JP4970660B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体層の表面から形成される凹溝内にゲート電極を形成する、いわゆるトレンチ構造のトランジスタセルが多数個形成される絶縁ゲート型のパワー用MOSFETを有する半導体装置およびその製法に関する。さらに詳しくは、単位面積当りのトランジスタセルの数を多くして、オン抵抗を小さくし、大電流が得られると共に、簡単な製造工程で製造し得るパワー用のゲート駆動型半導体装置およびその製法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のトレンチ構造のハイパワー用ゲート駆動型パワーMOSトランジスタは、大電流化のため、トランジスタセルを多数個マトリクス状に並列に形成する構造が採られている。たとえば図5に示されるように、n+形の半導体基板21a上に、ドレイン領域とするn形の半導体層(エピタキシャル成長層)21がエピタキシャル成長され、その半導体層21に凹溝が格子状に形成され、その内表面にゲート酸化膜24が形成されると共に、ゲート電極25とするポリシリコンが埋め込まれている。そして、その周囲の半導体層21にp形のチャネル拡散領域22が形成され、その表面でゲート電極25の周囲部分にn+形ソース領域23が形成されることにより、ゲート酸化膜24に接して縦方向にチャネル領域22aが形成されている。さらに表面に形成されたSiO2などからなる絶縁膜26にコンタクト孔を形成し、露出するソース領域23およびチャネル拡散領域22とオーミックコンタクトするようにソース電極27が形成され、半導体基板21aの裏面にドレイン電極28が形成されている。
【0003】
なお、このトランジスタセルにおけるゲート電極の平面的構造は、正方形や5角形、6角形などの任意の形状に形成される。また、これらのトランジスタでは、モータのような誘導性負荷に接続されることが多く、その場合、動作をオフにするとき、逆方向の起電力が印加されることがあり、トランジスタが破壊するのを防止するため、前述のように、ソース電極27をチャネル拡散領域22とも接続させることにより、ソース・ドレイン間に逆方向の保護用ダイオードを形成する方法が採られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような大電流用のトランジスタでは、定められた大きさのチップ内にできるだけ多くのトランジスタセルを作り、オン抵抗を下げることが重要である。オン抵抗を小さくするためには、チャネル幅をできるだけ大きくすることが効果的であり、前述の構造のトランジスタでは、ゲート電極周囲に形成されるチャネル領域22aの幅(ゲート電極周囲の長さ)の合計をできるだけ多くすることが好ましい。しかし、従来のこの種のトランジスタでは、半導体層の表面で、チャネル拡散領域にソース電極をオーミックコンタクトさせるため、ソース領域とチャネル拡散領域の両方を半導体層の表面に露出させる必要があると共に、ソース領域を拡散するときのマスク重ね合せのマージン、コンタクト孔とソース領域とのマスク重ね合せマージンが必要なことから、たとえば図5に示される構造で、コンタクト孔の大きさCが2〜2.5μm程度となり、セル間隔(ゲート電極間のピッチ)Aは、4.5〜5μm程度が限界である。この場合、ソース領域の幅Bは0.8〜1μm程度である。そのため、セルの小形化を充分に行うことができず、オン抵抗の低減化を充分に図れないという問題がある。
【0005】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、同じ大きさのチップ面積で、ゲート幅を大きくしてオン抵抗を小さくし、大電流化を図ることができるトレンチ構造の絶縁ゲート駆動型素子を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【0006】
本発明の他の目的は、マスクアライメントマージンを必要としないで、自己整合的にソース電極をコンタクトさせることにより、トランジスタセルのピッチを非常に小さくしながら、チャネル拡散領域とソース領域の両方にソース電極をコンタクトさせることができ、非常に小さい面積で、しかも簡単な工程で得られる半導体装置の製法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、絶縁ゲート型半導体装置のオン抵抗を小さくして、小さなチップサイズで大きな電流を得ることができる半導体装置を得るため鋭意検討を重ねた結果、通常、半導体層の表面にAlなどの金属膜を直接電極として設けると、半導体層の中にスパイクしてショートなどの問題を引き起こすため、バリアメタル層を介在させることが常識になっているが、このスパイクにより半導体層中に入り込む量が成膜する金属膜の厚さおよび熱処理などの条件を制御することにより、コントロールすることができ、そのスパイクした合金層が半導体層と充分にオーミックコンタクトが得られることを見出した。しかも、トレンチ構造のゲート電極表面を厚く酸化させておくことにより、表面に絶縁膜を設けて、コンタクト孔を形成しないで、表面に直接設けられたソース電極の金属をスパイクさせても、ゲート電極とソース電極とをショートさせることなく、縦方向に形成されたソース領域およびチャネル拡散領域の両方にオーミックコンタクトをさせることができることを見出した。
【0008】
その結果、ゲート電極を形成するために凹溝を設ける際にマスクを形成する必要があるが、凹溝を形成した後は、セルフアライメント的に製造することができ、マスク合せのためのマージンは必要がなくなり、非常に小形の半導体装置を得ることができると共に、製造工程が非常に簡単になる。
【0009】
本発明による半導体装置は、第1導電形の半導体層に格子状に形成される凹溝と、該凹溝内表面に形成されるゲート酸化膜と、前記凹溝内に埋め込まれ、表面が前記半導体層の表面よりも深く掘り込まれるゲート電極と、該ゲート電極周囲の前記半導体層表面に形成される第2導電形のチャネル拡散領域と、該チャネル拡散領域の表面にさらに形成される第1導電形のソース領域と、前記ゲート電極の表面側に該ゲート電極の酸化により前記ソース領域の表面より深く、かつ、該ソース領域の底面よりも浅い位置から前記ソース領域の表面まで形成される絶縁膜と、該絶縁膜表面および前記ソース領域表面に直接設けられる金属膜からなるソース電極と、隣接する前記絶縁膜の間に露出する前記ソース領域の全体で、前記ソース電極の金属が前記ソース領域およびチャネル拡散領域にスパイクすることにより形成される合金層と、前記半導体層に電気的に接続して設けられるドレイン電極とを有している。
【0010】
この構造にすることにより、ゲート電極の表面側にゲート電極の酸化により絶縁膜が厚く形成されているため、表面に絶縁膜を形成して、ソース領域を露出させるコンタクト孔の形成を行わないで、半導体層の表面に直接ソース電極を形成して熱処理によりスパイクさせても、ゲート電極とショートする虞れは生じない。すなわち、半導体層の表面に絶縁膜を形成してコンタクト孔を設ける必要がないため、ゲート電極の形成のみで、セルフアライメントによりソース領域やソース電極の形成を行うことができる。その結果、マスクアライメンのマージンが全然必要なくなり、トランジスタセルの間隔を非常に狭くすることができ、単位面積当りのトランジスタセルの数を多くすることができるため、オン抵抗を小さくすることができて、大電流のハイパワーMOSFETが得られる。
【0011】
