
[0177]
According to the above-described fourteenth embodiment, not only is a one-chip power IC that is small in size, low in on-resistance, and low in cost reduced while suppressing an increase in cost due to an increase in manufacturing processes, the following effects can be obtained. Is obtained. That is, the source polysilicons 1046 and 1346 are P-type or N-type with a high impurity concentration. However, in the case of the N-type, the N-
[0178]
Similarly, when the source polysilicons 1046 and 1346 are P-type, if there is no
[0179]
For such inconvenience, by providing the
[0180]
FIG. 208 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the fifteenth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 208, in the semiconductor device of the fifteenth embodiment, the P-
[0181]
A manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 208 will be described. 209 to 212 are longitudinal sectional views in the course of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. First, as shown in FIGS. 2, 3, 99, and 100, an
[0182]
Subsequently, boron (B 11 ) And the like are ion-implanted (FIG. 210). The implanted impurity is diffused to simultaneously form a
[0183]
Here, as shown in FIG. 213, in the semiconductor device of the seventh embodiment (FIG. 128), a P-
[0184]
In the
[0185]
According to the fifteenth embodiment described above, a one-chip power IC that is small in size, low on-resistance, and low in cost can be obtained while suppressing an increase in cost due to an increase in manufacturing steps. In addition, according to the fifteenth embodiment, the presence of the P-
[0186]
In the semiconductor device of the sixteenth embodiment, a resistance element and a TLPM are integrated on the same semiconductor substrate. FIG. 215 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the sixteenth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 215, TLPM (
[0187]
An
[0188]
A manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 215 will be described. 216 to 223 are longitudinal sectional views in the course of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 215. First, N well
[0189]
At this time, phosphorous (P) is separately used for the first
[0190]
Next, the implanted impurities are diffused to form an
[0191]
Next, a
[0192]
Subsequently, a
[0193]
The implanted impurities are diffused to form a
[0194]
Thereafter, PMOS source and drain regions are formed by impurity diffusion. Next, an
[0195]
According to the above-described sixteenth embodiment, the
[0196]
In the semiconductor device of the seventeenth embodiment, a bipolar transistor and a TLPM are integrated on the same semiconductor substrate. FIG. 224 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the seventeenth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 224, the TLPM (
[0197]
A P-type offset
[0198]
A manufacturing process of the semiconductor device illustrated in FIG. 224 will be described. 225 to 237 are longitudinal sectional views in the course of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 224. First, in the order shown in FIGS. 150 to 152, the first
[0199]
Next, the implanted impurity is diffused to form an
[0200]
After removing the
[0201]
Subsequently, phosphorus (P) is formed using a
[0202]
Subsequently, an
[0203]
The implanted impurities are diffused, and a
[0204]
Thereafter, the
[0205]
According to the above-described seventeenth embodiment, the
[0206]
In the semiconductor device of the eighteenth embodiment, capacitance and TLPM are integrated on the same semiconductor substrate. FIG. 238 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to
[0207]
A P-type offset
[0208]
A manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 238 will be described. 239 to 244 are longitudinal sectional views in the course of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 238. First, in the order shown in FIGS. 150 to 152 and 225 to 232, the first
[0209]
Next, using a
[0210]
Subsequently, a
[0211]
The implanted impurities are diffused to form a
[0212]
Next, an
[0213]
According to the eighteenth embodiment described above, the
[0214]
FIG. 245 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to
[0215]
Thus, in Embodiments 6 to 18 described above, one TLPM may be formed in each of the plurality of P well regions. The same applies to the N well region, and one TLPM may be formed in each of the plurality of N well regions. A plurality of TLPMs may be formed in one well region. According to the nineteenth embodiment, since there are a plurality of TLPMs of the same conductivity type on the same semiconductor substrate, there is an effect that the TLPM can be made as a large current element.
[0216]
FIG. 246 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the twentieth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 246, in this semiconductor device, a first
[0217]
In FIG. 246,
[0218]
The thicknesses of the
[0219]
Therefore, it is conceivable to increase the thickness of the gate oxide film in order to obtain a sufficient drain breakdown voltage of TLPM. However, in that case, the gate oxide film in the CMOS portion becomes thick, causing problems such as a rise in threshold voltage and a slow response, a difficulty in current flow, and a small noise margin. Occurs. Therefore, the
[0220]
248 to 256 are longitudinal sectional views of the semiconductor device having the same configuration as that of the semiconductor device shown in FIG. First, a first
[0221]
After removing the
[0222]
After removing the
[0223]
Next,
[0224]
According to the twentieth embodiment described above, the
[0225]
The twenty-first embodiment relates to a structure of a buried electrode in a trench applicable to a TLPM integrated with a CMOS unit or the like as described above, or a single TLPM. Hereinafter, eight examples of the structure of the buried electrode will be shown.
[0226]
FIG. 257 is a longitudinal sectional view showing a first example of the semiconductor device according to the twenty-first embodiment. A
[0227]
A
[0228]
According to the first example, when the
[0229]
FIG. 258 is a longitudinal sectional view showing a second example of the semiconductor device according to the twenty-first embodiment. A
[0230]
A
[0231]
According to the second example, similar to the first example described above, by embedding the
[0232]
FIG. 259 is a longitudinal sectional view showing a third example of the semiconductor device according to the twenty-first embodiment. A
[0233]
A
[0234]
According to the third example, similar to the first example described above, by embedding the
[0235]
FIG. 260 is a longitudinal sectional view showing a fourth example of the semiconductor device according to the twenty-first embodiment. A
[0236]
A
[0237]
According to the fourth example, similar to the first example described above, by embedding the
[0238]
FIG. 261 is a longitudinal sectional view showing a fifth example of the semiconductor device according to the twenty-first embodiment. A
[0239]
A
[0240]
According to the fifth example, when the
[0241]
FIG. 262 is a longitudinal sectional view showing a sixth example of the semiconductor device according to the twenty-first embodiment. A
[0242]
A
[0243]
FIG. 263 is a longitudinal sectional view showing a seventh example of the semiconductor device according to the twenty-first embodiment. A
[0244]
A
[0245]
FIG. 264 is a longitudinal sectional view showing an eighth example of the semiconductor device according to the twenty-first embodiment. A
[0246]
A
[0247]
In addition, regarding the fifth to eighth examples, the first type that takes a drain contact at the bottom of the trench, the TLPM formed by digging the trench twice, the second type that takes the source contact at the bottom of the trench, The same effect can be obtained when applied to a TLPM formed by digging a trench once and a TLPM formed by digging a trench once by a first type having a drain contact at the bottom of the trench.
