JP6046072B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置又はその製造方法に関するものであって、特に、超接合半導体装置又はその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device or a manufacturing method thereof, and more particularly to a superjunction semiconductor device or a manufacturing method thereof.

近年、環境に優しい製品と環境保全技術が推奨されており、省エネ電子デバイスに対する要求が多くある。このような装置の必要性の高まりに対応するため、半導体産業は、さらにエネルギー使用に配慮した視点へと向かっている。したがって、改善されたエネルギー効率を提供する超接合金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)が開発されている。従来の平面MOSFET構造と比較すると、超接合MOSFETは、装置の電圧公差に影響を及ぼすことなく、オン抵抗を非常に低度に減少させることができる。その結果、単位面積当たりのオン抵抗が低いMOSFETが生成される。   In recent years, environmentally friendly products and environmental protection technologies have been recommended, and there are many demands for energy-saving electronic devices. In order to respond to the increasing need for such devices, the semiconductor industry is moving toward a perspective that further considers energy use. Accordingly, superjunction metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs) have been developed that provide improved energy efficiency. Compared to conventional planar MOSFET structures, superjunction MOSFETs can reduce the on-resistance very low without affecting the voltage tolerance of the device. As a result, a MOSFET having a low on-resistance per unit area is generated.

一般の超接合MOSFET装置は、アクティブ領域(セル領域とも称される)、および、終端領域の二個の領域を含む。超接合MOSFET装置の終端領域は、装置中の横方向電位差を維持するように設計される。終端領域により維持される電位差が小さい時、装置中の垂直、および、水平方向で生成される電界が大きくなる。したがって、装置の終端領域の機能が低下しやすい。   A typical superjunction MOSFET device includes two regions, an active region (also referred to as a cell region) and a termination region. The termination region of the superjunction MOSFET device is designed to maintain the lateral potential difference in the device. When the potential difference maintained by the termination region is small, the electric field generated in the vertical and horizontal directions in the device is large. Therefore, the function of the terminal area of the device is likely to deteriorate.

よって、改善された超接合装置が必要である。   Thus, there is a need for an improved superjunction device.

本発明は、超接合半導体装置又はその製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a superjunction semiconductor device or a method for manufacturing the same.

本発明は、半導体装置を提供し、アクティブ領域と終端領域を有する第一導電型の基板と、基板上に形成される第一導電型のエピタキシャル層と、アクティブ領域のエピタキシャル層中に形成される複数の第一トレンチと、終端領域のエピタキシャル層中に形成される複数の第二トレンチと、第一および第二トレンチ底部で形成される注入遮断層、等角的に、第一および第二トレンチの側壁に沿って形成され第一導電型と異なる第二導電型のライナーと、複数の第一カラムおよび複数の第二カラムをそれぞれ規定する第一および第二トレンチ中に充填される誘電材料と、エピタキシャル層上に形成されるゲート誘電層と、終端領域から一番遠い第一カラムの反対側で、ゲート誘電層上に形成される二個の浮遊ゲートと、前記二個の浮遊ゲート間に形成されるソース領域と、ゲート誘電層および浮遊ゲートを被覆する層間絶縁膜層、および、層間絶縁膜層を通じてソース領域上に形成されるコンタクトプラグを含む。   The present invention provides a semiconductor device, and is formed in a first conductivity type substrate having an active region and a termination region, a first conductivity type epitaxial layer formed on the substrate, and an active region epitaxial layer. A plurality of first trenches, a plurality of second trenches formed in the epitaxial layer of the termination region, and an injection blocking layer formed at the bottom of the first and second trenches, conformally, the first and second trenches A second conductivity type liner formed along the sidewalls of the first and second conductivity types, and a dielectric material filling the first and second trenches defining the plurality of first columns and the plurality of second columns, respectively. A gate dielectric layer formed on the epitaxial layer; two floating gates formed on the gate dielectric layer opposite the first column farthest from the termination region; and the two floating gates To include a source region formed, an interlayer insulating film layer covering the gate dielectric layer and a floating gate, and a contact plug formed on the source region through the interlayer insulating film layer.

