JP2010141028A - Manufacturing method of 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、トレンチゲート型MOSFETを有する半導体装置の製造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 the manufacture of a semiconductor device having a trench gate type MOSFET.
パワーエレクトロニクス分野においては、装置の小型化に伴い高耐圧半導体装置が多用されるようになってきており、そのため高耐圧半導体装置に対して、より高耐圧化・大電流化が望まれている。高耐圧化のための構造としては、トレンチゲート型MOSFRET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などが挙げられる。 In the field of power electronics, high voltage semiconductor devices are increasingly used with the miniaturization of devices, and accordingly, higher voltage resistance and higher current are desired for high voltage semiconductor devices. Examples of the structure for increasing the breakdown voltage include trench gate type MOSFRET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
トレンチゲート型MOSFETなどパワーMOSFETのゲート電極加工の際のエッチングでは、異方性の強いマイクロ波エッチャーが使用され、エッチングガスとしてCl2ガスおよびO2ガスが使用されるのが一般的である。 In etching for processing the gate electrode of a power MOSFET such as a trench gate type MOSFET, a highly anisotropic microwave etcher is generally used, and Cl 2 gas and O 2 gas are generally used as etching gases.
特開2005−286055号公報(特許文献1)には、ゲート電極形成時のエッチバック工程でSF6+He系のガスを用いたドライエッチングを行う工程を有するトレンチゲート型パワーMOSFETの製造技術が開示されている。 JP-A-2005-286055 (Patent Document 1), manufacturing technology of trench gate type power MOSFET is disclosed having a step of performing dry etching using SF 6 + the He-based gas in the etch-back process when a gate electrode formed Has been.
特開2005−286056号公報(特許文献2)には、ゲート電極形成時のエッチバック工程でSF6+He系のガスを用いたドライエッチングを行う工程を有するトレンチゲート型パワーMOSFETの製造技術が開示されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2005-286056 (Patent Document 2) discloses a technique for manufacturing a trench gate type power MOSFET having a process of performing dry etching using SF 6 + He-based gas in an etch back process when forming a gate electrode. Has been.
特開2007−311547号公報(特許文献3)には、ゲート電極形成時のエッチバック工程でCF4、O2の混合ガスを用いたCDE(Chemical Dry Etching)を行う工程を有するトレンチゲート型パワーMOSFETの製造技術が開示されている。
上記した従来の技術で製造されたトレンチゲート型MOSFETには、Cl2ガスまたはCl2+O2ガスによってゲート材料であるPoly―Si膜をエッチバックしたとき、Poly―Si膜の表面がPoly―Si膜を構成するグレインの影響により凸凹になり、歩留まりの低下や品質の低下の要因になる。この対策として、本発明者らはトレンチゲート型MOSFETのゲート電極をエッチバックするときのドライエッチングに等方性を持たせることを検討した。 In the trench gate type MOSFET manufactured by the above-described conventional technique, when the poly-Si film as a gate material is etched back with Cl 2 gas or Cl 2 + O 2 gas, the surface of the poly-Si film is poly-Si. It becomes uneven due to the influence of the grains constituting the film, which causes a decrease in yield and quality. As a countermeasure against this, the present inventors have examined the isotropic property of dry etching when the gate electrode of the trench gate type MOSFET is etched back.
また、低温の半導体基板をエッチングした場合、フォトレジスト膜の残渣や反応生成物などが加工面に付着し、加工面が凸凹した状態になる。その結果、加工面が凸凹になったゲート電極と、絶縁膜を介して配置された上層の金属配線や他のゲート電極などの導電性膜との間隔が狭まり、それらの導電性膜と、加工面が凸凹になったゲート電極との間の耐圧が下がって歩留まりが低下する問題がある。 Further, when a low-temperature semiconductor substrate is etched, a residue of the photoresist film, a reaction product, or the like adheres to the processed surface, and the processed surface becomes uneven. As a result, the distance between the gate electrode having an uneven surface and the conductive film such as the upper metal wiring or other gate electrode disposed via the insulating film is narrowed. There is a problem that the withstand voltage between the gate electrode having an uneven surface decreases and the yield decreases.
