JP2013128030A - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化珪素(SiC)を用いた半導体装置の製造方法に関する。また、この製造方法によって製造された半導体装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using silicon carbide (SiC). The present invention also relates to a semiconductor device manufactured by this manufacturing method.
MOSFETは、各種のスイッチング素子等として使用されている。その中でも、特に大電流で駆動される素子(パワーMOSFET)として、トレンチゲート構造のものが知られている。 MOSFETs are used as various switching elements. Among them, a trench gate structure is known as an element (power MOSFET) driven by a large current.
このような半導体装置を製造する際に、半導体基板に深さの異なるトレンチを形成することがある。例えば特許文献1には、実動作領域最外周のトレンチを実動作領域のトレンチよりも深く形成することで、実動作領域最外周でのゲート電極底部での電界集中を緩和し、ドレイン−ソース(又はコレクタ−エミッタ)間の耐圧劣化を抑制する技術が開示されている。同一エッチング条件であれば開口部の幅の大きい方が、トレンチ深さが深くなる特性を利用し、トレンチエッチングのマスクパターンを変更することで、同一工程で深さの異なるトレンチを形成するものである。
また特許文献2では、実動作領域最外周のトレンチを実動作領域のトレンチよりも浅く形成することで、実動作領域最外周でのゲート電極底部での電界集中を緩和し、ドレイン−ソース(又はコレクタ−エミッタ)間の耐圧劣化を抑制する技術が開示されている。最外周のトレンチ開口部を狭くすることにより、同一工程で深さの異なるトレンチを形成するものである。
When manufacturing such a semiconductor device, trenches having different depths may be formed in the semiconductor substrate. For example, in
Further, in
一方、近年、炭化珪素(SiC)がSiの代わりに用いられたMOSFETが開発されている。SiCはSiと比べて禁制帯幅が広く、高耐圧化が容易であるために、このMOSFETは特にパワー素子として使用されている。SiCが用いられる場合においても、上記のトレンチゲート型のMOSFETは有効である。しかしながら、SiCはSiと結晶構造が異なり、原子間距離が密であり、原子間の結合エネルギーが大きいため、そのエッチング加工はSiの場合と比べて困難である。 On the other hand, MOSFETs in which silicon carbide (SiC) is used instead of Si have been developed in recent years. Since SiC has a wider forbidden band than Si and it is easy to increase the breakdown voltage, this MOSFET is particularly used as a power element. Even when SiC is used, the trench gate type MOSFET described above is effective. However, since SiC has a crystal structure different from that of Si, has a close interatomic distance, and has a large bond energy between atoms, its etching is more difficult than Si.
このため、上記のようなトレンチを形成するために必要とされるエッチング時間は長くなる。あるいは、ドライエッチングを行う際にフォトレジストをマスクとして使用する場合におけるマスクのエッチング耐性が不足する。このため、SiCに対してトレンチのエッチングを行う際には、反応ガスとしてSF6やHClを用い、マスクとしてニッケル(Ni)、タングステン(W)、コバルト(Co)等の金属を使用したドライエッチングが行われている。こうした金属材料は、上記の反応ガスを用いたドライエッチングにおいては耐性があるために、マスクとして使用することが可能である。 For this reason, the etching time required in order to form the above trenches becomes long. Alternatively, the etching resistance of the mask is insufficient when a photoresist is used as a mask during dry etching. For this reason, when performing trench etching on SiC, dry etching using SF 6 or HCl as a reactive gas and a metal such as nickel (Ni), tungsten (W) or cobalt (Co) as a mask is used. Has been done. Such a metal material can be used as a mask because it is resistant to dry etching using the above reaction gas.
