JP2002237593A - Method for manufacturing insulated gate semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing insulated gate semiconductor device

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JP2002237593A
JP2002237593A JP2001033616A JP2001033616A JP2002237593A JP 2002237593 A JP2002237593 A JP 2002237593A JP 2001033616 A JP2001033616 A JP 2001033616A JP 2001033616 A JP2001033616 A JP 2001033616A JP 2002237593 A JP2002237593 A JP 2002237593A
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channel layer
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充弘 吉村
Hiroki Eto
弘樹 江藤
Yasuhiro Igarashi
保裕 五十嵐
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an MOSFET having proper ON-resistance performance and high mutual inductance. SOLUTION: Dummy oxidation layer is made thick, after forming trenches to make impurities concentrate in trench sides by piling up. Impurity concentration is low in a channel region along the trenches, and the impurity concentration distribution is flattened. As a result, since the ON-resistance becomes uniform at any apart by applying gate voltage, the ON-resistance exhibits satisfactory performance, and since mutual inductance is improved, a high frequency characteristic is improved.

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】本発明は絶縁ゲート型半導体
装置の製造方法に係り、特にトレンチに沿ったチャネル
領域の濃度分布を平坦化し、相互コンダクタンスを向上
させる絶縁ゲート型半導体装置の製造方法に関する。
The present invention relates to a method of manufacturing an insulated gate semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing an insulated gate semiconductor device which flattens the concentration distribution of a channel region along a trench and improves transconductance.

【0002】[0002]

【従来の技術】携帯端末の普及に伴い小型で大容量のリ
チュウムイオン電池が求められるようになってきた。こ
のリチュウムイオン電池の充放電のバッテリーマネージ
メントを行う保護回路は携帯端末の軽量化のニーズによ
り、より小型で負荷ショートにも十分に耐えうるもので
なくてはならない。かかる保護回路はリチュウムイオン
電池の容器内に内蔵されるために小型化が求められ、チ
ップ部品を多用したCOB(Chip on Boar
d)技術が駆使され、小型化の要求に応えてきた。しか
し一方ではリチュウムイオン電池に直列にパワーMOS
FETを接続するのでこのパワーMOSFETのオン抵
抗も極めて小さくするニーズがあり、これが携帯電話で
は通話時間や待機時間を長くするために不可欠の要素で
ある。
2. Description of the Related Art With the spread of portable terminals, a small-sized and large-capacity lithium-ion battery has been required. The protection circuit for performing the battery management of the charging and discharging of the lithium ion battery must be smaller and capable of sufficiently withstanding a load short due to the need for reducing the weight of the portable terminal. Such a protection circuit is required to be miniaturized because it is built in a container of a lithium ion battery, and a COB (Chip on Boar) using a lot of chip components is required.
d) Technology has been used to meet the demand for miniaturization. However, on the other hand, a power MOS in series with a lithium ion battery
Since the FET is connected, there is a need to make the on-resistance of the power MOSFET extremely small, which is an indispensable factor for a mobile phone to increase the talk time and the standby time.

【0003】このためにチップを製造する上で微細加工
によりセル密度を上げる開発が進められてきた。具体的
には、チャネルが半導体基板表面に形成されるプレーナ
ー構造ではセル密度は740万個/平方インチであった
が、チャネルをトレンチの側面に形成するトレンチ構造
の第1世代ではセル密度は2500万個/平方インチと
大幅に向上した。さらにトレンチ構造の第2世代では、
微細化によりセル密度は7200万個/平方インチまで
向上できた。
[0003] For this reason, in the production of chips, developments have been made to increase the cell density by fine processing. Specifically, in the planar structure in which the channel is formed on the surface of the semiconductor substrate, the cell density is 7.4 million cells / square inch. In the first generation of the trench structure in which the channel is formed on the side surface of the trench, the cell density is 2500. Significantly improved to 10,000 pieces per square inch. Furthermore, in the second generation of the trench structure,
The cell density could be increased to 72 million cells / square inch by miniaturization.

【0004】また、オン抵抗の低減だけでなく、MOS
FETの性能を示す相互コンダクタンスを向上させてオ
ン抵抗の切れをよくすることも、動作時の最高周波数を
向上する上で重要である。
In addition to reducing the on-resistance, the MOS
It is also important to improve the cutoff of the on-resistance by improving the transconductance indicating the performance of the FET in order to improve the maximum frequency during operation.

【0005】図9から図13を参照して、従来のトレン
チ構造のPチャネル型パワーMOSFETの製造工程を
示す。
Referring to FIGS. 9 to 13, a manufacturing process of a conventional P-channel power MOSFET having a trench structure will be described.

【0006】図9では、P+型シリコン半導体基板21
にP-型のエピタキシャル層を積層してドレイン領域2
2を形成する。予定のチャネル層24に選択的にリンを
注入した後、拡散してN型のチャネル層24を形成す
る。
In FIG. 9, a P + type silicon semiconductor substrate 21 is shown.
A P - type epitaxial layer on the drain region 2
Form 2 After selectively implanting phosphorus into the intended channel layer 24, it is diffused to form an N-type channel layer 24.

