JPH09148578A - トレンチdmosトランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
トレンチdmosトランジスタ及びその製造方法Info
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Abstract
の製造方法を提供する。 【解決手段】 トレンチDMOSトランジスタのゲート
酸化膜の構造において、トレンチの底部分が側壁部分に
形成された酸化膜34より厚く形成され、底部分のゲー
ト酸化膜30aにおいて中央部分が周縁部より厚く形成
され、中央部分の酸化膜の表面が平らに形成されている
ので、ブレークダウンを防ぐことができる。なお、側壁
スペーサーを形成しないで、その除去時に乾式エッチン
グ法を使用しないので、製造工程を相対的に単純化さ
せ、これの実行によってシリコン界面特性が低下するこ
とに応じて素子特性の劣化を防ぐことができる。
Description
の製造に関するものであり、より詳しくはトレンチDM
OS(trench double diffused
MOS)トランジスタ及びその製造方法に関する。
タは、図9に示されたように、n型の半導体基板10上
に形成されたp型の拡散層であるボディー層(a bo
dylayer:11)を貫通しながら形成されたトレ
ンチと、このトレンチ内の側壁と底部表面上に形成され
たゲート酸化膜24と、上記トレンチ内で上記ゲート酸
化膜24上に形成されたゲートポリシリコン層26と、
上記ゲートポリシリコン層26の上部の両側に形成され
たn+ 型のソース不純物層28から構成された構造を有
する。
ンジスタにおいて、半導体基板10にはドレーン端子が
連結され、ソース不純物層28とボディー層11には共
通的にソース端子が連結され、そしてトレンチ内に形成
されたポリシリコン層26にはゲート端子が連結され
る。なお、上記半導体基板10は高濃度のn+ 型のシリ
コン基板10aとこのシリコン基板10aと同一の導電
型を有する低濃度の被覆層(a covering l
ayer:10b)とからなっている。
タの動作中に、上記ゲート酸化膜24と上記ボディー層
11との界面に沿って二つのチャンネルが形成される。
ジスタにおいて、逆電圧が印加される場合、ブレークダ
ウン(breakdown)現象が上記ボディー層11
で高濃度に拡散された領域と、上記被覆層10b間の接
合で、又は上記ゲート酸化膜24と上記被覆層10bと
の間で起きる可能性がある。
には復元できないので、素子の信頼性に重大な影響を及
ぼすことになる。
ブレークダウン現象が発生することを防ぐための従来の
技術らが開発されてきた。その中の一つが米国特許番号
5,298,442号公報に開示されている。この開示
された特許技術では、上記拡散層の高濃度領域と被覆層
間の接合をトレンチの深さよりも深く設けてゲート酸化
膜より上記高濃度領域で先にブレークダウンが発生され
るように誘導する技術が開示されている。
公報に開示された技術では、ゲート酸化膜でブレークダ
ウン現象が発生されることを防ぐために、ゲート酸化膜
の底部分を厚くする方法が開示されている。このように
ゲート酸化膜の底部分を厚くする二つの製造方法を次に
説明する。
述の従来技術のトレンチDMOSトランジスタの製造方
法を説明する。
に、第1の酸化膜12、窒化膜14、第2の酸化膜16
を順次形成し、そして上記第2の酸化膜16上に所定パ
ターンの感光膜18を形成してトレンチ領域を区切る。
次いで、図11に示されたように、上記感光膜18のパ
ターンをトレンチ形成用のマスクとして使用してエッチ
ング工程を実行する。この時、上記半導体基板10上に
順番に積層された構造物らが先に除去されたうえ、上記
半導体基板10をある程度の深さまで除去するとトレン
チ19が設けられる。引続いて上記トレンチ19に向っ
て酸素イオン注入工程が実行されると、上記トレンチ1
