JP2021082710A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

To provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of curving a shoulder of a trench while suppressing an adverse effect on a channel part of the semiconductor device.SOLUTION: A method for manufacturing a semiconductor device comprises a trench forming step, a depositing step, a first etching step, and a second etching step. The trench forming step forms a trench penetrating a source region and a body region from a surface of a semiconductor substrate and extending in a depth direction. A drift region of a first conductivity type, the body region of a second conductivity type, and the source region of the first conductivity type are arranged in this order in the semiconductor substrate along the depth direction of the semiconductor substrate. The depositing step deposits a protection film on the surface of the semiconductor substrate and on an inner surface of the trench. The first etching step exposes the shoulder of the trench by selectively etching a part of the protection film by subjecting the surface of the semiconductor substrate and the inner surface of the trench to isotropic dry etching. The second etching step curves the shoulder of the trench exposed from the protection film by subjecting the surface of the semiconductor substrate and the inner surface of the trench to isotropic dry etching.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書が開示する技術は、トレンチゲートを備える半導体装置の製造方法に関する。 The technique disclosed herein relates to a method of manufacturing a semiconductor device including a trench gate.

特許文献1は、トレンチゲートが設けられているトレンチの肩部が曲面化された半導体装置を開示する。このようなトレンチゲートを備える半導体装置では、肩部における電界集中が緩和され、ゲート・ソース間漏れ電流が低減される。 Patent Document 1 discloses a semiconductor device in which the shoulder portion of a trench provided with a trench gate is curved. In the semiconductor device provided with such a trench gate, the electric field concentration in the shoulder portion is relaxed, and the leakage current between the gate and the source is reduced.

特開2006−228901号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-228901

特許文献1は、等方性ドライエッチングによりトレンチの肩部を曲面化する製造方法を開示する。この製造方法では、トレンチの側面が露出した状態で等方性ドライエッチングが実施されているので、トレンチの側面の上部が必要以上にエッチングされ、チャネル部への悪影響が懸念される。 Patent Document 1 discloses a manufacturing method in which the shoulder portion of a trench is curved by isotropic dry etching. In this manufacturing method, since isotropic dry etching is performed with the side surface of the trench exposed, the upper part of the side surface of the trench is etched more than necessary, and there is a concern that the channel portion may be adversely affected.

本願明細書は、半導体装置のチャネル部への悪影響を抑えながら、トレンチの肩部を曲面化することができる製造方法を提供する。 The present specification provides a manufacturing method capable of making the shoulder portion of a trench curved while suppressing an adverse effect on the channel portion of the semiconductor device.

