JP2023000583A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

To provide a method for manufacturing a semiconductor device with a trench gate structure that can average the amount of recesses in polysilicon for forming a gate electrode, and can reduce a variation in threshold voltage Vth.SOLUTION: In etching back a polysilicon film 20 to form a gate electrode 8, ion injection is performed on the polysilicon film 20 to form a doped polysilicon layer 20a, thereby increasing an etching rate. This can reduce time difference until the completion of removal of the doped polysilicon layer 20a even if the center and an outer edge part of a wafer have a difference in etching rate. Consequently, the cause of a variation in the amount of recesses due to the difference in etching rate can be limited to the influence of the difference in etching rate when a non-doped polysilicon layer 20b that is already reduced in thickness is removed, and the variation in the amount of recesses can be reduced between the center and the outer edge part of the wafer.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、炭化珪素(以下、SiCという)などの半導体材料によって構成されるトレンチゲート構造の半導体素子を有する半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a semiconductor element with a trench gate structure made of a semiconductor material such as silicon carbide (hereinafter referred to as SiC).

従来より、大電流が流せるようにチャネル密度を高くした構造として、トレンチゲート構造を有する半導体装置が知られている。この半導体装置では、半導体層の表面からゲートトレンチを形成したのち、ゲートトレンチ内壁面をゲート絶縁膜で覆い、その後、ゲート電極を形成するためのポリシリコンを成膜したのちポリシリコンをエッチバックすることでトレンチゲート構造を形成している。そして、ゲートトレンチ内にのみポリシリコンが残るようにエッチバックを行って、半導体層表面よりもポリシリコン表面が凹むようなリセス形状とし、ゲートトレンチ入口側を層間絶縁膜によって覆うことで蓋閉めしている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor device having a trench gate structure is known as a structure in which a channel density is increased so that a large current can flow. In this semiconductor device, after forming a gate trench from the surface of a semiconductor layer, the inner wall surface of the gate trench is covered with a gate insulating film, then a polysilicon film is formed to form a gate electrode, and then the polysilicon is etched back. This forms a trench gate structure. Then, etching back is performed so that the polysilicon remains only in the gate trenches to form a recess shape in which the polysilicon surface is recessed from the semiconductor layer surface, and the gate trench entrance side is covered with an interlayer insulating film to close the lid. (See, for example, Patent Document 1).

特開2019-3967号公報JP 2019-3967 A

しかしながら、ゲート電極を形成するためのポリシリコンをエッチバックしてリセス形状を形成する際に、ウェハ中心と外縁部とでエッチングレートが異なり、ウェハ面内において均一にリセス量を制御することが困難である。リセス量のばらつきはトレンチゲート構造の半導体素子のしきい値電圧Vthのばらつきを生じさせるため、ウェハ間やロット間において、要求する仕様を満足する半導体装置を製造することができず、良品率低下に繋がるという課題がある。 However, when etching back the polysilicon for forming the gate electrode to form a recess shape, the etching rate differs between the wafer center and the outer edge, and it is difficult to control the recess amount uniformly within the wafer surface. is. Variations in the recess depth cause variations in the threshold voltage Vth of the semiconductor element with the trench gate structure, making it impossible to manufacture semiconductor devices that satisfy the required specifications between wafers or between lots, resulting in a drop in yield. There is a problem of connecting to

本発明は上記点に鑑みて、ゲート電極を形成するためのポリシリコンのリセス量を均一化でき、しきい値電圧Vthのばらつきを抑制することができるトレンチゲート構造の半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device having a trench gate structure, which can equalize the recess amount of polysilicon for forming a gate electrode and suppress variations in the threshold voltage Vth. intended to

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、トレンチゲート構造の半導体素子を有する半導体装置の製造方法であって、第1または第2導電型の半導体層(1)の上に、半導体層よりも低不純物濃度とされた第1導電型のドリフト層(2)が形成された構造を用意することと、ドリフト層の上に第2導電型のチャネル層(3)を形成することと、チャネル層の上にドリフト層よりも第1導電型不純物濃度が高くされた第1導電型領域(4)を形成することと、第1導電型領域およびチャネル層を貫通するゲートトレンチ(6)を形成することと、ゲートトレンチの内壁面を覆うゲート絶縁膜(7)を形成することと、ゲート絶縁膜の上にゲート電極(8)を形成することと、ゲートトレンチ内においてゲート電極を覆う層間絶縁膜(9)を形成することと、第1導電型領域に電気的に接続される第1電極(10)を形成することと、半導体層の裏面側に第2電極(11)を形成することと、を含んでいる。そして、ゲート電極を形成することは、ゲートトレンチ内を埋め込むようにゲート絶縁膜の表面にポリシリコン膜(20)を成膜することと、ポリシリコン膜に対して該ポリシリコン膜の厚みよりも短い飛程でイオン注入を行うことで、該イオン注入が行われたドープドポリシリコン層(20a)を形成しつつ、該ドープドポリシリコン層の下にノンドープポリシリコン層(20b)を形成することと、ドープドポリシリコン層をエッチバックすると共に第1導電型領域の表面よりも上面が低くなるまでノンドープポリシリコン層をエッチバックすることと、を含んでいる。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a method of manufacturing a semiconductor device having a semiconductor element of trench gate structure, comprising: Preparing a structure in which a first conductivity type drift layer (2) having an impurity concentration lower than that of a semiconductor layer is formed, and forming a second conductivity type channel layer (3) on the drift layer. forming a first conductivity type region (4) having a first conductivity type impurity concentration higher than that of the drift layer on the channel layer; and forming a gate trench (6) penetrating the first conductivity type region and the channel layer. ), forming a gate insulating film (7) covering the inner wall surface of the gate trench, forming a gate electrode (8) on the gate insulating film, and forming a gate electrode in the gate trench. forming a covering interlayer insulating film (9); forming a first electrode (10) electrically connected to the first conductivity type region; and forming a second electrode (11) on the back side of the semiconductor layer. including forming. Forming the gate electrode involves forming a polysilicon film (20) on the surface of the gate insulating film so as to fill the inside of the gate trench, and forming a polysilicon film with a thickness greater than the thickness of the polysilicon film. By performing ion implantation in a short range, a non-doped polysilicon layer (20b) is formed under the doped polysilicon layer (20a) while forming the doped polysilicon layer (20a) where the ion implantation is performed. and etching back the doped polysilicon layer and etching back the non-doped polysilicon layer until the top surface is lower than the surface of the first conductivity type region.

