JPH08167711A - 絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 オン抵抗を低く保ちながら、耐圧低下を防止
できるトレンチ構造の絶縁ゲート型半導体装置の構成と
その製造方法を得る。 【構成】 Pベース層43とN-層42との間にPベー
ス層43に接してP-層51を設けるとともに、P-層5
1がトレンチ45の絶縁膜46とN-層42を介して対
向するようにP-層51を設けた。 【効果】 空乏層はP-層51にも延び、トレンチ45
先端隅部の電界が緩和されるとともにチャネル長さを短
く抑えることができるから、耐圧が高く、オン電圧の低
い絶縁ゲート型半導体装置を構成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は絶縁ゲート型半導体装
置及びその製造方法に関するもので、特にトレンチMO
Sゲートを有する電力用半導体装置の耐圧の低下を防止
するデバイス構造とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図50は従来の絶縁ゲート型半導体装置
の断面図で、ここでは一例としてトレンチゲート構造の
縦型MOSトランジスタ(以下UMOSという)により
説明する。このUMOSは耐圧が200V以下の低圧用
で、例えば自動車の電装系統に使用されるものである。
図50において1はN+基板、2はN-層、3はPベース
層、4はN+ソース領域、5はトレンチ、6はゲート絶
縁膜、7はゲート、8は層間絶縁膜、9はソース電極、
10はドレイン電極、11はチャネル領域である。また
Lはトレンチ間隔である。
【0003】次に、UMOSの動作を説明する。ソース
電極9とドレイン電極10との間に所定のドレイン電圧
DSを、ソース電極9とゲート7との間に所定のゲート
電圧VGSを印加するとPベース層3のゲート絶縁膜6近
傍のチャネル領域11がN型に反転し、電荷の通路であ
るチャネルが形成される。このチャネルによりソースと
ドレインとの間が導通することになる。そしてこの時の
UMOSの抵抗をオン抵抗という。
【0004】またソースとドレインとの間が導通してい
る状態である、オン状態にあるときソース電極9とゲー
ト7との間に印加されていたゲート電圧VGSを0Vにす
るか、または負電圧つまり逆バイアスにすることにより
ゲートはオフされN型に反転していたチャネル領域11
がP領域にもどり、ソースとドレインとの間が非導通す
なわちオフ状態となる。このようにゲート電圧VGSを制
御することにより、ソースとドレインとの間の電流の流
れを制御でき、UMOSを電力用スイッチング素子とし
て使用することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ゲートをオフした状態
でUMOSに印加できるドレイン電圧VDS、すなわちこ
の電圧が素子の耐圧であるが、素子の耐圧は一般的には
-層2の不純物濃度、及び厚みで定まるが、UMOS
の場合はさらに素子の表面領域の構造にも依存する。特
にトレンチ構造のUMOSの場合、Pベース層3を貫通
してトレンチ5がN-層2へ突出しているので、素子の
耐圧はN-層2へ突出したトレンチ5の先端部分で決定
される。
【0006】図51はトレンチ構造のUMOSの電界の
シミュレーションのグラフである。このシミュレーショ
ンでは、N-層2の不純物濃度を1Ωcm、Pベース層
3表面からN-層2の底面まで厚みを8.5μmとし
た。図51の左上隅の矩形部分がトレンチ構造の部分で
ある。
【0007】図51から分かるように、UMOSにドレ
イン電圧VDSを印加すると、空乏層はPベース層3から
-層2へ延びるがN-層2へ突出したトレンチ5の部分
で等電位線がループを描き不連続となり、このトレンチ
5の先端隅部で電界が強くなっている。そしてこの先端
隅部の電界強度で素子の耐圧が決定される。トレンチ5
の先端隅部で素子の耐圧が決定されるということは、ゲ
ート電圧VGSを逆バイアスにしたとき、更に厳しい状況
となる。
【0008】すなわち、N-層2へ突出したトレンチ5
の部分にはUMOSに印加するドレイン電圧VDSと逆バ
イアスにしたゲート電圧VGSとの和の電圧が印加される
ことになる。このことはゲート電圧VGSを逆バイアスし
たときの素子の耐圧はゲート電圧VGSを0Vとしたとき
の素子の耐圧よりもゲート電圧VGSの逆バイアス分だけ
低くなるということである。
【0009】このようなトレンチ構造を有するUMOS
の耐圧低下の対策として、例えばUSP5072266
に記載された素子構造が提案されている。図52はUS
P5072266に記載された素子の断面斜視図であ
る。図52の素子構造ではPベース層3の中央部がトレ
ンチ5よりも深くなっている。その他の構成は図50の
従来のUMOSと同じ構成である。
【0010】図52の素子構造のUMOSにドレイン電
圧VDSを印加すると、図50の従来のUMOSと同様に
空乏層はPベース層3からN-層2へ延びるが、Pベー
ス層3の中央部がトレンチ5よりも深くなっているの
で、トレンチ5の先端隅部で等電位線のループが少なく
なり、トレンチ5間の等電位線からトレンチ5を包み込
む等電位線へ徐々に変化するため、トレンチ5の先端隅
部での空乏層の不連続が緩和され、トレンチ5の先端隅
部での素子の耐圧低下は緩和される。
【0011】さらにPベース層3の中央部からN+基板
1までの距離はトレンチ5の先端からN+基板1までの
距離よりも短いから、降伏はPベース層3の中央部で起
こり、耐圧はPベース層3の中央部で決定される。従っ
てゲート電圧VGSを逆バイアスしたとしても、素子の耐
圧がゲート電圧VGSの逆バイアス分だけ低くなるという
ことはない。
【0012】しかしながら、図52の素子構造のUMO
Sでは、Pベース層3の中央部がトレンチ5よりも深く
なっているので、必要な素子の耐圧を確保するために
は、Pベース層3の中央部からN+基板1までの距離を
長くすること、すなわちN-層2の厚みを厚くすること
が必要である。トレンチ構造を有するUMOSでは、オ
ン状態の電流経路がチャネル領域11を経由してトレン
チ5の先端からドレイン電極へ向う経路となるので、N
-層2の厚みを厚くすることはオン抵抗を高くすること
になる。
【0013】さらに、図52の素子構造のUMOSで
は、Pベース層3の中央部がトレンチ5よりも深くなっ
ているが、トレンチ5とPベース層3との接触部ではト
レンチ5の方が深い構造となっている。このようなPベ
ース層3を形成するに際して、通常はPベース層3は拡
散工程により形成することになるので、隣接するトレン
チ5間の距離は少なくとも、不純物を注入する開口の長
さとPベース層3の中央部深さの2倍との和の距離が必
要となる。これは不純物の拡散は深さ方向の距離と同じ
だけ横方向にも拡散されるからである。
【0014】ここで一般的な素子の寸法を、考慮してト
レンチ間隔を評価すると、Pベース層3の中央部の開口
の長さを2μm、トレンチの深さを2μm、Pベース層
3の中央部の深さを3μmとすると、トレンチ間隔Lは
8μm程度とならざるを得ず、トレンチ間隔Lを広げる
とUMOSのオン抵抗を高くすることになる。テスト結
果によればセル間隔(素子の隣接するトレンチ中心間距
離)1μmあたり0.18Ωcm2程度オン抵抗が高く
なる。
【0015】この発明は上記の様な問題点を解決するた
めになされたもので、オン抵抗を低く保ちながら、耐圧
低下を防止できる絶縁ゲート型半導体装置とそのの製造
方法を提供することを目的とするものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】この第1の発明にかかる
絶縁ゲート型半導体装置は、第1と第2の主面を有する
第1導電型の半導体基板と、この半導体基板の第1の主
面に配設された第2導電型の第1の半導体層と、この第
1の半導体層の表面に開口を有し、第1の半導体層の表
面から半導体基板に達する深さを有するように配設され
た溝と、この溝の内壁に配設された絶縁膜と、この絶縁
膜を介して第1の半導体層と対向するように溝の内側に
配設されるとともに制御電極と接続された導電体と、こ
の導電体と絶縁膜を介して対向するように第1の半導体
層の表面の一部に配設された第1導電型の第2の半導体
層と、この第2の半導体層の表面の一部と導電体の表面
とを覆うように配設された絶縁層と、半導体基板の第1
の主面と第1の半導体層との間に配設され、第1の半導
体層よりも不純物濃度が低い第2導電型の第3の半導体
層と、第1及び第2の半導体層表面上に配設された第1
の主電極と、半導体基板の第2の主面上に配設された第
2の主電極と、を備えたものである。この第2の発明に
かかる絶縁ゲート型半導体装置は、第3の半導体層が半
導体基板の一部を介して溝と対向するようにしたもので
ある。
【0017】この第3の発明にかかる絶縁ゲート型半導
体装置は、第2の半導体層が溝の開口に隣接して延在す
るようにしたものである。この第4の発明にかかる絶縁
ゲート型半導体装置は、第2の半導体層が複数の溝の開
口の両側に隣接して延在するとともに隣り合う溝間に延
在する第2の半導体層が第1の半導体層を介して配設さ
れるようにしたものである。
【0018】この第5の発明にかかる絶縁ゲート型半導
体装置は、第2の半導体層が溝の開口と交差して第1の
半導体層と交互に配設されたことを特徴とするものであ
る。この第6の発明にかかる絶縁ゲート型半導体装置
は、第2の半導体層が複数の溝の開口と交差して複数並
列して延在するようにしたものである。
【0019】この第7の発明にかかる絶縁ゲート型半導
体装置は、第1と第2の主面を有する第1導電型の半導
体基板と、この半導体基板の第1の主面に配設された第
2導電型の第1の半導体層と、この第1の半導体層の表
面で開口を有し互いに並行した第1の溝と第2の溝とか
らなり、その深さが第1の半導体層の表面から半導体基
板に達するように配設された複数の溝と、この溝のそれ
ぞれの内壁に配設された絶縁膜と、この絶縁膜を介して
第1の半導体層と対向するように溝の内側に配設された
導電体と、第1の溝に配設された導電体とこの第1の溝
の絶縁膜を介して対向するように第1の半導体層の表面
の一部に配設された第1導電型の第2の半導体層と、第
1の溝に配設された導電体の表面と第2の半導体層の表
面の一部とを覆うように配設された絶縁層と、第2の溝
に配設された導電体と短絡されるとともに第1及び第2
の半導体層の表面上に配設された第1の主電極と、半導
体基板の第2の主面上に配設された第2の主電極と、第
1の溝に配設された導電体と接続された制御電極と、を
備えたものである。
【0020】この第8の発明にかかる絶縁ゲート型半導
体装置は、溝の底部の導電体に絶縁膜を介して対向する
半導体基板の一部に、第1の半導体層よりも不純物濃度
が低い第2導電型の第3の半導体層が配設されたことを
特徴とするものである。この第9の発明にかかる絶縁ゲ
ート型半導体装置は、第3の半導体層が第2の溝の導電
体のみに対向して配設されるようにしたものである。
【0021】この第10の発明にかかる絶縁ゲート型半
導体装置の製造方法は、第1の溝と第2の溝とが交互に
配設されるとともに第2の半導体層が第1の溝の両側に
隣接して延在するようにしたものである。この第11の
発明にかかる絶縁ゲート型半導体装置の製造方法は、第
1の溝と第2の溝とが交互に配設されるとともに第2の
半導体層が第1及び第2の溝に交差し複数帯状に配設さ
れるようにしたものである。
【0022】この第12の発明にかかる絶縁ゲート型半
導体装置の製造方法は、第1と第2の主面を有する第1
導電型の半導体基板の第1の主面に第2導電型の不純物
を低濃度に注入し拡散する第1の注入工程と、この第1
の注入工程により形成された第1の半導体層の表面に第
2導電型の不純物を第1の注入工程よりも高濃度に注入
し拡散する第2の注入工程と、第2の注入工程により形
成された第2の半導体層の表面上に、この第2の半導体
層の表面の一部を除いて形成された第1の開口を有する
レジストパターンを形成し、このレジストパターンをマ
スクとして第1導電型の不純物を注入し拡散する第3の
注入工程と、第2の半導体層表面及び第3の注入工程に
