JP2000299460A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2000299460A
JP2000299460A JP11107168A JP10716899A JP2000299460A JP 2000299460 A JP2000299460 A JP 2000299460A JP 11107168 A JP11107168 A JP 11107168A JP 10716899 A JP10716899 A JP 10716899A JP 2000299460 A JP2000299460 A JP 2000299460A
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JP
Japan
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mos
insulating film
trench
film
oxide film
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Withdrawn
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JP11107168A
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Japanese (ja)
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Koji Manabe
幸二 真鍋
Yoshihiro Gotanda
芳宏 五反田
Koichi Murakami
浩一 村上
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a U-MOS gate insulating film, the gate breakdown voltage of which is not lowered, without increasing the number of steps by preventing the thickness of the insulating film at the corner sections of trenches from becoming thinner than that in the sidewall sections of the trenches. SOLUTION: A method for manufacturing a semiconductor device includes a step of forming an insulating film 32, which becomes a gate insulating film on the side faces of trenches and on the surface of a substrate, a step of depositing polysilicon films 33 which become gate electrodes on the insulating film 32, and a step of removing the polysilicon films 33 by selectively leaving the portions of the film 33 to be wider than the openings of the trenches in the trenches and upper parts of the trenches. The method also includes a step of removing the insulating film 32 in regions, from which the polysilicon films 33 were removed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、トレンチゲート電
極を用いた縦型電界効果トランジスタ(U−MOS)と
その制御回路であるC−MOS等を備えた半導体装置の
製造方法に関する。
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a vertical field effect transistor (U-MOS) using a trench gate electrode and a control circuit such as a C-MOS.

【0002】[0002]

【従来の技術】パワーデバイスであるU−MOSと、そ
の制御回路であるC−MOSの製造方法は、次の(1)
〜(6)の各工程を含んで行われている。(1)U−M
OS用のトレンチを形成する。(2)トレンチ側面及び
基板表面の全面にU−MOSのゲート絶縁膜となる第1
のシリコン酸化膜を形成する。(3)この第1のシリコ
ン酸化膜上にU−MOSのゲート電極となるポリシリコ
ンを堆積する。(4)ポリシリコンをエッチバックして
トレンチゲート電極を形成する。(5)基板表面部のシ
リコン酸化膜をエッチング除去する。このとき、側壁シ
リコン酸化膜の角部は、表面側及び側面側の両方向から
エッチングされるので、エッチングの進行が早く、角部
のシリコン酸化膜は基板表面部よりも深くエッチングさ
れる。(6)次に、C−MOSのゲート絶縁膜となる第
2のシリコン酸化膜を形成する。
2. Description of the Related Art A method of manufacturing a U-MOS as a power device and a C-MOS as a control circuit thereof is described in the following (1).
To (6). (1) UM
An OS trench is formed. (2) The first to be a U-MOS gate insulating film on the side surfaces of the trench and the entire surface of the substrate.
Is formed. (3) Deposit polysilicon on the first silicon oxide film to be a U-MOS gate electrode. (4) Etch back polysilicon to form a trench gate electrode. (5) The silicon oxide film on the surface of the substrate is removed by etching. At this time, since the corner of the side wall silicon oxide film is etched from both the front side and the side surface, the etching progresses quickly, and the silicon oxide film at the corner is etched deeper than the substrate surface. (6) Next, a second silicon oxide film to be a gate insulating film of the C-MOS is formed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
製造方法においては、トレンチ角部のシリコン酸化膜
は、本来必要であるシリコン酸化膜の厚さよりも薄くな
ってしまうので、その箇所のゲート耐圧が下がってしま
う。これを避けるために、再度シリコン酸化膜を基板全
面に堆積し、マスク処理を行って領域毎にシリコン酸化
膜の厚みを規定値にすることも考えられるが、この場合
には、工程数が非常に多くなってしまう。
However, in the above-described manufacturing method, the silicon oxide film at the corner of the trench is thinner than the silicon oxide film originally required. Will go down. In order to avoid this, it is conceivable to deposit a silicon oxide film again on the entire surface of the substrate and perform a masking process so that the thickness of the silicon oxide film is set to a specified value for each region. Will increase.

【0004】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、U−MOSゲート絶縁膜の厚さが
トレンチ角部でトレンチ側壁部分より薄くならないよう
にし、ゲート耐圧の下がることのないU−MOSを、工
程数を増やすことなく製造することができる半導体装置
の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and prevents the thickness of the U-MOS gate insulating film from becoming thinner at the corners of the trench than at the side walls of the trench, thereby lowering the gate breakdown voltage. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device which can manufacture a U-MOS without any problem without increasing the number of steps.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、半導体基板に形成されたト
レンチの側面にゲート絶縁膜を介して形成され前記トレ
ンチ側面部の半導体領域にチャネルを誘起させるゲート
電極を持つ構造のU−MOSを含む半導体装置の製造方
法において、前記半導体基板に基板表面から前記トレン
チを形成する第1の工程と、前記トレンチ側面及び基板
表面に前記ゲート絶縁膜となる第1の絶縁膜を形成する
第2の工程と、前記第1の絶縁膜上に前記ゲート電極と
なる第1のポリシリコン膜を堆積する第3の工程と、前
記トレンチ内部及び当該トレンチ上部におけるトレンチ
の開口部面積よりも広い部分を選択的に残して前記第1
のポリシリコン膜を除去する第4の工程と、前記第1の
ポリシリコン膜が除去された領域における前記第1の絶
縁膜を除去する第5の工程とを有することを要旨とす
る。この構成により、第1の絶縁膜をエッチング除去す
る際、トレンチ上部の開口部分に残した第1のポリシリ
コン膜がマスクとなってトレンチ角部の第1の絶縁膜の
エッチングが防止され、ゲート絶縁膜の膜厚はトレンチ
角部の部分でトレンチ側面部の部分よりも薄くなること
がない。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a semiconductor region formed on a side surface of a trench formed in a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween. A method of manufacturing a semiconductor device including a U-MOS having a gate electrode having a gate electrode for inducing a channel in a first step of forming the trench from a substrate surface in the semiconductor substrate; A second step of forming a first insulating film to be an insulating film; a third step of depositing a first polysilicon film to be the gate electrode on the first insulating film; The above first trench is selectively left over a portion of the upper portion of the trench that is larger than the opening area of the trench.
And a fifth step of removing the first insulating film in a region where the first polysilicon film has been removed. With this configuration, when the first insulating film is removed by etching, the first polysilicon film left in the opening above the trench is used as a mask to prevent etching of the first insulating film at the corner of the trench, and The thickness of the insulating film does not become thinner at the corner of the trench than at the side of the trench.

