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JP6932611B2 - Semiconductor devices and manufacturing methods for semiconductor devices - Google Patents
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Description

本明細書で開示する技術は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 The techniques disclosed herein relate to semiconductor devices and methods of manufacturing semiconductor devices.

高電圧が印加される半導体装置では、短絡に対する保護を行うことが要求されている。特許文献1の技術では、ソース領域内に半導体抵抗領域を設け、ソース抵抗を増加させることで、飽和電流を抑制し、短絡耐量を向上させている。 Semiconductor devices to which a high voltage is applied are required to provide protection against short circuits. In the technique of Patent Document 1, a semiconductor resistance region is provided in the source region and the source resistance is increased to suppress the saturation current and improve the short-circuit tolerance.

特開2015−95578号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-95578

特許文献1の技術では、ソース抵抗の増加がオン抵抗の増加につながってしまう。また、ソース領域の面積が大きくなってしまうため、微細化が困難となってしまう。本明細書は、短絡に対する保護性能を向上させ、信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。 In the technique of Patent Document 1, an increase in source resistance leads to an increase in on-resistance. In addition, since the area of the source region becomes large, miniaturization becomes difficult. It is an object of the present specification to improve the protection performance against a short circuit and to provide a highly reliable semiconductor device.

本明細書で開示する半導体装置の一実施形態は、第1導電型のドレイン領域を備える。ドレイン領域の上面に接している第1導電型のドリフト領域を備える。ドリフト領域の上面に接しているとともにドリフト領域の上面の一部に配置されている第2導電型のボディ領域を備える。ボディ領域との境界領域を備えた第1導電型のゲート電極領域を備える。境界領域の一部に配置されているゲート絶縁膜を備える。ボディ領域の上部に配置されている第1導電型のソース領域を備える。境界領域において、ゲート絶縁膜が配置されている領域ではボディ領域とゲート電極領域とがゲート絶縁膜を介して接している。境界領域において、ゲート絶縁膜が配置されていない特定領域では、ボディ領域とゲート電極領域とが直接に接している。 One embodiment of the semiconductor device disclosed herein comprises a first conductive drain region. It is provided with a first conductive type drift region in contact with the upper surface of the drain region. It includes a second conductive body region that is in contact with the upper surface of the drift region and is arranged on a part of the upper surface of the drift region. It includes a first conductive type gate electrode region having a boundary region with a body region. It has a gate insulating film arranged in a part of the boundary region. It comprises a first conductive source region located above the body region. In the boundary region, in the region where the gate insulating film is arranged, the body region and the gate electrode region are in contact with each other via the gate insulating film. In the boundary region, the body region and the gate electrode region are in direct contact with each other in a specific region in which the gate insulating film is not arranged.

上記実施形態の半導体装置では、ゲート電極領域とボディ領域とが特定領域でpn接合を形成する。従って、通常動作温度の範囲ではゲート電極領域からボディ領域を介してソース領域へ流れるリーク電流は、無視できるほど小さくすることができる。しかし、短絡状態となると、許容範囲を超えて温度が上昇するためリーク電流が指数関数的に増加する。リーク電流による電圧降下によってゲート電極領域とボディ領域との電位差がゲートしきい値電圧より小さくなる結果、半導体装置を自動的にオフとすることができる。短絡に対する保護性能を向上させることが可能になる。 In the semiconductor device of the above embodiment, the gate electrode region and the body region form a pn junction in a specific region. Therefore, in the normal operating temperature range, the leakage current flowing from the gate electrode region to the source region via the body region can be made negligibly small. However, in the short-circuit state, the leak current increases exponentially because the temperature rises beyond the permissible range. As a result of the potential difference between the gate electrode region and the body region becoming smaller than the gate threshold voltage due to the voltage drop due to the leak current, the semiconductor device can be automatically turned off. It becomes possible to improve the protection performance against a short circuit.

ゲート電極領域は、不純物濃度が高い高濃度ゲート電極領域と、不純物濃度が低い低濃度ゲート電極領域とを備えていてもよい。特定領域では、低濃度ゲート電極領域がボディ領域と接していてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 The gate electrode region may include a high-concentration gate electrode region having a high impurity concentration and a low-concentration gate electrode region having a low impurity concentration. In the specific region, the low concentration gate electrode region may be in contact with the body region. Details of the effect will be described in Examples.

ゲート絶縁膜は、ボディ領域との接触面である第1接触面と、ゲート電極領域との接触面である第2接触面と、を備えていてもよい。低濃度ゲート電極領域のボディ領域との接触面は、第1接触面と同一面内に位置していてもよい。低濃度ゲート電極領域のゲート電極領域との接触面は、第2接触面と同一面内に位置していてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 The gate insulating film may include a first contact surface which is a contact surface with the body region and a second contact surface which is a contact surface with the gate electrode region. The contact surface of the low-concentration gate electrode region with the body region may be located in the same plane as the first contact surface. The contact surface of the low-concentration gate electrode region with the gate electrode region may be located in the same plane as the second contact surface. Details of the effect will be described in Examples.

ゲート電極領域は、ボディ領域の上面からドリフト領域まで到達していてもよい。ゲート絶縁膜は、ゲート電極領域とドリフト領域との境界の全面に配置されていてもよい。特定領域は、ゲート電極領域の第1側面に配置されていてもよい。ソース領域は、ゲート電極領域の第1側面の反対側の第2側面の近傍に配置されていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 The gate electrode region may reach from the upper surface of the body region to the drift region. The gate insulating film may be arranged on the entire surface of the boundary between the gate electrode region and the drift region. The specific region may be arranged on the first side surface of the gate electrode region. The source region may be located in the vicinity of the second side surface opposite the first side surface of the gate electrode region. Details of the effect will be described in Examples.

ボディ領域内の位置であって特定領域よりも下方側の位置であってゲート絶縁膜と接する位置に、反転層の形成を阻害する阻害領域を備えていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 An inhibitory region that inhibits the formation of the inversion layer may be provided at a position within the body region and below the specific region and at a position in contact with the gate insulating film. Details of the effect will be described in Examples.

ドリフト領域内の位置であってゲート電極領域の底部の位置であってゲート絶縁膜と接する位置に、反転層の形成を阻害する阻害領域を備えていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 An inhibitory region that inhibits the formation of the inversion layer may be provided at a position within the drift region, a position at the bottom of the gate electrode region, and a position in contact with the gate insulating film. Details of the effect will be described in Examples.

阻害領域は、ボディ領域よりも不純物濃度が高い第2導電型の領域であってもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 The inhibition region may be a second conductive type region having a higher impurity concentration than the body region. Details of the effect will be described in Examples.

阻害領域は絶縁体であってもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 The inhibition region may be an insulator. Details of the effect will be described in Examples.

ボディ領域は、第1ボディ領域と第2ボディ領域とを備えていてもよい。第1ボディ領域と第2ボディ領域との間の開口領域にはドリフト領域が配置されていてもよい。ソース領域は、第1ボディ領域の上面に配置されているとともに、開口領域から水平方向へ離れて配置されていてもよい。ゲート電極領域は、ソース領域、第1ボディ領域、開口領域内のドリフト領域、第2ボディ領域の上面に、ゲート絶縁膜を介して接していてもよい。特定領域は、第2ボディ領域とゲート電極領域との境界領域内であって、開口領域から水平方向へ離れた位置に配置されていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 The body region may include a first body region and a second body region. A drift region may be arranged in the opening region between the first body region and the second body region. The source region may be arranged on the upper surface of the first body region and may be arranged horizontally away from the opening region. The gate electrode region may be in contact with the source region, the first body region, the drift region in the opening region, and the upper surface of the second body region via the gate insulating film. The specific region may be arranged at a position horizontally separated from the opening region within the boundary region between the second body region and the gate electrode region. Details of the effect will be described in Examples.

第2ボディ領域内の位置であって特定領域よりも開口領域に近い位置であってゲート絶縁膜と接する位置に、反転層の形成を阻害する阻害領域を備えていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 An inhibitory region that inhibits the formation of the inversion layer may be provided at a position within the second body region, which is closer to the opening region than the specific region and is in contact with the gate insulating film. Details of the effect will be described in Examples.

特定領域のドリフト領域に最も近い位置からドリフト領域までの距離は、特定領域に形成されているpn接合から伸びた空乏層がドリフト領域まで到達しない距離であってもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 The distance from the position closest to the drift region of the specific region to the drift region may be a distance at which the depletion layer extending from the pn junction formed in the specific region does not reach the drift region. Details of the effect will be described in Examples.