このように、ポリシリコン膜をエッチバックしてゲート電極を形成する際に、ポリシリコン膜にイオン注入を行ってドープドポリシリコン層を形成しておくことで、エッチングレートを高めている。このため、ウェハの中心と外縁部とでエッチングレートに差があったとしても、ドープドポリシリコン層の除去が完了する迄の時間差は少なくできる。したがって、エッチングレート差に起因するリセス量のばらつきについては、既に薄くなっているノンドープポリシリコン層を除去する際のエッチングレートの差の影響に限定でき、ウェハの中心と外縁部とのリセス量のばらつきを小さくできる。これにより、ゲート電極を形成するためのポリシリコンのリセス量を均一化でき、しきい値電圧Vthのばらつきを抑制することが可能となる。 As described above, when the gate electrode is formed by etching back the polysilicon film, the etching rate is increased by ion-implanting the polysilicon film to form a doped polysilicon layer. Therefore, even if there is a difference in etching rate between the center and the outer edge of the wafer, the time difference until the removal of the doped polysilicon layer is completed can be reduced. Therefore, the variation in recess depth due to the difference in etching rate can be limited to the effect of the difference in etching rate when removing the already thin non-doped polysilicon layer, and the recess depth between the center and the outer edge of the wafer can be limited. Variation can be reduced. As a result, the recess amount of polysilicon for forming the gate electrode can be made uniform, and variations in the threshold voltage Vth can be suppressed.

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 It should be noted that the reference numerals in parentheses attached to each component etc. indicate an example of the correspondence relationship between the component etc. and specific components etc. described in the embodiments described later.

第1実施形態にかかる半導体装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment; FIG. 従来の半導体装置の製造工程を示した図である。It is a figure which showed the manufacturing process of the conventional semiconductor device. ウェハの外縁の位置(1)と中心となる位置(2)それぞれでのポリシリコン膜のエッチバック後の様子を示した断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the state after etching back of the polysilicon film at the outer edge position (1) and the central position (2) of the wafer, respectively; 図3に示した断面の測定位置を示したウェハの上面図である。4 is a top view of a wafer showing measurement positions of the cross section shown in FIG. 3; FIG. 第1実施形態にかかる半導体装置の製造工程を示した断面図である。4A to 4C are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment; ゲートトレンチ内をポリシリコン膜で埋め込んだときの様子を示した断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state when the inside of the gate trench is filled with a polysilicon film; エッチバック後にゲートトレンチの中央部に空洞が発生した様子を示した断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which a void is generated in the central portion of the gate trench after etching back; 第2実施形態にかかる半導体装置の製造工程を示した断面図である。It is a sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device concerning a 2nd embodiment. 第3実施形態にかかる半導体装置の製造工程を示したフローチャートである。10 is a flow chart showing manufacturing steps of a semiconductor device according to a third embodiment;

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each of the following embodiments, portions that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

(第1実施形態)
第1実施形態について説明する。本実施形態にかかる製造方法により製造される半導体装置について説明する。ここでは、トレンチゲート構造の半導体素子としてMOSFETが形成されたSiC半導体装置を例に挙げて説明する。
(First embodiment)
A first embodiment will be described. A semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to this embodiment will be described. Here, a SiC semiconductor device in which a MOSFET is formed as a semiconductor element having a trench gate structure will be described as an example.

本実施形態にかかる製造方法により製造されるSiC半導体装置は、図1に示すトレンチゲート構造の縦型MOSFETを備えている。縦型MOSFETは、SiC半導体装置のうちのセル領域に形成されており、そのセル領域を囲むように外周耐圧構造が形成されることでSiC半導体装置が構成されているが、ここではSiC半導体装置のうちの縦型MOSFETのみ図示してある。なお、以下の説明では、図1の左右方向をSiC半導体装置の幅方向とし、上下方向をSiC半導体装置の厚み方向もしくは深さ方向として説明を行う。 A SiC semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment includes a vertical MOSFET having a trench gate structure shown in FIG. A vertical MOSFET is formed in a cell region of a SiC semiconductor device, and the SiC semiconductor device is configured by forming an outer peripheral breakdown voltage structure so as to surround the cell region. Only the vertical MOSFET is shown. In the following description, the horizontal direction in FIG. 1 is the width direction of the SiC semiconductor device, and the vertical direction is the thickness direction or depth direction of the SiC semiconductor device.

SiC半導体装置には、SiCからなるn型基板1が半導体基板として用いられている。n型基板1の主表面上には、SiCからなるn型ドリフト層2がエピタキシャル成長させられており、n型ドリフト層2の上にチャネル層に相当するp型ベース領域3および第1導電型領域に相当するn型ソース領域4が順に形成されている。 An SiC semiconductor device uses an n + -type substrate 1 made of SiC as a semiconductor substrate. An n -type drift layer 2 made of SiC is epitaxially grown on the main surface of the n + -type substrate 1. On the n -type drift layer 2, a p-type base region 3 corresponding to a channel layer and a first An n + -type source region 4 corresponding to a conductivity type region is formed in sequence.

p型ベース領域3は、チャネル領域が形成される部分であり、n型ソース領域4が配置された場所と異なる位置の表層部にp型不純物濃度が部分的に高くされたp型コンタクト領域3aが形成されている。n型ソース領域4は、n型ドリフト層2よりも高不純物濃度とされている。 The p-type base region 3 is a portion where a channel region is formed, and is a p-type contact region in which the p-type impurity concentration is partially increased in a surface layer portion at a position different from the location where the n + -type source region 4 is arranged. 3a is formed. The n + -type source region 4 has a higher impurity concentration than the n -type drift layer 2 .

また、p型ベース領域3およびn型ソース領域4を貫通してn型ドリフト層2に達するように、ゲートトレンチ6が形成されている。このゲートトレンチ6の側面と接するように上述したp型ベース領域3およびn型ソース領域4が配置されている。ゲートトレンチ6は、SiC半導体装置の幅方向である図1の紙面左右方向を幅方向、紙面法線方向を長手方向、SiC半導体装置の厚み方向である図1の紙面上下方向を深さ方向とするライン状のレイアウトで形成されている。また、図1には1本しか示していないが、ゲートトレンチ6は、複数本が紙面左右方向に等間隔に配置されていてストライプ状とされている。 A gate trench 6 is formed to penetrate through the p-type base region 3 and the n + -type source region 4 and reach the n -type drift layer 2 . The p-type base region 3 and the n + -type source region 4 are arranged so as to be in contact with the side surfaces of the gate trench 6 . The width direction of the gate trench 6 is the horizontal direction of the paper surface of FIG. 1, which is the width direction of the SiC semiconductor device, the longitudinal direction is the normal direction of the paper surface, and the vertical direction of the paper surface of FIG. 1, which is the thickness direction of the SiC semiconductor device, is the depth direction. It is formed in a line-shaped layout. Although only one trench is shown in FIG. 1, a plurality of gate trenches 6 are arranged in the horizontal direction of the paper at regular intervals to form a stripe shape.

p型ベース領域3のうちゲートトレンチ6の側面に位置している部分は、縦型MOSFETの作動時にn型ソース領域4とn型ドリフト層2との間を繋ぐチャネル領域とされる。このチャネル領域を含むゲートトレンチ6の内壁面に、ゲート絶縁膜7が形成されている。また、ゲート絶縁膜7の表面にはドープドポリシリコンで構成されたゲート電極8が形成されている。ゲート電極8は、n型ドープもしくはp型ドープとされる。そして、これらゲート絶縁膜7およびゲート電極8の上に層間絶縁膜9が形成されることでゲートトレンチ6内が埋め込まれおり、トレンチゲート構造が構成されている。 A portion of the p-type base region 3 located on the side surface of the gate trench 6 serves as a channel region connecting the n + -type source region 4 and the n -type drift layer 2 during operation of the vertical MOSFET. A gate insulating film 7 is formed on the inner wall surface of the gate trench 6 including the channel region. A gate electrode 8 made of doped polysilicon is formed on the surface of the gate insulating film 7 . The gate electrode 8 is n-type doped or p-type doped. An interlayer insulating film 9 is formed on the gate insulating film 7 and the gate electrode 8 to fill the inside of the gate trench 6, thereby forming a trench gate structure.