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、第1導電型のドリフト領域と第2導電型のボディ領域と第1導電型のソース領域が半導体基板の深さ方向に沿ってこの順で並んでいる前記半導体基板の表面から前記ソース領域と前記ボディ領域を貫通して前記深さ方向に伸びるトレンチを形成するトレンチ形成工程と、前記半導体基板の前記表面及び前記トレンチの内面に保護膜を成膜する成膜工程と、等方性ドライエッチングを実施し、前記保護膜の一部を選択的にエッチングして前記トレンチの肩部を露出させる第1エッチング工程と、等方性ドライエッチングを実施し、前記保護膜から露出する前記トレンチの前記肩部を曲面化する第2エッチング工程と、を備えることができる。ここで、前記ドリフト領域と前記ボディ領域と前記ソース領域は、前記半導体基板の深さ方向に沿ってこの順で並んでいる限り、それらの領域間に他の半導体領域が介在してもよい。例えば、前記ドリフト領域と前記ボディ領域の間に、前記ドリフト領域よりも第1導電型不純物の濃度が濃いJFET抵抗低減領域が介在していてもよい。また、前記半導体基板の材料は特に限定されるものではなく、例えば炭化珪素であってもよい。上記製造方法の前記第1エッチング工程では、前記半導体基板の前記表面及び前記トレンチの前記内面に前記保護膜が被覆された状態で等方性ドライエッチングが実施される。このとき、前記トレンチの前記肩部を被覆する前記保護膜にプラズマが集中することにより、前記トレンチの前記肩部を被覆する前記保護膜が選択的に除去される。このため、次に実施される前記第2エッチング工程では、前記トレンチの前記肩部のみが露出した状態で等方性ドライエッチングを実施することができる。これにより、前記トレンチの側面の上部が必要以上にエッチングされることが抑制される。このように、上記製造方法では、前記半導体装置のチャネル部への影響を抑えながら、前記トレンチの前記肩部を曲面化することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device disclosed in the present specification, a first conductive type drift region, a second conductive type body region, and a first conductive type source region are arranged in this order along the depth direction of the semiconductor substrate. A trench forming step of forming a trench extending from the surface of the semiconductor substrate through the source region and the body region in the depth direction, and forming a protective film on the surface of the semiconductor substrate and the inner surface of the trench. A film forming step of forming a film and an isotropic dry etching are performed, and a first etching step of selectively etching a part of the protective film to expose the shoulder portion of the trench and an isotropic dry etching are carried out. A second etching step of forming the shoulder portion of the trench exposed from the protective film into a curved surface can be provided. Here, as long as the drift region, the body region, and the source region are arranged in this order along the depth direction of the semiconductor substrate, another semiconductor region may intervene between the regions. For example, a JFET resistance reduction region in which the concentration of the first conductive type impurity is higher than that in the drift region may be interposed between the drift region and the body region. The material of the semiconductor substrate is not particularly limited, and may be, for example, silicon carbide. In the first etching step of the manufacturing method, isotropic dry etching is performed with the protective film coated on the surface of the semiconductor substrate and the inner surface of the trench. At this time, the plasma concentrates on the protective film covering the shoulder portion of the trench, so that the protective film covering the shoulder portion of the trench is selectively removed. Therefore, in the second etching step to be performed next, isotropic dry etching can be performed with only the shoulder portion of the trench exposed. As a result, it is possible to prevent the upper portion of the side surface of the trench from being etched more than necessary. As described above, in the above manufacturing method, the shoulder portion of the trench can be curved while suppressing the influence on the channel portion of the semiconductor device.

上記製造方法の前記第2エッチング工程では、前記半導体基板に対するエッチングレートが前記保護膜に対するエッチングレートよりも高い種類のエッチングガスが用いられてもよい。この製造方法によると、前記保護膜のエッチングを抑えながら前記トレンチの前記肩部を曲面化することができる。これにより、前記トレンチの前記側面の上部が必要以上にエッチングされることが良好に抑制される。 In the second etching step of the manufacturing method, a type of etching gas having an etching rate for the semiconductor substrate higher than the etching rate for the protective film may be used. According to this manufacturing method, the shoulder portion of the trench can be curved while suppressing etching of the protective film. This satisfactorily prevents the upper part of the side surface of the trench from being etched more than necessary.

上記製造方法では、前記第1エッチング工程と前記第2エッチング工程が同一工程であってもよい。この製造方法によると、少ない工程数で前記トレンチの前記肩部を曲面化することができる。 In the above manufacturing method, the first etching step and the second etching step may be the same step. According to this manufacturing method, the shoulder portion of the trench can be curved in a small number of steps.

本実施形態の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part of the semiconductor device of this embodiment is schematically shown. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part of the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment is schematically shown. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part of the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment is schematically shown. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part of the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment is schematically shown. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part of the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment is schematically shown. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part of the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment is schematically shown. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part of the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment is schematically shown. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part of the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment is schematically shown.

図1に示されるように、半導体装置1は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)と称される種類のパワー半導体素子であり、半導体基板10、半導体基板10の裏面10aを被覆するドレイン電極22、半導体基板10の表面10bを被覆するソース電極24及び半導体基板10の表層部に設けられているトレンチゲート30を備えている。トレンチゲート30は、半導体基板10の表面10bに対して直交する方向から観測したときに、例えばストライプ状に配置されている。 As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 is a type of power semiconductor element called a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), and is a drain electrode 22 that covers the semiconductor substrate 10 and the back surface 10a of the semiconductor substrate 10. A source electrode 24 that covers the surface 10b of the semiconductor substrate 10 and a trench gate 30 provided on the surface layer of the semiconductor substrate 10 are provided. The trench gates 30 are arranged in a striped shape, for example, when observed from a direction orthogonal to the surface 10b of the semiconductor substrate 10.