より形成された第3の半導体層の表面上に、第3の半導
体層表面の一部を囲む第2の開口を有する遮蔽膜を形成
し、この遮蔽膜をマスクとして深さが半導体基板に達す
るまで半導体を除去する第1の除去工程と、第1の除去
工程により形成された溝の表面に絶縁膜を形成する工程
と、溝を埋設するように絶縁膜上に導電体を積層する第
1の積層工程と、溝内の導電体を残して、積層された導
電体を溝の開口部まで一様に除去する第2の除去工程
と、遮蔽膜表面上及び溝に埋設された導電体表面上に絶
縁層を積層する第2の積層工程と、絶縁層表面上に、第
2の半導体層表面及び第3の半導体層表面の一部を囲む
開口を有するレジストパターンを形成し、このレジスト
パターンをマスクとして絶縁層及び遮蔽膜を除去する第
3の除去工程と、第3の除去工程により露出した第2及
び第3の半導体層表面上に導電体を積層し第1の主電極
を形成する工程と、半導体基板の第2の主面上に導電体
を積層し第2の主電極を形成する工程と、溝に埋設され
た導電体と電気的に接続される制御電極を形成する工程
と、を備えたものである。
【0023】この第13の発明にかかる絶縁ゲート型半
導体装置の製造方法は、第1の除去工程の後に、第1の
半導体層の溝内壁表面領域の第2導電型の不純物が除去
されるように溝内壁に酸化膜を形成する工程と酸化膜除
去工程とをさらに加えたものである。
【0024】この第14の発明にかかる絶縁ゲート型半
導体装置の製造方法は、第3の注入工程のレジストパタ
ーンの第1の開口が複数帯状に並列して開口されるとと
もに第1の除去工程の遮蔽膜の第2の開口が第1の開口
のそれぞれに対応する位置で第1の開口の長手方向に第
1の開口より幅の狭い帯状に開口されるようにしたもの
である。
【0025】この第15の発明にかかる絶縁ゲート型半
導体装置の製造方法は、第3の注入工程のレジストパタ
ーンの第1の開口が所定の間隔で帯状に並列して複数開
口されるとともに第1の除去工程の遮蔽膜の第2の開口
が複数の上記第1の開口と交差する方向に複数帯状に開
口されるようにしたものである。
【0026】この第16の発明にかかる絶縁ゲート型半
導体装置の製造方法は、第1と第2の主面を有する第1
導電型の半導体基板の第1の主面に第2導電型の不純物
を注入し拡散する第1の注入工程と、この第1の注入工
程により形成された第1の半導体層の表面上に、この第
1の半導体層の表面の一部を除いて形成された第1の開
口を有するレジストパターンを形成し、このレジストパ
ターンをマスクとして第1導電型の不純物を注入し拡散
する第2の注入工程と、第1の半導体層表面及び第2の
注入工程により形成された第2の半導体層表面上に、上
記第1の半導体層表面上に延在する第2の開口と第2の
半導体層表面の一部を囲む第3の開口とを有する遮蔽膜
を形成し、この遮蔽膜をマスクとして深さがそれぞれ半
導体基板に達するまで半導体を除去する第1の除去工程
と、第1の除去工程により、第2の開口と第3の開口に
それぞれ対応して形成された第1及び第2の溝の表面に
絶縁膜を形成する工程と、第1及び第2の溝を埋設する
ように絶縁膜上に第1の導電体を積層する第1の積層工
程と、第1及び第2の溝内の導電体を残して、積層され
た第1の導電体を第1及び第2の溝の開口部まで一様に
除去する第2の除去工程と、遮蔽膜と第1及び第2の溝
に埋設された第1の導電体との表面上に絶縁層を積層す
る第2の積層工程と、絶縁層表面上に、第1の半導体層
表面、第2の半導体層表面の一部及び第1の溝に埋設さ
れた第1の導電体表面を囲む開口を有するレジストパタ
ーンを形成し、このレジストパターンをマスクとして絶
縁層及び絶縁膜を除去する第3の除去工程と、第3の除
去工程により露出した第1及び第2の半導体層と第1の
溝に埋設された第1の導電体との表面上に第2の導電体
を積層し第1の主電極を形成する工程と、半導体基板の
第2の主面上に第2の導電体を積層し第2の主電極を形
成する工程と、第2の溝に埋設された第1の導電体と電
気的に接続される制御電極を形成する工程と、を備えた
ものである。
【0027】この第17の発明にかかる絶縁ゲート型半
導体装置の製造方法は、第1の除去工程に続けて、第2
及び第3の開口を有する遮蔽膜をマスクとして、第1及
び第2の溝の底部の半導体基板に第2導電型の不純物を
低濃度に注入し拡散する第3の注入工程をさらに加えた
ものである。この第18の発明にかかる絶縁ゲート型半
導体装置の製造方法は、第2の注入工程のレジストパタ
ーンの第1の開口が帯状に所定の間隔で複数開口される
とともに第1の除去工程の遮蔽膜の第3の開口が第1の
開口に対応する位置で第1の開口の長手方向にそって第
1の開口より幅の狭い帯状に延在しかつ第1の除去工程
の遮蔽膜の第2の開口及び第3の開口がそれぞれ交互に
複数並列して配設されてなるものである。
【0028】この第19の発明にかかる絶縁ゲート型半
導体装置の製造方法は、第2の注入工程のレジストパタ
ーンの第1の開口は複数の帯状開口が所定の間隔で複数
列配設されてなるとともに、第1の除去工程の遮蔽膜の
第3の開口が第1の開口の位置と交差して帯状に延在し
かつ第1の除去工程の遮蔽膜の第2の開口及び第3の開
口がそれぞれ交互に複数並列して配設されてなるもので
ある。
【0029】この第20の発明にかかる絶縁ゲート型半
導体装置の製造方法は、第1の除去工程、絶縁膜を形成
する工程、第1の積層工程、第2の除去工程及び第2の
積層工程に替えて、第1の半導体層表面上及び第2の注
入工程により形成された第2の半導体層表面上に、第1
の半導体層表面の一部を囲む第2の開口を有する遮蔽膜
を形成し、この遮蔽膜をマスクとして深さが半導体基板
に達するまで半導体を除去する第4の除去工程と、第4
の除去工程により第1の半導体層表面に開口して形成さ
れた第1の溝の底部の半導体基板に、第2の開口を有す
る遮蔽膜をマスクとして第2導電型の不純物を低濃度に
注入し拡散する第4の注入工程と、第1の溝の表面に絶
縁膜を形成する工程と、第1の溝を埋設するように絶縁
膜及び遮蔽膜上に第1の導電体を積層する第3の積層工
程と、第1の溝内の第1の導電体を残して、積層された
第1の導電体を第1の溝の開口部まで一様に除去する第
5の除去工程と、第1の溝に埋設された導電体表面に遮
蔽膜を形成する工程と、第1の溝に埋設された導電体並
びに第1及び第2の半導体層の表面上に形成された遮蔽
膜に、第2の半導体層表面の一部を囲む第3の開口を形
成し、この遮蔽膜をマスクとして深さが半導体基板に達
するまで半導体を除去する第6の除去工程と、第6の除
去工程により第2の半導体層表面に開口して形成された
第2の溝の表面に絶縁膜を形成する工程と、第2の溝を
埋設するように絶縁膜及び遮蔽膜上に第1の導電体を積
層する第4の積層工程と、第2の溝内の第1の導電体を
残して、積層された第1の導電体を第2の溝の開口部ま
で一様に除去する第7の除去工程と、第2の溝に埋設さ
れた第1の導電体表面及び遮蔽膜上に絶縁層を形成する
第5の積層工程と、を加入するものである。
【0030】この第21の発明にかかる絶縁ゲート型半
導体装置の製造方法は、第2の注入工程のレジストパタ
ーンの第1の開口が帯状に所定の間隔で複数開口される
とともに第6の除去工程の遮蔽膜の第3の開口が第1の
開口に対応する位置で第1の開口の長手方向にそって第
1の開口より幅の狭い帯状に延在しかつ第4の除去工程
の遮蔽膜の第2の開口に対応する位置それぞれと第3の
開口それぞれが交互に複数並列して配設されてなるもの
である。
【0031】この第22の発明にかかる絶縁ゲート型半
導体装置の製造方法は、第2の注入工程のレジストパタ
ーンの第1の開口は複数の帯状開口が所定の間隔で複数
列配設されてなるとともに、第6の除去工程の遮蔽膜の
第3の開口が第1の開口の位置と交差して帯状に延在し
かつ第4の除去工程の遮蔽膜の第2の開口に対応する位
置それぞれと第3の開口それぞれが交互に複数並列する
ように配設されてなるものである。
【0032】
【作用】第1の発明のように構成された絶縁ゲート型半
導体装置は、第1の半導体層よりも不純物濃度が低い第
2導電型の第3の半導体層を半導体基板の第1の主面と
第1の半導体層との間に配設しているので、第1の主電
極と第2の主電極との間に電圧を印加したとき、空乏層
は第3の半導体層にも延び、溝先端隅部の電界が緩和さ
れる。
【0033】第2の発明のように構成された絶縁ゲート
型半導体装置は、第3の半導体層が半導体基板の一部を
介して溝と対向しているので、チャンネル領域が第1の
半導体層に形成され、チャネル長さが短くなるから、オ
ン電圧を低くすることができる。
【0034】第3の発明のように構成された絶縁ゲート
型半導体装置は、第2の半導体層が溝の開口に隣接して
延在しているので、形成されるチャネル幅が広くなり電
流容量を大きくできる。
【0035】第4の発明のように構成された絶縁ゲート
型半導体装置は、第2の半導体層が複数の溝の開口の両
側に隣接して延在するとともにり合う溝間に延在する第
2の半導体層を第1の半導体層を介して配設したので、
複数のセル領域が構成でき大電流容量の素子を構成する
ことができる。第5の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置は、第2の半導体層を溝の開口と交差し
て第1の半導体層と交互に配設したので、溝間隔を狭く
でき、セルの高密度化を図ることができる。
【0036】第6の発明のように構成された絶縁ゲート
型半導体装置は、第2の半導体層を複数の溝の開口と交
差して複数並列して延在させたので、セル領域を多数形
成でき、大電流容量の素子を構成することができる。第
7の発明のように構成された絶縁ゲート型半導体装置
は、制御電極と接続された導電体が配設された第1の溝
と第1の主電極と短絡された導電体が配設された第2の
溝とを備えているので、第2の溝を介して第1の溝相互
の距離を短縮でき、溝先端隅部相互間で電界が干渉し、
溝先端隅部の電界が相互に引張り合うので、溝先端隅部
の電界が緩和される。
【0037】第8の発明のように構成された絶縁ゲート
型半導体装置は、溝の底部の導電体に絶縁膜を介して対
向する半導体基板の一部に、第1の半導体層よりも不純
物濃度が低い第2導電型の第3の半導体層を配設してい
るので、溝先端隅部相互間で電界が干渉し易くなり溝先
端隅部の電界がより緩和される。第9の発明のように構
成された絶縁ゲート型半導体装置は、第3の半導体層を
第2の溝の導電体のみに対向して配設したので、オン電
圧を低く押さえることができる。
【0038】第10の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置は、第1の溝と第2の溝とが交互に配設
されるとともに第2の半導体層が第1の溝の両側に隣接
して延在ているので、形成されるチャネル幅が広くな
る。第11の発明のように構成された絶縁ゲート型半導
体装置は、第1の溝と第2の溝とが交互に配設されると
ともに第2の半導体層が第1及び第2の溝に交差し複数
帯状に配設されたので溝間隔を狭く、複数の溝が配設で
き、セルの高密度化を図ることができる。
【0039】第12の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1と第2の主面を有す
る第1導電型の半導体基板の第1の主面に第2導電型の
不純物を低濃度に注入し拡散する第1の注入工程と、こ
の第1の注入工程により形成された第1の半導体層の表
面に第2導電型の不純物を第1の注入工程よりも高濃度
に注入し拡散する第2の注入工程とを備えているので、
第1の半導体層よりも不純物濃度が低い第2導電型の第
3の半導体層を半導体基板の第1の主面と第1の半導体
層との間に配設することができる。
【0040】第13の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1の除去工程の後に、
第1の半導体層の溝内壁表面領域の第2導電型の不純物
が除去されるように溝内壁に酸化膜を形成する工程と酸
化膜除去工程とをさらに加えたので、第3の半導体層を
半導体基板の一部を介して溝と対向させることができ
る。
