Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die als
eine einzelne Einheit oder durch das Integrieren einer Leistungshalbleitervorrichtung
für eine
integrierte Schaltung eines Metalloxidhalbleitertyps bzw. ein MOS-IC,
usw. geeignet verwendet wird.The
The present invention relates to a semiconductor device known as
a single unit or by integrating a power semiconductor device
for one
Integrated circuit of a metal oxide semiconductor type or a MOS-IC,
etc. is suitably used.
In
jüngster
Zeit ist ein Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs aufgrund verschiedener
Merkmale von ihm, wie zum Beispiel Hochfrequenzcharakteristiken,
einer hohen Schaltgeschwindigkeit und einer niedrigen Ansteuerleistung,
auf vielen industriellen Gebieten verwendet worden.In
recently,
Time is a power MOSFET of a vertical type due to various
Characteristics of it, such as high-frequency characteristics,
a high switching speed and a low drive power,
used in many industrial fields.
Als
ein Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs im Stand der Technik
sind zum Beispiel in der PCT WO93/03502 A1 und der JP 62012167 A DMOS-Strukturen
eines Typs mit einem konkaven Kanal offenbart worden. Die vorgeschlagene DMOS-Struktur
weist eine konkave Struktur oder eine wannenförmige Vertiefungsstruktur auf,
die durch eine Kombination eines Verfahrens einer Lokaloxidation
von Silizium (LOCOS) und eines chemischen Wegätzens des ausgebildeten dicken
Oxidfilms (sogenannter LOCOS-Oxidfilm) hergestellt wird, was die
Beseitigung eines JFET-Widerstands mittels deren konkaver Ausgestaltung
erzielt.As a power MOSFET of a vertical type in the prior art, for example, in PCT WO93 / 03502 A1 and the JP 62012167 A DMOS structures of a concave channel type have been disclosed. The proposed DMOS structure has a concave structure or trough-shaped recess structure made by a combination of a method of local oxidation of silicon (LOCOS) and chemical etching away of the formed thick oxide film (so-called LOCOS oxide film), which eliminates JFET Resistance achieved by means of their concave configuration.
Weiterhin
offenbaren beide Veröffentlichungen
ein Ausbilden einer Anfangsvertiefung, welches mittels eines Naßätzens und
vor dem Ausbilden des zuvor erwähnten
dicken Oxidfilms mittels eines LOCOS-Verfahrens durchgeführt wird.
Das Ausbilden der Anfangsvertiefung kann die Herstellbarkeit der DMOS-Struktur
eines Typs mit einem konkaven Kanal verbessern. Das heißt, wenn
die konkave Ausgestaltung, de ren Seitenoberfläche das Kanalteil wird, alleinig
durch ein LOCOS-Verfahren ausgebildet wird, würde sich die LOCOS-Oxidationszeitdauer verlängern, und
würde der
Winkel der Vertiefungsseitenoberfläche so weich weich ungefähr 30° sein, was es
unmöglich
machen würde,
Zellen zu miniaturisieren, und die Verringerung des Durchlaßwiderstands würde nicht
günstig
sein. Weiterhin kann, wenn die konkave Ausgestaltung alleinig durch
das LOCOS-Verfahren ausgebildet wird, da sich das Volumen von Si
aufgrund einer Oxidation natürlich
weitestgehend verdoppelt, das Kanalteil durch die Erhöhung des
Si-Volumens mit einer Restspannung versehen sein. Deshalb ist das Ätzverfahren
vor der LOCOS-Oxidation, das heißt, das Verfahren zum Ausbilden
der Anfangsvertiefung, auf alle Fälle notwendig.Farther
reveal both publications
forming an initial recess, which by means of a wet etching and
before forming the aforementioned
thick oxide film is performed by a LOCOS method.
The formation of the initial pit may affect the manufacturability of the DMOS structure
of a concave channel type. That is, if
the concave configuration, de ren side surface is the channel part, sole
is formed by a LOCOS process, the LOCOS oxidation time would lengthen, and
would the
Angle of the recess side surface so soft soft about 30 °, what it is
impossible
would make
Miniaturizing cells, and the reduction in on-state resistance would not
Cheap
be. Furthermore, if the concave configuration solely by
the LOCOS method is formed because the volume of Si
due to oxidation of course
largely doubled, the channel part by increasing the
Si volume to be provided with a residual stress. That is why the etching process
before the LOCOS oxidation, that is, the method of forming
the initial well, in any case necessary.
Jedoch
verwendet die Halbleitervorrichtung, die in der zuvor erwähnten Veröffentlichung
vorgeschlagen wird, wie es in den 22A und 22B dargestellt ist, eine
quadratisch gemusterte FET-Zelle. Demgemäß ist die konkave Struktur,
in welcher ein Gateisolationsfilm und eine Gateelektrode vergraben sind,
als eine Vertiefungsausgestaltung vorgesehen, welche ein gitterähnliches
Muster aufweist und sich über
der Vorrichtungsoberfläche
ausbreitet. Aufgrund dieser Vertiefungsausgestaltung ist an einem
Eckabschnitt der Vertiefung eine dreidimensional geformte Struktur
mit der Halbleiteroberfläche
verbunden. In einer solchen Struktur ist es wahrscheinlich, da das elektrische
Feld an den zuvor erwähnten
dreidimensional geformten Abschnitt leicht konzentriert wird, wenn
eine Spannung zwischen der Gateelektrode und der Halbleiteroberfläche (zum
Beispiel einen Sourcebereich) angelegt wird, daß die Struktur eine Verringerung
einer Gate/Source-Durchbruchsspannung aufweist.However, the semiconductor device proposed in the aforementioned publication uses as shown in FIGS 22A and 22B is shown, a square patterned FET cell. Accordingly, the concave structure in which a gate insulating film and a gate electrode are buried is provided as a recess configuration having a lattice-like pattern and spreading over the device surface. Due to this recess configuration, a three-dimensionally shaped structure is connected to the semiconductor surface at a corner portion of the recess. In such a structure, since the electric field is slightly concentrated to the aforementioned three-dimensionally shaped portion when a voltage is applied between the gate electrode and the semiconductor surface (for example, a source region), it is likely that the structure will decrease gate / source Breakdown voltage.
Im
Hinblick auf die vorhergehenden Probleme ist es die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen,
welche eine verbesserte Gate/Source-Durchbruchsspannung aufweist, sowie
das zugehörige
Herstellungsverfahren, Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Prinzip der Durchlaßwiderstand stark verringert,
da ein Kanalbereich, der auf einer Halbleiteroberfläche ausgebildet
ist, entlang der Vertiefungsform festgelegt ist. Außerdem wird
eine Krümmung
an jedem Eckabschnitt, die in einem Ebenenmuster der Vertiefung auftritt,
so gebildet, daß sie
die Form der Spitze eines dreidimensional hervorstehenden Abschnitts
eines Halbleiterbereichs abrundet, welcher durch einen Winkel des
Eckabschnitts und die Neigung der Vertiefung bestimmt ist. Folglich
wird gemäß der Struktur,
bei der ein Gateisolationsfilm (zum Beispiel Siliziumdioxid) auf
dem Halbleiterbereich angeordnet ist und eine Gateelektrode auf
dem Gateisolationsfilm angeordnet ist, wenn eine Spannung zwischen
der Gateelektrode und einem Sourcebereich angelegt wird, die Konzentration
des elektrischen Feldes an dem zuvor erwähnten dreidimensional hervorstehenden
Abschnitt verringert, und ein Auftreten eines Fehlers von Charakteristiken
der Gate/Source-Durchbruchsspannung wird unterdrückt.in the
In view of the previous problems, it is the task of
present invention to provide a semiconductor device
which has an improved gate / source breakdown voltage, as well
the associated
Manufacturing method, according to the present
Invention, the on-resistance is greatly reduced in principle,
since a channel region formed on a semiconductor surface
is set along the dimple shape. In addition, will
a curvature
at each corner portion occurring in a plane pattern of the recess,
so formed that they
the shape of the tip of a three-dimensional protruding section
of a semiconductor region rounded by an angle of
Corner section and the inclination of the recess is determined. consequently
is according to the structure,
in which a gate insulating film (for example, silicon dioxide)
the semiconductor region is arranged and a gate electrode
the gate insulating film is arranged when a voltage between
the gate electrode and a source region is applied, the concentration
of the electric field at the aforementioned three-dimensional protruding
Section decreases, and an occurrence of an error of characteristics
the gate / source breakdown voltage is suppressed.
Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von
Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.The
The present invention will be described below with reference to the description of FIG
embodiments
explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
Es
zeigt:It
shows:
1A eine
Draufsicht eines Teils eines Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; 1A a plan view of a portion of a power MOSFET a vertical type according to a first embodiment of the present invention Invention;
1B eine
entlang einer Linie IB-IB in 1A genommene
Querschnittsansicht; 1B one along a line IB-IB in 1A taken cross-sectional view;
2 eine
zur Erklärung
eines Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete Draufsicht; 2 a plan view used to explain a manufacturing method of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
3 eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete Querschnittsansicht; 3 a cross-sectional view used to explain the manufacturing method of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
4 eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete Querschnittsansicht; 4 a cross-sectional view used to explain the manufacturing method of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
5 eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete entlang einer Linie V-V in 6A genommene
Querschnittsansicht; 5 1 to explain the manufacturing method of the power MOSFET according to the first embodiment of the present invention taken along a line VV in FIG 6A taken cross-sectional view;
6A eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete Draufsicht; 6A a plan view used to explain the manufacturing method of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
6B eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens eines Leistungs-MOSFET eines vertikalen
Typs gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung verwendete Draufsicht; 6B a plan view used to explain the manufacturing method of a vertical type power MOSFET according to a second embodiment of the present invention;
7 eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete schematische Ansicht; 7 a schematic view used to explain the manufacturing method of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
8 eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete Querschnittsansicht; 8th a cross-sectional view used to explain the manufacturing method of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
9 eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete Querschnittsansicht; 9 a cross-sectional view used to explain the manufacturing method of the power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
10 eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete Querschnittsansicht; 10 a cross-sectional view used to explain the manufacturing method of the power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
11 eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete Querschnittsansicht; 11 a cross-sectional view used to explain the manufacturing method of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
12 eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete Querschnittsansicht; 12 a cross-sectional view used to explain the manufacturing method of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
13 eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete schematische Ansicht; 13 a schematic view used to explain the manufacturing method of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
14 eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete schematische Ansicht; 14 a schematic view used to explain the manufacturing method of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
15 eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete Querschnittsansicht; 15 a cross-sectional view used to explain the manufacturing method of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
16 eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete schematische Ansicht; 16 a schematic view used to explain the manufacturing method of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
17A eine zur Erklärung des Herstellungsverfahrens
des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung verwendete Querschnittsansicht; 17A a cross-sectional view used to explain the manufacturing method of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
17B eine die Beziehung zwischen der konkaven Abmessung
und dem Kanalsenkenbereich darstellende vergrößerte Querschnittsansicht von 17A; 17B FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the relationship between the concave dimension and the channel sink area. FIG 17A ;
18 eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete Querschnittsansicht; 18 a cross-sectional view used to explain the manufacturing method of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
19 eine
die Beziehung zwischen der Konkavität und der Isolierschichtstruktur
des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellende vergrößerte Querschnittsansicht; 19 10 is an enlarged cross sectional view showing the relationship between the concavity and the insulating layer structure of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
20 eine
Querschnittsansicht zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET eines vertikalen
Typs gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der voriegenden Erfindung verwendete Querschnittsansicht; 20 a cross-sectional view for explan tion of the manufacturing method of the power MOSFET of a vertical type according to the first embodiment of the present invention used cross-sectional view;
21 eine
zur Erklärung
des Herstellungsverfahrens des Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendete Querschnittsansicht; 21 a cross-sectional view used to explain the manufacturing method of the vertical type power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
22A eine einen Teil eines Leistungs-MOSFET eines
vertikalen Typs im Stand der Technik darstellende Draufsicht; 22A a plan view illustrating a portion of a vertical type power MOSFET in the prior art;
22B eine entlang einer Linie XXIIB-XXIIB in 22A genommene Querschnittsansicht; 22B one along a line XXIIB-XXIIB in 22A taken cross-sectional view;
23A eine einen Teil eines Leistungs-MOSFET eines
vertikalen Typs gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellende Draufsicht; 23A a plan view illustrating a part of a vertical type power MOSFET according to the second embodiment of the present invention;
23B eine entlang einer Linie XXIIIB-XXIIIB in 23A genommene Querschnittsansicht; 23B one along a line XXIIIB-XXIIIB in 23A taken cross-sectional view;
24 einen
Graph der Beziehung zwischen einem Krümmungsradius an einer Vertiefungsecke
und einer Gate/Source-Durchbruchsspannung; 24 a graph of the relationship between a radius of curvature at a well corner and a gate / source breakdown voltage;
25 einen
Graph zwischen einer konkaven Tiefe der Vertiefung und einem entsprechenden kritischen
Krümmungsradius
an der Vertiefungsecke; 25 a graph between a concave depth of the recess and a corresponding critical radius of curvature at the recess corner;
26 einen
Graph der Beziehung zwischen einer Drain/Source-Durchbruchsspannung und
einer relativen Position L eines Vertiefungsbodens und des Kanalsenkenbereichs;
und 26 FIG. 4 is a graph showing the relationship between a drain-source breakdown voltage and a relative position L of a pit bottom and the channel sink area; FIG. and
27 einen
Graph der Beziehung zwischen einer Position d, an der sich der Kanalsenkenbereich
und ein Gateoxidfilm miteinander in Kontakt befinden, und eines
sich ergebenden Durchlaßwiderstands. 27 FIG. 12 is a graph showing the relationship between a position d at which the channel sinking portion and a gate oxide film are in contact with each other and a resulting on-resistance. FIG.
Es
folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung.It
follows the description of embodiments
the present invention with reference to the accompanying
Drawing.
Nachstehend
erfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.below
the description will be made of a first embodiment of the present invention
Invention.
1A zeigt
eine Draufsicht eines Leistungs-MOSFET bzw. Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistors
eines vertikalen Typs, der aus zahlreichen quadratischen Einheitszellen
besteht, gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, und 1B zeigt
eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie IB-IB in 1A genommen
ist. Die 2 bis 21 zeigen
erläuternde
Ansichten der jeweiligen Schritte des Herstellungsverfahrens für den Leistungs-MOSFET
eines vertikalen Typs. 1A FIG. 12 is a plan view of a vertical type MOSFET comprising a plurality of square unit cells according to the first embodiment of the present invention; and FIG 1B shows a cross-sectional view taken along a line IB-IB in 1A taken. The 2 to 21 show explanatory views of the respective steps of the manufacturing method for the power MOSFET of a vertical type.
Das
Hauptteil (Einheitszellenteil) des Leistungs-MOSFET eines vertikalen
Typs gemäß diesem Ausführungsbeispiel
(das heißt,
ein Gittermuster) ist aufgebaut, wie es in den 1A und 1B dargestellt
ist, in welchen zahlreiche Einheitszellen 15 der Länge nach
und der Breite nach mit einem Abstand (Einheitszellenabmessung)
a ausgelegt sind.The main part (unit cell part) of the vertical type power MOSFET according to this embodiment (that is, a grid pattern) is constructed as shown in FIGS 1A and 1B is shown, in which numerous unit cells 15 lengthwise and widthwise at a pitch (unit cell dimension) a.
Wie
es in 1B gezeigt ist, besteht ein
Wafer 21 aus einem Halbleitersubstrat 1, das Silizium
eines n+-Typs mit einer Störstellenkonzentration
von ungefähr
1019 bis 1020 cm–3 und
eine Dicke von 100 bis 300 μm
aufweist, und einer Epitaxieschicht 2 eines n–-Typs,
die mit einer Störstellenkonzentration von
urgefähr
1016 cm–3 und
einer Dicke von ungefähr 5
bis 20 μm
(zum Beispiel 7 μm)
auf dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet ist, und zahlreiche
Einheitszellen 15 sind regelmäßig auf der Hauptoberfläche des Wafers 21 ausgelegt.
Um eine U-Vertiefung (das heißt,
eine konkave Struktur) 50 mit einem Abstand der Einheitszellenabmessung
a (= ungefähr
12 μm) auszubilden,
wird auf der Hauptoberfläche
des Wafers 21 ein LOCOS-Oxidfilm mit einer Dicke von ungefähr 1 μm ausgebildet,
und dann werden durch ein Durchführen
einer Doppeldiffusion unter Verwendung des LOCOS-Oxidfilms als eine Doppeldiffusionsmaske
ein Bodybereich 16 eines p-Typs mit einer Sperrschichtdicke
von ungefähr
2 μm und
ein Sourcebereich 4 des n+-Typs
mit einer Sperrschichtdicke von ungefähr 0.5 μm mit dem Ergebnis zu einer U-Vertiefung
(Konkavität) 50,
die durch eine Erosion aufgrund des Ausbildens des LOCOS-Oxidfilms
erzeugt wird, selbstausrichtend angeordnet, daß ein Kanal 5 definiert
wird. Nach der Doppeldiffusion wird der LOCOS-Oxidfilm, welcher
sowohl zum Ausbilden der U-Vertiefung 50 als auch als die
Diffusionsmaske verwendet wird, entfernt, wird ein Gateoxidfilm 8 mit einer
Dicke von ungefähr
60 nm auf der Innenwand der U-Vertiefung 50 ausgebildet,
und auf dem Gateoxidfilm 8 werden eine Gateelektrode 9 aus
Polysilizium mit einer Dicke von ungefähr 400 nm und ein Zwischenschichtisolationsfilm 18 aus
Borphosphorsilikatglas (BPSG) mit einer Dicke von ungefähr 1 μm ausgebildet.
Weiterhin wird ein ohmscher Kontakt zwischen einer Sourceelektrode 19,
die auf dem Zwischenschichtisolationsfilm 18 und dem Sourcebereich 4 des
n+-Typs ausgebildet ist, und einem Bodykontaktbereich 17 eines
p+-Typs durch ein Kontaktloch erzeugt. Andererseits
wird eine Drainelektrode 20 im allgemeinen auf der hinteren
Oberfläche
des Halbleitersubstrats 1 ausgebildet, um einen ohmschen
Kontakt mit diesem zu erzeugen.As it is in 1B is shown, there is a wafer 21 from a semiconductor substrate 1 comprising n + -type silicon having an impurity concentration of about 10 19 to 10 20 cm -3 and a thickness of 100 to 300 μm, and an epitaxial layer 2 of an n - -type having an impurity concentration of approximately 10 16 cm -3 and a thickness of approximately 5 to 20 μm (for example, 7 μm) on the semiconductor substrate 1 is formed, and numerous unit cells 15 are regular on the main surface of the wafer 21 designed. To a U-well (that is, a concave structure) 50 with a pitch of the unit cell dimension a (= about 12 μm) becomes on the main surface of the wafer 21 formed a LOCOS oxide film having a thickness of about 1 micron, and then by performing a double diffusion using the LOCOS oxide film as a double diffusion mask, a body region 16 a p-type with a barrier layer thickness of about 2 μm and a source region 4 of the n + type with a barrier layer thickness of about 0.5 μm, resulting in a U-groove (concavity) 50 which is generated by erosion due to the formation of the LOCOS oxide film, self-aligning that a channel 5 is defined. After the double diffusion, the LOCOS oxide film is used to both form the U-well 50 as well as the diffusion mask is used, a gate oxide film is formed 8th with a thickness of about 60 nm on the inner wall of the U-well 50 formed, and on the gate oxide film 8th become a gate electrode 9 of polysilicon having a thickness of about 400 nm and an interlayer insulating film 18 made of borophosphosilicate glass (BPSG) with a thickness of approximately 1 μm. Furthermore, an ohmic contact between a source electrode 19 deposited on the interlayer insulation film 18 and the source area 4 of the n + type, and a body contact area 17 of a p + type generated by a contact hole. On the other hand, a drain electrode becomes 20 generally on the back surface of the semiconductor substrate 1 designed to make an ohmic contact with this.