[0248]
In
[0249]
In the above, this invention is not restricted to each embodiment mentioned above, A various change is possible. For example, the P type and the N type may be reversed in the description of each embodiment described above. In the above-described embodiments, the case where there are two P well regions and one N well region has been described, but the number of each well region is not limited thereto. Further, the depth and width of each trench are selected as appropriate, thereby obtaining a TLPM of an arbitrary output stage.
[0250]
【The invention's effect】
According to the present invention, the gate electrode of the TLPM and the gate electrode of the planar device are formed by patterning the same polysilicon layer, the drain electrode and the source electrode of the TLPM, and the drain electrode and the source electrode of the planar device. Are formed by patterning the same metal wiring layer, it is possible to electrically connect the TLPM and the planar device to each other through this metal wiring layer or polysilicon layer. In addition, since it is not necessary to perform wire bonding to the printed circuit board, it is possible to obtain a one-chip power IC that is small in size, low on-resistance, and low in cost.
[Brief description of the drawings]
1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;
2 is a longitudinal sectional view of the semiconductor device shown in FIG. 1 in the middle of its manufacture.
3 is a longitudinal sectional view of the semiconductor device shown in FIG. 1 in the middle of its manufacture.
4 is a longitudinal sectional view of the semiconductor device shown in FIG. 1 in the middle of its manufacture.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1;
6 is a longitudinal sectional view of the semiconductor device shown in FIG. 1 in the middle of its manufacture.
7 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
8 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1;
10 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1. FIG.
11 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1. FIG.
12 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
13 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
14 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
15 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
16 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
17 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
18 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
19 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1. FIG.
20 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
21 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
22 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
23 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
24 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
25 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
26 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
27 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 28 is a longitudinal sectional view showing a modification of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 29 is a longitudinal sectional view showing a modification of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 30 is a longitudinal sectional view showing a modification of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 31 is a longitudinal sectional view showing a modification of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
32 is a longitudinal sectional view showing an example of integration with the bipolar transistor of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 33 is a longitudinal sectional view showing an example of integration with the resistor element of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 34 is a longitudinal sectional view showing an example of integration with the capacitance of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 35 is a diagram schematically showing a size comparison between a power module to which a semiconductor device according to the present invention is applied and a power module using a conventional planar type power MOSFET.
FIG. 36 is a longitudinal sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 37 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 36;
38 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 36; FIG.
FIG. 39 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 36;
40 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 36; FIG.
41 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 36; FIG.
42 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 36; FIG.
43 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 36; FIG.
44 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 36; FIG.
45 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 36; FIG.
46 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 36; FIG.
47 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 36; FIG.
FIG. 48 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 49 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 50 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 51 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
52 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 53 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 54 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 55 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 56 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 57 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
58 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 59 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 60 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 61 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 62 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention;
63 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 62; FIG.
64 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 62; FIG.
65 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 62; FIG.
66 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 62; FIG.
67 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 62; FIG.
68 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 62; FIG.
69 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 62; FIG.
70 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 62; FIG.
FIG. 71 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention;
72 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
73 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
74 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
75 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
76 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
77 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
78 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
79 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
80 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
81 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
82 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
83 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
84 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
85 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
86 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
87 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
88 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
FIG. 89 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71;
90 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 71; FIG.
FIG. 91 is a longitudinal sectional view showing a modification of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention;
92 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 91; FIG.
93 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 91; FIG.
94 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 91; FIG.
95 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 91; FIG.
96 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 91; FIG.
97 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 91; FIG.
FIG. 98 is a longitudinal sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention;
99 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
100 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
101 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
102 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
103 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
104 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
105 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
FIG. 106 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98;
107 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
108 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
109 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
110 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
111 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
112 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
113 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
114 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
115 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
116 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
117 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
118 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
119 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98 by another manufacturing method; FIG.
120 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98 by another manufacturing method; FIG.
FIG. 121 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing by another manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG. 98;
122 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing by another manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
FIG. 123 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing by another manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG. 98;
124 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing by another manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
125 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 98 by another manufacturing method; FIG.
126 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing by another manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
127 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing by another manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG. 98; FIG.
128 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention; FIG.
129 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
130 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
131 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
132 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
133 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
134 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
135 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
136 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
137 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
138 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
139 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
140 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
141 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
142 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
143 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
144 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
145 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
146 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
147 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
148 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 128; FIG.
FIG. 149 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention;
150 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
151 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
152 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
153 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149;
154 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149;
155 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
156 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
157 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149;
158 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149;
159 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
160 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
161 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
162 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
163 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149;
164 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
165 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149;
166 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
167 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
168 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149;
169 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
170 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
171 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
172 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149; FIG.
173 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 149;
FIG. 174 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention;
175 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 174; FIG.
176 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 174; FIG.
177 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 174; FIG.
178 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 174 by another manufacturing method; FIG.
179 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 174 by another manufacturing method; FIG.
180 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 174 by another manufacturing method; FIG.
181 is a longitudinal sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a tenth embodiment of the present invention; FIG.
182 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 181; FIG.
183 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 181; FIG.
184 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 181; FIG.
185 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 181. FIG.
