JP4882983B2

JP4882983B2 - 半導体装置

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Publication number: JP4882983B2
Application number: JP2007312753A
Authority: JP
Inventors: 節子脇本; 直人藤島
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2021-12-18
Also published as: JP2008103751A

Description

本発明は、半導体基板の表面にトレンチを形成し、そのトレンチの内部、またはトレンチの側壁もしくは底部の付近に電流経路を有する半導体装置に関する。

半導体基板に形成されたトレンチの内部、またはトレンチの側壁もしくは底部の付近に電流経路を有する半導体装置として、トレンチ構造のＭＯＳＦＥＴ（以下、トレンチＭＯＳＦＥＴとする）、ＩＧＢＴ（以下、トレンチＩＧＢＴとする）または横型トレンチパワーＭＩＳＦＥＴ（以下、ＴＬＰＭとする）などがある。これらの半導体デバイスにおける従来のトレンチパターンの平面形状を図３８に示すが、同図において、符号１１は半導体基板であり、符号１２はトレンチである。図３８に示すように、従来のトレンチパターンの幅はトレンチ終端１３に至るまで一様である。このようなトレンチパターンを有する従来のトレンチＭＯＳＦＥＴの断面構造を図３９および図４０に示す。

図３９は、図３８の切断線Ｍ−Ｍ’におけるトレンチＭＯＳＦＥＴの断面構造を示す図である。図３９に示すように、ｎ+型ドレイン層１０１上のｎ型ドリフト層１０２の表面層にｐ型チャネル領域１０３が形成されている。そのｐ型チャネル領域１０３の表面層にｎ型ソース領域１０４が形成されている。そして、ソース領域１０４の表面からチャネル領域１０３を貫通してドリフト層１０２に達するトレンチ１００が形成されている。そのトレンチ１００の内面に沿ってゲート酸化膜１０５が形成されており、さらにその内側は多結晶シリコンからなるゲート電極１０６により充填されている。ソース領域１０４の表面上にはソース電極１０８が積層されている。このソース電極１０８とゲート電極１０６とは層間絶縁膜１０７により絶縁されている。ドレイン層１０１の裏面にはドレイン電極１０９が設けられている。

図４０は、図３８の切断線Ｌ−Ｌ’におけるトレンチＭＯＳＦＥＴの断面構造を示す図である。図４０に示すように、トレンチ１００の終端部１１０はゲート電極１０６の引き出し部になっている。すなわち、ゲート電極１０６は、この終端部１１０において基板表面まで引き出され、基板表面に沿ってフィールド酸化膜１２１上まで延長される。そして、フィールド酸化膜１２１上にてゲート電極１０６は、層間絶縁膜１０７に開口されたコンタクトホール１２２を介してゲート金属電極１２３に接続されている。

しかしながら、トレンチ１００を従来通りドライエッチングにより形成すると、トレンチ１００の終端コーナー部１１１（図４０参照）が尖るため、ここのゲート酸化膜１０５の厚さが他の箇所と比べて薄くなってしまう。そのため、この終端コーナー部１１１に電界が集中することになり、従来はデバイスの耐圧が低下することがあるという問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、トレンチの終端コーナー部への電界集中を防ぎ、それによってデバイスの耐圧低下を防止することができる半導体装置、およびそのような構成の半導体装置を工程数を増やすことなく製造する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、半導体基板に形成されたトレンチの内部、または側壁もしくは底部の付近に電流経路が設けられ、かつ前記トレンチの底面の一部もしくは全部、または前記トレンチの側壁の一部もしくは全部に沿って、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられた半導体装置において、交差する複数のトレンチのうち、最外周のトレンチの幅はその内側のトレンチの幅よりも狭いことを特徴とする。また、最外周のトレンチはその内側のトレンチよりも浅いことを特徴とする。

また、トレンチＭＯＳＦＥＴトレンチＩＧＢＴまたはＴＬＰＭなどのトレンチを有する半導体装置において、トレンチ終端近傍部分を終端部に向かって細くなる先細りの平面形状とし、また終端部に向かって浅くなる形状とすることを特徴とする。この発明によれば、トレンチ終端近傍部分が終端部に向かって浅くなり、トレンチ終端コーナー部が丸くなるため、トレンチ終端コーナー部においてゲート絶縁膜やゲート電極に特異点が生じるのが抑制される。

また、本発明は、上述したようにトレンチ終端近傍部分が先細り形状となっている半導体装置の、前記先細り形状の部分をゲート絶縁膜で充填したことを特徴とする。この発明によれば、トレンチ終端コーナー部においてゲート絶縁膜やゲート電極に特異点が生じるのが抑制されるとともに、トレンチ終端近傍部分が厚いゲート絶縁膜に覆われる。