また、特許文献3には、SiCで構成された半導体層に局所的にイオン注入を施し、イオン注入によって形成されたイオン照射損傷層をウェットエッチングで化学的に除去する技術が記載されている。この技術においては、Ar等、SiC中において電気的に不活性な元素を局所的に多量にイオン注入することにより、結晶配列の秩序が乱れた非晶質層を主成分とするイオン照射損傷層を形成する。このイオン照射損傷層中においては原子間の結合エネルギーが小さくなるため、エッチングを容易に行うことができる。特に、フッ硝酸等を用いたウェットエッチングによって、半導体層に損傷を与えることなくこのイオン照射損傷層のみを選択的に化学的にエッチングすることが可能である。
こうした製造方法を用いて、SiCを用いたトレンチゲート型のMOSFETを製造することができる。なお、半導体層におけるトレンチ構造は、トレンチゲート型のMOSFET以外にも、例えば素子分離等にも使用されている。こうした場合にもこの製造方法が有効であることは明らかである。 Using such a manufacturing method, a trench gate type MOSFET using SiC can be manufactured. The trench structure in the semiconductor layer is used for, for example, element isolation in addition to the trench gate type MOSFET. It is clear that this manufacturing method is effective even in such a case.
金属をマスクとしたドライエッチングを行う場合には、半導体層のエッチングを行う前に、マスクとなる金属のエッチングを行うことが必要となる。ところが、上記のようなSiCのドライエッチングにおける耐性の高い金属材料のエッチングは容易ではなく、加工を高精度で行うことは特に困難である。また、こうした金属材料はSiCにおいては電気的に活性な不純物となるため、製造工程においてこうした金属材料がMOSFETの活性領域に拡散しないような構成やプロセスを用いることが必要となる。 In the case of performing dry etching using a metal as a mask, it is necessary to etch the metal serving as a mask before etching the semiconductor layer. However, it is not easy to etch a metal material having high resistance in dry etching of SiC as described above, and it is particularly difficult to perform processing with high accuracy. In addition, since such a metal material becomes an electrically active impurity in SiC, it is necessary to use a configuration or process in which such a metal material does not diffuse into the active region of the MOSFET in the manufacturing process.
一方、イオン注入を用いる特許文献3に記載の技術において、イオン注入によって形成されるイオン照射損傷層の深さは、注入されるイオンのエネルギーに依存する。しかしながら、この深さを例えば1μm程度としようとすると、十分なイオン電流が得られず注入時間が長くなる。このため、実際には、1μm程度の深さのトレンチを形成するためには、イオン注入とウェットエッチングを複数回繰り返す必要があった。
On the other hand, in the technique described in
このように、SiCからなる半導体層において、単純な製造工程でトレンチ構造を形成することは困難であった。また、SiCからなる半導体層において、同一工程で深さの異なるトレンチを形成することは困難であった。 Thus, it has been difficult to form a trench structure in a semiconductor layer made of SiC by a simple manufacturing process. In addition, it has been difficult to form trenches having different depths in the same process in a semiconductor layer made of SiC.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an invention that solves the above problems.
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置の製造方法は、炭化珪素(SiC)で構成される半導体層中に深さの異なる第1・第2の少なくとも2種の溝が形成された構成を具備する半導体装置の製造方法であって、光を吸収する吸収層を前記半導体層の表面に局所的に形成する吸収層形成工程と、前記吸収層形成工程においては、第1の溝と第2の溝の開口部に対応してパターン幅の異なる吸収層が形成され、前記吸収層が形成された側から前記半導体層に対して光を照射する照射工程と、前記照射工程によって前記半導体層に形成された非晶質層をウェットエッチングによって除去することによって前記溝を形成する非晶質層除去工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記半導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having a structure in which at least two kinds of first and second grooves having different depths are formed in a semiconductor layer made of silicon carbide (SiC). In the method, the absorption layer forming step of locally forming an absorption layer for absorbing light on the surface of the semiconductor layer, and the absorption layer formation step, the openings in the first groove and the second groove Correspondingly, an absorption layer having a different pattern width is formed, an irradiation step of irradiating the semiconductor layer with light from the side on which the absorption layer is formed, and an amorphous formed on the semiconductor layer by the irradiation step An amorphous layer removing step of forming the groove by removing the layer by wet etching.
The semiconductor device of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device.
本発明は以上のように構成されているので、SiCからなる半導体層において、同一工程で深さの異なるトレンチを形成することができる。 Since the present invention is configured as described above, trenches having different depths can be formed in the same process in a semiconductor layer made of SiC.
