JP3497751B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP3497751B2 JP36086098A JP36086098A JP3497751B2 JP 3497751 B2 JP3497751 B2 JP 3497751B2 JP 36086098 A JP36086098 A JP 36086098A JP 36086098 A JP36086098 A JP 36086098A JP 3497751 B2 JP3497751 B2 JP 3497751B2
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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、半導体装置および
その製造方法に係り、特にトレンチの側壁をチャネル領
域とするMOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタ)あるいはIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ)のゲートコンタクトの構造およびその形成方
法に関するものであり、例えばパワーデバイスに使用さ
れる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a gate contact of a MOSFET (insulated gate type field effect transistor) or an IGBT (insulated gate type bipolar transistor) having a trench sidewall as a channel region. And a method for forming the same, and is used, for example, in a power device.

【0002】[0002]

【従来の技術】パワーデバイスの一種として、半導体基
板上にトレンチの側壁をチャネル領域とするトレンチM
OSFETを多数並設した半導体装置(以下、U−MO
Sと記す)あるいは半導体基板上にトレンチIGBTを
多数並設した半導体装置(以下、U−IGBTと記す)
が知られている。
2. Description of the Related Art As a kind of power device, a trench M having a sidewall of a trench as a channel region is formed on a semiconductor substrate.
A semiconductor device in which a large number of OSFETs are arranged in parallel (hereinafter referred to as U-MO
S) or a semiconductor device in which a large number of trench IGBTs are arranged side by side on a semiconductor substrate (hereinafter referred to as U-IGBT).
It has been known.

【0003】図6(a)乃至(c)は、従来のU−MO
Sの製造工程を概略的に示している。図7(a)は図6
(c)中のA−A´線に沿う断面構造を概略的に示して
おり、図7(b)は、図6(c)中のB´−B線に沿う
断面構造を概略的に示している。
FIGS. 6A to 6C show a conventional U-MO.
The manufacturing process of S is shown schematically. FIG. 7 (a) is shown in FIG.
FIG. 7B schematically shows a sectional structure taken along the line AA ′ in FIG. 6C, and FIG. 7B schematically shows a sectional structure taken along the line B′-B in FIG. 6C. ing.

【0004】以下、図6(a)乃至(c)、図7
(a)、(b)を参照しながら従来のU−MOSの製造
工程の概要を説明する。
Hereinafter, FIGS. 6A to 6C and FIG.
An outline of a conventional U-MOS manufacturing process will be described with reference to (a) and (b).

【0005】まず、シリコン基板(ドレイン領域)13
の表層部に、図6(a)に示すようなソースパターン
1、ベースパターン2に基づいて、ベース領域12を形
成し、このベース領域12の表層部にソース領域11を
形成する。
First, the silicon substrate (drain region) 13
A base region 12 is formed in the surface layer portion of the above, based on the source pattern 1 and the base pattern 2 as shown in FIG. 6A, and a source region 11 is formed in the surface layer portion of the base region 12.

【0006】次に、前記ソース領域11中に、図6
(b)に示すような格子パターン3を有する多数のトレ
ンチを前記ベース領域12を貫通して前記ドレイン領域
13中に達する深さまで形成する。
Next, in the source region 11, as shown in FIG.
A large number of trenches having the lattice pattern 3 as shown in FIG. 3B are formed to penetrate the base region 12 and reach the inside of the drain region 13.

【0007】この際、ソース領域11中の一部に後述す
るゲート電極引き出し部を形成するために、上記ソース
領域11中の一部には前記格子状のトレンチを形成しな
い。つまり、前記トレンチの格子パターンの一部は欠落
した状態になっている。
At this time, in order to form a gate electrode lead-out portion described later in a part of the source region 11, the lattice-shaped trenches are not formed in a part of the source region 11. That is, a part of the lattice pattern of the trench is missing.

【0008】この後、トレンチの内壁面を含む基板表面
上にゲート絶縁膜(例えばSiO2膜)9を形成する。
After that, a gate insulating film (eg, SiO 2 film) 9 is formed on the surface of the substrate including the inner wall surface of the trench.

【0009】次に、ゲート電極を形成するために、不純
物がドープされたポリシリコン8をトレンチの内部に埋
め込むとともに基板上(ゲート絶縁膜9上)の全面に堆
積させる。
Next, in order to form a gate electrode, impurity-doped polysilicon 8 is buried in the trench and deposited on the entire surface of the substrate (gate insulating film 9).

【0010】この後、図6(c)に示すようなトレンチ
・ゲート引き出しパターン4に基づいて、前記ドープト
ポリシリコン8のパターニングを行い、前記トレンチの
格子状パターンの欠落部へゲート電極を引き出すための
ゲート電極コンタクト用の広いパッド8aおよびこれを
トレンチ内のゲート電極に接続するための接続パターン
を残す。
Thereafter, the doped polysilicon 8 is patterned based on the trench / gate drawing pattern 4 as shown in FIG. 6 (c), and the gate electrode is drawn to the missing portion of the lattice pattern of the trench. A wide pad 8a for contacting the gate electrode and a connection pattern for connecting this to the gate electrode in the trench are left.

【0011】次に、基板上の全面に層間絶縁膜15を堆
積させた後、前記ゲート電極コンタクト用のパッド8a
上で前記層間絶縁膜15にゲート電極引き出し用の大き
なコンタクトホールを開口するとともに、前記トレンチ
の開口周辺部の層間絶縁膜およびその下の基板表面のゲ
ート絶縁膜にソース・ベース引き出し用の開口部を形成
する。
Next, after depositing an interlayer insulating film 15 on the entire surface of the substrate, the pad 8a for contacting the gate electrode is formed.
A large contact hole for drawing out a gate electrode is opened above the interlayer insulating film 15, and an opening for drawing out a source / base is formed in the interlayer insulating film around the opening of the trench and the gate insulating film on the substrate surface thereunder. To form.

【0012】次に、基板上の全面に金属配線層(例えば
アルミ配線層)をスパッタ法により形成し、所要のパタ
ーニングを行ってソース・ベース電極10およびゲート
電極16を形成する。さらに、基板裏面にはドレイン電
極(図示せず)を形成する。
Next, a metal wiring layer (for example, an aluminum wiring layer) is formed on the entire surface of the substrate by a sputtering method, and required patterning is performed to form the source / base electrode 10 and the gate electrode 16. Further, a drain electrode (not shown) is formed on the back surface of the substrate.

【0013】ところで、パワーU−MOSは、近年、さ
らなる小型化、省エネルギー化、低価格化が市場から要
求されており、例えばソース領域のストライプパターン
およびそのピッチをそれぞれ0.8μm程度、ゲートト
レンチの幅を0.35μm程度に微細化する必要があ
る。
By the way, in recent years, the power U-MOS has been required from the market for further miniaturization, energy saving, and cost reduction. For example, the stripe pattern of the source region and its pitch are each about 0.8 μm, and the gate trench of the gate trench. It is necessary to reduce the width to about 0.35 μm.

【0014】しかし、このような微細化に伴い、ゲート
絶縁膜にソース・ベース引き出し用の開口部の底面にお
けるソース・ベース電極10とベース領域12・ソース
領域11とのコンタクト面積が不足し、そのコンタクト
部のコンタクト抵抗が高くなるおそれがある。
However, with such miniaturization, the contact area between the source / base electrode 10 and the base region 12 / source region 11 on the bottom surface of the opening for source / base extraction in the gate insulating film becomes insufficient. The contact resistance of the contact part may increase.

