JP2001036071A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2001036071A
JP2001036071A JP11202505A JP20250599A JP2001036071A JP 2001036071 A JP2001036071 A JP 2001036071A JP 11202505 A JP11202505 A JP 11202505A JP 20250599 A JP20250599 A JP 20250599A JP 2001036071 A JP2001036071 A JP 2001036071A
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秀樹 奥村
Akihiko Osawa
明彦 大澤
Hideki Nozaki
秀樹 野崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲート絶縁膜の特性向上を図り、信頼性の高
いトレンチ型MOSFET半導体製造装置の製造方法を
提供する。 【解決手段】 マスク材としての酸化膜11を後退エッ
チングして、トレンチ8開口付近の半導体基板のpベー
ス2表層を露出させる。つぎに、熱酸化によりこの露出
領域およびトレンチ8内部に犠牲酸化膜を形成した後、
pベース2表層およびトレンチ8底部に向けてn+不
純物を0度の角度でイオン注入する。そして、熱処理に
よってトレンチ8内部から半導体基板のpベース2表面
にまで延在するようにゲート絶縁膜4を形成するととも
に、pベース2の表層およびトレンチ8底部に注入され
た高濃度の不純物イオンを活性化させてソース領域3お
よびウェル領域10を同時に形成するものである。これ
により、高濃度不純物のソース領域3およびウェル領域
10に位置するゲート絶縁膜4の膜厚を厚く形成される
ので、ゲート絶縁膜の絶縁耐圧を高めるなど特性向上を
図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トレンチ内に絶縁
膜を介して埋め込まれた制御用のゲート電極層を有する
MOSFETなどのトレンチ型MOSFET半導体装置
の製造方法に関し、セルフアラインでトレンチおよびソ
ース領域を形成する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来のトレンチ構造を有するM
OS半導体装置の製造方法の一つを示すもので、例え
ば、特開平11―26758号公報に開示されるもので
ある。半導体基板であるnドレイン層1の表面層にp形
不純物(ほう素)イオンの注入、熱処理によりpチャネ
ル領域2を形成し、更にこのpチャネル領域2表面にト
レンチ形成のために酸化膜11を形成し、リソグラフィ
により、この酸化膜11をパターニングする[図2
(a)]。つぎに、この酸化膜11をマスクとして、ド
ライエッチングによりnドレイン層1に達するトレンチ
8を形成する[同図(b)]。つぎに、ウェットエッチ
ングでトレンチ形成用マスクとして使用した酸化膜11
を後退エッチングし、トレンチ8開口付近のpチャネル
領域2の表面を露出させた後、n形不純物(砒素)イオ
ンを注入する。[同図(c)]。13はn形不純物(砒
素)イオン注入領域である。トレンチ8の底部だけでな
く、開口部の表層にもイオン注入され、ソース領域を形
成するためのイオン注入となる。さらに、マスクとして
の酸化膜11を除去した後、熱酸化によりトレンチ内部
にゲート絶縁膜4を形成する。このとき、熱処理によ
り、イオン注入された砒素を拡散させて、nソース領域
3、n+ ウェル領域10が形成される[同図
(d)]。
【0003】この後、トレンチ8内にゲート電極層5と
なる多結晶シリコンを埋め込み、余分な多結晶シリコン
をエッチングした後、CVDにより絶縁膜6を堆積し、
リソグラフィにより、パターニングし、更にスパッタリ
ングによりソース電極7となるアルミニウム合金層を堆
積し、パターニングすることによりMOSFETを完成
する[同図(e)]。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この従来における製造
方法では、ソース領域をトレンチ形成用マスクの後退量
に合わせたセルフアラインで形成できるので、ソース領
域のパターニング工程を削減できるが、マスクとして使
用した酸化膜を後退エッチングした後、イオン注入を行
っている。すなわち、トレンチ内部の表面が露出された
状態でイオン注入されているため、トレンチ側面にもイ
オンが打ち込まれてしまう。このため、n形MOSFE
