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JPS5940579A - 絶縁ゲ−ト電界効果トランジスタ - Google Patents

絶縁ゲ−ト電界効果トランジスタ

Info

Publication number
JPS5940579A
JPS5940579A JP57150283A JP15028382A JPS5940579A JP S5940579 A JPS5940579 A JP S5940579A JP 57150283 A JP57150283 A JP 57150283A JP 15028382 A JP15028382 A JP 15028382A JP S5940579 A JPS5940579 A JP S5940579A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide film
region
groove
gate oxide
shaped groove
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.)
Granted
Application number
JP57150283A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0526348B2 (ja
Inventor
Toshihiro Sekikawa
敏弘 関川
Yutaka Hayashi
豊 林
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.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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 Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP57150283A priority Critical patent/JPS5940579A/ja
Publication of JPS5940579A publication Critical patent/JPS5940579A/ja
Publication of JPH0526348B2 publication Critical patent/JPH0526348B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/64Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/66Vertical DMOS [VDMOS] FETs
    • H10D30/668Vertical DMOS [VDMOS] FETs having trench gate electrodes, e.g. UMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01Manufacture or treatment
    • H10D30/021Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/028Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/0291Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs of vertical DMOS [VDMOS] FETs
    • H10D30/0297Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs of vertical DMOS [VDMOS] FETs using recessing of the gate electrodes, e.g. to form trench gate electrodes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/20Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions 
    • H10D64/27Electrodes not carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. gates
    • H10D64/311Gate electrodes for field-effect devices
    • H10D64/411Gate electrodes for field-effect devices for FETs
    • H10D64/511Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs
    • H10D64/512Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates
    • H10D64/513Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates within recesses in the substrate, e.g. trench gates, groove gates or buried gates

