JP2007110047A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、トレンチ構造のドレイン共通電界効果トランジスタ(以下、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)と記す)の製造方法に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a technique effective when applied to a manufacturing method of a trench common drain common field effect transistor (hereinafter referred to as a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)). is there.
パワーデバイスは、例えば電子機器の安定化電源に用いられるスイッチングレギュレータ、ノートパソコンまたは携帯電話の充電回路、液晶パネルのバックライト制御等に用いられており、近年その用途が急速に広がっている。なかでもパワーMOSFETは他のパワーデバイス、例えばバイポーラトランジスタよりもスイッチング速度の高速化や低損失化を図ることが可能であり、また最新の半導体製造技術を用いた製造により性能の改善が期待できるなどのことから、市場のニーズに対応できるパワーデバイスとして注目されている。 Power devices are used, for example, for switching regulators used for stabilized power supplies of electronic devices, charging circuits for notebook personal computers or mobile phones, backlight control for liquid crystal panels, and the like, and their applications are rapidly expanding in recent years. In particular, power MOSFETs can achieve higher switching speed and lower loss than other power devices such as bipolar transistors, and can be expected to improve performance by manufacturing using the latest semiconductor manufacturing technology. Therefore, it is attracting attention as a power device that can meet the needs of the market.
例えばパワーMOSFETの構造や電気的特性、およびパワーMOSFETのスイッチング電源や周期整流回路への応用事例等が報告されている(例えば非特許文献1参照)。
例えばオン時における定常損失を占めるオン抵抗は、これまでセルと呼ばれる構造単位を微細化することにより改善されてきた。しかしパワーMOSFETは大電流容量が求められることから、その微細化にも限界があり、さらなるオン抵抗の低減を図るための様々な工夫がなされている。そこで、本発明者は、例えば上記セルの構造をプレーナ構造に代えてトレンチ構造とし、パワーMOSFETの構造を最適化することにより、オン抵抗を低減する技術を検討した。その検討結果の一つとして、トレンチの側壁に形成されるチャネル領域の不純物濃度分布の最適化が、パワーMOSFETの電気的特性のさらなる向上を実現するための有効な手法であることが明らかとなった。しかしトレンチの側壁のみの不純物濃度を制御することは技術的に難しく、それを達成するためのパワーMOSFETの製造方法に関する技術的課題が未だ残されている。 For example, the on-resistance that occupies a steady loss at the on-time has been improved by miniaturizing a structural unit called a cell. However, since a power MOSFET is required to have a large current capacity, there is a limit to miniaturization thereof, and various devices have been made to further reduce the on-resistance. Therefore, the present inventor examined a technique for reducing the on-resistance by, for example, replacing the planar structure with a trench structure and optimizing the power MOSFET structure. As one of the results of the study, it became clear that optimization of the impurity concentration distribution in the channel region formed on the sidewall of the trench is an effective method for further improving the electrical characteristics of the power MOSFET. It was. However, it is technically difficult to control the impurity concentration of only the side wall of the trench, and there remains a technical problem regarding a method for manufacturing a power MOSFET to achieve this.
本発明の目的は、トレンチ構造のパワーMOSFETの電気的特性を向上させることのできる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the electrical characteristics of a power MOSFET having a trench structure.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明による半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面にエピタキシャル層を形成した後、エピタキシャル層にゲート溝を形成する工程と、半導体基板を自転させながら、エピタキシャル層の表面の法線から所定の角度を持って斜め方向からゲート溝の側壁のエピタキシャル層に不純物をイオン注入して、所望する不純物濃度分布を有するチャネル領域を形成する工程と、その後、ゲート溝の内部表面にゲート絶縁膜を形成し、ゲート溝の内部に導電膜を埋め込み、その導電膜からなるゲート電極を形成する工程とを含むものである。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a gate groove in an epitaxial layer after forming an epitaxial layer on the surface of the semiconductor substrate, and a predetermined line from the normal of the surface of the epitaxial layer while rotating the semiconductor substrate. Impurities are ion-implanted into the epitaxial layer on the sidewall of the gate trench from an oblique direction to form a channel region having a desired impurity concentration distribution, and then a gate insulating film is formed on the inner surface of the gate trench And a step of embedding a conductive film in the gate groove and forming a gate electrode made of the conductive film.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
チャネル領域の不純物濃度分布を制御することにより、トレンチ構造のパワーMOSFETの電気的特性を向上させることができる。 By controlling the impurity concentration distribution in the channel region, the electrical characteristics of the power MOSFET having the trench structure can be improved.
