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JP2000260785A - Vertical semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Vertical semiconductor device and method of manufacturing the same

Info

Publication number
JP2000260785A
JP2000260785A JP11066829A JP6682999A JP2000260785A JP 2000260785 A JP2000260785 A JP 2000260785A JP 11066829 A JP11066829 A JP 11066829A JP 6682999 A JP6682999 A JP 6682999A JP 2000260785 A JP2000260785 A JP 2000260785A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
buried gate
insulating film
gate electrode
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11066829A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Uesugi
勉 上杉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP11066829A priority Critical patent/JP2000260785A/en
Publication of JP2000260785A publication Critical patent/JP2000260785A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 面積効率を低減させることなくIEGTを製
造する方法を提供すること。 【解決手段】 単結晶シリコン層45が選択的にエッチ
ング除去されることにより、埋め込みゲート電極11、
13、15、17が形成される。次に、埋め込みゲート
電極間に非晶質シリコン層55が形成される。そして、
固相エピタキシャル成長により非晶質シリコン層55を
単結晶シリコン層57にする。
(57) [Problem] To provide a method for manufacturing IEGT without reducing area efficiency. SOLUTION: A single-crystal silicon layer 45 is selectively removed by etching, so that a buried gate electrode 11,
13, 15, 17 are formed. Next, an amorphous silicon layer 55 is formed between the buried gate electrodes. And
The amorphous silicon layer 55 is turned into a single crystal silicon layer 57 by solid phase epitaxial growth.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、埋め込みゲート電
極間にベース層が形成された縦型半導体素子及びその製
造方法に関する。
The present invention relates to a vertical semiconductor device having a base layer formed between buried gate electrodes and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【背景技術】IGBT(Insulated Gate
BipolarTransistor)は、MOSゲ
ートをもつバイポーラトランジスタである。IGBTは
MOSFETの高速スイッチング特性及び電圧駆動特性
並びにバイポーラトランジスタの低ON電圧特性を有す
る。IGBTはパワーエレクトロニクスの分野で注目さ
れている素子である。図16はIGBTの一例の断面図
である。このIGBTは、トランジスタ技術speci
al No.54(CQ出版社)の第34頁に開示され
ている。
BACKGROUND ART IGBT (Insulated Gate)
Bipolar Transistor is a bipolar transistor having a MOS gate. The IGBT has a high-speed switching characteristic and a voltage driving characteristic of a MOSFET and a low ON voltage characteristic of a bipolar transistor. The IGBT is an element that has attracted attention in the field of power electronics. FIG. 16 is a sectional view of an example of the IGBT. This IGBT is a transistor technology special
al No. 54 (CQ Publishing Company), page 34.

【0003】まず、このIGBTの構造について説明す
る。IGBT100はコレクタ電極102、p+型コレ
クタ層104、n+型バッファ層106、n-型エピタキ
シャル層108、p型ベース層110を積層した構造を
している。IGBT100にはp型ベース層110を貫
通し、n-型エピタキシャル層108に到達するトレン
チ124、126を所定の間隔で形成されている。トレ
ンチ124内には埋め込みゲート電極116が形成され
ている。トレンチ124内には埋め込みゲート電極11
6を覆うように、ゲート酸化膜120が形成されてい
る。p型ベース層110の表面にはn+型エミッタ層1
12が形成されている。n+型エミッタ層112はトレ
ンチ124と接触している。また、トレンチ126内に
は埋め込みゲート電極118が形成されている。トレン
チ126内には埋め込みゲート電極118を覆うよう
に、ゲート酸化膜122が形成されている。p型ベース
層110の表面にはn+型エミッタ層114が形成され
ている。n+型エミッタ層114はトレンチ126と接
触している。
First, the structure of the IGBT will be described. The IGBT 100 has a structure in which a collector electrode 102, a p + -type collector layer 104, an n + -type buffer layer 106, an n -- type epitaxial layer 108, and a p-type base layer 110 are stacked. In the IGBT 100, trenches 124 and 126 that penetrate the p-type base layer 110 and reach the n -type epitaxial layer 108 are formed at predetermined intervals. A buried gate electrode 116 is formed in the trench 124. The buried gate electrode 11 is formed in the trench 124.
6, a gate oxide film 120 is formed. On the surface of p-type base layer 110, n + -type emitter layer 1
12 are formed. N + type emitter layer 112 is in contact with trench 124. A buried gate electrode 118 is formed in the trench 126. A gate oxide film 122 is formed in trench 126 so as to cover buried gate electrode 118. An n + -type emitter layer 114 is formed on the surface of the p-type base layer 110. N + type emitter layer 114 is in contact with trench 126.

【0004】次に、このIGBTの動作について説明す
る。(1)埋め込みゲート電極116、118に正電圧
を印加する。これにより、p型ベース層110であっ
て、かつゲート酸化膜120、122の近傍にはn型の
チャネルが形成される。(2)p+型コレクタ層104
とn-型エピタキシャル層108との間は順バイアスさ
れる。これにより、p+型コレクタ層104からn-型エ
ピタキシャル層108へ正孔の注入が起こる。(3)注
入された正孔のプラス電荷と同じだけの電子がn-型エ
ピタキシャル層108に集まるので、n-型エピタキシ
ャル層108の抵抗が低下する。以上の(1)、
(2)、(3)により、IGBT100がONする。
Next, the operation of the IGBT will be described. (1) A positive voltage is applied to the buried gate electrodes 116 and 118. Thus, an n-type channel is formed in the p-type base layer 110 and near the gate oxide films 120 and 122. (2) p + type collector layer 104
And n -type epitaxial layer 108 is forward-biased. As a result, holes are injected from the p + -type collector layer 104 into the n -type epitaxial layer 108. (3) as many electrons as injected holes of positive charges the n - so gather -type epitaxial layer 108, n - resistance type epitaxial layer 108 is lowered. (1) above,
The IGBT 100 is turned on by (2) and (3).

【0005】ところで、IGBTは低ON電圧化が求め
られている。n-型エピタキシャル層108の濃度を高
くすると、低ON電圧化が図られる。しかし、これでは
IGBTの耐圧が低下する。上記したように、注入され
た正孔のプラス電荷と同じだけの電子がn-型エピタキ
シャル層108に集まる。よって、n-型エピタキシャ
ル層108に注入される正孔の密度を高くなるようにす
れば、n-型エピタキシャル層108の抵抗を下げつ
つ、耐圧を保てる。
[0005] Incidentally, the IGBT is required to have a low ON voltage. When the concentration of the n -type epitaxial layer 108 is increased, the ON voltage can be reduced. However, this lowers the breakdown voltage of the IGBT. As described above, as many electrons as the positive charges of the injected holes are collected in the n -type epitaxial layer 108. Therefore, when the density of holes injected into the n -type epitaxial layer 108 is increased, the breakdown voltage can be maintained while lowering the resistance of the n -type epitaxial layer 108.

【0006】n-型エピタキシャル層108に注入され
る正孔の密度を高くなるようできる構造として、埋め込
みゲート電極116と埋め込みゲート電極118との間
の距離を短くし、かつ埋め込みゲート電極116、11
8の横方向の長さを大きくする構造がある。このこと
は、IEDM93の第679頁〜第682頁に開示され
ている。具体的なパラメータとして、この文献によれ
ば、埋め込みゲート電極間の距離が3μm、埋め込みゲ
ート電極の横方向の長さが10μmである。
As a structure that can increase the density of holes injected into the n -type epitaxial layer 108, the distance between the buried gate electrodes 116 and 118 is reduced, and the buried gate electrodes 116 and 11 are formed.
There is a structure in which the lateral length of 8 is increased. This is disclosed in IEDM93 at pages 679-682. As specific parameters, according to this document, the distance between the buried gate electrodes is 3 μm, and the lateral length of the buried gate electrode is 10 μm.