9の底の下の方に酸素イオンが注入される。
すると、図12に示されたように、上記トレンチ19の
底部分と側壁部分で露出された半導体基板10の表面が
酸化されてゲート酸化膜24が形成される。このような
従来の方法において、上記トレンチ19のボトムを通じ
て酸素イオンを既に注入し、上記酸化工程では形成され
たゲート酸化膜24の中に上記トレンチ19の底部分が
その他の側壁部分よりもっと厚く形成されている。従っ
て、上記ゲート酸化膜24と半導体基板10との間でブ
レークダウンが発生することを防ぐことができるのであ
る。
別の従来技術のトレンチDMOSトランジスタの製造方
法を説明する。
に、第1の酸化膜12、窒化膜14、第2の酸化膜16
を順次形成し、そして上記第2の酸化膜16上に所定パ
ターンの感光膜18を形成してトレンチ領域を区切る。
次に、図15に示されたように、上記感光膜18のパタ
ーンをトレンチ形成用のマスクとして使用してエッチン
グ工程を実行する。この時、上記半導体基板10上に順
番に積層された構造物らを先に除去してから、続いて上
記半導体基板10をある程度の厚さまで除去すればトレ
ンチ19が形成される。
た後、図16に示されたように、窒化膜20を上記トレ
ンチ18の底部分及び側壁部分と上記第2の酸化膜16
上に塗布し、そして第3の酸化膜である低温熱酸化膜2
2を上記窒化膜20上に設ける。
オンエッチング法(reactive ion eth
cing)でエッチングして、図17に示されたよう
に、上記トレンチ19内の側壁にのみスペーサー22a
が形成される。上記スペーサー22aをマスクとして使
用して上記第2の酸化膜16の上部表面上にある窒化膜
と上記トレンチ19の底部分に露出された窒化膜20と
を除去してから、酸化工程を実行すると、図18に示さ
れたように、上記スペーサー22aによって区切られた
領域で厚い酸化膜24が形成される。最後に、図19に
示されたように、上記スペーサー22a及び窒化膜1
4,20をすべて除去してから酸化工程を実行すると底
部分が厚いゲート酸化膜24aが形成される。このよう
にゲート酸化膜の底部分が厚いので、上述したようにブ
レークダウンの発生を防止することができるのである。
ンチDMOSトランジスタの製造方法のうち、ゲート酸
化膜のポトムの厚さを画一的に同一に形成する方法(図
13を参照)はゲート酸化膜の底部分のうち中央部で特
によく発生されるブレークダウンを防止するのに不都合
であった。
分まで緩やかに傾斜させる方法(図18を参照)はトレ
ンチ内の側壁にスペーサー酸化膜を設けるために乾式エ
ッチング法を使用しなければならないので、シリコン界
面特性が低下され素子特性の劣化を起こすようになり、
そして上記スペーサー酸化膜の形成及び除去に応じた追
加工程によって製造工程が複雑になるとの問題があっ
た。
は、上述の諸問題点を解決するために提案されたもので
あり、ゲート酸化膜の中央部分で発生されるおそれがあ
るブレークダウンの発生を防止できるのみならず、工程
の単純化を実現するためのトレンチDMOSトランジス
タ及びその製造方法を提供することにある。
の構造と相異した新たな構造のゲート酸化膜を有するト
レンチDMOSトランジスタ及びその製造方法を提供す
ることにある。
の特徴によると、トレンチ内にゲートポリシリコン膜が
形成されたトレンチDMOSトランジスタは、上記トレ
ンチと上記ゲートポリシリコン膜の間に形成されている
し、そして上記トレンチ側壁と底部分らに形成されたゲ
ート酸化膜を含むものの上記ゲート酸化膜は上記トレン
チの底部分に形成された酸化膜が上記側壁部分に形成さ
れた酸化膜より厚く、上記底部分に形成された上記酸化
膜の厚さにおいて周縁部より中央部分が相対的に厚く、
そして上記中央部分の酸化膜表面が平らな構造を有する
ことを特徴とする。
OSトランジスタの製造方法は、半導体基板をエッチン
グしてトレンチを設ける工程と、上記トレンチの底部分
