JPH02206175A - Mos型半導体装置 - Google Patents

Mos型半導体装置

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JPH02206175A
JPH02206175A JP1026945A JP2694589A JPH02206175A JP H02206175 A JPH02206175 A JP H02206175A JP 1026945 A JP1026945 A JP 1026945A JP 2694589 A JP2694589 A JP 2694589A JP H02206175 A JPH02206175 A JP H02206175A
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JP
Japan
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recess
polycrystalline silicon
insulating film
gate
trenches
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JP1026945A
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Katsunori Ueno
勝典 上野
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/64Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/66Vertical DMOS [VDMOS] FETs
    • H10D30/668Vertical DMOS [VDMOS] FETs having trench gate electrodes, e.g. UMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/01Manufacture or treatment
    • H10D12/031Manufacture or treatment of IGBTs
    • H10D12/032Manufacture or treatment of IGBTs of vertical IGBTs
    • H10D12/038Manufacture or treatment of IGBTs of vertical IGBTs having a recessed gate, e.g. trench-gate IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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    • H10D64/20Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions 
    • H10D64/27Electrodes not carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. gates
    • H10D64/311Gate electrodes for field-effect devices
    • H10D64/411Gate electrodes for field-effect devices for FETs
    • H10D64/511Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs
    • H10D64/512Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates
    • H10D64/513Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates within recesses in the substrate, e.g. trench gates, groove gates or buried gates

