JP2012160601A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Hidenobu Kojima
秀伸 小島
Noboru Matsuda
昇 松田
Kota Tomita
幸太 冨田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly-reliable, low-resistance semiconductor device.SOLUTION: A manufacturing method of a semiconductor device of an embodiment comprises: a step of forming a polysilicon on a first surface 5 on the opposite side of a first conductivity-type semiconductor layer 1, of a first conductivity-type first semiconductor layer 2 formed on the semiconductor layer 1; a step of etching the polysilicon; a step of forming an interlayer insulating film 11; a step of forming a mask 12; a step of wet-etching the interlayer insulating film 11; a step of dry-etching the interlayer insulating film 11; a step of forming a first electrode 23; and a step of forming a second electrode 22. The step of wet-etching forms a recess 13 on a surface of the interlayer insulating film 11 on a gate electrode 8. The step of dry-etching dry-etches the entire surface of the interlayer insulating film 11 having the recess 13 after the mask 12 is removed.

Description

本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a method for manufacturing a semiconductor device.

MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Efffect Transistor)では、製造プロセスの微細化が進むことで、チップ内のチャネル密度があがり、低抵抗化が実現されている。トレンチ形ゲート電極を有するMOSFETの方が、プレーナ形ゲート電極を有するMOSFETよりも高密度にチャネルを形成することが可能なため、低抵抗のMOSFETにはトレンチ形ゲート構造が有利である。また、トレンチ形ゲート構造のMOSFETの方が、プレーナ形ゲート構造のMOSFETよりもソース電極とソース層のコンタクト面積を大きくとることができるため、更に低抵抗化が可能となる。   In MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), the miniaturization of the manufacturing process leads to an increase in channel density in the chip and a reduction in resistance. Since a MOSFET having a trench gate electrode can form a channel at a higher density than a MOSFET having a planar gate electrode, a trench gate structure is advantageous for a low resistance MOSFET. In addition, the trench type gate structure MOSFET can have a larger contact area between the source electrode and the source layer than the planar type gate structure MOSFET, so that the resistance can be further reduced.

特開2009−38208号公報JP 2009-38208 A

信頼性の高い低抵抗な半導体装置を提供する。   A highly reliable low-resistance semiconductor device is provided.

実施形態の半導体装置の製造方法は、第1導電形の半導体層の上に形成された前記半導体層よりも第1導電形の不純物濃度が低い第1導電形の第1の半導体層の前記半導体層とは反対側の第1の表面上にポリシリコンを形成する工程と、前記ポリシリコンをエッチングする工程と、層間絶縁膜を形成する工程と、マスクを形成する工程と、層間絶縁膜をウエットエッチングする工程と、層間絶縁膜をドライエッチングする工程と、第1の電極を形成する工程と、第2の電極を形成する工程と、を備える。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment, the semiconductor of the first conductivity type first semiconductor layer has a lower impurity concentration of the first conductivity type than the semiconductor layer formed on the first conductivity type semiconductor layer. A step of forming polysilicon on the first surface opposite to the layer, a step of etching the polysilicon, a step of forming an interlayer insulating film, a step of forming a mask, and wet the interlayer insulating film An etching step, a step of dry etching the interlayer insulating film, a step of forming a first electrode, and a step of forming a second electrode.

前記ポリシリコンを形成する前記工程では、前記第1の半導体層の前記半導体層とは反対側の第1の表面から前記第1の半導体層の内部に延伸するとともに、前記第1の表面に平行な第1の方向に延伸するトレンチが予め形成されている。前記トレンチの底面及び側壁上を覆うゲート絶縁膜が予め形成されている。前記トレンチの側壁の上端で前記ゲート絶縁膜と接続され前記第1の半導体層の第1の表面上を覆う絶縁膜が予め形成されている。前記ポリシリコンが、前記ゲート絶縁膜を介して前記トレンチ内を埋め尽くすように、前記絶縁膜を介して前記第1の半導体層の前記第1の表面上に形成される。   In the step of forming the polysilicon, the first semiconductor layer extends from the first surface of the first semiconductor layer opposite to the semiconductor layer into the first semiconductor layer and is parallel to the first surface. A trench extending in the first direction is formed in advance. A gate insulating film is formed in advance to cover the bottom and side walls of the trench. An insulating film connected to the gate insulating film at the upper end of the sidewall of the trench and covering the first surface of the first semiconductor layer is formed in advance. The polysilicon is formed on the first surface of the first semiconductor layer through the insulating film so as to fill the trench through the gate insulating film.

前記ポリシリコンをエッチングする前記工程では、前記ポリシリコンから構成されるゲート電極が、その上面が前記第1の半導体層の前記第1の表面よりも前記トレンチの内側に位置するように、前記ゲート絶縁膜を介して前記第1の方向に沿って前記トレンチ内に形成される。それとともに、前記ポリシリコンから構成されるゲート配線層が、前記絶縁膜を介して前記第1の半導体層の前記第1の表面上に形成され、前記ゲート配線層は第1の部分を有する。前記第1の方向において前記ゲート電極の一端と前記ゲート配線層の前記第1の部分の一端とが前記第1の表面に垂直な方向で接続される。前記ゲート配線層の前記第1の部分は、前記第1の方向と直交する第2の方向に延伸して形成される。   In the step of etching the polysilicon, the gate electrode made of the polysilicon is arranged such that an upper surface thereof is located inside the trench with respect to the first surface of the first semiconductor layer. An insulating film is formed in the trench along the first direction. At the same time, a gate wiring layer made of polysilicon is formed on the first surface of the first semiconductor layer via the insulating film, and the gate wiring layer has a first portion. In the first direction, one end of the gate electrode and one end of the first portion of the gate wiring layer are connected in a direction perpendicular to the first surface. The first portion of the gate wiring layer is formed by extending in a second direction orthogonal to the first direction.

前記層間絶縁膜を形成する前記工程では、前記層間絶縁膜が、前記ゲート電極の前記上面上、前記第1の半導体層の前記第1の表面上、及び前記ゲート配線層上を覆うように形成される。   In the step of forming the interlayer insulating film, the interlayer insulating film is formed to cover the upper surface of the gate electrode, the first surface of the first semiconductor layer, and the gate wiring layer. Is done.

前記マスクを形成する前記工程では、前記マスクが前記ゲート配線層の直上に前記層間絶縁膜を介して形成されて第1の部分を有する。前記マスクの前記第1の部分は、前記第1の方向において前記ゲート配線層の前記第1の部分を平面図にて露出しないように覆うとともに、前記ゲート配線層の前記第1の部分に沿って前記第2の方向に延伸して形成される。   In the step of forming the mask, the mask is formed directly above the gate wiring layer via the interlayer insulating film and has a first portion. The first portion of the mask covers the first portion of the gate wiring layer in the first direction so as not to be exposed in a plan view, and extends along the first portion of the gate wiring layer. And extending in the second direction.

前記層間絶縁膜をウエットエッチングする前記工程では、前記層間絶縁膜のうち前記マスクで覆われていない領域をウエットエッチングによりエッチングして、リセスが、前記ゲート電極上の前記層間絶縁膜の表面に形成される。前記リセスは、前記ゲート配線層の前記第1の部分に沿って前記第2の方向に延伸し前記ゲート電極上を交差する第1の側壁を有する。前記第1の半導体層の前記第1の表面が、前記リセスの底面に露出しないように、前記層間絶縁膜がエッチングされる。   In the step of wet etching the interlayer insulating film, a region of the interlayer insulating film that is not covered with the mask is etched by wet etching to form a recess on the surface of the interlayer insulating film on the gate electrode. Is done. The recess has a first side wall extending in the second direction along the first portion of the gate wiring layer and intersecting the gate electrode. The interlayer insulating film is etched so that the first surface of the first semiconductor layer is not exposed to the bottom surface of the recess.

前記層間絶縁膜をドライエッチングする前記工程では、前記マスクが除去された後に、前記リセスを有する前記層間絶縁膜の表面全体をドライエッチングによりエッチングする。前記半導体基板の前記第1の表面のうち前記第2の方向で前記トレンチに隣接する部分及び前記トレンチの側壁の上端を前記リセスの前記底面に露出させる。   In the step of dry etching the interlayer insulating film, the entire surface of the interlayer insulating film having the recess is etched by dry etching after the mask is removed. A portion of the first surface of the semiconductor substrate adjacent to the trench in the second direction and an upper end of a sidewall of the trench are exposed at the bottom surface of the recess.

前記第1の電極を形成する前記工程では、前記第1の電極が、前記第1の表面とは反対側の前記半導体層の表面上に、前記半導体層に電気的に接続される。   In the step of forming the first electrode, the first electrode is electrically connected to the semiconductor layer on the surface of the semiconductor layer opposite to the first surface.

前記第2の電極を形成する前記工程では、前記ゲート電極の上に、前記ゲート電極と前記層間絶縁膜で絶縁され、前記第1の電極との間で前記ゲート電極により制御された電流が流れる前記第2の電極が形成される。   In the step of forming the second electrode, a current controlled by the gate electrode flows between the first electrode and the gate electrode, insulated by the gate electrode and the interlayer insulating film. The second electrode is formed.

第1の実施形態に係る半導体装置の平面図。1 is a plan view of a semiconductor device according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の、(a)図1の平面図のA−A線における断面図、(b)図1の平面図のB−B線における断面図。1A is a cross-sectional view taken along line AA of the plan view of FIG. 1 and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line BB of the plan view of FIG. 1 of the semiconductor device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部の(a)図1の平面図のA−A線における断面図、(b)図1の平面図のB−B線における断面図。2A is a cross-sectional view taken along line AA of the plan view of FIG. 1 and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line BB of the plan view of FIG. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部の(a)図1の平面図のA−A線における断面図、(b)図1の平面図のB−B線における断面図。2A is a cross-sectional view taken along line AA of the plan view of FIG. 1 and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line BB of the plan view of FIG. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部の(a)図1の平面図のA−A線における断面図、(b)図1の平面図のB−B線における断面図。2A is a cross-sectional view taken along line AA of the plan view of FIG. 1 and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line BB of the plan view of FIG. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部の(a)図1の平面図のA−A線における断面図、(b)図1の平面図のB−B線における断面図。2A is a cross-sectional view taken along line AA of the plan view of FIG. 1 and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line BB of the plan view of FIG. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部の(a)図1の平面図のA−A線における断面図、(b)図1の平面図のB−B線における断面図。2A is a cross-sectional view taken along line AA of the plan view of FIG. 1 and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line BB of the plan view of FIG. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部の(a)図1の平面図のA−A線における断面図、(b)図1の平面図のB−B線における断面図。2A is a cross-sectional view taken along line AA of the plan view of FIG. 1 and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line BB of the plan view of FIG. 比較例の形態に係る半導体装置の製造工程の一部の(a)図1の平面図のA−A線に相当する位置での断面図、(b)図1の平面図のB−B線に相当する位置での断面図。(A) A cross-sectional view at a position corresponding to the AA line in the plan view of FIG. 1 in a part of the manufacturing process of the semiconductor device according to the comparative example, and (b) a BB line in the plan view of FIG. Sectional drawing in the position equivalent to. 比較例の形態に係る半導体装置の製造工程の一部の(a)図1の平面図のA−A線に相当する位置での断面図、(b)図1の平面図のB−B線に相当する位置での断面図。(A) A cross-sectional view at a position corresponding to the AA line in the plan view of FIG. 1 in a part of the manufacturing process of the semiconductor device according to the comparative example, and (b) a BB line in the plan view of FIG. Sectional drawing in the position equivalent to. 比較例の形態に係る半導体装置の製造工程の一部の(a)図1の平面図のA−A線に相当する位置での断面図、(b)図1の平面図のB−B線に相当する位置での断面図。(A) A cross-sectional view at a position corresponding to the AA line in the plan view of FIG. 1 in a part of the manufacturing process of the semiconductor device according to the comparative example, and (b) a BB line in the plan view of FIG. Sectional drawing in the position equivalent to. 比較例の形態に係る半導体装置の、(a)図1の平面図のA−A線に相当する位置での断面図、(b)図1の平面図のB−B線に相当する位置での断面図。In the semiconductor device according to the comparative example, (a) a cross-sectional view at a position corresponding to the line AA in the plan view of FIG. 1, (b) at a position corresponding to the line BB in the plan view of FIG. FIG.

以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。実施の形態中の説明で使用する図は、説明を容易にするための模式的なものであり、図中の各要素の形状、寸法、大小関係などは、実際の実施においては必ずしも図に示されたとおりとは限らず、本発明の効果が得られる範囲内で適宜変更可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings used in the description of the embodiment are schematic for ease of description, and the shape, size, size relationship, etc. of each element in the drawing are not necessarily shown in the drawings in actual implementation. The present invention is not limited to the above, and can be appropriately changed within a range in which the effect of the present invention can be obtained.

(第1の実施の形態)
第1の実施の形態について、図1から図7を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置のチップの平面図である。図2は、図1の平面図の(a)A−A方向線における断面図、及び(b)B−B線における平面図である。図3から図8は、図1及び図2に示した半導体装置の製造方法を説明するための、製造工程の一部を示した図である。各図において、(a)は、図1の平面図のA−A線における断面図であり、(b)は図1の平面図のB−B線における断面図である。なお、実施形態に係る半導体装置は、一例としてシリコンを半導体材料に用いたnチャネルMOSFETであるが、pチャネルMOSFETや、IGBTなどの他の半導体装置にも適用可能である。
(First embodiment)
A first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view of a chip of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 2A and 2B are a cross-sectional view taken along the line AA in the plan view of FIG. 1 and a plan view taken along the line BB. 3 to 8 are diagrams showing a part of the manufacturing process for explaining the method of manufacturing the semiconductor device shown in FIGS. In each figure, (a) is a cross-sectional view taken along line AA of the plan view of FIG. 1, and (b) is a cross-sectional view taken along line BB of the plan view of FIG. The semiconductor device according to the embodiment is an n-channel MOSFET using silicon as a semiconductor material as an example, but can be applied to other semiconductor devices such as a p-channel MOSFET and an IGBT.