【0007】ところで、横方向の長さが10μmの埋め
込みゲート電極を形成するためには、横方向の長さが1
0μmのトレンチに、埋め込みゲート電極となる膜(例
えば、ポリシリコン膜)を埋め込まなければならない。
この場合、トレンチの横方向の長さと同程度の厚みのポ
リシリコン膜でなければ、トレンチ内を完全にポリシリ
コン膜で埋め込むことができない。しかしながら、この
膜厚の大きさは、通常の半導体装置の製造技術で用いら
れるポリシリコン膜の厚みの10〜20倍に相当する。
このような厚みのポリシリコン膜をプロセス上実現する
のは困難である。
By the way, in order to form a buried gate electrode having a horizontal length of 10 μm, a horizontal length of 1 μm is required.
A film (for example, a polysilicon film) serving as a buried gate electrode must be buried in the 0 μm trench.
In this case, the trench cannot be completely filled with the polysilicon film unless the polysilicon film has the same thickness as the lateral length of the trench. However, this thickness is equivalent to 10 to 20 times the thickness of the polysilicon film used in the ordinary semiconductor device manufacturing technology.
It is difficult to realize a polysilicon film having such a thickness in a process.

【0008】そこで、IGBTの改良型であるIEGT
(Injection−Enhanced Gate
BipolarTransistor)が開発された。
図17は上記IEDM93に開示されたIEGTの立体
断面図である。IEGT200はアノード電極202、
p型エミッタ層204、n型バッファ層206、n-
ベース層208、p型ベース層を積層した構造をしてい
る。IEGT200にはp型ベース層を貫通し、n-
ベース層208に到達するトレンチ222、224、2
26、228、230が所定の間隔で形成されている。
これらのトレンチによりp型ベース層はp型ベース層2
10、212、214、216に分けられている。p型
ベース層210の表面にはn型ソース層218が形成さ
れている。p型ベース層216の表面にはn型ソース層
220が形成されている。トレンチ222、224、2
26、228、230内には、それぞれ、埋め込みゲー
ト電極232、234、236、238、240が形成
されている。これらの埋め込みゲート電極はゲート酸化
膜で覆われている。
[0008] Therefore, IEGT, which is an improved type of IGBT,
(Injection-Enhanced Gate
BipolarTransistor) was developed.
FIG. 17 is a three-dimensional sectional view of the IEGT disclosed in the IEDM 93. IEGT 200 has an anode electrode 202,
It has a structure in which a p-type emitter layer 204, an n-type buffer layer 206, an n -type base layer 208, and a p-type base layer are stacked. The IEGT 200 has trenches 222, 224, 2, which penetrate the p-type base layer and reach the n -type base layer 208.
26, 228 and 230 are formed at predetermined intervals.
With these trenches, the p-type base layer becomes the p-type base layer 2.
10, 212, 214, and 216. On the surface of p-type base layer 210, n-type source layer 218 is formed. On the surface of p-type base layer 216, n-type source layer 220 is formed. Trenches 222, 224, 2
Buried gate electrodes 232, 234, 236, 238, 240 are formed in 26, 228, 230, respectively. These buried gate electrodes are covered with a gate oxide film.

【0009】IEGT200において、埋め込みゲート
電極間の距離は例えば3μmとされ、埋め込みゲート電
極の横方向の長さは例えば1μmとされている。すべて
の埋め込みゲート電極同士が電気的に接続されている。
すべてのp型ベース層210、212、214、216
にはソース層が形成されておらず、10個のp型ベース
層につき、一個のソース層が形成されている。これによ
り、埋め込みゲート電極間の距離が3μm、埋め込みゲ
ート電極の横方向の長さが10μmである構造と同等の
構造を実現している。
In IEGT 200, the distance between the buried gate electrodes is, for example, 3 μm, and the lateral length of the buried gate electrodes is, for example, 1 μm. All the buried gate electrodes are electrically connected to each other.
All p-type base layers 210, 212, 214, 216
No source layer is formed, and one source layer is formed for every ten p-type base layers. Thus, a structure equivalent to a structure in which the distance between the buried gate electrodes is 3 μm and the length of the buried gate electrode in the horizontal direction is 10 μm is realized.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図17に示す
構造では、n型ソース層が形成されていないp型ベース
層が多数存在する(例えばp型ベース層212、21
4)。このようなp型ベース層はデッドスペースとな
り、面積効率が悪くなる。これが、例えば、IEGTの
ON電圧の低減を妨げる要因となる。
However, in the structure shown in FIG. 17, there are a number of p-type base layers in which no n-type source layer is formed (for example, p-type base layers 212 and 21).
4). Such a p-type base layer becomes a dead space, resulting in poor area efficiency. This is a factor that hinders a reduction in the ON voltage of the IEGT, for example.

【0011】本発明は係る課題を解決するためになされ
たものであり、面積効率を低減することのない縦型半導
体素子及びその製造方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a vertical semiconductor device which does not reduce the area efficiency and a method for manufacturing the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、埋め込みゲー
ト電極間に第1の導電型のベース層が形成された縦型半
導体素子の製造方法であって、(a)第1の導電型であ
る第1の層及び第2の導電型である第2の層を含む積層
構造において、第1のゲート絶縁膜となる第1の絶縁膜
が前記第2の層上に形成される工程と、(b)埋め込み
ゲート電極となる第3の層が第1の絶縁膜上に形成され
る工程と、(c)第3の層が選択的にエッチング除去さ
れることにより、埋め込みゲート電極が第1の絶縁膜上
に形成される工程と、(d)第2のゲート絶縁膜が埋め
込みゲート電極の側面に形成される工程と、(e)第1
の単結晶層を含む第4の層が埋め込みゲート電極間に形
成される工程と、(f)ベース層が第4の層中に形成さ
れる工程と、(g)第2の導電型である第5の層がベー
ス層中に形成される工程と、を備える。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a vertical semiconductor device in which a base layer of a first conductivity type is formed between buried gate electrodes. A step of forming a first insulating film serving as a first gate insulating film on the second layer in a stacked structure including a certain first layer and a second layer of a second conductivity type; (B) a step of forming a third layer to be a buried gate electrode on the first insulating film; and (c) a step of selectively etching and removing the third layer so that the buried gate electrode becomes the first layer. (D) forming a second gate insulating film on the side surface of the buried gate electrode; and (e) forming a first gate insulating film on the side surface of the buried gate electrode.
Forming a fourth layer including a single crystal layer between the buried gate electrodes, (f) forming a base layer in the fourth layer, and (g) a second conductivity type. Forming a fifth layer in the base layer.

【0013】本発明に係る縦型半導体素子の製造方法
は、トレンチに埋め込みゲート電極が形成されるのでは
ない。まず、第3の層が選択的にエッチング除去される
ことにより、埋め込みゲート電極が形成される。そし
て、埋め込みゲート電極間に第1の単結晶層を含む第4
の層が形成される。したがって、面積効率を低減するこ
となく、埋め込みゲート電極間の距離を短くし、かつ埋
め込みゲート電極の横方向の長さを大きくする構造にす
ることができる。
In the method of manufacturing a vertical semiconductor device according to the present invention, a buried gate electrode is not formed in a trench. First, a buried gate electrode is formed by selectively etching away the third layer. And a fourth layer including the first single crystal layer between the buried gate electrodes.
Is formed. Therefore, a structure in which the distance between the buried gate electrodes is shortened and the length of the buried gate electrode in the lateral direction can be increased without reducing the area efficiency.

【0014】本発明に係る縦型半導体素子の製造方法
は、工程(e)は、第1の非晶質層を含む第6の層が埋
め込みゲート電極間であって、かつ露出している第2の
層上に形成される工程と、固相エピタキシャル成長によ
り第6の層が単結晶化され、第4の層にされる工程と、
を備えるのが好ましい。この工程は、第1の単結晶層を
含む第4の層が埋め込みゲート電極間に直接形成される
のではない。まず、第1の非晶質層を含む第6の層が埋
め込みゲート電極間であって、かつ露出している第2の
層上に形成される。第2の層をシード結晶部とした固相
エピタキシャル成長により第6の層が単結晶化され、第
4の層にされるのである。
In the method for manufacturing a vertical semiconductor device according to the present invention, in the step (e), the sixth layer including the first amorphous layer is located between the buried gate electrodes and is exposed. A step of forming a sixth layer on the second layer, a step of single-crystallizing the sixth layer by solid phase epitaxial growth to form a fourth layer,
It is preferable to provide In this step, the fourth layer including the first single crystal layer is not formed directly between the buried gate electrodes. First, a sixth layer including a first amorphous layer is formed between the buried gate electrodes and on the exposed second layer. The sixth layer is single-crystallized by solid phase epitaxial growth using the second layer as a seed crystal part, and is turned into a fourth layer.

