JP2011082411A - Method of manufacturing semiconductor element - Google Patents

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Naruto Honda
成人 本田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor element that can improve the yield. <P>SOLUTION: The method of manufacturing a semiconductor element includes the steps of forming a first insulation film on a semiconductor substrate; forming a plurality of stepped portions by an etching portion of the first insulation film, forming a conductive layer on the first insulation film, in such a manner as to cover the stepped portions; and etching a portion of the conductive layer that covers the step portions. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体素子の製造方法に関し、特に、所定の工程において、半導体基板上の絶縁膜等の構造で段差が生じる半導体素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor element, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor element in which a step is generated in a structure such as an insulating film on a semiconductor substrate in a predetermined process.

近年、電力用半導体素子を応用した機器が、大形化、大容量化する傾向がある。これに伴って、大電流特性及び高ブレークダウン電圧特性を有する電力用半導体素子の必要性が高まっている。特に、電力用半導体素子を用いた回路において、ある電力用半導体素子がオン状態からオフ状態になるときに、オフ状態になった電力用半導体素子やそれとは別の電力用半導体素子のpn接合に、高い逆方向電圧が印加されることがある。このような場合にも、それら電力用半導体素子のpn接合において、ブレークダウンが生じない高ブレークダウン電圧特性が要求されている(例えば、特許文献1)。   In recent years, devices using power semiconductor elements tend to be larger and larger in capacity. Accordingly, there is an increasing need for power semiconductor devices having large current characteristics and high breakdown voltage characteristics. In particular, in a circuit using a power semiconductor element, when a certain power semiconductor element changes from an on state to an off state, the power semiconductor element that is in the off state or a pn junction of another power semiconductor element. A high reverse voltage may be applied. Even in such a case, a high breakdown voltage characteristic that does not cause breakdown is required in the pn junction of these power semiconductor elements (for example, Patent Document 1).

半導体素子のブレークダウン電圧はpn接合の空乏領域により決定される。これは、pn接合に印加された電圧の大部分が空乏領域に印加されるからである。また、このブレークダウン電圧は、空乏領域の曲率の影響を受ける。   The breakdown voltage of the semiconductor element is determined by the depletion region of the pn junction. This is because most of the voltage applied to the pn junction is applied to the depletion region. Further, this breakdown voltage is affected by the curvature of the depletion region.

このため、プレーナ接合においては、空乏領域の曲率が平坦部よりも大きくなるエッジ部に電界が集中し、エッジ部からアバランシェブレークダウンが発生しやすい。従って、プレーナ接合において、空乏領域全体のブレークダウン電圧は、エッジ部におけるブレークダウン電圧で決定される。   For this reason, in the planar junction, the electric field concentrates on the edge portion where the curvature of the depletion region is larger than that of the flat portion, and avalanche breakdown is likely to occur from the edge portion. Accordingly, in the planar junction, the breakdown voltage of the entire depletion region is determined by the breakdown voltage at the edge portion.

そこで、プレーナ接合における空乏領域のブレークダウン電圧を増加させる手法として、エッジ部にフィールドプレートを形成し、エッジ部における空乏領域の曲率を改善する方法が知られている(例えば、非特許文献1)。この方法は、フィールドプレートに電圧を印加することにより、半導体基板の表面電位を変化させて空乏層の曲率を制御する方法である。   Therefore, as a method for increasing the breakdown voltage of the depletion region in the planar junction, a method of improving the curvature of the depletion region at the edge by forming a field plate at the edge is known (for example, Non-Patent Document 1). . In this method, the curvature of the depletion layer is controlled by changing the surface potential of the semiconductor substrate by applying a voltage to the field plate.

この方法では、フィールドプレートは半導体基板上に設けられた絶縁膜の上面に形成される。そして、ブレークダウン電圧を増加させるためには、この絶縁膜の膜厚を厚くすることが必要である。ところが、膜厚を厚くすると、半導体基板の上面と絶縁膜の上面との間の段差が大きくなる。   In this method, the field plate is formed on the upper surface of an insulating film provided on the semiconductor substrate. In order to increase the breakdown voltage, it is necessary to increase the thickness of the insulating film. However, when the film thickness is increased, a step between the upper surface of the semiconductor substrate and the upper surface of the insulating film is increased.

特開平10−335631号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-335631

「パワーセミコンダクタデバイス」、1966年、B.J.Baliga著、p.100〜102“Power Semiconductor Devices”, 1966, by B.J.Baliga, p. 100-102

そして、絶縁膜の上面にフィールドプレートを形成するときには、まず、導電膜を絶縁膜の上面に成膜する。このとき、絶縁膜の側面にも導電膜は成膜される。上述のように、半導体基板の上面と絶縁膜の上面との間の段差が大きくなる場合、絶縁膜の側面に成膜された導電膜においては、半導体基板の上面と垂直な方向の厚みが大きくなる。   When forming a field plate on the upper surface of the insulating film, first, a conductive film is formed on the upper surface of the insulating film. At this time, the conductive film is also formed on the side surface of the insulating film. As described above, when the step between the upper surface of the semiconductor substrate and the upper surface of the insulating film becomes large, the conductive film formed on the side surface of the insulating film has a large thickness in the direction perpendicular to the upper surface of the semiconductor substrate. Become.