【0006】請求項2記載の発明は、前記半導体基板の
主面に、前記U−MOS及びこのU−MOSの制御回路
を構成する他の半導体素子を備えたインテリジェントパ
ワーデバイスを製造する半導体装置の製造方法であっ
て、請求項1記載の前記第1乃至第5の工程に加えて、
前記第1の絶縁膜とは膜厚が異なり前記他の半導体素子
のゲート絶縁膜となる第2の絶縁膜を形成する第6の工
程と、前記他の半導体素子のゲート電極となる第2のポ
リシリコン膜を堆積する第7の工程と、この第2のポリ
シリコン膜を選択的にエッチング除去して前記ゲート電
極を形成する第8の工程とを有することを要旨とする。
この構成により、U−MOS及びその制御回路を構成す
るC−MOS等の他の半導体素子を備えたインテリジェ
ントパワーデバイスの製造の際に、上記請求項1記載の
発明の作用と同様の作用が得られる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device for manufacturing an intelligent power device including, on a main surface of the semiconductor substrate, the U-MOS and another semiconductor element constituting a control circuit of the U-MOS. A manufacturing method, in addition to the first to fifth steps according to claim 1,
A sixth step of forming a second insulating film having a thickness different from that of the first insulating film and serving as a gate insulating film of the another semiconductor element, and a second step of forming a second insulating film serving as a gate electrode of the other semiconductor element; The gist of the present invention is to include a seventh step of depositing a polysilicon film and an eighth step of selectively etching and removing the second polysilicon film to form the gate electrode.
With this configuration, when manufacturing an intelligent power device including another semiconductor element such as a U-MOS and a C-MOS constituting a control circuit for the U-MOS, an operation similar to the operation of the invention described in claim 1 can be obtained. Can be

【0007】[0007]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、U−MO
Sを含む半導体装置の製造方法において、半導体基板に
基板表面からトレンチを形成する第1の工程と、前記ト
レンチ側面及び基板表面にゲート絶縁膜となる第1の絶
縁膜を形成する第2の工程と、前記第1の絶縁膜上にゲ
ート電極となる第1のポリシリコン膜を堆積する第3の
工程と、前記トレンチ内部及び当該トレンチ上部におけ
るトレンチの開口部面積よりも広い部分を選択的に残し
て前記第1のポリシリコン膜を除去する第4の工程と、
前記第1のポリシリコン膜が除去された領域における前
記第1の絶縁膜を除去する第5の工程とを具備させたた
め、第1の絶縁膜をエッチング除去する際、第4の工程
でトレンチ上部の開口部分に残した第1のポリシリコン
膜がマスクとなってトレンチ角部の第1の絶縁膜のエッ
チングが防止されるので、工程数を増やすことなく、ゲ
ート耐圧が下がることのないU−MOSを製造すること
ができる。
According to the first aspect of the present invention, the U-MO
In a method of manufacturing a semiconductor device including S, a first step of forming a trench from a substrate surface in a semiconductor substrate and a second step of forming a first insulating film serving as a gate insulating film on the trench side surface and the substrate surface And a third step of depositing a first polysilicon film serving as a gate electrode on the first insulating film, and selectively removing a portion of the trench that is wider than the opening area of the trench inside and above the trench. A fourth step of removing the first polysilicon film while leaving;
And a fifth step of removing the first insulating film in a region where the first polysilicon film has been removed. Therefore, when the first insulating film is removed by etching, the upper part of the trench is removed in the fourth step. Since the first polysilicon film left in the opening portion serves as a mask to prevent the etching of the first insulating film at the corner of the trench, the number of steps is not increased and the gate breakdown voltage is not reduced. MOS can be manufactured.

