JP2858411B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2858411B2
JP2858411B2 JP6060757A JP6075794A JP2858411B2 JP 2858411 B2 JP2858411 B2 JP 2858411B2 JP 6060757 A JP6060757 A JP 6060757A JP 6075794 A JP6075794 A JP 6075794A JP 2858411 B2 JP2858411 B2 JP 2858411B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、不純物がドーピングさ
れた半導体基板の酸化膜を除去した後に、前記半導体基
板表面を熱酸化する工程を有する半導体装置の製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for
After removing the oxide film of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate is removed.
Method for manufacturing semiconductor device having step of thermally oxidizing plate surface
About.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置としての縦型パワーMOSF
ET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trans
istor)は、周波数特性が優れ、スイッチング速度が速
く、かつ低電力で駆動できる等多くの特長を有すること
から、近年多くの産業分野で使用されている。たとえ
ば、日経マグロウヒル社発行“日経エレクトロニクス”
の1986年5月19日号,pp.165-188には、パワーM
OSFETの開発の焦点が低耐圧品および高耐圧品に移
行している旨記載されている。さらに、この文献には、
耐圧100V以下のパワーMOSFETチップのオン抵
抗は、10mΩレベルまで低くなってきていることが記
載されており、この理由として、パワーMOSFETの
製造にLSIの微細加工を利用したり、そのセルの形状
を工夫したりすることにより、面積当たりのチャネル幅
が大きくとれるようになったことにある旨述べられてい
る。また、この文献には主流であるDMOS型(二重拡
散型)セルを使用した縦型パワーMOSFETを中心に
のべられている。その理由は、DMOS型はチャネル部
分にシリコンウエハの平坦な主表面をそのまま使用する
ことを特長とするプレーナプロセスにより作製されるた
め、歩留まりが良くコストが安いという製造上の利点が
あるからである。
2. Description of the Related Art A vertical power MOSF as a semiconductor device
ET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trans
istor) has been used in many industrial fields in recent years because it has many features, such as excellent frequency characteristics, high switching speed, and low-power driving. For example, "Nikkei Electronics" published by Nikkei McGraw-Hill
May 19, 1986, pp. 165-188
It is stated that the focus of OSFET development has shifted to low breakdown voltage products and high breakdown voltage products. In addition, this document states that
It is described that the on-resistance of a power MOSFET chip with a withstand voltage of 100 V or less has been reduced to a level of 10 mΩ. This is because the microfabrication of an LSI is used in the manufacture of a power MOSFET or the shape of the cell is changed. It is stated that, by devising, the channel width per area can be increased. Further, this document mainly describes a vertical power MOSFET using a DMOS type (double diffusion type) cell which is a mainstream. The reason is that the DMOS type is manufactured by a planar process characterized in that a flat main surface of a silicon wafer is used as it is for a channel portion, and thus has a manufacturing advantage that the yield is high and the cost is low. .

【0003】一方、縦型パワーMOSFETの普及に伴
って低損失化、低コスト化がさらに求められているが、
微細加工やセルの形状の工夫によるオン抵抗低減は限界
にきている。たとえば、特開昭63−266882号公
報によると、DMOS型においては微細加工によりユニ
ットセルの寸法を小さくしてもオン抵抗がそれ以上減少
しない極小点があり、その主原因がオン抵抗の成分を成
すJFET抵抗の増加であることが分かっている。また
DMOS型において、特開平2−86136号公報に示
されているように、現在の微細加工技術の下ではオン抵
抗が極小点をとるユニットセルの寸法は15μm付近で
ある。
On the other hand, with the spread of vertical power MOSFETs, lower loss and lower cost have been further required.
The reduction in on-resistance due to fine processing and ingenuity of the cell shape has reached its limit. For example, according to JP-A-63-266882, in the DMOS type, there is a minimum point where the on-resistance does not further decrease even if the size of the unit cell is reduced by fine processing. It has been found that this is an increase in JFET resistance. Further, in the DMOS type, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-86136, the size of a unit cell where the on-resistance has a minimum point is about 15 μm under the current fine processing technology.

【0004】この限界を突破するために種々の構造が提
案されている。それらに共通した特徴は素子表面に溝を
形成し、その溝の側面にチャネル部を形成した構造であ
り、この構造により前述のJFET抵抗を大幅に減少さ
せることができる。さらに、この溝の側面にチャネル部
を形成した構造においては、ユニットセル寸法を小さく
してもJFET抵抗の増大は無視することができるた
め、特開昭63−266882号公報に記載されたよう
なユニットセル寸法の縮小に対してオン抵抗が極小点を
とるという限界が無く、15μmを切って微細加工の限
界まで小さくすることができる。
Various structures have been proposed to overcome this limitation. A feature common to them is a structure in which a groove is formed on the element surface and a channel portion is formed on the side surface of the groove, and this structure can greatly reduce the above-described JFET resistance. Further, in the structure in which the channel portion is formed on the side surface of the groove, the increase in the JFET resistance can be ignored even if the unit cell size is reduced, and therefore, as described in JP-A-63-266882. There is no limit that the on-resistance takes a minimum point with respect to the reduction of the unit cell size, and the size can be reduced to 15 μm or less to the limit of fine processing.

【0005】このように、溝の側面にチャネル部を形成
する構造の従来の製造方法として例えば国際公開WO93/0
3502号や特開昭62-12167号に開示された製造方法があ
る。また、その特性を調べたものとしてISPSD'93 pp.13
5-140 に示されたものもある。図27はWO93/03502号に
開示されたMOSFETの断面図であり、図28〜図3
8は同公報におけるMOSFETの製造工程を示す断面
図である。
As described above, as a conventional manufacturing method of a structure in which a channel portion is formed on the side surface of a groove, for example, International Publication WO93 / 093
There is a manufacturing method disclosed in 3502 and JP-A-62-12167. ISPSD'93 pp.13
Some are shown in 5-140. FIG. 27 is a sectional view of the MOSFET disclosed in WO93 / 03502, and FIGS.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the MOSFET in the publication.

【0006】以下にその製造工程を簡単に説明する。ま
ず、図27に示されるように、n+ 型シリコンからなる
半導体基板1の主表面にn- 型のエピタキシャル層2を
成長させたウエハ21を用意する。この半導体基板1は
その不純物濃度が1020cm-3程度になっている。ま
た、エピタキシャル層2はその厚さが7μm程度で、そ
の不純物濃度は1016cm-3程度となっている。このウ
エハ21の主表面を熱酸化して厚さ60nm程度のフィ
ールド酸化膜60を形成し、その後レジスト膜61を堆
積して公知のフォトリソ工程にてセル形成予定位置の中
央部に開口するパターンにレジスト膜61をパターニン
グする。そして、このレジスト膜61をマスクとしてボ
ロン(B+ )をイオン注入する。
Hereinafter, the manufacturing process will be briefly described. First, as shown in FIG. 27, a wafer 21 having an n -type epitaxial layer 2 grown on a main surface of a semiconductor substrate 1 made of n + -type silicon is prepared. This semiconductor substrate 1 has an impurity concentration of about 10 20 cm −3 . The epitaxial layer 2 has a thickness of about 7 μm and an impurity concentration of about 10 16 cm −3 . The main surface of the wafer 21 is thermally oxidized to form a field oxide film 60 having a thickness of about 60 nm, and then a resist film 61 is deposited and formed into a pattern which is opened at the center of a cell formation planned position by a known photolithography process. The resist film 61 is patterned. Then, boron (B + ) is ion-implanted using the resist film 61 as a mask.

【0007】レジスト剥離後、熱拡散により図28に示
すように接合深さが3μm程度のp型拡散層62を形成
する。このp型拡散層62は最終的には後述するp型ベ
ース層16の一部となり、ドレイン・ソース間に高電圧
が印加されたとき、p型拡散層62の底辺部分で安定に
ブレークダウンを起こさせることにより、耐サージ性を
向上させる目的を果たす。
After the resist is removed, a p-type diffusion layer 62 having a junction depth of about 3 μm is formed by thermal diffusion as shown in FIG. The p-type diffusion layer 62 eventually becomes a part of a p-type base layer 16 described later, and when a high voltage is applied between the drain and the source, a stable breakdown occurs at the bottom of the p-type diffusion layer 62. By raising it, the purpose of improving surge resistance is achieved.

【0008】次に、図28に示すように、ウエハ21の
主表面に窒化シリコン膜63を約200nm堆積し、こ
の窒化シリコン膜63をパターニングして、ピッチ幅
(ユニットセル15の寸法)aで開口する格子状の開口
パターンを形成する。なお、この開口パターンは上述の
p型拡散層62がそのピッチ間隔の中央部に位置するよ
うにマスク合わせしている。
Next, as shown in FIG. 28, a silicon nitride film 63 is deposited on the main surface of the wafer 21 to a thickness of about 200 nm, and the silicon nitride film 63 is patterned to have a pitch a (dimension of the unit cell 15) a. A lattice-shaped opening pattern for opening is formed. This opening pattern is mask-aligned so that the above-described p-type diffusion layer 62 is located at the center of the pitch interval.

【0009】次に、図29に示すように、窒化シリコン
膜63をマスクとしてフィールド酸化膜60をエッチン
グし、ひきつづきn- 型エピタキシャル層2を深さ1.
5μm程度エッチングして溝64を形成する。次に、図
30に示すように、窒化シリコン膜63をマスクとして
溝64の部分を熱酸化する。これはLOCOS(Local O
xidation of Silicon)法として良く知られた酸化方法で
あり、この酸化により選択酸化膜すなわちLOCOS酸
化膜65が形成され、同時にLOCOS酸化膜65によ
って喰われたn- 型エピタキシャル層2の表面にU溝5
0が形成され、かつ溝50の形状が確定する。
Next, as shown in FIG. 29, the field oxide film 60 is etched by using the silicon nitride film 63 as a mask, and then the n -type epitaxial layer 2 has a depth of 1.
The groove 64 is formed by etching about 5 μm. Next, as shown in FIG. 30, the portion of the groove 64 is thermally oxidized using the silicon nitride film 63 as a mask. This is LOCOS (Local O
This is an oxidation method well known as a xidation of silicon method, and a selective oxide film, that is, a LOCOS oxide film 65 is formed by this oxidation, and at the same time, a U-groove is formed on the surface of the n -type epitaxial layer 2 covered by the LOCOS oxide film 65. 5
0 is formed, and the shape of the groove 50 is determined.