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電力用高速スイッチング素子や高周波増幅
用素子等として開発された、いわゆる、VMO8)ラン
ジスタの特性改善のための構成に関するものである。
第1図は従来の代表的なnチャネルVMO8)ランジス
タの断面構造を示す略図である。同図においズ、1はn
形低抵抗ドレイン領域、1aはその上に形成されたn形
高抵抗エビクキシャル領域からなる高抵抗ドレイン領域
、2ばp形半2H7体領域からなり、h形低抵抗)゛レ
イン領域1とpn接合を形成するチャネル形成領域、3
はn形低抵抗ソース領域、4はゲート酸化膜(一般には
ゲート絶縁膜と称す)、5はゲート電極、6はソース電
極である。第1図に示すように、VMO8)ランジスタ
においては、異方性エツチングにより半導体結晶表面に
7字状溝(一般には谷状切欠部と称す)9が形成され、
このV字状溝9の表面に露出されたチャネル形成領域2
の表面部分にゲート酸化膜ができ、ゲート酸化膜4中に
おいて、そのgl蔀分に電界集中が生じ、ゲート酸化膜
4の耐圧が通常の平行板電極に挾まれた場合より低下し
、ゲートml圧を低下させていた。これが従来のVMO
Sトランジスタの欠点とされている。
この発明は、上述の点にかんがみなされたもので、V字
状溝の底部や肩部のゲート酸化膜中の電界集中を緩和し
、その部分のゲート酸fヒ膜の耐圧を改善したVMO8
)ランジスタを提供することを目的とする。以下この発
明如係るVMO8)ランジスタの一実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。
上述のように、従来のVMO8)ランジスタは7字状溝
9の底部7や肩部8で、ゲート酸化膜4の1ffiJ圧
が低下するが、この原因となるゲート酸化1漢4中での
電界集中は、7字状溝9の底部7や肩部8の角部に丸み
をつげれば緩オロされることが見出された。
第2図はゲート酸化膜4中の角部における最大電界強度
El、lと角部につけた曲率半径Rとの関係を数値計算
により求めた結果を示した図である。
同図忙おいて、曲線Aは底部最大電界強度を、曲線Bは
肩部最大電界強度を示す。曲率半径Rはゲート酸化膜厚
で規格化されており、また、最大電界強度E0の値は、
同一ゲート酸化膜厚および同一印加電圧平行平板電極の
場合との比で表わしている。従って、例えば曲率半径0
のとき、底部Tの最大電界強度E、nの値は第2図より
約87であるが、これは平行平板電極の場合の87倍で
あることを示している。ゲート酸化膜4の耐圧は臨界電
界強度ECで定まり、S10□の場合は60 (I V
/μmであることが知られている。従って、5iOzを
ゲート酸化膜4として用い、膜厚を100 nmとする
と耐圧は通常60Vであるの如対し、7字状溝9の底部
7ではその87分の1、すなわち5ないし6.9Vとな
ってしまう。しかしながら、第2図に示すように曲率半
径RYOから大きくしてかに低下する。また、底部Iで
はR+02でとなる。さらにRを増すと底部Tでも肩部
8でもほぼ同じ値となることがわかる。R= 0.5の
ときは最大電界強度E、nは約1.6となる。従って、
ゲート酸化膜4の耐圧は平行平板電極の場合の約63%
まで回復することになり、たとえばゲート酸化膜4の膜
厚な1100nにした場合、耐圧は約38Vとなり実用
に耐え得る値となる。曲率半径Rの小さい場合、底部T
のほうが肩部8より電界強度Emが大きいのは、前者が
後者より鋭い角度の角部な持っているからである。耐圧
は最も弱い部分で定められているが、底部Iおよび肩部
8の曲率半径Rをそれぞれ0.5以上とすれば、曲率半
径Rν)て の値が底部7および肩部8で異なっても、少tr、、4
工とも通常の平行平板電極の耐圧の63%まで耐−厘が
保障され、耐圧に対する設計が容易になる。°耐圧の回
復は曲率半径RがO,1程度でも相当有効である、特に
底部1の場合は最大電界強度E□は、E、、−+3.0
となlう、R=Oの場合の約3倍まで回復する。貸た、
底部Iのツノに丸みな設けても有効である。それは曲率
半径Rが小さいとき底部Tのほうが最大電界強度E、、
lが大きいからである。
第3図はこの発明に係るVMO8)ランジスタの一実施
例で、V字状溝周辺を示す断面図である。
同図において、第1図と同一符号を付した部分は同一部
分を示すので説明は省略する。図中、Rh。
R,はそれぞれ7字状溝9の底部7および肩部8の角部
に設けられた丸みの曲率半径である。第2図に示す計算
結果は厳密な円弧として丸みを定義し計算した結果であ
るが、実用上は近似的な円弧であっても適用できる。ま
た、丸みは異なる曲率半径を持ち、互いに滑らかに接続
される曲線群で近似されるが、その最小の曲率半径によ
り最大電界強度EI1.の値がほぼ決まる。
次に、上述した丸みを設ける方法について説明する。
第4図(a)、(b)、(c)、(d)は7字状溝9の
底部および肩部8に丸みを設けるための工程例を示す図
である。同図において、第1図と同一符号を付した部分
は同一部分を示すので説明を省略−「る。まず、第4図
(a)に示すように、高抵抗ドレイン領域1a上にチャ
ネル形成領域2を形成し、さらにこのチャネル形成領域
2の上にn形低抵抗ソース領域3を形成し、このn形低
抵抗ソース領域3の上に異方性エソ−ず−ングを施すた
めのマスク10を形成し1こ後、その所定部に開口を設
け、異方性エツチングにより7字状溝9を形成する。以
上の工程までは従来の工程と同様である。次に第4図(
blに示すように゛マスク10の一部を除去して7字状
溝9の肩部8を露出させる。次に第4図(c)に示すよ