【0007】全面にCVD法によりNSG(Non−d
oped Silicate Glass)のCVD酸
化膜25を生成し、マスク形成後ドライエッチングして
部分的に除去し、チャネル層24が露出したトレンチ開
口部26を形成する。
On the entire surface, NSG (Non-d
Then, a CVD oxide film 25 of an opto-silicate glass is formed, and after forming a mask, the film is partially removed by dry etching to form a trench opening 26 where the channel layer 24 is exposed.

【0008】CVD酸化膜25をマスクとしてトレンチ
開口部26のシリコン半導体基板をCF系およびHBr
系ガスにより異方性ドライエッチングし、チャネル層2
4を貫通してドレイン領域22まで達するトレンチ27
を形成する。
Using the CVD oxide film 25 as a mask, the silicon semiconductor substrate in the trench opening 26 is
Anisotropic dry etching with a system gas, channel layer 2
4 through the trench 27 reaching the drain region 22
To form

【0009】図10ではダミー酸化をしてトレンチ27
内壁とCVD酸化膜25表面に1000〜2000Å程度の酸化
膜29を形成し、その後、酸化膜29とCVD酸化膜2
5をエッチングにより除去する。このダミーの際のエッ
チングダメージを除去し、後のゲート酸化酸化を行う理
由は、ドライエッチング膜を安定に形成するためであ
る。また、高温で熱酸化することによりトレンチ開口部
26に丸みをつけ、トレンチ開口部26での電界集中を
避ける効果もある。これにより、トレンチ27が形成さ
れる。
In FIG. 10, dummy oxidation is performed to form trench 27.
An oxide film 29 of about 1000 to 2000 ° is formed on the inner wall and the surface of the CVD oxide film 25, and thereafter, the oxide film 29 and the CVD oxide film 2 are formed.
5 is removed by etching. The reason for removing the etching damage at the time of this dummy and performing gate oxidation oxidation later is to form a dry etching film stably. Further, the trench opening 26 is rounded by thermal oxidation at a high temperature, and there is also an effect of avoiding electric field concentration in the trench opening 26. Thus, a trench 27 is formed.

【0010】図11では、全面を熱酸化してゲート酸化
膜31を形成する。その後、トレンチ27に埋設される
ゲート電極33を形成する。すなわち、全面にノンドー
プのポリシリコン層を付着し、P型不純物を高濃度に注
入・拡散して高導電率化を図る。その後全面に付着した
ポリシリコン層をマスクなしでドライエッチして、トレ
ンチ27に埋設されたゲート電極33とする。
In FIG. 11, a gate oxide film 31 is formed by thermally oxidizing the entire surface. Thereafter, a gate electrode 33 buried in the trench 27 is formed. That is, a non-doped polysilicon layer is attached to the entire surface, and a high conductivity is achieved by injecting and diffusing a P-type impurity at a high concentration. Thereafter, the polysilicon layer adhered to the entire surface is dry-etched without a mask to form a gate electrode 33 buried in the trench 27.

【0011】図12ではレジスト膜PRによるマスクに
より選択的にリンをイオン注入し、N+型のボディコン
タクト領域34を形成した後、レジスト膜PRを除去す
る。
In FIG. 12, phosphorus is selectively ion-implanted with a mask using a resist film PR to form an N + -type body contact region 34, and then the resist film PR is removed.

【0012】更に、新たなレジスト膜PRで予定のソー
ス領域35およびゲート電極33を露出する様にマスク
して、ボロンなどをイオン注入し、P+型のソース領域
35をトレンチ27に隣接するチャネル層24表面に形
成した後、レジスト膜PRを除去する。
Further, the new source film PR is masked so as to expose the intended source region 35 and gate electrode 33, and boron or the like is ion-implanted, and the P + type source region 35 is formed in a channel adjacent to the trench 27. After the formation on the surface of the layer 24, the resist film PR is removed.

【0013】図13では、全面にNSG層を形成後、B
PSG(Boron Phosphorus Sili
cate Glass)層をCVD法により付着して、
層間絶縁膜36を形成する。その後、レジスト膜をマス
クにして少なくともゲート電極33上に層間絶縁膜36
を残す。その後アルミニウムをスパッタ装置で全面に付
着して、ソース領域35およびボディコンタクト領域3
4にコンタクトするソース電極37を形成する。
In FIG. 13, after forming an NSG layer on the entire surface,
PSG (Boron Phosphorus Sili)
(Cate Glass) layer is deposited by a CVD method,
An interlayer insulating film 36 is formed. Thereafter, the interlayer insulating film 36 is formed on at least the gate electrode 33 using the resist film as a mask.
Leave. After that, aluminum is adhered to the entire surface by a sputtering apparatus, so that the source region 35 and the body contact region 3 are formed.
4 is formed.

【0014】図13を用いて従来のトレンチ構造のパワ
ーMOSFETの構造をPチャネル型を例に示す。
Referring to FIG. 13, the structure of a conventional power MOSFET having a trench structure is shown taking a P-channel type as an example.

