JP2005086140A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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全人 恩田
Shigeyuki Murai
成行 村井
Junichiro Tojo
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that the concentration of an electric field occurs at an upper end of a polysilicon gate electrode in the conventional power MOSFET, resulting in the reduction in a breakdown resistance of a gate insulating film. <P>SOLUTION: An n-type impurity is diffused on the upper part of a first gate electrode composed of p-type polysilicon in a trench to form a second gate electrode. Since joint surfaces of the first and the second gate electrode are joined in the form of a pn junction, a depletion layer spreads. Thus, the concentration of the electric field can be relaxed. Consequently, a breakdown resistance of a gate insulating film of a trench type power MOSFET can be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はトレンチ構造を有する縦型MOSFETの構造及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a structure of a vertical MOSFET having a trench structure and a manufacturing method thereof.

従来の縦型MOSFETはトレンチ内にポリシリコンゲート電極を埋め込んで、その上に層間絶縁膜を介してソース電極が形成されている。   In a conventional vertical MOSFET, a polysilicon gate electrode is embedded in a trench, and a source electrode is formed thereon via an interlayer insulating film.

このような縦型MOSFETの構造をpチャネル型を例に、図13を参照して説明する。   The structure of such a vertical MOSFET will be described with reference to FIG. 13, taking a p-channel type as an example.

表面にn−型チャネル層112を有し、その下部にp−型ドレイン領域111a、p+型ドレイン領域111bを有する半導体基板111に、多数のトレンチ113がn−型チャネル層112を超えてp−型ドレイン領域111aに達する深さに形成されている。そのトレンチ113の表面にはゲート酸化膜114が形成され、更にその内部は多結晶シリコン等からなるゲート電極115が埋設されている。そしてチャネル層112の表面には隣接するトレンチ113の略中間にn+型のボディコンタクト領域117が配設されている。そしてボディコンタクト領域117とトレンチ113とにそれぞれ隣接してp+型のソース領域118が設けられている。ゲート電極115上にはNSG層122及びBPSG層120が配置され、セル領域の全面にアルミ等の金属電極123が設けられる。このNSG層122およびBPSG層120が層間絶縁膜121となりゲート電極115と金属電極123を絶縁分離している。そして、金属電極123がソース領域118とボディコンタクト領域117とにオーミック接触するように構成されている。   In the semiconductor substrate 111 having an n − type channel layer 112 on the surface and a p − type drain region 111 a and a p + type drain region 111 b below the n − type channel layer 112, a large number of trenches 113 extend over the n − type channel layer 112 and p −. A depth reaching the mold drain region 111a is formed. A gate oxide film 114 is formed on the surface of the trench 113, and a gate electrode 115 made of polycrystalline silicon or the like is embedded in the gate oxide film 114. On the surface of the channel layer 112, an n + -type body contact region 117 is disposed substantially in the middle of the adjacent trench 113. A p + -type source region 118 is provided adjacent to the body contact region 117 and the trench 113. An NSG layer 122 and a BPSG layer 120 are disposed on the gate electrode 115, and a metal electrode 123 such as aluminum is provided on the entire surface of the cell region. The NSG layer 122 and the BPSG layer 120 serve as an interlayer insulating film 121 to insulate and isolate the gate electrode 115 and the metal electrode 123. The metal electrode 123 is configured to make ohmic contact with the source region 118 and the body contact region 117.

図13から図17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。   A manufacturing process of a conventional p-channel power MOSFET having a trench structure will be described with reference to FIGS.

図13では、p型ドレイン領域111bにp型のドレイン領域111aを積層したシリコン半導体基板111を準備する。予定のチャネル層112に選択的にn型不純物を注入した後、拡散してチャネル層112を形成する。 In FIG. 13, a silicon semiconductor substrate 111 in which a p type drain region 111a is stacked on a p + type drain region 111b is prepared. An n-type impurity is selectively implanted into the planned channel layer 112 and then diffused to form the channel layer 112.

図14では全面にCVD法によりNSG(Non−doped Silicate Glass)のCVD酸化膜によるマスク(不図示)形成後、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112を貫通してドレイン領域111aまで達するトレンチ113を形成する(図14(A))。その後、全面を熱酸化してゲート酸化膜114を形成する(図14(B))。   In FIG. 14, after forming a mask (not shown) with a CVD oxide film of NSG (Non-doped Silicate Glass) on the entire surface by CVD, the silicon semiconductor substrate is anisotropically dry-etched with CF-based gas and HBr-based gas to obtain a channel layer 112. A trench 113 is formed so as to penetrate through to the drain region 111a (FIG. 14A). Thereafter, the entire surface is thermally oxidized to form a gate oxide film 114 (FIG. 14B).

図15では、全面にノンドープのポリシリコン層を付着し、ボロンを高濃度に注入・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113に埋設されたゲート電極115を形成する。   In FIG. 15, a non-doped polysilicon layer is deposited on the entire surface, and boron is implanted and diffused at a high concentration to increase the conductivity. Thereafter, the polysilicon layer deposited on the entire surface is dry-etched without a mask to form a gate electrode 115 embedded in the trench 113.

図16ではレジスト膜PRによるマスクにより選択的にn型不純物をイオン注入し、n型のボディコンタクト領域117を形成した後、レジスト膜PRを除去する。 In FIG. 16, n-type impurities are selectively ion-implanted using a mask made of a resist film PR to form an n + -type body contact region 117, and then the resist film PR is removed.

その後新たなレジスト膜PRで予定のソース領域118およびゲート電極115を露出する様にマスクして、不純物をイオン注入し、p型のソース領域118をトレンチ113に隣接するチャネル層112表面に形成した後、レジスト膜PRを除去する。 After that, masking is performed to expose the planned source region 118 and gate electrode 115 with a new resist film PR, and impurities are ion-implanted to form a p + -type source region 118 on the surface of the channel layer 112 adjacent to the trench 113. After that, the resist film PR is removed.

図17では、全面にNSG層122を形成後、BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)層をCVD法により付着する。さらにレジスト膜をマスクにして少なくともゲート電極115上に残るように他の領域のBPSG層、NSG層および基板表面のゲート酸化膜114を除去し、層間絶縁膜121を形成する。   In FIG. 17, after forming the NSG layer 122 on the entire surface, a BPSG (Boron Phosphorus Silicate Glass) layer is deposited by the CVD method. Further, using the resist film as a mask, the other regions of the BPSG layer, the NSG layer, and the gate oxide film 114 on the substrate surface are removed so as to remain on the gate electrode 115 to form an interlayer insulating film 121.

その後、アルミをスパッタ装置で全面に付着して、ソース領域118およびボディコンタクト領域117にコンタクトするソース電極123を形成し、図13に示す最終構造を得る(例えば特許文献1参照。)。
特開平11−67787号公報 (第2頁 第8図)
After that, aluminum is deposited on the entire surface by a sputtering apparatus to form the source electrode 123 that contacts the source region 118 and the body contact region 117, thereby obtaining the final structure shown in FIG. 13 (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-67787 (2nd page, FIG. 8)

上述の如くゲート電極115は、ゲート酸化膜114と接しており、ゲート電極115上端のコーナー部では、ゲートオン時に電界が集中しやすい。また、ゲート酸化膜114はスイッチングスピードを向上するためには薄い方が好ましく、駆動電圧に応じた範囲内でなるべく薄く設ける必要がある。このため、前述の電界集中によりゲート酸化膜の破壊耐量が低下することが問題となっていた。   As described above, the gate electrode 115 is in contact with the gate oxide film 114, and the electric field tends to concentrate at the corner portion at the upper end of the gate electrode 115 when the gate is turned on. The gate oxide film 114 is preferably thin in order to improve the switching speed, and it is necessary to provide the gate oxide film 114 as thin as possible within a range corresponding to the drive voltage. For this reason, there has been a problem that the breakdown resistance of the gate oxide film is reduced due to the electric field concentration described above.

