特開 2023-51468 半導体装置及び半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023051468

(43)【公開日】2023-04-11

(54)【発明の名称】半導体装置及び半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/78 20060101AFI20230404BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20230404BHJP

   H01L 29/41 20060101ALI20230404BHJP

   H01L 29/423 20060101ALI20230404BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 652K

H01L29/78 652S

H01L29/78 652N

H01L29/78 658F

H01L29/78 658G

H01L29/78 653A

H01L29/78 652F

H01L29/44 P

H01L29/44 S

H01L29/58 G

H01L29/78 301W

H01L29/78 301P

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021162167

(22)【出願日】2021-09-30

(71)【出願人】

【識別番号】308033711

【氏名又は名称】ラピスセミコンダクタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】沼口 浩之

(72)【発明者】

【氏名】井上 巧

(72)【発明者】

【氏名】塩入 俊太朗

(72)【発明者】

【氏名】古田 健一

(72)【発明者】

【氏名】黒木 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】山本 友三

(72)【発明者】

【氏名】東平 真人

(72)【発明者】

【氏名】井上 剛

【テーマコード（参考）】

4M104

5F140

【Ｆターム（参考）】

4M104AA01

4M104BB01

4M104CC01

4M104CC05

4M104DD09

4M104DD28

4M104DD43

4M104DD66

4M104EE03

4M104EE16

4M104FF02

4M104FF06

4M104FF11

4M104GG09

4M104GG18

5F140AA19

5F140BA01

5F140BB04

5F140BD05

5F140BE03

5F140BE07

5F140BF04

5F140BF43

5F140BF51

5F140BG24

5F140BG28

5F140BG38

(57)【要約】

【課題】ゲート絶縁膜の膜質の低下及びゲート耐圧性の低下を抑制することができる、半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】第１の深さを有する第１のトレンチ部分と、第１の深さよりも深い第２の深さを有する第２のトレンチ部分と、第１のトレンチ部分及び第２のトレンチ部分に接続され第１の深さよりも浅い第３の深さを有する第３のトレンチ部分とにより構成されたトレンチを備えた半導体基板と、半導体基板に形成されたトレンチの内面上に設けられたゲート絶縁膜と、第１のトレンチ部分に設けられた第１の電極と、ゲート絶縁膜を介して第１の電極と離間し、第３のトレンチ部分に設けられた第２の電極と、を備えた半導体装置とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の深さを有する第１のトレンチ部分と、該第１の深さよりも深い第２の深さを有する第２のトレンチ部分と、該第１のトレンチ部分及び該第２のトレンチ部分に接続され該第１の深さよりも浅い第３の深さを有する第３のトレンチ部分とにより構成されたトレンチを備えた半導体基板と、
前記半導体基板に形成された前記トレンチの内面上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記第１のトレンチ部分に設けられた第１の電極と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記第１の電極と離間し、前記第３のトレンチ部分に設けられた第２の電極と、
を備えた半導体装置。

【請求項2】

前記第１のトレンチ部分は、長さ方向の終端部に向かって幅が狭くなり、深さが浅い請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記第１のトレンチ部分は傾斜構造を有する請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

、
前記第２のトレンチ部分は、第３のトレンチ部分を介して前記第１のトレンチ部分の終端部と連結する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記第２のトレンチ部分は角部を有する請求項４に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第１のトレンチ部分の２つの終端部の一方又は両方に、前記第２のトレンチ部分が連結された、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第２のトレンチ部分の側壁は、前記半導体基板に略垂直である、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記第３のトレンチ部分が形成された領域の前記半導体基板の厚さは、前記トレンチが形成されていない領域の前記半導体基板の厚さより薄い、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記第３のトレンチ部分の幅及び深さは、前記ゲート絶縁膜により埋められる幅及び深さとする、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記第１のトレンチ部分に対し、複数の前記第２のトレンチ部分が設けられた、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記第１のトレンチ部分と前記第２のトレンチ部分とが複数の前記第３のトレンチ部分により連結された、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記第２のトレンチ部分が複数設けられ、前記第３のトレンチ部分は複数の前記第２のトレンチ部分に接続された、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項13】

