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JP2009088187A - Trench gate type transistor and method for manufacturing same - Google Patents

Trench gate type transistor and method for manufacturing same Download PDF

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JP2009088187A JP2007255090A JP2007255090A JP2009088187A JP 2009088187 A JP2009088187 A JP 2009088187A JP 2007255090 A JP2007255090 A JP 2007255090A JP 2007255090 A JP2007255090 A JP 2007255090A JP 2009088187 A JP2009088187 A JP 2009088187A
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義和 山岡
Kazunori Fujita
和範 藤田
Tomonori Tanabe
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the occurrence of a gate leak current and to reduce a gate capacitance in a trench gate type transistor. <P>SOLUTION: A trench 14 is formed on an N-type semiconductor layer 12. In the trench 14, thin silicon oxide films 15B are formed in a region to be a transistor activation region on the N-type semiconductor layer 12. On the region not to be the activation region, a silicon oxide film 15A thicker than the silicon oxide film 15B is formed. Furthermore, an extracting section 16S extending outward from the inside of the trench 14 forms a gate electrode 16 which is brought into contact with the silicon oxide film 15A. Thus, in the extracting section 16S of the gate electrode 16, since a long distance is secured between the gate electrode 16 and the corner section 12C of the N-type semiconductor layer 12, the occurrence of the gate leak current is prevented and the gate capacitance can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、トレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a trench gate type transistor and a manufacturing method thereof.

DMOSトランジスタは、二重拡散されたMOS電界効果型トランジスタであり、電源回路やドライバー回路等の電力用半導体素子として用いられている。DMOSトランジスタの一種として、トレンチゲート型トランジスタが知られている。   The DMOS transistor is a double-diffused MOS field effect transistor, and is used as a power semiconductor element such as a power supply circuit and a driver circuit. A trench gate type transistor is known as a kind of DMOS transistor.

このトレンチゲート型トランジスタは、図14に示すように、半導体層112に形成したトレンチ114内にゲート絶縁膜115を形成し、トレンチ114内のゲート絶縁膜115を覆ってゲート電極116を形成したものである。また、トレンチ114の側壁の半導体層112の表面に、垂直方向の二重拡散により、不図示のボディ層とソース層とが形成される。   In this trench gate type transistor, as shown in FIG. 14, a gate insulating film 115 is formed in a trench 114 formed in a semiconductor layer 112, and a gate electrode 116 is formed to cover the gate insulating film 115 in the trench 114. It is. In addition, a body layer and a source layer (not shown) are formed on the surface of the semiconductor layer 112 on the sidewall of the trench 114 by double diffusion in the vertical direction.

なお、トレンチゲート型トランジスタについては、特許文献1,2に記載されている。
特開2005−322949号公報 特開2003−188379号公報
The trench gate type transistor is described in Patent Documents 1 and 2.
JP 2005-322949 A JP 2003-188379 A

しかしながら、図14に示すように、ゲート電極116をトレンチ114内から外に引き出す部分(以下、引き出し部という)116Sにおいて、ゲート電極116と半導体層112の間にリーク電流(以下、ゲートリーク電流という)が発生するという問題があった。その理由は、本発明者の検討によれば、第1にゲート絶縁膜115の厚さが薄いこと、第2に引き出し部116Sにおいて、半導体層112の角部112Cが薄いゲート絶縁膜115を挟んでゲート電極116と対向するので、この部分で電界集中が生じるためである。   However, as shown in FIG. 14, a leak current (hereinafter referred to as a gate leak current) between the gate electrode 116 and the semiconductor layer 112 in a portion (hereinafter referred to as a lead portion) 116 </ b> S that leads the gate electrode 116 out of the trench 114. ) Occurred. The reason for this is that, according to the study by the present inventor, first, the thickness of the gate insulating film 115 is thin, and secondly, in the lead portion 116S, the corner portion 112C of the semiconductor layer 112 sandwiches the thin gate insulating film 115. This is because electric field concentration occurs in this portion since the gate electrode 116 is opposed to the gate electrode 116.