半導体基板10は、炭化珪素(SiC)を材料とする基板であり、n+型のドレイン領域11、n型のドリフト領域12、p型の電界緩和領域13、n+型のJFET抵抗低減領域14、p型のボディ領域15、p+型のボディコンタクト領域16及びn+型のソース領域17を有している。 The semiconductor substrate 10 is a substrate made of silicon carbide (SiC), and has an n + type drain region 11, an n type drift region 12, a p-type electric field relaxation region 13, and an n + type JFET resistance reduction region 14. , P-type body region 15, p + -type body contact region 16 and n + -type source region 17.

ドレイン領域11は、半導体基板10の裏層部に配置されており、半導体基板10の裏面に露出する位置に設けられている。ドレイン領域11は、後述するドリフト領域12がエピタキシャル成長するための下地基板でもある。ドレイン領域11は、半導体基板10の裏面を被覆するドレイン電極22にオーミック接触している。 The drain region 11 is arranged on the back layer portion of the semiconductor substrate 10 and is provided at a position exposed on the back surface of the semiconductor substrate 10. The drain region 11 is also a base substrate for epitaxially growing the drift region 12, which will be described later. The drain region 11 is in ohmic contact with the drain electrode 22 that covers the back surface of the semiconductor substrate 10.

ドリフト領域12は、ドレイン領域11上に設けられている。ドリフト領域12は、エピタキシャル成長技術を利用して、ドレイン領域11の表面から結晶成長して形成される。ドリフト領域12の不純物濃度は、半導体基板10の厚み方向に一定である。 The drift region 12 is provided on the drain region 11. The drift region 12 is formed by crystal growth from the surface of the drain region 11 by utilizing an epitaxial growth technique. The impurity concentration in the drift region 12 is constant in the thickness direction of the semiconductor substrate 10.

電界緩和領域13は、トレンチゲート30の底面を覆うように設けられており、トレンチゲート30の底面に集中する電界を緩和することができる。この断面では、電界緩和領域13がドリフト領域12及びJFET抵抗低減領域14によってボディ領域15から隔てられている。しかしながら、図示しない断面において、電界緩和領域13がボディ領域15に接続されていてもよい。電界緩和領域13は、イオン注入技術を利用して、トレンチゲート30を形成するためのトレンチの底面に向けてp型不純物(例えばアルミニウム)をイオン注入し、そのトレンチの底面に形成される。 The electric field relaxation region 13 is provided so as to cover the bottom surface of the trench gate 30, and can relax the electric field concentrated on the bottom surface of the trench gate 30. In this cross section, the electric field relaxation region 13 is separated from the body region 15 by the drift region 12 and the JFET resistance reduction region 14. However, in a cross section (not shown), the electric field relaxation region 13 may be connected to the body region 15. The electric field relaxation region 13 is formed by ion-implanting a p-type impurity (for example, aluminum) toward the bottom surface of the trench for forming the trench gate 30 by using an ion implantation technique.

JFET抵抗低減領域14は、ドリフト領域12とボディ領域15の間に設けられており、ドリフト領域12とボディ領域15を隔てており、ドリフト領域12よりもn型不純物の濃度が濃い領域である。JFET抵抗低減領域14は、隣り合うトレンチゲート30の間において、一方のトレンチゲート30の側面から他方のトレンチゲート30の側面まで伸びている。JFET抵抗低減領域14は、イオン注入技術を利用して、半導体基板10の表面に向けてn型不純物(例えば窒素)をイオン注入し、ドリフト領域12とボディ領域15の双方に接する位置に形成される。 The JFET resistance reduction region 14 is provided between the drift region 12 and the body region 15, separates the drift region 12 and the body region 15, and is a region in which the concentration of n-type impurities is higher than that of the drift region 12. The JFET resistance reduction region 14 extends from the side surface of one trench gate 30 to the side surface of the other trench gate 30 between adjacent trench gates 30. The JFET resistance reduction region 14 is formed at a position where n-type impurities (for example, nitrogen) are ion-implanted toward the surface of the semiconductor substrate 10 using ion implantation technology and are in contact with both the drift region 12 and the body region 15. To.