また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、トレンチ終端近傍部分に先細り形状のトレンチを形成し、そのトレンチ内にゲート絶縁膜を析出させた後、等方性エッチングをおこない、先細り形状の部分をゲート絶縁膜で充填した状態としたまま、トレンチ内のそれ以外の部分を覆うゲート絶縁膜を所望の厚さとする。この発明によれば、工程数を追加しなくても、トレンチ終端近傍部分が厚いゲート絶縁膜により覆われる。

本発明によれば、トレンチ終端コーナー部においてゲート絶縁膜やゲート電極に特異点が生じるのが抑制されるので、トレンチ終端コーナー部への電界集中を防ぐことができ、デバイスの耐圧低下を防ぐことができる。また、工程数を増やさずにこの半導体装置を得ることができる。

また、別の発明によれば、トレンチ終端コーナー部においてゲート絶縁膜やゲート電極に特異点が生じるのが抑制されるとともに、トレンチ終端近傍部分が厚いゲート絶縁膜に覆われるため、トレンチ終端コーナー部への電界集中をより効果的に防ぐことができるので、より一層デバイスの耐圧低下を防ぐことができる。また、このような構成の半導体装置を工程数を増やすことなく、製造することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる半導体装置のトレンチ終端近傍部分の平面形状の第１の例を示す模式的概略図であり、図２は、図１の切断線Ａ−Ａ’におけるトレンチの断面形状を示す模式的概略図である。図１および図２において、符号２１は半導体基板であり、符号２２で示す網掛け部分はトレンチである。図１に示すように、第１の例では、トレンチ２２の平面形状は、トレンチ２２の終端近傍部分２３の幅がそれよりも中央寄りの胴部分２４の幅よりも一段階狭いボトルネック型になっている。このような平面形状のトレンチ２２は、この形状に対応するパターンのマスク酸化膜を半導体基板上に形成して周知のドライエッチングをおこなうことによって形成される。形成されたトレンチ２２では、図２に示すように、終端近傍部分２３の方が胴部分２４よりも浅くなる。

図３７は、トレンチ幅を変えてドライエッチングにより形成したトレンチの断面を示す模式図である。同図において、符号１は半導体基板であり、符号２ａ，２ｂ，２ｃはトレンチであり、符号３はマスク酸化膜である。図３７に示すように、ドライエッチングでは、パターン上でトレンチ幅の広いトレンチ（たとえばトレンチ２ａ）は深くエッチングされ、パターン上でトレンチ幅の狭いトレンチ（たとえばトレンチ２ｃ）は浅くエッチングされる。したがって、図１および図２に示すように、トレンチ幅の狭い終端近傍部分２３はドライエッチングによって浅くなる。

なお、トレンチエッチング条件は、たとえばＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）型トレンチエッチャを用い、ＨＢｒガス、ＳＦ６ガスおよびＯ２ガスの流量をそれぞれ４０ｓｃｃｍ、４２ｓｃｃｍおよび４５ｓｃｃｍとし、ソースパワーを８００Ｗ、バイアスパワーを１２０Ｗ、圧力を２５ｍＴｏｒｒとした。

図３は、本発明にかかる半導体装置のトレンチ終端近傍部分の平面形状の第２の例を示す模式的概略図であり、図４は、図３の切断線Ｄ−Ｄ’におけるトレンチの断面形状を示す模式的概略図である。図３および図４において、符号３１は半導体基板であり、符号３２で示す網掛け部分はトレンチである。図３に示すように、第２の例では、トレンチ３２の平面形状は、トレンチ３２の終端近傍部分３３が胴部分３４から滑らかに狭くなる舟型になっている。このような平面形状のトレンチ３２は、この形状に対応するパターンのマスク酸化膜を半導体基板上に形成して周知のドライエッチングをおこなうことによって形成される。形成されたトレンチ３２では、図４に示すように、終端近傍部分３３が胴部分３４からなだらかに浅くなる。

図５は、本発明にかかる半導体装置のトレンチ終端近傍部分の平面形状の第３の例を示す模式的概略図であり、図６は、図５の切断線Ｆ−Ｆ’におけるトレンチの断面形状を示す模式的概略図である。図５および図６において、符号４１は半導体基板であり、符号４２で示す網掛け部分はトレンチである。図５に示すように、第３の例では、トレンチ４２の平面形状は、上述した第１の例のボトルネック型と第２の例の舟型とを組み合わせた形状、すなわち終端近傍部分４３が、胴部分４４から滑らかに狭くなる中間部分４５を経て胴部分４４の幅よりも一段階狭い部分４６に至る形状となっている。この一段階狭い部分４６も舟型の形状となっている。このような平面形状のトレンチ４２は、この形状に対応するパターンのマスク酸化膜を半導体基板上に形成して周知のドライエッチングをおこなうことによって形成される。形成されたトレンチ４２では、図６に示すように、終端近傍部分４３が胴部分４４からなだらかに浅くなる。