前記ゲート電極の表面側が前記半導体層表面より深く掘り込まれ、該ゲート電極の表面に、該ゲート電極の酸化により絶縁膜が形成され、該絶縁膜の表面が前記ソース領域の表面とほぼ近い面になるように前記ゲート電極および前記絶縁膜が形成されることにより、表面が平坦になり、ソース電極(ソース配線)も平坦となり、ソース電極(Al)の平坦化、均一化ができ、安定してスパイクさせることができるという利点がある。
【0012】
本発明による半導体装置の製法は、(a)ドレイン領域とする第1導電形の半導体層に凹溝を格子状に形成する工程と、(b)該凹溝内の表面にゲート酸化膜を形成すると共に、該凹溝内にゲート電極を、その表面が前記半導体層の表面よりも深くなるように掘り込んで形成する工程と、(c)いずれかの工程で前記半導体層に第2導電形不純物および第1導電形不純物を順次拡散することにより、前記ゲート電極周囲にチャネル拡散領域およびソース領域を縦方向に形成する工程と、(d)前記ゲート電極の表面を酸化して前記ソース領域の表面よりも深く、かつ、該ソース領域の底面よりも浅い位置から前記ソース領域の表面まで絶縁膜を形成すると共に、前記ソース領域を露出させる工程と、(e)該露出したソース領域表面および前記ゲート電極上に形成した絶縁膜の表面に金属膜からなるソース電極を形成する工程と、(f)熱処理を施し、隣接する前記絶縁膜の間に露出する前記ソース領域の全体で、前記ソース電極の金属膜を前記ソース領域およびチャネル拡散領域にスパイクさせることにより、前記ソース電極が該ソース領域およびチャネル拡散領域とそれぞれオーミックコンタクトする合金層を形成する工程と、(g)前記半導体層と電気的に接続してドレイン電極を形成する工程とを有することを特徴とする。
【0013】
この方法で行うことにより、半導体層の表面に絶縁膜を設けてコンタクト孔を形成する必要がなく、セルフアライメントでソース電極を形成することができるため、非常にセル間隔を狭くすることができてオン抵抗を小さくすることができるのみならず、製造工程が非常に簡単になり、安価に製造することができる。
【0014】
前記ゲート電極の表面側に絶縁膜を形成する前に、エッチングによりゲート電極表面を前記半導体層表面より深く彫り込み、前記(d)工程により形成する絶縁膜の表面と該(d)工程により露出させる前記ソース領域とがほぼ同一面になるように前記絶縁膜を形成することにより、トレンチ構造型でありながら、表面を平坦化させることができ、表面が平坦なパワーMOSFETを有する半導体装置が得られる。
【0015】
別の方法として、前記ゲート電極の表面側に絶縁膜を形成する前に、該ゲート電極周囲の半導体層表面に酸化防止膜を形成し、ゲート電極表面のみを酸化させれば、RIEなどによるエッチバックを行わなくてもゲート電極上にのみ厚い酸化膜を形成することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体装置およびその製法について説明をする。本発明による半導体装置は、図1にその一実施形態であるゲート電極がトレンチ構造であるMOSFETの一部の断面説明図が示されるように、第1導電形(たとえばn形)の半導体層1に凹溝11が形成され、その凹溝11内表面にゲート酸化膜4が形成され、その凹溝11内にポリシリコンなどからなるゲート電極5が埋め込まれている。そして、ゲート電極5周囲の半導体層1表面に第2導電形(たとえばp形)のチャネル拡散領域2が形成され、さらにそのチャネル拡散領域2の表面にn形のソース領域3が拡散などにより形成されている。このゲート電極5の表面側に、そのゲート電極を酸化することにより絶縁膜6が充分な耐圧が得られるように厚く形成されている。さらに、絶縁膜6表面およびソース領域3表面に直接金属膜が設けられることによりソース電極7が形成されている。このソース電極7の金属がソース領域3およびチャネル拡散領域2にスパイクすることにより合金層7aが形成されてオーミックコンタクトすると共に、半導体層1に電気的に接続してドレイン電極8が設けられている。なお、図では、半導体基板1aやドレイン電極8が他の部分より薄く書かれており、全体で正確な厚さの関係を示してはいない。
【0017】
半導体層1は、たとえばシリコンからなり不純物濃度の大きいn+形半導体基板1aに数μm〜数十μm、たとえば5μm程度の厚さにエピタキシャル成長されたシリコンからなるn形半導体層で、その表面にボロンなどからなるp形不純物が拡散され、さらにリンなどからなるn形不純物が拡散されることにより、p形のチャネル拡散領域2が1μm程度の厚さで、n+形のソース領域3が0.5μm程度の厚さにそれぞれ形成されている。
【0018】
そして、図1(b)にソース電極を設ける前の平面説明図が示されるように、ピッチが0.7〜2.0μm程度の間隔(A)で格子状に0.2〜1μm幅(E)程度で、1.5μm程度の深さに凹溝11が形成され、その凹溝11内にゲート酸化膜4を介してポリシリコンなどからなるゲート電極5が形成されている。
【0019】
ゲート電極5は、後述するように、たとえばポリシリコンが全面に堆積された後にエッチバックすることにより凹溝11内以外の部分のポリシリコン膜が除去されることにより、凹溝11内のみに形成されている。この際、さらにエッチバックを続けることにより半導体層(ソース領域3)表面から0.1〜0.3μm程度下までエッチングして掘り込まれている(ソース領域3表面には酸化膜があり、エッチングされない)。そして、熱処理をすることにより、ポリシリコンは単結晶シリコンより非常に酸化しやすいため、ゲート電極5表面の露出部がとくに酸化し、その表面に厚い酸化膜6が形成され、さらに全面をエッチバックすることによりソース領域3表面を露出させれば、ソース領域3と絶縁膜6がほぼ同一面に形成される。そして、その表面にソース電極7とするためのAlなどからなる金属膜を3μm程度の厚さ成膜されている。
【0020】
この状態で、400℃程度、30分程度の熱処理を行うことにより、ソース電極7とソース領域3との界面における相互作用と相俟って、SiがAl中に拡散されることにより、AlとSiとの合金層が半導体層の内部に進み、図1(a)に示されるように先端が尖った合金層7aが形成される。この合金層7aは、熱処理の温度および時間により、その内部へのスパイク深さが変化し、チャネル拡散領域2内に入り込み、かつ、チャネル拡散領域2を突き抜けないように形成されている。
【0021】
すなわち、前述のように、本発明者は、絶縁ゲート型半導体装置のオン抵抗を小さくして、小さなチップサイズで大きな電流を得ることができる半導体装置を得るため鋭意検討を重ねた結果、半導体層表面に設けられる金属膜がスパイクにより半導体層中に入り込む量は、成膜する金属膜の厚さおよび熱処理などの条件を制御することにより、コントロールすることができ、その制御により図1(a)に示されるように、ソース領域3およびチャネル拡散領域2のみにオーミックコンタクトをさせることができ、しかもチャネル拡散領域2を突き抜けないようにすることができることを見出した。
【0022】
この合金層の深さ、すなわち、いわゆるスパイクの深さは、熱処理の温度を高く、または熱処理の時間を長くすることにより深くなり、非常に精度よく制御できた。たとえばSiに対してAl膜を設ける場合、300℃程度からスパイクは始まるが、400℃程度で行うのが最も効率的で、しかも精度よくスパイクの深さを制御することができた。たとえば400℃程度で30分程度の熱処理を行うことにより、0.6〜0.8μm程度の深さだけスパイクし、前述の0.5μm程度のソース領域3と、1μm程度のチャネル拡散領域2の拡散深さであれば、この条件で合金化処理を行うことにより、両層にオーミックコンタクトを採りながら、チャネル拡散領域2を突き抜ける虞れは全然生じない。その結果、前述のように、チャネル拡散領域2とソース領域3とが縦方向に重なる部分を形成しておくことにより、その表面からAlなどの金属をスパイクさせれば、両層と直接オーミックコンタクトをさせることができた。
