JPH07249770A - Semiconductor device and its fabrication - Google Patents

Semiconductor device and its fabrication

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JPH07249770A
JPH07249770A JP6787994A JP6787994A JPH07249770A JP H07249770 A JPH07249770 A JP H07249770A JP 6787994 A JP6787994 A JP 6787994A JP 6787994 A JP6787994 A JP 6787994A JP H07249770 A JPH07249770 A JP H07249770A
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JP
Japan
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insulating film
semiconductor layer
forming
region
trench
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JP6787994A
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Japanese (ja)
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Norihide Funato
紀秀 船戸
Tatsuo Yoneda
辰雄 米田
Yoshiaki Baba
嘉朗 馬場
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a vertical MOSFET in which fluctuation of threshold voltage is suppressed by composing a gate insulating film of a heat treated CVD insulating film and a thermal oxide film thereby reducing the charge being charged up at the gate insulating film. CONSTITUTION:A drain region 11 is provided on the main surface of a semiconductor substrate 10 and a base region 12 is provided on the drain region 11, and then a source region 13 is provided on the surface of the base region. A gate insulating film 20 is then deposited on the inner wall face of a trench, and its periphery, penetrating the base region from the surface of the source region and reaching the drain region. A gate electrode G is then provided on the gate insulating film 20 composed of a thermal oxidation film 21 formed heat treating the surface of the semiconductor substrate 10 in oxidative atmosphere, and an annealed CVD insulating film 22 on the thermal oxidation film 21. Since the gate insulating film has stabilized electrical and mechanical characteristics, charge-up is suppressed.

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、縦型の絶縁ゲート型電
界効果トランジスタを有する半導体装置の断面U字状の
トレンチ型ゲート構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a trench gate structure having a U-shaped cross section for a semiconductor device having a vertical insulated gate field effect transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以
下、MOSFETという)は、微細加工技術の進歩によ
り低オン抵抗化が進んでいる。とくに、低耐圧のMOS
FETの低オン抵抗化が顕著であり、現在では、フォト
レジストの制約から単位セルのサイズ縮小に限界の見え
ている平面構造の拡散自己整合タイプから更に進んで、
セルサイズをより小形化できるトレンチ構造を有する縦
型MOSFETに注目されている。この縦型MOSFE
Tは、半導体基板の第1の主面にソース領域とトレンチ
を形成し、第2の主面にドレイン領域を形成することに
よってトレンチ側面にチャネル領域が形成されるように
して、セルサイズが小さくなると共にオン抵抗を小さく
する事ができる。図10を参照して従来の縦型MOSF
ETを説明する。図は、MOS集積回路を備えた半導体
装置の縦型MOSFETを示す部分断面図である。半導
体基板に形成された複数のトレンチはその表面に、例え
ば、3μm間隔にマトリクス状に配置されている。N
シリコン半導体基板10の第1の主面上にドレイン領域
に用いられる低不純物濃度のN型の第1の半導体層11
がエピタキシャル成長によって形成されている。そし
て、この第1の半導体層11の上にチャネル領域に用い
られるP型の第2の半導体層12が不純物拡散によって
形成されている。
2. Description of the Related Art Insulated gate field effect transistors (hereinafter referred to as MOSFETs) have been reduced in on-state resistance due to advances in fine processing technology. Especially, low breakdown voltage MOS
The low on-resistance of FETs is remarkable, and at present, further progressing from the diffusion self-alignment type of the planar structure, which is seen to be the limit to the size reduction of the unit cell due to the limitation of the photoresist,
Attention has been paid to a vertical MOSFET having a trench structure that can further reduce the cell size. This vertical MOSFE
T has a small cell size because a channel region is formed on the side surface of the trench by forming a source region and a trench on the first main surface of the semiconductor substrate and a drain region on the second main surface. As a result, the on-resistance can be reduced. Referring to FIG. 10, a conventional vertical MOSF
Explain ET. The figure is a partial cross-sectional view showing a vertical MOSFET of a semiconductor device including a MOS integrated circuit. The plurality of trenches formed in the semiconductor substrate are arranged in a matrix on the surface thereof at intervals of 3 μm, for example. N +
A low impurity concentration N-type first semiconductor layer 11 used for a drain region on the first main surface of the silicon semiconductor substrate 10.
Are formed by epitaxial growth. Then, a P-type second semiconductor layer 12 used for a channel region is formed on the first semiconductor layer 11 by impurity diffusion.

【0003】この半導体基板と第1及び第2の半導体層
とがエピタキシャルウェーハを構成している。マトリク
ス状に配置されたトレンチ14は、第2の半導体層12
の表面から第1の半導体層11の内部にまで形成されて
おり、その幅は例えば1μmであり、その深さは例えば
4μmである。ソース領域13は、第2の半導体層12
の表面領域に形成され、各トレンチ14の両側に沿って
配置されている。ソース領域13は、このトレンチ14
によってほぼ長方形の平面パターンを有する多数の単位
セルに分割されており、マトリクス状に規則正しく配置
されている。第2の半導体層12の表面には、トレンチ
14の内部にも形成されている複合ゲート絶縁膜15で
被覆されている。ゲート電極Gは、例えば、不純物がド
ープされたポリシリコンからなり、トレンチ14内部に
埋め込まれ、複合ゲート絶縁膜15の上に形成されてい
る。隣合うトレンチ14内のゲート電極相互は、連続的
に形成されている。複合ゲート絶縁膜15の最下層の第
1の絶縁膜151は、熱酸化により形成されたシリコン
酸化膜(SiO2 膜) から構成されている。この上に第
2の絶縁膜152であるシリコン窒化膜(Si3
4 膜)がCVD(CemicalVapour Deposition) により形
成されている。さらに、この第2の絶縁膜152の上
に、第3の絶縁膜153が形成されている。この絶縁膜
はSiO2 膜からなり、第2の絶縁膜と同じ様にCVD
法により形成されている。
This semiconductor substrate and the first and second semiconductor layers form an epitaxial wafer. The trenches 14 arranged in a matrix form the second semiconductor layer 12
Is formed from the surface to the inside of the first semiconductor layer 11, the width thereof is, for example, 1 μm, and the depth thereof is, for example, 4 μm. The source region 13 is the second semiconductor layer 12
Is formed in the surface region of each of the trenches 14 and is arranged along both sides of each trench 14. The source region 13 is formed in the trench 14
Are divided into a large number of unit cells having a substantially rectangular plane pattern, and are regularly arranged in a matrix. The surface of the second semiconductor layer 12 is covered with the composite gate insulating film 15 which is also formed inside the trench 14. The gate electrode G is made of, for example, polysilicon doped with impurities, is buried inside the trench 14, and is formed on the composite gate insulating film 15. The gate electrodes in the adjacent trenches 14 are continuously formed. The lowermost first insulating film 151 of the composite gate insulating film 15 is composed of a silicon oxide film (SiO 2 film) formed by thermal oxidation. On top of this, a silicon nitride film (Si 3 N
4 films) are formed by CVD (Cemical Vapor Deposition). Further, a third insulating film 153 is formed on the second insulating film 152. This insulating film is made of a SiO 2 film, and is CVD like the second insulating film.
It is formed by the method.