本発明のトレンチゲート型トランジスタは、半導体層と、前記半導体層に形成されたトレンチの内に形成され、前記トレンチの外の前記半導体層上に延びたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記半導体層の表面近傍に形成され、前記トレンチの側壁上の前記ゲート絶縁膜に接したボディ層と、を備え、前記ゲート絶縁膜は、前記ボディ層に接する部分で第1の膜厚を有する第1のゲート絶縁膜と、前記トレンチ内から前記トレンチの外の前記半導体層上に延びる部分で前記第1の膜厚より厚い第2の膜厚を有する第2のゲート絶縁膜と、を備えることを特徴とする。   The trench gate type transistor of the present invention includes a semiconductor layer, a gate insulating film formed in the trench formed in the semiconductor layer and extending on the semiconductor layer outside the trench, and on the gate insulating film. A gate layer formed near the surface of the semiconductor layer and in contact with the gate insulating film on a sidewall of the trench, the gate insulating film being a portion in contact with the body layer A first gate insulating film having a first film thickness, and a second gate film having a second film thickness greater than the first film thickness at a portion extending from the inside of the trench to the semiconductor layer outside the trench. And a gate insulating film.

係る構成によれば、前記トレンチ内から前記トレンチの外の前記半導体層上に延びる部分で前記第1の膜厚より大きい第2の膜厚を有する第2のゲート絶縁膜(厚いゲート絶縁膜)を形成したことにより、ゲート電極の引き出し部においてゲート電極と半導体層の角部との距離が長く確保されるため、ゲートリーク電流の発生が防止されると共に、ゲート容量(ゲート電極、絶縁膜、半導体層からなる)を低減することができる。   According to this configuration, the second gate insulating film (thick gate insulating film) having a second film thickness larger than the first film thickness in a portion extending from the inside of the trench to the semiconductor layer outside the trench. Since the distance between the gate electrode and the corner of the semiconductor layer is ensured long in the lead-out portion of the gate electrode, generation of gate leakage current is prevented and gate capacitance (gate electrode, insulating film, (Consisting of a semiconductor layer) can be reduced.

また、前記ボディ層に接する部分(活性化領域)で第1の膜厚を有する第1のゲート絶縁膜(薄いゲート絶縁膜)を形成したことにより、優れたトランジスタ特性(低い閾値、低オン抵抗)を確保することができる。   Further, by forming a first gate insulating film (thin gate insulating film) having a first film thickness in a portion (activation region) in contact with the body layer, excellent transistor characteristics (low threshold, low on-resistance) ) Can be secured.

本発明のトレンチゲート型トランジスタの製造方法は、半導体層にトレンチを形成する工程と、前記トレンチが形成された半導体層を熱酸化することにより、前記トレンチ内を含めて前記半導体層の表面に酸化膜を形成する工程と、前記トレンチ内の活性化領域の前記酸化膜を選択的に除去する工程と、前記酸化膜が選択的に除去された後に、前記トレンチが形成された前記半導体層を熱酸化することにより、前記トレンチ内の活性化領域上に、第1の膜厚を有した第1のゲート酸化膜を形成するとともに、前記トランジスタの非活性化領域に前記第1の膜厚より厚い第2の膜厚を有する第2のゲート酸化膜を形成する工程と、前記第1及び第2のゲート酸化膜を介して前記トレンチ内に形成され、前記第2のゲート酸化膜を介して前記トレンチの外に延びたゲート電極を形成する工程と、前記トレンチの側壁上に前記第1のゲート酸化膜に接してボディ層を形成する工程と、を備えることを特徴とする。   The method of manufacturing a trench gate type transistor of the present invention includes a step of forming a trench in a semiconductor layer, and thermally oxidizing the semiconductor layer in which the trench is formed, thereby oxidizing the surface of the semiconductor layer including the inside of the trench. A step of forming a film; a step of selectively removing the oxide film in the activation region in the trench; and a step of selectively heating the semiconductor layer in which the trench is formed after the oxide film is selectively removed. By oxidizing, a first gate oxide film having a first film thickness is formed on the activated region in the trench, and thicker than the first film thickness in the non-activated region of the transistor. Forming a second gate oxide film having a second thickness; and forming the second gate oxide film in the trench through the first and second gate oxide films, and passing through the second gate oxide film. Tore To forming a gate electrode extending to the outside of the switch, forming a body layer in contact with the first gate oxide film on the sidewalls of the trench, characterized in that it comprises a.

係る構成によれば、活性化領域には第1のゲート酸化膜(薄いゲート酸化膜)を形成し、非活性化領域には第2のゲート酸化膜(厚いゲート酸化膜)を形成することができ、上記と同様な効果を得ることができる。   According to such a configuration, the first gate oxide film (thin gate oxide film) is formed in the activated region, and the second gate oxide film (thick gate oxide film) is formed in the non-activated region. And the same effect as described above can be obtained.

