JPH07106558A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、トレンチコ−ナ−部におけるしき
い値の低下及び電流集中の発生を防止する。 【構成】Ｎ型エピタキシャル層15にメッシュ状のトレン
チゲ−ト16を設け、トレンチゲ−ト16の相互間にゲ−ト
酸化膜を介してボロンによるＰ型ベ−ス領域17を形成す
る。前記ゲ−ト酸化膜の側部且つＮ型エピタキシャル層
15の表面にＮ⁺ 型ソ−ス領域18を形成し、Ｎ⁺ 型ソ−ス
領域18はトレンチゲ−ト16のコ−ナ−16a近傍に形成さ
れない。即ち、コ−ナ−16a 近傍以外のトレンチゲ−ト
16の側部且つＮ型エピタキシャル層15の表面にＮ⁺ 型ソ
−ス領域18を形成し、このＮ型エピタキシャル層15、Ｐ
型ベ−ス領域17、Ｎ⁺ 型ソ−ス領域18及びトレンチゲ−
ト16等により縦型ＭＯＳトランジスタを構成する。従っ
て、トレンチコ−ナ−部におけるしきい値の低下及び電
流集中の発生を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置に関する
もので、特に縦型ＭＯＳトランジスタに使用されるもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来のトレンチをゲ−トとした縦型ＭＯ
Ｓトランジスタは三種類に大別される。すなわち、トレ
ンチに平行なソ−ス拡散層を有するライン状ゲ−トパタ
−ンの縦型ＭＯＳトランジスタ、トレンチに垂直なソ−
ス拡散層を有するライン状ゲ−トパタ−ンの縦型ＭＯＳ
トランジスタ、トレンチに平行なソ−ス拡散層を有する
メッシュ状、例えば四角形、六角形のゲ−トパタ−ンの
縦型ＭＯＳトランジスタに大別される。このうち、トレ
ンチに垂直なソ−ス拡散層を有するライン状ゲ−トパタ
−ンの縦型ＭＯＳトランジスタが一般的である。

【０００３】上記従来のライン状ゲ−トパタ−ンの縦型
ＭＯＳトランジスタでは、メッシュ状ゲ−トパタ−ンの
縦型ＭＯＳトランジスタに比べてチャネル密度が小さ
い。即ち、前記ライン状ゲ−トパタ−ンのチャネル密度
は、図３に示すように、２ａ／（ａ×ａ）であり、前記
メッシュ状ゲ−トパタ−ンのチャネル密度は、図４に示
すように、４ａ／（ａ×ａ）である。つまり、前記メッ
シュ状ゲ−トパタ−ンは前記ライン状ゲ−トパタ−ンの
約２倍の密度となる。したがって、低耐圧系のパワ−Ｍ
ＯＳＦＥＴでは、前記ライン状ゲ−トパタ−ンより前記
メッシュ状ゲ−トパタ−ンの方が有利となる。

【０００４】図５は、従来のメッシュ状ゲ−トパタ−ン
の縦型ＭＯＳトランジスタを示す平面図であり、図６
は、図５に示す縦型ＭＯＳトランジスタの４−４線に沿
った断面図である。Ｎ型₊ 型シリコン基板１２の表面上
にはＮ型エピタキシャル層５が設けられており、このＮ
型エピタキシャル層５にはメッシュ状のトレンチゲ−ト
６が設けられている。このトレンチゲ−ト６の相互間に
はゲ−ト酸化膜１０を介してボロンによるＰ型ベ−ス領
域７が形成されており、前記ゲ−ト酸化膜１０の側部且
つ前記Ｐ型ベ−ス領域７の表面にはＮ⁺ 型ソ−ス領域８
が形成されている。したがって、前記トレンチゲ−ト
６、Ｎ⁺ 型ソ−ス領域８、Ｎ型エピタキシャル層５及び
Ｐ型ベ−ス領域７によりＭＯＳトランジスタが構成さ
れ、このＭＯＳトランジスタのチャネルは前記Ｐ型ベ−
ス領域７に形成される。