Tのチャネル領域に高濃度のn形不純物がドーピングさ
れ、MOSFETが構成されないことが問題となる。本
発明は、これらの課題を解決するために着目してなされ
たもので、トレンチ側面へのイオン注入を防ぎ、チャネ
ル領域特性の低下を回避できる半導体製造装置の方法を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製造方法は、半導体基板表面に酸化膜からなる所定パ
ターンのマスク材を形成する工程と、このマスク材を用
いて前記半導体基板にトレンチを形成する工程と、等方
性エッチングにより前記マスク材を後退させてトレンチ
開口付近の前記半導体基板表面を露出させ、この露出領
域およびトレンチ内部の表面に犠牲酸化膜を形成する工
程と、この犠牲酸化膜の形成後に、前記露出領域および
トレンチ底部の前記半導体基板表面に前記半導体基板と
同じ極性を持つ導電型不純物をイオン注入する工程と、
前記犠牲酸化膜を全て剥離した後、熱酸化により少なく
とも前記トレンチ内部から前記露出領域表面にまで延在
するゲート絶縁膜を形成するとともに、前記露出領域お
よびトレンチ底部に注入された不純物イオンを活性化さ
せて前記露出領域にソース領域、前記トレンチ底部にウ
ェル領域を同時に形成する工程とを含むことを特徴とす
るものである。この手段によれば、ソース領域をトレン
チ形成用マスクの後退量に合わせたセルフアラインで形
成できるので、ソース領域のパターニング工程を削減で
きるとともに、不純物イオン注入を犠牲酸化膜の形成後
に行うので、不純物イオンがトレンチ側面に打ち込まれ
ることがなくなり、チャネル領域に高濃度のn形不純物
がドーピングされてMOSFETを構成しないことを確
実に防止できる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につき
図1を参照しながら説明する。図1はトレンチ型MOS
FETの製造方法を示し、主な製造工程ごとの断面図で
ある。半導体基板は、n+基板(ドレイン層)1a上に
n−エピタキシャル成長層(ドレイン層)1bを形成し
てドレイン層1を構成する。このドレイン層1表面にさ
らに熱拡散技術によりチャネル領域となるpベース2を
形成する。さらにその表面には、図1(a)に示すよう
にトレンチを形成するために酸化膜11を形成し、リソ
グラフィ技術によりパターニングする。この酸化膜11
は、まず、熱酸化法によりpベース2上に膜厚が約0.1
μmの酸化シリコン膜(SiO2)を形成し、つづいて
その酸化シリコン膜の上にCVD法により膜厚が約0.6
μmの酸化シリコン膜(SiO2)を堆積させて形成し
たものである。尚、この酸化膜11の形成方法として他
にもpベース2上に直接CVD法によるSiO2膜を堆
積させたり、SiN膜を形成する場合もある。あるいは
酸化膜を全て熱酸化法で形成することでも可能である。
つぎに、この酸化膜11をトレンチ形成用マスクとして
用い、 ドライエッチングであるRIE (リアクティ
ブエッチング)により半導体基板にトレンチ8を形成す
る。このトレンチ8は図1(b)に示すように半導体基
板のn+基板1a(ドレイン)領域に達する深さの溝と
なるように形成する。
【0007】つづいて、図1(c)に示すようにNH4
F溶液などを用いたウェットエッチングでトレンチ形成
用マスクとして使用した酸化膜11のパターンを後退エ
ッチングし、トレンチ8開口付近のpベース2領域の表
面を露出させる。尚、このマスク材後退は後述するイオ
ン注入によりpベース2表層にソース領域を形成のため
の必要な工程となる。マスク材を後退させるウェットエ
ッチングのエッチングモードは等方性であり、酸化膜1
1の膜厚が約0.2μm以上残る範囲内で、かつ、トレン
チ8開口付近のpベース2表面の露出領域が約0.1〜0.5
μmとなるようにエッチングする。さらに、トレンチ8
の加工時に生じた内表面の凹凸を平坦化するためCDE
(ケミカルドライエッチング)処理を行う。このCDE
処理によりトレンチ内側面がエッチングされるためトレ
ンチ8開口幅が広くなる。すなわち、図1(d)に示す
ようにトレンチ8開口部の幅がS1(破線で示す)から
S2(実線で示す)と広くなる。また、CDE処理によ
りトレンチ8開口部のコーナー部分も丸くなる。この
後、図2(a)に示すように熱酸化法によりpベース2
表面の露出領域およびトレンチ8内面にかけて約0.1μ
m程度の膜厚となる酸化シリコン(SiO2)の犠牲酸
化膜14を形成する。
【0008】そして、図2(b)に示すようにpベース
2の露出領域表面およびトレンチ8底部にイオン注入に
よりn+型の不純物(砒素)13を打ち込む。イオンは
犠牲酸化膜14を通過してpベース2の露出領域表面あ