186 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 181; FIG.
187 is a longitudinal sectional view showing another configuration of the semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention; FIG.
188 is a longitudinal sectional view showing still another configuration of the semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention; FIG.
189 is a longitudinal sectional view showing still another configuration of the semiconductor device according to
190 is a longitudinal sectional view showing the structure of a semiconductor device according to an eleventh embodiment of the present invention; FIG.
191 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 190; FIG.
192 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 190; FIG.
193 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 190; FIG.
194 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 190. FIG.
195 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 190; FIG.
196 is a longitudinal sectional view showing another configuration of the semiconductor device according to
FIG. 197 is a planar layout diagram of the impurity profile of the semiconductor device according to
198 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device taken along line BB ′ of FIG. 197; FIG.
199 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device taken along line BB ′ of FIG. 197; FIG.
200 is a longitudinal sectional view of the semiconductor device in the middle of manufacturing along BB ′ of FIG. 197; FIG.
201 is a longitudinal cross-sectional view during the manufacture of the semiconductor device, taken along the line AA ′ in FIG. 197; FIG.
202 is a vertical cross-sectional view of the semiconductor device taken along the line BB ′ of FIG. 197 in the middle of manufacture. FIG.
203 is a longitudinal sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a thirteenth embodiment of the present invention; FIG.
204 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 203; FIG.
205 is a longitudinal sectional view showing another configuration of the semiconductor device according to the thirteenth embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 206 is a planar layout diagram of the impurity profile of the semiconductor device according to
207 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a semiconductor device taken along line DD ′ in FIG. 206. FIG.
FIG. 208 is a longitudinal sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a fifteenth embodiment of the present invention;
209 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 208. FIG.
210 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 208; FIG.
211 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 208; FIG.
FIG. 212 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 208;
FIG. 213 is a longitudinal sectional view showing another configuration of the semiconductor device according to the fifteenth embodiment of the present invention;
FIG. 214 is a longitudinal sectional view showing another configuration of the semiconductor device according to the fifteenth embodiment of the present invention;
FIG. 215 is a longitudinal sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the sixteenth embodiment of the present invention;
216 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 215; FIG.
217 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 215; FIG.
218 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 215; FIG.
219 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 215; FIG.
220 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 215; FIG.
221 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 215; FIG.
222 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 215; FIG.
223 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 215; FIG.
224 is a longitudinal section showing a configuration of a semiconductor device according to
225 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 224; FIG.
226 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 224; FIG.
227 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 224; FIG.
228 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 224; FIG.
229 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 224; FIG.
230 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 224; FIG.
231 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 224; FIG.
232 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 224; FIG.
233 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 224; FIG.
234 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 224;
235 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 224; FIG.
236 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 224; FIG.
237 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 224; FIG.
238 is a longitudinal section showing a configuration of a semiconductor device according to
239 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 238;
240 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 238; FIG.
241 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 238; FIG.
242 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 238; FIG.
243 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 238;
244 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 238; FIG.
245 is a longitudinal sectional view showing the structure of a semiconductor device according to
246 is a longitudinal section showing a configuration of a semiconductor device according to
247 is a diagram showing simulation results for the relationship between gate oxide film thickness and drain withstand voltage. FIG.
248 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device having the same structure as that of the semiconductor device shown in FIG. 246;
249 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device having the same structure as the semiconductor device shown in FIG. 246;
250 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device having the same structure as the semiconductor device shown in FIG. 246;
251 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device having the same structure as the semiconductor device shown in FIG. 246;
252 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device having the same structure as the semiconductor device shown in FIG. 246;
253 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device having the same structure as the semiconductor device shown in FIG. 246;
254 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device having the same structure as that of the semiconductor device shown in FIG. 246;
FIG. 255 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device having the same structure as that of the semiconductor device shown in FIG. 246;
256 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the semiconductor device having the same structure as the semiconductor device shown in FIG. 246; FIG.
257 is a longitudinal sectional view showing a first example of a semiconductor device according to a twenty-first embodiment of the present invention; FIG.
258 is a longitudinal sectional view showing a second example of the semiconductor device according to the twenty-first embodiment of the invention; FIG.
259 is a longitudinal section showing a third example of the semiconductor device according to
FIG. 260 is a longitudinal sectional view showing a fourth example of the semiconductor device according to the twenty-first embodiment of the present invention;
FIG. 261 is a longitudinal sectional view showing a fifth example of the semiconductor device according to the twenty-first embodiment of the present invention;
262 is a longitudinal sectional view showing a sixth example of the semiconductor device according to the twenty-first embodiment of the present invention; FIG.
263 is a longitudinal sectional view showing a seventh example of the semiconductor device according to the twenty-first embodiment of the present invention; FIG.
264 is a longitudinal sectional view showing an eighth example of the semiconductor device according to the twenty-first embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 265 is a longitudinal sectional view showing the structure of a conventional planar type power MOSFET.
266 is a longitudinal sectional view showing the structure of a conventional TLPM having a drain contact at the bottom of a trench. FIG.
267 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the TLPM shown in FIG. 266. FIG.
268 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the TLPM shown in FIG. 266;
269 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the TLPM shown in FIG. 266. FIG.
270 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the TLPM shown in FIG. 266. FIG.
271 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the TLPM shown in FIG. 266. FIG.
272 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the TLPM shown in FIG. 266;
273 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the TLPM shown in FIG. 266;
274 is a longitudinal sectional view in the middle of manufacturing the TLPM shown in FIG. 266;
275 is a longitudinal sectional view showing a structure of a conventional TLPM having a source contact at the bottom of a trench. FIG.