ボディ領域15は、JFET抵抗低減領域14上に設けられており、半導体基板10の表層部に配置されている。ボディ領域15は、トレンチゲート30の側面に接している。ボディ領域15は、イオン注入技術を利用して、半導体基板10の表面に向けてp型不純物(例えばアルミニウム)をイオン注入し、半導体基板10の表層部に形成される。 The body region 15 is provided on the JFET resistance reduction region 14, and is arranged on the surface layer portion of the semiconductor substrate 10. The body region 15 is in contact with the side surface of the trench gate 30. The body region 15 is formed on the surface layer portion of the semiconductor substrate 10 by ion-implanting p-type impurities (for example, aluminum) toward the surface of the semiconductor substrate 10 by using the ion implantation technique.

ボディコンタクト領域16は、ボディ領域15上に設けられており、半導体基板10の表層部に配置されており、半導体基板10の表面に露出する位置に設けられており、ボディ領域15よりもp型不純物の濃度が濃い領域である。ボディコンタクト領域16は、半導体基板10の表面10bを被覆するソース電極24にオーミック接触している。ボディコンタクト領域16は、イオン注入技術を利用して、半導体基板10の表面に向けてp型不純物(例えばアルミニウム)をイオン注入し、半導体基板10の表層部に形成される。 The body contact region 16 is provided on the body region 15, is arranged on the surface layer portion of the semiconductor substrate 10, is provided at a position exposed on the surface of the semiconductor substrate 10, and is p-type rather than the body region 15. This is a region where the concentration of impurities is high. The body contact region 16 is in ohmic contact with the source electrode 24 that covers the surface 10b of the semiconductor substrate 10. The body contact region 16 is formed on the surface layer portion of the semiconductor substrate 10 by ion-implanting a p-type impurity (for example, aluminum) toward the surface of the semiconductor substrate 10 by using an ion implantation technique.

ソース領域17は、ボディ領域15上に設けられており、半導体基板10の表層部に配置されており、半導体基板10の表面10bに露出する位置に設けられている。ソース領域17は、ボディ領域15によってJFET抵抗低減領域14から隔てられている。ソース領域17は、トレンチゲート30の側面に接している。ソース領域17は、半導体基板10の表面10bを被覆するソース電極24にオーミック接触している。ソース領域17は、イオン注入技術を利用して、半導体基板10の表面に向けてn型不純物(例えば窒素)をイオン注入し、半導体基板10の表層部に形成される。 The source region 17 is provided on the body region 15, is arranged on the surface layer portion of the semiconductor substrate 10, and is provided at a position exposed on the surface 10b of the semiconductor substrate 10. The source region 17 is separated from the JFET resistance reduction region 14 by the body region 15. The source region 17 is in contact with the side surface of the trench gate 30. The source region 17 is in ohmic contact with the source electrode 24 that covers the surface 10b of the semiconductor substrate 10. The source region 17 is formed on the surface layer portion of the semiconductor substrate 10 by ion-implanting n-type impurities (for example, nitrogen) toward the surface of the semiconductor substrate 10 by using the ion implantation technique.

ソース領域17が設けられている位置において、トレンチゲート30が埋設されているトレンチTRの肩部30aが曲面化している。トレンチTRの肩部30aとは、半導体基板10の表面10bとトレンチゲート30の側面が交差する部分である。このように、トレンチTRの肩部30aが曲面化していると、肩部30aにおける電界集中が緩和され、ゲート・ソース間漏れ電流が低減される。 At the position where the source region 17 is provided, the shoulder portion 30a of the trench TR in which the trench gate 30 is embedded is curved. The shoulder portion 30a of the trench TR is a portion where the surface 10b of the semiconductor substrate 10 and the side surface of the trench gate 30 intersect. When the shoulder portion 30a of the trench TR is curved in this way, the electric field concentration in the shoulder portion 30a is relaxed, and the leakage current between the gate and the source is reduced.

