JP6998244B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
[構造説明]
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置について詳細に説明する。
本実施の形態の半導体装置(トランジスタ)において、ゲート電極GEにしきい値電圧以上のゲート電圧を印加すると、トレンチTRの側面と接するチャネル層(p型半導体領域)CHに反転層(n型半導体領域)が形成される。そして、ソース領域SRとドリフト層DRとは、反転層で電気的に接続されることになり、ソース領域SRとドリフト層DRとの間に電位差がある場合、ソース領域SRから反転層を通ってドリフト層DRに電子が流れる。言い換えれば、ドリフト層DRから反転層を通ってソース領域SRに電流が流れる。このように、トランジスタを、オンさせることができる。
次いで、図8~図21を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するとともに、当該半導体装置の構成をより明確にする。図8~図21は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
本実施の形態においては、実施の形態1の応用例について説明する。
図24は、実施の形態2の応用例1の半導体装置の構成を示す断面図である。
図25は、実施の形態2の応用例2の半導体装置の構成を示す断面図である。
実施の形態1(図1)においては、オーバーエッチングにより、側壁膜SWの両側のエピタキシャル層(ソース領域SR)EPの表面と、側壁膜SWで覆われたエピタキシャル層(ソース領域SR)EPの表面との間に、段差が生じているが、この段差を解消した構成としてもよい。
図26は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置は、側壁膜SWの両側のエピタキシャル層(ソース領域SR)EPの表面と、側壁膜SWで覆われたエピタキシャル層(ソース領域SR)EPの表面との高さが同程度となり(図34参照)、実施の形態1(図1)に示す段差が生じていない。このような構成部以外の構成は、実施の形態1(図1)の場合と同様であるため、その説明を省略する。また、本実施の形態の半導体装置(トランジスタ)の動作は実施の形態1の場合と同様である。
次いで、図27~図39を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するとともに、当該半導体装置の構成をより明確にする。図27~図38は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
実施の形態1(図1)においては、トレンチTRの両側のチャネル層CHの下方に埋め込み層であるp型半導体領域(PRa、PRb、電界緩和層)を設けたが、トレンチTR下にもp型半導体領域(PRt、電界緩和層)を設けてもよい。
図39は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置は、トレンチTRの両側に加え(PRa、PRb)、トレンチTRの下にもp型半導体領域(PRt)が設けられている。
次いで、図40~図43を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するとともに、当該半導体装置の構成をより明確にする。図40~図43は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
本実施の形態においては、p型半導体領域PRa、PRbのトレンチTR側の端部にテーパーTを設けている。
図44は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。図44に示すように、本実施の形態においては、p型半導体領域PRaのトレンチTRの端部にテーパー(テーパー部)Tを設け、p型半導体領域PRaの下部とトレンチTRとの距離(L3a)を、p型半導体領域PRaの上部とトレンチTRとの距離(La)より大きくしている。また、p型半導体領域PRbのトレンチTRの端部にテーパーTを設け、p型半導体領域PRbの下部とトレンチTRとの距離(L3b)を、p型半導体領域PRaの上部とトレンチTRとの距離(Lb)より大きくしている。
次いで、図45~図53を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するとともに、当該半導体装置の構成をより明確にする。図45~図53は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
本実施の形態においては、ボディコンタクト領域BCの形成領域にコンタクトホールを設け、このコンタクトホールの底部に、ボディコンタクト領域BCを設ける。
