DE19507146A1 - Semiconductor device used as FET - Google Patents

Semiconductor device used as FET

Info

Publication number
DE19507146A1
DE19507146A1 DE19507146A DE19507146A DE19507146A1 DE 19507146 A1 DE19507146 A1 DE 19507146A1 DE 19507146 A DE19507146 A DE 19507146A DE 19507146 A DE19507146 A DE 19507146A DE 19507146 A1 DE19507146 A1 DE 19507146A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
silicon
trench
layer
oxide layer
silicon oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19507146A
Other languages
German (de)
Other versions
DE19507146C2 (en
Inventor
Hidenori Nishihara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE19507146A1 publication Critical patent/DE19507146A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19507146C2 publication Critical patent/DE19507146C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/20Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially organic
    • B24D3/28Resins or natural or synthetic macromolecular compounds
    • B24D3/285Reaction products obtained from aldehydes or ketones
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409Abrasive particles per se
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42356Disposition, e.g. buried gate electrode
    • H01L29/4236Disposition, e.g. buried gate electrode within a trench, e.g. trench gate electrode, groove gate electrode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H01L29/66333Vertical insulated gate bipolar transistors
    • H01L29/66348Vertical insulated gate bipolar transistors with a recessed gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692Surface layout
    • H01L29/0696Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs

Abstract

A semiconductor device (I) comprises: (a) a semiconductor substrate (1); (b) a trench (31) in the substrate (1); (c) a gate insulating layer (32) covering the inner wall of the trench (31); (d) a gate electrode (34) which fills the trench (31) and projects above the surface of the substrate (1), where the width of the section of gate electrode (34) is the same or less than the width of the projecting gate electrode filling the trench (31); and (e) an insulating layer (32) formed in such a way that it covers only the projecting section of the gate electrode (34). Prodn. of the semiconductor device is also claimed.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervor­ richtung und auf ein Verfahren zu deren Herstellung. Genauer be­ zieht sie sich auf eine Verbesserung eines Leistungs-Feldef­ fekttransistors, der einen großen Strom leiten kann. Die vorlie­ gende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Her­ stellung einer solchen Halbleitervorrichtung.The present invention relates to a semiconductor direction and a process for their manufacture. More precisely be she draws on an improvement in a performance field fect transistor that can conduct a large current. The present The present invention also relates to a method of manufacturing position of such a semiconductor device.

Fig. 60 ist eine Schnittansicht eines ersten Feldeffekttransi­ stors vom vertikalen Typ mit einer Grabenstruktur (im folgenden als "Graben-MOS" bezeichnet), der in der US 4 767 722 offenbart ist. Fig. 60 is a sectional view of a first Feldeffekttransi stors the vertical type with a grave structure (hereinafter referred to as "trench MOS" hereinafter), which is disclosed in US 4,767,722.

Wie in Fig. 60 gezeigt ist, weist eine Halbleitervorrichtung ein n⁺-Typ Einkristall-Siliziumsubstrat 110 auf. Eine n⁻-Typ Einkri­ stall-Siliziumepitaxieschicht 111 ist auf dem n⁺-Typ Einkri­ stall-Siliziumsubstrat 110 ausgebildet. Ein Graben 131 ist in der n⁻-Typ Einkristallsiliziumepitaxieschicht 111 ausgebildet. Eine Siliziumoxidschicht 132, die eine Gateisolierschicht ist, bedeckt die Innenwand des Grabens 131. Der Graben 131 ist mit polykristallinem Silizium 134, das n-Typ Dotierstoff aufweist, gefüllt, das die Gateelektrode wird. p-Typ Basisdiffusions­ schichten 120a und 120b sind auf beiden Seiten des Grabens 131 auf der n⁻-Typ Einkristallsiliziumepitaxieschicht 111 vorgese­ hen. Eine n-Typ Sourcediffusionsschicht 121a ist in der p-Typ Basisdiffusionsschicht 120a vorgesehen. Eine n-Typ Sourcediffusionsschicht 121b ist in der p-Typ Basisdiffusions­ schicht 120b vorgesehen. Eine Gateelektrode 134 ist mit einer Isolierschicht 135 bedeckt. Eine Sourceelektrode 118 ist mit der n-Typ Sourcediffusionsschicht 121a verbunden. Eine Sourceelek­ trode 119 ist mit der n-Typ Sourcediffusionsschicht 121b verbun­ den. Eine Drainelektrode 117 ist mit der Bodenoberfläche des n⁺- Typ Einkristallsiliziumsubstrates 110 verbunden.As shown in FIG. 60, a semiconductor device has an n⁺-type single crystal silicon substrate 110 . An n⁻-type single-crystal silicon epitaxial layer 111 is formed on the n⁺-type single-crystal silicon substrate 110 . A trench 131 is formed in the n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 111 . A silicon oxide layer 132 , which is a gate insulating layer, covers the inner wall of the trench 131 . The trench 131 is filled with polycrystalline silicon 134 , which has an n-type dopant, which becomes the gate electrode. p-type base diffusion layers 120 a and 120 b are provided on both sides of the trench 131 on the n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 111 . An n-type source diffusion layer 121 a is provided in the p-type base diffusion layer 120 a. An n-type source diffusion layer 121 b is provided in the p-type base diffusion layer 120 b. A gate electrode 134 is covered with an insulating layer 135 . A source electrode 118 is connected to the n-type source diffusion layer 121 a. A source electrode 119 is connected to the n-type source diffusion layer 121 b. A drain electrode 117 is connected to the bottom surface of the n⁺-type single crystal silicon substrate 110 .

Der Betrieb der Halbleitervorrichtung wird im folgenden be­ schrieben. Durch Anlegen eines positiven Potentials an die Gate­ elektrode 134 werden Kanäle auf den Seiten des Grabens 131 aus­ gebildet. Die Pfeile 122C1 und 122C2 zeigen den Weg. Elektronen wandern und verursachen einen Stromfluß zwischen den Sourceelek­ troden 118 und 119 und der Drainelektrode 117.The operation of the semiconductor device will be described below. By applying a positive potential to the gate electrode 134 , channels are formed on the sides of the trench 131 . The arrows 122 C1 and 122 C2 show the way. Electrons migrate and cause a current to flow between the source electrodes 118 and 119 and the drain electrode 117 .

Der oben beschriebene Graben-MOS ist ein sogenannter Leistungs- MOS. Er kann einen großen Strom leiten und wird z. B. zum Schal­ ten eines Motors verwendet.The trench MOS described above is a so-called power MOS. It can conduct a large current and is used e.g. B. to the scarf motor.

Ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Graben-MOS wird im folgenden beschrieben.A method of manufacturing the trench MOS described above is described below.

Wie in Fig. 61 gezeigt ist, wird eine n⁻-Typ Einkristallsilizi­ umepitaxieschicht 111 überall aber einer Hauptoberfläche des n⁺- Typ Einkristallsiliziumsubstrates 110 durch epitaxiales Wachstum ausgebildet. Dann werden Photolithographie-, Ionenimplantations- und Dotierstoffdiffusionsschritte entsprechend zur Ausbildung der p-Typ Basisdiffusionsschicht 120 und der n-Typ Source­ diffusionsschicht 121 wiederholt. Dieser Aufbau wird im fol­ genden als Siliziumsubstrat 100 bezeichnet. Eine Siliziumoxid­ schicht 130 wird auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 100 ausgebildet.As shown in FIG. 61, an n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 111 is formed everywhere but a main surface of the n⁺-type single crystal silicon substrate 110 by epitaxial growth. Then, photolithography, ion implantation, and dopant diffusion steps are repeated to form the p-type base diffusion layer 120 and the n-type source diffusion layer 121 , respectively. This structure is referred to in the following as silicon substrate 100 . A silicon oxide layer 130 is formed on the surface of the silicon substrate 100 .

Wie in Fig. 62 gezeigt ist, wird die Siliziumoxidschicht 130 in eine vorbestimmte Konfiguration gemustert, damit sie als eine Maske zum nachfolgenden Ausbilden eines Grabens dienen kann. Un­ ter Verwendung der Siliziumoxidschicht 130 als Maske wird ein Ätzen des Siliziums zur Ausbildung eines Grabens 131 in dem Siliziumsubstrat 100 durch die n-Typ Sourcediffusionsschicht 121 und die p-Typ Basisdiffusionsschicht 120 in die n⁻-Typ Einkristallsiliziumepitaxieschicht 111 hinein ausgeführt.As shown in FIG. 62, the silicon oxide layer 130 is patterned into a predetermined configuration so that it can serve as a mask for subsequently forming a trench. Using the silicon oxide layer 130 as a mask, the silicon is etched to form a trench 131 in the silicon substrate 100 through the n-type source diffusion layer 121 and the p-type base diffusion layer 120 into the n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 111 .

Wie in den Fig. 62 und 63 gezeigt ist, wird eine Siliziumoxid­ schicht 132, die eine Gateoxidschicht wird, auf der Innenwand des Grabens 131 ausgebildet.As shown in FIGS. 62 and 63, a silicon oxide layer 132 , which becomes a gate oxide layer, is formed on the inner wall of the trench 131 .

Wie in Fig. 64 gezeigt ist, wird eine polykristalline Silizium­ schicht 133, die n-Typ Dotierstoff enthält, auf dem Siliziumsub­ strat 100 durch CVD so ausgebildet, daß der Graben 131 gefüllt ist. Wie in den Fig. 64 und 65 gezeigt ist, wird die n-Typ poly­ kristalline Siliziumschicht 133 rückgeätzt bis die obere Ober­ fläche derselben zwischen der Oberfläche des Siliziumsubstrates 100 und der Bodenfläche der n-Typ Sourcediffusionsschichten 121a und 121b angeordnet ist. Die obere Oberfläche 134a des n-Typ po­ lykristallinen Siliziums ist 0,25∼0,5 µm unter der Oberfläche des Siliziumsubstrates 100 angeordnet. Derart ist eine polykristal­ line n-Typ Gatesiliziumschicht 134 ausgebildet.As shown in Fig. 64, a polycrystalline silicon layer 133 containing n-type dopant is formed on the silicon substrate 100 by CVD so that the trench 131 is filled. As shown in FIGS. 64 and 65, the n-type poly crystalline silicon layer 133 is etched back until the upper surface thereof is arranged between the surface of the silicon substrate 100 and the bottom surface of the n-type source diffusion layers 121 a and 121 b. The upper surface 134 a of the n-type polycrystalline silicon is arranged 0.25-0.5 μm below the surface of the silicon substrate 100 . A polycrystalline line n-type gate silicon layer 134 is formed in this way.

Wie in Fig. 66 gezeigt ist, wird die Oberfläche der polykristal­ linen n-Typ Siliziumschicht 134 zur Ausbildung einer Silizium- Oxidschicht 135 auf der polykristallinen n-Typ Siliziumschicht 134 oxidiert. Die Siliziumoxidschicht 135 wird dicker als die Oxidschicht 130, die auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 100 vorgesehen ist, ausgebildet. Die Oxidschicht 130, die an der Oberfläche der Siliziumoxidschicht 135 und des Siliziumsub­ strates 100 ausgebildet ist, ist im wesentlichen flach. Es ist notwendig, daß die obere Oberfläche 134a der Gateelektrode 134 unter der Oberfläche des Siliziumsubstrates 100 und über der Bodenfläche der n-Typ Sourcediffusionsschichten 121a und 122b angeordnet ist.As shown in Fig. 66, the surface is the polykristal linen n-type silicon layer 134 is oxidized to form a silicon oxide layer 135 on the polycrystalline n-type silicon layer 134. The silicon oxide layer 135 is formed thicker than the oxide layer 130 that is provided on the surface of the silicon substrate 100 . The oxide layer 130 , which is formed on the surface of the silicon oxide layer 135 and the silicon substrate 100 , is substantially flat. It is necessary that the upper surface 134 a of the gate electrode 134 is arranged below the surface of the silicon substrate 100 and above the bottom surface of the n-type source diffusion layers 121 a and 122 b.

Wie in den Fig. 66 und 67 gezeigt ist, wird die an der Oberflä­ che des Siliziumsubstrates 100 ausgebildete Siliziumoxidschicht 130 durch Ätzen zum Ausbilden von Sourceelektroden 118 und 119 auf dem Siliziumsubstrat, die so in Kontakt mit den p-Typ Basis­ diffusionsbereichen 120a und 120b und den n-Typ Sourcediffusi­ onsschichten 121a und 121b kommen, entfernt. Die Drainelek­ trode 117 wird auf der Bodenoberfläche des n⁺-Typ Einkristallsiliziumsubstrates 110 ausgebildet.As shown in FIGS. 66 and 67, is attached to the Oberflä of the silicon substrate surface 100 formed silicon oxide layer 130 by etching to form source electrodes 118 and 119 on the silicon substrate, the diffusion regions so in contact with the p-type base 120 a and 120 b and the n-type source diffusion layers 121 a and 121 b come away. The drain electrode 117 is formed on the bottom surface of the n⁺-type single crystal silicon substrate 110 .

Fig. 68 ist eine Schnittansicht eines zweiten Graben-MOS, der in der US 4 767 722 offenbart ist. Elemente in Fig. 68, die denje­ nigen der Halbleitervorrichtung aus Fig. 67 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt. Fig. 68 is a sectional view of a second trench MOS, which is disclosed in US 4,767,722. Elements in FIG. 68 corresponding to those of the semiconductor device of FIG. 67 are given the same reference numerals and their description is not repeated.

Wie in Fig. 68 gezeigt ist, sind ein Graben 123, eine Silizium- Oxidschicht 124, die eine Gateisolierschicht wird, und polykri­ stallines n-Typ Silizium 125 einer Gateelektrode vorgesehen. Die Halbleitervorrichtung aus Fig. 68 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung aus Fig. 67 dadurch, daß der Schnitt des polykristallinen n-Typ Gatesiliziums 125 eine U-Form aufweist, der Graben 123 nicht vollständig gefüllt ist, und daß die poly­ kristalline n-Typ Siliziumschicht 125 nach oben über die Ober­ fläche des Siliziumsubstrates 100 und außerdem seitwärts von der Grabenöffnung weg vorsteht.As shown in FIG. 68, a trench 123 , a silicon oxide layer 124 , which becomes a gate insulating layer, and polycrystalline n-type silicon 125 of a gate electrode are provided. The semiconductor device from FIG. 68 differs from the semiconductor device from FIG. 67 in that the cut of the polycrystalline n-type gate silicon 125 has a U-shape, the trench 123 is not completely filled, and in that the polycrystalline n-type silicon layer 125 upwards over the surface of the silicon substrate 100 and also protrudes sideways away from the trench opening.

Fig. 68 ist eine Schnittansicht eines dritten Graben-MOS, der in IEDM86, S. 638-641 beschrieben ist. Die Elemente der in Fig. 69 gezeigten Halbleitervorrichtung, die identisch zu jenen der in Fig. 67 gezeigten Halbleitervorrichtung sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und ihre Beschreibung wird nicht wie­ derholt. Wie in Fig. 69 gezeigt ist, ist eine Zwischenschicht- Isolierschicht 136 zum elektrischen Trennen bzw. Isolieren der Gateelektrode 134 von der Sourceelektrode 118 vorgesehen. Die Halbleitervorrichtung aus Fig. 69 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung aus Fig. 60 dadurch, daß das polykristal­ line n-Typ Gatesilizium 134 nach oben von der Oberfläche des Siliziumsubstrates 100 und außerdem seitwärts von der Grabenöff­ nung vorsteht. Fig. 68 is a sectional view of a third trench MOS described in IEDM86, pages 638-641. The elements of the semiconductor device shown in FIG. 69, which are identical to those of the semiconductor device shown in FIG. 67, are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is not repeated. As shown in FIG. 69, an interlayer insulating layer 136 is provided for electrically isolating the gate electrode 134 from the source electrode 118 . The semiconductor device of FIG. 69 differs from the semiconductor device of FIG. 60 in that the polycrystalline line n-type gate silicon 134 protrudes upward from the surface of the silicon substrate 100 and also laterally from the trench opening.

Ein Verfahren zur Herstellung der Graben-MOS, die in den Fig. 68 und 69 gezeigt sind, wird im folgenden beschrieben.A method of manufacturing the trench MOS shown in Figs. 68 and 69 will be described below.

Zuerst werden Verfahrensabläufe vergleichbar zu denjenigen aus den Fig, 61 bis 64 zur Ausbildung eines Grabens, einer Gateoxid­ schicht und einer polykristallinen n-Typ Siliziumschicht ausge­ führt. Dann wird durch Photolithographie die polykristalline n- Typ Siliziumschicht zur Ausbildung einer U-förmigen oder einer T-förmigen Gateelektrode, die horizontal über die Grabenöffnung vorsteht, gemustert. Dann wird die Zwischenschicht-Isolier­ schicht 136 ausgebildet, gefolgt durch eine Lithographie zum Mu­ stern der Zwischenschicht-Isolierschicht 136, was in der Ausbil­ dung eines Kontaktbereiches resultiert. Letztendlich werden eine Sourceelektrode und eine Drainelektrode ausgebildet. Derart ist der Graben-MOS vervollständigt.First, process sequences comparable to those from FIGS. 61 to 64 for forming a trench, a gate oxide layer and a polycrystalline n-type silicon layer are carried out. Then, the polycrystalline n-type silicon layer is patterned by photolithography to form a U-shaped or a T-shaped gate electrode that protrudes horizontally above the trench opening. Then, the interlayer insulating layer 136 is formed, followed by lithography to pattern the interlayer insulating layer 136 , which results in the formation of a contact area. Ultimately, a source electrode and a drain electrode are formed. The trench MOS is thus completed.

Fig. 70 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung, die in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-17371 offen­ bart ist. Ein p-Typ Diffusionsbereich 2a, der ein Drain wird, ist in einem n-Typ Siliziumsubstrat 1a ausgebildet. Ein n-Typ Diffusionsbereich 3a hoher Konzentration, der eine Source wird, ist in dem p-Typ Diffusionsbereich 2a ausgebildet. Ein Graben 4a ist derart ausgebildet, daß er den n-Typ Diffusionsbereich 3a und den p-Typ Diffusionsbereich 2a durchstößt. Eine Gateoxid­ schicht 5a ist auf der Seitenwand des Grabens 4a ausgebildet. Eine Gateelektrode 6 ist in dem Graben 4a mit der Gateoxid­ schicht 5a dazwischen begraben. Eine Zwischenschicht-Isolier­ schicht 7 ist auf dem Siliziumsubstrat 1a so vorgesehen, daß sie die obere Oberfläche der Gateelektrode 6 bedeckt. Eine Source­ elektrode 8a ist auf dem Siliziumsubstrat 1a so vorgesehen, daß sie in Kontakt mit dem p-Typ Diffusionsbereich 2a und dem n-Typ Diffusionsbereich 3a hoher Konzentration ist. Eine Drainelek­ trode 9a ist auf der Bodenseite des Siliziumsubstrates 1a vorge­ sehen. Fig. 70 is a sectional view of a semiconductor device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-17371. A p-type diffusion region 2 a, which becomes a drain, is formed in an n-type silicon substrate 1 a. An n-type diffusion region 3 a of high concentration, which becomes a source, is formed in the p-type diffusion region 2 a. A trench 4 a is formed such that it penetrates the n-type diffusion region 3 a and the p-type diffusion region 2 a. A gate oxide layer 5 a is formed on the side wall of the trench 4 a. A gate electrode 6 is buried in the trench 4 a with the gate oxide layer 5 a in between. An interlayer insulating layer 7 is provided on the silicon substrate 1 a so that it covers the upper surface of the gate electrode 6 . A source electrode 8 a is provided on the silicon substrate 1 a so that it is in contact with the p-type diffusion region 2 a and the n-type diffusion region 3 a of high concentration. A Drainelek electrode 9 a is seen on the bottom side of the silicon substrate 1 a.

Ein Graben-MOS mit der oben beschriebenen bzw. mit einer der oben beschriebenen Strukturen weist die folgenden Probleme auf. A trench MOS with the one described above or with one of the The structures described above have the following problems.  

Zuerst gibt es das Problem der Herstellung des in Fig. 60 ge­ zeigten Grabens. Genauer gesagt ist es notwendig, eine genaue Steuerung der Positionierung der oberen Oberfläche 134a der po­ lykristallinen n-Typ Siliziumschicht 134 auszuführen, wie es in Fig. 65 gezeigt ist. Diese kritische Steuerung benötigt kost­ spielige Herstellungsvorrichtungen und -techniken auf hohem Ni­ veau.First, there is the problem of making the trench shown in Fig. 60. More specifically, it is necessary, a po lykristallinen n-type silicon layer 134 to perform a precise control of the positioning of the upper surface 134, as shown in Fig. 65. This critical control requires expensive, high level manufacturing devices and techniques.

Da die polykristalline n-Typ Siliziumschicht 134 zur Ausbildung der Siliziumoxidschicht 135, wie es in Fig. 66 gezeigt ist, oxi­ diert wird, gibt es das zweite Problem, das die Position der oberen Oberfläche 134a der polykristallinen n-Typ Gatesilizium­ schicht 134 genau und mit einem Spielraum bestimmt werden muß, wobei die Menge des polykristallinen Siliziums, das durch die Oxidation verbraucht bzw. umgewandelt wird, unter Berücksichti­ gung der Schichtdicke und der Ausbildungsbedingungen für die Siliziumoxidschicht 135 berücksichtigt werden muß.Since the polycrystalline n-type silicon layer 134 for forming the silicon oxide layer 135, as shown in Fig. 66, are coded oxi, there is the second problem that layer, the position of the upper surface 134 a of the polycrystalline n-type gate silicon 134 exactly and must be determined with a margin, taking into account the amount of polycrystalline silicon consumed or converted by the oxidation, taking into account the layer thickness and the formation conditions for the silicon oxide layer 135 .

Da die Position der oberen Oberfläche 134a der polykristallinen n-Typ Gatesiliziumschicht 134, die eine Gateelektrode ist bzw. wird, über der Bodenfläche der n-Typ Sourcediffusionsschichten 121a und 121b liegen muß, damit die Vorrichtung als ein MOS funktioniert, müssen die Tiefen der n-Typ Sourcediffusions­ schichten 121a und 121b entsprechend bestimmt werden. Daher gibt es das dritte Problem, daß eine Reduzierung (der Größen) in der senkrechten Richtung (Abflachen bzw. Dünnermachen der Halblei­ tervorrichtung) schwierig wird. Da die p-Typ Basisdiffusions­ schicht und außerdem die Tiefe des Grabens nicht flacher gemacht werden können, kann die statische Kapazität zwischen der Gate­ elektrode und dem Siliziumsubstrat nicht reduziert werden.Since the position of the upper surface 134 a of the polycrystalline n-type gate silicon layer 134, a gate electrode and is, above the bottom surface of the n-type source diffusion layers 121 a and 121 b must be such that the device as a MOS works must Depths of the n-type source diffusion layers 121 a and 121 b can be determined accordingly. Therefore, there is the third problem that reduction (sizes) in the vertical direction (flattening the semiconductor device) becomes difficult. Since the p-type base diffusion layer and also the depth of the trench cannot be made shallower, the static capacitance between the gate electrode and the silicon substrate cannot be reduced.

Es gibt außerdem das vierte Problem, daß der Widerstand der Ga­ teelektrode in dem Graben-MOS aus Fig. 68 erhöht ist. Die oben beschriebenen ersten bis dritten Probleme treten bei dem Graben- MOS aus Fig. 68 nicht auf.There is also the fourth problem that the resistance of the gate electrode in the trench MOS of Fig. 68 is increased. The first through third problems described above do not occur with the trench MOS of FIG. 68.