【0010】次に、図31に示すように、LOCOS酸
化膜65をマスクとして、薄いフィールド酸化膜60を
透過させてp型ベース層16を形成するためのボロンを
イオン注入する。このとき、LOCOS酸化膜65とフ
ィールド酸化膜60の境界部分が自己整合位置になり、
イオン注入される領域が正確に規定される。次に、図3
2に示すように、接合深さ3μm程度まで熱拡散する。
この熱拡散により、図28に示す工程において前もって
形成したp型拡散層62と、図31に示す工程において
注入されたボロンの拡散層が一体になり、一つのp型ベ
ース層16を形成する。また、p型ベース層16の領域
の両端面はU溝50の側壁の位置で自己整合的に規定さ
れる。
Next, as shown in FIG. 31, using the LOCOS oxide film 65 as a mask, boron ions for forming the p-type base layer 16 through the thin field oxide film 60 are ion-implanted. At this time, the boundary between the LOCOS oxide film 65 and the field oxide film 60 becomes a self-aligned position,
The region to be implanted is precisely defined. Next, FIG.
As shown in FIG. 2, thermal diffusion is performed to a junction depth of about 3 μm.
Due to this thermal diffusion, the p-type diffusion layer 62 formed in advance in the step shown in FIG. 28 and the boron diffusion layer implanted in the step shown in FIG. 31 are integrated to form one p-type base layer 16. Both end surfaces of the region of the p-type base layer 16 are defined in a self-aligned manner at the positions of the side walls of the U-shaped groove 50.

【0011】次に、図33に示すように、格子状のパタ
ーンでウエハ21表面に形成されているLOCOS酸化
膜65により囲まれたp型ベース層16表面中央部に残
されたパターンでパターニングされたレジスト膜66と
LOCOS酸化膜65をともにマスクとして、薄いフィ
ールド酸化膜60を透過させてn+ 型ソース層4を形成
するためのリンをイオン注入する。この場合も図31に
示す工程においてボロンをイオン注入した場合と同様
に、LOCOS酸化膜65とフィールド酸化膜60の境
界部分が自己整合位置になり、イオン注入される領域が
正確に規定される。
[0013] Next, as shown in FIG. 33, the p-type base layer 16 is patterned in a pattern left in the center of the surface of the p-type base layer 16 surrounded by the LOCOS oxide film 65 formed on the surface of the wafer 21 in a lattice pattern. Using both the resist film 66 and the LOCOS oxide film 65 as a mask, phosphorus ions for forming the n + -type source layer 4 are ion-implanted through the thin field oxide film 60. In this case as well, as in the case where boron is ion-implanted in the step shown in FIG. 31, the boundary between the LOCOS oxide film 65 and the field oxide film 60 becomes a self-aligned position, and the region to be ion-implanted is accurately defined.

【0012】次に、図34に示すように、接合深さ0.
5〜1μm熱拡散し、n+ 型ソース層4を形成し、同時
にチャネル5も設定する。この熱拡散において、n+
ソース層4の領域のU溝50に接した端面は、U溝50
の側壁の位置で自己整合的に規定される。以上、図31
〜図34の工程によりp型ベース層16の接合深さとそ
の形状が確定する。
Next, as shown in FIG.
Thermal diffusion is performed by 5 to 1 μm to form an n + -type source layer 4 and, at the same time, a channel 5 is set. In this thermal diffusion, the end surface of the region of the n + type source layer 4 which is in contact with the U groove 50 is
Is defined in a self-aligned manner at the position of the side wall. FIG.
34 to determine the junction depth and the shape of the p-type base layer 16.

【0013】次に、図35に示すように、LOCOS酸
化膜65をウェットエッチングにより除去してU溝50
の内壁51を露出させ、その後熱酸化により厚さ60n
m程度のゲート酸化膜8を形成する。次に、図36に示
すように、ウエハ21の主表面に厚さ400nm程度の
ポリシリコン膜を堆積する。
Next, as shown in FIG. 35, the LOCOS oxide film 65 is removed by wet etching to
The inner wall 51 is exposed and then thermally oxidized to a thickness of 60 n.
A gate oxide film 8 of about m is formed. Next, as shown in FIG. 36, a polysilicon film having a thickness of about 400 nm is deposited on the main surface of the wafer 21.

【0014】次に、図37に示すように、パターニング
されたレジスト膜68をマスクとして酸化膜67を透過
してp+ 型ベースコンタクト層17を形成するためのボ
ロンをイオン注入する。次に、図38に示すように、接
合深さ0.5μm程度熱拡散し、p+ 型ベースコンタク
ト層17を形成する。
Next, as shown in FIG. 37, boron for forming the p + -type base contact layer 17 through the oxide film 67 is ion-implanted using the patterned resist film 68 as a mask. Next, as shown in FIG. 38, thermal diffusion is performed to a junction depth of about 0.5 μm to form ap + -type base contact layer 17.

【0015】そして、図26(b)に示すように、ウエ
ハ21の主表面にBPSG(BoronPhosphate Silicate
Glass)からなる層間絶縁膜18を形成し、その一部に
コンタクト穴開けを行いp+ 型ベースコンタクト層17
とn+ 型ソース層4を露出させる。さらに、アルミニウ
ム膜からなるソース電極19を形成し、前記コンタクト
穴を介してp+ 型ベースコンタクト層17とn+ 型ソー
ス層4とにオーミック接触させる。さらに、アルミニウ
ム膜保護用としてプラズマCVD法等により窒化シリコ
ン等よりなるパッシベーション膜(図示略)を形成し、
また、ウエハ21の裏面にはTi/Ni/Auの3層膜
からなるドレイン電極20を形成し、n + 型半導体基板
1にオーミック接触をとる。
[0015] Then, as shown in FIG.
BPSG (Boron Phosphate Silicate)
An interlayer insulating film 18 made of glass is formed, and a part thereof is formed.
Drill a contact hole+Mold base contact layer 17
And n+The mold source layer 4 is exposed. In addition, aluminum
Forming a source electrode 19 comprising a
P through the hole+Base contact layer 17 and n + type saw
Ohmic contact with the semiconductor layer 4. In addition, aluminum
Silicon nitride by plasma CVD etc. to protect the film
Forming a passivation film (not shown) made of
A three-layer film of Ti / Ni / Au is formed on the back surface of the wafer 21.
A drain electrode 20 made of +Type semiconductor substrate
Make ohmic contact with 1.

【0016】以上のように、プレ−ナ型のDMOSFE
Tを製作する場合に用いられているゲ−ト酸化工程は、
膜厚を容易に制御するために図39に示すように窒素雰
囲気とした酸化炉601の中にウエハ21を入れ、図4
0に示すようにウエハ表面の温度を所定の温度に安定さ
せてから酸素雰囲気に換え、熱酸化するものであった。
As described above, the planar type DMOSFE
The gate oxidation process used when manufacturing T is as follows.
In order to easily control the film thickness, the wafer 21 was placed in an oxidation furnace 601 in a nitrogen atmosphere as shown in FIG.
As shown in FIG. 0, the temperature of the wafer surface was stabilized at a predetermined temperature, and then changed to an oxygen atmosphere to perform thermal oxidation.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】以上従来の技術で示し
た製造方法により製作した縦型MOSFETは、原理的
にはISPSD'93 pp.135-140 の文献に示されるように低オ
ン電圧が予測された。しかしながら、上記の国際公報WO
93/03502号に述べられている構造の製造方法において、
上記プレ−ナ型DMOSFETにおける酸化工程を用い
た場合、p型ベ−ス層やn+ 型ソ−ス層をイオン注入
後、表面の酸化膜を除去しSi表面が露出した状態でゲ
−ト酸化を行うため、窒素雰囲気とした酸化炉の中にウ
エハを入れ、ウエハ表面の温度を所定の温度に安定させ
ている時間に、予め導入された不純物がウエハ表面から
外へ放出され、ウエハ表面の不純物濃度が低下してする
という問題が生じた。そしてこの結果、n+ 型ソ−ス層
とソ−ス電極間の抵抗やn+ 型ソ−ス層の拡散抵抗が大
きくなりオン電圧が高くなり、またしきい値電圧も所望
の値よりも低下してしまった。
The vertical MOSFET manufactured by the manufacturing method shown in the prior art described above has a low on-state voltage predicted in principle as shown in the document of ISPSD '93, pp. 135-140. Was done. However, the above international publication WO
In the method of manufacturing the structure described in 93/03502,
In the case where the oxidation process in the above-mentioned planar type DMOSFET is used, after the p-type base layer or the n + -type source layer is ion-implanted, the oxide film on the surface is removed and the gate is exposed in a state where the Si surface is exposed. In order to perform oxidation, the wafer is placed in an oxidation furnace in a nitrogen atmosphere, and impurities introduced in advance are released from the wafer surface to a time during which the temperature of the wafer surface is stabilized at a predetermined temperature. Has a problem that the impurity concentration is lowered. As a result, the resistance between the n + -type source layer and the source electrode and the diffusion resistance of the n + -type source layer increase, and the on-voltage increases, and the threshold voltage also becomes higher than a desired value. It has dropped.

【0018】本発明は上記問題に鑑みたものであり、そ
の目的は、熱酸化工程を有する半導体装置の製造方法に
おいて、熱酸化時に、予め導入された不純物がウエハ表
面から放出されることのない半導体装置の製造方法を得
ることである。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a thermal oxidation step, in which impurities introduced beforehand are not released from the wafer surface during thermal oxidation. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に構成された請求項1記載の発明は、半導体基板の一主
面側に該半導体基板よりも低不純物濃度であって第1導
電型の半導体層を形成し、この低濃度の半導体層の表面
を主表面としてその所定領域を選択酸化することによ
り、該所定領域の前記半導体層内に前記主表面より所定
深さを有する酸化膜を形成する選択酸化工程と、 前記酸
化膜の側面に接する前記半導体層表面にチャネルを形成
すべく、第2導電型と第1導電型の不純物を前記主表面
より拡散し、この拡散により前記チャネルの長さを規定
すると同時に第2導電型のベース層と第1導電型のソー
ス層を形成し、前記半導体層を第1導電型のドレイン層
とする不純物導入工程と、 前記半導体基板表面の酸化膜
を除去して所定深さを有する溝を形成する酸化膜除去工
程と、酸化雰囲気中において前記溝表面に第1の酸化膜
を形成する第1の熱酸化工程と、酸化雰囲気中において
前記第1の熱酸化工程よりも高温で前記第1の酸化膜を
所定の厚さまで成長させて成る第2の酸化膜を形成する
前記第2の熱酸化工程と、からなる一連の工程を2回繰
り返す工程を有する熱酸化工程と、 前記熱酸化工程にて
最終的に形成された前記第2の酸化膜上にゲート電極を
形成するゲート電極形成工程と、 前記ソース層および前
記ベース層にともに電気的に接触するソース電極と、前
記半導体基板の他主面側に電気的に接触するドレイン電
極とを形成するソース,ドレイン電極形成工程とを備え
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a semiconductor substrate;
The first conductive layer has a lower impurity concentration than the semiconductor substrate on the surface side.
Forming a semiconductor layer of a low-concentration type;
By selectively oxidizing the specified area with
A predetermined distance from the main surface in the semiconductor layer in the predetermined region.
A selective oxidation step of forming an oxide film having a depth, the acid
Forming a channel on the surface of the semiconductor layer in contact with the side surface of the oxide film
In order to remove impurities of the second conductivity type and the first conductivity type,
More spread, this spread defines the length of the channel
At the same time as the second conductive type base layer and the first conductive type saw.
A drain layer of a first conductivity type;
And an oxide film on the surface of the semiconductor substrate.
Oxide film removing process for removing grooves to form grooves having a predetermined depth
And a first oxide film on the surface of the groove in an oxidizing atmosphere.
A first thermal oxidation step of forming
Forming the first oxide film at a higher temperature than the first thermal oxidation step;
Forming a second oxide film grown to a predetermined thickness
A series of steps including the second thermal oxidation step is repeated twice.
A thermal oxidation step having a returning step, and the thermal oxidation step
A gate electrode is formed on the finally formed second oxide film.
Forming a gate electrode, forming the source layer and the
A source electrode in electrical contact with the base layer;
A drain electrode electrically contacting the other main surface of the semiconductor substrate.
Forming a source and drain electrode for forming a pole
A method of manufacturing a semiconductor device.