[Explanation of symbols]
51 Semiconductor substrate
52, 53, 54, 72, 73, 74, 75, 85 well region
63 Selective oxide film
71 Passivation film
86,87 Barrier metal layer 6
100, 101, 102, 103, 104, 301, 302 TLPM
122,352 Extended drain region
123, 353 first drain region
125, 355 first source region
126, 356 First gate electrode
127,357 first drain electrode
128, 358 First source electrode
129,359 First gate oxide film
130,330 trench
131 Interlayer insulation film
132,362 polysilicon
143 polysilicon layer
200,300 Planar MOSFET
223, 323 second drain region
225, 325 second source region
226, 326 second gate electrode
227, 327 Second drain electrode
228, 328 second source electrode
229, 329 Second gate oxide film
400 Bipolar Transistor
409 Collector electrode
410 Base electrode
411 Emitter electrode
500 resistance elements
505, 506 Resistance element electrode
600 capacitance
603 Capacitance electrode
1100, 1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106, 1107, 1300, 1301, 1302, 1303 TLPM
1022, 1322 extended drain region
1023, 1323 drain region
1024, 1061, 1324, 1361 body region
1025, 1325 source region
1026, 1326 Gate electrode
1027, 1327 Drain electrode
1028, 1328 Source electrode
1029, 1329 Gate oxide film
1030, 1330 trench
1031,1331 Interlayer insulating film
1045, 1345 base region
1046, 1346 source polysilicon
1051,1351 Plug area
Claims (25)
基板表面上に第2のゲート酸化膜および第2のゲート電極を有し、該第2のゲート電極を挟んで基板表面層に第1導電型の第2のドレイン領域および第1導電型の第2のソース領域を有し、前記第2のドレイン領域に電気的に接続する第2のドレイン電極と前記第2のソース領域に電気的に接続する第2のソース電極を具備する第1のプレーナ型MOSFETと、
基板表面上に第3のゲート酸化膜および第3のゲート電極を有し、該第3のゲート電極を挟んで基板表面層に第2導電型の第3のドレイン領域および第2導電型の第3のソース領域を有し、前記第3のドレイン領域に電気的に接続する第3のドレイン電極と前記第3のソース領域に電気的に接続する第3のソース電極を具備する第2のプレーナ型MOSFETと、
が同一半導体基板上に形成された半導体装置であって、
前記第1のドレイン電極、前記第1のソース電極、前記第2のドレイン電極、前記第2のソース電極、前記第3のドレイン電極および前記第3のソース電極は、同一のメタル配線層のパターニングにより形成されており、
前記第1のソース電極は、前記トレンチ内を基板表面からトレンチ底部まで伸びるN型またはP型の半導体よりなる導電体に接触し、該導電体はバリアメタル層に接触し、
前記バリアメタル層は、前記第1のソース領域と、前記トレンチ底部に設けられた、前記ベース領域と同じ導電型のプラグ領域と、に接触していることを特徴とする半導体装置。A first gate oxide film and a first gate electrode in the trench; a first source region of a second conductivity type at the bottom of the trench; and a first first of the second conductivity type outside the trench. A first conductivity type base region serving as a second conductivity type extended drain region and a channel region between the first source region and the first drain region; A trench lateral power MOSFET comprising a first drain electrode electrically connected to one drain region and a first source electrode electrically connected to the first source region;
A second gate oxide film and a second gate electrode are provided on the substrate surface, and the first conductivity type second drain region and the first conductivity type first electrode are formed on the substrate surface layer with the second gate electrode interposed therebetween. And a first planar electrode having a second drain electrode electrically connected to the second drain region and a second source electrode electrically connected to the second source region. Type MOSFET,
A third gate oxide film and a third gate electrode are provided on the surface of the substrate, and a third drain region of the second conductivity type and a second conductivity type of the second conductivity type are formed on the substrate surface layer with the third gate electrode interposed therebetween. And a second planar electrode having a third drain electrode electrically connected to the third drain region and a third source electrode electrically connected to the third source region. Type MOSFET,
Is a semiconductor device formed on the same semiconductor substrate,
The first drain electrode, the first source electrode, the second drain electrode, the second source electrode, the third drain electrode, and the third source electrode are patterned on the same metal wiring layer. is formed by,
The first source electrode is in contact with a conductor made of an N-type or P-type semiconductor extending from the substrate surface to the bottom of the trench in the trench, and the conductor is in contact with a barrier metal layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the barrier metal layer is in contact with the first source region and a plug region of the same conductivity type as the base region provided at the bottom of the trench .