るいはトレンチ8底部のn+基板1a表面に打ち込まれ
る。この時、イオン注入角は半導体基板の垂直方向に対
して0度とする。イオン注入条件は、イオン種はAs
(砒素)、飛程Rp(シリコン中に打ち込まれたイオン
が停止するまで移動した距離)がSi中にあることを満
足する加速エネルギで、例えば、30〜80KeV、ド
ーズ量は5×1014/cm2以上とする。つぎに、酸化
膜11および犠牲酸化膜14をエッチングで全て剥離し
た後、熱処理により、トレンチ8内部を含む半導体基板
表面に膜厚が約0.02μmの酸化シリコン膜からなるゲー
ト絶縁膜4を形成する。同時に半導体基板に生じている
結晶欠陥を修復するとともに、注入されたn+不純物イ
オンが活性化される。このため、図2(c)に示すよう
にpベース2表層の露出領域には不純物濃度の高いn+
ソース領域3が形成され、トレンチ8底部にはn+基板
1aよりもさらに不純物濃度の高いn+ウェル領域10
が形成される。
【0009】尚、ゲート絶縁膜4を形成する酸化条件と
しては、水素燃焼酸化が用いられ、酸化温度は1000
℃以下であればよく、好ましくは900℃以下がよい。
このような実施形態における半導体装置の製造方法で
は、前記イオン注入条件および酸化条件を設定すること
により、図2(c)に示すようにn+不純物濃度の高い
ソース領域3(基板表面のトレンチ開口付近)およびウ
ェル領域10(トレンチ底部)に位置するトレンチ8表
面における酸化膜の形成は増速酸化によって促進される
ので、ゲート絶縁膜4のうち、ソース領域2表層部の膜
厚15と、ウェル領域10部位の膜厚16を他の部分の
膜厚よりも厚く形成できるので、絶縁耐圧を高くしてゲ
ート破壊などの問題を解消し、トレンチ型MOSFET
の信頼性向上を図ることができる。最後に、図2(d)
に示すようにトレンチ8内にゲート電極層5となる多結
晶シリコンを埋め込み、余分な多結晶シリコンをエッチ
ングした後、CVD法により絶縁膜6を堆積し、リソグ
ラフィ技術により、パターニングし、更にスパッタリン
グ法によりソース電極7となるアルミニウム合金層を堆
積し、パターニングして、MOSFETが完成する。
【0010】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法によれば、トレンチ側面へのイオン注入を防
ぎ、チャネル領域特性の低下を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は、本発明の実施形態に係るト
レンチ型MOSFET構造の製造工程を示す断面図。
【図2】(a)〜(d)は、本発明の実施形態に係るト
レンチ型MOSFET構造の製造工程を示す断面図。
【図3】従来のトレンチ型MOSFET構造の製造工程
を示す断面図。
【符号の説明】
1…nドレイン層 1a…n+基板1a(ドレイン層) 1b…n−エピタキシャル成長層1b(ドレイン層) 2…pベース 3…n+ソース領域 4…ゲート絶縁膜 8…トレンチ 10…n+ウェル領域 11…酸化膜(マスク材) 14…犠牲酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野崎 秀樹 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝マイクロエレクトロニクスセンター 内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板表面に酸化膜からなる所定パ
    ターンのマスク材を形成する工程と、 このマスク材を用いて前記半導体基板にトレンチを形成
    する工程と、 等方性エッチングにより前記マスク材を後退させてトレ
    ンチ開口付近の前記半導体基板表面を露出させ、この露
    出領域およびトレンチ内部の表面に犠牲酸化膜を形成す
    る工程と、 この犠牲酸化膜の形成後に、前記露出領域およびトレン
    チ底部の前記半導体基板表面に前記半導体基板と同じ極
    性を持つ導電型不純物をイオン注入する工程と、 前記犠牲酸化膜を全て剥離した後、熱酸化により少なく
    とも前記トレンチ内部から前記露出領域表面にまで延在
    するゲート絶縁膜を形成するとともに、前記露出領域お
    よびトレンチ底部に注入された不純物イオンを活性化さ
    せて前記露出領域にソース領域、前記トレンチ底部にウ
    ェル領域を同時に形成する工程と、を含むことを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
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