JPH04309269A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH04309269A
JPH04309269A JP3075393A JP7539391A JPH04309269A JP H04309269 A JPH04309269 A JP H04309269A JP 3075393 A JP3075393 A JP 3075393A JP 7539391 A JP7539391 A JP 7539391A JP H04309269 A JPH04309269 A JP H04309269A
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JP
Japan
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region
channel
source
type
gate
Prior art date
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JP3075393A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Shinohara
俊朗 篠原
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH04309269A publication Critical patent/JPH04309269A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
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    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42356Disposition, e.g. buried gate electrode
    • H01L29/4236Disposition, e.g. buried gate electrode within a trench, e.g. trench gate electrode, groove gate electrode

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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To sufficiently reduce the turning-on resistance of a semiconductor device by increasing the cell density of the device. CONSTITUTION:This semiconductor device is provided with a source area 5 formed on the upper surface side of a semiconductor substrate, drain areas 1 and 2 formed on the lower surface side of the substrate, channel area 3 formed between the area 5 and areas 1 and 2, and gate electrode 7 which is buried in the substrate and induces a channel in the area 3 from at least both sides of the area 3 in the width direction through a gate insulating film 11 and the width of the channel area 3 is made narrower than that of a source contact area 12 on the surface of the semiconductor substrate.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、縦形MOSFET構
造の半導体装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a vertical MOSFET structure.

【0002】0002

【従来の技術】縦形MOSFET構造の従来の半導体装
置としては、例えば、図12及び図13に示すようなも
のがある。この半導体装置は、そのゲート電極の形状か
らUMOSと呼ばれているものである。ドレイン領域と
なるN+形基板1上にN形エピタキシャル層2が形成さ
れ、その表面に、P形及びN形の不純物拡散によりP形
チャネル領域17及びN+形ソース領域18が形成され
ている。また、N形エピタキシャル層2の一部が除去さ
れてゲート電極19がゲート酸化膜21を介して井げた
状に埋込まれている。13は層間絶縁膜、14はソース
電極であり、コンタクトホール22及びチャネルコンタ
クト領域23を介してソース領域18及びチャネル領域
17に接続されている。また、N+形基板1の裏面には
ドレイン電極16が形成されている。なお、見易さのた
め、図12の平面図には層間絶縁膜、ソース電極は示さ
れていない。
2. Description of the Related Art Conventional semiconductor devices having a vertical MOSFET structure include those shown in FIGS. 12 and 13, for example. This semiconductor device is called a UMOS because of the shape of its gate electrode. An N-type epitaxial layer 2 is formed on an N+-type substrate 1 serving as a drain region, and a P-type channel region 17 and an N+-type source region 18 are formed on the surface thereof by diffusion of P-type and N-type impurities. Further, a part of the N-type epitaxial layer 2 is removed, and the gate electrode 19 is buried in a protruding shape with the gate oxide film 21 interposed therebetween. 13 is an interlayer insulating film, and 14 is a source electrode, which is connected to the source region 18 and channel region 17 via a contact hole 22 and a channel contact region 23. Further, a drain electrode 16 is formed on the back surface of the N+ type substrate 1. Note that, for ease of viewing, the interlayer insulating film and source electrode are not shown in the plan view of FIG.