【0023】
また、ソース領域3の露出する大きさが、たとえば1辺1μm程度以下であれば、横方向はゲート電極5を酸化した絶縁膜6によりブロックされ、縦方向のみにスパイクされ、殆ど全体的に1本のスパイクで入り込む。トランジスタセルの数を多くするため、ゲート電極5間隔は狭い(ソース領域3の露出面積が小さい)方が良く、通常は図1に示されるような形状でスパイクするが、それより大きい、たとえば10μm程度のコンタクト孔では、全体で均一にスパイクしないで、何本にも分れてスパイクができることも判明した。
【0024】
図1に示される構造にすることにより、凹溝を形成する際のみにマスクを必要とするが、その後には、その凹溝11を基準にしてマスクを形成する必要がなく、セルフアライメントでソース領域3やソース電極7を形成することができる。その結果、マスク精度の限界までゲート電極幅Eおよびその間隔Dを小さくすることができ、最小ではD=0.4μm、E=0.3μm程度、すなわちセル間隔Aを0.7μm程度にすることができる。
【0025】
たとえば図5に示される従来構造でゲート電極5周囲のゲート酸化膜4の幅Eが0.5μm、隣接するゲート酸化膜4の間隔Dが4.5μm(セル間隔Aが5μm)であったのを、本発明によりEは同じで、Dを1μmに狭くすると、トランジスタセルの間隔Aは、1.5μmになり、単位面積当り、セルの数を(5/1.5)2=11.1倍にすることができる。一方、オン抵抗に影響するゲート幅となるゲート酸化膜周囲の長さは、1/4.5(ゲート電極周囲の長さ(4D)の減少割合)×11.1(単位面積当りのセルの数)=2.47となり、抵抗が2.47分の1、すなわち電流を2.47倍にすることができる。同様に、Dを0.5μmにすると、電流を2.78倍と増やすことができる。現在のたとえばi線による微細加工における露光技術の精度では、0.35μm程度にすることができ、この技術を適用すれば、Dを0.35μmにできるのみならず、ゲート電極の幅Eも0.35μm程度にすることができる(A=0.7)ため、セルの数は(5/0.7)2=51倍となり、電流は(0.35/4.5)×51=4倍となる。
【0026】
つぎに、このトレンチ構造のMOSFETの製造方法について、図2〜3を参照しながら説明をする。まず図2(a)に示されるように、n+形半導体基板1a上にn形半導体層1を5μm程度エピタキシャル成長する。そして、その表面にCVD法などによりSiO2膜12を0.5μm程度成膜し、パターニングすることにより、ゲート電極の形成場所を格子状に露出させる。そして、RIEなどのドライエッチングにより1.5μm程度の深さの凹溝11を形成する。
【0027】
その後、図2(b)に示されるように、水蒸気の雰囲気で、900〜1000℃程度、30分程度の熱処理を行うことにより、凹溝11内表面にゲート酸化膜4を形成する。そして、全面にポリシリコンを堆積して凹溝内にポリシリコンを埋め込む。その後、RIE法によりエッチバックを行い、凹溝11以外の表面に堆積したポリシリコン膜をエッチング除去する。この際、凹溝11内以外のポリシリコン膜が全てエッチングされると酸化膜12が露出し、エッチングが停止される。一方、凹溝11内のゲート電極5とするポリシリコンは、エッチングされつづけるため、凹溝11内のポリシリコン膜のみがさらに掘り込まれる。この掘り込み深さが半導体層の表面から0.1〜0.3μm程度になるまでエッチングをする。この半導体層の表面より深くまでエッチングするのは、セルフアライメントによりゲート電極5上に絶縁膜を形成するためである。
【0028】
その後、表面の酸化膜12をエッチングにより除去し、ボロンなどのp形不純物を拡散しp形のチャネル拡散領域2を形成し、ついで、リンなどのn形不純物を拡散してn+形のソース領域3を形成する。このチャネル拡散領域2の深さは、表面から0.7〜1μm程度になるように、また、ソース領域3は0.3〜0.5μm程度になるようにそれぞれの拡散がなされる。
【0029】
ついで、水蒸気の雰囲気で、900℃程度、30分程度の熱処理をすることにより、単結晶シリコンは殆ど酸化しないのに対して、ポリシリコンは酸化しやすいため、ゲート電極5の表面のみの酸化が進み、図2(c)に示されるように、凹溝11内の掘り込んだ部分に酸化膜6が形成される。
【0030】
ついで、全面の表面から、RIE法によりエッチバックをすることにより、表面の酸化膜12およびゲート電極5上の絶縁膜6をエッチングし、ソース領域3を露出させる。その結果、露出したソース領域3の表面とゲート電極5上の絶縁膜6の表面がほぼ平坦面に形成される。そして、たとえばスパッタリング法によりAlを3μm程度の厚さに全面に堆積することにより、図3(d)に示されるように、ソース電極7を形成する。
【0031】
ついで、チッ素(N2)雰囲気で、400℃程度、30分程度の熱処理を行うことにより、ソース電極7の金属材料が、図3(e)に示されるように、半導体層のSiと合金化し、ソース領域3およびチャネル拡散領域2内にスパイクして、合金層7aを形成する。この場合、前述のように、この熱処理の温度および時間により、スパイクの深さが変るため、チャネル拡散領域2内に入り込んでオーミックコンタクトが得られると共に、チャネル拡散領域2を突き抜けて半導体層1に達しないように熱処理の条件を制御する必要がある。なお、横方向には絶縁膜6によりスパイクは進まない。その後、半導体基板1aの裏面に、Tiなどの金属をスパッタリングなどにより2μm程度成膜して、ドレイン電極8を形成することにより、図1(a)に示されるトレンチ構造のMOSFETが得られる。
【0032】
なお、図2に示される例では、凹溝11を形成してゲート酸化膜4およびゲート電極5を形成してから、チャネル拡散領域2およびソース領域3用の拡散をしたが、半導体層1をエピタキシャル成長した後に、全面にチャネル拡散領域2およびソース領域3を形成してから、凹溝11を形成して、ゲート電極5などを形成してもよいし、図3(d)工程のソース電極7形成前にチャネル拡散領域2およびソース領域3を形成してもよい。
【0033】
図4は、さらに別の製法を示す同様の断面説明図である。この例は、ゲート電極以外の部分にチッ化シリコンなどの酸化防止膜を設けて酸化させることにより、ゲート電極表面の絶縁膜を厚くするものである。
【0034】
まず、図4(a)に示されるように、前述の例と同様にn+形半導体基板1a上にn形半導体層1を5μm程度エピタキシャル成長し、その表面を酸化することなどによりSiO2膜12を0.02μm程度、さらに酸化防止膜としての、たとえばSi34膜13を減圧CVD法などを用いて0.2μm程度順次成膜し、パターニングすることにより、ゲート電極の形成場所を格子状に露出させる。そして、RIEなどのドライエッチングにより1.5μm程度の深さの凹溝11を形成する。SiO2膜12は、応力緩和などのため設けられる。
【0035】
その後、前述の図2(b)と同様に、凹溝11内表面にゲート酸化膜4を形成し、全面にポリシリコンを堆積してRIE法によりエッチバックを行い、凹溝内にポリシリコンを埋め込み、ゲート電極5を形成する(図4(b))。
【0036】
ついで、水蒸気の雰囲気で、900℃程度、30分程度の熱処理をすることにより、Si34膜13の下は酸化せず、露出するポリシリコンの表面が酸化して、図4(c)に示されるように、ゲート電極5の表面に厚い酸化膜6が形成される。
【0037】
ついで、Si34膜13およびSiO2膜12をそれぞれエッチングにより除去することにより、図4(d)に示されるように、ゲート電極5上に厚い酸化膜6が形成され、その周囲の半導体層1を露出させた構造が得られる。その後、ボロンなどのp形不純物を拡散しp形のチャネル拡散領域2を形成し、ついで、リンなどのn形不純物を拡散してn+形のソース領域3を形成し、たとえばスパッタリング法によりAlを3μm程度の厚さに全面に堆積することにより、ソース電極7が形成され、図3(d)に示されるのと同様の構造になる。その後は、前述と同様にAlをスパイクさせることにより、図1に示される構造と同様の半導体装置が得られる。
【0038】
この方法を用いることにより、RIEなどによるエッチバックをしなくても、ゲート電極表面に厚い酸化膜を形成しながら、セルフアライン方式でソース電極のコンタクトを形成することができる。その結果、半導体層にダメージを与えることなく、ゲート幅を大きくして小さなオン抵抗で、大電流化が可能な半導体装置が得られる。
【0039】
前述の例は、半導体基板1aおよび成長する半導体層としてシリコンを用いたが、SiCを用いることにより、より一層直列抵抗を下げることができ、オン抵抗を下げることができるため、大電流化に適している。
【0040】
さらに、前述の例は、縦型MOSFETの例であったが、この縦型MOSFETにさらにバイポーラトランジスタが作り込まれる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)でも同様である。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、トレンチ構造のMOSFETを、トレンチ(凹溝)を形成する際にマスクを形成するだけで、後はマスクを形成することなく、セルフアライメントでチャネル拡散領域、ソース領域、ソース電極のソース領域とチャネル拡散領域へのオーミックコンタクトを得ることができるため、製造工程が非常に簡単であると共に、マスクアライメントのマージンが不要となり、トレンチを形成するマスク精度までトランジスタセルを小形化することができる。その結果、単位面積当りのトランジスタセルの数を非常に増やすことができ、オン抵抗を下げて大電流化が可能となり、パワー用ゲート駆動型トランジスタの性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体装置の一実施形態を示す断面および平面の説明図である。
【図2】図1に示されるMOSFETの製造工程を示す断面説明図である。
【図3】図1に示されるMOSFETの製造工程を示す断面説明図である。
【図4】図1に示されるMOSFETの他の製法の製造工程を示す断面説明図である。
【図5】従来のトレンチ構造によるMOSFETの構造を示す断面説明図である。
【符号の説明】
1 半導体層
2 チャネル拡散領域
3 ソース領域
4 ゲート酸化膜
5 ゲート電極
7 ソース電極
7a 合金層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device having an insulated gate power MOSFET in which a large number of transistor cells having a so-called trench structure, in which a gate electrode is formed in a concave groove formed from the surface of a semiconductor layer, and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a gate drive semiconductor device for power and a method for manufacturing the same that can increase the number of transistor cells per unit area, reduce the on-resistance, obtain a large current, and can be manufactured by a simple manufacturing process. .
[0002]
[Prior art]
A conventional trench-structured high-power gate-driven power MOS transistor employs a structure in which a large number of transistor cells are formed in parallel in a matrix to increase the current. For example, as shown in FIG. + An n-type semiconductor layer (epitaxial growth layer) 21 serving as a drain region is epitaxially grown on a semiconductor substrate 21a, and concave grooves are formed in the semiconductor layer 21 in a lattice shape, and a gate oxide film 24 is formed on the inner surface thereof. At the same time, polysilicon serving as the gate electrode 25 is buried. Then, a p-type channel diffusion region 22 is formed in the surrounding semiconductor layer 21, and n is formed on the periphery of the gate electrode 25 on the surface. + By forming the shaped source region 23, the channel region 22a is formed in the vertical direction in contact with the gate oxide film 24. Furthermore, SiO formed on the surface 2 A contact hole is formed in the insulating film 26 made of, for example, a source electrode 27 is formed so as to be in ohmic contact with the exposed source region 23 and the channel diffusion region 22, and a drain electrode 28 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 21a. .
[0003]
The planar structure of the gate electrode in this transistor cell is formed in an arbitrary shape such as a square, a pentagon, or a hexagon. Also, these transistors are often connected to an inductive load such as a motor. In that case, when the operation is turned off, an electromotive force in the reverse direction may be applied, and the transistor is destroyed. In order to prevent this, as described above, a method of forming a protective diode in the reverse direction between the source and the drain by connecting the source electrode 27 to the channel diffusion region 22 is employed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the transistor for large current as described above, it is important to make as many transistor cells as possible in a chip of a predetermined size and to lower the on-resistance. In order to reduce the on-resistance, it is effective to increase the channel width as much as possible. In the transistor having the structure described above, the width of the channel region 22a formed around the gate electrode (the length around the gate electrode) It is preferable to make the total as much as possible. However, in this type of conventional transistor, since the source electrode is in ohmic contact with the channel diffusion region on the surface of the semiconductor layer, both the source region and the channel diffusion region need to be exposed on the surface of the semiconductor layer, and the source Since a mask overlay margin for diffusing the region and a mask overlay margin between the contact hole and the source region are required, for example, in the structure shown in FIG. 5, the contact hole size C is 2 to 2.5 μm. The cell interval (pitch between the gate electrodes) A is about 4.5 to 5 μm. In this case, the width B of the source region is about 0.8 to 1 μm. Therefore, there is a problem that the cell cannot be sufficiently miniaturized and the on-resistance cannot be sufficiently reduced.
[0005]
The present invention has been made to solve such a problem, and has the same size chip area, the gate width is increased, the on-resistance is reduced, and the trench structure is insulated. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a gate drive type element.
[0006]
Another object of the present invention is to provide a source in both the channel diffusion region and the source region while making the pitch of the transistor cell very small by making the source electrode contact in a self-aligning manner without requiring a mask alignment margin. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device which can be brought into contact with an electrode, has a very small area, and can be obtained by a simple process.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive investigations to obtain a semiconductor device capable of obtaining a large current with a small chip size by reducing the on-resistance of the insulated gate semiconductor device, the present inventor usually has Al on the surface of the semiconductor layer. If the metal film is provided as an electrode directly, it spikes into the semiconductor layer and causes problems such as short circuits. Therefore, it is common knowledge to intervene a barrier metal layer. It has been found that the thickness of the metal film to be deposited and the conditions such as heat treatment can be controlled, and that the spiked alloy layer can sufficiently provide ohmic contact with the semiconductor layer. In addition, by thickly oxidizing the surface of the gate electrode of the trench structure, the gate electrode can be formed even if the source electrode metal provided directly on the surface is spiked without providing an insulating film on the surface and forming a contact hole. It was found that ohmic contact can be made in both the source region and the channel diffusion region formed in the vertical direction without short-circuiting the source electrode.
[0008]
As a result, it is necessary to form a mask when forming the groove to form the gate electrode, but after forming the groove, the mask can be manufactured in a self-aligned manner, and the margin for mask alignment is This eliminates the need for a very small semiconductor device and makes the manufacturing process very simple.
[0009]
A semiconductor device according to the present invention includes a concave groove formed in a lattice shape in a semiconductor layer of the first conductivity type, a gate oxide film formed on the inner surface of the concave groove, and embedded in the concave groove. The surface is dug deeper than the surface of the semiconductor layer And the semiconductor layer around the gate electrode of surface ~ side A channel diffusion region of the second conductivity type formed on the surface, and a surface of the channel diffusion region ~ side And a source region of the first conductivity type further formed on the surface side of the gate electrode, and deeper than the surface of the source region by oxidation of the gate electrode And shallower than the bottom surface of the source region From the position To the surface of the source region The source electrode made of a metal film directly formed on the insulating film surface and the surface of the source region, and the source region exposed between the adjacent insulating films, the metal of the source electrode Has an alloy layer formed by spikes in the source region and the channel diffusion region, and a drain electrode provided in electrical connection with the semiconductor layer.
[0010]
With this structure, since the insulating film is thickly formed on the surface side of the gate electrode by oxidation of the gate electrode, the insulating film is not formed on the surface and the contact hole that exposes the source region is not formed. Even if the source electrode is formed directly on the surface of the semiconductor layer and spiked by heat treatment, there is no possibility of short circuit with the gate electrode. That is, since it is not necessary to form an insulating film on the surface of the semiconductor layer and provide a contact hole, the source region and the source electrode can be formed by self-alignment only by forming the gate electrode. As a result, there is no need for a mask alignment margin, the distance between transistor cells can be made very narrow, and the number of transistor cells per unit area can be increased, so that the on-resistance can be reduced. A high current MOSFET with a large current can be obtained.
[0011]
The surface side of the gate electrode is dug deeper than the surface of the semiconductor layer, an insulating film is formed on the surface of the gate electrode by oxidation of the gate electrode, and the surface of the insulating film is a surface substantially close to the surface of the source region By forming the gate electrode and the insulating film so that the surface becomes flat, the surface becomes flat, the source electrode (source wiring) also becomes flat, and the source electrode (Al) can be flattened and made uniform and stable. There is an advantage that can be spiked.
[0012]
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) forming a groove in a lattice shape in a semiconductor layer of the first conductivity type serving as a drain region; and (b) inside the groove. Surface of To gate oxide film And in the groove Gate electrode Digging so that the surface is deeper than the surface of the semiconductor layer Forming a channel diffusion region and a source region in the vertical direction around the gate electrode by sequentially diffusing a second conductivity type impurity and a first conductivity type impurity in the semiconductor layer in any step; And (d) oxidizing the surface of the gate electrode to form a depth deeper than the surface of the source region. And shallower than the bottom surface of the source region From the position To the surface of the source region Forming an insulating film and exposing the source region; and (e) forming a source electrode made of a metal film on the surface of the exposed source region and the insulating film formed on the gate electrode; (F) Heat treatment is performed to spike the source electrode metal film into the source region and the channel diffusion region in the entire source region exposed between the adjacent insulating films, so that the source electrode A step of forming an alloy layer in ohmic contact with each of the region and the channel diffusion region; and (g) a step of forming a drain electrode by being electrically connected to the semiconductor layer.
[0013]
By performing this method, it is not necessary to provide an insulating film on the surface of the semiconductor layer to form a contact hole, and the source electrode can be formed by self-alignment, so that the cell interval can be extremely narrowed. Not only can the on-resistance be reduced, but also the manufacturing process becomes very simple and can be manufactured at low cost.
[0014]
Before forming the insulating film on the surface side of the gate electrode, the surface of the gate electrode is etched deeper than the surface of the semiconductor layer by etching, and the surface of the insulating film formed by the step (d) and exposed by the step (d). By forming the insulating film so that the source region is substantially flush with the source region, the surface can be flattened while being a trench structure type, and a semiconductor device having a power MOSFET with a flat surface can be obtained. .
[0015]
As another method, before forming an insulating film on the surface side of the gate electrode, an antioxidant film is formed on the surface of the semiconductor layer around the gate electrode, and only the surface of the gate electrode is oxidized. A thick oxide film can be formed only on the gate electrode without back-up.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the semiconductor device of the present invention and the manufacturing method thereof will be described with reference to the drawings. The semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor layer 1 of a first conductivity type (for example, n-type), as shown in FIG. A groove 11 is formed, a gate oxide film 4 is formed on the inner surface of the groove 11, and a gate electrode 5 made of polysilicon or the like is embedded in the groove 11. Then, a channel diffusion region 2 of the second conductivity type (for example, p-type) is formed on the surface of the semiconductor layer 1 around the gate electrode 5, and an n-type source region 3 is formed on the surface of the channel diffusion region 2 by diffusion or the like. Has been. On the surface side of the gate electrode 5, the insulating film 6 is formed thick so as to obtain a sufficient breakdown voltage by oxidizing the gate electrode. Furthermore, the source electrode 7 is formed by providing a metal film directly on the surface of the insulating film 6 and the surface of the source region 3. The metal of the source electrode 7 spikes into the source region 3 and the channel diffusion region 2 to form an alloy layer 7a to be in ohmic contact and to be electrically connected to the semiconductor layer 1 and provided with the drain electrode 8. . In the figure, the semiconductor substrate 1a and the drain electrode 8 are written thinner than the other portions, and an accurate thickness relationship is not shown as a whole.
[0017]
The semiconductor layer 1 is made of silicon, for example, and has a high impurity concentration. + An n-type semiconductor layer made of silicon epitaxially grown to a thickness of several μm to several tens of μm, for example, about 5 μm, on the semiconductor substrate 1a. By diffusing the n-type impurity, the p-type channel diffusion region 2 has a thickness of about 1 μm, and n + Each source region 3 is formed in a thickness of about 0.5 μm.
[0018]
As shown in a plan view before providing the source electrode in FIG. 1 (b), the pitch is 0.2 to 1 μm wide (E) in a grid pattern with an interval (A) of about 0.7 to 2.0 μm. ), A groove 11 is formed at a depth of about 1.5 μm, and a gate electrode 5 made of polysilicon or the like is formed in the groove 11 via a gate oxide film 4.
[0019]
As will be described later, the gate electrode 5 is formed only in the concave groove 11 by removing the polysilicon film in portions other than the concave groove 11 by etching back after, for example, polysilicon is deposited on the entire surface. Has been. At this time, etching is further performed by etching from the surface of the semiconductor layer (source region 3) to about 0.1 to 0.3 μm by continuing the etch back (the surface of the source region 3 has an oxide film and is etched). Not) Then, by heat treatment, polysilicon is much easier to oxidize than single crystal silicon, so that the exposed portion of the gate electrode 5 surface is particularly oxidized, a thick oxide film 6 is formed on the surface, and the entire surface is etched back. Thus, if the surface of the source region 3 is exposed, the source region 3 and the insulating film 6 are formed on substantially the same plane. A metal film made of Al or the like for forming the source electrode 7 is formed on the surface to a thickness of about 3 μm.
[0020]
In this state, by performing a heat treatment at about 400 ° C. for about 30 minutes, Si is diffused into Al together with the interaction at the interface between the source electrode 7 and the source region 3. The alloy layer with Si advances into the semiconductor layer, and an alloy layer 7a having a sharp tip is formed as shown in FIG. The alloy layer 7a is formed so that the spike depth to the inside thereof changes depending on the temperature and time of the heat treatment, enters the channel diffusion region 2, and does not penetrate the channel diffusion region 2.
[0021]
That is, as described above, the present inventor conducted extensive studies to obtain a semiconductor device capable of reducing the on-resistance of the insulated gate semiconductor device and obtaining a large current with a small chip size. The amount of the metal film provided on the surface entering the semiconductor layer by the spike can be controlled by controlling conditions such as the thickness of the metal film to be deposited and heat treatment, and FIG. As shown in FIG. 5, it has been found that only the source region 3 and the channel diffusion region 2 can be in ohmic contact and can be prevented from penetrating the channel diffusion region 2.
[0022]
The depth of the alloy layer, that is, the so-called spike depth, was deepened by increasing the temperature of the heat treatment or by increasing the time of the heat treatment, and could be controlled very accurately. For example, when an Al film is provided on Si, the spike starts at about 300 ° C., but it is most efficient to perform at about 400 ° C., and the depth of the spike can be accurately controlled. For example, by performing heat treatment at about 400 ° C. for about 30 minutes, spikes are made to a depth of about 0.6 to 0.8 μm, and the source region 3 of about 0.5 μm and the channel diffusion region 2 of about 1 μm are formed. With the diffusion depth, by performing the alloying process under these conditions, there is no possibility of penetrating the channel diffusion region 2 while taking ohmic contact in both layers. As a result, as described above, by forming a portion where the channel diffusion region 2 and the source region 3 overlap in the vertical direction, if a metal such as Al is spiked from the surface, direct ohmic contact with both layers is achieved. I was able to let
[0023]
If the exposed size of the source region 3 is, for example, about 1 μm or less per side, the lateral direction is blocked by the insulating film 6 obtained by oxidizing the gate electrode 5 and is spiked only in the longitudinal direction. Enter with a spike of books. In order to increase the number of transistor cells, the interval between the gate electrodes 5 is preferably narrow (the exposed area of the source region 3 is small), and usually spikes in a shape as shown in FIG. 1, but larger, for example, 10 μm It was also found that with a contact hole of about a degree, spikes can be made by dividing into a number of lines without spikes uniformly.
[0024]
With the structure shown in FIG. 1, a mask is required only when forming the groove, but after that, there is no need to form a mask with reference to the groove 11, and the source is self-aligned. Region 3 and source electrode 7 can be formed. As a result, the gate electrode width E and the interval D can be reduced to the limit of the mask accuracy, and at the minimum, D = 0.4 μm and E = 0.3 μm, that is, the cell interval A is set to about 0.7 μm. Can do.
[0025]
For example, in the conventional structure shown in FIG. 5, the width E of the gate oxide film 4 around the gate electrode 5 is 0.5 .mu.m, and the distance D between adjacent gate oxide films 4 is 4.5 .mu.m (cell spacing A is 5 .mu.m). According to the present invention, when E is the same and D is narrowed to 1 μm, the distance A between the transistor cells becomes 1.5 μm, and the number of cells per unit area is (5 / 1.5). 2 = 11.1 times. On the other hand, the length of the periphery of the gate oxide film, which becomes the gate width that affects the on-resistance, is 1 / 4.5 (reduction ratio of the length of the periphery of the gate electrode (4D)) × 11.1 (cells per unit area). Number) = 2.47, the resistance is 1 / 2.47, that is, the current can be increased 2.47 times. Similarly, when D is set to 0.5 μm, the current can be increased by 2.78 times. The accuracy of the exposure technique in the current microfabrication using, for example, i-line can be about 0.35 μm. If this technique is applied, D can be reduced to 0.35 μm, and the width E of the gate electrode is also reduced to 0. Since it can be about .35 μm (A = 0.7), the number of cells is (5 / 0.7) 2 = 51 times and the current is (0.35 / 4.5) × 51 = 4 times.
