JPH08298322A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH08298322A
JPH08298322A JP10350495A JP10350495A JPH08298322A JP H08298322 A JPH08298322 A JP H08298322A JP 10350495 A JP10350495 A JP 10350495A JP 10350495 A JP10350495 A JP 10350495A JP H08298322 A JPH08298322 A JP H08298322A
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forming
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forming step
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光浩 片岡
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 チャネル部を溝の側面にもつMOSFETを
ユニットセルとしてこのユニットセルを複数個形成した
ユニットセル形成領域の周囲に形成される外周部領域
を、ユニットセルのMOSFETの製造方法と整合性よ
く、かつ簡単な工程で形成できる半導体装置の製造方法
を提供する。 【構成】 ユニットセル15のチャネル部形成のための
LOCOS酸化膜65と外周部に形成されるフィールド
酸化膜107を同時に形成することにより、選択酸化膜
形成工程に必要な耐酸化性絶縁膜の堆積、ホト・エッチ
ング工程および酸化工程が1回で行うことができ、工程
が簡略化され製造コストが低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電力用半導体素子とし
て用いられる半導体装置、すなわち縦型MOSFET(M
etal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
およびIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor
)の製造方法に関し、その単体または電力用半導体素
子を組み込んだMOSIC等に採用して好適である。
【0002】
【従来の技術】縦型パワーMOSFETは、周波数特性
が優れ、スイッチング速度が速く、かつ低電力で駆動で
きる等多くの特長を有することから、近年多くの産業分
野で使用されている。たとえば、日経マグロウヒル社発
行“日経エレクトロニクス”の1986年5月19日
号,pp.165-188には、パワーMOSFETの開発の焦点
が低耐圧品および高耐圧品に移行している旨記載されて
いる。さらに、この文献には、耐圧100V以下のパワ
ーMOSFETチップのオン抵抗は、10mΩレベルま
で低くなってきていることが記載されており、この理由
として、パワーMOSFETの製造にLSIの微細加工
技術を利用したり、そのセルの形状を工夫したりするこ
とにより、面積当たりのチャネル幅が大きくとれるよう
になったことにある旨述べられている。また、この文献
には主流であるDMOS型(二重拡散型)セルを使用し
た縦型パワーMOSFETを中心にのべられている。そ
の理由は、DMOS型はチャネル部分にシリコンウエハ
の平坦な主表面をそのまま使用することを特長とするプ
レーナプロセスにより作製されるため、歩留まりが良く
コストが安いという製造上の利点があるからである。
【0003】一方、縦型パワーMOSFETの普及に伴
って低損失化、低コスト化がさらに求められているが、
微細加工やセルの形状の工夫によるオン抵抗低減は限界
にきている。たとえば、特開昭63−266882号公
報によると、DMOS型においては微細加工によりユニ
ットセルの寸法を小さくしてもオン抵抗がそれ以上減少
しない極小点があり、その主原因がオン抵抗の成分を成
すJFET抵抗の増加であることが分かっている。また
DMOS型において、特開平2−86136号公報に示
されているように、現在の微細加工技術の下ではオン抵
抗が極小点をとるユニットセルの寸法は15μm付近で
ある。
【0004】この限界を突破するために種々の構造が提
案されている。それらに共通した特徴は素子表面に溝を
形成し、その溝の側面にチャネル部を形成した構造であ
り、この構造により前述のJFET抵抗を大幅に減少さ
せることができる。さらに、この溝の側面にチャネル部
を形成した構造においては、ユニットセル寸法を小さく
してもJFET抵抗の増大は無視することができるた
め、特開昭63−266882号公報に記載されたよう
なユニットセル寸法の縮小に対してオン抵抗が極小点を
とるという限界が無く、15μmを切って微細加工の限
界まで小さくすることができる。