半導体基板上にマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いたエッチングにより第１の深さを有する第１のトレンチ部分と、該第１の深さよりも深い第２の深さを有する第２のトレンチ部分と、該第１のトレンチ部分及び該第２のトレンチ部分に接続され該第１の深さよりも浅い第３の深さを有する第３のトレンチ部分とにより構成されるトレンチを形成する工程と、
前記トレンチが形成された前記半導体基板を水洗浄する工程と、
前記半導体基板を乾燥する工程と、
前記半導体基板に形成された前記トレンチの内面上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記マスクを除去した後に、前記第１のトレンチ部分に電極材料を充填して第１の電極を形成すると共に、前記第２のトレンチ部分に前記電極材料を充填して第２の電極を形成する工程と、
を備え、
前記第１のトレンチ部分が、長さ方向の終端部に向かって幅が狭くなり、深さが浅くなるように形成され、
前記第２のトレンチ部分が、前記第１のトレンチ部分の前記終端部の外側に配置され、第３のトレンチ部分により前記第１のトレンチ部分の前記終端部と連結され、前記第１のトレンチ部分の終端部よりも幅が広く且つ深さが深くなるように形成される、
半導体装置の製造方法。

【請求項14】

前記乾燥する工程は、前記半導体基板上に残留する水分を遠心力により振り切る工程を含む請求項１３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、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

トレンチゲート構造の半導体装置は、例えば、図１４に示すように、Ｎ^＋型のドレイン層１０２上にＮ^－型のドリフト層１０４が形成された半導体基板１００を備えている。ドリフト層１０４の表面にはＰ型のチャネル領域１０６が形成され、チャネル領域１０６の表面にはＮ^＋型のソース領域１０８が形成されている。半導体基板１００には、ソース領域１０８の表面からチャネル領域１０６を貫通してドリフト層１０４に到達するトレンチ１１０が形成されている。

【0003】

トレンチ１１０の内面には、ゲート酸化膜１１２が形成されている。ゲート酸化膜１１２が形成されたトレンチ１１０の内部には、ポリシリコンが充填されてゲート電極１１４が形成されている。ソース領域１０８の表面には、ソース電極１１６が形成されている。ゲート電極１１４とソース電極１１６とは、酸化膜１１８により絶縁されている。ドレイン層１０２の裏面には、ドレイン電極１２０が設けられている。

【0004】

この通り、トレンチゲート構造では、ゲート電極１１４は半導体基板１００に埋め込まれている。トレンチ１１０は一方向を長手方向とし、トレンチ１１０の長手方向の終端部は、ゲート電極１１４の引き出し部となっている。したがって、引き出し部の上方には金属電極（図示せず）も設けられている。

【0005】

特許文献１には、トレンチゲート構造の縦型二重拡散ＭＯＳトランジスタを有する半導体装置であって、半導体基板と、この半導体基板に形成されたトレンチと、このトレンチの内面に沿って形成され、前記トレンチの外部に隆起した隆起部を有するゲート絶縁膜と、前記トレンチ内に埋設されたゲート電極と、前記半導体基板の表面および前記ゲート電極の表面に形成された金属シリサイド膜とを含むことを特徴とする、半導体装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７-１５００８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

トレンチゲート構造の半導体装置の製造工程では、トレンチ形成後、熱酸化前に基板の前洗浄を行うのが通常である。前洗浄では、基板を水に浸漬した後、取り出してスピンドライにより乾燥する。この際、トレンチの角部では水が飛ばされ難いため、基板としてシリコン基板を用いた場合は大気中でシリコン（Ｓｉ）と水滴が反応することでシリコン化合物が発生して残る。残ったシリコン化合物は、ゲート絶縁膜の膜質低下、ひいてはゲート耐圧低下を引き起こす。