【0041】第14の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1の開口が複数帯状に
並列して開口されレジストパターンを用いる第3の注入
工程と、第1の開口のそれぞれに対応する位置で第1の
開口の長手方向に第1の開口より幅の狭い帯状に第2の
開口が開口されている遮蔽膜を用いる第1の除去工程と
を備えているので、第2の半導体層を複数の溝の開口の
両側に沿って延在させるとともに隣接する溝間に延在す
る第2の半導体層を第1の半導体層を介して配設するこ
とができる。
【0042】第15の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1の開口が所定の間隔
で帯状に並列して複数開口されたレジストパターンを用
いる第3の注入工程と、第2の開口が複数の第1の開口
と交差する方向に複数帯状に開口された遮蔽膜を用いる
第1の除去工程とを備えているので、第2の半導体層を
複数の溝の開口と交差して複数並列して延在させること
ができる。
【0043】第16の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1の注入工程により形
成された第1の半導体層の表面上に、この第1の半導体
層の表面の一部を除いて形成された第1の開口を有する
レジストパターンを形成し、このレジストパターンをマ
スクとして第1導電型の不純物を注入し拡散する第2の
注入工程と、第1の半導体層表面及び第2の注入工程に
より形成された第2の半導体層表面上に、第1の半導体
層表面上に延在する第2の開口と第2の半導体層表面の
一部を囲む第3の開口とを有する遮蔽膜を形成し、この
遮蔽膜をマスクとして深さがそれぞれ半導体基板に達す
るまで半導体を除去する第1の除去工程とを備えている
ので、第1導電型の半導体基板の第1の主面上に第2導
電型の第1の半導体層を配設し、この第1の半導体層の
表面で開口を有し互いに並行した第1の溝と第2の溝と
からなり、その深さが第1の半導体層の表面から半導体
基板に達するような複数の溝を配設し、この溝のそれぞ
れの内壁に絶縁膜を配設し、この絶縁膜を介して第1の
半導体層と対向するように溝の内側に導電体を配設し、
第1の溝に配設された導電体とこの第1の溝の絶縁膜を
介して対向するように第1の半導体層の表面の一部に第
1導電型の第2の半導体層を配設することができる。
【0044】第17の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1の除去工程に続け
て、第2及び第3の開口を有する遮蔽膜をマスクとし
て、第1及び第2の溝の底部の半導体基板に第2導電型
の不純物を低濃度に注入し拡散する第3の注入工程をさ
らに加えたので、第1及び第2の溝の底部の導電体に絶
縁膜を介して対向する半導体基板の一部に、第1の半導
体層よりも不純物濃度が低い第2導電型の第3の半導体
層が配設することができる。
【0045】第18の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1の開口が帯状に所定
の間隔で複数開口されたレジストパターンを用いる第2
の注入工程と、第3の開口が第1の開口に対応する位置
で第1の開口の長手方向にそって第1の開口より幅の狭
い帯状に延在しかつ第2の開口及び第3の開口がそれぞ
れ交互に複数並列して配設された遮蔽膜を用いる第1の
除去工程とを備えているので、複数のセルを形成でき
る。
【0046】第19の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、複数の帯状開口が所定の
間隔で複数列配設されてなる第1の開口を有するレジス
トパターンを用いる第2の注入工程と、第3の開口が第
1の開口の位置と交差して帯状に延在しかつ第2の開口
及び第3の開口がそれぞれ交互に複数並列して配設され
てなる遮蔽膜を用いる第1の除去工程とを備えているの
で、複数のセルを形成できる。
【0047】第20の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1の半導体層表面上及
び第2の注入工程により形成された第2の半導体層表面
上に、第1の半導体層表面の一部を囲む第2の開口を有
する遮蔽膜を形成し、この遮蔽膜をマスクとして深さが
半導体基板に達するまで半導体を除去する第4の除去工
程と、第4の除去工程により第1の半導体層表面に開口
して形成された第1の溝の底部の半導体基板に、第2の
開口を有する遮蔽膜をマスクとして第2導電型の不純物
を低濃度に注入する第4の注入工程と、第1の溝の表面
に絶縁膜を形成する工程と、第1の溝を埋設するように
絶縁膜及び遮蔽膜上に第1の導電体を積層する第3の積
層工程と、第1の溝内の第1の導電体を残して、積層さ
れた第1の導電体を第1の溝の開口部まで一様に除去す
る第5の除去工程と、第1の溝に埋設された導電体表面
に遮蔽膜を形成する工程と、第1の溝に埋設された導電
体並びに第1及び第2の半導体層の表面上に形成された
遮蔽膜に、第2の半導体層表面の一部を囲む第3の開口
を形成し、この遮蔽膜をマスクとして深さが半導体基板
に達するまで半導体を除去する第6の除去工程と、第6
の除去工程により第2の半導体層表面に開口して形成さ
れた第2の溝の表面に絶縁膜を形成する工程と、第2の
溝を埋設するように絶縁膜及び遮蔽膜上に第1の導電体
を積層する第4の積層工程と、第2の溝内の第1の導電
体を残して、積層された第1の導電体を第2の溝の開口
部まで一様に除去する第7の除去工程と、第2の溝に埋
設された第1の導電体表面及び遮蔽膜上に絶縁層を形成
する第5の積層工程とを備えているので、第2の溝の底
部の上記導電体に上記絶縁膜を介して対向する上記半導
体基板の一部に、第1の半導体層よりも不純物濃度が低
い第2導電型の第3の半導体層が配設することができ
る。
【0048】第21の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、帯状に所定の間隔で複数
開口された第1の開口を有するレジストパターンを用い
る第2の注入工程と、第3の開口が第1の開口に対応す
る位置で第1の開口の長手方向にそって第1の開口より
幅の狭い帯状に延在しかつ第4の除去工程の遮蔽膜の第
2の開口に対応する位置それぞれと第3の開口それぞれ
が交互に複数並列して配設されてなる遮蔽膜を用いる第
6の除去工程とを備えているので、複数のセルを形成で
きる。
【0049】第22の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、複数の帯状開口が所定の
間隔で複数列配設されてなる第1の開口を有するレジス
トパターンを用いる第2の注入工程と、第3の開口が第
1の開口の位置と交差して帯状に延在しかつ第4の除去
工程の遮蔽膜の第2の開口に対応する位置それぞれと第
3の開口それぞれが交互に複数並列するように配設され
てなる遮蔽膜を用いる第6の除去工程とを備えているの
で、複数のセルを形成できる。
【0050】
【実施例】
実施例1 図1はこの発明の一実施例である絶縁ゲート型半導体装
置の平面図である。以下絶縁ゲート型半導体装置の一例
として、UMOSを用いて説明する。図2は図1に示し
たUMOSの一部セルの部分平面図、図3は図2に示し
た一部セルのA−A断面での部分断面図である。図2は
図3のソース電極49および層間絶縁膜48を取り除い
た状態で描かれている。図1において、30はUMO
S、31は第1の主電極としてのソース電極、32はゲ
ート配線、33は制御電極としてのゲートパッド、34
は一部セルである。
【0051】図2及び図3において、41はN+基板、
42はN-層で、N+基板41とN-層とで半導体基板と
している。43は第1の半導体層としてのPベース層、
44は第2の半導体層としてのN+ソース領域、45は
溝としてのトレンチ、46は絶縁膜、47は導電体とし
てのポリシリコン、48は絶縁層としての層間絶縁膜、
49は第1の主電極としてのソース電極で図1で示した
ソース電極31の一部である。50は第2の主電極とし
てのドレイン電極、51は第3の半導体層としてのP-
層、52はチャネル領域である。
【0052】絶縁膜46は通常は熱酸化膜でSiO2、ポ
リシリコン47はP型不純物がドープされ、ゲートとな
る。層間絶縁膜48はボロンとリンを含有したシリケー
トガラス(以下BPSGという)、ソース電極49はS
i含有のAl(以下Al−Siという)、ドレイン電極
50はTiNiAuでそれぞれ形成されている。ゲート配
線32はセルのゲートと接続されていて、ゲートからゲ
ートパッドまでの経路のポリシリコン部分を少なくし
て、ゲートからゲートパッドまでの電気抵抗を下げると
ともに、素子の制御動作を素子全面で均一にする機能を
有している。
【0053】この実施例のUMOSでは、N+基板41
の表面にN-層42が配設され、このN-層42の上にP
-層51が配設され、その上にPベース層43が配設さ
れている。Pベース層43の表面にN+ソース領域44
が間隔をおいて帯状に配設され、このN+ソース領域4
4の帯状形状の長手方向に沿って、N+ソース領域44
の表面からN-層42に貫通する溝45が配設されてい
る。溝45の内壁には、絶縁膜46が配設され、溝45
内部には、N+ソース領域44の表面の開口部までポリ
シリコン47が埋設されている。隣り合う溝45相互
は、溝45に隣接しているN+ソース領域44とこのN+
ソース領域44の間に配設されたPベース層43の露出
面とを介して配設されている。
【0054】ポリシリコン47の表面は層間絶縁膜48
で覆われており、この層間絶縁膜48、N+ソース領域
44及びPベース層43が配置された素子の表面上に、
+ソース領域44とPベース層43とが短絡するよう
にソース電極49とポリシリコン47と接続されたゲー
ト配線32およびゲートパッド33とが配設されてい
る。またN+基板41のもう一方の表面上にドレイン電
極が配設されている。
【0055】たとえば耐圧が60V級の素子での各部分
の寸法を示すと、トレンチ間隔が約3μmでセルピッチ
では約5μmとなる。Pベース層43表面からN-層4
2の底面までの深さは約8.5μm、トレンチ45の深
さは2〜3μmである。トレンチの先端はPベース層4
3からN-層42に0.5μm程度堀込まれている。N+
基板41は340μm程度で、N型不純物としては通常
Asが使用される。
【0056】次に動作について説明する。ソース電極4
9とドレイン電極50との間に所定のドレイン電圧VDS
を、またソース電極49とゲート47との間に所定のゲ
ート電圧VGSを印加すると、絶縁膜46はゲート絶縁膜
として機能し、この絶縁膜46の近傍で、Pベース層4
3とP-層52のチャネル領域52がN型に反転し、電
荷の通路であるチャネルが形成される。このチャネルに
よりソースとドレインとの間が導通することになる。こ
のオン状態にあるときソース電極49とゲート47との
間に印加されていたゲート電圧VGSを0Vにするか、ま
たは逆バイアスにすることによりゲートはオフされ、N
型に反転していたチャネル領域52がP領域にもどり、
ソースとドレインとの間が非導通すなわちオフ状態とな
る。
【0057】このオフ状態においてドレイン電圧が印加
された場合、P-層51がなければ空乏層はPベース層
43にはほとんど延びないが、Pベース層43とN-
42との間にP-層51が配設されているので、空乏層
はP-層51にも延びる。このため、P-層51へ延びた
空乏層がトレンチ45の先端隅部の電位分布を引っ張
り、トレンチ45の先端隅部の電界集中が緩和されるた
めに素子の耐圧が高くなる。
【0058】図4はこの発明の実施例1のUMOSのド
レイン電圧印加時の電界をシミュレーションにより検討
した結果を示すグラフである。このシミュレーションで
は、N-層2の不純物濃度を1Ωcm、Pベース層表面
からN-層42の底面まで厚みを8.5μmとした。図
4の左上隅の矩形部分がトレンチ構造の部分である。
【0059】図4と従来例の電界を示すグラフである図
51とを比較すると、図4に示したこの実施例の場合
は、空乏層がP-層51へも延びており、電界が横方向
に延ばされていて、トレンチ45の先端隅部の電界集中