このため、ドライエッチング等によって不要な導電膜を除去し、導電膜を絶縁膜の上面に残してフィールドプレートにするときに、絶縁膜の側面の導電膜を完全に除去しきれないことがある。この場合、導電膜の残渣が絶縁膜の側面に発生する。   For this reason, when the unnecessary conductive film is removed by dry etching or the like and the conductive film is left on the upper surface of the insulating film to form a field plate, the conductive film on the side surface of the insulating film may not be completely removed. In this case, a residue of the conductive film is generated on the side surface of the insulating film.

この結果、導電膜の残渣が残った状態で、フィールドプレートを形成した後の工程が実行されることになる。そして、フィールドプレートを形成した後の工程において、導電膜の残渣が剥がれ、半導体基板に再付着することになる。この結果、電力用半導体素子の歩留まりが低下する。   As a result, the process after the field plate is formed is performed with the conductive film residue remaining. In the process after the field plate is formed, the conductive film residue is peeled off and reattached to the semiconductor substrate. As a result, the yield of power semiconductor elements decreases.

また、上述のように、フィールドプレートを形成する際に、半導体基板の上面と絶縁膜の上面との間の段差が大きくなった場合に、フィールドプレート用の導電膜とは異なる導電膜を絶縁膜上に成膜することもある。この場合にも、導電膜の残渣が絶縁膜の側面に発生する。そして、導電膜の残渣が後の工程で剥がれ、半導体基板に再付着する。この結果、電力用半導体素子の歩留まりが低下する。   In addition, as described above, when the field plate is formed, if the step between the upper surface of the semiconductor substrate and the upper surface of the insulating film becomes large, a conductive film different from the conductive film for the field plate is used as the insulating film. A film may be formed on top. Also in this case, a residue of the conductive film is generated on the side surface of the insulating film. Then, the residue of the conductive film is peeled off in a later process and reattached to the semiconductor substrate. As a result, the yield of power semiconductor elements decreases.

本発明は、この問題を解決するためになされ、歩留まりを向上できる半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of improving the yield.

第1の発明に係る半導体素子の製造方法は、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜の一部をエッチングして複数段の段部を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上に前記段部を覆うように導電層を形成する工程と、前記導電層の前記段部を覆う部分をエッチングする工程と、を備えることを特徴とするものである。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first insulating film on a semiconductor substrate; and forming a plurality of steps by etching a part of the first insulating film. And a step of forming a conductive layer on the first insulating film so as to cover the stepped portion, and a step of etching a portion of the conductive layer covering the stepped portion. is there.

本発明により、半導体素子の歩留まりを向上できる。   According to the present invention, the yield of semiconductor elements can be improved.

実施の形態1に係る電力用半導体素子の要部を示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view showing a main part of a power semiconductor element according to a first embodiment. 実施の形態1に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the first embodiment. 第1の比較例に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the principal part of the manufacturing method of the power semiconductor element which concerns on a 1st comparative example. 第1の比較例に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the principal part of the manufacturing method of the power semiconductor element which concerns on a 1st comparative example. 第1の比較例に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the principal part of the manufacturing method of the power semiconductor element which concerns on a 1st comparative example. 第1の変形例に係る電力用半導体素子の要部を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the principal part of the power semiconductor element which concerns on a 1st modification. 第2の変形例に係る電力用半導体素子の要部を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the principal part of the semiconductor element for electric power which concerns on a 2nd modification. 実施の形態2に係る電力用半導体素子の要部を示す縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a main part of a power semiconductor element according to a second embodiment. 実施の形態2に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating the main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating the main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating the main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating the main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating the main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating the main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating the main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating the main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating the main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating the main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating the main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating the main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating the main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the second embodiment. 第2の比較例に係る電力用半導体素子の製造方法を要部を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the principal part for the manufacturing method of the power semiconductor element which concerns on a 2nd comparative example. 第2の比較例に係る電力用半導体素子の製造方法を要部を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the principal part for the manufacturing method of the power semiconductor element which concerns on a 2nd comparative example. 第2の比較例に係る電力用半導体素子の製造方法を要部を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the principal part for the manufacturing method of the power semiconductor element which concerns on a 2nd comparative example.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る電力用半導体素子の要部を示す縦断面図である。電力用半導体素子10は還流ダイオードである。n型の半導体基板12の上面側には、p型の不純物領域14が形成されている。半導体基板の上面12aにおいては、絶縁膜16が不純物領域の端部14bの位置から半導体基板の側面12bにまで形成されている。絶縁膜の上面16aにはフィールドプレート20が形成されている。そして、絶縁膜16には複数段の段部18が形成されている。また、不純物領域の上面14aには、Al−Si電極20が形成されている。半導体基板12の下面側には、n型の半導体層22が形成されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main part of the power semiconductor element according to the first embodiment. The power semiconductor element 10 is a freewheeling diode. A p + -type impurity region 14 is formed on the upper surface side of the n-type semiconductor substrate 12. On the upper surface 12a of the semiconductor substrate, an insulating film 16 is formed from the position of the end 14b of the impurity region to the side surface 12b of the semiconductor substrate. A field plate 20 is formed on the upper surface 16a of the insulating film. A plurality of steps 18 are formed in the insulating film 16. An Al—Si electrode 20 is formed on the upper surface 14a of the impurity region. An n + type semiconductor layer 22 is formed on the lower surface side of the semiconductor substrate 12.