図７は、本発明にかかる半導体装置のトレンチ終端近傍部分の平面形状の第４の例を示す模式的概略図であり、図８は、図７の切断線Ｈ−Ｈ’におけるトレンチの断面形状を示す模式的概略図である。図７および図８において、符号５１は半導体基板であり、符号５２で示す網掛け部分はトレンチである。図７に示すように、第４の例では、トレンチ５２の平面形状は、トレンチ５２の終端近傍部分５３において、胴部分５４よりも一段階狭い中間部分５５を経てさらにその中間部分５５よりも一段階狭い部分５６に至る形状となっている。つまり、終端近傍部分５３は胴部分５４よりも二段階狭い形状となっている。このような平面形状のトレンチ５２は、この形状に対応するパターンのマスク酸化膜を半導体基板上に形成して周知のドライエッチングをおこなうことによって形成される。形成されたトレンチ５２では、図８に示すように、終端近傍部分５３が胴部分５４よりも段階的に浅くなる。なお、終端近傍部分５３が三段階以上の段数で狭くなっていてもよい。

図９は、本発明にかかる半導体装置のトレンチ終端近傍部分の平面形状の第５の例を示す模式的概略図であり、図１０は、図９の切断線Ｊ−Ｊ’におけるトレンチの断面形状を示す模式的概略図である。図９および図１０において、符号６１は半導体基板であり、符号６２，６３，６４で示す網掛け部分はトレンチである。図９に示すように、第５の例では、複数のトレンチ６２，６３がたとえば格子状に配置された構造において、最外周のトレンチ６４の幅がその他のトレンチ６２，６３よりも狭くなっている。このような平面形状のトレンチ６２，６３，６４は、この形状に対応するパターンのマスク酸化膜を半導体基板上に形成して周知のドライエッチングをおこなうことによって形成される。形成されたトレンチ６２，６３，６４では、図１０に示すように、最外周のトレンチ６４がその内側のトレンチ６２，６３よりも浅くなるため、トレンチ６２，６３の終端近傍部分（すなわち最外周のトレンチ６４）はそれよりも中央寄りの胴部分よりも浅くなる。

この第５の例において、最外周のトレンチの幅が最も狭くなっていれば、その他のトレンチの幅は同一である必要はない。つまり、たとえば図１１に示すように、最外周のトレンチ６４の内側で横方向に伸びるトレンチ６５の幅と縦方向に伸びるトレンチ６６の幅が異なっていても、最外周のトレンチ６４の幅が最も狭くなっていれば、ドライエッチングによって最外周のトレンチ６４がもっとも浅くなる。したがって、これら縦横に伸びるトレンチ６５，６６の終端近傍部分（すなわち最外周のトレンチ６４）はそれよりも中央寄りの胴部分よりも浅くなる。また、たとえば図１２に示すように、最外周のトレンチ６４の幅が最も狭くなっていれば、その内側にあるトレンチ６７，６８，６９のパターンは格子状に限らず、アミダ状など、格子以外の交差パターンでもよい。

つぎに、図１および図２に示す第１の例のトレンチを適用した半導体装置の仕上がり構造について説明する。まず、トレンチＭＯＳＦＥＴの構造の一例について説明する。図１３は、図１の切断線Ｂ−Ｂ’におけるトレンチＭＯＳＦＥＴの断面構造を示す部分断面図である。切断線Ｂ−Ｂ’におけるデバイス断面構造は、図３９に示す従来構造と同様であるため、重複する説明を省略する。ただし、図１３に示すトレンチＭＯＳＦＥＴにおいて、符号２００はトレンチ、符号２０１はｎ+型ドレイン層、符号２０２はｎ型ドリフト層、符号２０３はｐ型チャネル領域、符号２０４はｎ型ソース領域、符号２０５はゲート絶縁膜であるゲート酸化膜、符号２０６はゲート電極、符号２０７は層間絶縁膜、符号２０８はソース電極、符号２０９はドレイン電極である。

図１４は、図１の切断線Ａ−Ａ’におけるトレンチＭＯＳＦＥＴの断面構造を示す部分断面図である。図１４に示すように、ゲート電極２０６は、トレンチ２００の終端部２１０において基板表面に引き出され、基板表面に沿ってフィールド酸化膜２２１上まで延長され、そこで層間絶縁膜２０７に開口されたコンタクトホール２２２を介してゲート金属電極２２３に接続されている。ここで、トレンチ２００の終端近傍部分が先細り形状となっている（図１参照）ことにより、トレンチ２００は終端部近傍部分で浅くなる。さらに、トレンチ幅の狭い部分ではエッチングガスの滞留が減少するため、トレンチ２００の終端コーナー部２１１が丸まり、この終端コーナー部２１１への電界集中が緩和されるか、あるいは電界集中がなくなる。それによって、この終端コーナー部２１１での耐圧低下が防止される。