本発明のトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法によれば、ゲートリーク電流の発生を防止するとともに、ゲート容量を低減することができる。また、優れたトランジスタ特性(低い閾値、低オン抵抗)を確保することができる。   According to the trench gate type transistor and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to prevent the generation of gate leakage current and reduce the gate capacitance. In addition, excellent transistor characteristics (low threshold value, low on-resistance) can be ensured.

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施形態によるトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法を説明する平面図である。また、図2(A)乃至図11(A)は、図1のA−A線に沿った断面図であり、図2(B)乃至図11(B)は、図1のB−B線に沿った断面図である。以下の説明では、トレンチゲート型トランジスタを、単に、トランジスタと呼ぶことにする。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view illustrating a trench gate type transistor and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention. 2A to 11A are cross-sectional views taken along line AA in FIG. 1, and FIGS. 2B to 11B are taken along line BB in FIG. FIG. In the following description, the trench gate type transistor is simply referred to as a transistor.

最初に、本実施形態によるトランジスタの概略の平面構成について図1を参照して説明する。ここでは、主要な構成要素のみについて説明する。このトランジスタでは、P型の半導体基板10上にN+型半導体層11、N−型半導体層12が形成されており、N−型半導体層12の表面側には、ボディ層19の形成された領域を通って、短辺と長辺を有する複数のトレンチ14が形成されている。各トレンチ14には、ゲート絶縁膜(不図示)を介してゲート電極16が形成されている。各ゲート電極16は、各トレンチ14の一方の端で接続されており、トレンチ14の外に延びている。トレンチ14の外に延びたゲート電極16は、層間絶縁膜(不図示)に設けられたコンタクトホールH1を通して、配線(不図示)と接続されている。   First, the schematic planar configuration of the transistor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Here, only main components will be described. In this transistor, an N + type semiconductor layer 11 and an N− type semiconductor layer 12 are formed on a P type semiconductor substrate 10, and a region where a body layer 19 is formed on the surface side of the N− type semiconductor layer 12. A plurality of trenches 14 having a short side and a long side are formed therethrough. A gate electrode 16 is formed in each trench 14 via a gate insulating film (not shown). Each gate electrode 16 is connected to one end of each trench 14 and extends outside the trench 14. The gate electrode 16 extending outside the trench 14 is connected to a wiring (not shown) through a contact hole H1 provided in an interlayer insulating film (not shown).

なお、このトランジスタに隣接して、同一のN−型半導体層12上に、他の高耐圧MOSトランジスタ(不図示)が形成されてもよい。   It should be noted that another high voltage MOS transistor (not shown) may be formed on the same N − type semiconductor layer 12 adjacent to this transistor.

以下に、本実施形態によるトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法について、図面を参照して説明する。   The trench gate type transistor and the manufacturing method thereof according to the present embodiment will be explained below with reference to the drawings.

図2に示すように、P型の半導体基板10の表面にN型不純物をドーピングした後、半導体層をエピタキシャル成長させることにより、N+型半導体層11、及びN−型半導体層12を形成する。以下において、半導体基板10はシリコン単結晶基板であり、N+型半導体層11及びN−型半導体層12はシリコン単結晶半導体層であるとして説明するが、これに限られるものではない。次に、N−型半導体層12上に、CVD法又は熱酸化処理によりシリコン酸化膜13を形成する。さらに、シリコン酸化膜13上に、開口部M1を有したレジスト層R1を形成する。開口部M1は、短辺と長辺を有する複数の長方形を有している。   As shown in FIG. 2, after doping the surface of a P-type semiconductor substrate 10 with an N-type impurity, the semiconductor layer is epitaxially grown to form an N + type semiconductor layer 11 and an N− type semiconductor layer 12. In the following description, it is assumed that the semiconductor substrate 10 is a silicon single crystal substrate and the N + type semiconductor layer 11 and the N− type semiconductor layer 12 are silicon single crystal semiconductor layers, but the present invention is not limited to this. Next, a silicon oxide film 13 is formed on the N − type semiconductor layer 12 by a CVD method or a thermal oxidation process. Further, a resist layer R1 having an opening M1 is formed on the silicon oxide film 13. The opening M1 has a plurality of rectangles having short sides and long sides.

