JP3489358B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

Info

Publication number
JP3489358B2
JP3489358B2 JP32221696A JP32221696A JP3489358B2 JP 3489358 B2 JP3489358 B2 JP 3489358B2 JP 32221696 A JP32221696 A JP 32221696A JP 32221696 A JP32221696 A JP 32221696A JP 3489358 B2 JP3489358 B2 JP 3489358B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
trench
layer
semiconductor layer
mask
view
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP32221696A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10150191A (en
Inventor
勉 上杉
隆司 鈴木
佐智子 河路
年生 村田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP32221696A priority Critical patent/JP3489358B2/en
Publication of JPH10150191A publication Critical patent/JPH10150191A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3489358B2 publication Critical patent/JP3489358B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に、トレンチゲート構造のMOSFET
(UMOS)やIGBT(Insulated Gat
e BipolorTransistor)等の、縦型
の絶縁ゲート半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a MOSFET having a trench gate structure.
(UMOS) and IGBT (Insulated Gat)
e Bipolar Transistor) and the like, and a method for manufacturing a vertical insulated gate semiconductor device.

【0002】[0002]

【背景技術】[Background technology]

(1)トレンチゲートを有するUMOSFETは従来の
プレーナ型パワーMOSFETに比べ、オン抵抗を容易
に低減できることから、次世代パワーMOSFETとし
て注目されている。
(1) A UMOSFET having a trench gate is attracting attention as a next-generation power MOSFET because it can easily reduce the on-resistance as compared with a conventional planar power MOSFET.

【0003】UMOSFETでは、オン抵抗を低減する
ことが重要であり、オン抵抗低減のための技術の一つと
して、「ソース(n+)領域の平面パターンを梯子状に
する」というものがある(例えば、特開平7−2235
672号公報)。
In UMOSFETs, it is important to reduce the on-resistance, and one technique for reducing the on-resistance is to "make the planar pattern of the source (n + ) region into a ladder pattern" ( For example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-2235
672).

【0004】特開平7−2235672号公報では、ま
ず、梯子状のソース領域を形成し、その後、ソース形成
に使用した不純物拡散マスクを除去し、新たにトレンチ
加工用のマスクをフォトリソグラフィー技術により形成
し、トレンチ(溝)の加工を行っている。
In Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-2235672, first, a ladder-shaped source region is formed, then the impurity diffusion mask used for forming the source is removed, and a new mask for trench processing is formed by a photolithography technique. However, the trench is processed.

【0005】(2)一方、パワーMOSFETの破壊耐
量を向上させるためには、P型ボディ層の表面部分の不
純物濃度を高めておくことが必要である。以下、このこ
とについて説明する。
(2) On the other hand, in order to improve the breakdown resistance of the power MOSFET, it is necessary to increase the impurity concentration in the surface portion of the P-type body layer. This will be described below.

【0006】図23(a)に縦型パワーMOSFET
(UMOSFET)の構成例を示す。複数のMOSFE
T500a〜500nによりインダクダンス性負荷Lが
駆動されるようになっており、一つのMOSFETは、
+基板400,N-エピタキシャル層402,ボディP
層404,ソース層(N+)406a,406b,ゲー
ト絶縁膜410,ゲート電極408,ソース電極412
a,412bを有している。
FIG. 23 (a) shows a vertical power MOSFET.
The structural example of (UMOSFET) is shown. Multiple MOSFE
The inductive load L is driven by T500a to 500n, and one MOSFET is
N + substrate 400, N epitaxial layer 402, body P
Layer 404, source layers (N + ) 406a and 406b, gate insulating film 410, gate electrode 408, source electrode 412
a, 412b.

【0007】図中、参照番号Q1,Q2は寄生NPNト
ランジスタであり、参照番号D1,D2は寄生ダイオー
ドであり、参照番号Rは、ボディP層の寄生抵抗(ボデ
ィコンタクト抵抗を含む)である。なお、参照番号42
0は電源である。
In the figure, reference numbers Q1 and Q2 are parasitic NPN transistors, reference numbers D1 and D2 are parasitic diodes, and reference number R is a parasitic resistance of the body P layer (including body contact resistance). Note that reference numeral 42
0 is a power supply.

【0008】図23(b)は図23(a)のデバイスの
等価回路を示す。
FIG. 23 (b) shows an equivalent circuit of the device of FIG. 23 (a).

【0009】MOSFET(M)のソース(S)とドレ
イン(D)との間に寄生ダイオードD1と抵抗Rが直列
に接続され、また、D1とRの直列経路とは並列に、寄
生NPNトランジスタQ1のコレクタ・エミッタ経路が
介在している。
A parasitic diode D1 and a resistor R are connected in series between the source (S) and the drain (D) of the MOSFET (M), and the parasitic NPN transistor Q1 is connected in parallel with the series path of D1 and R. The collector-emitter path of is interposed.

【0010】図23(a)に示すように、MOSトラン
ジスタ(M)がオンからオフに変化すると、インダクダ
ンス負荷(L)の逆起電力に起因してブレークダウン電
流IB1が、ダイオードD1(D2)および抵抗R1
(R2)を介して流れる。このとき、抵抗R1(R2)
の両端に発生する電圧降下が寄生バイポーラトランジス
タQ1(Q2)のベース・エミッタ間電圧(VBE)を越
えると、寄生バイポーラトランジスタQ1(Q2)がオ
ンし、過大なブレークダウン電流IB2がトランジスタ
Q1(Q2)に集中して流れ、ほとんどの場合、接合破
壊やシリコンや配線の溶融が生じて、素子が破壊され
る。
As shown in FIG. 23A, when the MOS transistor (M) changes from on to off, the breakdown current IB1 is caused by the back electromotive force of the inductance load (L) and the diode D1 (D2) is generated. ) And resistor R1
Flow through (R2). At this time, the resistance R1 (R2)
When the voltage drop across both ends exceeds the base-emitter voltage (V BE ) of the parasitic bipolar transistor Q1 (Q2), the parasitic bipolar transistor Q1 (Q2) is turned on, and an excessive breakdown current IB2 causes the transistor Q1 ( It flows concentratedly in Q2), and in most cases, junction breakdown or melting of silicon or wiring occurs and the element is destroyed.

【0011】特に、パワーMOSFET等を自動車制御
に用いる場合には、車載用負荷はモーターあるいはソレ
ノイドバルブ等のインダクタンス負荷が大半を占めるた
め、インダクタンス逆起電力により生じるアバランシェ
破壊を回避することは極めて重要である。アバランシェ
破壊は、上述したように、パワーMOSFET構造中に
存在する寄生バイポーラトランジスタの動作に伴い破壊
に至る現象であり、高破壊耐量を実現するにはこの寄生
バイポーラトランジスタ動作を抑制する必要がある。
In particular, when a power MOSFET or the like is used for vehicle control, most of the in-vehicle load is an inductance load such as a motor or a solenoid valve, so it is extremely important to avoid avalanche breakdown caused by an inductance back electromotive force. Is. As described above, the avalanche breakdown is a phenomenon that leads to the breakdown with the operation of the parasitic bipolar transistor existing in the power MOSFET structure, and it is necessary to suppress the operation of the parasitic bipolar transistor in order to realize a high breakdown resistance.

【0012】このためには、図23(a),(b)中の
抵抗R1(R2)の抵抗値を下げ、ブレークダウン電流
IB1が流れた場合の抵抗R1(R2)における電圧降
下が、寄生バイポーラトランジスタQ1(Q2)のベー
ス・エミッタ間電圧(VBE)より低くなるようにしなけ
ればならない。よって、ボディP層404の表面のP型
不純物の濃度を高めて低抵抗化することが重要である。
To this end, the resistance value of the resistor R1 (R2) in FIGS. 23A and 23B is reduced, and the voltage drop in the resistor R1 (R2) when the breakdown current IB1 flows is parasitic. It must be lower than the base-emitter voltage (V BE ) of the bipolar transistor Q1 (Q2). Therefore, it is important to increase the concentration of P-type impurities on the surface of the body P layer 404 to reduce the resistance.