第1の実施形態に係る半導体装置100は、図1及び図2に示したとおり、以下のように構成される。シリコンからなるn形ドリフト層2(第1の半導体層)が、シリコンからなるn形ドレイン層1(半導体層)の上に形成され、n形ドレイン層1とは反対側に第1の表面5を有する。n形ドリフト層2の第1の表面5に平行な図中のY方向(第1の方向)に延伸し、Y方向に垂直で第1の表面5に平行なX方向(第2の方向)に配列された複数のトレンチ4が形成される。これらのトレンチ4は、n形ドリフト層2の第1の表面5からn形ドレイン層1側に向かってn形ドリフト層2の内部に延伸する。 The semiconductor device 100 according to the first embodiment is configured as follows, as shown in FIGS. 1 and 2. Made of silicon the n - type drift layer 2 (first semiconductor layer) is formed over the n + -type drain layer 1 made of silicon (semiconductor layer), a first on a side opposite to the n + -type drain layer 1 Surface 5. The X-direction (second direction) extending in the Y direction (first direction) in the drawing parallel to the first surface 5 of the n -type drift layer 2 and perpendicular to the Y direction and parallel to the first surface 5 ) Are formed. These trenches 4, n - toward the n + -type drain layer 1 side n from the first surface 5 forms the drift layer 2 - extends in the interior of the shape drift layer 2.

トレンチの底面及び側壁上にはゲート絶縁膜6が形成される。ゲート絶縁膜は、一例として熱酸化膜が用いられるが、CVDによるシリコン酸化膜、SiNやSiNO等の窒化膜又はAl等のその他の誘電体膜を用いることも可能である。ポリシリコンからなるゲート電極8が、上記トレンチ4内にゲート絶縁膜6を介して埋込形成される。ゲート電極8は、Y方向に沿ってストライプ状に延伸する。ゲート電極8の上面は、n形ドリフト層2の第1の表面5よりも下側(n形ドレイン層1側)に位置するように形成される。絶縁膜7が、Y方向におけるトレンチ4の両端の側壁の上端でゲート絶縁膜6と接続され、n形ドリフト層2の第1の表面5上に形成される。絶縁膜7は、ゲート絶縁膜6と同じ材料とすることもできるが、更にその下に他の絶縁体や誘電体の膜を設けることも可能である。 A gate insulating film 6 is formed on the bottom and side walls of the trench. As the gate insulating film, a thermal oxide film is used as an example, but a silicon oxide film by CVD, a nitride film such as SiN or SiNO, or another dielectric film such as Al 2 O 3 can also be used. A gate electrode 8 made of polysilicon is embedded in the trench 4 via a gate insulating film 6. The gate electrode 8 extends in a stripe shape along the Y direction. The upper surface of the gate electrode 8 is formed so as to be located below the first surface 5 of the n -type drift layer 2 (on the n + -type drain layer 1 side). An insulating film 7 is connected to the gate insulating film 6 at the upper ends of the side walls at both ends of the trench 4 in the Y direction, and is formed on the first surface 5 of the n -type drift layer 2. The insulating film 7 can be made of the same material as the gate insulating film 6, but it is also possible to provide another insulator or dielectric film below it.

ゲート電極と同じポリシリコンからなるゲート配線層9が、n形ドリフト層2の第1の表面5上に絶縁膜7を介して形成され、n形ドリフト層2と絶縁される。ゲート配線層9は、第1の部分9aと第2の部分9bとを有する。ゲート配線層9の第1の部分9aは、その一端がY方向においてゲート電極8の一端と重なりあい、その重なった部分でポリシリコンからなる接続部10によりゲート電極8の一端と接合される。すなわち、ゲート配線層9の第1の部分9aの一端は、Y方向においてゲート電極8の一端とn形ドリフト層2の第1の表面5に垂直な方向(図中Z方向)で接続される。さらにゲート配線層9の第1の部分9aは、Y方向と直交するX方向に延伸する。ゲート配線層9の第2の部分9bは、ゲート配線層9の第1の部分9aと直交してY方向に延伸する。ゲート配線層の第1の部分と第2の部分とは、上記複数のトレンチ4内に形成されたゲート電極8を取り囲むように形成される。平面図においてゲート電極8が形成された領域は、素子領域と称される。素子領域では、後述するようにソース層が形成され、ドレイン電極23から、n形ドレイン層1、n形ドリフト層2、チャネル層、及びソース層15を介してソース電極22に電流が流れる。 A gate wiring layer 9 made of the same polysilicon as the gate electrode is formed on the first surface 5 of the n -type drift layer 2 via the insulating film 7 and insulated from the n -type drift layer 2. The gate wiring layer 9 has a first portion 9a and a second portion 9b. One end of the first portion 9a of the gate wiring layer 9 overlaps one end of the gate electrode 8 in the Y direction, and the overlapped portion is joined to one end of the gate electrode 8 by the connecting portion 10 made of polysilicon. That is, one end of the first portion 9a of the gate wiring layer 9 is connected to one end of the gate electrode 8 in the Y direction in a direction perpendicular to the first surface 5 of the n -type drift layer 2 (Z direction in the figure). The Further, the first portion 9a of the gate wiring layer 9 extends in the X direction orthogonal to the Y direction. The second portion 9 b of the gate wiring layer 9 extends in the Y direction perpendicular to the first portion 9 a of the gate wiring layer 9. The first portion and the second portion of the gate wiring layer are formed so as to surround the gate electrode 8 formed in the plurality of trenches 4. A region where the gate electrode 8 is formed in the plan view is referred to as an element region. In the element region, a source layer is formed as will be described later, and current flows from the drain electrode 23 to the source electrode 22 via the n + -type drain layer 1, the n -type drift layer 2, the channel layer, and the source layer 15. .

素子領域の外側を囲むように、終端領域が形成される。終端領域は、ソース層が形成されていないので、ドレイン電極23からソース電極22に向かって電流が流れない。ゲート配線層9の第1の部分9aと第2の部分9bとは、この終端領域のn形ドリフト層2の第1の表面5上に、絶縁膜7を介して形成される。 A termination region is formed so as to surround the outside of the element region. Since no source layer is formed in the termination region, no current flows from the drain electrode 23 toward the source electrode 22. The first portion 9 a and the second portion 9 b of the gate wiring layer 9 are formed on the first surface 5 of the n -type drift layer 2 in the termination region via the insulating film 7.

層間絶縁膜11が、ゲート電極8の上面及びゲート配線層9の第1の部分9aの上面と第2の部分9bの上面とを覆うように形成される。ゲート電極8は、ゲート絶縁膜6及び層間絶縁膜11により外部から絶縁され、ゲート配線層9は、絶縁膜7と層間絶縁膜11により外部から絶縁される。n形ドリフト層2の第1の表面5のうちの隣り合うトレンチ4の間の部分、トレンチ4の側壁の上端、及びn形ドリフト層2の第1の表面5のうちのゲート配線層9の第2の部分9bと最も外側にあるゲート電極8との間の部分は、その上部に層間絶縁膜が形成されず露出する。すなわち、ゲート配線層9の第1の部分9aと第2の部分9bとで囲まれた領域内の層間絶縁膜11の表面にリセス13が形成される。リセス13は、ゲート配線層9の第1の部分9aに沿ってX方向に延伸する第1の側壁13aと、ゲート配線層9の第2の部分9bに沿って延伸する第2の側壁13bとを有する。層間絶縁膜11に形成されたリセス13は、層間絶縁膜11の下に形成された絶縁膜7を通り抜けており、n形ドリフト層2の第1の表面5のうちの隣り合うトレンチ4の間の部分、トレンチ4の側壁の上端、及びn形ドリフト層2の第1の表面5のうちのゲート配線層9の第2の部分9bと最も外側にあるゲート電極8との間の部分が、リセス13の底部に露出する。リセス13の第1の側壁13aと第2の側壁13bとは、層間絶縁膜11と絶縁膜7により構成される。第1の側壁13aと第2の側壁13bは、n形ドリフト層2の第1の表面5に対して垂直に形成されていないで、n形ドリフト層2側に向かうほど、ゲート配線層9の第1の部分9a又は第2の部分9bから離れていくように形成される。本実施形態では、第1の側壁13aと第2の側壁13bは、n形ドリフト層2側に凹んだ形状を有するが、テーパー形状などであっても可能である。また、層間絶縁膜11は、ゲート絶縁膜6及び絶縁膜7と同様の材料でよく、熱酸化膜、CVDによるシリコン酸化膜、SiN又は、SiNO等の窒化膜、及びAlなどの誘電体膜を用いることができる。 An interlayer insulating film 11 is formed so as to cover the upper surface of the gate electrode 8 and the upper surface of the first portion 9 a and the upper surface of the second portion 9 b of the gate wiring layer 9. The gate electrode 8 is insulated from the outside by the gate insulating film 6 and the interlayer insulating film 11, and the gate wiring layer 9 is insulated from the outside by the insulating film 7 and the interlayer insulating film 11. The portion of the first surface 5 of the n -type drift layer 2 between the adjacent trenches 4, the upper end of the sidewall of the trench 4, and the gate wiring layer of the first surface 5 of the n -type drift layer 2 The portion between the second portion 9b 9 and the outermost gate electrode 8 is exposed without an interlayer insulating film formed thereon. That is, the recess 13 is formed on the surface of the interlayer insulating film 11 in the region surrounded by the first portion 9a and the second portion 9b of the gate wiring layer 9. The recess 13 includes a first side wall 13a extending in the X direction along the first portion 9a of the gate wiring layer 9, and a second side wall 13b extending along the second portion 9b of the gate wiring layer 9. Have The recess 13 formed in the interlayer insulating film 11 passes through the insulating film 7 formed under the interlayer insulating film 11, and the adjacent trench 4 in the first surface 5 of the n -type drift layer 2. A portion between the second portion 9b of the gate wiring layer 9 and the outermost gate electrode 8 in the first surface 5 of the n -type drift layer 2. Is exposed at the bottom of the recess 13. The first side wall 13 a and the second side wall 13 b of the recess 13 are constituted by the interlayer insulating film 11 and the insulating film 7. The first side wall 13a and the second side wall 13b is, n - is not formed perpendicular to the first surface 5 forms the drift layer 2, n - increases toward the form drift layer 2 side, the gate wiring layer 9 is formed so as to be away from the first portion 9a or the second portion 9b. In the present embodiment, the first side wall 13a and the second side wall 13b have a shape recessed toward the n -type drift layer 2 side, but a tapered shape or the like is also possible. The interlayer insulating film 11 may be made of the same material as the gate insulating film 6 and the insulating film 7, and is a thermal oxide film, a silicon oxide film by CVD, a nitride film such as SiN or SiNO, and a dielectric such as Al 2 O 3. A body membrane can be used.

隣り合うトレンチ4間のn形ドレイン層1の表面には、p形ベース層14aが形成される。p形ベース層14aの底は、トレンチ4の底よりも第1の半導体層の第1の表面側にあり、トレンチ4の底よりも浅い。p形ベース層終端部14bが、ゲート配線層9の第2の部分9bと最も外側のトレンチ4との間に形成され、最も外側のトレンチ4のゲート絶縁膜6に隣接する。p形ベース層終端部14bは、隣り合うトレンチ4の間に形成されたp形ベース層14aと一体に形成された層であり、同じ不純物濃度で同じ深さまで形成される。p形ガードリング層が、ゲート配線層9の第1の部分9aと第2の部分9bの直下のn形ドリフト層2の表面に形成され、p形ベース層終端部14bよりもp形不純物濃度が低く、その底は深く、p形ベース層終端部14bに接続される。 A p-type base layer 14 a is formed on the surface of the n + -type drain layer 1 between the adjacent trenches 4. The bottom of the p-type base layer 14 a is closer to the first surface of the first semiconductor layer than the bottom of the trench 4 and is shallower than the bottom of the trench 4. A p-type base layer termination 14 b is formed between the second portion 9 b of the gate wiring layer 9 and the outermost trench 4, and is adjacent to the gate insulating film 6 of the outermost trench 4. The p-type base layer termination portion 14b is a layer formed integrally with the p-type base layer 14a formed between the adjacent trenches 4, and is formed to the same depth with the same impurity concentration. A p-type guard ring layer is formed on the surface of the n -type drift layer 2 immediately below the first portion 9a and the second portion 9b of the gate wiring layer 9, and is more p-type impurity than the p-type base layer termination portion 14b. The concentration is low, the bottom is deep, and it is connected to the p-type base layer termination 14b.

形ソース層15が、隣り合うトレンチ4の間のn形ドリフト層2の第1の表面5に形成されて、p形ベース層14aの表面に選択的に形成される。n形ソース層15のn形不純物濃度は、n形ドリフト層2のn形不純物濃度よりも高い。n形チャネルストッパ層16が、MOSFET100のチップ端部(ダイシングされた部分)で、n形ドリフト層2の第1の表面5の層間絶縁膜11及び絶縁膜7が取り除かれた部分に形成される。n形チャネルストッパ層16は、n形ソース層15と同じn形不純物濃度及び同じ深さを有する。 An n + -type source layer 15 is formed on the first surface 5 of the n -type drift layer 2 between the adjacent trenches 4 and selectively formed on the surface of the p-type base layer 14 a. The n + type source layer 15 has an n type impurity concentration higher than that of the n − type drift layer 2. An n + -type channel stopper layer 16 is formed at a chip end portion (diced portion) of the MOSFET 100 at a portion where the interlayer insulating film 11 and the insulating film 7 on the first surface 5 of the n -type drift layer 2 are removed. Is done. The n + -type channel stopper layer 16 has the same n-type impurity concentration and the same depth as the n + -type source layer 15.