【0008】

本発明は、ゲート絶縁膜の膜質の低下及びゲート耐圧性の低下を抑制することができる、半導体装置及び半導体装置の製造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】

【0009】

本開示の第１の態様は、半導体装置に係るものである。この半導体装置は、第１の深さを有する第１のトレンチ部分と、該第１の深さよりも深い第２の深さを有する第２のトレンチ部分と、該第１のトレンチ部分及び該第２のトレンチ部分に接続され該第１の深さよりも浅い第３の深さを有する第３のトレンチ部分とにより構成されたトレンチを備えた半導体基板と、前記半導体基板に形成された前記トレンチの内面上に設けられたゲート絶縁膜と、前記第１のトレンチ部分に設けられた第１の電極と、前記ゲート絶縁膜を介して前記第１の電極と離間し、前記第３のトレンチ部分に設けられた第２の電極と、を備える。

【0010】

本開示の第２の態様は、半導体装置の製造方法に係るものである。この半導体装置の製造方法は、半導体基板上にマスクを形成する工程と、前記マスクを用いたエッチングにより第１の深さを有する第１のトレンチ部分と、該第１の深さよりも深い第２の深さを有する第２のトレンチ部分と、該第１のトレンチ部分及び該第２のトレンチ部分に接続され該第１の深さよりも浅い第３の深さを有する第３のトレンチ部分とにより構成されるトレンチを形成する工程と、前記トレンチが形成された前記半導体基板を水洗浄する工程と、前記半導体基板を乾燥する工程と、前記半導体基板に形成された前記トレンチの内面上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記マスクを除去した後に、前記第１のトレンチ部分に電極材料を充填して第１の電極を形成すると共に、前記第２のトレンチ部分に前記電極材料を充填して第２の電極を形成する工程と、を備え、前記第１のトレンチ部分が、長さ方向の終端部に向かって幅が狭くなり、深さが浅くなるように形成され、前記第２のトレンチ部分が、前記第１のトレンチ部分の前記終端部の外側に配置され、第３のトレンチ部分により前記第１のトレンチ部分の前記終端部と連結され、前記第１のトレンチ部分の終端部よりも幅が広く且つ深さが深くなるように形成される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ゲート絶縁膜の膜質の低下及びゲート耐圧性の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】半導体装置の製造工程においてウェハ上に形成されるトレンチ構造の一例を示す平面図である。

【図2】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の半導体装置のトレンチ終端部周辺の構造の一例を示す図であり、（Ａ）は図１の領域Ａを拡大して示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ-Ａ線断面図である。

【図3】（Ａ）及び（Ｂ）は１つのトレンチの全体構造の一例を示す平面図である。

【図4】（Ａ）～（Ｈ）は本発明の半導体装置の製造方法の各工程の一例を示す断面図である。

【図5】スピンドライにより遠心力が掛かる方向を示す模式図である。

【図6】従来のトレンチ終端部周辺の構造の一例を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ-Ｂ線断面図である。

【図7】従来のトレンチ構造の問題点を示す断面図である。

【図8】本発明の半導体装置による作用効果を示す断面図である。

【図9】トレンチ終端部周辺の構造の変形例を示す平面図である。

【図10】トレンチ終端部周辺の構造の変形例を示す平面図である。

【図11】トレンチ終端部周辺の構造の変形例を示す平面図である。

【図12】トレンチ終端部周辺の構造の変形例を示す平面図である。

【図13】トレンチ終端部周辺の構造の変形例を示す平面図である。

【図14】トレンチゲート構造の半導体装置の概略構造の一例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。