【0020】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項2記載の発明は、半導体基板の一主面側に該半
導体基板よりも低不純物濃度であって第1導電型の半導
体層を形成し、この低濃度の半導体層の表面を主表面と
してその所定領域を選択酸化することにより、該所定領
域の前記半導体層内に前記主表面より所定深さを有する
選択酸化膜を形成する選択酸化工程と、前記選択酸化膜
の側面に接する前記半導体層表面にチャネルを形成すべ
く、第2導電型と第1導電型の不純物を前記主表面より
拡散し、この拡散により前記チャネルの長さを規定する
と同時に第2導電型のベース層と第1導電型のソース層
を形成し、前記半導体層を第1導電型のドレイン層とす
る不純物導入工程と、前記選択酸化膜を除去して所定深
さを有する第1の溝を形成する選択酸化膜除去工程と、
前記チャネルとなる部分を含む前記第1の溝の内壁を、
酸化雰囲気中において第1の温度で第1の酸化膜を形成
する第1の熱酸化工程と、前記第1の酸化膜を、酸化雰
囲気中において前記第1の温度よりも高い第2の温度で
所定の厚さまで成長させて第2の酸化膜を形成する第2
の熱酸化工程と、前記第2の酸化膜を除去して所定深さ
の第2の溝を形成する第2の酸化膜除去工程と、 前記チ
ャネルとなる部分を含む前記第2の溝の内壁を、酸化雰
囲気中において前記第1の温度で第3の酸化膜を形成す
る第3の熱酸化工程と、 前記第3の酸化膜を、酸化雰囲
気中において前記第2の温度で所定の厚さまで成長させ
て第4の酸化膜を形成する第4の熱酸化工程と、この
の酸化膜上にゲート電極を形成するゲート電極形成工
程と、前記ソース層および前記ベース層にともに電気的
に接触するソース電極と、前記半導体基板の他主面側に
電気的に接触するドレイン電極とを形成するソース,ド
レイン電極形成工程とを備えることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, a semiconductor layer of a first conductivity type having a lower impurity concentration than that of the semiconductor substrate is provided on one principal surface side of the semiconductor substrate. Forming a selective oxide film having a predetermined depth from the main surface in the semiconductor layer in the predetermined region by selectively oxidizing a predetermined region using the surface of the low-concentration semiconductor layer as a main surface. An oxidation step, in which impurities of the second conductivity type and the first conductivity type are diffused from the main surface to form a channel on the surface of the semiconductor layer in contact with the side surface of the selective oxide film; At the same time, forming a base layer of the second conductivity type and a source layer of the first conductivity type, and introducing an impurity into the semiconductor layer as a drain layer of the first conductivity type; first with a depth A selective oxide film removing step of forming a
An inner wall of the first groove including a portion serving as the channel,
A first thermal oxidation step of forming a first oxide film at a first temperature in an oxidizing atmosphere, and forming the first oxide film at a second temperature higher than the first temperature in an oxidizing atmosphere. Forming a second oxide film by growing to a predetermined thickness;
Thermal oxidation step, and removing the second oxide film to a predetermined depth.
A second oxide film removing step of forming a second groove of said Ji
The inner wall of the second groove including the part to be the channel is oxidized.
Forming a third oxide film at the first temperature in an atmosphere;
A third thermal oxidation step, and forming the third oxide film in an oxidizing atmosphere.
Growing to a predetermined thickness at the second temperature in the air
A fourth heat oxidation step for forming a fourth oxide film Te, the second
4 and the gate electrode forming step of forming a gate electrode on the oxide film, and a source electrode in electrical contact both with the source layer and the base layer, a drain in electrical contact with the other main surface of said semiconductor substrate And forming source and drain electrodes for forming electrodes.

【0021】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明における
前記第1の熱酸化工程は、前記酸化雰囲気中において第
1の温度で前記半導体基板表面に前記第1の酸化膜を形
成する工程を有し、 前記第2の熱酸化工程は、前記第1
の温度において前記酸化雰囲気を不活性雰囲気に入れ換
える工程と、前記第1の温度から前記第1の温度よりも
高温の第2の温度に昇温する昇温工程と、前記第2の温
度において前記不活性雰囲気を酸化雰囲気に入れ換える
工程と、前記酸化雰囲気中において前記第2の温度で前
記第1の酸化膜上に所定の厚さの第2の酸化膜を形成す
る工程とを有することを特徴としている。
In order to achieve the above object,
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1.
The first thermal oxidation step includes a step of:
Forming the first oxide film on the surface of the semiconductor substrate at a temperature of 1;
And the second thermal oxidation step includes the first thermal oxidation step.
At this temperature, the oxidizing atmosphere is replaced with an inert atmosphere.
Obtaining the first temperature from the first temperature to be higher than the first temperature.
A temperature raising step of raising the temperature to a high second temperature;
Replace the inert atmosphere with an oxidizing atmosphere
And a step in the oxidizing atmosphere at the second temperature.
Forming a second oxide film having a predetermined thickness on the first oxide film;
And a step of

【0022】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項4記載の発明は、請求項2における前記第3の
熱酸化工程は、前記酸化雰囲気中において第1の温度で
前記半導体基板表面に前記第3の酸化膜を形成する工程
を有し、 前記第4の熱酸化工程は、前記第1の温度にお
いて前記酸化雰囲気を不活性雰囲気に入れ換える工程
と、前記第1の温度から前記第2の温度に昇温する昇温
工程と、前記第2の温度において前記不活性雰囲気を酸
化雰囲気に入れ換える工程と、前記酸化雰囲気中におい
て前記第2の温度で前記第3の酸化膜上に所定の厚さの
前記第4の酸化膜を形成する工程とを有することを特徴
としている。
[0022] In order to achieve the above object,
The invention according to claim 4 is the third invention according to claim 2.
The thermal oxidation step is performed at a first temperature in the oxidizing atmosphere.
Forming the third oxide film on the surface of the semiconductor substrate
Has the fourth thermal oxidation process, contact the first temperature
Replacing the oxidizing atmosphere with an inert atmosphere
And a temperature increase for increasing the temperature from the first temperature to the second temperature
Forming the inert atmosphere at the second temperature with an acid.
Replacing with an oxidizing atmosphere;
A predetermined thickness on the third oxide film at the second temperature.
Forming the fourth oxide film.
And

【0023】[0023]

【0024】[0024]

【0025】[0025]

【0026】[0026]

【0027】[0027]

【作用および発明の効果】上記のように構成された請求
項1記載の発明によれば、不純物導入工程の後に、半導
体基板表面の酸化膜を除去して所定深さを有する溝を形
成する酸化膜除去工程と、酸化雰囲気中において溝表面
に第1の酸化膜を形成する第1の熱酸化工程と、酸化雰
囲気中において第1の熱酸化工程よりも高温で前記第1
の酸化膜を所定の厚さまで成長させて成る第2の酸化膜
を形成する前記第2の熱酸化工程と、からなる一連の工
程を2回繰り返す工程を有する熱酸化工程を実施する。
このようにすると、第1の熱酸化工程により形成した酸
化膜により不純物がウエハ表面から外部へ飛散すること
を抑制できる。また、熱酸化工程にて最終的に形成され
た前記第2の酸化膜上にゲート電極を形成することで、
低オン電圧が実現されしきい電圧の低下も防止できる。
According to the first aspect of the present invention , a semiconductor device is provided after the impurity introduction step.
The oxide film on the surface of the substrate is removed to form a groove with a predetermined depth.
Oxide film removal process and groove surface in oxidizing atmosphere
A first thermal oxidation step of forming a first oxide film on the substrate;
The temperature of the first thermal oxidation step is higher than that of the first thermal oxidation step in an atmosphere.
Oxide film formed by growing an oxide film to a predetermined thickness
The second thermal oxidation step of forming
A thermal oxidation step having a step of repeating the process twice is performed.
By doing so, the acid formed in the first thermal oxidation step
Of impurities from the wafer surface to the outside due to the oxide film
Can be suppressed. Also, it is finally formed in the thermal oxidation process.
Forming a gate electrode on the second oxide film,
A low on-voltage is realized, and a drop in threshold voltage can be prevented.

【0028】上記のように構成された請求項2記載の発
明によれば、ゲート電極を形成する際、先ずチャネルと
なる部分を含む第1の溝の内壁を第1と第2の2つの熱
酸化工程で酸化して第2の酸化膜を形成し、その後第2
の酸化膜を除去して第2の溝を形成し、更にチャネルと
なる部分を含む第2の溝の内壁を第3と第4の2つの熱
酸化工程で酸化して第4の酸化膜を形成し、この第4の
酸化膜上にゲート電極を形成している。これにより、第
1、第3の熱酸化工程により形成した酸化膜により不純
物がウエハ表面から外部へ飛散することを抑制する。第
4の熱酸化工程により形成した酸化膜上にゲ−ト電極を
形成することで、低オン電圧が実現されしきい電圧の低
下も防止できる。
According to the second aspect of the present invention, when forming the gate electrode, first, the channel and the
The inner wall of the first groove including the first and second portions
Oxidizing in an oxidizing step to form a second oxide film;
The oxide film is removed to form a second groove, and further, a channel and
The inner wall of the second groove including the portion formed by the third and fourth heat
Oxidation is performed in an oxidation step to form a fourth oxide film.
A gate electrode is formed on the oxide film. As a result,
1. Impurities due to the oxide film formed by the third thermal oxidation process
Objects are prevented from scattering from the wafer surface to the outside. No.
Forming a gate electrode on the oxide film formed by the thermal oxidation process of step 4;
By forming, low ON voltage is realized and the threshold voltage is reduced.
The bottom can also be prevented.