本発明の目的は、トレンチゲート型MOSFETのゲート電極材料であるPoly―Si膜の表面を滑らかに加工し、製品の歩留まりおよび信頼性を向上させることが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 smoothly processing the surface of a Poly-Si film, which is a gate electrode material of a trench gate type MOSFET, and improving the yield and reliability of a product.
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、代表的なものの一実施の形態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 this application, the outline of one embodiment of a representative one will be briefly described as follows.
本発明の一実施の形態による半導体装置の製造方法は、
トレンチゲート型MOSFETを有する半導体装置の製造方法であって、
(a)半導体基板を準備する工程、
(b)前記半導体基板の主面上に縦型の溝を形成する工程、
(c)前記(b)工程の後、前記溝の表面に酸化膜を形成する工程、
(d)前記(c)工程の後、前記溝内を含む前記主面上に、ゲート電極材料であるPoly−Si膜を形成する工程、
(e)前記(d)工程の後、前記Poly−Si膜をドライエッチングでエッチバックし、前記溝内に前記トレンチゲート型MOSFETのゲート電極を形成する工程、
(f)前記半導体基板の主面にソース領域を形成する工程、
(g)前記半導体基板の裏面にドレイン電極を形成する工程、
を含み、
前記(e)工程では、SF6ガスを主体とするガスをエッチングガスとして使用し、さらにエッチング時の前記半導体基板の温度を摂氏5℃以上とするものである。
A manufacturing method of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes:
A method of manufacturing a semiconductor device having a trench gate type MOSFET,
(A) a step of preparing a semiconductor substrate;
(B) forming a vertical groove on the main surface of the semiconductor substrate;
(C) a step of forming an oxide film on the surface of the groove after the step (b);
(D) After the step (c), a step of forming a Poly-Si film as a gate electrode material on the main surface including the inside of the trench;
(E) After the step (d), the Poly-Si film is etched back by dry etching, and a gate electrode of the trench gate type MOSFET is formed in the trench.
(F) forming a source region on the main surface of the semiconductor substrate;
(G) forming a drain electrode on the back surface of the semiconductor substrate;
Including
In the step (e), a gas mainly composed of SF 6 gas is used as an etching gas, and the temperature of the semiconductor substrate during etching is set to 5 ° C. or higher.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態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
ゲート電極材料であるPoly−Si膜をドライエッチングする際、SF6ガスを主体とするガスをエッチングガスとして使用することにより、エッチングの等方性を強め、ゲート電極の表面を滑らかに加工することができる。
The effects obtained by one embodiment of the invention disclosed in this application will be briefly described as follows. When dry etching a poly-Si film as a gate electrode material, SF 6 gas By using a gas mainly composed of as an etching gas, the isotropy of etching can be enhanced and the surface of the gate electrode can be processed smoothly.
また、ゲート電極加工時の半導体基板の温度を5℃とすることで、エッチング残渣が加工表面へ再付着するのを防ぎ、加工表面を滑らかな形状にすることができる。 Further, by setting the temperature of the semiconductor substrate at the time of processing the gate electrode to 5 ° C., it is possible to prevent the etching residue from reattaching to the processing surface and to make the processing surface smooth.
以下の実施の形態においては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 the following embodiments, 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. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の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。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の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。また、実施例等において構成要素等について、「Aからなる」、「Aよりなる」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. In addition, when referring to the constituent elements in the embodiments, etc., “consisting of A” and “consisting of A” do not exclude other elements unless specifically stated that only the elements are included. Needless to say.
同様に、以下の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。 Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、材料等について言及するときは、特にそうでない旨明記したとき、または、原理的または状況的にそうでないときを除き、特定した材料は主要な材料であって、副次的要素、添加物、付加要素等を排除するものではない。たとえば、シリコン部材は特に明示した場合等を除き、純粋なシリコンの場合だけでなく、添加不純物、シリコンを主要な要素とする2元、3元等の合金(たとえばSiGe)等を含むものとする。 In addition, when referring to materials, etc., unless specified otherwise, or in principle or not in principle, the specified material is the main material, and includes secondary elements, additives It does not exclude additional elements. For example, unless otherwise specified, the silicon member includes not only pure silicon but also an additive impurity, a binary or ternary alloy (for example, SiGe) having silicon as a main element.
また、以下の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。 Also, components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted.