【0004】ゲート電極G上、ソース領域13の露出し
ている表面上及びチャネル形成領域の第2の半導体層1
2の露出している表面上を覆う様に、例えば、SiO2
膜などからなる絶縁膜17が形成されている。この絶縁
膜17のコンタクトホールを介してゲート電極Gに電気
的に接続されたゲート配線18が形成されている。同様
に、この絶縁膜17のコンタクトホールを介してソース
領域13にコンタクトしているAlなどの金属からなる
ソース電極Sが形成されている。ソース電極Sは、ソー
ス領域13とともに第2の半導体層12表面にも共通に
コンタクトしている。これにより、基板領域・ソース領
域相互間が短絡接続され、ドレイン領域・基板領域・ソ
ース領域に寄生するNPNトランジスタによる影響を軽
減している。第1の半導体層11のドレイン領域に電気
的に接続されるAlなどの金属からなるドレイン電極D
は、半導体基板10の裏面、即ち、第2の主面上に形成
されている。ソース電極S及びドレイン電極Dは、各セ
ルに対して一体的に設けられ、各セルのゲート電極Gは
ゲート配線18により共通に接続されているので、各セ
ルは、並列接続されている。
The second semiconductor layer 1 on the gate electrode G, on the exposed surface of the source region 13 and in the channel formation region.
2 so as to cover the exposed surface of SiO 2 , for example, SiO 2
An insulating film 17 made of a film or the like is formed. A gate wiring 18 electrically connected to the gate electrode G through the contact hole of the insulating film 17 is formed. Similarly, a source electrode S made of a metal such as Al that is in contact with the source region 13 through the contact hole of the insulating film 17 is formed. The source electrode S commonly contacts the surface of the second semiconductor layer 12 together with the source region 13. As a result, the substrate region and the source region are short-circuited to each other, and the influence of the NPN transistor parasitic on the drain region, the substrate region, and the source region is reduced. A drain electrode D made of a metal such as Al electrically connected to the drain region of the first semiconductor layer 11.
Are formed on the back surface of the semiconductor substrate 10, that is, on the second main surface. The source electrode S and the drain electrode D are integrally provided for each cell, and the gate electrode G of each cell is commonly connected by the gate wiring 18, so that the cells are connected in parallel.

【0005】前記Nチャネル縦型MOSFETは、ソー
ス電極Sを接地し、ドレイン電極D及びゲート電極Gに
正の電圧を印加する。この様な順バイアスの時にゲート
電圧を上げていくと、第2の半導体層12のゲート電極
Gに対向するトレンチ14の側面のチャネル領域がP型
からN型に反転して反転層となり、ソース領域13から
反転層直下の第1の半導体層11に電子が流れる。
In the N-channel vertical MOSFET, the source electrode S is grounded and a positive voltage is applied to the drain electrode D and the gate electrode G. When the gate voltage is increased during such a forward bias, the channel region on the side surface of the trench 14 facing the gate electrode G of the second semiconductor layer 12 is inverted from P type to N type to become an inversion layer, and the source is formed. Electrons flow from the region 13 to the first semiconductor layer 11 just below the inversion layer.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
縦型MOSFETのゲート絶縁膜15は、トレンチ14
内面及びその周辺の半導体基板表面上に熱酸化膜(Si
2 膜)151、窒化膜(Si3 4 膜)152及び酸
化膜(SiO2 膜)153が積層された複合絶縁膜によ
り構成されている(図10参照)。通常、この様な3層
の複合絶縁膜は、それぞれ酸化膜及び窒化膜の記号をと
ってONO膜と称している。この酸化膜153は、図1
0のようにCVDで成長させる場合と第1の絶縁膜15
1と同じ様に熱酸化により形成することができる。この
ゲート絶縁膜15はトレンチ14の内壁面にのみ形成さ
れるのではなく、そのトレンチ開口部周辺にも形成され
る。この部分特にトレンチ14の部分を中心にした領域
Rを拡大して図11に示す。この図に示す様に肩の部分
の熱酸化膜151は、他の部分に比較して薄くなってい
る。そのため、ゲート絶縁膜を熱酸化膜だけで構成する
場合にはこの薄い部分が原因でゲート耐圧が悪くなる。
その結果、通常は熱酸化膜151の上に比較的均一に形
成される方法であるCVDによってシリコン窒化膜(S
3 4 膜)152を形成する。しかし、CVD法によ
る窒化膜は、膜表面にピンホールが形成されることが多
いので、見掛け上の誘電率が変わって電気特性が劣化し
たり、機械的強度が低下する。
As described above, the gate insulating film 15 of the conventional vertical MOSFET has the trench 14
The thermal oxide film (Si
An O 2 film 151, a nitride film (Si 3 N 4 film) 152, and an oxide film (SiO 2 film) 153 are laminated to form a composite insulating film (see FIG. 10). Generally, such a three-layer composite insulating film is referred to as an ONO film by taking the symbols of an oxide film and a nitride film, respectively. This oxide film 153 is shown in FIG.
0 when growing by CVD and the first insulating film 15
Similar to 1, it can be formed by thermal oxidation. The gate insulating film 15 is formed not only on the inner wall surface of the trench 14 but also around the trench opening. FIG. 11 is an enlarged view of a region R centered on this portion, particularly the trench 14. As shown in this figure, the thermal oxide film 151 on the shoulder portion is thinner than the other portions. Therefore, when the gate insulating film is composed of only the thermal oxide film, the gate breakdown voltage is deteriorated due to the thin portion.
As a result, a silicon nitride film (S) is usually formed on the thermal oxide film 151 by CVD, which is a relatively uniform method.
i 3 N 4 film) 152 is formed. However, in the nitride film formed by the CVD method, pinholes are often formed on the surface of the film, so that the apparent dielectric constant is changed to deteriorate the electrical characteristics or reduce the mechanical strength.