本発明はかかる課題に鑑みてなされ、一導電型半導体基板と、前記半導体基板に設けたトレンチと、少なくとも前記トレンチ内壁を覆う絶縁膜と、前記トレンチ内に埋設された第1の電極と、前記第1の電極上に設けられた第2の電極と、前記基板表面で前記トレンチに隣接して設けられた一導電型領域と、を具備することを主な目的とするものである。   The present invention has been made in view of such problems, and includes a one-conductivity-type semiconductor substrate, a trench provided in the semiconductor substrate, an insulating film covering at least the inner wall of the trench, a first electrode embedded in the trench, The main object is to include a second electrode provided on the first electrode and a one conductivity type region provided adjacent to the trench on the surface of the substrate.

また、本発明の他の目的は、一導電型のドレイン領域を有する半導体基板と、前記ドレイン領域表面に設けた逆導電型のチャネル層と、前記半導体基板に設けたトレンチと、少なくとも前記トレンチ内壁を覆う絶縁膜と、前記トレンチ内に埋設された第1の電極と、前記第1の電極上に設けられた第2の電極と、前記チャネル層表面で前記トレンチに隣接して設けられた一導電型のソース領域と、を具備することにある。   Another object of the present invention is to provide a semiconductor substrate having a drain region of one conductivity type, a reverse conductivity type channel layer provided on the surface of the drain region, a trench provided in the semiconductor substrate, and at least the inner wall of the trench. An insulating film covering the first electrode, a first electrode embedded in the trench, a second electrode provided on the first electrode, and a channel electrode provided on the surface of the channel layer adjacent to the trench. And a source region of a conductivity type.

また、本発明の他の目的は、一導電型のドレイン領域を有する半導体基板と、前記ドレイン領域表面に設けた逆導電型のチャネル層と、前記半導体基板に設けたトレンチと、少なくとも前記トレンチ内壁を覆う絶縁膜と、前記トレンチ内に埋設された一導電型の半導体材料よりなる第1の電極と、前記第1のゲート電極上に設けられた逆導電型の半導体材料よりなる第2の電極と、前記チャネル層表面で前記トレンチに隣接して設けられた一導電型のソース領域と、前記ソース領域間の前記チャネル層表面に設けられた逆導電型のボディコンタクト領域と、を具備することにある。   Another object of the present invention is to provide a semiconductor substrate having a drain region of one conductivity type, a reverse conductivity type channel layer provided on the surface of the drain region, a trench provided in the semiconductor substrate, and at least the inner wall of the trench. A first electrode made of one conductivity type semiconductor material embedded in the trench, and a second electrode made of a reverse conductivity type semiconductor material provided on the first gate electrode A source region of one conductivity type provided adjacent to the trench on the surface of the channel layer, and a body contact region of opposite conductivity type provided on the surface of the channel layer between the source regions. It is in.

また、本発明の他の目的は、前記第1および第2の電極上を少なくとも覆う逆導電型不純物を含むシリコン酸化膜を有することにある。   Another object of the present invention is to have a silicon oxide film containing a reverse conductivity type impurity covering at least the first and second electrodes.

また、本発明の他の目的は、前記第1の電極と前記第2の電極との接合面を空乏化することにある。   Another object of the present invention is to deplete the junction surface between the first electrode and the second electrode.

また、本発明の他の目的は、前記第2の電極は前記トレンチに埋設されることにある。   Another object of the present invention is to embed the second electrode in the trench.

また、本発明の他の目的は、前記第2の電極は、前記ソース領域と同程度以下の深さに設けられることにある。   Another object of the present invention is to provide the second electrode at a depth less than or equal to the source region.

また、本発明の他の目的は、一導電型半導体基板表面にトレンチを形成する工程と、少なくとも前記トレンチ内壁を覆う絶縁膜を形成する工程と、前記トレンチ内に埋設された第1の電極を形成する工程と、前記第1の電極上に設けられた第2の電極を形成する工程と、前記基板表面で前記トレンチに隣接する一導電型領域を形成する工程と、を具備することにある。   Another object of the present invention is to provide a step of forming a trench on the surface of the one-conductivity-type semiconductor substrate, a step of forming an insulating film covering at least the inner wall of the trench, and a first electrode embedded in the trench. Forming a second electrode provided on the first electrode, and forming a one-conductivity type region adjacent to the trench on the surface of the substrate. .

また、本発明の他の目的は、半導体基板表面の一導電型のドレイン領域上に逆導電型のチャネル層を形成し、前記チャネル層を貫通し前記ドレイン領域に達するトレンチを形成する工程と、前記トレンチ内壁に絶縁膜を形成する工程と、前記トレンチ内に埋設される第1の電極を形成する工程と、前記トレンチに隣接する前記チャネル層表面に一導電型のソース領域を形成する工程と、前記第1のゲート電極上に第2の電極を形成する工程と、前記トレンチ上を少なくとも覆う層間絶縁膜を形成する工程と、を具備することにある。   Another object of the present invention is to form a reverse conductivity type channel layer on the one conductivity type drain region of the semiconductor substrate surface, and to form a trench that penetrates the channel layer and reaches the drain region; Forming an insulating film on the inner wall of the trench; forming a first electrode embedded in the trench; forming a source region of one conductivity type on the surface of the channel layer adjacent to the trench; And forming a second electrode on the first gate electrode, and forming an interlayer insulating film covering at least the trench.

また、本発明の他の目的は、半導体基板表面の一導電型のドレイン領域上に逆導電型のチャネル層を形成し、前記チャネル層を貫通し前記ドレイン領域に達するトレンチを形成する工程と、前記トレンチ内壁に絶縁膜を形成する工程と、一導電型不純物を含む半導体材料を前記トレンチ内に埋設して第1の電極を形成する工程と、前記トレンチに隣接する前記チャネル層表面に一導電型のソース領域を形成する工程と、前記第1の電極上に逆導電型の第2の電極を形成する工程と、前記トレンチ上を少なくとも覆う層間絶縁膜を形成する工程と、とを具備することにある。   Another object of the present invention is to form a reverse conductivity type channel layer on the one conductivity type drain region of the semiconductor substrate surface, and to form a trench that penetrates the channel layer and reaches the drain region; A step of forming an insulating film on the inner wall of the trench; a step of forming a first electrode by embedding a semiconductor material containing one conductivity type impurity in the trench; and one conductivity on the surface of the channel layer adjacent to the trench. A step of forming a source region of a mold, a step of forming a second electrode of a reverse conductivity type on the first electrode, and a step of forming an interlayer insulating film covering at least the trench. There is.

また、本発明の他の目的は、逆導電型不純物を含むシリコン酸化膜を少なくとも前記第1の電極上を覆って形成し、前記第2の電極は、前記逆導電型不純物を前記第1の電極上部に拡散して形成することにある。   Another object of the present invention is to form a silicon oxide film containing a reverse conductivity type impurity over at least the first electrode, and the second electrode includes the reverse conductivity type impurity as the first conductivity type. It is to be formed by diffusing over the electrode.

また、本発明の他の目的は、前記第2の電極は、逆導電型不純物を前記第1の電極上部に拡散して形成することにある。   Another object of the present invention is to form the second electrode by diffusing a reverse conductivity type impurity above the first electrode.