【0015】P+型のシリコン半導体基板21の上にP-
型のエピタキシャル層からなるドレイン領域22を設
け、その表面にN型のチャネル層24を設ける。チャネ
ル層24を貫通し、ドレイン領域22まで到達するトレ
ンチ27を設け、トレンチ27の内壁をゲート酸化膜3
1で被膜し、トレンチ27に充填されたポリシリコンよ
りなるゲート電極33を設ける。トレンチ27に隣接し
たチャネル層24表面にはP+型のソース領域35が形
成され、隣り合う2つのセルのソース領域35間のチャ
ネル層24表面にはN+型のボディコンタクト領域34
を設ける。さらにチャネル層24にはソース領域35か
らトレンチ27に沿って破線で示すようなチャネル領域
28が形成される。ゲート電極33上は層間絶縁膜36
で覆い、ソース領域35およびボディコンタクト領域3
4にコンタクトするソース電極37を設ける。
[0015] P on top of the P + type silicon semiconductor substrate 21 -
A drain region 22 made of a type epitaxial layer is provided, and an N-type channel layer 24 is provided on the surface thereof. A trench 27 penetrating through the channel layer 24 and reaching the drain region 22 is provided.
1 and a gate electrode 33 made of polysilicon filled in the trench 27 is provided. A P + -type source region 35 is formed on the surface of the channel layer 24 adjacent to the trench 27, and an N + -type body contact region 34 is formed on the surface of the channel layer 24 between the source regions 35 of two adjacent cells.
Is provided. Further, a channel region 28 is formed in the channel layer 24 from the source region 35 along the trench 27 as shown by a broken line. On the gate electrode 33, an interlayer insulating film 36
And the source region 35 and the body contact region 3
4 is provided with a source electrode 37 which is in contact.

【0016】図14には従来のチャネル層深さに対する
チャネル層不純物濃度のプロファイルを示す。X軸がチ
ャネル層深さであり、Y軸がチャネル層中の不純物濃度
である。
FIG. 14 shows a conventional profile of the channel layer impurity concentration with respect to the channel layer depth. The X axis is the channel layer depth, and the Y axis is the impurity concentration in the channel layer.

【0017】チャネル層はイオン注入後、拡散して形成
するため、チャネル層表面から0.2μm程度の深さで局
所的に高濃度になる(aで示す)。つまり、チャネル層
表面では不純物濃度が低く、トレンチの中間部で最も高
濃度となり、トレンチ底部では再び低濃度になるので、
ゲート電極に印加があると、チャネル領域28は不純物
濃度と対照的に図13の破線で示すように反転する。
Since the channel layer is formed by diffusion after ion implantation, the concentration becomes locally high at a depth of about 0.2 μm from the surface of the channel layer (indicated by a). In other words, the impurity concentration is low on the surface of the channel layer, becomes highest at the middle of the trench, and becomes low again at the bottom of the trench.
When a voltage is applied to the gate electrode, the channel region 28 is inverted as shown by a broken line in FIG. 13 in contrast to the impurity concentration.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】かかる従来のパワーM
OSFETの製造方法では、チャネル層の不純物濃度が
トレンチの深さ方向に対して不均一である。チャネル層
の不純物濃度とオン抵抗は比例関係にあり、チャネル層
の不純物濃度が高ければオン抵抗が高くなるため、トレ
ンチの深さ方向に沿ってオン抵抗の高い部分と低い部分
が発生する。つまり、オン抵抗の低いチャネル層表面と
トレンチ底部がオンしても、トレンチ中間部ではオンし
ないため、オン抵抗のきれが悪く、相互インダクタンス
が低いという問題があった。相互インダクタンスは動作
時の最高周波数と比例関係にあり、この向上が重要な課
題となっている。
The conventional power M
In the method for manufacturing the OSFET, the impurity concentration of the channel layer is not uniform in the depth direction of the trench. The impurity concentration of the channel layer and the on-resistance are in a proportional relationship, and the higher the impurity concentration of the channel layer, the higher the on-resistance. Therefore, a portion having a high on-resistance and a portion having a low on-resistance are generated along the depth direction of the trench. That is, even if the surface of the channel layer having a low on-resistance and the bottom of the trench are turned on, they are not turned on in the middle of the trench, so that the on-resistance is poor and the mutual inductance is low. Mutual inductance is proportional to the highest frequency during operation, and this improvement is an important issue.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題に鑑
みてなされ、ドレイン領域となる一導電型の半導体基板
表面に逆導電型のチャネル層を形成する工程と、前記チ
ャネル層を貫通し前記半導体基板まで到達するトレンチ
を形成する工程と、前記トレンチの少なくとも前記チャ
ネル層上をダミー酸化して厚い酸化膜を形成し、前記チ
ャネル層中の逆導電型不純物を前記トレンチに沿ってパ
イルアップさせる工程と、前記トレンチの少なくとも前
記チャネル層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記
トレンチに埋設される半導体材料からなるゲート電極を
形成する工程と、前記チャネル層表面に前記トレンチに
隣接した一導電型のソース領域を形成する工程とを具備
することを特徴とし、Pチャネル型MOSFETのチャ
ネル層中の不純物が高濃度の部分を、パイルアップによ
りトレンチ内壁のダミー酸化膜に引き寄せ、不純物濃度
の差を無くすものである。つまりオン抵抗の切れが良
く、相互インダクタンスの高いMOSFETの製造方法
を提供できる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has been made in view of the above-mentioned circumstances. Forming a trench reaching the semiconductor substrate, forming a thick oxide film by dummy-oxidizing at least the channel layer of the trench, and pile-up of a reverse conductivity type impurity in the channel layer along the trench; Forming a gate insulating film on at least the channel layer of the trench; forming a gate electrode made of a semiconductor material buried in the trench; and forming a gate electrode adjacent to the trench on the surface of the channel layer. Forming a source region of a conductivity type; and forming impurities in a channel layer of the P-channel MOSFET. The dense portion of, attracted to the dummy oxide film of the trench inner wall by pile-up, but to eliminate the difference in impurity concentration. That is, it is possible to provide a method for manufacturing a MOSFET having a good on-resistance and a high mutual inductance.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図1から図
8を参照してトレンチ型パワーMOSFETのPチャネ
ル型を例に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 taking a P-channel trench MOSFET as an example.