次に、図3に示すように、レジスト層R1をマスクとしてシリコン酸化膜13に対してエッチングを行い、シリコン酸化膜13に開口部13Mを形成する。レジスト層R1の除去後、シリコン酸化膜13をハードマスクとして、N−型半導体層12に対してエッチングを行い、開口部13Mに対応して、短辺と長辺を有した複数のトレンチ14を形成する。このエッチングは、例えばSFを含むエッチングガスを用いたドライエッチングである。そのため、トレンチ14の底部における角部14C,14Dは丸みを帯びて形成される。好ましくは、トレンチ14の深さは約1μmであり、その長辺は約50μm、その短辺は約0.5μmである。トレンチ14の個数は、10個程度であることが好ましい。その後、シリコン酸化膜13は除去される。 Next, as shown in FIG. 3, the silicon oxide film 13 is etched using the resist layer R <b> 1 as a mask to form an opening 13 </ b> M in the silicon oxide film 13. After removing the resist layer R1, the N− type semiconductor layer 12 is etched using the silicon oxide film 13 as a hard mask, and a plurality of trenches 14 having short sides and long sides corresponding to the openings 13M are formed. Form. This etching is, for example, dry etching using an etching gas containing SF 6 . Therefore, the corners 14C and 14D at the bottom of the trench 14 are rounded. Preferably, the depth of the trench 14 is about 1 μm, its long side is about 50 μm, and its short side is about 0.5 μm. The number of trenches 14 is preferably about 10. Thereafter, the silicon oxide film 13 is removed.

次に、図4に示すように、トレンチ14内のN−型半導体層12に対して熱酸化処理を行い、シリコン酸化膜15Aを形成する。好ましくは、この時点におけるシリコン酸化膜15Aの厚さは、約100nmである。シリコン酸化膜15Aは、トレンチ14の底部における角部14C,14Dの丸みを反映して、その箇所で丸みを帯びて形成される。   Next, as shown in FIG. 4, a thermal oxidation process is performed on the N − type semiconductor layer 12 in the trench 14 to form a silicon oxide film 15A. Preferably, the thickness of the silicon oxide film 15A at this time is about 100 nm. The silicon oxide film 15 </ b> A is formed to be rounded at the portion reflecting the roundness of the corners 14 </ b> C and 14 </ b> D at the bottom of the trench 14.

なお、同一のN−型半導体層12上に他の高耐圧MOSトランジスタが形成される場合、シリコン酸化膜15Aは、そのゲート酸化膜と同時に形成される。また、シリコン酸化膜15Aの膜厚はMOSトランジスタの耐圧特性によって変わる。   When another high voltage MOS transistor is formed on the same N− type semiconductor layer 12, the silicon oxide film 15A is formed simultaneously with the gate oxide film. The thickness of the silicon oxide film 15A varies depending on the breakdown voltage characteristics of the MOS transistor.

次に、図5に示すように、シリコン酸化膜15A上に、開口部M2を有したレジスト層R2を形成する。開口部M2は、N−型半導体層12のうち、トランジスタの活性化領域となる領域上を開口している。ここで、トランジスタの活性化領域とは、ボディ層19が形成される領域である。以下、トランジスタの活性化領域を、単に、活性化領域と呼ぶ。言い換えれば、レジスト層R2は、N−型半導体層12のうち活性化領域とならない領域(非活性化領域)上、即ち、トレンチ14の短辺方向の角部14C上からトレンチ14の外にかけて延在している。   Next, as shown in FIG. 5, a resist layer R2 having an opening M2 is formed on the silicon oxide film 15A. The opening M <b> 2 opens on a region of the N− type semiconductor layer 12 that becomes an activation region of the transistor. Here, the activation region of the transistor is a region where the body layer 19 is formed. Hereinafter, the activation region of the transistor is simply referred to as an activation region. In other words, the resist layer R <b> 2 extends from the N− type semiconductor layer 12 in a region that is not an activation region (deactivation region), that is, from the corner 14 </ b> C in the short side direction of the trench 14 to the outside of the trench 14. Exist.

次に、図6に示すように、レジスト層R2をマスクとして、シリコン酸化膜15Aに対してエッチングを行う。これにより、活性化領域となるN−型半導体層12の領域を露出する開口部15Mが形成される。その後、レジスト層R2は除去される。   Next, as shown in FIG. 6, the silicon oxide film 15A is etched using the resist layer R2 as a mask. As a result, an opening 15M that exposes the region of the N − type semiconductor layer 12 that becomes the activation region is formed. Thereafter, the resist layer R2 is removed.