【0015】本発明に係る縦型半導体素子の製造方法
は、工程(a)と工程(b)との間に、(h)埋め込み
ゲート電極の形成領域下にある第1の絶縁膜が残され、
かつベース層の形成領域下にある第1の絶縁膜が除去さ
れることにより、第2の層を露出させる開口部が形成さ
れる工程を含むのが好ましい。
In the method for manufacturing a vertical semiconductor device according to the present invention, (h) the first insulating film below the buried gate electrode formation region is left between the steps (a) and (b). ,
Preferably, the method further includes a step of forming an opening for exposing the second layer by removing the first insulating film below the formation region of the base layer.

【0016】本発明に係る縦型半導体素子の製造方法
は、工程(b)において、第3の層が第2の単結晶層を
含むのが好ましい。第2のゲート絶縁膜を埋め込みゲー
ト電極の側面に形成する方法の一例として熱酸化があ
る。この場合、埋め込みゲート電極の層が単結晶のほう
が、多結晶のときより第2のゲート絶縁膜(酸化膜)の
耐圧が大きくなるのである。
In the method of manufacturing a vertical semiconductor device according to the present invention, in the step (b), the third layer preferably includes a second single crystal layer. An example of a method for forming the second gate insulating film on the side surface of the buried gate electrode is thermal oxidation. In this case, the withstand voltage of the second gate insulating film (oxide film) is higher when the buried gate electrode layer is single crystal than when it is polycrystalline.

【0017】本発明に係る縦型半導体素子の製造方法
は、工程(b)において、第2の非晶質層を含む第7の
層が第1のゲート絶縁膜上及び開口部のところで露出し
ている第2の層上に形成される工程と、固相エピタキシ
ャル成長により第7の層が単結晶化され、第3の層にさ
れる工程と、を含むのが好ましい。この工程は、第2の
単結晶層を含む第3の層が埋め込みゲート電極間に直接
形成されるのではない。まず、第2の非晶質層を含む第
7の層が埋め込みゲート電極間であって、かつ露出して
いる第2の層上に形成される。第2の層をシード結晶部
とした固相エピタキシャル成長により第2の非晶質層が
第2の単結晶層にされるのである。
In the method of manufacturing a vertical semiconductor device according to the present invention, in the step (b), the seventh layer including the second amorphous layer is exposed on the first gate insulating film and at the opening. Preferably, the method includes a step of forming the third layer on the second layer and a step of single-crystallizing the seventh layer by solid phase epitaxial growth to form a third layer. In this step, the third layer including the second single crystal layer is not formed directly between the buried gate electrodes. First, a seventh layer including a second amorphous layer is formed between the buried gate electrodes and on the exposed second layer. The second amorphous layer is converted into a second single crystal layer by solid phase epitaxial growth using the second layer as a seed crystal part.

【0018】本発明に係る縦型半導体素子の製造方法
は、工程(d)において、第2の絶縁膜が埋め込みゲー
ト電極の上面に形成される。さらに、縦型半導体素子の
製造方法は、第3の絶縁膜が第2の絶縁膜上に形成され
る工程を備えるのが好ましい。
In the method for manufacturing a vertical semiconductor device according to the present invention, in the step (d), a second insulating film is formed on the upper surface of the buried gate electrode. Further, the method for manufacturing a vertical semiconductor device preferably includes a step of forming a third insulating film on the second insulating film.

【0019】本発明に係る縦型半導体素子の製造方法
は、工程(h)において、第1のゲート絶縁膜の横方向
の長さは、開口部の横方向の長さより大きくされる、の
が好ましい。また、本発明に係る縦型半導体素子の製造
方法は、工程(c)において、埋め込みゲート電極の横
方向の長さは、埋め込みゲート電極間の距離より大きく
される、のが好ましい。
In the method of manufacturing a vertical semiconductor device according to the present invention, in the step (h), the horizontal length of the first gate insulating film is made larger than the horizontal length of the opening. preferable. In the method of manufacturing a vertical semiconductor device according to the present invention, it is preferable that, in the step (c), the length of the buried gate electrode in the horizontal direction is larger than the distance between the buried gate electrodes.

【0020】本発明は、第1の導電型である第1の層
と、第1の層上に位置する第2の導電型である第2の層
と、第2の層上に位置する第1のゲート絶縁膜と、第1
のゲート絶縁膜上に位置し、かつ第2の単結晶層を含む
埋め込みゲート電極と、埋め込みゲート電極の側面に位
置する第2のゲート絶縁膜と、埋め込みゲート電極間に
位置する第1の導電型であるベース層と、ベース層中に
位置する第2の導電型である第5の層と、を備え、埋め
込みゲート電極の横方向の長さは、埋め込みゲート電極
間の距離より大きい、縦型半導体素子である。この構造
の縦型半導体素子は、本発明に係る縦型半導体素子の製
造方法により製造することができる。埋め込みゲート電
極の横方向の長さとして、好ましくは3μm以上であ
る。埋め込みゲート電極間の距離として、好ましくは3
μm以下である。
According to the present invention, a first layer of the first conductivity type, a second layer of the second conductivity type located on the first layer, and a first layer of the second conductivity type located on the second layer are provided. A first gate insulating film and a first
A buried gate electrode located on the first gate insulating film and including the second single crystal layer, a second gate insulating film located on a side surface of the buried gate electrode, and a first conductive material located between the buried gate electrodes A base layer that is a mold, and a fifth layer that is a second conductivity type located in the base layer, wherein the length of the buried gate electrode in the horizontal direction is greater than the distance between the buried gate electrodes. Semiconductor device. The vertical semiconductor device having this structure can be manufactured by the method for manufacturing a vertical semiconductor device according to the present invention. The lateral length of the buried gate electrode is preferably 3 μm or more. The distance between the buried gate electrodes is preferably 3
μm or less.

【0021】本発明に係る縦型半導体素子は、埋め込み
ゲート電極の側部が第2の単結晶層である、のが好まし
い。第2のゲート絶縁膜が熱酸化により、埋め込みゲー
ト電極の側面に形成される場合、埋め込みゲート電極の
側面部が単結晶層であれば第2のゲート絶縁膜の耐圧が
比較的が大きくなるのである。
In the vertical semiconductor device according to the present invention, it is preferable that a side portion of the buried gate electrode is a second single crystal layer. When the second gate insulating film is formed on the side surface of the buried gate electrode by thermal oxidation, if the side surface portion of the buried gate electrode is a single crystal layer, the withstand voltage of the second gate insulating film becomes relatively large. is there.

