JPS6216572A - Vertical type semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Vertical type semiconductor device and manufacture thereof

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JPS6216572A
JPS6216572A JP60154241A JP15424185A JPS6216572A JP S6216572 A JPS6216572 A JP S6216572A JP 60154241 A JP60154241 A JP 60154241A JP 15424185 A JP15424185 A JP 15424185A JP S6216572 A JPS6216572 A JP S6216572A
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film
semiconductor layer
pattern
semiconductor
polycrystalline silicon
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JP60154241A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshitaka Sasaki
芳高 佐々木
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Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To prevent an extension in the lateral direction of a first semiconductor layer even when the first semiconductor layer is formed deeply, and to shorten channel length while obviating a punch-through phenomenon by shaping a groove to a semiconductor base body and regulating the edge sections of first and second semiconductor layers by the side surface of the groove. CONSTITUTION:The plane shape of an opening pattern for a polycrystalline silicon film 6 is formed continuously by octagonal extension sections 4A-4C and connecting sections 4D, 4E in narrow width mutually tying adjacent one sides in these three octagonal patterns. l1=l2 holds in a distance l1 between several side of the edge sections 6A of the polycrystalline silicon films 6 in adjacent cells in the horizontal and vertical directions and a distance l2 between respective side of adjacent cells in the oblique direction at that time. Accordingly, the arrangement of cell patterns can be integrated to a central section as a whole in spite of the same design rule by mutually displacing and disposing the cells alternately at every half pitch, thus integrating the cells more than conventional devices.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はスイッチングあるいは増幅を目的とした縦形半
導体装置およびその製造方法に関するものであり、特に
微細化および高性能化の技術に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a vertical semiconductor device for the purpose of switching or amplification and a method of manufacturing the same, and particularly relates to techniques for miniaturization and high performance.

(従来の技術) MIS型半導体装置のうち、特にMOSFETは低耐圧
、低電力デバイスと従来考えられていたが、最近の半導
体製造技術あるいは回路設計−技術等の発展に伴い、高
耐圧、大電力設計が可能となり、現在ではパワーデバイ
スとしてその地位を確保するに至っている。
(Prior art) Among MIS type semiconductor devices, MOSFETs in particular were traditionally considered to be low-voltage, low-power devices, but with recent developments in semiconductor manufacturing technology and circuit design technology, they have been It has become possible to design it, and it has now secured its place as a power device.

かかる高耐圧パワーMO8FETの代表的なものとして
■オフセットゲート構造、■■−G rooveおるい
はU−Q roove構造、■DSA(Diffusi
on  5elf−Aliarvent)構造等が知ら
れているが、このうち製造技術、高性能化の点で有利な
従来のDSAII造のパワーMO8FET(j、(下D
SA  MOSと称する)の電極形成後の平面図と、こ
の平面図におけるA−A線方向の断面構造図を第9図(
a )および(b)に示し、また、その順次の製造工程
における断面構造を第10図(a)乃至(r)に示す。
Typical examples of such high-voltage power MO8FETs include: ■offset gate structure, ■■-G root or U-Q root structure, and ■DSA (Diffusi
On 5elf-Aliarvent) structures are known, but among these, the conventional DSA II power MO8FET (j, (lower D) is advantageous in terms of manufacturing technology and high performance.
FIG. 9 (referred to as SA MOS) is a plan view after electrode formation and a cross-sectional structure diagram taken along line A-A in this plan view.
10(a) to (r) show cross-sectional structures in the sequential manufacturing steps.

ただし、第9図(a)ではソース電極は省いである。However, the source electrode is omitted in FIG. 9(a).

DSA  MOSは二重拡散によりチャンネルを形成す
るもので、ゲート酸化1115aを介して形成された格
子状のゲート多結晶シリコンl116に囲まれた同一の
拡散窓を介してチャンネル領域を形成するための不純物
拡散(p型半導体層4)と、ソース領域を形成するため
の不純物拡散(n小型半導体層8)とを行っているのが
特徴である。チャンネル長さはp型半導体層4とn小型
半導体層8との拡散深さの差で決っているので数ミクロ
ン以下と極めて短く形成できる。絶縁膜5d上に形成し
たソース電極9はソース領域を形成するn小型半導体層
8とチャンネル領域を形成するp型半導体層4(あるい
はp十型半導体層3)との両方にオーミック接触してい
る。ゲート電極形状は格子状のものとストライブ状のも
のとが一般的であるが、ここでは格子状のものを示す。
DSA MOS forms a channel by double diffusion, and impurities are added to form the channel region through the same diffusion window surrounded by a lattice-shaped gate polycrystalline silicon 116 formed through gate oxide 1115a. The feature is that diffusion (p-type semiconductor layer 4) and impurity diffusion (n-small semiconductor layer 8) for forming a source region are performed. Since the channel length is determined by the difference in diffusion depth between the p-type semiconductor layer 4 and the n-sized semiconductor layer 8, it can be formed extremely short, several microns or less. The source electrode 9 formed on the insulating film 5d is in ohmic contact with both the n-sized semiconductor layer 8 forming the source region and the p-type semiconductor layer 4 (or the p-type semiconductor layer 3) forming the channel region. . Generally, the gate electrode has a lattice shape or a stripe shape, and the lattice shape is shown here.

n生型半導体基板1がドレイン領域であり、その上にn
型エピタキシャル成長層2を堆積させたnオンn十構造
となっている。ドレイン電極は図示していないがチップ
裏面に形成されており、ゲート・ソース間に正の電圧を
加えてチャンネルをオンさせると電流は基板1より縦方
向に流れ、チャンネル領域4を通ってソース領域8に流
れ込む。なお、第9図(a )における破線は各セルを
構成する多結晶シリコン膜パターン6の開口の輪郭を示
すものである。
The n-type semiconductor substrate 1 is a drain region, and the n-type semiconductor substrate 1 is a drain region on which the n-type semiconductor substrate 1 is formed.
It has an n-on-n+ structure in which a type epitaxial growth layer 2 is deposited. A drain electrode (not shown) is formed on the back surface of the chip, and when a positive voltage is applied between the gate and source to turn on the channel, current flows vertically from the substrate 1, passing through the channel region 4 and reaching the source region. Flows into 8. Note that the broken line in FIG. 9(a) indicates the outline of the opening in the polycrystalline silicon film pattern 6 constituting each cell.

次に、第10図(a )乃至(f)を用いて従来のDS
A  MOSの製造工程を説明する。n生型半導体基板
1上にn型エピタキシャル成長層2を、例えば比抵抗1
0〜25Ω印、厚さ30〜60μmに形成後、表面から
p十型半導体層3を形成する。その後、ゲート酸化膜5
aを約1000人の厚さに形成した様子を第10図(a
 )に示す。
Next, using FIGS. 10(a) to (f),
A The manufacturing process of MOS will be explained. An n-type epitaxial growth layer 2 is formed on an n-type semiconductor substrate 1 with a specific resistance of 1, for example.
After forming a 0 to 25 Ω mark and a thickness of 30 to 60 μm, a p-type semiconductor layer 3 is formed from the surface. After that, the gate oxide film 5
Figure 10 (a) shows how a is formed to a thickness of about 1000
).

次に多結晶シリコン膜6を、例えば6000人の厚さに
堆積した債選択的にパターニングし、この多結晶シリコ
ン膜パターンをマスクにしてイオン注入を施し、チャン
ネル領域となるp型半導体層4を自己整合的に形成する
。この様子を第10図(b)に示す。
Next, the polycrystalline silicon film 6 deposited to a thickness of, for example, 6000 nm is selectively patterned, and ions are implanted using this polycrystalline silicon film pattern as a mask to form the p-type semiconductor layer 4 that will become the channel region. Form in a self-consistent manner. This situation is shown in FIG. 10(b).

続いてフォト・エツチング技術にてフォトレジスト7を
用いてソース領域となるn十型半導体層8を形成すべき
予定部に選択的に開口を形成した様子を第10図(C)
に示す。
Next, using photo-etching technology, an opening is selectively formed in the area where the n0 type semiconductor layer 8 which will become the source region is to be formed using the photoresist 7, as shown in FIG. 10(C).
Shown below.

次にソース領域となるn型半導体W!J8および酸化膜
5bを形成しく第10図(d )に図示)、その上にC
VD法にてPSG(Dhospho  5ilicat
eQ 1ass) 111I5 cを約aooo入の厚
さにm積t、、たm子を第10図(e)に示す。第9図
(b)ではこの酸化膜5bとPSG膜5Gを合せて第2
絶縁膜5dとして示しである。
Next, the n-type semiconductor W which will become the source region! J8 and oxide film 5b are formed (as shown in FIG. 10(d)), and C
PSG (Dhospho 5ilicat) by VD method
Fig. 10(e) shows the thickness of 111I5c (111I5c) with a thickness of about aooo. In FIG. 9(b), this oxide film 5b and PSG film 5G are combined into a second
It is shown as an insulating film 5d.

次に、各種熱処理を施した後に酸化膜5bおよびPSG
膜5Cに電極取り出し開口部10aを形成し、アルミニ
ウム(AJ2)電極9を形成することによってソースφ
ドレイン間耐圧VDssが200〜600v程度(7)
DSA  MOS  FETが完成する。
Next, after performing various heat treatments, the oxide film 5b and the PSG
By forming an electrode extraction opening 10a in the film 5C and forming an aluminum (AJ2) electrode 9, the source φ
Drain-to-drain breakdown voltage VDss is approximately 200 to 600v (7)
DSA MOS FET is completed.

この様子を第10図(f )に示す。This situation is shown in FIG. 10(f).

一般的にMOS  FETは少数キャリアの蓄積がない
ため高速スイッチングが可能でドレイン電流が負の温度
係数を持つため熱的安定性が高い等大電力用素子として
長所を持っている反面、バイポーラ型トランジスタと比
較した場合多数キャリア素子であるため高耐圧化と大電
力化の相反関係が著しく、高耐圧化に必要な基板抵抗層
がそのまま飽和電圧の上昇に結びつき、同一チップ面積
ではオン抵抗が大きくなるという欠点があった。かかる
問題を解決するためにはFETの電力通路の抵抗、特に
ドレイン抵抗の低減を図ることが必要である。換言すれ
ば、いかにドレインの面積効率を上げるかということで
あり、このためには微細加工技術を駆使して最良パター
ン設計を行わなければならない。これらを満足させる構
造として一般的にはDSA  MOS  FETが採用
されている。
In general, MOS FETs have the advantage of high-speed switching because there is no accumulation of minority carriers, and high thermal stability because the drain current has a negative temperature coefficient, so they can be used as equal-power devices, but bipolar transistors Compared to this, since it is a majority carrier element, there is a significant trade-off between high withstand voltage and high power, and the substrate resistance layer required for high withstand voltage directly leads to an increase in saturation voltage, resulting in a large on-resistance for the same chip area. There was a drawback. In order to solve this problem, it is necessary to reduce the resistance of the power path of the FET, especially the drain resistance. In other words, the question is how to increase the area efficiency of the drain, and for this purpose, it is necessary to design the best pattern by making full use of microfabrication technology. A DSA MOS FET is generally employed as a structure that satisfies these requirements.