【0007】このピンホールを補正するため、例えば、
再酸化を行ってシリコン酸化膜153を形成している。
このシリコン酸化膜153は、その形成時の熱によって
窒化膜152を構成する少なくとも表面領域の結晶粒子
が部分的に融着してピンホールが消滅する。ところで、
トレンチの肩部の熱酸化膜が薄くなる原因を図12に示
す酸化物が形成される機構に求めることができる。酸化
性雰囲気で第2の半導体層12のシリコン半導体表面を
加熱すると、酸素原子が半導体表面からその内部に入り
込み、表面に酸化シリコンが形成される(図12
(a))。このとき、加熱が進むに連れて酸化シリコン
層は、半導体層12内部へ入り込むが、その肩部は、酸
化が進まず肩部の断面形状が次第に尖鋭化してくる(図
12(b))。したがって、この部分の厚みを十分にす
るためには、他の部分はさらに厚くしなければならな
い。ゲートのチャネル部の絶縁膜が厚くなり過ぎると、
低電圧駆動ができなくなるために、余り厚くすることは
できない。この様に、縦型MOSFETは、ゲート絶縁
膜にONO膜などの複合膜を用いているのが現状である
が、このような誘電率の異なる複合絶縁膜に電流が流れ
ると、複合膜の各絶縁膜中の電流平衡が成立するように
界面に電荷がチャージアップされることが知られてい
る。これは、複合ゲート絶縁膜に電荷が蓄えられること
であり、MOSFETのしきい値電圧Vthがゲート絶縁
膜中のリーク電流によって変動することを意味してい
る。しきい値電圧Vthの変動は、特性や信頼性の面で重
大な問題となる。本発明は、この様な事情によりなされ
たものであり、ゲート絶縁膜にチャージアップされる電
荷を減少させ、しきい値電圧Vthの変動を抑えた縦型M
OSFETを有する半導体装置及びその製造方法を提供
することを目的にしている。
In order to correct this pinhole, for example,
Re-oxidation is performed to form a silicon oxide film 153.
In this silicon oxide film 153, the crystal grains in at least the surface region forming the nitride film 152 are partially fused by the heat at the time of formation, and the pinholes disappear. by the way,
The cause of thinning of the thermal oxide film on the shoulder portion of the trench can be determined by the mechanism of oxide formation shown in FIG. When the silicon semiconductor surface of the second semiconductor layer 12 is heated in an oxidizing atmosphere, oxygen atoms penetrate into the inside of the semiconductor surface and silicon oxide is formed on the surface (FIG. 12).
(A)). At this time, as the heating progresses, the silicon oxide layer enters the inside of the semiconductor layer 12, but the shoulder portion does not proceed with the oxidation and the cross-sectional shape of the shoulder portion gradually becomes sharp (FIG. 12B). Therefore, in order to make the thickness of this portion sufficient, other portions must be made thicker. If the insulating film in the gate channel becomes too thick,
It cannot be made too thick because low voltage driving is not possible. As described above, the vertical MOSFET currently uses a composite film such as an ONO film as a gate insulating film, but when a current flows through such a composite insulating film having a different dielectric constant, each of the composite films is It is known that charges are charged up at the interface so that current balance in the insulating film is established. This means that charges are stored in the composite gate insulating film, and the threshold voltage Vth of the MOSFET changes due to the leak current in the gate insulating film. The fluctuation of the threshold voltage Vth is a serious problem in terms of characteristics and reliability. The present invention has been made under such circumstances, and the vertical M in which the charge charged up in the gate insulating film is reduced and the fluctuation of the threshold voltage Vth is suppressed.
An object is to provide a semiconductor device having an OSFET and a method for manufacturing the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板の第1の主
面上に形成され、ドレイン領域として用いられる第1導
電型の第1の半導体層と、前記第1の半導体層上に形成
され、ベース領域として用いられる第2導電型の第2の
半導体層と、前記第2の半導体層の表面領域に選択的に
形成され、ソース領域として用いられる第1導電型の不
純物拡散領域と、前記不純物拡散領域表面からこの不純
物拡散領域及び前記第2の半導体層を貫通し、前記第1
の半導体層中にその底面が達するように形成されたトレ
ンチの内壁面上及びこのトレンチ周辺の前記不純物拡散
領域上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜
上に形成され、かつ、前記トレンチ内およびトレンチ周
辺に形成されたゲート電極と、前記第2の半導体層上に
形成され、少なくとも前記ソース領域に電気的に接続さ
れたソース電極と、前記半導体基板の第2の主面上に形
成されたドレイン電極とを備え、前記ゲート絶縁膜は、
トレンチ内を含む第2の半導体層の表面を酸化性雰囲気
で熱処理して形成した熱酸化膜及びこの熱酸化膜の上に
形成された熱処理されたCVD絶縁膜から構成されてい
ることを特徴としている。前記CVD絶縁膜は、シリコ
ン窒化膜又はシリコン酸化膜を用いても良い。
The semiconductor device of the present invention comprises:
A first conductivity type semiconductor substrate, a first conductivity type first semiconductor layer formed on the first main surface of the semiconductor substrate and used as a drain region, and formed on the first semiconductor layer. A second conductive type second semiconductor layer used as a base region, a first conductive type impurity diffusion region selectively formed in a surface region of the second semiconductor layer and used as a source region, The impurity diffusion region and the second semiconductor layer are penetrated from the surface of the impurity diffusion region,
A gate insulating film formed on the inner wall surface of the trench formed so that its bottom surface reaches the semiconductor layer and on the impurity diffusion region around the trench, and formed on the gate insulating film, and A gate electrode formed in and around the trench, a source electrode formed on the second semiconductor layer and electrically connected to at least the source region, and on a second main surface of the semiconductor substrate. And a drain electrode formed, the gate insulating film,
A thermal oxide film formed by heat treating the surface of the second semiconductor layer including the inside of the trench in an oxidizing atmosphere, and a heat treated CVD insulating film formed on the thermal oxide film. There is. A silicon nitride film or a silicon oxide film may be used as the CVD insulating film.

【0009】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基板の第1の主面上にドレイン領域として用いられる第
1導電型の第1の半導体層を形成する工程と、前記第1
の半導体層上にベース領域として用いられる第2導電型
の第2の半導体層を形成する工程と、前記第2の半導体
層の表面領域にソース領域として用いられる第1導電型
の不純物拡散領域を選択的に形成する工程と、前記不純
物拡散領域表面からこの不純物拡散領域及び前記第2の
半導体層を貫通し、前記第1の半導体層中にその底面が
達するトレンチを形成する工程と、前記トレンチの内壁
面上及びこのトレンチ周辺の前記不純物拡散領域上に第
1の絶縁膜である熱酸化膜を酸化性雰囲気中における熱
処理により形成する工程と、前記第1の絶縁膜の上に第
2の絶縁膜であるCVD絶縁膜を形成する工程と、前記
第2の絶縁膜の上に第3の絶縁膜である熱酸化膜を酸化
性雰囲気中における熱処理により形成する工程と、前記
第3の絶縁膜を第2の絶縁膜の上から取り除く工程と、
前記第2の絶縁膜上に、前記トレンチ内及びトレンチ周
辺にゲート電極を形成する工程と、前記第2の半導体層
上に、少なくとも前記ソース領域に電気的に接続された
ソース電極を形成する工程と、前記半導体基板の第2の
主面上にドレイン電極を形成する工程とを備え、前記第
1及び第2の絶縁膜とでゲート絶縁膜を構成し、前記第
2の絶縁膜は前記第3の絶縁膜を製造する工程における
熱処理によってアニールされることを第1の特徴として
いる。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming a first conductive type first semiconductor layer used as a drain region on a first main surface of a semiconductor substrate, and the first step.
Forming a second conductive type second semiconductor layer used as a base region on the semiconductor layer, and forming a first conductive type impurity diffusion region used as a source region in the surface region of the second semiconductor layer. Selectively forming; forming a trench from the surface of the impurity diffusion region, penetrating the impurity diffusion region and the second semiconductor layer and reaching the bottom in the first semiconductor layer; A thermal oxide film as a first insulating film by heat treatment in an oxidizing atmosphere on the inner wall surface of the first insulating film and on the impurity diffusion region around the trench, and a second insulating film on the first insulating film. Forming a CVD insulating film which is an insulating film, forming a thermal oxide film which is a third insulating film on the second insulating film by heat treatment in an oxidizing atmosphere, and the third insulating film Membrane first A step of removing from the top of the insulating film,
Forming a gate electrode in and around the trench on the second insulating film; and forming a source electrode electrically connected to at least the source region on the second semiconductor layer. And a step of forming a drain electrode on the second main surface of the semiconductor substrate, and a gate insulating film is constituted by the first and second insulating films, and the second insulating film is the first insulating film. The first feature is that annealing is performed by the heat treatment in the step of manufacturing the insulating film of No. 3.

