JP2008270606A - Mosfet semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トレンチゲート構造を有するMOSFET型半導体装置及びその製造方法に関し、特に低消費電力で高耐圧の半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a MOSFET type semiconductor device having a trench gate structure and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device with low power consumption and high withstand voltage and a method for manufacturing the same.
トレンチゲート構造を有するパワーMOSFET型半導体装置が、電圧20Vから600Vで電流数Aから100Aの高電圧大電流をスイッチングする半導体装置として開発されている。 2. Description of the Related Art A power MOSFET type semiconductor device having a trench gate structure has been developed as a semiconductor device that switches a high voltage and large current of a current number A to 100A at a voltage of 20V to 600V.
図7は、従来のトレンチゲート構造を有するパワーMOSFET型半導体装置の主要な一例を示す。図7の従来の半導体装置は、ドレイン領域を含むn型半導体基板1とn型半導体基板1上にエピタキシャル成長によって形成されたn-型半導体層2と、n-型半導体層2内に設けられチャネル領域を含むp型半導体領域3と、p型半導体領域3内に設けられソース領域となるn型半導体領域4と、n型半導体領域4及びp型半導体領域3を貫通してn-型半導体層2に達して形成されたトレンチ5内に熱酸化膜からなるゲート酸化膜11を介して設けられたゲート電極12と、ゲート電極12上に絶縁膜13を介して設けられたソース電極14とを有している。また、n型半導体基板1に接続するドレイン電極(図示せず)を有している。
FIG. 7 shows a main example of a power MOSFET type semiconductor device having a conventional trench gate structure. 7 includes an n-
最近、このようなトレンチゲート構造を有するパワーMOSFET型半導体装置について、低消費電力化の要求に伴う低オン抵抗化、高速スイッチング化、及び高信頼性化の要求が増大してきており、それにともなって、高破壊耐量が求められおり、各社共、トレンチゲート構造を有するパワーMOSFET型半導体装置の微細化と構造上の最適化を進めている。 Recently, with respect to power MOSFET type semiconductor devices having such a trench gate structure, there has been an increasing demand for low on-resistance, high-speed switching, and high reliability accompanying the demand for low power consumption. High breakdown resistance is demanded, and each company is proceeding with miniaturization and structural optimization of power MOSFET type semiconductor devices having a trench gate structure.
特許文献1−3は、耐圧を確保しつつオン抵抗を低減することを可能とするトレンチゲート構造を有するパワーMOSFET型半導体装置として、トレンチ溝内でトレンチ下部のトレンチ側壁の絶縁膜が、この絶縁膜と連続して配置されるトレンチ上部のトレンチ側壁のゲート絶縁膜より厚く形成された構造を有するパワーMOSFET型半導体装置を開示する。図8は、このような半導体装置の構造と製造方法の一例を示す。 In Patent Documents 1-3, as a power MOSFET type semiconductor device having a trench gate structure capable of reducing on-resistance while ensuring a withstand voltage, an insulating film on a trench side wall below a trench in the trench groove is insulated. Disclosed is a power MOSFET type semiconductor device having a structure formed thicker than a gate insulating film on a trench sidewall on an upper part of a trench disposed continuously with the film. FIG. 8 shows an example of the structure and manufacturing method of such a semiconductor device.
図8(d)のパワーMOSFET型半導体装置は、図7の従来のパワーMOSFET型半導体装置の主要な一例と同様に、ドレイン領域を含むn型半導体基板1とn型半導体基板1上にエピタキシャル成長によって形成されたn-型半導体層2と、n-型半導体層2に設けられチャネル領域を含むp型半導体領域3と、p型半導体領域3内に設けられソース領域となるn型半導体領域4と、n型半導体領域4及びp型半導体領域3を貫通してn-型半導体層2に達して形成されたトレンチ5を有している。
The power MOSFET type semiconductor device of FIG. 8D is formed by epitaxial growth on the n
図8の半導体装置の製造方法において、トレンチ5内に第1熱酸化膜6を形成した後に、CVD法により厚さ約0.2から0.3μmのTEOS(テトラエチルオルソシリケート(tetraethylorthosilicate))膜7を設ける。TEOS膜7の表面にレジストを塗布し、露光及び現像により、レジスト10の上面がチャネル領域となるp型半導体領域3の下面より下部に位置するようにレジスト10を形成する(図8(a))。レジスト10をマスクとしてTEOS膜7と第1熱酸化膜6をエッチングにより除去する(図8(b))。熱酸化によりゲート酸化膜11を形成する(図8(c))。ゲート電極12と、ゲート電極12上に絶縁膜13を介してソース電極14を形成することにより図8のトレンチゲート構造を有するパワーMOSFET型半導体装置を形成する(図8(d))。