以下、本発明の実施の形態となる半導体装置の製造方法につき説明する。この製造方法は、炭化珪素(SiC)の単結晶で構成される半導体層中に深さの異なる溝(トレンチ)が形成された構成を具備する半導体装置の製造方法である。ここでは、特許文献3に記載の技術と同様に、この半導体層に非晶質層を形成し、この非晶質層をウェットエッチングすることによって溝を形成する。この非晶質層を形成するために、特許文献3に記載の技術においては、イオン注入を用いていたのに対し、本発明の実施の形態となる半導体装置の製造方法では、光(レーザー光)の照射が用いられる。これにより、半導体層(SiC)の温度が急上昇して結晶配列秩序が崩れる。更に、レーザー光の照射が終了するとこの加熱された箇所は急冷されるために、非晶質化がなされる。このために必要となる加熱温度は1600℃以上である。
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described. This manufacturing method is a method for manufacturing a semiconductor device having a structure in which grooves having different depths are formed in a semiconductor layer formed of a single crystal of silicon carbide (SiC). Here, similarly to the technique described in
半導体層の上には、光を吸収する吸収層がパターニングされて形成される。形成される非晶質層(溝)の平面視における形状は、この吸収層によって規定される。特許文献3に記載の技術のようにイオン注入を用いる場合には、マスクが形成されていない領域においてのみイオン照射損傷層(非晶質層)が形成されるのに対し、この製造方法においては、吸収層の直下に非晶質層を形成することができる。
An absorption layer that absorbs light is formed on the semiconductor layer by patterning. The shape of the formed amorphous layer (groove) in plan view is defined by this absorption layer. When ion implantation is used as in the technique described in
この設定は、吸収層がレーザー光を吸収することによって起こる温度分布と、光の波長を考慮して行うことができる。ここで使用される光としては、特に高輝度が得られ、かつ単色であるために半導体層における吸収を制御しやすいレーザー光が好ましく用いられる。一般に、レーザー光は小さなスポットサイズとされ、これが走査されることによって例えば上記の半導体層の全面を照射することができる。 This setting can be performed in consideration of the temperature distribution caused by the absorption layer absorbing the laser light and the wavelength of the light. As the light used here, laser light that can obtain high brightness and is monochromatic and easily controls absorption in the semiconductor layer is preferably used. In general, the laser beam has a small spot size, and by scanning this, for example, the entire surface of the semiconductor layer can be irradiated.
黒鉛からなる吸収層を半導体層(SiC)の上に形成した構成に対して、波長が532nmのレーザー光を照射した際の温度分布を算出した。この波長はSiCの禁制帯幅に対応するエネルギーの光の波長(380nm程度)よりも長いため、SiCでは吸収されず、黒鉛で吸収される。このため、この波長のレーザー光を用いる場合には、吸収層でこのレーザー光を吸収させて発熱させ、その直下の半導体層を非晶質化することができる。 A temperature distribution when a laser beam having a wavelength of 532 nm was irradiated with respect to a configuration in which an absorption layer made of graphite was formed on a semiconductor layer (SiC) was calculated. Since this wavelength is longer than the wavelength of light having an energy corresponding to the band gap of SiC (about 380 nm), it is not absorbed by SiC but is absorbed by graphite. For this reason, when using laser light of this wavelength, the laser light can be absorbed by the absorption layer to generate heat, and the semiconductor layer immediately below can be made amorphous.