が緩和されていることがわかる。シミュレーションでは
-層51が無い場合の素子の耐圧は82Vであるのに
対し、P-層51を設けた場合には素子の耐圧は98V
に上昇した。また、この構成ではトレンチ45相互の間
隔を広げる必要はなく、製造プロセスの許す限りトレン
チ45相互の間隔を狭くすることができるので、オン電
圧を低く抑えることができる。
【0060】又、この実施例においては、N+ソース領
域44がゲート絶縁膜46を介してトレンチ47に隣接
し、トレンチ47の長手方向に沿って延びるように設け
られているので、ゲート幅が大きくなり、素子の電流密
度を大きくすることができる。
【0061】次にこの実施例のUMOSの製造方法の一
例を説明する。図5〜図14は各工程での素子を示す部
分断面図である。まず、N+基板60上にN-層61が形
成される(図5参照)。次にN-層61にP型の不純物
が注入され拡散することによりP-層62が形成される
(図6参照)。
【0062】このP-層62の表面にP型の不純物が注
入され、N-層61と接して所定の厚みのP-層62を残
すように、P型の不純物が拡散されPベース層63が形
成される(図7参照)。このPベース層63の表面にレ
ジストを積層し、写真製版工程により、第1の開口とし
ての帯状開口を複数並列して設けたレジストパターン6
4が形成され、このレジストパターン64をマスクとし
てPベース層63の表面にN型不純物を高濃度に注入し
拡散されてN+ソース領域65が形成される(図8参
照)。
【0063】この後Pベース層63及びN+ソース領域
65の表面上に遮蔽膜としての酸化膜66を形成し、こ
の酸化膜66でN+ソース領域65それぞれの表面に第
2の開口としてのN+ソース領域65より狭い幅で帯状
の開口を設けたシリコンエッチング用マスクが形成さ
れ、このシリコンエッチング用マスクをマスクとしてR
IE(Reactive Ion Etching)に
よりエッチングを行い、N+ソース領域65表面からN-
層61まで貫通するトレンチ67を形成する(図9参
照)。
【0064】次いでトレンチ67の表面に熱酸化膜を形
成し、Pベース層63、N+ソース領域65及びトレン
チ67の表面に形成されている酸化膜の上に、P型不純
物がドープされたポリシリコン69が積層されトレンチ
67を埋設する(図10参照)。次に積層されたポリシ
リコン69を、トレンチ67に埋設されたポリシリコン
69を残すようにトレンチ67の開口部までエッチバッ
クする(図11参照)。
【0065】この後Pベース層63とN+ソース領域6
5との表面上の酸化膜68表面及びトレンチ67に埋設
されたポリシリコン69の表面上にBPSG70を積層
する(図12参照)。次いでこのBPSG70の表面上
にレジスト71を積層し、写真製版工程により、隣接す
るトレンチ67相互間のPベース層63表面とN+ソー
ス領域65の一部を囲みトレンチ67に並列する帯状の
開口を設けたレジストパターンが形成され、このレジス
トパターンをマスクとしてBPSG70及び酸化膜68
のエッチングを行い、トレンチ67に埋設されたポリシ
リコン69の表面上に層間絶縁膜70を形成する(図1
3参照)。
【0066】その後エッチングで露出したPベース層6
3とN+ソース領域65とが短絡するように、Pベース
層63、N+ソース領域65及び層間絶縁膜70が配設
された素子表面上にAl−Siが積層され、ソース電極
とトレンチ67のポリシリコン69に接続されたゲート
配線とゲートパッドとが同時に形成される(図14参
照)。
【0067】更にN+基板60の表面上にドレイン電極
が形成される。 実施例2 図15はこの発明の第2の実施例の一例であるUMOS
の部分断面図である。図15において、P-層51はト
レンチ45の絶縁膜46とN-層42を介して対向して
いる。他の構成は実施例1のUMOSと同じ構成であ
る。
【0068】実施例1の動作の説明で述べたように、ソ
ース電極49とドレイン電極50との間に所定のドレイ
ン電圧VDSを、またソース電極49とゲート47との間
に所定のゲート電圧VGSを印加すると、絶縁膜46近傍
のP型半導体層がN型半導体領域に反転し電荷の通路で
あるチャネルが形成され、このチャネルによりソースと
ドレインとの間が導通することになる。実施例1ではP
ベース層43とP-層52とがチャネル領域52として
N型に反転し電荷の通路であるチャネルを形成するが、
実施例2のUMOSでは、チャネル領域52としてN型
に反転するのはPベース層43のみであるので、Pベー
ス層43より不純物濃度が低いP-層52が無くチャネ
ル領域が短くなる。したがって実施例1のUMOSのチ
ャネル領域52から不純物濃度の低いP-層52のチャ
ネルが除かれる分だけオン抵抗を小さくすることができ
る。
【0069】図16は実施例2のUMOSの製造方法の
工程における素子の部分断面図である。実施例2のUM
OSの製造方法は、実施例1のUMOSの製造方法に一
部の工程を付け加えたものである。すなわち、図9で示
したトレンチ67の形成まで同じで、この後トレンチ形
成マスクを除去した後、酸化工程を施すとトレンチ67
の側壁に露出しているP-層62の表面からP型不純物
が酸化膜の中に引き出される。この酸化工程の後にエッ
チングをおこなうことによりP型不純物が含まれた酸化
膜を除去する。この酸化工程とエッチング工程を繰り返
すことにより、トレンチ67に隣接するP-層62のP
型不純物が除かれ、P型不純物が注入される前のN-
61となる(図16参照)。
【0070】これ以降の工程は、実施例1のUMOSの
製造方法に示したように、トレンチ67の表面に熱酸化
膜を形成し、Pベース層63、N+ソース領域65及び
トレンチ67のそれぞれの表面に形成されている酸化膜
68上に、P型不純物がドープされたポリシリコン69
が積層されトレンチ67を埋設する(図10参照)工程
を行ない、以下は実施例1のUMOSの製造方法と同じ
である。
【0071】実施例3 図17はこの発明のさらに他の実施例をしめすUMOS
の部分平面図であり、図18は図17のA−A断面の部
分断面図、図19は図17のB−B断面の部分断面図で
ある。図17は図18及び図19のソース電極49およ
び層間絶縁膜48を取り除いた状態で描かれている。
【0072】実施例1及び実施例2のUMOSにおいて
は、N+ソース領域44がトレンチ47に隣接して、そ
の長手方向に沿って延びるように設けられていたが、こ
の実施例では、N+ソース領域44をトレンチ47と直
交させて、Pベース層43の露出面と交互になるように
設けている。
【0073】図18および図19において、P-層51
はPベース層43とN-層42との間に設けられてい
る。N+ソース領域44はPベース層43の表面領域に
設けられていて、N+ソース領域44の下のPベース層
43を介して表面に露出したPベース層43は連続して
いる。このような構成を採ることにより、実施例1のU
MOSと同様に耐圧を高くすることができるとともに複
数のセルを構成する場合、密度高くトレンチ45を配置
することができる。
【0074】すなわち、N+ソース領域44がトレンチ
45と並列して配置されている場合、トレンチ45のポ
リシリコン47は層間絶縁膜48で覆われていて、この
層間絶縁膜48上に形成されるソース電極49とN+
ース領域44及びPベース層43とのコンタクトをとる
ことが必要であるから、隣接するトレンチ45の間にN
+ソース領域44同士がPベース層43を挟んで配置さ
れねばならない。
【0075】通常、N+ソース領域44は拡散で形成す
るため拡散深さ分に相当する横幅が必要である。また、
+ソース領域44の露出面にトレンチ45のポリシリ
コン47を覆う層間絶縁膜48を形成する際に、後工程
でN+ソース領域44とPベース層43とを短絡させる
ためのコンタクトをとることが必要となるために、マス
ク合わせの余裕分として、例えば溝の片側で0.5〜1
μm程度を見込む必要がある。これらのことからN+
ース領域44の幅を狭くし難く、N+ソース領域44の
幅が広くなり、トレンチ間隔Lを小さくすることに製造
プロセスの上から制限がある。
【0076】しかしながら、N+ソース領域44をトレ
ンチ47と直交させて、Pベース層43と交互に設けた
場合には、隣り合うトレンチ47相互間にはN+ソース
領域44の間にPベース層43を露出させて設ける必要
がなく、トレンチ間隔Lを十分小さくすることができ
る。このためセルを密度高く配置することができ、素子
の小型化をはかることができる。
【0077】製造工程は、実施例1のUMOSと同様で
ある。 実施例4 図20はこの発明のさらに他の実施例をしめすUMOS
の部分断面図である。図21はこの実施例のN+ソース
領域44を含む断面での部分断面図である。この部分の
平面図は実施例3における図17と同様である。図20
は図17のA−A断面に相当する部分の部分断面図、図
21は図17のB−B断面図に相当する部分の部分断面
図である。
【0078】この実施例のUMOSはN+ソース領域4
4をトレンチ47と直交させて、Pベース層43の露出
面と交互になるように設け、さらにP-層51はトレン
チ45の絶縁膜46とN-層42を介して対向してい
る。他の構成は実施例3のUMOSと同じ構成である。
この構成にすることにより、耐圧を高くするとともにオ
ン電圧は低く抑えてセルを密度高く配置することがで
き、素子の小型化をはかることができる。製造工程は、
実施例2のUMOSと同様である。
【0079】実施例5 図22はこの発明のさらに他の一実施例であるUMOS
の一部セルの部分平面図で、素子全体の平面図は図1と
同様であり、この部分平面図は図1の例えば34に相当
する部分の平面図である。図23は図22に示した一部
セルのA−A断面での部分断面図である。図22は図2
3のソース電極49および層間絶縁膜48を取り除いた
状態で描かれている。
【0080】図23において、N+基板41の表面にN-
層42が配設され、このN-層42の上にP-層51が配
設され、その上にPベース層43が配設されている。P
ベース層43の表面にN+ソース領域44が間隔をおい
て帯状に並列して配設され、このN+ソース領域44の
帯状形状の長手方向に沿ってN+ソース領域44の表面
からN-層42に貫通する第1の溝としてのトレンチ4
5と、隣接するN+ソース領域44相互間のPベース層
43の表面からN-層42に貫通する第2の溝としての
トレンチ55とが配設されている。溝45および溝55
の内壁には絶縁膜46が配設されているが、溝45の絶
縁膜46がゲート絶縁膜として働く。溝45および溝5
5の内部には、それぞれの表面の開口部までポリシリコ
ン47が埋設されている。
【0081】溝45のポリシリコン47の表面は層間絶
縁膜48で覆われており、この層間絶縁膜48、溝55
のポリシリコン47の表面、N+ソース領域44及びP
ベース層43が配置された素子表面上にソース電極49
が配設されていて、溝55のポリシリコン47とPベー
ス層43とN+ソース領域44とはソース電極49によ
り電気的に接続されている。またN+基板41のもう一
方の表面上にドレイン電極が配設されている。溝55に
形成されたトレンチ構造を以下において仮にダミートレ
ンチと名付ける。
【0082】たとえば耐圧が60V級の素子での各部分
の寸法を示すと、溝45と溝55とのトレンチ間隔が
1.5μm、トレンチの幅を1μmとすると、ダミート
レンチ1個を通常のトレンチの間に設けた場合の、通常
のトレンチ間のピッチをセルピッチと規定すると、セル
ピッチは5μm程度となる。その他の構成は実施例1の
UMOSと同様である。また各部分は実施例1と同様の
材料で構成されている。
【0083】次に動作について説明する。図24はシミ
ュレーションにより求めたUMOSのセルピッチと耐圧
との関係を示すグラフである。このシミュレーションに
用いたセルのモデルは、図50に示したセル構造を用い
てセルピッチを変化させたときの耐圧の変化を求めてい
る。トレンチの溝幅は一定であるので、セルピッチの変
化はトレンチ間隔の変化と等価である。
【0084】図24において、ドレイン電圧を印加した
状態での素子の耐圧は、セルピッチが5μm以下になる
と、ゲート電圧VGSが0Vの場合の耐圧はトレンチ間隔