トレンチゲート30は、半導体基板10の表面10bから半導体基板10の深さ方向(紙面上下方向)に沿って伸びており、ゲート絶縁膜32及びゲート電極34を有している。トレンチゲート30は、ソース領域17とボディ領域15とJFET抵抗低減領域14を貫通してドリフト領域12に達している。ゲート絶縁膜32は、酸化シリコンである。ゲート電極34は、ゲート絶縁膜32で被覆されており、不純物を含むポリシリコンである。 The trench gate 30 extends from the surface 10b of the semiconductor substrate 10 along the depth direction (vertical direction of the paper surface) of the semiconductor substrate 10, and has a gate insulating film 32 and a gate electrode 34. The trench gate 30 penetrates the source region 17, the body region 15, and the JFET resistance reduction region 14 to reach the drift region 12. The gate insulating film 32 is silicon oxide. The gate electrode 34 is coated with a gate insulating film 32 and is polysilicon containing impurities.

次に、図1を参照し、半導体装置1の動作を説明する。ドレイン電極22に正電圧が印加され、ソース電極24が接地され、トレンチゲート30のゲート電極34が接地されていると、半導体装置1はオフである。半導体装置1では、電界緩和領域13がトレンチゲート30の底面を覆うように設けられている。このため、トレンチゲート30の底面のゲート絶縁膜32における電界集中が緩和され、半導体装置1は高い耐圧を有することができる。 Next, the operation of the semiconductor device 1 will be described with reference to FIG. When a positive voltage is applied to the drain electrode 22, the source electrode 24 is grounded, and the gate electrode 34 of the trench gate 30 is grounded, the semiconductor device 1 is turned off. In the semiconductor device 1, the electric field relaxation region 13 is provided so as to cover the bottom surface of the trench gate 30. Therefore, the electric field concentration in the gate insulating film 32 on the bottom surface of the trench gate 30 is relaxed, and the semiconductor device 1 can have a high withstand voltage.

ドレイン電極22に正電圧が印加され、ソース電極24が接地され、トレンチゲート30のゲート電極34にソース電極24よりも正となる閾値電圧以上の電圧が印加されていると、半導体装置1はオンである。このとき、ソース領域17とJFET抵抗低減領域14を隔てるボディ領域15のうちのトレンチゲート30の側面に対向する部分に反転層が形成される。ソース領域17から供給される電子は、その反転層を経由してJFET抵抗低減領域14に達する。JFET抵抗低減領域14に達した電子は、JFET抵抗低減領域14を経由してドリフト領域12に流れる。このようなJFET抵抗低減領域14が設けられていると、電界緩和領域13からドリフト領域12内に伸びてくる空乏層を迂回するように電流が流れることができる。このため、このような空乏層による抵抗の増加、即ち、JFET抵抗の増加が抑えられる。このように、半導体装置1は、トレンチゲート30のピッチ幅が狭い微細化構造に適した構造を有している。 When a positive voltage is applied to the drain electrode 22, the source electrode 24 is grounded, and a voltage equal to or higher than the threshold voltage that is more positive than the source electrode 24 is applied to the gate electrode 34 of the trench gate 30, the semiconductor device 1 is turned on. Is. At this time, an inversion layer is formed in a portion of the body region 15 that separates the source region 17 and the JFET resistance reduction region 14 so as to face the side surface of the trench gate 30. The electrons supplied from the source region 17 reach the JFET resistance reduction region 14 via the inversion layer. The electrons that have reached the JFET resistance reduction region 14 flow to the drift region 12 via the JFET resistance reduction region 14. When such a JFET resistance reduction region 14 is provided, a current can flow so as to bypass the depletion layer extending from the electric field relaxation region 13 into the drift region 12. Therefore, the increase in resistance due to such a depletion layer, that is, the increase in JFET resistance is suppressed. As described above, the semiconductor device 1 has a structure suitable for a miniaturized structure in which the pitch width of the trench gate 30 is narrow.

