JP2023006716A - Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device.
従来、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体装置の製造において、半導体基板上にマーカーを設けて、アライメント(位置補正機能)を実施している(例えば、特許文献1、2参照)。
特許文献1 特開2021-032672号公報
特許文献2 特開2010-219233号公報
Conventionally, in manufacturing a semiconductor device such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a marker is provided on a semiconductor substrate to perform alignment (position correction function) (see Patent Documents 1 and 2, for example).
Patent Document 1: JP-A-2021-032672 Patent Document 2: JP-A-2010-219233
半導体装置の製造においては、位置決め精度を向上することが好ましい。 In the manufacture of semiconductor devices, it is preferable to improve the positioning accuracy.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様においては、半導体装置を提供する。半導体装置は、半導体基板を備える。半導体装置は、ゲート電極を備える。ゲート電極は、半導体基板に設けられてよい。半導体装置は、ポリゲートランナーを備えてよい。ポリゲートランナーは、半導体基板の上方に設けられてよい。ポリゲートランナーは、ゲート電極に接続してよい。ポリゲートランナーは、貫通孔を有してよい。 In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention provides a semiconductor device. A semiconductor device includes a semiconductor substrate. A semiconductor device includes a gate electrode. The gate electrode may be provided on the semiconductor substrate. A semiconductor device may comprise a poly gate runner. A poly gate runner may be provided over the semiconductor substrate. A poly gate runner may connect to the gate electrode. Poly gate runners may have through holes.
半導体装置は、酸化膜を備えてよい。酸化膜は、半導体基板上に設けられてよい。貫通孔は、酸化膜を露出させていてよい。半導体装置は、層間絶縁膜を備えてよい。層間絶縁膜は、半導体基板の上方に設けられてよい。貫通孔には層間絶縁膜が充填されていてよい。貫通孔を介して、層間絶縁膜は酸化膜と接していてよい。 The semiconductor device may include an oxide film. An oxide film may be provided on the semiconductor substrate. The through holes may expose the oxide film. The semiconductor device may include an interlayer insulating film. The interlayer insulating film may be provided above the semiconductor substrate. The through holes may be filled with an interlayer insulating film. The interlayer insulating film may be in contact with the oxide film through the through hole.
ポリゲートランナーは、複数の貫通孔を有してよい。 A poly gate runner may have a plurality of through holes.
半導体基板には活性部が設けられてよい。ポリゲートランナーは、横断ポリゲートランナーを有してよい。横断ポリゲートランナーは、上面視において活性部を横断するように設けられてよい。横断ポリゲートランナーは、貫通孔を有してよい。 An active portion may be provided in the semiconductor substrate. The poly gate runners may have transverse poly gate runners. Transverse poly gate runners may be provided to traverse the active portion in top view. The transverse poly gate runners may have through holes.
ポリゲートランナーは、外周側ポリゲートランナーを有してよい。外周側ポリゲートランナーは、上面視において活性部を囲むように設けられてよい。外周側ポリゲートランナーは、貫通孔を有してよい。外周側ポリゲートランナーは、複数の端辺を有してよい。複数の端辺の各端辺に、2つ以上の貫通孔が離散的に配置されていてよい。 The poly gate runners may have outer poly gate runners. The outer poly gate runner may be provided so as to surround the active portion when viewed from above. The outer poly gate runners may have through holes. The outer poly gate runner may have multiple edges. Two or more through-holes may be discretely arranged on each edge of the plurality of edges.
半導体装置は、メタルゲートランナーを備えてよい。メタルゲートランナーは、ポリゲートランナーの上方に設けられてよい。貫通孔の上方において、メタルゲートランナーは窪んでいてよい。 A semiconductor device may comprise a metal gate runner. A metal gate runner may be provided above the poly gate runner. Above the through hole, the metal gate runner may be recessed.
層間絶縁膜は、コンタクトホールを有してよい。コンタクトホールは、ポリゲートランナーとメタルゲートランナーを接続してよい。コンタクトホールは、上面視において貫通孔と重なってよい。コンタクトホールは、上面視において貫通孔と重ならなくてよい。 The interlayer insulating film may have contact holes. A contact hole may connect the poly gate runner and the metal gate runner. The contact hole may overlap the through hole when viewed from above. The contact hole does not have to overlap the through hole when viewed from above.
本発明の第2の態様においては、半導体装置の製造方法を提供する。半導体装置は、半導体基板を備える。半導体装置は、ゲート電極を備える。ゲート電極は、半導体基板に設けられてよい。半導体装置は、ポリゲートランナーを備えてよい。ポリゲートランナーは、半導体基板の上方に設けられてよい。ポリゲートランナーは、ゲート電極に接続してよい。半導体装置の製造方法において、ポリゲートランナーに貫通孔を形成してよい。 A second aspect of the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device. A semiconductor device includes a semiconductor substrate. A semiconductor device includes a gate electrode. The gate electrode may be provided on the semiconductor substrate. A semiconductor device may comprise a poly gate runner. A poly gate runner may be provided over the semiconductor substrate. A poly gate runner may connect to the gate electrode. In the method of manufacturing a semiconductor device, a through hole may be formed in the poly gate runner.