が狭くなってもあまり変動は無く若干低下するのに対し
てゲート電圧VGSが逆バイアスの場合の耐圧はセルピッ
チが狭くなるほど上昇し、バイアスが0Vの場合の耐圧
に接近してくるので、逆バイアスの場合の耐圧はセルピ
ッチが狭くなるほど上昇することになる。
【0085】従って従来の素子においても、トレンチ間
隔を十分短くすれば素子の耐圧が上昇する。これはトレ
ンチ間隔が広い場合、N-層2へ突出したトレンチ5の
先端隅部には、ドレイン電圧VDSと逆バイアスにしたゲ
ート電圧VGSとの和の電圧による電界が形成される。し
かしセルピッチが5μm以下になると隣接するトレンチ
5の先端隅部でも同様の電圧による電界が形成され、互
いに隣り合うトレンチが互いに干渉してそれぞれの先端
隅部の電位分布を相互に引き合い、このためにトレンチ
45の先端隅部の電界集中が緩和されるために素子の耐
圧が高くなると考えられる。
【0086】しかしながら、従来構造ではトレンチ5毎
にN+ソース領域を設けるとN+ソース領域は拡散で形成
するため拡散深さ分に相当する横幅が必要であること、
+ソース領域の露出面にトレンチのポリシリコンを覆
う層間絶縁膜を形成する際に、後工程でN+ソース領域
とPベース層とを短絡させることが必要となるために、
マスク合わせの余裕分を見込む必要があるのでN+ソー
ス領域の幅を狭くすることは製造プロセスの上から難し
い。
【0087】この実施例ではN+ソース領域44を有し
ないダミートレンチを通常のトレンチ45の間に設ける
ことにより、マスク合わせの余裕分を少なくしてダミー
トレンチと通常のトレンチ45相互間の距離を短くし
て、耐圧を高めるものである。ダミートレンチを設けた
素子においては、通常のトレンチとダミートレンチとの
ピッチが5μm以下になるとトレンチ45の先端隅部の
電界は印加電圧相当に強くなるが、隣接するトレンチ5
5(ダミートレンチ)の先端隅部でもソース電圧相当の
電界が形成されるので、通常のトレンチとダミートレン
チの両者の電位分布が互いに干渉して、トレンチ45と
トレンチ55それぞれの先端隅部の電位分布が相互に引
き合いトレンチ45の先端隅部の電界集中が緩和され
る。このために素子の耐圧が高くなる。
【0088】次にこの実施例に係るUMOSの製造方法
の一例を説明する。図25〜図33が各工程での素子を
示す断面図である。N+基板60上にN-層61が形成さ
れる(図25参照)。次にN-層61にP型の不純物が
注入され拡散することによりPベース層63が形成され
る(図26参照)。
【0089】このPベース層63の表面にレジストを積
層し、写真製版工程により、第1の開口としての帯状開
口を複数設けたレジストパターン64が形成され、この
レジストパターン64をマスクとしてPベース層63の
表面にN型不純物を高濃度に注入し拡散されてN+ソー
ス領域65が形成される(図27参照)。
【0090】この後Pベース層63及びN+ソース領域
65の表面上に酸化膜64を形成し、この酸化膜64で
Pベース層63の表面に第2の開口としての帯状の開口
を、N+ソース領域65の表面にN+ソース領域65より
狭い幅で第3の開口としての帯状の開口を設けたシリコ
ンエッチング用マスクが形成され、このシリコンエッチ
ング用マスクをマスクとしてRIE(Reactive
Ion Etching)によりエッチングを行い、
Pベース層63の表面およびN+ソース領域65表面か
らN-層61まで貫通するトレンチ67を形成する(図
28参照)。
【0091】次いでトレンチ67の表面に熱酸化膜を形
成し、Pベース層63、N+ソース領域65及びトレン
チ67の表面に形成された酸化膜68上に、P型不純物
がドープされたポリシリコン69が積層されトレンチ6
7を埋設する(図29参照)。次に積層されたポリシリ
コン69を、トレンチ67に埋設されたポリシリコン6
9を残すようにトレンチ67の開口部までエッチバック
する(図30参照)。この後Pベース層63、N+ソー
ス領域65及びトレンチ67に埋設されたポリシリコン
69の表面上にBPSG70を積層する(図31参
照)。
【0092】次いでこのBPSG70の表面上にレジス
ト71を積層し、写真製版工程により、Pベース層63
表面とPベース層63表面に設けられたトレンチ67の
開口部とN+ソース領域65の一部とを囲みN+ソース領
域65の一部とこのN+ソース領域65に設けられたト
レンチ67の開口部とを除く開口を設けたレジストパタ
ーンが形成され、このレジストパターンをマスクとして
BPSG70及び酸化膜68のエッチングを行い、トレ
ンチ67に埋設されたポリシリコン69の表面上に層間
絶縁膜70を形成する(図32参照)。
【0093】その後Pベース層63とN+ソース領域6
5とが短絡するように、エッチングで露出したPベース
層63とN+ソース領域65との表面上並びに層間絶縁
膜70上にAl−Siが積層され、ソース電極とトレン
チ67に埋設されたポリシリコン69に接続されたゲー
ト配線とゲートパッドとが同時に形成される(図33参
照)。更にN+基板60の表面上にドレイン電極が形成
される。
【0094】実施例6 図34はこの発明のさらに他の実施例を示す部分断面図
である。この実施例のUMOSは、実施例5のUMOS
のトレンチ45及びトレンチ55それぞれの底部に対向
するN-層42に第3の半導体層としてのP-領域54が
形成されている。その他の構成は実施例5と同様であ
る。このようにP-領域54を配設するすることによ
り、トレンチ45及びトレンチ55の先端の電位分布が
-領域54に沿うようにのびるので、隣接するトレン
チ間相互で電界が干渉し易くなり、それぞれのトレンチ
の先端隅部の電界が緩和されるため素子の耐圧がさらに
高くなる。
【0095】この実施例のUMOSの製造方法を説明す
る。図35は製造工程での素子を示す部分断面図であ
る。この実施例のUMOSの製造方法は実施例5のUM
OSの製造方法とほぼ同じであり、実施例5のUMOS
の製造方法においてトレンチ67を形成する(図28参
照)まで同じで、この後、シリコンエッチング用マスク
66をマスクとしてP型不純物を低濃度に注入し拡散す
ることにより、トレンチ67の底部のN-層61にP-
域81を形成する(図35参照)。
【0096】次いでトレンチ67の表面に熱酸化膜を形
成し、Pベース層63、N+ソース領域65及びトレン
チ67の表面上に形成された酸化膜68の上に、P型不
純物がドープされたポリシリコン69が積層されトレン
チ67を埋設する(図29参照)。これ以降の工程は、
実施例5のUMOSの製造方法と同じである。 実施例7
【0097】図36はこの発明のさらに他の実施例を示
す部分断面図である。この実施例のUMOSは、実施例
5のUMOSのトレンチ55の底部に対向するN-層4
2にP-領域54が形成されている。その他の構成は実
施例5と同様である。
【0098】このようにP-領域54を配設するするこ
とにより、トレンチ55の先端の電位分布がP-領域5
4に沿うようにのびるので、隣接するトレンチとの間で
電界が干渉し易くなり、トレンチの先端隅部の電界が緩
和されるため耐圧が高くなる。
【0099】さらに、ソース電極49からドレイン電極
50への電流経路はトレンチ45の近傍のチャネル領域
52を経由する経路であるから、この経路上にはP-
域54を設けていないからオン電圧は低く抑えられる。
次にこの実施例に係るUMOSの製造方法を説明する。
図37〜図48が各工程での素子を示す断面図である。
+基板60上にN-層61が形成される(図37参
照)。
【0100】次にN-層61にP型の不純物が注入され
拡散することによりPベース層63が形成される(図3
8参照)。このPベース層63の表面にレジスト64を
積層し、写真製版工程により、第1の開口としての帯状
開口を複数設けたレジストパターンが形成され、このレ
ジストパターンをマスクとしてPベース層63の表面に
N型不純物を高濃度に注入し拡散されてN+ソース領域
65が形成される(図39参照)。
【0101】この後Pベース層63及びN+ソース領域
65の表面上に遮蔽膜としての酸化膜66を形成し、こ
の酸化膜でPベース層63の表面に第2の開口としての
帯状の開口を設けたシリコンエッチング用マスクが形成
され、このシリコンエッチング用マスクをマスクとして
RIE(Reactive Ion Etching)
によりエッチングを行い、Pベース層63表面からN-
層61まで貫通するトレンチ67を形成し、シリコンエ
ッチング用マスクをマスクとしてP型不純物を低濃度に
注入し拡散することにより、トレンチ67の底部のN-
層61にP-領域81を形成する(図40参照)。
【0102】次いでトレンチ67の表面に熱酸化膜を形
成し、素子表面上にP型不純物がドープされたポリシリ
コン69を積層しトレンチ67を埋設する(図41参
照)。次に積層されたポリシリコン69を、トレンチ6
7に埋設されたポリシリコン69を残すようにトレンチ
67の開口部までエッチバックする(図42参照)。
【0103】次いでトレンチ67の開口部までエッチバ
ックしたポリシリコン69の表面に酸化膜を形成し、素
子表面を覆った酸化膜でN+ソース領域65それぞれの
表面に、Pベース層63の表面に形成されたトレンチ6
7に沿って第3の開口としての帯状の開口を形成したシ
リコンエッチング用マスク84が形成され、このシリコ
ンエッチング用マスク84をマスクとしてRIE(Re
active IonEtching)によりエッチン
グを行い、N+ソース領域65表面からN-層61まで貫
通するトレンチ82を形成する(図43参照)。次いで
トレンチ82の表面に熱酸化膜を形成し、素子表面上に
P型不純物がドープされたポリシリコン83を積層しト
レンチ82を埋設する(図44参照)。
【0104】次に積層されたポリシリコン83を、トレ
ンチ82に埋設されたポリシリコン83を残すようにト
レンチ82の開口部までエッチバックする(図45参
照)。図40〜図42の工程と図43〜図45の工程と
は入れ換えても構わない。次いで素子表面上にBPSG
70を積層する(図46参照)。次いでこのBPSG7
0の表面上にレジストを積層し、写真製版工程により、
Pベース層63表面とPベース層63表面に開口部が設
けられたトレンチ69の開口部とN+ソース領域65の
一部とを囲みN+ソース領域65の一部とこのN+ソース
領域65に開口部が設けられたトレンチ82の開口部と
を除く開口を設けたレジストパターン71が形成され、
このレジストパターンをマスクとしてBPSG70及び
酸化膜68のエッチングを行い、トレンチ82に埋設さ
れたポリシリコン83の表面上に層間絶縁膜を形成する
(図47参照)。
【0105】その後Pベース層63とN+ソース領域6
5とが短絡するように、エッチングで露出したPベース
層63とN+ソース領域65との表面上並びに層間絶縁
膜上にAl−Siが積層され、ソース電極とトレンチ6
7に埋設されたポリシリコン69に接続されたゲート配
線とゲートパッドとが同時に形成される(図48参
照)。更にN+基板60の表面上にドレイン電極が形成
される。
【0106】実施例8 図49はこの発明のさらに他の実施例を示す部分平面図
である。この実施例のUMOSは、Pベース層43の表
面に帯状のN+ソース領域44を列状に複数配置し、こ
の帯状のN+ソース領域44と交差するようにトレンチ
47を直交させて配置したものである。N+ソース領域
44の下層はPベース層43となっていて、表面に露出
したPベース層43と繋がってる。N+ソース領域44
の配置の他は実施例5〜実施例7と同じ構成である。
【0107】このような構成にすることにより、Pベー
ス層43及びN+ソース領域44とソース電極49との
コンタクトを、トレンチ47と直交するN+ソース領域
44の表面で層間絶縁膜48から露出している位置で自
在にとることができる。従って層間絶縁膜48を形成す
る際のマスク合わせの余裕分が少なくてもよいから、ト
レンチ47に隣接させてその長手方向にN+ソース領域
44を延在させる場合よりも、ゲートとしてのトレンチ
とダミートレンチとの間隔を短くできるので、さらにセ
ルを高密度に配置でき、素子の小型化を図ることができ
る。