形キャリア排出層18が、層間絶縁膜11に形成されたリセス13の第2の側壁13bと最も外側のトレンチ4との間のp形ベース層終端部14bの表面に形成され、p形不純物濃度はp形ベース層終端部14bよりも高く、その底はn形ソース層15の底よりも深くn形ドレイン層1側に位置する。図示しないp形コンタクト層が、隣り合うトレンチ4の間のn形ドリフト層2の第1の表面5上にp形ベース層14aと電気的に接続するように形成され、p形ベース層14aの表面でY方向に沿ってn形ソース層15と交互に配置される。p形コンタクト層のp形不純物濃度及びp形コンタクト層の底の位置は、p形キャリア排出層18のp形不純物濃度及びp形キャリア排出層18の底の位置と同じである。なお、このp形ベース層14aの表面でのn形ソース層15とp形コンタクト層のY方向に沿った配置は、ゲート電極がストライプ状に形成されているときの一例であり、ゲート電極がメッシュ状若しくはオフセットメッシュ状、又はハニカム状に形成されているときは、既存のそれぞれに対応したn形ソース層15とp形コンタクト層の配置とすればよい。 A p + -type carrier discharge layer 18 is formed on the surface of the p-type base layer termination 14 b between the second side wall 13 b of the recess 13 formed in the interlayer insulating film 11 and the outermost trench 4. The impurity concentration is higher than that of the p-type base layer termination portion 14b, and the bottom thereof is located deeper than the bottom of the n + -type source layer 15 and located on the n + -type drain layer 1 side. A p + -type contact layer (not shown) is formed on the first surface 5 of the n -type drift layer 2 between the adjacent trenches 4 so as to be electrically connected to the p-type base layer 14a. The n + -type source layers 15 are alternately arranged along the Y direction on the surface of 14a. position of the bottom of the p-type impurity concentration and the p + -type contact layer of p + -type contact layer is the same as the position of the bottom of the p-type impurity concentration and the p + -type carrier discharging layer 18 of p + -type carrier discharging layer 18 . The arrangement of the n + -type source layer 15 and the p + -type contact layer along the Y direction on the surface of the p-type base layer 14a is an example when the gate electrode is formed in a stripe shape. When the electrode is formed in a mesh shape, an offset mesh shape, or a honeycomb shape, the n + -type source layer 15 and the p + -type contact layer may be arranged corresponding to each existing one.

層間絶縁膜11には、その表面からゲート配線層9の第1の部分9aと第2の部分9bとにそれぞれ達する第1の開口部20a及び第2の開口部20bが形成される。この第1の開口部20a及び第2の開口部20bを介して、ゲート配線層9に電気的に接続されるゲートメタル配線21が形成される。図1に示したようにチップコーナー部に形成されたゲートパッドからワイヤボンディング等により、ゲートメタル配線は、図示しない外部のゲート端子に電気的に接続される。これにより、ゲート電極8は、ゲート配線層9及びゲートメタル配線21を介して、外部のゲート端子に電気的に接続される。ゲート配線層9で囲まれた内部の素子領域には、ソース電極22が、層間絶縁膜11を介してゲート電極8上に、n形ソース層15上に、p形コンタクト層上に、及びp形キャリア排出層18上に形成され、n形ソース層15、p形コンタクト層、及びp形キャリア排出層18と電気的に接続される。ソース電極22は、ワイヤボンディング等により図示しないソース端子に電気的に接続される。ドレイン電極23が、n形ドレイン層1のn形ドリフト層2とは反対側の表面に電気的に接続されるように形成される。ドレイン電極23も、他の電極と同様に図示しないドレイン端子に電気的に接続される。 The interlayer insulating film 11 is formed with a first opening 20a and a second opening 20b that respectively reach the first portion 9a and the second portion 9b of the gate wiring layer 9 from the surface thereof. A gate metal wiring 21 electrically connected to the gate wiring layer 9 is formed through the first opening 20a and the second opening 20b. As shown in FIG. 1, the gate metal wiring is electrically connected to an external gate terminal (not shown) by wire bonding or the like from the gate pad formed at the chip corner portion. Thereby, the gate electrode 8 is electrically connected to the external gate terminal via the gate wiring layer 9 and the gate metal wiring 21. In the internal element region surrounded by the gate wiring layer 9, the source electrode 22 is formed on the gate electrode 8 via the interlayer insulating film 11, on the n + -type source layer 15, and on the p + -type contact layer. And the p + -type carrier discharge layer 18 and is electrically connected to the n + -type source layer 15, the p + -type contact layer and the p + -type carrier discharge layer 18. The source electrode 22 is electrically connected to a source terminal (not shown) by wire bonding or the like. The drain electrode 23 is formed so as to be electrically connected to the surface of the n + -type drain layer 1 opposite to the n -type drift layer 2. Similarly to the other electrodes, the drain electrode 23 is also electrically connected to a drain terminal (not shown).

次に、本実施形態に係るMOSFET100の動作及び特徴に関して以下に説明する。ソース電極23に対して正の電圧をドレイン電極23に印加した状態でゲート電極8に閾値をこえる正の電圧が印加されると、反転分布により生じた電子のチャネル層が、p形ベース層14aのゲート絶縁膜6と隣接する領域に形成される。この結果、電子がソース電極22から、n形ソース層15、チャネル層、n形ドリフト層、及びn形ドレイン層を経由して、ドレイン電極23へ流れ、MOSFET100はオン状態となる。 Next, the operation and characteristics of the MOSFET 100 according to this embodiment will be described below. When a positive voltage exceeding the threshold is applied to the gate electrode 8 in a state where a positive voltage is applied to the drain electrode 23 with respect to the source electrode 23, the channel layer of electrons generated by the inversion distribution becomes the p-type base layer 14a. Is formed in a region adjacent to the gate insulating film 6. As a result, the electron source electrode 22, n + -type source layer 15, the channel layer, n - form drift layer, and via the n + -type drain layer flows to the drain electrode 23, MOSFET 100 is turned on.

ここで、ゲート電極8の上面上に形成された層間絶縁膜11の上面が、n形ドリフト層2の第1の表面5よりもトレンチ4の内部に向かって(n形ドレイン層側に)配置されることで、n形ソース層15は、n形ドリフト層2の第1の表面5を介してソース電極22と電気的に接続されるだけでなく、トレンチ4の側壁の上端を介してもソース電極22と電気的に接続される。このため、n形ソース層15とソース電極22とのコンタクト抵抗が低くなるので、MOSFET100のオン抵抗が低くなる。ゲート電極8の上面上に形成された層間絶縁膜11の厚さが薄いほど、トレンチ4の上端におけるn形ソース層15とソース電極22との接触面積が大きくなるので、MOSFET100のオン抵抗がさらに低減されることが可能となる。 Here, the upper surface of the interlayer insulating film 11 formed on the upper surface of the gate electrode 8 is directed toward the inside of the trench 4 from the first surface 5 of the n -type drift layer 2 (to the n + -type drain layer side). ), The n + -type source layer 15 is not only electrically connected to the source electrode 22 through the first surface 5 of the n -type drift layer 2, but also the upper end of the sidewall of the trench 4. It is electrically connected to the source electrode 22 through the electrode. For this reason, since the contact resistance between the n + -type source layer 15 and the source electrode 22 is lowered, the on-resistance of the MOSFET 100 is lowered. The thinner the interlayer insulating film 11 formed on the upper surface of the gate electrode 8, the larger the contact area between the n + -type source layer 15 and the source electrode 22 at the upper end of the trench 4. Further reduction can be achieved.

また、後述の製造方法にて説明するが、層間絶縁膜11に形成されたリセス13の第1の側壁13a及び第2の側壁13bが上述のように、n形ドリフト層2の第1の表面に対して垂直でないことにより、垂直である場合に比べて、その下に形成されるp形キャリア排出層18のゲート配線層9の第2の部分9b側の端部の曲率が緩和される。この結果、MOSFET100がオフ状態のときにn形ドリフト層2からp形ベース層終端部14bに広がった空乏層の等電位線の間隔が、p形キャリア排出層18のゲート配線層9の第2の部分9b側の端部において広がるので、電界集中が緩和されてMOSFET100の耐圧が向上する。 Further, as will be described later with reference to the manufacturing method, the first side wall 13a and the second side wall 13b of the recess 13 formed in the interlayer insulating film 11 have the first side wall of the n − type drift layer 2 as described above. Since the surface is not perpendicular to the surface, the curvature of the end of the gate wiring layer 9 on the second portion 9b side of the p + -type carrier discharge layer 18 formed below the surface is relaxed compared to the case of being perpendicular. The As a result, MOSFET 100 is n in the off state - distance equipotential lines of the depletion layer spread from the shape drift layer 2 to the p-type base layer terminating unit 14b is, the gate wiring layer 9 of p + -type carrier discharging layer 18 Since it spreads at the end on the second portion 9b side, the electric field concentration is alleviated and the breakdown voltage of the MOSFET 100 is improved.

次に、本実施形態に係るMOSFET100の製造方法を図3〜図8を用いて説明する。図3〜図8は、本実施形態に係るMOSFET100の製造工程の一部の、図2における断面と同じ断面図である。図3に示したように、n形ドレイン層1の上に、n形ドリフト層2が形成される。これは、n形シリコン基板の上にエピタキシャル成長によりn形エピタキシャル層を形成することで得ることができるほか、n形基板の裏面にn形不純物をイオン注入して熱処理による拡散することによりn形エピタキシャル層を形成することでも得ることが可能であり、通常のMOSFETの製造プロセスにより作成することが可能である。 Next, a method for manufacturing the MOSFET 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 8 are cross-sectional views that are the same as the cross-section in FIG. 2, showing a part of the manufacturing process of the MOSFET 100 according to this embodiment. As shown in FIG. 3, an n − type drift layer 2 is formed on the n + type drain layer 1. This is because the epitaxially grown on the n + -type silicon substrate n - well that can be obtained by forming the shape epitaxial layer, n - a n-type impurity on the back of the form board by diffusion by ion implantation to a heat treatment It can also be obtained by forming an n + -type epitaxial layer, and can be formed by a normal MOSFET manufacturing process.

p形ガードリング層3が、n形ドリフト層2の第1の表面5の、ゲート配線層9の第1の部分9a及び第2の部分9bが形成されることになる位置に形成される。p形ガードリング層3は、一例として、p形不純物のイオン注入と熱処理による拡散で形成可能である。複数のトレンチ4が、一例としてRIE(Reactive Ion Etching)により、n形ドリフト層2の第1の表面上で、上記p形ガードリング層3で囲まれた領域内に形成され、n形ドリフト層2の第1の表面5からn形ドリフト層2の内部に向かって延伸するとともに、Y方向にストライプ状に延伸する。トレンチ4のY方向における両端は、それぞれ、p形ガードリング層3の対向する部分のそれぞれの内部に形成される。ゲート絶縁膜6が、トレンチ4の底面と側壁上を覆うように形成される。ゲート絶縁膜6は、熱酸化若しくはCVDによるシリコン酸化膜で形成されることもできるが、SiNやSiNOなどでもよく、Al等の他の誘電体膜でも可能である。絶縁膜7が、ゲート絶縁膜と同様にして同様の材料でn形ドリフト層2の第1の表面5上を覆うように形成され、トレンチ4の側壁の上端でゲート絶縁膜6と接続される。絶縁膜7は、ゲート絶縁膜6と一体で形成されてもよく、予めn形ドリフト層2の第1の表面5上に形成されている他の絶縁膜の上に形成されることも可能である。ポリシリコンが、ゲート絶縁膜6を介してトレンチ4内に埋め込まれるように、絶縁膜7を介してn形ドリフト層2の第1の表面5上の全面に形成される。 The p-type guard ring layer 3 is formed on the first surface 5 of the n -type drift layer 2 at a position where the first portion 9a and the second portion 9b of the gate wiring layer 9 are to be formed. . For example, the p-type guard ring layer 3 can be formed by ion implantation of p-type impurities and diffusion by heat treatment. A plurality of trenches 4, by RIE (Reactive Ion Etching) as an example, n - on the first surface of the form the drift layer 2, is formed in a region surrounded by the above p-type guard ring layer 3, n - form The film extends from the first surface 5 of the drift layer 2 toward the inside of the n -type drift layer 2 and extends in a stripe shape in the Y direction. Both ends in the Y direction of the trench 4 are respectively formed inside the opposing portions of the p-type guard ring layer 3. A gate insulating film 6 is formed so as to cover the bottom and side walls of the trench 4. The gate insulating film 6 can be formed of a silicon oxide film by thermal oxidation or CVD, but may be SiN, SiNO, or other dielectric film such as Al 2 O 3 . An insulating film 7 is formed in the same manner as the gate insulating film so as to cover the first surface 5 of the n -type drift layer 2 and is connected to the gate insulating film 6 at the upper end of the sidewall of the trench 4. The The insulating film 7 may be formed integrally with the gate insulating film 6 or may be formed on another insulating film previously formed on the first surface 5 of the n -type drift layer 2. It is. Polysilicon is formed on the entire surface of the first surface 5 of the n -type drift layer 2 via the insulating film 7 so as to be buried in the trench 4 via the gate insulating film 6.

