(57)【要約】【課題】  耐圧が高いトレンチ構造を有する半導体装置を効率よく製造する方法を提供する。【解決手段】  トレンチ３０内の下部に絶縁層２２が形成されており、絶縁層２２の上部のトレンチ３０内に電極が形成されており、電極と接する範囲のトレンチの壁面に絶縁膜２４が形成されている構造を有する半導体装置の製造方法であり、半導体基板５０の表面にトレンチ３０を形成するトレンチ形成工程と、トレンチ３０内の下部に絶縁体を充填して絶縁層２２を形成する絶縁層形成工程と、流動しながら膜が成長する流動性化学気相成長法により、絶縁層２２の上部のトレンチの内面に絶縁膜２４を形成する絶縁膜形成工程と、絶縁膜形成後のトレンチ３０内に導体を充填して電極を形成する電極形成工程を有する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレンチ内の下部に絶縁層が形成されており、絶縁層の上部のトレンチ内に電極が形成されており、電極と接する範囲のトレンチの壁面に絶縁膜が形成されている構造を有する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トレンチ形成工程と、
トレンチ内の下部に絶縁体を充填して絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
流動しながら膜が成長する流動性化学気相成長法により、絶縁層の上部のトレンチの内面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
絶縁膜形成後のトレンチ内に導体を充填して電極を形成する電極形成工程、
を有している半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記流動性化学気相成長法が、ＴＥＯＳとオゾンを原料ガスとして用いるＣＶＤ法である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トレンチ内の下部に絶縁層が形成されており、絶縁層の上部のトレンチ内に電極が形成されており、電極と接する範囲のトレンチの壁面に絶縁膜が形成されている構造を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トレンチ内の下部に絶縁層が形成されており、絶縁層の上部のトレンチ内に電極が形成されており、電極と接する範囲のトレンチの壁面に絶縁膜が形成されている構造を有する半導体装置が知られている。この種のトレンチ構造は、一般的には以下のようにして形成される。すなわち、最初に、半導体基板にトレンチを形成する。次に、トレンチ内に絶縁体を充填する。次に、絶縁体をエッチングして、トレンチ内の下部にのみ絶縁体を残存させる。これによって、図１０に示すように、トレンチ内の下部に絶縁層１００を形成する。次に、熱酸化法等によって半導体基板の表面を酸化させる。これによって、図１１に示すように、半導体基板の表面に絶縁膜１０２を形成する。このとき、トレンチの壁面にも絶縁膜１０２が形成される。絶縁膜１０２を形成したら、図１３に示すように、トレンチ内（絶縁層１００の上部）に導体を充填して電極１０４を形成する。これによって、トレンチ構造が完成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１７７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した方法によりトレンチ構造を形成すると、図１２に示すように、電極１０４の下端に角部１０４ａが形成される。電極１０４に角部１０４ａが形成されると、その角部１０４ａ近傍に電界が集中し易くなる。
また、図１０に示すように、絶縁膜１０２の形成前においては、絶縁層１００の上面がトレンチの壁面に対して略垂直となっている。このため、絶縁膜１０２を形成する際に、絶縁層１００の上面とトレンチの壁面の境界部１００ａ（図１２の角部１０４ａに対応する部分）に酸化ガスが到達し難い。また、境界部１００ａでは、絶縁層１００によってトレンチの壁面の酸化による体積膨張が抑制される。したがって、図１１に示すように、境界部１００ａ近傍では絶縁膜１０２が厚く形成されない。このため、図１２に示すように電極１０４の角部１０４ａの近傍（側方）では、絶縁膜１０２が薄くなる。このように、電界が集中し易い角部１０４ａの近傍で絶縁膜１０２が最も薄くなる。このため、このトレンチ構造では、電極と半導体基板（半導体層）との間の耐圧が非常に低いという問題があった。
【０００５】