また本発明は、半導体装置の製造方法を提供し、第一導電型の基板を提供し、基板が、アクティブ領域と終端領域を有する工程と、基板上に、第一導電型のエピタキシャル層を形成する工程と、アクティブ領域のエピタキシャル層中に、複数の第一トレンチを形成する工程と、終端領域のエピタキシャル層中に、複数の第二トレンチを形成する工程と、第一トレンチおよび第二トレンチの底部で、注入遮断層を形成する工程と、第一トレンチおよび第二トレンチの側壁に、等角的にライナーを形成する工程と、第一導電型とは異なる第二導電型のドーパントをライナーに注入する工程と、誘電材料を第一トレンチおよび第二トレンチに充填して、それぞれ、複数の第一カラムと複数の第二カラムを形成する工程と、ゲート誘電層をエピタキシャル層上に形成する工程と、終端領域から一番遠い第一カラムの反対側で、ゲート誘電層上に、二個の浮遊ゲートを形成する工程と、前記二個の浮遊ゲート間にソース領域を形成する工程と、ゲート誘電層と浮遊ゲートを被覆する層間絶縁膜層を形成する工程と、層間絶縁膜を通じてソース上に、コンタクトプラグを形成する工程と、を含む。前記注入遮断層は、ドーパントが第一および第二トレンチの底部に入ることを阻止する。   The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device, provides a substrate of a first conductivity type, a step in which the substrate has an active region and a termination region, and forms an epitaxial layer of the first conductivity type on the substrate. A step of forming a plurality of first trenches in the epitaxial layer of the active region, a step of forming a plurality of second trenches in the epitaxial layer of the termination region, and a step of Forming an injection blocking layer at the bottom, forming a liner conformally on the sidewalls of the first trench and the second trench, and applying a dopant of a second conductivity type different from the first conductivity type to the liner; Implanting, filling the first and second trenches with a dielectric material to form a plurality of first columns and a plurality of second columns, respectively, and epitaxy the gate dielectric layer Forming on the gate layer, forming two floating gates on the gate dielectric layer on the opposite side of the first column farthest from the termination region, and a source region between the two floating gates Forming an interlayer insulating film layer covering the gate dielectric layer and the floating gate, and forming a contact plug on the source through the interlayer insulating film. The implantation blocking layer prevents dopants from entering the bottom of the first and second trenches.

本発明は、トレンチの底部で拡散することにより生じる電位差を損失するのを防止し、これにより、従来の超接合装置中で通常生じる超接合装置の終端領域中、トレンチの底部での電界の生成を軽減する。また、終端領域中、トレンチの底部に高い電界がないので、超接合装置の終端領域中の破損問題が効果的に排除される。   The present invention prevents the loss of potential difference caused by diffusion at the bottom of the trench, thereby creating an electric field at the bottom of the trench in the termination region of the superjunction device that normally occurs in conventional superjunction devices. Reduce. Also, since there is no high electric field at the bottom of the trench in the termination region, the problem of breakage in the termination region of the superjunction device is effectively eliminated.

本発明は、添付の図面とともに以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することにより更に完全に理解されよう。
本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。 本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法の流れを説明する断面図である。
The invention will be more fully understood by considering the following detailed description of various embodiments of the invention in conjunction with the accompanying drawings.
It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment. It is sectional drawing explaining the flow of the formation method of the super junction semiconductor device which concerns on this embodiment.

図1から図13は、本実施形態に係る超接合半導体装置の形成方法のフローチャートを説明する断面図である。   1 to 13 are cross-sectional views illustrating a flowchart of a method for forming a superjunction semiconductor device according to this embodiment.

図1を参照し、第一導電型の基板100が提供される。基板100は、アクティブ領域100a、および、アクティブ領域100aに隣接する終端領域100bを含む。基板100は、バルクシリコン基板、シリコンオンインシュレーター(SOI)基板等である。このほか、その他の適切な基板、たとえば、多層基板、勾配基板、ハイブリッド配向基板等も用いられる。、基板100は、p型の第一導電型、たとえば、ボロンドープ基板を含む。他の例として、基板100は、n型の第一導電型、たとえば、蛍光体、または、ヒ素基板を含む。その他の適切な基板も用いられる。本実施形態では、基板100は、高濃度にドープされたn型(N+)基板である。   Referring to FIG. 1, a first conductivity type substrate 100 is provided. The substrate 100 includes an active region 100a and a termination region 100b adjacent to the active region 100a. The substrate 100 is a bulk silicon substrate, a silicon on insulator (SOI) substrate, or the like. In addition, other appropriate substrates such as a multilayer substrate, a gradient substrate, a hybrid alignment substrate, and the like are also used. The substrate 100 includes a p-type first conductivity type, for example, a boron-doped substrate. As another example, the substrate 100 includes an n-type first conductivity type, for example, a phosphor or an arsenic substrate. Other suitable substrates are also used. In this embodiment, the substrate 100 is a highly doped n-type (N +) substrate.

図2を参照し、第一導電型のエピタキシャル層102が、基板100上に形成される。基板100は、エピタキシャル層102より高いドーピング濃度を有する。たとえば、第一導電型がn型であるとき、基板100は、高濃度にドープされたn型(N+)基板100であり、エピタキシャル層102は、低濃度ドープのn型(N−)エピタキシャル層である。エピタキシャル層102は、装置の幅に基づいて、エピタキシャル成長により、1〜100μmの厚さに形成される。   Referring to FIG. 2, a first conductivity type epitaxial layer 102 is formed on a substrate 100. The substrate 100 has a higher doping concentration than the epitaxial layer 102. For example, when the first conductivity type is n-type, the substrate 100 is a heavily doped n-type (N +) substrate 100 and the epitaxial layer 102 is a lightly doped n-type (N−) epitaxial layer. It is. The epitaxial layer 102 is formed to a thickness of 1 to 100 μm by epitaxial growth based on the width of the device.