Es gibt außerdem das fünfte Problem, daß eine Reduzierung (der Abmessungen) eines Chips schwierig wird, da die polykristalline n-Typ Siliziumschicht 125 zeitlich über die Grabenöffnung vor­ steht. Genauer gesagt wird die entsprechende Ausbildung des Gra­ bens, der Gateelektrode und des Kontaktbereiches durch Photoli­ thographie unter Verwendung individueller Masken bei dem Her­ stellungsverfahren ausgeführt. Darum ist es notwendig, einen Spielraum für die Ausrichtung der Maske und einen Spielraum für den Herstellungsablauf (einen Spielraum für das Ätzen oder ähn­ liches) zwischen dem Graben und der Gatelektrode und zwischen der Gateelektrode und dem Kontaktbereich vorzusehen. Dieses wird eine Art "Flaschenhals" bei der Reduzierung der Größe des Chips.There is also the fifth problem that reducing (the size) of a chip becomes difficult since the n-type polycrystalline silicon layer 125 protrudes beyond the trench opening. More specifically, the corresponding formation of the trench, the gate electrode and the contact area is carried out by photolithography using individual masks in the manufacturing process. Therefore, it is necessary to provide a margin for the alignment of the mask and a margin for the manufacturing process (a margin for the etching or the like) between the trench and the gate electrode and between the gate electrode and the contact area. This becomes a "bottleneck" in reducing the size of the chip.

Das oben beschriebene fünfte Problem tritt bei dem Graben-MOS aus Fig. 69 auf. Die ersten bis vierten Probleme treten bei dem Graben-MOS aus Fig. 69 nicht auf.The fifth problem described above occurs in the trench MOS of Fig. 69. The first through fourth problems do not occur with the trench MOS of Fig. 69.

Bei dem Graben-MOS aus Fig. 70 gibt es das Problem, daß die Aus­ bildung eines Kanten- bzw. Randabschnittes der Zwischenschicht- Isolierschicht 7a, der seitlich vorspringt bzw. sich ausbreitet, eine Erhöhung der Integrationsdichte verhindert.In the trench MOS of Fig. 70, there is the problem that the formation of an edge or from the edge portion of the interlayer insulating film 7 a projecting laterally or spreads, prevents an increase in the integration density.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Halb­ leitervorrichtung, die ohne kostspielige Herstellungsvorrichtun­ gen und -techniken hohen Niveaus hergestellt werden kann, und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.It is an object of the present invention to provide an improved half Conductor device without expensive manufacturing device high level technologies and techniques, and specify a process for their manufacture.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 8 und ein Verfahren nach Anspruch 13 oder 14 oder 15.This object is achieved by a semiconductor device according to Claim 1 or 8 and a method according to Claim 13 or 14 or 15.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gege­ ben.Developments of the invention are in the dependent claims ben.

Die Erfindung ermöglicht einen Graben-MOS, der die Reduzierung der Abmessungen in der senkrechten Richtung erleichtert, sie er­ möglicht weiter einen Graben-MOS, der so verbessert ist, daß der Widerstand der Gateelektrode nicht erhöht wird, sie ermöglicht außerdem einen Graben-MOS, der eine Reduzierung der Abmessungen des Chips erleichtert, und sie ermöglicht außerdem ein Verfahren zur Herstellung solcher Graben-MOS.The invention enables a trench MOS, which is the reduction the dimensions in the vertical direction, she facilitated possible further a trench MOS, which is so improved that the The resistance of the gate electrode is not increased, it enables also a trench MOS, which is a reduction in size  of the chip, and it also enables a process to manufacture such trench MOS.

Eine Halbleitervorrichtung nach einer Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung weist ein Halbleitersubstrat mit einer obe­ ren Oberfläche und einer Bodenoberfläche auf. Ein Graben ist an der Oberfläche des Halbleitersubstrates vorgesehen. Eine Gate­ isolierschicht bedeckt die Innenwand (d. h. die Seitenwände und den Boden) des Grabens. Eine Gateelektrode ist in dem Graben be­ graben. Die Gateelektrode steht über die Oberfläche des Halblei­ tersubstrates vor. Die Breite des vorstehenden Abschnittes der Gateelektrode ist kleiner oder gleich der Breite des in dem Gra­ ben begrabenen Gateelektrodenabschnittes. Die Halbleitervorrich­ tung weist weiter eine Isolierschicht auf, die derart ausgebil­ det ist, daß sie nur den vorstehenden Abschnitt der Gateelek­ trode bedeckt. Die Halbleitervorrichtung arbeitet mit der Sei­ tenfläche bzw. dem Teil des Halbleitersubstrates, der der Sei­ tenfläche des Grabens benachbart ist, als Kanal.A semiconductor device according to an embodiment of the invention has a semiconductor substrate with a top surface and a floor surface. A ditch is on provided the surface of the semiconductor substrate. A gate insulating layer covers the inner wall (i.e. the side walls and the bottom) of the trench. A gate electrode is in the trench dig. The gate electrode is above the surface of the semi-lead substrates. The width of the protruding section of the Gate electrode is less than or equal to the width of the one in the gra ben buried gate electrode section. The semiconductor device tion further has an insulating layer which is formed in this way det is that they only the protruding portion of the gate elek tode covered. The semiconductor device works with the screen or the part of the semiconductor substrate that is the is adjacent to the trench as a channel.

Eine Halbleitervorrichtung entsprechend einer anderen Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung weist ein Halbleitersub­ strat mit einer oberen Oberfläche und einer Bodenoberfläche auf. Ein Graben ist in der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates vorgesehen. Eine Gateisolierschicht bedeckt die Innenwand des Grabens. Eine Gateelektrode ist in dem Graben begraben. Die Ga­ teelektrode springt gegenüber der Oberfläche des Halbleitersub­ strates vor. Der vorspringende bzw. vorstehende Abschnitt der Gateelektrode ist in seiner Breite in der Richtung nach oben re­ duziert. Die Halbleitervorrichtung weist weiter eine Isolier­ schicht auf, die den Oberflächenbereich des Halbleitersubstrates nicht, sondern nur den vorspringenden Abschnitt der Gateelek­ trode bedeckt. Die Halbleitervorrichtung betreibt die Seite des Grabens als einen Kanal.A semiconductor device according to another embodiment Form of the present invention has a semiconductor sub strat with a top surface and a bottom surface. A trench is in the top surface of the semiconductor substrate intended. A gate insulation layer covers the inner wall of the Trench. A gate electrode is buried in the trench. The Ga Teelectrode jumps towards the surface of the semiconductor sub strates before. The projecting section of the Gate electrode is re in its width in the upward direction induced. The semiconductor device further has an insulation layer that covers the surface area of the semiconductor substrate not, but only the protruding section of the gate elek tode covered. The semiconductor device operates the side of the Digging as a channel.

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zuerst ein Halbleitersubstrat wie z. B. ein Siliziumsub­ strat vorbereitet. Eine Siliziumoxidschicht, eine Siliziumni­ tridschicht, und dann eine Siliziumoxidschicht werden nacheinan­ der auf der Oberfläche des Silizumsubstrates ausgebildet, wo­ durch ein dreischichtiger Aufbau, der im folgenden als drei­ schichtiger Film bezeichnet wird, hergestellt wird. Dieser drei­ schichtige Film wird gemustert. Unter Verwendung des gemusterten dreischichtigen Films als Maske wird ein Graben in der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrates ausgebildet. Eine Silizium­ oxidschicht, die später eine Gateoxidschicht wird, wird in dem Graben ausgebildet, während der dreischichtige Film immer noch auf dem Substrat verbleibt. Dann wird polykristallines Silizium in den Graben und auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates bzw. auf der Oberfläche des dreischichtigen Films abgeschieden. Das polykristalline Silizium wird rückgeätzt bis sich die obere Oberfläche des polykristallinen Siliziums (in der Öffnung des dreischichtigen Films) über der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrates und tiefer als die Oberfläche der oberen Siliziumoxidschicht des dreischichtigen Films befindet. Die obere Siliziumoxidschicht des dreischichtigen Films wird rückge­ ätzt, so daß der obere Abschnitt des polykristallinen Siliziums gegenüber der Oberfläche des Siliziumsubstrates vorspringt. Das vorspringende polykristalline Silizium wird zur Ausbildung einer Siliziumoxidschicht, die dicker als die untere Siliziumoxid­ schicht des dreischichtigen Films ist, derart oxidiert, daß es den oberen Abschnitt des polykristallinen Siliziums umschließt. Die Siliziumnitridschicht wird durch Ätzen ohne Verwendung einer Maske entfernt. Alle Siliziumoxidschichten an der Oberfläche des Siliziumsubstrates werden so entfernt, daß die Siliziumoxid­ schicht, die den oberen Abschnitt der vorspringenden polykri­ stallinen Siliziumschicht bedeckt, verbleibt, was in der Ausbil­ dung eines Kontaktbereiches resultiert. Dann wird eine ge­ wünschte Elektrode ausgebildet.In a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention is first a semiconductor substrate such. B. a silicon sub prepared. A silicon oxide layer, a silicon ni  tride layer, and then a silicon oxide layer are successively which is formed on the surface of the silicon substrate where by a three-layer structure, which is referred to below as three layered film is called, is produced. This three layered film is patterned. Using the patterned three-layer film as a mask will dig a trench in the top Surface of the silicon substrate is formed. A silicon oxide layer, which will later become a gate oxide layer, in the Trench formed while the three-layer film is still remains on the substrate. Then polycrystalline silicon in the trench and on the surface of the silicon substrate or deposited on the surface of the three-layer film. The polycrystalline silicon is etched back until the upper one Surface of the polycrystalline silicon (in the opening of the three layer film) over the top surface of the Silicon substrate and deeper than the surface of the top Silicon oxide layer of the three-layer film is located. The top silicon oxide layer of the three-layer film is returned etches so that the top portion of the polycrystalline silicon protrudes from the surface of the silicon substrate. The protruding polycrystalline silicon is used to form a Silicon oxide layer that is thicker than the lower silicon oxide layer of the three-layer film is oxidized so that it encloses the upper portion of the polycrystalline silicon. The silicon nitride layer is made by etching without using a Mask removed. All layers of silicon oxide on the surface of the Silicon substrates are removed so that the silicon oxide layer covering the upper section of the protruding polykri stallinen silicon layer covered, what remains in the training of a contact area results. Then a ge desired electrode.

Bei einem Verfahren zur Ausbildung einer Halbleitervorrichtung nach einer abermals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zuerst ein Siliziumsubstrat vorbereitet. Auf dem Siliziumsubstrat werden eine Siliziumoxidschicht, eine Silizium­ nitridschicht und dann eine Siliziumoxidschicht nacheinander ausgebildet, wodurch ein dreischichtiger Film entsteht. Der dreischichtige Film wird so gemustert, daß er in einer nachfol­ genden Ausbildung eines Grabens als Maske dienen kann, wobei eine Öffnung mit einer vorbestimmten Konfiguration in den drei­ schichtigen Film ausgebildet wird. Unter Verwendung des gemu­ sterten dreischichtigen Films als Maske wird ein Graben in dem Halbleitersubstrat ausgebildet. Die Seitenwand der Öffnung der oberen Siliziumoxidschicht des dreischichtigen Films wird ge­ ätzt, so daß die Breite der Öffnung größer als die Breite der Öffnung des Grabens wird. Eine Siliziumoxidschicht, die später eine Gateoxidschicht wird, wird in dem Graben ausgebildet, wobei der dreischichtige Film verbleibt. Dann wird polykristallines Silizium in dem Graben und über der Oberfläche des Siliziumsub­ strates abgeschieden. Das polykristalline Silizium wird rückge­ ätzt, bis die obere Oberfläche desselben über der Oberfläche des Siliziumsubstrates ist und tiefer als die Oberfläche der oberen Siliziumoxidschicht des dreischichtigen Films angeordnet ist. Die obere Siliziumoxidschicht des dreischichtigen Films wird zum Freilegen des oberen Abschnittes des polykristallinen Siliziums derart weggeätzt, daß der obere Abschnitt des polykristallinen Siliziums gegenüber der Oberfläche des Siliziumsubstrates und außerdem seitlich gegenüber der Öffnung des Grabens (d. h. von der Kante der Öffnung des Grabens weg) vorsteht. Der obere Ab­ schnitt des polykristallinen Siliziums, der seitlich gegenüber der Öffnung des Grabens vorsteht, wird oxidiert, wodurch der obere Abschnitt des polykristallinen Siliziums nicht mehr seit­ lich gegenüber der Öffnung des Grabens und dann nur noch nach oben gegenüber der Oberfläche des Siliziumsubstrates vorsteht. Eine Siliziumoxidschicht, die dicker als die untere Siliziumo­ xidschicht des dreischichtigen Films ist, wird zum Anschließen des oberen Abschnittes des polykristallinen Siliziums ausgebil­ det. Die Siliziumnitridschicht wird durch Ätzen ohne Verwenden einer Maske entfernt. Die Siliziumoxidschicht an der Oberfläche des Siliziumsubstrates wird vollständig entfernt, wobei die Si­ liziumoxidschicht, die den oberen Abschnitt des vorspringenden polykristallinen Siliziums einschließt, immer noch verbleibt, wodurch ein Kontaktbereich ausgebildet wird. Eine gewünschte Elektrode wird ausgebildet. In a method of forming a semiconductor device according to yet another embodiment of the present Invention is first prepared a silicon substrate. On the Silicon substrate become a silicon oxide layer, a silicon nitride layer and then a silicon oxide layer in succession trained, which creates a three-layer film. Of the  three-layer film is patterned so that it follows in a Forming a trench can serve as a mask, wherein an opening with a predetermined configuration in the three layered film is formed. Using the gemu The three-layer film as a mask becomes a trench in the Semiconductor substrate formed. The side wall of the opening of the top silicon oxide layer of the three-layer film is ge etches so that the width of the opening is larger than the width of the Opening of the trench will. A silicon oxide layer that later a gate oxide layer is formed in the trench, wherein the three-layer film remains. Then it becomes polycrystalline Silicon in the trench and over the surface of the silicon sub strates deposited. The polycrystalline silicon is returned etches until its top surface is above the surface of the Silicon substrate is and deeper than the surface of the top Silicon oxide layer of the three-layer film is arranged. The top silicon oxide layer of the three-layer film becomes Exposing the top portion of the polycrystalline silicon etched away so that the top portion of the polycrystalline Silicon opposite the surface of the silicon substrate and also laterally opposite the opening of the trench (i.e. from the edge of the opening of the trench). The upper ab cut the polycrystalline silicon, the side opposite protruding the opening of the trench is oxidized, whereby the upper section of the polycrystalline silicon no longer Lich opposite the opening of the trench and then only after protrudes above the surface of the silicon substrate. A silicon oxide layer thicker than the bottom silicon oxide layer of the three-layer film is for connection the upper portion of the polycrystalline silicon det. The silicon nitride layer is made by etching without using a mask removed. The silicon oxide layer on the surface of the silicon substrate is completely removed, the Si silicon oxide layer covering the upper portion of the protruding polycrystalline silicon, still remains, whereby a contact area is formed. A desired one Electrode is formed.  

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach einer abermals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zuerst ein Siliziumsubstrat vorbereitet. Eine Si­ liziumoxidschicht wird auf dem Siliziumsubstrat ausgebildet. Die Siliziumoxidschicht wird gemustert, damit sie als eine Maske in der nachfolgenden Ausbildung eines Grabens dienen kann, wobei eine Öffnung mit einer vorbestimmten Konfiguration in der Sili­ ziumoxidschicht ausgebildet wird. Unter Verwendung der gemuster­ ten Siliziumoxidschicht als Maske wird ein Graben in dem Halb­ leitersubstrat ausgebildet. Die Seitenwand der Öffnung in der Siliziumoxidschicht wird derart geätzt, daß die Breite der Öff­ nung größer als die Breite der Öffnung in dem Graben ist. Mit der immer noch verbleibenden Siliziumoxidschicht wird eine Sili­ ziumoxidschicht, die eine Gateoxidschicht wird, in dem Graben ausgebildet. Dann wird polykristallines Silizium in dem Graben und über der Oberfläche des Siliziumsubstrates abgeschieden. Das polykristalline Silizium wird derart rückgeätzt, daß die obere Oberfläche desselben über der Oberfläche des Siliziumsubstrates und tiefer als die Oberfläche der Siliziumoxidschicht, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, angeordnet ist. Die Si­ liziumoxidschicht an der Oberfläche des Siliziumsubstrates wird geätzt, wodurch der obere Abschnitt des polykristallinen Silizi­ ums derart freigelegt wird, daß er nach oben gegenüber der Ober­ fläche des Siliziumsubstrates und außerdem seitlich gegenüber der Öffnung des Grabens vorsteht. Der obere Abschnitt des poly­ kristallinen Siliziums, der seitlich gegenüber der Öffnung des Grabens vorspringt, wird oxidiert, wodurch das polykristalline Silizium mit einer Konfiguration ausgebildet wird, die nicht seitlich gegenüber der Öffnung des Grabens sondern nur nach oben gegenüber der Oberfläche des Siliziumsubstrates vorsteht. Außer­ dem wird eine Siliziumoxidschicht, die den oberen Abschnitt des polykristallinen Siliziums einschließt, ausgebildet. Ein Kon­ taktbereich wird ausgebildet, gefolgt durch die Ausbildung einer gewünschten Elektrode.In a method of manufacturing a semiconductor device according to yet another embodiment of the present Invention is first prepared a silicon substrate. A Si Silicon oxide layer is formed on the silicon substrate. The Silicon oxide layer is patterned so that it can be used as a mask can serve the subsequent formation of a trench, wherein an opening with a predetermined configuration in the sili Ziumoxidschicht is formed. Using the pattern The silicon oxide layer as a mask becomes a trench in the half conductor substrate formed. The side wall of the opening in the Silicon oxide layer is etched so that the width of the opening voltage is greater than the width of the opening in the trench. With the still remaining silicon oxide layer becomes a sili ziumoxidschicht, which becomes a gate oxide layer, in the trench educated. Then polycrystalline silicon is in the trench and deposited over the surface of the silicon substrate. The polycrystalline silicon is etched back in such a way that the upper one Surface of the same over the surface of the silicon substrate and deeper than the surface of the silicon oxide layer that is on the semiconductor substrate is formed, is arranged. The Si Silicon oxide layer on the surface of the silicon substrate etched, causing the top portion of the polycrystalline silicon so that it is exposed in such a way that it is upwards opposite the waiter surface of the silicon substrate and also on the side opposite protrudes from the opening of the trench. The upper section of the poly crystalline silicon, which is laterally opposite the opening of the Trench protrudes, is oxidized, causing the polycrystalline Silicon is formed with a configuration that is not laterally opposite the opening of the trench but only upwards protrudes from the surface of the silicon substrate. Except which will have a silicon oxide layer covering the top portion of the including polycrystalline silicon. A con tact area is trained, followed by training a desired electrode.

Entsprechend der Halbleitervorrichtung nach der einen Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung bedeckt die Isolierschicht, die den vorspringenden Abschnitt der Gateelektrode bedeckt, nur den vorspringenden Abschnitt der Gateelektrode und nicht den Oberflächenbereich des Halbleitersubstrates. Darum erstreckt sich die Isolierschicht nicht in der horizontalen Richtung.According to the semiconductor device according to one embodiment form of the present invention covers the insulating layer, that covers the protruding portion of the gate electrode, only  the protruding portion of the gate electrode and not the Surface area of the semiconductor substrate. Therefore extends the insulating layer is not in the horizontal direction.

Entsprechend der Halbleitervorrichtung nach der anderen Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung ist die Breite des vor­ springenden Abschnittes der Gateelektrode als eine Funktion der Höhe schmaler. Darum ist die Stufenabdeckung der ersten Elek­ trode verbessert.According to the semiconductor device after the other embodiment Form of the present invention is the width of the front jumping portion of the gate electrode as a function of Height narrower. That is why the step cover is the first elec trode improved.

Entsprechend des Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervor­ richtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Siliziumnitridschicht durch Ätzen ohne Verwendung einer Maske entfernt. Darum wird keine Maskenausrichtung benötigt, so daß der Herstellungsschritt vereinfacht ist.According to the method of manufacturing a semiconductor direction according to an embodiment of the present invention the silicon nitride layer is etched without using a Mask removed. Therefore no mask alignment is required, so that the manufacturing step is simplified.

Entsprechend des Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervor­ richtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Siliziumoxidschicht an der Oberfläche des Siliziumsubstrates ohne Verwendung einer Maske geätzt, wodurch der obere Abschnitt des polykristallinen Siliziums gegenüber der Oberfläche des Si­ liziumsubstrates nach oben vorspringt. Darum ist keine Masken­ ausrichtung nötig, was in einer Vereinfachung des Herstellungs­ verfahrens resultiert.According to the method of manufacturing a semiconductor direction according to a further embodiment of the invention the silicon oxide layer on the surface of the silicon substrate etched without using a mask, creating the top section of the polycrystalline silicon against the surface of the Si protrudes upwards. That is why there is no mask alignment needed, which in a simplification of manufacture procedure results.

Entsprechend dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervor­ richtung nach einer abermals weiteren Ausführungsform der Erfin­ dung wird die Siliziumnitridschicht durch Ätzen ohne Verwendung einer Maske entfernt. Darum wird keine Maskenausrichtung benö­ tigt, so daß das Herstellungsverfahren vereinfacht wird.According to the method of manufacturing a semiconductor direction according to yet another embodiment of the inven The silicon nitride layer is formed by etching without use a mask removed. Therefore no mask alignment is required Tigt, so that the manufacturing process is simplified.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:Further features and advantages of the invention result from the description of exemplary embodiments with reference to the Characters. From the figures show:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines MOS-Transistors mit einer Grabenstruktur entsprechend einer Ausführungsform; Fig. 1 is a sectional view of a MOS transistor with a grave structure according to an embodiment;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines entspre­ chend Ausführungsformen der vorliegenden Er­ findung ausgebildeten Graben; Fig. 2 is a perspective view of a trench accordingly embodiments of the present invention;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen entsprechend Aus­ führungsformen der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Graben Fig. 3 is a plan view of a trench formed according to imple mentation forms of the present invention

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Graben entspre­ chend anderer Ausführungsformen der vorlie­ genden Erfindung; Fig. 4 is a plan view of a trench accordingly other embodiments of the vorlie invention;

Fig. 5 bis 12 Schnittansichten einer Halbleitervorrich­ tung, die den ersten bis achten Schritt ei­ nes Herstellungsverfahrens derselben ent­ sprechend Ausführungsform 1 zeigen; Figure 5 tung to 12 sectional views of a Halbleitervorrich that the first through the eighth step ei nes manufacturing process accordingly show the same embodiment 1; Fig.

Fig. 13 eine Schnittansicht eines MOS-Transistors mit einer Grabenstruktur entsprechend Aus­ führungsform 2; FIG. 13 is a sectional view of a MOS transistor having a structure corresponding to from grave guide die 2;

Fig. 14 eine Schnittansicht eines MOS-Transistors mit einer Grabenstruktur entsprechend Aus­ führungsform 3; FIG. 14 is a sectional view of a MOS transistor with a grave structure corresponding guide die 3;

Fig. 15 bis 23 Schnittansichten einer Halbleitervorrich­ tung, die die ersten bis neunten Schritte eines Verfahrens zur Herstellung derselben entsprechend Ausführungsform 4 zeigen; Fig. Tung 15 to 23 sectional views of a Halbleitervorrich showing the first to ninth steps of a method of manufacturing the same according to Embodiment 4;

Fig. 24 bis 34 Schnittansichten einer Halbleitervorrich­ tung, die den ersten bis elften Schritt ei­ nes Verfahrens zur Herstellung derselben entsprechend Ausführungsform 5 zeigen; Figure 24 to 34 are sectional views of a tung Halbleitervorrich showing the first to eleventh step ei nes method of manufacturing the same according to Embodiment 5; FIG.

Fig. 35 bis 41 Schnittansichten einer Halbleitervorrich­ tung, die den ersten bis siebten Schritt ei­ nes Verfahrens zur Herstellung derselben entsprechend Ausführungsform 6 zeigen; Figure 35 to 41 are sectional views of a tung Halbleitervorrich showing the first to seventh step ei nes method of manufacturing the same according to Embodiment 6; FIG.

