JPH08255902A - Insulated gate semiconductor device and fabrication thereof - Google Patents

Insulated gate semiconductor device and fabrication thereof

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JPH08255902A
JPH08255902A JP7058406A JP5840695A JPH08255902A JP H08255902 A JPH08255902 A JP H08255902A JP 7058406 A JP7058406 A JP 7058406A JP 5840695 A JP5840695 A JP 5840695A JP H08255902 A JPH08255902 A JP H08255902A
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trench
gate
gate electrode
semiconductor device
semiconductor substrate
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Shigeru Hasegawa
滋 長谷川
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE: To obtain an insulated gate semiconductor device in which the polysilicon gate is protected against cracking by rounding the opposite ends at the upper part of a gate electrode buried in a trench part. CONSTITUTION: A gate electrode 5 is buried in a trench part made in a semiconductor layer 3 of one conductivity type. In such a trench gate insulated gate semiconductor device, the gate electrode 5 buried in the trench part is rounded at the upper opposite ends thereof. For example, a polysilicon gate buried in a trench is etched back and then subjected to isotropic etching, i.e., chemical dry polysilicon etching. Consequently, the trench side wall part A is not sharpened but rounded at the upper part of the polysilicon gate 5. Alternatively, an N source layer 4 is diffused with phosphorus from an insulating oxide 7, i.e., a silicon oxide added, at least to the lowermost layer thereof, with phosphorus exhibiting stress relaxing action.

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、半導体基板に設けたト
レンチ部(溝)にゲート電極を埋設した絶縁ゲート半導
体装置とその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate semiconductor device in which a gate electrode is embedded in a trench (groove) provided in a semiconductor substrate and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のトレンチゲート型半導体装置の一
例として、トレンチゲート型(Insulated G
ate Bipalar Transistor)IG
BTの素子領域中の断面図を図11に示す。ここでは1
01はPエミッタ、102はNベース、103はPベー
ス、104はNソース、105はトレンチに埋め込まれ
たポリシリコンゲート、106はゲート酸化膜、107
は絶縁酸化膜、108はソース電極、109はドレイン
電極である。
2. Description of the Related Art As an example of a conventional trench gate type semiconductor device, a trench gate type (Insulated G type) is used.
ate Bipolar Transistor) IG
A cross-sectional view of the element region of the BT is shown in FIG. Here 1
01 is a P emitter, 102 is an N base, 103 is a P base, 104 is an N source, 105 is a polysilicon gate buried in a trench, 106 is a gate oxide film, 107
Is an insulating oxide film, 108 is a source electrode, and 109 is a drain electrode.

【0003】本素子は、ドレイン電極に正の電圧をかけ
た状態で、ゲート電極により素子電流をオン、オフする
のに用いられ、その動作原理は、ゲート電極にゼロ、又
は負の電圧をかけた状態ではMOSチャネル110がオ
フであり、Pベース103からNベース102に伸びる
空乏層によりドレイン電圧が維持され素子電流は流れな
い。ここで、ゲート電極にその閾値以上の電圧を印加す
ると、MOSチャンネル110がオンしNソース104
からNベース102へ電子が注入されると同時にPエミ
ッタ101から正孔が注入し、素子が導通状態となる。
次に、ゲート電極を再びゼロ、又は負の電位にすると、
MOSチャンネル110が閉じ、電子の注入が止まり、
素子電流がオフする。
This device is used to turn on and off the device current by the gate electrode in the state where a positive voltage is applied to the drain electrode. The operating principle is to apply zero or negative voltage to the gate electrode. In this state, the MOS channel 110 is off, the drain voltage is maintained by the depletion layer extending from the P base 103 to the N base 102, and the device current does not flow. Here, when a voltage higher than the threshold value is applied to the gate electrode, the MOS channel 110 turns on and the N source 104
At the same time that electrons are injected from N to N base 102, holes are injected from P emitter 101, and the device becomes conductive.
Next, when the gate electrode is set to zero or a negative potential again,
The MOS channel 110 is closed, the injection of electrons is stopped,
The device current turns off.

【0004】図11で、Pベース103とソース電極1
08が接触する領域111は、素子電流をオフする時、
素子内部に蓄積されている正孔を排出するために必要な
ほかに、Nソース104が正孔電流に依りラッチアップ
しないようにするために必要である。図12は、絶縁酸
化膜107、ソース電極108を取り除いた素子表面を
上から見た平面図であるが、この目的のために、Nソー
ス104は表面に露出するPベース103(111)に
より梯子状に形成されている。
In FIG. 11, the P base 103 and the source electrode 1
The region 111 where 08 contacts is when the device current is turned off,
In addition to being necessary for discharging the holes accumulated inside the device, it is necessary for preventing the N source 104 from latching up due to the hole current. FIG. 12 is a plan view of the element surface from which the insulating oxide film 107 and the source electrode 108 have been removed, as viewed from above. For this purpose, the N source 104 is a ladder formed by the P base 103 (111) exposed on the surface. It is formed into a shape.

【0005】その製造方法の一例を図13により説明す
ると、Nベース102となるN型高抵抗のウエハの裏面
にPエミッタ層101、表面にPベース層103、Nソ
ース層104をそれぞれ写真蝕刻法、インプラ、熱拡散
工程等により形成する(13(a))。ここでNソース
層104は図12に示すように、後にトレンチ溝が形成
される部分112も含んだ形状に形成する。次に、Nソ
ース層104の中央部にトレンチ溝113をリアクティ
ブイオンエッチング法により形成する(13(b))。
トレンチ溝形成の後、適当な処理を行った後、ゲート酸
化膜を形成し、トレンチ溝を埋め込むようにゲート電極
であるポリシリコンを堆積する(13(c))。次に、
図示されてはいないが、ゲート配線領域やボンディング
パッド上など、ポリシリコンを表面側に残す領域を写真
蝕刻法により保護した後に、所定の部分以外のポリシリ
コン堆積物を異方性エッチング法であるリアクティブイ
オンエッチング法により除去する。これは、エッチバッ
グと呼ばれる工程で、素子領域は写真蝕刻法により保護
することなくエッチングが行われる。このエッチバック
により、トレンチ溝は、その上部までポリシリコンで埋
まった形状となる(13(d))。次に、絶縁膜として
不純物を添加していないシリコン酸化膜を表面全面に化
学的気相成長法にて形成後、カソード電極と接触する部
分と図示されてはいないがゲート電極を取り出す領域の
絶縁酸化膜を選択的にエッチングし(13(e))、最
後に表裏それぞれに電極を形成し、トレンチゲート型I
GBTが得られる。(13(f))。
An example of the manufacturing method will be described with reference to FIG. 13. A P-emitter layer 101 is formed on the back surface of a N-type high-resistance wafer serving as an N-base 102, and a P base layer 103 and an N source layer 104 are formed on the front surface by photolithography. It is formed by an implantation process, a thermal diffusion process, etc. (13 (a)). Here, as shown in FIG. 12, the N source layer 104 is formed in a shape including a portion 112 where a trench groove will be formed later. Next, a trench groove 113 is formed in the center of the N source layer 104 by the reactive ion etching method (13 (b)).
After forming the trench groove, an appropriate process is performed, a gate oxide film is formed, and polysilicon that is a gate electrode is deposited so as to fill the trench groove (13 (c)). next,
Although not shown in the figure, after the area where the polysilicon is left on the surface side, such as the gate wiring area and the bonding pad, is protected by the photo-etching method, the polysilicon deposit other than the predetermined portion is anisotropically etched. It is removed by the reactive ion etching method. This is a process called an etch bag, and the element region is etched without being protected by the photo-etching method. By this etch back, the trench groove has a shape in which the upper portion thereof is filled with polysilicon (13 (d)). Next, a silicon oxide film, to which no impurities are added, is formed as an insulating film on the entire surface by chemical vapor deposition, and then a portion contacting with the cathode electrode is insulated from a region (not shown) where the gate electrode is taken out. The oxide film is selectively etched (13 (e)), and finally electrodes are formed on the front and back sides respectively, and the trench gate type I
GBT is obtained. (13 (f)).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述の製造方法による
トレンチゲート型IGBTでは、トレンチ溝に埋め込ま
れたポリシリコンの上部の形状は、実際には、図13
(f)に示すごとく、断面で見たとき中央部が浅く、両
側のゲート酸化膜に向かって鋭角形状となっている。こ
れは、リアクティブイオンエッチング法では縦方向にエ
ッチングされる量が一定のため、トレンチ溝の段差部で
ある側壁部にサイドウォール状に鋭角形状なるポリシリ
コンが残るためである。このため、素子使用中の熱スト
レスにより、鋭角形状のポリシリコンにクラックが発生
するという問題があった。
In the trench gate type IGBT manufactured by the above-described manufacturing method, the shape of the upper portion of the polysilicon filled in the trench groove is actually the same as that shown in FIG.
As shown in (f), when viewed in cross section, the central portion is shallow, and the shape becomes an acute angle toward the gate oxide films on both sides. This is because in the reactive ion etching method, since the amount of vertical etching is constant, polysilicon having an acute-angled side wall shape remains on the side wall portion which is the step portion of the trench groove. Therefore, there is a problem that cracks occur in the acute-angled polysilicon due to thermal stress during use of the device.