半導体装置の製造方法は、パターニング段階を備えてよい。パターニング段階において、ポリシリコンをパターニングしてポリゲートランナーを形成してよい。パターニング段階において、ポリゲートランナーに貫通孔を形成してよい。 A method of manufacturing a semiconductor device may comprise a patterning step. In a patterning step, polysilicon may be patterned to form poly gate runners. Through holes may be formed in the poly gate runners during the patterning step.
半導体装置の製造方法は、検査段階を備えてよい。検査段階において、半導体装置の欠陥を検査してよい。検査段階において、貫通孔を用いて位置決めして検査を行ってよい。 The method of manufacturing a semiconductor device may include an inspection step. During the inspection phase, the semiconductor device may be inspected for defects. During the inspection stage, through-holes may be used for positioning and inspection.
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not list all the features of the invention. Subcombinations of these feature groups can also be inventions.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential for the solution of the invention.
本明細書においては半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の2つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は、重力方向または半導体モジュールの実装時における方向に限定されない。 In this specification, one side in a direction parallel to the depth direction of the semiconductor substrate is called "upper", and the other side is called "lower". One of the two main surfaces of a substrate, layer or other member is called the upper surface and the other surface is called the lower surface. The directions of “up” and “down” are not limited to the direction of gravity or the direction when the semiconductor module is mounted.
本明細書では、X軸、Y軸およびZ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。直交座標軸は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えば、Z軸は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。なお、+Z軸方向と-Z軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Z軸方向と記載した場合、+Z軸および-Z軸に平行な方向を意味する。本明細書では、半導体基板の上面および下面に平行な直交軸をX軸およびY軸とする。また、半導体基板の上面および下面と垂直な軸をZ軸とする。本明細書では、Z軸の方向を深さ方向と称する場合がある。また、本明細書では、X軸およびY軸を含めて、半導体基板の上面および下面に平行な方向を、水平方向と称する場合がある。 In this specification, technical matters may be described using X-, Y-, and Z-axis orthogonal coordinate axes. The Cartesian coordinate axes only specify the relative positions of the components and do not limit any particular orientation. For example, the Z axis does not limit the height direction with respect to the ground. Note that the +Z-axis direction and the −Z-axis direction are directions opposite to each other. When the Z-axis direction is described without indicating positive or negative, it means a direction parallel to the +Z-axis and -Z-axis. In this specification, orthogonal axes parallel to the upper and lower surfaces of the semiconductor substrate are defined as the X-axis and the Y-axis. Also, the axis perpendicular to the upper and lower surfaces of the semiconductor substrate is defined as the Z-axis. In this specification, the Z-axis direction may be referred to as the depth direction. Further, in this specification, a direction parallel to the upper and lower surfaces of the semiconductor substrate, including the X-axis and Y-axis, may be referred to as a horizontal direction.
本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば10%以内である。 In this specification, terms such as "identical" or "equal" may include cases where there is an error due to manufacturing variations or the like. The error is, for example, within 10%.
図1は、半導体装置100の一例を示す上面図である。図1においては、各部材を半導体基板10の上面に投影した位置を示している。図1においては、半導体装置100の一部の部材だけを示しており、一部の部材は省略している。
FIG. 1 is a top view showing an example of a
半導体装置100は、半導体基板10に設けられている。半導体基板10は、半導体材料で形成された基板である。一例として半導体基板10はシリコン基板であるが、半導体基板10の材料はシリコンに限定されない。半導体基板10は炭化珪素基板であってもよい。