また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするために部分的にハッチングを付す場合がある。 In the drawings used in the following embodiments, even a plan view may be partially hatched to make the drawings easy to see.
(実施の形態1)
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。本実施の形態は、トレンチゲート型nチャネルパワーMOSFETの製造方法に適用したものであり、図1〜図12を用いて説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present embodiment is applied to a method for manufacturing a trench gate type n-channel power MOSFET, and will be described with reference to FIGS.
まず、図1に示すように、n型の導電型を有する不純物(たとえばAs(ヒ素))が高濃度でドープされたn+型単結晶シリコン基板(半導体基板)1の主面上に、CVD法によりn−型エピタキシャル層2を堆積し、熱酸化法によりn−型エピタキシャル層2上に酸化膜3を形成する。その後、イオン注入法によりn−型エピタキシャル層2内にp型不純物(例えば、B(ボロン))を注入してから熱拡散を行い、p型不純物拡散層4を形成する。n+型単結晶シリコン基板1は、縦型MOSFETのドレインとなる。
First, as shown in FIG. 1, the impurities (e.g. As (arsenic)) is heavily doped n + type single crystal silicon substrate (semiconductor substrate) 1 on the main surface of n-conductivity type, CVD An n − type
次に、図2に示すように、イオン注入法により、p型不純物拡散層4内にn型の導電型を有する不純物(例えば、P(リン))を高濃度で注入する。この時の注入条件は、例えば、イオンの加速エネルギー40keV、ドーズ量5×1015atoms/cm2、注入角度7°に設定される。その後、熱拡散を行うと、p型不純物拡散層4内にはn+型不純物拡散層5が形成される。n+型不純物拡散層5は、縦型MOSFETのソースとなる。
Next, as shown in FIG. 2, an impurity having an n-type conductivity (for example, P (phosphorus)) is implanted at a high concentration into the p-type
次に、図3に示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、酸化膜3上にマスク材(例えば、窒化シリコン)6を堆積する。さらに、マスク材6上にフォトリソグラフィ技術によりパターニングされたレジストパターン(図示しない)を形成し、レジストパターンをマスクとしてRIE(Reactive Ion Etching)によりマスク材6をエッチングする。この後、レジストパターンは除去する。
Next, as shown in FIG. 3, a mask material (for example, silicon nitride) 6 is deposited on the
続けて、図4に示すように、マスク材6をマスクとして、RIEにより酸化膜3及びn−型エピタキシャル層2をエッチングする。その結果、n−型エピタキシャル層2内には、トレンチ7が形成される。このエッチングは、トレンチ7がp型不純物拡散層4及びn+型不純物拡散層5を突き抜けて、その底部がn−型エピタキシャル層2に達するまで行われる。
Subsequently, as shown in FIG. 4, the
この後、H2雰囲気中において温度約950℃の犠牲酸化を行い、トレンチ7の形成によりn− 型エピタキシャル層2に発生したダメージ(結晶欠陥など)の回復を行う。
Thereafter, sacrificial oxidation is performed at a temperature of about 950 ° C. in an H 2 atmosphere, and damage (crystal defects and the like) generated in the n −
次に、図5に示すように、熱酸化法によりトレンチ7の内側の面上にゲート酸化膜8を形成する。この時、n−型エピタキシャル層2上には酸素原子を透過させないマスク材6が配置されているため、ゲート酸化膜8はトレンチ7の面上にのみ形成される。
Next, as shown in FIG. 5, a
次に、図6に示すように、マスク材6を除去した後、LPCVD(Low Pressure CVD)法により、トレンチ7内及び酸化膜3上に不純物(たとえばAs(ヒ素))を含んだ導電性Poly−Si膜9を堆積する。また、Poly−Si膜9上にレジスト膜を塗布した後、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたレジストパターン10を形成する。
Next, as shown in FIG. 6, after removing the
次に、図7に示すように、n+型単結晶シリコン基板1の温度を5℃とする条件下で、レジストパターン10をマスクとし、SF6を主体とするガスを用いたRIEによりPoly−Si膜9をエッチバックして、トレンチ7内にPoly−Si膜9からなるゲート電極9a、9bを形成した後、レジストパターン10を除去する。
Next, as shown in FIG. 7, the temperature of the n + type single
