JP7801978B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
<半導体装置の構造>
以下に図1~図6を用いて、実施の形態1における半導体装置100について説明する。図1は、半導体装置100である半導体チップの平面図である。図2および図3は、図1に示される領域1Aを拡大した要部平面図である。図3は、図2の下方の構造体を示し、主に、半導体基板SUBに形成されたトレンチゲートの構造を示している。図4は、図2および図3に示されるA-A線に沿った断面図である。図5は、図2および図3に示されるB-B線に沿った断面図である。図6は、図2および図3に示されるC-C線およびD-D線に沿った断面図である。
図7は、検討例1の半導体装置を示す要部平面図である。図8は、検討例2の半導体装置を示す要部平面図である。図9および図10は、図7および図8に示されるA’-A’線に沿った断面図である。A’-A’線は、図3に示されるA-A線の一部に相当する。
以下に図14~図31を用いて、半導体装置100の製造方法に含まれる各製造工程について説明する。以下の説明では、図4のA-A断面と、図6のC-C断面およびD-D断面を用いる。なお、図5のB-B断面に示されるトレンチTR2は、トレンチTR1と同じ製造工程で形成され、トレンチTR2の内部に形成されるフィールドプレート電極FPおよびフローティングゲート電極FGなどの構造体は、トレンチTR1の内部に形成される構造体と同じ製造工程で形成される。従って、B-B断面については図示を省略する。
以下に図32~図34を用いて、実施の形態2における半導体装置100について説明する。なお、以下の説明では、実施の形態1との相違点について主に説明し、実施の形態1と重複する点については説明を省略する。図33は、図32に示されるA-A線に沿った断面図である。図34は、図32に示されるB-B線に沿った断面図である。なお、図32に示されるC-C線およびD-D線に沿った断面図は、図6と同じであるので、これらの説明については省略する。
以下に図42を用いて、実施の形態3における半導体装置について説明する。なお、以下の説明では、実施の形態1との相違点について主に説明し、実施の形態1と重複する点については説明を省略する。
MOSFETが形成されるセル領域と、平面視において前記セル領域を囲む外周領域とを有する半導体装置の製造方法であって、
(a)上面および下面を有する第1導電型の半導体基板を用意する工程、
(b)前記(a)工程後、前記半導体基板の上面側において、前記セル領域および前記外周領域の前記半導体基板中に、平面視において第1方向に延在する第1トレンチを形成し、前記半導体基板の上面側において、前記外周領域の前記半導体基板中に、平面視において前記セル領域を囲むように、前記第1方向、および、平面視で前記第1方向と直交する第2方向に延在する第2トレンチを形成する工程、
(c)前記(b)工程後、前記第1トレンチの内部を埋め込むように、第1フィールドプレート電極を形成し、前記第2トレンチの内部を埋め込むように、第2フィールドプレート電極を形成する工程、
(d)前記(c)工程後、前記第1フィールドプレート電極の一部が第1コンタクト部として残されるように、前記外周領域の一部および前記セル領域の前記第1フィールドプレート電極を選択的に後退させる工程、
(e)前記(d)工程後、前記(d)工程で後退した前記外周領域の一部および前記セル領域の前記第1フィールドプレート電極上において、前記第1トレンチの内部を埋め込むように、ゲート電極を形成する工程、
(f)前記(e)工程後、前記外周領域の前記第1フィールドプレート電極を選択的に後退させ、前記第2フィールドプレート電極の一部が第2コンタクト部として残されるように、前記第2フィールドプレート電極の他部を選択的に後退させる工程、
(g)前記(f)工程後、前記(f)工程で後退した前記外周領域の前記第1フィールドプレート電極上において、前記第1トレンチの内部を埋め込むように、第1絶縁膜を形成し、前記(f)工程で後退した前記第2フィールドプレート電極上において、前記第2トレンチの内部を埋め込むように、第2絶縁膜を形成する工程、
(h)前記(g)工程後、前記半導体基板の上面側において、前記セル領域の前記半導体基板中に、前記第1導電型と反対の第2導電型のボディ領域を形成し、前記外周領域の前記半導体基板中に、前記第2導電型の第1フローティング領域を形成する工程、