【0021】トレンチ型パワーMOSFETは、ドレイ
ン領域となる一導電型の半導体基板表面に逆導電型のチ
ャネル層を形成する工程と、チャネル層を貫通し半導体
基板まで到達するトレンチを形成する工程と、トレンチ
の少なくともチャネル層上をダミー酸化して厚い酸化膜
を形成し、チャネル層中の逆導電型不純物をトレンチに
沿ってパイルアップさせる工程と、トレンチの少なくと
もチャネル層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、トレ
ンチに埋設される半導体材料からなるゲート電極を形成
する工程と、チャネル層表面に前記トレンチに隣接した
一導電型のソース領域を形成する工程と、ソース電極を
形成する工程とから構成される。
In the trench type power MOSFET, a step of forming a channel layer of the opposite conductivity type on a surface of a semiconductor substrate of one conductivity type serving as a drain region, a step of forming a trench penetrating the channel layer and reaching the semiconductor substrate, Forming a thick oxide film by dummy oxidation on at least the channel layer of the trench, pile-up the impurity of the opposite conductivity type in the channel layer along the trench, and forming a gate insulating film on at least the channel layer of the trench A step of forming a gate electrode made of a semiconductor material embedded in the trench, a step of forming a source region of one conductivity type adjacent to the trench on the surface of the channel layer, and a step of forming a source electrode Is done.

【0022】本発明の第1の工程は、図1に示す如く、
ドレイン領域となる一導電型の半導体基板表面に逆導電
型のチャネル層を形成することにある。
In the first step of the present invention, as shown in FIG.
An object is to form a channel layer of a reverse conductivity type on a surface of a semiconductor substrate of one conductivity type which is to be a drain region.

【0023】P+型シリコン半導体基板1にP-型のエピ
タキシャル層を積層してドレイン領域2を形成する。予
定のチャネル層4に選択的にリン等を注入した後、拡散
してN型のチャネル層4を形成する。この時の不純物濃
度は機種及び耐圧により異なるが、例えばドーズ量1×
1015〜1×1017程度とし、チャネル層4の深さは例えば
0.8〜2μm程度とする。
A drain region 2 is formed by laminating a P type epitaxial layer on a P + type silicon semiconductor substrate 1. After selectively implanting phosphorus or the like into the intended channel layer 4, it is diffused to form an N-type channel layer 4. The impurity concentration at this time varies depending on the model and withstand voltage.
The depth of the channel layer 4 is, for example, about 10 15 to 1 × 10 17.
It is about 0.8 to 2 μm.

【0024】本発明の第2の工程は、図2に示す如く、
チャネル層を貫通し半導体基板まで到達するトレンチを
形成することにある。
In the second step of the present invention, as shown in FIG.
It is to form a trench that penetrates a channel layer and reaches a semiconductor substrate.

【0025】全面にCVD法によりNSG(Non−d
oped Silicate Glass)のCVD酸
化膜5を生成し、ドライエッチングして部分的に除去
し、チャネル層4が露出したトレンチ開口部6を形成す
る。
An NSG (Non-d)
An oxide silicide glass (CVD) film 5 is formed and partially removed by dry etching to form a trench opening 6 exposing the channel layer 4.

【0026】CVD酸化膜5をマスクとしてトレンチ開
口部6のシリコン半導体基板をCF系およびHBr系ガ
スにより異方性ドライエッチングし、チャネル層4を貫
通してドレイン領域2まで達する1〜3μm程度のトレ
ンチ7を形成する。
Using the CVD oxide film 5 as a mask, the silicon semiconductor substrate in the trench opening 6 is anisotropically dry-etched with a CF-based gas and an HBr-based gas. A trench 7 is formed.

