JP2012060147A - トレンチゲートmisデバイスの構造及び製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トランジスタセルを含む活性領域と、トランジスタセルを含まないゲート金属領域と、ゲート金属層とを含み、半導体チップの表面のパターンに、活性領域からゲート金属領域に至るトレンチが形成されており、このトレンチが絶縁材料の層で裏打ちされた壁部を有し、導電性ゲート材料がトレンチ内に設けられており、導電性ゲート材料の上面が半導体チップの上面より下側に位置し、非導電層が活性領域及びゲート金属領域の上に位置し、ゲート金属領域におけるトレンチの一部の上側の非導電層に開口が形成されており、ゲート金属がトレンチ内の接触領域のゲート材料と接触するように、開口が前記ゲート金属で満たされているトレンチゲートMISデバイス。
【選択図】図24
Description
81 N+基板
82 N-エピタキシャル層
83 P-ボディ
84 トレンチ
85 ゲート酸化層
86 ポリシリコンゲート
87 上面
88 接触領域
140 正方形セル型MOSFET
141 活性領域
142 ゲート金属領域
143 ゲートフィンガー
144 ソース金属縁部
145 ゲート金属縁部
146 接触領域
147 幅の広い部分
148 ゲート金属
149 BPSG層
160 MOSFET
161 活性領域
162 ゲート金属領域
163 ゲートフィンガー
164 ソース金属縁部
165 ゲート金属縁部
166 接触領域
167 ゲートフィンガー
168 ゲート金属
300 N+基板
301 N−エピタキシャル層
302 フォトレジストトレンチマスク
303 トレンチ
304 ゲート酸化
305 ポリシリコン層
306 ポリシリコン層上面
307 N−エピタキシャル層の上面
308 BPSG層
309 フォトレジスト層
310 開口
311 ゲート接触開口
312 金属層
Claims (48)
- 半導体チップに形成されるトレンチゲートMISデバイスであって、トランジスタセルを含む活性領域と、トランジスタセルを含まないゲート金属領域と、ゲート金属層とを含み、前記半導体チップの表面のパターンに、前記活性領域から前記ゲート金属領域に至るトレンチが形成されており、前記トレンチが絶縁材料の層で裏打ちされた壁部を有し、導電性ゲート材料が前記トレンチ内に設けられており、前記導電性ゲート材料の上面が前記半導体チップの上面より下側に位置し、非導電層が前記活性領域及び前記ゲート金属領域の上に位置し、前記ゲート金属領域におけるトレンチの一部の上側の前記非導電層に開口が形成されており、ゲート金属が前記トレンチ内の接触領域の前記ゲート材料と接触するように、前記開口が前記ゲート金属で満たされていることを特徴とするトレンチゲートMISデバイス。
- 前記ゲート金属領域の前記非導電層の上に延在するゲート金属層を更に含み、前記ゲート材料と電気的に接触していることを特徴とする請求項1に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 前記ゲート金属層が、前記ゲート金属領域の前記トレンチの方向に対して直角をなす方向に細長く延在することを特徴とする請求項2に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 前記ゲート接触材料と前記ゲート材料との間の接触領域における前記トレンチの幅が、前記活性領域における前記トレンチの幅よりも広いことを特徴とする請求項1に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 第1のゲートフィンガーが、前記活性領域から前記ゲート金属領域に延在し、前記ゲート接触金属と前記導電性ゲート材料との間の前記接触領域が、第2のゲートフィンガーに位置し、前記第2のゲートフィンガーが前記第1のゲートフィンガーに対して直角をなしていることを特徴とする請求項1に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 前記第2のゲートフィンガーの幅が前記第1のゲートフィンガーの幅よりも広いことを特徴とする請求項5に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 前記第2のゲートフィンガーの幅が前記活性領域の前記トレンチの幅よりも広いことを特徴とする請求項5に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 前記第2のゲートフィンガーの幅が、前記第1のゲートフィンガーと前記第2のゲートフィンガーとが交差する位置において前記第1のゲートフィンガーの幅と同一であることを特徴とする請求項5に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 前記ゲート金属と前記ゲート材料との間の前記接触領域が、前記第1のゲートフィンガーと前記第2のゲートフィンガーとの間の前記交差部に至っていないことを特徴とする請求項8に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 