還流ダイオードである電力用半導体素子10は、IGBTやMOSFET等のトランジスタとともに同一の回路内で用いられる。課題で説明したように、IGBTやMOSFET等のトランジスタがオン状態からオフ状態になるときには、この電力用半導体素子10における不純物領域14と半導体基板12のpn接合には高い逆方向電圧が印加され、ブレークダウンが生じる恐れがある。これを防止するため、電力用半導体素子10では、不純物領域の端部14bの近くに集中した電界をフィールドプレート20によって緩和する。   The power semiconductor element 10 which is a freewheeling diode is used in the same circuit together with transistors such as IGBTs and MOSFETs. As described in the problem, when a transistor such as an IGBT or MOSFET is turned off from an on state, a high reverse voltage is applied to the pn junction between the impurity region 14 and the semiconductor substrate 12 in the power semiconductor element 10, Breakdown may occur. In order to prevent this, in the power semiconductor element 10, the electric field concentrated near the end 14 b of the impurity region is relaxed by the field plate 20.

以下、実施の形態1に係る電力用半導体素子10の製造方法の要部を説明する。図2〜図13は、実施の形態1に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。   Hereinafter, the main part of the manufacturing method of the power semiconductor device 10 according to the first embodiment will be described. 2 to 13 are process cross-sectional views illustrating the main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the first embodiment.

まず、図2に示すように、n型の半導体基板12にp型の不純物を拡散してp型の不純物領域14を形成する。 First, as shown in FIG. 2, p + -type impurity regions 14 are formed by diffusing p-type impurities in an n-type semiconductor substrate 12.

次に、図3に示すように、半導体基板の上面12aに絶縁膜(第1の絶縁膜)16を成膜する。次に、図4に示すように、写真製版によって絶縁膜16上にレジストパタン26を形成する。次に、図5に示すように、ドライエッチング等によって絶縁膜16の一部を除去し、不純物領域の端部14bの位置から半導体基板の側面12bにまで絶縁膜16を残す。不純物領域14の一部は、絶縁膜16から露出する。また、半導体基板の上面12aと絶縁膜の上面16aとの間に段差24が生じる。   Next, as shown in FIG. 3, an insulating film (first insulating film) 16 is formed on the upper surface 12a of the semiconductor substrate. Next, as shown in FIG. 4, a resist pattern 26 is formed on the insulating film 16 by photolithography. Next, as shown in FIG. 5, a part of the insulating film 16 is removed by dry etching or the like, and the insulating film 16 is left from the position of the end portion 14b of the impurity region to the side surface 12b of the semiconductor substrate. A part of the impurity region 14 is exposed from the insulating film 16. Further, a step 24 is formed between the upper surface 12a of the semiconductor substrate and the upper surface 16a of the insulating film.

次に、図6に示すように、写真製版によって、絶縁膜の上面16aにおいて段差24側の所定領域以外にレジストパタン26を形成する。次に、図7に示すように、ドライエッチング等によって、レジストパタン26が無い部分の絶縁膜16を所定の厚さになるまでエッチングする。次に、図8に示すように、絶縁膜の上面16aにおいて段差24側の所定領域以外にレジストパタン26を再度形成し、レジストパタン26が無い部分の絶縁膜16を所定の厚さになるまでエッチングする。次に、図9に示すように、残ったレジストを除去する。これにより、絶縁膜16において、段差24が生じた箇所に複数段の段部18を形成する。   Next, as shown in FIG. 6, a resist pattern 26 is formed on the upper surface 16a of the insulating film other than a predetermined region on the step 24 side by photolithography. Next, as shown in FIG. 7, the insulating film 16 where there is no resist pattern 26 is etched to a predetermined thickness by dry etching or the like. Next, as shown in FIG. 8, the resist pattern 26 is formed again in a region other than the predetermined region on the step 24 side on the upper surface 16a of the insulating film, and the insulating film 16 where the resist pattern 26 does not exist is formed to a predetermined thickness. Etch. Next, as shown in FIG. 9, the remaining resist is removed. Thereby, a plurality of step portions 18 are formed in the insulating film 16 where the step 24 is generated.

次に、図10に示すように、絶縁膜16上に複数段の段部18を覆うようにドープトポリシリコン膜(導電層)28を形成する。次に、図11に示すように、ドープトポリシリコン膜28上において、絶縁膜の上面16aの上の部分に、写真製版によってレジストパタン26を形成する。次に、図12に示すように、ドライエッチング等によって、ドープトポリシリコン膜28における上述した複数段の段部18を覆う部分を除去し、図13に示すように、レジストパタン26を除去する。これにより、ドープトポリシリコン膜28を絶縁膜の上面16aに残してフィールドプレート10とする。以上のように、電力用半導体素子は製造される。   Next, as shown in FIG. 10, a doped polysilicon film (conductive layer) 28 is formed on the insulating film 16 so as to cover the plurality of steps 18. Next, as shown in FIG. 11, a resist pattern 26 is formed on the doped polysilicon film 28 on the upper surface 16a of the insulating film by photolithography. Next, as shown in FIG. 12, the portion covering the plurality of steps 18 in the doped polysilicon film 28 is removed by dry etching or the like, and the resist pattern 26 is removed as shown in FIG. . Thus, the doped polysilicon film 28 is left on the upper surface 16a of the insulating film to form the field plate 10. As described above, the power semiconductor element is manufactured.