エピタキシャル層102の形成後、エピタキシャル層102中に複数のトレンチを形成するためのプロセスを実行する。図3を参照し、複数の第一トレンチ104が、アクティブ領域100aのエピタキシャル層102中に形成され、複数の第二トレンチ106が、終端領域100bのエピタキシャル層102中に形成される。第一トレンチ104および第二トレンチ106が、リソグラフィとエッチングプロセスにより形成される。一例として、第一トレンチ104と第二トレンチ106との間の距離は、アクティブ領域100aから終端領域100bまで様々である。たとえば、第一トレンチ104と第二トレンチ106との間の距離は、アクティブ領域100aから終端領域100bに増加する。特に、距離aは距離bより小さく、距離bは距離cより小さく、距離cは距離dより小さく、距離dは距離eより小さい。他の例では、第一トレンチ104と第二トレンチ106との間の距離が同じである。   After the formation of the epitaxial layer 102, a process for forming a plurality of trenches in the epitaxial layer 102 is performed. Referring to FIG. 3, a plurality of first trenches 104 are formed in the epitaxial layer 102 of the active region 100a, and a plurality of second trenches 106 are formed in the epitaxial layer 102 of the termination region 100b. The first trench 104 and the second trench 106 are formed by lithography and etching processes. As an example, the distance between the first trench 104 and the second trench 106 varies from the active region 100a to the termination region 100b. For example, the distance between the first trench 104 and the second trench 106 increases from the active region 100a to the termination region 100b. In particular, the distance a is smaller than the distance b, the distance b is smaller than the distance c, the distance c is smaller than the distance d, and the distance d is smaller than the distance e. In another example, the distance between the first trench 104 and the second trench 106 is the same.

第一トレンチ及び第二トレンチの形成後、注入遮断物が、第一トレンチ104及び第二トレンチ106中に形成される。図4A〜図4Dは、注入遮断層108を形成するステップを示す図である。図4Aを参照し、第一酸化層108A、窒化物層108B、および、第二酸化層108Cが、連続して、等角的(conformally)に、エピタキシャル層102上に形成される(言い換えると、第一酸化層108A、窒化物層108B、および、第二酸化層108Cは、エピタキシャル層102上で、第一トレンチ104及び第二トレンチ106の側壁及び底部に沿って順に形成され、第一酸化層108A、窒化物層108B、および、第二酸化層108Cは共通した形状で形成される。)。第一酸化層108A、窒化物層108B、および、第二酸化層108C間の厚さ比は、約1〜10:1〜10:1〜50である。第一酸化層108Aおよび第二酸化層108Cは、酸化ケイ素、オルトケイ酸テトラエチル(TEOS)酸化物、または、それらの組み合わせを含み、窒化物層108Bは、窒化ケイ素、酸窒化物、または、それらの組み合わせを含む。本実施形態では、第一酸化層108Aは酸化ケイ素層、窒化物層108Bは窒化ケイ素層、第二酸化層はTEOS酸化物層である。層108A、層108B、および、層108Cは、蒸着プロセス、たとえば、化学気相堆積(CVD)により形成されるか、または、酸化または窒化プロセスにより熱成長させる。図4Bに示されるように、層108A、層108B、および、層108Cの形成後、マスク層210が形成されて、第二酸化層108C表面を露出する第一トレンチ104および第二トレンチ106を完全に充填する。図4Cを参照し、マスク層210により被覆されない第一酸化層108A、窒化物層108B、および、第二酸化層108Cの一部が除去される。除去方法は、湿式エッチングプロセスである。図4Cのステップ後、マスク層210が除去され、図4Dに示されるように、第一酸化層108A、窒化物層108B、および、第二酸化層108Cの残り部分は、注入遮断層108を形成する。注入遮断層108は、直接、トレンチ104と106の側壁に接触しない。トレンチ104とトレンチ106の底部(底部の一部)と側壁が露出する。注入遮断層108の全体の厚さは、1000A〜5000Aで変化する。本実施形態では、注入遮断層108の全体の厚さは、約2000Aである。   After formation of the first trench and the second trench, an implant blocker is formed in the first trench 104 and the second trench 106. 4A to 4D are diagrams showing steps for forming the injection blocking layer 108. FIG. Referring to FIG. 4A, a first oxide layer 108A, a nitride layer 108B, and a second dioxide layer 108C are successively and conformally formed on the epitaxial layer 102 (in other words, the first The monoxide layer 108A, the nitride layer 108B, and the second dioxide layer 108C are sequentially formed on the epitaxial layer 102 along the sidewalls and bottoms of the first trench 104 and the second trench 106, and the first oxide layer 108A, The nitride layer 108B and the second dioxide layer 108C are formed in a common shape.) The thickness ratio between the first oxide layer 108A, the nitride layer 108B, and the second dioxide layer 108C is about 1 to 10: 1 to 10: 1 to 50. The first oxide layer 108A and the second dioxide layer 108C include silicon oxide, tetraethyl orthosilicate (TEOS) oxide, or a combination thereof, and the nitride layer 108B includes silicon nitride, oxynitride, or a combination thereof. including. In the present embodiment, the first oxide layer 108A is a silicon oxide layer, the nitride layer 108B is a silicon nitride layer, and the second dioxide layer is a TEOS oxide layer. Layers 108A, 108B, and 108C are formed by a vapor deposition process, such as chemical vapor deposition (CVD), or thermally grown by an oxidation or nitridation process. As shown in FIG. 4B, after the formation of layer 108A, layer 108B, and layer 108C, mask layer 210 is formed to completely expose first trench 104 and second trench 106 that expose the surface of second dioxide layer 108C. Fill. Referring to FIG. 4C, the first oxide layer 108A, the nitride layer 108B, and a portion of the second dioxide layer 108C that are not covered by the mask layer 210 are removed. The removal method is a wet etching process. After the step of FIG. 4C, the mask layer 210 is removed, and as shown in FIG. 4D, the first oxide layer 108A, the nitride layer 108B, and the remaining portion of the second dioxide layer 108C form an implantation blocking layer 108. . Implant blocking layer 108 does not contact the sidewalls of trenches 104 and 106 directly. The bottom (part of the bottom) and the side walls of the trench 104 and the trench 106 are exposed. The total thickness of the injection blocking layer 108 varies from 1000A to 5000A. In this embodiment, the total thickness of the injection blocking layer 108 is about 2000A.