前記第2のゲートフィンガーの幅が、前記ゲート金属と前記ゲート材料との間の前記接触領域において前記第1のゲートフィンガーの幅よりも広いことを特徴とする請求項9に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 前記第1のゲートフィンガーが前記第2のゲートフィンガーで終わり、これによりT字状交差部を形成していることを特徴とする請求項5に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 前記第2のゲートフィンガーの幅が前記第1のゲートフィンガーの幅よりも広いことを特徴とする請求項11に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 第3のゲートフィンガーが前記活性領域から延びて前記第2のゲートフィンガーで終わっており、これにより第2のT字状交差部が形成されていることを特徴とする請求項12に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 前記第1及び第3のゲートフィンガーが、前記第2のゲートフィンガーの反対側に位置することを特徴とする請求項13に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 前記活性領域から前記ゲート金属領域に延在する第1及び第2のゲートフィンガーを含むことを特徴とする請求項1に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 前記第1のゲートフィンガーが第1の幅の広い部分を含み、前記第2のゲートフィンガーが第2の幅の広い部分を含むことを特徴とする請求項15に記載のトレンチゲートゲートMISデバイス。
- 前記非導電層の前記開口が前記第1の幅の広い部分の上に位置することを特徴とする請求項16に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 前記非導電層における第2の開口が前記第2の幅の広い部分の上に位置し、前記第2の開口が、ゲート金属が前記半導体チップの表面よりも低い位置でゲート金属と接触するように前記ゲート金属で満たされていることを特徴とする請求項17に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 前記第1及び第2の幅の広い部分が、前記第1及び第2のゲートフィンガーに平行な方向に互いにオフセットされていることを特徴とする請求項18に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- MISデバイスを製造する方法であって、
半導体チップの表面にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの壁部に非導電層を形成する工程と、
前記ゲート材料が前記トレンチの外側の前記半導体チップの前記表面にオーバーフローするように導電性ゲート材料の層を堆積する工程と、
前記半導体チップの全ての領域において前記ゲート材料の表面が前記半導体チップの表面より低くなるまで前記ゲート材料をエッチングする工程とを含む製造方法。 - 前記エッチングがマスクを用いないで行われることを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 活性領域及びターミネーション領域を含むMISデバイスを製造するための方法であって、
第1の導電型の材料でドープされた半導体基板の表面に、ターミネーショントレンチが形成される位置を画定する開口を有するトレンチマスクを形成する工程と、
前記トレンチマスクの前記開口を介してエッチングして、前記基板に前記ターミネーショントレンチを形成する工程と、
前記トレンチマスクを除去する工程と、
前記ターミネーショントレンチの壁部に第1の非導電層を形成する工程と、
導電性ゲート材料が前記ターミネーショントレンチの外側の前記基板の表面上にオーバーフローするように、前記ターミネーショントレンチの中に前記導電性ゲート材料の層を堆積する工程と、
前記ターミネーショントレンチにおける前記ゲート材料の上面が前記基板の表面の位置よりも低くなるように、マスクを用いずに前記ゲート材料をエッチングする工程と、
第2の非導電層を前記基板の前記表面に堆積する工程と、ゲート接触開口を有する接触マスクを前記第2の非導電層上に形成する工程と、
前記第2の非導電層を前記接触マスクの前記ゲート接触開口を介してエッチングして、前記第2の非導電層にゲート接触開口を形成する工程と、
前記接触マスクを除去する工程と、