より詳しくは、ゲートトレンチ6の入口を構成しているn型ソース領域4の上面に対してゲート電極8の上面が低くなっており、これらの間に段差が構成されてゲート電極8が凹んだリセス形状とされている。そして、この段差を埋めるようにリセス形状内に層間絶縁膜9が配置されることで、ゲートトレンチ6内が埋め込まれている。 More specifically, the upper surface of the gate electrode 8 is lower than the upper surface of the n + -type source region 4 forming the entrance of the gate trench 6, and a step is formed between them to recess the gate electrode 8. It has a recessed shape. The inside of the gate trench 6 is filled by arranging the interlayer insulating film 9 in the recess shape so as to fill the step.

また、層間絶縁膜9の上には第1電極に相当するソース電極10や図示しないゲート配線層などが形成されている。ソース電極10は、層間絶縁膜9のコンタクトホールを通じて、n型ソース領域4およびp型ベース領域3のコンタクト領域と接触させられている。ゲート配線層は、図1とは別断面において、ゲート電極8と接触させられている。 A source electrode 10 corresponding to a first electrode, a gate wiring layer (not shown), and the like are formed on the interlayer insulating film 9 . Source electrode 10 is brought into contact with contact regions of n + -type source region 4 and p-type base region 3 through contact holes in interlayer insulating film 9 . The gate wiring layer is brought into contact with the gate electrode 8 in a cross section different from that in FIG.

さらに、n型基板1の裏面側にはn型基板1と電気的に接続された第2電極に相当するドレイン電極11が形成されている。このような構造により、nチャネルタイプの反転型のトレンチゲート構造の縦型MOSFETが構成されている。このような縦型MOSFETが複数セル配置されることでセル領域が構成されている。そして、このような縦型MOSFETが形成されたセル領域を囲むように図示しないガードリングなどによる外周耐圧構造が構成されることでSiC半導体装置が構成されている。 Furthermore, a drain electrode 11 corresponding to a second electrode electrically connected to the n + -type substrate 1 is formed on the back side of the n + -type substrate 1 . With such a structure, a vertical MOSFET having an n-channel type inverted trench gate structure is formed. A cell region is configured by arranging a plurality of cells of such vertical MOSFETs. A SiC semiconductor device is constructed by constructing a peripheral breakdown voltage structure, such as a guard ring (not shown), so as to surround the cell region in which such a vertical MOSFET is formed.

続いて、本実施形態のSiC半導体装置の製造方法について説明する。ただし、本実施形態のSiC半導体装置の製造方法のうちゲート電極8の形成工程以外については、公知となっているどのような工程によって行われても良いため、ここではゲート電極8の形成工程について主に説明し、他の工程については簡略して説明する。 Next, a method for manufacturing the SiC semiconductor device of this embodiment will be described. However, in the method of manufacturing the SiC semiconductor device of the present embodiment, the steps other than the step of forming the gate electrode 8 may be performed by any known steps. This will be mainly described, and the other steps will be briefly described.

まず、半導体基板として、SiCで構成されるウェハ状のn型基板1を用意したのち、n型基板1の主表面上にn型ドリフト層2をエピタキシャル成長させる。そして、n型ドリフト層2の上に、p型ベース領域3およびn型ソース領域4をエピタキシャル成長もしくはイオン注入によって形成したのち、n型ソース領域4の表面に図示しないマスクを形成し、p型不純物をイオン注入してp型コンタクト領域3aを形成する。続いて、p型ベース領域3およびn型ソース領域4の表面に図示しないマスクを配置し、マスクのうちのトレンチゲート構造の形成予定領域を開口させる。その後、マスクを用いてRIE(Reactive Ion Etching)などの異方性エッチングを行うことにより、ゲートトレンチ6を形成する。そして、マスクを除去した後、例えばCVD(chemical vapor deposition)や熱酸化によってゲート絶縁膜7を形成し、さらにゲート電極8の形成工程を行う。 First, a wafer-shaped n + -type substrate 1 made of SiC is prepared as a semiconductor substrate, and then an n -type drift layer 2 is epitaxially grown on the main surface of the n + -type substrate 1 . Then, after forming a p-type base region 3 and an n + -type source region 4 on the n -type drift layer 2 by epitaxial growth or ion implantation, a mask (not shown) is formed on the surface of the n + -type source region 4, A p-type impurity is ion-implanted to form a p-type contact region 3a. Subsequently, a mask (not shown) is placed on the surfaces of the p-type base region 3 and the n + -type source region 4, and a trench gate structure forming region of the mask is opened. Thereafter, gate trenches 6 are formed by performing anisotropic etching such as RIE (Reactive Ion Etching) using a mask. Then, after removing the mask, the gate insulating film 7 is formed by, for example, CVD (chemical vapor deposition) or thermal oxidation, and then the step of forming the gate electrode 8 is performed.

ここで、従来は、ゲート電極8の形成を図2に示す各工程により行っていた。具体的には、図2の工程(a)のように、ゲートトレンチ6内を埋め込むようにゲート絶縁膜7の表面にポリシリコン膜20を成膜したのち、工程(b)のように、ゲートトレンチ6内においてリセス形状が形成されるようにポリシリコン膜20をエッチバックする。そして、工程(c)に示すように、ポリシリコン膜20が残された位置を開口させたマスク21を配置し、マスク21上からポリシリコン膜20に不純物をドープする。これにより、ゲート電極8が形成される。 Here, conventionally, the formation of the gate electrode 8 was performed by each step shown in FIG. Specifically, as in step (a) of FIG. 2, a polysilicon film 20 is formed on the surface of the gate insulating film 7 so as to fill the inside of the gate trench 6, and then, as in step (b), the gate is formed. Polysilicon film 20 is etched back so as to form a recess in trench 6 . Then, as shown in step (c), a mask 21 having openings at positions where the polysilicon film 20 is left is placed, and impurities are doped into the polysilicon film 20 from above the mask 21 . Thereby, the gate electrode 8 is formed.

しかしながら、このような工程によってゲート電極8を形成した場合、上記したように、ウェハ中心と外縁部とでエッチングレートの相違により、リセス量にばらつきが生じてしまう。図3は、図4に示すようなウェハ100の外縁の位置(1)と、中心となる位置(2)それぞれでのポリシリコン膜20のエッチバック後の様子を示している。図3に示されるように位置(1)と位置(2)とで、n型ソース領域4の上面とゲート電極8の上面との間の段差の高さに差が出ていることが分かる。この差は、縦型MOSFETのしきい値電圧Vthのばらつきを生じさせる。これは、ウェハ間やロット間において、要求する仕様を満足するSiC半導体装置を製造することができないことを意味している。 However, when the gate electrode 8 is formed by such a process, the recess amount varies due to the difference in etching rate between the center and the outer edge of the wafer, as described above. FIG. 3 shows the state after etching back of the polysilicon film 20 at the outer edge position (1) and the central position (2) of the wafer 100 as shown in FIG. As shown in FIG. 3, it can be seen that there is a difference in the height of the step between the upper surface of the n + -type source region 4 and the upper surface of the gate electrode 8 between the position (1) and the position (2). . This difference causes variations in the threshold voltage Vth of the vertical MOSFET. This means that SiC semiconductor devices satisfying the required specifications cannot be manufactured between wafers or between lots.