次に、既存のシリコンプロセスのリソグラフィー技術を用いて形成された所望のパターンを有する図示しないレジストマスクを用いて、ポリシリコンがエッチングされることで、このポリシリコンからなるゲート電極8とゲート配線層9とが形成される。ゲート電極8は、トレンチ4内にゲート絶縁膜6を介して埋め込まれ、Y方向に延伸し、その上面はn形ドリフト層2の第1の表面5よりもトレンチ4の内部に後退して形成される。ゲート配線層9は、絶縁膜7を介してn形ドリフト層2の第1の表面上に形成され、第1の部分9aと第2の部分9bとを有する。ゲート配線層9の第1の部分9aは、Y方向においてその一端がゲート電極8の一端と重なりあい、その重なった部分でポリシリコンからなる接続部10によりゲート電極8の一端と接合される。すなわち、ゲート配線層9の第1の部分9aの一端は、Y方向においてゲート電極8の一端とn形ドリフト層2の第1の表面5に垂直な方向(図中Z方向)で接続される。さらにゲート配線層9の第1の部分9aは、Y方向と直交するX方向に延伸する。ゲート配線層9の第2の部分9bは、ゲート配線層9の第1の部分9aと直交してY方向に延伸する。ゲート配線層9の第1の部分9aと第2の部分9bとは、上記複数のトレンチ4内に形成されたゲート電極8を取り囲むように形成される。最も外側のゲート電極8は、ゲート配線層9の第1の部分9aと第2の部分9bとで囲まれた領域内に形成される。ゲート配線層9の第1の部分9a及び第2の部分9bは、それぞれ、n形ドリフト層2の第1の表面5上に形成されたp形ガードリング層3の直上に形成される。 Next, the polysilicon is etched using a resist mask (not shown) having a desired pattern formed by using an existing silicon process lithography technique, whereby the gate electrode 8 and the gate wiring layer made of this polysilicon are etched. 9 are formed. The gate electrode 8 is embedded in the trench 4 via the gate insulating film 6 and extends in the Y direction. The upper surface of the gate electrode 8 recedes into the trench 4 from the first surface 5 of the n -type drift layer 2. It is formed. The gate wiring layer 9 is formed on the first surface of the n − type drift layer 2 via the insulating film 7 and has a first portion 9 a and a second portion 9 b. One end of the first portion 9a of the gate wiring layer 9 overlaps with one end of the gate electrode 8 in the Y direction, and the overlapped portion is joined to one end of the gate electrode 8 by the connecting portion 10 made of polysilicon. That is, one end of the first portion 9a of the gate wiring layer 9 is connected to one end of the gate electrode 8 in the Y direction in a direction perpendicular to the first surface 5 of the n -type drift layer 2 (Z direction in the figure). The Further, the first portion 9a of the gate wiring layer 9 extends in the X direction orthogonal to the Y direction. The second portion 9 b of the gate wiring layer 9 extends in the Y direction perpendicular to the first portion 9 a of the gate wiring layer 9. The first portion 9 a and the second portion 9 b of the gate wiring layer 9 are formed so as to surround the gate electrode 8 formed in the plurality of trenches 4. The outermost gate electrode 8 is formed in a region surrounded by the first portion 9 a and the second portion 9 b of the gate wiring layer 9. The first portion 9 a and the second portion 9 b of the gate wiring layer 9 are respectively formed immediately above the p-type guard ring layer 3 formed on the first surface 5 of the n -type drift layer 2.

次に、図4に示したように、層間絶縁膜11が、トレンチ4内のゲート電極8の上面上及びn形ドリフト層2の第1の表面5上の全体に形成される。層間絶縁膜11は、ゲート絶縁膜6及び絶縁膜7と同様の材料でよく、熱酸化膜、CVDによるシリコン酸化膜、SiN又は、SiNO等の窒化膜、及びAlなどの誘電体膜を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 4, the interlayer insulating film 11 is formed on the entire upper surface of the gate electrode 8 in the trench 4 and on the first surface 5 of the n -type drift layer 2. The interlayer insulating film 11 may be made of the same material as the gate insulating film 6 and the insulating film 7, and is a thermal oxide film, a silicon oxide film by CVD, a nitride film such as SiN or SiNO, and a dielectric film such as Al 2 O 3. Can be used.

次に、既存のシリコンプロセスのリソグラフィー技術を用いて、レジストマスク12がゲート配線層9を覆うように、層間絶縁膜11上に形成される。レジストマスク12は、第1の部分12aと第2の部分12bとを有する。レジストマスク12の第1の部分12aは、Y方向においてゲート配線層9の第1の部分9aを平面図にて(Z方向から見たとき)露出しないように覆い、ゲート配線層9の第1の部分9aに沿ってX方向に延伸する。レジストマスク12の第2の部分12bは、X方向においてゲート配線層9の第2の部分9bを平面図にて露出しないように覆い、ゲート配線層9の第2の部分9bに沿ってY方向に延伸し、レジストマスク12の第1の部分12aと直交する。レジストマスク12は、ゲート配線層同様に、MOSFET100の終端領域において素子領域を取り囲む環状構造を有する。   Next, a resist mask 12 is formed on the interlayer insulating film 11 so as to cover the gate wiring layer 9 by using an existing silicon process lithography technique. The resist mask 12 has a first portion 12a and a second portion 12b. The first portion 12a of the resist mask 12 covers the first portion 9a of the gate wiring layer 9 in the Y direction so as not to be exposed in a plan view (when viewed from the Z direction). It extends in the X direction along the portion 9a. The second portion 12b of the resist mask 12 covers the second portion 9b of the gate wiring layer 9 in the X direction so as not to be exposed in a plan view, and the Y portion along the second portion 9b of the gate wiring layer 9 And is orthogonal to the first portion 12a of the resist mask 12. Similar to the gate wiring layer, the resist mask 12 has an annular structure surrounding the element region in the termination region of the MOSFET 100.

次に、図5に示したように、層間絶縁膜11の表面のうちレジストマスク12から露出した部分が、ウエットエッチングにてエッチングされ、レジストマスク12に沿ってその内側にリセス13が形成される。リセス13は、第1の側壁13aと第2の側壁13bとを有し、底部にn形ドリフト層2の第1の表面5が露出しない状態でウエットエッチングは停止される。ウエットエッチングのエッチング液は、既存のシリコンプロセスで使用されるものを用いることができる。リセス13の第1の側壁13aは、ゲート配線層9の第1の部分9aに沿ってX方向に延伸し、ゲート電極8上を交差し、n形ドリフト層2の第1の表面5に垂直に形成されていない。層間絶縁膜11が、ウエットエッチングによりレジストマスク12の第1の部分12aの端部で等方的にエッチングされるため、リセス13の第1の側壁13aは、n形ドリフト層2側に向かうほどゲート配線層9の第1の部分9aから離れていくように形成される。言い換えると、リセス13の第1の側壁13aは、n形ドリフト層2側に凹んで形成される。
なお、エッチング条件を変えることにより、リセス13の第1の側壁13aは、テーパー状に形成されることも可能である。リセス13の第2の側壁13bは、ゲート配線層9の第2の部分9bに沿ってY方向に延伸し、ゲート電極8と平行に、且つゲート配線層9の第2の部分9bと最も外側のゲート電極8との間に形成される。リセス13の第2の側壁13bも第1の側壁13aと同様に、n形ドリフト層2の第1の表面5に垂直に形成されていない。層間絶縁膜11がウエットエッチングによりレジストマスク12の第2の部分12bの端部で等方的にエッチングされるため、リセス13の第2の側壁13bも同様に、n形ドリフト層2側に向かうほどゲート配線層9の第2の部分9bから離れていくように形成される。言い換えると、リセス13の第2の側壁13bも、n形ドリフト層2側に凹んで形成される。上記のように層間絶縁膜11をウエットエッチングすることにより、対向する上記第1の側壁13aとこれに直交して対向する上記第2の側壁13bとを有するリセス13が、ゲート配線層9の第1の部分9aと第2の部分9bとで囲まれた領域内の層間絶縁膜11の表面上に形成される。
Next, as shown in FIG. 5, a portion of the surface of the interlayer insulating film 11 exposed from the resist mask 12 is etched by wet etching, and a recess 13 is formed along the resist mask 12 inside. . The recess 13 has a first side wall 13a and a second side wall 13b, and the wet etching is stopped in a state where the first surface 5 of the n -type drift layer 2 is not exposed at the bottom. As an etchant for wet etching, one used in an existing silicon process can be used. The first side wall 13 a of the recess 13 extends in the X direction along the first portion 9 a of the gate wiring layer 9, intersects the gate electrode 8, and is on the first surface 5 of the n -type drift layer 2. It is not formed vertically. Since the interlayer insulating film 11 is isotropically etched at the end of the first portion 12a of the resist mask 12 by wet etching, the first side wall 13a of the recess 13 faces the n -type drift layer 2 side. The gate wiring layer 9 is formed so as to move away from the first portion 9a. In other words, the first side wall 13a of the recess 13 is formed to be recessed toward the n -type drift layer 2 side.
Note that the first side wall 13a of the recess 13 can be tapered by changing the etching conditions. The second side wall 13b of the recess 13 extends in the Y direction along the second portion 9b of the gate wiring layer 9, is parallel to the gate electrode 8, and is the outermost side with the second portion 9b of the gate wiring layer 9. Between the gate electrode 8 and the gate electrode 8. Similarly to the first side wall 13a, the second side wall 13b of the recess 13 is not formed perpendicular to the first surface 5 of the n -type drift layer 2. Since the interlayer insulating film 11 is isotropically etched at the end of the second portion 12b of the resist mask 12 by wet etching, the second side wall 13b of the recess 13 is similarly formed on the n -type drift layer 2 side. It is formed so as to move away from the second portion 9b of the gate wiring layer 9 as it goes. In other words, the second side wall 13b of the recess 13 is also formed to be recessed toward the n -type drift layer 2 side. By performing wet etching on the interlayer insulating film 11 as described above, the recess 13 having the first side wall 13a facing each other and the second side wall 13b facing perpendicularly to the first side wall 13a is formed on the gate wiring layer 9. It is formed on the surface of the interlayer insulating film 11 in a region surrounded by the first portion 9a and the second portion 9b.

次に、図6に示したように、レジストマスク12を取り除いた後に、層間絶縁膜11の表面全体をドライエッチングによりエッチングする。ドライエッチングは、一例としてRIEで実施可能であるが、CDE(Chemical Dry Etching)なども実施が可能である。なお、層間絶縁膜11の表面が均一に制御よくエッチングできるエッチング方法であれば、ドライエッチング以外のエッチング方法でもよい。RIEで層間絶縁膜11の表面全体を均一にエッチングすることで、上記のウエットエッチングにより層間絶縁膜11の表面に形成されたリセス13は、その形状を維持しながら、層間絶縁膜11がエッチングされていく。n形ドリフト層2の第1の表面5のうち、隣り合うトレンチ4に挟まれた部分(X方向でトレンチに隣接する部分)及びリセス13の第2の側壁13bとゲート電極8のうち最も外側のゲート電極8との間の部分と、更にn形ドリフト層2のトレンチ4の側壁の上端の部分とが、リセス13の底面に露出したところでドライエッチングを終える。この結果、層間絶縁膜11のうちのトレンチ4内のゲート電極8の上面上に形成された部分は、n形ドリフト層2の第1の表面5よりもn形ドレイン層1側に位置するように形成される。また、リセス13の第1の側壁13a及び第2の側壁13bは、上記ウエットエッチングで形成された形状を維持し、n形ドリフト層2側に向かうほどゲート配線層9の第1の部分9a及び第2の部分9bからそれぞれ離れていくように形成される。言い換えると、リセス13の第1の側壁13a及び第2の側壁13bは、n形ドリフト層2側に凹んだ形状を有する。このドライエッチングで、MOSFET100のチップが分離されるダイシングラインとなる部分に、層間絶縁膜11の開口部24が同時にエッチングされて形成されるが、プロセスの都合で別の工程でエッチングされることも可能である。 Next, as shown in FIG. 6, after removing the resist mask 12, the entire surface of the interlayer insulating film 11 is etched by dry etching. As an example, dry etching can be performed by RIE, but CDE (Chemical Dry Etching) or the like can also be performed. Any etching method other than dry etching may be used as long as the surface of the interlayer insulating film 11 can be etched uniformly and with good control. By uniformly etching the entire surface of the interlayer insulating film 11 by RIE, the recess 13 formed on the surface of the interlayer insulating film 11 by the above-described wet etching is etched while maintaining the shape of the recess 13. To go. Of the first surface 5 of the n -type drift layer 2, the portion between the adjacent trenches 4 (the portion adjacent to the trenches in the X direction) and the second side wall 13 b of the recess 13 and the gate electrode 8 are the most. Dry etching is finished when the portion between the outer gate electrode 8 and the upper end portion of the sidewall of the trench 4 of the n -type drift layer 2 are exposed at the bottom surface of the recess 13. As a result, a portion of the interlayer insulating film 11 formed on the upper surface of the gate electrode 8 in the trench 4 is located closer to the n + -type drain layer 1 side than the first surface 5 of the n -type drift layer 2. To be formed. The first side wall 13a and the second side wall 13b of the recess 13 maintain the shape formed by the wet etching, and the first portion 9a of the gate wiring layer 9 becomes closer to the n -type drift layer 2 side. And the second portion 9b. In other words, the first side wall 13a and the second side wall 13b of the recess 13 have a shape recessed toward the n -type drift layer 2 side. By this dry etching, the opening 24 of the interlayer insulating film 11 is formed by etching at the same time in a portion that becomes a dicing line from which the chip of the MOSFET 100 is separated, but it may be etched in another process for convenience of the process. Is possible.