【0027】本発明の第3の工程は、図3に示す如く、
トレンチの少なくともチャネル層上をダミー酸化して厚
い酸化膜を形成し、チャネル層中の逆導電型不純物をト
レンチに沿ってパイルアップさせることにある。
In the third step of the present invention, as shown in FIG.
The object of the present invention is to form a thick oxide film by performing dummy oxidation on at least the channel layer of the trench, and to pile up impurities of the opposite conductivity type in the channel layer along the trench.

【0028】本工程は、本発明の特徴となる工程であ
り、1100℃で4〜7分程度ダミー酸化をしてトレンチ7
内壁とCVD酸化膜5表面に150 0〜4000Å程度の厚い
酸化膜9を形成する。その後、酸化膜9とCVD酸化膜
5をウェットのフッ酸により除去する。
This step is a characteristic step of the present invention. The dummy oxidation is performed at 1100.degree.
A thick oxide film 9 of about 1500 to 4000 ° is formed on the inner wall and the surface of the CVD oxide film 5. After that, the oxide film 9 and the CVD oxide film 5 are removed by wet hydrofluoric acid.

【0029】通常ダミー酸化は、ドライエッチングの際
のエッチングダメージを除去し、後のゲート酸化膜を安
定に形成するために施すものである。また、高温で熱酸
化することによりトレンチ開口部6に丸みをつけ、トレ
ンチ開口部6での電界集中を避ける効果もある。
Normally, the dummy oxidation is performed to remove etching damage at the time of dry etching and stably form a gate oxide film later. In addition, there is also an effect of rounding the trench opening 6 by performing thermal oxidation at a high temperature and avoiding electric field concentration in the trench opening 6.

【0030】本発明では、さらに、従来よりも厚い酸化
膜9を生成することによりチャネル層4中の不純物をパ
イルアップによりトレンチ7内壁の酸化膜9側に引き寄
せることを目的としている。Pチャネル型のMOSFE
Tのチャネル層4を形成するP型不純物は、パイルアッ
プにより、シリコン基板(チャネル層4)と酸化膜9界
面のごく薄い層に集積する。その結果、高濃度であるチ
ャネル層4表面から0.2μm程度の深さ付近のP+型不純
物が酸化膜9側に引かれ、その部分の不純物濃度は低減
することになる。
It is another object of the present invention to generate an oxide film 9 thicker than before so that impurities in the channel layer 4 are attracted toward the oxide film 9 on the inner wall of the trench 7 by pile-up. P-channel type MOSFE
P-type impurities forming the T channel layer 4 accumulate in a very thin layer at the interface between the silicon substrate (channel layer 4) and the oxide film 9 by pile-up. As a result, P + -type impurities in the vicinity of a depth of about 0.2 μm from the surface of the channel layer 4 having a high concentration are pulled toward the oxide film 9 side, and the impurity concentration in that portion is reduced.

【0031】その後、酸化膜9およびCVD酸化膜5を
除去することにより、不純物が集積した薄い層も同時に
除去され、チャネル層4の0.2〜2μmの範囲の深さに
おいて不純物濃度が再分布する。つまり、トレンチ7の
深さ方向に沿って不純物濃度が均一となる。
Thereafter, by removing the oxide film 9 and the CVD oxide film 5, the thin layer in which the impurities are accumulated is also removed at the same time, and the impurity concentration is redistributed at a depth of 0.2 to 2 μm in the channel layer 4. That is, the impurity concentration becomes uniform along the depth direction of the trench 7.

【0032】本発明の第4の工程は、図4に示す如く、
トレンチの少なくともチャネル層上にゲート絶縁膜を形
成することにある。
In the fourth step of the present invention, as shown in FIG.
It is to form a gate insulating film at least on the channel layer of the trench.

【0033】全面を熱酸化してトレンチ7内壁の少なく
ともチャネル層上に厚さ数百Åのゲート酸化膜11を形
成する。
The entire surface is thermally oxidized to form a gate oxide film 11 having a thickness of several hundred Å on at least the channel layer on the inner wall of trench 7.

【0034】本発明の第5の工程は、図5に示す如く、
トレンチに埋設される半導体材料からなるゲート電極を
形成することにある。
In the fifth step of the present invention, as shown in FIG.
It is to form a gate electrode made of a semiconductor material to be buried in a trench.

【0035】全面にノンドープのポリシリコン層を付着
し、ボロン等のP+型不純物を高濃度に注入・拡散して
高導電率化を図る。その後全面に付着したポリシリコン
層をマスクなしでドライエッチして、トレンチ7に埋設
されたゲート電極13とする。
A non-doped polysilicon layer is deposited on the entire surface, and P + -type impurities such as boron are implanted and diffused at a high concentration to achieve high conductivity. Thereafter, the polysilicon layer adhered to the entire surface is dry-etched without a mask to form a gate electrode 13 buried in the trench 7.