【0013】これまでのMOSFETの製造方法では、
このP型ボディ領域の表面の高濃度化(P+層の形成)
は、フォトリソグラフィー技術を用いてマスクを形成
し、イオン打ち込み法により不純物をP型ボディ領域の
表面に導入することによって行なっている。
In the conventional MOSFET manufacturing method,
Increasing the concentration of the surface of this P-type body region (formation of P + layer)
Is performed by forming a mask using a photolithography technique and introducing impurities into the surface of the P-type body region by an ion implantation method.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、ボディ
P層の表面の不純物濃度を高める工程は、フォトリソグ
ラフィー技術を用いて行われるため、トレンチゲートに
対する位置合わせのマージン(余裕)を見込む必要があ
り、それがソース領域の縮小に限界を与えることにな
る。
As described above, since the step of increasing the impurity concentration on the surface of the body P layer is performed by using the photolithography technique, it is necessary to allow a margin for alignment with the trench gate. There is a limit to the reduction of the source area.

【0015】また、梯子状ソース領域とトレンチ(溝)
との位置合わせ誤差も考慮する必要があるため、このこ
ともソース領域のさらなる微細化の妨げとなる。
In addition, a ladder-shaped source region and a trench
This also hinders further miniaturization of the source region because it is necessary to consider the alignment error with the.

【0016】本発明はこのような問題的に着目してなさ
れたものであり、その目的の一つは、さらなるデバイス
の微細化を可能とするための新規な要素プロセス技術を
提供することにあり、他の目的は、縦型パワーデバイス
の製造プロセスをセルフアライン化してデバイスの微細
化を促進し、トランジスタのオン抵抗のさらなる低減を
実現することにある。
The present invention has been made by paying attention to such problems, and one of the objects thereof is to provide a novel element process technology for enabling further miniaturization of devices. Another object of the present invention is to self-align the manufacturing process of a vertical power device to promote device miniaturization and further reduce the on-resistance of a transistor.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】(1)本発明の半導体装
置の製造方法の一つは、トレンチゲート構造を有する半
導体装置の製造方法であって、第2導電型の半導体層の
上にトレンチ加工用マスクを形成し、当該半導体層に第
1導電型の不純物を導入する工程と、前記トレンチ加工
用マスクの側壁に第1のサイドウォールを形成する工程
と、前記トレンチ加工用マスクと前記第1のサイドウォ
ールとをマスクとして前記半導体層にトレンチを形成す
る工程と、前記トレンチの内壁に形成されるゲート酸化
膜を介して、前記トレンチ内にゲート電極を形成する工
程と、前記ゲート電極の上に、前記半導体層の表面との
間に段差部を有するキャップ絶縁膜を形成する工程と、
前記第1導電型の不純物が導入された前記半導体層の少
なくとも一部の上に前記キャップ絶縁膜の段差部の側壁
に第2のサイドウォールを形成する工程と、前記第2の
サイドウォールをマスクとして前記半導体層に第2導電
型不純物を導入する工程とを含むことを特徴とする。
(1) One of the methods for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having a trench gate structure.
A method of manufacturing a conductor device, comprising:
A trench processing mask is formed on the top surface of the semiconductor layer
Step of introducing impurities of one conductivity type and the trench processing
Of forming a first sidewall on a sidewall of a mask for use
And the trench processing mask and the first sidewall.
A trench as a mask to form a trench in the semiconductor layer.
And the gate oxidation formed on the inner wall of the trench
A process for forming a gate electrode in the trench through a film.
And the surface of the semiconductor layer on the gate electrode.
A step of forming a cap insulating film having a step portion between them,
A small amount of the semiconductor layer in which the impurity of the first conductivity type has been introduced.
Side wall of the stepped portion of the cap insulating film on at least a part
A step of forming a second sidewall on the
Second conductivity is applied to the semiconductor layer using the sidewall as a mask
And a step of introducing a type impurity.

【0018】 トレンチの加工用マスクを用いて形成さ
れた第1導電型の領域と、トレンチ(およびトレンチ上
部の段差部)とは自己整合の関係にある。また、トレン
チ上部の段差部と第2のサイドウォールの端部とは自己
整合の関係にある。よって、第1導電型の領域の位置と
第2のサイドウォールの端部の位置とは共にトレンチ
(トレンチ上部の段差部の端部)を基準に決まることに
なる。よって、第2のサイドウォールは必ず第1導電型
の領域の上に位置することになる。したがって、フォト
リソグラフィー技術を用いることなくセルフアラインで
イオン打ち込み用マスクを形成することが可能となる。
The first conductivity type region formed using the trench processing mask and the trench (and the stepped portion above the trench) have a self-alignment relationship. Further, the stepped portion above the trench and the end portion of the second sidewall have a self-alignment relationship. Therefore, the position of the region of the first conductivity type
The position of the end portion of the second sidewall is both determined based on the trench (the end portion of the stepped portion above the trench). Therefore, the second sidewall is always located above the first conductivity type region. Therefore, the ion implantation mask can be formed by self-alignment without using the photolithography technique.

【0019】したがって、工程の簡略化ができると共
に、位置合わせマージンを考慮する必要がないためにデ
バイスの微細化も可能となる。
Therefore, the process can be simplified and the device can be miniaturized because it is not necessary to consider the alignment margin.

【0020】(2)上述の要素プロセスを用いると、縦
型パワーデバイスの製造プロセスをセルフアライン化し
てデバイスの微細化を促進し、トランジスタのオン抵抗
のさらなる低減を実現することも可能となる。これが本
出願に係る他の発明であり、その内容は以下のとおりで
ある。なお、下記の発明において、「キャップ絶縁層」
が上述の「トレンチ上部の段差部」に相当する。
(2) By using the above element processes, it becomes possible to self-align the manufacturing process of the vertical power device to promote the miniaturization of the device and further reduce the on-resistance of the transistor. This is another invention related to the present application, and the contents are as follows. In the following invention, "cap insulating layer"
Corresponds to the above-mentioned “step portion above the trench”.

【0021】すなわち、第1導電型の第1の半導体層上
に第2導電型の第2の半導体層が形成され、その第2の
半導体層の表面部分に梯子状の平面パターンを有する第
1導電型の不純物領域が形成され、前記第2の半導体層
の一部を貫通して前記第1の半導体層に達する溝が形成
され、その溝の内側にゲート絶縁膜を介してゲート電極
材料が充填され、そのゲート電極材料の表面がキャップ
絶縁層で覆われ、前記梯子状の平面パターンを有する第
1導電型の不純物領域の表面および前記2導電型の第2
の半導体層の表面に共通の電極が接続され、その電極が
接続されている前記第2導電型の第2の半導体層の表面
が高不純物濃度となっている半導体装置の製造方法であ
って、前記溝に沿って、前記梯子状の平面パターンを有
する第1導電型の不純物領域を構成する第1の部分を形
成する工程と、前記第1の部分と交わる方向に、前記梯
子状の平面パターンを有する第1導電型の不純物領域を
構成する、前記第1の部分よりも高不純物濃度である第
2の部分を形成する工程と、前記溝に充填されている前
記ゲート電極材料の表面を覆う前記キャップ絶縁層の端
部を基準としてサイドウオールを形成し、そのサイドウ
オールによって前記第1の部分の表面の少なくとも一部
を覆う工程と、前記キャップ絶縁層および前記サイドウ
オールをマスクとして用いて、前記第2の部分および前
記第2の半導体層の表面に第2導電型不純物を導入し
て、前記第2の半導体層の表面の不純物濃度を高める工
程と、を含むことを特徴とするものである。
That is, the second semiconductor layer of the second conductivity type is formed on the first semiconductor layer of the first conductivity type, and the first semiconductor layer having the ladder-shaped plane pattern is formed on the surface portion of the second semiconductor layer. A conductivity type impurity region is formed, a groove that penetrates a portion of the second semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer is formed, and a gate electrode material is formed inside the groove through a gate insulating film. The surface of the gate electrode material is filled with the cap insulating layer, the surface of the impurity region of the first conductivity type having the ladder-shaped plane pattern and the second conductivity type second region.
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a common electrode is connected to the surface of the semiconductor layer, and the surface of the second semiconductor layer of the second conductivity type to which the electrode is connected has a high impurity concentration, A step of forming a first portion forming the first conductivity type impurity region having the ladder-shaped plane pattern along the groove; and the ladder-shaped plane pattern in a direction intersecting with the first portion. Forming a second portion having a higher impurity concentration than the first portion, which constitutes a first-conductivity-type impurity region having: and covering the surface of the gate electrode material filled in the groove. Forming a side wall with reference to an end of the cap insulating layer and covering at least a part of the surface of the first portion with the side wall; and masking the cap insulating layer and the side wall. And a second conductivity type impurity is introduced into the surfaces of the second portion and the second semiconductor layer to increase the impurity concentration of the surface of the second semiconductor layer. It is what