第2の導電層が前記ゲート接触開口を介して前記ターミネーショントレンチにおける前記導電性ゲート材料と接触するように、前記第2の導電層を前記第2の非導電層上に堆積する工程とを含むことを特徴とする製造方法。 - 前記接触マスクが基板接触開口を有し、前記製造方法が、前記第2の非導電層を前記接触マスクの前記基板接触開口を介してエッチングして、前記第2の非導電層に基板接触開口を形成する工程を含み、第2の導電層を前記第2の非導電層上に堆積して、前記第2の導電層が前記基板接触開口を介して前記基板と接触するようにすることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記第2の導電層上に開口を有する金属マスクを形成する工程と、前記第2の導電層を前記金属マスクの開口を介してエッチングし、前記ゲート材料と電気的に接触した前記第2の導電層の第1の部分、並びに前記基板と電気的に接触した前記第2の導電層の第2の部分を形成する工程とを含み、前記第2の導電層の前記第1の部分と前記第2の部分とが電気的に互いに分離されていることを特徴とする請求項23に記載の製造方法。
- 前記製造方法が、前記ターミネーション領域にフィールド酸化領域を形成するべく酸化層の一部をエッチングするためのマスクを含まないことを特徴とする請求項22に記載の製造方法。
- 前記基板の前記表面上に開口を有するボディマスクを形成する工程と、第2導電型のドーパントを前記ボディマスクの前記開口を介して前記基板の中に注入して、ボディ領域を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項22に記載の製造方法。
- 前記トレンチマスクが前記活性領域における第2の開口と、チャネルストッパー領域における第3の開口とを含み、前記製造方法が、前記第2及び第3の開口を介して前記基板をエッチングして、前記活性領域における活性トレンチと、前記チャネルストッパー領域におけるチャネルストッパートレンチとを形成する工程とを含むことを特徴とする請求項22に記載の製造方法。
- 前記活性トレンチに近接した前記基板の領域上に開口を有するソースマスクを前記基板上に形成する工程と、前記第1の導電型のドーパントを前記ソースマスクの前記開口を介して注入し、前記MISデバイスのソース領域を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項27に記載の製造方法。
- 前記ソースマスクが、前記チャネルストッパー領域における第2の開口を含み、前記製造方法が、前記第1の導電型のドーパントを前記チャネルストッパートレンチに近接した領域内に注入する工程を含むことを特徴とする請求項28に記載の製造方法。
- 前記第2導電型のドーパントを前記第2の非導電層の前記基板接触開口を介して注入し、前記基板に重度にドープされた接触領域を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項23に記載の製造方法。
- 導電性ゲート材料の層を堆積する前記工程が、前記チャネルストッパートレンチ内に前記導電性ゲート材料を堆積することを含み、マスクを用いないで前記ゲート材料をエッチングする前記工程が、前記チャネルストッパートレンチにおける前記ゲート材料の表面を前記基板の表面より低くすることを含み、
前記接触マスクが前記チャネルストッパートレンチ上に第2の開口を有し、
前記製造方法が、前記第2の非導電層を前記接触マスクの前記第2の開口を介してエッチングして、前記チャネルストッパートレンチ内の前記導電性ゲート材料の表面を露出させる工程を含み、
前記第2の導電層を堆積する前記工程が、前記第2の導電層が前記接触マスクの前記第2の開口内に流入して、前記チャネルストッパートレンチの前記導電性ゲート材料と電気的に接触させることを含むことを特徴とする請求項27に記載の製造方法。 - 前記第2の導電層が金属を含み、
前記トレンチマスクが第2の開口を含み、
前記製造方法が、前記基板を前記トレンチマスクの前記第2の開口を介してエッチングし、前記基板にSchottkyダイオードトレンチを形成する工程を含み、
導電性ゲート材料の層を堆積する前記工程が、前記導電性ゲート材料を前記Schottkyトレンチ内に堆積することを含み、
前記ボディマスクが、前記基板の前記Schottkyトレンチ及び近接領域を覆い、
前記接触マスクが、前記Schottkyトレンチに近接した前記基板の領域の上に第2の開口を有し、
前記製造方法が、前記接触マスクの前記第2の開口を介して前記第2の非導電層をエッチングして、前記Schottkyトレンチに近接した前記基板の前記領域を露出させることを含み、
前記第2の導電層を堆積する前記工程が、前記第2の導電層が前記接触マスクの前記第2の開口を満たし、前記Schottkyトレンチに近接した前記基板の前記領域と電気的に接触するようにして、Schottkyダイオードを形成することを含むことを特徴とする請求項22に記載の製造方法。 - 前記トレンチマスクが前記活性領域における第2の開口を含み、
前記製造方法が、前記第2の開口を介して前記基板をエッチングし、前記活性領域に活性トレンチを形成する工程を含むことを特徴とする請求項22に記載の製造方法。 - ポリシリコン層を前記基板上に堆積する工程と、
第2の導電型のドーパントを前記ポリシリコン層に導入する工程と、
