JP2012160601A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
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.
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.
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
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Al2O3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
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
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
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Al2O3などの誘電体膜を用いることができる。
An interlayer insulating
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-
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
p+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
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
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
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
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
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
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、Al2O3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
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
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Al2O3などの誘電体膜を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 4, the
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
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
Note that the
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
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-
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-
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
Here, the shape of the
Although the n + -type source layer 15 is not formed on the surface of the p-type base
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
Here, the gate
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
Projection by T-trenching
Claims (15)
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:
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.
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Cited By (3)
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JP2016225343A (en) * | 2015-05-27 | 2016-12-28 | 株式会社豊田中央研究所 | Semiconductor device |
JP2019012725A (en) * | 2017-06-29 | 2019-01-24 | 株式会社東芝 | Semiconductor device |
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2011
- 2011-02-01 JP JP2011019597A patent/JP2012160601A/en active Pending
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