また、トレンチ２００の終端コーナー部２１１が浅い位置にあるため、終端コーナー部２１１がｐ型領域（ｐ型チャネル領域２０３）中に埋まり、より一層耐圧を保つことができる。なお、図示省略するが、トレンチの終端コーナー部がｐ型領域中に埋まっていない構成であっても、終端コーナー部が尖らないため、十分に耐圧低下を防ぐことができる。また、図示および説明を省略するが、第２〜第５の例のトレンチを適用した場合も同様である。

つぎに、図１および図２に示す第１の例のトレンチを適用したトレンチＩＧＢＴの構造の一例について説明する。図１５は、図１の切断線Ｂ−Ｂ’におけるトレンチＩＧＢＴの断面構造を示す部分断面図である。図１５に示すように、ｐ+型コレクタ層３０１上のｎ型ドリフト層３０２の表面層にｐ型チャネル領域３０３が形成されている。そのｐ型チャネル領域３０３の表面層にｎ型エミッタ領域３０４が選択的に形成されている。そして、エミッタ領域３０４の表面からチャネル領域３０３を貫通してドリフト層３０２に達するトレンチ３００が形成されている。そのトレンチ３００の内面に沿ってゲート絶縁膜であるゲート酸化膜３０５が形成されており、さらにその内側は多結晶シリコンからなるゲート電極３０６により充填されている。エミッタ領域３０４の表面上にはエミッタ電極３０８が積層されている。このエミッタ電極３０８とゲート電極３０６とは層間絶縁膜３０７により絶縁されている。コレクタ層３０１の裏面にはコレクタ電極３０９が設けられている。

図１６は、図１の切断線Ａ−Ａ’におけるトレンチＩＧＢＴの断面構造を示す部分断面図である。図１６に示すように、ゲート電極３０６は、トレンチ３００の終端部３１０において基板表面に引き出され、基板表面に沿ってフィールド酸化膜３２１上まで延長され、そこで層間絶縁膜３０７に開口されたコンタクトホール３２２を介してゲート金属電極３２３に接続されている。ここで、トレンチ３００は、その終端近傍部分が先細り形状となっている（図１参照）ため、終端部近傍部分で浅くなり、さらにエッチングガスの滞留の減少により終端コーナー部３１１が丸くなる。これによって、この終端コーナー部３１１への電界集中が緩和されるか、あるいは電界集中がなくなり、終端コーナー部３１１での耐圧低下が防止される。

また、トレンチ３００の終端コーナー部３１１がｐ型領域（ｐ型チャネル領域３０３）中に埋まるため、より一層耐圧を保つことができる。なお、図示省略するが、トレンチの終端コーナー部がｐ型領域中に埋まっていない構成であっても、終端コーナー部が尖らないため、十分に耐圧低下を防ぐことができる。また、図示および説明を省略するが、第２〜第５の例のトレンチを適用した場合も同様である。

つぎに、図１および図２に示す第１の例のトレンチを適用したＴＬＰＭの構造の一例について説明する。図１７は、図１の切断線Ｂ−Ｂ’におけるＴＬＰＭの断面構造を示す部分断面図である。図１７に示すように、ｐ-型半導体基板４０１の表面からトレンチ４００が形成されている。そのトレンチ４００の側方および下方には、それぞれｎ型拡張ドレイン４０２およびｐ型ベース領域４０３が形成されている。また、トレンチ４００の側壁に沿ってゲート絶縁膜であるゲート酸化膜４０５が形成されいる。ゲート酸化膜４０５に沿ってその内側には多結晶シリコンからなるゲート電極４０６が形成されている。ゲート電極４０６の内側には第１の絶縁膜４０７を介してソース電極４０８が設けられている。このソース電極４０８は、トレンチ４００の底部において、ベース領域４０３内に形成されたｎ+型ソース領域４０４に接続されている。ドレイン電極４０９は、拡張ドレイン４０２の表面を覆う第２の絶縁膜４３１およびその上まで伸びる第１の絶縁膜４０７を貫通して拡張ドレイン４０２に接続されている。