【0010】また、半導体基板の第1の主面上にドレイ
ン領域として用いられる第1導電型の第1の半導体層を
形成する工程と、前記第1の半導体層上にベース領域と
して用いられる第2導電型の第2の半導体層を形成する
工程と、前記第2の半導体層の表面領域にソース領域と
して用いられる第1導電型の不純物拡散領域を選択的に
形成する工程と、前記不純物拡散領域表面からこの不純
物拡散領域及び前記第2の半導体層を貫通し、前記第1
の半導体層中にその底面が達するトレンチを形成する工
程と、前記トレンチの底面を含む内壁面上およびこのト
レンチ周辺の前記不純物拡散領域上に第1の絶縁膜であ
る熱酸化膜を酸化性雰囲気中における熱処理により形成
する工程と、前記第1の絶縁膜の上に第2の絶縁膜であ
るCVD絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜の
上に第3の絶縁膜であるCVD酸化膜を形成する工程
と、前記第3の絶縁膜を第2の絶縁膜の上から取り除く
工程と、前記第2の絶縁膜上に、前記トレンチ内及びト
レンチ周辺にゲート電極を形成する工程と、前記第2の
半導体層上に、少なくとも前記ソース領域に電気的に接
続されたソース電極を形成する工程と、前記半導体基板
の第2の主面上にドレイン電極を形成する工程とを備
え、前記第1及び第2の絶縁膜とでゲート絶縁膜を構成
し、前記第2の絶縁膜は、前記第3の絶縁膜を製造する
工程における熱処理によってアニールされることを第2
の特徴としている。
Also, a step of forming a first semiconductor layer of a first conductivity type used as a drain region on the first main surface of the semiconductor substrate, and a step of forming a first region used on the first semiconductor layer as a base region. Forming a second conductive type second semiconductor layer; selectively forming a first conductive type impurity diffusion region used as a source region in a surface region of the second semiconductor layer; The impurity diffusion region and the second semiconductor layer are penetrated from the surface of the region,
Forming a trench whose bottom reaches in the semiconductor layer, and forming a thermal oxide film as a first insulating film on the inner wall surface including the bottom of the trench and on the impurity diffusion region around the trench in an oxidizing atmosphere. Forming by a heat treatment inside, forming a CVD insulating film which is a second insulating film on the first insulating film, and forming a third insulating film on the second insulating film. Forming a CVD oxide film, removing the third insulating film from the second insulating film, and forming a gate electrode in the trench and around the trench on the second insulating film. And forming a source electrode electrically connected to at least the source region on the second semiconductor layer, and forming a drain electrode on the second main surface of the semiconductor substrate. , The first and second And the gate insulating film and the insulating film, the second insulating film, to be annealed by heat treatment in the step of producing the third insulating film second
It is a feature of.

【0011】[0011]

【作用】ゲート絶縁膜は、熱処理されたCVD絶縁膜と
熱酸化膜から構成されているので、電気的、機械的特性
が安定していると共に、チャージアップされる電荷の蓄
積が従来より少ない。また、前記CVD絶縁膜表面に酸
化膜を成長させることによってCVD絶縁膜が熱処理さ
れるので、このCVD絶縁膜は、均一にアニールされ
る。
Since the gate insulating film is composed of the heat-treated CVD insulating film and the thermal oxide film, the electrical and mechanical characteristics are stable and the accumulated charge is less than before. Further, since the CVD insulating film is heat-treated by growing an oxide film on the surface of the CVD insulating film, the CVD insulating film is uniformly annealed.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。まず、図1及至図3により本発明の実施例を説明
する。図1は、表面の配線部分を省略した半導体基板の
平面図、図2は、この半導体基板上の配線部分を示した
平面図、図3は、図1のA−A′線に沿う部分の図2に
示す配線部分も含む断面図である。図は、MOS集積回
路を備えた半導体装置の縦型MOSFETを示してい
る。エピタキシャル半導体層11、12が第1の主面に
形成されている半導体基板10に設けられた複数のトレ
ンチ14は、その表面に、例えば、約3μm間隔にマト
リクス状に配置されている。Nシリコン半導体基板1
0の第1の主面上にドレイン領域に用いられる低不純物
濃度のN型の第1の半導体層11がエピタキシャル成長
によって形成されている。そして、この第1の半導体層
11の上にチャネル領域に用いられるP型の第2の半導
体層12が不純物拡散によって形成されている。この実
施例では第2の半導体層12は、第1の半導体層11を
部分的に不純物拡散を行うことによって形成されるが、
第1の半導体層11上に第2のエピタキシャル成長層を
形成することによって、これを第2の半導体層とするこ
とができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a plan view of a semiconductor substrate in which a wiring portion on the surface is omitted, FIG. 2 is a plan view showing a wiring portion on the semiconductor substrate, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view including a wiring portion shown in FIG. 2. The figure shows a vertical MOSFET of a semiconductor device having a MOS integrated circuit. The plurality of trenches 14 provided in the semiconductor substrate 10 in which the epitaxial semiconductor layers 11 and 12 are formed on the first main surface are arranged in a matrix on the surface thereof, for example, at intervals of about 3 μm. N + silicon semiconductor substrate 1
An N-type first semiconductor layer 11 having a low impurity concentration and used for the drain region is formed on the first main surface of 0 by epitaxial growth. Then, a P-type second semiconductor layer 12 used for a channel region is formed on the first semiconductor layer 11 by impurity diffusion. In this embodiment, the second semiconductor layer 12 is formed by partially performing impurity diffusion on the first semiconductor layer 11,
By forming the second epitaxial growth layer on the first semiconductor layer 11, this can be used as the second semiconductor layer.