【0029】[0029]

【0030】[0030]

【0031】[0031]

【0032】[0032]

【0033】[0033]

【0034】[0034]

【0035】[0035]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図1(a)は本発明の第1実施例による四角形
ユニットセルからなる縦型パワーMOSFETの平面図
であり、同図(b)は同図(a)におけるA−A断面図
である。図3〜図5,図7〜図13,図15,図16,
図18,図19,図21,図22は同じく縦型パワーM
OSFETの製造における各段階でのワークであるウエ
ハの断面図であって、図1(b)に相当する。なお、図
4はp型ベース層の中央部形成のためにボロンイオン注
入をしたウエハの断面図、図5はLOCOS酸化のため
に窒化シリコン膜をユニットセル寸法aの間隔でパター
ニングしたウエハの断面図、図7は窒化シリコン膜の窓
をエッチングしたウエハの断面図、図8はLOCOS酸
化膜が形成されたウエハの断面図、図9はLOCOS酸
化膜をマスクとしてp型ベース層形成のためにボロンイ
オン注入をしたウエハの断面図、図10は熱拡散により
p型ベース層を形成したウエハの断面図、図11はLO
COS酸化膜をマスクとしてn+ 型ソース層形成のため
にリンイオン注入をしたウエハの断面図、図12は熱拡
散によりn+ 型ソース層を形成したウエハの断面図、図
18はLOCOS酸化膜を除去した後に熱酸化によりゲ
ート酸化膜を形成したウエハの断面図、図19はゲート
酸化膜の上にゲート電極が形成されたウエハの断面図、
図21はp+ 型ベースコンタクト層形成のためにボロン
イオン注入をしたウエハの断面図、図22は熱拡散によ
りp+ 型ベースコンタクト層を形成したウエハの断面
図、そして、図1(b)が層間絶縁膜,ソース電極およ
びドレイン電極を形成したウエハの完成断面図である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A is a plan view of a vertical power MOSFET including a square unit cell according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIGS. 3 to 5, FIGS. 7 to 13, FIGS.
18, 19, 21, and 22 show the vertical power M
It is sectional drawing of the wafer which is a workpiece | work in each stage in manufacture of OSFET, and corresponds to FIG.1 (b). FIG. 4 is a cross-sectional view of a wafer in which boron ions have been implanted to form a central portion of a p-type base layer, and FIG. 5 is a cross-sectional view of a wafer in which a silicon nitride film has been patterned at intervals of a unit cell size a for LOCOS oxidation. FIG. 7, FIG. 7 is a sectional view of a wafer in which a window of a silicon nitride film is etched, FIG. 8 is a sectional view of a wafer on which a LOCOS oxide film is formed, and FIG. 9 is a diagram for forming a p-type base layer using the LOCOS oxide film as a mask. FIG. 10 is a cross-sectional view of a wafer in which boron ions are implanted, FIG. 10 is a cross-sectional view of a wafer in which a p-type base layer is formed by thermal diffusion, and FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a wafer in which phosphorus ions are implanted to form an n + -type source layer using a COS oxide film as a mask, FIG. 12 is a cross-sectional view of a wafer in which an n + -type source layer is formed by thermal diffusion, and FIG. FIG. 19 is a cross-sectional view of a wafer in which a gate oxide film is formed by thermal oxidation after removal, FIG. 19 is a cross-sectional view of a wafer in which a gate electrode is formed on the gate oxide film,
FIG. 21 is a cross-sectional view of a wafer on which boron ions have been implanted to form a p + -type base contact layer, FIG. 22 is a cross-sectional view of a wafer on which a p + -type base contact layer has been formed by thermal diffusion, and FIG. Is a completed sectional view of a wafer on which an interlayer insulating film, a source electrode and a drain electrode are formed.

【0036】この実施例の縦型パワーMOSFETは、
その要部,すなわちユニットセル部分を図1に示すよう
な構造として、このユニットセル15がピッチ幅(ユニ
ットセル寸法)aで平面上縦横に規則正しく多数配置さ
れた構造となっている。次に本実施例の製造方法を述べ
る。図1において、ウエハ21は不純物濃度が1020
-3程度で厚さ100〜300μmのn+ 型シリコンか
らなる半導体基板1上に不純物密度が1016cm-3程度
の厚さ7μm前後のn- 型エピタキシャル層2が構成さ
れたものであり、このウエハ21の主表面にユニットセ
ル15が構成される。ウエハ21の主表面に12μm程
度のユニットセル寸法aでU溝50を形成するために、
厚さ3μm程度のLOCOS酸化膜を形成し、この酸化
膜をマスクとして自己整合的な二重拡散により接合深さ
が3μm程度のp型ベース層16と、接合深さが1μm
程度のn+ 型ソース層4とが形成されており、それによ
りU溝50の側壁部51にチャネル5が設定される。な
お、p型ベース層16の接合深さはU溝50底辺のエッ
ジ部12でブレークダウンによる破壊が生じない深さに
設定されている。また、p型ベース層16の中央部の接
合深さが周囲よりも深くなるように、あらかじめp型ベ
ース層16の中央部にボロンが拡散されており、ドレイ
ン・ソース間に高電圧が印加されたときに、p型ベース
層16の底面の中央部でブレークダウンが起こるように
設定されている。また、二重拡散後にこの拡散マスク及
びU溝50形成用として使用したLOCOS酸化膜は除
去されて、U溝50の内壁には厚さが60nm程度のゲ
ート酸化膜8が形成され、さらに、その上に厚さが40
0nm程度のポリシリコンからなるゲート電極9、厚さ
が1μm程度のBPSGからなる層間絶縁膜18が形成
されている。さらに、p型ベース層16の中央部表面に
接合深さが0.5μm程度のp+ 型ベースコンタクト層
17が形成され、層間絶縁膜18の上に形成されたソー
ス電極19とn+ 型ソース層4およびp+ 型ベースコン
タクト層17がコンタクト穴を介してオーミック接触し
ている。また、半導体基板1の裏面にオーミック接触す
るようにドレイン電極20が形成されている。
The vertical power MOSFET of this embodiment is
The main part, that is, the unit cell portion has a structure as shown in FIG. 1, and a large number of the unit cells 15 are arranged regularly and vertically and horizontally on a plane with a pitch width (unit cell size) a. Next, the manufacturing method of this embodiment will be described. In FIG. 1, the wafer 21 has an impurity concentration of 10 20 c
An n -type epitaxial layer 2 having a thickness of about 7 μm and an impurity density of about 10 16 cm −3 is formed on a semiconductor substrate 1 made of n + -type silicon of about m −3 and a thickness of 100 to 300 μm. The unit cell 15 is formed on the main surface of the wafer 21. In order to form a U-groove 50 with a unit cell size a of about 12 μm on the main surface of the wafer 21,
A LOCOS oxide film having a thickness of about 3 μm is formed, and a p-type base layer 16 having a junction depth of about 3 μm and a junction depth of 1 μm are formed by self-aligned double diffusion using the oxide film as a mask.
The n + type source layer 4 is formed to the extent that the channel 5 is set on the side wall 51 of the U groove 50. The junction depth of the p-type base layer 16 is set to a depth that does not cause breakdown due to breakdown at the edge 12 at the bottom of the U groove 50. In addition, boron is diffused in the central portion of the p-type base layer 16 in advance so that the junction depth of the central portion of the p-type base layer 16 is deeper than the periphery, and a high voltage is applied between the drain and the source. Is set such that a breakdown occurs at the center of the bottom surface of the p-type base layer 16 at the time of the start. After the double diffusion, the diffusion mask and the LOCOS oxide film used for forming the U-groove 50 are removed, and a gate oxide film 8 having a thickness of about 60 nm is formed on the inner wall of the U-groove 50. 40 on top
A gate electrode 9 made of polysilicon having a thickness of about 0 nm and an interlayer insulating film 18 made of BPSG having a thickness of about 1 μm are formed. Further, a p + -type base contact layer 17 having a junction depth of about 0.5 μm is formed on the central surface of the p-type base layer 16, and a source electrode 19 formed on an interlayer insulating film 18 and an n + -type source contact The layer 4 and the p + -type base contact layer 17 are in ohmic contact via the contact holes. Further, a drain electrode 20 is formed so as to make ohmic contact with the back surface of the semiconductor substrate 1.

【0037】まず、図2,図3に示されるように、n+
型シリコンからなる面方位が(100)である半導体基
板1の主表面にn- 型のエピタキシャル層2を成長させ
たウエハ21を用意する。この半導体基板1はその不純
物濃度が1020cm-3程度になっている。また、エピタ
キシャル層2はその厚さが7μm程度で、その不純物濃
度は1016cm-3程度となっている。次に、図4に示さ
れる様に、このウエハ21の主表面を熱酸化して厚さ6
0nm程度のフィールド酸化膜60を形成し、その後レ
ジスト膜61を堆積して公知のフォトリソ工程にてセル
形成予定位置の中央部に開口するパターンにレジスト膜
61をパターニングする。そして、このレジスト膜61
をマスクとしてボロン(B+ )をイオン注入する。
First, as shown in FIGS. 2 and 3, n +
A wafer 21 is prepared in which an n -type epitaxial layer 2 is grown on a main surface of a semiconductor substrate 1 made of type silicon and having a plane orientation of (100). This semiconductor substrate 1 has an impurity concentration of about 10 20 cm −3 . The epitaxial layer 2 has a thickness of about 7 μm and an impurity concentration of about 10 16 cm −3 . Next, as shown in FIG. 4, the main surface of the wafer 21 is thermally oxidized to a thickness of 6 mm.
A field oxide film 60 having a thickness of about 0 nm is formed, and then a resist film 61 is deposited, and the resist film 61 is patterned by a known photolithography process into a pattern opening at a central portion of a cell formation planned position. Then, this resist film 61
Boron (B +) is ion-implanted as a mask.

【0038】レジスト剥離後、熱拡散により図5に示す
ように接合深さが3μm程度のp型拡散層62を形成す
る。このp型拡散層62は最終的には後述するp型ベー
ス層16の一部となり、ドレイン・ソース間に高電圧が
印加されたとき、p型拡散層62の底辺部分で安定にブ
レークダウンを起こさせることにより、耐サージ性を向
上させる目的を果たす。
After the resist is stripped, a p-type diffusion layer 62 having a junction depth of about 3 μm is formed by thermal diffusion as shown in FIG. The p-type diffusion layer 62 eventually becomes a part of a p-type base layer 16 described later, and when a high voltage is applied between the drain and the source, a stable breakdown occurs at the bottom of the p-type diffusion layer 62. By raising it, the purpose of improving surge resistance is achieved.

【0039】次に、図5に示すように、ウエハ21の主
表面に窒化シリコン膜63を約200nm堆積し、この
窒化シリコン膜63を図6に示すように<011>方向
に垂直及び平行になるようにパターニングして、ピッチ
幅(ユニットセル15の寸法)aで開口する格子状の開
口パターンを形成する。なお、この開口パターンは上述
のp型拡散層62がそのピッチ間隔の中央部に位置する
ようにマスク合わせしている。
Next, as shown in FIG. 5, a silicon nitride film 63 is deposited on the main surface of the wafer 21 to a thickness of about 200 nm, and the silicon nitride film 63 is vertically and parallel to the <011> direction as shown in FIG. Then, a lattice-shaped opening pattern is formed with a pitch width (dimensions of the unit cell 15) a. This opening pattern is mask-aligned so that the above-described p-type diffusion layer 62 is located at the center of the pitch interval.