次に図7に示したように、p形ベース層14aが、n形ドリフト層2の第1の表面5のうち隣り合うトレンチで挟まれた部分に形成され、トレンチ4の側壁でゲート絶縁膜6に隣接するように形成される。p形ベース層14aのp形不純物濃度は、p形ガードリング層よりも高く設定される。p形ベース層14aの底は、トレンチ4内のゲート電極8の底よりも浅く、n形ドリフト層2の第1の表面5側に形成される。p形ベース層終端部14bは、p形ベース層14aと同時にn形ドリフト層2の第1の表面5のうちp形ガードリング層3と最も外側のゲート電極8との間に形成され、一端でゲート絶縁膜6と隣接し、その反対側の他端でp形ガードリング層3と接続される。p形ベース層14aとp形ベース終端部14bとは、ゲート配線層9上に形成された層間絶縁膜11及びゲート電極8をマスクに用いてp形不純物をn形ドリフト層2の第1の表面5に注入することで一体的に形成されることができる。不純物の注入としては、一例として、イオン注入した後に熱拡散をすることで実施可能である。このとき、必要であれば、MOSFET100のダイシングラインとなる層間絶縁膜11の開口部24は、図示しないマスクで覆われていてもよい。本実施形態のMOSFET100の製造方法では、上述のように、p形ベース層14a及びp形ベース層終端部14bは、n形ドリフト層2の第1の表面5にトレンチ4が形成された後に形成されるが、これはあくまでも一例である。p形ベース層14a及びp形ベース層終端部14bは、p形ガードリング層3と同様に、n形ドリフト層2の第1の表面5にトレンチ4が形成される前に、n形ドリフト層2の第1の表面5の所定の位置に予め形成されることも可能である。その後、トレンチ4が、n形ドリフト層2の第1の表面5(p形ベース層14aが形成されている部分)からp形ベース層14a及びp形ベース層14bを貫通してn形ドリフト層2の内部に達するように形成されることが可能である。 Next, as shown in FIG. 7, the p-type base layer 14 a is formed in a portion sandwiched between adjacent trenches on the first surface 5 of the n -type drift layer 2, and gate insulation is performed on the sidewall of the trench 4. It is formed adjacent to the film 6. The p-type impurity concentration of the p-type base layer 14a is set higher than that of the p-type guard ring layer. The bottom of the p-type base layer 14 a is shallower than the bottom of the gate electrode 8 in the trench 4 and is formed on the first surface 5 side of the n -type drift layer 2. The p-type base layer termination portion 14b is formed between the p-type guard ring layer 3 and the outermost gate electrode 8 in the first surface 5 of the n -type drift layer 2 simultaneously with the p-type base layer 14a. One end is adjacent to the gate insulating film 6 and the other end on the opposite side is connected to the p-type guard ring layer 3. The p-type base layer 14a and the p-type base termination portion 14b are formed by using the interlayer insulating film 11 and the gate electrode 8 formed on the gate wiring layer 9 as a mask and using the p-type impurity as the first of the n -type drift layer 2. It can be formed integrally by injecting into the surface 5 of. As an example, the impurity can be implanted by thermal diffusion after ion implantation. At this time, if necessary, the opening 24 of the interlayer insulating film 11 to be a dicing line of the MOSFET 100 may be covered with a mask (not shown). In the method for manufacturing the MOSFET 100 of this embodiment, as described above, the p-type base layer 14a and the p-type base layer termination 14b are formed after the trench 4 is formed on the first surface 5 of the n -type drift layer 2. Although formed, this is merely an example. p-type base layer 14a and the p-type base layer terminating unit 14b, like the p-type guard ring layer 3, n - before the trench 4 is formed on the first surface 5 forms the drift layer 2, n - form It may be formed in advance at a predetermined position on the first surface 5 of the drift layer 2. Thereafter, the trenches 4, n - through the p-type base layer 14a and the p-type base layer 14b from the first surface 5 forms the drift layer 2 (a portion p-type base layer 14a is formed) n - form It can be formed so as to reach the inside of the drift layer 2.

次に、n形ソース層15が、隣り合うトレンチ4の間のn形ドリフト層2の第1の表面5に形成されたp形ベース層14aの表面に形成され、n形ソース層15のn形不純物濃度は、n形ドリフト層2のn形不純物濃度よりも高い。n形ソース層15は、下端部でゲート絶縁膜6を介してゲート電極8の上端と対向するように形成される。n形ソース層15は、ゲート電極8及びゲート配線層9上に形成された層間絶縁膜11をマスクに用いてn形不純物をn形ドリフト層2の第1の表面5(すなわち隣り合うトレンチ間に形成されたp形ベース層14aの表面)に注入することで、p形ベース層14aの表面に形成される。n形不純物の注入は、p形ベース層14aと同様に一例としてイオン注入及びその後の熱拡散で実施可能である。このとき同時に、層間絶縁膜11の開口部24を介して、MOSFET100のチップのダイシングラインとなる部分のn形ドリフト層2の第1の表面5上にn形チャネルストッパ層16が形成される。なお、図7では、p形ベース層終端部14bの表面上にはn形ソース層が形成されていないが、上記n形不純物の注入の時に、n形ソース層がその表面に形成されていてもよい。後述のp形キャリア排出層が形成されるときに、p形ベース層終端部14bの表面は、p形不純物により補償されてp形化するからである。 Next, the n + -type source layer 15 is formed on the surface of the p-type base layer 14 a formed on the first surface 5 of the n -type drift layer 2 between the adjacent trenches 4, and the n + -type source layer is formed. The n-type impurity concentration of 15 is higher than the n-type impurity concentration of the n -type drift layer 2. The n + -type source layer 15 is formed so as to face the upper end of the gate electrode 8 through the gate insulating film 6 at the lower end portion. The n + -type source layer 15 uses the interlayer insulating film 11 formed on the gate electrode 8 and the gate wiring layer 9 as a mask, and converts n-type impurities into the first surface 5 (that is, adjacent to the n -type drift layer 2). By injecting into the surface of the p-type base layer 14a formed between the trenches, the surface of the p-type base layer 14a is formed. The n-type impurity implantation can be performed by ion implantation and subsequent thermal diffusion as an example, similarly to the p-type base layer 14a. At the same time, the n + -type channel stopper layer 16 is formed on the first surface 5 of the n -type drift layer 2 in the portion serving as the dicing line of the chip of the MOSFET 100 through the opening 24 of the interlayer insulating film 11. The In FIG. 7, on the surface of the p-type base layer terminating unit 14b not n + -type source layer is formed, at the time of implantation of the n-type impurity, the n + -type source layer is formed on the surface It may be. This is because when the p + -type carrier discharge layer described later is formed, the surface of the p-type base layer termination portion 14b is compensated by the p-type impurity and becomes p-type.

次に、図8に示したように、隣り合うトレンチ4に挟まれたn形ソース層15を後述のp形不純物の注入から保護するために、レジストマスク17がn形ソース層15上に形成される。必要によりn形チャネルストッパ層16も保護するために、レジストマスク17で覆われる。レジストマスク17は、Y方向に沿って図示しない複数の開口部を有する。この開口部は、例えばX方向に延伸し、Y方向に離間して配列されたストライプ状の開口部であってもよい。このレジストマスク17、ゲート電極8、及びゲート配線層9上に形成された層間絶縁膜11をマスクに用いて、p形不純物がn形ドリフト層2の第1の表面5に形成されたp形ベース層14a及びp形ベース層終端部14bのそれぞれの表面に注入される。この結果、図示しないp形コンタクト層が、隣り合うトレンチ4の間のp形ベース層14aの表面のうち上述のレジストマスク17の開口部に対応する部分に選択的に形成されて、p形ベース層14aと電気的に接続され、Y方向にそってn形ソース層15と交互に配列される。p形コンタクト層が形成される部分にもともとn形ソース層15が形成されていたとしても、p形不純物が十分に注入されることで不純物が補償されてp形コンタクト層が形成可能である。また、上記p形コンタクトがp形ベース層14a上に選択的に形成されるのと同時に、p形キャリア排出層18が、p形ベース終端部14bの表面のうち、最も外側のゲート電極8とリセス13の第2の側壁13bとの間の部分に形成される。
ここで、リセス13の第2の側壁13bの形状は、前述のウエットエッチングで形成された形状を維持し、n形ドリフト層2側に向かうほどゲート配線層9の第2の部分9bから離れていくように形成されている。言い換えると、リセス13の第2の側壁13bは、n形ドリフト層2側に凹んだ形状を有する。このため、p形不純物がp形ベース層終端部14bに注入される際に、リセス13の第2の側壁13bがマスクとなる層間絶縁膜11の端部になるので、リセス13の第2の側壁13bからゲート配線層9の第2の部分9bに向かって、p形ベース層14bの表面上に注入されるp形不純物量が徐々に減少していく。その結果、リセス13の第2の側壁13bの形状がn形ドリフト層2の第1の表面に対して垂直に形成されている場合に比べて、p形キャリア排出層18は、ゲート配線層9の第2の部分9b側の端部において緩やかな曲率を有する形状になる。
なお、図7のn形ソース層15の形成時にp形ベース層終端部14bの表面にはn形ソース層15が形成されていなかったが、同時に形成されていたとしても、上記p形不純物の注入が十分に行われれば、p形キャリア排出層18は、上記p形コンタクト層と同様に不純物が補償されてp形ベース層終端部14b上に形成可能である。なお、上記p形不純物の注入も、一例としてp形不純物のイオン注入とその後の熱処理による拡散で実施可能である。
Next, as shown in FIG. 8, in order to protect the n + -type source layer 15 sandwiched between adjacent trenches 4 from the implantation of p-type impurities described later, a resist mask 17 is formed on the n + -type source layer 15. Formed. In order to protect the n + -type channel stopper layer 16 as necessary, it is covered with a resist mask 17. The resist mask 17 has a plurality of openings not shown along the Y direction. The openings may be, for example, striped openings that extend in the X direction and are spaced apart in the Y direction. A p-type impurity is formed on the first surface 5 of the n -type drift layer 2 using the resist mask 17, the gate electrode 8, and the interlayer insulating film 11 formed on the gate wiring layer 9 as a mask. Implanted into the respective surfaces of the p-type base layer 14a and the p-type base layer termination 14b. As a result, a p + -type contact layer (not shown) is selectively formed on a portion of the surface of the p-type base layer 14a between the adjacent trenches 4 corresponding to the opening of the resist mask 17 described above. It is electrically connected to the base layer 14a and is alternately arranged with the n + -type source layers 15 along the Y direction. p + even in the form originally n + -type source layer 15 in the portion where the contact layer is formed has been formed, impurity is compensated p + -type contact layer can be formed by p-type impurity is sufficiently injected It is. At the same time that the p + -type contact is selectively formed on the p-type base layer 14a, the p + -type carrier discharge layer 18 has the outermost gate electrode on the surface of the p-type base termination 14b. 8 and the second side wall 13 b of the recess 13.
Here, the shape of the second side wall 13b of the recess 13 maintains the shape formed by the above-described wet etching, and is separated from the second portion 9b of the gate wiring layer 9 toward the n -type drift layer 2 side. It is formed to go. In other words, the second side wall 13b of the recess 13 has a shape recessed toward the n -type drift layer 2 side. For this reason, when the p-type impurity is implanted into the p-type base layer termination portion 14b, the second sidewall 13b of the recess 13 becomes the end of the interlayer insulating film 11 serving as a mask. The amount of p-type impurity implanted onto the surface of the p-type base layer 14b gradually decreases from the side wall 13b toward the second portion 9b of the gate wiring layer 9. As a result, compared with the case where the shape of the second sidewall 13b of the recess 13 is formed perpendicular to the first surface of the n -type drift layer 2, the p + -type carrier discharge layer 18 has the gate wiring The end of the layer 9 on the second portion 9b side has a gentle curvature.
Although the n + -type source layer 15 is not formed on the surface of the p-type base layer termination portion 14b when the n + -type source layer 15 in FIG. 7 is formed, the p-type may be formed even if it is formed at the same time. If the impurity is sufficiently implanted, the p + -type carrier discharge layer 18 can be formed on the p-type base layer termination portion 14b with the impurity compensated in the same manner as the p + -type contact layer. The implantation of the p-type impurity can also be performed by, for example, ion implantation of the p-type impurity and subsequent diffusion by heat treatment.

次に、図2に示したように、レジストマスク17を取り除いた後に、ゲート配線層9の第1の部分9a及び第2の部分9bに達する第1の開口部20a及び第2の開口部20bが既存のシリコンプロセス技術により形成される。なお、これらの開口部20a及び20bは、前述のドライエッチングで層間絶縁膜11がエッチングされて、リセス13の底部にn形ドリフト層2の第1の表面5が露出する時に同時に形成されることも可能である。開口部20a及び20bの形成は、プロセスの都合に応じて適切な時期に実施すればよい。ゲートメタル配線21が、層間絶縁膜11の第1の開口部20a及び20bを介してゲート配線層9の第1の部分9a及び第2の部分9bに電気的に接続されるように形成される。ソース電極22が、リセス13内の、n形ソース層15上、p形キャリア排出層18上、及び層間絶縁膜11を介したゲート電極8上に形成され、n形ソース層15、p形ベース層14a、及びp形キャリア排出層18と電気的に接続される。
ここで、ゲートメタル配線層21及びソース電極22は、MOSFET100のチップ表面全体に金属を形成した後に、既存のリソグラフィー技術とエッチング技術によりパターニングされることで形成可能である。ゲートメタル配線層21及びソース電極21は、例えば、アルミニウム、銅、金などの、半導体の電極として用いられる既存の金属材料でよい。ドレイン電極が、n形ドレイン層1のn形ドリフト層2とは反対側の表面に電気的に接続されるように形成される。ドレイン電極23も、ソース電極22及びゲート電極21と同様に既存の金属材料であればよい。
Next, as shown in FIG. 2, after removing the resist mask 17, the first opening 20 a and the second opening 20 b reaching the first portion 9 a and the second portion 9 b of the gate wiring layer 9. Are formed by existing silicon process technology. These openings 20a and 20b are formed simultaneously when the interlayer insulating film 11 is etched by the above-described dry etching and the first surface 5 of the n -type drift layer 2 is exposed at the bottom of the recess 13. It is also possible. The openings 20a and 20b may be formed at an appropriate time according to the convenience of the process. The gate metal wiring 21 is formed so as to be electrically connected to the first portion 9a and the second portion 9b of the gate wiring layer 9 through the first openings 20a and 20b of the interlayer insulating film 11. . A source electrode 22 is formed on the n + -type source layer 15, the p + -type carrier discharge layer 18, and the gate electrode 8 through the interlayer insulating film 11 in the recess 13, and the n + -type source layer 15, The p-type base layer 14 a and the p + -type carrier discharge layer 18 are electrically connected.
Here, the gate metal wiring layer 21 and the source electrode 22 can be formed by forming a metal on the entire chip surface of the MOSFET 100 and then patterning the metal by the existing lithography technique and etching technique. The gate metal wiring layer 21 and the source electrode 21 may be an existing metal material used as a semiconductor electrode, such as aluminum, copper, or gold. The drain electrode is formed so as to be electrically connected to the surface of the n + -type drain layer 1 opposite to the n -type drift layer 2. Similarly to the source electrode 22 and the gate electrode 21, the drain electrode 23 may be an existing metal material.