特定領域の近傍領域におけるボディ領域の結晶欠陥密度が、他のボディ領域の結晶欠陥密度よりも高くてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 The crystal defect density of the body region in the vicinity region of the specific region may be higher than the crystal defect density of the other body region. Details of the effect will be described in Examples.

複数のソース領域の上面に共通に接しているソース電極領域をさらに備えていてもよい。ソース電極領域を上方からみたときに、ソース電極領域の中央部に特定領域が配置されていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 Further, a source electrode region that is in common contact with the upper surface of the plurality of source regions may be provided. When the source electrode region is viewed from above, a specific region may be arranged in the central portion of the source electrode region. Details of the effect will be described in Examples.

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、第1導電型のドレイン領域の上面に、第1導電型のドリフト領域を形成する工程を備える。ドリフト領域の上面に第2導電型のボディ領域を形成する工程を備える。ボディ領域の上面からドリフト領域まで到達するトレンチを形成する工程を備える。トレンチの内壁にゲート絶縁膜を形成する工程を備える。トレンチの内部に第1導電型のゲート電極を形成する工程を備える。トレンチの一方の側面に配置されているゲート絶縁膜を、ボディ領域の上面からボディ領域の下面よりも上側までの領域において除去する工程を備える。ゲート絶縁膜が除去された領域に、第1導電型であってゲート電極よりも不純物濃度が低い低濃度ゲート電極を埋め込む工程を備える。ボディ領域の上部に第1導電型のソース領域を形成する工程を備える。効果の詳細は実施例で説明する。 The method for manufacturing a semiconductor device disclosed in the present specification includes a step of forming a first conductive type drift region on the upper surface of the first conductive type drain region. A step of forming a second conductive type body region on the upper surface of the drift region is provided. A step of forming a trench reaching from the upper surface of the body region to the drift region is provided. A step of forming a gate insulating film on the inner wall of the trench is provided. A step of forming a first conductive type gate electrode inside the trench is provided. A step of removing the gate insulating film arranged on one side surface of the trench from the upper surface of the body region to the upper side of the lower surface of the body region is provided. A step of embedding a low-concentration gate electrode which is a first conductive type and has a lower impurity concentration than the gate electrode is provided in the region from which the gate insulating film has been removed. A step of forming a first conductive type source region is provided on the upper part of the body region. Details of the effect will be described in Examples.

ボディ領域の上面から不純物を打ち込むことによって、ボディ領域内の位置であって低濃度ゲート電極の下端部よりも下方側の位置であってゲート絶縁膜と接する位置に、ボディ領域よりも不純物濃度が高い第2導電型の領域を形成する工程をさらに備えていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 By driving impurities from the upper surface of the body region, the impurity concentration is higher than that of the body region at a position within the body region and below the lower end of the low-concentration gate electrode and in contact with the gate insulating film. A step of forming a high second conductive type region may be further provided. Details of the effect will be described in Examples.

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、第1導電型のドレイン領域の上面に、第1導電型のドリフト領域を形成する工程を備える。第1ボディ領域と第2ボディ領域との間の開口領域にドリフト領域が配置されるように、ドリフト領域の上面に第2導電型の第1ボディ領域および第2ボディ領域を形成する工程を備える。第1ボディ領域の上面に配置されているとともに、開口領域から水平方向へ離れて配置されているソース領域を形成する工程を備える。ソース領域、第1ボディ領域、開口領域内のドリフト領域、第2ボディ領域の上面に、ゲート絶縁膜を形成する工程を備える。第2ボディ領域内であって開口領域から水平方向へ離れた領域において、ゲート絶縁膜を除去する工程を備える。ゲート絶縁膜が除去された領域に、第1導電型の低濃度ゲート電極を埋め込む工程を備える。ゲート絶縁膜および低濃度ゲート電極の上面に、第1導電型であって低濃度ゲート電極よりも不純物濃度が高いゲート電極を形成する工程を備える。効果の詳細は実施例で説明する。 The method for manufacturing a semiconductor device disclosed in the present specification includes a step of forming a first conductive type drift region on the upper surface of the first conductive type drain region. A step of forming a second conductive type first body region and a second body region on the upper surface of the drift region is provided so that the drift region is arranged in the opening region between the first body region and the second body region. .. A step of forming a source region which is arranged on the upper surface of the first body region and is arranged horizontally apart from the opening region is provided. A step of forming a gate insulating film on the upper surface of the source region, the first body region, the drift region in the opening region, and the second body region is provided. A step of removing the gate insulating film is provided in the second body region and in a region horizontally separated from the opening region. A step of embedding a first conductive type low-concentration gate electrode in the region from which the gate insulating film has been removed is provided. A step of forming a first conductive type gate electrode having a higher impurity concentration than the low-concentration gate electrode is provided on the upper surface of the gate insulating film and the low-concentration gate electrode. Details of the effect will be described in Examples.

第2ボディ領域に不純物を打ち込むことによって、第2ボディ領域内の位置であって低濃度ゲート電極よりも開口領域に近い位置であってゲート絶縁膜と接する位置に、第2ボディ領域よりも不純物濃度が高い第2導電型の領域を形成する工程をさらに備えていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 By driving impurities into the second body region, impurities are placed in the second body region, closer to the opening region than the low-concentration gate electrode, and in contact with the gate insulating film, than in the second body region. A step of forming a second conductive type region having a high concentration may be further provided. Details of the effect will be described in Examples.

実施例1の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part of the semiconductor device of Example 1 is schematically shown. 実施例1の半導体装置の上面概略図である。It is a top view of the semiconductor device of Example 1. FIG. 実施例1の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the semiconductor device of Example 1. 実施例1の半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the semiconductor device of Example 1. 実施例1の半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the semiconductor device of Example 1. 実施例1の半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the semiconductor device of Example 1. 実施例1の半導体装置の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the semiconductor device of Example 1. 実施例1の半導体装置の比較例を示す図である。It is a figure which shows the comparative example of the semiconductor device of Example 1. 実施例2の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part of the semiconductor device of Example 2 is schematically shown. 実施例2の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the semiconductor device of Example 2. 実施例1の半導体装置の比較例を示す図である。It is a figure which shows the comparative example of the semiconductor device of Example 1. 実施例1の変形例の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part of the semiconductor device of the modification of Example 1 is schematically shown. 実施例1の変形例の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part of the semiconductor device of the modification of Example 1 is schematically shown.

図1の要部断面図に示されるように、半導体装置1は、MOSFETと称されるパワー半導体素子である。半導体装置1は、トレンチゲート型である。半導体装置1は、半導体基板10、半導体基板10の裏面を被覆するドレイン電極22、半導体基板10の表面を被覆するソース電極24及び半導体基板10の表層部に設けられているトレンチ型の絶縁ゲート部30を備える。 As shown in the cross-sectional view of the main part of FIG. 1, the semiconductor device 1 is a power semiconductor element called a MOSFET. The semiconductor device 1 is a trench gate type. The semiconductor device 1 includes a semiconductor substrate 10, a drain electrode 22 that covers the back surface of the semiconductor substrate 10, a source electrode 24 that covers the surface of the semiconductor substrate 10, and a trench-type insulated gate portion provided on the surface layer of the semiconductor substrate 10. 30 is provided.

半導体基板10は、炭化珪素(SiC)を材料とする基板である。n+型のドレイン領域11、n-型のドリフト領域12、p型のボディ領域13、n+型のソース領域15およびp+型の阻害領域16を有する。ドレイン領域11とドリフト領域12とボディ領域13とソース領域15は、半導体基板10の厚み方向に沿ってこの順で並んでいる。 The semiconductor substrate 10 is a substrate made of silicon carbide (SiC) as a material. It has an n + type drain region 11, an n type drift region 12, a p type body region 13, an n + type source region 15 and a p + type inhibition region 16. The drain region 11, the drift region 12, the body region 13, and the source region 15 are arranged in this order along the thickness direction of the semiconductor substrate 10.

ドレイン領域11は、半導体基板10の裏層部に配置されており、半導体基板10の裏面に露出する。ドレイン領域11は、ドリフト領域12がエピタキシャル成長するための下地基板でもある。ドレイン領域11は、半導体基板10の裏面を被膜するドレイン電極22にオーミック接触する。一例では、ドレイン領域11は、その厚みが約1〜300μmであり、その不純物濃度が約1×1018〜1×1023cm-3であってもよい。 The drain region 11 is arranged on the back layer portion of the semiconductor substrate 10 and is exposed on the back surface of the semiconductor substrate 10. The drain region 11 is also a base substrate for epitaxially growing the drift region 12. The drain region 11 makes ohmic contact with the drain electrode 22 that coats the back surface of the semiconductor substrate 10. In one example, the drain region 11 may have a thickness of about 1 to 300 μm and an impurity concentration of about 1 × 10 18 to 1 × 10 23 cm -3 .