本実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In this embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. Some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like are related.
また、本実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、本実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、本実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Also, in this embodiment, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), unless otherwise specified, or in principle limited to a specific number in principle. The number is not limited to the specific number, and may be a specific number or more. Further, in the present embodiment, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily essential unless particularly specified and apparently essential in principle. Yes. Similarly, in this embodiment, when referring to the shape, positional relationship, etc. of the component, etc., the shape, etc. substantially, unless otherwise specified, or otherwise considered in principle. It shall include those that are approximate or similar to. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、本実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 In all the drawings for explaining the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals in principle, and the repeated description thereof is omitted. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の一実施の形態によるトレンチ構造のパワーMOSFETの製造方法を図1〜図6を用いて工程順に説明する。なお、本実施の形態においては、nチャネル型のパワーMOSFET(以下、パワーnMOSと略す)の製造方法を例示する。 A method of manufacturing a power MOSFET having a trench structure according to an embodiment of the present invention will be described in the order of steps with reference to FIGS. In the present embodiment, a method for manufacturing an n-channel power MOSFET (hereinafter abbreviated as a power nMOS) is illustrated.
まず、図1に示すように、例えばn+型の単結晶シリコンからなる半導体基板(円形の薄い板状に加工した半導体ウエハ)1を用意する。続いて、半導体基板1の表面にエピタキシャル成長法により所望の厚さを有するn型のエピタキシャル層2を形成した後、エピタキシャル層2にp型不純物、例えば硼素をイオン注入し、さらに半導体基板1に熱処理を施すことにより上記p型不純物を活性化させてp−型の第1チャネル領域3を形成する。
First, as shown in FIG. 1, a semiconductor substrate (semiconductor wafer processed into a circular thin plate) 1 made of, for example, n + type single crystal silicon is prepared. Subsequently, after an n-type
次に、図2に示すように、エピタキシャル層2の表面に酸化シリコン膜4を形成した後、レジストパターンをマスクとしたドライエッチング法により酸化シリコン膜4およびエピタキシャル層2を順次加工して、第1チャネル領域3を突き抜けるゲート溝5を形成する。
Next, as shown in FIG. 2, after the silicon oxide film 4 is formed on the surface of the