第2のトレンチ内に第2のゲート酸化膜および第2のゲート電極を有し、前記第2のトレンチの底部に第1導電型の第2のソース領域を有し、前記第2のトレンチの外側に第1導電型の第2のドレイン領域を有し、前記第2のソース領域と前記第2のドレイン領域との間に第1導電型の第2の拡張ドレイン領域およびチャネル領域となる第2導電型の第2のベース領域を有し、前記第2のドレイン領域に電気的に接続する第2のドレイン電極と前記第2のソース領域に電気的に接続する第2のソース電極を具備する第2のトレンチ横型パワーMOSFETと、A second gate oxide film and a second gate electrode in the second trench; a second source region of a first conductivity type at the bottom of the second trench; A second drain region of the first conductivity type is provided outside, and a second extension drain region and a channel region of the first conductivity type are provided between the second source region and the second drain region. A second drain electrode electrically connected to the second drain region; and a second source electrode electrically connected to the second source region. A second trench lateral power MOSFET that
基板表面上に第3のゲート酸化膜および第3のゲート電極を有し、該第3のゲート電極を挟んで基板表面層に第2導電型の第3のドレイン領域および第2導電型の第3のソース領域を有し、前記第3のドレイン領域に電気的に接続する第3のドレイン電極と前記第3のソース領域に電気的に接続する第3のソース電極を具備するプレーナ型MOSFETと、A third gate oxide film and a third gate electrode are provided on the surface of the substrate, and a third drain region of the second conductivity type and a second conductivity type of the second conductivity type are formed on the substrate surface layer with the third gate electrode interposed therebetween. A planar MOSFET having a third source region and a third drain electrode electrically connected to the third drain region and a third source electrode electrically connected to the third source region; ,
が同一半導体基板上に形成された半導体装置であって、Is a semiconductor device formed on the same semiconductor substrate,
前記第1のドレイン電極、前記第1のソース電極、前記第2のドレイン電極、前記第2のソース電極、前記第3のドレイン電極および前記第3のソース電極は、同一のメタル配線層のパターニングにより形成されており、The first drain electrode, the first source electrode, the second drain electrode, the second source electrode, the third drain electrode, and the third source electrode are patterned on the same metal wiring layer. Formed by
前記第1のソース電極は、前記第1のトレンチ内を基板表面からトレンチ底部まで伸びるN型またはP型の半導体よりなる第1の導電体に接触し、該第1の導電体は第1のバリアメタル層に接触し、The first source electrode contacts a first conductor made of an N-type or P-type semiconductor that extends from the substrate surface to the bottom of the trench in the first trench, and the first conductor is a first conductor. In contact with the barrier metal layer,
前記第1のバリアメタル層は、前記第1のソース領域と、前記第1のトレンチ底部に設けられた、前記第1のベース領域と同じ導電型の第1のプラグ領域と、に接触し、The first barrier metal layer is in contact with the first source region and a first plug region provided at the bottom of the first trench and having the same conductivity type as the first base region,
前記第2のソース電極は、前記第2のトレンチ内を基板表面からトレンチ底部まで伸びるN型またはP型の半導体よりなる第2の導電体に接触し、該第2の導電体は第2のバリアメタル層に接触し、The second source electrode is in contact with a second conductor made of an N-type or P-type semiconductor extending from the substrate surface to the bottom of the trench in the second trench, and the second conductor is a second conductor. In contact with the barrier metal layer,
前記第2のバリアメタル層は、前記第2のソース領域と、前記第2のトレンチ底部に設けられた、前記第2のベース領域と同じ導電型の第2のプラグ領域と、に接触していることを特徴とする半導体装置。The second barrier metal layer is in contact with the second source region and a second plug region provided at the bottom of the second trench and having the same conductivity type as the second base region. A semiconductor device characterized by comprising:
第2のトレンチ内に第2のゲート酸化膜および第2のゲート電極を有し、前記第2のトレンチの底部に第1導電型の第2のソース領域を有し、前記第2のトレンチの外側に第1導電型の第2のドレイン領域を有し、前記第2のソース領域と前記第2のドレイン領域との間に第1導電型の第2の拡張ドレイン領域およびチャネル領域となる第2導電型の第2のベース領域を有し、前記第2のドレイン領域に電気的に接続する第2のドレイン電極と前記第2のソース領域に電気的に接続する第2のソース電極を具備する第2のトレンチ横型パワーMOSFETと、A second gate oxide film and a second gate electrode in the second trench; a second source region of a first conductivity type at the bottom of the second trench; A second drain region of the first conductivity type is provided outside, and a second extension drain region and a channel region of the first conductivity type are provided between the second source region and the second drain region. A second drain electrode electrically connected to the second drain region; and a second source electrode electrically connected to the second source region. A second trench lateral power MOSFET that
基板表面上に第3のゲート酸化膜および第3のゲート電極を有し、該第3のゲート電極を挟んで基板表面層に第2導電型の第3のドレイン領域および第2導電型の第3のソース領域を有し、前記第3のドレイン領域に電気的に接続する第3のドレイン電極と前記第3のソース領域に電気的に接続する第3のソース電極を具備する第1のプレーナ型MOSFETと、A third gate oxide film and a third gate electrode are provided on the surface of the substrate, and a third drain region of the second conductivity type and a second conductivity type of the second conductivity type are formed on the substrate surface layer with the third gate electrode interposed therebetween. And a first planar electrode comprising a third drain electrode electrically connected to the third drain region and a third source electrode electrically connected to the third source region. Type MOSFET,
基板表面上に第4のゲート酸化膜および第4のゲート電極を有し、該第4のゲート電極を挟んで基板表面層に第1導電型の第4のドレイン領域および第1導電型の第4のソース領域を有し、前記第4のドレイン領域に電気的に接続する第4のドレイン電極と前記第4のソース領域に電気的に接続する第4のソース電極を具備する第2のプレーナ型MOSFETと、A fourth gate oxide film and a fourth gate electrode are provided on the surface of the substrate, and a fourth drain region of the first conductivity type and a first conductivity type of the first conductivity type are formed on the substrate surface layer with the fourth gate electrode interposed therebetween. And a second planar electrode having a fourth drain electrode electrically connected to the fourth drain region and a fourth source electrode electrically connected to the fourth source region. Type MOSFET,
が同一半導体基板上に形成された半導体装置であって、Is a semiconductor device formed on the same semiconductor substrate,
前記第1のドレイン電極、前記第1のソース電極、前記第2のドレイン電極、前記第2のソース電極、前記第3のドレイン電極、前記第3のソース電極、前記第4のドレイン電極および前記第4のソース電極は、同一のメタル配線層のパターニングにより形成され、The first drain electrode, the first source electrode, the second drain electrode, the second source electrode, the third drain electrode, the third source electrode, the fourth drain electrode, and the The fourth source electrode is formed by patterning the same metal wiring layer, 前記第1のソース電極は、前記第1のトレンチ内を基板表面からトレンチ底部まで伸びるN型またはP型の半導体よりなる第1の導電体に接触し、該第1の導電体は第1のバリアメタル層に接触し、The first source electrode contacts a first conductor made of an N-type or P-type semiconductor that extends from the substrate surface to the bottom of the trench in the first trench, and the first conductor is a first conductor. In contact with the barrier metal layer,
前記第1のバリアメタル層は、前記第1のソース領域と、前記第1のトレンチ底部に設けられた、前記第1のベース領域と同じ導電型の第1のプラグ領域と、に接触し、The first barrier metal layer is in contact with the first source region and a first plug region provided at the bottom of the first trench and having the same conductivity type as the first base region,
前記第2のソース電極は、前記第2のトレンチ内を基板表面からトレンチ底部まで伸びるN型またはP型の半導体よりなる第2の導電体に接触し、該第2の導電体は第2のバリアメタル層に接触し、The second source electrode is in contact with a second conductor made of an N-type or P-type semiconductor extending from the substrate surface to the bottom of the trench in the second trench, and the second conductor is a second conductor. In contact with the barrier metal layer,
前記第2のバリアメタル層は、前記第2のソース領域、前記第2のトレンチ底部に設けられた、前記第1のベース領域と同じ導電型の第2のプラグ領域と、に接触していることを特徴とする半導体装置。The second barrier metal layer is in contact with the second source region and a second plug region provided at the bottom of the second trench and having the same conductivity type as the first base region. A semiconductor device.