【0015】なお、上記U−MOSの使用に際して、通
常は、ソースS・バックゲート領域(ベース領域B)を
接地し、ドレインDに例えば20〜500Vの電圧を印
加するが、トレンチゲートを有する他のパワーデバイ
ス、例えばU−IGBTのようにドレインDに例えば5
00V以上の電圧を印加して使用するデバイスにおいて
も、前記したような問題が生じる。
When using the above U-MOS, the source S / back gate region (base region B) is normally grounded and a voltage of 20 to 500 V is applied to the drain D, but other than having a trench gate. Power device, such as a U-IGBT drain D for example 5
The above-mentioned problems also occur in a device that is used by applying a voltage of 00 V or more.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
U−MOSやU−IGBTは、パターンの微細化に伴
い、ソース・ベース電極とベース領域・ソース領域との
コンタクト面積が不足し、そのコンタクト部のコンタク
ト抵抗が高くなるという問題があった。
As described above, in the conventional U-MOS and U-IGBT, the contact area between the source / base electrode and the base region / source region becomes insufficient due to the miniaturization of the pattern. There is a problem that the contact resistance of the contact portion becomes high.

【0017】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、U−MOSやU−IGBTにおけるパターン
の微細化に伴うソース・ベース電極とソース領域・ベー
ス領域とのコンタクト面積の不足を解消でき、しかも、
ゲート電極とゲート電極コンタクト用パッドとのコンタ
クト面積を十分に確保し得る半導体装置およびその製造
方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the shortage of the contact area between the source / base electrode and the source region / base region due to the miniaturization of the pattern in the U-MOS or U-IGBT. Can be resolved, and
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can ensure a sufficient contact area between the gate electrode and the gate electrode contact pad.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
MOSトランジスタのドレイン領域となる第1導電型の
シリコン基板と、前記シリコン基板の表層部に形成さ
れ、前記第1導電型とは逆の第2導電型の半導体層から
なり、前記MOSトランジスタのバックゲート領域とな
るベース領域と、前記ベース領域の表層部に形成された
第1導電型のソース領域と、前記ソース領域中に前記ベ
ース領域を貫通する深さまで形成されたゲート電極用ト
レンチと、前記ゲート電極用トレンチの内壁面および開
口周縁部の基板表面ならびに前記ゲート引き出し領域の
基板表面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート電極
用トレンチの内部に埋め込まれた埋め込みゲート電極
と、前記埋め込みゲート電極に連なり、前記ゲート引き
出し領域のゲート絶縁膜上に形成されたドープトポリシ
リコンからなるゲート電極引き出し用パッドと、前記ゲ
ート絶縁膜上および前記ゲート電極引き出し用パッドを
含む基板上に堆積され、前記ソース領域内に存在する各
トレンチ相互間の中間部上にそれぞれソース・ベース引
き出し用の開口部が形成されるとともに前記ゲート引き
出し領域の内部領域上に複数のゲート引き出し電極コン
タクト用のホールが開口された層間絶縁膜と、前記複数
のソース・ベース引き出し用の開口部のそれぞれの下方
部で前記ベース領域に達する深さに形成されたソース・
ベースコンタクト用トレンチと、前記複数のゲート電極
コンタクト用のホールのそれぞれの下方部で前記ゲート
電極引き出し用パッドに形成されたゲート引き出し電極
コンタクト用トレンチと、前記層間絶縁膜の一部上およ
びそれに連なるように前記複数のソース・ベース引き出
し用の開口部とソース・ベースコンタクト用トレンチ内
に形成され、前記ソース領域内に存在する各トレンチ相
互間の中間部のソース領域およびベース領域に接続され
たソース・ベース電極と、前記層間絶縁膜の一部上およ
びそれに連なるように前記複数のゲート引き出し電極コ
ンタクト用のホールとゲート引き出し電極コンタクト用
トレンチ内に形成され、前記ゲート電極引き出し用パッ
ドに接続されたゲート引き出し電極とを具備することを
特徴とする。
The semiconductor device of the present invention comprises:
The MOS transistor includes a first conductivity type silicon substrate serving as a drain region of the MOS transistor and a second conductivity type semiconductor layer formed on the surface layer of the silicon substrate and opposite to the first conductivity type. A base region serving as a gate region, a first conductivity type source region formed in a surface layer portion of the base region, a gate electrode trench formed in the source region to a depth penetrating the base region, A gate insulating film formed on the inner wall surface of the gate electrode trench and the substrate surface at the peripheral edge of the opening and on the substrate surface of the gate extraction region, a buried gate electrode buried in the gate electrode trench, and the buried gate A gate made of doped polysilicon that is continuous with the electrode and is formed on the gate insulating film in the gate extraction region. An opening for source / base extraction is formed on a pole extraction pad and a substrate including the gate insulating film and the gate electrode extraction pad on an intermediate portion between the trenches existing in the source region. An interlayer insulating film in which a plurality of holes are formed on the inner region of the gate extraction region and for forming a plurality of gate extraction electrode contacts, and a lower portion of each of the plurality of source / base extraction openings. Source formed to a depth reaching the base region
A base contact trench, a gate lead-out electrode contact trench formed in the gate electrode lead-out pad at a lower part of each of the plurality of gate electrode contact holes, and a part of the interlayer insulating film and a continuous line therewith. Source formed in the plurality of source / base leading openings and source / base contact trenches and connected to the source region and the base region in the middle between the trenches existing in the source region. A base electrode, a part of the interlayer insulating film, and a plurality of holes for contacting the gate extraction electrode and a trench for contacting the gate extraction electrode formed so as to be continuous therewith, and connected to the pad for extracting the gate electrode And a gate extraction electrode.

【0019】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
第1導電型のシリコン基板の表層部に前記第1導電型と
は逆の第2導電型のベース領域を形成する工程と、前記
ベース領域の表層部に第1導電型のソース領域を形成す
る工程と、前記ソース領域中に埋め込みゲート用パター
ンを有するゲート電極用トレンチを前記ベース領域を貫
通する深さまで形成した後、トレンチの内壁面を含む基
板表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、基板上全面に
ドープトポリシリコンを堆積するとともに前記ゲート電
極用トレンチの内部にゲート電極用のドープトポリシリ
コンを埋め込み、前記基板上のドープトポリシリコンを
パターニングして前記ゲート引き出し領域のゲート絶縁
膜上にゲート電極引き出し用パッドを形成する工程と、
前記基板上の全面に層間絶縁膜を堆積させる工程と、前
記層間絶縁膜に対して、前記ソース領域内に存在する各
ゲート電極用トレンチ相互間の中間部上にそれぞれソー
ス・ベース引き出し用の開口部を形成するとともに、前
記ゲート電極引き出し用パッド上にそれぞれ前記ソース
・ベース引き出し用の開口部よりも開口幅が小さい複数
のゲート引き出し電極コンタクト用のホールを開口する
工程と、前記ソース・ベース引き出し用の開口部の下方
部で前記ベース領域に達する深さにソース・ベースコン
タクト用トレンチを形成するとともに、前記ゲート引き
出し電極コンタクト用のホールの下方部で前記ゲート電
極引き出し用パッドにゲート引き出し電極コンタクト用
トレンチを形成する工程と、前記基板上の全面に金属層
を形成するとともに前記ソース・ベースコンタクト用ト
レンチおよびゲート引き出し電極コンタクト用トレンチ
に金属を埋め込む工程と、所要のパターニングを行い、
前記ソース・ベースコンタクト用トレンチに連なるソー
ス・ベース電極および前記ゲート引き出し電極コンタク
ト用トレンチに連なるゲート電極を形成する工程とを具
備することを特徴とする。
The semiconductor device manufacturing method of the present invention is
Forming a base region of a second conductivity type opposite to the first conductivity type on the surface layer of the first conductivity type silicon substrate; and forming a source region of the first conductivity type on the surface layer of the base region. A step of forming a gate electrode trench having a buried gate pattern in the source region to a depth penetrating the base region, and then forming a gate insulating film on the substrate surface including the inner wall surface of the trench; A gate insulating film in the gate lead-out region is formed by depositing doped polysilicon on the entire upper surface and burying the doped polysilicon for the gate electrode in the trench for the gate electrode and patterning the doped polysilicon on the substrate. A step of forming a pad for drawing the gate electrode on the upper surface,
A step of depositing an interlayer insulating film on the entire surface of the substrate; and an opening for source / base extraction on an intermediate portion between the gate electrode trenches existing in the source region with respect to the interlayer insulating film. And forming a plurality of holes for contacting the gate extraction electrode on the gate electrode extraction pad, each of which has a smaller opening width than the opening for extracting the source / base, and the source / base extraction. A source / base contact trench is formed at a depth reaching the base region below a gate opening, and a gate lead-out electrode contact is formed on the gate electrode lead-out pad below the gate lead-out electrode contact hole. And forming a metal trench on the entire surface of the substrate. Burying a metal on the source base contact trenches and the gate lead-out electrode contact trenches, performs a required patterning,
Forming a source / base electrode connected to the source / base contact trench and a gate electrode connected to the gate extraction electrode contact trench.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0021】まず、本発明の概要を説明する。First, the outline of the present invention will be described.