【0008】請求項2記載の発明によれば、インテリジ
ェントパワーデバイスを製造する半導体装置の製造方法
であって、請求項1記載の前記第1乃至第5の工程に加
えて、前記第1の絶縁膜とは膜厚が異なり他の半導体素
子のゲート絶縁膜となる第2の絶縁膜を形成する第6の
工程と、前記他の半導体素子のゲート電極となる第2の
ポリシリコン膜を堆積する第7の工程と、この第2のポ
リシリコン膜を選択的にエッチング除去して前記ゲート
電極を形成する第8の工程とを具備させたため、U−M
OS及びその制御回路を構成するC−MOS等の他の半
導体素子を備えたインテリジェントパワーデバイスの製
造に際し、上記請求項1記載の発明の効果と同様の効果
がある。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device for manufacturing an intelligent power device, wherein in addition to the first to fifth steps of the first aspect, the first insulating A sixth step of forming a second insulating film having a thickness different from that of the film and serving as a gate insulating film of another semiconductor element, and depositing a second polysilicon film serving as a gate electrode of the other semiconductor element; Since a seventh step and an eighth step of selectively etching and removing the second polysilicon film to form the gate electrode are provided, the U-M
When manufacturing an intelligent power device provided with an OS and another semiconductor element such as a C-MOS constituting a control circuit therefor, the same effect as the effect of the first aspect of the present invention can be obtained.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
乃至図9に基づいて説明する。本実施の形態は、パワー
デバイスであるU−MOSと、その制御回路を構成する
C−MOSを備えたインテリジェントパワーデバイス
(IPD)の製造方法に適用されている。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIGS. The present embodiment is applied to a method of manufacturing an intelligent power device (IPD) including a U-MOS as a power device and a C-MOS constituting a control circuit for the U-MOS.

【0010】まず、図1の(a)、(b)、(c)を用
いて、本実施の形態の要点を説明する。図1の(a)、
(b)、(c)は、基板表面の第1のシリコン酸化膜
(第1の絶縁膜)を除去して、C−MOSのゲート絶縁
膜となる第2のシリコン酸化膜(第2の絶縁膜)を形成
する工程時におけるU−MOS領域の断面を示してい
る。図1(a)は第1のシリコン酸化膜32除去前、図
1(b)はフッ酸処理による基板表面部の第1のシリコ
ン酸化膜32除去後、図1(c)は第2のシリコン酸化
膜38形成後の状態をそれぞれ示している。図1の構成
要素は、U−MOSのドレインとなるN型シリコン活性
層4、U−MOSのベース層となるP型拡散層20、U
−MOSのソース領域となるN+ 型拡散層34、プラズ
マCVD酸化膜35、U−MOSのゲート絶縁膜となる
第1のシリコン酸化膜32、U−MOSのゲート電極と
なる第1のN+ 型ドープドポリシリコン膜33、ポリシ
リコン膜36、C−MOS用のゲート絶縁膜となる第2
のシリコン酸化膜38である。
First, the gist of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (c). FIG. 1 (a),
(B) and (c) show a second silicon oxide film (a second insulating film) serving as a gate insulating film of a C-MOS by removing a first silicon oxide film (a first insulating film) on a substrate surface. 2 shows a cross section of a U-MOS region in a step of forming a film. FIG. 1A shows a state before the first silicon oxide film 32 is removed, FIG. 1B shows a state after the first silicon oxide film 32 on the substrate surface is removed by hydrofluoric acid treatment, and FIG. The state after the formation of the oxide film 38 is shown. The components in FIG. 1 include an N-type silicon active layer 4 serving as a drain of a U-MOS, a P-type diffusion layer 20 serving as a base layer of a U-MOS,
A N + type diffusion layer 34 serving as a source region of the MOS, a plasma CVD oxide film 35, a first silicon oxide film 32 serving as a gate insulating film of the U-MOS, and a first N + serving as a gate electrode of the U-MOS -Type doped polysilicon film 33, polysilicon film 36, a second gate insulating film for C-MOS
Of the silicon oxide film 38 of FIG.

【0011】図1(a)に示すように、N+ 型ドープド
ポリシリコン膜33上のプラズマCVD酸化膜35を少
なくともトレンチ幅より広く加工し、プラズマCVD酸
化膜35をマスクとして、公知のエッチバック技術を用
いてN+ 型ドープドポリシリコン膜33をU−MOSの
ゲート電極に加工する。このとき、N+ 型ドープドポリ
シリコン膜33は、トレンチ上部端に、そのトレンチの
開口部面積よりも広い部分を選択的に残す。次の工程
で、図1(b)に示すように、N+ 型ドープドポリシリ
コン膜33が除去された領域における基板表面の第1の
シリコン酸化膜32をフッ酸処理により除去する。この
とき、トレンチ上部の開口部分に残したN+ 型ドープド
ポリシリコン膜33がマスクとなって、トレンチ角部の
第1のシリコン酸化膜32のエッチングが防止され、こ
の第1のシリコン酸化膜32によるU−MOSのゲート
絶縁膜の膜厚は、トレンチ角部の部分でトレンチ側面部
の部分よりも薄くなることがない。したがって、工程数
を増やすことなく、ゲート耐圧が低下することのないU
−MOSを製造することが可能となる。その後、図1
(c)に示すように、C−MOS用のゲート絶縁膜とな
る第2のシリコン酸化膜38を20nm形成する。
As shown in FIG. 1A, a plasma CVD oxide film 35 on an N + -type doped polysilicon film 33 is processed at least wider than a trench width, and a known etch is performed using the plasma CVD oxide film 35 as a mask. The N + -type doped polysilicon film 33 is processed into a U-MOS gate electrode by using the back technique. At this time, the N + -type doped polysilicon film 33 selectively leaves a portion wider than the opening area of the trench at the upper end of the trench. In the next step, as shown in FIG. 1B, the first silicon oxide film 32 on the substrate surface in the region where the N + -type doped polysilicon film 33 has been removed is removed by hydrofluoric acid treatment. At this time, the N + -type doped polysilicon film 33 left in the opening above the trench is used as a mask to prevent the etching of the first silicon oxide film 32 at the corner of the trench. The thickness of the U-MOS gate insulating film according to No. 32 does not become thinner at the corner of the trench than at the side of the trench. Therefore, without increasing the number of steps, U
-It becomes possible to manufacture MOS. Then, FIG.
As shown in (c), a second silicon oxide film 38 to be a gate insulating film for C-MOS is formed to a thickness of 20 nm.