【0003】そして、縦形MOSFETは、ドレイン電
極16に正のドレイン電圧が加えられ、ゲート電極19
に閾値を超えたゲート電圧が与えられると、チャネル領
域17に縦方向にチャネルが誘起されてドレイン領域(
N+形基板1、N形エピタキシャル層2)とソース領域
18とが導通してオン状態となる。このとき、発熱を小
さく抑えるためにはオン抵抗を小さくする必要があり、
そのためにはソース領域18の密度、即ちセル密度を上
げればよく、これは、設計ルールにより決定されている
。これを図12の平面図で説明すると最小ルールをチャ
ネルコンタクト領域23の寸法とし、それよりやや大き
く(マスクの合わせ精度等、プロセスの誤差により決ま
る値)コンタクトホール22を形成することによって最
大密度でソース領域18を集積できることになる。
In the vertical MOSFET, a positive drain voltage is applied to the drain electrode 16 and the gate electrode 19
When a gate voltage exceeding the threshold is applied to the channel region 17, a channel is induced in the vertical direction in the drain region (
The N+ type substrate 1, the N type epitaxial layer 2), and the source region 18 are electrically connected to be in an on state. At this time, in order to suppress heat generation, it is necessary to reduce the on-resistance.
To achieve this, it is sufficient to increase the density of the source region 18, that is, the cell density, which is determined by design rules. To explain this using the plan view of FIG. 12, the minimum rule is the size of the channel contact region 23, and by forming the contact hole 22 slightly larger than that (a value determined by process errors such as mask alignment accuracy), the maximum density can be achieved. This allows the source region 18 to be integrated.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】縦形MOSFET構造
の従来の半導体装置は、寄生バイポーラ動作を抑制した
り、動作条件を決めるためにチャネル領域の電位を固定
しなければならない構造となっているため、チャネル電
位固定用のチャネルコンタクト領域が基板表面に設けら
れて基板表面から電極取出しが行われていた。このため
、セル密度を上げるためには、チャネルコンタクト領域
を最小ルールで設計しなければならない。しかし、1つ
のセルの面積がチャネルコンタクト領域形成、ソースコ
ンタクトホール形成という2つのフォトリソグラフィ工
程を考慮しなければならないため、セルサイズの微細化
に限界があり、セル密度を上げて十分に低オン抵抗とす
るのが難しいという問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] Conventional semiconductor devices with a vertical MOSFET structure have a structure in which the potential of the channel region must be fixed in order to suppress parasitic bipolar operation and determine operating conditions. A channel contact region for fixing channel potential was provided on the substrate surface, and electrodes were taken out from the substrate surface. Therefore, in order to increase cell density, the channel contact region must be designed using minimum rules. However, since the area of one cell requires consideration of two photolithography processes: forming a channel contact region and forming a source contact hole, there is a limit to miniaturization of the cell size. The problem was that it was difficult to create resistance.

【0005】そこで、この発明は、セル密度を上げて十
分に低オン抵抗とすることのできる半導体装置を提供す
ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can increase cell density and have sufficiently low on-resistance.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するために、半導体基板の表面側に形成されたソース
領域と、前記半導体基板の内部又は底部側に形成された
ドレイン領域と、前記ソース領域とドレイン領域との間
に形成されたチャネル領域と、前記半導体基板内に埋込
まれ前記チャネル領域の少なくとも両側からゲート絶縁
膜を介して当該チャネル領域に前記半導体基板の深さ方
向にチャネルを誘起させるゲート電極とを有する半導体
装置であって、前記ゲート電極間のチャネル領域の幅を
前記半導体基板の表面におけるソースコンタクト領域の
幅より狭く形成してなることを要旨とする。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention provides a source region formed on the surface side of a semiconductor substrate, a drain region formed inside or on the bottom side of the semiconductor substrate, and a drain region formed on the inside or bottom side of the semiconductor substrate. A channel region formed between a source region and a drain region; The present invention is directed to a semiconductor device having a gate electrode that induces , the width of a channel region between the gate electrodes being narrower than the width of a source contact region on the surface of the semiconductor substrate.

【0007】[0007]

【作用】ゲート電極によりゲート絶縁膜を介してその幅
方向両側から挟み込まれたチャネル領域の幅が、ソース
コンタクト領域の幅よりも狭く形成される。このため、
チャネル領域の電位は、ソース電位、ゲート電位、ドレ
イン電位の結合により決定され、基板表面にチャネルコ
ンタクト領域を設ける必要がなくなる。したがって、セ
ル密度を上げて十分に低オン抵抗とすることが可能とな
る。
[Operation] The width of the channel region sandwiched between the gate electrodes from both sides in the width direction via the gate insulating film is formed to be narrower than the width of the source contact region. For this reason,
The potential of the channel region is determined by the combination of the source potential, gate potential, and drain potential, eliminating the need to provide a channel contact region on the substrate surface. Therefore, it is possible to increase cell density and achieve sufficiently low on-resistance.

【0008】[0008]

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0009】図1ないし図6は、この発明の第1実施例
を示す図である。
FIGS. 1 to 6 are diagrams showing a first embodiment of the present invention.