図7に示すような従来のトレンチゲート構造を有するパワーMOSFET型半導体装置においては、全体のオン抵抗の20から80%をエピタキシャル成長によって形成されたn-型半導体層2が占めている。全体のオン抵抗を低減するために、n-型半導体層2の不純物濃度を高くすると、トレンチ底部を含むトレンチ下部の電界強度が増加し、ゲート破壊耐量が低下する。オン抵抗と破壊耐量がトレードオフの関係にあり、この解決がトレンチゲート構造を有するパワーMOSFET型半導体装置の特性向上の課題となっていた。
In the conventional power MOSFET type semiconductor device having a trench gate structure as shown in FIG. 7, 20 to 80% of the entire on-resistance is occupied by the n −
他方、破壊耐量の向上を目的としてトレンチ下部の絶縁膜がトレンチ上部のゲート酸化膜より厚く形成されるトレンチゲート構造を有する図8(d)に示す従来のパワーMOSFET型半導体装置においては、トレンチ下部の絶縁膜を形成するにあたって、レジスト10とレジストに接するTEOS膜7との密着性が不十分なためにエッチング加工を精度よく安定に行うことができないという問題があった。また、トレンチセルの集積密度を上げてオン抵抗を低減するために、セルのピッチを狭めていくと、TEOS膜7の厚さを十分に確保することが困難となり、トレンチ下部の絶縁膜厚さに制限されて破壊耐量を向上することができないという問題があった。
On the other hand, in the conventional power MOSFET type semiconductor device shown in FIG. 8D having a trench gate structure in which the insulating film below the trench is formed thicker than the gate oxide film above the trench for the purpose of improving the breakdown tolerance, In forming the insulating film, there is a problem that the etching process cannot be performed accurately and stably because the adhesion between the
また、トレンチゲート構造を有するパワーMOSFET型半導体装置において、ゲート電極となるポリシリコンは、絶縁膜を介してトレンチ内に設けられ、このポリシリコンを表面引出電極と接続するためには、このポリシリコンをトレンチの上部コーナー部を通って半導体装置表面に引き上げる必要がある。しかし、上部コーナー部は鋭角的な形状を取るにもかかわらず、上部コーナー部の絶縁膜は、25から70nmのゲート酸化膜11と同時に形成される薄い酸化膜のみで形成されており、絶縁耐量が低く、その解決が課題となっていた。
Further, in a power MOSFET type semiconductor device having a trench gate structure, polysilicon serving as a gate electrode is provided in the trench through an insulating film. In order to connect this polysilicon to the surface extraction electrode, this polysilicon is used. Must be pulled up to the surface of the semiconductor device through the upper corner of the trench. However, although the upper corner portion has an acute shape, the insulating film in the upper corner portion is formed of only a thin oxide film formed at the same time as the
本発明は、トレンチ下部の絶縁膜をエッチングにより精度よく安定に形成し、フィールドプレート構造を形成することにより、上記問題点を解消し、オン抵抗の低減と破壊耐量特性をバランスよく向上させることが可能なトレンチゲート構造を有するMOSFET型半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention eliminates the above problems by forming an insulating film under the trench with high accuracy and stability and forming a field plate structure, thereby reducing the on-resistance and improving the breakdown withstand characteristics in a balanced manner. An object of the present invention is to provide a MOSFET type semiconductor device having a possible trench gate structure and a method of manufacturing the same.
また本発明は、表面引出電極と接続するためのゲート電極となるポリシリコンの引き上げ部コーナー部に上記トレンチ下部の絶縁膜を延長して形成することにより、上記問題点を解消し、引き上げ部コーナー部の破壊耐量を向上させたトレンチゲート構造を有するMOSFET型半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。 Further, the present invention eliminates the above problems by extending the insulating film under the trench at the corner of the polysilicon pull-up portion that becomes the gate electrode for connection with the surface lead electrode, thereby raising the corner of the pull-up portion. An object of the present invention is to provide a MOSFET type semiconductor device having a trench gate structure with improved breakdown resistance of the portion and a method for manufacturing the same.
