JP6440220B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
1.半導体装置
実施形態1に係る半導体装置は、図1(a)に示すように、n+型ドレイン領域(第1導電型のドレイン領域)112、n+型ドレイン領域112に隣接したn−型ドリフト領域(第1導電型のドリフト領域)114、n−型ドリフト領域114に隣接したp型ベース領域(第2導電型のベース領域)116、及び、p型ベース領域116に隣接したn+型ソース領域(第1導電型のソース領域)118を含む半導体基体110と、半導体基体110内に形成され、n−型ドリフト領域114に隣接した底、及び、p型ベース領域116及びn−型ドリフト領域114に隣接した側壁を有し、平面的に見てストライプ状に形成されたトレンチ122と、トレンチ122内に配設され、かつ、側壁の部分でゲート絶縁膜124を介してp型ベース領域116と対向するゲート電極126と、トレンチ122内に配設され、かつ、ゲート電極126とトレンチ122の底との間に位置するシールド電極130と、ゲート電極126とシールド電極130との間に拡がり、さらに、トレンチ122の側壁及び底に沿って拡がって側壁及び底からシールド電極130を離隔させる、トレンチ122内における電気的絶縁領域128と、半導体基体110の上方に形成され、ソース領域118とシールド電極130とに電気的に接続されたソース電極134と、ドレイン領域112に隣接して形成されたドレイン電極136とを備える。
実施形態1に係る半導体装置100は、パワーMOSFETである。
ゲート絶縁膜124は例えば熱酸化法により形成された二酸化珪素膜からなり、ゲート絶縁膜124の厚さは20nm〜200nm(例えば100nm)である。
ゲート電極126は例えばCVD法により形成された低抵抗のポリシリコンからなり、ゲート電極126の厚さは2μm〜10μm(例えば5μm)である。
p+型コンタクト領域120の深さは1μm〜3μm(例えば2μm)であり、p型コンタクト領域126の不純物濃度は1×1018cm−3〜1×1020cm−3(例えば2×1019cm−3)である。
層間絶縁膜132は例えばCVD法により形成された二酸化珪素膜からなり、層間絶縁膜132の厚さは0.5μm〜3μm(例えば1μm)である。
ドレイン電極136はTi、Ni、Auがこの順序で積層された積層膜からなり、ドレイン電極136の厚さは0.2μm〜1.5μm(例えば1μm)である。
実施形態1に係る半導体装置100によれば、シールド電極として、ドレイン領域112側に位置する高抵抗領域130a、及び、ゲート電極126側に位置する低抵抗領域130bを有するシールド電極130を備えることから(図1(a)参照。)、高抵抗領域130aにおいては、当該領域における抵抗Ra(図4参照。)の抵抗値が抵抗Rb(図4参照。)の抵抗値よりも高いため、スイッチオフ時のドレイン電極の電位変化を緩やかにすることができ、もって、スイッチオフ時に発生するリンギングを抑制するとともにサージ電圧を低減することができる(図1(b)参照。)。また、低抵抗領域130bにおいては、当該領域における抵抗Rb(図4参照。)の抵抗値が抵抗Ra(図4参照。)の抵抗値よりも低いため、シールド電極130の配線に沿って生じる電位差を低減することができ、もって、スイッチング期間の後半にゲート電圧VGSが立ち上がることに起因して発生する誤動作(セルフ・ターンオン)を抑制できる(図1(b)符号A参照。)。また、低抵抗領域130bの存在により、スイッチング速度を速くすることができ(図1(b)参照。)、もって、スイッチング損失の増加を防止することができる。
実施形態1に係る半導体装置100は、以下に示す製造工程を有する製造方法(実施形態1に係る半導体装置の製造方法)により製造することができる。
図5(a)〜図5(c)に示すように、n+型ドレイン領域112、n+型ドレイン領域112に隣接したn−型ドリフト領域114、n−型ドリフト領域114に隣接したp型ベース領域116、p型ベース領域116に隣接したn+型ソース領域118及びp+型コンタクト領域120を含む半導体基体110を準備する。