そこで、本実施形態では、ゲート電極8の形成を図5に示す各工程により行っている。具体的には、図5の工程(a)のように、ゲートトレンチ6内などに形成したゲート絶縁膜7の表面にポリシリコン膜20を成膜したのち、工程(b)のように、イオン注入工程を行ってポリシリコン膜20に対してイオンをドープする。このときドープするイオンについては、未注入の場合と比較して、ポリシリコン膜20のエッチングレートを高くできるイオンとしており、例えばP(リン)、B(ボロン)、Al(アルミニウム)などの不純物イオンを用いることができる他、C(炭素)、Ar(アルゴン)などを用いることもできる。また、イオン注入の飛程については、ポリシリコン膜20の表面からポリシリコン膜20の厚みよりも所定長さ短くなるようにする。ポリシリコン膜20の厚みを1μm程度とする場合であれば、その厚みよりも所定長さ、例えば0.5μm短い深さまでイオンを注入する。これにより、ポリシリコン膜20のうちのイオンが注入されたドープドポリシリコン層20aが形成されると共に、その下にノンドープポリシリコン層20bが形成され、ゲートトレンチ6内はノンドープポリシリコン層20bとなる。 Therefore, in this embodiment, the formation of the gate electrode 8 is performed by each process shown in FIG. Specifically, as in step (a) of FIG. 5, after forming a polysilicon film 20 on the surface of the gate insulating film 7 formed in the gate trench 6 or the like, as in step (b), ion An implantation process is performed to dope the polysilicon film 20 with ions. The ions to be doped at this time are ions capable of increasing the etching rate of the polysilicon film 20 compared to the case of not being implanted. can be used, C (carbon), Ar (argon), etc. can also be used. Also, the range of the ion implantation is set to be shorter than the thickness of the polysilicon film 20 from the surface of the polysilicon film 20 by a predetermined length. If the thickness of the polysilicon film 20 is about 1 .mu.m, the ions are implanted to a depth shorter than the thickness by a predetermined length, for example, 0.5 .mu.m. As a result, a doped polysilicon layer 20a into which ions are implanted in the polysilicon film 20 is formed, and a non-doped polysilicon layer 20b is formed thereunder. Become.

続いて、工程(c)に示すように、ポリシリコン膜20をエッチバックする。このとき、ドープドポリシリコン層20aはイオン注入のダメージなどがあることから、ノンドープポリシリコン層20bよりもエッチングレートが高くなる。このため、ウェハの中心と外縁部いずれの位置でもドープドポリシリコン層20aが早急に除去され、ノンドープポリシリコン層20bに辿り着いたときにエッチングレートが大幅に遅くなる。そして、ノンドープポリシリコン層20bでは、遅いエッチングレートでエッチバックが進められることになる。 Subsequently, as shown in step (c), the polysilicon film 20 is etched back. At this time, since the doped polysilicon layer 20a is damaged by the ion implantation, the etching rate becomes higher than that of the non-doped polysilicon layer 20b. Therefore, the doped polysilicon layer 20a is quickly removed at both the center and the outer edge of the wafer, and the etching rate is greatly reduced when the non-doped polysilicon layer 20b is reached. Then, the non-doped polysilicon layer 20b is etched back at a slow etching rate.

ここで、上記したようにウェハ中心と外縁部とでエッチングレートに相違があるため、ポリシリコン膜20をエッチバックしたときのリセス量にばらつきが生じ得る。しかしながら、高いエッチングレートでドープドポリシリコン層20aを除去しており、ウェハの中心と外縁部とでエッチングレートに差があったとしても、除去が完了する迄の時間差は大きくない。このため、ノンドープポリシリコン層20bをエッチバックする際のエッチングレート差がリセス量のばらつきに影響を与えることになるが、既にドープドポリシリコン層20aを除去したあとであるため、ノンドープポリシリコン層20bの膜厚は薄くなっている。したがって、エッチバックする膜厚が厚い場合と比較して、エッチングレートの差の影響が限定的になり、ウェハの中心と外縁部とのリセス量のばらつきを小さくできる。これにより、ゲート電極8を形成するためのポリシリコンのリセス量を均一化でき、しきい値電圧Vthのばらつきを抑制することが可能となる。 Here, since the etching rate differs between the wafer center and the outer edge as described above, the recess amount may vary when the polysilicon film 20 is etched back. However, since the doped polysilicon layer 20a is removed at a high etching rate, even if there is a difference in etching rate between the center and the outer edge of the wafer, the difference in time until removal is completed is not large. Therefore, the difference in etching rate when etching back the non-doped polysilicon layer 20b affects the variation in the recess amount. The film thickness of 20b is thin. Therefore, compared with the case where the film thickness to be etched back is thick, the influence of the difference in etching rate is limited, and the variation in the recess amount between the center and the outer edge of the wafer can be reduced. As a result, the recess amount of polysilicon for forming the gate electrode 8 can be made uniform, and variations in the threshold voltage Vth can be suppressed.

この後、工程(d)に示すように、ゲート電極8と対応する部分が開口するマスク21を配置したのち、不純物をイオン注入することにより、ドープドポリシリコンで構成されるゲート電極8が完成する。 Thereafter, as shown in step (d), a mask 21 having openings corresponding to the gate electrode 8 is placed, and then impurity ions are implanted to complete the gate electrode 8 made of doped polysilicon. do.

さらに、CVDなどによって層間絶縁膜9を成膜したのち、層間絶縁膜9をパターニングして不要部分を除去することで、ゲートトレンチ6内に層間絶縁膜9が残るようにする。なお、層間絶縁膜9は、セル領域ではゲートトレンチ6内にのみ残るようにされるが、外周領域などにおいては残される。そして、セル領域において層間絶縁膜9が除去されてn型ソース領域4やp型コンタクト領域3aを露出させた部分がコンタクトホールとなる。 Further, after forming an interlayer insulating film 9 by CVD or the like, the interlayer insulating film 9 is patterned to remove unnecessary portions so that the interlayer insulating film 9 remains in the gate trenches 6 . Note that the interlayer insulating film 9 is left only in the gate trenches 6 in the cell area, but is left in the peripheral area and the like. In the cell region, the interlayer insulating film 9 is removed to expose the n + -type source region 4 and the p-type contact region 3a to form contact holes.