また、本発明の他の目的は、前記逆導電型不純物は、該逆導電型不純物の注入領域の深さが前記絶縁膜厚み以下になる条件でイオン注入されることにある。   Another object of the present invention is that the reverse conductivity type impurity is ion-implanted under the condition that the depth of the reverse conductivity type impurity implantation region is not more than the thickness of the insulating film.

以上に説明したように本発明は、トレンチ縦型MOSFETの構造及びその製造方法において、一導電型の第1のゲート電極15の上層に逆導電型の第2のゲート電極16を形成するものである。これにより、第1のゲート電極15および第2のゲート電極16の接合面はpn接合を形成し、ビルトイン電圧により空乏層が形成される。   As described above, the present invention forms the second gate electrode 16 of the reverse conductivity type on the upper layer of the first gate electrode 15 of one conductivity type in the structure of the trench vertical MOSFET and the manufacturing method thereof. is there. Thereby, the junction surface of the first gate electrode 15 and the second gate electrode 16 forms a pn junction, and a depletion layer is formed by the built-in voltage.

この空乏層領域においても電界を受けるので、第2のゲート電極16上端のコーナー部での電界集中を緩和し、素子の破壊耐量を向上させるものである。   Since the electric field is also received in this depletion layer region, the electric field concentration at the corner of the upper end of the second gate electrode 16 is alleviated and the breakdown resistance of the device is improved.

本発明の実施の形態を図1から図12を参照してpチャネル型のトレンチ型パワーMOSFETを例に説明する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12 by taking a p-channel trench power MOSFET as an example.

図1に本発明よるパワーMOSFETの構造の断面図を示す。   FIG. 1 shows a cross-sectional view of the structure of a power MOSFET according to the present invention.

トレンチ型パワーMOSFETは、ドレイン領域11と、チャネル層12と、トレンチ13と、ゲート酸化膜14と、第1のゲート電極15と、第2のゲート電極16と、層間絶縁膜21と、ソース領域18と、ボディコンタクト領域17と、ソース電極23とから構成される。   The trench power MOSFET includes a drain region 11, a channel layer 12, a trench 13, a gate oxide film 14, a first gate electrode 15, a second gate electrode 16, an interlayer insulating film 21, and a source region. 18, body contact region 17, and source electrode 23.

半導体基板11は、例えばp型シリコン半導体基板11b上にp型のドレイン領域11aを設けたものであり、チャネル層12は、ドレイン領域11aの表面に選択的にn−型の不純物をイオン注入後、拡散した拡散層である。このチャネル層12のトレンチ13に隣接した領域に、チャネル領域(図示せず)が形成される。 The semiconductor substrate 11 is, for example, provided with a p type drain region 11a on a p + type silicon semiconductor substrate 11b. The channel layer 12 selectively ionizes n − type impurities on the surface of the drain region 11a. It is a diffusion layer diffused after implantation. A channel region (not shown) is formed in a region adjacent to the trench 13 of the channel layer 12.

トレンチ13は、半導体基板11を異方性ドライエッチングして形成し、チャネル層12を貫通してドレイン領域11aまで到達させる。一般的には半導体基板上に平面パターンで格子状またはストライプ状にトレンチ13を形成する。トレンチ13内壁にはゲート酸化膜14を設け、不純物が導入されたポリシリコンを埋設して第1のゲート電極15および第2のゲート電極16を設ける。   The trench 13 is formed by anisotropic dry etching of the semiconductor substrate 11 and penetrates the channel layer 12 to reach the drain region 11a. In general, trenches 13 are formed in a grid pattern or stripe pattern in a planar pattern on a semiconductor substrate. A gate oxide film 14 is provided on the inner wall of the trench 13, and polysilicon into which impurities are introduced is buried to provide a first gate electrode 15 and a second gate electrode 16.

ゲート酸化膜14は、少なくともチャネル層12と接するトレンチ13内壁に、駆動電圧に応じて例えば600Å前後の厚みに形成する。ゲート酸化膜14は絶縁膜であるので、トレンチ13内に設けられた第1のゲート電極15および第2のゲート電極16とシリコン基板に挟まれてMOS構造となっている。   The gate oxide film 14 is formed at least on the inner wall of the trench 13 in contact with the channel layer 12 to a thickness of, for example, about 600 mm depending on the driving voltage. Since the gate oxide film 14 is an insulating film, it has a MOS structure sandwiched between the first gate electrode 15 and the second gate electrode 16 provided in the trench 13 and the silicon substrate.

第1のゲート電極15は、トレンチ13に埋設されたポリシリコンよりなり、当該ポリシリコンにはp型不純物が導入され、低抵抗化が図られる。   The first gate electrode 15 is made of polysilicon buried in the trench 13, and p-type impurities are introduced into the polysilicon to reduce the resistance.

第2のゲート電極16は、トレンチ13に埋設された第1のゲート電極15上にn型不純物を拡散してなり、ソース領域18深さと同程度以下の深さに設ける。後に詳述するが、第2のゲート電極16と第1のゲート電極15の接合面はpn接合となり、ビルトイン電圧により空乏層が広がり、この空乏層によりゲート電極上端部での電界集中が緩和できる。そして、後に詳述するがその空乏層領域はなるべく深くできた方が好ましいが、深過ぎると、ゲート抵抗の増大等の問題があるため、ソース領域18と同程度あるいはそれ以下が好適である。   The second gate electrode 16 is formed by diffusing an n-type impurity on the first gate electrode 15 embedded in the trench 13 and is provided at a depth equal to or less than the depth of the source region 18. As will be described in detail later, the junction surface of the second gate electrode 16 and the first gate electrode 15 becomes a pn junction, and a depletion layer spreads by the built-in voltage, and the electric field concentration at the upper end of the gate electrode can be relaxed by this depletion layer . As will be described in detail later, it is preferable that the depletion layer region be as deep as possible. However, if it is too deep, there is a problem such as an increase in gate resistance.

第1のゲート電極15および第2のゲート電極の接合面は、すなわちpn接合を形成する。   The junction surfaces of the first gate electrode 15 and the second gate electrode form a pn junction.

層間絶縁膜21は、少なくとも第1および第2のゲート電極上15、16上を覆い、n型不純物を含むシリコン酸化膜19と、その上に積層されたBPSG膜20から成る。シリコン酸化膜19は、例えばPSG(Phosphorous Silicate Glass)膜であり、成膜後の熱処理により第1のゲート電極15上にリンを拡散し、第1のゲート電極15上の第2のゲート電極16を形成する。後述するが、PSG膜19からの不純物の拡散により第2のゲート電極16を形成することにより、隣接するソース領域18の不純物濃度に影響を与えることなく、第1のゲート電極15上のみ不純物を拡散できる。   The interlayer insulating film 21 covers at least the first and second gate electrodes 15 and 16 and is composed of a silicon oxide film 19 containing n-type impurities and a BPSG film 20 stacked thereon. The silicon oxide film 19 is, for example, a PSG (Phosphorous Silicate Glass) film, diffuses phosphorus on the first gate electrode 15 by heat treatment after film formation, and the second gate electrode 16 on the first gate electrode 15. Form. As will be described later, by forming the second gate electrode 16 by diffusing impurities from the PSG film 19, impurities can be added only on the first gate electrode 15 without affecting the impurity concentration of the adjacent source region 18. Can diffuse.

また、第2のゲート電極16は、イオン注入条件を最適化し、第1のゲート電極15上にイオン注入により不純物を注入・拡散してもよい。その場合には、PSG膜19に替えてNSG膜22でもよく、さらにBPSG膜20を積層して層間絶縁膜21とする。   Further, the second gate electrode 16 may be optimized by ion implantation conditions, and impurities may be implanted / diffused on the first gate electrode 15 by ion implantation. In that case, the NSG film 22 may be used instead of the PSG film 19, and the BPSG film 20 is further laminated to form the interlayer insulating film 21.