ここで、一般的にはゲート加工の際のエッチングガスとして主にCl2+O2ガスを用いるが、その場合、図12に示すトレンチゲート型MOSFETのゲート電極9aの表面ように、エッチングがゲート電極材料のPoly−Siのグレイン形状に影響され、加工表面が凸凹になり、歩留まりの低下や品質の低下の要因となる。
Here, in general, Cl 2 + O 2 gas is mainly used as an etching gas at the time of gate processing. In this case, etching is performed on the gate electrode as in the surface of the
本実施の形態では、エッチングガスとしてフッ素系のガスであるSF6を使用することでエッチングの等方性を強め、ゲート電極材料のPoly−Siのグレインの形状に影響を受けず、ゲート電極9aの表面を滑らかに加工することが可能である。その結果、下流工程でのゲート電極9aの表面のPoly−Siの局所的消失を防ぎ、製品の歩留まりおよび信頼性を向上することができる。
In the present embodiment, SF 6 that is a fluorine-based gas is used as an etching gas to enhance the isotropy of etching, and the
また、ゲート電極加工の工程では半導体基板の温度を−40℃等として低い温度で加工を行うことが多いが、半導体基板が低温の状態でエッチングを行なうと、図12に示すように、フォトレジスト膜やPoly−Siの残渣からなる反応生成物20がゲート酸化膜8やゲート電極9bの表面に再付着し、エッチングが均等に進行せずに加工表面が凸凹になる。このとき、ゲート電極9bの側面に付着した反応生成物20によってゲート電極9b上の層間絶縁膜11の厚さが薄くなり、ゲート電極9bと、層間絶縁膜11上に堆積された金属膜15との間の耐圧が低くなり、トレンチゲート型MOSFETの性能が下がり、歩留まりが低下する。
Further, in the gate electrode processing step, the semiconductor substrate is often processed at a low temperature such as −40 ° C. When the semiconductor substrate is etched at a low temperature, a photoresist is formed as shown in FIG. The
本実施の形態では、ゲート電極加工時のn+型単結晶シリコン基板1の温度を5℃とすることで、エッチング残渣が加工表面へ再付着するのを防ぎ、加工表面を滑らかな形状にすることにより、歩留まりおよびトレンチゲート型MOSFETの信頼性を高めることを可能としている。
In this embodiment, by setting the temperature of the n + type single
次に、図8に示すように、CVD法により、酸化膜3上にトレンチ7内のPoly−Si膜9を完全に覆う層間絶縁膜(例えば、酸化シリコン膜)11を堆積し、その上にレジスト膜を塗布した後、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたレジストパターン12を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, an interlayer insulating film (for example, silicon oxide film) 11 that completely covers the Poly-
次に、図9に示すように、レジストパターン12をマスクとして、CDE(Chemical Dry Etching)などの等方性エッチングにより層間絶縁膜11をエッチングする。その結果、層間絶縁膜11には、レジストパターン12の下部まで入り込み、側面が曲面を有するトレンチ13aが形成される。
Next, as shown in FIG. 9, the
続けて、レジストパターン12をマスクとして、RIEによりn−型エピタキシャル層2をエッチングすることによって、n−型エピタキシャル層2内にトレンチ13bを形成する。このエッチングは、トレンチ13bがn+型不純物拡散層5を突き抜けて、その底部がp型不純物拡散層4に達するまで行われる。ただし、トレンチ13bの底部は、n−型エピタキシャル層2に達しないようにすることが必要である。
Subsequently, using the resist
次に、図10に示すように、レジストパターン12をマスクとして、イオン注入法により、n−型エピタキシャル層2内のp型不純物拡散層4内にp型不純物(例えば、BF2)を注入する。この時の注入条件は、例えば、イオンの加速エネルギー35keV、ドーズ量1.0×1015atoms/cm2、注入角度0°に設定される。
Next, as shown in FIG. 10, a p-type impurity (for example, BF 2 ) is implanted into the p-type
ここで、注入角度(n+型単結晶シリコン基板1の表面の鉛直線に対する角度)を0°に設定する理由は、トレンチ13bの側面に露出するn+ 型不純物拡散層5の不純物濃度が薄くなったり、導電型が反転することを防止するためである。
Here, the reason for setting the implantation angle (angle with respect to the vertical line of the surface of the n + type single crystal silicon substrate 1) to 0 ° is that the impurity concentration of the n + type
この後、熱拡散を行いp型不純物拡散層4内にp+型コンタクト層14を形成した後、レジストパターン12を除去する。
Thereafter, thermal diffusion is performed to form a p + -