ポリシリコンダイオードが形成されるべき位置を画定するポリシリコンマスクを前記ポリシリコン層上に形成する工程と、
前記ポリシリコンマスクによってカバーされていない前記ポリシリコン層の領域をエッチングする工程と、
前記ポリシリコンマスクを除去する工程と、
前記トレンチに近接した前記基板の領域の上に位置する第1の開口と前記ポリシリコン層の領域の上に位置する第2の開口とを有するソースマスクを形成する工程と、
前記ソースマスクの前記第1及び第2の開口を介して前記第1の導電型のドーパントを注入して、前記MISデバイスのソース領域及びポリシリコンダイオードの端子を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項33に記載の製造方法。 - 第2非導電層を堆積する前記工程が、前記第1の導電型のドーパントを前記ソースマスクの前記第1及び第2の開口を介して注入した後に行われ、
前記接触マスクが、前記ポリシリコンダイオードの陽極の上に位置する陽極開口と、前記ポリシリコンダイオードの陰極の上に位置する陰極開口とを有し、
前記製造方法が、前記接触マスクの前記陽極開口及び前記陰極開口を介して前記第2の非導電層をエッチングして、前記第2の非導電層に陽極接触開口及び陰極接触開口を形成する工程を含み、
第2の導電層を堆積する前記工程が、前記ポリシリコンダイオードの前記陽極及び前記陰極のそれぞれと電気的に接触するように、前記第2の導電層を前記陽極開口及び前記陰極接触開口内に流入させる工程を含むことを特徴とする請求項34に記載の製造方法。 - 前記ポリシリコンマスクが、ポリシリコンMOSFETが形成されるべき位置を画定し、
前記トレンチマスクが、前記活性領域に第3の開口を含み、
前記製造方法が、前記第3の開口を介して前記基板をエッチングしてポリシリコンMOSFETトレンチを形成する工程を含み、
前記ソースマスクが、前記ポリシリコンMOSFET内に領域を画定する少なくとも1つの開口を有することを特徴とする請求項34に記載の製造方法。 - 基板接触開口を有する第2の接触マスクを前記第2の非導電層上に形成する工程と、
前記第2の非導電層を前記第2の接触マスクの前記基板接触開口を介してエッチングし、前記第2の非導電層に基板接触開口を形成する工程とを含み、
第2の導電層を前記第2の非導電層上に堆積する前記工程により、前記第2の導電層が前記基板接触開口を介して前記基板と接触するようになることを特徴とする請求項22に記載の製造方法。 - MISデバイスを製造するための方法であって、
第1の導電型のドーパントでドープされた半導体基板を用意する工程と、
第2の導電型のエピタキシャル層を前記半導体基板上に成長させる工程と、
前記デバイスの活性領域における第1の開口と、前記活性領域とチャネルストッパー領域との間に位置する前記デバイスのターミネーション領域における第2の開口とを有するトレンチマスクを前記エピタキシャル層の表面上に形成する工程と、
前記エピタキシャル層を前記トレンチマスクの前記第1及び第2の開口を介してエッチングし、第1のトレンチと、前記第1のトレンチより実質的に幅の広い第2のトレンチとを形成する工程と、
前記トレンチマスクを除去する工程と、
第1の非導電層を前記第1及び第2のトレンチの壁部に形成する工程と、
前記第1及び第2のトレンチの外側の前記基板表面に導電性ゲート材料層がオーバーフローするように、前記導電性ゲート材料層を前記第1及び第2のトレンチ内に堆積する工程と、
前記第1のトレンチの前記導電性ゲート材料の上面が前記基板の前記表面より低くなり、前記第2のトレンチの前記導電性ゲート材料が実質的に除去されるように、前記導電性ゲート材料をエッチングする工程と、
第2の非導電層を、前記エピタキシャル層の表面の上、前記第1のトレンチの前記ゲート材料の上、並びに前記第2のトレンチ内に堆積させる工程と、
基板接触開口及びゲート接触開口を有する接触マスクを前記第2の非導電層の上に形成する工程と、
前記第2の非導電層を、前記接触マスクの前記開口を介してエッチングし、前記第2の非導電層に基板接触開口及びゲート接触開口を形成する工程と、
前記接触マスクを除去する工程と、
第2の導電層が、前記基板接触開口を介して前記基板と接触し、かつ前記ゲート接触開口を介して前記導電性ゲート材料と接触するように、前記第2の導電層を前記第2の非導電層上に堆積させる工程とを含むことを特徴とする製造方法。 - 開口を有する金属マスクを前記第2の導電層上に形成する工程と、前記第2の導電層を前記金属マスクの前記開口を介してエッチングする工程とを更に含むことを特徴とする請求項38に記載の製造方法。
- トレンチゲートMISデバイスであって、
第1の導電型でドーパントで全体的にドープされた、活性領域にトレンチが形成された、半導体基板と、
前記基板の表面よりも表面が低い位置にある導電性ゲート材料を含むトレンチの壁部に沿って設けられた絶縁層と、
前記基板の前記表面上に位置する非導電層と、