【0014】

＜半導体装置＞
まず、本開示の半導体装置の構造について説明する。
図１は半導体装置の製造工程においてウェハ上に形成されるトレンチ構造の一例を示す平面図である。半導体装置の製造工程では、ウェハ１０上に複数の半導体装置を一度に形成した後で、各々が１つの半導体装置を備えた複数のチップ１１に分割される。トレンチゲート構造の半導体装置の場合、１つのチップ１１に相当する半導体基板１２には複数のトレンチ、例えば第１のトレンチ１４が形成されている。図示した例では、一方向を長手方向とする複数の第１のトレンチ１４は、互いに平行となるように幅方向に並べて配列されている。但し、チップ１１内でのトレンチパターンはこれに限定されるものではない。

【0015】

図２（Ａ）及び（Ｂ）はトレンチ終端部周辺（図１の領域Ａ）の構造の一例を示す図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、半導体基板１２には、トレンチが形成されており、トレンチは深さや幅が異なる３つのトレンチ部分を有する。ここで、深さや幅が異なる３つのトレンチ部分を第１のトレンチ、第２のトレンチ、第３のトレンチとして説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第１のトレンチ１４、第２のトレンチ１８、及び第３のトレンチ２０が形成されている。図２（Ａ）に示す第１のトレンチ１４、第２のトレンチ１８、及び第３のトレンチ２０が連結されている方向が長さ方向、長さ方向と直交する方向が幅方向である。

【0016】

図２（Ａ）及び（Ｂ）を見ると、第１のトレンチ１４は、長さ方向の終端部１６に向かって幅が狭くなり、深さが浅くなっている。第２のトレンチ１８は、第１のトレンチ１４の終端部１６よりも幅が広く且つ深さが深い。第２のトレンチ１８は、第１のトレンチ１４の終端部１６の外側に配置され、第１のトレンチ１４及び第２のトレンチ１８よりも深さが浅い第３のトレンチ２０により第１のトレンチ１４の終端部１６と連結されている。各トレンチの好適な形状は、作用効果の説明の後で詳細に説明する。

【0017】

なお、第１のトレンチは本発明に係る「第１のトレンチ部分」の一例であり、第２のトレンチは本発明に係る「第２のトレンチ部分」の一例であり、第３のトレンチは本発明に係る「第３のトレンチ部分」の一例である。

【0018】

図３（Ａ）及び（Ｂ）は１つのトレンチの全体構造の一例を示す平面図である。第１のトレンチ１４は、２つの終端部１６を有している。第１のトレンチ１４の概略的な大きさを示すと、長さ方向の２つの終端部１６の間の距離ｄ１は数１００ｍｍであり、中央部の幅ｗ１は数μｍである。ここで、第１のトレンチ１４の中央部は、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す第１トレンチ１４の幅が最も広い部分を指している。

【0019】

図３（Ａ）に示すように、第１のトレンチ１４の２つの終端部１６の両方に第２のトレンチ１８が連結されていてもよく、図３（Ｂ）に示すように、第１のトレンチ１４の２つの終端部１６の一方だけに第２のトレンチ１８が連結されていてもよい。第２のトレンチ１８の幅及び深さは、第１のトレンチ１４の中央部の幅及び深さと略等しい。

【0020】

なお、３種類のトレンチは図４（Ａ）～（Ｈ）を参照して後述する通り半導体装置の製造工程で半導体基板１２に形成されるものであり、本実施の形態では、いずれもチップ１１の素子形成領域内（図示せず）に形成されるものとして説明する。

【0021】

詳しくは、図４（Ｈ）に示すように、半導体装置は、第１のトレンチ１４、第２のトレンチ１８及び第３のトレンチ２０と、これらトレンチ各々の内面に形成されたゲート酸化膜２２と、第１のトレンチ１４内に電極材料を充填して形成されたゲート電極２４と、第２のトレンチ１８内に電極材料を充填して形成されたフローティング電極３２とを備えている。フローティング電極３２は、第３のトレンチ２０に形成されたゲート酸化膜２２によりゲート電極２４とは絶縁されている。