ドリフト領域12は、ドレイン領域11上に設けられている。ドリフト領域12は、絶縁ゲート部30の側面に接する。ドリフト領域12は、エピタキシャル成長技術を利用して、ドレイン領域11の表面から結晶成長して形成される。一例では、ドリフト領域12は、その厚みが約5〜200μmであり、その不純物濃度が約1×1013〜1×1017cm-3であってもよい。 The drift region 12 is provided on the drain region 11. The drift region 12 is in contact with the side surface of the insulated gate portion 30. The drift region 12 is formed by crystal growth from the surface of the drain region 11 by utilizing an epitaxial growth technique. In one example, the drift region 12 may have a thickness of about 5 to 200 μm and an impurity concentration of about 1 × 10 13 to 1 × 10 17 cm -3 .

ボディ領域13は、ドリフト領域12上に設けられており、半導体基板10の表層部に配置されている。ボディ領域13は、絶縁ゲート部30の側面に接する。ボディ領域13は、エピタキシャル成長技術を利用して、ドリフト領域12の表面から結晶成長して形成される。ボディ領域13は、半導体基板10の表面を被膜するソース電極24に接触する。一例では、ボディ領域13は、その厚みが約1〜5μmであり、その不純物濃度が約1×1016〜1×1018cm-3であってもよい。 The body region 13 is provided on the drift region 12 and is arranged on the surface layer portion of the semiconductor substrate 10. The body region 13 is in contact with the side surface of the insulated gate portion 30. The body region 13 is formed by crystal growth from the surface of the drift region 12 by utilizing an epitaxial growth technique. The body region 13 comes into contact with the source electrode 24 that coats the surface of the semiconductor substrate 10. In one example, the body region 13 may have a thickness of about 1-5 μm and an impurity concentration of about 1 × 10 16 to 1 × 10 18 cm -3 .

ソース領域15は、ゲート電極34の左側面の近傍に配置されている。ソース領域15は、ボディ領域13上に設けられており、半導体基板10の表層部に配置されており、半導体基板10の表面に露出する。ソース領域15は、ボディ領域13によってドリフト領域12から隔てられている。ソース領域15は、絶縁ゲート部30の側面に接する。ソース領域15は、イオン注入技術を利用して、半導体基板10の表層部に窒素又はリンを導入して形成される。ソース領域15は、半導体基板10の表面を被膜するソース電極24にオーミック接触する。 The source region 15 is arranged near the left side surface of the gate electrode 34. The source region 15 is provided on the body region 13, is arranged on the surface layer portion of the semiconductor substrate 10, and is exposed on the surface of the semiconductor substrate 10. The source region 15 is separated from the drift region 12 by the body region 13. The source region 15 is in contact with the side surface of the insulated gate portion 30. The source region 15 is formed by introducing nitrogen or phosphorus into the surface layer portion of the semiconductor substrate 10 by using an ion implantation technique. The source region 15 makes ohmic contact with the source electrode 24 that coats the surface of the semiconductor substrate 10.

絶縁ゲート部30は、半導体基板10の表面から深部に向けて伸びている。絶縁ゲート部30は、ゲート絶縁膜32、ゲート電極34、低濃度ゲート電極35を有する。絶縁ゲート部30は、ソース領域15及びボディ領域13を貫通してドリフト領域12の一部に侵入するトレンチ30T内に設けられている。ゲート絶縁膜32は、酸化シリコンで構成されている。ゲート絶縁膜32は、ゲート電極34とドリフト領域12との境界の全面に配置されている。また、トレンチ30Tの左側側面では、ゲート電極34とボディ領域13との境界、および、ゲート電極34とソース領域15との境界に、ゲート絶縁膜32が配置されている。また、トレンチ30Tの右側側面では、ゲート電極34とボディ領域13との境界領域R1の一部に、ゲート絶縁膜32が配置されている。ゲート電極34および低濃度ゲート電極35の上面には、ソース電極24との絶縁を確保するための絶縁膜36が配置されている。 The insulated gate portion 30 extends from the surface of the semiconductor substrate 10 toward the deep portion. The insulated gate portion 30 has a gate insulating film 32, a gate electrode 34, and a low concentration gate electrode 35. The insulated gate portion 30 is provided in the trench 30T that penetrates the source region 15 and the body region 13 and penetrates a part of the drift region 12. The gate insulating film 32 is made of silicon oxide. The gate insulating film 32 is arranged on the entire surface of the boundary between the gate electrode 34 and the drift region 12. Further, on the left side surface of the trench 30T, the gate insulating film 32 is arranged at the boundary between the gate electrode 34 and the body region 13 and the boundary between the gate electrode 34 and the source region 15. Further, on the right side surface of the trench 30T, the gate insulating film 32 is arranged in a part of the boundary region R1 between the gate electrode 34 and the body region 13. An insulating film 36 for ensuring insulation from the source electrode 24 is arranged on the upper surfaces of the gate electrode 34 and the low-concentration gate electrode 35.

ゲート電極34は、不純物濃度が高いn+型のポリシリコンで構成されている。低濃度ゲート電極35は、不純物濃度が低いn-型のポリシリコンで構成されている。一例では、ゲート電極34は、その不純物濃度が約1×1018〜1×1023cm-3であってもよい。また、低濃度ゲート電極35は、その不純物濃度が約1×1013〜1×1017cm-3であってもよい。低濃度ゲート電極35は、ゲート電極34の右側面に配置されている。すなわち、ゲート電極34を挟んで、ソース領域15とは反対側の側面に配置されている。低濃度ゲート電極35は、境界領域R1内において、ゲート絶縁膜32が配置されていない特定領域に配置されている。すなわち、低濃度ゲート電極35とボディ領域13との接触面は、ゲート絶縁膜32とボディ領域13との接触面である第1接触面C1と同一面内に位置している。低濃度ゲート電極35とゲート電極34との接触面は、ゲート絶縁膜32とゲート電極34との接触面である第2接触面C2と同一面内に位置している。境界領域R1内において、ゲート絶縁膜32が配置されている領域では、阻害領域16とゲート電極34とがゲート絶縁膜32を介して接している。また、ゲート絶縁膜32が配置されていない特定領域では、ボディ領域13と低濃度ゲート電極35とが直接に接している。換言すると、特定領域は、ゲート絶縁膜32に代えて低濃度ゲート電極35が配置されている領域である。 The gate electrode 34 is made of n + type polysilicon having a high impurity concentration. The low-concentration gate electrode 35 is made of n - type polysilicon having a low impurity concentration. In one example, the gate electrode 34 may have an impurity concentration of about 1 × 10 18 to 1 × 10 23 cm -3 . Further, the low-concentration gate electrode 35 may have an impurity concentration of about 1 × 10 13 to 1 × 10 17 cm -3 . The low-concentration gate electrode 35 is arranged on the right side surface of the gate electrode 34. That is, they are arranged on the side surface opposite to the source region 15 with the gate electrode 34 interposed therebetween. The low-concentration gate electrode 35 is arranged in the boundary region R1 in a specific region in which the gate insulating film 32 is not arranged. That is, the contact surface between the low-concentration gate electrode 35 and the body region 13 is located in the same plane as the first contact surface C1, which is the contact surface between the gate insulating film 32 and the body region 13. The contact surface between the low-concentration gate electrode 35 and the gate electrode 34 is located in the same plane as the second contact surface C2, which is the contact surface between the gate insulating film 32 and the gate electrode 34. In the boundary region R1 where the gate insulating film 32 is arranged, the inhibition region 16 and the gate electrode 34 are in contact with each other via the gate insulating film 32. Further, in the specific region where the gate insulating film 32 is not arranged, the body region 13 and the low-concentration gate electrode 35 are in direct contact with each other. In other words, the specific region is a region in which the low-concentration gate electrode 35 is arranged instead of the gate insulating film 32.