前記半導体基板に前記拡張ドレイン領域を形成する拡張ドレイン形成工程と、An extended drain forming step of forming the extended drain region in the semiconductor substrate;
前記拡張ドレイン形成工程の後、前記トレンチを形成するトレンチ形成工程と、A trench forming step for forming the trench after the extended drain forming step;
前記トレンチ形成工程の後、前記ベース領域および前記第2のプレーナ型MOSFETのチャネル領域を同時に形成するベース・チャネル形成工程と、A base channel forming step for simultaneously forming the base region and the channel region of the second planar MOSFET after the trench forming step;
前記ベース・チャネル形成工程の後、前記第1のプレーナ型MOSFETのチャネル領域を形成する第1チャネル形成工程と、A first channel forming step for forming a channel region of the first planar MOSFET after the base channel forming step;
前記第1チャネル形成工程の後、前記第1のゲート酸化膜、前記第2のゲート酸化膜および前記第3のゲート酸化膜を形成するゲート酸化膜形成工程と、A gate oxide film forming step of forming the first gate oxide film, the second gate oxide film, and the third gate oxide film after the first channel forming process;
前記ゲート酸化膜形成工程の後、前記第1のゲート電極、前記第2のゲート電極および前記第3のゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、After the gate oxide film forming step, a gate electrode forming step of forming the first gate electrode, the second gate electrode, and the third gate electrode;
前記ゲート電極形成工程の後、前記第1のドレイン領域、前記第1のソース領域、前記第3のドレイン領域および前記第3のソース領域を同時に形成する第1のドレイン・ソース形成工程と、A first drain / source formation step for simultaneously forming the first drain region, the first source region, the third drain region, and the third source region after the gate electrode formation step;
第1のドレイン・ソース形成工程の後、前記第2のドレイン領域、前記第2のソース領域および前記プラグ領域を同時に形成する第2のドレイン・ソース形成工程と、After the first drain / source formation step, a second drain / source formation step of simultaneously forming the second drain region, the second source region, and the plug region;
前記第2のドレイン・ソース形成の後、基板全面に層間絶縁膜を積層し、前記層間絶縁膜をエッチングしてトレンチ底部に前記第1のソース領域および前記プラグ領域を露出させる第1の露出工程と、After the formation of the second drain / source, an interlayer insulating film is stacked on the entire surface of the substrate, and the interlayer insulating film is etched to expose the first source region and the plug region at the bottom of the trench. When,
前記第1の露出工程の後、前記トレンチ内側に、前記第1のソース領域および前記プラグ領域に接触するバリアメタル層を形成するバリアメタル形成工程と、A barrier metal forming step of forming a barrier metal layer in contact with the first source region and the plug region inside the trench after the first exposing step;
前記バリアメタル形成工程の後、前記トレンチ内を、前記バリアメタル層に接触するポリシリコンで埋める充填工程と、After the barrier metal forming step, a filling step of filling the trench with polysilicon in contact with the barrier metal layer;
前記充填工程の後、基板全面にパッシベーション膜を積層し、前記パッシベーション膜および前記層間絶縁膜をエッチングして前記第1のドレイン領域、前記ポリシリコン、前記第2のドレイン領域、前記第2のソース領域、前記第3のドレイン領域および前記第3のソース領域を露出させる第2の露出工程と、After the filling step, a passivation film is stacked on the entire surface of the substrate, and the passivation film and the interlayer insulating film are etched to form the first drain region, the polysilicon, the second drain region, and the second source. A second exposing step of exposing the region, the third drain region and the third source region;
前記第2の露出工程の後、前記パッシベーション膜上にメタル配線層を積層し、該メタル配線層のパターニングをおこなって前記第1のドレイン領域、前記ポリシリコン、前記第2のドレイン領域、前記第2のソース領域、前記第3のドレイン領域および前記第3のソース領域にそれぞれ接触する前記第1のドレイン電極、前記第1のソース電極、前記第2のドレイン電極、前記第2のソース電極、前記第3のドレイン電極および前記第3のソース電極を同時に形成する電極形成工程と、After the second exposure step, a metal wiring layer is stacked on the passivation film, and the metal wiring layer is patterned to form the first drain region, the polysilicon, the second drain region, the first Two source regions, the third drain region and the first source electrode in contact with the third source region, the first source electrode, the second drain electrode, the second source electrode, An electrode forming step of simultaneously forming the third drain electrode and the third source electrode;
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記半導体基板に前記第1の拡張ドレイン領域および前記第2の拡張ドレイン領域を形成する拡張ドレイン形成工程と、An extended drain forming step of forming the first extended drain region and the second extended drain region in the semiconductor substrate;
前記拡張ドレイン形成工程の後、前記第1のトレンチおよび前記第2のトレンチを形成するトレンチ形成工程と、A trench forming step of forming the first trench and the second trench after the extended drain forming step;
前記トレンチ形成工程の後、前記第1のベース領域となる領域および前記プレーナ型MOSFETのチャネル領域となる領域に同時に第1導電型の不純物を注入する第1の注入工程と、A first implantation step of simultaneously implanting a first conductivity type impurity into the region serving as the first base region and the channel region of the planar MOSFET after the trench formation step;
前記第1の注入工程の後、前記第2のベース領域となる領域に第2導電型の不純物を注入する第2の注入工程と、After the first implantation step, a second implantation step of implanting a second conductivity type impurity into a region to be the second base region;
前記第2の注入工程の後、注入した不純物を拡散させて、前記第1のベース領域、前記第2のベース領域および前記プレーナ型MOSFETのチャネル領域を同時に形成するベース・チャネル形成工程と、After the second implantation step, the implanted impurity is diffused to simultaneously form the first base region, the second base region, and the channel region of the planar MOSFET, and