うに酸化工程により所定の厚さを持つ酸化膜11を露出
された7字状溝9の表面およびn形低抵抗ソース領域3
の表面に形成する。この酸化膜11は半導体基板の構成
原子を取り込んでその構成原子の一部となるような酸化
膜であり、例えば半導体基板がシリコンの場合はSiO
xである。この酸化工程により7字状溝9の肩部8およ
び底部Tの鋭い角は丸みを持った角になる。またマスク
10の開口端部12においてもマスク10の下部の半導
体表面部に酸化が進行し、マスク100下部の開口端よ
り光分離なれた半導体表面と開口端附近のそれとの間に
段差ができる恐れがあるが、第4図(d)に示すように
、次の工程において開口端部12附近の酸化膜11を一
部残存させることにより段差部の酸化膜厚をゲート酸化
膜4(第3図)より実質的に厚くし、段差による耐圧の
低下を防止することができる。そして他の酸化膜11は
7字状溝90表面より除去する。このとき7字状溝9の
肩部8および底部Tの角は曲率半径R,。
Rbで、近似できる丸みを持っている。この曲率半径R
M r Rh は酸化膜11の厚さに依存し、厚さを制
御することによりゲート酸化膜4の厚さとはほぼ独立に
設定することができる。第4図(d)では肩部8も露出
されているが、必ずしも必要なことではなく、チャネル
形成領域2の表面が露出してさえいればよい。第4図(
d)に示す工程の後、所定の厚さのゲート酸化膜4を形
成し、それ以後は通常の工程でゲート電極5、ソース電
極6を形成すればよい。
第5図はこの発明のVMOS )ランジスタの他の製造
方法を示すもので、異方性エツチングの後に等方性エツ
チングを用いる方法を示した一例である。第4図(b)
に示すまでの工程は前述した実施例と同じであるので説
明は省略する。第4図(blに示す工程の後、第5図に
示すように等方性エツチングをマスク10の開口部に対
して行うと、7字状溝9の底部Tおよび肩部8に丸みを
設けることができる。この場合も、マスク10の開口端
部12において前述と同様の段差ができるが、ゲート酸
化膜4が成長することにより開口端部12の下の段差を
酸化膜で埋めることができ、実質的に酸化膜厚を厚くで
きるので耐圧の低下を防止できる。また、等方性エツチ
ング量が多く、ゲート酸化膜4の成長工程で埋められな
いときは、充分厚い酸化膜を成長させ、それを埋めた後
、第4図(c)に示す工程と同様に開口端部12の一部
を残存させ、他を除去し7字状溝9の表面を露出させ、
その後、所定の厚さのゲート酸化膜4を成長させ形成す
ればよい。
以上詳細に説明したように、この発明に係る絶縁ゲート
電界効果トランジスタは、V字状溝の底部および肩部に
おける角部に、電界集中を緩和させるためゲート酸化膜
厚の10%以上の曲率半径をもち、互に滑らかに接続さ
れた曲線群で近似される丸みを設けたので、従来、VM
O8)ランジスタの欠点といわれていたゲート耐圧を大
幅に改善できる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のVMO8)ランジスタの一部断面図、第
2図はVMO8)ランジスタにおけるゲート酸化膜内の
最大電界強度値とV字状溝の底部および肩部に設ける丸
みの曲率半径との関係を示す図、第3図はこの発明に係
る絶縁ゲート電界効果トランジスタの一実施例を示す要
部の断面図、第4図(a)、(b)、(c)、(d)は
この発明の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造工程
例を示す要部の断面図、第5図は他の製造工程例を示す
要部の断面図である。 図中、1はn形像抵抗ドレイン領域、1aは高抵抗ドレ
イン領域、2はチャネル形成領域、3はn形低抵抗ソー
ス領域、4はゲート酸化膜、5はゲート電極、6はソー
ス電極、9はV字状溝、10第1図 第3図 第4図 (a) 第4図 (c)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1導電形のドレイン領域と、このドレイン領域に接し
    て形成され前記ドレイン領域とpn 接合を構成するた
    めの第1導電形とは逆の導電形のチャネル形成領域と、
    このチャネル形成領域に接して前記ドレイン領域と分離
    して形成された第1導電形のソース領域とを有し、前記
    チャネル形成領域はV字状溝を介して互いに向い合うよ
    うに形成され、前記V字状溝の面上にゲート酸化膜を形
    成して成る絶縁ゲート電界効果トランジスタにおいて、
    前記V字状溝の底部および肩部における角部に、前記ゲ
    ート酸化膜の厚みの103以上の曲率半径をもち、互に
    滑らかに接続された曲線群で近似される丸みを設けたこ
    とを特徴とする絶縁ゲート電界効果トランジスタ。
JP57150283A 1982-08-30 1982-08-30 絶縁ゲ−ト電界効果トランジスタ Granted JPS5940579A (ja)

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JP57150283A JPS5940579A (ja) 1982-08-30 1982-08-30 絶縁ゲ−ト電界効果トランジスタ

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JPS5940579A true JPS5940579A (ja) 1984-03-06
JPH0526348B2 JPH0526348B2 (ja) 1993-04-15

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