PSG膜19またはNSG膜22は2000Å程度、BPSG膜は数千Åの膜厚で設けられる。   The PSG film 19 or the NSG film 22 is provided with a thickness of about 2000 mm, and the BPSG film is provided with a thickness of several thousand mm.

ソース領域18は、トレンチ13に隣接しトレンチ13に沿ってチャネル層12表面に設けられたp+型不純物領域である。ボディコンタクト領域17は、隣り合うソース領域間のチャネル層12表面に設けられたn型不純物領域である。ボディコンタクト領域17は、基板の電位安定化のために設けられる。 The source region 18 is a p + type impurity region provided on the surface of the channel layer 12 along the trench 13 adjacent to the trench 13. Body contact region 17 is an n + -type impurity region provided on the surface of channel layer 12 between adjacent source regions. The body contact region 17 is provided for stabilizing the substrate potential.

ソース領域18およびボディコンタクト領域17にコンタクトしたソース電極23は、例えばチタンナイトライド等のバリアメタル層とその上層のアルミ層とから構成される。   The source electrode 23 in contact with the source region 18 and the body contact region 17 is composed of a barrier metal layer such as titanium nitride and an upper aluminum layer.

ここで、図2に本実施形態の構造のMOSFETについて、従来構造のMOSFETと比較して説明する。図2(A)はMOSFETの断面図であり、図2(B)は、ゲート電極上端の電界分布図であり、図2(C)は、電界集中量評価のグラフである。   Here, a MOSFET having the structure of the present embodiment will be described with reference to FIG. 2 in comparison with a MOSFET having a conventional structure. 2A is a cross-sectional view of the MOSFET, FIG. 2B is an electric field distribution diagram at the upper end of the gate electrode, and FIG. 2C is a graph of evaluation of electric field concentration.

この測定は、ゲート電極にゲートバイアスを−20V印加し、ソース電極をGND電位としたゲートオン状態を再現したものであり、ゲート酸化膜厚みは600Åである。   This measurement reproduces the gate-on state in which the gate bias is applied to the gate electrode at −20 V and the source electrode is at the GND potential, and the thickness of the gate oxide film is 600 mm.

また、図2(A)で示す、従来構造のゲート電極115上端のコーナー部(a1)および、本実施形態の構造の第2のゲート電極16上端のコーナー部(a2)の電界分布図を図2(B)に示した。さらに図2(C)には、図2(A)のb1およびb2で示すチャネル領域(ゲート電極中間部)の電界集中量も評価した。   2A shows an electric field distribution diagram of the corner portion (a1) at the upper end of the gate electrode 115 having the conventional structure and the corner portion (a2) at the upper end of the second gate electrode 16 having the structure according to the present embodiment. 2 (B). Further, in FIG. 2C, the amount of electric field concentration in the channel region (gate electrode intermediate portion) indicated by b1 and b2 in FIG. 2A was also evaluated.

図2(B)、図2(C)のごとく、チャネル領域(b1、b2領域)では共に電界集中量が3.3MV/cmであるのに対し、従来構造では、ゲート電極115上端のコーナー部(a1領域)において、最も強い部分で6MV/cmであり、電界がコーナー部分を囲むように円形に近い形状で分布しているのがわかる。また、電界強度が徐々に弱くなってもコーナー部分を囲むように電界が分布している。   As shown in FIGS. 2B and 2C, the electric field concentration is 3.3 MV / cm in both the channel regions (b1 and b2 regions), whereas in the conventional structure, the corner portion at the upper end of the gate electrode 115 is formed. In (a1 region), the strongest portion is 6 MV / cm, and it can be seen that the electric field is distributed in a shape close to a circle so as to surround the corner portion. In addition, the electric field is distributed so as to surround the corner portion even when the electric field strength gradually decreases.

この従来構造では設計上はゲート酸化膜が600Å程度であれば酸化膜の最大電界強度の8MV/cm程度の電界となるゲート電圧である48V〜50V程度に耐えられることになっている。しかし、従来構造の実測値では、20V(ゲートバイアス−20V)で電界集中量が6MV/cmである。実際は他の要因等もあるが、比較のため単純に比率で計算すると、従来構造で8MV/cmの場合は、ゲートバイアスが約−26V程度((8/6)×(−20))ということになる。また、実験では29Vまでゲート電圧を上げたとき、ゲート酸化膜が破壊する場合があり、6MV/cmの電界集中量では、破壊耐量が確保できない裏付けとなっている。   In this conventional structure, if the gate oxide film is about 600 mm in design, it can withstand a gate voltage of about 48 V to 50 V which is an electric field of about 8 MV / cm, which is the maximum electric field strength of the oxide film. However, in the measured value of the conventional structure, the electric field concentration is 6 MV / cm at 20 V (gate bias -20 V). Actually, there are other factors, but if the ratio is simply calculated for comparison, the gate bias is about −26 V ((8/6) × (−20)) when the conventional structure is 8 MV / cm. become. Further, in the experiment, when the gate voltage is increased to 29 V, the gate oxide film may break down, and it is supported that the breakdown tolerance cannot be secured with the electric field concentration of 6 MV / cm.

一方、本実施形態の構造の場合、コーナー部(a2領域)周囲を囲む最も高い電界強度の領域がa1領域よりも広がっている。また、それより3段階低い電界強度の領域については、下方に広がっていることがわかる。   On the other hand, in the structure of the present embodiment, the region with the highest electric field intensity surrounding the corner portion (a2 region) is wider than the a1 region. Further, it can be seen that the region of the electric field intensity that is three steps lower than that spreads downward.

これは、第1のゲート電極15および第2のゲート電極16の接合部であるpn接合界面に、ビルトイン電圧により空乏層が形成されるためである。すなわちコーナー部a2より下方の空乏層領域でも電界を受けるため、コーナー部で集中していた電界が下方に広がり、コーナー部a2周囲の電界分布が緩やかになる。また、a2領域の上方においても等電界分布がなだらかとなり、緩和されているのがわかる。   This is because a depletion layer is formed by a built-in voltage at the pn junction interface, which is the junction between the first gate electrode 15 and the second gate electrode 16. That is, since the electric field is also received in the depletion layer region below the corner part a2, the electric field concentrated at the corner part spreads downward, and the electric field distribution around the corner part a2 becomes gentle. Also, it can be seen that the equal electric field distribution becomes gentle and relaxed above the a2 region.

このように、本実施形態では、トレンチ13開口部からより下方に位置する空乏層領域に電界が広がるため、第2のゲート電極16の上部コーナー付近での電界集中を緩和できる。すなわち、その空乏層領域はなるべく深くできた方が電界分布も下方に広がり電界集中をより緩和できると考えられる。しかし、空乏層領域があまり深過ぎると、ゲート抵抗の増大等の問題があるため、ソース領域18と同程度あるいはそれ以下が好適である。   As described above, in this embodiment, the electric field spreads from the opening of the trench 13 to the depletion layer region positioned further downward, so that the electric field concentration near the upper corner of the second gate electrode 16 can be reduced. In other words, it can be considered that the electric field distribution spreads downward and the electric field concentration can be more relaxed if the depletion layer region is made as deep as possible. However, if the depletion layer region is too deep, there is a problem such as an increase in gate resistance.