図1は、厚さが100nmの吸収層に対してレーザー光を照射した場合の半導体中の温度分布(吸収層/SiC界面を原点とする)である。SiCを非晶質化させることのできる温度は1600℃程度である。図1の結果より、半導体層の表面を2800℃程度とすることが可能であり、更に、表面から1μm程度の深さまで1600℃以上とすることが可能であることがわかる。すなわち、吸収層の直下に表面から1μm以上の深さの非晶質層を形成することが可能である。特許文献3に記載の通り、この非晶質層はウェットエッチングによって容易に除去することができ、この深さの溝を形成することが可能である。
FIG. 1 shows a temperature distribution in a semiconductor when an absorption layer having a thickness of 100 nm is irradiated with laser light (with the absorption layer / SiC interface as the origin). The temperature at which SiC can be made amorphous is about 1600 ° C. From the results of FIG. 1, it can be seen that the surface of the semiconductor layer can be set to about 2800 ° C., and further, can be set to 1600 ° C. or more from the surface to a depth of about 1 μm. That is, an amorphous layer having a depth of 1 μm or more from the surface can be formed immediately below the absorption layer. As described in
ただし、SiCは2800℃以上の温度で昇華するため、半導体層の表面が2800℃以上とならない設定とすることが好ましい。こうした設定は、図1より、レーザー光のスポット径の調整によって行うことが可能である。あるいは、レーザー光の他の照射条件(走査速度等)、波長、吸収層の厚さの調整によって行うこともできる。吸収層が厚くなった場合には、レーザー光は吸収層の上部でのみ吸収されるため、発熱部は吸収層の上部のみとなる。この場合には、発熱部から半導体層表面までの距離が長くなるため、半導体層表面の温度が低下することは明らかである。このため、吸収層の厚さは、レーザー光が吸収層で充分吸収される範囲内で薄くすることが好ましい。すなわち、レーザー光の波長を、SiCでの吸収が小さな波長(SiCの禁制帯幅に対応するエネルギーをもつ光の波長を越える波長)とし、吸収体は、レーザー光を充分に吸収できる範囲内で薄くすることが好ましい。 However, since SiC sublimes at a temperature of 2800 ° C. or higher, it is preferable that the surface of the semiconductor layer is set not to be 2800 ° C. or higher. Such setting can be performed by adjusting the spot diameter of the laser beam as shown in FIG. Alternatively, it can be performed by adjusting other irradiation conditions (scanning speed, etc.), wavelength, and absorption layer thickness of the laser beam. When the absorption layer becomes thick, the laser light is absorbed only at the upper part of the absorption layer, so that the heat generating part is only at the upper part of the absorption layer. In this case, since the distance from the heat generating portion to the surface of the semiconductor layer is increased, it is clear that the temperature of the surface of the semiconductor layer is lowered. For this reason, it is preferable to make the thickness of the absorption layer thin as long as the laser beam is sufficiently absorbed by the absorption layer. In other words, the wavelength of the laser beam is set to a wavelength at which absorption by SiC is small (a wavelength exceeding the wavelength of light having energy corresponding to the forbidden band width of SiC), and the absorber is within a range that can sufficiently absorb the laser beam. It is preferable to make it thin.
以下に、本発明の実施の形態として、上記の吸収層を用いて深さの異なるトレンチを形成し、トレンチゲート型のMOSFETを製造する例について説明する。このMOSFETを構成する半導体層の材料はSiCである。 Hereinafter, as an embodiment of the present invention, an example in which trenches having different depths are formed using the above-described absorption layer to manufacture a trench gate type MOSFET will be described. The material of the semiconductor layer constituting this MOSFET is SiC.
(第1の実施の形態)
図2(a)〜(j)は、この半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図2は、このトレンチゲート型MOSFETにおけるゲートが延伸する方向の溝に垂直な方向の断面図であり、セル部には同じ形状のMOSFETが横方向に並んで製造されている。隣接するMOSFETにおけるソース電極は共用とされている。また、セル部を囲む外周部には、セル部に形成されるトレンチの深さよりも浅いトレンチが複数形成されている。
(First embodiment)
2A to 2J are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device. FIG. 2 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the groove extending in the direction in which the gate extends in this trench gate type MOSFET, and MOSFETs having the same shape are manufactured in the cell side by side. The source electrodes in adjacent MOSFETs are shared. In addition, a plurality of trenches shallower than the trenches formed in the cell part are formed in the outer peripheral part surrounding the cell part.