本発明のトレンチゲート構造を有するMOSFET型半導体装置は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板の主面に形成された第1導電型のエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層上に形成された第2導電型の第1半導体領域と、前記第1半導体領域上に形成された第1導電型の第2半導体領域と、前記エピタキシャル層の表面から少なくとも前記第2半導体領域と前記第1半導体領域を貫いて形成されたトレンチと、前記トレンチ内の表面のゲート酸化膜と、ゲート電極となるポリシリコン層とを有し、前記トレンチの内部において、チャネル領域を含む前記第1半導体領域の前記トレンチ内の表面に形成されたゲート酸化膜が、前記トレンチの下部に前記ゲート酸化膜と連続的に配置されて形成されたトレンチ下部絶縁膜より薄い前記MOSFET型半導体装置において、前記トレンチの下部において、前記エピタキシャル層とゲート電極の間に、前記トレンチ下部絶縁膜、ポリシリコン膜、前記ポリシリコン膜を熱酸化して形成した熱酸化膜を有することを特徴とする。 A MOSFET type semiconductor device having a trench gate structure according to the present invention is formed on a first conductive type semiconductor substrate, a first conductive type epitaxial layer formed on a main surface of the semiconductor substrate, and the epitaxial layer. A first conductivity type second semiconductor region; a first conductivity type second semiconductor region formed on the first semiconductor region; and at least the second semiconductor region and the first semiconductor region from a surface of the epitaxial layer A trench formed in the trench, a gate oxide film on the surface in the trench, and a polysilicon layer serving as a gate electrode, and the trench in the first semiconductor region including the channel region inside the trench A gate oxide film formed on the inner surface of the trench lower insulating film formed continuously with the gate oxide film below the trench. In the MOSFET type semiconductor device, the trench lower insulating film, the polysilicon film, and the thermal oxide film formed by thermally oxidizing the polysilicon film are provided between the epitaxial layer and the gate electrode at the lower part of the trench. It is characterized by that.
本発明のトレンチゲート構造を有するMOSFET型半導体装置は、
前記トレンチ内のゲート電極となるポリシリコン層の半導体領域表面上への引き上げ部コーナー部において、前記ゲート酸化膜上に前記トレンチ下部絶縁膜、前記ポリシリコン膜、前記ポリシリコン膜を熱酸化して形成した熱酸化膜を有することを特徴としてもよい。
A MOSFET type semiconductor device having a trench gate structure according to the present invention,
The trench lower insulating film, the polysilicon film, and the polysilicon film are thermally oxidized on the gate oxide film at the corner of the raised portion on the surface of the semiconductor region of the polysilicon layer that becomes the gate electrode in the trench. It may be characterized by having a thermal oxide film formed.
本発明のトレンチゲート構造を有するMOSFET型半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体基板の表面に形成された第1導電型のエピタキシャル層表面に第2導電型の第1半導体領域を形成し、前記第1半導体領域表面に第1導電型の第2半導体領域を形成する工程と、前記第2半導体領域及び前記第1半導体領域を貫き前記第1半導体領域の下部に存在するエピタキシャル層に達するトレンチを形成する工程と、前記トレンチ内を含む半導体領域表面に第1熱酸化膜を形成する工程と、前記第1熱酸化膜の上に、絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上に、ポリシリコン膜を形成する工程と、前記トレンチ内に、少なくともチャネルとなる前記第1半導体領域の下面より下部に位置する前記ポリシリコン膜を被覆するようにレジストを形成する工程と、前記レジストをマスクとして前記ポリシリコン膜をエッチングし、前記絶縁膜を露出する工程と、前記ポリシリコン膜をマスクとして前記絶縁膜と前記第1熱酸化膜をエッチングし、前記第1半導体領域及び前記第2半導体領域を露出する工程と、前記レジスト除去後に、熱酸化により、チャネルとなる前記第1半導体領域の前記トレンチ内の表面にゲート酸化膜、及び前記ポリシリコン膜の表面に第2熱酸化膜を同時に形成する工程と、前記トレンチ内にゲート電極となるポリシリコン層を形成する工程とを有し、前記トレンチの下部において、前記エピタキシャル層と前記ゲート電極となるポリシリコン層の間に、前記第1熱酸化膜、前記絶縁膜、前記ポリシリコン膜、前記第2熱酸化膜が形成されていることを特徴とする。 According to the method of manufacturing a MOSFET type semiconductor device having a trench gate structure of the present invention, the second conductive type first semiconductor region is formed on the surface of the first conductive type epitaxial layer formed on the surface of the first conductive type semiconductor substrate. Forming a second semiconductor region of the first conductivity type on the surface of the first semiconductor region, and forming an epitaxial layer that penetrates the second semiconductor region and the first semiconductor region and exists below the first semiconductor region. A step of forming a trench reaching, a step of forming a first thermal oxide film on a surface of the semiconductor region including the inside of the trench, a step of forming an insulating film on the first thermal oxide film, Forming a polysilicon film; and at least registering the polysilicon film in the trench so as to cover at least the lower surface of the first semiconductor region serving as a channel. Etching the polysilicon film using the resist as a mask, exposing the insulating film, etching the insulating film and the first thermal oxide film using the polysilicon film as a mask, A step of exposing the first semiconductor region and the second semiconductor region, and after removing the resist, a gate oxide film and a polysilicon film are formed on the surface in the trench of the first semiconductor region to be a channel by thermal oxidation Forming a second thermal oxide film on the surface of the trench simultaneously and forming a polysilicon layer serving as a gate electrode in the trench, and forming the epitaxial layer and the gate electrode below the trench. The first thermal oxide film, the insulating film, the polysilicon film, and the second thermal oxide film are formed between the polysilicon layers. And butterflies.