しかしながら従来のDSA  MOS  FETのパタ
ーン設計は必ずしも最適設計とはなっていない。限られ
たシリコン−チップ面積内に電流通路の幅、つまりチャ
ンネルの周縁長であるチャンネル幅を長くあるいはチャ
ンネル長を短かくとれるような多結晶シリコン膜パター
ンやチャンネル領域の形状について種々の工夫が必要で
ある。チャンネル幅を長くすることによってドレイン電
流を大きくすることが可能で、しかも大電流領域での相
互コンダクタンスg。も大きなものが得られる。
However, the pattern design of conventional DSA MOS FETs is not necessarily an optimal design. In order to increase the width of the current path, i.e. the peripheral length of the channel, or shorten the channel length within the limited silicon chip area, various ideas are needed for the polycrystalline silicon film pattern and the shape of the channel region. It is. By increasing the channel width, the drain current can be increased, and the mutual conductance g in the large current region can be increased. You can also get something big.

これらがひいてはオン抵抗の低減化を可能にする最大の
要因であるため、いかにして限られた面積内でチャンネ
ル幅を長くするかが、最大の目標であった。
Since these are the biggest factors that make it possible to reduce on-resistance, the biggest goal was how to increase the channel width within a limited area.

そこで、従来スイッチング電源等に用いられている高耐
圧パワーMO8FETのゲート多結晶シリコンパターン
を検討してみると、はとんどが第9図(a )に示すよ
うな四角の格子形状を呈している。
Therefore, when we examine the gate polycrystalline silicon patterns of high-voltage power MO8FETs conventionally used in switching power supplies, we find that most exhibit a square lattice shape as shown in Figure 9(a). There is.

第9図(a>の平面図において、成るセルの多結晶シリ
コン膜6の開ロバターンのエツジから上下左右に隣接す
るセルの開ロバターンのエツジまでのゲート多結晶シリ
コン膜の長さを11とし、斜め方向に隣接するセル間で
の長さを12とすると、J22はl、よりもf2 倍長
くなっている。定められた面積内にn十型ソース領域8
とゲート多結晶シリコン膜6を多く集積するには上記の
長さfl+とJ12は等しいことが望ましい。すなわち
、チャンネル領域4はゲート多結晶シリコン1116の
パターンエツジに沿って存在するため、大きなチャンネ
ル幅を得るにはjl+−J22とするのが望ましく、J
22〉β1.とすると、ぶ2−ぶ、に相当する余分な面
積を多結晶シリコン膜6が占めることになる。このこと
は、ゲート面積を広クシ、スイッチング・スピードの妨
げとなるドレイン・ゲート間容量を増大させる原因にも
なっている。
In the plan view of FIG. 9 (a), the length of the gate polycrystalline silicon film from the edge of the open pattern of the polycrystalline silicon film 6 of the cell to the edge of the open pattern of the cell adjacent vertically and horizontally is 11, If the length between cells adjacent in the diagonal direction is 12, J22 is f2 times longer than l.
In order to integrate a large number of gate polycrystalline silicon films 6, it is desirable that the above length fl+ and J12 be equal. That is, since the channel region 4 exists along the pattern edge of the gate polycrystalline silicon 1116, it is desirable to set it to jl+-J22 in order to obtain a large channel width.
22>β1. In this case, the polycrystalline silicon film 6 occupies an extra area corresponding to 2-4. This also causes the gate area to be widened and the capacitance between the drain and the gate to be increased, which impedes the switching speed.

また、一般的にチャンネル幅を増大させるために各パタ
ーンの微細化をすることがよく知られており、これによ
りゲート多結晶シリコン膜パターンとソース領域は縮少
され、その分チャンネル幅の増大が図れる。しかしなが
ら、従来の四角形の、 格子形状を持つゲート多結晶シ
リコンパターンではドレイン電流容量の割合に対してソ
ース電極開口部が多すぎる傾向にある。微細化によって
独立したチャンネル領域を多数く形成できるようになり
、その結果チャンネル幅が・総合的に増大することにな
るが、1つのセル内でのチャンネル幅は小さくなる。つ
まり、同一条件でMOSトランジスタとしての動作をさ
せた場合、チャンネル幅゛の小さい方が電流容量が小ざ
いにもかかわらず、セル内に形成されているソース領域
の電極引き出し開口部は数多く存在することになる。
In addition, it is well known that each pattern is generally miniaturized to increase the channel width, and as a result, the gate polycrystalline silicon film pattern and source region are reduced, and the channel width increases accordingly. I can figure it out. However, conventional rectangular, lattice-shaped gate polycrystalline silicon patterns tend to have too many source electrode openings relative to the drain current capacity. Although miniaturization allows the formation of a large number of independent channel regions, which results in an overall increase in channel width, the channel width within one cell becomes smaller. In other words, when operating as a MOS transistor under the same conditions, even though the smaller the channel width, the smaller the current capacity, there are many electrode extraction openings in the source region formed in the cell. It turns out.

周知のごとく、MOS  FETはバイポーラ型トラン
ジスタと比較して熱暴走が少なく、1セルの領域から得
られる電流密度が少なく、従って必要以上のソース電極
取り出し開口部は不要である。
As is well known, a MOS FET has less thermal runaway than a bipolar transistor, and the current density obtained from one cell area is small, so there is no need for an unnecessary opening for the source electrode.

この不要な分を利用してより多くのチャンネル領域を形
成し、チャンネル幅を大きくするようなパターン配置を
行わなければならない。したがって、このソース電極取
り出し開口部の面積を小さくし、その分チャンネル幅を
有効に大きくするためのパターンの工夫が重要となる。
It is necessary to use this unnecessary portion to form more channel regions and to arrange patterns to increase the channel width. Therefore, it is important to devise a pattern to reduce the area of the source electrode extraction opening and effectively increase the channel width accordingly.

また性能面では特にスイッチング・スピードの向上に関
しては、ゲート・ドレイン間の容量を小さくすることが
重要である。これを達成するための方法としては、ゲー
ト酸化膜の膜厚を大きくする方法と、ゲート多結晶シリ
コン膜パターンの占める面積を小さくする方法とが代表
的なものである。しかしながら、MO8動作特性の1つ
であるしきい値電圧■★hや、相互コンダクタンス9m
等の関係上ゲート酸化膜の膜厚を大きくすることには限
界がある。そこで、もう1つの代表的な方法として、ゲ
ート多結晶シリコン膜パターンがゲート酸化膜上に占め
る面積を小さくする方法が有力である。この方法を最も
簡単に実施するにはゲート多結晶シリコン膜パターンを
細くすることである。しかしながら細くすると、その分
抵抗が増大し、スイッチング・スピードが遅くなる欠点
があった。
In terms of performance, especially with regard to improving switching speed, it is important to reduce the capacitance between the gate and drain. Typical methods for achieving this are increasing the thickness of the gate oxide film and reducing the area occupied by the gate polycrystalline silicon film pattern. However, the threshold voltage ★★h, which is one of the MO8 operating characteristics, and the mutual conductance 9m
For these reasons, there is a limit to increasing the thickness of the gate oxide film. Therefore, another typical method is to reduce the area occupied by the gate polycrystalline silicon film pattern on the gate oxide film. The easiest way to implement this method is to make the gate polycrystalline silicon film pattern thin. However, making it thinner has the drawback of increasing resistance and slowing down switching speed.

従来のゲート電極材料の多くは多結晶シリコン膜や、モ
リブデン族等の高融点金属膜が用いられ、これらの材料
の特徴として、高温プロセスに強いことから、多層配線
材料膜として用いられている。
Most conventional gate electrode materials include polycrystalline silicon films and films of high melting point metals such as molybdenum group metals, and these materials are used as multilayer wiring material films because they are resistant to high-temperature processes.

その関係上、大電力用O8A  MOS  FETでは
、代表的なゲート電極材料として、多結晶シリコン膜が
用いられ、ソース電極An膜との間で絶縁膜を介して2
層電極構造となっている。しかもチャンネル幅を長くす
るため、ゲート多結晶シリコン膜パターンは細く、そし
て極めて長く設計されている。限られたシリコンチップ
内において、チャンネル幅の長さと、ゲート多結晶シリ
コン膜パターンの配線抵抗の関係は、オン抵抗を低くす
るために、チャンネル幅を長く設計するとゲート抵抗が
増大し、スイッチング・スピードが遅くなるという欠点
があった。そのため従来においては、チップ内のチャン
ネル領域を犠牲にし、導電性の優れたAぶのストライプ
・パターンを数カ所設け、これとゲート多結晶シリコン
膜を接続して、ゲート抵抗の低減化に努めていた。しか
しながら、ゲート八β電極間は、数百〜数千ミクロンの
長さを持つ多結晶シリコンゲートであるため、ゲート抵
抗は依然として高い。
For this reason, in high-power O8A MOS FETs, a polycrystalline silicon film is used as a typical gate electrode material, and two layers are connected to the source electrode An film via an insulating film.
It has a layered electrode structure. Moreover, in order to increase the channel width, the gate polycrystalline silicon film pattern is designed to be thin and extremely long. Within a limited silicon chip, the relationship between the length of the channel width and the wiring resistance of the gate polycrystalline silicon film pattern is that if the channel width is designed to be long in order to lower the on-resistance, the gate resistance will increase and the switching speed will increase. The disadvantage was that it was slow. For this reason, in the past, the channel region within the chip was sacrificed to create several highly conductive Ag stripe patterns, and this was connected to the gate polycrystalline silicon film in an effort to reduce gate resistance. . However, since the gate is a polycrystalline silicon gate with a length of several hundred to several thousand microns between the eight β electrodes, the gate resistance is still high.

一方、ゲート抵抗を下げる他の方法として、第11図(
a )および(b)に示すようにゲート多結晶シリコン
膜バタデン上に絶縁膜を介してゲート/lパターンとソ
ースAiパターンとを互いちがいに配置した櫛形状電極
構造がある。
On the other hand, as another method of lowering the gate resistance, see Figure 11 (
As shown in a) and (b), there is a comb-shaped electrode structure in which a gate/l pattern and a source Ai pattern are alternately arranged on a gate polycrystalline silicon film with an insulating film interposed therebetween.

第11図において第9図に示した部分と同じ部分には同
じ符号を付けて示す。この櫛形状電極構造を有する半導
体装置は、n十型半導体基板1上に成長させたn型エピ
タキシャルM2を有し、その主面に第1絶縁膜5aを介
して格子状に開口部を有するようにバターニングされた
多結晶シリコン16が形成され、この多結晶シリコン膜
6の開口内にはp型の第1半導体層2が形成されている
In FIG. 11, the same parts as those shown in FIG. 9 are designated by the same reference numerals. This semiconductor device having a comb-shaped electrode structure has an n-type epitaxial layer M2 grown on an n-type semiconductor substrate 1, and has openings in a lattice pattern on its main surface through a first insulating film 5a. A polycrystalline silicon film 16 is patterned, and a p-type first semiconductor layer 2 is formed within the opening of this polycrystalline silicon film 6.