ここで、以上の実施の形態1に係る製造方法を、第1の比較例に係る電力用半導体素子の製造方法と比較して、実施の形態1の効果を説明する。図14〜図16は、第1の比較例に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。   Here, the effect of the first embodiment will be described by comparing the manufacturing method according to the first embodiment with the method for manufacturing the power semiconductor element according to the first comparative example. 14-16 is process sectional drawing which shows the principal part of the manufacturing method of the power semiconductor device which concerns on a 1st comparative example.

第1の比較例では、図14に示すように、絶縁膜16に複数段の段部18を形成することなく、絶縁膜16上にドープトポリシリコン膜28を形成する。次に、図15に示すように、ドープトポリシリコン膜28上にレジストパタン26を形成する。次に、図16に示すように、ドライエッチング等によってドープトポリシリコン膜28の一部を除去しフィールドプレート10を形成する。   In the first comparative example, as shown in FIG. 14, a doped polysilicon film 28 is formed on the insulating film 16 without forming a plurality of steps 18 in the insulating film 16. Next, as shown in FIG. 15, a resist pattern 26 is formed on the doped polysilicon film 28. Next, as shown in FIG. 16, a part of the doped polysilicon film 28 is removed by dry etching or the like to form the field plate 10.

絶縁膜16に複数段の段部18を形成しないため、絶縁膜の側面16bに形成されたドープトポリシリコン膜28において、半導体基板の上面12aと垂直な方向の厚みが大きくなる。従って、絶縁膜の側面16bのドープトポリシリコン膜28を完全に除去しきれず、残渣30が残る。   Since a plurality of steps 18 are not formed in the insulating film 16, the doped polysilicon film 28 formed on the side surface 16b of the insulating film has a thickness in a direction perpendicular to the upper surface 12a of the semiconductor substrate. Therefore, the doped polysilicon film 28 on the side surface 16b of the insulating film cannot be completely removed, and the residue 30 remains.

一方、実施の形態1に係る製造方法では、絶縁膜16に複数段の段部18を形成した上で、ドープトポリシリコン膜28を成膜する。これにより、図11に示すように、絶縁膜の側面16bに形成されたドープトポリシリコン膜28において、半導体基板の上面12aと垂直な方向の厚みは、第1の比較例と比較して小さくなる。   On the other hand, in the manufacturing method according to the first embodiment, a doped polysilicon film 28 is formed after a plurality of steps 18 are formed in the insulating film 16. Thus, as shown in FIG. 11, in the doped polysilicon film 28 formed on the side surface 16b of the insulating film, the thickness in the direction perpendicular to the upper surface 12a of the semiconductor substrate is smaller than that of the first comparative example. Become.

従って、絶縁膜の側面16bのドープトポリシリコン膜28を完全に除去できる。このため、残渣30が発生することがなくなり、電力用半導体素子の歩留まりを向上できる。   Therefore, the doped polysilicon film 28 on the side surface 16b of the insulating film can be completely removed. For this reason, the residue 30 is not generated, and the yield of the power semiconductor element can be improved.

なお、図13に示す絶縁膜の厚さtを1.5μm以上にすると、複数段の段部18を形成しない場合において、ドープトポリシリコン膜28の残渣30が発生し易くなる。このため、上述の効果は得やすい。これは、以下の実施の形態でも同様である。   If the thickness t of the insulating film shown in FIG. 13 is set to 1.5 μm or more, the residue 30 of the doped polysilicon film 28 is likely to occur when the plurality of steps 18 are not formed. For this reason, the above-mentioned effect is easy to obtain. The same applies to the following embodiments.

また、図13に示す複数段の段部の各段の幅wに対する、図13に示す当該各段の高さhの比を1.0以下にすると、残渣30の発生を抑制する効果は大きくなる。一方、当該比を0.1以下にするとその効果は飽和する。更に、当該比が小さくなると、フィールドプレート10の効果が得られない図13に示した終端領域32が広くなる。例えば、該各段の高さhが2μmで当該比が1.0の場合には当該各段の幅wは2μmであるが、該各段の高さhが2μmで当該比が0.01の場合には当該各段の幅wは200μmとなり、終端領域32は広くなる。従って、当該比をを0.1〜1.0にすれば、残渣30の発生を効果的に抑制しつつ終端領域32が広くなるのを抑制できる。これは、以下の実施の形態でも同様である。   Further, when the ratio of the height h of each step shown in FIG. 13 to the width w of each step of the plurality of steps shown in FIG. 13 is 1.0 or less, the effect of suppressing the generation of the residue 30 is large. Become. On the other hand, when the ratio is 0.1 or less, the effect is saturated. Further, when the ratio is reduced, the termination region 32 shown in FIG. 13 where the effect of the field plate 10 cannot be obtained becomes wider. For example, when the height h of each step is 2 μm and the ratio is 1.0, the width w of each step is 2 μm, but the height h of each step is 2 μm and the ratio is 0.01. In this case, the width w of each stage is 200 μm, and the termination region 32 is widened. Therefore, if the ratio is set to 0.1 to 1.0, it is possible to prevent the termination region 32 from being widened while effectively suppressing the generation of the residue 30. The same applies to the following embodiments.