本発明のトレンチゲート構造を有するMOSFET型半導体装置の製造方法は、前記トレンチ内のゲート電極となるポリシリコン層の半導体領域表面上への引き上げ部コーナー部において、前記ポリシリコン膜を被覆するように前記レジストを形成し、前記ポリシリコン膜、前記絶縁膜及び前記第1熱酸化膜を残し、前記ポリシリコン膜の表面に第2熱酸化膜を形成した後、前記第2熱酸化膜上に前記ゲート電極となるポリシリコン層の半導体表面への引き上げ部を形成することを特徴としてもよい。 In the method of manufacturing a MOSFET type semiconductor device having a trench gate structure according to the present invention, the polysilicon film is covered at the corner portion of the polysilicon layer that becomes the gate electrode in the trench on the surface of the semiconductor region. After forming the resist, leaving the polysilicon film, the insulating film, and the first thermal oxide film, forming a second thermal oxide film on the surface of the polysilicon film, and then forming the second thermal oxide film on the second thermal oxide film. A portion for pulling up the polysilicon layer serving as the gate electrode to the semiconductor surface may be formed.
本発明によると、トレンチ内の厚膜絶縁膜(例えば、熱酸化膜とTEOS膜)のエッチングをTEOS膜との密着性が良いポリシリコン膜をマスクとして行うため、エッチング精度が向上し、制御性良く、信頼性に優れた半導体装置とその製造方法を提供することができるという利点がある。 According to the present invention, the etching of the thick insulating film in the trench (for example, the thermal oxide film and the TEOS film) is performed using the polysilicon film having good adhesion to the TEOS film as a mask, so that the etching accuracy is improved and the controllability is improved. There is an advantage that it is possible to provide a semiconductor device with good reliability and a manufacturing method thereof.
本発明によると、ゲート電極とトレンチ底部の半導体領域の間で、絶縁膜でポリシリコン膜を挟み、ゲート電極とマスク用ポリシリコン膜及び半導体領域との容量結合により所謂多重フィールドプレート構造を形成するためトレンチ下部で大きな電界緩和効果が得られという利点がある。 According to the present invention, the polysilicon film is sandwiched between the gate electrode and the semiconductor region at the bottom of the trench, and a so-called multiple field plate structure is formed by capacitive coupling between the gate electrode, the mask polysilicon film, and the semiconductor region. Therefore, there is an advantage that a large electric field relaxation effect can be obtained at the lower part of the trench.
また、本発明によると、所謂多重フィールドプレート構造を採用することにより、オン抵抗の低減と破壊耐量特性の向上を協調して達成することが可能となるので、オン抵抗が低く低消費電力で高耐圧、高信頼性の半導体装置とその製造方法を提供することができるという利点がある。 In addition, according to the present invention, by adopting a so-called multiple field plate structure, it is possible to achieve a reduction in on-resistance and an improvement in breakdown resistance characteristics, so that on-resistance is low and low power consumption is high. There is an advantage that a semiconductor device having a high withstand voltage and high reliability and a manufacturing method thereof can be provided.
また、所謂多重フィールドプレート構造を採用することにより、トレンチ下部の絶縁膜を薄くできるので、集積度を向上することが可能となり、オン抵抗を下げて半導体装置を小型化することができるという利点がある。 Further, by adopting a so-called multiple field plate structure, the insulating film under the trench can be made thin, so that the degree of integration can be improved, and the semiconductor device can be downsized by reducing the on-resistance. is there.
また、ゲート電極用ポリシリコンのセル部から半導体表面上の引上げ部の上部のコーナー部において、所謂多重フィールドプレート構造を製造する工程の中で特別な工程を追加することなく、ゲート電極用ポリシリコンの下にトレンチ下部の厚膜絶縁膜を延長して形成することができるので、引上げ部コーナー部での電界を緩和することができ、半導体装置の破壊耐量の向上が図ることができるという利点がある。 In addition, the gate electrode polysilicon can be formed without adding a special process in the process of manufacturing a so-called multiple field plate structure from the cell part of the polysilicon for the gate electrode to the upper corner of the pulling part on the semiconductor surface. Since the thick insulating film under the trench can be formed under the trench, the electric field at the corner of the pulling portion can be relaxed, and the breakdown resistance of the semiconductor device can be improved. is there.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the same component and description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明の実施形態に係る半導体装置を示す断面図であり、図2、図3及び図4は、本発明の実施形態に係る図1の半導体装置の製造方法を説明する説明図である。図5は、本発明の実施形態に係る半導体装置を上から見た状態を示す概略平面図であり、断面A−Aにより図1の本発明の実施形態に係る半導体装置の断面を示す。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2, 3 and 4 are explanatory diagrams for explaining a method of manufacturing the semiconductor device of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention. It is. FIG. 5 is a schematic plan view showing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention as viewed from above, and shows a cross section of the semiconductor device according to the embodiment of FIG.