Es
wird nun ein Herstellungsverfahren des ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung beschrieben.A manufacturing method of the first embodiment of the present invention will now be described described.
Zuallererst
wird, wie es in den 2 und 3 gezeigt
ist, ein Wafer 21 vorgesehen, bei welchem eine Epitaxieschicht 2 eines
n–-Typs
mittels eines homoöepitaxialen
Wachstums auf der Hauptoberfläche
des (100)-ausgerichteten Siliziumsubstrats 1 des n+-Typs ausgebildet ist. Die Störstellenkonzentration
des Siliziumsubstrats 1 des n+-Typs
beträgt ungefähr 1019 bis 1020 cm–3 und
die Dicke der Epitaxieschicht 2 beträgt ungefähr 5 bis 20 μm und ihre Störstellenkonzentration
beträgt
ungefähr
1015 bis 1016 cm–3.
Wie es in 4 gezeigt ist, werden ein Anschlußflächenoxidfilm 60 einer
Dicke von ungefähr 60
nm und ein Feldoxidfilm (nicht gezeigt) durch thermische Oxidation
der Hauptoberfläche
des Wafers 21 ausgebildet und nachfolgend wird ein Photoresist- bzw.
Photolackfilm 61 abgeschieden und mittels bekannter Photolithographieverfahren
gemustert, um ein Muster auszubilden, das in dem Mittenteil eines Bereichs
geöffnet
ist, in dem eine Zelle auszubilden ist. Dann werden Borionen (B+) unter Verwendung des Photoresistfilms 61 als
Maske in die Epitaxieschicht 2 implantiert.First of all, as it is in the 2 and 3 shown is a wafer 21 provided in which an epitaxial layer 2 of an n - type by means of homoeoepitaxial growth on the main surface of the (100) -oriented silicon substrate 1 of the n + type is formed. The impurity concentration of the silicon substrate 1 of the n + type is about 10 19 to 10 20 cm -3 and the thickness of the epitaxial layer 2 is about 5 to 20 μm, and its impurity concentration is about 10 15 to 10 16 cm -3 . As it is in 4 is shown, a pad oxide film 60 a thickness of about 60 nm and a field oxide film (not shown) by thermal oxidation of the main surface of the wafer 21 is formed and subsequently a photoresist or photoresist film 61 deposited and patterned by known photolithography methods to form a pattern opened in the center part of a region in which a cell is to be formed. Then boron ions (B + ) are formed by using the photoresist film 61 as a mask in the epitaxial layer 2 implanted.
Wie
es in 5 dargestellt ist, wird nach einem Entfernen des
Photoresistfilms 61 ein Diffusionsbereich 62 des
p-Typs (ein tiefer p-Senkenbereich) mit einer Sperrschichtdicke
von ungefähr
3 μm mittels
thermischer Diffusion ausgebildet. Dieser Diffusionsbereich 62 des
p-Typs bildet letztlich ein Teil eines Bodybereichs 16 (später beschrieben)
des p-Typs und spielt eine Rolle bei einem Verbessern der Stoßspannungsfestigkeit
der Vorrichtung durch stabiles Bewirken eines Durchbruchs an dem
Bodenteil des Diffusionsbereichs 62 des p-Typs, wenn eine hohe
Spannung zwischen der Drainelektrode und der Sourceelektrode angelegt
wird.As it is in 5 is shown after removal of the photoresist film 61 a diffusion area 62 of the p-type (a deep p-well region) having a barrier layer thickness of about 3 μm is formed by thermal diffusion. This diffusion area 62 The p-type ultimately forms part of a body region 16 (described later) of the p-type and plays a role in improving the surge resistance of the device by stably causing breakdown at the bottom part of the diffusion region 62 of the p-type when a high voltage is applied between the drain electrode and the source electrode.
Weiterhin
wird, wie es in 5 dargestellt ist, ein Siliziumnitridfilm 63 mit
einer Dicke von ungefähr 200
nm auf die Hauptoberfläche
des Wafers 21 abgeschieden. Dann wird, wie es in der Draufsicht
in 6A (5 zeigt einen Querschnitt, der
entlang einer Linie V-V in 6A genommen
ist) dargestellt ist, ein Siliziumnitridfilm 63 so gemustert,
daß er
vertikal und parallel zu einer Ausrichtung von <011> verläuft, um
ein gitterähnliches Öffnungsmuster
mit einer Abmessung a (Abmessung einer Einheitszelle 15) auszubilden.
Das Öffnungsmuster
ist ein Muster, bei welchem jeder Eckabschnitt 63A gekrümmt (abgerundet)
ist.Furthermore, as it is in 5 is shown, a silicon nitride film 63 with a thickness of about 200 nm on the main surface of the wafer 21 deposited. Then, as it is in the top view 6A ( 5 shows a cross section taken along a line VV in 6A is taken), a silicon nitride film 63 patterned to be vertical and parallel to an orientation of <011> to form a grid-like aperture pattern having a dimension a (dimension of a unit cell 15 ) train. The opening pattern is a pattern in which each corner portion 63A curved (rounded) is.
Dann
wird der Anschlußflächenoxidfilm 60 unter
Verwendung des Siliziumnitridfilms 63 als Maske geätzt. Diesem
nachfolgend wird, wie es in 7 dargestellt
ist, ein chemisches Trockenätzen
(CDE) auf dem sich ergebenden Wafer 21 durchgeführt. Das
heißt,
chemisch aktive Stoffe werden durch ein Erzeugen von Plasma innerhalb
einer Entladungskammer 702 erzeugt, in welche Kohlenstofftetrafluorid
und Sauerstoffgase zugeführt
werden, die aktiven Stoffe werden in eine Reaktionskammer 703 befördert und
eine Anfangsvertiefung 64 wird durch chemisches Trockenätzen der
Epitaxieschicht 2 des n–-Typs
innerhalb der Reaktionskammer 703 isotrop ausgebildet.Then, the pad oxide film becomes 60 using the silicon nitride film 63 etched as a mask. This will follow as it is in 7 a dry chemical etch (CDE) is shown on the resulting wafer 21 carried out. That is, chemically active substances are generated by generating plasma within a discharge chamber 702 produced, in which carbon tetrafluoride and oxygen gases are supplied, the active substances are in a reaction chamber 703 promoted and an initial well 64 becomes by chemical dry etching the epitaxial layer 2 of the n - type within the reaction chamber 703 isotropic.
Als
nächstes
wird, wie es in 8 dargestellt ist, der Teil
der Vertiefung 64 unter Verwendung des Siliziumnitridfilms 63 als
Oxidationsmaske thermisch oxidiert, Dies ist ein Oxidationsverfahren,
das als LOCOS-Verfahren bzw, Verfahren einer Lokaloxidation von
Silizium bzw. Isoplariarverfahren bekannt ist. Durch diese Oxidation
wird ein LOCOS-Oxidfilm 65 derart auf der Oberfläche des
Wafers 21 ausgebildet, daß er eine gitterähnliche
Oberflächenmusterform aufweist,
und nachfolgend wird die Form einer U-Vertiefung (konkaven Struktur) 50,
das heißt,
eine wannenförmige
Vertiefungsstruktur, durch Erosion der Oberfläche der Epitaxieschicht 2 des
n–-Typs
aufgrund des Wachstums des LOCOS-Oxidfilms 65 definiert.Next, as it is in 8th is shown, the part of the depression 64 using the silicon nitride film 63 thermally oxidized as an oxidation mask. This is an oxidation process known as the LOCOS process or the process of local oxidation of silicon or isoplariar processes. This oxidation becomes a LOCOS oxide film 65 such on the surface of the wafer 21 formed to have a lattice-like surface pattern shape, and subsequently, the shape of a U-well (concave structure) 50 that is, a trough-shaped depression structure, by erosion of the surface of the epitaxial layer 2 of the n - type due to the growth of the LOCOS oxide film 65 Are defined.
Bei
dem vorhergehenden Verfahren werden die Bedingungen des chemischen
Trockenätzens und
der LOCOS ausgewählt,
um einen Neigungswinkel θ der
Seitenwand der U-Vertiefung 50 mit dem Ergebnis zu steuern
(8), daß der
Flächenindex
des Kanalausbildungsteils auf der Seitenwandoberfläche der
U-Vertiefung 50 ungefähr
(111) sein kann. Ein Berechnungsergebnis der Beziehung zwischen
der Tiefe der Anfangsvertiefung 64 und dem Winkel, der nach
der LOCOS durch die Seitenwand der Vertiefung 50 und die
Hauptoberfläche
des Substrats ausgebildet wird, ist in ISPSD'93, Seiten 135 bis 140, beschrieben.
Gemäß diesem
Ergebnis wird der Winkel zwischen der Seitenwand der Vertiefung 50 und
der Hauptoberfläche
des Substrats durch ein Ändern
der Ätztiefe
gesteuert, die durch das chemische Trockenätzen und die Zeit einer LOCOS
erzielt wird.In the foregoing method, the conditions of chemical dry etching and LOCOS are selected to have an inclination angle θ of the sidewall of the U-groove 50 to control with the result ( 8th ) that the area index of the channel forming part on the sidewall surface of the U-groove 50 can be about (111). A calculation result of the relationship between the depth of the initial pit 64 and the angle following the LOCOS through the side wall of the recess 50 and the major surface of the substrate is formed is described in ISPSD'93, pages 135-140. According to this result, the angle between the side wall of the recess 50 and the main surface of the substrate are controlled by changing the etching depth achieved by the dry chemical etching and the time of LOCOS.