次に、図11に示すように、LPCVD法により、層間絶縁膜11上に、トレンチ13a、13bを完全に埋め込む金属膜(例えば、アルミニウム)15を堆積する。そして、この金属膜15をパターニングし、縦型MOSFETのソース電極を形成する(図示しない)。また、層間絶縁膜11の一部を除去し、ゲートパッド(図示しない)を露出させる。その後、n+型単結晶シリコン基板1を洗浄した後、n+型単結晶シリコン基板1の裏面にAu(金)からなる金属膜を蒸着する。続いて、その金属膜をウェットエッチングし、裏面電極16を形成することにより、トレンチゲート型MOSFETを完成する。なお、裏面電極16は、トレンチゲート型MOSFETのドレイン電極となる。
Next, as shown in FIG. 11, a metal film (for example, aluminum) 15 that completely fills the
(実施の形態2)
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。本実施の形態は、ダミーゲートを有するトレンチゲート型nチャネルパワーMOSFETの製造方法に適用したものであり、図13〜図23を用いて説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present embodiment is applied to a method of manufacturing a trench gate type n-channel power MOSFET having a dummy gate, and will be described with reference to FIGS.
まず、図13に示すように、n型の導電型を有する不純物(たとえばAs(ヒ素))が高濃度でドープされたn+型単結晶シリコン基板(半導体基板)31の主面上に、CVD法によりn−型エピタキシャル層32を堆積した後、イオン注入法によりn−型エピタキシャル層32内にp型不純物(例えば、B)を注入してから熱拡散を行い、p型不純物拡散層33を形成する。n+型単結晶シリコン基板31は、縦型MOSFETのドレインとなる。
First, as shown in FIG. 13, CVD is performed on the main surface of an n + type single crystal silicon substrate (semiconductor substrate) 31 doped with an n-type impurity (for example, As (arsenic)) at a high concentration. After the n −
次に、図14に示すように、イオン注入法により、p型不純物拡散層33内にn型の導電型を有する不純物(例えば、P)を高濃度で注入する。この時の注入条件は、例えば、イオンの加速エネルギー40keV、ドーズ量5×1015atoms/cm2、注入角度7°に設定される。その後、熱拡散を行うと、p型不純物拡散層33内にはn+型不純物拡散層34が形成される。n+型不純物拡散層34は、縦型MOSFETのソースとなる。
Next, as shown in FIG. 14, an impurity (for example, P) having an n-type conductivity is implanted at a high concentration into the p-type
次に、図15に示すように、CVD法により、p型不純物拡散層33上にマスク材(例えば、窒化シリコン)35を形成する。さらに、マスク材35上にフォトリソグラフィ技術によりパターニングされたレジストパターン(図示しない)を堆積し、レジストパターンをマスクとしてRIEによりマスク材35をエッチングする。この後、レジストパターンは除去する。
Next, as shown in FIG. 15, a mask material (for example, silicon nitride) 35 is formed on the p-type
続けて、図16に示すように、マスク材35をマスクとして、RIEによりn−型エピタキシャル層32をエッチングする。その結果、n−型エピタキシャル層32内には、トレンチ36が形成される。このエッチングは、トレンチ36がp型不純物拡散層33及びn+型不純物拡散層34を突き抜けて、その底部がn−型エピタキシャル層32に達するまで行われる。
Subsequently, as shown in FIG. 16, the n −
この後、H2雰囲気中において温度約950℃の犠牲酸化を行い、トレンチ36の形成によりn− 型エピタキシャル層32に発生したダメージ(結晶欠陥など)の回復を行なった後、マスク材35を除去する。
Thereafter, sacrificial oxidation at a temperature of about 950 ° C. is performed in an H 2 atmosphere to recover damage (such as crystal defects) generated in the n − -
次に、図17に示すように、熱酸化法によりトレンチ36の内側の面上およびp型不純物拡散層33上に酸化膜37を形成する。
Next, as shown in FIG. 17, an
次に、図18に示すように、LPCVD法により、トレンチ36内及び酸化膜37上に不純物(たとえばAs)を含んだ導電性Poly−Si膜38を堆積する。
Next, as shown in FIG. 18, a conductive Poly-
次に、図19に示すように、n+型単結晶シリコン基板31の温度を5℃とする条件下で、SF6を主体とするガスを用いたRIEにより、Poly−Si膜38をトレンチ36の底から1μmの距離までエッチングして後退させ、トレンチ36内にPoly−Si膜38からなるダミーゲート電極39を形成する。その後、熱酸化法により酸化膜37の表面上およびダミーゲート電極39上に酸化膜40を形成する。
Next, as shown in FIG. 19, the Poly-
次に、図20に示すように、LPCVD法により、酸化膜40上に不純物(たとえばAs)を含んだ導電性Poly−Si膜41を堆積する。