【0022】U−MOSの微細化の手法として、図2
(b)に示すように、層間絶縁膜15に開口されている
ソース・ベース引き出し用の開口部の底面中央部の基板
表層部(ベース領域12表層部)のソース領域11に、
ソース領域11より深くコンタクト用のトレンチを形成
し、このコンタクトトレンチにゲート絶縁膜9を介して
ソース・ベース電極10の一部を埋め込む。
As a method of miniaturizing the U-MOS, FIG.
As shown in (b), in the source region 11 of the substrate surface layer portion (base region 12 surface layer portion) at the center of the bottom surface of the source / base extraction opening opened in the interlayer insulating film 15,
A contact trench is formed deeper than the source region 11, and a part of the source / base electrode 10 is buried in the contact trench via the gate insulating film 9.

【0023】このような構造により、ソース領域11・
ベース領域12とソース・ベース電極10とのコンタク
ト面積を稼ぎ、そのコンタクト部のコンタクト抵抗を低
減させる。
With such a structure, the source region 11
The contact area between the base region 12 and the source / base electrode 10 is increased, and the contact resistance of the contact portion is reduced.

【0024】一方、前記コンタクトトレンチを形成する
際に、例えばRIE(反応性イオンエッチング)により
ソース領域11・ベース領域12をエッチングすると、
同時に、ゲート電極コンタクト用のパッド8aのうちで
その上部の層間絶縁膜15に開口されているゲート電極
引き出し用のコンタクトホールの底面に対応する部分も
エッチングされる。この場合、ソース領域11・ベース
領域12のシリコンよりもゲート電極コンタクト用のパ
ッド8aのドープトポリシリコンの方がエッチングレー
トが大きい。
On the other hand, when forming the contact trench, if the source region 11 and the base region 12 are etched by, for example, RIE (reactive ion etching),
At the same time, the portion of the gate electrode contact pad 8a corresponding to the bottom surface of the contact hole for leading out the gate electrode, which is opened in the interlayer insulating film 15 above the pad 8a, is also etched. In this case, the etching rate of the doped polysilicon of the gate electrode contact pad 8a is higher than that of the silicon of the source region 11 and the base region 12.

【0025】いま、層間絶縁膜15の厚さが例えば1.
2μm程度、ゲート電極コンタクト用パッド8aの厚さ
が例えば0.5程度、ソース領域11の深さが例えば
0.3〜0.5μm程度、ベース領域12の深さが例え
ば0.7μm程度であるとして、ソース・ベース引き出
し用の開口部の開口幅が0.8μmである場合に、コン
タクトトレンチの深さが例えば0.5μm程度となるよ
うにエッチングするものと仮定する。
Now, the thickness of the interlayer insulating film 15 is, for example, 1.
The thickness of the gate electrode contact pad 8a is, for example, about 0.5, the depth of the source region 11 is, for example, about 0.3 to 0.5 μm, and the depth of the base region 12 is, for example, about 0.7 μm. Assuming that the etching is performed so that the depth of the contact trench becomes, for example, about 0.5 μm when the opening width of the source / base extraction opening is 0.8 μm.

【0026】この際、同時にエッチングされるゲート電
極コンタクト用のパッド8aの厚さ(0.5μm程度)
とその下側の基板表面上のゲート絶縁膜9の厚さとの合
計がプロセスのばらつきにより前記コンタクトトレンチ
の深さと同等、あるいはそれより小さかった場合を考え
る。
At this time, the thickness (about 0.5 μm) of the gate electrode contact pad 8a which is simultaneously etched.
Consider a case where the sum of the thickness of the gate insulating film 9 on the surface of the substrate and the thickness thereof is equal to or smaller than the depth of the contact trench due to process variations.

【0027】この場合には、ゲート引き出し用のコンタ
クトホールの底面がパッド8aの下方のベース領域12
の一部に達することになり、後の工程でゲート電極16
を形成した時、上記コンタクトホールを通じてゲート電
極16とベース領域12とが短絡接続されるという問題
が生じる。
In this case, the bottom surface of the contact hole for pulling out the gate has the base region 12 below the pad 8a.
Of the gate electrode 16 in a later step.
When this is formed, there is a problem that the gate electrode 16 and the base region 12 are short-circuited and connected through the contact hole.

【0028】また、前記コンタクトトレンチを形成する
際のRIEのエッチャントとして例えばBrを用いる
と、同時にエッチングされるゲート電極コンタクト用の
パッド8aにマイクローディング効果が存在することを
考慮する必要がある。
If Br is used as an etchant for RIE when forming the contact trench, it is necessary to consider that the pad 8a for contacting the gate electrode, which is simultaneously etched, has a microphone loading effect.

【0029】このマイクローディング効果は、所定のエ
ッチャントを用いたRIEに際して、例えば図3に示す
特性のように、ポリシリコン(パッド8aの材質)のエ
ッチングレートがパッド上部の層間絶縁膜15のゲート
引き出し用のコンタクトホールの開口幅に依存(円形ホ
ールの場合には半径に依存)して変化することをいう。
The microphone loading effect is that, in RIE using a predetermined etchant, the etching rate of polysilicon (the material of the pad 8a) is the gate extraction of the interlayer insulating film 15 above the pad as shown in FIG. 3, for example. It depends on the opening width of the contact hole (for a circular hole, it depends on the radius).

【0030】図3に示す特性から、ドープトポリシリコ
ン8aのエッチングレートは、エッチングマスクの開口
幅が大きいほど大きくなることが分かる。したがって、
前記したようにゲート引き出し用のコンタクトホールの
底面がパッド8aの下方のベース領域12に達すること
を防止するためには、前記ゲート引き出し用のコンタク
トホールの開口幅を小さくすることが望ましい。
From the characteristics shown in FIG. 3, it can be seen that the etching rate of the doped polysilicon 8a increases as the opening width of the etching mask increases. Therefore,
As described above, in order to prevent the bottom surface of the contact hole for pulling out the gate from reaching the base region 12 below the pad 8a, it is desirable to reduce the opening width of the contact hole for pulling out the gate.

【0031】しかし、単にゲート引き出し用のコンタク
トホールの開口幅を小さくしたのでは、ゲート電極16
とゲート電極コンタクト用のパッド8aとのコンタクト
面積が不足し、そのコンタクト部のコンタクト抵抗が高
くなるおそれがある。
However, if the opening width of the contact hole for extracting the gate is simply reduced, the gate electrode 16
There is a possibility that the contact area between the pad and the gate electrode contact pad 8a becomes insufficient, and the contact resistance of the contact portion becomes high.

【0032】因みに、ゲート引き出し用のコンタクトホ
ールの開口幅が10μm□のもの(現行の約100μm
□に比べて小さい)を試作した結果、ゲートコンタクト
部のコンタクト抵抗が高くなり、U−MOSの閾値電
圧、出力信号の波形に悪影響が生じることが確認され
た。
By the way, the contact hole for gate extraction has an opening width of 10 μm (about 100 μm at present).
It was confirmed that the contact resistance of the gate contact portion was increased, which adversely affected the threshold voltage of the U-MOS and the waveform of the output signal.