【0022】本発明に係る縦型半導体素子は、埋め込み
ゲート電極の上面に接触している第2の絶縁膜と、第2
の絶縁膜上に位置する第3の絶縁膜と、を備えるのが好
ましい。例えば、第2の層をシード結晶部とした固相エ
ピタキシャル成長により、第7の層が単結晶化され、第
2の単結晶層を含む第3の層にした場合、埋め込みゲー
ト電極の中央部は多結晶層となる可能性がある。なぜな
ら、横方向は単結晶化が進みにくいからである。このた
め、熱酸化により第2のゲート絶縁膜が埋め込みゲート
電極の側面に形成される際に、埋め込みゲート電極の上
面に形成された第2の絶縁膜の膜質に問題が生じる可能
性がある。すなわち、先ほど説明したように、埋め込み
ゲート電極の上面のうち、埋め込みゲート電極の中央部
上に位置する領域は多結晶層となる可能性がある。多結
晶層上に形成された第2のゲート絶縁膜(酸化膜)の耐
圧は、単結晶層上に形成された第2のゲート絶縁膜(酸
化膜)の耐圧より小さくなる。本発明に係る縦型半導体
素子は、第2の絶縁膜上に位置する第3の絶縁膜を備え
るので、たとえ第2のゲート絶縁膜(酸化膜)の耐圧が
低くても、第3の絶縁膜があるので所定の耐圧を保つこ
とが可能となる。
A vertical semiconductor device according to the present invention comprises a second insulating film in contact with an upper surface of a buried gate electrode;
And a third insulating film located on the first insulating film. For example, when the seventh layer is single-crystallized by solid phase epitaxial growth using the second layer as a seed crystal part to form a third layer including the second single crystal layer, the central part of the buried gate electrode is It may be a polycrystalline layer. This is because single crystallization hardly proceeds in the lateral direction. For this reason, when the second gate insulating film is formed on the side surface of the buried gate electrode by thermal oxidation, there is a possibility that a problem may occur in the film quality of the second insulating film formed on the upper surface of the buried gate electrode. That is, as described above, a region located on the central portion of the buried gate electrode on the upper surface of the buried gate electrode may become a polycrystalline layer. The withstand voltage of the second gate insulating film (oxide film) formed on the polycrystalline layer is smaller than the withstand voltage of the second gate insulating film (oxide film) formed on the single crystal layer. Since the vertical semiconductor device according to the present invention includes the third insulating film located on the second insulating film, even if the second gate insulating film (oxide film) has a low withstand voltage, the third insulating film is formed. The presence of the film makes it possible to maintain a predetermined breakdown voltage.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】[構造の説明]図1は、本発明に
係る縦型半導体素子の一実施の形態の断面図である。縦
型半導体素子はIEGTである。IEGT1はコレクタ
電極3、p+型コレクタ層5、n+型バッファ層7、n-
型エピタキシャル層9を積層した構造をしている。p +
型コレクタ層5が第1の層の一例である。n-型エピタ
キシャル層9が第2の層の一例である。n-型エピタキ
シャル層9上には、埋め込みゲート電極11、13、1
5、17が間隔を設けて形成されている。埋め込みゲー
ト電極間の距離Dは3μm以下である。埋め込みゲート
電極の横方向の長さは3μm以上である。埋め込みゲー
ト電極11と埋め込みゲート電極13との間にはp型ベ
ース層19が形成され、埋め込みゲート電極13と埋め
込みゲート電極15との間にはp型ベース層21が形成
され、埋め込みゲート電極15と埋め込みゲート電極1
7との間にはp型ベース層23が形成されている。p型
ベース層19、21、23の底面は埋め込みゲート電極
11、13、15、17の底面より上に位置している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [Description of Structure] FIG.
It is sectional drawing of one Embodiment of such a vertical semiconductor element. Vertical
The type semiconductor device is an IEGT. IEGT1 is a collector
Electrode 3, p+Type collector layer 5, n+Type buffer layer 7, n-
It has a structure in which the epitaxial layers 9 are stacked. p +
The type collector layer 5 is an example of a first layer. n-Type epita
The axial layer 9 is an example of a second layer. n-Epitaxy
On the shallow layer 9, buried gate electrodes 11, 13, 1
5 and 17 are formed at intervals. Embedded game
The distance D between the electrodes is 3 μm or less. Embedded gate
The lateral length of the electrode is 3 μm or more. Embedded game
Between the gate electrode 11 and the buried gate electrode 13.
The source layer 19 is formed, and is buried with the buried gate electrode 13.
P-type base layer 21 is formed between embedded gate electrode 15
Buried gate electrode 15 and buried gate electrode 1
7, a p-type base layer 23 is formed. p-type
The bottom surfaces of the base layers 19, 21 and 23 are embedded gate electrodes.
11, 13, 15, and 17 are located above the bottom surface.

【0024】埋め込みゲート電極13の下面には第1の
ゲート酸化膜25が位置している。第1のゲート酸化膜
25が第1のゲート絶縁膜の一例である。埋め込みゲー
ト電極13の側面には第2のゲート酸化膜27、29が
位置している。第2のゲート酸化膜27、29が第2の
ゲート絶縁膜の一例である。埋め込みゲート電極13の
上面にはシリコン酸化膜31が位置している。シリコン
酸化膜31は第2のゲート酸化膜27、29の形成と同
時に形成されたものである。シリコン酸化膜31が第2
の絶縁膜の一例である。シリコン酸化膜31を覆うよう
にシリコン酸化膜33が位置している。シリコン酸化膜
33が第3の絶縁膜の一例である。埋め込みゲート電極
11、15、17の周囲にも同様な膜が形成されてい
る。
On the lower surface of the buried gate electrode 13, a first gate oxide film 25 is located. The first gate oxide film 25 is an example of a first gate insulating film. Second gate oxide films 27 and 29 are located on the side surfaces of the buried gate electrode 13. The second gate oxide films 27 and 29 are an example of a second gate insulating film. The silicon oxide film 31 is located on the upper surface of the buried gate electrode 13. The silicon oxide film 31 is formed simultaneously with the formation of the second gate oxide films 27 and 29. The silicon oxide film 31 is
1 is an example of the insulating film. The silicon oxide film 33 is located so as to cover the silicon oxide film 31. The silicon oxide film 33 is an example of a third insulating film. A similar film is formed around the buried gate electrodes 11, 15, and 17.

【0025】p型ベース層19の表面及びp型ベース層
21の表面には、n+型エミッタ層35、37が形成さ
れている。n+型エミッタ層35は第2のゲート酸化膜
27と接触している。また、n+型エミッタ層37は第
2のゲート酸化膜29と接触している。n+型エミッタ
層35、37は第5の層の一例である。埋め込みゲート
電極11、15、17の周囲にも同様なn+型エミッタ
層が形成されている。p型ベース層19、21、23に
あるn+型エミッタ層と電気的に接続されたエミッタ電
極39が、シリコン酸化膜33上に位置している。
On the surface of the p-type base layer 19 and the surface of the p-type base layer 21, n + -type emitter layers 35 and 37 are formed. The n + type emitter layer 35 is in contact with the second gate oxide film 27. The n + -type emitter layer 37 is in contact with the second gate oxide film 29. The n + -type emitter layers 35 and 37 are an example of a fifth layer. Similar n + -type emitter layers are also formed around the buried gate electrodes 11, 15 and 17. An emitter electrode 39 electrically connected to the n + -type emitter layers in the p-type base layers 19, 21, and 23 is located on the silicon oxide film 33.

【0026】[動作の説明]次に、本発明に係る縦型半
導体素子の一実施の形態の動作について説明する。 (1)埋め込みゲート電極11、13、15、17に正
電圧を印加する。これにより、p型ベース層19、2
1、23であって、かつ第2のゲート酸化膜27、29
の近傍にはn型のチャネルが形成される。(2)p+
コレクタ層5とn-型エピタキシャル層9との間は順バ
イアスされる。これにより、p+型コレクタ層5からn-
型エピタキシャル層9へ正孔の注入が起こる。(3)注
入された正孔のプラス電荷と同じだけの電子がn-型エ
ピタキシャル層9に集まるので、n-型エピタキシャル
層9の抵抗が低下する。本実施の形態では、埋め込みゲ
ート電極間の距離Dが比較的小さく、埋め込みゲート電
極の横方向の長さLが比較的大きい。このため、埋め込
みゲート電極間近傍にあるn-型エピタキシャル層9に
集まる電子の密度はIGBTの場合より高くなる。よっ
て、n-型エピタキシャル層9の抵抗はさらに低下す
る。以上の(1)、(2)、(3)により、IEGT1
がONし、p+型コレクタ層5からn+型エミッタ層3
5、37に電流が流れる。
[Description of Operation] Next, the operation of one embodiment of the vertical semiconductor device according to the present invention will be described. (1) A positive voltage is applied to the buried gate electrodes 11, 13, 15, and 17. Thereby, the p-type base layers 19, 2
1 and 23 and the second gate oxide films 27 and 29
, An n-type channel is formed. (2) A forward bias is applied between the p + type collector layer 5 and the n type epitaxial layer 9. As a result, the p + -type collector layer 5 to n
Hole injection into the epitaxial layer 9 occurs. (3) as many electrons as injected holes of positive charges the n - so gather -type epitaxial layer 9, n - resistance type epitaxial layer 9 is reduced. In this embodiment, the distance D between the embedded gate electrodes is relatively small, and the lateral length L of the embedded gate electrode is relatively large. Therefore, the density of electrons gathering in the n -type epitaxial layer 9 near the buried gate electrode becomes higher than that in the case of the IGBT. Therefore, the resistance of n type epitaxial layer 9 further decreases. According to the above (1), (2) and (3), the IEGT1
Is turned on, and the p + -type collector layer 5 to the n + -type emitter layer 3
A current flows through 5, 37.