この後の工程については図示しないが、層間絶縁膜9の表面上に電極材料を成膜したのちパターニングすることでソース電極10を形成する。さらに、n型基板1の裏面側にドレイン電極11を形成するなどの工程を行う。これにより、図1に示した本実施形態にかかる縦型MOSFETを有するSiC半導体装置が完成する。 Although the subsequent steps are not shown, the source electrode 10 is formed by forming a film of an electrode material on the surface of the interlayer insulating film 9 and then patterning it. Further, steps such as forming a drain electrode 11 on the back side of the n + -type substrate 1 are performed. Thereby, the SiC semiconductor device having the vertical MOSFET according to the present embodiment shown in FIG. 1 is completed.

以上説明したように、本実施形態では、ポリシリコン膜20をエッチバックしてゲート電極8を形成する際に、ポリシリコン膜20にイオン注入を行ってドープドポリシリコン層20aを形成しておくことで、エッチングレートを高めている。このため、ウェハの中心と外縁部とでエッチングレートに差があったとしても、ドープドポリシリコン層20aの除去が完了する迄の時間差は少なくできる。したがって、エッチングレート差に起因するリセス量のばらつきについては、既に薄くなっているノンドープポリシリコン層20bを除去する際のエッチングレートの差の影響に限定でき、ウェハの中心と外縁部とのリセス量のばらつきを小さくできる。これにより、ゲート電極8を形成するためのポリシリコンのリセス量を均一化でき、しきい値電圧Vthのばらつきを抑制することが可能となる。 As described above, in this embodiment, when the polysilicon film 20 is etched back to form the gate electrode 8, ions are implanted into the polysilicon film 20 to form the doped polysilicon layer 20a. This increases the etching rate. Therefore, even if there is a difference in etching rate between the center and the outer edge of the wafer, the time difference until the removal of the doped polysilicon layer 20a is completed can be reduced. Therefore, the variation in the recess amount due to the etching rate difference can be limited to the effect of the etching rate difference when removing the already thin non-doped polysilicon layer 20b, and the recess amount between the center and the outer edge of the wafer. variation can be reduced. As a result, the recess amount of polysilicon for forming the gate electrode 8 can be made uniform, and variations in the threshold voltage Vth can be suppressed.

さらに、本実施形態のSiC半導体装置の製造方法においては、ポリシリコン膜20に対してドープドポリシリコン層20aを形成する際に、イオン注入の飛程に基づいて、ノンドープポリシリコン層20bが所定の厚み残るようにしている。このため、SiC表面やゲート絶縁膜7に対してイオン注入が行われないようにでき、イオン注入によるダメージの発生を抑制できる。 Furthermore, in the method of manufacturing the SiC semiconductor device of the present embodiment, when forming the doped polysilicon layer 20a on the polysilicon film 20, the non-doped polysilicon layer 20b is formed in a predetermined range based on the range of ion implantation. It is made to remain thick. Therefore, the SiC surface and the gate insulating film 7 can be prevented from being implanted with ions, and the occurrence of damage due to the ion implantation can be suppressed.

(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してイオン注入の方法を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second embodiment)
A second embodiment will be described. This embodiment is different from the first embodiment in the method of ion implantation, and is otherwise the same as the first embodiment, so only the differences from the first embodiment will be described.

図6に示すように、ポリシリコン膜20を成膜した際には、ゲートトレンチ6の凹みの影響で、ポリシリコン膜20の表面のうちゲートトレンチ6と対応する位置に窪みが残ることがある。すなわち、ポリシリコン膜20がゲートトレンチ6の底面および側面に均一に成膜され、ゲートトレンチ6内を埋め尽くしてからさらにその上に成膜されていくことから、ゲートトレンチ6以外の部分よりも厚みが薄くなり、上記窪みが残り易い。ポリシリコン膜20をエッチバックする際に、ゲートトレンチ6と対応する位置に窪みが残ったままだと、ゲート電極8の中央部に窪みが残ることになる。そして、ポリシリコン膜20の膜厚ばらつきによっては、図7に示すように、ゲートトレンチ6の中央部において、ポリシリコン膜20に“シーム”もしくは“す”と呼ばれる空洞20dが発生してしまう。このような空洞20dが発生すると、後工程において層間絶縁膜9を成膜する際に、層間絶縁膜9が空洞20d内に入り込む。そして、さらに熱処理プロセスが行われると、空洞20d内の層間絶縁膜9が熱膨張して応力印加することでゲートリーク不良を発生させる原因となる。このような場合にも、良品率低下に繋がることになる。 As shown in FIG. 6, when the polysilicon film 20 is formed, a depression may remain at a position corresponding to the gate trench 6 on the surface of the polysilicon film 20 due to the influence of the depression of the gate trench 6 . . That is, the polysilicon film 20 is formed uniformly on the bottom and side surfaces of the gate trench 6, fills the inside of the gate trench 6, and then forms a film on it. The thickness becomes thin, and the recesses described above tend to remain. If a depression remains at a position corresponding to the gate trench 6 when the polysilicon film 20 is etched back, the depression will remain at the central portion of the gate electrode 8 . Depending on the film thickness variation of the polysilicon film 20, as shown in FIG. If such a cavity 20d is generated, the interlayer insulation film 9 enters the cavity 20d when the interlayer insulation film 9 is formed in a later process. Further, when the heat treatment process is performed, the interlayer insulating film 9 in the cavity 20d thermally expands and stress is applied, which causes gate leak failure. In such a case, it also leads to a decrease in the non-defective product rate.

そこで、本実施形態では、ドープドポリシリコン層20aを形成する際に、SiC表面の法線方向に対してイオン注入方向が斜めとなるようにする斜めイオン注入を行う。具体的には、ゲート電極8の形成を図8に示す各工程により行っている。 Therefore, in the present embodiment, when forming the doped polysilicon layer 20a, oblique ion implantation is performed so that the ion implantation direction is oblique to the normal direction of the SiC surface. Specifically, the formation of the gate electrode 8 is performed by each step shown in FIG.

まず、図8の工程(a)に示すように、ゲートトレンチ6内などに形成したゲート絶縁膜7の表面にポリシリコン膜20を成膜する。このとき、図中に示したように、ポリシリコン膜20の表面のうちゲートトレンチ6と対応する位置に窪み20cが残ることがある。 First, as shown in step (a) of FIG. 8, a polysilicon film 20 is formed on the surface of the gate insulating film 7 formed in the gate trench 6 or the like. At this time, a depression 20c may remain at a position corresponding to the gate trench 6 on the surface of the polysilicon film 20, as shown in the drawing.

次に、工程(b)のように、イオン注入工程を行うが、斜めイオン注入を行うことでポリシリコン膜20に対してイオンをドープする。斜めイオン注入は、イオン注入の方向に対して試料を傾斜させることで実現できる。より詳しくは、イオン注入の方向に対して試料を傾斜させるようにしてイオン注入を行ったのち、今度は試料を逆方向に同じ角度傾斜させてイオン注入を行うことで斜めイオン注入を行う。このとき、窪み20cに注入されたイオンは、窪み20cの深さだけ、窪み20cになっていない部分よりも深い位置まで注入されることになる。しかしながら、斜めイオン注入を行うことで、イオンが最も深くまで注入された位置がゲートトレンチ6の中央部からずれるようにできる。 Next, as in step (b), an ion implantation step is performed, and ions are doped into the polysilicon film 20 by performing oblique ion implantation. Oblique ion implantation can be realized by inclining the sample with respect to the direction of ion implantation. More specifically, ion implantation is performed by tilting the sample with respect to the direction of ion implantation, and then ion implantation is performed by tilting the sample in the opposite direction at the same angle, thereby performing oblique ion implantation. At this time, the ions implanted into the depression 20c are implanted to a position deeper than the portion not forming the depression 20c by the depth of the depression 20c. However, by performing the oblique ion implantation, it is possible to shift the position where ions are most deeply implanted from the central portion of the gate trench 6 .