【０００５】図７は、従来のライン状ゲ−トパタ−ン及
びメッシュ状ゲ−トパタ−ンそれぞれの縦型ＭＯＳトラ
ンジスタにおける面内位置としきい値Ｖ_thとの関係を示
すものである。１は、ライン状ゲ−トパタ−ンの面内位
置としきい値Ｖ_thとの関係を示すものである。２は、メ
ッシュ状ゲ−トパタ−ンの面内位置としきい値Ｖ_thとの
関係を示すものである。この図から、従来のメッシュ状
ゲ−トパタ−ンの縦型ＭＯＳトランジスタは、従来のラ
イン状ゲ−トパタ−ンのそれに比べてしきい値Ｖ_thが低
くなることが判る。

【０００６】図８は、図５に示すメッシュ状ゲ−トパタ
−ンの縦型ＭＯＳトランジスタにおけるトレンチコ−ナ
−部のゲ−ト酸化によるベ−ス濃度の低下を示す断面図
である。即ち、図８は、Ｎ型エピタキシャル層５にトレ
ンチ９が設けられ、このトレンチ９に厚さ１０ａが５０
０オングストロ−ム程度のゲ−ト酸化膜１０が形成され
た後のトレンチコ−ナ−９ａ近傍のＰ型ベ−ス領域７に
おけるベ−ス濃度が低下した部分７ａを示している。こ
のベ−ス濃度が低下した部分７ａは、Ｐ型ベ−ス領域７
において前記コ−ナ−９ａから所定の長さ１１、具体的
には５００オングストロ−ム程度の長さを有する部分で
ある。

【０００７】上記メッシュ状ゲ−トパタ−ンの縦型ＭＯ
Ｓトランジスタにおいて、ボロン濃度が３×１０¹⁷cm^-3
であるＰ型ベ−ス領域７を形成するボロンはゲ−ト酸化
膜１０中へ拡散し易いものであると考えられる。即ち、
ゲ−ト酸化膜１０が形成される際、このゲ−ト酸化膜１
０としてコ−ナ−９ａ角部のＳｉはトレンチライン部の
Ｓｉに比べより多く消費されるため、Ｐ型ベ−ス領域７
内のボロンがゲ−ト酸化膜１０中に多く取り込まれると
考えられる。このため、ゲ−ト酸化膜１０近傍のボロン
濃度は低くなり、特にトレンチライン同士がクロスする
コ−ナ−部９ａ近傍のボロン濃度が低くなる。このコ−
ナ−部９ａ近傍のベ−ス濃度が低下した部分７ａのボロ
ン濃度は、１×１０¹⁷cm^-3である。この結果、Ｐ型ベ−
ス領域７におけるチャネル部のベ−スピ−ク濃度が低下
し、しきい値が低くなると考えられる。このようなメッ
シュ状ゲ−トパタ−ンでは、低いゲ−ト電圧Ｖ_G を印加
した場合、チャネルはコ−ナ−部でしか開いていない。

【０００８】すなわち、上記メッシュ状ゲ−トパタ−ン
の縦型ＭＯＳトランジスタを動作させた場合、ベ−ス濃
度が低下した部分７ａにチャネルが形成され、この際の
縦型ＭＯＳトランジスタのチャネルのピ−ク濃度が低下
する。この結果、前記コ−ナ−部９ａにおいてのしきい
値が下がり、この縦型ＭＯＳトランジスタのしきい値Ｖ
_thは低下する。このしきい値Ｖ_thが低下する理由は、し
きい値Ｖ_thが、チャネル濃度、つまりチャネルピ−ク濃
度、ゲ−ト形状及びゲ−ト酸化膜の厚さに比例するもの
だからである。

【０００９】図９は、従来のライン状ゲ−トパタ−ン及
びメッシュ状ゲ−トパタ−ンそれぞれの縦型ＭＯＳトラ
ンジスタ（ＵＭＯＳＦＥＴ）におけるＩ_DS−（Ｖ_G −Ｖ
_th）特性の測定結果を示すものである。このＵＭＯＳＦ
ＥＴは、トレンチとトレンチとの間隔が８．４μｍ、ラ
イン状ゲ−トパタ−ンのチャネル密度が２３．８ｍ／ｃ
ｍ² 、メッシュ状ゲ−トパタ−ンのチャネル密度が４
１．９ｍ／ｃｍ² 、ライン状ゲ−トパタ−ンのしきい値
Ｖ_thが２．９３Ｖ、メッシュ状ゲ−トパタ−ンのしきい
値Ｖ_thが２．０４Ｖである。３は、ライン状ゲ−トパタ
−ンのＩ_DS−（Ｖ_G −Ｖ_th）特性を示すものである。４
は、メッシュ状ゲ−トパタ−ンのＩ_DS−（Ｖ_G −Ｖ_th）
特性を示すものである。