図1を参照して、本発明の実施形態に係る半導体装置について説明する。本発明の実施形態に係る半導体装置は、ドレイン領域を含むn型半導体基板1とn型半導体基板1上にエピタキシャル成長によって形成されたn-型半導体層2と、n-型半導体層2内にイオン注入により形成され、チャネル領域を含むp型半導体領域3(第1半導体領域に相当)と、p型半導体領域3内にイオン注入により形成され、ソース領域となるn型半導体領域4(第2半導体領域に相当)とを有する。本発明に係る半導体装置は、n型半導体領域4及びp型半導体領域3を貫通してp型半導体領域3の下部にあるn-型半導体層2に達するトレンチ5を有している。
A semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The semiconductor device according to the embodiment of the present invention includes an n-
トレンチ5の上部であってチャネルを構成するp型半導体領域3の側壁には、熱酸化により形成されるゲート酸化膜11を有している。トレンチ5の下部には、ゲート酸化膜11と連続して配置されるトレンチ下部絶縁膜15を有している。ゲート酸化膜11とこのトレンチ下部絶縁膜15を相対的に比較すると、トレンチ下部絶縁膜15はゲート酸化膜11より厚く形成されている。
A
このトレンチ下部絶縁膜15は、n-型半導体層2の上に形成される第1熱酸化膜6と、この第1熱酸化膜6の上にCVD法により形成されるTEOS膜7から構成される。ここで、以下の本発明の半導体装置の製造方法において記載するように、TEOS膜7に代えて本発明に適する他の種類の絶縁膜を使用してもよい。
The trench lower insulating film 15 includes a first
本発明に係る半導体装置は、トレンチ5の内部でゲート酸化膜11と第2熱酸化膜16の上に不純物をドープしたポリシリコンにより形成されるゲート電極12を有し、ゲート電極12の上に絶縁物13を介してソース電極14を有している。
The semiconductor device according to the present invention has a
本発明に係る半導体装置のトレンチ下部において、n-型半導体層2の上に、トレンチ下部絶縁膜15、ポリシリコン膜8、ポリシリコン膜8の表面に形成された第2熱酸化膜16、ゲート電極12が順次積層されている。これにより、ゲート電極12とトレンチ下部のn-型半導体層2の間で、絶縁膜でポリシリコン膜8を挟み、ゲート電極12とポリシリコン膜8及びn-型半導体層2との容量結合により所謂多重フィールドプレート構造を形成するためトレンチ下部で大きな電界緩和効果が得られる。
Under the trench of the semiconductor device according to the present invention, on the n −
次に、本発明に係る図1の半導体装置の製造方法の実施形態について図2〜図4に沿って説明する。まず、n型半導体基板1上にエピタキシャル成長によって形成されたn-型半導体層2内に、イオン注入によりチャネル領域となるp型半導体領域3を形成し、p型半導体領域3内にソース領域となるn型半導体領域4を形成する(図2(a))。ここで、n型半導体基板1とn-型半導体層2内でp型半導体領域3とn型半導体領域4が形成されていない領域がドレイン領域を構成する。
Next, an embodiment of the method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 1 according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, a p-
次に、エッチングによりソース領域となるn型半導体領域4とチャネル領域となるp型半導体領域3を貫いてドレイン領域となるn-型半導体層2に達する深さ2から4μmのトレンチ5を形成する(図2(b))。
Next, a
次に、約950℃の水蒸気雰囲気で半導体領域全表面に25から70nmの第1熱酸化膜6を形成する(図2(c))。
Next, a first
次に、第1熱酸化膜6の全表面にCVD法で厚さ約0.2から0.3μmのTEOS膜7を形成する。この第1熱酸化膜6とTEOS膜7はトレンチ下部の厚い酸化膜を構成する。本発明において、TEOS膜7の膜厚を第1熱酸化膜6の膜厚の3から10倍となるように形成するのが好ましい。本発明の実施形態ではTEOS膜を使用する形態を例として説明するが、TEOS膜に限らずシランガスを用いて形成したNSG(Non Doped Silicate Glass)膜を使用してもよく、本発明に適するものであれば他の種類の絶縁膜を使用してもよい(図2(d))。