【0022】

半導体装置は、上記構成要素の外に、半導体基板１２上に形成された絶縁膜３４と、金属電極４０と、半導体基板１２の裏面に設けられる裏面電極４２とを備えている。絶縁膜３４は、ゲート電極２４及びフローティング電極３２と金属電極４０とを絶縁する。絶縁膜３４には、コンタクトホール３８が形成されている。金属電極４０は、コンタクトホール３８を介してゲート電極２４と接続される。なお、ゲート酸化膜は本発明に係る「ゲート絶縁膜」の一例である。

【0023】

＜半導体装置の製造方法＞
次に、図４（Ａ）～（Ｈ）を参照して半導体装置の製造方法について説明する。
まず、イオン注入処理及び拡散処理により各種半導体層（図示せず）や各種半導体領域（図示せず）が形成された半導体基板１２を用意する（図４（Ａ））。ここでは、半導体基板１２がシリコン基板である例について説明する。次に、半導体基板１２上にトレンチ形成用のマスク３０を形成する（図４（Ｂ））。

【0024】

マスク３０の形状は、例えば図２（Ａ）のように第１のトレンチ１４を形成する部分は中央部から終端部１６に向かって幅が狭く、第２のトレンチ１８を形成する部分は第１のトレンチ１４の中央部の幅と略等しく、第３のトレンチ２０を形成する部分は第１のトレンチ１４の終端部１６の幅より狭いパターンである。

【0025】

次に、マスク３０を用いて半導体基板１２をエッチングし、第１のトレンチ１４、第２のトレンチ１８及び第３のトレンチ２０を形成する（図４（Ｃ））。エッチングは等方性エッチングであり、エッチングにより形成されるトレンチの深さは、幅が広くなるほど深くなり、幅が狭くなるほど浅くなる。そのため、マスク３０のパターンの幅に応じて深さが異なる第１のトレンチ１４、第２のトレンチ１８、及び第３のトレンチ２０が形成される。なお、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す構造は、マスク３０のパターンが図２（Ａ）よりも一回り程度小さいものを用いて形成されている。

【0026】

次に、マスク３０を除去した後、各トレンチが形成された半導体基板１２を前洗浄し、洗浄・乾燥した後で、各トレンチの内面を熱酸化してゲート酸化膜２２を形成する（図４（Ｄ））。第１のトレンチ１４の内面及び第２のトレンチ１８の内面にはゲート酸化膜２２が形成され、第３のトレンチ２０は、ゲート酸化膜２２で埋められる。上述した通り、前洗浄は、半導体基板１２に付着した有機系などの異物を洗い流すために行われる。前洗浄では、半導体基板１２を水に浸漬した後、水から取り出して、スピンドライにより乾燥させる。

【0027】

次に、化学気相成長（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）等により各トレンチ内にポリシリコン等の導電性の電極材料を堆積させて、各トレンチ内にポリシリコンを充填する（図４（Ｅ））。続いてエッチングし、第３のトレンチ２０内のゲート酸化膜２２が露出されるようにトレンチの外部に堆積したポリシリコンを除去することにより、第１のトレンチ１４内部にポリシリコンが充填されたゲート電極２４が形成され、第２のトレンチ１８内部にポリシリコンが充填されたフローティング電極３２が形成される。

【0028】

ここでのエッチングは異方性エッチングであり、例えばエッチング終点検出装置（ＥＰＤ：end point detector）を用いてポリシリコンの露出を検出してエッチングを止める。ゲート電極２４とフローティング電極３２とは、第３のトレンチ２０を埋めるゲート酸化膜２２、すなわち二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）により絶縁された状態となる。

【0029】

次に、半導体基板１２、第３のトレンチ２０内のゲート酸化膜２２、ゲート電極２４及びフローティング電極３２上に絶縁膜３４を形成し、絶縁膜３４上にコンタクトホール形成用のマスク３６を形成する（図４（Ｆ））。次に、リソグラフィー及びエッチングにより絶縁膜３４をパターニングしてコンタクトホール３８を形成する（図４（Ｇ））。次に、絶縁膜３４及びコンタクトホール３８上に金属電極４０を形成し、半導体基板１２の裏面に裏面電極４２を形成する（図４（Ｈ））。