そして、半導体基板の上面12aと絶縁膜の側面16bとの角度αを60度以下にすると、この絶縁膜の側面16bに形成されたドープトポリシリコン膜28においては、半導体基板の上面12aと垂直な方向の厚みがより小さくなる。このため、残渣30の発生を効果的に抑制できる。これは、以下の実施の形態でも同様である。   When the angle α between the upper surface 12a of the semiconductor substrate and the side surface 16b of the insulating film is 60 degrees or less, the doped polysilicon film 28 formed on the side surface 16b of the insulating film is perpendicular to the upper surface 12a of the semiconductor substrate. The thickness in a certain direction becomes smaller. For this reason, generation | occurrence | production of the residue 30 can be suppressed effectively. The same applies to the following embodiments.

更に、実施の形態1において、半導体基板12は、シリコン基板、SiC基板、及びダイヤモンド基板のいずれでも構わない。いずれであっても、上述した効果を得られる。これは、以下の実施の形態でも同様である。   Furthermore, in the first embodiment, the semiconductor substrate 12 may be any of a silicon substrate, a SiC substrate, and a diamond substrate. In any case, the effects described above can be obtained. The same applies to the following embodiments.

また、実施の形態1では、半導体基板の上面12aと絶縁膜の上面16aとの間に段差が生じる場合に、絶縁膜16に複数段の段部18を形成しているが、半導体基板12と半導体基板12と同じ材質の部材との間に段差が生じた場合にも、同様に複数段の段部18を形成することにより、同様の効果が得られる。   Further, in the first embodiment, when a step is generated between the upper surface 12a of the semiconductor substrate and the upper surface 16a of the insulating film, a plurality of steps 18 are formed in the insulating film 16. Even when a step is generated between the semiconductor substrate 12 and a member made of the same material, the same effect can be obtained by forming the plurality of step portions 18 in the same manner.

以下に、実施の形態1の変形例について説明する。
実施の形態1に係る電力用半導体素子は還流ダイオードであったが、実施の形態1に係る電力用半導体素子の製造方法は、還流ダイオード以外の電力用半導体素子にも適用できる。
Below, the modification of Embodiment 1 is demonstrated.
Although the power semiconductor device according to the first embodiment is a free-wheeling diode, the method for manufacturing a power semiconductor device according to the first embodiment can be applied to power semiconductor devices other than the free-wheeling diode.

図17は、第1の変形例に係る電力用半導体素子の要部を示す縦断面図である。第1の変形例に係る電力用半導体素子10は、IGBT(絶縁ゲ−トバイポ−ラトランジスタ)である。p型のコレクタ層40上に、n型のバッファ層42、及びn型のエピタキシャル層44が、順番に形成されている。エピタキシャル層44の上面側には、pベース領域46が形成されている。pベース領域46の上面からエピタキシャル層44の内部まで形成された溝に、ポリシリコンゲート48が形成されている。pベース領域46の上面側において、ポリシリコンゲート48の周りには、ゲート酸化膜50を介して、n型のエミッタ領域52が形成されている。 FIG. 17 is a longitudinal sectional view showing a main part of the power semiconductor device according to the first modification. The power semiconductor element 10 according to the first modification is an IGBT (insulated gate bipolar transistor). On the p + type collector layer 40, an n + type buffer layer 42 and an n type epitaxial layer 44 are sequentially formed. A p base region 46 is formed on the upper surface side of the epitaxial layer 44. A polysilicon gate 48 is formed in a groove formed from the upper surface of the p base region 46 to the inside of the epitaxial layer 44. On the upper surface side of the p base region 46, an n + -type emitter region 52 is formed around the polysilicon gate 48 via a gate oxide film 50.

更に、エピタキシャル層44上においては、pベース領域の端部46bの位置からエピタキシャル層の側面44bにまで、絶縁膜16が形成されている。絶縁膜16には、実施の形態1と同様に、複数段の段部18が設けられている。そして、絶縁膜の上面16aには、フィールドプレート20が形成されている。   Further, on the epitaxial layer 44, the insulating film 16 is formed from the position of the end portion 46b of the p base region to the side surface 44b of the epitaxial layer. As in the first embodiment, the insulating film 16 is provided with a plurality of steps 18. A field plate 20 is formed on the upper surface 16a of the insulating film.

第1の変形例に係る電力用半導体素子を製造する場合にも、実施の形態1に係る製造方法を適用して、絶縁膜16に複数段の段部18を形成できる。これにより、フィールドプレート20用の導電層の残渣が発生するのを抑制し、電力用半導体素子の歩留まりを向上できる。   Even when the power semiconductor device according to the first modification is manufactured, the manufacturing method according to the first embodiment can be applied to form the multi-stepped portion 18 in the insulating film 16. Thereby, generation | occurrence | production of the residue of the conductive layer for field plates 20 can be suppressed, and the yield of the power semiconductor element can be improved.

図18は、第2の変形例に係る電力用半導体素子の要部を示す縦断面図である。第2の変形例に係る電力用半導体素子10はMOSFETである。n型の半導体基板54上に、n型のエピタキシャル層56が形成されている。エピタキシャル層56の上面側には、pベース領域58が形成されている。pベース領域58の上面からエピタキシャル層56の内部まで形成された溝に、ポリシリコンゲート60が形成されている。pベース領域46の上面側において、ポリシリコンゲート60の周りには、ゲート酸化膜62を介して、n型のソース領域64が形成されている。 FIG. 18 is a longitudinal sectional view showing a main part of a power semiconductor device according to a second modification. The power semiconductor element 10 according to the second modification is a MOSFET. An n type epitaxial layer 56 is formed on the n + type semiconductor substrate 54. A p base region 58 is formed on the upper surface side of the epitaxial layer 56. A polysilicon gate 60 is formed in a groove formed from the upper surface of the p base region 58 to the inside of the epitaxial layer 56. On the upper surface side of the p base region 46, an n + type source region 64 is formed around the polysilicon gate 60 via a gate oxide film 62.