【0040】次に、図7に示すように、窒化シリコン膜
63をマスクとしてフィールド酸化膜60をエッチング
し、ひきつづきn- 型エピタキシャル層2をCF4 と酸
素ガス中で等方的にケミカルドライエッチングして溝6
4を形成する。次に、図8に示すように、窒化シリコン
膜63をマスクとして溝64の部分を熱酸化する。これ
はLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法として良
く知られた酸化方法であり、この酸化によりLOCOS
酸化膜65が形成され、同時にLOCOS酸化膜65に
よって喰われたn- 型エピタキシャル層2の表面にU溝
50が形成され、かつ溝50の形状が確定する。
Next, as shown in FIG. 7, the field oxide film 60 is etched using the silicon nitride film 63 as a mask, and then the n -type epitaxial layer 2 is chemically dry-etched in CF 4 and oxygen gas. And groove 6
4 is formed. Next, as shown in FIG. 8, the portion of the groove 64 is thermally oxidized using the silicon nitride film 63 as a mask. This is an oxidation method well known as a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method.
Oxide film 65 is formed, and at the same time, U-shaped groove 50 is formed on the surface of n -type epitaxial layer 2 covered by LOCOS oxide film 65, and the shape of groove 50 is determined.

【0041】この時、溝の側面が面方位(111)に近
い面となるようにケミカルドライエッチングの条件とL
OCOS酸化の条件を選ぶ。このようにしてLOCOS
酸化により形成されたU溝50の内壁表面は平坦で欠陥
が少なく、その表面は図2に示されるウエハ21の初期
の主表面と同程度に表面状態が良い。
At this time, the conditions of the chemical dry etching and L are set such that the side surfaces of the grooves are close to the plane orientation (111).
Select the conditions for OCOS oxidation. In this way, LOCOS
The inner wall surface of the U groove 50 formed by the oxidation is flat and has few defects, and the surface state is as good as the initial main surface of the wafer 21 shown in FIG.

【0042】次に、図9に示すように、LOCOS酸化
膜65をマスクとして、薄いフィールド酸化膜60を透
過させてp型ベース層16を形成するためのボロンをイ
オン注入する。このとき、LOCOS酸化膜65とフィ
ールド酸化膜60の境界部分が自己整合位置になり、イ
オン注入される領域が正確に規定される。次に、図10
に示すように、接合深さ3μm程度まで熱拡散する。こ
の熱拡散により、図5に示す工程において前もって形成
したp型拡散層62と、図9に示す工程において注入さ
れたボロンの拡散層が一体になり、一つのp型ベース層
16を形成する。また、p型ベース層16の領域の両端
面はU溝50の側壁の位置で自己整合的に規定される。
Next, as shown in FIG. 9, using the LOCOS oxide film 65 as a mask, boron ions for forming the p-type base layer 16 through the thin field oxide film 60 are ion-implanted. At this time, the boundary between the LOCOS oxide film 65 and the field oxide film 60 becomes a self-aligned position, and the region for ion implantation is accurately defined. Next, FIG.
As shown in FIG. 7, thermal diffusion is performed to a junction depth of about 3 μm. By this thermal diffusion, the p-type diffusion layer 62 formed in advance in the step shown in FIG. 5 and the boron diffusion layer implanted in the step shown in FIG. 9 are integrated to form one p-type base layer 16. Both end surfaces of the region of the p-type base layer 16 are defined in a self-aligned manner at the positions of the side walls of the U-shaped groove 50.

【0043】次に、図11に示すように、格子状のパタ
ーンでウエハ21表面に形成されているLOCOS酸化
膜65により囲まれたp型ベース層16表面中央部に残
されたパターンでパターニングされたレジスト膜66と
LOCOS酸化膜65を共にマスクとして、薄いフィー
ルド酸化膜60を透過させてn+ 型ソース層4を形成す
るためのリンをイオン注入する。この場合も図9に示す
工程においてボロンをイオン注入した場合と同様に、L
OCOS酸化膜65とフィールド酸化膜60の境界部分
が自己整合位置になり、イオン注入される領域が正確に
規定される。
Next, as shown in FIG. 11, patterning is performed in a pattern left in the center of the surface of the p-type base layer 16 surrounded by the LOCOS oxide film 65 formed on the surface of the wafer 21 in a lattice pattern. Using both the resist film 66 and the LOCOS oxide film 65 as masks, phosphorus for ion-implanting the n + -type source layer 4 through the thin field oxide film 60 is implanted. In this case, as in the case where boron ions are implanted in the step shown in FIG.
The boundary between the OCOS oxide film 65 and the field oxide film 60 becomes a self-aligned position, and the region for ion implantation is accurately defined.

【0044】次に、図12に示すように、接合深さ0.
5〜1μm熱拡散し、n+ 型ソース層4を形成し、同時
にチャネル5も設定する。この熱拡散において、n+
ソース層4の領域のU溝50に接した端面は、U溝50
の側壁の位置で自己整合的に規定される。以上、図9〜
図12の工程によりp型ベース層16の接合深さとその
形状が確定する。このp型ベース層16の形状において
重要なことは、p型ベース層16の側面の位置がU溝5
0の側面により規定され、自己整合されて熱拡散するた
め、U溝50に対してp型ベース層16の形状は完全に
左右対称になる。
Next, as shown in FIG.
Thermal diffusion is performed by 5 to 1 μm to form an n + -type source layer 4 and, at the same time, a channel 5 is set. In this thermal diffusion, the end surface of the region of the n + type source layer 4 which is in contact with the U groove 50 is
Is defined in a self-aligned manner at the position of the side wall. FIG.
By the process of FIG. 12, the junction depth and the shape of the p-type base layer 16 are determined. What is important in the shape of the p-type base layer 16 is that the position of the side surface of the p-type base layer 16 is
The shape of the p-type base layer 16 is completely left-right symmetric with respect to the U-shaped groove 50 because it is defined by the 0 side surface and is self-aligned and thermally diffuses.

【0045】次に、図13に示すように、LOCOS酸
化膜65を弗酸を含む水溶液700中で、フッ化アンモ
ニウムによりPHが5程度に調整された状態で、シリコ
ンの表面を水素で終端させながら除去してU溝50の内
壁51を露出させる。この除去工程は選択酸化膜の形成
されている面に光が当たらない条件で行う。次に、図1
5に示すように、チャネルが形成される予定のp型ベー
ス層16のU溝の側面5に(111)面が形成されるま
で酸化膜を形成する。この熱酸化工程により、チャネル
が形成される予定面の原子オーダーでの平坦度が高くな
る。この熱酸化工程は、図14に示すように、酸素雰囲
気に保たれ、約1000℃に保持されている酸化炉60
1にウエハ21を徐々に挿入する。このようにすると、
酸化の初期は比較的低い温度で行われるため、p型ベー
ス領域16、n+ 型ソース領域4の不純物が、熱酸化工
程中にウエハ外部に飛散することを抑えられる。次に、
図16に示すように、この酸化膜を除去する。この酸化
膜の除去も選択酸化膜の除去と同様に弗酸を含む水溶液
中で、フッ化アンモニウムによりPHが5程度に調整さ
れた状態で、シリコンの表面を水素で終端させながら行
う。このような方法で形成されたU溝50の内壁51
は、平坦度が高く、また欠陥も少ない良好なシリコン表
面である。
Next, as shown in FIG. 13, the LOCOS oxide film 65 is terminated with hydrogen in an aqueous solution 700 containing hydrofluoric acid with the pH adjusted to about 5 with ammonium fluoride. While exposing the inner wall 51 of the U groove 50. This removal step is performed under the condition that light does not hit the surface where the selective oxide film is formed. Next, FIG.
As shown in FIG. 5, an oxide film is formed until a (111) plane is formed on the side surface 5 of the U groove of the p-type base layer 16 where a channel is to be formed. By this thermal oxidation step, the flatness in the atomic order of the surface where the channel is to be formed is increased. In this thermal oxidation step, as shown in FIG. 14, an oxidation furnace 60 maintained in an oxygen atmosphere and maintained at about 1000 ° C.
1 is gradually inserted into the wafer 21. This way,
Since the initial stage of the oxidation is performed at a relatively low temperature, the impurities in the p-type base region 16 and the n + -type source region 4 are prevented from scattering outside the wafer during the thermal oxidation process. next,
As shown in FIG. 16, this oxide film is removed. The removal of the oxide film is also performed in an aqueous solution containing hydrofluoric acid while the pH of the silicon oxide is adjusted to about 5 with ammonium fluoride and the silicon surface is terminated with hydrogen in the same manner as the removal of the selective oxide film. The inner wall 51 of the U-shaped groove 50 formed by such a method
Is a good silicon surface with high flatness and few defects.

【0046】つづいて図18に示すように、U溝50の
側面及び底面に熱酸化により厚さ60nm程度のゲート
酸化膜8を形成する。この熱酸化工程は前述したのと同
様に、図17に示すように酸素雰囲気に保たれ、約10
00℃に保持されている酸化炉601にウエハ21を徐
々に挿入する。このようにすると、酸化の初期は比較的
低い温度で行われるため、p型ベース領域16、n+
ソース領域4の不純物が、熱酸化工程中にウエハ外部に
飛散することを抑えられる。図23は,このようにして
形成した図1の縦型MOSFETにおいて,Al電極と
+ ソ−ス層が接触する部分から,深さ方向へのn+
ソ−ス層の不純物濃度分布を調べた結果である。本発明
の工程を用いると表面部分における不純物濃度の低下が
見られていない。その結果、低オン電圧が実現された。
このような方法で形成されたU溝50の内壁51は、平
坦度が高く、また欠陥も少ない良好なシリコン表面であ
るため、この表面を熱酸化してできるゲート酸化膜8の
膜質や、厚さの均一性、チャネル5の界面の界面準位密
度,キャリア移動度は従来のDMOSと同程度に良好で
ある。
Subsequently, as shown in FIG. 18, a gate oxide film 8 having a thickness of about 60 nm is formed on the side and bottom surfaces of the U groove 50 by thermal oxidation. In this thermal oxidation step, as described above, an oxygen atmosphere is maintained as shown in FIG.
The wafer 21 is gradually inserted into the oxidation furnace 601 maintained at 00 ° C. In this case, since the initial stage of the oxidation is performed at a relatively low temperature, the impurities in the p-type base region 16 and the n + -type source region 4 are prevented from scattering outside the wafer during the thermal oxidation process. FIG. 23 shows the impurity concentration distribution of the n + -type source layer in the depth direction from the portion where the Al electrode and the n + -source layer are in contact with each other in the vertical MOSFET of FIG. This is the result of the examination. When the process of the present invention is used, no decrease in the impurity concentration in the surface portion is observed. As a result, a low on-state voltage was realized.
The inner wall 51 of the U-shaped groove 50 formed by such a method is a good silicon surface having high flatness and few defects. Therefore, the quality and thickness of the gate oxide film 8 formed by thermally oxidizing this surface are improved. The uniformity, the interface state density at the interface of the channel 5, and the carrier mobility are as good as those of the conventional DMOS.