ボディ領域13内には、阻害領域16が配置されている。阻害領域16は、低濃度ゲート電極35よりも下方側の位置であってゲート絶縁膜32と接する位置に配置されている。阻害領域16は、ボディ領域13よりも不純物濃度が高いp+型のポリシリコンで構成されている。阻害領域16の不純物濃度は、半導体装置1をオンにするためのゲート電圧が印加された場合に、阻害領域16に反転層が形成されない程度に十分に高くすればよい。一例では、阻害領域16は、その不純物濃度が約1×1019〜1×1023cm-3であってもよい。 An inhibition region 16 is arranged in the body region 13. The inhibition region 16 is arranged at a position below the low-concentration gate electrode 35 and in contact with the gate insulating film 32. The inhibition region 16 is composed of p + type polysilicon having a higher impurity concentration than the body region 13. The impurity concentration in the inhibition region 16 may be sufficiently high so that an inversion layer is not formed in the inhibition region 16 when a gate voltage for turning on the semiconductor device 1 is applied. In one example, the inhibition region 16 may have an impurity concentration of about 1 × 10 19 to 1 × 10 23 cm -3 .

低濃度ゲート電極35のドリフト領域12に最も近い位置(すなわち下端部)からドリフト領域12までの距離は、距離t1である。この距離t1は、低濃度ゲート電極35とボディ領域13とのpn接合から伸びた空乏層がドリフト領域12まで到達しないように決定される。換言すると、低濃度ゲート電極35とドリフト領域12との間に、空乏層によるリークパスが形成されないように、距離t1が決定される。すなわち距離t1は、下式1を満たすように決定すればよい。
t1>(2εVg/qNid)−d ・・・(式1)
ここで、電界層幅をd、電界層濃度をNi、ゲートオン電圧をVg、電子素量をq、半導体基板の誘電率をεとする。
The distance from the position closest to the drift region 12 (that is, the lower end portion) of the low-concentration gate electrode 35 to the drift region 12 is the distance t1. This distance t1 is determined so that the depletion layer extending from the pn junction between the low-concentration gate electrode 35 and the body region 13 does not reach the drift region 12. In other words, the distance t1 is determined so that a leak path due to the depletion layer is not formed between the low concentration gate electrode 35 and the drift region 12. That is, the distance t1 may be determined so as to satisfy the following equation 1.
t1> (2εVg / qNid) −d ・ ・ ・ (Equation 1)
Here, the electric field layer width is d, the electric field layer concentration is Ni, the gate-on voltage is Vg, the elementary charge is q, and the dielectric constant of the semiconductor substrate is ε.

図2に、半導体装置1の上面概略図を示す。図1の要部断面図は、図2におけるI−I部分の断面を示している。半導体基板10の上面には、ソース電極24およびゲート電極パッド37が配置されている。ソース電極24は、複数のソース領域15の上面に共通に接している。ソース電極24の下側には、前述した絶縁ゲート部30が複数並んでいる。図2では、絶縁ゲート部30を点線で示している。ゲート電極パッド37は、不図示の配線により、複数の絶縁ゲート部30に備えられているゲート電極34に共通に接続されている。 FIG. 2 shows a schematic top view of the semiconductor device 1. The cross-sectional view of the main part of FIG. 1 shows the cross section of the I-I portion in FIG. A source electrode 24 and a gate electrode pad 37 are arranged on the upper surface of the semiconductor substrate 10. The source electrode 24 is in common contact with the upper surfaces of the plurality of source regions 15. A plurality of the above-mentioned insulated gate portions 30 are arranged below the source electrode 24. In FIG. 2, the insulated gate portion 30 is shown by a dotted line. The gate electrode pad 37 is commonly connected to the gate electrodes 34 provided in the plurality of insulated gate portions 30 by a wiring (not shown).

図2において、ソース電極24の中央部には、中央領域R10が存在する。前述した低濃度ゲート電極35は、この中央領域R10内にのみ配置されている。これは、半導体装置1の動作時には、ソース電極24の中央部が最も温度が高くなるためである。最高温度となる中央領域R10のみに低濃度ゲート電極35を形成することで、後述するサーモスタット的な機能を発揮させることができる。また、低濃度ゲート電極35を配置した領域は電流経路として機能しないため、低濃度ゲート電極35の面積が大きくなるほど半導体装置1のオン抵抗が大きくなってしまう。必要な領域のみに低濃度ゲート電極35を配置することで、オン抵抗の上昇を抑制することと、短絡に対する保護性能を向上させることを、両立できる。 In FIG. 2, a central region R10 exists in the central portion of the source electrode 24. The low-concentration gate electrode 35 described above is arranged only in the central region R10. This is because the temperature of the central portion of the source electrode 24 is highest during the operation of the semiconductor device 1. By forming the low-concentration gate electrode 35 only in the central region R10 where the maximum temperature is reached, the thermostat-like function described later can be exhibited. Further, since the region in which the low-concentration gate electrode 35 is arranged does not function as a current path, the on-resistance of the semiconductor device 1 increases as the area of the low-concentration gate electrode 35 increases. By arranging the low-concentration gate electrode 35 only in the required region, it is possible to suppress an increase in the on-resistance and improve the protection performance against a short circuit at the same time.

半導体装置1の動作を説明する。ドレイン電極22に正電圧が印加され、ソース電極24が接地され、絶縁ゲート部30のゲート電極34が接地されていると、半導体装置1はオフである。ドレイン電極22に正電圧が印加され、ソース電極24が接地され、絶縁ゲート部30のゲート電極34にソース電極24よりも正となる電圧が印加されると、ゲート電極34とボディ領域13の対向部分に反転層R11(図1)が形成される。半導体装置1はオン状態になる。 The operation of the semiconductor device 1 will be described. When a positive voltage is applied to the drain electrode 22, the source electrode 24 is grounded, and the gate electrode 34 of the insulated gate portion 30 is grounded, the semiconductor device 1 is turned off. When a positive voltage is applied to the drain electrode 22, the source electrode 24 is grounded, and a voltage that is more positive than the source electrode 24 is applied to the gate electrode 34 of the insulated gate portion 30, the gate electrode 34 and the body region 13 face each other. An inversion layer R11 (FIG. 1) is formed in the portion. The semiconductor device 1 is turned on.

(半導体装置1の製造方法)
図3〜図6を参照して、半導体装置1の製造方法について説明する。図3のフローチャートのステップS1において、ドレイン領域11上にドリフト領域12およびボディ領域13を積層させた積層構造を形成する。ステップS2において、リソグラフィおよびドライエッチングを用いて、ボディ領域13の上面からドリフト領域12まで到達するトレンチ30Tを加工する。ステップS3において、トレンチ30Tの内壁にゲート絶縁膜32を成膜する。ステップS4において、トレンチ30T内にゲート電極34を埋め込む。これにより、図4に示す構造が形成される。
(Manufacturing method of semiconductor device 1)
A method of manufacturing the semiconductor device 1 will be described with reference to FIGS. 3 to 6. In step S1 of the flowchart of FIG. 3, a laminated structure is formed in which the drift region 12 and the body region 13 are laminated on the drain region 11. In step S2, the trench 30T reaching from the upper surface of the body region 13 to the drift region 12 is machined using lithography and dry etching. In step S3, the gate insulating film 32 is formed on the inner wall of the trench 30T. In step S4, the gate electrode 34 is embedded in the trench 30T. As a result, the structure shown in FIG. 4 is formed.

ステップS5において、ゲート絶縁膜32が配置されていない特定領域を形成する。具体的には、図5に示すように、リソグラフィ技術によって特定領域および阻害領域16に対応する領域が開口しているマスク40を形成する。そして、ゲート電極34およびボディ領域13の材料に対して選択比のある条件で、ゲート絶縁膜32をドライエッチングする。これにより、図5に示す構造が形成される。 In step S5, a specific region in which the gate insulating film 32 is not arranged is formed. Specifically, as shown in FIG. 5, a mask 40 in which a specific region and a region corresponding to the inhibition region 16 are open is formed by a lithography technique. Then, the gate insulating film 32 is dry-etched under conditions having a selective ratio with respect to the materials of the gate electrode 34 and the body region 13. As a result, the structure shown in FIG. 5 is formed.

ステップS6において、イオン注入によって阻害領域16を形成する。具体的には、マスク40越しに、半導体基板10の表面からアルミニウム又はボロンをイオン注入する。イオン注入は、低濃度ゲート電極35の下端からよりも下方側であって、ボディ領域13の下面よりも上方側の範囲内に、不純物が注入されるような条件で行われる。これは、加速エネルギーを適宜設定することで可能である。これにより図6に示すように、阻害領域16が形成される。 In step S6, the inhibition region 16 is formed by ion implantation. Specifically, aluminum or boron is ion-implanted from the surface of the semiconductor substrate 10 through the mask 40. Ion implantation is performed under conditions such that impurities are implanted in a range below the lower end of the low-concentration gate electrode 35 and above the lower surface of the body region 13. This is possible by setting the acceleration energy as appropriate. As a result, the inhibition region 16 is formed as shown in FIG.

ステップS6のイオン注入では、ゲート絶縁膜32が配置されていない特定領域の近傍に位置している近傍領域R2を通過して、不純物が阻害領域16に注入される。従って、近傍領域R2のボディ領域13の結晶欠陥密度を、他のボディ領域13の結晶欠陥密度よりも高くすることができる。 In the ion implantation in step S6, impurities are implanted into the inhibition region 16 through the vicinity region R2 located in the vicinity of the specific region in which the gate insulating film 32 is not arranged. Therefore, the crystal defect density of the body region 13 of the neighboring region R2 can be made higher than the crystal defect density of the other body regions 13.

ステップS7において、マスク40を除去した後に、特定領域に低濃度ゲート電極35を埋め込む。ステップS8において、ソース領域15、絶縁膜36、ソース電極24、ドレイン電極22を形成する。これにより、図1に示す半導体装置1が完成する。 In step S7, after removing the mask 40, the low-concentration gate electrode 35 is embedded in a specific region. In step S8, the source region 15, the insulating film 36, the source electrode 24, and the drain electrode 22 are formed. As a result, the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 is completed.

(効果)
本実施例に係る半導体装置1では、低濃度ゲート電極35とボディ領域13とがpn接合を形成する。従って、図7の等価回路図に示すように、アノードがソースに接続され、カソードがゲートに接続されたダイオードD1が配置された状態となる。通常動作温度の範囲では、ゲート電極34からソース領域15へ流れるリーク電流I1は、無視できるほど小さくすることができる。しかし、何らかの要因によって短絡電流I2が流れる状態となると、許容範囲を超えて半導体装置1の温度が上昇するため、リーク電流I1が指数関数的に増加する。リーク電流I1による電圧降下によってゲートとソースとの電位差がゲートしきい値電圧より小さくなる結果、半導体装置1を自動的にオフとすることができる。これにより、短絡に対する保護性能を向上させることが可能になる。
(effect)
In the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the low-concentration gate electrode 35 and the body region 13 form a pn junction. Therefore, as shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 7, the diode D1 in which the anode is connected to the source and the cathode is connected to the gate is arranged. Within the normal operating temperature range, the leak current I1 flowing from the gate electrode 34 to the source region 15 can be negligibly small. However, when the short-circuit current I2 flows due to some factor, the temperature of the semiconductor device 1 rises beyond the permissible range, so that the leak current I1 increases exponentially. As a result of the potential difference between the gate and the source becoming smaller than the gate threshold voltage due to the voltage drop due to the leak current I1, the semiconductor device 1 can be automatically turned off. This makes it possible to improve the protection performance against a short circuit.

絶縁ゲート部30の一部に、低濃度ゲート電極35とボディ領域13とがpn接合している領域を形成することができる(図1、境界領域R1参照)。従って、ゲート絶縁膜32によって絶縁ゲート部30をボディ領域13から完全に絶縁する場合に比して、入力容量を低下させることができる。スイッチング損失を低減できる。 A region in which the low-concentration gate electrode 35 and the body region 13 are pn-junctioned can be formed in a part of the insulated gate portion 30 (see FIG. 1, boundary region R1). Therefore, the input capacitance can be reduced as compared with the case where the insulated gate portion 30 is completely insulated from the body region 13 by the gate insulating film 32. Switching loss can be reduced.

本実施例に係る半導体装置1は、低濃度ゲート電極35を備えている。これにより、pn接合の間に低濃度な電界伸展層を確保することができる。すなわち、高濃度なゲート電極34がボディ領域13とpn接合を形成する場合よりも、低濃度ゲート電極35がボディ領域13とpn接合を形成する場合の方が、空乏層をより広げることができる。空乏層を広げるほど、ゲート電圧印加時にpn接合部でブレークダウンを発生しにくくすることができる。従って、低濃度ゲート電極35の不純物濃度を適切に設定することで、ゲート電極34にゲートしきい値電圧以上の電圧を印加することが可能となる。半導体装置1をスイッチング動作させることが可能となる。 The semiconductor device 1 according to this embodiment includes a low-concentration gate electrode 35. As a result, a low-concentration electric field extension layer can be secured between the pn junctions. That is, the depletion layer can be further expanded when the low-concentration gate electrode 35 forms a pn junction with the body region 13 than when the high-concentration gate electrode 34 forms a pn junction with the body region 13. .. The wider the depletion layer, the less likely it is that breakdown will occur at the pn junction when the gate voltage is applied. Therefore, by appropriately setting the impurity concentration of the low-concentration gate electrode 35, it is possible to apply a voltage equal to or higher than the gate threshold voltage to the gate electrode 34. The semiconductor device 1 can be operated by switching.

低濃度ゲート電極35が、ゲート電極34を挟んで、ソース領域15とは反対側の側面に配置されている。これにより、ゲート電極34の左側面に反転層R11を形成することが可能となるため、左側面を電流経路として用いることが可能となる。また、ゲート電極34の右側面にpn接合を形成することで、短絡に対する保護性能を向上させることが可能となる。 The low-concentration gate electrode 35 is arranged on the side surface opposite to the source region 15 with the gate electrode 34 in between. As a result, the inversion layer R11 can be formed on the left side surface of the gate electrode 34, so that the left side surface can be used as the current path. Further, by forming a pn junction on the right side surface of the gate electrode 34, it is possible to improve the protection performance against a short circuit.

比較例として、図8に、阻害領域16を備えない半導体装置101を示す。半導体装置101がオンの状態では、「境界領域R1内のゲート絶縁膜32が配置されている領域」の近傍には、反転層R12が形成される。すると、低濃度ゲート電極35から反転層R12、ドリフト領域12、反転層R11を介してソース領域15へ至る、リークパスL1が形成されてしまう。一方、図1に示す本実施例に係る半導体装置1では、不純物濃度が高いp+型の阻害領域16を備えているため、「境界領域R1内のゲート絶縁膜32が配置されている領域」の近傍に、反転層が形成されてしまうことを阻害することができる。リークパスL1の形成を防止することが可能となる。 As a comparative example, FIG. 8 shows a semiconductor device 101 having no inhibition region 16. When the semiconductor device 101 is on, the inversion layer R12 is formed in the vicinity of the "region in which the gate insulating film 32 is arranged in the boundary region R1". Then, a leak path L1 is formed from the low-concentration gate electrode 35 to the source region 15 via the inversion layer R12, the drift region 12, and the inversion layer R11. On the other hand, since the semiconductor device 1 according to the present embodiment shown in FIG. 1 includes a p + type inhibition region 16 having a high impurity concentration, “a region in which the gate insulating film 32 in the boundary region R1 is arranged”. It is possible to prevent the formation of an inverted layer in the vicinity of. It is possible to prevent the formation of the leak path L1.

図6で説明したように、近傍領域R2のボディ領域13の結晶欠陥密度を、他のボディ領域13の結晶欠陥密度よりも高くすることができる。結晶欠陥密度が高くなるほど、図7の等価回路に示したダイオードD1において、温度上昇時のリーク電流I1の増加率を高めることができる。換言すると、結晶欠陥密度が高くなるほど、より低い温度で、ゲートとソースとの電位差がゲートしきい値電圧より小さくなる。これにより、結晶欠陥密度によって、半導体装置1が自動的にオフになる温度を自由に設定することが可能になる。 As described with reference to FIG. 6, the crystal defect density of the body region 13 of the neighboring region R2 can be made higher than the crystal defect density of the other body regions 13. The higher the crystal defect density, the higher the rate of increase of the leak current I1 when the temperature rises in the diode D1 shown in the equivalent circuit of FIG. In other words, the higher the crystal defect density, the smaller the potential difference between the gate and the source at lower temperatures than the gate threshold voltage. This makes it possible to freely set the temperature at which the semiconductor device 1 is automatically turned off depending on the crystal defect density.

図9に、実施例2に係る半導体装置1aの要部断面図を示す。半導体装置1aは、プレーナゲート型である。図9において、実施例1の半導体装置1と異なる部分には、a〜cの符号を付している。図1と図9で同一の符号が付されている部分は同一内容であるため、説明を省略する。 FIG. 9 shows a cross-sectional view of a main part of the semiconductor device 1a according to the second embodiment. The semiconductor device 1a is a planar gate type. In FIG. 9, the parts different from the semiconductor device 1 of the first embodiment are designated by reference numerals a to c. Since the parts having the same reference numerals in FIGS. 1 and 9 have the same contents, the description thereof will be omitted.

半導体装置1aは、第1ボディ領域13aと第2ボディ領域13bを備えている。第1ボディ領域13aと第2ボディ領域13bとの間の開口領域13cには、ドリフト領域12が配置されている。ソース領域15aは、第1ボディ領域13aの上面に配置されているとともに、開口領域13cから図9の水平方向左側へ離れて配置されている。 The semiconductor device 1a includes a first body region 13a and a second body region 13b. A drift region 12 is arranged in the opening region 13c between the first body region 13a and the second body region 13b. The source region 15a is arranged on the upper surface of the first body region 13a and is arranged apart from the opening region 13c on the left side in the horizontal direction in FIG.

絶縁ゲート部30aは、ゲート絶縁膜32a、ゲート電極34a、低濃度ゲート電極35aを有する。絶縁ゲート部30aは、ソース領域15a、第1ボディ領域13a、開口領域13c内のドリフト領域、阻害領域16a、第2ボディ領域13bの上面に接している。ゲート電極34aは、不純物濃度が高いn+型のポリシリコンで構成されている。低濃度ゲート電極35aは、不純物濃度が低いn-型のポリシリコンで構成されている。ゲート電極34aの上面および側面には、ソース領域15a、第1ボディ領域13aおよび第2ボディ領域13bとの絶縁を確保するための絶縁膜36aが配置されている。 The insulated gate portion 30a has a gate insulating film 32a, a gate electrode 34a, and a low-concentration gate electrode 35a. The insulated gate portion 30a is in contact with the upper surface of the source region 15a, the first body region 13a, the drift region in the opening region 13c, the inhibition region 16a, and the second body region 13b. The gate electrode 34a is made of n + type polysilicon having a high impurity concentration. The low-concentration gate electrode 35a is made of n - type polysilicon having a low impurity concentration. An insulating film 36a for ensuring insulation from the source region 15a, the first body region 13a, and the second body region 13b is arranged on the upper surface and the side surface of the gate electrode 34a.

第2ボディ領域13bでは、ゲート電極34aと第2ボディ領域13bとの境界領域R1aの一部に、ゲート絶縁膜32aが配置されている。境界領域R1a内において、ゲート絶縁膜32aが配置されている領域では、第2ボディ領域13bおよび阻害領域16aとゲート電極34aとが、ゲート絶縁膜32aを介して接している。一方、境界領域R1a内において、ゲート絶縁膜32aが配置されていない特定領域では、第2ボディ領域13bと低濃度ゲート電極35aとが直接に接している。特定領域は、境界領域R1a内であって、開口領域13cから水平方向右側へ離れた位置に配置されている。換言すると、特定領域は、ゲート絶縁膜32aに代えて低濃度ゲート電極35aが配置されている領域である。 In the second body region 13b, the gate insulating film 32a is arranged in a part of the boundary region R1a between the gate electrode 34a and the second body region 13b. In the boundary region R1a where the gate insulating film 32a is arranged, the second body region 13b, the inhibition region 16a, and the gate electrode 34a are in contact with each other via the gate insulating film 32a. On the other hand, in the boundary region R1a, in the specific region where the gate insulating film 32a is not arranged, the second body region 13b and the low-concentration gate electrode 35a are in direct contact with each other. The specific region is arranged in the boundary region R1a at a position separated from the opening region 13c to the right in the horizontal direction. In other words, the specific region is a region in which the low-concentration gate electrode 35a is arranged instead of the gate insulating film 32a.

第2ボディ領域13b内には、阻害領域16aが配置されている。阻害領域16aは、特定領域(すなわち低濃度ゲート電極35a)よりも開口領域13cに近い位置であってゲート絶縁膜32aと接する位置に配置されている。阻害領域16aの内容は、実施例1で説明した阻害領域16と同様である。 An inhibition region 16a is arranged in the second body region 13b. The inhibition region 16a is arranged at a position closer to the opening region 13c than the specific region (that is, the low-concentration gate electrode 35a) and in contact with the gate insulating film 32a. The content of the inhibition region 16a is the same as that of the inhibition region 16 described in Example 1.

低濃度ゲート電極35aの開口領域13cに最も近い位置からドリフト領域12までの距離は、距離t1aである。この距離t1aの内容は、実施例1で説明した距離t1と同様である。また、半導体装置1aの動作も、実施例1で説明した半導体装置1の動作と同様である。 The distance from the position closest to the opening region 13c of the low-concentration gate electrode 35a to the drift region 12 is the distance t1a. The content of this distance t1a is the same as the distance t1 described in the first embodiment. Further, the operation of the semiconductor device 1a is the same as the operation of the semiconductor device 1 described in the first embodiment.

(半導体装置1aの製造方法)
図10のフローチャートを参照して、半導体装置1aの製造方法について説明する。ステップS1aにおいて、ドレイン領域11上にドリフト領域12、第1ボディ領域13aおよび第2ボディ領域13bを積層させた積層構造を形成する。これにより、第1ボディ領域13aと第2ボディ領域13bとの間の開口領域13cに、ドリフト領域12が配置されている構造が形成される。ステップS2aにおいて、イオン注入によってソース領域15aおよび阻害領域16aを形成する。ステップS3aにおいて、ゲート絶縁膜32aを成膜する。ステップS4aにおいて、ゲート絶縁膜32aが配置されていない特定領域を形成する。具体的には、特定領域が開口しているマスク越しに、ゲート絶縁膜32aをドライエッチングする。ステップS5aにおいて、マスクを除去した後に、特定領域に低濃度ゲート電極35aを埋め込む。ステップS6aにおいて、ゲート絶縁膜32a上にゲート電極34aを形成する。また、ゲート電極34a上に絶縁膜36aを形成する。これにより、図9に示す半導体装置1aが完成する。
(Manufacturing method of semiconductor device 1a)
A method of manufacturing the semiconductor device 1a will be described with reference to the flowchart of FIG. In step S1a, a laminated structure is formed in which the drift region 12, the first body region 13a, and the second body region 13b are laminated on the drain region 11. As a result, a structure is formed in which the drift region 12 is arranged in the opening region 13c between the first body region 13a and the second body region 13b. In step S2a, ion implantation forms a source region 15a and an inhibition region 16a. In step S3a, the gate insulating film 32a is formed. In step S4a, a specific region in which the gate insulating film 32a is not arranged is formed. Specifically, the gate insulating film 32a is dry-etched through a mask in which a specific region is open. In step S5a, after removing the mask, the low-concentration gate electrode 35a is embedded in a specific region. In step S6a, the gate electrode 34a is formed on the gate insulating film 32a. Further, an insulating film 36a is formed on the gate electrode 34a. As a result, the semiconductor device 1a shown in FIG. 9 is completed.

(効果)
実施例2に係る半導体装置1aの効果は、前述した実施例1に係る半導体装置1と同様である。以下、実施例2に係る半導体装置1aに即した説明が必要な効果を説明する。
(effect)
The effect of the semiconductor device 1a according to the second embodiment is the same as that of the semiconductor device 1 according to the first embodiment described above. Hereinafter, the effects that need to be explained according to the semiconductor device 1a according to the second embodiment will be described.

図9に示すように、低濃度ゲート電極35aが、開口領域13cを挟んで、ソース領域15aとは反対側に配置されている。これにより、第1ボディ領域13aに反転層R11aを形成することが可能となるため、第1ボディ領域13aを電流経路として用いることが可能となる。また、第2ボディ領域13bにpn接合を形成することで、短絡に対する保護性能を向上させることが可能となる。 As shown in FIG. 9, the low-concentration gate electrode 35a is arranged on the side opposite to the source region 15a with the opening region 13c interposed therebetween. As a result, the inversion layer R11a can be formed in the first body region 13a, so that the first body region 13a can be used as a current path. Further, by forming a pn junction in the second body region 13b, it is possible to improve the protection performance against a short circuit.

比較例として、図11に、阻害領域16aを備えない半導体装置101aを示す。半導体装置101aがオンの状態では、「境界領域R1a内のゲート絶縁膜32が配置されている領域」の近傍には、反転層R12aが形成される。すると、低濃度ゲート電極35aから反転層R12a、開口領域13c内のドリフト領域12、反転層R11aを介してソース領域15aへ至る、リークパスL1aが形成されてしまう。一方、図9に示す本実施例に係る半導体装置1aでは、不純物濃度が高いp+型の阻害領域16aを備えているため、リークパスL1aの形成を防止することが可能となる。 As a comparative example, FIG. 11 shows a semiconductor device 101a not provided with an inhibition region 16a. When the semiconductor device 101a is on, the inversion layer R12a is formed in the vicinity of the "region in which the gate insulating film 32 is arranged in the boundary region R1a". Then, a leak path L1a is formed from the low-concentration gate electrode 35a to the source region 15a via the inversion layer R12a, the drift region 12 in the opening region 13c, and the inversion layer R11a. On the other hand, since the semiconductor device 1a according to the present embodiment shown in FIG. 9 has a p + type inhibition region 16a having a high impurity concentration, it is possible to prevent the formation of the leak path L1a.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in the present specification or drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.

(変形例)
阻害領域16の位置は、リークパスL1の経路上であれば、何れの位置であってもよい。例えば図12の半導体装置1bに示すように、ドリフト領域12内の絶縁ゲート部30の底部に、ゲート絶縁膜32と接するように、阻害領域16bを配置してもよい。逆バイアス状態のダイオードを、リークパスL1上に挿入することができるため、リーク電流を抑制できる。
(Modification example)
The position of the inhibition region 16 may be any position as long as it is on the path of the leak path L1. For example, as shown in the semiconductor device 1b of FIG. 12, the inhibition region 16b may be arranged at the bottom of the insulating gate portion 30 in the drift region 12 so as to be in contact with the gate insulating film 32. Since the diode in the reverse bias state can be inserted on the leak path L1, the leak current can be suppressed.

阻害領域16、16a、16bは、p+型のポリシリコンに限られない。リークパスを遮断する材料であれば、何れの材料であってもよい。例えば、絶縁体であってもよい。これにより、リークパスL1を遮断することができるため、リーク電流を抑制できる。 Inhibition regions 16, 16a, 16b are not limited to p + type polysilicon. Any material may be used as long as it blocks the leak path. For example, it may be an insulator. As a result, the leak path L1 can be cut off, so that the leak current can be suppressed.

低濃度ゲート電極35は、ゲート絶縁膜32が配置されていない領域に配置すればよく、その配置態様は様々であってよい。例えば、図13の半導体装置1cに示すように、絶縁ゲート部30内の上半分に、不純物濃度が低いn-型の低濃度ゲート電極35cを配置してもよい。 The low-concentration gate electrode 35 may be arranged in a region where the gate insulating film 32 is not arranged, and the arrangement mode may be various. For example, as shown in the semiconductor device 1c of FIG. 13, an n - type low-concentration gate electrode 35c having a low impurity concentration may be arranged in the upper half of the insulated gate portion 30.

図3のフローチャートにおいて、特定領域を形成するステップS5と、阻害領域16を形成するステップS6の順番は逆であってもよい。 In the flowchart of FIG. 3, the order of step S5 for forming the specific region and step S6 for forming the inhibition region 16 may be reversed.

実施例1に係る半導体装置1において、阻害領域16や低濃度ゲート電極35は、省略することができる。以上より、一般的に言うと、半導体装置1は、ドレイン領域11、ドリフト領域12、ボディ領域13、ソース領域15、ゲート絶縁膜32、ゲート電極34を、少なくとも備えていれば良い。そして、ゲート絶縁膜32が配置されていない特定領域では、ボディ領域13とゲート電極34とが接していればよい。実施例2に係る半導体装置1aにおいても同様である。 In the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the inhibition region 16 and the low concentration gate electrode 35 can be omitted. From the above, generally speaking, the semiconductor device 1 may include at least a drain region 11, a drift region 12, a body region 13, a source region 15, a gate insulating film 32, and a gate electrode 34. Then, in the specific region where the gate insulating film 32 is not arranged, the body region 13 and the gate electrode 34 may be in contact with each other. The same applies to the semiconductor device 1a according to the second embodiment.

半導体基板10の材料は、SiCに限られない。Si、GaN、GaAsなどの材料であってもよい。 The material of the semiconductor substrate 10 is not limited to SiC. It may be a material such as Si, GaN, or GaAs.

トレンチ30Tの右側側面は、第1側面の一例である。トレンチ30Tの左側側面は、第2側面の一例である。 The right side surface of the trench 30T is an example of the first side surface. The left side surface of the trench 30T is an example of the second side surface.

1および1a:半導体装置、10および10a:半導体基板、11:ドレイン領域、12:ドリフト領域、13:ボディ領域、13a:第1ボディ領域、13b:第2ボディ領域、15および15a:ソース領域、16および16a:阻害領域、22:ドレイン電極、24:ソース電極、30および30a:絶縁ゲート部、30T:トレンチ、32および32a:ゲート絶縁膜、34および34a:ゲート電極、35および35a:低濃度ゲート電極 1 and 1a: semiconductor device, 10 and 10a: semiconductor substrate, 11: drain region, 12: drift region, 13: body region, 13a: first body region, 13b: second body region, 15 and 15a: source region, 16 and 16a: Inhibition region, 22: Drain electrode, 24: Source electrode, 30 and 30a: Insulated gate, 30T: Trench, 32 and 32a: Gate insulating film, 34 and 34a: Gate electrode, 35 and 35a: Low concentration Gate electrode

Claims (19)

第1導電型のドレイン領域と、
前記ドレイン領域の上面に接している第1導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域の上面に接しているとともに前記ドリフト領域の上面の一部に配置されている第2導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域との境界領域を備えた第1導電型のゲート電極領域と、
前記境界領域の一部に配置されているゲート絶縁膜と、
前記ボディ領域の上部に配置されている第1導電型のソース領域と、
を備え、
前記境界領域において、
前記ゲート絶縁膜が配置されている領域では前記ボディ領域と前記ゲート電極領域とが前記ゲート絶縁膜を介して接しており、
前記ゲート絶縁膜が配置されていない特定領域では、前記ボディ領域と前記ゲート電極領域とが直接に接している、半導体装置。
The first conductive type drain area and
The first conductive type drift region in contact with the upper surface of the drain region and
A second conductive body region that is in contact with the upper surface of the drift region and is arranged on a part of the upper surface of the drift region.
A first conductive type gate electrode region having a boundary region with the body region,
A gate insulating film arranged in a part of the boundary region and
A first conductive source region located above the body region and
With
In the boundary area
In the region where the gate insulating film is arranged, the body region and the gate electrode region are in contact with each other via the gate insulating film.
A semiconductor device in which the body region and the gate electrode region are in direct contact with each other in a specific region in which the gate insulating film is not arranged.
前記ゲート電極領域は、不純物濃度が高い高濃度ゲート電極領域と、不純物濃度が低い低濃度ゲート電極領域とを備えており、
前記特定領域では、前記低濃度ゲート電極領域が前記ボディ領域と接している、請求項1に記載の半導体装置。
The gate electrode region includes a high-concentration gate electrode region having a high impurity concentration and a low-concentration gate electrode region having a low impurity concentration.
The semiconductor device according to claim 1, wherein in the specific region, the low-concentration gate electrode region is in contact with the body region.
前記ゲート絶縁膜は、前記ボディ領域との接触面である第1接触面と、前記高濃度ゲート電極領域との接触面である第2接触面と、を備え、
前記低濃度ゲート電極領域の前記ボディ領域との接触面は、前記第1接触面と同一面内に位置しており、
前記低濃度ゲート電極領域の前記高濃度ゲート電極領域との接触面は、前記第2接触面と同一面内に位置している、請求項2に記載の半導体装置。
The gate insulating film includes a first contact surface which is a contact surface with the body region and a second contact surface which is a contact surface with the high-concentration gate electrode region.
The contact surface of the low-concentration gate electrode region with the body region is located in the same plane as the first contact surface.
The semiconductor device according to claim 2, wherein the contact surface of the low-concentration gate electrode region with the high-concentration gate electrode region is located in the same plane as the second contact surface.
前記高濃度ゲート電極領域は、前記ボディ領域の上面から前記ドリフト領域まで到達しており、
前記ゲート絶縁膜は、前記高濃度ゲート電極領域と前記ドリフト領域との境界の全面に配置されており、
前記特定領域は、前記高濃度ゲート電極領域の第1側面に配置されており、
前記ソース領域は、前記高濃度ゲート電極領域の前記第1側面の反対側の第2側面の近傍に配置されている、請求項2または3に記載の半導体装置。
The high-concentration gate electrode region reaches from the upper surface of the body region to the drift region.
The gate insulating film is arranged on the entire surface of the boundary between the high-concentration gate electrode region and the drift region.
The specific region is arranged on the first side surface of the high-concentration gate electrode region.
The semiconductor device according to claim 2 or 3 , wherein the source region is arranged in the vicinity of a second side surface opposite to the first side surface of the high-concentration gate electrode region.
前記ボディ領域内の位置であって前記特定領域よりも下方側の位置であって前記ゲート絶縁膜と接する位置に、反転層の形成を阻害する阻害領域を備える、請求項4に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4, further comprising an inhibitory region that inhibits the formation of an inversion layer at a position within the body region, lower than the specific region, and in contact with the gate insulating film. .. 前記ドリフト領域内の位置であって前記高濃度ゲート電極領域の底部の位置であって前記ゲート絶縁膜と接する位置に、反転層の形成を阻害する阻害領域を備える、請求項4に記載の半導体装置。 The semiconductor according to claim 4, further comprising an inhibitory region that inhibits the formation of an inversion layer at a position within the drift region, a position at the bottom of the high-concentration gate electrode region, and a position in contact with the gate insulating film. Device. 前記阻害領域は、前記ボディ領域よりも不純物濃度が高い第2導電型の領域である、請求項5または6に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5 or 6, wherein the inhibition region is a second conductive type region having a higher impurity concentration than the body region. 前記阻害領域は絶縁体である、請求項5または6に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5 or 6, wherein the inhibition region is an insulator. 前記ボディ領域は、第1ボディ領域と第2ボディ領域とを備え、
前記第1ボディ領域と前記第2ボディ領域との間の開口領域には前記ドリフト領域が配置されており、
前記ソース領域は、前記第1ボディ領域の上面に配置されているとともに、前記開口領域から水平方向へ離れて配置されており、
前記高濃度ゲート電極領域は、前記ソース領域、前記第1ボディ領域、前記開口領域内の前記ドリフト領域、前記第2ボディ領域の上面に、前記ゲート絶縁膜を介して接しており、
前記特定領域は、前記第2ボディ領域と前記高濃度ゲート電極領域との境界領域内であって、前記開口領域から水平方向へ離れた位置に配置されている、請求項2または3に記載の半導体装置。
The body region includes a first body region and a second body region.
The drift region is arranged in the opening region between the first body region and the second body region.
The source region is arranged on the upper surface of the first body region and is arranged horizontally away from the opening region.
The high-concentration gate electrode region is in contact with the source region, the first body region, the drift region in the opening region, and the upper surface of the second body region via the gate insulating film.
The specific area, the second be in the boundary region between the body region and the high density gate electrode region, it is located at a distance in the horizontal direction from the opening region, according to claim 2 or 3 Semiconductor device.
前記第2ボディ領域内の位置であって前記特定領域よりも前記開口領域に近い位置であって前記ゲート絶縁膜と接する位置に、反転層の形成を阻害する阻害領域を備える、請求項9に記載の半導体装置。 The ninth aspect of the present invention comprises a position in the second body region, which is closer to the opening region than the specific region and is in contact with the gate insulating film, and includes an inhibition region that inhibits the formation of the inversion layer. The semiconductor device described. 前記阻害領域は、不純物濃度が高い第2導電型の領域である、請求項10に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 10, wherein the inhibition region is a second conductive type region having a high impurity concentration. 前記阻害領域は絶縁体である、請求項10に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 10, wherein the inhibition region is an insulator. 前記特定領域の前記ドリフト領域に最も近い位置から前記ドリフト領域までの距離は、前記特定領域に形成されているpn接合から伸びた空乏層が前記ドリフト領域まで到達しない距離である、請求項1〜12の何れか1項に記載の半導体装置。 The distance from the position closest to the drift region of the specific region to the drift region is a distance at which the depletion layer extending from the pn junction formed in the specific region does not reach the drift region. The semiconductor device according to any one of 12. 前記特定領域の近傍領域における前記ボディ領域の結晶欠陥密度が、他の前記ボディ領域の結晶欠陥密度よりも高い、請求項1〜13の何れか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 13, wherein the crystal defect density of the body region in the vicinity region of the specific region is higher than the crystal defect density of the other body region. 複数の前記ソース領域の上面に共通に接しているソース電極領域をさらに備え、
前記ソース電極領域を上方からみたときに、前記ソース電極領域の中央部に前記特定領域が配置されている、請求項1〜14の何れか1項に記載の半導体装置。
Further provided with a source electrode region that is in common contact with the top surfaces of the plurality of source regions.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 14, wherein the specific region is arranged in the central portion of the source electrode region when the source electrode region is viewed from above.
第1導電型のドレイン領域の上面に、第1導電型のドリフト領域を形成する工程と、
前記ドリフト領域の上面に第2導電型のボディ領域を形成する工程と、
前記ボディ領域の上面から前記ドリフト領域まで到達するトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの内壁にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記トレンチの内部に第1導電型のゲート電極を形成する工程と、
前記トレンチの一方の側面に配置されている前記ゲート絶縁膜を、前記ボディ領域の上面から前記ボディ領域の下面よりも上側までの領域において除去する工程と、
前記ゲート絶縁膜が除去された領域に、第1導電型であって前記ゲート電極よりも不純物濃度が低い低濃度ゲート電極を埋め込む工程と、
前記ボディ領域の上部に第1導電型のソース領域を形成する工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。
A step of forming a first conductive type drift region on the upper surface of the first conductive type drain region, and
A step of forming a second conductive type body region on the upper surface of the drift region, and
A step of forming a trench reaching from the upper surface of the body region to the drift region, and
The process of forming a gate insulating film on the inner wall of the trench and
A step of forming a first conductive type gate electrode inside the trench, and
A step of removing the gate insulating film arranged on one side surface of the trench in a region from the upper surface of the body region to the upper side of the lower surface of the body region.
A step of embedding a low-concentration gate electrode which is a first conductive type and has a lower impurity concentration than the gate electrode in the region from which the gate insulating film has been removed.
A step of forming a first conductive type source region on the upper part of the body region, and
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ボディ領域の上面から不純物を打ち込むことによって、前記ボディ領域内の位置であって前記低濃度ゲート電極の下端部よりも下方側の位置であって前記ゲート絶縁膜と接する位置に、前記ボディ領域よりも不純物濃度が高い第2導電型の領域を形成する工程をさらに備える、請求項16に記載の製造方法。 By driving impurities from the upper surface of the body region, the body region is located in the body region, below the lower end of the low-concentration gate electrode, and in contact with the gate insulating film. The production method according to claim 16, further comprising a step of forming a second conductive type region having a higher impurity concentration. 第1導電型のドレイン領域の上面に、第1導電型のドリフト領域を形成する工程と、
第1ボディ領域と第2ボディ領域との間の開口領域に前記ドリフト領域が配置されるように、前記ドリフト領域の上面に第2導電型の前記第1ボディ領域および前記第2ボディ領域を形成する工程と、
前記第1ボディ領域の上面に配置されているとともに、前記開口領域から水平方向へ離れて配置されているソース領域を形成する工程と、
前記ソース領域、前記第1ボディ領域、前記開口領域内の前記ドリフト領域、前記第2ボディ領域の上面に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第2ボディ領域内であって前記開口領域から水平方向へ離れた領域において、前記ゲート絶縁膜を除去する工程と、
前記ゲート絶縁膜が除去された領域に、第1導電型の低濃度ゲート電極を埋め込む工程と、
前記ゲート絶縁膜および前記低濃度ゲート電極の上面に、第1導電型であって前記低濃度ゲート電極よりも不純物濃度が高いゲート電極を形成する工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。
A step of forming a first conductive type drift region on the upper surface of the first conductive type drain region, and
The second conductive type first body region and the second body region are formed on the upper surface of the drift region so that the drift region is arranged in the opening region between the first body region and the second body region. And the process to do
A step of forming a source region arranged on the upper surface of the first body region and horizontally separated from the opening region.
A step of forming a gate insulating film on the upper surface of the source region, the first body region, the drift region in the opening region, and the second body region.
A step of removing the gate insulating film in the second body region and in a region horizontally separated from the opening region.
A step of embedding a first conductive type low-concentration gate electrode in the region from which the gate insulating film has been removed,
A step of forming a first conductive type gate electrode having a higher impurity concentration than the low-concentration gate electrode on the upper surface of the gate insulating film and the low-concentration gate electrode.
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第2ボディ領域に不純物を打ち込むことによって、前記第2ボディ領域内の位置であって前記低濃度ゲート電極よりも前記開口領域に近い位置であって前記ゲート絶縁膜と接する位置に、前記第2ボディ領域よりも不純物濃度が高い第2導電型の領域を形成する工程をさらに備える、請求項18に記載の製造方法。 By driving impurities into the second body region, the second body region is located in the second body region, closer to the opening region than the low-concentration gate electrode, and in contact with the gate insulating film. 2. The manufacturing method according to claim 18, further comprising a step of forming a second conductive type region having a higher impurity concentration than the two body regions.
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