【0036】本発明の第6の工程は、図6に示す如く、
チャネル層表面に前記トレンチに隣接した一導電型のソ
ース領域を形成することにある。
In the sixth step of the present invention, as shown in FIG.
Forming a source region of one conductivity type adjacent to the trench on the surface of the channel layer;

【0037】レジスト膜PRによるマスクにより選択的
にリンをイオン注入し、N+型のボディコンタクト領域
14を形成した後、レジスト膜PRを除去する。
Phosphorus ions are selectively implanted using a mask made of the resist film PR to form the N + -type body contact region 14. Thereafter, the resist film PR is removed.

【0038】更に、新たなレジスト膜PRで予定のソー
ス領域15およびゲート電極13を露出する様にマスク
して、ボロンなどをイオン注入し、P+型のソース領域
15をトレンチ7に隣接するチャネル層4表面に形成し
た後、レジスト膜PRを除去する。
Further, masking is performed with a new resist film PR so as to expose the intended source region 15 and gate electrode 13, boron or the like is ion-implanted, and the P + type source region 15 is formed in a channel adjacent to the trench 7. After the formation on the surface of the layer 4, the resist film PR is removed.

【0039】本発明の第7の工程は、図7に示す如く、
ソース電極を形成することにある。
In the seventh step of the present invention, as shown in FIG.
It is to form a source electrode.

【0040】全面にNSG層を形成後、BPSG(Bo
ron Phosphorus Silicate G
lass)層をCVD法により付着して、層間絶縁膜1
6を形成する。その後、レジスト膜をマスクにして少な
くともゲート電極13上に層間絶縁膜16を残す。その
後アルミニウムをスパッタ装置で全面に付着して、ソー
ス領域15およびボディコンタクト領域14にコンタク
トするソース電極17を形成する。
After forming an NSG layer on the entire surface, the BPSG (Bo
ron Phosphorus Silicate G
) layer is deposited by a CVD method to form an interlayer insulating film 1.
6 is formed. Thereafter, the interlayer insulating film 16 is left at least on the gate electrode 13 using the resist film as a mask. Thereafter, aluminum is adhered to the entire surface by a sputtering device to form a source electrode 17 that contacts the source region 15 and the body contact region 14.

【0041】また、図7に示す断面図を用いて、本発明
のパワーMOSFETの構造を説明する。
The structure of the power MOSFET of the present invention will be described with reference to the sectional view shown in FIG.

【0042】トレンチ型パワーMOSFETは、半導体
基板と、チャネル層と、トレンチと、ゲート酸化膜と、
ゲート電極と、ソース領域と、層間絶縁膜と、ソース電
極とから構成される。
The trench type power MOSFET has a semiconductor substrate, a channel layer, a trench, a gate oxide film,
It comprises a gate electrode, a source region, an interlayer insulating film, and a source electrode.

【0043】半導体基板は、P+型のシリコン半導体基
板1の上にP-型のエピタキシャル層を積層してドレイ
ン領域2とする。
The semiconductor substrate is formed as a drain region 2 by stacking a P type epitaxial layer on a P + type silicon semiconductor substrate 1.

【0044】チャネル層4は、ドレイン領域2の表面に
選択的にN型のリンなどを拡散してトレンチ7の深さよ
りも浅く形成する。このチャネル層4のトレンチ7に隣
接した領域に、チャネル領域8が形成される。チャネル
層4の不純物濃度がトレンチ深さ方向に沿って均一であ
るので、ゲート電極に印加があると、トレンチに接する
チャネル層が均一に反転し、図7の破線で示すようにチ
ャネル領域8も均一に形成される。
The channel layer 4 is formed to be shallower than the depth of the trench 7 by selectively diffusing N-type phosphorus or the like into the surface of the drain region 2. A channel region 8 is formed in a region of the channel layer 4 adjacent to the trench 7. Since the impurity concentration of the channel layer 4 is uniform along the depth direction of the trench, when a voltage is applied to the gate electrode, the channel layer in contact with the trench is evenly inverted, and the channel region 8 also changes as shown by the broken line in FIG. Formed uniformly.

【0045】トレンチ7は、半導体基板を異方性ドライ
エッチングして形成し、チャネル層4を貫通してドレイ
ン領域2まで到達させる。一般的には半導体基板上に格
子状またはストライプ状にトレンチ7を形成する。トレ
ンチ7内壁にはゲート酸化膜11を設け、ゲート電極1
3を形成するためにポリシリコンを埋設する。
The trench 7 is formed by anisotropic dry etching of the semiconductor substrate, and reaches the drain region 2 through the channel layer 4. Generally, trenches 7 are formed in a lattice or stripe shape on a semiconductor substrate. A gate oxide film 11 is provided on the inner wall of the trench 7, and the gate electrode 1
3 is buried with polysilicon.