【0047】次に、図19に示すように、ウエハ21の
主表面に厚さ400nm程度のポリシリコン膜を堆積
し、隣接した二つのU溝50の上端の距離bよりも2β
だけ短い距離cだけ離間するようにパターニングしてゲ
ート電極9を形成する。次にゲート電極9の端部におい
てゲート酸化膜8が厚くなるよう酸化する。この時図2
0に示すようにマスクの合わせ精度とゲート酸化膜が厚
くなる部分xを見込んで、β>xとなるようにβを設定
する。
Next, as shown in FIG. 19, a polysilicon film having a thickness of about 400 nm is deposited on the main surface of the wafer 21 and the distance between the upper ends of two adjacent U-grooves 50 is larger than the distance b by 2β.
The gate electrode 9 is formed by patterning so as to be separated by a short distance c. Next, oxidation is performed so that the gate oxide film 8 becomes thicker at the end of the gate electrode 9. At this time, FIG.
In view of the mask alignment accuracy and the portion x where the gate oxide film becomes thicker as shown by 0, β is set so that β> x.

【0048】以上、図9〜図19に示す工程は本実施例
において最も重要な製造工程の部分であり、LOCOS
酸化膜65を自己整合的な二重拡散のマスクとして使用
し、p型ベース層16,n+ 型ソース層4及びチャネル
5を形成し、次にLOCOS酸化膜65を除去した後、
ゲート酸化膜8,ゲート電極9を形成する。次に、図2
1に示すように、パターニングされたレジスト膜68を
マスクとして酸化膜67を透過してp+ 型ベースコンタ
クト層17を形成するためのボロンをイオン注入する。
As described above, the steps shown in FIGS. 9 to 19 are the most important manufacturing steps in this embodiment.
Using the oxide film 65 as a mask for self-aligned double diffusion, forming the p-type base layer 16, the n + -type source layer 4 and the channel 5, and then removing the LOCOS oxide film 65,
A gate oxide film 8 and a gate electrode 9 are formed. Next, FIG.
As shown in FIG. 1, boron is ion-implanted for forming the p + -type base contact layer 17 through the oxide film 67 using the patterned resist film 68 as a mask.

【0049】次に、図22に示すように、接合深さ0.
5μm程度熱拡散し、p+ 型ベースコンタクト層17を
形成する。そして、図1(b)に示すように、ウエハ2
1の主表面にBPSGからなる層間絶縁膜18を形成
し、その一部にコンタクト穴開けを行いp+ 型ベースコ
ンタクト層17とn+ 型ソース層4を露出させる。さら
に、アルミニウム膜からなるソース電極19を形成し、
前記コンタクト穴を介してp+ 型ベースコンタクト層1
7とn+ 型ソース層4とにオーミック接触させる。さら
に、アルミニウム膜保護用としてプラズマCVD法等に
より窒化シリコン等よりなるパッシベーション膜(図示
略)を形成し、また、ウエハ21の裏面にはTi/Ni
/Auの3層膜からなるドレイン電極20を形成し、n
+ 型半導体基板1にオーミック接触をとる。
Next, as shown in FIG.
By thermal diffusion of about 5 μm, ap + type base contact layer 17 is formed. Then, as shown in FIG.
An interlayer insulating film 18 made of BPSG is formed on the main surface of the substrate 1 and a contact hole is formed in a part of the interlayer insulating film 18 to expose the p + -type base contact layer 17 and the n + -type source layer 4. Further, a source electrode 19 made of an aluminum film is formed,
P + type base contact layer 1 through the contact hole
7 and ohmic contact with the n + -type source layer 4. Further, a passivation film (not shown) made of silicon nitride or the like is formed by a plasma CVD method or the like for protecting the aluminum film.
/ Au is formed as a three-layered drain electrode 20, and n
An ohmic contact is made to the + type semiconductor substrate 1.

【0050】以下に本発明の第1実施例の効果を述べ
る。ゲ−ト酸化工程は,酸素雰囲気に保たれ約1000
℃に保持されている酸化炉の中にウエハを徐々に挿入す
ることにより行う。搬入中または搬入直後、ウエハが低
温である間に酸化膜(第1の酸化膜)が形成される。そ
してこの酸化膜は、不純物の飛散を防ぐ働きをする。ウ
エハの温度が上昇すると酸化速度が増加する。このよう
にすると、ウエハ表面の不純物の濃度が低下することな
く、酸化膜を形成させることができる。その結果低オン
電圧が実現され、さらにしきい電圧の低下も見られな
い。さらに酸化炉温度を昇温,降温する必要が無くなり
酸化工程に要する時間を短くできる。また酸化膜厚は、
酸化時間の制御により容易に制御することができる。
The effects of the first embodiment of the present invention will be described below. The gate oxidation process is performed in an oxygen atmosphere at about 1000
This is performed by gradually inserting the wafer into an oxidation furnace maintained at a temperature of ° C. During or immediately after the loading, an oxide film (first oxide film) is formed while the temperature of the wafer is low. This oxide film functions to prevent scattering of impurities. As the temperature of the wafer increases, the oxidation rate increases. By doing so, an oxide film can be formed without lowering the concentration of impurities on the wafer surface. As a result, a low on-state voltage is realized, and no lowering of the threshold voltage is observed. Further, it is not necessary to raise or lower the temperature of the oxidation furnace, and the time required for the oxidation step can be shortened. The oxide film thickness is
It can be easily controlled by controlling the oxidation time.

【0051】なお第1実施例において、ゲ−ト酸化工程
は、酸素雰囲気とした酸化炉を用いた例を示したが、こ
の酸素雰囲気を酸化雰囲気と置き換えても同様の効果を
得ることができる。 (第2実施例)以下、図面を参照して本発明の第2実施
例を説明する。
In the first embodiment, an example is shown in which the gate oxidation step uses an oxidation furnace in an oxygen atmosphere, but the same effect can be obtained by replacing the oxygen atmosphere with an oxidation atmosphere. . (Second Embodiment) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0052】図24は、第2実施例を説明する図であ
る。なお、第1実施例と同様の部分は省略し、第1実施
例と異なる部分のみを説明する。図18に示すように、
U溝50の側面及び底面に熱酸化により厚さ60nm程
度のゲート酸化膜8を形成する。この熱酸化工程は、図
24に示すように、酸化炉温度を低温とし、酸化炉内を
酸素雰囲気として熱酸化を行う第1の熱酸化工程と、窒
素雰囲気に切り替え、所定の温度まで昇温後、酸化炉内
を酸素雰囲気として熱酸化を行う第2の熱酸化工程とか
ら構成される。
FIG. 24 is a view for explaining the second embodiment. The same parts as those in the first embodiment are omitted, and only the parts different from the first embodiment will be described. As shown in FIG.
A gate oxide film 8 having a thickness of about 60 nm is formed on the side and bottom surfaces of the U groove 50 by thermal oxidation. As shown in FIG. 24, this thermal oxidation step is a first thermal oxidation step in which the temperature of the oxidation furnace is set to a low temperature and the inside of the oxidation furnace is set to an oxygen atmosphere, and a thermal oxidation is performed. After that, a second thermal oxidation step of performing thermal oxidation in an oxidation furnace with an oxygen atmosphere is included.

【0053】以下に本発明の第2実施例の効果を述べ
る。ゲ−ト酸化工程を、酸化炉温度を低温とし、酸化炉
内を酸素雰囲気として熱酸化を行う第1の熱酸化工程
と、窒素雰囲気に切り替え、所定の温度まで昇温後、酸
化炉内を酸素雰囲気として熱酸化を行う第2の熱酸化工
程とに分けて行う。予めウエハ内に導入された不純物の
ウエハ外部への飛散は、低温である程抑制されるため、
第1の熱酸化工程において、ウエハ表面の不純物の濃度
は低下しない。第2の熱酸化工程は高温であるが、第1
の熱酸化工程において形成した酸化膜が不純物のウエハ
外部への飛散を抑制するため、ウエハ表面の不純物の濃
度は低下しない。従って、ウエハ表面の不純物の濃度は
低下しない。その結果、低オン電圧が実現され、さらに
しきい電圧の低下も見られない。さらに,第2の熱酸化
工程では酸化膜を高温で形成するため、酸化速度が速く
短時間に所定の膜厚を形成できる。また第2の熱酸化
は、所定の温度まで昇温後酸素雰囲気にしてから始まる
ため、第2の熱酸化工程により形成される酸化膜厚を酸
化時間により正確に制御できる。
The effects of the second embodiment of the present invention will be described below. In the gate oxidation step, the temperature of the oxidation furnace is set to a low temperature, a first thermal oxidation step in which the inside of the oxidation furnace is subjected to thermal oxidation in an oxygen atmosphere, and the atmosphere is switched to a nitrogen atmosphere. After the temperature is raised to a predetermined temperature, the inside of the oxidation furnace is cooled. This is performed separately from a second thermal oxidation step in which thermal oxidation is performed in an oxygen atmosphere. Since the scattering of impurities introduced into the wafer in advance to the outside of the wafer is suppressed at lower temperatures,
In the first thermal oxidation step, the concentration of impurities on the wafer surface does not decrease. The second thermal oxidation step is at a high temperature,
Since the oxide film formed in the thermal oxidation step suppresses scattering of impurities to the outside of the wafer, the impurity concentration on the wafer surface does not decrease. Therefore, the concentration of impurities on the wafer surface does not decrease. As a result, a low on-state voltage is realized, and the threshold voltage does not decrease. Further, since the oxide film is formed at a high temperature in the second thermal oxidation step, the oxidation rate is high and a predetermined film thickness can be formed in a short time. In addition, since the second thermal oxidation is started after the temperature is raised to a predetermined temperature and then in an oxygen atmosphere, the oxide film thickness formed in the second thermal oxidation step can be accurately controlled by the oxidation time.

【0054】なお第2実施例において、ゲ−ト酸化工程
は酸素雰囲気とした酸化炉を用いた例を示したが、この
酸素雰囲気を酸化雰囲気と置き換えても同様の効果を得
ることができる。また、本実施例において、不活性ガス
として窒素雰囲気を用いて説明したが、本発明において
はこれに限られたものではなく、例えばアルゴン雰囲気
等を用いても良い。
In the second embodiment, an example is shown in which the gate oxidation step uses an oxidation furnace in an oxygen atmosphere, but the same effect can be obtained by replacing the oxygen atmosphere with an oxidation atmosphere. Further, in this embodiment, the description has been made using the nitrogen atmosphere as the inert gas. However, the present invention is not limited to this. For example, an argon atmosphere may be used.