次に、半導体装置1の製造方法を説明する。まず、図2に示されるように、ドレイン領域11とドリフト領域12とJFET抵抗低減領域14とボディ領域15とソース領域17が半導体基板10の深さ方向に沿ってこの順で並んでいる半導体基板10を準備する。ドレイン領域11が半導体基板10の裏面10aに露出しており、ソース領域17が半導体基板10の表面10bに露出している。半導体基板10の表層部には、ソース領域17の間にボディコンタクト領域16も形成されている。この半導体基板10は、エピタキシャル成長技術を利用して、ドレイン領域11からドリフト領域12を結晶成長した後に、イオン注入技術を利用して、半導体基板10の表面10bに向けてn型不純物及びp型不純物をイオン注入し、JFET抵抗低減領域14とボディ領域15とボディコンタクト領域16とソース領域17を形成することで準備される。 Next, a method of manufacturing the semiconductor device 1 will be described. First, as shown in FIG. 2, a semiconductor substrate in which a drain region 11, a drift region 12, a JFET resistance reduction region 14, a body region 15, and a source region 17 are arranged in this order along the depth direction of the semiconductor substrate 10. Prepare 10. The drain region 11 is exposed on the back surface 10a of the semiconductor substrate 10, and the source region 17 is exposed on the front surface 10b of the semiconductor substrate 10. A body contact region 16 is also formed between the source regions 17 on the surface layer portion of the semiconductor substrate 10. The semiconductor substrate 10 is crystal-grown from the drain region 11 to the drift region 12 by using the epitaxial growth technique, and then n-type impurities and p-type impurities are used toward the surface 10b of the semiconductor substrate 10 by using the ion implantation technique. Is ion-implanted to form a JFET resistance reduction region 14, a body region 15, a body contact region 16, and a source region 17.

次に、図3に示されるように、フォトリソグラフィー技術を利用して、半導体基板10の表面10b上にレジスト膜42をパターニングする。レジスト膜42は、開口からソース領域17の一部が露出するようにパターニングされる。次に、異方性ドライエッチング技術を利用して、レジスト膜42の開口から露出する半導体基板10の表面10bから半導体基板10の深さ方向に沿って伸びるトレンチTRを形成する(トレンチ形成工程)。トレンチTRは、半導体基板10の表面10bからソース領域17とボディ領域15とJFET抵抗低減領域14を貫通してドリフト領域12に達するように形成される。なお、トレンチTRは、ソース領域17とボディ領域15を貫通していればよく、その底面がJFET抵抗低減領域14内に位置するように形成されてもよい。 Next, as shown in FIG. 3, the resist film 42 is patterned on the surface 10b of the semiconductor substrate 10 by using a photolithography technique. The resist film 42 is patterned so that a part of the source region 17 is exposed from the opening. Next, using the anisotropic dry etching technique, a trench TR extending from the surface 10b of the semiconductor substrate 10 exposed from the opening of the resist film 42 along the depth direction of the semiconductor substrate 10 is formed (trench forming step). .. The trench TR is formed so as to reach the drift region 12 from the surface 10b of the semiconductor substrate 10 through the source region 17, the body region 15, and the JFET resistance reduction region 14. The trench TR may be formed so as to penetrate the source region 17 and the body region 15 and its bottom surface is located in the JFET resistance reduction region 14.

次に、図4に示されるように、イオン注入技術を利用して、トレンチTRの底面に露出するドリフト領域12に向けてp型不純物(例えばアルミニウム)をイオン注入し、ドリフト領域12上であってトレンチTRの底面に露出する電界緩和領域13を形成する。 Next, as shown in FIG. 4, using the ion implantation technique, p-type impurities (for example, aluminum) are ion-implanted into the drift region 12 exposed on the bottom surface of the trench TR, and the p-type impurities (for example, aluminum) are ion-implanted on the drift region 12. The electric field relaxation region 13 exposed on the bottom surface of the trench TR is formed.

次に、図5に示されるように、CVD技術を利用して、半導体基板10の表面10b、トレンチTRの側面と底面を被覆するように、保護膜44を成膜する(成膜工程)。保護膜44は、酸化シリコンを材料とする薄膜であり、その厚みが約100nmである。 Next, as shown in FIG. 5, a protective film 44 is formed so as to cover the surface 10b of the semiconductor substrate 10 and the side surfaces and the bottom surface of the trench TR by using the CVD technique (deposition step). The protective film 44 is a thin film made of silicon oxide and has a thickness of about 100 nm.