図54は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。図54に示すように、本実施の形態においては、ボディコンタクト領域BCの形成領域にコンタクトホールC21が設けられ、その底部に、ボディコンタクト領域BCが設けられている。このコンタクトホールC21は、ソース領域SRを貫通し、チャネル層CHに到達する孔である。そして、コンタクトホールC21は、コンタクトホールC1の下に配置されている。ここで、コンタクトホール(C1、C21)について、幅の大きい部分がコンタクトホールC1であり、その下の、幅の小さい部分がコンタクトホールをC21である。
次いで、図55~図65を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するとともに、当該半導体装置の構成をより明確にする。図55~図65は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
(a)ドリフト層と、前記ドリフト層上のチャネル層と、前記チャネル層上のソース領域と、を有するSiC層が、設けられた基板を準備する工程と、
(b)前記SiC層上に、第1絶縁膜を形成する工程、
(c)前記第1絶縁膜および前記SiC層中に、前記第1絶縁膜、ソース領域および前記チャネル層を貫通して、前記ドリフト層に達するトレンチを形成する工程、
(d)前記トレンチの内部にダミーゲートを埋め込む工程、
(e)前記第1絶縁膜を除去することにより、前記ダミーゲートを、前記ソース領域より突出させる工程、
(f1)前記ソース領域および前記ダミーゲート上に、第2絶縁膜を高密度プラズマCVD法により形成する工程、
(f2)前記第2絶縁膜を異方的にエッチングすることにより、前記ダミーゲートの側壁にテーパー形状の側面を有する第1膜を形成する工程、
(f3)前記第1膜上であって、前記ダミーゲートの側壁に側壁膜を形成する工程、
(g)前記ダミーゲート、前記第1膜および前記側壁膜をマスクとして、前記ドリフト層と逆導電型の不純物をイオン注入することにより、前記トレンチの一方の側の前記ドリフト層中に第1半導体領域を形成し、前記トレンチの他方の側の前記ドリフト層中に第2半導体領域を形成する工程、
(h)前記ダミーゲート、前記第1膜および前記側壁膜を除去する工程、
(i)前記トレンチの内壁にゲート絶縁膜を形成する工程、
(j)前記ゲート絶縁膜上に、前記トレンチを埋め込むゲート電極を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
ドリフト層と、前記ドリフト層上のチャネル層と、前記チャネル層上のソース領域と、を有するSiC層と、
前記チャネル層を貫通して、前記ドリフト層に達し、前記ソース領域と接するトレンチと、
前記トレンチの内壁に形成されたゲート絶縁膜と、
前記トレンチを埋め込むゲート電極と、
前記トレンチの一方の側の前記ドリフト層中に形成された第1半導体領域および前記トレンチの他方の側の前記ドリフト層中に形成された第2半導体領域と、
を有し、
第1半導体領域の前記トレンチ側の端部の側面は、テーパー部を有し、前記トレンチと第1半導体領域との距離は、深さ方向に徐々に大きくなっている、半導体装置。
付記2記載の半導体装置において、
前記トレンチと第1半導体領域との最短距離および前記トレンチと第1半導体領域との最短距離は、それぞれ、前記トレンチの幅以下である、半導体装置。
BC ボディコンタクト領域
C1 コンタクトホール
C21 コンタクトホール
CH チャネル層
CR セル領域
D 深さ
DE ドレイン電極
DG ダミーゲート
DR ドリフト層
EP エピタキシャル層
GE ゲート電極
GI ゲート絶縁膜
GL ゲート線
GPD ゲートパッド
H 高さ
HM1、HM2 ハードマスク
IF1 絶縁膜
IF2 絶縁膜
IF21 絶縁膜
IL1 層間絶縁膜
L1a、L1b 距離
L2a、L2b 距離
L3a、L3b 距離
La、Lb 距離
PAS 表面保護膜
PR p型半導体領域
PRa p型半導体領域
PRb p型半導体領域
PRt p型半導体領域
PS 多結晶シリコン膜
SE ソース電極
SL ソース線
SPD ソースパッド
SR ソース領域
ST ストッパー膜
SW 側壁膜
T テーパー(テーパー部)
TL 絶縁膜
TM p型半導体領域
TR トレンチ
UC 単位トランジスタ(ユニットセル)
W 幅
θ 傾斜角
Claims (15)
- (a)ドリフト層と、前記ドリフト層上のチャネル層と、前記チャネル層上のソース領域と、を有するSiC層が、設けられた基板を準備する工程と、
(b)前記SiC層上に、第1絶縁膜を形成する工程、
(c)前記第1絶縁膜および前記SiC層中に、前記第1絶縁膜、ソース領域および前記チャネル層を貫通して、前記ドリフト層に達するトレンチを形成する工程、
(d)前記トレンチの内部にダミーゲートを埋め込む工程、
(e)前記第1絶縁膜を除去することにより、前記ダミーゲートを、前記ソース領域より突出させる工程、