次に、図3に示すように、ゲート溝5の内部表面を含むエピタキシャル層2の表面に絶縁膜6を形成した後、素子分離領域となるエピタキシャル層2にp型不純物、例えば硼素をイオン注入し、ソース領域となるエピタキシャル層2にn型不純物、例えば燐または砒素をイオン注入する。続いて、半導体基板1を回転させながら、エピタキシャル層2の表面の法線からの傾きを角度θとした斜め方向から不純物をゲート溝5の側壁のエピタキシャル層2にイオン注入(以下、角度イオン注入と記す)する。角度イオン注入のイオン種は、n型不純物(例えば燐または砒素)またはp型不純物(例えば硼素またはフッ化硼素)であってもよく、イオン種、ドーズ量および注入エネルギーは、パワーnMOSの所望する電気的特性に応じて選択される。また、半導体基板1を自転させて角度イオン注入することにより、ゲート溝5の側壁のエピタキシャル層2に不純物を導入することができる。なお、上記イオン注入または角度イオン注入の際、所望する領域に不純物を導入させるため、所望しないそれ以外の領域は、例えばレジストパターンにより覆われている。
Next, as shown in FIG. 3, after an insulating film 6 is formed on the surface of the
その後、半導体基板1に熱処理を施すことにより、エピタキシャル層2に上記イオン注入または角度イオン注入したp型不純物およびn型不純物を活性化させる。これにより、エピタキシャル層2表面のゲート溝5の周囲にn+型のソース領域8が形成され、エピタキシャル層2表面のソース領域8の周囲にp+型の素子分離領域7が形成され、ゲート溝5の側壁のエピタキシャル層2に第2チャネル領域9が形成される。ここで、ゲート溝5の側壁のエピタキシャル層2に、所望する不純物濃度分布を有する第2チャネル領域9が形成できるので、パワーnMOSの電気的特性の向上を図ることができる。
Thereafter, the
次に、図4に示すように、絶縁膜6を除去した後、ゲート溝5の内部表面を含むエピタキシャル層2の表面に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により絶縁膜10を形成する。ゲート溝5の内部表面に形成された絶縁膜10はゲート絶縁膜として機能し、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜から成る。続いて絶縁膜10上に導電膜11a、例えば多結晶シリコン膜を、例えばCVD法により堆積する。導電膜11aはゲート溝5の内部を埋め込んで形成される。
Next, as shown in FIG. 4, after the insulating film 6 is removed, the
次に、図5に示すように、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により導電膜11aを研磨してゲート溝5の内部に導電膜11aを残すことによって、ゲート電極11を形成する。続いて、エピタキシャル層2上に層間絶縁膜12を形成した後、レジストパターンをマスクとしたドライエッチング法により層間絶縁膜12を加工して、ソース領域8、およびゲート電極11に達する接続孔13を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, the
次に、接続孔13の内部を含むエピタキシャル層2上に金属膜、例えばアルミニウム膜またはアルミニウムを主成分とする合金膜を堆積した後、レジストパターンをマスクとしたドライエッチング法により上記金属膜を加工して配線14を形成する。さらに、配線14を覆うパッシベーション膜15を形成する。
Next, after depositing a metal film, for example, an aluminum film or an alloy film containing aluminum as a main component on the
次に、図6に示すように、半導体基板1の裏面を研削して、半導体基板1を所定の厚さまで薄くして、n+型のドレイン16を形成する。なお、このドレイン16は、複数個のパワーMOSFETにおいて共通して形成されるものである。その後、例えばスパッタリング法により半導体基板1の裏面に金属膜、例えばアルミニウム膜またはアルミニウムを主成分とする合金膜を堆積して、上記金属膜からなる裏面電極17を形成する。これにより、パワーnMOSが略完成する。
Next, as shown in FIG. 6, the back surface of the
このように、本実施の形態によれば、ゲート溝5を形成した後、ゲート溝5の側壁のエピタキシャル層2へ不純物を導入することにより、所望する不純物濃度分布を有するチャネル領域が形成できるので、パワーnMOSの電気的特性の向上を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, after forming the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
例えば前記実施の形態においては、nチャネル型のパワーMOSFETに適用した場合について説明したが、pチャネル型のパワーMOSFETにも適用することができて、同様の効果を得ることができる。 For example, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to an n-channel type power MOSFET has been described. However, the present invention can also be applied to a p-channel type power MOSFET, and the same effect can be obtained.
本発明のトレンチ構造のパワーMOSFETは、特に軽薄短小および高性能を必要とする電子機器の電源部に適用することができる。 The power MOSFET having a trench structure according to the present invention can be applied to a power supply unit of an electronic device that particularly requires lightness, shortness, and high performance.