Next, a
次に、TEOS膜7の全表面にCVD法で厚さ50から200nmのポリシリコン膜8を形成する(図3(a))。
Next, a
次に、ポリシリコン膜8の表面にレジストを塗布し、露光及び現像によりトレンチ5内にレジスト10を形成する。この時、露光量を調節することにより、レジスト10の上面がp型半導体領域3の下面より下部に位置するようにレジスト10を形成する(図3(b))。
Next, a resist is applied to the surface of the
次に、レジスト10をマスクとしてポリシリコン膜8を等方性ドライエッチング法でエッチングする。(図3(c))
Next, the
次に、このエッチングされたポリシリコン膜8をマスクとして第1熱酸化膜6及びTEOS膜7をフッ酸系のエッチング液でウエットエッチングする。ポリシリコン膜8とTEOS膜7の密着性がレジスト10とTEOS膜7の密着性より優れているので、レジスト10をマスクとして使用する場合よりも、安定したエッチング加工が可能となりTEOS膜7を精度よくエッチング加工することができる(図3(d))。
Next, using the etched
次に、トレンチ5内のレジスト10を除去する。そして、約950℃の水蒸気雰囲気で熱酸化を行い、トレンチ5の側壁に25から70nmのゲート酸化膜11を形成する。この時、ポリシリコン膜8の表面も熱酸化され、ポリシリコン膜8の表面にゲート酸化膜11と連続して第2熱酸化膜16を形成する。このポリシリコン膜8の表面の第2熱酸化膜16を厚さ50から200nmに形成することが好ましい(図4(a))。
Next, the resist 10 in the
次に、全面にゲート電極となるポリシリコンを成長する。この際、このポリシリコンは、リンドープのポリシリコンとして形成するか又はノンドープのポリシリコンに不純物としてリンをドープして形成する(図4(b))。 Next, polysilicon to be a gate electrode is grown on the entire surface. At this time, this polysilicon is formed as phosphorus-doped polysilicon or by doping phosphorus as an impurity into non-doped polysilicon (FIG. 4B).
次に、エッチング時間を制御してポリシリコン端面がシリコン表面の下部に位置するようにポリシリコンをエッチバックして、ゲート電極12を形成する(図4(c))。 Next, the etching time is controlled to etch back the polysilicon so that the polysilicon end face is located below the silicon surface, thereby forming the gate electrode 12 (FIG. 4C).
次に、ゲート電極12上に絶縁膜13を形成する(図4(d))。
Next, an insulating
次に、絶縁膜13を介してソース電極14を形成することにより図1の本発明に係る半導体装置を形成する。
Next, the
本発明に係る製造方法により製造された半導体装置のトレンチ下部において、n-型半導体層2の上に、第1熱酸化膜6、TEOS膜7、ポリシリコン膜8、第2熱酸化膜16、ゲート電極12が順次積層されて形成されている。これにより、ゲート電極12とトレンチ底部のn-型半導体層2の間で、絶縁膜でポリシリコン膜を挟み、ゲート電極12とポリシリコン膜8及びn-型半導体層2との容量結合により所謂多重フィールドプレート構造を形成するためトレンチ下部で大きな電界緩和効果が得られる。
A first
以上説明したように、本発明によりオン抵抗の低減と破壊耐量特性の向上を協調して達成することが可能となり、オン抵抗が低く低消費電力で信頼性に優れた半導体装置とその製造方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, a reduction in on-resistance and an improvement in breakdown resistance characteristics can be achieved in a coordinated manner, and a semiconductor device having low on-resistance, low power consumption and excellent reliability, and a method for manufacturing the same. Can be provided.