【0005】このように、溝の側面にチャネル部を形成
する構造の従来の製造方法として例えば特開昭61-19966
6 号公報に開示されたようにRIEで溝を形成し、その
溝の側面にチャネル部を形成するものがある。RIEに
おいては電離したガスをある一定方向に加速させるた
め、非常に優れた異方性を有しサイドエッチが起こりに
くいという特徴がある。しかしながら、RIEにおいて
は、物理的に電離されたガスを半導体装置に衝突させる
ため、エッチングされた面に格子欠陥が必然的に発生
し、表面再結合が起こることで移動度が下がり結果とし
てオン抵抗が増加してしまうという問題がある。
【0006】ここで格子欠陥が発生しにくい製造方法と
して、例えば特開昭62-12167号や本出願人による国際公
開WO93/03502号に開示されたようにウエットエッチング
を用いた製造方法がある。しかしながら上記WO93/03502
号公報や特開昭62-12167号公報に開示された製造方法
は、等方性エッチングであるウエットエッチングを用い
ているため、所望の幅以上にエッチングする所謂サイド
エッチが起こり、また液ムラによりウエハ面内で均一に
安定した深さの溝を形成することができず、プロセスの
制御性が悪いという問題がある。
【0007】そこで本出願人は特願平6-324693号にてチ
ャネル部を溝の側面に持つMOSFETの製造方法にお
いて、チャネル部の欠陥を少なくし、また溝形状を正確
に制御できる製造方法を提案している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら電力用半
導体素子として用いられる半導体装置、所謂半導体チッ
プを製造する場合、上記公報に記載された素子をユニッ
トセルとしてこのユニットセルを複数個形成されたユニ
ットセル形成領域と、ユニットセル形成領域の最外周で
ユニットセルの素子特性を安定的に終端させる外周部領
域を形成する必要がある。また、素子を外部に電気的に
接続するため外部接続用ボンデイングパッド等を形成す
る必要があるが、これも外周部領域に形成する必要があ
る。
【0009】本発明の目的は、チャネル部を溝の側面に
もつMOSFETをユニットセルとしてこのユニットセ
ルを複数個形成したユニットセル形成領域の周囲に形成
される外周部領域を、ユニットセルのMOSFETの製
造方法と整合性よく、かつ簡単な工程で形成できる半導
体装置の製造方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に構成された請求項1記載の発明は、半導体基板の一主
面側に該半導体基板よりも低不純物濃度の第1導電型の
半導体層を形成する工程と、前記半導体層の表面を複数
の領域に分割する第1の選択酸化膜と、前記第1の選択
酸化膜と離間して前記第1の選択酸化膜を囲んで形成さ
れる第2の選択酸化膜を形成する選択酸化膜形成工程
と、前記複数に分割された領域の前記半導体層に第2導
電型の不純物を拡散してベース層を形成するベース層形
成工程と、前記ベース層内に第1導電型の不純物を拡散
してソース層を形成することにより、前記第1導電型半
導体層と前記ソース層との間の前記第1選択酸化膜の側
面に接する前記ベース層表面にチャネルとして使用され
る領域が形成されるソース層形成工程と、前記第2選択
酸化膜を耐エッチング層で被覆し前記第1選択酸化膜を
エッチングして前記複数に分割された領域間に溝を形成
する溝形成工程と、前記溝の内壁を酸化してゲート酸化
膜とするゲート酸化膜形成工程と、前記ゲート酸化膜上
にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、前記ソ
ース層および前記ベース層に電気的に接触するソース電
極を形成するソース電極形成工程と、前記半導体基板の
他主表面に電気的に接触するドレイン電極とを形成する
ドレイン電極形成工程とを含むことを特徴としている。
【0011】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明における
前記選択酸化膜形成工程が、前記第1選択酸化膜および
前記第2選択酸化膜の形成予定領域の前記半導体層の表
面をエッチングして窪みを形成し、該窪みを含んで選択
酸化されることを特徴としている。また、上記目的を達
成するために構成された請求項3記載の発明は、請求項
1および2記載の発明において前記ゲート電極形成工程
が、前記ゲート電極を前記溝部から前記第2選択酸化膜
上まで延在して形成することを特徴としている。
【0012】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項4記載の発明は、半導体基板の一主面側に該半
導体基板よりも低不純物濃度の第1導電型の半導体層を
形成する工程と、前記半導体層の表面を複数の領域に分
割する第1の選択酸化膜を形成する第1選択酸化膜形成