Fig. 42 eine Schnittansicht eines anderen MOS-Tran­ sistors vom vertikalen Typ mit einer Graben­ struktur, der entsprechend dem Verfahren aus Ausführungsform 6 hergestellt ist; Figure 42 is a sectional view of another MOS-Tran sistors vertical type having a trench structure, which is prepared according to the method of Embodiment 6; FIG.

Fig. 43 eine Schnittansicht eines weiteren MOS-Tran­ sistors vom vertikalen Typ mit einer Graben­ struktur, der entsprechend dem Verfahren aus Ausführungsform 6 hergestellt ist; FIG. 43 is a sectional view of a further MOS-Tran sistors vertical type having a trench structure is prepared according to the method of Embodiment 6;

Fig. 44 bis 47 Schnittansichten einer Halbleitervorrich­ tung, die den ersten bis vierten Schritt ei­ nes Herstellungsverfahrens derselben ent­ sprechend Ausführungsform 7 zeigen; Figure 44 to 47 are sectional views of a tung Halbleitervorrich which accordingly show the first to fourth steps ei nes manufacturing method of the same embodiment. 7;

Fig. 48 eine Schnittansicht eines anderen MOS-Tran­ sistors vom vertikalen Typ mit einer Graben­ struktur, der entsprechend dem Verfahren aus Ausführungsform 7 hergestellt ist; 48 is a sectional view of another MOS-Tran sistors vertical type having a trench structure, which is prepared according to the method of Embodiment 7; FIG.

Fig. 49 bis 52 Schnittansichten eines anderen MOS-Transi­ stors vom vertikalen Typ mit einer Graben­ struktur, der entsprechend dem Verfahren aus Ausführungsform 7 hergestellt ist; Figure 49 to 52 are sectional views of another MOS-Transistor stors the vertical type having a trench structure is prepared according to the method of Embodiment 7; FIG.

Fig. 53 bis 55 Schnittansichten einer Halbleitervorrich­ tung, die den ersten bis dritten Schritt ei­ nes Herstellungsverfahrens derselben ent­ sprechend Ausführungsform 8 zeigen; Figure 53 to 55 are sectional views of a tung Halbleitervorrich that the first to third step ei nes manufacturing process accordingly show the same embodiment. 8;

Fig. 56 bis 59 Schnittansichten einer Halbleitervorrich­ tung, die den ersten bis vierten Schritt ei­ nes Herstellungsverfahrens desselben ent­ sprechend Ausführungsform 9 zeigen; Figure 56 to 59 are sectional views of a tung Halbleitervorrich the same to the first to fourth step ei nes manufacturing process accordingly show Embodiment 9; Fig.

Fig. 60 eine Schnittansicht eines ersten MOS-Transi­ stors vom vertikalen Typ mit einer Graben­ struktur; Fig. Is a sectional view of a first MOS-Transistor stors the vertical type having a trench structure 60;

Fig. 61 bis 67 Schnittansichten der ersten Halbleitervor­ richtung in den ersten bis siebten Schritten eines Verfahrens zur Herstellung derselben entsprechend eines Herstellungsverfahrens; Fig. 61 to 67 are sectional views of the first Halbleitervor direction in the first to seventh steps in a method of manufacturing the same according to a manufacturing process;

Fig. 68 eine Schnittansicht einer anderen Halblei­ tervorrichtung; und FIG. 68 is a sectional view of a tervorrichtung other semiconducting; and

Fig. 69 und 70 Schnittansichten anderer MOS-Transistoren vom vertikalen Typ mit einer Grabenstruktur. Fig. 69 and 70 are sectional views of other MOS transistors of the vertical type with a grave structure.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug­ nahme auf die Figuren beschrieben.In the following, embodiments of the invention are referenced take described on the figures.

Ausführungsform 1Embodiment 1

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Graben-MOS entsprechend Ausführungsform 1. Fig. 1 is a sectional view of a trench MOS according to Embodiment 1.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist auf einem n⁺-Typ Einkristallsili­ ziumsubstrat 10 eine n⁻-Typ Einkristallsiliziumepitaxieschicht 11 ausgebildet. Eine p-Typ Basisdiffusionsschicht 20 ist auf der n⁻-Typ Einkristallsiliziumepitaxieschicht 11 ausgebildet. Eine n-Typ Sourcediffusionsschicht 21 ist in bzw. an der Oberfläche der p-Typ Basisdiffusionsschicht 20 ausgebildet. Diese Schichten werden im folgenden als ein Siliziumsubstrat 1 bezeichnet. In dem Siliziumsubstrat 1 ist ein Graben 31 durch die n-Typ Source­ diffusionsschicht 21 und die p-Typ Basisdiffusionsschicht 20 in die na-Typ Einkristallsiliziumepitaxieschicht 11 reichend ausge­ bildet. Eine Gateisolierschicht 32 bedeckt die Innenwand des Grabens 31. Eine Gateelektrode 34, die aus polykristallinem Si­ lizium, das n-Typ Dotierstoff enthält, ausgebildet ist, ist in dem Graben 31 begraben. Die Gateelektrode 34 steht bzw. springt nach oben über die Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 vor. Eine Isolierschicht 35 bedeckt nur den vorstehenden bzw. vorspringen­ den Abschnitt der Gateelektrode 34. Der Oberflächenbereich des Siliziumsubstrates 1 ist nicht mit der Isolierschicht 35 be­ deckt. Eine Sourceelektrode 41 ist auf dem Siliziumsubstrat 1, die Gateelektrode 34 bedeckend, und in Kontakt mit der n-Typ Sourcediffusionsschicht 21 und dem p-Typ Basisdiffusionsbereich 20 ausgebildet. Eine Drainelektrode 42 ist auf der Bodenfläche des Siliziumsubstrates 1 vorgesehen.As shown in FIG. 1, an n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 11 is formed on an n⁺-type single crystal silicon substrate 10 . A p-type base diffusion layer 20 is formed on the n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 11 . An n-type source diffusion layer 21 is formed in or on the surface of the p-type base diffusion layer 20 . These layers are referred to below as a silicon substrate 1 . In the silicon substrate 1 , a trench 31 is sufficiently formed through the n-type source diffusion layer 21 and the p-type base diffusion layer 20 into the na-type single-crystal silicon epitaxial layer 11 . A gate insulating layer 32 covers the inner wall of the trench 31 . A gate electrode 34 formed of polycrystalline silicon containing n-type dopant is buried in the trench 31 . The gate electrode 34 protrudes upward over the surface of the silicon substrate 1 . An insulating layer 35 covers only the protruding portion of the gate electrode 34 . The surface area of the silicon substrate 1 is not covered with the insulating layer 35 . A source electrode 41 is formed on the silicon substrate 1 , covering the gate electrode 34 , and in contact with the n-type source diffusion layer 21 and the p-type base diffusion region 20 . A drain electrode 42 is provided on the bottom surface of the silicon substrate 1 .

Der Betrieb der Halbleitervorrichtung wird im folgenden be­ schrieben. Durch Anlegen eines positiven Potentials an die Gate­ elektrode 34 wird ein Kanal an den Seiten des Grabens 31 ausge­ bildet. Elektronen wandern in dem durch die Pfeile angezeigten Pfad. Zwischen der Sourceelektrode 41 und der Drainelektrode 42 fließt ein Strom.The operation of the semiconductor device will be described below. By applying a positive potential to the gate electrode 34 , a channel is formed on the sides of the trench 31 . Electrons travel in the path indicated by the arrows. A current flows between the source electrode 41 and the drain electrode 42 .

Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform bedeckt die Iso­ lierschicht 35 nur den vorspringenden Abschnitt der Gateelek­ trode 34, und sie bedeckt den Oberflächenbereich des Silizium­ substrates 1 nicht. Darum breitet sich die Isolierschicht 35 nicht in der horizontalen Richtung aus, so daß die belegte Flä­ che reduziert werden kann. Das ermöglicht, daß die Größe des Chips reduziert werden kann.According to the present embodiment, the insulating layer 35 covers only the protruding portion of the gate electrode 34 and does not cover the surface area of the silicon substrate 1 . Therefore, the insulating layer 35 does not spread in the horizontal direction, so that the occupied area can be reduced. This enables the size of the chip to be reduced.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die den Grabenabschnitt des Graben-MOS aus Fig. 1 zeigt. Fig. 4 ist eine Draufsicht dar­ auf. Es ist zu sehen, daß der Graben 31 in einer Streifenform ausgebildet ist. FIG. 2 is a perspective view showing the trench portion of the trench MOS of FIG. 1. Fig. 4 is a plan view. It can be seen that the trench 31 is formed in a strip shape.

Fig. 3 ist eine Draufsicht, die einen anderen Aufbau eines Gra­ bens, der bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, zeigt. Der Graben kann, wie in Fig. 4 ge­ zeigt ist, in einem Polygon ausgebildet sein. Fig. 3 is a plan view showing another construction of a Gra bens, which can be used in the embodiments of the present invention. As shown in FIG. 4, the trench can be formed in a polygon.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Graben-MOS entsprechend Aus­ führungsform 1 wird im folgenden beschrieben. A method of manufacturing a trench MOS according to Aus management form 1 is described below.  

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird die n⁻-Typ Einkristallsilizi­ umepitaxieschicht 11 auf dem n⁺-Typ Einkristallsiliziumsubstrat 10 ausgebildet. Der p-Typ Basisdiffusionsbereich 20 wird auf der n⁻-Typ Einkristallsiliziumepitaxieschicht 11 ausgebildet. Der n- Typ Sourcediffusionsbereich 21 wird in der Oberfläche des p-Typ Basisdiffusionsbereiches 20 ausgebildet. Im folgenden werden das n⁺-Typ Einkristallsiliziumsubstrat 10, die n⁻-Typ Einkristallsi­ liziumepitaxieschicht 11, die p-Typ Basisdiffusionsschicht 20 und die n-Typ Sourcediffusionsschicht 21 kollektiv als Silizium­ substrat 1 bezeichnet. Auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 wird eine Siliziumoxidschicht 37 mit einer Schichtdicke von 30 nm (300 Å) z. B. durch thermische Oxidation ausgebildet. Eine Siliziumnitridschicht 38 wird mit einer Schichtdicke von 100 nm (1000 Å) auf der Siliziumoxidschicht 37 z. B. durch CVD abge­ schieden. Dann wird eine Siliziumoxidschicht 30 mit einer Schichtdicke von 800 nm (8000 Å) auf der Siliziumnitridschicht 38 z. B. durch CVD abgeschieden. Die Siliziumoxidschicht 30 dient als eine Maske in einem nachfolgenden Ätzschritt zur Ausbildung eines Grabens. Die Schichtdicke ist zum Zwecke dieses Ätzens ausgewählt.As shown in FIG. 5, the n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 11 is formed on the n⁺-type single crystal silicon substrate 10 . The p-type base diffusion region 20 is formed on the n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 11 . The n-type source diffusion region 21 is formed in the surface of the p-type base diffusion region 20 . In the following, the n⁺-type single crystal silicon substrate 10 , the n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 11 , the p-type base diffusion layer 20 and the n-type source diffusion layer 21 are collectively referred to as silicon substrate 1 . On the surface of the silicon substrate 1 , a silicon oxide layer 37 with a layer thickness of 30 nm (300 Å) z. B. formed by thermal oxidation. A silicon nitride layer 38 with a layer thickness of 100 nm (1000 Å) on the silicon oxide layer 37 z. B. excreted by CVD. Then a silicon oxide layer 30 with a layer thickness of 800 nm (8000 Å) on the silicon nitride layer 38 z. B. deposited by CVD. The silicon oxide layer 30 serves as a mask in a subsequent etching step to form a trench. The layer thickness is selected for the purpose of this etching.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, werden die Siliziumoxidschicht 30, die Siliziumnitridschicht 38 und die Siliziumoxidschicht 37 in eine vorbestimmte Gestalt gemustert, damit sie als eine Maske für die nachfolgende Grabenausbildung dienen können. Unter Ver­ wendung der gemusterten Siliziumoxidschicht 30 als Maske wird ein Graben 31 in dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet, der die n⁻- Typ Einkristallsiliziumepitaxieschicht 11 durch die n-Typ Sour­ cediffusionsschicht 21 und die p-Typ Basisdiffusionsschicht 20 erreicht.As shown in FIG. 6, the silicon oxide layer 30 , the silicon nitride layer 38 and the silicon oxide layer 37 are patterned into a predetermined shape so that they can serve as a mask for the subsequent trench formation. Using the patterned silicon oxide layer 30 as a mask, a trench 31 is formed in the silicon substrate 1 , which reaches the n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 11 through the n-type source diffusion layer 21 and the p-type base diffusion layer 20 .

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, wird eine Siliziumoxidschicht 32 mit einer Schichtdicke von 50 nm (500 Å), die eine Gateoxidschicht wird, die Innenwand des Grabens 31 bedeckend, ausgebildet. Dann wird eine polykristalline Siliziumschicht 33, die n-Typ Dotier­ stoff aufweist, auf dem Siliziumsubstrat 1 so abgeschieden, daß sie den Graben 31 füllt. Die Schichtdicke der Gateoxidschicht 32 kann entsprechend den benötigten bzw. gewünschten elektrischen Eigenschaften variiert werden.As shown in FIG. 7, a silicon oxide layer 32 with a layer thickness of 50 nm (500 Å) that becomes a gate oxide layer covering the inner wall of the trench 31 is formed. Then a polycrystalline silicon layer 33, the n-type doping material is comprises, deposited on the silicon substrate 1, that it fills the trench 31st The layer thickness of the gate oxide layer 32 can be varied in accordance with the required or desired electrical properties.

Wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, wird die polykristalline n- Typ Siliziumschicht 33 rückgeätzt. Dieser Rückätzschritt wird für einen Zeitraum ausgeführt, der länger ist, als derjenige, der zum vollständigen Entfernen des polykristallinen n-Typ Sili­ ziums 33 auf der Siliziumoxidschicht 30 benötigt wird. Durch Auswählen eines entsprechenden Ätzzeitraums ist die obere Ober­ fläche 34a des polykristallinen n-Typ Siliziums 34 zwischen der oberen Oberfläche und der Bodenfläche der Siliziumoxidschicht 30 angeordnet. Die obere Oberfläche 34a des polykristallinen n-Typ Siliziums 34 ist bevorzugterweise 200 nm (2000 Å) tiefer als die obere Oberfläche der Siliziumoxidschicht 30 angeordnet. Der Be­ trag des Rückätzens der polykristallinen n-Typ Siliziumschicht 33 beträgt 200 nm (2000 Å).As shown in FIGS. 7 and 8, the polycrystalline n-type silicon layer 33 is etched back. This etching back step is carried out for a period of time which is longer than that which is required for completely removing the polycrystalline n-type silicon 33 on the silicon oxide layer 30 . By selecting an appropriate etching period, the upper surface 34 a of the polycrystalline n-type silicon 34 is arranged between the upper surface and the bottom surface of the silicon oxide layer 30 . The upper surface 34 a of the polycrystalline n-type silicon 34 is preferably 200 nm (2000 Å) lower than the upper surface of the silicon oxide layer 30 . The amount of etching back of the polycrystalline n-type silicon layer 33 is 200 nm (2000 Å).

Wie in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist, wird die Siliziumoxid­ schicht 30 durch Ätzen entfernt, damit der obere Abschnitt der polykristallinen n-Typ Gatesiliziumschicht 34 freigelegt wird. Das polykristalline n-Typ Gatesilizium 34 steht nach oben um un­ gefähr 700 nm (7000 Å) über die obere Oberfläche des Silizium­ substrates 1 vor.As shown in FIGS. 8 and 9, the silicon oxide layer 30 is removed by etching to expose the top portion of the n-type polycrystalline gate silicon layer 34 . The polycrystalline n-type gate silicon 34 protrudes upward by approximately 700 nm (7000 Å) above the upper surface of the silicon substrate 1 .

Wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, wird eine Siliziumoxid­ schicht 35 mit einer Schichtdicke von 100 nm (1000 Å) durch ther­ mische Oxidation auf der Oberfläche des vorspringenden Ab­ schnitts des polykristallinen n-Typ Gatesiliziums 34 ausgebil­ det. Die obere Oberfläche 34a der polykristallinen n-Typ Silizi­ umschicht 34 ist gegenüber der oberen Oberfläche des Silizium­ substrates 1 um ungefähr 650 nm (6500 Å) vorstehend angeordnet. Der Betrag des Vorstehens t₁ hängt von der Schichtdicke der Si­ liziumoxidschicht 30, dem Betrag des Ätzens der polykristallinen n-Typ Siliziumschicht 34 und der Dicke der Siliziumoxidschicht 35 ab. Diese Bedingungen werden so variiert, daß ein gewünschter Betrag des Vorstehens bzw. Vorspringens (Vorstehbetrag) t₁ er­ halten wird. Jedoch müssen die Schichtdicke t₃₂ der Gateoxid­ schicht 32, die Schichtdicke t₃₇ der Siliziumoxidschicht 37 und die Schichtdicke t₃₅ der Siliziumoxidschicht 35 so ausgewählt werden, daß sie die folgende Ungleichung erfüllen, wobei nach­ folgende Herstellungsschritte in Betracht gezogen werden.As shown in FIGS. 9 and 10, a silicon oxide layer 35 having a layer thickness of 100 nm (1000 Å) is formed by thermal oxidation on the surface of the protruding portion of the polycrystalline n-type gate silicon 34 . The upper surface 34 a of the polycrystalline n-type silicon layer 34 is arranged opposite the upper surface of the silicon substrate 1 by approximately 650 nm (6500 Å). The amount of the protrusion t 1 depends on the layer thickness of the silicon oxide layer 30 , the amount of etching of the polycrystalline n-type silicon layer 34 and the thickness of the silicon oxide layer 35 . These conditions are varied so that a desired amount of projecting (projecting amount) t₁ he will keep. However, the layer thickness t₃₂ of the gate oxide layer 32 , the layer thickness t₃₇ of the silicon oxide layer 37 and the layer thickness t₃₅ of the silicon oxide layer 35 must be selected so that they satisfy the following inequality, taking into account the following manufacturing steps.

t₃₂ + t₃₇ < t₃₅.t₃₂ + t₃₇ <t₃₅.

Wie in den Fig. 10 und 11 gezeigt ist, werden die Siliziumni­ tridschicht 38 und die Siliziumnitridschicht 37 durch Ätzen ohne Verwendung einer Maske entfernt. Durch Ätzen der Siliziumoxid­ schicht 37 für einen entsprechenden Zeitraum, der für die Schichtdicke t₃₇ angemessen ist, wird die Schichtdicke der Sili­ ziumoxidschicht 35 zu t₃₅ - t₃₇ (t₃₅ - t₃₇ < t₃₂), so daß die Isolationsdurchbruchspannung zwischen dem Gate und der Source größer als die der Gateoxidschicht gehalten wird.As shown in FIGS . 10 and 11, the silicon nitride layer 38 and the silicon nitride layer 37 are removed by etching without using a mask. By etching the silicon oxide layer 37 for a corresponding period of time, which is appropriate for the layer thickness t₃₇, the layer thickness of the silicon oxide layer 35 becomes t₃₅ - t₃₇ (t₃₅ - t₃₇ <t₃₂), so that the insulation breakdown voltage between the gate and the source is greater than which is held by the gate oxide layer.

Wie in Fig. 12 gezeigt ist, wird eine Sourceelektrode 41 auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 ausgebildet. Eine Drainelektrode 42 wird auf der Bodenfläche des Siliziumsub­ strates 1 vorgesehen. Derart ist der Graben-MOS vervollständigt.As shown in FIG. 12, a source electrode 41 is formed on the upper surface of the silicon substrate 1 . A drain electrode 42 is provided on the bottom surface of the silicon substrate 1 . The trench MOS is thus completed.

Die bei den in der Beschreibungseinleitung beschriebenen Graben- MOSs auftretenden Probleme werden durch den Graben-MOS mit dem oben beschriebenen Aufbau gelöst. Der Graben-MOS der vorliegen­ den Ausführungsform weist weiter die folgenden Vorteile auf.The ditches described in the introduction to the description Problems arising from the trench MOS with the Structure described above solved. The trench MOS of the present The embodiment further has the following advantages.

Der erste Vorteil liegt darin, daß das polykristalline n-Typ Ga­ tesilizium ohne Herstellungstechnik auf hohem Niveau und ohne eine kritische Steuerung hergestellt werden kann. Der zweite Vorteil liegt darin, daß eine Abflachung (d. h. Verminderung der vertikalen Abmessungen) erleichtert wird, da die Tiefe der n-Typ Sourcediffusionsschicht 21 unabhängig von anderen Faktoren be­ stimmt werden kann. Da der Graben, die Gateelektrode und der Kontaktbereich in Selbstausrichtung ausgebildet werden können, wird kein Spielraum für die Ausrichtung von Masken und für die Herstellungsabläufe zwischen dem Graben und der Gateelektrode und zwischen der Gateelektrode und dem Kontaktbereich benötigt. Darum wird eine Reduzierung der Größe des Chips erleichtert. Das ist der dritte Vorteil. Es gibt außerdem den vierten Vorteil, daß der Widerstand der Gateelektrode nicht erhöht wird.The first advantage is that the n-type polycrystalline gate silicon can be manufactured at a high level without manufacturing technology and without critical control. The second advantage is that flattening (ie reduction in vertical dimensions) is facilitated because the depth of the n-type source diffusion layer 21 can be determined independently of other factors. Since the trench, the gate electrode and the contact area can be formed in self-alignment, no latitude is required for the alignment of masks and for the manufacturing processes between the trench and the gate electrode and between the gate electrode and the contact area. This makes it easier to reduce the size of the chip. That is the third advantage. There is also the fourth advantage that the resistance of the gate electrode is not increased.

Bei der obigen Ausführungsform ist es erwünscht, daß die Gesamt­ dicke t₁₀ der Siliziumoxidschicht 30, der Nitridschicht 38 und der Siliziumoxidschicht 37, die Tiefe d₁₀ des Grabens 31 und die Breite w₁₀ des Grabens 31 die folgende Ungleichung erfüllen.In the above embodiment, it is desirable that the total thickness t₁₀ of the silicon oxide layer 30 , the nitride layer 38 and the silicon oxide layer 37 , the depth d₁₀ of the trench 31 and the width w₁₀ of the trench 31 satisfy the following inequality.

(t₁₀ + d₁₀)/w₁₀ 12.(t₁₀ + d₁₀) / w₁₀ 12.

Die obige Beziehung wird das Aspektverhältnis beim Abscheiden der polykristallinen n-Typ Siliziumschicht 33 aus Fig. 7 ge­ nannt. Wenn (t₁₀ + d₁₀) w₁₀ < 12, dann ist es schwierig, den Graben bis zum Boden komplett mit polykristallinem n-Typ Sili­ zium 33 zu füllen. Es besteht die Möglichkeit eines Hohlraums in dem polykristallinem n-Typ Silizium. Die Schichtdicke t₃₂ der MOS-Gateoxidschicht 32 erfüllt die folgende Ungleichung:The above relationship is called the aspect ratio when depositing the polycrystalline n-type silicon layer 33 of FIG. 7. If (t₁₀ + d₁₀) w₁₀ <12, then it is difficult to completely fill the trench to the bottom with polycrystalline n-type silicon 33 . There is a possibility of a cavity in the polycrystalline n-type silicon. The layer thickness t₃₂ of the MOS gate oxide layer 32 satisfies the following inequality:

t₃₂ « d10, t₃₂ « w₁₀.t₃₂ «d10, t₃₂« w₁₀.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 1 ist die Beziehung zwischen der Grabentiefe d₁ und der Grabenbreite w₁: . With reference to Figures 7 and 1, the relationship is d₁ between the grave depth and width w₁ of the grave:

d₁ ≡ d₁₀, w₁ ≡ w₁₀.d₁ ≡ d₁₀, w₁ ≡ w₁₀.

Darum ist die Beziehung zwischen t₁₀, d₁, und w₁ bevorzugter­ weise:Therefore, the relationship between t₁₀, d₁, and w₁ is more preferred wise:

(t₁₀ + d₁₀)/w₁₀ 12.(t₁₀ + d₁₀) / w₁₀ 12.