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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体基板に凹所を形成してMOSFF、T
のチャネルが表面に対しほぼ垂直方向に形成される電力
用MOS F ETまたは伝導度変訓型MOSFET 
 (以下、I G B Tと略)などのMO8型半導体
装置に関する。
〔従来の技術〕
電力用MOS F ETやI GBTのような基板面に
垂直方向に主電流を流すたて形の電力用素子においては
、オン状態での素子抵抗を下げるために、集積密度を高
くする努力が払われてきた。そのための方法の一つに、
基板表面にV字形の凹所を形成するものがあるが、ゲー
トの切り込み構造がV字形のため、面積利用効率が上が
らないとして、例えば特公昭57−35591号公報、
特公昭63−8624号公報に記載されているような1
U字形構造が提案されている。
第2図はU字形構造のたて形電力用MOSFETの断面
を示す。低不純物濃度N層1をはさんでN゛ ドレイン
層2とPベース層3を有するシリコン基板のPベース層
側の表面からU字形で幅A深さBの凹所4が形成されて
いる。Pベース層の表面部には凹所4に接してN+ソー
ス層5が形成され、凹所4に内部には絶縁膜6を介して
多結晶シリコンゲート7が堆積されている。絶縁膜5に
覆われないPベース層3およびソース層5にはソース電
極8が接触し、N+ ドレイン層2にはドレイン電極9
が接触している。この構造の素子において、ゲート7に
電圧を印加することにより凹所4の側壁に接するPベー
ス層3のソース層5とN層1の間にNチャネルが形成さ
れ、電子電流が流れる。この構造はチャネルを凹所の側
壁に形成するため、主電流の通流に利用される素子の面
積効率が高いという特徴がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
第2図におけるPベース層3の厚さは、電力用MOSF
ETの場合1〜2IrIa程度であるが、IGBTの場
合は、3〜8μとより深い場合がある。
従ってこれにあわせて、U字形の凹所4も深い必要があ
る。深さは3〜8Irm程度が考えられる。このような
深い溝は、ウェハプロセスを困難にする。
深い溝があるとフォトレジストを塗布する際に、むらが
発生したり、フォトプロセスのマスク合わせが難しく、
合わせ精度が劣化するなどがある。
この対策として第2図にあるように、多結晶シリコンを
埋め込み平坦化を行い、これらの問題を解決することが
考えられる。平坦化は、LSIの加工では、よく知られ
た技術で、段差による電極配線の段切れ防止やメモリの
トレンチセルを多結晶シリコンで埋め込むのに使われて
いる。第3図にその方法の一例を示した。この方法は多
結晶シリコン33により基板31の凹所32を埋め込み
、そのあと、平坦な形状に削ろうというものである。第
3図(11)でII A 、深さBの寸法の凹所32を
図Q)lにおいて多結晶シリコン33で埋める。このと
き多結晶シリコン33は、幅Aの半分以上の厚さに堆積
させないと、凹所32は埋まらない。そのあと、全面を
エツチングすると、図(C)のように平坦な形状が得ら
れる。この方法において、メモリのトレンチセルのよう
に、A−1,n、B=4−程度のものは、多結晶シリコ
ンを1μ前後堆積すればよいが、第2図に示した電力用
MOSFETや、IGBTの場合には、A=10〜2O
nと非常に広<、10〜20−も多結晶シリコンを堆積
させることは現実的ではない。もう一つの平坦化は第3
図山)の段階で、多結晶シリコン33を深さBよりも厚
く堆積し、そのあと、レジストや液体がガラスなどを塗
布して、多結晶シリコン表面の凹凸を平坦にしてから、
全面を一様にエッチバックして、最終的に平坦な表面を
得る方法がある。このときでも、前述のようにBが3〜
8μである場合には、それ以上の厚さに多結晶シリコン
を厚くつむのは大変困難である。
本発明は、上述の問題を解決し、凹所内に堆積される多
結晶シリコンの表面の平坦化が容易なMO8型半導体装
置を提供することを目的とする。
(Ill!!を解決するための手段〕 上記の目的を達成するために、本発明のMOS型半導体
装置は、半導体基板の表面から形成される外側の幅の狭
い深い溝とその外側の溝間を連結する内側の浅い溝から
なる凹所を有し、その凹所の内面は絶縁膜で覆われ、そ
の絶縁膜で覆われた内面の内側の空間に多結晶シリコン
で充填されて電圧印加可能のゲートを構成し、半導体基
板の深い溝の外側の側壁の基板表面に接して異なる導電
形のソース層が設けられたものとする。
〔作用〕
ゲートへの電圧印加により半導体基板の深い溝の外側の
側壁に絶縁膜を介してソース層を一端とするチャネルが
住することは、従来のU字形の凹所を有するMOS型半
導体装置と同じである。そして幅の狭い深い溝の部分も
それを連結する浅い溝の部分も多結晶シリコンの薄い堆
積で充填することができる。従って最深部で3〜8Jn
aの深さを有する凹所の表面部分の平坦化は容易である
〔実施例〕
第1図は本発明の一実施例のたて形MOSFETを示し
、第2図と共通の部分には同一の符号が付されている。
この場合凹所は逆U字形の形状を有し、外側の側壁にチ
ャネルを形成するための凹所4は深さB11幅A2の溝
41よりなっており、この溝の内側にはより浅いBiの
深さの溝42が設けられて溝41を連結している。その
他の構造は第2図の従来の素子と同様である。この素子
の凹所4に多結晶シリコンゲート7を形成するには、溝
41と溝42をそれぞれ多結晶シリコンで埋めればよい
そのためには、深い溝41の幅A2の半分と浅い溝の深
さB2のうちの大きい方より厚く多結晶シリコンを堆積
すればよいが、A!、Btの何れも数−程度にすること
が可能で、数μの堆積で十分である。従って、凹所の幅
A 1.最大深さB1は任意の寸法にすることができ、
面積利用効率を向上させることができる。
第4図(al〜(1)はこのような素子のゲート形成の
工程を示す。図aに示すN−シリコン基板11の表面に
酸化膜12を形成しバターニングする (図b)。
この酸化膜12は溝掘りエツチングのマスクとなるもの
でちっ化膜等を用いてもよい。このマスクを用いて先ず
深い溝41をドライエツチングで掘る(図C)。次いで
マスク12の中央部を除去しく図d)、さらに溝をエツ
チングして浅い溝42と深い溝41からなる2段の凹所
4を形成する (図e)。このあと、マスク12を除去
し、半導体表面に凹所4の内壁を含めて絶縁膜、例えば
酸化膜6を被着したのち、深い溝41の幅の半分と浅い
溝42の深さのうちの大きい方の厚さだけ多結晶シリコ
ン7を堆積すれば、凹所4はすべて多結晶シリコン7で
埋められる(図f)。表面には段差が生ずるが、段差の
高さは浅い溝42の深さ程度である。次いで、表面にレ
ジスト膜13を塗布して表面を平坦にしく図g)、全体
を一様にエッチバックして多結晶シリコンゲート7の表
面を基板11の酸化膜面と同一平面にする。
あとは通常のたて形MOS F ETの製造工程と同じ
で、不純物拡散でPベース層3を形成する。このあと、
第1図に示したソース層5.ドレイン層2の拡散、ゲー
ト上絶縁膜6の形成、金属電極8゜9の形成等の工程が
あるが、本発明と直接関係ないので省略した。
なお、ドレイン側のN+層2を21層でおきかえればそ
のままIGBTになる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ゲートを収容するU字形凹所を深い溝
と浅い溝からなる逆U字形にすることにより、多結晶シ
リコンの薄い堆積でも凹所を多結晶シリコンで充填する
ことが可能となり、基板の深い部分に達するチャネル生
成のためのゲートの形成、表面の平坦化が容易になり、
基板の面積利用効率が改善され、MOS型半導体装置の
集積密度の向上に極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のたて形電力用MOSFET
の断面図、第2図は従来のU字形構造をもつたて形電力
用MOSFETの断面図、第3図(a)〜TC)は凹所
平坦化方法の例を示す断面図、第4図1a) 〜(11
は第1図に示したMOSFETのゲート部製造工程を順
次示す断面図である。 1:N−低不純物濃度層、2:N゛ ドレイン層、3:
Pベース層、4:凹所、41;深い溝、42:浅い溝、
5:ソース層、6:絶縁膜、7:多結晶シリコンゲート
、8:ソース電極、9ニドレイン電第3 4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板の表面から形成される外側の幅の狭い
    溝とその外側の溝間を連結する内側の浅い溝からなる凹
    所を有し、その凹所の内面は絶縁膜で覆われ、その絶縁
    膜で覆われた内面の内側の空間に多結晶シリコンで充填
    されて電圧印加可能のゲートが形成され、半導体基板の
    深い溝の外側の側壁の基板表面に接して異なる導電形の
    ソース層が設けられたことを特徴とするMOS型半導体
    装置。
JP1026945A 1989-02-06 1989-02-06 Mos型半導体装置 Pending JPH02206175A (ja)

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