この結果、本実施形態の構造では、2(C)のごとく電界集中量が4.3MV/cmとなり、従来の電界集中量6MV/cmより低減されている。また、本実施形態の構造で上記と同様に8MV/cmの場合を計算すると、約37V程度((8/4.3)×(−20))まで耐えられることになる。また、実験においても、従来構造でゲート酸化膜が破壊した29V以上の破壊耐量を確保することができ、素子の破壊耐量を向上させることができた。   As a result, in the structure of this embodiment, the electric field concentration amount is 4.3 MV / cm as in 2 (C), which is lower than the conventional electric field concentration amount of 6 MV / cm. Further, when the case of 8 MV / cm is calculated in the structure of the present embodiment in the same manner as described above, it can withstand up to about 37 V ((8 / 4.3) × (−20)). Also in the experiment, it was possible to secure a breakdown resistance of 29 V or higher, which was the gate oxide film in the conventional structure, and to improve the breakdown resistance of the device.

上記の半導体装置の製造方法を、図3から図12および図1を参照してpチャネル型のトレンチ構造のMOSFETを例に説明する。   A method of manufacturing the above semiconductor device will be described with reference to FIGS. 3 to 12 and FIG. 1, taking a p-channel type MOSFET having a trench structure as an example.

本発明の1実施形態である半導体装置の製造方法は、半導体基板表面の一導電型のドレイン領域上に逆導電型のチャネル層を形成し、前記チャネル層を貫通し前記ドレイン領域に達するトレンチを形成する工程と、前記トレンチ内壁に絶縁膜を形成する工程と、前記トレンチ内に埋設される第1の電極を形成する工程と、前記トレンチに隣接する前記チャネル層表面に一導電型のソース領域を形成する工程と、前記第1のゲート電極上に第2の電極を形成する工程と、前記トレンチ上を少なくとも覆う層間絶縁膜を形成する工程とから構成される。   According to one embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a channel layer of opposite conductivity type on a drain region of one conductivity type on a semiconductor substrate surface; and forming a trench that penetrates the channel layer and reaches the drain region. A step of forming an insulating film on the inner wall of the trench, a step of forming a first electrode embedded in the trench, and a source region of one conductivity type on the surface of the channel layer adjacent to the trench. , Forming a second electrode on the first gate electrode, and forming an interlayer insulating film covering at least the trench.

まず図3から図8および図1を参照して本発明の第1の実施形態について説明する。   First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 8 and FIG.

第1工程(図3参照):半導体基板表面の一導電型のドレイン領域上に逆導電型のチャネル層を形成し、前記チャネル層を貫通し前記ドレイン領域に達するトレンチを形成する工程。   First step (see FIG. 3): a step of forming a channel layer of reverse conductivity type on a drain region of one conductivity type on the surface of the semiconductor substrate, and forming a trench that penetrates the channel layer and reaches the drain region.

図3(A)の如く、p+型シリコン半導体基板11b上にp−型ドレイン領域11aを設けた半導体基板11を準備する。基板11表面に酸化層(不図示)を形成し、チップの周辺部にガードリング領域(不図示)を形成した後、チップの外周にアニュラー層(不図示)を形成する。   As shown in FIG. 3A, a semiconductor substrate 11 in which a p− type drain region 11a is provided on a p + type silicon semiconductor substrate 11b is prepared. An oxide layer (not shown) is formed on the surface of the substrate 11, a guard ring region (not shown) is formed in the periphery of the chip, and then an annular layer (not shown) is formed on the outer periphery of the chip.

次にMOSFETのセルが配置される領域(セル領域)部分の全面にチャネル層12となるn−型の拡散層を例えばイオン注入により形成する。これは、酸化膜を全面に形成した後に、前記酸化膜のセル領域となる部分に開口部を設け、例えばn型の不純物であるリンをイオン注入することで形成する。   Next, an n − type diffusion layer that becomes the channel layer 12 is formed on the entire surface of the region (cell region) where the MOSFET cell is disposed by, for example, ion implantation. This is formed by forming an oxide film over the entire surface, then providing an opening in a portion to be a cell region of the oxide film, and ion-implanting phosphorus which is an n-type impurity, for example.

次に図3(B)の如く、チャネル層12を貫通してドレイン領域11aに達するトレンチ13を形成する。トレンチ13は、全面に形成された酸化膜(NSG膜等)のセル領域となる部分にフォトリソグラフィ工程により開口を設けたマスク(不図示)を形成後、基板11をCF系およびHBr系ガスにより異方性ドライエッチングすることで形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, a trench 13 that penetrates the channel layer 12 and reaches the drain region 11a is formed. The trench 13 is formed by forming a mask (not shown) having an opening by a photolithography process in a portion that becomes a cell region of an oxide film (NSG film or the like) formed on the entire surface, and then using a CF-based gas and an HBr-based gas for the substrate 11. It is formed by anisotropic dry etching.

第2工程(図4):トレンチ内壁に絶縁膜を形成する工程。   Second step (FIG. 4): a step of forming an insulating film on the inner wall of the trench.

シリコン基板11のトレンチ13形成による欠陥層を除去するために、まずダミー酸化によりトレンチ13内部に酸化層(不図示)を形成する。そしてその酸化膜層を除去することによりトレンチ形成に伴う欠陥層を除去する。   In order to remove the defective layer due to the formation of the trench 13 in the silicon substrate 11, an oxide layer (not shown) is first formed in the trench 13 by dummy oxidation. Then, by removing the oxide film layer, the defect layer accompanying the trench formation is removed.

そして、セル領域の酸化層を全て除去し、その後ゲート酸化を行うことで、図4に示すようにトレンチ13内部にゲート絶縁膜14を形成する。ゲート絶縁膜は駆動電圧に応じて数百Åの膜厚に設けられる。   Then, the entire oxide layer in the cell region is removed, and then gate oxidation is performed, thereby forming a gate insulating film 14 inside the trench 13 as shown in FIG. The gate insulating film is provided with a film thickness of several hundreds of squares depending on the driving voltage.

第3工程(図5):トレンチ内に埋設される第1の電極を形成する工程。   Third step (FIG. 5): a step of forming a first electrode embedded in the trench.

次に多結晶シリコン膜をCVDにより全面に被着することで、トレンチ13の内部を多結晶シリコンで埋め込む。そして、多結晶シリコン膜にボロン等のp型不純物をドープし、多結晶シリコン膜を導電化する。次に例えば等方性のガスエッチングにより、多結晶シリコンをエッチバックする。そしてゲート酸化膜14が延在された表面の酸化膜が露出した段階で多結晶シリコンのエッチングを停止することで、図5に示すようにトレンチ13内に埋め込まれたp+ポリシリコンの第1のゲート電極15を形成する。   Next, a polycrystalline silicon film is deposited on the entire surface by CVD, thereby filling the inside of the trench 13 with polycrystalline silicon. Then, the polycrystalline silicon film is doped with a p-type impurity such as boron to make the polycrystalline silicon film conductive. Next, the polycrystalline silicon is etched back by, for example, isotropic gas etching. Then, the etching of the polycrystalline silicon is stopped at the stage where the oxide film on the surface where the gate oxide film 14 is extended is exposed, so that the first p + polysilicon buried in the trench 13 as shown in FIG. A gate electrode 15 is formed.

第4工程(図6):トレンチに隣接するチャネル層表面に一導電型のソース領域を形成する工程。   Fourth step (FIG. 6): A step of forming a source region of one conductivity type on the surface of the channel layer adjacent to the trench.

次に図6(A)に示すようにまず、基板11の電位安定化のため、n+型のボディコンタクト領域17を形成する。これはボディコンタクト領域17となる部分にフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクの開口を形成し、例えばリンをイオン注入することによりn+型のボディコンタクト領域17を形成する。   Next, as shown in FIG. 6A, first, an n + type body contact region 17 is formed in order to stabilize the potential of the substrate 11. In this process, an opening of a resist mask is formed by a photolithography process in a portion to become the body contact region 17, and, for example, phosphorus is ion-implanted to form the n + type body contact region 17.