本発明の実施形態に係る半導体装置のゲート電極12を半導体表面引出電極と接続するため、引き上げ部コーナー部を以下に説明する構造としてもよく、この引き上げ部コーナー部の構造と製造方法を説明する。
In order to connect the
図5は、本発明の実施形態に係る半導体装置を上から見た状態を示す概略平面図であり、図6は、図5の断面B−Bにより示される本発明の実施形態に係る半導体装置のゲート電極12の半導体表面上への引き上げ部コーナー部の製造方法を説明する説明図である。
FIG. 5 is a schematic plan view showing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention as viewed from above, and FIG. 6 is a semiconductor device according to the embodiment of the present invention shown by a cross section BB in FIG. It is explanatory drawing explaining the manufacturing method of the raising part corner part on the semiconductor surface of the
図6(d)は、本発明に係るゲート電極12の半導体表面上への引き上げ部を示す断面図である。ゲート電極12の半導体表面上への引き上げ部の下に、トレンチセルのトレンチ下部と同じくトレンチ下部絶縁膜15(第1熱酸化膜6とTEOS膜7)、ポリシリコン膜8、ポリシリコン膜8を熱酸化することによりゲート酸化膜11と同時に形成される第2熱酸化膜16が形成されている。ゲート電極12の下にトレンチ下部絶縁膜15が形成されているので、ゲート電極用のポリシリコンの半導体表面上への引き上げ部コーナー部の絶縁耐量を向上することができる。
FIG. 6D is a cross-sectional view showing a portion where the
次に、図6を参照して、ゲート電極用ポリシリコンの半導体表面上への引き上げ部コーナー部の製造方法を説明する。トランジスタセルの最外周に設けられる引き上げ部コーナー部を内側にあるセル部より広く形成する。第1熱酸化膜6、TEOS膜7、ポリシリコン膜8を順次積層した上に、フォトマスクによりコーナー部にレジストが残存するようにレジスト10を形成する(図6(a))。なおこの工程は、図3(b)の工程と同時に行われる。
Next, with reference to FIG. 6, the manufacturing method of the raising part corner part on the semiconductor surface of the polysilicon for gate electrodes is demonstrated. A pull-up portion corner provided on the outermost periphery of the transistor cell is formed wider than the cell portion on the inside. The first
レジスト10を除去した後、トレンチセルでポリシリコン膜8を熱酸化することによりゲート酸化膜11と同時に第2熱酸化膜16を形成するのと同じ工程(図4(a)に相当)で、コーナー部においてもポリシリコン膜8を熱酸化し、厚膜絶縁膜15、ポリシリコン膜8、第2熱酸化膜16の積層構造を形成する(図6(b))。
After removing the resist 10, in the same process (corresponding to FIG. 4A) as forming the second
フォトマスク工程を経て、ゲート電極用のポリシリコンの形成と同時に、ゲート電極の半導体表面上の引き上げ部コーナー部を形成する(図6(c))。 Through the photomask process, simultaneously with the formation of polysilicon for the gate electrode, a raised corner portion on the semiconductor surface of the gate electrode is formed (FIG. 6C).
セルのソースとゲートのコンタクト形成と合わせて、ゲート電極用のポリシリコンを覆う絶縁膜13にコンタクトホール17を形成し、コンタクトホール17を介してゲート電極12とアルミニウム電極(図示せず)を接続し、ゲート電極12の半導体表面上への引き上げ部コーナー部と外部との接続を行う(図6(d))。
Along with the cell source and gate contact formation, a
本発明の多重フィールドプレート構造を形成する製造工程で、ゲート電極12の下にトレンチ下部絶縁膜15、ポリシリコン膜8、第2熱酸化膜16の積層構造を形成する。このように半導体装置の製造工程に特別の工程を追加することなくゲート電極12の下にトレンチ下部絶縁膜15を形成するので、簡易な方法でゲート電極の半導体表面上への引き上げ部コーナー部の絶縁耐量を向上することができる。
In the manufacturing process for forming the multi-field plate structure of the present invention, a laminated structure of the trench lower insulating film 15, the
以上、本発明をn型半導体基板により構成する実施形態について説明したが、p型半導体基板を使用して上記説明のn型要素とp型要素を相互に入れ換えて構成しても本発明を実施することが可能である。 Although the embodiment in which the present invention is configured by an n-type semiconductor substrate has been described above, the present invention can be implemented even if the n-type element and the p-type element described above are interchanged using a p-type semiconductor substrate. Is possible.
