JP6969586B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
第1実施形態について説明する。本実施形態では、二層構造のトレンチゲート構造を有するnチャネルタイプのMOSFETが備えられた半導体装置を例に挙げて説明する。以下、図1〜図3に基づいて本実施形態にかかる半導体装置の構造について説明する。
まず、半導体基板1を用意し、半導体基板1の表面上にn−型ドリフト層2をエピタキシャル成長させることで、高濃度層に相当する半導体基板1の一面側にn−型ドリフト層2が形成された基板を用意する。次に、ゲートトレンチ5の形成予定領域が開口するハードマスク20を配置する。このときのハードマスク20の上面レイアウトは図8Aのようになる。その後、ハードマスク20をマスクとして用いたエッチングによりゲートトレンチ5を形成する。
続いて、ハードマスク20を除去した後、熱酸化などによってゲートトレンチ5の内壁面を含めてn−型ドリフト層2の表面にシールド絶縁膜6aを形成する。
シールド絶縁膜6aの上にドープトポリシリコンを積んでからエッチバックし、ゲートトレンチ5の底部やゲートトレンチ5の端部などにドープトポリシリコンを残すことでシールド電極7やシールドライナー7aを形成する。また、最も外側に位置するゲートトレンチ5については、ドープトポリシリコンで埋込まれたままとし、シールドライナー7aとして使用する。なお、このときの上面レイアウトは図8Bのようになる。
シールド絶縁膜6aのうちゲートトレンチ5の上部の側面上やn−型ドリフト層2の表面上に形成された部分をエッチングして除去する。そして、プラズマCVD(chemical vapor deposition)などで絶縁膜をデポジションすることでシールド電極7の上やゲートトレンチ5の上部の側面を覆ったのち、マスクを用いてシールド電極7やシールドライナー7aの上に形成された部分のみが残るようにエッチングする。これにより、中間絶縁膜9が形成される。
熱酸化などによってゲートトレンチ5の上部の側面上などに絶縁膜を形成することで、ゲート絶縁膜6bが形成される。
再びドープトポリシリコンを積んでから、エッチバックすることでゲートトレンチ5内にゲート電極層8を形成する。これにより、トレンチゲート構造が形成される。ゲート電極層8のうちの一部については、ゲート配線12に接続されるため、部分的に上方に突出した状態で残される。なお、このときの上面レイアウトは図8Cのようになる。
p型不純物をイオン注入することにより、p型ボディ領域3を形成する。そして、n型不純物領域4の形成予定領域が開口する図示しないマスクを配置したのち、n型不純物をイオン注入することでn型不純物領域4を形成する。
ゲート電極層8やゲート絶縁膜6bなどの表面を覆うようにマスク30を形成したのち、マスク30のうちの埋込絶縁膜11dの形成予定領域を開口させる。そして、マスク30で覆った状態でドープトポリシリコンをエッチングすることで、ゲート電極層8のうちの先端部を除去する。このときの上面レイアウトは図8Dのようになる。
続いて、CVD等によって酸化膜などで構成される層間絶縁膜11を形成したのち、平坦化研磨を行って層間絶縁膜11の表面の平坦化を行う。これにより、ゲート電極層8のうちの先端部が除去されることで開口した部分にも、層間絶縁膜11が埋込まれ、この部分が埋込絶縁膜11dとなる。なお、このときの上面レイアウトは図8Dのようになる。
図示しないハードマスクを配置したのち、ハードマスクで覆った状態で層間絶縁膜11をエッチングすることで、層間絶縁膜11に対してコンタクトホール11a〜11cを形成する。これにより、n型不純物領域4の表面の一部が露出させられる。
配線加工工程として、コンタクトホール11a〜11c内に接続部10a、12a、13aを形成する工程と行う。そして、さらに層間絶縁膜11の表面にAl等の配線材料を成膜し、それをパターニングすることで上部電極10やゲート配線12およびシールド配線13を形成する。
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
4 n型不純物領域
6 絶縁膜
7 シールド電極
8 ゲート電極層
9 中間絶縁膜
10 上部電極
11 層間絶縁膜
11a 埋込絶縁膜
12 下部電極
Claims (4)
- 二層構造のトレンチゲート構造を有する半導体スイッチング素子を備えた半導体装置であって、
前記半導体スイッチング素子は、
第1導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層上に形成された第2導電型のボディ領域(3)と、
前記ボディ領域内における該ボディ領域の表層部に形成され、前記ドリフト層より高不純物濃度とされた第1導電型の第1不純物領域(4)と、
一方向を長手方向とすると共に前記第1不純物領域から前記ボディ領域を貫通して前記ドリフト層に達する複数のトレンチ(5)内それぞれに、絶縁膜(6)を介して、シールド電極(7)と中間絶縁膜(9)およびゲート電極層(8)が順に積層されて二層構造とされた複数のトレンチゲート構造と、
前記ドリフト層を挟んで前記ボディ領域と反対側に形成され、前記ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第1または第2導電型の高濃度層(1)と、
前記トレンチゲート構造と前記ボディ領域および前記第1不純物領域の上に配置され、前記ボディ領域や前記第1不純物領域に繋がるコンタクトホール(11a)が形成された層間絶縁膜(11)と、
前記コンタクトホールを通じて前記第1不純物領域および前記ボディ領域と電気的に接続される上部電極(10)と、
前記高濃度層と電気的に接続された下部電極(15)と、を有し、