(f)前記ダミーゲートの側壁に側壁膜を形成する工程、
(g)前記ダミーゲートおよび前記側壁膜をマスクとして、前記ドリフト層と逆導電型の不純物をイオン注入することにより、前記トレンチの一方の側の前記ドリフト層中に第1半導体領域を形成し、前記トレンチの他方の側の前記ドリフト層中に第2半導体領域を形成する工程、
(h)前記ダミーゲートおよび前記側壁膜を除去する工程、
(i)前記トレンチの内壁にゲート絶縁膜を形成する工程、
(j)前記ゲート絶縁膜上に、前記トレンチを埋め込むゲート電極を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記トレンチと前記第1半導体領域との距離および前記トレンチと前記第2半導体領域との距離は、それぞれ、前記トレンチの幅以下である、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記トレンチと前記第1半導体領域との距離および前記トレンチと前記第2半導体領域との距離は、それぞれ、1μm以下である、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程において、前記ダミーゲートのエッチングレートは、前記側壁膜のエッチングレートより、小さい、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程において、前記側壁膜で覆われた前記ソース領域の表面と、前記側壁膜の外側の前記ソース領域の表面との間に、段差が生じる、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程の前記SiC層は、前記チャネル層と接するように配置され、前記チャネル層と同じ導電型の第3半導体領域を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記SiC層は、前記チャネル層と接するように配置され、前記チャネル層と同じ導電型の第3半導体領域を有し、
前記(h)工程と前記(i)工程の間に、前記第3半導体領域の形成工程を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(j)工程の後に、
(k)前記ソース領域と接続されるソース電極を形成する工程を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程において、前記ダミーゲートの、前記ソース領域より突出した部分の高さは、前記トレンチの深さの1.5倍以上である、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1半導体領域および前記第2半導体領域の下面は、前記トレンチの底面より低い、半導体装置の製造方法。 - 請求項6記載の半導体装置の製造方法において、
前記第3半導体領域と、前記第1半導体領域とは接している、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記チャネル層と、前記第1半導体領域とは接している、半導体装置の製造方法。 - (a)ドリフト層と、前記ドリフト層上のチャネル層と、前記チャネル層上のソース領域と、を有するSiC層が、設けられた基板を準備する工程と、
(b)前記SiC層上に、ストッパー膜および第1絶縁膜を順次形成する工程、
(c)前記第1絶縁膜、前記ストッパー膜および前記SiC層中に、前記第1絶縁膜、前記ストッパー膜、ソース領域および前記チャネル層を貫通して、前記ドリフト層に達するトレンチを形成する工程、
(d)前記トレンチの内部にダミーゲートを埋め込む工程、
(e)前記第1絶縁膜を除去することにより、前記ダミーゲートを、前記ストッパー膜より突出させる工程、
(f)前記ダミーゲートの側壁に側壁膜を形成する工程、
(g)前記ダミーゲートおよび前記側壁膜をマスクとして、前記ドリフト層と逆導電型の不純物をイオン注入することにより、前記トレンチの一方の側の前記ドリフト層中に第1半導体領域を形成し、前記トレンチの他方の側の前記ドリフト層中に第2半導体領域を形成する工程、
(h)前記ダミーゲート、前記ストッパー膜および前記側壁膜を除去する工程、
(i)前記トレンチの内壁にゲート絶縁膜を形成する工程、
(j)前記ゲート絶縁膜上に、前記トレンチを埋め込むゲート電極を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程と、前記(d)工程との間に、
前記トレンチの底部に、前記ドリフト層と逆導電型の不純物をイオン注入する工程を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程と、前記(d)工程との間に、
前記トレンチの底部に、前記ドリフト層と逆導電型の不純物をイオン注入する工程を有する、半導体装置の製造方法。
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