【0007】ところで、上述のトレンチゲート型IGB
Tは、図において、例えばトレンチ間隔Aが10um,
トレンチ端からコンタクト端間Bが2um,コンタクト
端からNソース端間Cが1um,表面に露出するPベー
ス長さDが4umである。トレンチ幅Eが1umとする
と、図13(a)においてNソース幅Fを7umに形成
すれば良く、トレンチ溝形成の際に例えばその位置が1
umずれたとしても、最終の素子状態でNソースは2u
mとなり素子特性上特に問題とならない。
By the way, the above-mentioned trench gate type IGB
In the figure, T is, for example, a trench interval A of 10 μm,
The distance B from the trench end to the contact end is 2 μm, the distance C from the contact end to the N source end is 1 μm, and the P base length D exposed on the surface is 4 μm. Assuming that the trench width E is 1 μm, the N source width F may be formed to 7 μm in FIG. 13A.
Even if there is a um shift, the N source is 2u in the final element state.
Therefore, there is no particular problem in device characteristics.

【0008】しかしながら、この種の半導体素子は、電
流導通時のオン抵抗が小さい事が要求され、その方法の
一つが、MOSのチャネル抵抗を減少させる事であり、
MOSチャネルの総長を長くすればチャネル抵抗は減少
する。同じ素子面積においてMOSチャネルの総長を長
くするには、トレンチ間隔Aを小さくする必要がある。
そのために、図4において、例えばトレンチ間隔Aを4
umにするには、トレンチ端からコンタクト端間Bを
0.5um、コンタクト端からNソース端間Cを0.5
um、表面に露出するPベース長さDを2umにする必
要がある。しかしながらこの場合、寸法が小さくなるた
めにトレンチ溝形成の際の所定の位置に対するずれの許
容範囲が著しく小さくなり、例えば、図8におけるNソ
ース幅Fは3umとなり、前述のようにトレンチ溝形成
の際にその位置が1umずれると、出来上がりの素子状
態においてトレンチ側壁のNソース領域が無くなってし
まい、MOSが形成されなくなってしまう問題や、同様
に、トレンチ溝形成の際に例えばその位置が0.5um
ずれると、Nソースとカーソード電極の接触状態がトレ
ンチの左右でアンバランスになり、導通時の電流が均一
でなくなり、素子の動特性に悪影響を与えるという問題
があった。従って、トレンチ間隔の小さい事が必要な素
子構造では、前述の梯子状のNソース形状は採用でき
ず、実際には、図9に示す様に、トレンチに直交するス
トライプ状のNソース形状を採用するしかなかった。こ
の場合、トレンチ側壁のうちNソースが形成されない部
分は、縦方向のMOSとしての働きをしないため、MO
Sチャネルの総長はその分だけ小さくなってしまうとい
う問題があった。そこで本発明は上述した問題に鑑みな
されたもので、MOSチャネルの総長を小さくすること
のない新しい絶縁ゲート型半導体装置を提供するもので
ある。
However, this type of semiconductor element is required to have a small on-resistance when conducting a current, and one of the methods is to reduce the channel resistance of MOS.
The channel resistance is reduced by increasing the total length of the MOS channel. To increase the total length of the MOS channel in the same device area, it is necessary to reduce the trench interval A.
Therefore, for example, in FIG.
To obtain um, the distance B between the trench end and the contact end is 0.5 μm, and the distance C between the contact end and the N source end is 0.5 μm.
um, and the P base length D exposed on the surface must be 2 um. However, in this case, since the size is small, the allowable range of deviation with respect to a predetermined position at the time of forming the trench groove is remarkably small. For example, the N source width F in FIG. 8 is 3 μm. At that time, if the position shifts by 1 μm, the N source region on the side wall of the trench disappears in the completed element state, and MOS is not formed. Similarly, for example, when the trench groove is formed, the position is 0. 5um
If there is a deviation, the contact state between the N source and the cathode electrode becomes unbalanced between the left and right sides of the trench, and the current during conduction becomes uneven, which adversely affects the dynamic characteristics of the device. Therefore, in the device structure that requires a small trench interval, the above-mentioned ladder-shaped N source shape cannot be adopted, and actually, as shown in FIG. 9, a stripe-shaped N source shape orthogonal to the trench is adopted. I had to do it. In this case, the portion of the sidewall of the trench where the N source is not formed does not function as a vertical MOS transistor, so that MO
There is a problem that the total length of the S channel becomes smaller by that amount. Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a new insulated gate type semiconductor device which does not reduce the total length of a MOS channel.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の一つは、トレン
チ部溝に埋設されたゲート電極となるポリシリコンの上
部の鋭角形状をなくした所謂ポリシリコン上部両端を弧
状にする事により、ポリシリコンゲートのクラック発生
のすることがない絶縁ゲート型半導体装置とその製造方
法を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION One of the present invention is to eliminate the acute-angled shape of the upper portion of polysilicon, which is a gate electrode buried in a trench groove, from the so-called polysilicon upper end by making it arc-shaped. The present invention provides an insulated gate semiconductor device in which a silicon gate is not cracked and a method for manufacturing the same.