【0012】次に、図2乃至図9の工程図を用いて、イ
ンテリジェントパワーデバイス(IPD)の製造方法を
順に説明する。図2(a)に示すような、N型シリコン
半導体支持基板1、シリコン酸化膜層2、N+ 型Sbド
ープ埋め込み層3、実質的にU−MOSのドレインとな
るN型シリコン活性層4で構成されるSOI基板を準備
する。例えば、シリコン酸化膜層2は2μm、N+ 型S
bドープ埋め込み層3は3μm、N型シリコン活性層4
は7μmの厚さである。まず、C−MOS(N−MO
S、P−MOS)とU−MOSを形成する領域を、次の
ようにしてトレンチアイソレーションする。基板表面に
シリコン酸化膜5を100nm形成し、その上にレジス
トパターン6を形成し、U−MOSとなる領域の所定位
置にP(リン)をイオン注入する(図2(b))。レジ
ストパターン6をアッシング装置を用いて除去し、11
20℃、60分、N2 雰囲気で熱処理を施し、N+ 型S
bドープ埋め込み層3まで届くN+ 型拡散層7を形成す
る(図2(c))。表面のシリコン酸化膜5をバッファ
ードフッ酸にて除去し、再度表面にトレンチエッチング
のマスクとして用いるシリコン酸化膜8を800nm程
度形成する。アイソレーション用のレジストパターン
(図示せず)を表面に形成し、シリコン酸化膜8をCF
4 ガスを用いてドライエッチングし、レジストパターン
をアッシング装置にて除去することでシリコン酸化膜8
にアイソレーションパターン加工を施す(図2
(d))。マグネトロンRIE装置を用いてシリコンを
ドライエッチングし、トレンチ10を形成する。このと
き、トレンチ10の深さはシリコン酸化膜層2に到達す
る深さが必要である(図3(a))。トレンチ10の側
壁に1100℃、H2 O酸化を施し、800nm程度の
シリコン酸化膜11を形成する。その後、LPCVD装
置を用いてポリシリコン膜12を3μm形成し、トレン
チ10を完全に埋め込む(図3(b))。トレンチ10
内のポリシリコン膜13のみ残し、基板表面の不要なポ
リシリコン膜をドライエッチング装置にてエッチバック
除去する。その後、表面のシリコン酸化膜9をバッファ
ードフッ酸にて除去し、再度表面にシリコン酸化膜14
を950℃、ドライO2 酸化にて40nm程度形成する
(図3(c))。このような方法で、C−MOS(N−
MOS、P−MOS)とU−MOSを形成する領域をト
レンチアイソレーション分離する。
Next, a method of manufacturing an intelligent power device (IPD) will be described in order with reference to FIGS. As shown in FIG. 2A, an N-type silicon semiconductor support substrate 1, a silicon oxide film layer 2, an N + -type Sb-doped buried layer 3, and an N-type silicon active layer 4 substantially serving as a drain of a U-MOS. An SOI substrate to be configured is prepared. For example, the silicon oxide film layer 2 is 2 μm, N + type S
The b-doped buried layer 3 is 3 μm, the N-type silicon active layer 4
Has a thickness of 7 μm. First, C-MOS (N-MO
The regions where S, P-MOS) and U-MOS are to be formed are trench-isolated as follows. A silicon oxide film 5 is formed to a thickness of 100 nm on the surface of the substrate, a resist pattern 6 is formed thereon, and P (phosphorus) is ion-implanted at a predetermined position in a region to be a U-MOS (FIG. 2B). The resist pattern 6 is removed using an ashing device, and 11
20 ° C., 60 minutes, subjected to a heat treatment in an N 2 atmosphere, N + -type S
An N + -type diffusion layer 7 reaching the b-doped buried layer 3 is formed (FIG. 2C). The silicon oxide film 5 on the surface is removed with buffered hydrofluoric acid, and a silicon oxide film 8 used as a mask for trench etching is formed on the surface again with a thickness of about 800 nm. A resist pattern (not shown) for isolation is formed on the surface, and the silicon oxide film 8 is
The silicon oxide film 8 is dry-etched using 4 gases and the resist pattern is removed by an ashing device.
Is subjected to isolation pattern processing (Fig. 2
(D)). Silicon is dry-etched using a magnetron RIE apparatus to form a trench 10. At this time, the depth of the trench 10 needs to reach the silicon oxide film layer 2 (FIG. 3A). H 2 O oxidation is performed on the side wall of the trench 10 at 1100 ° C. to form a silicon oxide film 11 of about 800 nm. Thereafter, a polysilicon film 12 is formed to a thickness of 3 μm using an LPCVD apparatus, and the trench 10 is completely filled (FIG. 3B). Trench 10
Unnecessary polysilicon film on the surface of the substrate is etched back by a dry etching apparatus while leaving only the polysilicon film 13 inside. Thereafter, the silicon oxide film 9 on the surface is removed with buffered hydrofluoric acid, and the silicon oxide film 14
Is formed at 950 ° C. at about 40 nm by dry O 2 oxidation (FIG. 3C). In this way, the C-MOS (N-
MOS, P-MOS) and a region for forming a U-MOS are separated by trench isolation.