次に、図6に示されるように、等方性ドライエッチング技術を利用して、保護膜44の一部をエッチングし、半導体基板10の表面10bとトレンチTRの側面が交差する肩部30aを露出させる(第1エッチング工程)。この等方性ドライエッチング工程では、例えばエッチングガスとしてCF/Oガスが用いられる。この等方性ドライエッチング工程では、トレンチTRの肩部30aを被覆する保護膜44の角部の曲率が高いことから、その保護膜44の角部にプラズマが集中することにより、保護膜44の角部が選択的に除去される。このように、保護膜44の角部が自己選択的にエッチングされ、トレンチTRの肩部30aのみが保護膜44から露出する。 Next, as shown in FIG. 6, a part of the protective film 44 is etched by using an isotropic dry etching technique to form a shoulder portion 30a where the surface 10b of the semiconductor substrate 10 and the side surface of the trench TR intersect. Expose (first etching step). In this isotropic dry etching step, for example, CF 4 / O 2 gas is used as the etching gas. In this isotropic dry etching step, since the curvature of the corner portion of the protective film 44 covering the shoulder portion 30a of the trench TR is high, plasma is concentrated on the corner portion of the protective film 44, so that the protective film 44 is formed. The corners are selectively removed. In this way, the corners of the protective film 44 are self-selectively etched, and only the shoulder portion 30a of the trench TR is exposed from the protective film 44.

次に、図7に示されるように、等方性ドライエッチング技術を利用して、保護膜44から露出するトレンチTRの肩部30aを曲面化する(第2エッチング工程)。この等方性ドライエッチング工程では、例えばエッチングガスとしてCF/Oガスが用いられる。CF/Oガスによるエッチングレートについては、炭化珪素の半導体基板10に対するエッチングレートが酸化シリコンの保護膜44に対するエッチングレートよりも高い。このため、保護膜44のエッチングを抑えながらトレンチTRの肩部30aを曲面化することができる。これにより、トレンチTRの側面の上部が必要以上にエッチングされることが抑制される。例えば、トレンチTRの内面に保護膜44が被膜されていない状態で等方性ドライエッチングを実施すると、トレンチTRの側面が必要以上にエッチングされ、チャネル部へのエッチングダメージ及びチャネル部が傾斜した形態となり、チャネル部の電子移動度の低下が懸念される。本製造方法では、トレンチTRの側面が必要以上にエッチングされるのが抑えられているので、このような事態が発生することを防止することができる。 Next, as shown in FIG. 7, the shoulder portion 30a of the trench TR exposed from the protective film 44 is curved by using an isotropic dry etching technique (second etching step). In this isotropic dry etching step, for example, CF 4 / O 2 gas is used as the etching gas. Regarding the etching rate with CF 4 / O 2 gas, the etching rate of silicon carbide with respect to the semiconductor substrate 10 is higher than the etching rate of silicon oxide with respect to the protective film 44. Therefore, the shoulder portion 30a of the trench TR can be curved while suppressing the etching of the protective film 44. As a result, it is possible to prevent the upper portion of the side surface of the trench TR from being etched more than necessary. For example, if isotropic dry etching is performed while the inner surface of the trench TR is not coated with the protective film 44, the side surface of the trench TR is etched more than necessary, resulting in etching damage to the channel portion and an inclined channel portion. Therefore, there is a concern that the electron mobility of the channel portion may decrease. In this manufacturing method, since the side surface of the trench TR is suppressed from being etched more than necessary, it is possible to prevent such a situation from occurring.

なお、上記した第1エッチング工程と第2エッチング工程は、連続した同一工程である。すなわち、同一のCDE装置及び同一のエッチングガスを用いて連続して実施される。このため、実際には、保護膜44の角部がエッチングされると同時に、トレンチTRの肩部30aの曲面化が進行する。この点でも、トレンチTRの側面が必要以上にエッチングされることが良好に抑えられている。 The first etching step and the second etching step described above are the same continuous steps. That is, it is carried out continuously using the same CDE device and the same etching gas. Therefore, in reality, the corner portion of the protective film 44 is etched, and at the same time, the shoulder portion 30a of the trench TR is curved. In this respect as well, it is well suppressed that the side surface of the trench TR is etched more than necessary.