更に、エピタキシャル層52上においては、pベース領域の端部58bの位置からエピタキシャル層の側面56bにまで、絶縁膜16が形成されている。絶縁膜16には、実施の形態1と同様に、複数段の段部18が設けられている。そして、絶縁膜の上面16aには、フィールドプレート20が形成されている。   Furthermore, on the epitaxial layer 52, the insulating film 16 is formed from the position of the end portion 58b of the p base region to the side surface 56b of the epitaxial layer. As in the first embodiment, the insulating film 16 is provided with a plurality of steps 18. A field plate 20 is formed on the upper surface 16a of the insulating film.

第2の変形例に係る電力用半導体素子を製造する場合にも、実施の形態1に係る製造方法を適用して、絶縁膜16に複数段の段部18を形成できる。これにより、フィールドプレート20用の導電層の残渣が発生するのを抑制し、電力用半導体素子の歩留まりを向上できる。   Even when the power semiconductor device according to the second modification is manufactured, the manufacturing method according to the first embodiment can be applied to form the multi-stepped portion 18 in the insulating film 16. Thereby, generation | occurrence | production of the residue of the conductive layer for the field plate 20 can be suppressed, and the yield of the power semiconductor element can be improved.

実施の形態2.
図19は、実施の形態2に係る電力用半導体素子の要部を示す縦断面図である。電力用半導体素子10は、IGBT(絶縁ゲ−トバイポ−ラトランジスタ)である。n型の半導体基板12の上面側にはpベース領域46が形成され、pベース領域46にはn型のエミッタ領域52が形成されている。半導体基板12上には、第1の絶縁膜70及び第2の絶縁膜72が形成されている。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 19 is a longitudinal sectional view showing a main part of the power semiconductor device according to the second embodiment. The power semiconductor element 10 is an IGBT (insulated gate bipolar transistor). A p base region 46 is formed on the upper surface side of the n type semiconductor substrate 12, and an n + type emitter region 52 is formed in the p base region 46. A first insulating film 70 and a second insulating film 72 are formed on the semiconductor substrate 12.

そして、第1の絶縁膜の上面70aには、フィールドプレート(図示せず)が形成される。ブレークダウン電圧を増加させるために、第1の絶縁膜70は厚く形成されている。また、第1の絶縁膜70には複数段の段部18が形成されている。更に、第2の絶縁膜72には、エミッタ領域52に達するコンタクトホール74が形成されている。コンタクトホール74の内部には、タングステンプラグ76が形成されている。タングステンプラグ76上にはAl−Si電極78が形成されている。   A field plate (not shown) is formed on the upper surface 70a of the first insulating film. In order to increase the breakdown voltage, the first insulating film 70 is formed thick. In addition, a plurality of steps 18 are formed in the first insulating film 70. Further, a contact hole 74 reaching the emitter region 52 is formed in the second insulating film 72. Inside the contact hole 74, a tungsten plug 76 is formed. An Al—Si electrode 78 is formed on the tungsten plug 76.

以下、実施の形態2に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を説明する。図20〜図31は、実施の形態2に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を示す工程断面図である。   Hereinafter, the main part of the manufacturing method of the power semiconductor device according to the second embodiment will be described. 20 to 31 are process cross-sectional views illustrating the main parts of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the second embodiment.

まず、図20に示すように、半導体基板12上に第1の絶縁膜70を成膜する。なお、半導体基板12の上面側にはpベース領域46が形成され、pベース領域46にはn型のエミッタ領域52が形成されている。 First, as shown in FIG. 20, a first insulating film 70 is formed on the semiconductor substrate 12. A p base region 46 is formed on the upper surface side of the semiconductor substrate 12, and an n + -type emitter region 52 is formed in the p base region 46.

次に、図21に示すように、写真製版によってレジストパタン26を形成後に、ドライエッチング等によって第1の絶縁膜70の一部を除去する。エミッタ領域52は露出する。また、半導体基板の上面12aと第1の絶縁膜の上面70aとの間に段差24が生じる。   Next, as shown in FIG. 21, after forming the resist pattern 26 by photolithography, a part of the first insulating film 70 is removed by dry etching or the like. The emitter region 52 is exposed. Further, a step 24 is formed between the upper surface 12a of the semiconductor substrate and the upper surface 70a of the first insulating film.