【0022】この発明は、ボディP層の表面の高濃度化
をセルフアラインで実現する半導体装置の製造方法であ
る。
The present invention is a method of manufacturing a semiconductor device, which realizes a high concentration of the surface of the body P layer by self-alignment.

【0023】すなわち、梯子状の第1導電型の不純物領
域(パワーMOSFETではソース領域,IGBTの場
合はエミッタ領域)における低不純物濃度の第1の部分
を溝(トレンチ)に沿って形成し、その第1の部分に交
わる(好ましくは直交する)方向に高不純物濃度の第2
の部分を形成し、低不純物濃度の第1の部分を、トレン
チ端(キャップ絶縁膜の端部)を基準とするサイドウオ
ールで覆って、全面にイオン打ち込みにより第2導電型
の不純物を導入する。一連の工程は、全てセルフアライ
ン化されている。
That is, a first portion having a low impurity concentration in a ladder-shaped first conductivity type impurity region (source region in a power MOSFET, emitter region in the case of an IGBT) is formed along a trench (trench), and A second high impurity concentration in the direction intersecting (preferably orthogonal to) the first portion
Part is formed, and the first part having a low impurity concentration is covered with a sidewall having the trench end (the end part of the cap insulating film) as a reference, and the second conductivity type impurity is introduced into the entire surface by ion implantation. . The series of processes are all self-aligned.

【0024】ボディP層の表面の不純物濃度が高まって
低抵抗となっているため、素子の破壊耐量が低下するこ
とはない。
Since the impurity concentration on the surface of the body P layer increases and the resistance becomes low, the breakdown resistance of the element does not decrease.

【0025】一方、梯子状の第1導電型の不純物領域の
第2の部分は高不純物濃度となっているため、第2導電
型の不純物がイオン打ち込みによって導入されても第1
導電型が維持されると共に、実際の使用に十分な不純物
濃度は確保できるために問題は生じない。
On the other hand, since the second portion of the ladder-shaped first conductivity type impurity region has a high impurity concentration, even if the second conductivity type impurity is introduced by ion implantation,
Since the conductivity type is maintained and the impurity concentration sufficient for actual use can be secured, no problem occurs.

【0026】また、梯子状の不純物領域の第1の部分は
低不純物濃度となっているため、熱処理による過度の拡
散が防止され、よって熱処理に起因して第1の部分どう
しが相互に接続されてしまうような不都合が生じない。
そして、その第1部分はサイドウオール端(キャップ絶
縁膜の端部)を基準とするサイドウオールで覆ってある
ので、第2導電型の不純物がイオン打ち込みにより導入
されることがなく、導電型の反転や抵抗値の上昇の問題
は生じない。
Further, since the first portion of the ladder-shaped impurity region has a low impurity concentration, excessive diffusion due to the heat treatment is prevented, so that the first portions are connected to each other due to the heat treatment. There is no inconvenience.
Since the first portion is covered with the side wall with the side wall end (the end portion of the cap insulating film) as a reference, impurities of the second conductivity type are not introduced by ion implantation, and the conductivity type The problem of inversion and increase of resistance does not occur.

【0027】このようにして、フォトリソグラフィー技
術を用いたマスク形成を用いずにボディP層の表面を高
濃度化できる。よって、マスクずれ等を考慮した余裕
(マージン)を設ける必要がなく、デバイスのさらなる
微細化,トランジスタのオン抵抗の低減を図れる。
In this way, the surface concentration of the body P layer can be increased without using the mask formation using the photolithography technique. Therefore, it is not necessary to provide a margin in consideration of mask shift and the like, and it is possible to further miniaturize the device and reduce the on-resistance of the transistor.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】 (1)トレンチゲートを採用したパワーMOSFETの
構造 図19に本実施の形態にかかるトレンチゲートを採用し
た縦型のパワーMOSFETの断面構造を図19に示
す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (1) Structure of Power MOSFET Employing Trench Gate FIG. 19 shows a sectional structure of a vertical power MOSFET adopting a trench gate according to this embodiment.

【0029】この縦型MOSFETは、ドレインとなる
+層5およびN-層10上に、ボディP層20が形成さ
れ、このボディP層20の表面部分にはP+層130が
形成されている。
In this vertical MOSFET, a body P layer 20 is formed on the N + layer 5 and the N layer 10 to be drains, and a P + layer 130 is formed on the surface portion of the body P layer 20. There is.

【0030】また、トレンチ(溝)の内壁面にはゲート
絶縁膜70a,70bが形成され、トレンチの内部には
ポリシリコンからなるゲート電極層80a,80bが充
填され、ゲート電極層80a,80bの表面はキャップ
酸化膜90a,90bで覆われている。
Gate insulating films 70a and 70b are formed on the inner wall surfaces of the trenches, and gate electrode layers 80a and 80b made of polysilicon are filled inside the trenches to form the gate electrode layers 80a and 80b. The surface is covered with cap oxide films 90a and 90b.

【0031】また、ボディP層20の表面部分におい
て、ゲート絶縁膜70a,70bに接してソース層(n
+)60a,60b等が形成されている。
Further, in the surface portion of the body P layer 20, the source layer (n is in contact with the gate insulating films 70a and 70b).
+ ) 60a, 60b, etc. are formed.

【0032】そして、基板表面において、ソース電極2
00が、ボディP層20の表面のP+層130ならびに
ソース層(n+)60a,60bに接して形成され、基
板の裏面にはドレイン電極220が形成されている。
Then, on the surface of the substrate, the source electrode 2
00 is formed in contact with the P + layer 130 on the surface of the body P layer 20 and the source layers (n + ) 60a and 60b, and the drain electrode 220 is formed on the back surface of the substrate.

【0033】このトランジスタのオン時には、オン電流
Iが、基板の裏面(ドレイン)から基板の表面(ソー
ス)へと流れる。ボディP層20のゲート絶縁膜70
a,70bに接する領域がチャネル領域となる。
When the transistor is turned on, an on-current I flows from the back surface (drain) of the substrate to the front surface (source) of the substrate. Gate insulating film 70 of body P layer 20
The region in contact with a and 70b becomes the channel region.

【0034】このような構造をもつMOSFETの等価
回路が図20に示される。図中、「G」はゲートであ
り、「D」はドレインであり、「S」はソースである。
チャネル領域の電位はソース電位となっていて、安定化
されている。ボディP層20の表面にP+層130が形
成されていることによって、寄生抵抗(図23(a),
(b)の抵抗R)の抵抗値が小さく、寄生トランジスタ
がオンしにくい構造となっている。
An equivalent circuit of a MOSFET having such a structure is shown in FIG. In the figure, "G" is a gate, "D" is a drain, and "S" is a source.
The potential of the channel region is the source potential and is stabilized. Since the P + layer 130 is formed on the surface of the body P layer 20, parasitic resistance (FIG. 23A,
The resistance value of the resistor R in (b) is small, and the parasitic transistor is hard to turn on.