A
半導体基板10は、上面視において第1端辺161および第2端辺162を有する。本明細書で単に上面視と称した場合、半導体基板10の上面側から見ることを意味している。本例の半導体基板10は、上面視において互いに向かい合う2組の第1端辺161を有する。また、本例の半導体基板10は、上面視において互いに向かい合う2組の第2端辺162を有する。図1においては、第1端辺161は、X軸方向と平行である。第2端辺162は、Y軸方向と平行である。またZ軸は、半導体基板10の上面と垂直である。また、第1端辺161は、後述するゲートトレンチの延伸方向と垂直である。第2端辺162は、後述するゲートトレンチの延伸方向と平行である。
The
半導体基板10には活性部160が設けられている。活性部160は、半導体装置100が動作した場合に半導体基板10の上面と下面との間で、深さ方向に主電流が流れる領域である。活性部160の上方には、エミッタ電極が設けられているが図1では省略している。
An
本例において、活性部160には、電界効果トランジスタ(MOSFET)等のトランジスタ素子を含むトランジスタ部70が設けられている。他の例では、トランジスタ部70およびFWD(Free Wheel Diode)等のダイオード素子を含むダイオード部が、半導体基板10の上面における所定の配列方向に沿って、交互に配置されていてもよい。トランジスタ部70には、IGBTが設けられていてもよい。トランジスタ部70には、逆阻止IGBTが設けられていてもよい。本例では、Y軸方向に沿って、2つのトランジスタ部70(トランジスタ部70-1およびトランジスタ部70-2)が設けられている。各トランジスタ部70の間には、P+型のウェル領域や後述するポリゲートランナーが設けられてよい。
In this example, the
トランジスタ部70は、半導体基板10の下面と接する領域に、P+型のコレクタ領域を有する。また、トランジスタ部70は、半導体基板10の上面側に、N+型のエミッタ領域、P-型のベース領域、ゲート導電部およびゲート絶縁膜を有するゲート電極が周期的に配置されている。
The transistor section 70 has a P + -type collector region in a region in contact with the lower surface of the
半導体装置100は、半導体基板10の上方に1つ以上のパッドを有してよい。本例の半導体装置100は、ゲートパッド164を有している。半導体装置100は、アノードパッド、カソードパッドおよび電流検出パッド等のパッドを有してもよい。各パッドは、第1端辺161の近傍に配置されている。第1端辺161の近傍とは、上面視における第1端辺161と、エミッタ電極との間の領域を指す。半導体装置100の実装時において、各パッドは、ワイヤ等の配線を介して外部の回路に接続されてよい。
ゲートパッド164には、ゲート電位が印加される。ゲートパッド164は、活性部160のゲート電極の導電部に電気的に接続される。半導体装置100は、ゲートパッド164とゲート電極とを接続するメタルゲートランナー130を備える。図1においては、メタルゲートランナー130に斜線のハッチングを付している。
A gate potential is applied to the
メタルゲートランナー130は、上面視において活性部160と、第1端辺161または第2端辺162との間に配置されている。本例のメタルゲートランナー130は、上面視において活性部160を囲んでいる。上面視においてメタルゲートランナー130に囲まれた領域を活性部160としてもよい。また、メタルゲートランナー130は、ゲートパッド164と接続されている。メタルゲートランナー130は、半導体基板10の上方に配置されている。メタルゲートランナー130は、アルミニウム等を含む金属配線であってよい。
The
外周ウェル領域11は、メタルゲートランナー130と重なって設けられている。つまり、メタルゲートランナー130と同様に、外周ウェル領域11は、上面視において活性部160を囲んでいる。外周ウェル領域11は、メタルゲートランナー130と重ならない範囲にも、所定の幅で延伸して設けられている。外周ウェル領域11は、第2導電型の領域である。本例の外周ウェル領域11はP+型である(不図示)。外周ウェル領域11の不純物濃度は、5.0×1017atоms/cm3以上でかつ5.0×1019atоms/cm3以下であってよい。外周ウェル領域11の不純物濃度は、2.0×1018atоms/cm3以上でかつ2.0×1019atоms/cm3以下であってよい。
The
また、半導体装置100は、ポリシリコン等で形成されたPN接合ダイオードである不図示の温度センス部や、活性部160に設けられたトランジスタ部70の動作を模擬する不図示の電流検出部を備えてもよい。温度センス部は、配線を介してアノードパッドおよびカソードパッドと接続してよい。温度センス部を設ける場合、X軸方向およびY軸方向における半導体基板10の中央に設けられるのが好ましい。
The
本例の半導体装置100は、上面視において、活性部160と第1端辺161または第2端辺162との間に、エッジ終端構造部90を備える。本例のエッジ終端構造部90は、メタルゲートランナー130と第1端辺161または第2端辺162との間に配置されている。エッジ終端構造部90は、半導体基板10の上面側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部90は、活性部160を囲んで環状に設けられたガードリング、フィールドプレートおよびリサーフのうちの少なくとも一つを備えていてよい。
The
図2は、半導体装置100のポリゲートランナー46の配置の一例を示す図である。ポリゲートランナー46は、半導体基板10に設けられたゲート電極と接続する。図2においては、ポリゲートランナー46が離散的な破線で示されているが、ポリゲートランナー46は破線に沿って連続して設けられている。ポリゲートランナー46は、ゲート電極のゲート導電部と接続する。ポリゲートランナー46とゲート電極を接続することでポリゲートランナー46を介して、ゲート電極にゲート電位を印加することができる。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the arrangement of the
ポリゲートランナー46は、半導体基板10の上方に設けられる。ポリゲートランナー46は、上面視において、少なくとも一部がメタルゲートランナー130と重なっている。ポリゲートランナー46の少なくとも一部は、メタルゲートランナー130の下方に設けられてよい。したがって、ポリゲートランナー46とメタルゲートランナー130を接続することができる。また、ポリゲートランナー46は、少なくとも一部が活性部160に設けられている。したがって、ポリゲートランナー46と活性部160のゲート電極を接続することができる。
A
本例において、ポリゲートランナー46は、横断ポリゲートランナー47および外周側ポリゲートランナー48を有する。横断ポリゲートランナー47は、上面視において活性部160を横断するように設けられる。本例において、横断ポリゲートランナー47は、X軸方向に延伸している。横断ポリゲートランナー47は、上面視においてトランジスタ部70-1およびトランジスタ部70-2との間に配置されている。横断ポリゲートランナー47を設けることにより、ゲート電位を各ゲート電極に均等に印加することができる。横断ポリゲートランナー47は、2本以上設けられていてもよい。
In this example,
外周側ポリゲートランナー48は、上面視において活性部160を囲むように設けられる。また、外周側ポリゲートランナー48は、上面視において活性部160と、第1端辺161または第2端辺162との間に配置されている。なお、外周側ポリゲートランナー48は、ゲートパッド164を囲むように設けられてよい。
The outer