次に、図22に示すように、写真製版によって、第1の絶縁膜の上面70aにおいて、エミッタ領域52側の所定領域以外にレジストパタン26を形成する。次に、図23に示すように、ドライエッチング等によって、レジストパタン26が無い部分の第1の絶縁膜70を所定の厚さになるまでエッチングする。次に、図24に示すように、第1の絶縁膜の上面70aにおいて、エミッタ領域52側の所定領域以外にレジストパタン26を再度形成し、レジストパタン26が無い部分の第1の絶縁膜70を所定の厚さになるまでエッチングする。これにより、図25に示すように、第1の絶縁膜70において、段差24が生じた箇所に複数段の段部18を形成する。   Next, as shown in FIG. 22, a resist pattern 26 is formed on the upper surface 70a of the first insulating film other than a predetermined region on the emitter region 52 side by photolithography. Next, as shown in FIG. 23, the portion of the first insulating film 70 where the resist pattern 26 is absent is etched by dry etching or the like until a predetermined thickness is reached. Next, as shown in FIG. 24, on the upper surface 70a of the first insulating film, the resist pattern 26 is formed again in a region other than the predetermined region on the emitter region 52 side, and the portion of the first insulating film 70 where the resist pattern 26 is not present. Is etched to a predetermined thickness. Thereby, as shown in FIG. 25, in the first insulating film 70, a plurality of step portions 18 are formed at the place where the step 24 is generated.

次に、図26に示すように、半導体基板12上に第2の絶縁膜72を形成する。次に、図27に示すように、第2の絶縁膜72上に写真製版によってレジストパタン26を形成し、ドライエッチング等によって第2の絶縁膜72の一部を除去する。これにより、図28に示すように、半導体基板12のエミッタ領域52に達するコンタクトホール74を形成する   Next, as shown in FIG. 26, a second insulating film 72 is formed on the semiconductor substrate 12. Next, as shown in FIG. 27, a resist pattern 26 is formed on the second insulating film 72 by photolithography, and a part of the second insulating film 72 is removed by dry etching or the like. As a result, as shown in FIG. 28, a contact hole 74 reaching the emitter region 52 of the semiconductor substrate 12 is formed.

次に、図29に示すように、第1の絶縁膜70及び第2の絶縁膜72上に、コンタクトホール74の内壁を覆うようにTi/TiN等のバリアメタル80を成膜する。次に、図30に示すように、バリアメタル80上に、タングステン膜(導電層)82をCVD法により成膜する。この時には、複数段の段部18を覆うようにタングステン膜82を成膜し、更に、コンタクトホール74の内部が埋まるようにタングステン膜82を成膜する。   Next, as shown in FIG. 29, a barrier metal 80 such as Ti / TiN is formed on the first insulating film 70 and the second insulating film 72 so as to cover the inner wall of the contact hole 74. Next, as shown in FIG. 30, a tungsten film (conductive layer) 82 is formed on the barrier metal 80 by a CVD method. At this time, the tungsten film 82 is formed so as to cover the plurality of steps 18, and further, the tungsten film 82 is formed so as to fill the inside of the contact hole 74.

次に、図31に示すように、タングステン膜82をエッチバッグして、タングステン膜82における上述した複数段の段部18を覆う部分を除去する。これにより、タングステン膜82をコンタクトホール74の内部に残し、タングステンプラグ76を形成する。次に、図32に示すように、タングステンプラグ76上にAl−Si電極78を形成し、不要なバリアメタル80を除去する。   Next, as shown in FIG. 31, the tungsten film 82 is etched back to remove a portion of the tungsten film 82 that covers the above-described plurality of steps 18. As a result, the tungsten film 82 is left inside the contact hole 74 and a tungsten plug 76 is formed. Next, as shown in FIG. 32, an Al—Si electrode 78 is formed on the tungsten plug 76, and the unnecessary barrier metal 80 is removed.

ここで、第2の比較例に係る電力用半導体素子の製造方法の要部を説明する。図33〜図35は、第2の比較例に係る電力用半導体素子の製造方法を要部を示す工程断面図である。   Here, the main part of the manufacturing method of the power semiconductor device according to the second comparative example will be described. 33 to 35 are process cross-sectional views illustrating the main part of the method for manufacturing the power semiconductor device according to the second comparative example.

第2の比較例に係る製造方法では、図33に示すように、第1の絶縁膜70に複数段の段部18を形成することなく、タングステン膜82をCVD法により成膜する。次に、図34に示すように、タングステン膜82をエッチバッグしてタングステンプラグ76を形成する。次に、図35に示すように、Al−Si電極78を形成し、不要なバリアメタル80を除去する。   In the manufacturing method according to the second comparative example, as shown in FIG. 33, the tungsten film 82 is formed by the CVD method without forming the plurality of steps 18 in the first insulating film 70. Next, as shown in FIG. 34, the tungsten film 82 is etched and a tungsten plug 76 is formed. Next, as shown in FIG. 35, an Al—Si electrode 78 is formed, and unnecessary barrier metal 80 is removed.

第2の比較例では、第1の絶縁膜70に複数段の段部18を形成しない。このため、第1の絶縁膜の側面70bに成膜されたタングステン膜82においては、半導体基板の上面12aと垂直な方向の厚みが大きくなる。従って、タングステン膜82をエッチバッグするときに、第1の絶縁膜の側面70bのタングステン膜82を完全に除去しきれず、残渣30が残る。   In the second comparative example, the plurality of steps 18 are not formed in the first insulating film 70. For this reason, in the tungsten film 82 formed on the side surface 70b of the first insulating film, the thickness in the direction perpendicular to the upper surface 12a of the semiconductor substrate increases. Therefore, when etching the tungsten film 82, the tungsten film 82 on the side surface 70b of the first insulating film cannot be completely removed, and the residue 30 remains.