【0027】[製造方法の説明]本発明に係る縦型半導
体素子の一実施の形態の製造方法について説明する。図
2に示すように、p+型コレクタ層5、n+型バッファ層
7、n-型エピタキシャル層9が順に積層された構造物
を準備する。n-型エピタキシャル層9の主表面10の
結晶面は(100)である。なお、n-型エピタキシャ
ル層9の材料として、本実施の形態では単結晶シリコン
を用いている。
[Description of Manufacturing Method] A manufacturing method of a vertical semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 2, a structure in which ap + -type collector layer 5, an n + -type buffer layer 7, and an n -- type epitaxial layer 9 are sequentially stacked is prepared. The crystal plane of main surface 10 of n -type epitaxial layer 9 is (100). In this embodiment, single crystal silicon is used as the material of the n -type epitaxial layer 9.

【0028】主表面10上に厚さ0.05〜0.2μmの
シリコン酸化膜12を形成する。シリコン酸化膜12は
第1のゲート酸化膜25となる。シリコン酸化膜12は
第1の絶縁膜の一例である。シリコン酸化膜12の形成
方法としてはCVD法、熱酸化法等がある。シリコン酸
化膜12は第1のゲート酸化膜25となるので熱酸化法
が好ましい。
A silicon oxide film 12 having a thickness of 0.05 to 0.2 μm is formed on main surface 10. The silicon oxide film 12 becomes the first gate oxide film 25. The silicon oxide film 12 is an example of a first insulating film. Examples of a method for forming the silicon oxide film 12 include a CVD method and a thermal oxidation method. Since the silicon oxide film 12 becomes the first gate oxide film 25, a thermal oxidation method is preferable.

【0029】図3に示すように、例えば、フォトリソグ
ラフィ技術及びエッチング技術により、シリコン酸化膜
12をパターンニングし、第1のゲート酸化膜25を形
成する。第1のゲート酸化膜25間には主表面10を露
出させる開口部41がある。開口部41のところで露出
している主表面10はシード結晶部となる。開口部41
の横方向の長さd1は3μm以下である。第1のゲート
酸化膜25の横方向の長さd2は3μm以上である。
As shown in FIG. 3, the silicon oxide film 12 is patterned by, for example, a photolithography technique and an etching technique to form a first gate oxide film 25. There is an opening 41 exposing main surface 10 between first gate oxide films 25. The main surface 10 exposed at the opening 41 becomes a seed crystal part. Opening 41
Has a horizontal length d 1 of 3 μm or less. The lateral length d 2 of the first gate oxide film 25 is 3 μm or more.

【0030】図4に示すように、n型の不純物、例え
ば、リンがドーピングされた厚さ2〜3μmの非晶質シ
リコン層43を形成する。非晶質シリコン層43は第7
の層の一例である。非晶質シリコン層43の形成方法と
しては、例えば、CVD法がある。
As shown in FIG. 4, an amorphous silicon layer 43 having a thickness of 2 to 3 μm doped with an n-type impurity, for example, phosphorus is formed. The amorphous silicon layer 43 is the seventh
FIG. As a method for forming the amorphous silicon layer 43, for example, there is a CVD method.

【0031】図5に示すように、開口部41で露出され
ている主表面10をシード結晶部として、固相エピタキ
シャル成長により非晶質シリコン層43が単結晶化さ
れ、単結晶シリコン層45にする。単結晶シリコン層4
5は第3の層の一例である。固相エピタキシャル成長の
温度条件としては550〜620℃である。なお、単結
晶シリコン層45の膜質向上のため900〜1000℃
の熱処理を施した。
As shown in FIG. 5, the amorphous silicon layer 43 is monocrystallized by solid phase epitaxial growth into a single crystal silicon layer 45 using the main surface 10 exposed at the opening 41 as a seed crystal part. . Single crystal silicon layer 4
5 is an example of a third layer. The temperature condition for the solid phase epitaxial growth is 550 to 620 ° C. In addition, in order to improve the film quality of the single crystal silicon layer 45, 900 to 1000 ° C.
Heat treatment.

【0032】図6に示すように、例えば、フォトリソグ
ラフィ技術及びエッチング技術により、単結晶シリコン
層45をパターンニングし、埋め込みゲート電極11、
13、15、17を形成する。埋め込みゲート電極11
と埋め込みゲート電極13との間にはトレンチ47が形
成されている。埋め込みゲート電極13と埋め込みゲー
ト電極15との間にはトレンチ49が形成されている。
埋め込みゲート電極15と埋め込みゲート電極17との
間にはトレンチ51が形成されている。
As shown in FIG. 6, the single-crystal silicon layer 45 is patterned by, for example, a photolithography technique and an etching technique to
13, 15, and 17 are formed. Buried gate electrode 11
A trench 47 is formed between the gate electrode 13 and the buried gate electrode 13. A trench 49 is formed between the buried gate electrode 13 and the buried gate electrode 15.
A trench 51 is formed between the buried gate electrode 15 and the buried gate electrode 17.

【0033】図7に示すように、例えば、熱酸化によ
り、埋め込みゲート電極11、13、15、17の側面
に第2のゲート酸化膜27、29(厚さ0.05〜0.2
μm)を形成する。この熱酸化により、埋め込みゲート
電極11、13、15、17の上面にシリコン酸化膜3
1(厚さ0.05〜0.2μm)が形成される。また、開
口部41で露出している主表面10上にもシリコン酸化
膜53が形成される。
As shown in FIG. 7, the second gate oxide films 27, 29 (thickness: 0.05 to 0.2) are formed on the side surfaces of the buried gate electrodes 11, 13, 15, 17 by thermal oxidation, for example.
μm). By this thermal oxidation, the silicon oxide film 3 is formed on the upper surfaces of the buried gate electrodes 11, 13, 15, and 17.
1 (thickness: 0.05 to 0.2 μm) is formed. Further, silicon oxide film 53 is also formed on main surface 10 exposed at opening 41.

【0034】図8に示すように、例えば、フォトリソグ
ラフィ技術及びエッチング技術により、シリコン酸化膜
53を除去し、開口部41において主表面10を露出さ
せる。
As shown in FIG. 8, the silicon oxide film 53 is removed by, for example, a photolithography technique and an etching technique to expose the main surface 10 in the opening 41.

【0035】図9に示すように、厚さ2〜3μmの非晶
質シリコン層55を形成する。これにより、トレンチ4
7、49、51を非晶質シリコン層55で埋め込む。非
晶質シリコン層55は第6の層の一例である。非晶質シ
リコン層55の形成方法としては、例えば、CVD法が
ある。
As shown in FIG. 9, an amorphous silicon layer 55 having a thickness of 2 to 3 μm is formed. Thereby, the trench 4
7, 49, and 51 are buried with an amorphous silicon layer 55. The amorphous silicon layer 55 is an example of a sixth layer. As a method for forming the amorphous silicon layer 55, for example, there is a CVD method.

【0036】図10に示すように、開口部41で露出さ
れている主表面10をシード結晶部として、固相エピタ
キシャル成長により非晶質シリコン層55が単結晶化さ
れ、単結晶シリコン層57にする。単結晶シリコン層5
7は第4の層の一例である。固相エピタキシャル成長の
温度条件としては550〜620℃である。縦方向の単
結晶化は進みやすいので、トレンチ47、49、51内
の非晶質シリコン層55はすべて単結晶化する。なお、
単結晶シリコン層57の膜質向上のため900〜100
0℃の熱処理を施した。
As shown in FIG. 10, the amorphous silicon layer 55 is monocrystallized by solid phase epitaxial growth into a single crystal silicon layer 57 using the main surface 10 exposed at the opening 41 as a seed crystal part. . Single crystal silicon layer 5
7 is an example of a fourth layer. The temperature condition for the solid phase epitaxial growth is 550 to 620 ° C. Since the single crystallization in the vertical direction is easy to proceed, the amorphous silicon layer 55 in the trenches 47, 49, and 51 is all monocrystallized. In addition,
900 to 100 to improve the film quality of the single crystal silicon layer 57
A heat treatment at 0 ° C. was performed.

【0037】図11に示すように、単結晶シリコン層5
7をエッチバックし、シリコン酸化膜31を露出させ
る。なお、開口部41における主表面10を示す線は以
後省略する。
As shown in FIG. 11, the single crystal silicon layer 5
7 is etched back to expose the silicon oxide film 31. Note that a line indicating the main surface 10 in the opening 41 will be omitted hereinafter.