【0010】なお、図1、図2等及び後述の各実施例を
示す図において、前記図13における部材等と同一ない
し均等のものは、前記と同一符号を以って示し、重複し
た説明を省略する。
Note that in FIGS. 1, 2, etc. and figures showing each embodiment described later, the same or equivalent members as those in FIG. Omitted.

【0011】まず、図1及び図2を用いて、半導体装置
の構成を説明する。N形エピタキシャル層2にP形不純
物及びN形不純物の拡散によりP形チャネル領域3及び
N+形ソース領域5が形成されている。また、N形エピ
タキシャル層2の一部が除去され、ゲート電極7がゲー
ト絶縁膜としてのゲート酸化膜11を介して井げた状に
埋込まれている。チャネル領域3は、ゲート電極7間の
最も狭まった部分に十分に薄層化(0.01μm〜1μ
m程度)されて形成されている。また、ソース領域5は
チャネル領域3から上方に広がるように形成されている
。このように、チャネル領域3が十分に薄層化されてい
るため、チャネル領域3の電位はソース電位、ゲート電
位、ドレイン電位の結合により決定される。このため、
この実施例では、基板表面にチャネル電位固定用のチャ
ネルコンタクト領域がなく、ソース電極14はコンタク
トホール(ソースコンタクト領域)12を介してソース
領域5のみに接続されている。コンタクトホール12は
、従来と同じ設計ルールを用いた場合、チャネルコンタ
クト領域が無い分だけ小さく形成されているが、チャネ
ル領域3の幅は、このコンタクトホール12の幅よりも
さらに狭幅に形成されている。なお、見易さのため、図
1の平面図には層間絶縁膜、ソース電極は示されてない
First, the structure of the semiconductor device will be explained using FIGS. 1 and 2. A P type channel region 3 and an N + type source region 5 are formed in the N type epitaxial layer 2 by diffusion of P type impurities and N type impurities. Further, a part of the N-type epitaxial layer 2 is removed, and the gate electrode 7 is buried in a protruding shape with a gate oxide film 11 serving as a gate insulating film interposed therebetween. The channel region 3 is made sufficiently thin (0.01 μm to 1 μm) in the narrowest part between the gate electrodes 7.
m). Further, the source region 5 is formed to extend upward from the channel region 3. In this way, since the channel region 3 is sufficiently thinned, the potential of the channel region 3 is determined by the combination of the source potential, gate potential, and drain potential. For this reason,
In this embodiment, there is no channel contact region for fixing the channel potential on the substrate surface, and the source electrode 14 is connected only to the source region 5 via a contact hole (source contact region) 12. If the same design rules as the conventional one are used, the contact hole 12 is formed to be smaller due to the absence of the channel contact region, but the width of the channel region 3 is formed to be even narrower than the width of the contact hole 12. ing. Note that, for ease of viewing, the interlayer insulating film and the source electrode are not shown in the plan view of FIG.

【0012】次いで、製造工程の一例を図3、図4を用
いて説明することにより、構成をさらに詳述する。
Next, the structure will be explained in further detail by explaining an example of the manufacturing process using FIGS. 3 and 4.

【0013】(a)N形高濃度にドープされたN+形基
板1上にN形エピタキシャル層2が形成されたエピタキ
シャルシリコン基板に表面からP形不純物及び高濃度の
N形不純物をドープし、チャネル領域3となるP形層及
びソース領域5となるN+層を形成する(図3(a))
(a) An epitaxial silicon substrate in which an N type epitaxial layer 2 is formed on a heavily doped N + type substrate 1 is doped with P type impurities and a high concentration N type impurity from the surface to form a channel. A P-type layer that will become region 3 and an N+ layer that will become source region 5 are formed (FIG. 3(a))
.

【0014】(b)基板表面に熱酸化等の方法により酸
化膜を形成し、ソースコンタクト領域となる部分以外を
フォトエッチにより除去し、次工程のマスクとなるマス
ク酸化膜24を形成する(図3(b))。
(b) An oxide film is formed on the surface of the substrate by a method such as thermal oxidation, and the portion other than the portion that will become the source contact region is removed by photoetching to form a mask oxide film 24 that will serve as a mask for the next step (see FIG. 3(b)).