その後、図5(d)に示すように、半導体基体110の表面にマスクM3を形成し、当該マスクMをマスクとしてp型ベース領域116の表面からn−型ドリフト層114に達するようにトレンチ122を形成する。トレンチ122の深さは例えば11μmとする。
その後、図6(a)に示すように、熱酸化法により、トレンチ122の内面及び半導体基体110の表面にシリコン酸化膜128’を形成し、これを電気的絶縁領域128の底部及び側壁部とする。なお、第1の電気的絶縁領域形成工程においては、CVD法により底の部分のシリコン酸化膜128’を厚く形成し、その後、熱酸化法により側壁の部分のシリコン酸化膜128’を形成することとしてもよい。
その後、図6(b)に示すように、CVD法により、トレンチ122の内部及び半導体基体110の表面に高抵抗ポリシリコン膜130a’を形成し、その後、図6(c)に示すように、高抵抗ポリシリコン膜130a’のエッチバックを行い、トレンチ122内部の電気的絶縁領域128の底部上に所定厚さの高抵抗ポリシリコン膜130a’を残した状態で高抵抗ポリシリコン膜130a’を除去する。これにより、トレンチ122内部の電気的絶縁領域128の底部上に高抵抗領域130aが形成される。
その後、図6(d)に示すように、CVD法により、トレンチ122の内部及び半導体基体110の表面に低抵抗ポリシリコン膜130b’を形成する。
その後、低抵抗ポリシリコン膜130b’のエッチバックを行い、トレンチ122内部の高抵抗領域130a上に所定厚さの低抵抗ポリシリコン膜130b’を残した状態で低抵抗ポリシリコン膜130b’を除去する。これにより、トレンチ122内部の高抵抗領域130a上に低抵抗領域130bが形成され、全体として、高抵抗領域130a及び低抵抗領域130bを有するシールド電極130が形成される(図7(a)参照)。なお、シールド電極130は、当該シールド電極130の一部又は全部が、p型ベース領域116の底部よりも深い位置に位置されるよう形成される。
その後、CVD法により、トレンチ122内部の低抵抗領域130b上に所定厚さのシリコン酸化膜を形成し、これを電気的絶縁領域128の頂部とする(図7(b)参照。)。
その後、図7(c)に示すように、ウェットエッチングにより、ゲート絶縁膜124を形成する部位に形成されているシリコン酸化膜128’を除去する。その後、図7(d)に示すように、熱酸化法により、トレンチ122の内面における絶縁膜124を形成する部位及び半導体基体110の表面にシリコン酸化膜124’を形成し、これを最終的なゲート絶縁膜124とする。
その後、図8(a)に示すように、半導体基体110の表面側から、トレンチ122を埋めるように低抵抗のポリシリコン膜126’を形成する。その後、図8(b)に示すように、低抵抗のポリシリコン膜126’のエッチバックを行い、トレンチ122の内部にのみ低抵抗のポリシリコン膜126’を残した状態で低抵抗のポリシリコン膜126’の上方を除去する。これにより、トレンチ122の内周面に最終的なゲート電極126が形成される。
その後、半導体基体110の表面におけるシリコン酸化膜124’を除去し、その後、半導体基体110の表面側から気相法によりPSG膜を形成し、さらにその後、ゲート電極126の上部所定部分を残してシリコンの熱酸化膜及びPSG膜をエッチングにより除去する。これにより、図8(c)に示すように、ゲート電極126の上部に層間絶縁膜132が形成される。
その後、図8(d)に示すように、半導体基体110及び層間絶縁膜132を覆うようにソース電極134を形成し、n+型ドレイン層112の表面にドレイン電極136を形成する。
実施形態2に係る半導体装置101は、基本的には実施形態1に係る半導体装置100と同様の構成を有するが、シールド電極の構成が実施形態1に係る半導体装置100の場合とは異なる。すなわち、図9に示すように、実施形態2に係る半導体装置102においては、高抵抗領域130a及び低抵抗領域130bはそれぞれ異なる材料からなり、低抵抗領域130bを構成する材料の電気抵抗率は高抵抗領域130aを構成する材料の電気抵抗率よりも低い(図9参照。)。
実施形態3に係る半導体装置は、基本的には実施形態1に係る半導体装置100と同様の構成を有するが、シールド電極の構成が実施形態1に係る半導体装置100の場合とは異なる。すなわち、図10に示すように、実施形態3に係る半導体装置102においては、高抵抗領域130a及び低抵抗領域130bは、電気的絶縁領域128を介して互いに離隔する位置に位置する。