【0108】ところで、上記説明ではこの発明をNチャ
ネルのUMOSについて説明してきたが、Pチャネルの
UMOSについてこの発明を適用できることは云うまで
もない。
【0109】
【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので以下に示すような効果がある。第1の発明の
ように構成された絶縁ゲート型半導体装置は、第1の半
導体層よりも不純物濃度が低い第2導電型の第3の半導
体層を半導体基板の第1の主面と第1の半導体層との間
に配設しているので、第1の主電極と第2の主電極との
間に電圧を印加したとき、空乏層は第3の半導体層にも
延び、溝先端隅部の電界が緩和されるから、耐圧の高い
絶縁ゲート型半導体装置を構成できる。
【0110】第2の発明のように構成された絶縁ゲート
型半導体装置は、第3の半導体層が半導体基板の一部を
介して溝と対向しているので、チャンネル領域が第1の
半導体層に形成され、チャネル長さが短くなり、オン電
圧を低くすることができるから、耐圧が高く、消費電力
の少ない絶縁ゲート型半導体装置を構成できる。
【0111】第3の発明のように構成された絶縁ゲート
型半導体装置は、第2の半導体層が溝の開口に隣接して
延在しているので、形成されるチャネル幅が広くなるか
ら、素子の電流密度を高くできる。第4の発明のように
構成された絶縁ゲート型半導体装置は、第2の半導体層
が複数の溝の開口の両側に隣接して延在するとともに隣
り合う溝間に延在する第2の半導体層を第1の半導体層
を介して配設したので、複数のセル領域が構成でき大電
流容量の素子を構成することができる。
【0112】第5の発明のように構成された絶縁ゲート
型半導体装置は、第2の半導体層を溝の開口と交差して
第1の半導体層と交互に配設したので、溝間隔を狭くで
き、セルの高密度化を図ることができる。延いては小型
の絶縁ゲート型半導体装置を提供できる。第6の発明の
ように構成された絶縁ゲート型半導体装置は、第2の半
導体層を複数の溝の開口と交差して複数並列して延在さ
せたので、セル領域を多数形成でき、大容量の素子を構
成することができる。
【0113】第7の発明のように構成された絶縁ゲート
型半導体装置は、制御電極と接続された導電体が配設さ
れた第1の溝と第1の主電極と短絡された導電体が配設
された第2の溝とを備えているので、第2の溝を介して
第1の溝相互の距離を短縮でき、溝先端隅部相互間で電
界が干渉し、溝先端隅部の電界が相互に引張り合うの
で、溝先端隅部の電界が緩和されるから、耐圧の高い絶
縁ゲート型半導体装置を構成できる。
【0114】第8の発明のように構成された絶縁ゲート
型半導体装置は、溝の底部の導電体に絶縁膜を介して対
向する半導体基板の一部に、第1の半導体層よりも不純
物濃度が低い第2導電型の第3の半導体層を配設してい
るので、溝先端隅部相互間で電界が干渉し易くなり溝先
端隅部の電界がより緩和されるから、さらに耐圧の高い
絶縁ゲート型半導体装置を構成できる。第9の発明のよ
うに構成された絶縁ゲート型半導体装置は、第3の半導
体層を第2の溝の導電体のみに対向して配設したので、
オン電圧を低く押さえることができるから、耐圧が高
く、消費電力の少ない絶縁ゲート型半導体装置を構成で
きる。
【0115】第10の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置は、第1の溝と第2の溝とが交互に配設
されるとともに第2の半導体層が第1の溝の両側に隣接
して延在しているので、形成されるチャネル幅が広くな
るから、素子の電流密度を大きくでき大容量化を図るこ
とができる。第11の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置は、第1の溝と第2の溝とが交互に配設
されるとともに第2の半導体層が第1及び第2の溝に交
差し複数帯状に配設されたので溝間隔を狭く、複数の溝
が配設でき、セルの高密度化と大容量化を図ることがで
きる。
【0116】第12の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1と第2の主面を有す
る第1導電型の半導体基板の第1の主面に第2導電型の
不純物を低濃度に注入し拡散する第1の注入工程と、こ
の第1の注入工程により形成された第1の半導体層の表
面に第2導電型の不純物を第1の注入工程よりも高濃度
に注入し拡散する第2の注入工程とを備えているので、
第1の半導体層よりも不純物濃度が低い第2導電型の第
3の半導体層を半導体基板の第1の主面と第1の半導体
層との間に配設することができるから、耐圧の高い絶縁
ゲート型半導体装置を形成することができる。
【0117】第13の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1の除去工程の後に、
第1の半導体層の溝内壁表面領域の第2導電型の不純物
が除去されるように溝内壁に酸化膜を形成する工程と酸
化膜除去工程とをさらに加えたので、第3の半導体層を
半導体基板の一部を介して溝と対向させることができる
から、耐圧が高く、消費電力の少ない絶縁ゲート型半導
体装置を形成することができる。
【0118】第14の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1の開口が複数帯状に
並列して開口されレジストパターンを用いる第3の注入
工程と、第1の開口のそれぞれに対応する位置で第1の
開口の長手方向に第1の開口より幅の狭い帯状に第2の
開口が開口されている遮蔽膜を用いる第1の除去工程と
を備えているので、第2の半導体層を複数の溝の開口の
両側に沿って延在させるとともに隣接する溝間に延在す
る第2の半導体層を第1の半導体層を介して配設するこ
とができるから、素子の電流密度が高く、容量の大きな
絶縁ゲート型半導体装置を形成することができる。
【0119】第15の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1の開口が所定の間隔
で帯状に並列して複数開口されたレジストパターンを用
いる第3の注入工程と、第2の開口が複数の第1の開口
と交差する方向に複数帯状に開口された遮蔽膜を用いる
第1の除去工程とを備えているので、第2の半導体層を
複数の溝の開口と交差して複数並列して延在させること
ができるから、小型で高密度に素子が配列された絶縁ゲ
ート型半導体装置を形成することができる。
【0120】第16の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1の注入工程により形
成された第1の半導体層の表面上に、この第1の半導体
層の表面の一部を除いて形成された第1の開口を有する
レジストパターンを形成し、このレジストパターンをマ
スクとして第1導電型の不純物を注入し拡散する第2の
注入工程と、第1の半導体層表面及び第2の注入工程に
より形成された第2の半導体層表面上に、第1の半導体
層表面上に延在する第2の開口と第2の半導体層表面の
一部を囲む第3の開口とを有する遮蔽膜を形成し、この
遮蔽膜をマスクとして深さがそれぞれ半導体基板に達す
るまで半導体を除去する第1の除去工程とを備えている
ので、第1導電型の半導体基板の第1の主面上に第2導
電型の第1の半導体層を配設し、この第1の半導体層の
表面で開口を有し互いに並行した第1の溝と第2の溝と
からなり、その深さが第1の半導体層の表面から半導体
基板に達するような複数の溝を配設し、この溝のそれぞ
れの内壁に絶縁膜を配設設し、この絶縁膜を介して第1
の半導体層と対向するように溝の内側に導電体を配し、
第1の溝に配設された導電体とこの第1の溝の絶縁膜を
介して対向するように第1の半導体層の表面の一部に第
1導電型の第2の半導体層を配設することができるか
ら、耐圧の高い絶縁ゲート型半導体装置を形成すること
ができる。
【0121】第17の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1の除去工程に続け
て、第2及び第3の開口を有する遮蔽膜をマスクとし
て、第1及び第2の溝の底部の半導体基板に第2導電型
の不純物を低濃度に注入し拡散する第3の注入工程をさ
らに加えたので、第1及び第2の溝の底部の導電体に絶
縁膜を介して対向する半導体基板の一部に、第1の半導
体層よりも不純物濃度が低い第2導電型の第3の半導体
層が配設することができるから、さらに耐圧の高い絶縁
ゲート型半導体装置を形成できる。
【0122】第18の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1の開口が帯状に所定
の間隔で複数開口されたレジストパターンを用いる第2
の注入工程と、第3の開口が第1の開口に対応する位置
で第1の開口の長手方向にそって第1の開口より幅の狭
い帯状に延在しかつ第2の開口及び第3の開口がそれぞ
れ交互に複数並列して配設された遮蔽膜を用いる第1の
除去工程とを備えているので、複数のセルを形成できる
から、素子の電流密度が高く容量の大きい絶縁ゲート型
半導体装置を形成することができる。
【0123】第19の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、複数の帯状開口が所定の
間隔で複数列配設されてなる第1の開口を有するレジス
トパターンを用いる第2の注入工程と、第3の開口が第
1の開口の位置に交差して帯状に延在しかつ第2の開口
及び第3の開口がそれぞれ交互に複数並列して配設され
てなる遮蔽膜を用いる第1の除去工程とを備えているの
で、複数のセルを形成できるから、小型で高密度に素子
を配置した絶縁ゲート型半導体装置を形成できる。
【0124】第20の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、第1の半導体層表面上及
び第2の注入工程により形成された第2の半導体層表面
上に、第1の半導体層表面の一部を囲む第2の開口を有
する遮蔽膜を形成し、この遮蔽膜をマスクとして深さが
半導体基板に達するまで半導体を除去する第4の除去工
程と、第4の除去工程により第1の半導体層表面に開口
して形成された第1の溝の底部の半導体基板に、第2の
開口を有する遮蔽膜をマスクとして第2導電型の不純物
を低濃度に注入する第4の注入工程と、第1の溝の表面
に絶縁膜を形成する工程と、第1の溝を埋設するように
絶縁膜及び遮蔽膜上に第1の導電体を積層する第3の積
層工程と、第1の溝内の第1の導電体を残して、積層さ
れた第1の導電体を第1の溝の開口部まで一様に除去す
る第5の除去工程と、第1の溝に埋設された導電体表面
に遮蔽膜を形成する工程と、第1の溝に埋設された導電
体並びに第1及び第2の半導体層の表面上に形成された
遮蔽膜に、第2の半導体層表面の一部を囲む第3の開口
を形成し、この遮蔽膜をマスクとして深さが半導体基板
に達するまで半導体を除去する第6の除去工程と、第6
の除去工程により第2の半導体層表面に開口して形成さ
れた第2の溝の表面に絶縁膜を形成する工程と、第2の
溝を埋設するように絶縁膜及び遮蔽膜上に第1の導電体
を積層する第4の積層工程と、第2の溝内の第1の導電
体を残して、積層された第1の導電体を第2の溝の開口
部まで一様に除去する第7の除去工程と、第2の溝に埋
設された第1の導電体表面及び遮蔽膜上に絶縁層を形成
する第5の積層工程とを備えているので、第2の溝の底
部の上記導電体に上記絶縁膜を介して対向する上記半導
体基板の一部に、第1の半導体層よりも不純物濃度が低
い第2導電型の第3の半導体層が配設することができる
から、耐圧が高く、消費電力の少ない絶縁ゲート型半導
体装置を形成できる。
【0125】第21の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、帯状に所定の間隔で複数
開口された第1の開口を有するレジストパターンを用い
る第2の注入工程と、第3の開口が第1の開口に対応す
る位置で第1の開口の長手方向にそって第1の開口より
幅の狭い帯状に延在しかつ第4の除去工程の遮蔽膜の第
2の開口に対応する位置それぞれと第3の開口それぞれ
が交互に複数並列して配設されてなる遮蔽膜を用いる第