前記非導電層上に位置する導電層であって、互いに電気的に分離された電流が流れる部分とゲートバス部分とを有し、前記非導電層の開口により前記電流が流れる部分が前記デバイスの前記活性領域の前記基板と電気的に接触するようになっている、前記導電層とを含み、
前記導電層の前記ゲートバス部分の下側に位置する前記非導電層の厚みが、前記導電層の前記電流が流れる部分の下側に位置する前記非導電層の厚みと実質的に同じであることを特徴とするトレンチゲートMISデバイス。 - 前記ゲートバス部分の下側に位置し、導電性ゲート材料を含む、前記基板に形成された第2のトレンチを更に含み、
前記第2のトレンチ内の前記ゲート材料の表面が前記基板の前記表面よりも低くなっており、前記非導電層が第2の開口を有し、その開口を介して前記導電層の前記ゲートバス部分が前記第2のトレンチ内の前記ゲート材料と電気的に接触していることを特徴とする請求項40に記載のトレンチゲートMISデバイス。 - 前記導電層が金属を含み、
前記デバイスが更に、前記基板に第2のトレンチを含み、
前記絶縁層が前記第2のトレンチの壁部に沿って設けられており、前記第2のトレンチが導電性ゲート材料を含み、前記非導電層が、前記基板の前記第2のトレンチ及び近傍領域の上に位置する第2の開口を有し、前記導電層の前記電流が流れる部分が、前記第2のトレンチに近接した前記基板の前記領域において前記基板とSchottky境界を成していることを特徴とする請求項40に記載のトレンチゲートMISデバイス。 - 前記基板に第3のトレンチを更に含み、前記第3のトレンチが、前記ゲートバス部分の下側に位置し、導電性ゲート材料を含み、前記導電性ゲート材料の表面が前記基板の前記表面より低くなっており、前記非導電層が第3の開口を有し、その開口を介して前記導電層の前記ゲートバス部分が前記第3のトレンチ内の前記ゲート材料と電気的に接触していることを特徴とする請求項42に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 活性デバイス領域及びチャネルストッパー領域を含むトレンチゲートMISデバイスであって、
第1の導電型で全体的にドープされた半導体基板と、前記基板の上に位置するエピタキシャル層と、
前記デバイスの前記活性領域の前記エピタキシャル層に形成された第1のトレンチであって、前記トレンチの壁部に沿って絶縁層が設けられ、前記トレンチが導電性ゲート材料を含み、その表面が前記エピタキシャル層の表面より低くなっている、前記第1のトレンチと、
前記活性領域と前記チャネルストッパー領域との間に位置する前記エピタキシャル層に形成された第2のトレンチであって、少なくとも或る部分において前記第1のトレンチよりも実質的に幅が広くなっている、前記第2のトレンチと、
前記活性領域の前記エピタキシャル層上に位置し、前記活性領域に開口を有する非導電層と、
前記非導電層上に位置する導電層であって、前記活性領域に位置する電流が流れる部分と、前記活性領域と前記チャネルストッパー領域との間に位置するゲートバス部分とを含み、前記電流が流れる部分が前記非導電層の前記開口を介して前記エピタキシャル層と電気的に接触している、前記導電層とを含み、
前記導電層の前記ゲートバス部分の下側に位置する前記非導電層の厚みが、前記導電層の前記電流が流れる部分の下側に位置する前記非導電層の厚みと実質的に同じであることを特徴とするトレンチゲートMISデバイス。 - 前記ゲートバス部分の下側に位置する前記エピタキシャル層に第3のトレンチを更に含み、前記第3のトレンチが導電性ゲート材料を含み、前記非導電層が第2の開口を有し、その開口を介して前記導電層の前記ゲートバス部分が前記第3のトレンチ内の前記導電性ゲート材料と電気的に接触していることを特徴とする請求項44に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 活性領域及びゲートバス領域を有するトレンチゲートMISデバイスであって、
前記活性領域に第1のトレンチが形成され、前記ゲートバス領域に第2のトレンチが形成され、前記第1及び第2の各トレンチの壁部に沿って絶縁層が設けられており、前記第1及び第2の各トレンチがその内部に導電性ゲート材料を含み、前記第2のトレンチが少なくとも一部分において前記第1のトレンチよりも幅が広く深くなっており、前記第2のトレンチの前記導電性ゲート材料がゲートバスと電気的に接触している半導体基板と、
前記第2のトレンチの両側に、前記第2のトレンチよりも浅く形成され、前記第2のトレンチの前記導電性ゲート材料と電気的に接触している導電性ゲート材料を含む少なくとも一対の保護トレンチとを含むことを特徴とするトレンチゲートMISデバイス。 - 前記保護トレンチの少なくとも1つと前記第2のトレンチとの間のメサが電気的に浮いた状態にし得ることを特徴とする請求項46に記載のトレンチゲートMISデバイス。
- 前記保護トレンチが、前記第1のトレンチと実質的に同じ幅及び深さを有することを特徴とする請求項46に記載のトレンチゲートMISデバイス。
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