前記ベース・チャネル形成工程の後、前記第1のゲート酸化膜、前記第2のゲート酸化膜および前記第3のゲート酸化膜を形成するゲート酸化膜形成工程と、A gate oxide film forming step of forming the first gate oxide film, the second gate oxide film, and the third gate oxide film after the base channel forming step;
前記ゲート酸化膜形成工程の後、前記第1のゲート電極、前記第2のゲート電極および前記第3のゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、After the gate oxide film forming step, a gate electrode forming step of forming the first gate electrode, the second gate electrode, and the third gate electrode;
前記ゲート酸化膜形成工程の後、前記第1のドレイン領域となる領域、前記第1のソース領域となる領域、前記第3のドレイン領域となる領域および前記第3のソース領域となる領域に同時に第2導電型の不純物を注入する第3の注入工程と、After the gate oxide film forming step, the region serving as the first drain region, the region serving as the first source region, the region serving as the third drain region, and the region serving as the third source region are simultaneously performed. A third implantation step of implanting impurities of the second conductivity type;
前記第3の注入工程の後、前記第2のドレイン領域となる領域および前記第2のソース領域となる領域に第1導電型の不純物を注入する第4の注入工程と、After the third implantation step, a fourth implantation step of implanting a first conductivity type impurity into the region serving as the second drain region and the region serving as the second source region;
前記第4の注入工程の後、注入した不純物を拡散させて、前記第1のドレイン領域、前記第1のソース領域、前記第2のドレイン領域、前記第2のソース領域、前記第3のドレイン領域、前記第3のソース領域、前記第1のプラグ領域および前記第2のプラグ領域を同時に形成するドレイン・ソース形成工程と、After the fourth implantation step, the implanted impurities are diffused to form the first drain region, the first source region, the second drain region, the second source region, and the third drain. A drain / source formation step of simultaneously forming a region, the third source region, the first plug region, and the second plug region;
前記ドレイン・ソース形成工程の後、基板全面に層間絶縁膜を積層し、前記層間絶縁膜をエッチングして前記第1のトレンチ底部および前記第2のトレンチ底部にそれぞれ前記第1のソース領域、前記第1のプラグ領域、前記第2のソース領域および前記第2のプラグ領域を露出させる第1の露出工程と、After the drain / source formation step, an interlayer insulating film is stacked on the entire surface of the substrate, and the interlayer insulating film is etched to form the first source region and the second trench bottom at the first source region and the second trench bottom, respectively. A first exposing step of exposing the first plug region, the second source region, and the second plug region;
前記第1の露出工程の後、前記第1のトレンチ内側および前記第2のトレンチの内側に、それぞれ前記第1のソース領域および前記第1のプラグ領域に接触する第1のバリアメタル層および前記第2のソース領域および前記第2のプラグ領域に接触する第2のバリアメタル層を形成するバリアメタル形成工程と、After the first exposure step, a first barrier metal layer in contact with the first source region and the first plug region, respectively, inside the first trench and inside the second trench, and A barrier metal forming step of forming a second barrier metal layer in contact with the second source region and the second plug region;
前記バリアメタル形成工程の後、前記第1のトレンチ内および前記第2のトレンチ内をそれぞれ前記第1のバリアメタル層に接触する第1のポリシリコンおよび前記第2のバリアメタル層に接触する第2のポリシリコンで埋める充填工程と、After the barrier metal forming step, the first polysilicon that contacts the first barrier metal layer and the second barrier metal layer in the first trench and the second trench respectively. Filling process of filling with polysilicon 2;
前記充填工程の後、基板全面にパッシベーション膜を積層し、前記パッシベーション膜および前記層間絶縁膜をエッチングして前記第1のドレイン領域、前記第1のポリシリコン、前記第2のドレイン領域、前記第2のポリシリコン、前記第3のドレイン領域および前記第3のソース領域を露出させる第2の露出工程と、After the filling step, a passivation film is stacked on the entire surface of the substrate, and the passivation film and the interlayer insulating film are etched to form the first drain region, the first polysilicon, the second drain region, the first A second exposure step of exposing the second polysilicon, the third drain region, and the third source region;
前記第2の露出工程の後、前記パッシベーション膜上にメタル配線層を積層し、該メタル配線層のパターニングをおこなって前記第1のドレイン領域、前記第1のポリシリコン、前記第2のドレイン領域、前記第2のポリシリコン、前記第3のドレイン領域および前記第3のソース領域にそれぞれ接触する前記第1のドレイン電極、前記第1のソース電極、前記第2のドレイン電極、前記第2のソース電極、前記第3のドレイン電極および前記第3のソース電極を同時に形成する電極形成工程と、After the second exposure step, a metal wiring layer is stacked on the passivation film, and the metal wiring layer is patterned to form the first drain region, the first polysilicon, and the second drain region. , The second polysilicon, the first drain electrode, the first source electrode, the second drain electrode, and the second drain electrode that are in contact with the third drain region and the third source region, respectively. An electrode forming step of simultaneously forming a source electrode, the third drain electrode, and the third source electrode;
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記半導体基板に前記第1の拡張ドレイン領域および前記第2の拡張ドレイン領域を形成する拡張ドレイン形成工程と、An extended drain forming step of forming the first extended drain region and the second extended drain region in the semiconductor substrate;