6の除去工程とを備えているので、複数のセルを形成で
きるから、電流密度が高く大容量の絶縁ゲート型半導体
装置を形成できる。
【0126】第22の発明のように構成された絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法は、複数の帯状開口が所定の
間隔で複数列配設されてなる第1の開口を有するレジス
トパターンを用いる第2の注入工程と、第3の開口が第
1の開口の位置と交差して帯状に延在しかつ第4の除去
工程の遮蔽膜の第2の開口に対応する位置それぞれと第
3の開口それぞれが交互に複数並列するように配設され
てなる遮蔽膜を用いる第6の除去工程とを備えているの
で、複数のセルを形成できるから、小型で高密度に素子
を配置した絶縁ゲート型半導体装置を形成することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例である絶縁ゲート型半導体
装置の平面図である。
【図2】図1の絶縁ゲート型半導体装置の一部セルの部
分平面図である。
【図3】図2に示した一部セルのA−A断面での部分断
面図である。
【図4】この発明の絶縁ゲート型半導体装置のドレイン
電圧印加時の電界のグラフである。
【図5】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工程
の素子の部分断面図である。
【図6】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工程
の素子の部分断面図である。
【図7】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工程
の素子の部分断面図である。
【図8】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工程
の素子の部分断面図である。
【図9】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工程
の素子の部分断面図である。
【図10】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図11】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図12】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図13】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図14】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図15】この発明の他の一例である絶縁ゲート型半導
体装置の部分断面図である。
【図16】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図17】この発明のさらに他の一実施例である絶縁ゲ
ート型半導体装置の部分平面図である。
【図18】図17の絶縁ゲート型半導体装置のA−A断
面の部分断面図である。
【図19】図17の絶縁ゲート型半導体装置のB−B断
面の部分断面図である。
【図20】この発明のさらに他の一実施例である絶縁ゲ
ート型半導体装置の部分断面図である。
【図21】図20の絶縁ゲート型半導体装置の他の断面
の部分断面図である。
【図22】この発明のさらに他の一実施例である絶縁ゲ
ート型半導体装置の部分平面図である。
【図23】図22に示した部分平面図のA−A断面での
部分断面図である。
【図24】絶縁ゲート型半導体装置のセルピッチと耐圧
との関係を示すグラフである。
【図25】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図26】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図27】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図28】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図29】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図30】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図31】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図32】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図33】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図34】この発明のさらに他の一実施例である絶縁ゲ
ート型半導体装置の部分断面図である。
【図35】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図36】この発明のさらに他の一実施例である絶縁ゲ
ート型半導体装置の部分断面図である。
【図37】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図38】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図39】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図40】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図41】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図42】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図43】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図44】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図45】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図46】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図47】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図48】この発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造工
程の素子の部分断面図である。
【図49】この発明のさらに他の一実施例である絶縁ゲ
ート型半導体装置の部分平面図である。
【図50】従来の絶縁ゲート型半導体装置の断面図であ
る。
【図51】従来の絶縁ゲート型半導体装置のドレイン電
圧印加時の電界のグラフである。
【図52】従来の絶縁ゲート型半導体装置の部分断面斜
視図である。
【符号の説明】
41 N+基板、 43 Pベース層、 45 ト
レンチ、 46 絶縁膜、 47 ポリシリコン、
44 N+ソース領域、 48 層間絶縁膜、
49 ソース電極、 50 ドレイン電極、 5
5 トレンチ、33 ゲートパッド
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年4月3日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0080
【補正方法】変更
【補正内容】
【0080】図23において、N+基板41の表面にN-
層42が配設され、このN-層42の上にPベース層4
3が配設されている。Pベース層43の表面にN+ソー
ス領域44が間隔をおいて帯状に並列して配設され、こ
のN+ソース領域44の帯状形状の長手方向に沿ってN+
ソース領域44の表面からN-層42に貫通する第1の
溝としてのトレンチ45と、隣接するN+ソース領域4
4相互間のPベース層43の表面からN-層42に貫通
する第2の溝としてのトレンチ55とが配設されてい
る。溝45および溝55の内壁には絶縁膜46が配設さ
れているが、溝45の絶縁膜46がゲート絶縁膜として
働く。溝45および溝55の内部には、それぞれの表面
の開口部までポリシリコン47が埋設されている。

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1と第2の主面を有する第1導電型の
    半導体基板と、 この半導体基板の第1の主面に配設された第2導電型の
    第1の半導体層と、 この第1の半導体層の表面に開口を有し、上記第1の半
    導体層の表面から上記半導体基板に達する深さを有する
    ように配設された溝と、 この溝の内壁に配設された絶縁膜と、 この絶縁膜を介して上記第1の半導体層と対向するよう
    に上記溝の内側に配設されるとともに制御電極と接続さ
    れた導電体と、 この導電体と上記絶縁膜を介して対向するように上記第
    1の半導体層の表面の一部に配設された第1導電型の第
    2の半導体層と、 この第2の半導体層の表面の一部と上記導電体の表面と
    を覆うように配設された絶縁層と、 上記半導体基板の第1の主面と上記第1の半導体層との
    間に配設され、上記第1の半導体層よりも不純物濃度が
    低い第2導電型の第3の半導体層と、 上記第1及び第2の半導体層表面上に配設された第1の
    主電極と、 上記半導体基板の第2の主面上に配設された第2の主電
    極と、を備えた絶縁ゲート型半導体装置。
  2. 【請求項2】 上記第3の半導体層が上記半導体基板の
    一部を介して上記溝と対向していることを特徴とする請
    求項1記載の絶縁ゲート型半導体装置。
  3. 【請求項3】 上記第2の半導体層が上記溝の開口に隣
    接して延在することを特徴とする請求項1または請求項
    2のいずれか1項に記載の絶縁ゲート型半導体装置。
  4. 【請求項4】 上記第2の半導体層が複数の上記溝の開
    口の両側に隣接して延在するとともに隣り合う上記溝間
    に延在する上記第2の半導体層が上記第1の半導体層を
    介して配設されたことを特徴とする請求項3記載の絶縁
    ゲート型半導体装置。
  5. 【請求項5】 上記第2の半導体層が上記溝の開口と交
    差して上記第1の半導体層と交互に配設されたことを特
    徴とする請求項1または請求項2のいずれか1項に記載
    の絶縁ゲート型半導体装置。
  6. 【請求項6】 上記第2の半導体層が複数の上記溝の開
    口と交差して複数並列して延在することを特徴とする請
    求項5記載の絶縁ゲート型半導体装置。
  7. 【請求項7】 第1と第2の主面を有する第1導電型の
    半導体基板と、 この半導体基板の第1の主面に配設された第2導電型の
    第1の半導体層と、 この第1の半導体層の表面で開口を有し互いに並行した
    第1の溝と第2の溝とからなり、その深さが上記第1の
    半導体層の表面から上記半導体基板に達するように配設
    された複数の溝と、 この溝のそれぞれの内壁に配設された絶縁膜と、 この絶縁膜を介して上記第1の半導体層と対向するよう
    に上記溝の内側に配設された導電体と、 上記第1の溝に配設された上記導電体とこの第1の溝の
    絶縁膜を介して対向するように上記第1の半導体層の表
    面の一部に配設された第1導電型の第2の半導体層と、 上記第1の溝に配設された上記導電体の表面と上記第2
    の半導体層の表面の一部とを覆うように配設された絶縁
    層と、 上記第2の溝に配設された上記導電体と短絡されるとと
    もに上記第1及び第2の半導体層の表面上に配設された
    第1の主電極と、 上記半導体基板の第2の主面上に配設された第2の主電
    極と、 上記第1の溝に配設された上記導電体と接続された制御
    電極と、を備えた絶縁ゲート型半導体装置。