【0046】ゲート酸化膜11は、少なくともチャネル
層4と接するトレンチ7内壁に数百Åの厚みに形成す
る。ゲート酸化膜11は絶縁膜であるので、トレンチ7
内に設けられらたゲート電極13と半導体基板に挟まれ
てMOS構造となっている。
Gate oxide film 11 is formed at least on the inner wall of trench 7 in contact with channel layer 4 to a thickness of several hundreds of mm. Since the gate oxide film 11 is an insulating film, the trench 7
It has a MOS structure sandwiched between a gate electrode 13 provided therein and a semiconductor substrate.

【0047】ゲート電極13は、トレンチ7に埋設され
たポリシリコンよりなり、該ポリシリコンには、低抵抗
化を図るためにP型不純物が導入されている。このゲー
ト電極13は、半導体基板の周囲を取り巻くゲート連結
電極(図示せず)まで延在され、半導体基板上に設けら
れたゲートパッド電極(図示せず)に連結される。
The gate electrode 13 is made of polysilicon buried in the trench 7, and a P-type impurity is introduced into the polysilicon to reduce the resistance. The gate electrode 13 extends to a gate connection electrode (not shown) surrounding the periphery of the semiconductor substrate, and is connected to a gate pad electrode (not shown) provided on the semiconductor substrate.

【0048】ソース領域15は、トレンチ7に隣接した
チャネル層4表面にP+型不純物を拡散して形成され、
ソース電極17とコンタクトする。
Source region 15 is formed by diffusing P + -type impurities on the surface of channel layer 4 adjacent to trench 7,
Contact with source electrode 17.

【0049】ボディコンタクト領域14は、基板の電位
安定化のため、隣り合う第2ソース領域15の間のチャ
ネル層4表面にN+型不純物を拡散して形成する。
The body contact region 14 is formed by diffusing N + -type impurities on the surface of the channel layer 4 between the adjacent second source regions 15 in order to stabilize the potential of the substrate.

【0050】層間絶縁膜16は、少なくともゲート電極
13を覆って形成されトレンチ開口部6にその一部を残
している。
The interlayer insulating film 16 is formed so as to cover at least the gate electrode 13, and a part thereof is left in the trench opening 6.

【0051】ソース電極17は、全面にアルミニウムを
スパッタして所望の形状にエッチングして形成する。
The source electrode 17 is formed by sputtering aluminum on the entire surface and etching it into a desired shape.

【0052】図8に、本発明のチャネル層深さに対する
チャネル層不純物濃度のプロファイルを示す。X軸がチ
ャネル層深さであり、Y軸がチャネル層中の不純物濃度
である。
FIG. 8 shows the profile of the channel layer impurity concentration with respect to the channel layer depth of the present invention. The X axis is the channel layer depth, and the Y axis is the impurity concentration in the channel layer.

【0053】図中実線が本発明の実施の形態のプロファ
イルであり、破線が従来のプロファイルである。チャネ
ル層中の不純物は、パイルアップによりトレンチ内壁の
ダミー酸化膜に引かれ、その後ダミー酸化膜と同時にそ
の一部が除去される。これにより、実線で示すように、
チャネル層表面付近からチャネル層のほぼ全体にかけ
て、具体的には深さ0.2〜2μmの範囲で不純物濃度が
再分布され、局所的に高濃度であった部分が平坦化する
ので、トレンチ深さ方向に沿って均一な濃度となる。つ
まり、ゲート電極に印加があった場合、どの部分でも均
一に反転し、オン抵抗のきれが良くなる。
In the figure, a solid line is a profile according to the embodiment of the present invention, and a broken line is a conventional profile. The impurities in the channel layer are attracted to the dummy oxide film on the inner wall of the trench by pile-up, and then a part thereof is removed simultaneously with the dummy oxide film. Thereby, as shown by the solid line,
The impurity concentration is redistributed from the vicinity of the channel layer surface to almost the entire channel layer, specifically, in the range of 0.2 to 2 μm in depth, and the locally high concentration portion is flattened. Along with the density. That is, when a voltage is applied to the gate electrode, the inversion is uniformly performed in any part, and the on-resistance is improved.

【0054】なお、ダミー酸化膜の厚みは濃度分布を平
坦化するために最適化した値であり、ここに示す限りで
はない。
The thickness of the dummy oxide film is a value optimized for flattening the concentration distribution, and is not limited to the value shown here.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明によれば、ダミー酸化で厚い酸化
膜を形成し、パイルアップさせることにより、トレンチ
に沿ったチャネル層不純物濃度分布を平坦化できる。
According to the present invention, a thick oxide film is formed by dummy oxidation and piled up, whereby the impurity concentration distribution of the channel layer along the trench can be flattened.

【0056】パイルアップでチャネル層中の不純物がト
レンチおよびシリコンの界面に集積するため、チャネル
層表面付近からチャネル層のほぼ全体にかけて、具体的
には深さ0.2〜2μmの範囲で不純物濃度が再分布さ
れ、トレンチ中間付近で高濃度であった部分が平坦化す
る。
Since the impurities in the channel layer accumulate at the interface between the trench and the silicon due to the pile-up, the impurity concentration is reduced from the vicinity of the channel layer surface to almost the entire channel layer, specifically, in the range of 0.2 to 2 μm in depth. The portion which is distributed and has a high concentration near the middle of the trench is flattened.