エピタキシャル層2の主面には一部分が第1絶縁115
aを介して多結晶シリコン膜と重なるようにp型の第2
半導体層4が形成され、この第2半導体層内には一部分
が第1絶縁115aを介して多結晶シリコン膜6と重な
るようにn生型の第3半導体層8が形成され、多結晶シ
リコン!16およびその開口部を被覆するように第2絶
縁115dが形成されている。この第2絶縁股上にはス
トライプ状のソースおよびゲートAぶ電極9aおよび9
bが形成され、ソース/l電極9aは第2絶縁膜5dに
あけた開口部10aおよび多結晶シリコン膜6にあけた
開口部を介して第1および第3の半導体層3および8と
オーミック接続され、ゲートAJ電極9bは第2絶縁膜
5dにあけた開口部10bを経て多結晶シリコン116
に接続されている。
A portion of the main surface of the epitaxial layer 2 is covered with a first insulator 115.
A p-type second layer is formed so as to overlap the polycrystalline silicon film through a.
A semiconductor layer 4 is formed, and in this second semiconductor layer, an n-type third semiconductor layer 8 is formed so as to partially overlap with the polycrystalline silicon film 6 via the first insulating layer 115a, and is made of polycrystalline silicon! A second insulator 115d is formed to cover 16 and its opening. Striped source and gate electrodes 9a and 9 are provided on this second insulating crotch.
b is formed, and the source/l electrode 9a is ohmically connected to the first and third semiconductor layers 3 and 8 through the opening 10a made in the second insulating film 5d and the opening made in the polycrystalline silicon film 6. The gate AJ electrode 9b is connected to the polycrystalline silicon 116 through the opening 10b formed in the second insulating film 5d.
It is connected to the.

(発明が解決しようとする問題点) 第11図に示した従来の櫛形電極構造を有する半導体装
置は、ゲート多結晶シリコン膜6のスルーホールや、A
n電極9a 、9bの膜厚の等方エツチングによるパタ
ーンの後退等を考慮して、ソース/l電極9aとゲート
AJ2電極9bとは一定の距離を隔てなければならない
。したがってゲート多結晶シリコン膜6のパターン幅を
太くしたり、セル面積を大きくしないと、ソースAぶ電
極9aとゲートへβ電極9bの電極分離がフォトリソグ
ラフィの関係上極めてむずかしくなり、したがつて微細
化に限界が生じ、特にゲート・ソース間容量が増大し、
これがひいてはスイッチング・スピードの向上を妨げる
要因でもあった。一方、ゲート抵抗を下げる最も簡単な
方法として、ゲート多結晶シリコン膜6の膜厚を大きく
すれば、少し効果があるが、多結晶ジノコン膜パターン
上に形成されるソース/l電極9aあるいはゲートAn
電極9bが、多結晶シリコン膜6に形成した開口部のエ
ツジで断切れを起し易い欠点がある。
(Problems to be Solved by the Invention) The semiconductor device having the conventional comb-shaped electrode structure shown in FIG.
The source/l electrode 9a and the gate AJ2 electrode 9b must be separated by a certain distance in consideration of pattern recession due to isotropic etching of the film thickness of the n electrodes 9a and 9b. Therefore, unless the pattern width of the gate polycrystalline silicon film 6 is increased or the cell area is increased, it will be extremely difficult to separate the source A-b electrode 9a and the gate-b3 electrode 9b due to photolithography. In particular, the gate-source capacitance increases,
This in turn was a factor that hindered the improvement of switching speed. On the other hand, the simplest way to lower the gate resistance is to increase the thickness of the gate polycrystalline silicon film 6, which has a slight effect.
There is a drawback that the electrode 9b is easily cut off at the edge of the opening formed in the polycrystalline silicon film 6.

次にスイッチング・スピードを向上させる要因の他のひ
とつにチャンネル長を狭く形成する方法がある。このチ
ャンネル長は、チャンネル領域のp型半導体層4と、ソ
ースn中型半導体層8の拡散の深さの差で決定される。
Another factor for improving switching speed is to narrow the channel length. This channel length is determined by the difference in diffusion depth between the p-type semiconductor layer 4 in the channel region and the source n-medium semiconductor layer 8.

しかしながら、スイッチング・スピードを考えると次の
条件をみたす必要がある。一般的にドレイン電流は、ソ
ースn中型半導体層8からチャンネル領域のp型半導体
層4を通ってn型エピタキシャル層2から縦方向へn中
型半導体基板1のドレイン領域へ流れ、基板裏面のドレ
イン電極から取り出される。したがりて、ドレイン電流
はチャンネル領域を形成しているp型半導体層4間を通
って流れる。したがってp型半導体層4はゲート多結晶
シリコン膜6の両側に互いに対向して形成されているた
め、p型半導体層が深く形成された場合、上記ドレイン
電流の流通路が狭くなり、電流通路が抵抗弁を持ち、こ
れがひいてはオン抵抗を増加させる原因にもなる。その
他、前記チャンネル領域を形成しているp型半導体層4
を深く形成することによって、まずゲート多結晶シリコ
ン膜6と重なる領域が多くなる。周知のごとく、ゲート
絶縁膜5aは従来では500人〜1200人と極く薄く
形成されており、したがって、当然のごとく、ゲート・
ソース間の容量が増大し、スイッチング・スピードの妨
げになることが明らかである。そこでチャンネル領域を
形成しているp型半導体層4をできるだけ浅く形成し、
それにともなってソースn中型半導体層8も浅く形成す
ることによって、チャンネル長を短くすると、相互コン
ダクタンスg。が大きく、オン抵抗が低くなり、スイッ
チング・スピードの速いDSA  MOS  FETの
実現が可能となる。
However, when considering switching speed, the following conditions must be met. In general, drain current flows from the source n-medium semiconductor layer 8 through the p-type semiconductor layer 4 in the channel region, from the n-type epitaxial layer 2 in the vertical direction to the drain region of the n-medium semiconductor substrate 1, and flows through the drain electrode on the back surface of the substrate. taken from. Therefore, the drain current flows between the p-type semiconductor layers 4 forming the channel region. Therefore, since the p-type semiconductor layers 4 are formed on both sides of the gate polycrystalline silicon film 6 so as to face each other, if the p-type semiconductor layer is formed deeply, the flow path for the drain current becomes narrower, and the current path becomes narrower. It has a resistance valve, which in turn causes an increase in on-resistance. In addition, the p-type semiconductor layer 4 forming the channel region
By forming the gate polycrystalline silicon film deeply, firstly, the area overlapping with the gate polycrystalline silicon film 6 increases. As is well known, the gate insulating film 5a has conventionally been formed extremely thin with a thickness of 500 to 1,200.
It is clear that the source-to-source capacitance increases and hinders the switching speed. Therefore, the p-type semiconductor layer 4 forming the channel region is formed as shallowly as possible,
Along with this, the channel length is shortened by forming the source n medium semiconductor layer 8 shallowly, and the mutual conductance g. It becomes possible to realize a DSA MOS FET with a large resistance, a low on-resistance, and a high switching speed.

しかしながら、前記チャンネル領域を形成しているp型
半導体層4を浅く形成し、チャンネル長を狭くすること
によって、次のような新たな問題が生ずる。
However, by forming the p-type semiconductor layer 4 forming the channel region shallowly and narrowing the channel length, the following new problem arises.

まず、MO8動作した際、チャンネル領域を形成してい
るp型半導体層4からドレイン領域のn型エピタキシャ
ル層2側へ空乏層が広がる。それと同時に、p型半導体
層4内にも空乏層が広がる。
First, during MO8 operation, a depletion layer spreads from the p-type semiconductor layer 4 forming the channel region to the n-type epitaxial layer 2 side of the drain region. At the same time, a depletion layer also spreads within the p-type semiconductor layer 4.

この空乏層は半導体層又は拡散層の濃度が低いほど広が
り易すく、又、ドレイン電圧が高いほど広がる。したが
って当然のごとく、濃度の低いドレイン領域のn型エピ
タキシャル層2側へ空乏層は多く広がる。しかしながら
、DSA構造を持つMO8型FETの場合、チャンネル
領域4はセル部分において互いに対向して形成されてい
るため、両方がら空乏層が互いに接近するように広がり
、ちょうどゲート多結晶シリコン膜6の真中付近のドレ
イン領域でぶつかり合うため、ソース・ドレイン間のブ
レークダウン電圧を大きく得るための妨げとはならない
。一方p型半導体層4側では、ドレイン電圧をどんどん
高くして行くことによって、チャンネル領域を形成して
いるp型半導体層4内の空乏層はどんどん広がり、ソー
スn十型半導体層8へ届いてしまう。これがいわゆるバ
ンチスルー現象である。この時点ですでにソース・ドレ
イン間の電圧はブレークダウンしてしまう。つまりチャ
ンネル長が狭いため空乏層がn中型半導体層8へすぐに
到達してしまうのでバルクの特性で決まるブレークダウ
ン電圧よりも小さな値でブレークダウンしてしまう。特
にチャンネル幅を長く得るためゲート多結晶シリコン膜
パターンを微細化しなければならず、それにともなって
チャンネルを構成するp型半導体層4は浅い拡散によっ
て形成する必要がある。当然ゲート多結晶シリコン膜パ
ターン間には、細くて長いパターンが形成されることに
なるため、パンチスルー現象はこのような部分に生じや
すい。
This depletion layer spreads more easily as the concentration of the semiconductor layer or the diffusion layer becomes lower, and as the drain voltage becomes higher. Therefore, as a matter of course, a large amount of the depletion layer spreads toward the n-type epitaxial layer 2 side of the drain region where the concentration is low. However, in the case of an MO8 type FET having a DSA structure, since the channel regions 4 are formed to face each other in the cell portion, the depletion layers of both regions are spread close to each other, and the channel regions 4 are formed to face each other in the cell portion, so that the depletion layers of both regions are spread close to each other, and the channel regions 4 are formed to face each other in the cell portion. Since they collide in the nearby drain region, there is no obstacle to obtaining a large source-drain breakdown voltage. On the other hand, on the p-type semiconductor layer 4 side, by increasing the drain voltage higher and higher, the depletion layer in the p-type semiconductor layer 4 forming the channel region expands and reaches the source n-type semiconductor layer 8. Put it away. This is the so-called bunch-through phenomenon. At this point, the voltage between the source and drain has already broken down. In other words, since the channel length is narrow, the depletion layer quickly reaches the n medium semiconductor layer 8, resulting in breakdown at a value smaller than the breakdown voltage determined by the bulk characteristics. In particular, in order to obtain a long channel width, the gate polycrystalline silicon film pattern must be miniaturized, and accordingly, the p-type semiconductor layer 4 constituting the channel must be formed by shallow diffusion. Naturally, thin and long patterns are formed between the gate polycrystalline silicon film patterns, so punch-through phenomenon is likely to occur in such portions.

又、パンチスルー現象を生じにくくする一方法として、
従来のDSA  MOS  FETでは、セル内にp平
型半導体層3を、フォトエツチング技術によって形成し
ていた。しかしながらこの方法においては、次のような
欠点が生じて来る。まず、フォトリソグラフィ技術で、
p平型半導体層3に対して位置合せをおこなって、ゲー
ト多結晶シリコン膜6のパターンを形成するため、ゲー
ト多結晶シリコン膜6のパターンによって自己整合的に
形成されるチャンネル領域のp型半導体層4と、自己整
合的に形成されないp+型型環導体層3位置関係が不正
確となり、n中型半導体層8によって狭ばめられるp型
半導体層(チャンネル領域)4の長い部分と短い部分が
上記n十型半導体層8の下に形成される。この場合、狭
いp型半導体層4が長く形成されている部分ではバンチ
スルーが起こりやすく、逆に短い部分は高濃度p生型半
導体層3の一部がチャンネルp型半導体層4まで及びM
O8型トランジスタの特性で、しきい値電圧の値に影響
を及ぼす。又、前記位置合せをする際、合せ誤差を見込
んでパターンを形成しなければならないため、セル面積
が増加し、その分チャンネル幅が減少する欠点もある。
In addition, as a way to make the punch-through phenomenon less likely to occur,
In a conventional DSA MOS FET, a p-type semiconductor layer 3 is formed within the cell by photoetching technology. However, this method has the following drawbacks. First, with photolithography technology,
In order to form the pattern of the gate polycrystalline silicon film 6 by aligning the p-type semiconductor layer 3 with respect to the p-type semiconductor layer 3, the p-type semiconductor in the channel region is formed in a self-aligned manner by the pattern of the gate polycrystalline silicon film 6. The positional relationship between the layer 4 and the p+ type ring conductor layer 3, which is not formed in a self-aligned manner, becomes inaccurate, and the long and short portions of the p type semiconductor layer (channel region) 4 narrowed by the n medium semiconductor layer 8 are It is formed under the n+ type semiconductor layer 8 . In this case, bunch-through tends to occur in the long narrow p-type semiconductor layer 4, and conversely, in the short part, a part of the high concentration p-type semiconductor layer 3 reaches the channel p-type semiconductor layer 4, and the M
This is a characteristic of O8 type transistors that affects the threshold voltage value. Furthermore, when performing the alignment, it is necessary to form a pattern taking into account alignment errors, resulting in an increase in cell area and a corresponding decrease in channel width.

又、p平型半導体層3は、フォトリソグラフィ技術で位
置合せして形成する関係上、フォトエツチング工程が多
くなり、ひいては生産性向上の妨げとなる。
Furthermore, since the p-type semiconductor layer 3 is formed by alignment using photolithography, the number of photo-etching steps is increased, which in turn impedes productivity improvement.

さらに、チップの面積利用効率を向上し、長いチャンネ
ル幅を得るために、ゲート多結晶シリコン膜の開ロバタ
ーンを面積の大きい2個以上の拡大部と、隣接する拡大
部を連結する幅の狭い連結部とを持って構成することを
本発明者は提案している。このような半導体装置におい
ては、連結部のエツジに沿って細長くチャンネル領域が
形成されるのでチャンネル幅を長くすることができるが
、この細長いチャンネル領域で特にバンチスルーが生じ
易い欠点がある。
Furthermore, in order to improve the area utilization efficiency of the chip and obtain a long channel width, the opening pattern of the gate polycrystalline silicon film is connected to two or more enlarged portions with a large area and a narrow connection connecting the adjacent enlarged portions. The present inventor proposes a structure having a section. In such a semiconductor device, since an elongated channel region is formed along the edge of the connecting portion, the channel width can be increased, but there is a drawback that bunch-through is particularly likely to occur in this elongated channel region.

本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、ゲート多
結晶シリコンパターンの幅を極力等しくし、全体的なパ
ターンの微細化がおこなわれても、電流容量にしたがっ
て最適なソース電極取り出し開口部が得られるように、
ざらにはソース電極取り出し開口部において特に自己整
合的に形成されたp平型半導体層3とn中型半導体層8
が金属電極膜9にて電気的に接続されることを満足し、
前記関口部の微細化を目的とし、その目的を満足するに
ともなった適切なパターン配置を可能とし、これらの効
果で得た余分な面積に有効的にチャンネル領域を形成し
、特に細長いチャンネル領域でのパンチスルー現象を防
止し、チャンネル長を狭くすることを可能とし、フォト
エツチング工程を減少させ、オン抵抗を低くし、相互コ
ンダクタンスク。、スイッチング・スピード等の素子性
能の向上やチップ面積の縮少化を図り、生産性向上を可
能とする縦形半導体装置とその製造方法を提供するもの
である。
The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and even if the width of the gate polycrystalline silicon pattern is made as equal as possible, and the overall pattern is made finer, the source electrode extraction opening can be optimized according to the current capacity. so that you can get
Roughly speaking, the p flat type semiconductor layer 3 and the n medium type semiconductor layer 8 are formed in a self-aligned manner especially at the source electrode extraction opening.
are electrically connected by the metal electrode film 9,
The purpose is to miniaturize the barrier gate, and to achieve this purpose, it is possible to arrange an appropriate pattern, and to effectively form a channel region in the extra area obtained by these effects, especially in a long and narrow channel region. It prevents the punch-through phenomenon, allows narrowing the channel length, reduces the photo-etching process, lowers the on-resistance, and reduces the transconductance. The present invention provides a vertical semiconductor device and a method for manufacturing the same, which improve element performance such as switching speed, reduce chip area, and improve productivity.

(問題点を解決するための手段) 本発明による縦形半導体装置は、主面に溝を有する一導
電型の半導体基体と、この半導体基体の主面の溝の上に
、第1絶縁膜を介して形成した半導体膜または導電体膜
パターンと、このパターンの開口内において、前記半導
体基体の主面に、前記第1絶縁膜を介して半導体膜また
は導電体膜パターンの一部と一部分が重なる位置に形成
され、縁部が前記溝の側面によって規制された低不純物
濃度の逆導電型の第1半導体層と、この第1半導体層内
に、半導体膜または導電体膜パターンの一部と一部分が
重なるように形成され、縁部が前記溝の側面によって規
制された一導電型の第2半導体居と、前記半導体膜また
は導電体膜を被覆するように形成され、開口部を有する
第2絶縁膜と、この第2絶縁膜上に、その開口部を含む
ように形成した金属電極膜とを具えることを特徴とする
ものである。
(Means for Solving the Problems) A vertical semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate of one conductivity type having a groove on its main surface, and a first insulating film placed over the groove on the main surface of the semiconductor substrate. a semiconductor film or a conductive film pattern formed using a semiconductor film or a conductive film pattern, and a position where a part of the semiconductor film or a conductive film pattern partially overlaps with the main surface of the semiconductor substrate via the first insulating film in the opening of this pattern. a first semiconductor layer of an opposite conductivity type with a low impurity concentration and whose edges are regulated by the side surfaces of the groove, and a portion of a semiconductor film or a conductive film pattern within this first semiconductor layer. a second semiconductor layer of one conductivity type formed to overlap with each other and having an edge regulated by the side surface of the groove; and a second insulating film formed to cover the semiconductor film or the conductor film and having an opening. and a metal electrode film formed on the second insulating film to include the opening.

さらに本発明の製造方法は、一導電型の半導体基体の主
面に、異方性エツチングにより溝を形成する工程と、 前記半導体基体の主面に第1絶縁膜を形成する工程と、 前記溝の上に位置する第1絶縁膜上に半導体膜または導
電体膜パターンを形成する工程と、この半導体膜または
導電体膜パターンをマスクとして逆導電型のイオンを低
濃度で注入して、縁部が前記溝の側面によって規制され
た逆導電型の第1半導体層を形成する工程と、 前記半導体膜または導電体膜パターンをマスクとして一
導電型のイオンを注入して前記第1半導体層内に縁部が
前記溝の側面により規制された一導電型の第2半導体層
を形成する工程と、前記半導体膜または導電体膜および
その開口を覆うように第2絶縁膜を形成する工程と、こ
の第2絶縁膜に選択的に開口を形成して前記第1および
第2半導体屑を部分的に露出させる工程と、 前記第2絶縁膜上に前記開口を覆うように金属電極膜を
形成する工程とを具えることを特徴とするものである。
Furthermore, the manufacturing method of the present invention includes the steps of: forming a groove on the main surface of a semiconductor substrate of one conductivity type by anisotropic etching; forming a first insulating film on the main surface of the semiconductor substrate; and the groove. A process of forming a semiconductor film or a conductive film pattern on the first insulating film located above, and implanting ions of the opposite conductivity type at a low concentration using the semiconductor film or conductive film pattern as a mask to form an edge. forming a first semiconductor layer of an opposite conductivity type in which is regulated by the side surfaces of the groove; and implanting ions of one conductivity type into the first semiconductor layer using the semiconductor film or conductor film pattern as a mask. a step of forming a second semiconductor layer of one conductivity type whose edge is regulated by the side surface of the groove; a step of forming a second insulating film so as to cover the semiconductor film or conductor film and its opening; selectively forming an opening in a second insulating film to partially expose the first and second semiconductor chips; and forming a metal electrode film on the second insulating film to cover the opening. It is characterized by having the following.

(作用) 本発明の半導体装置においては、逆導電型の第3半導体
層は、第2半導体層よりも高不純物濃度でしかもより深
く形成されているため、セルの微細化、高集積化が可能
であるとともにバンチスルー現象も有効に防止すること
ができる。また、第2半導体層および第4半導体層を浅
く形成することによってゲート・ソース間の容量を減少
することができるとともに相互コンダクタンスク□を大
きくすることができ、スイッチング・スピードを向上す
ることができる。さらに、本発明の半導体装置において
は、所定のチップ面積内でチャンネル幅を太き(するこ
とがで・きるとともに多結晶シリコン膜の占める面積を
減らすことによってゲート・ドレイン間容量を小さくす
ることがで、きる。
(Function) In the semiconductor device of the present invention, since the third semiconductor layer of the opposite conductivity type has a higher impurity concentration and is formed deeper than the second semiconductor layer, miniaturization and high integration of cells are possible. At the same time, the bunch-through phenomenon can also be effectively prevented. Furthermore, by forming the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer shallowly, it is possible to reduce the capacitance between the gate and the source, and also to increase the mutual conductance □, thereby improving the switching speed. . Furthermore, in the semiconductor device of the present invention, the channel width can be increased within a predetermined chip area, and the gate-drain capacitance can be reduced by reducing the area occupied by the polycrystalline silicon film. can.

したがって大きなドレイン電流を得ることができると同
時に速いスイッチング・スピードを得ることができる。
Therefore, a large drain current can be obtained and at the same time a fast switching speed can be obtained.

また、特に後述する実施例のように多結晶シリコン膜パ
ターンの開口部を、独立パターン部分を囲む環状部分と
、この環状部分の両側に対称的に位置する端部々と、こ
れら環状部分と端部分とを連結する幅の狭い連結部分と
を持って構成し、このような開口部を複数隣接する開口
部の端部分がインターディジタルに配置されるように配
列することによってチップ面積の利用効率は著しく高く
なり、上述した効果がより一層効果的に発揮されること
になる。
In particular, as in the embodiment described later, the opening of the polycrystalline silicon film pattern is connected to an annular portion surrounding the independent pattern portion, an end portion located symmetrically on both sides of this annular portion, and an end portion between the annular portion and the end portion. By arranging a plurality of such openings so that the end portions of adjacent openings are arranged in an interdigital manner, the utilization efficiency of the chip area can be improved. The above-mentioned effects will be exhibited even more effectively.

(実施例) 以下本発明を実施例により具体的に説明する。(Example) The present invention will be specifically explained below using examples.

第1図(a )および(b)は本発明の一実施例である
O8A  MOS  FETの平面図および断面図であ
り、第1図(a )ではへ1電極膜および絶縁膜の一部
を切欠いである。
FIGS. 1(a) and (b) are a plan view and a cross-sectional view of an O8A MOS FET, which is an embodiment of the present invention. It is.

この装置は、n中型半導体基板1上にn型エピタキシャ
ル成長層2が設けられ、このエピタキシャル層2の主面
にほぼU字状の溝が形成され、この溝の表面に絶縁酸化
膜(第1絶縁膜)5aを介して多結晶シリコン膜(半導
体膜または導電体jりパターン6が設けられ、このパタ
ーンの開口内のエピタキシャル層2中には逆導電型の不
純物を高濃度でドープしたp型半導体層3が設けられて
いる。さらにエピタキシャル層2中には、前記第1゜絶
縁1I5aを介して前記多結晶シリコン膜パターン6の
一部と部分的に重なる位置に逆導電型の不純物を低い濃
度にドープしたp型の半導体層(第1半導体層)4が深
く設けられ、該第1半導体層4の表面であって前記第1
絶縁膜5aを介して前記導電体膜パターン6の一部と部
分的に重なる位置にn十型半導体層(第2半導体層)8
が形成され、前記多結晶シリコン膜パターン6を被覆す
るように絶縁酸化膜(第2絶縁膜)5dが形成され、こ
の絶縁膜上にはソースAJ電極膜9が形成されている。
In this device, an n-type epitaxial growth layer 2 is provided on an n-medium sized semiconductor substrate 1, a substantially U-shaped groove is formed on the main surface of this epitaxial layer 2, and an insulating oxide film (a first insulating layer) is formed on the surface of this groove. A polycrystalline silicon film (semiconductor film or conductor pattern 6) is provided through the film) 5a, and in the epitaxial layer 2 within the opening of this pattern is a p-type semiconductor doped with impurities of the opposite conductivity type at a high concentration. A layer 3 is provided. Further, in the epitaxial layer 2, an impurity of the opposite conductivity type is added at a low concentration at a position partially overlapping with a part of the polycrystalline silicon film pattern 6 via the first insulating layer 1I5a. A doped p-type semiconductor layer (first semiconductor layer) 4 is deeply provided, and the surface of the first semiconductor layer 4 is
An n+ type semiconductor layer (second semiconductor layer) 8 is formed at a position partially overlapping with a part of the conductive film pattern 6 via the insulating film 5a.
is formed, an insulating oxide film (second insulating film) 5d is formed to cover the polycrystalline silicon film pattern 6, and a source AJ electrode film 9 is formed on this insulating film.

ソース八β電極膜9は、絶縁1115dに形成したセル
内のソース電極取り出し開口部 10aを経て半導体l
l!I4および8にオーミック接続されている。
The source eight β electrode film 9 passes through the source electrode extraction opening 10a in the cell formed in the insulator 1115d, and the semiconductor
l! Ohmic connected to I4 and 8.

多結晶シリコン膜パターン6で囲まれるとともにn型エ
ピタキシャル層2の表面に形成されたp型半導体114
のパターン、すなわち、多結晶シリコン膜6の開ロバタ
ーンの平面形状は、第1図(a )に示すように六角形
状の拡大部4A、4B。
A p-type semiconductor 114 surrounded by a polycrystalline silicon film pattern 6 and formed on the surface of the n-type epitaxial layer 2
The planar shape of the open pattern of the polycrystalline silicon film 6 is a hexagonal enlarged portion 4A, 4B as shown in FIG. 1(a).

4Gと、これら3つのへ角形パターンの相隣り合う一辺
同志を結ぶ幅の狭い連結部4D、4Eによって連続的に
形成されている。ここで、水平および垂直方向に隣接す
るセルの多結晶シリコン膜6の縁部6Aの各辺間の距離
ぶ、と、斜め方向に隣接するセルの各辺間の距離ぶ2と
はぶ、→ぶ2となっている。また、セルは水平方向に隣
接するセルの互いに対向する両端に位置する六角形状の
拡大部4Aと40との中間に垂直方向に隣接するセルの
中央の六角形状の拡大部4Bが位置するようにイビッチ
だけずらして配置しである。
4G and narrow connecting portions 4D and 4E connecting adjacent sides of these three hexagonal patterns. Here, the distance between each side of the edge 6A of the polycrystalline silicon film 6 of horizontally and vertically adjacent cells, and the distance between each side of the diagonally adjacent cell 2, → It has become 2. Further, the cells are arranged such that the central hexagonal enlarged portion 4B of the vertically adjacent cell is located between the hexagonal enlarged portions 4A and 40 located at opposite ends of the horizontally adjacent cells. Only Ibitchi is placed in a different position.

本実施例の縦形電界効果トランジスタにおいては、性能
向上を図るためにゲート多結晶シリコン膜パターンに工
夫をこらし、チャンネル幅を長くし、単位面積当りの電
流容量を増すことによって性能向上を図っている。この
ことを従来装置との寸法関係の比較に於いて説明する。
In order to improve the performance of the vertical field effect transistor of this example, the gate polycrystalline silicon film pattern is modified, the channel width is lengthened, and the current capacity per unit area is increased. . This will be explained by comparing the dimensional relationship with a conventional device.

従来例である第9図(a )の平面図と第1図(a)の
平面図の倍率は同一のデザインルールを採用しており、
破線で囲まれた所定面積内の縦の長さYLを120μ■
とじ、横の長さxLを160μlとして設定しておく。
The same design rule is adopted for the magnification of the conventional example of the plan view in Fig. 9 (a) and the plan view in Fig. 1 (a),
The vertical length YL within the specified area surrounded by the broken line is 120 μ■
Bind and set the horizontal length xL as 160 μl.

第9図(a )では3X4−12個のソース電極取り出
し開口部10aが存在し、1個のセルの一辺の長さLo
 +  (=Lo 2 )は20μ−となっているから
セル1個のチャンネル幅(1セルの全周囲長)は80μ
−となり、この破線枠内の合計チャンネル幅は960μ
謙となっている。
In FIG. 9(a), there are 3×4−12 source electrode extraction openings 10a, and the length of one side of one cell is Lo.
+ (=Lo 2 ) is 20μ-, so the channel width of one cell (total perimeter of one cell) is 80μ
-, and the total channel width within this broken line frame is 960μ
He is humble.

これに対し、第1図(a)ではへ角形の端部4A、4B
、4Gの直線辺の長さLO3は10.czi+ 。
In contrast, in FIG. 1(a), the hexagonal ends 4A, 4B
, the length LO3 of the straight side of 4G is 10. czi+.

45°傾斜している辺LO4(−J2/ 2Lo 3)
の長さは約7μ履であり、連結部4D、4Eの1辺の長
さLOsは20μmとなるので、1個のセ、ルのチャン
ネル幅は約244μ■となり、破線内のパターン面積で
の合計チャンネル幅は約1132μmとなる。このよう
に本実施例のチャンネル幅は従来のものに比較して大き
くなり、かつその差はセル数が増加する程、あるいはパ
ターン面積が大きいほど大きくなる。
45° inclined side LO4 (-J2/2Lo 3)
The length of the cell is approximately 7 μm, and the length LOs of one side of the connecting portions 4D and 4E is 20 μm, so the channel width of one cell is approximately 244 μm, and the pattern area within the broken line is The total channel width is approximately 1132 μm. As described above, the channel width of this embodiment is larger than that of the conventional one, and the difference becomes larger as the number of cells increases or as the pattern area becomes larger.

このように本実施例によれば大幅にチャンネル幅を大き
くできる。この理由としては、斜線を有効的に用いるこ
とによって第9図(a )の平面図におけるβ、〈ぶ2
の関係を第1図(a )ではA + ’p J 2にし
たためである。従って、セル同志を坏ピッチずつ交互に
ずらして配列することにょつて同じデザインルールにも
拘わらず全体的に中央部へセルパターン配列を集積する
ことができるわけであり、その分従来のものより多くの
セルの集積が可能となる。
In this way, according to this embodiment, the channel width can be significantly increased. The reason for this is that by effectively using diagonal lines, β in the plan view of Fig. 9(a),
This is because the relationship is set to A + 'p J 2 in FIG. 1(a). Therefore, by arranging the cells so that they are alternately shifted by a pitch, it is possible to integrate the cell pattern arrangement in the center as a whole, despite the same design rule, and the number of cell patterns can be increased by that much more than in the conventional method. cells can be integrated.

次に微細化を進めた場合、特にセルとゲート多結晶シリ
コン膜パターンを縮小化した場合、従来の半導体装置で
は数ミクロンの間隔でソース電極取り出し開口部が必要
であった。つまりソース電極取り出し開口部は、デザイ
ンルールに束縛されてしまう欠点を持っていた。これに
対し、本実施例では、ソース電極取り出し開口部の間隔
を任意に設計可能であり、しかもチャンネル幅は減少し
ない長所がある。
Next, when miniaturization progresses, particularly when cell and gate polycrystalline silicon film patterns are downsized, conventional semiconductor devices require source electrode extraction openings at intervals of several microns. In other words, the source electrode extraction opening has the drawback of being constrained by design rules. On the other hand, this embodiment has the advantage that the interval between the source electrode extraction openings can be arbitrarily designed, and the channel width does not decrease.

以上のことから、本実施例では、定められたチップ面積
内でチャンネル幅を大きくできるように適切なゲート多
結晶シリコン膜パターンが得られ、このゲート多結晶シ
リコン膜パターンの開口部に相当するセルを適切に配置
することによって大きなドレイン電流を得ることが可能
となり、しかも大電流領域での相互コンダクタンスg。
From the above, in this example, an appropriate gate polycrystalline silicon film pattern is obtained so that the channel width can be increased within a defined chip area, and the cells corresponding to the openings of this gate polycrystalline silicon film pattern are By appropriately arranging g, it is possible to obtain a large drain current, and the mutual conductance g in the large current region.

を大きくし、スイッチング・スピードの高速化、あるい
はオン抵抗の低減化、さらには、チップ面積の縮小化を
図り、生産性向上を可能とする最適パターンを施したも
のである。
The optimum pattern is applied to increase the switching speed, reduce the on-resistance, reduce the chip area, and improve productivity.

本発明においては、セルパターンの開口部に形成したチ
ャンネル領域を構成するp型半導体層4およびその内部
に形成したソース領域を構成するn中型半導体層8の縁
部4aおよび8aは、エピタキシャル12の表面に形成
したほぼU字状の溝の側壁で規制されるため、p型半導
体層4を深く形成してもこれらの縁部4aおよび8aの
間隔で決まるチャンネル長を短くすることができる。こ
のようにチャンネル長が短くなるため、相互コンダクタ
ンス9rnが大きくなり、オン抵抗が低くなり、速いス
イッチング・スピードが得られるとともにp型半導体層
4を深く形成することができるためバンチスルー現象を
防止することができる。
In the present invention, the edges 4a and 8a of the p-type semiconductor layer 4 forming the channel region formed in the opening of the cell pattern and the n-medium semiconductor layer 8 forming the source region formed inside the epitaxial layer 12 are Since it is regulated by the side walls of the substantially U-shaped groove formed on the surface, even if the p-type semiconductor layer 4 is formed deeply, the channel length determined by the distance between these edges 4a and 8a can be shortened. Since the channel length is shortened in this way, the mutual conductance 9rn becomes large, the on-resistance becomes low, a fast switching speed is obtained, and the p-type semiconductor layer 4 can be formed deeply, which prevents the bunch-through phenomenon. be able to.

また、チャンネル領域となるp型半導体層4と、ソース
n十型半導体層8とは浅い接合(ShallowJun
ction )を構成しているためチャンネル領域とチ
ャンネル領域間のドレイン電流の流通路(n型エピタキ
シャル層2)は広がり、その分ゲート多結晶シリコン膜
パターン幅の縮少が可能である。
In addition, the p-type semiconductor layer 4 serving as a channel region and the source n-type semiconductor layer 8 have a shallow junction (Shallow Jun).
Since the drain current flow path (n-type epitaxial layer 2) between the channel regions is widened, the gate polycrystalline silicon film pattern width can be reduced accordingly.

したがって特にチャンネル幅を長く形成するために、ゲ
ート多結晶シリコン膜パターンの開口部(セル)を細く
、長いパターン配列として細長いチャンネル領域を形成
するのが好適であり、このような細長いチャンネル領域
でのバンチスルー現象も有効に防止できる。
Therefore, in order to particularly form a long channel width, it is preferable to make the openings (cells) of the gate polycrystalline silicon film pattern narrow and form a long and narrow channel region as a long pattern arrangement. The bunch-through phenomenon can also be effectively prevented.

第2図(、a)、(b)および(C)は本発明のさらに
他の実施例であるO8A  MOS  FETの平面図
、および斜視断面図であり、第2図<a >ではAJ電
極膜を切欠いてあり、第2図(C)ではAJ2電極膜と
第2絶縁膜を切欠いである。
FIGS. 2(a), (b), and (C) are a plan view and a perspective cross-sectional view of an O8A MOS FET which is still another embodiment of the present invention, and FIG. 2(a) shows an AJ electrode film. In FIG. 2(C), the AJ2 electrode film and the second insulating film are cut out.

この装置は、n十型半導体基板1上にn型エピタキシャ
ル成長層2が設けられ、このエピタキシャル112の主
面にほぼU字状の溝を形成し、この溝の表面に絶縁酸化
膜5aを介して多結晶シリコン膜パターン6が設けられ
、このパターンの開口内のエピタキシャル層2中には逆
導電型の不純物を高濃度でドープしたp中型半導体層3
が設けられている。また、多結晶シリコン躾パターン6
の開口部には、前記第1絶縁115aを介して前記多結
晶シリコン膜パターン6の一部と部分的に重なる位置に
逆導電型であるp型の半導体層(第1半導体層)4が設
けられ、このp型半導体層4の表面であって前記第1絶
縁膜5aを介して前記半導体層または導電体膜パターン
6の一部と部分−的に重なる位置にn中型半導体層(第
2半導体層)8が形成され、前記多結晶シリコン膜パタ
ーン6を被覆するように絶縁酸化11(第2絶縁膜)5
dが形成され、この絶縁膜上には第1のソースAJ電極
膜9aと第2ゲートAJ電極膜9bとがストライプ状に
形成されている。ソースAβ電極1119aは、絶縁膜
5dに形成したセル内のソース電極取り出し開口部10
aを経てp平型およびn十型半導体層3および8にオー
ミック接続され、第2Aβ電極躾9bは、絶縁膜5dに
形成したゲート金属電橿取り出し開口部100を経て後
−述するように多結晶シリコン膜パターン6に接続され
ている。
In this device, an n-type epitaxial growth layer 2 is provided on an n-type semiconductor substrate 1, a substantially U-shaped groove is formed on the main surface of this epitaxial layer 112, and an insulating oxide film 5a is formed on the surface of this groove. A polycrystalline silicon film pattern 6 is provided, and within the epitaxial layer 2 within the opening of this pattern is a p-type medium semiconductor layer 3 doped with impurities of opposite conductivity type at a high concentration.
is provided. Also, polycrystalline silicon training pattern 6
A p-type semiconductor layer (first semiconductor layer) 4 of an opposite conductivity type is provided in the opening at a position partially overlapping with a part of the polycrystalline silicon film pattern 6 via the first insulator 115a. An n-medium semiconductor layer (second semiconductor layer) is formed on the surface of the p-type semiconductor layer 4 at a position that partially overlaps with a part of the semiconductor layer or conductor film pattern 6 via the first insulating film 5a. An insulating oxide layer 11 (second insulating film) 5 is formed to cover the polycrystalline silicon film pattern 6.
A first source AJ electrode film 9a and a second gate AJ electrode film 9b are formed in a stripe shape on this insulating film. The source Aβ electrode 1119a is connected to the source electrode extraction opening 10 in the cell formed in the insulating film 5d.
The second Aβ electrode 9b is ohmically connected to the p flat type and n0 type semiconductor layers 3 and 8 through the insulating film 5d. It is connected to the crystalline silicon film pattern 6.

多結晶シリコン膜パターン6は格子状に連続する部分6
aと、独立した島状の部分6bとより成り、これらの部
分によって画成されるセルの平面形状は、独立部分6b
を囲む環状部分12Aと、この環状部分に対して対称的
に形成した2個の端部分12Bおよび12Gと、環状部
分とこれら端部分とを連結する連結部分12Dおよび1
2Eとから構成されている。端部分12Bおよび12G
の輪郭形状は2の整数倍の多角形、本例では4角形とし
、環状部分12Aの輪郭形状も2の整数倍の多角形、本
例では4角形とする。これら端部分および環状部分の形
状は4角形に限定されるものではなく、たとえば8角形
とすることもできるし、円形とすることもできる。
The polycrystalline silicon film pattern 6 has a continuous lattice-like portion 6
a and an independent island-like portion 6b, and the planar shape of the cell defined by these portions is the independent portion 6b.
An annular portion 12A surrounding the annular portion, two end portions 12B and 12G formed symmetrically with respect to the annular portion, and connecting portions 12D and 1 that connect the annular portion and these end portions.
It is composed of 2E. End portions 12B and 12G
The contour shape of the annular portion 12A is a polygon that is an integer multiple of 2, in this example a quadrilateral, and the contour shape of the annular portion 12A is also a polygon that is an integer multiple of 2, which is a quadrangle in this example. The shapes of these end portions and the annular portion are not limited to quadrangles, but may be octagonal or circular, for example.

本例では、第5図(a ”)に示すように、環状部分1
2Aが整列するように複数個のセルを配列するとともに
成る列の環状部分12Aと隣接する列の環状部分12A
とは互に坏ピッチずらし、成る列の順次の端部分12B
および1λCの間に隣接する列の順次の端部分12Cお
よび12Bが入り込むようにインターディジタルに配列
する。この場合、成る端部分12Bに注目した場合、こ
れと隣接する端部分12G、連結部分12Eおよび環状
部分12Aまでの距離はすべてほぼ等しくなるように構
成する。
In this example, as shown in FIG. 5(a''), the annular portion 1
An annular portion 12A of a column formed by arranging a plurality of cells so that cells 2A are aligned and an annular portion 12A of an adjacent column.
and the sequential end portions 12B of the rows that are shifted in pitch from each other.
and 1λC, the sequential end portions 12C and 12B of adjacent columns are arranged interdigitally. In this case, when focusing on the end portion 12B, the distances to the adjacent end portion 12G, connecting portion 12E, and annular portion 12A are all approximately equal.

ゲートへρ電極を構成する第2AJ2電極11!9bは
絶縁膜5dにあけたゲート電極取り出し開口部10bを
経て多結晶シリコンパターンの島状の独立部分6bに接
続されているとともに隣接する独立部分との中間位置に
おいて第2絶縁膜5dにあけた開口部10cを経て多結
晶シリコン膜パターンの連続部分6aに接続されている
。すなわち、多結晶シリコン膜パターンの連続部分6a
と独立部分6bとは第2A℃電極膜9bを介して相互接
続されている。このように、本例では第1八λ電極膜9
aと第2Δp電極膜9bとは十数〜二十数ミクロンの間
隔をもって交互にストライブ状に配列されており、ソー
スAλ電極を構成する第1八λ電極g19aの幅はゲー
トA℃電極を構成する第2/l電極膜9bよりも広くな
っている。
The second AJ2 electrode 11!9b constituting the ρ electrode to the gate is connected to the island-shaped independent portion 6b of the polycrystalline silicon pattern through the gate electrode extraction opening 10b formed in the insulating film 5d, and is connected to the adjacent independent portion. It is connected to the continuous portion 6a of the polycrystalline silicon film pattern through an opening 10c formed in the second insulating film 5d at an intermediate position. That is, the continuous portion 6a of the polycrystalline silicon film pattern
and the independent portion 6b are interconnected via the second A.degree. C. electrode film 9b. In this way, in this example, the 18th λ electrode film 9
a and the second Δp electrode film 9b are alternately arranged in stripes at intervals of ten to twenty microns, and the width of the eighteenth λ electrode g19a constituting the source Aλ electrode is equal to that of the gate A°C electrode. It is wider than the constituent second/l electrode film 9b.

上述したように、本実施例では多結晶シリコン膜パター
ン6を、メツシュ状の連続部分6aと、島状に独立した
部分6bとをもって構成することによりチャンネル幅を
前述した実施例よりもさらに長くすることができる。す
なわち、ゲート電極構造は、連続したメツシュ状の部分
と、これによって囲まれる独立した部分を複数個配置し
、これらの部分を導電性に優れた第2のAJ2電極膜9
bで接続した構成としている。一方、ソース電極構造は
、セル内部の端部分12B、 12Gにおいて、チャン
ネル領域を構成するn型半導体層4に電気的に接してい
るp十型半導体層3と、ソース領域を構成するn中型半
導体層8とを表面で露出させて第1/l電極膜9aと接
続した構成としている。
As described above, in this embodiment, the polycrystalline silicon film pattern 6 is configured with a mesh-like continuous portion 6a and an island-like independent portion 6b, so that the channel width is made longer than in the above-mentioned embodiment. be able to. That is, the gate electrode structure has a continuous mesh-like part and a plurality of independent parts surrounded by the mesh-like part, and these parts are covered with the second AJ2 electrode film 9 having excellent conductivity.
The configuration is such that they are connected at b. On the other hand, the source electrode structure includes, at the end portions 12B and 12G inside the cell, a p-type semiconductor layer 3 that is electrically in contact with an n-type semiconductor layer 4 that constitutes a channel region, and an n-medium semiconductor layer that constitutes a source region. The layer 8 is exposed at the surface and connected to the first/l electrode film 9a.

そしてこれらの第1および第2のAJ2電極膜9aおよ
び9bは櫛状に交互に配置している。このように、ゲー
ト多結晶シリコンパターンを連続したメツシュ構造と、
独立したマルチ構造とすることによって、ソース電極と
ゲート電極を導電性の優れたAJ2等の金属膜で櫛状に
構成していることが本実施例の最大の特徴である。
These first and second AJ2 electrode films 9a and 9b are alternately arranged in a comb shape. In this way, the gate polycrystalline silicon pattern has a continuous mesh structure,
The greatest feature of this embodiment is that the source electrode and the gate electrode are made of a metal film such as AJ2 having excellent conductivity in a comb shape by forming an independent multi-structure.

本例においても、n型半導体層4およびn中型半導体層
8の縁部4aおよび8aはゲート多結晶シリコン膜6を
形成した溝の側面で規制されているため、チャンネル長
を短くすることができ、しかもn型半導体層4を深く形
成できるためパンチ・スルーを有効に防止することがで
きる。
Also in this example, the edges 4a and 8a of the n-type semiconductor layer 4 and the n-medium semiconductor layer 8 are regulated by the side surfaces of the groove in which the gate polycrystalline silicon film 6 is formed, so that the channel length can be shortened. Moreover, since the n-type semiconductor layer 4 can be formed deeply, punch-through can be effectively prevented.

次に第3図(a )〜(d )を参照して本発明の半導
体装置の一実施例であるO8A  MOSFETを製造
する本発明の製造方法について説明する。
Next, a manufacturing method of the present invention for manufacturing an O8A MOSFET, which is an embodiment of the semiconductor device of the present invention, will be described with reference to FIGS. 3(a) to 3(d).

まず、n型不純物を高い濃度に含むn十型半導体基板1
上にそれよりも低い濃度の0型半導体層2を形成し、こ
のn型半導体層の主面に例えば厚さ3000人程度0酸
化膜5eを形成した様子を第3図(a >に示す。続い
て、この酸化膜5eをマスクとして、例えばヒドラジン
またはKOH等を主成分とするアルカリエッチャントに
よってn型半導体層2を約1.0μmの深さに異方性エ
ツチングして溝を形成する。さらに酸化115eを除去
した後、新たにゲート酸化膜5aを約1000人の厚さ
に形成する。次にゲート電極用としてノンドープの多結
晶シリコン膜6をたとえば厚さ6000人程形0し、フ
ォトレジストを用いたフォトエツチング技術によって選
択的にバターニングして前記の溝の上に形成された多結
晶シリコン膜のみを残し、伯を除去した様子を第3図(
b)に示す。
First, an n-type semiconductor substrate 1 containing a high concentration of n-type impurities
A 0-type semiconductor layer 2 having a lower concentration is formed thereon, and a 0-type oxide film 5e having a thickness of, for example, about 3,000 layers is formed on the main surface of this n-type semiconductor layer, as shown in FIG. 3(a). Next, using this oxide film 5e as a mask, the n-type semiconductor layer 2 is anisotropically etched to a depth of about 1.0 μm using, for example, an alkaline etchant mainly containing hydrazine or KOH to form a groove. After removing the oxide layer 115e, a new gate oxide film 5a is formed to a thickness of about 1000 mm.Next, a non-doped polycrystalline silicon film 6 for the gate electrode is formed to a thickness of about 6000 mm, for example, and a photoresist is formed. Figure 3 shows how the polycrystalline silicon film formed on the grooves was selectively patterned using photoetching technology, leaving only the polycrystalline silicon film formed on the grooves and removing the rough edges.
Shown in b).

続いてフォトレジストアを酸素プラズマにて除去した後
、多結晶シリコン膜6をマスクとしてチャンネル領域を
構成するn型半導体層4を形成し、ソース領域を構成す
るn中型半導体層8を選択的に形成した様子を第3図(
C)に示す。この場合、n型半導体層4およびn中型半
導体層8の縁部4aおよび8aは、n十型半導体層2の
表面に形成したU字状の溝の側面で規制されているため
、n型半導体層4を深く形成しても、縁部4aと8aの
間隔で決まるチャンネル長は短くできる。
Subsequently, after removing the photoresist with oxygen plasma, an n-type semiconductor layer 4 constituting a channel region is formed using the polycrystalline silicon film 6 as a mask, and an n-type semiconductor layer 8 constituting a source region is selectively removed. Figure 3 shows how it is formed (
Shown in C). In this case, the edges 4a and 8a of the n-type semiconductor layer 4 and the n-medium semiconductor layer 8 are regulated by the side surfaces of the U-shaped groove formed on the surface of the n-type semiconductor layer 2, so the n-type semiconductor layer Even if the layer 4 is formed deep, the channel length determined by the distance between the edges 4a and 8a can be shortened.

その後、CVD法に−TCVD−3i 02 mまたは
PSG膜5Cを約1000人程度形成した後、熱処理を
施し、各領域の電極取り出し開口部10aおよび10b
を形成した後、たとえば厚さ約3.5μm程度のA、1
2金属膜9aおよび9bを選択的に形成して半導体装置
を完成した様子を第3図(d )に示す。
Thereafter, approximately 1,000 layers of -TCVD-3i 02 m or PSG film 5C are formed using the CVD method, and then heat treatment is performed to form electrode extraction openings 10a and 10b in each region.
After forming A, 1 with a thickness of about 3.5 μm, for example,
FIG. 3(d) shows a completed semiconductor device by selectively forming two metal films 9a and 9b.

本実施例においては第1図および第2図に示すp中型半
導体層3を形成していないが、このp+型半導体層を形
成することもできる。この場合、p中型半導体層3は、
溝を形成する以前に形成すればよい。
In this embodiment, the p medium type semiconductor layer 3 shown in FIGS. 1 and 2 is not formed, but this p+ type semiconductor layer can also be formed. In this case, the p medium semiconductor layer 3 is
It may be formed before forming the grooves.

第4図は、本発明によるさらに他の実施例であり、第4
図(a )は平面図、(b )はA−A線で切った断面
図であり、第4図(a )ではA1電極膜の全部を除去
して示しである。ゲート多結晶シリコン膜パターン幅を
一定にするため、セル形状に斜線を用い、多くのセルを
集積することによって、チャンネル幅を長く工夫をして
いる。そのため、単位面積当りのパターン面積において
、最もチャンネル幅の長い構造である。本実施例におい
て前例と同じ部分には同じ符号を付けて示す。本例では
多結晶シリコン膜パターンの連続部分6aによって囲ま
れるセルの平面形状をほぼ八角形の環状部分12Aと、
その両側に対象的に配置した同じくほぼ八角形の端部分
128.120と、環状部分とこれら端部分とを連結す
る幅の狭い連結部分12D、 12Eから構成されてい
る点が第2図に示した実施例と相違しているだけであり
、その他の構成は同様であるので、これ以上説明はしな
い。
FIG. 4 shows still another embodiment according to the present invention.
FIG. 4(a) is a plan view, and FIG. 4(b) is a sectional view taken along the line A-A. FIG. 4(a) shows the A1 electrode film completely removed. In order to keep the gate polycrystalline silicon film pattern width constant, the channel width is made longer by using diagonal lines in the cell shape and integrating many cells. Therefore, this structure has the longest channel width in terms of pattern area per unit area. In this embodiment, the same parts as in the previous example are denoted by the same reference numerals. In this example, the planar shape of the cell surrounded by the continuous portion 6a of the polycrystalline silicon film pattern is approximately an octagonal annular portion 12A.
As shown in FIG. 2, it consists of substantially octagonal end portions 128, 120 arranged symmetrically on both sides, and narrow connecting portions 12D, 12E that connect the annular portion with these end portions. This embodiment is only different from the embodiment described above, and the other configurations are the same, so no further explanation will be given.

第5図〜第7図は本発明の半導体装置のさらに他の実施
例におれる多結晶シリコン膜パターン6で囲まれたn型
半導体層4のパターンの平面形状示すものである。第5
図に示す実施例では、六角形状の端部4Fおよび4Gの
間を幅の狭い連結部4Hで連結したものをイビッチずつ
ずらして配置しである。また、でい6図に示す実施例で
は六角形状の端部4■および4Jの間を幅の狭い連結部
4にで連結したものを局ピッチずつずらして配置してい
る。さらに、第7図に示す実施例では四角形状の端部4
Lおよび4Mの間を幅の狭い連結部4Nで連結したもの
を坏ピッチずつずらして配置している。これら、第5〜
7図に示す実施例においても、自己整合的に形成される
n型半導体層4とn中型半導体層8の縁部は溝の側面に
よって規制されているのでn型半導体層4を深く形成し
てもチャンネル長を短くすることができるとともにパン
チ・スルー現象を防止することができる。
5 to 7 show the planar shape of a pattern of an n-type semiconductor layer 4 surrounded by a polycrystalline silicon film pattern 6 in still another embodiment of the semiconductor device of the present invention. Fifth
In the embodiment shown in the figure, the hexagonal end portions 4F and 4G are connected by a narrow connecting portion 4H, and the hexagonal end portions 4F and 4G are arranged so as to be shifted by one inch. Further, in the embodiment shown in FIG. 6, the hexagonal end portions 4 and 4J are connected by a narrow connecting portion 4, and the hexagonal end portions 4 and 4 J are arranged at different pitches. Furthermore, in the embodiment shown in FIG.
L and 4M are connected by a narrow connecting portion 4N, which are arranged at different pitches. These, 5th~
In the embodiment shown in FIG. 7 as well, the edges of the n-type semiconductor layer 4 and the n-medium semiconductor layer 8 formed in a self-aligned manner are regulated by the side surfaces of the groove, so the n-type semiconductor layer 4 is formed deeply. It is also possible to shorten the channel length and prevent the punch-through phenomenon.

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、幾
多の変更や変形を加えることができる。
The present invention is not limited to the embodiments described above, but can be modified and modified in many ways.

例えば上述した実施例ではn型半導体層を、アルカリエ
ッチャントであるKOHにて異方性エツチングしてほぼ
U字状の溝を形成したが、本発明はこのようなU字状の
溝に限定されるものではなく、例えば間隔を狭ばめてV
字状の溝としてもよい。あるいはまた、第8図に示すよ
うに四塩化炭素と酸素ガスによるリアクティブ・イオン
・エツチングによって垂直な側壁を有する溝を形成する
こともできる。なお、第8図に示す実施例の他の部分の
構成は第3図(d )に示したものと同じであり、同一
部分には同じ符号を付けて示す。第8図に示す実施例に
おいてもn型半導体層4およびn中型半導体層8の縁部
4aおよび8aは溝の側面によって規制されているため
、n型半導体層4を深く形成してもチャンネル長は短く
なる。また、p型半導体WJ4が深く形成されているた
めパンチ・スルー現象を有効に防止することができる。
For example, in the above embodiment, the n-type semiconductor layer was anisotropically etched with KOH, which is an alkali etchant, to form a substantially U-shaped groove, but the present invention is limited to such a U-shaped groove. For example, V
It may also be a letter-shaped groove. Alternatively, trenches with vertical sidewalls can be formed by reactive ion etching with carbon tetrachloride and oxygen gas, as shown in FIG. The configuration of other parts of the embodiment shown in FIG. 8 is the same as that shown in FIG. 3(d), and the same parts are designated by the same reference numerals. Also in the embodiment shown in FIG. 8, the edges 4a and 8a of the n-type semiconductor layer 4 and the n-medium semiconductor layer 8 are regulated by the side surfaces of the groove, so even if the n-type semiconductor layer 4 is formed deep, the channel length is becomes shorter. Furthermore, since the p-type semiconductor WJ4 is formed deeply, punch-through phenomenon can be effectively prevented.

また、第3図に示す実施例において、溝を形成する前ま
たは溝を形成した後に不純物を高濃度にドープしてp中
型半導体層3(第1図)を形成することもできる。
Furthermore, in the embodiment shown in FIG. 3, the p medium semiconductor layer 3 (FIG. 1) can be formed by doping impurities at a high concentration before or after forming the grooves.

また、上述した実施例ではゲート電極材料を多結晶シリ
コンとしたがこれに限られるものではなく、MO、Ni
 、Ti 、 Cr等の高融点金属や、モリブデンシリ
サイド、ニッケルシリサイド、白金シリサイド等の高融
点金属でもよい。また、n型半導体層とn型半導体層の
導電型は反対としてもよい。さらに、上述した例では縦
形電解効果トランジスタのうち、特にDSA  MO8
型半導体装置としたが、これに限定されるものではなく
、ゲート多結晶シリコン膜パターンをエミッタ、セルパ
ターンをベースとするかまたはこの逆にゲート多結晶シ
リコン膜パターンをベース、セルパターンをエミッタと
するバイポーラ型半導体装置に応用することもできる。
Further, in the above-described embodiment, the gate electrode material was polycrystalline silicon, but it is not limited to this, and MO, Ni
, Ti, Cr, or a high melting point metal such as molybdenum silicide, nickel silicide, platinum silicide, etc., may be used. Further, the conductivity types of the n-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer may be opposite. Furthermore, in the above example, among the vertical field effect transistors, especially the DSA MO8
However, the invention is not limited to this, and the gate polycrystalline silicon film pattern may be used as the emitter and the cell pattern as the base, or vice versa. It can also be applied to bipolar semiconductor devices.