  8. 【請求項8】 上記溝の底部の上記導電体に上記絶縁膜
    を介して対向する上記半導体基板の一部に、上記第1の
    半導体層よりも不純物濃度が低い第2導電型の第3の半
    導体層が配設されたことを特徴とする請求項7記載の絶
    縁ゲート型半導体装置。
  9. 【請求項9】 上記第3の半導体層が上記第2の溝の上
    記導電体のみに対向して配設されたことを特徴とする請
    求項8記載の絶縁ゲート型半導体装置。
  10. 【請求項10】 上記第1の溝と第2の溝とが交互に配
    設されるとともに上記第2の半導体層が上記第1の溝の
    両側に隣接して延在することを特徴とする請求項7乃至
    請求項9のいずれか1項に記載の絶縁ゲート型半導体装
    置。
  11. 【請求項11】 上記第1の溝と第2の溝とが交互に配
    設されるとともに上記第2の半導体層が上記第1及び第
    2の溝に交差し複数帯状に配設されたことを特徴とする
    請求項7乃至請求項9のいずれか1項に記載の絶縁ゲー
    ト型半導体装置。
  12. 【請求項12】 第1と第2の主面を有する第1導電型
    の半導体基板の第1の主面に第2導電型の不純物を低濃
    度に注入し拡散する第1の注入工程と、 この第1の注入工程により形成された第1の半導体層の
    表面に第2導電型の不純物を上記第1の注入工程よりも
    高濃度に注入し拡散する第2の注入工程と、 第2の注入工程により形成された第2の半導体層の表面
    上に、この第2の半導体層の表面の一部を除いて形成さ
    れた第1の開口を有するレジストパターンを形成し、こ
    のレジストパターンをマスクとして第1導電型の不純物
    を注入し拡散する第3の注入工程と、 上記第2の半導体層表面及び上記第3の注入工程により
    形成された第3の半導体層の表面上に、上記第3の半導
    体層表面の一部を囲む第2の開口を有する遮蔽膜を形成
    し、この遮蔽膜をマスクとして深さが上記半導体基板に
    達するまで半導体を除去する第1の除去工程と、 第1の除去工程により形成された溝の表面に絶縁膜を形
    成する工程と、 上記溝を埋設するように上記絶縁膜上に導電体を積層す
    る第1の積層工程と、 上記溝内の導電体を残して、積層された上記導電体を上
    記溝の開口部まで一様に除去する第2の除去工程と、 上記遮蔽膜表面上及び上記溝に埋設された導電体表面上
    に絶縁層を積層する第2の積層工程と、 絶縁層表面上に、上記第2の半導体層表面及び第3の半
    導体層表面の一部を囲む開口を有するレジストパターン
    を形成し、このレジストパターンをマスクとして絶縁層
    及び遮蔽膜を除去する第3の除去工程と、 第3の除去工程により露出した上記第2及び第3の半導
    体層表面上に導電体を積層し第1の主電極を形成する工
    程と、 上記半導体基板の第2の主面上に導電体を積層し第2の
    主電極を形成する工程と、 上記溝に埋設された導電体と電気的に接続される制御電
    極を形成する工程と、を備えた絶縁ゲート型半導体装置
    の製造方法。
  13. 【請求項13】 上記第1の除去工程の後に、上記第1
    の半導体層の上記溝内壁表面領域の第2導電型の不純物
    が除去されるように上記溝内壁に酸化膜を形成する工程
    と酸化膜除去工程とをさらに加えたことを特徴とする請
    求項12記載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。
  14. 【請求項14】 上記第3の注入工程のレジストパター
    ンの第1の開口が複数帯状に並列して開口されるととも
    に上記第1の除去工程の遮蔽膜の第2の開口が上記第1
    の開口のそれぞれに対応する位置で上記第1の開口の長
    手方向に上記第1の開口より幅の狭い帯状に開口されて
    いることを特徴とする請求項12または請求項13のい
    ずれか1項に記載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方
    法。
  15. 【請求項15】 上記第3の注入工程のレジストパター
    ンの第1の開口が所定の間隔で帯状に並列して複数開口
    されるとともに第1の除去工程の遮蔽膜の第2の開口が
    複数の上記第1の開口と交差する方向に複数帯状に開口
    されていることを特徴とする請求項12または請求項1
    3のいずれか1項に記載の絶縁ゲート型半導体装置の製
    造方法。
  16. 【請求項16】 第1と第2の主面を有する第1導電型
    の半導体基板の第1の主面に第2導電型の不純物を注入
    し拡散する第1の注入工程と、 この第1の注入工程により形成された第1の半導体層の
    表面上に、この第1の半導体層の表面の一部を除いて形
    成された第1の開口を有するレジストパターンを形成
    し、このレジストパターンをマスクとして第1導電型の
    不純物を注入し拡散する第2の注入工程と、 上記第1の半導体層表面及び上記第2の注入工程により
    形成された第2の半導体層表面上に、上記第1の半導体
    層表面上に延在する第2の開口と第2の半導体層表面の
    一部を囲む第3の開口とを有する遮蔽膜を形成し、この
    遮蔽膜をマスクとして深さがそれぞれ上記半導体基板に
    達するまで半導体を除去する第1の除去工程と、 第1の除去工程により、上記第2の開口と第3の開口に
    それぞれ対応して形成された第1及び第2の溝の表面に
    絶縁膜を形成する工程と、 上記第1及び第2の溝を埋設するように上記絶縁膜上に
    第1の導電体を積層する第1の積層工程と、 上記第1及び第2の溝内の導電体を残して、積層された
    上記第1の導電体を上記第1及び第2の溝の開口部まで
    一様に除去する第2の除去工程と、 上記遮蔽膜と上記第1及び第2の溝に埋設された第1の
    導電体との表面上に絶縁層を積層する第2の積層工程
    と、 絶縁層表面上に、上記第1の半導体層表面、第2の半導
    体層表面の一部及び第1の溝に埋設された上記第1の導
    電体表面を囲む開口を有するレジストパターンを形成
    し、このレジストパターンをマスクとして絶縁層及び遮
    蔽膜を除去する第3の除去工程と、 第3の除去工程により露出した上記第1及び第2の半導
    体層と上記第1の溝に埋設された上記第1の導電体との
    表面上に第2の導電体を積層し第1の主電極を形成する
    工程と、 上記半導体基板の第2の主面上に第2の導電体を積層し
    第2の主電極を形成する工程と、 上記第2の溝に埋設された上記第1の導電体と電気的に
    接続される制御電極を形成する工程と、を備えた絶縁ゲ
    ート型半導体装置の製造方法。
  17. 【請求項17】 上記第1の除去工程に続けて、上記第
    2の開口及び第3の開口を有する遮蔽膜をマスクとし
    て、上記第1及び第2の溝の底部の半導体基板に第2導
    電型の不純物を低濃度に注入し拡散する第3の注入工程
    をさらに加えたことを特徴とする請求項16記載の絶縁
    ゲート型半導体装置の製造方法。
  18. 【請求項18】 上記第2の注入工程のレジストパター
    ンの第1の開口が帯状に所定の間隔で複数開口されると
    ともに上記第1の除去工程の遮蔽膜の第3の開口が上記
    第1の開口に対応する位置で上記第1の開口の長手方向
    にそって上記第1の開口より幅の狭い帯状に延在しかつ
    上記第1の除去工程の遮蔽膜の第2の開口及び第3の開
    口がそれぞれ交互に複数並列して配設されてなることを
    特徴とする請求項16または請求項17のいずれか1項
    に記載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。
  19. 【請求項19】 上記第2の注入工程のレジストパター
    ンの第1の開口は複数の帯状開口が所定の間隔で複数列
    配設されてなるとともに、上記第1の除去工程の遮蔽膜
    の第3の開口が上記第1の開口の位置と交差して帯状に
    延在しかつ上記第1の除去工程の遮蔽膜の第2の開口及
    び第3の開口がそれぞれ交互に複数並列して配設されて
    なることを特徴とする請求項16または請求項17のい
    ずれか1項に記載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方
    法。
  20. 【請求項20】 上記第1の除去工程、絶縁膜を形成す
    る工程、第1の積層工程、第2の除去工程及び第2の積
    層工程に替えて、 上記第1の半導体層表面上及び上記第2の注入工程によ
    り形成された第2の半導体層表面上に、上記第1の半導
    体層表面の一部を囲む第2の開口を有する遮蔽膜を形成
    し、この遮蔽膜をマスクとして深さが上記半導体基板に
    達するまで半導体を除去する第4の除去工程と、 第4の除去工程により上記第1の半導体層表面に開口し
    て形成された第1の溝の底部の半導体基板に、上記第2
    の開口を有する遮蔽膜をマスクとして第2導電型の不純
    物を低濃度に注入し拡散する第4の注入工程と、 上記第1の溝の表面に絶縁膜を形成する工程と、 上記第1の溝を埋設するように上記絶縁膜及び上記遮蔽
    膜上に第1の導電体を積層する第3の積層工程と、 上記第1の溝内の第1の導電体を残して、積層された上
    記第1の導電体を上記第1の溝の開口部まで一様に除去
    する第5の除去工程と、 上記第1の溝に埋設された導電体表面に遮蔽膜を形成す
    る工程と、 上記第1の溝に埋設された導電体並びに第1及び第2の
    半導体層の表面上に形成された遮蔽膜に、上記第2の半
    導体層表面の一部を囲む第3の開口を形成し、この遮蔽
    膜をマスクとして深さが上記半導体基板に達するまで半
    導体を除去する第6の除去工程と、 第6の除去工程により上記第2の半導体層表面に開口し
    て形成された第2の溝の表面に絶縁膜を形成する工程
    と、 上記第2の溝を埋設するように絶縁膜及び遮蔽膜上に第
    1の導電体を積層する第4の積層工程と、 上記第2の溝内の第1の導電体を残して、積層された上
    記第1の導電体を上記第2の溝の開口部まで一様に除去
    する第7の除去工程と、 上記第2の溝に埋設された第1の導電体表面及び遮蔽膜
    上に絶縁層を形成する第5の積層工程と、を加入するこ
    とを特徴とする請求項16記載の絶縁ゲート型半導体装
    置の製造方法。
  21. 【請求項21】 上記第2の注入工程のレジストパター
    ンの第1の開口が帯状に所定の間隔で複数開口されると
    ともに上記第6の除去工程の遮蔽膜の第3の開口が上記
    第1の開口に対応する位置で上記第1の開口の長手方向
    にそって上記第1の開口より幅の狭い帯状に延在しかつ
    上記第4の除去工程の遮蔽膜の第2の開口に対応する位
    置それぞれと上記第3の開口それぞれが交互に複数並列
    して配設されてなることを特徴とする請求項20記載の
    絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。
  22. 【請求項22】 上記第2の注入工程のレジストパター
    ンの第1の開口は複数の帯状開口が所定の間隔で複数列
    配設されてなるとともに、上記第6の除去工程の遮蔽膜
    の第3の開口が上記第1の開口の位置と交差して帯状に
    延在しかつ上記第4の除去工程の遮蔽膜の上記第2の開
    口に対応する位置それぞれと上記第3の開口それぞれが
    交互に複数並列するように配設されたことを特徴とする
    請求項20記載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。
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