以上説明した本実施形態に係る製造方法により、本実施形態に係るMOSFET100が製造されることが可能である。   The MOSFET 100 according to this embodiment can be manufactured by the manufacturing method according to this embodiment described above.

次に本実施形態に係るMOSFET100の製造方法の効果を説明するために、比較例のMOSFETの製造方法を説明する。なお、本実施の形態で説明した構成と同じ構成の部分には同じ参照番号または記号を用いその説明は省略する。本実施の形態との相異点について主に説明する。図9は、比較例に係るMOSFETの製造方法の製造工程の一部の、(a)図1の平面図のA−A線の位置に相当する位置での断面図、及び(b)図1の平面図のB−B線に相当する位置での断面図である。図9の製造工程は、本実施形態に係るMOSFETの製造方法における、図5及び図6にかけての製造工程に相当する。比較例のMOSFETの製造方法は、本実施形態の製造方法の図4まで、すなわち、ゲート配線層9を覆うように層間絶縁膜の上にマスクが形成されるところまでは、本実施形態の製造方法と同じ製造工程を備える。   Next, in order to explain the effect of the method of manufacturing the MOSFET 100 according to this embodiment, a method of manufacturing the MOSFET of the comparative example will be described. Note that the same reference numerals or symbols are used for portions having the same configurations as those described in this embodiment, and description thereof is omitted. Differences from the present embodiment will be mainly described. 9A is a cross-sectional view of a part of the manufacturing process of the MOSFET manufacturing method according to the comparative example, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line AA in the plan view of FIG. It is sectional drawing in the position corresponded to the BB line of the top view. The manufacturing process in FIG. 9 corresponds to the manufacturing process in FIGS. 5 and 6 in the MOSFET manufacturing method according to the present embodiment. The manufacturing method of the MOSFET of the comparative example is the manufacturing method of this embodiment up to FIG. 4 of the manufacturing method of this embodiment, that is, until the mask is formed on the interlayer insulating film so as to cover the gate wiring layer 9. The same manufacturing process as the method is provided.

本実施形態のMOSFETの製造方法では、図5に示したように、層間絶縁膜11の表面のうちゲート配線層9を覆うレジストマスク12から露出した部分を最初にウエットエッチングでエッチングを行うことで、前述の第1の側壁13a及び第2の側壁13bを有するリセス13が形成される。その後、レジストマスク12が取り除かれて、リセス13を表面に有する層間絶縁膜11の表面全体をドライエッチングによりエッチングすることで、n形ドリフト層2の第1の表面5のうち、隣り合うトレンチ4に挟まれた部分及びリセス13の第2の側壁13bとゲート電極8のうち最も外側のゲート電極8との間の部分と、更にn形ドリフト層2のトレンチ4の側壁の上端の部分とが、リセス13の底面に露出されてエッチングを終える。 In the MOSFET manufacturing method of the present embodiment, as shown in FIG. 5, a portion of the surface of the interlayer insulating film 11 exposed from the resist mask 12 covering the gate wiring layer 9 is first etched by wet etching. The recess 13 having the first side wall 13a and the second side wall 13b is formed. Thereafter, the resist mask 12 is removed, and the entire surface of the interlayer insulating film 11 having the recess 13 on the surface is etched by dry etching, so that the adjacent trenches in the first surface 5 of the n -type drift layer 2 are etched. 4 and a portion between the second sidewall 13b of the recess 13 and the outermost gate electrode 8 of the gate electrode 8, and a portion at the upper end of the sidewall of the trench 4 of the n − type drift layer 2 Are exposed on the bottom surface of the recess 13 to finish the etching.

これに対して、比較例のMOSFETの製造方法では、図9に示したように、層間絶縁膜11の表面のうちゲート配線層9を覆うレジストマスク12から露出した部分を、直接ドライエッチングでエッチングを行うことで、第1の側壁113a及び第2の側壁113bを有するリセス113が形成される。この点で、本実施形態のMOSFETの製造方法と相異する。以後のプロセスは後述するように本実施形態の製造方法と同じ製造工程を備える。   In contrast, in the MOSFET manufacturing method of the comparative example, as shown in FIG. 9, the portion of the surface of the interlayer insulating film 11 exposed from the resist mask 12 covering the gate wiring layer 9 is directly etched by dry etching. As a result, the recess 113 having the first side wall 113a and the second side wall 113b is formed. This is different from the MOSFET manufacturing method of the present embodiment. Subsequent processes include the same manufacturing steps as the manufacturing method of the present embodiment as will be described later.

比較例の製造方法で層間絶縁膜11の表面に形成されたリセス113の第1の側壁113a及び第2の側壁113bは、本実施形態に係るリセス13の第1の側壁13a及び第2の側壁13bと同じように、ゲート配線層9の第1の部分9aと第2の部分9bとに沿ってそれぞれ形成されるが、その形状が本実施形態に係るリセス13と相異する。比較例の第1の側壁113a及び第2の側壁113bは、ドライエッチングが異方性エッチングなので、図9に示したように、レジストマスク12の端部からn形ドリフト層2の第1の表面5に向かってほぼ垂直に形成される。また、比較例のリセス113の底面と第1の側壁113a及び第2の側壁113bとが交差する部分では、直角に形成されずに、それぞれの側壁に沿ってリセス113の底面よりもさらにn形ドリフト層2側に向かって凸部Tが形成される。以後、この凸部が形成される現象をトレンチングと称する。ドライエッチングでは、レジストマスク12と層間絶縁膜11の境界部は、層間絶縁膜11の表面のエッチング速度に比べて、エッチング速度が速いという特徴がある。このため、表面にレジストマスク12と層間絶縁膜11が共に露出した状態でドライエッチングが行われると、図9に示したように、層間絶縁膜11のエッチングは、レジストマスク12の端部に沿って局所的に速いので、トレンチングが発生する。 The first sidewall 113a and the second sidewall 113b of the recess 113 formed on the surface of the interlayer insulating film 11 by the manufacturing method of the comparative example are the first sidewall 13a and the second sidewall of the recess 13 according to this embodiment. Similarly to 13b, the gate wiring layer 9 is formed along the first portion 9a and the second portion 9b, respectively, but the shape is different from the recess 13 according to the present embodiment. Since the first side wall 113a and the second side wall 113b of the comparative example are anisotropic etching by dry etching, the first side wall of the n − type drift layer 2 is formed from the end of the resist mask 12 as shown in FIG. It is formed substantially perpendicular to the surface 5. Further, at the portion where the bottom surface of the recess 113 of the comparative example intersects with the first side wall 113a and the second side wall 113b, it is not formed at a right angle, and is further n than the bottom surface of the recess 113 along each side wall. A convex portion T is formed toward the drift layer 2 side. Hereinafter, the phenomenon in which the convex portion is formed is referred to as trenching. The dry etching is characterized in that the boundary between the resist mask 12 and the interlayer insulating film 11 has a higher etching rate than the etching rate of the surface of the interlayer insulating film 11. Therefore, when dry etching is performed with the resist mask 12 and the interlayer insulating film 11 both exposed on the surface, the etching of the interlayer insulating film 11 is performed along the edge of the resist mask 12 as shown in FIG. And locally fast, so that trenching occurs.

本実施形態のMOSFETの製造方法と同様に、図10に示したように、n形ドリフト層2の第1の表面5が露出したところで、ドライエッチングを停止し、レジストマスク12が取り除かれる。図10(a)に示したように、比較例のMOSFETの製造方法ではトレンチングが発生してしまうために、ゲート電極8上の層間絶縁膜11の厚さを本実施形態のMOSFETの製造方法に比べて薄くすることができない。比較例のMOSFETの製造方法では、ゲート電極8上の層間絶縁膜11の厚さが薄すぎると、層間絶縁膜11の表面に形成されたリセス113の第1の側壁113aとゲート電極8が交差する部分で、トレンチングにより生じた凸部Tにより層間絶縁膜11に開口部が形成されるためである。この層間絶縁膜11の開口が形成されると、この後に形成されたソース電極22とゲート電極8との絶縁がとれなくなってしまう。したがって、このトレンチングによる凸部Tの部分で、ソート電極とゲート電極との絶縁がとれるのに十分な厚さを層間絶縁膜11が有する必要がある。 Similar to the MOSFET manufacturing method of the present embodiment, as shown in FIG. 10, when the first surface 5 of the n -type drift layer 2 is exposed, dry etching is stopped and the resist mask 12 is removed. As shown in FIG. 10A, since the trenching occurs in the MOSFET manufacturing method of the comparative example, the thickness of the interlayer insulating film 11 on the gate electrode 8 is changed to the MOSFET manufacturing method of this embodiment. It cannot be made thinner than. In the MOSFET manufacturing method of the comparative example, if the thickness of the interlayer insulating film 11 on the gate electrode 8 is too thin, the first sidewall 113a of the recess 113 formed on the surface of the interlayer insulating film 11 and the gate electrode 8 intersect. This is because an opening is formed in the interlayer insulating film 11 by the convex portion T generated by trenching. When the opening of the interlayer insulating film 11 is formed, the source electrode 22 and the gate electrode 8 formed after that cannot be insulated. Therefore, the interlayer insulating film 11 needs to have a thickness sufficient to provide insulation between the sort electrode and the gate electrode at the projecting portion T formed by the trenching.

その後、図11に示したように、本実施形態に係るMOSFETの製造方法と同様な工程を経て、p形ベース層14a、p形ベース層終端部14b、n形ソース層15、チャネルストッパ層16、p形コンタクト層、及びp形キャリア排出層118が形成される。ここで、p形キャリア排出層118は、本実施形態に係るMOSFETの製造方法と同じような工程で、層間絶縁膜11の表面に形成されたリセス113の第2の側壁113bと最も外側に形成されたゲート電極8をマスクに用いてp形不純物がp形ベース層終端部14bの表面に注入されて形成される。しかしながら、比較例のMOSFETの製造方法では、上述のように初めにウエットエッチングを行わずにドライエッチングで、レジストマスク12から露出した層間絶縁膜11の表面をエッチングしているために、層間絶縁膜11に形成されたリセス113の第1の側壁113a及び第2の側壁113bが、n形ドリフト層2の第1の表面5に対してほぼ垂直に形成されており、この点で本実施形態に係るMOSFETの製造方法と相異する。このため、p形不純物が注入される際に、リセス113の第2の側壁113bがマスクとなる層間絶縁膜11の端部になるので、p形ベース層終端部14bの表面に注入されるp形不純物量が、リセス113の第2の側壁113bからゲート配線層9の第2の部分9bに向かって急激に減少するので、p形キャリア排出層118のゲート配線層9b側の端部は、本実施形態に係るMOSFET100のp形キャリア排出層18のゲート配線層9b側の端部より大きな曲率を有する。その後、図12に示したように、本実施形態に係るMOSFETの製造方法と同様な工程を経て、ゲートメタル配線21、ソース電極22、及びドレイン電極23が形成される。 After that, as shown in FIG. 11, through the same process as the MOSFET manufacturing method according to the present embodiment, the p-type base layer 14a, the p-type base layer termination 14b, the n + -type source layer 15, the channel stopper layer 16, a p + -type contact layer and a p + -type carrier discharge layer 118 are formed. Here, the p + -type carrier discharge layer 118 is formed on the outermost side with the second side wall 113b of the recess 113 formed on the surface of the interlayer insulating film 11 in the same process as the MOSFET manufacturing method according to the present embodiment. Using the formed gate electrode 8 as a mask, p-type impurities are implanted into the surface of the p-type base layer termination 14b. However, in the MOSFET manufacturing method of the comparative example, since the surface of the interlayer insulating film 11 exposed from the resist mask 12 is etched by dry etching without first performing wet etching as described above, the interlayer insulating film 11, the first side wall 113 a and the second side wall 113 b of the recess 113 formed substantially perpendicular to the first surface 5 of the n -type drift layer 2. This is different from the MOSFET manufacturing method according to FIG. For this reason, when the p-type impurity is implanted, the second side wall 113b of the recess 113 becomes the end of the interlayer insulating film 11 serving as a mask, and therefore, p implanted into the surface of the p-type base layer termination 14b. Since the amount of the type impurity decreases rapidly from the second side wall 113b of the recess 113 toward the second portion 9b of the gate wiring layer 9, the end of the p + type carrier discharge layer 118 on the gate wiring layer 9b side is The p + -type carrier discharge layer 18 of the MOSFET 100 according to this embodiment has a larger curvature than the end of the gate wiring layer 9b side. Thereafter, as shown in FIG. 12, the gate metal wiring 21, the source electrode 22, and the drain electrode 23 are formed through the same process as the MOSFET manufacturing method according to the present embodiment.