【0015】(c)マスク酸化膜24をマスクにRIE
(リアクティブ  イオンエッチング)法等によりエピ
タキシャルシリコン基板をエッチングし、トレンチ25
を形成する。その後、トレンチ25の底面に例えば酸素
イオン注入法によりマスク絶縁膜26を形成する。マス
ク絶縁膜26は、次工程におけるエッチングにより、ゲ
ート電極底部が尖鋭になり電界集中によるゲート耐圧劣
化を防ぐためのものである。しかし、本装置の使用条件
によっては、マスク絶縁膜26は省くことができる(図
3(c))。
(c) RIE using the mask oxide film 24 as a mask
The epitaxial silicon substrate is etched using a method such as reactive ion etching, and trenches 25 are etched.
form. Thereafter, a mask insulating film 26 is formed on the bottom surface of the trench 25 by, for example, oxygen ion implantation. The mask insulating film 26 is used to prevent the bottom of the gate electrode from becoming sharp due to etching in the next step and from deteriorating the gate breakdown voltage due to electric field concentration. However, depending on the usage conditions of this device, the mask insulating film 26 can be omitted (FIG. 3(c)).

【0016】(d)アルカリ系エッチング液を用いてシ
リコンの異方性エッチングを行うことにより、ゲート形
成孔27を形成する。この結果、薄層(0.01μm〜
1μm程度)のチャネル領域3が形成され、また、ソー
ス領域5の形が整えられる(図4(a))。
(d) A gate forming hole 27 is formed by performing anisotropic etching of silicon using an alkaline etching solution. As a result, a thin layer (0.01 μm ~
A channel region 3 with a thickness of about 1 μm) is formed, and the shape of a source region 5 is adjusted (FIG. 4(a)).

【0017】(e)例えば熱酸化法により、ソース領域
5、チャネル領域3、N形エピタキシャル層2の表面に
ゲート酸化膜11を形成する。この後、減圧CVD法等
により、多結晶シリコンをゲート形成孔27に埋込み、
エッチバック技術を併用することにより、ゲート電極7
を形成する(図4(b))。
(e) Gate oxide film 11 is formed on the surfaces of source region 5, channel region 3, and N-type epitaxial layer 2 by, for example, thermal oxidation. After that, polycrystalline silicon is filled into the gate formation hole 27 by low pressure CVD method or the like.
By using etchback technology, the gate electrode 7
(Fig. 4(b)).

【0018】(f)ゲート電極7の表面を酸化した後、
例えばPSG等の層間絶縁膜13をCVD法で形成し、
その後、ソースコンタクト領域をフォトエッチして、コ
ンタクトホール12を形成する。最後にソース電極14
を形成して図2の断面図に示す半導体装置を完成する。 なお、この後、最終保護膜の形成工程が入るが、図示し
ていない(図4(c))。
(f) After oxidizing the surface of the gate electrode 7,
For example, an interlayer insulating film 13 such as PSG is formed by CVD method,
Thereafter, the source contact region is photo-etched to form a contact hole 12. Finally, the source electrode 14
is formed to complete the semiconductor device shown in the cross-sectional view of FIG. Note that after this, a final protective film forming step is performed, but it is not shown (FIG. 4(c)).

【0019】次に、上述のように構成された半導体装置
の作用を説明する。
Next, the operation of the semiconductor device constructed as described above will be explained.

【0020】この実施例の半導体装置構造の大きな特徴
は、チャネル領域3が薄層化され、そのチャネル領域3
が両側からゲート電極7で挟み込まれていることである
。このため、基板表面からチャネル電位をとることなく
、ソース電位、ゲート電位、ドレイン電位の結合により
、装置の動作条件が決定され、また寄生効果の抑制も可
能となる。
A major feature of the semiconductor device structure of this embodiment is that the channel region 3 is thinned;
is sandwiched between gate electrodes 7 from both sides. Therefore, the operating conditions of the device are determined by the combination of the source potential, gate potential, and drain potential without taking the channel potential from the substrate surface, and parasitic effects can also be suppressed.