【0030】

＜作用効果＞
本開示の半導体装置は、半導体基板１２上に第１のトレンチ１４に加えて、第１のトレンチ１４の終端部１６の外側に第２のトレンチ１８及び第３のトレンチ２０を形成することにより、トレンチ形成後、熱酸化前に行われる上記の前洗浄工程において、ゲート電極２４が形成される第１のトレンチ１４に残留物が溜まらないようにしたものである。

【0031】

ここで、従来のトレンチ構造について課題が生じる理由を図５から図８を用いて説明する。前洗浄工程のスピンドライでは、図５に示すように、チップ１１のウェハ１０内の位置に応じて遠心力のかかる方向が異なるが、概ね図３で示した第１のトレンチ１４の中央部から終端部１６に向かう方向に遠心力がかかる。

【0032】

図６に示すように、従来のトレンチ構造では、半導体基板１００に形成されたトレンチ１１０は、終端部が角部となっている。このため、スピンドライで遠心力が掛かっても、トレンチ１１０の角部では水が飛ばされ難いため、大気中でシリコン（Ｓｉ）と水滴が反応することでシリコン化合物が発生して残るなど、残留物Ｗが溜まってしまう。図７に示すように、トレンチ１１０の角部に残った残留物Ｗは、ゲート酸化膜１１２の膜質を低下させ、ひいてはゲート耐圧低下を引き起こす。

【0033】

これに対して、本開示の半導体装置では、図８に示すように、スピンドライで遠心力が掛かると、点線で示す矢印に沿って、洗浄廃水が移動する。これは主に、以下の３つの要因によるものと考えられる。

【0034】

（１）第１のトレンチ１４が、終端部１６に向かって狭く、浅くなる傾斜構造を備えているので、洗浄廃水が排出され易く、第１のトレンチ１４内に溜まり難いこと。

【0035】

（２）第１のトレンチ１４の終端部１６に第１のトレンチ１４よりも深さが浅い第３のトレンチ２０を連結したことにより、連結部が基板表面より低くなり、第１のトレンチ１４から洗浄廃水が排出され易くなること。

【0036】

（３）第３のトレンチ２０に連結される深い第２のトレンチ１８に洗浄廃水が流れ込むと、第２のトレンチ１８の側壁が半導体基板１２に対し略垂直なので、洗浄廃水は第２のトレンチ１８でトラップされ、第１のトレンチ１４に逆流しないこと。

【0037】

この結果、ゲート電極２４が形成される第１のトレンチ１４には洗浄廃水が溜まらず、ゲート電極２４については、ゲート酸化膜１１２の膜質の低下及びゲート耐圧の低下が回避される。その代わりに、第２のトレンチ１８に洗浄廃水が溜まり、残留物Ｗが残留することになるが、第２のトレンチ１８に形成される電極は、ゲート電極２４とは絶縁され、電流が流れないフローティング電極となるので、実質的な問題は発生しない。

【0038】

＜好適なトレンチ形状＞
上記の作用効果を考慮すると、各トレンチの好適な形状は以下の通りである。なお、各トレンチの長さとは、第１のトレンチ１４の長さ方向に沿った「長さ」であり、各トレンチの幅とは、第１のトレンチ１４の幅方向に沿った「長さ」である。

【0039】

（第１のトレンチ）
第１のトレンチ１４は、終端部１６に角部を備えず、終端部１６に向かって幅が狭く、深さが浅くなる傾斜構造を備えている。傾斜構造は、なだらかに変化するものでもよく、段階的に変化するものでもよい。第１のトレンチ１４の中央部での幅は約１μｍ、深さは約３μｍである。第１のトレンチ１４の終端部１６での幅はこれより短く、深さはこれより浅い。終端部１６で第３のトレンチ２０に連結されることを考慮すると、第１のトレンチ１４の終端部１６での幅及び深さは、第３のトレンチ２０の幅及び深さと略等しいことが好ましい。第１のトレンチ１４の全長は約１００ｍｍ、傾斜構造が形成される部分は終端部１６付近の極狭い範囲である。