前記拡張ドレイン形成工程の後、前記第1のトレンチおよび前記第2のトレンチを形成するトレンチ形成工程と、A trench forming step of forming the first trench and the second trench after the extended drain forming step;
前記トレンチ形成工程の後、前記第1のベース領域および前記第1のプレーナ型MOSFETのチャネル領域を同時に形成する第1のベース・チャネル形成工程と、A first base channel forming step for simultaneously forming the first base region and the channel region of the first planar MOSFET after the trench forming step;
第1の前記ベース・チャネル形成工程の後、前記第2のベース領域および前記第2のプレーナ型MOSFETのチャネル領域を同時に形成する第2のベース・チャネル形成工程と、A second base channel forming step of simultaneously forming the second base region and the channel region of the second planar MOSFET after the first base channel forming step;
第2のベース・チャネル形成の後、前記第1のゲート酸化膜、前記第2のゲート酸化膜、前記第3のゲート酸化膜および前記第4のゲート酸化膜を形成するゲート酸化膜形成工程と、A gate oxide film forming step of forming the first gate oxide film, the second gate oxide film, the third gate oxide film, and the fourth gate oxide film after forming the second base channel; ,
前記ゲート酸化膜形成工程の後、前記第1のゲート電極、前記第2のゲート電極、前記第3のゲート電極および前記第4のゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、After the gate oxide film forming step, a gate electrode forming step of forming the first gate electrode, the second gate electrode, the third gate electrode, and the fourth gate electrode;
前記ゲート電極形成工程の後、前記第1のドレイン領域、前記第1のソース領域、前記第3のドレイン領域、前記第3のソース領域および前記第2のプラグ領域を同時に形成する第1のドレイン・ソース形成工程と、After the gate electrode forming step, the first drain region, the first source region, the third drain region, the third source region, and the second plug region are formed simultaneously.・ Source formation process,
第1のドレイン・ソース形成工程の後、前記第2のドレイン領域、前記第2のソース領域、前記第4のドレイン領域、前記第4のソース領域および前記第2のプラグ領域を同時に形成する第2のドレイン・ソース形成工程と、After the first drain / source formation step, the second drain region, the second source region, the fourth drain region, the fourth source region, and the second plug region are simultaneously formed. 2 drain / source formation steps;
第2のドレイン・ソース形成工程の後、基板全面に層間絶縁膜を積層し、前記層間絶縁膜をエッチングして前記第1のトレンチ底部および前記第2のトレンチ底部にそれぞれ前記第1のソース領域、前記第1のプラグ領域、前記第2のソース領域および前記第2のプラグ領域を露出させる第1の露出工程と、After the second drain / source formation step, an interlayer insulating film is stacked on the entire surface of the substrate, and the interlayer insulating film is etched to form the first source region at the bottom of the first trench and the bottom of the second trench, respectively. A first exposing step of exposing the first plug region, the second source region, and the second plug region;
第1の露出工程の後、前記第1のトレンチ内側および前記第2のトレンチの内側に、それぞれ前記第1のソース領域および前記第1のプラグ領域に接触する第1のバリアメタル層と、前記第2のソース領域および前記第2のプラグ領域に接触する第2のバリアメタル層と、を形成するバリアメタル形成工程と、A first barrier metal layer in contact with the first source region and the first plug region, respectively, inside the first trench and inside the second trench after the first exposing step; A barrier metal formation step of forming a second barrier metal layer in contact with the second source region and the second plug region;
前記バリアメタル形成工程の後、前記第1のトレンチ内および前記第2のトレンチ内をそれぞれ前記第1のバリアメタル層に接触する第1のポリシリコンおよび前記第2のバリアメタル層に接触する第2のポリシリコンで埋める充填工程と、After the barrier metal forming step, the first polysilicon that contacts the first barrier metal layer and the second barrier metal layer in the first trench and the second trench respectively. Filling process of filling with polysilicon 2;
前記充填工程の後、基板全面にパッシベーション膜を積層し、前記パッシベーション膜および前記層間絶縁膜をエッチングして前記第1のドレイン領域、前記第1のポリシリコン、前記第2のドレイン領域、前記第2のポリシリコン、前記第3のドレイン領域、前記第3のソース領域、前記第4のドレイン領域および前記第4のソース領域を露出させる第2の露出工程と、After the filling step, a passivation film is stacked on the entire surface of the substrate, and the passivation film and the interlayer insulating film are etched to form the first drain region, the first polysilicon, the second drain region, the first A second exposure step of exposing the second polysilicon, the third drain region, the third source region, the fourth drain region, and the fourth source region;
前記第2の露出工程の後、前記パッシベーション膜上にメタル配線層を積層し、該メタル配線層のパターニングをおこなって前記第1のドレイン領域、前記第1のポリシリコン、前記第2のドレイン領域、前記第2のポリシリコン、前記第3のドレイン領域、前記第3のソース領域、前記第4のドレイン領域および前記第4のソース領域にそれぞれ接触する前記第1のドレイン電極、前記第1のソース電極、前記第2のドレイン電極、前記第2のソース電極、前記第3のドレイン電極、前記第3のソース電極、前記第4のドレイン電極および前記第4のソース電極を同時に形成する電極形成工程と、After the second exposure step, a metal wiring layer is stacked on the passivation film, and the metal wiring layer is patterned to form the first drain region, the first polysilicon, and the second drain region. , The second polysilicon, the third drain region, the third source region, the fourth drain region, and the first source electrode in contact with the fourth source region, the first drain electrode, Electrode formation for simultaneously forming a source electrode, the second drain electrode, the second source electrode, the third drain electrode, the third source electrode, the fourth drain electrode, and the fourth source electrode Process,
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