【0013】マトリクス状に配置されたトレンチ14
は、第2の半導体層12の表面から第1の半導体層11
の内部にまで形成されており、その幅は、例えば、約1
μm、その深さは、例えば、約4μmである。ソース領
域13は、第2の半導体層12の表面領域に形成され、
各トレンチ14の周辺に沿って配置されている。ソース
領域13は、このトレンチ14によってほぼ長方形の平
面パターンを有する多数の単位セルに分割されており、
単位セルはマトリクス状に規則正しく配置されている。
第2の半導体層12の表面は、トレンチ14の内部にも
形成されている複合ゲート絶縁膜20で被覆されてい
る。ゲート電極Gは、例えば、不純物がドープされたポ
リシリコンからなり、一部はトレンチ14内部に埋め込
まれ、一部はトレンチ14の開口部周辺の複合ゲート絶
縁膜20の上に形成されている。複合ゲート絶縁膜20
の最下層の第1の絶縁膜21は、熱酸化により形成され
たシリコン酸化膜(SiO2 膜) から構成されている。
この上に第2の絶縁膜22であるシリコン窒化膜(Si
3 4 膜)がCVDにより形成されている。
Trenches 14 arranged in a matrix
From the surface of the second semiconductor layer 12 to the first semiconductor layer 11
Is formed to the inside of, and its width is, for example, about 1
μm, and the depth thereof is, for example, about 4 μm. The source region 13 is formed in the surface region of the second semiconductor layer 12,
It is arranged along the periphery of each trench 14. The source region 13 is divided by the trench 14 into a large number of unit cells having a substantially rectangular plane pattern.
The unit cells are regularly arranged in a matrix.
The surface of the second semiconductor layer 12 is covered with the composite gate insulating film 20 which is also formed inside the trench 14. The gate electrode G is made of, for example, polysilicon doped with impurities, and a part thereof is embedded in the trench 14 and a part thereof is formed on the composite gate insulating film 20 around the opening of the trench 14. Composite gate insulating film 20
The lowermost first insulating film 21 is composed of a silicon oxide film (SiO 2 film) formed by thermal oxidation.
On top of this, a silicon nitride film (Si
3 N 4 film) is formed by CVD.

【0014】ゲート電極G上、ソース領域13の露出し
ている表面上及びチャネル形成領域の第2の半導体層1
2の露出している表面上を覆う様に、例えば、PSG
(リンシリケートガラス)膜などからなる厚さ約600
nmの絶縁膜(層間絶縁膜)17が形成されている。こ
の絶縁膜17のコンタクトホールを介してゲート電極G
に電気的に接続されているAlなどからなる金属のゲー
ト配線18が形成されている(図2)。同様に、この絶
縁膜17のコンタクトホールを介してソース領域13に
コンタクトしているAlなどの金属のソース電極Sが形
成されている。ゲート配線18やソース電極Sなどの配
線は、層間絶縁膜17の上にパターニングされている。
図2に示すように、この絶縁膜17の上には、Alのゲ
ート配線18が形成されており、ゲート配線18は、A
lのゲートパッド23に接続している。ゲート配線18
は半導体基板10上のトレンチ列間の上に配置されてお
り、ゲートパッド23の下には、トレンチ14は形成さ
れていない。また、ソース電極Sにはソースパッド24
が形成されている。マトリクス状に形成された各トレン
チ14は、ソース領域13の中に形成されている(図
1)。複数の、例えば、2つのトレンチを1つのソース
領域に形成する事も可能である。
The second semiconductor layer 1 on the gate electrode G, on the exposed surface of the source region 13 and in the channel formation region.
2 to cover over the exposed surface, for example PSG
(Phosphorus silicate glass) thickness of about 600
An insulating film (interlayer insulating film) 17 having a thickness of nm is formed. Through the contact hole of the insulating film 17, the gate electrode G
A metal gate wiring 18 made of Al or the like electrically connected to the gate wiring 18 is formed (FIG. 2). Similarly, a source electrode S made of a metal such as Al is formed in contact with the source region 13 through the contact hole of the insulating film 17. Wirings such as the gate wiring 18 and the source electrode S are patterned on the interlayer insulating film 17.
As shown in FIG. 2, an Al gate wiring 18 is formed on the insulating film 17, and the gate wiring 18 is
1 to the gate pad 23. Gate wiring 18
Are arranged above the semiconductor substrate 10 between the rows of trenches, and the trenches 14 are not formed under the gate pads 23. In addition, the source electrode 24 has a source pad 24.
Are formed. Each trench 14 formed in a matrix is formed in the source region 13 (FIG. 1). It is also possible to form a plurality of trenches, for example two trenches, in one source region.

【0015】ソース電極Sはソース領域13とともに第
2の半導体層12表面に共通にコンタクトしている。こ
れにより、基板領域・ソース領域相互間が短絡接続さ
れ、ドレイン領域・基板領域・ソース領域に寄生するN
PNトランジスタによる影響を軽減している。第1の半
導体層11のドレイン領域に電気的に接続されるAlな
どの金属のドレイン電極Dは、半導体基板10の裏面、
即ち、第2の主面上に形成されている。ソース電極S及
びドレイン電極Dは、各セルに対して一体的に設けら
れ、各セルのゲート電極Gはゲート配線18により共通
に接続されているので、各セルは、並列接続されてい
る。前記Nチャネル縦型MOSFETは、ソース電極S
を接地し、ドレイン電極D及びゲート電極Gに正の電圧
を印加する。この様な順バイアスの時にゲート電圧を上
げていくと、第2の半導体層12のゲート電極Gに対向
するトレンチ14の側面のチャネル領域がP型からN型
に反転して反転層となり、ソース領域13から反転層直
下の第11の半導体層11に電子が流れる。この縦型M
OSFETのゲート絶縁膜20は、トレンチ14内面及
びその周辺の半導体基板表面上に熱酸化膜(SiO
2 膜)21及び窒化膜(Si3 4 膜)22が積層され
た複合絶縁膜により構成されている。
The source electrode S is commonly contacted with the surface of the second semiconductor layer 12 together with the source region 13. As a result, the substrate region and the source region are short-circuited to each other, and N which is parasitic on the drain region, the substrate region, and the source region is connected.
The effect of the PN transistor is reduced. The drain electrode D of a metal such as Al electrically connected to the drain region of the first semiconductor layer 11 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 10.
That is, it is formed on the second main surface. The source electrode S and the drain electrode D are integrally provided for each cell, and the gate electrode G of each cell is commonly connected by the gate wiring 18, so that the cells are connected in parallel. The N-channel vertical MOSFET has a source electrode S
Is grounded, and a positive voltage is applied to the drain electrode D and the gate electrode G. When the gate voltage is increased during such a forward bias, the channel region on the side surface of the trench 14 facing the gate electrode G of the second semiconductor layer 12 is inverted from P type to N type to become an inversion layer, and the source is formed. Electrons flow from the region 13 to the eleventh semiconductor layer 11 just below the inversion layer. This vertical M
The gate insulating film 20 of the OSFET is formed of a thermal oxide film (SiO 2) on the inner surface of the trench 14 and the peripheral surface of the semiconductor substrate.
2 film) 21 and a nitride film (Si 3 N 4 film) 22 are laminated to form a composite insulating film.

【0016】ゲート絶縁膜20は、熱処理されたCVD
絶縁膜22と熱酸化膜21とから構成されているので、
電気的、機械的特性が安定していると共に、チャージア
ップされる電荷の蓄積が従来より少ない。次ぎに、図4
乃至図9を参照して前記実施例の半導体装置の製造方法
を説明する。図4乃至図8は、半導体装置の製造工程断
面図、図4は、ゲート絶縁膜の結晶構造を説明する平面
図である。厚さ約150μmのNシリコン半導体基板
10の第1の主面に第1の半導体層であるN型シリコン
エピタキシャル層11を成長させる。更に、このエピタ
キシャル層11にP型チャネル領域形成層である第2の
半導体層12を形成する。次ぎに、PEP(フォトエッ
チングプロセス)工程及びイオン注入を用いて第2の半
導体層12の表面領域にこの半導体層の表面からソース
領域となるN不純物拡散領域13を形成する。そし
て、ソース領域13の表面から第2の半導体層12を貫
通し、第1の半導体層11に達する複数のトレンチ14
を、例えば、RIE(Reactive Ion Etching) 法などに
より形成し、これをマトリクス状に配置する(図1参
照、図4)。
The gate insulating film 20 is formed by heat-treated CVD.
Since it is composed of the insulating film 22 and the thermal oxide film 21,
The electrical and mechanical characteristics are stable, and the amount of charge that is charged up is smaller than before. Next, Fig. 4
A method of manufacturing the semiconductor device of the above embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 8 are cross-sectional views of manufacturing steps of the semiconductor device, and FIG. 4 is a plan view illustrating the crystal structure of the gate insulating film. An N-type silicon epitaxial layer 11 which is a first semiconductor layer is grown on the first main surface of the N + silicon semiconductor substrate 10 having a thickness of about 150 μm. Further, a second semiconductor layer 12 which is a P-type channel region forming layer is formed on the epitaxial layer 11. Next, the P + (photo etching process) step and ion implantation are used to form an N + impurity diffusion region 13 to be a source region from the surface of the second semiconductor layer 12 in the surface region of the second semiconductor layer 12. Then, the plurality of trenches 14 penetrating the second semiconductor layer 12 from the surface of the source region 13 to reach the first semiconductor layer 11.
Are formed by, for example, an RIE (Reactive Ion Etching) method and are arranged in a matrix (see FIG. 1 and FIG. 4).

【0017】次に、トレンチ14の内壁面を含む第2の
半導体層12表面上に第1の絶縁膜である熱酸化膜21
を形成する(図5)。第2の半導体層12表面は、酸化
性雰囲気中、約1000℃で熱処理されて熱酸化膜21
が形成される。この熱処理温度は、大体900〜110
0℃が適当である。次に、この熱酸化膜21の上にCV
D法によるシリコンなどの窒化膜(CVD窒化膜)22
を堆積させる(図6)。これは第2の絶縁膜22であ
る。CVD法は、気相状態での化学反応によって窒化シ
リコン膜や酸化シリコン膜などの薄膜を形成する方法で
あり、下地の状態にかかわらず均一に堆積されるが、膜
質(膜の緻密性)の点で熱酸化膜に劣る。即ち、図9
(a)に示すようにCVD窒化膜の結晶粒子間は、ピン
ホールなどが存在し、緻密性に欠ける傾向にある。次
に、前記窒化膜22を酸化性雰囲気中、950℃以上、
1150℃以下、例えば、1000℃で1時間程度酸化
して第3の絶縁膜25である熱酸化膜を形成する(図
7)。
Next, the thermal oxide film 21 as the first insulating film is formed on the surface of the second semiconductor layer 12 including the inner wall surface of the trench 14.
Are formed (FIG. 5). The surface of the second semiconductor layer 12 is heat-treated at about 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere to form a thermal oxide film 21.
Is formed. This heat treatment temperature is generally 900 to 110.
0 ° C is suitable. Next, CV is formed on the thermal oxide film 21.
Nitride film (CVD nitride film) 22 such as silicon formed by the D method 22
Are deposited (FIG. 6). This is the second insulating film 22. The CVD method is a method of forming a thin film such as a silicon nitride film or a silicon oxide film by a chemical reaction in a vapor phase state, and is deposited uniformly regardless of the state of the underlying layer, but the film quality (film denseness) It is inferior to the thermal oxide film. That is, FIG.
As shown in (a), pinholes and the like are present between the crystal grains of the CVD nitride film, and the denseness tends to be poor. Next, the nitride film 22 is heated to 950 ° C. or higher in an oxidizing atmosphere,
It is oxidized at 1150 ° C. or lower, for example, 1000 ° C. for about 1 hour to form a thermal oxide film which is the third insulating film 25 (FIG. 7).

【0018】ここで、従来の縦型MOSFETでは、そ
のゲート絶縁膜として第1及び第2の絶縁膜とともに第
3の絶縁膜もその中に含まれて、いわゆるONO膜を構
成していたが、本発明では、第3の絶縁膜25を第2の
絶縁膜22の上に形成してから、この第3の絶縁膜25
をエッチング処理などの方法によって取り除くことに特
徴がある(図8)。第3の絶縁膜25、この実施例で
は、シリコンの熱酸化膜を除去するには、この絶縁膜2
5のみがエッチングされるように第2の絶縁膜22であ
るCVD窒化膜とのエッチング選択比の高い材料で、例
えば、ウエットエッチングする。その材料には、例え
ば、5%もしくはそれ以下の弗酸(HF)を用いる。し
たがって、この縦型MOSFETのゲート絶縁膜20
は、第1の絶縁膜21と第2の絶縁膜22からなり、こ
の実施例では、例えば、約100nmの厚さがある。第
2の絶縁膜22は、この第3の絶縁膜25の形成時の熱
処理により均一にアニールされる。その結果、CVD窒
化膜22は、図9に示すように、ピンホールが存在する
緻密さの欠ける粒子構造であったものが、アニールによ
って図9(b)に示すように少なくとも表面は、結晶粒
子間の粒界が部分的に融着して、ピンホールの少ない緻
密度の高い膜質に改質される。
Here, in the conventional vertical MOSFET, the so-called ONO film was formed by including the third insulating film as well as the first and second insulating films as its gate insulating film. In the present invention, the third insulating film 25 is formed on the second insulating film 22 and then the third insulating film 25 is formed.
Is removed by a method such as etching (FIG. 8). In order to remove the third insulating film 25, which is the thermal oxide film of silicon in this embodiment, this insulating film 2 is used.
For example, wet etching is performed using a material having a high etching selection ratio with respect to the CVD nitride film which is the second insulating film 22 so that only 5 is etched. As the material, for example, 5% or less of hydrofluoric acid (HF) is used. Therefore, the gate insulating film 20 of this vertical MOSFET
Is composed of a first insulating film 21 and a second insulating film 22, and has a thickness of, for example, about 100 nm in this embodiment. The second insulating film 22 is uniformly annealed by the heat treatment when forming the third insulating film 25. As a result, as shown in FIG. 9, the CVD nitride film 22 had a grain structure in which pinholes were present and lacked in denseness. However, as shown in FIG. Intergranular grain boundaries are partially fused and reformed into a highly dense film with few pinholes.