【００１０】この図によると、メッシュ状ゲ−トパタ−
ンでは、Ｉ_DSの立上りが鋭く、Ｖ_th付近で局所的に電流
が流れるモ−ドを示していることが判る。即ち、メッシ
ュ状ゲ−トパタ−ンでは、局所的電流集中が生じる。こ
の局所的電流集中は、そのゲ−ト形状及び前記コ−ナ−
部のしきい値の低下から、特にコ−ナ−部に電流集中が
起こり易いと考えられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のメッシュ状
ゲ−トパタ−ンの縦型ＭＯＳトランジスタでは、トレン
チコ−ナ−部近傍のボロン濃度が低くなることによるし
きい値Ｖ_thの低下およびトレンチコ−ナ−部に電流集中
が起こるという問題がある。

【００１２】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、トレンチコ−ナ−部に
チャネルを形成しないことにより、トレンチコ−ナ−部
におけるしきい値の低下及び電流集中の発生を防止した
半導体装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するため、半導体基板の表面上に設けられた第１導
電型の導電層と、前記導電層に設けられ、トレンチライ
ン同士がクロスする部分を有するトレンチゲ−トと、前
記トレンチゲ−トの相互間にゲ−ト酸化膜を介して形成
され、前記導電層に設けられた第２導電型の領域と、前
記第２導電型の領域の表面且つ前記クロスする部分以外
の前記トレンチゲ−トの側部に形成された第１導電型の
領域とを具備することを特徴としている。

【００１４】

【作用】この発明は、第１導電型の導電層にトレンチゲ
−トを設け、このトレンチゲ−トの相互間にゲ−ト酸化
膜を介して第２導電型の領域を形成し、この領域の表面
且つトレンチライン同士がクロスする部分以外の前記ト
レンチゲ−トの側部に第１導電型の領域を形成してい
る。すなわち、前記第１導電型の導電層、第１導電型の
領域、第２導電型の領域およびトレンチゲ−トによりＭ
ＯＳトランジスタを構成し、前記第２導電型の領域にお
いてチャネルを形成する。この場合、前記トレンチライ
ン同士がクロスする部分のトレンチゲ−トの側部に第１
導電型の領域を形成していないため、前記トレンチゲ−
トのクロスする部分の近傍にチャネルが形成されること
がない。この結果、前記クロスする部分の近傍において
しきい値が下がることがなく、この部分に局所的な電流
集中が起こることがない。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例に
ついて説明する。図１は、この発明の実施例による半導
体装置、即ちメッシュ状ゲ−トパタ−ンの縦型ＭＯＳト
ランジスタを示す平面図であり、図２は、図１に示す１
−１線に沿った断面図である。Ｎ⁺ 型シリコン基板２１
の表面上にはＮ型エピタキシャル層１５が設けられてお
り、このＮ型エピタキシャル層１５にはメッシュ状のト
レンチゲ−ト１６が設けられている。このトレンチゲ−
ト１６の相互間にはゲ−ト酸化膜２２を介してボロンに
よるＰ型ベ−ス領域１７が形成されている。前記ゲ−ト
酸化膜２２の側部且つ前記Ｐ型ベ−ス領域１７の表面に
はＮ⁺ 型ソ−ス領域１８が形成されている。このＮ⁺ 型
ソ−ス領域１８はトレンチゲ−ト１６のコ−ナ−１６ａ
近傍には形成されず、具体的に言えば、前記コ−ナ−１
６ａから５００オングストロ−ム程度の間１６ｂには前
記Ｎ⁺ 型ソ−ス領域１８が形成されていない。即ち、ト
レンチゲ−ト１６のコ−ナ−１６ａ近傍以外におけるト
レンチゲ−ト１６の側部近傍且つＮ型エピタキシャル層
１５の表面近傍にＮ⁺ 型ソ−ス領域１８が形成されてい
る。したがって、前記Ｎ型エピタキシャル層１５、前記
Ｐ型ベ−ス領域１７、前記Ｎ⁺ 型ソ−ス領域１８及び前
記トレンチゲ−ト１６等により縦型ＭＯＳトランジスタ
が構成されており、前記Ｐ型ベ−ス領域１７においてチ
ャネルが形成される。