図１８は、図１の切断線Ａ−Ａ’におけるＴＬＰＭの断面構造を示す部分断面図である。図１８に示すように、ゲート電極４０６は、トレンチ４００の終端部４１０において基板表面に引き出され、第２の絶縁膜４３１上でゲート金属電極４２３に接続されている。ここで、トレンチ４００は、その終端近傍部分が先細り形状となっている（図１参照）ため、終端部近傍部分で浅くなり、エッチングガスの滞留の減少により終端コーナー部４１１が丸くなる。これによって、この終端コーナー部４１１への電界集中が緩和されるか、あるいは電界集中がなくなり、終端コーナー部４１１での耐圧低下が防止される。なお、図示および説明を省略するが、第２〜第５の例のトレンチを適用した場合も同様である。

つぎに、図１および図２に示す第１の例のトレンチを適用した２段ＴＬＰＭの構造の一例について説明する。図１９は、図１の切断線Ｂ−Ｂ’における２段ＴＬＰＭの断面構造を示す部分断面図である。図１９に示すように、ｐ-型半導体基板５０１の表面から１段目トレンチ５００が形成されている。その１段目トレンチ５００の周囲にはｎ型拡張ドレイン５０２が形成されている。また、１段目トレンチ５００の内側には絶縁膜５３１が設けられている。この絶縁膜５３１および拡張ドレイン５０２を貫通して２段目トレンチ５３０が形成されている。この２段目トレンチ５３０の下方にはｐ型ベース領域５０３が形成されている。

２段目トレンチ５３０の側壁に沿ってゲート絶縁膜であるゲート酸化膜５０５が形成されいる。ゲート酸化膜５０５に沿ってその内側には多結晶シリコンからなるゲート電極５０６が形成されている。ゲート電極５０６の内側には絶縁膜５０７を介してソース電極５０８が設けられている。このソース電極５０８は、２段目トレンチ５３０の底部において、ベース領域５０３内に形成されたｎ+型ソース領域５０４に接続されている。ドレイン電極５０９は、ゲート電極５０６とソース電極５０８との間から拡張ドレイン５０２の表面上まで伸びる絶縁膜５０７を貫通して拡張ドレイン５０２に接続されている。

図２０は、図１の切断線Ａ−Ａ’における２段ＴＬＰＭの断面構造を示す部分断面図である。図２０に示すように、ゲート電極５０６は、トレンチ５００，５３０の終端部５１０において基板表面に引き出され、絶縁膜５３１上でゲート金属電極５２３に接続されている。ここで、トレンチ５００，５３０は、その終端近傍部分が先細り形状となっている（図１参照）ため、終端部近傍部分で浅くなり、エッチングガスの滞留の減少により終端コーナー部５１１が丸くなる。これによって、この終端コーナー部５１１への電界集中が緩和されるか、あるいは電界集中がなくなり、終端コーナー部５１１での耐圧低下が防止される。なお、図示および説明を省略するが、第２〜第５の例のトレンチを適用した場合も同様である。

上述した実施の形態１によれば、トレンチ終端近傍部分が終端部に向かって浅くなり、トレンチ終端コーナー部が尖らずに丸くなるため、トレンチ終端コーナー部においてゲート絶縁膜やゲート電極に特異点が生じるのが抑制される。したがって、トレンチ終端コーナー部への電界集中を防ぐことができ、デバイスの耐圧低下を防ぐことができる。また、この半導体装置を製造するにあたっては、トレンチ終端近傍部分においてトレンチが細くなるようなパターンのマスクを用いてトレンチエッチングをおこなえばよいので、工程数を増やすことなく、トレンチ終端コーナー部にゲート絶縁膜やゲート電極の特異点のない半導体装置が得られる。

実施の形態２．
実施の形態１ではトレンチ内のゲート絶縁膜の厚さは均一であったが、実施の形態２は、トレンチ終端近傍部分の先細り形状の部分において、トレンチ内のそれ以外の部分よりもゲート絶縁膜を厚くしたものである。たとえば、実施の形態１で説明したようにして図１および図２に示す形状のトレンチ２２を形成した後、図２１に示すように、トレンチ終端近傍部分２３の先細り形状の部分が絶縁膜で埋まるように、絶縁膜２７を成膜する。そして、図２２に示すように、等方性エッチングをおこない、トレンチ２２内の、トレンチ終端近傍部分２３以外の部分、すなわち胴部分２４の絶縁膜２７を所望の厚さのゲート絶縁膜２８とする。その際、トレンチ終端近傍部分２３に充填された絶縁膜２７は除去されずゲート絶縁膜２９として残る。つまり、トレンチ終端近傍部分２３は、胴部分２４のゲート絶縁膜２８よりも厚いゲート絶縁膜２９で覆われる。

