JP2007013003A

Semiconductor device and its manufacturing method

Abstract

Problem to be solved.To provide a semiconductor device in which an N-channel vertical MOS transistor and a P-channel vertical MOS transistor are formed on one chip, and to provide a miniaturized and inexpensive semiconductor device and a method for manufacturing the same.

Solution.A source region is formed on the main surface side of a semiconductor substrate 4, a drain region is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 4, is sandwiched between the source region and the drain region, becomes strip-shaped in a substrate cross section, and is in the substrate surface. A semiconductor device including a vertical MOS transistor having a PN column layer 4a as a drift layer composed of a P-conducting region and an N-conducting region in which at least one of them has a repeating pattern. A semiconductor device in which a vertical MOS transistor (N channel) 11N as a source and drain and a vertical MOS transistor (P channel) 11P having a high-concentration P conductive region as a source and drain are integrally formed on a semiconductor substrate 4. Let it be 101. [Selection diagram] Fig. 1

JP2007013003A, drawing sheet 1
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17 claims: 5 independent, 12 dependent

  1. 1
    半導体基板の主面側にソース領域が形成され、前記半導体基板の裏面側にドレイン領域が形成され、前記ソース領域と前記ドレイン領域に挟まれ、基板断面において短冊状となり、基板面内において少なくとも一方が繰り返しパターンとなるP導電型領域とN導電型領域で構成されるPNコラム層をドリフト層とする縦型MOSトランジスタを備えた半導体装置であって、 高濃度N導電型領域をソースおよびドレインとする前記縦型MOSトランジスタ(Nチャネル)と、高濃度P導電型領域をソースおよびドレインとする前記縦型MOSトランジスタ(Pチャネル)とが、前記半導体基板に一体形成されてなることを特徴とする半導体装置。
  2. 2
    前記繰り返しパターンが、ストライプ状の繰り返しパターンであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 3
    前記繰り返しパターンが、円もしくは多角形の繰り返しパターンであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 4
    前記縦型MOSトランジスタのゲート構造が、トレンチゲート構造であり、 前記Nチャネル縦型MOSトランジスタのトレンチゲートおよび前記Pチャネル縦型MOSトランジスタのトレンチゲートが、それぞれ、 前記基板の主面側に形成されたP導電型ウエルおよびN導電型ウエルを貫通し、 前記PNコラム層におけるN導電型領域およびP導電型領域に突き出るように形成されてなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 5
    前記トレンチゲートと前記繰り返しパターンが、いずれもストライプ状であり、トレンチゲートのストライプと繰り返しパターンのストライプが平行に配置されてなることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
  6. 6
    前記トレンチゲートと前記繰り返しパターンが、いずれもストライプ状であり、トレンチゲートのストライプと繰り返しパターンのストライプが交わるように配置されてなることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
  7. 7
    前記縦型MOSトランジスタのゲート構造が、平面ゲート構造であり、 前記Nチャネル縦型MOSトランジスタおよび前記Pチャネル縦型MOSトランジスタのチャネル領域が、それぞれ、 前記基板の主面側の前記PNコラム層上にある、N導電型領域内のP導電型ウエルの表層部およびP導電型領域内のN導電型ウエルの表層部であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置。
  8. 8
    前記平面ゲートと前記繰り返しパターンが、いずれもストライプ状であり、平面ゲートのストライプと繰り返しパターンのストライプが平行に配置されてなることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
  9. 9
    前記平面ゲートと前記繰り返しパターンが、いずれもストライプ状であり、平面ゲートのストライプと繰り返しパターンのストライプが交わるように配置されてなることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