と側壁部分に厚い熱酸化膜を設ける工程と、上記トレン
チ内にある上記熱酸化膜上にポリシリコン膜を設ける工
程と、上記ポリシリコン膜の底部分の直下まで上記第3
の酸化膜を湿式エッチングして、上記トレンチの底部分
が側壁部分より厚く、そして底部分において中央部分が
周縁部より厚く形成された酸化膜を設ける工程と、上記
残っている上記ポリシリコン膜を除去してから、熱酸化
工程を実行して上記半導体基板の表面上にゲート酸化膜
を設ける工程とを含む。
形成工程は上記半導体基板上に、第1の酸化膜、窒化
膜、第2の酸化膜を順次形成し、そして上記第2の酸化
膜上に所定パターンの感光膜を形成してトレンチ領域を
区切る工程と、上記感光膜のパターンをマスクとして使
用して上記半導体基板上に形成された積層の構造物らを
順番に除去し、そして上記半導体基板をエッチングして
トレンチを設ける工程とを含む。
形成工程は、上記第2の酸化膜の除去後、熱酸化により
上記トレンチの底部分と側壁部分で厚い第3の酸化膜を
設ける工程を含む。この実施の形態において、上記第1
の酸化膜の表面が露出される際まで研磨しつづける工程
を加える。
チDMOSトランジスタの製造方法は、半導体基板上
に、第1の酸化膜、窒化膜、第2の酸化膜を順次形成
し、そして上記第2の酸化膜上に所定パターンの感光膜
を形成してトレンチ領域を区切る工程と、上記感光膜の
パターンをマスクとして使用して上記半導体基板上に形
成された積層の構造物らを順番に除去し、そして上記半
導体基板をエッチングしてトレンチを設ける工程と、上
記第2の酸化膜の除去後、熱酸化により上記トレンチの
底部分と側壁部分で厚い熱酸化膜である第3の酸化膜を
設ける工程と、上記トレンチ内に充填しながら上記窒化
膜上にポリシリコン膜を形成する工程と、上記第1の酸
化膜の表面が露出されるまで研磨を実行しつづける工程
と、上記ポリシリコン膜の底部分の直下まで上記第3の
酸化膜を湿式エッチングして、上記トレンチの底部分が
側壁部分より厚く、そして底部分において中央部分が周
縁部より厚く形成された酸化膜を形成する工程と、上記
残っている上記ポリシリコン膜を除去してから、熱酸化
工程を実行して上記半導体基板の表面上にゲート酸化膜
を設ける工程とを含んでいる。
タの製造方法によって形成されたゲート酸化膜34と構
造において、トレンチの底部分がトレンチの側壁部分に
形成された酸化膜より厚く形成され、底部分のゲート酸
化膜において中央部分が周縁部より厚く形成されている
し、そして上記中央部分の酸化膜の表面が平らに形成さ
れているので、中央部分で発生するおそれがあるブレー
クダウンを防ぐことが可能となった。
図面の図1ないし図8に基づいて詳しく説明する。
レンチDMOSトランジスタはトレンチとゲートポリシ
リコン膜の間と、そして上記トレンチの側壁部分と底部
分に形成された酸化膜を含むものの、上記トレンチの底
部分に形成された酸化膜が上記側壁部分に形成された酸
化膜より厚く、上記底部分に形成された上記酸化膜の厚
さが、周縁部よりも中央部分が相対的に厚く、そして上
記中央部分の酸化膜表面が平らな構造を有するゲート酸
化膜34を備えることを特徴とする。
S半導体トランジスタの製造方法を図1ないし図8に基
づいて詳しく説明する。図9ないし図19の構成部品の
機能と同一機能を有する図1ないし図8の構成部品に対
しては同じ参照番号を付け、そしてその重複される説明
は省略する。
熱酸化膜である第1の酸化膜12、窒化膜14、第2の
酸化膜16を順次形成し、そして上記第2の酸化膜16
上に所定パターンの感光膜18を形成してトレンチ領域
を区切る。次いで、図2に示されたように、上記感光膜
18のパターンをマスクとして使用してエッチング工程
を実行する。この時、上記半導体基板10上に順番に積
層された構造物らが先に除去されたうえ、上記半導体基
板10をある程度の厚さまで除去するとトレンチ19が
形成される。
16を除去し、そして熱酸化工程を実行すると、図3に