【0035】なお、図19に示される基板裏面のN+
5をP+層に置き換えると、IGBTとなる。IGBT
はMOSトップのインバーテッドダーリントントランジ
スタであり、この場合には、N+層60a,60bはエ
ミッタとなり、基板裏面のP+層はコレクタとなる。
When the N + layer 5 on the back surface of the substrate shown in FIG. 19 is replaced with a P + layer, an IGBT is obtained. IGBT
Is a MOS top inverted Darlington transistor. In this case, the N + layers 60a and 60b serve as emitters, and the P + layer on the back surface of the substrate serves as a collector.

【0036】本発明は、パワーMOSFETのみならず
IGBTの場合にも同様に適用できるが、以下、パワー
MOSFETを例にとって説明する。
Although the present invention can be applied not only to the power MOSFET but also to the IGBT, the power MOSFET will be described below as an example.

【0037】(2)トレンチゲートを採用したパワーM
OSFETの製造方法 以下、図1〜図22を参照して、本実施の形態にかかる
パワーMOSFETの製造方法について説明する。
(2) Power M adopting a trench gate
Manufacturing Method of OSFET Hereinafter, a manufacturing method of the power MOSFET according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0038】図1〜図13は、本実施の形態の製造プロ
セスの主要な工程の要部を示す各工程毎のデバイス断面
図であり、図14〜図18は、図1〜図13で示される
製造プロセスの理解を容易にするための、補助的図面
(平面図ならびに断面図)である。図14(a),
(b)は図2に対応し、図15(a),(b)は図3に
対応し、図16(a),(b)は図5に対応し、図17
(a)〜(c)は図7に対応し、図18(a)〜(c)
は図13に対応している。
FIGS. 1 to 13 are sectional views of the device for each step showing the main parts of the main steps of the manufacturing process of this embodiment, and FIGS. 14 to 18 are shown in FIGS. 3 is an auxiliary drawing (plan view and cross-sectional view) for facilitating the understanding of the manufacturing process performed. FIG. 14 (a),
FIG. 15B corresponds to FIG. 2, FIGS. 15A and 15B correspond to FIG. 3, FIGS. 16A and 16B correspond to FIG.
18 (a) to 18 (c) correspond to FIG. 7, and FIGS.
Corresponds to FIG.

【0039】なお、図1〜図13では、図19のN+
5は省略している。また、本実施の形態のトランジスタ
のソース領域は、平面的にみて梯子状のパターンで形成
されるものとする。また、梯子状ソースのトレンチに沿
うストライプ状の部分を第1の部分とし、この第1の部
分に直交する部分を第2の部分とする。
Incidentally, in FIGS. 1 to 13, the N + layer 5 of FIG. 19 is omitted. In addition, the source region of the transistor of this embodiment is formed in a ladder pattern when seen in a plan view. A stripe-shaped portion along the trench of the ladder-shaped source is referred to as a first portion, and a portion orthogonal to the first portion is referred to as a second portion.

【0040】工程1 まず、図1に示すように、ドレイン層(N-)10,ボ
ディP層(P-)20上に、シリコン窒化膜(Si
34)からなるトレンチマスク30を形成し、続いて砒
素(As)をイオン打ち込みする。このときのドーズ量
は3×1014atms/cm2程度であり、通常のソー
ス形成のための不純物濃度よりも一桁程度低くしてい
る。これは以下の理由による。
Step 1 First, as shown in FIG. 1, a silicon nitride film (Si) is formed on the drain layer (N ) 10 and the body P layer (P ) 20.
A trench mask 30 made of 3 N 4 ) is formed, and then arsenic (As) is ion-implanted. The dose amount at this time is about 3 × 10 14 atms / cm 2, which is about one digit lower than the impurity concentration for normal source formation. This is for the following reason.

【0041】本工程で導入された不純物は後の犠牲酸化
工程やゲート絶縁膜の形成工程の熱処理によって活性
化,拡散されて、梯子状ソース領域の構成部分である第
1の部分(トレンチに沿うストライプ状の部分)とな
る。したがって、本工程で導入するN型不純物の量が多
すぎると、熱処理による拡散が進みすぎて拡散層が深く
なりすぎる恐れがあり、これを防止するためにトレンチ
間の距離を大きくするとデバイスの微細化を図れない。
よって、不純物濃度を低めに抑えている。
The impurities introduced in this step are activated and diffused by a heat treatment in a later sacrificial oxidation step or a step of forming a gate insulating film, and the impurities are introduced into the first portion (along the trench) which constitutes the ladder source region. It becomes a striped part). Therefore, if the amount of N-type impurities introduced in this step is too large, the diffusion due to the heat treatment may proceed too much and the diffusion layer may become too deep. To prevent this, if the distance between the trenches is increased, the device Cannot be realized.
Therefore, the impurity concentration is kept low.

【0042】工程2 こ 次に、図2に示すように、トレンチマスク30の両端面
に接してサイドウオール40a,40bを形成する。こ
のサイドウオール40a,40bは、CVD法によりS
iO2膜を基板の全面に形成し、RIE(リアクティブ
イオンエッチング)を施してトレンチマスク30上のS
iO2膜を除去することによって形成される。
Step 2 Next, as shown in FIG. 2, sidewalls 40a and 40b are formed in contact with both end surfaces of the trench mask 30. These sidewalls 40a and 40b are S
An SiO 2 film is formed on the entire surface of the substrate, and RIE (reactive ion etching) is performed to remove S on the trench mask 30.
It is formed by removing the iO 2 film.

【0043】サイドウオール40a,40bを形成する
のは、トレンチとソース領域との位置関係をセルフアラ
インで決定するためである。このことについては、以下
の工程で説明する。
The sidewalls 40a and 40b are formed in order to determine the positional relationship between the trench and the source region by self-alignment. This will be described in the following steps.

【0044】図14(a),(b)に、本工程における
デバイスの平面図および断面図が示される。(a)にお
いて、平面図は要部のみを抜き出して描いてある。
(b)は、(a)に示されるデバイスのA−A線に沿う
断面図である。
14A and 14B are a plan view and a sectional view of the device in this step. In (a), the plan view is drawn by extracting only the main part.
(B) is sectional drawing which follows the AA line of the device shown to (a).

【0045】工程3 図3に示すように、サイドウオール40a,40bの端
部を基準にしてRIEにより基板を垂直にエッチング
し、トレンチ50a,50bを形成する。
Step 3 As shown in FIG. 3, the substrate is vertically etched by RIE using the ends of the sidewalls 40a and 40b as a reference to form trenches 50a and 50b.

【0046】このとき、サイドウオール40a,40b
が形成されていることによって、工程1(図1)におい
て導入された砒素(As)のうちの一部は異方性エッチ
ングを行った後も、除去されることなく残存する。
At this time, the side walls 40a, 40b
Due to the formation of Al, some of the arsenic (As) introduced in step 1 (FIG. 1) remains without being removed even after anisotropic etching.

【0047】図15(a),(b)に、本工程における
デバイスの平面図および断面図が示されている。(b)
は、(a)に示されるデバイスのA−A線に沿う断面図
である。
15A and 15B are a plan view and a sectional view of the device in this step. (B)
[Fig. 4] is a sectional view taken along line AA of the device shown in (a).