Innenwandoberflächen der
U-Vertiefung 50, die durch die LOCOS ausgebildet sind,
wie es zuvor beschrieben worden ist, weisen eine hohe Flachheit und
wenige Defekte auf und der Oberflächenzustand von ihr ist so
gut wie der der Hauptoberfläche
des Wafers 21 in dem Anfangszustand, der in 2 dargestellt
ist.Inner wall surfaces of the U-well 50 formed by the LOCOS as described above have high flatness and few defects, and the surface state thereof is as good as that of the main surface of the wafer 21 in the initial state, the in 2 is shown.
Dann
werden, wie es in 9 dargestellt ist, Borionen
durch den dünnen
Anschlußflächenoxidfilm 60 unter
Verwendung des LOCOS-Oxidfilms 65 als Diffusionsmaske implantiert.
Zu dieser Zeit bildet das Grenzteil zwischen dem LOCOS-Oxidfilm 65 und dem
Anschlußflächenoxidfilm 60 eine
Selbstausrichtungsposition, um einen Bereich genau zu definieren, in
welchen Borionen implantiert werden.Then, as it is in 9 boron ions are shown through the thin pad oxide film 60 using the LOCOS oxide film 65 implanted as a diffusion mask. At this time, the boundary part forms between the LOCOS oxide film 65 and the pad oxide film 60 a self-alignment position to accurately define a region in which boron ions are implanted.
Dann
wird, wie es in 10 dargestellt ist, eine thermische
Diffusion angewendet, um die implantierten Borionen mit einer Sperrschichtdicke
von ungefähr
3 μm in
die Epitaxieschicht 2 zu diffundieren. Als Ergebnis dieser
thermischen Diffusion werden der Diffusionsbereich 62 des
p-Typs, der zuvor in dem Verfahren ausgebildet worden ist, das in 5 dargestellt
ist, und der Bordiffusionsbereich (p-Kanalsenkenbereich), in welchen
in dem verfahren, das in 9 dargestellt ist, Borionen
implantiert worden sind, zu einem zusammengesetzten Bereich 16 des p-Typs
(das heißt,
dem Bodybereich des p-Typs) integriert, von dem beide Enden durch
die Positionen der Seitenwände
der U-Vertiefung 50 selbstausgerichtet und definiert sind.Then, as it is in 10 is shown applied a thermal diffusion to the implanted boron ions with a barrier layer thickness of about 3 microns in the epitaxial layer 2 to diffuse. As a result of this thermal diffusion, the diffusion region becomes 62 of the p-type previously formed in the process described in U.S. Pat 5 and the boron diffusion region (p-channel sink region) in which the process described in US Pat 9 is shown, boron ions have been implanted, to a composite area 16 of the p-type (that is, the p-type body region), both ends of which are defined by the positions of the side walls of the U-groove 50 self-aligned and defined.
Nachfolgend
werden, wie es in 11 dargestellt ist, nach einem
Ausbilden eines Photoresistfilms 66, welcher derart gemustert
ist, daß er
das Mittenteil der Oberfläche
des Bodybereichs 16 des p-Typs bedeckt, der von dem LOCOS-Oxidfilm 65 umgeben
ist, der in dem gitterähnlichen
Muster auf der Hauptoberfläche
des Wafers 21 ausgebildet ist, Phosphorionen (oder Arsenionen)
unter Verwendung des Photoresistfilms 66 und des LOCOS-Oxidfilms 65 als
Diffusionsmaske durch den dünnen
Anschlußflächenoxidfilm 60 implantiert.
Bei diesem Verfahren bildet, wie bei dem Verfahren, das in 9 dargestellt
ist, bei welchem Borionen implantiert worden sind, das Grenzteil
zwischen dem LOCOS-Oxidfilm 65 und dem Anschlußflächenoxidfilm 60 eine Selbstausrichtungsposition,
wodurch der Ionenimplantationsbereich genau definiert werden kann.Below are how it is in 11 after forming a photoresist film 66 which is patterned to be the middle part of the surface of the body area 16 of the p-type covered by the LOCOS oxide film 65 surrounded in the grid-like pattern on the main surface of the wafer 21 is formed, phosphorus ions (or arsenic ions) using the photoresist film 66 and the LOCOS oxide film 65 as a diffusion mask through the thin pad oxide film 60 implanted. In this process, as in the process described in 9 is shown in which boron ions have been implanted, the boundary part between the LOCOS oxide film 65 and the pad oxide film 60 a self-aligning position whereby the ion implantation area can be accurately defined.
Das
nächste
Verfahren besteht darin, wie es in 12 gezeigt
ist, eine thermische Diffusion anzuwenden, um sowohl einen Sourcebereich 4 des n+-Typs einer Sperrschichtdicke von ungefähr 0.5 bis 1 μm auszubilden
als auch einen Kanal 5 zu definieren. Die Endoberfläche, die
sich in Kontakt mit der U-Vertiefung 50 in dem Bereich
des Sourcebereichs 4 des n+-Typs
befindet, ist an der Position der Seitenwand der U-Vertiefung 50 selbstausgerichtet
und definiert.The next procedure is how it works in 12 is shown to apply thermal diffusion to both a source region 4 n + type of a barrier layer thickness of about 0.5 to 1 microns form as well as a channel 5 define. The end surface, which is in contact with the U-well 50 in the region of the source region 4 of the n + type is at the position of the sidewall of the U-groove 50 self-aligned and defined.
Die
Verfahren, die in den 9 bis 12 dargestellt
sind, legen die Sperrschichtdicke und die Form des Bodybereichs 16 des
p-Typs fest. Hierbei ist ein Punkt, daß die Form des Bodybereichs 16 des p-Typs
aufgrund der Selbstausrichtung und der thermischen Diffusion perfekt
symmetrisch bezüglich
der U-Vertiefung 50 ist.The procedures used in the 9 to 12 Shown are the barrier layer thickness and the shape of the body area 16 of the p-type. Here is a point that the shape of the body area 16 Due to self-alignment and thermal diffusion, the p-type is perfectly symmetrical with respect to the U-groove 50 is.
Als
nächstes
wird, wie es in 13 dargestellt ist, eine Innenwand 51 der
U-Vertiefung 50 durch ein Entfernen des LOCOS-Oxidfilms 65 freigelegt,
während
die freigelegte Siliziumoberfläche
innerhalb einer wäßrigen Lösung 700,
die Fluorwasserstoffsäure
enthält,
fertigbearbeitet bzw. geschliffen wird.Next, as it is in 13 is shown, an inner wall 51 the U-well 50 by removing the LOCOS oxide film 65 exposed while the exposed silicon surface within an aqueous solution 700 containing hydrofluoric acid, finished or ground.
Nach
der Beendigung des vorhergehenden Verfahrens wird der Wafer 21 aus
der wäßrigen Lösung 700 genommen
und in. Reinluft getrocknet.After the completion of the previous process, the wafer becomes 21 from the aqueous solution 700 taken and dried in. clean air.
Dann
wird, wie es in 15 dargestellt ist, ein temporärer Oxidfilm 600 auf
der Seitenwandoberfläche 51 der
U-Vertiefung 50 (das
heißt,
der Oberfläche
des Bodybereichs 16 des p-Typs, an der der Kanal 5 auszubilden
ist) ausgebildet. Durch dieses thermische Oxidationsverfahren wird
die Flachheit der Oberfläche,
an der der Kanal 5 auszubilden ist, bezüglich atomarer Größenordnung
verbessert. Wie es in 14 dargestellt ist, wird dieses
thermische Oxidationsverfahren durch ein langsames Einbringen eines
Quarzwaferträgers 603,
der den Wafer 21 hält,
in einen Oxidationsofen 601 durchgeführt, welcher innerhalb der
Sauerstoffatmosphäre
an einer Temperatur von ungefähr
1000°C gehalten
wird. Dann wird der so ausgebildete Oxidfilm 600 entfernt,
wie es in 16 dargestellt ist. Ebenso wie
bei dem Entfernen des Lokaloxidfilms 65, das zuvor beschrieben
worden ist, wird das Entfernen des Oxidfilms 600 ebenso durchgeführt, während die
freigelegte Siliziumoberfläche
mit Sauerstoff innerhalb einer wäßrigen Lösung 700,
die Fluorwasserstoffsäure
enthält
und mit Ammoniumfluorid auf einen Säuregehalt/Alkaligehalt von
ungefähr
pH5 eingestellt ist, fertigbearbeitet wird. Die Innenwandoberfläche 51 der
U-Vertiefung 50, die durch dieses Verfahren ausgebildet
ist, ist eine gute Siliziumoberfläche mit einer hohen Flachheit
und wenigen Defekten.Then, as it is in 15 is shown, a temporary oxide film 600 on the sidewall surface 51 the U-well 50 (that is, the surface of the body area 16 of the p-type at which the channel 5 is to be trained) is formed. Through this thermal oxidation process, the flatness of the surface at which the channel 5 is to be trained, in terms of atomic order improved. As it is in 14 is shown, this thermal oxidation process by slow introduction of a quartz wafer carrier 603 that the wafer 21 stops in an oxidation furnace 601 which is maintained within the oxygen atmosphere at a temperature of about 1000 ° C. Then, the thus formed oxide film 600 removed as it is in 16 is shown. As with the removal of the local oxide film 65 which has been described above, the removal of the oxide film 600 also carried out while the exposed silicon surface with oxygen within an aqueous solution 700 containing hydrofluoric acid and adjusted with ammonium fluoride to an acid content / alkali content of approximately pH5. The inner wall surface 51 the U-well 50 formed by this method is a good silicon surface with a high flatness and few defects.
Wie
es in 17A dargestellt ist, wird dann ein
Gateoxidfilm 8 mit einer Dicke von ungefähr 60 nm
auf der Seitenwandoberfläche
und der Bodenwandoberfläche
der U-Vertiefung 50 durch thermische Oxidation ausgebildet.As it is in 17A is then a gate oxide film 8th having a thickness of about 60 nm on the sidewall surface and the bottom wall surface of the U-well 50 formed by thermal oxidation.
Dieses
thermische Oxidationsverfahren wird, wie es zuvor beschrieben und
wie es in 14 dargestellt ist, durch ein
langsames Einbringen eines Wafers 21 in einen Oxidationsofen 601 durchgeführt, welcher
innerhalb der Sauerstoffatmosphäre
an einer Temperatur von ungefähr
1000°C gehalten
wird. Bei diesem thermischen Oxidationsverfahren kann, da der Anfangsschritt
der Oxidation bei einer verhältnismäßig niedrigen
Temperatur durchgeführt
wird, die Streuung von Störstellen
innerhalb des Bodybereichs 16 des p-Typs und des Sourcebereichs 4 des
n+-Typs nach außerhalb des Wafers 21 während des
thermischen Oxidationsverfahrens unterdrückt werden. Die Filmqualität und Dickegleichmäßigkeit
des Gateoxidfilms 8, die Grenzflächenzustandsdichte der Grenzfläche, an
der der Kanal 5 auszubilden ist, und die Trägerbeweglichkeit
sind so hoch wie jene des DMOSFET bzw. doppelt diffundierten Metalloxidralbleiterfeldeffekttransistors
eines planaren Typs im Stand der Technik.This thermal oxidation process is as described previously and as it is described in 14 is shown by a slow introduction of a wafer 21 in an oxidation furnace 601 which is maintained within the oxygen atmosphere at a temperature of about 1000 ° C. In this thermal oxidation method, since the initial step of oxidation is carried out at a relatively low temperature, the scattering of impurities within the body region can occur 16 of the p-type and the source region 4 of the n + type to the outside of the wafer 21 be suppressed during the thermal oxidation process. The film quality and thickness uniformity of the gate oxide film 8th , the interface state density of the interface at which the channel 5 and the carrier mobility are as high as those of the prior art DMOSFET and planar type double diffused metal oxide semiconductor field effect transistor.
Weiterhin
wird bei den vorhergehenden Verfahren die Position des Bodens der
U-Vertiefung 50, welche durch das Verfahren des chemischen
Trockenätzens,
das LOCOS-Verfahren und das Gateoxidationsverfahren definiert ist,
derart gesteuert, daß die
Tiefe von der Hauptoberfläche
zu einer Grenzfläche 72 zwischen
dem Gateoxidfilm 8 und Silizium (einer Grenzfläche, welche
an dem Boden der U-Vertiefung 50 angeordnet ist und im
wesentlichen parallel zu der Siliziumhauptoberfläche verläuft) 0.2 μm oder mehr flacher als die
Sperrschichtdicke des p-Kanalsenkenbereichs (das heißt, eines
pn-Übergangs 73 zwischen
dem Bodybereich 16 des p-Typs und der Epitaxieschicht 2 des
n–-Typs
ist, welcher im wesentlichen parallel zu der Hauptoberfläche verläuft und sich
in der Nähe
der U-Vertiefung 50 befindet) ist. 17B,
welche eine vergrößerte Ansicht
um das Kanalausbildungsteil ist, zeigt die Beziehung zwischen der
Tiefe einer Grenzfläche 72 an
dem Vertiefungsboden (einer Tangentiallinie L2) und dem Boden eines
pn-Übergangs 73 (einer
Tangentiallinie L3). Weiterhin wird, wie es in 17B dargestellt ist, angenommen, daß: ein Punkt
A als ein Schnittpunkt einer Linie L1, die an einer Grenzfläche 71 zwischen dem
Gateoxidfilm und Silizium an der Seitenwand der U-Vertiefung 50 eine
Tangente bildet, und einer Linie L2 definiert ist, die an der Grenzfläche 72 an dem
Boden der U-Vertiefung 50 eine
Tangente bildet; ein Punkt B als ein Schnittpunkt eines Lotes vom Punkt
A zu der Innenwand der U-Vertiefung 50 definiert ist; und
ein Punkt C als ein Endpunkt definiert ist, an dem der Bodybereich 16 des
p-Typs an der Seitenwand der U-Vertiefung 50 endet und
sich der Bodybereich 16 des p-Typs und der Gateoxidfilm
innerhalb der Vertiefung 50 zueinander in Kontakt befinden,
wobei der Punkt B so festgelegt ist, daß er tiefer als der Punkt C
liegt. Da die Position der Grenzfläche 72 an dem Boden
der U-Vertiefung 50 durch Verfahren eines chemischen Trockenätzens, einer LOCOS
und einer Gateoxidation festgelegt ist, die alle Trockenverfahren
sind, ist die Steuerbarkeit der Position der Grenzfläche 72 hierbei äußerst hoch
und die positionelle Beziehung zwischen dem Endpunkt C, der Grenzfläche 72 und
dem Hoden 73 des p-Kanalsenkenbereichs wird zuverlässig genau
gesteuert. (Ein Oxidfilmentfernungsverfahren wird durch Naßätzen durchgeführt, aber
in der Praxis wird die Vertiefungstiefe durch die zuvor erwähnten drei
Trockenverfahren bestimmt, da die Ätzselektivität des entfernten
Oxidfilms zu Silizium hoch ist.)Furthermore, in the preceding Ver drive the position of the bottom of the U-well 50 , which is defined by the dry chemical etching method, the LOCOS method and the gate oxidation method, is controlled such that the depth from the main surface to an interface 72 between the gate oxide film 8th and silicon (an interface located at the bottom of the U-well 50 is disposed and extends substantially parallel to the main silicon surface) 0.2 μm or more shallower than the junction thickness of the p-channel sink region (that is, a pn junction 73 between the body area 16 of the p-type and the epitaxial layer 2 of the n - -type which is substantially parallel to the main surface and in the vicinity of the U-groove 50 is). 17B , which is an enlarged view around the channel forming part, shows the relationship between the depth of an interface 72 at the bottom of the well (a tangential line L2) and the bottom of a pn junction 73 (a tangential line L3). Furthermore, as it is in 17B is assumed, that: a point A as an intersection of a line L1, which at an interface 71 between the gate oxide film and silicon on the sidewall of the U-well 50 forms a tangent, and a line L2 is defined at the interface 72 at the bottom of the U-well 50 forms a tangent; a point B as an intersection of a perpendicular from the point A to the inside wall of the U-depression 50 is defined; and a point C is defined as an end point at which the body region 16 of the p-type on the sidewall of the U-groove 50 ends and the body area 16 of the p-type and the gate oxide film within the recess 50 are in contact with each other, wherein the point B is set so that it is lower than the point C. Because the position of the interface 72 at the bottom of the U-well 50 by dry chemical etching methods, a LOCOS and a gate oxidation, which are all dry processes, is the controllability of the position of the interface 72 This is extremely high and the positional relationship between the end point C, the interface 72 and the testicle 73 of the p-channel sink area is reliably accurately controlled. (An oxide film removal process is performed by wet etching, but in practice, the pit depth is determined by the aforementioned three dry methods since the etching selectivity of the removed oxide film to silicon is high.)
Dann
wird, wie es in 18 dargestellt ist, eine Gateelektrode 9 durch
Abscheiden eines Polysiliziumfilms auf die Hauptoberfläche des
Wafers 21 mit einer Dicke von ungefähr 400 nm und Mustern des abgeschiedenen
Polysiliziumsfilms derart ausgebildet, daß sie mit einem Abstand c,
welche u.m 2β kleiner
als ein Abstand b zwischen den Innenecken der zwei U-Vertiefungen 50 ist,
die sich in der Nähe zueinander
befinden, getrennt ist. Dann wird der Gateoxidfilm 8 weiter
oxidiert (ein dickes Filmteil wird ausgebildet), daß er an
dem Endteil der Gateelektrode 9 dicker ist. Hierbei wird,
wenn die Länge
eines Teils, an dem der Gateoxidfilm 8 verdickt wird, χ ist, wie
es in 19 dargestellt ist, das zuvor
erwähnte β so eingestellt,
daß es
länger
als χ ist
(β > χ).Then, as it is in 18 is shown, a gate electrode 9 by depositing a polysilicon film on the main surface of the wafer 21 having a thickness of about 400 nm and patterns of the deposited polysilicon film are formed so as to have a distance c which is smaller by 2β than a distance b between the inner corners of the two U-grooves 50 is, which are in the proximity to each other, is separated. Then, the gate oxide film becomes 8th further oxidized (a thick film part is formed) to be attached to the end part of the gate electrode 9 thicker. Here, when the length of a part where the gate oxide film becomes 8th thickening, χ is how it is in 19 is shown, the aforementioned β is set to be longer than χ (β> χ).
Die
Verfahren, die in den 9 bis 18 dargestellt
sind, sind wichtige Schritte des Herstellungsverfahrens gemäß der verwirklichten
Grundstruktur, bei welcher der Bodybereich 16 des p-Typs, der
Sourcebereich 4 des n+-Typs und
der Kanal 5 unter Verwendung des LOCOS-Oxidfilms 65 als
eine Doppeldiffusionsmaske zur Selbstausrichtung ausgebil det werden,
dann der LOCOS-Oxidfilm 65 entfernt wird und der Gateoxidfilm 8 und
die Gateelektrode 9 ausgebildet. werden.The procedures used in the 9 to 18 are important steps of the manufacturing process according to the realized basic structure, in which the body area 16 of the p-type, the source region 4 of the n + type and the channel 5 using the LOCOS oxide film 65 as a double-diffusion mask for self-alignment, then the LOCOS oxide film 65 is removed and the gate oxide film 8th and the gate electrode 9 educated. become.
Danach
werden, wie es in 20 gezeigt ist, Borionen durch
einen Oberflächenoxidfilm 67 unter Verwendung
eines gemusterten Photoresistfilms 68 als Maske implantiert,
um einen Bodykontaktbereich des p+-Typs
auszubilden.After that, as it is in 20 shown boron ions through a surface oxide film 67 using a patterned photoresist film 68 implanted as a mask to form a body contact region of the p + type.
Dann
wird, wie es in 21 gezeigt ist, eine thermische
Diffusion angewendet, um den Bodykontaktbereich 17 des
p+-Typs mit einer Sperrschichtdicke von
ungefähr
0.5 μm auszubilden.Then, as it is in 21 shown is a thermal diffusion applied to the body contact area 17 p + type with a barrier layer thickness of about 0.5 μm.
Als
nächstes
wird, wie es in 1B gezeigt ist, der Zwischenschichtisolationsfilm 18 aus
Borphosphorsilikatglas auf der Hauptoberfläche des Wafers 21 ausgebildet
und Löcher
werden an Teilen des Zwischenschichtisolationsfilms 18 erzeugt,
um den Bodykontaktbereich 17 des p+-Typs
und den Sourcebereich 4 des n+-Typs
durch das Kontaktloch freizulegen. Weiterhin wird eine Sourceelektrode 19 mit
einem Aluminiumfilm derart ausgebildet, daß ein ohmscher Kontakt mit
dem Sourcebereich 4 des n+-Typs und
dem Bodykontaktbereich 17 des p+-Typs
durch das Kontaktloch erzeugt wird. Nachfolgend wird ein Passivierungsfilm
(nicht dargestellt) aus Siliziumnitrid, usw. zum Schutz des Aluminiumfilms
durch ein plasmaangereichertes CVD-Verfahren bzw. Verfahren einer
chemischen Dampfphasenabscheidung oder dergleichen ausgebildet.
Auf der hinteren Oberfläche
des Wafers 21 wird eine Drainelektrode 20 aus drei
Schichten eines Ti-Films, eines Ni-Films und eines Au-Films ausgebildet
und ein ohmscher Kontakt zwischen der Drainelektrode 20 und
dem Halbleitersubstrat 1 des n+-Typs
wird erzeugt.Next, as it is in 1B is shown, the interlayer insulating film 18 of borophosphosilicate glass on the main surface of the wafer 21 and holes are formed on parts of the interlayer insulating film 18 generated to the body contact area 17 of the p + type and the source region 4 of the n + type to expose through the contact hole. Furthermore, a source electrode 19 formed with an aluminum film such that an ohmic contact with the source region 4 of the n + type and body contact area 17 of the p + type is generated by the contact hole. Subsequently, a passivation film (not shown) of silicon nitride, etc. for protecting the aluminum film is formed by a plasma enhanced CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. On the back surface of the wafer 21 becomes a drain electrode 20 formed of three layers of a Ti film, a Ni film and an Au film, and an ohmic contact between the drain electrode 20 and the semiconductor substrate 1 of the n + type is generated.
Als
nächstes
werden die Effekte des erster Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Wie es in 6A dargestellt
ist, weist das Ebenenmuster des Silizi umnitridfilms 63,
der auf die Hauptoberfläche
des Wafers 21 abgeschieden ist, jeden seiner Eckabschnitte 63A gekrümmt auf.
Demgemäß weist,
da der geätzte
Bereich, das heißt,
die Anfangsvertiefung 64, die in 7 dargestellt
ist, unter Verwenduntg des Siliziumnitridfilms 63 als Ätzmaske
gemustert ist, der geätzte
Bereich das gleiche Ebenenmuster mit der Krümmung an jedem Eckabschnitt
von ihm auf. Weiterhin sind die Eckabschnitte des Oxidfilms 65 nach
der LOCOS (8) ebenso mit dem gleichen Ebenenmuster
mit der Krümmung gemustert.
Dieses Ebenenmuster spiegelt sich in einem Eckabschnitt der quadratischen
Zelle in dem letzten Verfahren wieder. Aus diesem Grund ist ein Eckabschnitt 80 der
quadratischen Zelle mit der Krümmung
gemustert, wie es in 1A dargestellt ist, die die
Struktur des letzten Verfahrens zeigt, wodurch die Form an der Spitze
des dreidimensional hervorstehenden Abschnitts des Halbleiterbereichs (4, 16)
abgerundet wird, welche durch den Winkel des Eckabschnitts des gitterähnlichen
Musters und den Winkel einer Neigung der Vertiefungsseitenwand definiert
ist. Demgemäß wird gemäß der Struktur,
in der ein Gateoxidfilm 8 (zum Beispiel Siliziumdioxid) bezüglich eines
Halbleiterbereichs (4, 16) angeordnet wird und
eine Gateelektrode 9 weiterhin auf dem Gateisolationsfilm 8 angeordnet
wird, wenn eine Spannung zwischen der Gateelektrode und der Sourceelektrode
angelegt wird, die Konzentration des elektrischen Feldes an dem
zuvor erwähnten
dreidimensional hervorstehenden Abschnitt verringert, und ein Auftreten
eines Fehlers von Charakteristiken der Gate/Source-Durchbruchsspannung
wird unterdrückt.Next, the effects of the first embodiment of the present invention will be described. As it is in 6A has the plane pattern of the silicon nitride film 63 pointing to the main surface of the wafer 21 is secluded, each of its corner sections 63A curved up. Accordingly, since the etched area, that is, the initial pit, points 64 , in the 7 using the silicon nitride film 63 as an etch The patterned area is the same level pattern with the curvature at each corner portion of it. Furthermore, the corner portions of the oxide film 65 after the LOCOS ( 8th ) also patterned with the same plane pattern with the curvature. This plane pattern is reflected in a corner portion of the square cell in the last method. That's why there is a corner section 80 the square cell is patterned with the curvature as it is in 1A showing the structure of the last method, whereby the shape at the top of the three-dimensionally protruding portion of the semiconductor region (FIG. 4 . 16 ), which is defined by the angle of the corner portion of the grid-like pattern and the angle of inclination of the recess side wall. Accordingly, according to the structure in which a gate oxide film 8th (for example, silicon dioxide) with respect to a semiconductor region ( 4 . 16 ) and a gate electrode 9 continue on the gate insulation film 8th when a voltage is applied between the gate electrode and the source electrode, the concentration of the electric field at the aforementioned three-dimensionally protruding portion is decreased, and an occurrence of an error of characteristics of the gate-source breakdown voltage is suppressed.
Weiterhin
wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Anfangsvertiefung 64 durch das Verfahren eines chemischen
Trockenätzens
ausgebildet und danach wird ein Vertiefungsabschnitt 50 durch
ein Aufweiten der Anfangsvertiefung 64 durch die LOCOS
und ein Entfernen des LOCOS-Oxidfilms 65 ausgebildet.
Da der so ausgebildete Vertiefungsabschnitt 50 als ein
Kanalbereich verwendet wird, sieht der Vertiefungsabschnitt 50 einen äußerst niedrigen
Durchlaßwiderstand
vor.Furthermore, according to the present embodiment, the initial pit becomes 64 formed by the method of dry chemical etching, and thereafter, a recessed portion 50 by widening the initial well 64 through the LOCOS and removal of the LOCOS oxide film 65 educated. Since the recess portion formed in this way 50 is used as a channel area, the recessed portion sees 50 an extremely low on-resistance.
Hierbei
ist es bezüglich
der zuvor erwähnten Krümmung, die
an dem Eckabschnitt 80 der U-Vertiefung SO gebildet ist,
festgestellt worden, daß,
wenn die konkave Tiefe der U-Vertiefung 50, das heißt, der Abstand
zwischen dem Boden des Gateoxidfilms 8 und der Hauptoberfläche der
Epitaxieschicht 2 des n–-Typs
tiefer ist, der Krümmungsradius
größer sein sollte.
Dies wird unter Bezugnahme auf die 24 und 25 erklärt.Here it is with respect to the aforementioned curvature, at the corner portion 80 formed the U-well SO, it has been found that when the concave depth of the U-well 50 that is, the distance between the bottom of the gate oxide film 8th and the main surface of the epitaxial layer 2 of the n - type is deeper, the radius of curvature should be larger. This is with reference to the 24 and 25 explained.
24 zeigt
einen Graph, der die Beziehung zwischen dem Krümmungsradius an dem Eckabschnitt 80 der
U-Vertiefung 50 und der Gate/Source-Durchbruchsspannung
(TZDB) zeigt. In dem Graph ist ein kreisförmig markiertes Zeichen (®) ein Datenwert
an der konkaven Tiefe von 1.6 μm
und ist ein dreiecksförmig
markiertes Zeichen ein
Datenwert an der konkaven Tiefe von 1.0 μm. Wie es aus dem Graphen zu.
sehen ist, wird, wenn der Krümmungsradius
kleiner wird, die Gate/Source-Durchbruchsspanriung in beiden Fällen kleiner. Außerdem kann
die hohe Durchbruchsspannung aufrechterhalten werden, wenn der Krümmungsradius bei
der konkaven Tiefe von 1.6 μm
und 1.0 μm
größer als
oder gleich 1.5 μm
bzw. 0.5 μm
wird. 24 Fig. 10 is a graph showing the relationship between the radius of curvature at the corner portion 80 the U-well 50 and the gate / source breakdown voltage (TZDB). In the graph, a circular mark (.RTM.) Is a data at the concave depth of 1.6 .mu.m and is a triangle-shaped mark a data value at the concave depth of 1.0 μm. As it is from the graph too. as seen, as the radius of curvature becomes smaller, the gate-to-source breakdown voltage becomes smaller in both cases. In addition, the high breakdown voltage can be maintained when the radius of curvature at the concave depth of 1.6 μm and 1.0 μm becomes greater than or equal to 1.5 μm and 0.5 μm, respectively.
Die
zuvor erwähnte
Beziehung kann erklärt werden,
wie es in 25 dargestellt ist. 25 zeigt die
Beziehung zwischen der konkaven Tiefe X der U-Vertiefung 50 und
dem Krümmungsradius
Y (kritischer Krümmungsradius),
welcher die Gate/Source-Durchbruchsspannung an einem hohen Wert
halten kann. Gemäß 25 kann,
wenn die konkave Tiefe X beträgt
und der Krümmungsradius
Y beträgt, die
hohe Durchbruchsspannung aufrechterhalten werden, wenn die Beziehung
Y ≥ 1.67·X – 1.17 erfüllt ist.The aforementioned relationship can be explained as it is in 25 is shown. 25 shows the relationship between the concave depth X of the U-groove 50 and the radius of curvature Y (critical radius of curvature) which can maintain the gate / source breakdown voltage at a high level. According to 25 For example, if the concave depth is X and the radius of curvature is Y, the high breakdown voltage can be maintained if the relation Y ≥ 1.67 × X-1.17 is satisfied.
Weiterhin
wird gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung die Beziehung zwischen der konkaven Tiefe
der U-Vertiefung 50 und der Sperrschichtdicke des p-Kanalsenkenbereichs
in Verbindung mit der konkaven Breite (entspricht dem Abstand zwischen
den angrenzenden p-Kanalsenkenbereichen) derart bestimmt, daß Verarmungsschichten,
die sich von den angrenzenden p-Kanalsenkenbereichen ausdehnen,
unter der beidseitig umfaßten
U-Vertiefung mit einer Drainspannung miteinander verbunden sind,
die niedriger als die kritische Spannung ist, die einen Durchbruch
des pn-Übergangs
zwischen dem p-Kanalsenkenbereich und der Epitaxieschicht des n–-Typs
in der Nähe
der U-Vertiefung 50 bewirkt. Genauer gesagt ist, wie es in 17B dargestellt ist, die Grenzfläche 72 zwischen
dem Gateoxidfilm und der Siliziumoberfläche an dem Boden der U-Vertiefung 50 so
angeordnet, daß sie
um in diesem Ausführungsbeispiel
zum Beispiel mindestens 0.2 μm
flacher als die Sperrschichtdicke (oder der Boden 73) des
p-Kanalsenkenbereichs ist. Demgemäß können sich, wenn eine hohe Spannung
während
des ausgeschalteten Zustands der Vorrichtung an die Drainelektrode
angelegt wird, Verarmungsschichten seitlich von den Bodybereichen
des p-Typs, die so angeordnet sind, daß sie die U-Vertiefung beidseitig umfassen, in die
Epitaxieschicht 2 des n–-Typs
unter den Vertiefungsbodenabschnitt derart ausdehnen, daß die Intensität des elektrischen
Feldes an dem Vertiefungsbodenabschnitt mit dem Ergebnis verringert
werden kann, daß die
Drain/Source-Durchbruchsspannung verbessert werden kann. 26 zeigt
ein Ergebnis, das die Beziehung zwischen einer Tiefendifferenz L
(siehe 17B) von einer Sperrschichtdicke 73 (Linie
L3) zu der Vertiefungsbodengrenzfläche 72 (Linie L2) und
die erzielte Drain/Source-Durchbruchsspannung des tatsächlich hergestellten
Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs darstellt, wenn die Drain/Source-Durchbruchsspannung
so ausgelegt ist, daß sie ungefähr 60 V
beträgt.
Das Ergebnis zeigt, daß sich die
Drain/Source-Durchbruchsspannung mit einer Erhöhung der Tiefendifferenz L
erhöht
und die Tiefendifferenz L an dem Punkt von ungefähr 0.2 μm oder mehr gesättigt ist.
Dies be steht aufgrund dessen, daß sich die angrenzenden Verarmungsschichten
von den angrenzenden Bodybereichen des p-Typs seitlich ausdehnen und miteinander
verbunden sind, wenn die Tiefendifferenz L 0.2 μm oder mehr wird. Folglich tritt
ein Durchbruch an dem tiefsten Teil der Diffusionsschicht 62 des
p-Typs (das heißt,
dem tiefen p-Senkenbereich) auf, und weiterhin wird verhindert,
daß ein
Löcherstrom
aufgrund des Auftretens des Durchbruchs in der Nähe der U-Vertiefung durch das
Teil zwischen dem Bodybereich 16 des p-Typs und dein Sourcebereich 4 des n+-Typs fließt. Gemäß diesem wird verhindert, daß der parasitäre Bipolartransistor,
der aus dem Sourcebereich 4 des n+-Typs,
dem Bodybereich 16 des p-Typs und dem Drainbereich 6 des
n–-Typs
besteht, arbeitet, und somit wird die Höhe einer Stoßspannungsfestigkeit
erhöht.Furthermore, according to the first embodiment of the present invention, the relationship between the concave depth of the U-groove 50 and the junction thickness of the p-channel sink region in conjunction with the concave width (corresponding to the distance between the adjacent p-channel sink regions) is determined such that depletion layers extending from the adjacent p-channel sink regions under the bilaterally encompassed U-groove having a drain voltage interconnected lower than the critical stress, which is a breakdown of the pn junction between the p-channel sink region and the n - -type epitaxial layer near the U-well 50 causes. More specifically, as it is in 17B is shown, the interface 72 between the gate oxide film and the silicon surface at the bottom of the U-well 50 is arranged so as to be at least 0.2 μm shallower than the barrier layer thickness (or the bottom) in this embodiment, for example, at least 73 ) of the p-channel sink region. Accordingly, when a high voltage is applied to the drain electrode during the off-state of the device, depletion layers laterally from the p-type body regions arranged to surround the U-pit on both sides can be introduced into the epitaxial layer 2 of the n - -type under the pit bottom portion so that the intensity of the electric field at the pit bottom portion can be reduced with the result that the drain-source breakdown voltage can be improved. 26 shows a result showing the relation between a depth difference L (see 17B ) of a barrier layer thickness 73 (Line L3) to the well bottom interface 72 (Line L2) and the obtained drain-source breakdown voltage of the power MOSFET actually fabricated is a vertical type when the drain-source breakdown voltage is designed to be approximately 60V. The result shows that the drain / source breakdown voltage with a Increasing the depth difference L increases and the depth difference L is saturated at the point of about 0.2 μm or more. This is because the adjacent depletion layers expand laterally from the adjacent p-type body regions and are bonded together when the depth difference L becomes 0.2 μm or more. Consequently, a breakdown occurs at the deepest part of the diffusion layer 62 of the p-type (that is, the deep p-well region), and further prevents a hole current due to the occurrence of the breakdown in the vicinity of the U-well through the portion between the body region 16 of the p-type and your source area 4 of the n + type flows. According to this, it is prevented that the parasitic bipolar transistor emerging from the source region 4 of the n + type, the body area 16 of the p-type and the drain region 6 of the n - type, operates, and thus the level of surge immunity is increased.
Weiterhin
werden, wie es in 17B dargestellt ist, die konkave
Tiefe der U-Vertiefung 50 und das Profil des Bodybereichs
auf eine derartige Weise bestimmt, daß der Punkt B, welcher dem
Schnittpunkt A der Linie L2 und der Linie L1 (der Tangentiallinie
an der Seitenwandgrenzfläche 71)
entspricht, tiefer als der Punkt C liegt, an dem sich der Bodybereich
des p-Typs und die Seitenwandgrenzfläche 71 in Kontakt
zueinander befinden. Deshalb kann ein Elektronenstrom im wesentlichen
auf einer geraden Linie von der Drainseite des Kanals zu dem Substrat hin
fließen,
und somit kann ein niedriger Durchlaßwiderstand ohne irgendeine
Erhöhung
der JFET-Widerstandskomponente erzielt werden. 27 zeigt
die Meßergebnisse
der Beziehung zwischen dem Durchlaßwiderstand und der relativen
Position des Punktes C bezüglich
des Punktes B in 17B. Die relative Position wird
durch einen Abstand d dargestellt, der in 17B definiert
ist. Gemäß dem Ergebnis
wird die JFET-Widerstandskomponente erhöht und wird der Durchlaßwiderstand
plötzlich
erhöht,
wenn der Punkt C tiefer als der Punkt A (oder Punkt B) liegt. Andererseits
kann in dem Fall, daß sich
der Punkt C an der Position befindet, die flacher als der Punkt
A (oder Punkt B) liegt, wie in dem Ausführungsbeispiel, der niedrige
Durchlaßwiderstand
erzielt werden.Furthermore, as it is in 17B is shown, the concave depth of the U-well 50 and the profile of the body region is determined in such a manner that the point B which corresponds to the intersection A of the line L2 and the line L1 (the tangential line at the sidewall interface 71 ), is lower than the point C where the p-type body region and the sidewall interface are located 71 are in contact with each other. Therefore, an electron current can flow substantially in a straight line from the drain side of the channel to the substrate, and thus a low on-resistance can be achieved without any increase in the JFET resistance component. 27 FIG. 12 shows the measurement results of the relationship between the ON resistance and the relative position of the point C with respect to the point B in FIG 17B , The relative position is represented by a distance d, which in 17B is defined. According to the result, the JFET resistance component is increased and the ON resistance is suddenly increased when the point C is lower than the point A (or point B). On the other hand, in the case where the point C is at the position shallower than the point A (or point B), as in the embodiment, the low on-resistance can be achieved.
Aus
diesen experimentellen Ergebnissen, die in den 26 und 27 gezeigt
sind, ist es ersichtlich, daß ein
Steuern der relativen Positionen zwischen der Bodengrenzfläche 72 der
U-Vertiefung, dem Endpunkt C, an dem der pn-Übergang
zwischen dem p-Kanalsenkenbereich und der Epitaxieschicht an der
Seitenwand der U-Vertiefung endet, und dem Boden 73 des
p-Kanalsenkenbereichs ein Verfahren ist, das zum Steuern der grundlegenden
Charakteristiken der DMOS-Struktur des Typs mit einem konkaven Kanal,
wie zum Beispiel der Drain/Source-Durchbruchsspannung und des Durchlaßwiderstands, wichtig
ist. Insbesondere ist gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, da die Position der Grenzfläche 72 des
Bodens der U-Vertiefung durch Verfahren eines chemischen Trockenätzens, einer
LOCOS und einer Gateoxidation, die alle Trockenverfahren sind, festgelegt
wird, die Steuerbarkeit der Position der Grenzfläche 72 äußerst hoch,
wodurch die zuvor erwähnten
relativen Positionen zwischen der Bodengrenzfläche 72 der Vertiefung,
der Endposition C und dem Boden 73 des p-Kanalsenkenbereichs
genau gesteuert werden.From these experimental results, which in the 26 and 27 As can be seen, controlling the relative positions between the ground interface 72 the U-well, the end point C, at which the pn junction between the p-channel sink region and the epitaxial layer terminates at the sidewall of the u-groove, and the bottom 73 of the p-channel sink region is a method important for controlling the basic characteristics of the concave channel type DMOS structure such as the drain / source breakdown voltage and the on-state resistance. In particular, according to the first embodiment of the present invention, since the position of the interface 72 of the bottom of the U-well by dry chemical etching, LOCOS and gate oxidation methods, which are all dry processes, the controllability of the position of the interface 72 extremely high, causing the aforementioned relative positions between the ground interface 72 the depression, the end position C and the bottom 73 of the p-channel sink area.
Nachstehend
erfolgt die Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.below
the description will be made of a second embodiment of the present invention
Invention.
In
dem zweiten Ausführungsbeispiel,
wie es in 6B dargestellt ist, wird ein
Siliziumnitridfilm 63, der auf die Hauptoberfläche eines
Wafers 21 abgeschieden ist, gemustert, wobei seine Eckabschnitte 63B gekrümmt sind,
und das gitterähnliche
Ebenenmuster wird zu einem abwechselnd verschobenen Muster abgeändert. Hier
bezeichnet dieses abwechselnd verschobene Muster ein Netzmuster,
daß bewirkt
wird, daß der
Vertiefungseckabschnitt (63A in 6A) des
gitterähnlichen
Ebenenmusters, bei welchem das elektrische Feld leicht konzentriert
wird, einem linearen Vertiefungs muster gegenüberliegt (das heißt, der
Bereich, der von den Vertiefungseckabschnitten des gitterähnlichen
Musters umgeben ist, wird in eine bestimmte Richtung verschoben).
Dieses abwechselnd verschobene Muster des Siliziumnitridfilms 63 definiert
ein Ebenenmuster der Anfangsvertiefung 64 unter Verwendung
des gemusterten Siliziumnitridfilms 63 als Maske in 7 und
spiegelt sich letztlich in dem letzten Verfahren (in den 23A und 23B dargestellt)
in einem Ebenenmuster für
eine quadratische Zelle wieder.In the second embodiment, as in 6B is shown, a silicon nitride film 63 pointing to the main surface of a wafer 21 is deposited, patterned, with its corner sections 63B are curved, and the grid-like plane pattern is changed to an alternately shifted pattern. Here, this alternately shifted pattern indicates a mesh pattern causing the depression corner portion (FIG. 63A in 6A ) of the lattice-like plane pattern in which the electric field is slightly concentrated faces a linear pit pattern (that is, the area surrounded by the pit corner portions of the lattice-like pattern is shifted in a certain direction). This alternately shifted pattern of the silicon nitride film 63 defines a plane pattern of the initial well 64 using the patterned silicon nitride film 63 as a mask in 7 and is ultimately reflected in the last procedure (in the 23A and 23B shown) in a plane pattern for a square cell again.
Gemäß dem orthogonalen
gitterähnlichen Vertiefungsmuster,
das in den 22A und 22B und
den 1A und 1B gezeigt
ist, wird, obgleich in dem ersten Ausführungsbeispiel die Beziehung
zwischen der konkaven Abmessung der U-Vertiefung 50 und
dem Profil des p-Kanalsenkenbereichs so bestimmt wird, daß das elektrische
Feld unter der U-Vertiefung 50 abgeschwächt wird, das elektrische Feld
an einem Bereich 81 immer noch leicht konzentriert, an
dem die Vertiefungsbreite (die konkave Breite) maximal wird. Jedoch
kann unter Verwendung des Musters, daß ein Eckabschnitt 80 dem linearen
Vertiefungsmusterabschnitt 82 gegenüberliegt, wie es in den 23A und 23B dargestellt ist,
die maximale Vertiefungsbreite kleiner gemacht werden, und es kann
erzielt werden, daß das
Feld an dem dreidimensional hervorstehenden Abschnitt der Vertiefungsecke
in einem gitterähnlichen
Muster (dem dreidimensional angespitzten Abschnitt) abgeschwächt wird,
wenn eine Spannung zwischen der Drainelektrode und der Sourceelektrode
angelegt wird, wodurch ein Auftreten einer schlechten Drain/Source-Durchbruchsspannung
gesteuert wird.According to the orthogonal lattice-like depression pattern included in FIGS 22A and 22B and the 1A and 1B is shown, although in the first embodiment, the relationship between the concave dimension of the U-well 50 and the profile of the p-channel sink region is determined so that the electric field under the U-well 50 is attenuated, the electric field at an area 81 still slightly concentrated at which the pit width (the concave width) becomes maximum. However, using the pattern, that a corner portion 80 the linear pit pattern section 82 as opposed to that in the 23A and 23B 12, the maximum pit width can be made smaller, and it can be achieved that the field at the three-dimensionally protruding portion of the pit corner in a grid-like pattern (the three-dimensionally pointed portion) is attenuated when a voltage is applied between the drain electrode and the source electrode , thereby controlling an occurrence of a bad drain / source breakdown voltage.
Die
zuvor erwähnten
ersten und zweiten Ausführungsbeispiele
sind unter Verwendung einer Leistungs-MOSFET-Struktur eines vertikalen
Typs beschrieben worden, die in der internationalen Veröffentlichung
Nr. PCT W093/03502 beschrieben ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung
nicht nur auf einen Leistungs-MOSFET eines vertikalen Typs be schränkt, bei
welchem der Bodybereich des p-Typs und der Sourcebereich des n+-Typs unter Verwendung des LOCOS-Oxidfilms
selbstausgerichtet ionenimplantiert und doppelt diffundiert sind,
sondern die vorliegende Erfindung ist an einem Leistungs-MOSFET
eines vertikalen Typs anwendbar, bei welchem ein Bodybereich eines
p-Typs und ein Sourcebereich eines n+-Typs
zum Beispiel unter Verwendung einer Photoresistmaske ionenimplantiert und
diffundiert sind.The aforementioned first and second embodiments have been described by using a vertical type power MOSFET structure described in International Publication No. PCT W093 / 03502. However, the present invention is not limited to only a vertical type power MOSFET in which the p-type body region and the n + -type source region are self-aligned and double-diffused using the LOCOS oxide film, but the present invention The invention is applicable to a vertical type power MOSFET in which a p-type body region and an n + -type source region are ion-implanted and diffused by using a photoresist mask, for example.
Weiterhin
ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen MOSFET eines vertikalen
Typs beschränkt, sondern
kann an einem anderen Gatteraufbau, wie zum Beispiel einem Leistungs-MOS-IC,
das den MOSFET integriert, der zuvor beschrieben worden ist, und
einem IGBT bzw. Isolierschichtbipolartransistor angewendet werden.
Weiterhin kann die vorliegende Erfindung ebenso an einem Leistungs-MOSFET
und einem IGBT eines lateralen Typs angewendet werden.Farther
For example, the present invention is not limited to a vertical-type MOSFET
Type limited, but
may be on another gate structure, such as a power MOS IC,
which integrates the MOSFET previously described, and
an IGBT or Isolierschichtbipolartransistor be applied.
Furthermore, the present invention can also be applied to a power MOSFET
and an IGBT of a lateral type.
Außerdem ist
in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
lediglich eine Beschreibung eines Typs mit einem n-Kanal gegeben
worden, wobei es überflüssig ist,
zu sagen, daß der
Typ mit einem p-Kanal den gleichen Effekt wie der Typ mit einem n-Kanal
aufweisen kann.Besides that is
in the previous embodiments
merely a description of a type with an n-channel given
where it is superfluous,
to say that the
Type with a p-channel the same effect as the type with an n-channel
can have.
In
der vorhergehenden Beschreibung ist eine Struktur eines doppelt
diffundierten Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistors eines Typs
mit einem konkaven Kanal offenbart worden, die eine verbesserte Gate/Source-Durchbruchsspannung
aufweist. Durch Bilden einer Krümmung
an einem Eckabschnitt eines gitterähnlichen Musters in einem Vertiefungsabschnitt
zum Ausbilden der Struktur mit einem konkaven Kanal wird die Form
der Spitze eines dreidimensional hervorstehenden Abschnitts eines
Halbleiterbereichs, der durch einen Ebenenwinkel des Eckabschnitts
in dem gitterähnlichen
Muster und eine Neigung des Vertiefungsabschnitts bestimmt ist,
abgerundet. Das heißt,
ein dreidimensional angespitzter Eckabschnitt in der Struktur mit
einem konkaven Kanal wird abgerundet, und dadurch wird eine Konzentration
eines elektrischen Feldes an dem Eckabschnitt unterdrückt.In
In the foregoing description, a structure of a double
diffused metal oxide semiconductor field effect transistor of one type
with a concave channel having an improved gate / source breakdown voltage
having. By forming a curvature
at a corner portion of a lattice-like pattern in a recess portion
to form the structure with a concave channel becomes the shape
the tip of a three-dimensional protruding section of a
Semiconductor region by a plane angle of the corner section
in the lattice-like
Pattern and an inclination of the recessed portion is determined
rounded. This means,
a three-dimensional sharpened corner section in the structure with
a concave channel is rounded off, and this becomes a concentration
an electric field at the corner portion suppressed.