Next, as shown in FIG. 20, a conductive Poly-
次に、図21に示すように、n+型単結晶シリコン基板31の温度を5℃とする条件下で、SF6を主体とするガスを用いたRIEによりPoly−Si膜41をエッチバックして、トレンチ36内の酸化膜40上にPoly−Si膜41からなるゲート電極42を形成する。
Next, as shown in FIG. 21, the Poly-
ここで、ゲート電極加工時にCl2+O2ガスを主体とするエッチングガスを使用し、半導体基板の温度を−40℃として加工し、形成されたトレンチゲート型MOSFETの要部を図23に示す。この条件で形成されたゲート電極は、Cl2+O2ガスを主体とするエッチングガスを使用することにより異方性の強いエッチングでゲート電極が加工されるため、ダミーゲート電極39の表面が、ダミーゲート電極材料であるPoly−Siのグレインに影響されて凸凹になる。このため、ダミーゲート電極39上にあるゲート電極42との間の酸化膜40の厚さが均一でなくなり、ダミーゲート電極39とゲート電極42との耐圧が低下する。更に、ゲート電極42の表面のように、エッチングがゲート電極材料のPoly−Siのグレイン形状に影響され、加工表面が凸凹になり、ゲート電極42の表面のPoly−Siの局所的な消失が発生するため、歩留まりの低下や品質の低下の要因となる。
Here, FIG. 23 shows a main part of a trench gate type MOSFET formed by using an etching gas mainly composed of Cl 2 + O 2 gas at the time of processing the gate electrode and processing the temperature of the semiconductor substrate at −40 ° C. Since the gate electrode formed under this condition is processed by etching with strong anisotropy by using an etching gas mainly composed of Cl 2 + O 2 gas, the surface of the
また、半導体基板の温度を−40℃等とし、低い温度でゲート電極加工を行うことにより、フォトレジスト膜やPoly−Siの残渣からなる反応生成物50が酸化膜40やゲート電極42の表面に再付着し、エッチングが均等に進行せずに加工表面が凸凹になる。このとき、酸化膜40およびゲート電極42の上面に付着した反応生成物50によって、ゲート電極42と、層間絶縁膜43上に堆積された金属膜46との間の耐圧が低くなり、トレンチゲート型MOSFETの性能が下がり、歩留まりが低下する。
In addition, by performing the gate electrode processing at a low temperature of −40 ° C. or the like, the
本実施の形態では、実施の形態1と同様に、エッチングガスとしてフッ素系のガスであるSF6を使用することでエッチングの等方性を強め、ゲート電極材料のPoly−Siのグレインの形状に影響を受けず、ダミーゲート電極39およびゲート電極42の表面を滑らかに加工することが可能である。その結果、下流工程でのゲート電極9aの表面のPoly−Siの局所的消失を防ぎ、製品の歩留まりおよび信頼性を向上することができる。
In the present embodiment, as in the first embodiment, by using SF 6 which is a fluorine-based gas as an etching gas, the isotropicity of etching is strengthened, and the shape of a poly-Si grain as a gate electrode material is obtained. The surface of the
また、ゲート電極加工時のn+型単結晶シリコン基板31の温度を5℃とすることで、エッチング残渣が加工表面へ再付着するのを防ぎ、加工表面を滑らかな形状にすることにより、歩留まりおよびトレンチゲート型MOSFETの信頼性を高めることを可能としている。
Further, by setting the temperature of the n + -type single
なお、これ以降の工程は実施の形態1と同様に行なう。すなわち、図22に示すように、酸化膜40上に層間絶縁膜(例えば、酸化シリコン膜)43およびフォトリソグラフィ技術によりパターニングされたレジストパターンを形成後、エッチングによりn−型エピタキシャル層32に達するトレンチ44が形成される。続いて、イオン注入によりp型不純物拡散層33内にp+型コンタクト層45を形成した後、レジストパターンを除去する。その後、LPCVD法により層間絶縁膜43上に金属膜(例えば、アルミニウム)46を堆積し、縦型MOSFETのソース電極、ゲートパッドを形成し、n+型単結晶シリコン基板31の裏面にAu(金)からなる裏面電極47を形成することにより、ダミーゲートを有するトレンチゲート型MOSFETを完成する。なお、このダミーゲートの存在は、MOSFETのON抵抗を低下させる効果がある。
The subsequent steps are performed in the same manner as in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 22, after forming an interlayer insulating film (for example, silicon oxide film) 43 and a resist pattern patterned by photolithography on 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.