【0048】工程4 続いて、図4に示すように、犠牲酸化ならびに犠牲酸化
膜の除去により、トレンチ加工に起因する基板のダメー
ジを回復させる。犠牲酸化時の熱処理(1000℃以
上)によって、残存する砒素(As)の一部が活性化さ
れて、梯子状のソース領域(N+)の構成部分である第
1の部分60a,60bが形成される。
Step 4 Subsequently, as shown in FIG. 4, the damage of the substrate due to the trench processing is recovered by sacrificial oxidation and removal of the sacrificial oxide film. A part of the remaining arsenic (As) is activated by the heat treatment at the time of sacrificial oxidation (1000 ° C. or higher) to form the first parts 60a and 60b which are the constituent parts of the ladder-shaped source region (N + ). To be done.

【0049】つまり、犠牲酸化工程は、ソース領域(第
1の部分)の形成工程を兼ねることになる。
That is, the sacrificial oxidation step also serves as the step of forming the source region (first portion).

【0050】なお、犠牲酸化のかわりに、例えばケミカ
ルドライエッチング(CDE)を行い、エッチングによ
るダメージを除去してもよい。
Instead of sacrificial oxidation, for example, chemical dry etching (CDE) may be performed to remove the damage due to etching.

【0051】工程5 図5に示すように、熱処理によりトレンチの内壁面を酸
化し、ゲート酸化膜70a,70bを形成する。このと
きの熱処理によって、ソース領域の第1の部分60a,
60bは外側に広がる。第1の部分の不純物濃度は、1
×1019atms/cm3程度である。
Step 5 As shown in FIG. 5, the inner wall surface of the trench is oxidized by heat treatment to form gate oxide films 70a and 70b. By the heat treatment at this time, the first portion 60a of the source region,
60b extends outward. The impurity concentration of the first portion is 1
It is about × 10 19 atms / cm 3 .

【0052】図16(a),(b)に、本工程における
デバイスの平面図および断面図が示されている。(b)
は、(a)に示されるデバイスのA−A線に沿う断面図
である。
16A and 16B are a plan view and a sectional view of the device in this step. (B)
[Fig. 4] is a sectional view taken along line AA of the device shown in (a).

【0053】工程4において犠牲酸化を行わない場合に
は、本工程がソース領域の第1の部分の形成工程を兼ね
ることになる。
If sacrificial oxidation is not performed in step 4, this step also serves as the step of forming the first portion of the source region.

【0054】このようにして、トレンチに沿って、自動
的にソース領域の第1の部分60a,60bが形成され
る。つまり、第1の部分60a,60bは、トレンチに
対して自己整合的に形成される。よって、マスクの位置
ずれ等を考慮した余裕(マージン)を設ける必要がな
く、デバイスの微細化が可能である。このことは、トラ
ンジスタのオン抵抗の低減につながる。
In this way, the first portions 60a and 60b of the source region are automatically formed along the trench. That is, the first portions 60a and 60b are formed in self-alignment with the trench. Therefore, it is not necessary to provide a margin in consideration of the displacement of the mask and the like, and the device can be miniaturized. This leads to a reduction in the on resistance of the transistor.

【0055】工程6 次に、図6に示すように、トレンチの内部にポリシリコ
ンからなるゲート電極80a,80bを埋め込む。この
埋め込みは、ポリシリコンをデポジット後、RIEによ
り不要部分を除去することによって行われる。
Step 6 Next, as shown in FIG. 6, gate electrodes 80a and 80b made of polysilicon are buried in the trench. This burying is performed by removing unnecessary portions by RIE after depositing polysilicon.

【0056】ポリシリコンとしては、ノンドープのも
の、あるいはドープドポリシリコンのいずれも使用可能
である。
As the polysilicon, either undoped one or doped polysilicon can be used.

【0057】工程7 次に、図7に示すように、トレンチマスク(Si34
30をマスクとして用いてトレンチ内部に充填されてい
るポリシリコンの表面を酸化(局所酸化)し、キャップ
酸化膜90a,90bを形成する。トレンチマスク(S
34)30を酸化マスクとしても利用するため、キャ
ップ酸化もセルフアラインで行える。なお、キャップ酸
化膜90a,90bは酸化の際に体積膨張するため、基
板の表面との間に段差が形成される。
Step 7 Next, as shown in FIG. 7, a trench mask (Si 3 N 4 ) is used.
The surface of the polysilicon filled in the trench is oxidized (local oxidation) using 30 as a mask to form cap oxide films 90a and 90b. Trench mask (S
Since i 3 N 4 ) 30 is also used as an oxidation mask, cap oxidation can be performed by self-alignment. Since the cap oxide films 90a and 90b expand in volume during oxidation, a step is formed between the cap oxide films 90a and 90b and the surface of the substrate.

【0058】そして、トレンチマスク(Si34)30
を除去する。
Then, the trench mask (Si 3 N 4 ) 30
To remove.

【0059】工程8 次に、図8に示すように、トレンチと直交する方向に、
レジストマスク100a,100b,100cを形成す
る。各レジストマスクの相対的位置関係が保たれればよ
く、絶対的位置の正確性は要求されないため、このフォ
トレジスト工程は、一連の連続したセルフアラインプロ
セスの妨げにはならない。
Step 8 Next, as shown in FIG. 8, in the direction orthogonal to the trench,
Resist masks 100a, 100b, 100c are formed. This photoresist process does not interfere with a series of continuous self-alignment processes as long as the relative positional relationship between the resist masks is maintained and absolute position accuracy is not required.

【0060】そして、砒素(As)をイオン打ち込み法
により基板表面に導入する。この場合のドーズ量は図1
の場合のドーズ量よりも大きく、3×1015atms/
cm2以上とするのが好ましい。
Then, arsenic (As) is introduced into the substrate surface by the ion implantation method. The dose in this case is shown in Fig. 1.
Larger than the dose amount in the case of 3 × 10 15 atms /
It is preferably at least cm 2 .

【0061】このようにドーズ量を増加させても、すで
にゲート構造の形成(ゲート酸化膜形成のための高温の
熱処理)は終了しているために、不純物層が不必要に広
がる心配がない。
Even if the dose amount is increased in this way, since the formation of the gate structure (the high temperature heat treatment for forming the gate oxide film) has already been completed, the impurity layer does not unnecessarily spread.

【0062】工程9 図9に示すように、熱処理(800℃,20分程度)に
よって工程8で導入した砒素(As)を活性化させて、
梯子状のソース領域(N+)の構成部分である第2の部
分110a,110bを形成する。この第2の部分のN
型不純物濃度は、1×20atms/cm3以上とする
ことが好ましい。
Step 9 As shown in FIG. 9, the arsenic (As) introduced in Step 8 is activated by heat treatment (800 ° C., about 20 minutes),
Second portions 110a and 110b, which are constituent portions of a ladder-shaped source region (N + ) are formed. N of this second part
The type impurity concentration is preferably 1 × 20 atms / cm 3 or more.

【0063】これによって、第1の部分60a,60b
と第2の部分110a,110bとが連結して、梯子状
のパターンをもつソース領域が形成される。ソース領域
を梯子状にすることは、トランジスタのオン抵抗の低減
に寄与する。
As a result, the first portions 60a, 60b
And the second portions 110a and 110b are connected to form a source region having a ladder pattern. The ladder shape of the source region contributes to reduction of the on-resistance of the transistor.

【0064】本工程におけるデバイスの平面図および断
面図が図17(a)〜(c)に示される。(a)はデバ
イスの平面図であり、(b)は(a)におけるA−A線
に沿う断面図であり、(c)は(a)におけるB−B線
に沿う断面図である。
Plan views and cross-sectional views of the device in this step are shown in FIGS. 17 (a) to 17 (c). (A) is a top view of a device, (b) is sectional drawing which follows the AA line in (a), (c) is sectional drawing which follows the BB line in (a).