工程と、前記第1の選択酸化膜と離間して前記第1の選
択酸化膜を囲って形成される第2の選択酸化膜を形成す
る第2選択酸化膜形成工程と、前記複数に分割された領
域の前記半導体層に第2導電型の不純物を拡散してベー
ス層を形成するベース層形成工程と、前記ベース層内に
第1導電型の不純物を拡散してソース層を形成すること
により、前記第1導電型半導体層と前記ソース層との間
の前記第1選択酸化膜の側面に接する前記ベース層表面
にチャネルとして使用される領域が形成されるソース層
形成工程と、前記第2選択酸化膜を耐エッチング層で被
覆し前記第1選択酸化膜をエッチングして前記複数に分
割された領域間に溝を形成する溝形成工程と、前記溝の
内壁を酸化してゲート酸化膜とするゲート酸化膜形成工
程と、前記ゲート酸化膜上にゲート電極を形成するゲー
ト電極形成工程と、前記ソース層および前記ベース層に
電気的に接触するソース電極を形成するソース電極形成
工程と、前記半導体基板の他主表面に電気的に接触する
ドレイン電極とを形成するドレイン電極形成工程とを含
むことを特徴としている。
【0013】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明における
前記第2選択酸化膜形成工程が、前記第1選択酸化膜形
成工程の前に行われることを特徴としている。また、上
記目的を達成するために構成された請求項6記載の発明
は、請求項4および5記載の発明において前記第1選択
酸化膜形成工程が、前記第1選択酸化膜形成予定領域の
前記半導体層の表面をエッチングして窪みを形成した
後、該窪みを含んで選択酸化されることを特徴としてい
る。
【0014】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項7記載の発明は、請求項1乃至6記載の発明に
おいて前記ベース層形成工程が、前記半導体層の表面全
域にイオン注入により行われることを特徴としている。
【0015】
【作用および発明の効果】上記のように構成された請求
項1の発明によれば、半導体層の表面を複数の領域に分
割する第1の選択酸化膜と、前記第1の選択酸化膜と離
間して第1の選択酸化膜を囲むように形成される第2の
選択酸化膜を同時に形成する。これにより、チャネル部
を規定するためのベース層およびソース層の拡散マスク
となる選択酸化膜と、半導体素子のフィールド酸化膜が
同時に形成できるため、選択酸化膜形成に必要な耐酸化
性絶縁膜の堆積、ホト・エッチング工程および酸化工程
が1回に省略でき工程が簡略となり製造コストが低減で
きる。
【0016】また、請求項2記載の発明によれば、第1
の選択酸化膜を除去して形成されるチャネル領域用の溝
を、選択酸化膜形成前に半導体層表面をエッチングして
窪みを設けこれを含んで選択酸化するという2段階の工
程を踏んだ後形成するため、エッチングの条件と選択酸
化の条件を適当に選択・組み合せることにより、所望の
溝形状を容易に得ることができるようになる。
【0017】また、請求項3記載の発明によれば、フィ
ールド酸化膜がエッチングと選択酸化により形成される
ため、フィールド酸化膜の段差がなめらかになり、段差
部での電界集中が緩和されゲート酸化膜の絶縁耐圧を増
加できる。また、請求項4記載の発明によれば、半導体
層の表面を複数の領域に分割する第1の選択酸化膜と、
前記第1の選択酸化膜と離間して第1の選択酸化膜を囲
むように形成される第2の選択酸化膜を別々に形成す
る。これにより、半導体素子のフィールド酸化膜となる
第2の選択酸化膜の膜厚をチャネル領域用の溝を形成す
るための第1の選択酸化膜とは独立に設定できる。この
フィールド酸化膜にはその上に形成されるボンデイング
パッドへのワイヤボンデイングを行う際のボンデイング
衝撃等を十分に緩和する膜厚、および素子へのサージ入
力に対して入力サージに耐えるための膜厚が要求される
が、これらの膜厚をチャネル領域用の溝の形成とは独立
に制御でき、信頼性の高い半導体装置が製造できる。
【0018】また、請求項5記載の発明によれば、半導
体層の表面を複数の領域に分割する第1の選択酸化膜の
形成より前に、前記第1の選択酸化膜形成予定領域と離
間して第1の選択酸化膜形成予定領域を囲んで第2の選
択酸化膜を形成する。これにより、チャネルが形成され
る溝の部分の半導体層への高温での熱処理を少なくする
ことができ、溝の部分の半導体層表面の欠陥の発生を抑
制できる。
【0019】また、請求項6記載の発明によれば、第1
の選択酸化膜を除去して形成されるチャネル領域用の溝
を、選択酸化膜形成前に半導体層表面をエッチングして
窪みを設けこれを含んで選択酸化するという2段階の工
程を踏んだ後形成するため、エッチングの条件と選択酸
化の条件を適当に選択・組み合せることにより、所望の
溝形状を容易に得ることができるようになる。
【0020】また、請求項7記載の発明によれば、ベー
ス層形成における不純物導入を半導体層の表面全域に対