【0038】図12に示すように、p型不純物であるボ
ロンを単結晶シリコン層57中にイオン注入する。そし
て、ボロンを1100℃程度で熱拡散する。これによ
り、p型ベース層19、21、23を単結晶シリコン層
57中に形成する。
As shown in FIG. 12, boron as a p-type impurity is ion-implanted into the single crystal silicon layer 57. Then, boron is thermally diffused at about 1100 ° C. As a result, the p-type base layers 19, 21 and 23 are formed in the single-crystal silicon layer 57.

【0039】図13に示すように、p型ベース層19、
21、23を部分的に露出させるレジストをマスクとし
て、n型不純物であるリン又はヒ素をp型ベース層1
9、21、23中にイオン注入する。そして、n型不純
物を900℃程度で熱拡散する。これにより、n+型エ
ミッタ層35、37をp型ベース層19、21、23中
に形成する。
As shown in FIG. 13, the p-type base layer 19,
Using a resist that partially exposes 21 and 23 as a mask, phosphorus or arsenic that is an n-type impurity is
Ions are implanted into 9, 21, and 23. Then, the n-type impurity is thermally diffused at about 900 ° C. Thus, the n + -type emitter layers 35 and 37 are formed in the p-type base layers 19, 21, and 23.

【0040】図14に示すように、例えば、CVD法に
より、厚さ0.5〜1.0μmのシリコン酸化膜33を埋
め込みゲート電極11、13、15、17を覆うように
形成する。例えば、フォトリソグラフィ技術及びエッチ
ング技術により、シリコン酸化膜33を選択的に除去
し、n+型エミッタ層35、37の一部を露出させる。
As shown in FIG. 14, a silicon oxide film 33 having a thickness of 0.5 to 1.0 μm is formed by, for example, a CVD method so as to cover the buried gate electrodes 11, 13, 15, and 17. For example, the silicon oxide film 33 is selectively removed by a photolithography technique and an etching technique to expose a part of the n + -type emitter layers 35 and 37.

【0041】図15に示すように、例えば、スパッタリ
ング法により、Siを含有したAlからなるエミッタ電
極39を形成する。エミッタ電極39はp型ベース層1
9、21、23のn+型エミッタ層35、37と電気的
に接続されている。また、例えば、電子ビーム蒸着法に
より、Ti−Ni−Auからなるコレクタ電極3を形成
する。以上の工程により、IEGT1が完成する。
As shown in FIG. 15, an emitter electrode 39 made of Al containing Si is formed by, for example, a sputtering method. The emitter electrode 39 is a p-type base layer 1
9, 21, and 23 are electrically connected to the n + -type emitter layers 35 and 37. Further, for example, the collector electrode 3 made of Ti-Ni-Au is formed by an electron beam evaporation method. Through the above steps, IEGT1 is completed.

【0042】[効果の説明] (効果1)本実施の形態に係る縦型半導体素子の製造方
法は、トレンチに埋め込みゲート電極が形成されるので
はない。図5〜図6に示すように、まず、単結晶シリコ
ン層45が選択的にエッチング除去されることにより、
埋め込みゲート電極11、13、15、17が形成され
る。そして、図10に示すように、埋め込みゲート電極
間に単結晶シリコン層57が形成される。したがって、
面積効率を低減することなく、埋め込みゲート電極間の
距離を短くし、かつ埋め込みゲート電極の横方向の長さ
を大きくする構造にすることができる。よって、面積効
率を低減することなく、IEGTのON電圧の低減を図
ることができる。
[Explanation of Effects] (Effect 1) In the method of manufacturing a vertical semiconductor device according to the present embodiment, a buried gate electrode is not formed in a trench. As shown in FIGS. 5 and 6, first, the single-crystal silicon layer 45 is selectively removed by etching.
Buried gate electrodes 11, 13, 15, and 17 are formed. Then, as shown in FIG. 10, a single-crystal silicon layer 57 is formed between the buried gate electrodes. Therefore,
A structure in which the distance between the buried gate electrodes is reduced and the lateral length of the buried gate electrodes is increased without reducing the area efficiency. Therefore, it is possible to reduce the ON voltage of the IEGT without reducing the area efficiency.

【0043】(効果2)本実施の形態に係る縦型半導体
素子の製造方法は、図5〜図6に示す工程により、埋め
込みゲート電極11、13、15、17が単結晶シリコ
ン層で構成される。図7に示すように、熱酸化により、
第2のゲート酸化膜27、29が埋め込みゲート電極1
1、13、15、17の側面に形成される。この場合、
埋め込みゲート電極を構成する層が単結晶のほうが、多
結晶のときより第2のゲート酸化膜の耐圧が大きくな
る。例えば、単結晶シリコン層上に熱酸化により形成さ
れたシリコン酸化膜の絶縁破壊電界は8〜10MV/c
mである。一方、多結晶シリコン層上に熱酸化により形
成されたシリコン酸化膜の絶縁破壊電界は1〜2MV/
cmである。絶縁破壊電界が大きいほど、シリコン酸化
膜の耐圧が高くなる。よって、単結晶シリコン層上に形
成されたシリコン酸化膜の方がより好ましいゲート絶縁
膜といえる。
(Effect 2) In the method of manufacturing a vertical semiconductor device according to the present embodiment, the embedded gate electrodes 11, 13, 15, and 17 are formed of a single-crystal silicon layer by the steps shown in FIGS. You. As shown in FIG. 7, by thermal oxidation,
The second gate oxide films 27 and 29 serve as the buried gate electrode 1.
1, 13, 15, and 17 are formed on the side surfaces. in this case,
The breakdown voltage of the second gate oxide film is higher when the layer forming the buried gate electrode is single crystal than when it is polycrystalline. For example, the dielectric breakdown electric field of a silicon oxide film formed on a single crystal silicon layer by thermal oxidation is 8 to 10 MV / c.
m. On the other hand, the dielectric breakdown electric field of the silicon oxide film formed on the polycrystalline silicon layer by thermal oxidation is 1-2 MV /
cm. The higher the breakdown electric field, the higher the breakdown voltage of the silicon oxide film. Therefore, a silicon oxide film formed over a single crystal silicon layer can be said to be a more preferable gate insulating film.

【0044】(効果3)図4〜図5に示す工程により、
表面10をシード結晶部とした固相成長により、非晶質
シリコン層43が単結晶シリコン層45にされる。この
とき、埋め込みゲート電極の中央部59となる位置にあ
る非晶質シリコン層43は多結晶シリコン層となる可能
性がある。なぜなら、横方向は単結晶化が進みにくいか
らである。このため、図7に示す工程で 熱酸化により
埋め込みゲート電極11、13、15、17の上面に形
成されたシリコン酸化膜31の膜質に問題が生じる可能
性がある。すなわち、先ほど説明したように、埋め込み
ゲート電極11、13、15、17の上面のうち、埋め
込みゲート電極11、13、15、17の中央部上に位
置する領域は多結晶層となる可能性がある。多結晶層上
に形成されたシリコン酸化膜の耐圧は、単結晶層上に形
成されたシリコン酸化膜の耐圧より小さくなる。
(Effect 3) By the steps shown in FIGS.
The amorphous silicon layer 43 is turned into a single crystal silicon layer 45 by solid phase growth using the surface 10 as a seed crystal part. At this time, the amorphous silicon layer 43 located at the position corresponding to the central portion 59 of the embedded gate electrode may become a polycrystalline silicon layer. This is because single crystallization hardly proceeds in the lateral direction. Therefore, there is a possibility that a problem may occur in the film quality of the silicon oxide film 31 formed on the upper surfaces of the buried gate electrodes 11, 13, 15, and 17 due to thermal oxidation in the step shown in FIG. That is, as described above, the region located on the central portion of the buried gate electrodes 11, 13, 15, 17 on the upper surface of the buried gate electrodes 11, 13, 15, 17 may become a polycrystalline layer. is there. The withstand voltage of the silicon oxide film formed on the polycrystalline layer is smaller than the withstand voltage of the silicon oxide film formed on the single crystal layer.