(i)前記(h)工程後、前記ボディ領域内に、前記第1導電型のソース領域を形成する工程、
を備え、
前記ボディ領域および前記第1フローティング領域の各々の深さは、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチの各々の深さよりも浅く、
前記第1フローティング領域は、前記ボディ領域から離間するように、前記外周領域の前記第1トレンチと前記第2方向に延在している前記第2トレンチとの間に位置し、
前記第1トレンチの内部において、前記半導体基板、前記ゲート電極および前記第1フィールドプレート電極は、互いに絶縁され、
前記第2トレンチの内部において、前記半導体基板および前記第2フィールドプレート電極は、互いに絶縁されている、半導体装置の製造方法。
付記1に記載の半導体装置の製造方法において、
(j)前記(i)工程後、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチを覆うように、前記セル領域および前記外周領域の前記半導体基板の上面上に、層間絶縁膜を形成する工程、
(k)前記(j)工程後、前記層間絶縁膜中に、第1孔、第2孔、第3孔および第4孔を形成する工程、
(l)前記(k)工程後、前記層間絶縁膜上に、ソース電極と、平面視において前記ソース電極を囲むゲート配線とを形成する工程、
(m)前記(l)工程後、前記セル領域および前記外周領域の前記半導体基板の下面下に、ドレイン電極を形成する工程、
を更に備え、
前記第1孔は、前記ソース領域および前記ボディ領域に達し、
前記第2孔は、前記ゲート電極に達し、
前記第3孔は、前記第1コンタクト部に達し、
前記第4孔は、前記第2コンタクト部に達し、
前記ソース電極は、前記第1孔内、前記第3孔内および前記第4孔内に埋め込まれ、且つ、前記ソース領域、前記ボディ領域、前記第1フィールドプレート電極および前記第2フィールドプレート電極に電気的に接続され、
前記ゲート配線は、前記第2孔内に埋め込まれ、且つ、前記ゲート電極に電気的に接続され、
前記第1フローティング領域には、前記ソース電極、前記ゲート配線およびドレイン電極が電気的に接続されていない、半導体装置の製造方法。
付記1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ソース電極および前記ゲート配線は、平面視において前記第1フローティング領域と重ならない、半導体装置の製造方法。
付記1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(h)工程では、前記半導体基板の上面側において、前記外周領域の前記半導体基板中に、前記第2導電型の第2フローティング領域が形成され、
前記第2フローティング領域の深さは、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチの各々の深さよりも浅く、
前記第2フローティング領域は、前記第1フローティング領域および前記ボディ領域から離間するように、前記第1フローティング領域と前記ボディ領域との間に位置している、半導体装置の製造方法。
付記4に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程では、前記第1コンタクト部とは別の前記第1フィールドプレート電極の一部が分断部として残されるように、前記外周領域の前記第1フィールドプレート電極が選択的に後退され、
前記第1トレンチの内部において、前記分断部は、前記ゲート電極と前記第1絶縁膜との間に位置している、半導体装置の製造方法。
10 空乏層
1A 領域
CF1、CF2 導電性膜
CH1~CH4 孔
CR セル領域
DE ドレイン電極
FBR1~FBR3 フローティング領域(不純物領域)
FG フローティングゲート電極
FP フィールドプレート電極
FPa コンタクト部
FPb 分断部
GE ゲート電極
GI ゲート絶縁膜
GP ゲートパッド
GW ゲート配線
HM ハードマスク
IF1~IF3 絶縁膜
IL 層間絶縁膜
ND ドレイン領域(不純物領域)
NS ソース領域(不純物領域)
NV ドリフト領域(不純物領域)
OR 外周領域
PB ボディ領域(不純物領域)
PR 高濃度拡散領域(不純物領域)