特許文献１には、電極の角部近傍の絶縁膜を局所的に厚く形成することによって、上記の問題を解決する技術が開示されている。しかしながら、特許文献１のトレンチ構造の形成方法では、トレンチの内面にマスキング用の窒化膜を形成し、形成した窒化膜を部分的にエッチングして形状を調整する必要がある。また、絶縁膜形成後には、窒化膜を除去する必要がある。このように、特許文献１の技術では、最終的に不要となる窒化膜の形成や除去のために多くの工程を追加する必要があり、半導体装置の製造効率が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した実情に鑑みて創作されたものであり、耐圧が高いトレンチ構造を有する半導体装置を効率よく製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法では、トレンチ内の下部に絶縁層が形成されており、絶縁層の上部のトレンチ内に電極が形成されており、電極と接する範囲のトレンチの壁面に絶縁膜が形成されている構造を有する半導体装置を製造する。この製造方法は、トレンチ形成工程と、絶縁層形成工程と、絶縁膜形成工程と、電極形成工程を有する。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。絶縁層形成工程では、トレンチ内の下部に絶縁体を充填して絶縁層を形成する。絶縁膜形成工程では、流動しながら膜が成長する流動性化学気相成長法により、絶縁層の上部のトレンチの内面に絶縁膜を形成する。電極形成工程では、絶縁膜形成後のトレンチ内に導体を充填して電極を形成する。
【０００８】
この製造方法では、絶縁膜形成工程で、流動しながら膜が成長する流動性化学気相成長法により、絶縁層の上部のトレンチの内面に絶縁膜を形成する。すなわち、絶縁膜は、絶縁層の上面とトレンチの内壁面上に成長する。流動性化学気相成長法により成長する物質（絶縁膜となる物質）は、その成長中に流動性を有する。したがって、絶縁膜形成工程では、絶縁膜となる物質が下方に流動しながら成長する。成長した物質は最終的に固化して絶縁膜となる。このため、流動性化学気相成長法により形成された絶縁膜の表面形状は、トレンチの壁面と絶縁層の上面との境界部において、凹状の曲面形状となる。絶縁膜を形成したら、電極形成工程で、トレンチ内に電極を形成する。上記境界部における絶縁膜の表面形状が凹状の曲面形状であるので、それに対応する電極の下端の形状は凸状の曲面形状となる。すなわち、電極の下端に角部が形成されない。これによって、電極の下端に角部が形成されておらず、かつ、電極の下端の側方に十分な厚さを有する絶縁膜が形成されているトレンチ構造が完成する。したがって、このトレンチ構造は、電極の下端に電界が集中し難く、かつ、電極の下端近傍の絶縁膜の絶縁耐圧が高い。この製造方法によれば、耐圧が高い半導体装置を製造することができる。また、この製造方法では、トレンチの内面にマスキングを目的とする膜を形成する必要がなく、高い製造効率で半導体装置を製造することができる。
【０００９】
上述した製造方法では、前記流動性化学気相成長法が、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：化学式[Si(OC2H5)]）とオゾン（O3）を原料ガスとして用いるＣＶＤ法であることが好ましい。これにより、絶縁膜を流動させながら成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ＭＯＳＦＥＴ１０の断面図。
【図２】トレンチ形成工程後のシリコンウエハ５０の断面図。
【図３】フローティング領域形成工程後のシリコンウエハ５０の断面図。
【図４】絶縁層形成工程後のシリコンウエハ５０の断面図。
【図５】絶縁層エッチング工程後のシリコンウエハ５０の断面図。
【図６】絶縁膜形成工程後のシリコンウエハ５０の断面図。
【図７】ポリシリコン層２６の形成後のシリコンウエハ５０の断面図。
【図８】ポリシリコン層２６のエッチング後のシリコンウエハ５０の断面図。
【図９】絶縁膜２４のエッチング後のシリコンウエハ５０の断面図。
【図１０】従来のトレンチ構造の形成方法における絶縁層１００形成後のシリコン基板の断面図。
【図１１】従来のトレンチ構造の形成方法における絶縁膜１０２形成後のシリコン基板の断面図。
【図１２】従来のトレンチ構造の形成方法における電極１０４形成後のシリコン基板の断面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１１】
実施例に係る半導体装置の製造方法について説明する。実施例の製造方法では、図１の部分断面図に示すＭＯＳＦＥＴ１０を製造する。最初に、ＭＯＳＦＥＴ１０について説明する。
【００１２】