[0026]
Next, a manufacturing method of the MOSFET having the trench structure will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. + An n-type semiconductor layer 1 is epitaxially grown on the type semiconductor substrate 1a by about 5 μm. Then, the surface is made of SiO by CVD or the like. 2 The film 12 is formed to a thickness of about 0.5 μm and patterned to expose the gate electrode formation site in a lattice pattern. Then, the concave groove 11 having a depth of about 1.5 μm is formed by dry etching such as RIE.
[0027]
Thereafter, as shown in FIG. 2B, the gate oxide film 4 is formed on the inner surface of the groove 11 by performing a heat treatment at about 900 to 1000 ° C. for about 30 minutes in an atmosphere of water vapor. Then, polysilicon is deposited on the entire surface, and polysilicon is embedded in the concave grooves. Thereafter, etch back is performed by the RIE method, and the polysilicon film deposited on the surface other than the groove 11 is removed by etching. At this time, when the polysilicon film other than the inside of the groove 11 is etched, the oxide film 12 is exposed and the etching is stopped. On the other hand, since the polysilicon used as the gate electrode 5 in the groove 11 continues to be etched, only the polysilicon film in the groove 11 is further dug. Etching is performed until the digging depth reaches about 0.1 to 0.3 μm from the surface of the semiconductor layer. The reason for etching deeper than the surface of the semiconductor layer is to form an insulating film on the gate electrode 5 by self-alignment.
[0028]
Thereafter, the oxide film 12 on the surface is removed by etching, p-type impurities such as boron are diffused to form a p-type channel diffusion region 2, and then n-type impurities such as phosphorus are diffused to form n + A source region 3 having a shape is formed. Each channel diffusion region 2 is diffused so that the depth is about 0.7 to 1 μm from the surface, and the source region 3 is about 0.3 to 0.5 μm.
[0029]
Next, by performing a heat treatment at about 900 ° C. for about 30 minutes in an atmosphere of water vapor, the single crystal silicon is hardly oxidized, whereas the polysilicon is easily oxidized, so that only the surface of the gate electrode 5 is oxidized. Then, as shown in FIG. 2C, the oxide film 6 is formed in the dug portion in the concave groove 11.
[0030]
Next, the oxide film 12 on the surface and the insulating film 6 on the gate electrode 5 are etched by etching back from the entire surface by the RIE method to expose the source region 3. As a result, the exposed surface of the source region 3 and the surface of the insulating film 6 on the gate electrode 5 are formed to be substantially flat. Then, for example, Al is deposited on the entire surface to a thickness of about 3 μm by sputtering, thereby forming the source electrode 7 as shown in FIG.
[0031]
Next, nitrogen (N 2 ) By performing a heat treatment at about 400 ° C. for about 30 minutes in an atmosphere, the metal material of the source electrode 7 is alloyed with Si of the semiconductor layer as shown in FIG. Spikes into the diffusion region 2 form the alloy layer 7a. In this case, as described above, the depth of the spike changes depending on the temperature and time of this heat treatment, so that it enters the channel diffusion region 2 to obtain an ohmic contact, and penetrates the channel diffusion region 2 to the semiconductor layer 1. It is necessary to control the heat treatment conditions so as not to reach it. Note that the spike does not advance in the lateral direction due to the insulating film 6. Thereafter, a metal having a thickness of about 2 μm is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1a by sputtering or the like to form the drain electrode 8, thereby obtaining a MOSFET having a trench structure shown in FIG.
[0032]
In the example shown in FIG. 2, the groove 11 is formed and the gate oxide film 4 and the gate electrode 5 are formed, and then the diffusion for the channel diffusion region 2 and the source region 3 is performed. After the epitaxial growth, the channel diffusion region 2 and the source region 3 are formed on the entire surface, and then the groove 11 may be formed to form the gate electrode 5 or the like, or the source electrode 7 in the step of FIG. The channel diffusion region 2 and the source region 3 may be formed before the formation.
[0033]
FIG. 4 is a similar cross-sectional explanatory view showing still another manufacturing method. In this example, an insulating film on the surface of the gate electrode is made thicker by providing an oxidation preventive film such as silicon nitride in a portion other than the gate electrode and oxidizing it.
[0034]
First, as shown in FIG. 4A, n is the same as the above example. + The n-type semiconductor layer 1 is epitaxially grown on the type semiconductor substrate 1a by about 5 μm and the surface thereof is oxidized to obtain SiO 2. 2 The film 12 has a thickness of about 0.02 μm, and an antioxidant film such as Si Three N Four The film 13 is sequentially formed by using a low pressure CVD method or the like to a thickness of about 0.2 μm, and is patterned to expose the gate electrode formation site in a lattice shape. Then, the concave groove 11 having a depth of about 1.5 μm is formed by dry etching such as RIE. SiO 2 The film 12 is provided for stress relaxation and the like.
[0035]
Thereafter, as in FIG. 2B, a gate oxide film 4 is formed on the inner surface of the concave groove 11, polysilicon is deposited on the entire surface, etched back by the RIE method, and polysilicon is formed in the concave groove. The buried gate electrode 5 is formed (FIG. 4B).
[0036]
Next, by performing a heat treatment at about 900 ° C. for about 30 minutes in an atmosphere of water vapor, Three N Four Under the film 13 is not oxidized, but the exposed polysilicon surface is oxidized, and a thick oxide film 6 is formed on the surface of the gate electrode 5 as shown in FIG.
[0037]
Next, Si Three N Four Film 13 and SiO 2 By removing each of the films 12 by etching, a thick oxide film 6 is formed on the gate electrode 5 and the surrounding semiconductor layer 1 is exposed as shown in FIG. 4D. Thereafter, p-type impurities such as boron are diffused to form a p-type channel diffusion region 2, and then n-type impurities such as phosphorus are diffused to form n + A source electrode 7 is formed by depositing Al on the entire surface to a thickness of about 3 μm by sputtering, for example, and has a structure similar to that shown in FIG. . Thereafter, Al is spiked in the same manner as described above to obtain a semiconductor device similar to the structure shown in FIG.
[0038]
By using this method, the contact of the source electrode can be formed by the self-alignment method while forming a thick oxide film on the surface of the gate electrode without performing etch back by RIE or the like. As a result, it is possible to obtain a semiconductor device capable of increasing the current with a small gate resistance by increasing the gate width without damaging the semiconductor layer.
[0039]
In the above-described example, silicon is used as the semiconductor substrate 1a and the growing semiconductor layer. However, the use of SiC can further reduce the series resistance and the on-resistance, which is suitable for increasing the current. ing.
[0040]
Further, the above example is an example of a vertical MOSFET, but the same applies to an insulated gate bipolar transistor (IGBT) in which a bipolar transistor is further formed in the vertical MOSFET.