次に図6(B)の如く、再びフォトリソグラフィ工程によりソース領域18となる部分にレジストマスクの開口を形成し、例えばボロンをイオン注入することでp+型のソース領域18を形成する。   Next, as shown in FIG. 6B, an opening of a resist mask is formed again in a portion that becomes the source region 18 by a photolithography process, and p + type source region 18 is formed by ion implantation of, for example, boron.

第5工程(図7):第1のゲート電極上に第2の電極を形成する工程。   Fifth step (FIG. 7): a step of forming a second electrode on the first gate electrode.

次に図7(A)のごとく、n型不純物を含むシリコン酸化膜(たとえばPSG膜)19を基板全面に2000Å程度被着する。この場合、例えばP(リン)濃度1.2wt%〜8wt%のPSG膜膜19をCVD法にて成膜する。さらにその上層全面にBPSG膜20を数千Å程度被着する。第1のゲート電極15表面には、PSG膜19が接触する。   Next, as shown in FIG. 7A, a silicon oxide film (for example, PSG film) 19 containing an n-type impurity is deposited on the entire surface of the substrate by about 2000 mm. In this case, for example, a PSG film 19 having a P (phosphorus) concentration of 1.2 wt% to 8 wt% is formed by a CVD method. Further, the BPSG film 20 is deposited on the entire upper layer by several thousand Å. The PSG film 19 is in contact with the surface of the first gate electrode 15.

次に例えば900℃30分程度の熱処理を行ってPSG膜中のPを第1のゲート電極15表面に拡散させ、図7(B)に示すように第1のゲート電極15上部にn+型の第2のゲート電極16を形成する。   Next, for example, heat treatment is performed at 900 ° C. for about 30 minutes to diffuse P in the PSG film to the surface of the first gate electrode 15, and as shown in FIG. A second gate electrode 16 is formed.

ここで、ソース領域18はゲート酸化膜14を基板表面に延在した酸化膜でおおわれている。つまり、本工程の如くPSG膜19からの拡散で第2のゲート電極を形成すれば、P拡散によるソース領域18のキャリア濃度に影響を与えることがなく、オン抵抗のロスを抑制できる。   Here, the source region 18 is covered with an oxide film extending from the gate oxide film 14 to the substrate surface. That is, if the second gate electrode is formed by diffusion from the PSG film 19 as in this step, the on-resistance loss can be suppressed without affecting the carrier concentration of the source region 18 due to P diffusion.

第6工程:(図8):トレンチ上を少なくとも覆う層間絶縁膜を形成する工程。   Sixth step: (FIG. 8): A step of forming an interlayer insulating film covering at least the trench.

次にフォトリソグラフィ工程により基板11表面のソース領域18の一部及びボディコンタクト領域17を露出するマスクを形成し、PSG膜19およびBPSG膜20をエッチングすることで開口を設ける。これにより、トレンチ13内の第1のゲート電極15および第2のゲート電極16を被覆するように層間絶縁膜21が形成される。   Next, a mask that exposes a part of the source region 18 and the body contact region 17 on the surface of the substrate 11 is formed by a photolithography process, and an opening is provided by etching the PSG film 19 and the BPSG film 20. As a result, the interlayer insulating film 21 is formed so as to cover the first gate electrode 15 and the second gate electrode 16 in the trench 13.

そして、アルミ等の金属材料をスパッタリングすることで、基板全面に被着し、フォトレジスト工程によりパターニングして、アロイすることで、図1に示す如くセル領域部分の全面にソース電極となる金属電極層23を形成する。更にチップ全面にパッシベーション膜(不図示)を被着し、又、半導体基板11bの裏面に裏張り電極(不図示)を形成することで、ウェハ段階の縦型MOSFETが完成する。   Then, a metal material such as aluminum is deposited on the entire surface of the substrate by sputtering, patterned by a photoresist process, and alloyed to form a metal electrode that becomes a source electrode on the entire surface of the cell region as shown in FIG. Layer 23 is formed. Further, a passivation film (not shown) is deposited on the entire surface of the chip, and a backing electrode (not shown) is formed on the back surface of the semiconductor substrate 11b, thereby completing a vertical MOSFET at the wafer stage.

次に、図9から図11を参照して本発明の製造方法の第2の実施形態を説明する。   Next, a second embodiment of the manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIGS.

第2のゲート電極16は、第1のゲート電極15と逆導電型の不純物を拡散したポリシリコン層であり、イオン注入によっても形成できる。   The second gate electrode 16 is a polysilicon layer in which impurities having a conductivity opposite to that of the first gate electrode 15 are diffused, and can also be formed by ion implantation.

なお第1から第3工程までは、第1の実施形態と同様であるので説明は省略する。すなわち、第1工程から第3工程により、図3から図5に示す如く、トレンチ13に埋設された第1のゲート電極15が形成される。   Since the first to third steps are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted. That is, the first gate electrode 15 embedded in the trench 13 is formed by the first to third steps as shown in FIGS. 3 to 5.

第4工程(図9):トレンチに隣接するチャネル層表面に一導電型のソース領域を形成する工程。   Fourth step (FIG. 9): A step of forming a source region of one conductivity type on the surface of the channel layer adjacent to the trench.

図9に示すようにまず、基板11の電位安定化のため、n+型のボディコンタクト領域17を形成する。これはボディコンタクト領域17となる部分にフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクの開口を形成し、例えばリンをイオン注入することによりn+型のボディコンタクト領域17を形成する。   As shown in FIG. 9, first, an n + type body contact region 17 is formed in order to stabilize the potential of the substrate 11. In this process, an opening of a resist mask is formed by a photolithography process in a portion to become the body contact region 17, and, for example, phosphorus is ion-implanted to form the n + type body contact region 17.

次に、再びフォトリソグラフィ工程によりソース領域18となる部分にレジストマスクの開口を形成し、例えばボロンをイオン注入することでp+型のソース領域18を形成する。   Next, a resist mask opening is formed again in a portion to be the source region 18 by a photolithography process, and p + type source region 18 is formed by ion implantation of boron, for example.

第5工程(図10):第1のゲート電極上に第2の電極を形成する工程。   Fifth step (FIG. 10): a step of forming a second electrode on the first gate electrode.

次に、図10(A)の如く全面に、リン等のn+型不純物を第1のゲート電極上にイオン注入する。このときのイオン注入条件は、イオン注入領域の深さが、ゲート酸化膜14の厚み以下になるように条件設定する。これは、第1のゲート電極15上部のみにイオン注入を行い、ソース領域17にはイオンが注入されないようにするためである。これによりソース領域18のキャリア濃度に影響を与えることがなくオン抵抗のロスが抑制される。   Next, as shown in FIG. 10A, an n + type impurity such as phosphorus is ion-implanted over the entire surface of the first gate electrode. The ion implantation conditions at this time are set so that the depth of the ion implantation region is equal to or less than the thickness of the gate oxide film 14. This is to perform ion implantation only on the first gate electrode 15 and prevent ions from being implanted into the source region 17. As a result, loss of on-resistance is suppressed without affecting the carrier concentration of the source region 18.

具体的にはこのイオン注入条件は、ゲート酸化膜14の厚みをt、ゲート酸化膜14中のイオンの投影飛程をRp、イオンの分布の分散をσとしたとき、t>Rp+σで与えられる。例えばn+型不純物としてリン、ゲート酸化膜厚みを600Åとしたとき、40KeVのイオン注入エネルギーで行うとよい。   Specifically, this ion implantation condition is given by t> Rp + σ where t is the thickness of the gate oxide film 14, Rp is the projected range of ions in the gate oxide film 14, and σ is the distribution of ion distribution. . For example, when n + type impurities are phosphorus and the thickness of the gate oxide film is 600 mm, ion implantation energy of 40 KeV may be used.

次に、図10(B)のごとく逆導電型不純物を含むシリコン酸化膜(たとえばPSG膜)19をCVD法により基板全面に2000Å程度被着する。PSG膜19であれば、さらにp型不純物を第1のゲート電極上に拡散できる。また、既にイオン注入されているので、PSG膜19に替えてNSG膜22を被着してもよい。その後引き続きCVD法によりBPSG膜20を数千Å程度被着する。   Next, as shown in FIG. 10B, a silicon oxide film (for example, PSG film) 19 containing a reverse conductivity type impurity is deposited on the entire surface of the substrate by about 2000 mm by CVD. In the case of the PSG film 19, p-type impurities can be further diffused on the first gate electrode. Further, since the ions have already been implanted, the NSG film 22 may be deposited instead of the PSG film 19. Subsequently, several thousands of BPSG film 20 is deposited by CVD.

次に例えば900℃30分程度の熱処理を行う。これにより、BPSG膜20を平坦化するリフロー熱処理をかねて、第1のゲート電極15上にn+型不純物を拡散し、第2のゲート電極16を形成する。   Next, for example, heat treatment is performed at 900 ° C. for about 30 minutes. As a result, an n + -type impurity is diffused on the first gate electrode 15 to form a second gate electrode 16 as well as a reflow heat treatment for flattening the BPSG film 20.

尚、不純物をイオン注入後熱処理により拡散して第2のゲート電極16を形成し、その後PSG膜19およびBPSG膜20を形成してもよい。しかし、CVD法による成膜はリフロー工程が必要なので、上述の如くBPSG膜20のリフローと第2のゲート電極16形成を同時に行うと製造工程を増やさず好適である。   Alternatively, the second gate electrode 16 may be formed by diffusing impurities by ion treatment after ion implantation, and then the PSG film 19 and the BPSG film 20 may be formed. However, since the CVD method requires a reflow process, it is preferable to perform the reflow of the BPSG film 20 and the formation of the second gate electrode 16 as described above without increasing the number of manufacturing processes.

第6工程:(図11):トレンチ上を少なくとも覆う層間絶縁膜を形成する工程。   Sixth step: (FIG. 11): A step of forming an interlayer insulating film covering at least the trench.

全面に被着したPSG膜19(またはNSG膜22)およびBPSG膜20を、フォトリソグラフィ工程により基板表面のソース領域18の一部及びボディコンタクト領域17が露出するようにマスクを形成してエッチングし、開口を設ける。従って、トレンチ13内の第1のゲート電極15および第2のゲート電極16を被覆するように層間絶縁膜21が形成される。   The PSG film 19 (or NSG film 22) and the BPSG film 20 deposited on the entire surface are etched by forming a mask so that a part of the source region 18 and the body contact region 17 on the substrate surface are exposed by a photolithography process. Opening is provided. Accordingly, the interlayer insulating film 21 is formed so as to cover the first gate electrode 15 and the second gate electrode 16 in the trench 13.

そして、アルミ等の金属材料をスパッタリングすることで、基板全面に被着し、フォトレジスト工程によりパターニングして、アロイすることで、図1に示すようにセル領域部分の全面にソース電極となる金属電極層23を形成する。更にチップ全面にパッシベーション膜を被着し、又、半導体基板11bの裏面に裏張り電極を形成することで、ウェハ段階の縦型MOSFETが完成する。   Then, a metal material such as aluminum is deposited on the entire surface of the substrate by sputtering, patterned by a photoresist process, and alloyed to form a source electrode on the entire surface of the cell region as shown in FIG. The electrode layer 23 is formed. Further, a passivation film is deposited on the entire surface of the chip, and a backing electrode is formed on the back surface of the semiconductor substrate 11b, thereby completing a vertical MOSFET at the wafer stage.

また、図12のごとく、ボディコンタクト領域17と第2のゲート電極16を同一工程にて形成してもよい。   Further, as shown in FIG. 12, the body contact region 17 and the second gate electrode 16 may be formed in the same process.

第1から第3工程により図5の如く第1のゲート電極15が形成された状態において、フォトリソグラフィ工程によりソース領域18となる部分にレジストマスクの開口を形成し、例えばボロンをイオン注入することでp+型のソース領域18を形成する(図12(A))。   In the state where the first gate electrode 15 is formed as shown in FIG. 5 by the first to third steps, a resist mask opening is formed in a portion to become the source region 18 by a photolithography step, and boron is ion-implanted, for example. Thus, a p + type source region 18 is formed (FIG. 12A).

その後、図12(B)のごとく、基板11の電位安定化のためのn+型のボディコンタクト領域17と第2のゲート電極16を同時に形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 12B, an n + type body contact region 17 and a second gate electrode 16 for stabilizing the potential of the substrate 11 are formed simultaneously.

まず、ボディコンタクト領域17となる部分および第1のゲート電極15上にフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクの開口を形成する。その後、例えばリンをイオン注入する。   First, a resist mask opening is formed on the portion to be the body contact region 17 and the first gate electrode 15 by a photolithography process. Thereafter, for example, phosphorus is ion-implanted.

さらに、図12(C)のごとく、PGS膜19(またはNSG膜22)およびBPSG膜20を被着してリフロー熱処理を行う。これにより、ボディコンタクト領域17が形成され、同時に、第1のゲート電極15上部のポリシリコン層にn+型不純物が拡散されて、第2のゲート電極が形成される。その後、図11のごとく、層間絶縁膜20を形成する。   Further, as shown in FIG. 12C, the PGS film 19 (or NSG film 22) and the BPSG film 20 are deposited and reflow heat treatment is performed. As a result, the body contact region 17 is formed, and at the same time, the n + -type impurity is diffused into the polysilicon layer above the first gate electrode 15 to form the second gate electrode. Thereafter, as shown in FIG. 11, an interlayer insulating film 20 is formed.

上述の如く、本発明の実施の形態ではpチャネル型パワーMOSFETを例に説明したが、当然ながら導電型を逆にしたnチャネル型のMOSFETであっても同様に実施できる。またバイポーラトランジスタとパワーMOSFETを1チップ内にモノシリックで複合化したIGBTにも適用でき、同様の効果が得られる。   As described above, in the embodiment of the present invention, the p-channel type power MOSFET has been described as an example. However, it is a matter of course that an n-channel type MOSFET having a reversed conductivity type can be similarly implemented. Further, it can be applied to an IGBT in which a bipolar transistor and a power MOSFET are monolithically combined in one chip, and the same effect can be obtained.

本発明の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。It is sectional drawing explaining the semiconductor device of this invention, and its manufacturing method. 本発明と従来の特性の違いを説明する図である。It is a figure explaining the difference of this invention and the conventional characteristic. 本発明の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 従来の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the conventional semiconductor device. 従来の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。It is sectional drawing explaining the conventional semiconductor device and its manufacturing method. 従来の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the conventional semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

11 半導体基板
11a ドレイン領域
11b p+型シリコン半導体基板
12 チャネル層
13 トレンチ
14 ゲート酸化膜
15 第1のゲート電極
16 第2のゲート電極
17 ボディコンタクト領域
18 ソース領域
19 PSG膜
20 BPSG膜
21 層間絶縁膜
23 ソース電極
111 半導体基板
111a ドレイン領域
111b p+型シリコン半導体基板
112 チャネル層
113 トレンチ
114 ゲート酸化膜
115 ゲート電極
117 ボディコンタクト領域
118 ソース領域
120 BPSG膜
121 層間絶縁膜
122 NSG膜
123 ソース電極
11 semiconductor substrate 11a drain region 11b p + type silicon semiconductor substrate 12 channel layer 13 trench 14 gate oxide film 15 first gate electrode 16 second gate electrode 17 body contact region 18 source region 19 PSG film 20 BPSG film 21 interlayer insulation film 23 Source electrode 111 Semiconductor substrate 111a Drain region 111b p + type silicon semiconductor substrate 112 Channel layer 113 Trench 114 Gate oxide film 115 Gate electrode 117 Body contact region 118 Source region 120 BPSG film 121 Interlayer insulating film 122 NSG film 123 Source electrode

Claims (13)

一導電型半導体基板と、
前記半導体基板に設けたトレンチと、
少なくとも前記トレンチ内壁を覆う絶縁膜と、
前記トレンチ内に埋設された第1の電極と、
前記第1の電極上に設けられた第2の電極と、
前記基板表面で前記トレンチに隣接して設けられた一導電型領域と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
One conductivity type semiconductor substrate;
A trench provided in the semiconductor substrate;
An insulating film covering at least the inner wall of the trench;
A first electrode embedded in the trench;
A second electrode provided on the first electrode;
One conductivity type region provided adjacent to the trench on the substrate surface;
A semiconductor device comprising:
一導電型のドレイン領域を有する半導体基板と、
前記ドレイン領域表面に設けた逆導電型のチャネル層と、
前記半導体基板に設けたトレンチと、
少なくとも前記トレンチ内壁を覆う絶縁膜と、
前記トレンチ内に埋設された第1の電極と、
前記第1の電極上に設けられた第2の電極と、
前記チャネル層表面で前記トレンチに隣接して設けられた一導電型のソース領域と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate having a drain region of one conductivity type;
A reverse conductivity type channel layer provided on the surface of the drain region;
A trench provided in the semiconductor substrate;
An insulating film covering at least the inner wall of the trench;
A first electrode embedded in the trench;
A second electrode provided on the first electrode;
A source region of one conductivity type provided adjacent to the trench on the surface of the channel layer;
A semiconductor device comprising:
一導電型のドレイン領域を有する半導体基板と、
前記ドレイン領域表面に設けた逆導電型のチャネル層と、
前記半導体基板に設けたトレンチと、
少なくとも前記トレンチ内壁を覆う絶縁膜と、
前記トレンチ内に埋設された一導電型の半導体材料よりなる第1の電極と、
前記第1のゲート電極上に設けられた逆導電型の半導体材料よりなる第2の電極と、
前記チャネル層表面で前記トレンチに隣接して設けられた一導電型のソース領域と、
前記ソース領域間の前記チャネル層表面に設けられた逆導電型のボディコンタクト領域と、を具備することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate having a drain region of one conductivity type;
A reverse conductivity type channel layer provided on the surface of the drain region;
A trench provided in the semiconductor substrate;
An insulating film covering at least the inner wall of the trench;
A first electrode made of a semiconductor material of one conductivity type embedded in the trench;
A second electrode made of a semiconductor material of a reverse conductivity type provided on the first gate electrode;
A source region of one conductivity type provided adjacent to the trench on the surface of the channel layer;
And a reverse conductivity type body contact region provided on the surface of the channel layer between the source regions.
前記第1および第2の電極上を少なくとも覆う逆導電型不純物を含むシリコン酸化膜を有することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 2, further comprising a silicon oxide film containing a reverse conductivity type impurity covering at least the first and second electrodes. 前記第1の電極と前記第2の電極との接合面を空乏化することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a joint surface between the first electrode and the second electrode is depleted. 5. 前記第2の電極は前記トレンチに埋設されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the second electrode is embedded in the trench. 前記第2の電極は、前記ソース領域と同程度以下の深さに設けられることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2, wherein the second electrode is provided at a depth less than or equal to that of the source region. 一導電型半導体基板表面にトレンチを形成する工程と、
少なくとも前記トレンチ内壁を覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記トレンチ内に埋設された第1の電極を形成する工程と、
前記第1の電極上に設けられた第2の電極を形成する工程と、
前記基板表面で前記トレンチに隣接する一導電型領域を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a trench in the surface of one conductivity type semiconductor substrate;
Forming an insulating film covering at least the inner wall of the trench;
Forming a first electrode embedded in the trench;
Forming a second electrode provided on the first electrode;
Forming one conductivity type region adjacent to the trench on the substrate surface;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
半導体基板表面の一導電型のドレイン領域上に逆導電型のチャネル層を形成し、前記チャネル層を貫通し前記ドレイン領域に達するトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内壁に絶縁膜を形成する工程と、
前記トレンチ内に埋設される第1の電極を形成する工程と、
前記トレンチに隣接する前記チャネル層表面に一導電型のソース領域を形成する工程と、
前記第1のゲート電極上に第2の電極を形成する工程と、
前記トレンチ上を少なくとも覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a reverse conductivity type channel layer on the one conductivity type drain region of the semiconductor substrate surface, and forming a trench that penetrates the channel layer and reaches the drain region;
Forming an insulating film on the inner wall of the trench;
Forming a first electrode embedded in the trench;
Forming a source region of one conductivity type on the surface of the channel layer adjacent to the trench;
Forming a second electrode on the first gate electrode;
Forming an interlayer insulating film covering at least the trench;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
半導体基板表面の一導電型のドレイン領域上に逆導電型のチャネル層を形成し、前記チャネル層を貫通し前記ドレイン領域に達するトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内壁に絶縁膜を形成する工程と、
一導電型不純物を含む半導体材料を前記トレンチ内に埋設して第1の電極を形成する工程と、
前記トレンチに隣接する前記チャネル層表面に一導電型のソース領域を形成する工程と、
前記第1の電極上に逆導電型の第2の電極を形成する工程と、
前記トレンチ上を少なくとも覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a reverse conductivity type channel layer on the one conductivity type drain region of the semiconductor substrate surface, and forming a trench that penetrates the channel layer and reaches the drain region;
Forming an insulating film on the inner wall of the trench;
Burying a semiconductor material containing one conductivity type impurity in the trench to form a first electrode;
Forming a source region of one conductivity type on the surface of the channel layer adjacent to the trench;
Forming a second electrode of reverse conductivity type on the first electrode;
Forming an interlayer insulating film covering at least the trench;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
逆導電型不純物を含むシリコン酸化膜を少なくとも前記第1の電極上を覆って形成し、前記第2の電極は、前記逆導電型不純物を前記第1の電極上部に拡散して形成することを特徴とする請求項9または請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 A silicon oxide film containing a reverse conductivity type impurity is formed covering at least the first electrode, and the second electrode is formed by diffusing the reverse conductivity type impurity above the first electrode. 11. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the semiconductor device is manufactured. 前記第2の電極は、逆導電型不純物を前記第1の電極上部に拡散して形成することを特徴とする請求項8から請求項10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the second electrode is formed by diffusing a reverse conductivity type impurity on the upper portion of the first electrode. 11. 前記逆導電型不純物は、該逆導電型不純物の注入領域の深さが前記絶縁膜厚み以下になる条件でイオン注入されることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。 13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the reverse conductivity type impurity is ion-implanted under a condition that a depth of the implantation region of the reverse conductivity type impurity is equal to or less than the thickness of the insulating film.
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