前記シールド電極が前記ゲート電極層の先端部よりも外側まで延設されており、該シールド電極と前記ゲート電極層の底面との間に加えて前記ゲート電極層の先端部との間においても前記中間絶縁膜が形成されており、
前記一方向において、前記ゲート電極層の先端部から前記シールド電極までの間において絶縁機能を発揮する部分の距離となる実効絶縁距離(Li)が、前記中間絶縁膜のうち前記ゲート電極層の底部に位置している部分の厚み(Tb)よりも大きくなっていて、
前記一方向において、前記ゲート電極層の先端部と前記シールド電極との間に、前記中間絶縁膜および該中間絶縁膜と前記ゲート電極層の先端部との間に埋込まれた埋込絶縁膜(11d)のみが配置されており、
前記実効絶縁距離が、前記中間絶縁膜のうち前記ゲート電極層の先端部に位置している部分の厚さ(Ta)と前記埋込絶縁膜の幅(W)を足した値となっている、半導体装置。 - 二層構造のトレンチゲート構造を有する半導体スイッチング素子を備えた半導体装置であって、
前記半導体スイッチング素子は、
第1導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層上に形成された第2導電型のボディ領域(3)と、
前記ボディ領域内における該ボディ領域の表層部に形成され、前記ドリフト層より高不純物濃度とされた第1導電型の第1不純物領域(4)と、
一方向を長手方向とすると共に前記第1不純物領域から前記ボディ領域を貫通して前記ドリフト層に達する複数のトレンチ(5)内それぞれに、絶縁膜(6)を介して、シールド電極(7)と中間絶縁膜(9)およびゲート電極層(8)が順に積層されて二層構造とされた複数のトレンチゲート構造と、
前記ドリフト層を挟んで前記ボディ領域と反対側に形成され、前記ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第1または第2導電型の高濃度層(1)と、
前記トレンチゲート構造と前記ボディ領域および前記第1不純物領域の上に配置され、前記ボディ領域や前記第1不純物領域に繋がるコンタクトホール(11a)が形成された層間絶縁膜(11)と、
前記コンタクトホールを通じて前記第1不純物領域および前記ボディ領域と電気的に接続される上部電極(10)と、
前記高濃度層と電気的に接続された下部電極(15)と、を有し、
前記シールド電極が前記ゲート電極層の先端部よりも外側まで延設されており、該シールド電極と前記ゲート電極層の底面との間に加えて前記ゲート電極層の先端部との間においても前記中間絶縁膜が形成されており、
前記一方向において、前記ゲート電極層の先端部から前記シールド電極までの間において絶縁機能を発揮する部分の距離となる実効絶縁距離(Li)が、前記中間絶縁膜のうち前記ゲート電極層の底部に位置している部分の厚み(Tb)よりも大きくなっていて、
前記一方向において、前記ゲート電極層の先端部と前記シールド電極との間に、前記中間絶縁膜および該中間絶縁膜と前記ゲート電極層の先端部との間に埋込まれた埋込絶縁膜(11d)に加えて、前記ゲート電極層の一部で構成されかつ前記ゲート電極層から離れた残渣部(8a)が備えられており、
前記実効絶縁距離が、前記中間絶縁膜のうち前記ゲート電極層の先端部に位置している部分の厚さ(Ta)と前記埋込絶縁膜の幅(W)を足した値となっている、半導体装置。 - トレンチゲート構造を有する半導体スイッチング素子を備えた半導体装置の製造方法であって、
第1導電型または第2導電型の高濃度層(1)と、該高濃度層の一面側に形成され、該高濃度層よりも低不純物濃度とされた第1導電型のドリフト層(2)と、を有する基板(1、2)を用意することと、
前記ドリフト層に対して、一方向を長手方向とする複数のトレンチ(5)を形成したのち、該複数のトレンチ内それぞれに、絶縁膜(6)を介して、シールド電極(7)と中間絶縁膜(9)およびゲート電極層(8)を順に積層して二層構造の複数のトレンチゲート構造を形成することと、
前記複数のトレンチの間の位置における前記ドリフト層上に、第2導電型のボディ領域(3)を形成することと、
前記ボディ領域内における該ボディ領域の一部の表面部に、前記ドリフト層より高不純物濃度とされた第1導電型の第1不純物領域(4)を形成することと、
前記トレンチゲート構造と前記ボディ領域および前記第1不純物領域の上に層間絶縁膜(11)を形成することと、
前記層間絶縁膜に対して前記ボディ領域や前記第1不純物領域に繋がるコンタクトホール(11a)を形成することと、
前記コンタクトホールを通じて前記第1不純物領域および前記ボディ領域と電気的に接続される上部電極(10)を形成することと、
前記高濃度層と電気的に接続される下部電極(15)を形成することと、を含み、
前記トレンチゲート構造を形成することでは、
前記絶縁膜を介して、前記複数のトレンチの底面および前記一方向における該複数のトレンチの先端部に前記シールド電極を形成することと、
前記シールド電極の上に前記中間絶縁膜を形成することと、
前記中間絶縁膜の上に前記ゲート電極層を形成したのち、前記一方向における先端部において前記ゲート電極層を部分的に除去することと、
前記複数のトレンチ内における前記ゲート電極層が部分的に除去された部分を埋込絶縁膜(11d)で埋込むことと、を行う半導体装置の製造方法。 - 前記埋込絶縁膜で埋込むことは、
前記層間絶縁膜を形成することの際に、前記複数のトレンチ内における前記ゲート電極層が部分的に除去された部分に前記層間絶縁膜の一部を前記埋込絶縁膜として埋込むことである、請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
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