【0019】次に、リンなどの不純物がドープされたポ
リシリコン膜16をトレンチ14が十分に埋まるように
り、トレンチ14の周辺にまで堆積させる。このポリシ
リコン膜16は、ゲート電極として用いられる。そし
て、トレンチ14及びその周辺にゲート電極となるよう
にポリシリコン膜16をエッチバックする。次に、第2
の半導体層12の表面にPSG膜などの絶縁膜(層間絶
縁膜)17をCVD法などで形成する。絶縁膜材料とし
ては、PSG膜以外にBPSG膜などの材料を用いても
良い。その後、この層間絶縁膜17の一部にゲート配線
Gやソース電極Sのためのコンタクトホールを開口す
る。その後、絶縁膜17の上にAlやAl/Si合金な
どを材料とするゲート配線S及びソース電極Sのパター
ンを蒸着する。次に、半導体基板10の第2の主面全面
にAlやAl/Si合金などのドレイン電極Dを形成す
る。
Next, a polysilicon film 16 doped with impurities such as phosphorus is deposited up to the periphery of the trench 14 so that the trench 14 is sufficiently filled. This polysilicon film 16 is used as a gate electrode. Then, the polysilicon film 16 is etched back to the trench 14 and its periphery so as to become a gate electrode. Then the second
An insulating film (interlayer insulating film) 17 such as a PSG film is formed on the surface of the semiconductor layer 12 by the CVD method or the like. As the insulating film material, a material such as a BPSG film other than the PSG film may be used. After that, contact holes for the gate line G and the source electrode S are opened in a part of the interlayer insulating film 17. After that, a pattern of the gate wiring S and the source electrode S made of Al, Al / Si alloy or the like is deposited on the insulating film 17. Next, the drain electrode D of Al, Al / Si alloy, or the like is formed on the entire second main surface of the semiconductor substrate 10.

【0020】次に、前記実施例の半導体装置の他の製造
方法について説明する。前の方法では、第2の絶縁膜で
あるCVD窒化膜をアニールするのに第3の絶縁膜とし
てシリコンの熱酸化膜を用いたが、この実施例では、C
VD絶縁膜を用いる。このCVD絶縁膜を第2の絶縁膜
に堆積する際にその成長温度が大体900℃あるいは9
50℃前後に高い場合なら、この熱で第2の絶縁膜をア
ニールすることができる。CVD絶縁膜の材料として
は、酸化膜を用いるが、窒化膜を用いても良い。CVD
絶縁膜は、第2の絶縁膜上に形成されてから、エッチン
グ処理などにより除去される。熱酸化膜の除去と同様
に、CVD絶縁膜のみがエッチングされるように第2の
絶縁膜であるCVD窒化膜とのエッチング選択比の高い
材料でエッチングする。
Next, another method of manufacturing the semiconductor device of the above embodiment will be described. In the previous method, a thermal oxide film of silicon was used as the third insulating film to anneal the CVD nitride film which is the second insulating film.
A VD insulating film is used. When depositing this CVD insulating film on the second insulating film, the growth temperature is about 900 ° C. or 9 ° C.
If the temperature is around 50 ° C., the heat can anneal the second insulating film. Although an oxide film is used as the material of the CVD insulating film, a nitride film may be used. CVD
The insulating film is formed on the second insulating film and then removed by etching or the like. Similar to the removal of the thermal oxide film, etching is performed with a material having a high etching selection ratio with respect to the CVD nitride film which is the second insulating film so that only the CVD insulating film is etched.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明は、ゲート絶縁膜が、熱処理され
たCVD絶縁膜と熱酸化膜の2層から構成されているの
で、電気的、機械的特性が安定していると共に、チャー
ジアップされる電荷の蓄積が従来より少ない。また、前
記CVD絶縁膜表面に酸化膜を成長させることによって
CVD絶縁膜が熱処理されるので、このCVD絶縁膜
は、均一にアニールされる。
According to the present invention, since the gate insulating film is composed of two layers, that is, a heat-treated CVD insulating film and a thermal oxide film, the electrical and mechanical characteristics are stable and the charge-up is improved. Charge accumulation is less than before. Further, since the CVD insulating film is heat-treated by growing an oxide film on the surface of the CVD insulating film, the CVD insulating film is uniformly annealed.

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

【図1】本発明の実施例の半導体装置に用いる半導体基
板の平面図。
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor substrate used in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の半導体基板の表面の配線領域を示す平面
図。
FIG. 2 is a plan view showing a wiring region on the surface of the semiconductor substrate of FIG.

【図3】図1のA−A′線に沿う部分の断面図。FIG. 3 is a sectional view of a portion taken along the line AA ′ in FIG.

【図4】実施例の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device of the example.

【図5】実施例の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device of the example.

【図6】実施例の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device of the example.

【図7】実施例の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device of the example.

【図8】実施例の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device of the example.

【図9】実施例の半導体装置のゲート絶縁膜の内部構造
を説明する平面図。
FIG. 9 is a plan view illustrating the internal structure of the gate insulating film of the semiconductor device of the example.

【図10】従来の半導体装置の断面図。FIG. 10 is a sectional view of a conventional semiconductor device.

【図11】図10の半導体装置のゲート絶縁膜の製造方
法を説明する部分平面図。
11 is a partial plan view illustrating a method of manufacturing a gate insulating film of the semiconductor device of FIG.

【図12】図10の半導体装置のゲート絶縁膜の部分平
面図。
12 is a partial plan view of a gate insulating film of the semiconductor device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 半導体基板 11 第1の半導体層(N型シリコンエピタ
キシャル成長層) 12 第2の半導体層(P型シリコンエピタ
キシャル成長層) 13 ソース領域 14 トレンチ 15、20 ゲート絶縁膜 16 ゲート電極 17 絶縁膜(層間絶縁膜) 18 ゲート配線 21 第1の絶縁膜 22 第2の絶縁膜 23 ゲートパッド 24 ソースパッド 25 第3の絶縁膜
10 semiconductor substrate 11 first semiconductor layer (N-type silicon epitaxial growth layer) 12 second semiconductor layer (P-type silicon epitaxial growth layer) 13 source region 14 trenches 15 and 20 gate insulating film 16 gate electrode 17 insulating film (interlayer insulating film) ) 18 gate wiring 21 first insulating film 22 second insulating film 23 gate pad 24 source pad 25 third insulating film