【0010】また、本発明は、トレンチ部溝に埋設され
たゲート電極となるポリシリコンの上部と素子表面に形
成する配線領域等に、燐の添加された絶縁酸化膜を堆積
することにより、ポリシリコンの低抵抗化を実現すると
共に、ポリシリコンゲートやシリコン肩口付近のクラッ
ク発生のない絶縁ゲート型半導体装置とその製造方法を
提供するものである。
Further, according to the present invention, by depositing an insulating oxide film to which phosphorus is added on the upper surface of the polysilicon which becomes the gate electrode buried in the trench groove and the wiring region formed on the device surface, (EN) Provided is an insulated gate type semiconductor device which realizes a low resistance of silicon and does not cause a crack in the vicinity of a polysilicon gate or a silicon shoulder, and a manufacturing method thereof.

【0011】さらに、本発明は、燐の添加された絶縁酸
化膜を用い、トレンチ溝(トレンチ部)内部とウエハ表
面に形成するポリシリコンを低抵抗化すると同時にNソ
ース領域をリンの添加された絶縁酸化膜をソース源とし
自己整合的に形成することにより、トレンチ間隔が小さ
いトレンチゲート型半導体素子においても、安定的にN
ソースの領域の形成が可能となる絶縁ゲート型半導体装
置の製造方法を提供するものである。
Further, the present invention uses an insulating oxide film to which phosphorus is added to reduce the resistance of polysilicon formed inside the trench groove (trench portion) and the wafer surface, and at the same time, phosphorus is added to the N source region. By forming the insulating oxide film as a source in a self-aligned manner, even in a trench gate type semiconductor device having a small trench interval, stable N
It is intended to provide a method for manufacturing an insulated gate semiconductor device capable of forming a source region.

【0012】[0012]

【作用】本発明によれば、ポリシリコンゲートやシリコ
ン肩口付近のクラック発生のない絶縁ゲート型半導体装
置を得る事が可能となる。また本発明によれば、ポリシ
リコンゲート電極を低抵抗化すると同時に、トレンチ溝
両側に自己整合的にNソースの領域の形成が化膿とな
り、トレンチ間隔が小さいトレンチゲート型半導体素子
においても、安定的にNソース領域の形成が可能とな
る。
According to the present invention, it is possible to obtain an insulated gate semiconductor device in which cracks are not generated in the vicinity of the polysilicon gate and the silicon shoulder. Further, according to the present invention, the resistance of the polysilicon gate electrode is reduced, and at the same time, the formation of the N source region on both sides of the trench groove becomes suppurative in a self-aligned manner, which is stable even in a trench gate type semiconductor device having a small trench interval. It is possible to form the N source region.

【0013】[0013]

【実施例】本発明の実施例を、絶縁ゲート型半導体装置
の一種であるトレンチゲート型IGBTを例にとり説明
する。図1は、本発明の実施例を示すトレンチゲート型
IGBTの素子領域の断面図である。ここで1はPエミ
ッタ、2はNベース、4はNソース、5はトレンチに埋
め込まれたポリシリコンゲート、6はゲート酸化膜、7
は絶縁酸化膜、8はソース電極、9はドレイン電極であ
る。ここで、トレンチ溝(トレンチ部)に埋め込まれた
ポリシリコンゲート上部のトレンチ側壁部Aでの形状
が、鋭角的ではなく、丸みを帯びている(孤状)ことが
特徴である。位置A付近のポリシリコンは、シリコン基
板のトレンチ肩口付近と、絶縁酸化膜7から応力を受け
るが、トレンチ側壁部Aでの形状が、鋭角的ではなく丸
みをつけていることにより、素子使用中の熱ストレスに
よるクラック発生の耐量の高いトレンチゲート構造を得
ることができる。
Embodiments of the present invention will be described by taking a trench gate type IGBT, which is a type of insulated gate type semiconductor device, as an example. FIG. 1 is a sectional view of an element region of a trench gate type IGBT showing an embodiment of the present invention. Here, 1 is a P emitter, 2 is an N base, 4 is an N source, 5 is a polysilicon gate buried in a trench, 6 is a gate oxide film, and 7 is a gate oxide film.
Is an insulating oxide film, 8 is a source electrode, and 9 is a drain electrode. Here, the shape of the trench side wall portion A above the polysilicon gate embedded in the trench groove (trench portion) is not sharp but rounded (arc-shaped). The polysilicon near the position A receives stress from the vicinity of the trench shoulder of the silicon substrate and the insulating oxide film 7, but the shape at the trench sidewall A is rounded rather than acute, which means that the device is in use. It is possible to obtain a trench gate structure having a high resistance to crack generation due to the thermal stress of.

【0014】また、図1において、絶縁酸化膜7として
通常は不純物が意図的には添加されていないシリコン酸
化膜を用いるが、別の実施例として、絶縁酸化膜7とし
て少なくともその最下層に、応力緩和作用のある燐の添
加されたシリコン酸化膜を用いれば、さらに熱ストレス
に対する耐量の高いトレンチゲート型IGBTを得る事
が可能となる。
Further, in FIG. 1, a silicon oxide film to which impurities are not intentionally added is usually used as the insulating oxide film 7, but as another embodiment, the insulating oxide film 7 is at least the lowest layer thereof. By using a silicon oxide film to which phosphorus is added, which has a stress relaxation effect, it becomes possible to obtain a trench gate type IGBT having a higher resistance to thermal stress.

【0015】なお、図1に示すトレンチ部の構造が
(a)(b)で異なっているが、製造方法で異なってく
るものであり、(b)図は絶縁膜として不純物が意図的
には添加されていないシリコン酸化膜を用いた場合、左
側は燐の添加されたシリコン酸化膜を用いNソース層4
を酸化膜中の燐により拡散形成した場合の例である。
The structure of the trench portion shown in FIG. 1 is different between (a) and (b), but it is different depending on the manufacturing method. In FIG. 1 (b), impurities are intentionally used as an insulating film. When a silicon oxide film not added is used, the N source layer 4 is used on the left side using a silicon oxide film to which phosphorus is added.
This is an example of a case in which is diffused by phosphorus in the oxide film.

【0016】次に、図1(a)の様なトレンチゲート型
IGBTの製造方法の一例を図2により説明する。トレ
ンチ溝に埋め込まれたポリシリコンゲートをエッチバッ
クするまでの図2(a)から図2(d)までは、前述の
従来例の図と同じである。リアクティブイオンエッチン
グ法によるエッチバック後のポリシリコンは、図2
(d)に示すように、段差部となるトレンチ溝上部側壁
部にサイドウォール状に残っており、その先端形状は、
鋭角的になっている。次に、等方性エッチングであるケ
ミカルドライエッチ法によりポリシリコンエッチングを
行うと、トレンチ溝上部側壁にサイドウォール状のポリ
シリコンは、厚さが薄いため速くエッチングされ、結果
的にポリシリコンゲート上部のトレンチ側壁部での形状
が、鋭角的ではなく、弧状になる(図2(e))。さら
に、ポリシリコンのケミカルドライエッチ後に酸化を行
うと、ポリシリコンゲート上部のトレンチ側壁部は、ゲ
ート酸化膜と酸化気体の両者から酸素が供給されるた
め、さらに良好な丸み形状を得ることが可能となるた
め、酸化を行うことが望ましい。後は、前述の従来例と
同様工程にて、図1(a)に示すトレンチ構造を持つ、
トレンチゲート型IGBTを得る事が可能となる。
Next, an example of a method of manufacturing a trench gate type IGBT as shown in FIG. 1A will be described with reference to FIG. FIGS. 2A to 2D up to the etching back of the polysilicon gate buried in the trench groove are the same as the above-described conventional example. The polysilicon after etching back by the reactive ion etching method is shown in FIG.
As shown in (d), it remains in a sidewall shape on the side wall portion of the upper portion of the trench groove serving as a step portion, and the tip shape is
It is sharp. Next, when the polysilicon is etched by a chemical dry etching method which is isotropic etching, the sidewall-shaped polysilicon on the sidewall of the trench groove is etched quickly because of its thin thickness, and as a result, the polysilicon gate upper portion is etched. The shape at the side wall of the trench is not an acute angle but an arc shape (FIG. 2E). Furthermore, if oxidation is performed after chemical dry etching of polysilicon, oxygen is supplied from both the gate oxide film and the oxidizing gas to the trench sidewalls above the polysilicon gate, so that a better rounded shape can be obtained. Therefore, it is desirable to perform oxidation. After that, the trench structure shown in FIG.
It becomes possible to obtain a trench gate type IGBT.