して第1の選択酸化膜および第2の選択酸化膜をマスク
としてイオン注入する。これにより、ベース層形成時の
ホトマスクおよびホト工程が省略でき工程が簡略化され
製造コストが低減できる。
【0021】
【実施例】
(第1実施例)以下、図面を参照して本発明の一実施例
を説明する。図1(a)は本発明により製造される半導
体チップの平面図であり、同図(b)は同図(a)にお
けるチップ端部の断面拡大図である。
【0022】図1(a)において、101はゲートパッ
ド、102はソースパッドであり、104はユニットセ
ル領域、105はユニットセル領域を取り囲んで形成さ
れた外周部である。また、同図(b)に示すようにドレ
イン電極20はウェハ21の素子形成領域とは反対の面
に半導体基板1と接して形成されている。まず、ユニッ
トセル領域104に形成されるユニットセルについて図
2を参照して簡単に説明する。図2(a)はユニットセ
ル領域104の拡大図であり、同図(b)は同図(a)
におけるA−A断面図である。図2において、ウェハ2
1は不純物濃度が1019cm-3程度で厚さが200〜5
00μmのn+ 型シリコンからなる半導体基板1上に不
純物濃度が1016cm-3程度の厚さ7μm前後のnー 型
エピタキシャル層2が構成されたものであり、このウェ
ハ21の主表面にユニットセル15がピッチ幅(ユニッ
トセル寸法)aで平面上縦横に規則正しく多数配置され
た構造となっている。ウェハ21の主表面に12μm程
度のユニットセル寸法aでU溝50を形成するために、
厚さ3μm程度のLOCOS酸化膜を形成し、この酸化
膜をマスクとして自己整合的な二重拡散により接合深さ
が3μm程度のp型ベース層16と、接合深さが1μm
程度のn+ 型ソース層4とが形成されており、それによ
りU溝50の側壁部51にチャネル5が設定されてい
る。なお、p型ベース層の接合深さはU溝50底辺のエ
ッジ部12でブレークダウンによる破壊が生じない深さ
に設定されている。また、p型ベース層16の中央部の
接合深さが周囲よりも深くなるように、あらかじめp型
ベース層16の中央部にボロンが拡散されており、ドレ
イン・ソース間に高電圧が印加されたときに、p型ベー
ス層16の底面の中央部でブレークダウンがおこるよう
に設定されている。また、二重拡散後にこの拡散マスク
およびU溝50形成用として使用したLOCOS酸化膜
は除去されて、U溝50の内壁には厚さが60nm程度
のゲート酸化膜8が形成され、さらに、その上に厚さが
400nm程度のポリシリコンからなるゲート電極9、
厚さが1μm程度のBPSGからなる層間絶縁膜18が
形成されている。さらにp型ベース層16の中央部表面
に0.5μm程度のp+型ベースコンタクト層17が形
成され、層間絶縁膜18の上に形成されたソース電極1
9とn+ 型ソース層4およびp+ 型ベースコンタクト層
17がコンタクト穴を介してオーミック接触している。
また、半導体基板1の裏面にオーミック接触するように
ドレイン電極20が形成されている。
【0023】次に、外周部105について図1を参照し
ながら説明する。外周部105は図1(b)に示したよ
うに前述したユニットセル領域104の最外周のユニッ
トセル15の中央部分より外側の領域であり、LOCO
S酸化法にて形成されたフィールド酸化膜107とこれ
を囲むように形成されたユニットセル15のp型ベース
16と同電位に電気的に接続されたp型ウェル106か
ら構成されている。このp型ウェル106は、このp型
ウェル106とnー 型エピタキシャル層2で形成するp
n接合のブレークダウン電圧が、ドレイン・ソース間に
高電圧が印加されたときの、ユニットセル15のp型ベ
ース層16のブレークダウン電圧より高くなるよう不純
物濃度およびその深さが設定されている。また、フィー
ルド酸化膜107上にはユニットセル15のゲート電極
9を構成するポリシリコンが延在し、このポリシリコン
108にBPSGからなる層間絶縁膜18を介してユニ
ットセル15のゲート電極9へ電位を与えるためのゲー
トコンタクト用アルミニウム配線109が形成されてい
る。このゲートコンタクト用アルミニウム配線109は
フィールド酸化膜107上に形成されたゲートパッド1
01に接続されている。そして、フィールド酸化膜10
7の膜厚はゲートパッド101に外部接続ワイヤをボン
デイングしたときその衝撃を吸収し、また、外部よりゲ
ートパッドを介してサージや静電気が入力された際、静
電破壊を起さない膜厚に設定されている。
【0024】次に本実施例の製造方法を述べる。まず、
図3,図4に示されるように、n+ 型シリコンからなる
面方位が(100)である半導体基板1の主表面にn-
型のエピタキシャル層2を成長させたウエハ21を用意
する。この半導体基板1(半導体基板に相当)はその不
純物濃度が1019cm-3程度になっている。また、エピ
タキシャル層2(半導体層に相当)はその厚さが7μm