上記のように比較例のMOSFETの製造方法により製造されたMOSFET101は、本実施形態の製造方法により製造されたMOSFET100よりもトレンチ4内に埋め込まれたゲート電極8上に形成される層間絶縁膜11が厚いので、層間絶縁膜11の上面がn形ドリフト層2の第1の表面5よりもn形ドレイン層側に形成されることが困難となる。また、比較例のMOSFETの製造方法で製造されたMOSFET101のp形キャリア排出層118のゲート配線層9b側の端部は、本実施形態に係るMOSFET100のp形キャリア排出層18のゲート配線層9b側の端部より大きな曲率を有する。これらの特徴は、図9に示したように、レジストマスク8で露出した素子領域となる層間絶縁膜11の表面を、ウエットエッチングを最初に実施することなく直接ドライエッチングでエッチングを実施して、層間絶縁膜11の表面上にリセス113を形成したことが原因である。 As described above, the MOSFET 101 manufactured by the MOSFET manufacturing method of the comparative example has an interlayer insulating film 11 formed on the gate electrode 8 embedded in the trench 4 rather than the MOSFET 100 manufactured by the manufacturing method of the present embodiment. Therefore, it is difficult to form the upper surface of the interlayer insulating film 11 closer to the n + -type drain layer than the first surface 5 of the n -type drift layer 2. Further, the end of the p + -type carrier discharge layer 118 of the MOSFET 101 manufactured by the MOSFET manufacturing method of the comparative example on the gate wiring layer 9b side is the gate wiring of the p + -type carrier discharge layer 18 of the MOSFET 100 according to the present embodiment. It has a larger curvature than the end on the layer 9b side. As shown in FIG. 9, these features are obtained by directly etching the surface of the interlayer insulating film 11 to be an element region exposed by the resist mask 8 by dry etching without first performing wet etching. This is because the recess 113 is formed on the surface of the interlayer insulating film 11.

これに対して、本実施形態に係るMOSFET100の製造方法では、層間絶縁膜11の表面のうちゲート配線層9を覆うレジストマスク12から露出した部分を最初にウエットエッチングでエッチングを行うことで、前述の第1の側壁13a及び第2の側壁13bを有するリセス13が形成される。その後、レジストマスク12が取り除かれて、リセス13を表面に有する層間絶縁膜11の表面全体をドライエッチングによりエッチングして、n形ドリフト層2の第1の表面5のうち、隣り合うトレンチ4に挟まれた部分及びリセス13の第2の側壁13bとゲート電極8のうち最も外側のゲート電極8との間の部分と、更にn形ドリフト層2のうちトレンチ4の側壁の上端の部分とが、リセス13の底面に露出される。 On the other hand, in the method for manufacturing the MOSFET 100 according to the present embodiment, the portion exposed from the resist mask 12 covering the gate wiring layer 9 in the surface of the interlayer insulating film 11 is first etched by wet etching, thereby A recess 13 having a first side wall 13a and a second side wall 13b is formed. Thereafter, the resist mask 12 is removed, and the entire surface of the interlayer insulating film 11 having the recess 13 on the surface is etched by dry etching, so that the adjacent trenches 4 in the first surface 5 of the n -type drift layer 2 are etched. And a portion between the second sidewall 13b of the recess 13 and the outermost gate electrode 8 of the gate electrode 8, and a portion of the n − type drift layer 2 at the upper end of the sidewall of the trench 4 Are exposed on the bottom surface of the recess 13.

このような工程を含むことで、本実勢形態に係るMOSFET100の製造方法では、層間絶縁膜11の表面に形成されたリセス13の底面と第1の側壁13a及び第2の側壁13bとが交差する部分で、比較例のMOSFET101の製造方法と違いトレンチングが発生しない。このために、トレンチ4内に埋め込まれたゲート電極8の上面上に形成された層間絶縁膜8の厚さを薄くすることができ、トレンチ4の側壁の上端に露出するn形ソース層15の表面積を増やすことができるので、本実施形態に係る製造方法で製造されたMOSFET100は、比較例の製造方法で製造されたMOSFET101に比べて、n形ソース層15とソース電極の接触抵抗が低くなりオン抵抗が低くなる。 By including such steps, in the method for manufacturing MOSFET 100 according to the present embodiment, the bottom surface of the recess 13 formed on the surface of the interlayer insulating film 11 intersects the first side wall 13a and the second side wall 13b. Unlike the method of manufacturing the MOSFET 101 of the comparative example, no trenching occurs in the portion. Therefore, the thickness of the interlayer insulating film 8 formed on the upper surface of the gate electrode 8 embedded in the trench 4 can be reduced, and the n + -type source layer 15 exposed at the upper end of the side wall of the trench 4. Therefore, the MOSFET 100 manufactured by the manufacturing method according to this embodiment has a contact resistance between the n + -type source layer 15 and the source electrode as compared with the MOSFET 101 manufactured by the manufacturing method of the comparative example. Lowers the on-resistance.

また、層間絶縁膜11の表面に形成されたリセス13の第1の側壁13a及び第2の側壁13bの形状が、n形ドリフト層2側に向かうほどゲート配線層9の第2の部分9bから離れていくように形成されている。言い換えると、リセス13の第2の側壁13bは、n形ドリフト層2側に凹んだ形状を有する。p形不純物がp形ベース層終端部14bに注入される際に、リセス13の第2の側壁13bがマスクとなる層間絶縁膜11の端部になるので、リセス13の第2の側壁13bからゲート配線層9の第2の部分9bに向かって、p形ベース層14bの表面上に注入されるp形不純物量が徐々に減少していく。このため、リセス13の第2の側壁13bの形状がn形ドリフト層2の第1の表面に対して垂直に形成されている場合に比べて、p形キャリア排出層18は、ゲート配線層9の第2の部分9b側の端部において緩やかな曲率を有する形状になる。その結果、本実施形態に係る製造方法で製造されたMOSFET100は、比較例の製造方法で製造されたMOSFET101に比べて、p形キャリア排出層18のゲート配線層9b側の端部における電界集中が緩和されて、終端部での耐圧が向上する。 In addition, the second portion 9b of the gate wiring layer 9 is formed such that the shape of the first sidewall 13a and the second sidewall 13b of the recess 13 formed on the surface of the interlayer insulating film 11 is closer to the n -type drift layer 2 side. It is formed to go away from. In other words, the second side wall 13b of the recess 13 has a shape recessed toward the n -type drift layer 2 side. When the p-type impurity is implanted into the p-type base layer termination portion 14b, the second side wall 13b of the recess 13 becomes the end of the interlayer insulating film 11 serving as a mask, so that the second side wall 13b of the recess 13 The amount of p-type impurity implanted onto the surface of the p-type base layer 14b gradually decreases toward the second portion 9b of the gate wiring layer 9. Therefore, compared to the case where the shape of the second sidewall 13b of the recess 13 is formed perpendicular to the first surface of the n -type drift layer 2, the p + -type carrier discharge layer 18 has a gate wiring The end of the layer 9 on the second portion 9b side has a gentle curvature. As a result, the MOSFET 100 manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment is more concentrated in the electric field at the end of the p + -type carrier discharge layer 18 on the gate wiring layer 9b side than the MOSFET 101 manufactured by the manufacturing method of the comparative example. Is relaxed, and the breakdown voltage at the terminal end is improved.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 n形ドレイン層
2 n形ドリフト層
3 p形ガードリング層
4 トレンチ
5 第1の表面
6 ゲート絶縁膜
7 絶縁膜
8 ゲート電極
9a ゲート配線層の第1の部分、9b ゲート配線層の第2の部分
10 接続部
11 層間絶縁膜
12a レジストマスクの第1の部分、12b レジストマスクの第2の部分
13 リセス、13a リセスの第1の側壁、13b リセスの第2の側壁
14a p形ベース層、14b p形ベース層終端部
15 n形ソース層
16 チャネルストッパ層
17 レジストマスク
18 p形キャリア排出層
20a、20b、24 開口部
21 ゲートメタル配線
22 ソース電極
23ドレイン電極
100 MOSFET
T トレンチングによる凸部
1 n + type drain layer 2 n − type drift layer 3 p type guard ring layer 4 trench 5 first surface 6 gate insulating film 7 insulating film 8 gate electrode 9a First portion of gate wiring layer, 9b of gate wiring layer Second portion 10 Connection portion 11 Interlayer insulating film 12a First portion of resist mask, 12b Second portion of resist mask 13 Recess, 13a First sidewall of recess, 13b Second sidewall 14a of recess p-type base Layer, 14b p-type base layer termination 15 n + -type source layer 16 channel stopper layer 17 resist mask 18 p + -type carrier discharge layer 20a, 20b, 24 opening 21 gate metal wiring 22 source electrode 23 drain electrode 100 MOSFET
Projection by T-trenching

Claims (15)