まず、図2(a)に示されるように、n型(第1の導電型)の半導体基板1に表面保護用の注入前酸化膜2を形成する。その後、図2(b)に示されるように、フォトレジスト3でp型ウエル領域4を形成するための注入マスクを2μmの膜厚で形成し、200〜400keVのエネルギー、5×1013cm−2程度のドーズ量で段階的にAlイオンを注入する。
次に、図2(c)に示されるように、p型ウエル領域4の表面に局所的にn+層5を形成する(ソース領域形成工程)。n+層5は、MOSFETのソースとなる領域であり、ドナーとなる元素(例えば燐(P))がフォトレジスト層3をマスクとして50〜200keVのエネルギー、1×1015cm−2程度のドーズ量でイオン注入されることによって形成される。この場合の注入マスクは、1μmの膜厚で形成される。また、図2(d)に示されるように、n+層5の間には、p+層6が形成される。p+層6は、1μmの膜厚のフォトレジスト層3を注入マスクとして、例えばアルミニウム(Al)を50〜150keVのエネルギー、2×1015cm−2程度のドーズ量でイオン注入することによって形成される。
First, as shown in FIG. 2A, a
Next, as shown in FIG. 2C, an n + layer 5 is locally formed on the surface of the p-type well region 4 (source region forming step). The n + layer 5 is a region that becomes a source of the MOSFET, and an element that becomes a donor (for example, phosphorus (P)) has an energy of 50 to 200 keV using the
なお、上記のように、p型ウエル領域4、n+層5、p+層6はイオン注入によって形成される。ここで、p型ウエル領域4を形成するためのイオン注入、n+層5、p+層6を形成するためのイオン注入直後において、これらの層に対応する箇所はイオンによる照射損傷のために非晶質化しており、この時点ではp型ウエル領域4、n+層5、p+層6としては電気的に機能しない。これらの層を再結晶化し、かつ注入されたアクセプタ、ドナーを活性化するために、熱処理工程が行われる。この熱処理工程の温度は例えば1800℃程度であり、この熱処理工程後によってこれらの層はp型ウエル領域4、n+層5、p+層6として電気的に機能することができる。
As described above, the p-
次に、図2(e)に示されるように、カーボンキャップ層(吸収層)30を、半導体基板1の表面上のトレンチが形成されるべき箇所に形成する(吸収層形成工程)。カーボンキャップ層30は、黒鉛(グラファイト)で構成された層である。その形成方法としては、例えば、半導体基板1表面上の全面にグラファイト材料をスパッタリングで形成し、その後、フォトレジストを塗布して、所定の位置にカーボンキャップ層30が形成されるように露光、エッチングを行う。その後、形成されたカーボンキャップ層30上に残ったフォトレジストを有機溶媒などで除去することで形成できる。また、逆にカーボンキャップ層30が形成されるべき箇所にフォトレジスト層を形成した後に不活性ガス中で高温の熱処理を行ってフォトレジスト層を炭化することによって、フォトレジスト層をカーボンキャップ層30に変質させることもできる。カーボンキャップ層30の厚さは例えば100nm程度である。
Next, as shown in FIG. 2 (e), a carbon cap layer (absorption layer) 30 is formed at a location on the surface of the
カーボンキャップ層(吸収層)30は、形成しようとするトレンチの深さに対応するようパターン幅を規定する。図1に示す通り、レーザー径が大きいほど、同一温度においてより深い位置までSiCを非晶質化できる。そのため、カーボンキャップ層30の平面視における幅を広くすることで、開口幅が広く、深さの深いトレンチを形成することができる。ここでは、セル部のトレンチを外周部のトレンチよりも深く形成するため、セル部におけるカーボンキャップ層30の平面視における幅は、外周部よりも広く形成するようにする。具体的には、セル部には2μmの深さのトレンチを形成できるようにするため、カーボンキャップ層30の平面視における幅は4μmとし、外周部には1μm深さのトレンチを形成できるようにするため、カーボンキャップ層30の平面視における幅は2μmとしている。
The carbon cap layer (absorption layer) 30 defines a pattern width so as to correspond to the depth of the trench to be formed. As shown in FIG. 1, the larger the laser diameter, the more amorphous SiC can be made to a deeper position at the same temperature. Therefore, by widening the