【0055】(第3実施例)次に本発明における第3実
施例を図面に基づき説明する。なお、第1実施例と同様
の部分は省略し、第1実施例と異なる部分のみを説明す
る。図25は,第3実施例を説明する図である。図18
に示すように、U溝50の側面及び底面に熱酸化により
厚さ60nm程度のゲート酸化膜8を形成する。この熱
酸化工程は、図25に示すように酸素雰囲気に保たれ約
900℃に保持されている酸化炉の中にウエハを挿入
し、約1000℃まで温度を上昇することで行う。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same parts as those in the first embodiment are omitted, and only the parts different from the first embodiment will be described. FIG. 25 is a diagram for explaining the third embodiment. FIG.
As shown in FIG. 7, a gate oxide film 8 having a thickness of about 60 nm is formed on the side and bottom surfaces of the U groove 50 by thermal oxidation. This thermal oxidation step is performed by inserting the wafer into an oxidation furnace maintained at about 900 ° C. in an oxygen atmosphere as shown in FIG. 25, and raising the temperature to about 1000 ° C.

【0056】以下に本発明の第3実施例の効果を述べ
る。不純物のウエハ外部への飛散は低温である程抑制さ
れるため、約900℃の熱酸化工程において、ウエハ表
面の不純物の濃度は低下しない。約1000℃に温度を
上昇すると約900℃において形成した酸化膜が、不純
物のウエハ外部への飛散を抑制するため、p型ベース領
域16,n+型ソース領域4の不純物が熱酸化工程中に
ウエハ外部に飛散することを抑える。その結果、低オン
電圧が実現され、さらにしきい電圧の低下も見られな
い。さらに約1000℃とすると、酸化膜が高温で形成
されるため、酸化速度が速く短時間に所定の膜厚を形成
できる。
The effects of the third embodiment of the present invention will be described below. Since the scattering of impurities to the outside of the wafer is suppressed as the temperature becomes lower, the concentration of impurities on the wafer surface does not decrease in the thermal oxidation process at about 900 ° C. When the temperature is increased to about 1000 ° C., an oxide film formed at about 900 ° C. suppresses the scattering of impurities to the outside of the wafer. Therefore, impurities in the p-type base region 16 and the n + -type source region 4 are removed during the thermal oxidation process. Suppress the scattering to the outside. As a result, a low on-state voltage is realized, and the threshold voltage does not decrease. Further, when the temperature is set to about 1000 ° C., the oxide film is formed at a high temperature, so that the oxidation rate is high and a predetermined film thickness can be formed in a short time.

【0057】ここで、請求項における低温とは約900
℃以下の温度のことを指し、高温とは約1000℃以上
の温度を指す。なお第3実施例において、ゲ−ト酸化工
程は酸素雰囲気とした酸化炉を用いた例を示したが、こ
の酸素雰囲気を酸化雰囲気と置き換えても同様の効果を
得ることができる。
Here, the low temperature in the claims is about 900
The temperature refers to a temperature equal to or lower than 0 ° C, and the high temperature refers to a temperature equal to or higher than about 1000 ° C. In the third embodiment, an example is shown in which an oxidation furnace is used for the gate oxidation step in an oxygen atmosphere. However, the same effect can be obtained by replacing the oxygen atmosphere with an oxidation atmosphere.

【0058】また、上記第1,第2,第3実施例は、本
発明を国際公開WO93/03502号公報に記述した縦型MOS
FETに適用した場合についてのみ述べたが、LOCO
S酸化膜をマスクとしてp型のベ−ス層とn+ 型のソ−
ス層を自己整合的にイオン注入し二重拡散した縦型のM
OSFETに限定されるものでは無く、例えばレジスト
をマスクとしてp型のベ−ス層とn+ 型のソ−ス層をイ
オン注入し拡散した縦型のMOSFETにも適用でき
る。
In the first, second and third embodiments, the present invention is applied to a vertical MOS transistor described in WO 93/03502.
Although only the case where the present invention is applied to the FET has been described, the LOCO
Using the S oxide film as a mask, a p-type base layer and an n + -type
Vertical M with double diffusion by self-aligned ion implantation
The present invention is not limited to the OSFET, and can be applied to, for example, a vertical MOSFET in which a p-type base layer and an n + -type source layer are ion-implanted and diffused using a resist as a mask.

【0059】さらに本発明は、第1の熱酸化工程による
不純物の飛散防止のための酸化膜の形成はイオン注入前
に行い、この酸化膜を通してイオン注入し第2の熱酸化
工程を行った場合にも適用できる。そしてこれにより不
純物のウエハ外部への飛散を防ぐことができ、表面の不
純物濃度の低下を防ぐことができる。また、上記実施例
では、格子状のパタ−ンを用いて説明したが、本発明は
格子状のパタ−ンに限定されるものではなく、ストライ
プ状のパタ−ンにも適用でき同様の効果を得ることがで
きる。
Further, according to the present invention, the formation of an oxide film for preventing scattering of impurities in the first thermal oxidation step is performed before the ion implantation, and the ion implantation is performed through this oxide film to perform the second thermal oxidation step. Also applicable to As a result, it is possible to prevent the impurities from scattering to the outside of the wafer, and to prevent a decrease in the impurity concentration on the surface. In the above embodiment, the description has been made using the lattice pattern. However, the present invention is not limited to the lattice pattern, and the present invention can be applied to a stripe pattern. Can be obtained.

【0060】以上の実施例において本発明を縦型パワ−
MOSFETに適用した場合についてのみ説明したが、
それに限定されるものではなく、このような縦型パワ−
MOSFETを組み込んだパワ−MOSICに適用して
もよく、さらには絶縁ゲ−ト型バイポ−ラトランジスタ
(IGBT)(Insulated Gate Bipolar Transistor)
のゲ−ト構造に適用することもできる。また、実施例で
はnチャネル型についてのみ説明したが、n型とp型の
半導体の型を入れ換えたpチャネル型についても同様の
効果が得られることは言うまでもない。
In the above embodiment, the present invention is applied to a vertical power
Although only the case of application to MOSFET has been described,
It is not limited to this, such a vertical power
It may be applied to a power MOSIC incorporating a MOSFET, and furthermore, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) (Insulated Gate Bipolar Transistor)
Can be applied to the above gate structure. Although only the n-channel type has been described in the embodiment, it goes without saying that the same effect can be obtained with a p-channel type in which the types of the n-type and p-type semiconductors are interchanged.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図(a)は本発明第1実施例による縦型パワー
MOSFETの一部を示す平面図であり、図(b)は図
(a)のA−A断面図である。
FIG. 1A is a plan view showing a part of a vertical power MOSFET according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図2】本発明第1実施例による縦型パワーMOSFE
Tの製造工程の説明に供する図である。
FIG. 2 is a vertical power MOSFET according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 9 is a diagram provided for explanation of a manufacturing process of T.

【図3】本発明第1実施例による縦型パワーMOSFE
Tの製造工程の説明に供する断面図である。
FIG. 3 is a vertical power MOSFET according to a first embodiment of the present invention;
It is sectional drawing used for description of the manufacturing process of T.

【図4】本発明第1実施例による縦型パワーMOSFE
Tの製造工程の説明に供する要部断面図である。
FIG. 4 is a vertical power MOSFET according to a first embodiment of the present invention;
It is a principal part sectional view with which description of the manufacturing process of T is provided.

【図5】本発明第1実施例による縦型パワーMOSFE
Tの製造工程の説明に供する要部断面図である。
FIG. 5 is a vertical power MOSFET according to a first embodiment of the present invention;
It is a principal part sectional view with which description of the manufacturing process of T is provided.

【図6】本発明第1実施例による縦型パワーMOSFE
Tの製造工程の説明に供する要部平面図である。
FIG. 6 is a vertical power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
It is a principal part top view with which description of the manufacturing process of T is provided.

【図7】本発明第1実施例による縦型パワーMOSFE
Tの製造工程の説明に供する図である。
FIG. 7 is a vertical power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 9 is a diagram provided for explanation of a manufacturing process of T.

【図8】本発明第1実施例による縦型パワーMOSFE
Tの製造工程の説明に供する要部断面図である。
FIG. 8 is a vertical power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
It is a principal part sectional view with which description of the manufacturing process of T is provided.

【図9】本発明第1実施例による縦型パワーMOSFE
Tの製造工程の説明に供する要部断面図である。
FIG. 9 is a vertical power MOSFET according to the first embodiment of the present invention;
It is a principal part sectional view with which description of the manufacturing process of T is provided.

【図10】本発明第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
FIG. 10 is a vertical power MOSF according to a first embodiment of the present invention;
It is principal part sectional drawing used for description of the manufacturing process of ET.

【図11】本発明第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
FIG. 11 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention;
It is principal part sectional drawing used for description of the manufacturing process of ET.

【図12】本発明第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
FIG. 12 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention;
It is principal part sectional drawing used for description of the manufacturing process of ET.

【図13】本発明第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する図である。
FIG. 13 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a diagram provided for explanation of a manufacturing process of ET.

【図14】本発明第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する図である。
FIG. 14 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a diagram provided for explanation of a manufacturing process of ET.

【図15】本発明第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
FIG. 15 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention;
It is principal part sectional drawing used for description of the manufacturing process of ET.

【図16】本発明第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する図である。
FIG. 16 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a diagram provided for explanation of a manufacturing process of ET.

【図17】本発明第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する図である。
FIG. 17 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a diagram provided for explanation of a manufacturing process of ET.

【図18】本発明第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
FIG. 18 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention;
It is principal part sectional drawing used for description of the manufacturing process of ET.

【図19】本発明第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
FIG. 19 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention;
It is principal part sectional drawing used for description of the manufacturing process of ET.

【図20】本発明第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
FIG. 20 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention;
It is principal part sectional drawing used for description of the manufacturing process of ET.

【図21】本発明第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
FIG. 21 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention;
It is principal part sectional drawing used for description of the manufacturing process of ET.

【図22】本発明第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
FIG. 22 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention;
It is principal part sectional drawing used for description of the manufacturing process of ET.

【図23】本発明第1実施例における,不純物濃度を表
面から深さ方向へ測定した結果である。
FIG. 23 shows the result of measuring the impurity concentration in the depth direction from the surface in the first example of the present invention.

【図24】本発明第2実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する図である。
FIG. 24 is a vertical power MOSF according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a diagram provided for explanation of a manufacturing process of ET.

【図25】本発明第3実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する図である。
FIG. 25 is a vertical power MOSF according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a diagram provided for explanation of a manufacturing process of ET.

【図26】図(a)は従来の縦型パワーMOSFETの
一部を示す平面図であり、図(b)は図(a)のA−A
断面図である。
FIG. 26 (a) is a plan view showing a part of a conventional vertical power MOSFET, and FIG. 26 (b) is a sectional view taken along line AA of FIG.
It is sectional drawing.

【図27】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。
FIG. 27 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the conventional vertical power MOSFET.

【図28】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。
FIG. 28 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the conventional vertical power MOSFET.

【図29】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。
FIG. 29 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the conventional vertical power MOSFET.

【図30】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。
FIG. 30 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the conventional vertical power MOSFET.

【図31】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。
FIG. 31 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the conventional vertical power MOSFET.

【図32】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。
FIG. 32 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the conventional vertical power MOSFET.

【図33】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。
FIG. 33 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the conventional vertical power MOSFET.

【図34】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。
FIG. 34 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the conventional vertical power MOSFET.

【図35】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。
FIG. 35 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the conventional vertical power MOSFET.

【図36】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。
FIG. 36 is a main-portion cross-sectional view for describing a manufacturing process of a conventional vertical power MOSFET.

【図37】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。
FIG. 37 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the conventional vertical power MOSFET.

【図38】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。
FIG. 38 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the conventional vertical power MOSFET.

【図39】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する図である。
FIG. 39 is a view for explaining a manufacturing process of a conventional vertical power MOSFET.

【図40】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する図である。
FIG. 40 is a view for explaining a manufacturing process of a conventional vertical power MOSFET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n+ 型半導体基板 2 n- 型エピタキシャル層 4 n+ 型ソース層 5 チャネル 6 n- 型ドレイン層 7 JFET部 8 ゲート酸化膜 9 ゲート電極 16 p型ベース層 19 ソース電極 20 ドレイン電極 50 U溝 51 U溝の内壁 65 LOCOS酸化膜 601 酸化炉 603 ウエハボ−ト 700 水溶液 702 放電管 703 反応室 704 遮光布 Reference Signs List 1 n + type semiconductor substrate 2 n− type epitaxial layer 4 n + type source layer 5 channel 6 n− type drain layer 7 JFET section 8 gate oxide film 9 gate electrode 16 p-type base layer 19 source electrode 20 drain electrode 50 U groove 51 Inner wall of U groove 65 LOCOS oxide film 601 Oxidation furnace 603 Wafer boat 700 Aqueous solution 702 Discharge tube 703 Reaction chamber 704 Shading cloth

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/78 H01L 21/336 H01L 21/316──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 29/78 H01L 21/336 H01L 21/316

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板の一主面側に該半導体基板よ
りも低不純物濃度であって第1導電型の半導体層を形成
し、この低濃度の半導体層の表面を主表面としてその所
定領域を選択酸化することにより、該所定領域の前記半
導体層内に前記主表面より所定深さを有する酸化膜を形
成する選択酸化工程と、 前記酸化膜の側面に接する前記半導体層表面にチャネル
を形成すべく、第2導電型と第1導電型の不純物を前記
主表面より拡散し、この拡散により前記チャネルの長さ
を規定すると同時に第2導電型のベース層と第1導電型
のソース層を形成し、前記半導体層を第1導電型のドレ
イン層とする不純物導入工程と、 前記半導体基板表面の酸化膜を除去して所定深さを有す
る溝を形成する酸化膜除去工程と、酸化雰囲気中におい
て前記溝表面に第1の酸化膜を形成する第1の熱酸化工
程と、酸化雰囲気中において前記第1の熱酸化工程より
も高温で前記第1の酸化膜を所定の厚さまで成長させて
成る第2の酸化膜を形成する前記第2の熱酸化工程と、
からなる一連の工程を2回繰り返す工程を有する熱酸化
工程と、 前記熱酸化工程にて最終的に形成された前記第2の酸化
膜上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、 前記ソース層および前記ベース層にともに電気的に接触
するソース電極と、前記半導体基板の他主面側に電気的
に接触するドレイン電極とを形成するソース,ドレイン
電極形成工程とを備えることを特徴とする半導体装置の
製造方法。
1. A semiconductor substrate, comprising : a semiconductor substrate;
Forming a first conductivity type semiconductor layer having a lower impurity concentration
The surface of this low-concentration semiconductor layer is used as the main surface.
By selectively oxidizing the constant region, the half of the predetermined region is
An oxide film having a predetermined depth from the main surface is formed in the conductor layer.
Forming a selective oxidation step, and forming a channel on the surface of the semiconductor layer in contact with a side surface of the oxide film.
Is formed by adding impurities of the second conductivity type and the first conductivity type to the
Diffuses from the main surface, which causes the length of the channel
And a base layer of the second conductivity type and the first conductivity type
A source layer of the first conductivity type;
An impurity introducing step for forming an in-layer, and removing an oxide film on the surface of the semiconductor substrate to have a predetermined depth.
Oxide film removing step to form a groove,
A first thermal oxidation process for forming a first oxide film on the surface of the groove
And the first thermal oxidation step in an oxidizing atmosphere.
Growing the first oxide film at a high temperature to a predetermined thickness.
Said second thermal oxidation step of forming a second oxide film comprising:
Oxidation having a process of repeating a series of processes twice
And the second oxidation finally formed in the thermal oxidation step
A gate electrode forming step of forming a gate electrode on the film; and electrically contacting the source layer and the base layer together.
Source electrode to be electrically connected to the other main surface of the semiconductor substrate.
Source and drain forming a drain electrode in contact with
An electrode forming step.
Production method.
【請求項2】 半導体基板の一主面側に該半導体基板よ
りも低不純物濃度であって第1導電型の半導体層を形成
し、この低濃度の半導体層の表面を主表面としてその所
定領域を選択酸化することにより、該所定領域の前記半
導体層内に前記主表面より所定深さを有する選択酸化膜
を形成する選択酸化工程と、 前記選択酸化膜の側面に接する前記半導体層表面にチャ
ネルを形成すべく、第2導電型と第1導電型の不純物を
前記主表面より拡散し、この拡散により前記チャネルの
長さを規定すると同時に第2導電型のベース層と第1導
電型のソース層を形成し、前記半導体層を第1導電型の
ドレイン層とする不純物導入工程と、 前記選択酸化膜を除去して所定深さを有する第1の溝を
形成する選択酸化膜除去工程と、 前記チャネルとなる部分を含む前記第1の溝の内壁を、
酸化雰囲気中において第1の温度で第1の酸化膜を形成
する第1の熱酸化工程と、 前記第1の酸化膜を、酸化雰囲気中において前記第1の
温度よりも高い第2の温度で所定の厚さまで成長させて
第2の酸化膜を形成する第2の熱酸化工程と、前記第2の酸化膜を除去して所定深さの第2の溝を形成
する第2の酸化膜除去工程と、 前記チャネルとなる部分を含む前記第2の溝の内壁を、
酸化雰囲気中において前記第1の温度で第3の酸化膜を
形成する第3の熱酸化工程と、 前記第3の酸化膜を、酸化雰囲気中において前記第2の
温度で所定の厚さまで成長させて第4の酸化膜を形成す
る第4の熱酸化工程と、 この第4の酸化膜上にゲート電極を形成するゲート電極
形成工程と、 前記ソース層および前記ベース層にともに電気的に接触
するソース電極と、前記半導体基板の他主面側に電気的
に接触するドレイン電極とを形成するソース,ドレイン
電極形成工程とを備えることを特徴とする半導体装置の
製造方法。
2. A semiconductor layer of a first conductivity type having a lower impurity concentration than that of the semiconductor substrate is formed on one main surface side of the semiconductor substrate, and the surface of the low-concentration semiconductor layer is used as a main surface in a predetermined region. A selective oxidation step of forming a selective oxide film having a predetermined depth from the main surface in the semiconductor layer in the predetermined region by selectively oxidizing the semiconductor layer; and forming a channel on the semiconductor layer surface in contact with a side surface of the selective oxide film. Is formed, impurities of the second conductivity type and the first conductivity type are diffused from the main surface, and the length of the channel is defined by the diffusion, and at the same time, the base layer of the second conductivity type and the source of the first conductivity type are diffused. An impurity introduction step of forming a layer and using the semiconductor layer as a first conductivity type drain layer; a selective oxide film removing step of removing the selective oxide film to form a first trench having a predetermined depth; Including the channel part The inner wall of the first groove,
A first thermal oxidation step of forming a first oxide film at a first temperature in an oxidizing atmosphere ;
A second thermal oxidation step of forming a second oxide film by growing to a predetermined thickness at a second temperature higher than the temperature, and a second groove having a predetermined depth by removing the second oxide film Form
A second oxide film removing step, and an inner wall of the second groove including a portion to be the channel,
Forming a third oxide film at the first temperature in an oxidizing atmosphere;
Forming a third thermal oxidation step, and forming the third oxide film in the oxidizing atmosphere.
Forming a fourth oxide film by growing to a predetermined thickness at a temperature;
A fourth thermal oxidation step, a gate electrode forming step of forming a gate electrode on the fourth oxide film, a source electrode electrically contacting both the source layer and the base layer, A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a source electrode and a drain electrode for forming a drain electrode that is in electrical contact with the other main surface.
【請求項3】 前記第1の熱酸化工程は、前記酸化雰囲
気中において第1の温度で前記半導体基板表面に前記第
1の酸化膜を形成する工程を有し、 前記第2の熱酸化工程は、前記第1の温度において前記
酸化雰囲気を不活性雰囲気に入れ換える工程と、前記第
1の温度から前記第1の温度よりも高温の第2の温度に
昇温する昇温工程と、前記第2の温度において前記不活
性雰囲気を酸化雰囲気に入れ換える工程と、前記酸化雰
囲気中において前記第2の温度で前記第1の酸化膜上に
所定の厚さの第2の酸化膜を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする請求項1 記載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the first thermal oxidation step comprises:
At a first temperature in the air, the surface of the semiconductor substrate
Forming a first oxide film, wherein the second thermal oxidation step includes the step of forming the oxide film at the first temperature.
Replacing the oxidizing atmosphere with an inert atmosphere;
From the first temperature to a second temperature higher than the first temperature
A temperature raising step of raising the temperature, and the inactivation at the second temperature.
Replacing the oxidizing atmosphere with an oxidizing atmosphere;
In the atmosphere, on the first oxide film at the second temperature
Forming a second oxide film having a predetermined thickness.
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , wherein:
【請求項4】 前記第3の熱酸化工程は、前記酸化雰囲
気中において第1の温度で前記半導体基板表面に前記第
3の酸化膜を形成する工程を有し、 前記第4の熱酸化工程は、前記第1の温度において前記
酸化雰囲気を不活性雰囲気に入れ換える工程と、前記第
1の温度から前記第2の温度に昇温する昇温工程と、前
記第2の温度において前記不活性雰囲気を酸化雰囲気に
入れ換える工程と、前記酸化雰囲気中において前記第2
の温度で前記第3の酸化膜上に所定の厚さの前記第4の
酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする請求
項2記載 半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the third thermal oxidation step is performed in the oxidizing atmosphere.
At a first temperature in the air, the surface of the semiconductor substrate
Forming a third oxide film, wherein the fourth thermal oxidation step includes the step of forming the oxide film at the first temperature.
Replacing the oxidizing atmosphere with an inert atmosphere;
A temperature raising step of raising the temperature from the first temperature to the second temperature;
The inert atmosphere is changed to an oxidizing atmosphere at the second temperature.
Exchanging, and the second step in the oxidizing atmosphere.
A predetermined thickness of the fourth oxide film on the third oxide film at a temperature of
Forming an oxide film.
Item 3. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 2 .
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