Da der Vorstehbetrag t₁ des polykristallinen n-Typ Gatesiliziums wegen des Herstellungsverfahrens unter Bezugnahme auf Fig. 1 t₁ t₁₀ wird, erfüllt die Beziehung zwischen dem Vorstehbetrag t₁ des polykristallinen n-Typ Siliziums, der Grabentiefe d₁ und der Grabenweite w₁ bevorzugterweise die folgende Ungleichung:Since the protrusion amount t₁ of the polycrystalline n-type gate silicon becomes t₁ t₁₀ due to the manufacturing process with reference to Fig. 1, the relationship between the protrusion amount t₁ of the polycrystalline n-type silicon, the trench depth d₁ and the trench width w₁ preferably satisfies the following inequality:

(t₁ + d₁)/w₁ 12.(t₁ + d₁) / w₁ 12.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, erfüllt die Beziehung zwischen dem Vorstehbetrag t₁ der polykristallinen Siliziumschicht und dem Grabenintervall w₃ bevorzugterweise die folgende Ungleichung:As shown in Fig. 1, the relationship between the amount of protrusion t 1 of the polycrystalline silicon layer and the trench interval w 3 preferably satisfies the following inequality:

t₁/w₃ 2.t₁ / w₃ 2.

Durch Erfüllen der obigen Beziehung wird die Stufenabdeckung der Sourceelektrode 41 sehr vorteilhaft.By satisfying the above relationship, the step coverage of the source electrode 41 becomes very advantageous.

Darum tritt der Nachteil der Verbindungstrennung an dem gestuf­ ten Abschnitt oder der Reduzierung der Sourceelektrode 41, was einen Widerstandsanstieg verursachen würde, nicht auf.Therefore, there is no disadvantage of disconnection at the step portion or reduction of the source electrode 41 which would cause an increase in resistance.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungs­ form, in der sie auf einem MOS angewendet wird, begrenzt, und die vorliegende Erfindung ist ebenso auf einen Thyristor wie einen GTO, MCT und BRT anwendbar.The present invention is not based on the above embodiment form in which it is applied to a MOS, and the present invention is also applicable to a thyristor a GTO, MCT and BRT applicable.

Ausführungsform 2Embodiment 2

Fig. 13 ist eine Schnittansicht eines Graben-MOS entsprechend Ausführungsform 2. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen MOS vom vertikalen Typ mit einer Grabenstruktur nach Ausfüh­ rungsform 1 begrenzt. Die vorliegende Erfindung ist ebenso auf einen MOS-Transistor vom horizontalen Typ mit einer Grabenstruk­ tur, wie er in Fig. 13 gezeigt ist, anwendbar. Genauer gesagt ist die vorliegende Erfindung auf irgendeine Halbleitervorrich­ tung anwendbar, die einen an der Seite eines Grabens ausgebilde­ ten Kanal aufweist, in dem Strom in der vertikalen Richtung des Grabens fließt. Fig. 13 is a sectional view of a trench MOS according to Embodiment 2. The present invention is not approximately form a MOS vertical type having a structure according to grave 1 exporting limited. The present invention is also applicable to a horizontal type MOS transistor having a trench structure as shown in FIG. 13. More specifically, the present invention is applicable to any semiconductor device having a channel formed on a trench side, in which current flows in the vertical direction of the trench.

Wie in Fig. 13 gezeigt ist, ist ein Graben 31 in der Oberfläche eines Halbleitersubstrates 1 ausgebildet. Das Halbleitersub­ strat 1 weist eine p-Typ Diffusionsschicht 20 auf. Eine Gateisolierschicht 32 bedeckt die Innenwand des Grabens 31. Polykristallines Silizium 34, das n-Typ Dotierstoff aufweist und als eine Gateelektrode dient, füllt das Innere des Grabens 31. Die Gateelektrode 34 springt von der Oberfläche des Halbleiter­ substrates 1 vor. Die Breite des vorspringenden Abschnittes der Gateelektrode 34 ist gleich der Breite der Gateelektrode 34 in­ nerhalb des Grabens 31. Eine Isolierschicht 35 bedeckt nur den vorspringenden Abschnitt der Gateelektrode 34. Der Oberflächen­ bereich des Halbleitersubstrates 1 ist nicht mit der Isolier­ schicht 35 bedeckt. Eine n-Typ Sourcediffusionsschicht 21 und eine n-Typ Draindiffusionsschicht 22 sind getrennt voneinander in bzw. an der Oberfläche des Halbleitersubstrates 1 und auf beiden Seiten des Grabens 31 ausgebildet. Eine Sourceelektrode 41 ist mit dem n-Typ Sourcediffusionsbereich 21 verbunden. Eine Drainelektrode 42 ist mit dem n-Typ Draindiffusinsbereich 22 verbunden. Der p-Typ Basisdiffusionsbereich 20 dient als ein Ka­ nal.As shown in FIG. 13, a trench 31 is formed in the surface of a semiconductor substrate 1 . The semiconductor substrate 1 has a p-type diffusion layer 20 . A gate insulating layer 32 covers the inner wall of the trench 31 . Polycrystalline silicon 34 , which has an n-type dopant and serves as a gate electrode, fills the interior of the trench 31 . The gate electrode 34 projects from the surface of the semiconductor substrate 1 . The width of the protruding portion of the gate electrode 34 is equal to the width of the gate electrode 34 within the trench 31 . An insulating layer 35 covers only the protruding portion of the gate electrode 34 . The surface area of the semiconductor substrate 1 is not covered with the insulating layer 35 . An n-type source diffusion layer 21 and an n-type drain diffusion layer 22 are formed separately from one another in or on the surface of the semiconductor substrate 1 and on both sides of the trench 31 . A source electrode 41 is connected to the n-type source diffusion region 21 . A drain electrode 42 is connected to the n-type drain diffusion region 22 . The p-type base diffusion region 20 serves as a channel.

Durch Anlegen einer positiven Spannung an die Gateelektrode 34 wird ein Kanal auf beiden Seiten des Grabens 31 ausgebildet, so daß ein Strom zwischen der Sourceelektrode 41 und der Drain­ elektrode 42 fließt.By applying a positive voltage to the gate electrode 34 , a channel is formed on both sides of the trench 31 , so that a current flows between the source electrode 41 and the drain electrode 42 .

Ausführungsform 3Embodiment 3

Fig. 14 ist eine Schnittansicht eines bipolaren Transistors mit isoliertem Gate. Vom vertikalen Typ mit einer Grabenstruktur (im folgenden als "Graben-IGBT" bezeichnet) entsprechend Ausfüh­ rungsform 3. Der Graben-IGBT aus Ausführungsform 3 weist ein Si­ liziumsubstrat 1 aus einem p⁺-Typ Einkristallsiliziumsubstrat 12, einer n⁺-Typ Einkristallsiliziumepitaxieschicht 13, einer n⁻-Typ Einkristallsiliziumepitaxieschicht 11 und einer p-Typ Ba­ sisdiffusionsschicht 20 auf. Eine n-Typ Emitterdiffusionsschicht 23 ist in der Oberfläche der p-Typ Basisdiffusionsschicht 20 vorgesehen. In dem Siliziumsubstrat 1 ist ein Graben 31 durch die n-Typ Emitterdiffusionsschicht 23 und die p-Typ Basisdiffu­ sionsschicht 20 hindurch die n⁻-Typ Einkristallsiliziumepitaxie­ schicht 11 erreichend ausgebildet. Eine Gateisolierschicht 32 bedeckt die Innenwand des Grabens 31. Der Graben 31 ist mit ei­ ner polykristallinen Siliziumschicht, die n-Typ Dotierstoff ent­ hält und als Gateelektrode 34 dient, gefüllt. Die Gateelektrode 34 springt von der Oberfläche des Halbleitersubstrates 1 vor. Fig. 14 is a sectional view of a bipolar transistor with insulated gate. From the vertical type with a trench structure (hereinafter referred to as "trench IGBT") according to embodiment 3. The trench IGBT from embodiment 3 has a silicon substrate 1 made of a p⁺-type single crystal silicon substrate 12 , an n⁺ type single crystal silicon epitaxial layer 13 , an n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 11 and a p-type base diffusion layer 20 . An n-type emitter diffusion layer 23 is provided in the surface of the p-type base diffusion layer 20 . In the silicon substrate 1 , a trench 31 is formed through the n-type emitter diffusion layer 23 and the p-type base diffusion layer 20 through the n⁻-type single crystal silicon epitaxy layer 11 . A gate insulating layer 32 covers the inner wall of the trench 31 . The trench 31 is filled with a polycrystalline silicon layer which contains the n-type dopant and serves as a gate electrode 34 . The gate electrode 34 projects from the surface of the semiconductor substrate 1 .

Die Breite des vorspringenden Abschnittes der Gateelektrode 34 ist gleich der Breite der Elektrode 34, die in dem Graben 31 be­ graben ist. Ein Isolierabschnitt 35 bedeckt nur den vorspringen­ den Abschnitt der Gateelektrode 34. Die Oberfläche des Halblei­ tersubstrates 1 ist nicht mit der Isolierschicht 35 bedeckt. Eine Emitterelektrode 43 ist auf dem Halbleitersubstrat 1 so vorgesehen, daß sie den vorspringenden Abschnitt der Gateelek­ trode 34 bedeckt und in Kontakt mit dem n-Typ Emitterdiffusions­ bereich 23 und dem p-Typ Basisdiffusionsbereich 20 ist. Eine Kollektorelektrode 44 ist an der Bodenfläche des Halbleitersub­ strates 1 vorgesehen.The width of the protruding portion of the gate electrode 34 is equal to the width of the electrode 34 that is buried in the trench 31 . An insulating portion 35 covers only the protruding portion of the gate electrode 34 . The surface of the semiconductor substrate 1 is not covered with the insulating layer 35 . An emitter electrode 43 is provided on the semiconductor substrate 1 so that it covers the protruding portion of the gate electrode 34 and is in contact with the n-type emitter diffusion region 23 and the p-type base diffusion region 20 . A collector electrode 44 is provided on the bottom surface of the semiconductor substrate 1 .

Durch Anlegen eines positiven Potentials an die Gateelektrode 34 wird ein Kanal an der Seite des Grabens 31 ausgebildet, so daß Strom zwischen der Emitterelektrode 43 und der Kollektorelek­ trode 44 fließt.By applying a positive potential to the gate electrode 34 , a channel is formed on the side of the trench 31 , so that current flows between the emitter electrode 43 and the collector electrode 44 .

Ausführungsform 4Embodiment 4

Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf ein anderes Verfahren zur Herstellung des Graben-MOS aus Fig. 1.The present embodiment relates to another method of manufacturing the trench MOS of FIG. 1.

Wie in Fig. 15 gezeigt ist, wird eine n⁻-Typ Einkristallsilizi­ umepitaxieschicht 11 auf dem n⁺-Typ Einkristallsiliziumsubstrat 10 ausgebildet. Dann werden eine p-Typ Basisdiffusionsschicht 20 und eine Mehrzahl von n-Typ Sourcediffusionsschichten 21 ausgebildet. Das n⁺-Typ Einkristallsiliziumsubstrat 10, die n⁻- Typ Einkristallsiliziumepitaxieschicht 11, die p-Typ Basisdiffusionsschicht 20 und die n-Typ Sourcediffusionsschich­ ten 21 werden im folgenden als Siliziumsubstrat 1 bezeichnet.As shown in FIG. 15, an n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 11 is formed on the n⁺-type single crystal silicon substrate 10 . Then, a p-type base diffusion layer 20 and a plurality of n-type source diffusion layers 21 are formed. The n⁺-type single crystal silicon substrate 10 , the n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 11 , the p-type base diffusion layer 20 and the n-type source diffusion layers 21 are referred to below as silicon substrate 1 .

Auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 wird eine Silizium­ oxidschicht 37 mit einer Schichtdicke von 30 nm (300 Å) z. B. durch thermische Oxidation ausgebildet. Dann wird eine Siliziumnitridschicht 38 mit einer Schichtdicke von 100 nm (1000 Å) auf der Siliziumoxidschicht 37 z. B. durch CVD abge­ schieden. Auf der Siliziumnitridschicht 38 wird eine Siliziumo­ xidschicht 30 mit einer Schichtdicke von 800 nm (8000 Å) z. B. durch CVD abgeschieden. Die Siliziumoxidschicht 30 dient als eine Maske zum Ätzen bei der Ausbildung eines Grabens. Die Dicke derselben wird zum Zweck eines Ätzvorgangs bzw. diesem Zweck entsprechend ausgewählt.On the surface of the silicon substrate 1 , a silicon oxide layer 37 with a layer thickness of 30 nm (300 Å) z. B. formed by thermal oxidation. Then a silicon nitride layer 38 with a layer thickness of 100 nm (1000 Å) on the silicon oxide layer 37 z. B. excreted by CVD. On the silicon nitride layer 38 , a silicon oxide layer 30 with a layer thickness of 800 nm (8000 Å) z. B. deposited by CVD. The silicon oxide layer 30 serves as a mask for etching when a trench is formed. The thickness thereof is selected for the purpose of an etching process or for this purpose accordingly.

Wie in Fig. 16 gezeigt ist, wird der dreischichtige Film aus der Siliziumoxidschicht 30, der Siliziumnitridschicht 38 und der Si­ liziumoxidschicht 37 in eine vorbestimmte Konfiguration gemu­ stert, damit er als eine Maske in der nachfolgenden Ausbildung eines Grabens dienen kann. Unter Verwendung der gemusterten Si­ liziumoxidschicht 30 als Maske wird der Graben 31 in dem Silizi­ umsubstrat 1 durch die n-Typ Sourcediffusionsschicht 21 und die p-Typ Basisdiffusionsschicht 20 hindurch die n⁻-Typ Einkristall­ siliziumepitaxieschicht 11 erreichend ausgebildet.As shown in FIG. 16, the three-layer film of the silicon oxide layer 30 , the silicon nitride layer 38 and the silicon oxide layer 37 is patterned into a predetermined configuration so that it can serve as a mask in the subsequent trench formation. Using the patterned silicon oxide layer 30 as a mask, the trench 31 is formed in the silicon substrate 1 through the n-type source diffusion layer 21 and the p-type base diffusion layer 20 through the n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 11 .

Um einen Ätzschaden in dem Graben 31 zu eliminieren, wird die Innenwand des Grabens 31 zur Ausbildung einer Siliziumoxid­ schicht (nicht gezeigt und im folgenden als Opferoxidschicht be­ zeichnet) mit einer Schichtdicke von 100 nm (1000 Å) auf der In­ nenwand des Grabens 31 thermisch oxidiert.In order to eliminate an etching damage in the trench 31, the inner wall of the trench 31 is to form a silicon oxide layer (not shown and hereinafter referred to as sacrificial oxide layer be distinguished) with a layer thickness of 100 nm (1000 Å) on the In nenwand of the trench 31 thermally oxidized.

Wie in Fig. 17 gezeigt ist, wird die Siliziumoxidschicht 30 zur selben Zeit weggeätzt, zu der die Opferoxidschicht entfernt wird. Die Oberfläche der Siliziumoxidschicht 30 wird von einer Position 30a auf eine Position 30b reduziert. Falls das Ätzen durch ein nasses Verfahren mit Fluorwasserstofflösung ausgeführt wird, wird die Siliziumoxidschicht 30 um einen Betrag weggeätzt, der sowohl in der senkrechten als auch in der seitlichen Rich­ tung identisch ist. Der Ätzbetrag wird durch den Ätzzeitraum ge­ steuert. Falls z. B. 200 nm (2000 Å) weggeätzt werden, wird die Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 30 60 nm (600 Å), und die Seitenwand 30e der Öffnung der Siliziumoxidschicht 30 wird um 200 nm (2000 Å) von der Seitenwand der Öffnung des Grabens 31 her gesehen reduziert.As shown in FIG. 17, the silicon oxide layer 30 is etched away at the same time that the sacrificial oxide layer is removed. The surface of the silicon oxide layer 30 is reduced from a position 30 a to a position 30 b. If the etching is carried out by a wet method with hydrogen fluoride solution, the silicon oxide layer 30 is etched away by an amount that is identical in both the vertical and the lateral direction. The etching amount is controlled by the etching period. If e.g. B. 200 nm (2000 Å), the layer thickness of the silicon oxide layer 30 becomes 60 nm (600 Å), and the side wall 30 e of the opening of the silicon oxide layer 30 becomes 200 nm (2000 Å) from the side wall of the opening of the trench 31 seen here reduced.

Wie in Fig. 18 gezeigt ist, wird eine Siliziumoxidschicht 32 mit einer Schichtdicke von 50 nm (500 Å), die eine Gateoxidschicht wird, die Innenwand des Grabens 31 bedeckend ausgebildet. Dann wird polykristallines Silizium, das n-Typ Dotierstoff aufweist, auf dem Siliziumsubstrat 1 so abgeschieden, daß es den Graben 31 füllt.As shown in FIG. 18, a silicon oxide layer 32 with a layer thickness of 50 nm (500 Å), which becomes a gate oxide layer, is formed covering the inner wall of the trench 31 . Then, polycrystalline silicon, which has an n-type dopant, is deposited on the silicon substrate 1 in such a way that it fills the trench 31 .

Wie in den Fig. 18 und 19 gezeigt ist, wird die polykristalline n-Typ Siliziumschicht 33 rückgeätzt. Dabei wird der Ätzschritt für einen Zeitraum ausgeführt, der länger als der Zeitraum ist, in dem die polykristalline n-Typ Siliziumschicht 33 auf der Si­ lizimoxidschicht 30 vollständig entfernt wird. Genauer gesagt wird die polykristalline Siliziumschicht 33 rückgeätzt, bis die obere Oberfläche derselben zwischen der oberen Oberfläche und der Bodenfläche der Siliziumoxidschicht 30 angeordnet ist. Die Position der oberen Oberfläche 34a des polykristallinen n-Typ Siliziums 34 befindet sich bevorzugterweise 200 nm (2000 Å) unter der bzw. tiefer als die Oberfläche der Siliziumoxidschicht 30.As shown in FIGS. 18 and 19, the polycrystalline n-type silicon layer 33 is etched back. The etching step is carried out for a period of time that is longer than the period in which the polycrystalline n-type silicon layer 33 on the silicon oxide layer 30 is completely removed. More specifically, the polycrystalline silicon layer 33 is etched back until the top surface thereof is sandwiched between the top surface and the bottom surface of the silicon oxide layer 30 . The position of the upper surface 34 a of the polycrystalline n-type silicon 34 is preferably 200 nm (2000 Å) below or below the surface of the silicon oxide layer 30 .

Wie in den Fig. 19 und 20 gezeigt ist, wird die Siliziumoxid­ schicht 30 durch Ätzen entfernt. Als ein Ergebnis springt die polykristalline n-Typ Gatesiliziumschicht 34 um ungefähr 400 nm (4000 Å) über die Oberfläche der Siliziumnitridschicht 38 und au­ ßerdem ungefähr 200 nm (2000 Å) seitlich über die Öffnung des Gra­ bens 31 vor. Derart wird eine Gatestruktur mit einem T-förmigen Querschnitt erhalten.As shown in FIGS. 19 and 20, the silicon oxide layer 30 is removed by etching. As a result, the n-type polycrystalline gate silicon layer 34 protrudes laterally about 400 nm (4000 Å) over the surface of the silicon nitride layer 38 and also about 200 nm (2000 Å) over the opening of the trench 31 . In this way, a gate structure with a T-shaped cross section is obtained.

Wie in den Fig. 20 und 21 gezeigt ist, wird der vorspringende Abschnitt der polykristallinen n-Typ Gatesiliziumschicht 34 thermisch oxidiert, wodurch eine Siliziumoxidschicht 35 ausge­ bildet wird. Die Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 35 wird so ausgewählt, daß der seitlich vorspringende Abschnitt der poly­ kristallinen n-Typ Siliziumschicht 34 vollständig oxidiert wird. Wenn z. B. der Betrag des seitlichen Vorspringens 200 nm (2000 Å) ist, kann der seitlich vorspringende Abschnitt vollständig oxi­ diert werden, indem die Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 35 auf ungefähr 400 nm (4000 Å) eingestellt wird. Als ein Ergebnis kann die Breite des polykristallinen n-Typ Gatesiliziums 34 gleich der oder kleiner als die Breite des Öffnungsabschnitts des Grabens 31 eingestellt werden. Durch eine solche thermische Oxidation wird der T-förmige Querschnitt des Gates ein I-förmi­ ger Querschnitt des Gate. Die Siliziumoxidschicht 35 wird bevor­ zugterweise dick ausgebildet, da sie als eine Zwischenschicht- Isolierschicht zwischen der Sourceelektrode und der Gateelek­ trode dient. Jedoch ist eine Nebenwirkung eine schlechte Stufen­ abdeckung der Emitterelektrode. Darum muß die Schichtdicke von einem integralen Standpunkt aus, d. h. von einem die gesamten Verhältnisse im Blick behaltenden Standpunkt ausgewählt werden. Die Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 35 hängt von dem Betrag seitlichen Vorspringens der polykristallinen n-Typ Gatesilizium­ schicht 34 ab. Eine willkürliche bzw. frei wählbare Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 35 kann durch Variieren der Bedingungen der Schichtdicke der so abgeschiedenen Siliziumoxidschicht 30, des Ätzbetrages der Siliziumoxidschicht 30, und des Ätzbetrages (bis zu 34a) der polykristallinen n-Typ Siliziumschicht 34 unter Berücksichtigung des Vorsprungsbetrags t₁ ausgewählt werden.As shown in FIGS. 20 and 21, the projecting portion of the polycrystalline n-type gate silicon layer 34 is thermally oxidized, thereby forming a silicon oxide film 35 is is. The layer thickness of the silicon oxide layer 35 is selected such that the laterally projecting section of the poly-crystalline n-type silicon layer 34 is completely oxidized. If e.g. For example, if the amount of lateral protrusion is 200 nm (2000 Å), the laterally protruding portion can be completely oxidized by adjusting the layer thickness of silicon oxide layer 35 to approximately 400 nm (4000 Å). As a result, the width of the n-type polycrystalline gate silicon 34 can be set equal to or less than the width of the opening portion of the trench 31 . Such thermal oxidation makes the T-shaped cross section of the gate an I-shaped cross section of the gate. The silicon oxide layer 35 is preferably thick before being used as an interlayer insulating layer between the source electrode and the gate electrode. However, a side effect is poor step coverage of the emitter electrode. For this reason, the layer thickness must be selected from an integral point of view, ie from a point of view that keeps an eye on the entire situation. The layer thickness of the silicon oxide layer 35 depends on the amount of lateral protrusion of the polycrystalline n-type gate silicon layer 34 . An arbitrary or freely selectable layer thickness of the silicon oxide layer 35 can be varied by varying the conditions of the layer thickness of the silicon oxide layer 30 deposited in this way, the etching amount of the silicon oxide layer 30 , and the etching amount (up to 34 a) of the polycrystalline n-type silicon layer 34 , taking into account the protrusion amount t 1 to be chosen.

Es ist außerdem möglich, die Schichtdicke der Siliziumoxid­ schicht 35 durch ein überall stattfindendes Ätzen (Over-All-Ät­ zen) nach der Ausbildung der Siliziumoxidschicht 35 zu reduzie­ ren. Jedoch muß die Beziehung zwischen der Schichtdicke t₃₂ der Gateoxidschicht 32, der Schichtdicke t₃₇, der unteren Siliziumoxidschicht 37 und der Schichtdicke t₃₅ der Siliziumo­ xidschicht 35 so gewählt werden, daß die folgende Ungleichung erfüllt wird:It is also possible, the thickness of the silicon oxide layer 35 by a widely held end of etching (over-all-Ät zen) after forming the silicon oxide layer 35 to reduzie ren. However, the relationship between the layer thickness must t₃₂ the gate oxide layer 32, the layer thickness t₃₇, the lower silicon oxide layer 37 and the layer thickness t₃₅ of the silicon oxide layer 35 are chosen so that the following inequality is met:

t₃₂ + t₃₇ < t₃₅.t₃₂ + t₃₇ <t₃₅.