次に、図7に示すように、トレンチ14内であって、シリコン酸化膜15Aの開口部15Mで露出するN−型半導体層12に対して熱酸化処理を行うことにより、その領域上に、シリコン酸化膜15Bを形成する。   Next, as shown in FIG. 7, by performing a thermal oxidation process on the N− type semiconductor layer 12 in the trench 14 and exposed at the opening 15 </ b> M of the silicon oxide film 15 </ b> A, A silicon oxide film 15B is formed.

こうして、N−型半導体層12の活性化領域となる領域には、薄いシリコン酸化膜15B(本発明の第1のゲート絶縁膜の一例)が形成される。好ましくは、シリコン酸化膜15Bの膜厚は約10nmである。   Thus, a thin silicon oxide film 15B (an example of the first gate insulating film of the present invention) is formed in a region that becomes an activation region of the N − type semiconductor layer 12. Preferably, the thickness of the silicon oxide film 15B is about 10 nm.

一方、活性化領域とならない領域(非活性化領域)にはシリコン酸化膜15Bよりも厚いシリコン酸化膜15A(本発明の第2のゲート絶縁膜の一例)が残存する形で形成される。好ましくは、シリコン酸化膜15Aの厚さは、約100nmとなる。   On the other hand, a silicon oxide film 15A (an example of the second gate insulating film of the present invention) thicker than the silicon oxide film 15B is formed in a region that does not become an activated region (non-activated region). Preferably, the thickness of the silicon oxide film 15A is about 100 nm.

次に、図8に示すように、シリコン酸化膜15A及びシリコン酸化膜15Bを覆うポリシリコン層16Pを形成し、それに対して不純物のドーピングを行う。この不純物は、N型の不純物であることが好ましい。   Next, as shown in FIG. 8, a polysilicon layer 16P that covers the silicon oxide film 15A and the silicon oxide film 15B is formed, and impurities are doped therein. This impurity is preferably an N-type impurity.

その後、図9に示すように、ポリシリコン層16P上であって厚いシリコン酸化膜15Aと一部重畳する領域に、レジスト層R3を形成する。次に、レジスト層R3をマスクとして、ポリシリコン層16Pに対してエッチングを行うことにより、各トレンチ14から、シリコン酸化膜15A上に延びるゲート電極16を形成する。トレンチ14内から外に延びるゲート電極16の引き出し部16Sは、厚いシリコン酸化膜15Aと接している。また、各ゲート電極16は、トレンチ14の外のシリコン酸化膜15A上で互いに接続されている。このエッチングは、例えばプラズマエッチングである。その後、レジスト層R3は除去される。   Thereafter, as shown in FIG. 9, a resist layer R3 is formed in a region on the polysilicon layer 16P and partially overlapping with the thick silicon oxide film 15A. Next, the polysilicon layer 16P is etched using the resist layer R3 as a mask, thereby forming the gate electrode 16 extending from each trench 14 onto the silicon oxide film 15A. The lead portion 16S of the gate electrode 16 extending from the inside of the trench 14 is in contact with the thick silicon oxide film 15A. The gate electrodes 16 are connected to each other on the silicon oxide film 15 </ b> A outside the trench 14. This etching is, for example, plasma etching. Thereafter, the resist layer R3 is removed.

次に、図10に示すように、N−型半導体層12において、各トレンチ14の周囲に、垂直方向にP型の不純物をイオン注入することで、P型のボディ層19を形成する。このボディ層19は、薄いシリコン酸化膜15Bと接する。さらに、ボディ層19の表面に、各トレンチ14の長辺方向に沿ってN型の不純物をイオン注入することにより、ソース層21を形成する。なお、ボディ層19とソース層21の活性化や不純物分布を調整するために、熱処理を行うことが好ましい。   Next, as shown in FIG. 10, in the N − type semiconductor layer 12, a P type body layer 19 is formed by ion-implanting a P type impurity in the vertical direction around each trench 14. The body layer 19 is in contact with the thin silicon oxide film 15B. Further, the source layer 21 is formed by ion-implanting N-type impurities into the surface of the body layer 19 along the long side direction of each trench 14. Note that heat treatment is preferably performed to adjust the activation of the body layer 19 and the source layer 21 and the impurity distribution.