Claims (5)
- 第1導電型のドレイン領域、前記ドレイン領域に隣接した第1導電型のドリフト領域、前記ドリフト領域に隣接した第2導電型のベース領域、及び、前記ベース領域に隣接した第1導電型のソース領域を含む半導体基体と、
前記半導体基体内に形成され、前記ドリフト領域に隣接した底、及び、前記ベース領域及び前記ドリフト領域に隣接した側壁を有し、平面的に見てストライプ状に形成されたトレンチと、
前記トレンチ内に配設され、かつ、前記側壁の部分でゲート絶縁膜を介して前記ベース領域と対向するゲート電極と、
前記トレンチ内に配設され、かつ、前記ゲート電極と前記トレンチの前記底との間に位置するシールド電極と、
前記ゲート電極と前記シールド電極との間に拡がり、さらに、前記トレンチの前記側壁及び前記底に沿って拡がって前記側壁及び前記底から前記シールド電極を離隔させる、前記トレンチ内における電気的絶縁領域と、
前記半導体基体の上方に形成され、前記ソース領域と前記シールド電極とに電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に隣接して形成されたドレイン電極と、を備え、
前記シールド電極は、前記ドレイン領域側に位置する高抵抗領域、及び、前記ゲート電極側に位置する低抵抗領域を有し、前記高抵抗領域及び前記低抵抗領域はともに不純物を含有する同一の半導体材料からなり、前記低抵抗領域の不純物濃度は前記高抵抗領域の不純物濃度よりも高い半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であって、
CVD法により前記トレンチの内部及び前記半導体基体の表面に高抵抗ポリシリコン層を形成した後、前記高抵抗ポリシリコン膜のエッチバックを行い、前記トレンチ内部の前記第1の電気的絶縁領域の底部上に所定厚さの高抵抗ポリシリコン膜を残した状態で前記高抵抗ポリシリコン層を除去することにより、前記トレンチ内部の前記第1の電気的絶縁領域の底部上に前記高抵抗領域を形成する高抵抗領域形成工程と、
CVD法により前記トレンチの内部及び前記半導体基体の表面に低抵抗ポリシリコン膜を形成した後、前記低抵抗ポリシリコン膜のエッチバックを行い、前記トレンチ内部の前記高抵抗領域上に所定厚さの低抵抗ポリシリコン膜を残した状態で前記低抵抗ポリシリコン層を除去することにより、前記トレンチ内部の前記高抵抗領域上に前記低抵抗領域を形成する低抵抗領域形成工程とをこの順序で実施することで、前記高抵抗領域及び前記低抵抗領域を有する前記シールド電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 第1導電型のドレイン領域、前記ドレイン領域に隣接した第1導電型のドリフト領域、前記ドリフト領域に隣接した第2導電型のベース領域、及び、前記ベース領域に隣接した第1導電型のソース領域を含む半導体基体と、
前記半導体基体内に形成され、前記ドリフト領域に隣接した底、及び、前記ベース領域及び前記ドリフト領域に隣接した側壁を有し、平面的に見てストライプ状に形成されたトレンチと、
前記トレンチ内に配設され、かつ、前記側壁の部分でゲート絶縁膜を介して前記ベース領域と対向するゲート電極と、
前記トレンチ内に配設され、かつ、前記ゲート電極と前記トレンチの前記底との間に位置するシールド電極と、
前記ゲート電極と前記シールド電極との間に拡がり、さらに、前記トレンチの前記側壁及び前記底に沿って拡がって前記側壁及び前記底から前記シールド電極を離隔させる、前記トレンチ内における電気的絶縁領域と、
前記半導体基体の上方に形成され、前記ソース領域と前記シールド電極とに電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に隣接して形成されたドレイン電極と、を備え、
前記シールド電極は、前記ドレイン領域側に位置する高抵抗領域、及び、前記ゲート電極側に位置する低抵抗領域を有し、前記高抵抗領域及び前記低抵抗領域はともに不純物を含有する同一の半導体材料からなり、前記低抵抗領域の不純物濃度は前記高抵抗領域の不純物濃度よりも高い半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であって、