図4Eは、本発明の変形例による注入遮断層108の断面図である。図4Eの変形例において、第一酸化層108A’、窒化物層108B’、および、第二酸化層108C’は、たとえば、高密度プラズマ化学気相堆積(HDPCVD)プロセスにより、直接、第一トレンチ104および第二トレンチ106の底部に形成されている。変形例において、層108A’、層108B’および層108C’は、直接、トレンチ104と106中だけに形成されるので、図4A〜図4Cに示される除去プロセスは不要であり、層108A’、層108B’および層108C’により形成される注入遮断層108’は、第一トレンチ104および第二トレンチ106の底部で、側壁(側壁の一部)を被覆する。第一酸化層108A’、窒化物層108B’、および、第二酸化層108C’間の厚さ比は、約1〜10:1〜10:1〜50である。注入遮断層108’の全体の厚さは、1000A〜5000Aで変化する。本発明の変形例では、注入遮断層108’の全体の厚さは、約2000Aである。   FIG. 4E is a cross-sectional view of the injection blocking layer 108 according to a modification of the present invention. In the variation of FIG. 4E, the first oxide layer 108A ′, the nitride layer 108B ′, and the second dioxide layer 108C ′ are directly formed in the first trench 104 by, for example, a high density plasma chemical vapor deposition (HDPCVD) process. And formed at the bottom of the second trench 106. In a variation, layer 108A ′, layer 108B ′, and layer 108C ′ are formed directly only in trenches 104 and 106, so the removal process shown in FIGS. 4A-4C is not required, and layers 108A ′, The injection blocking layer 108 ′ formed by the layer 108 B ′ and the layer 108 C ′ covers the side wall (a part of the side wall) at the bottom of the first trench 104 and the second trench 106. The thickness ratio between the first oxide layer 108A ', the nitride layer 108B', and the second dioxide layer 108C 'is about 1 to 10: 1 to 10: 1 to 50. The total thickness of the injection blocking layer 108 'varies from 1000A to 5000A. In a variation of the invention, the total thickness of the injection blocking layer 108 'is about 2000A.

図4Dと図4Eに示される注入遮断層108は、酸化物−窒化物−酸化物複合層であるが、注意すべきことは、注入遮断層は、別の構造、たとえば、窒化物−酸化物−窒化物複合層、窒化物−酸化物複合層、または、酸化物−オキシ窒化物−酸化物複合層を含むことである。図4Eに示される注入遮断層108’は、以下に説明する一例としても用いられる。   Although the injection blocking layer 108 shown in FIGS. 4D and 4E is an oxide-nitride-oxide composite layer, it should be noted that the injection blocking layer has a different structure, such as a nitride-oxide. A nitride composite layer, a nitride-oxide composite layer, or an oxide-oxynitride-oxide composite layer. The injection blocking layer 108 ′ shown in FIG. 4E is also used as an example described below.