RP1~RP3 レジストパターン
SE ソース電極
SP ソースパッド
SUB 半導体基板
TR1 トレンチ
TR2 トレンチ(ターミネーショントレンチ)
TR2a コーナー部
Claims (17)
- MOSFETが形成されるセル領域と、平面視において前記セル領域を囲む外周領域とを有する半導体装置であって、
上面および下面を有する第1導電型の半導体基板と、
平面視において第1方向に延在し、且つ、前記半導体基板の上面側において、前記セル領域および前記外周領域の前記半導体基板中に形成された第1トレンチと、
前記セル領域および前記外周領域の前記第1トレンチの内部において、前記第1トレンチの下部に形成された第1フィールドプレート電極と、
前記外周領域の一部および前記セル領域の前記第1トレンチの内部において、前記第1トレンチの上部に形成されたゲート電極と、
平面視において前記セル領域を囲むように、前記第1方向、および、平面視で前記第1方向と直交する第2方向に延在し、且つ、前記半導体基板の上面側において、前記外周領域の前記半導体基板中に形成された第2トレンチと、
前記半導体基板の上面側において、前記外周領域の一部および前記セル領域の前記半導体基板中に形成され、且つ、前記第1導電型と反対の第2導電型であるボディ領域と、
前記セル領域の前記ボディ領域内に形成された前記第1導電型のソース領域と、
前記半導体基板の上面側において、前記外周領域の前記半導体基板中に形成された前記第2導電型の第1フローティング領域と、
を備え、
前記ボディ領域および前記第1フローティング領域の各々の深さは、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチの各々の深さよりも浅く、
前記第1フローティング領域は、前記ボディ領域から離間するように、前記外周領域の前記第1トレンチと前記第2方向に延在している前記第2トレンチとの間に位置し、
前記外周領域の前記第1トレンチの内部において、前記第1トレンチの上部には、第1フローティングゲート電極が形成され、
前記第2トレンチの内部において、前記第2トレンチの下部には、第2フィールドプレート電極が形成され、
前記第2トレンチの内部において、前記第2トレンチの上部には、第2フローティングゲート電極が形成され、
前記第1トレンチの内部において、前記半導体基板、前記ゲート電極、前記第1フィールドプレート電極および前記第1フローティングゲート電極は、互いに絶縁され、
前記第2トレンチの内部において、前記半導体基板、前記第2フィールドプレート電極および前記第2フローティングゲート電極は、互いに絶縁されている、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記ゲート電極には、ゲート電位が供給され、
前記ソース領域、前記ボディ領域、前記第1フィールドプレート電極および前記第2フィールドプレート電極には、ソース電位が供給され、
前記半導体基板には、ドレイン電位が供給され、
前記第1フローティング領域、前記第1フローティングゲート電極および前記第2フローティングゲート電極には、前記ゲート電位、前記ソース電位および前記ドレイン電位が供給されていない、半導体装置。 - 請求項2に記載の半導体装置において、
前記第1トレンチおよび前記第2トレンチを覆うように、前記セル領域および前記外周領域の前記半導体基板の上面上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成されたソース電極と、
平面視において前記ソース電極を囲むように、前記層間絶縁膜上に形成されたゲート配線と、
前記セル領域および前記外周領域の前記半導体基板の下面下に形成されたドレイン電極と、
を更に備え、
前記セル領域の前記第1フィールドプレート電極の一部は、前記第1トレンチの下部だけでなく前記第1トレンチの上部にも形成され、且つ、前記第1フィールドプレート電極の第1コンタクト部を成し、
前記第1方向に延在する前記第2トレンチに形成されている前記第2フィールドプレート電極の一部は、前記第2トレンチの下部だけでなく前記第2トレンチの上部にも形成され、且つ、前記第2フィールドプレート電極の第2コンタクト部を成し、
前記層間絶縁膜中には、前記ソース領域および前記ボディ領域に達する第1孔と、前記ゲート電極に達する第2孔と、前記第1コンタクト部に達する第3孔と、前記第2コンタクト部に達する第4孔とが形成され、
前記ソース電極は、前記第1孔内、前記第3孔内および前記第4孔内に埋め込まれ、且つ、前記ソース領域、前記ボディ領域、前記第1フィールドプレート電極および前記第2フィールドプレート電極に電気的に接続され、
前記ゲート配線は、前記第2孔内に埋め込まれ、且つ、前記ゲート電極に電気的に接続されている、半導体装置。 - 請求項3に記載の半導体装置において、
前記ソース電極および前記ゲート配線は、平面視において前記第1フローティング領域と重ならない、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記半導体基板の上面側において、前記外周領域の前記半導体基板中に形成された前記第2導電型の第2フローティング領域と、
を更に備え、
前記第2フローティング領域の深さは、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチの各々の深さよりも浅く、
前記第2フローティング領域は、前記第1フローティング領域および前記ボディ領域から離間するように、前記第1フローティング領域と前記ボディ領域との間に位置している、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記外周領域の前記第1フィールドプレート電極の一部は、前記第1トレンチの下部だけでなく前記第1トレンチの上部にも形成され、且つ、分断部を成し、
前記第1トレンチの内部において、前記分断部は、前記ゲート電極と前記第1フローティングゲート電極との間に位置している、半導体装置。 - MOSFETが形成されるセル領域と、平面視において前記セル領域を囲む外周領域とを有する半導体装置の製造方法であって、
(a)上面および下面を有する第1導電型の半導体基板を用意する工程、
(b)前記(a)工程後、前記半導体基板の上面側において、前記セル領域および前記外周領域の前記半導体基板中に、平面視において第1方向に延在する第1トレンチを形成し、前記半導体基板の上面側において、前記外周領域の前記半導体基板中に、平面視において前記セル領域を囲むように、前記第1方向、および、平面視で前記第1方向と直交する第2方向に延在する第2トレンチを形成する工程、
(c)前記(b)工程後、前記第1トレンチの内部を埋め込むように、第1フィールドプレート電極を形成し、前記第2トレンチの内部を埋め込むように、第2フィールドプレート電極を形成する工程、
(d)前記(c)工程後、前記第1フィールドプレート電極の一部が第1コンタクト部として残されるように、前記第1フィールドプレート電極の他部を選択的に後退させ、前記第2フィールドプレート電極の一部が第2コンタクト部として残されるように、前記第2フィールドプレート電極の他部を選択的に後退させる工程、
(e)前記(d)工程後、前記(d)工程で後退した前記外周領域の一部および前記セル領域の前記第1フィールドプレート電極上において、前記第1トレンチの内部を埋め込むように、ゲート電極を形成し、前記(d)工程で後退した前記外周領域の前記第1フィールドプレート電極上において、前記第1トレンチの内部を埋め込むように、第1フローティングゲート電極を形成し、前記(d)工程で後退した前記第2フィールドプレート電極上において、前記第2トレンチの内部を埋め込むように、第2フローティングゲート電極を形成する工程、
(f)前記(e)工程後、前記半導体基板の上面側において、前記外周領域の一部および前記セル領域の前記半導体基板中に、前記第1導電型と反対の第2導電型のボディ領域を形成し、前記外周領域の前記半導体基板中に、前記第2導電型の第1フローティング領域を形成する工程、
(g)前記(f)工程後、前記セル領域の前記ボディ領域内に、前記第1導電型のソース領域を形成する工程、
を備え、
前記ボディ領域および前記第1フローティング領域の各々の深さは、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチの各々の深さよりも浅く、
前記第1フローティング領域は、前記ボディ領域から離間するように、前記外周領域の前記第1トレンチと前記第2方向に延在している前記第2トレンチとの間に位置し、
前記第1トレンチの内部において、前記半導体基板、前記ゲート電極、前記第1フィールドプレート電極および前記第1フローティングゲート電極は、互いに絶縁され、