図3は、比較例に係る半導体装置100のゲート電極の形成方法を示すフローチャートである。ゲート電極の形成方法は、ゲートトレンチ形成段階S101、ゲート絶縁膜形成段階S102、ポリシリコン成膜段階S103、レジスト形成段階S104、パターニング段階S105、レジスト除去段階S106および検査段階S107を備える。以下、各段階を説明する。
FIG. 3 is a flow chart showing a method of forming a gate electrode of the
図4は、ゲートトレンチ形成段階S101を説明する図である。図4において、上面視におけるゲートトレンチ45を示している。
FIG. 4 is a diagram illustrating the gate trench forming step S101. FIG. 4 shows the
本例のゲートトレンチ45は、延伸方向(Y軸方向)に沿って延伸する2つの直線部分39(延伸方向に沿って直線状であるトレンチの部分)と、2つの直線部分39を接続する先端部41を有してよい。
The
先端部41の少なくとも一部は、上面視において曲線状に設けられることが好ましい。2つの直線部分39のY軸方向における端部どうしを先端部41が接続することで、直線部分39の端部における電界集中を緩和できる。図4に示すように、ゲートトレンチ45は、延伸方向と垂直な配列方向(X軸方向)に沿って配列されてよい。
It is preferable that at least part of the
図5は、図4のa-a断面を示す図である。図5は、ゲートトレンチ45を通るXZ断面である。なお、図5において、半導体基板10の上面21近傍のみ示し、半導体基板10の下面近傍を省略している。
FIG. 5 is a diagram showing a section aa of FIG. FIG. 5 is an XZ cross section through the
ゲートトレンチ形成段階S101において、半導体基板10の上面21にゲートトレンチ45を形成する。ゲートトレンチ45は、異方性ドライエッチングにより形成されてよい。ゲートトレンチ45が異方性ドライエッチングにより形成されるため、図5に示すようにゲートトレンチ45の側壁は、半導体基板10の上面21と略垂直である。
A
図6は、ゲート絶縁膜形成段階S102を説明する図である。図6では、図5と同様の断面を示している。ゲート絶縁膜形成段階S102において、ゲート絶縁膜42を形成する。ゲート絶縁膜42は、半導体基板10の上面21に設けられる。ゲート絶縁膜42は、ゲートトレンチ45の内部にも設けられる。ゲート絶縁膜42は、熱酸化により形成されてよい。ゲート絶縁膜42は、化学気相成長(CVD)により形成されてもよい。ゲート絶縁膜42は、本例では酸化膜である。
FIG. 6 is a diagram illustrating the step S102 of forming a gate insulating film. FIG. 6 shows a section similar to that of FIG. In the gate insulating film forming step S102, the
図7は、ポリシリコン成膜段階S103を説明する図である。図7では、図5と同様の断面を示している。ポリシリコン成膜段階S103において、ポリシリコン50を成膜する。ポリシリコン50は、ゲート絶縁膜42の上方に所定の厚みで成膜されてよい。ゲートトレンチ45の内部は、ポリシリコン50が充填されてよい。ポリシリコン50は、化学気相成長(CVD)により形成されてよい。
FIG. 7 is a diagram for explaining the polysilicon film forming step S103. FIG. 7 shows a section similar to that of FIG. In the polysilicon film forming step S103, a
図8は、レジスト形成段階S104を説明する図である。図8において、上面視におけるレジスト180の配置を示している。図8において、上面21におけるゲートトレンチ45の配置を点線で示している。
FIG. 8 is a diagram for explaining the resist formation step S104. FIG. 8 shows the arrangement of the resist 180 in top view. In FIG. 8, the arrangement of the
図9は、図8のb-b断面を示す図である。図9は、ゲートトレンチ45を通るXZ断面である。なお、図9において、半導体基板10の上面21近傍のみ示し、半導体基板10の下面近傍を省略している。
FIG. 9 is a diagram showing a bb cross section of FIG. FIG. 9 is an XZ cross section passing through the
レジスト形成段階S104において、ポリシリコン50の上方にレジスト180を形成する。レジスト180は、公知のフォトプロセスの方法により形成されてよい。レジスト180を設けることにより、ポリシリコン50をパターニングすることができる。
A resist 180 is formed above the
図10は、パターニング段階S105を説明する図である。図10において、上面視におけるレジスト180の配置を示している。図10において、上面21におけるゲートトレンチ45の配置を点線で示している。
FIG. 10 is a diagram illustrating the patterning step S105. FIG. 10 shows the arrangement of the resist 180 in top view. In FIG. 10, the arrangement of the
図11は、図10のc-c断面を示す図である。図11は、ゲートトレンチ45を通るXZ断面である。なお、図11において、半導体基板10の上面21近傍のみ示し、半導体基板10の下面近傍を省略している。
FIG. 11 is a diagram showing a cc section of FIG. FIG. 11 is an XZ cross section through the
パターニング段階S105において、ポリシリコン50をパターニングする。ポリシリコン50は、等方性ドライエッチングによりパターニングする。ポリシリコン50をパターニングすることにより、ゲートトレンチ45内部にゲート導電部44を形成する。またポリシリコン50をパターニングすることにより、半導体基板10の上方にポリゲートランナー46を形成する。パターニング段階S105を実施することで、ゲート電極40が形成される。
In a patterning step S105, the
図12は、レジスト除去段階S106を説明する図である。図12において、上面視におけるポリゲートランナー46の配置を示している。図12において、上面21におけるゲートトレンチ45の配置を点線で示している。
FIG. 12 is a diagram for explaining the resist removing step S106. FIG. 12 shows the arrangement of the
図13は、図12のd-d断面を示す図である。図13は、ゲートトレンチ45を通るXZ断面である。なお、図13において、半導体基板10の上面21近傍のみ示し、半導体基板10の下面近傍を省略している。
FIG. 13 is a diagram showing a dd section of FIG. FIG. 13 is an XZ cross section through the
レジスト除去段階S106において、レジスト180を除去する。レジスト180は、灰化および洗浄により除去されてよい。 In the resist removing step S106, the resist 180 is removed. Resist 180 may be removed by ashing and washing.