1:n型半導体基板、2:n-型半導体層、3:p型半導体領域、4:n型半導体領域、5:トレンチ、6:第1熱酸化膜、7:TEOS膜、8:ポリシリコン膜、9:p+拡散領域、10:レジスト、11:ゲート酸化膜、12:ゲート電極、13:絶縁膜、14:ソース電極、15:トレンチ下部絶縁膜、16:第2熱酸化膜、17:コンタクトホール 1: n-type semiconductor substrate, 2: n − type semiconductor layer, 3: p-type semiconductor region, 4: n-type semiconductor region, 5: trench, 6: first thermal oxide film, 7: TEOS film, 8: polysilicon Film: 9: p + diffusion region, 10: resist, 11: gate oxide film, 12: gate electrode, 13: insulating film, 14: source electrode, 15: trench lower insulating film, 16: second thermal oxide film, 17 : Contact hole
Claims (4)
第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の主面に形成された第1導電型のエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層上に形成された第2導電型の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域上に形成された第1導電型の第2半導体領域と、
前記エピタキシャル層の表面から少なくとも前記第2半導体領域と前記第1半導体領域を貫いて形成されたトレンチと、前記トレンチ内の表面のゲート酸化膜と、ゲート電極となるポリシリコン層とを有し、
前記トレンチの内部において、チャネル領域を含む前記第1半導体領域の前記トレンチ内の表面に形成されたゲート酸化膜が、前記トレンチの下部に前記ゲート酸化膜と連続的に配置されて形成されたトレンチ下部絶縁膜より薄い前記MOSFET型半導体装置において、
前記トレンチの下部において、前記エピタキシャル層とゲート電極の間に、前記トレンチ下部絶縁膜、ポリシリコン膜、前記ポリシリコン膜を熱酸化して形成した熱酸化膜を有することを特徴とするトレンチゲート構造を有するMOSFET型半導体装置。 A MOSFET type semiconductor device having a trench gate structure,
A first conductivity type semiconductor substrate;
An epitaxial layer of a first conductivity type formed on the main surface of the semiconductor substrate;
A first semiconductor region of a second conductivity type formed on the epitaxial layer;
A second semiconductor region of a first conductivity type formed on the first semiconductor region;
A trench formed through at least the second semiconductor region and the first semiconductor region from the surface of the epitaxial layer, a gate oxide film on the surface in the trench, and a polysilicon layer serving as a gate electrode,
A trench in which a gate oxide film formed on a surface of the first semiconductor region including a channel region inside the trench is continuously disposed with the gate oxide film below the trench. In the MOSFET type semiconductor device thinner than the lower insulating film,
A trench gate structure having a trench lower insulating film, a polysilicon film, and a thermal oxide film formed by thermally oxidizing the polysilicon film between the epitaxial layer and the gate electrode at the lower part of the trench MOSFET type semiconductor device having
第1導電型の半導体基板の表面に形成された第1導電型のエピタキシャル層表面に第2導電型の第1半導体領域を形成し、前記第1半導体領域表面に第1導電型の第2半導体領域を形成する工程と、
前記第2半導体領域及び前記第1半導体領域を貫き前記第1半導体領域の下部に存在するエピタキシャル層に達するトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内を含む半導体領域表面に第1熱酸化膜を形成する工程と、
前記第1熱酸化膜の上に、絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上に、ポリシリコン膜を形成する工程と、
前記トレンチ内に、少なくともチャネルとなる前記第1半導体領域の下面より下部に位置する前記ポリシリコン膜を被覆するようにレジストを形成する工程と、
前記レジストをマスクとして前記ポリシリコン膜をエッチングし、前記絶縁膜を露出する工程と、
前記ポリシリコン膜をマスクとして前記絶縁膜と前記第1熱酸化膜をエッチングし、前記第1半導体領域及び前記第2半導体領域を露出する工程と、
前記レジスト除去後に、熱酸化により、チャネルとなる前記第1半導体領域の前記トレンチ内の表面にゲート酸化膜、及び前記ポリシリコン膜の表面に第2熱酸化膜を同時に形成する工程と、
前記トレンチ内にゲート電極となるポリシリコン層を形成する工程とを有し、
前記トレンチの下部において、前記エピタキシャル層と前記ゲート電極となるポリシリコン層の間に、前記第1熱酸化膜、前記絶縁膜、前記ポリシリコン膜、前記第2熱酸化膜が形成されていることを特徴とするトレンチゲート構造を有するMOSFET型半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a MOSFET type semiconductor device having a trench gate structure,
A second conductivity type first semiconductor region is formed on the surface of the first conductivity type epitaxial layer formed on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate, and the first conductivity type second semiconductor is formed on the surface of the first semiconductor region. Forming a region;
Forming a trench that penetrates the second semiconductor region and the first semiconductor region and reaches an epitaxial layer that exists under the first semiconductor region;
Forming a first thermal oxide film on the surface of the semiconductor region including the inside of the trench;
Forming an insulating film on the first thermal oxide film;
Forming a polysilicon film on the insulating film;
Forming a resist in the trench so as to cover at least the polysilicon film located below the lower surface of the first semiconductor region serving as a channel;
Etching the polysilicon film using the resist as a mask to expose the insulating film;
Etching the insulating film and the first thermal oxide film using the polysilicon film as a mask to expose the first semiconductor region and the second semiconductor region;
Forming a gate oxide film on the surface of the trench in the first semiconductor region to be a channel and a second thermal oxide film on the surface of the polysilicon film by thermal oxidation after removing the resist;
Forming a polysilicon layer to be a gate electrode in the trench,
The first thermal oxide film, the insulating film, the polysilicon film, and the second thermal oxide film are formed below the trench between the epitaxial layer and the polysilicon layer that becomes the gate electrode. A method of manufacturing a MOSFET type semiconductor device having a trench gate structure.
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