本発明の半導体装置の製造方法は、トレンチゲート型MOSFETを有する半導体素子の製造に幅広く利用されるものである。 The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is widely used for manufacturing a semiconductor element having a trench gate type MOSFET.
1 n+型単結晶シリコン基板(半導体基板)
2 n−型エピタキシャル層
3 酸化膜
4 p型不純物拡散層
5 n+型不純物拡散層
6 マスク材
7 トレンチ
8 ゲート酸化膜
9 Poly−Si膜
9a ゲート電極
9b ゲート電極
10 レジストパターン
11 層間絶縁膜
12 レジストパターン
13a、13b トレンチ
14 p+型コンタクト層
15 金属膜
16 裏面電極
20 反応生成物
31 n+型単結晶シリコン基板(半導体基板)
32 n−型エピタキシャル層
33 p型不純物拡散層
34 n+型不純物拡散層
35 マスク材
36 トレンチ
37 酸化膜
38 Poly−Si膜
39 ダミーゲート電極
40 酸化膜
41 Poly−Si膜
42 ゲート電極
43 層間絶縁膜
44 トレンチ
45 p+型コンタクト層
46 金属膜
47 裏面電極
50 反応生成物
1 n + type single crystal silicon substrate (semiconductor substrate)
2 n −
32 n − type epitaxial layer 33 p type impurity diffusion layer 34 n + type
Claims (1)
(a)半導体基板を準備する工程、
(b)前記半導体基板の主面上に縦型の溝を形成する工程、
(c)前記(b)工程の後、前記溝の表面に酸化膜を形成する工程、
(d)前記(c)工程の後、前記溝内を含む前記主面上に、ゲート電極材料であるPoly−Si膜を形成する工程、
(e)前記(d)工程の後、前記Poly−Si膜をドライエッチングでエッチバックし、前記溝内に前記トレンチゲート型MOSFETのゲート電極を形成する工程、
(f)前記半導体基板の主面にソース領域を形成する工程、
(g)前記半導体基板の裏面にドレイン電極を形成する工程、
を含み、
前記(e)工程では、SF6ガスを主体とするガスをエッチングガスとして使用し、さらにエッチング時の前記半導体基板の温度を摂氏5℃以上とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having a trench gate type MOSFET,
(A) a step of preparing a semiconductor substrate;
(B) forming a vertical groove on the main surface of the semiconductor substrate;
(C) a step of forming an oxide film on the surface of the groove after the step (b);
(D) After the step (c), a step of forming a Poly-Si film as a gate electrode material on the main surface including the inside of the trench;
(E) After the step (d), the Poly-Si film is etched back by dry etching, and a gate electrode of the trench gate type MOSFET is formed in the trench.
(F) forming a source region on the main surface of the semiconductor substrate;
(G) forming a drain electrode on the back surface of the semiconductor substrate;
Including
In the step (e), a gas mainly composed of SF 6 gas is used as an etching gas, and the temperature of the semiconductor substrate during etching is set to 5 ° C. or higher.
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2008
- 2008-12-10 JP JP2008314577A patent/JP2010141028A/en active Pending
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