1 半導体基板
2 エピタキシャル層
3 第1チャネル領域
4 酸化シリコン膜
5 ゲート溝
6 絶縁膜
7 素子分離領域
8 ソース領域
9 第2チャネル領域
10 絶縁膜
11 ゲート電極
11a 導電膜
12 層間絶縁膜
13 接続孔
14 配線
15 パッシベーション膜
16 ドレイン
17 裏面電極
DESCRIPTION OF
Claims (3)
(a)第1導電型の半導体基板の表面に第1導電型のエピタキシャル層を形成する工程と、
(b)前記エピタキシャル層に前記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物をイオン注入して、第1チャネル領域を形成する工程と、
(c)前記エピタキシャル層に前記第1チャネル領域を突き抜けてゲート溝を形成する工程と、
(d)前記エピタキシャル層の表面の前記ゲート溝の周囲に、第1導電型の不純物をイオン注入して、ソース領域を形成する工程と、
(e)前記半導体基板を回転させながら、前記エピタキシャル層の表面の法線から所定の角度を持って斜め方向から前記ゲート溝の側壁の前記エピタキシャル層に不純物をイオン注入して、第2チャネル領域を形成する工程と、
(f)前記工程(e)の後、前記ゲート溝の内部表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(g)前記工程(f)の後、前記ゲート溝の内部に導電膜を埋め込み、前記導電膜からなるゲート電極を形成する工程と、
(h)前記工程(g)の後、前記エピタキシャル層上に層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜に前記ソース領域および前記ゲート電極に達する接続孔を形成する工程と、
(i)前記接続孔を通して前記ソース領域および前記ゲート電極に電気的に接続する配線を形成する工程と、
(j)前記配線を覆うパッシベーション膜を形成する工程と、
(k)前記半導体基板の裏面を研削して、前記半導体基板を所定の厚さとした後、前記半導体基板の裏面に裏面電極を形成する工程。 A method of manufacturing a semiconductor device having the following steps;
(A) forming a first conductivity type epitaxial layer on a surface of a first conductivity type semiconductor substrate;
(B) ion-implanting a second conductivity type impurity different from the first conductivity type into the epitaxial layer to form a first channel region;
(C) forming a gate groove through the first channel region in the epitaxial layer;
(D) forming a source region by ion-implanting a first conductivity type impurity around the gate groove on the surface of the epitaxial layer;
(E) Impurities are ion-implanted into the epitaxial layer on the side wall of the gate trench from a diagonal direction at a predetermined angle from the normal line of the surface of the epitaxial layer while rotating the semiconductor substrate, Forming a step;
(F) after the step (e), forming a gate insulating film on the inner surface of the gate groove;
(G) After the step (f), a step of embedding a conductive film in the gate groove to form a gate electrode made of the conductive film;
(H) after the step (g), forming an interlayer insulating film on the epitaxial layer, and forming a connection hole reaching the source region and the gate electrode in the interlayer insulating film;
(I) forming a wiring electrically connected to the source region and the gate electrode through the connection hole;
(J) forming a passivation film covering the wiring;
(K) A step of grinding the back surface of the semiconductor substrate so that the semiconductor substrate has a predetermined thickness and then forming a back electrode on the back surface of the semiconductor substrate.
(l)前記エピタキシャル層の表面の前記ソース領域の周囲に、第2導電型の不純物をイオン注入して、素子分離領域を形成する工程をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein, prior to the step (e),
(L) A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising a step of ion-implanting a second conductivity type impurity around the source region on the surface of the epitaxial layer to form an element isolation region.
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---|---|---|---|---|
JP2008288462A (en) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | Toshiba Corp | Semiconductor device and its fabrication process |
US9954072B2 (en) | 2012-10-18 | 2018-04-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Silicon-carbide semiconductor device and manufacturing method thereof |
US10043806B2 (en) | 2015-10-06 | 2018-08-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices and methods of manufacturing the same |
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008288462A (en) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | Toshiba Corp | Semiconductor device and its fabrication process |
JP4564514B2 (en) * | 2007-05-18 | 2010-10-20 | 株式会社東芝 | Semiconductor device |
US7919811B2 (en) | 2007-05-18 | 2011-04-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing same |
US9954072B2 (en) | 2012-10-18 | 2018-04-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Silicon-carbide semiconductor device and manufacturing method thereof |
US10043806B2 (en) | 2015-10-06 | 2018-08-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices and methods of manufacturing the same |
US10411011B2 (en) | 2015-10-06 | 2019-09-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices and methods of manufacturing the same |
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