【0040】

（第２のトレンチ）
第２のトレンチ１８は、従来のトレンチ終端部と同様に角部を備える。すなわち、第２のトレンチ１８は、側壁が半導体基板１２に対し略垂直で、洗浄廃水をトラップする角部を備えている。第２のトレンチ１８の幅は、第１のトレンチ１４の終端部１６の幅より広く、第２のトレンチ１８の深さは、第１のトレンチ１４の終端部１６の深さより深い。第２のトレンチ１８の長さは、特に限定されないが、長過ぎるとチップサイズが大きくなるデメリットもある。したがって、第２のトレンチ１８の長さの上限は、要求されるチップサイズに応じて定まる。

【0041】

（第３のトレンチ）
第３のトレンチ２０は、狭く浅い形状を有している。第３のトレンチ２０の幅及び深さは、ゲート酸化膜で埋まる幅及び深さとする。第３のトレンチ２０の幅は、具体的には、ゲート酸化膜の厚さの１．１倍以下とするのが好ましい。第３のトレンチ２０の深さは、この幅に応じた深さとなる。

【0042】

ここでゲート酸化膜の厚さとは、トレンチの底面に相当する平坦部に形成されたゲート酸化膜の厚さである。トレンチ側壁のシリコン自体も酸化されゲート酸化膜が形成されるが、側壁では、平坦部に形成されるゲート酸化膜の厚さの約６割（０．６倍）の厚さのゲート酸化膜が形成される。側壁両側では、ゲート酸化膜の厚さの１．２倍となる。したがって、第３のトレンチ２０の幅をゲート酸化膜の厚さの１．１倍以下とすると、第３のトレンチ２０はゲート酸化膜で完全に埋まる。

【0043】

第３のトレンチ２０の長さは、第１のトレンチ１４と第２のトレンチ１８との離間距離に相当する。第３のトレンチ２０の長さ、すなわち離間距離は、素子分離に必要となる耐圧が確保できる距離とするのが好ましく、具体的には、最低でもゲート酸化膜厚の１．１倍以上とするのが好ましい。また、離間距離が長いほどチップサイズが大きくなるデメリットもある。したがって、第３のトレンチ２０の長さの上限は、要求されるチップサイズに応じて定まる。

【0044】

＜終端部周辺の構造の変形例＞
上記の例では、第１のトレンチ１４の１つの終端部１６に対し、１つの第２のトレンチ１８と１つの第３のトレンチ２０とが設けられる例について説明したが、トレンチパターンはこれに限定される訳ではない。図９から図１３に示す通り、トレンチ終端部周辺の構造については様々な変形例がある。

【0045】

（変形例１）
図９に示す変形例は、１つの第１のトレンチ１４Ａに対し、２つの第２のトレンチ１８Ａと２つの第３のトレンチ２０Ａとを設けた例である。詳しくは、第１のトレンチ１４Ａが対向する側壁の各々に近接して配置された２つの終端部１６Ａ_１、１６Ａ_２を有し、終端部１６Ａ_１に対して第２のトレンチ１８Ａ_１及び第３のトレンチ２０Ａ_１が設けられると共に、終端部１６Ａ_２に対して第２のトレンチ１８Ａ_２及び第３のトレンチ２０Ａ_２が設けられている。この例では、第１のトレンチ１４Ａを分岐して排水経路を増やすことで、排水効率が向上する。また、第１のトレンチ１４Ａの側壁に沿って洗浄廃水が流れ易い。

【0046】

（変形例２）
図１０に示す変形例は、変形例１の片側だけを採用したものであり、第１のトレンチ１４Ｂの一方の側壁に近接して配置された終端部１６Ｂを有し、終端部１６Ｂに対して第２のトレンチ１８Ｂ及び第３のトレンチ２０Ｂが設けられている。この例では、第１のトレンチ１４Ｂの側壁に沿って洗浄廃水が流れ易い。