次に、図2(e)に示されるように、この状態で、上方から半導体基板1の基板面に垂直にレーザー光100を照射する(照射工程)。レーザー光100は、小さなスポットサイズをもったビーム状であり、これが上面全面にわたり走査される。また、レーザー光100の波長は、カーボンキャップ層30では吸収されるがSiCには吸収されない程度の波長として、例えばSiCの禁制帯幅に対応するエネルギーの光よりも長波長となる532nm、808nmとする。このため、このレーザー光100は、図2(e)中においてカーボンキャップ層30でのみ吸収され、露出したn+層5、p+層6、及びこれらの直下の半導体基板1を透過する。レーザー光100を吸収したカーボンキャップ層30の温度は急激に上昇し、この温度が3000℃以上の黒鉛の融解点よりも低ければ、カーボンキャップ層30は、その形態を保ったままで高温となる。この熱は直下のn+層5、及びその下のp型ウエル領域4等に伝わり、これらの層も高温となる。
Next, as shown in FIG. 2 (e), in this state, the
その結果、カーボンキャップ層30直下においては、n+層5、p型ウエル領域4、半導体基板1は、局所的に高温となる。この温度が1600℃以上であれば、これらの層におけるSiCの結晶性が変化する。更に、レーザー光100の照射が停止した後に、この領域は急冷される。これにより、この領域におけるSiCは非晶質化する。すなわち、図2(e)に示されるように、カーボンキャップ層(吸収層)30の直下に非晶質層7が形成される。この非晶質層7の平面視における幅はカーボンキャップ層30によって規定され、非晶質層7の深さも前記の通り、カーボンキャップ層30によって規定される。
As a result, immediately below the
次に、カーボンキャップ層30を除去する(吸収層除去工程)。カーボンキャップ層30は、酸素雰囲気での熱処理、あるいは酸素プラズマ処理によって、CO2(気体)として除去することが可能である。この際、SiCで構成された半導体基板1等は影響を受けない。
Next, the
特許文献3に記載の技術におけるイオン照射損傷層と同様に、非晶質層7においては結晶構造が維持されていないため、これをエッチングすることが容易である。このため、図2(f)に示されるように、例えばフッ硝酸を用いたウェットエッチングによって非晶質層7を選択的に化学的に除去することができる(非晶質層除去工程)。これにより、非晶質層7が形成されていた箇所にトレンチ20が形成される。なお、前記のソース領域形成工程後における熱処理(イオン注入後の熱処理)が照射工程以降においても行われていなかった場合には、イオン注入された層(n+層5、p+層6等に該当する領域)も、非晶質層7と同時に除去される。また、この熱処理を照射工程の後で非晶質層除去工程よりも前に行った場合には、非晶質層7が再結晶化し、非晶質層7をウェットエッチングで除去することが困難となる。このため、この熱処理は、照射工程より前に行うことが必要である。
Similar to the ion irradiation damaged layer in the technique described in
次に、図2(g)に示されるように、この状態で酸化雰囲気で熱処理を行い、ゲート酸化膜8を形成する(ゲート酸化工程)。ゲート酸化膜8は、SiCがO2と高温で反応して形成される。この際に同時にCO、CO2も形成されるが、これらは気体となって飛散するため、ゲート酸化膜8はSiO2を主成分とする層となる。なお、この酸化反応はSiCの全面で生ずるため、トレンチ20内の側面や底面にもゲート酸化膜8は形成される。この熱処理は、例えば1300℃程度の温度のドライもしくはウェット酸化として行われ、ゲート酸化膜8をMOSのゲート絶縁層として使用するためには、その厚さを例えば50nm程度とする。この厚さは熱処理の時間で調整することが可能である。
またゲート酸化膜以外で絶縁体として熱窒化膜、CVDによる酸化膜、窒化膜、Al2O3、またはそれらを組み合わせたものを使用してもよい。
Next, as shown in FIG. 2G, heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere in this state to form a gate oxide film 8 (gate oxidation step). The
In addition to the gate oxide film, a thermal nitride film, a CVD oxide film, a nitride film, Al 2 O 3 , or a combination thereof may be used as an insulator.
次に、セル部において多結晶シリコン層(ゲート電極)9をトレンチ20内に形成する(ゲート形成工程)。多結晶シリコン層9をこの形態で形成するためには、半導体基板1の上面側に多結晶シリコンを成膜した後に、多結晶シリコンを上側から異方性エッチング(ドライエッチング)するエッチバックを行えばよい。この際、トレンチ20内が多結晶シリコンで充填されるように、段差被覆性に優れたCVD法等によって多結晶シリコンの成膜を行うことが好ましい。また、多結晶シリコンにおいては、導電性を付与するために燐等がドーピングされる。この多結晶シリコン層9は、MOSのゲートとして機能する。また、多結晶シリコン層9と半導体基板1、p型ウエル領域4、n+層5、p+層6との間にはゲート酸化膜8が存在し、多結晶シリコン層9と半導体基板1、p型ウエル領域4、n+層5、p+層6とは直接接さない構成とされる。
Next, a polycrystalline silicon layer (gate electrode) 9 is formed in the
次に、図2(h)に示されるように、上面に層間絶縁層10を形成する(層間絶縁層形成工程)。層間絶縁層10はゲート酸化膜8と同様にSiO2を主成分とするが、層間絶縁層10は電極間や電極と半導体層との間等の絶縁のために用いられるため、CVD法等によってゲート酸化膜8よりも充分厚く形成する。
Next, as shown in FIG. 2H, the
次に、層間絶縁層10におけるコンタクトのための開口として、ソース開口を形成する(コンタクト開口工程)。この工程は、フォトレジストをマスクとしたSiO2のドライエッチングによって行われる。 Next, a source opening is formed as an opening for contact in the interlayer insulating layer 10 (contact opening process). This step is performed by dry etching of SiO 2 using a photoresist as a mask.
次に、図2(i)に示されるように、半導体基板1の両表面に、Ni電極を1000Åで形成し、コンタクトアニールを950℃/2minで行い、n+層5、p+層6及び半導体基板1にシリサイド層16を形成する(シリサイデーション工程)。なお、層間絶縁層10上のNi電極はシリサイデーションを起こさないため、過硫酸等のエッチング液で除去する。
その後、層間絶縁層10におけるコンタクトのための開口として、ソース開口を形成した時と同様にゲート開口を形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (i), Ni electrodes are formed on both surfaces of the
Thereafter, a gate opening is formed as an opening for contact in the
最後に、図2(j)に示されるように、ソース開口を覆ってソース配線11が、ゲート開口を覆ってゲート配線が(図示しない)、裏面側にドレイン電極12が、それぞれ形成される(電極形成工程)。
Finally, as shown in FIG. 2J, the
上記の製造方法によって、トレンチゲート型のMOSFETが製造される。ここで、ソース領域形成工程、ゲート酸化工程、ゲート形成工程、層間絶縁層形成工程、コンタクト開口工程、シリサイデーション工程、電極形成工程については、従来より知られる製造方法と同様である。 A trench gate type MOSFET is manufactured by the above manufacturing method. Here, the source region forming step, the gate oxidation step, the gate forming step, the interlayer insulating layer forming step, the contact opening step, the silicidation step, and the electrode forming step are the same as the conventionally known manufacturing methods.
ただし、上記の製造方法においては、トレンチ20を形成するために、吸収層形成工程、照射工程、吸収層除去工程、非晶質層除去工程を行っている。これにより、ドライエッチングによらずにトレンチ20を形成することができる。この点については、特許文献3に記載の技術と同様である。しかしながら、特許文献3に記載の技術では半導体層の表面から深くイオンを注入することが困難であるためにイオン照射損傷層を深く形成することが困難であった。これに対して、上記の製造方法においては、カーボンキャップ層30の膜厚やレーザー光100の照射条件の設定によって、非晶質層7を深く形成することが可能である。このため、この非晶質層7をウェットエッチングすることによって容易にトレンチ20を形成することができる。
However, in the above manufacturing method, in order to form the
また、吸収層形成工程において、カーボンキャップ層30の幅を広く形成することで、開口幅が広く深さの深いトレンチを形成でき、カーボンキャップ層30の幅を狭く形成することで、開口幅が狭く浅いトレンチを形成できることから、深さの異なるトレンチを同一工程で容易に形成することができる。
Further, in the absorption layer forming step, by forming the
なお、上記の例では、吸収層としてカーボンキャップ層30が用いられていたが、レーザー光100を吸収し、これによって発生した熱を直下の半導体層に伝えて非晶質化を起こすことができる材料であれば、他の材料からなる吸収層を用いることも可能である。ただし、カーボンキャップ層30は半導体層(SiC)を構成する元素の一つである炭素(C)で構成されるため、トレンチをドライエッチングで形成する際に従来用いられていた金属マスクと異なり、半導体層に対して不純物としての悪影響を与えることがない。また、前記の吸収層形成工程、吸収層除去工程で示された通り、その形成・除去も極めて容易である。このため、カーボンキャップ層30を用いることが特に好ましい。
In the above example, the
(第2の実施の形態)
図3に第2の実施形態を示す。第1の実施形態では、セル部のトレンチを外周部のトレンチよりも深く形成したが、本実施形態においては、逆に外周部のトレンチをセル部のトレンチよりも深く形成されているトレンチゲート型のMOSFETである。セル部のトレンチに対し、外周部のトレンチを深くすることで、外周部に電解集中を起こさせることができ、リーク箇所を外周部にすることができる。
(Second Embodiment)
FIG. 3 shows a second embodiment. In the first embodiment, the trench in the cell portion is formed deeper than the trench in the outer peripheral portion. However, in the present embodiment, the trench gate type in which the trench in the outer peripheral portion is formed deeper than the trench in the cell portion. MOSFET. By deepening the trench in the outer peripheral portion with respect to the trench in the cell portion, electrolytic concentration can be caused in the outer peripheral portion, and the leak portion can be made into the outer peripheral portion.