【0033】そこで、前記ソース・ベース引き出し用の
開口部よりも開口幅が小さいゲート引き出し用のコンタ
クトホールを、例えば行列状の配列で多数設け、多数の
ゲート引き出し用のコンタクトホールの全体の開口面積
が例えば100μm□以上となるように形成するものと
する。
Therefore, a large number of contact holes for gate extraction having a smaller opening width than the opening for source / base extraction are provided, for example, in a matrix arrangement, and the total opening area of the contact holes for gate extraction is large. Is, for example, 100 μm □ or more.

【0034】<第1実施例>図1(a)乃至(d)は、
本発明の第1実施例に係るU−MOSの製造工程を概略
的に示している。
<First Embodiment> FIGS. 1A to 1D show
1 schematically shows a manufacturing process of a U-MOS according to a first embodiment of the present invention.

【0035】図2(a)は図1(d)中のA−A´線に
沿う断面構造を概略的に示しており、図2(b)は、図
1(c)中のB´−B線に沿う断面構造を概略的に示し
ている。
FIG. 2 (a) schematically shows a sectional structure taken along the line AA 'in FIG. 1 (d), and FIG. 2 (b) is B'- in FIG. 1 (c). The cross-sectional structure along the line B is schematically shown.

【0036】以下、図1(a)乃至(d)、図2
(a)、(b)を参照しながら第1実施例に係るU−M
OSの製造工程を説明する。
Hereinafter, FIGS. 1 (a) to 1 (d) and FIG.
The UM according to the first embodiment with reference to (a) and (b)
The manufacturing process of the OS will be described.

【0037】まず、ドレイン領域となるn型の半導体基
板(例えばシリコン基板)13の表層部に、例えば図1
(a)に示すようなベースパターン2およびソースパタ
ーン1に基づいて、p型のベース領域(バックゲート領
域)12を形成した後、このベース領域12の内部領域
の表層部にn型のソース領域11を形成する。
First, for example, as shown in FIG.
After a p-type base region (back gate region) 12 is formed based on the base pattern 2 and the source pattern 1 as shown in (a), an n-type source region is formed on the surface layer portion of the internal region of the base region 12. 11 is formed.

【0038】次に、前記ソース領域11中に、例えば図
1(b)に示すような格子状のパターン3を有する多数
のゲート用トレンチを前記ベース領域12を貫通して前
記ドレイン領域13中に達する深さまで形成する。
Next, in the source region 11, for example, a large number of gate trenches having a grid-like pattern 3 as shown in FIG. 1B are penetrated through the base region 12 into the drain region 13. Form to the depth it reaches.

【0039】この際、ソース領域11中の一部に後述す
るゲート電極引き出し部を形成するために、上記ソース
領域11中の一部には前記格子状のトレンチを形成しな
い。つまり、前記格子状のパターンの一部は欠落した状
態(ゲート用トレンチパターンの欠落部を3aで示す)
になっている。
At this time, in order to form a gate electrode lead-out portion which will be described later in a part of the source region 11, the lattice-shaped trenches are not formed in a part of the source region 11. That is, a part of the grid-like pattern is missing (the missing part of the gate trench pattern is indicated by 3a).
It has become.

【0040】この後、トレンチの内壁面を含む基板表面
上にゲート絶縁膜(例えばSiO2膜)9を形成する。
Thereafter, a gate insulating film (eg, SiO 2 film) 9 is formed on the surface of the substrate including the inner wall surface of the trench.

【0041】次に、ゲート電極を形成するために、不純
物がドープされたポリシリコン8をトレンチの内部に埋
め込むとともに基板上(ゲート絶縁膜9上)の全面に堆
積させる。
Next, in order to form a gate electrode, impurity-doped polysilicon 8 is buried in the trench and is deposited on the entire surface of the substrate (gate insulating film 9).

【0042】この後、図1(c)に示すようなトレンチ
・ゲート引き出しパターン4に基づいて前記ドープトポ
リシリコン8のパターニングを行い、前記ゲート用トレ
ンチパターンの欠落部3aへゲート電極を引き出すため
のゲート電極コンタクト用の広いパッド8aおよびこれ
をトレンチ内のゲート電極に接続するための接続パター
ンを残す。
Thereafter, the doped polysilicon 8 is patterned based on the trench / gate drawing pattern 4 as shown in FIG. 1C to draw the gate electrode to the missing portion 3a of the gate trench pattern. A wide pad 8a for contacting the gate electrode and a connection pattern for connecting this to the gate electrode in the trench are left.

【0043】次に、基板上の全面に層間絶縁膜として例
えばCVD法によるCVD絶縁膜15を堆積させる。こ
の後、図1(d)に示すように、前記ゲート電極コンタ
クト用のパッド8a上で層間絶縁膜15にゲート電極引
き出し用の小径のコンタクトホール15bを例えば行列
状に多数開口するとともに、ソース領域11内に存在す
るトレンチの開口周辺部の層間絶縁膜15およびその下
側の基板表面のゲート絶縁膜9にソース・ベース引き出
し用の開口部(図1(d)中には図示を省略)を形成す
る。
Then, a CVD insulating film 15 is deposited as an interlayer insulating film on the entire surface of the substrate by, for example, the CVD method. Thereafter, as shown in FIG. 1D, a plurality of small-diameter contact holes 15b for drawing out the gate electrode are formed in the interlayer insulating film 15 on the pad 8a for contacting the gate electrode, for example, in a matrix, and the source region is formed. An opening (not shown in FIG. 1D) for drawing out the source / base is formed in the interlayer insulating film 15 around the opening of the trench existing in 11 and the gate insulating film 9 on the substrate surface thereunder. Form.

【0044】この場合、ソース・ベース引き出し用の各
開口部の開口幅aよりもゲート引き出し用の各ホールの
開口幅bを小さく形成し、ゲート引き出し用のホールを
約100〜6000個の範囲内で設けることにより、ゲ
ート引き出し用ホール全体の開口面積が例えば100μ
m□以上となるように形成するものとする。
In this case, the opening width b of each hole for gate extraction is formed smaller than the opening width a of each opening for source / base extraction, and the number of holes for gate extraction is within the range of about 100 to 6000. In this case, the opening area of the entire gate extraction hole is 100 μm, for example.
It should be formed to have a size of m □ or more.

【0045】ここで、例えばa=0.8μm□、b=
0.5μm□とすれば、ゲート引き出し用のホールを約
200個設けることになる。
Here, for example, a = 0.8 μm □, b =
If it is 0.5 μm, about 200 holes for drawing out the gate will be provided.

【0046】次に、エッチャントとして例えばBrを用
いたRIEにより、図1(c)に示すように、ソース・
ベース引き出し用開口部の底面中央部の基板表層部(ベ
ース領域12表層部)のソース領域11に、ソース領域
11より深くコンタクト用のトレンチを形成する。これ
と同時に、ゲート電極コンタクト用のパッド8aのうち
でゲート電極引き出し用のホールの底面に対応する部分
もエッチングする。
Next, as shown in FIG. 1 (c), by using RIE using, for example, Br as an etchant,
A contact trench is formed deeper than the source region 11 in the source region 11 of the substrate surface layer portion (base region 12 surface layer portion) at the center of the bottom surface of the base lead-out opening. At the same time, a portion of the gate electrode contact pad 8a corresponding to the bottom surface of the gate electrode drawing hole is also etched.

【0047】この場合、ソース領域11・ベース領域1
2のシリコンよりもゲート電極コンタクト用のパッド8
aのドープトポリシリコンの方がエッチングレートが大
きい。
In this case, the source region 11 and the base region 1
Pad 8 for contacting the gate electrode rather than silicon 2
The doped polysilicon of a has a higher etching rate.