Wie in den Fig. 21 und 22 gezeigt ist, werden die Siliziumni­ tridschicht 38 und die Siliziumoxidschicht 37 ohne Verwendung einer Maske geätzt. Durch das Ätzen der Siliziumoxidschicht 37 für einen Zeitraum, der zu der Schichtdicke t₃₇ paßt, wird die Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 35 zu t₃₅ - t₃₇ (t₃₅ - t₃₇ < t₃₂), so daß die Isolationsdurchbruchspannung zwischen dem Gate und der Source höher als die der Gateoxidschicht gehalten wird. Darum gibt es kein Problem bezüglich der Eigenschaften der Halbleitervorrichtung. As shown in FIGS . 21 and 22, the silicon nitride layer 38 and the silicon oxide layer 37 are etched without using a mask. By etching the silicon oxide layer 37 for a period which matches the layer thickness t₃₇, the layer thickness of the silicon oxide layer 35 becomes t₃₅ - t₃₇ (t₃₅ - t₃₇ <t₃₂), so that the insulation breakdown voltage between the gate and the source is higher than that of the gate oxide layer is held. Therefore, there is no problem in the properties of the semiconductor device.

Wie in Fig. 23 gezeigt ist, wird die Sourceelektrode 41 auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 und die Drainelektrode 42 auf der Bodenfläche des Siliziumsubstrates 1 ausgebildet. Derart ist ein Graben-MOS vervollständigt.As shown in FIG. 23, the source electrode 41 is formed on the surface of the silicon substrate 1 and the drain electrode 42 is formed on the bottom surface of the silicon substrate 1 . A trench MOS has been completed in this way.

Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform gibt es einen zu­ sätzlichen Schritt der Opferoxidation (d. h. einer zusätzlichen Oxidation) zum Entfernen einer Beschädigung oder von Verunreini­ gungen, die zum Zeitpunkt des Ätzens bei der Ausbildung des Gra­ bens erzeugt worden sind. Darum können der fünfte Vorteil, näm­ lich das Verbessern der elektrischen Eigenschaften eines Graben- MOS, und die ersten bis vierten Vorteile, die in Ausführungsform 1 erreicht wurden, erhalten werden.According to the present embodiment, there is one additional step of victim oxidation (i.e. an additional Oxidation) to remove damage or contaminants conditions that occurred at the time of the etching when the gra have been generated. Therefore the fifth advantage, näm improving the electrical properties of a trench MOS, and the first to fourth advantages in embodiment 1 have been achieved.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform, in der eine MOS-Grabenstruktur vom vertikalen Typ verwendet wird, begrenzt. Die vorliegende Erfindung ist ebenso auf irgendeine Halbleitervorrichtung anwendbar, die einen an der Grabenseite ausgebildeten Kanal mit der Stromleitung in der vertikalen Richtung des Grabens aufweist, wie z. B. einen MOS vom horizontalen Typ mit einer Grabenstruktur und einem IGBT vom vertikalen Typ mit einer Grabenstruktur.The present invention is not limited to that described above Embodiment in which a MOS trench structure from the vertical Type used is limited. The present invention is also applicable to any semiconductor device that one channel formed on the trench side with the power line in the vertical direction of the trench, such as. B. one Horizontal type MOS with a trench structure and an IGBT of the vertical type with a trench structure.

Es ist zu bevorzugen, daß die vorliegende Ausführungsform außer­ dem wie in Ausführungsform 1 die folgende Ungleichung erfüllt:It is preferable that the present embodiment except which, as in embodiment 1, satisfies the following inequality:

(t₁ + d₁)/w₁ 12, t₁/w₃ 2.(t₁ + d₁) / w₁ 12, t₁ / w₃ 2.

Ausführungsform 5Embodiment 5

Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf ein anderes Verfahren zur Herstellung des Graben-MOS.The present embodiment relates to another Process for producing the trench MOS.

Wie in Fig. 24 gezeigt ist, ist eine n⁻-Typ Einkristallsilizi­ umepitaxieschicht 11 auf einem n⁺-Typ Einkristallsiliziumsub­ strat 10 ausgebildet. Dann werden eine p-Typ Basisdiffusions­ schicht 20 und eine Mehrzahl von n-Typ Sourcediffusionsschichten 21 ausgebildet. Diese werden im folgenden als ein Siliziumsub­ strat 1 bezeichnet.As shown in FIG. 24, an n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 11 is formed on an n⁺-type single crystal silicon substrate 10 . Then, a p-type base diffusion layer 20 and a plurality of n-type source diffusion layers 21 are formed. These are referred to in the following as a silicon substrate 1 .

Auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 wird eine Silizium­ oxidschicht 30 mit einer Dicke von 800 nm (8000 Å) z. B. durch CVD ausgebildet. Die Siliziumoxidschicht 30 dient als eine Maske in einem Ätzprozeß zur Ausbildung eines Grabens. Die Schichtdicke ist so ausgewählt, daß sie in dem Ätzprozeß verwendbar ist.On the surface of the silicon substrate 1 , a silicon oxide layer 30 with a thickness of 800 nm (8000 Å) z. B. formed by CVD. The silicon oxide layer 30 serves as a mask in an etching process to form a trench. The layer thickness is selected so that it can be used in the etching process.

Wie in Fig. 25 gezeigt ist, wird die Siliziumoxidschicht 30 so in eine vorbestimmte Konfiguration gemustert, daß sie als eine Maske bei der Ausbildung eines Grabens dienen kann. Unter Ver­ wendung der gemusterten Siliziumoxidschicht 30 als Maske wird ein Graben 31 in dem Siliziumsubstrat 1 durch die n-Typ Source­ diffusionsschicht 21 und die p-Typ Basisdiffusionsschicht 20 die n⁻-Typ Einkristallsiliziumepitaxieschicht 11 erreichend ausge­ bildet.As shown in Fig. 25, the silicon oxide layer 30 is patterned into a predetermined configuration so that it can serve as a mask in the formation of a trench. Using the patterned silicon oxide layer 30 as a mask, a trench 31 is formed in the silicon substrate 1 through the n-type source diffusion layer 21 and the p-type base diffusion layer 20, the n⁻-type single crystal silicon epitaxial layer 11 being formed.

Wie in Fig. 26 gezeigt ist, wird eine Opferoxidschicht mit einer Schichtdicke von 100 nm (1000 Å) (nicht gezeigt) durch thermische Oxidation in dem Graben 31 zum Zwecke der Eliminierung von Ätz­ schäden in dem Graben 31 ausgebildet. Dann wird beim Entfernen der Opferoxidschicht ebenfalls die Siliziumoxidschicht 30 ge­ ätzt. Die Oberfläche wird von einer Position 30a auf eine Posi­ tion 30b reduziert. Durch Ausführen dieses Ätzens durch ein nas­ ses Verfahren unter Verwendung einer Fluorwasserstofflösung wird die Siliziumoxidschicht 30 um einen identischen Betrag in sowohl der Richtung der Dicke als auch der Seitenrichtung weggeätzt. Dieser Ätzbetrag kann durch den Ätzzeitraum gesteuert werden. Falls die Siliziumoxidschicht 30 um 200 nm (2000 Å) weggeätzt wird, wird die Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 30 600 nm (6000 Å), und die Seitenwand 30e der Siliziumoxidschicht 30 an der Öffnung der Siliziumoxidschicht 30 wird gegenüber der Sei­ tenwand des Grabens 31 (d. h. von dieser Seitenwand weg) um 200 nm (2000 Å) reduziert.As shown in FIG. 26, a sacrificial oxide layer with a layer thickness of 100 nm (1000 Å) (not shown) is formed in the trench 31 by thermal oxidation for the purpose of eliminating etching damage in the trench 31 . Then, when the sacrificial oxide layer is removed, the silicon oxide layer 30 is also etched. The surface is reduced from a position 30 a to a position 30 b. By performing this wet etching method using a hydrogen fluoride solution, the silicon oxide layer 30 is etched away by an identical amount in both the thickness and side directions. This amount of etching can be controlled by the etching period. If the silicon oxide film 30 about 200 nm (2000 Å) is etched away, the film thickness of silicon oxide film 30 is 600 nm (6000 Å), and the side wall 30 e of the silicon oxide film 30 at the opening of the silicon oxide layer 30 is opposite to the Be tenwand of the trench 31 ( ie away from this side wall) by 200 nm (2000 Å).

Wie in Fig. 27 gezeigt ist, wird eine Siliziumoxidschicht 32 mit einer Schichtdicke von 50 nm (500 Å), die eine Gateoxidschicht wird, an der Innenwand des Grabens 31 ausgebildet. Dann wird eine polykristalline Siliziumschicht 33, die n-Typ Dotierstoff aufweist, auf dem Siliziumsubstrat 1 so abgeschieden, daß sie den Graben 31 füllt. Die Schichtdicke der Gateoxidschicht 32 wird entsprechend den geforderten bzw. gewünschten Eigenschaften variiert.As shown in FIG. 27, a silicon oxide layer 32 with a layer thickness of 50 nm (500 Å), which becomes a gate oxide layer, is formed on the inner wall of the trench 31 . Then, a polycrystalline silicon layer 33 having an n-type dopant is deposited on the silicon substrate 1 so as to fill the trench 31 . The layer thickness of the gate oxide layer 32 is varied in accordance with the required or desired properties.

Wie in den Fig. 27 und 28 gezeigt ist, wird die polykristalline n-Typ Siliziumschicht 33 rückgeätzt. Dabei wird dieser Ätz­ schritt für einen Zeitraum ausgeführt, der länger als der zum kompletten Wegätzen der polykristallinen n-Typ Siliziumschicht 33 auf der Siliziumoxidschicht 30 benötigte Zeitraum ist. Ge­ nauer gesagt wird das Ätzen so ausgeführt, daß die obere Ober­ fläche 34a der polykristallinen n-Typ Siliziumschicht 34 200 nm (2000 Å) tiefer als die Oberfläche der Siliziumoxidschicht 30 an­ geordnet ist.As shown in FIGS. 27 and 28, the polycrystalline n-type silicon layer 33 is etched back. This etching step is carried out for a period of time that is longer than the time required to completely etch away the polycrystalline n-type silicon layer 33 on the silicon oxide layer 30 . Ge said more precisely is carried out the etching so that the upper top surface 34 at 30 is a polycrystalline n-type silicon layer 34 200 nm (2000 Å) deeper than the surface of the silicon oxide layer in order.

Wie in den Fig. 28 und 29 gezeigt ist, steht, wenn die Silizi­ umoxidschicht 30 durch Ätzen entfernt ist, die polykristalline n-Typ Gatesiliziumschicht 34 ungefähr 400 nm (4000 Å) gegenüber der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 und seitlich um 200 nm (2000 Å) von der Öffnung des Grabens 31 weg vor. Derart wird eine Gatestruktur mit einem T-förmigen Querschnitt erhalten.As shown in FIGS . 28 and 29, when the silicon oxide layer 30 is removed by etching, the polycrystalline n-type gate silicon layer 34 is approximately 400 nm (4000 Å) from the surface of the silicon substrate 1 and laterally around 200 nm (2000 Å) away from the opening of the trench 31 . In this way, a gate structure with a T-shaped cross section is obtained.

Wie in Fig. 30 gezeigt ist, wird die Oberfläche des vorspringen­ den Abschnittes der polykristallinen n-Typ Siliziumschicht 34 thermisch oxidiert, was in einer Siliziumoxidschicht 35 resul­ tiert. Die Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 35 ist so ausge­ wählt, daß der seitlich vorspringende Abschnitt der polykristal­ linen n-Typ Siliziumschicht 34 vollständig oxidiert ist. Falls z. B. der Betrag des seitlichen Vorspringens 200 nm (2000 Å) ist, kann der seitlich vorspringende Abschnitt durch Einstellen der Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 35 auf ungefähr 400 nm (4000 Å) vollständig oxidiert werden. Als ein Ergebnis ist die Breite der polykristallinen n-Typ Gatesiliziumschicht gleich oder kleiner als die Breite der Öffnung des Grabens 31. Deswei­ teren wird eine Siliziumoxidschicht 35 mit derselben Schicht­ dicke auf der polykristallinen n-Typ Gatesiliziumschicht 34 aus­ gebildet. Die Siliziumoxidschicht 35 kann so belassen werden wie sie ist, oder sie kann durch ein überall ausgeführtes Ätzen in ihrer Schichtdicke reduziert werden. Alternativ kann sie voll­ ständig entfernt werden.As shown in Fig. 30, the surface of the projecting portion is the n-type polycrystalline silicon layer 34 is thermally oxidized, which advantage resul in a silicon oxide film 35th The layer thickness of the silicon oxide layer 35 is selected so that the laterally projecting section of the polycrystalline n-type silicon layer 34 is completely oxidized. If e.g. B. the amount of lateral protrusion is 200 nm (2000 Å), the laterally protruding portion can be completely oxidized by adjusting the layer thickness of the silicon oxide layer 35 to about 400 nm (4000 Å). As a result, the width of the n-type polycrystalline gate silicon layer is equal to or less than the width of the opening of the trench 31 . Furthermore, a silicon oxide layer 35 with the same layer thickness is formed on the polycrystalline n-type gate silicon layer 34 . The silicon oxide layer 35 can be left as it is, or its layer thickness can be reduced by etching carried out everywhere. Alternatively, it can be removed completely.

Obwohl die Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 35 abhängig von dem Betrag des seitlichen Vorspringens der polykristallinen n- Typ Gatesiliziumschicht 30 bestimmt ist, kann eine willkürliche (d. h. frei wählbare) Schichtdicke durch Variieren der Bedingun­ gen der Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 30, so wie sie ab­ geschieden wird, des Ätzbetrages der Siliziumoxidschicht 30 und des Ätzbetrages (bis zu 34a) der polykristallinen n-Typ Silizi­ umschicht 34, wobei der Vorsprungsbetrag von t₁ berücksichtigt wird, gewählt werden.Although the layer thickness of the silicon oxide layer 35 is determined depending on the amount of lateral protrusion of the polycrystalline n-type gate silicon layer 30 , an arbitrary (ie freely selectable) layer thickness can be varied by varying the conditions of the layer thickness of the silicon oxide layer 30 as it is deposited, the etching amount of the silicon oxide layer 30 and the etching amount (up to 34 a) of the polycrystalline n-type silicon layer 34 , taking into account the protrusion amount of t 1.

Wie in Fig. 31 gezeigt ist, wird eine Zwischenschicht mit einer Schichtdicke von 800 nm (8000 Å) durch CVD auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 abgeschieden.As shown in FIG. 31, an intermediate layer with a layer thickness of 800 nm (8000 Å) is deposited on the surface of the silicon substrate 1 by CVD.

Wie in Fig. 32 gezeigt ist, wird die Zwischenschicht 36 durch Photolithographie gemustert, was in einem Kontaktbereich an der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 resultiert.As shown in FIG. 32, the intermediate layer 36 is patterned by photolithography, resulting in a contact area on the surface of the silicon substrate 1 .

Wie in Fig. 33 gezeigt ist, wird eine Sourceelektrode 41 auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 ausgebildet. Eine Drainelek­ trode 42 wird an der Bodenfläche des Siliziumsubstrates 1 ausge­ bildet. Dadurch ist ein Graben-MOS vervollständigt.As shown in FIG. 33, a source electrode 41 is formed on the surface of the silicon substrate 1 . A drain electrode 42 is formed on the bottom surface of the silicon substrate 1 . This completes a trench MOS.

Durch das Hinzufügen des Opferoxidationsschrittes zum Eliminie­ ren von Beschädigungen und Verunreinigungen, die bei dem Ätzpro­ zeß zur Ausbildung des Grabens erzeugt wurden, wird der fünfte Vorteil des Verbesserns der elektrischen Eigenschaften des Gra­ ben-MOS erhalten.By adding the victim oxidation step to the elimination damage and impurities caused by the etching process were created to form the trench, the fifth Advantage of improving the electrical properties of the Gra received ben-MOS.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorliegende Ausfüh­ rungsform, bei der ein MOS vom vertikalen Typ mit einer Graben­ struktur verwendet wird, begrenzt. Die vorliegende Erfindung ist ebenso auf irgendeine Halbleitervorrichtung anwendbar, bei der ein Kanal an der Grabenseite ausgebildet und ein Strom in der vertikalen Richtung des Grabens geleitet wird, wie z. B. einen MOS vom horizontalen Typ mit der Grabenstruktur und einen IGBT vom vertikalen Typ mit einer Grabenstruktur.The present invention is not based on the present embodiment form in which a vertical type MOS with a trench structure is used, limited. The present invention is also applicable to any semiconductor device in which  a channel formed on the trench side and a stream in the vertical direction of the trench is directed such. B. one Horizontal type MOS with the trench structure and an IGBT of the vertical type with a trench structure.

Die vorliegende Ausführungsform erfüllt bevorzugterweise auch wie in Ausführungsform 1 die folgende Ungleichung:The present embodiment preferably also fulfills the following inequality as in embodiment 1 :

(t₁ + d₁)/w₁ 12, t₁/w₃ 2.(t₁ + d₁) / w₁ 12, t₁ / w₃ 2.

Ausführungsform 6Embodiment 6

Fig. 34 ist eine Schnittansicht eines Graben-MOS entsprechend Ausführungsform 6. Fig. 34 is a sectional view of a trench MOS according to Embodiment 6.

Wie in Fig. 34 gezeigt ist, weist ein Graben-MOS ein Silizium­ substrat 1 auf. Das Siliziumsubstrat 1 weist ein n⁺-Typ Einkri­ stallsiliziumsubstrat 10, eine n⁻-Typ Einkristallsiliziumepita­ xieschicht 11, eine p-Typ Basisdiffusionsschicht 20 und eine n- Typ Sourcediffusionsschicht 21 auf. In dem Siliziumsubstrat 1 ist ein Graben 31 durch die n-Typ Sourcediffusionsschicht 21 und die p-Typ Basisdiffusionsschicht 20 hindurch die n⁻-Typ Einkri­ stallsiliziumepitaxieschicht 11 erreichend ausgebildet. Eine Gateisolierschicht 32 bedeckt die Innenwand des Grabens 31. Eine Gateelektrode 34, die nach oben über die Oberfläche des Silizi­ umsubstrates 1 vorsteht, ist in dem Graben 31 begraben. Der vor­ springende Abschnitt der Gateelektrode 34 ist in der Breite als eine Funktion der Höhe reduziert. Eine Isolierschicht 35 bedeckt nur den vorspringenden Abschnitt der Gateelektrode 34. Der Ober­ flächenbereich des Siliziumsubstrates 1 ist nicht mit der Iso­ lierschicht 35 bedeckt. Eine Sourceelektrode 41 ist an der obe­ ren Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 ausgebildet. Eine Drain­ elektrode 42 ist an der Bodenfläche des Siliziumsubstrates 1 ausgebildet.As shown in FIG. 34, a trench MOS has a silicon substrate 1 . The silicon substrate 1 has an n⁺-type single-crystal silicon substrate 10 , an n⁻-type single-crystal silicon epitaxial layer 11 , a p-type base diffusion layer 20 and an n-type source diffusion layer 21 . In the silicon substrate 1 , a trench 31 is formed through the n-type source diffusion layer 21 and the p-type base diffusion layer 20 through the n⁻-type single-crystal silicon epitaxial layer 11 . A gate insulating layer 32 covers the inner wall of the trench 31 . A gate electrode 34 , which projects upward above the surface of the silicon substrate 1 , is buried in the trench 31 . The jumping portion of the gate electrode 34 is reduced in width as a function of height. An insulating layer 35 covers only the protruding portion of the gate electrode 34 . The upper surface area of the silicon substrate 1 is not covered with the insulating layer 35 . A source electrode 41 is formed on the upper surface of the silicon substrate 1 . A drain electrode 42 is formed on the bottom surface of the silicon substrate 1 .

Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform wird die Breite des vorspringenden Abschnittes der Gateelektrode 34 als eine Funktion der Höhe kleiner. Darum gibt es den Vorteil, daß die Stufenabdeckung der Sourceelektrode 41 verbessert ist bzw. wird.According to the present embodiment, the width of the protruding portion of the gate electrode 34 becomes smaller as a function of the height. Therefore, there is an advantage that the step coverage of the source electrode 41 is improved.

Ein Verfahren zur Herstellung des Graben-MOS aus Fig. 34 wird im folgenden beschrieben.A method of manufacturing the trench MOS of Fig. 34 will be described below.

Zuerst wird ein Verfahren ausgeführt, das identisch zu dem in den Fig. 5 bis 8 gezeigten ist.First, a process is carried out that is identical to that shown in FIGS. 5 to 8.

Wie in Fig. 35 gezeigt ist, wird die Siliziumoxidschicht 30 um 400 nm (4000 Å) rückgeätzt, so daß die polykristalline n-Typ Gate­ siliziumschicht 34 nach oben um ungefähr 200 nm (2000 Å) gegenüber der Oberfläche der Siliziumoxidschicht 30 vorspringt. Im Ver­ gleich zu Ausführungsform 1, bei der die Siliziumoxidschicht 30 vollständig weggeätzt wird, ist die vorliegende Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumoxidschicht 30 ver­ bleibt.As shown in FIG. 35, the silicon oxide layer 30 is etched back by 400 nm (4000 Å) so that the polycrystalline n-type gate silicon layer 34 protrudes upward by approximately 200 nm (2000 Å) from the surface of the silicon oxide layer 30 . In comparison to embodiment 1, in which the silicon oxide layer 30 is completely etched away, the present embodiment is characterized in that the silicon oxide layer 30 remains ver.

Wie in Fig. 36 gezeigt ist, wird die Oberfläche des vor­ springenden Abschnittes der Gateelektrode 34 zur Ausbildung ei­ ner Siliziumoxidschicht 35a mit einer Schichtdicke von 100 nm (1000 Å) thermisch oxidiert.As shown in Fig. 36, the surface of the projecting portion of the gate electrode 34 is thermally oxidized to form a silicon oxide layer 35 a with a layer thickness of 100 nm (1000 Å).

Wie in den Fig. 36 und 37 gezeigt ist, werden die Siliziumoxid­ schicht 30 und die Siliziumoxidschicht 35a geätzt. Der Ätzbetrag ist so gewählt, daß die verbleibende Dicke der Siliziumoxid­ schicht 30 ungefähr 200 nm (2000 Å) ist. Dabei wurde die Oberflä­ che der polykristallinen n-Typ Gatesiliziumschicht 34 durch die Oxidation verbraucht (d. h. ein Teil des Materials wird umgewan­ delt und dann geätzt), was in einem gestuften Abschnitt an der Oberfläche derselben resultiert.As shown in FIGS. 36 and 37, the silicon oxide layer 30 are etched and the silicon oxide layer 35 a. The amount of etching is chosen so that the remaining thickness of the silicon oxide layer 30 is approximately 200 nm (2000 Å). At this time, the surface of the n-type polycrystalline gate silicon layer 34 was consumed by the oxidation (ie, part of the material is converted and then etched), resulting in a stepped portion on the surface thereof.

Wie in den Fig. 37 und 38 gezeigt ist, wird die Oberfläche des vorspringenden Abschnittes der Gateelektrode 34 weiter durch thermische Oxidation oxidiert, was in einer Siliziumoxidschicht 35b mit einer Schichtdicke von 100 nm (1000 Å) resultiert. As shown in FIGS. 37 and 38, the surface of the protruding portion of the gate electrode 34 is further oxidized by thermal oxidation, resulting in a silicon oxide layer 35 b with a layer thickness of 100 nm (1000 Å).

Wie in den Fig. 38 und 39 gezeigt ist, werden die Siliziumoxid­ schicht 30 und die Siliziumoxidschicht 35b vollständig durch Ät­ zen entfernt.As shown in FIGS. 38 and 39, the silicon oxide layer 30 and silicon oxide film be 35 b completely Ät zen removed.