【0017】次に、図3においてポリシリコン上の絶縁
酸化膜七として、少なくともその最下層が、応力を緩和
する傾向にある燐の添加されたシリコン酸化膜(PSG
膜)を用いる場合の本発明の製造方法の一例に付いて説
明する。前述の本発明の製造方法の説明において、ポリ
シリコンのケミカルドライエッチ、あるいは、その後の
ポリシリコンの酸化工程までは、同様である。その後、
トレンチ溝に埋め込まれたポリシリコン上部表面と、図
示されてはいないが、ゲート配線領域やボンディングパ
ッドなど、素子表面側に残すポリシリコン上のみ、ある
いは、その領域とシリコン表面でN型不純物を拡散する
領域上の酸化膜を選択的に除去する(図3(a))。次
に、燐の添加されたシリコン酸化膜(PSG膜)7を例
えば気相成長法によりシリコンウエハ全面に堆積する
(図3(b))。次に、例えば窒素雰囲気中で高温に保
持することにより、PSG膜のアニールを行う。この時
同時に、PSG膜と直接接触しているポリシリコンとシ
リコン中へPSG膜中の燐が熱拡散するため、トレンチ
溝上部と素子表面側に残すポリシリコンの低抵抗化が実
現され、またシリコン表面側にも選択的にN型高濃度層
の拡散を行うことが可能となる。N型高濃度層を形成し
ない領域は、シリコンとPSG膜間に存在するゲート酸
化膜等により燐が拡散されることはない。後は、前述の
従来例と同様工程にて、図1(b)のトレンチ構造をも
つ、トレンチゲート型IGBTを得る事が可能となる。
Next, in FIG. 3, as the insulating oxide film 7 on polysilicon, at least the lowermost layer thereof is a silicon oxide film (PSG) to which phosphorus is added, which tends to relieve stress.
An example of the production method of the present invention using a film will be described. In the above description of the manufacturing method of the present invention, the same applies up to the chemical dry etching of polysilicon or the subsequent polysilicon oxidizing step. afterwards,
N-type impurities are diffused only on the polysilicon upper surface embedded in the trench groove and on the polysilicon left on the element surface side such as a gate wiring region and a bonding pad (not shown) or in the region and the silicon surface. The oxide film on the desired region is selectively removed (FIG. 3A). Next, a phosphorus-added silicon oxide film (PSG film) 7 is deposited on the entire surface of the silicon wafer by, for example, vapor phase epitaxy (FIG. 3B). Next, for example, the PSG film is annealed by holding it at a high temperature in a nitrogen atmosphere. At this time, at the same time, the phosphorus in the PSG film is thermally diffused into the polysilicon and silicon which are in direct contact with the PSG film, so that the resistance of the polysilicon left in the upper part of the trench groove and the element surface side is reduced, and the silicon is also reduced. It is possible to selectively diffuse the N-type high concentration layer also on the front surface side. In the region where the N-type high concentration layer is not formed, phosphorus is not diffused by the gate oxide film existing between the silicon and the PSG film. After that, the trench gate type IGBT having the trench structure of FIG. 1B can be obtained by the same steps as the above-mentioned conventional example.

【0018】また、別の実施例を説明すると、前述の本
発明の製造方法の説明において、ポリシリコンのケミカ
ルドライエッチ、あるいは、その後のポリシリコンの酸
化工程までは、同様で、次に、トレンチ溝に埋め込まれ
たポリシリコン上部表面と、ゲート配線領域やボンディ
ングパッドなど素子表面側に残すポリシリコン上と、素
子領域のシリコン表面上の酸化膜を剥離する(図4
(a))。次に、燐の添加されたシリコン酸化膜(PS
G膜)を例えば気相成長法によりシリコンウエハ全面に
堆積する。その後、燐を拡散しない領域上のPSG膜を
選択的に剥離し(図4(b)、次に、例えば窒素雰囲気
中で高温に保持する。後は、前述の従来例と同様工程に
て、図1(b)に示す様な、トレンチゲート型IGBT
を得る事が可能である。本方法によれば、N型高濃度層
を形成しない領域上にはPSG膜がないためクラック耐
量が高く低抵抗なるポリシリコンゲートが得られると同
時に、N型高濃度層を自己整合的に得ることが可能とな
る。なお、図3、4ではPSG膜堆積前からNソース層
が形成されているが、PSG膜堆積前には形成せず、P
SG膜からの燐の拡散のみによって形成することも可能
である。この点に付いては、後述の実施例において詳細
を述べる。
Another embodiment will be described. In the above description of the manufacturing method of the present invention, the same applies up to the chemical dry etching of polysilicon or the subsequent polysilicon oxidizing step. The oxide film on the silicon surface in the element region is peeled off from the polysilicon upper surface embedded in the groove, the polysilicon left on the element surface side such as the gate wiring region and the bonding pad (FIG. 4).
(A)). Next, a phosphorus-added silicon oxide film (PS
G film) is deposited on the entire surface of the silicon wafer by, for example, a vapor phase growth method. After that, the PSG film on the region where phosphorus is not diffused is selectively stripped (FIG. 4B), and is then held at a high temperature, for example, in a nitrogen atmosphere. Trench gate type IGBT as shown in FIG.
It is possible to obtain According to this method, since there is no PSG film on the region where the N-type high-concentration layer is not formed, a polysilicon gate having high crack resistance and low resistance can be obtained, and at the same time, the N-type high-concentration layer can be obtained in a self-aligned manner. It becomes possible. Although the N source layer is formed before the PSG film is deposited in FIGS. 3 and 4, it is not formed before the PSG film is deposited.
It is also possible to form it only by diffusing phosphorus from the SG film. This point will be described in detail in Examples described later.