【0048】いま、層間絶縁膜15の厚さが例えば1.
2μm程度、ゲート電極コンタクト用パッド8aの厚さ
が例えば0.5程度、ソース領域11の深さが例えば
0.3〜0.5μm程度、ベース領域12の深さが例え
ば0.7μm程度であるとして、ソース・ベース引き出
し用開口部の開口幅aが0.8μm□である場合に、コ
ンタクトトレンチの深さが例えば0.5μm程度となる
ようにエッチングするものとする。
Now, the thickness of the interlayer insulating film 15 is, for example, 1.
The thickness of the gate electrode contact pad 8a is, for example, about 0.5, the depth of the source region 11 is, for example, about 0.3 to 0.5 μm, and the depth of the base region 12 is, for example, about 0.7 μm. Assuming that, when the opening width a of the source / base extraction opening is 0.8 μm □, etching is performed so that the depth of the contact trench becomes, for example, about 0.5 μm.

【0049】この際、同時にエッチングされるゲート電
極コンタクト用のパッド8aの厚さ(0.5μm程度)
とその下側の基板表面上のゲート絶縁膜9の厚さとの合
計がコンタクトトレンチの深さと同等である場合を考え
る。
At this time, the thickness (about 0.5 μm) of the gate electrode contact pad 8a which is etched at the same time
Consider a case where the sum of the thickness of the gate insulating film 9 on the surface of the substrate and the thickness thereof is equal to the depth of the contact trench.

【0050】この場合、エッチングされるゲート電極コ
ンタクト用のパッド8aのドープトポリシリコンには、
例えば図3に示した特性のようなマイクローディング効
果が存在することを考慮して前記したようにゲート引き
出し用ホールの開口幅bを小さく形成していることによ
り、ゲート引き出し用ホールの底面でパッド8aに形成
されるホールが下方のベース領域12に達することを防
止している。
In this case, the doped polysilicon of the gate electrode contact pad 8a to be etched is
For example, in consideration of the presence of the microphone loading effect such as the characteristic shown in FIG. 3, the opening width b of the gate extraction hole is formed small as described above, so that the pad is formed on the bottom surface of the gate extraction hole. The holes formed in 8a are prevented from reaching the lower base region 12.

【0051】次に、基板上の全面に金属配線層(例えば
アルミ配線層)をスパッタ法により形成し、所要のパタ
ーニングを行ってソース・ベース電極10およびゲート
電極16を形成する。さらに、基板裏面にはドレイン電
極(図示せず)を形成する。
Next, a metal wiring layer (for example, an aluminum wiring layer) is formed on the entire surface of the substrate by a sputtering method, and required patterning is performed to form the source / base electrode 10 and the gate electrode 16. Further, a drain electrode (not shown) is formed on the back surface of the substrate.

【0052】この時、コンタクトトレンチにはソース・
ベース電極10の一部が埋め込まれ、パッド8aに形成
されるホールにはゲート電極16の一部が埋め込まれる
が、ゲート電極16とベース領域12とが短絡接続され
ることはない。
At this time, the source and
Although part of the base electrode 10 is buried and part of the gate electrode 16 is buried in the hole formed in the pad 8a, the gate electrode 16 and the base region 12 are not short-circuited and connected.

【0053】図4は、上記した図2(a)、(b)の構
造を有するU−MOSの等価回路を示している。
FIG. 4 shows an equivalent circuit of the U-MOS having the structure shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).

【0054】この等価回路に示すように、ソース(S)
領域11、バックゲート(BG)領域12、ドレイン
(D)領域13、ゲート(G)電極16を有するnチャ
ネルMOSトランジスタのほかに、前記ドレイン領域1
3、ソース領域11が対応してコレクタC、エミッタE
に相当し、ベース領域12がベースBになる寄生のnp
nトランジスタが存在する。
As shown in this equivalent circuit, the source (S)
In addition to the n-channel MOS transistor having a region 11, a back gate (BG) region 12, a drain (D) region 13, and a gate (G) electrode 16, the drain region 1
3, the source region 11 corresponds to the collector C, the emitter E
And a parasitic np in which the base region 12 becomes the base B.
There are n-transistors.

【0055】即ち、図2(a)、(b)の構造を有する
U−MOSは、MOSトランジスタのドレイン領域とな
る第1導電型のシリコン基板と、前記シリコン基板の表
層部に形成され、前記第1導電型とは逆の第2導電型の
半導体層からなり、前記MOSトランジスタのバックゲ
ート領域となるベース領域と、前記ベース領域の表層部
に形成された第1導電型のソース領域と、前記ソース領
域中に前記ベース領域を貫通する深さまで形成されたゲ
ート電極用トレンチと、前記ゲート電極用トレンチの内
壁面および開口周縁部の基板表面ならびに前記ゲート引
き出し領域の基板表面に形成されたゲート絶縁膜と、前
記ゲート電極用トレンチの内部に埋め込まれた埋め込み
ゲート電極と、前記埋め込みゲート電極に連なり、前記
ゲート引き出し領域のゲート絶縁膜上に形成されたドー
プトポリシリコンからなるゲート電極引き出し用パッド
と、前記ゲート絶縁膜上および前記ゲート電極引き出し
用パッドを含む基板上に堆積され、前記ソース領域内に
存在する各トレンチ相互間の中間部上にそれぞれソース
・ベース引き出し用の開口部が形成されるとともに前記
ゲート引き出し領域の内部領域上に複数のゲート引き出
し電極コンタクト用のホールが開口された層間絶縁膜
と、前記複数のソース・ベース引き出し用の開口部のそ
れぞれの下方部で前記ベース領域に達する深さに形成さ
れたソース・ベースコンタクト用トレンチと、前記複数
のゲート電極コンタクト用のホールのそれぞれの下方部
で前記ゲート電極引き出し用パッドに形成されたゲート
引き出し電極コンタクト用トレンチと、前記層間絶縁膜
の一部上およびそれに連なるように前記複数のソース・
ベース引き出し用の開口部とソース・ベースコンタクト
用トレンチ内に形成され、前記ソース領域内に存在する
各トレンチ相互間の中間部のソース領域およびベース領
域に接続されたソース・ベース電極と、前記層間絶縁膜
の一部上およびそれに連なるように前記複数のゲート引
き出し電極コンタクト用のホールとゲート引き出し電極
コンタクト用トレンチ内に形成され、前記ゲート電極引
き出し用パッドに極用のポリシリコンに接続されたゲー
ト引き出し電極とを具備することを特徴とするものであ
る。
That is, the U-MOS having the structure shown in FIGS. 2A and 2B is formed on the first conductivity type silicon substrate which becomes the drain region of the MOS transistor and the surface layer portion of the silicon substrate. A base region which is a second conductivity type semiconductor layer opposite to the first conductivity type and serves as a back gate region of the MOS transistor; and a first conductivity type source region formed in a surface layer portion of the base region, A gate electrode trench formed in the source region to a depth penetrating the base region, a gate surface formed on the inner wall surface of the gate electrode trench and the substrate surface of the opening peripheral portion, and the substrate surface of the gate extraction region. An insulating film, a buried gate electrode buried in the trench for the gate electrode, and a gate lead-out region connected to the buried gate electrode. Of the gate electrode lead-out pad made of doped polysilicon formed on the gate insulating film, and on the substrate including the gate insulating film and the gate electrode lead-out pad, each existing in the source region. An interlayer insulating film in which an opening for source / base extraction is formed on an intermediate portion between the trenches, and a plurality of holes for contacting a gate extraction electrode are opened in an inner region of the gate extraction region; A source / base contact trench formed to a depth reaching the base region at a lower portion of each of the plurality of source / base leading openings, and a lower portion of each of the plurality of gate electrode contact holes. A gate lead-out electrode contact trench formed in the gate electrode lead-out pad; Wherein the plurality of sources so as to be continuous and on its part of the interlayer insulating film,
A source / base electrode formed in the opening for drawing out the base and the source / base contact trench and connected to the source region and the base region at an intermediate portion between the trenches existing in the source region; and the interlayer. A gate which is formed on a part of the insulating film and so as to be continuous therewith in the plurality of holes for contacting the gate extraction electrodes and in the trenches for contacting the gate extraction electrodes, and which is connected to the polar polysilicon at the gate electrode extraction pads. And a lead electrode.

【0056】また、前記第1実施例のU−MOSの製造
工程は、第1導電型のシリコン基板の表層部に前記第1
導電型とは逆の第2導電型のベース領域を形成する工程
と、前記ベース領域の表層部に第1導電型のソース領域
を形成する工程と、前記ソース領域中に埋め込みゲート
用パターンを有するゲート電極用トレンチを前記ベース
領域を貫通する深さまで形成した後、トレンチの内壁面
を含む基板表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、基板
上全面にドープトポリシリコンを堆積するとともに前記
ゲート電極用トレンチの内部にゲート電極用のドープト
ポリシリコンを埋め込み、前記基板上のドープトポリシ
リコンをパターニングして前記ゲート引き出し領域のゲ
ート絶縁膜上にゲート電極引き出し用パッドを形成する
工程と、次に、前記基板上の全面に層間絶縁膜を堆積さ
せる工程と、前記層間絶縁膜に対して、前記ソース領域
内に存在する各ゲート電極用トレンチ相互間の中間部上
にそれぞれソース・ベース引き出し用の開口部を形成す
るとともに、前記ゲート電極引き出し用パッド上にそれ
ぞれ前記ソース・ベース引き出し用の開口部よりも開口
幅が小さい複数のゲート引き出し電極コンタクト用のホ
ールを開口する工程と、前記ソース・ベース引き出し用
のコンタクトホールの下方部で前記ベース領域に達する
深さにソース・ベースコンタクト用トレンチを形成する
とともに、前記ゲート引き出し電極コンタクト用のホー
ルの下方部で前記ゲート電極引き出し用パッドにゲート
引き出し電極コンタクト用トレンチを形成する工程と、
次に、前記基板上の全面に金属層を形成するとともに前
記ソース・ベースコンタクト用トレンチおよびゲート引
き出し電極コンタクト用トレンチに金属を埋め込み、所
要のパターニングを行い、前記ソース・ベースコンタク
ト用トレンチに連なるソース・ベース電極および前記ゲ
ート引き出し電極コンタクト用トレンチに連なるゲート
電極を形成する工程とを具備することを特徴とするもの
である。
Further, in the manufacturing process of the U-MOS of the first embodiment, the first layer is formed on the surface layer portion of the silicon substrate of the first conductivity type.
Forming a base region of a second conductivity type opposite to the conductivity type, forming a source region of the first conductivity type in a surface layer portion of the base region, and having a buried gate pattern in the source region Forming a gate electrode trench to a depth penetrating the base region, and then forming a gate insulating film on the substrate surface including the inner wall surface of the trench, and depositing doped polysilicon on the entire surface of the substrate and forming the gate electrode Filling the gate electrode with doped polysilicon for the gate electrode and patterning the doped polysilicon on the substrate to form a gate electrode extraction pad on the gate insulating film in the gate extraction region; First, a step of depositing an interlayer insulating film on the entire surface of the substrate, and a step of depositing an interlayer insulating film on each surface of the substrate in the source region with respect to the interlayer insulating film. A plurality of openings for leading out the source / base are formed on intermediate portions between the trenches for the gate electrodes, and a plurality of openings each having a smaller opening width than the opening for leading out the source / base are formed on the pad for leading out the gate electrode. A step of opening a hole for contacting the gate lead-out electrode, and forming a trench for source-base contact at a depth reaching the base region below the contact hole for pulling out the source-base, Forming a gate lead-out electrode contact trench in the gate electrode lead-out pad below the contact hole;
Next, a metal layer is formed on the entire surface of the substrate, a metal is buried in the source / base contact trench and the gate lead electrode contact trench, and the required patterning is performed to form a source connected to the source / base contact trench. A step of forming a gate electrode connected to the base electrode and the gate lead-out electrode contact trench.

【0057】上記した第1実施例のU−MOSによれ
ば、コンタクトトレンチ構造により、ソース・ベース電
極10とソース領域11・ベース領域12とのコンタク
ト面積を稼ぎ、そのコンタクト部のコンタクト抵抗を低
減させることが可能になる。
According to the U-MOS of the first embodiment described above, the contact trench structure increases the contact area between the source / base electrode 10 and the source region 11 / base region 12, and reduces the contact resistance of the contact portion. It is possible to let

【0058】また、ゲート引き出し用ホールの個々の開
口幅を小さくしたが、ゲート引き出し用ホールを多数形
成することによって、ゲート電極16とゲート電極コン
タクト用のパッド8aとのコンタクト面積を十分に確保
しているので、そのコンタクト部のコンタクト抵抗を低
減させることが可能になる。
Although the individual opening widths of the gate lead-out holes are made small, the contact area between the gate electrode 16 and the gate electrode contact pad 8a is sufficiently secured by forming a large number of gate lead-out holes. Therefore, the contact resistance of the contact portion can be reduced.

【0059】なお、上記実施例は、例えば図5(a)に
示すようなストライプ状のソースパターンを有するU−
MOSを想定して本発明を適用した例を示したが、スト
ライプ状のソースパターンに限らず、例えば図5(b)
に示すようなオフセットメッシュ状のソースパターンを
有するU−MOSにも本発明を適用できる。
In the above embodiment, for example, U- having a stripe-shaped source pattern as shown in FIG.
Although an example in which the present invention is applied assuming a MOS has been shown, the present invention is not limited to the stripe-shaped source pattern, and for example, FIG.
The present invention can also be applied to a U-MOS having an offset mesh source pattern as shown in FIG.

【0060】また、上記実施例は、nチャネル型のU−
MOSについて説明したが、上記実施例に準じてnチャ
ネル型のU−IGBTを製造することにより、前記実施
例と同様の効果が得られる。この場合、U−IGBTの
ソースパターンを例えば2μm程度に微細化した場合、
ドレイン領域、ソース領域が対応してコレクタ、エミッ
タに相当し、ベース領域がベースになる寄生のnpnト
ランジスタのベース・エミッタ間抵抗距離が短くなり、
ベース・エミッタ間抵抗rbbが小さくなり、寄生のnp
nトランジスタに起因するnチャネルMOSトランジス
タのラッチアップ電流を大きくすることが可能になる。
In the above embodiment, the n-channel type U-
Although the MOS has been described, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained by manufacturing the n-channel U-IGBT according to the above-described embodiment. In this case, when the source pattern of the U-IGBT is miniaturized to, for example, about 2 μm,
The drain / source regions correspond to the collector / emitter correspondingly, and the base-emitter resistance distance of the parasitic npn transistor whose base region is the base becomes short,
The base-emitter resistance rbb is reduced and parasitic np
It is possible to increase the latch-up current of the n-channel MOS transistor due to the n-transistor.

【0061】[0061]

【発明の効果】上述したように本発明の半導体装置およ
びその製造方法によれば、U−MOSやU−IGBTな
どのトレンチゲートを有する半導体装置におけるパター
ンの微細化に伴うソース・ベース電極とソース領域・ベ
ース領域とのコンタクト面積の不足を解消でき、しか
も、ゲート電極とゲート電極コンタクト用パッドとのコ
ンタクト面積の不足を解消することができる。
As described above, according to the semiconductor device and the method of manufacturing the same of the present invention, the source / base electrode and the source accompanying the miniaturization of the pattern in the semiconductor device having the trench gate such as U-MOS and U-IGBT. The shortage of the contact area between the region and the base region can be solved, and further, the shortage of the contact area between the gate electrode and the gate electrode contact pad can be solved.