図14は、検査段階S107を説明する図である。図14では、レジスト除去段階S106の後における、ゲートパッド164近傍のポリゲートランナー46(外周側ポリゲートランナー48)を含む領域を示している。ポリゲートランナー46は、太線で囲まれた領域である。図14において半導体装置100は、ゲート電極40、ポリゲートランナー46およびゲートパッド164を備える。
FIG. 14 is a diagram explaining the inspection step S107. FIG. 14 shows a region including the poly gate runners 46 (peripheral side poly gate runners 48) in the vicinity of the
検査段階S107において、半導体装置100を検査する。本例において、半導体装置100の欠陥を検査する。欠陥の検査は、一例として、画像照合方式の欠陥検査装置を用いて実施する。画像照合方式の欠陥検査装置では、欠陥が存在しない領域の画像データを基準画像として予め登録しておき、特徴的な形状を有する場所を位置合わせの基準として用いる。したがって、半導体装置100上の対応する領域との正確な照合を行い、欠陥の有無を判定することができる。画像照合方式の欠陥検査装置とは、公知の装置であってよい。欠陥検査を製造工程の途中(インライン)で実施することにより、欠陥の発生原因を特定し歩留まりの向上を図ることができる。また、不良品の市場流通を未然に防ぐことができる。
In the inspection step S107, the
画像照合の場合、位置決めして検査を行う。本例(比較例)では位置決めの基準としてゲートトレンチ45の先端部41を用い、ポリゲートランナー46の端部位置が所定の位置に設けられているか否かを検査する。ゲートトレンチ45の先端部41は、ポリゲートランナー46の下方に設けられる。そのため、上面視において視認できるゲートトレンチ45の先端部41を用いて位置決めを実施する。パターニング段階S105において等方性ドライエッチングによりポリゲートランナー46をパターニングしているため、ポリゲートランナー46の側面は垂直にならない。このためポリゲートランナー46の端部位置は、側面の傾きによってばらつきが発生してしまう場合がある。同様にゲートトレンチ45の先端部41の位置にもばらつきが発生してしまう場合がある。したがって、ゲートトレンチ45の先端部41を基準としたポリゲートランナー46の端部の相対位置がばらついてしまう。その結果欠陥検査において、基準画像と一致しなかった部分は疑似欠陥190として検出されてしまう。したがって、正確な検査を実施するために位置決め精度を向上することが好ましい。
In the case of image collation, it is positioned and inspected. In this example (comparative example), the
図15は、実施例に係る半導体装置100のゲート電極の形成方法を示すフローチャートである。ゲート電極の形成方法は、ゲートトレンチ形成段階S201、ゲート絶縁膜形成段階S202、ポリシリコン成膜段階S203、レジスト形成段階S204、パターニング段階S205、レジスト除去段階S206および検査段階S207を備える。以下、各段階を説明する。なお、ゲートトレンチ形成段階S201、ゲート絶縁膜形成段階S202およびポリシリコン成膜段階S203は、ゲートトレンチ形成段階S101、ゲート絶縁膜形成段階S102およびポリシリコン成膜段階103とそれぞれ同一であってよい。したがって、ゲートトレンチ形成段階S201、ゲート絶縁膜形成段階S202およびポリシリコン成膜段階S203の説明を省略する。
FIG. 15 is a flow chart showing a method for forming the gate electrode of the
図16は、レジスト形成段階S204を説明する図である。図16において、上面視におけるレジスト180の配置を示している。図16において、上面21におけるゲートトレンチ45の配置を点線で示している。
FIG. 16 is a diagram for explaining the resist forming step S204. FIG. 16 shows the arrangement of the resist 180 in top view. In FIG. 16, the arrangement of the
図17は、図16のe-e断面を示す図である。図17は、ゲートトレンチ45を通るXZ断面である。なお、図17において、半導体基板10の上面21近傍のみ示し、半導体基板10の下面近傍を省略している。
FIG. 17 is a diagram showing the ee section of FIG. FIG. 17 is an XZ section through the
レジスト形成段階S204において、ポリシリコン50の上方にレジスト180を形成する。本例において、レジスト180は、パターン182を有する。図16、17において、パターン182は、ポリシリコン50を露出させている。レジスト180がパターン182を有するため、パターニング段階S205においてポリゲートランナー46に貫通孔を形成することできる。したがって、パターニング段階S205で貫通孔を形成するため、レジストをパターニングするフォトマスクを変更すればよく、工程数の増加を防ぐことができる。
A resist 180 is formed above the
図18は、パターニング段階S205を説明する図である。図18において、上面視におけるレジスト180の配置を示している。図18において、上面21におけるゲートトレンチ45の配置を点線で示している。
FIG. 18 is a diagram illustrating the patterning step S205. FIG. 18 shows the arrangement of the resist 180 in top view. In FIG. 18, the arrangement of the
図19は、図18のf-f断面を示す図である。図19は、ゲートトレンチ45を通るXZ断面である。なお、図19において、半導体基板10の上面21近傍のみ示し、半導体基板10の下面近傍を省略している。
FIG. 19 is a diagram showing the ff section of FIG. FIG. 19 is an XZ section through the
パターニング段階S205において、図3のパターニング段階S105と同様にポリシリコン50をパターニングする。パターニング段階S205において、ポリゲートランナー46は、貫通孔184を有する。本例において、レジスト180がパターン182を有するため、ポリゲートランナー46に貫通孔184を形成することできる。図19において、貫通孔184は、ゲート絶縁膜42を露出させている。貫通孔184は、上面視においてパターン182と同一の形状であってよい。貫通孔184は、ポリゲートランナー46に囲まれている。つまり、貫通孔184は、ポリゲートランナー46の端部に設けられていない。貫通孔184の詳細な形状は、図27にて説明する。