図１に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１０は、半導体基板１２と、半導体基板１２の上面及び下面に形成されている電極、絶縁膜等によって形成されている。半導体基板１２中には、Ｎ型のソース領域１４、Ｐ型のボディ領域１６、Ｎ−型のドリフト領域１８、及び、Ｎ＋型のドレイン領域２０が形成されている。半導体基板１２には、その上面から、ソース領域１４とボディ領域１６を貫通してドリフト領域１８に達するトレンチ３０が形成されている。トレンチ３０の下端近傍のドリフト領域１８内には、Ｐ型のフローティング領域２１が形成されている。トレンチ３０内の下部には、絶縁層２２が形成されている。トレンチ３０の上部の壁面には、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜２４が形成されている。トレンチ３０内の上部には、ポリシリコンからなるゲート電極２６が形成されている。ゲート電極２６の上部は、キャップ絶縁膜３２に覆われている。半導体基板１２の上面には、ソース電極３４が形成されている。半導体基板１２の下面には、ドレイン電極３６が形成されている。
【００１３】
次に、ＭＯＳＦＥＴ１０の製造方法について説明する。なお、本実施形態の製造方法は、トレンチゲート構造を形成する工程に特徴を有しているので、その他の工程については詳細な説明を省略する。
ＭＯＳＦＥＴ１０は、ドリフト領域１８と略同じＮ型不純物濃度を有するシリコンウエハ（以下、シリコンウエハ５０という）から製造される。最初に、シリコンウエハ５０の上面側に拡散層（ソース領域１４、ボディ領域１６）を形成する。その後、トレンチ形成工程を実施する。
【００１４】
（トレンチ形成工程）
トレンチ形成工程では、最初に、シリコンウエハ５０の上面にマスク層（酸化シリコン層）を形成する。マスク層は、トレンチ３０に対応する範囲に開口を設けた形状に形成する。その後、上面側からＲＩＥ法によってシリコンウエハ５０をエッチングする。これによって、図２に示すように、シリコンウエハ５０の上面（マスク層６０が形成されていない領域）にトレンチ３０を形成する。ここでは、幅が０．４μｍ〜０．５μｍであり、深さが２．３〜３．０μｍのトレンチ３０を形成する。トレンチ３０を形成したら、シリコンウエハ５０を洗浄し、その後、トレンチ３０の内面に対してケミカルドライエッチング等の等方性エッチングを行う。これにより、トレンチ３０の内面を平滑化する。
【００１５】
（フローティング領域形成工程）
トレンチ形成工程が終了したら、フローティング領域形成工程を行う。フローティング領域形成工程では、最初に、シリコンウエハ５０を熱処理して、トレンチ３０の内面に犠牲酸化膜を形成する。次に、シリコンウエハ５０の上面側からトレンチ３０の底面にＰ型不純物をイオン注入する。その後、シリコンウエハ５０を熱処理することによって、注入したＰ型不純物を活性化させる。これによって、トレンチ３０の下端近傍にＰ型のフローティング領域を形成する。熱処理後に、等方性エッチングによって、マスク層６０と犠牲酸化膜を除去する。フローティング領域形成工程を実行することで、図３に示すように、トレンチ３０の下端近傍にフローティング領域２１が形成される。
【００１６】
（絶縁層形成工程）
フローティング領域形成工程が終了したら、絶縁層形成工程を行う。絶縁層形成工程では、ＣＶＤ法によって、シリコンウエハ５０の表面に酸化シリコンからなる絶縁層を成長させる。ＣＶＤ法によれば、トレンチ３０の内面上にも絶縁層を成長させることができる。ここでは、図４に示すように、トレンチ３０内が絶縁層２２で満たされるまで絶縁層２２を成長させる。ＣＶＤ法は埋め込み性が高いので、トレンチ３０内に隙間無く絶縁層２２を充填することができる。
なお、ＣＶＤ法を行う前に、熱酸化法等によってシリコンウエハ５０の表面に薄い酸化シリコン膜を形成しておいてもよい。薄い酸化シリコン膜形成後に絶縁層２２を形成することで、絶縁層２２とシリコンウエハ５０との界面準位を安定化させることができる。
【００１７】
（絶縁層エッチング工程）
絶縁層形成工程が終了したら、絶縁層エッチング工程を行う。絶縁層エッチング工程では、ウェットエッチングによって、上面側から絶縁層２２をエッチングする。これによって、図５に示すように、トレンチ３０内の下部にのみ絶縁層２２を残存させ、その他の絶縁層２２（シリコンウエハ５０の上面上の絶縁層２２とトレンチ３０内の上部の絶縁層２２）を除去する。残存した絶縁層２２の上面は、トレンチ３０の壁面に対して略垂直な平面形状となる。なお、絶縁層エッチング工程は、残存させる絶縁層２２の上面が、ボディ領域１６の下端より下側に位置するように行う。
【００１８】
（絶縁膜形成工程）
絶縁層エッチング工程が終了したら、絶縁膜形成工程を行う。絶縁膜形成工程では、最初にシリコンウエハ５０を洗浄する。次に、ＴＥＯＳ−Ｏ３−ＣＶＤ法（流動性化学気相成長法の一種）を用いて、シリコンウエハ５０の表面に酸化シリコンを成長させる。これにより、図６に示すように、酸化シリコンからなる絶縁膜２４を形成する。具体的には、原料ガスとして酸素とオゾンの混合ガスとＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法により、酸化シリコンを成長させる。シリコンウエハ５０の温度は、３５０℃〜５００℃に制御し、チャンバ内の気圧は常圧に制御する。絶縁膜２４は、厚さが５０〜１００ｎｍとなるように形成する。なお、ＴＥＯＳ−Ｏ３−ＣＶＤ法では、３５０℃〜５００℃の温度範囲においてＴＥＯＳとオゾンの反応により酸化シリコンが成長し、酸素は酸化シリコンの成長に寄与しない。すなわち、原料ガスには少なくともＴＥＯＳとオゾンが含まれていればよい。