【0021】いま、これを図11の空乏領域の最大幅と
基板不純物濃度の関係(グローブ著、垂井康夫監訳、「
半導体デバイスの基礎」マグロウヒル社)を参考にして
さらに説明する。図2の断面図において、チャネル領域
3両側のゲート電極7の電位を制御することによりチャ
ネル領域3を完全空乏状態にするには、チャネル領域3
は、その左右両側から空乏層が拡がるため、図11に示
す空乏領域の最大幅Xdmaxの2倍以下の厚みであれ
ばよい。例えば、チャネル領域3の不純物濃度を1×1
016cm−3とすると、その幅は、約0.3×2=0
.6μm以下であれば、チャネル領域3は完全空乏とな
り得るので上述した効果が現れることになる。
Now, this can be expressed as the relationship between the maximum width of the depletion region and the substrate impurity concentration in FIG.
Further explanation will be given with reference to "Fundamentals of Semiconductor Devices" (McGraw-Hill Publishing). In the cross-sectional view of FIG. 2, in order to bring the channel region 3 into a completely depleted state by controlling the potential of the gate electrodes 7 on both sides of the channel region 3, the channel region 3
Since the depletion layer spreads from both left and right sides thereof, the thickness may be less than twice the maximum width Xdmax of the depletion region shown in FIG. For example, the impurity concentration of the channel region 3 is set to 1×1.
016cm-3, its width is approximately 0.3×2=0
.. If the thickness is 6 μm or less, the channel region 3 can become completely depleted, and the above-mentioned effect will appear.

【0022】このように、この実施例の半導体装置は、
基板表面にチャネルコンタクト領域を設ける必要がない
ので、セルの集積密度が大きく向上する。以下に、図5
及び比較例である図6を用いて具体的数字例により説明
する。いま、1μmの設計ルールを用いることを考える
と、この実施例においては、図5から判るように単位セ
ルあたり、4×4μm2 の面積で済む。これに対し比
較例(従来例)においては図6から判るように6×6μ
m2 の面積が必要となり、この実施例のものはセルの
集積密度が2.25倍に向上することになる。これは、
オン抵抗で考えると、単位チップ面積当りのオン抵抗が
1/2.25になることを示しており、装置の発熱がそ
の分抑制されることになる。
As described above, the semiconductor device of this embodiment has the following features:
Since there is no need to provide a channel contact region on the substrate surface, the cell integration density is greatly improved. Below, Figure 5
This will be explained using specific numerical examples using FIG. 6, which is a comparative example. Now, considering that a design rule of 1 .mu.m is used, in this embodiment, as can be seen from FIG. 5, an area of 4.times.4 .mu.m.sup.2 is sufficient for each unit cell. On the other hand, in the comparative example (conventional example), as can be seen from FIG.
m2 area is required, and in this embodiment, the cell integration density is improved by 2.25 times. this is,
Considering the on-resistance, this shows that the on-resistance per unit chip area is 1/2.25, which means that the heat generation of the device is suppressed by that much.

【0023】次いで、図7、図8には、この発明の第2
実施例を示す。
Next, FIGS. 7 and 8 show the second embodiment of the present invention.
An example is shown.

【0024】この実施例は、チャネル領域の薄層化にエ
レクトロケミカルエッチストップ技術を用い、制御性よ
く薄層チャネル領域を形成できるようにしたものである
In this embodiment, an electrochemical etch stop technique is used to thin the channel region, so that the thin channel region can be formed with good controllability.

【0025】以下、図7、図8を用いて、その製造工程
の一例を説明する。
An example of the manufacturing process will be described below with reference to FIGS. 7 and 8.

【0026】(a)P形シリコン基板31上にN+埋込
層32を形成し、その上にN形エピタキシャル層2を形
成する。N形エピタキシャル層2の表面に、P形不純物
をドープし、チャネル領域3となるP形層を形成したの
ち、トレンチエッチングのマスクとなるマスク酸化膜2
4を形成する。なお、上述のN+埋込層32は表面から
ドレイン端子を取出すために形成してあるもので、縦形
バイポーラトランジスタやパワーMOSFET等でよく
用いられる方法である(図7(a))。
(a) An N+ buried layer 32 is formed on a P-type silicon substrate 31, and an N-type epitaxial layer 2 is formed thereon. After doping the surface of the N-type epitaxial layer 2 with P-type impurities to form a P-type layer that will become the channel region 3, a mask oxide film 2 that will become a mask for trench etching is formed.
form 4. The above-mentioned N+ buried layer 32 is formed to take out the drain terminal from the surface, and is a method often used in vertical bipolar transistors, power MOSFETs, etc. (FIG. 7(a)).