次に、図11に示すように、シリコン酸化膜15A,15B及びゲート電極16を覆う層間絶縁膜24を形成する。層間絶縁膜24上には、層間絶縁膜24に設けられたコンタクトホールH1を通してゲート電極16と接続される配線層25が形成される。また、層間絶縁膜24上には、シリコン酸化膜15B及び層間絶縁膜24に設けられたコンタクトホールH2を通してソース層21と接続されるソース電極23が形成される。   Next, as shown in FIG. 11, an interlayer insulating film 24 that covers the silicon oxide films 15A and 15B and the gate electrode 16 is formed. On the interlayer insulating film 24, a wiring layer 25 connected to the gate electrode 16 through a contact hole H1 provided in the interlayer insulating film 24 is formed. On the interlayer insulating film 24, a source electrode 23 connected to the source layer 21 through the contact hole H2 provided in the silicon oxide film 15B and the interlayer insulating film 24 is formed.

こうして完成したトランジスタでは、配線層25からゲート電極16に閾値以上の電位が印加されると、トレンチ17の側壁のボディ層19の表面がN型に反転してチャネルが形成される。これにより、ソース電極23と、ドレインDとなるN−型半導体層12及びN+型半導体層11の間に電流を流すことができる。   In the transistor thus completed, when a potential higher than the threshold is applied from the wiring layer 25 to the gate electrode 16, the surface of the body layer 19 on the side wall of the trench 17 is inverted to N-type to form a channel. As a result, a current can flow between the source electrode 23 and the N− type semiconductor layer 12 and the N + type semiconductor layer 11 that become the drain D.

そして、ゲート電極16の引き出し部16Sと接したシリコン酸化膜15Aが厚いゲート絶縁膜として機能することにより、ゲート電極16の引き出し部16Sにおいてゲート電極16とN−型半導体層12の角部12Cとの距離が長く確保されるため、ゲートリーク電流の発生が防止されると共に、ゲート容量(ゲート電極16、シリコン酸化膜15A、及びN−型半導体層12からなる)を低減することができる。   The silicon oxide film 15A in contact with the lead portion 16S of the gate electrode 16 functions as a thick gate insulating film, so that the gate electrode 16 and the corner portion 12C of the N− type semiconductor layer 12 in the lead portion 16S of the gate electrode 16 Therefore, the generation of the gate leakage current can be prevented and the gate capacitance (consisting of the gate electrode 16, the silicon oxide film 15A, and the N − type semiconductor layer 12) can be reduced.

また、トランジスタの活性化領域(ボディ層19が形成される領域)においては、薄いシリコン酸化膜15Bがゲート絶縁膜として形成されているので、優れたトランジスタ特性(低い閾値、低オン抵抗)を得ることができる。   In the transistor activation region (region where the body layer 19 is formed), the thin silicon oxide film 15B is formed as a gate insulating film, so that excellent transistor characteristics (low threshold, low on-resistance) are obtained. be able to.

なお、本実施形態の変形例として、図12に示すように、ドレイン引き出し部26及びドレイン電極27を形成してもよい。この場合、層間絶縁膜24を形成する前に、N−型半導体層12に開口部12Hを形成して、その開口部12H内に絶縁膜28を形成し、ドレイン引き出し部26を埋め込む。その後、層間絶縁膜24を形成し、層間絶縁膜24を貫通する貫通孔H3を形成し、その貫通孔H3内にドレイン引き出し部26と接続されたドレイン電極27を形成する。   As a modification of the present embodiment, a drain lead portion 26 and a drain electrode 27 may be formed as shown in FIG. In this case, before the interlayer insulating film 24 is formed, the opening 12H is formed in the N − type semiconductor layer 12, the insulating film 28 is formed in the opening 12H, and the drain drawing portion 26 is embedded. Thereafter, an interlayer insulating film 24 is formed, a through hole H3 penetrating the interlayer insulating film 24 is formed, and a drain electrode 27 connected to the drain lead portion 26 is formed in the through hole H3.