また、上記の例では、トレンチゲート型のMOSFETを製造する例について記載したが、トレンチ構造が用いられた半導体装置であれば、同様に製造することができることは明らかである。 In the above example, an example of manufacturing a trench gate type MOSFET has been described. However, it is obvious that a semiconductor device using a trench structure can be manufactured in the same manner.
1 半導体基板
2 注入前酸化膜
3 レジスト
4 p型ウエル領域
5 n+層
6 p+層
7 非晶質層
8 ゲート酸化膜
9 多結晶シリコン層
10 層間絶縁層
11 ソース配線
12 ドレイン電極
16 シリサイド層
20 トレンチ
30 カーボンキャップ層
100 レーザー光
DESCRIPTION OF
Claims (7)
光を吸収する吸収層を前記半導体層の表面に局所的に形成する吸収層形成工程と、
前記吸収層形成工程においては、第1の溝と第2の溝の開口部に対応してパターン幅の異なる吸収層が形成され、
前記吸収層が形成された側から前記半導体層に対して光を照射する照射工程と、
前記照射工程によって前記半導体層に形成された非晶質層をウェットエッチングによって除去することによって前記溝を形成する非晶質層除去工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising a configuration in which at least two kinds of first and second grooves having different depths are formed in a semiconductor layer made of silicon carbide (SiC),
An absorption layer forming step of locally forming an absorption layer for absorbing light on the surface of the semiconductor layer;
In the absorption layer forming step, absorption layers having different pattern widths are formed corresponding to the openings of the first groove and the second groove,
An irradiation step of irradiating the semiconductor layer with light from the side on which the absorption layer is formed;
An amorphous layer removing step of forming the groove by removing the amorphous layer formed in the semiconductor layer by the irradiation step by wet etching;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記吸収層のパターン幅は、前記セル部より外周部の方が狭く形成されることを特徴とする
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor device comprises a cell portion including a plurality of transistor cells in which a trench-type gate is formed in a semiconductor layer and diffusion layers are formed on both sides of the gate, and an outer peripheral portion surrounding the cell portion.
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the pattern width of the absorption layer is formed narrower in an outer peripheral portion than in the cell portion.
前記吸収層のパターン幅は、前記セル部より外周部の方が広く形成されることを特徴とする
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor device comprises a cell portion including a plurality of transistor cells in which a trench-type gate is formed in a semiconductor layer and diffusion layers are formed on both sides of the gate, and an outer peripheral portion surrounding the cell portion.
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a pattern width of the absorption layer is formed wider in an outer peripheral portion than in the cell portion.
前記吸収層の厚さを、前記光を吸収した前記吸収層の発熱が前記半導体層に伝わることによって前記半導体層が非晶質化されるように設定することにより、
前記照射工程において、前記吸収層の直下の前記半導体層に前記非晶質層を形成することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The wavelength of the light is a wavelength exceeding the wavelength of the light of energy corresponding to the forbidden bandwidth of the material constituting the semiconductor layer,
By setting the thickness of the absorption layer so that the heat generation of the absorption layer that has absorbed the light is transmitted to the semiconductor layer, the semiconductor layer becomes amorphous.
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein, in the irradiation step, the amorphous layer is formed in the semiconductor layer immediately below the absorption layer. 5.
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor device is a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) in which a gate oxide film and a gate electrode are formed in the trench.
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