【0047】

（変形例３）
図１１に示す変形例は、１つの第１のトレンチ１４Ｃに対し、１つの第２のトレンチ１８Ｃと２つの第３のトレンチ２０Ｃとを設けた例である。詳しくは、第１のトレンチ１４Ｃが１つ終端部１６Ｃを有し、終端部１６Ｃに対して１つの第２のトレンチ１８Ｃが設けられると共に、終端部１６Ｃと第２のトレンチ１８Ｃとを連結する２つの第３のトレンチ２０Ｃ_１、２０Ｃ_２が設けられている。この例では、第３のトレンチ２０Ｃを複数として排水経路を増やすことで、排水効率が向上する。

【0048】

（変形例４）
図１２に示す変形例は、２つの第１のトレンチ１４Ｄに対し、１つの第２のトレンチ１８Ｄと２つの第３のトレンチ２０Ｄを設けた例である。詳しくは、第１のトレンチ１４Ｄ_１が終端部１６Ｄ_１を有し、終端部１６Ｄ_１に対して第３のトレンチ２０Ｄ_１が設けられると共に、第１のトレンチ１４Ｄ_２が終端部１６Ｄ_２を有し、終端部１６Ｄ_２に対して第３のトレンチ２０Ｄ_２が設けられている。第１のトレンチ１４Ｄ_１の終端部１６Ｄ_１は、第３のトレンチ２０Ｄ_１により第２のトレンチ１８Ｄに連結され、第１のトレンチ１４Ｄ_２の終端部１６Ｄ_２は、第３のトレンチ２０Ｄ_２により第２のトレンチ１８Ｄに連結されている。この例では、第１のトレンチ１４毎に第２のトレンチ１８を設ける必要がないので、第２のトレンチ１８の位置合わせ精度が低くてもよく、作成が容易である。また、洗浄廃水のトラップ容量を大きくすることができる。

【0049】

（変形例５）
図１３に示す変形例は、変形例４と同様に、複数（ｎ個）の第１のトレンチ１４Ｅに対し、１つの第２のトレンチ１８Ｅと複数（ｎ個）の第３のトレンチ２０Ｅを設けた例である。なお、図１３では図３と同様にトレンチの全体構造を示している。第１のトレンチ１４Ｅ_ｋが終端部１６Ｅ_ｋを有し、終端部１６Ｅ_ｋに対して第３のトレンチ２０Ｅ_ｋが設けられている。第１のトレンチ１４Ｅｋの終端部１６Ｅ_ｋは、第３のトレンチ２０Ｅ_ｋにより第２のトレンチ１８Ｅに連結されている。ｋは１からｎの整数である。この例では、変形例４と同様に第２のトレンチ１８の位置合わせ精度が低くてもよく、作成が容易である。また、洗浄廃水のトラップ容量を大きくすることができる。

【0050】

＜その他の変形例＞
なお、上記実施の形態で説明した半導体装置及び半導体装置の製造方法の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内においてその構成を変更してもよいことは言うまでもない。

【0051】

例えば、上記の実施の形態では、第２のトレンチが素子形成領域の内部に形成される態様について説明した。しかしながら、第２のトレンチ内に電極材料を充填して形成される電極はフローティング電極であり、素子の一部とする必要はないため、第２のトレンチを素子形成領域の外部に形成してもよい。

【符号の説明】

【0052】

１０ ウェハ
１１ チップ
１２ 半導体基板
１４ 第１のトレンチ
１６ 終端部
１８ 第２のトレンチ
２０ 第３のトレンチ
２２ ゲート酸化膜
２４ ゲート電極
３０ マスク
３２ フローティング電極
３４ 絶縁膜
３６ マスク
３８ コンタクトホール
４０ 金属電極
４２ 裏面電極
Ａ 領域
Ｗ 残留物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】