In patterning step S205,
図20は、レジスト除去段階S206を説明する図である。図20において、上面視におけるポリゲートランナー46の配置を示している。図20において、上面21におけるゲートトレンチ45の配置を点線で示している。
FIG. 20 is a diagram explaining the resist removing step S206. FIG. 20 shows the arrangement of
図21は、図20のg-g断面を示す図である。図21は、ゲートトレンチ45を通るXZ断面である。なお、図21において、半導体基板10の上面21近傍のみ示し、半導体基板10の下面近傍を省略している。
FIG. 21 is a diagram showing a gg section of FIG. FIG. 21 is an XZ cross section through the
レジスト除去段階S206において、図3のレジスト除去段階S106と同様にレジスト180を除去する。レジスト180除去後において、貫通孔184は、ゲート絶縁膜42(本例では酸化膜)を露出させている。そのため、ポリゲートランナー46の貫通孔184を視認することができる。
In the resist removing step S206, the resist 180 is removed in the same manner as in the resist removing step S106 of FIG. After the resist 180 is removed, the through
図22は、検査段階S207を説明する図である。図22では、レジスト除去段階S206の後における、ゲートパッド164近傍のポリゲートランナー46(外周側ポリゲートランナー48)を含む領域を示している。ポリゲートランナー46は、太線で囲まれた領域である。図22において半導体装置100は、ゲート電極40、ポリゲートランナー46およびゲートパッド164を備える。
FIG. 22 is a diagram explaining the inspection step S207. FIG. 22 shows a region including the poly gate runners 46 (peripheral side poly gate runners 48) in the vicinity of the
検査段階S207において、半導体装置100の欠陥を検査する。本例(実施例)では位置決めの基準として貫通孔184を用いる。つまり検査段階S207において、貫通孔184を用いて位置決めして検査を行う。貫通孔184はポリゲートランナー46のパターニングと同じ工程で形成するため、貫通孔184の側面の傾きと、ポリゲートランナー46の側面の傾きは同程度になる。このため、貫通孔184を基準としたポリゲートランナー46の端部の相対位置のばらつきを低減できる。したがって、位置決め精度を向上し疑似欠陥の発生を防ぐことができる。
In the inspection step S207, the
図23は、上面視における層間絶縁膜38およびメタルゲートランナー130の配置の一例を示している。図23において、検査段階S207の後で層間絶縁膜38およびメタルゲートランナー130を形成した際の上面視における層間絶縁膜38およびメタルゲートランナー130の配置を示している。図23において、上面21におけるゲートトレンチ45の配置を点線で示している。図23において、ポリゲートランナー46の貫通孔184も点線で示している。また図23において、層間絶縁膜38のコンタクトホール54を一点鎖線で示している。
FIG. 23 shows an example of the arrangement of the
図24は、図23のh-h断面を示す図である。図24は、ゲートトレンチ45を通るXZ断面である。なお、図24ではコンタクトホール54を図示していない。なお、図24において、半導体基板10の上面21近傍のみ示し、半導体基板10の下面近傍を省略している。
FIG. 24 is a diagram showing the hh section of FIG. FIG. 24 is an XZ section through the
層間絶縁膜38は、半導体基板10の上方に設けられる。層間絶縁膜38は、ポリゲートランナー46とメタルゲートランナー130の間に設けられてよい。層間絶縁膜38は、半導体基板10の上面21に設けられている。層間絶縁膜38は、ホウ素またはリン等の不純物が添加されたシリケートガラス等の絶縁膜、熱酸化膜、および、その他の絶縁膜の少なくとも一層を含む膜である。層間絶縁膜38には、コンタクトホール54が設けられている。コンタクトホール54を介して、ポリゲートランナー46はメタルゲートランナー130と接続してよい。図23において、コンタクトホール54は、上面視において貫通孔184と重なっていない。
An interlayer insulating
図24では、貫通孔184には層間絶縁膜38が充填されている。つまり、ポリゲートランナー46の貫通孔184の内部には、層間絶縁膜38が設けられている。また、貫通孔184を介して、層間絶縁膜38はゲート絶縁膜42と接している。ポリゲートランナー46が貫通孔184を有するため、貫通孔184には層間絶縁膜38が充填されている。
In FIG. 24, the through
また図24では、貫通孔184の上方において、メタルゲートランナー130は窪んでいる。つまり、貫通孔184の上方において、メタルゲートランナー130は凹部を有する。ポリゲートランナー46が貫通孔184を有するため、メタルゲートランナー130は窪んでいる。
Also, in FIG. 24, the
図25は、上面視における層間絶縁膜38およびメタルゲートランナー130の配置の他の例を示している。図25は、コンタクトホール54が上面視において貫通孔184が重なっている点で図23と異なる。図25のそれ以外の構成は、図23と同一であってよい。コンタクトホール54は、上面視において貫通孔184と重なっていてもよい。
FIG. 25 shows another example of the arrangement of the
図26は、上面視のポリゲートランナー46における貫通孔184の配置の一例を示している。図26では、ポリゲートランナー46における貫通孔184の配置のみを表し、他の例と寸法は一致していない。
FIG. 26 shows an example of arrangement of through-
本例において、ポリゲートランナー46は、複数の貫通孔184を有する。欠陥検査の1視野あたり少なくとも1つの貫通孔184が設けられることが好ましい。つまり、貫通孔184は、図26の例より多くポリゲートランナー46に設けられてよい。