図２３〜図２６に、具体的なトレンチ終端構造の断面図と寸法を示す。図２３には、図１の切断線Ｂ−Ｂ’におけるトレンチ形状に沿って絶縁膜２７を成膜した状態が示されており、図２１のトレンチ胴部分における断面構造が示されている。図２４には、その成膜した絶縁膜２７を等方性エッチングにより所望の厚さのゲート絶縁膜２８とした状態が示されており、図２２のトレンチ胴部分における断面構造が示されている。また、図２５には、図１の切断線Ｃ−Ｃ’におけるトレンチ形状に沿って絶縁膜２７を成膜した状態が示されており、図２１のトレンチ終端近傍部分における断面構造が示されている。図２６には、等方性エッチング後のトレンチ内にゲート絶縁膜２９が残った状態が示されており、図２２のトレンチ終端近傍部分における断面構造が示されている。

図３および図４に示す第２の例においても同様である。第２の例の場合には、実施の形態１で説明したようにして図３および図４に示す形状のトレンチ３２を形成した後、図２７に示すように、トレンチ終端近傍部分３３の先細り形状の部分が絶縁膜で埋まるように、絶縁膜３７を成膜する。そして、図２８に示すように、等方性エッチングをおこない、トレンチ終端近傍部分３３に充填された絶縁膜３７を厚いゲート絶縁膜３９として残すとともに、胴部分３４の絶縁膜３７を所望の厚さのゲート絶縁膜３８とする。それによって、トレンチ終端近傍部分３３は、胴部分３４のゲート絶縁膜３８よりも厚いゲート絶縁膜３９で覆われる。

また、図５および図６に示す第３の例においても同様である。第３の例の場合には、実施の形態１で説明したようにして図５および図６に示す形状のトレンチ４２を形成した後、図２９に示すように、トレンチ終端近傍部分４３の先細り形状の部分が絶縁膜で埋まるように、絶縁膜４７を成膜する。そして、図３０に示すように、トレンチ４２の胴部分４４の絶縁膜４７が所望の厚さのゲート絶縁膜４８となるように、等方性エッチングをおこなう。トレンチ終端近傍部分４３に充填された絶縁膜４７は厚いゲート絶縁膜４９として残る。つまり、トレンチ終端近傍部分４３は、胴部分４４のゲート絶縁膜４８よりも厚いゲート絶縁膜４９で覆われる。

また、図７および図８に示す第４の例においても同様である。第４の例の場合には、実施の形態１で説明したようにして図７および図８に示す形状のトレンチ５２を形成した後、図３１に示すように、トレンチ終端近傍部分５３の先細り形状の部分の大部分が絶縁膜で埋まるように、絶縁膜５７を成膜する。そして、図３２に示すように、等方性エッチングをおこない、胴部分５４の絶縁膜５７を所望の厚さのゲート絶縁膜５８とし、トレンチ終端近傍部分５３に充填された絶縁膜５７を残して厚いゲート絶縁膜５９とする。それによって、トレンチ終端近傍部分５３は、胴部分５４のゲート絶縁膜５８よりも厚いゲート絶縁膜５９で覆われる。

つぎに、上述したようにトレンチ終端近傍部分のゲート絶縁膜が厚くなっている半導体装置の仕上がり構造について説明する。まず、トレンチＭＯＳＦＥＴの構造の一例について説明する。図３３は、図１の切断線Ａ−Ａ’におけるトレンチＭＯＳＦＥＴの断面構造を示す部分断面図である。図３３に示すように、ゲート絶縁膜であるゲート酸化膜２０５はトレンチ終端近傍部分で厚くなっている。符号２４１はゲート酸化膜２０５の厚い部分である。このようにトレンチ終端近傍部分が厚いゲート酸化膜２４１に覆われることによって、トレンチ終端コーナー部２１１への電界集中をより効果的に防ぐことができるので、より一層デバイスの耐圧低下を防ぐことができる。その他の構成は図１４に示すトレンチＭＯＳＦＥＴと同様であるので、図１４に示す構成と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。

上述したようにトレンチ終端近傍部分を厚いゲート酸化膜２４１で覆うためにはつぎのような工程をおこなう。まず、トレンチ２００を形成したら、トレンチポリマー除去とダメージ除去をおこなう。そして、犠牲酸化をおこなった後、ＨＦ溶液により酸化膜を除去する。ついで、酸化膜の成膜および等方性エッチングをおこなう。等方性エッチングの効果により、トレンチ２００の胴部分には薄いゲート酸化膜２０５が形成され、一方、トレンチ終端部分には厚いゲート酸化膜２４１が形成される。ついで、ゲート電極２０６を形成し、それを覆うように層間絶縁膜２０７を形成し、ソース電極２０８を形成する。また、ドレイン電極２０９を形成する。なお、ここで説明した工程はトレンチＭＯＳＦＥＴの製造工程の一部である。また、図示および説明を省略するが、図３、図５または図７に示す構成のトレンチを適用した場合も同様である。

つぎに、トレンチＩＧＢＴの構造の一例について説明する。図３４は、図１の切断線Ａ−Ａ’におけるトレンチＩＧＢＴの断面構造を示す部分断面図である。図３４に示すように、ゲート絶縁膜であるゲート酸化膜３０５はトレンチ終端近傍部分で厚くなっている。符号３４１はゲート酸化膜３０５の厚い部分である。このようにトレンチ終端近傍部分が厚いゲート酸化膜３４１に覆われることによって、トレンチ終端コーナー部３１１への電界集中をより効果的に防ぐことができるので、より一層デバイスの耐圧低下を防ぐことができる。その他の構成は図１６に示すトレンチＩＧＢＴと同様であるので、図１６に示す構成と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。なお、図示および説明を省略するが、図３、図５または図７に示す構成のトレンチを適用した場合も同様である。

つぎに、ＴＬＰＭの構造の一例について説明する。図３５は、図１の切断線Ａ−Ａ’におけるＴＬＰＭの断面構造を示す部分断面図である。図３５に示すように、ゲート絶縁膜であるゲート酸化膜４０５はトレンチ終端近傍部分で厚くなっている。符号４４１はゲート酸化膜４０５の厚い部分である。このようにトレンチ終端近傍部分が厚いゲート酸化膜４４１に覆われることによって、トレンチ終端コーナー部４１１への電界集中をより効果的に防ぐことができるので、より一層デバイスの耐圧低下を防ぐことができる。その他の構成は図１８に示すＴＬＰＭと同様であるので、図１８に示す構成と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。なお、図示および説明を省略するが、図３、図５または図７に示す構成のトレンチを適用した場合も同様である。

つぎに、２段ＴＬＰＭの構造の一例について説明する。図３６は、図１の切断線Ａ−Ａ’における２段ＴＬＰＭの断面構造を示す部分断面図である。図３６に示すように、ゲート絶縁膜であるゲート酸化膜５０５はトレンチ終端近傍部分で厚くなっている。符号５４１はゲート酸化膜５０５の厚い部分である。このようにトレンチ終端近傍部分が厚いゲート酸化膜５４１に覆われることによって、トレンチ終端コーナー部５１１への電界集中をより効果的に防ぐことができるので、より一層デバイスの耐圧低下を防ぐことができる。その他の構成は図２０に示す２段ＴＬＰＭと同様であるので、図２０に示す構成と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。なお、図示および説明を省略するが、図３、図５または図７に示す構成のトレンチを適用した場合も同様である。

上述した実施の形態２によれば、実施の形態１と同様にトレンチ終端コーナー部においてゲート絶縁膜やゲート電極に特異点が生じるのが抑制されるのに加えて、さらにトレンチ終端近傍部分が厚いゲート絶縁膜に覆われるため、トレンチ終端コーナー部への電界集中をより効果的に防ぐことができる。したがって、より一層デバイスの耐圧低下を防ぐことができる。また、このような構成の半導体装置を工程数を増やすことなく、製造することができる。

以上において本発明は種々変更可能である。たとえば、ゲート絶縁膜は酸化膜に限らず、電気的絶縁膜、または高抵抗膜としての機能を果たす膜であってもよい。また、シリコン半導体よりなる装置に限らず、ＳｉＣなどの化合物半導体よりなる装置にも適用可能である。また、ＩＥＧＴ（ＩｎｊｅｃｔｉｏｎＥｎｈａｎｃｅｄＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や絶縁ゲートサイリスタやＩＰＭ（ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＰｏｗｅｒＭｏｄｕｌｅ）など、他のトレンチ型ＭＯＳ半導体装置にも適用可能である。