【0013】次に、P−MOSとなる領域の所定位置を
開口したレジストパターン15を形成し、P+ (リン)
をイオン注入する(図3(d))。レジストパターン1
5を硫酸にて除去した後、N−MOSとなる領域の所定
位置を開口したレジストパターン16を形成し、B
+ (ボロン)をイオン注入する(図4(a))。レジス
トパターン16を硫酸にて除去した後、U−MOSを形
成する部分を開口したレジストパターン17を形成し、
+ (ボロン)をイオン注入する(図4(b))。レジ
ストパターン17を硫酸にて除去した後、1120℃、
960分、N2 雰囲気にて熱処理を施す。こうして、U
−MOSとなる領域に、そのベース層となるP型拡散層
20、N−MOSとなる領域にP型拡散層21、P−M
OSとなる領域にN型拡散層22を形成する。基板表面
にLPCVD装置を用いてシリコン窒化膜18を160
nm形成し、LOCOS領域を開口したレジストパター
ン(図示せず)を形成し、ドライエッチングにて開口部
分のシリコン窒化膜18をエッチング除去し、レジスト
パターンをアッシング装置にて除去する。P−MOSと
なる領域の所定位置にチャネルストッパーを形成するた
め、レジストパターン19を形成し、B+ (ボロン)を
イオン注入する(図4(c))。レジストパターン19
を硫酸にて除去した後、N−MOSとなる領域の所定位
置にチャネルストッパーを形成するため、レジストパタ
ーン23を形成し、P+ (リン)をイオン注入する(図
4(d))。レジストパターン23を硫酸にて除去した
後に、1000℃、H2 O酸化にて、650nm程度の
シリコンフィールド酸化膜24を形成する。このとき同
時に、N−MOSとなる領域の所定位置にN+ 型拡散層
25、P−MOSとなる領域の所定位置にP+ 型拡散層
26のチャネルストッパー用拡散層が形成される。その
後、表面のシリコン窒化膜18を熱燐酸(155℃、7
0分)処理にて除去し、表面のシリコン酸化膜14をバ
ッファードフッ酸にて除去した後、再度、900℃、ド
ライO2 酸化にてシリコン酸化膜27を20nm形成す
る(図5(a))。U−MOSとなる領域の所定位置に
+ 型拡散層を形成するため、レジストパターン28を
形成し、As+ (ヒ素)をイオン注入する(図5
(b))。レジストパターン28をアッシング装置を用
いて除去した後、LPCVD装置にてシリコン窒化膜2
9を100nm、常圧CVD装置にてPSG膜30(P
2 5 :4mol%)を350nm形成する。U−MO
Sとなる領域の所定位置にトレンチを形成するため、レ
ジストパターン(図示せず)を形成し、ドライエッチン
グにてPSG膜30、シリコン窒化膜29、シリコン酸
化膜27をエッチング除去し、アッシング装置にてレジ
ストパターンを除去する。マグネトロンRIE装置を用
いてシリコンをドライエッチングし、深さ2.2μm程
度のトレンチ31を形成する(図5(c))。PSG膜
30をバッファードフッ酸で除去し、シリコン窒化膜2
9を熱燐酸で除去する(図5(d))。
Next, a resist pattern 15 having an opening at a predetermined position in a region to be a P-MOS is formed, and P + (phosphorus) is formed.
Is ion-implanted (FIG. 3D). Resist pattern 1
After removing 5 with sulfuric acid, a resist pattern 16 having an opening at a predetermined position in a region to be an N-MOS is formed.
+ (Boron) is ion-implanted (FIG. 4A). After removing the resist pattern 16 with sulfuric acid, a resist pattern 17 having an opening in a portion where a U-MOS is to be formed is formed.
B + (boron) is ion-implanted (FIG. 4B). After removing the resist pattern 17 with sulfuric acid, 1120 ° C.
Heat treatment is performed in N 2 atmosphere for 960 minutes. Thus, U
A P-type diffusion layer 20 as a base layer in a region to be a MOS, a P-type diffusion layer 21 in a region to be an N-MOS,
An N-type diffusion layer 22 is formed in a region to be the OS. The silicon nitride film 18 is coated on the substrate surface with an LPCVD
Then, a resist pattern (not shown) having an opening in the LOCOS region is formed, the silicon nitride film 18 in the opening is removed by dry etching, and the resist pattern is removed by an ashing device. In order to form a channel stopper at a predetermined position in a region to be a P-MOS, a resist pattern 19 is formed, and B + (boron) is ion-implanted (FIG. 4C). Resist pattern 19
Is removed with sulfuric acid, a resist pattern 23 is formed, and P + (phosphorus) is ion-implanted to form a channel stopper at a predetermined position in a region to be an N-MOS (FIG. 4D). After removing the resist pattern 23 with sulfuric acid, a silicon field oxide film 24 of about 650 nm is formed at 1000 ° C. by H 2 O oxidation. At this time, a channel stopper diffusion layer of the N + -type diffusion layer 25 is formed at a predetermined position of the region to be the N-MOS, and a P + -type diffusion layer 26 is formed at a predetermined position of the region to be the P-MOS. Thereafter, the silicon nitride film 18 on the surface is heated with hot phosphoric acid (155 ° C., 7 ° C.).
(0 min) treatment, and after removing the silicon oxide film 14 on the surface with buffered hydrofluoric acid, a silicon oxide film 27 is again formed to a thickness of 20 nm by dry O 2 oxidation at 900 ° C. (FIG. 5A )). In order to form an N + type diffusion layer at a predetermined position in a region to be a U-MOS, a resist pattern 28 is formed, and As + (arsenic) is ion-implanted (FIG. 5).
(B)). After removing the resist pattern 28 using an ashing device, the silicon nitride film 2 is removed using an LPCVD device.
9 is 100 nm, and the PSG film 30 (P
2 O 5 : 4 mol%) is formed to a thickness of 350 nm. U-MO
A resist pattern (not shown) is formed to form a trench at a predetermined position in a region to be S, and the PSG film 30, the silicon nitride film 29, and the silicon oxide film 27 are removed by dry etching. To remove the resist pattern. The silicon is dry-etched using a magnetron RIE apparatus to form a trench 31 having a depth of about 2.2 μm (FIG. 5C). The PSG film 30 is removed with buffered hydrofluoric acid, and the silicon nitride film 2 is removed.
9 is removed with hot phosphoric acid (FIG. 5D).