また、本実施形態の他の変形例として、ゲート電極16は、図1のように各トレンチ14の端で互いに接続されずに、図13の平面図に示すように、トレンチ14毎に分離されて孤立するように形成されてもよい。その他の構成は図1と同様である。これにより、ポリシリコン層16Pに対するエッチングがプラズマエッチングである場合において、そのポリシリコン層16Pからなるゲート電極16の面積が小さくなるため、ゲート電極16に対するプラズマダメージを極力抑えることができる。従って、トランジスタの信頼性を向上させることができる。   As another modification of the present embodiment, the gate electrodes 16 are not connected to each other at the ends of the trenches 14 as shown in FIG. 1, but are separated for each trench 14 as shown in the plan view of FIG. And may be formed so as to be isolated. Other configurations are the same as those in FIG. Thereby, when the etching with respect to the polysilicon layer 16P is plasma etching, the area of the gate electrode 16 made of the polysilicon layer 16P is reduced, so that plasma damage to the gate electrode 16 can be suppressed as much as possible. Therefore, the reliability of the transistor can be improved.

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更が可能であることは言うまでもない。例えば、Nチャネル型のトランジスタについて説明したが、本発明は、Pチャネル型のトランジスタについても、ソース層21、ボディ層19等の導電型を逆導電型に変更することにより、適用することができる。   Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, although an N-channel transistor has been described, the present invention can also be applied to a P-channel transistor by changing the conductivity type of the source layer 21 and the body layer 19 to the opposite conductivity type. .

また、本発明は、トレンチゲート型のIGBTなどの埋め込みゲート電極を有するデバイスにも適用することができる。   The present invention can also be applied to a device having a buried gate electrode such as a trench gate type IGBT.

本発明の実施形態によるトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法を説明する平面図である。It is a top view explaining the trench gate type transistor by the embodiment of the present invention, and its manufacturing method. 本発明の実施形態によるトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the trench gate type transistor and its manufacturing method by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the trench gate type transistor and its manufacturing method by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the trench gate type transistor and its manufacturing method by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the trench gate type transistor and its manufacturing method by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the trench gate type transistor and its manufacturing method by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the trench gate type transistor and its manufacturing method by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the trench gate type transistor and its manufacturing method by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the trench gate type transistor and its manufacturing method by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the trench gate type transistor and its manufacturing method by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the trench gate type transistor and its manufacturing method by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the trench gate type transistor and its manufacturing method by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法を説明する平面図である。It is a top view explaining the trench gate type transistor by the embodiment of the present invention, and its manufacturing method. 従来例のトレンチゲート型トランジスタ及びその製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the trench gate type transistor of a prior art example, and its manufacturing method.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体基板 11 N+型半導体層
12 N−型半導体層 12C,14C,14D,112C 角部
13,15A,15B シリコン酸化膜
14 トレンチ
16 ゲート電極 16P ポリシリコン層
16S,116S 引き出し部 19 ボディ層
21 ソース層 23 ソース電極
24 層間絶縁膜 25 配線層
26 ドレイン引き出し部 27 ドレイン電極
28 絶縁膜 115 ゲート絶縁膜
H1,H2 コンタクトホール H3 貫通孔
R1〜R3 レジスト層 M1〜M3,13M,15M 開口部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor substrate 11 N + type semiconductor layer 12 N- type semiconductor layer 12C, 14C, 14D, 112C Corner | angular part 13, 15A, 15B Silicon oxide film 14 Trench
16 Gate electrode 16P Polysilicon layer 16S, 116S Lead part 19 Body layer 21 Source layer 23 Source electrode 24 Interlayer insulating film 25 Wiring layer 26 Drain lead part 27 Drain electrode 28 Insulating film 115 Gate insulating film H1, H2 Contact hole H3 Through hole R1-R3 resist layer M1-M3, 13M, 15M opening

Claims (5)

半導体層と、前記半導体層に形成されたトレンチの内に形成され、前記トレンチの外の前記半導体層上に延びたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記半導体層の表面近傍に形成され、前記トレンチの側壁上の前記ゲート絶縁膜に接したボディ層と、を備え、
前記ゲート絶縁膜は、前記ボディ層に接する部分で第1の膜厚を有する第1のゲート絶縁膜と、前記トレンチ内から前記トレンチの外の前記半導体層上に延びる部分で前記第1の膜厚より厚い第2の膜厚を有する第2のゲート絶縁膜と、を備えることを特徴とするトレンチゲート型トランジスタ。
A semiconductor layer; a gate insulating film formed in the trench formed in the semiconductor layer and extending on the semiconductor layer outside the trench; a gate electrode formed on the gate insulating film; and the semiconductor A body layer formed near the surface of the layer and in contact with the gate insulating film on the side wall of the trench, and
The gate insulating film includes a first gate insulating film having a first thickness at a portion in contact with the body layer, and a portion extending from the inside of the trench to the semiconductor layer outside the trench. And a second gate insulating film having a second film thickness greater than the thickness.
前記第2のゲート絶縁膜は、前記トレンチ内から前記トレンチの外の前記半導体層上に延びる部分でラウンドしていることを特徴とする請求項1に記載のトレンチゲート型トランジスタ。 2. The trench gate transistor according to claim 1, wherein the second gate insulating film is rounded at a portion extending from the inside of the trench to the semiconductor layer outside the trench. 第2のゲート絶縁膜は、前記半導体層の表面に形成された高耐圧MOSトランジスタのゲート絶縁膜と同時に形成されたことを特徴とする請求項1に記載のトレンチゲート型トランジスタ。 2. The trench gate type transistor according to claim 1, wherein the second gate insulating film is formed simultaneously with the gate insulating film of the high voltage MOS transistor formed on the surface of the semiconductor layer. 半導体層にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチが形成された半導体層を熱酸化することにより、前記トレンチ内を含めて前記半導体層の表面に酸化膜を形成する工程と、
前記トレンチ内の活性化領域の前記酸化膜を選択的に除去する工程と、
前記酸化膜が選択的に除去された後に、前記トレンチが形成された前記半導体層を熱酸化することにより、前記トレンチ内の活性化領域上に、第1の膜厚を有した第1のゲート酸化膜を形成するとともに、非活性化領域に前記第1の膜厚より厚い第2の膜厚を有する第2のゲート酸化膜を形成する工程と、
前記第1及び第2のゲート酸化膜を介して前記トレンチ内に形成され、前記第2のゲート酸化膜を介して前記トレンチの外に延びたゲート電極を形成する工程と、
前記トレンチの側壁上に前記第1のゲート酸化膜に接してボディ層を形成する工程と、を備えることを特徴とするトレンチゲート型トランジスタの製造方法。
Forming a trench in the semiconductor layer;
Forming a oxide film on the surface of the semiconductor layer including the inside of the trench by thermally oxidizing the semiconductor layer in which the trench is formed;
Selectively removing the oxide film in the activated region in the trench;
After the oxide film is selectively removed, a first gate having a first thickness is formed on the activated region in the trench by thermally oxidizing the semiconductor layer in which the trench is formed. Forming an oxide film and forming a second gate oxide film having a second film thickness larger than the first film thickness in the non-activated region;
Forming a gate electrode formed in the trench through the first and second gate oxide films and extending out of the trench through the second gate oxide film;
Forming a body layer on the sidewall of the trench in contact with the first gate oxide film, and manufacturing the trench gate type transistor.
前記酸化膜を形成する工程において、前記酸化膜は前記トレンチ内から前記トレンチの外の前記半導体層上に延びる部分でラウンドするように熱酸化を行うことを特徴とする請求項4に記載のトレンチゲート型トランジスタの製造方法。 5. The trench according to claim 4, wherein in the step of forming the oxide film, the oxide film is thermally oxidized so as to round at a portion extending from the inside of the trench to the semiconductor layer outside the trench. Manufacturing method of gate type transistor.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016115936A (en) * 2014-12-11 2016-06-23 インフィネオン テクノロジーズ アーゲーInfineon Technologies Ag Method for forming silicon carbide device having shield gate
JP2018093135A (en) * 2016-12-07 2018-06-14 株式会社東芝 Semiconductor device and manufacturing method of the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001015733A (en) * 1999-07-02 2001-01-19 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2004055659A (en) * 2002-07-17 2004-02-19 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Trench gate type semiconductor device and manufacturing method thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001015733A (en) * 1999-07-02 2001-01-19 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2004055659A (en) * 2002-07-17 2004-02-19 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Trench gate type semiconductor device and manufacturing method thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016115936A (en) * 2014-12-11 2016-06-23 インフィネオン テクノロジーズ アーゲーInfineon Technologies Ag Method for forming silicon carbide device having shield gate
US9577073B2 (en) 2014-12-11 2017-02-21 Infineon Technologies Ag Method of forming a silicon-carbide device with a shielded gate
US9960230B2 (en) 2014-12-11 2018-05-01 Infineon Technologies Ag Silicon-carbide transistor device with a shielded gate
JP2018093135A (en) * 2016-12-07 2018-06-14 株式会社東芝 Semiconductor device and manufacturing method of the same

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