【0045】本実施の形態に係る縦型半導体素子は、図
14に示すように、シリコン酸化膜31上に位置するシ
リコン酸化膜33を備えるので、たとえシリコン酸化膜
31の耐圧が低くても、シリコン酸化膜33があるので
所定の耐圧を保つことが可能となる。
As shown in FIG. 14, the vertical semiconductor device according to the present embodiment includes the silicon oxide film 33 located on the silicon oxide film 31, so that even if the withstand voltage of the silicon oxide film 31 is low, The presence of the silicon oxide film 33 makes it possible to maintain a predetermined breakdown voltage.

【0046】[変形例の説明] (変形例1)図7に示すように、本実施の形態では、シ
リコン酸化膜25、27、29をゲート酸化膜にしてい
る。しかしながら、本発明はこれに限定されず、シリコ
ン窒化膜とその周囲に形成されたシリコン酸化膜とを含
む絶縁膜をシリコン酸化膜25、27、29のかわりに
用いてもよい。これによれば、シリコン酸化膜のみの場
合に比べてゲート絶縁膜の誘電率が高くなる。したがっ
て、ゲート絶縁膜の耐圧を低下させることなく、縦型半
導体素子のしきい値電圧を低減できる。これにより、縦
型半導体素子の損失を低減することができる。
[Explanation of Modification] (Modification 1) As shown in FIG. 7, in this embodiment, the silicon oxide films 25, 27 and 29 are used as gate oxide films. However, the present invention is not limited to this, and an insulating film including a silicon nitride film and a silicon oxide film formed therearound may be used instead of the silicon oxide films 25, 27, and 29. According to this, the dielectric constant of the gate insulating film is higher than in the case of using only the silicon oxide film. Therefore, the threshold voltage of the vertical semiconductor element can be reduced without lowering the breakdown voltage of the gate insulating film. Thereby, the loss of the vertical semiconductor element can be reduced.

【0047】(変形例2)図4に示すように、本実施の
形態では、非晶質シリコン層43が形成される時点で、
n型の不純物が非晶質シリコン層43にドーピングされ
ている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、非
晶質シリコン層43を形成後、イオン打ち込みを含む拡
散により非晶質シリコン層43にドーピングしてもよ
い。
(Modification 2) As shown in FIG. 4, in the present embodiment, when the amorphous silicon layer 43 is formed,
The amorphous silicon layer 43 is doped with an n-type impurity. However, the present invention is not limited to this. After the amorphous silicon layer 43 is formed, the amorphous silicon layer 43 may be doped by diffusion including ion implantation.

【0048】また、図5に示すシリコン単結晶層45形
成後、イオン打ち込みを含む拡散によりシリコン単結晶
層45にドーピングしてもよい。これによれば、シリコ
ンの単結晶化のとき、不純物による影響を回避できる。
After the formation of the silicon single crystal layer 45 shown in FIG. 5, the silicon single crystal layer 45 may be doped by diffusion including ion implantation. According to this, at the time of single crystallization of silicon, the influence of impurities can be avoided.

【0049】(変形例3)図4〜図5に示すように、本
実施の形態では、まず非晶質シリコン層43を形成し、
固相エピタキシャル成長により非晶質シリコン層43を
単結晶シリコン層45にする。しかしながら、本発明は
これに限定されず、直接、単結晶シリコン層45を形成
してもよい。非晶質シリコン層を単結晶シリコン層にす
るとき、体積変化が生じる。これにより応力が発生す
る。この変形例によればこれを回避できる。
(Modification 3) As shown in FIGS. 4 and 5, in the present embodiment, first, an amorphous silicon layer 43 is formed,
The amorphous silicon layer 43 is turned into a single crystal silicon layer 45 by solid phase epitaxial growth. However, the present invention is not limited to this, and the single crystal silicon layer 45 may be directly formed. When the amorphous silicon layer is changed to a single crystal silicon layer, a volume change occurs. This generates stress. According to this modification, this can be avoided.

【0050】(変形例4)図6に示すように、本実施の
形態では、埋め込みゲート電極11、13、15、17
を単結晶シリコン層で構成している。しかしながら、本
発明はこれに限定されず、図2の工程後、シリコン酸化
膜12上に、多結晶シリコン層を形成し、この多結晶シ
リコン層をパターンニングすることにより、埋め込みゲ
ート電極11、13、15、17を形成してもよい。
(Modification 4) As shown in FIG. 6, in the present embodiment, buried gate electrodes 11, 13, 15, and 17 are provided.
Is composed of a single crystal silicon layer. However, the present invention is not limited to this. After the step shown in FIG. 2, a polycrystalline silicon layer is formed on the silicon oxide film 12 and the polycrystalline silicon layer is patterned to form the buried gate electrodes 11 and 13. , 15, 17 may be formed.

【0051】(変形例5)本実施の形態では、図8〜図
11の工程により、埋め込みゲート電極間に単結晶シリ
コン層57を形成している。しかしながら、本発明はこ
れに限定されず、図8の工程後、選択エピタキシャル成
長により、埋め込みゲート電極間に単結晶シリコン層5
7を形成してもよい。
(Modification 5) In this embodiment, the single-crystal silicon layer 57 is formed between the buried gate electrodes by the steps shown in FIGS. However, the present invention is not limited to this. After the step of FIG. 8, the single crystal silicon layer 5 is formed between the buried gate electrodes by selective epitaxial growth.
7 may be formed.

【0052】(変形例6)本実施の形態では、図8〜図
11の工程により、埋め込みゲート電極間に単結晶シリ
コン層57を形成している。しかしながら、本発明はこ
れに限定されず、図9の工程後、非晶質シリコン層55
をエッチバックし、シリコン酸化膜31を露出させる。
その後、固相エピタキシャル成長により非晶質シリコン
層55を単結晶シリコン層57にしてもよい。
(Modification 6) In this embodiment, the single-crystal silicon layer 57 is formed between the buried gate electrodes by the steps shown in FIGS. However, the present invention is not limited to this, and after the step of FIG.
Is etched back to expose the silicon oxide film 31.
After that, the amorphous silicon layer 55 may be changed to the single crystal silicon layer 57 by solid phase epitaxial growth.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る縦型半導体素子の一実施の形態の
断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of a vertical semiconductor device according to the present invention.

【図2】本発明に係る縦型半導体素子の一実施の形態の
第1の製造工程を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a first manufacturing step of one embodiment of the vertical semiconductor device according to the present invention.

【図3】本発明に係る縦型半導体素子の一実施の形態の
第2の製造工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second manufacturing step of the embodiment of the vertical semiconductor device according to the present invention.

【図4】本発明に係る縦型半導体素子の一実施の形態の
第3の製造工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a third manufacturing step of the embodiment of the vertical semiconductor device according to the present invention.

【図5】本発明に係る縦型半導体素子の一実施の形態の
第4の製造工程を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a fourth manufacturing step of the embodiment of the vertical semiconductor device according to the present invention.

【図6】本発明に係る縦型半導体素子の一実施の形態の
第5の製造工程を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a fifth manufacturing step of the embodiment of the vertical semiconductor device according to the present invention.

【図7】本発明に係る縦型半導体素子の一実施の形態の
第6の製造工程を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a sixth manufacturing step of the embodiment of the vertical semiconductor device according to the present invention.

【図8】本発明に係る縦型半導体素子の一実施の形態の
第7の製造工程を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a seventh manufacturing step of the embodiment of the vertical semiconductor device according to the present invention.

【図9】本発明に係る縦型半導体素子の一実施の形態の
第8の製造工程を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing an eighth manufacturing step of the vertical semiconductor device according to one embodiment of the present invention;

【図10】本発明に係る縦型半導体素子の一実施の形態
の第9の製造工程を示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing a ninth manufacturing step of the vertical semiconductor device according to one embodiment of the present invention;

【図11】本発明に係る縦型半導体素子の一実施の形態
の第10の製造工程を示す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view showing a tenth manufacturing step of the vertical semiconductor device according to one embodiment of the present invention;

【図12】本発明に係る縦型半導体素子の一実施の形態
の第11の製造工程を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an eleventh manufacturing step of one embodiment of the vertical semiconductor device according to the present invention.

【図13】本発明に係る縦型半導体素子の一実施の形態
の第12の製造工程を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a twelfth manufacturing step of one embodiment of the vertical semiconductor device according to the present invention.