一方、実施の形態2に係る製造方法では、絶縁膜16に複数段の段部18を形成した上で、タングステン膜82を成膜する。これにより、図30に示すように、第1の絶縁膜の側面70bに形成されたタングステン膜82においては、半導体基板の上面12aと垂直な方向の厚みが、第2の比較例と比較して小さくなる。   On the other hand, in the manufacturing method according to the second embodiment, the tungsten film 82 is formed after the plurality of steps 18 are formed in the insulating film 16. Thus, as shown in FIG. 30, the tungsten film 82 formed on the side surface 70b of the first insulating film has a thickness in a direction perpendicular to the upper surface 12a of the semiconductor substrate as compared with the second comparative example. Get smaller.

従って、第1の絶縁膜の側面70bのタングステン膜82を完全に除去できる。このため、残渣30が発生することがなくなり、電力用半導体素子の歩留まりを向上できる。   Therefore, the tungsten film 82 on the side surface 70b of the first insulating film can be completely removed. For this reason, the residue 30 is not generated, and the yield of the power semiconductor element can be improved.

また、実施の形態2では、タングステン膜82は上述のようにCVD法で成膜される。このため、タングステン膜82は、他の方法で成膜された導電層と比較して、その残渣30が発生し易く剥がれやすい。このため、実施の形態2では、CVD法以外の方法で導電層を成膜する場合と比較して、半導体素子の歩留まりを効率的に向上できる。   In the second embodiment, the tungsten film 82 is formed by the CVD method as described above. For this reason, the tungsten film 82 is more likely to generate the residue 30 and more easily peeled off than a conductive layer formed by another method. For this reason, in Embodiment 2, the yield of the semiconductor element can be efficiently improved as compared with the case where the conductive layer is formed by a method other than the CVD method.

10 電力用半導体素子
12 半導体基板
14 不純物領域
16 絶縁膜
18 複数段の段部
28 ドープトポリシリコン膜(導電層)
30 残渣
70 第1の絶縁膜
72 第2の絶縁膜
74 コンタクトホール
82 タングステン膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power semiconductor element 12 Semiconductor substrate 14 Impurity region 16 Insulating film 18 Multi-stage step 28 Doped polysilicon film (conductive layer)
30 Residue 70 First insulating film 72 Second insulating film 74 Contact hole 82 Tungsten film

Claims (7)

半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜の一部をエッチングして複数段の段部を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上に前記段部を覆うように導電層を形成する工程と、
前記導電層の前記段部を覆う部分をエッチングする工程と、
を備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。
Forming a first insulating film on the semiconductor substrate;
Etching a part of the first insulating film to form a plurality of steps;
Forming a conductive layer on the first insulating film so as to cover the stepped portion;
Etching a portion covering the step of the conductive layer;
The manufacturing method of the semiconductor element characterized by the above-mentioned.
前記半導体基板は、第1導電型の半導体基板であり、
前記第1の絶縁膜を形成する前に、前記半導体基板に第2導電型の不純物を拡散して不純物領域を形成する工程を更に備え、
前記第1の絶縁膜を形成する時に、前記不純物領域の一部が露出するように、前記不純物領域の端部上に、前記第1の絶縁膜を形成し、
前記導電層をエッチングする時に、前記導電層を前記第1の絶縁膜上に残してフィールドプレートとすることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
The semiconductor substrate is a first conductivity type semiconductor substrate;
A step of diffusing impurities of a second conductivity type in the semiconductor substrate to form an impurity region before forming the first insulating film;
Forming the first insulating film on an end portion of the impurity region so that a part of the impurity region is exposed when forming the first insulating film;
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein when the conductive layer is etched, the conductive layer is left on the first insulating film to form a field plate.
前記段部を形成した後に、前記半導体基板上に第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記導電層を形成する前に、前記第2の絶縁膜をエッチングして前記半導体基板に達するコンタクトホールを形成する工程と、
を更に備え、
前記導電層を形成する時に、前記導電層を前記コンタクトホールの内部に形成し、
前記導電層をエッチングする時に、前記導電層を前記コンタクトホールの内部に残すことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
Forming a second insulating film on the semiconductor substrate after forming the step; and
Etching the second insulating film to form a contact hole reaching the semiconductor substrate before forming the conductive layer;
Further comprising
When forming the conductive layer, the conductive layer is formed inside the contact hole;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive layer is left inside the contact hole when the conductive layer is etched.
前記導電層を形成する時に、前記導電層をタングステンから構成し、CVD法によって形成することを特徴とする請求項3に記載の半導体素子の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor element according to claim 3, wherein when the conductive layer is formed, the conductive layer is made of tungsten and is formed by a CVD method. 前記第1の絶縁膜を形成する時に、前記第1の絶縁膜の厚さを1.5μm以上にすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor element according to claim 1, wherein when the first insulating film is formed, the thickness of the first insulating film is set to 1.5 μm or more. 6. . 前記段部を形成する時に、前記段部の各段の幅に対する当該各段の高さの比を0.1〜1.0にすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法。   The ratio of the height of each step to the width of each step of the step portion is set to 0.1 to 1.0 when forming the step portion. The manufacturing method of the semiconductor element of description. 前記段部を形成する時に、前記半導体基板の上面と前記段部の側面との角度を60度以下にすることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法。   The semiconductor element manufacturing method according to claim 1, wherein when the step portion is formed, an angle between an upper surface of the semiconductor substrate and a side surface of the step portion is set to 60 degrees or less. Method.
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