Wie in Fig. 40 gezeigt ist, wird der Vorsprung der Gateelektrode 34 weiter durch thermische Oxidation zur Ausbildung einer Sili­ ziumoxidschicht 35c mit einer Schichtdicke mit 100 nm (1000 Å) oxidiert.As shown in FIG. 40, the protrusion of the gate electrode 34 is further oxidized by thermal oxidation to form a silicon oxide layer 35 c with a layer thickness of 100 nm (1000 Å).

Wie in den Fig. 40 und 41 gezeigt ist, werden die Siliziumoxid­ schicht 38 und die Siliziumoxidschicht 37 durch Ätzen ohne Ver­ wendung einer Maske entfernt. Dann wird eine Sourceelektrode 41 auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 ausgebildet. Eine Drainelektrode 42 wird an der Bodenoberfläche des Siliziumsub­ strates 1 ausgebildet. Derart ist ein Graben-MOS vervollstän­ digt. Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform wird durch Wiederholen des Oxidationsschrittes und des Ätzschrittes, wie es in den Fig. 36 bis 38 gezeigt ist, die Oberfläche der polykri­ stallinen n-Typ Gatesiliziumschicht 34 zu einer treppenähnlichen Oberfläche. Die Breite des oberen Abschnittes der polykristalli­ nen n-Typ Gatesiliziumschicht 34 wird kleiner als die Breite der Grabenöffnung. Die Anzahl der Oxidationsschritte und der Ätz­ schritte, die wiederholt werden, die Schichtdicke der Oxid­ schicht und der Ätzbetrag können willkürlich bzw. frei auf der Basis des vorspringenden Abschnittes t₁ gewählt werden.As shown in FIGS. 40 and 41, the silicon oxide layer 38 and silicon oxide film are formed by etching 37 without Ver application of a mask removed. Then, a source electrode 41 is formed on the surface of the silicon substrate 1 . A drain electrode 42 is formed on the bottom surface of the silicon substrate 1 . A trench MOS has been completed in this way. According to the present embodiment, by repeating the oxidation step and the etching step as shown in Figs. 36 to 38, the surface of the n-type polycrystalline gate silicon layer 34 becomes a step-like surface. The width of the upper portion of the n-type polycrystalline gate silicon layer 34 becomes smaller than the width of the trench opening. The number of oxidation steps and the etching steps, which are repeated, the layer thickness of the oxide layer and the amount of etching can be chosen arbitrarily or freely on the basis of the projecting section t 1.

Entsprechend des Verfahrens nach Ausführungsform 6 kann ein Gra­ ben-MOS, wie er in den Fig. 42 und 43 gezeigt ist, ausgebildet werden.According to the method of Embodiment 6, a trench MOS as shown in FIGS. 42 and 43 can be formed.

In diesen Figuren haben Elemente, die denjenigen der Halbleiter­ vorrichtung aus Fig. 1 entsprechend, dieselben Bezugszeichen und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.In these figures, elements corresponding to those of the semiconductor device of FIG. 1 have the same reference numerals and their description is not repeated.

Ausführungsform 7Embodiment 7

Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf ein anderes Verfahren zur Herstellung eines Graben-MOS, bei dem die Breite des vorspringenden Abschnittes der Gateelektrode all eine Funk­ tion der Höhe kleiner wird.The present embodiment relates to another Process for producing a trench MOS, in which the width  of the protruding portion of the gate electrode all radio tion of the height becomes smaller.

Die zu den in den Fig. 5 bis 8 gezeigten Verfahrensabläufe iden­ tischen Verfahrensabläufe werden zuerst ausgeführt.The process sequences identical to those shown in FIGS . 5 to 8 are carried out first.

Wie in den Fig. 8 und 44 gezeigt ist, wird die Siliziumoxid­ schicht 30 so geätzt, daß 200 nm (2000 Å) verbleiben. Die polykri­ stalline n-Typ Gatesiliziumschicht 34 springt nach oben um unge­ fähr 400 nm (4000 Å) gegenüber der Oberfläche der Siliziumoxid­ schicht 30 vor.As shown in FIGS. 8 and 44, the silicon oxide layer 30 is etched to leave 200 nm (2000 Å). The polycrystalline n-type gate silicon layer 34 projects upward by approximately 400 nm (4000 Å) from the surface of the silicon oxide layer 30 .

Wie in Fig. 45 gezeigt ist, wird unter Verwendung eines Ionen­ sputter-Ätzverfahrens die Ecke des oberen Abschnittes der poly­ kristallinen n-Typ Gatesiliziumschicht 34 schnell weggeätzt, was in einer Gatestruktur 34 mit einem gerundeten oberen Abschnitt resultiert.As shown in FIG. 45, using an ion sputter etching process, the corner of the top portion of the n-type polycrystalline gate silicon layer 34 is quickly etched away, resulting in a gate structure 34 with a rounded top portion.

Falls die polykristalline n-Typ Gatesiliziumschicht 34 isotrop geätzt wird, werden die obere Oberfläche und die Seitenoberflä­ che des Vorsprungs der polykristallinen n-Typ Gatesilizium­ schicht 34 gleichzeitig geätzt, was in der in Fig. 48 gezeigten Gatestruktur 34 mit einer Neigung resultiert. Durch fortlaufen­ des Ausführen dieses Ätzschrittes kann eine Gatestruktur erhal­ ten werden, die eine Neigung und eine gerundete Ecke und/oder Kante aufweist. Der Ätzschritt der polykristallinen n-Typ Gate­ siliziumschicht 34 ist nicht auf das oben beschriebene Verfahren begrenzt, sondern es kann irgend ein Verfahren verwendet werden, solange die Breite des oberen Abschnittes der polykristallinen n-Typ Gatesiliziumschicht 34 nach dem Ätzverfahren kleiner als die Grabenöffnung ist.If the polycrystalline n-type gate silicon layer is etched isotropically 34, the upper surface and the Seitenoberflä surface of the projection of the polycrystalline n-type gate silicon layer etched 34 simultaneously, resulting in the in Fig. Gate structure 34 shown 48 with an inclination. By continuing this etching step, a gate structure can be obtained that has a slope and a rounded corner and / or edge. The etching step of the n-type polycrystalline gate silicon layer 34 is not limited to the method described above, but any method may be used as long as the width of the upper portion of the n-type polycrystalline gate silicon layer 34 after the etching process is smaller than the trench opening.

Wie in den Fig. 45 und 46 gezeigt ist, wird, nachdem die Silizi­ umoxidschicht 30 vollständig durch Ätzen entfernt ist, die Ober­ fläche des Vorsprungs der Gateelektrode 34 durch thermische Oxi­ dation oxidiert, was in einer Siliziumoxidschicht 35 mit einer Schichtdicke von 100 nm (1000 Å) resultiert. As, after the Silizi umoxidschicht 30 is completely removed by etching in Figs. 45 is shown and 46, the upper surface of the protrusion of the gate electrode 34 oxidizes dation by thermal Oxi what nm in a silicon oxide film 35 having a film thickness of 100 ( 1000 Å) results.

Dann werden die Siliziumnitridschicht 38 und die Siliziumoxid­ schicht 37 durch Ätzen entfernt.Then the silicon nitride layer 38 and the silicon oxide layer 37 are removed by etching.

Wie in Fig. 47 gezeigt ist, wird eine Sourceelektrode 41 auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 ausgebildet. Die Drainelektrode 42 wird auf der Bodenoberfläche des Siliziumsub­ strates 1 ausgebildet. Derart ist ein Graben-MOS vervollstän­ digt.As shown in FIG. 47, a source electrode 41 is formed on the upper surface of the silicon substrate 1 . The drain electrode 42 is formed on the bottom surface of the silicon substrate 1 . A trench MOS has been completed in this way.

Wie in Fig. 45 bezüglich der vorliegenden Ausführungsform ge­ zeigt ist, kann der Ätzbetrag der polykristallinen n-Typ Gatesi­ liziumschicht 34 willkürlich bzw. frei durch Variieren des Ätz­ betrages der Siliziumoxidschicht 30 und der Schichtdicke der Si­ liziumoxidschicht 35 bezüglich des Vorsprungsbetrages t₁ gewählt werden. Das Ätzen der polykristallinen n-Typ Gatesiliziumschicht 34 kann mit einer verbliebenen Siliziumoxidschicht 30 ausgeführt werden. Außerdem kann das Ätzen mit einer entfernten Siliziumni­ tridschicht 38 und einer freigelegten Siliziumoxidschicht 37 ausgeführt werden.As shown in Fig. 45 with respect to the present embodiment, the etching amount of the polycrystalline n-type gate silicon layer 34 can be arbitrarily selected by varying the etching amount of the silicon oxide layer 30 and the layer thickness of the silicon oxide layer 35 with respect to the protrusion amount t 1. The etching of the polycrystalline n-type gate silicon layer 34 can be carried out with a remaining silicon oxide layer 30 . In addition, the etching can be performed with a removed silicon nitride layer 38 and an exposed silicon oxide layer 37 .

Entsprechend des Verfahrens nach Ausführungsform 7 kann ein Gra­ ben-MOS, wie er in den Fig. 49, 50, 51 und 52 gezeigt ist, her­ gestellt werden. In diesen Figuren sind Elemente, die denjenigen des Graben-MOS aus Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugszei­ chen bezeichnet und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.According to the method of Embodiment 7, a trench MOS as shown in Figs. 49, 50, 51 and 52 can be made. In these figures, elements corresponding to those of the trench MOS of FIG. 1 are given the same reference numerals and their description is not repeated.

Ausführungsform 8Embodiment 8

Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf den Fall, in dem das oben unter Bezugnahme auf Ausführungsform 4 beschriebene Herstellungsverfahren auf ein herkömmliches Herstellungsverfah­ ren auf einen Graben-MOS angewendet wird.The present embodiment relates to the case in FIG that described above with reference to Embodiment 4 Manufacturing process on a conventional manufacturing process is applied to a trench MOS.

Zuerst wird ein Graben 31 entsprechend des in den Fig. 15 und 16 gezeigten Verfahrens ausgebildet.First, a trench 31 is formed according to the method shown in FIGS. 15 and 16.

Dann wird eine Siliziumoxidschicht (nicht gezeigt, Opferoxid­ schicht) mit einer Schichtdicke von 200 nm (2000 Å) durch thermi­ sche Oxidation in dem Graben 31 ausgebildet. Dann wird, beim Entfernen der Opferoxidschicht, die Siliziumoxidschicht 30, die als eine Maske zur Grabenausbildung dient, gleichzeitig geätzt. Durch Ausführen dieses Ätzens z. B. durch ein nasses Verfahren unter Verwendung einer Fluorwasserstofflösung wird die Silizi­ umoxidschicht 30 sowohl in der senkrechten Richtung als auch in der horizontalen Richtung um einen identischen Betrag weggeätzt. Dieser Ätzbetrag wird durch den Ätzzeitraum gesteuert. Falls z. B. die Siliziumoxidschicht 30 um 300 nm (3000 Å) weggeätzt wird, wird die Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 30 500 nm (5000 Å), so daß die Seitenwand 30e von der Öffnung des Grabens 31 weg um 300 nm (3000 Å) reduziert wird.Then, a silicon oxide film (not shown, sacrificial oxide film) with a film thickness of 200 nm (2000 Å) is formed in the trench 31 by thermal oxidation. Then, when removing the sacrificial oxide layer, the silicon oxide layer 30 , which serves as a mask for trench formation, is simultaneously etched. By performing this etching e.g. B. by a wet method using a hydrogen fluoride solution, the silicon oxide layer 30 is etched away in both the vertical direction and the horizontal direction by an identical amount. This etching amount is controlled by the etching period. If e.g. For example, the silicon oxide film is etched by 300 nm (3000 Å) 30, the thickness of the silicon oxide film 30 is 500 nm (5000 Å), so that the side wall nm 30 e of the opening of the trench 31 away to 300 (3000 Å) is reduced .

Wie in Fig. 18 gezeigt ist, wird eine Siliziumoxidschicht 32 mit einer Schichtdicke von 50 nm (500 Å), die eine Gateoxidschicht wird, in dem Graben 31 ausgebildet. Dann wird eine polykristal­ line Siliziumschicht 33, die n-Typ Dotierstoff enthält, an der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 so abgeschieden, daß sie den Graben 31 füllt.As shown in FIG. 18, a silicon oxide layer 32 with a layer thickness of 50 nm (500 Å), which becomes a gate oxide layer, is formed in the trench 31 . Then, a polycrystalline silicon layer 33 containing n-type dopant is deposited on the surface of the silicon substrate 1 so as to fill the trench 31 .

Wie in den Fig. 18 und 19 gezeigt ist, wird die polykristalline n-Typ Siliziumschicht 33 rückgeätzt. Dabei wird dieser Ätz­ schritt für einen Zeitraum ausgeführt, der länger als der Zeit­ raum ist, der zum vollständigen Wegätzen der polykristallinen n- Typ Siliziumschicht 33 auf der Siliziumoxidschicht 30 benötigt wird. Genauer gesagt wird das Rückätzen so ausgeführt, daß die obere Oberfläche 34a der polykristallinen n-Typ Siliziumschicht 34 200 nm (2000 Å) tiefer als die obere Oberfläche der Siliziumo­ xidschicht 30 angeordnet ist.As shown in FIGS. 18 and 19, the polycrystalline n-type silicon layer 33 is etched back. This etching step is carried out for a period of time which is longer than the period of time which is required for completely etching away the polycrystalline n-type silicon layer 33 on the silicon oxide layer 30 . The etch-back is more specifically performed such that the upper surface 34 is located a polycrystalline n-type silicon layer 34 200 nm (2000 Å) xidschicht lower than the upper surface of the Siliziumo 30th

Wie in den Fig. 19 und 20 gezeigt ist, springt, nachdem die Si­ liziumoxidschicht 30 durch Ätzen entfernt ist, die polykristal­ line n-Typ Gatesiliziumschicht 34 nach oben um ungefähr 300 nm (3000 Å) gegenüber der Oberfläche der Siliziumnitridschicht 38 und seitlich um ungefähr 300 nm (3000 Å) gegenüber der Öffnung des Grabens 31 vor. Derart wird ein Gate 34 mit einem T-förmigen Querschnitt erhalten. As shown in FIGS . 19 and 20, after the silicon oxide layer 30 is removed by etching, the polycrystalline n-type gate silicon layer 34 jumps up about 300 nm (3000 Å) from the surface of the silicon nitride layer 38 and laterally approximately 300 nm (3000 Å) from the opening of the trench 31 . A gate 34 with a T-shaped cross section is thus obtained.

Wie in Fig. 53 gezeigt ist, wird der obere Abschnitt der Gate­ elektrode 34 thermisch zur Ausbildung einer Siliziumoxidschicht 35 mit einer Schichtdicke von 100 nm (1000 Å) oxidiert. Durch diese thermische Oxidation wird die Oberfläche der polykristal­ linen n-Typ Siliziumschicht 34 verbraucht, d. h. umgewandelt, so daß der Betrag des Vorstehens nach oben und in der seitlichen Richtung jeweils 250 nm (2500 Å) wird. Der Vorstehbetrag t₁ nach oben und der Vorstehbetrag in der seitlichen Richtung hängt von der Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 30, dem Ätzbetrag der Siliziumoxidschicht, dem Ätzbetrag der polykristallinen n-Typ Siliziumschicht 34 und der Dicke der durch diesen Schritt ausge­ bildeten Siliziumschicht 35 ab. Die entsprechenden Bedingungen können entsprechend so variiert werden, daß ein gewünschter Vor­ stehbetrag t₁ und ein gewünschter seitlicher Vorstehbetrag er­ halten wird.As shown in Fig. 53, the upper portion of the gate electrode 34 is thermally oxidized to form a silicon oxide layer 35 with a layer thickness of 100 nm (1000 Å). By this thermal oxidation, the surface of the polycrystalline n-type silicon layer 34 is consumed, that is, converted, so that the amount of protrusion upward and in the lateral direction becomes 250 nm (2500 Å), respectively. The amount of protrusion t 1 upwards and the amount of protrusion in the lateral direction depends on the layer thickness of the silicon oxide layer 30 , the etching amount of the silicon oxide layer, the etching amount of the polycrystalline n-type silicon layer 34 and the thickness of the silicon layer 35 formed by this step. The corresponding conditions can be varied accordingly so that a desired amount before standing t₁ and a desired amount of lateral projection he will keep.

Es ist zu bemerken, daß die Beziehung zwischen der Schichtdicke t₃₂ der Gateoxidschicht 32, der Schichtdicke t₃₇ der unteren Si­ liziumoxidschicht 37 und der Schichtdicke t₃₅ der Siliziumoxid­ schicht 35, die durch diesen Schritt ausgebildet wird, so ausge­ wählt werden muß, daß die folgende Ungleichung unter Berücksich­ tigung der nachfolgenden Herstellungsschritte gefüllt wird:It should be noted that the relationship between the layer thickness t₃₂ of the gate oxide layer 32 , the layer thickness t₃₇ of the lower Si silicon oxide layer 37 and the layer thickness t₃₅ of the silicon oxide layer 35 formed by this step must be selected so that the following inequality taking into account the following manufacturing steps:

t₃₂ + t₃₇ < t₃₅.t₃₂ + t₃₇ <t₃₅.

Wie in den Fig. 53 und 54 gezeigt ist, werden die Siliziumni­ tridschicht 38 und die Siliziumoxidschicht 37 ohne Verwendung einer Maske geätzt. Durch Ausführen eines für die Schichtdicke t₃₇ passenden Ätzens der Siliziumoxidschicht 37 wird die Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 35 zu t₃₅-t₃₇ ((t₃₅-t₃₇) < t₃₂), so daß die Isolierungsdurchbruch­ spannung zwischen der Gateelektrode und der Source größer als die der Gateoxidschicht gehalten wird. Darum tritt kein Problem mit den Eigenschaften der Halbleitervorrichtung auf.As shown in FIGS. 53 and 54, which are Siliziumni tridschicht 38 and 37 etched the silicon oxide film without using a mask. By performing a suitable etching for the layer thickness t₃₇ of the silicon oxide layer 37 , the layer thickness of the silicon oxide layer 35 becomes t₃₅-t₃₇ ((t₃₅-t₃₇) <t₃₂), so that the insulation breakdown voltage between the gate electrode and the source is kept larger than that of the gate oxide layer . Therefore, there is no problem with the properties of the semiconductor device.

Wie in Fig. 55 gezeigt ist, wird eine Sourceelektrode 41 an der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 ausgebildet. Eine Drainelek­ trode 42 wird an der Bodenoberfläche des Siliziumsubstrates 1 ausgebildet. Derart wird ein Graben-MOS vervollständigt.As shown in FIG. 55, a source electrode 41 is formed on the surface of the silicon substrate 1 . A drain electrode 42 is formed on the bottom surface of the silicon substrate 1 . In this way, a trench MOS is completed.

Obwohl ein wie oben beschrieben hergestellter MOS vom vertikalen Typ mit einer Grabenstruktur die der Ausführungsform 4 ver­ gleichbaren Vorteile liefert, wird der Vorteil der Musterredu­ zierung vermindert, da die polykristalline n-Typ Gatesilizium­ schicht seitlich vorspringt. Jedoch kann der Betrag des seitli­ chen Vorspringens der Gateelektrode im Vergleich mit der in der Beschreibungseinleitung beschriebenen Technik durch Variieren des Ätzbetrages der Siliziumoxidschicht leicht gesteuert werden.Although a vertical-type MOS manufactured as described above Type with a trench structure that the embodiment 4 ver provides similar advantages, the advantage of the sample reduction adornment reduced because of the polycrystalline n-type gate silicon protrudes laterally. However, the amount of the lateral Chen protrusion of the gate electrode in comparison with that in the Introduction to the described technique by varying the etching amount of the silicon oxide layer can be easily controlled.

Das vorliegende Verfahren ist auf irgend eine Halbleitervorrich­ tung anwendbar, die einen an der Grabenseitenfläche ausgebilde­ ten Kanal aufweist und die Strom in der senkrechten Richtung des Grabens leitet, wie einem MOS vom horizontalen Typ mit einer Grabenstruktur und einem Graben-IGBT. Es ist außerdem zu bevor­ zugen, daß die vorliegende Ausführungsform die folgende Unglei­ chung erfüllt:The present method is on any semiconductor device tion applicable, which form a on the trench side surface th channel and the current in the vertical direction of the Like a horizontal type MOS with a Trench structure and a trench IGBT. It is also before that the present embodiment does the following satisfied:

(t₁ + d₁)/w₁ 12.(t₁ + d₁) / w₁ 12.

Falls das Intervall bzw. der Abstand der polykristallinen n-Typ Siliziumschichten 34 gleich w₅ ist, wird gewünschterweise die folgende Ungleichung unter Berücksichtigung der Stufenabdeckung der Sourceelektrode 41 erfüllt:If the interval or the distance between the polycrystalline n-type silicon layers 34 is equal to w₅, the following inequality is desirably satisfied, taking into account the step coverage of the source electrode 41 :

t₁/w₅ 2t₁ / w₅ 2

Ausführungsform 9Embodiment 9

Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausbildung eines herkömmlichen Graben-MOS entsprechend des in Ausführungsform 5 gezeigten Herstellungsverfahrens.The present embodiment relates to a method to form a conventional trench MOS according to the Manufacturing method shown in embodiment 5.

Zuerst werden Verfahrensabläufe, die den in den Fig. 24 bis 29 gezeigten identisch sind, ausgeführt. First, process flows identical to those shown in Figs. 24 to 29 are carried out.

Wie in den Fig. 24 und 25 gezeigt ist, wird ein Graben 31 ausge­ bildet. Wie in Fig. 26 gezeigt ist, wird eine Siliziumoxid­ schicht (nicht gezeigt und als Opferoxidschicht bezeichnet) mit einer Schichtdicke von 200 nm (2000 Å) durch thermische Oxidation in dem Graben 31 08547 00070 552 001000280000000200012000285910843600040 0002019507146 00004 08428ausgebildet. Beim Entfernen dieser Opferoxid­ schicht wird die Siliziumoxidschicht 35 gleichzeitig weggeätzt. Durch Ausführen dieses Ätzens durch ein nasses Verfahren unter Verwendung von Fluorwasserstofflösung wird die Siliziumoxid­ schicht 30 sowohl in der Dickenrichtung als auch in der hori­ zontalen Richtung um einen identischen Betrag geätzt. Dieser Ätzbetrag kann durch den Ätzzeitraum gesteuert werden. Falls die Siliziumoxidschicht 35 z. B. um 300 nm (3000 Å) weggeätzt wird, wird die Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 30 zu 500 nm (5000 Å), so daß die Seitenwand 30e der Siliziumoxidschicht 30 von der Öffnung des Grabens 31 her um 300 nm (3000 Å) reduziert wird.As shown in FIGS . 24 and 25, a trench 31 is formed out. As shown in Fig. 26, a silicon oxide film (not shown and referred to as a sacrificial oxide film) with a film thickness of 200 nm (2000 Å) is formed in the trench by thermal oxidation 31 08547 00070 552 001000280000000200012000285910843600040 0002019507146 00004 08428. When removing this sacrificial oxide layer, the silicon oxide layer 35 is etched away at the same time. By performing this etching by a wet method using a hydrogen fluoride solution, the silicon oxide layer 30 is etched in both the thickness direction and the horizontal direction by an identical amount. This amount of etching can be controlled by the etching period. If the silicon oxide layer 35 z. As to 300 nm (3000 Å) is etched away, the film thickness of silicon oxide film 30 (A 5000), so that the side wall 30 is reduced to 500 nm 30 e of the silicon oxide layer from the opening of the trench 31 forth nm to 300 (3000 Å) becomes.

Wie in Fig. 27 gezeigt ist, wird eine Siliziumoxidschicht 32 mit einer Schichtdicke von 50 nm (500 Å), die eine Gateoxidschicht wird, in dem Graben 31 ausgebildet. Dann wird eine polykristal­ line Siliziumschicht 33, die n-Typ Dotierstoff enthält, auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 so ausgebildet, daß sie den Graben 31 füllt.As shown in FIG. 27, a silicon oxide layer 32 with a layer thickness of 50 nm (500 Å), which becomes a gate oxide layer, is formed in the trench 31 . Then, a polycrystalline silicon layer 33 containing n-type dopant is formed on the surface of the silicon substrate 1 so as to fill the trench 31 .