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体基板と、 前記半導体基板の第1の主面上に形成され、ドレイン領
域として用いられる第1導電型の第1の半導体層と、 前記第1の半導体層上に形成され、ベース領域として用
いられる第2導電型の第2の半導体層と、 前記第2の半導体層の表面領域に選択的に形成され、ソ
ース領域として用いられる第1導電型の不純物拡散領域
と、 前記不純物拡散領域表面からこの不純物拡散領域及び前
記第2の半導体層を貫通し、前記第1の半導体層中にそ
の底面が達するように形成されたトレンチの内壁面上及
びこのトレンチ周辺の前記不純物拡散領域上に形成され
たゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成され、かつ、前記トレンチ内
及びトレンチ周辺に形成されたゲート電極と、 前記第2の半導体層上に形成され、少なくとも前記ソー
ス領域に電気的に接続されたソース電極と、 前記半導体基板の第2の主面上に形成されたドレイン電
極とを備え、 前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチ内を含む第2の半導
体層の表面を酸化性雰囲気で熱処理して形成した熱酸化
膜及びこの熱酸化膜の上に形成された熱処理されたCV
D絶縁膜から構成されていることを特徴とする半導体装
置。
1. A semiconductor substrate of a first conductivity type, a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on a first main surface of the semiconductor substrate and used as a drain region, and the first semiconductor. A second semiconductor layer of a second conductivity type formed on the layer and used as a base region, and an impurity of the first conductivity type selectively formed in a surface region of the second semiconductor layer and used as a source region. A diffusion region, an inner wall surface of a trench formed so as to reach the bottom surface in the first semiconductor layer and penetrate the impurity diffusion region and the second semiconductor layer from the surface of the impurity diffusion region, and the trench. A gate insulating film formed on the impurity diffusion region in the periphery, a gate electrode formed on the gate insulating film and formed in and around the trench, and formed on the second semiconductor layer. A source electrode electrically connected to at least the source region and a drain electrode formed on the second main surface of the semiconductor substrate, wherein the gate insulating film includes a portion including the inside of the trench. A thermal oxide film formed by heat-treating the surface of the second semiconductor layer in an oxidizing atmosphere, and a heat-treated CV formed on the thermal oxide film.
A semiconductor device comprising a D insulating film.
【請求項2】 前記CVD絶縁膜は、シリコン窒化膜又
はシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項1に記
載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the CVD insulating film is a silicon nitride film or a silicon oxide film.
【請求項3】 半導体基板の第1の主面上にドレイン領
域として用いられる第1導電型の第1の半導体層を形成
する工程と、 前記第1の半導体層上にベース領域として用いられる第
2導電型の第2の半導体層を形成する工程と、 前記第2の半導体層の表面領域にソース領域として用い
られる第1導電型の不純物拡散領域を選択的に形成する
工程と、 前記不純物拡散領域表面からこの不純物拡散領域及び前
記第2の半導体層を貫通し、前記第1の半導体層中にそ
の底面が達するトレンチを形成する工程と、 前記トレンチの内壁面上及びこのトレンチ周辺の前記不
純物拡散領域上に第1の絶縁膜である熱酸化膜を酸化性
雰囲気中における熱処理により形成する工程と、 前記
第1の絶縁膜の上に第2の絶縁膜であるCVD絶縁膜を
形成する工程と、 前記第2の絶縁膜の上に第3の絶縁
膜である熱酸化膜を酸化性雰囲気中における熱処理によ
り形成する工程と、 前記第3の絶縁膜を第2の絶縁膜の上から取り除く工程
と、 前記第2の絶縁膜上に、前記トレンチ内及びトレンチ周
辺にゲート電極を形成する工程と、 前記第2の半導体層上に、少なくとも前記ソース領域に
電気的に接続されたソース電極を形成する工程と、 前記半導体基板の第2の主面上にドレイン電極を形成す
る工程とを備え、 前記第1及び第2の絶縁膜とでゲート絶縁膜を構成し、
前記第2の絶縁膜は、前記第3の絶縁膜を製造する工程
における熱処理によってアニールされることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
3. A step of forming a first-conductivity-type first semiconductor layer used as a drain region on a first main surface of a semiconductor substrate, and a step of forming a first region on the first semiconductor layer as a base region. Forming a second conductive type second semiconductor layer; selectively forming a first conductive type impurity diffusion region used as a source region in a surface region of the second semiconductor layer; Forming a trench that penetrates the impurity diffusion region and the second semiconductor layer from the surface of the region and reaches the bottom of the first semiconductor layer, and the impurity on the inner wall surface of the trench and around the trench. Forming a thermal oxide film, which is a first insulating film, on the diffusion region by heat treatment in an oxidizing atmosphere; and forming a CVD insulating film, which is a second insulating film, on the first insulating film. When Forming a thermal oxide film, which is a third insulating film, on the second insulating film by heat treatment in an oxidizing atmosphere; and removing the third insulating film from the second insulating film. Forming a gate electrode in and around the trench on the second insulating film; and forming a source electrode electrically connected to at least the source region on the second semiconductor layer. A step of forming a drain electrode on the second main surface of the semiconductor substrate, and forming a gate insulating film with the first and second insulating films,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second insulating film is annealed by heat treatment in the step of manufacturing the third insulating film.
【請求項4】 半導体基板の第1の主面上にドレイン領
域として用いられる第1導電型の第1の半導体層を形成
する工程と、 前記第1の半導体層上にベース領域として用いられる第
2導電型の第2の半導体層を形成する工程と、 前記第2の半導体層の表面領域にソース領域として用い
られる第1導電型の不純物拡散領域を選択的に形成する
工程と、 前記不純物拡散領域表面からこの不純物拡散領域及び前
記第2の半導体層を貫通し、前記第1の半導体層中にそ
の底面が達するトレンチを形成する工程と、 前記トレンチの底面を含む内壁面上及びこのトレンチ周
辺の前記不純物拡散領域上に第1の絶縁膜である熱酸化
膜を酸化性雰囲気中における熱処理により形成する工程
と、 前記第1の絶縁膜の上に第2の絶縁膜であるCVD絶縁
膜を形成する工程と、 前記第2の絶縁膜の上に第3の絶縁膜であるCVD酸化
膜を形成する工程と、 前記第3の絶縁膜を第2の絶縁膜の上から取り除く工程
と、 前記第2の絶縁膜上に、前記トレンチ内及びトレンチ周
辺にゲート電極を形成する工程と、 前記第2の半導体層上に、少なくとも前記ソース領域に
電気的に接続されたソース電極を形成する工程と、 前記半導体基板の第2の主面上にドレイン電極を形成す
る工程とを備え、 前記第1及び第2の絶縁膜とでゲート絶縁膜を構成し、
前記第2の絶縁膜は、前記第3の絶縁膜を製造する工程
における熱処理によってアニールされることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
4. A step of forming a first semiconductor layer of a first conductivity type used as a drain region on a first main surface of a semiconductor substrate, and a step of forming a first semiconductor layer on the first semiconductor layer as a base region. Forming a second conductive type second semiconductor layer; selectively forming a first conductive type impurity diffusion region used as a source region in a surface region of the second semiconductor layer; Forming a trench that penetrates the impurity diffusion region and the second semiconductor layer from the surface of the region and reaches the bottom surface of the trench in the first semiconductor layer; and on an inner wall surface including the bottom surface of the trench and around the trench. Forming a thermal oxide film that is a first insulating film on the impurity diffusion region by heat treatment in an oxidizing atmosphere; and forming a CVD insulating film that is a second insulating film on the first insulating film. Formation A step of forming a CVD oxide film, which is a third insulating film, on the second insulating film; a step of removing the third insulating film from the second insulating film; Forming a gate electrode in and around the trench on the second insulating film; forming a source electrode electrically connected to at least the source region on the second semiconductor layer; A step of forming a drain electrode on the second main surface of the semiconductor substrate, and forming a gate insulating film with the first and second insulating films,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second insulating film is annealed by heat treatment in the step of manufacturing the third insulating film.
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