さらに上述した実施例ではパワートランジスタとしたが
、高周波トランジスタやパワースイッチングトランジス
タとすることもできる。特に高耐圧トランジスタにおい
ては、フィールド・リミッティング・リングを本発明に
よって形成可能であるから、DSA−FETの他に5I
T(静電誘導トランジスタ)にも適用可能である。
Further, in the embodiments described above, a power transistor is used, but a high frequency transistor or a power switching transistor may also be used. In particular, in high voltage transistors, field limiting rings can be formed according to the present invention, so in addition to DSA-FETs, 5I
It is also applicable to T (static induction transistor).

(発明の効果) 以上のごとく、本発明によれば、半導体基体に溝を形成
し、この溝の側面によって第1および第2半導体層の縁
部を規制した構造としたため、第1半導体層を深く形成
しても横方向には拡がらず、チャンネル長を短くするこ
とができるとともにパンチ・スルー現象を阻止すること
ができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, a groove is formed in a semiconductor substrate, and the edges of the first and second semiconductor layers are regulated by the side surfaces of the groove. Even if it is formed deeply, it does not spread laterally, making it possible to shorten the channel length and prevent the punch-through phenomenon.

このようにチャンネル長を短くすることができることか
ら相互フンダクタンスg。が大きく、これがひいてはス
イッチング・スピードの向上を可能とし、高耐圧素子で
、スイッチング・スピードが速く、しかもオン抵抗の低
い大電力MO8型トランジスタを生産性の優れた製造方
法にて提供できる。
Since the channel length can be shortened in this way, the mutual fundductance g. This in turn makes it possible to improve the switching speed, and it is possible to provide a high-power MO8 type transistor that is a high breakdown voltage element, has a high switching speed, and has a low on-resistance using a highly productive manufacturing method.

また、多結晶シリコン膜パターンを上述したように構成
すればチャンネル幅を長くすることができ、電流容量に
応じた最適なソース電極取出し開口部が得られる効果も
ある。
Furthermore, if the polycrystalline silicon film pattern is configured as described above, the channel width can be increased, and an optimum source electrode extraction opening corresponding to the current capacity can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a ”)および(b)は本発明による縦形半導
体装置の一実施例の構成を示す平面図および断面図、 第2図(a)、(b)および(C)は本発明の縦形半導
体装置の他の実施例の構成を示す平面図断面図および斜
視断面図、 第3図(a ”)〜(d ”)は本発明による縦形半導
体装置の製造方法の一実施例の順次の製造工程における
構成を示した断面図、 第4図(a )および(b )は同じくそのさらに他の
実施例の構成を示す平面図および断面図、第5図〜第7
図はセルパターンの変形例を示す平面図、 第8図は本発明による縦形半導体装置のさらに他の実施
例の構成を示す断面図、 第9図(a )および(b)は従来の縦形電界効果トラ
ンジスタの構成を示す平面図および断面図、第10図(
a )〜(f)は同じくその順次の製造工程における構
成を示す断面図、 第11図(a )および(b )は従来の縦形電界効果
トランジスタの他の例の構成を示す平面図および断面図
である。 1・・・n十型半導体基板 2・・・n型エピタキシャル層 3・・・p十型半導体層 4・・・p型半導体層(第1半導体層)5a・・・第1
絶縁膜    5d・・・第2絶縁膜6・・・多結晶シ
リコン膜 6a・・・連続部分6b・・・独立部分 4a 、88.6A−・・縁部 8・・・n十型半導体11(第2半導体層)9a・・・
第1 AJ211極膜  9b・・・第2Aぶ電極膜1
0a 、 10b 、 10C・・・開口部12A・・
・環状部分    128.120・・・端部分120
、12E・・・連結部分 4A〜 4G、  4F、  4G、  4I、  4
J、  4L。 4M・・・拡大部 4D、  4E、  4H,4に、  4N・・・連結
部第2図 (C) 第1O図 (a) 第1O図 (d) (e) 手続補正書(方式) 昭和60年11  月12日 1、事件の表示 昭和60年特許 願第154241号 2 発明の名称 縦形半導体装置およびその製造方法 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 ティーディーケイ株式会社
FIGS. 1(a) and (b) are a plan view and a sectional view showing the structure of an embodiment of a vertical semiconductor device according to the present invention, and FIGS. A plan view sectional view and a perspective sectional view showing the structure of another embodiment of the vertical semiconductor device, and FIGS. 4(a) and 4(b) are plan views and sectional views showing the structure of still other embodiments, and FIGS. 5 to 7
The figure is a plan view showing a modified example of the cell pattern, FIG. 8 is a sectional view showing the configuration of still another embodiment of the vertical semiconductor device according to the present invention, and FIGS. 9 (a) and (b) are the conventional vertical electric field. A plan view and a cross-sectional view showing the structure of an effect transistor, FIG.
11(a) to 11(f) are sectional views showing the structure in the same sequential manufacturing process, and FIGS. 11(a) and 11(b) are a plan view and a sectional view showing the structure of another example of the conventional vertical field effect transistor. It is. 1...n-type semiconductor substrate 2...n-type epitaxial layer 3...p-type semiconductor layer 4...p-type semiconductor layer (first semiconductor layer) 5a...first
Insulating film 5d...Second insulating film 6...Polycrystalline silicon film 6a...Continuous portion 6b...Independent portion 4a, 88.6A-...Edge 8...n-type semiconductor 11 ( second semiconductor layer) 9a...
1st AJ211 electrode film 9b... 2nd AJ211 electrode film 1
0a, 10b, 10C...opening 12A...
・Annular part 128.120...end part 120
, 12E...Connection parts 4A to 4G, 4F, 4G, 4I, 4
J, 4L. 4M...Enlarged parts 4D, 4E, 4H, 4, 4N...Connection part Fig. 2 (C) Fig. 1O (a) Fig. 1O (d) (e) Procedural amendment (method) 1988 November 12, 1985 Patent Application No. 154241 2 Name of the invention Vertical semiconductor device and its manufacturing method 3 Person making the amendment Relationship with the case Patent applicant TDC Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、主面に溝を有する一導電型の半導体基体と、この半
導体基体の主面の溝の上に、第1絶縁膜を介して形成し
た半導体膜または導電体膜パターンと、このパターンの
開口内において、前記半導体基体の主面に、前記第1絶
縁膜を介して半導体膜または導電体膜パターンの一部と
一部分が重なる位置に形成され、縁部が前記溝の側面に
よって規制された低不純物濃度の逆導電型の第1半導体
層と、この第1半導体層内に、半導体膜または導電体膜
パターンの一部と一部分が重なるように形成され、縁部
が前記溝の側面によって規制された一導電型の第2半導
体層と、前記半導体膜または導電体膜を被覆するように
形成され、開口部を有する第2絶縁膜と、この第2絶縁
膜上に、その開口部を含むように形成した金属電極膜と
を具えることを特徴とする縦形半導体装置。 2、前記半導体膜または導電体膜パターンで囲まれた前
記第1半導体層の平面形状を、2の整数倍の多角形また
は円形の拡大部と、隣接する拡大部の間を連結する幅の
狭い連結部とを以つて構成したことを特徴とする特許請
求の範囲1記載の縦形半導体装置。 3、前記第1半導体層の拡大部を八角形状とし、2個以
上の隣接する拡大部の対向する辺間を連結部で連結した
ことを特徴とする特許請求の範囲2記載の縦形半導体装
置。 4、前記半導体膜または導電体膜パターンは、互いに連
続したパターン部分と、パターン開口部内に位置する独
立したパターン部分とを有し、これら連続パターン部分
と独立パターン部分とを前記金属電極膜を介して相互接
続したことを特徴とする特許請求の範囲1、2または3
記載の縦形半導体装置。 5、一導電型の半導体基体の主面に、異方性エッチング
により溝を形成する工程と、 前記半導体基体の主面に第1絶縁膜を形成 する工程と、 前記溝の上に位置する第1絶縁膜上に半導 体膜または導電体膜パターンを形成する工程と、 この半導体膜または導電体膜パターンをマ スクとして逆導電型のイオンを低濃度で注入して、縁部
が前記溝の側面によって規制された逆導電型の第1半導
体層を形成する工程と、前記半導体膜または導電体膜パ
ターンをマスクとして一導電型のイオンを注入して前記
第1半導体層内に縁部が前記溝の側面により規制された
一導電型の第2半導体層を形成する工程と、前記半導体
膜または導電体膜およびその開口を覆うように第2絶縁
膜を形成する工程と、この第2絶縁膜に選択的に開口を
形成して前記第1および第2半導体層を部分的に露出さ
せる工程と、 前記第2絶縁膜上に前記開口を覆うように金属電極膜を
形成する工程とを具えることを特徴とする縦形半導体装
置の製造方法。
[Claims] 1. A semiconductor substrate of one conductivity type having a groove on its main surface, and a semiconductor film or conductor film pattern formed over the groove on the main surface of this semiconductor substrate with a first insulating film interposed therebetween. In the opening of this pattern, a pattern is formed on the main surface of the semiconductor substrate at a position where it partially overlaps with a part of the semiconductor film or the conductor film pattern via the first insulating film, and the edge thereof is formed in the groove. A first semiconductor layer of the opposite conductivity type with a low impurity concentration regulated by the side surface is formed in this first semiconductor layer so as to partially overlap with a part of the semiconductor film or conductor film pattern, and the edge is a second semiconductor layer of one conductivity type regulated by the side surfaces of the groove; a second insulating film formed to cover the semiconductor film or the conductive film and having an opening; on the second insulating film; A vertical semiconductor device comprising a metal electrode film formed to include the opening. 2. The planar shape of the first semiconductor layer surrounded by the semiconductor film or conductor film pattern is made into a polygonal or circular enlarged portion that is an integral multiple of 2, and a narrow width that connects adjacent enlarged portions. 2. The vertical semiconductor device according to claim 1, further comprising a connecting portion. 3. The vertical semiconductor device according to claim 2, wherein the expanded portion of the first semiconductor layer has an octagonal shape, and opposing sides of two or more adjacent expanded portions are connected by a connecting portion. 4. The semiconductor film or conductor film pattern has a mutually continuous pattern portion and an independent pattern portion located within the pattern opening, and these continuous pattern portions and independent pattern portions are connected via the metal electrode film. Claim 1, 2 or 3 characterized in that the invention is interconnected with each other.
The vertical semiconductor device described above. 5. forming a groove on the main surface of a semiconductor substrate of one conductivity type by anisotropic etching; forming a first insulating film on the main surface of the semiconductor substrate; 1. Forming a semiconductor film or conductive film pattern on the insulating film, and using this semiconductor film or conductive film pattern as a mask, ions of the opposite conductivity type are implanted at a low concentration so that the edges are formed by the side surfaces of the trench. a step of forming a first semiconductor layer of a regulated opposite conductivity type, and implanting ions of one conductivity type into the first semiconductor layer using the semiconductor film or conductor film pattern as a mask so that an edge of the trench is formed in the first semiconductor layer; a step of forming a second semiconductor layer of one conductivity type regulated by the side surface; a step of forming a second insulating film to cover the semiconductor film or conductor film and its opening; forming an opening to partially expose the first and second semiconductor layers; and forming a metal electrode film on the second insulating film to cover the opening. A method for manufacturing a vertical semiconductor device characterized by:
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6627950B1 (en) 1988-12-27 2003-09-30 Siliconix, Incorporated Trench DMOS power transistor with field-shaping body profile and three-dimensional geometry
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WO2007065953A1 (en) * 2005-12-10 2007-06-14 X-Fab Semiconductor Foundries Ag Isolation trench intersection structure with reduced gap width

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