Wie in Fig. 28 gezeigt ist, wird die polykristalline n-Typ Sili­ ziumschicht 33 auf der Siliziumoxidschicht 30 durch Ätzen voll­ ständig entfernt. Dann wird die polykristalline n-Typ Silizium­ schicht 34 geätzt, bis die obere Oberfläche 34a 200 nm (2000 Å) unter bzw. tiefer als die Oberfläche der Siliziumoxidschicht 30 angeordnet ist.As shown in FIG. 28, the n-type polycrystalline silicon layer 33 on the silicon oxide layer 30 is completely removed by etching. Then the polycrystalline n-type silicon layer 34 is etched until the upper surface 34 a 200 nm (2000 Å) below or below the surface of the silicon oxide layer 30 is arranged.

Wie in den Fig. 28 und 29 gezeigt ist, springt, nachdem die Si­ liziumoxidschicht 30 durch Ätzen entfernt worden ist, die poly­ kristalline n-Typ Gatesiliziumschicht 34 nach oben um 300 nm (3000 Å) von der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 und seitlich um 300 nm (3000 Å) gegenüber der Öffnung des Grabens 31 vor. Der­ art wird eine Gatestruktur mit einem T-förmigen Querschnitt er­ halten. As shown in FIGS. 28 and 29 is shown, jumps, after the Si liziumoxidschicht 30 has been removed by etching, the poly-crystalline n-type gate silicon layer 34 up to 300 nm (3000 Å) from the surface of the silicon substrate 1 and laterally to 300 nm (3000 Å) from the opening of the trench 31 . The art will keep a gate structure with a T-shaped cross-section.

Wie in Fig. 56 gezeigt ist, wird eine Siliziumoxidschicht 35 mit einer Schichtdicke von 100 nm (1000 Å) durch thermische Oxidation so ausgebildet, daß sie den Vorsprung der polykristallinen n-Typ Siliziumschicht 34 bedeckt. Durch diese Oxidation wird die Ober­ fläche des Vorsprungs der polykristallinen n-Typ Siliziumschicht 34 oxidiert, und der Betrag des Vorspringens nach oben und des Vorspringens in der seitlichen Richtung wird jeweils 250 nm (2500 Å). Der Vorstehbetrag t₁ nach oben und der Vorstehbetrag zur Seite werden abhängig von der Schichtdicke der Silizi­ umoxidschicht 30, dem Ätzbetrag der Siliziumschicht 30, dem Ätz­ betrag der polykristallinen n-Typ Siliziumschicht 34 und der Si­ liziumoxidschicht 35, die durch diesen Herstellungsschritt aus­ gebildet wird, bestimmt. Die entsprechenden Bedingungen können entsprechend variiert werden, um so den gewünschten Vorsteh­ betrag t₁ und den gewünschten seitlichen Vorstehbetrag zu er­ halten. Der Schritt der Ausbildung der Siliziumoxidschicht 35 kann weggelassen werden.As shown in FIG. 56, a silicon oxide layer 35 with a layer thickness of 100 nm (1000 Å) is formed by thermal oxidation so as to cover the protrusion of the polycrystalline n-type silicon layer 34 . By this oxidation, the surface of the protrusion of the polycrystalline n-type silicon layer 34 is oxidized, and the amount of the protrusion upward and the protrusion in the lateral direction becomes 250 nm (2500 Å), respectively. The protruding t₁ upward and the protruding to the side to be dependent on the layer thickness of the Silizi umoxidschicht 30, the etching amount of silicon layer 30, the etching amount of the polycrystalline n-type silicon layer 34 and the Si liziumoxidschicht 35, which is formed by this manufacturing step of, certainly. The corresponding conditions can be varied accordingly, so as to maintain the desired amount of protrusion t 1 and the desired amount of lateral protrusion. The step of forming the silicon oxide layer 35 may be omitted.

Wie in Fig. 57 gezeigt ist, wird eine Zwischenschicht 36 mit ei­ ner Schichtdicke von 800 nm (8000 Å) auf dem Siliziumsubstrat 1 durch CVD ausgebildet.As shown in Fig. 57, an intermediate layer 36 with a layer thickness of 800 nm (8000 Å) is formed on the silicon substrate 1 by CVD.

Wie in den Fig. 57 und 58 gezeigt ist, wird die Zwischenschicht 36 geätzt, was in einem Kontaktbereich an der Oberfläche des Si­ liziumsubstrates 1 resultiert.As shown in FIGS. 57 and 58, the intermediate layer 36 is etched, resulting in a contact area on the surface of the silicon substrate 1 .

Wie in Fig. 59 gezeigt ist, wird eine Sourceelektrode 41 an der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 ausgebildet. Eine Drainelek­ trode 42 wird an der Rückseite des Siliziumsubstrates 1 ausge­ bildet. Derart wird ein Graben-MOS vervollständigt.As shown in FIG. 59, a source electrode 41 is formed on the surface of the silicon substrate 1 . A Drainelek electrode 42 is formed on the back of the silicon substrate 1 . In this way, a trench MOS is completed.

Obwohl ein MOS vom vertikalen Typ mit einer Grabenstruktur, der durch den oben beschriebenen Herstellungsschritt ausgebildet ist, für denjenigen der Ausführungsform 5 identische Vorteile ermöglicht, ist die Wirkung der Musterreduzierung niedriger als bei der Ausführungsform 5, da die polykristalline n-Typ Gatesi­ liziumschicht seitlich vorspringt. Jedoch kann im Vergleich mit der in der Beschreibungseinleitung beschriebenen Technik der Be­ trag des seitlichen Vorspringens der Gateelektrode leicht durch Variieren des Ätzbetrages der Siliziumoxidschicht gesteuert wer­ den.Although a vertical type MOS with a trench structure, the through the manufacturing step described above is identical advantages for that of embodiment 5 enables, the effect of pattern reduction is lower than in embodiment 5 because the polycrystalline n-type Gatesi protrudes laterally. However, compared to  the technique described in the introduction to the Be wear the lateral protrusion of the gate electrode easily Varying the amount of etching of the silicon oxide layer is controlled by who the.

Das vorliegende Verfahren ist auf alle Halbleitervorrichtungen anwendbar, die einen an der Seitenwand (eines Grabens) ausgebil­ deten Kanal aufweisen und Strom in der senkrechten Richtung des Kanals leiten, wie z. b. einen MOS vom horizontalen Typ mit ei­ ner Grabenstruktur und einem Graben-IGBT.The present method is applicable to all semiconductor devices applicable, the one trained on the side wall (of a trench) deten channel and current in the vertical direction of the Channel, such as b. a horizontal type MOS with egg trench structure and a trench IGBT.

Es ist zu bevorzugen, daß die folgende Ungleichung von der vor­ liegenden Ausführungsform erfüllt wird:It is preferable that the following inequality differ from that before lying embodiment is fulfilled:

(t₁ + d₁)/w₁ 12.(t₁ + d₁) / w₁ 12.

Wenn der Abstand des polykristallinen n-Typ Siliziums 34 gleich w₅ ist, wird es bevorzugt, daß die folgende Beziehung unter Be­ rücksichtigung der Stufenabdeckung der Sourceelektrode 41 er­ füllt wird:When the distance of the polycrystalline n-type silicon 34 is equal to w,, it is preferable that the following relationship is considered considering the step coverage of the source electrode 41 :

t₁/w₅ 2.t₁ / w₅ 2.

Ausführungsform 10Embodiment 10

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungs­ form begrenzt, bei der die obere Oberfläche des polykristallinen n-Typ Gatesiliziums 34 in der Schnittansicht plan bzw. eben ist. Wenn die Schichtdicke der polykristallinen n-Typ Siliziumschicht 33, die den Graben 31 füllt, reduziert wird und ein ausreichen­ des Ebnen nicht ausgeführt wird, wird die obere Oberfläche der polykristallinen n-Typ Gatesiliziumschicht 34 konkav werden. Vergleichbare Vorteile können selbst in diesem Zustand erhalten werden. In diesem Fall können Vorteile dahingehend erhalten wer­ den, daß die Schichtdicke des polykristallinen n-Typ Siliziums 33 zur Verbesserung der Produktivität reduziert wird, und daß der Schritt des Ebnens (Planmachen) weggelassen werden kann, und der Nachteil der Schwierigkeit bei dem Verfahren bezüglich der polykristallinen n-Typ Gatesiliziumschicht 34 wird vermieden. Darum kann die obere Oberfläche des polykristallinen n-Typ Gate­ siliziums 34 plan oder konkav je nach dem Standpunkt von sowohl den Vorteilen als auch den Nachteilen ausgewählt werden.The present invention is not limited to the above embodiment, in which the top surface of the polycrystalline n-type gate silicon 34 is planar in the sectional view. If the layer thickness of the n-type polycrystalline silicon layer 33 filling the trench 31 is reduced and sufficient leveling is not performed, the top surface of the n-type polycrystalline gate silicon layer 34 will become concave. Comparable advantages can be obtained even in this state. In this case, advantages can be obtained in that the layer thickness of the polycrystalline n-type silicon 33 is reduced to improve productivity, and the leveling step can be omitted, and the disadvantage of the difficulty in the process with respect to the polycrystalline n-type gate silicon layer 34 is avoided. Therefore, the top surface of the polycrystalline n-type gate silicon 34 can be selected to be flat or concave depending on the viewpoint of both the advantages and the disadvantages.

Entsprechend einer Halbleitervorrichtung nach einer Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung bedeckt die Isolierschicht nur den vorspringenden Abschnitt der Gateelektrode, und sie bedeckt den Oberflächenbereich des Halbleitersubstrates nicht. Darum er­ streckt sich die Isolierschicht nicht in der seitlichen Rich­ tung, wodurch der Vorteil erhalten wird, daß eine Reduzierung der belegten Fläche ermöglicht wird.According to a semiconductor device according to an embodiment form of the present invention only covers the insulating layer the protruding portion of the gate electrode, and covered it the surface area of the semiconductor substrate is not. That's why he the insulating layer does not stretch in the lateral direction tion, whereby the advantage is obtained that a reduction the occupied area is made possible.

Entsprechend einer Halbleitervorrichtung nach einer anderen Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung ist der vorspringende Ab­ schnitt der Gateelektrode in seiner Breite als eine Funktion der Höhe reduziert. Das ermöglicht den Vorteil der Verbesserung der Stufenabdeckung einer ersten Elektrode.According to a semiconductor device after another off leadership form of the present invention is the projecting Ab cut the gate electrode in width as a function of Height reduced. That enables the benefit of improving the Step coverage of a first electrode.

Entsprechend eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiter­ vorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Siliziumnitridschicht durch Ätzen ohne Ver­ wendung einer Maske entfernt werden. Darum wird keine Maskenaus­ richtung benötigt, was in einer Vereinfachung des Herstellungs­ schrittes resultiert.According to a method of manufacturing a semiconductor Device according to a further embodiment of the present Invention can the silicon nitride layer by etching without Ver using a mask. Therefore no mask is made direction needed, which in a simplification of manufacture step results.

Entsprechend eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiter­ vorrichtung nach einer abermals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Siliziumoxidschicht an der Oberfläche des Siliziumsubstrates ohne Verwendung einer Maske geätzt, wodurch der obere Abschnitt des polykristallinen Silizi­ ums zum Vorspringen nach oben gegenüber der Oberfläche des Siliziumsubstrates gebracht wird. Darum ist keine Maskenausrich­ tung notwendig, was in einer Vereinfachung des Herstellungs­ schrittes resultiert.According to a method of manufacturing a semiconductor device according to yet another embodiment of the present invention, the silicon oxide layer on the Surface of the silicon substrate without using a mask etched, causing the top portion of the polycrystalline silicon to jump up against the surface of the Silicon substrate is brought. That is why there is no mask alignment tion necessary, which in a simplification of manufacture step results.

Entsprechend einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter­ vorrichtung nach einer abermals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Siliziumnitridschicht durch Ät­ zen ohne Verwendung einer Maske entfernt. Eine Maskenausrichtung wird nicht benötigt, so daß der Herstellungsschritt vereinfacht werden kann.According to a method of manufacturing a semiconductor device according to yet another embodiment of the  In the present invention, the silicon nitride layer is etched zen removed without using a mask. A mask alignment is not required, so that the manufacturing step is simplified can be.

Claims (18)