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

【図1】本発明の第1実施例に係るU−MOSの製造工
程を概略的に示す図。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a manufacturing process of a U-MOS according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1(c)中のA−A´線およびB´−B線に
沿う断面構造を概略的に示す図。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure taken along line AA ′ and line B′-B in FIG.

【図3】第1実施例のU−MOSの製造工程におけるポ
リシリコンのRIEに際して、エッチングレートが上部
の層間絶縁膜のコンタクトホールの開口幅に依存して変
化するマイクローディング効果を説明するために示す
図。
3A and 3B are views for explaining a microphone loading effect in which an etching rate changes depending on an opening width of a contact hole of an upper interlayer insulating film in RIE of polysilicon in a U-MOS manufacturing process of the first embodiment. FIG.

【図4】図2の構造を有するU−MOSの等価回路を示
す図。
4 is a diagram showing an equivalent circuit of a U-MOS having the structure of FIG.

【図5】本発明のU−MOSにおけるソースパターンの
相異なる例を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing different examples of source patterns in the U-MOS of the present invention.

【図6】従来のU−MOSの製造工程を概略的に示す
図。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a conventional U-MOS manufacturing process.

【図7】図6(c)中のA−A´線およびB´−B線に
沿う断面構造を概略的に示す図。
FIG. 7 is a view schematically showing a cross-sectional structure taken along line AA ′ and line B′-B in FIG. 6 (c).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8…ドープトポリシリコン、 8a…ゲート電極パッド、 9…ゲート絶縁膜、 10…ソース・ベース電極、 11…n型のソース領域、 12…p型のベース領域、 13…n型のシリコン基板(ドレイン領域)、 15…層間絶縁膜、 16…ゲート電極。 8 ... Doped polysilicon, 8a ... Gate electrode pad, 9 ... Gate insulating film, 10 ... Source / base electrode, 11 ... n-type source region, 12 ... p-type base region, 13 ... n-type silicon substrate (drain region), 15 ... Interlayer insulating film, 16 ... Gate electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−56174(JP,A) 特開 平9−219519(JP,A) 特開 平3−11765(JP,A) 特開 平9−69622(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 653 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-10-56174 (JP, A) JP-A-9-219519 (JP, A) JP-A-3-11765 (JP, A) JP-A-9- 69622 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 653