前記第2トレンチの内部において、前記半導体基板、前記第2フィールドプレート電極および前記第2フローティングゲート電極は、互いに絶縁されている、半導体装置の製造方法。 - 請求項7に記載の半導体装置の製造方法において、
(h)前記(g)工程後、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチを覆うように、前記セル領域および前記外周領域の前記半導体基板の上面上に、層間絶縁膜を形成する工程、
(i)前記(h)工程後、前記層間絶縁膜中に、第1孔、第2孔、第3孔および第4孔を形成する工程、
(j)前記(i)工程後、前記層間絶縁膜上に、ソース電極と、平面視において前記ソース電極を囲むゲート配線とを形成する工程、
(k)前記(j)工程後、前記セル領域および前記外周領域の前記半導体基板の下面下に、ドレイン電極を形成する工程、
を更に備え、
前記第1孔は、前記ソース領域および前記ボディ領域に達し、
前記第2孔は、前記ゲート電極に達し、
前記第3孔は、前記第1コンタクト部に達し、
前記第4孔は、前記第2コンタクト部に達し、
前記ソース電極は、前記第1孔内、前記第3孔内および前記第4孔内に埋め込まれ、且つ、前記ソース領域、前記ボディ領域、前記第1フィールドプレート電極および前記第2フィールドプレート電極に電気的に接続され、
前記ゲート配線は、前記第2孔内に埋め込まれ、且つ、前記ゲート電極に電気的に接続され、
前記第1フローティング領域、前記第1フローティングゲート電極および前記第2フローティングゲート電極には、前記ソース電極、前記ゲート配線およびドレイン電極が電気的に接続されていない、半導体装置の製造方法。 - 請求項8に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ソース電極および前記ゲート配線は、平面視において前記第1フローティング領域と重ならない、半導体装置の製造方法。 - 請求項7に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程では、前記半導体基板の上面側において、前記外周領域の前記半導体基板中に、前記第2導電型の第2フローティング領域が形成され、
前記第2フローティング領域の深さは、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチの各々の深さよりも浅く、
前記第2フローティング領域は、前記第1フローティング領域および前記ボディ領域から離間するように、前記第1フローティング領域と前記ボディ領域との間に位置している、半導体装置の製造方法。 - 請求項7に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程では、前記第1コンタクト部とは別の前記第1フィールドプレート電極の一部が分断部として残されるように、前記第1フィールドプレート電極の他部が選択的に後退され、
前記第1トレンチの内部において、前記分断部は、前記ゲート電極と前記第1フローティングゲート電極との間に位置している、半導体装置の製造方法。 - MOSFETが形成されるセル領域と、平面視において前記セル領域を囲む外周領域とを有する半導体装置であって、
上面および下面を有する第1導電型の半導体基板と、
平面視において第1方向に延在し、且つ、前記半導体基板の上面側において、前記セル領域および前記外周領域の前記半導体基板中に形成された第1トレンチと、
前記セル領域および前記外周領域の前記第1トレンチの内部において、前記第1トレンチの下部に形成された第1フィールドプレート電極と、
前記外周領域の一部および前記セル領域の前記第1トレンチの内部において、前記第1トレンチの上部に形成されたゲート電極と、
平面視において前記セル領域を囲むように、前記第1方向、および、平面視で前記第1方向と直交する第2方向に延在し、且つ、前記半導体基板の上面側において、前記外周領域の前記半導体基板中に形成された第2トレンチと、
前記半導体基板の上面側において、前記外周領域の一部および前記セル領域の前記半導体基板中に形成され、且つ、前記第1導電型と反対の第2導電型であるボディ領域と、
前記セル領域の前記ボディ領域内に形成された前記第1導電型のソース領域と、