【0027】(b)マスク酸化膜24をマスクにRIE
法等により基板をエッチングし、トレンチ25を形成す
る。その後、トレンチ25の底面に例えば酸素イオン注
入法によりマスク絶縁膜26を形成する。マスク絶縁膜
26は、次工程における高濃度拡散層がトレンチ下部に
も形成されるのを防ぐためのものであり、ドレイン部の
細りによるドレイン抵抗増大を防ぐためのものである(
図7(b))。
(b) RIE using the mask oxide film 24 as a mask
A trench 25 is formed by etching the substrate by a method such as a method. Thereafter, a mask insulating film 26 is formed on the bottom surface of the trench 25 by, for example, oxygen ion implantation. The mask insulating film 26 is used to prevent a high concentration diffusion layer from being formed at the bottom of the trench in the next step, and also to prevent an increase in drain resistance due to thinning of the drain part.
Figure 7(b)).

【0028】(c)P形不純物をトレンチ25の側面か
ら高濃度にドープすることにより、P形拡散領域28を
形成する。ここで、P形拡散領域28の拡散深さは、隣
り合う両側のトレンチ25からP形不純物を拡散してチ
ャネル領域を残す程度に設定することが重要である(図
7(c))。
(c) A P-type diffusion region 28 is formed by doping P-type impurities from the sides of the trench 25 at a high concentration. Here, it is important to set the diffusion depth of the P-type diffusion region 28 to such an extent that the P-type impurity is diffused from the trenches 25 on both adjacent sides, leaving a channel region (FIG. 7(c)).

【0029】(d)HF(ふっ酸)形エッチング液を用
いて、シリコンの電解エッチを行うことによりP形拡散
領域28のみを選択的に除去し、ゲート形成孔29を形
成する。この結果、薄層(0.01μm〜1μm程度)
のチャネル領域3が形成される(図8(a))。
(d) By electrolytically etching silicon using an HF (hydrofluoric acid) type etching solution, only the P type diffusion region 28 is selectively removed, and a gate forming hole 29 is formed. As a result, a thin layer (about 0.01 μm to 1 μm)
A channel region 3 is formed (FIG. 8(a)).

【0030】(e)例えば熱酸化法により、ソース領域
となる部分、チャネル領域3、N形エピタキシャル層2
の表面にゲート酸化膜11を形成した後、減圧CVD法
等により、多結晶シリコンをゲート形成孔29に埋込み
、エッチバック技術を併用することにより、ゲート電極
8を形成する。その後、表面からN形の不純物を高濃度
にドーピングすることにより、ソース領域5を形成する
(図8(b))。
(e) For example, by thermal oxidation, the portion that will become the source region, the channel region 3, and the N-type epitaxial layer 2 are removed.
After forming a gate oxide film 11 on the surface, polycrystalline silicon is filled in the gate formation hole 29 by low pressure CVD method or the like, and the gate electrode 8 is formed by using an etch-back technique in combination. Thereafter, the source region 5 is formed by doping N-type impurities from the surface at a high concentration (FIG. 8(b)).

【0031】(f)ゲート電極8の表面を酸化した後、
例えばPSG等の層間絶縁膜13をCVD法で形成し、
その後、ソースコンタクト領域をフォトエッチして、コ
ンタクトホール12を形成する。なお、この後ソース電
極形成工程、最終保護膜形成工程が入るが、図示してい
ない(図8(c))。
(f) After oxidizing the surface of the gate electrode 8,
For example, an interlayer insulating film 13 such as PSG is formed by CVD method,
Thereafter, the source contact region is photo-etched to form a contact hole 12. Note that after this, a source electrode forming step and a final protective film forming step are performed, but they are not shown (FIG. 8(c)).

【0032】図9、図10には、この発明の第3実施例
を示す。
FIGS. 9 and 10 show a third embodiment of the present invention.