次に、図8に示されるように、エッチング技術を利用して、トレンチTRの内面を被覆する保護膜44を除去する。次に、CVD技術を利用して、そのトレンチTR内にゲート絶縁膜32を堆積する。次に、CVD技術を利用して、ゲート電極34をトレンチ内に充填する。最後に、半導体基板10の裏面にドレイン電極22を成膜し、半導体基板10の表面にソース電極24を成膜すると、半導体装置1が完成する。 Next, as shown in FIG. 8, an etching technique is used to remove the protective film 44 that covers the inner surface of the trench TR. Next, the gate insulating film 32 is deposited in the trench TR by using the CVD technique. Next, the gate electrode 34 is filled in the trench by using the CVD technique. Finally, when the drain electrode 22 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 10 and the source electrode 24 is formed on the front surface of the semiconductor substrate 10, the semiconductor device 1 is completed.

上記製造方法では、トレンチTRを曲面化するためだけに保護膜44を成膜していた。上記製造方法の変形例では、例えば、図4に示す電界緩和領域13を形成するためのイオン注入工程に先立って、トレンチTRの側面にアルミニウムが導入されるのを抑えるための保護膜を成膜することがある。このイオン注入防止用の保護膜を上記の保護膜44として用いてもよい。これにより、トレンチTRを曲面化するためだけに保護膜44を成膜する必要がなくなり、製造工数が削減される。 In the above manufacturing method, the protective film 44 is formed only for forming the trench TR into a curved surface. In the modified example of the above manufacturing method, for example, prior to the ion implantation step for forming the electric field relaxation region 13 shown in FIG. 4, a protective film for suppressing the introduction of aluminum is formed on the side surface of the trench TR. I have something to do. The protective film for preventing ion implantation may be used as the protective film 44. As a result, it is not necessary to form the protective film 44 only for forming the trench TR into a curved surface, and the manufacturing man-hours are reduced.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in the present specification or drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.

1 :半導体装置
10 :半導体基板
11 :ドレイン領域
12 :ドリフト領域
13 :電界緩和領域
14 :JFET抵抗低減領域
15 :ボディ領域
16 :ボディコンタクト領域
17 :ソース領域
22 :ドレイン電極
24 :ソース電極
30 :トレンチゲート
30a :肩部
32 :ゲート絶縁膜
34 :ゲート電極
1: Semiconductor device 10: Semiconductor substrate 11: Drain region 12: Drift region 13: Electric field relaxation region 14: JFET resistance reduction region 15: Body region 16: Body contact region 17: Source region 22: Drain electrode 24: Source electrode 30: Trench gate 30a: Shoulder 32: Gate insulating film 34: Gate electrode

Claims (4)

第1導電型のドリフト領域と第2導電型のボディ領域と第1導電型のソース領域が半導体基板の深さ方向に沿ってこの順で並んでいる前記半導体基板の表面から前記ソース領域と前記ボディ領域を貫通して前記深さ方向に伸びるトレンチを形成するトレンチ形成工程と、
前記半導体基板の前記表面及び前記トレンチの内面に保護膜を成膜する成膜工程と、
等方性ドライエッチングを実施し、前記保護膜の一部を選択的にエッチングして前記トレンチの肩部を露出させる第1エッチング工程と、
等方性ドライエッチングを実施し、前記保護膜から露出する前記トレンチの前記肩部を曲面化する第2エッチング工程と、を備える、半導体装置の製造方法。
The source region and the source region are arranged from the surface of the semiconductor substrate in which the first conductive type drift region, the second conductive type body region, and the first conductive type source region are arranged in this order along the depth direction of the semiconductor substrate. A trench forming step of forming a trench that penetrates the body region and extends in the depth direction.
A film forming step of forming a protective film on the surface of the semiconductor substrate and the inner surface of the trench, and
The first etching step of performing isotropic dry etching and selectively etching a part of the protective film to expose the shoulder portion of the trench.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a second etching step of performing isotropic dry etching to form a curved surface of the shoulder portion of the trench exposed from the protective film.
前記第2エッチング工程では、前記半導体基板に対するエッチングレートが前記保護膜に対するエッチングレートよりも高い種類のエッチングガスが用いられる、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the second etching step, a type of etching gas having an etching rate for the semiconductor substrate higher than the etching rate for the protective film is used. 前記第1エッチング工程と前記第2エッチング工程が同一工程である、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the first etching step and the second etching step are the same steps. 前記半導体基板の材料が炭化珪素である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the material of the semiconductor substrate is silicon carbide.
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