【0065】工程10 次に、図10に示すようにキャップ酸化膜90a,90
bの端部を基準にしてサイドウオール120a,120
bを形成する。サイドウオール120a,120bの形
成方法は、工程2(図2)のサイドウオール40a,4
0bの形成方法と同じであり(CVDとRIEの組合
せ)、したがって、サイドウオール120a,120b
もフォトリソグラフィー工程を経ずに自己整合的に形成
される。
Step 10 Next, as shown in FIG. 10, cap oxide films 90a, 90 are formed.
Side walls 120a, 120 based on the end of b
b is formed. The sidewalls 120a and 120b are formed by the sidewalls 40a and 4a in step 2 (FIG. 2).
0b formation method (combination of CVD and RIE), and therefore the sidewalls 120a, 120b
Is also formed in a self-aligned manner without a photolithography process.

【0066】このサイドウオール120a,120b
は、トレンチに沿ってストライプ状に伸びている、梯子
状のソース領域の第1の部分60a,60bの、少なく
とも主要部を覆う。このサイドウオール120a,12
0bは、次の工程のボディP層の表面へのP型不純物導
入の際のマスクとして機能する。
The side walls 120a and 120b
Covers at least a major part of the first portions 60a and 60b of the ladder-shaped source region extending in stripes along the trench. This side wall 120a, 12
0b functions as a mask when the P-type impurity is introduced into the surface of the body P layer in the next step.

【0067】サイドウオール120a,120bはソー
ス領域の第1の部分60a,60bを完全に覆うことが
望ましい。しかし、サイドウオール40a,40bの端
部の位置がソース領域の第1の部分60a,60bの端
部の位置と一致せずに、第1の部分の一部がはみだした
場合でも現実には問題はない。
It is desirable that the sidewalls 120a and 120b completely cover the first portions 60a and 60b of the source region. However, even if the positions of the end portions of the sidewalls 40a and 40b do not match the positions of the end portions of the first portions 60a and 60b of the source region and a part of the first portion protrudes, it is actually a problem. There is no.

【0068】これは、縦型MOSトランジスタのチャネ
ルは、トレンチ内壁に形成されたゲート絶縁膜70a,
70bに接する部分に形成され、ソース領域のうちの、
そのチャネルに接続される部分の不純物濃度が所定値以
上であれば、ソースとして十分に機能するからである。
This is because the channel of the vertical MOS transistor is the gate insulating film 70a formed on the inner wall of the trench,
Of the source region, which is formed in a portion in contact with 70b,
This is because if the impurity concentration of the portion connected to the channel is equal to or higher than a predetermined value, it functions sufficiently as a source.

【0069】工程11 続いて、図11に示すように基板の全面にP型不純物で
あるフッ化ボロン(BF2)をイオン打ち込みする。B
2を用いるのは、質量の大きな不純物を用いることに
よって極浅いイオン打ち込みを可能とするためである。
この場合のBF2のドーズ量は、1×1015atms/
cm2以下である。
Step 11 Subsequently, as shown in FIG. 11, boron fluoride (BF 2 ) which is a P-type impurity is ion-implanted on the entire surface of the substrate. B
The reason why F 2 is used is that it enables extremely shallow ion implantation by using an impurity having a large mass.
The dose of BF 2 in this case is 1 × 10 15 atms /
It is not more than cm 2 .

【0070】このBF2の打ち込みによってボディP層
20の表面の不純物濃度が高められ、ボディP層の表面
の抵抗値が低くなると共に、後にソース電極が接続され
た場合のコンタクト抵抗も低減される。よって、寄生ト
ランジスタがオンしにくく、MOSFETの破壊も抑制
できる。
The implantation of BF 2 increases the impurity concentration on the surface of the body P layer 20, lowers the resistance value on the surface of the body P layer, and reduces the contact resistance when the source electrode is connected later. . Therefore, it is difficult for the parasitic transistor to turn on, and destruction of the MOSFET can be suppressed.

【0071】一方、BF2は、梯子状のソース領域の構
成部分である第2の部分(N+)110a,110bに
も打ち込まれ、打ち込まれたP型不純物は、ソース抵抗
を上昇させる方向に作用する。
On the other hand, BF 2 is also implanted into the second portions (N + ) 110a and 110b which are the constituents of the ladder-shaped source region, and the implanted P-type impurities tend to increase the source resistance. To work.

【0072】しかし、第2の部分110a,110bの
N型不純物の濃度は1×20atms/cm3以上と高
濃度であるため、現実にはほとんど問題とならない。
However, since the concentration of the N-type impurities in the second portions 110a and 110b is as high as 1 × 20 atms / cm 3 or more, there is practically no problem.

【0073】図21に、このことを実証するための実験
の結果を示す。図21は、N型不純物濃度が1×1020
/cm3の半導体基板にP型不純物(BF2)をイオン注
入した場合に、P型不純物のドーズ量の変化に応じて、
基板表面に金属電極を接続した場合のコンタクト抵抗が
どのように変化するかを実測した結果を、グラフ化した
図である。
FIG. 21 shows the result of an experiment for demonstrating this. FIG. 21 shows that the N-type impurity concentration is 1 × 10 20.
When a P-type impurity (BF 2 ) is ion-implanted into a semiconductor substrate of / cm 3 in accordance with the change in the dose amount of the P-type impurity,
It is the figure which made the graph the result of having measured how contact resistance changes when a metal electrode was connected to the substrate surface.

【0074】P型不純物の導入量を増やしていくにつれ
てコンタクト抵抗も徐々に増大していくが、ドーズ量が
1×1015atms/cm2(不純物濃度でみると、N
型基板の不純物の1/3程度)であっても、コンタクト
抵抗は24Ω程度であり、十分に低いコンタクト抵抗
(ソースコンタクト抵抗)が実現されることがわかる。
The contact resistance gradually increases as the introduction amount of the P-type impurity increases, but the dose amount is 1 × 10 15 atms / cm 2 (in terms of impurity concentration, N
Even if it is about 1/3 of the impurities of the mold substrate), the contact resistance is about 24Ω, and it can be seen that a sufficiently low contact resistance (source contact resistance) is realized.

【0075】一方、P型不純物のドーズ量が1×1015
atms/cm2程度であれば、ボディP層20の表面
の不純物濃度は問題のないレベルとなり、ボディP層に
対するコンタクト抵抗も低く抑えられる。よって、寄生
トランジスタがオンしにくくなり、素子破壊も抑制でき
る。
On the other hand, the dose of P-type impurities is 1 × 10 15.
If it is about atms / cm 2 , the impurity concentration on the surface of the body P layer 20 is at a level without any problem, and the contact resistance with respect to the body P layer can be suppressed low. Therefore, it is difficult for the parasitic transistor to turn on, and element destruction can be suppressed.

【0076】工程12 900℃,30分程度のアニールによりイオン注入され
たBF2が活性化され、図12に示すようにボディP層
20の表面にP+層130が形成される。上述のよう
に、問題のないボディP領域へのコンタクト抵抗とな
り、寄生バイポーラトランジスタ動作に伴う素子破壊も
抑制することが可能である。
Step 12 The ion-implanted BF 2 is activated by annealing at 900 ° C. for about 30 minutes, and a P + layer 130 is formed on the surface of the body P layer 20 as shown in FIG. As described above, it becomes a contact resistance to the body P region without any problem, and it is possible to suppress the element destruction due to the operation of the parasitic bipolar transistor.

【0077】工程13 必要に応じて、図13に示すように、サイドウオール1
10a,110bを除去する。
Step 13 If necessary, as shown in FIG.
10a and 110b are removed.

【0078】本工程におけるデバイスの平面図および断
面図が図18(a)〜(c)に示される。(a)はデバ
イスの平面図であり、(b)は(a)におけるA−A線
に沿う断面図であり、(c)は(a)におけるB−B線
に沿う断面図である。
Plan views and cross-sectional views of the device in this step are shown in FIGS. 18 (a) to 18 (c). (A) is a top view of a device, (b) is sectional drawing which follows the AA line in (a), (c) is sectional drawing which follows the BB line in (a).