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 MOSトランジスタのドレイン領域とな
る第1導電型のシリコン基板と、 前記シリコン基板の表層部に形成され、前記第1導電型
とは逆の第2導電型の半導体層からなり、前記MOSト
ランジスタのバックゲート領域となるベース領域と、 前記ベース領域の表層部に形成された第1導電型のソー
ス領域と、 前記ソース領域中に前記ベース領域を貫通する深さまで
形成されたゲート電極用トレンチと、 前記ゲート電極用トレンチの内壁面および開口周縁部の
基板表面ならびに前記ゲート引き出し領域の基板表面に
形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート電極用トレンチの内部に埋め込まれた埋め込
みゲート電極と、 前記埋め込みゲート電極に連なり、前記ゲート引き出し
領域のゲート絶縁膜上に形成されたドープトポリシリコ
ンからなるゲート電極引き出し用パッドと、 前記ゲート絶縁膜上および前記ゲート電極引き出し用パ
ッドを含む基板上に堆積され、前記ソース領域内に存在
する各ゲート電極用トレンチ相互間の中間部上にそれぞ
れソース・ベース引き出し用の開口部が形成されるとと
もに前記ゲート引き出し領域の内部領域上に複数のゲー
ト引き出し電極コンタクト用のホールが開口された層間
絶縁膜と、 前記複数のソース・ベース引き出し用の開口部のそれぞ
れの下方部で前記ベース領域に達する深さに形成された
ソース・ベースコンタクト用トレンチと、 前記複数のゲート電極コンタクト用のホールのそれぞれ
の下方部で前記ゲート電極引き出し用パッドに形成され
たゲート引き出し電極コンタクト用トレンチと、 前記層間絶縁膜の一部上およびそれに連なるように前記
複数のソース・ベース引き出し用の開口部とソース・ベ
ースコンタクト用トレンチ内に形成され、前記ソース領
域内に存在する各トレンチ相互間の中間部のソース領域
およびベース領域に接続されたソース・ベース電極と、 前記層間絶縁膜の一部上およびそれに連なるように前記
複数のゲート引き出し電極コンタクト用のホールとゲー
ト引き出し電極コンタクト用トレンチ内に形成され、前
記ゲート電極引き出し用パッドに接続されたゲート引き
出し電極とを具備することを特徴とする半導体装置。
1. A first-conductivity-type silicon substrate that serves as a drain region of a MOS transistor, and a second-conductivity-type semiconductor layer formed on the surface layer of the silicon substrate and opposite to the first-conductivity type, A base region serving as a back gate region of the MOS transistor, a source region of the first conductivity type formed in a surface layer portion of the base region, and a gate electrode formed in the source region to a depth penetrating the base region. Trench, a gate insulating film formed on the substrate surface of the inner wall surface of the gate electrode trench and the opening peripheral edge and the substrate surface of the gate extraction region, and a buried gate electrode embedded in the gate electrode trench And a doped poly silicon continuous with the buried gate electrode and formed on the gate insulating film in the gate extraction region. And a gate electrode lead-out pad formed on the substrate including the gate insulating film and the gate electrode lead-out pad, the gate electrode lead-out pad being formed on the intermediate portion between the gate electrode trenches existing in the source region. An interlayer insulating film in which an opening for source / base extraction is formed and a plurality of holes for contacting a gate extraction electrode are opened on an inner region of the gate extraction region; and an opening for extraction of the plurality of sources / bases. Source / base contact trenches formed to a depth reaching the base region at respective lower portions of the gate portions, and the gate electrode lead-out pads formed at respective lower portions of the plurality of gate electrode contact holes. A gate extraction electrode contact trench, and a part of the interlayer insulating film and the trench Are formed in the plurality of openings for leading out the source / base and the trenches for source / base contact so as to be connected to each other, and are connected to the source region and the base region in an intermediate portion between the trenches existing in the source region. A source / base electrode, a plurality of holes for the gate extraction electrode contacts and a plurality of gate extraction electrode contact trenches which are formed so as to be continuous with and part of the interlayer insulating film, and connected to the gate electrode extraction pad. And a gate extraction electrode that is formed into a semiconductor device.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 前記各ゲート引き出し電極コンタクト用トレンチは、前
記各ソース・ベース引き出し用の開口部よりも開口幅が
小さく、前記複数のゲート引き出し電極コンタクト用ト
レンチは約100〜6000個の範囲内で形成されてい
ることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the gate lead electrode contact trenches has an opening width smaller than that of each of the source / base lead openings, and the plurality of gate lead electrode contact trenches. Is formed in the range of about 100 to 6000 semiconductor devices.
【請求項3】 第1導電型のシリコン基板の表層部に前
記第1導電型とは逆の第2導電型のベース領域を形成す
る工程と、 前記ベース領域の表層部に第1導電型のソース領域を形
成する工程と、 前記ソース領域中に埋め込みゲート用パターンを有する
ゲート電極用トレンチを前記ベース領域を貫通する深さ
まで形成した後、トレンチの内壁面を含む基板表面にゲ
ート絶縁膜を形成する工程と、 基板上全面にドープトポリシリコンを堆積するとともに
前記ゲート電極用トレンチの内部にゲート電極用のドー
プトポリシリコンを埋め込み、前記基板上のドープトポ
リシリコンをパターニングして前記ゲート引き出し領域
のゲート絶縁膜上にゲート電極引き出し用パッドを形成
する工程と、 前記基板上の全面に層間絶縁膜を堆積させる工程と、 前記層間絶縁膜に対して、前記ソース領域内に存在する
各ゲート電極用トレンチ相互間の中間部上にそれぞれソ
ース・ベース引き出し用の開口部を形成するとともに、
前記ゲート電極引き出し用パッド上にそれぞれ前記ソー
ス・ベース引き出し用の開口部よりも開口幅が小さい複
数のゲート引き出し電極コンタクト用のホールを開口す
る工程と、 前記ソース・ベース引き出し用の開口部の下方部で前記
ベース領域に達する深さにソース・ベースコンタクト用
トレンチを形成するとともに、前記ゲート引き出し電極
コンタクト用のホールの下方部で前記ゲート電極引き出
し用パッドにゲート引き出し電極コンタクト用トレンチ
を形成する工程と、 前記基板上の全面に金属層を形成するとともに前記ソー
ス・ベースコンタクト用トレンチおよびゲート引き出し
電極コンタクト用トレンチに金属を埋め込む工程と、 所要のパターニングを行い、前記ソース・ベースコンタ
クト用トレンチに連なるソース・ベース電極および前記
ゲート引き出し電極コンタクト用トレンチに連なるゲー
ト電極を形成する工程とを具備することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
3. A step of forming a base region of a second conductivity type opposite to the first conductivity type on a surface layer part of a first conductivity type silicon substrate, and a step of forming the base region of the first conductivity type on the surface layer part of the base region. Forming a source region, and forming a gate electrode trench having a buried gate pattern in the source region to a depth that penetrates the base region, and then forming a gate insulating film on the substrate surface including the inner wall surface of the trench And the step of depositing doped polysilicon on the entire surface of the substrate, burying the doped polysilicon for the gate electrode in the trench for the gate electrode, patterning the doped polysilicon on the substrate, and extracting the gate. Forming a gate electrode extraction pad on the gate insulating film in the region; depositing an interlayer insulating film on the entire surface of the substrate; The interlayer insulating film, to form a respective on an intermediate opening for the source base lead between the trenches cross for each gate electrode present in said source region,
A step of opening a plurality of holes for contacting the gate extraction electrodes each having an opening width smaller than the opening for extracting the source / base on the gate electrode extraction pad; and below the openings for extracting the source / base. Forming a trench for source / base contact to a depth reaching the base region at a portion, and forming a trench for contacting the gate lead-out electrode on the pad for pulling out the gate electrode at a lower portion of the hole for contacting the gate lead-out electrode. A step of forming a metal layer on the entire surface of the substrate and burying a metal in the source / base contact trench and the gate lead-out electrode contact trench, and performing a required patterning to connect to the source / base contact trench. Source-based power And a method of manufacturing a semiconductor device characterized by comprising a step of forming a gate electrode connected to the gate extraction electrode contact trenches.
【請求項4】 請求項3記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記ソース・ベースコンタクト用トレンチおよびゲート
引き出し電極コンタクト用トレンチを形成する際、Br
をエッチャントとする反応性イオンエッチングにより行
うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein when forming the source / base contact trench and the gate lead electrode contact trench, Br is formed.
A method of manufacturing a semiconductor device, characterized by performing reactive ion etching using as an etchant.
【請求項5】 ドレイン領域を含む第1導電型の半導体
基板と、 前記半導体基板の表層部に形成され、第2導電型の半導
体層からなるベース領域と、 前記ベース領域の表層部に形成された第1導電型のソー
ス領域と、 前記ソース領域中に前記ベース領域を貫通する深さまで
形成された複数のゲート電極用トレンチと、 前記複数のゲート電極用トレンチのそれぞれの内面に形
成されたゲート絶縁膜と、 前記複数のゲート電極用トレンチのそれぞれの内部に形
成されたゲート電極と、 前記ゲート電極に連なり、ゲート引き出し領域に形成さ
れたゲート電極引き出し用配線と、 前記複数のゲート電極用トレンチ相互間にソース・ベー
ス引き出し用開口部が形成されるとともに前記ゲート引
き出し領域上にゲート引き出し電極コンタクト用のホー
ルが開口された層間絶縁膜と、 前記ソース・ベース引き出し用開口部の下方部で前記ソ
ース領域から前記ベース領域に達するまで形成さたソー
ス・ベースコンタクト用トレンチと、 前記ゲート電極コンタクト用のホールの下方部で前記ゲ
ート電極引き出し用配線に形成されたゲート引き出し電
極コンタクト用トレンチと、 前記ソース・ベース引き出し用開口部とソース・ベース
コンタクト用トレンチ内に形成され、前記ソース領域及
び前記ベース領域に接続されたソース電極と、 前記ゲート引き出し電極コンタクト用のホールとゲート
引き出し電極コンタクト用トレンチ内に形成され、前記
ゲート電極引き出し用配線に接続されたゲート引き出し
電極 とを具備することを特徴とする半導体装置。
5. A first conductivity type semiconductor including a drain region.
A substrate and a semiconductor layer of the second conductivity type formed on the surface layer of the semiconductor substrate.
A base region composed of a body layer and a saw of the first conductivity type formed on a surface layer portion of the base region.
And source region, to a depth which penetrates the base region in said source region
Formed on the inner surfaces of the plurality of formed gate electrode trenches and the plurality of gate electrode trenches, respectively.
Formed inside the gate insulating film and each of the plurality of gate electrode trenches.
Formed in the gate lead-out region, connected to the formed gate electrode and the gate electrode.
Between the gate electrode lead-out wiring and the plurality of gate electrode trenches.
A gate opening is formed and
A hose for contacting the gate extraction electrode is formed on the exposed region.
Of the interlayer insulating film with the opening of the source and the source / base opening below the source insulating film.
Saw formed from the base region to the base region
The base and base contact trench and the gate electrode contact hole below the gate.
Gate lead-out electrode formed on the gate electrode lead-out wiring
Pole contact trench, source / base extraction opening and source / base
It is formed in the contact trench and covers the source region and
And a source electrode connected to the base region, and a hole and a gate for contacting the gate extraction electrode.
Formed in the trench for the extraction electrode contact,
Gate extraction connected to the gate electrode extraction wiring
A semiconductor device comprising an electrode .
【請求項6】 請求項5記載の半導体装置において、 前記ゲート引き出し電極コンタクト用トレンチは、前記
各ソース・ベース引き出し用開口部よりも開口幅が小さ
いことを特徴とする半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 5 , wherein the trench for the gate lead electrode contact is
Opening width is smaller than each source / base opening
A semiconductor device characterized in that
【請求項7】 請求項5又は6のいずれかに記載の半導
体装置において、 前記ゲート引き出し電極コンタクト用トレンチは全体の
開口面積が100μm以上となることを特徴とする半導
体装置。
7. The semiconductor according to claim 5 or 6.
In the body device, the trench for the gate extraction electrode contact is
A semi-conductor characterized by an opening area of 100 μm or more
Body device.
【請求項8】 請求項5乃至7のいずれかに記載の半導
体装置において、 前記複数のゲート引き出し電極コンタクト用トレンチは
約100〜6000個の範囲内で形成されていることを
特徴とする半導体装置。
8. The semiconductor according to claim 5,
In the body device, the plurality of gate lead electrode contact trenches are
That it is formed within the range of about 100 to 6000
Characteristic semiconductor device.
【請求項9】 請求項5乃至8のいずれかに記載の半導
体装置において、 前記ソース電極及び前記ゲート引き出し電極は金属配線
からなることを特徴とする半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 5,
In the body device, the source electrode and the gate extraction electrode are metal wirings.
A semiconductor device comprising:
【請求項10】 請求項5乃至9のいずれかに記載の半
導体装置において、 前記ゲート引き出し用配線はポリシリコンからなること
を特徴とする半導体装置。
10. The half according to any one of claims 5 to 9.
In the conductor device, the gate lead-out wiring is made of polysilicon.
A semiconductor device characterized by:
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