1. Halbleitervorrichtung mit
einem Halbleitersubstrat (1)
einem Graben (31), der in der Oberfläche des Halbleitersub­ strates (1) vorgesehen ist,
einer Gateisolierschicht (32), die die Innenwand des Grabens (31) bedeckt,
einer Gateelektrode (34), die den Graben (31) füllt und gegen­ über der Oberfläche des Halbleitersubstrates (1) nach oben vor­ steht, wobei die Breite des vorstehenden Abschnittes der Ga­ teelektrode (34) gleich oder kleiner als die Breite des Gate­ elektrodenabschnitts, der den Graben (31) füllt, eingestellt ist, und
einer Isolierschicht (32), die so ausgebildet ist, daß sie nur den vorspringenden Abschnitt der Gateelektrode (34) bedeckt,
wobei eine Seitenfläche des Grabens (31) als ein Kanal betrieben wird.
1. semiconductor device with
a semiconductor substrate ( 1 )
a trench ( 31 ) which is provided in the surface of the semiconductor substrate ( 1 ),
a gate insulating layer ( 32 ) covering the inner wall of the trench ( 31 ),
a gate electrode ( 34 ) which fills the trench ( 31 ) and projects upward against the surface of the semiconductor substrate ( 1 ), the width of the projecting section of the gate electrode ( 34 ) being equal to or smaller than the width of the gate electrode section, which fills the trench ( 31 ), is set, and
an insulating layer ( 32 ) formed to cover only the protruding portion of the gate electrode ( 34 ),
one side surface of the trench ( 31 ) being operated as a channel.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine erste Elektrode (41, 43), die an der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates (1) vorgesehen ist, und
eine zweite Elektrode (42, 44), die an der Bodenoberfläche des Halbleitersubstrates (1) vorgesehen ist,
wobei Strom zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (41, 43, 42, 44) senkrecht zu dem Halbleitersubstrat (1) geleitet wird.
2. Semiconductor device according to claim 1, characterized by
a first electrode ( 41 , 43 ) provided on the upper surface of the semiconductor substrate ( 1 ), and
a second electrode ( 42 , 44 ) which is provided on the bottom surface of the semiconductor substrate ( 1 ),
wherein current is conducted between the first and second electrodes ( 41 , 43 , 42 , 44 ) perpendicular to the semiconductor substrate ( 1 ).
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
eine erste und eine zweite Elektrode (41, 42), die getrennt von­ einander auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet sind,
wobei Strom von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode (41, 42) geleitet wird.
3. Semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized by
a first and a second electrode ( 41 , 42 ) which are formed separately from one another on the semiconductor substrate ( 1 ),
wherein current is conducted from the first electrode to the second electrode ( 41 , 42 ).
4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ge­ kennzeichnet durch
eine erste leitende Schicht (21) eines ersten Leitungstyps, die in der Oberfläche des Halbleitersubstrates (1) auf beiden Seiten der Gateelektrode derart ausgebildet ist, daß sie in Kontakt mit der ersten Elektrode (41) ist,
eine dritte leitende Schicht (11), des ersten Leitungstyps, die in der Bodenfläche des Halbleitersubstrates (1) derart ausgebil­ det ist, daß sie in Kontakt mit der zweiten Elektrode (42) ist, und
einer zweiten leitenden Schicht (20) eines zweiten Leitungstyps, die in dem Halbleitersubstrat (1) und zwischen der ersten lei­ tenden Schicht (21) und der dritten leitenden Schicht (11) aus­ gebildet ist und als ein Kanal betrieben wird,
wobei der Graben (31) von der Oberfläche des Halbleitersub­ strates (1) her in die dritte leitende Schicht (11) reicht.
4. Semiconductor device according to one of claims 1 to 3, characterized by
a first conductive layer ( 21 ) of a first conductivity type which is formed in the surface of the semiconductor substrate ( 1 ) on both sides of the gate electrode so that it is in contact with the first electrode ( 41 ),
a third conductive layer ( 11 ) of the first conductivity type which is formed in the bottom surface of the semiconductor substrate ( 1 ) so as to be in contact with the second electrode ( 42 ), and
a second conductive layer ( 20 ) of a second conductivity type, which is formed in the semiconductor substrate ( 1 ) and between the first conductive layer ( 21 ) and the third conductive layer ( 11 ) and is operated as a channel,
wherein the trench ( 31 ) extends from the surface of the semiconductor substrate ( 1 ) into the third conductive layer ( 11 ).
5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet,
daß das Halbleitersubstrat (1) aus Silizium ausgebildet ist,
daß die Gateisolierschicht (32) aus einer Siliziumoxidschicht ausgebildet ist, und
daß die Gateelektrode (34) aus polykristallinem Silizium, das p- Typ oder n-Typ Dotierstoff enthält, ausgebildet ist.
5. Semiconductor device according to one of claims 1 to 4, characterized in that
that the semiconductor substrate ( 1 ) is made of silicon,
that the gate insulating layer ( 32 ) is formed from a silicon oxide layer, and
that the gate electrode ( 34 ) is formed from polycrystalline silicon containing p-type or n-type dopant.
6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet,
daß die erste leitende Schicht (21) ein Sourcebereich ist, und
daß die dritte leitende Schicht (11) ein Drainbereich ist.
6. A semiconductor device according to claim 4 or 5, characterized in
that the first conductive layer ( 21 ) is a source region, and
that the third conductive layer ( 11 ) is a drain region.
7. Halbleitervorrichtung nach einem der Anspruch 1 bis 6, ge­ kennzeichnet durch
eine erste leitende Schicht (23) eines ersten Leitungstyps, die ein Emitterbereich ist und in der Oberfläche des Halbleitersub­ strates (1) auf beiden Seiten der Gateelektrode derart ausgebil­ det ist, daß sie in Kontakt mit der ersten Elektrode (43) ist,
einer zweiten leitenden Schicht (20) eines zweiten Leitungstyps, die in dem Halbleitersubstrat (1) derart vorgesehen ist, daß sie in Kontakt mit der ersten leitenden Schicht (23) ist,
einer vierten leitenden Schicht (13) des zweiten Leitungstyps, die ein Kollektorbereich ist und an der Bodenfläche des Halblei­ tersubstrates (1) derart vorgesehen ist, daß sie in Kontakt mit der zweiten Elektrode (44) ist, und
eine dritte leitende Schicht (11) des ersten Leitungstyps, die in dem Halbleitersubstrat (1) und zwischen der zweiten und der vierten leitenden Schicht (20, 13) vorgesehen ist,
wobei der Graben (31) von der Oberfläche des Halbleitersub­ strates (1) her in die dritte leitende Schicht (11) reicht.
7. Semiconductor device according to one of claims 1 to 6, characterized by
a first conductive layer ( 23 ) of a first conductivity type, which is an emitter region and is formed in the surface of the semiconductor substrate ( 1 ) on both sides of the gate electrode such that it is in contact with the first electrode ( 43 ),
a second conductive layer ( 20 ) of a second conductivity type which is provided in the semiconductor substrate ( 1 ) such that it is in contact with the first conductive layer ( 23 ),
a fourth conductive layer ( 13 ) of the second conductivity type which is a collector region and is provided on the bottom surface of the semiconductor substrate ( 1 ) so as to be in contact with the second electrode ( 44 ), and
a third conductive layer ( 11 ) of the first conductivity type, which is provided in the semiconductor substrate ( 1 ) and between the second and fourth conductive layers ( 20 , 13 ),
wherein the trench ( 31 ) extends from the surface of the semiconductor substrate ( 1 ) into the third conductive layer ( 11 ).
8. Halbleitervorrichtung mit
einem Halbleitersubstrat (1),
einem Graben (31), der an der Oberfläche des Halbleitersub­ strates (1) vorgesehen ist,
einer Gateisolierschicht (32), die die Innenwand des Grabens (31) bedeckt,
einer Gateelektrode (34), die den Graben (31) füllt und nach oben gegenüber der Oberfläche des Halbleitersubstrates (1) vor­ steht, wobei der vorstehende Abschnitt der Gateelektrode (34) eine als eine Funktion der Höhe reduzierte Breite aufweist, und
einer Isolierschicht (35), die zum Bedecken des vorspringenden Abschnittes der Gateelektrode (34) vorgesehen ist,
wobei eine Seitenfläche des Grabens (31) als ein Kanal betrieben wird.
8. semiconductor device with
a semiconductor substrate ( 1 ),
a trench ( 31 ) which is provided on the surface of the semiconductor substrate ( 1 ),
a gate insulating layer ( 32 ) covering the inner wall of the trench ( 31 ),
a gate electrode ( 34 ) that fills the trench ( 31 ) and protrudes upward from the surface of the semiconductor substrate ( 1 ), the protruding portion of the gate electrode ( 34 ) having a reduced width as a function of height, and
an insulating layer ( 35 ) which is provided to cover the projecting portion of the gate electrode ( 34 ),
one side surface of the trench ( 31 ) being operated as a channel.
9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch
eine erste Elektrode (41), die an der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates (1) vorgesehen ist, und
eine zweite Elektrode (42), die an der Rückseite des Halbleiter­ substrates (1) vorgesehen ist,
wobei zwischen der ersten und der zweiten Elektrode ein Strom senkrecht zu dem Halbleitersubstrat geleitet wird.
9. A semiconductor device according to claim 8, characterized by
a first electrode ( 41 ) provided on the upper surface of the semiconductor substrate ( 1 ), and
a second electrode ( 42 ) which is provided on the back of the semiconductor substrate ( 1 ),
wherein a current is conducted perpendicular to the semiconductor substrate between the first and the second electrode.
10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite Elektrode (41, 42), die getrennt von­ einander in dem Halbleitersubstrat (1) vorgesehen sind, wobei ein Strom von der ersten Elektrode (41) zu der zweiten Elektrode (42) fließt. 10. The semiconductor device according to claim 8, characterized by a first and a second electrode ( 41 , 42 ), which are provided separately from one another in the semiconductor substrate ( 1 ), wherein a current from the first electrode ( 41 ) to the second electrode ( 42 ) flows. 11. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die folgende Ungleichung (t₁ + d₁)/w₁ 12erfüllt wird, wobei der Betrag des Vorstehens des vorstehenden Abschnittes der Gateelektrode (34) gleich t₁, die Tiefe des Gra­ bens (31) gleich d₁ und die Breite des Grabens (31) gleich w₁ ist.
11. Semiconductor device according to one of claims 1 to 10, characterized in that
that the following inequality (t 1 + d 1) / w 1 12 is satisfied, the amount of protrusion of the protruding portion of the gate electrode ( 34 ) being t 1, the depth of the trench ( 31 ) being d 1 and the width of the trench ( 31 ) being w 1 is.
12. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Ungleichung t₁/w₃ 2erfüllt ist, wobei der Betrag des Vorstehens des vorstehenden Abschnittes der Gateelektrode (34) gleich t₁ und der Abstand zwischen dem Graben (31) und einem diesem Graben (31) benachbar­ ten Graben w₃ ist.12. A semiconductor device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the following inequality t₁ / w₃ 2 is satisfied, the amount of protrusion of the projecting portion of the gate electrode ( 34 ) being equal to t₁ and the distance between the trench ( 31 ) and one this trench ( 31 ) is adjacent trench w₃. 13. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit den Schritten:
Vorbereiten eines Siliziumsubstrates (1),
aufeinanderfolgendes Ausbilden einer Siliziumoxidschicht (37), einer Siliziumnitridschicht (38) und einer Siliziumoxidschicht (30) auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates (1) zum Erhalt eines dreischichtigen Films,
Mustern des dreischichtigen Films und dann Ausbilden eines Gra­ bens (31) in der Oberfläche des Siliziumsubstrates (1) unter Verwendung des gemusterten dreischichtigen Films als eine Maske,
Ausbilden einer Siliziumoxidschicht, die eine Gateoxidschicht (32) wird, in dem Graben (31), wobei der dreischichtige Film verbleibt, und dann Abscheiden von polykristallinem Silizium in dem Graben (31) und an der Oberfläche des Siliziumsubstrates (1),
Rückätzen des polykristallinen Siliziums bis die obere Oberflä­ che desselben höher als die obere Oberfläche des Siliziumsub­ strates (1) und tiefer als die obere Oberfläche der oberen Sili­ ziumoxidschicht (30) des dreischichtigen Films angeordnet ist,
Ätzen der oberen Siliziumoxidschicht (30) des dreischichtigen Film zum Freilegen des oberen Abschnittes des polykristallinen Siliziums derart, daß der obere Abschnitt gegenüber der Oberflä­ che des Siliziumsubstrates (1) nach oben vorsteht,
Oxidieren des vorstehenden polykristallinen Siliziums zur Aus­ bildung einer Siliziumoxidschicht, die dicker als die untere Si­ liziumoxidschicht (37) des dreischichtigen Films ist, derart, daß der obere Abschnitt des vorstehenden polykristallinen Si­ liziums umschlossen wird,
Entfernen der Siliziumnitridschicht (38) durch Ätzen ohne Ver­ wendung einer Maske,
vollständiges Entfernen der Siliziumoxidschicht (37) an der Oberfläche des Siliziumsubstrates (1) derart, daß die dem oberen Abschnitt des vorstehenden polykristallinen Siliziums umschlie­ ßende Siliziumoxidschicht verbleibt, wobei ein Kontaktbereich ausgebildet wird, und
Ausbilden einer gewünschten Elektrode (41).
13. A method of manufacturing a semiconductor device comprising the steps of:
Preparing a silicon substrate ( 1 ),
successively forming a silicon oxide layer ( 37 ), a silicon nitride layer ( 38 ) and a silicon oxide layer ( 30 ) on the surface of the silicon substrate ( 1 ) to obtain a three-layer film,
Patterning the three-layer film and then forming a trench ( 31 ) in the surface of the silicon substrate ( 1 ) using the patterned three-layer film as a mask,
Forming a silicon oxide layer which becomes a gate oxide layer ( 32 ) in the trench ( 31 ) with the three-layer film remaining, and then depositing polycrystalline silicon in the trench ( 31 ) and on the surface of the silicon substrate ( 1 ),
Etching back the polycrystalline silicon until the upper surface thereof is arranged higher than the upper surface of the silicon substrate ( 1 ) and lower than the upper surface of the upper silicon oxide layer ( 30 ) of the three-layer film,
Etching the top silicon oxide layer ( 30 ) of the three-layer film to expose the top portion of the polycrystalline silicon so that the top portion protrudes upward from the surface of the silicon substrate ( 1 ),
Oxidizing the above polycrystalline silicon to form a silicon oxide layer thicker than the lower silicon oxide layer ( 37 ) of the three-layer film so as to enclose the upper portion of the above polycrystalline silicon,
Removing the silicon nitride layer ( 38 ) by etching without using a mask,
completely removing the silicon oxide layer ( 37 ) on the surface of the silicon substrate ( 1 ) such that the silicon oxide layer surrounding the upper portion of the above polycrystalline silicon remains, whereby a contact region is formed, and
Form a desired electrode ( 41 ).
14. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit den Schritten:
Vorbereiten eines Siliziumsubstrates (1),
aufeinanderfolgendes Ausbilden einer Siliziumoxidschicht (37), einer Siliziumnitridschicht (38) und dann einer Siliziumoxid­ schicht (30) auf dem Siliziumsubstrat (1) zur Ausbildung eines dreischichtigen Films,
Mustern des dreischichtigen Films derart, daß er in einer nach­ folgenden Ausbildung eines Grabens als eine Maske dienen kann, und Ausbilden einer Öffnung mit einer vorbestimmten Konfigura­ tion in den dreischichtigen Film,
Ausbilden eines Grabens (31) in dem Halbleitersubstrat (1) unter Verwendung des gemusterten dreischichtigen Films,
Ätzen einer Seitenwand der Öffnung der oberen Siliziumoxid­ schicht (30) des dreischichtigen Films derart, daß die Breite der Öffnung größer als die Breite der Öffnung des Grabens ist,
Ausbilden einer Siliziumoxidschicht, die eine Gateoxidschicht (32) wird, in dem Graben (31), wobei der dreischichtige Film verbleibt, und dann Abscheiden von polykristallinem Silizium in dem Graben (31) und auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates (1),
Rückätzen des polykristallinem Siliziums bis die obere Oberflä­ che desselben höher als die Oberfläche des Siliziumsubstrates (1) und unter der oberen Siliziumoxidschicht (30) des drei­ schichtigen Films angeordnet ist,
Ätzen der oberen Siliziumoxidschicht des dreischichtigen Films zum Freilegen des oberen Abschnittes des polykristallinen Sili­ ziums derart, daß der obere Abschnitt des polykristallinen Sili­ ziums nach oben gegenüber der Oberfläche des Siliziumsubstrates (1) und seitlich gegenüber der Öffnung des Grabens (31) vor­ steht,
Oxidieren des oberen Abschnittes des polykristallinen Siliziums, der seitlich gegenüber der Öffnung des Grabens (31) vorsteht, derart, daß der obere Abschnitt des polykristallinen Siliziums nicht seitlich gegenüber der Öffnung des Grabens (31) vorsteht und einen Aufbau aufweist, der nach oben gegenüber der Oberflä­ che des Siliziumsubstrates vorsteht und Ausbilden einer Sili­ ziumoxidschicht, die dicker als die untere Siliziumoxidschicht (37) des dreischichtigen Films ist, derart, daß der obere Ab­ schnitt der polykristallinen Siliziumschicht eingeschlossen wird,
Entfernen der Siliziumnitridschicht (38) durch Ätzen ohne Ver­ wendung einer Maske,
vollständiges Entfernen der Siliziumoxidschicht (37) an der Oberfläche des Siliziumsubstrates (1), während die Siliziumoxid­ schicht, die den oberen Abschnitt des vorspringenden polykri­ stallinen Siliziums umschließt, verbleibt, wobei ein Kontaktbe­ reich ausgebildet wird, und
Ausbilden einer gewünschten Elektrode (41).
14. A method of manufacturing a semiconductor device comprising the steps of:
Preparing a silicon substrate ( 1 ),
successively forming a silicon oxide layer ( 37 ), a silicon nitride layer ( 38 ) and then a silicon oxide layer ( 30 ) on the silicon substrate ( 1 ) to form a three-layer film,
Patterning the three-layer film so that it can serve as a mask in a subsequent trench formation, and forming an opening with a predetermined configuration in the three-layer film,
Forming a trench ( 31 ) in the semiconductor substrate ( 1 ) using the patterned three-layer film,
Etching a side wall of the opening of the upper silicon oxide layer ( 30 ) of the three-layer film such that the width of the opening is greater than the width of the opening of the trench,
Forming a silicon oxide layer which becomes a gate oxide layer ( 32 ) in the trench ( 31 ) with the three-layer film remaining, and then depositing polycrystalline silicon in the trench ( 31 ) and on the surface of the silicon substrate ( 1 ),
Etching back the polycrystalline silicon until the upper surface thereof is higher than the surface of the silicon substrate ( 1 ) and below the upper silicon oxide layer ( 30 ) of the three-layer film,
Etching the top silicon oxide layer of the three-layer film to expose the top portion of the polycrystalline silicon such that the top portion of the polycrystalline silicon faces upward from the surface of the silicon substrate ( 1 ) and laterally from the opening of the trench ( 31 ),
Oxidizing the upper portion of the polycrystalline silicon that protrudes laterally opposite the opening of the trench ( 31 ) such that the upper portion of the polycrystalline silicon does not protrude laterally of the opening of the trench ( 31 ) and has a structure that is upwardly opposite that Protruding surface of the silicon substrate and forming a silicon oxide layer which is thicker than the lower silicon oxide layer ( 37 ) of the three-layer film such that the upper portion of the polycrystalline silicon layer is included,
Removing the silicon nitride layer ( 38 ) by etching without using a mask,
completely removing the silicon oxide layer ( 37 ) on the surface of the silicon substrate ( 1 ) while the silicon oxide layer surrounding the upper portion of the protruding polycrystalline silicon remains, thereby forming a contact region, and
Form a desired electrode ( 41 ).
15. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit den Schritten:
Vorbereiten eines Siliziumsubstrates (1),
Ausbilden einer Siliziumoxidschicht (30) an der Oberfläche des Siliziumsubstrates (1),
Mustern der Siliziumoxidschicht (30) derart, daß sie als eine Maske in einer nachfolgenden Ausbildung eines Grabens (31) die­ nen kann, wobei eine Öffnung mit einer vorbestimmten Konfigura­ tion in der Siliziumoxidschicht (30) ausgebildet wird,
Ausbilden eines Grabens (31) in dem Halbleitersubstrat (1) unter Verwendung der gemusterten Siliziumoxidschicht (30) als Maske, Ätzen einer Seitenwand der Öffnung der Siliziumoxidschicht (30), wobei die Breite der Öffnung größer als die Breite der Öffnung des Grabens (31) wird,
Ausbilden einer Siliziumoxidschicht, die eine Gateisolierschicht (32) wird, in dem Graben (31), wobei die Siliziumoxidschicht (30) verbleibt, und dann Abscheiden von polykristallinem Sili­ zium in dem Graben (31) und an der Oberfläche des Siliziumsub­ strates (1),
Rückätzen des polykristallinen Siliziums bis die obere Oberflä­ che desselben höher als die Oberfläche des Siliziumsubstrates (1) und tiefer als die Oberfläche der Siliziumoxidschicht (30), die auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist, angeordnet ist,
Ätzen der Siliziumoxidschicht (30) an der Oberfläche des Halb­ leitersubstrates (1) zum Freilegen des oberen Abschnittes des Halbleitersubstrates (1) derart, daß der obere Abschnitt des po­ lykristallinen Siliziums nach oben über die Oberfläche des Sili­ ziumsubstrates (1) und außerdem seitlich gegenüber der Öffnung des Grabens (31) vorsteht,
Oxidieren des oberen Abschnittes des polykristallinen Siliziums, das seitlich gegenüber der Öffnung des Grabens (31) vorsteht, zur Ausbildung von seitlich gegenüber der Öffnung des Grabens (31) nicht vorstehenden polykristallinem Silizium und zur Aus­ bildung von nach oben gegenüber der Oberfläche des Siliziumsub­ strates (1) vorstehenden polykristallinem Silizium,
Ausbilden einer Siliziumoxidschicht (35), die den oberen Ab­ schnitt des polykristallinem Siliziums umschließt, und
Ausbilden eines Kontaktbereiches und dann Ausbilden einer ge­ wünschten Elektrode (41).
15. A method of manufacturing a semiconductor device comprising the steps of:
Preparing a silicon substrate ( 1 ),
Forming a silicon oxide layer ( 30 ) on the surface of the silicon substrate ( 1 ),
Patterning the silicon oxide layer ( 30 ) such that it can act as a mask in a subsequent formation of a trench ( 31 ), an opening having a predetermined configuration being formed in the silicon oxide layer ( 30 ),
Forming a trench ( 31 ) in the semiconductor substrate ( 1 ) using the patterned silicon oxide layer ( 30 ) as a mask, etching a side wall of the opening of the silicon oxide layer ( 30 ), the width of the opening being greater than the width of the opening of the trench ( 31 ) becomes,
Forming a silicon oxide layer which becomes a gate insulating layer ( 32 ) in the trench ( 31 ), with the silicon oxide layer ( 30 ) remaining, and then depositing polycrystalline silicon in the trench ( 31 ) and on the surface of the silicon substrate ( 1 ) ,
Etching back the polycrystalline silicon until the upper surface thereof is arranged higher than the surface of the silicon substrate ( 1 ) and lower than the surface of the silicon oxide layer ( 30 ) which is formed on the semiconductor substrate ( 1 ),
Etching the silicon oxide layer ( 30 ) on the surface of the semiconductor substrate ( 1 ) to expose the upper portion of the semiconductor substrate ( 1 ) such that the upper portion of the polysilicon silicon upwards over the surface of the silicon substrate ( 1 ) and also laterally opposite protrudes from the opening of the trench ( 31 ),
Oxidizing the upper portion of the polycrystalline silicon, which protrudes laterally with respect to the opening of the trench (31) for forming the side opposite the opening of the trench (31) is not above polycrystalline silicon and off of the Siliziumsub formation of up to the surface strates ( 1 ) protruding polycrystalline silicon,
Forming a silicon oxide layer ( 35 ) which encloses the upper portion of the polycrystalline silicon, and
Forming a contact area and then forming a desired electrode ( 41 ).
16. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch die Schritte:
Freilegen des oberen Abschnittes des polykristallinen Siliziums derart, daß der obere Abschnitt des polykristallinem Siliziums nach oben gegenüber der Oberfläche des Siliziumsubstrates (1) und seitlich gegenüber der Öffnung des Grabens (31) vorsteht, und
Ausbilden einer Siliziumoxidschicht derart, daß das polykristal­ line Silizium umschlossen wird,
wobei der obere Abschnitt des polykristallinem Siliziums einen seitlich gegenüber der Öffnung des Grabens (31) vorstehenden und nach oben gegenüber der Oberfläche des Siliziumsubstrates (1) vorstehenden Aufbau aufweist.
16. A method for producing a semiconductor device according to claim 14 or 15, characterized by the steps:
Exposing the upper portion of the polycrystalline silicon such that the upper portion of the polycrystalline silicon projects upward from the surface of the silicon substrate ( 1 ) and laterally from the opening of the trench ( 31 ), and
Forming a silicon oxide layer such that the polycrystalline silicon is enclosed,
wherein the upper portion of the polycrystalline silicon has a structure projecting laterally from the opening of the trench ( 31 ) and projecting upwards from the surface of the silicon substrate ( 1 ).
17. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Oxidierens des polykristallinen Siliziums des nach oben über die Oberfläche des Siliziumsubstrates (1) vorstehenden oberen Abschnittes des polykristallinen Siliziums und des Ätzens der erhaltenen Oxidschicht derart wiederholt wird, daß der Durchmesser des oberen Abschnittes des polykri­ stallinen Siliziums, der nach oben gegenüber der Oberfläche des Siliziumsubstrates (1) vorsteht, kleiner als der Durchmesser des polykristallinen Siliziums, das in den Graben (31) gefüllt ist, wird.17. A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 13 to 16, characterized in that the step of oxidizing the polycrystalline silicon of the upper portion of the polycrystalline silicon projecting upward above the surface of the silicon substrate ( 1 ) and etching the obtained oxide layer in such a manner it is repeated that the diameter of the upper portion of the polycrystalline silicon projecting upward from the surface of the silicon substrate ( 1 ) becomes smaller than the diameter of the polycrystalline silicon filled in the trench ( 31 ). 18. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ätzschritt, der aus der aus den folgenden Ätzschritten
(a) und (b) bestehenden Gruppe ausgewählt ist,
(a) isotropes Ätzen des polykristallinen Siliziums,
(b) Ausführen eines Ätzens zum Abrunden der Ecke der oberen Oberfläche des polykristallinen Siliziums,
an dem oberen Abschnitt des polykristallinen Siliziums, deren nach oben gegenüber der Oberfläche des Siliziumsubstrates (1) vorsteht, derart ausgeführt wird, daß der Durchmesser des oberen Abschnittes des polykristallinen Siliziums, der gegenüber der Oberfläche des Siliziumsubstrates (1) vorsteht, kleiner als der Durchmesser des den Graben (31) füllenden polykristallinen Sili­ ziums wird.
18. A method for producing a semiconductor device according to one of claims 13 to 17, characterized in that an etching step which results from the following etching steps
(a) and (b) existing group is selected,
(a) isotropic etching of the polycrystalline silicon,
(b) performing etching to round the corner of the top surface of the polycrystalline silicon,
on the upper portion of the polycrystalline silicon, which protrudes upward from the surface of the silicon substrate ( 1 ), is carried out such that the diameter of the upper portion of the polycrystalline silicon, which protrudes from the surface of the silicon substrate ( 1 ), is smaller than the diameter of the trench ( 31 ) filling polycrystalline silicon.
DE19507146A 1994-07-06 1995-03-01 Semiconductor device and method for its production Expired - Fee Related DE19507146C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6154677A JPH0823092A (en) 1994-07-06 1994-07-06 Semiconductor device and production process thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19507146A1 true DE19507146A1 (en) 1996-01-11
DE19507146C2 DE19507146C2 (en) 1997-01-09

Family

ID=15589503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19507146A Expired - Fee Related DE19507146C2 (en) 1994-07-06 1995-03-01 Semiconductor device and method for its production

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPH0823092A (en)
KR (1) KR960006073A (en)
DE (1) DE19507146C2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001065608A2 (en) * 2000-02-29 2001-09-07 General Semiconductor, Inc. Trench gate dmos field-effect transistor and method of making the same
US6323518B1 (en) * 1998-09-16 2001-11-27 Hitachi, Ltd. Insulated gate type semiconductor device and method of manufacturing thereof
WO2003010827A2 (en) * 2001-07-24 2003-02-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. Trench-gate semiconductor devices, and their manufacture
DE10057612B4 (en) * 2000-11-21 2012-03-08 Infineon Technologies Ag Vertical semiconductor device with vertical edge termination
CN106024636A (en) * 2016-07-12 2016-10-12 杭州士兰集成电路有限公司 Grooved gate power device and manufacturing method
CN106129114A (en) * 2016-07-12 2016-11-16 杭州士兰集成电路有限公司 Groove power device and manufacture method

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3705919B2 (en) 1998-03-05 2005-10-12 三菱電機株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2001085685A (en) 1999-09-13 2001-03-30 Shindengen Electric Mfg Co Ltd Transistor
JP4932088B2 (en) 2001-02-19 2012-05-16 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Insulated gate type semiconductor device manufacturing method
JP2006344759A (en) 2005-06-08 2006-12-21 Sharp Corp Trench type mosfet and its fabrication process
JP4773169B2 (en) 2005-09-14 2011-09-14 エルピーダメモリ株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
JP2007088010A (en) * 2005-09-20 2007-04-05 Denso Corp Semiconductor device and its manufacturing method
KR100815186B1 (en) * 2006-09-11 2008-03-19 주식회사 하이닉스반도체 Method of fabricating semiconductor device with protrusion type w plug
JP2008235399A (en) * 2007-03-19 2008-10-02 Toshiba Corp Trench type power semiconductor device and method of manufacturing the same
US20110108912A1 (en) * 2009-11-09 2011-05-12 Hamilton Lu Methods for fabricating trench metal oxide semiconductor field effect transistors
US8754472B2 (en) 2011-03-10 2014-06-17 O2Micro, Inc. Methods for fabricating transistors including one or more circular trenches
WO2015155828A1 (en) * 2014-04-08 2015-10-15 日産自動車株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing same
JP2016207671A (en) * 2015-04-15 2016-12-08 三菱電機株式会社 Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method of the same
CN109244129A (en) * 2018-11-09 2019-01-18 上海擎茂微电子科技有限公司 A kind of trench-type insulated gate bipolar transistor device and preparation method

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4767722A (en) * 1986-03-24 1988-08-30 Siliconix Incorporated Method for making planar vertical channel DMOS structures

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4767722A (en) * 1986-03-24 1988-08-30 Siliconix Incorporated Method for making planar vertical channel DMOS structures

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6323518B1 (en) * 1998-09-16 2001-11-27 Hitachi, Ltd. Insulated gate type semiconductor device and method of manufacturing thereof
WO2001065608A2 (en) * 2000-02-29 2001-09-07 General Semiconductor, Inc. Trench gate dmos field-effect transistor and method of making the same
WO2001065608A3 (en) * 2000-02-29 2002-08-22 Gen Semiconductor Inc Trench gate dmos field-effect transistor and method of making the same
US6627951B2 (en) 2000-02-29 2003-09-30 General Semiconductor, Inc. High speed trench DMOS
US6849899B2 (en) 2000-02-29 2005-02-01 General Semiconductor, Inc. High speed trench DMOS
DE10057612B4 (en) * 2000-11-21 2012-03-08 Infineon Technologies Ag Vertical semiconductor device with vertical edge termination
US6707100B2 (en) 2001-07-24 2004-03-16 Koninklijke Philips Electronics N.V. Trench-gate semiconductor devices, and their manufacture
WO2003010827A3 (en) * 2001-07-24 2003-10-02 Koninkl Philips Electronics Nv Trench-gate semiconductor devices, and their manufacture
US6855601B2 (en) 2001-07-24 2005-02-15 Koninklijke Philips Electronics N.V. Trench-gate semiconductor devices, and their manufacture
KR100903448B1 (en) * 2001-07-24 2009-06-18 엔엑스피 비 브이 Trench-gate semiconductor devices, and their manufacture
WO2003010827A2 (en) * 2001-07-24 2003-02-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. Trench-gate semiconductor devices, and their manufacture
CN106024636A (en) * 2016-07-12 2016-10-12 杭州士兰集成电路有限公司 Grooved gate power device and manufacturing method
CN106129114A (en) * 2016-07-12 2016-11-16 杭州士兰集成电路有限公司 Groove power device and manufacture method
CN106024636B (en) * 2016-07-12 2023-08-04 杭州士兰集成电路有限公司 Groove gate power device and manufacturing method
CN106129114B (en) * 2016-07-12 2023-08-04 杭州士兰集成电路有限公司 Trench power device and manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0823092A (en) 1996-01-23
DE19507146C2 (en) 1997-01-09
KR960006073A (en) 1996-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19507146C2 (en) Semiconductor device and method for its production
DE102005008495B4 (en) A method of fabricating an edge confinement region for a trench MIS device having an implanted drain drift region, method of making a semiconductor chip, including the semiconductor chip
DE19845003C1 (en) Vertical MOS transistor in semiconductor substrate
DE60130647T2 (en) METHOD FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR ASSEMBLY WITH A REINFORCED ISOLIER LAYER WITH CHANGING THICKNESS
DE60035144T2 (en) High-density MOS-gate power device and its manufacturing method
DE102005052731B4 (en) Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same
DE10309997B4 (en) Semiconductor device with insulation layer structure and manufacturing method thereof
DE69629069T2 (en) Insulated gate bipolar semiconductor device and manufacturing method
DE19807745B4 (en) Semiconductor device and method of manufacturing a semiconductor device
DE102005052734B4 (en) Semiconductor structure, method for operating a semiconductor structure and method for producing a semiconductor structure
DE19501556C2 (en) Semiconductor device with a trench structure, use of a semiconductor device with a trench structure and method for producing a semiconductor device with a trench structure
DE3245064C2 (en)
DE3242736A1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING FIELD CONTROLLED ELEMENTS WITH GRILLS SUBMERGED IN VERTICAL CHANNELS, INCLUDING FIELD EFFECT TRANSISTORS AND FIELD CONTROLLED THYRISTORS
EP1204992B1 (en) Method for producing a trench mos power transistor
DE10161129A1 (en) Semiconductor device and method for its manufacture
DE112016000071T5 (en) Semiconductor device and method for its production
DE10328577A1 (en) Non-volatile memory cell and manufacturing process
DE19747159A1 (en) Semiconductor component with MOS gate control and method for its production
DE112006000522T5 (en) Semiconductor component and method for its production
DE10216633A1 (en) Semiconducting arrangement has source, base, drift, drain regions, gate isolation layer and gate electrode; channel region with lateral flow is formed when voltage applied to gate electrode
DE4405682A1 (en) Structure of a semiconductor arrangement
DE4001390A1 (en) SEMICONDUCTOR DEVICE
DE10234996B4 (en) Method for producing a transistor arrangement with trench transistor cells with field electrode
DE19722441C2 (en) IGBT with trench gate structure and method for its production
DE69924338T2 (en) METHOD FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR COMPONENTS WITH A TRIANGLE GATE

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)
8339 Ceased/non-payment of the annual fee