示されたように、上記トレンチ19の底部分と側壁部分
で露出された半導体基板10の表面が酸化されて、厚い
熱酸化膜である第3の酸化膜30が形成される。
しながら上記窒化膜14上にポリシリコン膜32を設け
る。次いで研磨工程が、図5に示されたように、上記第
1の酸化膜12の表面が露出されるまで続いて実行さ
れ、そして上記熱酸化膜である第3の酸化膜30の湿式
エッチング工程が図6に示されたように上記ポリシリコ
ン膜32の底部分に直下まで実行される。
膜32を図7のように除去してから、熱酸化工程を実行
すると図8のようにトレンチ19の側壁と上記半導体基
板の表面上に薄い酸化膜34が形成される。この薄い酸
化膜34は上記酸化膜30と接触して一体となってゲー
ト酸化膜を形成する。
MOSトランジスタの製造方法によって形成されたゲー
ト酸化膜34の構造において、トレンチの底部分がトレ
ンチの側壁部分に形成された酸化膜より厚く形成されて
いるし、底部分のゲート酸化膜において中央部分が周縁
部より厚く形成され、そして上記中央部分の酸化膜の表
面が平らに形成されているので、中央部分で発生される
おそれがあるブレークダウンを充分に防ぐことができ
る。
サーを形成しなくて、そしてその側壁スペーサーの除去
時に使用される乾式エッチング法を使用しないので、製
造工程を相対的に単純化させることができるだけでな
く、乾式エッチング工程の実行によってシリコン界面特
性が低下することによる素子特性の劣化を防ぐことがで
きる。
導体トランジスタを製造することを示す順次的な製造工
程図で、半導体基板上にトレンチ領域を区切ったことを
示している。
導体トランジスタを製造することを示す順次的な製造工
程図で、エッチングして半導体基板にトレンチを設けた
ことをを示している。
導体トランジスタを製造することを示す順次的な製造工
程図で、トレンチ内に第3の酸化膜を設けたことを示し
ている。
導体トランジスタを製造することを示す順次的な製造工
程図で、トレンチ内にポリシリコン膜を設けたことを示
している。
導体トランジスタを製造することを示す順次的な製造工
程図で、トレンチ内にポリシリコン膜を残して他の部分
をエッチングしたことを示している。
導体トランジスタを製造することを示す順次的な製造工
程図で、トレンチ周辺部を中央部のポリシリコン膜を残
してエッチングしたことを示している。
導体トランジスタを製造することを示す順次的な製造工
程図で、トレンチ中央部のポリシリコン膜をエッチング
したことを示している。
導体トランジスタを製造することを示す順次的な製造工
程図で、熱酸化によりゲート酸化膜を完成させたことを
示している。
造を示した断面図である。
Sトランジスタを製造することを示す順次的な製造工程
図で、半導体基板上にトレンチ領域を区切ったことを示
している。
Sトランジスタを製造することを示す順次的な製造工程
図で、半導体基板上にトレンチを設けて、酸素イオンで
酸化膜を設けることを示している。
Sトランジスタを製造することを示す順次的な製造工程
図で、熱酸化により酸化膜を設けることを示している。
ンチDMOSトランジスタの構造を示す断面図を示して
いる。
OSトランジスタを製造を示す順次的な製造工程図で、
半導体基板上にトレンチ領域を区切ったことを示してい
る。
OSトランジスタを製造を示す順次的な製造工程図で、
半導体基板上にトレンチを設けたことを示している。
OSトランジスタを製造を示す順次的な製造工程図で、
低温熱酸化により酸化膜を設けたことを示している。
OSトランジスタを製造を示す順次的な製造工程図で、
反応性イオンエッチング法によりスペーサーを設けたこ
とを示している。
OSトランジスタを製造を示す順次的な製造工程図で、
トレンチ中央部に酸化膜を設けたことを示している。
OSトランジスタを製造を示す順次的な製造工程図で、
エッチング後の熱酸化により製造されたトレンチDMO
Sトランジスタの断面図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体基板のトレンチ内にゲートポリシ
リコン膜が形成され、 上記トレンチと上記ゲートポリシリコン膜の間で前記ト
レンチ側壁と底部分に形成されたゲート酸化膜を含むト
レンチDMOSトランジスタにおいて、 上記ゲート酸化膜のうち上記トレンチの底部分に形成さ
れた酸化膜が上記側壁部分に形成された酸化膜より厚
く、かつ上記底部分に形成された上記酸化膜の厚さが周
縁部より中央部分が相対的に厚く、そして上記中央部分
の酸化膜表面が平らな構造を有することを特徴とするト
レンチDMOSトランジスタ。 - 【請求項2】 トレンチDMOSトランジスタの製造方
法において、 選択的に半導体基板をエッチングしてトレンチを形成す
る工程と、 上記トレンチの底部分と側壁部分に厚い熱酸化膜を形成
する工程と、 上記ポリシリコン膜を上記熱酸化膜上に形成しながら上
記トレンチ内に充填してポリシリコン膜を形成する工程
と、 上記ポリシリコン膜の底部分の直下まで上記酸化膜を湿
式エッチングして、上記トレンチの底部分が側壁部分よ
り厚く、かつ底部分において中央部分が周縁部より厚く
形成された酸化膜を設ける工程と、 上記残っている上記ポリシリコン膜を除去してから、熱
酸化工程を実行して上記半導体基板の表面上に薄い酸化
膜を形成して、上記酸化膜と共にゲート酸化膜を設ける
工程とを含むことを特徴とするトレンチDMOSトラン
ジスタの製造方法。 - 【請求項3】 上記トレンチの形成工程は、上記半導体
基板上に、第1の酸化膜、窒化膜、第2の酸化膜を順次
形成し、そして上記第2の酸化膜上に所定パターンの感
光膜を形成してトレンチ領域を区切る工程と、 上記感光膜のパターンをマスクとして使用して上記半導
体基板上に形成された積層の構造物らを順番に除去し、
そして上記半導体基板をエッチングしてトレンチを設け
る工程とを含むことを特徴とする請求項2に記載のトレ
ンチDMOSトランジスタの製造方法。 - 【請求項4】 上記熱酸化膜の形成する工程は、上記第
2の酸化膜を除去する工程と、 熱酸化により上記トレンチの底部分と側壁部分で上記第
1の酸化膜より厚い第3の酸化膜を設ける工程を含むこ
とを特徴とする請求項3に記載のトレンチDMOSトラ
ンジスタの製造方法。 - 【請求項5】 上記第1の酸化膜の表面が露出されるま
で研磨しつづける工程を加えることを特徴とする請求項
4に記載のトレンチDMOSトランジスタの製造方法。 - 【請求項6】 トレンチDMOSトランジスタの製造方
法において、 半導体基板上に、第1の酸化膜、窒化膜、第2の酸化膜
を順次形成し、そして上記第2の酸化膜上に所定パター
ンの感光膜を形成してトレンチ領域を区切る工程と、 上記感光膜のパターンをマスクとして使用して上記半導
体基板上に形成された積層の構造物らを順番に除去し、
そして上記半導体基板をエッチングしてトレンチを設け
る工程と、 上記第2の酸化膜の除去後、熱酸化により上記トレンチ
の底部分と側壁部分で厚い熱酸化膜である第3の酸化膜
を設ける工程と、 上記トレンチ内に充填しながら上記窒化膜上にポリシリ
コン膜を形成する工程と、 上記第1の酸化膜の表面が露出されるまで研磨を実行し
つづける工程と、 上記ポリシリコン膜の底部分の直下まで上記第3の酸化
膜を湿式エッチングして、上記トレンチの底部分が側壁
部分より厚く、そして底部分において中央部分が周縁部
よりも厚く形成された酸化膜を設ける工程と、 上記残っている上記ポリシリコン膜を除去した後、熱酸
化工程を実行して上記半導体基板の表面上にゲート酸化
膜を設ける工程とを含むことを特徴とするトレンチDM
OSトランジスタの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
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