In this example,
図26において、横断ポリゲートランナー47は、貫通孔184を有する。また、図26において、外周側ポリゲートランナー48は、貫通孔184を有する。
In FIG. 26, transverse
外周側ポリゲートランナー48のX軸方向と平行な端辺を端辺49-1とする。また、外周側ポリゲートランナー48のY軸方向と平行な端辺を端辺49-2とする。外周側ポリゲートランナー48は、2つの端辺49-1と2つの端辺49-2を有する。本例では、複数の端辺49の各端辺に、2つ以上の貫通孔184が離散的に配置されている。このように貫通孔184は各端辺に複数配置されてよい。
An end side parallel to the X-axis direction of the outer
図27は、貫通孔184の形状を詳細に説明する図である。図27では、Y軸方向に延伸するポリゲートランナー46を示している。本例において、貫通孔184は、十字形状を有している。貫通孔184が十字形状を有しているため、多くの端部を有し、位置合わせの基準にしやすくなる。本明細書では貫通孔184を十字形状で表しているが、貫通孔184の形状は十字形状に限定されない。
27A and 27B are diagrams for explaining in detail the shape of the through
貫通孔184は、延伸部186と突出部188を有する。延伸部186は、X軸方向に延伸する貫通孔184の部分である。突出部188は、Y軸方向に突出する貫通孔184の部分である。貫通孔184は、2つの突出部188(突出部188-1、突出部188-2)を有する。図27において、延伸部186と突出部188の境界を一点鎖線で表している。
The through
延伸部186のX軸方向における幅d2は、ポリゲートランナー46のX軸方向における幅d1の1/3以下であってよい。延伸部186のX軸方向における幅d2は、貫通孔184のX軸方向における最大幅であってよい。ポリゲートランナー46のX軸方向における幅d1は、ポリゲートランナー46のX軸方向およびY軸方向における最小幅であってよい。貫通孔184の幅が大きすぎるとポリゲートランナー46の抵抗値が増加してしまうため、延伸部186のX軸方向における幅d2はポリゲートランナー46のX軸方向における幅d1の1/3以下にすることが好ましい。また、貫通孔184の幅が小さすぎると位置合わせの基準とできないため延伸部186のX軸方向における幅d2は、ポリゲートランナー46のX軸方向における幅d1の1/10以上であってよい。延伸部186のX軸方向における幅d2は、一例として、1.2μm程度である。延伸部186のX軸方向における幅d2は、1.2μm以下であってよい。
The width d2 of the
延伸部186のY軸方向における幅d3は、0.1μm以上であってよい。延伸部186のY軸方向における幅d3は、0.5μm以下であってよい。突出部188-1のX軸方向における幅d4は、0.1μm以上であってよい。突出部188-1のX軸方向における幅d4は、0.5μm以下であってよい。突出部188-1のY軸方向における幅d5は、0.1μm以上であってよい。突出部188-1のY軸方向における幅d5は、0.5μm以下であってよい。突出部188-2の幅も突出部188-1と同様であってよい。
A width d3 of the extending
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It is obvious to those skilled in the art that various modifications and improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the scope of claims that forms with such modifications or improvements can also be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The execution order of each process such as actions, procedures, steps, and stages in the devices, systems, programs, and methods shown in the claims, the specification, and the drawings is particularly "before", "before etc., and it should be noted that they can be implemented in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the specification, and the drawings, even if the description is made using "first," "next," etc. for the sake of convenience, it means that it is essential to carry out in this order. not a thing
10・・半導体基板、11・・外周ウェル領域、21・・上面、38・・層間絶縁膜、39・・直線部分、40・・ゲート電極、41・・先端部、42・・ゲート絶縁膜、44・・ゲート導電部、45・・ゲートトレンチ、46・・ポリゲートランナー、47・・横断ポリゲートランナー、48・・外周側ポリゲートランナー、49・・端辺、50・・ポリシリコン、70・・トランジスタ部、90・・エッジ終端構造部、54・・コンタクトホール、100・・半導体装置、130・・メタルゲートランナー、160・・活性部、161・・第1端辺、162・・第2端辺、164・・ゲートパッド、180・・レジスト、182・・パターン、184・・貫通孔、186・・延伸部、188・・突出部、190・・疑似欠陥
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記半導体基板に設けられたゲート電極と、
前記半導体基板の上方に設けられ、前記ゲート電極に接続するポリゲートランナーと
を備え、
前記ポリゲートランナーは、貫通孔を有する
半導体装置。 a semiconductor substrate;
a gate electrode provided on the semiconductor substrate;
a poly gate runner provided above the semiconductor substrate and connected to the gate electrode;
The semiconductor device, wherein the poly gate runner has a through hole.
前記貫通孔は、前記酸化膜を露出させている
請求項1に記載の半導体装置。 further comprising an oxide film provided on the semiconductor substrate;
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the through hole exposes the oxide film.
前記貫通孔には前記層間絶縁膜が充填されている
請求項2に記載の半導体装置。 further comprising an interlayer insulating film provided above the semiconductor substrate;
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein said through hole is filled with said interlayer insulating film.
請求項3に記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 3, wherein said interlayer insulating film is in contact with said oxide film through said through hole.
請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体装置。 5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said poly gate runner has a plurality of said through holes.
前記ポリゲートランナーは、上面視において前記活性部を横断するように設けられる横断ポリゲートランナーを有し、
前記横断ポリゲートランナーは、前記貫通孔を有する
請求項1から5のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor substrate is provided with an active portion,
The poly gate runner has a transverse poly gate runner provided to traverse the active portion in top view,
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said transverse poly gate runner has said through hole.
前記ポリゲートランナーは、上面視において前記活性部を囲むように設けられる外周側ポリゲートランナーを有し、
前記外周側ポリゲートランナーは、前記貫通孔を有する
請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor substrate is provided with an active portion,
The poly gate runner has an outer peripheral side poly gate runner provided so as to surround the active portion in top view,
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the outer poly gate runner has the through hole.
前記複数の端辺の各端辺に、2つ以上の前記貫通孔が離散的に配置されている
請求項7に記載の半導体装置。 The outer peripheral side poly gate runner has a plurality of edges,
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein two or more of said through holes are discretely arranged on each of said plurality of edges.
前記貫通孔の上方において、前記メタルゲートランナーは窪んでいる
請求項1から8のいずれか一項に記載の半導体装置。 further comprising a metal gate runner provided above the poly gate runner;
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein said metal gate runner is recessed above said through hole.
前記層間絶縁膜は、前記ポリゲートランナーと前記メタルゲートランナーを接続するコンタクトホールを有し、
前記コンタクトホールは、上面視において前記貫通孔と重なる
請求項9に記載の半導体装置。 further comprising an interlayer insulating film provided above the semiconductor substrate;
the interlayer insulating film has a contact hole connecting the poly gate runner and the metal gate runner;
The semiconductor device according to claim 9 , wherein the contact hole overlaps with the through hole when viewed from above.
前記層間絶縁膜は、前記ポリゲートランナーと前記メタルゲートランナーを接続するコンタクトホールを有し、
前記コンタクトホールは、上面視において前記貫通孔と重ならない
請求項9に記載の半導体装置。 further comprising an interlayer insulating film provided above the semiconductor substrate;
the interlayer insulating film has a contact hole connecting the poly gate runner and the metal gate runner;
The semiconductor device according to claim 9 , wherein the contact hole does not overlap the through hole when viewed from above.
前記半導体基板に設けられたゲート電極と、
前記半導体基板の上方に設けられ、前記ゲート電極に接続するポリゲートランナーと
を備える半導体装置の製造方法であって、
前記ポリゲートランナーに貫通孔を形成する
半導体装置の製造方法。 a semiconductor substrate;
a gate electrode provided on the semiconductor substrate;
and a poly gate runner provided above the semiconductor substrate and connected to the gate electrode, the method comprising:
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a through hole in the poly gate runner.
前記パターニング段階において、前記ポリゲートランナーに前記貫通孔を形成する
請求項12に記載の半導体装置の製造方法。 patterning polysilicon to form said poly gate runner;
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the patterning step forms the through hole in the poly gate runner.
前記検査段階において、前記貫通孔を用いて位置決めして検査を行う
請求項12または13に記載の半導体装置の製造方法。 further comprising an inspection step of inspecting defects in the semiconductor device;
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein in said inspection step, inspection is performed by positioning using said through hole.
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