第1導電形の半導体層の上に形成された前記半導体層よりも第1導電形の不純物濃度が低い第1導電形の第1の半導体層の、前記半導体層とは反対側の第1の表面から前記第1の半導体層の内部に延伸するとともに、前記第1の表面に平行な第1の方向に延伸するトレンチが予め形成されており、前記トレンチの底面及び側壁上を覆うゲート絶縁膜が予め形成されており、前記トレンチの側壁の上端で前記ゲート絶縁膜と接続され前記第1の半導体層の第1の表面上を覆う絶縁膜が予め形成されており、前記ゲート絶縁膜を介して前記トレンチ内を埋め尽くすように前記絶縁膜を介して前記第1の半導体層の前記第1の表面上にポリシリコンを形成する工程と、
前記ポリシリコンから構成されるゲート電極が、その上面が前記第1の半導体層の前記第1の表面よりも前記トレンチの内側に位置するように前記ゲート絶縁膜を介して前記第1の方向に沿って前記トレンチ内に形成されるとともに、前記ポリシリコンから構成されるゲート配線層が、前記絶縁膜を介して前記第1の半導体層の前記第1の表面上に形成され、前記ゲート配線層は第1の部分を有し、前記第1の方向において前記ゲート電極の一端と前記ゲート配線層の前記第1の部分の一端とが前記第1の表面に垂直な方向で接続され、前記ゲート配線層の前記第1の部分は前記第1の方向と直交する第2の方向に延伸して形成されるように、前記ポリシリコンをエッチングする工程と、
前記ゲート電極の前記上面上、前記第1の半導体層の前記第1の表面上、及び前記ゲート配線層上を覆うように、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート配線層の直上に前記層間絶縁膜を介して形成されたマスクが第1の部分を有し、前記マスクの前記第1の部分は、前記第1の方向において前記ゲート配線層の前記第1の部分を平面図にて露出しないように覆うとともに、前記ゲート配線層の前記第1の部分に沿って前記第2の方向に延伸して形成されるように、前記マスクを形成する工程と、
前記ゲート配線層の前記第1の部分に沿って前記第2の方向に延伸し前記ゲート電極上を交差する第1の側壁を有するリセスが前記ゲート電極上の前記層間絶縁膜の表面に形成され、前記リセスの底面に前記第1の半導体層の前記第1の表面が露出しないように、前記層間絶縁膜のうち前記マスクで覆われていない領域をウエットエッチングによりエッチングする工程と、
前記第1の半導体層の前記第1の表面のうち前記第2の方向で前記トレンチに隣接する部分及び前記トレンチの側壁の上端を前記リセスの前記底面に露出させて、前記ゲート電極の前記上面上で前記第1の半導体層の前記第1の表面より前記トレンチの内側に前記層間絶縁膜が残るように、前記マスクを除去した後、前記リセスを有する前記層間絶縁膜の表面全体をドライエッチングによりエッチングする工程と、
前記第1の表面とは反対側の前記半導体層の表面上に、前記半導体層に電気的に接続された第1の電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の上に、前記ゲート電極と前記層間絶縁膜で絶縁され、前記第1の電極との間で前記ゲート電極により制御された電流が流れる第2の電極を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first conductivity type first semiconductor layer having an impurity concentration of the first conductivity type lower than that of the semiconductor layer formed on the first conductivity type semiconductor layer is opposite to the first semiconductor layer. A trench that extends from the surface into the first semiconductor layer and extends in a first direction parallel to the first surface is formed in advance, and covers a bottom surface and a sidewall of the trench. Is formed in advance, and an insulating film that is connected to the gate insulating film at the upper end of the sidewall of the trench and covers the first surface of the first semiconductor layer is formed in advance, and the gate insulating film is interposed therebetween. Forming polysilicon on the first surface of the first semiconductor layer through the insulating film so as to fill the trench.
The gate electrode made of polysilicon is arranged in the first direction through the gate insulating film so that the upper surface thereof is located inside the trench with respect to the first surface of the first semiconductor layer. And a gate wiring layer made of polysilicon is formed on the first surface of the first semiconductor layer via the insulating film, and the gate wiring layer is formed in the trench. Has a first portion, and in the first direction, one end of the gate electrode and one end of the first portion of the gate wiring layer are connected in a direction perpendicular to the first surface, and the gate Etching the polysilicon so that the first portion of the wiring layer is formed to extend in a second direction orthogonal to the first direction;
Forming an interlayer insulating film so as to cover the upper surface of the gate electrode, the first surface of the first semiconductor layer, and the gate wiring layer;
A mask formed directly over the gate wiring layer via the interlayer insulating film has a first portion, and the first portion of the mask is the first portion of the gate wiring layer in the first direction. Forming the mask so as to cover the first portion so as not to be exposed in a plan view and to extend in the second direction along the first portion of the gate wiring layer; ,
A recess having a first sidewall extending in the second direction along the first portion of the gate wiring layer and intersecting the gate electrode is formed on the surface of the interlayer insulating film on the gate electrode. Etching a region of the interlayer insulating film that is not covered with the mask by wet etching so that the first surface of the first semiconductor layer is not exposed on the bottom surface of the recess;
A portion of the first surface of the first semiconductor layer adjacent to the trench in the second direction and an upper end of a sidewall of the trench are exposed to the bottom surface of the recess, and the upper surface of the gate electrode is exposed. Then, after removing the mask so that the interlayer insulating film remains inside the trench from the first surface of the first semiconductor layer, the entire surface of the interlayer insulating film having the recess is dry etched. Etching with
Forming a first electrode electrically connected to the semiconductor layer on a surface of the semiconductor layer opposite to the first surface;
Forming a second electrode on the gate electrode that is insulated by the gate electrode and the interlayer insulating film and through which a current controlled by the gate electrode flows between the first electrode;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
第1導電形の半導体層の上に形成された前記半導体層よりも第1導電形の不純物濃度が低い第1導電形の第1の半導体層の、前記半導体層とは反対側の第1の表面から前記第1の半導体層の内部に延伸するとともに、前記第1の表面に平行な第1の方向に延伸するトレンチが予め形成されており、前記トレンチの底面及び側壁上を覆うゲート絶縁膜が予め形成されており、前記トレンチの側壁の上端で前記ゲート絶縁膜と接続され前記第1の半導体層の第1の表面上を覆う絶縁膜が予め形成されており、前記ゲート絶縁膜を介して前記トレンチ内を埋め尽くすように前記絶縁膜を介して前記第1の半導体層の前記第1の表面上にポリシリコンを形成する工程と、
前記ポリシリコンから構成されるゲート電極が、その上面が前記第1の半導体層の前記第1の表面よりも前記トレンチの内側に位置するように前記ゲート絶縁膜を介して前記第1の方向に沿って前記トレンチ内に形成されるとともに、前記ポリシリコンから構成されるゲート配線層が、前記絶縁膜を介して前記第1の半導体層の前記第1の表面上に形成され、前記ゲート配線層は第1の部分を有し、前記第1の方向において前記ゲート電極の一端と前記ゲート配線層の前記第1の部分の一端とが前記第1の表面に垂直な方向で接続され、前記ゲート配線層の前記第1の部分は前記第1の方向と直交する第2の方向に延伸して形成されるように、前記ポリシリコンをエッチングする工程と、
前記ゲート電極の前記上面上、前記第1の半導体層の前記第1の表面上、及び前記ゲート配線層上を覆うように、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート配線層の直上に前記層間絶縁膜を介して形成されたマスクが第1の部分を有し、前記マスクの前記第1の部分は、前記第1の方向において前記ゲート配線層の前記第1の部分を平面図にて露出しないように覆うとともに、前記ゲート配線層の前記第1の部分に沿って前記第2の方向に延伸して形成されるように、前記マスクを形成する工程と、
前記ゲート配線層の前記第1の部分に沿って前記第2の方向に延伸し前記ゲート電極上を交差する第1の側壁を有するリセスが前記ゲート電極上の前記層間絶縁膜の表面に形成され、前記リセスの底面に前記第1の半導体層の前記第1の表面が露出しないように、前記層間絶縁膜のうち前記マスクで覆われていない領域をウエットエッチングによりエッチングする工程と、
前記第1の半導体層の前記第1の表面のうち前記第2の方向で前記トレンチに隣接する部分及び前記トレンチの側壁の上端を前記リセスの前記底面に露出させて、前記ゲート電極の前記上面上で前記第1の半導体層の前記第1の表面より前記トレンチの内側に前記層間絶縁膜が残るように、前記マスクを除去した後、前記リセスを有する前記層間絶縁膜の表面全体をドライエッチングによりエッチングする工程と、
前記第1の半導体層の前記第1の表面上に、前記トレンチの前記側壁で前記ゲート絶縁膜に隣接するように第2導電形の第2の半導体層を形成する工程と、
前記トレンチの前記側壁の上部で前記ゲート絶縁膜と隣接するように前記第1の半導体層よりも第1導電形不純物濃度が高い第1導電形の第3の半導体層を前記第2の半導体層の表面上に選択的に形成する工程と、
前記第1の表面とは反対側の前記半導体層の表面上に、前記半導体層に電気的に接続された第1の電極を形成する工程と、
前記第3の半導体層と前記ゲート電極の上に、前記第2の半導体層、前記第3の半導体層、及び前記第4の半導体層と電気的に接続された第2の電極を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first conductivity type first semiconductor layer having an impurity concentration of the first conductivity type lower than that of the semiconductor layer formed on the first conductivity type semiconductor layer is opposite to the first semiconductor layer. A trench that extends from the surface into the first semiconductor layer and extends in a first direction parallel to the first surface is formed in advance, and covers a bottom surface and a sidewall of the trench. Is formed in advance, and an insulating film that is connected to the gate insulating film at the upper end of the sidewall of the trench and covers the first surface of the first semiconductor layer is formed in advance, and the gate insulating film is interposed therebetween. Forming polysilicon on the first surface of the first semiconductor layer through the insulating film so as to fill the trench.
The gate electrode made of polysilicon is arranged in the first direction through the gate insulating film so that the upper surface thereof is located inside the trench with respect to the first surface of the first semiconductor layer. And a gate wiring layer made of polysilicon is formed on the first surface of the first semiconductor layer via the insulating film, and the gate wiring layer is formed in the trench. Has a first portion, and in the first direction, one end of the gate electrode and one end of the first portion of the gate wiring layer are connected in a direction perpendicular to the first surface, and the gate Etching the polysilicon so that the first portion of the wiring layer is formed to extend in a second direction orthogonal to the first direction;
Forming an interlayer insulating film so as to cover the upper surface of the gate electrode, the first surface of the first semiconductor layer, and the gate wiring layer;
A mask formed directly over the gate wiring layer via the interlayer insulating film has a first portion, and the first portion of the mask is the first portion of the gate wiring layer in the first direction. Forming the mask so as to cover the first portion so as not to be exposed in a plan view and to extend in the second direction along the first portion of the gate wiring layer; ,
A recess having a first sidewall extending in the second direction along the first portion of the gate wiring layer and intersecting the gate electrode is formed on the surface of the interlayer insulating film on the gate electrode. Etching a region of the interlayer insulating film that is not covered with the mask by wet etching so that the first surface of the first semiconductor layer is not exposed on the bottom surface of the recess;
A portion of the first surface of the first semiconductor layer adjacent to the trench in the second direction and an upper end of a sidewall of the trench are exposed to the bottom surface of the recess, and the upper surface of the gate electrode is exposed. Then, after removing the mask so that the interlayer insulating film remains inside the trench from the first surface of the first semiconductor layer, the entire surface of the interlayer insulating film having the recess is dry etched. Etching with
Forming a second semiconductor layer of a second conductivity type on the first surface of the first semiconductor layer so as to be adjacent to the gate insulating film on the sidewall of the trench;
The third semiconductor layer of the first conductivity type having a first conductivity type impurity concentration higher than that of the first semiconductor layer so as to be adjacent to the gate insulating film above the sidewall of the trench. Selectively forming on the surface of
Forming a first electrode electrically connected to the semiconductor layer on a surface of the semiconductor layer opposite to the first surface;
Forming a second electrode electrically connected to the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer on the third semiconductor layer and the gate electrode; When,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記ポリシリコンをエッチングする工程において、
前記ゲート配線層を、前記ゲート配線層の前記第1の部分と直交して第1の方向に延伸する第2の部分を、前記第1の半導体層の前記第1の表面上に前記絶縁膜を介してさらに有するように形成し、
前記マスクを形成する工程において、
前記マスクを、前記第2の方向において前記ゲート配線層の前記第2の部分を平面図にて露出しないように覆い、前記ゲート配線層の前記第2の部分に沿って前記第1の方向に延伸する第2の部分をさらに有するように形成し、
前記ウエットエッチングの工程において、
前記リセスを、前記ゲート配線層の前記第2の部分に沿って前記第1の方向に延伸し、前記ゲート配線層の前記第2の部分と前記ゲート電極との間の前記第1の半導体層の前記第1の表面上に形成された第2の側壁を有するように形成することを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
In the step of etching the polysilicon,
A second portion extending in the first direction perpendicular to the first portion of the gate wiring layer is formed on the first surface of the first semiconductor layer with the insulating film. Via to form further,
In the step of forming the mask,
The mask covers the second portion of the gate wiring layer so as not to be exposed in a plan view in the second direction, and extends in the first direction along the second portion of the gate wiring layer. Forming a second portion to stretch,
In the wet etching step,
The recess extends in the first direction along the second portion of the gate wiring layer, and the first semiconductor layer between the second portion of the gate wiring layer and the gate electrode 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is formed to have a second side wall formed on the first surface.
前記ドライエッチングの工程において、
前記第1の半導体層の前記第1の表面のうち前記リセスの前記第2の側壁と前記ゲート電極との間の部分を、さらに前記リセスの底面に露出させることを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
In the dry etching step,
4. The portion of the first surface of the first semiconductor layer between the second sidewall of the recess and the gate electrode is further exposed to the bottom surface of the recess. Semiconductor device manufacturing method.
前記第2の半導体層を形成する工程において、前記第1の半導体層の前記第1の表面に、前記トレンチの前記側壁で前記ゲート絶縁膜に隣接するように前記第2導電形の第2の半導体層を形成すると同時に、前記第1の半導体層の前記第1の表面のうち前記リセスの前記第2の側壁と前記ゲート電極との間の前記リセスの前記底面に露出させた前記部分に、第2導電形の第4の半導体層をさらに形成することを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。   In the step of forming the second semiconductor layer, the second conductivity type second so as to be adjacent to the gate insulating film at the side wall of the trench on the first surface of the first semiconductor layer. At the same time as forming the semiconductor layer, the portion of the first surface of the first semiconductor layer exposed to the bottom surface of the recess between the second sidewall of the recess and the gate electrode, 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising forming a fourth semiconductor layer of the second conductivity type. 前記第2の半導体層を形成する工程において、前記層間絶縁膜をドライエッチングによりエッチングする前記工程の後に、前記ゲート電極及び前記層間絶縁膜をマスクに用いて前記第1の半導体層の前記第1の表面上に第2導電形の不純物を注入することで、前記第2の半導体層及び前記第4の半導体層を同時に形成することを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。   In the step of forming the second semiconductor layer, after the step of etching the interlayer insulating film by dry etching, the first semiconductor layer is formed by using the gate electrode and the interlayer insulating film as a mask. 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are simultaneously formed by implanting an impurity of a second conductivity type on the surface of the semiconductor device. 前記第2導電形の不純物の注入を、イオン注入により行すことを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。   7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the impurity implantation of the second conductivity type is performed by ion implantation. 前記層間絶縁膜をドライエッチングによりエッチングする前記工程の後に、前記層間絶縁膜をマスクに用いて前記第2の半導体層よりも第2導電形不純物濃度が高い第2導電形の第5の半導体層を前記第4の半導体層の表面に選択的に形成する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項5〜7のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。   After the step of etching the interlayer insulating film by dry etching, the second conductivity type fifth semiconductor layer having a second conductivity type impurity concentration higher than that of the second semiconductor layer using the interlayer insulating film as a mask. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of selectively forming a surface of the fourth semiconductor layer on the surface of the fourth semiconductor layer. 前記リセスの前記第1の側壁又は前記第2の側壁は、前記第1の半導体層の前記第1の表面に対して垂直ではないことを特徴とする請求項3〜8のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。   9. The method according to claim 3, wherein the first sidewall or the second sidewall of the recess is not perpendicular to the first surface of the first semiconductor layer. The manufacturing method of the semiconductor device of description. 前記リセスの前記第1の側壁又は前記第2の側壁は、前記第1の半導体層側に向かうほど、前記ゲート配線層の前記第1の部分又は前記ゲート配線層の前記第2の部分から離れていくことを特徴とする請求項3〜8のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。   The first side wall or the second side wall of the recess is separated from the first part of the gate wiring layer or the second part of the gate wiring layer as it goes toward the first semiconductor layer. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the method is performed. 前記リセスの前記第1の側壁又は前記第2の側壁は、前記第1の半導体層側に凹んでいることを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方法。   11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the first side wall or the second side wall of the recess is recessed toward the first semiconductor layer. 前記ゲート配線層の前記第1の部分と直交して第1の方向に延伸する第2の部分を、前記第1の半導体層の前記第1の表面上に前記絶縁膜を介してさらに形成し、
前記第1の半導体層の前記第1の表面上において、前記トレンチの前記側壁で前記ゲート絶縁膜に隣接する第2導電形の第2の半導体層をさらに形成し、前記ゲート電極と前記ゲート配線層の前記第2の部分との間に第2導電形の第4の半導体層をさらに形成し、
前記トレンチの前記側壁の上部で前記ゲート絶縁膜と隣接する第1導電形の第3の半導体層を前記第2の半導体層の表面上に選択的にさらに形成することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
A second portion extending in a first direction perpendicular to the first portion of the gate wiring layer is further formed on the first surface of the first semiconductor layer via the insulating film. ,
On the first surface of the first semiconductor layer, a second semiconductor layer of a second conductivity type adjacent to the gate insulating film on the side wall of the trench is further formed, and the gate electrode and the gate wiring Forming a fourth semiconductor layer of the second conductivity type between the second portion of the layer and
2. The method according to claim 1, further comprising the step of selectively forming a third semiconductor layer of the first conductivity type adjacent to the gate insulating film on the sidewall of the trench, on the surface of the second semiconductor layer. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
前記第2の半導体層及び前記第4の半導体層を、前記トレンチが形成される前に前記第1の半導体層の前記第1の表面上に形成することを特徴とする請求項12記載の半導体装置の製造方法。   13. The semiconductor according to claim 12, wherein the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are formed on the first surface of the first semiconductor layer before the trench is formed. Device manufacturing method. 前記層間絶縁膜をドライエッチングによりエッチングする前記工程の後に、前記層間絶縁膜をマスクに用いて前記第2の半導体層よりも第2導電形不純物濃度が高い第2導電形の第5の半導体層を前記第4の半導体層の表面に選択的に形成する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項12又は13に記載の半導体装置の製造方法。   After the step of etching the interlayer insulating film by dry etching, the second conductivity type fifth semiconductor layer having a second conductivity type impurity concentration higher than that of the second semiconductor layer using the interlayer insulating film as a mask. 14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, further comprising a step of selectively forming on the surface of the fourth semiconductor layer. 前記ドライエッチングは、RIEであることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。   15. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the dry etching is RIE.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019012725A (en) * 2017-06-29 2019-01-24 株式会社東芝 Semiconductor device
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