【0014】U−MOS部のゲート絶縁膜となる第1の
シリコン酸化膜32を1050℃、ドライO2 酸化にて
50nm形成し、続けて、U−MOS部のゲート電極と
なるP(リン)をドープした第1のポリシリコン膜33
(N+ ドープドポリシリコン膜)をLPCVD装置にて
350nm程度成膜する。この第1のシリコン酸化膜3
2形成時にU−MOS領域の所定位置にソース領域とな
るN+ 型拡散層34が形成される(図6(a))。プラ
ズマCVD装置を用いてCVD酸化膜35を100nm
程度形成する(図6(b))。ポリシリコン膜36をL
PCVD装置にて1200nm程度形成し、U−MOS
部のトレンチ溝を完全に埋め込む(図6(c))。ドラ
イエッチングにて、トレンチ埋め込みに不要なポリシリ
コン膜36をエッチバック除去する。プラズマCVD酸
化膜35はエッチングストッパーとしての役割となりエ
ッチングの終点検出ができる。
A first silicon oxide film 32 serving as a gate insulating film of the U-MOS portion is formed at 1050 ° C. by dry O 2 oxidation to a thickness of 50 nm, and then P (phosphorus) serving as a gate electrode of the U-MOS portion is formed. Doped first polysilicon film 33
(N + doped polysilicon film) is formed to a thickness of about 350 nm by an LPCVD apparatus. This first silicon oxide film 3
At the time of forming 2, an N + type diffusion layer 34 serving as a source region is formed at a predetermined position in the U-MOS region (FIG. 6A). The thickness of the CVD oxide film 35 is set to 100 nm using a plasma CVD apparatus.
(FIG. 6B). The polysilicon film 36 is L
Formed about 1200nm by PCVD equipment, U-MOS
Part of the trench is completely buried (FIG. 6C). The polysilicon film 36 unnecessary for filling the trench is etched back by dry etching. The plasma CVD oxide film 35 functions as an etching stopper and can detect the end point of the etching.

【0015】ここで、N+ 型ドープドポリシリコン膜3
3をU−MOSゲート電極として次のように加工する。
まず、所定の位置にレジストパターン37を形成する。
このとき、レジストパターン37は、トレンチ幅より広
い幅であることが特徴である。このレジストパターン3
7をマスクとして、プラズマCVD酸化膜35をバッフ
ァードフッ酸にてエッチングし(図6(d))、レジス
トパターン37を硫酸で除去することで、プラズマCV
D酸化膜35を加工する。このようにパターン加工した
プラズマCVD酸化膜35をマスクとして、N+ 型ドー
プドポリシリコン膜33をドライエッチングによりエッ
チバックする。このような方法で加工されたゲート電極
33は、トレンチ上部において少なくともトレンチ幅よ
り広くなり、トレンチ上端部を全て覆うような加工形状
となる(図7(a))。次に、C−MOS(N−MO
S、P−MOS)部分のゲート絶縁膜となる第2のシリ
コン酸化膜を形成するために、一度、表面の第1のシリ
コン酸化膜32をバッファードフッ酸にて除去し(図7
(b))、再度、900℃、ドライO2 酸化にて第2の
シリコン酸化膜38を20nm形成する。このとき、U
−MOS領域のゲート電極33が、トレンチ上端部を覆
っていることで、U−MOS領域のゲート酸化膜32が
トレンチ上部でえぐれて薄膜化することはない(図7
(c))。
Here, the N + -type doped polysilicon film 3
3 is processed as a U-MOS gate electrode as follows.
First, a resist pattern 37 is formed at a predetermined position.
At this time, the resist pattern 37 is characterized in that the width is wider than the trench width. This resist pattern 3
7 is used as a mask, the plasma CVD oxide film 35 is etched with buffered hydrofluoric acid (FIG. 6 (d)), and the resist pattern 37 is removed with sulfuric acid.
The D oxide film 35 is processed. Using the plasma CVD oxide film 35 thus patterned as a mask, the N + -type doped polysilicon film 33 is etched back by dry etching. The gate electrode 33 processed by such a method has a processing shape that is at least wider than the trench width at the upper portion of the trench and covers the entire upper end portion of the trench (FIG. 7A). Next, C-MOS (N-MO
In order to form a second silicon oxide film serving as a gate insulating film in the (S, P-MOS) portion, the first silicon oxide film 32 on the surface is once removed with buffered hydrofluoric acid (FIG. 7).
(B)) A second silicon oxide film 38 is again formed to a thickness of 20 nm at 900 ° C. by dry O 2 oxidation. At this time, U
Since the gate electrode 33 in the -MOS region covers the upper end of the trench, the gate oxide film 32 in the U-MOS region is not cut off at the top of the trench and becomes thinner (FIG. 7).
(C)).