本発明にかかる半導体装置のトレンチ終端近傍部分の平面形状の第１の例を示す模式的概略図である。図１の切断線Ａ−Ａ’におけるトレンチの断面形状を示す模式的概略図である。本発明にかかる半導体装置のトレンチ終端近傍部分の平面形状の第２の例を示す模式的概略図である。図３の切断線Ｄ−Ｄ’におけるトレンチの断面形状を示す模式的概略図である。本発明にかかる半導体装置のトレンチ終端近傍部分の平面形状の第３の例を示す模式的概略図である。図５の切断線Ｆ−Ｆ’におけるトレンチの断面形状を示す模式的概略図である。本発明にかかる半導体装置のトレンチ終端近傍部分の平面形状の第４の例を示す模式的概略図である。図７の切断線Ｈ−Ｈ’におけるトレンチの断面形状を示す模式的概略図である。本発明にかかる半導体装置のトレンチ終端近傍部分の平面形状の第５の例を示す模式的概略図である。図９の切断線Ｊ−Ｊ’におけるトレンチの断面形状を示す模式的概略図である。本発明にかかる半導体装置のトレンチ終端近傍部分の平面形状の第５の例の変形例を示す模式的概略図である。本発明にかかる半導体装置のトレンチ終端近傍部分の平面形状の第５の例のさらに別の変形例を示す模式的概略図である。図１の切断線Ｂ−Ｂ’における実施の形態１のトレンチＭＯＳＦＥＴの断面構造を示す部分断面図である。図１の切断線Ａ−Ａ’における実施の形態１のトレンチＭＯＳＦＥＴの断面構造を示す部分断面図である。図１の切断線Ｂ−Ｂ’における実施の形態１のトレンチＩＧＢＴの断面構造を示す部分断面図である。図１の切断線Ａ−Ａ’における実施の形態１のトレンチＩＧＢＴの断面構造を示す部分断面図である。図１の切断線Ｂ−Ｂ’における実施の形態１のＴＬＰＭの断面構造を示す部分断面図である。図１の切断線Ａ−Ａ’における実施の形態１のＴＬＰＭの断面構造を示す部分断面図である。図１の切断線Ｂ−Ｂ’における実施の形態１の２段ＴＬＰＭの断面構造を示す部分断面図である。図１の切断線Ａ−Ａ’における実施の形態１の２段ＴＬＰＭの断面構造を示す部分断面図である。図１および図２に示すトレンチ終端近傍部分の第１の例においてトレンチ終端近傍部分をゲート絶縁膜で充填した構成について説明するための模式図である。図１および図２に示すトレンチ終端近傍部分の第１の例においてトレンチ終端近傍部分をゲート絶縁膜で充填した構成について説明するための模式図である。図２１のトレンチ胴部分における断面構造を示す図である。図２２のトレンチ胴部分における断面構造を示す図である。図２１のトレンチ終端近傍部分における断面構造を示す図である。図２２のトレンチ終端近傍部分における断面構造を示す図である。図３および図４に示すトレンチ終端近傍部分の第２の例においてトレンチ終端近傍部分をゲート絶縁膜で充填した構成について説明するための模式図である。図３および図４に示すトレンチ終端近傍部分の第２の例においてトレンチ終端近傍部分をゲート絶縁膜で充填した構成について説明するための模式図である。図５および図６に示すトレンチ終端近傍部分の第３の例においてトレンチ終端近傍部分をゲート絶縁膜で充填した構成について説明するための模式図である。図５および図６に示すトレンチ終端近傍部分の第３の例においてトレンチ終端近傍部分をゲート絶縁膜で充填した構成について説明するための模式図である。図７および図８に示すトレンチ終端近傍部分の第４の例においてトレンチ終端近傍部分をゲート絶縁膜で充填した構成について説明するための模式図である。図７および図８に示すトレンチ終端近傍部分の第４の例においてトレンチ終端近傍部分をゲート絶縁膜で充填した構成について説明するための模式図である。図１の切断線Ａ−Ａ’における実施の形態２のトレンチＭＯＳＦＥＴの断面構造を示す部分断面図である。図１の切断線Ａ−Ａ’における実施の形態２のトレンチＩＧＢＴの断面構造を示す部分断面図である。図１の切断線Ａ−Ａ’における実施の形態２のＴＬＰＭの断面構造を示す部分断面図である。図１の切断線Ａ−Ａ’における実施の形態２の２段ＴＬＰＭの断面構造を示す部分断面図である。トレンチ幅を変えてドライエッチングにより形成したトレンチの断面を示す模式図である。従来の半導体デバイスにおけるトレンチパターンの形状を示す平面図である。図３８の切断線Ｍ−Ｍ’におけるトレンチＭＯＳＦＥＴの断面構造を示す部分断面図である。図３８の切断線Ｌ−Ｌ’におけるトレンチＭＯＳＦＥＴの断面構造を示す部分断面図である。

符号の説明

２１，３１，４１，５１，６１半導体基板
２２，３２，４２，５２，６２，６３，６５〜６９，１００，２００，３００，４００，５００トレンチ
２３，３３，４３，５３トレンチの終端近傍部分
２８，２９，３８，３９，４８，４９，５８，５９，２０５，３０５，４０５，５０５ゲート絶縁膜（ゲート酸化膜）
６４最外周のトレンチ
２０６，３０６，４０６，５０６ゲート電極

Claims

半導体基板に形成されたトレンチの内部、または側壁もしくは底部の付近に電流経路が設けられ、かつ前記トレンチの底面の一部もしくは全部、または前記トレンチの側壁の一部もしくは全部に沿って、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられた半導体装置において、
交差する複数のトレンチの端部同士を接続するように設けられたトレンチ（以下「最外周トレンチ」という）はその内側のトレンチよりも浅く、かつ、前記最外周トレンチの幅はその内側のトレンチの幅よりも狭いことを特徴とする半導体装置。