【0079】以上説明したの製造プロセスのフローを図
22に示す。
The flow of the manufacturing process described above is shown in FIG.

【0080】すなわち、まず、トレンチマスクを形成し
(ステップ300)、N型不純物を導入し(ステップ3
02)、続いてサイドウオールを形成(ステップ30
4)する。
That is, first, a trench mask is formed (step 300) and N-type impurities are introduced (step 3).
02), followed by formation of sidewalls (step 30)
4) Do.

【0081】次に、トレンチを形成し(ステップ30
6)、犠牲酸化,犠牲酸化膜の除去,ゲート酸化を行っ
て、トレンチに沿ってストライプ状のソース領域の第1
の部分を形成する(ステップ308)。
Next, a trench is formed (step 30).
6), sacrificial oxidation, removal of the sacrificial oxide film, and gate oxidation are performed to form the first stripe-shaped source region along the trench.
Is formed (step 308).

【0082】次に、ゲート電極を形成し(ステップ31
0)、キャップ酸化を行う(ステップ312)。
Next, a gate electrode is formed (step 31
0), cap oxidation is performed (step 312).

【0083】次に、トレンチに直交する方向にレジスト
マスクを形成し(ステップ314)、続いて、N型不純
物を導入して熱処理することによって梯子状のソース領
域を形成する(ステップ316)。
Next, a resist mask is formed in a direction orthogonal to the trench (step 314), and subsequently, N-type impurities are introduced and heat treatment is performed to form a ladder-shaped source region (step 316).

【0084】次に、ソースの第1の部分を覆うサイドウ
オールを形成し(ステップ318)、このサイドウオー
ルをマスクとして用いてP型不純物を導入し、ボディP
層の表面にP+層を形成する(ステップ320)。
Next, a sidewall is formed to cover the first portion of the source (step 318), P-type impurities are introduced using this sidewall as a mask, and the body P is removed.
A P + layer is formed on the surface of the layer (step 320).

【0085】以上説明したように、セルフアラインを何
回も連続して使用することにより、無駄なスペースのな
い極めて微細な素子の製造が可能となる。
As described above, by continuously using self-alignment many times, it is possible to manufacture an extremely fine element with no wasted space.

【0086】本発明は、トレンチを用いた半導体装置の
製造に広く適用できる。特に、MOSFET,IGB
T,絶縁ゲートサイリスタ等の縦型絶縁ゲートデバイス
の製造に広く適用可能である。
The present invention can be widely applied to the manufacture of semiconductor devices using trenches. In particular, MOSFET, IGB
It is widely applicable to the manufacture of vertical insulated gate devices such as T and insulated gate thyristors.

【0087】[0087]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の半導体装置の製造方法の実施例の、第
1の工程を示す要部の斜視断面図である。
FIG. 1 is a perspective sectional view of an essential part showing a first step of an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明の半導体装置の製造方法の実施例の、第
2の工程を示す要部の斜視断面図である。
FIG. 2 is a perspective sectional view of an essential part showing a second step of the embodiment of the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention.

【図3】本発明の半導体装置の製造方法の実施例の、第
3の工程を示す要部の斜視断面図である。
FIG. 3 is a perspective sectional view of an essential part showing a third step of the embodiment of the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention.

【図4】本発明の半導体装置の製造方法の実施例の、第
4の工程を示す要部の斜視断面図である。
FIG. 4 is a perspective sectional view of an essential part showing a fourth step of the embodiment of the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention.

【図5】本発明の半導体装置の製造方法の実施例の、第
5の工程を示す要部の斜視断面図である。
FIG. 5 is a perspective sectional view of an essential part showing a fifth step of the embodiment of the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention.

【図6】本発明の半導体装置の製造方法の実施例の、第
6の工程を示す要部の斜視断面図である。
FIG. 6 is a perspective sectional view of an essential part showing a sixth step of the embodiment of the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention.

【図7】本発明の半導体装置の製造方法の実施例の、第
7の工程を示す要部の斜視断面図である。
FIG. 7 is a perspective sectional view of an essential part showing a seventh step of the embodiment of the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention.

【図8】本発明の半導体装置の製造方法の実施例の、第
8の工程を示す要部の斜視断面図である。
FIG. 8 is a perspective sectional view of an essential part showing an eighth step of the embodiment of the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention.

【図9】本発明の半導体装置の製造方法の実施例の、第
9の工程を示す要部の斜視断面図である。
FIG. 9 is a perspective sectional view of an essential part showing a ninth step of the embodiment of the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention.

【図10】本発明の半導体装置の製造方法の実施例の、
第10の工程を示す要部の斜視断面図である。
FIG. 10 shows an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention,
It is isometric view sectional drawing of the principal part which shows a 10th process.

【図11】本発明の半導体装置の製造方法の実施例の、
第11の工程を示す要部の斜視断面図である。
FIG. 11 shows an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention,
It is isometric view sectional drawing of the principal part which shows the 11th process.

【図12】本発明の半導体装置の製造方法の実施例の、
第12の工程を示す要部の斜視断面図である。
FIG. 12 shows an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention,
It is isometric view sectional drawing of the principal part which shows the 12th process.

【図13】本発明の半導体装置の製造方法の実施例の、
第13の工程を示す要部の斜視断面図である。
FIG. 13 shows an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention,
It is isometric view sectional drawing of the principal part which shows the 13th process.

【図14】(a)は図2の工程におけるデバイスの平面
図であり、(b)は同じく図2の工程におけるデバイス
の断面図である。
14A is a plan view of the device in the step of FIG. 2, and FIG. 14B is a cross-sectional view of the device in the step of FIG.

【図15】(a)は図3の工程におけるデバイスの平面
図であり、(b)は同じく図3の工程におけるデバイス
の断面図である。
15A is a plan view of the device in the process of FIG. 3, and FIG. 15B is a sectional view of the device in the process of FIG.

【図16】(a)は図5の工程におけるデバイスの平面
図であり、(b)は同じく図5の工程におけるデバイス
の断面図である。
16A is a plan view of the device in the step of FIG. 5, and FIG. 16B is a sectional view of the device in the step of FIG.

【図17】(a)は図7の工程におけるデバイスの平面
図であり、(b)は(a)の平面図におけるA−A線に
沿うデバイスの断面図であり、(c)は(a)の平面図
におけるB−B線に沿うデバイスの断面図である。
17 (a) is a plan view of the device in the step of FIG. 7, (b) is a cross-sectional view of the device taken along the line AA in the plan view of (a), and (c) is (a). FIG. 4B is a cross-sectional view of the device taken along the line BB in the plan view of FIG.

【図18】(a)は図13の工程におけるデバイスの平
面図であり、(b)は(a)の平面図におけるA−A線
に沿うデバイスの断面図であり、(c)は(a)の平面
図におけるB−B線に沿うデバイスの断面図である。
18A is a plan view of the device in the step of FIG. 13, FIG. 18B is a sectional view of the device taken along the line AA in the plan view of FIG. 13A, and FIG. FIG. 4B is a cross-sectional view of the device taken along the line BB in the plan view of FIG.

【図19】図1〜図13の工程を経て製造される、縦型
MOSFETの要部の断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view of a main part of a vertical MOSFET manufactured through the steps of FIGS.

【図20】図19のデバイスの等価回路を示す図であ
る。
FIG. 20 is a diagram showing an equivalent circuit of the device of FIG.

【図21】N型不純物濃度が1×1020/cm3のシリ
コン基板の表面にP型不純物(BF2)をイオン注入し
た場合の、そのN型領域のコンタクト抵抗の変化を実測
した結果を示す図である。
FIG. 21 shows a result of actual measurement of a change in contact resistance in the N-type region when P-type impurity (BF 2 ) is ion-implanted into the surface of a silicon substrate having an N-type impurity concentration of 1 × 10 20 / cm 3. FIG.