【0016】C−MOS部分のゲート電極となる第2の
ポリシリコン膜39をLPCVD装置にて350nm形
成し、ポリシリコン膜39にP+ (イオン)をイオン注
入し、C−MOS部の所定の位置にレジストパターンを
形成し、ドライエッチングし、レジスト剥離することに
よりゲート電極配線を形成する(図7(d))。レジス
トパターン41を形成し、N−MOS部分の所定の位置
にP+ (リン)をイオン注入する(図8(a))。レジ
ストパターン41を硫酸等で除去後、再度レジストパタ
ーン42を形成し、P−MOS部分の所定の位置にBF
2 + (イオン)をイオン注入する(図8(b))。その
後、レジストパターン42を硫酸等で除去する。基板表
面にCVD酸化膜43を30nm程度形成し(図8
(c))。公知のエッチバック法によりエッチバックす
ることでLDDスペーサ44を形成し、表面に再度20
nm程度の酸化膜(図示せず)を形成する(図8
(d))。レジストパターン45を形成し、N−MOS
とU−MOS部分の所定の位置にP+(イオン)をイオ
ン注入する(図9(a))。レジストパターン45を硫
酸等で除去後、再度レジストパターン46を形成し、P
−MOSとU−MOS部分の所定の位置にBF2 + (イ
オン)をイオン注入する(図9(b))。その後、レジ
ストパターン46を硫酸等で除去する。層間絶縁膜とし
てNSG\BPSG膜53を150nm\450nm程
度形成し、950℃、20分程度拡散炉で熱処理する。
このとき、イオン注入を行った所定位置に拡散層47〜
52が形成される(図9(c))。所定位置にコンタク
トホールを形成し、アルミをスパッタリング法を用いて
1μm程度形成し、ドライエッチング加工することで電
極54〜62を形成する(図9(d))。
A second polysilicon film 39 serving as a gate electrode of the C-MOS portion is formed to a thickness of 350 nm by an LPCVD apparatus, and P + (ions) are ion-implanted into the polysilicon film 39, thereby forming a predetermined portion of the C-MOS portion. A resist pattern is formed at the position, dry etching is performed, and the resist is stripped to form a gate electrode wiring (FIG. 7D). A resist pattern 41 is formed, and P + (phosphorus) is ion-implanted into a predetermined position of the N-MOS portion (FIG. 8A). After removing the resist pattern 41 with sulfuric acid or the like, a resist pattern 42 is formed again, and a BF is formed at a predetermined position in the P-MOS portion.
2 + (ion) are implanted (Figure 8 (b)). After that, the resist pattern 42 is removed with sulfuric acid or the like. A CVD oxide film 43 is formed on the surface of the substrate to a thickness of about 30 nm (FIG. 8).
(C)). The LDD spacer 44 is formed by performing etch-back by a known etch-back method,
An oxide film (not shown) of about nm is formed (FIG. 8).
(D)). A resist pattern 45 is formed and an N-MOS
Then, P + (ion) is ion-implanted into a predetermined position of the U-MOS portion (FIG. 9A). After removing the resist pattern 45 with sulfuric acid or the like, a resist pattern 46 is formed again,
BF 2 + (ions) are ion-implanted into predetermined positions of the -MOS and U-MOS portions (FIG. 9B). After that, the resist pattern 46 is removed with sulfuric acid or the like. An NSG BPSG film 53 is formed as an interlayer insulating film in a thickness of about 150 nm to 450 nm, and is heat-treated at 950 ° C. in a diffusion furnace for about 20 minutes.
At this time, the diffusion layers 47 to 47 are located at predetermined positions where the ion implantation is performed.
52 are formed (FIG. 9C). A contact hole is formed at a predetermined position, aluminum is formed to a thickness of about 1 μm by sputtering, and electrodes 54 to 62 are formed by dry etching (FIG. 9D).

【0017】本実施の形態の製造方法を用いることで、
トレンチゲート電極を用いた縦型電界効果トランジスタ
(U−MOS)構造を持つパワー素子部(U−MOS)
と制御回路部(C−MOS)を同時に有するインテリジ
ェントパワーデバイス(IPD)にて、U−MOSゲー
ト耐圧を低下させることなく信頼性の高いインテリジェ
ントパワーデバイス(IPD)を製造することが可能と
なる。なお、制御回路部がC−MOS構造以外(例え
ば、BiC−MOS構造)のIPDでも適用できること
は明白である。
By using the manufacturing method of this embodiment,
Power element unit (U-MOS) having a vertical field effect transistor (U-MOS) structure using a trench gate electrode
And an intelligent power device (IPD) having a control circuit unit (C-MOS) at the same time, a highly reliable intelligent power device (IPD) can be manufactured without lowering the U-MOS gate breakdown voltage. It is clear that the control circuit unit can be applied to an IPD other than the C-MOS structure (for example, a BiC-MOS structure).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態である半導体装置の製造方
法の要点を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a main point of a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention;

【図2】上記実施の形態を説明するための工程図であ
る。
FIG. 2 is a process chart for explaining the embodiment.