【0057】濃度分布が平坦であれば、ゲート電極に印
加があった場合、トレンチのどの部分でも均一にチャネ
ル層が反転することになる。
If the concentration distribution is flat, when a voltage is applied to the gate electrode, the channel layer is uniformly inverted in any part of the trench.

【0058】つまりオン抵抗がトレンチの深さ方向に沿
って均一となるので、オン抵抗の切れが良く、相互イン
ダクタンスが向上することになる。相互インダクタンス
は動作時のMOSFETの最高周波数と比例するため、
高周波特性の高いMOSFETの製造方法を提供でき
る。
That is, the on-resistance is uniform along the depth direction of the trench, so that the on-resistance is well cut and the mutual inductance is improved. Since the mutual inductance is proportional to the maximum frequency of the MOSFET during operation,
A method for manufacturing a MOSFET having high high-frequency characteristics can be provided.

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

【図1】本発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を
説明する断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing an insulated gate semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を
説明する断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing an insulated gate semiconductor device of the present invention.

【図3】本発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を
説明する断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the insulated gate semiconductor device of the present invention.

【図4】本発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を
説明する断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the insulated gate semiconductor device of the present invention.

【図5】本発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を
説明する断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the insulated gate semiconductor device of the present invention.

【図6】本発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を
説明する断面図である。
FIG. 6 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the insulated gate semiconductor device of the present invention.

【図7】本発明の絶縁ゲート型半導体装置およびその製
造方法を説明する断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the insulated gate semiconductor device of the present invention and a method for manufacturing the same.

【図8】本発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を
説明する概念図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a method for manufacturing an insulated gate semiconductor device of the present invention.

【図9】従来の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を説
明する断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a conventional insulated gate semiconductor device.

【図10】従来の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を
説明する断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a conventional insulated gate semiconductor device.

【図11】従来の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を
説明する断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a conventional insulated gate semiconductor device.

【図12】従来の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を
説明する断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a conventional insulated gate semiconductor device.

【図13】従来の絶縁ゲート型半導体装置およびその製
造方法を説明する断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a conventional insulated gate semiconductor device and a method for manufacturing the same.

【図14】従来の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を
説明する概念図である。
FIG. 14 is a conceptual diagram illustrating a method for manufacturing a conventional insulated gate semiconductor device.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ドレイン領域となる一導電型の半導体基
板表面に逆導電型のチャネル層を形成する工程と、 前記チャネル層を貫通し前記半導体基板まで到達するト
レンチを形成する工程と、 前記トレンチの少なくとも前記チャネル層上をダミー酸
化して厚い酸化膜を形成し、前記チャネル層中の逆導電
型不純物を前記トレンチに沿ってパイルアップさせる工
程と、 前記トレンチの少なくとも前記チャネル層上にゲート絶
縁膜を形成する工程と、 前記トレンチに埋設される半導体材料からなるゲート電
極を形成する工程と、前記チャネル層表面に前記トレン
チに隣接した一導電型のソース領域を形成する工程とを
具備することを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置の製
造方法。
A step of forming a channel layer of the opposite conductivity type on a surface of the semiconductor substrate of one conductivity type serving as a drain region; a step of forming a trench penetrating the channel layer and reaching the semiconductor substrate; Forming a thick oxide film by dummy oxidation on at least the channel layer, and pile-up of impurities of the opposite conductivity type in the channel layer along the trench; and gate insulation on at least the channel layer of the trench. Forming a film, forming a gate electrode made of a semiconductor material embedded in the trench, and forming a source region of one conductivity type adjacent to the trench on the surface of the channel layer. A method for manufacturing an insulated gate semiconductor device, comprising:
【請求項2】 前記パイルアップにより前記チャネル層
は前記トレンチの深さ方向に逆導電型不純物の濃度分布
が平坦になることを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲ
ート型半導体装置の製造方法。
2. The method for manufacturing an insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the pile-up flattens the concentration distribution of the opposite conductivity type impurity in a depth direction of the trench in the channel layer. .
【請求項3】 前記パイルアップにより前記チャネル層
は前記トレンチの中央付近からトレンチ底部にかけて不
純物濃度が再分布されることを特徴とする請求項2に記
載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 2, wherein the impurity concentration of the channel layer is redistributed from near the center of the trench to the bottom of the trench by the pile-up.
【請求項4】 前記チャネル層に形成されるチャネル領
域は前記トレンチの深さ方向に沿って均一に形成される
ことを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体
装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein a channel region formed in the channel layer is formed uniformly along a depth direction of the trench.
【請求項5】 前記トレンチはその開口部が丸みを有す
ることを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート型半導
体装置の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the trench has a rounded opening.
【請求項6】 前記半導体装置はPチャネル型MOSF
ETであることを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲー
ト型半導体装置の製造方法。
6. The semiconductor device is a P-channel type MOSF.
2. The method for manufacturing an insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the method is ET.
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