程度で、その不純物濃度は1016cm-3程度となってい
る次に、図5に示されるように、このウエハ21の主表
面を熱酸化して厚さ450nm程度の熱酸化膜110を
形成し、周知のホト・エッチング工程を用いて外周部1
05のp型ウェル106形成予定領域とユニットセル領
域104内のユニットセル15形成予定領域の中央部と
を開口しウェハ21の主表面を露出させる。次に、露出
したウェハ21の主表面に45nm程度の薄い酸化膜を
形成した後、熱酸化膜110をマスクとして薄い酸化膜
の形成された領域にボロン(B+ )をイオン注入し、熱
拡散して接合深さが3μm程度のp型ウェル106およ
びp型拡散層111を形成する。このp型拡散層111
は最終的には後述するp型ベース層16の一部となる。
そして、ドレイン・ソース間に高電圧が印加されたと
き、p型ウェル106のブレークダウンより低い電圧で
p型拡散層111の底辺部分で安定にブレークダウンを
起こさせることができ、耐サージ性および破壊耐量を向
上させる。
【0025】次に、図6に示すように、ウエハ21の主
表面にパッド酸化膜112を形成しその上に窒化シリコ
ン膜113を約200nm堆積する。この窒化シリコン
膜113上にレジスト膜(図示せず)を形成し周知のホ
ト・エッチング工程を用いて外周部105のフィールド
酸化膜形成予定領域およびユニットセル領域104内の
U溝50形成予定領域上の窒化シリコン膜113に開口
を形成する。このときユニットセル領域104内の窒化
シリコン膜113のパターンは図15に示すように<0
11>方向に垂直及び平行になるようにパターニングし
てピッチ幅(ユニットセル15の寸法)aの格子状開口
パターンを形成する。なお、この開口パターンは上述の
p型拡散層111がそのピッチ間隔の中央部に位置する
ようにする。
【0026】次に、窒化シリコン膜113をマスクとし
てパッド酸化膜111をエッチングし、ひきつづき図7
に示すように、エッチングによりn- 型エピタキシャル
層2の表面に窪み115および114を形成する。この
エッチングは、四フッ化炭素と酸素ガスを用いたケミカ
ルドライエッチングで行う。次に、図8に示すように、
窒化シリコン膜113をマスクとして溝115および1
14の部分を選択酸化する。これはLOCOS(Local O
xidation of Silicon)法として良く知られた酸化方法で
あり、この酸化によりLOCOS酸化膜65およびフィ
ールド酸化膜107が形成され、同時にLOCOS酸化
膜65によって喰われたn- 型エピタキシャル層2の表
面にU溝50が形成され、かつU溝50の形状が確定す
る。
【0027】この時、U溝50の側面のチャネル形成部
の面方位が(111)に近い面となるようにケミカルド
ライエッチングの条件とLOCOS酸化の条件を選ぶ。
このようにしてLOCOS酸化により形成されたU溝5
0の内壁表面は平坦で欠陥が少なく、その表面は図3に
示されるウエハ21の初期の主表面と同程度に表面状態
が良い。また、この状態でのn- 型エピタキシャル層2
の表面は図16に示すように、格子状に形成されたLO
COS酸化膜65と、これと離間してかつ格子状のLO
COS酸化膜65を取り囲むようにフィールド酸化膜1
07が形成されている。
【0028】次に、窒化シリコン膜113とパッド酸化
膜111を除去した後、n- 型エピタキシャル層2の表
面に薄い酸化膜60を形成し、図9に示すように、LO
COS酸化膜65をマスクとして、薄い酸化膜60を透
過させてp型ベース層16を形成するためのボロンをイ
オン注入する。このとき、LOCOS酸化膜65と酸化
膜60の境界部分が自己整合位置になり、イオン注入さ
れる領域が正確に規定される。また、外周部105の領
域にはフィールド酸化膜107がすでに形成されてお
り、これをマスクとしてイオン注入できるためボロンの
イオン注入はホトマスクを使用せずに実施することがで
きる。続いて、接合深さ3μm程度までボロンを熱拡散
する。この熱拡散により、図5に示す工程において前も
って形成したp型拡散層111と注入されたボロンの拡
散層が一体になり、一つのp型ベース層16(ベース層
に相当)を形成する。また、p型ベース層16の領域の
両端面はU溝50の側壁の位置で自己整合的に規定され
る。
【0029】次に、図10に示すように、格子状のパタ
ーンでn- 型エピタキシャル層2表面に形成されている
LOCOS酸化膜65により囲まれたp型ベース層16
表面中央部に残されたパターンでパターニングされたレ
ジスト膜66とLOCOS酸化膜65を共にマスクとし
て、薄い酸化膜60を透過させてn+ 型ソース層4(ソ
ース層に相当)を形成するためのリンをイオン注入す
る。この場合も図9に示す工程においてボロンをイオン
注入した場合と同様に、LOCOS酸化膜65と酸化膜
60の境界部分が自己整合位置になり、イオン注入され
る領域が正確に規定される。
【0030】次に、図11に示すように、接合深さ0.