注入遮断層108’の形成後、図5に示されるように、ライナー110が、等角的に、エピタキシャル層102上に形成される(言い換えると、ライナー110は、第一トレンチ104及び第二トレンチ106の側壁及び底部に沿って、かつ、エピタキシャル層102の上面に沿うように形成される。)。ライナー110は、誘電材料、たとえば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化物、または、その他の適切な材料を含む。注意すべきことは、図5に示されるステップは、図4Eに示される注入遮断層108’で実行されるが、図5のステップは、図4Dに示される注入遮断層108でも実行されてもよい。図4Dに示される注入遮断層108上に、ライナー110を形成する例において、ライナー110は、注入遮断層108により被覆されないトレンチ104と106の側壁と底部にも形成される。ライナー110は、厚さが約100〜500Aである。   After the formation of the injection blocking layer 108 ', a liner 110 is formed conformally on the epitaxial layer 102 as shown in FIG. 5 (in other words, the liner 110 is formed of the first trench 104 and the second trench). 106 along the side wall and bottom of 106 and along the top surface of epitaxial layer 102. The liner 110 includes a dielectric material, such as silicon oxide, silicon nitride, oxynitride, or other suitable material. It should be noted that the steps shown in FIG. 5 are performed on the injection blocking layer 108 ′ shown in FIG. 4E, but the steps of FIG. 5 may also be performed on the injection blocking layer 108 shown in FIG. 4D. Good. In the example of forming the liner 110 on the implant blocking layer 108 shown in FIG. 4D, the liner 110 is also formed on the sidewalls and bottom of the trenches 104 and 106 that are not covered by the implant blocking layer 108. The liner 110 has a thickness of about 100 to 500A.

図6を参照し、図5のステップに続いて、注入プロセス300が実行されて、第二導電型のドーパントを、ある角度で、トレンチ104とトレンチ106の側壁上のライナー110に注入する。第一導電型と第二導電型は異なる。たとえば、第一導電型がn型のとき、第二導電型はp型である。注入プロセス300を実行するステップにおいて、注入遮断層108’は、ドーパントが第一トレンチ104および第二トレンチ106の底部に入るのをブロックする。   Referring to FIG. 6, following the step of FIG. 5, an implantation process 300 is performed to implant a second conductivity type dopant into the liner 110 on the sidewalls of the trench 104 and the trench 106 at an angle. The first conductivity type and the second conductivity type are different. For example, when the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is p-type. In performing the implantation process 300, the implantation blocking layer 108 ′ blocks dopants from entering the bottoms of the first trench 104 and the second trench 106.

図7を参照し、ライナー110に第二導電型のドーパントが注入された後、誘電材料が第一トレンチ104および第二トレンチ106に充填されることで、複数の第一カラム112と複数の第二カラム114をそれぞれ形成する。誘電材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化物、低誘電率誘電体、その他の適切な誘電材料、または、それらの組み合わせである。誘電材料を充填する方法は、蒸着プロセスとCMPプロセスを含む。蒸着プロセスはCVDを含む。CMPプロセスは、エピタキシャル層102側で、ライナー110の一部も除去する。   Referring to FIG. 7, after the dopant of the second conductivity type is implanted into the liner 110, the dielectric material is filled in the first trench 104 and the second trench 106, so that the plurality of first columns 112 and the plurality of second columns are filled. Two columns 114 are formed respectively. The dielectric material is silicon oxide, silicon nitride, oxynitride, low dielectric constant dielectric, other suitable dielectric materials, or combinations thereof. Methods for filling the dielectric material include vapor deposition processes and CMP processes. The deposition process includes CVD. The CMP process also removes part of the liner 110 on the epitaxial layer 102 side.

図7のステップに続いて、図8に示されるように、ゲート誘電層116が、エピタキシャル層102上に形成される。ゲート誘電層116は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化物、高誘電率誘電体、ゲート誘電体に適するその他の誘電材料、または、それらの組み合わせを含む。高誘電率誘電体は、金属酸化物、たとえば、Li,Be,Mg,Ca,Sr,Sc,Y,Zr,Hf,Al,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu、および、それらの混合物の酸化物を含む。ゲート誘電層116は、従来のプロセス、たとえば、原子層堆積(ALD)、化学気相堆積(CVD)、物理的気相成長法(PVD)、熱酸化、UV−オゾン酸化、または、それらの組み合わせにより形成される。   Following the steps of FIG. 7, a gate dielectric layer 116 is formed on the epitaxial layer 102, as shown in FIG. The gate dielectric layer 116 comprises silicon oxide, silicon nitride, oxynitride, a high dielectric constant dielectric, other dielectric materials suitable for the gate dielectric, or combinations thereof. The high dielectric constant dielectric is a metal oxide such as Li, Be, Mg, Ca, Sr, Sc, Y, Zr, Hf, Al, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy. , Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and mixtures thereof. The gate dielectric layer 116 may be formed by conventional processes such as atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), thermal oxidation, UV-ozone oxidation, or combinations thereof. It is formed by.

図9に示されるように、ゲート誘電層116の形成後、二個の浮遊ゲート118は、終端領域100bから一番遠いアクティブ領域100a中で、第一カラム112の反対側のゲート誘電層上に形成される。浮遊ゲート118は、金属、ポリシリコン、ケイ化タングステン(WSi)、または、それらの組み合わせを含む材料で形成される。浮遊ゲート118は、たとえば、低圧化学気相堆積(LPCVD)、プラズマ助長化学気相堆積(PECVD)、その他の適切なプロセス、または、それらの組み合わせを用いて形成される。このほか、図9に示されるように、複数の浮遊ゲート120も、終端領域100bのゲート誘電層116上に同時に形成され、浮遊ゲート120は、終端領域100b中の第二カラム114の一部とエピタキシャル層102の一部を被覆する。浮遊ゲート120の材料と形成方法は、浮遊ゲート118と同様であり、ここで詳述しない。 As shown in FIG. 9, after forming the gate dielectric layer 116, the two floating gates 118 are on the gate dielectric layer opposite the first column 112 in the active region 100a farthest from the termination region 100b. It is formed. The floating gate 118 is formed of a material including metal, polysilicon, tungsten silicide (WSi 2 ), or a combination thereof. The floating gate 118 is formed using, for example, low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), other suitable processes, or combinations thereof. In addition, as shown in FIG. 9, a plurality of floating gates 120 are simultaneously formed on the gate dielectric layer 116 in the termination region 100b, and the floating gate 120 is connected to a part of the second column 114 in the termination region 100b. A part of the epitaxial layer 102 is covered. The material and formation method of the floating gate 120 are the same as those of the floating gate 118 and will not be described in detail here.

図9のステップに続いて、図10に示されるように、ソース領域122が、浮遊ゲート118間のエピタキシャル層102中に形成される。ソース領域122は、当技術分野で一般的なドーピングプロセス、たとえば、イオン注入プロセスにより形成される。   Following the step of FIG. 9, as shown in FIG. 10, a source region 122 is formed in the epitaxial layer 102 between the floating gates 118. The source region 122 is formed by a doping process common in the art, for example, an ion implantation process.

図11を参照し、ソース領域122の形成後、層間絶縁膜(ILD)層124が形成される。ILD124は、ソース領域122を露出するコンタクトホール124aと共に、ゲート誘電層116と浮遊ゲート118と浮遊ゲート120を被覆するように形成される。   Referring to FIG. 11, after forming source region 122, interlayer insulating film (ILD) layer 124 is formed. The ILD 124 is formed so as to cover the gate dielectric layer 116, the floating gate 118, and the floating gate 120 together with the contact hole 124 a exposing the source region 122.

図11のステップ後、コンタクトプラグを形成するプロセスを実行して、超接合装置の形成を完成する。図12を参照し、ILD層124のコンタクトホール124aを通じて広がるコンタクトプラグ126が、ソース領域122上に形成されて、超接合装置1000の形成が完成する。注意すべきことは、図12の超接合装置は、図4Eに示される構造から形成されるが、図13に示されるように、超接合装置は、図4Dに示される構造からも製造されることである。図13に示されるように、図4Dに示される構造から、超接合装置を製造する例において、ライナー110が、注入遮断層108’により被覆されないトレンチ104とトレンチ106の側壁と底部上に形成される。   After the step of FIG. 11, a process of forming a contact plug is performed to complete the formation of the superjunction device. Referring to FIG. 12, contact plug 126 extending through contact hole 124a of ILD layer 124 is formed on source region 122, thereby completing formation of superjunction device 1000. Note that the superjunction device of FIG. 12 is formed from the structure shown in FIG. 4E, but as shown in FIG. 13, the superjunction device is also manufactured from the structure shown in FIG. 4D. That is. As shown in FIG. 13, in the example of fabricating a superjunction device from the structure shown in FIG. 4D, a liner 110 is formed on the sidewalls and bottom of the trench 104 and the trench 106 that are not covered by the implant blocking layer 108 ′. The

本発明は、注入遮断層108、または、注入遮断層108’を用いることで、第二トレンチ106の底部でライナー110中に注入されたドーパントの拡散によって生じる、超接合装置の終端領域における電位差の損失を防ぐ。これにより、従来の超接合装置で通常生じる超接合装置の終端領域における、トレンチの底部で生成する電界を軽減できる。また、終端領域で、トレンチの底部に高い電界がないので、超接合装置の終端領域における破損問題が効果的に排除される。   The present invention uses the injection blocking layer 108 or the injection blocking layer 108 ′ to reduce the potential difference in the termination region of the superjunction device caused by diffusion of the dopant injected into the liner 110 at the bottom of the second trench 106. Prevent loss. This can reduce the electric field generated at the bottom of the trench in the termination region of the superjunction device that normally occurs in conventional superjunction devices. Also, since there is no high electric field at the bottom of the trench in the termination region, damage problems in the termination region of the superjunction device are effectively eliminated.

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、本発明の技術的思想を脱しない範囲内で各種の変形を加えることができる。   In the present invention, preferred embodiments have been disclosed as described above, but these are not intended to limit the present invention in any way, and various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention.