  10. 10
    所定の基板断面において、前記P導電型ウエルとN導電型ウエルの外周最短間隔が、前記PNコラム層の深さの2倍より、小さく設定されてなることを特徴とする請求項4乃至9のいずれか一項に記載の半導体装置。
  11. 11
    前記基板の裏面側において、前記縦型MOSトランジスタのドレイン領域が、支持基板である真性半導体層と前記PNコラム層の間に形成されてなり、 前記真性半導体層を貫通し、前記ドレイン領域に達するトレンチが形成され、 当該トレンチ内に、金属が埋め込まれてなることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の半導体装置。
  12. 12
    前記基板の裏面側に、前記PNコラム層に達する絶縁分離トレンチが形成され、 当該絶縁分離トレンチにより、少なくとも一つの前記縦型MOSトランジスタのドレイン領域が、他の縦型MOSトランジスタのドレイン領域から絶縁分離されてなることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の半導体装置。
  13. 13
    前記基板の裏面側に、表面から前記PNコラム層に達する真性半導体領域が形成され、 当該真性半導体領域により、少なくとも一つの前記縦型MOSトランジスタのドレイン領域が、他の縦型MOSトランジスタのドレイン領域から絶縁分離されてなることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の半導体装置。
  14. 14
    一つの前記Nチャネル縦型MOSトランジスタと一つの前記Pチャネル縦型MOSトランジスタを一組とする縦型MOSトランジスタのペアが、前記半導体基板に2組形成されてなり、 前記2組のペアのドレイン領域が、前記絶縁分離トレンチまたは前記真性半導体領域により、互いに絶縁分離されてなり、 前記2組のペアにより、H型ブリッジ回路が形成されてなることを特徴とする請求項12または13に記載の半導体装置。
  15. 15
    一つの前記Nチャネル縦型MOSトランジスタと一つの前記Pチャネル縦型MOSトランジスタを一組とする縦型MOSトランジスタのペアにおいて、 前記Nチャネル縦型MOSトランジスタのゲートと前記Pチャネル縦型MOSトランジスタのゲートが短絡され、 前記ペアにより、CMOSインバータ回路が形成されてなることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の半導体装置。
  16. 16
    半導体基板の主面側にソース領域が形成され、前記半導体基板の裏面側にドレイン領域が形成され、前記ソース領域と前記ドレイン領域に挟まれ、基板断面において短冊状となり、基板面内において少なくとも一方が繰り返しパターンとなるP導電型領域とN導電型領域で構成されるPNコラム層をドリフト層とする縦型MOSトランジスタを備え、 高濃度N導電型領域をソースおよびドレインとする前記縦型MOSトランジスタ(Nチャネル)と、高濃度P導電型領域をソースおよびドレインとする前記縦型MOSトランジスタ(Pチャネル)とが、前記半導体基板に一体形成されてなる半導体装置の製造方法であって、 半導体基板の一方の面側に形成されたN導電型層またはP導電型層にトレンチを形成し、前記トレンチに異なる導電型のエピタキシャル層を埋め込んで、前記PNコラム層とするPNコラム層形成工程と、 前記PNコラム層の表面を研磨して平坦化した後、PNコラム層上にエピタキシャル層を形成するエピタキシャル層形成工程と、 前記エピタキシャル層に、P導電型およびN導電型の不純物を高濃度にイオン注入して、前記基板の主面側のソース領域とするソース領域形成工程と、 前記半導体基板をもう一方の面側から研削・研磨して、前記PNコラム層下にある半導体基板を所定の厚さに設定し、P導電型およびN導電型の不純物を高濃度にイオン注入して、前記基板の裏面側のドレイン領域とするドレイン領域形成工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  17. 17
    半導体基板の主面側にソース領域が形成され、前記半導体基板の裏面側にドレイン領域が形成され、前記ソース領域と前記ドレイン領域に挟まれ、基板断面において短冊状となり、基板面内において少なくとも一方が繰り返しパターンとなるP導電型領域とN導電型領域で構成されるPNコラム層をドリフト層とする縦型MOSトランジスタを備え、 高濃度N導電型領域をソースおよびドレインとする前記縦型MOSトランジスタ(Nチャネル)と、高濃度P導電型領域をソースおよびドレインとする前記縦型MOSトランジスタ(Pチャネル)とが、前記半導体基板に一体形成され、 前記基板の裏面側において、前記縦型MOSトランジスタのドレイン領域が、支持基板である真性半導体層と前記PNコラム層の間に形成されてなり、 前記真性半導体層を貫通し、前記ドレイン領域に達するトレンチが形成され、 当該トレンチ内に、金属が埋め込まれてなる半導体装置の製造方法であって、 真性半導体基板の一方の表面に、P導電型およびN導電型の不純物を高濃度にイオン注入して、前記基板の裏面側のドレイン領域とするドレイン領域形成工程と、 前記半導体基板の一方の表面上に、N導電型またはP導電型のエピタキシャル層を形成した後、前記N導電型またはP導電型のエピタキシャル層にトレンチを形成し、前記トレンチに異なる導電型のエピタキシャ層を埋め込んで、前記PNコラム層とするPNコラム層形成工程と、 前記PNコラム層の表面を研磨して平坦化した後、PNコラム層上にエピタキシャル層を形成するエピタキシャル層形成工程と、 前記エピタキシャル層に、P導電型およびN導電型の不純物を高濃度にイオン注入して、前記基板の主面側のソース領域とするソース領域形成工程と、 前記半導体基板のもう一方の表面に、前記ドレイン領域に達するトレンチを形成し、当該トレンチ内に金属を埋め込んでドレイン電極とするドレイン電極形成工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Independent claims17