ＴＥＯＳ−Ｏ３−ＣＶＤ法では、トレンチ３０の内面（すなわち、トレンチ３０の壁面と、絶縁層２２の上面）にも酸化シリコンが成長する。また、ＴＥＯＳ−Ｏ３−ＣＶＤ法により酸化シリコンを成長させる場合には、成長中に酸化シリコンが流動性を示す。すなわち、酸化シリコンは、流動しながら成長する。したがって、トレンチ３０の壁面では、重力及び表面張力等の影響により、酸化シリコンがトレンチ３０の壁面を伝って下側（トレンチ３０の底面側）に流動しながら成長する。成長した酸化シリコンは、最終的に固化して絶縁膜２４となる。このため、トレンチ３０の壁面と絶縁層２２の上面との境界部４４では、絶縁膜２４が厚くなり、境界部４４近傍では絶縁膜２４の表面が凹状の曲面形状となる。
なお、上記の絶縁膜形成工程では、シリコンウエハ５０の洗浄後にＴＥＯＳ−Ｏ３−ＣＶＤ法を実施したが、シリコンウエハ５０の洗浄後に熱酸化処理によりトレンチ３０の壁面に薄い酸化シリコン膜を形成し、その後にＴＥＯＳ−Ｏ３−ＣＶＤ法を実施してもよい。
【００１９】
（電極形成工程）
絶縁膜形成工程が終了したら、電極形成工程を行う。電極形成工程では、最初に、シリコンウエハ５０を洗浄する。その後、ＣＶＤ法等によって、シリコンウエハ５０の表面にポリシリコンを成長させる。これによって、図７に示すように、ポリシリコン層２６を形成する。この際、トレンチ３０内にもポリシリコンが成長し、トレンチ３０内がポリシリコン層２６で満たされる。ポリシリコン層２６を形成したら、上面側からポリシリコン層２６をエッチングする。これによって、図８に示すように、トレンチ３０内にポリシリコン層２６を残存させ、シリコンウエハ５０の上面上のポリシリコン層２６を除去する。残存したポリシリコン層２６がゲート電極２６となる。次に、図９に示すように、シリコンウエハ５０の上面上の絶縁膜２４をエッチングにより除去する。トレンチ３０内に残存し絶縁膜２４が、ゲート絶縁膜２４となる。
【００２０】
以上の工程によって、トレンチゲート構造が完成する。トレンチゲート構造を形成したら、シリコンウエハ５０の下面側に拡散層（ドレイン層）を形成する。また、その他の必要な構造（電極、絶縁膜等）を形成する。その後、シリコンウエハ５０をダイシングにより分割する。これによって、図１に示すＭＯＳＦＥＴ１０が製造される。
【００２１】
この製造方法により製造されたＭＯＳＦＥＴ１０では、フローティング領域２１によって、ＭＯＳＦＥＴ１０のオフ時にボディ領域１６とドリフト領域１８の界面に電界が集中することが抑制される。また、図１に示すように、この製造方法によれば、ゲート電極２６の下端が曲面状に形成される。すなわち、ゲート電極２６の下端に角部が形成されない。したがって、ゲート電極２６の下端近傍に電界が集中することが抑制される。また、ゲート電極２６の下端の側方のゲート絶縁膜２４が厚くなるので、その部分のゲート絶縁膜２４の絶縁耐圧が高くなる。すなわち、従来のトレンチ構造のように、ゲート絶縁膜が薄い部分が存在しない。このため、ＭＯＳＦＥＴ１０はゲート電極２６の下端近傍で絶縁破壊し難い。ＭＯＳＦＥＴ１０は耐圧が高い。
また、この製造方法では、トレンチ３０の壁面にマスキング用の膜を形成する必要が無い。ＴＥＯＳ−Ｏ３−ＣＶＤ法によりゲート絶縁膜２４を成長させるだけで、耐圧が高いＭＯＳＦＥＴ１０を製造することができる。すなわち、高い製造効率で耐圧が高いＭＯＳＦＥＴ１０を製造することができる。
【００２２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、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、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的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、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２３】
１０：ＭＯＳＦＥＴ
１２：半導体基板
１４：ソース領域
１６：ボディ領域
１８：ドリフト領域
２０：ドレイン領域
２１：フローティング領域
２２：絶縁層
２４：ゲート絶縁膜
２６：ゲート電極
３０：トレンチ
３２：キャップ絶縁膜
３４：ソース電極
３６：ドレイン電極
４４：境界部
５０：シリコンウエハ
６０：マスク層
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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