【図3】上記図2に続く工程図である。FIG. 3 is a process drawing following FIG. 2;

【図4】上記図3に続く工程図である。FIG. 4 is a process drawing following FIG. 3;

【図5】上記図4に続く工程図である。FIG. 5 is a process drawing following FIG. 4;

【図6】上記図5に続く工程図である。FIG. 6 is a process drawing following FIG. 5;

【図7】上記図6に続く工程図である。FIG. 7 is a process drawing following FIG. 6;

【図8】上記図7に続く工程図である。FIG. 8 is a process drawing following FIG. 7;

【図9】上記図8に続く工程図である。FIG. 9 is a process drawing following FIG. 8;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 N型シリコン半導体支持基板 4 U−MOSのドレインとなるN型シリコン活性層 20 U−MOSのベース層となるP型拡散層 31 トレンチ 32 U−MOSのゲート絶縁膜となる第1のシリコン
酸化膜 33 U−MOSのゲート電極となる第1のN+ 型ドー
プドポリシリコン膜 34 U−MOSのソース領域となるN+ 型拡散層 38 C−MOS用のゲート絶縁膜となる第2のシリコ
ン酸化膜 39 C−MOS用のゲート電極となる第2のポリシリ
コン膜
REFERENCE SIGNS LIST 1 N-type silicon semiconductor support substrate 4 N-type silicon active layer serving as U-MOS drain 20 P-type diffusion layer serving as U-MOS base layer 31 Trench 32 First silicon oxide serving as U-MOS gate insulating film Film 33 First N + -type doped polysilicon film serving as a gate electrode of U-MOS 34 N + -type diffusion layer 38 serving as a source region of U-MOS 38 Second silicon serving as a gate insulating film for C-MOS Oxide film 39 Second polysilicon film serving as gate electrode for C-MOS

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 浩一 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 Fターム(参考) 5F048 AA05 AA07 AA09 AC03 AC06 BA12 BA16 BA19 BB05 BB06 BB16 BB20 BC06 BC11 BG12 BG14 DA12  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Koichi Murakami 2nd Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa F-term (reference) 5F048 AA05 AA07 AA09 AC03 AC06 BA12 BA16 BA19 BB05 BB06 BB16 BB20 BC06 BC11 BG12 BG14 DA12

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板に形成されたトレンチの側面
にゲート絶縁膜を介して形成され前記トレンチ側面部の
半導体領域にチャネルを誘起させるゲート電極を持つ構
造のU−MOSを含む半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板に基板表面から前記トレンチを形成する
第1の工程と、前記トレンチ側面及び基板表面に前記ゲ
ート絶縁膜となる第1の絶縁膜を形成する第2の工程
と、前記第1の絶縁膜上に前記ゲート電極となる第1の
ポリシリコン膜を堆積する第3の工程と、前記トレンチ
内部及び当該トレンチ上部におけるトレンチの開口部面
積よりも広い部分を選択的に残して前記第1のポリシリ
コン膜を除去する第4の工程と、前記第1のポリシリコ
ン膜が除去された領域における前記第1の絶縁膜を除去
する第5の工程とを有することを特徴とする半導体装置
の製造方法。
1. Manufacturing of a semiconductor device including a U-MOS having a gate electrode formed on a side surface of a trench formed in a semiconductor substrate via a gate insulating film and having a gate electrode for inducing a channel in a semiconductor region on a side surface of the trench. In the method,
A first step of forming the trench in the semiconductor substrate from a substrate surface, a second step of forming a first insulating film serving as the gate insulating film on the trench side surface and the substrate surface, and A third step of depositing a first polysilicon film serving as the gate electrode on the film; and a step of selectively leaving a portion wider than the opening area of the trench inside the trench and above the trench. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a fourth step of removing a polysilicon film; and a fifth step of removing the first insulating film in a region where the first polysilicon film has been removed. Method.
【請求項2】 前記半導体基板の主面に、前記U−MO
S及びこのU−MOSの制御回路を構成する他の半導体
素子を備えたインテリジェントパワーデバイスを製造す
る半導体装置の製造方法であって、請求項1記載の前記
第1乃至第5の工程に加えて、前記第1の絶縁膜とは膜
厚が異なり前記他の半導体素子のゲート絶縁膜となる第
2の絶縁膜を形成する第6の工程と、前記他の半導体素
子のゲート電極となる第2のポリシリコン膜を堆積する
第7の工程と、この第2のポリシリコン膜を選択的にエ
ッチング除去して前記ゲート電極を形成する第8の工程
とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said U-MO
A method for manufacturing a semiconductor device for manufacturing an intelligent power device including S and another semiconductor element constituting a control circuit of the U-MOS, wherein the method comprises the steps of: A sixth step of forming a second insulating film having a thickness different from that of the first insulating film and serving as a gate insulating film of the another semiconductor element, and a second step of forming a second insulating film serving as a gate electrode of the other semiconductor element; Manufacturing a semiconductor device, comprising: a seventh step of depositing a polysilicon film; and an eighth step of selectively etching away the second polysilicon film to form the gate electrode. Method.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005019548A (en) * 2003-06-24 2005-01-20 Renesas Technology Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP2007081057A (en) * 2005-09-13 2007-03-29 Denso Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2012182483A (en) * 2012-05-11 2012-09-20 Renesas Electronics Corp Manufacturing method for semiconductor device

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