前記半導体基板の上面側において、前記外周領域の前記半導体基板中に形成された前記第2導電型の第1フローティング領域と、
を備え、
前記ボディ領域および前記第1フローティング領域の各々の深さは、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチの各々の深さよりも浅く、
前記第1フローティング領域は、前記ボディ領域から離間するように、前記外周領域の前記第1トレンチと前記第2方向に延在している前記第2トレンチとの間に位置し、
前記外周領域の前記第1トレンチの内部において、前記第1トレンチの上部は、第1絶縁膜によって埋め込まれ、
前記第2トレンチの内部において、前記第2トレンチの下部には、第2フィールドプレート電極が形成され、
前記第2トレンチの内部において、前記第2トレンチの上部は、第2絶縁膜によって埋め込まれ、
前記第1トレンチの内部において、前記半導体基板、前記ゲート電極および前記第1フィールドプレート電極は、互いに絶縁され、
前記第2トレンチの内部において、前記半導体基板および前記第2フィールドプレート電極は、互いに絶縁されている、半導体装置。 - 請求項12に記載の半導体装置において、
前記ゲート電極には、ゲート電位が供給され、
前記ソース領域、前記ボディ領域、前記第1フィールドプレート電極および前記第2フィールドプレート電極には、ソース電位が供給され、
前記半導体基板には、ドレイン電位が供給され、
前記第1フローティング領域には、前記ゲート電位、前記ソース電位および前記ドレイン電位が供給されていない、半導体装置。 - 請求項13に記載の半導体装置において、
前記第1トレンチおよび前記第2トレンチを覆うように、前記セル領域および前記外周領域の前記半導体基板の上面上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成されたソース電極と、
平面視において前記ソース電極を囲むように、前記層間絶縁膜上に形成されたゲート配線と、
前記セル領域および前記外周領域の前記半導体基板の下面下に形成されたドレイン電極と、
を更に備え、
前記セル領域の前記第1フィールドプレート電極の一部は、前記第1トレンチの下部だけでなく前記第1トレンチの上部にも形成され、且つ、前記第1フィールドプレート電極の第1コンタクト部を成し、
前記第1方向に延在する前記第2トレンチに形成されている前記第2フィールドプレート電極の一部は、前記第2トレンチの下部だけでなく前記第2トレンチの上部にも形成され、且つ、前記第2フィールドプレート電極の第2コンタクト部を成し、
前記層間絶縁膜中には、前記ソース領域および前記ボディ領域に達する第1孔と、前記ゲート電極に達する第2孔と、前記第1コンタクト部に達する第3孔と、前記第2コンタクト部に達する第4孔とが形成され、
前記ソース電極は、前記第1孔内、前記第3孔内および前記第4孔内に埋め込まれ、且つ、前記ソース領域、前記ボディ領域、前記第1フィールドプレート電極および前記第2フィールドプレート電極に電気的に接続され、
前記ゲート配線は、前記第2孔内に埋め込まれ、且つ、前記ゲート電極に電気的に接続されている、半導体装置。 - 請求項14に記載の半導体装置において、
前記ソース電極および前記ゲート配線は、平面視において前記第1フローティング領域と重ならない、半導体装置。 - 請求項12に記載の半導体装置において、
前記半導体基板の上面側において、前記外周領域の前記半導体基板中に形成された前記第2導電型の第2フローティング領域と、
を更に備え、
前記第2フローティング領域の深さは、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチの各々の深さよりも浅く、
前記第2フローティング領域は、前記第1フローティング領域および前記ボディ領域から離間するように、前記第1フローティング領域と前記ボディ領域との間に位置している、半導体装置。 - 請求項12に記載の半導体装置において、
前記外周領域の前記第1フィールドプレート電極の一部は、前記第1トレンチの下部だけでなく前記第1トレンチの上部にも形成され、且つ、分断部を成し、
前記第1トレンチの内部において、前記分断部は、前記ゲート電極と前記第1絶縁膜との間に位置している、半導体装置。
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