【0019】図5は、本発明の別の実施例を示すトレン
チゲート型IGBTの素子領域の断面図で、トレンチ溝
に埋め込まれたポリシリコンゲート上部のトレンチ側壁
部Aでの形状が、鋭角的ではなく、丸みを帯びているこ
と(弧状にすること)が特徴である。図1の実施例と異
なるのは、トレンチ溝に埋め込まれたポリシリコン5の
上部がシリコン基板表面より内部に位置し、その上部
が、ほぼ基板表面と同じ高さまで絶縁膜7で覆われ、絶
縁膜7とシリコン基板の上にほぼ平坦にソース電極8が
形成されていることである。この場合もポリシリコンゲ
ート上部のトレンチ側壁部Aは、シリコン基板のトレン
チ肩口付近と、絶縁酸化膜7から応力を受けるが、本発
明により応力に対する耐量の高いトレンチ構造を得るこ
とが可能である。また、上述のように、絶縁膜7とし
て、少なくともその最下層に燐を添加したシリコン酸化
膜を用いれば、さらに応力に対する耐量の高いトレンチ
構造を得ることが可能である。この場合、図5(b)の
トレンチのようにトレンチ側壁にゲート酸化膜を残して
PSG膜を形成しても良いし、図5(a)のトレンチの
ようにPSG膜を埋め込む部分のゲート酸化膜を剥離
し、PSG膜とシリコンを直接接触させ、N型高濃度層
(Nソース層)のソース源として利用することも可能で
ある。さらに、図6(a)(b)のようにトレンチ溝肩
部のシリコン基板をBのように丸み(弧状)をつけても
良く、また図1の場合にもシリコン基板をBのように丸
みをつけても良い(図7(a)(b))。
FIG. 5 is a sectional view of an element region of a trench gate type IGBT showing another embodiment of the present invention. The shape of the trench side wall A above the polysilicon gate embedded in the trench groove is sharp. Instead, it is characterized by being rounded (having an arc shape). The difference from the embodiment of FIG. 1 is that the upper portion of the polysilicon 5 embedded in the trench groove is located inside the silicon substrate surface, and the upper portion is covered with the insulating film 7 to almost the same height as the substrate surface. That is, the source electrode 8 is formed substantially flat on the film 7 and the silicon substrate. In this case as well, the trench side wall portion A above the polysilicon gate receives stress from the vicinity of the trench shoulder of the silicon substrate and the insulating oxide film 7. However, according to the present invention, it is possible to obtain a trench structure having high resistance to stress. Further, as described above, if a silicon oxide film having phosphorus added to at least its lowermost layer is used as the insulating film 7, it is possible to obtain a trench structure having a higher resistance to stress. In this case, the PSG film may be formed by leaving the gate oxide film on the side wall of the trench like the trench of FIG. 5B, or the gate oxidation of the portion where the PSG film is embedded like the trench of FIG. 5A. It is also possible to peel off the film and bring the PSG film and silicon into direct contact with each other to use as a source of the N-type high concentration layer (N source layer). Further, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the silicon substrate at the shoulder portion of the trench groove may be rounded (arcuate) like B, and in the case of FIG. 1, the silicon substrate may be rounded like B. May be attached (FIGS. 7A and 7B).

【0020】次に、本発明の製造方法の一例として、図
5の構造のトレンチゲート型IGBTの製造方法に付い
て説明する。トレンチ溝およびウエハ表面にポリシリコ
ンを堆積するまでは図2と同様である(図8(a))。
次に、リアクティブイオンエッチング法により、トレン
チ内のポリシリコンの上部がシリコン基板表面よりも内
部で、かつソース層の深さよりも浅い位置までエッチバ
ックを行う。この時トレンチ側壁にはポリシリコンがサ
イドウォール状に残っている。(図8(b)。次に、ケ
ミカルドライエッチと酸化工程によりサイドウォール状
のポリシリコンを除去し、その上部端に丸みを形成する
(図8(c))。その後トレンチ上部とウエハ全面に絶
縁酸化膜7を堆積し(図8(d))、ウエハ表面までこ
の酸化膜をエッチバックし(図8(e))、後はメタル
電極を形成することにより図5の右側に示すトレンチゲ
ート型IGBTを得ることが可能である。
Next, as an example of the manufacturing method of the present invention, a manufacturing method of the trench gate type IGBT having the structure of FIG. 5 will be described. The process is the same as that of FIG. 2 until polysilicon is deposited on the trench groove and the wafer surface (FIG. 8A).
Then, by reactive ion etching, etching back is performed to a position where the upper portion of the polysilicon in the trench is inside the surface of the silicon substrate and shallower than the depth of the source layer. At this time, the polysilicon remains on the sidewalls of the trench in the shape of sidewalls. (FIG. 8B) Next, the sidewall-shaped polysilicon is removed by a chemical dry etching and oxidation process to form a roundness at the upper end thereof (FIG. 8C). After that, the upper part of the trench and the entire surface of the wafer are formed. An insulating oxide film 7 is deposited (FIG. 8 (d)), the oxide film is etched back to the wafer surface (FIG. 8 (e)), and then a metal electrode is formed to form the trench gate shown on the right side of FIG. It is possible to obtain a type IGBT.

【0021】次に、絶縁膜に燐を添加したシリコン酸化
膜を用い、ポリシリコンの低抵抗化に利用すると共に、
Nソース層を自己整合的に拡散形成する別の本発明の実
施例を述べる。Nベース2となるN型高抵抗のウエハの
裏面にPエミッタ層1を形成後、表面に深さ2umのP
ベース層3、深さ0.5umのNソース層4をそれぞれ
写真蝕刻法、インプラ、熱拡散工程等により形成する
(図9(a))。図9(b)はこの時のウエハ表面状態
を示すが、ここでNソース層4は、将来トレンチ溝とな
る破線a部に対し直行するように形成し、トレンチ溝に
沿った部分のNソース層は形成せず、Pベース層3が表
面に露出しており、b−b´断面を図示したものが図9
(a)である。次に、所定の位置に所定の間隔、たとえ
ば4um毎に幅1um、深さ3umのトレンチ溝をリア
クティブイオンエッチング法により形成する。次に、ゲ
ート酸化膜、ポリシリコンゲートを堆積後、前述の方法
で上部がウエハ表面の内部に位置し、上端両側が丸みを
帯びたポリシリコンゲートを形成する。(図9
(c))。なお、図9(c)は図9(b)においてNソ
ース層の形成されていないc−c´断面を図示したもの
で、本実施例の場合、トレンチ側壁付近のNソース層
は、ポリシリコン上のPSG膜により自己整合的に拡散
形成するため、この時点でのポリシリコン上部の位置ズ
レに対するマージンは厳しくない。次に、ポリシリコン
と素子表面上の酸化膜を剥離後、リンが添加された絶縁
酸化膜5を、気相成長法により表面全面に形成後、トレ
ンチ内と表面に残したポリシリコン上部とNソース層を
形成する領域のみ絶縁酸化膜を残し、それ以外の領域の
絶縁酸化膜を選択的に剥離する(図9(d))。この
時、トレンチ端からコンタクト端間Gは、0.5umで
ある。次に、例えば900℃の窒素雰囲気中で30分の
アニールを行うと、ポリシリコンに燐が拡散し低抵抗化
が実現すると共に、絶縁酸化膜7に添加されているリン
が、接触しているシリコン表面より内部に拡散し、トレ
ンチ溝内部両側の全側面に沿ってソース層が形成される
と同時に表面側からもNソース層が形成され、先に形成
されている部分と共に、梯子状のNソース層が形成され
る。この時、燐は横方向にも縦方向の約8割拡散するた
め、シリコン表面では絶縁酸化膜端から約0.4umま
でNソース層が形成されると共に、トレンチ側壁ではポ
リシリコン上部より約0.4umの深さまでNソース層
が形成され自己整合的に縦型MOSFETが形成される
(図9(e))。従って、Nソース層は梯子状の横串部
のほかに、トレンチ溝全側面において絶縁酸化膜端から
約0.4umだけカソード電極と接触することになり、
従来のようにトレンチ溝形成時の位置ずれによりトレン
チ溝片側のNソース層が無くなってしまったり、カソー
ド電極と接触する部分が素子領域内部でアンバランスに
なってしまうと言う事がない。次に、適当な処理を実施
した後、カソード電極、ドレイン電極を形成し、図9
(f)に示すトレンチゲート型IGBTが得られる。ま
た本実施例において、PSG膜による拡散を終えた後、
素子領域上のPSG膜をウエハ表面の位置までエッチバ
ックにより剥離し、その後適当な処理を実施した後、カ
ソード電極、ドレイン電極を形成すると、トレンチ溝に
埋め込まれたポリシリコン5の上部がシリコン基板表面
より内部に位置し、その上部が、ほぼ基板表面と同じ高
さまで絶縁膜7で覆われ、絶縁膜7とシリコン基板の上
にほぼ平坦にソース電極8が形成された図5の左側に示
すトレンチゲート型IGBTが得られる。
Next, a silicon oxide film to which phosphorus is added is used as an insulating film, which is used to reduce the resistance of polysilicon, and
Another embodiment of the present invention in which the N source layer is formed by diffusion in a self-aligned manner will be described. After the P emitter layer 1 is formed on the back surface of the N-type high-resistance wafer that becomes the N base 2, the P of a depth of 2 μm is formed on the front surface.
The base layer 3 and the N source layer 4 having a depth of 0.5 μm are formed by photolithography, implantation, thermal diffusion, etc., respectively (FIG. 9A). FIG. 9B shows the wafer surface state at this time. Here, the N source layer 4 is formed so as to be perpendicular to the broken line a portion which will be a trench groove in the future, and the N source of the portion along the trench groove is formed. The layer is not formed, the P base layer 3 is exposed on the surface, and the bb ′ cross section is shown in FIG.
It is (a). Next, trenches having a width of 1 μm and a depth of 3 μm are formed at predetermined positions at predetermined intervals, for example, every 4 μm by the reactive ion etching method. Next, after depositing a gate oxide film and a polysilicon gate, a polysilicon gate having an upper portion located inside the wafer surface and rounded upper end sides is formed by the method described above. (Fig. 9
(C)). Note that FIG. 9C shows a cc ′ cross section in which the N source layer is not formed in FIG. 9B, and in the case of the present embodiment, the N source layer near the sidewall of the trench is polysilicon. Since the PSG film is formed by diffusion in a self-aligned manner, the margin for the positional deviation of the upper portion of the polysilicon at this point is not severe. Next, after removing the polysilicon and the oxide film on the surface of the element, an insulating oxide film 5 to which phosphorus is added is formed on the entire surface by a vapor phase epitaxy method. The insulating oxide film is left only in the region where the source layer is formed, and the insulating oxide film in the other regions is selectively stripped (FIG. 9D). At this time, the distance G from the trench end to the contact end is 0.5 μm. Next, for example, when annealing is performed for 30 minutes in a nitrogen atmosphere at 900 ° C., phosphorus is diffused in the polysilicon to realize a low resistance, and the phosphorus added to the insulating oxide film 7 is in contact. A source layer is diffused inward from the silicon surface along all side surfaces on both sides inside the trench groove, and at the same time, an N source layer is formed from the surface side as well. A source layer is formed. At this time, since phosphorus diffuses about 80% in the vertical direction in the horizontal direction as well, an N source layer is formed on the silicon surface from the edge of the insulating oxide film to about 0.4 μm, and on the trench sidewall, about 0% from the polysilicon upper portion. The N source layer is formed to a depth of 0.4 μm, and the vertical MOSFET is formed in a self-aligned manner (FIG. 9E). Therefore, the N source layer comes into contact with the cathode electrode only about 0.4 μm from the end of the insulating oxide film on the entire side surface of the trench groove, in addition to the ladder-shaped cross section.
There is no problem that the N source layer on one side of the trench groove is lost or the portion contacting the cathode electrode becomes unbalanced inside the element region due to the positional deviation when forming the trench groove as in the conventional case. Next, after performing an appropriate treatment, a cathode electrode and a drain electrode are formed, and as shown in FIG.
The trench gate type IGBT shown in (f) is obtained. In addition, in this embodiment, after the diffusion by the PSG film is finished,
When the PSG film on the element region is peeled off to a position on the wafer surface by etch back and then a cathode electrode and a drain electrode are formed after appropriate treatment, the upper portion of the polysilicon 5 embedded in the trench groove is a silicon substrate. It is located on the inside of the surface, the upper part thereof is covered with the insulating film 7 to almost the same height as the surface of the substrate, and the source electrode 8 is formed substantially flat on the insulating film 7 and the silicon substrate. A trench gate type IGBT is obtained.

【0022】図9(f)のIGBTの表面の電極と絶縁
酸化膜を取り除いた表面平面を図示したものが図10で
ある。ここで、出来上がりのNソース領域は、インプ
ラ、拡散により形成された部分4aと、リンが添加され
た絶縁酸化膜よりの拡散で形成された部分4bとにより
梯子状に形成されている。
FIG. 10 shows the surface plane of the IGBT of FIG. 9 (f) from which the electrodes and the insulating oxide film have been removed. Here, the completed N source region is formed in a ladder shape by a portion 4a formed by implantation and diffusion and a portion 4b formed by diffusion from an insulating oxide film to which phosphorus is added.

【0023】本発明によれば、絶縁酸化膜7中のリンが
拡散される際、トレンチ溝の全側壁に均一なNソース領
域が形成されるのみならず、トレンチ内部のポリシリコ
ンゲートの上部にもリンが拡散される。これは、素子の
高速動作のために必要なゲート配線抵抗の減少に寄与す
ることになり、一つの工程で同時に二つの効果を得るこ
とができる特徴がある。
According to the present invention, when phosphorus in the insulating oxide film 7 is diffused, not only a uniform N source region is formed on all sidewalls of the trench groove, but also on the polysilicon gate inside the trench. Also phosphorus is diffused. This contributes to the reduction of the gate wiring resistance required for high-speed operation of the device, and is characterized in that two effects can be obtained at the same time in one process.

【0024】本実施例の場合、トレンチ溝に沿ったNソ
ース層が、リンを添加された絶縁酸化膜を拡散源として
自己整合的に形成されるため、素子内部のトレンチ両側
全側面に、どの位置においても深さや、カソード電極と
接触する部分の形状、濃度が等しい均一なNソース層の
形成が可能であり、また、同時にポリシリコンゲートの
配線抵抗の低抵抗化も実現でき、トレンチの両側全側面
がMOS動作可能でMOSのチャネル抵抗が小さく、同
時に、ポリシリコンゲートの配線抵抗が小さく高速動作
が可能で、素子特性のばらつきのないトレンチゲート型
IGBTを得ることが可能となる。
In the case of this embodiment, the N source layer along the trench groove is formed in a self-aligned manner using the phosphorus-doped insulating oxide film as a diffusion source. Even at the position, it is possible to form a uniform N source layer having the same depth, the shape of the portion in contact with the cathode electrode, and the same concentration. At the same time, the wiring resistance of the polysilicon gate can be reduced, and both sides of the trench can be realized. It is possible to obtain a trench gate type IGBT in which all sides are capable of MOS operation and the channel resistance of the MOS is small, and at the same time, the wiring resistance of the polysilicon gate is small and high-speed operation is possible, and the element characteristics do not vary.

【0025】また、トレンチ形成前に形成するNソース
層をひ素をソース源で形成すれば、熱拡散係数の違いに
より、リンを添加した絶縁酸化膜により形成される部分
と出来上がりの拡散深さを同じにすることも可能であ
る。
If the N source layer formed before the trench is formed by using arsenic as a source, the diffusion depth of the portion formed by the insulating oxide film to which phosphorus is added is different from the finished diffusion depth due to the difference in thermal diffusion coefficient. It is possible to do the same.

【0026】なお、実施例として説明した燐が添加され
た絶縁酸化膜7は、シリコンに接するその最下層がリン
が添加された絶縁酸化膜であれば良く、その上に別の種
類の絶縁酸化膜を堆積しても良い。また、ソース層がP
型の場合は、BORONNの添加された絶縁酸化膜を用
いることにより、本発明を適用することが可能である。
また、本発明は例えばパワー素子領域とロジック素子
領域を一つの素子に融合形成するパワーICの製造にお
いても適用できるほかに、燐を含んだ絶縁酸化膜7を、
素子内の別の領域の横型MOSのLDD構造形成時のサ
イドウォール用絶縁膜として同時に利用することによ
り、工程を増やすこと無く本発明によるところの特徴を
実現することが可能である利点を持つ。本発明はIGB
Tを例にとり説明されたが、トレンチ間隔が小さい事が
望まれる他のトレンチゲート型素子にも適用可能であ
る。
The phosphorous-added insulating oxide film 7 described in the embodiment may be any phosphorous-added insulating oxide film at the lowermost layer in contact with silicon. The film may be deposited. The source layer is P
In the case of a mold, the present invention can be applied by using an insulating oxide film to which BORONN is added.
Further, the present invention can be applied to, for example, the manufacture of a power IC in which the power element region and the logic element region are integrally formed into one element, and the insulating oxide film 7 containing phosphorus is
By using it simultaneously as a sidewall insulating film when forming the LDD structure of the lateral MOS in another region in the element, the feature of the present invention can be realized without increasing the number of steps. The present invention is IGB
Although T has been described as an example, the present invention can be applied to other trench gate type devices where it is desired that the trench interval is small.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
トレンチに埋め込まれたポリシリコンのクラック耐量が
高く、また、トレンチ間隔が小さいトレンチゲート型半
導体素子においても、トレンチ形成時の位置ずれの影響
を受けずに、トレンチ溝全側面において濃度、形状が均
一で、カソード電極との接触状態も同一であるN型ソー
ス層の形成が可能となるほか、同時に、ポリシリコンゲ
ートの配線抵抗の低減が可能となる。
As described above, according to the present invention,
Even in a trench gate type semiconductor device with a high crack resistance of the polysilicon embedded in the trench and a small trench interval, the concentration and shape are uniform on all side surfaces of the trench groove without being affected by misalignment during trench formation. Thus, it is possible to form the N-type source layer having the same contact state with the cathode electrode, and at the same time, it is possible to reduce the wiring resistance of the polysilicon gate.

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

【図1】 本発明の半導体装置の一実施例を説明するた
めの断面図。
FIG. 1 is a sectional view for explaining an embodiment of a semiconductor device of the present invention.

【図2】 本発明の製造方法の一実施例を説明するため
の工程断面図。
2A to 2D are process cross-sectional views for explaining one embodiment of the manufacturing method of the present invention.

【図3】 本発明の半導体装置の他の実施例を説明する
ための断面図。
FIG. 3 is a sectional view for explaining another embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図4】 本発明の半導体装置の他の実施例を説明する
ための断面図。
FIG. 4 is a sectional view for explaining another embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図5】 本発明の半導体装置の他の実施例を説明する
ための断面図。
FIG. 5 is a sectional view for explaining another embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図6】 本発明の半導体装置の他の実施例を説明する
ための断面図。
FIG. 6 is a sectional view for explaining another embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図7】 本発明の半導体装置の他の実施例を説明する
ための断面図。
FIG. 7 is a sectional view for explaining another embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図8】 本発明の製造方法の他の実施例を説明するた
めの工程断面図。
FIG. 8 is a process sectional view for explaining another embodiment of the manufacturing method of the present invention.

【図9】 本発明の製造方法の他の実施例を説明するた
めの図。
FIG. 9 is a view for explaining another embodiment of the manufacturing method of the present invention.

【図10】 図9(f)の平面図。FIG. 10 is a plan view of FIG.

【図11】 従来例を説明するための図。FIG. 11 is a diagram for explaining a conventional example.

【図12】 従来例を説明するための図。FIG. 12 is a diagram for explaining a conventional example.

【図13】 従来例を説明するための図。FIG. 13 is a diagram for explaining a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,101…P型エミッタ層 2,102…N型ベース層 3,103…P型ベース層 4,4a,4b,104…N型ソース層 5,105…ポリシリコン 6,106…ゲート絶縁膜 7,107…絶縁酸化膜 8,108…カソード電極 9,109…アノード電極 1, 101 ... P-type emitter layer 2, 102 ... N-type base layer 3, 103 ... P-type base layer 4, 4a, 4b, 104 ... N-type source layer 5, 105 ... Polysilicon 6, 106 ... Gate insulating film 7 , 107 ... Insulating oxide film 8, 108 ... Cathode electrode 9, 109 ... Anode electrode

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一導電型半導体層に設けられたトレンチ
部に、ゲート電極を埋設してなるトレンチゲート型の絶
縁ゲート型半導体装置において、前記トレンチ部に埋設
されたゲート電極の上部両端が、弧状に構成されている
ことを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置。
1. In a trench gate type insulated gate semiconductor device in which a gate electrode is embedded in a trench portion provided in a semiconductor layer of one conductivity type, both ends of an upper portion of the gate electrode embedded in the trench portion are An insulated gate semiconductor device having an arc shape.
【請求項2】 前記トレンチ部の半導体層の肩口の形状
が、弧状に構成され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。
2. The shoulder opening of the semiconductor layer of the trench portion is formed in an arc shape.
The insulated gate semiconductor device described.
【請求項3】 トレンチ部に埋設されたゲート電極の上
部が半導体基板表面より内部に位置し、該ゲート電極上
部が、ほぼ半導体基板表面と同じ高さまでの絶縁膜で覆
われ、該絶縁膜上と半導体基板表面上にソース電極金属
が積層されているを特徴とする、請求項1記載の絶縁ゲ
ート型半導体装置。
3. The upper portion of the gate electrode embedded in the trench portion is located inward of the surface of the semiconductor substrate, and the upper portion of the gate electrode is covered with an insulating film up to approximately the same height as the surface of the semiconductor substrate. 2. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the source electrode metal is laminated on the surface of the semiconductor substrate.
【請求項4】 一導電型半導体層に設けられたトレンチ
部に、ゲート電極を埋設してなるトレンチゲート型の絶
縁ゲート型半導体装置において、前記トレンチ部に埋設
されたゲート電極の上部と、素子表面のゲート用ボンデ
ィングパッド部以外のゲート電極の上部とが直接に、燐
を添加した絶縁酸化膜と接触していることを特徴とする
絶縁ゲート型半導体装置。
4. An insulated gate semiconductor device of a trench gate type in which a gate electrode is embedded in a trench portion provided in a semiconductor layer of one conductivity type, and an element above the gate electrode embedded in the trench portion and an element. An insulated gate semiconductor device, wherein the upper surface of the gate electrode other than the gate bonding pad portion on the surface is in direct contact with the phosphorus-doped insulating oxide film.
【請求項5】 前記トレンチ部の肩口付近の半導体層
が、直接、燐を添加した絶縁酸化膜と接触していること
を特徴とする、請求項4記載の絶縁ゲート型半導体装
置。
5. The insulated gate semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor layer near the shoulder of the trench is in direct contact with the phosphorus-doped insulating oxide film.
【請求項6】 半導体基板に所定の拡散層を形成する工
程と、選択的にトレンチ溝を形成する工程と、トレンチ
溝側壁を処理する工程と、ゲート膜となる絶縁膜を形成
する工程と、トレンチ溝内部を埋め、かつ半導体基板表
面にもゲート電極材料を堆積する工程と、不要な半導体
基板表面部と、トレンチ溝の所定の深さまでのゲート電
極材料を除去する工程と、トレンチ溝内部のゲート電極
上部に丸みをつける工程と、トレンチ溝上部を埋め、か
つ半導体基板表面にも絶縁膜を形成する工程と、選択的
にコンタクトホールを形成する工程、とを具備すること
を特徴とする絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。
6. A step of forming a predetermined diffusion layer on a semiconductor substrate, a step of selectively forming a trench groove, a step of treating a side wall of the trench groove, and a step of forming an insulating film to be a gate film, A step of filling the inside of the trench groove and depositing a gate electrode material also on the surface of the semiconductor substrate; an unnecessary semiconductor substrate surface portion; a step of removing the gate electrode material to a predetermined depth of the trench groove; Insulation comprising: a step of rounding the upper part of the gate electrode; a step of filling the upper part of the trench groove and forming an insulating film also on the surface of the semiconductor substrate; and a step of selectively forming a contact hole. Method of manufacturing gate type semiconductor device.
【請求項7】 丸みをつける工程が、ゲート電極材料を
異方性エッチングする工程と、トレンチ溝上部壁残存す
るゲート電極材料を異方性エッチングする工程とである
ことを特徴とする請求項6記載の絶縁ゲート型半導体装
置の製造方法。
7. The step of rounding is a step of anisotropically etching the gate electrode material and a step of anisotropically etching the gate electrode material remaining on the upper wall of the trench groove. A method of manufacturing an insulated gate semiconductor device according to claim 1.
【請求項8】 トレンチ溝上部を埋め、かつ半導体基板
表面にも形成する絶縁膜が、燐を添加した絶縁酸化膜で
あることを特徴とする請求項6記載の絶縁ゲート型半導
体装置の製造方法。
8. The method for manufacturing an insulated gate semiconductor device according to claim 6, wherein the insulating film filling the upper portion of the trench groove and formed also on the surface of the semiconductor substrate is an insulating oxide film to which phosphorus is added. .
【請求項9】 半導体基板に所定の拡散層を形成する工
程と、選択的にトレンチ溝を形成する工程と、トレンチ
溝側壁を処理する工程とゲート膜となる絶縁膜を形成す
る工程と、トレンチ溝内部を埋め、かつ半導体基板表面
にもゲート電極材料を堆積する工程と、不要な半導体基
板表面部と、トレンチ溝上部の半導体基板表面より所定
の位置までのゲート電極材料を除去する工程と、トレン
チ溝内のゲート電極上部と素子表面に残置するゲート電
極上と、半導体基板表面、あるいは半導体基板表面とト
レンチ溝上部壁でソース拡散層を形成する部分の絶縁膜
を選択的に剥離する工程と、トレンチ溝上部を埋め、か
つ半導体基板表面にもソース層の拡散源となる不純物の
添加された絶縁膜を堆積する工程と、高温に保持するこ
とにより拡散源となる不純物を拡散する工程とを具備す
ることを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置の製造方
法。
9. A step of forming a predetermined diffusion layer on a semiconductor substrate, a step of selectively forming a trench groove, a step of treating a sidewall of the trench groove, a step of forming an insulating film to be a gate film, and a trench. A step of filling the inside of the groove and depositing a gate electrode material also on the semiconductor substrate surface; an unnecessary semiconductor substrate surface portion; and a step of removing the gate electrode material from the semiconductor substrate surface above the trench groove to a predetermined position, A step of selectively peeling off the insulating film on the upper part of the gate electrode in the trench groove and on the gate electrode remaining on the element surface, and on the semiconductor substrate surface, or on the semiconductor substrate surface and the upper wall of the trench groove forming the source diffusion layer; , A step of filling an upper part of the trench groove and depositing an impurity-added insulating film which becomes a diffusion source of the source layer also on the surface of the semiconductor substrate, and it becomes a diffusion source by keeping it at a high temperature. And a step of diffusing impurities according to the present invention.
【請求項10】 ソース層の拡散源となる不純物の添加
された絶縁膜が、燐を添加した絶縁酸化膜であることを
特徴とする請求項9の記載の絶縁ゲート型半導体装置の
製造方法。
10. The method of manufacturing an insulated gate semiconductor device according to claim 9, wherein the insulating film to which an impurity serving as a diffusion source of the source layer is added is an insulating oxide film to which phosphorus is added.
【請求項11】 不要な半導体基板表面部と、トレンチ
溝上部の半導体基板表面より内部までのゲート電極材料
を除去する工程と、拡散源となる不純物の添加された絶
縁膜よりのソース層の熱拡散工程後、素子領域中の該絶
縁膜を基板表面までエッチングする工程と、素子領域中
の基板表面上にほぼ平坦にソース電極を形成する工程を
具備することを特徴とする請求項9記載の絶縁ゲート型
半導体装置の製造方法。
11. A step of removing an unnecessary portion of the semiconductor substrate surface and a gate electrode material from the semiconductor substrate surface above the trench groove to the inside, and heat of the source layer from an insulating film doped with an impurity serving as a diffusion source. 10. The method according to claim 9, further comprising a step of etching the insulating film in the element region to the substrate surface after the diffusion step, and a step of forming the source electrode substantially flat on the substrate surface in the element region. Insulated gate type semiconductor device manufacturing method.
【請求項12】 トレンチゲートに垂直な方向に選択的
にソース層を形成する工程を具備することを特徴とする
請求項9記載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。
12. The method of manufacturing an insulated gate semiconductor device according to claim 9, further comprising the step of selectively forming a source layer in a direction perpendicular to the trench gate.
【請求項13】 トレンチ溝内部のゲート電極上部に丸
みをつける工程を具備することを特徴とする、請求項9
記載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。
13. The method according to claim 9, further comprising the step of rounding an upper portion of the gate electrode inside the trench groove.
A method of manufacturing an insulated gate semiconductor device according to claim 1.
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