5〜1μm熱拡散し、n+ 型ソース層4を形成し、同時
にチャネル5(チャネル領域に相当)も設定する。この
熱拡散において、n+ 型ソース層4の領域のU溝50に
接した端面は、U溝50の側壁の位置で自己整合的に規
定される。以上、図9〜図11の工程によりp型ベース
層16の接合深さとその形状が確定する。このp型ベー
ス層16の形状において重要なことは、p型ベース層1
6の側面の位置がU溝50の側面により規定され、自己
整合されて熱拡散するため、U溝50に対してp型ベー
ス層16の形状は完全に左右対称になる。
【0031】次に、図12に示すように、フィールド酸
化膜107をレジストで覆ったのち、LOCOS酸化膜
65を弗酸を含むエッチング液でエッチング除去してU
溝50の内壁51を露出させた後、U溝50の側面及び
底面に熱酸化により厚さ60nm程度のゲート酸化膜8
を形成する。この酸化工程は、約1000℃に保持され
ている酸化炉にウエハ21を徐々に挿入して行われる。
このようにすると、酸化の初期は比較的低い温度で行わ
れるため、p型ベース領域16、n+ 型ソース領域4の
不純物が、酸化工程中にウエハ外部に飛散することを抑
えられる。ゲート酸化膜8の膜質や、厚さの均一性、チ
ャネル5の界面の界面準位密度,キャリア移動度は従来
のDMOSと同程度に良好である。
【0032】つづいて、図13に示すように、ウエハ2
1の主表面に厚さ400nm程度のポリシリコン膜を堆
積し、隣接した二つのU溝50の上端の距離bよりも2
βだけ短い距離cだけ離間するようにパターニングして
ゲート電極9を形成する。次にゲート電極9の端部にお
いてゲート酸化膜8が厚くなるよう酸化する。また、こ
のポリシリコンはゲート電極9からフィールド酸化膜1
07上まで延在してパターニングされる。そして、この
後工程にてゲートコンタクト用アルミニウム配線109
に接続される。このとき、ポリシリコン膜108の下の
フィールド酸化膜107の段差部での電界集中によるゲ
ート酸化膜絶縁破壊に対し本実施例においては、フィー
ルド酸化膜107を窪み115を形成した後選択酸化を
行っていることでフィールド酸化膜107とゲート酸化
膜8との境界での段差がなめらかになり、電界集中が緩
和され絶縁破壊が抑制されることとなる。
【0033】次に、図14に示すように、パターニング
されたレジスト膜68をマスクとして酸化膜67を透過
してp+ 型ベースコンタクト層17を形成するためのボ
ロンをイオン注入する。そして、図1(b)に示すよう
に、注入されたボロンを熱拡散して接合深さ0.5μm
程度の拡散しp+ 型ベースコンタクト層17を形成す
る。なお、この領域にはp型ベース層16とp型拡散層
111とが重なって形成されているため、このp型不純
物濃度がオーミック接合を形成するに十分な濃度であれ
ばこのp+型ベースコンタクト層17の形成工程は省略
することができる。
【0034】その後引き続いて ウエハ21の主表面に
BPSGからなる層間絶縁膜18を形成し、その一部に
コンタクト穴開けを行いp+ 型ベースコンタクト層17
とn + 型ソース層4およびフィールド酸化膜107上の
ポリシリコン膜108を露出させる。さらに、アルミニ
ウム膜からなるソース電極19を形成し、前記コンタク
ト穴を介してp+ 型ベースコンタクト層17とn+ 型ソ
ース層4とにオーミック接触させ、フィールド酸化膜1
07上のポリシリコン膜108にはゲートコンタクト用
アルミニウム配線109をオーミック接触させる。さら
に、アルミニウム膜保護用としてプラズマCVD法等に
より窒化シリコン等よりなるパッシベーション膜(図示
略)を形成し、また、ウエハ21の裏面にはTi/Ni
/Auの3層膜からなるドレイン電極20を形成し、n
+ 型半導体基板1にオーミック接触をとる。なお、ドレ
イン電極20は、半導体基板1の裏面を研削した後、形
成するようにしてもよい。
【0035】上記のように構成された本実施例の半導体
装置の製造方法によれば、ユニットセル15のチャネル
部形成のためのLOCOS酸化膜65と外周部105に
形成されるフィールド酸化膜107を同時に形成するこ
とにより、選択酸化膜形成工程に必要な耐酸化性絶縁膜
の堆積、ホト・エッチング工程および酸化工程が1回で
行うことができ、工程が簡略化され製造コストが低減で
きる。また、LOCOS酸化膜65とフィールド酸化膜
107の酸化工程の前に窪み114および115を形成
する。これにより、LOCOS酸化膜65を除去して形
成されるチャネル形成用の溝50の形状が、窪み114
を形成するためのエッチング工程とこの窪み114の選
択酸化工程の2段階の工程で決定されるようになり、各
工程の条件を適当に選択することにより所望の溝形状を
容易に得ることができるようになる。また、フィールド
酸化膜107も窪み115を形成した後選択酸化して形
成されることで、フィールド酸化膜107の膜厚が厚い
場合でもフィールド酸化膜107の段差は低く形成でき
るため段差形状がなめらかになり、p型ウェル層106
とポリシリコン膜108との間に形成されているゲート
酸化膜8への電界集中が緩和されゲート酸化膜8の信頼
性が高まる。
【0036】次に、本発明の第2実施例の製造工程につ
いて図17乃至19を参照して説明する。第1実施例と
同様に、n+ 型シリコンからなる面方位が(100)で
ある半導体基板1の主表面にn- 型のエピタキシャル層
2を成長させたウエハ21の主表面を熱酸化して厚さ4
50nm程度の熱酸化膜110を形成し、周知のホト・
エッチング工程を用いて外周部105のp型ウェル10
6形成予定領域とユニットセル領域104内のユニット
セル15形成予定領域の中央部とを開口しウェハ21の
主表面を露出させた後、露出したウェハ21の主表面に
45nm程度の薄い酸化膜を形成し、熱酸化膜110を
マスクとして薄い酸化膜の形成された領域にボロン(B
+ )をイオン注入、熱拡散して接合深さが3μm程度の
p型ウェル106およびp型拡散層111を形成する。
【0037】そして、図17に示すように、ウエハ21