【0033】この実施例は、セル毎にソースコンタクト
ホールを開けることなく、ソース電極を形成する手法を
用いることにより、セルの大きさを、フォトリソグラフ
ィの最終寸法まで小さくしたものである。この実施例は
、フォトリソグラフィの精度が、前記図11を用いて説
明した限界チャネル幅より小さい場合に有効である。 図9において、4はチャネル領域、6はソース領域、3
3は層間絶縁膜であり、ソース電極15はコンタクトホ
ールを開けることなくソース領域6に接続されている。 そして、N+形基板1がドレイン領域となって縦形MO
SFET構造の半導体装置が構成されている。なお、ゲ
ート電極9は、ゲートコンタクト35を介して信号が供
給される。
In this embodiment, the size of the cell is reduced to the final dimension of photolithography by using a method of forming a source electrode without opening a source contact hole for each cell. This embodiment is effective when the accuracy of photolithography is smaller than the critical channel width explained using FIG. 11 above. In FIG. 9, 4 is a channel region, 6 is a source region, 3
3 is an interlayer insulating film, and the source electrode 15 is connected to the source region 6 without making a contact hole. Then, the N+ type substrate 1 becomes the drain region and the vertical MO
A semiconductor device having an SFET structure is configured. Note that a signal is supplied to the gate electrode 9 via the gate contact 35.

【0034】作用は、前記第1実施例等のものとほぼ同
様である。
The operation is almost the same as that of the first embodiment.

【0035】次いで、製造工程の一例を図10を用いて
説明する。
Next, an example of the manufacturing process will be explained using FIG. 10.

【0036】(a)N+形基板1上にN形エピタキシャ
ル層2が形成されたエピタキシャルシリコン基板に、P
形及びN形の不純物拡散により、チャネル領域4となる
P形層及びソース領域6となるN+層を形成する(図1
0(a))。
(a) An epitaxial silicon substrate on which an N type epitaxial layer 2 is formed on an N + type substrate 1 is coated with a P layer.
By diffusing type and N type impurities, a P type layer which will become the channel region 4 and an N+ layer which will become the source region 6 are formed (Fig. 1
0(a)).

【0037】(b)酸化膜をCVD法の方法により形成
し、フォトリソグラフィによりセル部以外を開孔してト
レンチエッチ保護膜34を形成する。その後、RIE等
の手法によりシリコントレンチエッチを行い、例えば熱
酸化法により、その底面及び側面にゲート酸化膜11を
形成する(図10(b))。
(b) An oxide film is formed by the CVD method, and holes are opened in areas other than the cell portion by photolithography to form a trench etch protection film 34. Thereafter, a silicon trench is etched using a technique such as RIE, and a gate oxide film 11 is formed on the bottom and side surfaces of the silicon trench by, for example, thermal oxidation (FIG. 10(b)).

【0038】(c)低抵抗に不純物のドープされた多結
晶シリコンを全面に堆積し、エッチバック法によりトレ
ンチの一部に多結晶シリコンを残してゲート電極9とす
る。その後、スピンオン等の手法によりトレンチ上部に
層間絶縁膜33を形成する(図10(c))。
(c) Polycrystalline silicon doped with low resistance impurities is deposited on the entire surface, and the polycrystalline silicon is left in a part of the trench by an etch-back method to form the gate electrode 9. Thereafter, an interlayer insulating film 33 is formed over the trench by a spin-on method or the like (FIG. 10(c)).

【0039】(d)最後に、セル部上面全面にメタルス
パッタ等によりソース電極15を形成する(図10(d
))。
(d) Finally, a source electrode 15 is formed on the entire upper surface of the cell portion by metal sputtering or the like (see FIG. 10(d)
)).