【図14】本発明に係る縦型半導体素子の一実施の形態
の第13の製造工程を示す断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a thirteenth manufacturing step of the embodiment of the vertical semiconductor device according to the present invention.

【図15】本発明に係る縦型半導体素子の一実施の形態
の第14の製造工程を示す断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a fourteenth manufacturing step of the embodiment of the vertical semiconductor device according to the present invention.

【図16】IGBTの一例の断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view of an example of an IGBT.

【図17】IEGTの一例の立体断面図である。FIG. 17 is a three-dimensional sectional view of an example of the IEGT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 IEGT 3 コレクタ電極 5 p+型コレクタ層 7 n+型バッファ層 9 n-型エピタキシャル層 10 主表面 11 埋め込みゲート電極 12 シリコン酸化膜 13 埋め込みゲート電極 15 埋め込みゲート電極 17 埋め込みゲート電極 19 p型ベース層 21 p型ベース層 23 p型ベース層 25 第1のゲート酸化膜 27 第2のゲート酸化膜 29 第2のゲート酸化膜 31 シリコン酸化膜 33 シリコン酸化膜 35 エミッタ層 37 エミッタ層 39 エミッタ電極 41 開口部 43 非晶質シリコン層 45 単結晶シリコン層 47 トレンチ 49 トレンチ 51 トレンチ 53 シリコン酸化膜 55 非晶質シリコン層 57 単結晶シリコン層 59 中央部REFERENCE SIGNS LIST 1 IEGT 3 collector electrode 5 p + -type collector layer 7 n + -type buffer layer 9 n -- type epitaxial layer 10 main surface 11 buried gate electrode 12 silicon oxide film 13 buried gate electrode 15 buried gate electrode 17 buried gate electrode 19 p-type base Layer 21 p-type base layer 23 p-type base layer 25 first gate oxide film 27 second gate oxide film 29 second gate oxide film 31 silicon oxide film 33 silicon oxide film 35 emitter layer 37 emitter layer 39 emitter electrode 41 Opening 43 Amorphous silicon layer 45 Single crystal silicon layer 47 Trench 49 Trench 51 Trench 53 Silicon oxide film 55 Amorphous silicon layer 57 Single crystal silicon layer 59 Central part

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 埋め込みゲート電極間に第1の導電型の
ベース層が形成された縦型半導体素子の製造方法であっ
て、 (a)第1の導電型である第1の層及び第2の導電型で
ある第2の層を含む積層構造において、第1のゲート絶
縁膜となる第1の絶縁膜が前記第2の層上に形成される
工程と、 (b)前記埋め込みゲート電極となる第3の層が前記第
1の絶縁膜上に形成される工程と、 (c)前記第3の層が選択的にエッチング除去されるこ
とにより、前記埋め込みゲート電極が前記第1の絶縁膜
上に形成される工程と、 (d)第2のゲート絶縁膜が前記埋め込みゲート電極の
側面に形成される工程と、 (e)第1の単結晶層を含む第4の層が前記埋め込みゲ
ート電極間に形成される工程と、 (f)前記ベース層が前記第4の層中に形成される工程
と、 (g)第2の導電型である第5の層が前記ベース層中に
形成される工程と、 を備えた、縦型半導体素子の製造方法。
1. A method of manufacturing a vertical semiconductor device in which a base layer of a first conductivity type is formed between buried gate electrodes, comprising: (a) a first layer of a first conductivity type and a second layer; A step of forming a first insulating film to be a first gate insulating film on the second layer in the stacked structure including the second layer having the conductivity type of (b); Forming a third layer on the first insulating film, and (c) selectively removing the third layer by etching so that the buried gate electrode is formed on the first insulating film. (D) forming a second gate insulating film on the side surface of the buried gate electrode; and (e) forming a fourth layer including a first single crystal layer into the buried gate. Forming between the electrodes; and (f) forming the base layer in the fourth layer. And (g) forming a fifth layer of a second conductivity type in the base layer.
【請求項2】 請求項1において、 前記工程(e)は、 第1の非晶質層を含む第6の層が前記埋め込みゲート電
極間であって、かつ露出している前記第2の層上に形成
される工程と、 固相エピタキシャル成長により前記第6の層が単結晶化
され、前記第4の層にされる工程と、 を備えた、縦型半導体素子の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the step (e) comprises exposing a sixth layer including a first amorphous layer between the buried gate electrodes and exposing the second layer. A method of manufacturing a vertical semiconductor device, comprising: a step of forming the fourth layer; and a step of single-crystallizing the sixth layer by solid phase epitaxial growth to form the fourth layer.
【請求項3】 請求項1又は2において、 工程(a)と工程(b)との間に、 (h)前記埋め込みゲート電極の形成領域下にある前記
第1の絶縁膜が残され、かつ前記ベース層の形成領域下
にある前記第1の絶縁膜が除去されることにより、前記
第2の層を露出させる開口部が形成される工程を含む、
縦型半導体素子の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein between the step (a) and the step (b), (h) the first insulating film below a formation region of the buried gate electrode is left; and Removing the first insulating film under the formation region of the base layer to form an opening exposing the second layer.
A method for manufacturing a vertical semiconductor device.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかにおいて、 前記工程(d)において、第2の絶縁膜が前記埋め込み
ゲート電極の上面に形成され、 さらに、縦型半導体素子の製造方法は、 第3の絶縁膜が前記第2の絶縁膜上に形成される工程を
備える、縦型半導体素子の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein, in the step (d), a second insulating film is formed on an upper surface of the buried gate electrode. 3. A method for manufacturing a vertical semiconductor device, comprising a step of forming an insulating film of No. 3 on the second insulating film.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかにおいて、 前記工程(c)において、前記埋め込みゲート電極の横
方向の長さは、前記埋め込みゲート電極間の距離より大
きくされる、縦型半導体素子の製造方法。
5. The vertical semiconductor device according to claim 1, wherein in the step (c), a length of the buried gate electrode in a horizontal direction is larger than a distance between the buried gate electrodes. Manufacturing method.
【請求項6】 第1の導電型である第1の層と、 第1の層上に位置する第2の導電型である第2の層と、 第2の層上に位置する第1のゲート絶縁膜と、 第1のゲート絶縁膜上に位置し、かつ第2の単結晶層を
含む埋め込みゲート電極と、 前記埋め込みゲート電極の側面に位置する第2のゲート
絶縁膜と、 前記埋め込みゲート電極間に位置する第1の導電型であ
るベース層と、 前記ベース層中に位置する第2の導電型である第5の層
と、 を備え、 前記埋め込みゲート電極の横方向の長さは、前記埋め込
みゲート電極間の距離より大きい、縦型半導体素子。
6. A first layer of a first conductivity type, a second layer of a second conductivity type located on the first layer, and a first layer located on the second layer. A gate insulating film; a buried gate electrode located on the first gate insulating film and including a second single crystal layer; a second gate insulating film located on a side surface of the buried gate electrode; A base layer of a first conductivity type located between the electrodes, and a fifth layer of a second conductivity type located in the base layer, wherein the embedded gate electrode has a lateral length of A vertical semiconductor device having a distance greater than the distance between the buried gate electrodes.
【請求項7】 請求項6において、 前記埋め込みゲート電極の側部が前記第2の単結晶層で
ある、縦型半導体素子。
7. The vertical semiconductor device according to claim 6, wherein a side portion of the buried gate electrode is the second single crystal layer.
【請求項8】 請求項6又は7において、 前記埋め込みゲート電極の上面に接触している第2の絶
縁膜と、 前記第2の絶縁膜上に位置する第3の絶縁膜と、 を備えた、縦型半導体素子。
8. The semiconductor device according to claim 6, further comprising: a second insulating film in contact with an upper surface of the buried gate electrode; and a third insulating film located on the second insulating film. , Vertical semiconductor device.
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US10211210B2 (en) 2016-05-27 2019-02-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of fabricating semiconductor devices

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6696713B2 (en) 2000-06-16 2004-02-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor memory provided with vertical transistor and method of manufacturing the same
US10211210B2 (en) 2016-05-27 2019-02-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of fabricating semiconductor devices
US10535663B2 (en) 2016-05-27 2020-01-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of fabricating semiconductor devices
US10748909B2 (en) 2016-05-27 2020-08-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of fabricating semiconductor devices

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