の主表面にパッド酸化膜112を形成しその上に窒化シ
リコン膜113を約200nm堆積する。この窒化シリ
コン膜113上にレジスト膜(図示せず)を形成し周知
のホト・エッチング工程を用いて外周部105のフィー
ルド酸化膜形成予定領域の窒化シリコン膜のみ開口し、
ユニットセル領域104内の窒化シリコン膜113は残
すようにパターニングする。
【0038】次に、図18に示すように、窒化シリコン
膜113をマスクとして外周部105のフィールド酸化
膜形成予定領域のn- 型エピタキシャル層2の表面を選
択酸化する。これはLOCOS(Local Oxidation of Si
licon)法として良く知られた酸化方法であり、この酸化
によりフィールド酸化膜107が形成される。この後、
図19に示すように、窒化シリコン膜113とパッド酸
化膜112を除去し、一部にフィールド酸化膜107が
形成されたn- 型エピタキシャル層2の表面を露出す
る。
【0039】この後、再度、n- 型エピタキシャル層2
の表面にパッド酸化膜と窒化シリコン膜を形成して、ユ
ニットセル領域104にU溝50を形成し、以後、第1
実施例と同様に半導体装置を製造する。上記のように構
成された第2実施例の半導体装置の製造方法によれば、
ユニットセル15のチャネル部形成のためのLOCOS
酸化膜65と外周部105に形成されるフィールド酸化
膜107を別々に形成することにより、チャネル形成用
の溝50の形状を制御するLOCOS酸化膜65の酸化
条件には影響されずにフィールド酸化膜107を形成で
きる。これにより、フィールド酸化膜107の膜厚はゲ
ートパッド101に外部接続ワイヤをボンデイングした
ときその衝撃を吸収し、また、外部よりゲートパッドを
介してサージや静電気が入力された際、静電破壊を起さ
ない十分な膜厚に自由に設定でき、また、ユニットセル
15のチャネル部形成のためのLOCOS酸化膜65の
膜厚、酸化条件も所望の溝形状を得るべく自由に設定す
ることができるようになる。
【0040】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、そ
の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言
うまでもない。例えば、、本実施例においては半導体基
板としてn+ 型半導体基板を持ちいた縦型パワーMOS
FETについて説明したが、p+ 型半導体基板を用いた
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)のゲ
ート構造にも適用することができる。また、本実施例で
はnチャネル型についてのみ説明したが、n型とp型の
半導体の型を入れ換えたpチャネル型についても同様の
効果が得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の実施例による縦型パワーMO
SFETのレイアウトを示す平面図であり、(b)は
(a)の要部断面図である。
【図2】(a)は本発明の実施例による縦型パワーMO
SFETのユニットセルの平面図であり、(b)は
(a)のA−A断面図である。
【図3】本発明の第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する断面図である。
【図4】本発明の第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
【図5】本発明の第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
【図6】本発明の第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部平面図である。
【図7】本発明の第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する図である。
【図8】本発明の第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
【図9】本発明の第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
【図10】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
【図11】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
【図12】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する要部断面図である。
【図13】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する図である。
【図14】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する図である。
【図15】(a)は本発明の第1実施例による縦型パワ
ーMOSFETの製造工程の説明に供する要部断面図で
あり、(b)は(a)の平面図である。
【図16】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する図である。
【図17】本発明の第2実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する図である。
【図18】本発明の第2実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する図である。
【図19】本発明の第2実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する図である。
【符号の説明】