【図22】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製
造方法のプロセスフローを示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing a process flow of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図23】(a)はパワーMOSFET(UMOS)に
おける素子破壊のメカニズムを説明するためのデバイス
の断面図であり、(b)は(a)に示されるデバイスの
等価回路を示す図である。
23A is a cross-sectional view of a device for explaining a device destruction mechanism in a power MOSFET (UMOS), and FIG. 23B is a diagram showing an equivalent circuit of the device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ドレイン層 20 ボディP層 30 トレンチマスク(Si34) 40a,40b サイドウオール 50a,50b トレンチ 60a,60b 梯子状ソース領域(N+)を構成する
第1の部分 70a,70b ゲート酸化膜 80a,80b ゲート電極材料層(ポリシリコン) 90a,90b キャップ酸化膜 100a,100b,100c レジストマスク 110a,110B 梯子状ソース領域(N+)を構成
する第2の部分 120a,120b サイドウオール 200 ソース電極 220 ドレイン電極
10 drain layer 20 body P layer 30 trench mask (Si 3 N 4 ) 40a, 40b sidewalls 50a, 50b trenches 60a, 60b first portions 70a, 70b forming a ladder-like source region (N + ) gate oxide film 80a , 80b Gate electrode material layer (polysilicon) 90a, 90b Cap oxide films 100a, 100b, 100c Resist masks 110a, 110B Second portions 120a, 120b constituting a ladder source region (N + ) Side wall 200 Source electrode 220 Drain electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 年生 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 平9−82954(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/336 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshio Murata, Nagachite-cho, Aichi-gun, Aichi 1-41 Yokomichi, Nagakage, Toyota Central Research Institute Co., Ltd. (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 H01L 21/336

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 トレンチゲート構造を有する半導体装置
の製造方法であって、 第2導電型の半導体層の上にトレンチ加工用マスクを形
成し、当該半導体層に第1導電型の不純物を導入する工
程と、 前記トレンチ加工用マスクの側壁に第1のサイドウォー
ルを形成する工程と、 前記トレンチ加工用マスクと前記第1のサイドウォール
とをマスクとして前記半導体層にトレンチを形成する工
程と、 前記トレンチの内壁に形成されるゲート酸化膜を介し
て、前記トレンチ内にゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の上に、前記半導体層の表面との間に段
差部を有するキャップ絶縁膜を形成する工程と、 前記第1導電型の不純物が導入された前記半導体層の少
なくとも一部の上に前記キャップ絶縁膜の段差部の側壁
に第2のサイドウォールを形成する工程と、 前記第2のサイドウォールをマスクとして前記半導体層
に第2導電型不純物を導入する工程とを含むことを特徴
とする半導体装置の製造方法。
1. A semiconductor device having a trench gate structure.
And forming a trench processing mask on the second conductive type semiconductor layer.
And introducing a first conductivity type impurity into the semiconductor layer.
And a first side wall on the side wall of the trench processing mask.
Forming a trench , the trench processing mask, and the first sidewall
And a mask to form a trench in the semiconductor layer.
Through a degree, the gate oxide film formed on an inner wall of the trench
A step of forming a gate electrode in the trench, and a step between the gate electrode and the surface of the semiconductor layer.
A step of forming a cap insulating film having a difference portion, and a step of forming a small amount of the semiconductor layer in which the impurity of the first conductivity type is introduced.
Side wall of the stepped portion of the cap insulating film on at least a part
Forming a second sidewall on the semiconductor layer , and using the second sidewall as a mask
And a step of introducing an impurity of the second conductivity type into
And a method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】 請求項1において、 前記キャップ絶縁膜は、前記ゲート電極の表面を酸化す
ることにより形成されることを特徴とする半導体装置の
製造方法。
2. The cap insulating film according to claim 1, wherein the surface of the gate electrode is oxidized.
Of a semiconductor device characterized by being formed by
Production method.
【請求項3】 請求項1または2において、 前記半導体層の第1導電型の不純物が導入された領域に
対する前記第2のサイドウォールの端部の位置は、前記
ゲート電極の上に形成されたキャップ絶縁膜の位置を基
準として決定されることを特徴とする半導体装置の製造
方法。
3. The semiconductor layer according to claim 1 , wherein a region of the semiconductor layer in which an impurity of a first conductivity type is introduced is used.
The position of the end of the second sidewall with respect to
Based on the position of the cap insulation film formed on the gate electrode
Manufacturing of semiconductor devices characterized by being determined as quasi
Method.
JP32221696A 1996-11-18 1996-11-18 Method for manufacturing semiconductor device Expired - Fee Related JP3489358B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32221696A JP3489358B2 (en) 1996-11-18 1996-11-18 Method for manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32221696A JP3489358B2 (en) 1996-11-18 1996-11-18 Method for manufacturing semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10150191A JPH10150191A (en) 1998-06-02
JP3489358B2 true JP3489358B2 (en) 2004-01-19

Family

ID=18141255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP32221696A Expired - Fee Related JP3489358B2 (en) 1996-11-18 1996-11-18 Method for manufacturing semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3489358B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7863679B2 (en) 2006-10-23 2011-01-04 Renesas Electronics Corporation Semiconductor apparatus and method of manufacturing the same
US8334541B2 (en) 2010-07-16 2012-12-18 Denso Corporation SiC semiconductor device
US8975139B2 (en) 2011-09-22 2015-03-10 Denso Corporation Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3647676B2 (en) 1999-06-30 2005-05-18 株式会社東芝 Semiconductor device
JP3293603B2 (en) 1999-09-17 2002-06-17 トヨタ自動車株式会社 Power semiconductor device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7863679B2 (en) 2006-10-23 2011-01-04 Renesas Electronics Corporation Semiconductor apparatus and method of manufacturing the same
US8334541B2 (en) 2010-07-16 2012-12-18 Denso Corporation SiC semiconductor device
US8975139B2 (en) 2011-09-22 2015-03-10 Denso Corporation Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10150191A (en) 1998-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2837014B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US6916712B2 (en) MOS-gated device having a buried gate and process for forming same
US6316807B1 (en) Low on-resistance trench lateral MISFET with better switching characteristics and method for manufacturing same
US7833863B1 (en) Method of manufacturing a closed cell trench MOSFET
US5341011A (en) Short channel trenched DMOS transistor
USRE38953E1 (en) Insulated gate semiconductor device and method of manufacturing the same
US5897343A (en) Method of making a power switching trench MOSFET having aligned source regions
US4914058A (en) Grooved DMOS process with varying gate dielectric thickness
JP5334351B2 (en) Metal oxide semiconductor devices with improved performance and reliability
US6673681B2 (en) Process for forming MOS-gated power device having segmented trench and extended doping zone
JP4960543B2 (en) High density MOS gate type power device and manufacturing method thereof
US6211549B1 (en) High breakdown voltage semiconductor device including first and second semiconductor elements
US7645661B2 (en) Semiconductor device
US6238981B1 (en) Process for forming MOS-gated devices having self-aligned trenches
US6624030B2 (en) Method of fabricating power rectifier device having a laterally graded P-N junction for a channel region
US7019360B2 (en) High voltage power mosfet having a voltage sustaining region that includes doped columns formed by trench etching using an etchant gas that is also a doping source
JP2005505921A (en) Semiconductor power device having a floating island voltage sustaining layer
JP4490094B2 (en) Method of manufacturing trench metal oxide semiconductor field effect transistor device
US6521498B2 (en) Manufacture or trench-gate semiconductor devices
US8035161B2 (en) Semiconductor component
US6762458B2 (en) High voltage transistor and method for fabricating the same
JP3489358B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3164030B2 (en) Manufacturing method of vertical field effect transistor
EP0661755A1 (en) High voltage semiconductor device having improved electrical ruggedness and reduced cell pitch
JPH0832057A (en) Semiconductor device and manufacture thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20031007

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees