(57)【要約】【課題】  トレンチの底部にシームが無い絶縁層を形成する。【解決手段】  半導体装置の製造方法であって、トレンチ形成工程と、絶縁層成長工程と、エッチング工程を有する。前記トレンチ形成工程は、半導体基板の表面にトレンチを形成する工程であって、前記トレンチの側面が段差を有し、前記段差よりも底側の下部トレンチの幅が前記段差よりも開口側の上部トレンチの幅よりも狭く、前記下部トレンチの深さＤと前記下部トレンチの底の幅Ｗと前記下部トレンチの側面の傾斜角θがＤ＜Ｗ／２・ｔａｎ（θ／２）の関係を満たすように前記トレンチを形成する。前記絶縁層成長工程では、前記トレンチの内面に絶縁層を成長させて、前記絶縁層によって前記トレンチを埋め込む。前記エッチング工程では、前記絶縁層をエッチングすることによって、前記段差を露出させるとともに前記下部トレンチ内に前記絶縁層を残存させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
半導体基板の表面にトレンチを形成する工程であって、前記トレンチの側面が段差を有し、前記段差よりも底側の下部トレンチの幅が前記段差よりも開口側の上部トレンチの幅よりも狭く、前記下部トレンチの深さＤと前記下部トレンチの底の幅Ｗと前記下部トレンチの側面の傾斜角θがＤ＜Ｗ／２・ｔａｎ（θ／２）の関係を満たすように前記トレンチを形成する工程と、
前記トレンチの内面に絶縁層を成長させて、前記絶縁層によって前記トレンチを埋め込む工程と、
前記絶縁層をエッチングすることによって、前記段差を露出させるとともに前記下部トレンチ内に前記絶縁層を残存させる工程、
を有する製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
特許文献１には、トレンチの底部に厚い絶縁層が設けられた半導体装置が開示されている。トレンチの底部に厚い絶縁層を設けることで、半導体装置の耐圧を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−０４６１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トレンチの底部の厚い絶縁層は、以下のように形成される。まず、トレンチ内に絶縁層を成長させることで、トレンチを絶縁層で埋め込む。次に、トレンチ内の絶縁層を上側からエッチングし、トレンチの底部に絶縁層を残存させる。
【０００５】
トレンチ内に絶縁層を成長させるときには、トレンチの両側面から絶縁層が成長する。このため、トレンチの各側面から成長する絶縁層が合わさる部分にシームが形成される。このため、エッチング後にトレンチの底部に残存する絶縁層内にシームが存在する場合がある。底部に残存する絶縁層内にシームが存在すると、半導体装置の使用時に絶縁層に熱応力が加わり、シームから絶縁層が裂けるおそれがある。したがって、本明細書では、トレンチの底部にシームが無い絶縁層を形成する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、トレンチ形成工程と、絶縁層成長工程と、エッチング工程を有する。前記トレンチ形成工程では、半導体基板の表面にトレンチを形成する。前記トレンチ形成工程では、前記トレンチの側面が段差を有し、前記段差よりも底側の下部トレンチの幅が前記段差よりも開口側の上部トレンチの幅よりも狭く、前記下部トレンチの深さＤと前記下部トレンチの底の幅Ｗと前記下部トレンチの側面の傾斜角θがＤ＜Ｗ／２・ｔａｎ（θ／２）の関係を満たすように前記トレンチを形成する。前記絶縁層成長工程では、前記トレンチの内面に絶縁層を成長させて、前記絶縁層によって前記トレンチを埋め込む。前記エッチング工程では、前記絶縁層をエッチングすることによって、前記段差を露出させるとともに前記下部トレンチ内に前記絶縁層を残存させる。
【０００７】
なお、下部トレンチの側面の傾斜角θは、下部トレンチの底面と側面の間の角度を意味する。
【０００８】
この製造方法では、Ｄ＜Ｗ／２・ｔａｎ（θ／２）の関係を満たすようにトレンチを形成する。このようなトレンチの内部に絶縁層を成長させると、シームの下端の位置が段差の位置よりも上側（開口側）となるように絶縁層内にシームが形成される。その後、段差が露出するまで絶縁層をエッチングするので、シームの全体が除去される。このため、下部トレンチ内に残存する絶縁層に、シームが存在しない。このように、この製造方法によれば、トレンチの底部にシームが無い絶縁層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】半導体装置１０の断面図。
【図２】トレンチの底部の拡大断面図。
【図３】半導体装置１０の製造工程の説明図。
【図４】半導体装置１０の製造工程の説明図。
【図５】半導体装置１０の製造工程の説明図。
【図６】半導体装置１０の製造工程の説明図。
【図７】半導体装置１０の製造工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に示す実施形態の半導体装置１０は、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field effect transistor）である。半導体装置１０は、半導体基板１２を有している。半導体基板１２の上面１２ａには、複数のトレンチ２２が設けられている。各トレンチ２２は、上面１２ａにおいて、互いに平行に伸びている。各トレンチ２２の内部に、ゲート絶縁層２４とゲート電極２６が配置されている。ゲート電極２６は、ゲート絶縁層２４によって半導体基板１２から絶縁されている。
【００１１】
図２に示すように、トレンチ２２は、側面に段差２１を有している。段差２１の上側では、段差２１の下側よりも、トレンチ２２の幅が広い。以下では、トレンチ２２の段差２１よりも上側の部分を上部トレンチ２２ａといい、段差２１よりも下側の部分を下部トレンチ２２ｂという。図２において、記号Ｄは、下部トレンチ２２ｂの深さ（すなわち、下部トレンチ２２ｂの底面と段差２１の間の深さ方向の距離）を意味する。記号Ｗは、下部トレンチ２２ｂの底面の幅を意味する。記号θは、下部トレンチ２２ｂの側面の傾斜角（すなわち、下部トレンチ２２ｂの底面と側面の間の角度）を意味する。下部トレンチ２２ｂは、Ｄ＜Ｗ／２・ｔａｎ（θ／２）の関係を満たす。ゲート絶縁層２４は、底部絶縁層２４ａと側部絶縁膜２４ｂを有している。底部絶縁層２４ａは、下部トレンチ２２ｂ内に配置されている。底部絶縁層２４ａは、下部トレンチ２２ｂの底面と側面を覆っている。側部絶縁膜２４ｂは、底部絶縁層２４ａよりも上側でトレンチ２２の内面を覆っている。側部絶縁膜２４ｂは、段差２１と上部トレンチ２２ａの側面を覆っている。底部絶縁層２４ａは、側部絶縁膜２４ｂよりも厚い。
【００１２】
図１に示すように、ゲート電極２６の上面は、層間絶縁膜２８によって覆われている。半導体基板１２の上面１２ａには、ソース電極７０が配置されている。ソース電極７０は、層間絶縁膜２８によってゲート電極２６から絶縁されている。半導体基板１２の下面１２ｂには、ドレイン電極７２が配置されている。ドレイン電極７２は、半導体基板１２の下面１２ｂに接している。
【００１３】
半導体基板１２の内部には、ｎ型のソース領域３０、ｐ型のボディ領域３２、ｐ型の底部領域３６、ｎ型のドリフト領域３４、及び、ｎ型のドレイン領域３５が設けられている。ソース領域３０は、ソース電極７０と側部絶縁膜２４ｂに接している。ボディ領域３２は、ソース領域３０の側方と下部に配置されている。ボディ領域３２は、ソース電極７０に接している。ボディ領域３２は、ソース電極７０近傍で高いｐ型不純物濃度を有している。ボディ領域３２は、ソース領域３０の下側で側部絶縁膜２４ｂに接している。ドリフト領域３４は、ボディ領域３２の下側に配置されており、側部絶縁膜２４ｂに接している。底部領域３６は、トレンチ２２の底面において、底部絶縁層２４ａに接している。底部領域３６は、図示しない位置に設けられたｐ型の接続領域によってボディ領域３２に接続されている。ドレイン領域３５は、ドリフト領域３４よりも高いｎ型不純物濃度を有している。ドレイン領域３５は、ドリフト領域３４の下側に配置されており、ドレイン電極７２に接している。
【００１４】
電界が集中し易いトレンチ２２の底部に厚みが厚い底部絶縁層２４ａが設けられていることで、ゲート絶縁層２４の絶縁性が向上されている。また、トレンチ２２の底部にｐ型の底部領域３６が設けられていることで、トレンチ２２の底部への電界集中が緩和される。したがって、半導体装置１０は、高い耐圧を有する。
【００１５】
次に、半導体装置１０の製造方法について説明する。なお、この製造方法は、トレンチ２２とゲート絶縁層２４の形成工程に特徴を有するので、以下では、これらの工程について主に説明する。
【００１６】
まず、半導体基板１２の上面１２ａに、トレンチ２２を形成する。ここでは、図３に示すように、トレンチ２２が段差２１、上部トレンチ２２ａ及び下部トレンチ２２ｂを有するように、トレンチ２２を形成する。下部トレンチ２２ｂは、Ｄ＜Ｗ／２・ｔａｎ（θ／２）の関係を満たすように形成される。
【００１７】
次に、トレンチ２２の底面にｐ型不純物を注入して、ｐ型の底部領域３６を形成する。なお、以下に説明する図４〜７では、説明の都合上、底部領域３６の図示を省略している。
【００１８】
次に、図４に示すように、トレンチ２２の内面に絶縁層９０を成長させる。ここでは、絶縁層９０によってトレンチ２２を埋め込む。このようにトレンチ２２の内面に絶縁層９０を成長させると、トレンチ２２の一方の側面から成長する絶縁層９０とトレンチ２２の他方の側面から成長する絶縁層９０とが合わさる位置に、シーム９２が形成される。シーム９２では、絶縁層９０の結合力が弱い。図４において、点Ｐは、シーム９２の下端を示している。
【００１９】
図５は、トレンチ２２内に絶縁層９０が成長する様子を示している。図５に示すように、トレンチ２２の内面を構成する各表面（すなわち、下部トレンチ２２ｂの底面、下部トレンチ２２ｂの側面、段差２１の表面、上部トレンチ２２ａの側面）から略同じ速度で絶縁層９０が成長する。このように絶縁層９０が成長すると、点Ｐにおいて、下部トレンチ２２ｂの一方の側面から成長した絶縁層９０と、下部トレンチ２２ｂの他方の側面から成長した絶縁層９０と、下部トレンチ２２ｂの底面から成長した絶縁層９０が合わさる。このため、図４のように点Ｐよりも上側にシーム９２が形成され、点Ｐがシーム９２の下端となる。
【００２０】
図５のように絶縁層９０が成長するので、図６に示すように、点Ｐは、トレンチ２２の中心線上において、下部トレンチ２２ｂの底面までの距離Ｈと、下部トレンチ２２ｂの側面（より詳細には、当該側面を延長した仮想側面Ｓ１）までの距離Ｌとが等しくなる位置に存在する。図６から、Ｈ＝Ｗ／２・ｔａｎ（θ／２）の関係が得られる。本実施形態では、Ｄ＜Ｈ（すなわち、Ｄ＜Ｗ／２・ｔａｎ（θ／２））となるように、下部トレンチ２２ｂが形成されている。したがって、シーム９２の下端の点Ｐは、段差２１よりも上側に位置する。
【００２１】
次に、トレンチ２２内の絶縁層９０を上側からエッチングする。ここでは、図７に示すように、段差２１が露出するまで絶縁層９０をエッチングし、下部トレンチ２２ｂ内にのみ絶縁層９０を残存させる。残存した絶縁層９０が、底部絶縁層２４ａとなる。シーム９２の下端の点Ｐが段差２１よりも上側に位置し、段差２１が露出するまで絶縁層９０をエッチングするので、シーム９２の全体がエッチングにより除去される。したがって、エッチング後に残存する底部絶縁層２４ａ中にシームは存在しない。
【００２２】
次に、図２に示すように、底部絶縁層２４ａよりも上側のトレンチ２２の内面に側部絶縁膜２４ｂを形成する。次に、トレンチ２２内にゲート電極２６を形成する。以上の工程によって、図１、２に示すトレンチゲート構造が完成する。その他の半導体層、絶縁層、電極等は、従来公知の方法により形成することができる。以上に説明した方法によって、図１に示す半導体装置１０を製造することができる。
【００２３】
以上に説明したように、この製造方法によれば、段差２１が露出するまで絶縁層９０をエッチングすることで、シーム９２を確実に除去することができる。言い換えると、段差２１が露出しているか否かを確認することで、シーム９２が除去されているか否かを確認することができる。このため、シームが存在しない底部絶縁層２４ａを確実に形成することができる。したがって、シームから底部絶縁層２４ａが裂けることを防止することができ、半導体装置１０の信頼性を向上させることができる。
【００２４】
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２５】
１０    ：半導体装置
１２    ：半導体基板
２１    ：段差
２２    ：トレンチ
２２ａ  ：上部トレンチ
２２ｂ  ：下部トレンチ
２４    ：ゲート絶縁層
２４ａ  ：底部絶縁層
２４ｂ  ：側部絶縁膜
２６    ：ゲート電極
２８    ：層間絶縁膜
３０    ：ソース領域
３２    ：ボディ領域
３４    ：ドリフト領域
３５    ：ドレイン領域
３６    ：底部領域
７０    ：ソース電極
７２    ：ドレイン電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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