このときの斜めイオン注入の傾斜角度θ、つまりSiC表面の法線方向に対して成す角度については任意であるが、好ましくはイオンが最も深くまで注入された位置がゲートトレンチ6の外側となるような角度に設定すると好ましい。斜めイオン注入の傾斜角度θとイオン注入の飛程に基づき、イオンが最も深くまで注入される位置を制御できる。このため、イオン注入の飛程を加味した上で、斜めイオン注入の傾斜角度θを調整することで、イオンが最も深くまで注入された位置がゲートトレンチ6の外側となるようにできる。 At this time, the inclination angle θ of the oblique ion implantation, that is, the angle formed with respect to the normal to the SiC surface is arbitrary, but it is preferable that the position where the ions are implanted to the deepest extent is outside the gate trench 6 . It is preferable to set the angle to The position where ions are implanted to the deepest point can be controlled based on the tilt angle θ of the oblique ion implantation and the range of the ion implantation. Therefore, by adjusting the tilt angle θ of the oblique ion implantation in consideration of the ion implantation range, the position where the ions are most deeply implanted can be outside the gate trench 6 .

続いて、工程(c)に示すように、ポリシリコン膜20をエッチバックする。このときも、ドープドポリシリコン層20aについては、エッチングレートが高くなっているため、ウェハの中心と外縁部いずれの位置でも速く除去され、ノンドープポリシリコン層20bに辿り着いたときにエッチングレートが大幅に遅くなる。そして、ノンドープポリシリコン層20bでは、遅いエッチングレートでエッチバックが進められることになる。これにより、第1実施形態と同様、エッチングレートの差の影響が限定的になり、ウェハの中心と外縁部とのリセス量のばらつきを小さくできる。したがって、ゲート電極8を形成するためのポリシリコンのリセス量を均一化でき、しきい値電圧Vthのばらつきを抑制することが可能となる。 Subsequently, as shown in step (c), the polysilicon film 20 is etched back. At this time as well, since the doped polysilicon layer 20a has a high etching rate, it is removed quickly at both the center and the outer edge of the wafer, and when the non-doped polysilicon layer 20b is reached, the etching rate increases. significantly slower. Then, the non-doped polysilicon layer 20b is etched back at a slow etching rate. As a result, as in the first embodiment, the effect of the difference in etching rate is limited, and variations in the recess amount between the center and the outer edge of the wafer can be reduced. Therefore, the recess amount of polysilicon for forming the gate electrode 8 can be made uniform, and variations in the threshold voltage Vth can be suppressed.

この後は、工程(d)に示すように、ゲート電極8と対応する部分が開口するマスク21を配置したのち、不純物をイオン注入することにより、ドープドポリシリコンで構成されるゲート電極8が完成する。 Thereafter, as shown in step (d), a mask 21 having openings corresponding to the gate electrodes 8 is placed, and then impurity ions are implanted to form the gate electrodes 8 made of doped polysilicon. Complete.

以上説明したように、本実施形態では、ポリシリコン膜20にドープドポリシリコン層20aを形成する際に、斜めイオン注入を行うようにしている。このため、窪み20cが形成されていた場合に、イオンが最も深くまで注入された位置がゲートトレンチ6の中央部からずれるようにできる。イオンが最も深くまで注入された位置では、ポリシリコン膜20のエッチバック後にも窪み20cの形状が残った状態になる。しかしながら、その窪みが残る部分をゲートトレンチ6の中央部から外れた位置にできることから、ゲートトレンチ6の中央部に窪みが無い状態でノンドープポリシリコン層20bをエッチバックできる。したがって、ゲートトレンチ6の中央部での“シーム”もしくは“す”と呼ばれる空洞20dの発生を抑制することが可能となる。特に、最もイオンが深くまで注入された位置がゲートトレンチ6の外側となるようにすれば、ゲートトレンチ6内に窪みが残らないようにでき、より空洞20dの発生を抑制できる。そして、空洞20dの発生を抑制できることから、後工程において層間絶縁膜9が空洞20d内に入り込まないようにでき、ゲートリーク不良の発生を抑制することができる。よって、良品率の低下を抑制できる。 As described above, in the present embodiment, when forming the doped polysilicon layer 20a on the polysilicon film 20, the oblique ion implantation is performed. Therefore, when the recess 20c is formed, the position where the ions are implanted to the deepest position can be shifted from the central portion of the gate trench 6. Next, as shown in FIG. At the position where the ions are implanted to the deepest point, the shape of the recess 20c remains even after the polysilicon film 20 is etched back. However, since the portion where the depression remains can be located outside the central portion of the gate trench 6, the non-doped polysilicon layer 20b can be etched back without the depression in the central portion of the gate trench 6. FIG. Therefore, it is possible to suppress the generation of a cavity 20d called "seam" or "su" in the central portion of the gate trench 6. FIG. In particular, if the position where the ions are most deeply implanted is outside the gate trench 6, it is possible to prevent the recess from remaining in the gate trench 6 and further suppress the generation of the cavity 20d. Since the generation of the cavity 20d can be suppressed, the inter-layer insulating film 9 can be prevented from entering the cavity 20d in the subsequent process, and the occurrence of the gate leak can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the non-defective product rate.

(第3実施形態)
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1、第2実施形態に対してイオン注入深さを規定するものであり、その他については第1、第2実施形態と同様であるため、第1、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described. This embodiment defines the ion implantation depth with respect to the first and second embodiments, and is otherwise the same as the first and second embodiments. Only different parts will be explained.

上記第1、第2実施形態では、想定しているポリシリコン膜20の膜厚に対応してイオン注入の飛程を予め決めておいた上でドープドポリシリコン層20aを形成するためのイオン注入工程を行っている。しかしながら、ポリシリコン膜20の膜厚が一定になるとは限らない。このため、本実施形態では、ポリシリコン膜20の膜厚に応じてイオン注入の飛程を調整する。 In the first and second embodiments, the range of ion implantation is determined in advance corresponding to the assumed film thickness of the polysilicon film 20, and then the ions for forming the doped polysilicon layer 20a are used. Doing the injection process. However, the film thickness of the polysilicon film 20 is not always constant. Therefore, in this embodiment, the range of ion implantation is adjusted according to the film thickness of the polysilicon film 20 .

具体的には、ゲート電極8の形成工程の際に、図9に示すフローチャートに従った処理を行う。まず、ステップS100としてポリシリコン膜20を成膜し、その後、ステップS110としてポリシリコン膜20の膜厚測定を行う。ポリシリコン膜20の膜厚測定についてはどのような手法によって行っても良く、例えば分光法などに基づく膜厚測定装置を用いれば良い。 Specifically, the process according to the flowchart shown in FIG. 9 is performed during the step of forming the gate electrode 8 . First, the polysilicon film 20 is formed in step S100, and then the film thickness of the polysilicon film 20 is measured in step S110. Any method may be used to measure the film thickness of the polysilicon film 20. For example, a film thickness measuring device based on spectroscopy may be used.

そして、ステップS120としてイオン注入工程を行ったのち、ステップS130としてポリシリコン膜20のエッチバックを行う。このとき、ステップS120のイオン注入工程については、ステップS110で測定した膜厚データをフィードバックしてイオン注入の条件、具体的には加速電圧を調整し、イオン注入の飛程を制御する。これにより、SiC表面上に残るノンドープポリシリコン層20bの厚みを一定値とすることが可能となる。 After an ion implantation step is performed as step S120, the polysilicon film 20 is etched back as step S130. At this time, in the ion implantation step of step S120, the film thickness data measured in step S110 is fed back to adjust the ion implantation conditions, specifically the acceleration voltage, and control the ion implantation range. This makes it possible to keep the thickness of the non-doped polysilicon layer 20b remaining on the SiC surface constant.

このようにすれば、ウェハ間およびロット間においてポリシリコン膜20の膜厚が異なっていても、ドープドポリシリコン層20aを除去した後に、厚みが一定となっているノンドープポリシリコン層20bのエッチバックを制御すれば、リセス量を一定にできる。ドープドポリシリコン層20aのエッチングレートが高いため、ドープドポリシリコン層20aを除去するためのエッチバック時間は短い。つまり、イオン注入の際の加速電圧を調整してドープドポリシリコン層20aの厚みが異なったとしても、ドープドポリシリコン層20aのエッチバック時間の差は小さい。このため、ポリシリコン膜20のエッチバック時間は、概ねノンドープポリシリコン層20bのエッチバック時間と考えれば良い。したがって、ノンドープポリシリコン層20bの厚みが一定であれば、ポリシリコン膜20の厚みが異なっていても、ポリシリコン膜20の全体のエッチバック時間の差は小さく、リセス量のばらつきを小さくしてより均一化できる。 In this manner, even if the film thickness of the polysilicon film 20 differs between wafers and lots, after removing the doped polysilicon layer 20a, the non-doped polysilicon layer 20b having a constant thickness is etched. By controlling the back, the recess amount can be made constant. Since the etching rate of doped polysilicon layer 20a is high, the etchback time for removing doped polysilicon layer 20a is short. That is, even if the thickness of the doped polysilicon layer 20a is changed by adjusting the acceleration voltage during ion implantation, the difference in etchback time of the doped polysilicon layer 20a is small. Therefore, the etch-back time of the polysilicon film 20 can be roughly considered as the etch-back time of the non-doped polysilicon layer 20b. Therefore, if the thickness of the non-doped polysilicon layer 20b is constant, even if the thickness of the polysilicon film 20 is different, the difference in the etching back time of the entire polysilicon film 20 is small, and the variation in the recess amount is reduced. It can be made more uniform.

以上説明したように、ポリシリコン膜20の膜厚測定結果に基づいてドープドポリシリコン層20aを形成する際のイオン注入の加速電圧を調整してノンドープポリシリコン層20bの厚みを一定値としている。これにより、リセス量をより均一化でき、しきい値電圧Vthのばらつきを抑制することが可能となる。 As described above, the thickness of the non-doped polysilicon layer 20b is set at a constant value by adjusting the acceleration voltage for ion implantation when forming the doped polysilicon layer 20a based on the film thickness measurement result of the polysilicon film 20. . As a result, the recess amount can be made more uniform, and variations in the threshold voltage Vth can be suppressed.

(他の実施形態)
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
(Other embodiments)
Although the present disclosure has been described based on the above embodiment, it is not limited to the embodiment, and includes various modifications and modifications within the equivalent range. In addition, various combinations and configurations, as well as other combinations and configurations, including single elements, more, or less, are within the scope and spirit of this disclosure.

(1)例えば、上記各実施形態では、ポリシリコン膜20をトレンチゲート構造におけるゲート電極8の形成に使用する場合についてのみ説明したが、同じポリシリコン膜20を他のものの形成に使用することもある。例えば、温度センス用のPNダイオードをポリシリコン膜20によって形成するなどが挙げられる。その場合、ポリシリコン膜20をエッチバックする前に、フォトリソグラフィにてポリシリコン膜20のうちのPNダイオードの形成予定位置を覆うようにマスクを形成しておく。そして、PNダイオードの形成予定位置をマスクで覆った状態でポリシリコン膜20のエッチバックを行う。このようにすれば、ポリシリコン膜20によって他のものの形成を行う場合に、必要な部分を残しつつエッチバックを行うことも可能となる。その場合、例えば第3実施形態で説明した図9のフローチャートで言えば、ステップS110とステップS120の間にポリシリコン膜20の所望位置を覆うマスク形成のためのフォトリソグラフィ工程を含めるようにすれば良い。 (1) For example, in each of the above embodiments, only the case of using the polysilicon film 20 to form the gate electrode 8 in the trench gate structure was explained, but the same polysilicon film 20 may be used to form other things. be. For example, the polysilicon film 20 may be used to form a PN diode for temperature sensing. In this case, before etching back the polysilicon film 20, a mask is formed in the polysilicon film 20 by photolithography so as to cover the position where the PN diode is to be formed. Then, the polysilicon film 20 is etched back while the position where the PN diode is to be formed is covered with a mask. In this way, when forming other objects using the polysilicon film 20, it is possible to etch back while leaving a necessary portion. In that case, for example, in the flowchart of FIG. 9 described in the third embodiment, a photolithography process for forming a mask covering a desired position of the polysilicon film 20 may be included between steps S110 and S120. good.

(2)また、上記実施形態では、トレンチゲート構造の縦型MOSFETの一例を挙げて説明したが、勿論、上記した縦型MOSFETを基本構造として、他の構成が備えられていても良い。例えば、トレンチゲート構造の下方にp型ディープ層を備えることで、トレンチゲート構造への等電位線のせり上がりを抑制して耐圧向上を図る構造など、様々な構造を備えることができる。 (2) In the above-described embodiments, an example of a vertical MOSFET having a trench gate structure has been described. Of course, other configurations may be provided with the above-described vertical MOSFET as a basic structure. For example, by providing a p-type deep layer under the trench gate structure, it is possible to provide various structures such as a structure for suppressing the rise of equipotential lines to the trench gate structure and improving the withstand voltage.

(3)また、上記各実施形態では、半導体材料としてSiCを用いる場合を例に挙げて説明したが、Siや他の化合物半導体を半導体材料として用いる半導体装置に対しても本発明を適用できる。 (3) In addition, in each of the above embodiments, the case of using SiC as a semiconductor material has been described as an example, but the present invention can also be applied to a semiconductor device using Si or other compound semiconductors as a semiconductor material.