100…基板
100a…アクティブ領域
100b…終端領域
102…エピタキシャル層
104…第一トレンチ
106…第二トレンチ
108…注入遮断層
108A…第一酸化層
108B…窒化物層
108C…第二酸化層
108A’…第一酸化層
108B’…窒化物層
108C’…第二酸化層
116…ゲート誘電層
118…浮遊ゲート
112…第一カラム
120…浮遊ゲート
122…ソース領域
124…ILD
126…コンタクトプラグ
210…マスク層
300…注入プロセス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Substrate 100a ... Active region 100b ... Termination region 102 ... Epitaxial layer 104 ... First trench 106 ... Second trench 108 ... Injection blocking layer 108A ... First oxide layer 108B ... Nitride layer 108C ... Second dioxide layer 108A '... First Monoxide layer 108B '... Nitride layer 108C' ... Second dioxide layer 116 ... Gate dielectric layer 118 ... Floating gate 112 ... First column 120 ... Floating gate 122 ... Source region 124 ... ILD
126 ... Contact plug 210 ... Mask layer 300 ... Implantation process

Claims (11)

アクティブ領域と終端領域を有する第一導電型の基板と、
前記基板上の前記第一導電型のエピタキシャル層と、
前記アクティブ領域の前記エピタキシャル層中の複数の第一トレンチと、
前記終端領域の前記エピタキシャル層中の複数の第二トレンチと、
前記第一トレンチおよび第二トレンチの底部で前記エピタキシャル層上に形成される注入遮断層と、
前記第一トレンチおよび第二トレンチの側壁に沿って、等角的に形成されるライナーと、
複数の第一カラムと複数の第二カラムをそれぞれ規定する前記第一トレンチおよび第二トレンチ内に充填される誘電材料と、
前記エピタキシャル層中で、前記第一トレンチおよび第二トレンチの側壁に沿って前記ライナーと隣接する部分に配置された第二導電型領域と、
前記エピタキシャル層上のゲート誘電層と、
前記ゲート誘電層上に形成される二個の浮遊ゲートと、
前記二個の浮遊ゲート間に形成される、前記第一導電型と異なる第二導電型のソース領域と、
前記ゲート誘電層と前記浮遊ゲートを被覆する層間絶縁膜層と、
前記層間絶縁膜層を通じて前記ソース領域上に形成されるコンタクトプラグと、
を備え、
前記ライナーは、前記第二導電型のドーパント及び誘電材料を有し、
前記注入遮断層は、酸化物−窒化物−酸化物複合層、窒化物−酸化物−窒化物複合層、酸化物−オキシ窒化物−酸化物複合層、または、窒化物−酸化物複合層を含む
ことを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type substrate having an active region and a termination region;
An epitaxial layer of the first conductivity type on the substrate;
A plurality of first trenches in the epitaxial layer of the active region;
A plurality of second trenches in the epitaxial layer of the termination region;
An injection blocking layer formed on the epitaxial layer at the bottom of the first trench and the second trench;
A liner formed conformally along the sidewalls of the first and second trenches;
A dielectric material filling the first trench and the second trench defining a plurality of first columns and a plurality of second columns, respectively;
A second conductivity type region disposed in a portion adjacent to the liner along the sidewalls of the first trench and the second trench in the epitaxial layer;
A gate dielectric layer on the epitaxial layer;
Two floating gates formed on the gate dielectric layer;
A source region of a second conductivity type different from the first conductivity type formed between the two floating gates;
An interlayer dielectric layer covering the gate dielectric layer and the floating gate;
A contact plug formed on the source region through the interlayer insulating layer;
With
The liner has the second conductivity type dopant and a dielectric material;
The injection blocking layer includes an oxide-nitride-oxide composite layer, a nitride-oxide-nitride composite layer, an oxide-oxynitride-oxide composite layer, or a nitride-oxide composite layer. A semiconductor device including the semiconductor device.
前記注入遮断層は、酸化ケイ素−窒化ケイ素−オルトケイ酸テトラエチル(以下、TEOSと称す)酸化物複合層を含み、前記酸化ケイ素、前記窒化ケイ素および前記TEOS酸化物間の厚さ比は、約1〜10:1〜10:1〜50であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The injection blocking layer includes a silicon oxide-silicon nitride-tetraethyl orthosilicate (hereinafter referred to as TEOS) oxide composite layer, and a thickness ratio between the silicon oxide, the silicon nitride, and the TEOS oxide is about 1. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is 10: 1 to 10: 1 to 50. 前記注入遮断層の全体の厚さは、約300〜5000Åであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the total thickness of the injection blocking layer is about 300 to 5000 mm. 前記注入遮断層は、前記第一トレンチおよび前記第二トレンチの前記底部を被覆することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the injection blocking layer covers the bottom portions of the first trench and the second trench. 前記終端領域中で、前記ゲート誘電層上に形成される複数の浮遊ゲートを備え、前記浮遊ゲートは、前記終端領域中の前記第二カラムの一部と前記エピタキシャル層の一部を被覆することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   A plurality of floating gates formed on the gate dielectric layer in the termination region, the floating gates covering a portion of the second column and a portion of the epitaxial layer in the termination region; The semiconductor device according to claim 1. アクティブ領域と終端領域を有する、第一導電型の基板を提供する工程と、
前記基板上で、前記第一導電型のエピタキシャル層を形成する工程と、
前記アクティブ領域の前記エピタキシャル層中に、複数の第一トレンチを形成する工程と、
前記終端領域の前記エピタキシャル層中に、複数の第二トレンチを形成する工程と、
前記第一トレンチおよび前記第二トレンチの底部で前記エピタキシャル層上に、注入遮断層を形成する工程と、
前記第一トレンチおよび前記第二トレンチの側壁に、等角的に、ライナーを形成する工程と、
第二導電型領域を形成するために、前記第一導電型とは異なる第二導電型のドーパントを前記第一トレンチ及び前記第二トレンチの側壁上の前記ライナーに注入する工程と、
誘電材料を、前記第一トレンチおよび前記第二トレンチにそれぞれ充填して複数の第一カラムと複数の第二カラムを形成する工程と、
ゲート誘電層を前記エピタキシャル層上に形成する工程と、
前記ゲート誘電層上に、二個の浮遊ゲートを形成する工程と、
前記二個の浮遊ゲート間に、前記第二導電型のソース領域を形成する工程と、
前記ゲート誘電層と前記浮遊ゲートを被覆する層間絶縁膜層を形成する工程、および、
前記層間絶縁膜を通じて前記ソース領域上に、コンタクトプラグを形成する工程とを含み、
前記注入遮断層は、前記ドーパントが前記第一トレンチおよび前記第二トレンチの前記底部に入ることを阻止し、
前記注入遮断層は、酸化物−窒化物−酸化物複合層、窒化物−酸化物−窒化物複合層または窒化物−酸化物複合層を含み、
前記第二導電型領域は、前記エピタキシャル層中で、前記第一トレンチおよび第二トレンチの側壁に沿って前記ライナーと隣接する部分に配置されている
ことを特徴とする方法。
Providing a first conductivity type substrate having an active region and a termination region;
Forming the first conductivity type epitaxial layer on the substrate;
Forming a plurality of first trenches in the epitaxial layer of the active region;
Forming a plurality of second trenches in the epitaxial layer of the termination region;
Forming an injection blocking layer on the epitaxial layer at the bottom of the first trench and the second trench;
Forming a liner equilaterally on the sidewalls of the first trench and the second trench;
Implanting a dopant of a second conductivity type different from the first conductivity type into the liner on the sidewalls of the first trench and the second trench to form a second conductivity type region ;
Filling the first trench and the second trench respectively with a dielectric material to form a plurality of first columns and a plurality of second columns;
Forming a gate dielectric layer on the epitaxial layer;
Forming two floating gates on the gate dielectric layer;
Forming a source region of the second conductivity type between the two floating gates;
Forming an interlayer dielectric layer covering the gate dielectric layer and the floating gate; and
Forming a contact plug on the source region through the interlayer insulating film,
The implantation blocking layer prevents the dopant from entering the bottom of the first trench and the second trench;
The injection blocking layer includes an oxide-nitride-oxide composite layer, a nitride-oxide-nitride composite layer, or a nitride-oxide composite layer,
The second conductivity type region is disposed in a portion of the epitaxial layer adjacent to the liner along the side walls of the first trench and the second trench.
前記注入遮断層は、酸化ケイ素−窒化ケイ素−オルトケイ酸テトラエチル(以下、TEOSと称す)酸化物複合層を含み、前記酸化ケイ素、前記窒化ケイ素と前記TEOS酸化物間の厚さ比が、約1〜10:1〜10:1〜50であることを特徴とする請求項6に記載の方法。   The injection blocking layer includes a silicon oxide-silicon nitride-tetraethyl orthosilicate (hereinafter referred to as TEOS) oxide composite layer, and a thickness ratio between the silicon oxide, the silicon nitride, and the TEOS oxide is about 1 The method according to claim 6, wherein the method is from 10: 1 to 10: 1 to 10: 1 to 50. 前記注入遮断層の全体の厚さは、約300〜5000Åであることを特徴とする請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, wherein the total thickness of the injection blocking layer is about 300-5000 mm. 前記注入遮断層は、前記第一トレンチおよび前記第二トレンチの前記底部を被覆することを特徴とする請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, wherein the injection blocking layer covers the bottom of the first trench and the second trench. 前記注入遮断層は、高密度プラズマ蒸着プロセスにより形成されることを特徴とする請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, wherein the injection blocking layer is formed by a high density plasma deposition process. 前記終端領域中で、前記ゲート誘電層上に、複数の浮遊ゲートを形成する工程を含み、前記浮遊ゲートが、前記終端領域中の前記第二カラムの一部と前記エピタキシャル層の一部を被覆することを特徴とする請求項6に記載の方法。   Forming a plurality of floating gates on the gate dielectric layer in the termination region, the floating gate covering a portion of the second column and a portion of the epitaxial layer in the termination region; 7. The method of claim 6, wherein:
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