【００１６】上記実施例によれば、前記ゲ−ト酸化膜２
２の側部且つＮ型エピタキシャル層１５の表面にＮ⁺ 型
ソ−ス領域１８を形成しているけれど、このＮ⁺ 型ソ−
ス領域１８をトレンチゲ−ト１６のコ−ナ−１６ａ近傍
には形成していない。このため、Ｐ型ベ−ス領域１７に
おいてトレンチゲ−ト１６のコ−ナ−１６ａ近傍に縦型
ＭＯＳトランジスタのチャネルが形成されることがな
い。したがって、前述したように、ゲ−ト酸化膜２２を
形成する際にＰ型ベ−ス領域１７におけるボロンがゲ−
ト酸化膜２２に吸収されて、特にコ−ナ−１６ａ近傍の
ボロン濃度が低下しても、トレンチゲ−ト１６のコ−ナ
−１６ａ近傍にチャネルが形成されない。このため、前
記コ−ナ−１６ａ近傍においてのしきい値が下がること
がない。この結果、この縦型ＭＯＳトランジスタのしき
い値の低下を防止することができ、このため、前記コ−
ナ−１６ａ近傍に発生する局所的電流集中を防止するこ
とができる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
第２導電型の領域の表面且つトレンチライン同士がクロ
スする部分以外のトレンチゲ−トの側部に第１導電型の
領域を形成している。したがって、トレンチコ−ナ−部
にチャネルが形成されることがなく、トレンチコ−ナ−
部におけるしきい値の低下及び電流集中の発生を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例による半導体装置、即ちメッ
シュ状ゲ−トパタ−ンの縦型ＭＯＳトランジスタを示す
平面図。

【図２】この発明の図１に示す１−１線に沿った断面
図。

【図３】従来のライン状ゲ−トパタ−ンを示す平面図。

【図４】従来のメッシュ状ゲ−トパタ−ンを示す平面
図。

【図５】従来のメッシュ状ゲ−トパタ−ンの縦型ＭＯＳ
トランジスタを示す平面図。

【図６】図５に示す４−４線に沿った断面図。

【図７】従来のライン状ゲ−トパタ−ン及びメッシュ状
ゲ−トパタ−ンそれぞれの縦型ＭＯＳトランジスタにお
ける面内位置としきい値Ｖ_thとの関係を示す図。

【図８】図５に示すメッシュ状ゲ−トパタ−ンの縦型Ｍ
ＯＳトランジスタにおけるトレンチコ−ナ−部のゲ−ト
酸化によるベ−ス濃度の低下を示す断面図。

【図９】従来のライン状ゲ−トパタ−ン及びメッシュ状
ゲ−トパタ−ンそれぞれの縦型ＭＯＳトランジスタにお
けるＩ_DS−（Ｖ_G −Ｖ_th）特性の測定結果を示す図。

【符号の説明】

15…Ｎ型エピタキシャル層、16…メッシュ状のトレンチ
ゲ−ト、16a …コ−ナ−、17…Ｐ型ベ−ス領域、18…Ｎ
⁺ 型ソ−ス領域、21…Ｎ⁺ 型シリコン基板、22…ゲ−ト
酸化膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の表面上に設けられた第１導
   電型の導電層と、 前記導電層に設けられ、トレンチライン同士がクロスす
   る部分を有するトレンチゲ−トと、 前記トレンチゲ−トの相互間にゲ−ト酸化膜を介して形
   成され、前記導電層に設けられた第２導電型の領域と、 前記第２導電型の領域の表面且つ前記クロスする部分以
   外の前記トレンチゲ−トの側部に形成された第１導電型
   の領域と、 を具備することを特徴とする半導体装置。