(4)また、上記実施形態では、半導体層としてn型基板1を用意し、このn型基板1の上に第1導電型のn型ドリフト層2をエピタキシャル成長させる構造を例に挙げた。しかしながら、これも一例を示したのであり、n型ドリフト層2を構成する半導体基板を用いて、その裏面側にイオン注入を行うことでn型ドリフト層2よりも高不純物濃度とされる半導体層を形成するようにしても良い。 (4) Further, in the above embodiment, the structure in which the n + -type substrate 1 is prepared as the semiconductor layer and the n -type drift layer 2 of the first conductivity type is epitaxially grown on the n + -type substrate 1 is taken as an example. rice field. However, this is also an example, and the impurity concentration is made higher than that of the n type drift layer 2 by using the semiconductor substrate forming the n type drift layer 2 and implanting ions into the rear surface side thereof. A semiconductor layer may be formed.

(5)また、上記各実施形態では、第1導電型をn型、第2導電型をp型としたnチャネルタイプの縦型MOSFETを例に挙げて説明したが、各構成要素の導電型を反転させたpチャネルタイプの縦型MOSFETとしても良い。また、上記説明では、トレンチゲート構造を有する半導体素子として縦型MOSFETを例に挙げて説明したが、同様のトレンチゲート構造を有するIGBTに対しても本発明を適用することができる。nチャネルタイプのIGBTの場合、上記各実施形態に対してn型基板1の導電型をn型からp型に変更するだけであり、その他の構造や製造方法に関しては上記各実施形態と同様である。 (5) In addition, in each of the above-described embodiments, an n-channel type vertical MOSFET in which the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type has been described as an example. may be a p-channel type vertical MOSFET obtained by inverting . Further, in the above description, a vertical MOSFET is taken as an example of a semiconductor element having a trench gate structure, but the present invention can also be applied to an IGBT having a similar trench gate structure. In the case of an n-channel type IGBT, the conductivity type of the n + -type substrate 1 is simply changed from n-type to p-type in each of the above-described embodiments, and other structures and manufacturing methods are the same as in each of the above-described embodiments. is.

1…n型基板、2…n型ドリフト層、3…p型ベース領域
3a…p型コンタクト領域、4…n型ソース領域6…ゲートトレンチ
7…ゲート絶縁膜、8…ゲート電極、9…層間絶縁膜、20…ポリシリコン膜
20a…ドープドポリシリコン層、20b…ノンドープポリシリコン層
100…ウェハ
REFERENCE SIGNS LIST 1 n + type substrate, 2 n type drift layer, 3 p type base region 3a p type contact region, 4 n + type source region 6 gate trench 7 gate insulating film, 8 gate electrode, 9 Interlayer insulating film 20 Polysilicon film 20a Doped polysilicon layer 20b Non-doped polysilicon layer 100 Wafer

Claims (4)

トレンチゲート構造の半導体素子を有する半導体装置の製造方法であって、
第1または第2導電型の半導体層(1)の上に、前記半導体層よりも低不純物濃度とされた第1導電型のドリフト層(2)が形成された構造を用意することと、
前記ドリフト層の上に第2導電型のチャネル層(3)を形成することと、
前記チャネル層の上に前記ドリフト層よりも第1導電型不純物濃度が高くされた第1導電型領域(4)を形成することと、
前記第1導電型領域および前記チャネル層を貫通するゲートトレンチ(6)を形成することと、
前記ゲートトレンチの内壁面を覆うゲート絶縁膜(7)を形成することと、
前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極(8)を形成することと、
前記ゲートトレンチ内において前記ゲート電極を覆う層間絶縁膜(9)を形成することと、
前記第1導電型領域に電気的に接続される第1電極(10)を形成することと、
前記半導体層の裏面側に第2電極(11)を形成することと、を含み、
前記ゲート電極を形成することは、
前記ゲートトレンチ内を埋め込むように前記ゲート絶縁膜の表面にポリシリコン膜(20)を成膜することと、
前記ポリシリコン膜に対して該ポリシリコン膜の厚みよりも短い飛程でイオン注入を行うことで、該イオン注入が行われたドープドポリシリコン層(20a)を形成しつつ、該ドープドポリシリコン層の下にノンドープポリシリコン層(20b)を形成することと、
前記ドープドポリシリコン層をエッチバックすると共に前記第1導電型領域の表面よりも上面が低くなるまで前記ノンドープポリシリコン層をエッチバックすることと、を含んでいる、半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device having a semiconductor element with a trench gate structure,
preparing a structure in which a drift layer (2) of a first conductivity type having a lower impurity concentration than the semiconductor layer (1) is formed on a semiconductor layer (1) of a first or second conductivity type;
forming a second conductivity type channel layer (3) on the drift layer;
forming a first conductivity type region (4) having a first conductivity type impurity concentration higher than that of the drift layer on the channel layer;
forming a gate trench (6) through said first conductivity type region and said channel layer;
forming a gate insulating film (7) covering an inner wall surface of the gate trench;
forming a gate electrode (8) on the gate insulating film;
forming an interlayer insulating film (9) covering the gate electrode in the gate trench;
forming a first electrode (10) electrically connected to the first conductivity type region;
forming a second electrode (11) on the back side of the semiconductor layer,
forming the gate electrode,
forming a polysilicon film (20) on the surface of the gate insulating film so as to fill the inside of the gate trench;
By implanting ions into the polysilicon film in a range shorter than the thickness of the polysilicon film, a doped polysilicon layer (20a) in which the ions are implanted is formed, and the doped polysilicon layer (20a) is formed. forming a non-doped polysilicon layer (20b) under the silicon layer;
Etching back the doped polysilicon layer and etching back the non-doped polysilicon layer until the top surface is lower than the surface of the first conductivity type region.
前記イオン注入を、斜めイオン注入とする、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said ion implantation is oblique ion implantation. 前記ポリシリコン膜を成膜することでは、該ポリシリコン膜の表面のうち前記ゲートトレンチの中央部と対応する位置に窪み(20d)が形成され、
前記イオン注入を行った際に、前記斜めイオン注入を行うことにより、前記窪みに基づいてイオンが最も深くまで注入された位置が前記ゲートトレンチの外側となるようにする、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
By forming the polysilicon film, a depression (20d) is formed at a position corresponding to the central portion of the gate trench in the surface of the polysilicon film,
3. The method according to claim 2, wherein when said ion implantation is performed, said oblique ion implantation is performed such that a position where ions are most deeply implanted based on said recess is outside said gate trench. A method of manufacturing a semiconductor device.
前記ポリシリコン膜を成膜したのち、前記ポリシリコン膜の膜厚を測定することを含み、
前記ポリシリコン膜の膜厚測定の結果に基づいて前記イオン注入の条件を調整し、前記第1導電型領域の表面上における前記ノンドープポリシリコン層の厚みを一定値とする、請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
After forming the polysilicon film, measuring the film thickness of the polysilicon film;
3. The thickness of said non-doped polysilicon layer on the surface of said first conductivity type region is kept constant by adjusting conditions of said ion implantation based on the result of thickness measurement of said polysilicon film. A method of manufacturing the semiconductor device according to 1.
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