[0041]
【Effect of the invention】
According to the present invention, the channel diffusion region, the source region, and the source electrode can be formed by self-alignment only by forming a mask when forming a trench (concave groove) in a MOSFET having a trench structure, and without forming a mask afterward. Since the ohmic contact between the source region and the channel diffusion region can be obtained, the manufacturing process is very simple, the margin for mask alignment is not required, and the transistor cell can be miniaturized to the mask accuracy for forming the trench. Can do. As a result, the number of transistor cells per unit area can be greatly increased, the on-resistance can be lowered to increase the current, and the performance of the power gate drive transistor can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view of a cross section and a plan view showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.
2 is an explanatory cross-sectional view showing a manufacturing step of the MOSFET shown in FIG. 1. FIG.
3 is an explanatory cross-sectional view showing a manufacturing step of the MOSFET shown in FIG. 1. FIG.
4 is a cross-sectional explanatory view showing a manufacturing process of another method of manufacturing the MOSFET shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view showing the structure of a MOSFET having a conventional trench structure.
[Explanation of symbols]
1 Semiconductor layer
2-channel diffusion region
3 Source area
4 Gate oxide film
5 Gate electrode
7 Source electrode
7a Alloy layer

Claims (7)

第1導電形の半導体層に格子状に形成される凹溝と、該凹溝内表面に形成されるゲート酸化膜と、前記凹溝内に埋め込まれ、表面が前記半導体層の表面よりも深く掘り込まれるゲート電極と、該ゲート電極周囲の前記半導体層表面に形成される第2導電形のチャネル拡散領域と、該チャネル拡散領域の表面にさらに形成される第1導電形のソース領域と、前記ゲート電極の表面側に該ゲート電極の酸化により前記ソース領域の表面より深く、かつ、該ソース領域の底面よりも浅い位置から前記ソース領域の表面まで形成される絶縁膜と、該絶縁膜表面および前記ソース領域表面に直接設けられる金属膜からなるソース電極と、隣接する前記絶縁膜の間に露出する前記ソース領域の全体で、前記ソース電極の金属が前記ソース領域およびチャネル拡散領域にスパイクすることにより形成される合金層と、前記半導体層に電気的に接続して設けられるドレイン電極とを有する半導体装置。Grooves formed in a lattice pattern in the first conductivity type semiconductor layer, a gate oxide film formed on the inner surface of the groove, and embedded in the groove, the surface being deeper than the surface of the semiconductor layer and dug Ru gate electrode, the channel diffusion region of a second conductivity type formed on the surface side of the semiconductor layer around the gate electrode, of the first conductivity type is further formed on the surface side of the channel diffusion region and the source region, the oxidation of the gate electrode on the surface side of the gate electrode deeply from the surface of the source region, and an insulating film formed from a position shallow than the bottom surface of the source region to the surface of the source region And the source electrode composed of a metal film directly provided on the insulating film surface and the source region surface, and the source region exposed between the adjacent insulating films, the metal of the source electrode is the source region and A semiconductor device having an alloy layer formed by spiking the Yaneru diffusion region, and a drain electrode provided electrically connected to the semiconductor layer. 前記ゲート酸化膜で囲まれるソース領域の表面に露出する形状が、一辺が1μmを超えない寸法の四角形状である請求項1記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the shape exposed on the surface of the source region surrounded by the gate oxide film is a quadrangular shape with a side not exceeding 1 μm . 前記スパイクにより形成される合金層は、先端が尖った形状である請求項1または2記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the alloy layer formed by the spike has a sharp tip. 前記チャネル拡散領域および前記ソース領域が形成される前記半導体層がシリコンからなり、前記ソース電極がAlからなる請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer in which the channel diffusion region and the source region are formed is made of silicon, and the source electrode is made of Al. 前記第1導電形半導体層が、nThe first conductivity type semiconductor layer is n ++ 形半導体基板上にエピタキシャル成長されたn形エピタキシャル半導体層であり、前記チャネル拡散領域がp形拡散領域であり、その上に形成されるソース領域がnAn n-type epitaxial semiconductor layer epitaxially grown on a semiconductor substrate, the channel diffusion region is a p-type diffusion region, and a source region formed thereon is n ++ 形拡散領域である請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a shaped diffusion region. (a)ドレイン領域とする第1導電形の半導体層に凹溝を格子状に形成する工程と、
(b)該凹溝内の表面にゲート酸化膜を形成すると共に、該凹溝内にゲート電極を、その表面が前記半導体層の表面よりも深くなるように掘り込んで形成する工程と、
(c)いずれかの工程で前記半導体層に第2導電形不純物および第1導電形不純物を順次拡散することにより、前記ゲート電極周囲にチャネル拡散領域およびソース領域を縦方向に形成する工程と、
(d)前記ゲート電極の表面を酸化して前記ソース領域の表面よりも深く、かつ、該ソース領域の底面よりも浅い位置から前記ソース領域の表面まで絶縁膜を形成すると共に、前記ソース領域を露出させる工程と、
(e)該露出したソース領域表面および前記ゲート電極上に形成した絶縁膜の表面に金属膜からなるソース電極を形成する工程と、
(f)熱処理を施し、隣接する前記絶縁膜の間に露出する前記ソース領域の全体で、前記ソース電極の金属膜を前記ソース領域およびチャネル拡散領域にスパイクさせることにより、前記ソース電極が該ソース領域およびチャネル拡散領域とそれぞれオーミックコンタクトする合金層を形成する工程と、
(g)前記半導体層と電気的に接続してドレイン電極を形成する工程
とを有する半導体装置の製法。
(A) forming a groove in a lattice shape in the semiconductor layer of the first conductivity type serving as a drain region;
(B) forming a gate oxide film on the surface in the groove and forming a gate electrode in the groove so that the surface is deeper than the surface of the semiconductor layer ;
(C) forming a channel diffusion region and a source region in the vertical direction around the gate electrode by sequentially diffusing a second conductivity type impurity and a first conductivity type impurity in the semiconductor layer in any of the steps;
And (d) oxidizing the surface of the gate electrode deeply than the surface of the source region, and, with an insulating film from a position shallow than the bottom surface of the source region to the surface of said source region, said source Exposing the area;
(E) forming a source electrode made of a metal film on the exposed source region surface and the surface of the insulating film formed on the gate electrode;
(F) Heat treatment is performed to spike the source electrode metal film into the source region and the channel diffusion region in the entire source region exposed between the adjacent insulating films, so that the source electrode Forming an alloy layer in ohmic contact with each of the region and the channel diffusion region;
(G) forming a drain electrode by being electrically connected to the semiconductor layer.
前記ゲート電極の表面側に絶縁膜を形成する前に、該ゲート電極周囲の半導体層表面に酸化防止膜を形成し、ゲート電極表面のみを酸化させる請求項記載の製法。The method according to claim 6 , wherein before forming an insulating film on the surface side of the gate electrode, an antioxidant film is formed on the surface of the semiconductor layer around the gate electrode to oxidize only the gate electrode surface.
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