【0040】なお、以上第1〜第3の実施例においては
、チャネル領域をP形としたが、N形または、I形(半
絶縁性)としてもゲート電極との仕事関数差によりチャ
ネルは完全空乏となる為、オフ時の特性は問題なく、実
現可能である。
In the first to third embodiments described above, the channel region is P type, but even if it is N type or I type (semi-insulating), the channel will not be completely formed due to the work function difference with the gate electrode. Since this is a depletion, the off-state characteristics can be realized without any problem.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、ゲート電極によりゲート絶縁膜を介してその両側
から挟み込まれたチャネル領域の幅を、基板表面におけ
るソースコンタクト領域の幅よりも狭く形成して薄層化
したため、チャネル領域の電位は、ソース電位、ゲート
電位、ドレイン電位の結合により決定されて基板表面に
チャネルコンタクト領域を設ける必要がなくなる。した
がって、セル密度を上げて十分に低オン抵抗とすること
ができる。
As described above, according to the present invention, the width of the channel region sandwiched between the gate electrodes from both sides via the gate insulating film is narrower than the width of the source contact region on the substrate surface. Since the layer is formed thinner, the potential of the channel region is determined by the combination of the source potential, gate potential, and drain potential, and there is no need to provide a channel contact region on the substrate surface. Therefore, it is possible to increase the cell density and achieve sufficiently low on-resistance.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】この発明に係る半導体装置の第1実施例を示す
平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】図1のA−A線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 1;

【図3】第1実施例の製造工程の一例を示す工程図であ
る。
FIG. 3 is a process diagram showing an example of the manufacturing process of the first embodiment.

【図4】第1実施例の製造工程の一例を示す工程図であ
る。
FIG. 4 is a process diagram showing an example of the manufacturing process of the first embodiment.

【図5】第1の実施例の用を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the use of the first embodiment.

【図6】図5の比較例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a comparative example of FIG. 5;

【図7】この発明の第2実施例の製造工程の一例を示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a manufacturing process of a second embodiment of the present invention.

【図8】この発明の第2実施例の製造工程の一例を示す
図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a manufacturing process of a second embodiment of the present invention.

【図9】この発明の第3実施例を示す平面図及び断面図
である。
FIG. 9 is a plan view and a sectional view showing a third embodiment of the invention.

【図10】第3実施例の製造工程の一例を示す図である
FIG. 10 is a diagram showing an example of the manufacturing process of the third embodiment.

【図11】空乏領域の最大幅と基板不純物濃度との関係
を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the maximum width of a depletion region and the substrate impurity concentration.

【図12】従来の半導体装置の平面図である。FIG. 12 is a plan view of a conventional semiconductor device.

【図13】図12のA−A線断面図である。13 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 12. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  ドレイン領域となるN+形基板 2  N形エピタキシャル層 3,4  チャネル領域 5,6  ソース領域 7,8,9  ゲート電極 11  ゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)12  コンタ
クトホール(ソースコンタクト領域)14,15  ソ
ース電極
1 N+ type substrate 2 serving as a drain region N type epitaxial layers 3, 4 Channel regions 5, 6 Source regions 7, 8, 9 Gate electrode 11 Gate oxide film (gate insulating film) 12 Contact hole (source contact region) 14, 15 source electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  半導体基板の表面側に形成されたソー
ス領域と、前記半導体基板の内部又は底部側に形成され
たドレイン領域と、前記ソース領域とドレイン領域との
間に形成されたチャネル領域と、前記半導体基板内に埋
込まれ前記チャネル領域の少なくとも両側からゲート絶
縁膜を介して当該チャネル領域に前記半導体基板の深さ
方向にチャネルを誘起させるゲート電極とを有する半導
体装置であって、前記ゲート電極間のチャネル領域の幅
を前記半導体基板の表面におけるソースコンタクト領域
の幅より狭く形成してなることを特徴とする半導体装置
1. A source region formed on the surface side of a semiconductor substrate, a drain region formed inside or on the bottom side of the semiconductor substrate, and a channel region formed between the source region and the drain region. , a semiconductor device having a gate electrode embedded in the semiconductor substrate and inducing a channel in the channel region in the depth direction of the semiconductor substrate from at least both sides of the channel region via a gate insulating film, A semiconductor device characterized in that the width of a channel region between gate electrodes is narrower than the width of a source contact region on the surface of the semiconductor substrate.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006324488A (en) * 2005-05-19 2006-11-30 Nec Electronics Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008060138A (en) * 2006-08-29 2008-03-13 Mitsubishi Electric Corp Power semiconductor device, and manufacturing method thereof
JP2008311301A (en) * 2007-06-12 2008-12-25 Sanyo Electric Co Ltd Insulated gate bipolar transistor

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