第1導電型のドレイン領域、前記ドレイン領域に隣接した第1導電型のドリフト領域、前記ドリフト領域に隣接した第2導電型のベース領域、及び、前記ベース領域に隣接した第1導電型のソース領域を含む半導体基体を準備する半導体基体準備工程と、
前記半導体基体内に形成され、前記ドリフト領域に隣接した底、及び、前記ベース領域及び前記ドリフト領域に隣接した側壁を有し、平面的に見てストライプ状のトレンチを形成するトレンチ形成工程と、
前記トレンチの内部にシリコン酸化膜を形成し、これを前記第1の電気的絶縁領域の底部及び側壁部とすることにより前記第1の電気的絶縁領域を形成する第1の電気的絶縁領域形成工程と、
前記トレンチ内部の前記第1の電気的絶縁領域の底部上に前記シールド電極を形成するシールド電極形成工程と、
前記トレンチ内部の前記シールド電極上に所定厚さのシリコン酸化膜を形成し、これを前記第2の電気的絶縁領域の頂部とする第2の電気的絶縁領域形成工程と、
前記ゲート絶縁膜を形成する部位に形成されているシリコン酸化膜を除去した後、熱酸化法によりトレンチの内面におけるゲート絶縁膜を形成する部位及び前記半導体基体の表面にシリコン酸化膜を形成し、これを前記ゲート絶縁膜とするゲート絶縁膜形成工程と、
前記半導体基体の表面側から、前記トレンチを埋めるように低抵抗のポリシリコン膜を形成した後、前記低抵抗のポリシリコン膜のエッチバックを行い、前記トレンチの内部にのみ前記低抵抗のポリシリコン膜を残した状態で前記低抵抗のポリシリコン膜の上方を除去することにより、前記トレンチの内周面に前記ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記半導体基体の表面におけるシリコン酸化膜を除去し、その後、前記半導体基体の表面側から気相法によりPSG膜を形成し、さらにその後、前記ゲート電極の上部所定部分を残して前記シリコンの熱酸化膜及び前記PSG膜をエッチングにより除去することにより、前記ゲート電極の上部に前記層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
前記半導体基体及び前記層間絶縁膜を覆うようにソース電極を形成し、前記半導体基体の反対側の表面に前記ドレイン電極を形成するソース電極及びドレイン電極形成工程とををこの順序で含み、
前記シールド電極形成工程は、
CVD法により前記トレンチの内部及び前記半導体基体の表面に高抵抗ポリシリコン層を形成した後、前記高抵抗ポリシリコン膜のエッチバックを行い、前記トレンチ内部の前記第1の電気的絶縁領域の底部上に所定厚さの高抵抗ポリシリコン膜を残した状態で前記高抵抗ポリシリコン層を除去することにより、前記トレンチ内部の前記第1の電気的絶縁領域の底部上に前記高抵抗領域を形成する高抵抗領域形成工程と、
CVD法により前記トレンチの内部及び前記半導体基体の表面に低抵抗ポリシリコン膜を形成した後、前記低抵抗ポリシリコン膜のエッチバックを行い、前記トレンチ内部の前記高抵抗領域上に所定厚さの低抵抗ポリシリコン膜を残した状態で前記低抵抗ポリシリコン層を除去することにより、前記トレンチ内部の前記高抵抗領域上に前記低抵抗領域を形成する低抵抗領域形成工程とを含み、
前記シールド電極形成工程においては、前記高抵抗領域及び前記低抵抗領域を有する前記シールド電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法において、
前記高抵抗領域及び前記低抵抗領域は、互いに接する位置に位置することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記低抵抗領域は前記高抵抗領域よりも基板垂直方向に薄いことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記高抵抗領域は前記低抵抗領域よりも基板垂直方向に薄いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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