1 n+ 型半導体基板 2 n- 型エピタキシャル層 4 n+ 型ソース層 5 チャネル 8 ゲート酸化膜 9 ゲート電極 16 p型ベース層 19 ソース電極 20 ドレイン電極 50 U溝 51 U溝の内壁 65 LOCOS酸化膜 107 フィールド酸化膜 104 ユニットセル領域 105 外周部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡部 直人 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の一主面側に該半導体基板よ
    りも低不純物濃度の第1導電型の半導体層を形成する工
    程と、 前記半導体層の表面を複数の領域に分割する第1の選択
    酸化膜と、前記第1の選択酸化膜と離間して前記第1の
    選択酸化膜を囲んで形成される第2の選択酸化膜を形成
    する選択酸化膜形成工程と、 前記複数に分割された領域の前記半導体層に第2導電型
    の不純物を拡散してベース層を形成するベース層形成工
    程と、 前記ベース層内に第1導電型の不純物を拡散してソース
    層を形成することにより、前記第1導電型半導体層と前
    記ソース層との間の前記第1選択酸化膜の側面に接する
    前記ベース層表面にチャネルとして使用される領域が形
    成されるソース層形成工程と、 前記第2選択酸化膜を耐エッチング層で被覆し前記第1
    選択酸化膜をエッチングして前記複数に分割された領域
    間に溝を形成する溝形成工程と、 前記溝の内壁を酸化してゲート酸化膜とするゲート酸化
    膜形成工程と、 前記ゲート酸化膜上にゲート電極を形成するゲート電極
    形成工程と、 前記ソース層および前記ベース層に電気的に接触するソ
    ース電極を形成するソース電極形成工程と、 前記半導体基板の他主表面に電気的に接触するドレイン
    電極とを形成するドレイン電極形成工程とを含むことを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記選択酸化膜形成工程は、前記第1選
    択酸化膜および前記第2選択酸化膜の形成予定領域の前
    記半導体層の表面をエッチングして窪みを形成し、該窪
    みを含んで選択酸化されることを特徴とする請求項1記
    載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記ゲート電極形成工程は、前記ゲート
    電極を前記溝部から前記第2選択酸化膜上まで延在して
    形成することを特徴とする請求項1および2記載の半導
    体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 半導体基板の一主面側に該半導体基板よ
    りも低不純物濃度の第1導電型の半導体層を形成する工
    程と、 前記半導体層の表面を複数の領域に分割する第1の選択
    酸化膜を形成する第1選択酸化膜形成工程と、 前記第1の選択酸化膜と離間して前記第1の選択酸化膜
    を囲んで形成される第2の選択酸化膜を形成する第2選
    択酸化膜形成工程と、 前記複数に分割された領域の前記半導体層に第2導電型
    の不純物を拡散してベース層を形成するベース層形成工
    程と、 前記ベース層内に第1導電型の不純物を拡散してソース
    層を形成することにより、前記第1導電型半導体層と前
    記ソース層との間の前記第1選択酸化膜の側面に接する
    前記ベース層表面にチャネルとして使用される領域が形
    成されるソース層形成工程と、 前記第2選択酸化膜を耐エッチング層で被覆し前記第1
    選択酸化膜をエッチングして前記複数に分割された領域
    間に溝を形成する溝形成工程と、 前記溝の内壁を酸化してゲート酸化膜とするゲート酸化
    膜形成工程と、 前記ゲート酸化膜上にゲート電極を形成するゲート電極
    形成工程と、 前記ソース層および前記ベース層にともに電気的に接触
    するソース電極を形成するソース電極形成工程と、 前記半導体基板の他主表面に電気的に接触するドレイン
    電極とを形成するドレイン電極形成工程とを含むことを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第2選択酸化膜形成工程は、前記第
    1選択酸化膜形成工程の前に行われることを特徴とする
    請求項4記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第1選択酸化膜形成工程は、前記第
    1選択酸化膜形成予定領域の前記半導体層の表面をエッ
    チングして窪みを形成した後、該窪みを含んで選択酸化
    されることを特徴とする請求項4および5記載の半導体
    装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記ベース層形成工程は、前記半導体層
    の表面全域にイオン注入により行われることを特徴とす
    る請求項1乃至6記載の半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US6316300B1 (en) 1998-09-16 2001-11-13 Denso Corporation Method of manufacturing a semiconductor device having an oxidation process for selectively forming an oxide film
JP2002083976A (ja) * 2000-06-21 2002-03-22 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
US6603173B1 (en) 1991-07-26 2003-08-05 Denso Corporation Vertical type MOSFET
JP2005322949A (ja) * 2005-08-05 2005-11-17 Renesas Technology Corp 半導体装置

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